(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のシリコン融液７内には、シリコン融液７の対流を制御する対流制御部材３１が設置される。この対流制御部材３１は、一端で支持機構に支持される。支持機構は、石英製の第１支持棒３３ａ、およびこれに連なるカーボン製の第２支持棒３３ｂからなる支持棒３３を備える。また、遮蔽筒３７の上部および下部で、この支持棒３３を上下動自在に支持する第１支持治具３４ａおよび第２支持治具３４ｂからなる支持治具３４を備える。【選択図】図２
2007186355.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、
前記シリコン融液内に設置され、前記シリコン融液の対流を制御する対流制御部材を備えている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対流制御部材を、前記シリコン融液内に設置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】
前記対流制御部材は断面略円形を成し、前記対流制御部材の中心は、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位置するように設置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】
前記対流制御部材は、前記ルツボの外側から吊下され、前記ルツボ内で上下動可能に設置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】
前記対流制御部材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、
前記対流制御部材の最大直径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】
前記対流制御部材は断面略円形を成し、前記シリコン融液の最大深さ＝Ｈ、前記対流制御部材の上面と前記シリコン融液の上液面との深さ＝Ｌとした時に、Ｌ＝０．１Ｈ〜１．０Ｈの範囲に設定され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】
前記対流制御部材は前記シリコン融液の最大深さ＝Ｈとした時に、
前記対流制御部材の最大高さ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６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、
前記シリコン融液内に対流制御部材を設置し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など不純物（偏析係数が１より小さいドーパント）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、不純物（偏析係数が１より小さいドーパント）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、前記シリコン融液内に設置され、前記シリコン融液の対流を制御する対流制御部材を備えている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対流制御部材を、前記シリコン融液内に設置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。対流制御部材が存在しない従来のシリコン単結晶引上装置では、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、シリコン融液内に対流制御部材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、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】
前記対流制御部材は断面略円形を成し、前記対流制御部材の中心は、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位置するように設置されればよい。前記対流制御部材は、前記ルツボの外側から吊下され、前記ルツボ内で上下動可能に設置されればよい。前記対流制御部材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、前記対流制御部材の最大直径ｄ＝０．１Ｄ〜１．８Ｄの範囲に設定されればよい。前記対流制御部材は断面略円形を成し、前記シリコン融液の最大深さ＝Ｈ、前記対流制御部材の上面と前記シリコン融液の上液面との深さ＝Ｌとした時に、Ｌ＝０．１Ｈ〜１．０Ｈの範囲に設定されれればよい。また、前記対流制御部材は前記シリコン融液の最大深さ＝Ｈとした時に、前記対流制御部材の最大高さ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、ルツボ内における原料融解直後且つ結晶引き上げ前の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が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】
対流制御部材を、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、前記対流制御部材は、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、かつ、そのような所定の位置に設定される。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、かつ、そのような位置に設定される。
【００１３】
具体的な対流制御部材としては、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、対流制御部材上面の融液中における高さ位置を設定して、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、対流制御部材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。概形的な対流制御部材形状としては、円板形、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、円板・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。また、嵩上げずる際に、上部形状の最大径寸法が嵩上げ用の円筒形よりも小さい場合には、円筒の上面側を円板等で密閉して円筒から上部形状までを連続な形状とすることができる。なお、いずれも、製造に必要な材料を削減するため、均一厚さで上記の概形を有することが好ましい。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中・引き上げ後の融液の残量、ルツボ底部と固液界面との距離、などの条件によって設定される。
【００１４】
本発明においては、前記対流制御部材を融液中で水平状態に支持するとともに、引き上げに伴う融液の減少に対応してその高さ位置を調節可能な支持手段が設けられることが好ましい。
具体的には、融液中で対流制御部材を所定状態に支持するとともに引き上げ単結晶の成長を阻害しない位置で融液の液面から上方に延在する融液中支持部と、融液中支持部に下端部が接続されてチャンバ（密閉容器）中でこれらを支持する上側支持部と、上側支持部の上下移動を拘束するとともにこれらの支持機構を介して対流制御部材の高さ位置を設定する位置制御手段とを具備することができる。これら融液に接触する対流制御部材と融液中支持部とは、清浄度を維持管理するためにもルツボと同質な材質、例えば石英製とされることが好ましく、融液中支持部は、シリコン等の半導体原料融点以上に加熱される融液中において、対流制御部材を所定の位置・姿勢に維持可能な強度・材質・寸法を有するように設定される。
【００１５】
上側支持部は、鉛直方向に延在する棒状部材とされ、下端部に融液中支持部が接続され、その下端部付近が、チャンバ（密閉容器）内の融液液面付近の構造、例えば熱遮蔽板や冷却体等に設けられた移動規制部としての貫通孔などにより水平方向の移動を規制するとともに上下方向に移動可能に支持されるとともに、その上端部付近が、チャンバ内に設けられた移動規制部としての貫通孔を有する部材により水平方向の移動を規制するとともに上下方向に移動可能に支持される。上側支持部の上端には、チャンバ外に設けられモータ等の駆動手段に接続された巻回手段より吊下された高さ設定ワイヤの下端が接続され、駆動手段の駆動を制御することにより、対流制御部材の高さ位置を設定することができる。なお、高さ設定ワイヤの設けられる水平方向位置は、平面視してルツボの外側になるように上側支持部の上端にルツボの中心から外側へ向かって延在する横行支持部を設けることが好ましい。なお、同時に、平面視して融液中支持部とこの横行支持部とが略直線状とされ、ルツボの径方向に位置することによって、対流制御部材、融液中支持部、横行支持部とが上側支持部を軸として回転してしまうことを防止して、対流制御部材のるつぼ中における位置制御をおこなうこと可能となるとともに、高さ制御手段からのゴミ等がるつぼ中に降下して単結晶の収率に影響を与えることを低減できる。
【００１６】
また、ルツボに対する対流制御部材位置の正確性を向上し、対流制御部材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。なお、貫通孔とを矩形として上側支持部の断面形状を対応する矩形とし、この形状によって、対流制御部材、融液中支持部、横行支持部とが上側支持部を軸として回転してしまうことを防止することも可能である。
【００１７】
対流制御部材は、原料投入後にルツボを加熱してシリコン融液を形成した後、融液の温度を原料融解時から低減させた引き上げを開始する直前に融液中に浸漬されることが好ましい。原料融解する過程における加熱では、引き上げ時に比べてヒータの出力が大きく融液の温度が高いため、石英製の対流制御部材および融液中支持部が軟化してしまう可能性があり好ましくない。
【００１８】
このように、対流制御部材に対して高さを制御する手段を設けたので、引き上げに伴って移動するルツボ位置または融液面位置に影響されることなく融液中で融液面からの深さ位置を設定することが可能となり、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。
【００１９】
なお、位置制御手段によって対流制御部材の高さ位置を細かく制御することが可能なので、２次対流の形成状態をより精密に設定して、融液中の渦の流れに影響される、ドーパント濃度・分布、温度勾配・状態をより精密に制御することが可能となる。その結果、引き上げる単結晶の結晶状態をより精密に制御することが可能となる。
なお、引き上げ中に対流制御部材の高さ位置を変化させる場合としては、シリコン融液７の減少に伴って、Ｌ／Ｈの比に対して２次対流Ｃ２が発生する状態を維持するように上下動させる場合が考えられる。
【００２０】
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、
【００２１】
前記シリコン融液内に対流制御部材を設置し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。
【００２２】
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】
【００２３】
本発明のシリコン単結晶引上装置によれば、シリコン融液内に対流制御部材を設置することにより、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。
【００２４】
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。
【００２５】
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、シリコン融液内に設置された対流制御部材によって２次対流を生じさせることで、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。
【００２６】
また、対流制御部材の最大直径や最大高さ、あるいは対流制御部材の上面とシリコン融液の上液面との深さを、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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のシリコン融液７内には、シリコン融液７の対流を制御する対流制御部材３１が設置される。この対流制御部材３１は、一端で支持機構３２に支持される。支持機構３２は、石英製の第１支持棒（融液中支持部）３３ａ、およびこれに連なるカーボン製の第２支持棒（上側支持部）３３ｂからなる支持棒３３を備える。また、遮蔽筒３７の上部および下部で、この支持棒３３を上下動自在に支持する第１支持治具３４ａおよび第２支持治具３４ｂからなる支持治具（移動規制部）３４を備える。
【００３４】
また、石英ルツボ１２の上部には、対流制御部材３１を支持する支持棒３３に連結され、シリコン融液７内で対流制御部材３１を上下動させる上下動装置（位置制御手段）３５が備えられる。上下動装置３５は、支持棒３３の一端に固着されるワイヤ３５ａと、このワイヤ３５ａを外殻１１の外から巻き上げるモータ３５ｂからなる。なお、ワイヤ３５ａが外殻１１を貫通する部分には、外殻１１に気密、断熱のためのパッキン（図示せず）等が形成されていれば良い。
【００３５】
対流制御部材３１は、例えば全体が石英で形成され、円盤状に形成されている。こうした対流制御部材３１は、シリコン単結晶インゴット５の引上時において、その中心Ｐ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、シリコン融液７内に設けられていれば良い。
【００３６】
このような対流制御部材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。対流制御部材３１が存在しない従来のシリコン単結晶引上装置１０では、石英ルツボ１２のシリコン融液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。
【００３７】
一方、石英ルツボ１２の底部１２ｂに対流制御部材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。
【００３８】
こうした対流制御部材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。シリコン単結晶インゴットを引き上げる際に添加するＡｓやＳｂ等偏析係数が１より小さい不純物（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。
【００３９】
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。
【００４０】
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）。
【００４１】
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。
【００４２】
しかし、シリコン融液７内に設置された対流制御部材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。
【００４３】
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、対流制御部材３１の最大直径ｄ、および対流制御部材の上面と前記シリコン融液の上液面との深さ＝Ｌをそれぞれ適切に設定することが重要である。対流制御部材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。また、シリコン融液７の最大深さＨ、対流制御部材３１の上面とシリコン融液７の上液面との深さ＝Ｌとした時に、Ｌ＝０．１Ｈ〜１．０Ｈ、好ましくは、Ｌ＝０．３Ｈ〜０．８Ｈの範囲に設定される。
【００４４】
対流制御部材３１の直径Ｄや、対流制御部材３１の上面とシリコン融液７の上液面との深さ＝Ｌを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。
【００４５】
なお、こうした対流制御部材３１は、シリコン単結晶インゴット５の引上げの進行に伴うシリコン融液７の減少に応じて、上下動装置３５を用いて対流制御部材３１の上面とシリコン融液７の上液面との深さ＝Ｌが一定、または、シリコン融液７の減少に伴って、Ｌ／Ｈの比に対して２次対流Ｃ２が発生する状態を維持するように上下動させればよい。
【００４６】
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対流制御部材の形状としては、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１２のシリコン融液７中には、略円錐形の対流制御部材４１が形成される。このような略円錐形の対流制御部材４１では、シリコン融液７の最大深さＨをＨとした時に、円錐の対流制御部材４１の最大高さｈ＝０．０１Ｈ〜０．８Ｈ、好ましくはｈ＝０．１Ｈ〜０．５Ｈの範囲に設定される。また、対流制御部材４１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。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。
【００４７】
さらに、対流制御部材の形状としては、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１２のシリコン融液７中には、周辺が円盤部５１ａを成し、中心部分が略円錐形の円錐部５１ｂからなる対流制御部材５１が形成される。このような略円錐形の対流制御部材５１では、シリコン融液７の最大深さをＨ、円錐部５１ｂの高さを対流制御部材４１の最大高さｈとして、ｈ＝０．０１Ｈ〜０．８Ｈ、好ましくはｈ＝０．１Ｈ〜０．５Ｈの範囲に設定される。また、対流制御部材５１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。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】
また、別な対流制御部材の形状としては、例えば、図５に示すような形状であっても良い。図５に示す石英ルツボ１２のシリコン融液７中には、円筒部６１ａと、これに連なる円錐部６１ｂからなる対流制御部材６１が形成される。このような略円錐形の対流制御部材６１では、円筒部６１ａの高さｈ１と円錐部６１ｂの高さｈ２とを足したｈ１＋ｈ２を対流制御部材６１の最大高さｈとして、シリコン融液７の最大深さ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。また、対流制御部材６１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。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。
【００４９】
また、別な対流制御部材の形状としては、例えば、図６に示すような形状であっても良い。図６に示す石英ルツボ１２のシリコン融液７中には、上面が平坦な円筒形の対流制御部材７１が形成される。このような円筒形の対流制御部材７１では、円筒形の対流制御部材７１の最大高さｈとして、シリコン融液７の最大深さ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。また、対流制御部材７１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。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。
【００５０】
なお、石英ルツボのシリコン融液中に形成する対流制御部材は、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。
【実施例】
【００５１】
（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、シリコン融液中に対流制御部材を設置した本発明のシリコン単結晶引上装置によって引き上げたシリコン単結晶（本発明例）と、シリコン融液中に対流制御部材を設置しない従来のシリコン単結晶引上装置によって引き上げたシリコン単結晶（従来例）の双方における、結晶固化率と面内抵抗分布（ＲＲＧ）について調べた。本発明例での対流制御部材の形状は、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、対流制御部材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
こうした検証例１の結果を図７に示す。
【００５２】
図７に示す検証結果によれば、対流制御部材を備えた本発明のシリコン単結晶引上装置によって引き上げたシリコン単結晶（本発明例）では、結晶固化率が０〜９０％の全域にわたって、面内抵抗分布（ＲＲＧ）が２％以下に抑えられている。即ち、ウェハ面内での抵抗率のばらつきが極めて少ないことを示している。
【００５３】
一方、対流制御部材を備えていない従来のシリコン単結晶引上装置によって引き上げたシリコン単結晶（従来例）では、結晶固化率が低い時ほど面内抵抗分布（ＲＲＧ）が高まり、結晶固化率が６０％以下では、面内抵抗分布（ＲＲＧ）が１２％以上と、抵抗率のばらつきが大きく、結晶固化率が９０％においても面内抵抗分布（ＲＲＧ）は約５％と、本発明例に比べて、全域で面内抵抗分布（ＲＲＧ）が劣っていた。
【００５４】
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、検証例１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。
【００５５】
（検証例２）
本出願人は、本発明の効果を検証した。検証にあたって、シリコン融液中に対流制御部材を設置した本発明のシリコン単結晶引上装置によって引き上げたシリコン単結晶（本発明例）と、シリコン融液中に対流制御部材を設置しない従来のシリコン単結晶引上装置によって引き上げたシリコン単結晶（従来例）の双方における、結晶固化率と比抵抗値について調べた。本発明例での対流制御部材の形状は、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、対流制御部材の有無を除いて同一とした。こうした検証例２の結果を図８に示す。
【００５６】
図８に示す検証結果によれば、対流制御部材を備えた本発明のシリコン単結晶引上装置によって引き上げたシリコン単結晶（本発明例）では、結晶固化率が０〜９０％の全域にわたって、比抵抗値が０．８５％以下に抑えられている。一方、対流制御部材を備えていない従来のシリコン単結晶引上装置によって引き上げたシリコン単結晶（従来例）では、結晶固化率が低い時ほど比抵抗値が高まり、結晶固化率が６０％以下では、比抵抗値が０．９％以上と、本発明例に比べて、全域で比抵抗値が劣っていた。
【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、本発明のシリコン単結晶引上装置の第４の実施形態を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明のシリコン単結晶引上装置の第５の実施形態を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明の検証結果を示すグラフである。
【図８】図８は、本発明の検証結果を示すグラフである。
【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
３１  対流制御部材
【図１】
2007186355.tif 000003
【図２】
2007186355.tif 000004
【図３】
2007186355.tif 000005
【図４】
2007186355.tif 000006
【図５】
2007186355.tif 000007
【図６】
2007186355.tif 000008
【図７】
2007186355.tif 000009
【図８】
2007186355.tif 000010