DE112009003601T5

DE112009003601T5 - Obere Heizeinreichtung zur Verwendung bei der Herstellung eines Einkristalls,Einkristall-Herstellungsanlage und Verfahren zur Herstellung elnes Einkristalls

Info

Publication number: DE112009003601T5
Application number: DE112009003601T
Authority: DE
Inventors: Kiyotaka Takano
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2008-12-05
Filing date: 2009-10-08
Publication date: 2012-08-30
Anticipated expiration: 2029-10-09
Also published as: KR20110094025A; JP5131170B2; JP2010132500A; US20110214604A1; DE112009003601B4; US8268077B2; KR101574749B1; WO2010064354A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine obere Heizeinrichtung zur Verwendung bei der Herstellung eines Einkristalls, wobei an der oberen Heizeinrichtung zumindest Elektroden, denen ein Strom zugeführt wird, und ein Wärmeerzeugungsabschnitt vorgesehen sind, der Wärme durch Widerstandsheizung erzeugt, wobei die obere Heizeinrichtung bei Herstellung eines Einkristalls mittels des Czochralski-Verfahrens verwendet wird, und die obere Heizeinrichtung oberhalb einer Graphitheizeinrichtung angeordnet ist, wobei letztere so angeordnet ist, dass sie einen Tiegel umgibt, der eine Siliziumschmelze enthält, wobei der Wärmeerzeugungsabschnitt ringförmig ausgebildet und so angeordnet ist, dass er den Tiegel umgibt, und Schlitze aufweist, die ausgehend von der Innenseite und der Außenseite des Wärmeerzeugungsabschnitts in horizontaler Richtung gebildet sind. Im Ergebnis werden eine obere Heizeinrichtung zur Verwendung bei der Herstellung eines Einkristalls, wobei sich mit der oberen Heizeinrichtung Gitterfehler des Einkristalls effizient unter Kontrolle halten lassen, und eine Einkristall-Herstellungsanlage sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls zur Verfügung gestellt, wobei man mit der Anlage und dem Verfahren bei Einsatz der oberen Heizeinrichtung zur Verwendung bei der Herstellung eines Einkristalls einen qualitativ hochwertigen Einkristall unter wirksamer Kontrolle der Gitterfehler und Verbesserung der Steuerbarkeit der Sauerstoffkonzentration herstellen kann.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine obere Heizeinrichtung zur Verwendung bei der Herstellung eines Einkristalls, wobei die obere Heizeinrichtung verwendet wird, wenn ein Einkristall mittels des Czochralski-Verfahrens hergestellt wird; eine Einkristall-Herstellungsanlage, bei der diese verwendet wird; und ein Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls.
STAND DER TECHNIK
Als Einkristall, der als Substrat eines Halbleiterbauelements verwendet wird, gibt es zum Beispiel einen Silizium-Einkristall, und dieser Silizium-Einkristall wird hauptsächlich mittels des Czochralski-Verfahrens (nachstehend als CZ-Verfahren abgekürzt) hergestellt.
Wenn ein Einkristall mit dem CZ-Verfahren hergestellt wird, wird beispielsweise eine in 8 gezeigte Einkristall-Herstellungsanlage 30 verwendet. Diese Einkristall-Herstellungsanlage weist eine Hauptkammer 31 auf, in deren Mitte ein Tiegel platziert ist. Der Tiegel hat einen doppelten Aufbau und ist aus einem Quarztiegel 36 und einem Graphittiegel 37 gebildet, der das Äußere des Quarztiegels hält.
Diese Tiegel sind am oberen Ende einer Welle 38 derart befestigt, dass die Tiegel sich drehen und nach oben und unten bewegen können, und eine Graphitheizeinrichtung 39 ist außerhalb des Tiegels angeordnet. Des Weiteren ist ein isolierendes Material 40 konzentrisch um die Außenseite der Graphitheizeinrichtung angeordnet. Im Quarztiegel ist außerdem eine Siliziumschmelze 35 enthalten, bei der es sich um einen Siliziumrohstoff handelt, der von der Graphitheizeinrichtung geschmolzen wird.
Des Weiteren ist auf der Mittelachse des mit der Siliziumschmelze gefüllten Quarztiegels ein Draht 34 angeordnet, der sich mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit auf derselben Achse wie die Welle in einer Gegenrichtung zur Welle oder in derselben Richtung wie die Welle dreht, und ein Impfkristall 45 ist am unteren Ende des Drahtes gehalten. Ferner bildet sich ein Einkristall 33 an einer unteren Endfläche des Impfkristalls.
Darüber hinaus sind ein Kühlzylinder 41 zum Kühlen des nach oben gezogenen Einkristalls und in dessen unterem Teil ein Graphitzylinder 42 Vorgesehen, wodurch der nach oben gezogene Einkristall gekühlt werden kann, indem Kühlgas durch die Zylinder nach unten geleitet wird. Des Weiteren ist eine Wärmeabschirmung 43 außerhalb des unteren Endes des Graphitzylinders vorgesehen, um Strahlung von der Oberfläche der Schmelze abzufangen und die Wärme an der Oberfläche der Siliziumschmelze zu halten.
Darüber hinaus ist auch eine Anlage offenbart worden, bei der zusätzlich zu einer Graphitheizeinrichtung eine Heizeinrichtung zum Schmelzen von Siliziumrohstoff angeordnet ist, um die Herstellungsdauer des Einkristalls zu verkürzen (siehe zum Beispiel die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. (Kokai) H6-183876) . Da diese Heizeinrichtung jedoch unmittelbar über der Siliziumschmelze in einer Position oberhalb der Graphitheizeinrichtung angeordnet ist, wird in unerwünschter Weise eine Verlagerung im Einkristall dadurch erzeugt, dass während des Züchtens des Einkristalls Staub auf den Einkristall fällt. Außerdem ergibt sich, wenn sich das aus der Siliziumschmelze verdampfte SiO-Gas an diese obere Heizeinrichtung anlegt, eine allmähliche qualitative Verschlechterung des Graphits aufgrund von Silifizierung. Dadurch wird in unerwünschter Weise die Kohlenstoffkonzentration im Einkristall erhöht.
Ferner ist auch ein Verfahren zur Beherrschung von Gitterfehlern durch Steuern des Verhältnisses der Leistung zwischen der oberen und unteren Heizeinrichtung offenbart worden, indem eine Graphitheizeinrichtung mit einem zweistufigen Aufbau vorgesehen ist, wie in 9 gezeigt, und über einer herkömmlichen Graphitheizeinrichtung 39 eine zylindrische Heizeinrichtung 44 angeordnet wird, die denselben Innen- und Außendurchmesser wie die Graphitheizeinrichtung 39 hat (siehe zum Beispiel die japanische Patentoffenlegungsschrift (Kokai) Nr. 2001-261482 ).
Dabei beträgt der spezifische Widerstand von Graphit bei Raumtemperatur 1000 bis 1500 μΩcm, was ein extrem niedriger Wert ist, und es ist schwierig, bei diesem Zustand Wärme zu erzeugen, wobei es hier notwendig ist, einen zickzackförmigen Strompfad auszubilden, indem man Schlitze an mehreren Stellen am oberen und unteren Rand in Umfangsrichtung ausbildet. Bei Anlegen eines statischen Magnetfelds durch eine supraleitende Spule oder dergleichen verformt sich jedoch die Heizvorrichtung aufgrund der Lorentz-Kraft. Deshalb ist es notwendig, eine Verformung dadurch zu verhindern, dass die Festigkeit aufrechterhalten bleibt und so eine Entladung zwischen der Heizeinrichtung und den anderen Graphitteilen zu vermeiden. Infolgedessen bestehen Beschränkungen im Hinblick auf eine drastische Verkürzung der Länge der oberen und unteren Enden, an denen die Schlitze einander nicht kreuzen.
Wenn das Wärmeerzeugungszentrum der oberen Heizeinrichtung nahe einer Wachstumsgrenzfläche des Einkristalls angeordnet wird, liegt der untere Rand der oberen Heizeinrichtung somit tiefer als die Oberfläche der Schmelze, und die Position der unteren Heizvorrichtung liegt im Vergleich zu der in 8 gezeigten einstufigen Heizeinrichtung weiter unten als die Siliziumschmelze. Infolge eines Anstiegs der Sauerstoffkonzentration im Kristall wird dadurch die Steuerungsausübung schwierig. Außerdem hat die erstere Hälfte eines geraden Hauptteils einen großen G-Wert, und es ist schwierig, den Wert von V/G so zu steuern, dass er zu einem Wert wird, bei dem eine gewünschte Kristallqualität erhalten werden kann.
Hierbei ist V/G das Verhältnis zwischen einer Ziehrate V und einem im Kristall herrschenden Temperaturgradienten G an der Grenzfläche fest/flüssig, und es handelt sich um einen Parameter, mit dem man zwei Arten von Punktdefekten unter Kontrolle halten kann, und zwar Leerstellen und interstitielles Silizium; dieser Parameter hat als Steuerungsfaktor von eingewachsenen Defekten und Eigenschaften im Hinblick auf die Sauerstoffabscheidung Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Durch Einstellen der Ziehrate V und des im Kristall herrschenden Temperaturgradienten G an der Grenzfläche fest/flüssig derart, dass der Wert V/G konstant wird, ist es möglich, einen Einkristall nach oben in einen N-Bereich über der gesamten Ebene zu ziehen, in der sich in Radialrichtung des Einkristalls kein Defektbereich mehr befindet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine obere Heizeinrichtung zur Verwendung bei der Herstellung eines Einkristalls, wobei sich mit der oberen Heizeinrichtung Gitterfehler eines Einkristalls effizient unter Kontrolle halten lassen, und eine Einkristall-Herstellungsanlage sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls zur Verfügung zu stellen, wobei man mit der Anlage und dem Verfahren bei Eisatz der oberen Herzeinrichtung zur Verwendung bei der Herstellung eines Einkristalls einen qualitativ hochwertigen Einkristall unter wirksamer Kontrolle der Gitterfehler und Verbesserung der Steuerbarkeit der Sauerstoffkonzentration herstellen kann.
Um die vorstehend genannten Probleme zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung eine obere Heizeinrichtung zur Verwendung bei der Herstellung eines Einkristalls bereit, wobei an der oberen Heizeinrichtung zumindest Elektroden, denen ein Strom zugeführt wird, und ein Wärmeerzeugungsabschnitt vorgesehen sind, der Wärme durch Widerstandsheizung erzeugt, wobei die obere Heizeinrichtung bei Herstellung eines Einkristalls mittels des Czochralski-Verfahrens verwendet wird, und die obere Heizeinrichtung oberhalb einer Graphitheizeinrichtung angeordnet ist, die so angeordnet ist, dass sie einen Tiegel umgibt, der eine Siliziumschmelze enthält, wobei der Wärmeerzeugungsabschnitt ringförmig ausgebildet und so angeordnet ist, dass er den Tiegel umgibt, und Schlitze aufweist, die ausgehend von der Innenseite und der Außenseite des Wärmeerzeugungsabschnitts in horizontaler Richtung ausgebildet sind.
Da der Wärmeerzeugungsabschnitt, wie vorstehend beschrieben, ringförmig ausgebildet und so angeordnet ist, dass er den Tiegel umgibt, und Schlitze aufweist, die ausgehend von der Innen- und Außenseite des Wärmeerzeugungsabschnitts in horizontaler Richtung ausgebildet sind, kann zum Beispiel ein plattenartiger Wärmeerzeugungsabschnitt mit einer Dicke von 30 mm oder weniger gebildet werden, und im Vergleich zu einem herkömmlichen Wärmeerzeugungsabschnitt kann dieser extrem dünn ausgelegt werden. Dadurch wird es möglich, eine obere Heizeinrichtung zur Verwendung bei der Herstellung eines Einkristalls bereitzustellen, wobei mit der oberen Heizeinrichtung eine Wärmeerzeugungsverteilung lokal in vertikaler Richtung konzentriert werden kann. Im Ergebnis ist es möglich, den thermischen Einfluss der oberen Heizeinrichtung auf die Konvektion der Siliziumschmelze zu reduzieren und durch eine wirksame Kontrolle der Gitterfehler einen qualitativ hochwertigen Einkristall herzustellen.
Dabei ist es bevorzugt, dass die obere Heizeinrichtung zusätzlich zu den Elektroden Scheinelektroden aufweist, die so angeordnet sind, dass sie den Wärmeerzeugungsabschnitt der oberen Heizeinrichtung von unten stützen, wobei die Scheinelektroden jeweils in einer Position unter einem Winkel von 90 Grad zu den Elektroden in Umfangsrichtung angeordnet sind.
Da wie vorstehend beschrieben die obere Heizeinrichtung zusätzlich zu den Elektroden über Scheinelektroden verfügt, die so angeordnet sind, dass sie den Wärmeerzeugungsabschnitt der oberen Heizeinrichtung von unten stützen, wobei die Scheinelektroden jeweils in einer Position unter einem Winkel von 90 Grad zu den Elektroden in Umfangsrichtung angeordnet sind, ist es möglich zu verhindern, dass sich der Wärmeerzeugungsabschnitt durch das Gewicht der oberen Heizeinrichtung selbst oder aufgrund von äußeren Kräften verformt. Deshalb ist es möglich, eine obere Heizeinrichtung zur Verwendung bei der Herstellung eines Einkristalls zur Verfügung zu stellen, wobei verhindert werden kann, dass sich an der oberen Heizeinrichtung eine Entladung oder ein technischer Defekt bildet, weil sich die obere Heizeinrichtung zu nahe am anderen Teil befindet, zum Beispiel zu nahe an einer Graphitheizeinrichtung, die im unteren Teil angeordnet ist.
Dabei ist der Wärmeerzeugungsabschnitt vorzugsweise aus einem Kohlefaser-Verbundmaterial gebildet.
Da der Wärmeerzeugungsabschnitt wie vorstehend beschrieben aus einem Kohlefaser-Verbundmaterial gebildet ist, ist es möglich, ein Material zu verwenden, das eine höhere Biegefestigkeit als isotropes Graphit hat, das herkömmlicherweise verwendet wird. Dadurch kann eine obere Heizeinrichtung zur Verwendung bei der Herstellung eines Einkristalls zur Verfügung gestellt werden, wobei die obere Heizeinrichtung dünner ausgelegt sein kann.
Des Weiteren ist es bevorzugt, dass der Wärmerzeugungsabschnitt so ausgebildet ist, dass die Breite der Schlitze an der Innenseite sich von der Breite der Schlitze an der Außenseite unterscheidet, so dass eine Wärmeerzeugungsverteilung des Wärmeerzeugungsabschnitts einen Sollwert annimmt.
Da der Wärmeerzeugungsabschnitt wie vorstehend beschrieben so ausgebildet ist, dass die Breite der Schlitze an der Innenseite sich von der Breite der Schlitze an der Außenseite unterscheidet, um eine Wärmeerzeugungsverteilung einen Sollwert annehmen zu lassen, ist es beispielsweise möglich, den Wärmeerzeugungsabschnitt an seiner Innenseite eine größere Wärmemenge erzeugen zu lassen als an seiner Außenseite. Dadurch wird es möglich, dass eine obere Heizeinrichtung zur Verwendung bei der Herstellung eines Einkristalls zur Verfügung gestellt wird, wobei sich mit der oberen Heizeinrichtung eine Wärmeerzeugungsverteilung lokal in vertikaler Richtung zuverlässig konzentrieren lässt.
Des Weiteren ist es bei der oberen Heizeinrichtung der vorliegenden Erfindung zur Verwendung bei der Herstellung eines Einkristalls bevorzugt, dass bei der Herstellung des Einkristalls mit des ein horizontales Magnetfeld anwendenden CZ-Verfahrens, bei dem ein Einkristall nach oben gezogen wird, während ein horizontales Magnetfeld an die Siliziumschmelze durch eine Magnetfeld-Beaufschlagungsvorrichtung angelegt ist, die Elektroden der oberen Heizeinrichtung, denen ein Strom zugeführt wird, in vertikalen Positionen in Bezug auf eine Richtung einer Magnetlinie angeordnet sind, die die Spulenmitten des horizontalen Magnetfelds verbindet, das von der Magnetfeld-Beaufschlagungsvorrichtung angelegt wird, und die Polaritäten der Elektroden so angeordnet sind, dass die obere Heizeinrichtung nach unten gerichtete, vom horizontalen Magnetfeld stammende Kräfte erfährt.
Da wie vorstehend beschrieben bei der Herstellung eines Einkristalls mittels des ein horizontales Magnetfeld anwendenden CZ-Verfahrens, bei dem ein Einkristall nach oben gezogen wird, während ein horizontales Magnetfeld an die Siliziumschmelze durch eine Magnetfeld-Beaufschlagungsvorrichtung angelegt ist, die Elektroden der oberen Heizeinrichtung in vertikalen Positionen in Bezug auf eine Richtung einer Magnetlinie angeordnet sind, die die Spulenmitten des horizontalen Magnetfelds verbindet, das von der Magnetfeld-Beaufschlagungsvorrichtung angelegt wird, und die Polaritäten der Elektroden so angeordnet sind, dass die obere Heizeinrichtung nach unten gerichtete, vom horizontalen Magnetfeld stammende Kräfte erfährt, ist es möglich, die Kraft auf die obere Heizeinrichtung vertikal nach unten wirken zu lassen. Dadurch wird es möglich, eine Verformung des Wärmeerzeugungsabschnitts durch Abstützen der oberen Heizeinrichtung von unten zu verhindern.
Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung eine Einkristall-Herstellungsanlage zur Verfügung, die mit mindestens der oberen Heizeinrichtung zur Verwendung bei der Herstellung eines Einkristalls ausgestattet ist, wobei es sich bei der oberen Heizeinrichtung um eine beliebige der vorstehend genannten handelt.
Da die Einkristall-Herstellungsanlage wie vorstehend beschrieben mit der oberen Heizeinrichtung zur Verwendung bei der Herstellung eines Einkristalls zur Verfügung gestellt wird, wobei es sich bei der oberen Heizeinrichtung um eine beliebige der vorstehend genannten handelt, kann die Einkristall-Herstellungsanlage als Anlage bereitgestellt werden, mit der sich der thermische Einfluss der oberen Heizeinrichtung auf die Konvektion der Siliziumschmelze reduzieren und unter effizienter Kontrolle von Gitterfehlern ein qualitativ hochwertiger Einkristall herstellen lässt.
Dabei ist es bevorzugt, dass die Einkristall-Herstellungsanlage zumindest umfasst: einen Tiegel, der die Siliziumschmelze enthält; einen Kühlzylinder, der einen Einkristall kühlt, welcher aus dem Tiegel nach oben gezogen wird; und eine Wärmeabschirmung, die die Wärme an der Oberfläche der Siliziumschmelze hält und so angeordnet ist, dass sie der Siliziumschmelze zugewandt ist, wobei die Wärmeabschirmung außerhalb eines unteren Endes eines Graphitzylinders angeordnet ist, der in einem unteren Teil des Kühlzylinders vorgesehen ist, wobei die obere Heizeinrichtung derart angeordnet ist, dass sich während des Wachstums des Einkristalls die Unterseite der oberen Heizeinrichtung über der Oberfläche der Siliziumschmelze befindet, und die Oberseite der oberen Heizeinrichtung unterhalb des Bodens der Wärmeabschirmung liegt.
Da wie vorstehend beschrieben die obere Heizeinrichtung so angeordnet ist, dass sich während des Wachstums des Einkristalls die Unterseite der oberen Heizeinrichtung über der Oberfläche der Siliziumschmelze befindet und die Oberseite der oberen Heizeinrichtung unterhalb des Bodens der Wärmeabschirmung liegt, kann die Einkristall-Herstellungsanlage als Einkristall-Herstellungsanlage zur Verfügung gestellt werden, mit der sich der Wirkungsgrad der Wärmeübertragung zur Seite des Einkristalls hin steigern und der thermische Einfluss der oberen Heizeinrichtung auf die Siliziumschmelze reduzieren lässt. Außerdem kann die im unteren Teil der oberen Heizeinrichtung platzierte Graphitheizeinrichtung im Vergleich zu der herkömmlichen Position in einer oberen Position angeordnet werden, und das Wärmeerzeugungszentrum der Graphitheizeinrichtung im Vergleich zu der herkömmlichen Position in einer oberen Position relativ zur Siliziumschmelze angeordnet werden. Dadurch kann eine Einkristall-Herstellungsanlage zur Verfügung gestellt werden, mit der sich ein qualitativ hochwertiger Einkristall herstellen lässt, indem Gitterfehler wirksam unter Kontrolle gehalten werden und die Steuerbarkeit der Sauerstoffkonzentration verbessert wird.
Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass die Einkristall-Herstellungsanlage mindestens eine Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung umfasst, die ein horizontales Magnetfeld an die Siliziumschmelze anlegt, und einen Einkristall mittels des ein horizontales Magnetfeld anwendendes CZ-Verfahrens erzeugt, bei dem der Einkristall nach oben gezogen wird, während das horizontale Magnetfeld von der Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung angelegt wird.
Da wie vorstehend beschrieben die Einkristall-Herstellungsanlage mindestens eine Magnetfeld-Erzeugungsanlage umfasst, die ein horizontales Magnetfeld an die Siliziumschmelze anlegt und verwendet wird, wenn ein Einkristall mittels des ein horizontales Magnetfeld anwendendes CZ-Verfahrens hergestellt wird, bei dem der Einkristall nach oben gezogen wird, während das horizontale Magnetfeld von der Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung angelegt wird, kann eine Anlage bereitgestellt werden, mit der ein Einkristall unter zuverlässiger Unterdrückung der Konvektion der Siliziumschmelze und wirksamer Kontrolle von Gitterfehlern hergestellt werden kann.
Die Einkristall-Herstellungsanlage der vorliegenden Erfindung kann ferner verwendet werden, wenn ein im Durchmesser großer Einkristall mit einem Durchmesser von 300 mm oder darüber hergestellt wird.
Wenn die Anlage wie vorstehend beschrieben bei der Herstellung eines im Durchmesser großen Einkristalls mit einem Durchmesser von 300 mm oder mehr verwendet wird, kann sie als Anlage bereitgestellt werden, mit der sich ein im Durchmesser großer und qualitativ hochwertiger Einkristall herstellen lässt.
Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls bereit, wobei bei diesem Verfahren ein Einkristall nach dem Czochralski-Verfahren unter Verwendung der Einkristall-Herstellungsanlage hergestellt wird, die zumindest mit der oberen Heizeinrichtung zur Verwendung bei der Herstellung eines Einkristalls ausgestattet ist, wobei es sich bei der oberen Heizeinrichtung um eine beliebige der vorstehend genannten handelt.
Wenn wie vorstehend beschrieben ein Einkristall mittels des Czochralski-Verfahrens unter Verwendung der Einkristall-Herstellungsanlage hergestellt wird, die mit der oberen Heizeinrichtung der vorliegenden Erfindung zur Verwendung bei der Herstellung eines Einkristalls versehen ist, kann ein qualitativ hochwertiger Einkristall hergestellt werden, dessen Gitterfehler wirksam unterdrückt werden und dessen Sauerstoffkonzentration mit hoher Genauigkeit gesteuert wird.
Dabei ist es bei einem Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls mittels des Czochralski-Verfahrens unter Verwendung der Einkristall-Herstellungsanlage, die zumindest umfasst: einen Tiegel, der die Siliziumschmelze enthält; einen Kühlzylinder, der einen Einkristall kühlt, welcher aus dem Tiegel nach oben gezogen wird; und eine Wärmeabschirmung, die die Wärme an der Oberfläche der Siliziumschmelze hält und so angeordnet ist, dass sie der Siliziumschmelze zugewandt ist, wobei die Wärmeabschirmung außerhalb eines unteren Endes eines Graphitzylinders angeordnet ist, der in einem unteren Teil des Kühlzylinders vorgesehen ist, wobei bei der Einkristall-Herstellungsanlage die obere Heizeinrichtung derart angeordnet ist, dass sich während des Wachstums des Einkristalls die Unterseite der oberen Heizeinrichtung über der Oberfläche der Siliziumschmelze befindet und die Oberseite der oberen Heizeinrichtung unterhalb des Bodens der Wärmeabschirmung liegt, bevorzugt, dass ein gerader Hauptteil des Einkristalls mit konstantem Durchmesser gezogen wird, indem der Einkristall nach oben gezogen wird und dann die Leistung der oberen Heizeinrichtung allmählich reduziert wird, bis ein oberer Teil des geraden Hauptteils einen unteren Endteil des Kühlzylinders erreicht.
Indem wie vorstehend beschrieben ein gerader Hauptteil durch ziehen eines Einkristalls nach oben und allmähliches Reduzieren der Leistung der oberen Heizeinrichtung gebildet wird, bis der obere Teil des geraden Hauptteils den unteren Endteil des Kühlzylinders erreicht, kann eine plötzliche Reduzierung des Temperaturgradienten im Einkristall verhindert werden, die durch eine Reduzierung des Temperaturgradienten nahe einer Kristallgrenzfläche der ersteren Hälfte des geraden Hauptteils verursacht ist, und kann die Ziehrate für die erstere Hälfte des geraden Hauptteils stabilisiert werden. Dadurch kann der V/G-Wert mit hoher Genauigkeit gesteuert werden. Im Ergebnis ist es möglich, einen Einkristall mit höherer Qualität herzustellen, der 50 kontrolliert wird, dass er eine gleichbleibende Qualität hat.
Wie vorstehend beschrieben wurde, ist bei der oberen Heizeinrichtung der vorliegenden Erfindung zur Verwendung bei der Herstellung eines Einkristalls der Wärmeerzeugungsabschnitt ringförmig ausgebildet und so angeordnet, dass er den Tiegel umgibt; außerdem weist er Schlitze auf, die ausgehend von der Innen- und Außenseite des Wärmeerzeugungsabschnitts in horizontaler Richtung gebildet sind. Dadurch wird es möglich, den thermischen Einfluss der oberen Heizeinrichtung auf die Konvektion der Siliziumschmelze zu reduzieren und einen Einkristall herzustellen, bei dem Gitterfehler wirksam unter Kontrolle gehalten werden. Außerdem ist es mit der Einkristall-Herstellungsanlage, die mit einer derartigen oberen Heizeinrichtung zur Verwendung bei der Herstellung eines Einkristalls ausgestattet ist, möglich, Gitterfehler wirksam zu unterdrücken und die Steuerbarkeit der Sauerstoffkonzentration zu verbessern, wodurch ein qualitativ hochwertiger Einkristall hergestellt werden kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung einer oberen Heizeinrichtung der vorliegenden Erfindung zur Verwendung bei der Herstellung eines Einkristalls.
2 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für Schlitze eines Wärmeerzeugungsabschnitts der oberen Heizeinrichtung der vorliegenden Erfindung zur Verwendung bei der Herstellung eines Einkristalls zeigt.
3 ist eine Darstellung, die zeigt, wie die obere Heizeinrichtung durch die Kraft von einem horizontalen Magnetfeld verformt wird.
4 ist eine Darstellung, die eine Einkristall-Herstellungsanlage zeigt, die mit der oberen Heizeinrichtung der vorliegenden Erfindung zur Verwendung bei der Herstellung eines Einkristalls versehen ist.
5 ist ein Diagramm, das die Länge eines geraden Hauptteils und die Sauerstoffkonzentration in einem Einkristall für Beispiele und Vergleichsbeispiele zeigt.
6 ist ein Diagramm, das die Länge eines geraden Hauptteils sowie die Leistung der oberen Heizeinrichtung für Beispiele und Vergleichsbeispiele zeigt.
7 gibt Daten an, die einen Bereich in einer Richtung der Länge eines geraden Hauptteils zeigen, in welchem die gesamte Ebene zu einem N-Bereich geworden ist, und zwar für Beispiel 1, Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 1.
8 ist eine Darstellung, die eine Einkristall-Herstellungsanlage zeigt, in welcher eine herkömmliche einstufige Heizeinrichtung verwendet wird.
9 ist eine Darstellung, die eine Einkristall-Herstellungsanlage zeigt, bei der eine herkömmliche zweistufige Heizeinrichtung verwendet wird.
BESTE ART(EN) ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung genauer beschrieben.
Wie vorstehend beschrieben, wurde bereits eine Anlage offenbart, bei der eine Graphitheizeinrichtung zum Schmelzen von Siliziumrohstoff einen zweistufigen Aufbau hat und aus einer oberen und einer unteren Heizeinrichtung gebildet ist. Die Sauerstoffkonzentration in einem Kristall nimmt jedoch in unerwünschter Weise zu, weil die Position der unteren Heizeinrichtung im Vergleich zu einem herkömmlichen Aufbau mit einstufiger Heizeinrichtung tiefer liegt als die Siliziumschmelze. Außerdem hat die erstere Hälfte eines geraden Hauptteils einen großen G-Wert, und es ist schwierig, den Wert von V/G so zu steuern, dass er einen Wert annimmt, an dem eine bestimmte Kristallqualität erhalten werden kann.
Daher haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung in Erwägung gezogen, die Höhe eines Wärmeerzeugungsabschnitts der oberen Heizeinrichtung so gering wie möglich auszulegen, und haben versucht, einen Wärmeerzeugungsabschnitt zu erhalten, der als plattenartiger Ring mit Schlitzen in horizontaler Richtung von innen und außen ausgebildet ist.
Im Ergebnis konnten die Erfinder die Dicke des Wärmeerzeugungsabschnitts im Vergleich zu einem herkömmlichen Wärmeerzeugungsabschnitt extrem dünn gestalten, wie beispielsweise 30 mm oder darunter, und die Wärmeerzeugungsverteilung lokal in vertikaler Richtung konzentrieren.
Außerdem ist festgestellt worden, dass es bei einer Einkristall-Herstellungsanlage, die mit der oberen Heizeinrichtung, einem die Siliziumschmelze enthaltenden Tiegel, einem Kühlzylinder, der einen aus dem Tiegel nach oben gezogenen Einkristall kühlt, und einer Wärmeabschirmung ausgestattet ist, die die Wärme an der Oberfläche der Siliziumschmelze hält und so angeordnet ist, dass sie der Siliziumschmelze zugewandt ist, wobei die Wärmeabschirmung außerhalb des unteren Endes eines im unteren Teil des Kühlzylinders vorgesehenen Graphitzylinders angeordnet ist, möglich ist, den Wirkungsgrad der Wärmeübertragung auf die Seite des Einkristalls zu erhöhen, Gitterfehler im Einkristall unter Kontrolle zu halten und eine Zunahme der Sauerstoffkonzentration zu verhindern, indem die obere Heizeinrichtung so angeordnet wird, dass die Unterseite der oberen Heizeinrichtung während des Züchtens des Einkristalls über der Oberfläche der Siliziumschmelze liegt und die Oberseite der oberen Heizeinrichtung unterhalb des Bodens der Wärmeabschirmung liegt.
Darüber hinaus ist festgestellt worden, dass bei der Herstellung eines Einkristalls unter Verwendung der Einkristall-Herstellungsanlage ein Einkristall mit stabiler Qualität produziert werden kann, indem ein gerader Hauptteil eines Einkristalls mit konstantem Durchmesser gebildet wird, indem ein Einkristall nach oben gezogen und dann allmählich die Leistung der oberen Heizeinrichtung reduziert wird, bis der obere Teil des geraden Hauptteils den unteren Endteil des Kühlzylinders erreicht.
Die vorliegende Erfindung ist auf Grundlage der vorstehend genannten Erkenntnisse und Entdeckungen abgeschlossen worden. Nachstehend wird die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen ausführlicher beschrieben, wobei die vorliegende Erfindung jedoch nicht auf die nachfolgende Beschreibung beschränkt ist.
1 ist eine schematische Darstellung einer oberen Heizeinrichtung der vorliegenden Erfindung zur Verwendung bei der Herstellung eines Einkristalls.
Die obere Heizeinrichtung 1 zur Verwendung bei der Herstellung eines Einkristalls ist mit zwei Elektroden 2, denen ein Strom zugeführt wird, und einem Wärmeerzeugungsabschnitt 3 versehen, der Wärme mittels Widerstandsheizung erzeugt. Der Wärmeerzeugungsabschnitt 3 ist wie ein Ring mit einer Dicke von z. B. 30 mm oder weniger geformt und weist Schlitze 4 auf, die ausgehend von der Innenseite 6 und der Außenseite 7 in horizontaler Richtung gebildet sind. Dabei ist der ringförmige Wärmeerzeugungsabschnitt der vorliegenden Erfindung wie eine Platte geformt, deren Breite größer als deren Dicke ist.
Wie vorstehend beschrieben, kann der Wärmeerzeugungsabschnitt im Vergleich zu einem herkömmlichen extrem dünn ausgelegt werden und kann eine Wärmeerzeugungsverteilung lokal in vertikaler Richtung konzentriert werden. Dadurch wird es möglich, durch wirksame Kontrolle von Gitterfehlern einen qualitativ hochwertigen Einkristall herzustellen.
Außerdem ist es bevorzugt, wie in 1 gezeigt ist, dass die obere Heizeinrichtung 1 zur Verwendung bei der Herstellung eines Einkristalls zusätzlich zu den Elektroden 2 noch zwei Scheinelektroden 5 aufweist, die so angeordnet sind, dass sie den Wärmeerzeugungsabschnitt der oberen Heizeinrichtung von unten her abstützen, wobei die Scheinelektroden 5 jeweils in einer Position unter einem Winkel von 90 Grad zu den Elektroden 2 in Umfangsrichtung angeordnet sind.
Im Ergebnis kann verhindert werden, dass der Wärmerzeugungsabschnitt durch das eigene Gewicht des Wärmeerzeugungsabschnitts der oberen Heizeinrichtung, durch externe Kräfte von einem Magnetfeld oder dergleichen verformt wird. Daher ist es möglich, dass eine obere Heizeinrichtung zur Verwendung bei der Herstellung eines Einkristalls zur Verfügung gestellt wird, bei der verhindert ist, dass sich eine Entladung oder ein technischer Defekt dadurch ergibt, dass sie sich zu nahe am anderen Teil, beispielsweise zu nahe an einer Graphitheizeinrichtung befindet, die im unteren Teil angeordnet ist, wenn die obere Heizeinrichtung in der Einkristall-Herstellungsanlage verwendet wird. Es versteht sich von selbst, dass die Scheinelektroden elektrisch isoliert sein müssen.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass der Wärmeerzeugungsabschnitt 3 aus einem Kohlefaser-Verbundmaterial gebildet ist.
Dadurch kann ein Material mit einer höheren Biegefestigkeit als isotropes Graphit verwendet werden, das herkömmlicherweise verwendet wird, und es kann das Auftreten einer Verformung oder eines Bruchs noch zuverlässiger verhindert werden, selbst wenn der Wärmeerzeugungsabschnitt dünner ausgelegt wird.
Darüber hinaus ist es bevorzugt, den Wärmeerzeugungsabschnitt 3 auszubilden, indem man die Breite der von der Innenseite 6 her eingeschnittenen Schlitze 4 anders auslegt als die Breite der von der Außenseite 7 her eingeschnittenen Schlitze 4, so dass die Wärmeerzeugungsverteilung des Wärmeerzeugungsabschnitts einen Sollwert annimmt.
Dabei ist in 2 ein Beispiel für Schlitze des Wärmeerzeugungsabschnitts der oberen Heizeinrichtung der vorliegenden Erfindung zur Verwendung bei der Herstellung eines Einkristalls gezeigt. Wie in 2 beispielhaft gezeigt ist, kann dadurch, dass die Breite eines Schlitzes an der Außenseite des Wärmeerzeugungsabschnitts größer ausgelegt ist als die Breite eines Schlitzes an dessen Innenseite, der Wärmeerzeugungsabschnitt an dessen Innenseite eine größere Wärmemenge als an dessen Außenseite erzeugen. Dies ermöglicht die Bereitstellung einer oberen Heizeinrichtung zur Verwendung bei der Herstellung eines Einkristalls, wobei die obere Heizeinrichtung eine Wärmeerzeugungsverteilung lokal in vertikaler Richtung zuverlässig konzentrieren kann. Es versteht sich von selbst, dass es bei der vorliegenden Erfindung je nach Verwendungszweck möglich ist, die Schlitze an der Innenseite und die Schlitze an der Außenseite mit derselben Breite herzustellen, oder die Breite der Schlitze an der Innenseite größer als die Breite der Schlitze an der Außenseite auszulegen.
Wenn ein Einkristall mittels des ein horizontales Magnetfeld anwendendes CZ-Verfahrens hergestellt wird, bei dem ein Einkristall nach oben gezogen wird, während ein horizontales Magnetfeld an die Siliziumschmelze durch eine Magnetfeld-Beaufschlagungsvorrichtung angelegt ist, ist es darüber hinaus bevorzugt, die Elektroden 2 der oberen Heizeinrichtung 1, die mit Strom versorgt werden, in vertikalen Positionen in Bezug auf eine Richtung einer Magnetlinie anzuordnen, die die Spulenmitten des horizontalen Magnetfelds verbindet, das von der Magnetfeld-Beaufschlagungsvorrichtung angelegt ist, und die Polaritäten der Elektroden 2 so anzuordnen, dass die obere Heizeinrichtung nach unten gerichtete, vom horizontalen Magnetfeld stammende Kräfte erfährt.
In 3 ist veranschaulicht, wie die obere Heizeinrichtung durch die Kraft vom horizontalen Magnetfeld verformt wird. Wie in 3 gezeigt ist, liegen die Polaritäten der Elektroden so, dass die obere Heizeinrichtung nach unten gerichtete, vom Horizontalmagnetfeld stammende Kräfte erfährt, wobei der Wärmeerzeugungsabschnitt der oberen Heizeinrichtung von unten her beispielsweise mittels der Scheinelektroden abgestützt werden kann. Dadurch kann verhindert werden, dass sich der Wärmeerzeugungsabschnitt verformt.
Als Nächstes ist in 4 eine Einkristall-Herstellungsanlage gezeigt, die mit der oberen Heizeinrichtung der vorliegenden Erfindung zur Verwendung bei der Herstellung eines Einkristalls ausgestattet ist.
Die Einkristall-Herstellungsanlage 10 weist ein Element zum Schmelzen von darin enthaltenem polykristallinem Silizium, Isoliermaterial zur Wärmeisolierung und dergleichen auf, und diese Elemente sind in einer Hauptkammer 11 untergebracht. Am Deckenbereich der Hauptkammer 11 schließt sich eine nach oben erstreckende Ziehkammer 12 an, und oberhalb der Ziehkammer 12 ist ein Ziehmechanismus 27 vorgesehen, der einen Einkristall 13 mittels eines Drahts 14 nach oben zieht.
Innerhalb der Hauptkammer 11 sind ein Quarztiegel 16, der eine geschmolzene Siliziumschmelze 15 enthält, und ein Graphittiegel 17 angeordnet, der den Quarztiegel 16 haltert, und die Tiegel 16 und 17 werden durch eine Welle 18 derart gestutzt, dass sich die Tiegel 16 und 17 drehen und nach oben und unten bewegen können.
Zusätzlich ist eine Graphitheizeinrichtung 19 zum Schmelzen von Siliziumrohstoff so angeordnet, dass sie die Tiegel 16 und 17 umgibt. Außerhalb der Graphitheizeinrichtung 19 ist ein Isoliermaterial 20 so vorgesehen, dass es die Graphitheizeinrichtung 19 umgibt, um zu verhindern, dass die Wärme von der Graphitheizeinrichtung 19 direkt auf die Hauptkammer 11 abgestrahlt wird.
Des Weiteren sind ein Kühlzylinder 21, der den nach oben gezogenen Einkristall kühlt, und in dessen unterem Teil ein Graphitzylinder 22 vorgesehen, wodurch der nach oben gezogene Einkristall gekühlt werden kann, indem Kühlgas durch die Zylinder nach unten geleitet wird. Zusätzlich ist außerhalb des unteren Endes des Graphitzylinders 22 eine Wärmeabschirmung 23 so vorgesehen, dass sie der Siliziumschmelze 15 zugewandt ist, um Strahlung von der Oberfläche der Schmelze abzufangen und die Wärme an der Oberfläche der Siliziumschmelze zu halten.
Darüber hinaus ist die obere Heizeinrichtung 24 derart angeordnet, dass sich während des Wachstums des Einkristalls 13 die Unterseite der oberen Heizeinrichtung oberhalb der Oberfläche der Siliziumschmelze befindet, und die Oberseite der oberen Heizeinrichtung 24 unterhalb des Bodens der Wärmeabschirmung 23 liegt.
Dadurch, dass die obere Heizeinrichtung wie vorstehend beschrieben derart angeordnet wird, dass die obere Heizeinrichtung während des Wachstums des Einkristalls oberhalb der Oberfläche der Siliziumschmelze und unterhalb des Bodens der Wärmeabschirmung liegt, ist es möglich, eine Einkristall-Herstellungsanlage bereitzustellen, mit der sich der Wirkungsgrad der Wärmeübertragung auf die Seite des Einkristalls verbessern lässt.
Da es möglich ist, die im unteren Teil der oberen Heizeinrichtung 24 befindliche Graphitheizeinrichtung 19 in einer im Vergleich mit der herkömmlichen Position oberen Position anzuordnen und das Wärmeerzeugungszentrum der Graphitheizeinrichtung 19 in einer im Vergleich mit der herkömmlichen Position oberen Position relativ zur Siliziumschmelze (in einer beabsichtigten Position) anzuordnen, ist es außerdem möglich, die Steuerung der Sauerstoffkonzentration zu erleichtern und eine Einkristall-Herstellungsanlage mit verbesserter Steuerbarkeit in Bezug auf die Sauerstoffkonzentration bereitzustellen. Die herkömmliche obere Heizeinrichtung ist vertikal gesehen hoch, und die Position, in der die Graphitheizeinrichtung angeordnet werden kann, ist stark eingeschränkt. Mit einer dünnen, ringförmigen oberen Heizeinrichtung wie bei der vorliegenden Erfindung besteht jedoch nahezu keine Beschränkung im Hinblick auf die Position, in der die Graphitheizeinrichtung angeordnet wird.
Darüber hinaus ist die Einkristall-Herstellungsanlage der vorliegenden Erfindung mit einer Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung ausgestattet, durch die ein horizontales Magnetfeld an die Siliziumschmelze angelegt wird und die für die Herstellung eines Einkristalls mittels des ein horizontales Magnetfeld anwendendes CZ-Verfahrens verwendet werden kann, bei dem ein Einkristall nach oben gezogen wird, während ein horizontales Magnetfeld durch die Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung angelegt wird.
Dadurch wird es möglich, eine Anlage bereitzustellen, mit der ein Einkristall hergestellt werden kann, indem die Konvektion der Siliziumschmelze zuverlässig unterbunden und Gitterfehler wirksamer unter Kontrolle gehalten werden.
Darüber hinaus kann die Einkristall-Herstellungsanlage der vorliegenden Erfindung verwendet werden, wenn ein im Durchmesser großer Einkristall mit einem Durchmesser von 300 mm oder mehr hergestellt wird.
Dadurch wird es möglich, eine Anlage zur Verfügung zu stellen, mit der ein im Durchmesser großer und qualitativ hochwertiger Einkristall mit einem Durchmesser von 300 mm oder mehr unter Beherrschung der Gitterfehler hergestellt werden kann.
Bei einem Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung eines Einkristalls wird ein Einkristall produziert, indem er in der nachstehend beschriebenen Art unter Verwendung der in 4 gezeigten Einkristall-Herstellungsanlage 10 nach oben gezogen wird.
Zuerst wird polykristallines Silizium in den Quarztiegel 16 gefüllt, und der Tiegel 16 wird durch die Graphitheizeinrichtung 19 und die obere Heizeinrichtung 24 erwärmt, wodurch das polykristalline Silizium im Quarztiegel 16 geschmolzen wird. Außerdem wird ein Impfkristall 25, der am unteren Ende des Drahts 14 gehalten ist, in die Siliziumschmelze 15 eingetaucht, bei der es sich um das geschmolzene polykristalline Silizium handelt, und der Impfkristall 25 wird dann unter Drehung nach oben gezogen. Auf diese Weise wächst unterhalb des Impfkristalls 25 ein Einkristall 13 mit bestimmtem Durchmesser und bestimmter Qualität heran.
Dabei ist es bevorzugt, einen geraden Hauptteil 26 des Einkristalls 13 mit konstantem Durchmesser zu bilden und dann die Leistung der oberen Heizeinrichtung 24 allmählich zu reduzieren, bis der obere Teil des geraden Hauptteils 26 den unteren Endteil des Kühlzylinders 21 erreicht, wie in 4 gezeigt ist.
Da eine plötzliche Reduzierung des Temperaturgradienten am Einkristall verhindert werden kann, der durch eine Verringerung des Temperaturgradienten nahe einer Kristallgrenzfläche der ersteren Hälfte eines geraden Hauptteils verursacht wird, und die Ziehrate der ersteren Hälfte des geraden Hauptteils stabilisiert werden kann, ist es dadurch möglich, V/G mit hoher Genauigkeit zu steuern. Dadurch wird es möglich, einen Einkristall mit höherer Qualität herzustellen, der so gesteuert wird, dass er eine gleichbleibende Qualität aufweist.
Als Nächstes wird die vorliegende Erfindung ausführlicher auf der Grundlage von Beispielen und Vergleichsbeispielen beschrieben, wobei die vorliegende Erfindung jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt ist.
(Beispiel 1)
Zunächst wurde zur Herstellung eines Einkristalls mit einem Zieldurchmesser von 300 mm die in 4 gezeigte Einkristall-Herstellungsanlage 10 verwendet, und es wurde eine Siliziumschmelze 15 gebildet, indem ein Quarztiegel 16 mit einem Außendurchmesser von 909 mm mit 450 kg polykristallinem Silizium gefüllt wurde und das polykristalline Silizium dann geschmolzen wurde, indem eine Graphitheizeinrichtung 19 und eine obere Heizeinrichtung 24 mit Strom versorgt wurden. Dann wurde ein Impfkristall 25 in die Siliziumschmelze 15 eingetaucht, und ein Einkristall 13 wurde nach oben gezogen, indem er mittels des Drahts 14 in einer Richtung gedreht wurde, die zur Drehrichtung der Tiegel 16 und 17 entgegengesetzt war.
Dabei wurde, wie in 6 gezeigt ist, die Leistung der oberen Heizeinrichtung 24 konstant gehalten.
Außerdem wurden die Sauerstoffkonzentration und die Gitterfehler des so hergestellten Einkristalls gemessen.
(Beispiel 2)
Im Verlauf des Wachstums des Einkristalls gemäß dem oben beschriebenen Beispiel 1 wurde ein gerader Hauptteil 26 gebildet, und ein Einkristall wurde nach oben gezogen, während gleichzeitig eine Wechselsteuerung so ausgeführt wurde, dass die Leistung der oberen Heizeinrichtung 24 allmählich reduziert wurde, wie in 6 gezeigt, bis der obere Teil des geraden Hauptteils 26 den unteren Endteil des Kühlzylinders 21 erreichte. Es wurden die Sauerstoffkonzentration sowie die Gitterfehler des so hergestellten Einkristalls bestimmt.
(Vergleichsbeispiel 1)
Anders als bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel 1 wurde die in 8 gezeigte Einkristall-Herstellungsanlage verwendet, wobei bei dieser Anlage die herkömmliche einstufige Heizeinrichtung verwendet wurde, und die Siliziumschmelze wurde durch Schmelzen von polykristallinem Silizium gebildet. Daraufhin wurde ein Impfkristall in die Siliziumschmelze eingetaucht, und es wurde ein Einkristall nach oben gezogen, indem er mittels eines Drahts in einer Richtung gedreht wurde, die zur Drehrichtung des Tiegels entgegengesetzt war. Dann wurden die Sauerstoffkonzentration sowie die Gitterfehler des so hergestellten Einkristalls gemessen.
(Vergleichsbeispiel 2)
Im Gegensatz zu dem vorstehend beschriebenen Beispiel 1 wurde die in 9 gezeigte Einkristall-Herstellungsanlage verwendet, wobei bei dieser Anlage die herkömmliche zweistufige Heizeinrichtung eingesetzt wurde, und es wurde eine Siliziumschmelze durch Schmelzen von polykristallinem Silizium gebildet. Dann wurde ein Impfkristall in die Siliziumschmelze eingetaucht, und es wurde ein Einkristall nach oben gezogen, indem er mittels eines Drahts in eine Richtung gedreht wurde, die zur Drehrichtung des Tiegels entgegengesetzt war.
Dabei wurde, wie in 6 gezeigt ist, die Leistung der oberen Heizeinrichtung allmählich wie im Beispiel 2 reduziert. Außerdem wurden die Sauerstoffkonzentration sowie die Gitterfehler des so hergestellten Einkristalls gemessen.
Bei 5 handelt es sich um ein Diagramm, das die Länge eines geraden Hauptteils sowie die Sauerstoffkonzentration in einem Einkristall in den Beispielen und Vergleichsbeispielen zeigt. 6 ist ein Diagramm, das die Länge eines geraden Hauptteils und die Leistung der oberen Heizeinrichtung in den Beispielen und Vergleichsbeispielen zeigt. Weiterhin sind in 7 Daten dargestellt, die einen Bereich in einer Richtung der Länge eines geraden Hauptteils zeigen, in welchem die gesamte Ebene zu einem N-Bereich wurde, und zwar für Beispiel 1, Beispiel 2 und das Vergleichsbeispiel 1.
5 zeigt, dass bei Beispiel 1 die Sauerstoffkonzentration so gesteuert werden kann, dass sie nahezu der Sauerstoffkonzentration wie bei Vergleichsbeispiel 1 entspricht, und anders als beim Vergleichsbeispiel 2 steigt die Sauerstoffkonzentration nicht an. Des Weiteren ist bei Beispiel 2 die Sauerstoffkonzentration in der ersteren Hälfte des geraden Hauptteils niedriger als bei Vergleichsbeispiel 1 und Beispiel 1, und kann so gesteuert werden, dass sie konstanter ist.
Wie anhand von 7 deutlich wird, hat beim Züchten eines Einkristalls durch die zweistufige Heizeinrichtung der vorliegenden Erfindung die erstere Hälfte des geraden Hauptteils darüber hinaus einen kleineren G-Wert im Vergleich zum Züchten eines Einkristalls durch die herkömmliche einstufige Heizvorrichtung, und die Ziehrate, bei der ein Bereich zu einem N-Bereich wird, wird ab der ersteren Hälfte des geraden Hauptteils stabil. Dadurch wird es möglich, die Länge eines geraden Hauptteils, bei dem die gesamte Ebene zu einem N-Bereich wird, größer werden zu lassen.
Wie vorstehend beschrieben, kann durch den Einsatz der oberen Heizeinrichtung der vorliegenden Erfindung zur Verwendung bei der Herstellung eines Einkristalls im Gegensatz zur herkömmlichen zweistufigen Heizeinrichtung verhindert werden, dass die Sauerstoffkonzentration im Einkristall ansteigt. Außerdem kann durch Ziehen eines Einkristalls nach oben unter allmählicher Verringerung der Leistung der oberen Heizeinrichtung ein Anstieg der Sauerstoffkonzentration der ersteren Hälfte des geraden Hauptteils verhindert und gleichzeitig ein Einkristall mit bestimmten Gitterfehlern erhalten werden.
Wie vorstehend beschrieben, ist es mit der oberen Heizeinrichtung der vorliegenden Erfindung zur Verwendung bei der Herstellung eines Einkristalls möglich, eine obere Heizeinrichtung zur Verwendung bei der Herstellung eines Einkristalls zur Verfügung zu stellen, mit der die Gitterfehler eines Einkristalls wirksam unter Kontrolle halten werden können. Zusätzlich können mit der Einkristall-Herstellungsanlage der vorliegenden Erfindung Gitterfehler effizient kontrolliert werden, die Steuerbarkeit der Sauerstoffkonzentration kann verbessert werden, und es kann ein Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls bereitgestellt werden, mit dem sich unter Einsatz der Einkristall-Herstellungsanlage ein qualitativ hochwertiger Einkristall herstellen lässt.
Es ist davon auszugehen, dass die vorliegende Erfindung in keiner Weise durch ihre vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt ist. Bei der obigen Ausführungsform handelt es sich lediglich um ein Beispiel, und alles, was im Wesentlichen denselben Aufbau wie das in den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung dargelegte technische Konzept hat und ähnliche Funktionsweisen und Vorteile bietet, fällt in den technischen Umfang der vorliegenden Erfindung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 6-183876 [0007]
JP 2001-261482 [0008]

Claims

Obere Heizeinrichtung zur Verwendung bei der Herstellung eines Einkristalls, wobei an der oberen Heizeinrichtung zumindest Elektroden, denen ein Strom zugeführt wird, und ein Wärmeerzeugungsabschnitt vorgesehen sind, der Wärme durch Widerstandsheizung erzeugt, wobei die obere Heizeinrichtung bei Herstellung eines Einkristalls mittels des Czochralski-Verfahrens verwendet wird, und die obere Heizeinrichtung oberhalb einer Graphitheizeinrichtung angeordnet ist, die so angeordnet ist, dass sie einen Tiegel umgibt, der eine Siliziumschmelze enthält, wobei der Wärmeerzeugungsabschnitt ringförmig ausgebildet und so angeordnet ist, dass er den Tiegel umgibt, und Schlitze aufweist, die ausgehend von der Innenseite und der Außenseite des Wärmeerzeugungsabschnitts in horizontaler Richtung gebildet sind.
Obere Heizeinrichtung zur Verwendung bei der Herstellung eines Einkristalls nach Anspruch 1, wobei die obere Heizeinrichtung zusätzlich zu den Elektroden Scheinelektroden aufweist, die so angeordnet sind, dass sie den Wärmeerzeugungsabschnitt der oberen Heizeinrichtung von unten stützen, wobei die Scheinelektroden jeweils in einer Position unter einem Winkel von 90 Grad zu den Elektroden in der Umfangsrichtung angeordnet sind.
Obere Heizeinrichtung zur Verwendung bei der Herstellung eines Einkristalls nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Wärmeerzeugungsabschnitt aus einem Kohlefaser-Verbundmaterial gebildet ist.
Obere Heizeinrichtung zur Verwendung bei der Herstellung eines Einkristalls nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Wärmeerzeugungsabschnitt gebildet wird, indem die Breite der Schlitze an der Innenseite anders ausgelegt ist als die Breite der Schlitze an der Außenseite, so dass eine Wärmeerzeugungsverteilung des Wärmeerzeugungsabschnitts einen Sollwert annimmt.
Obere Heizeinrichtung zur Verwendung bei der Herstellung eines Einkristalls nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei bei Herstellung eines Einkristalls mittels des ein horizontales Magnetfeld anwendendes CZ-Verfahren, bei dem ein Einkristall nach oben gezogen wird, während ein horizontales Magnetfeld durch eine Magnetfeld-Beaufschlagungsvorrichtung an die Siliziumschmelze angelegt ist, die Elektroden der oberen Heizeinrichtung, denen ein Strom zugeführt wird, in vertikalen Positionen in Bezug auf eine Richtung einer Magnetlinie angeordnet sind, die Spulenmitten des horizontalen Magnetfelds verbindet, das von der Magnetfeld-Beaufschlagungsvorrichtung angelegt wird, und die Polaritäten der Elektroden so angeordnet sind, dass die obere Heizeinrichtung nach unten gerichtete Kräfte vom horizontalen Magnetfeld erfährt.
Einkristall-Herstellungsanlage, zumindest umfassend: die obere Heizeinrichtung zur Verwendung bei der Herstellung eines Einkristalls nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
Einkristall-Herstellungsanlage nach Anspruch 6, zumindest umfassend: einen Tiegel, der die Siliziumschmelze enthält; einen Kühlzylinder, der einen Einkristall kühlt, der aus dem Tiegel nach oben gezogen wird; und eine Wärmeabschirmung, die die Wärme an einer Oberfläche der Siliziumschmelze hält und so angeordnet ist, dass sie der Siliziumschmelze zugewandt ist, wobei die Wärmeabschirmung außerhalb eines unteren Endes eines Graphitzylinders angeordnet ist, der in einem unteren Teil des Kühlzylinders vorgesehen ist, wobei die obere Heizeinrichtung derart angeordnet ist, dass sich während des Züchtens des Einkristalls eine Unterseite der oberen Heizeinrichtung über der Oberfläche der Siliziumschmelze befindet und eine Oberseite der oberen Heizeinrichtung unterhalb eines Bodens der Wärmeabschirmung liegt.
Einkristall-Herstellungsanlage nach Anspruch 6 oder 7, zumindest umfassend: eine Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung, die ein horizontales Magnetfeld an die Siliziumschmelze anlegt, wobei die Einkristall-Herstellungsanlage einen Einkristall mittels des ein horizontales Magnetfeld anwendenden CZ-Verfahrens herstellt, bei dem der Einkristall nach oben gezogen wird, während das horizontale Magnetfeld von der Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung angelegt wird.
Einkristall-Herstellungsanlage nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Einkristall-Herstellungsanlage verwendet wird, wenn ein im Durchmesser großer Einkristall mit einem Durchmesser von 300 mm oder mehr hergestellt wird,
Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls, wobei ein Einkristall mittels des Czochralski-Verfahren unter Verwendung der Einkristall-Herstellungsanlage nach Anspruch 6 hergestellt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls, wobei bei dem Verfahren ein Einkristall mittels des Czochralski-Verfahrens unter Verwendung der Einkristall-Herstellungsanlage nach Anspruch 7 oder 8 hergestellt wird, wobei ein gerader Hauptteil des Einkristalls mit einem konstanten Durchmesser gebildet wird, indem der Einkristall nach oben gezogen wird, und dann die Leistung der oberen Heizeinrichtung allmählich reduziert wird, bis ein oberer Teil des geraden Hauptteils einen unteren Endteil des Kühlzylinders erreicht.