-
TECHNISCHES GEBIET
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einkristallziehvorrichtung zum Ziehen eines Siliziumeinkristalls aus einer Rohstoffschmelze in einem Tiegel gemäß einem Czochralski-Verfahren.
-
TECHNISCHER HINTERGRUND
-
Die Nachfrage nach Substraten vom n-Typ mit niedrigem spezifischem Widerstand, die für Leistungsvorrichtungen mit niedriger Durchschlagspannung bestimmt sind, steigt zunehmend.
-
Als ein Verfahren zur Herstellung von Einkristallen mehrerer Spezifikationen auf unterschiedliche Weise gibt es ein Verfahren namens AB-Schnitt, bei dem zwei Einkristalle gezogen werden, indem zunächst ein Produkt X mit hohem spezifischem Widerstand gezogen wird und dann ein Dotierstoff in die verbleibende Schmelze (Rohmaterialschmelze) nachgeladen wird, um ein Produkt Y mit niedrigem spezifischem Widerstand zu ziehen.
-
Für eine effizientere Herstellung gibt es ein Verfahren zum Ziehen eines Stücks eines Einkristalls, bei dem das Produkt X mit hohem spezifischem Zielwiderstand von der oberen Seite des Kristalls unter Verwendung von eingangs geladenem Phosphor erzeugt wird und das Produkt Y mit niedrigem spezifischem Widerstand unter Verwendung eines Dotierstoffs hergestellt wird, der an dem Punkt auf halbem Weg des Ziehens des geraden Körpers nachgeladen wird. Je schneller die Dotierungsrate an dem Punkt auf halbem Weg des Verfahrens, desto geringer der Verlust.
-
Wenn währenddessen nur ein Kristall mit niedrigem spezifischem Widerstand hergestellt werden soll, wird die Schmelze vor dem Ziehen mit viel Dotierstoff geladen. Eine so große Menge an Dotierstoff verursacht jedoch ein Problem dahingehend, dass in dem Kegelschritt des Einkristallzüchtprozesses wahrscheinlich eine Versetzung auftritt. Als Grund wird folgender betrachtet. Insbesondere in der Anfangsphase des Kegelschrittes ist die lineare Gasgeschwindigkeit zwischen der Schmelzoberfläche und der Abschirmung für die Schneidestrahlungswärme von einer Heizvorrichtung und der über der Schmelzoberfläche befindlichen Schmelze langsam; folglich haftet der verdampfte Dotierstoff und dessen Oxid an dem Kristall.
-
Da Dotierstoffe vom n-Typ flüchtig sind, besteht ein weiteres Problem: Wenn ein solcher Dotierstoff vom n-Typ vor dem Impfen geladen wird, wird ein Teil davon vor dem Ziehschritt des geraden Körpers, der als ein Produkt dient, verdampft.
-
Zur Überwindung dieser Probleme wird ein Halb-Weg-Dotierverfahren eingesetzt, bei dem nach Durchführung des Kegelschritts unter Verwendung einer Schmelze mit niedriger Dotierstoffkonzentration das Dotieren während des Ziehens des geraden Körpers ausgeführt wird (z.B. Patentdokument 1). Auch in diesem Fall gilt: Je schneller die Halb-Weg-Dotierungsrate, desto geringer der Verlust.
-
Bei der Halb-Weg-Dotierung wird häufig folgendes Verfahren angewendet: Wärme in einem Ofen wird zum Sublimieren von Phosphor und Arsen aufgrund deren sublimierbarer Natur genutzt, und das Ergebnis wird durch ein Rohr geleitet und zusammen mit einem Trägergas zum Dotieren auf eine Schmelze geblasen.
-
Eine HZ(heiße Zone)-Struktur zur Halb-Weg-Dotierung mit Phosphor ist wie in 5 dargestellt. Eine Ladeeinrichtung 116 für roten Phosphor ist außerhalb einer Hauptkammer 102a angeordnet. Die Ladeeinrichtung 116 für roten Phosphor speichert roten Phosphor darin und hat die Funktion, den roten Phosphor durch Schütteln mit einer erwünschten Geschwindigkeit fallen zu lassen (Patentdokument 2). Der gefallene rote Phosphor passiert ein Verbindungsrohr 120 und fällt in einen Sublimationsraum 117, der in einem Ofen vorgesehen ist. Ferner strömt auch ein Trägergas in das Verbindungsrohr 120. Da der Sublimationsraum 117 bei 1000°C oder höher betrieben wird, sublimiert der gefallene rote Phosphor zu einem Gas, das dann zusammen mit dem Trägergas durch ein Dotierrohr 121 geleitet und auf eine Schmelze geblasen wird.
-
LITERATURLISTE
-
PATENTLITERATUR
-
- Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2008-266093
- Patentdokument 2: Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2013-129551
-
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
-
TECHNISCHES PROBLEM
-
Die vorstehend beschriebene Halb-Weg-Dotierung wird vorzugsweise innerhalb der kürzest möglichen Zeit ausgeführt.
-
Die Halb-Weg-Dotierung bei hohen Geschwindigkeiten erhöht jedoch die Konzentration an einem dotierten Teil der Schmelze, wodurch die Verdampfungsmenge in der Region erhöht wird. Dies führt zu Problemen dahingehend, dass die Schmelze weniger dotiert wird als erwartet und dass die verdampfte Substanz an dem Kristall haftet, was zu einer Versetzung führt.
-
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Probleme gemacht. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einkristallziehvorrichtung bereitzustellen, die mit einem sublimierbaren Dotierstoff dotieren kann, so dass die Dotierung mit dem Dotierstoff innerhalb kürzest möglicher Zeit effizient ausgeführt wird.
-
LÖSUNG DES PROBLEMS
-
Um die Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung eine Einkristallziehvorrichtung bereit, die umfasst:
- eine Heizvorrichtung zum Erwärmen eines Rohmaterials in einem Tiegel, um dadurch eine Rohmaterialschmelze zu bilden;
- eine Kammer zur Aufnahme der Heizvorrichtung und des Tiegels; und
- eine Dotierstoffzuführeinrichtung zum Zuführen eines sublimierbaren Dotierstoffs zu der Rohmaterialschmelze und zum Ziehen eines Siliziumeinkristalls aus der Rohmaterialschmelze gemäß einem Czochralski-Verfahren, wobei
- die Dotierstoffzuführeinrichtung umfasst:
- eine Ladeeinrichtung, die außerhalb der Kammer vorgesehen und dazu ausgelegt ist, den Dotierstoff zu speichern und den Dotierstoff in die Kammer zu laden;
- einen Sublimationsraum, der innerhalb der Kammer vorgesehen und dazu ausgelegt ist, den von der Ladeeinrichtung geladenen Dotierstoff zu halten und zu sublimieren;
- eine Trägergaseinleitungseinrichtung, die dazu ausgelegt ist, ein Trägergas in den Sublimationsraum einzuleiten; und
- eine Blaseinrichtung, die dazu ausgelegt ist, den in dem Sublimationsraum sublimierten Dotierstoff zusammen mit dem Trägergas aus der Trägergaseinleitungseinrichtung auf eine Oberfläche der Rohmaterialschmelze zu blasen, und wobei
- die Blaseinrichtung ein mit dem Sublimationsraum und einer Mehrzahl von Blasöffnungen verbundenes Rohr umfasst, so dass der sublimierte Dotierstoff mittels des Rohrs aus der Mehrzahl von Blasöffnungen gestreut und auf die Oberfläche der Rohmaterialschmelze geblasen wird.
-
Bei der Dotierung mit einem sublimierbaren Dotierstoff in Gasform ist eine solche Einkristallziehvorrichtung in der Lage, die Lokalisation des Dotierstoffs in einer Rohmaterialschmelze zu unterdrücken. Dadurch kann im Gegensatz zu herkömmlichen Ziehvorrichtungen eine Erhöhung der Verdampfungsmenge des Dotierstoffs in einer solchen Lokalisationsregion verhindert werden, wodurch eine Versetzung eines Ziehkristalls aufgrund von Anhaftung der verdampften Substanz und dergleichen (verdampfter Dotierstoff und dessen Oxid) sowie ein Fehlschlagen der Dotierung in die Rohstoffschmelze wie erwartet verhindert wird. Somit kann die tatsächliche Dotierungsrate der tatsächlichen Auflösung des Dotierstoffs in die Rohstoffschmelze zur Aufnahme in einen Kristall erhöht werden, was eine effiziente Dotierung innerhalb von kurzer Zeit ermöglicht. Somit können die Herstellungskosten durch Reduzierung des Dotierverlusts gesenkt werden.
-
Ferner kann das Rohr der Blaseinrichtung sich in zwei oder mehrere Abzweigungen verzweigen, und können eine oder mehrere Mündungen, die an jeder Spitze der Abzweigungen geöffnet sind, die Mehrzahl von Blasöffnungen bilden.
-
Währenddessen kann eine Mehrzahl von Mündungen, die an einem Ende des Rohres der Blaseinrichtung geöffnet sind, die Mehrzahl von Blasöffnungen bilden.
-
Die Bereitstellung einer solchen Mehrzahl von Blasöffnungen ermöglicht es, die Lokalisation eines Dotierstoffs effizient zu verhindern, wenn der Dotierstoff in eine Rohstoffschmelze dotiert wird.
-
Alternativ kann die Blaseinrichtung an einem Ende des Rohres einen abnehmbaren Adapter umfassen, und bildet eine Mehrzahl von Löchern, die an dem Adapter geöffnet sind, die Mehrzahl von Blasöffnungen.
-
Ein solcher Adapter mit einer Mehrzahl von Blasöffnungen kann die Lokalisation eines Dotierstoffs wirksam verhindern, wenn der Dotierstoff in eine Rohmaterialschmelze dotiert wird.
-
Ferner kann in dem vorstehenden Fall das Rohr der Blaseinrichtung in zwei oder mehr Abzweigungen verzweigen und kann jede Spitze der Abzweigungen den Adapter umfassen.
-
Eine solche Struktur verhindert zudem die Lokalisation eines Dotierstoffs und ermöglicht eine effizientere Dotierung.
-
Ferner kann die Blaseinrichtung eine abnehmbare Kappe umfassen, die dazu ausgelegt ist, die Mehrzahl von Blasöffnungen zu blockieren.
-
Bei Bereitstellung einer solchen Kappe wird eine nicht benötigte Blasöffnung verschlossen und blockiert, z.B. abhängig von den Ziehbedingungen usw., so dass nur die benötigten Blasöffnungen zum Dotieren geöffnet werden können. Das Anbringen und Abnehmen der Kappe(n) ermöglicht die Einstellung der Dotiermenge und der Region, in der ein Dotierstoff auf eine Rohstoffschmelze geblasen wird.
-
Ferner kann der Dotierstoff Phosphor oder Arsen sein.
-
Diese wurden in vielen Fällen herkömmlich als sublimierbare Dotierstoffe verwendet und die vorliegende Erfindung ist für diese sublimierbaren Dotierstoffe geeignet.
-
VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
-
Wie vorstehend beschrieben, ermöglicht die vorliegende Erfindung die Unterdrückung der Lokalisation eines sublimierbaren Dotierstoffs in einer Rohstoffschmelze zum Zeitpunkt der Dotierung mit dem Dotierstoff in einer Gasform. Somit kann eine Erhöhung der Verdampfungsmenge, eine Versetzung eines Ziehkristalls durch Anhaftung der verdampften Substanz und dergleichen sowie ein Mangel an Dotiermenge verhindert werden, die durch die Dotierstofflokalisation verursacht werden. Somit ist ein effizientes Dotieren innerhalb von kurzer Zeit möglich. Dadurch wird der Herstellungsertrag von Einkristallen verbessert.
-
Figurenliste
-
- 1 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel für eine Einkristallziehvorrichtung der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 2A ist eine Seitenansicht, die ein Beispiel für eine Blaseinrichtung zeigt.
- 2B ist eine Draufsicht von oben, die ein Beispiel für die Blaseinrichtung zeigt.
- 3 ist eine schematische Darstellung, die ein weiteres Beispiel für die Blaseinrichtung zeigt.
- 4 ist eine schematische Darstellung, die ein weiteres Beispiel für die Blaseinrichtung zeigt.
- 5 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel für eine herkömmliche Einkristallziehvorrichtung zeigt.
- 6 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel für eine herkömmliche Blaseinrichtung zeigt.
-
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese beschränkt.
-
1 zeigt ein Beispiel für eine Einkristallziehvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die gemäß dem Czochralski-Verfahren betrieben wird. Diese Einkristallziehvorrichtung 1 weist eine Kammer 2 (die eine Hauptkammer 2a und eine Ziehkammer 2b umfasst) auf. Das Innere eines Quarztiegels 5 in einem in der Hauptkammer 2a angeordneten Graphittiegel 6 wird mit einer Siliziumschmelze (Rohstoffschmelze) 4 gefüllt. Aus dieser Rohstoffschmelze 4 wird in der Ziehkammer 2b ein Siliziumeinkristall 3 gezogen. Um den Graphittiegel 6 herum ist eine Heizvorrichtung 7 zum Erwärmen der Rohstoffschmelze 4 installiert. Um die Heizvorrichtung 7 herum sind ein Wärmeisolierelement 8 und eine Graphitabschirmung 9 zur Isolierung der Wärme der Heizvorrichtung 7 angeordnet.
-
Ein Inertgas, wie z.B. Argon, wird aus einem Gaseinlass 10 eingeleitet, um die Einkristallziehvorrichtung 1 zu füllen. Das Gas strömt entlang eines Gasströmungsführungszylinders 13 und wird aus einem Gasauslass 11 abgegeben. Ferner ist auf der Seite der Rohstoffschmelze 4 des Gasströmungsführungszylinders 13 ein Wärmeabschirmungselement 12 installiert, um die Strahlung von der Heizvorrichtung 7 und der Rohstoffschmelze 4 abzuschirmen.
-
Ferner ist außerhalb der Einkristallziehvorrichtung 1 ein Strahlungsthermometer 14 installiert und ist ein Teil des Wärmeisolierelements 8 an dieser Stelle entfernt, um die Temperaturmessung der Graphitabschirmung 9 zu ermöglichen.
-
Ferner dient eine Dotierstoffzuführeinrichtung 15 zur Zuführung eines sublimierbaren Dotierstoffs (auch einfach als ein Dotierstoff bezeichnet) zu der Rohstoffschmelze 4 während der Einkristallzüchtung. Die Dotierstoffzuführeinrichtung 15 umfasst eine Ladeeinrichtung 16, einen Sublimationsraum 17, eine Trägergaseinleitungseinrichtung 18 und eine Blaseinrichtung 19.
-
Die Ladeeinrichtung 16 ist außerhalb der Kammer 2 vorgesehen, umfasst ein Verbindungsrohr 20 und ist mit dem innerhalb der Kammer 2 vorgesehenen Sublimationsraum 17 verbunden. Ferner ist die Ladeeinrichtung 16 eine Vorrichtung, die dazu ausgelegt ist, einen Dotierstoff zu speichern und den Dotierstoff über das Verbindungsrohr 20 in den Sublimationsraum 17 zu laden. Es genügt, wenn die Ladeeinrichtung 16 über einen Mechanismus verfügt, der in der Lage ist, die Ladungsmenge des darin gespeicherten Dotierstoffs entsprechend anzupassen. Ein solcher Mechanismus kann beispielsweise Schütteln verwenden, um einen Dotierstoff mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit zu laden.
-
Der Dotierstoff ist nicht im Besonderen begrenzt, solange er sublimierbar ist und eine Rohstoffschmelze in Gasform dotieren kann. Beispiele dafür sind Phosphor und Arsen, die herkömmlicherweise verwendet werden.
-
Der Sublimationsraum 17 ist ein Raum, der dazu ausgelegt ist, den von der Ladeeinrichtung 16 geladenen Dotierstoff zu halten. Der Sublimationsraum 17 ist auch ein Raum, der innerhalb der Kammer 2 vorgesehen und dazu ausgelegt ist, den gehaltenen sublimierbaren Dotierstoff mit der Wärme der Atmosphäre in der Kammer 2 zu sublimieren. Die Anordnung des Sublimationsraums 17 innerhalb der Kammer 2 kann für eine effiziente Sublimation je nach Bedarf bestimmt werden.
-
Ferner ist der Sublimationsraum 17 ebenfalls über das Verbindungsrohr 20 mit der Trägergaseinleitungseinrichtung 18 verbunden. Die Trägergaseinleitungseinrichtung 18 ist dazu ausgelegt, ein Trägergas, wie z.B. Argon, über das Verbindungsrohr 20 in den Sublimationsraum 17 einzuleiten. Das in den Sublimationsraum 17 eingeleitete Trägergas erreicht zusammen mit dem sublimierten Dotierstoff durch die Blaseinrichtung 19 eine Oberfläche der Rohmaterialschmelze.
-
Die Strömungsmenge des einzuleitenden Trägergases ist wünschenswerterweise eine Strömungsmenge, die erforderlich ist, damit der sublimierte Dotierstoff die Rohstoffschmelze 4 erreicht, liegt aber in einem solchen Bereich, dass die Rohstoffschmelze 4 nicht in einem Ausmaß schwankt, dass sie das Züchten des Einkristalls als eine Folge des Einblasens des Dotierstoffs behindert.
-
Ferner ist die Blaseinrichtung 19 dazu ausgelegt, den sublimierten Dotierstoff und das Trägergas aus dem Sublimationsraum 17 auf die Oberfläche der Rohmaterialschmelze zu blasen. In der vorliegenden Erfindung umfasst diese Blaseinrichtung 19 ein Rohr (es ist anzumerken, dass dies hierin das Dotierrohr 21 ist), das mit dem Sublimationsraum 17 und einer Mehrzahl von Blasöffnungen 22 verbunden ist.
-
Nachstehend werden die Ausführungsformen dieser Blaseinrichtung 19 (des Dotierrohrs 21 und der Mehrzahl von Blasöffnungen 22) ausführlich beschrieben, sind aber nicht darauf beschränkt.
-
(Erste Ausführungsform)
-
2A und 2B zeigen jeweils Beispiele für die Blaseinrichtung. 2A ist eine Seitenansicht und 2B ist eine Draufsicht davon von oben.
-
Das Dotierrohr 21 verzweigt sich in zwei oder mehr Abzweigungen. Hier wird exemplarisch ein Fall beschrieben, in dem das Dotierrohr 21 sich in sieben Abzweigungen verzweigt. Die Anzahl der Abzweigungen ist jedoch nicht begrenzt und kann entsprechend einer erwünschten Dotierungsrate usw. bestimmt werden. Mit anderen Worten kann die Obergrenze der Anzahl von Abzweigungen nicht begrenzt sein, da sie von den erwünschten Bedingungen abhängt. Dennoch gilt: Je größer die Anzahl der Abzweigungen, desto komplexer ist die Struktur. Daher beträgt die Anzahl der Abzweigungen vorzugsweise zehn oder weniger.
-
Zusätzlich ist an jeder Spitze der Abzweigungen des Dotierrohres 21 eine Mündung geöffnet. Aus dieser Mündung wird der Dotierstoff aus dem Sublimationsraum 17 zusammen mit dem Trägergas auf die Oberfläche der Rohmaterialschmelze geblasen. Insbesondere spielen diese Mündungen eine Rolle in den Blasöffnungen 22. Da der Dotierstoff aus den Mündungen an den Spitzen der einzelnen Abzweigungen geblasen wird, kann der Dotierstoff auf die Oberfläche der Rohmaterialschmelze geblasen und gestreut werden.
-
Das verzweigte Dotierrohr 21 kann ringförmig so angeordnet sein, dass es den Umfang des gezogenen Siliziumeinkristalls 3 umgibt, wie beispielsweise in 2B dargestellt. Hier ist ein Beispiel dargestellt, in dem das Dotierrohr 21 in einem Bereich von etwa 1/3 des Umfangs des Siliziumeinkristalls 3 vorgesehen ist. Die Anordnung ist jedoch nicht darauf beschränkt und das Dotierrohr 21 kann so angeordnet sein, dass es den gesamten Umfang umgibt.
-
Währenddessen umfasst die Konfiguration einer herkömmlichen Vorrichtung, wie in 6 dargestellt, z.B. nur ein Dotierrohr 121 ohne Abzweigung und eine Blasöffnung 122. Somit wird der Dotierstoff auf eine Region auf der Oberfläche der Rohstoffschmelze geblasen und konzentriert. In einer solchen herkömmlichen Vorrichtung wird der Dotierstoff lokalisiert, so dass die Verdampfungsmenge des Dotierstoffs erhöht wird. Dann werden der verdampfte Dotierstoff und dessen Oxid erhöht und haften während des Ziehens am Kristall, was zu einer Versetzung führt. Da die Verdampfungsmenge groß ist, wird der Einkristall zudem nicht mit einer vorgegebenen Menge dotiert.
-
Im Gegensatz dazu ist in der erfindungsgemäßen Einkristallziehvorrichtung 1 die Mehrzahl von Blasöffnungen 22 wie vorstehend beschrieben speziell in der Blaseinrichtung 19 gebildet, was es ermöglicht, zu verhindern, dass der Dotierstoff auf eine Stelle auf der Oberfläche der Rohmaterialschmelze geblasen und dort konzentriert wird, und die Lokalisation des Dotierstoffs in der Rohmaterialschmelze zu unterdrücken. Dadurch können herkömmliche Probleme, wie z.B. die Versetzung eines Ziehkristalls und unzureichende Dotierung, unterdrückt werden. Die tatsächliche Dotierungsrate der tatsächlichen Auflösung des Dotierstoffs in der Rohstoffschmelze kann erhöht werden, was im Vergleich zu der herkömmlichen Vorrichtung eine ziemlich effiziente Dotierung innerhalb von kurzer Zeit ermöglicht. Dadurch können die Herstellungskosten im Vergleich zu der herkömmlichen Vorrichtung reduziert werden.
-
Wie vorstehend beschrieben, kann die Verwendung der Abzweigungen des Dotierrohrs 21, wie in 2A und 2B dargestellt, die Lokalisation eines Dotierstoffs sicher einfach und effizient verhindern.
-
Es ist anzumerken, dass, wie aus 2A zu ersehen ist, die Mündungen (Blasöffnungen 22) an den Spitzen mit einer abnehmbaren Kappe 23 versehen sein können, die die Mündungen blockieren kann.
-
In dem Beispiel gemäß 2A werden von den Mündungen, die sich an den Spitzen der sieben Abzweigungen des Dotierrohrs 21 öffnen, fünf Mündungen durch die Kappen 23 blockiert und zwei Mündungen geöffnet. Wenn ein Siliziumeinkristall tatsächlich gezogen und mit einem Gas dotiert wird, genügt es, wenn zwei oder mehr der sieben Mündungen geöffnet werden. Das Anbringen und Abnehmen der Kappen 23 ermöglicht die Einstellung der Dotiermenge und der mit Dotierstoffen angeblasenen Region. Das Anbringen und Abnehmen der Kappen 23 kann gemäß verschiedenen Bedingungen nach Belieben bestimmt werden und kann als die Einstelleinrichtung für Dotierbedingungen verwendet werden.
-
(Zweite Ausführungsform)
-
3 zeigt ein weiteres Beispiel für die Blaseinrichtung. In diesem Beispiel ist nur ein Dotierrohr 21 ohne Abzweigung vorhanden, aber ist eine Mehrzahl von Mündungen (die Blasöffnungen 22) an einem Ende des Dotierrohrs 21 geöffnet. Die Bildung einer Mehrzahl solcher kleinen Mündungen ermöglicht es auch, einen Dotierstoff zu blasen und zu streuen, wodurch die Lokalisation des Dotierstoffs verhindert wird. In diesem Fall können die Blasöffnungen 22 nicht nur an dem Ende, sondern auch an einer Seitenfläche des Dotierrohrs 21 vorgesehen sein.
-
Es ist anzumerken, dass es auch möglich ist, die erste Ausführungsform mit der zweiten Ausführungsform zu kombinieren. Obwohl das in den 2A und 2B dargestellte Beispiel so beschrieben ist, dass an jeder Spitze der sieben Abzweigungen des Dotierrohrs 21 nur eine Mündung geöffnet wird, kann eine Mehrzahl von Mündungen geöffnet werden. Dadurch kann der Dotierstoff auch so auf die Oberfläche der Rohmaterialschmelze geblasen werden, dass der Dotierstoff von den sieben Abzweigungen des Dotierrohrs 21 gestreut und ferner von der Mehrzahl der Mündungen an jeder Spitze der Abzweigungen gestreut wird. Dadurch ist es möglich, die Lokalisation weiter zu verhindern und den Dotierstoff gleichmäßig in die Rohstoffschmelze einzubringen. Die maximale Anzahl der Mündungen pro Spitze kann nicht im Besonderen begrenzt sein und kann entsprechend den erwünschten Bedingungen bestimmt werden. Bei einer großen Anzahl von Mündungen ist es jedoch nötig, das Dotierrohr 21 mit einer größeren Dicke zu gestalten. Daher beträgt die Anzahl der Mündungen vorzugsweise zehn oder weniger.
-
(Dritte Ausführungsform)
-
4 zeigt ein weiteres Beispiel für die Blaseinrichtung. In diesem Beispiel ist ein Adapter 24 lösbar an dem Ende des Dotierrohrs 21 befestigt. Der Adapter 24 weist eine Mehrzahl von darin geöffneten Löchern auf und diese bilden die Mehrzahl von Blasöffnungen 22. Die Form des Adapters 24, die Anzahl der Löcher usw. können beliebig bestimmt werden. Es genügt, dass diese die Befestigung an dem Dotierrohr 21 ermöglichen und ermöglichen, dass der Dotierstoff aus der Mehrzahl von Blasöffnungen 22 auf die Oberfläche der Rohmaterialschmelze gestreut und geblasen wird.
-
Ferner ist es möglich, die erste Ausführungsform und die dritte Ausführungsform so zu kombinieren, dass sich das Dotierrohr 21 in mehrere Abzweigungen verzweigen kann und jede Spitze der Abzweigungen mit dem Adapter 24 versehen werden kann.
-
Ferner kann auch in der dritten Ausführungsform die vorstehend genannte Kappe 23 lösbar befestigt sein. Die Kappe 23 kann bei Bedarf angebracht und abgenommen werden. Bei der Herstellung des Siliziumeinkristalls 3 genügt es, die Mehrzahl von Blasöffnungen 22 zu öffnen, um den Dotierstoff zu blasen und zu streuen.
-
BEISPIEL
-
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen und Vergleichsbeispielen konkret beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt.
-
(Beispiele 1, 2, Vergleichsbeispiel)
-
Die erfindungsgemäße Einkristallziehvorrichtung und die herkömmliche Einkristallziehvorrichtung wurden bereitgestellt. Siliziumeinkristalle wurden gezogen, während sie bei unterschiedlichen Dotierungsraten mit Gasen dotiert wurden. Genauer gesagt wurden zwei Arten von Blaseinrichtungen bereitgestellt: die herkömmliche Vorrichtung, die in 5 und 6 dargestellt ist (Vorrichtung A) (Vergleichsbeispiel), bei der das Dotierrohr nicht verzweigt ist und eine Rohstoffschmelze an einer Stelle dotiert wird; und die in den 2A und 2B (Vorrichtung B) (Beispiele 1, 2) dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der das Dotierrohr in sieben Abzweigungen verzweigt ist. Mit jeder Vorrichtung wurden Einkristalle gezogen.
-
Es ist anzumerken, dass in der Vorrichtung B das Dotierrohr ringförmig so angeordnet war, dass es den zu ziehenden Einkristall umgibt. Ferner können die Enden des Rohres der Vorrichtung B mit Kappen versehen sein und können die Mündungen damit auch blockiert werden.
-
In jeden Quarztiegel wurde polykristallines Silizium eingebracht und der Rohstoff geschmolzen und mit einem Dotierstoff geladen, woraufhin der Keimschritt folgte.
-
Da ein Kristall vom n-Typ mit niedrigem spezifischem Widerstand in dem Kegelschritt anfällig für Versetzung ist, muss man bei der Herstellung besondere Aufmerksamkeit walten lassen. Wenn ein Kegel zu stumpf ist, wird eine Facette von (111) gebildet und kommt es zu einer Versetzung an der Position. Aus diesem Grund wird die Geschwindigkeit, mit der ein Kegel gebildet wird, im Vergleich zu einem normalen Kristall verringert, um dadurch einen längeren Kegel zu bilden.
-
In diesem Fall dauert es viel länger, wenn sich ein zu langer Kegel bildet. Dadurch verdampft der Dotierstoff in einer viel größeren Menge.
-
Als die anfängliche Dotierung wurde die anfängliche Dotierung im Voraus mit 1,25 mΩcm an einem geraden Körper von 0 cm ausgeführt. An dem Punkt auf halbem Weg des Schritts an geradem Körper wurde die Halb-Weg-Dotierung (Dotierung mit einem Phosphorgas) in einem vorgegebenen Abschnitt ausgeführt. Nachdem ein Kristall eine vorgegebene Länge erreicht hatte, wurde der Schwanzschritt ausgeführt, gefolgt von dem Nach-Heizschritt. Der Einkristall wurde gekühlt und dann herausgenommen.
-
Wenn ein Kristall an einem Punkt auf halbem Weg des vorstehenden Prozesses versetzt war, wurde der Kristall wieder eingeschmolzen. Phosphor in einer Menge, die während dieser zusätzlichen Betriebszeit schätzungsweise verdampft wird, wurde direkt in die Rohmaterialschmelze zur Dotierung eingebracht. Anschließend wurde der Keimschritt erneut ausgeführt.
-
Hierin wird die Dotierungsrate unter der Minimalbedingung als eine Geschwindigkeit von 1,0 ausgedrückt. Wenn ein Kristall erfolgreich DF (versetzungsfrei) war, wurde die Dotierungsrate allmählich erhöht, gefolgt vom Prozess des Herausziehens.
-
In der Vorrichtung A als Vergleichsbeispiel wurde das Trägergas für die Halb-Weg-Dotierung auf 1,5 L/min eingestellt. Das Trägergas wurde auch dann weiter strömen gelassen, wenn die Halb-Weg-Dotierung nicht ausgeführt wurde. Wenn die Dotierungsrate von 1,0 bis 3,0 betrug, wurde der Kristall in DF herausgezogen. Wenn die Dotierungsrate 3,0 betrug, war der dotierte Abschnitt 50 cm und der spezifische Widerstand nach der Dotierung 0,87 mΩcm.
-
Ferner waren, wenn die Dotierungsrate 4,0 betrug, die Kristalle auch in mehreren Versuchen immer versetzt.
-
In der Vorrichtung B als Beispiel 1 wurden sieben Stellen geöffnet und Versuche ab einer Dotierungsrate von 6,0 gestartet. Obwohl das Trägergas für die Halb-Weg-Dotierung zunächst 3,0 L/min betrug, wurde der spezifische Widerstand nicht verringert. Insbesondere wurde, da die Rohstoffschmelze nicht ausreichend mit Phosphor dotiert war, das Trägergas am Ende auf 5,0 L/min eingestellt. Strömt das Trägergas zu stark, ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass ein Fremdstoff den Kristall erreicht, was zu einer Versetzung führt; ist die Strömungsmenge jedoch zu klein, wird Phosphor durch ein Ar-Gas im Wesentlichen behindert, so dass die Rohmaterialschmelze weniger mit Phosphor dotiert wird. Daher ist das Gleichgewicht wichtig. Infolgedessen war, wenn die Dotierungsrate 6,0 und 9,0 betrug, der Kristall DF. In diesen Fällen war der dotierte Abschnitt 30 cm und der spezifische Widerstand 0,86 mΩcm.
-
Wenn die Dotierungsrate 12,0 betrug, waren die Kristalle übrigens in allen Versuchen versetzt.
-
Die Vorrichtung B wurde auch als Beispiel 2 bewertet, bei dem fünf Stellen blockiert und nur zwei Stellen geöffnet wurden. Wenn die Dotierungsrate 5,0 betrug, war der Kristall DF. In diesem Fall war das Trägergas 3,0 L/min, der dotierte Abschnitt 40 cm und der spezifische Widerstand nach der Dotierung 0,88 mΩcm.
-
Bei einer Dotierungsrate von 6,0 waren die Kristalle auch in mehreren Versuchen immer versetzt.
-
Die gezogenen Kristalle wurden jeweils zylindrisch gemahlen und Proben wurden von vorgegebenen Positionen für die Messung des spezifischen Widerstands geschnitten. Der gemessene spezifische Widerstand wurde mit den Werten in dem Berechnungsprogramm verglichen, um einen Übertragungsprozentsatz zu berechnen, der angibt, welcher Prozentsatz des bei der Halb-Weg-Dotierung verwendeten Phosphors in der Rohstoffschmelze gelöst wurde.
-
In dem Berechnungsprogramm wurde die Materialbilanz von Phosphor in einem 10-Minuten-Intervall berechnet. Insbesondere ist der Gehalt, der durch Subtraktion von Phosphor in dem neu hergestellten Kristall und verdampftem Phosphor in dem 10-minütigen Abschnitt erhalten wird, Phosphor, der in der Rohstoffschmelze zurückbleibt. In Bezug auf den Halb-Weg-Dotierungsabschnitt ist der in der Halb-Weg-Dotierung hinzugefügte Phosphor der in der Rohstoffschmelze verbleibende Phosphor und ist der in der Rohstoffschmelze verbleibende Phosphor ein Ergebnis der Multiplikation mit dem Übertragungsprozentsatz.
-
Aus dem Profil der Phosphorkonzentration in dem Kristall wird das Profil des spezifischen Widerstandes erlangt und ist eine Funktion des Übertragungsprozentsatzes. Durch Anpassung an den tatsächlich gemessenen spezifischen Widerstand kann der Übertragungsprozentsatz berechnet werden.
-
Tabelle 1 fasst die Beziehungen zwischen der Dotierungsrate, dem Erfolg oder Misserfolg der Einkristallisation, dem Übertragungsprozentsatz und der tatsächlichen Dotierungsrate (DotierungsratexÜbertragungsprozentsatz), die so für jede Vorrichtung erhalten wurden, zusammen.
[Tabelle 1]
| Dotierungsrate | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 9 | 12 |
| (Vergleichsbeispiel) Vorrichtung A | Einkristallisation | OK | OK | OK | NG | | | | |
| Übertragungsprozentsatz | 40 % | 40 % | 35 % | | | | | |
| tatsächliche Dotierungsrate | 0.4 | 0.8 | 1.1 | | | | | |
| (Beispiel 2) Vorrichtung B 2 Stellen | Einkristallisation | | | | | OK | NG | | |
| Übertragungsprozentsatz | | | | | 35% | | | |
| tatsächliche Dotierungsrate 1,75 | | | | | 1.75 | | | |
| (Beispiel 1) Vorrichtung B 7 Stellen | Einkristallisation | | | | | | OK | OK | NG |
| Übertragungsprozentsatz | | | | | | 35 % | 30% | |
| tatsächliche Dotierungsrate | | | | | | 2.1 | 2.7 | |
-
Wie auch aus der Zusammenfassung in Tabelle 1 ersichtlich ist, wurde in dem Vergleichsbeispiel, in dem der Dotierstoff von nur einer Stelle aus geblasen wurde, eine erfolgreiche Dotierung ohne Versetzung nur durch die Dotierung mit der Dotierungsrate von maximal 3,0 erreicht. Zusätzlich lag die tatsächliche Dotierungsrate bei etwa 1,1.
-
Im Gegensatz dazu war in Beispiel 2, in dem der Dotierstoff von zwei Stellen geblasen und gestreut wurde, das Dotieren mit einer Dotierungsrate von bis zu 5,0 möglich und betrug die tatsächliche Dotierungsrate 1,75. Mit anderen Worten wurde das Dotieren etwa 1,6-mal so effizient ausgeführt wie in dem Vergleichsbeispiel.
-
Ferner war in Beispiel 1, in dem der Dotierstoff von sieben Stellen geblasen und gestreut wurde, das Dotieren mit einer Dotierungsrate von bis zu 9,0 möglich und betrug die tatsächliche Dotierungsrate 2,7. Mit anderen Worten wurde das Dotieren etwa 2,5-mal so effizient ausgeführt wie in dem Vergleichsbeispiel.
-
Die Erhöhung der tatsächlichen Dotierungsrate ermöglicht die Dotierung innerhalb von kurzer Zeit, reduziert den Verlust von Kristallen und kann somit die Herstellungskosten für Einkristalle senken.
-
Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist. Die Ausführungsformen sind nur Beispiele und alle Beispiele, die im Wesentlichen die gleiche Eigenschaft aufweisen und die gleichen Funktionen und Wirkungen aufweisen wie das in den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung offenbarte technische Konzept, sind in den technischen Offenbarungsbereich der vorliegenden Erfindung einbezogen.
