(57)【要約】      （修正有）【課題】微小電子（microelectronic）素子製造方法及び装置に関するもので、より詳しくはシリコンインゴット製造方法及びそれによって製造されたシリコンインゴット及びウェーハを提供する。【解決手段】シリコンインゴットがインタースチシャル固まりを防止できるくらい十分高いが、べーカンシー固まりをべーカンシー豊富領域Ｖ内に制限できるくらい十分低いインゴットの引上速度プロファイルで、ホットゾーン炉内の溶融物からインゴットを軸方向に引上させることで製作される。このように引上されたインゴットは各べーカンシー固まりを含むその中央のべーカンシー豊富領域Ｖと、べーカンシー豊富領域Ｖとウェーハの縁部分の間に位置しながらべーカンシー固まり及びインタースチシャル固まりがない無欠陥領域Ｐを有する複数個のセミ-無欠陥ウェーハＷ１乃至Ｗ４にスライシングされる。【選択図】図１７
2007238440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つのシリコンインゴットから製造された複数個のセミ−無欠陥単結晶シリコンウェーハとして、前記各セミ−無欠陥単結晶シリコンウェーハはベーカンシー固まりを含めてその中央に位置するベーカンシー豊富領域と前記ベーカンシー豊富領域とウェーハの縁部分の間に位置しベーカンシー固まりとインタースチシャル固まりがない無欠陥領域を有しながら、前記各ウェーハのベーカンシー豊富領域は同一直径を有することを特徴とする複数個のセミ−無欠陥単結晶シリコンウェーハ。
【請求項２】
前記各ウェーハはその上に確認標識がさらに含まれ、前記各ウェーハ上の前記確認標識は各ウェーハが一つのシリコンインゴットから製造されたことを表すことを特徴とする請求項１に記載の複数個のセミ−無欠陥単結晶シリコンウェーハ。
【請求項３】
前記各ウェーハは同じウェーハの面積を有し、前記各ウェーハの無欠陥領域は前記ウェーハの面積の少なくとも３６％であることを特徴とする請求項１に記載の複数個のセミ−無欠陥単結晶シリコンウェーハ。
【請求項４】
前記各ウェーハの無欠陥領域は前記ウェーハの面積の少なくとも６０％であることを特徴とする請求項３に記載の複数個のセミ−純粋単結晶シリコンウェーハ。
【請求項５】
一つのシリコンインゴットから製造された複数個の無欠陥単結晶シリコンウェーハとして、前記各無欠陥単結晶シリコンウェーハはベーカンシー固まり及びインタースチシャル固まりがないことを特徴とする複数個の、無欠陥単結晶シリコンウェーハ。
【請求項６】
前記各ウェーハはその上に確認標識がさらに含まれるし、前記各ウェーハ上の前記確認標識は各ウェーハが一つのシリコンインゴットから製造されたことを表すことを特徴とする請求項５に記載の複数個の純粋単結晶シリコンウェーハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は微小電子(microelectronic)素子製造方法及び装置に関するもので、より詳しくはシリコンインゴット製造方法及びそれによって製造されたシリコンインゴット及びウエハに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
集積回路は消費者に広範囲に使用されており、商業的にも広く使用されている。集積回路は一般的に単結晶から製造される。集積回路の集積密度が継続的に増加されることによって集積回路のための高品質の単結晶半導体物質を提供することが重要になってくる。
【０００３】
集積回路は典型的に大型単結晶シリコンインゴットの製造、ウェーハへのインゴットスライシング、ウェーハ上での数多くの微小電子素子製造工程の遂行及びパッケージされた個別集積回路へのウェーハの切断によって製造される。
【０００４】
シリコンインゴットの純度及び結晶化度はそれから製造される最終集積回路装置の性能に大きい影響を与えるので欠陥の数が減少されたインゴット及びウェーハの製造のための努力が増加されてきた。
【０００５】
従来の単結晶シリコンインゴットを製造する一般的方法をこれから説明する。このような方法の概略はウルフとタウバー氏によって1986年作成された非特許文献１にあり、これの開始はここで参考資料として使用される。
【０００６】
単結晶シリコンの製造で電子級(electronic grade)多結晶は単結晶シリコンインゴットに転換される。クォチャイトのような多結晶シリコンは電子級多結晶に精製される。精製された前記電子級多結晶シリコンはチョクラルスキー(CZ)法またはフラットゾーン(FZ)技術を使用して単結晶インゴットに成長される。本発明のCZ技術を使用してシリコンインゴットを製造することと関連されるので、以下この技術に関して調べてみる。
【０００７】
チョクラルスキー成長は、接触面で液状から原子の結晶性の固状化と関連がある。具体的に、釜に電子級多結晶シリコンが充填されこの充填物は溶融される。正確な方向許容値を有するシリコンシード結晶が前記溶融シリコンに下降する。続いて、シード結晶が軸方向に制御された速度で持ち上げられる。前記シード結晶と釜は一般的に引上過程の間にお互い反対方向に回転する。
【０００８】
初期引上速度は一般的に相対的に速いので、シリコンの狭いネックが形成される。続いて、溶融温度が減少及び安定化されることによって所望のインゴット直径が形成される。このような直径は一般的に引上速度を制御することにより維持される。引上は充填物が殆ど消尽される時まで続くし、この時テールが(Tail)が形成される。
【０００９】
図２１はチョクラルスキープーラーの概略図である。図２１に図示されたように、チョクラルスキープーラー100は炉（furnace）、結晶引上メカニズム、環境制御機及びコンピュータ化された制御システムを含む。前記チョクラルスキー炉は一般的にホットゾーン炉（hot zone furnace）と呼ばれる。
【００１０】
前記ホットゾーン炉は加熱要素102、104、クォーツでできている内部の釜106、黒鉛でできている外部の釜108及び図示されたように第1方向112で回転する回転軸110を含む。熱遮断板114が付加的な熱分配を遂行することができる。
【００１１】
前記結晶引上メカニズムは図示されたように第1方向112に反対である第2方向122に回転することができる結晶引上軸120を含む。前記結晶引上軸120はシード結晶124を掴んでいるし、釜106内の溶融された多結晶充填物126からインゴット128を形成するために引上される。
【００１２】
前記環境制御システムはチャンバー蓋130、冷却ポート132及び図示されない他の流動制御機及び真空排気システムを含む。コンピュータ化された制御システムは前記加熱要素、プーラー及び他の電気的、機械的要素を制御するために使用される。
【００１３】
単結晶シリコンインゴットを成長させるために、前記シード結晶124は溶融されたシリコン充填物126と接触しながら、次第に軸方向（上側）に引上される。単結晶シリコンへの前記溶融シリコン充填物126の冷却及び固状化はインゴット128と溶融シリコン126の接触面130′で行われる。
【非特許文献１】ウルフおよびタウバー著、テキストブック"Silicon Processing for the VLSI Era, Volume 1, Process Technology"、1章、1-35ページ、1986年
【特許文献１】特開平０８−３３０３１６号公報
【特許文献２】特開平０３−１５３５９５号公報
【特許文献３】特開平０８−２３６４４２号公報
【特許文献４】特開昭６４−０１５３６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
実際のシリコンインゴットは欠陥を含むので理想的な単結晶インゴットとは異なる。このような欠陥は集積回路装置を製造するのに望ましくない。このような欠陥は一般的に点欠陥（point defect）または固まり（agglomerates：3次元欠陥）で分類される。
【００１５】
点欠陥はベーカンシー点欠陥とインタースチシャル点欠陥という二つの一般的な形態がある。ベーカンシー点欠陥では一つのシリコン原子がシリコン結晶格子で正常的な位置の一つから離脱したものである。このようなべーカンシーがベーカンシー点欠陥になる。一方、原子がシリコン結晶の非格子地点（インタースチシャルサイト）で発見されるとこれはインタースチシャル点欠陥になる。
【００１６】
点欠陥は一般的に前記溶融シリコン126と固状シリコン（インゴット）128の間の接触面130′で形成される。しかし、インゴット128が継続的に引上されることによって接触面であった部分は冷却し始める。冷却の間、ベーカンシー点欠陥とインタースチシャル点欠陥の拡散が欠陥をお互い合併してベーカンシー固まりまたはインタースチシャル固まりを形成する。固まりは点欠陥の合併に起因して発生する3次元構造である。インタースチシャル固まりはディスロケーション欠陥またはD-ディフェクト（D-defect）と呼ばれたりもする。
【００１７】
このような固まりは時々このような欠陥を検出するために使用される技術によって銘々されることもある。従って、ベーカンシー固まりは時々COP（Crystal Originated Particles）、 LST（Laser Scattering Tomography）欠陥、またはFPD（Flow Pattern Defects）と呼ばれたりもする。インタースチシャル固まりはL/D（Large/Dislocation）固まりと知られている。単結晶シリコンで欠陥に対する論議はウルフ及びタウバ氏によって前述したテキストブックの2枚に提供されているし、これらも本出願の参考資料として使用する。
【００１８】
多くのパラメータが欠陥の数が少ない高純度インゴットを成長させるために制御される必要があるということは既に知られている事実である。例えば、シード結晶の引上速度及びホットゾーン構造で温度勾配を制御することがよく知られている。
【００１９】
ボロンコブの理論でV対Gの比（V/Gで言及される）がインゴットで点欠陥の濃度を結晶することが分かり、ここでVはインゴットの引上速度で、Gはインゴット-溶融物接触面の温度勾配を表す。ボロンコブの理論はボロンコブ氏が著述した"The Mechanism of Swirl Defects Formation in Silicon" ［Journal of Crystal Growth, Vol. 59, 1982, pp.625-643］に詳細に記述されている。
【００２０】
ボロンコブ理論の適用は1996年11月25日から29日の間開かれたシリコン物質に対する向上された科学技術に関する第2次国際シンポジウム（Second International Symposium on Advanced Science and Technology of Silicon Material）で本出願の発明者が発表した論文"Effect of Crystal Defects on Device Characteristics" の519ページに載っている。
【００２１】
論文の図15で、本出願の図２２に再生された、V/Gの関数としてベーカンシー及びインタースチシャル濃度を図式的に表現した。ボロンコブの理論はウェーハでベーカンシー/インタースチシャル混合の発生はV/Gによって決定されることを説明している。より詳しくは、V/G比が臨界点以上ではベーカンシー豊富インゴットが形成される反面、V/G比が臨界点以下ではインタースチシャル-豊富インゴットが形成される。
【００２２】
物理学者、材料科学者及び他の多くの人々によって数多くの理論的な研究や、チョクラルスキープーラー製作者らによるたくさんの経験的な研究にもかかわらず単結晶シリコンウェーハで欠陥密度を減らすための必要性は継続されている。結局究極的な要望はベーカンシー及びインタースチシャル固まりがない無欠陥シリコンウェーハに対することである。
【００２３】
本発明の目的は、インタースチシャル固まりを防止する程度に十分に高いがベーカンシー固まりをインゴットの軸方向に沿ってベーカンシー豊富領域に制限できる程度に十分に低いインゴットの引上速度プロファイルでホットゾーン炉内の溶融物からインゴットを軸方向に引上させることで形成されるホットゾーン炉でのシリコンインゴット製造方法を提供することにある。
【００２４】
このようにして引上られた前記インゴットは各ベーカンシー固まりを含むその中央のベーカンシー豊富領域と前記ベーカンシー豊富領域とウェーハの縁部位の間に位置してベーカンシー固まり及びインタースチシャル固まりがない無欠陥領域を有する複数個のセミ-無欠陥ウェーハにスライシングされる。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明は点欠陥の濃度が一定である臨界濃度を超える場合のみに点欠陥から固まりが形成されることができるということを実現化したことから由来する。点欠陥濃度（ベーカンシーまたはインタースチシャル）がこのような臨界濃度以下に維持することができるのであれは、インゴットが引上される時、固まりが形成されることはできない。
【００２６】
点欠陥濃度を臨界点欠陥濃度以下に維持するためにインゴット-溶融物接触面での温度勾配に対する引上速度の比率（V/G）は、（1）インタースチシャル固まりを防止するために維持されなければならないインゴット-溶融物の接触面での温度勾配に対する引上速度の第1臨界比以上、（2）ベーカンシー固まりをインゴットの中央にあるベーカンシー豊富領域内に制限するために超えないインゴット-溶融物接触面での温度勾配に対する引上速度の第2臨界比以下に制限される。
【００２７】
従って、前記引上速度プロファイルはインゴットがホットゾーン炉内のシリコン溶融物から引上される時温度勾配に対する引上速度の比率が前記第1臨界比以上、前記第2臨界比以下に維持されるように調節される。
【００２８】
本発明の他の手段によると、インタースチシャル固まりを防止することができる程度に十分高いが、ベーカンシー固まりを防止することができる程度に十分低いインゴットの引上速度プロファイルでインゴットがホットゾーン炉内のシリコン溶融物から引上される。
【００２９】
従って、このようなインゴットがウェーハにスライシングされると、前記ウェーハは、点欠陥は含むがベーカンシー固まり及びインタースチシャル固まりがない無欠陥（pure）シリコンウェーハになる。
【００３０】
本発明の前記の手段によると、V/G比がより狭い範囲内に制限されると、点（point）インタースチシャル濃度や点ベーカンシー濃度全てが固まりを形成する臨界点欠陥濃度以下に維持できるように決定される。
【００３１】
無欠陥シリコンを形成するために、インタースチシャル固まりを防止するために維持されるインゴット-溶融物の接触面での温度勾配に対する引上速度の第1臨界比が決定される。
【００３２】
ベーカンシー固まりを防止するために超えない、インゴット-溶融物接触面での温度勾配に対する引上速度の第2臨界比も決定される。続いて、インゴットがホットゾーン炉内のシリコン溶融物から引上される時、温度勾配に対する引上速度の比率が前記第1臨界比以上、前記第2臨界比以下に維持される引上速度プロファイルが決定される。
【００３３】
インゴット-溶融物の接触面で温度勾配に対する引上速度の比率が前記二つの臨界比の間で維持されるようにするためには半径方向（radial）温度勾配及び軸方向（axial）温度勾配が考慮される。半径方向でウェーハを横切る温度勾配は縁部と比較してウェーハの中央部が経験する他の熱的環境によって一般的に多様である。
【００３４】
より詳しくは、温度勾配は一般的に熱的特性によってウェーハの中央に比べウェーハの縁部分でより高い。引上速度はウェーハを横切って常に一定である。従って、V/Gの比は一般的に半径方向でウェーハの中央から縁部位に行くことにより減少する。前記引上速度及びホットゾーン炉はV/G比がウェーハの中央からウェーハの縁部分の拡散距離以内まで固まりを誘発する臨界点欠陥濃度以下に、即ち前記第1及び第2臨界比の間で維持されるように設計する。
【００３５】
類似な考慮を軸方向に対して適用する。軸方向では温度勾配が一般的にインゴットの増加された熱量（thermal mass）に起因してインゴットがより多く引上されると減少する。従って、インゴットが引上されるとき、引上速度は一般的に前記第1及び第2臨界比の間でV/Gの比が維持されるように減少されなければならない。
【００３６】
従って、V/Gを二つの臨界比の間で維持されるように引上速度を制御することでその中央にベーカンシー豊富領域を有しながら前記ベーカンシー豊富領域とウェーハの縁部分の間に無欠陥領域を有するセミ-無欠陥ウェーハが形成されることができる。前記ベーカンシー豊富領域は固まり欠陥のみではなく、ベーカンシー点欠陥も含むことができるし、前記無欠陥領域はベーカンシー固まりまたはインタースチシャル固まりのどちらも含まない。選択的にそして望ましくは点欠陥は含まれるが、ベーカンシー固まり及びインタースチシャル固まりがない無欠陥ウェーハが形成されることができる。
【００３７】
前記第1及び第2臨界比は実験的にまたはシミュレーションによって決定される。前記臨界比は基準インゴットをウェーハにスライシングすることで、または基準インゴットを軸方向にスライシングすることで実験的に決定することができる。実験及びシミュレーション技術を結合的に使用することもできる。
【００３８】
特に、前記第1及び第2臨界比は基準インゴットを引上速度の一定の範囲にわたって可変させた引上速度でホットゾーン炉内のシリコン溶融物から引上させることで実験的に決定できる。
【００３９】
続いて、前記インゴットはウェーハにスライシングされる。セミ-無欠陥（semi-pure）ウェーハに対しては設定された大きさのベーカンシー豊富領域を有しながらインタースチシャル固まりがないウェーハが確認される。望ましくは最小のベーカンシー豊富領域を有しながらまたインタースチシャル固まりがないウェーハが確認される。セミ-無欠陥シリコンのための前記第1及び第2臨界比は前記確認されたウェーハの引上速度及びインゴット内で前記確認されたウェーハの位置から計算される。
【００４０】
無欠陥シリコンウェーハに対する前記第1及び第2臨界比を決定するためには基準インゴットが引上され、ウェーハにスライシングされた後、ベーカンシー固まり及びインタースチシャル固まりがないウェーハが確認される。無欠陥シリコンのための前記第1及び第2臨界比は前記確認されたウェーハの引上速度及びインゴット内で前記確認されたウェーハの位置から計算される。
【００４１】
前記基準インゴットは望ましくは、第1引上速度から前記第1引上速度より小さい第2引上速度に、前記第1引上速度より小さいかまたは高いし、前記第2引上速度より高い第3引上速度に至る引上速度の範囲に渡って可変する引上速度で引上される。
【００４２】
前記第1、第2及び第3引上速度は望ましくはインゴットの好ましい直径と予想されるV/G比に依存する。望ましくは引上速度での線形的な変化が前記第1及び第2臨界比が決定されるように使用される。
【００４３】
他の実験技術では、基準インゴットが一定の範囲の引上速度に渡って可変する引上速度でホットゾーン炉内のシリコン溶融物から引上される。続いて前記基準インゴットは軸方向にスライシングされる。
【００４４】
セミ-無欠陥ウェーハのために前記軸方向にスライシングされた基準インゴットで最小のベーカンシー豊富領域を有しながらインタースチシャル固まりがない少なくとも一つの軸方向の位置が確認される。
【００４５】
前記セミ-無欠陥シリコンのための前記第1及び第2臨界比は前記軸方向にスライシングされたインゴット内で前記確認された軸方向位置に対応する引上速度から計算される。
【００４６】
パーフェクトシリコンを形成するために軸方向にスライシングされた基準インゴット内でインタースチシャル及びベーカンシー固まりがない少なくとも一つの軸方向の位置が確認される。無欠陥シリコンのための前記第1及び第2臨界比は前記確認された少なくとも一つの軸方向の位置と前記軸方向にスライシングされたインゴット内で前記確認された軸方向位置の地点から計算される。
【００４７】
前記第1及び第2臨界比はまたシミュレーションを使用して理論的に決定することもできる。特に、前記第1及び第2臨界比はボロンコブの理論から確認されることもあり得る。半径方向温度勾配プロファイルに対する引上速度はインゴット引上の間に特定のホットゾーン炉のシミュレーティング作動によって決定されることもあり得る。
【００４８】
軸方向温度プロファイルに対する引上速度はインゴット引上の間にホットゾーン炉のシミュレーティング作動によって決定され得る。インゴットで温度勾配に対する引上速度の比率が前記第1臨界比以上、第2臨界比以下で維持される引上速度プロファイルが前記半径方向温度勾配プロファイルに対するシミュレーティングされた引上速度及び軸方向温度勾配プロファイルに対する前記シミュレーティングされた引上速度から決定され得る。
【００４９】
また、無欠陥シリコンのための前記第1及び第2臨界比が二つの段階の過程で確認されることができるということも分かる。先ず、セミ-無欠陥シリコンのための第1及び第2臨界比は、実験的及び/または理論的に決定され得る。次に、ホットゾーン構造が前記第1及び第2臨界比が実験的及び/または理論的に決定される時まで修正されることが可能である。
【００５０】
本発明は一つのシリコンインゴットから製造される複数個のセミ-無欠陥単結晶シリコンウェーハを提供することができる。前記セミ-無欠陥シリコンウェーハのそれぞれはベーカンシー固まりを含む中央に形成されたベーカンシー豊富領域と前記ベーカンシー豊富領域とウェーハの縁部分の間でベーカンシー固まり及びインタースチシャル固まりがない無欠陥領域を有する。
【００５１】
前記各ウェーハのベーカンシー豊富領域は本質的に同一直径を有する。望ましくは、前記無欠陥領域は少なくともウェーハ面積の36％で、より望ましくは少なくともウェーハ面積の60％になる。
【発明の効果】
【００５２】
従って、前記V/G比がより細密に制御されるのであれば、本発明は一つのシリコンインゴットから製造された複数個の無欠陥単結晶シリコンウェーハを生産することができるし、前記各無欠陥シリコンウェーハにはベーカンシー固まり及びインタースチシャル固まりが存在しない。
【００５３】
すなわち、インゴット-溶融物の接触面での温度勾配に対する引上速度の比を上部下部の境界の間に維持させることで固まりの欠陥がウェーハの中央のベーカンシー豊富領域に抑制され得るし、または除去されて無欠陥シリコンウェーハを生産することもできるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
以下、本発明の具体的な実施形態例を添付した図面を参照に詳しく説明する。一方、本発明は多くの他の形態に具現され得るし、以下で言及された実施形態例に限定されることではない。
【００５５】
まず本発明の要約を述べると、本発明は、シリコンインゴットがインタースチシャル固まりを防止できるくらい十分高いが、ベーカンシー固まりをベーカンシー豊富領域内に制限できるくらい十分低いインゴットの引上速度プロファイルで、ホットゾーン炉内の溶融物からインゴットを軸方向に引上させることで製作される。このように引上られたインゴットは各ベーカンシー固まりを含むその中央のベーカンシー豊富領域と、ベーカンシー豊富領域とウェーハの縁部分の間に位置しながらベーカンシー固まり及びインタースチシャル固まりがない無欠陥領域を有する複数個のセミ-無欠陥ウェーハにスライシングされる。本発明の他の形態によると、インタースチシャル固まりを防止することができるくらい十分高いがベーカンシー固まりを防止することができるくらい十分低いインゴットの引上速度のプロファイルでインゴットがホットゾーン炉内のシリコン溶融物から引上される。
【００５６】
従って、このようなインゴットがウェーハにスライシングされるとウェーハは、点欠陥は含むがベーカンシー固まり及びインタースチシャル固まりがない無欠陥（pure）シリコンウェーハになる。
【００５７】
＜概観：ベーカンシー豊富及びパーフェクトウェーハ＞
図１乃至図２を参照して、（1）その中央に形成されるしベーカンシー固まりを含むベーカンシー豊富領域及び（2）前記ベーカンシー豊富領域と前記ウェーハの縁部分の間に位置してベーカンシー固まり及びインタースチシャル固まりがない無欠陥領域（pure region）を有するセミ-無欠陥ウェーハの製造に対する概観を説明する。
【００５８】
図１で示されるように、このようなベーカンシー豊富ウェーハの製造はボロンコブ（Voronkov）の理論から始まる。
【００５９】
ボロンコブの理論は図１に図式的に表示されている。縁部分Eから始まって、中央Cで終わる線で分かるように、インゴット溶融物の表面で温度勾配に対する引上速度の比が、V/Gで表現される「ポイントa」に表示された縁部分Eからの拡散距離での（V/G）1より大きく、中央Cでの（V/G）2より小さく維持されるのであれば、その中央にベーカンシー豊富領域及び前記ベーカンシー豊富領域とウェーハの縁部分の間の無欠陥領域を有するセミ-無欠陥ウェーハが製造されることができるということが本発明によって明らかになった。
【００６０】
特に、V/Gはインゴットでウェーハを横切る半径方向に変化するし、一般的にウェーハの中央と縁部分での他の熱的特性に起因してウェーハの中央から縁部分に進むことにより減少する。従って、備えられたウェーハは図１で見るようにその中央（C）から縁部分（E）に至るまでの半径方向V/G範囲を有する。
【００６１】
シリコンインゴット及びウェーハの製造での最大の関心はウェーハでベーカンシーまたはインタースチシャルの固まり（agglomerates）の形成にある。固まりは溶融物からインゴットの製作初期の間に形成される点欠陥の合併に起因して形成されることと知られている。
【００６２】
前記点欠陥濃度は一般的に前記シリコンインゴットとシリコン溶融物の間の接触面での条件によって決定される。続いて、インゴットがさらに引上られることによって拡散及び冷却が固まりを形成するための点欠陥の合併を決定する。
【００６３】
図２で分かるように、本発明によると、各点欠陥がその以下で固まりに合併されない臨界ベーカンシー点欠陥濃度［V］*及び臨界インタースチシャル点欠陥濃度［I］*が存在することが分かった。
【００６４】
本発明によると、点欠陥の濃度がウェーハの周辺領域でこのような臨界濃度以下に維持されるのであれば、ベーカンシー豊富領域がウェーハの中央に形成され、ウェーハの縁部分と前記ベーカンシー豊富領域の間に無欠陥領域が形成されることが明らかになった。
【００６５】
従って、図２で分かるように、ベーカンシー濃度はその中央C付近を除外してウェーハを横切って臨界ベーカンシー濃度［V］*以下に維持される。従って、図３で分かるようにベーカンシー豊富領域［V］がその中央に形成され、ベーカンシー豊富領域［V］外枠からウェーハの縁部分の領域はベーカンシー固まりがないし、［P］表示する（無欠陥またはパーフェクト）。
【００６６】
インタースチシャルに対して再び図２を参照すると、インタースチシャル濃度はウェーハの中央からポイントaに対応するウェーハの縁部分Eから拡散距離LIに至るまで前記臨界インタースチシャル濃度［I］*以下に維持される。
【００６７】
ウェーハの拡散距離LIと縁部分Eの間で、たとえ前記インタースチシャル濃度が初期にインゴット-溶融物の接触面で前記臨界濃度［I］*以上であれば、拡散によってインタースチシャルベーカンシーはインゴットから拡散されていくし結晶成長の間に固まりを形成しない。
【００６８】
従って、図３で分かるようにその中央にベーカンシー豊富領域［V］と縁部分と前記ベーカンシー豊富領域の間にパーフェクト領域［P］が形成される。望ましくは前記無欠陥領域［P］は少なくともウェーハの面積の36％、より望ましくは少なくともウェーハ面積の60％になる。
【００６９】
図３でのウェーハを形成するためにV/Gはポイントaで（V/G）1より大きいし、中央Cで（V/G）2と同じかより少なくなるように維持されなければならない。V/Gの比率を前記二つの臨界値の間で維持されるようにするためには二つの熱的考慮をしなければならない。はじめに、ウェーハの中央Cからウェーハの拡散距離aに至る半径方向温度勾配Gがこのような値内に維持されなければならない。
【００７０】
従って、中央でのV/Gはベーカンシー固まりをベーカンシー豊富領域内に抑制するために（V/G）2に近接しなければならない。さらに、縁部分からの拡散距離L1でのV/Gはインタースチシャル固まりを防止するために（V/G）1より大きく維持されなければならない。従って、炉のホットゾーンはウェーハの中央からウェーハの拡散距離に至るまでV/Gが（V/G）2と（V/G）1の間で維持されるように、Gの変化が維持されなければならない。
【００７１】
その次は、Gがウェーハがシード（seed）から始まって、テール（tail）で終わるまで溶融物から引上されることによって軸方向に変化されるということである。特に、インゴットの増加する熱的質量、溶融物の減少する熱的質量及び他の熱的考慮は一般的にインゴットが溶融物から引上られるときGを減少させる。従って、V/Gを前記第1及び第2臨界比の間に維持させるためには引上速度プロファイルはインゴットがホットゾーン炉内でのシリコン溶融物から引上られることによって調整される。
【００７２】
インゴットが引上られることによってV/Gを制御することによって、ベーカンシー固まりは図４で分かるようにインゴットの軸Aに近接するベーカンシー豊富領域［V］に制限することができる。インタースチシャル固まりは形成されないし、ベーカンシー豊富領域［V］の外側のインゴット領域は無欠陥またはパーフェクトを表す［P］表示される。
【００７３】
また、図４で示されるように、これはベーカンシー固まりを含むし、その中央に位置するベーカンシー豊富領域［V］とベーカンシー固まり及びインタースチシャル固まりがないし、ウェーハの縁部分と前記ベーカンシー豊富領域の間に位置する無欠陥領域を有する複数個のセミ-無欠陥ウェーハを生産する前記ベーカンシー豊富領域の直径は各ウェーハで同一である。単一インゴットから形成された前記複数個のウェーハに対する確認は、一般的に全てのウェーハ上に表示されるアルファニュメリック（alphanumeric）コードである図４で表示された「ID」であるID数で把握されることができる。このような18個の記号は単一インゴットから出る全てのウェーハを確認することができる。
【００７４】
図５はV/Gをインゴットが溶融物から引上される時、前記二つの臨界比の間で維持されるように使用される引上速度プロファイルを表す。一般的にGはインゴットが溶融物から引上されることによって減少されるし、引上速度VはまたV/Gが前記二つの臨界比の間で維持されるように減少する。予想される工程変数を許容するために望ましくは、V/Gは前記第1及び第2臨界比の間の中間に維持される。従って、望ましくは工程変数を許容するために境界領域が維持される。
【００７５】
＜概観：無欠陥シリコンウェーハ＞
図６乃至図１０は図１乃至図５に対応するし、無欠陥シリコンインゴット及びウェーハを形成するための引上速度プロファイルの制御を示す。図６で分かるように、V/Gがウェーハの中央Cとウェーハの縁部分Eからの拡散距離aの間でより近接する許容値内で維持されるのであれば、インタースチシャル固まりだけではなくベーカンシー固まりの形成はウェーハ全体に渡って防止される。
【００７６】
従って、図７で分かるようにウェーハの中央（インゴットの軸A）でV/Gの比はベーカンシー固まりを形成する前記臨界比（V/G）2より低く維持される。
【００７７】
類似に、V/Gはインタースチシャル固まりを形成する前記臨界比（V/G）1以上に維持される。従って、図８の無欠陥シリコン［P］はインタースチシャル固まり及びベーカンシー固まりがなく形成される。前記無欠陥インゴットは図９で分かるように一連の無欠陥ウェーハを形成する。無欠陥シリコンのための引上速度プロファイルが図１０に表れる。
【００７８】
＜引上速度プロファイルの決定＞
本発明によると、その中央にベーカンシー豊富領域と、ベーカンシー豊富領域とウェーハの縁部分の間に無欠陥領域を有するセミ-無欠陥ウェーハを形成するためには、インゴットがホットゾーン内のシリコン溶融物から引上されるとき、インゴット内での温度勾配に対する引上速度の比が第1臨界比以上、第2臨界比以下に維持されるように引上速度プロファイル（図５）が決定される。
【００７９】
類似に、点欠陥は含まれるが、ベーカンシー固まり及びインタースチシャル固まりがない無欠陥シリコンを形成するためには、インゴットがホットゾーン炉内のシリコン溶融物から引上される時温度勾配に対する引上速度の比が第1臨界比以上、第2臨界比以下に維持されるように引上速度プロファイル（図１０）が決定される。前記引上速度プロファイルに対する決定を以下で説明する。
【００８０】
前記引上速度のプロファイルはシミュレーションによって理論的に、実験的に基準インゴットを軸方向にスライシングすることで、実験的に基準インゴットをウェーハにスライシングすることで、またはこれらの技術の結合によって決定され得る。
【００８１】
さらに、無欠陥シリコンのための引上速度プロファイルは先ずセミ-無欠陥シリコンのための引上速度プロファイルを決定し、続いて無欠陥シリコンのための引上速度プロファイルを得るためにホットゾーンの構造を変更することで決定することができる。このような技術を以下で説明する。
【００８２】
＜シミュレーションによる引上速度プロファイル＞
図１１を参照すると、シミュレーションによる引上速度プロファイルの理論的な決定に対して以下で説明する。図１１で分かるように、常用化されたシミュレーションソフトウェーハがブロック502でV/Gでの半径変化（△（V/G）に言及される）をシミュレーションするために使用される。
【００８３】
続いて、ブロック504で中央から縁部分からの拡散距離L1に至るV/Gでの変化がセミ-無欠陥ウェーハまたは無欠陥ウェーハを形成するための基準を満足させるくらい十分小さいかに関して決定が行われる。
【００８４】
特に、図３に示されるベーカンシー豊富領域を有するシリコンのためには前記△（V/G）はウェーハの半径dと半径aの間の全ての領域に対して（V/G）1及び（V/G）2の間になければならない。言い換えると、インタースチシャル点欠陥濃度は中央Cとaの間のウェーハの半径に対して［I］*より小さくなければならないし、ベーカンシー点欠陥濃度はdより大きいウェーハの半径に対して［V］*より小さくなければならない。
【００８５】
類似に、図６〜図１０で分かるように無欠陥シリコンを形成するためには、前記△（V/G）が中央Cから拡散距離aに至る半径に対して［V］が臨界濃度［V］*以下に維持され、［I］が臨界濃度［I］*以下に維持されるようにするために（V/G）2 −（V/G）1と同じか小さくなければならない。
【００８６】
図１１に対する説明を続けると、ブロック504で、もしブロック502で決定されるV/Gでの半径変化がセミ-無欠陥または無欠陥ウェーハ（図４及び図９）のための条件を満足させるくらい十分大きいのであれば、前記ホットゾーンは前記勾配が望む条件を満足させるくらい十分小さい時までブロック506で修正されて再びシミュレートされる。
【００８７】
特に、図１５で示されるように前記ホットゾーンは熱遮断板114に蓋914を追加することで、そして前記蓋914と熱遮断板114の間の空間をカーボンフェライト（carbon ferrite）のような熱保存物質９１６で充填することで修正され得る。他のホットゾーンの変更が必要であれば、温度勾配を減少させるために行われることができる。
【００８８】
再び図１１を参照すると、V/Gの軸方向変化のシミュレーションがブロック508でインゴットが引上されることによって△（V/G）の変化を決定するために遂行される。また、ブロック510で前記変化がウェーハが成長されることによって望む特性を維持するのに十分少ないかの有無に関してテストが行われる。そうでなければホットゾーンがブロック506で修正される。
【００８９】
続いて、ブロック512で引上速度プロファイルが図５または図１０で示されるように臨界V/Gを維持するために決定される。続いて、インゴットがブロック514で前記引上速度に製造される。望ましくは引上速度プロファイルが典型的な工程変数らを補償することができる境界領域を維持できるように前記臨界比の間の中間でV/Gが維持されるようにブロック512で使用される。
【００９０】
＜軸方向スライシングによる引上速度プロファイル＞
図１２を参照すると、軸方向スライシングを使用した引上速度プロファイルに対する実験的決定をこれから説明する。図１２で示されるように、基準インゴットがブロック602で多様な引上速度に引上される。望ましい引上速度プロファイルを決定するために一定の引上速度の範囲が図１６で示されるように使用される。
【００９１】
図１６で示されるように、前記引上速度は1.2mm/minのような高引上速度（a）から0.5mm/minの低引上速度（c）及び再び高引上速度に調整される。前記低引上速度は0.4mm/minまたはそれ以下であることもあり得る。引上速度（b）及び（d）での変化は線形的なものが望ましい。図１７及び図１８で示される断面積を有するインゴットが製造されることもできる。
【００９２】
図１７及び図１８はインゴット内でベーカンシー豊富領域［Ｖ］、インタースチシャル-豊富領域［I］及びパーフェクト領域［P］をそれぞれ示す。このような領域は図１７及び図１８の線によって示されない多様な濃度の固まりを有することができるということは当業者にとって容易に理解されることである。
【００９３】
再び、図１２に戻って、インゴットがブロック604で軸方向にスライシングされる。従って、図１７を参照すると、セミ-無欠陥シリコンに対してインゴットが軸方向にスライシングされ、固まりの濃度がコパーデコレーション（copperdecoration）、セコエッチング（secco-etching）、XRT（X-Ray Topography）分析、ライフタイム（lifetime）測定または他の一般的な技術のような従来の技術を使用して軸方向スライシング内で測定される。
【００９４】
望ましくは、XRT分析、ライフタイム測定がインゴットが軸方向に切断され、ミラー（mirror）エッチングされた後、窒素雰囲気下で800℃で4時間、1000℃で16時間アナーリングされた後測定される。
【００９５】
図１７で示されるように軸方向位置P1は、大きなベーカンシー豊富領域及び相対的に少ないパーフェクト領域を有する。軸方向位置P2は小さいベーカンシー豊富領域及びより大きいパーフェクト領域を有するのである。軸方向位置P3はできるだけ非常に小さいベーカンシー豊富領域及びインタースチシャル固まり-豊富領域の導入なくできるだけ非常に大きいパーフェクト領域を有する。
【００９６】
軸方向位置P4はより小さいベーカンシー豊富領域を有するが、好ましくない大きいインタースチシャル-豊富領域を有する。従って、ブロック608で、前記V/Gは図１７のインゴットの軸方向位置に根拠した軸方向位置P3に対して決定される。ブロック610でV/Gを満足させる引上速度プロファイルがウェーハが引上されることによって前記P3位置に対して決定され、続いてインゴットが製造される。
【００９７】
前記軸方向位置P3は工程変数がインタースチシャル領域の成長を誘発させるので実際生産時には使用できないということは当業者であれば十分に理解することができる。従って、位置P2とP3の間の軸方向位置が工程変数にもかかわらずインタースチシャル固まりの導入なく受容できる小さいベーカンシー豊富領域が含まれるように選択され得る。
【００９８】
軸方向インゴットスライシングが無欠陥シリコンのために設計されたホットゾーンで引上されたインゴットに対してまた遂行されることもできる。このようなインゴットが図１８に示されている。図１７と同じくベーカンシー豊富領域［V］、インタースチシャル-豊富領域［I］及びパーフェクト領域［P］が示される。
【００９９】
図１８で示されるように、軸方向位置P5乃至P10は図１７と関連して説明されたものと類似に中央にベーカンシー豊富領域を含む。位置P7及びP10はインタースチシャル-豊富リング及び中央のパーフェクト領域を含む。
【０１００】
しかし、位置P6及びP9は中央にベーカンシーがないし縁部分にインタースチシャルがないので全てパーフェクト領域である。従って、ブロック606で位置P6及びP9に対応する軸方向位置が選定され、フロック608でこのような軸方向位置に対するV/Gが決定される。
【０１０１】
このようなV/Gを維持するための引上速度のプロファイルがフロック610で決定されるし、インゴットがブロック612で製造される。位置P6及びP9に隣接した軸方向位置の範囲が無欠陥シリコンを製造するために選定されることもできる。従って、実質的なV/Gがいまだに無欠陥シリコンの特性を維持する工程変数を許容することができるように選択され得る。
【０１０２】
＜ウェーハ確認化による引上速度のプロファイル＞
図１３を参照すると、ウェーハの確認化による引上速度プロファイルに対する実験的な決定をこれから説明する。図１３で示されるように、基準インゴットがブロック702で多様な引上速度に引上される。好ましい引上速度のプロファイルを決定するために一定の引上速度の範囲が図１６で示されるように使用される。
【０１０３】
例えば、前記引上速度は1.2mm/minのような高引上速度（a）から0.5mm/minの低引上速度（c）及び再び高引上速度に調整される。前記低引上速度は0.4mm/minまたはその以下である可能性もある。引上速度（b）及び（d）での変化は線形的なことが望ましい。図１７及び図１８で示される断面積を有するインゴットが製造され得る。
【０１０４】
図１３に戻って、前記インゴットはフロック704で半径方向にスライシングされ複数個のウェーハになる。従って、図１７を参照すると、セミ-無欠陥シリコンに対して前記インゴットがスライシングされ見本ウェーハW1乃至W4を提供するようになる。
【０１０５】
続いて、固まりの濃度がコパーデコレーション（copper decoration）、セコエッチング（secco-etching）、ライフタイム（lifetime）測定または他の一般的な技術のような従来の技術を使用して前記ウェーハ内で測定される。
【０１０６】
図１７で示されるように、ウェーハW1は大きいベーカンシー豊富領域及び相対的に少ないパーフェクト領域を有する。
【０１０７】
ウェーハW2は小さいベーカンシー豊富領域及びより大きいパーフェクト領域を有する。ウェーハW3はできるだけ非常に小さいベーカンシー豊富領域、及びインタースチシャル固まり-豊富領域の導入なく非常に大きいパーフェクト領域を有することである。
【０１０８】
ウェーハW4はとても小さいベーカンシー豊富領域を有するが、望ましくない大きいインタースチシャル豊富領域を有する。従って、ブロック708で、V/Gは図１７のインゴットの軸方向の位置に根拠したウェーハW3に対して決定される。ブロック710で引上速度のプロファイルがウェーハが引上されることによって前記ウェーハW3に対して決定され、続いてインゴットが製造される。
【０１０９】
前記ウェーハW3の軸方向の位置が工程変数がインタースチシャル領域の成長を誘発させるので実際の生産時には使用されることができないということは当業者であれば十分に理解することができる。従って、ウェーハW2とW3の間のウェーハの軸方向の位置が工程変数にもかかわらずインタースチシャル固まりの導入なしに、受容できる小さなベーカンシー豊富領域が含まれるように選択することができる。ウェーハのスライシングがパーフェクトシリコンのために設計されたホットゾーンで引上されたインゴットに対してまた行われることも可能である。そのようなインゴットが図１８に表れている。図１７でのようにベーカンシー豊富領域［V］、インタースチシャル-豊富領域［I］及びパーフェクト領域［P］が表れる。
【０１１０】
図１８で分かるように、複数個のウェーハW5乃至W10は図１７と関連して説明されたものと類似に中央にベーカンシー豊富領域を含む。ウェーハW7及びW8はインタースチシャル-豊富リング及び中央のパーフェクト領域を含む。しかし、ウェーハW6及びW9は中央にベーカンシーがないし、縁部分にインタースチシャルがないので全てパーフェクト領域である。
【０１１１】
従って、ブロック706でウェーハW6及びW9に対応する軸方向の位置が選定され、ブロック708でこのような軸方向位置に対するV/Gが決定される。このようなV/Gを維持するための引上速度のプロファイルがブロック710で決定されるし、インゴットがブロック712で製造される。
【０１１２】
ウェーハW6及びW9に隣接したウェーハの位置の範囲が無欠陥シリコンを製造するために選択されることは当業者にとって容易に理解されることである。従って、実質的なV/Gが継続して無欠陥シリコンの特性を維持する工程変数を許容することができるように選択される。
【０１１３】
＜実験的及びシミュレーション技術による引上速度プロファイル＞
図１４を参照すると、シミュレーション、軸スライシング及びウェーハの確認化の結合が本発明によってインゴット製造のために使用され得る。図１４のブロック802で示されたようにシミュレーションが引上速度の範囲を決定することに使用され得る。ブロック804で複数個の基準インゴットが成長され得る。
【０１１４】
前記インゴットの一部はブロック806で軸方向にスライシングされ、一部はブロック808でウェーハにスライシングされる。最適のV/Gがブロック814で軸方向のスライシング、ウェーハの確認化及びシミュレーションの結果の相関関係から決定される。続いて、ブロック812で引上速度プロファイルが決定され、インゴットがブロック814で製造される。このような過程が無欠陥シリコンを得るために2度遂行されることができるし、前記ホットゾーンはセミ-無欠陥シリコンを得た後必要であれば修正され得る。実際の引上速度プロファイルは望むインゴットの直径、使用される特定のホットゾーン炉及びシリコン溶融物の品質等を含めてこれに限定されない多くの変数に依存する。
【０１１５】
図１９及び図２０はシミュレーションと実験的な技術（図１４）の結合を利用して決定された引上速度のプロファイルを示す。図１９は12cmの直径のベーカンシー豊富領域を形成し、64%の無欠陥シリコン領域を提供するために100cmの長さと200mm直径を有するインゴットを成長させるための引上速度プロファイルを示す。
【０１１６】
三菱マテリアルイクノ（Mitsubishi Material Ikuno）によって製作されたモデル名Q41のホットゾーン炉が使用された。図２０は図１７の修正されたホットゾーンが使用されたことを除外しては図１９のようなインゴットパラメータを使用して無欠陥シリコンを成長させるための引上速度のプロファイルを示す。
【０１１７】
以上で本発明は記載された具体例に対してのみ詳細に説明されたが、本発明の技術思想範囲内で多様な変形及び修正が可能であることは当業者にとって明白なことであり、このような変形及び修正が添付された特許請求範囲に属することは当然なことである。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】その中央にベーカンシー豊富領域(vacancy-rich region)と、前記ベーカンシー豊富領域とウェーハの縁部分の間の無欠陥領域（pure region）を有するウェーハの製造を概略的に示す説明図である。
【図２】その中央にベーカンシー豊富領域(vacancy-rich region)と、前記ベーカンシー豊富領域とウェーハの縁部分の間の無欠陥領域（pure region）を有するウェーハの製造を概略的に示す説明図である。
【図３】その中央にベーカンシー豊富領域(vacancy-rich region)と、前記ベーカンシー豊富領域とウェーハの縁部分の間の無欠陥領域（pure region）を有するウェーハの製造を概略的に示す説明図である。
【図４】その中央にベーカンシー豊富領域(vacancy-rich region)と、前記ベーカンシー豊富領域とウェーハの縁部分の間の無欠陥領域（pure region）を有するウェーハの製造を概略的に示す説明図である。
【図５】その中央にベーカンシー豊富領域(vacancy-rich region)と、前記ベーカンシー豊富領域とウェーハの縁部分の間の無欠陥領域（pure region）を有するウェーハの製造を概略的に示す説明図である。
【図６】固まり(agglomerates)がないウェーハの製造を概略的に示した説明図である。
【図７】固まり(agglomerates)がないウェーハの製造を概略的に示した説明図である。
【図８】固まり(agglomerates)がないウェーハの製造を概略的に示した説明図である。
【図９】固まり(agglomerates)がないウェーハの製造を概略的に示した説明図である。
【図１０】固まり(agglomerates)がないウェーハの製造を概略的に示した説明図である。
【図１１】本発明によるシミュレーションによる引上速度プロファイルの理論的な決定過程を示したフローチャートである。
【図１２】本発明による軸方向スライシング(axial slicing)による引上速度プロファイルの実験的決定過程を示したフローチャートである。
【図１３】本発明によるウェーハの確認化(identification)による引上速度プロファイルの実験的な決定過程を示したフローチャートである。
【図１４】本発明によるインゴットを製造するためのシミュレーション、軸方向スライシング及びウェーハ確認化の結合を示したフローチャートである。
【図１５】パーフェクトシリコンを形成するための本発明による改良されたチョクラルスキープーラーの概略図である。
【図１６】本発明による望ましい引上速度プロファイルを決定するための引上速度の変化を示す特性図である。
【図１７】本発明による第1基準インゴットのベーカンシー豊富領域、インタースチシャル-豊富(interstitial rich)領域及びパーフェクト領域を示すX線トフォグラフィの概略図である。
【図１８】本発明による第2基準インゴットのベーカンシー豊富領域、インタースチシャル-豊富(interstitial rich)領域及びパーフェクト領域を示すX線トフォグラフィの概略図である。
【図１９】本発明によるベーカンシー豊富ウェーハ及びパーフェクトウェーハをそれぞれ成長させるための引上速度プロファイルを図式的に示した特性図である。
【図２０】本発明によるベーカンシー豊富ウェーハ及びパーフェクトウェーハをそれぞれ成長させるための引上速度プロファイルを図式的に示した特性図である。
【図２１】単結晶シリコンインゴットを成長させるためのチョクラルスキープーラー(puller)を示す概略構成図である。
【図２２】ボロンコブ(Voronkov)理論を図式化した説明図である。
【符号の説明】
【０１１９】
１００  チョクラルスキープーラー
１０２  加熱要素
１０４  加熱要素
１０６  内部釜
１１０  回転軸
１１２  第1方向
１１４  熱遮断板
１２０  結晶引上軸
１２２  第2方向
１２４  シード結晶
１２６  充填物
１２８  インゴット
１３０  チャンバー蓋
１３２  冷却ポート
９１４  蓋
９１６  熱保存物質
１３０′  接触面
【図１】
2007238440.tif 000003
【図２】
2007238440.tif 000004
【図３】
2007238440.tif 000005
【図４】
2007238440.tif 000006
【図５】
2007238440.tif 000007
【図６】
2007238440.tif 000008
【図７】
2007238440.tif 000009
【図８】
2007238440.tif 000010
【図９】
2007238440.tif 000011
【図１０】
2007238440.tif 000012
【図１１】
2007238440.tif 000013
【図１２】
2007238440.tif 000014
【図１３】
2007238440.tif 000015
【図１４】
2007238440.tif 000016
【図１５】
2007238440.tif 000017
【図１６】
2007238440.tif 000018
【図１７】
2007238440.tif 000019
【図１８】
2007238440.tif 000020
【図１９】
2007238440.tif 000021
【図２０】
2007238440.tif 000022
【図２１】
2007238440.tif 000023
【図２２】
2007238440.tif 000024