DE112015003765B4

DE112015003765B4 - Verfahren zum Herstellen eines Einkristalls

Info

Publication number: DE112015003765B4
Application number: DE112015003765.9T
Authority: DE
Inventors: Shou Takashima; Yuuichi Miyahara; Atsushi Iwasaki
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2014-09-12
Filing date: 2015-08-25
Publication date: 2022-02-03
Anticipated expiration: 2035-08-26
Also published as: WO2016038817A1; KR20170051441A; DE112015003765T5; KR102241310B1; CN106687625B; US20170260646A1; JP6365674B2; US10094043B2; JPWO2016038817A1; CN106687625A

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Einkristalls, wobei durch das Verfahren, wenn ein Einkristall mit einem Czochralski-Verfahren durch Ziehen des Einkristalls nach oben durch einen Draht von der Rohmaterialschmelze in einem Tiegel gezüchtet wird, ein Einkristall durch Anpassen eines Raums zwischen einer Schmelzenoberfläche der Rohmaterialschmelze und einem unteren Endteil einer Struktur im Ofen, die oberhalb der Schmelzenoberfläche in einer vorgegebenen Distanz angeordnet ist, gezüchtet wird, wobeider Raum auf eine vorgegebene Distanz durch Messen einer Distanz von einer Referenzhöhenposition in einer vorgegebenen Höhe, angeordnet in einer Ziehkammer, und oberhalb der Schmelzenoberfläche zum unteren Endteil der Struktur im Ofen in einem Zustand, in dem die Struktur im Ofen oberhalb der Schmelzenoberfläche in der Ziehkammer installiert ist, Ermitteln eines Positionsfehlers des unteren Endteils , der eine Differenz zwischen der gemessenen Distanz und einer Distanz von der zuvor eingestellten Referenzhöhenposition zum unteren Endteil der Struktur im Ofen ist, Ermitteln einer Solldistanz von der Schmelzenoberfläche zur Referenzhöhenposition durch Hinzufügen des Positionsfehlers des unteren Endteils und einer Distanz von der Referenzhöhenposition zu einer Schmelzenoberflächenposition erzielt wird und Anpassen einer Distanz von einer Ausgangsposition der Schmelzenoberfläche zur Referenzhöhenposition, so dass die Solldistanz erreicht wird, angepasst wird,wobei die Distanz von der Referenzhöhenposition in der vorbestimmten Höhe, angeordnet in der Ziehkammer, und oberhalb der Schmelzenoberfläche, zu dem unteren Endteil der Struktur im Ofen gemessen wird, indem der untere Endteil der Struktur im Ofen mit einer flachen Platte abgeschlossen wird, um eine flache Oberfläche zu bilden, und der Draht durch einen Drahtantriebsteil abgewickelt wird, um den Impfkristall, der durch den Impfkristallhalter, angeordnet am Ende des Drahtes, gehalten wird, nach unten zu bewegen, undwobei eine Distanz, die der Impfkristall von der Referenzhöhenposition zu der flachen Oberfläche bewegt wird, als die Distanz von der Referenzhöhenposition auf der vorbestimmten Höhe, angeordnet in der Ziehkammer, und oberhalb der Schmelzenoberfläche, zu dem unteren Endteil der Struktur im Ofen verwendet wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren zum Steuern der Konzentration von Sauerstoff in einem Silicium-Einkristall und Verhindern der Erzeugung von Kristallfehlern in der Form von oxidationsinduzierten Stapelfehlern (Oxidation induced Stacking Faults, nachfolgend als OSFs bezeichnet) beim Herstellen eines Silicium-Einkristalls mit dem Czochralski-Verfahren (nachfolgend als CZ-Verfahren bezeichnet).
STAND DER TECHNIK
Als ein Verfahren zum Herstellen eines Einkristalls ist das CZ-Verfahren in breiter Verwendung, bei dem ein Kristall während des Züchtens nach oben aus einer Rohmaterialschmelze in einem Tiegel gezogen wird. Beim Herstellen eines Silicium-Einkristalls mit dem CZ-Verfahren erfolgt durch Anpassen der Strömungsgeschwindigkeit von Argon, des Ofendrucks und der Distanz (nachfolgend auch als Schmelzenoberflächenraum bezeichnet) zwischen einer Schmelzenoberfläche und einem unteren Endteil einer Struktur im Ofen die Steuerung der Konzentration von Sauerstoff im Kristall und die Anzahl von Kristallfehlern wie OSFs wird verringert.
Beispielsweise wird in der Patentschrift 1 ein Verfahren zum Anpassen der Schmelzenoberfläche auf eine vorgegebene Position in Bezug auf die Höhenposition eines Impfkristalls durch Hinzufügen eines Sensors zu einer Ziehvorrichtung vorgeschlagen. Ferner wird in der Patentschrift 2 ein Verfahren zum Anpassen des Schmelzenoberflächenraums durch Projizieren von Licht auf die Schmelzenoberfläche und Ermitteln des von der Schmelzenoberfläche reflektierten Lichts vorgeschlagen.
Zusätzlich ist in der Patentschrift 3 ein Verfahren zum Anpassen des Schmelzenoberflächenraums durch Bringen einer Positionsmessvorrichtung in direkten Kontakt mit der Schmelze beschrieben. Darüber hinaus wird in der Patentschrift 4 ein Verfahren zum Anpassen des Schmelzenoberflächenraums durch Ermitteln des projizierten Bildes eines unteren Teils eines Strahlungsverhinderungszylinders und Bewegen des Strahlungsverhinderungszylinders nach oben oder unten vorgeschlagen. Ferner wird in der Patentschrift 5 ein Verfahren zum Messen der relativen Distanz zwischen einem oberhalb der Schmelzenoberfläche angeordneten Referenzreflektor und der Schmelzenoberfläche vorgeschlagen. DE 694 06 321 T2 offenbart eine Vorrichtung (10) zum Erzeugen eines nach dem Czochralski-Verfahren gezüchteten Halbleitereinkristalls (S), die einen am unteren Ende einer Gasrektifikationsrohres (P) angeordneten Referenzreflektor (12), ein erstes und ein zweites optisches System (16, 20), die über dem Referenzreflektor angeordnet sind, zum Verändern der Ausbreitungsrichtung des Lichts aus der Horizontalen in die Vertikale und umgekehrt, einen ersten Positionssensor (14), der aus einer ersten Lichtquelle zum Ausstrahlen eines Lichtstrahls in einer horizontalen Richtung in Richtung des ersten optischen Systems und einem ersten lichtempfindlichen Element besteht, das ein von der Schmelzoberfläche (24) in einem Tiegel (C) reflektiertes Reflexionslicht empfängt, einen zweiten Positionssensor (18), der aus einer zweiten Lichtquelle zum Ausstrahlen eines Lichtstrahls in einer horizontalen Richtung in Richtung des zweiten optischen Systems und einem zweiten lichtempfindlichen Element besteht, das ein von dem Referenzreflektor reflektiertes Reflexionslicht empfängt.
LISTE DER ANFÜHRUNGEN
PATENTLITERATUR

Patentschrift 1: JP H05-59876 B
Patentschrift 2: JP H06-92784 A
Patentschrift 3: JP H07-330484 A
Patentschrift 4: JP H07-277879 A
Patentschrift 5: JP 2007-290906 A
Patentschrift 6: DE 694 06 321 T2

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHE AUFGABE
Mit dem Verfahren der Patentschrift 1 kann aber der Schmelzenoberflächenraum auf eine vorgegebene Distanz mit hoher Reproduzierbarkeit angepasst werden, wenn die Struktur im Ofen nicht geändert wird; wenn ein Teil, das die Struktur im Ofen bildet, gegen ein anderes ausgetauscht wird, verringert ein Herstellungsmaßfehler oder -passfehler die Reproduzierbarkeit des Schmelzenoberflächenraums, was zu einem unerwünschten Verlust der Wirkung zum Verringern der Anzahl von Kristallfehlern führt.
Zum Lösen des zuvor beschriebenen Problems muss gegebenenfalls zum Anordnen der Position des unteren Endteils der Struktur im Ofen mit hoher Präzision die Herstellungsmaßgenauigkeit von jedem Teil verbessert werden oder die Form von diesem zu einer Form geändert werden, bei dem eine geringere Wahrscheinlichkeit besteht, dass es einen Passfehler verursacht, und der Bereich der Variationen von Merkmalen, beispielsweise der Variationen von Merkmalen der Wärmedehnung, verkleinert wird. Die Zahl von Teilen, an denen die zuvor beschriebene Bearbeitung durchgeführt werden muss, wird jedoch groß und die zuvor beschriebene Bearbeitung muss an allen diesen durchgeführt werden, was zu einer unerwünschten Erhöhung der Herstellungskosten der Teile führt.
Ferner wird in der Patentschrift 2 das optische System umfassend einen Laserprojektionsteil, einen Lichtempfangsteil, einen Laserlichtdurchgangsteil usw. kompliziert, was zu der unerwünschten Notwendigkeit führt, dass ein teures optisches System die Messgenauigkeit verbessern muss.
Ferner ist im Verfahren der Patentschrift 3, da sich die Länge dadurch ändert, dass die Positionsmessvorrichtung in Kontakt mit der Schmelzenoberfläche gebracht wird, die Wiederholbarkeit in unerwünschter Weise niedrig.
Zusätzlich ist in der Patentschrift 4 ein Auf-und-Ab-Bewegungsmechanismus des Strahlungsverhinderungszylinders erforderlich, was die Vorrichtung verteuert. Ferner haften Schmelzenspritzer im Laufe des Schmelzens eines festen Siliciumrohmaterials auf der unteren Oberfläche des Strahlungsverhinderungszylinders und ändern das projizierte Bild, was eine genaue Messung der Schmelzenposition verhindert.
Ferner haften ebenfalls in der Patentschrift 5 Schmelzenspritzer im Laufe des Schmelzens eines festen Siliciumrohmaterials auf dem Reflektor und ändern das Spiegelbild, was eine genaue Messung der Schmelzenposition verhindert.
Wenn wie zuvor beschrieben ein Bereich, der Genauigkeit erfordert, lokal in einem Ofen angeordnet ist, kann das Eintreten einer Situation nicht verhindert werden, in der dieses Teil die Funktion einstellt, und es wurde nach einem geeigneten Mittel zum Lösen eines solchen Problems gesucht.
Die vorliegende Erfindung wurde vor dem Hintergrund der Probleme entwickelt und eine Aufgaben von dieser besteht im Bereitstellen eines Verfahrens zum Herstellen eines Einkristalls, wobei das Verfahren einen Schmelzenoberflächenraum auf eine vorgegebene Distanz anpassen kann, selbst wenn ein Teil, das eine Struktur in einem Ofen bildet, durch ein anderes ausgetauscht wird, ohne lokal einen Bereich in einem Ofen bereitzustellen, der Genauigkeit erfordert.
TECHNISCHE LÖSUNG
Zum Lösen der Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Einkristalls bereit, wobei durch das Verfahren, wenn ein Einkristall mit dem Czochralski-Verfahren durch Ziehen des Einkristalls nach oben durch einen Draht von der Rohmaterialschmelze in einem Tiegel gezüchtet wird, ein Einkristall durch Anpassen eines Raums zwischen einer Schmelzenoberfläche der Rohmaterialschmelze und einem unteren Endteil einer Struktur im Ofen, die oberhalb der Schmelzenoberfläche in einer vorgegebenen Distanz angeordnet ist, gezüchtet wird, wobei
der Raum auf eine vorgegebene Distanz durch Messen einer Distanz von einer Referenzhöhenposition in einer vorgegebenen Höhe, angeordnet in einer Ziehkammer, und oberhalb der Schmelzenoberfläche zum unteren Endteil der Struktur im Ofen in einem Zustand, in dem die Struktur im Ofen oberhalb der Schmelzenoberfläche in der Ziehkammer installiert ist, Ermitteln eines Positionsfehlers des unteren Endteils , der eine Differenz zwischen der gemessenen Distanz und einer Distanz von der zuvor eingestellten Referenzhöhenposition zum unteren Endteil der Struktur im Ofen ist, Ermitteln einer Solldistanz von der Schmelzenoberfläche zur Referenzhöhenposition durch Hinzufügen des Positionsfehlers des unteren Endteils und einer Distanz von der Referenzhöhenposition zu einer Schmelzenoberflächenposition erzielt wird und Anpassen einer Distanz von einer Ausgangsposition der Schmelzenoberfläche zur Referenzhöhenposition, so dass die Solldistanz erreicht wird, angepasst wird,
wobei die wobei die Distanz von der Referenzhöhenposition in der vorbestimmten Höhe, angeordnet in der Ziehkammer, und oberhalb der Schmelzenoberfläche, zu dem unteren Endteil der Struktur im Ofen gemessen wird, indem der untere Endteil der Struktur im Ofen mit einer flachen Platte abgeschlossen wird, um eine flache Oberfläche zu bilden, und der Draht durch einen Drahtantriebsteil abgewickelt wird, um den Impfkristall, der durch den Impfkristallhalter, angeordnet am Ende des Drahtes, gehalten wird, nach unten zu bewegen, und
wobei eine Distanz, die der Impfkristall von der Referenzhöhenposition zu der flachen Oberfläche bewegt wird, als die Distanz von der Referenzhöhenposition auf
der vorbestimmten Höhe, angeordnet in der Ziehkammer, und oberhalb der Schmelzenoberfläche, zu dem unteren Endteil der Struktur im Ofen verwendet wird.
Dadurch kann ein Schmelzenoberflächenraum auf eine vorgegebene Distanz angepasst werden, selbst wenn ein Teil, das die Struktur im Ofen bildet, durch ein anderes ausgetauscht wird, ohne lokal einen Bereich im Ofen bereitzustellen, der Genauigkeit erfordert. Somit kann beim Herstellen eines Einkristalls die Zahl von Kristallfehlern verringert werden.
Zu diesem Zeitpunkt wird, wenn die Solldistanz ermittelt wird, vorzugsweise die Solldistanz durch Schätzen einer Länge, um die sich die Struktur im Ofen oberhalb der Schmelzenoberfläche, die der Messung der Distanz zum unteren Endteil der Struktur im Ofen unterworfen ist, durch Wärmedehnung ändert, Ermitteln, wenn die Distanz von der Referenzhöhenposition zum unteren Teil der Struktur im Ofen vorab eingestellt wird, eines Wärmedehnungsfehlers, der eine Differenz zwischen einer vorab eingestellten Wärmedehnungs-Referenzlänge der Struktur im Ofen und der geschätzten Länge ist, und Addieren des Wärmedehnungsfehlers, des Positionsfehlers des unteren Endteils und der Distanz von der Referenzhöhenposition zur Schmelzenoberflächenposition ermittelt.
Dadurch kann, selbst wenn sich die Struktur im Ofen durch Wärmedehnung ändert, der Schmelzenoberflächenraum zuverlässiger auf eine vorgegebene Distanz angepasst werden.
VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Mit dem Verfahren zum Herstellen eines Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Schmelzenoberflächenraum auf eine vorgegebene Distanz angepasst werden, selbst wenn ein Teil, das eine Struktur im Ofen bildet, durch ein anderes ausgetauscht wird, ohne lokal einen Bereich im Ofen bereitzustellen, der Genauigkeit erfordert. Somit kann die Zahl von Kristallfehlern verringert werden.
Figurenliste

1 zeigt ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines Beispiels einer Einkristall-Herstellvorrichtung, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
2 zeigt ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines Bereichs, in dem eine Distanz gemessen wird, oder eines Bereichs, in dem eine Distanz vorab ermittelt wird, in der Einkristall-Herstellvorrichtung, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
3 zeigt ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines Beispiels eines Verfahrens zum Messen eines Schmelzenoberflächenraums durch Verwenden einer Einkristall-Herstellvorrichtung im Beispiel.
4 zeigt ein Diagramm der Ergebnisse von Fehlern zwischen gemessenen Werten und einem Sollwert des Schmelzenoberflächenraums in Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1.
5 zeigt ein Diagramm der Ergebnisse von Fehlern zwischen gemessenen Werten und einem Sollwert des Schmelzenoberflächenraums in Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 2.
6 zeigt ein Diagramm der Ergebnisse von Variationen in der Kristallfehlerdichte in Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel 3.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend ist die vorliegende Erfindung ausführlich in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben; aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf die nachfolgend beschriebenen beschränkt.
Zunächst ist eine Einkristall-Herstellvorrichtung beschrieben, die in einem Verfahren zum Herstellen eines Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Wie in 1 dargestellt umfasst eine Einkristall-Herstellvorrichtung 1 eine Hauptkammer 2 und eine daran angeschlossene Ziehkammer 3.
In der Hauptkammer 2 sind ein Tiegel 4, eine Tiegelhalteachse 5, die den Tiegel 4 hält, und eine Heizvorrichtung 6, die um den Umfang des Tiegels 4 angeordnet ist, angeordnet. Ein Rohmaterial-Mehrkristall, mit dem der Tiegel 4 gefüllt ist, wird durch Erwärmen durch die Heizvorrichtung 6 geschmolzen, wodurch eine Rohmaterialschmelze 7 erzeugt wird.
Zusätzlich sind oberhalb einer Schmelzenoberfläche 7a der Rohmaterialschmelze 7 ein Impfkristallhalter 8a zum Halten eines Impfkristalls 8 und ein Draht 9 zum Ziehen des Impfkristallhalters 8a nach oben koaxial mit der Tiegelhalteachse 5 angeordnet.
Darüber hinaus ist in der Ziehkammer 3 eine Struktur im Ofen 10 angeordnet und zwischen der Schmelzenoberfläche 7a und einem unteren Endteil der Struktur im Ofen 10 bleibt ein Schmelzenoberflächenraum 11.
Ferner weist die Tiegelhalteachse 5 einen Tiegelantriebsteil (in der Zeichnung nicht dargestellt) zum Drehen des Tiegels 4 und Bewegen des Tiegels 4 nach oben und unten auf. Zusätzlich weist der Draht 9 einen Drahtantriebsteil 12 zum Aufwickeln des Drahts 9, um den Impfkristallhalter 8a nach oben zu bewegen, Abwickeln des Drahts 9, um den Impfkristallhalter 8a nach unten zu bewegen, und Drehen des Impfkristallhalters 8a auf.
In Bezug auf den Betrieb des Tiegelantriebsteils und des Drahtantriebsteils 12 kann ein Steuerungsteil 13 die vertikalen Bewegungen und Drehbewegungen durch Ausgeben eines Befehlssignals an jeden Antriebsteil steuern. Ferner ist mit dem Steuerungsteil 13 ein Sensor 13a elektrisch verbunden.
Nachfolgend ist ein Verfahren zum Züchten eines Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Zunächst wird vor einer Anpassung einer Ausgangsposition der Schmelzenoberfläche 7a die Struktur im Ofen 10 montiert und in der Ziehkammer 3 installiert. In diesem Zustand wird eine Distanz M (siehe 2) von einer in einer vorgegebenen Höhe, angeordnet in einer Ziehkammer, und oberhalb der Schmelzenoberfläche 7a angeordneten Referenzhöhenposition 14 zum unteren Endteil der Struktur im Ofen 10 durch Messung ermittelt.
Für die Messung der Distanz M von der Referenzhöhenposition 14 zum unteren Endteil der Struktur im Ofen 10 kann ein spezielles Längenmessinstrument oder ein Messverfahren, das nachfolgend beschrieben ist, gegebenenfalls verwendet werden. Die Distanz von der Referenzhöhenposition in der vorbestimmten Höhe, angeordnet in der Ziehkammer, und oberhalb der Schmelzenoberfläche, zum unteren Endteil der Struktur im Ofen wird gemäß den Ansprüchen gemessen.
Beispielsweise wird ein Fall beschrieben, bei dem das Drahtantriebsteil 12 und der Sensor 13a verwendet werden.
Zunächst wird eine flache Oberfläche durch Abschließen des unteren Endteils der Struktur im Ofen 10 mit einer flachen Platte gebildet. Anschließend wird der Impfkristall 8 durch Abwickeln des Drahts 9 mit dem Drahtantriebsteil 12 nach unten bewegt. Danach wird die Distanz von einer Position, in der das untere Ende des Impfkristalls 8 durch den Sensor 13a ermittelt wird, zu einer Position, zu welcher der Draht 9 vom Drahtantriebsteil 12 abgewickelt wird, bis das untere Ende des Impfkristalls 8 den am unteren Ende der Struktur im Ofen 10 ausgebildeten flachen Teil erreicht, gemessen. Die gemessene Distanz kann als die Distanz M von der Referenzhöhenposition 14 zum unteren Endteil der Struktur im Ofen 10 verwendet werden.
Anschließend wird vom folgenden Ausdruck (1) ein Positionsfehler des unteren Endteils G, der eine Differenz zwischen der Distanz M zum unteren Endteil der Struktur im Ofen 10, der durch die Messung ermittelten Distanz M und einer Referenzdistanz L (siehe 2) von der zuvor eingestellten Referenzhöhenposition 14 zum unteren Endteil der Struktur im Ofen 10 ist, ermittelt. $G = M - L$
Zu diesem Zeitpunkt ist es als die Referenzdistanz L von der Referenzhöhenposition 14 zum unteren Endteil der Struktur im Ofen 10 vorzuziehen, dass immer der gleiche Wert in einer Vorrichtung verwendet wird. Dies erleichtert das Einstellen der Auslegungsreferenzmaße der Vorrichtung und Elemente im Ofen.
Ferner wird wie im folgenden Ausdruck (2) durch Addieren des auf die zuvor beschriebene Weise ermittelten Positionsfehlers G des unteren Endteils zu einer Distanz H (siehe 2) von der Referenzhöhenposition 14 zu einer Schmelzenoberflächenposition eine Zieldistanz P von der Schmelzenoberfläche 7a zur Referenzhöhenposition 14 ermittelt. $P = H + G$
Zu diesem Zeitpunkt kann als die Distanz H von der Referenzhöhenposition 14 zur Schmelzenoberflächenposition ein durch Addieren einer Schmelzenpositionsbewegungsdistanz und einer Schmelzenpositionsänderungsdistanz zu einem durch Addieren der Referenzdistanz L zu einem als ein geeigneter Wert zum Erzielen der gewünschten Kristallqualität eingestellten Schmelzenoberflächenraum ermittelten Wert ermittelter Wert in einem Prozess vom Befestigen eines Impfkristalls an einem geraden Kristallkörper, wenn der Kristall nach oben gezogen wird, eingestellt werden. Ferner ist es in einer Vorrichtung vorzuziehen, dass immer der gleiche Wert als der Wert der Distanz H von der Referenzhöhenposition 14 zur Schmelzenoberflächenposition verwendet wird.
Anschließend wird durch Einstellen der Ausgangsposition der Schmelzenoberfläche 7a, so dass die durch den Ausdruck (2) ermittelte Solldistanz P erreicht wird, der Schmelzenoberflächenraum 11 auf eine vorgegebene Distanz angepasst.
Dadurch kann der Schmelzenoberflächenraum auf eine vorgegebene Distanz angepasst werden, selbst wenn ein Teil, das die Struktur im Ofen bildet, durch ein anderes ausgetauscht wird, ohne lokal einen Bereich im Ofen bereitzustellen, der Genauigkeit erfordert.
Zu diesem Zeitpunkt ist es unter der Berücksichtigung einer Situation, in der sich die Länge der Struktur im Ofen 10 durch Wärmedehnung dadurch, dass die Ofentemperatur eine hohe Temperatur erreicht, während der Kristall nach oben gezogen wird, ändert, noch mehr vorzuziehen, die Solldistanz P wie folgt zu ermitteln.
Zunächst wird der Koeffizient der linearen Wärmedehnung des Rohmaterials von jedem Teil der Struktur im Ofen 10, die in der Ziehkammer 3 installiert ist, vorab gemessen. Anschließend wird die Temperatur von jedem Teil des Strukturteils im Ofen 10, die während des Ziehens des Kristalls nach oben beobachtete Temperatur, vorab durch eine aktuelle Messung ermittelt oder die Temperatur von jedem Teil wird durch eine numerische Berechnungssimulation o. Ä. ermittelt.
Anschließend wird durch Verwenden der Temperatur von jedem Teil der Struktur im Ofen 10 und des durch die Messung ermittelten Koeffizienten der linearen Wärmedehnung des Rohmaterials von jedem Teil der Struktur im Ofen 10 eine geschätzte Wärmedehnungslänge E (siehe 2), die eine Länge, um die sich die Struktur im Ofen 10 durch Wärmedehnung ändert, während der Kristall nach oben gezogen wird, ist, geschätzt.
Wenn die Distanz von der Referenzhöhenposition zum unteren Endteil der Struktur im Ofen 10 vorab eingestellt wird, wird vorab eine Wärmedehnungs-Referenzlänge F (siehe 2) der Struktur im Ofen 10 ermittelt.
Zu diesem Zeitpunkt wird die Wärmedehnungs-Referenzlänge F durch Verwenden des Werts des Durchschnitts der gemessenen Koeffizienten der linearen Wärmedehnung der Rohmaterialien einer Vielzahl von Strukturen im Ofen 10 ermittelt und kann als eine Länge, um die sich die Struktur im Ofen 10 durch Wärmedehnung ändert, während der Kristall nach oben gezogen wird, betrachtet werden, wobei die Länge durch Verwenden der durch die aktuelle Messung oder die numerische Berechnungssimulation o. Ä. ermittelten Temperatur von jedem Teil ermittelt wird. Wie bei der Wärmedehnungs-Referenzlänge F und der Temperatur von jedem Teil werden vorzugsweise immer die gleichen Werte in einer Vorrichtung verwendet.
Anschließend wird wie im folgenden Ausdruck (3) ein Wärmedehnungsfehler D ermittelt, der eine Differenz zwischen der geschätzten Wärmedehnungslänge E und der Wärmedehnungs-Referenzlänge F ist. $D = E - F$
Anschließend kann wie im folgenden Ausdruck (4) durch Addieren des Wärmedehnungsfehlers D, des Positionsfehlers des unteren Endteils G und der Distanz H von der Referenzhöhenposition 14 zur Schmelzenoberfläche 7a die Solldistanz P von der Referenzhöhenposition 14 zur Schmelzenoberfläche 7a unter Berücksichtigung eines durch die Wärmedehnung der Struktur im Ofen 10 erzeugten Fehlers ermittelt werden. $P = H + G + D$
Dadurch kann, selbst wenn die Struktur im Ofen einen durch Wärmedehnung verursachten Fehler aufweist, der Schmelzenoberflächenraum zuverlässiger auf eine vorgegebene Distanz angepasst werden.
Nachdem der Schmelzenoberflächenraum 11 auf eine vorgegebene Distanz wie zuvor beschrieben angepasst wurde, wird der Draht 9 vom Drahtantriebsteil 12 abgewickelt und die Spitze des vom Impfkristallhalter 8a gehaltenen Impfkristalls 8 wird in Kontakt mit der Schmelzenoberfläche 7a gebracht. Anschließend wird der Impfkristall 8 durch Aufwickeln des Drahts 9 mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit nach oben gezogen, wobei die Tiegelhalteachse 5 und der Draht 9 in einer vorgegebenen Drehrichtung und mit einer vorgegebenen Drehgeschwindigkeit gedreht werden, wodurch ein Silicium-Einkristall unter dem Impfkristall 8 erzeugt wird.
Durch Durchführen der Herstellung des Einkristalls auf diese Weise kann, da der Schmelzenoberflächenraum auf eine vorgegebene Distanz angepasst werden kann, selbst wenn ein Teil, das die Struktur im Ofen bildet, gegen ein anderes ausgetauscht wird, ohne lokal einen Bereich in einem Ofen bereitzustellen, der Genauigkeit erfordert, eine gewünschte Ziehgeschwindigkeit und Temperaturverteilung erzielt und die Zahl von Kristallfehlern im nach oben gezogenen Einkristall verringert werden.
BEISPIEL
Nachfolgend ist die vorliegende Erfindung ausführlicher in Bezug auf Beispiele und ein Vergleichsbeispiel beschrieben; die vorliegende Erfindung ist aber nicht hierauf beschränkt.
(Beispiel 1)
Wie in 3 dargestellt wurde zum Messen des Schmelzenoberflächenraums 11 eine Messlehre 15 zum Imitieren der Schmelzenoberfläche in der Hauptkammer 2 der Einkristall-Herstellvorrichtung 1 angebracht. Auf der Messlehre 15 ist ein Vorsprung 16 angeordnet.
Am Vorsprung 16 ist ein Ausgangsanschluss einer Stromversorgung 17 über die Tiegelhalteachse 5 angeschlossen und an der Struktur im Ofen 10 ist der andere Ausgangsanschluss der Stromversorgung 17 angeschlossen. Anschließend kann durch Ermitteln eines Stroms, der fließt, wenn der Vorsprung 16 und der untere Endteil der Struktur im Ofen 10 miteinander Kontakt haben, elektrisch der Kontakt zwischen dem Vorsprung 16 und dem unteren Endteil der Struktur im Ofen 10 ermittelt werden.
Zunächst wurde in einem Zustand, in dem die Struktur im Ofen 10 in die Ziehkammer 3 gesetzt war, die Distanz M (siehe 2) von der Referenzhöhenposition 14 zum unteren Endteil der Struktur im Ofen 10 durch Messung ermittelt. Anschließend wurde durch die zuvor beschriebenen Ausdrücke (1) und (2) die Solldistanz P (siehe 2) von der Referenzhöhenposition 14 zur Schmelzenoberfläche ermittelt. Anschließend wurde eine Anpassung der Ausgangsposition der Messlehre 15 durchgeführt, so dass die somit ermittelte Solldistanz P erreicht wurde.
Anschließend wurde die Messlehre 15 von der Tiegelhalteachse 5 nach oben bewegt und die Position der Messlehre 15 zum Zeitpunkt des elektrischen Ermittelns des Kontakts zwischen dem Vorsprungteil 16 und dem unteren Endteil der Struktur im Ofen 10 wurde gemessen. Anschließend wurde ein durch Addieren der Höhe des Vorsprungteils 16 zur Distanz von der gemessenen Position zur Position, in der die Anpassung der Ausgangsposition der Messlehre 15 erfolgte, gemessen und dieser Wert wurde auf die Distanz des Schmelzenoberflächenraums 11 zwischen der Schmelzenoberfläche und dem unteren Endteil der Struktur im Ofen 10 eingestellt.
Danach wurde, nachdem jedes der fünf Elemente einer Vielzahl von Elementen zum Bilden der Struktur im Ofen 10 miteinander ausgetauscht war, die Distanz m von der Referenzhöhenposition 14 zum unteren Endteil der Struktur im Ofen 10 auf eine ähnliche Weise wie zuvor beschrieben gemessen, eine Korrektursolldistanz abgeleitet und eine Anpassung der Ausgangsposition der Schmelzenoberfläche 7a ausgeführt. Dieser Vorgang wurde wiederholt, bis die Zahl von Teilen von Messdaten des Schmelzenoberflächenraums 10 wurde. Die somit erzeugten Messergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
Die Referenzdistanz L (siehe 2) von der Referenzhöhenposition 14 zum unteren Endteil der Struktur im Ofen 10 wurde vorab auf 960,7 mm eingestellt, die Distanz H (siehe 2) von der Referenzhöhenposition 14 zur Schmelzenoberfläche 7a wurde vorab auf 990,70 mm eingestellt und ein Sollwert für den Schmelzenoberflächenraum 11 zwischen der Schmelzenoberfläche 7a und der Struktur im Ofen 10 wurde vorab auf 30 mm eingestellt.
(Vergleichsbeispiel 1)
Durch Verwenden der Teile der gleichen Struktur im Ofen 10 wie die Struktur im Ofen 10 von Beispiel 1 mit der Ausnahme, dass die Messung von der Referenzhöhenposition 14 zum unteren Endteil der Struktur im Ofen 10 und eine Anpassung der Ausgangsposition der Schmelzenoberfläche 7a auf der Basis der Messergebnisse nicht erfolgt, erfolgte die Messung des Schmelzenoberflächenraums 11 zehnmal. Die somit erzeugten Messergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.
Wie in den Tabellen 1 und 2 dargestellt stellt sich heraus, dass die Werte von Fehlern im Schmelzenoberflächenraum 11 im Beispiel 1 kleiner wurden als die im Vergleichsbeispiel 1.
Die Fehler zwischen den gemessenen Ergebnissen von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 und der als ein Sollwert eingestellte Schmelzenoberflächenraum 11 sind in 4 als ein ermitteltes Verhältnis dargestellt, wenn das Intervall zwischen dem Maximum und dem Minimum von Vergleichsbeispiel 1 mit 1 angenommen wird.
Wie in 4 dargestellt stellt sich heraus, dass sich im Beispiel 1 eine Abweichung vom als ein Sollwert eingestellten Schmelzenoberflächenraum 11 stabilisiert hat und ein Zehntel oder weniger von dem im Vergleichsbeispiel 1 beträgt.
(Beispiel 2)
Der Koeffizient der linearen Wärmedehnung von jedem Rohmaterial, das die oberhalb der Schmelzenoberfläche 7a angeordnete Struktur im Ofen 10 bildet, wurde vorab gemessen. Anschließend wurde die beobachtete Temperatur von jedem Teil der Struktur im Ofen 10, während der Kristall nach oben gezogen wurde, durch eine numerische Berechnungssimulation ermittelt. Durch Verwenden der auf diese Weise ermittelten Temperatur von jedem Teil der Struktur im Ofen 10 und des durch die Messung ermittelten Koeffizienten der linearen Wärmedehnung des Rohmaterials von jedem Teil der Struktur im Ofen 10 wurde die geschätzte Wärmedehnungslänge E (siehe 2), um die sich die in der Ziehkammer 3 installierte Struktur im Ofen 10 durch Wärmedehnung ändert, während der Kristall nach oben gezogen wird, geschätzt.
Wie beim Beispiel 1 wurde die Referenzdistanz L von der Referenzhöhenposition 14 zum unteren Endteil der Struktur im Ofen 10 vorab auf 960,7 mm eingestellt, wurde die Distanz H von der Referenzhöhenposition 14 zur Schmelzenoberfläche 7a vorab auf 990,70 mm eingestellt und wurde ein Sollwert für den Schmelzenoberflächenraum 11 zwischen der Schmelzenoberfläche 7a und der Struktur im Ofen 10 vorab auf 30 mm eingestellt. Anschließend wurde zu diesem Zeitpunkt die Wärmedehnungs-Referenzlänge F (siehe 2) der Struktur im Ofen 10 vorab auf 1,44 mm eingestellt.
Anschließend wurde durch den Ausdruck (3) eine Differenz zwischen der geschätzten Wärmedehnungslänge E und der zuvor eingestellten Wärmedehnungsreferenzlänge F berechnet und der Wärmedehnungsfehler D wurde ermittelt.
Anschließend wurde wie bei Beispiel 1 die Struktur im Ofen 10 in der Ziehkammer 3 angeordnet und die Distanz M von der Referenzhöhenposition 14 zum oberen Endteil der Struktur im Ofen 10 wurde durch Messung ermittelt.
Zusätzlich wurde hier durch den Ausdruck (4) die Solldistanz P der Schmelzenoberfläche 7a unter Berücksichtigung eines durch die Wärmedehnung der Struktur im Ofen 10 erzeugten Fehlers ermittelt. Anschließend wurde die Ausgangsposition der Schmelzenoberfläche 7a angepasst, so dass die Solldistanz P erreicht wurde.
Danach wurde in einem Zustand, in dem die Innenseite des Ofens durch die Heizvorrichtung erwärmt wurde, um die gleichen Temperaturbedingungen zu erzeugen, die beim Ziehen des Kristalls nach oben vorlagen, der Schmelzenoberflächenraum 11 auf die gleiche Weise wie bei Beispiel 1 gemessen.
Anschließend wurde wie bei Beispiel 1 jedes der fünf Elemente der Vielzahl von Elementen zum Bilden der Struktur im Ofen 10 gegeneinander ausgetauscht. Danach wurde der Vorgang erneut wiederholt, die Solldistanz P der Schmelzenoberfläche 7a unter Berücksichtigung eines durch die Wärmedehnung der Struktur im Ofen 10 erzeugten Fehlers abgeleitet, die Ausgangsposition der Schmelzenoberfläche 7a so angepasst, dass die Solldistanz P erzielt wurde, und es erfolgte die Messung des Schmelzenoberflächenraums 11. Dieser Vorgang wurde wiederholt durchgeführt, bis drei Teile von Messdaten erzeugt waren. Die somit erzeugten Messergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt.
Wie in Tabelle 3 dargestellt konnten im Beispiel 2 Fehler zwischen den gemessenen Werten und dem als ein Sollwert eingestellten Schmelzenoberflächenraum 11 innerhalb von ±0,1 mm gehalten werden.
(Vergleichsbeispiel 2)
Die Messung des Schmelzenoberflächenraums 11 wurde dreimal in einem Zustand durchgeführt, in dem die Innenseite des Ofens durch die Heizvorrichtung unter Verwendung der Teile der gleichen Struktur im Ofen 10 wie die Struktur im Ofen 10 von Beispiel 2 auf eine ähnliche Weise wie im Beispiel 2 erwärmt wurde, mit der Ausnahme, dass die Messung des Koeffizienten der linearen Wärmedehnung von jedem Rohmaterial zum Bilden der Struktur im Ofen 10 und die Messung der Distanz M von der Referenzhöhenposition 14 zum unteren Endteil der Struktur im Ofen 10 nicht erfolgten und somit eine Anpassung der Ausgangsposition der Schmelzenoberfläche 7a durch die Ausdrücke (3) und (4) nicht erfolgte. Die somit erzeugten Messergebnisse sind in Tabelle 4 dargestellt.
Wie in Tabelle 4 dargestellt waren im Vergleichsbeispiel 2 die Werte von Fehlern zwischen den gemessenen Werten und dem als ein Sollwert eingestellten Schmelzenoberflächenraum 11 größer als die Werte von Beispiel 2.
Die Messergebnisse von Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 2, die Fehler zwischen den gemessenen Werten und der als ein Sollwert eingestellte Schmelzenoberflächenraum 11 sind in 5 als ein ermitteltes Verhältnis dargestellt, wenn das Intervall zwischen dem Maximum und dem Minimum von Vergleichsbeispiel 2 mit 1 angenommen wird.
Wie in 5 dargestellt lag im Beispiel 2 im Vergleich zum Vergleichsbeispiel 2 eine Abweichung vom Schmelzenoberflächenraum 11 nach der Anpassung der Ausgangsposition der Schmelzenoberfläche 7a innerhalb von einem Zehntel von der des bestehenden Beispiels.
(Beispiel 3)
Nachdem der Schmelzenoberflächenraum auf eine ähnliche Weise wie im Beispiel 2 angepasst worden war, wurde die Spitze des vom Impfkristallhalter 8a gehaltenen Impfkristalls 8 in Kontakt mit der Schmelzenoberfläche 7a durch Abwickeln des Drahts 9 vom Drahtantriebsteil 12 gebracht und der Impfkristall 8 wurde anschließend durch Aufwickeln des Drahts 9 mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit nach oben gezogen, wobei die Tiegelhalteachse und der Draht in einer vorgegebenen Drehrichtung und mit einer vorgegebenen Drehgeschwindigkeit gedreht wurden, wodurch ein Silicium-Einkristall gezüchtet wurde.
Anschließend wurde wie beim Beispiel 2 jedes der Teile der Struktur im Ofen 10 miteinander ausgetauscht, der Schmelzenoberflächenraum angepasst und ein Silicium-Einkristall gezüchtet. Dieser Vorgang wurde mehrmals durchgeführt, wodurch eine Vielzahl von Silicium-Einkristallen erzeugt wurde.
Anschließend wurden die Kristallfehlerdichten der gezüchteten Einkristalle gemessen; Variationen in der Kristallfehlerdichte zu diesem Zeitpunkt sind in 6 als ein ermitteltes Verhältnis dargestellt, wenn Variationen in der Kristallfehlerdichte im Vergleichsbeispiel 3, das nachfolgend beschrieben ist, mit 1 angenommen werden.
Wie aus den Ergebnissen von Beispiel 2 hervorgeht, kann in der vorliegenden Erfindung der Raum zwischen dem unteren Endteil der Struktur im Ofen 10 und der Schmelzenoberfläche 7a angepasst werden, so dass Fehler zwischen dem Raum und einer vorgegebenen Distanz innerhalb von ±0,1 mm liegen.
Somit stellt sich, wenn das Züchten eines Einkristalls anschließend wie im Beispiel 3 durchgeführt wird, heraus, dass wie in 6 dargestellt das Verhältnis von Variationen in der Kristallfehlerdichte um etwa ein Drittel im Vergleich zum Vergleichsbeispiel 3 verringert wird. Wie zuvor beschrieben konnte das Kristallfehler-Qualitätsniveau stabilisiert werden.
(Vergleichsbeispiel 3)
Eine Vielzahl von Silicium-Einkristallen wurde auf eine ähnliche wie im Beispiel 3 hergestellt mit der Ausnahme, dass eine Anpassung der Ausgangsposition der Schmelzenoberfläche 7a durch Kombinieren der Verfahren von Patentschrift 1 und Patentschrift 5 erfolgte. Anschließend wurden die Kristallfehlerdichten der erzeugten Silicium-Einkristalle gemessen.
Gemäß dem in der Patentschrift 5 beschriebenen Verfahren wurden Variationen innerhalb von ±1 mm in den gemessenen Werten des Schmelzenoberflächenraums auf der Basis des reflektierten Bildes festgestellt, und selbst wenn die Verfahren der Patentschrift 1 und Patentschrift 5 kombiniert und ausgeführt wurden, tritt ein Fehler innerhalb von ±1 mm auf, selbst wenn die Ausgangsposition der Schmelzenoberfläche angepasst wird. Somit wurden wie in 6 dargestellt im Vergleich zum Beispiel 3 größere Variationen in der Kristallfehlerdichte festgestellt.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Einkristalls, wobei durch das Verfahren, wenn ein Einkristall mit einem Czochralski-Verfahren durch Ziehen des Einkristalls nach oben durch einen Draht von der Rohmaterialschmelze in einem Tiegel gezüchtet wird, ein Einkristall durch Anpassen eines Raums zwischen einer Schmelzenoberfläche der Rohmaterialschmelze und einem unteren Endteil einer Struktur im Ofen, die oberhalb der Schmelzenoberfläche in einer vorgegebenen Distanz angeordnet ist, gezüchtet wird, wobei der Raum auf eine vorgegebene Distanz durch Messen einer Distanz von einer Referenzhöhenposition in einer vorgegebenen Höhe, angeordnet in einer Ziehkammer, und oberhalb der Schmelzenoberfläche zum unteren Endteil der Struktur im Ofen in einem Zustand, in dem die Struktur im Ofen oberhalb der Schmelzenoberfläche in der Ziehkammer installiert ist, Ermitteln eines Positionsfehlers des unteren Endteils , der eine Differenz zwischen der gemessenen Distanz und einer Distanz von der zuvor eingestellten Referenzhöhenposition zum unteren Endteil der Struktur im Ofen ist, Ermitteln einer Solldistanz von der Schmelzenoberfläche zur Referenzhöhenposition durch Hinzufügen des Positionsfehlers des unteren Endteils und einer Distanz von der Referenzhöhenposition zu einer Schmelzenoberflächenposition erzielt wird und Anpassen einer Distanz von einer Ausgangsposition der Schmelzenoberfläche zur Referenzhöhenposition, so dass die Solldistanz erreicht wird, angepasst wird, wobei die Distanz von der Referenzhöhenposition in der vorbestimmten Höhe, angeordnet in der Ziehkammer, und oberhalb der Schmelzenoberfläche, zu dem unteren Endteil der Struktur im Ofen gemessen wird, indem der untere Endteil der Struktur im Ofen mit einer flachen Platte abgeschlossen wird, um eine flache Oberfläche zu bilden, und der Draht durch einen Drahtantriebsteil abgewickelt wird, um den Impfkristall, der durch den Impfkristallhalter, angeordnet am Ende des Drahtes, gehalten wird, nach unten zu bewegen, und wobei eine Distanz, die der Impfkristall von der Referenzhöhenposition zu der flachen Oberfläche bewegt wird, als die Distanz von der Referenzhöhenposition auf der vorbestimmten Höhe, angeordnet in der Ziehkammer, und oberhalb der Schmelzenoberfläche, zu dem unteren Endteil der Struktur im Ofen verwendet wird.
Verfahren zum Herstellen eines Einkristalls nach Anspruch 1, wobei, wenn die Solldistanz ermittelt wird, vorzugsweise die Solldistanz durch Schätzen einer Länge, um die sich die Struktur im Ofen oberhalb der Schmelzenoberfläche, die der Messung der Distanz zum unteren Endteil der Struktur im Ofen unterworfen ist, durch Wärmedehnung ändert, Ermitteln, wenn die Distanz von der Referenzhöhenposition zum unteren Teil der Struktur im Ofen vorab eingestellt wird, eines Wärmedehnungsfehlers, der eine Differenz zwischen einer vorab eingestellten Wärmedehnungs-Referenzlänge der Struktur im Ofen und der geschätzten Länge ist, und Addieren des Wärmedehnungsfehlers, des Positionsfehlers des unteren Endteils und der Distanz von der Referenzhöhenposition zur Schmelzenoberflächenposition ermittelt wird.