(57)【要約】【課題】  半径方向への品質が均一なシリコン単結晶インゴットを製造して面内品質が均一なシリコンウエハーを提供する。【解決手段】  本発明はチョクラルスキー法によってシリコン単結晶インゴットを成長させる方法に関し、これから製造されたシリコンウエハーは非常に均一な面内品質を有することができるので、半導体ディバイス収率を向上させる。本発明によるシリコン単結晶インゴット製造方法は、チョクラルスキー法によってシリコン単結晶インゴットを製造することにおいて、シリコン融液の対流を中心セルと外周セルに区分する時、中心セルの最大水平方向幅がシリコン融液の表面半径に対して３０乃至６０％である状態でシリコン単結晶インゴットを成長させる。また、中心セルの最大垂直方向深さがシリコン融液の最大深さに対して５０％より大きいか同一な状態でシリコン単結晶インゴットを成長させるのが好ましい。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チョクラルスキー法によってシリコン単結晶インゴットを製造する過程において、
シリコン融液の対流を中心セルと外周セルとに区分するとき、前記中心セルの最大水平方向幅が前記シリコン融液の表面半径に対して３０乃至６０％である状態でシリコン単結晶インゴットを成長させることを特徴とするシリコン単結晶インゴットの製造方法。
【請求項２】
前記中心セルの最大垂直方向深さが前記シリコン融液の最大深さに対して５０％よりも大きいか同一な状態でシリコン単結晶インゴットを成長させることを特徴とする請求項１に記載のシリコン単結晶インゴットの製造方法。
【請求項３】
前記中心セルの最大垂直方向深さは前記シリコン融液最大深さの８０乃至９５％である状態でシリコン単結晶インゴットを成長させることを特徴とする請求項２に記載のシリコン単結晶インゴットの製造方法。
【請求項４】
前記中心セルの幅または深さはシリコン単結晶インゴット成長装置の内部に流入するアルゴンガスの流入量を調節することにより制御されることを特徴とする請求項１に記載のシリコン単結晶インゴットの製造方法。
【請求項５】
前記アルゴンガスの流入量を増加させると、前記中心セルの幅または深さが増加することを特徴とする請求項４に記載のシリコン単結晶インゴットの製造方法。
【請求項６】
前記中心セルの幅または深さは前記シリコン融液が入っている坩堝の回転速度を調節することにより制御されることを特徴とする請求項１に記載のシリコン単結晶インゴットの製造方法。
【請求項７】
前記坩堝の回転速度を減少させると、前記中心セルの幅または深さが増加することを特徴とする請求項６に記載のシリコン単結晶インゴットの製造方法。
【請求項８】
前記中心セルの幅または深さは前記シリコン単結晶インゴットの回転速度を調節することにより制御されることを特徴とする請求項１に記載のシリコン単結晶インゴットの製造方法。
【請求項９】
前記シリコン単結晶インゴットの回転速度を増加させると、前記中心セルの幅または深さが増加することを特徴とする請求項８に記載のシリコン単結晶インゴットの製造方法。
【請求項１０】
チョクラルスキー法で成長されたシリコン単結晶インゴットから製作されるシリコンウエハーにおいて、
面内侵入型酸素濃度分布の標準偏差が０．１よりも小さいか同じであることを特徴とするシリコンウエハー。
【請求項１１】
含有されている点欠陥濃度が１０１１〜１０１３個／ｃｍ３であることを特徴とする請求項１０に記載のシリコンウエハー。
【請求項１２】
ウエハーを９５％窒素及び５％酸素雰囲気で８００℃で４時間１次熱処理して、９５％窒素及び５％酸素雰囲気で１０００℃で１６時間２次熱処理した後の侵入型酸素濃度と、前記１次熱処理前の侵入型酸素濃度の差であるデルタ侵入型酸素濃度の面内変化量が０．５ｐｐｍａよりも小さいか同一であることを特徴とする請求項１０に記載のシリコンウエハー。
【請求項１３】
ウエハーを９５％窒素及び５％酸素雰囲気で８００℃で４時間１次熱処理し、９５％窒素及び５％酸素雰囲気で１０００℃で１６時間２次熱処理した後、少数キャリア寿命スキャニングを行なった結果から得られたイメージでスケールバーの最大最小間差が１０よりも小さいか同一であることを特徴とする請求項１０に記載のシリコンウエハー。
【請求項１４】
ウエハーを９５％窒素及び５％酸素雰囲気で８００℃で４時間１次熱処理して、９５％窒素及び５％酸素雰囲気で１０００℃で１６時間２次熱処理した後、少数キャリア寿命スキャニングを行なった結果から得られたイメージでスケールバーの最大最小間差が５よりも小さいか同一であることを特徴とする請求項１３に記載のシリコンウエハー。
【請求項１５】
ウエハーを９５％窒素及び５％酸素雰囲気で８００℃で４時間１次熱処理して、９５％窒素及び５％酸素雰囲気で１０００℃で１６時間２次熱処理した後、少数キャリア寿命スキャニングを行なった結果から得られたイメージでスケールバーの最大最小間差が３よりも小さいか同一であることを特徴とする請求項１４に記載のシリコンウエハー。
【請求項１６】
チョクラルスキー法で成長されて、半径方向への侵入型酸素濃度分布の標準偏差が０．１よりも小さいか同一であることを特徴とするシリコン単結晶インゴット。
【請求項１７】
含有されている点欠陥濃度が１０１１〜１０１３個／ｃｍ３であることを特徴とする請求項１６に記載のシリコン単結晶インゴット。
【請求項１８】
前記中心セルの幅または深さはシリコン単結晶インゴット成長装置の内部に流入するアルゴンガスの流入量を調節することにより制御されることを特徴とする請求項２に記載のシリコン単結晶インゴットの製造方法。
【請求項１９】
前記中心セルの幅または深さは前記シリコン融液が入っている坩堝の回転速度を調節することにより制御されることを特徴とする請求項２に記載のシリコン単結晶インゴットの製造方法。
【請求項２０】
前記中心セルの幅または深さは前記シリコン単結晶インゴットの回転速度を調節することにより制御されることを特徴とする請求項２に記載のシリコン単結晶インゴットの製造方法。
【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によってシリコン単結晶インゴットを成長させる方法に関し、特に、面内品質が均一なシリコンウエハーを製造するためのシリコン単結晶インゴットの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にチョクラルスキー法によってシリコン単結晶インゴットを成長させる方法は、図１に示したようなシリコン単結晶インゴット成長装置を利用する。図１は一般的なシリコン単結晶インゴット成長装置の内部を示した断面図であって、図示したように、石英坩堝１０の内部に多結晶シリコンを積載し、ヒーター３０から輻射される熱で多結晶シリコンを溶融させてシリコン融液（ＳＭ）にした後、シリコン融液（ＳＭ）の表面からシリコン単結晶インゴット（ＩＧ）を成長させる。
【０００３】
シリコン単結晶インゴット（ＩＧ）を成長させる時には、坩堝１０を支持する軸２０を回転させながら坩堝を上昇させて、固−液界面が同じ高さを維持するようにし、シリコン単結晶インゴット（ＩＧ）は坩堝１０の回転軸と同じ軸を中心にして坩堝１０の回転方向と反対方向に回転させながら引き上げる。
【０００４】
また、円滑なシリコン単結晶インゴットの成長のために、アルゴン（Ａｒ）ガスのような不活性ガスをインゴット成長装置の上部に流入して、インゴット成長装置の下部に排出させる方法を多く利用している。
【０００５】
このような従来のシリコン単結晶インゴット製造方法では、成長中であるシリコン単結晶インゴット（ＩＧ）の温度勾配を調節するために熱シールド４０及び水冷管（図示せず）などを設置した。熱シールドなどを利用してシリコン単結晶インゴットの温度勾配を調節する従来の技術としては、特許文献１、特許文献２、特許文献３などがある。
【特許文献１】大韓民国特許登録番号第３７４７０３号
【特許文献２】大韓民国特許出願番号第２０００-００７１０００号
【特許文献３】米国特許登録番号第６，５２７，８５９号
【０００６】
しかし、このようなシリコン単結晶インゴット（ＩＧ）の温度勾配調節だけでは半径方向への品質分布が均一なシリコン単結晶インゴット及びシリコンウエハーを生産するのに限界がある。したがって、半径方向への品質分布が均一なシリコン単結晶インゴット及びシリコンウエハーを製造するための新たな技術開発が切実に要求されているのが実情である。
【０００７】
特に、従来の方法によって製造された、半径方向への品質分布が不均一なシリコンウエハーを使用して半導体ディバイスを製造すると、ディバイス製造工程中に数回の熱処理を経ることでウエハー内に含まれた品質分布の不均一性はさらに悪化して結果的にディバイス収率が低下する問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上述のような問題点を解決するために案出されたものであって、その目的は、半径方向への品質分布が均一なシリコン単結晶インゴットを製造して面内品質が均一なシリコンウエハーを提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、半径方向への品質分布が均一なシリコン単結晶インゴットを成長させるための臨界工程変数を探し出すことである。
【００１０】
本発明の更に他の目的は、半径方向への品質分布が均一なシリコン単結晶インゴットを成長させる最適の工程条件を知ることである。
【００１１】
本発明の、また他の目的は、面内品質が均一なシリコンウエハーを製造してディバイス収率を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
これにより、本発明ではチョクラルスキー法によってシリコン単結晶インゴットを製造する方法において、石英坩堝内部のシリコン融液の対流分布を効果的に制御して、結晶成長界面近くでの酸素の分布及び熱の分布を均一にすることによって、シリコン単結晶インゴット及びシリコンウエハーに内在する酸素及び点欠陥分布など品質特性を均一に制御することができるシリコン単結晶インゴットの製造方法を提供しようとするものである。
【００１３】
つまり、本発明ではチョクラルスキー法によってシリコン単結晶インゴットを製造する過程において、シリコン融液の対流を中心セルと外周セルとに区分するとき、中心セルの最大水平方向幅がシリコン融液の表面半径（＝坩堝内径／２）に対して３０乃至６０％である状態でシリコン単結晶インゴットを成長させる。
【００１４】
この時、中心セルの最大垂直方向深さがシリコン融液の最大深さに対して５０％よりも大きい、または、同一な状態でシリコン単結晶インゴットを成長させるのが好ましい。
【００１５】
特に、中心セルの最大垂直方向深さがシリコン融液最大深さの８０乃至９５％である状態であれば更に好ましい。
【００１６】
中心セルの幅または深さはシリコン単結晶インゴット成長装置の内部に流入するアルゴンガス（Ａｒ）の流入量、またはシリコン融液が入っている坩堝の回転速度、またはシリコン単結晶インゴットの回転速度を調節することにより制御できる。
【００１７】
具体的にはアルゴン流入量を増加させたり、または石英坩堝の回転速度を減少させたり、または成長中であるシリコン単結晶インゴットの回転速度を増加させると、中心セルの幅または深さを増加させることができる。
【００１８】
上述した方法によって本発明では面内侵入型酸素濃度の標準偏差が０．１以下（つまり、０．１よりも小さいか同一）であるシリコンウエハーを提供する。
【００１９】
また、本発明では、含有されている点欠陥濃度が１０１１〜１０１３個／ｃｍ３であるシリコンウエハーを提供する。
【００２０】
また、本発明では、ウエハーを９５％窒素及び５％酸素雰囲気で８００℃で４時間１次熱処理して、９５％窒素及び５％酸素雰囲気で１０００℃で１６時間２次熱処理した後の侵入型酸素濃度と、前記１次熱処理前の侵入型酸素濃度との差であるデルタ侵入型酸素濃度の面内変化量が０．５ｐｐｍａ（parts per million atoms）（または０．２５×１０１７個／ｃｍ３）よりも小さいか同一であるシリコンウエハーを提供する。
【００２１】
また、本発明によるウエハーは、ウエハーを９５％窒素及び５％酸素雰囲気で８００℃温度で４時間１次熱処理して、９５％窒素及び５％酸素雰囲気で１０００℃で１６時間２次熱処理した後、少数キャリア寿命（以下、ＭＣＬＴという）スキャニングを行なった結果から得られたイメージでスケールバーの最大最小間差が１０よりも小さいか同一である。
【００２２】
特に、上述した１次及び２次熱処理後、ＭＣＬＴスキャニングを行なった結果から得られたイメージでスケールバーの最大最小間の差が５よりも小さいか同一であって、好ましくは３よりも小さいか同一である得る。
【００２３】
また、本発明では半径方向への侵入型酸素濃度分布の標準偏差が０．１よりも小さいか同一であるシリコン単結晶インゴットを提供する。
【００２４】
本発明によって製造されたシリコン単結晶インゴットは、含まれている点欠陥濃度が１０１１〜１０１３個／ｃｍ３であるのが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、チョクラルスキー法によってシリコン単結晶インゴットを製造する場合、石英坩堝内部のシリコン融液の対流分布を制御してシリコン融液からシリコン単結晶インゴットに混入される侵入型酸素濃度及び点欠陥の分布を均一に制御することによって半径方向品質が均一なシリコン単結晶インゴット及び面内品質が均一なシリコンウエハーを提供できる効果がある。
【００２６】
また、本発明では半径方向への品質が均一なシリコン単結晶インゴットを成長させるためにはシリコン融液の対流分布を制御しなければならないことを知って、このような対流分布をアルゴンガスの流入量、石英坩堝の回転速度、またはシリコン単結晶インゴットの回転速度などの調節によって制御するので、半径方向への品質が均一なシリコン単結晶インゴットを成長させるための臨界工程変数を探し出すことができた。
【００２７】
そして、半径方向への品質が均一なシリコン単結晶インゴットを成長させる最適の工程条件が分かる効果がある。
【００２８】
また、本発明により、従来よりも半導体ディバイス収率を増大させて、これによりシリコンウエハーの製造費用を節減させる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明について詳細に説明する。
【００３０】
本発明は、チョクラルスキー法によってシリコン単結晶インゴットを成長させることにおいて半径方向への品質が均一なシリコン単結晶インゴットを成長させることがシリコン単結晶インゴット（ＩＧ）の温度勾配調節及び固−液界面の模様調節のみで達成できることではないという点を認識したことから出発して、半径方向への品質が均一なシリコン単結晶インゴットを成長させるためにはシリコン融液の対流分布を制御しなければならないという事実に着眼したものである。
【００３１】
図２は従来の方法によるシリコン融液（ＳＭ）の対流分布を示した概略図であって、図の左半分と右半分とでは異なる説明状況に対応している。従来の方法によってシリコン単結晶インゴット（ＩＧ）を成長させると、図２右半分に示すように坩堝１０に入っているシリコン融液（ＳＭ）が、図２左半分に示すような対流分布（Ａ、Ｂ）を有している。
【００３２】
つまり、シリコン融液（ＳＭ）の対流分布を概観すると、石英坩堝１０の底部では中心部より周辺部に向かって移動した後に側壁部に沿ってシリコン融液ＳＭの表面に上昇し、シリコン融液の表面に沿って中心部のシリコン単結晶インゴット（ＩＧ）に向かい循環する流れ（外周セル）Ｂと、シリコン単結晶インゴット（ＩＧ）の下部近接部分に生じた小規模の循環流（中心セル）Ａとに区分される。中心セルＡは、外周セルＢが中心部下方に向かって流れる内部傾斜面に沿って、中心部に向かいながら若干降下し、中心部において上昇する。
【００３３】
この時、中心セル（Ａ）の幅はインゴットの外周までほぼ至り、深さはシリコン融液最大深さの半分にも至らないので、中心セル（Ａ）の大きさは外周セル（Ｂ）に比べて相対的に非常に小さい状態である。従来は、このような中心セル（Ａ）の状態（幅、深さなど）を制御するために特別の努力をせず、中心セル（Ａ）の大きさが外周セル（Ｂ）よりも非常に小さい状態でシリコン単結晶インゴット（ＩＧ）を成長させていた。
【００３４】
これにより、川西などが著述した「チョクラルスキー法によるシリコン成長過程における酸素輸送直接観察のための融液急冷技法（Melt quenching technique for direct observation of oxygen transport in the Czochralski-grown Si process）」（結晶成長ジャーナル（Journal of Crystal Growth）、Ｖｏ．１５２、１９９５、ｐｐ．２６６−２７３）に記述されているように、外周セル（Ｂ）に含まれている酸素量が持続的に干渉するので結晶成長界面付近の侵入型酸素濃度分布が不均一となる。
【００３５】
また、結晶成長界面に十分な熱の供給が難しいため熱分布が不均一になり、結晶成長界面の形状がインゴット外周下端部では上向きに膨らんだ形状（ａ）を、中心部分では下向きに凹んだ形状（ｂ）を示す。したがって、結晶成長界面が全体的に凸（ａ）−凹（ｂ）−凸（ａ）形状である不均一な固液界面模様をした状態でシリコン単結晶インゴット（ＩＧ）が成長したわけである。
【００３６】
上述したような従来の方法で成長させたシリコン単結晶インゴット（ＩＧ）からスライシングされて鏡面加工されたシリコンウエハーは半径方向に不均一な品質特性を示す。
【００３７】
図３は本発明によるシリコン融液の対流分布を示した概略図である。図３左半分に示したように、石英坩堝内部にあるシリコン融液の対流を中心セル（Ａｏ）と外周セル（Ｂｏ）とに区分した時、中心セル（Ａｏ）の最大水平方向幅（Ｗｍａｘ）がシリコン融液の表面半径（＝坩堝内径／２）を基準として３０乃至６０％の大きさを維持するようにシリコン融液の対流分布を制御する。
【００３８】
また、上述した中心セルの最大幅制御のために、さらにシリコン融液対流分布の中心セル（Ａｏ）の最大垂直方向深さ（Ｈｍａｘ）がシリコン融液最大深さの５０％よりも大きいか同程度の大きさを維持するように、シリコン融液の対流分布を制御することができる。
【００３９】
この時、中心セル（Ａｏ）の最大垂直方向深さ（Ｈｍａｘ）はシリコン融液最大深さの８０乃至９５％の大きさを維持するようにシリコン融液の対流分布を制御すればさらに好ましい。
【００４０】
上述のように石英坩堝内部のシリコン融液の対流、特に中心セル（Ａｏ）の最大水平方向幅（Ｗｍａｘ）及び最大垂直方向深さ（Ｈｍａｘ）が適正値を有するように制御すれば、結晶成長界面の形状がインゴット方向に曲がった凸（ａ）−凸（ａ）−凸（ａ）の、つまり、単一凸になるように作ることができる。
【００４１】
そして、上述のように中心セル（Ａｏ）及び外周セル（Ｂｏ）の大きさを適正に制御することによって、図３右半分に示すように、石英坩堝底部の低温領域（Ｔｌ）に存在するシリコン融液は外周セル（Ｂｏ）に沿って石英坩堝の側壁下端部の高温領域（Ｔｈ）に移動し、高温領域（Ｔｈ）で熱の供給を十分に受けた後、シリコン融液の表面に沿ってシリコン単結晶インゴット（ＩＧ）に移動する。つまり、低温領域（Ｔｌ）の冷たいシリコン融液が直ちに中心セル（Ａｏ）に沿って上昇して結晶成長界面に影響を与えることを防止することができる。
【００４２】
また、中心セル（Ａｏ）と外周セル（Ｂｏ）とが接する領域が広く形成されることによって、外周セル（Ｂｏ）からの高温の熱が中心セル（Ａｏ）に伝えられる熱交換領域（Trans）が広く形成される。したがって、中心セル（Ａｏ）と外周セル（Ｂｏ）との活発な熱交換と共に安定な対流が生じ、中心セル（Ａｏ）に熱を安定的に供給できる。
【００４３】
本発明により、上述のようにシリコン融液対流分布を制御した結果、面内初期侵入型酸素濃度［Ｏｉ］の標準偏差が０．１よりも小さいか同一であるシリコンウエハーを提供できる。
【００４４】
ここで、面内初期侵入型酸素濃度［Ｏｉ］の標準偏差が小さいほど侵入型酸素濃度値が均一に分布していることを意味し、標準偏差が０であるものは面内侵入型酸素濃度が同一であることを意味するので最も理想的な場合である。したがって、標準偏差の下限値を定めることは無意味であり、標準偏差が小さいほど好ましい。
【００４５】
また、本発明によって製造されたウエハーを酸素析出を招く熱処理条件である、９５％窒素及び５％酸素雰囲気下で８００℃で４時間１次熱処理し、同一雰囲気下で１０００℃で１６時間２次熱処理した後、侵入型酸素濃度を測定すれば、熱処理前と熱処理後との侵入型酸素濃度差であるデルタ［Ｏｉ］がウエハー面内で０．５ｐｐｍａよりも小さいか同一である程度の変化量を有する。
【００４６】
ここで、１次熱処理とその次の２次熱処理とは侵入型酸素濃度及び点欠陥分布に依存するシリコンウエハーの酸素析出特性を確認するための熱処理サイクルの一例であり、本発明はこの熱処理サイクルに限定されない。
【００４７】
デルタ［Ｏｉ］の変化量が小さいほど熱処理前と熱処理後との侵入型酸素濃度差が小さいことを意味するので好ましく、デルタ［Ｏｉ］の変化量が０であれば理想的な場合である。したがって、標準偏差の下限値を定めることは無意味である。
【００４８】
また、本発明によって製造されたウエハーを９５％窒素及び５％酸素雰囲気下で８００℃で４時間１次熱処理し、同一組成の雰囲気下で１０００℃で１６時間２次熱処理した後、少数キャリア寿命（ＭＣＬＴ）スキャニングを行った時、その結果から得られたイメージでスケールバーの最大−最小間の差は１０よりも小さいか同一である。
【００４９】
ＭＣＬＴスキャニング結果から得られたイメージでスケールバーの最大はスケールバーで最も大きい値から１０％の境界、つまり、上位１０％の境界値に決められ、これと同様に、最小はスケールバーで最も小さい値から１０％の境界、つまり、下位１０％の境界値に決められる。
ＭＣＬＴスキャニングに対しては大韓民国特許登録番号第１０−０２４６８１６に記載されているので詳細な説明は省略する。
【００５０】
特に、ＭＣＬＴスキャニングの結果、スケールバーの最大−最小間差を５よりも小さいか同一であるように制御することもでき、より好ましくは３よりも小さいか同一に制御することもできる。
【００５１】
ここで、ＭＣＬＴスキャニングの結果、スケールバーの最大−最小間差が小さいほどウエハー内ＭＣＬＴ値が均一に分布していることを意味し、最大−最小間差が０であるのは面内ＭＣＬＴが同一であることを意味するので最も理想的な場合である。したがって、最大−最小間差の下限値を定めるのは無意味であり、最大−最小間差が小さいほど好ましい。
【００５２】
このように、面内品質が均一なシリコンウエハーを提供するためにシリコン融液対流の中心セルの最大水平方向幅または最大垂直方向深さのサイズを制御することは、シリコン単結晶インゴット成長装置の内部に流入するアルゴンガス（Ａｒ）の流入量を調節したり、または石英坩堝の回転速度を調節したり、またはシリコン単結晶インゴットの回転速度を調節することにより達成できる。
【００５３】
この時、半径方向への品質が均一なシリコン単結晶インゴット成長のための最適の工程変数としては上述したアルゴンガスの流入量、石英坩堝の回転速度、またはシリコン単結晶インゴットの回転速度のみに限定されるわけではなく、成長しようとするインゴットの直径、坩堝の容量、目的とするウエハーの品質などによって、適切な他の工程変数を採択することができる。
【００５４】
しかし、上述したアルゴンガスの流入量、石英坩堝の回転速度及びシリコン単結晶インゴットの回転速度がシリコン単結晶インゴットの半径方向への品質に与える影響は次の実験例を通じて分かる。
【００５５】
［実験例１］
まず、チョクラルスキー法によってシリコン単結晶インゴットを成長させる場合、石英坩堝の回転速度を約１．５ｒｐｍ、シリコン単結晶インゴットの回転速度を１８ｒｐｍにした状態で、アルゴンガスの流入量を５０ｌｐｍで流入した場合（Ａｒ１）と、１００ｌｐｍで流入した場合（Ａｒ２）とに分けてシリコン融液の対流分布を調べた。
図４ａは上述した実験例１でのシリコン融液の対流分布を示した概略図である。実験例１の結果、アルゴンガス（Ａｒ）の流入量を５０ｌｐｍとした場合（Ａｒ１）には図４ａでインゴット中心軸線の左側に示されているように、中心セル（Ａ１）の最大水平方向幅（Ｗ１ｍａｘ）がシリコン単結晶成長が行われる固−液界面の端部を超えることができず、また、中心セル（Ａ１）の最大垂直方向深さ（Ｈ１ｍａｘ）がシリコン融液最大深さの５０％よりも小さい状態であった。
一方、アルゴンガスの流入量を１００ｌｐｍとした場合（Ａｒ２）には図４ａでインゴット中心軸線の右側に示されているように、中心セル（Ａ１′）の最大水平方向幅（Ｗ１′ｍａｘ）が固−液界面から外れ、シリコン融液表面半径の約５０％程度を占めており、最大垂直方向深さ（Ｈ１′ｍａｘ）がシリコン融液最大深さの約８０％を占めた。
したがって、右側にあるＡｒ流量１００ｌｐｍの外周セル（Ｂ１′）の大きさは、左側にあるＡｒ流量５０ｌｐｍの外周セル（Ｂ１）に比べて相対的に小さくなった状態であることが分かった。
上述したような実験例１を通じて、シリコン単結晶インゴット成長装置の内部に流入するアルゴンガスの流入量を増加させることにより、シリコン融液の対流分布のうちの中心セルの大きさを拡大させることができるということが分かった。
【００５６】
［実験例２］
次に、アルゴンガスの流入量を７０ｌｐｍとして、シリコン単結晶インゴットの回転速度を１８ｒｐｍにした状態で、石英坩堝の回転速度を４ｒｐｍにした場合と、０．５ｒｐｍにした場合とに分けてシリコン融液の対流分布を調べ、その結果を図４ｂに示した。
石英坩堝の回転速度を４ｒｐｍとした場合には図４ｂの左側に示されているように、中心セル（Ａ２）の大きさはその最大水平方向幅（Ｗ２ｍａｘ）がシリコン単結晶成長界面の端部分を超えることができず、最大垂直方向深さ（Ｈ２ｍａｘ）がシリコン融液最大深さの５０％よりも小さい状態であった。
しかし、石英坩堝の回転速度を０．５ｒｐｍとした場合には図４ｂの右側に示されているように、中心セル（Ａ２′）の大きさはその最大水平方向幅（Ｗ２′ｍａｘ）がシリコン融液表面半径の約５０％程度を占めており、その最大垂直方向深さ（Ｈ２′ｍａｘ）がシリコン融液最大深さの約９０％を占めた。
したがって、右側の外周セル（Ｂ２′）の大きさは左側の外周セル（Ｂ２）に比べて相対的に小さくなった状態であることが分かった。
上述したような実験例２を通じて、シリコン単結晶インゴット成長装置に設置された石英坩堝の回転速度を減らすことにより、シリコン融液の対流分布のうちの中心セルの大きさを拡大させることができるということが分かった。
【００５７】
［実験例３］
次に、アルゴンガスの流入量を７０ｌｐｍとして、石英坩堝の回転速度を０．１ｒｐｍにした状態で、シリコン単結晶インゴットの回転速度を２０ｒｐｍにした場合と１２ｒｐｍにした場合とに分けてシリコン融液の対流分布を調べ、その結果を図４ｃに示した。
シリコン単結晶インゴットの回転速度を２０ｒｐｍとした場合には図４ｃの左側に示されているように、中心セル（Ａ３）の最大水平方向幅（Ｗ３ｍａｘ）がシリコン融液表面半径の約５０％よりも大きいか同一な大きさを占めており、最大垂直方向深さ（Ｈ３ｍａｘ）がシリコン融液最大深さのほとんど１００％を占めた状態で、石英坩堝の底部の中心部の一部と接しながら循環した。
しかし、シリコン単結晶インゴットの回転速度を１２ｒｐｍとした場合には図４ｃの右側に示されているように、中心セル（Ａ３′）の大きさはその最大水平方向幅（Ｗ３′ｍａｘ）がシリコン融液表面半径の約５０％大きさの領域を占めており、その最大垂直方向深さ（Ｈ３′ｍａｘ）がシリコン融液最大深さの約９０％を占めた。
したがって、右側の外周セル（Ｂ３′）の大きさは左側の外周セル（Ｂ３）に比べて相対的に大きくなった状態であることが分かった。
上述したような実験例３を通じて、シリコン単結晶インゴットの回転速度を増加させることにより、シリコン融液の対流分布のうちの中心セルの大きさを拡大させることができるということが分かった。
【００５８】
上述したような実験例１乃至実験例３の結果から、アルゴン流入量を増加させたり、または石英坩堝の回転速度を減少させたり、または成長中であるシリコン単結晶インゴットの回転速度を増加させると、シリコン融液の対流分布の中で中心セルの大きさを拡大させることができることが分かる。
【００５９】
これと反対に、アルゴンガスの流入量を減少させたり、または石英坩堝の回転速度を増加させたり、または成長中であるシリコン単結晶インゴットの回転速度を減少させると、シリコン融液の対流分布の中で中心セルの大きさを縮少させることができる。
【００６０】
これは、シリコン単結晶インゴットの成長中にシリコン融液の対流分布、つまり、中心セルと外周セルとの相対的な大きさ分布は工程変数の調節を通じて適切に制御することができ、特にアルゴンガスの流入量、または石英坩堝の回転速度、または成長中であるシリコン単結晶インゴットの回転速度の調節によって制御可能であるということを意味する。
【００６１】
しかし、シリコン融液の対流分布で中心セルと外周セルとの相対的な大きさ分布を制御する工程変数として提示された、アルゴンガスの流入量、石英坩堝の回転速度、またはシリコン単結晶インゴットの回転速度は一例に過ぎず、工程変数がこれらだけに限定されるわけではなく、これらの他にも他の工程変数が採択されることもある。
【００６２】
［実施例１］
実施例を通じて本発明をさらに詳細に説明する。
本発明の実施例１では中心セルの最大水平方向幅（Ｗｍａｘ）がシリコン融液の表面半径（＝坩堝内径／２）を基準に約４５％の大きさになるように制御し、中心セル（Ａｏ）の最大垂直方向深さ（Ｈｍａｘ）がシリコン融液最大深さの約８０％の大きさを維持するようにシリコン融液の対流分布を制御した状態でシリコン単結晶インゴットを製造した。
【００６３】
製造したシリコン単結晶インゴットをスライシング及び鏡面加工して製作したシリコンウエハーの半径方向への距離に対する初期侵入型酸素濃度［Ｏｉ］の分布を測定し、その結果を図５ａに示した。
【００６４】
一方、図２に示されたような従来の方法によってシリコンインゴットを製造する比較例１の方法を実行し、比較例１で製造されたシリコンインゴットから製作されたシリコンウエハーに対しても同様な方法で初期侵入型酸素濃度［Ｏｉ］を測定して、その結果を図６ａに示した。
【００６５】
図５ａに示されているように、本発明の実施例１によって製造されたシリコンウエハーは初期侵入型酸素濃度の半径方向分布がほとんど均一な特性を示すことが確認できた。
【００６６】
これとは対照的に、図６ａに示されているように、比較例１によって製造されたシリコンウエハーは半径方向への初期侵入型酸素濃度が中心から縁に行くほど減少することが確認できた。
【００６７】
本発明の実施例１によって製造されたシリコンウエハー１０枚に対して、各ウエハー上の２０ヵ所で初期侵入型酸素濃度を測定して標準偏差を求めた結果を次の表１前半に示した。
【００６８】
また、比較例１によって製造されたシリコンウエハーに対しても同様な方法で初期侵入型酸素濃度を測定して標準偏差を求めた結果を表１後半に示した。
【００６９】
【表１】
2004203738.tif 000003
【００７０】
表１に示されているように、本発明の実施例１ではウエハーの面内初期侵入型酸素濃度分布の標準偏差が全て０．０４１もより小さいか同一である値を示した。
【００７１】
これに反して、比較例１では面内初期侵入型酸素濃度分布の標準偏差が全て０．１６を超える大きな値を示した。
【００７２】
次に、本発明の実施例１によって製造されたウエハーを９５％窒素及び５％酸素雰囲気下で温度８００℃として４時間の１次熱処理をして、同一組成の雰囲気下で温度１０００℃として１６時間の２次熱処理をした後、侵入型酸素濃度を測定し、このような熱処理前と熱処理後との侵入型酸素濃度差であるデルタ［Ｏｉ］をウエハー半径方向への距離に対して測定した結果を図５ｂに示した。
【００７３】
比較例１に対しても同一な熱処理を行ない、その結果ウエハー半径方向への距離に対するデルタ［Ｏｉ］を図６ｂに示した。
【００７４】
図５ｂに示されているように、本発明の実施例１によって製造されたウエハーでは熱処理前と熱処理後との侵入型酸素濃度差、つまり、デルタ［Ｏｉ］が半径方向に非常に均一な分布を有し、半径方向への変化量が０．５ｐｐｍａよりも小さいか同一であることが確認できた。
【００７５】
これに反し、比較例１では図６ｂに示されているように、デルタ［Ｏｉ］値が半径方向に関して非常に不均一であることが確認できた。これは上述したように従来の方法ではシリコン単結晶インゴットの結晶成長中に、結晶成長界面付近の液相中心部と外周部、そしてその間の中間領域が全て異なる熱分布を有するためである。したがって、その液相から成長したシリコン単結晶インゴットを加工して得たシリコンウエハーもやはり不均一な品質を有する。
【００７６】
一方、本発明の実施例１によって製造されたウエハーを上述したような条件で熱処理した後、ＭＣＬＴスキャニングを行ない、その結果として得られたイメージを図５ｃに示した。
【００７７】
比較例１に対しても同様な方法でＭＣＬＴスキャニングを行ない、その結果を図６ｃに示した。
【００７８】
図５ｃに示されているように、本発明の実施例１によって製造されたウエハーに対するＭＣＬＴスキャニング結果ではスケールバーの最大−最少間差が１．１７３程度を示しており、この結果からウエハーの品質が非常に均一であることが分かった。
【００７９】
これに反し、比較例１によって製造されたウエハーでは図６ｃに示されているようにスケールバーの最大−最少間差が約１８であり、この数値は本発明の実施例１の場合に比べて非常に大きく、これから比較例１によるウエハーの品質が本発明の実施例１に比べて非常に不均一であることが分かった。
【００８０】
［実施例２］
前記で言及した実験例２の条件でシリコン単結晶インゴットを成長させ、実験例２の二つの条件を各々実施例２及び比較例２に適用する。
【００８１】
つまり、実施例２ではシリコン単結晶インゴットの成長装置内部に流入するアルゴンガスの流入量を７０ｌｐｍとし、成長中であるシリコン単結晶インゴットの回転速度を１８ｒｐｍとし、石英坩堝の回転速度を０．５ｒｐｍとしてシリコン融液の対流分布を制御してシリコン単結晶インゴットを製造した。
【００８２】
このような実施例２によると、シリコン融液の対流分布中の中心セルの最大水平方向幅がシリコン融液表面半径の約５０％を占めており、最大垂直方向深さがシリコン融液最大深さの約９０％を占めた。
【００８３】
比較例２では石英坩堝の回転速度を４ｒｐｍとしたことを除くと、残りのアルゴンガスの流入量及びシリコン単結晶インゴットの回転速度は実施例２と同一な条件でシリコン単結晶インゴットを製造した。
【００８４】
このような比較例２によると、シリコン融液の対流分布の中の中心セルの最大水平方向幅がシリコン単結晶成長界面の端部を超えることができず、最大垂直方向深さがシリコン融液最大深さの５０％よりも小さかった。
【００８５】
上述した実施例２及び比較例２において、それぞれの収率（％）を比較して次の表２に整理した。ここで、収率は単結晶化率を基準に比較しており、単結晶化率とは、実際に投入されたシリコン量に対する単結晶化された量の比率のことである。また、このような収率比較はシリコン単結晶インゴットを１０回成長させながら各々測定した後、これらの平均を求めて表２に共に示した。
【００８６】
【表２】
2004203738.tif 000004
【００８７】
表２に示されているように、本発明の実施例２の場合、シリコン単結晶インゴットの単結晶化率がほとんど８０％に達しており、平均値は約７８％に至った。反面、比較例２の場合、シリコン単結晶インゴットの単結晶化率が平均６７％程度で相対的に低かった。
【００８８】
したがって、表２から本発明の実施例２によると、従来の方法に比べて平均約１１％がさらに多く単結晶化されて、収率が増大したことが分かる。
【００８９】
以上、本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲は上述した実施例に限定されず、請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多様な変形及び改良形態もまた本発明の権利範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】一般的なシリコン単結晶インゴット成長装置の内部を示した断面図である。
【図２】従来の方法によるシリコン融液（ＳＭ）の対流分布を示した概略図である。
【図３】本発明によるシリコン融液（ＳＭ）の対流分布を示した概略図である。
【図４ａ】実験例１でシリコン融液の対流分布を示した概略図である。
【図４ｂ】実験例２でシリコン融液の対流分布を示した概略図である。
【図４ｃ】実験例３でシリコン融液の対流分布を示した概略図である。
【図５ａ】本発明の実施例１によるシリコンウエハーにおいて、半径方向への距離に対する初期侵入型酸素濃度［Ｏｉ］の分布を測定した結果を示したグラフである。
【図５ｂ】本発明の実施例１によるシリコンウエハーにおいて、熱処理前と熱処理後との侵入型酸素濃度差であるデルタ ［Ｏｉ］をウエハー半径方向への距離に対して測定した結果を示したグラフである。
【図５ｃ】本発明の実施例１によるウエハーに対するＭＣＬＴスキャニング結果を示したイメージである。
【図６ａ】比較例１によるシリコンウエハーで半径方向への距離に対する初期侵入型酸素濃度［Ｏｉ］の分布を測定した結果を示したグラフである。
【図６ｂ】比較例１によるシリコンウエハーで熱処理前と熱処理後との侵入型酸素濃度差であるデルタ［Ｏｉ］をウエハー半径方向への距離に対して測定した結果を示したグラフである。
【図６ｃ】比較例１によるウエハーに対するＭＣＬＴスキャニング結果を示したイメージである。
【符号の説明】
【００９１】
１０  石英坩堝
３０  ヒーター
４０  熱シールド
Ａｒ  アルゴンガス
ＩＧ  シリコン単結晶インゴット
ＳＭ  シリコン融液
Ａ、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ１′、Ａ２′、Ａ３′、Ａｏ  中心セル
Ｂ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ１′、Ｂ２′、Ｂ３′、Ｂｏ  外周セル
Ｗｍａｘ  中心セルの最大水平方向幅
Ｈｍａｘ  中心セルの最大垂直方向深さ
Ｔｈ  高温領域
Ｔｌ  低温領域
Trans  熱交換領域
【図１】
2004203738.tif 000005
【図２】
2004203738.tif 000006
【図３】
2004203738.tif 000007
【図４ａ】
2004203738.tif 000008
【図４ｂ】
2004203738.tif 000009
【図４ｃ】
2004203738.tif 000010
【図５ａ】
2004203738.tif 000011
【図５ｂ】
2004203738.tif 000012
【図５ｃ】
2004203738.tif 000013
【図６ａ】
2004203738.tif 000014
【図６ｂ】
2004203738.tif 000015
【図６ｃ】
2004203738.tif 000016