(57)【要約】      （修正有）【課題】チョコラルスキCZ法において、中、小口径だけでなく、200mm以上の大口径のシリコン単結晶インゴットの長手方向に酸素濃度が均一で、また単結晶の成長時に発生するフラワ現象を完全に制御することができる成長装置、成長方法及びそのインゴットから製造されたウエハを提供する。【解決手段】シリコン単結晶インゴット１０の成長装置の外側に配置されたコイル部材１６，１７によって、チャンバの軸方向に沿って非対称磁場を印加し、非対称磁場の比率または強さを電流制御などで付加的な構成要素なく制御し、ZGPZero Gauss Planeがシリコン融液１２の表面上部に位置するようにする。【選択図】図１
2007031274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チョコラルスキ法によって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の成長装置において、
チャンバと；
前記チャンバの内部に設置され、シリコン融液を収納するルツボと；
前記ルツボの側方に設置され、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するシリコン単結晶インゴットを引き上げる引き上げ器具と； 
前記チャンバの外側に設置され、前記シリコン融液に非対称磁場を印加する非対称構造の磁石部材と；
を含む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２】
前記非対称構造の磁石部材は、上部及び下部コイル部材を含むことを特徴とする請求項１に記載のシリコン単結晶インゴットの成長装置。
【請求項３】
前記上部及び下部コイル部材は、コイルが同一な直径に同一な数だけ巻き取られて形成され、前記上部コイル部材より前記下部コイル部材に高電圧の電源が連結されることを特徴とする請求項２に記載のシリコン単結晶インゴットの成長装置。
【請求項４】
前記上部及び下部コイル部材は、各々ソレノイド形状であり、前記上部コイル部材の直径が下部コイル部材の直径より小さいことを特徴とする請求項２に記載のシリコン単結晶インゴットの成長装置。
【請求項５】
前記上部及び下部コイル部材は、各々ソレノイド形状であり、前記上部及び下部コイル部材の直径が同一で、前記上部コイル部材のコイルの巻き取り数が前記下部コイル部材のコイルの巻き取り数より小さいことを特徴とする請求項２に記載のシリコン単結晶インゴットの成長装置
【請求項６】
前記上部及び下部コイル部材は、各々ソレノイド形状であり、前記上部及び下部コイル部材の直径が同一で、前記下部コイル部材は磁束誘導部材をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のシリコン単結晶インゴットの成長装置。
【請求項７】
前記上部及び下部コイル部材によって磁場が印加される時に、前記ヒータの上部を基準にして、ＺＧＰの位置及び前記シリコン融液の表面の位置が前記ヒータの上部と一致する場合には、上部を（＋）、下部を（−）位置に仮定すると、前記ＺＧＰの位置及び前記シリコン融液の表面の関係は、０≦ＺＧＰ＿ｃｅｎｔｅｒ−シリコン融液の表面≦５００であることを特徴とする請求項２に記載のシリコン単結晶インゴットの成長装置。
【請求項８】
前記非対称磁場を印加する時に、測定された下部磁場の強さをＧ＿ｌｏｗｅｒとし、上部磁場の強さをＧ＿ｕｐｐｅｒとすると、前記上部及び下部磁場の比率は、１．００≦Ｅｘｐ（Ｇ＿ｌｏｗｅｒ／Ｇ＿ｕｐｐｅｒ）≦１３５．００であることを特徴とする請求項２に記載のシリコン単結晶インゴットの成長装置。
【請求項９】
ＺＧＰが、前記シリコン単結晶インゴットの成長装置の内部の半径方向に対して、Ｙ＝Ｃ１−Ｃ２Ｘ−Ｃ３Ｘ２、Ｃ１≦５００、及び１≦Ｅｘｐ（Ｃ３／Ｃ２）≦２５（ここで、ＹはＺＧＰの位置、Ｘは前記ルツボの内部の半径方向の位置、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は磁場の比率適用時の係数）であることを特徴とする請求項２に記載のシリコン単結晶インゴットの成長装置。
【請求項１０】
チョコラルスキ法によって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の成長方法において、
シリコン単結晶融液から単結晶シートを引き上げる段階は、シリコン単結晶インゴットの成長装置の外側にカスプタイプの非対称磁場を印加したまま行われることを特徴とするシリコン単結晶インゴットの成長方法。
【請求項１１】
前記非対称磁場は、前記シリコン単結晶インゴットの成長装置の外側に配置された上部及び下部コイル部材によって発生する上部磁場及び下部磁場を含み、前記上部磁場及び下部磁場の強さは、前記上部及び下部コイル部材のうちの少なくとも一つに印加される電流及び磁束誘導部材のうちの少なくとも一つによって調節されることを特徴とする請求項１０に記載のシリコン単結晶インゴットの成長方法。
【請求項１２】
前記上部磁場及び下部磁場の比率の変化によって、ＺＧＰが前記シリコン融液の表面の上部に位置するようにすることを特徴とする請求項１１に記載のシリコン単結晶インゴットの成長方法。
【請求項１３】
前記上部磁場及び下部磁場の強さは互いに異なり、前記上部磁場より下部磁場の強さが大きいことを特徴とする請求項１１に記載のシリコン単結晶インゴットの成長方法。
【請求項１４】
前記非対称磁場の比率の変化によって、シリコン単結晶インゴットの長手方向の酸素濃度を制御することを特徴とする請求項１１に記載のシリコン単結晶インゴットの成長方法。
【請求項１５】
前記非対称磁場の強さ変化によって、シリコン単結晶インゴットの長手方向の酸素濃度を制御することを特徴とする請求項１１に記載のシリコン単結晶インゴットの成長方法。
【請求項１６】
前記カスプタイプの非対称磁場を印加する段階は、シリコン単結晶インゴットの成長装置の外側の上部及び下部に配置された一対のコイル部材によって発生するカスプ磁場を利用し、
前記カスプ磁場を印加する時に、測定された下部磁場の強さをＧ＿ｌｏｗｅｒとし、上部磁場の強さをＧ＿ｕｐｐｅｒとすると、前記上部及び下部磁場の比率は、１．００≦Ｅｘｐ（Ｇ＿ｌｏｗｅｒ／Ｇ＿ｕｐｐｅｒ）≦１３５．００であることを特徴とする請求項１１に記載のシリコン単結晶インゴットの成長方法。
【請求項１７】
前記上部及び下部コイル部材によって磁場が印加される時に、前記ヒータの上部を基準にして、ＺＧＰの位置及び前記シリコン融液の表面の位置が前記ヒータの上部と一致する場合には、上部を（＋）、下部を（−）位置に仮定すると、前記ＺＧＰの位置及び前記シリコン融液の表面の関係は、０≦ＺＧＰ＿ｃｅｎｔｅｒ−シリコン融液の表面≦５００であることを特徴とする請求項１１に記載のシリコン単結晶インゴットの成長方法。
【請求項１８】
前記ＺＧＰが、前記シリコン単結晶インゴットの成長装置の内部の半径方向に対して、Ｙ＝Ｃ１−Ｃ２Ｘ−Ｃ３Ｘ２、及びＣ１≦５００（ここで、ＹはＺＧＰの位置、Ｘは前記ルツボの内部の半径方向の位置、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は磁場の比率適用時の係数）であることを特徴とする請求項１１に記載のシリコン単結晶インゴットの成長方法。
【請求項１９】
前記係数Ｃ２、Ｃ３の値は、１≦Ｅｘｐ（Ｃ３／Ｃ２）≦２５であることを特徴とする請求項１８に記載のシリコン単結晶インゴットの成長方法。
【請求項２０】
前記非対称磁場の比率の変化によって、シリコン単結晶インゴットの円周方向に沿って発生するフラワ現象を制御することを特徴とする請求項１１に記載のシリコン単結晶インゴットの成長方法。
【請求項２１】
前記非対称磁場の比率の変化によって、シードローテーションセルの中心が前記シリコン融液の表面半径の３０％〜８０％以内に制御されることを特徴とする請求項１１に記載のシリコン単結晶インゴットの成長方法。
【請求項２２】
前記シードローテーションセルの中心が前記シリコン融液の表面半径の６０％以内に制御されることを特徴とする請求項２１に記載のシリコン単結晶インゴットの成長方法。
【請求項２３】
前記シードローテーションセルの中心の制御は、前記上部または下部コイル部材に印加される電流によって行われることを特徴とする請求項１１に記載のシリコン単結晶インゴットの成長方法。
【請求項２４】
前記シードローテーションセルの中心の制御は、前記上部または下部コイル部材のうちの少なくとも一つの磁束誘導部材によって行われることを特徴とする請求項１１に記載のシリコン単結晶インゴットの成長方法。
【請求項２５】
前記上部及び下部磁場の非対称比率を増加させ、シリコン融液の対流速度を減少させるように制御することを特徴とする請求項１１に記載のシリコン単結晶インゴットの成長方法。
【請求項２６】
シードの回転速度を１３ｒｐｍ以上、ルツボの回転速度を７ｒｐｍ以下、アルゴンの流動率及び圧力を約７０乃至６０ｌｐｍ及び約２５乃至５０ｔｏｒｒに制御し、インゴットの引き上げ速度（ｍｍ／ｍｉｎ）を０．６０ｍｍ／ｍｉｎ以上に設定することを特徴とする請求項１０に記載のシリコン単結晶インゴットの成長方法。
【請求項２７】
シリコン単結晶インゴットの成長装置の外側に配置された上部及び下部コイル部材によって、前記シリコン単結晶インゴットの成長装置の上部及び下部にカスプタイプの非対称磁場を印加した状態で、チョコラルスキ法によって成長させたシリコン単結晶インゴットにおいて、
前記シリコン単結晶インゴットの半径方向にかけて結晶の成長方向がほぼ一定で、前記シリコン単結晶インゴットの全体の長さの約７０％以上で格子間の酸素濃度が均一であることを特徴とするシリコン単結晶インゴット。
【請求項２８】
前記カスプタイプの非対称磁場を印加する時に、測定された下部磁場の強さをＧ＿ｌｏｗｅｒとし、上部磁場の強さをＧ＿ｕｐｐｅｒとすると、前記上部及び下部磁場の比率が１．００≦Ｅｘｐ（Ｇ＿ｌｏｗｅｒ／Ｇ＿ｕｐｐｅｒ）≦１３５．００である場合、前記格子間の酸素濃度が６ｐｐｍａ乃至１４ｐｐｍであることを特徴とする請求項２７に記載のシリコン単結晶インゴット。
【請求項２９】
前記直径は約２００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項２８に記載のシリコン単結晶インゴット。
【請求項３０】
前記インゴットの直径が約２０７ｍｍであるとき、前記インゴットの半径方向に対して約７ｍｍ以下にアンダーダイアメータが発生することを特徴とする請求項２７に記載のシリコン単結晶インゴット。
【請求項３１】
シリコン単結晶インゴットの成長装置の外側に配置された上部及び下部コイル部材によって、前記シリコン単結晶インゴットの成長装置の上部及び下部にカスプタイプの非対称磁場を印加した状態で、チョコラルスキ法によって成長させたシリコン単結晶インゴットから製造されたウエハにおいて、
前記ウエハの直径は約２００ｍｍ以上であり、酸素濃度が半径方向に沿って約８％以下の誤差範囲であることを特徴とするウエハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン単結晶インゴット、ウエハ、その成長装置、及びその成長方法に係り、より詳細には、顧客が要求する多様な（半導体デバイスに適した）水準の酸素濃度を長手方向及び半径方向に沿って均一に有し、チョコラルスキ法でシリコン単結晶インゴットを成長させる時に、工程に異常が生じる時に発生するフラワ現象の制御が可能な、シリコン単結晶インゴット、ウエハ、その成長装置、及びその成長方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、チョコラルスキ（ＣＺ）法によるシリコン単結晶インゴットの成長方法において、溶融されたシリコン融液を収納するために、シリカルツボが必須で使用されてきた。このようなシリカルツボから溶出する酸素は、シリコン融液との反応によってシリコン融液内に溶解されることによって、ＳｉＯｘ形態に遷移し、結局は単結晶内に混入される。この結果、一方では、ウエハ（ｗａｆｅｒ）の強度増進、微小内部欠陥（ＢＭＤ；Ｂｕｌｋ Ｍｉｃｒｏ Ｄｅｆｅｃｔ）を形成することによって、半導体工程中に金属不純物（Ｍｅｔａｌｌｉｃ Ｉｍｐｕｒｉｔｙ）に対してゲッタリングサイト（Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ ｓｉｔｅ）として作用するが、他方では、各種欠陥（ｄｅｆｅｃｔ）及び偏析（ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ）を誘発することによって、半導体デバイス（Ｄｅｖｉｃｅ）製造時の収率に悪影響を及ぼす効果がある。
【０００３】
しかし、シリコンインゴットの成長時に、長手方向、特にボディ（Ｂｏｄｙ）のうちの後半部のＯｉ（Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ  Ｏｘｙｇｅｎ）ポンピング（ｐｕｍｐｉｎｇ）現象によって、インゴットの長手方向に対する酸素濃度の均質度が落ちる問題が発生する。
【０００４】
また、ルツボ（Ｃｒｕｃｉｂｌｅ）の回転速度またはシード（Ｓｅｅｄ）の回転速度などに起因して単結晶成長時に円柱形態に成長せずに、表面が屈曲して成長することによって、フラワ現象（花に似た形態であるために命名された）をもたらす。しかし、いまだに、フラワ現象に関する明確なメカニズム（ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）は明らかになっておらず、単にシリコン融液の対流に関する多様な理論が存在するだけである。
【０００５】
このような単結晶の酸素濃度及びフラワ現象を制御するために、現在まで、ルツボ及びインゴットの回転速度、インゴットの引き上げ速度、圧力、Ａｒ流速などを制御したり、ヒータの長さまたは断熱材の物性の調節などのようなホットゾーン（Ｈｏｔ  Ｚｏｎｅ）のデザインを変更することによって発熱面積及び位置を調節して、酸素濃度と単結晶の冷却熱の履歴を制御する試みが主に行われた。
【０００６】
しかし、このような方法は、毎回ホットゾーン（Ｈ／Ｚ）を変更するので、時間及び費用などの問題点があって、何よりも、ホットゾーン（Ｈ／Ｚ）の変更によって酸素濃度などの品質に影響を与えるようになるため、新たな条件の設定に多くの時間が消費された。
【０００７】
また、フラワ現象を制御するための最も有力な方法として、引き上げ速度、つまりプリングスピード（Ｐｕｌｌｉｎｇ Ｓｐｅｅｄ、以下、Ｐ／Ｓという）ダウン（Ｄｏｗｎ）、シード及びルツボの回転速度比などを改善する方法が紹介されているが、この方法も、工程進行中に極低欠陥を生産しようとする最近のウエハの品質の要求水準に合わせるために制御因子を変更しなければならず、このような制御因子の変更に時間がかかるとか、引き上げ速度を落とすことによって生産性を低下させるという問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような問題点を解決するためのものであって、追加的なホットゾーン（Ｈ／Ｚ）の変更なく、非対称磁場を利用して、結晶の長手方向に沿って要求する酸素濃度を均一に制御した、シリコン単結晶インゴット、ウエハ、その成長装置、及びその成長方法を提供することにその目的がある。
【０００９】
本発明は、また、単結晶の口径及びチャージサイズ（ｃｈａｒｇｅ ｓｉｚｅ）に応じた単結晶の長さに関係なく、単結晶の長手方向に酸素濃度を均一に制御して、生産性を向上させるようにした、シリコン単結晶インゴット、ウエハ、その成長装置、及びその成長方法を提供することにその目的がある。
【００１０】
本発明は、また、追加的なホットゾーン（Ｈ／Ｚ）の変更や、Ｐ／Ｓダウン（Ｄｏｗｎ）、またはＳＲの変化などの損失なく、非対称磁場の制御を通じて、フラワ現象による単結晶の口径のアンダーダイアメータ（Ｕｎｄｅｒ Ｄｉａｍｅｔｅｒ）がない、シリコン単結晶インゴット、ウエハ、その成長装置、及びその成長方法を提供することにその目的がある。
【００１１】
本発明は、また、生産性が高く品質が良い、シリコン単結晶インゴット、ウエハ、その成長装置、及びその成長方法を提供することにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような目的を達成するための本発明の一実施例によるチョコラルスキ法によって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の成長装置は、チャンバ；前記チャンバの内部に設置され、シリコン融液を収納するルツボ；前記ルツボの側方に設置され、前記シリコン融液を加熱するヒータ；前記シリコン融液から成長するシリコン単結晶インゴットを引き上げる引き上げ器具；及び前記チャンバの外側に設置され、前記シリコン融液に非対称磁場を印加する非対称構造の磁石部材；を含む。
【００１３】
また、本発明の他の実施例によるチョコラルスキ法によって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の成長方法は、シリコン単結晶融液から単結晶シートを引き上げる段階は、シリコン単結晶インゴットの成長装置の外側にカスプタイプの非対称磁場を印加したまま行われ、前記非対称磁場は、前記シリコン単結晶インゴットの成長装置の外側に配置された上部及び下部コイル部材によって発生する上部磁場及び下部磁場を含み、前記上部磁場及び下部磁場の強さは、前記上部及び下部コイル部材のうちの少なくとも一つに印加される電流及び磁束誘導部材のうちの少なくとも一つによって調節される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のシリコン単結晶インゴットの成長装置及び成長方法によれば、良質のシリコン単結晶インゴット及びシリコンウエハが製造される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付した図面を参照して、本発明の好ましい実施例について詳細に説明する。
【００１６】
まず、本発明によるシリコン単結晶インゴットの成長方法が適用されたシリコン単結晶インゴットの成長装置について説明する。
【００１７】
図１は本発明の一実施例によるシリコン単結晶インゴットの成長方法が適用されたシリコン単結晶インゴットの成長装置の構成を概略的に示した構成図である。
【００１８】
図１を参照すれば、チョコラルスキ法によって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の成長装置は、チャンバ（図示せず）を含み、このチャンバの内部でシリコン単結晶インゴット（ｉｎｇｏｔ）１０の成長が行われる。
【００１９】
そして、チャンバ内には、シリコン融液（ＳＭ）１２を入れる石英からなるルツボ１１が設置されて、このルツボ１１の外側には、黒鉛からなって、ルツボ１１を支持する支持台１３が、ルツボ１１を取り囲むように設置される。
【００２０】
また、支持台１３は、回転軸１９上に固定設置され、この回転軸１９は、駆動手段（図示せず）によって回転し、ルツボ１１を回転させながら上昇させ、固体及び液体の界面が同一な高さを維持するようにする。そして、支持台１３は、所定の間隔をおいて円筒形のヒータ１４によって囲まれ、このヒータ１４は、保温材１５によって囲まれている。
【００２１】
また、ヒータ１４は、ルツボ１１内に積載された高純度の多結晶シリコンの塊りを溶融してシリコン融液１２を形成し、保温材１５は、ヒータ１４から発散される熱がチャンバの壁側に拡散するのを防止して、熱効率を向上させる。
【００２２】
そして、ルツボ１１上のチャンバの上部には、ケーブルを巻いて引き上げる引き上げ手段（図示せず）が設置され、このケーブルの下部に、ルツボ１１内のシリコン融液１２に接触して引き上げながらシリコン単結晶インゴット１０を成長させるシード（縦結晶）が設置される。引き上げ手段は、シリコン単結晶インゴット１０の成長時にケーブルを巻いて引き上げながら回転運動し、この時、シリコン単結晶インゴット１０は、ルツボ１１の回転軸１９と同一な軸を中心にして、ルツボ１１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。
【００２３】
また、円滑なシリコン単結晶インゴット１０の成長のために、アルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）、及び窒素（Ｎ）などの不活性ガスをチャンバの上部に流入させ、使用された不活性ガスはチャンバの下部から排出する方法が多く利用されている。したがって、図１の参照符号３は円滑なシリコン単結晶インゴット１０の成長のために、不活性ガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスを成長装置の上部に流入させ、成長装置の下部から排出する状態を示した線である。
【００２４】
そして、シリコン単結晶インゴット１０及びルツボ１１の間には、シリコン単結晶インゴット１０を取り囲むように輻射断熱体（ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）または熱シールド１８が設置されることもある。この熱シールド１８は、ウエハの面内特性が均一であることが要求される傾向に対応して、結晶の半径方向への垂直温度傾きの偏差を減少させるために、多様なホットゾーン（Ｈ／Ｚ）を設計する過程で開発されたものであって、シリコン単結晶インゴット１０から放射される熱を遮断して、シリコン単結晶インゴット１０外周部での冷却速度を調節する役割を果たす。
【００２５】
熱シールド１８は、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、炭素（Ｃ）、またはＳｉＣがコーティングされた黒鉛からなって、多様な形状に製作される。したがって、熱シールド１８の形状は、図１に示された構造に限定されない。
【００２６】
また、本発明の一実施例によれば、チョコラルスキ（ＣＺ）法によってシリコン単結晶インゴットを製造する時に、このシリコン単結晶インゴット１０の成長中にルツボ１１内に含まれているシリコン融液１２に磁場を印加し、この磁場の位置を変化させるために、磁石部材１６、１７が設置される。この時、この磁石部材１６、１７は、チャンバの軸方向に沿って非対称磁場を印加する非対称構造からなる。
【００２７】
より具体的に、前記磁石部材は、前記チャンバの外側に配置されて、環状のソレノイド構造からなる上部コイル部材１６、及びその下部に配置された下部コイル部材１７を各々含む。前記上部及び下部コイル部材１６、１７によって、図１に参照符号２で示した磁場が形成される。
【００２８】
図１を参照すれば、上部及び下部コイル部材１６、１７によって形成された磁場が非対称であり、そのＺＧＰ（Ｚｅｒｏ Ｇａｕｓｓ Ｐｌａｎｅ）がシリコン融液の上部に位置することが分かる。
【００２９】
このような非対称磁場によって、酸素の溶出及び溶出した酸素の移動に関する石英ルツボ１１内のシリコン融液の対流を制御することができる。但し、ＺＧＰが、シリコン融液の上部に位置する場合に、または下部磁場が上部磁場より強磁場である場合に、シリコン融液の流れ及び熱の流れが磁力線に垂直な方向に抑制されて、磁力線に平行な方向に移動するようにして、より顕著な効果を有することができる。
【００３０】
本実施例において、上部及び下部コイル部材１６、１７は、ルツボ１１の回転軸を中心に、互いに同一な半径に同一な数のコイルが巻き取られたソレノイド構造に形成されることもできる。
【００３１】
したがって、上部及び下部コイル部材１６、１７によって形成された磁場が前記チャンバに向かうことによってのみ影響を及ぼすことができ、上部及び下部コイル部材１６、１７に各々印加される電流によって、磁場の強さを変化させることができる。
【００３２】
この時、上部コイル部材１６よりシリコン融液の対流に影響を及ぼす下部コイル部材１７に高電流を印加するために、高電圧の電源を連結するのが好ましい。つまり、上部及び下部コイル部材１６、１７に連結される電圧をそれぞれＶ１、Ｖ２とするとき、これら電圧は関係式１．００≦Ｅｘｐ（Ｖ２／Ｖ１）≦１３５．００を満たすのが好ましい。
【００３３】
これは、このような条件を満たす時、顧客の所望する多様な酸素濃度を有するシリコン単結晶インゴットを製造することができるためである。
【００３４】
また、上部及び下部コイル部材１６、１７に電流を非対称に印加する代わりに、磁力線の方向及び電流の方向に対して垂直な方向に等加速度運動をすることができる磁束誘導部材２３、２５をさらに含むこともできる。
【００３５】
特に、下部コイル部材１７の内部に鉄芯を形成して、下部磁場を上部磁場より強磁場に形成することもできる。図１において、（●、×）は電流の方向を意味する。
【００３６】
本発明の一実施例によるパラメタは、上部及び下部コイル部材１６、１７によって磁場が印加される時に、ヒータ１４の上部を基準にして、ＺＧＰ（Ｚｅｒｏ Ｇａｕｓｓ Ｐｌａｎｅ）の位置及びシリコン融液の表面の位置がヒータの上部と一致する場合には、上部を（＋）、下部を（−）位置に仮定すると、ＺＧＰの位置及びシリコン融液の表面の関係が０≦ＺＧＰ＿ｃｅｎｔｅｒ−シリコン融液の表面≦５００を満たすように決定されたものである。
【００３７】
また、このようなパラメタは、測定された下部磁場の強さをＧ＿ｌｏｗｅｒとし、上部磁場の強さをＧ＿ｕｐｐｅｒとする時、上部及び下部磁場の比率は、１．００≦Ｅｘｐ（Ｇ＿ｌｏｗｅｒ／Ｇ＿ｕｐｐｅｒ）≦１３５．００であり、ＺＧＰが、シリコン単結晶インゴットの成長装置の内部の半径方向に対して、Ｙ＝Ｃ１−Ｃ２Ｘ−Ｃ３Ｘ２、Ｃ１≦５００、及び１≦Ｅｘｐ（Ｃ３／Ｃ２）≦２５（ここで、ＹはＺＧＰの位置、Ｘはルツボの内部の半径方向の位置、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は磁場の比率適用時の係数）になるように決定されたものである。
【００３８】
それでは、本発明の他の実施例によるシリコン単結晶インゴットの成長方法が適用されたシリコン単結晶インゴットの成長装置について、図２を参照して説明する。
【００３９】
図２は本発明の他の実施例によるシリコン単結晶インゴットの成長方法が適用された成長装置の構成を概略的に示した構成図であって、磁石部材を除いては、図１と同一な構成要素を含み、図１の構成要素と同一な構成要素に対する説明は省略する。
【００４０】
図２を参照すれば、磁石部材は、図１の磁石部材の他に、付加的な磁石部材２５をチャンバの下部にさらに配置することもでき、チャンバの外側に前記チャンバの長手方向（図面のＺ方向）に沿って複数のコイル部材を連続的に形成して、上部及び下部磁場の比率によって上部及び下部コイル部材を電流の方向及び電流の印加によって選択的に選択することができる。例えば、上部コイル部材として電流の方向が同一な二つのコイル部材を利用し、下部コイル部材として電流の方向が反対の三つのコイル部材を利用することもできる。
【００４１】
また、チャンバの軸方向に沿って非対称磁場を印加するために、上部及び下部コイル部材１６、１７のコイルの巻き取り方向を互いに異ならせて（時計方向及び反時計方向）、下部コイル部材１７の直径を大きく形成して、同一な数だけ巻き取って形成することもできる。
【００４２】
また、上部及び下部コイル部材１６、１７のコイルの巻き取り方向を互いに異ならせて（時計方向と反時計方向）、上部及び下部コイル部材１６、１７の直径を同一に形成して、コイルの巻き取り数を異ならせて形成することもできる。
【００４３】
本発明の他の実施例による前記上部コイル部材及び下部コイル部材の直径がそれぞれＤ１、Ｄ２であるとき、関係式１．００≦Ｅｘｐ（Ｄ１／Ｄ２）≦１３５．００であり、上部コイル部材のコイルの巻き取り数及び下部コイル部材のコイルの巻き取り数がそれぞれＮ１、Ｎ２であるとき、関係式１．００≦Ｅｘｐ（Ｎ２／Ｎ１）≦１３５．００を満たすのが好ましい。
【００４４】
本発明の他の実施例による前記パラメタは、上部及び下部コイル部材１６、１７によって磁場が印加される時に、ヒータ１４の上部を基準にして、ＺＧＰ（Ｚｅｒｏ Ｇａｕｓｓ Ｐｌａｎｅ）の位置及びシリコン融液の表面の位置がヒータの上部と一致する場合には、上部を（＋）、下部を（−）位置に仮定すると、ＺＧＰの位置及びシリコン融液の表面の関係が０≦ＺＧＰ＿ｃｅｎｔｅｒ−シリコン融液の表面≦５００になるように決定されたものである。
【００４５】
また、このようなパラメタは、測定された下部磁場の強さをＧ＿ｌｏｗｅｒとし、上部磁場の強さをＧ＿ｕｐｐｅｒとする時に、上部及び下部磁場の比率は、１.００≦Ｅｘｐ（Ｇ＿ｌｏｗｅｒ／Ｇ＿ｕｐｐｅｒ）≦１３５．００であり、ＺＧＰが、シリコン単結晶インゴットの成長装置の内部の半径方向に対して、Ｙ＝Ｃ１−Ｃ２Ｘ−Ｃ３Ｘ２、Ｃ１≦５００、及び１≦Ｅｘｐ（Ｃ３／Ｃ２）≦２５（ここで、ＹはＺＧＰの位置、Ｘはルツボの内部の半径方向の位置、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は磁場の比率適用時の係数）になるすように決定されたものである。
【００４６】
以下、このようなパラメタが、追加的なホットゾーン（Ｈ／Ｚ）及びパラメタ（ｐａｒａｍｅｔｅｒ）の変更なく、磁場の特別な制御だけで、均一なシリコンウエハの面内特性及び要求される多様な酸素濃度の範囲を満たして、酸素濃度の品質を達成すると同時に、理論的な長さの拡張によってシリコン単結晶インゴットの成長速度を向上させて、生産性の向上が期待できるように選択されたものであることを説明する。
【００４７】
（第１実施例）
まず、本発明の他の実施例においても、図１のシリコン単結晶インゴットの成長装置を利用して８インチウエハを製造するために、シード１０の回転速度を約１３ｒｐｍ以上、好ましくは１６乃至１７ｒｐｍに設定し、ルツボ１１の回転速度を７ｒｐｍ以下、好ましくは１ｒｐｍ以下、最も好ましくは０．５乃至０．７ｒｐｍに設定し、アルゴン（Ａｒ）の流動率及び圧力を約７０乃至６０ｌｐｍ及び約２５乃至５０ｔｏｒｒに制御し、シリコン単結晶インゴット１０の引き上げ速度（ｍｍ／ｍｉｎ）を０．６０ｍｍ／ｍｉｎ以上、好ましくは０．６４乃至０．６９ｍｍ／ｍｉｎに設定した。
【００４８】
この時、従来の例によって、磁場を印加せずにシリコン単結晶インゴットを成長させ、本発明の一実施例によって、上部及び下部コイル部材１６、１７に各々例えば１００Ｖ及び２００Ｖの電圧を印加することによって、非対称磁場が印加された状態で、シリコン単結晶インゴットを成長させる。
【００４９】
また、上部及び下部コイル部材１６、１７の磁場の非対称比率（Ｒａｔｉｏ）または強さ（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）を変更することによって、図１のＺＧＰ（Ｚｅｒｏ Ｇａｕｓｓ Ｐｌａｎｅ）が、ＺＧＰセンタ（ｃｅｎｔｅｒ）の位置（Ｈ）を基準にして、シリコン融液１２の表面より上部に位置するようにする。本実施例において、ＺＧＰ（Ｚｅｒｏ  Ｇａｕｓｓ  Ｐｌａｎｅ）がＺＧＰセンタ（ｃｅｎｔｅｒ）の位置（Ｈ）を基準にして、シリコン融液１２の表面よりに位置したが、本発明はこれに制限されないこともできる。
【００５０】
このように、従来の例及び本発明の一実施例によるシリコン単結晶インゴットの成長方法を適用すると、図３のような結果が得られた。
【００５１】
図３は本発明の一実施例によるシリコン単結晶インゴットの成長方法によるシリコン単結晶インゴットの長手方向の酸素濃度の均一度を、従来の例と比較したグラフである。
【００５２】
図３を参照すると、従来の例によれば、シリコン単結晶インゴットの成長時に、長手方向、特にボディ（Ｂｏｄｙ）のうちの後半部のＯｉ（Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ Ｏｘｙｇｅｎ）ポンピング（ｐｕｍｐｉｎｇ）現象によって、シリコン単結晶インゴットの長手方向に対する酸素濃度の均一度が低下して、所望の酸素濃度に対する概略的な上／下限値（細い実線）に対する目標値（約１０．５０ｐｐｍａ（ｐａｒｔｓ ｐｅｒ ｍｉｌｌｉｏｎ ａｔｏｍｓ））を基準にする時、シリコン単結晶インゴットの長手方向に対する酸素濃度の品質均一度が低下することが分かる。
【００５３】
これに対して、本発明の一実施例を適用する場合には、ボディの序盤から後半部に至るまで均一な酸素濃度を有することが分かる。
【００５４】
それでは、非対称磁場の比率を異ならせることによって、顧客が所望する多様な酸素濃度をシリコン単結晶インゴットの長手方向に対して有することができることを説明する。
【００５５】
（第２実施例）
図４は本発明の一実施例によるシリコン単結晶インゴットの成長方法による酸素濃度調節プロファイルを示したグラフである。
【００５６】
本発明の他の実施例においても、図１のシリコン単結晶インゴットの成長装置を利用して８インチウエハを製造するために、シード１０の回転速度を約１３ｒｐｍ以上、好ましくは１６乃至１７ｒｐｍに設定し、ルツボ１１の回転速度を７ｒｐｍ以下、好ましくは１ｒｐｍ以下、最も好ましくは０．５乃至０．７ｒｐｍに設定し、アルゴン（Ａｒ）の流動率及び圧力を約７０乃至６０ｌｐｍ及び約２５乃至５０ｔｏｒｒに制御し、シリコン単結晶インゴット１０の引き上げ速度（ｍｍ／ｍｉｎ）を０．６０ｍｍ／ｍｉｎ以上、好ましくは０．６４乃至０．６９ｍｍ／ｍｉｎに設定した。
【００５７】
この時、図４に示したように、Ｔｅｓｔ１及びＴｅｓｔ２、で上部及び下部コイル部材１６、１７に印加される電流の比率を異ならせることによって、磁場の比率を異ならせる。
【００５８】
本発明によるシリコン単結晶インゴットの成長方法では、上部及び下部磁場の比率または強さを変化させることによって、異なる酸素濃度を有するシリコン単結晶インゴットを成長させることができることが分かった。
【００５９】
以下、磁場の比率または強さを変化させる実験を通して、シリコン単結晶インゴットの長手方向に対して均一な酸素濃度を有して、顧客の要求に相応する酸素濃度を提供することができる、好ましい磁場の比率の範囲について説明する。
【００６０】
（第３実施例）
図５は本発明の一実施例によるシリコン単結晶インゴットの成長方法において、多様な非対称磁場の比率による酸素濃度の水準を示したグラフ、及び磁場の比率による酸素濃度の水準の定量的な値を示した表である。
【００６１】
本実施例においても、図１のシリコン単結晶インゴットの成長装置を利用して８インチウエハを製造するために、シード１０の回転速度を約１３ｒｐｍ以上、好ましくは１６乃至１７ｒｐｍに設定し、ルツボ１１の回転速度を７ｒｐｍ以下、好ましくは１ｒｐｍ以下、最も好ましくは０．５乃至０．７ｒｐｍに設定し、アルゴン（Ａｒ）の流動率及び圧力を約７０乃至６０ｌｐｍ及び約２５乃至５０ｔｏｒｒに制御し、インゴット１０の引き上げ速度（ｍｍ／ｍｉｎ）を０．６０ｍｍ／ｍｉｎ以上、好ましくは０．６４乃至０．６９ｍｍ／ｍｉｎに設定した。
【００６２】
この時、図５のサンプル１、２、３、４、５、及び６のように、数式１によって実際のシリコン単結晶インゴットの成長時の磁場の上部及び下部電流を非対称構造にして、磁場の非対称比率を２．７１８、３．８９６、７．３８９、２０．４９１、５９．７４０、及び１３４．２９０にした。
【００６３】
この時、各々に対する酸素濃度の定量値が各々１２．９００、１０．５００、９．０００、８．１００、７．０９０、及び６．４５３であることが分かる。
【００６４】
これは、前記で説明したように、非対称磁場の比率が増加することによって、酸素濃度の水準が低くなることを示している。これは、石英（Ｑｕａｒｔｚ）ルツボ１１の内壁にかかる磁場成分が変化することによって、シリコン融液に溶解される酸素の濃度が変化するためである。
【００６５】
（第４実施例）
図６は本発明の他の実施例によるシリコン単結晶インゴットの成長方法において、同一な非対称磁場の比率を維持した状態で、磁場の強さによる酸素濃度の水準を示した表及びグラフ、及び磁場の強さによる酸素濃度の水準の定量的な値を示した表である。
【００６６】
本実施例においても、図１のシリコン単結晶インゴットの成長装置を利用して８インチウエハを製造するために、シード１０の回転速度を約１３ｒｐｍ以上、好ましくは１６乃至１７ｒｐｍに設定し、ルツボ１１の回転速度を７ｒｐｍ以下、好ましくは１ｒｐｍ以下、最も好ましくは０．５乃至０．７ｒｐｍに設定し、アルゴン（Ａｒ）の流動率及び圧力を約７０乃至６０ｌｐｍ及び約２５乃至５０ｔｏｒｒに制御し、インゴット１０の引き上げ速度（ｍｍ／ｍｉｎ）を０．６０ｍｍ／ｍｉｎ以上、好ましくは０．６４乃至０．６９ｍｍ／ｍｉｎに設定した。
【００６７】
図６に示したように、磁場の比率が２であるＮＯ．２の場合にも、磁場の強さを異ならせることによって、各々約１２．５４９及び８．９６１の酸素濃度を有するシリコン単結晶インゴットを得ることができた。
【００６８】
また、磁場の比率が３であるＮＯ．３の場合には、磁場の強さを異ならせることによって、１２．３５、１０．５７、及び８．３９２の酸素濃度を有するシリコン単結晶インゴットを得ることができた。
【００６９】
言い換えれば、同一な比率の非対称磁場を形成する時に、磁場の強さによって酸素濃度の水準の調節が可能で、同一な比率の場合には、弱磁場を形成する場合が相対的に強磁場を形成する場合に比べて高い水準の酸素濃度を実現することが確認できた。
【００７０】
また、磁場の比率がＮＯ２及びＮＯ３のように異なっても、磁場の強さを適切に調節することによって、酸素濃度の水準の調節が可能であることを示している。
【００７１】
このような実験の結果によれば、本発明によるシリコン単結晶インゴットの成長方法において、上部及び下部の磁場がそれぞれ放物線形態に印加される時に、測定された下部の磁場の強さをＧ＿ｌｏｗｅｒとし、上部の磁場の強さをＧ＿ｕｐｐｅｒとすると、上部及び下部磁場の比率は、下記の数式１を満たす。
【００７２】
１．００≦Ｅｘｐ（Ｇ＿ｌｏｗｅｒ／Ｇ＿ｕｐｐｅｒ）≦１３５．００  …（１）
【００７３】
図５によれば、数式１は、下記のように変更して記載することができる。
２．７１８≦Ｅｘｐ（Ｇ＿ｌｏｗｅｒ／Ｇ＿ｕｐｐｅｒ）≦１３４．２９
【００７４】
ここで、上部及び下部磁場の比率の数値が大きくなるほど、非対称性が増加することを示す。したがって、コイル部材１６、１７の位置を物理的に移動させずに、連結される電源を異ならせて磁場の比率を異ならせる場合、図１のように、ＺＧＰセンタ（ｃｅｎｔｅｒ）（Ｈ）は非対称性が増加することによってシリコン融液１２の上部側に上がることができ、結果的に、低い水準の酸素濃度を実現することができた。
【００７５】
そして、この時、上部及び下部コイル部材１６、１７によって磁場が印加される時に、ヒータ１４の上部（ｈｅａｔｅｒ ｔｏｐ）を基準にして、ＺＧＰの位置及びシリコン融液１２の表面の位置がヒータ１４の上部と一致する場合を基準にして、上部を（＋）、下部を（−）位置に仮定すると、ＺＧＰの位置及びシリコン融液１２の表面の関係は、下記の数式２を満たす。
【００７６】
０≦ＺＧＰ＿ｃｅｎｔｅｒ−シリコン融液の表面≦５００  …（２）
【００７７】
数式２は、ＺＧＰの位置がシリコン融液１２の表面より上部に位置することを示す式である。前述のように、ＺＧＰ位置によって酸素濃度が決定されるのであれば、ＺＧＰ位置は本発明の一実施例によるＺＧＰ位置に限定されない。
【００７８】
数式１、２の条件で印加された磁場のＺＧＰを、単結晶の成長による内部の半径方向に対して測定した結果、下記の数式３の関係が成立する。
Ｙ＝Ｃ１−Ｃ２Ｘ−Ｃ３Ｘ２  …（３）
【００７９】
ここで、ＹはＺＧＰの位置であり、Ｘは前記ルツボの内部の半径方向の位置であり、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は磁場の比率適用時の係数である。
【００８０】
数式３は、実験データ（ｄａｔａ）を根拠に統計的なツール（ｔｏｏｌ）を利用して回帰式を導き出した結果による関係式で、数式３で示したように２次式で表現されて、磁場が放物線形態であることが分かる。
【００８１】
また、数式１及び数式２を適用して得られた数式３での係数Ｃの値は、物理的な磁石部材の移動または上部及び下部磁場の比率の変更によって、下記の数式４及び５のような範囲で成立する。
Ｃ１≦５００  …（４）
【００８２】
数式４は数式３の切片の値を示すもので、ＺＧＰセンタの位置（Ｈ）を示して、数式２と関係して最大５００ｍｍ以下に位置することを示す。
１≦Ｅｘｐ（Ｃ３／Ｃ２）≦２５  …（５）
【００８３】
数式５は数式３に対する係数Ｃ２及びＣ３の関係を示して、その数値が大きくなるほど、非対称性が増加する可能性があることを示している。
【００８４】
つまり、数式４及び数式５を基準にして数式３を見れば、Ｃ１は切片の値であって、ＺＧＰセンタ（Ｈ）の位置が５００以下の範囲に位置し、単結晶の成長によるルツボ１１内の半径方向に対するＺＧＰの位置の比率が１乃至２５の範囲にある場合に、良好な結果を示した。
【００８５】
結果的に、全ての数式が意味するところは、磁場の非対称性が数式によって、ＺＧＰの位置がシリコン融液１２の表面の上部に位置して、明示された範囲内で運用される時に、酸素濃度を所望の水準に制御することができることを示す。
【００８６】
本発明を、８インチシリコン単結晶インゴットの成長方法の実施例に基づいてより具体的に説明したが、実施例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。
【００８７】
これは、実際の現場で適用する時に、数式１から５のいずれか一つの条件でも満たす場合には、印加される磁場の強さだけでも酸素濃度の水準の制御が可能であることを確認したものである。
【００８８】
また、本発明によるシリコン単結晶インゴットの成長方法は、酸素濃度１０．５ｐｐｍａ以下の低酸素濃度だけでなく、顧客の要求する酸素濃度の水準によって磁場の比率または強さを調節することによって、追加的なホットゾーン（Ｈ／Ｚ）の変更なく調節が可能で、図６に示したように、数式１乃至５の範囲内で簡単に酸素濃度を水準別に調節することができる。
【００８９】
したがって、本発明によるシリコン単結晶インゴットの成長方法を適用することによって、顧客別に要求される多様な水準の酸素濃度に調節することができ、追加的なホットゾーン（Ｈ／Ｚ）の変更による損失なく、単結晶の長手方向に品質が均一なシリコン単結晶インゴットの成長が可能で、特に、後半部の酸素濃度のポンピング抑制効果によって、プライムの長さ（Ｐｒｉｍｅ Ｌｅｎｇｔｈ）の極大化による生産性の向上が期待できる。
【００９０】
それでは、図７Ａ乃至７Ｄ及び図８Ａ乃至８Ｄを参照して、本発明一実施例によるシリコン単結晶インゴットの成長方法がシリコン単結晶インゴットの成長時にフラワ現象を制御する可能性があることについて説明する。
【００９１】
図７Ａ乃至図７Ｄは本発明によるシリコン単結晶インゴットの成長方法が適用された非対称磁場のシミュレーションの結果を示した図であり、図８Ａ乃至図８Ｄは本発明によるシリコン単結晶インゴットの成長方法が適用されたＳＲセルの中心の変化を示した図である。
【００９２】
本発明の一実施例において、図１に示した本発明の一実施例によるシリコン単結晶インゴットの成長装置を利用して８インチウエハを製造するために、シード１０の回転速度を約１３ｒｐｍ以上、好ましくは１６乃至１７ｒｐｍに設定し、ルツボ１１の回転速度を７ｒｐｍ以下、好ましくは１ｒｐｍ以下、最も好ましくは０．５乃至０．７ｒｐｍに設定し、アルゴン（Ａｒ）の流動率を約７０乃至６０ｌｐｍに、その圧力を約２５乃至５０ｔｏｒｒに制御し、インゴット１０の引き上げ速度（ｍｍ／ｍｉｎ）を０．６０ｍｍ／ｍｉｎ以上、好ましくは０．６４乃至０．６９ｍｍ／ｍｉｎに設定して、シリコン単結晶インゴットを成長させた。
【００９３】
この時、チャンバの外側に設置された上部及び下部コイル部材１６、１７に印加される電圧を異ならせることによって、図７Ａ乃至図７Ｄに示したように、上部及び下部磁場の比率を１．０〜４．０９まで増加させた時のシミュレーション（ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）の結果を示した。
【００９４】
図７Ａのように既存の条件で成長したシリコン単結晶インゴットの場合には、フラワ現象が発生し、図７Ｂでフラワ現象が減少し始め、図７Ｃ以後は完全に制御されることが確認された。
【００９５】
つまり、下部コイル部材１７の磁場の強さをＧ＿ｌｏｗｅｒとし、上部コイル部材１６の磁場の強さをＧ＿ｕｐｐｅｒとすると、上部及び下部磁場の比率が下記の数式６を満たす時に、フラワ現象が制御された。
【００９６】
１≦Ｇ＿ｌｏｗｅｒ／Ｇ＿ｕｐｐｅｒ  …（６）
これは、磁場の比率が増加することによってＳｉメルトの対流速度が４．４６７ｅ−２ｍ／ｓから４．２７９ｅ−２ｍ／ｓに減少するので、非対称磁場を通して下部コイル部材１７によって印加された強磁場がＳｉメルトの対流を抑制した結果であると考えられる。
また、図８Ａ乃至図８Ｄには、本発明によるシリコン単結晶インゴットの成長方法によって上部及び下部磁場の比率を変化させて、同一な速度でシードを回転させた時のＳＲセルの中心の位置の変化を示している。
【００９７】
図８Ａ乃至８Ｄを参照すれば、上部及び下部磁場の比率が１．０から４．０９に増加することによって、ＳＲセルの中心がシリコン単結晶インゴット１０側に移動することが分かり、これは、上部及び下部磁場の比率を増加させることによって、ＳＲセルの位置を制御するのに効果があることを示すものである。
【００９８】
そして、前記のように、上部及び下部磁場の比率が１．０から４．０９に増加する具体的な意味は、上部及び下部コイル部材１６、１７に印加される電流の値の比が非対称に印加される可能性があることを示し、これは、上部及び下部コイル部材１６、１７に印加される数値の入力のような簡単な操作を通じて実現することができる。
【００９９】
また、実験の範囲が下記の表１に示したように１（対称）より大きくなるほど、フラワ現象が抑制されて減少するので、その比率が４．０９倍まで増加したのである。実験の結果から、その上限値を定めない理由は、図７Ａ乃至図８Ｄに示したように、比率が大きくなるほどフラワ現象を抑制する効果が大きくなるためである。
【０１００】
そして、これは、シリコン融液内の対流現象と関連して、シード及びルツボ１１の回転によって発生したセル、特にＳＲセルの拡張を非対称磁場によって抑制することによって、フラワ現象が制御されるのである。
【０１０１】
下記の表１は、従来の方法及び本発明による方法よる実際のフラワ現象の発生比率を示したものであって、表１で９はフラワ現象が発生した場合であり、３はフラワ現象の発生が微小である場合であり、１はフラワ現象が完全に制御された場合である。
【０１０２】
【表１】
2007031274.tif 000003
【０１０３】
結果的に、シリコン単結晶インゴットの成長装置の上部及び下部コイル部材１６、１７に印加される電流の値を異ならせることによって、ヒータ（ｈｅａｔｅｒ）の長さや上部及び下部の断熱によって供給されるパワー（Ｐｏｗｅｒ）などを調節せずに、シリカルツボの溶解速度及びシリコン融液の対流を制御することができた。
【０１０４】
つまり、非対称磁場を印加する時に、下部磁場及び上部磁場の比率を調整して、ＳＲセル（Ｃｅｌｌ）の中心がシリコン融液の表面半径の３０％〜８０％以内にあるようにすることによって、フラワ現象を制御することができた。
【０１０５】
好ましくは、ＳＲセルの中心がシリコン融液の表面半径の６０％以内にあるようにすることによって、フラワ現象を制御することができた。
【０１０６】
本発明の一実施例によれば、ＳＲの回転速度を遅くすることによって、垂直温度傾き（Ｇ）の値の低下を伴い、品質の変化によって生産性が低下せず、非対称磁場を適用することによって、ＳＲセルの中心の位置がルツボ１１側に押し出されていくのを抑制することができる。これは、同一な高速ＳＲを適用する場合に、ＳＲセルがルツボ１１側に押し出されていくのをＳＲの回転速度の低下なく、非対称磁場によって抑制することができることを意味する。
【０１０７】
そして、前記のように、ＳＲセルの中心をシリコン融液の表面半径の６０％以内にして、その下限値を定めない理由は、ＳＲセルの位置によるフラワ現象の発生において、ＳＲセルの位置が内側に入ってくる場合にはフラワ現象が発生しないためである。実際に、ＳＲを１ｒｐｍでも実施したが、フラワ現象は発生しなかった。
【０１０８】
また、上部及び下部磁場の比率を調整して、フラワ現象の発生時よりＳＲセルの中心がシリコン単結晶インゴット１０側に移動して存在するようにする。
【０１０９】
これについて、より具体的に説明すると、各装遅間の偏差によって実際に駆動される対流パターンに若干の誤差があり得、例えば、同一な条件を適用する場合に、一つの装置ではフラワ現象が発生しないが、他の装置ではフラワ現象が発生することがある。この場合、フラワ現象の抑制のために、本発明による製造方法を適用することができることを意味する。
【０１１０】
また、上部及び下部磁場の比率が１以上である磁場を適用する工程において、非対称磁場でフラワ現象を抑制することができることを示すが、ＳＲセルの中心の位置を、非対称磁場を適用してフラワ現象の発生が抑制される位置に位置するように制御する手段として使用した。
【０１１１】
しかし、ＳＲセルの中心の位置は、ＺＧＰ（Ｚｅｒｏ Ｇａｕｓｓ Ｐｌａｎｅ）の位置（比率または磁石部材の物理的な移動）を通じていくらでも移動が可能で、それにより、対流パターンも変化するため、ＳＲ中心セルの位置はいくらでも変化することができる。また、前記のように、フラワ現象は、ＳＲの位置だけでなく、多様な原因によって発生するが、いかなる原因によってでも、非対称磁場の技術を適用する場合には、フラワ現象を抑制することができるということを意味する。
【０１１２】
したがって、上部及び下部磁場の比率が増加することによって、フラワ現象が完全に制御されることを示す。
【０１１３】
図９は本発明の一実施例によるシリコン単結晶インゴットの成長方法によって製造されたウエハの半径方向に沿った酸素濃度の水準を示した図である。
【０１１４】
これによれば、本発明の一実施例によるシリコン単結晶インゴットの成長方法によって製造されたウエハにおいて、その半径方向に沿った酸素濃度の分布の誤差が８％内でほぼ均一であり、フラワ現象によるアンダーダイアメータ現象も２０７ｍｍ直径のインゴットを成長させる場合に半径方向に沿って両端部で２ｍｍ程度起こるだけで、ほとんど起こらないことが分かる。
【０１１５】
本発明によるシリコン単結晶インゴットの成長装置及び成長方法は、下記のような効果がある。
【０１１６】
本発明の一実施例によるシリコン単結晶インゴットの成長装置及び方法は、生産されるシリコン単結晶インゴットの酸素、比抵抗、点欠陥の程度などの多様な等級（Ｇｒａｄｅ）の品質に関係なく全てに適用が可能で、全ての範囲の製品（インゴット、ウエハ）に対してフラワ現象の抑制効果があるため、良質のシリコン単結晶インゴット及びシリコンウエハを製造することができる。
【０１１７】
また、本発明の一実施例によるシリコン単結晶インゴットの成長装置及び方法によって非対称磁場を適用することによって、垂直温度傾き（Ｇ）の値の影響はＳＲの変化による垂直温度傾き（Ｇ）の値の変化より顕著であるばかりか、シリコン単結晶インゴット１０の長手方向に対する酸素濃度の変化を抑制することができるようになる。
【０１１８】
また、本発明の一実施例によるシリコン単結晶インゴットの成長装置及び方法によって非対称磁場を適用することによって、シリコン単結晶インゴットの成長時に発生するフラワ現象を完全に抑制することができ、フラワ現象の発生時にどうしても発生してしまうアンダーダイアメータ（ＵｎｄｅｒＤｉａｍｅｔｅｒ）によるプライム（Ｐｒｉｍｅ）の長さの低下、Ｐ／Ｓダウン（Ｄｏｗｎ）などのパラメタ（Ｐａｒａｍｅｔｅｒ）の変更による生産性の低下の影響を受けない。
【０１１９】
つまり、工程中のフラワ現象を制御する時に、非対称磁場の制御を通じて、特にメルト境界面近くのＳＲによる対流を制御することによって、単結晶の口径のアンダーダイアメータを防止して、生産性が高く品質の良いシリコン単結晶インゴットを成長させることができる。
【０１２０】
そして、本発明によれば、中、小口径だけでなく、２００ｍｍ以上の大口径の単結晶を製造するチョコラルスキ法で、非対称磁場の制御を通じて、シリコン単結晶インゴットの成長時に発生するフラワ現象に対する制御を、追加的なホットゾーン（Ｈ／Ｚ）の変更、Ｐ／Ｓダウン、ＳＲの変化などの損失なく行うことができる。
【０１２１】
また、非対称磁場の制御を通じて、口径及びチャージサイズ（Ｃｈａｒｇｅ Ｓｉｚｅ）による単結晶の長さに関係なく、シリコン単結晶インゴット全体の長手方向に均一な直径の制御によって、生産性を向上させることができる。
【０１２２】
また、中小口径だけでなく、２００ｍｍ以上の大口径の単結晶を製造するチョコラルスキ法で、非対称磁場の制御を通じて、多様に要求される酸素濃度の水準を、追加的なホットゾーン（Ｈ／Ｚ）及びパラメタの変更などの損失なく、単結晶の長手方向に酸素濃度を均一に制御することができる。
【０１２３】
そして、単結晶の酸素濃度を制御する時に、ＺＧＰの位置をシリコン融液の表面の上部に位置させて、非対称磁場の制御を通じて、特に結晶後半部の酸素濃度を均一に制御することによって、生産性を向上させることができ、品質の良いシリコン単結晶インゴットを成長させることができる。
【０１２４】
本発明は図面に示した一実施例を参照して説明したが、これは例示的なものにすぎず、当該技術分野で通常の知識を有する者であれば、これから多様な変形及び均等な実施例が可能であるという点を理解することができる。従って、本発明の真の保護範囲は、特許請求の範囲によってのみ決められなければならない。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】本発明の一実施例によるシリコン単結晶インゴットの成長装置の構成を概略的に示した図である。
【図２】本発明の他の実施例によるシリコン単結晶インゴットの成長装置の構成を概略的に示した図である。
【図３】本発明の一実施例によるシリコン単結晶インゴットの成長方法によるシリコン単結晶インゴットの長手方向に沿った酸素濃度の均一度を従来例と比較したグラフである。
【図４】本発明の一実施例によるシリコン単結晶インゴットの成長方法による酸素濃度調節プロファイルを示したグラフである。
【図５】本発明の一実施例によるシリコン単結晶インゴットの成長方法において、多様な非対称磁場の比率による酸素濃度の水準を示したグラフ、及び磁場の比率による酸素濃度水準の定量的な値を示した図表である。
【図６】本発明の他の実施例によるシリコン単結晶インゴットの成長方法において、同一な非対称磁場の比率を維持した状態で、磁場の強さによる酸素濃度の水準を示した表及びグラフ、及び磁場の強さによる酸素濃度の水準の定量的な値を示した図表である。
【図７Ａ】本発明の一実施例によるシリコン単結晶インゴットの成長方法が適用された非対称磁場のシミュレーションの結果を示した図である（その１）。
【図７Ｂ】本発明の一実施例によるシリコン単結晶インゴットの成長方法が適用された非対称磁場のシミュレーションの結果を示した図である（その２）。
【図７Ｃ】本発明の一実施例によるシリコン単結晶インゴットの成長方法が適用された非対称磁場のシミュレーションの結果を示した図である（その３）。
【図７Ｄ】本発明の一実施例によるシリコン単結晶インゴットの成長方法が適用された非対称磁場のシミュレーションの結果を示した図である（その４）。
【図８Ａ】本発明の一実施例によるシリコン単結晶インゴットの成長方法が適用されたＳＲセルの中心の変化を示した図である（その１）。
【図８Ｂ】本発明の一実施例によるシリコン単結晶インゴットの成長方法が適用されたＳＲセルの中心の変化を示した図である（その２）。
【図８Ｃ】本発明の一実施例によるシリコン単結晶インゴットの成長方法が適用されたＳＲセルの中心の変化を示した図である（その３）。
【図８Ｄ】本発明の一実施例によるシリコン単結晶インゴットの成長方法が適用されたＳＲセルの中心の変化を示した図である（その４）。
【図９】本発明の一実施例によるシリコン単結晶インゴットの成長方法によって製造されたウエハの半径方向に沿った酸素濃度の水準を示した図である。
【符号の説明】
【０１２６】
１０    シリコン単結晶インゴット
１１    ルツボ
１２    シリコン融液
１３    支持台
１４    ヒータ
１５    保温材
１６    上部コイル部材
１７    下部コイル部材
１８    熱シールド
１９    回転軸
２３、２５    磁束誘導部材
【図１】
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【図２】
2007031274.tif 000005
【図３】
2007031274.tif 000006
【図４】
2007031274.tif 000007
【図５】
2007031274.tif 000008
【図６】
2007031274.tif 000009
【図７Ａ】
2007031274.tif 000010
【図７Ｂ】
2007031274.tif 000011
【図７Ｃ】
2007031274.tif 000012
【図７Ｄ】
2007031274.tif 000013
【図８Ａ】
2007031274.tif 000014
【図８Ｂ】
2007031274.tif 000015
【図８Ｃ】
2007031274.tif 000016
【図８Ｄ】
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【図９】
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