(57)【要約】      （修正有）【課題】融液から単結晶半導体を引上げ成長させる過程で、単結晶半導体に不純物が、より均一に取り込まれるようにすることで、半導体ウェーハの面内での不純物濃度ムラを小さくさせ、もってウェーハの平坦度を向上させる。【解決手段】単結晶半導体を引き上げる過程で、引き上げられる単結晶半導体の回転速度ω2を所定値以上に調整し、かつ所定範囲の強度の磁場を融液に印加する。特に、結晶周速度を０．１２６m/sec以上に調整し、かつＭ/Ｖ１/３（Ｍは磁場強度、Ｖは融液の体積）を３５．５≦Ｍ/Ｖ１/３≦６１．３に調整する。望ましくは、結晶周速度を０．１４１m/sec以上に調整し、かつＭ/Ｖ１/３  を４０．３≦Ｍ/Ｖ１/３≦５６．４に調整する。【選択図】図４
2005231944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
種結晶をるつぼ内の融液に着液させ、前記種結晶を回転させながら引き上げることにより、不純物が添加された単結晶半導体を製造する単結晶半導体の製造方法において、
単結晶半導体を引き上げる過程で、引き上げられる単結晶半導体の回転速度を所定値以上に調整し、かつ所定範囲の強度の磁場を融液に印加すること
を特徴とする単結晶半導体の製造方法。
【請求項２】
種結晶をるつぼ内の融液に着液させ、前記種結晶を回転させながら引き上げることにより、不純物が添加された単結晶半導体を製造する単結晶半導体の製造方法において、
るつぼ底部の磁場強度をＭ、るつぼ内の融液の体積をＶとしたとき、
単結晶半導体を引き上げる過程で、引き上げられる単結晶半導体の外周部の周速度を０．１２６m/sec以上に調整し、かつ  
３５．５≦Ｍ/Ｖ１/３≦６１．３
となるように磁場を融液に印加すること
を特徴とする単結晶半導体の製造方法。
【請求項３】
種結晶をるつぼ内の融液に着液させ、前記種結晶を回転させながら引き上げることにより、不純物が添加された単結晶半導体を製造する単結晶半導体の製造方法において、
単結晶半導体を引き上げる過程で、引き上げられる単結晶半導体の外周部の周速度を０．１２６m/sec以上に調整すること
を特徴とする単結晶半導体の製造方法。
【請求項４】
種結晶をるつぼ内の融液に着液させ、前記種結晶を回転させながら引き上げることにより、不純物が添加された単結晶半導体を製造する単結晶半導体の製造方法において、
るつぼ底部の磁場強度をＭ、るつぼ内の融液の体積をＶとしたとき、
３５．５≦Ｍ/Ｖ１/３≦６１．３
となるように磁場を融液に印加すること
を特徴とする単結晶半導体の製造方法。
【請求項５】
種結晶をるつぼ内の融液に着液させ、前記種結晶を回転させながら引き上げることにより、不純物が添加された単結晶半導体を製造する単結晶半導体の製造方法において、
るつぼ底部の磁場強度をＭ、るつぼ内の融液の体積をＶとしたとき、
単結晶半導体を引き上げる過程で、引き上げられる単結晶半導体の外周部の周速度を０．１４１m/sec以上に調整し、かつ  
４０．３≦Ｍ/Ｖ１/３≦５６．４
となるように磁場を融液に印加すること
を特徴とする単結晶半導体の製造方法。
【請求項６】
種結晶をるつぼ内の融液に着液させ、前記種結晶を回転させながら引き上げることにより、不純物が添加された単結晶半導体を製造する単結晶半導体の製造方法において、
単結晶半導体を引き上げる過程で、引き上げられる単結晶半導体の外周部の周速度を０．１４１m/sec以上に調整すること
を特徴とする単結晶半導体の製造方法。
【請求項７】
種結晶をるつぼ内の融液に着液させ、前記種結晶を回転させながら引き上げることにより、不純物が添加された単結晶半導体を製造する単結晶半導体の製造方法において、
るつぼ底部の磁場強度をＭ、るつぼ内の融液の体積をＶとしたとき、
４０．３≦Ｍ/Ｖ１/３≦５６．４
となるように磁場を融液に印加すること
を特徴とする単結晶半導体の製造方法。
【請求項８】
単結晶半導体に添加される不純物は、ボロンＢまたはガリウムＧaであり、不純物濃度は、８．０ｅ１７atoms/cc以上であること
を特徴とする請求項１〜７に記載の単結晶半導体の製造方法。
【請求項９】
単結晶半導体に添加される不純物は、リンＰまたはアンチモンＳbまたは砒素Ａsであり、不純物濃度は、５．０ｅ１７atoms/cc以上であること
を特徴とする請求項１〜７に記載の単結晶半導体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＺ法（チョクラルスキー法）を用いて単結晶シリコンなどの単結晶半導体を製造する製造方法に関し、平坦度の高い半導体ウェーハを取得できるように単結晶半導体を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
単結晶シリコンの製造方法の１つにＣＺ法がある。
【０００３】
ＣＺ法で成長させて引き上げられた単結晶シリコン（インゴット）は、スライスされ、研磨され、エッチングされて、半導体デバイス製造用のシリコンウェーハとして提供される。
【０００４】
すなわち、融液には、シリコンウェーハが所望の抵抗率を得るためにボロンＢ等の不純物が添加された上で、単結晶シリコンを融液から引上げ成長される。
【０００５】
ここで、単結晶シリコンを引上げ成長させる過程で、不純物は、均一に取り込まれるわけではない。このため、引上げ成長させた単結晶シリコン（インゴット）から取得されたシリコンウェーハを、縦方向（ウェーハ面に対して垂直）に切ったとき、不純物の濃度ムラに応じた成長縞が観察され、ウェーハ面内では、リング状の不純物濃度ムラが観察される。
【０００６】
一方、近年、半導体デバイスの種類によっては、シリコンウェーハの表面の平坦度に高いスペックのものが要求されている。
【０００７】
本発明に関連する従来技術として、下記特許文献１がある。
【０００８】
この特許文献１には、石英るつぼから融液を介して単結晶シリコンに取り込まれる酸素に着目し、シリコンウェーハの面内の現れる酸素濃度ムラを小さくさせる発明が記載されている。その手法は、ヒータのスリットのオーバーラップ長さｈと、ヒータの内径ｄとの比率ｈ/ｄを０．７０以下にすることによって、シリコンウェーハの面内の酸素濃度ムラを小さくさせるというものである。
【特許文献１】特開平１１−１１６３９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明者は、シリコンウェーハ面内の不純物の濃度ムラは、硬さのムラとなって現れ、これがウェーハの平坦度に影響を及ぼすという新たな知見を発見するに至った。特に不純物を高濃度に添加した場合には、硬さのムラが生じやすい。
【００１０】
すなわち、不純物が添加されると、結晶硬化効果が生じる。このためシリコンウェーハ面内では不純物濃度ムラは硬さのムラとして顕在化し、研磨工程で研磨すると、ウェーハ面内各部での硬さの違いによって微小な凹凸が生じる。同様に、エッチング工程でエッチングを行うと、濃度ムラにより微小な凹凸が生じる。このように形成された微小な凹凸は、平坦度を劣化させる原因となる。
【００１１】
本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであり、融液から単結晶半導体を引上げ成長させる過程で、単結晶半導体に不純物が、より均一に取り込まれるようにすることで、半導体ウェーハ面内での不純物濃度ムラを小さくさせ、もってウェーハの平坦度を向上させることを、解決課題とするものである。
【００１２】
なお、上記特許文献１に記載された発明は、石英るつぼから融液を介して単結晶半導体に取り込まれる酸素を対象とし、ウェーハ面内酸素濃度ムラを小さくさせる発明であり、融液から単結晶半導体に取り込まれる不純物（ボロン等）を対象とし、ウェーハ面内での不純物濃度ムラを小さくさせる本発明とは、異なるものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
第１発明は、
種結晶をるつぼ内の融液に着液させ、前記種結晶を回転させながら引き上げることにより、不純物が添加された単結晶半導体を製造する単結晶半導体の製造方法において、
単結晶半導体を引き上げる過程で、引き上げられる単結晶半導体の回転速度を所定値以上に調整し、かつ所定範囲の強度の磁場を融液に印加すること
を特徴とする。
【００１４】
第２発明は、
種結晶をるつぼ内の融液に着液させ、前記種結晶を回転させながら引き上げることにより、不純物が添加された単結晶半導体を製造する単結晶半導体の製造方法において、
るつぼ底部の磁場強度をＭ、るつぼ内の融液の体積をＶとしたとき、
単結晶半導体を引き上げる過程で、引き上げられる単結晶半導体の外周部の周速度を０．１２６m/sec以上に調整し、かつ  
３５．５≦Ｍ/Ｖ１/３≦６１．３
となるように磁場を融液に印加すること
を特徴とする。
【００１５】
第３発明は、
種結晶をるつぼ内の融液に着液させ、前記種結晶を回転させながら引き上げることにより、不純物が添加された単結晶半導体を製造する単結晶半導体の製造方法において、
単結晶半導体を引き上げる過程で、引き上げられる単結晶半導体の外周部の周速度を０．１２６m/sec以上に調整すること
を特徴とする。
【００１６】
第４発明は、
種結晶をるつぼ内の融液に着液させ、前記種結晶を回転させながら引き上げることにより、不純物が添加された単結晶半導体を製造する単結晶半導体の製造方法において、
るつぼ底部の磁場強度をＭ、るつぼ内の融液の体積をＶとしたとき、
３５．５≦Ｍ/Ｖ１/３≦６１．３
となるように磁場を融液に印加すること
を特徴とする。
【００１７】
第５発明は、
種結晶をるつぼ内の融液に着液させ、前記種結晶を回転させながら引き上げることにより、不純物が添加された単結晶半導体を製造する単結晶半導体の製造方法において、
るつぼ底部の磁場強度をＭ、るつぼ内の融液の体積をＶとしたとき、
単結晶半導体を引き上げる過程で、引き上げられる単結晶半導体の外周部の周速度を０．１４１m/sec以上に調整し、かつ  
４０．３≦Ｍ/Ｖ１/３≦５６．４
となるように磁場を融液に印加すること
を特徴とする。
【００１８】
第６発明は、
種結晶をるつぼ内の融液に着液させ、前記種結晶を回転させながら引き上げることにより、不純物が添加された単結晶半導体を製造する単結晶半導体の製造方法において、
単結晶半導体を引き上げる過程で、引き上げられる単結晶半導体の外周部の周速度を０．１４１m/sec以上に調整すること
を特徴とする。
【００１９】
第７発明は、
種結晶をるつぼ内の融液に着液させ、前記種結晶を回転させながら引き上げることにより、不純物が添加された単結晶半導体を製造する単結晶半導体の製造方法において、
るつぼ底部の磁場強度をＭ、るつぼ内の融液の体積をＶとしたとき、
４０．３≦Ｍ/Ｖ１/３≦５６．４
となるように磁場を融液に印加すること
を特徴とする。
【００２０】
第８発明は、第１発明〜第７発明において、
単結晶半導体に添加される不純物は、ボロンＢまたはガリウムＧaであり、不純物濃度は、８．０ｅ１７atoms/cc以上であること
を特徴とする。
【００２１】
第９発明は、第１発明〜第７発明において、
単結晶半導体に添加される不純物は、リンＰまたはアンチモンＳbまたは砒素Ａsであり、不純物濃度は、５．０ｅ１７atoms/cc以上であること
を特徴とする。
【００２２】
本発明者は、ウェーハ面に対して垂直に切断したときの成長縞の間隔が不均一で、ウェーハ面内でリング状の不純物濃度ムラがあるのは、つぎの原因であると考えた。
【００２３】
１）単結晶シリコン６の引上げ時に、融液５の対流に不均一な流れが形成され、融液５から単結晶シリコン６に取り込まれる不純物濃度が変化する。
【００２４】
２）単結晶シリコン６が成長する間に単結晶シリコン６が回転することにより温度差が生じてリメルト（一旦固まった結晶が液状に戻る）が発生し、それによって融液５から単結晶シリコン６に取り込まれる不純物濃度が変化する。
【００２５】
３）単結晶シリコン６と融液５との接合部である成長界面（固液界面）の勾配がきつく、このためウェーハ縦断面でみたとき多くの成長界面を横切った成長縞（不純物濃度のムラがある）が観察される。
【００２６】
そこで、本発明者は、ウェーハ面に対して垂直に切断したときの成長縞の間隔を均一に（かつ成長縞を緻密かつ薄く）し、ウェーハ面内でのリング状の不純物濃度ムラを小さく（無くす）には、つぎの点が重要であると考えた。
【００２７】
４）成長界面（固液界面）近傍での融液５内の不純物を均一にする。
【００２８】
５）融液５の対流を抑制して成長界面（固液界面）近傍での温度を安定化させ、リメルトの発生を無くす。
【００２９】
６）融液５の表面での温度分布が対称になるようにしてリメルトの発生を無くす。
【００３０】
７）上記４）を達成するには、単結晶シリコン６を引き上げる過程で、引き上げられる単結晶シリコン６の回転速度ω2を所定値以上に調整することが必要であると仮定した。
【００３１】
８）また上記５）、６）を達成するには、所定範囲の強度の磁場を融液５に印加することが必要であると仮定した。
【００３２】
そして、上記仮定のもとに実験を行ったところ、図４に示す結果が得られ、上記仮定が正しいことが照明された。
【００３３】
すなわち、第１発明によれば、単結晶半導体６を引き上げる過程で、引き上げられる単結晶半導体６の回転速度ω2を所定値以上に調整し、かつ所定範囲の強度の磁場を融液５に印加することにより、単結晶半導体６内の不純物の濃度ムラを小さくすることができる。
【００３４】
第２発明によれば、単結晶半導体６を引き上げる過程で、結晶周速度を０．１２６m/sec以上に調整し、かつＭ/Ｖ１/３  を３５．５≦Ｍ/Ｖ１/３≦６１．３に調整することで、単結晶半導体６内の不純物の濃度ムラを小さくすることができた（図４の破線内）。
【００３５】
結晶周速度のみでみたときには、不純物濃度ムラを小さくするには、結晶周速度を０．１２６m/sec以上に調整すればよい（第３発明）。
【００３６】
Ｍ/Ｖ１/３   のみでみたときは、不純物濃度ムラを小さくするには、３５．５≦Ｍ/Ｖ１/３≦６１．３に調整すればよい（第４発明）。
【００３７】
第５発明によれば、単結晶半導体６を引き上げる過程で、結晶周速度を０．１４１m/sec以上に調整し、かつＭ/Ｖ１/３  を４０．３≦Ｍ/Ｖ１/３≦５６．４に調整することで、単結晶半導体６内の不純物の濃度ムラを小さくすることができた（図４の太実線内）。
【００３８】
結晶周速度のみでみたときには、不純物濃度ムラを小さくするには、結晶周速度を０．１４１m/sec以上に調整すればよい（第６発明）。
【００３９】
Ｍ/Ｖ１/３   のみでみたときは、不純物濃度ムラを小さくするには、４０．３≦Ｍ/Ｖ１/３≦５６．４に調整すればよい（第７発明）。
【００４０】
本発明によれば、不純物濃度ムラが小さくなるため、半導体ウェーハ面内での硬さのムラは小さくなり、研磨あるいはエッチング加工を施した場合、濃度ムラによる微小な凹凸は無くなり（少なくなり）、加工後の平坦度が従来よりも向上する。
【００４１】
不純物濃度ムラが平坦度に影響を及ぼすのは、不純物が結晶硬化効果を得る程度の高濃度に添加されているからであると考えられる。
【００４２】
このため、不純物がボロンＢ、ガリウムＧaの場合には、８．０ｅ１７atoms/cc以上の濃度を添加することが望ましい（第８発明）。
【００４３】
また、不純物がリンＰ、アンチモンＳb、砒素Ａsである場合には、５．０ｅ１７atoms/cc以上の濃度を添加することが望ましい（第９発明）。
【００４４】
しかし、本発明によれば、不純物濃度の大きさ如何によらずに、結晶周速度、Ｍ/Ｖ１/３  を上述した条件に調整することで、シリコンウェーハの不純物濃度ムラを小さくできるという効果が得られるため、第８発明、第９発明に示す高濃度に限定されることなく、実施することができる。
【００４５】
また、本発明は、ガリウム砒素などのシリコン以外の単結晶半導体の引上げにも適用することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下図面を参照して実施形態の装置について説明する。
【００４７】
図１は実施形態の構成を側面からみた図である。
【００４８】
同図１に示すように、実施形態の単結晶引上げ装置１は、単結晶引上げ用容器としてのＣＺ炉（チャンバ）２を備えている。図１の単結晶引上げ装置１は、たとえば直径２００ｍｍ〜３００ｍｍの単結晶シリコンインゴット６を製造するに好適な装置である。
【００４９】
ＣＺ炉２内には、多結晶シリコンの原料を溶融して融液５として収容する石英るつぼ３が設けられている。なお、直径３００ｍｍの単結晶シリコンを引き上げるためには、３００ｋｇ程度の多結晶シリコンが石英るつぼ３内にチャージされる。石英るつぼ３は、その外側が黒鉛るつぼ１１によって覆われている。石英るつぼ３の外側にあって側方には、石英るつぼ３内の多結晶シリコン原料を加熱して溶融する、円筒形状のヒータ９が設けられている。ヒータ９の出力（パワー；ｋＷ）は制御され、融液５に対する加熱量が調整される。たとえば、融液５の温度が検出され、検出温度をフィードバック量とし融液５の温度が目標温度になるように、ヒータ９の出力が制御される。
【００５０】
なお実施形態ではヒータ９によって融液５を外部より加熱しているが、加熱手段としてはヒータに限定されるものではなく、いかなる加熱手段を使用してもよい。たとえば電磁加熱による方法、レーザ照射による加熱を採用してもよい。
【００５１】
ヒータ９とＣＺ炉２の内壁との間には、保温筒１３が設けられている。
【００５２】
石英るつぼ３の上方には引上げ機構４が設けられている。引上げ機構４は、引上げ軸４ａと引上げ軸４ａの先端のシードチャック４ｃを含む。シードチャック４ｃによって種結晶１４が把持される。ここで、引上げ軸４ａは、たとえばシャフトやワイヤであり、シャフトでの引上げやワイヤでの巻き上げが行われる。
【００５３】
石英るつぼ３内で多結晶シリコン（Ｓi）が加熱され溶融される。融液５の温度が安定化すると、引上げ機構４が動作し融液５から単結晶シリコン６（単結晶シリコンインゴット）が引き上げられる。すなわち引上げ軸４ａが降下され引上げ軸４ａの先端のシードチャック４ｃに把持された種結晶１４が融液５に浸漬される。種結晶１４を融液５になじませた後引上げ軸４ａが上昇する。シードチャック４ｃに把持された種結晶１４が上昇するに応じて単結晶シリコンが成長する。引上げの際、石英るつぼ３は回転軸１０によって回転速度ω1（例えば０．１〜０．２ｒｐｍ）で回転する。また引上げ機構４の引上げ軸４ａは回転軸１０と同方向に回転速度ω2で回転する。
【００５４】
また回転軸１０は鉛直方向に駆動することができ、石英るつぼ３を上下動させ任意の位置に移動させることができる。
【００５５】
ＣＺ炉２内と外気を遮断することで炉２内は真空（たとえば２０Torr程度）に維持される。すなわちＣＺ炉２には不活性ガスとしてのアルゴンガス７が供給され、ＣＺ炉２の排気口からポンプによって排気される。これにより炉２内は所定の圧力に減圧される。
【００５６】
単結晶引上げのプロセス（１バッチ）の間で、ＣＺ炉２内には種々の蒸発物が発生する。そこでＣＺ炉２にアルゴンガス７を供給してＣＺ炉２外に蒸発物とともに排気してＣＺ炉２内から蒸発物を除去しクリーンにしている。アルゴンガス７の供給流量は１バッチ中の各工程ごとに設定する。
【００５７】
単結晶シリコン６の引上げに伴い融液５が減少する。融液５の減少に伴い融液５と石英るつぼ３との接触面積が変化し石英るつぼ３からの酸素溶解量が変化する。この変化が、引き上げられる単結晶シリコン６中の酸素濃度分布に影響を与える。そこで、これを防止するために、融液５が減少した石英るつぼ３内に多結晶シリコン原料または単結晶シリコン原料を引上げ後あるいは引上げ中に追加供給してもよい。
【００５８】
石英るつぼ３の上方にあって、単結晶シリコン６の周囲には、略逆円錐台形状の熱遮蔽板８（ガス整流筒、輻射シールド）が設けられている。熱遮蔽板８は、保温筒１３に支持されている。熱遮蔽板８は、ＣＺ炉２内に上方より供給されるキャリアガスとしてのアルゴンガス７を、融液表面５ａの中央に導き、さらに融液表面５ａを通過させて融液表面５ａの周縁部に導く。そして、アルゴンガス７は、融液５から蒸発したガスとともに、ＣＺ炉２の下部に設けた排気口から排出される。このため液面上のガス流速を安定化することができ、融液５から蒸発する酸素を安定な状態に保つことができる。
【００５９】
また輻射シールドとしての熱遮蔽板８は、種結晶１４および種結晶１４により成長される単結晶シリコン６を、石英るつぼ３、融液５、ヒータ９などの高温部で発生する輻射熱から、断熱、遮蔽する。また熱遮蔽板８は、単結晶シリコンに、炉内で発生した不純物（たとえばシリコン酸化物）等が付着して、単結晶育成を阻害することを防止する。熱遮蔽板８の下端と融液表面５ａとの間隙のギャップＧの大きさは、回転軸１０を上昇下降させ、石英るつぼ３の上下方向位置を変化させることで調整することができる。また熱遮蔽板８を昇降装置により上下方向に移動させてギャップＧを調整してもよい。
【００６０】
ＣＺ炉２の外側にあって周囲には、石英るつぼ３内の融液５に磁場（横磁場）を印加する磁石２０が設けられている。
【００６１】
本発明者は、ウェーハ面に対して垂直に切断したときの成長縞の間隔が不均一で、ウェーハ面内でのリング状の不純物濃度ムラがあるのは、つぎの原因であると考えた。
【００６２】
１）単結晶シリコン６の引上げ時に、融液５の対流に不均一な流れが形成され、融液５から単結晶シリコン６に取り込まれる不純物濃度が変化する。
【００６３】
２）単結晶シリコン６が成長する間に単結晶シリコン６が回転することにより温度差が生じてリメルト（一旦固まった結晶が液状に戻る）が発生し、それによって融液５から単結晶シリコン６に取り込まれる不純物濃度が変化する。
【００６４】
３）単結晶シリコン６と融液５との接合部である成長界面（固液界面）の勾配がきつく、このためウェーハ縦断面でみたとき多くの成長界面を横切った成長縞（不純物濃度のムラがある）が観測される。
【００６５】
そこで、本発明者は、ウェーハ面に対して垂直に切断したときの成長縞の間隔を均一に（かつ成長縞を緻密かつ薄く）し、ウェーハ面内でのリング状の不純物濃度ムラを小さく（無くす）には、つぎの点が重要であると考えた。
【００６６】
４）成長界面（固液界面）近傍での融液５内の不純物を均一にする。
【００６７】
５）融液５の対流を抑制して成長界面（固液界面）近傍での温度を安定化させ、リメルトの発生を無くす。
【００６８】
６）融液５の表面での温度分布が対称になるようにしてリメルトの発生を無くす。
【００６９】
７）上記４）を達成するには、単結晶シリコン６を引き上げる過程で、引き上げられる単結晶シリコン６の回転速度ω2を所定値以上に調整することが必要であると仮定した。
【００７０】
８）また上記５）、６）を達成するには、所定範囲の強度の磁場を融液５に印加することが必要であると仮定した。
【００７１】
以下、上記７）、８）の仮定のもとに、図１に示す単結晶引上げ装置１を用いて行った実験について説明する。
【００７２】
図３は、各水準１〜１６について各種条件、つまり結晶直径（単結晶シリコンインゴット６の直胴部の直径）、磁場の強度Ｍ（Gauss）、Ｍ/Ｖ１/３  （Ｍは磁場強度、Ｖは融液５の体積）、結晶回転数ω2（ｒｐｍ）、結晶周速度（ｍ/ｓｅｃ）を変えて、単結晶シリコン６の引上げを行い、単結晶シリコンインゴット６をスライスして得られたシリコンウェーハについて、たとえばＸ線トポグラフ法による計測によって、ウェーハ面内での不純物濃度ムラ（ウェーハ縦断面での成長縞）を評価した結果を、◎、○、×の評価で示した表である。◎は「不純物濃度ムラが無い」という評価であり、○は「不純物濃度ムラが殆ど無い」という評価であり、×は「不純物濃度ムラがある」という評価である。
【００７３】
ここで、結晶直径は２００ｍｍと３００ｍｍについて行った。また、不純物についてはボロンＢを用いて１ｅ１８atoms/cc〜１ｅ１９atoms/ccの範囲の濃度が単結晶シリコン６に取り込まれるように調整した。
【００７４】
また、磁場の強度Ｍは、図２に示すように、石英るつぼ３の底部中心での磁場の強度である。磁石２０によって融液５に磁場（横磁場）を印加したとき同図２に示すように、磁場の強度は融液５（石英るつぼ３）の各所で異なるため、石英るつぼ３の底部中心位置での磁場強度Ｍを代表値で示したものである。
【００７５】
また、結晶周速度とは、引き上げられる単結晶シリコン６の外周部（単結晶シリコンインゴットの直胴部の外周部）での周速度のことである。
【００７６】
上記図３の表において、結晶回転数ω2とは別に、結晶周速度をパラメータとして掲げたのは、次の理由による。
【００７７】
すなわち、単結晶シリコン６が回転することによる成長界面（固液界面）近傍での融液５内の不純物を均一にする効果は、結晶直径の大きさの違い（たとえば２００ｍｍであるか３００ｍｍであるか）によって異なる。そこで、結晶直径の大きさの違いによらず、結晶回転数ω2による不純物濃度ムラ消滅効果の指標を一般化して求めるべく、結晶直径に依存しない回転速度として結晶周速度なるパラメータを掲げたものである。
【００７８】
また上記図３の表において磁場強度Ｍとは別に、Ｍ/Ｖ１/３  なるパラメータを掲げたのは、つぎの理由による。
【００７９】
すなわち、磁場印加による融液５の対流抑制効果は、融液５のメルト量によって異なる。そこで、融液５のサイズ（体積Ｖ）によらず、磁場Ｍによる不純物濃度ムラ消滅効果の指標を一般化して求めるべく、融液５のサイズ（体積Ｖ）に依存しない磁場強度値としてＭ/Ｖ１/３  なるパラメータを掲げたものである。Ｖ１/３  と体積を１/３乗しているのは、融液５の３次元のメルト量（体積）を１次元の代表長さに変換するためである。
【００８０】
以上の図３に示す各水準１〜１６で行った実験結果を、横軸を結晶周速度（ｍ/ｓｅｃ）とし、縦軸をＭ/Ｖ１/３  としたグラフで図４に示す。
【００８１】
同図４は、「不純物濃度ムラは殆ど無い」（○印）という評価が得られる範囲を破線で示し、「不純物濃度ムラは無い」（◎印）という評価が得られる範囲を太実線で示す。同図４より、「不純物濃度ムラは殆ど無い」（○印）という評価が得られる条件は、結晶周速度で０．１２６m/sec以上で、かつＭ/Ｖ１/３  で３５．５≦Ｍ/Ｖ１/３≦６１．３という条件であった。
【００８２】
また「不純物濃度ムラは無い」（◎印）という評価が得られる条件は、結晶周速度で０．１４１m/sec以上で、かつＭ/Ｖ１/３  で４０．３≦Ｍ/Ｖ１/３≦５６．４という条件であった。
【００８３】
また、結晶周速度のみでみたときには、不純物濃度ムラを小さくするには、結晶周速度を０．１２６m/sec以上に調整する必要があり（図４の破線参照）、０．１４１m/sec以上であること（図４の太実線参照）が望ましい。
【００８４】
また、Ｍ/Ｖ１/３   のみでみたときは、不純物濃度ムラを小さくするには、３５．５≦Ｍ/Ｖ１/３≦６１．３に調整する必要があり（図４の破線参照）、４０．３≦Ｍ/Ｖ１/３≦５６．４であること（図４の太実線参照）が望ましい。
【００８５】
実際に、上記条件の範囲で単結晶シリコン６を引き上げ、引き上げた単結晶シリコン６からシリコンウェーハをスライスして、不純物濃度ムラ（縦断面での成長縞）を計測したところ、不純物濃度ムラは、殆ど無いか、全く無いことが確認された。
【００８６】
上記条件について検討するに、結晶回転数ω2を上昇させて、結晶周速度で、０．１２６m/sec以上（望ましくは０．１４１m/sec以上）の高速回転に調整することで、成長界面（固液界面）直下での融液５内の不純物濃度が均一化されて、不純物濃度ムラを小さくすることに貢献したものと考えられる。
【００８７】
また、磁石２０によって融液５に、所定強度以上の磁場を印加して、Ｍ/Ｖ１/３
で、３５．５以上（望ましくは４０．３以上）の強磁場に調整することで、成長界面（固液界面）近傍での融液５の対流が抑制されて温度変動が抑制され、不純物濃度ムラを小さくすることに貢献したものと考えられる。
【００８８】
しかし、磁場強度を強くし過ぎると、つぎのよう不具合が生じると考えられる。
【００８９】
すなわち、図５は、石英るつぼ３を上面からみた図であり、融液５の表面における等温線を示している。磁場印加方向は、図５中、上下方向であるとする。融液５の対流を抑制して融液５の温度勾配を小さくできる効果は、磁場の印加方向に対して垂直な図中左右方向に現れる。磁場の印加方向に対し垂直な方向の対流は、抑制されるので、温度勾配が大きくなる。磁場の印加方向と平行な方向は、対流が抑制されないので、温度勾配は、磁場印加方向に対し垂直な方向に較べて小さい。このため、磁場強度を大きくし過ぎると、融液５の温度分布は、非対称な楕円状の分布となり、等温線は図５中、左右に長い楕円状を呈する。このため、磁場の強度が強すぎると、成長界面（固液界面）近傍での融液５の温度分布は不均一となり、リメルトを引き起こし、却って不純物濃度ムラを大きくすることになる。
【００９０】
このため磁場の強度については、上限値が存在し、磁石２０によって融液５に磁場を印加するには、Ｍ/Ｖ１/３  で、６１．３以下（望ましくは５６．４以下）の強度の磁場に抑えるよう調整することが必要であり、このように磁場を調整することで不純物濃度ムラを小さくすることに貢献するものと考えられる。
【００９１】
図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、シリコンウェーハの縦断面における成長縞を、Ｘ線トポグラフ法で計測した結果を示す。
【００９２】
図６（ａ）は、「不純物濃度ムラは無い」（◎印）と評価された場合の、シリコンウェーハ縦断面の写真を示し、図６（ｂ）は、「不純物濃度ムラは殆ど無い」（○印）と評価された場合の、シリコンウェーハ縦断面の写真を示し、図６（ｃ）は、「不純物濃度ムラがある」（×印）と評価された場合の、シリコンウェーハ縦断面の写真を示している。
【００９３】
図６（ａ）から、シリコンウェーハ縦断面での成長縞の間隔は、等間隔（均一）であり、かつ成長縞は緻密で薄いことがわかり、「不純物濃度ムラは無い」という評価がされたことがわかる。
【００９４】
図６（ｂ）から、シリコンウェーハ縦断面での成長縞の間隔は、やや不均一であり、「不純物濃度ムラは殆ど無い」という評価がされたことがわかる。
【００９５】
図６（ｃ）から、シリコンウェーハ縦断面での成長縞の間隔は、不均一であり、かつ成長縞が濃いことがわかり、「不純物濃度ムラがある」という評価がされたことがわかる。
【００９６】
図６（ａ）あるいは図６（ｂ）のように観察されたシリコンウェーハの表面を、研磨工程、あるいはエッチング工程で加工を施し、平坦度を計測したところ、極めて高い平坦度が得られ、このシリコンウェーハを用いて半導体デバイスを作成したところ、極めて歩留まりの高い製品が得られた。
【００９７】
上述した実施形態では、不純物としてボロンＢを添加する場合について説明した。しかし、ボロンＢ以外の不純物として、ガリウムＧa、リンＰ、アンチモンＳb、砒素Ａsを添加する場合でも、ボロンＢを添加する場合と同等の効果が得られる。
【００９８】
つぎに、単結晶シリコン６に添加される不純物濃度の大きさについて、検討する。
【００９９】
不純物濃度ムラが平坦度に影響を及ぼすのは、不純物が結晶硬化効果を得る程度の高濃度に添加されているからであると考えられる。
【０１００】
このため、不純物がボロンＢ、ガリウムＧaの場合には、８．０ｅ１７atoms/cc以上の高濃度を添加することが望ましい。
【０１０１】
また、不純物がリンＰ、アンチモンＳb、砒素Ａsである場合には、５．０ｅ１７atoms/cc以上の高濃度を添加することが望ましい。
【０１０２】
しかし、本発明によれば、不純物濃度の大きさによらずに、結晶周速度、Ｍ/Ｖ１/３  を上述した条件に調整することで、シリコンウェーハの不純物濃度ムラを小さくできるという効果が得られるため、上述した高濃度に限定されることなく、実施することができる。
【０１０３】
なお、本実施形態では、横磁場を融液５に印加する場合を想定して説明したが、カスプ磁場を融液５に印加するように構成してもよい。
【０１０４】
また、本実施形態で、単結晶シリコン６を引き上げるに際して、ネッキング処理を行ってもよく、ネッキング処理を行わなくてもよい。特に、種結晶１４側に、融液５に添加する不純物濃度と同等の濃度で不純物を添加するのであれば、ネッキング処理を行わなくても本発明を適用することができる。
【０１０５】
また、本実施形態では、石英るつぼ３の側方にシングルヒータ９を設けた単結晶引上げ装置１で単結晶シリコン６を引き上げる場合について説明したが、もちろんマルチヒータ、つまり石英るつぼ３の側方の上下方向に沿って複数のサイドヒータを設けた構成あるいは石英るつぼ３の側方にサイドヒータを、そして石英るつぼ３の底部にボトムヒータをそれぞれ設けた構成の単結晶引上げ装置で単結晶シリコンを引き上げる場合にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本発明は、ガリウム砒素などのシリコン以外の単結晶半導体の引上げにも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】図１は実施形態の単結晶引上げ装置を示す図である。
【図２】図２は融液（石英るつぼ）各部の磁場強度分布を示した図である。
【図３】図３は各水準毎に条件を変えて単結晶シリコンを引き上げて、シリコンウェーハの不純物濃度ムラを評価した実験結果を示した表である。
【図４】図４は図３に示す実験結果を、横軸を結晶周速度とし、縦軸をＭ/Ｖ１/３   として表したグラフを示す図である。
【図５】図５は石英るつぼを上面からみた図であり、強磁場によてり温度分布が非対称となる様子をイメージで示した図である。
【図６】図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、シリコンウェーハの濃度ムラの各評価ごとに、ウェーハ縦断面の成長縞の写真を示した図である。
【符号の説明】
【０１０８】
３  石英るつぼ
５  融液
６  単結晶シリコン
９  ヒータ
１４  種結晶
２０  磁石
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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