(57)【要約】【課題】シリコン融液に均一な磁場が得られ、不純物がシリコン融液の中央表面に集中することを防止でき、かつシリコン単結晶棒直下の固液界面形状を有効に制御する。【解決手段】シリコン融液１２を貯留する石英るつぼ１３を所定の回転速度で回転させ、そこから引上げられるシリコン単結晶棒２５を所定の回転速度で回転させ、第１及び第２コイル４１，４２を鉛直方向に所定の間隔をあけて配設し、第１及び第２コイルにそれぞれ同じ向きの電流を流すことにより磁場４３を発生させて単結晶棒２５を引上げる。第１コイル４１がチャンバ１１外に設けられ、第２コイル４２がチャンバ１１内に設けられる。第１及び第２コイル４１，４２の所定の間隔の中間位置４３ａとシリコン融液１２の表面との距離をＨとするとき、０ｍｍ≦Ｈ≦１００００ｍｍを満たすように、中間位置４３ａをシリコン融液１２の表面又はその下方に制御する。【選択図】  図１
2005306669.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ(11)内に設けられシリコン融液(12)を貯留する石英るつぼ(13)を所定の回転速度で回転させ、前記シリコン融液(12)から引上げられるシリコン単結晶棒(25)を所定の回転速度で回転させ、前記石英るつぼ(13)の回転軸をそれぞれコイル中心とする第１及び第２コイル(41,42)を鉛直方向に所定の間隔Ｔをあけて配設し、前記第１及び第２コイル(41,42)にそれぞれ同じ向きの電流を流すことにより前記第１及び第２コイル(41,42)の間に生じる磁場(43)を発生させて前記単結晶棒(25)を引上げるように構成されたシリコン単結晶の引上げ装置において、
前記第１コイル(41)が前記チャンバ(11)外に設けられ、前記第２コイル(42)が前記チャンバ(11)内に設けられたことを特徴とするシリコン単結晶の引上げ装置。
【請求項２】
第１コイル(41)と第２コイル(42)の鉛直方向の間隔Ｔが０を越えて１００００ｍｍ以下であり、前記第１コイル(41)の直径Ｄ1が１００ｍｍ以上１００００ｍｍ以下であり、前記第２コイル(42)の直径Ｄ2が５ｍｍ以上５０００ｍｍ以下であり、前記第１コイル(41)の直径Ｄ1と前記第２コイル(42)の直径Ｄ2の比が１以上２０００以下であり、かつチャンバ(11)周囲の肉厚をｔとするとき前記第１コイル(41)の直径Ｄ1から前記第２コイル(42)の直径Ｄ2を引いた値が２ｔ以上である請求項１記載のシリコン単結晶の引上げ装置。
【請求項３】
チャンバ(11)内に設けられシリコン融液(12)を貯留する石英るつぼ(13)を所定の回転速度で回転させ、前記シリコン融液(12)から引上げられるシリコン単結晶棒(25)を所定の回転速度で回転させ、前記チャンバ(11)の外径より大きなコイル直径を有する第１コイル(41)を前記石英るつぼ(13)の回転軸をコイル中心として前記チャンバ(11)外に設け、前記石英るつぼ(13)の回転軸をコイル中心とする第２コイル(42)を前記第１コイル(41)と鉛直方向に所定の間隔Ｔをあけて前記チャンバ(11)内に設け、前記第１及び第２コイル(41,42)にそれぞれ同じ向きの電流を流すことにより前記第１及び第２コイル(41,42)の間に生じる磁場(43)を発生させて前記単結晶棒(25)を引上げるシリコン単結晶の引上げ方法であって、
前記第１及び第２コイル(41,42)の所定の間隔Ｔの中間位置(43a)と前記シリコン融液(12)の表面との距離をＨとするとき、０ｍｍ≦｜Ｈ｜≦１００００ｍｍを満たすように、前記中間位置(43a)を前記シリコン融液(12)の表面又はその下方に制御することを特徴とするシリコン単結晶の引上げ方法。
【請求項４】
第１コイル(41)に流れる電流をＩ1とし、第２コイル(42)に流れる電流をＩ2とするとき、Ｉ1及びＩ2を０．１〜１０30Ａの範囲とし、かつ０．００１≦（Ｉ1／Ｉ2）≦１０００を満たすように第１及コイル(41)び第２コイル(42)に電流を流して中間位置(43a)の石英ルツボ(13)の内径と等位置の磁束密度が０．００１〜１．０Ｔ（Ｗｂ／ｍ2）になるように制御する請求項３記載のシリコン単結晶の引上げ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン融液に縦磁場を印加しながら、シリコン単結晶棒をシリコン融液から引上げる装置及びその方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリコン単結晶棒を育成する方法としてるつぼ内のシリコン融液から半導体用の高純度シリコン単結晶棒を成長させるチョクラルスキー法（以下、ＣＺ法という）が知られている。このＣＺ法は、石英るつぼの周囲に設けられたカーボンヒータにより石英るつぼ内のシリコン融液を加熱して所定温度に維持し、ミラーエッチングされた種結晶をシリコン融液に接触させ、その後その種結晶を回転させつつ引上げてシリコン単結晶棒を育成するものである。このシリコン単結晶棒の育成方法では、種結晶を引上げてシリコン融液から種絞り部を形成した後、目的とするシリコン単結晶棒の直径まで結晶を徐々に太らせて肩部を形成し、その後更に引上げてシリコン単結晶棒の直胴部を形成するようになっている。
【０００３】
一方、シリコン結晶中には不純物が含まれている。この不純物としては、電気抵抗率を調整するため意図的に添加されるボロン、リンなどのドーパントや、引上げ中に石英るつぼ壁より融液中に溶出、混入する酸素等が挙げられる。これらの不純物はシリコン単結晶棒よりシリコンウエハを形成する際ウエハの品質を左右するため適切に制御されなければならない。特にウエハ中の面内不純物分布を均一にするために、シリコン単結晶棒中の半径方向の不純物濃度分布を均一にすることが重要である。
この点を考慮して近年では、チョクラルスキー法によって単結晶を引上げる際に、るつぼ内の融液に超伝導コイルから発せられる静磁場を印加し、シリコン融液に生じる熱対流を制御する技術（ＭＣＺ法；Magnetic Field Applied Czochralski）が用いられている。この静磁場としては一般的に横磁場（例えば、特許文献１参照。）、縦磁場（例えば、特許文献２参照。）、及びカプス磁場（例えば、特許文献３参照。）の３種類が知られており、このＭＣＺ法ではシリコン融液の対流を制御することによりその融液の温度を安定させ、また融液によるるつぼの溶解が減少することが実証されている。
【特許文献１】特開昭６１−２３９６０５号公報（第４図）
【特許文献２】特開平１０−２７９３８０号公報（図１）
【特許文献３】特開２００３−２７８３１号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、横磁場の場合にはシリコン融液の表面或いは任意の水平断面に各回転角度において均一に磁場を印加できない不具合があった。即ち、横磁場を水平面にある一つの方向に印加するために電磁石を設置することにより一方の電磁石から他方の電磁石に向かう磁場を生じさせるけれども、このような磁場では、印加方向と平行方向の磁場分布は印加方向と垂直方向の磁場分布と大きく異なるとともに、シリコン融液の中央を通過するのが一番強く、その中央から遠ざかるに従って弱くなり、結果としてシリコン融液にその中心軸を軸対称とする均一な磁場を印加できない不具合があった。
【０００５】
これに対して縦磁場は、石英るつぼの外径より大きな互いに同一のコイル直径を有する第１及び第２コイルにより印加され、その第１及び第２コイルは石英るつぼの回転軸をそれぞれコイル中心としかつ鉛直方向に所定の間隔をあけて配設される。従って、このような第１及び第２コイルから生じる縦磁場であればシリコン融液に軸対称とする磁場を均一に印加できることになる。しかし、シリコン融液の対流は磁場により生じるローレンツ力により制御されるため、その磁場が縦方向であると石英るつぼ壁より融液中に溶出混入した酸素等の不純物がシリコン融液の中央表面に集中することを防止することができずにその中央表面からシリコン単結晶棒に取り入れられ、不純物である酸素の混入を十分に低減できない問題点があった。
【０００６】
一方、カスプ磁場は、石英るつぼの外径より大きな互いに同一のコイル直径を有する第１及び第２コイルを石英るつぼの回転軸をそれぞれコイル中心としかつ鉛直方向に所定の間隔を開けて配置し、その第１及び第２コイルに逆方向の電流を流すことにより生じさせる。このため、このカスプ磁場では、石英るつぼの内周面近傍のシリコン融液には横磁場が加わり、そのルツボ壁より融液中に溶出混入した酸素等の不純物がシリコン融液の中央表面に集中することを防止でき、このカスプ磁場ではシリコン単結晶棒に取り込まれることを有効に防止できる。しかし、カスプ磁場はシリコン単結晶棒直下の固液界面付近における磁場強度がゼロになるため、その固液界面形状を磁場により制御できない不具合がある。特に近年では、固液界面形状を制御して内部に格子間シリコン型点欠陥の凝集体が存在しないシリコン単結晶棒を製造する試みがなされており、固液界面形状を制御することの重要性が増している。
本発明の目的は、シリコン融液にその中心軸を軸対称とする均一な磁場が得られ、酸素等の不純物がシリコン融液の中央表面に集中することを防止でき、かつシリコン単結晶棒直下の固液界面形状を有効に制御し得るシリコン単結晶の引上げ装置及びその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る発明は、図１及び図２に示すように、チャンバ１１内に設けられシリコン融液１２を貯留する石英るつぼ１３を所定の回転速度で回転させ、シリコン融液１２から引上げられるシリコン単結晶棒２５を所定の回転速度で回転させ、石英るつぼ１３の回転軸をそれぞれコイル中心とする第１及び第２コイル４１，４２を鉛直方向に所定の間隔Ｔをあけて配設し、第１及び第２コイル４１，４２にそれぞれ同じ向きの電流を流すことにより第１及び第２コイル４１，４２の間に生じる磁場４３を発生させて単結晶棒２５を引上げるように構成されたシリコン単結晶の引上げ装置の改良である。
その特徴ある構成は、第１コイル４１がチャンバ１１外に設けられ、第２コイル４２がチャンバ１１内に設けられたところにある。
【０００８】
この請求項１に記載されたシリコン単結晶の引上げ装置では、第１及び第２コイル４１，４２にそれぞれ同じ向きの電流を流すと、図２に示すように、それにより発生させた磁場４３は、横から見て磁力線１７の描く曲線が下方に向かって小径になるようなコーン状を示す。このコーン状の磁場では、シリコン融液の中央に向かう磁場が均一に印加されることになり、結果としてシリコン融液にその中心軸を軸対称とする均一な磁場を印加することができる。
また、このコーン状の磁場は、縦方向の磁場と横方向の磁場の特性のそれぞれを有し、その横方向成分により石英るつぼ壁より融液中に溶出混入した酸素等の不純物がシリコン融液の中央表面に集中することを防止することができ、不純物である酸素がシリコン単結晶棒２５に混入することを十分に低減することができる。
更に、このコーン状の磁場はシリコン単結晶棒直下の固液界面付近であってもその磁場強度がゼロになることはない。このため、その固液界面形状であっても磁場により制御が可能になる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、第１コイル４１と第２コイル４２の鉛直方向の間隔Ｔが０を越えて１００００ｍｍ以下であり、第１コイル４１の直径Ｄ1が１００ｍｍ以上１００００ｍｍ以下であり、第２コイル４２の直径Ｄ2が５ｍｍ以上５０００ｍｍ以下であり、第１コイル４１の直径Ｄ1と第２コイル４２の直径Ｄ2の比が１以上２０００以下であり、かつチャンバ１１周囲の肉厚をｔとするとき第１コイル４１の直径Ｄ1から第２コイル４２の直径Ｄ2を引いた値が２ｔ以上であることを特徴とする。
この請求項２に記載されたシリコン単結晶の引上げ装置では、シリコン単結晶棒直下の固液界面付近の磁場強度を有効に調整することが可能になり、固液界面形状をその磁場により効果的に制御することが可能になる。ここで、Ｔは０を越えて８０００ｍｍ以下であることが好ましく、第１コイル４１の直径Ｄ1は５００ｍｍ以上５０００ｍｍ以下であることが好ましく、第２コイル４２の直径Ｄ2は５０ｍｍ以上５００ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１０】
請求項３に係る発明は、チャンバ１１内に設けられシリコン融液１２を貯留する石英るつぼ１３を所定の回転速度で回転させ、シリコン融液１２から引上げられるシリコン単結晶棒２５を所定の回転速度で回転させ、チャンバ１１の外径より大きなコイル直径を有する第１コイル４１を石英るつぼ１３の回転軸をコイル中心としてチャンバ１１外に設け、石英るつぼ１３の回転軸をコイル中心とする第２コイル４２を第１コイル４１と鉛直方向に所定の間隔Ｔをあけてチャンバ１１内に設け、第１及び第２コイル４１，４２にそれぞれ同じ向きの電流を流すことにより第１及び第２コイル４１，４２の間に生じる磁場４３を発生させて単結晶棒２５を引上げるシリコン単結晶の引上げ方法である。
その特徴ある点は、第１及び第２コイル４１，４２の所定の間隔Ｔの中間位置４３ａとシリコン融液１２の表面との距離をＨとするとき、０ｍｍ≦｜Ｈ｜≦１００００ｍｍを満たすように、中間位置４３ａをシリコン融液１２の表面又はその下方に制御することを特徴とする。
【００１１】
この請求項３に記載されたシリコン単結晶の引上げ方法では、図２に詳しく示すように、中間位置４３ａとシリコン融液１２の表面との距離をＨが０ｍｍ≦｜Ｈ｜≦１００００ｍｍを満たすように、中間位置４３ａをシリコン融液１２の表面又はその下方に制御しながら、シリコン単結晶棒を引上げると、シリコン融液１２に所定の対流４４、４５が発生し、これらの対流４４、４５により従来大きく下側に凸であった固液界面２５ａ形状が液面と同一高さでかつフラットに近づく。この結果、シリコン単結晶棒２５の鉛直方向の温度勾配も均一に近づき、略全長にわたって無欠陥で高品質のシリコン単結晶のシリコン単結晶棒２５を比較的容易に製造できる。ここで、Ｈが１００００ｍｍを越えると融液内磁場強度（磁束密度）が足りないことにより、酸素及び固液界面形状を十分に制御できない不具合があり、Ｈの更に好ましい範囲は０≦｜Ｈ｜≦５００である。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明であって、第１コイル４１に流れる電流をＩ1とし、第２コイル４２に流れる電流をＩ2とするとき、Ｉ1及びＩ2を０．１〜１０30Ａの範囲とし、かつ０．００１≦（Ｉ1／Ｉ2）≦１０００を満たすように第１及コイル４１び第２コイル４２に電流を流して中間位置４３ａの石英ルツボ１３の内径と等位置の磁束密度が０．００１〜１．０Ｔ（Ｗｂ／ｍ2）になるように制御することを特徴とする。
この請求項４に記載されたシリコン単結晶の引上げ方法では、シリコン単結晶棒２５直下の固液界面付近の磁場強度を有効に調整することが可能になり、内部に格子間シリコン型点欠陥の凝集体が存在しないシリコン単結晶棒２５を製造することができる。ここで、中間位置４３ａの石英ルツボ１３の内径と等位置の磁束密度が０．００１Ｔ（Ｗｂ／ｍ2）未満であると融液内磁場強度（磁束密度）が足りないことにより、酸素及び固液界面形状を十分に制御できない不具合があり、１．０Ｔ（Ｗｂ／ｍ2）を越えると融液内対流が十分には発達できないために、酸素及び固液界面形状を十分に制御できない不具合がある。そして、Ｉ1及びＩ2は１００〜１０10Ａの範囲が更に好ましく、中間位置４３ａの石英ルツボ１３の内径と等位置の磁束密度は０．０１〜０．５Ｔ（Ｗｂ／ｍ2）であることが更に好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のシリコン単結晶の引上げ装置では、第１コイルをチャンバ外に設け、第２コイルをチャンバ内に設けたので、その第１及び第２コイルにそれぞれ同じ向きの電流を流すと、横から見て磁力線の描く曲線が下方に向かって小径になるようなコーン状な磁場をを得ることができる。このコーン状の磁場では、シリコン融液の中央に向かう磁場が均一に印加されることになり、結果としてシリコン融液にその中心軸を軸対称とする均一な磁場を印加することができる。また、このコーン状の磁場は、縦方向の磁場と横方向の磁場の特性のそれぞれを有し、その横方向成分により石英るつぼ壁より融液中に溶出混入した酸素等の不純物がシリコン融液の中央表面に集中することを防止することができる。更に、このコーン状の磁場はシリコン単結晶棒直下の固液界面付近であってもその磁場強度がゼロになることはなく、その固液界面形状を磁場により制御することが可能になる。
【００１４】
また、本発明のシリコン単結晶の引上げ方法では、第１及び第２コイルの所定の間隔Ｔの中間位置とシリコン融液の表面との距離をＨとするとき、０ｍｍ≦｜Ｈ｜≦１００００ｍｍを満たすように、中間位置をシリコン融液の表面又はその下方に制御するので、シリコン融液に所定の対流が発生し、これらの対流により従来大きく下側に凸であった固液界面形状が液面と同一高さでかつフラットに近づく。この結果、シリコン単結晶棒の鉛直方向の温度勾配も均一に近づき、略全長にわたって無欠陥で高品質のシリコン単結晶棒を比較的容易に製造できる。この場合、第１コイルに流れる電流をＩ1とし、第２コイルに流れる電流をＩ2とするとき、Ｉ1及びＩ2を０．１〜１０30Ａの範囲とし、かつ０．００１≦（Ｉ1／Ｉ2）≦１０００を満たすように第１及コイルび第２コイルに電流を流して中間位置の石英ルツボの内径と等位置の磁束密度が０．００１〜１．０Ｔ（Ｗｂ／ｍ2）になるように制御すれば、シリコン単結晶棒直下の固液界面付近の磁場強度を有効に調整することが可能になり、内部に格子間シリコン型点欠陥の凝集体が存在しないシリコン単結晶棒を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図１に本発明のシリコン単結晶の引上げ装置１０を示す。この装置１０のチャンバ１１内には、シリコン融液１２を貯留する石英るつぼ１３が設けられ、この石英るつぼ１３の外周面は黒鉛サセプタ１４により被覆される。石英るつぼ１３の下面は上記黒鉛サセプタ１４を介して支軸１６の上端に固定され、この支軸１６の下部はるつぼ駆動手段１７に接続される。るつぼ駆動手段１７は図示しないが石英るつぼ１３を回転させる第１回転用モータと、石英るつぼ１３を昇降させる昇降用モータとを有し、これらのモータにより石英るつぼ１３が所定の方向に回転し得るとともに、上下方向に移動可能となっている。石英るつぼ１３の外周面は石英るつぼ１３から所定の間隔をあけてヒータ１８により包囲され、このヒータ１８は保温筒１９により包囲される。ヒータ１８は石英るつぼ１３に投入された高純度のシリコン多結晶体を加熱・融解してシリコン融液１２にする。
【００１６】
またチャンバ１１の上端には円筒状のケーシング２１が接続される。このケーシング２１には引上げ手段２２が設けられる。引上げ手段２２はケーシング２１の上端部に水平状態で旋回可能に設けられた引上げヘッド（図示せず）と、このヘッドを回転させる第２回転用モータ（図示せず）と、ヘッドから石英るつぼ１３の回転中心に向って垂下されたワイヤケーブル２３と、上記ヘッド内に設けられワイヤケーブル２３を巻取り又は繰出す引上げ用モータ（図示せず）とを有する。ワイヤケーブル２３の下端にはシリコン融液１２に浸してシリコン単結晶棒２５を引上げるための種結晶２４が取付けられる。
更にチャンバ１１にはこのチャンバ１１のシリコン単結晶棒側に不活性ガスを供給しかつ上記不活性ガスをチャンバ１１のるつぼ内周面側から排出するガス給排手段２８が接続される。ガス給排手段２８は一端がケーシング２１の周壁に接続され他端が上記不活性ガスを貯留するタンク（図示せず）に接続された供給パイプ２９と、一端がチャンバ１１の下壁に接続され他端が真空ポンプ（図示せず）に接続された排出パイプ３０とを有する。供給パイプ２９及び排出パイプ３０にはこれらのパイプ２９，３０を流れる不活性ガスの流量を調整する第１及び第２流量調整弁３１，３２がそれぞれ設けられる。
【００１７】
一方、引上げ用モータの出力軸（図示せず）にはエンコーダ（図示せず）が設けられ、るつぼ駆動手段１７には支軸１６の昇降位置を検出するエンコーダ（図示せず）が設けられる。２つのエンコーダの各検出出力はコントローラ（図示せず）の制御入力に接続され、コントローラの制御出力は引上げ手段２２の引上げ用モータ及びるつぼ駆動手段の昇降用モータにそれぞれ接続される。またコントローラにはメモリ（図示せず）が設けられ、このメモリにはエンコーダの検出出力に対するワイヤケーブル２３の巻取り長さ、即ちシリコン単結晶棒２５の引上げ長さが第１マップとして記憶される。また、メモリには、シリコン単結晶棒２５の引上げ長さに対する石英るつぼ１３内のシリコン融液１２の液面レベルが第２マップとして記憶される。コントローラは、引上げ用モータにおけるエンコーダの検出出力に基づいて石英るつぼ１３内のシリコン融液１２の液面を常に一定のレベルに保つように、るつぼ駆動手段１７の昇降用モータを制御するように構成される。
【００１８】
シリコン単結晶棒２５の外周面と石英るつぼ１３の内周面との間にはシリコン単結晶棒２５の外周面を包囲する熱遮蔽部材３６が設けられる。この熱遮蔽部材３６は円筒状に形成されヒータ１８からの輻射熱を遮る筒部３７と、この筒部３７の上縁に連設され外方に略水平方向に張り出すフランジ部３８とを有する。上記フランジ部３８を保温筒１９上に載置することにより、筒部３７の下縁がシリコン融液１２表面から所定の距離だけ上方に位置するように熱遮蔽部材３６はチャンバ１１内に固定される。そしてこの筒部３７の下部には筒内の方向に膨出する膨出部３９が設けられる。
【００１９】
この引上げ装置１０には、石英るつぼ１３の回転軸をそれぞれコイル中心とする第１及び第２コイル４１，４２が鉛直方向に所定の間隔Ｔをあけて配設される。第１コイル４１はチャンバ１１の外部に設けられ、第２コイル４２はチャンバ１１の内部に設けられる。図２に示すように、第１コイル４１と第２コイル４２の鉛直方向の間隔Ｔは０以上１００００ｍｍ以下であり、第１コイル４１の直径Ｄ1は１００ｍｍ以上１００００ｍｍ以下であり、第２コイル４２の直径Ｄ2は５ｍｍ以上５０００ｍｍ以下のものが使用される。そして、第１コイル４１の直径Ｄ1と第２コイル４２の直径Ｄ2の比は１以上２０００以下であり、かつチャンバ１１の周囲の肉厚をｔとするとき（図１）、第１コイル４１の直径Ｄ1から第２コイル４２の直径Ｄ2を引いた値が２ｔ以上になるように配設される。そしてこの引上げ装置１０では、第１及び第２コイル４１，４２にそれぞれ同じ向きの電流を流すことにより第１及び第２コイル４１，４２の間に生じる磁場４３を発生させて単結晶棒２５を引上げるように構成される。
【００２０】
次にこのシリコン単結晶の引上げ装置を用いた本発明の引上げ方法を説明する。
本発明の引上げ方法は、シリコン融液１２を貯留する石英るつぼ１３を所定の回転速度Ｒ1で回転させ、シリコン融液１２から引上げられるシリコン単結晶棒２５を所定の回転速度Ｒ2で回転させ、かつシリコン融液１２に第１及び第２コイル４１，４２を用いて磁場４３を印加しながら、上記シリコン融液１２から上記シリコン単結晶棒２５を引上げる方法である。第１及び第２コイル４１，４２にはそれぞれ同じ向きの電流が流されると、図２に示すように、第１コイル４１がチャンバ１１外に設けられ、第２コイル４２がチャンバ１１内に設けられているので、第１及び第２コイル４１，４２を用いて発生させた磁場４３は、横から見て磁力線１７の描く曲線は下方に向かって小径になるようなコーン状を示す。
【００２１】
このコーン状の磁場が印加されたシリコン融液１２の水平方向断面における磁場４３状態を図３に示す。この図３からも明らかなように、シリコン融液１２におけるでは、シリコン融液の中央に向かう磁場が均一に印加されることになり、結果としてシリコン融液にその中心軸を軸対称とする均一な磁場を印加することができる。また、このコーン状の磁場は、縦方向の磁場と横方向の磁場の特性のそれぞれを有し、その横方向成分により石英るつぼ壁より融液中に溶出混入した酸素等の不純物がシリコン融液の中央表面に集中することを防止することができる。この結果、不純物である酸素がシリコン単結晶棒２５に混入することを十分に低減することができる。
【００２２】
更に、このコーン状の磁場はシリコン単結晶棒直下の固液界面付近であってもその磁場強度がゼロになることはない。このため、その固液界面形状の制御が可能になり、ボロンコフ（Voronkov）の理論に基づいた所定の引上げ速度プロファイルでシリコン融液１２からシリコン単結晶棒２５を引上げることにより、内部に格子間シリコン型点欠陥の凝集体が存在しないシリコン単結晶棒を製造することが可能になる。ここで、ボロンコフの理論は、欠陥の数が少ない高純度シリコン単結晶棒２５を成長させるために、シリコン単結晶棒の引上げ速度をＶ（ｍｍ／分）、シリコン単結晶棒とシリコン融液１２の界面近傍のシリコン単結晶棒中の温度勾配をＧ（℃／ｍｍ）とするときに、Ｖ／Ｇ（ｍｍ2／分・℃）を制御することである。
【００２３】
ボロンコフの理論では、図４に示すように、Ｖ／Ｇを横軸にとり、空孔型点欠陥濃度と格子間シリコン型点欠陥濃度を同一の縦軸にとって、Ｖ／Ｇと点欠陥濃度との関係を図式的に表現し、空孔領域と格子間シリコン領域の境界がＶ／Ｇによって決定されることを説明している。より詳しくは、Ｖ／Ｇ比が臨界点以上では空孔型点欠陥濃度が優勢なシリコン単結晶棒が形成される反面、Ｖ／Ｇ比が臨界点以下では格子間シリコン型点欠陥濃度が優勢なシリコン単結晶棒が形成される。図４において、［Ｉ］は格子間シリコン型点欠陥が支配的であって、格子間シリコン型点欠陥の凝集体が存在する領域（(Ｖ／Ｇ)1以下）を示し、［Ｖ］はシリコン単結晶棒内での空孔型点欠陥が支配的であって、空孔型点欠陥の凝集体が存在する領域（(Ｖ／Ｇ)2以上）を示し、［Ｐ］は空孔型点欠陥の凝集体及び格子間シリコン型点欠陥の凝集体が存在しないパーフェクト領域（(Ｖ／Ｇ)1〜(Ｖ／Ｇ)2）を示す。領域［Ｐ］に隣接する領域［Ｖ］にはＯＳＦ核を形成する領域［ＯＳＦ］（(Ｖ／Ｇ)2〜(Ｖ／Ｇ)3）が存在する。
【００２４】
このパーフェクト領域［Ｐ］は更に領域［ＰI］と領域［ＰV］に分類される。［ＰI］はＶ／Ｇ比が上記(Ｖ／Ｇ)1から臨界点までの領域であり、［ＰV］はＶ／Ｇ比が臨界点から上記(Ｖ／Ｇ)2までの領域である。即ち、［ＰI］は領域［Ｉ］に隣接し、かつ侵入型転位を形成し得る最低の格子間シリコン型点欠陥濃度未満の格子間シリコン型点欠陥濃度を有する領域であり、［ＰV］は領域［Ｖ］に隣接し、かつＯＳＦを形成し得る最低の空孔型点欠陥濃度未満の空孔型点欠陥濃度を有する領域である。なお、上記ＯＳＦは、結晶成長時にその核となる微小欠陥が導入され、半導体デバイスを製造する際の熱酸化工程等で顕在化し、作製したデバイスのリーク電流の増加等の不良原因になる。
【００２５】
図２に戻って、第１及び第２コイル４１，４２の所定の間隔Ｔの中間位置４３ａとシリコン融液１２の表面との距離をＨとするとき、０ｍｍ≦｜Ｈ｜≦１００００ｍｍを満たすように、中間位置４３ａをシリコン融液１２の表面又はその下方に制御する。そして第１コイル４１に流れる電流をＩ1とし、第２コイル４２に流れる電流をＩ2とするとき、Ｉ1及びＩ2を０．１〜１０30Ａの範囲とし、かつ０．００１≦（Ｉ1／Ｉ2）≦１０００を満たすように第１及コイル４１び第２コイル４２に電流を流して中間位置４３ａの石英ルツボ１３の内径と等位置の磁束密度が０．００１〜１．０Ｔ（Ｗｂ／ｍ2）になるように制御する。ここで中間位置３４ａとシリコン融液１２の表面との距離Ｈを規定したのは、Ｈが１０００ｍｍを越えると、磁場強度が弱くなりすぎるため、シリコン融液１２の対流を制御できないからである。また、第１及び第２コイル４１，４２の電流を制御するのは、シリコン融液１２に対流を発生させるローレンツ力を、石英るつぼ１３の直径が大きくなるに従って大きくする必要があるためである。そして、これらの範囲を外れる数値を設定すると、融液中の対流が理想的なパターンを取らず、固液界面を制御することができないからである。
【００２６】
上述のように、第１及び第２コイル４１，４２の間隔Ｔの中間位置３４ａと、縦磁場４３の強度を制御すると、図２に示すようにシリコン融液１２に所定の対流４４、４５が発生し、これらの対流４４、４５により従来大きく下側に凸であった固液界面２５ａ形状が液面と同一高さでかつフラットに近づく。そして、石英るつぼ１３を所定の回転速度で回転させつつ所定の回転速度で回転させながらシリコン単結晶棒２５を引上げると、シリコン単結晶棒２５の鉛直方向の温度勾配Ｇの径方向の分布が均一化され、Ｖ／Ｇは径方向の距離による変化を低減させることができる。この結果、ボロンコフのＶ／Ｇモデルにより、略全長にわたって無欠陥で高品質のシリコン単結晶のシリコン単結晶棒２５を比較的容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明実施形態のシリコン単結晶の引上げ装置の構成を示す概念図である。
【図２】その装置のコイルとるつぼとの関係を示す拡大図である。
【図３】そのるつぼのシリコン融液に印加された磁場方向を示す図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】ボロンコフの理論を基づいた、Ｖ／Ｇ比が臨界点以上では空孔型点欠陥濃度が優勢なインゴットが形成され、Ｖ／Ｇ比が臨界点以下では格子間シリコン型点欠陥濃度が優勢なインゴットが形成されることを示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１１  チャンバ
１２  シリコン融液
１３  石英るつぼ
２５  シリコン単結晶棒
４１  第１コイル
４２  第２コイル
４３  磁場
４３ａ  第１及び第２コイルの間隔の中間位置
Ｈ  中間位置とシリコン融液の表面との距離
Ｄ1  第１コイルの直径
Ｄ2  第２コイルの直径
Ｔ  所定の間隔
ｔ  チャンバ周囲の肉厚
【図１】
2005306669.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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