(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チョクラルスキー（Ｃｚ）法に従って単結晶シリコンインゴットを引き上げる方法であって、ルツボ内に入れられているシリコンメルトに種結晶を接触させ、その際、該ルツボは種結晶と同軸としてあり、その後そこから種結晶を引き上げて、種結晶に隣るインゴットのネック部、該ネック部に隣るシード・コーン部、及び該シード・コーン部に隣る直径一定部分を形成し、前記直径一定部分は、（ｉ）少なくとも１５０ｍｍの公称直径、及び（ii）該シード・コーン部から直径一定部分への移行部からインゴットの軸に沿って測定してＬの長さを有しており、
種結晶とルツボとを反対の向きに回転させること；
インゴットの直径一定部分の増加する軸方向長さの関数として、ルツボ平均回転速度（ＣＲ）を低下させること；並びに
直径一定部分における平均軸方向酸素含量が実質的に一定となるように、ルツボ回転速度変調（ＣＲＭ）によって制御して、インゴットの直径一定部分の軸方向長さの増加の関数として、ルツボ回転速度変調（ＣＲＭ）を増加させることを含んでなる方法。
【請求項２】
インゴットの直径一定部分が、
（iii）前記移行部から軸に沿って、長さＬの一部として測定して、距離Ｄ（１→ｎ）のそれぞれの位置にある各ポジションＰ（１→ｎ）の第１の系列、並びに、（iv）前記移行部から軸に沿って、長さＬの一部として測定して、距離ＤＤ（１→ｎ）のそれぞれの位置にある各ポジションＰＰ（１→ｎ）の第２の系列を有しており、前記第２の系列におけるそれぞれの距離及びポジションは第１の系列におけるそれぞれの距離及びポジションと同じであっても異なってもよく、
ポジションＰ１におけるルツボ平均回転速度をポジションＰ２におけるルツボ平均回転速度よりも大きくして、その場合にＤ２ ≧（Ｄ１＋０．１Ｌ）であること
を含んでなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
Ｄ２が０．８Ｌである請求項２記載の方法。
【請求項４】
Ｄ１が０．６Ｌ以下である請求項３記載の方法。
【請求項５】
Ｄ１が０．４Ｌ以下である請求項３記載の方法。
【請求項６】
Ｄ２が０．６Ｌである請求項２記載の方法。
【請求項７】
Ｄ１が０．４Ｌ以下である請求項６記載の方法。
【請求項８】
Ｄ１が０．２Ｌ以下である請求項６記載の方法。
【請求項９】
ポジションＰ１とＰ２との間で、ルツボ平均回転速度が実質的に直線的に低下する請求項２記載の方法。
【請求項１０】
Ｄ１が０．１Ｌであり、ルツボ平均回転速度は移行部からポジションＰ１へ実質的に一定である請求項２記載の方法。
【請求項１１】
ポジションＰ２から、インゴットの直径一定部分のほぼ端部まで、ルツボ平均回転速度が実質的に一定である請求項３記載の方法。
【請求項１２】
ポジションＰＰ１におけるルツボ回転速度変調の振幅がポジションＰＰ２における振幅よりも小さく、その場合にＤＤ２ ≧ ＤＤ１である請求項２記載の方法。
【請求項１３】
ＤＤ２ ≧（ＤＤ１＋０．１Ｌ）である請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
ＤＤ２が０．８Ｌである請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
ＤＤ１が０．６Ｌ以下である請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
ＤＤ１が０．４Ｌ以下である請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
ＤＤ１が０．２Ｌ以下である請求項１４記載の方法。
【請求項１８】
ＤＤ２が０．６Ｌである請求項１２記載の方法。
【請求項１９】
ＤＤ１が０．４Ｌ以下である請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
ＤＤ１が０．２Ｌ以下である請求項１８記載の方法。
【請求項２１】
ＤＤ２が０．４Ｌである請求項１２記載の方法。
【請求項２２】
ＤＤ１が０．２Ｌ以下である請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
ＤＤ１が０．１Ｌであり、移行部付近からポジションＰＰ１へのルツボ回転速度変調の振幅がほぼ零である請求項１２記載の方法。
【請求項２４】
ＤＤ２が０．４Ｌであり、ポジションＰＰ１とポジションＰＰ２との間の振幅が実質的に直線的に増加する請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
ＤＤ２が０．６Ｌであり、ポジションＰＰ１とポジションＰＰ２との間の振幅が実質的に直線的に増加する請求項２３記載の方法。
【請求項２６】
ＤＤ２が０．８Ｌであり、ポジションＰＰ１とポジションＰＰ２との間の振幅が実質的に直線的に増加する請求項２３記載の方法。
【請求項２７】
ＤＤ１が０．１Ｌ〜０．４Ｌの範囲であり、ＤＤ２が０．６Ｌ〜０．９Ｌの範囲であり、ルツボ回転速度変調の振幅がポジションＰＰ１における０．１〜２ｒｐｍ以下の範囲の値からポジションＰＰ２における２以上〜４ｒｐｍの範囲の値へ増加する請求項１２記載の方法。
【請求項２８】
ルツボ回転速度変調（ＣＲＭ）の増加は、正弦波の関数である振幅を有する請求項１記載の方法。
【請求項２９】
ルツボ回転速度変調が、ルツボ平均回転速度の±５％〜±４０％の範囲の振幅を有する請求項１記載の方法。
【請求項３０】
ルツボ回転速度変調が、ルツボ平均回転速度の±１５％〜±２５％の範囲の振幅を有する請求項１記載の方法。
【請求項３１】
ルツボ回転速度変調が、ルツボ平均回転速度より２〜８ｒｐｍ高い範囲及びルツボ平均回転速度より２〜８ｒｐｍ低い範囲の振幅を有する請求項１記載の方法。
【請求項３２】
ルツボ回転速度変調が、３０秒〜９０秒の範囲の期間を有する請求項１記載の方法。
【請求項３３】
ルツボ平均回転速度が、直径一定部分の成長の間、５〜１５ｒｐｍの範囲である請求項１記載の方法。
【請求項３４】
直径一定部分の成長の間、ルツボ平均回転速度（ＣＲ）は５〜１５ｒｐｍの範囲であって、Ｄ１が０．１Ｌ〜０．４Ｌの範囲であり、Ｄ２が０．６Ｌ〜０．９Ｌの範囲であり、ポジションＰ１及びＰ２の間で、ルツボ平均回転速度が１０ｒｐｍ〜１２ｒｐｍの範囲の値から６ｒｐｍ〜８ｒｐｍの範囲の値へ減少する請求項２記載の方法。
【請求項３５】
直径一定部分は、少なくとも１２ＰＰＭＡの平均軸方向酸素濃度を有する請求項１記載の方法。
【請求項３６】
直径一定部分が、長さの関数として、４％以下で変動する平均軸方向酸素濃度を有する請求項１記載の方法。
【請求項３７】
直径一定部分が、長さの関数として、２％以下で変動する平均軸方向酸素濃度を有する請求項１記載の方法。
【請求項３８】
インゴットの直径一定部分が、印可磁場の不存在下で成長する請求項１記載の方法。
【請求項３９】
インゴットの直径一定部分が、少なくとも７５０ｍｍの軸方向長さを有する請求項１記載の方法。
【請求項４０】
インゴットの直径一定部分が、少なくとも２００ｍｍの公称直径を有する請求項１記載の方法。
【請求項４１】
インゴットの直径一定部分が、少なくとも３００ｍｍの公称直径を有する請求項１記載の方法。
【請求項４２】
チョクラルスキー（Ｃｚ）法に従って単結晶シリコンインゴットを引き上げる方法であって、ルツボ内に入れられているシリコンメルトに種結晶を接触させ、その際、該ルツボは種結晶と同軸としてあり、その後そこから種結晶を引き上げて、種結晶に隣るインゴットのネック部、該ネック部に隣るシード・コーン部、及び該シード・コーン部に隣る直径一定部分を形成し、前記直径一定部分は、インゴットの軸から側表面へ延びる少なくとも７５ｍｍの公称半径を有しており、
種結晶とルツボとを反対の向きに回転させること；
インゴットの直径一定部分を成長させる間、メルト表面から測定して、軸近くで少なくとも５ｍｍの高さＺａ、及び半径の中間点付近におけるメルト表面で、界面の上方に高さＺＲ／２の高さであって、高さＺＲ／２は高さＺａの少なくとも１２０％である高さを有するメルト−固体界面を生成させるのに十分なルツボ平均回転速度（ＣＲ）でルツボを回転させ、直径一定部分が成長するにつれてルツボ平均回転速度（ＣＲ）を低下させること；
並びに
直径一定部分における平均軸方向酸素含量が実質的に一定となるように、ルツボ回転速度変調（ＣＲＭ）によって制御すること
を含んでなる方法。
【請求項４３】
直径一定部分の２０％を生じさせた後で、前記界面が存在する請求項４２記載の方法。
【請求項４４】
直径一定部分の４０％を生じさせた後で、前記界面が存在する請求項４２記載の方法。
【請求項４５】
直径一定部分の６０％を生じさせた後で、前記界面が存在する請求項４２記載の方法。
【請求項４６】
直径一定部分の８０％を生じさせた後で、前記界面が存在する請求項４２記載の方法。
【請求項４７】
直径一定部分は少なくとも７５０ｍｍの軸方向長さを有する請求項４２記載の方法。
【請求項４８】
高さＺａは少なくとも１０ｍｍである請求項４２記載の方法。
【請求項４９】
高さＺａは少なくとも１２ｍｍである請求項４２記載の方法。
【請求項５０】
高さＺＲ／２はＺａの少なくとも１２５％である請求項４２記載の方法。
【請求項５１】
高さＺＲ／２はＺａの少なくとも１３５％である請求項４２記載の方法。
【請求項５２】
直径一定部分の５％が成長した後にルツボ回転速度変調を開始する請求項４２記載の方法。
【請求項５３】
直径一定部分の１０％が成長した後にルツボ回転速度変調を開始する請求項４２記載の方法。
【請求項５４】
ルツボ回転速度変調を正弦波の関数として変調させる請求項４２記載の方法。
【請求項５５】
インゴットの直径一定部分が少なくとも１００ｍｍの公称半径を有する請求項４２記載の方法。
【請求項５６】
インゴットの直径一定部分が少なくとも１５０ｍｍの公称半径を有する請求項４２記載の方法。
【請求項５７】
チョクラルスキー（Ｃｚ）法に従って単結晶シリコンインゴットを引き上げる方法であって、ルツボ内に入れられているシリコンメルトに種結晶を接触させ、その際、該ルツボは種結晶と同軸としてあり、その後そこから種結晶を引き上げて、種結晶に隣るインゴットのネック部、該ネック部に隣るシード・コーン部、及び該シード・コーン部に隣る直径一定部分を形成し、前記直径一定部分は少なくとも１５０ｍｍの公称直径を有しており、
種結晶とルツボとを反対の向きに回転させること；
インゴットの直径一定部分の少なくとも一部のセグメントについて、比ｖ／Ｇ０［式中、ｖは成長速度であり、Ｇ０は固化温度から１３００℃以上の温度までの温度範囲での平均軸方向温度勾配である。］を制御し、その比の制御は、セグメントが成長するにつれて平均ルツボ回転速度（ＣＲ）を低下させることを含んでなり；
ルツボ回転速度変調（ＣＲＭ）によって、前記セグメントにおける平均軸方向酸素含量を実質的に一定となるように制御すること；並びに
前記セグメントの固化温度から１０５０℃又はそれ以下の温度への冷却速度を制御し、その際、前記セグメントは（ｉ）凝集空孔欠陥又は（ii）Ａ型凝集自己格子型欠陥を実質的に含まない軸対象な領域を有すること
を含んでなる方法。
【請求項５８】
固化温度から前記セグメントを冷却する際に、前記軸対象な領域において、自己格子間原子が優勢な真性点欠陥である請求項５７記載の方法。
【請求項５９】
前記領域は、Ｂ型凝集自己格子型欠陥を実質的に含まない請求項５８記載の方法。
【請求項６０】
前記軸対称な領域は、インゴットの側縁部から半径方向に内向きに延びており、該側縁部から中央軸へ向かって半径方向に測定して、インゴットの半径の１００％の幅を有する請求項５９記載の方法。
【請求項６１】
前記軸対称な領域は、中央軸に沿って測定して、インゴットの直径一定部分の軸方向長さの少なくとも６０％の長さを有する請求項６０記載の方法。
【請求項６２】
前記軸対称な領域は、中央軸に沿って測定して、インゴットの直径一定部分の軸方向長さの少なくとも９０％の長さを有する請求項６０記載の方法。
【請求項６３】
固化温度から前記セグメントを冷却する際に、前記軸対象な領域において、空孔が優勢な真性点欠陥である請求項５７記載の方法。
【請求項６４】
前記軸対象な領域が、中央軸から半径方向外側へ延び、及び、中央軸から側縁部へ半径方向に測定して、インゴットの半径の１００％である幅を有する請求項６３記載の方法。
【請求項６５】
前記領域が、中央軸に沿って測定して、インゴットの直径一定部分の少なくとも６０％の長さを有する請求項６４記載の方法。
【請求項６６】
前記領域が、中央軸に沿って測定して、インゴットの直径一定部分の少なくとも９０％の長さを有する請求項６４記載の方法。
【請求項６７】
前記セグメントを８００℃以下の温度へ冷却すること、及び、その冷却工程の一部として、自己格子型欠陥を凝集させる核形成温度を通って、前記セグメントの少なくとも一部をクエンチ冷却することを更に含んでなる請求項５７記載の方法。
【請求項６８】
直径一定部分のセグメントが、（ｉ）シード・コーン部から直径一定部分への移行部からインゴットの軸に沿って測定してＬの長さ、（ii）それぞれ前記移行部から軸に沿って長さＬの一部として測定して、距離Ｄ（１→ｎ）の位置にあるポジションＰ（１→ｎ）の第１の系列、並びに、（iii）それぞれ前記移行部から軸に沿って長さＬの一部として測定して、距離ＤＤ（１→ｎ）の位置にあるポジションＰＰ（１→ｎ）の第２の系列を有しており、前記第２の系列におけるそれぞれの距離及びポジションは第１の系列におけるそれぞれの距離及びポジションと同じであっても異なってもよく、前記セグメントの増加する軸方向長さの関数として、ルツボ平均回転速度（ＣＲ）を低下させて、ポジションＰ１におけるルツボ平均回転速度をポジションＰ２におけるルツボ平均回転速度よりも大きくして、その場合にＤ２ ≧（Ｄ１＋０．１Ｌ）であることを特徴とする請求項５７記載の方法。
【請求項６９】
インゴットの直径一定部分のセグメントの増加する軸方向長さの関数として、ルツボ回転速度変調を増加させる請求項６８記載の方法。
【請求項７０】
ポジションＰＰ１におけるルツボ回転速度変調の振幅がポジションＰＰ２における振幅よりも小さく、その場合にＤＤ２ ≧ＤＤ１である請求項６９記載の方法。
【請求項７１】
ＤＤ２ ≧（ＤＤ１＋０．１Ｌ）である請求項７０記載の方法。
【請求項７２】
インゴットの直径一定部分が、少なくとも２００ｍｍの公称直径を有する請求項５７記載の方法。
【請求項７３】
インゴットの直径一定部分が、少なくとも３００ｍｍの公称直径を有する請求項５７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景
本発明は、一般に、電子部品の製造に用いられる半導体級単結晶シリコンの製造に関する。本発明は、特に、ルツボの回転を利用して、結晶における平均軸方向温度勾配（Ｇ０）を、特に中心軸において又はその近くで、半径の関数として制御する、インゴット又はウエハの形態の単結晶シリコンを製造する方法に関する。更に、ルツボの回転の調節（modulation）を用いて、軸方向について均一な酸素含量を得ることができる。１つの特定の態様において、本発明は、ルツボの回転を用いて平均軸方向温度勾配（Ｇ０）の半径方向の均一性(uniformity)を向上させる、凝集真性点欠陥が実質的に存在しない軸対称な領域を有する単結晶シリコンの製造方法に関する。
【０００２】
単結晶シリコンは、半導体電子部品を製造する多くの方法における出発材料であって、一般にいわゆるチョクラルスキー（Ｃｚ）法によって製造されている。この方法では、ルツボの中に多結晶シリコン（ポリシリコン）を装入して溶融させ、その溶融シリコン(molten silicon)に種結晶を接触させて、ゆっくりと引き上げることによって単結晶を成長させている。ネック部の生成が完了した後、例えば引き上げ速度及び／又はメルト温度を、所望の又は目標の直径に到達するまで低下させることにより、結晶の直径を拡大させる。その後、減少するシリコンメルト（又はシリコンメルト）を補いながら、引き上げ速度及び／又はメルト温度を制御することによって、ほぼ一定の直径を有する結晶の円筒形状の本体部(main body)を成長させる。成長プロセスの終わり近くであって、ルツボの溶融シリコンが空になる前に、結晶直径を徐々に縮小させて、エンドコーン部を形成する必要がある。一般に、エンドコーン部は、結晶の引き上げ速度を大きくし、及びルツボに供給する熱を増加することによって得られる。直径が十分小さくなると、結晶はシリコンメルトから分離される。
【０００３】
インゴットを固化温度から冷却する際に、成長チャンバーの中で単結晶シリコン内に種々の欠陥(defects)が生成するということが、今では認められている。特に、インゴットが冷却される際に、それ以下では所定の真性点欠陥が臨界的に過飽和となるような閾温度(threshold temperature)に達するまで、真性点欠陥、例えば結晶格子間空孔又はシリコン自己格子間原子などがシリコン格子の中に溶け込むようにして残される。この閾温度以下へ冷却すると、反応又は凝集事象が起こり、凝集した真性点欠陥が生じる。
【０００４】
既に報告されているように（例えば、米国特許第５,９１９,３０２号；同第６,２５４,６７２号；同第６,２８７,３８０号；同第６,３２８,７９５号及び同第６,３１２,５１６号参照）、シリコン内のこれらの点欠陥の型（タイプ）及び初期濃度は、固化温度（例えば、約１４１０℃）から約１３００℃より高い温度（例えば、約１３２５℃、約１３５０℃又はそれ以上）へインゴットが冷却される際に決まる；即ち、これらの欠陥の型（タイプ）及び初期濃度は、比ｖ／Ｇ０［式中、ｖは成長速度であり、Ｇ０はこの温度範囲にわたる結晶の平均軸方向温度勾配である。］によって制御される。特に、図１を参照すると、ｖ／Ｇ０の値を上昇させるためには、自己格子間原子が優勢な成長の減少から空孔優勢な成長の増加への遷移(transition)は、ｖ／Ｇ０の臨界値の近くにて起こる。その値は、現在利用できる情報に基づけば、約２．１×１０−５ｃｍ２／ｓＫ［式中、Ｇ０は、上記の規定の温度範囲内で軸方向温度勾配が一定である条件にて測定される。］と考えられる。従って、プロセス条件、例えば成長速度（これはｖに影響する）、並びにホットゾーンコンフィグレーション（これはＧ０に影響する）を制御することによって、単結晶シリコン内における真性点欠陥が主として空孔型（空孔が優勢）であるか（この場合、一般にｖ／Ｇ０は臨界値よりも大きい）、又は主として自己格子間原子型（自己格子間原子が優勢）であるか（この場合、一般にｖ／Ｇ０は臨界値よりも小さい）を決めることができる。
【０００５】
凝集した欠陥の生成は、一般に、２段階で生じる。その第１の段階は、欠陥の「核形成(nucleation)」であって、真性点欠陥が所定の温度にて過飽和される結果としてのものである。この「核形成閾値(nucleation threshold)」温度に一旦達すると、真性点欠陥は凝集を開始する。真性点欠陥は、欠陥が存在するインゴットの部分の温度が、シリコン格子の中で、その温度以下では商業的に実用的な時間内で真性点欠陥が動けない第２の閾値温度（即ち、「拡散閾値(diffusivity threshold)」）以上である間は、拡がり続ける。インゴットがこの温度以上である間は、空孔真性点欠陥又は自己格子真性点欠陥は結晶格子の中を通って、凝集した空孔欠陥又は自己格子欠陥がそれぞれ既に存在している部位(site)へ拡散し、所定の凝集欠陥の寸法を成長させる。これらの凝集した欠陥の部位は、より好ましい凝集のエネルギー状態のために、真性点欠陥を引き寄せ及び集める「シンク(sink)」として本質的に機能するので、成長が起こる。
【０００６】
従って、凝集欠陥の生成及び寸法は、（そのような点欠陥の初期濃度に影響する）ｖ／Ｇ０、並びに、上側は「核形成閾値」に関連付けられ、下側は（そのような欠陥の密度及び寸法に影響する）「拡散閾値」に関連付けられた温度範囲にわたるインゴットの本体部の滞留時間又は冷却速度を含む成長条件に依存する。既に報告したように（上述した米国特許を参照のこと）、滞留時間又は冷却速度を制御することによって、ｖ／Ｇ０の値のより大きな範囲にわたって抑制されるべき凝集した真性点欠陥の生成が可能となり、従って、制御された冷却によって、許容され得るｖ／Ｇ０の値のより大きな「ウインドウ(window)」を許容して、実質的に欠陥を有さないシリコンの成長を可能とする。
【０００７】
しかしながら、真性点欠陥の初期濃度及び型に関して、固化の時間では、引き上げ速度、従って本質的にｖはその特定の軸方向の位置では半径の関数として実質的に一定であり、即ち、インゴットの各軸方向の位置でｖは半径方向について実質的に一定であるということが認められている。更に、真性点欠陥の濃度、及び場合によって型は、インゴットの側方表面又は外側表面における熱損失(heat-loss)のために半径に沿って一定ではなく、それによってインゴットの中心部から外側方向へ動く半径に沿ってＧ０の増加が生じるということも認められている。一般に、これはホットゾーン(hot zone)の構成についての制約（即ち、結晶表面における熱損失を十分に制限することができないこと（又は制御不能性(inability to control)))によるものである。このＧ０（ｒ）の制御不能性は、実際のＧ０値が大きくなると、更に顕著になる。その結果、実質的に欠陥を有さないシリコンの歩留まり(throughput)を増加させることはより困難になる。点欠陥の初期濃度及び所望のタイプを維持するために、ｖの増加は一般にＧ０の増加を必要とする。
【０００８】
（発明の要旨）
従って、本発明は、チョクラルスキー（Ｃｚ）法に従って単結晶シリコンインゴットを引き上げる方法であって、ルツボ内に入れられているシリコンメルトに種結晶を接触させ、その際、該ルツボは種結晶と同軸としてあり、その後そこから種結晶を引き上げて、種結晶に隣るインゴットのネック部、該ネック部に隣るシード・コーン部、及び該シード・コーン部に隣る直径一定部分を形成し、前記直径一定部分は、少なくとも１５０ｍｍの公称直径と、（ｉ）該シード・コーン部から直径一定部分への移行部からインゴットの軸に沿って測定してＬの長さと、（ii）それぞれ前記移行部から軸に沿って、長さＬの一部として測定して、距離Ｄ（１→ｎ）の位置にあるポジションＰ（１→ｎ）の第１の系列、並びに、（iii）それぞれ前記移行部から軸に沿って、長さＬの一部として測定して、距離ＤＤ（１→ｎ）の位置にあるポジションＰＰ（１→ｎ）の第２の系列を有しており、前記第２の系列におけるそれぞれの距離及びポジションは第１の系列におけるそれぞれの距離及びポジションと同じであっても異なってもよい方法に関する。この方法は、（ａ）種結晶とルツボとを反対の向きに回転させること；（ｂ）インゴットの直径一定部分の増加する軸方向長さの関数として、ルツボ平均回転速度（ＣＲ）を低下させて、ポジションＰ１におけるルツボ平均回転速度をポジションＰ２におけるルツボ平均回転速度よりも大きくして、その場合に  Ｄ２ ≧（Ｄ１＋０．１Ｌ）であり；並びに（ｃ）直径一定部分における平均軸方向酸素含量が実質的に一定となるように、ルツボ回転速度変調（ＣＲＭ）によって制御することを含んでなる。
【０００９】
本発明は、チョクラルスキー（Ｃｚ）法に従って単結晶シリコンインゴットを引き上げる方法であって、ルツボ内に入れられているシリコンメルトに種結晶を接触させ、その際、該ルツボは種結晶と同軸としてあり、その後そこから種結晶を引き上げて、種結晶に隣るインゴットのネック部、該ネック部に隣るシード・コーン部、及び該シード・コーン部に隣る直径一定部分を形成し、前記直径一定部分は、インゴットの軸から側表面へ延びる少なくとも７５ｍｍの公称半径を有する方法に関する。この方法は、（ａ）種結晶とルツボとを反対の向きに回転させること；（ｂ）インゴットの直径一定部分を成長させる間、メルト表面から測定して、軸近くで少なくとも約５ｍｍの高さＺａ、及び半径の中間点付近におけるメルト表面で、界面の上方に高さＺＲ／２の高さであって、高さＺＲ／２は高さＺａの少なくとも約１２０％である高さを有するメルト−固体界面を生成させるのに十分なルツボ平均回転速度（ＣＲ）でルツボを回転させること；並びに（ｃ）直径一定部分における平均軸方向酸素含量が実質的に一定となるようにルツボ回転速度変調（ＣＲＭ）によって制御することを含んでなる。
【００１０】
本発明は、更に、チョクラルスキー（Ｃｚ）法に従って単結晶シリコンインゴットを引き上げる方法であって、ルツボ内に入れられているシリコンメルトに種結晶を接触させ、その際、該ルツボは種結晶と同軸としてあり、その後そこから種結晶を引き上げて、種結晶に隣るインゴットのネック部、該ネック部に隣るシード・コーン部、及び該シード・コーン部に隣る直径一定部分を形成し、前記直径一定部分は少なくとも１５０ｍｍの公称直径を有する方法に関する。この方法は、（ａ）種結晶とルツボとを反対の向きに回転させること；（ｂ）インゴットの直径一定部分の少なくとも一部のセグメントについて、比ｖ／Ｇ０［式中、ｖは成長速度であり、Ｇ０は固化温度から約１３００℃以上の温度までの温度範囲での平均軸方向温度勾配である。］を制御し、その比の制御は、セグメントが成長するにつれて平均ルツボ回転速度（ＣＲ）を低下させることを含んでなり；（ｃ）前記セグメントにおける平均軸方向酸素含量が実質的に一定となるように、ルツボ回転速度変調（ＣＲＭ）によって制御すること；並びに（ｄ）前記セグメントの固化温度から約１０５０℃又はそれ以下の温度への冷却速度を制御し、その際、前記セグメントは（ｉ）凝集空孔欠陥又は（ii）Ａ型凝集自己格子型欠陥を実質的に含まない軸対象な領域を有することを含んでなる。
【００１１】
上述の方法の１つの特定の態様では、凝集真性点欠陥が実質的に存在しないセグメントの中に軸対象な領域を生じさせ、その中の優勢な真性点欠陥がシリコン自己格子間原子型又はシリコン格子空孔型のいずれかであるように、比ｖ／Ｇ０を制御する。
【００１２】
本発明の方法の上述した態様では、場合によってルツボ回転速度変調（ＣＲＭ）を用いて実質的に一定な酸素濃度を達成し、その酸素濃度はチョクラルスキー型の成長プロセスによって一般的に達成し得る範囲内に本質的に収まるものである。本発明のその他の特徴は、以下の記載によって明らかになるであろう。
【００１３】
（好ましい態様についての詳細な説明）
一般的に、本発明によって、ルツボ平均回転速度（ＣＲ）を制御して、図２及び３にそれぞれ示すように、固化温度から約１３００℃を上回る温度（例えば、１３２５℃、１３５０℃又はそれ以上の温度）への温度範囲で、結晶における平均軸方向温度勾配Ｇ０及びメルト−固体界面の形状を変化させることができるということが見出された。特に、本発明の方法は、ＣＲを用いて、成長しつつある結晶の中心軸近くの平均軸方向温度勾配を増加させる方法であって、Ｇ０の値が常套の方法よりも実質的に高い場合であっても、成長しつつある結晶の側方表面の近くの平均軸方向温度勾配には実質的に影響を及ぼすことがなく、その結果、比ｖ／Ｇ０を半径の関数としてより一様に表すことができる。
【００１４】
いずれか特定の理論に支持されるのではないが、図４Ａ及び４Ｂ（これらは説明の目的のみで提供する）を参照すると、ルツボの回転によって、単結晶シリコンインゴットの成長の間におけるメルトの流れを変化させて、インゴットの中央軸の近くのメルトに生じる乱流の程度がより小さくなり、該中央軸の近くのメルトの上向きの流れがより少なくなり、又は下向きの流れがより多くなる結果が得られる。このことによって、中央軸の近くでメルトから結晶を通って熱を一層分配して、従って中央軸の近くで成長しつつあるインゴットの勾配を増大させる効果がもたらされる。
【００１５】
Ｇ０が増大すると、同じｖ／Ｇ０の値を得ながら、主として引き上げ速度を制御することにより、ｖを増大させ、その結果、同じ型及び品質の単結晶シリコンの処理量（throughput）が増大するので、Ｇ０を大きくすることが望ましいということはよく知られていることである。特に中央軸又はその近くにてＧ０を制御するか又は変化させる本発明のアプローチは、ホットゾーンの構成に用いることができるＧ０を増大させる他のアプローチから区別することができる。特にそのような常套のアプローチは、一般に、インゴットの半径方向の実質的に全体にわたって、特に半径方向縁部側にてＧ０を増大させるのに対して、本発明のアプローチでは、中央軸の近くでより高いＧ０を達成し、半径方向縁部側では生じ得るとしてもわずかなＧ０の変化をもたらすのである。更に、本発明のアプローチは、結晶中の軸方向に均一な酸素濃度を得るために（例えば、米国特許第5,593,498号;同第5,766,341号;同第5,215,620号;同第4,040,895号;同第4,436,577及び同第5,178,720号参照のこと）、平均ルツボ回転速度が一定であるか又は結晶の直径一定部分の長さの関数として増大する常套のチョクラルスキー型の方法から、結晶の直径一定部分の軸方向長さの一部、又はある態様では実質的に全部について減少するルツボ回転速度(decreasing CR)を利用するとういう点で区別することができる。
【００１６】
本発明の方法によれば、直径一定部分の均一性又は酸素濃度制御の低下を、ルツボ回転速度変調（ＣＲＭ）によって補うことができる。一般的に言って、少なくともいくつかの態様では、ルツボ回転速度変調の期間及び／又は振幅を増大させることによって、既存のチョクラルスキー（Ｃｚ）法に匹敵する酸素濃度が可能となることが観察されており；実際に、本発明の方法によれば、達成すべきチョクラルスキー型成長方法に共通する本質的にいずれかの酸素濃度（即ち、ＡＳＴＭ  Ｆ−１２１−８３に従って、例えば約１０ＰＰＭＡ、約１２ＰＰＭＡ、約１４ＰＰＭＡ、約１６ＰＰＭＡ、又は約１８ＰＰＭＡの場合も含めて、約１０ＰＰＭＡ〜約１８ＰＰＭＡの範囲内の濃度）が許容される。
【００１７】
本発明の特に好適な実施例において、単結晶シリコンインゴットの直径一定部分の一部又は全体において凝集真性点欠陥が生成することを制限し、より好ましくは防止するために、引き上げ速度及びこの技術分野において既知の他のパラメータと共に、平均ルツボ回転速度を制御して、場合によって（本明細書において更に説明するように）冷却速度と組み合わせて、比ｖ／Ｇ０の制御を利用することができる。（例えば図５を参照して）更に説明するように、このようにして成長する実質的に欠陥を有さない単結晶シリコンは、比ｖ／Ｇ０（ｒ）の値をより均一にする機能を果たすうえで有利である。
【００１８】
Ｉ．界面形状(Interface Shape)
図４Ａ及び４Ｂ並びに図６Ａ及び６Ｂを参照すると、本発明の方法に従って、単結晶シリコンインゴットの主たる部分又は直径一定部分を成長させる間に平均ルツボ回転速度を制御することによって、「Ｍ字形状(M-shaped)」又は「ガルウイング形状(gull-wing shaped)」のメルト−固体界面が得られるのである。特に図７を参照すると、ある態様において、界面は中央軸又はその付近において高さＺａを有しており、この高さＺａはメルトレベルの少なくとも約５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ又はそれ以上である。尚、この高さの距離は、中央軸に沿って測定して、中央軸又はその付近におけるルツボ中のメルトレベルとメルト−固体界面との間の距離である。更に、中央軸側から半径方向外側へ移動して、前記界面は半径のほぼ半分又は中間点にて、ＺＲ／２の高さを有しており、高さＺＲ／２は高さＺａの少なくとも約１２０％であり、いくつかの態様では、約１２５％、１３０％、１３５％、１４０％、１４５％、１５０％又はそれ以上であってよい。
【００１９】
そのような界面は、インゴットの主たる部分の約１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％又はそれ以上が生成した後に平均ルツボ回転速度を制御することによって得ることができる。換言すれば、この界面は、メルトの約１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％又はそれ以上が消耗され又は固化した後に達成することができる。
【００２０】
II．プロセスパラメータ
Ａ．ルツボ回転（ＣＲ）
本発明の方法によれば、この技術分野において既知の及び／又は本明細書に記載する手段を用いて、シリコンメルトの製造を一旦完了して、それに種結晶を接触させて、平均ルツボ回転速度（ルツボは一般に同軸状の種結晶の回転方向とは逆回りに回転する）を制御する。種結晶をシリコンメルトから引き上げてインゴットの直径一定部分を成長させる際に、ルツボの回転速度を利用しない常套の又は標準的な方法と対比して、平均ルツボ回転速度を制御し、特に低下させて、インゴットの側表面又は縁部において又はその近くにてＧ０が実質的に変化しないように保持しながら、成長しつつある直径一定部分の中央軸又はその近くにてＧ０を制御し、特にＧ０を増大させる。ルツボの回転速度は、図３及び９に示すように、実質的に一定か又は直径一定部分の長さの関数として増大する（米国特許第5,593,498号;同第5,766,341号;同第5,215,620号;同第4,040,895号;同第4,436,577及び同第5,178,720号を参照されたい。ここでルツボ平均回転速度（ＣＲ）は一定か又は長さの関数として増大する）。更に、本発明の方法は、ルツボ回転速度変調（ＣＲＭ）を用いて、インゴットの直径一定部分において、該直径一定部分の軸方向長さの関数として、一定の酸素濃度又は実質的に一様な酸素濃度を確保する。
【００２１】
この点に関して、本明細書における「平均」ルツボ平均回転速度とは、所定の軸方向位置において、変調サイクルにおける瞬間的なルツボ平均回転速度の最大値と最小値との間の実質的に等しい回転速度の値のことである。即ち、平均値とは、変調サイクルの一部において、互いに前後して生じ得るルツボ回転速度の最大値と最小値との中間の値である。更に、ルツボ回転速度変調（ＣＲＭ）を用いる場合、瞬間的なルツボ回転速度とルツボ平均回転速度とは実質的に同じである。
【００２２】
本発明の方法において、インゴットの直径一定部分の少なくとも一部（例えば、直径一定部分の軸方向の全長の少なくとも約５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、９５％又は約１００％の場合もある）を成長させる際に、ルツボ平均回転速度（ＣＲ）を低下させることによって、約１５０ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ又はそれ以上の公称直径を有する単結晶シリコンインゴットが製造される。例えば、本発明の方法の１つの態様によれば、インゴットの直径一定部分は、（i）シード・コーン部から直径一定部分への移行部からインゴットの軸に沿って測定してＬの長さ、（ii）それぞれ前記移行部から軸に沿って、長さＬの一部として測定して、距離Ｄ（１→ｎ）の位置にあるポジションＰ（１→ｎ）の第１の系列、並びに、（iii）それぞれ前記移行部から軸に沿って、長さＬの一部として測定して、距離ＤＤ（１→ｎ）の位置にあるポジションＰＰ（１→ｎ）の第２の系列を有している。前記第２の系列におけるそれぞれの距離及びポジションは第１の系列におけるそれぞれの距離及びポジションと同じであっても異なってもよい。この方法は、一部において、インゴットの直径一定部分についての増大する軸方向長さの関数として、ルツボ平均回転速度（ＣＲ）を低下させることを含んでおり、Ｄ２ ≧(Ｄ１＋０．１Ｌ）である場合に、ポジションＰ１におけるルツボ平均回転速度をポジションＰ２におけるルツボ平均回転速度よりも大きくする。
【００２３】
この点に関して、ポジションＰ１及びＰＰ１は、それぞれ独立して、移行部であってもよいし、又はインゴットの直径一定部分の成長を開始させ（例えば、０Ｌにて）、又はインゴットの直径一定部分の軸方向長さに沿ういずれかの部位（例えば、約０．１Ｌ、０．２Ｌ、０．３Ｌ、０．４Ｌ、０．５Ｌ、０．６Ｌ、０．７Ｌ、０．８Ｌ、又は０．９Ｌ）であってもよい。例えばある態様では、Ｄ２は、約０．９Ｌ、０．８Ｌ、０．７Ｌ、０．６Ｌ、０．５Ｌ、０．４Ｌ、０．３Ｌ、０．２Ｌ又はそれ以下であり、従って、Ｄ１は少なくとも０．１Ｌ以下である。例えば、Ｄ２が約０．９Ｌである場合、Ｄ１は０．８Ｌ又はそれ以下（例えば、約０．７Ｌ、０．６Ｌ、０．５Ｌ、０．４Ｌ、０．３Ｌ、０．２Ｌ、０．１Ｌ又はそれ以下である）；Ｄ２が約０．８Ｌである場合、Ｄ１は０．７Ｌ又はそれ以下（例えば、約０．６Ｌ、０．５Ｌ、０．４Ｌ、０．３Ｌ、０．２Ｌ、０．１Ｌ又はそれ以下である）；Ｄ２が約０．６Ｌである場合、Ｄ１は０．５Ｌ又はそれ以下（例えば、約０．４Ｌ、０．３Ｌ、０．２Ｌ、０．１Ｌ又はそれ以下である）；Ｄ２が約０．４Ｌである場合、Ｄ１は０．３Ｌ又はそれ以下（例えば、約０．２Ｌ、０．１Ｌ又はそれ以下である；並びにＤ２が約０．２Ｌである場合、Ｄ１は約０．１Ｌ又はそれ以下である）。
【００２４】
ある態様では、直径一定部分の成長を開始する際に、ルツボの回転速度の低下を開始しない。或いは、場合によっては、シード・コーンに隣る直径一定部分の成長の最初のほぼ５％（０．０５Ｌ）、１０％（０．１Ｌ）、１５％（０．１５Ｌ）、又は２０％（０．２Ｌ）の成長の間、増大させたり、又は一定に保ったりもし得る。更に、ルツボの回転速度は、すべての態様において、エンド・コーンの成長を開始するまで低下させ続けなくてもよい。ある場合には、シード・コーンの反対側端部に隣る直径一定部分の成長の最後の約５％（０．０５Ｌ）、１０％（０．１Ｌ）、若しくは１５％（０．１５Ｌ）、又は２０％（０．２Ｌ）の成長の間、増大させたり又は一定に保ったりすることもある。
【００２５】
ある態様では、結晶の特定の部分若しくは部位の間（例えば、ポイントＰ１とＰ２との間）でＣＲを実質的に直線的に低下させることもできるし、その他の態様では、ＣＲを実質的に非直線的に低下させることもできる。回転速度を低下させる様式とは関係なく、回転速度を低下させる所定の領域（例えば、ＣＲが一定であるか若しくは増大する最初の領域と最後の領域との間、又はポイントＰ１とＰ２との間の領域）で、ＣＲを少なくとも約１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、又は場合によっては９０％低下させることができる。即ち、Ｐ２におけるルツボ回転速度（ＣＲ）の平均値を、Ｐ１におけるルツボ回転速度（ＣＲ）の平均値よりも約１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、又は場合によっては９０％小さくすることができる。１つの態様例では（全体として図９についてであるが）、インゴットの直径一定部分が成長する際にＣＲを低下させており、例えば、（ｉ）Ｐ１が約０．１Ｌであり、Ｐ２が約０．４Ｌである場合に、約１０％、１５％又は場合によっては２０％；（ii）Ｐ１が約０．４Ｌであり、Ｐ２が約０．７Ｌである場合に、約１０％、１５％又は場合によっては２０％；（iii）Ｐ１が約０．７Ｌであり、Ｐ２が約０．９Ｌである場合に、約５％、１０％又は場合によっては１５％である。
【００２６】
ルツボ回転速度についての正確な値は、例えば、ルツボの寸法、インゴット直径、ホットゾーンの構成等（例えば、メルト及び／又は結晶の熱勾配(thermal gradient)に影響を及ぼすパラメータ）の関数として、変動し得る。従って、ルツボ平均回転速度（ＣＲ）は、一般に、チョクラルスキー型成長方法に用いられる回転速度の範囲内に含まれる。しかしながら、一般に、主部分の成長の間、又はそれに関連する部分の成長の間、ルツボ平均回転速度（ＣＲ）は、約１〜約２０ｒｐｍ、約５〜約１５ｒｐｍ、又は約７〜約１２ｒｐｍ変動し得る。特に、いくつかの態様において、主部分の最初の約５％（０．０５Ｌ）、１０％（０．１Ｌ）、２０％（０．２Ｌ）、３０％（０．３Ｌ）、４０％（０．４Ｌ）、５０％（０．５Ｌ）又はそれ以上の成長の間、ＣＲは約１０〜１５ｒｐｍ変動し得る。換言すれば、最初の約５％〜５０％、最初の約１０％〜４０％、又は最初の約１５％〜３０％の成長の間で、ＣＲは約１０〜１５ｒｐｍ変動し得る。更に、同じ又は別の態様において、主部分の本質的に残部（例えば、残りのおよそ９５％、９０％、８０％、７０％、６０％、５０％又はそれ以下）の成長の間、ルツボ平均回転速度（ＣＲ）は約５ｒｐｍ〜約１０ｒｐｍの範囲で、又は約６ｒｐｍ〜約８ｒｐｍの範囲で変動させ得る。１つの好ましい態様において、Ｐ１が約０．１Ｌ〜０．４Ｌの間の軸方向の位置（従って、Ｄ１は約０．１Ｌ〜０．４Ｌの間）である場合に、ルツボ平均回転速度（ＣＲ）は約１０〜１５ｒｐｍ、又は１１〜１３ｒｐｍの範囲の値であってよい。更に、Ｐ２が約０．６Ｌ〜０．９Ｌの間の軸方向の位置（従って、Ｄ２は約０．６Ｌ〜０．９Ｌの間）である場合に、ルツボ平均回転速度（ＣＲ）は約５〜１０ｒｐｍ、又は６〜８ｒｐｍの範囲の値であってよい。
【００２７】
Ｂ．ルツボ回転速度変調（ＣＲＭ）
上述したように、ルツボ平均回転速度（ＣＲ）を用いてＧ０（ｒ）を変化させることによって得られる酸素含量を制御する能力の低下は、ルツボ回転速度変調（ＣＲＭ）を用いることによって相殺又は補償することができる。即ち、ルツボ平均回転速度（ＣＲ）は成長しつつある単結晶シリコンの型及び品質に実質的に影響を及ぼし得るが、ルツボ回転速度変調（ＣＲＭ）はそうではなく、従って直径一定部分の平均酸素含量又はその一部は、ルツボの回転速度を変調させることによって制御することができる。このようにして、インゴットの直径一定部分又はその一部の平均酸素含量は、例えば、適用される磁界の不存在下で制御することができる（例えば、米国特許第5,178,720号及び同第6,458,204号参照のこと）。
【００２８】
例えば、図１１を参照すると、インゴット又はその一部の平均酸素含量を本発明に従って制御して、チョクラルスキー型成長方法によって達成し得る範囲内に本質的に収まるようにすることができる。即ち、（ＡＳＴＭ  Ｆ−１２１−８３に従って、）平均酸素含量を約１０ＰＰＭＡ、約１２ＰＰＭＡ、約１４ＰＰＭＡ、約１６ＰＰＭＡ、又は場合によって約１８ＰＰＭＡとすることができる。更に、この酸素含量は、ＣＲＭを用いて、軸方向について実質的に一定であるように制御することができる。即ち、平均酸素含量を、ルツボ回転速度変調（ＣＲＭ）を用いて、インゴット又はその一部の直径一定部分の軸方向長さの関数として、約１０％以下、５％以下、４％以下、３％以下、２％以下、１％又はそれ以下で変動するように制御することができる。
【００２９】
再び図９を参照すると、主部分の成長の間のいずれかのポイントにて、ルツボ回転速度の変調を開始することができるが、一般に直径一定部分の成長が開始される時点ではない。その理由は、このエンド（端部）では酸素含量は最も高くなり、他のすべてのパラメータは等しくなる傾向にあるためである。従って、少なくともいくつかの態様において、直径一定部分の最初の５％（０．０５Ｌ）、１０％（０．１Ｌ）、１５％（０．１５Ｌ）、２０％（０．２Ｌ）又はそれ以上の成長の後まで、ルツボ回転速度変調（ＣＲＭ）は開始しない。
【００３０】
この点に関して、いずれか特定の理論に支持されるものではないが、変調プロファイルによって生じるルツボの速度及び加速における急速な変化は、ルツボ壁近くのシリコンメルトにおける酸素拡散境界層厚さ(oxygen diffusion boundary layer thickness)を小さくすると一般的に考えられるということに注意されたい。これによってシリコンメルトに酸素が富化(enrich)され、シリコンメルト−固体界面における偏析によって、成長中のインゴットの直径一定部分における酸素濃度が増大する。従って、そうでなければ直径一定部分における酸素濃度が低いであろうと考えられる部分を引き上げる間に、速度シグナルに変調プロファイルが加えられる。直径一定部分の最初の部分の間で酸素濃度が最も高く、それはメルトとルツボ表面との間の接触の程度が高いためであると少なくとも部分的に考えられているので、酸素濃度を増大させる必要はないと考えられており、従って一般に変調プロファイルは速度信号に加えられない。しかしながら、直径一定部分の最初の部分の成長に続いて、メルトレベルの降下によって酸素濃度は低下し始め、従って、変調プロファイルも徐々に段階的に導入されて、酸素濃度を増大させ及び軸方向酸素勾配を実質的に低下させる。
【００３１】
この点に関して、この技術分野において既知の手段を用いて、ルツボ平均回転速度（ＣＲ）の制御及び変調を達成することができる（例えば、米国特許第５,７６６,３４１号及び同第５,５９３,４９８号参照のこと）。
少なくともいくつかの態様例において、変調の振幅は、直径一定部分の軸方向長さの関数として増大する。特に、上述したように、インゴットの直径一定部分は、（i）シード・コーン部から直径一定部分への移行部からインゴットの軸に沿って測定してＬの長さ、（ii）それぞれ前記移行部から軸に沿って、長さＬの一部として測定して、距離Ｄ（１→ｎ）の位置にあるポジションＰ（１→ｎ）の第１の系列、並びに、（iii）それぞれ前記移行部から軸に沿って、長さＬの一部として測定して、距離ＤＤ（１→ｎ）の位置にあるポジションＰＰ（１→ｎ）の第２の系列を有している。従って、この方法は、ルツボ回転速度変調（ＣＲＭ）によってインゴットの直径一定の部分における平均軸方向酸素含量を実質的に一定に保つことを含んでおり、その場合に、ポジションＰＰ１におけるルツボ回転速度変調（ＣＲＭ）の振幅を、ポジションＰＰ２におけるルツボ回転速度変調（ＣＲＭ）の振幅よりも小さくして、ＤＤ２ ≧ＤＤ１とする。
【００３２】
この方法のいくつかの態様では、ＤＤ２ ≧(ＤＤ１＋０．１Ｌ）である。例えば、ＤＤ２は、約０．９Ｌ、０．８Ｌ、０．７Ｌ、０．６Ｌ、０．５Ｌ、０．４Ｌ、０．３Ｌ、０．２Ｌ又はそれ以下であり、従って、ＤＤ１はそれぞれ少なくとも０．１Ｌ以下であってよい。例えば、ＤＤ２が約０．９Ｌである場合、ＤＤ１は０．８Ｌ又はそれ以下（例えば、約０．７Ｌ、０．６Ｌ、０．５Ｌ、０．４Ｌ、０．３Ｌ、０．２Ｌ、０．１Ｌ又はそれ以下である；ＤＤ２が約０．８Ｌである場合、ＤＤ１は０．７Ｌ又はそれ以下（例えば、約０．６Ｌ、０．５Ｌ、０．４Ｌ、０．３Ｌ、０．２Ｌ、０．１Ｌ又はそれ以下である；ＤＤ２が約０．６Ｌである場合、ＤＤ１は０．５Ｌ又はそれ以下（例えば、約０．４Ｌ、０．３Ｌ、０．２Ｌ、０．１Ｌ又はそれ以下である；ＤＤ２が約０．４Ｌである場合、ＤＤ１は０．３Ｌ又はそれ以下（例えば、約０．２Ｌ、０．１Ｌ又はそれ以下である；並びにＤＤ２が約０．２Ｌである場合、ＤＤ１は約０．１Ｌ又はそれ以下である。
【００３３】
ルツボ回転速度（ＣＲ）を増大させ又は減少させる程度は、軸方向について所定のいずれかの位置において本質的に等しい。例えば、ルツボ回転速度変調（ＣＲＭ）の振幅は、約１％〜約５０％又はそれ以上であって、インゴットの直径一定の部分での所定の軸方向位置における平均ルツボ平均回転速度（ＣＲ）以下の範囲、或いは約５％〜約４０％、約１０％〜約３０％、又は約１５％〜約２５％で変化させることができる。１つの好ましい態様において、ルツボ回転速度変調（ＣＲＭ）は正弦波(sine wave)の形状（ルツボの回転速度は正弦波の値の関数として増加及び減少する）を有する。
【００３４】
図９及び１２を参照すると、少なくともいくつかの態様例において、直径一定の部分の成長を開始する際に、ルツボ回転速度変調（ＣＲＭ）を開始してはいない。むしろ、いくつかの態様において、シード・コーンに隣る直径一定の部分の最初の約５％（０．０５Ｌ）、１０％（０．１Ｌ）、又は場合によって１５％（０．１５Ｌ）若しくは２０％（０．２Ｌ）を成長させた後に、ルツボ回転速度変調（ＣＲＭ）を開始することができる。更に、すべての態様例において、エンド・コーンの成長が始まるまで、又はより一般的には、直径一定の部分の成長が終わるまで、ルツボ回転速度変調（ＣＲＭ）の振幅を増大し続けなくてもよい。むしろ、場合によって、シード・コーンの反対側に隣る直径一定の部分における最後の約５％（０．０５Ｌ）、１０％（０．１Ｌ）、若しくは１５％（０．１５Ｌ）、又は２０％（０．２Ｌ）の成長の間、一定に保ったり又は減少させたりすることもある。
【００３５】
いくつかの態様例において、ルツボ回転速度変調（ＣＲＭ）の振幅は、結晶の注目する部分又は部位どうしの間（例えば、ポイントＰＰ１〜ＰＰ２の間）で実質的に直線的に増大し得るが、他の態様例ではルツボ回転速度変調（ＣＲＭ）の振幅は実質的に非直線的に増大することもある。振幅を増大させる様式とは無関係に、振幅を増大させる所定の領域内で（例えば、ルツボ回転速度変調（ＣＲＭ）の振幅が本質的に０（零）、一定若しくは減少する最初と最後の領域の間、或いは、ポイントＰＰ１〜ＰＰ２の間で）、ＣＲＭの振幅は少なくとも約１．２５倍、１．５倍、２倍、３倍、４倍、５倍、６倍又はそれ以上で増大し得る。即ち、ポイントＰＰ２におけるルツボ回転速度変調（ＣＲＭ）の振幅は、ポイントＰＰ１におけるルツボ回転速度変調（ＣＲＭ）の振幅の約２倍、３倍、４倍、５倍、６倍又はそれ以上で増大し得る。１つの代表的な態様例において（一般に図１１を参照すると）、インゴットの直径一定の部分が成長するにつれてルツボ回転速度変調（ＣＲＭ）の振幅は増大して、その中の酸素含量を、例えば、(i)ＰＰ１が約０．２Ｌであり、ＰＰ２が約０．４Ｌである場合に約２倍又は約３倍；(ii)ＰＰ１が約０．４Ｌであり、ＰＰ２が約０．６Ｌである場合に約１．５倍又は約２倍；並びに(iii)ＰＰ１が約０．６Ｌであり、ＰＰ２が約０．９Ｌである場合に約１．２５倍又は約１．５倍と制御する。
【００３６】
ルツボ回転速度変調（ＣＲＭ）の大きさ及び時間又は期間についての実際の値は、一般に、所望の酸素含量を達成するためにチョクラルスキー型成長方法において用いられる変調速度の範囲内に本質的に収まることもできる。しかしながら、一般に、ルツボ回転速度変調（ＣＲＭ）の振幅は、約０．１ｒｐｍ〜約１０ｒｐｍ、約１ｒｐｍ〜約９ｒｐｍ、約２ｒｐｍ〜約８ｒｐｍ、又は約３ｒｐｍ〜約５ｒｐｍの範囲である；ルツボ平均回転速度（ＣＲ）は、約１ｒｐｍ〜約１０ｒｐｍ、約２ｒｐｍ〜約８ｒｐｍ、または約３ｒｐｍ〜約５ｒｐｍで増大及び／又は減少する。例えば、１つの好適な態様例において、ＰＰ１が約０．１Ｌ〜０．４Ｌの間の軸方向位置（従って、ＤＤ１は約０．１Ｌ〜０．４Ｌの間である）である場合、ルツボ回転速度変調（ＣＲＭ）の振幅は、約０ｒｐｍ以上（例えば約０．１ｒｐｍ以上）で約２ｒｐｍ又はそれ以下、又は約０．５ｒｐｍから約１．５ｒｐｍまでの範囲の値をとり得る。更に、ＰＰ２が約０．６Ｌから約０．９Ｌまでの範囲の軸方向位置にある（即ち、ＤＤ２が約０．６Ｌ〜０．９Ｌの間である）場合、ルツボ回転速度変調（ＣＲＭ）の振幅は約２ｒｐｍ以上で約４ｒｐｍまでの範囲、又は約２．５ｒｐｍから約３．５ｒｐｍの範囲の値であってよい。
この点に関して、本明細書にて用いるように、振幅とは、１つの変調サイクルの中の瞬間的なルツボ回転速度の最大値又は最小値のことを指しているということに注意されたい。
【００３７】
変調の頻度（又は周波数）については、成長中のシード又は結晶に有害な影響を与え得るメルトレベルでの、熱的及び機械的な変動を防止するために、十分に高いことが好ましい。従って、変動の時間は、一般に、約１０〜約１２０秒、約３０秒〜約９０秒、又は約４５秒〜約７５秒の範囲である。
酸素含量の制御に関して、より大きな振幅変調プロファイルが用いられる場合により高い酸素含量が得られる一方で、より小さな振幅変調プロファイルが用いられる場合により低い酸素含量が得られる。
【００３８】
ルツボ平均回転速度（ＣＲ）の変調を行う方法及び程度は、本発明の範囲を逸脱しなければ、本明細書に記載する事項以外の方法及び程度であってもよいということに注意されたい（例えば、米国特許第５,７６６,３４１号及び同第５,５９３,４９８号を参照）。また、別の態様では、パルス化した方形波又は三角波の関数として、ルツボ回転の変調を行うこともできる（例えば、米国特許第５,２１５,６２０号参照）。
【００３９】
単にインゴットの酸素含量を維持する目的でルツボ平均回転速度（ＣＲ）及び場合によってルツボ回転速度変調（ＣＲＭ）を制御する常套の方法と比べて、本発明によれば、ルツボ平均回転速度（ＣＲ）及びルツボ回転速度変調（ＣＲＭ）を制御することによって、大きい直径の単結晶シリコンインゴットの処理量を増大することができるということにも注目されたい。いずれか特定の理論に支持されるのではないが、この向上した処理量は、インゴットの直径一定の部分の側表面若しくは半径方向縁部における又はその近くの（例えば、ある態様例では、４℃／ｍｍ、４．２５℃／ｍｍ、４．５℃／ｍｍ又はそれ以上の値を有する）Ｇ０を実質的に変化させずに、中央軸における又はその近くでの（例えば、ある態様例では、少なくとも約２℃／ｍｍ、２．２５℃／ｍｍ、２．５℃／ｍｍ又はそれ以上の値を有する）Ｇ０を増大させた方法の結果であると考えられる。
【００４０】
III．実質的に欠陥を有さない成長
Ａ．欠陥を有さないシリコン
チョクラルスキー法に従って製造した単結晶シリコンインゴットの成長の間に、プロセス条件を制御して、インゴットの直径一定の部分が凝集真性点欠陥の実質的に存在しない領域又は部分を含むようにすることができるということは、既に報告されている（例えば、米国特許第５,９１９,３０２号；同第６,２５４,６７２号；同第６,２８７,３８０号；同第６,３２８,７９５号；及び同第６,３１２,５１６号）。これらの文献に開示されているように、成長速度ｖ、固化温度と約１３００℃以上の温度（例えば、少なくとも約１３２５℃、少なくとも約１３５０℃又は場合によっては少なくとも約１３７５℃）以上の温度との間の平均軸方向温度勾配Ｇ０、並びに、場合によって、固化から、シリコン自己格子間原子又は空孔真性点欠陥が商業的に実用的な時間内で動けない温度（例えば、約１１００℃以下、約１０５０℃、約１０００℃、約９００℃、又は場合によっては約８００℃）への冷却速度を含む成長条件を制御して、（ｉ）インゴットの直径一定の部分の円周領域又は側方縁部から半径方向内側へ延びる軸対称な格子間原子優勢な領域、及び／又は（ii）インゴットの中央軸を含む少なくとも約１５ｍｍの幅を有する軸対称な空孔優勢な領域であって、凝集真性点欠陥を実質的に有さない領域を形成することができる。
【００４１】
上述の文献に開示され、及び本明細書（例えば、図１０Ａ、図１０Ｂ及び図１０Ｃ並びにそれらに関連する説明）に記載及び説明するように、場合によっては、成長条件を制御して、インゴットの直径一定の部分（例えば、インゴットの直径一定の部分の半径とほぼ等しい半径幅を有する関連する部分）の体積に対する、それら軸対象な領域の１つの体積を最大化することができる。しかしながら、別法として、これらの軸対象な領域、インゴットの直径一定の部分の半径にほぼ等しいよりも小さい幅を有することができる。例えば、格子間原子優勢な軸対象な領域がインゴットの直径一定の部分にほぼ等しいよりも小さい幅を有する場合、この領域は側縁部から中央軸へ向かって測定して、インゴットの半径の約１０％又は２０％に等しい半径方向の幅を有することができ、約３０％、４０％、６０％、８０％、９０％又は場合によって約９５％の幅を有することもあり得る。更に、この軸対象な領域は、インゴットの直径一定の部分の少なくとも約１０％又は２０％の長さにわたって延びることができ、少なくとも約３０％、４０％、６０％、８０％、９０％、９５％又は場合によって約１００％の長さを有することもあり得る。
【００４２】
同様に、ある態様例において、軸対称で空孔優勢な領域の幅がインゴットの直径一定の部分の幅にほぼ等しいよりも小さい場合、この領域は、空孔−格子間原子境界から中央軸へ向かって測定して、インゴットの半径の約１０％又は２０％に等しい半径方向の幅を有することができ、約３０％、４０％、６０％、８０％、９０％又は場合によって約９５％の幅を有することもあり得る。更に、この軸対象な領域は、インゴットの直径一定の部分の少なくとも約１０％又は２０％の長さにわたって延びることができ、少なくとも約３０％、４０％、６０％、８０％、９０％、９５％又は場合によって約１００％の長さを有することもあり得る。
【００４３】
この点に関して、実質的に欠陥を有さない空孔優勢な領域がインゴットの中央部へ延びたり又は中央部を含んだりしない場合、凝集した欠陥を含む空孔優勢なコア領域が存在し得るということに注意されたい。格子間原子優勢な領域がインゴットの半径に等しいよりも小さい幅を有する態様例において、格子間原子優勢な領域の半径方向内側に、凝集した欠陥を含むか又は凝集した欠陥を有さない空孔優勢な領域が存在し得る；即ち、ある態様例において、凝集した空孔欠陥を含むか又は含まない空孔優勢な領域を、軸対象で格子間原子優勢な領域が包囲することがあり得る。
【００４４】
更に、別の態様例において、空孔優勢な領域及び格子間原子優勢な領域の両者が存在して、全体として空孔優勢な領域は格子間原子優勢な領域の半径方向内側に位置することがあり得る；即ち、上記の両方の領域が存在する場合、空孔優勢な領域は、インゴットの格子間原子優勢な領域から中央軸へ向かって半径方向内側へ延びることになる。従って、格子間原子優勢な領域の半径方向幅が増大するにつれて、空孔優勢な領域の半径方向幅は減少し、逆の場合も同様である。ある態様では、これら２つの領域の半径方向の幅の組み合わせが、インゴットの直径一定の部分の半径方向の幅に実質的に等しくなる；即ち、ある態様では、凝集空孔欠陥を有する空孔優勢なコア領域は存在しない。すべての場合において、この組み合わせた欠陥を有さない領域の長さは上述した通りである（例えば、インゴットの直径一定の部分の長さの約１０％、２０％、３０％、４０％、６０％、８０％、９０％、９５％又は場合によって約１００％の長さを有することもあり得る。
【００４５】
Ｂ．比ｖ／Ｇ０及び冷却速度の制御
（上記セクションＡにおいて）上述した文献に記載されているように、及び本明細書に記載するように、そのような軸対象な１またはそれ以上の領域を形成することは、シリコン自己格子間原子（又は場合によっては、結晶格子空孔）真性点欠陥が反応して凝集真性点欠陥を生じる反応を抑制する結果として達成されると一般的に考えられている。この抑制は、インゴットの成長の間、及び場合によって冷却の間、軸対象な１又はそれ以上の領域における真性点欠陥の濃度を、それら１又はそれ以上の領域が臨界的過飽和とならないように制御することによって達成される。臨界的過飽和を防止すること、即ち真性点欠陥の凝集を防止することは、臨界的過飽和が達成されることがないように十分に低い初期濃度（この初期濃度は比ｖ／Ｇ０（ｒ）によって制御され、Ｇ０は半径の関数である）を定めることによって達成することができる。しかしながら、そのようなアプローチは、比ｖ／Ｇ０の実際の値が、比ｖ／Ｇ０の臨界値に非常に近い値である狭い目標範囲内に保たれることを必要とするので、限定的であり得る。
【００４６】
幸運なことに、自己格子間原子は比較的高い移動性（一般に約１０−４ｃｍ２／秒）を有するので、自己格子間原子を結晶表面に位置するシンク(sinks)へ又は結晶内に位置する空孔優勢な領域へ半径方向に拡散させることによって、比較的大きな距離（例えば、約３ｃｍ、５ｃｍ、８ｃｍから約１０ｃｍ又はそれ以上の距離）にわたって真性点欠陥の濃度（又は集中）を有効に抑制することが可能である。真性点欠陥の初期濃度を半径方向へ拡散させるために十分な時間が許容される場合には、自己格子間原子（そして場合によっては空孔）の濃度を抑制するために、半径方向への拡散を有効に利用することができる。一般に、拡散時間は真性点欠陥の初期濃度の半径方向の変動に依存することになり、半径方向の変動がより小さいと、必要とする拡散時間も短くなる。
【００４７】
そのような半径方向の拡散は、制御された冷却によって達成することができる。その結果、点欠陥が移動し得る温度範囲内におけるインゴットの所定のセグメントの滞留時間(residence time)を増大させて、点欠陥を消滅させ得るサイト(site)へ点欠陥を拡散させるためにより多くの時間を許容するために、制御された冷却を用いることができる。例えば、米国特許第６,３１２,５１６号に記載されているように、制御された冷却を用いて、ｖ／Ｇ０の値の範囲を著しく拡大させることができ、このことを用いながら、凝集した欠陥の生成を防止することができる。上記文献に記載されているように、制御された冷却を用いて、ｖ／Ｇ０の値を変動させたり、インゴットの長さについて少なくとも約５％、１０％、１５％、２０％又はそれ以上で動かしたりすることができる。
【００４８】
しかしながら、別法として、急速な冷却を用いて凝集真性点欠陥が生成することを防止することも可能であるということに注意されたい。この場合、そうでなければ優勢な真性点欠陥が凝集して欠陥を生じるような温度範囲を通って、インゴットの直径一定の部分の所定のセグメントは「クエンチされる(quenched)」、又は急速冷却される(rapidly cooled)。そのような欠陥が拡散し及び他の点欠陥と凝集することができる時間を制限することによって、凝集した空孔欠陥又は凝集した自己格子型欠陥の生成を防止することができる。
【００４９】
本発明の態様例によれば、成長速度ｖ及び平均軸方向温度勾配Ｇ０は、典型的には、比ｖ／Ｇ０が、ｖ／Ｇ０の臨界値の約０．５倍〜約２．５倍の値（例えば、ｖ／Ｇ０臨界値に関して現在入手可能な情報に基づけば、約１×１０−５ｃｍ２／ｓＫ〜約５×１０−５ｃｍ２／ｓＫ）となるように制御される。しかしながら、ある態様例では、この比ｖ／Ｇ０は、ｖ／Ｇ０臨界値の約０．６倍〜約１．５倍の範囲の値（即ち、ｖ／Ｇ０臨界値に関して現在入手可能な情報に基づけば、約１．３×１０−５ｃｍ２／ｓＫ〜約３×１０−５ｃｍ２／ｓＫ）となり得る。自己格子間原子優勢な領域がインゴットの縁部側から中央軸の方へ延びる１つの特に好ましい態様では、比ｖ／Ｇ０は、ｖ／Ｇ０臨界値の約０．７５倍〜約１倍の範囲の値（即ち、ｖ／Ｇ０臨界値に関して現在入手可能な情報に基づいて約１．６×１０−５ｃｍ２／ｓＫ〜約２．１×１０−５ｃｍ２／ｓＫ）である。空孔優勢な領域がインゴットの縁部側から中央軸の方へ延びるもう１つの特に好ましい態様では、比ｖ／Ｇ０は、ｖ／Ｇ０臨界値の約１倍〜約１．１倍の範囲の値（即ち、ｖ／Ｇ０臨界値に関して現在入手可能な情報に基づいて約２．１×１０−５ｃｍ２／ｓＫ〜約２．３×１０−５ｃｍ２／ｓＫ）である。本明細書に更に記載するように、これらの値は、成長速度ｖと相対的に平均軸方向温度勾配Ｇ０を制御することによって達成される。
【００５０】
一般に、平均軸方向温度勾配Ｇ０の制御は、結晶引き上げ装置の「ホットゾーン(hot zone)」の構成（例えば、ヒータ、断熱材、熱および輻射遮蔽材(shields)又はリフレクタを形成するグラファイト又は他の材料）を通じて達成することができる。個々の構成は結晶引き上げ装置の構造体および型式に依存して変動し得るが、一般に、リフレクタ、輻射遮蔽材、パージ管、光パイプおよびヒータを含めて、メルト−固体界面での熱移動を制御するためにこの分野において現在知られているいずれかの手段を用いて、Ｇ０を制御することができる。一般に、そのような装置をメルト−固体界面の上方にてほぼ１結晶直径(one crystal diameter)以内に配置することによって、Ｇ０についての半径方向の変動が最小化される。更に、Ｇ０は、メルト（溶融物）及び／又は（結晶の成長中及び／又はその前における）結晶との相対的な装置の位置（メルトについては、一般に距離Ｈｒとして表される）を調節することによってさらに制御することができる。このことは、（ｉ）例えば米国特許第６,１７１,３９１号（R.Fuerhoffら）に開示されているように、インゴット成長の間において、メルトの上方に配置されたリフレクタに対する、結晶引き上げ装置内のメルトのレベル／位置を測定するための視認システム及びその方法；（ii）熱移動制御デバイスを上昇／降下させるためのリフト又はドライブ機構（例えば、米国特許第５,８５３,４８０号参照）；並びに（iii）メルトが入れられているルツボを上昇／降下させるためのリフト又はドライブ機構（この場合、リフレクタはメルト表面の上方の固定された位置にある）等、この技術分野において既知の手段を用いることによって、（例えば、メルトの表面に対して）ホットゾーン内の装置の位置を調節することによって、又は（例えば、熱移動を制御するために用いるデバイスに対して）ホットゾーン内のメルト表面の位置を調節することによって達成される。しかしながら、本発明では、上述したように、ルツボ平均回転速度（ＣＲ）を調節することによって、Ｇ０を制御したり、又は追加的に制御したりする。
【００５１】
固化の後、点欠陥の相互消滅を適用し得る程度まで、真性点欠陥の拡散を許容することによって、結晶中の真性点欠陥の濃度を低下させることが好ましい。一般に、インゴットの中央部から側表面の方へ空孔優勢又は自己格子間原子優勢である場合に、優勢な自己格子間原子点欠陥を側方結晶表面へ拡散させることは、拡散のための主たる手段となり得る。しかしながら、軸対称で自己格子間原子優勢な領域によって包囲される空孔優勢なコアをインゴットが有する場合、減少は主として、表面へ向かう自己格子間原子の外側への拡散と、空孔優勢な領域へ向かう自己格子間原子の内側への拡散との組み合わせとなり、そして欠陥が消滅する。そのような真性点欠陥の集中は、凝集事象(agglomeration event)の発生の防止を抑制し得る。
【００５２】
単結晶シリコンが固化温度から核形成温度へ冷却される際、真性点欠陥をシリコン表面へ拡散させ又は真性点欠陥を消滅（自己格子間原子と空孔との組み合わせ）させるために許容される時間的長さは、一部では真性点欠陥の初期濃度の関数であり、及び一部では凝集欠陥が核形成温度を通過する冷却速度の関数である。この方法では、欠陥の生成を防止するために種々のアプローチを採用することができる（例えば、米国特許第６,３２８,７９５号；同第６,３１２,５１６号；同第６,２８７,３８０号；同第６,２５４,６７２号および同第５,９１９,３０２号を参照されたい）。
【００５３】
例えば、急速冷却工程が存在しない場合、（ｉ）公称直径１５０ｍｍのシリコン結晶については、少なくとも約５時間、好ましくは少なくとも約１０時間、より好ましくは少なくとも約１５時間の時間で；（ii）公称直径２００ｍｍのシリコン結晶については、少なくとも約５時間、好ましくは少なくとも約１０時間、より好ましくは少なくとも約２０時間、更により好ましくは少なくとも約２５時間、最も好ましくは少なくとも約３０時間の時間で；（iii）公称直径３００ｍｍ又はそれ以上のシリコン結晶については、少なくとも約２０時間、好ましくは少なくとも約４０時間、より好ましくは少なくとも約６０時間、最も好ましくは少なくとも約７５時間の時間で、固化温度から核形成温度の約５０℃、約２５℃、約１５℃又は場合によっては約１０℃以内の温度へインゴットを冷却する場合に、凝集した欠陥の生成を防止することができる。上述した「滞留時間」に加えて、冷却速度という用語には、所定のインゴットセグメントの冷却を追加して又はこれに替えて考慮することができる。従って、場合によっては、自己格子間原子が移動し得る温度範囲にわたる冷却速度は、典型的には、約０．１℃／分〜約１．５℃／分の範囲、例えば約０．２℃／分〜約１℃／分の範囲、又は約０．４℃／分〜約０．８℃／分の範囲であってよい。
【００５４】
ある態様例では、結晶を成長させる時間内に、直径一定の部分の真性点欠陥の凝集がそうでなければ起こる温度以下の温度へ、直径一定の部分の少なくともどの部分も冷却されないことが確保される条件下で、結晶を成長させて、凝集した真性点欠陥が実質的に存在しないことを確保することができるということに注目されたい（補足的な詳細については、例えば米国特許第６,３２８,７９５号を参照されたい）。
【００５５】
しかしながら、凝集欠陥の防止は、別法として、急速冷却又は「クエンチクーリング(quench cooling)」プロセスによっても達成され得るということにも注目されたい。特に、（拡散を許容し、従って、真性点欠陥の集中を抑制するための）徐冷却によって凝集欠陥の生成を防止する代替策として、インゴットのセグメントを、例えば、少なくとも約５℃／分、約１０℃／分、約２０℃／分、約３０℃／分、約４０℃／分、約５０℃／分又はそれ以上の速度にて、凝集欠陥が核形成する温度範囲（例えば、約１２００〜１０００℃）を通して急速冷却(quench-cool)するクエンチクーリング・プロセスを採用することができる。その結果、凝集欠陥の核形成（従って生成）が防止される。
【００５６】
従って、急速冷却されるインゴットのこれらのセグメントについては、許容された拡散時間は、一般に、上述した時間のある部分(fraction)ということになり、その部分が減少すると、冷却速度が上昇する。一方、急速冷却されないこれらのセグメントについて許容される拡散時間は、上述の通りである。ある態様例では、凝集欠陥を有さないインゴットの直径一定の部分の割合として、急速冷却されるセグメントは少なくとも約２５％、５０％、７５％、９０％又はそれ以上を構成することができる。
【００５７】
このアプローチとは関係なく、場合によって、インゴットは、急速冷却したセグメントに加えて、真性点欠陥の初期濃度を制御し、場合によって、（本明細書に記載しているように）核形成温度に達する前に拡散のための適当な時間が許容することによって凝集反応が防止された（側縁部から半径方向へのある位置の）少なくとも１つの部分を有することができる。
【００５８】
ＩＶ．ホットゾーン
少なくともある態様例において、標準的なチョクラルスキー型引き上げ装置に本発明の方法を用いることができるということに注目されたい。特に、本発明の方法を用いると、例えば米国特許第５,５９３,４９８号及び同第５,７６６,３４１号に記載されているような結晶引き上げ装置を使用して、種々のタイプ及び品質の単結晶シリコンを製造することができる。
【００５９】
しかしながら、上述したように、本発明の方法を用いて、実質的に欠陥を有さない単結晶シリコンを製造することもできる。そのような態様例では、「閉じた(closed)」又は「徐冷却(slow cool)」ホットゾーンを有する結晶引き上げ装置において、別法として、本発明の方法を実施することもできる。特に、所定の温度範囲内での滞留時間及び冷却速度を制御し、並びに成長プロセスの熱的条件制御する機能の構成要素を有する結晶引き上げ装置において、本発明の方法を採用することによって、詳細に上述したように、凝集真性点欠陥の生成を防止することができる（凝集欠陥を実質的に有さない単結晶シリコンの成長についての詳細は、例えば、米国特許第５,９１９,３０２号；同第６,２５４,６７２号；同第６,２８７,３８０号；同第６,３２８,７９５号及び同第６,３１２,５１６号に開示されている）。
【００６０】
Ｖ．追加的材料の特徴／限定
Ａ．酸素含量
本発明の方法のいくつかの態様例に従って製造され、Ｖ／Ｉ境界、又は特に空孔優勢な領域を有するインゴットについて、例えば約１３．５ＰＰＭＡ（百万分率原子、ＡＳＴＭ規格Ｆ−１２１−８３）より低い酸素含量材料、一般に約１３ＰＰＭＡから約１１ＰＰＭＡの範囲の酸素含量材料が好ましいことが経験的に示されている。中程度の酸素含量ないし高酸素含量のウエハ（例えば、約１４ＰＰＭＡ〜約１８ＰＰＭＡ）では、Ｖ／Ｉ境界のすぐ内側での高い酸素クラスター化のバンド及び酸素誘起積層欠陥の生成が一層顕著になり得るので、より低い酸素含量の材料が好ましい。これらはそれぞれ、所定の集積回路の製造プロセスにおいて問題を生じる潜在的な原因である。しかしながら、軸対象で格子間原子優勢な領域がインゴットの半径にほぼ等しい幅を有する場合、無空孔型材料が存在することを考慮すると、空孔が増した酸素クラスターの生成は起こらないので、酸素含量の限定は除かれるということに注意されたい。
【００６１】
しかしながら、いくつかの場合において、ウエハを、更なる処理に付する前に（例えば、酸化誘起積層欠陥（ＯＩＳＦ）(oxidation induced stacking faults)が生成する酸化処理に付する前に）、酸化誘起積層欠陥の生成を導く、存在している核を消滅させたり、変化させたりするために、熱アニーリングに付することができるということに注意されたい。換言すれば、本発明の方法は、インゴットセグメントを成長させて、そこからウエハを得た後であって、酸化処理の前に、熱アニーリングを追加的に含んで、酸化誘起積層欠陥が生じることを防止又は制限することができる。
【００６２】
この熱アニーリング、即ち急速熱アニーリング(rapid thermal anneal)は、種々の手段（例えば、米国特許第５,９１９,３０２号；同第５,９９４,７６１号；同第６,１９０,６３１号；同第６,２５４,６７２号；同第６,２８７,３８０号；同第６,３２８,７９５号及び同第６,３１２,５１６号参照）によって実施することができる。しかしながら、一般的に、そのような処理には、消滅させるべき核の数及び／若しくは寸法並びに用いられる温度に応じて、数秒間（例えば、２秒間、４秒間、６秒間、８秒間）、数十秒間（例えば、１０秒間、２０秒間、３０秒間、４０秒間）又は場合によっては数分間で、ウエハを少なくとも約９５０℃、１０００℃、１１００℃、１２００℃又はそれ以上の温度（例えば、約１２５０℃から約１２７０℃の温度）に加熱することが含まれる。
【００６３】
Ｂ．炭素含量
置換炭素原子は、単結晶シリコン中に不純物として存在する場合には、酸素析出核形成中心(oxygen precipitate nucleation center)の生成を触媒する特性を有する。従って、この理由及びその他の理由から、少なくともいくつかの態様例において、単結晶シリコンインゴットが低い炭素濃度を有すること、従って、単結晶シリコン中の炭素濃度は、いくつかの態様例において、この技術分野において標準的な手段（例えば、室温ＦＴＩＲ）によって測定して、好ましくは約５×１０１６原子／ｃｍ３以下、より好ましくは約１．５×１０１６原子／ｃｍ３以下、更により好ましくは約１×１０１６原子／ｃｍ３以下、並びに最も好ましくは約３×１０１５原子／ｃｍ３以下である。
【００６４】
Ｃ．抵抗率(Resistivity)
シリコンメルト中にドーパントが存在することは、単結晶シリコンインゴットにおいて（存在する場合の）Ｖ／Ｉ境界の相対的位置に影響を及ぼし得るということが当業者に一般的に知られている。いずれか特定の理論に支持されるのではないが、これは、高いドーパント濃度（例えばホウ素―空孔―酸素の相互作用から得られる変化）によって生じるＧ０の変化によるものであると一般に考えられる。従って、少なくともいくつかの態様例において、シリコンメルト、従ってそれから形成される単結晶シリコンインゴットのドーパント含量は、得られる単結晶シリコンの抵抗率が約０．１Ωｃｍより高い値（例えば、約１Ωｃｍ以上であって約３００Ωｃｍ以下の範囲、又は約１〜約１００Ωｃｍ以下の範囲の値）となるようにすることが好ましい。
【００６５】
Ｄ．用途
本発明の方法に従って成長させた単結晶シリコンインゴットからスライスされたウエハは、第１に、デバイス製造のための研磨されたウエハ(polished wafer)として好適であるが、その上にエピタキシャル層をデポジットすることができる基材としても用いることができる。エピタキシャルデポジションは、この技術分野において通常の手段によって実施することができるということに注意されたい。
【００６６】
更に、本発明の方法に従って成長させたインゴットからスライスされたウエハは、ＳＯＩ構造（Semiconductor on insulator structures)youの基材としても好適であるということに注意されたい。ＳＯＩ構造複合材料は、例えば、Iyerらの米国特許第５,４９４,８４９号に記載されているようにして製造することができる。別法として、ウエハの表面の下側に分子状酸素イオン（Ｏ２＋）又は原子状酸素イオン（Ｏ＋）を注入(implant)して、酸化物層を形成した単ウエハを用いることもできる（この方法はＳＩＭＯＸ(separation by implantation of oxygen)と一般に称されている）（例えば、米国特許第５,４３６,１７５号参照）。
【００６７】
最後に、本発明に従って製造したウエハは、水素又はアルゴンアニーリング処理、例えば欧州特許出願５０３,８１６−Ａ１に記載されているような処理と組み合わせて用いるのに好適である。別法として、結晶格子空孔の不均一な分布を生じさせて、本質的にいずれか任意の電子デバイス製造プロセスの熱処理サイクルの間に、ウエハに理想的な不均一な深さの酸素析出物の分布を生じさせることができる熱処理にウエハを付することもできる（例えば、米国特許第５,９９４,７６１号及び同第６,１８０,２２０号参照）。
【００６８】
Ａ型及びＢ型自己格子型欠陥
本発明の１つの態様例において、得られるインゴットは、Ａ型欠陥を実質的に含まないが、Ｂ型欠陥（格子間原子優勢な材料に生じる型の欠陥）を含む軸対象な領域を有することができる。Ｂ型欠陥を生成する正確なメカニズム及び特性は明らかではないが、Ｂ型欠陥は転位ループではないシリコン自己格子間原子の凝集であると一般に受け入れられている。Ｂ型欠陥はＡ型欠陥（凝集した格子間原子型欠陥）よりも小さく、転位ループではなくて、むしろ転位ループを生じるのに必要な十分な活性化に達していないか又は十分に大きく成長していない３次元的凝集であると一般に考えられている。
【００６９】
ここで、活性な電子デバイス領域に存在する場合に、Ｂ型欠陥はそのデバイスの性能にネガティブな影響を及ぼし得るということはまだ明らかではない。いずれにしても、Ｂ型欠陥は、Ｂ型欠陥が前もって安定化されていないことを条件として、インゴットをウエハにスライスし、そのウエハを熱処理することによって容易に消滅させることができるということが既に見出されている（例えば、米国特許第６,３９１,６６２号参照）。
【００７０】
従って、本発明の方法は、一部において、複雑で集積度の高いＩＣ（集積回路）の製造におけるシリコン材料の歩留まり性能に影響を与えると知られているウエハ表面における又はウエハ表面近く凝集欠陥を防止することに関し、そのような凝集欠陥は、例えばＢ型欠陥を消滅させるのに用いることができる型の熱処理によってはシリコンウエハ全体に容易に溶け込むことができないＡ型欠陥及び凝集した空孔欠陥（例えばＤ型欠陥）を含む。Ｂ型欠陥は容易に消滅させることができ、いずれの態様のいずれの事象においても有害ではないかもしれないので、本発明の方法は、Ｂ型欠陥を有しており、そうでなければ凝集欠陥を実質的に有さない軸対称な領域を有する単結晶シリコンの製造を含む。この場合、Ｂ型欠陥は、凝集真性点欠陥ではないかのように扱うことができる。しかしながら、単結晶シリコンがＢ型欠陥を含めてすべての凝集欠陥を実質的に含まないことが所望される範囲で、本発明の方法は、Ｂ型欠陥を含むインゴットからスライスされたウエハをアニーリングして、それらを除去する追加の工程を有することもできる。
【００７１】
VIII．凝集欠陥の検出
凝集欠陥は、種々の異なる技術を用いて検出することができる。（例えば、米国特許第５,９１９,３０２号；同第５,９９４,７６１号；同第６,１９０,６３１号；同第６,２５４,６７２号；同第６,２８７,３８０号及び同第６,３１２,５１６号を参照されたい。）例えば、フロー・パターン欠陥、又はＤ型欠陥は、典型的には単結晶シリコンサンプルをSeccoエッチング溶液中で約３０分間選択的にエッチングした後、サンプルを顕微鏡観察に付することによって検出される(例えば、H. Yamagishiら, Semicond. Sci. Technol. ７, Ａ１３５ （１９９２）参照）。この方法は、凝集空孔欠陥の検出に標準的なものであるが、Ａ型欠陥を検出するためにも使用できる。この技術を用いると、そのような欠陥は、存在する場合には、サンプル表面上の大きなピットとして観察される。
【００７２】
更に、凝集した真性点欠陥は、例えば上述した米国特許及び米国特許出願に記載されている方法を用いて、熱を適用すると、単結晶シリコンマトリクスの中に拡散させることができる金属によってそれらの欠陥を修飾(decorating)することにより、視覚的に検出することができる。この「欠陥修飾(defect decorating)」プロセスの別の態様例では、金属含有組成物の適用前に、単結晶シリコンサンプルを熱アニーリングに付して、Ｂ型欠陥を検出することができる。
【００７３】
一般に、凝集欠陥を有さない格子間原子および空孔優勢材料の領域は、上記の銅修飾技術によって、互いに識別したり、又は凝集欠陥を含む材料から識別することができる。欠陥を有さない格子間原子優勢材料の領域はエッチングによって示される修飾された特徴を有さないが、一方、（上記のような高温酸素核溶解処理の前に）欠陥を有さない空孔優勢材料の領域は、酸素核の銅修飾による小さなエッチピットを有する。
【００７４】
ＩＸ．定義
本明細書において用いるように、以下の語句は所定の意味を有している。「凝集真性点欠陥」又は単に「凝集欠陥」は、（ｉ）空孔が凝集して、Ｄ欠陥、フローパターン（ＦＰＤ）欠陥、ゲート酸化物完全性(ＧＯＩ(Gate Oxide Integrity))欠陥、クリスタルオリジネーテッドパーティクル欠陥（ＣＯＰ)(結晶由来パーティクル欠陥）、クリスタルオリジネーテッドライトポイント欠陥（ＬＰＤ)(結晶由来ライト点欠陥）、及びその他の空孔関連欠陥を生じるような反応によって、又は（ii）自己格子間原子が凝集して、Ａ−欠陥、転位ループ及びネットワーク、並びにその他の自己格子間原子に関連する欠陥を生じる反応によって生じる欠陥を意味する。「凝集格子間原子欠陥」とは、（例えば、過飽和になった後、それらの総エネルギーを低減させるために）シリコン自己格子間原子が凝集する反応によって生じる凝集真性点欠陥を意味する。「凝集空孔欠陥」とは、（例えば、過飽和になった後、それらの総エネルギーを低減させるために）結晶格子空孔が凝集する反応によって生じる凝集空孔点欠陥を意味する。「半径」とは、ウエハまたはインゴットの中心軸から外周縁部までで測定される距離を意味する。「凝集真性点欠陥を実質的に有さない」とは、これらの欠陥の検出限界（現在のところ約１０３欠陥／ｃｍ３）以下である）凝集欠陥の濃度（又は寸法）を意味する。「Ｖ／Ｉ境界」とは、インゴット又はウエハの材料が空孔優勢領域から自己格子間原子優勢領域へ変わる半径（又は軸）に沿った部分を意味する。「空孔優勢」及び「自己格子間原子優勢」とは、その真性点欠陥がそれぞれ空孔優勢または自己格子間原子優勢である材料を意味する。「主たる部分（メインボディ）」とは、一般にインゴットの直径一定の部分を指す。
【００７５】
更に、結晶格子空孔の凝集を伴う欠陥、又は空孔真性点欠陥には、Ｄ欠陥、フローパターン（ＦＰＤ）欠陥、ゲート酸化物完全性(ＧＯＩ)欠陥、クリスタルオリジネーテッドパーティクル欠陥（ＣＯＰ)、クリスタルオリジネーテッドライトポイント欠陥（ＬＰＤ)並びに赤外線散乱技術（例えば走査赤外線鏡検法及びレーザー走査断層撮影法）によって観察されるある種のバルク欠陥として観察され得る結晶欠陥が含まれるということに注意されたい。
【００７６】
空孔の過剰な領域、又は自由な空孔がある濃度で存在するが、凝集は起こっていない領域には、酸化誘起積層欠陥(ＯＩＳＦ)を生じるための核として作用する欠陥も存在する。この、一般に格子間原子優勢材料と空孔優勢材料との間の境界近くに生じる特定の欠陥は、過剰空孔の存在によって引き起こされる高温核形成酸素析出物(high temperature nucleated oxygen precipitate)であると考えられる、即ち、この欠陥はＶ／Ｉ境界の近くの領域における酸素と「自由な空孔」との間の相互作用によって生じると考えられる。
【００７７】
欠陥に関連する自己格子型（侵入型）欠陥の研究は、多少少ない程度でなされている。これらは一般に、低い密度の自己格子型転位ループ又はネットワークであると考えられている。そのような欠陥は、重要なウエハ挙動基準であるゲート酸化物完全性(ＧＯＩ)欠陥の原因ではないが、通常電流漏れの問題を伴う他の型のデバイス欠陥を生じると広く認識されている。
【００７８】
チョクラルスキー法シリコンにおけるそのような空孔及び自己格子凝集欠陥の密度は、通常は約１×１０３／ｃｍ３〜約１×１０７／ｃｍ３の範囲である。これらの値は比較的低いが、凝集真性点欠陥はデバイス製造業者にとって重要性が急速に増しており、実際に、デバイス製造プロセスにおいて歩留まりを制限するファクターとして観察される。
【００７９】
（実施例）
本発明の方法について、特にＣＲ及びＣＲＭ制御の影響について説明するため、同じホットゾーン内で、同じか又は実質的に同等の引き上げプロファイルを用いて、２つの単結晶シリコンインゴットを製造した。（公称直径２００ｍｍの結晶、並びに、軸対象で欠陥を有さないある半径幅の領域を形成するのに十分な冷却速度及び比ｖ／Ｇ０を含めて、「閉じた(closed)」ホットゾーン又は本明細書に記載するプロセス条件を達成するホットゾーンを有するFerrofludic（強磁性）CZ150引き上げ装置。）各結晶は、約１１〜約１３ＰＰＭＡの範囲内に入る平均酸素含量を達成するように成長させた。
【００８０】
第１の結晶、結晶Ａ（図１０Ａを参照）は、図８に示すＣＲ及びＣＲＭプロファイルと同等のプロファイルを用いて製造した。図１０Ａから判るように、凝集した空孔欠陥を有するコアを包囲して、軸対象で欠陥を有さない自己格子間原子優勢材料の領域を有する結晶セグメントが得られた。このセグメントは、約０Ｌ〜約０．３Ｌにわたって直径一定の部分の軸方向長さで延びていた。
【００８１】
第２の結晶、結晶Ｂ（図１０Ｂを参照）は、結晶Ａから、本質的にＣＲ及びＣＲＭプロファイルのみに関して異なる方法（図示せず）にて製造した。図１０Ｂの結晶セグメントから判るように、ＣＲプロファイルの変化により、欠陥を有さない自己格子間原子優勢な領域の半径幅がインゴットの半径全体にわたって延び、並びにこの領域の軸方向に延びる効果があった。このセグメントは、実質的に同じ軸方向長さ、即ち約０Ｌ〜約０．３Ｌにわたって延びていた。
【００８２】
上述の事項を考慮して、第３の結晶、結晶Ｃ（図１０Ｃを参照）を製造した。そこでは、（図９に示すプロファイルのように）ＣＲを更に変動させて、欠陥を有さない自己格子間原子優勢な軸方向長さを更に増大させている。このセグメントは、実質的に同じ軸方向長さ、即ち約０Ｌ〜約０．３Ｌにわたって延びていた。
【００８３】
いずれか特定の理論に支持されるのではないが、図１０Ａ、１０Ｂ及び１０Ｃを参照すると、ＣＲを変化させると、メルト−固体界面の形状が変化し、インゴットの中央軸又はその付近のＧ０が低下すると一般に考えられる。その結果、成長中の結晶の中央部における空孔濃度は低下し及び／又はｖ／Ｇ０の臨界値の半径方向位置（従って、優勢な真性点欠陥として、自己格子間原子側から空孔側への遷移が起こる、又はその逆方向への遷移が起こる位置）は半径方向内側へ移動する。最終的に、空孔の濃度に対する自己格子間原子の濃度は十分に高く、自己格子間原子が移動し得る温度範囲に結晶セグメントが滞留する時間は十分に長いので、空孔の消滅及び空孔との再結合(recombination)のために自己格子間原子の半径方向内側への拡散が許容される。その結果、凝集した空孔欠陥の生成は抑制される。
【００８４】
このことに関して、図６Ａ及び６Ｂを参照しながら、界面の形状について更に説明する。図６Ａ及び６Ｂに示す画像(image)は、その中の界面形状を提示するような処理に付した後の、結晶Ａ及び結晶Ｃから得られた結晶セグメント又はそれらと類似する結晶である。特に、結晶セグメントを軸方向にカットした後、
１．熱アニーリングに付してその中の酸素析出を増大させ、結晶セグメントを約５００℃〜約１０００℃の範囲の１またはそれ以上の温度に約２０時間〜約３０時間で加熱し、酸素析出物核を安定化させ、その後それらの核を酸素析出物へ成長させ；
２．その後、結晶セグメントを、この技術分野において既知の手段を用いて、(i)例えば硝酸銅を表面に適用し、(ii)被覆したサンプルを約８５０℃から１０００℃の温度に約５〜約１５分間加熱して金属をサンプル中に拡散させ、(iii)加熱処理したサンプルを冷却及びエッチング（例えばSecco etch）して、修飾結果を現させる銅修飾(copper decoration)プロセスに付し；並びに
３．修飾／エッチングしたサンプルをこの技術分野において既知の手段を用いて、semilab lifetime scan（このスキャンは銅修飾された界面形状をより高い解像度で示す）に付した。
（更に詳細な事項については、「Detection of Agglomerated Defects」という表題の上述した米国特許を参照されたい。）
【００８５】
以上の事項を考慮すると、従来は行われなかった方法でルツボの回転速度を制御することによって単結晶シリコンインゴットの成長の間にＧ０を変化させ、同時にルツボ回転速度に変調を加えることによって酸素含量の均一性を確保することができるということが理解できる。更に、比ｖ／Ｇ０を制御することによって、場合によっては、ルツボの回転速度によりＧ０を制御することによって真性点欠陥が移動し得る温度範囲内でのインゴットの滞留時間又は冷却速度を制御することによって、単結晶シリコンインゴットのかなりの部分にわたって凝集真性点欠陥の生成を抑制することができる。
【００８６】
本発明の範囲から逸脱することなく、上述の方法において種々の変更を加えることができるが、実施例を含めて本明細書に含まれるすべての事項は本発明の説明を目的とするものであって、本発明はそれらに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】図１は、比ｖ／Ｇ０［式中、ｖは結晶の成長速度であり、Ｇ０は結晶の平均軸方向温度勾配である。］の値が増大するにつれて、自己格子間原子の初期濃度［Ｉ］及び空孔の初期濃度［ｖ］がどのように変化するかという例を示すグラフである。図中の「ＳＳ」を付した破線は、臨界過飽和の閾値濃度を示している。
【図２】図２は、本発明の方法に従って製造されたインゴット及び既知の方法に従って製造されたインゴットについてのメルト−固体界面の形状を、それぞれ半径の関数として表したグラフである。ＣＲは、本体部の長さの関数として増大している。
【図３】図３は、本発明の方法に従って製造されたインゴット及び既知の方法に従って製造されたインゴットについての軸方向温度勾配Ｇ０を半径の関数として表したグラフである。ＣＲは、本体部の長さの関数として増大している。
【図４】図４Ａ及び４Ｂは、本明細書において説明する結晶成長方法において、結晶セグメント（Ｃｓ）、シリコンメルト（Ｍ）、メルト−固体界面（Ｉ）及びメルトが入れられているルツボ（Ｃｕ）を詳細に示す模式的断面図である。これらは本発明の理論を概略的に説明するための図である。図４Ａは標準的な方法のものであって、メルトの中央部での下向きの流れがより少ないことを示している。図４ＢはＣＲ操作を採用する方法のものであって、メルトの中央部での下向きの流れがより多いことを示している。
【図５】図５は、既知の標準的な方法と対比して、本発明の方法が変動をどのように抑制する作用を有するかを説明するためのグラフであって、半径の関数として比ｖ／Ｇ０の変動を示している。ＣＲは、本体部の長さの関数として増大している。
【図６】図６は、この明細書の実施例において説明したようにして製造し、実施例において更に説明するように、熱アニーリングして酸素析出を促進し、銅修飾し、ライフタイム・マッピングしてその中の界面の形状を表させた２つのインゴットのセグメントの軸方向切断面図の画像を複写したものである。
【図７】図７は、本発明の結晶成長プロセスの模式的断面図を示しており、直径一定の結晶セグメント（Ｃｓ）、シリコンメルト（Ｍ）、メルト−固体界面（Ｉ）、メルト表面（Ｍｓ）、メルトが入れられているルツボ（Ｃｕ）、及びその中を通る中央軸（Ａ）を詳細に示している。本発明の結晶成長方法の間に得られるメルト−固体界面の形状を更に説明するための図である。
【図８】図８は、実施例において更に説明するように、既知の成長プロセスにおけるルツボ回転速度及びその変調を示すグラフである。
【図９】図９は、実施例において更に説明するように、本発明の１つの態様に従ってルツボ回転速度及びその変調を示すグラフである。
【図１０】図１０は、実施例において説明したように調製し、その後銅修飾(copper decoration)及び欠陥描写(delineating)エッチングを行ったインゴットのセグメントの軸方向切断断面図の画像を複写したものである。
【図１１】図１１は、本発明の方法の１つの態様を用いて得られる単結晶シリコンインゴットの酸素濃度プロファイルを示すグラフである。
【図１２】図１２は、本発明の１つの態様について、インゴットの直径一定部分の軸方向長さの関数として、ＣＲＭ振幅についてのプロファイルを示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２】
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