(57)【要約】【課題】偏析係数が大きい不純物（ドーパント）をドープする際のシリコン単結晶インゴットの有転位化を抑制して単結晶部分の収率を高め、かつ、シリコンウェハに加工した際のウェハ面内の抵抗率分布の均一性を高めることが可能なシリコン単結晶インゴットを得ることができるシリコン単結晶引上装置を提供する。【解決手段】石英ルツボ１２に形成される突起３１は、石英ルツボ１２の底部１２ｂの中心付近を上方の開放面に向けて円錐形状に突出させたものであり、石英ルツボ１２と一体に形成されていれば良い。また、ルツボ支持体（黒鉛ルツボ）１７の底部中央には、こうした突起３１の外形形状を象った突起型１７ａが一体に形成されている。【選択図】図２
2007186354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上方が開放された略円筒形の胴部およびこの胴部の下方を閉塞する底部とからなり、シリコン融液を収容するルツボと、前記ルツボを加熱するヒータと、前記ルツボを取り囲んで支持するルツボ支持体とを有し、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を引上げるシリコン単結晶引上装置であって、
前記ルツボの底部に、上方に向かって突出する突起を形成したことを特徴とするシリコン単結晶引上装置。
【請求項２】
上方が開放された略円筒形の胴部およびこの胴部の下方を閉塞する底部とからなり、シリコン融液を収容するルツボと、前記ルツボを加熱するヒータと、前記ルツボを取り囲んで支持するルツボ支持体とを有し、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を引上げるシリコン単結晶引上装置であって、
前記シリコン単結晶の引上げ時に、前記シリコン融液が前記ルツボの胴部に沿って上昇する主対流の内側で、かつ前記シリコン単結晶の成長面の近傍において前記主対流とは逆向きに流れる２次対流を生じさせる突起を、前記ルツボの底部から上方に向かって突出するように形成したことを特徴とするシリコン単結晶引上装置。
【請求項３】
前記突起の頂部は、前記シリコン単結晶の引き上げ時における前記シリコン単結晶の中心軸の延長線上位置に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のシリコン単結晶引上装置。
【請求項４】
前記突起は断面略円形を成し、前記シリコン単結晶の直径＝Ｄとした時に、
前記突起の最大直径ｄ＝０．１Ｄ〜１．８Ｄの範囲に設定されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のシリコン単結晶引上装置。
【請求項５】
前記突起は前記シリコン融液の最大深さ＝Ｈとした時に、
前記突起の最大高さｈ＝０．０１Ｈ〜０．８Ｈの範囲に設定されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のシリコン単結晶引上装置。
【請求項６】
前記突起は、前記突起の外形を象った突起型を前記ルツボ支持体の底部に形成し、前記ルツボを前記ルツボ支持体に挿入して軟化させることにより形成することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のシリコン単結晶引上装置。
【請求項７】
前記突起の外形を象った突起型を底部に有する前記ルツボ支持体を備えてなることを特徴とする請求項６に記載のシリコン単結晶引上装置。
【請求項８】
上方が開放された略円筒形の胴部およびこの胴部の下方を閉塞する底部とからなり、シリコン融液を収容するルツボがルツボ支持体により取り囲んで支持され、これらルツボとルツボ支持体とをヒータで加熱し、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を引上げる際に、
前記ルツボの底部に、前記ルツボの底部から上方に向かって突出するように突起を形成して、前記シリコン融液が前記ルツボの胴部に沿って上昇する主対流の内側で、かつ前記シリコン単結晶の成長面の近傍において前記主対流とは逆向きに流れる２次対流を生じさせることを特徴とするシリコン単結晶引上方法。
【請求項９】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載のシリコン単結晶引上装置により引き上げられたことを特徴とするシリコン単結晶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン単結晶を形成するためのシリコン単結晶引上装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスなどの基板として用いられる単結晶シリコンウェハは、シリコン単結晶インゴットをスライスして、鏡面加工等を行うことにより製造される。こうしたシリコン単結晶インゴットの製造方法としては、例えば、チョクラルスキー法（ＣＺ法）やフローティングゾーン法（ＦＺ法）などが挙げられる。このうち、ＣＺ法は、大口径の単結晶インゴットを得やすいことや、欠陥の制御が比較的容易であるなどの理由により、シリコン単結晶インゴットの製造の大部分を占める。
【０００３】
こうしたシリコン単結晶インゴットの引き上げにおいては、単結晶シリコンウェハの使用目的等に応じて、微量の不純物（ドーパント）をシリコン融液に溶かし、シリコン単結晶インゴットにドープすることが行われている。
【非特許文献１】阿部孝夫、「シリコン」、培風館、１９９４年５月２０日、Ｐ４２−４７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、例えばＡｓやＳｂなど偏析係数が１より小さい不純物（ドーパント）をシリコン融液に混入してシリコン単結晶インゴットを引き上げる場合、こうした不純物（ドーパント）は、液体状態であるシリコン融液に溶解する量よりも固体状態であるシリコン単結晶インゴットに存在できる量が大幅に少ない。このため、シリコン単結晶インゴットの引き上げが進むにつれて、シリコン単結晶インゴットの成長面である固液界面付近のシリコン融液に不純物（ドーパント）が蓄積（偏在）されてしまい、固液界面付近のシリコン融液の不純物（ドーパント）濃度が他の部分のシリコン融液に比べて高くなってしまう。
【０００５】
こうして、固液界面付近におけるシリコン融液の不純物（ドーパント）濃度が高まると、固液界面付近のシリコン融液だけ凝固点が降下する。シリコン単結晶インゴットの成長面である固液界面付近で凝固点が降下すると、固液界面付近が過冷却状態となり、シリコン単結晶に転位が発生して単結晶状態が維持できなくなる（組織的過冷却による有転位化）という課題があった。
【０００６】
また、上述したように、固液界面付近のシリコン融液の不純物（ドーパント）濃度が他の部分のシリコン融液に比べて高くなってしまうと、例えシリコン単結晶インゴットが有転位化するまでに至らなくても、シリコン単結晶インゴット内での不純物（ドーパント）の入り方が不均一になってしまう。これにより、シリコンウェハに加工した際のウェハ面内の抵抗率分布（ＲＲＧ）が悪化し、所望の抵抗率分布（ＲＲＧ）を持ったシリコン単結晶インゴットが得られないという課題もある。更には、シリコンウェハに加工した際のウェハの面内酸素分布（ＯＲＧ）も悪化する。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、偏析係数が１より小さい不純物（ドーパント）をドープする際のシリコン単結晶インゴットの有転位化を抑制して単結晶部分の収率を高め、かつ、シリコンウェハに加工した際のウェハ面内の抵抗率分布の均一性を高めることが可能なシリコン単結晶インゴットを得ることができるシリコン単結晶引上装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、上方が開放された略円筒形の胴部およびこの胴部の下方を閉塞する底部とからなり、シリコン融液を収容するルツボと、前記ルツボを加熱するヒータと、前記ルツボを取り囲んで支持するルツボ支持体とを有し、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を引上げるシリコン単結晶引上装置であって、前記ルツボの底部に、上方に向かって突出する突起を形成したことを特徴とするシリコン単結晶引上装置が提供される。
【０００９】
また、本発明によれば、上方が開放された略円筒形の胴部およびこの胴部の下方を閉塞する底部とからなり、シリコン融液を収容するルツボと、前記ルツボを加熱するヒータと、前記ルツボを取り囲んで支持するルツボ支持体とを有し、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を引上げるシリコン単結晶引上装置であって、前記シリコン単結晶の引上げ時に、前記シリコン融液が前記ルツボの胴部に沿って上昇する主対流の内側で、かつ前記シリコン単結晶の成長面の近傍において前記主対流とは逆向きに流れる２次対流を生じさせる突起を、前記ルツボの底部から上方に向かって突出するように形成したことを特徴とするシリコン単結晶引上装置が提供される。
【００１０】
シリコン融液内では、融液内の温度差によって、石英ルツボの胴部に沿って上昇し、石英ルツボの中心付近で降下する主対流が生じる。底部に突起が存在しない従来の石英ルツボでは、シリコン融液内に生じる大きな対流は、ほぼこの主対流だけである。一方、本発明のシリコン単結晶引上装置では、ルツボの底部突起を形成することにより、シリコン融液内における固液界面付近に、主対流とは逆方向に流れる２次対流を生じさせることが可能になる。この２次対流の渦の流動により、融液中の原子はよく対流混合・拡散され、有効拡散係数Ｄは大幅に増加する。また後述する図５の等温線に示すように、融液の温度勾配Ｇｍ  も増加する。これにより、本発明によれば、組織的過冷却（constitutional super-cooling）を抑制するための条件の一次元式
Ｇｍ  ／Ｖ≧（−ｍ）Ｃ（１−ｋ）／（Ｄｋ）
を満たし、組織的過冷却を容易に抑制できる。
ここで、Ｇｍ  は融液の温度勾配、Ｖは引き上げ速度、Ｃは融液の平均濃度、ｋは有効偏析係数、Ｄは有効拡散係数である。
【００１１】
このような突起の頂部は、前記シリコン単結晶の引き上げ時における前記シリコン単結晶の中心軸の延長線上に形成されればよい。前記突起は断面略円形を成し、前記シリコン単結晶の直径＝Ｄとした時に、前記突起の最大直径ｄ＝０．１Ｄ〜１．８Ｄの範囲に設定されればよい。また、前記突起は前記シリコン融液の最大深さ＝Ｈとした時に、前記突起の最大高さｈ＝０．０１Ｈ〜０．８Ｈの範囲に設定されればよい。
ここで、シリコン融液の最大深さＨとは、原料融解直後且つ結晶引き上げ前のルツボ内における融液深さの最大値であり、この際の最大値は、上記のようにルツボ底部に突起のない従来の滑らかな底面を有するルツボで測定した値を採用するものとする。
【００１２】
ルツボの底部に形成する突起を、上述したように、シリコン単結晶の直径およびシリコン融液の最大深さに応じて、その断面直径や高さを設定することにより、シリコン融液内の固液界面付近に２次対流を確実に生じさせることができる。つまり、前記突起は、固液界面付近におけるシリコン融液の不純物（ドーパント）濃度が高まることを防止して、組織的過冷却による有転位化の発生を防止できる形状に設定される。また、少なくとも、固液界面付近のシリコン融液の不純物（ドーパント）濃度が他の部分のシリコン融液に比べて高くなることを防止して、例えシリコン単結晶インゴットが有転位化するまでに至らなくても、シリコン単結晶インゴット内での不純物（ドーパント）の均一化を図り、シリコンウェハに加工した際のウェハ面内の抵抗率分布（ＲＲＧ）、ウェハの面内酸素分布（ＯＲＧ）が所望の範囲に入るような形状に設定される。
【００１３】
具体的な突起としては、引き上げる単結晶の径寸法と上述した最大直径との範囲を設定するとともに、突起の最大高さを設定して、その中心部最大高さ位置が引き上げる結晶の結晶軸とほぼ同一位置に重なるようにして結晶軸線に対して軸対象な形状とされ、かつ、突起の中心軸をとおる鉛直断面形状が、底部から頂部へと向かって幅寸法が低減するのみで増加することはないようになっている。概形的な突起形状としては、円錐形、半球形、円錐台、放物面、楕円面、および、これらを組み合わせた形状が可能であり、さらに、このような上部形状の下側を最大径寸法の円筒状として、いわば、円錐形等の上部形状において高さ寸法が嵩上げされたものも可能である。これらの形状は、ドーパントの種類・濃度、必要な２次対流の状態（流れ位置、流れ強さ等）、あるいは、許容される引き上げ後の融液の残量、などの条件によって設定される。
【００１４】
前記突起は、前記突起の外形を象った突起型を前記ルツボ支持体の底部に形成し、前記ルツボを前記ルツボ支持体に挿入して軟化させることにより形成されればよい。このとき、ルツボは、従来から使用されている均一厚さのものでよい。これにより、予めこの従来のルツボを、前記突起の外形を象った突起型を底部に有する前記ルツボ支持体に載置後加熱して軟化させ、所望の突起をルツボに形成した後、原料投入することが可能である。
【００１５】
また、予めルツボに突起を形成しなくても、原料投入後にルツボを加熱してシリコン融液を形成する過程で、ルツボの軟化によりルツボ支持体の突起型でルツボに突起を形成することができる。また、ルツボ支持体の突起型は、ルツボ支持体と一体とされても、別体とされてもかまわない。突起型を別体とした場合には、従来のルツボ支持体をそのまま適用することができる。また、ルツボに対する突起位置の正確性を向上するため、突起型をはめ込んで位置設定するためにルツボ支持体底部に突起型の底部形状に対応した形状の位置設定凹部を形成して、この位置設定凹部に突起型をはめ込むことで、突起型の中心軸が引き上げ結晶の結晶軸線と一致して、軸対称な２次対流を形成可能にすることもできる。
【００１６】
このように、ルツボ支持体にルツボの突起外形を象った突起型を底部に有するルツボ支持体によりルツボに突起を形成することで、引き上げ単結晶の収率低下に影響を与えるルツボ内の清浄度を維持した状態で、２次対流を発生させることが可能となる。
【００１７】
なお、予め、機械的加工等によりルツボに突起を形成することもできる。このとき、ルツボは、従来から使用されている滑らかで曲率の際だった変化のない底部外周面を有するものとされ、内部に突起が存在するようにすることができ、対応するルツボ支持体としては従来から使用されている滑らかな内底面を有するものを適用できる。これにより、コスト削減をおこなうことができる。
【００１８】
さらに、上記の突起がルツボと別体とされた構成、すなわち、上記の突起と同形の突起体を従来のルツボ内部に載置して、引き上げをおこなうことができる。この場合、突起体はルツボと同質の材料から形成されることが好ましく、具体的には、石英製であることが好ましい。さらに、突起体を用いる場合には、ルツボ内底面と突起体下面との間が密着し、あるいは、所定の形状とされて、気泡の発生等、引き上げ条件に影響を与えないようにすることが重要である。
【００１９】
本願発明においては、上方が開放された略円筒形の胴部およびこの胴部の下方を閉塞する底部とからなり、シリコン融液を収容するルツボがルツボ支持体により取り囲んで支持され、これらルツボとルツボ支持体とをヒータで加熱し、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を引上げる際に、
前記ルツボの底部に、前記ルツボの底部から上方に向かって突出するように突起を形成して、前記シリコン融液が前記ルツボの胴部に沿って上昇する主対流の内側で、かつ前記シリコン単結晶の成長面の近傍において前記主対流とは逆向きに流れる２次対流を生じさせることにより上記課題を解決する。
【００２０】
本発明のシリコン単結晶は、上記のいずれかに記載のシリコン単結晶引上装置または上記のシリコン単結晶引上方法により引き上げられることにより、ドーパント濃度を一定として引き上げることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のシリコン単結晶引上装置によれば、ルツボの底部突起を形成することにより、シリコン融液内における固液界面付近に、主対流とは逆方向に流れる２次対流を生じさせることができる。こうした２次対流は、引上げ中のシリコン単結晶インゴットの固液界面付近で、シリコン融液の不純物（ドーパント）が蓄積（偏在）されてしまうことを防止する。一般に、シリコン単結晶インゴットを引き上げる際に添加する不純物（ドーパント）は、液体状態であるシリコン融液に溶解する量よりも、固体状態であるシリコン単結晶インゴット５に存在できる量は大幅に少ないため、シリコン単結晶インゴットの引き上げが進むにつれて、シリコン単結晶インゴットの成長面である固液界面付近のシリコン融液に不純物（ドーパント）が蓄積（偏在）されてしまい、不純物（ドーパント）濃度が他の部分のシリコン融液に比べて高くなってしまうという現象が生じる。
【００２２】
固液界面Ｇ付近のシリコン融液に不純物（ドーパント）が蓄積（偏在）されてしまうと、濃度上昇による凝固点降下現象により、固液界面付近のシリコン融液だけ凝固点が降下し、固液界面付近が過冷却状態となって引上げ中のシリコン単結晶インゴットに結晶転位が発生して単結晶状態が維持できなくなるなどの問題が生じるが、石英ルツボの底部に形成された突起によって２次対流を生じさせることによって、固液界面付近のシリコン融液の対流を促進させ、固液界面付近に不純物（ドーパント）が蓄積（偏在）されるのを抑制する。これにより、固液界面付近が過冷却状態となってシリコン単結晶インゴットが有転位化したり、不純物（ドーパント）や酸素の入り方が不均一になって面内抵抗率分布（ＲＲＧ）特性や面内酸素分布（ＯＲＧ）特性が悪化することを、効果的に抑制することが可能になる。
【００２３】
また、突起を断面略円形に形成し、その最大直径や最大高さを、シリコン単結晶の直径やシリコン融液の最大深さに応じて所定の範囲に形成することによって、シリコン融液内の固液界面付近に２次対流を確実に生じさせ、固液界面付近のシリコン融液に不純物（ドーパント）が蓄積（偏在）されるのを抑制することができる。
【００２４】
更に、ルツボの突起は、こうした突起の外形を象った突起型が形成されたルツボ支持体にルツボを挿入して軟化させて形成することで、予めルツボに突起を形成しなくても、原料投入後にルツボを加熱してシリコン融液を形成する過程で、ルツボの軟化によりルツボ支持体の突起型でルツボに突起を形成することが可能になる。これにより、予めルツボの製造過程で底部に突起を形成する工程を設けなくとも、引上げ時の原料溶融工程でルツボに突起を形成でき、突起形成による製造コストの増加を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明のシリコン単結晶引上装置の概略を示す一部破断斜視図である。シリコン単結晶引上装置１０は、略円筒形の外殻１１を備え、内部にシリコンを溶融して貯留する石英ルツボ（ルツボ）１２を収容する。外殻１１は、例えば内部に一定の隙間を形成した二重壁構造であればよく、この隙間に冷却水１３を流すことによって、石英ルツボ１２を加熱した際に外殻１１が高温化することを防止する。
【００２６】
また、外殻１１には、給排気管２１が備えられ、シリコン単結晶インゴット５の引上時にはシリコン単結晶引上装置１０の内部にアルゴンなどの不活性ガスが導入される。外殻１１の頂部には、引上駆動装置１４が備えられる。引上駆動装置１４は、シリコン単結晶インゴット５の成長核となる種結晶６およびそこから成長するシリコン単結晶インゴット５を回転させつつ上方に引上げる。
【００２７】
外殻１１の内側には、保温筒１５が備えられる。保温筒１５は、例えば黒鉛で形成されれば良く、石英ルツボ１２の加熱中の温度低下を軽減するとともに、外殻１１の昇温を抑制する役割りを果たす。
【００２８】
保温筒１５の内側には、略円筒形の側面ヒータ１６が備えられる。側面ヒータ１６は、石英ルツボ１２の円筒形の胴部１２ａを加熱する。この側面ヒータ１６の内側に、石英ルツボ１２およびルツボ支持体（黒鉛ルツボ）１７が収容される。石英ルツボ１２は、全体が石英で一体に形成され、上方が開放面１２ｃを成す略円筒形の胴部１２ａおよびこの胴部１２ａの下方を閉塞するすり鉢状の底部１２ｂとからなる。
【００２９】
石英ルツボ１２の底部１２ｂの中央付近には、上方の開放面１２ｃ方向に突出する円錐形の突起３１が形成されている。このような突起３１は、石英ルツボ１２内のシリコン融液７の対流を制御する。突起３１の作用とその効果は後ほど詳述する。
【００３０】
石英ルツボ１２には、固形のシリコンを溶融したシリコン融液７が貯留される。ルツボ支持体１７は、例えば全体が黒鉛で形成され、石英ルツボ１２を包むように密着して支持する。ルツボ支持体１７は、シリコンの溶融時に軟化した石英ルツボ１２の形状を維持し、石英ルツボ１２を支える役割りを果たす。
【００３１】
ルツボ支持体１７の下側にはルツボ支持装置（リフト）１９が備えられる。ルツボ支持装置１９は、ルツボ支持体１７および石英ルツボ１２を下側から支えるとともに、育成に伴って変化するシリコン融液７の液面位置に対応して、石英ルツボ１２の位置を上下動させる。また、石英ルツボ１２の上面には、シリコン融液７の上面を覆うように遮蔽筒３７が形成されている。遮蔽筒３７は、例えばすり鉢状に形成された断熱板からなり、引上げたシリコン単結晶インゴット５が石英ルツボ１２のシリコン融液７から輻射熱を受けて熱履歴が変化し、品質が劣化することを防止する。
【００３２】
図２は図１に示すシリコン単結晶引上装置における、シリコン単結晶インゴットの引き上げ時の様子を示した要部側面断面図である。石英ルツボ１２に形成される突起３１は、石英ルツボ１２の底部１２ｂの中心付近を上方の開放面１２ｃに向けて円錐形状に突出させたものであり、石英ルツボ１２と一体に形成されていれば良い。また、ルツボ支持体（黒鉛ルツボ）１７の底部中央には、こうした突起３１の外形形状を象った突起型１７ａが一体に形成されている。
【００３３】
突起３１は、シリコン単結晶インゴット５の引上時において、その頂部３１ａがシリコン単結晶インゴット５の中心軸Ｓの延長線上に位置するように、石英ルツボ１２の底部１２ｂに設けられていれば良い。
【００３４】
このような突起３１は、シリコン単結晶インゴット５の引上時において、シリコン融液７内で２次対流Ｃ２を生じさせる。即ち、シリコン融液７内では、融液内の温度差によって、石英ルツボ１２の胴部１２ａに沿って上昇し、石英ルツボ１２の中心付近で降下する主対流Ｃ１が生じる。底部に突起が存在しない従来の石英ルツボでは、シリコン融液７内に生じる大きな対流は、ほぼこの主対流Ｃ１だけである。
【００３５】
一方、石英ルツボ１２の底部１２ｂに突起３１を形成すると、シリコン単結晶インゴット５の成長面である、シリコン融液７との固液界面Ｇ付近に、主対流Ｃ１とは逆方向に流れる２次対流Ｃ２が形成される。
【００３６】
こうした突起３１によって形成されるシリコン融液７の２次対流Ｃ２は、固液界面Ｇ付近でシリコン融液７の不純物（ドーパント）が蓄積（偏在）されてしまうことを防止する。ＡｓやＳｂ等偏析係数が１より小さい添加物について、シリコン単結晶インゴットを引き上げる際に添加する不純物（ドーパント）は、液体状態であるシリコン融液７に溶解する量よりも、固体状態であるシリコン単結晶インゴット５に存在できる量は大幅に少ない。
【００３７】
このため、シリコン単結晶インゴット５の引き上げが進むにつれて、シリコン単結晶インゴット５の成長面である固液界面Ｇ付近のシリコン融液７に不純物（ドーパント）が蓄積（偏在）されてしまい、固液界面Ｇ付近のシリコン融液７の不純物（ドーパント）濃度が他の部分のシリコン融液７に比べて高くなってしまうという現象が生じる。こうした現象は、特に偏析係数が1よりかなり小さいＡｓ（ｋ＝０．３０）やＳｂ（ｋ＝０．０２３）を不純物（ドーパント）として使用した場合に顕著である。
【００３８】
このように、固液界面Ｇ付近のシリコン融液７に不純物（ドーパント）が蓄積（偏在）されてしまうと、濃度上昇による凝固点降下現象により、固液界面Ｇ付近のシリコン融液７だけ凝固点が降下する。シリコン単結晶インゴット５の成長面である固液界面Ｇ付近で凝固点が降下すると、固液界面付近が過冷却状態となる。こうした過冷却現象が生じると、引上げ中のシリコン単結晶インゴット５に結晶転位が発生して単結晶状態が維持できなくなる（組織的過冷却による有転位化）。
【００３９】
また、固液界面Ｇ付近のシリコン融液７に不純物（ドーパント）が蓄積（偏在）されてしまうと、シリコン単結晶インゴット５内での不純物（ドーパント）の入り方が不均一になってしまう。これにより、シリコンウェハに加工した際にウェハ面内の抵抗率分布（ＲＲＧ）が悪化し、予め設計した所望の抵抗率分布（ＲＲＧ）を持ったシリコン単結晶インゴットが得られなくなってしまう。更には、酸素の拡散も不均一となり、面内酸素分布（ＯＲＧ）の特性も悪化する。
【００４０】
しかし、石英ルツボ１２の底部１２ｂに形成された突起３１によって生じる２次対流Ｃ２は、固液界面Ｇ付近のシリコン融液７の対流を促進する。これによって、固液界面Ｇのほぼ全面にわたり、固液界面Ｇ付近でのシリコン融液７に不純物（ドーパント）が蓄積（偏在）されるのを抑制する。このような２次対流Ｃ２を発生させることによって、固液界面付近が過冷却状態となってシリコン単結晶インゴット５が有転位化したり、不純物（ドーパント）や酸素の入り方が不均一になって面内抵抗率分布（ＲＲＧ）特性や面内酸素分布（ＯＲＧ）特性が悪化することを、効果的に抑制することが可能になる。
【００４１】
固液界面Ｇ付近のシリコン融液７の対流を促進する２次対流Ｃ２を効果的に生じさせるためには、突起３１の最大高さｈと最大直径ｄを、シリコン融液７の最大深さＨとシリコン単結晶インゴット５の直径Ｄに応じてそれぞれ設定することが重要である。突起３１の頂部３１ａと石英ルツボ１２の底部１２ｂの間の突起の最大高さｈは、シリコン融液７の最大深さＨをＨとした時にｈ＝０．０１Ｈ〜０．８Ｈ、好ましくはｈ＝０．１Ｈ〜０．５Ｈの範囲に設定される。
【００４２】
また、固液界面Ｇ付近のシリコン融液７の対流を促進する２次対流Ｃ２を効果的に生じさせるためには、突起３１の最大直径ｄは、シリコン単結晶インゴット５の直径をＤとした時に、ｄ＝０．１Ｄ〜１．８Ｄ、好ましくはｄ＝０．５Ｄ〜１．２Ｄの範囲に設定される。突起３１の最大高さｈと最大直径ｄをシリコン融液７の最大深さＨとシリコン単結晶インゴット５の直径Ｄに応じて上述したような範囲に設定することによって、シリコン融液７の固液界面Ｇ付近には、固液界面Ｇ付近の対流を促進させる２次対流Ｃ２を生じさせることが可能になる。
【００４３】
このような突起３１を石英ルツボ１２の底部１２ｂに形成するには、底部１２ｂに突起の無い石英ルツボ１２を、突起３１の外形形状を象った突起型１７ａを備えたルツボ支持体（黒鉛ルツボ）１７に装着し、石英ルツボ１２を加熱して軟化させることにより、石英ルツボ１２の底部１２ｂに突起３１を形成すれば良い。
【００４４】
固液界面Ｇ付近のシリコン融液の対流を促進する２次対流を生じさせる突起の形状としては、例えば、図３に示すような形状であっても良い。図３に示す石英ルツボ４１の底部４１ｂには、垂直に延びる円筒部４２ａと、この円筒部４２ａから円錐形に突出する円錐部４２ｂとが一体に形成された突起４２が形成されている。このような突起４２では、円筒部４２ａの高さｈ１と円錐部４２ｂの高さｈ２とを足したｈ１＋ｈ２を突起４２の最大高さｈとして、シリコン融液７の最大深さＨをＨとした時にｈ＝０．０１Ｈ〜０．８Ｈ、好ましくはｈ＝０．１Ｈ〜０．５Ｈの範囲に設定される。
【００４５】
また、突起４２の最大直径ｄは円筒部４２ａの直径として、シリコン単結晶インゴット５の直径をＤとした時に、ｄ＝０．１Ｄ〜１．８Ｄ、好ましくはｄ＝０．５Ｄ〜１．２Ｄの範囲に設定される。これにより、シリコン融液７の固液界面Ｇ付近には、固液界面Ｇ付近の対流を促進させる２次対流Ｃ２を生じさせることが可能になる。
【００４６】
さらに、突起の形状としては、例えば、図４に示すような形状であっても良い。図４に示す石英ルツボ５１の底部５１ｂには、垂直に延びる円筒部５２ａと、この円筒部５２ａの直径よりも最大径が小さい円錐部５２ｂとが一体に形成された突起５２が形成されている。このような突起５２では、円筒部５２ａの高さｈ３と円錐部５２ｂの高さｈ４とを足したｈ３＋ｈ４を突起５２の最大高さｈとして、シリコン融液７の最大深さＨをＨとした時にｈ＝０．０１Ｈ〜０．８Ｈ、好ましくはｈ＝０．１Ｈ〜０．５Ｈの範囲に設定される。
【００４７】
また、突起５２の最大直径ｄは円筒部５２ａの直径として、シリコン単結晶インゴット５の直径をＤとした時に、ｄ＝０．１Ｄ〜１．８Ｄ、好ましくはｄ＝０．５Ｄ〜１．２Ｄの範囲に設定される。円錐部５２ｂの最大直径ｄ‘は円筒部５２ａの直径として、シリコン単結晶インゴット５の直径をＤとした時に、ｄ＝０．０５Ｄ〜０．９Ｄ、好ましくはｄ＝０．２５Ｄ〜０．６Ｄの範囲に設定される。これにより、シリコン融液７の固液界面Ｇ付近には、固液界面Ｇ付近の対流を促進させる２次対流Ｃ２を生じさせることが可能になる。
【００４８】
なお、石英ルツボの底部に形成する突起は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、シリコン融液がルツボの胴部に沿って上昇する主対流の内側で、かつシリコン単結晶の成長面の近傍において、主対流とは逆向きに流れる２次対流を生じさせるような形状であれば、どのようなものであってもよい。また、こうした突起は、石英ルツボの底部の一部を一体に突出させるだけでなく、石英ルツボの底部に石英ルツボとは別体の突起を係合、融着、あるいは載置したものであってもよい。
【実施例】
【００４９】
（検証例１）
本出願人は、本発明の効果を検証した。検証にあたって、コンピュータによる熱解析シミュレーションを用いて、ルツボの突起形成によるシリコン融液の対流と熱分布の影響を調べた。同時に比較例（従来例）として、ルツボに突起を形成しない場合のシリコン融液の対流と熱分布も調べた。こうした検証結果を図５に示す。図５ａには、ルツボの底部に略円筒形の突起を形成した、実施例（本発明例）の対流の様子を流線で、また図５ｂには、その熱分布を等温線でそれぞれ示した。一方、図５ｃには、ルツボの底部に突起を形成しない、比較例（従来例）の対流の様子を流線で、また図５ｄには、その熱分布を等温線でそれぞれ示した。なお、図５はそれぞれシリコン単結晶を引上げ方向で断面にし、その固液界面（成長面）付近におけるシリコン単結晶の中心軸から半分だけを示したものである。
【００５０】
図５に示す検証例１の結果から、ルツボの底部に突起を形成することにより、引上げ中のシリコン単結晶の固液界面Ｇ付近に、主対流Ｓ１とは逆向きに流れる２次対流Ｓ２が形成されていることがわかる（図５ａ参照）。こうした２次対流Ｓ２の形成によって、固液界面Ｇ付近のシリコン融液に不純物（ドーパント）が蓄積（偏在）されるのを抑制する。一方、ルツボの底部に突起しない従来例では、シリコン融液中には主対流Ｓ１しか形成されず、シリコン単結晶の固液界面Ｇ付近は対流が少なくなっていることがわかる（図５ｃ参照）こうした状態は、固液界面Ｇ付近のシリコン融液に不純物（ドーパント）が蓄積（偏在）されやすくなっていことを示している。
【００５１】
また、突起によって２次対流Ｓ２を形成することで、固液界面Ｇにおけるシリコン融液の温度勾配Ｇｍｅｌｔ＝０．７７１（Ｋ／ｍｍ）となり（図５ｃ参照）、ルツボの底部に突起しない従来例での固液界面Ｇにおけるシリコン融液の温度勾配Ｇｍｅｌｔ＝０．５７０（Ｋ／ｍｍ）と比較して（図５ｄ参照）、温度勾配が大きくなっていることが確認された。シリコン融液中の温度勾配を高くすることにより、シリコン単結晶の固液界面Ｇ付近のシリコン融液の対流が促進され、固液界面Ｇ付近のシリコン融液に不純物（ドーパント）が蓄積（偏在）されるのを抑制する。
【００５２】
（検証例２）
次に、上述した第１の実施形態に示すような円錐形の突起を底部に形成したルツボと、底部に突起を形成しない従来のルツボを用いて、それぞれ１０本づつシリコン単結晶インゴットを引き上げた際の検証結果を、表１に示す。なお、本発明例の突起の形状は、前述した第１の実施形態のものを用いた。また、本発明例と従来例のそれぞれの引上げ条件は、ルツボの突起の有無を除いて同一とした。
このときの引き上げにおける諸元を示す。
結晶径：１５０ｍｍ
結晶長（直胴部長さ）：５００ｍｍ
ドーパント種類：Ｓｂ
目標ドーパント濃度：３―５Ｅ１８  ａｔｏｍｓ／ｃｍ３
【００５３】
【表１】
2007186354.tif 000003
【００５４】
表１に示す検証結果によれば、ルツボの底部に突起を形成した本発明例では、２次対流の渦が発生したのに対し、従来例では２次対流の渦は発生しなかった。また、本発明例では、固液界面Ｇにおけるシリコン融液の温度勾配Ｇｍｅｌｔ＝０．７７１（Ｋ／ｍｍ）となったのに対し、従来例では温度勾配Ｇｍｅｌｔ＝０．５７０（Ｋ／ｍｍ）となり、本発明例では温度勾配が大きくなり、固液界面Ｇ付近での対流が促進されやすい環境にあることが確認された。
【００５５】
一方、シリコン単結晶インゴットの固化率が５０％以上になった以後の結晶転位の発生率（有転位化発生率）は、ルツボの底部に突起を形成した本発明例では５％以下だったのに対し、従来例では８０％以上に結晶転位が発生し、本発明の顕著な結晶転位抑制効果が確認された。なおここで表１に示した有転位化発生率は、
有転位化発生率＝有転位化発生回数／結晶引上げ回数
と定義した上で、
固化率５０％以後の有転位化発生率＝固化率５０％時有転位化発生率／結晶引上げ回数＝特定結晶長さＬ時の晶癖線消失回数／結晶引上げ回数
とした。
ここで特定結晶長さＬ＝固化率５０％時の結晶長さ＋結晶の直径
である。
【００５６】
また、表１に示す検証結果によれば、ルツボの底部に突起を形成した本発明例では、シリコンウェハに加工した際のウェハの面内抵抗率分布（ＲＲＧ）が３％だったのに対し、従来例では１５％と面内抵抗率分布においても、顕著に改善が見られた。
なお、面内抵抗率分布（ＲＲＧ）は一般的に,
ＲＲＧ＝(ウェハ中心抵抗率ρ０−ウェハサイド抵抗率ρＳ)／ウェハ中心抵抗率ρ０
で定義され、本検証例２における面内抵抗率分布（ＲＲＧ）では、
ＲＲＧ＝(ウェハ中心抵抗率ρ０−ウェハインサイド５ｍｍ抵抗率ρＳ)／ウェハ中心抵抗率ρ０
によって定義される結果である。
また、有転位化とは、「シリコン  結晶成長とウェーハ加工」阿部孝夫著、培風館（１９９４年５月２０日），Ｐ．１１４に記載されるように、有転位成長になると、それまで結晶回転によってつくられていた結晶をとりまく強い横縞が滑らかな縞になる。大きな外形ファセットは消失し、不規則な細かい、凸状の晶癖線に変わる。もし、その後多結晶化するとこの晶癖線も消失する。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】図１は、本発明のシリコン単結晶引上装置の概略を示す一部破断斜視図である。
【図２】図２は、本発明のシリコン単結晶引上装置の概略を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明のシリコン単結晶引上装置の第２の実施形態を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明のシリコン単結晶引上装置の第３の実施形態を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の検証結果を示す解析図である。
【符号の説明】
【００５８】
７  シリコン融液７
１０  シリコン単結晶引上装置
１２  石英ルツボ
１２ａ  胴部
１２ｂ  底部
１７  ルツボ支持体
１７ａ  突起型
３１  突起
３１ａ  頂部
【図１】
2007186354.tif 000004
【図２】
2007186354.tif 000005
【図３】
2007186354.tif 000006
【図４】
2007186354.tif 000007
【図５】
2007186354.tif 000008