DE112013001066T5

DE112013001066T5 - Verfahren zum Berechnen einer Höhenposition einer Oberfläche einer Siliziumschmelze, Verfahren zum Ziehen eines Silizium-Einkristalls, und Silizium-Einkristall-Ziehvorrichtung

Info

Publication number: DE112013001066T5
Application number: DE112013001066.6T
Authority: DE
Inventors: c/o Takefu Plant Shin-Etsu Hando Masuda Naoki; c/o Shirakawa Plant Shin-Etsu Yanagimachi Takahiro
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2012-02-21
Filing date: 2013-01-22
Publication date: 2014-11-13
Anticipated expiration: 2033-01-23
Also published as: JP5664573B2; US9587325B2; KR101901308B1; WO2013125157A1; KR20140129033A; JP2013170097A; US20140373774A1; DE112013001066B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Berechnen einer Höhenposition einer Oberfläche einer Siliziumschmelze zu dem Zeitpunkt des Ziehens eines CZ-Silizium-Einkristalls bereit, wobei das Verfahren umfasst: Erhalten eines ersten Kristalldurchmessers von einem Schmelzring auf einer Grenzfläche der Siliziumschmelze und dem Silizium-Einkristall unter Verwendung einer CCD-Kamera, die in einem willkürlichen Winkel hinsichtlich des Silizium-Einkristalls installiert ist, und eines zweiten Kristalldurchmessers, gemessen unter Verwendung von zwei CCD-Kameras, die parallel zu beiden Enden eines Kristalldurchmessers des Silizium-Einkristalls installiert sind; und Berechnen der Höhenposition der Oberfläche der Siliziumschmelze in dem Tiegel während des Ziehens des Silizium-Einkristalls aus einer Differenz zwischen dem ersten Kristalldurchmesser und dem zweiten Kristalldurchmesser. Als ein Ergebnis wird ein Verfahren zum Ermöglichen eines noch genaueren Berechnens einer Höhenposition einer Oberfläche einer Siliziumschmelze zu dem Zeitpunkt des Ziehens eines Silizium-Einkristalls zur Verfügung gestellt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Berechnen einer Höhenposition einer Oberfläche einer Siliziumschmelze zum Zeitpunkt des Ziehens eines Silizium-Einkristalls aus einer Siliziumschmelze, basierend auf dem Czochralski-Verfahren (das CZ-Verfahren), ein Verfahren zum Ziehen eines Silizium-Einkristalls, und eine Silizium-Einkristall-Ziehvorrichtung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Um einen Silizium-Einkristall, basierend auf dem CZ-Verfahren wachsen zu lassen, wurde eine Silizium-Einkristall-Vorrichtung wie in 9 gezeigt, herkömmlich verwendet.
Wie in 9 gezeigt, weist diese Ziehvorrichtung 101 eine Kammer 102, einen Tiegel 103, Tiegel-Einstellungsmittel 105 zum Rotieren/Rauf- und Runterbewegen des Tiegels 103, und einen Heizer 106 auf. Des Weiteren enthält der Tiegel 103 eine durch den Heizer 106 geschmolze Siliziumschmelze 108, und ein Silizium-Einkristall 113 wird durch Eintauchen eines Impfkristalls 112, gehalten an einem unteren Ende eines Drahts 111 von der Oberseite der Kammer 112 in die Siliziumschmelze 108 hängend und Ziehen des Einkristalls 112. Während des Ziehens wird ein inertes Gas in die Kammer 102 eingeleitet, und ein Gasströmungsführungszylinder 110 wird für diesen Zweck auch bereitgestellt.
Wie oben beschrieben, muss bei der Herstellung eines Silizium-Einkristalls, den inerten Gasströmungsführungszylinder in der Kammer 1 einschließend, beispielsweise ein Abstand von einem Ende des Gasströmungsführungszylinders zu einer Oberfläche der Siliziumschmelze und Andere genau eingestellt werden. Um einen Defekt in einem Verfahren zum Herstellen, z. B. eines defektfreien Kristalls, genau kontrollieren zu können, muss ein Temperaturgradient (G) nahe einer Fest-Flüssig-Grenzfläche beim Kristallwachstum kontrolliert werden und eine Position der Oberfläche der Siliziumschmelze muss genau gemessen werden, um diese Kontrolle auszuüben.
In herkömmlichen Beispielen wird ein Ende eines prismatischen Impfkristalls zum Herstellen eines Einkristalls durch einen Lasersensor detektiert, an einer vorbestimmten Position gestoppt, und von diesem Punkt abwärts bewegt, und ein Abstand um in Kontakt mit der Oberfläche der Siliziumschmelze zu kommen, wird gemessen, wodurch eine genaue Position der Oberfläche der Siliziumschmelze gemessen wird (Patentliteratur 1).
ZITATLISTE
PATENTLITERATUR

Patentliteratur 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungs-Veröffentlichung (Kokai) Nr. Hii 01-24089

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
Jedoch wird gemäß dem oben beschriebenen Verfahren eine Höhenposition der Oberfläche einer Siliziumschmelze nur in einem Stadium vor der Herstellung eines Kristalls gemessen und, während der Herstellung eines Kristalls, wird die Kontrolle der Höhenposition in einer derartigen Weise durchgeführt, dass die Oberfläche der Siliziumschmelze rechnerisch bestimmt wird, basierend auf der gemessenen Höhenposition der Oberfläche der Siliziumschmelze. Deshalb ist die Oberfläche der Siliziumschmelze, aufgrund eines Deformationsfehlers eines Quarztiegels oder eines Durchmessers eines gewachsenen Einkristalls, nicht tatsächlich fixiert, was eine Veränderung in der Qualität des Kristalls bewirkt.
Deshalb ist es, im Hinblick auf das oben beschriebene Problem eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Ermöglichen einer noch genaueren Berechnung einer Höhenposition der Oberfläche einer Siliziumschmelze zum Zeitpunkt des Ziehens eines Silizium-Einkristalls bereitzustellen. Des Weiteren ist es eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, dass das Ziehen eines Silizium-Einkristalls ermöglicht, während eine Höhenposition der Oberfläche der Siliziumschmelze noch genauer kontrolliert wird und eine Silizium-Einkristall-Ziehvorrichtung.
MITTEL ZUM LÖSEN DES PROBLEMS
Um dieses Ziel zu erreichen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Berechnen einer Höhenposition einer Oberfläche einer Siliziumschmelze zum Zeitpunkt des Ziehens eines Silizium-Einkristalls aus einer Siliziumschmelze, enthalten in einem Tiegel, basierend auf dem Czochralski-Verfahren bereitgestellt, umfassend: Erhalten eines ersten Kristalldurchmessers, gemessen von einem Schmelzring auf einer Grenzfläche der Siliziumschmelze und dem Silizium-Einkristall, unter Verwendung einer CCD-Kamera, die in einem willkürlich gewählten Winkel hinsichtlich des Silizium-Einkristalls installiert ist, und eines zweiten Kristalldurchmessers, gemessen unter Verwendung von zwei CCD-Kameras, parallel zu beiden Enden eines Kristalldurchmessers des Silizium-Einkristalls installiert; und Berechnen der Höhenposition der Oberfläche der Siliziumschmelze in dem Tiegel während des Ziehens des Silizium-Einkristalls aus einer Differenz zwischen dem ersten Kristalldurchmesser und dem zweiten Kristalldurchmesser.
Gemäß einem derartigen Verfahren zum Berechnen einer Höhenposition der Oberfläche einer Siliziumschmelze der vorliegenden Erfindung im Unterschied zu einem herkömmlichen Verfahren, bei dem eine Höhenposition der Oberfläche einer Siliziumschmelze tatsächlich vor dem Ziehen eines Silizium-Einkristalls gemessen wird, wird eine Höhenposition der Oberfläche der Siliziumschmelze aus den Daten bezüglich eines Silizium-Einkristalls, der gezogen wird (der erste Durchmesser und der zweite Durchmesser), berechnet, und deshalb kann die Höhenposition der Oberfläche der Siliziumschmelze während des Ziehens des Silizium-Einkristalls noch genauer erfasst werden.
Die Messung des Durchmessers unter Verendung der CCD-Kamera selbst ist einfach und die Verwendung einer Kombination mit einem unterschiedlichen Messverfahren unter Verwendung dieser CCD-Kamera ermöglicht es auch, die Höhenposition der Oberfläche der Siliziumschmelze zu erhalten.
Des Weiteren kann, da die Höhenposition der Oberfläche der Siliziumschmelze während des Ziehens des Silizium-Einkristalls genau erfasst werden kann, die Oberfläche der Siliziumschmelze noch genauer hinsichtlich einer gewünschten Höhenposition kontrolliert werden. Und dadurch ist es möglich, eine hochgenaue Kontrolle über einen Temperaturgradienten nahe einer Fest-Flüssig-Grenzfläche, Kontrolle über eine Defektregion in dem Siliziumkristall und Andere, auszuüben.
Zu diesem Zeitpunkt ist es möglich, dass die Höhenposition der Oberfläche der Siliziumschmelze durch Erhalten einer Laufdistanz ΔH aus einer vorbestimmten Höhenposition, basierend auf ΔH = ΔD/(2tanθ) (θ stellt den willkürlich installierten Winkel der CCD-Kamera, die zum Messen des ersten Kristalldurchmessers verwendet wird, hinsichtlich des Siliziumkristalls dar, und ΔD stellt eine Differenz zwischen dem ersten Kristalldurchmesser und dem zweiten Kristalldurchmesser dar), berechnet wird.
Als ein Ergebnis kann die Höhenposition der Oberfläche der Siliziumschmelze einfacher berechnet werden.
Darüber hinaus wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Ziehen eines Silizium-Einkristalls bereitgestellt, worin eine Höhenposition einer Oberfläche einer Siliziumschmelze unter Verwendung des obigen Verfahrens zum Berechnen einer Höhenposition der Oberfläche einer Siliziumschmelze berechnet wird, und ein Silizium-Einkristall gezogen wird, während die Höhenposition der Oberfläche der Siliziumschmelze, basierend auf einem Ergebnis der Berechnung, kontrolliert wird.
Gemäß einem derartigen Verfahren zum Ziehen eines Silizium-Einkristalls der vorliegenden Erfindung kann die Höhenposition der Oberfläche der Siliziumschmelze während des Ziehens des Silizium-Einkristalls noch genauer erfasst werden, und die Höhenposition der Oberfläche der Siliziumschmelze kann, basierend auf den genauen Daten, auf eine gewünschte Höhenposition kontrolliert werden. Daher kann eine Kontrolle über eine Defektregion in dem Silizium-Einkristall und Andere noch genauer ausgeübt werden. Deshalb kann der Silizium-Einkristall mit gewünschter Qualität dauerhaft produziert werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird zusätzlich eine Silizium-Einkristall-Ziehvorrichtung bereitgestellt, die konfiguriert ist, um einen Silizium-Einkristall aus einer Siliziumschmelze, enthalten in einem Tiegel, basieren auf dem Czochralski-Verfahren zu ziehen, umfassend: Mittel zum Messen eines ersten Kristalldurchmessers mit einer CCD-Kamera, die in einem willkürlich gewählten Winkel hinsichtlich des Silizium-Einkristalls installiert ist und konfiguriert ist, um einen Kristalldurchmesser von einem Schmelzring auf einer Grenzfläche zwischen der Siliziumschmelze und dem Silizium-Einkristall zu messen; Mittel zum Messen eines zweiten Kristalldurchmessers mit zwei CCD-Kameras, die parallel zu beiden Enden des Kristalldurchmessers des Silizium-Einkristalls installiert sind; und Tiegeleinstellungsmittel zum Kontrollieren einer Höhenposition des Tiegels, wobei eine Höhenposition der Oberfläche der Siliziumschmelze in dem Tiegel während des Ziehens des Siliziumeinkristalls aus einer Differenz zwischen einem ersten Kristalldurchmesser, gemessen durch die Mittel zum Messen des ersten Kristalldurchmessers und einem zweiten Kristalldurchmesser, gemessen durch die Mittel zum Messen des zweiten Kristalldurchmessers, berechnet wird, und der Silizium-Einkristall gezogen wird, während die Höhenposition des Tiegels durch die Tiegeleinstellungsmittel, basierend auf der berechneten Höhenposition, kontrolliert wird.
Gemäß einer solchen Silizium-Einkristall-Ziehvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann die Höhenposition der Oberfläche der Siliziumschmelze während des Ziehens des Silizium-Einkristalls genau und einfach berechnet werden und der Siliziumeinkristall wird gezogen, während die Höhenposition des Tiegels, basierend auf der berechneten Höhenposition der Oberfläche der Siliziumschmelze, kontrolliert wird. Deshalb kann die Oberfläche der Siliziumschmelze hinsichtlich einer gewünschten Höhenposition kontrolliert werden, und die Kontrolle über einen Temperaturgradienten nahe einer Fest-Flüssig-Grenzfläche, Kontrolle über eine Defektregion in dem Silizium-Einkristall und Andere können noch höchst genauer durchgeführt werden. Als ein Ergebnis kann der Silizium-Einkristall mit gewünschter Qualität dauerhaft hergestellt werden.
Zu diesem Zeitpunkt ist es möglich, dass die Höhenposition der Oberfläche der Siliziumschmelze durch Erhalten einer Laufdistanz ΔH von einer vorbestimmten Höhenposition, basierend auf ΔH = ΔD/(2tanθ) (θ stellt den willkürlich gewählten Installationswinkel der CCD-Kamera des Mittels zum Messen des ersten Kristalldurchmessers hinsichtlich des Siliziumkristalls dar, und ΔD stellt eine Differenz zwischen dem ersten Kristalldurchmesser und dem zweiten Kristalldurchmesser dar), berechnet wird.
Als ein Ergebnis kann die Höhenposition der Oberfläche der Siliziumschmelze noch einfacher und genauer berechnet werden.
EFFEKT DER ERFINDUNG
Das oben beschriebene Verfahren zum Berechnen einer Höhenposition der Oberfläche einer Siliziumschmelze gemäß der vorliegenden Erfindung, das Verfahren zum Ziehen eines Silizium-Einkristalls unter Verwendung dieses Berechnungsverfahrens und die Silizium-Einkristall-Ziehvorrichtung ermöglichen, das noch genauere Erhalten der Höhenposition der Oberfläche der Siliziumschmelze während des Ziehens des Silizium-Einkristalls, und daher kann eine höchst genaue Kontrolle basierend auf der gewünschten Höhenposition durchgeführt werden. Als ein Ergebnis kann der Silizium-Einkristall mit der gewünschten Qualität dauerhaft produziert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer Silizium-Einkristall-Ziehvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine beispielhafte Ansicht, die ein Verhältnis zwischen einer CCD-Kamera als Mittel zum Messen des ersten Kristalldurchmessers und einem Durchmesser eines Silizium-Einkristalls zeigt;
3 ist eine beispielhafte Ansicht, die ein Verhältnis zwischen der CCD-Kamera als das Mittel zum Messen des ersten Kristalldurchmessers und einem Durchmesser des Silizium-Einkristalls zeigt, wenn sich eine Höhenposition der Oberfläche einer Siliziumschmelze verändert;
4 ist eine beispielhafte Ansicht, die ein Verhältnis zwischen der CCD-Kamera als das Mittel zum Messen des zweiten Kristalldurchmessers und einen Durchmesser des Silizium-Einkristalls zeigt;
5 ist eine beispielhafte Ansicht, die ein Verhältnis zwischen der CCD-Kamera als das Mittel zum Messen des zweiten Kristalldurchmessers und einen Durchmesser des Silizium-Einkristalls zeigt, wenn sich die Höhenposition der Oberfläche einer Siliziumschmelze ändert;
6 ist eine beispielhafte Ansicht, die ein Verhältnis zwischen der Höhenposition der Oberfläche einer Siliziumschmelze und einer Differenz zwischen einem ersten Kristalldurchmesser und einem zweiten Kristalldurchmesser zeigt;
7 ist ein Graph, der ein Verhältnis zwischen einer Laufdistanz der Oberfläche einer Siliziumschmelze und einer Kristalllänge in einem Beispiel zeigt;
8 ist ein Graph, der ein Verhältnis zwischen einer Laufdistanz der Oberfläche einer Siliziumschmelze und einer Kristalllänge in einem Vergleichsbeispiel zeigt; und
9 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel einer herkömmlichen Silizium-Einkristall-Ziehvorrichtung zeigt.
BESTE MÖGLICHKEIT ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Eine Silizium-Einkristall-Ziehvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun nachfolgend als eine Ausführungsform mit Bezug auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben werden, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.
1 zeigt ein Beispiel einer Silizium-Einkristall-Ziehvorrichtung, basierend auf einem CZ-Verfahren, gemäß der vorliegenden Erfindung.
Diese Silizium-Einkristall-Ziehvorrichtung (welche nachfolgend auch einfach als eine Ziehvorrichtung bezeichnet wird) 1 schließt eine Kammer 2, gebildet in einer hohlen zylindrischen Form, ein, und ein Tiegel 3 ist an einem zentralen Teil davon angeordnet. Dieser Tiegel hat eine Doppelstruktur und er besteht aus einem Quarztiegel 3a, gebildet in zylindrischer Form mit einem Boden, und ein Graphittiegel 3b, gebildet in zylindrischer Form mit einem Boden, angepasst, um eine Außenseite des Quarztiegels 3a zu halten.
Des Weiteren ist dieser Tiegel 3 an einen oberen Endteil einer Trägerachse 4 befestigt, um Rotation und Aufwärts- und Abwärtsbewegung zu ermöglichen, und eine Rotationsgeschwindigkeit oder eine Höhenposition des Tiegels 3 kann durch die Tiegeleinstellungsmittel 5 unter Verwendung eines Motors oder Ähnlichem eingestellt werden.
Ein Heizer 6 vom Typ Widerstandsheizer ist im Wesentlichen konzentrisch auf der Außenseite des Tiegels angebracht. Darüber hinaus ist ein Isoliermaterial 7 konzentrisch um die Außenseite des Heizers 6 angebracht. Zusätzlich ist eine Siliziumschmelze 8, die durch den Heizer 6 erhitzt wird und erhalten wird durch Schmelzen eines Siliziummaterials, in dem Tiegel 3 enthalten.
Ein Gasströmungsführungszylinder 10 für ein inertes Gas, das in die Kammer 2 während dem Ziehen eingeleitet wird, ist über einer Oberfläche der Siliziumschmelze (eine Oberfläche 9 einer Siliziumschmelze) angeordnet. Zusätzlich kann neben dieser Anordnung ein Kühlgas eingeblasen werden, oder eine zylindrische Kühlvorrichtung oder Ähnliches, die Hitzestrahlung blockiert und einen Silizium-Einkristall kühlt, bereitgestellt werden.
Ein Draht 11, der auf der gleichen Achse wie die Trägerachse 4 in entgegengesetzter Richtung oder der gleichen Richtung bei einer vorbestimmten Geschwindigkeit rotiert, ist auf einer zentralen Achse des Tiegels 3, gefüllt mit der Siliziumschmelze 8, angeordnet und ein Impfkristall 12 wird an einem unteren Ende des Drahts 11 gehalten. Des Weiteren wird ein Silizium-Einkristall 13 auf der Oberfläche eines unteren Endes des Impfkristalls 12 gebildet.
Des Weiteren schließt die Ziehvorrichtung 1 Mittel zum Messen eines Durchmessers des Silizium-Einkristalls 13 ein. Diese sind das Mittel zum Messen eines ersten Kristalldurchmessers 14 und das Mittel zum Messen eines zweiten Kristalldurchmessers 15. Das Mittel zum Messen eines ersten Kristalldurchmessers 14 schließt eine CCD-Kamera 14a ein, die es ermöglicht, den Silizium-Einkristall 13 von einem Fenster aus, das in der Kammer 2 bereitgestellt ist, zu beobachten. Darüber hinaus schließt das Mittel zum Messen eines zweiten Kristalldurchmessers 15 zwei CCD-Kameras 15a und 15b ein. Zusätzlich sind die Mittel zum Messen 14 und 15 mit einer Kontrolleinheit 16 verbunden, die aus einem Computer oder Ähnlichem besteht, sodass Daten von den CCD-Kameras 14a, 15a und 15b übermittelt werden können, Datenverarbeitung ausgeführt werden kann, und ein erster Kristalldurchmesser, ein zweiter Kristalldurchmesser, eine Differenz zwischen diesen Durchmessern, eine Höhenposition der Oberfläche 9 der Siliziumschmelze und Andere berechnet werden können.
Des Weiteren ist die Kontrolleinheit 16 mit dem Tiegeleinstellungsmittel 5 oder einem Mittel verbunden, das die Aufnahme des Drahts 11 kontrolliert, und eine Rückmeldung beispielsweise zu einer Höhenposition des Tiegels 3 oder eine Ziehrate des Silizium-Einkristalls 13 durch den Draht 11 kann basierend auf der erhaltenen Höhenposition der Oberfläche 9 der Siliziumschmelze durchgeführt werden, wodurch eine automatische Kontrolle bewirkt wird. Ein geeignetes Programm kann vorher eingebracht werden, sodass die Oberfläche 9 der Siliziumschmelze automatisch hinsichtlich einer vorbestimmten Höhenposition kontrolliert werden kann oder die Ziehgeschwindigkeit automatisch hinsichtlich eines vorbestimmten Werts kontrolliert werden kann.
Das Mittel 14 zum Messen eines ersten Kristalldurchmessers und das Mittel 15 zum Messen eines zweiten Kristalldurchmessers wird nun nachfolgend beschrieben werden.
Das Mittel 14 zum Messen eines ersten Kristalldurchmessers wird als erstes erklärt. 2 zeigt eine Beziehung zwischen der CCD-Kamera 14a und einem Durchmesser des Silizium-Einkristalls 13.
Eine CCD-Kamera 14a ist mit einem willkürlich vorbestimmten Winkel θ hinsichtlich des Silizium-Einkristalls 13 installiert. Die CCD-Kamera 14a detektiert einen Schmelzring 17 (eine Zone mit hoher Lichtausbeute), die auf einer Grenzfläche zwischen der Siliziumschmelze 8 und dem Silizium-Einkristall 13 vorliegt, und ein erster Kristalldurchmesser kann durch das Mittel 14 zum Messen des ersten Kristalldurchmessers erhalten werden. In dem Fall von 2 wird ein Kristalldurchmesser Da (ein Kristallradius Ra × 2) gemessen.
Es ist anzumerken, dass die Messung, durchgeführt durch das Mittel 14 zum Messen des ersten Kristalldurchmessers, durch eine Höhenposition der Oberfläche 9 der Siliziumschmelze beeinflusst wird, und ein Fehler erzeugt wird. 3 zeigt eine Beziehung zwischen der CCD-Kamera 14a und dem Durchmesser des Silizium-Einkristalls 13, wenn sich die Höhenposition der Siliziumschmelze 9 ändert.
Beispielsweise in einem Fall, wo die Oberfläche 9 der Siliziumschmelze eine Höhenposition Hb erreicht, angestiegen von einer vorbestimmten Höhe Ha, die im vorhinein festgelegt wurde, wird angenommen, dass die Oberfläche 9 der Siliziumschmelze fixiert ist (Ha) und die Messung wird durchgeführt, selbst wenn ein tatsächlicher Kristalldurchmesser Da (d. h. Ra × 2) ist. Deshalb wird sie kurz als Db gemessen (d. h. Rb × 2). In einem Fall, wo die Oberfläche 9 der Siliziumschmelze eine Höhenposition Hc erreicht, abgesenkt von der vorbestimmten Höhenposition Ha, wird die Oberfläche der Siliziumschmelze gleichermaßen angenommen fest zu sein (Ha) und die Messung wird durchgeführt und daher wird sie lang als Dc gemessen (d. h. Rc × 2).
Andererseits sind in dem Mittel 15 zum Messen des zweiten Kristalldurchmessers die zwei CCD-Kameras 15a und 15b installiert. 4 zeigt ein Verhältnis zwischen den CCD-Kameras 15a und 15b und einem Durchmesser des Silizium-Einkristalls 13. Ein zweiter Kristalldurchmesser wird unter Verwendung dieser CCD-Kameras 15 und 15b gemessen (Da' in 4).
Die CCD-Kameras 15a und 15b sind installiert, um parallel zu beiden Enden eines Durchmessers des Silizium-Einkristalls 13 zu sein. Beispielsweise kann ein Installationsabstand zwischen den CCD-Kameras 15a und 15b auf eine Ziellänge des Kristalldurchmessers gesetzt werden, jedoch ist die vorliegende Erfindung natürlich nicht darauf beschränkt. Ein Mechanismus oder Ähnliches, der es ihnen ermöglicht, eine parallele Translation durchzuführen, kann installiert werden.
Eine Messung, die durch dieses Mittel 15 zum Messen des zweiten Kristalldurchmessers durchgeführt wird, wird nicht durch eine Höhenposition der Oberfläche 9 der Siliziumschmelze beeinflusst. 5 zeigt ein Verhältnis zwischen den CCD-Kameras 15a und 15b und dem Durchmesser des Silizium-Einkristalls 13, wenn sich die Höhenposition der Oberfläche 9 der Siliziumschmelze verändert.
Beispielsweise, wenn die Oberfläche 9 der Siliziumschmelze von einer vorbestimmten Höhenposition Ha' ansteigt und eine Höhenposition Hb' erreicht oder wenn sie absinkt und eine Höhenposition Hc' erreicht, ist in beiden Fällen ein zu messender Kristalldurchmesser Da'. Ein Betrachtungsgebiet bewegt sich nur auf und ab und der Kristalldurchmesser verändert sich nicht.
Des Weiteren berechnet die Kontrolleinheit 16 einen Unterschied zwischen dem ersten Kristalldurchmesser, gemessen unter Verwendung der CCD-Kamera 14a des Mittels 14 zum Messen des ersten Kristalldurchmessers und des zweiten Kristalldurchmessers, gemessen durch die CCD-Kameras 15a und 15b des Mittels 15 zum Messen des zweiten Kristalldurchmessers, und berechnet auch eine Höhenposition der Oberfläche der Siliziumschmelze.
Obwohl ein Berechnungsprogramm in der Kontrolleinheit 16 nicht beschränkt ist, kann insbesondere beispielsweise das folgende Programm verwendet werden. 6 zeigt ein Verhältnis zwischen einer Höhenposition der Oberfläche der Siliziumschmelze (oder eine Laufdistanz von einer vorbestimmten Höhenposition) und ein Unterschied zwischen dem ersten Kristalldurchmesser und dem zweiten Kristalldurchmesser.
Hier wird eine Beschreibung bezüglich eines Beispiels gegeben werden, wo sich die Oberfläche 9 der Siliziumschmelze von der vorbestimmten Höhenposition Ha auf Hc während des Ziehens des Silizium-Einkristalls 13 absenkt, d. h. sich der erste Kristalldurchmesser von Da (d. h. Ra × 2) auf Dc (d. h. Rc × 2) verändert, und der zweite Kristalldurchmesser Da bleibt.
Hierin ist ΔH eine Laufdistanz der Oberfläche der Siliziumschmelze von der vorbestimmten Höhenposition Ha auf Hc.
Des Weiteren ist ΔD eine Differenz zwischen dem ersten Kristalldurchmesser und dem zweiten Kristalldurchmesser (Dc – Da).
Darüber hinaus ist θ ein Installationswinkel der CCD-Kamera 14a hinsichtlich des Silizium-Einkristalls 13. Das bedeutet, es ist ein Winkel, gebildet zwischen einer Richtung von dem Schmelzring zu der CCD-Kamera 14a, wenn die Höhenposition der Oberfläche der Siliziumschmelze Ha und eine Seitenoberfläche des Silizium-Einkristalls 13 ist.
Zusätzlich ist θ' ein Winkel, gebildet zwischen einer Richtung von dem Schmelzring zu der CCD-Kamera 14a, wenn die Höhenposition der Oberfläche der Siliziumschmelze Hc und die Seitenoberfläche des Silizium-Einkristalls 13 ist.
Beispielsweise wird θ' auf θ angenähert und der nachfolgende Ausdruck kann basierend auf einer Beziehung, gezeigt in 6, berechnet werden: ΔH = ΔD/(2tanθ) (Gleichung 1)
Des Weiteren kann die tatsächliche Höhenposition Hc aus der vorbestimmten Höhenposition Ha und der Laufdistanz ΔH berechnet werden. Auf diese Weise ermöglicht es die Verwendung des Ausdrucks, der θ und θ' annähert, das leichte Erhalten der Laufdistanz der Oberfläche 9 der Siliziumschmelze und des Weiteren das Erhalten der Höhenposition. Es ist überflüssig zu sagen, dass θ' erhalten werden kann ohne Annäherung und die Höhenposition Hc berechnet werden kann.
Ein Verfahren zum Berechnen einer Höhenposition einer Oberfläche einer Siliziumschmelze und ein Verfahren zum Ziehen eines Silizium-Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben werden.
Der Silizium-Einkristall 13 wird unter Verwendung eines solchen Ziehapparats 1, wie in 1 gezeigt, gezogen.
Zuerst wird ein hochreines polykristallines Silizium-Ausgangsmaterial auf oder oberhalb eines Schmelzpunkts (näherungsweise 1420°C) durch den Heizer 6 erhitzt und in dem Tiegel 3 geschmolzen. Dann wird ein Ende des Impfkristalls 12 in Kontakt gebracht mit oder eingetaucht in einen im Wesentlichen zentralen Teil der Oberfläche der Siliziumschmelze 8 durch Abwickeln des Drahts 11. Nachfolgend wird die Trägerachse 4 in eine geeignete Richtung rotiert und der Draht 11 wird aufgenommen während er rotiert wird, und der Impfkristall 12 wird hochgezogen, wodurch Wachstum des Silizium-Einkristalls 13 gestartet wird.
Dann wird der Silizium-Einkristall 13 mit gewünschter Qualität, z. B. eine defektfreie Region, durch geeignetes Einstellen einer Ziehrate und Anderem gezogen. Zum Zeitpunkt des Kontrollierens einer Defektregion oder Ähnlichem in dem Silizium-Einkristall 13, wie oben beschrieben, muss nicht nur die Ziehrate, sondern auch ein Temperaturgradient G nahe einer Fest-Flüssig-Grenzfläche (Gc in einem zentralen Teil des Kristalls des Silizium-Einkristalls und Ge in einem peripheren Teil des Kristalls desselben) geeigneterweise kontrolliert werden.
Des Weiteren muss, um den Temperaturgradienten nahe der Fest-Flüssig-Grenzfläche zu kontrollieren, ein Abstand von der Oberfläche 9 der Siliziumschmelze zu einem Ende des Gasströmungsführungszylinders 10 und Anderen genau kontrolliert werden, und es ist wichtig, eine Höhenposition der Oberfläche 9 der Siliziumschmelze während des Ziehens des Silizium-Einkristalls 13 genau zu erfassen, um diese Kontrolle zu erreichen.
Deshalb wird in dem Berechnungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung die Höhenposition der Oberfläche 9 der Siliziumschmelze unter Verwendung des Mittels 14 zum Messen des ersten Kristalldurchmessers und dem Mittel 15 zum Messen des zweiten Kristalldurchmessers berechnet.
Es ist anzumerken, dass beispielsweise die Höhenposition der Oberfläche 9 der Siliziumschmelze, die vorher vor dem Ziehen gemessen wurde, als eine Referenz bestimmt werden kann. Es ist überflüssig zu sagen, dass die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist und eine Position, die neben dem Gasströmungsführungszylinder 10 oder Ähnlichen ist, durch einen vorbestimmten Abstand als eine Referenz bestimmt werden kann, und die Referenz jedes Mal bestimmt werden kann.
In dem Fall der Berechnung der Höhenposition der Oberfläche 9 der Siliziumschmelze wird ein erster Kristalldurchmesser des Silizium-Einkristalls 13 während dem Ziehen unter Verwendung der CCD-Kamera 14a des Mittels zum Messen des ersten Kristalldurchmessers 14 gemessen und ein zweiter Kristalldurchmesser desselben wird unter Verwendung der CCD-Kameras 15a und 15b des Mittels 15 zum Messen des zweiten Kristalldurchmessers gemessen. Eine Differenz zwischen diesen Durchmessern wird durch die Kontrolleinheit 16 gemessen, eine Laufdistanz der Oberfläche 9 der Siliziumschmelze wird geeigneterweise basierend auf dem oben beschriebenen (Ausdruck 1) erhalten und die Höhenposition der Oberfläche 9 der Siliziumschmelze wird bei jedem Mal berechnet.
Des Weiteren wird in dem Ziehverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung eine Höhenposition des Tiegels 3 geeigneterweise kontrolliert durch z. B. das Mittel 5 zum Einstellen des Tiegels, basierend auf der so berechneten Höhenposition der Oberfläche 9 der Siliziumschmelze unter Verwendung eines Programms, das in der Kontrolleinheit 16 voreingestellt ist. Der Temperaturgradient G nahe der Fest-Flüssig-Grenzfläche wird durch z. B. Beibehalten der Höhenposition der Oberfläche 9 der Siliziumschmelze zu der oben beschriebenen Referenz-Höhenposition und, zur gleichen Zeit, wird der Silizium-Einkristall 13 unter Kontrolle einer vorbestimmten Ziehrate durch die Kontrolleinheit 16 gezogen, kontrolliert.
Als ein Ergebnis kann V/G (ein Verhältnis der Ziehgeschwindigkeit und des Temperaturgradienten), welches zum Bilden einer gewünschten Defektregion erforderlich ist, hochgenau kontrolliert werden. Darüber hinaus kann ein Silizium-Einkristall mit hoher Qualität oder Ähnlichem mit einem konstant gehaltenen Durchmesser und mit einer defektfreien Region in hoher Ausbeute dauerhaft erhalten werden.
BEISPIELE
Obwohl die vorliegende Erfindung nun nachfolgend, basierend auf einem Beispiel und einem Vergleichsbeispiel, erläutert werden wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.
(Beispiel)
Das Verfahren zum Berechnen einer Höhenposition einer Oberfläche einer Siliziumschmelze und das Verfahren zum Ziehen eines Silizium-Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung wurden durch das CZ-Verfahren unter Verwendung der Silizium-Einkristall-Ziehvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung, gezeigt in 1, durchgeführt, wodurch der Silizium-Einkristall gezogen wird.
Der Quarztiegel 3, der in der Kammer 2 der Silizium-Einkristall-Ziehvorrichtung 1 installiert ist und einen Durchmesser von 812 mm aufweist, wurde mit 360 kg an polykristallinem Silizium befüllt und der Graphitheizer 6 wurde angeschaltet, um das polykristalline Silizium zu schmelzen.
Dann wurde der Impfkristall 12 in Kontakt mit einer Schmelzoberfläche gebracht, in eine Richtung entgegen einer Rotationsrichtung des Tiegels 3, bei 8 UpM rotiert, und durch einen Aufnahmemechanismus des Drahts 11 aufwärts bewegt, wodurch der Silizium-Einkristall 13 wachsen gelassen wurde.
Zu diesem Zeitpunkt wurde eine Position neben dem Ende des Gasströmungsführungszylinders 10 durch einen vorbestimmten Abstand als eine Referenz bestimmt und eine Höhenposition des Tiegels 3 wurde kontrolliert, um die Oberfläche 9 der Siliziumschmelze bei der Höhenposition der Referenz zu halten, damit ein vorbestimmter Temperaturgradient G nahe einer Fest-Flüssig-Grenzfläche erhalten werden kann zum Zweck des Erhaltens einer Verteilung einer gewünschten Defektregion in eine Kristallachsen richtung. Insbesondere wurde der Silizium-Einkristall unter Messen eines ersten Kristalldurchmessers und eines zweiten Kristalldurchmessers durch das Mittel 14 zum Messen des ersten Kristalldurchmessers und das Mittel 15 zum Messen des zweiten Kristalldurchmessers, Berechnen einer Höhenposition der Oberfläche 9 der Siliziumschmelze aus dem oben beschriebenen (Ausdruck 1), unter Ziehen einer Höhenposition des Tiegels 3 einer Rückkopplungskontrolle durch das Mittel 5 zum Einstellen des Tiegels durch die Kontrolleinheit 16, gezogen.
Es ist anzumerken, dass die CCD-Kamera 14a bei einem Winkel von 45 Grad hinsichtlich des Silizium-Einkristalls installiert wurde und die Messung durchgeführt wurde.
7 zeigt ein Verhältnis zwischen einer Länge des gezogenen Kristalls und einer Laufdistanz der Oberfläche der Siliziumschmelze, abgeschätzt von einer Differenz zwischen dem ersten Kristalldurchmesser und dem zweiten Kristalldurchmesser.
Es kann verstanden werden, dass eine Laufdistanz der Höhenposition der Oberfläche der Siliziumschmelze im Wesentlichen 0 mm über der gesamten Länge in der Kristallachsenrichtung ist und beibehalten werden kann, ohne stark von der Höhenposition der Referenz während des Ziehens abzuweichen.
Darüber hinaus zeigt das Untersuchen des gezogenen Silizium-Einkristalls, dass eine gewünschte Defektregion über die gesamte Länge in der Kristallachsenrichtung erhalten wurde.
(Vergleichsbeispiel)
Basierend auf dem CZ-Verfahren wurde die gleiche Kristallqualität wie in dem Beispiel anvisiert, und ein Silizium-Einkristall wurde gezogen.
Zu diesem Zeitpunkt wurde eine Position neben dem Ende des Gasströmungsführungszylinders 10 durch einen vorbestimmten Abstand als eine Referenz bestimmt und eine Höhenposition des Tiegels 3 wurde kontrolliert, um die Oberfläche 9 der Siliziumschmelze bei der Höhenposition der Referenz zu behalten, damit ein vorbestimmter Temperaturgradient G nahe einer Fest-Flüssig-Grenzfläche erhalten werden kann zum Zweck des Erhaltens einer Verteilung einer gewünschten Defektregion in einer Kristallachsenrichtung. Es ist anzumerken, dass Daten sowie ein Durchmesser des Silizium-Einkristalls, der gezogen wurde, nicht verwendet wurden, eine Veränderung in der Höhenposition der Oberfläche der Siliziumschmelze oder Ähnlichem wurde nur durch Berechnen von Daten der Höhenposition der Oberfläche der Siliziumschmelze vor dem Ziehen und Anderen abgeschätzt, und die Höhenposition des Tiegels wurde kontrolliert. Andere Punkte sind die gleichen Bedingungen wie die in dem Beispiel.
8 zeigt ein Verhältnis zwischen einer Länge des gezogenen Kristalls und einer Laufdistanz der Siliziumschmelze, abgeschätzt von einer Differenz zwischen dem ersten Kristalldurchmesser und dem zweiten Kristalldurchmesser.
Die Laufdistanz von der Oberfläche der Siliziumschmelze wurde graduell erhöht als der Kristallwuchs und wich schließlich 1 mm von der Referenz ab.
Deshalb zeigte das Untersuchen des gezogenen Silizium-Einkristalls, dass ein Teil, wo eine gewünschte Defektregion nicht erhalten war, in der zweiten Hälfte des Ziehens extensiv vorlag. Es kann angenommen werden, dass eine Verformung des Quarztiegels oder Ähnliches während des Ziehens des Silizium-Einkristalls auftrat und die Höhenposition der Oberfläche der Siliziumschmelze dadurch von einer Abschätzung, geliefert durch die ursprüngliche Berechnung, abgewichen war.
Wie oben beschrieben kann das Vergleichsbeispiel eine Veränderung in der Höhenposition der Oberfläche der Siliziumschmelze während des Ziehens des Silizium-Einkristalls aufgrund verschiedenster Faktoren, nicht verkraften. Deshalb kann eine Kontrolle über die Höhenposition der Position der Siliziumschmelze, Kontrolle über V/G und Andere nicht geeigneterweise durchgeführt werden, und der Silizium-Einkristall mit anvisierter Qualität kann nicht erhalten werden.
Andererseits kann in dem Beispiel, das die vorliegende Erfindung durchführt, eine Rückkopplungskontrolle über die Höhenposition des Tiegels und Andere leicht unter Verwendung von Daten bezüglich des Durchmessers des Silizium-Einkristalls während dem tatsächlichen Ziehen durchgeführt werden. Als ein Ergebnis wurde die Höhenposition der Oberfläche der Siliziumschmelze höchstgenau berechnet/kontrolliert, womit der Silizium-Einkristall mit anvisierter Qualität erhalten werden kann.
Es ist anzumerken, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorangehende Ausführungsform beschränkt ist. Die vorangegangene Ausführungsform ist ein Veranschaulichungsbeispiel und jegliches Beispiel, das im Wesentlichen die gleiche Konfiguration aufweist und die gleichen Funktionen und Effekte wie das technische Konzept, beschrieben in den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung, ausübt, ist in dem technischen Schutzbereich der vorliegenden Erfindung eingeschlossen.

Claims

Verfahren zum Berechnen einer Höhenposition einer Oberfläche einer Siliziumschmelze zum Zeitpunkt des Ziehens eines Silizium-Einkristalls aus einer Siliziumschmelze, enthalten in einem Tiegel, basierend auf dem Czochralski-Verfahren, umfassend: Erhalten eines ersten Kristalldurchmessers, gemessen von einem Schmelzring, auf einer Grenzfläche der Siliziumschmelze und dem Silizium-Einkristall, unter Verwendung einer CCD-Kamera, installiert in einem willkürlichen Winkel hinsichtlich des Silizium-Einkristalls, und eines zweiten Kristalldurchmessers, gemessen unter Verwendung von zwei CCD-Kameras, parallel zu beiden Enden eines Kristalldurchmessers des Silizium-Einkristalls installiert; und Berechnen der Höhenposition der Oberfläche der Siliziumschmelze in dem Tiegel während des Ziehens des Silizium-Einkristalls aus einer Differenz zwischen dem ersten Kristalldurchmesser und dem zweiten Kristalldurchmesser.
Verfahren zum Berechnen einer Höhenposition einer Oberfläche einer Siliziumschmelze gemäß Anspruch 1, wobei die Höhenposition der Oberfläche der Siliziumschmelze durch Erhalten einer Laufdistanz ΔH aus einer vorbestimmten Höhenposition, basierend auf ΔH = ΔD/(2tanθ) (θ stellt den willkürlichen Installationswinkel hinsichtlich des Siliziumkristalls der CCD-Kamera, verwendet zum Messen des ersten Kristalldurchmessers, dar und ΔD stellt eine Differenz zwischen dem ersten Kristalldurchmesser und dem zweiten Kristalldurchmesser dar) berechnet wird.
Verfahren zum Ziehen eines Silizium-Einkristalls, wobei eine Höhenposition einer Oberfläche einer Siliziumschmelze unter Verwendung des Verfahrens zum Berechnen einer Höhenposition einer Oberfläche einer Siliziumschmelze gemäß Anspruch 1 oder 2 berechnet wird, und ein Silizium-Einkristall gezogen wird, während die Höhenposition der Oberfläche der Siliziumschmelze, basierend auf einem Ergebnis der Berechnung, kontrolliert wird.
Silizium-Einkristall-Ziehvorrichtung, konfiguriert, um einen Silizium-Einkristall aus einer Siliziumschmelze, enthalten in einem Tiegel, basierend auf dem Czochralski-Verfahren zu ziehen, umfassend: Mittel zum Messen eines ersten Kristalldurchmessers mit einer CCD-Kamera, die in einem willkürlichen Winkel hinsichtlich des Silizium-Einkristalls installiert ist und konfiguriert ist, einen Kristalldurchmesser von einem Schmelzring auf einer Grenzfläche zwischen der Siliziumschmelze und dem Silizium-Einkristall zu messen; Mittel zum Messen eines zweiten Kristalldurchmessers mit zwei CCD-Kameras, parallel zu beiden Enden eines Kristalldurchmessers des Silizium-Einkristalls installiert; und Mittel zum Einstellen des Tiegels zum Kontrollieren einer Höhenposition des Tiegels, wobei eine Höhenposition einer Oberfläche einer Siliziumschmelze in dem Tiegel während des Ziehens des Silizium-Einkristalls aus einer Differenz zwischen einem ersten Kristalldurchmesser, gemessen durch das Mittel zum Messen des ersten Kristalldurchmessers und einem zweiten Kristalldurchmesser, gemessen durch das Mittel zum Messen eines zweiten Kristalldurchmessers, berechnet wird, und der Silizium-Einkristall gezogen wird, während die Höhenposition des Tiegels durch das Mittel zum Einstellen des Tiegels, basierend auf der berechneten Höhenposition, kontrolliert wird.
Silizium-Einkristall-Ziehvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Höhenposition der Oberfläche der Siliziumschmelze durch Erhalten einer Laufdistanz ΔH aus einer vorbestimmten Höhenposition, basierend auf ΔH = ΔD/(2tanθ) (θ stellt den willkürlichen Installationswinkel hinsichtlich des Silizium-Einkristalls der CCD-Kamera des Mittels zum Messen des ersten Kristalldurchmessers dar und ΔD stellt eine Differenz zwischen dem ersten Kristalldurchmesser und dem zweiten Kristalldurchmesser dar) berechnet wird.