(57)【要約】【課題】石英製の坩堝の製造上の個体差又は使用時間に拘わらずシリコン単結晶インゴットの酸素濃度を許容範囲に維持し得るシリコン単結晶の製造方法を提供する。【解決手段】チャンバ１１内に回転及び昇降可能に設けられた石英製の坩堝２１にシリコン原材料を投入し、前記坩堝２１の周囲に設置されたヒータ２５により前記シリコン原材料を融解し、垂下した種結晶Ｓをシリコン融液Ｍに浸漬し、前記種結晶Ｓを引上げてシリコン単結晶Ｃを製造するシリコン単結晶の製造方法において、前記坩堝２１の底部のコーナー部の厚さｔ１又は中心軸上の厚さｔ２と、製造されたシリコン単結晶Ｃの酸素濃度Ｏｉとの相関関係を取得し、目標酸素濃度と前記相関関係とにより選定された坩堝を用いてシリコン単結晶Ｃを製造する。【選択図】  図１
2020114802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ内に回転及び昇降可能に設けられた石英製の坩堝にシリコン原材料を投入し、
前記坩堝の周囲に設置されたヒータにより前記シリコン原材料を融解し、
垂下した種結晶をシリコン融液に浸漬し、
前記種結晶を引上げてシリコン単結晶を製造するシリコン単結晶の製造方法において、
前記坩堝の底部のコーナー部又は中心軸上の厚さと、製造されたシリコン単結晶の酸素濃度との相関関係を取得し、
所定の製造誤差を許容して製造した同一仕様の坩堝を複数準備し、
目標酸素濃度と前記相関関係とに基づいて、前記複数の坩堝を、その底部のコーナー部又は中心軸上の厚さに応じて複数の段階に選別し、
前記目標酸素濃度が大きいほど、選別された前記坩堝のうち、底部のコーナー部又は中心軸上の厚さが薄い段階のものを選別して用い、
前記目標酸素濃度が小さいほど、選別された前記坩堝のうち、底部のコーナー部又は中心軸上の厚さが厚い段階のものを選別して用いる、シリコン単結晶の製造方法。
【請求項２】
前記坩堝の底部のコーナー部又は中心軸上の厚さを測定し、
当該測定結果と、前記目標酸素濃度と、前記相関関係とから、用いる坩堝を選定する請求項１に記載のシリコン単結晶の製造方法。
【請求項３】
前記シリコン単結晶の結晶固化率に応じて、前記坩堝の単位時間当たりの回転数を増加又は減少させる請求項１又は２に記載のシリコン単結晶の製造方法。
【請求項４】
前記シリコン単結晶の結晶固化率に応じて、前記チャンバ内に導入する不活性ガスの流量を増加又は減少させる請求項１〜３のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法。
【請求項５】
前記目標酸素濃度と前記相関関係とに基づいて、前記複数の坩堝を、その底部のコーナー部又は中心軸上の厚さが、相対的に、厚い・中位・薄い坩堝の３段階に選別し、
選別した前記坩堝のそれぞれを、前記目標酸素濃度の相対的な高低に基づいて、低酸素濃度・中酸素濃度・高酸素濃度のシリコン単結晶の製造に用いる、請求項１〜４のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法。
【請求項６】
前記シリコン単結晶は、直径３００ｍｍのウェーハ用のシリコン単結晶である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法。
【請求項７】
前記所定の製造誤差は、−１ｍｍ〜＋１ｍｍの範囲である、請求項１〜６のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法。
【請求項８】
前記シリコン融液に磁場を印加した状態で、前記種結晶を前記シリコン融液に浸漬し、前記種結晶を引上げてシリコン単結晶を製造する、請求項１〜７のいずれか一項に記載のシリコン単結晶の製造方法。
【請求項９】
チャンバ内に回転及び昇降可能に設けられた石英製の坩堝にシリコン原材料を投入し、
前記坩堝の周囲に設置されたヒータにより前記シリコン原材料を融解し、
垂下した種結晶をシリコン融液に浸漬し、
前記種結晶を引上げて直径３００ｍｍのシリコン単結晶を製造するシリコン単結晶の製造方法において、
前記坩堝の底部の中心軸上の厚さと、製造されたシリコン単結晶の酸素濃度との相関関係を取得し、
所定の製造誤差を許容して製造した同一仕様の坩堝を複数準備し、
目標酸素濃度と前記相関関係とに基づいて、前記複数の坩堝を、その底部の中心軸上の厚さに応じて複数の段階に選別し、
前記目標酸素濃度が大きいほど、選別された前記坩堝のうち、底部の中心軸上の厚さが薄い段階のものを選別して用い、
前記目標酸素濃度が小さいほど、選別された前記坩堝のうち、底部の中心軸上の厚さが厚い段階のものを選別して用いる、シリコン単結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン単結晶の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水平磁場印加チョクラルスキー法（ＨＭＣＺ法）においては、坩堝内のシリコン融液の表面層の直下に水平方向の対流が発生する。この対流と石英製の坩堝との接触面は、ヒータの近くに位置するため、接触面の温度が高くなり、石英製の坩堝からシリコン融液内に酸素が溶出するという問題がある。このため、坩堝の接触面の厚さを他の部位より厚くすることにより、接触面の温度を下げることが提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２２１７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、本発明者らが探究したところ、石英製の坩堝の製造上の個体差（いわゆる製造誤差）又は長時間使用により坩堝の底部（コーナー部又は底面部）の厚さがばらつき、これによって、引上げたシリコン単結晶インゴットの酸素濃度が１回の製造分（１バッチ）毎にばらつくことが判明した。そのため、製品の歩留まりが低いという問題がある。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、石英製の坩堝の製造上の個体差又は使用時間に拘わらずシリコン単結晶インゴットの酸素濃度を許容範囲に維持し得るシリコン単結晶の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、石英製の坩堝の底部のコーナー部又は中心軸上の厚さと、製造されたシリコン単結晶の酸素濃度との相関関係を用いて、目標酸素濃度に応じた坩堝を用いることによって上記課題を解決する。なお、坩堝の底部のコーナー部の厚さとしては、当該コーナー部の最大厚さを採用することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明者らは、石英製の坩堝の底部のコーナー部又は中心軸上の厚さと、製造されたシリコン単結晶の酸素濃度との間に相関関係があること、具体的には石英製の坩堝の底部のコーナー部又は中心軸上の厚さが厚いほどシリコン単結晶の酸素濃度が小さくなり、石英製の坩堝の底部のコーナー部又は中心軸上の厚さが薄いほどシリコン単結晶の酸素濃度が大きくなることを見出した。本発明によれば、目標酸素濃度に応じた底部のコーナー部又は中心軸上の厚さを有する石英製の坩堝が用いられるので、石英製の坩堝の製造上の個体差又は使用時間に拘わらずシリコン単結晶インゴットの酸素濃度を許容範囲に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明のシリコン単結晶の製造方法が適用される製造装置の一例を示す断面図である。
【図２Ａ】図１に示す製造装置の坩堝にシリコン原材料をチャージして融解させた状態を示す断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示す状態からギャップＨを維持しつつ坩堝を上昇させながら単結晶を引き上げている状態を示す断面図である。
【図３Ａ】石英製の坩堝の底部のコーナー部の最大厚さと、これを用いて製造されたシリコン単結晶の酸素濃度との関係の一例を示すグラフである。
【図３Ｂ】石英製の坩堝の底部のコーナー部の厚さとシリコン単結晶の酸素濃度との相関関係を利用して目標酸素濃度別に選定する坩堝の一例を示すグラフである。
【図４Ａ】ある特定の製造条件にてシリコン単結晶を製造した場合の結晶固化率に対するシリコン単結晶の酸素濃度分布の一例を示す図である。
【図４Ｂ】ある特定の製造条件にて、坩堝の底部のコーナー部が厚肉のものを選別してシリコン単結晶を製造した場合の結晶固化率に対するシリコン単結晶の酸素濃度分布（実施例１）と、同条件にて坩堝を選別しないでシリコン単結晶を製造した場合の結晶固化率に対するシリコン単結晶の酸素濃度分布（比較例１）を示すグラフである。
【図４Ｃ】ある特定の製造条件にて、坩堝の底部のコーナー部が薄肉のものを選別してシリコン単結晶を製造した場合の結晶固化率に対するシリコン単結晶の酸素濃度分布（実施例２）と、同条件にて坩堝を選別しないでシリコン単結晶を製造した場合の結晶固化率に対するシリコン単結晶の酸素濃度分布（比較例２）を示すグラフである。
【図４Ｄ】図４Ｂ及び図４Ｃに示す実施例１，２及び比較例１，２並びに坩堝の底部の中心軸上の厚さを基準にして図４Ｂ及び図４Ｃと同様の実験を行った場合の、シリコン単結晶の酸素濃度の１回の製造分の間のばらつきの標準偏差（多項式曲線からの乖離量で算出）を示すグラフである。
【図５】底部が厚い坩堝（実施例４）と底部がそれより薄い坩堝（実施例５）を用いて、直径３００ｍｍのウェーハ用であって、酸素濃度が１１×１０１７atoms/cm3（実施例５）および１０．５×１０１７atoms/cm3以下（実施例４）のシリコン単結晶を製造する場合に、アルゴンガスの流量（中段グラフ）及び坩堝の単位時間当たりの回転数（下段グラフ）を二通り（実施例４，５）に制御したときの、シリコン単結晶の固化率（原料の仕込み重量に対する結晶重量の比率（％））に対するシリコン単結晶の酸素濃度（上段グラフ）を測定したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施の形態であるチョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造方法が適用される製造装置の一例を示す断面図、図２Ａは、図１に示す製造装置の坩堝にシリコン原材料をチャージして融解させ、育成を開始した状態を示す断面図、図２Ｂは、図２Ａに示す状態からギャップＨを維持しつつ坩堝を上昇させながら単結晶を引き上げている状態を示す断面図である。本実施形態の製造方法が適用されるシリコン単結晶の製造装置１（以下、単に製造装置１ともいう）は、円筒状の第１チャンバ１１と、同じく円筒状の第２チャンバ１２とを備え、これらは気密に接続されている。
【００１０】
第１チャンバ１１の内部には、シリコン融液Ｍを収容する石英製の坩堝２１と、この石英製の坩堝２１を保護する黒鉛製の坩堝２２とが、支持軸２３で支持されるとともに、駆動機構２４によって回転及び昇降が可能とされている。また、石英製の坩堝２１と黒鉛製の坩堝２２とを取り囲むように、環状のヒータ２５と、同じく環状の、断熱材からなる保温筒２６が配置されている。環状のヒータ２５からの放射熱は、黒鉛製の坩堝２２の側部だけでなく底部にも廻り込み、石英製の坩堝２１の側部と底部を加熱する。なお、石英製の坩堝２１と黒鉛製の坩堝２２が、上昇位置にある場合には、下降位置にある場合に比べて、ヒータ２５から坩堝２１，２２の底部へ廻り込む熱量は多くなるものと考えられる。坩堝２１の下方にヒータを追加してもよい。
【００１１】
第１チャンバ１１の内部であって、石英製の坩堝２１の上部には、円筒状の熱遮蔽部材２７が設けられている。熱遮蔽部材２７は、モリブデン、タングステンなどの耐火金属、カーボン又は黒鉛製外殻の内部に黒鉛製フェルトを充填したものからなり、シリコン融液Ｍからシリコン単結晶Ｃへの放射を遮断するとともに、第１チャンバ１１内を流れるガスを整流する。熱遮蔽部材２７は、保温筒２６にブラケット２８を用いて固定されている。この熱遮蔽部材２７の下端に、シリコン融液Ｍの表面と対向するように遮熱部を設け、シリコン融液Ｍの表面からの輻射をカットするとともにシリコン融液Ｍの表面を保温するようにしてもよい。
【００１２】
第１チャンバ１１の上部に接続された第２チャンバ１２は、育成したシリコン単結晶Ｃを収容し、これを取り出すためのチャンバである。第２チャンバ１２の上部には、シリコン単結晶をワイヤ３１で回転させながら引上げる引上げ機構３２が設けられている。引上げ機構３２から垂下されたワイヤ３１の下端のチャックには種結晶Ｓが装着される。第１チャンバ１１の上部に設けられたガス導入口１３から、アルゴンガス等の不活性ガスが導入される。この不活性ガスは、引上げ中のシリコン単結晶Ｃと熱遮蔽部材２７との間を通過した後、熱遮蔽部材２７の下端とシリコン融液Ｍの融液面との間を通過し、さらに石英製の坩堝２１の上端へ立ち上がった後、ガス排出口１４から排出される。
【００１３】
第１チャンバ１１（非磁気シールド材からなる）の外側には、第１チャンバ１１を取り囲むように、石英製の坩堝２１内の融液Ｍに磁場を与える磁場発生装置４１が配置されている。磁場発生装置４１は、石英製の坩堝２１に向けて、水平磁場を生じさせるものであり、電磁コイルで構成されている。磁場発生装置４１は、坩堝２１内の融液Ｍに生じた熱対流を制御することで、結晶成長を安定化させ、結晶成長方向における不純物分布のミクロなバラツキを抑制する。特に大口径のシリコン単結晶を製造する場合にはその効果が大きい。なお、必要に応じて縦磁場もしくはカスプ磁場を発生させる磁場発生装置としてもよいし、必要に応じて磁場発生装置４１を用いなくてもよい。
【００１４】
本実施形態の製造装置１を用いて、ＣＺ法によりシリコン単結晶を育成するには、まず、石英製の坩堝２１内に、多結晶シリコンや必要に応じてドーパントからなるシリコン原材料を充填し、ガス導入口１３から不活性ガスを導入しガス排出口１４から排出しながら、ヒータ２５を作動させて坩堝２１内でシリコン原材料を融解し、シリコン融液Ｍとする。続いて、磁場発生装置４１を作動させて坩堝２１への水平磁場の印加を開始しつつ、シリコン融液Ｍの温度を引き上げ開始温度となるように調温する。シリコン融液Ｍの温度と磁場強度が安定したら、駆動機構２４によって坩堝２１を所定速度で回転させ、ワイヤ３１に装着された種結晶Ｓをシリコン融液Ｍに浸漬する。そして、図２Ａに示すように、ワイヤ３１も所定速度で回転させながら静かに引上げて種絞りを形成した後、所望の直径まで拡径し、略円柱形状の直胴部を有するシリコン単結晶Ｃを成長させる（図２Ｂ参照）。
【００１５】
シリコン単結晶Ｃの引き上げにともない坩堝２１の液面が下がり、磁場発生装置４１から坩堝２１へ水平磁場の印加を含めてホットゾーンの条件が変動する。なおホットゾーンとは、単結晶の育成中にヒータ２５からの熱によって高温となる領域をいい、ホットゾーンの条件とは、第１チャンバ１１、坩堝２１，２２、支持軸２３、ヒータ２５、保温筒２６、熱遮蔽部材２７、シリコン融液Ｍ、シリコン単結晶Ｃなどの材質、形状、配置又はこれらに起因する各種熱特性をいう。この液面の変動を抑制するため、シリコン単結晶Ｃの引き上げ中における融液Ｍの液面の鉛直方向の高さは、駆動機構２４によって一定となるように制御される。この駆動機構２４の制御は、例えば、坩堝２１の位置、ＣＣＤカメラなどで測定したシリコン融液Ｍの液面の位置、シリコン単結晶Ｃの引上げ長さの情報に応じて実行され、これにより坩堝２１の上下方向の位置が駆動機構２４によって移動する。
【００１６】
ホットゾーンの条件の一つとして、熱遮蔽部材２７の下端と坩堝２１の液面との高さ方向のギャップＨがあり、製造すべきシリコン単結晶の目標直径、目標酸素濃度その他の製品仕様に応じて、このギャップＨも所定値に設定され、引上げ中においてギャップＨが所定値を維持するように、坩堝２１の駆動機構２４その他の製造条件が自動制御される。また、シリコンウェーハの直径に応じたシリコン単結晶の目標直径が設定され、実際に引き上げられる結晶Ｃの直径を光学的に検出しながら、引上げ速度その他の条件にフィードバックされる。
【００１７】
さて、本発明者らは、石英製の坩堝２１の底部のコーナー部の厚さｔ１（図２Ａ参照）と、これを用いて製造されたシリコン単結晶の酸素濃度（ＡＳＴＭ  Ｆ−１２１（１９７９）に規格された  ＦＴ−ＩＲ法（フーリエ変換赤外分光光度法）による測定値。以下同じ。）との関係を検証したところ、図３Ａに示すように強い相関関係があることを見出した。同図の結果は本発明者らが検証した一例であって、仕様が異なる製造装置（いわゆるシリコン単結晶引上げ炉）を用いても同様の強い相関関係があることを確認した。石英製の坩堝２１の肉厚（コーナー部や底面部の厚さ）の製造上の個体差、いわゆる製造誤差は、±１ｍｍ前後生じる。多数の坩堝２１の底部のコーナー部及び中心軸上の厚さを測定し、実測された厚さに応じて酸素濃度（インゴットの平均値）を分析すると図３Ａに示すように負の一次的相関関係があることが確認された。同図は、坩堝の底部のコーナー部の最大厚さと酸素濃度との関係を示す。ちなみに、石英製の坩堝２１は、その製造上の都合により、坩堝２１の底部のうち、コーナーのＲ部が最も厚く、ここから坩堝２１の中心軸に向かって厚さが漸減し、中心軸上が最も薄くなること、及び底部の中心軸上の厚さのばらつきも±１ｍｍ前後生じることも確認されている。
【００１８】
図４Ａは、ある特定の製造条件（同一の製造装置を用いて、同一仕様のシリコン単結晶を製造する条件など）にて複数のシリコン単結晶を製造した場合のシリコン単結晶の結晶固化率に対する酸素濃度分布の一例を示す図であり、図中の■は複数のシリコン単結晶から切り出された複数のサンプルごとの酸素濃度を示し、曲線はこれらを多項式化したものを示す。この多項式で表された曲線（以下、多項式曲線と称す）は、シリコン単結晶の結晶固化率に対する酸素濃度の平均値の分布である。すなわち、同一の製造条件でシリコン単結晶を製造した場合であっても、結晶固化率に対する酸素濃度分布はシリコン単結晶ごとに同じ分布とならず異なる分布となるが、この多項式曲線は、結晶固化率に対する平均的な酸素濃度分布を示すものである。従って、多項式曲線からの乖離量により、酸素濃度の１回の製造分の間のばらつきを把握することができる。なお、結晶固化率（％）は、引上げ中の結晶重量／原料の仕込み重量の百分率で定義される。
【００１９】
図４Ｂは、図４Ａに示す製造条件、つまり、図４Ａと同型の製造装置を用いて、同一仕様のシリコン単結晶を製造する条件（坩堝回転数及びアルゴン流量等の製造条件は同じ）にて、石英製の坩堝２１の底部のコーナー部の厚さｔ１が厚肉のものを選別してシリコン単結晶を製造した場合のシリコン単結晶の結晶固化率に対する酸素濃度分布（＋印，実施例１）と、同条件にて石英製の坩堝２１を選別しないで（無作為で用いて）シリコン単結晶を製造した場合のシリコン単結晶の結晶固化率に対する酸素濃度分布（■印，比較例１）を示すグラフである。実施例１で用いた石英製の坩堝２１のコーナー部の厚さｔ１は、設計値±１ｍｍのうちの＋１ｍｍ付近のものを選択したものである。これに対して、図４Ｃは、図４Ａに示す製造条件、つまり、図４Ａと同型の製造装置を用いて、同一仕様のシリコン単結晶を製造する条件（坩堝回転数及びアルゴン流量等の製造条件は同じ）にて、石英製の坩堝２１の底部のコーナー部の厚さｔ１が薄肉のものを選別してシリコン単結晶を製造した場合のシリコン単結晶の結晶固化率に対する酸素濃度分布（＋印，実施例２）と、同条件にて石英製の坩堝２１を選別しないで（無作為で用いて）シリコン単結晶を製造した場合のシリコン単結晶の結晶固化率に対する酸素濃度分布（■印，比較例２）を示すグラフである。実施例２で用いた石英製の坩堝２１のコーナー部の厚さｔ１は、設計値±１ｍｍのうちの−１ｍｍ付近のものを選択したものである。
【００２０】
図４Ｂの厚肉の坩堝２１を用いた実施例１（＋印）の分布を観察すると、無作為に坩堝を用いた比較例１（■印）の分布に比べて、全体的に低酸素濃度化し、また複数のサンプルのばらつきも小さくなっているのが理解される。図４Ｄの左側の２つの棒グラフは、図４Ｂ及び図４Ｃに示す実施例１，２及び比較例１，２の、多項式曲線からの乖離量（標準偏差）を示すグラフである。すなわち、図４Ｄの左側の２つの棒グラフは、図４Ｂ及び図４Ｃの各プロットに対して、これらのプロットの多項式曲線（平均値）を求め、その乖離量から標準偏差を求めたものである。実際、実施例１と比較例１における、多項式曲線との乖離量を算出すると、図４Ｄに示すように乖離量（標準偏差，×１０１７atoms/cm3）が、０．３５から０．２５に改善されている。
【００２１】
図４Ｃの薄肉の坩堝２１を用いた実施例２（＋印）の分布を観察すると、無作為に坩堝を用いた比較例２（■印）の分布に比べて、全体的に高酸素濃度化し、また複数のサンプルのばらつきも小さくなっているのが理解される。実際、多項式曲線との乖離量を算出すると、図４Ｄに示すように乖離量（標準偏差，×１０１７atoms/cm3）が、０．５１から０．３２に改善されている。
【００２２】
図４Ｄに示す実施例３のグラフは、実施例１及び２と同じ製造条件にて、石英製の坩堝２１のコーナー部の厚さｔ１に代えて中心軸上の厚さｔ２（図２Ａ参照）を基準にし、この厚さｔ２が厚肉の坩堝２１又は薄肉の坩堝２１を用いてシリコン単結晶を製造した場合のシリコン単結晶の結晶固化率に対する酸素濃度分布の多項式曲線からの乖離量を示し、同じく比較例３のグラフは、坩堝２１の底部の中心軸上の厚さｔ２を選別しないで（無作為に用いて）シリコン単結晶を製造した場合のシリコン単結晶の結晶固化率に対する酸素濃度分布の多項式曲線からの乖離量を示す。実際、乖離量（標準偏差，×１０１７atoms/cm3）が、０．４１から０．２５に改善されている。また、実施例１及び２のように石英製の坩堝２１のコーナー部の厚さｔ１以外にも中心軸上の厚さｔ２を用いても、図３Ａと同様の相関関係があることが確認されている。
【００２３】
したがって、本実施形態においては、製造装置毎又は製造条件毎に、坩堝２１の底部のコーナー部の厚さｔ１又は中心軸上の厚さｔ２と、製造されたシリコン単結晶Ｃの酸素濃度［Ｏｉ］との相関関係を取得しておき、製造するシリコン単結晶の目標酸素濃度と前記相関関係とにより、適切な坩堝２１を選定し、この坩堝２１を用いてシリコン単結晶Ｃを製造する。例えば、図３Ｂに示すように、相対的に高酸素濃度のシリコン単結晶Ｃを製造する場合には、坩堝２１の底部のコーナー部の厚さｔ１又は中心軸上の厚さｔ２が相対的に薄いもの（高［Oi］用）を用い、相対的に中酸素濃度のシリコン単結晶Ｃを製造する場合には、坩堝２１の底部のコーナー部の厚さｔ１又は中心軸上の厚さｔ２が相対的に中位のもの（中［Oi］用）を用い、相対的に低酸素濃度のシリコン単結晶Ｃを製造する場合には、坩堝２１の底部のコーナー部の厚さｔ１又は中心軸上の厚さｔ２が相対的に厚いもの（低［Oi］用）を用いる。
【００２４】
本実施形態において、石英製の坩堝２１の底部のコーナー部又は中心軸上の具体的な厚さｔ１、ｔ２は特に限定されないが、一例を挙げれば、製造するシリコン単結晶の目標直径が３２０ｍｍ、目標酸素濃度が相対的に小さい１０．５×１０１７atoms/cm3以下である場合は、石英製の坩堝２１の底部の中心軸上の厚さｔ２が、１４．５ｍｍ〜２９ｍｍのものを用いることが望ましいことが本発明者らにより確認されている。これに対して、製造するシリコン単結晶の目標直径が３２０ｍｍ、目標酸素濃度が相対的に大きい１１×１０１７atoms/cm3である場合は、石英製の坩堝２１の底部の厚さｔ１が、例えば１２〜１４．５ｍｍのものを用いることが望ましいことが本発明者らにより確認されている。
【００２５】
このように目標酸素濃度の相対的な大きさに応じてシリコン融液Ｍを受容する石英製の坩堝２１の底部の厚さｔ１，ｔ２を選定する理由を説明する。シリコン単結晶Ｃの酸素濃度は、シリコン融液Ｍと接触している石英製の坩堝２１の内面から当該シリコン融液Ｍに酸素が溶け込み、融液Ｍの対流に乗って酸素がシリコン単結晶Ｃの固液界面に運ばれ、シリコン単結晶Ｃに取り込まれることにより定まる。そして、石英製の坩堝２１の内面の温度が高いほど酸素の融液Ｍへの溶出速度が大きく、内面の温度が低いほど融液Ｍへの溶出速度が小さい。ここで、石英製の坩堝２１の底部の厚さｔ１又はｔ２を厚くすれば、ヒータ２５からの熱放射による坩堝２１の底部の内面の温度は、相対的に低くなる。坩堝２１の内面の温度が低くなるほどシリコン融液Ｍへ溶出する酸素量が減少する結果、シリコン融液Ｍの酸素濃度が低下するので、シリコン単結晶インゴットＣの酸素濃度も低くなる。逆に、石英製の坩堝２１の底部の厚さｔ１又はｔ２を薄くすれば、ヒータ２５の熱放射による坩堝２１の底部の内面の温度は、相対的に高くなる。坩堝２１の内面の温度が高くなるほどシリコン融液Ｍへ溶出する酸素量が増加する結果、シリコン融液Ｍの酸素濃度が増加するので、シリコン単結晶インゴットＣの酸素濃度も高くなる。
【００２６】
図５は、石英製の坩堝２１の底部の中心軸上の厚さｔ２が厚い坩堝（実施例４）と、同厚さｔ２がそれより薄い坩堝（実施例５）を用いて、目標直径が３２０ｍｍ、目標酸素濃度が１１×１０１７atoms/cm3（実施例５）および１０．５×１０１７atoms/cm3以下（実施例４）のシリコン単結晶を製造した場合に、アルゴンガスの流量（中段グラフ）及び坩堝の単位時間当たりの回転数（下段グラフ）を制御したときの、シリコン単結晶の結晶固化率に対する酸素濃度を測定したグラフ（上段グラフ）である。なお、中段グラフの縦軸のアルゴン流量は、ある基準値を１とした場合の相対値で示し、下段グラフの縦軸の坩堝回転数は、ある基準値を１とした場合の相対値で示す。
【００２７】
シリコン単結晶を製造する場合の製造条件プログラムを用いて自動制御すると、上段グラフの実施例５（薄肉坩堝）に示すように結晶直胴部のトップ部からミドル部に相当する結晶固化率が２〜４０％の酸素濃度は１０．５×１０１７atoms/cm3以下にならない。これに対して、中段グラフに示すように、結晶直胴部のトップ部からミドル部に相当する結晶固化率が２〜４０％の間においてアルゴンガスの流量を実施例４（厚肉坩堝）のように減少又は増加させると、上段グラフの実施例４に示すように酸素濃度は１０．５×１０１７atoms/cm3以下になる。したがって、この引上げ位置においてアルゴンガスの流量を減少又は増加させる制御を実行すれば、実施例４（厚肉坩堝）において酸素濃度を１０．５×１０１７atoms/cm3以下にすることができる。
【００２８】
また、下段グラフに示すように、結晶直胴部のトップ部、ミドル部及びボトム部に相当する結晶固化率が１２．５〜９８％の間において坩堝２１の単位時間当たりの回転数を実施例４のように増加（１２．５〜７４％）又は減少（７４〜９８％）させると、上段グラフの実施例４に示すように酸素濃度は、ボトム部を除き１０．５×１０１７atoms/cm3以下になる。
【００２９】
このように、本実施形態では、基本的な酸素濃度の増加又は減少は、石英製の坩堝２１の底部の厚さｔ１，ｔ２を厚くする又は薄くすることで対応し、部位による酸素濃度の変動は、その結晶固化率（引上げ長さに相関する）に応じて、第１チャンバ１１内に導入する不活性ガスの流量（流量を増加させると酸素濃度が大きくなり、流量を減少させると酸素濃度が小さくなる）又は石英製の坩堝２１の単位時間当たりの回転数（回転数を大きくすると酸素濃度が大きくなり、回転数を小さくすると酸素濃度が小さくなる）で調整する。これにより、坩堝２１の底部の厚さｔ１，ｔ２を目標酸素濃度に応じて選定するだけで、シリコン単結晶インゴットの酸素濃度を許容範囲に維持することができる。その結果、石英製の坩堝２１に製造上の個体差又は使用時間差があってもこれらを有効に活用することができる。換言すれば、石英製の坩堝２１の底部の厚さｔ１又はｔ２を管理して使用することにより、製造されるシリコン単結晶Ｃの１回の製造分の間のばらつきを小さくすることができる。これに加えて、石英製の坩堝２１の底部の厚さｔ１，ｔ２を、例えば厚い・中位・薄いの３段階に選別し、それぞれを低酸素濃度・中酸素濃度・高酸素濃度のシリコン単結晶の製造に用いれば、複雑な制御を実行しなくても容易に低酸素濃度・中酸素濃度・高酸素濃度のシリコン単結晶を得ることができる。
【００３０】
なお、石英製の坩堝２１は、長時間の使用によって坩堝材料が溶出し底部の厚さｔ１，ｔ２が減少するので、使用時間又は底部の厚さｔ１，ｔ２に応じて、シリコン単結晶を製造する場合の製造条件プログラムによる自動制御の設定値を変更してもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１…シリコン単結晶の製造装置
１１…第１チャンバ
１２…第２チャンバ
１３…ガス導入口
１４…ガス排出口
２１…石英製の坩堝
２２…黒鉛製の坩堝
２３…支持軸
２４…駆動機構
２５…ヒータ
２６…保温筒
２７…熱遮蔽部材
２８…ブラケット
３１…ワイヤ
３２…引上げ機構
４１…磁場発生装置
Ｍ…シリコン融液
Ｃ…シリコン単結晶
Ｓ…種結晶
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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