(57)【要約】【課題】チョクラルスキー法により、回転しているるつぼ中に予め保持された融液から単結晶を引き上げ、その際に、単結晶が成長最前線で成長することによってシリコン単結晶を製造する方法並びに単結晶及びこれから切り出された半導体ウェーハ。【解決手段】単結晶を製造する際に、成長最前線の中心部に、成長最前線に向いた熱流により集中的に熱が供給され、シリコン単結晶は、凝集した固有点欠陥を有さず、かつ場合により窒素及び／又は炭素がドープされている、４×１０１７ｃｍ−３〜７．２×１０１７ｃｍ−３の酸素含量及び５％未満のホウ素又はリンの半径方向の濃度変化を有し、シリコン半導体ウェーハは、唯一の固有点欠陥−タイプとしての凝集した空洞欠陥（ＣＯＰｓ）を有するか、又は及び特定の他の欠陥分布を有する。【選択図】図５
2004292309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チョクラルスキー法により、回転しているるつぼ中に予め保持された融液から単結晶を引き上げ、その際に単結晶が成長最前線で成長することによってシリコン単結晶を製造する方法において、
成長最前線に向いた熱流により成長最前線の中心部に集中的に熱を供給することを特徴とする、シリコン単結晶を製造する方法。
【請求項２】
成長最前線の曲率を減少させるか又は高める、請求項１記載の方法。
【請求項３】
軸方向の温度勾配Ｇ（ｒ）が成長最前線で比較的緩やかになっており、その際、rは０から成長している単結晶の半径まで達している、請求項１又は請求項２記載の方法。
【請求項４】
成長最前線の下方５ｃｍまで及び単結晶の直径の少なくとも９０％の広がりを有する領域中で温度分布を発生させ、その際に、融液中の軸方向の温度勾配Ｇｓ（ｒ）の半径方向の変化が１５％未満である、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
るつぼの底部の中心部の温度を、るつぼの底部の周辺部での温度と比較して集中的に高める熱源により、熱流を発生させる、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
るつぼの下に底部ヒーターが配置され、かつ断熱材により、底部ヒーターがるつぼの底部の中心部をるつぼの底部の周辺部よりも強く加熱するように配慮されている、請求項５記載の方法。
【請求項７】
熱源をるつぼの底部の中心部に配置する、請求項５記載の方法。
【請求項８】
るつぼの底部の中心部のるつぼの温度が、るつぼの底部の周辺部での温度に対して少なくとも２Ｋだけ高められている、請求項５から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
熱源を融液中の成長最前線の下方に配置する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
熱流を、単結晶及びるつぼを同方向に回転させることによって発生させ、その際に、るつぼを単結晶の回転速度の少なくとも１０％で回転させる、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
融液をカスプ磁場に置く、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
融液を移動磁場に置く、請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
熱流を、融液が置かれた電磁場により発生させ、その際に、るつぼの壁面の少なくとも１０％が、電磁場が融液に与える影響から遮へいされる、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
熱流を移動磁場により発生させる、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
電磁場の回転対称を場の部分的に遮へいにより破壊する、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
熱流を、るつぼで１００Ｖを上回る正の電圧を印加することにより発生させる、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１７】
単結晶、この単結晶を取り囲んでいる雰囲気及び融液の界面に、付加的に熱を供給する、請求項１から１６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１８】
成長している単結晶を冷却装置により冷却する、請求項１から請求項１７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１９】
凝集した空洞による欠陥も凝集した格子間原子による欠陥も生じない引き上げ速度で、少なくとも２００ｍｍの直径を有するシリコン単結晶を引き上げる際に、単結晶が少なくとも３０ｍｍの長さに亘り引き上げられる間に、引き上げ速度の変動が少なくとも±０．０２ｍｍ／minである、請求項１から１８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２０】
４×１０１７ｃｍ−３〜７．２×１０１７ｃｍ−３の酸素含量及び５％未満のホウ素又はリンの半径方向の濃度変化を有し、凝集した固有点欠陥を有しない、シリコン単結晶。
【請求項２１】
窒素及び／又は炭素がドープされている、請求項２０記載の単結晶。
【請求項２２】
多くとも５％の半径方向の酸素濃度変化（ＲＯＶ）を有している、請求項２０又は請求項２１記載の単結晶。
【請求項２３】
請求項２０から２２までのいずれか１項記載の単結晶から切り出された、シリコン半導体ウェーハ。
【請求項２４】
唯一の固有点欠陥−タイプとしての凝集した空洞欠陥（ＣＯＰｓ）を有しており、その際にこれらの欠陥が、１０％未満のこれら欠陥の平均直径の変化を有しており、かつ半導体ウェーハの円形面上に存在しており、その際に円形面の直径が半導体ウェーハの直径の少なくとも９０％である、シリコン半導体ウェーハ。
【請求項２５】
欠陥−タイプとしての凝集した空洞欠陥（ＣＯＰｓ）を有しており、その際にこれらの欠陥が、厚さが１ｎｍ未満である酸化物層で覆われている、シリコン半導体ウェーハ。
【請求項２６】
これらの欠陥が５０ｎｍ未満の平均直径を有している、請求項２５記載の半導体ウェーハ。
【請求項２７】
凝集した固有点欠陥を有しておらず、かつ欠陥−タイプとしての凝集していない空洞が支配的である２つ又はそれ以上の互いに別個の軸対称な領域を有している、シリコン半導体ウェーハ。
【請求項２８】
凝集した固有点欠陥を有しておらず、かつ欠陥−タイプとしての凝集していないシリコン格子間原子が支配的である２つ又はそれ以上の互いに別個の軸対称な領域を有している、シリコン半導体ウェーハ。
【請求項２９】
欠陥−タイプとしての凝集した格子間原子（ＬＰＩＴｓ）を有しているが、しかしその凝集した格子間原子の大きさが、まだ二次転位が存在していない程小さい、シリコン半導体ウェーハ。
【請求項３０】
欠陥−タイプとしての凝集した空洞欠陥（ＣＯＰｓ）を有する少なくとも１つの領域を有しており、その際にこれらの欠陥が、厚さが１ｎｍ未満である酸化物層で覆われており、かつ欠陥−タイプとしての凝集した格子間原子（ＬＰＩＴｓ）を有する少なくとも１つの領域を有しているが、しかしその凝集した格子間原子の大きさが、まだ二次転位が存在していない程小さい、シリコン半導体ウェーハ。
【請求項３１】
凝集した空洞欠陥が５０ｎｍ未満の平均直径を有する、請求項３０記載の半導体ウェーハ。
【請求項３２】
融液を含有しているるつぼ、るつぼを取り囲んでいる加熱装置、るつぼを取り囲んでおり、静磁場又は動磁場を発生させる磁気装置、 融液の上方に配置されており、熱を単結晶、気相及び融液の界面に供給する熱源、単結晶を取り囲んでいる冷却装置、単結晶を取り囲んでいる熱シールド並びに単結晶及びるつぼの同方向回転を引き起こす制御ユニットを含んでいる、チョクラルスキー法により単結晶を製造するための装置。
【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、回転しているるつぼ中に予め保持された融液から単結晶を引き上げ、その際に単結晶が成長最前線(Wachstumsfront)で成長することによってシリコン単結晶を製造する方法、並びに単結晶及びこれから切り出された半導体ウェーハに関する。
【背景技術】
【０００２】
２００ｍｍ又はそれより大きい直径を有する単結晶の製造が特別な挑戦であることは公知である、特に、それというのも、できるだけ狭い公差範囲内で半径方向の結晶特性を集中的に調節することに大きな困難があるからである。これは、不純物又はドーパント濃度及びとりわけ結晶欠陥及び固有点欠陥(Eigenpunktdefekte)もしくはそれらの凝集物(Agglomerate)に関連している。固有点欠陥には、単結晶の成長最前線で形成するシリコン格子間原子(silicon self-interstitials)及び空洞(Leerstellen；vacancies)が属する。これらの固有点欠陥はまさに本質的に、後の単結晶中に生じる半径方向及び軸方向の欠陥分布を決定し、かつ生じる不純物分布にも影響を及ぼす。例えば、空洞は、酸素の析出に寄与する。酸素析出物は、これらが約７０ｎｍの大きさを超える場合に、酸素誘起積層欠陥（sauerstoffinduzierte Stapelfehler；ＯＳＦ）を形成する。空洞自体は、集まって凝集物になり、いわゆるＣＯＰｓ(crystal originated particles)を形成しうる。格子間原子の凝集物は、使用された検出法に基づきＬＰＩＴｓ(large etch pits)とも呼ばれる局所的な結晶転位を形成する。成長最前線での及び凝固する単結晶中での物質濃度及び温度比は、結晶欠陥及び不純物の種類及び分布を決定する。
【０００３】
単結晶を引き上げる際の温度条件は、熱源、すなわち使用されたヒーターから、及び凝固の際に放出された結晶化熱からもたらされる。熱エネルギーは、単結晶に、放射により、熱伝導により及び熱輸送により、例えば融液流を介して伝達される。成長最前線の領域内の熱除去は、単結晶の周辺部で放散された熱により及び単結晶中の熱導出により深く決定される。故に熱収支は、全部合わせて、引き上げ装置の構成により、すなわち熱伝導する部材、熱シールドの幾何学的配置を通して及び付加的な熱源により調節されうる。さらに、引き上げ装置によるプロセス条件、例えば成長速度、洗浄ガスの圧力、量、種類及び操作は熱収支に本質的に寄与する。圧力又は洗浄ガス量を高めると、例えば温度低下が達成される。より大きな引き上げ速度は、発生した結晶化熱を上昇させる。
【０００４】
熱輸送する融液流は前もって、殆ど正確に決定され得ない。一般的に環状でるつぼの周囲に配置されたヒーターにより、対流融液流が発生する。通常使用される単結晶及びるつぼの逆方向回転(gegensinnigen Rotation)と一緒に、るつぼ周辺部で上方へ向いた融液流が、及び成長している単結晶の下方で下方へ向いた融液流が生じることに傑出している融液運動パターンがもたらされる。
【０００５】
実験が示すように、融液運動は、るつぼ及び単結晶の回転の量及び方向にも依存している。同方向回転(gleichsinnige Drehung)は、例えば、逆方向回転とは完全に違う対流パターンをもたらす。同方向回転を伴う結晶引き上げは、既に以前、研究されていた(Zulehner/Huber in Crystals 8, Springer Verlag Berlin Heidelberg 1982, 44-46頁)。通例、逆方向回転が好ましい、それというのも、これは同方向回転に比較して、あまり酸素に富まない材料及び結晶成長の際に明らかにより安定な状態をもたらすからである。同方向回転を伴う変法は、一般的に工業的規模で使用されない。
【０００６】
熱及び酸素を輸送する融液流は、印加された電磁場の力の作用によっても影響を受けうる。静的又は動的な場は、融液流の量及び方向を変えることを可能にするので、多様な酸素含量に調節されうる。故にこれらはとりわけ酸素制御に使用される。磁場は、多様な変型で、例えば静磁場（水平磁場、垂直磁場及びカスプ(CUSP)磁場）、一相又は多相の交番場(Wechselfeldern)、回転磁場及び移動磁場(magnetischen Wanderfeldern)の形で使用される。特許出願US-2002/0092461 A1によれば、単結晶中への酸素の取り込みを制御できるように、例えば移動磁場が使用される。融液運動への磁場の作用についてのより新しい数的シミュレーションは、例えば、‘Numerical investigation of silicon melt flow in large diameter CZ-crystal growth under the influence of steady and dynamic magnetic fields’, Journal of Crystal Growth 230 (2001) 92-99に示されている。
【０００７】
結晶特性のためには、結晶の成長最前線での半径方向の温度分布は、突出して重要である。この温度分布は本質的に、単結晶の周辺部で放散された熱により決定される。故に、通例、単結晶の周辺部で、その中心部よりもはるかに激しい温度低下が観察される。軸方向の温度低下は、たいていＧ（軸方向の温度勾配）と呼ばれる。その半径方向の変化Ｇ（ｒ）はまさに本質的に、固有点欠陥分布、ひいてはさらなる結晶特性も決定する。熱収支からもたらされる温度勾配Ｇの半径方向の変化は、通例、数的シミュレーション計算から決定される。実験的には、温度勾配の半径方向の変化は、多様な成長速度についての半径方向の結晶欠陥分布の挙動から導出されることができる。
【０００８】
結晶欠陥の発生に関して、比Ｖ／Ｇ（ｒ）は最も重要であり、その際、Ｇ（ｒ）は、単結晶の成長最前線での軸方向の温度勾配であり、かつ単結晶中の半径方向の位置（半径ｒ）に依存し、かつＶは、単結晶が融液から引き上げられる速度である。比Ｖ／Ｇが臨界値ｋ１を上回る場合には、凝集しうるものであり、ついで例えばＣＯＰｓ(crystal originated particles)として同定されうる空洞欠陥(Leerstellendefekte；vacancies)が主に生じる。これらは、検出法に応じて、時折ＬＰＤ(light point defects)又はＬＬＳ(localized light scatterer)とも呼ばれる。たいてい低下する半径方向のＶ／Ｇの推移に基づき、最も大きなＣＯＰｓは最も頻繁に結晶の中心に生じる。一般的に、これらは約１００ｎｍの直径を有しており、かつデバイス製造の際に問題になりうる。ＣＯＰｓの大きさ及び数は、空洞の出発濃度、冷却速度及び凝集する際の不純物の存在から決定される。窒素の存在は、例えば、より大きな欠陥密度を有するより小さなＣＯＰｓへの大きさ分布の変位をもたらす。
【０００９】
Ｖ／Ｇの比がｋ１より小さい臨界値ｋ２未満である場合には、同様に凝集物を形成しうるものであり、かつ巨視的に転位ループとして示される格子間原子(silicon self-interstitials)の形の固有点欠陥が主に現れる。これらはしばしば、Ａ−スワールと呼ばれ、そのより小さい形はＢ−スワールと呼ばれ、又は短くその出現に基づきＬＰＩＴ−欠陥(large etch pits)と呼ばれる。ＬＰＩＴｓの大きさは１０μｍまでの範囲内である。通例、エピタキシャル層自体は、これらの欠陥をもはや欠陥なく覆うことができない。これらの欠陥も、故に、シリコンウェーハ上に製造される電子デバイスの機能能力を妨げうる。
【００１０】
最も広い意味で、空洞の凝集も格子間原子の凝集も行われない、すなわちＶ／Ｇがｋ１とｋ２との間にある領域は、ニュートラルな帯域又は完全な領域と呼ばれる。結晶が空洞過剰から格子間過剰へ変わるＶ／Ｇの値は、もちろんｋ１とｋ２との間にあり、かつ文献にＣｋｒｉｔ．＝１．３×１０−３ｃｍ２ min−１ Ｋ−１での臨界の境界として記載されている(Ammon, Journal of Crystal Growth, 151, 1995, 273-277)。しかしながらより狭い意味で、さらに、まだ自由な、凝集していない空洞及び自由な格子間原子から決定される領域がある領域が区別される。ｖ領域(vacancies)とも呼ばれる空洞領域は、単結晶の十分に高い酸素含量でそこに酸化誘起積層欠陥が生じるのに対して、ｉ領域(interstitials)は完全に欠陥のないままであることに傑出している。このより狭い意味で、故にｉ領域のみが実際に完全な結晶領域である。
【００１１】
約７０ｎｍを上回る直径を有する大きな、成長した酸素析出物は、酸素誘起積層欠陥（ＯＳＦ）として可視化されうる。そのためには、単結晶から切り出された半導体ウェーハは、湿式酸化と呼ばれる特別な熱処理にかけられる。結晶引き上げの際に生じる、時折as grown ＢＭＤ(bulk micro defects)とも呼ばれる酸素析出物の大きさの成長は、シリコン格子の空洞により促進される。故に、ＯＳＦはとりわけｖ領域中に見出される。
【００１２】
単結晶は、引き上げ条件を、欠陥関数Ｖ／Ｇ（ｒ）の半径方向の推移が、ＣＯＰ−又はＬＰＩＴ−形成の臨界の境界内であるように調節することに成功する場合に、事実上、欠陥不含である。このことは、しかしながら特に、比較的大きな直径を有する単結晶が引き上げられる場合に、簡単に実現され得ない、それというのも、Ｇの値は、明らかに半径方向の位置ｒに依存するからである。通例、単結晶の周辺部での温度勾配Ｇは熱放射損失に基づき、中心部におけるよりも極めてはるかに高い。
【００１３】
欠陥関数Ｖ／Ｇ（ｒ）もしくは温度勾配Ｇ（ｒ）の半径方向の推移は、単結晶から切り出された半導体ウェーハ上に、複数の欠陥領域が存在しうることをまねきうる。中心部に、好ましくはＣＯＰが生じる。凝集した空洞の大きさ分布は、成長最前線の領域中の単結晶の冷却速度からもたらされる。高い冷却速度（２Ｋ／minを上回る）、もしくは融点から約１１００℃までの温度範囲内の小さい滞留時間によるか又は融液の窒素ドーピングを用いて、ＣＯＰの大きさ分布は、僅かな大きなＣＯＰｓから多くの小さく、あまり妨げにならないＣＯＰｓへと集中的に変わりうる。形におけるＣＯＰ−領域における半径方向の大きさ分布も、半径が大きくなるにつれてより小さな欠陥を形成することが見出される。ＣＯＰ−領域には、空洞及び酸素析出物の相互作用の結果として、酸素誘起積層欠陥リング（ＯＳＦ）が隣接する。外側へと、再び、格子間凝集物（ＬＰＩＴｓ）からなっている結晶欠陥を有する領域により区切られる完全に欠陥のない領域が続く。単結晶の周辺部で、格子間原子は、温度比に依存して外へ拡散するので、そこで再びｃｍ幅の欠陥のないリングが生じうる。
【００１４】
半径方向のＶ／Ｇ−推移と関連している生じている結晶欠陥領域は、既にEidenzon/Puzanov in Inorganic Materials, 33巻, No3, 1997, pp. 219-255で詳しく表されている。この寄与において、欠陥のない材料を製造するという可能性も既に指摘される。その際、凝集の間の温度範囲内の冷却速度、窒素ドーピングを用いる影響(Einflussnahme)及び振動している成長速度のような方法が指摘される。
【００１５】
ある程度まで、Ｖ／Ｇ（ｒ）の半径方向の均質化は、凝固最前線の領域中での受動又は能動の熱シールドの使用により達成されることができ、これは例えば、US-6153008に表されている。たいていの刊行物は、修正された熱シールドによる冷却挙動に影響を及ぼすことに関する。公知の技術水準を用いて、しかしながらそれに関して、完全シリコン(perfect silicon)の製造のための十分な半径方向のＶ／Ｇ均質化は、特に大きな結晶直径の場合に、達成され得ない。不純物、例えば窒素又は炭素、しかしまた酸素を用いて、大きさ及び局所的な場所における欠陥分布は、影響を受けうるものであり、ひいては不純物、例えば酸素の析出も影響を受けうる。故に、軸方向並びに半径方向の不純物プロフィールを集中的に発生でき、かつ制御できることも大きく重要である。
【特許文献１】特許出願US-2002/0092461 A1
【特許文献２】US-6153008
【特許文献３】US-5,567,399
【非特許文献１】Zulehner/Huber in Crystals 8, Springer Verlag Berlin Heidelberg 1982, 44-46頁
【非特許文献２】‘Numerical investigation of silicon melt flow in large diameter CZ-crystal growth under the influence of steady and dynamic magnetic fields’, Journal of Crystal Growth 230 (2001) 92-99
【非特許文献３】Ammon, Journal of Crystal Growth, 151, 1995, 273-277
【非特許文献４】Eidenzon/Puzanov in Inorganic Materials, 33巻, No3, 1997, pp. 219-255
【非特許文献５】H.Bender, J. Vanhellemont, R. Schmolke, “High Resolution Structure Imaging of Octrahedral Void Defects in As-Grown Czochralski Silicon”, Japan J. Appl. Phys. 36 (1997), L 1217 - L 1220, Part 2, No. 9A/B
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の課題は、大きな結晶直径でも顧客から望まれる単結晶中の欠陥分布を集中的に調節することができるので、明細に述べられた性質を有するできるだけ多くの半導体ウェーハが単結晶から切り出されることができることを可能にする方法を挙げることである。ＣＯＰｓのみ、特に予め設定された大きさ分布及び密度分布を有するＣＯＰｓを有する半導体ウェーハ及び固有点欠陥の凝集物を有しない半導体ウェーハ（完全シリコン）は、これに関連して特に重要である。しかしまた、積層欠陥リング(ring-wafer)、双方の固有点欠陥−タイプ又は固有点欠陥−タイプのみを有する半導体ウェーハが、予め設定された酸素濃度又は特定の酸素析出と共に、顧客から明細に述べられうる。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の対象は、チョクラルスキー法により、回転しているるつぼ中に予め保持された融液から単結晶を引き上げ、その際に、単結晶が成長最前線で成長することによってシリコン単結晶を製造する方法であり、前記方法は、成長最前線の中心部に、成長最前線に向いた熱流により集中的に熱が供給されることにより特徴付けられる。
【００１８】
本発明の対象はまた、凝集した固有点欠陥を有さず、かつ場合により窒素及び／又は炭素がドープされている、４×１０１７ｃｍ−３〜７．２×１０１７ｃｍ−３の酸素含量及び５％未満のホウ素又はリンの半径方向の濃度変化を有するシリコン単結晶でもある。酸素濃度の半径方向の変化（ＲＯＶ）は、好ましくは多くとも５％、特に好ましくは２％である。
【００１９】
本発明の対象は、唯一の固有点欠陥−タイプとしての凝集した空洞欠陥（ＣＯＰｓ）を有するシリコン半導体ウェーハでもあり、その際、これらの欠陥は、１０％未満のそれらの平均直径の変化を有し、かつ半導体ウェーハの円形面上に存在しており、その際、円形面の直径は、半導体ウェーハの直径の少なくとも９０％である。
【００２０】
本発明の対象は、最終的には、特定の他の欠陥分布を有する半導体ウェーハでもある。
【００２１】
実施された引き上げ試験の評価の際に、率Ｖ／Ｇ（ｒ）の不十分な半径方向の均質化が、融液から成長最前線の中心部への僅かすぎる熱供給と関連していることが判明した。これまで、完全シリコンの製造のための融液からの熱供給の重要性が扱われていなかった。本発明によれば、成長最前線の中心部に集中的に熱を供給することが推奨されるので、単位時間当たり、成長最前線の中心部を取り囲んでいる周辺部領域よりも多くの熱が、成長最前線の中心部に到達する。このことは、成長最前線の中心部に作用する熱源により及び／又は融液の中心部で上方へ向いた融液流により達成されることができる。成長最前線に向いた軸方向の熱流の重要性に加えて、さらに、成長する単結晶の下方の５ｃｍまでの領域内で融液中の成長最前線に平行な等温の温度分布が、半径方向の均質化にとって特に有利であることが判明した。融液中の軸方向の温度勾配Ｇｓ（ｒ）を用いて表現すると、成長最前線の下方５ｃｍまで及び単結晶の直径の少なくとも９０％の広がりを有する領域内で、融液中の軸方向の温度勾配の半径方向の変化が１５％を超えない温度分布が発生されるべきである。Ｇｓ（ｒ）の半径方向の変化は、好ましくは１０％未満及び特に好ましくは３％未満である。本発明は、それゆえ、集中的な欠陥制御のためか又は完全シリコンの製造のための限界条件を提供する。
【００２２】
特に完全シリコンの製造に関して、試験の結果は、本発明による方法が引き上げ速度の変動に対して特に寛容であった。例えば、少なくとも２００ｍｍの直径を有する凝集した点欠陥を有しないシリコン単結晶も、引き上げ速度が±０．０２ｍｍ／minだけ、特に好ましくは±０．０２５ｍｍ／minだけ又はそれ以上変動する場合になお引き上げられることができ、その際、変動幅は、少なくとも３０ｍｍの単結晶長さに基づいている。この状況は、引き上げ速度の制御のための付加的でかつ欠陥の生じやすい制御技術的な出費が行われる必要なく、収率をはるかに高める。
【００２３】
本発明の実施態様によれば、成長最前線の中心部に向いた熱流は、上方へ向いた融液流の形で、るつぼ及び成長する単結晶の同方向回転により発生され、その際、るつぼは単結晶の回転速度の少なくとも１０％で回転される。しかし、それにより、単結晶の酸素含量は、技術的に殆ど興味深くない濃度に上昇するので、磁場の印加により結晶格子への酸素の組み込みに抵抗することが好ましい。そのためには、例えば、るつぼ壁に平行に上方もしくは下方へ向いた流れを発生させる移動磁場（ＴＭＦ）又はるつぼ周辺部の近くに融液運動の減少を引き起こす静的なカスプ場が適している。上記の磁場を用いて、酸素含量は、６．０×１０１７ｃｍ−３未満に減少し、かつ同時に成長条件は安定化しうる。必要な磁場の発生のためには、５０までのコイル巻数で好ましくは３０００Ａまでの電流の強さが利用される。
【００２４】
成長最前線の中心部に向いた熱流は、本発明の別の実施態様によれば、るつぼの底部の中心部の温度を、底部の周辺部での温度と比較して集中的に高める熱源によっても発生することができる。るつぼの温度は、るつぼ底部の中心部、すなわちその上に単結晶の成長最前線の中心部がある領域中で、るつぼ底部の周辺部での温度よりも、少なくとも２Ｋだけ、好ましくは少なくとも５Ｋだけ及び特に好ましくは少なくとも１０Ｋだけ高い。本発明の実施態様は、故に、るつぼ底部の中心部にか又はるつぼ底部の中心部の下でるつぼ回転軸上に取り付けられている抵抗加熱ヒーターの使用に向けられている。抵抗加熱ヒーターの代わりに、中程度ないし高い周波数（５０Ｈｚ〜５００ｋＨｚ）で操作される誘導コイルも使用されてよい。コイルの電磁気力の作用により、上方へ、成長最前線の中心部に向いた流れが駆動される。付加的に、融液は、るつぼ底部の中心部から外へ加熱される。幾何学的配置に応じて、１ｋＷ〜６０ｋＷの範囲内の火力が必要とされる。
【００２５】
本発明の他の実施態様によれば、少なくとも２００ｍｍの直径を有する単結晶を製造するための引き上げ装置の場合に通常存在している底部ヒーターは、断熱材により、底部ヒーターがるつぼ底部の中心部をるつぼ底部の周辺部よりも強く加熱することが配慮されることによって、るつぼ底部の中心部から外への融液の集中的な加熱に使用される。この目的には、外部領域内の底部プレート及び／又は支持るつぼ中に、断熱している材料で満たされている同心の凹み(Aussparung)が設けられているので、石英るつぼは、外部領域内でより強く断熱されている。底部プレートは、るつぼ及びこれを取り囲んでいるグラファイトからなる支持るつぼを支持する。底部ヒーターにより加熱する際に、融液に、環状の断熱材のために底部プレート又は支持るつぼ中に、しかしながら本質的には石英るつぼ底部の中心部のみに熱が供給される。底部プレート及び／又は支持るつぼ中の凹みを充填するための断熱材料として、例えばグラファイトホイル又はグラファイトフェルトが適している。必要とされる底部ヒーター出力は、好ましくは２０ｋＷ〜８０ｋＷの範囲内の通常の出力を上回る。付加的に、断熱材は、るつぼ回転軸を通しての下の方への熱排出が最小限になるように、るつぼ回転軸中へ組み入れられてよい。
【００２６】
成長最前線の中心部への集中的な熱供給のための本発明による他の実施態様は、成長する単結晶の中心部の下の熱源が融液中へ導入されることにある。これは、例えば、石英中へ埋め込まれ、グラファイトからなり、電気的に操作されるヒーターによるか又はプロセスに適合した他の材料の使用により融液から保護されているヒーターを用いて実現されることができる。
【００２７】
本発明の別の実施態様によれば、成長最前線の中心部に向いた熱流は、るつぼの壁の表面の少なくとも１０％が融液への電磁場の影響に対して遮へいされることによって、融液が置かれかつ部分的に遮へいされている電磁場により発生する。そのような熱流の発生の特に好ましい可能性は、移動磁場(travelling field)の適用にある。場の力の作用は、遮へいの材料並びに磁場を発生しているコイルにより流れる電流の振幅及び周波数に依存している。磁気遮へいとして金属材料、例えば、電磁石コイルとるつぼとの間に配置され、こうしてるつぼ壁の表面及びその下にある融液の一部を磁場の影響から取り去るｃｍ範囲内の厚さを有する銅板が使用されてよい。向かい合っている２つのプレートからなっており、その都度９０°の開口角を有する遮へいが特に有効であることが判明している。好ましくは１０Ｈｚ〜約１０００Ｈｚの周波数が使用される。長方形の銅板の形の部分的な遮へいを有する移動磁場(travelling field)の適用の際に、３０Ｈｚ〜１００Ｈｚの範囲内の周波数が特に適している。そのような移動場の発生のためには、５０までのコイル巻数で好ましくは５００Ａまでの電流の強さが利用される。少なくとも３ｒｐｍの高いるつぼ回転は、磁場の影響を減少させるので、成長最前線への付加的な熱の所望の供給は、るつぼ回転の速度について影響を受けうる。さらに、その都度るつぼ中に存在している融液量も考慮されうる、それというのも、それに依存して異なる融液流パターンが形成しうるからである。その都度存在している融液量に依存した必要不可欠の条件、すなわち、磁場、遮へい及び引き上げプロセスパラメーター、例えばるつぼ回転の比は、実験及び評価するシミュレーション計算により、その都度近似的に決定される。
【００２８】
本発明の記載された実施態様は、既に公知で、軸方向の温度勾配Ｇ（ｒ）の均質化に適している手段と組み合わされてよい。付加的に熱が、成長する単結晶、この単結晶を取り囲んでいる雰囲気及び融液から形成される界面に供給される組合せが好ましい。このことは、例えば、US-6,153,008に記載された熱シールドの使用により行われてよい。この特許出願に記載されている熱シールドの下方周辺部でのヒーターの使用が特に好ましい。さらに、ヒーターを通して付加的に、例えばUS-5,567,399に表されているように、単結晶に作用する冷却器が取り付けられてよい。それにより、引き上げ速度を高めること及びＧ（ｒ）の半径方向の均質化をさらに調整することが可能になる。
【００２９】
それと結びついている加速冷却は、さらにまた、残留しているＣＯＰｓの明らかな縮小をもたらす。これらのＣＯＰｓの大きさは、それと共に、これらの欠陥がデバイス機能への影響をもはや有しない臨界値未満に押し込まれうる。
【００３０】
本発明は、次に、図に基づいてさらに説明される。図１には、本発明による方法の原理が略示的に示されている。図２は、単結晶の半径に依存した率Ｖ／Ｇ（ｒ）の推移を示す。図３は、従来のチョクラルスキー法（単結晶及びるつぼの逆方向回転を伴う）の際に生じている典型的な融液流を示し、かつ図４は、これから典型的に生じている融液中の軸方向の温度勾配Ｇｓ（ｒ）の推移を示す。それと比較して、図５及び６は、本発明による方法の実施の際に生じるような、融液流パターンもしくは軸方向の温度勾配Ｇｓ（ｒ）の推移を示す。図７〜１４は、本発明の好ましい実施態様のための多様な配置を示す。図１５は、付加的にヒーター及び冷却器が設けられている図１２による配置を示す。図１６〜２０は、本発明による例に基づいており、かつ異なる結晶領域上への欠陥−タイプの分布を示している。
【００３１】
図１には、本発明による方法の原理が略示的に示されている。単結晶１は、成長最前線２で成長し、その中心部に、熱流３が融液により集中的に供給される。具体的に示された付加的な軸方向の熱供給を用いて、少なくとも２００ｍｍの大きな直径を有する単結晶のために、完全シリコンの製造に十分な温度勾配Ｇ（ｒ）の半径方向の均質化を成長最前線で行うこと又は集中的な欠陥制御に必要不可欠の温度勾配Ｇ（ｒ）を調節することが可能である。Ｇ（ｒ）の均質化の定性は、融液中の温度分布から明らかになる。融液中で調節された融液中の軸方向の温度勾配Ｇｓ（ｒ）が、できるだけ僅かな半径方向の変化を有する場合に特に有利であるので、示されている、成長最前線に平行な等温の温度分布７が生じる。
【００３２】
本発明による方法の有効性は、３００ｍｍの直径を有する単結晶について、図２に示された単結晶の半径に依存した率Ｖ／Ｇ（ｒ）の推移によりはっきりと説明される。単結晶及びるつぼの本発明による同方向回転の際に見出された、融液中の成長最前線の中心部への熱流は、曲線（ｃ）で表されたＶ／Ｇ（ｒ）の極めて明らかな半径方向の均質化をもたらすのに対して、本発明の対象ではない異なる態様（ａ）及び（ｂ）による熱保護シールドを用いて試みられた均質化は、完全シリコンの製造のために十分ではない。後続の図面には、本発明による中心の熱流の作用（図５及び図６）が、従来の融液対流（図３及び図４）に対してモデル計算からの結果の形で対比されている。
【００３３】
図３は、従来のチョクラルスキー法（単結晶及びるつぼの逆方向回転を伴う）の場合に生じている、るつぼ底部に下方へ向いた軸方向の流れに傑出している典型的な融液流を示す。その際、融液中の成長最前線の数ｃｍ下方に、図４に示されている温度状態が生じる。融液中に生じている軸方向の温度勾配Ｇｓ（ｒ）は、半径に依存した強い変化を示す。Ｇｓ（ｒ）の半径方向の変化は、結晶直径内で約１７％である。
【００３４】
本発明による方法を、例えば融液が、るつぼの壁面の少なくとも１０％を遮へいする２つの遮へいを用いて発生される非対称な移動場に置かれる実施態様により実施する際の状態は、明らかに異なる。図５に示されている融液流パターンは、成長最前線に向いた軸方向の融液流を示す。融液流により引き起こされた熱輸送は、成長する単結晶の下方の融液中で、図４と比較して明らかに異なる温度分布をもたらす（図６）。融液中の明らかにより均質な温度勾配Ｇｓ（ｒ）が見出され、これは単結晶中の固有点欠陥及び不純物及びドーパントの所望の軸方向の均質化の結果となる。シリコン融液中で、Ｇｓ（ｒ）の半径方向の変化は１５％未満である。図６の基礎をなしている条件については、平均して７％が算出された。
【００３５】
後続の図面：図７〜図１４には、本発明の好ましい実施態様のための多様な配置が表されている。図７〜図１１において、電気抵抗加熱ヒーターとしてか、誘導ヒーターとしてか又は場合により放射ヒーターとしても説明されることができ、かつその都度多様な位置で、成長する単結晶の下に配置されているヒーターが中心的な役割を果たす。各ヒーターは、単結晶の成長最前線の中心部に向いている熱流を発生させる熱源として機能する。ヒーターの作用を援助するためには、断熱要素６、例えばグラファイトホイル又はグラファイトフェルトが環状に、石英るつぼの下に、しかしながらるつぼ底部の中心部の下ではなく、取り付けられることができる。これらは、融液への熱の外軸方向の供給を妨害する。成長最前線の中心部に向いた融液流への熱作用を集束させるために、例えばグラファイト又はプロセスに適合した他の材料からなる、良好に又は極端に良好に熱伝導性の要素が、るつぼ底部の中心部へはめ込まれてよい。ヒーターを用いて供給されるエネルギーは、その都度、幾何学的な及びプロセスに制約された状況に適合され、かつ例えば結晶成長の過程で減少するるつぼ中の残留融液量に相応して後調整されなければならない。
【００３６】
図７は、従来のメインヒーター４に加えて、グラファイト支持るつぼ５の下にるつぼ底部ヒーターとして配置されており、かつ断熱材６を用いて単結晶１の成長最前線２の中心部に上の方へ向いた熱流３を発生させる付加的なヒーター８を有している配置を略示的に示す。断熱材６は、支持るつぼ及び／又は支持るつぼを支持する底部プレート中に組み入れられてよい。付加的なるつぼ底部ヒーター８の火力は、有効な熱流を発生させるために、好ましくはメインヒーターの火力の２％を上回るべきである。るつぼ底部ヒーターは、例えば、グラファイトからなる電気抵抗加熱ヒーターとして説明されることができ、かつ場合により処理可能に(verfahrbar)構成されていてよい。必要不可欠の火力は、それぞれの融液量（既に凝固した結晶長さに依存している）に適合されなければならない。これは５ｋＷを上回る範囲である。
【００３７】
図８には、るつぼ中心部の改善された熱伝達をもたらす別の構造上の特徴が表されている。例えば、中心の熱流は、石英るつぼ中心部で高められた材料支持物を用いて、例えば支持るつぼの中央肥厚部１２により強化されることができる。るつぼ回転軸を通しての熱除去を減少させるために、絶縁要素１６がはめ込まれてよい。
【００３８】
図９による配置には、熱流を発生させる付加的なヒーター９が、支持るつぼ５の底部に組み入れられている。この実施態様の場合に、誘導的に操作されるヒーター並びに抵抗加熱ヒーター又は双方の組合せが使用可能である。
【００３９】
図１０による配置には、成長最前線の中心部への本発明により必要な熱流は、融液中で、成長する単結晶の成長最前線の下に配置されるヒーター１０により発生される。この目的には、例えば石英で被覆されたグラファイトヒーター、例えば拡大されて表されているメアンダー形の加熱帯域構造を有するヒーター（図１１）が使用可能である。
【００４０】
図１２による配置を用いて、成長最前線の中心部に向いた所望の熱流３は、単結晶及びるつぼの同方向回転を用いて発生される。そのためには、るつぼ回転の速度は、結晶回転の速度の少なくとも１０％の値に調節されなければならない。融液中で、好ましい流れパターン１１が調節される。引き上げプロセスの間に、付加的にるつぼ回転又は結晶回転の変化が、変化する熱収支計算を支えるために、必要不可欠でありうる。一般的に、るつぼ及び単結晶の同方向回転のために融液中の強く高められた酸素含量は、とりわけるつぼの周辺部領域中で融液に作用する磁場により減少することができる。処理によるプロセス条件を悪化させることなく、単結晶中の６．０×１０１７ｃｍ−３未満の酸素含量を可能にするカスプ静磁場は特に好都合である。
【００４１】
図１３による配置を用いて、成長最前線の中心部に向いた熱流３は、るつぼと単結晶との間の静電場により発生される。そのためには、１００Ｖを上回る正の電圧がるつぼに印加されなければならない。融液中で、好ましい流れパターン１１が調節される。
【００４２】
本発明による別の実施態様は、融液へのそれらの力の作用を通して、成長最前線に垂直に向いた熱流を発生させる電磁場の使用に関するものであり、その際、融液への力の作用は、るつぼの壁面の少なくとも１０％の遮へいにより制限されている。磁場を発生しているコイルは、結晶引き上げ装置の外側にか又はその中に配置されていてよい。このタイプの好ましい実施態様は、部分的に遮へいされた移動磁場(travelling magnetic field)を含む。図１４には、成長最前線２で成長する単結晶１、移動場の作用により発生した成長最前線の中心部に向いた熱流３及びるつぼの周囲に配置された環状ヒーター４を有している、適している配置が示されている。融液中で、好ましい流れパターン１１が調節される。移動場は、他方で環状にヒーター４の周囲に配置されている磁石１３から発生される。磁場を発生させるために、５０までのコイル巻数及び５００ｍｍを上回るコイル直径で、１００Ａを上回り５００Ａまでの電流が特に適していることが判明している。移動磁場の部分的な遮へいのために、向かい合っており、電磁石コイルの内部で半径方向に取り付けられた２つの遮へい１４が存在しており、これにより場の回転対称が破壊されるので、遮へいの方向で、それに対して垂直とは幾分異なる状態を形成する。遮へいは、好ましくは銅からなり、かつその都度９０°の開口角を有する。これらは、るつぼの壁面の少なくとも１０％を遮へいする。
【００４３】
図１５は、本発明の特に好ましい及び特許の保護が請求された実施態様として、付加的な熱源１９との図１２による本発明による実施態様の組合せを示し、これを用いて、付加的に熱が単結晶、この単結晶を取り囲んでいる雰囲気及び融液の界面に供給される。熱源１９は、好ましくは、単結晶１を界面の近くで取り囲む環状に形成された抵抗加熱ヒーターを含む。熱源１９は、好ましくは５ｋＷを上回る出力で働かされるので、単結晶の界面での温度勾配Ｇ（ｒ）は均質化される。熱源１９は、絶縁を通して、融液の熱放射からの単結晶の十分な遮へいを保証し、ひいては同様に単結晶中の温度分布に影響を及ぼす常用の熱シールド１８と結びついている。この目的には、要求に相応して、例えば、複数の層：グラファイト、グラファイトフェルト、モリブデン又はその組合せからなっていてもよい、幾何学的に形成された熱シールドが利用される。付加的な冷却装置１７は、熱源１９の上方に配置されている。冷却装置１７を用いて、必要不可欠の温度分布を調節するためのさらなる可能性が可能である。そのうえ、冷却装置により勾配Ｇが全体として高められるので、より高い引き上げ速度、例えば完全な３００ｍｍ結晶について０．３６ｍｍ／minを上回ることも可能になる。るつぼの周囲に配置された電磁石コイル１３を用いて、融液中の静磁場又は動磁場が発生するので、必要不可欠の熱輸送及び酸素輸送する融液流が正確に調節されうる。
【００４４】
当然、本発明は、そのような組合せがはっきりと言及されていない場合にも、記載された実施態様及び特徴の他の組合せも含む。
【００４５】
例えば、これに基づいており、図１５に示されているが、しかしながらリングヒーター１９を有しないが、しかしるつぼ底部の領域中に図８に示された部分的な断熱材６又は図９に開示されたヒーター９のような特徴を備えている、実施態様が同様に好ましい。この実施態様は、３００ｍｍ及びそれを上回る直径を有する単結晶が、少なくとも０．６ｍｍ／minの比較的高い引き上げ速度で引き上げられることができることを可能にし、その際、半径方向の温度勾配は、臨界値Ｃｋｒｉｔ．の１０％以下の偏差を生じる。こうして、高められた精錬(Ausbringung)と共に、凝集した固有点欠陥がそれらの僅かな大きさ及び性質に基づき電子デバイスの製造プロセスにおいて収率損失をもたらさないか又は明らかに減少した収率損失をもたらす単結晶が製造されることができる。
【００４６】
本発明の特別な有用性は、次に、図１５による装置の使用下のシリコン半導体ウェーハの製造に関する３つの例に関して示されるはずである。
【００４７】
凝集していない固有点欠陥領域を、電荷担体−寿命−測定（μＰＣＤ）に基づき決定した。そのためには、例えば、単結晶中の軸方向の切片が光沢エッチングされ(glanzgeaetzt)、清浄化され、８００℃で４時間及び１０００℃で１６時間、熱処理され、かつ寿命測定、引き続いてイメージ処理(Bildaufbereitung)が実施される。空洞領域はそれを用いて検出可能である、それというのもそこで、生じている酸素析出物により変わる寿命が生じるからである。
【００４８】
図１６には、μＰＣＤ−測定に基づき軸方向の結晶切片での特定の分布が具体的に示されている。単結晶を、成長する引き上げ速度で引き上げた。減少した酸素析出に基づき構造がないように思われる半径方向の領域は、支配的であるシリコン格子間原子を有する領域の特徴を示すのに対して、他の領域内で空洞欠陥は優勢である。引き上げ速度が増大するにつれて、凝集した格子間原子であるＬＰＩＴｓ ３０から、凝集していない格子間原子３１を経て、凝集していない空洞３２までの移行が観察される。単結晶から切断位置Ａで取り出されたシリコンウェーハは故に、図１７に示されたように半径方向の空洞３２の領域を、それどころかウェーハ周辺部で有しうる。約５×１０１７ ｌ／ｃｍ３を上回る酸素含量については、調節された一連の領域は、酸素誘起積層欠陥に基づき同様に正確に決定可能である。本発明による方法を用いて、温度条件が、任意の予め決められた半径方向の欠陥分布が可能であるように調節されうる。
【００４９】
凝集した固有点欠陥（ＣＯＰｓ又はＬＰＩＴｓ）の分布を、セコエッチング（３０℃で２１分間）を用いる常法で、研磨し、光沢エッチングしたテストウェーハ上で光学顕微鏡を用いて測定した。ポリシングしたウェーハ上で、従来の光散乱法も、９０ｎｍを上回る直径を有する大きなＣＯＰｓが検出されうる限り、採用した（ＳＰ１）。より小さなＣＯＰの検出のためには、これらは、光散乱測定の前に、常用のエッチング方法、ＳＣ１−処理（過酸化水素及びアンモニア中、３時間）を用いて測定可能範囲まで拡大されたか、又はゲート酸化物完全性テスト（ＧＯＩ−テスト）を行った。凝集した固有点欠陥の詳細に説明された大きさ測定を、透過型電子顕微鏡−検査（ＴＥＭ）を用いて実施した。測定方法は、文献に既に、何度も及び詳細に、例えばH.Bender, J. Vanhellemont, R. Schmolke, “High Resolution Structure Imaging of Octrahedral Void Defects in As-Grown Czochralski Silicon”, Japan J. Appl. Phys. 36 (1997), L 1217 - L 1220, Part 2, No. 9A/Bに記載されている。次に示された例は、３００ｍｍの直径を有する主に（１００）−配向した単結晶に関する。しかしながら、結果は、簡単に他の配向、例えば（１１０）又は（１１３）及びより大きな直径にも適用可能である。
【実施例】
【００５０】
例１
シリコン単結晶を製造し、これから次の性質を有する半導体ウェーハを切り出すことができた：
３００ｍｍの直径を有する半導体ウェーハは、凝集した固有点欠陥に対して、凝集した空洞欠陥（ＣＯＰｓ）のみをを有しており、その際、これらの欠陥は、５０ｎｍ未満の平均直径を有し、かつ厚さが１ｎｍ未満である酸化物層で覆われていた。通常、酸化物層の厚さは２ｎｍを上回っている。
【００５１】
図１８は、ポリシングし、かつＳＣ１−処理したそのような３００ｍｍシリコンウェーハを示しており、このウェーハを、レーザー散乱法を用いて、５０ｎｍ未満の直径を有する小さい空洞凝集物（小さなＣＯＰｓ）について検査した。欠陥分布は、軸方向の結晶切片での測定によっても及びＧＯＩ−検査によっても確認した。
【００５２】
そのような半導体ウェーハの特別な利点は、欠陥（小さなＣＯＰｓ）が、電子デバイスの製造の際に妨げにならないことにある、それというのも、これらは、凝集物の僅かな大きさ並びに酸化物層の僅かな厚さのために、熱処理により少なくともデバイスが組み入れられる領域中で解消するからである。熱処理は、絶対に個別に実施される必要はない、それというのも、半導体ウェーハは、デバイス製造のはじめに、そうでなくとも少なくとも１０００℃の必要不可欠の温度にさらされるからである。
【００５３】
使用されるプロセスパラメーターは、一般的に、ＣＯＰｓの大きさ分布を描写する次の式から誘導される。
【００５４】
【数１】
2004292309.tif 000003
【００５５】
ＣＯＰｓの大きさ分布は、体積ＶＣｏｐｓを通して描写される。
【００５６】
ｑは、１１００℃〜約１０００℃の温度範囲内での凝固最前線での結晶の冷却速度である。欠陥関数Ｖ／Ｇ（ｒ）は、既に表されているように、生じる欠陥に関して結晶化プロセスを特徴付け、その際、臨界の境界Ｃｋｒｉｔ＝１．３×１０−３ ｃｍ２ min−１ Ｋ−１である。
【００５７】
結晶化プロセスに典型的な比例定数の決定により、故に、Ｖ／Ｇ及び冷却速度を通してＣＯＰｓの大きさ分布が調節されることができる。
【００５８】
挙げられた例のためには、１１００℃〜９５０℃の温度範囲内の約０．８℃／minの冷却速度が、付随するモデルシミュレーション計算から算出された。そのために、円柱状結晶の５０ｃｍの位置で、１：２のるつぼ回転と結晶回転との比が、及び約１：０．３：０．２の比のメインヒーター４、底部ヒーター８及びリングヒーター１９の熱供給が使用された。率Ｖ／Ｇは、約１０％までＣｋｒｉｔを上回っていた。
例２
シリコン単結晶を製造し、これから次の性質を有する半導体ウェーハを切り出すことができた：
半導体ウェーハは、凝集した固有点欠陥が不含であり、かつ欠陥−タイプとしての凝集していない空洞が支配的であり、２つ又はそれ以上の互いに別個の軸対称な領域を有していた。それゆえに、半導体ウェーハは、図１６の切片Ａのシリコンウェーハの性質を有する。そのような半導体ウェーハの製造の特別な利点は、単結晶の製造の間のプロセス操作が単純化されていることにある、それというのも、あまり制御技術的な出費が必要とされないからである。つまり、Ｖ／Ｇの許された変化に関して比較的広いプロセスウインドウが存在する。さらに、そのような半導体ウェーハの場合に、空洞領域中に生じている酸素析出は、デバイス製造の要求に正確に調節されうる。
【００５９】
この例において、円柱状結晶の長さ約３０ｃｍである切片位置で、１：２．４のるつぼ回転と結晶回転との比が、及び１：０．３：０．２４の比のメインヒーター４、底部ヒーター８及びリングヒーター１９の熱供給が使用された。率Ｖ／Ｇは、ほぼＣｋｒｉｔであった。
例３
この例は、例２の半導体ウェーハに類似して欠陥分布を有する半導体ウェーハに関するものであるが、但し、２つ又はそれ以上の互いに別個の軸対称な領域中に、欠陥−タイプとしてのシリコンからの凝集していない格子間原子が支配的であることが異なる。そのような半導体ウェーハの場合にも、単結晶の製造の際のプロセス操作は挙げられた理由から単純化されている。
【００６０】
この分布は図１９及び２０に具体的に示されている。凝固最前線での熱分布の集中的な制御は、それどころか中心部で格子間原子が支配的である領域３１を発生させること、もしくは半径方向の順序で空洞に富んだ環状領域３２と交替させることを可能にする。
【００６１】
記載された分布は、凝固最前線の中心部のより強い熱供給により達成された。そのためには、各結晶位置について火力、結晶引き上げ(Kristallhub)、るつぼ回転及び結晶回転を用いてプロセス圧力及びアルゴン流量と共に、必要な熱流を発生させた。
【００６２】
この例において、円柱状結晶の長さ約４５ｃｍである切断位置で、１：２．１でのるつぼ回転と結晶回転との比が、及び１：０．４：０．２４の比のメインヒーター４、底部ヒーター８及びリングヒーター１９の熱供給が使用された。この場合にも、率Ｖ／ＧはほぼＣｋｒｉｔであった。
【００６３】
紹介された本発明を用いて、しかしまた、格子間原子の支配を有する領域中で、欠陥−タイプとしての格子間原子の凝集物（ＬＰＩＴｓ）が生じる半導体ウェーハも取得されうるが、しかしながらその大きさは、Ａ−スワールをまねく二次転位が形成されない程小さい。
【００６４】
このための例は、欠陥−タイプとしての凝集した格子間原子（ＬＰＩＴｓ）を有するシリコン半導体ウェーハであり、その際、その大きさはしかしながら、まだ二次転位が存在していない程小さい。
【００６５】
別の例は、欠陥−タイプとしての凝集した空洞欠陥（ＣＯＰｓ）を有する少なくとも１つの領域を有しており、その際、これらの欠陥は、５０ｎｍ未満の平均直径を有し、かつ厚さが１ｎｍ未満である酸化物層で覆われており、及び欠陥−タイプとしての凝集した格子間原子（ＬＰＩＴｓ）を有する少なくとも１つの領域を有しており、その際、その大きさはしかしながら、まだ二次転位が存在していない程小さい、シリコン半導体ウェーハである。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明による方法の原理を示す略示図。
【００６７】
【図２】単結晶の半径に依存した率Ｖ／Ｇ（ｒ）の推移を示すグラフ。
【００６８】
【図３】従来のチョクラルスキー法（単結晶及びるつぼの逆方向回転を伴う）の際に生じている典型的な融液流を示す図。
【００６９】
【図４】従来のチョクラルスキー法から典型的に生じている融液中の軸方向の温度勾配Ｇｓ（ｒ）の推移を示すグラフ。
【００７０】
【図５】本発明による方法の実施の際に生じている融液流パターンを示す図。
【００７１】
【図６】本発明による方法の実施の際に生じている軸方向の温度勾配Ｇｓ（ｒ）の推移を示すグラフ。
【００７２】
【図７】付加的なヒーターを有している配置を略示的に示す図。
【００７３】
【図８】るつぼ中心部の改善された熱伝達をもたらす構造上の特徴を示す図。
【００７４】
【図９】付加的なヒーターが支持るつぼの底部に組み入れられている配置を示す図。
【００７５】
【図１０】融液中で、成長する単結晶の成長最前線の下に配置されるヒーターを有している配置を示す図。
【００７６】
【図１１】メアンダー形の加熱帯域構造を有するヒーターを示す図。
【００７７】
【図１２】成長最前線の中心部に向いた熱流を、単結晶及びるつぼの同方向回転を用いて発生させる配置を示す図。
【００７８】
【図１３】成長最前線の中心部に向いた熱流を、るつぼと単結晶との間の静電場により発生させる配置を示す図。
【００７９】
【図１４】成長最前線で成長する単結晶、移動場の作用により発生した成長最前線の中心部に向いた熱流及びるつぼの周囲に配置された環状ヒーターを有している配置を示す図。
【００８０】
【図１５】付加的にヒーター及び冷却器が設けられている、図１２による実施態様と組み合わせた配置を示す図。
【００８１】
【図１６】μＰＣＤ−測定に基づき軸方向の結晶切片での特定の分布を具体的に示す図。
【００８２】
【図１７】単結晶から図１６の切断位置Ａで取り出されたシリコンウェーハの半径方向の空洞領域を示す図。
【００８３】
【図１８】ポリシングし、かつＳＣ１−処理した３００ｍｍシリコンウェーハを示す図。
【００８４】
【図１９】欠陥−タイプとしてのシリコンからの凝集していない格子間原子が支配的である欠陥分布を有する半導体ウェーハを示す図。
【００８５】
【図２０】欠陥−タイプとしてのシリコンからの凝集していない格子間原子が支配的である欠陥分布を有する半導体ウェーハを示す図。
【符号の説明】
【００８６】
１  単結晶、  ２  成長最前線、  ３  熱流、  ４  メインヒーター、  ５  グラファイト支持るつぼ、  ６  断熱材、  ７  等温の温度分布、  ８  付加的なヒーター、  ９  付加的なヒーター、  １０  ヒーター、  １１  流れパターン、  １２  中央肥厚部、  １３  磁石、  １４  遮へい、  １６  絶縁要素、  １７  冷却装置、  １８  熱シールド、  １９  付加的な熱源、  ３０  ＬＰＩＴｓ、  ３１  凝集していない格子間原子、  ３２  凝集していない空洞
【図１】
2004292309.tif 000004
【図２】
2004292309.tif 000005
【図３】
2004292309.tif 000006
【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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【図１０】
2004292309.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１７】
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【図２０】
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【図１６】
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【図１８】
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【図１９】
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