(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チョクラルスキ法によるシリコン単結晶インゴット成長方法であって，
シリコン融液に上部磁場と下部磁場から成る不均衡磁気場(Unbalanced Magnetic)を，前記上部磁場と下部磁場の境界が前記シリコン融液の最高温領域を通るよう印加して，
前記最高温領域から，前記融液と単結晶との界面の中心に向かう融液対流を促進することを特徴とするシリコン単結晶インゴット成長方法。
【請求項２】
前記不均衡磁気場は，前記上部磁場の強さと前記下部磁場の強さを互いに異なるように制御することにより形成されることを特徴とする請求項１記載のシリコン単結晶インゴット成長方法。 
【請求項３】
前記上部磁場の形成部位は固液界面部位であり，前記下部磁場の形成部位は，坩堝の底及びラウンド(Round)部位であることを特徴とする請求項２記載のシリコン単結晶インゴット成長方法。
【請求項４】
単結晶の長手方向と平行した軸に沿った前記シリコン融液の温度を，前記融液と単結晶との界面から遠ざかるに従い徐々に上昇し，最高点に到達後，徐々に下降するように変化させ，前記最高点を中心にした所定領域を融液の高温領域とし，前記不均一な磁場で前記坩堝から酸素が湧出することを最小化することを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載のシリコン単結晶インゴット成長方法。
【請求項５】
前記上部磁場の強さは，０乃至１５０ガウスであり，前記下部磁場の強さは，１００ガウス以上４００ガウス以下であることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載のシリコン単結晶インゴット成長方法。
【請求項６】
前記固液界面での垂直／水平磁場の強さの比率は，０．１乃至１．０であることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載のシリコン単結晶インゴット成長方法。
【請求項７】
前記磁場は，カスプ(CUSP) 形態の磁場であることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載のシリコン単結晶インゴット成長方法。
【請求項８】
前記磁場は，前記単結晶の長手方向に対して垂直方向又は水平方向の磁場であることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載のシリコン単結晶インゴット成長方法。
【請求項９】
単結晶の長手方向と平行した軸に沿った前記シリコン融液の温度を，前記融液と単結晶との界面から遠ざかるに従い徐々に上昇し，最高点に到達後，徐々に下降するように変化させると共に，前記上昇する融液温度の傾きが，前記下降する融液温度の傾きより大きい状態を維持する条件を満足させて前記シリコン単結晶を成長させることを特徴とする請求項２記載のシリコン単結晶インゴット成長方法。 
【請求項１０】
前記最高点は前記シリコン融液の全体深さに対し，前記融液の表面から１／５地点乃至２／３地点に存在することを特徴とする請求項９記載のシリコン単結晶インゴット成長方法。
【請求項１１】
前記シリコン融液を受容する坩堝の回転速度をＶｃ，前記シリコン単結晶の回転速度をＶｓとしたとき，下記式を満す条件で前記シリコン単結晶を成長させることを特徴とする請求項１記載のシリコン単結晶インゴット成長方法。 
3≦Ln[Vs／Vc]≦5
【請求項１２】
シリコンウエハ製造方法であって，
請求項１〜１１いずれかの１項記載の方法により成長されたシリコン単結晶インゴットを，ウエハ加工して高品質シリコンウエハに製造することを特徴とするシリコンウエハ製造方法。
【請求項１３】
チョクラルスキ法によりシリコン単結晶を成長させる装置であって，
チャンバーと，
前記チャンバーの内部に設けられ，シリコン融液を受容する坩堝と，
前記坩堝の側方に設けられ，前記シリコン融液を加熱するヒータと，
前記シリコン融液から成長されるシリコン単結晶を引上げる引上機構と，
前記ヒータの側方に設けられ，前記シリコン融液に上部磁場と下部磁場から成る不均衡磁気場を印加する磁石と，
を含み，
前記磁石が，前記上部磁場と前記下部磁場の境界が前記シリコン融液の最高温領域を通り，且つ，前記最高温領域から，前記融液と単結晶との界面の中心に向かう融液対流を促進する前記不均衡磁場を形成することを特徴とするシリコン単結晶インゴットの成長装置。
【請求項１４】
前記磁石は，前記坩堝から酸素が湧出することを最小化する磁気場を印加することを特徴とする請求項１３記載のシリコン単結晶インゴットの成長装置。 
【請求項１５】
シリコン単結晶インゴットを取り囲むように前記シリコン単結晶インゴットと前記坩堝との間に設けられ，前記インゴットから放射される熱を遮断する熱シールドを更に含むことを特徴とする請求項１３記載のシリコン単結晶インゴットの成長装置。
【請求項１６】
前記熱シールドにおいて，前記シリコン単結晶インゴットとの最隣接部に付着され，前記シリコン単結晶インゴットを取り囲む円筒形の熱遮蔽部を更に含むことを特徴とする請求項１５記載のシリコン単結晶インゴットの成長装置。
【請求項１７】
請求項１〜１１いずれか１項記載の方法により成長されたシリコン単結晶から製造されるシリコンウエハであって，
セルフ−インタースティシャル優勢無欠陥領域及びバカンシー優勢無欠陥領域のウエハ面内分布が，中心対称構造を有しないことを特徴とするシリコンウエハ。
【請求項１８】
前記ウエハは格子間酸素濃度が，９．５ppma未満であることを特徴とする請求項１７記載のシリコンウエハ。
【請求項１９】
前記ウエハは格子間酸素濃度が，９．５ppma以上１１．５ppma以下であることを特徴とする請求項１７記載のシリコンウエハ。
【請求項２０】
前記ウエハは，格子間酸素濃度が１１．５ppma以上１４ppma以下であることを特徴とする請求項１７記載のシリコンウエハ。
【請求項２１】
セルフ−インタースティシャル優勢無欠陥領域が，ウエハ面内中心部位に位置したことを特徴とする請求項１７記載のシリコンウエハ。
【請求項２２】
前記セルフ−インタースティシャル優勢無欠陥領域が，第１バカンシー優勢無欠陥領域により取り囲まれる分布を有することを特徴とする請求項２１記載のシリコンウエハ。
【請求項２３】
前記セルフ−インタースティシャル優勢無欠陥領域が，第２バカンシー優勢無欠陥領域を取り囲む分布を有することを特徴とする請求項２１又は２２記載のシリコンウエハ。
【請求項２４】
請求項１〜１１いずれか１項記載の方法により成長されたシリコン単結晶インゴットであって，
前記インゴットの長手方向に対し直交方向を成す断面において，セルフ−インタースティシャル優勢無欠陥領域及びバカンシー優勢無欠陥領域の面内分布が，中心対称構造を有しないことを特徴とするシリコン単結晶インゴット。
【請求項２５】
前記セルフ−インタースティシャル優勢無欠陥領域が，中心部位に位置したことを特徴とする請求項２４記載のシリコン単結晶インゴット。
【請求項２６】
前記セルフ−インタースティシャル優勢無欠陥領域が，第１バカンシー優勢無欠陥領域により取り囲まれる分布を有することを特徴とする請求項２５記載のシリコン単結晶インゴット。
【請求項２７】
前記セルフ−インタースティシャル優勢無欠陥領域が，第２バカンシー優勢無欠陥領域を取り囲む分布を有することを特徴とする請求項２５又は２６記載のシリコン単結晶インゴット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，希望する酸素濃度を有する高品質シリコン単結晶インゴットに関し，より詳しくは，チョクラルスキ法により，シリコン単結晶インゴットを成長させる際，シリコン融液の温度分布とシリコン融液の酸素濃度分布を，独立的に制御することによって顧客が希望する多様な酸素濃度を有する成長欠陥が，制御された高品質のシリコン単結晶インゴットとウエハ，その製造方法及び成長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来は，半導体素子の歩留まりを増大させることができる高品質のシリコン単結晶インゴットを成長させるために，主に結晶化以後の単結晶インゴットの高温領域温度分布を制御していた。これは結晶化以後の冷却による収縮などにより誘起される応力などを制御したり凝固時に発生した点欠陥の挙動を制御するためのものである。 
【０００３】
また，顧客が要求する多様な(半導体デバイスに適合した)酸素の規格に適合させるために，圧力，アルゴン流量など，工程パラメータを調節したり，ホットゾーンを変更したり，水平強磁場を導入する等，別途の費用を投資していた。
【０００４】
一般に，チョクラルスキ法によりシリコン単結晶インゴットを成長させる方法では，石英坩堝の内部に多結晶シリコンを積載し，ヒータから輻射される熱で多結晶シリコンを溶融させてシリコン融液を生成した後，シリコン融液の表面からシリコン単結晶インゴットを成長させる。シリコン単結晶インゴットを成長させる際には，坩堝を支持する軸を回転させながら，坩堝を上昇させて固−液界面が，同一の高さを維持するようにし，シリコン単結晶インゴットは，坩堝の回転軸と同一の軸を中心として坩堝の回転方向と反対方向に回転させながら引き上げる。このように成長されたシリコン単結晶インゴットは，スライシング(Slicing)，ラッピング(Lapping)，ポリシング(Polishing)，クリーニング(Cleaning)等，ウエハ加工工程を経ることによって，シリコン単結晶ウエハになって半導体デバイス基板として使用することになる。
【０００５】
また，円滑なシリコン単結晶インゴット成長のため，アルゴン(Ar)ガスのような非活性ガスをインゴット成長装置の上部に流入してから，インゴット成長装置の下部に排出させる方法を多く利用している。 
【０００６】
これに併せて，安定した単結晶インゴットの生産及び酸素濃度の効果的な調節のために，一定の強さ以上のカスプ(CUSP)磁場，垂直磁場，水平磁場を多数活用している。
【０００７】
このような従来のシリコン単結晶インゴット製造方法では，成長中のシリコン単結晶インゴットの温度勾配及びシリコン融液からの酸素の蒸発を調節するために熱シールドなどを設置している。熱シールドなどを利用してシリコン単結晶インゴットの温度勾配を調節する従来技術としては，大韓民国特許登録番号第３７４７０３号（特許文献１），大韓民国特許出願番号第２０００−００７１０００号（特許文献２），米国特許番号６，５２７，８５９（特許文献３）などがある。また，町田（machida）らの論文 "The effects of argon gas flow rate and furnace pressure on oxygen concentration in Czochralski-grown silicon crystals，Journal of Crystal Growth，186 (1998)362-368"（非特許文献1）及び大韓民国特許出願番号第２００１−７０１１５４８号（特許文献４）では，酸素濃度の制御のためにガス流れ制御器など，ホットゾーンの設置と圧力，アルゴン流量及び坩堝回転速度制御を開示している。また，特開平２０００−２４７７８８（特許文献５）と特開平１０−１３０１００（特許文献６）は，磁場の強さ調節及びマルチ−カスプ磁場装置を利用して酸素湧出及び融液対流の抑制を開示している。
【０００８】
しかしながら，従来のようにいろいろな工程パラメータの調節だけで効果的にシリコン単結晶インゴットの温度勾配を調節したり酸素濃度を制御することができないので，点欠陥濃度の低い高品質のシリコン単結晶インゴット及びウエハを顧客が希望する酸素濃度を有するように生産することができない。 
【０００９】
デバイス工程に適合した好ましいウエハ基板の条件は，次の通りである。ウエハ表面数マイクロ層まで形成されるデバイス活性領域(Active Device region)では，バカンシー(vacancy)，セルフ−インタースティシャル(self-interstitial)等，点欠陥を除外した全ての凝集欠陥が排除されることが好ましい。例えば，バカンシーが，凝集された欠陥の一種であるＣＯＰ(Crystal Originated Pit)は，ＧＯＩ(Gate Oxide Integrity)を悪化させることによって，デバイスの歩留まりを低下することになる。また，酸素濃度とバカンシー濃度などに依存する微小析出物(micro precipitates)もやはりデバイス活性領域に発生すればＧＯＩを悪化させる。反面に，デバイス活性領域より深いバルク領域では，微小析出物を含む ＢＭＤ(Bulk Micro Defect)が必要である。半導体デバイスの熱処理工程中に発生するＢＭＤは，デバイス活性領域では，害になるけれど，バルク領域では，ウエハ表面及びデバイス活性領域に存在する金属不純物などをゲッタリング(Gettering)することにより，デバイスの歩留まりを改善させる。したがって，好ましいウエハ基板は，適切なバカンシー濃度と酸素濃度を必要とする。
【００１０】
一方，大韓民国特許出願番号第１９９９−７００９２６１号（特許文献７），大韓民国特許出願番号第１９９９−７００９３０７号（特許文献８）及び大韓民国特許出願番号第１９９９−７００９３０９号（特許文献９）に記載されているように，従来では，結晶の垂直温度勾配(G0)が，Ｇ０=ｃ＋ａｘ2の形態を有するので，単結晶インゴット外周から中心方向に向けてバカンシー濃度は，増加する一方，インタースティシャル濃度は，減少する傾向を有する。単結晶インゴットの外周近くで充分な外部拡散(out−diffusion)が発生しなければＬＤＰ等，インタースティシャル特性の結晶欠陥が表れるので，大概は，中心部のバカンシー濃度が高い状態で結晶成長をすることになる。したがって，平衡濃度よりはるかに高いバカンシー濃度のため，ウエハ中心部でバカンシー特性の結晶欠陥(例えば，ボイド(void)，酸化積層欠陥(OiSF : oxidation induced stacking fault)が発生しやすい。反面に，充分なインタースティシャル外部拡散のために，結晶の冷却速度を低下することになれば，追加的なホットゾーンが更に設けられるだけでなく，単結晶インゴットの成長速度も低くなることになるので，生産性が極端に落ちる。  
【００１１】
高品質シリコン単結晶インゴットを製造するために，シリコン単結晶インゴットの温度分布を制御する他の従来技術としては次のようなものがある。特願平２−１１９８９１（特許文献１０）では，単結晶が冷却される過程で高温領域のホットゾーンを採用してシリコン単結晶インゴットの中心と外周の温度分布を制御することによって凝固変形(strain of solidification)によるシリコン単結晶インゴットの格子欠陥を減少させようとし，特にここでは，冷却スリーブ(sleeve)により単結晶成長方向に固化率(solidification rate)が増大し，格子欠陥が減少した。また，特願平７−１５８４５８（特許文献１１）では，結晶内の温度分布と結晶の引上速度を制御しようとし，特願平７−６６０７４（特許文献１２）では，ホットゾーンを改善した冷却速度を制御することによって欠陥密度を制御しようとした。特願平４−１７５４２（特許文献１３）と大韓民国特許出願番号第１９９９−７００９３０９号(ＵＳ ６０/０４１，８４５) （特許文献９）では，ホットゾーンを変更し冷却速度を制御することによって，点欠陥の拡散を利用して結晶欠陥形成を抑制しようとした。大韓民国特許出願番号第２００２−００２１５２４号（特許文献１４）では，熱シールドと水冷管を改善することによって高品質単結晶の生産性を向上させたと主張している。特願平５−６１９２４（特許文献１５）では，結晶の成長速度の周期的な変化を加えることによって，酸素誘起積層欠陥(OSF)や酸素析出欠陥など，結晶欠陥発生領域の履歴(hysteresis)を活用してシリコン単結晶インゴット内に結晶欠陥が生じないようにした。  
【００１２】
一方，シリコン単結晶インゴットの酸素濃度を制御する従来方法としては，特開平１０−１３０１０（特許文献１６），大韓民国特許番号第０２３９８６４号（特許文献１７），大韓民国特許出願番号第２００１−７０１１５４８号（特許文献４）などがある。しかしながら，このような方法は，追加的な費用投資が必要であったり実質的に高品質単結晶が得られない短所がある。
【００１３】
また，大韓民国特許出願番号第１０−０２７１５０４号（特許文献１８）では，カスプ磁場中心を融液全体の深さの１／３以上に位置させて成長方向に形成されるスリットを除去し，半径方向酸素濃度分布を改善する技術が開示され，大韓民国特許番号第２３９８６４号（特許文献１７）では，超伝導水平磁場を利用して磁場強度分布の均一性を確保することにより，対流を抑制する技術を開示した箇所があり，大韓民国特許公開番号第２００２−００８１４７０号（特許文献１９）では，強磁場を利用して固液界面形状と結晶温度との関係を調節する技術が開示されているだけであり，従来の磁気場を利用した技術では，凝集された成長欠陥のない高品質シリコン単結晶インゴット内の酸素濃度を制御するために不均衡な磁場(Unbalanced Magnetic)を利用することについては，開示されていない。 
【００１４】
また，上述の従来方法では目的とする高品質単結晶の獲得の歩留まりが低かった。
【００１５】
【特許文献１】大韓民国特許番号第３７４７０３号
【特許文献２】大韓民国特許出願番号第２０００−００７１０００号
【特許文献３】米国特許番号６，５２７，８５９号
【特許文献４】大韓民国特許出願番号第２００１−７０１１５４８号
【特許文献５】特開平２０００−２４７７８８号
【特許文献６】特開平１０−１３０１００号
【特許文献７】大韓民国特許出願番号第１９９９−７００９２６１号
【特許文献８】大韓民国特許出願番号第１９９９−７００９３０７号
【特許文献９】大韓民国特許出願番号第１９９９−７００９３０９号
【特許文献１０】特願平２−１１９８９１号
【特許文献１１】特願平７−１５８４５８号
【特許文献１２】特願平７−６６０７４号
【特許文献１３】特願平４−１７５４２号
【特許文献１４】大韓民国特許出願番号第２００２−００２１５２４号
【特許文献１５】特願平５−６１９２４号
【特許文献１６】特開平１０−１３０１０号
【特許文献１７】大韓民国特許番号第２３９８６４号
【特許文献１８】大韓民国特許出願番号第１０−２７１５０４号
【特許文献１９】大韓民国特許公開番号第２００２−８１４７０号
【特許文献２０】大韓民国特許出願番号第２００４−９８５３０号
【特許文献２１】大韓民国特許出願番号第２００２−８２７３３号
【特許文献２２】大韓民国特許出願番号第２００３−８０９９８号
【特許文献２３】大韓民国特許出願番号第１９９８−２６７９０号
【非特許文献１】町田（machida）らの論文 "The effects of argon gas flow rate and furnace pressure on oxygen concentration in Czochralski-grown silicon crystals，Journal of Crystal Growth，186 (1998)362-368"
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は，上述の問題を解決するために開発したものであって，本発明の目的は，成長欠陥が極度に制御された高品質シリコン単結晶インゴットを多様な酸素濃度を有するように制御しながら高生産性で製造できるシリコン単結晶インゴット製造方法を提供することにある。
【００１７】
本発明の他の目的は，顧客が希望する規格によって酸素濃度が多様に制御された高品質シリコン単結晶インゴット及びウエハを提供することにある。
【００１８】
本発明の他の目的は，酸素濃度が多様に制御された高品質シリコン単結晶インゴット成長装置を提供するものである。
【００１９】
本発明の他の目的は，生産性の高い高品質シリコン単結晶インゴット成長方法を提供するものである。
【００２０】
本発明の他の目的は，獲得の歩留まりの高い高品質シリコン単結晶インゴット成長方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
前述の目的の達成のための本発明に係るチョクラルスキ法によるシリコン単結晶インゴット成長方法は，シリコン融液に不均衡磁場(Unbalanced Magnetic)を印加することを特徴とする。
【００２２】
この際，前記不均衡磁気場は，上部磁場の強さと下部磁場の強さを互いに異なるように制御することにより形成されることを特徴とする。
【００２３】
前記上部磁場の形成部位は，固液界面部位であり，前記下部磁場の形成部位は，坩堝の底及びラウンド部位などの坩堝の酸素が湧出する部位であることを特徴とする。
【００２４】
単結晶の長手方向と平行した軸に沿った前記シリコン融液の温度を，前記融液と単結晶との界面から遠ざかるに従い徐々に上昇して，最高点に到達後，徐々に下降し，前記最高点を中心にした所定領域を融液の高温領域とし，前記不均一な磁気場で前記坩堝から酸素が湧出することを最小化する一方，ヒータとの最隣接部で前記界面の中心乃至前記高温領域に向ける融液対流を促進させることを特徴とする。
【００２５】
前記上部磁場，例えば前記固液界面部位の磁場の強さは，０乃至１５０ガウスであり，前記下部磁場，例えば酸素が最も多く湧出する坩堝の底のラウンド（round）部位の磁場の強さは，１００ガウス以上４００ガウス以下であることを特徴とする。
【００２６】
前記固液界面における垂直／水平磁場強さの比率は，０．１乃至１．０であることを特徴とする。
【００２７】
前記磁場は，カスプ(CUSP) 形態の磁気場，又は，前記単結晶の長手方向に対して垂直方向又は，水平方向の磁気場であることを特徴とする。
【００２８】
前記シリコン融液を受容する坩堝の回転速度をＶｃ，前記シリコン単結晶の回転速度をＶｓとするとき，下記式を満す条件で前記シリコン単結晶を成長させることを特徴とする。
3≦Ln[Vs/Vc]≦5
【００２９】
また，本発明に係るチョクラルスキ法によりシリコン単結晶を成長させる装置は，チャンバーと，前記チャンバーの内部に設けられ，シリコン融液を受容する坩堝と，前記坩堝の側方に設けられて前記シリコン融液を加熱するヒータと，前記シリコン融液から成長されるシリコン単結晶を引上げる引上機構と，前記ヒータの側方に設けられて前記シリコン融液に磁気場を印加する磁石を含むことを特徴とする。
【００３０】
前記磁石は，前記ヒータとの最隣接部から前記単結晶の中心に向ける融液対流を促進させる磁場を印加することを特徴とする。
【００３１】
前記磁石は，前記坩堝から酸素が湧出することを最小化する磁場を印加することを特徴とする。
【００３２】
また，本発明に係るチョクラルスキ法により成長されたシリコン単結晶からウエハ加工工程により製造されるシリコンウエハは，セルフ−インタースティシャル優勢領域及びバカンシー優勢領域のウエハ面内分布が，中心対称構造を有しないことを特徴とする。
【００３３】
前記ウエハは，格子間酸素濃度が，９．５ppma未満であることを特徴とする。
【００３４】
前記ウエハは，格子間酸素濃度が，９．５ppma以上１１．５ppma以下であることを特徴とする。
【００３５】
前記ウエハは，格子間酸素濃度が，１１．５ppma以上１４ppma以下であることを特徴とする。
【００３６】
また，チョクラルスキ法によるシリコン単結晶インゴットは，セルフ−インタースティシャル優勢無欠陥領域が，中心部位に位置したことを特徴とする。
【００３７】
前記セルフ−インタースティシャル優勢無欠陥領域が，第１バカンシー優勢無欠陥領域により取り囲まれる分布を有することを特徴とする。
【００３８】
前記セルフ−インタースティシャル優勢無欠陥領域が，第２バカンシー優勢無欠陥領域を取り囲む分布を有することを特徴とする。
【００３９】
前記セルフ−インタースティシャル優勢無欠陥領域及び第１，第２バカンシー優勢無欠陥領域のウエハ面内分布は，中心対称構造をなさないことを特徴とする。
【００４０】
また，チョクラルスキ法により成長されたシリコン単結晶から製造されるシリコンウエハは，セルフ−インタースティシャル優勢無欠陥領域が，ウエハ面内中心部位に位置したことを特徴とする。
【００４１】
前記セルフ−インタースティシャル優勢無欠陥領域が，第１バカンシー優勢無欠陥領域により取り囲まれる分布を有することを特徴とする。
【００４２】
前記セルフ−インタースティシャル優勢無欠陥領域が，第２バカンシー優勢無欠陥領域を取り囲む分布を有することを特徴とする。
【００４３】
前記セルフ−インタースティシャル優勢無欠陥領域及び第１バカンシー優勢無欠陥領域のウエハ面内分布は，中心対称構造をなさないことを特徴とする。
【発明の効果】
【００４４】
上述のように，本発明によれば次のような効果を奏する。 
【００４５】
まず，シリコン融液の温度分布を本発明から提示した特定条件で制御することにより，高品質のシリコン単結晶インゴットを多様な酸素濃度スペックに成長させることができる。
【００４６】
また，本発明では，シリコン融液に不均衡磁気場(Unbalanced Magnetic)，すなわち，石英坩堝で酸素が湧出する部位と固液界面部位の磁場の強さを互いに異なるように制御することができる。 
【００４７】
また，上部磁場と下部磁場の強さ，又は，固液界面での垂直／水平磁場強さの比率を調節することによって，単結晶シリコンインゴットを顧客が希望するシリコン単結晶インゴット内の多様な酸素規格を合わせながら高生産性で製造できるようになる。 
【００４８】
また，シリコン融液に下部磁場の強さが強い不均衡な磁場を加えることによって，坩堝の底及びＲ地点部位からの酸素の湧出及び湧出した酸素の移動を最大限抑制してシリコン単結晶インゴットの酸素濃度を低下することができる。 
【００４９】
それだけでなく，上部磁場と下部磁場の強さを適切な割合で調節することによって，固液界面と高温領域(TH)の温度差，すなわち，上昇する融液温度の傾きが増加するので，結晶成長速度を増加させることができる。
【００５０】
これによって，高い成長速度によって高品質シリコン単結晶インゴットの生産性を高めることができる。 
【００５１】
また，本発明では，従来とは異なる点欠陥濃度が中心対称でない非対称分布を有するシリコンウエハを提供し，実際にデバイス製造過程で熱処理によりデバイス活性領域近くで微小析出欠陥のような２次欠陥が発生しない水準で点欠陥濃度の低い高品質のシリコン単結晶インゴット及びシリコンウエハを提供することができる。 
【００５２】
また，前記高品質の単結晶から加工されたウエハを基板に使用すれば，電子素子の歩留まりを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
以下，添付の図面を参照しつつ本発明に係る高品質シリコン単結晶インゴット製造方法，成長装置及び前記方法及び装置から製造されたウエハについて詳細に説明する。
【００５４】
本発明は，シリコン融液から固状のシリコン単結晶インゴットを成長させる際，単結晶インゴットの温度勾配調節及び固−液界面の形態調節だけで点欠陥が最小化された高品質のシリコン単結晶インゴットを成長させるには限界があり，高品質シリコン単結晶インゴット成長のためのより決定的な因子があるという事実に起因したのである。
【００５５】
すなわち，本発明では，結晶化の以後に起こる固状反応の限界の克服のために，固化の以前である液状の流体状態を徹底的に分析した結果，融液の温度分布が非常に重要であるということを見出した。
【００５６】
一般に，結晶成長は，原子又は分子形態の成長単位が，結晶成長界面又は準安定領域へ移動して界面に固着することによりなされるが，シリコン融液内の温度の傾きが大きくなることによって，流体状態の結晶成長単位が，結晶成長界面又は準安定領域へ移動しようとする駆動力が大きくなる。
【００５７】
ここで，結晶成長界面とは，結晶化界面又は固液界面ともいい，固状であるシリコン単結晶インゴットと液状であるシリコン融液の境界面である。準安定領域とは，液状であるシリコン融液が，結晶化する直前の状態であって，結晶性があるとは言えるが，完全でない領域を意味する。
【００５８】
したがって，シリコン融液内の温度の傾きが大きければ成長単位の結晶成長が高まるので結晶の引上速度が十分高くない場合，過剰の原子が結晶化され，その結果，シリコン単結晶インゴットは，セルフインタースティシャル優勢(self−interstitial rich)特性を有することになる。反対に，シリコン融液内の温度の傾きが低ければ結晶化しようとする原子が充分でないので，高い結晶の引上速度は，バカンシー優勢(vacancy rich)特性を有するシリコン単結晶インゴットを作ることになる。
【００５９】
図１は，本発明の一実施形態によりチョクラルスキ法によりシリコン単結晶インゴットを成長させる過程を示す断面図である。図１に示すように，本発明の一実施形態に係るシリコン単結晶インゴットの製造装置は，チャンバー１０を含み，チャンバー１０の内部でシリコン単結晶インゴットの成長がなされる。
【００６０】
チャンバー１０内にはシリコン融液(SM)を受容する石英坩堝２０が設けられ，この石英坩堝２０の外部には黒鉛からなる坩堝支持台２５が石英坩堝２０を取り囲むように設けられている。
【００６１】
坩堝支持台２５は，回転軸３０上に固定して設けられ，この回転軸３０は，駆動手段(図示していない)により回転されて石英坩堝２０を回転させながら上昇させて固−液界面が同一の高さを維持するようにする。坩堝支持台２５は，所定の間隔を置いて円筒形のヒータ４０に取り囲まれ，このヒータ４０は，保温筒４５により取り囲まれる。 
【００６２】
すなわち，ヒータ４０は，坩堝２５の側方に設けられて石英坩堝２０内に積載された高純度の多結晶シリコンの塊を鎔融してシリコン融液(SM)を作り， 保温筒４５は，ヒータ４０から発散する熱がチャンバー１０の壁側に広がることを防止して熱効率を向上させる。
【００６３】
また，保温筒４５の外周部は，磁石７０が取り囲む。これは，安定した熱源としてヒータ４０を採用してシリコン融液の過冷を防止するだけでなく，磁石７０により供給される磁場の強さを調節してヒータ４０から発生した熱が多様な経路を通じて固液界面に伝えられることを制御することによって効果的な熱伝逹がなされるようにしたものである。 
【００６４】
本発明において，磁石７０は，石英坩堝２０から酸素が湧出する部位と固液界面部位とで磁場の強さが異なるように制御する役割を有する。すなわち，一般的なカスプ磁場の場合は，上下対称形態の磁場分布を利用してシリコン融液の対流を抑制することによって単結晶成長条件の安定化と酸素濃度を制御するが，前記酸素濃度を制御する条件は，成長欠陥のない高品質シリコン単結晶を製造する条件と相反していた問題を解決したのである。
【００６５】
この際，上部磁場は，熱の流れと関連して融液の温度分布を制御し，下部磁場は，石英坩堝から酸素が湧出すること，又は，湧出した酸素が移動することと関連してインゴット内の酸素の濃度を制御する役割をする。 
【００６６】
磁場としては，単結晶の長手方向に対し，垂直方向又は水平方向の磁場を印加することもでき，又は，カスプ(CUSP) 形態の磁場を印加することができる。その理由は，固液界面及びその下部融液で磁力線の形態が特定の形態で決定されれば，全て同一の効果が発生するためである。 
【００６７】
図２は，本発明の一実施形態であって，カスプ形態の磁場を印加した状態でシリコン単結晶インゴットを成長させることを示す断面図で，最高温領域から高温領域への適切な熱伝逹チャネルの形成を示す図であり，図３ａは，本発明の一実施形態であって，カスプ形態の磁場を概して均衡を保つように印加した状態で磁石の位置を調節することによってシリコン単結晶インゴットを成長させることを示す断面図で，磁力線プロファイルを半分断面だけ共に示す図であり，図３ｂは，図３ａの磁力線ファイルの磁気場の強さを目盛りに合せて示す図であり，図４ａは，本発明の一実施形態であって，カスプ形態の磁場を不均衡するように印加した状態でシリコン単結晶インゴットを成長させることを示す断面図で，磁力線プロファイルを半分断面だけ共に示す図であり，図４ｂは，図４ａの磁力線プロファイルの磁気場の強さを目盛りに合せて示した図である。
【００６８】
磁場は，シリコン融液の対流を制御するが，より詳しくは，磁力線に垂直な方向への融液の流れを抑制するので熱の流れにまで影響を与える。すなわち，図２乃至図４ｂのような形態の磁力線プロファイルは，磁力線に垂直な方向への融液対流を抑制し，できる限り，融液の流れ及び熱の流れを磁力線に平行した方向にする。 
【００６９】
したがって，ヒータとの最隣接部として局部的な最高温領域(TP)の熱いシリコン成長単位が最短距離で固液界面へ移動するので，保有中の熱の損失を最小化し，固液界面の中心乃至融液の高温領域(TH)に向ける熱の流れは促進される。 
【００７０】
すなわち，磁場は，最高温領域(TP)から熱損失を最小化しながら高温領域(TH)に熱を伝達するように助けるので，固液界面と高温領域(TH)の温度差，すなわち，上昇する融液温度の傾きが大きくなることになって原子や分子などの成長単位が結晶成長の界面へ移動しようとする駆動力が増加して高品質の結晶成長速度が増加できるものである。
【００７１】
それだけでなく，図３ａ乃至図４ｂのような不均衡な磁場(Unbalanced Magnetic) の磁力線プロファイルは，石英坩堝の底部の温度を相対的に低くなるようにするので，坩堝の底からの酸素の湧出を最大限抑制させ，湧出した酸素の移動も抑制する。したがって，坩堝から酸素が湧出したり，湧出した酸素が移動することを抑制しようとする場合は，下部磁場の強さを強く調節する。
【００７２】
結果として，前記不均衡磁場は，上部磁場の強さと下部磁場の強さを互いに異なるように制御することにより形成されることができる。この際，前記上部磁場形成部位は，固液界面部位，前記下部磁場の形成部位は，石英坩堝から酸素が湧出する部位であることが好ましい。 
【００７３】
また，前記固液界面部位の磁気場の強さは，０乃至１５０ガウス，前記酸素が最も多く湧出する坩堝の底のラウンド(Round)部位の磁場の強さは，１００ガウス以上４００ガウス以下に制御することが好ましい。固液界面部は，磁場の強さが０になるＺＧＰ(Zero Gauss Position，ゼロガウスポジション)にすることができ，１５０ガウス以上では固液界面への熱伝逹が悪化する。反面に，坩堝の底のラウンド(Round)部位の場合，１００ガウス未満，又は４００ガウスを超過すると，適切な熱伝逹チャネルが形成されない。
【００７４】
この際，前記固液界面エッジ(Edge)における垂直／水平磁場強さの比率は，０．１乃至１．０に制御することが好ましい。垂直／水平磁場強さの比率が０．１未満，又は，１．０を超過することになれば，適切な熱伝逹チャネルが形成されない。  
【００７５】
図３ａ及び図３ｂは，前記固液界面中心の磁場の強さは，１００ガウス， 前記酸素が最も多く湧出する坩堝の底のラウンド(Round)部位の磁場の強さは，１９０ガウスである時の磁力線プロファイル，図４ａ及び図４ｂは，前記固液界面中心の磁気場の強さ２０ガウス，前記酸素が最も多く湧出する坩堝の底のラウンド(Round)部位の磁気場の強さ３４０ガウスである時の磁力線プロファイルを各々表す。
【００７６】
上記のように，上部磁場と下部磁場の強さ，又は，固液界面における垂直／水平磁場強さの比率を調節することにより，格子間酸素濃度が，９．５ppma未満，９．５ppma以上１１．５ppma以下，１１．５ppma超過１４ppma以下など，顧客が希望する多様な酸素規格を有するシリコン単結晶インゴット又は，ウエハを高生産性で製造できることになる。
【００７７】
すなわち，本発明は，結晶欠陥のない高品質のシリコン単結晶を高生産性で製造すると共に，主要品質項目である酸素濃度を希望する値に制御するためのものであって，このために，シリコン融液に不均衡磁気場(Unbalanced Magnetic)を印加して石英坩堝から酸素が湧出する部位と固液界面部位の磁場の強さを互いに異なるように制御する。 
【００７８】
また，チャンバー１０の上部には，ケーブルを巻いて引き上げる引上手段(図示していない)が設けられ，このケーブルの下部に石英坩堝２０内のシリコン融液(SM)に接触して引き上げながら単結晶インゴット(IG)を成長させる縦結晶が設けられる。引上手段は，単結晶インゴット(IG) 成長の際，ケーブルを巻いて引上げながら回転運動し，この際，シリコン単結晶インゴット(IG)は，坩堝２０の回転軸３０と同一の軸を中心にして坩堝２０の回転方向と反対方向に回転させながら引き上げるようにする。
【００７９】
チャンバー１０の上部には，成長される単結晶インゴット(IG)とシリコン融液(SM)にアルゴン(Ar)，ネオン(Ne)及び窒素(N)などの不活性ガスを供給し，使われた不活性ガスはチャンバー１０の下部を通じて排出させる。
【００８０】
シリコン単結晶インゴット(IG)と坩堝２０との間には，インゴット(IG)を取り囲むように熱シールド５０を設置してインゴットから放射される熱を遮断することができ，熱シールド５０でインゴット(IG)との最隣接部には，円筒形の熱遮蔽部６０を付着設置して熱の流れを一層遮断して熱を保存することができる。
【００８１】
より具体的に説明するために図１を参照する。図１には，シリコン融液(SM)内に等温線と単結晶インゴットの半径方向と平行した仮想の軸に沿って測定された融液の温度傾きプロファイルを共に図示している。 
【００８２】
一般に，シリコン融液(SM)の温度を注意深くみれば，熱供給源であるヒータ４０と最も近い坩堝の側面部分で最高融液温度(図１においてＴP領域と表示)を，結晶成長が起こる固液界面部分で固化温度(solidification temperature)である最低融液温度を見せる。 
【００８３】
シリコン融液(SM)の温度の傾きを単結晶(IG)の半径方向と平行した軸に沿って測定する際，この温度傾きは，垂直方向瞬間温度傾きであり，単結晶(IG)の下部に位置する融液で測定することが好ましい。
【００８４】
高品質シリコン単結晶インゴットの成長条件は，測定された温度傾き値が下記の数式を満たすことが好ましい(大韓民国特許出願番号第２００４−９８５３０号（特許文献２０）参照)。 
{(ΔTmax-ΔTmin)/ΔTmin}×100≦10
【００８５】
この際，ΔTmaxは，測定された温度傾きの最大値，ΔTminは，測定された温度傾きの最小値である。 
【００８６】
また，単結晶インゴットの長手方向と平行した軸(X)に沿って測定された融液の温度プロファイルを共に図示した図２を参照すれば，本発明では，融液の内部に周辺に比べて相対的に温度が高い高温領域(図１においてＴH領域と表示)が存在するようにし，特にその高温領域(TH)の上部の温度傾きと下部の温度傾きを制御する。
【００８７】
シリコン融液(SM)の温度をシリコン単結晶インゴット(IG)の長手方向と平行した軸(X)に沿って測定する際，固液界面からインゴット(IG)と遠ざかるほど融液(SM)の温度が，徐々に上昇して最高点(H)に到達後，最高点(H)でインゴット(IG)と最も遠い地点である融液(SM)の底部側に行くことにつれて徐々に下降する。
【００８８】
この際，固液界面から最高点(H)までの上昇する融液温度傾き(ΔTi)が，最高点(H)から融液底部まで下降する融液温度傾き(ΔTd)より大きい状態，すなわち，ΔTi>ΔTdである条件を維持しながら，単結晶インゴットを成長させることが好ましい。ここで，温度測定位置を表示する基準になる軸(X)は，単結晶インゴットの中心を貫通する中心軸であることが好ましい。
【００８９】
この際，最高点(H)は，シリコン融液(SM)の全体深さに対し，融液(SM)の表面から１／５地点乃至２／３地点に存在することが好ましい(大韓民国特許出願番号第２００４−９８５３０号（特許文献２０）参照)。 
【００９０】
また，坩堝の回転速度が減少することによって半径方向への融液の温度差が減少して半径方向への融液の温度分布が均一になるので，シリコン融液の温度を単結晶の半径方向に均一にするためには，坩堝回転速度をできる限り低下しなければならない(大韓民国特許出願番号第２００４−９８５３０号（特許文献２０）を参照)。 
【００９１】
それだけでなく，高品質の単結晶を高い生産性で製造するためには，坩堝２０の回転速度を考慮して単結晶(IG)回転速度の運用範囲を決定しなければならない。 
【００９２】
坩堝の回転速度をＶｃ，シリコン単結晶インゴットの回転速度をＶｓとするとき，次の数式を満す条件でシリコン単結晶インゴットを成長させることが好ましい。
3≦Ln[Vs/Vc]≦5
【００９３】
なぜならば，低い坩堝回転速度に比べて単結晶回転速度があまり大きくなる場合には，坩堝の底の冷たい融液の上昇により高温領域の温度が減少低下し，したがって，融液の垂直方向温度傾きが減少するためである。 
【００９４】
上述のように，融液の温度分布を最適化した結果，各種結晶欠陥が排除された高品質の単結晶を容易に得ることができ，実現される成長速度が非常に向上することを確認した。
【００９５】
このような現象は，固液界面から最高点までの上昇する融液温度傾きを増加させることによって原子や分子などの成長単位が，結晶成長界面へ移動しようとする駆動力が増加するためであり，これによって，バカンシー，インタースティシャルなどの点欠陥発生が最小化される高品質の結晶成長速度，すなわち，結晶の引上速度は，向上することができる。
【００９６】
上述のような不均衡な磁場の印加，坩堝及び単結晶の回転速度などを制御すれば，いわゆる「チャネル効果」(channel effect)によりシリコン融液の温度分布が，単結晶半径方向及び単結晶長手方向に上述のような条件で最適化される。 
【００９７】
「チャネル効果」とは，図２又は図４ｂに示すように，融液の最高温領域から高温領域に向けた仮想のチャネル１００に沿って熱損失が最小化されながら熱伝逹されることを意味する。このように，チャネル効果によれば，固液界面から高温領域までの融液温度傾き，すなわち，上昇する融液温度傾きを増加させることができるだけでなく，坩堝の底の温度が相対的に低くなるために，坩堝底部からの酸素の湧出量を最大限抑制させることができることになる。
【００９８】
上述の方法により，本発明では，バカンシー及びインタースティシャル等，点欠陥発生を制御することによって成長欠陥である電位欠陥(エッジ(edge)，スクリュー(screw)，ループ(loop)形態の電位(dislocation))，積層欠陥(stacking fault)，バカンシー集合体であるボイド(void)などの欠陥を全て抑制するものである。
【００９９】
最近，シリコンウエハ製造技術が発展して，前述のような点欠陥凝集欠陥が排除された無欠陥ウエハ水準を実現させている。しかしながら，凝集反応が起こる程の高い濃度ではないが，相対的に高濃度のバカンシーと酸素は，実際の半導体デバイスを製造する熱処理過程では，微小析出欠陥のような２次欠陥がデバイス活性領域近くでも発生してしまう。 
【０１００】
しかしながら，本発明の一実施形態によって上述の装置及び方法を利用して成長されたシリコン単結晶インゴットは，バカンシー濃度を十分に低下することによって微小析出欠陥などがデバイス活性領域近くでは発生しない。すなわち，本発明は，熱処理により微小析出欠陥を形成できるバカンシーの最小濃度であるバカンシーしきい飽和濃度の以下の水準の点欠陥濃度を有するウエハを高い生産性で製造する。この際，熱処理条件及び結果については大韓民国特許出願番号第２００４−９８５３０号（特許文献２０）を参照する。
【０１０１】
従来技術では，ウエハ又はインゴットの中心部がバカンシー優勢領域であり，その外側部がインタースティシャル優勢領域であったが(図５ａ)，最近，ウエハ製造技術の発展によってその分布が逆転されている。本発明の一実施形態によって製造されたシリコンインゴット及びウエハの中心部もインタースティシャル優勢領域(interstitial dominant region)であり，中心部の外側部はバカンシー優勢領域(vacancy dominant region)であることができる(図５ｂ，図５ｃ参照)。それだけでなく，インタースティシャル優勢，又は，バカンシー，ある一方に特定できないように，インタースティシャル濃度とバカンシー濃度が均衡をなしている均衡領域(balanced region)までも確保された。 
【０１０２】
また，本発明が流体現象を基にしているので，すなわち，単結晶成長の際，シリコン融液内の温度分布が中心対称を有しないので，インタースティシャル優勢領域及びバカンシー優勢領域が必ずインゴット長手方向の中心軸を中心にして非対称に表れるが，高品質単結晶及びシリコンウエハを確保することにおいては何らの問題も発生しない。すなわち，本発明によって製造されたシリコンウエハには，インタースティシャル優勢領域及びバカンシー優勢領域がウエハの中心に対して実質的に非対称をなすことになる。 
【０１０３】
一方，融液内には，大別して２種類の対流が分布する。すなわち，融液の対流分布は，坩堝の底部と側壁部に沿って融液(SM)の表面に上昇してから融液(SM)の表面に沿って単結晶側に循環する外側領域と，外周領域の内部傾斜面に沿って単結晶の下部近接部分で循環する内側領域に区分される。 
【０１０４】
本発明の好ましい融液の対流分布は，大韓民国特許出願番号第２００２−００８２７３３号（特許文献２１）又は，大韓民国特許出願番号第２００３−００８０９９８号（特許文献２２）に詳細に説明されている。このようにすれば単結晶の品質を半径方向に一層均一にすることができる。 
【０１０５】
以下，２００mmシリコン単結晶インゴット成長の実施形態を挙げて，本発明をより具体的に説明するが，下記の実施形態は，単に説明のためのものであって，本発明の保護範囲を制限するのではない。
【０１０６】
〔実施形態１〕
インゴット中心においてインタースティシャルが支配的で，外周でバカンシーが支配的であり，非対称形態の点欠陥濃度分布を有するシリコン単結晶インゴット
【０１０７】
単結晶回転速度と坩堝回転速度だけを制御してシリコン融液の温度分布を調節した。この際，単結晶回転速度は，１３〜１７rpm(rotaion per minute)，坩堝回転速度は，０．３〜０．８rpmである。インゴット内の点欠陥濃度を效果的に制御するためにシリコン単結晶インゴットでなく，融液の温度分布を制御したのである。 
【０１０８】
シリコン単結晶インゴット成長界面から融液深さ１０〜１００mm地点までの融液の垂直温度傾きを増加させて，インゴット中心のインタースティシャルからバカンシーに転移される限界引上速度を大いに向上させた。
【０１０９】
成長完了した単結晶インゴットの垂直断面サンプルを採取して欠陥など品質分布を測定した結果，単結晶インゴットの温度勾配制御に焦点を合わせたので，中心非対称の品質領域分布が得られ，インタースティシャルからバカンシーに転移される限界引上速度は，０．５６mm/minである。この際，酸素濃度は，１２．５乃至１３．５ppmaの限定された値のみ得ることができた。実験結果は，下記の表１に表した。 
【０１１０】
図６は，本発明の一実施形態によって成長された単結晶シリコンインゴットを一連の酸素沈殿(oxygen precipitation)熱処理後，単結晶シリコンインゴットの軸方向切断面を少数キャリア寿命(minority carrier lifetime)でスキャンして生成したイメージ及び結晶長さの関数である引上速度グラフであって，引上速度ｖ=ｖ*で引き上げられるインゴット長さ約４５０mmの位置で，インゴット中心部は，Ｖ／Ｉ境界であるが，インゴットエッジ部では，バカンシー 関連欠陥であるＯＳＦリングが発生することが分かる。
【０１１１】
〔実施形態２〕
点欠陥が極めて制御され，非対称形態の点欠陥濃度分布を有するシリコン単結晶インゴット
【０１１２】
単結晶回転速度，坩堝回転速度の他にカスプ磁場の中心位置及び磁場の強さを制御してシリコン融液の温度分布を改善した。単結晶回転速度及び坩堝回転速度は，実施形態１と同一であり，磁場の強さは，固液界面中心で１００ガウス，坩堝底ラウンド(Round)部位で１９０ガウスであった。
【０１１３】
これは，点欠陥濃度を極めて制御するためにシリコン単結晶インゴットでなく，融液の温度分布を制御したものであって，シリコン単結晶インゴット成長界面から融液深さ３０mm地点までの融液の垂直温度傾きを増加させることによって，バカンシー及びインタースティシャル濃度を全て極小に制御できる単結晶引上速度を大幅向上させた。これと同時に，磁場の水平成分／垂直成分の分布を調節することによって，ヒータから伝達受けた熱を最短距離で融液の中心軸内の高温領域と固液界面に伝達するようにしたものである。
【０１１４】
成長が完了した単結晶インゴットの垂直断面サンプルを採取して欠陥など品質分布を測定した結果，中心非対称の品質領域分布が得られ，また，インタースティシャルからバカンシーに転移される限界引上速度は，０．６３mm/min，酸素濃度は，１３ppma以上であった。実験結果は，下記の表１に表した。 
【０１１５】
図７は，本発明の他の実施形態によって成長された単結晶シリコンインゴットを一連の酸素沈殿(oxygen precipitation)の熱処理後，単結晶シリコンインゴットの軸方向切断面を少数キャリア寿命(minority carrier lifetime)でスキャンして生成したイメージ及び結晶長さの関数である引上速度グラフであって，引上速度ｖ=ｖ*で引き上げられるインゴットの長さ約５８０mm位置に前後して半径方向に完全無欠陥が十分形成されることが分かる。
【０１１６】
〔実施形態３〕
酸素濃度が，制御された非対称分布を有する高品質シリコン単結晶インゴット
【０１１７】
単結晶回転速度，坩堝回転速度の他にカスプ(Cusp)の上下磁場の強さを非対称に設定することによって，熱伝逹を効率化させ，酸素濃度を低下した。単結晶回転速度及び坩堝回転速度は，実施形態１と同一であり，磁場強さは固液界面の中心で２０ガウス，坩堝の底のラウンド(Round)部位で３４０ガウスであった。
【０１１８】
すなわち，下磁場の強さを強くして酸素濃度は低下し，上磁場の強さは，相対的に弱く調節して前記ヒータから発生した熱が，最短経路を通じて固液界面に伝えられるようにした。この際，前記磁場を調節して熱チャネルの形態が，一定に維持されるようにした。
【０１１９】
成長完了した単結晶インゴットの垂直断面サンプルを採取して欠陥など品質分布を測定した結果，中心非対称の品質領域分布が得られ，インタースティシャルからバカンシーに転移される限界引上速度は，０．６４mm/min，酸素濃度は，１１ppma以下であった。実験結果は，下記の表１に表した。 
【０１２０】
図８は，本発明の他の実施形態によって成長された単結晶シリコンインゴットを一連の酸素沈殿(oxygen precipitation) 熱処理後，単結晶シリコンインゴットの軸方向の切断面を少数キャリア寿命(minority carrier lifetime)でスキャンして生成したイメージ及び結晶長さの関数である引上速度グラフであって，引上速度ｖ=ｖ*されるインゴット長さ約４６５mm位置を前後して半径方向に完全無欠陥が十分形成されることが分かる。
【０１２１】
〔比較例〕
大韓民国出願番号第１９９８−０２６７９０号（特許文献２３）のように，単結晶インゴットの温度勾配を制御するためにホットゾーンを設置した後，結晶成長が起こる固液界面の形態を単結晶側に膨出するように制御するために強い水平磁場を印加する従来技術により単結晶の引上速度を変化させながら成長させた。 
【０１２２】
成長完了した単結晶インゴットの垂直断面サンプルを採取して欠陥など品質分布を測定した結果，単結晶インゴットの温度勾配制御に焦点が合わせられたので，中心対称の品質領域分布が得られたし，インタースティシャルからバカンシーに転移される限界引上速度は，０．４８mm/minと比較的低い値を見せた。酸素濃度も１２〜１３ppmaの限定された値のみ得ることができた。実験結果は，下記の表１に表した。 
【０１２３】
図９は，比較例により成長された単結晶シリコンインゴットを一連の酸素沈殿(oxygen precipitation)熱処理後，単結晶シリコンインゴットの軸方向切断面を少数キャリア寿命(minority carrier lifetime)でスキャンして生成したイメージ及び結晶長さの関数である引上速度グラフであって，引上速度ｖ=ｖ*で引き上げられるインゴットの長さ約４９０mm位置で，インゴット中心部は，Ｖ／Ｉ境界であるが半径方向にインタースティシャル凝集欠陥が発生することが分かる。
【０１２４】
【表１】
0005150875.tif 000002
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】本発明の一実施形態に係るチョクラルスキ法によりシリコン単結晶インゴットを成長させる過程及び単結晶インゴットの長手方向と平行した軸に沿って測定された融液の温度プロファイルを示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態であって，カスプ形態の磁気場を印加した状態でシリコン単結晶インゴットを成長させることを示す断面図であって，最高温領域から高温領域への適切な熱伝逹チャネルの形成を示す図である。
【図３ａ】本発明の一実施形態であって，カスプ形態の磁気場を概して均衡するように印加した状態で磁石の位置を調節することによって，シリコン単結晶インゴットを成長させることを示す断面図であって，磁力線プロファイルを半分断面だけ共に示す図である。
【図３ｂ】図３ａの磁力線ファイルの磁場の強さを目盛りに合せて示す図である。
【図４ａ】本発明の一実施形態としてカスプ形態の磁気場を不均衡するように印加した状態でシリコン単結晶インゴットを成長させることを示す断面図であって，磁力線プロファイルを半分断面だけ共に示す図である。
【図４ｂ】図４ａの磁力線プロファイルの磁気場の強さを目盛りに合せて示した図である。
【図５ａ】従来技術によりウエハ中心部がバカンシー優勢領域であり，その外側部がインタースティシャル優勢領域である軸対称分布を有するシリコンインゴットの簡略斜視図及びウエハの断面図である。
【図５ｂ】本発明の一実施形態により第１バカンシー優勢無欠陥領域がインゴット／ウエハ面内の中心部位に位置したセルフ−インタースティシャル優勢無欠陥領域を取り囲んだ非対称分布を有するシリコンインゴットの簡略斜視図及びウエハの断面図である。
【図５ｃ】本発明の他の実施形態によりセルフ−インタースティシャル優勢無欠陥領域が，第２バカンシー優勢無欠陥領域により取り囲んだ非対称分布を有するシリコンインゴットの簡略斜視図及びウエハの断面図である。
【図６】本発明の一実施形態により成長された単結晶シリコンインゴットを一連の酸素沈殿(oxygen precipitation)熱処理後，単結晶シリコンインゴットの軸方向切断面を少数キャリア寿命(minority carrier lifetime)でスキャンして生成したイメージ及び結晶長さの関数である引上速度グラフである。
【図７】本発明の他の実施形態により成長された単結晶シリコンインゴットを一連の酸素沈殿(oxygen precipitation)熱処理後，単結晶シリコンインゴットの軸方向の切断面を少数キャリア寿命(minority carrier lifetime)でスキャンして生成したイメージ及び結晶長さの関数である引上速度グラフである。
【図８】本発明の他の実施形態により成長された単結晶シリコンインゴットを一連の酸素沈殿(oxygen precipitation)熱処理後，単結晶シリコンインゴットの軸方向切断面を少数キャリア寿命(minority carrier lifetime)でスキャンして生成したイメージ及び結晶長さの関数である引上速度グラフである。
【図９】比較例により成長された単結晶シリコンインゴットを一連の酸素沈殿(oxygen precipitation)熱処理後，単結晶シリコンインゴットの軸方向の切断面を少数キャリア寿命(minority carrier lifetime)でスキャンして生成したイメージ及び結晶長さの関数である引上速度グラフである。
【符号の説明】
【０１２６】
１０    チャンバー
２０    石英坩堝
２５    坩堝支持台
３０    回転軸
４０    ヒータ
４５    保温筒
５０    熱シールド
６０    熱遮蔽部
７０    磁石
１００   チャネル
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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