(57)【要約】実施例のシリコン単結晶インゴット及びウエハは、ベイカンシー優勢無欠陥領域及びインタースティシャル優勢無欠陥領域のうち少なくとも一つの領域に含まれた結晶欠陥のうち１０ｎｍ〜３０ｎｍの大きさの結晶欠陥を優勢に有する遷移領域が形成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベイカンシー優勢無欠陥領域及びインタースティシャル優勢無欠陥領域のうち少なくとも一つの領域に含まれた結晶欠陥のうち１０ｎｍ〜３０ｎｍの大きさの結晶欠陥を優勢に有する遷移領域が形成された、単結晶シリコンインゴット及びウエハ。
【請求項２】
前記遷移領域に含まれた全体結晶欠陥のうち１０ｎｍ〜３０ｎｍの大きさの結晶欠陥は、５０％よりも多い、請求項１に記載の単結晶シリコンインゴット及びウエハ。
【請求項３】
前記遷移領域に含まれた全体結晶欠陥のうち１０ｎｍ〜３０ｎｍの大きさの結晶欠陥が、７０％以上を占める、請求項１に記載の単結晶シリコンインゴット及びウエハ。
【請求項４】
前記遷移領域は、リング状の酸化誘起積層欠陥を含まない、請求項１に記載の単結晶シリコンインゴット及びウエハ。
【請求項５】
チョクラルスキー法により製造された、請求項１に記載の単結晶シリコンインゴット及びウエハ。
【請求項６】
前記遷移領域に含まれた前記結晶欠陥の大きさは１０ｎｍ〜１９ｎｍである、請求項１に記載の単結晶シリコンインゴット及びウエハ。
【請求項７】
前記単結晶シリコンインゴット及びウエハにおいて、前記インタースティシャル優勢無欠陥領域は前記遷移領域全体において１００ｘ％（ここで、０≦ｘ≦１）を占め、前記ベイカンシー優勢無欠陥領域は前記遷移領域全体において１００（１−ｘ）％を占める、請求項１に記載の単結晶シリコンインゴット及びウエハ。
【請求項８】
前記単結晶シリコンインゴット及びウエハの直径を基準として、前記インタースティシャル優勢無欠陥領域は前記遷移領域全体の７０％以上を占める、請求項１に記載の単結晶シリコンインゴット及びウエハ。
【請求項９】
前記単結晶シリコンインゴット及びウエハの直径を基準として、前記ベイカンシー優勢無欠陥領域は前記遷移領域全体の３０％以下を占める、請求項１に記載の単結晶シリコンインゴット及びウエハ。
【請求項１０】
前記遷移領域において、前記ベイカンシー優勢無欠陥領域は前記単結晶シリコンインゴット及びウエハの周縁部に位置し、前記インタースティシャル優勢無欠陥領域は前記単結晶シリコンインゴット及びウエハの前記周縁部の内側の中央に位置する、請求項１に記載の単結晶シリコンインゴット及びウエハ。
【請求項１１】
前記遷移領域に含まれた前記結晶欠陥の大きさは、マジックス法により検出可能である、請求項１ないし１０のいずれかに記載の単結晶シリコンインゴット及びウエハ。
【請求項１２】
前記遷移領域に含まれた前記結晶欠陥の大きさは、前記単結晶シリコンインゴット及びウエハを熱処理していない状態で前記マジックス法により検出可能である、請求項１１に記載の単結晶シリコンインゴット及びウエハ。
【請求項１３】
前記マジックス法により撮影された映像において、ピクセル番号１は１０ｎｍ〜１９ｎｍの大きさの結晶欠陥を示す、請求項１１に記載の単結晶シリコンインゴット及びウエハ。
【請求項１４】
シリコン融液を収容するるつぼと、
前記るつぼの周囲に設置されて、前記るつぼに熱を加えるヒーターと、
前記ヒーターの最大発熱部の位置に応じて決定された位置に最大磁場プレーン（ＭＧＰ）が形成されるように前記るつぼに磁場を印加する磁場印加部とを含む、単結晶シリコンインゴット成長装置。
【請求項１５】
前記単結晶シリコンインゴット成長装置は、
前記ヒーターを制御して、前記最大発熱部の位置を変更する第１制御部と、
前記最大発熱部の変更された位置に応じて調整された位置に前記ＭＧＰが形成されるように前記磁場印加部を制御する第２制御部とをさらに含む、請求項１４に記載の単結晶シリコンインゴット成長装置。
【請求項１６】
前記ヒーターは、上下方向に発熱量を調節可能である、請求項１４に記載の単結晶シリコンインゴット成長装置。
【請求項１７】
前記ＭＧＰは、前記最大発熱部の位置よりも低い位置に位置する、請求項１４に記載の単結晶シリコンインゴット成長装置。
【請求項１８】
前記ＭＧＰは、前記シリコン融液の界面を基準として前記最大発熱部の位置よりも２０％〜４０％低い位置に位置する、請求項１７に記載の単結晶シリコンインゴット成長装置。
【請求項１９】
前記ＭＧＰは、前記シリコン融液の界面よりも５０ｍｍ〜３００ｍｍ低い位置に位置する、請求項１４に記載の単結晶シリコンインゴット成長装置。
【請求項２０】
前記成長する単結晶シリコンインゴットの目標引き上げ速度マージンは、０．０１０ｍｍ／ｍｉｎ〜０．０３０ｍｍ／ｍｉｎである、請求項１４に記載の単結晶シリコンインゴット成長装置。
【請求項２１】
シリコン融液を収容するるつぼと、前記るつぼの周囲に設置されて、前記るつぼに熱を加えるヒーターと、前記るつぼに磁場を印加する磁場印加部とを有する単結晶シリコンインゴット成長装置において行われる単結晶シリコンインゴットの成長方法であって、
前記ヒーターの最大発熱部の位置を決定するステップと、
前記最大発熱部の決定された位置に応じて最大磁場プレーン（ＭＧＰ）の位置を決定するステップと、
前記決定された位置に前記ＭＧＰが形成されるように前記磁場を前記るつぼに印加するステップとを含む、単結晶シリコンインゴットの成長方法。
【請求項２２】
前記単結晶シリコンインゴットの成長方法は、
前記最大発熱部の位置が変更されたとき、前記最大発熱部の変更された位置に応じて前記ＭＧＰの位置を調整するステップと、
前記磁場を前記るつぼに印加して、前記調整された位置に前記ＭＧＰを形成するステップとをさらに含む、請求項２１に記載の単結晶シリコンインゴットの成長方法。
【請求項２３】
前記磁場を前記るつぼに印加して、前記最大発熱部の位置よりも低い位置に前記ＭＧＰを形成する、請求項２１に記載の単結晶シリコンインゴットの成長方法。
【請求項２４】
前記磁場を前記るつぼに印加して、前記シリコン融液の界面を基準として前記最大発熱部の位置よりも２０％〜４０％低い位置に前記ＭＧＰを形成する、請求項２１に記載の単結晶シリコンインゴットの成長方法。
【請求項２５】
前記磁場を前記るつぼに印加して、前記シリコン融液の界面よりも５０ｍｍ〜３００ｍｍ低い位置に前記ＭＧＰを形成する、請求項２１に記載の単結晶シリコンインゴットの成長方法。
【請求項２６】
前記成長する単結晶シリコンインゴットの目標引き上げ速度マージンは、０．０１０ｍｍ／ｍｉｎ〜０．０３０ｍｍ／ｍｉｎである、請求項２５に記載の単結晶シリコンインゴットの成長方法。
【請求項２７】
単結晶シリコンインゴットを成長させるための溶融シリコンを収容するるつぼと、
前記るつぼ内のシリコンが溶融されるように、前記るつぼに熱を加えるヒーターと、
前記単結晶シリコンインゴットを回転させながら引き上げる引き上げ部と、
前記単結晶シリコンインゴットの回転角速度を計算する回転角速度計算部と、
前記計算された回転角速度を目標回転角速度と比較し、比較された結果を角速度エラー値として出力する第１比較部と、
前記角速度エラー値に応じて、前記成長する単結晶シリコンインゴットの直径がセンシングされる部分に前記溶融シリコンの流速を調整する流速制御部と、
前記単結晶シリコンインゴットの直径をセンシングする直径センシング部とを含む、単結晶シリコンインゴット成長装置。
【請求項２８】
前記単結晶シリコンインゴット成長装置は、前記センシングされた直径と目標直径とを比較し、比較された結果を直径エラー値として出力する第２比較部をさらに含み、
前記引き上げ部は、前記直径エラー値に応じて可変された引き上げ速度で前記単結晶インゴットを回転させながら引き上げる、請求項２７に記載の単結晶シリコンインゴット成長装置。
【請求項２９】
単結晶シリコンインゴットを成長させるための溶融シリコンを収容するるつぼと、前記るつぼ内のシリコンに熱を加えて前記シリコンが溶融されるようにするヒーターと、前記単結晶シリコンインゴットを回転させながら引き上げる引き上げ部とを含む単結晶シリコンインゴット成長装置において行われる単結晶シリコンインゴットの成長方法であって、
前記単結晶シリコンインゴットの回転角速度を測定するステップと、
前記測定された回転角速度を目標回転角速度と比較して角速度エラー値を決定するステップと、
前記角速度エラー値を用いて、前記成長する単結晶シリコンインゴットの直径がセンシングされる部分に前記溶融シリコンの流速を調整するステップと、
前記単結晶シリコンインゴットの直径をセンシングするステップとを含む、単結晶シリコンインゴットの成長方法。
【請求項３０】
前記単結晶シリコンインゴットの成長方法は、前記センシングされた直径と目標直径とを比較して直径エラー値を決定するステップと、
前記直径エラー値を用いて、前記成長する単結晶シリコンインゴットの引き上げ速度を可変させるステップとをさらに含む、請求項２９に記載の単結晶シリコンインゴットの成長方法。
【請求項３１】
前記測定された回転角速度が前記目標回転角速度よりも大きいとき、前記流速を減少させて調整する、請求項２９に記載の単結晶シリコンインゴットの成長方法。
【請求項３２】
前記直径がセンシングされる部分は、前記溶融シリコンのメニスカスに該当し、
前記溶融シリコンの流速を減少させることで前記メニスカスの流動が安定化される、請求項２９に記載の単結晶シリコンインゴットの成長方法。
【請求項３３】
前記成長する単結晶シリコンインゴットの引き上げ速度マージンは、０．０２０ｍｍ／ｍｉｎ〜０．０３０ｍｍ／ｍｉｎである、請求項２９に記載の単結晶シリコンインゴットの成長方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施例は、単結晶シリコンインゴット及びウエハと、そのインゴットを成長させる装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、シリコンウエハを製造する方法として、フローティングゾーン（ＦＺ：Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｚｏｎｅ）法またはチョクラルスキー（ＣＺ：ＣＺｏｃｈｒａｌｓｋｉ）法が多く用いられている。ＦＺ法を適用して単結晶シリコンインゴットを成長させる場合、大口径のシリコンウエハを製造しにくいだけでなく、工程コストが非常に高いという問題があるため、ＣＺ法に基づいて単結晶シリコンインゴットを成長させることが一般化されている。
【０００３】
ＣＺ法によれば、石英るつぼに多結晶シリコンを装入し、黒鉛発熱体を加熱してこれを溶融させた後、溶融により形成されたシリコン溶融液にシード（ｓｅｅｄ）結晶を浸漬させ、溶融液の界面で結晶化が起こるようにして、シード結晶を回転させながら引き上げることによって、単結晶シリコンインゴットが育成される。その後、育成された単結晶シリコンインゴットをスライシング（ｓｌｉｃｉｎｇ）、エッチング（ｅｔｃｈｉｎｇ）及び研磨（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）してウエハの形状に作る。
【０００４】
図１は、単結晶シリコンインゴットの成長時に、Ｖ／Ｇによる結晶欠陥領域の分布を概略的に示した図である。ここで、Ｖは、単結晶シリコンインゴットの引き上げ速度を示し、Ｇは、固液界面近傍の鉛直方向の温度勾配を示す。
【０００５】
ボロンコフ（Ｖｏｒｏｎｋｏｖ）理論によれば、所定の臨界値以上のＶ／Ｇで単結晶シリコンインゴットを高速で引き上げると、ボイド（ｖｏｉｄ）起因の欠陥が存在するベイカンシー（ｖａｃａｎｃｙ）が豊富（ｒｉｃｈ）な領域（以下、‘Ｖ領域’という）として単結晶シリコンインゴットが成長する。すなわち、Ｖ領域は、シリコン原子の不足によりベイカンシーが過剰となる領域である。
【０００６】
また、所定の臨界値よりも小さいＶ／Ｇで単結晶シリコンインゴットを引き上げると、酸化誘起積層欠陥（ＯＳＦ：Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｓｔａｃｋｉｎｇ  Ｆａｕｌｔ）が存在するＯバンド（ｂａｎｄ）領域として単結晶シリコンインゴットが成長する。
【０００７】
また、Ｖ／Ｇを更に低くして単結晶シリコンインゴットを低速で引き上げると、格子間シリコンが集合した転位ループに起因するインタースティシャル（ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ）領域（以下、‘Ｉ領域’という）として単結晶インゴットが成長する。すなわち、Ｉ領域は、シリコン原子の過剰により格子間シリコンの凝集体が多い領域である。
【０００８】
Ｖ領域とＩ領域との間には、ベイカンシーが優勢なベイカンシー優勢無欠陥領域（以下、‘ＶＤＰ領域’という）及びインタースティシャルが優勢な無欠陥領域（以下、‘ＩＤＰ領域’という）が存在する。ＶＤＰ領域とＩＤＰ領域は、シリコン原子の不足や過剰のない領域という点で同一であるが、ＶＤＰ領域は酸素析出核を含む反面、ＩＤＰ領域は酸素析出核を含まない点で互いに異なる。
【０００９】
Ｏバンドに属し、微細な大きさのベイカンシー欠陥、例えば、ＤＳＯＤ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｄｅｆｅｃｔ）を有する小さなボイド（ｓｍａｌｌ  ｖｏｉｄ）領域が存在し得る。
【００１０】
このとき、ＶＤＰ領域とＩＤＰ領域として単結晶インゴットを成長させるために、単結晶シリコンインゴットを成長させる間、該当するＶ／Ｇを維持しなければならない。そのために、単結晶シリコンインゴットを育成する間、シリコンウエハを育成中のインゴットから切り出し、切り出したウエハの結晶欠陥を評価して、該当するＶ／Ｇでインゴットが所望の通りに成長しているかを検討し、検討した結果に基づいてＶ／Ｇを調整することで、ＶＤＰ領域やＩＤＰ領域として単結晶インゴットを成長させる。
【００１１】
ウエハの結晶欠陥を評価する方法として、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法、銅（Ｃｕ）デポジション（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、Ｃｕヘイズ（ｈａｚｅ）法などが用いられている。
【００１２】
一方、半導体素子の線幅が次第に縮小され、高集積化されるに伴い、単結晶シリコンインゴットの成長中に発生する微細な結晶欠陥の制御及び管理が非常に重要となっている。例えば、ＶＤＰ領域とＩＤＰ領域のような無欠陥領域内でも所望の微細の程度を有する結晶欠陥のみを有するインゴットの成長が要求されている。特に、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）やＮＡＮＤフラッシュ（ｆｌａｓｈ）メモリなどのような場合、２０ｎｍ以下に線幅が狭くなりながら、シリコンウエハが２０ｎｍよりも小さい大きさの結晶欠陥を有することが要求される。
【００１３】
しかし、前述した様々な既存の結晶欠陥の評価方法は、３０ｎｍより大きい大きさを有する結晶欠陥を検出できるだけで、３０ｎｍより小さい大きさの結晶欠陥はろくに評価できない。すなわち、既存の結晶欠陥の評価方法は、３０ｎｍより小さい大きさの結晶欠陥は、一括的に同じ大きさを有する欠陥として評価するだけである。したがって、３０ｎｍより小さい大きさ、例えば、１０ｎｍ〜２９ｎｍの結晶欠陥を有するシリコンウエハまたはインゴットを製造しにくいという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
実施例は、３０ｎｍよりも小さい微細な大きさの結晶欠陥を有するシリコン単結晶インゴット及びウエハを提供する。
【００１５】
他の実施例は、微細な大きさの結晶欠陥を有するシリコンウエハを作製するシリコン単結晶インゴット成長装置及び方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
実施例の単結晶シリコンインゴット及びウエハは、ベイカンシー優勢無欠陥領域及びインタースティシャル優勢無欠陥領域のうち少なくとも一つの領域に含まれた結晶欠陥のうち１０ｎｍ〜３０ｎｍの大きさの結晶欠陥を優勢に有する遷移領域を含む。
【００１７】
前記遷移領域に含まれた全体結晶欠陥のうち１０ｎｍ〜３０ｎｍの大きさの結晶欠陥は、５０％よりも多い。
【００１８】
前記遷移領域に含まれた全体結晶欠陥のうち１０ｎｍ〜３０ｎｍの大きさの結晶欠陥が、７０％以上を占める。
【００１９】
前記遷移領域は、リング状の酸化誘起積層欠陥を含まない。
【００２０】
前記単結晶シリコンインゴット及びウエハは、チョクラルスキー法により製造される。
【００２１】
前記遷移領域に含まれた前記結晶欠陥の大きさは、１０ｎｍ〜１９ｎｍである。
【００２２】
前記単結晶シリコンインゴット及びウエハにおいて、前記インタースティシャル優勢無欠陥領域は前記遷移領域全体において１００ｘ％（ここで、０≦ｘ≦１）を占め、前記ベイカンシー優勢無欠陥領域は前記遷移領域全体において１００（１−ｘ）％を占める。
【００２３】
前記単結晶シリコンインゴット及びウエハの直径を基準として、前記インタースティシャル優勢無欠陥領域は前記遷移領域全体の７０％以上を占める。
【００２４】
前記単結晶シリコンインゴット及びウエハの直径を基準として、前記ベイカンシー優勢無欠陥領域は前記遷移領域全体の３０％以下を占める。
【００２５】
前記遷移領域において、前記ベイカンシー優勢無欠陥領域は前記単結晶シリコンインゴット及びウエハの周縁部に位置し、前記インタースティシャル優勢無欠陥領域は前記単結晶シリコンインゴット及びウエハの前記周縁部の内側の中央に位置する。
【００２６】
前記単結晶シリコンインゴット及びウエハの直径を基準として、前記ベイカンシー優勢無欠陥領域は前記遷移領域全体の７０％以上を占める。
【００２７】
前記単結晶シリコンインゴット及びウエハの直径を基準として、前記インタースティシャル優勢無欠陥領域は前記遷移領域全体の３０％以下を占める。
【００２８】
前記遷移領域において、前記インタースティシャル優勢無欠陥領域は前記単結晶シリコンインゴット及びウエハの周縁部に位置し、前記ベイカンシー優勢無欠陥領域は前記単結晶シリコンインゴット及びウエハの前記周縁部の内側の中央に位置する。
【００２９】
前記遷移領域に含まれた前記結晶欠陥の大きさは、マジックス法により検出可能である。
【００３０】
前記遷移領域に含まれた前記結晶欠陥の大きさは、前記単結晶シリコンインゴット及びウエハを熱処理していない状態で前記マジックス法により検出可能である。
【００３１】
前記マジックス法により撮影された映像において、ピクセル番号１は１０ｎｍ〜１９ｎｍの大きさの結晶欠陥を示す。
【００３２】
他の実施例の単結晶シリコンインゴット成長装置は、シリコン融液を収容するるつぼと、前記るつぼの周囲に設置されて、前記るつぼに熱を加えるヒーターと、前記ヒーターの最大発熱部の位置に応じて決定された位置に最大磁場プレーン（ＭＧＰ）が形成されるように前記るつぼに磁場を印加する磁場印加部とを含む。
【００３３】
前記単結晶シリコンインゴット成長装置は、前記ヒーターを制御して、前記最大発熱部の位置を変更する第１制御部と、前記最大発熱部の変更された位置に応じて調整された位置に前記ＭＧＰが形成されるように前記磁場印加部を制御する第２制御部とをさらに含む。
【００３４】
前記ヒーターは、上下方向に均一に発熱するか、または上下方向に発熱量を調節可能である。
【００３５】
前記ＭＧＰは、前記最大発熱部の位置よりも低い位置に位置する。
【００３６】
前記ＭＧＰは、前記シリコン融液の界面を基準として前記最大発熱部の位置よりも２０％〜４０％低い位置に位置する。
【００３７】
前記ＭＧＰは、前記シリコン融液の界面よりも５０ｍｍ〜３００ｍｍ低い位置に位置する。
【００３８】
前記磁場印加部から前記るつぼに印加する前記磁場の強度は、２０００〜３４００ガウスであってもよい。
【００３９】
前記成長する単結晶シリコンインゴットの目標引き上げ速度マージンは、０．０１０ｍｍ／ｍｉｎ〜０．０３０ｍｍ／ｍｉｎであってもよい。
【００４０】
また、シリコン融液を収容するるつぼと、前記るつぼの周囲に設置されて、前記るつぼに熱を加えるヒーターと、前記るつぼに磁場を印加する磁場印加部とを有する単結晶シリコンインゴット成長装置において行われる実施例に係る単結晶シリコンインゴットの成長方法は、前記ヒーターの最大発熱部の位置を決定するステップと；前記最大発熱部の決定された位置に応じて最大磁場プレーン（ＭＧＰ）の位置を決定するステップと；前記決定された位置に前記ＭＧＰが形成されるように前記磁場を前記るつぼに印加するステップと；を含む。
【００４１】
前記単結晶シリコンインゴット成長方法は、前記最大発熱部の位置が変更されたとき、前記最大発熱部の変更された位置に応じて前記ＭＧＰの位置を調整するステップと；前記磁場を前記るつぼに印加して、前記調整された位置に前記ＭＧＰを形成するステップと；をさらに含む。
【００４２】
前記磁場を前記るつぼに印加して、前記最大発熱部の位置よりも低い位置に前記ＭＧＰを形成する。
【００４３】
前記磁場を前記るつぼに印加して、前記シリコン融液の界面を基準として前記最大発熱部の位置よりも２０％〜４０％低い位置に前記ＭＧＰを形成する。
【００４４】
前記磁場を前記るつぼに印加して、前記シリコン融液の界面よりも５０ｍｍ〜３００ｍｍ低い位置に前記ＭＧＰを形成する。
【００４５】
前記るつぼに印加される前記磁場の強度は、２０００〜３４００ガウスであってもよい。
【００４６】
前記成長する単結晶シリコンインゴットの目標引き上げ速度マージンは、０．０１０ｍｍ／ｍｉｎ〜０．０３０ｍｍ／ｍｉｎであってもよい。
【００４７】
また、実施例に係る単結晶シリコンインゴット成長装置は、単結晶シリコンインゴットを成長させるための溶融シリコンを収容するるつぼと；前記るつぼ内のシリコンが溶融されるように、前記るつぼに熱を加えるヒーターと；前記単結晶シリコンインゴットを回転させながら引き上げる引き上げ部と；前記単結晶シリコンインゴットの回転角速度を計算する回転角速度計算部と；前記計算された回転角速度を目標回転角速度と比較し、比較された結果を角速度エラー値として出力する第１比較部と；前記角速度エラー値に応じて、前記成長する単結晶シリコンインゴットの直径がセンシングされる部分に前記溶融シリコンの流速を調整する流速制御部と；前記単結晶シリコンインゴットの直径をセンシングする直径センシング部と；を含む。
【００４８】
前記単結晶シリコンインゴット成長装置は、前記センシングされた直径と目標直径とを比較し、比較された結果を直径エラー値として出力する第２比較部をさらに含み、前記引き上げ部は、前記直径エラー値に応じて可変された引き上げ速度で前記単結晶インゴットを回転させながら引き上げる。
【００４９】
また、単結晶シリコンインゴットを成長させるための溶融シリコンを収容するるつぼと、前記るつぼ内のシリコンに熱を加えて前記シリコンが溶融されるようにするヒーターと、前記単結晶シリコンインゴットを回転させながら引き上げる引き上げ部とを含む単結晶シリコンインゴット成長装置において行われる実施例に係る単結晶シリコンインゴットの成長方法は、前記単結晶シリコンインゴットの回転角速度を測定するステップと；前記測定された回転角速度を目標回転角速度と比較して角速度エラー値を決定するステップと；前記角速度エラー値を用いて、前記成長する単結晶シリコンインゴットの直径がセンシングされる部分に前記溶融シリコンの流速を調整するステップと；前記単結晶シリコンインゴットの直径をセンシングするステップと；を含む。
【００５０】
前記単結晶シリコンインゴットの成長方法は、前記センシングされた直径と目標直径とを比較して直径エラー値を決定するステップと、前記直径エラー値を用いて、前記成長する単結晶シリコンインゴットの引き上げ速度を可変させるステップとをさらに含む。
【００５１】
前記測定された回転角速度が前記目標回転角速度よりも大きいとき、前記流速を減少させて調整する。
【００５２】
前記直径がセンシングされる部分は前記溶融シリコンのメニスカスに該当し、前記溶融シリコンの流速を減少させることで前記メニスカスの流動が安定化される。
【００５３】
前記成長する単結晶シリコンインゴットの引き上げ速度マージンは、０．０２０ｍｍ／ｍｉｎ〜０．０３０ｍｍ／ｍｉｎであってもよい。
【発明の効果】
【００５４】
実施例の半導体用高品質シリコン単結晶インゴット及びウエハは、マジックス法を用いて３０ｎｍよりも小さい微細な大きさの結晶欠陥を検出できるので、３０ｎｍよりも小さい大きさ、例えば、１０ｎｍ〜１９ｎｍの大きさを有する結晶欠陥を含む遷移領域として形成することができるので、２０ｎｍ以下に狭くなった線幅を有する半導体素子に使用することができる。
【００５５】
また、実施例の単結晶シリコン成長方法及び装置は、単結晶シリコンインゴットの直径がセンシングされるメニスカス（ｍｅｎｉｓｃｕｓ）の流動を安定化させた後に引き上げ速度を制御するので、引き上げ速度をより正確に制御することができ、最大磁場プレーン（ＭＧＰ）の位置を最大発熱部の位置を基準として決定するだけでなく、磁場の強度を適宜調整してシリコン融液の対流を制御するので、ベイカンシーとインタースティシャルとの再結合を促進させて、ＩＤＰ領域のマージンを増加させることができる。したがって、前述したような２０ｎｍ以下の大きさの結晶欠陥を有するシリコンウエハを生産しやすい環境、すなわち、高品質を有するシリコンウエハを作製する再現性を高めるなど、インゴットの生産性及び成長速度を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】図１は、単結晶シリコンインゴットの成長時に、Ｖ／Ｇによる結晶欠陥領域の分布を概略的に示した図である。
【００５７】
【図２】図２は、実施例に係る単結晶インゴット成長装置を示す図である。
【００５８】
【図３】図３は、本実施例に係る単結晶シリコンインゴットの成長速度及び結晶欠陥の分布を示す図である。
【００５９】
【図４】図４は、実施例に係る単結晶シリコンインゴット及びウエハの平面図である。
【００６０】
【図５】図５は、他の実施例に係る単結晶シリコンインゴット及びウエハの平面図である。
【００６１】
【図６Ａ−６Ｃ】図６Ａは、ウエハサンプルにＣｕヘイズ法を適用した後のウエハサンプルの平面図であり、図６Ｂ及び図６Ｃは、ウエハサンプルをマジックス法により撮影した映像を示す図である。
【００６２】
【図７】図７は、マジックス法により獲得した映像の各ピクセルと体積との関係をＴＥＭで分析したグラフである。
【００６３】
【図８】図８は、ＴＥＭを用いて撮影したピクセル１に該当する結晶欠陥のイメージを示す図である。
【００６４】
【図９】図９は、ピクセルのヒストグラムを示すグラフである。
【００６５】
【図１０】図１０は、実施例に係る単結晶シリコンインゴットを成長させる方法を説明するためのフローチャートである。
【００６６】
【図１１Ａ−１１Ｂ】図１１Ａ及び図１１Ｂは、インゴットの引き上げ速度の軌跡を示すグラフである。
【００６７】
【図１２】図１２は、既存と本実施例に係る引き上げ速度のマージンを示す図である。
【００６８】
【図１３】図１３は、他の実施例に係る単結晶シリコンインゴットを成長させる方法を説明するためのフローチャートである。
【００６９】
【図１４Ａ−１４Ｂ】図１４Ａは、ＭＧＰの位置によるＩＤＰマージンの最大値を示す図であり、図１４Ｂは、ＭＧＰの位置によるＩＤＰマージンの最大値の７０％の値を示す図である。
【００７０】
【図１５Ａ−１５Ｂ】図１５Ａは、磁場の強度によるＩＤＰマージンの最大値を示す図であり、図１５Ｂは、磁場の強度によるＩＤＰマージンの最大値の７０％の値を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００７１】
以下、本発明を具体的に説明するために実施例を挙げて説明し、発明に対する理解を助けるために、添付の図面を参照して詳細に説明する。しかし、本発明に係る実施例は、様々な形態に変形可能であり、本発明の範囲が、以下に詳述する実施例に限定されるものと解釈されてはならない。本発明の実施例は、当業界で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。
【００７２】
図２は、実施例に係る単結晶インゴット成長装置１００を示す図である。
【００７３】
図２に示した単結晶インゴット成長装置１００は、るつぼ１０、支持軸駆動部１６、支持回転軸１８、シリコン溶融液２０、インゴット３０、種結晶３２、ワイヤ引き上げ部４０、引き上げワイヤ４２、熱遮蔽部材５０、るつぼ１０の周囲に配置されたヒーター６０、断熱材７０、磁場印加部８０、直径センサ部９０、回転角速度計算部９２、第１比較部９４、流速制御部９６、第２比較部１１０、第１及び第２制御部１２０，１３０を含む。
【００７４】
図２を参照すると、本実施例に係る単結晶シリコンインゴット成長装置１００は、ＣＺ法により、次のように単結晶シリコンインゴット３０を育成する。
【００７５】
まず、るつぼ１０内で、シリコンの高純度多結晶原料を融点温度以上にヒーター６０によって加熱して、シリコン溶融液２０に変化させる。このとき、シリコン溶融液２０を収容するるつぼ１０は、内側が石英１２からなっており、外側が黒鉛１４からなる二重構造を有する。
【００７６】
その後、引き上げ部４０は、引き上げワイヤ４２を繰り出すことにより、シリコン溶融液２０の表面の略中心部に種結晶３２の先端を接触または浸漬させる。このとき、シードチャック（ｓｅｅｄ  ｃｈｕｃｋ）（図示せず）を用いてシリコン種結晶３２を保持することができる。
【００７７】
その後、支持軸駆動部１６は、るつぼ２０の支持回転軸１８を矢印のような方向に回転させると共に、引き上げ部４０は、引き上げワイヤ４２によってインゴット３０を回転させながら引き上げて育成する。このとき、インゴット３０を引き上げる速度Ｖと温度勾配（Ｇ、△Ｇ）を調節して、円柱形状の単結晶シリコンインゴット３０を完成することができる。
【００７８】
熱遮蔽部材５０は、単結晶シリコンインゴット３０とるつぼ１０との間にインゴット３０を取り囲むように配置されて、インゴット３０から放射される熱を遮断する役割を果たす。
【００７９】
図３は、本実施例に係る単結晶シリコンインゴットの成長速度及び結晶欠陥の分布を示す図である。
【００８０】
図３に示した単結晶シリコンインゴットの欠陥分布は、遷移領域をさらに規定すること以外は、図１に示した単結晶シリコンインゴットの欠陥分布と同一であるので、Ｖ領域、小さなボイド領域、Ｏバンド領域、ＶＤＰ領域、ＩＤＰ領域及びＩ領域についての詳細な説明は省略する。ここで、遷移領域は、ＶＤＰ領域及びＩＤＰ領域のうち少なくとも一つの領域に含まれた結晶欠陥のうち１０ｎｍ〜３０ｎｍの大きさの結晶欠陥を優勢に有する領域と定義される。優勢と言える程度は５０％以上を意味することができる。すなわち、遷移領域に含まれた全体結晶欠陥のうち１０ｎｍ〜３０ｎｍの大きさの結晶欠陥が５０％よりも多く存在し得る。すなわち、遷移領域に含まれた全体結晶欠陥のうち１０ｎｍ〜３０ｎｍの大きさの結晶欠陥がｋ％（ここで、５０≦ｋ≦１００）以上を占めることができる。
【００８１】
例えば、遷移領域に優勢に含まれた結晶欠陥の大きさは１０ｎｍ〜１９ｎｍであってもよい。このような遷移領域は、リング状の酸化誘起積層欠陥領域であるＯバンドやＩ領域に属する結晶欠陥を含まないことができる。
【００８２】
もし、図２に示した装置が目標Ｖ／Ｇの範囲（以下、‘Ｔ（ＶＧ）’という）内で選択された任意のＶ／Ｇでインゴット３０を育成すれば、本実施例によるインゴット３０またはシリコンウエハは、１０ｎｍ〜３０ｎｍの大きさの結晶欠陥を優勢に有することができる。
【００８３】
図４は、実施例に係る単結晶シリコンインゴット及びウエハ５Ａの平面図を示し、図５は、他の実施例に係る単結晶シリコンインゴット及びウエハ５Ｂの平面図を示す。
【００８４】
図３に示したＴ（ＶＧ）内で４−４’のＶ／Ｇの値でインゴット３０を成長させたとき、インゴット３０またはシリコンウエハ５Ａは、図４に示したような結晶欠陥分布を有することができる。この場合、シリコンウエハ５Ａの遷移領域は、ＶＤＰ領域１４２とＩＤＰ領域１４０の両方にわたって分布している。
【００８５】
または、図３に示したＴ（ＶＧ）内で５−５’のＶ／Ｇの値でインゴット３０を成長させたとき、シリコンウエハ５Ｂは、図５に示したような結晶欠陥分布を有することができる。この場合、シリコンウエハ５Ｂの遷移領域はＩＤＰ領域１５０にのみ分布している。すなわち、シリコンウエハ５Ｂの遷移領域はＶＤＰ領域には分布していない。
【００８６】
または、図３に示したＴ（ＶＧ）内で６−６’のＶ／Ｇの値でインゴット３０を成長させたとき、シリコンウエハの遷移領域はＶＤＰ領域にのみ分布している。すなわち、シリコンウエハの遷移領域はＩＤＰ領域には分布していない。
【００８７】
結局、本実施例に係るシリコンウエハにおいて、ＩＤＰ領域は、遷移領域全体において、次の数式１のようにｍ％を占め、ＶＤＰ領域は、遷移領域全体において、次の数式２のようにｎ％を占めることができる。
【００８８】
【数１】
2015519285.tif 000003
【００８９】
【数２】
2015519285.tif 000004
【００９０】
ここで、０≦ｘ≦１である。
【００９１】
例えば、シリコンウエハの直径を基準として、ＩＤＰ領域は遷移領域全体の７０％以上を占め、ＶＤＰ領域は遷移領域全体の３０％未満を占めることができる。このとき、図４に例示したように、遷移領域を含むシリコンウエハ５Ａにおいて、ＶＤＰ領域はシリコンウエハ５Ａの周縁部に位置し、ＩＤＰ領域はシリコンウエハ５Ａの周縁部の内側の中央に位置することができる。または、シリコンウエハの直径を基準として、ＶＤＰ領域は遷移領域全体の７０％以上を占め、ＩＤＰ領域は遷移領域全体の３０％未満を占めることができる。このとき、図４の例示とは異なり、遷移領域において、ＩＤＰ領域はシリコンウエハの周縁部に位置し、ＶＤＰ領域はシリコンウエハの周縁部の内側の中央に位置することができる。しかし、これに限定されず、シリコンウエハの遷移領域において、ＶＤＰ領域とＩＤＰ領域は多様な形態で位置することができる。
【００９２】
一方、前述したＴ（ＶＧ）内のＶ／Ｇでインゴットを育成する間、多様な因子により、初期設定されたＴ（ＶＧ）を外れたＶ／Ｇでインゴット３０が育成されることがある。したがって、所望の１０ｎｍ〜３０ｎｍの大きさの結晶欠陥が優勢な遷移領域としてインゴット３０が育成されるかを評価する必要がある。そのために、本実施例では、マジックス（Ｍａｇｉｃｓ）法を用いる。
【００９３】
一般に、既存のマジックス法によれば、ウエハサンプルを撮影して映像を獲得すると、互いに異なるカラーで様々なピクセル（ｐｉｘｅｌ）が映像に表示される。このとき、ピクセルが形成するパターンを通じて、ウエハサンプルが有する欠陥が成長工程、スライシング工程、エッチング工程及び研磨工程のいずれの工程から引き起こされたかを推測する。このように、既存のマジックス法は、ただ、欠陥のソースを評価するために用いられた。しかし、本出願人は、前述したマジックス法を用いて、次のような方法で結晶欠陥の大きさを検出した。
【００９４】
以下、育成中の単結晶シリコンインゴット３０から切り取ったウエハサンプルに含まれた結晶欠陥のうち３０ｎｍより小さい大きさの結晶欠陥が優勢であるか否か（すなわち、ウエハサンプルが遷移領域として形成されているか否か）をマジックス法により評価する方法を、次のように、添付の図面を参照して説明する。
【００９５】
まず、直径１２インチ（３００ｍｍ）の単結晶シリコンインゴットを育成しながら、インゴットの育成方向に垂直な水平方向にインゴットを切断して、ウエハサンプルを準備する。
【００９６】
図６Ａは、ウエハサンプルにＣｕヘイズ法を適用した後のウエハサンプルの平面図を示し、図６Ｂ及び図６Ｃは、ウエハサンプルをマジックス法により撮影した映像を示す。図６Ｂ及び図６Ｃにおいて、マジックス法により得られた映像は、ピクセルを互いに異なるカラーにより区分して表示するが、同図は白黒に見えるので、理解を助けるために、ピクセル（ｐｉｘｅｌ）１のカラーはＯと表示し、ピクセル２のカラーは☆と表示し、ピクセル３のカラーは△と表示して区分した。また、図６Ｂ及び図６Ｃの映像は、ただ幾つかのピクセル（すなわち、ピクセル１ないしピクセル３）のみを表示しているが、これに限定されず、より多くのピクセルを区分して表示することができる。
【００９７】
もし、既存の結晶欠陥の評価方法、例えばＣｕヘイズ法によれば、図６Ａに示したように、ウエハサンプルにおいて、ＶＤＰ領域は黒色で表示され、ＩＤＰ領域は白色で表示されるだけである。したがって、Ｃｕヘイズ法によれば、ＶＤＰ領域とＩＤＰ領域に含まれた結晶欠陥のうち３０ｎｍより小さい大きさを有する結晶欠陥がどのくらい優勢であるかを評価できなかった。すなわち、既存の結晶欠陥の評価方法によれば、３０ｎｍより小さい、即ち、０ｎｍ〜１９ｎｍの大きさの結晶欠陥のみを優勢に有する遷移領域を含むシリコンウエハを作製することができなかった。
【００９８】
しかし、本実施例によれば、ウエハサンプルが３０ｎｍより小さい大きさを有する結晶欠陥が優勢であるか否かを、次のように評価することができる。
【００９９】
まず、カメラ（図示せず）によりウエハサンプルを撮影すると、互いに異なるカラーのピクセル（例えば、ピクセル１〜ピクセル３）を見せる図６Ｂ又は図６Ｃに例示したような映像が得られる。
【０１００】
このとき、本出願人は、図６Ｂまたは図６Ｃに示した映像を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）でレビュー（ｒｅｖｉｅｗ）した後、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で観察した結果、ピクセル別結晶欠陥の体積を究明することができた。すなわち、マジックス法により撮影された映像を通じて、結晶欠陥の大きさをピクセルの種類に応じて評価できることを見出した。
【０１０１】
図７は、マジックス法により獲得した映像の各ピクセルと体積との関係をＴＥＭで分析したグラフであって、横軸はピクセル番号を示し、縦軸は体積を示す。ここで、相関係数（Ｒ2）は０．９であり、相関関係式はｙ＝３４２７．７ｘ2−４７００．４ｘ＋２３９６８であり得る。
【０１０２】
図８は、ＴＥＭを用いて撮影したピクセル１に該当する結晶欠陥のイメージを示す。ここで、［１００］，［０１１］，
【数３】
2015519285.tif 000005
は格子の方向を示す。
【０１０３】
ＴＥＭは、オングストローム（Å）単位の大きさを有する結晶欠陥の大きさ及び種類を検出することができる装備であるので、各ピクセルを図８のようにＴＥＭで撮影して、ピクセル別結晶欠陥の大きさを評価することができた。また、多数のピクセルをＴＥＭで撮影して、ピクセル別欠陥の大きさが、図７に示したように相関性を有することを見出した。図７を参照すると、ピクセルの番号が小さくなるほど、結晶欠陥の体積が小さくなることがわかる。これは、ピクセル番号が小さくなるほど結晶欠陥の大きさが小さいことを暗示する。また、図８を参照すると、ピクセル１の結晶欠陥の大きさは、約１０ｎｍ〜１９ｎｍの大きさを有することがわかる。
【０１０４】
したがって、既存に評価できなかった３０ｎｍよりも小さい大きさの結晶欠陥の具体的な大きさを、マジックス法により撮影した映像に表示されるピクセルを通じて検出することができる。
【０１０５】
図９は、ピクセルのヒストグラム（ｈｉｓｔｏｇｒａｍ）を示すグラフであって、横軸はピクセル番号を示し、縦軸は各ピクセルの度数（又は、密度）を示す。
【０１０６】
ウエハサンプルを撮影した映像から、図９に示したような各ピクセルのヒストグラムを生成する。その後、ヒストグラムにおいて各ピクセル番号の度数を評価して、ウエハサンプルに含まれた結晶欠陥の大きさを確認することができる。
【０１０７】
以下、ピクセル１に該当する大きさの結晶欠陥を優勢に有するウエハサンプルを作製しようとする。
【０１０８】
例えば、図６Ｂに示したウエハサンプルの映像において、周縁部にはピクセル１からピクセル３までのカラー（Ｏ、☆、△）が表示される反面、周縁部の内側の中央にはピクセル１のカラー（Ｏ）のみ表示されている。このような図６Ｂに例示した映像から、図９に示したヒストグラム曲線２００を求める。このとき、ピクセル番号１に該当する度数が臨界度数よりも大きいので、ピクセル１に該当する大きさの結晶欠陥を優勢に有する遷移領域としてシリコンウエハが形成されたものと決定する。ここで、臨界度数とは、優勢の程度に応じて決定される。例えば、優勢の程度が前述したｋ％である場合、臨界度数は全体ピクセルの数のｋ％を意味する。すなわち、この場合には、Ｔ（ＶＧ）内のＶ／Ｇでインゴット３０が成長しているので、図６Ｂに示したウエハサンプルは、所望の大きさの結晶欠陥が優勢な遷移領域として形成されたシリコンウエハであって、合格である。
【０１０９】
もし、Ｔ（ＶＧ）内でＶ／Ｇがさらに低くなると、マジックス法により撮影したウエハサンプルの映像は図６Ｃの通りである。この場合、ＩＤＰ領域の結晶欠陥が優勢に含まれた遷移領域としてシリコンウエハが形成されたので、これもまた合格である。
【０１１０】
しかし、図９に示したヒストグラム曲線２０２が得られたとき、ピクセル番号１に該当する度数は臨界度数よりも小さく、代わりにピクセル２に該当する度数が臨界度数よりも大きいので、シリコンウエハは、ピクセル２に該当する大きさの結晶欠陥を優勢に有するため、不合格である。したがって、Ｔ（ＶＧ）を逸脱したＶ／Ｇの値を△Ｖ／Ｇだけ低くして、Ｔ（ＶＧ）内のＶ／Ｇでインゴット３０が成長するようにすることで、本実施例に係るシリコンウエハを作製することができる。
【０１１１】
もし、各ピクセル番号別結晶格子の大きさが、図７に基づいて予め定められ、各結晶欠陥の大きさに相応するＶ／Ｇが予め定められていれば、△Ｖ／Ｇは容易に求めることができる。図９の場合、ピクセル２に該当する結晶欠陥の大きさに該当するＶ／Ｇから、ピクセル１に該当する結晶欠陥の大きさに該当するＶ／Ｇを減算して、△Ｖ／Ｇを得ることができる。このとき、△Ｖ／Ｇを調整して、ピクセル１の度数がピクセル２の度数よりも多くなるようにする場合（２０２→２００）、度数の分布は増加するようになる。したがって、これを考慮して△Ｖ／Ｇの値を決定することができる。
【０１１２】
以上で説明したように、本実施例によれば、切り取ったウエハサンプルに含まれた結晶欠陥の大きさが３０ｎｍより小さい、例えば、１０ｎｍ〜１９ｎｍであるか否かを、前述したようにマジックス法により評価することができる。したがって、単結晶シリコンインゴット３０を成長させるＶ／ＧがＴ（ＶＧ）の範囲を外れる時、Ｖ／ＧがＴ（ＶＧ）内に属するように正確に調整することができるので、本実施例に係るシリコンウエハは、ＶＤＰ領域及びＩＤＰ領域のうち少なくとも一つの領域に含まれた結晶欠陥のうち１０ｎｍ〜３０ｎｍの大きさの結晶欠陥を優勢に有する遷移領域としてのみ形成されることがわかる。
【０１１３】
さらに、本実施例によれば、マジックス法によりウエハサンプルに含まれた結晶欠陥の大きさを評価するとき、ウエハサンプルを熱処理するなどの付加的な前処理工程を行う必要がない。したがって、ウエハサンプルをより迅速に評価して、育成中のインゴット成長工程に直ちにフィードバックして反映できるので、生産時間を短縮することができる。
【０１１４】
以下、前述した実施例に係るシリコンウエハを製造するための、単結晶シリコンインゴット成長装置及び方法について、次のように添付の図面を参照して説明する。しかし、後述する単結晶シリコンインゴット成長装置及び方法は、本実施例に係るシリコンウエハ以外に、一般のシリコンウエハを製造するためにも利用できることは勿論である。
【０１１５】
図１０は、実施例に係る単結晶シリコンインゴットの成長方法を説明するためのフローチャートである。
【０１１６】
図２及び図１０を参照すると、単結晶シリコンインゴット３０の回転角速度を計算する（ステップ３０２）。そのために、回転角速度計算部９２は、引き上げ部４０から提供されたインゴット３０が回転する速度及びセンサ９０から提供されたセンシングされたインゴット３０の直径を用いて、インゴット３０の回転角速度を計算することができる。
【０１１７】
ステップ３０２の後に、第１比較部９４は、回転角速度計算部９２で計算された回転角速度を目標回転角速度ＴＳＲと比較し、比較された結果を角速度エラー値として流速制御部９６に出力する（ステップ３０４）。
【０１１８】
ステップ３０４の後に、流速制御部９６は、第１比較部９４から受信した角速度エラー値に応じて、成長する単結晶シリコンインゴット３０の直径がセンシングされる部分３４に溶融シリコン２０の流速を減少させる（ステップ３０６）。そのために、流速制御部９６は、引き上げ部４０及び／または支持軸駆動部１６を制御して流速を減少させることができる。すなわち、流速制御部９６は、引き上げ部４０を介してインゴット３０の回転速度を制御し、支持軸駆動部１６を介してるつぼ１０の回転速度を制御する。もし、角速度エラー値に基づいて、測定された回転角速度が目標回転角速度ＴＳＲよりも大きいと判断されると、流速制御部９６は流速を減少させる。直径がセンシングされる部分３４がシリコン溶融液２０のメニスカスに該当する場合、シリコン溶融液２０の流速を減少させて、メニスカスの流動を安定化させることができる。
【０１１９】
ステップ３０６の後に、直径センシング部９０は、単結晶シリコンインゴット３０の直径をセンシングする（ステップ３０８）。
【０１２０】
ステップ３０８の後に、第２比較部１１０は、直径センシング部９０でセンシングされた直径と目標直径ＴＤとを比較し、比較された結果を直径エラー値として引き上げ部４０に出力する（ステップ３１０）。
【０１２１】
ステップ３１０の後に、引き上げ部４０は、直径エラー値に応じて、成長する単結晶シリコンインゴット３０の引き上げ速度を可変させ、可変された引き上げ速度で単結晶シリコンインゴット３０を回転させながら引き上げる（ステップ３１２）。したがって、直径エラー値に応じて、成長する単結晶シリコンインゴット３０の引き上げ速度を調整することができる。
【０１２２】
図１１Ａ及び図１１Ｂは、インゴット３０の引き上げ速度Ｖの軌跡を示すグラフであって、横軸は時間を示し、縦軸は引き上げ速度Ｖを示す。
【０１２３】
図１２は、既存と本実施例に係る引き上げ速度のマージンを示す図である。ここで、Ｐバンドは、図１に示した小さなボイド領域とＯバンドとの間の境界を示す。
【０１２４】
一般に、直径センシング部９０でセンシングされた直径に応じて、引き上げ部４０は単結晶シリコンインゴット３０の引き上げ速度を制御する。例えば、直径センシング部９０のセンシングされたインゴット３０の直径が目標直径ＴＤよりも大きいと、引き上げ部４０は、インゴット３０の実測直径が目標直径よりも大きい分だけインゴット３０の引き上げ速度を高める。しかし、直径センシング部９０のセンシングされた直径が目標直径ＴＤよりも小さいと、引き上げ部４０は、実測直径が目標直径よりも小さい分だけインゴット３０の引き上げ速度を低下させる。このとき、直径がセンシングされる部分であるメニスカス３４は、インゴット３０の育成時に生成されるノードや溶融シリコン２０の流速の強度に影響を受けて不安定となり得る。このように、メニスカス３４が不安定であるにもかかわらず、不安定なメニスカス３４を介してセンシングした実測直径によって引き上げ速度を調整する場合、図１１Ａに示されたように、引き上げ速度がＴ（ＶＧ）内の引き上げ速度の目標軌跡３２０を外れて変動する幅３２２が非常に大きくなることがある。この場合、図１２に示したように、Ｐバンド（小さなボイド領域とＯバンド領域との間）領域の結晶欠陥３３６、Ｖ領域、またはＩ領域の結晶欠陥３３４を含むことで不良処理可能なインゴット３０またはシリコンウエハの度数が多くなることがある（３３０参照）。
【０１２５】
これとは異なり、本実施例では、前述した問題を解決するために、前述したステップ３０２〜ステップ３０６を通じてメニスカス３４の流動を安定化させた後に、直径センシング部９０により直径を正確にセンシングし、正確にセンシングされた値に基づいて引き上げ速度を調整する。したがって、図１１Ｂに示したように、引き上げ速度Ｖが目標引き上げ速度の軌跡３２０を外れて変動する幅３２４が減少するようになる。したがって、図１２を参照すると、成長する単結晶シリコンインゴット３０の引き上げ速度のマージンは、既存Ｌ１の０．０１５ｍｍ／ｍｉｎ〜０．０１６ｍｍ／ｍｉｎから本実施例Ｌ２の０．０１０ｍｍ／ｍｉｎ〜０．０３０ｍｍ／ｍｉｎ、例えば、０．０２５ｍｍ／ｍｉｎに大きく増加することができる。したがって、図１２に示したように、本実施例の場合、ウエハサンプルの度数を見ると、Ｐ領域とＩ領域の結晶欠陥を含むことで不良処理可能なインゴット３０またはシリコンウエハがないことがわかる（３３２参照）。これは、同一のシリコン溶融液２０の量で生産性を１０％以上増加させることができるだけでなく、インゴット３０の成長速度もまた１０％以上向上させる。
【０１２６】
図１３は、他の実施例に係る単結晶シリコンインゴットの成長方法を説明するためのフローチャートである。
【０１２７】
図２及び図１３を参照すると、第１制御部１２０は、ヒーター６０の最大発熱部の位置６２を決定する（ステップ４０２）。
【０１２８】
ステップ４０２の後に、第２制御部１３０は、第１制御部１２０から受信したヒーター６０の最大発熱部の決定された位置６２に応じて最大磁場プレーン（ＭＧＰ：Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｇａｕｓｓ  Ｐｌａｎｅ）の位置を決定する（ステップ４０４）。ここで、ＭＧＰとは、磁場印加部８０から発生する磁場の水平成分が最大となる部分を意味する。磁場印加部８０は、断熱材７０によってヒーター６０と熱的に遮断される。
【０１２９】
ヒーター６０は、上下方向に均一に発熱してもよく、上下方向にその発熱量を調節することもできる。もし、ヒーター６０が上下方向に均一に発熱する場合、最大発熱部は、ヒーター６０の中央または中央より少し上側に位置する。しかし、ヒーター６０が上下方向に発熱量を調節できる場合には、最大発熱部は任意に調整可能である。
【０１３０】
ステップ４０４の後に、第２制御部１３０は、磁場印加部８０を制御して、決定された位置にＭＧＰが形成されるようにるつぼ１０に磁場を印加する（ステップ４０６）。
【０１３１】
その後、ステップ４０８で最大発熱部の位置が変更された時、最大発熱部の変更された位置６２に応じてＭＧＰの位置を調整する（ステップ４１０）。第１制御部１２０は、ヒーター６０を制御して、最大発熱部の位置６２を変更させることができる。ヒーター６０が移動する場合、最大発熱部の位置６２も変化し得る。第２制御部１３０は、第１制御部１２０を介して最大発熱部の変更された位置６２を確認し、変更された位置に応じてＭＧＰが形成される位置を調整する。
【０１３２】
ステップ４１０の後に、第２制御部１３０は、調整された位置にＭＧＰが形成されるように磁場印加部８０を制御して、磁場をるつぼ１０に印加する（ステップ４１２）。
【０１３３】
実施例によれば、ＭＧＰは、最大発熱部の位置６２よりも低い位置に位置するように決定することができる。例えば、ＭＧＰは、シリコン融液２０の界面を基準として最大発熱部の位置６２よりも２０％〜４０％低い位置に位置してもよい。すなわち、シリコン融液２０の界面から最大発熱部の位置６２が第１距離Ｄ１だけ離隔していると、ＭＧＰは、シリコン融液２０の界面から第１距離Ｄ１よりも２０％〜４０％低い第２距離Ｄ２だけ離隔して位置することができる。第２距離Ｄ２は５０ｍｍ〜３００ｍｍであってもよく、例えば、１５０ｍｍであってもよい。
【０１３４】
図１４Ａは、ＭＧＰの位置によるＩＤＰマージンの最大値を示し、図１４Ｂは、ＭＧＰの位置によるＩＤＰマージンの最大値の７０％の値を示す。各グラフにおいて、横軸はＭＧＰの位置を示し、ＭＧＰの位置は、シリコン融液２０の界面を‘０’とし、界面の下方に行くほど（−）値が大きくなる。図１４ＢのＲＥＦは、本実施例に係るＭＧＰと比較される基準値を示す。
【０１３５】
図１４Ａ及び図１４Ｂを参照すると、ＭＧＰは、−５０ｍｍ〜−３００ｍｍに位置することができ、−１５０ｍｍのとき、ＩＤＰのマージンは最大となることがわかる。
【０１３６】
一方、前述した最大発熱部の位置６２とＭＧＰの位置を調整してシリコン融液２０の対流を制御できるだけでなく、磁場印加部８０によって印加される磁場の強度によってもシリコン融液２０の対流を制御することができる。例えば、磁場印加部８０からるつぼ１０に印加される磁場は、２０００〜３４００ガウスであってもよく、２８００ガウスの時、ＩＤＰマージンは最大となることがわかる。
【０１３７】
図１５Ａは、磁場の強度によるＩＤＰマージンの最大値を示し、図１５Ｂは、磁場の強度によるＩＤＰマージンの最大値の７０％の値を示す。各グラフにおいて、縦軸はＩＤＰマージンを示し、横軸は磁場の強度をガウスで示す。図１５ＢのＲＥＦは、本実施例に係るガウスと比較される基準値を示す。
【０１３８】
図１５Ａ及び図１５Ｂを参照すると、磁場の強度が２８００ガウスのとき、ＩＤＰのマージンは、０．００７ｍｍ／ｍｉｎから０．０１０ｍｍ／ｍｉｎないし０．０３０ｍｍ／ｍｉｎに増加することができ、例えば、０．０２０ｍｍ／ｍｉｎないし０．０２２ｍｍ／ｍｉｎまでＩＤＰマージンが向上することができる。
【０１３９】
このように、ＩＤＰのマージンが増加する場合、ＩＤＰ領域が形成される温度領域である１２５０℃〜１４２０℃の長さ区間が拡張されて、前述したシリコンウエハの作製条件が遥かに容易となる。
【０１４０】
一般に、単結晶シリコンインゴット３０の回転角速度を変更させる場合、シリコン融液２０の界面の膨らみ程度、インゴット３０の成長方向の温度勾配（Ｇ＝Ｇｓ＋Ｇｍ）（ここで、Ｇｓはインゴットの温度勾配を示し、Ｇｍはシリコン融液２０の温度勾配を示す）、インゴット３０とシリコン融液２０が接する部分においてインゴット３０の半径方向の温度勾配の差（△Ｇ＝Ｇｓｅ−Ｇｓｃ）（ここで、Ｇｓｅ及びＧｓｃは、インゴット３０の下部の周縁部及び中央の温度勾配をそれぞれ示す。）、インゴット３０に含まれた酸素の濃度、インゴット３０とシリコン融液２０との間に形成される過冷領域の大きさなどが変更される。例えば、シリコンインゴット３０の回転角速度が増加すると、シリコン融液２０の界面は非常に膨らみ、温度勾配Ｇが大きくなり、温度勾配の差（△Ｇ）が小さくなり、酸素の濃度が低くなるので、良好な品質のインゴット３０を生成することができるが、引き上げ速度の制御は難しくなる。これと反対に、シリコンインゴット３０の回転角速度が減少すると、シリコン融液２０の界面は平らになり、温度勾配Ｇが小さくなり、温度勾配の差△Ｇが大きくなり、酸素の濃度が高くなるなど、不良品質のインゴット３０が生成されることがあるが、引き上げ速度の制御は容易となる。しかし、磁場により、このような関係は崩れることがある。また、一般に、図２に示したシリコン融液２０は、インゴット３０の回転によって矢印方向２２に対流し、るつぼ１０の回転によって矢印方向２４に対流する。しかし、シリコン融液２０の対流は、ＭＧＰを基準として上部と下部が遮断され得る。
【０１４１】
既存とは異なり、前述した本実施例によれば、最大発熱部の位置に応じてシリコン融液の対流を考慮してＭＧＰを決定し、磁場の強度を適宜調整してシリコン融液２０の対流を制御する。したがって、回転角速度を変更しながら発生し得る前述した問題点を補償することができる。すなわち、ＭＧＰが、最大発熱部位の位置６２よりもシリコン融液２０の界面から２０％〜４０％さらに低いとき、矢印方向２２にインゴット３０の中央に向かって対流が強くなることで、ベイカンシーとインタースティシャルとの再結合区間の確保が可能であるので、ＩＤＰ領域のマージンが増加するようになる。
【０１４２】
本実施例では、１０ｎｍ〜３０ｎｍの大きさの結晶欠陥を優勢に有する遷移領域として形成されたシリコンウエハまたはインゴットを成長させるために、図２に示した装置を用いた。しかし、前述した図１０及び図１３に示した方法を行う図２に示された成長装置は、例示的なものに過ぎず、各ステップを行うために、自動成長制御器（ＡＧＣ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｇｒｏｗｉｎｇ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）（図示せず）または自動温度制御器（ＡＴＣ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）（図示せず）などをさらに用いてもよいことは勿論である。
【０１４３】
また、前述した図１０及び図１３に示した単結晶シリコンインゴットの成長方法は、同時に使用してもよく、これらのうち一つの方法のみ使用してもよい。また、本実施例に係るシリコンウエハを作製するために、単結晶シリコンインゴット３０の回転角速度、ＭＧＰ、磁場の強度、最大発熱部位の位置以外に、冷却ガスであるアルゴンガスなどの不活性ガスの圧力／流量、熱遮蔽部材５０とシリコン融液２０の界面間の間隔（ｍｅｌｔ  ｇａｐ）、熱遮蔽部材５０の形状、ヒーター６０の個数、るつぼ１０の回転速度をさらに用いてもよいことは勿論である。
【０１４４】
以上、実施例を中心に説明したが、これは単なる例示であり、本発明を限定するものではなく、本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、本実施例の本質的な特性を逸脱しない範囲内で、以上に例示していない種々の変形及び応用が可能であるということが理解されるであろう。例えば、実施例に具体的に示した各構成要素は変形実施が可能である。そして、このような変形及び応用による差異点は、添付の特許請求の範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものと解釈しなければならない。
【産業上の利用可能性】
【０１４５】
本実施例は、３０ｎｍより小さい微細な大きさの結晶欠陥を有する、半導体用高品質の単結晶シリコンインゴット及びウエハを生産するのに利用することができる。
【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６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【国際調査報告】
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