(57)【要約】【課題】シリコン単結晶引上げ中のシリコン融液中に酸素を十分に融解させて酸素濃度の高いシリコン単結晶を得る。【解決手段】複数の石英リング３１，３２を石英ルツボ１３の内底部に各リング中心が石英ルツボの回転中心Ａになるように配置した後、その石英ルツボにシリコン融液１２を貯留させてシリコン単結晶２４を引上げる。複数の石英リングが２環であれば、その円形断面の直径をｄ、引上げられるシリコン単結晶２４の直径をＤとするとき、内側の石英リング３１の外径ＭがＤ未満（Ｄ−ｄ）以上であり、外側の石英リング３２の内径ＮがＤ以上（Ｄ＋ｄ）未満である。複数の石英リングが３環であれば、中間の石英リングの外径がＤ未満（Ｄ−ｄ）以上であり、内側の石英リングの外径が（Ｄ−３ｄ）未満（Ｄ−５ｄ）以上であり、外側の石英リングの内径がＤ以上（Ｄ＋ｄ）未満である。石英リングは合成石英からなり表面が多孔質に形成される。【選択図】  図１
2006199533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転する石英ルツボ(13)に貯留されたシリコン融液(12)からシリコン単結晶(24)を引上げるシリコン単結晶の引上げ方法において、
複数の石英リング(31,32,33,34,35)を前記石英ルツボ(13)の内底部に各リング中心が前記石英ルツボ(13)の回転中心(A)になるように配置した後、前記石英ルツボ(13)にシリコン融液(12)を貯留させて前記シリコン単結晶(24)を引上げることを特徴とするシリコン単結晶の引上げ方法。
【請求項２】
複数の石英リングが同一の円形断面を有する２環の石英リング(31,32)であって、前記円形断面の直径をｄ、引上げられるシリコン単結晶(24)の直径をＤとするとき、内側の石英リング(31)の外径(M)がＤ未満（Ｄ−ｄ）以上であり、外側の石英リング(32)の内径(N)がＤ以上（Ｄ＋ｄ）未満である請求項１記載のシリコン単結晶の引上げ方法。
【請求項３】
複数の石英リングが同一の円形断面を有する３環の石英リング(33,34,35)であって、前記円形断面の直径をｄ、引上げられるシリコン単結晶(24)の直径をＤとするとき、中間の石英リング(33)の外径(L)がＤ未満（Ｄ−ｄ）以上であり、内側の石英リング(34)の外径(M)が（Ｄ−３ｄ）未満（Ｄ−５ｄ）以上であり、外側の石英リング(35)の内径(N)がＤ以上（Ｄ＋ｄ）未満である請求項１記載のシリコン単結晶の引上げ方法。
【請求項４】
複数の石英リング(31,32,33,34,35)がそれぞれ合成石英からなる請求項１ないし３いずれか１項に記載のシリコン単結晶の引上げ方法。
【請求項５】
複数の石英リング(31,32,33,34,35)の表面がそれぞれ多孔質に形成された請求項１ないし４いずれか１項に記載のシリコン単結晶の引上げ方法。
【請求項６】
複数の石英リング(31,32,33,34,35)のいずれか又は全てが周方向に複数に分割された請求項１ないし５いずれか１項に記載のシリコン単結晶の引上げ方法。
【請求項７】
複数の石英リング(31,32,33,34,35)の表面積が５００〜６００ｃｍ2である請求項５又は６記載のシリコン単結晶の引上げ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チョクラルスキー法（以下、ＣＺ法という。）により、石英ルツボに貯留されたシリコン融液からシリコン単結晶を引上げる方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリコン単結晶を育成する方法の一つとしてＣＺ法が用いられている。このＣＺ法は、先ず、多結晶シリコン原料を石英ルツボ内でシリコンの融点以上に加熱融解してシリコン融液とする。次いでこの石英ルツボに貯えられたシリコン融液に種結晶を浸す。種結晶が浸されその一部を融解した後に引上げを開始する。引上げ中、最初にネックと呼ばれる細い結晶部がインゴットへの転位成長を除くために育成される。次いでインゴットはネックから成長しその結晶径が徐々に増大する。最初にコーン部、続いて肩部が形成された後、一定の直径を有する直胴部が形成される。上記ステップを経ることにより円柱状のシリコン単結晶が育成される。
【０００３】
ＣＺ法における結晶成長の間、石英ルツボの内壁部はシリコン融液に接し、そして次の式（１）に示す反応の結果、徐々に溶解する。
ＳｉＯ2 ＋ Ｓｉ → ２ＳｉＯ                           ………… （１）
シリコン融液に混入したＳｉＯの大半は、シリコン融液の自由表面からＳｉＯガスとして蒸発するが、一部がシリコン単結晶とシリコン融液の界面である固液界面からシリコン単結晶に取り込まれ不純物酸素の源となる。シリコン単結晶の引上げ初期段階では、シリコン融液と石英ルツボ内壁部が接触する面積が比較的広いため、シリコン融液に溶解する酸素濃度は非常に高い。しかし、結晶成長が進んで、シリコン単結晶が形成されるとシリコン融液の液面は下がり、シリコン融液と石英ルツボ内壁部の接触面積は引上げ初期段階と比べて小さくなる。融液とルツボの接触面積の減少は石英ルツボからシリコン融液に溶解する酸素量を減少させる。従って、十分に成長したシリコン単結晶は、その軸方向で不均一な酸素分布を示す。より詳しくは酸素濃度は、その測定が結晶のシード端部、結晶の中央部、又は結晶のテール端部でなされるかによって、変化する。
【０００４】
一方、シリコン融液に高濃度のＡｓ、ＰやＳｂ等の元素をドープして得られるＮ型シリコン単結晶は、パワーディスクリート市場（power discrete market）で用いられるエピタキシャルウェーハ（以下、エピウェーハという。）の出発原料として好都合であり、その生産量は増加傾向にある。良好なエピウェーハ基板に求められる本質的な２つの特性はそのバルクの抵抗率とその内部ゲッタリング能力である。ウェーハの内部ゲッタリング能力はこの結晶内部に増大した固有の酸素濃度に密接に関係している。Ｎ型シリコン単結晶のバルクの抵抗率とこうしたＮ型シリコン単結晶の酸素濃度との間には直接の相関関係があることが知られている。特定の結晶の抵抗率が低くなればなるほど、結晶構造に自然に取り入れられる酸素濃度は低くなる。この挙動の理由の一部は、ＡｓやＳｂのような元素が酸素化合物を形成しながら容易に融液表面から蒸発して融液中の酸素濃度を減少させることにある。例えば、融液中のＳｂは酸素と結合して酸素の溶解度を高め、一方で、Ｓｂ単体やＳｂ2Ｏ等の形で蒸発する。その結果、Ｓｂが高濃度で含まれると、溶液中では酸素濃度が減少し、Ｓｂを高度にドープした結晶中に高度に酸素を取り込むことが難しくなる。このように、低抵抗率と高酸素濃度を同時に満たすＮ型シリコン単結晶を得ることが困難であった。
【０００５】
この点を解消するために、図９に示すように、グラファイトサセプタ１により支持されて設けられた石英ルツボ３の内部に石英リング４を挿入し、ヒータ７により加熱されたシリコン融液６をそのルツボ３に貯留し、そのシリコン融液６からシリコン単結晶２を引上げることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。これは、石英リング４をシリコン融液６に浸漬させることにより、シリコン単結晶２の成長が進んでシリコン融液６の液面が下がった場合においても、その石英リング４からシリコン融液６中に酸素を溶解させ、軸方向で均一な酸素分布を有するシリコン単結晶２を得ることができるものとしている。
【特許文献１】米国特許第４，５４５，８４９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、石英リング４をシリコン融液６に浸漬させると、その石英リング４はルツボ３の内底部に設置されシリコン融液６中にルツボ３の内底面から突出するような形となる。そして、この石英リング４からシリコン融液６中に融解する酸素の量はその温度に比例するけれども、ルツボ３の上昇に伴いヒータ７による加熱量が変化し、結晶成長が進むと石英リングからシリコン融液に溶解する酸素の量も減少し、引上げられたシリコン単結晶における酸素濃度を期待したほど上昇させることができないという未だ解決すべき課題が残存していた。
本発明の目的は、シリコン単結晶引上げ中のシリコン融液中に酸素を十分に融解させて酸素濃度の高いシリコン単結晶を得ることのできるシリコン単結晶の引上げ方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る発明は、図１に示すように、回転する石英ルツボ１３に貯留されたシリコン融液１２からシリコン単結晶２４を引上げるシリコン単結晶の引上げ方法の改良である。
その特徴ある構成は、複数の石英リング３１，３２を石英ルツボ１３の内底部に各リング中心が石英ルツボ１３の回転中心Ａになるように配置した後、その石英ルツボ１３にシリコン融液１２を貯留させてシリコン単結晶２４を引上げることを特徴とする。
この請求項１に記載されたシリコン単結晶の引上げ方法では、複数の石英リング３１，３２の間に澱むシリコン融液１２は特に加熱されて多くの酸素が溶け出すため、その酸素濃度は飽和状態となる。一方、図３に示すように、ルツボ１３に貯留されたシリコン融液１２にはテイラープラウドマン（Taylor-Proudman）循環流Ｐが発生し、複数の石英リング３１，３２の間に澱むシリコン融液１２はこの循環流Ｐにより上昇してシリコン単結晶２４に取り込まれる。即ち、シリコン単結晶２４の直胴部を形成する時に、酸素濃度の比較的高いシリコン融液１２が複数の石英リング３１，３２の間から循環流Ｐにより上昇してその単結晶２４に取り込まれ、引上げられるシリコン単結晶２４の酸素濃度を上昇させることができる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、複数の石英リングが同一の円形断面を有する２環の石英リング３１，３２であって、その円形断面の直径をｄ、引上げられるシリコン単結晶２４の直径をＤとするとき、内側の石英リング３１の外径ＭがＤ未満（Ｄ−ｄ）以上であり、外側の石英リング３２の内径ＮがＤ以上（Ｄ＋ｄ）未満であることを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明であって、図５に示すように、複数の石英リングが同一の円形断面を有する３環の石英リング３３，３４，３５であって、その円形断面の直径をｄ、引上げられるシリコン単結晶２４の直径をＤとするとき、中間の石英リング３３の外径ＬがＤ未満（Ｄ−ｄ）以上であり、内側の石英リング３４の外径Ｍが（Ｄ−３ｄ）未満（Ｄ−５ｄ）以上であり、外側の石英リング３５の内径ＮがＤ以上（Ｄ＋ｄ）未満であることを特徴とする。
この請求項２又は請求項３に記載されたシリコン単結晶の引上げ方法では、複数の石英リング３１，３２，３３，３４，３５の大きさをこのように定めることにより、複数の石英リング３１，３２，３３，３４，３５の間に澱む酸素濃度の比較的高いシリコン融液１２が循環流Ｐにより上昇したときに循環流Ｐがシリコン単結晶２４により確実に取り込まれ、引上げられるシリコン単結晶２４の酸素濃度をより確実に上昇させることができる。
【０００９】
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３いずれか１項に係る発明であって、複数の石英リング３１，３２，３３，３４，３５がそれぞれ合成石英からなることを特徴とする。
合成石英の軟化温度は低いため、複数の石英リング３１，３２，３３，３４，３５をそれぞれ合成石英とする請求項４に記載されたシリコン単結晶の引上げ方法では、天然石英からなる石英リングを用いた場合に比較して、比較的多くの酸素をより一層シリコン融液１２中に溶解させることができる。このため、酸素濃度の比較的高いシリコン融液１２を取り込ませて引上げられるシリコン単結晶２４の酸素濃度を有効に上昇させることができる。
【００１０】
請求項５に係る発明は、請求項１ないし４いずれか１項に係る発明であって、複数の石英リング３１，３２，３３，３４，３５の表面がそれぞれ多孔質に形成されたことを特徴とする。
この請求項５に記載されたシリコン単結晶の引上げ方法では、複数の石英リング３１，３２，３３，３４，３５の表面積を拡大させることができ、これにより比較的多くの酸素をシリコン融液１２中により確実に溶解させることができ、これによりシリコン単結晶２４の酸素濃度を有効に上昇させることができる。
【００１１】
請求項６に係る発明は、請求項１ないし５いずれか１項に係る発明であって、図６に示すように、複数の石英リング３１，３２，３３，３４，３５のいずれか又は全てが周方向に複数に分割されたことを特徴とする。
この請求項６に記載されたシリコン単結晶の引上げ方法では、石英リング３１，３２，３３，３４，３５を分割することによりその表面積を拡大させることができ、これにより比較的多くの酸素をシリコン融液１２中により確実に溶解させてシリコン単結晶２４の酸素濃度を有効に上昇させることができる。
【００１２】
請求項７に係る発明は、請求項５又は６に係る発明であって、複数の石英リング３１，３２，３３，３４，３５の表面積が５００〜６００ｃｍ2であるであることを特徴とする。
この請求項７に記載されたシリコン単結晶の引上げ方法では、石英リング３１，３２，３３，３４，３５の表面積を５００〜６００ｃｍ2とすることにより比較的多くの酸素をシリコン融液１２中により確実に溶解させてシリコン単結晶２４の酸素濃度を有効に上昇させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のシリコン単結晶の引上げ方法では、石英ルツボの内底部に複数の石英リングを同心円状に配置したので、複数の石英リングの間に澱むシリコン融液は特に加熱されて多くの酸素が溶け出してその酸素濃度は飽和状態となり、酸素濃度が飽和状態のシリコン融液はテイラープラウドマン循環流により上昇してシリコン単結晶に取り込まれる。従って、シリコン単結晶の直胴部を形成する時に、酸素濃度の比較的高いシリコン融液をその複数の石英リングの間から単結晶に取り込ませて酸素濃度を向上させることができる。そして複数の石英リングがそれぞれ合成石英であれば、比較的多くの酸素をシリコン融液中に溶解させることができ、複数の石英リングの表面をそれぞれ多孔質に形成すれば、複数の石英リングの表面積を拡大させて比較的多くの酸素をシリコン融液中により確実に溶解させることができる。更に、複数の石英リングのいずれか又は全てを周方向に複数に分割してその表面積を拡大させることもできる。そして、複数の石英リングの表面積が５００〜６００ｃｍ2であれば、比較的多くの酸素をシリコン融液中により確実に溶解させてシリコン単結晶の酸素濃度を有効に上昇させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図４に示すように、シリコン単結晶引上げ装置１０のチャンバ１１内には、シリコン融液１２を貯える石英ルツボ１３が設けられ、この石英ルツボ１３はグラファイトサセプタ１４により外周面及び外底面を包囲されて支持される。サセプタ１４は支軸１６の上端に固定され、この支軸１６の下部はルツボ駆動手段１７に接続される。ルツボ駆動手段１７は図示しないが石英ルツボ１３を回転させる第１回転用モータと、石英ルツボ１３を昇降させる昇降用モータとを有し、これらのモータにより石英ルツボ１３が所定の方向に回転し、かつ上下方向に移動できるようになっている。サセプタ１４の外周面はヒータ１８により包囲され、このヒータ１８は保温筒１９により包囲される。ヒータ１８は石英ルツボ１３に充填された高純度の多結晶シリコン原料を加熱融解してシリコン融液１２にする。
【００１５】
またチャンバ１１の上端の円筒状のケーシング２１には引上げ手段２２が設けられる。引上げ手段２２はケーシング２１の上端部に水平状態で旋回可能に設けられた引上げヘッド（図示せず）と、このヘッドを回転させる第２回転用モータ（図示せず）と、ヘッドから石英ルツボ１３の回転中心に向って垂下されたワイヤケーブル２３と、上記ヘッド内に設けられワイヤケーブル２３を巻取り又は繰出す引上げ用モータ（図示せず）とを有する。ワイヤケーブル２３の下端には種結晶２６が取付けられる。シリコン単結晶２４の外周面と保温筒１９の内周面との間にはシリコン単結晶２４を包囲する円筒状の熱遮蔽部材２７が設けられる。この熱遮蔽部材２７はコーン部２７ａとフランジ部２７ｂからなり、このフランジ部２７ｂを保温筒１９に取付けることにより熱遮蔽部材２７が固定される。
【００１６】
図１に示すように、ルツボ１３の内底部には、石英ルツボ１３の回転中心Ａを中心とする複数の石英リング３１，３２が同心円状に配置される。この実施の形態における石英リング３１，３２は同一の円形断面を有する２環の石英リングであって、それぞれ合成石英からなる。そして、その円形断面の直径をｄとし、引上げられるシリコン単結晶２４の直径をＤとするとき、内側の石英リング３１の外径ＧがＤ未満（Ｄ−ｄ）以上であり、外側の石英リング３２の内径ＮがＤ以上（Ｄ＋ｄ）未満であるように構成される。
複数の石英リングの表面はそれぞれ多孔質に形成される。石英リングの表面を多孔質にするためには、例えば熱して軟化した状態の石英リングを複数の凹凸状の鋳型にはめ込んで冷やして固める等の手段によりその表面を多孔質にすることが可能である。そして、複数の石英リングの表面積が５００〜６００ｃｍ2であるように構成される。この表面積が５００ｃｍ2未満では、石英リング３１，３２の表面を多孔質にした効果が乏しく、期待する高酸素効果が得られない。
【００１７】
次に本発明のシリコン単結晶の引上げ方法について説明する。
先ず、ルツボ１３の内底部に、その石英ルツボ１３の回転中心を中心とする複数の石英リング３１，３２、この実施の形態では２環の石英リング３１，３２を同心円状に配置する。その後高純度の多結晶シリコン原料を石英ルツボ１３に充填し、ヒータ１８でシリコンの融点以上に加熱融解してシリコン融液１２にする。次いで石英ルツボ１３に貯えられたシリコン融液１２に種結晶２６を浸し、種結晶２６そのものを融解した後にルツボ駆動手段１７によりそのルツボ１３を回転させ、その状態でワイヤケーブル２３を回転させながら引上げることにより円柱状のシリコン単結晶２４を育成する。このとき石英ルツボ１３はワイヤケーブル２３の回転と逆の回転をさせる。
【００１８】
融液１２が形成されるとき及び単結晶２４の直胴部が形成されるときに行うヒータ１８による加熱は、先ず石英ルツボ１３の温度がその加熱により上昇しその後シリコン融液１２に伝達される。このときの温度分布状態を図２に示す。図２から明らかなように、石英ルツボ１３がヒータ１８により先ず加熱されることから、その加熱された石英ルツボ１３の内底部に配置された２環の石英リング３１，３２もシリコン融液１２に先行して加熱され、２環の石英リング３１，３２の間に澱むシリコン融液１２は特に加熱されて多くの酸素が溶け出すため、その酸素濃度は飽和状態となる。
【００１９】
一方、シリコン融液１２に浸した種結晶２６を回転させながら引上げることによりシリコン単結晶２４を育成すると、図３に示すように、ルツボ１３に貯留されたシリコン融液１２にはシリコン単結晶２４とルツボ１３が回転することから生じるテイラープラウドマン循環流Ｐ（以下、「循環流Ｐ」という。）が発生する。この循環流Ｐはシリコン単結晶２４の直径に相当するルツボ底部から上昇してルツボ１３の中央底部に向かって下降する対流である。一方、この循環流Ｐの外側におけるルツボ１３の周囲では、その内周部分から上昇しシリコン単結晶２４の径に相当する部分から下降する対流Ｇも生じる。従って、２環の石英リング３１，３２の間に澱み酸素濃度が飽和状態にあるシリコン融液１２は循環流Ｐより上昇してシリコン単結晶２４に取り込まれることになる。
【００２０】
ここで、この実施の形態では、内側の石英リング３１の外径ＧがＤ未満（Ｄ−ｄ）以上であり、外側の石英リング３２の内径ＮがＤ以上（Ｄ＋ｄ）未満であるように構成し、複数の石英リング３１，３２の表面をそれぞれ多孔質に形成してその表面積を５００〜６００ｃｍ2になるように構成したので、比較的多くの酸素をシリコン融液１２中に溶解させることができ、酸素濃度の比較的高いシリコン融液１２を循環流Ｐにより上昇させてシリコン単結晶２４に取り込ませることができる。即ち、シリコン単結晶２４の直胴部を形成する時に、酸素濃度の比較的高いシリコン融液１２が２環の石英リング３１，３２の間から循環流Ｐにより上昇してその単結晶２４に取り込まれ、酸素濃度の低下を抑制する効果が得られる。このようにルツボ１３の内定部に複数の石英リングを同心円状に配置して形成したシリコン単結晶２４は、従来の方法の課題であったシード端部、直胴部及びテール端部それぞれの位置によって含まれる酸素濃度を十分に上昇させることができる。よって、ＡｓやＳｂでドープされたシリコン融液１２の酸素濃度の低下も抑制することができる。
【００２１】
なお、上述した実施の形態では、複数の石英リングが２環の石英リング３１，３２からなる場合を説明したが、複数の石英リングは３環であっても４環であっても５環であっても良い。図５に複数の石英リングが３環である場合を例示する。この複数の石英リングは同一の円形断面を有する３環の石英リング３３，３４，３５であって、その円形断面の直径をｄ、引上げられるシリコン単結晶２４の直径をＤとするとき、中間の石英リング３３の外径ＬはＤ未満（Ｄ−ｄ）以上であり、内側の石英リング３４の外径Ｍは（Ｄ−３ｄ）未満（Ｄ−５ｄ）以上であり、外側の石英リング３５の内径ＮはＤ以上（Ｄ＋ｄ）未満である。このように３環の石英リング３３，３４，３５をルツボ１３の内底部に設置しても、シリコン単結晶２４の直胴部を形成する時に、複数の石英リング３３，３４，３５の間に澱む酸素濃度の比較的高いシリコン融液１２を循環流Ｐにより上昇させてシリコン単結晶２４に取り込ませることができ、引上げられるシリコン単結晶２４の酸素濃度をより確実に上昇させることができる。
【００２２】
また、図６に示すように、複数の石英リング３１，３２は、そののいずれか又は全てが周方向に複数に分割されたものであっても良い。この図６には、２環の石英リング３１，３２の全てが周方向に４つに分割された場合を示すけれども、分割の個数は３つでも５つでも６つであっても良い。このように石英リング３１，３２を複数に分割することによりその表面積を拡大させることができ、これにより比較的多くの酸素をシリコン融液１２中により確実に溶解させてシリコン単結晶２４の酸素濃度を更に上昇させることができる。
【実施例】
【００２３】
次に本発明の実施例を説明する。
【００２４】
＜実施例１＞
図１に示すように、先ずルツボ１３の内底部に２環の石英リング３１，３２を同心円状に配置した。このルツボ１３の内径は４４ｃｍであって、石英リング３１，３２はそれぞれ合成石英からなるものを用いた。そして、２環の石英リング３１，３２はそれぞれ同一の円形断面を有し、その円形断面の直径ｄは２０ｍｍのものを使用した。そして、内側の石英リング３１の外径Ｍは１５ｃｍであり、外側の石英リング３２の内径Ｎは１７ｃｍのものを使用した。そして、これら２環の石英リング３１，３２の表面積は６３１ｃｍ2である。
その後多結晶シリコン原料を５０ｋｇ石英ルツボ１３に充填し、ヒータ１８でシリコンの融点以上に加熱融解してシリコン融液１２にした。次いで石英ルツボ１３に貯えられたシリコン融液１２に種結晶２６を浸し、種結晶２６そのものを融解した後にルツボ駆動手段１７によりそのルツボ１３を回転させ、その状態でワイヤケーブル２３を回転させながら引上げることにより断面の直径が１５ｃｍの円柱状のシリコン単結晶２４を育成した。この引上げられたシリコン単結晶２４を実施例１とした。
【００２５】
＜実施例２＞
図５に示すように、ルツボ１３の内底部に３環の石英リング３３，３４，３５を同心円状に配置した。３環の石英リング３３，３４，３５はそれぞれ合成石英からなり、３環の石英リング３３，３４，３５はそれぞれ同一の円形断面を有し、その円形断面の直径ｄは２０ｍｍのものを使用した。そして、内側の石英リング３４の外径は９ｃｍであり、中間の石英リング３３の外径は１５ｃｍであり、外側の石英リング３５の内径は１７ｃｍのものを使用した。そして、これら３環の石英リング３３，３４，３５の表面積は７６９ｃｍ2である。この３環の石英リング３３，３４，３５を同心円状に配置したことを除いて実施例１と同一の条件及び手順で断面の直径が１５ｃｍの円柱状のシリコン単結晶２４を引上げた。この引上げられたシリコン単結晶２４を実施例２とした。
【００２６】
＜比較例１＞
図９に示すように、ルツボ３の内底部に単一の石英リング４を配置した。単一の石英リング４は合成石英からなり、その石英リング４の円形断面の直径ｄは２０ｍｍのものを使用した。そして、その石英リング４の外径Ｍは２１ｃｍであり、この石英リング４の表面積は３７４ｃｍ2である。この単一の石英リング４をルツボ３の内底部の中央に配置したことを除いて実施例１と同一の条件及び手順で断面の直径が１５ｃｍの円柱状のシリコン単結晶２を引上げた。この引上げられたシリコン単結晶２を比較例１とした。
＜比較例２＞
図示しないが、ルツボの内底部に石英リングを配置することなく多結晶シリコン原料を５０ｋｇ石英ルツボに充填し、ヒータでシリコンの融点以上に加熱融解してシリコン融液にした。その後実施例１と同一の条件及び手順で断面の直径が１５ｃｍの円柱状のシリコン単結晶を引上げた。この引上げられたシリコン単結晶を比較例２とした。
【００２７】
＜比較試験１及び評価＞
実施例１及び２並びに比較例１及び２におけるシリコン単結晶のシード端部、結晶の中央部、又は結晶のテール端部における酸素濃度をフィーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴＩＲ）によりそれぞれ測定した。この結果を図７に示す。この図７から明らかなように、２環及び３環の石英リングを石英ルツボの内底部に配置した実施例１及び２は、単一の石英リングを石英ルツボの内底部に配置した比較例１及び石英リングを配置しない比較例２に比較してその酸素濃度が高いことが判る。これは複数の石英リングを石英ルツボの内底部に配置したことに起因するものと考えられ、本願発明によればシリコン単結晶棒の酸素濃度を向上させ得ることが判る。
なお、図７の内容からすると、石英リングの数に酸素濃度が比例しているため、石英リングの表面積の相違による酸素濃度の関係を調査するための実施例を以下のように行った。
【００２８】
＜実施例３＞
図１に示すように、ルツボ１３の内底部に２環の石英リング３１，３２を実施例１と同様に配置した。この２環の石英リング３１，３２はそれぞれ天然石英からなることを除いて実施例１と同形同大のものを使用し、これら２環の石英リング３１，３２の表面積は６３１ｃｍ2であった。その後実施例１と同一の条件及び手順で多結晶シリコン原料を５０ｋｇ石英ルツボ１３に充填し、ヒータ１８でシリコンの融点以上に加熱融解してシリコン融液１２にした。その後実施例１と同一の条件及び手順で断面の直径が１５ｃｍの円柱状のシリコン単結晶２４を引上げた。この引上げられたシリコン単結晶２４を実施例３とした。
【００２９】
＜実施例４＞
ルツボ１３の内底部に２環の石英リング３１，３２を実施例１と同様に配置した。この２環の石英リング３１，３２はそれぞれ合成石英からなり、その表面を多孔質に形成した。石英リング３１，３２の表面を多孔質にするために、熱して軟化した状態の石英リングを複数の凹凸状の鋳型にはめ込んで冷やして固める手段を用いた。この２環の石英リング３１，３２はこれらのことを除いて実施例１と同形同大のものを使用し、これら２環の石英リング３１，３２の表面積は８２０ｃｍ2であった。その後実施例１と同一の条件及び手順で多結晶シリコン原料を５０ｋｇ石英ルツボ１３に充填し、ヒータ１８でシリコンの融点以上に加熱融解してシリコン融液１２にした。その後実施例１と同一の条件及び手順で断面の直径が１５ｃｍの円柱状のシリコン単結晶２４を引上げた。この引上げられたシリコン単結晶２４を実施例４とした。
【００３０】
＜実施例５＞
図６に示すように、ルツボ１３の内底部に２環の石英リング３１，３２を４分割させた状態で実施例１と同様に配置した。この２環の石英リング３１，３２はそれぞれ合成石英からなり、その表面を実施例４と同一の手順で多孔質に形成した。この２環の石英リング３１，３２をそれぞれ４分割し、この４分割にしたことを除いて２環の石英リング３１，３２は実施例４と同形同大のものを使用した。これら２環の石英リング３１，３２の表面積は分割面も含まれることから８４５ｃｍ2であった。その後実施例１と同一の条件及び手順で多結晶シリコン原料を５０ｋｇ石英ルツボ１３に充填し、ヒータ１８でシリコンの融点以上に加熱融解してシリコン融液１２にした。その後実施例１と同一の条件及び手順で断面の直径が１５ｃｍの円柱状のシリコン単結晶２４を引上げた。この引上げられたシリコン単結晶２４を実施例５とした。
【００３１】
＜比較試験２及び評価＞
実施例１及び実施例３〜５におけるシリコン単結晶２４の直胴部の中央部分における酸素濃度をフィーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴＩＲ）によりそれぞれ測定した。そして、実施例３におけるシリコン単結晶における酸素濃度を１．０とした場合における実施例１、実施例４及び実施例５における酸素濃度を図８に示す。この図８から明らかなように、天然石英からなる石英リングより合成石英からなる石英リングを用いた方が酸素濃度が高く、同じ合成石英からなる石英リングでは、表面を多孔質にした方が酸素濃度が高く、それらを分割すると更に酸素濃度が高くなることが判る。従って、本願発明によれば石英リングの材質又はその表面積を調整することによりシリコン単結晶棒の酸素濃度を調整し得ることが判る。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明実施形態の石英ルツボの断面図である。
【図２】その石英ルツボがヒータにより加熱された場合の温度分布を示す断面図である。
【図３】その石英ルツボに貯留されたシリコン融液の対流を示す断面図である。
【図４】その石英ルツボを有する引上げ装置の構成図である。
【図５】その石英ルツボの内底部に３環の石英リングを配置した状態を示す図１に対応する断面図である。
【図６】その石英ルツボの内底部に２環の石英リングが４分割された状態で配置された状態を示す斜視図である。
【図７】その石英リングの数と酸素濃度との関係を示す図である。
【図８】その石英リングの状態と酸素濃度との関係を示す図である。
【図９】従来の石英リングを有する引上げ装置の構成図である。
【符号の説明】
【００３３】
１３  石英ルツボ
１２  シリコン融液
２４  シリコン単結晶
３１，３２，３３，３４，３５  石英リング
Ａ  石英ルツボの回転中心
ｄ  石英リングの円形断面の直径
Ｄ  シリコン単結晶の直径
Ｍ  内側の石英リングの外径
Ｎ  外側の石英リングの内径
Ｌ  中間の石英リングの外径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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