(57)【要約】鉄不純物が低減された単結晶シリコンを製造する方法および装置を開示する。この装置は、グラファイト基質部を用いて構成された少なくとも１つの構造的部品と、成長チャンバの雰囲気に曝される基質部表面を覆う保護膜とを有する。グラファイト基質部は、約１．５×１０１２原子数／ｃｍ３以下の鉄濃度を有し、かつシリコンカーバイド保護膜は、約１．０×１０１２原子数／ｃｍ３以下の鉄濃度を有する。
2004521056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チョクラルスキ法により成長させた単結晶シリコンを
製造する結晶引揚装置であって、
成長チャンバと、
成長チャンバ内に配置された構造的部品とを備え、
構造的部品は、基質部と、成長チャンバの雰囲気に曝される基質部表面を覆う保護膜とを有し、
基質部はグラファイトからなり、約１．５×１０１２原子数／ｃｍ３以下の鉄濃度を有し、
保護膜はシリコンカーバイドからなり、約１．０×１０１２原子数／ｃｍ３以下の鉄濃度を有することを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の結晶引揚装置であって、
基質部に含まれる鉄濃度は、約１．０×１０１２原子数／ｃｍ３以下であることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１に記載の結晶引揚装置であって、
基質部に含まれる鉄濃度は、約０．５×１０１２原子数／ｃｍ３以下であることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１に記載の結晶引揚装置であって、
基質部に含まれる鉄濃度は、約０．１×１０１２原子数／ｃｍ３以下であることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１に記載の結晶引揚装置であって、
保護膜に含まれる鉄濃度は、約０．５×１０１２原子数／ｃｍ３以下であることを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１に記載の結晶引揚装置であって、
保護膜に含まれる鉄濃度は、約０．１×１０１２原子数／ｃｍ３以下であることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項１に記載の結晶引揚装置であって、
保護膜は、約７５μｍないし約１２５μｍの厚みを有することを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項１に記載の結晶引揚装置であって、
保護膜は、約１００μｍの厚みを有することを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項１に記載の結晶引揚装置であって、
保護膜は、基質部の表面全体を覆うことを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の結晶引揚装置であって、
構造的部品は、単結晶シリコンを成長させる間、少なくとも約８０時間、少なくとも約９５０℃に達し、かつ単結晶シリコンまたは溶融シリコンから約３ｃｍないし約５ｃｍの範囲にあることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の結晶引揚装置であって、
構造的部品は、上側ヒータ、上側熱シールド、中間熱シールド、下側熱シールドの内側反射板、下側熱シールドの外側反射板、下側熱シールドの絶縁層、上側絶縁支持部、上側絶縁シールドからなるグループから選択されることを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の結晶引揚装置であって、
上記グループの中から選択された少なくとも６つの構造的部品を有することを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の結晶引揚装置であって、
上記グループの中から選択された少なくとも８つの構造的部品を有することを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の結晶引揚装置であって、
単結晶シリコンを成長させる間、少なくとも約８０時間、少なくとも約９５０℃に達し、かつ単結晶シリコンまたは溶融シリコンから約３ｃｍないし約５ｃｍの範囲にある構造的部品はすべて、基質部と保護膜を有することを特徴とする装置。
【請求項１５】
単結晶シリコンを成長させる間、結晶成長装置内の構造的部品から生じる鉄による、単結晶シリコンインゴットの汚染を制御する方法であって、
この方法は、成長チャンバと、成長チャンバ内に配置された構造的部品とを有する結晶成長装置を構成するステップを有し、
構造的部品は、基質部と、成長チャンバの雰囲気に曝される基質部表面を覆う保護膜とを有し、
基質部はグラファイトからなり、約１．５×１０１２原子数／ｃｍ３以下の鉄濃度を有し、
保護膜はシリコンカーバイドからなり、約１．０×１０１２原子数／ｃｍ３以下の鉄濃度を有し、
この方法は、成長チャンバ内の溶融シリコンのプールから、単結晶シリコンインゴットを引き揚げるステップを有することを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法であって、
基質部に含まれる鉄濃度は、約１．０×１０１２原子数／ｃｍ３以下であることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１５に記載の方法であって、
基質部に含まれる鉄濃度は、約０．５×１０１２原子数／ｃｍ３以下であることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１５に記載の方法であって、
基質部に含まれる鉄濃度は、約０．１×１０１２原子数／ｃｍ３以下であることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１に記載の方法であって、
保護膜に含まれる鉄濃度は、約０．５×１０１２原子数／ｃｍ３以下であることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１５に記載の方法であって、
保護膜に含まれる鉄濃度は、約０．１×１０１２原子数／ｃｍ３以下であることを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１５に記載の方法であって、
保護膜は、約７５μｍないし約１２５μｍの厚みを有することを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項１５に記載の方法であって、
保護膜は、約１００μｍの厚みを有することを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項１５に記載の方法であって、
保護膜は、基質部の表面全体を覆うことを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項１５に記載の方法であって、
構造的部品は、単結晶シリコンを成長させる間、少なくとも約８０時間、少なくとも約９５０℃に達し、かつ単結晶シリコンまたは溶融シリコンから約３ｃｍないし約５ｃｍの範囲にあることを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載の方法であって、
構造的部品は、上側ヒータ、上側熱シールド、中間熱シールド、下側熱シールドの内側反射板、下側熱シールドの外側反射板、下側熱シールドの絶縁層、上側絶縁支持部、上側絶縁シールドからなるグループから選択されることを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項２５に記載の方法であって、
上記グループの中から選択された少なくとも６つの構造的部品を用いて、結晶成長装置を構成するステップを有することを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項２５に記載の方法であって、
上記グループの中から選択された少なくとも８つの構造的部品を用いて、結晶成長装置を構成するステップを有することを特徴とする方法。
【請求項２８】
請求項１５に記載の方法であって、
単結晶シリコンを成長させる間、少なくとも約８０時間、少なくとも約９５０℃に達し、かつ単結晶シリコンまたは溶融シリコンから約３ｃｍないし約５ｃｍの範囲にある構造的部品はすべて、基質部と保護膜を有するように、結晶成長装置を構成するステップを有することを特徴とする方法。
【請求項２９】
請求項１５に記載の方法であって、
単結晶シリコンインゴットは、１．４×１０１５原子数／ｃｍ３以上の鉄濃度を有する標準的な構造的部品を有すること以外、同一の構造的部品を用いて構成された標準的な成長チャンバで、同一の条件下で引き揚げられた標準的な単結晶シリコンインゴットの端部鉄濃度よりも小さい端部鉄濃度を有する主要本体部を備えたことを特徴とする方法。
【請求項３０】
請求項２６に記載の方法であって、
単結晶シリコンインゴットは、約５ppta以下の端部鉄濃度を有する主要本体部を備えたことを特徴とする方法。
【請求項３１】
請求項２６に記載の方法であって、
単結晶シリコンインゴットは、約３ppta以下の端部鉄濃度を有する主要本体部を備えたことを特徴とする方法。
【請求項３２】
請求項２７に記載の方法であって、
単結晶シリコンインゴットは、約１ppta以下の端部鉄濃度を有する主要本体部を備えたことを特徴とする方法。
【請求項３３】
請求項２８に記載の方法であって、
単結晶シリコンインゴットは、約１ppta以下の端部鉄濃度を有する主要本体部を備えたことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低減されたレベルの金属不純物を有する単結晶シリコンを製造する方法および装置に関する。とりわけ本発明は、低濃度の鉄不純物を含む単結晶シリコンを製造する方法および装置に関し、チョクラルスキ結晶引揚装置の結晶成長チャンバ内の構造的部品が低減された鉄濃度を有する。
【背景技術】
【０００２】
半導体電子部品を製造するほとんどのプロセスにおいて原材料となる単結晶シリコンは、一般に、いわゆるチョクラルスキ法により製造される。この方法によれば、多結晶性シリコン（「ポリシリコン」）が坩堝内に装填され、ポリシリコンが溶融され、種結晶が溶融したシリコン内に浸漬され、所定の直径を有するまで、ゆっくりと引き揚げることにより、単結晶シリコンインゴットが形成される。ネック部の形成が完了した後、引揚速度を遅くし、そして／または溶融温度を下げることにより、所望の直径または目標とする直径に達するまで結晶の直径を大きくする。溶融シリコンの水準が下降するのを補償しながら、引揚速度および溶融温度を制御することにより、ほぼ一定の直径を有する結晶の円筒状本体部を成長させる。成長プロセスの最終段階近くにおいて、溶融シリコンが坩堝から空になる前に、結晶の直径を徐々に小さくして、終端コーン部を形成する。終端コーン部は、通常、結晶引揚速度を上げ、坩堝に供給する熱量を大きくすることにより形成される。直径が十分に小さくなると、結晶は溶融物から分離される。
【０００３】
結晶成長プロセス中に、多結晶性シリコン原材料、石英坩堝、グラファイト製のホットゾーン構成部品（サセプタ、ヒータ、熱シールド材など）、または坩堝の周囲の熱および成長する結晶の冷却速度を制御するための装置を介して、鉄が結晶内に入り込む。多結晶性シリコン原材料および坩堝に含まれる鉄不純物は溶融物全体に拡散し、その鉄濃度は、インゴットおよび／またはウェーハの半径方向に沿って変化することはない。これとは対照的に、グラファイト製の構造的部品から蒸発する金属不純物は、周縁部から成長する結晶の内部に拡散する。その結果、一般に、金属不純物、とりわけ鉄不純物の濃度は、中心軸から結晶の端部へ半径方向の外側に向かって高くなる。インゴット内の鉄の濃度は、半径方向の変化に加えて、軸方向においても変化する。主要本体部の鉄濃度は、種結晶から終端部に向かって軸方向において減少する。鉄濃度が軸方向において変化する１つの理由は、初期段階で成長したインゴットの一部は、後期段階で成長したインゴットの一部よりも長い時間、蒸発した鉄に曝されているためである。
【０００４】
重金属は、シリコンデバイスの電気特性に大きな影響を与える。初めの電気的影響は、シリコンのバンドギャップの中央付近にエネルギレベルを形成することである。こうしたエネルギレベルは、再結合中心として機能し、少数キャリアの再結合寿命を短くし、金属酸化物半導体（ＭＯＳ）メモリにおけるリーク電流、スイッチ特性、および記憶時間などの電気的特性に大きな影響を与える重要なパラメータを低減する。同様に、中間的なエネルギレベルの形成中心としての役割により、ｐｎ接合部の理想的な電流−電圧特性が損なわれ得る。金属不純物は、シリコン基質部の表面上の活性領域において形成される金属析出、積層欠陥、または転位などのさまざまなタイプの格子欠陥をしばしば引き起こす。表面上のこれらの欠陥は、デバイス特性および歩留りに重大な影響を及ぼす。とりわけ、鉄とモリブデンにより、シリコンウェーハにおける少数キャリア寿命が短くなり、銅とニッケルにより、成長結晶内に酸素誘起積層欠陥が生じ得る。
【０００５】
成長する結晶の周囲に配置されたグラファイト製の部品から気体として排出され得る不純物による結晶汚染のリスクを低減するために、ホットゾーン内にあるグラファイト部品に保護障壁膜を被膜することが広く知られている。保護膜として、比較的に高い純度、化学的な安定性、および熱抵抗の理由から、一般には、シリコンカーバイドが用いられる。例えば、J. Electrochemical Society, Vol. 145, No. 2 (Feb. 1998), pp.621-628に記載された、D. Gilmore、T. Arahori、M. Ito、H. Murakami、S. Mikiの「チョクラルスキ成長法による単結晶シリコンにおける半径方向の不純物分布に対するグラファイト製炉の影響について」と題する文献を参照されたい。シリコンカーバイド被膜は、グラファイトの表面を封止することにより、不純物が気体として排出される際の障壁として機能する。その結果、不純物は、結晶粒界およびバルク拡散メカニズムにより、被膜を介して通過しなければならなくなる。
【０００６】
シリコンカーバイド薄膜を被膜したグラファイト基質部を用いると、この問題をある程度は解消するが、「閉鎖」式のホットゾーン構造的部品が採用され、シリコンウェーハに含まれる金属含有量に対して厳格な仕様が求められているため、既存のシリコンカーバイド被膜されたグラファイト基質部では満足できる程度に問題を解消しない。非常に重要な温度範囲（凝固温度である約１３００℃から約１０５０℃の間の温度範囲）におけるシリコンインゴットの冷却速度を制御することにより、凝集した内因性点欠陥（例えば、Ｄ−欠陥、フローパターン欠陥、ゲート酸化膜耐圧欠陥、結晶起因性粒子欠陥、明視野点欠陥、結晶間転位ループ）の濃度を低減するために、閉鎖式ホットゾーンの構成が用いられてきた。一般に、溶融表面の上部、中部、および下部熱シールドなどの構造的部品を設けることにより、冷却速度を制御する。例えば、米国特許第5,942,302号を参照されたい。比較のために、凝固温度である約１３００℃から約１０００℃の間のインゴット温度に対して、閉鎖式ホットゾーンの設計によれば、冷却速度は、通常、約０．８℃／ｍｍないし約１．０℃／ｍｍであるのに対し、従来式の開放式のホットゾーンによれば、冷却速度は、約１．４℃／ｍｍないし約１．６℃／ｍｍである。
【０００７】
閉鎖式ホットゾーンを用いることに加えて、凝集した内因性点欠陥が形成されるのを防止するために、単結晶シリコンインゴットを、凝固温度から、約１０５０℃ないし約９００℃の温度、好適には、約１０２５℃ないし約９２５℃の温度までの温度に保持することができ、ｉ）シリコン結晶の名目上の直径が１５０ｍｍであるとき、少なくとも約５時間、好適には少なくとも約１０時間、さらに好適には少なくとも約１５時間、ii）シリコン結晶の名目上の直径が２００ｍｍであるとき、少なくとも約５時間、好適には少なくとも約１０時間、さらに好適には少なくとも約２０時間、最も好適には少なくとも約２５時間、iii）シリコン結晶の名目上の直径が２００ｍｍ以上であるとき、少なくとも約２０時間、好適には少なくとも約４０時間、さらに好適には少なくとも約６０時間、最も好適には少なくとも約７５時間、単結晶シリコンインゴットを上記温度に保持することができる。しかし、正確な時間、およびインゴットを冷却する温度は、部分的に、内因性点欠陥の濃度、過飽和および凝集が生じることを防止するために拡散させる必要のある点欠陥の数、および所与の内因性点欠陥が拡散する速度（内因性点欠陥の拡散性）の関数であることに留意されたい。
【０００８】
閉鎖式ホットゾーンによれば、凝集した内因性点欠陥が効率的に低減されるが（例えば、開放式ホットゾーン構成で成長させた単結晶シリコンが約１×１０３／ｃｍ３ないし約１×１０７／ｃｍ３の欠陥を有する一方、閉鎖式ホットゾーン構成で成長させた単結晶シリコンは、約１×１０３／ｃｍ３以下の欠陥を有する。）、構造的グラファイト量が増大するほど、温度がより高くなるほど、構造的部品が成長するインゴットおよび溶融物に対してより接近するほど、そして引揚プロセスの時間が長くなるほど、成長結晶に拡散する鉄の量が増大するように働く。例えば、一般的な開放式ホットゾーンで成長させた結晶は、通常、１兆原子当たりに約１部の平均の鉄濃度（ppta: part per trillion atomic）を有し、端部においては約１．０pptaないし約１．５pptaの鉄濃度を有する。一方、一般的な閉鎖式ホットゾーンで成長させた結晶は、通常、約５pptaないし約１０pptaの平均の鉄濃度を有し、端部においては約１００ppta程度の鉄濃度を有する。
【０００９】
米国特許第5,919,302号を始め、PCT/US98/07305、PCT/US98/07365、PCT/US99/14285において、凝集した欠陥が実質的に存在しない単結晶シリコンを成長させるための詳細について記載されている。上述の特許および特許出願に開示されたすべての事項は、任意の目的において、ここに一体のものとして統合される。
【００１０】
したがって、結晶引揚装置のホットゾーン内の構造的部品から生じる微粒子に起因して、成長プロセス中にシリコン結晶内に入り込む金属不純物のレベルをさらに低減する方法が、半導体業界において望まれている。
【００１１】
（発明の開示）
本発明は、一般に、チョクラルスキ法により成長させた単結晶シリコンを製造する結晶引揚装置に関する。とりわけ、この装置は、成長チャンバと、成長チャンバ内に配置された構造的部品とを備える。構造的部品は、基質部と、成長チャンバの雰囲気に曝される基質部表面を覆う保護膜とを有する。基質部はグラファイトからなり、約１．５×１０１２原子数／ｃｍ３以下の鉄濃度を有し、保護膜はシリコンカーバイドからなり、約１．０×１０１２原子数／ｃｍ３以下の鉄濃度を有する。
【００１２】
さらに本発明は、単結晶シリコンを成長させる間、鉄による単結晶シリコンの汚染を制御する方法に関する。この方法は、基質部と、成長チャンバの雰囲気に曝される基質部表面を覆う保護膜とを有する構造的部品を用いて構成された結晶引揚装置の成長チャンバ内の溶融シリコンのプールから、単結晶シリコンインゴットを引き揚げるステップを有する。基質部はグラファイトからなり、約１．５×１０１２原子数／ｃｍ３以下の鉄濃度を有する。保護膜はシリコンカーバイドからなり、約１．０×１０１２原子数／ｃｍ３以下の鉄濃度を有する。
【００１３】
本発明の他の目的および特徴は、部分的には自明であり、部分的には以下において説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明によれば、成長チャンバ、閉鎖式ホットゾーン、および高純度の構造的部品を備えた結晶引揚装置において、単結晶シリコンを引き揚げることにより、成長する結晶内の鉄不純物の濃度が実質的に低減されることが確認された。
【００１５】
図１を参照すると、一般に符号２で示す結晶引揚装置が図示されている。この装置２は、結晶成長チャンバ４と結晶チャンバ６とを備える。結晶成長チャンバ４の内部には、単結晶シリコンを成長させるための溶融ポリシリコン２６を収容するシリカ製の坩堝８が設けられている。ワイヤ回転装置（図示せず）に固定された引揚ワイヤ（図示せず）を用いて、稼動中、成長する結晶をゆっくりと抽出する。同様に、結晶成長チャンバ４内には、坩堝を所定位置に固定するためのサセプタ１４、溶融シリコンを加熱するための溶融ヒータ１６、熱を坩堝の周辺に保持するための溶融熱シールド１８などの、坩堝を包囲するいくつかの構造的部品が設けられている。閉鎖式ホットゾーン設計による成長チャンバは、同様に、下側熱シールド３１などの構造的部品を備え、この下側熱シールド３１は、内側反射板３２と、外側反射板３３と、同軸上に配置された内側反射板３２および外側反射板３３の間に挟持された絶縁層３４とを有する。また閉鎖式ホットゾーン設計は、中間熱シールド３５と上側熱シールド３６とを有する。上述の通り、これらの構造的部品は、通常、グラファイトからなり、坩堝周囲の熱フロー、および単結晶シリコンの冷却速度を制御する。当業者ならば理解されることであるが、上側ヒータ３７、上側絶縁サポート３８、または上側絶縁シールド３９などの他の構造的部品が配置され、本発明において用いられる。
【００１６】
図１は、同様に、成長チャンバ内の構造的部品（例えば、下側熱シールド３１、中間熱シールド３５、および上側熱シールド３６）から生じる鉄による、成長する単結晶インゴット１０の鉄汚染を図示している。シェーディング１２を付したインゴット１０の一部は（一定の縮小率で図示されたものではない）、従来式の構造的部品を用いて構成された閉鎖式ホットゾーンにより成長させたシリコンインゴットの「端部」鉄汚染を示す。端部鉄とは、通常、インゴット／ウェーハの周縁部における鉄汚染を意味する。端部鉄汚染の度合いのことを端部鉄濃度といい、これは、シリコンウェーハまたはインゴットの主要本体部における周縁端部から半径方向内側に約５ｍｍの位置にある環状の一部分に対して平均した鉄濃度を意味する。端部鉄濃度の度合いは、シリコンウェーハまたはインゴットの主要本体部全体に亙って平均化した鉄濃度である「平均鉄濃度」にも影響を与える。
【００１７】
本発明によれば、成長チャンバ内で用いられた構造的部品は、基質部と保護膜から構成される。本発明によれば、基質部は、グラファイトからなり、好適には少なくとも約９９．９％純粋なグラファイトからなり、より好適には少なくとも約９９．９９％以上の純粋なグラファイトからなる。さらに、グラファイトは、好適には全体で約３ppmw未満、より好適には約１．５ppmw未満の鉄、モリブデン、銅、およびニッケルなどの金属を含む。従来式のホットゾーングラファイトにおける鉄濃度は、約２．８×１０１６原子数／ｃｍ３（１．０ppmw）ないし１．４×１０１５原子数／ｃｍ３（０．０５ppmw）の範囲でばらつく。しかしながら、本発明を採用した基質部に含まれる鉄濃度は、約１．５×１０１２原子数／ｃｍ３以下、好適には約１．０×１０１２原子数／ｃｍ３以下、より好適には約０．５×１０１２原子数／ｃｍ３以下、さらにいっそう好適には約０．１×１０１２原子数／ｃｍ３以下である。
【００１８】
成長チャンバの雰囲気に曝されている基質部の表面を少なくとも覆う保護膜は、シリコンカーバイドからなり、好適には、保護膜は、約９９．９％ないし約９９．９９％のシリコンカーバイドからなる。好適には、基質部の表面全体を保護膜で覆う。好適には、シリコンカーバイド被膜は、全体で約２ppmw未満、好適には約１．５ppmw未満の鉄、モリブデン、銅、およびニッケルなどの金属を含む。従来式ホットゾーンのシリコンカーバイド被膜に含まれる鉄濃度は、約０．８ppmwないし約０．５ppmwの範囲でばらつく。これとは対照的に、本発明を採用した保護被膜に含まれる鉄濃度は、約１．０×１０１２原子数／ｃｍ３以下、より好適には約０．５×１０１２原子数／ｃｍ３以下、さらに好適には約０．１×１０１２原子数／ｃｍ３以下である。保護被膜の厚みは、一般に、少なくとも７５μｍ、好適には約７５μｍないし約１２５μｍ、より好適には約１００μｍである。
【００１９】
本発明の方法によれば、少なくとも１つの従来式ホットゾーン部品を上述のように構成された少なくとも１つの低濃度鉄不純物を含むホットゾーン部品と置換することにより、閉鎖式ホットゾーンで成長させた単結晶シリコンインゴットの平均鉄濃度および端部鉄濃度を低減する。低濃度鉄不純物を含む部品とは、例えば、上側ヒータ、上側熱シールド、中間熱シールド、下側熱シールドの内側反射板、外側反射板、および絶縁層、中間熱シールド、上側絶縁支持部、上側絶縁シールドを含む。とりわけ、構造的部品が成長プロセス中に少なくとも約８０時間、少なくとも約９５０℃に達するような場所にあって、かつ溶融シリコンまたはインゴットから約３ｃｍないし約５ｃｍの範囲にある場合に、少なくとも１つの低濃度鉄不純物を含む構造的部品を用いることにより、単結晶シリコンの平均鉄濃度および端部鉄濃度が低減される。成長チャンバ内における低濃度鉄不純物を含む構造的部品を数多く用いると、平均鉄濃度および端部鉄濃度は小さくなることが確認されている。すなわち、１つ以上の従来式ホットゾーン部品を低濃度鉄部品と置換することが好ましい。例えば、インゴット成長プロセスにおいて、少なくとも次の６つの従来式部品を低濃度鉄不純物部品に置換することにより、約５ppta以下の端部鉄濃度および約３pptm以下の平均鉄濃度を有するシリコンインゴット／ウェーハが形成されることを確認した。すなわち、その低濃度鉄不純物部品とは、上側ヒータ、上側熱シールド、中間熱シールド、内側反射板、外側反射板、下側熱シールドの絶縁層である。好適には、端部鉄濃度が約３ppta以下で、平均鉄濃度が約２ppta以下であり、より好適には、端部鉄濃度が約１ppta以下で、平均鉄濃度が約２ppta以下である。好適には、さらに、上側絶縁支持部および上側絶縁シールドといった２つの部品が置換される。より好適には、構造的部品が成長プロセス中に少なくとも約８０時間、少なくとも約９５０℃に達するような場所にあって、かつ溶融シリコンまたはインゴットから約３ｃｍないし約５ｃｍの範囲にある場合、これらの構造的部品がすべて置換される。
【００２０】
（定義）
以下の句または文言は、所与の意味を有する。すなわち、「凝集した内因性点欠陥」とは、ｉ）原子空孔が凝集して、Ｄ−欠陥、フローパターン欠陥、ゲート酸化膜耐圧欠陥、結晶起因性粒子欠陥、結晶起因性明視野点欠陥、および原子空孔が関与する他の欠陥を形成する反応により生じる欠陥であり、あるいはii）自己格子間原子が凝集して、転位ループ、転位ネットワーク、および自己格子間原子が関与する他の欠陥を形成する反応により生じる欠陥である。また、「凝集した自己割り込み欠陥」とは、シリコンの自己原子間原子が凝集する反応により生じた凝集した内因性点欠陥を意味するものとする。「凝集した原子空孔欠陥」とは、結晶格子空孔が凝集する反応により生じた凝集した原子空孔点欠陥のことを意味するものとする。「凝集した内因性点欠陥が実質的に存在しない」とは、これらの欠陥に関する検出限界（現在のところ、約１０３欠陥／ｃｍ３）より少なく欠陥が凝集したときの濃度を有することを意味するものとする。「半径」とは、中心軸からウェーハまたはインゴットの周縁端部までを測定した距離である。
【００２１】
次の具体例を用いて、本発明をさらに説明するが、この具体例は、説明する目的にのみ用いられ、本発明の権利範囲や本発明を実施し得る手法を限定するものではない。
【実施例１】
【００２２】
（閉鎖式ホットゾーンの構造的部品に含まれる鉄不純物の許容可能な濃度を特定する）
水平炉チューブを用いて、ガス拡散を介して、モニタ用ウェーハを４種類の試料に曝した。すなわち、４種類の試料とは、１）保護被膜されない標準的グラファイト、２）供給者Ａから入手したシリコンカーバイドを被膜した標準的グラファイト、３）供給者Ｂから入手したシリコンカーバイドを被膜した標準的グラファイト、４）供給者Ｃから入手したシリコンカーバイドを被膜した標準的グラファイトである。試料は、約５０ｍｍ×５０ｍｍ×２５ｍｍの大きさのクーポン（札）である。溶融シリカマスクを用いて、モニタ用ウェーハを各テスト試料から分離した。マスクに設けた４つの孔により、モニタ用ウェーハを試料材料から生じるガスに曝すことができた。図２を参照すると、テスト積層物が、拡散により転移する鉄の量を測定するためのモニタ用ウェーハ５０、モニタウェーハ上の溶融シリカマスク５１、およびマスクに設けた孔５３の上に配置された試料５２から構成される。各実験に際して、１つのウェーハを比較用として用い、その上には、マスクも試料も配置しなかった。
【００２３】
各試料をテストし、異なる温度（８００℃、９５０℃、および１１００℃）におけるモニタ用ウェーハに対する鉄の拡散性を測定した。各試料は、２時間の熱処理中、大気圧下で保持され、ウェーハ上を流れるアルゴンガスの流れは一定に維持された。
【００２４】
各熱処理後、ウェーハは、４分の１の領域に切断され、各領域は、各試料から拡散された鉄を含む。各ウェーハ領域および比較用ウェーハに対して、少数キャリアの寿命が測定される。表面における光起電性技術を用いて、シリコンウェーハ内に存在する鉄の量を測定するために、少数キャリア寿命が用いられる。この光起電性技術は、Journal of Applied Physics, vol. 67, (1990)に開示されているように、G. ZothおよびW. Bergholzによって開発された。少数キャリアの寿命は、光を用いて、シリコンウェーハ試料にキャリアを注入し、表面光起電力効果の変化をモニタして電荷消失を観察することにより測定される。表面起電力技術は、キャリアの拡散長を最も感度よく測定する方法であって、シリコンウェーハ内の鉄を定量的に測定する上で最も正確な方法である。この方法は、シリコン内において、鉄原子は、負電荷を帯電したボロン原子受容体と反応して、Ｆｅ−Ｂ対を形成するという事実に基づいている。通常、Ｆｅ−Ｂ対試料は、約７０℃で約３０分間アニールすることにより形成される。加熱されたとき、Ｆｅ−Ｂ対の一部が解離して、鉄原子（Ｆｅｉ）の格子間原子欠陥が形成される。しかし、２５０Ｗのタングステンハロゲンランプを用いて照明すると、すべてのＦｅ−Ｂ対が解離する。例えば、J. Lagowski、P.Edelman、O. Millic、W. Henly、M. Dexter、J. Jastrezebski、およびA. M. HoffのApplied Physics Letters, vol. 63, (1993), pp. 3043-3045を参照されたい。次の方程式において記述された２つの状態における少数キャリアの寿命値を比較することにより、シリコン内の鉄濃度を特定することができる。
（数１）
［Ｆｅ］＝（０．７／Ａ）×（１０１６）×（１／Ｌ１２−１／Ｌ０２）        （１）
Ｌ０およびＬ１は、それぞれＦｅ−Ｂ対が解離する前後のミクロン単位の少数キャリアの拡散長であり、Ａは、熱による活性化の際に解離するＦｅ−Ｂ対の係数である。
【００２５】
【表１】
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表１に記した結果によれば、温度が上昇すると、構造的部品から生じる鉄の量が増える。現在のところ、この方法により達成できる最大温度は、１１００℃である。通常の閉鎖式ホットゾーン成長プロセス中、構造的部品は、約８０時間、約１２５０℃にまで達し得る。しかし、これまでの試験結果によれば、１１００℃においては、試料クーポン内に存在する鉄のほとんどが、気相状態となって排出されることが分かっている。すなわち、１１００℃で上述の手順に従って、試料を評価すれば、試料内の鉄不純物の全体の濃度を正確に測定することができる。
【００２６】
上述の手順を用いて、４つの供給者から得た、シリコンカーバイド被膜を有さないグラファイトおよび２種類の異なる被膜を有するグラファイトに含まれる鉄濃度を測定した。このテスト結果によれば、図３に示すように、異なる供給者から得た評価用グラファイトに含まれる鉄濃度には、実質的なばらつきがあることが分かる。同様に、この結果によれば、いくつかの場合において、被膜を付加すると、生じる鉄の量を実質的に増大させることが分かる（グラファイトＢのＸ被膜あり、およびグラファイトＤのＸ被膜あり、を参照されたい）。一方、被膜を付加すると、生じる鉄の量を低減することができる（グラファイトＡのＹ被膜あり、グラファイトＣのＹ被膜あり、およびグラファイトＤのＹ被膜あり、を参照されたい）。この結果によれば、Ｘ被膜付きシリコンカーバイドは、Ｙ被膜付きよりも高い鉄濃度を有することは明らかである。すなわち、Gilmoreらのp.626の開示内容とは異なり、閉鎖式ホットゾーンを有する成長チャンバ内で成長した単結晶シリコンに含まれる鉄濃度を効果的に制御するためには、グラファイトに加えてシリコンカーバイド被膜に含まれる鉄濃度を制御する必要がある。
【実施例２】
【００２７】
（低減された鉄不純物を含む構造的部品を備えた成長チャンバでの単結晶シリコンの引き揚げ）
通常の構造的部品を用いて構成された閉鎖式ホットゾーン設計を有するチョクラルスキ結晶引揚装置にて成長させた単結晶シリコンインゴットの鉄不純物濃度と、低濃度鉄を含む構造部品を用いて実現された鉄不純物濃度を比較した。とりわけ、従来式の構造的部品を用いて構成されたホットゾーン、５０リットル／分のアルゴン浄化ガスを余分に供給する上記と同一のホットゾーン、および低濃度不純物を含む構造的部品を用いて構成されたホットゾーンを用いて、３つの条件下で３種類のインゴットが引き揚げられた。成長チャンバ内で用いられた低濃度不純物を含む構造的部品は、上側ヒータ、上側熱シールド、中間熱シールド、下側熱シールドの内側反射板、外側反射板、および絶縁層、ならびに上側絶縁シールドである。カーボン基質部に含まれる鉄濃度は、約０．５×１０１２原子数／ｃｍ３であった。シリコンカーバイド保護膜に含まれる鉄濃度は、約０．１×１０１２原子数／ｃｍ３であった。
【００２８】
図４は、標準的なホットゾーン部品および高純度のホットゾーン部品を用いて形成された３つの結晶に関して、軸方向の位置の関数としての平均的な端部鉄濃度を比較している。図４によれば、明らかに、低濃度鉄不純物を含むホットゾーン部品を用いて構成されるチャンバにおいて成長させたシリコン結晶の端部鉄濃度は、小さいことを示している。実際のところ、これらの結晶に含まれる平均的な端部鉄濃度は、通常のホットゾーン部品を用いて形成された結晶の濃度より、約５０％小さかった。
【００２９】
上述の通り、本発明のいくつかの目的が達成され、他の好適な結果が実現されることが分かる。上述の明細書に含まれるすべての事項は、説明するためのものであって、限定しようとするものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、単結晶引揚装置の概略図である。
【図２】図２は、グラファイト試料内部の鉄濃度を測定するために、グラファイト試料およびグラファイト試料に被膜されたシリコンカーバイドから、シリコンウェーハに鉄を拡散させるために用いられる装置の概略図である。
【図３】図３は、グラファイト試料が被膜されない場合、および２種類の異なるシリコンカーバイド膜で被膜された場合に、４種類のグラファイト試料の鉄濃度を示すグラフである。
【図４】図４は、従来式の構造的部品を用いて構成されたホットゾーン、５０リットル／分のアルゴン浄化ガスを余分に供給する上記と同一のホットゾーン、および低濃度不純物を含む構造的部品を用いて構成されたホットゾーンを用いて、これら３通りの条件下で引き揚げられた３種類のインゴットに関して、軸方向の位置の関数としての平均的な端部鉄濃度を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３１】
２  結晶引揚装置、４  結晶成長チャンバ、６  結晶チャンバ、８  坩堝、１０  インゴット、１４  サセプタ、１６  溶融ヒータ、１８  溶融熱シールド、２６  溶融ポリシリコン、３１  下側熱シールド、３２  内側反射板、３３  外側反射板、３４  絶縁層、３５  中間熱シールド、３６  上側熱シールド、３７  上側ヒータ、３８  上側絶縁サポート、３９  上側絶縁シールド、５０  モニタ用ウェーハ、５１  溶融シリカマスク、５２  試料、５３  孔。
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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