(57)【要約】  シリコンインゴットを生産する方法は、カスプ磁場を含む真空チャンバに封入されたるつぼに溶融したシリコンを含む溶融物から種結晶を引き抜くことを含む。少なくとも１つのプロセスパラメータは、中間インゴット長さまでのシリコンインゴットを形成に対応する第１のステージと、中間インゴット長さから総インゴット長さへのシリコンインゴットの形成に対応する第２のステージを含む、少なくとも２つのステージで調整される。第２のステージの間、プロセスパラメータの調整は、第１のステージに対して、結晶回転率を減らすこと、るつぼ回転率を減らすこと、及び／または磁場強度を増加することを含むことができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンインゴットを生産する方法であって、
るつぼに溶融したシリコンを備える溶融物から種結晶を引き抜く、シリコンインゴットを形成することであって、るつぼは、カスプ磁場を含む、真空チャンバに封入される、シリコンインゴットを形成することと、
少なくとも１つのプロセスパラメータを調整することであって、少なくとも１つのプロセスパラメータは、少なくとも２つのステージで調整され、
少なくとも２つのステージは、
中間インゴット長さまでの、シリコンインゴットの形成に対応する第１のステージと、
中間インゴット長さから総インゴット長さの、シリコンインゴットの形成に対応する第２のステージと、を備え、
第２のステージの間の少なくとも１つのプロセスパラメータを調整することは、
第１のステージの間の結晶回転率に対して、結晶回転率を減らすことと、
第１のステージの間のるつぼ回転率に対して、るつぼ回転率を減らすことと、
第１のステージの間の磁場強度に対して、磁場強度を増加することと、
の少なくとも１つを備える、少なくとも１つのプロセスパラメータを調整すること、
を備える方法。
【請求項２】
少なくとも１つのプロセスパラメータを調整することは、第１のステージの間、８ｒｐｍから１４ｒｐｍの結晶回転率範囲に調整すること及び第２のステージの間、６ｒｐｍから８ｒｐｍの結晶回転率範囲に調整することを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
少なくとも１つのプロセスパラメータを調整することは、第１のステージの間、１２ｒｐｍに結晶回転率を調整することを備え、
第２のステージの間、少なくとも１つのプロセスパラメータを調整することは、
シリコンインゴットの長さが９５０ｍｍに達したときに、第１のステージの終わりの１２ｒｐｍから８ｒｐｍへ、徐々に、結晶回転率を減らすことと、
９５０ｍｍの中間インゴット長さから総インゴット長さの間まで、シリコンインゴットの形成の間、８ｒｐｍに結晶回転率を維持すること、を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
少なくとも１つのプロセスパラメータを調整することは、第１ステージの間、１．３ｒｐｍから２．２ｒｐｍの間に、及び第２ステージの間、０．５ｒｐｍから１．７ｒｐｍの間にるつぼ回転率を調整することを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
少なくとも１つのプロセスパラメータを調整することは、第１のステージの間、１．７ｒｐｍに、第２のステージの間、０．５ｒｐｍから１．７ｒｐｍの間にるつぼ回転率を調整することを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
少なくとも１つのプロセスパラメータを調整することは、第１のステージの間、１．７ｒｐｍにるつぼ回転率を調整することを備え、
第２のステージの間、少なくとも１つのプロセスパラメータを調整することは、
シリコンインゴットの長さが９５０ｍｍに達したときに、第１のステージの終わりの１．７ｒｐｍから０．５ｒｐｍへ徐々にるつぼ回転率を減らすことと、
９５０ｍｍの中間のインゴット長さと総インゴット長さの間のシリコンインゴットの形成の間、０．５ｒｐｍに結晶回転率を維持すること、
を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
第２のステージの間の少なくとも１つのプロセスパラメータを調整することは、第１のステージの間の磁場強度の１５０％に、第２のステージの間の磁場強度を調整することを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
少なくとも１つのプロセスパラメータを調整することは、第１のステージの間、固液界面のシリコンインゴットの端部において、０．０２から０．０５テスラの強度へ磁場強度を調整し、るつぼの壁において、０．０５から０．１２テスラの強度へ磁場強度を調整することを備え、
第２のステージの間の少なくとも１つのプロセスパラメータを調整することは、固液界面のシリコンインゴットの端部において、０．０３から０．０７５テスラの強度へ磁場強度を調整し、るつぼの壁において、０．０７５から０．１８テスラの強度へ磁場強度を調整することを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
さらに、第１及び第２のステージの間、複数の追加のプロセスパラメータを制御することを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
複数の追加のプロセスパラメータは、ヒータ出力、溶融物対反射体間隙、種の持ち上げ、引っ張り速度、不活性ガス流、不活性ガス圧、及びカスプの位置の少なくとも１つを備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
第１及び第２のステージの間、複数の追加のプロセスパラメータを制御することは、複数の追加のプロセスパラメータのそれぞれのパラメータにおいて、第１及び第２のステージの間、実質的に同じであるように、パラメータを制御することを備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
請求項１の方法を使って、生産されたシリコンインゴット。
【請求項１３】
シリコンインゴットは、５パーツパーミリオン原子（ｐｐｍａ）未満の酸素濃度を含む、請求項１２に記載のシリコンインゴット。
【請求項１４】
シリコンインゴットは、１５０ミリメータ（ｍｍ）より大きいインゴット直径を備える、請求項１３に記載のシリコンインゴット。
【請求項１５】
インゴット直径は、１５０ｍｍから４６０ｍｍである、請求項１４に記載のシリコンインゴット。
【請求項１６】
インゴット直径は、３００ｍｍである、請求項１５に記載のシリコンインゴット。
【請求項１７】
シリコンインゴットは、少なくとも９００ｍｍの総インゴット長さを備える、請求項１に記載のシリコンインゴット。
【請求項１８】
シリコンインゴットの長さは、９００ｍｍから１２００ｍｍである、請求項１７に記載のシリコンインゴット。
【請求項１９】
中間インゴット長さは８００ｍｍである、請求項１に記載のシリコンインゴット。
【請求項２０】
請求項１２のシリコンインゴットから生産されたウェハ。
【請求項２１】
ウェハが、ＲＦ、ＨＲ−ＳＯＩ、及びＣＴＬ−ＳＯＩ用途の使用に適するように、ウェハは、Ｐ型の抵抗率が７５０Ωｃｍより大きい請求項２０に記載のウェハ。
【請求項２２】
ウェハはハンドルウェハである、請求項２０に記載のウェハ。
【請求項２３】
ウェハは、多数キャリアとして、ボロン、アルミニウム、ゲルマニウム、及びインジウムの少なくとも１つを有し、小数キャリアとして、赤リン、リン、ヒ素、及びアンチモンの少なくとも１つを有するＰ型生産物である、請求項２０に記載のウェハ。
【請求項２４】
ウェハは、多数キャリアとして、赤リン、リン、ヒ素、及びアンチモンの少なくとも１つを有し、小数キャリアとして、ボロン、アルミニウム、ゲルマニウム、及びインジウムの少なくとも１つを有するＮ型生産物である、請求項２０に記載のウェハ。
【請求項２５】
ウェハは、ＩＧＢＴ用途の使用に適するように、３０Ωｃｍから３００ΩｃｍのＮ型の抵抗率を有する、請求項２０に記載のウェハ。
【請求項２６】
ウェハは、ＩＧＢＴ用途の使用に適するように、Ｎ／Ｐ型の抵抗率が７５０Ωｃｍより大きい、請求項２０に記載のウェハ。
【請求項２７】
シリコンインゴットを生産する、結晶成長システムであって、
真空チャンバと、
真空チャンバの中に配置されたるつぼであって、るつぼは、対称軸の周りに回転可能であり、溶融したシリコンを含む溶融物を保持するように構成された、るつぼと、
対称軸に沿って動作可能で、対称軸の周りに回転可能で、種結晶を保持するように構成された、プルシャフトと、
るつぼの中に制御可能なカスプ磁場を発生する少なくとも１つの磁石と、
プロセッサとメモリを備える、制御ユニットであって、
メモリは、プロセッサによって実行されたとき、
るつぼの溶融物から種結晶を引き抜き、シリコンインゴットを形成することと、
少なくとも１つのプロセスパラメータを調整することであって、少なくとも１つのプロセスパラメータは、少なくとも２つのステージで調整され、
少なくとも２つのステージは、中間インゴット長さまでシリコンインゴットの形成に対応する第１のステージと、中間インゴット長さから総インゴット長さへのシリコンインゴットの形成に対応する第２のステージを備える、少なくとも１つのプロセスパラメータを調整することと、
をプロセッサにさせる指示を格納した、制御ユニットと、を備え、
プロセッサによって実行されたとき、指示は、プロセッサに、
第１のステージの間の結晶回転率に対して、結晶回転率を減らすこと、
第１のステージの間のるつぼ回転率に対して、るつぼ回転率を減らすこと、及び
第１のステージの間の少なくとも１つの磁石によって発生された磁場強度に対して、少なくとも１つの磁石によって発生された磁場強度を増加すること、
の少なくとも１つによって、少なくとも１つのプロセスパラメータを調整させるシステム。
【請求項２８】
メモリは、プロセッサによって実行されたとき、プロセッサに、第１のステージの間８ｒｐｍから１４ｒｐｍの間に結晶回転率の範囲を調整すること及び第２のステージの間６ｒｐｍから８ｒｐｍの間に結晶回転率の範囲を調整することによって、少なくとも１つのプロセスパラメータを調整させる指示を格納する、請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
メモリは、プロセッサによって実行されたとき、プロセッサに、
第１のステージの間、１２ｒｐｍに結晶回転率を調整すること、
シリコンインゴットの長さが９５０ｍｍに達したときに、第１のステージの終わりの１２ｒｐｍから８ｒｐｍへ、徐々に、結晶回転率を減らすこと、
９５０ｍｍの中間インゴット長さから総インゴット長さの間まで、シリコンインゴットの形成の間、８ｒｐｍに結晶回転率を維持すること、
によって、少なくとも１つのプロセスパラメータを調整させる指示を格納する、請求項２７に記載のシステム。
【請求項３０】
メモリは、プロセッサによって実行されたとき、プロセッサに、第１ステージの間、１．３ｒｐｍから２．２ｒｐｍの間に、及び第２ステージの間、０．５ｒｐｍから１．７ｒｐｍの間にるつぼ回転率を調整することによって、少なくとも１つのプロセスパラメータを調整させる指示を格納する、請求項２７に記載のシステム。
【請求項３１】
メモリは、プロセッサによって実行されたとき、プロセッサに、第１のステージの間、１．７ｒｐｍに、第２のステージの間、０．５ｒｐｍから１．７ｒｐｍの間にるつぼ回転率を調整することによって、少なくとも１つのプロセスパラメータを調整させる指示を格納する、請求項２７に記載のシステム。
【請求項３２】
メモリは、プロセッサによって実行されたとき、プロセッサに、
第１のステージの間、１．７ｒｐｍにるつぼ回転率を調整すること、
シリコンインゴットの長さが９５０ｍｍに達したときに、第１のステージの終わりの１．７ｒｐｍから０．５ｒｐｍへ徐々にるつぼ回転率を減らすこと、
９５０ｍｍの中間インゴット長さと総インゴット長さの間のシリコンインゴットの形成の間、０．５ｒｐｍに結晶回転率を維持すること、
によって、少なくとも１つのプロセスパラメータを調整させる指示を格納する、請求項２７に記載のシステム。
【請求項３３】
メモリは、プロセッサによって実行されたとき、プロセッサに、第１のステージの間の磁場強度の１５０％に、第２のステージの間の磁場強度を調整することによって、少なくとも１つのプロセスパラメータを調整させる指示を格納する、請求項２７に記載のシステム。
【請求項３４】
メモリは、プロセッサによって実行されたとき、プロセッサに、
第１のステージの間、固液界面のシリコンインゴットの端部において、０．０２から０．０５テスラの強度へ、るつぼの壁において、０．０５から０．１２テスラの強度へ磁場強度を調整すること、
第２のステージの間、固液界面のシリコンインゴットの端部において、０．０３から０．０７５テスラの強度へ、るつぼの壁において、０．０７５から０．１８テスラの強度へ磁場強度を調整することによって、少なくとも１つのプロセスパラメータを調整させる指示を格納する、請求項２７に記載のシステム。
【請求項３５】
さらにメモリは、プロセッサによって実行されたとき、プロセッサに、第１及び第２のステージの間、複数の追加のプロセスパラメータを制御させる指示を格納する、請求項２７に記載のシステム。
【請求項３６】
複数の追加のプロセスパラメータは、ヒータ出力、溶融物対反射体間隙、種の持ち上げ、引っ張り速度、不活性ガス流、不活性ガス圧、及びカスプの位置の少なくとも１つを備える、請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
メモリは、プロセッサによって実行されたとき、プロセッサに、複数の追加のプロセスパラメータのそれぞれのパラメータにおいて、第１及び第２のステージの間、実質的に同じであるように、プロセスパラメータを制御させる、指示を格納する、請求項３６に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連する出願の相互参照
本出願は、その全体を参照することによって、本明細書によって組み込まれた、２０１５年１２月４日に出願された、米国特許出願６２／２６３，３５５の優先権を主張する。
技術分野
【０００２】
本開示は、通常、シリコンインゴットの生産、またさらに特には、低酸素濃度を有するシリコンインゴットを生産する方法及びシステムに関連する。
【背景技術】
【０００３】
単結晶シリコンは、半導体電子部品及び太陽電池材料を製造する、多くのプロセスの出発材料である。例えば、シリコンインゴットから生産された半導体ウェハは、集積回路チップの生産に一般的に使われる。太陽電池工業において、単結晶シリコンは、粒界及び転位の欠如により、多結晶シリコンの代わりに使われることができる。単結晶シリコンインゴットは、半導体または太陽電池ウェハが生産される可能性がある、例えばシリコンウェハなど、所望の形状に加工される。
【０００４】
高純度単結晶シリコンインゴットを生産する既存の方法は、フロートゾーン法及び磁場印加チョクラルスキー（ＭＣＺ）プロセスを含む。フロートゾーン法は、超純度多結晶シリコンのロッドの狭い領域を溶かすことと、ロッドに沿って溶融した領域をゆっくり移転することを含み、高純度の単結晶シリコンインゴットを生産する。ＭＣＺプロセスは、るつぼに多結晶シリコンを溶かし、溶融したシリコンの中に種結晶を浸し、インゴットの所望の直径を達成するのに十分な方法で種結晶を引き抜くことによって、単結晶シリコンインゴットを生産する。水平な及び／または垂直な磁場は、成長単結晶シリコンインゴットの中に、例えば酸素など、不純物の組み込みを抑制するために、溶融したシリコンに印加されることができる。フロートゾーンシリコンインゴットは、通常、例えば酸素など、相対的に低い濃度の不純物を含むが、フロートゾーン法を用いて成長したインゴットの直径は、通常、表面張力によって強要された限界によって、約１５０ｍｍほどの大きさである。ＭＣＺシリコンインゴットは、フロートゾーンインゴットと比較して、インゴット直径を大きく生産できるが、ＭＣＺシリコンインゴットは、通常、高い濃度の不純物を含む。
【０００５】
ＭＣＺ法を用いた単結晶シリコンインゴットを生産するプロセスの間、酸素は、固液または結晶−溶融物界面を通って、シリコン結晶インゴットの中に導入される。酸素は、インゴットから生産されたウェハにさまざまな欠陥を引き起こし、インゴットを使って製造された半導体装置の収率を減らすかもしれない。例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ−ｇａｔｅ  ｂｉｐｏｌａｒ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ（ＩＧＢＴｓ））、高品質の無線周波数（ｈｉｇｈ  ｑｕａｌｉｔｙ  ｒａｄｉｏ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ（ＲＦ））、高抵抗率シリコンオンインシュレータ（ｈｉｇｈ  ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  ｉｎｓｕｌａｔｏｒ（ＨＲ−ＳＯＩ））、及び電荷捕獲層ＳＯＩ（ｃｈａｒｇｅ  ｔｒａｐ  ｌａｙｅｒ  ＳＯＩ（ＣＴＬ−ＳＯＩ））用途は、通常、高抵抗率を達成するために、低酸素濃度（Ｏｉ）を必要とする。
【０００６】
少なくともいくつかの知られている半導体装置は、低Ｏｉと高抵抗率を達成するために、フロートゾーンシリコン材料を使って製造される。しかしながら、フロートゾーン材料は、比較的高価で、約２００ｍｍより小さい直径を有するインゴットの生産に使用することに限定される。したがって、フロートゾーンシリコン材料は高価で、比較的低酸素濃度の直径の大きいシリコン結晶インゴットを生産できない。
【０００７】
この背景部分は、以下に記載され及び／または主張された、本開示のさまざまな態様に関連することができる、技術のさまざまな態様へ、読者を導入することを意図する。本議論は、本開示のさまざまな態様のよい理解を容易にするための背景情報を読者に提供する手助けになると信じる。したがって、これらの陳述は、この観点から読まれるべきであり、従来技術の承認として読まれるべきではないことを理解されるべきである。
【発明の概要】
【０００８】
１つの態様において、シリコンインゴットを生産する方法は、るつぼの溶融したシリコンを含む溶融物から、種結晶を引き抜くことを含む。るつぼは、カスプ磁場を含む真空チャンバに封入される。方法は、さらに、少なくとも２つのステージの少なくとも１つのプロセスパラメータを調整することを含む。少なくとも１つのプロセスパラメータは、結晶回転率、るつぼ回転率、及び磁場強度の１つを含む。少なくとも２つのステージは、中間インゴット長さまでのシリコンインゴットの形成に対応する第１のステージ、及び中間インゴット長さから総インゴット長さまでのシリコンインゴットの形成に対応する第２のステージを含む。本実施形態の方法によると、第２のステージの間の少なくとも１つのプロセスパラメータを調整することは、第１のステージの間の結晶回転率に対して、結晶回転率を減らすことと、第１のステージの間のるつぼ回転率に対して、るつぼ回転率を減らすことと、第１のステージの間の磁場強度に対して、磁場強度を増加することの少なくとも１つを含む。
【０００９】
別の態様は、上記に記載された方法を使って生産されたシリコンインゴットから作り出されたウェハを対象にする。
【００１０】
さらに別の態様は、シリコンインゴットを生産する結晶成長システムを対象にする。システムは、真空チャンバと真空チャンバ内に配置されたるつぼを備える。るつぼは、対称軸の周りを回転可能であり、溶融したシリコンを含む溶融物を保持するように構成される。プルシャフトは対称軸に沿って動作可能であり、対称軸の周りを回転可能であり、種結晶を保持するように構成される。少なくとも１つの磁石は、るつぼの中の制御可能なカスプ磁場を発生することができる。制御ユニットは、プロセッサ及びメモリを備え、メモリは、プロセッサによって実行されたとき、プロセッサにるつぼの溶融物から種結晶を引き抜いて、シリコンインゴットを形成させる指示を格納する。ユニットは、また、少なくとも１つのプロセスパラメータを調整し、少なくとも１つのプロセスパラメータは少なくとも２つのステージで調整される。少なくとも２つのステージは、中間インゴット長さまでのシリコンインゴットの形成に対応する第１のステージ、及び中間インゴット長さから総インゴット長さまでのシリコンインゴットの形成に対応する第２のステージを備える。指示は、プロセッサによって実行されたとき、プロセッサに第１のステージの間の結晶回転率に対して、結晶回転率を減らすこと、第１のステージの間のるつぼ回転率に対して、るつぼ回転率を減らすこと、及び第１のステージの間の少なくとも１つの磁石によって発生された磁場強度に対して、少なくとも１つの磁石によって発生された磁場強度を増加すること、の少なくとも１つによって、少なくとも１つのプロセスパラメータを調整させる。
【００１１】
上述の態様に関連して記載された特徴のさまざまな改良が存在する。さまざまな特徴は、その上、上述の態様に組み込まれてもよい。これらの改良及び追加の特徴は、個々にまたは任意の組み合わせで存在することができる。例えば、説明された実施の形態の任意に関連する以下の議論のさまざまな特徴は、単独でまたは任意の組み合わせで、上記で記載された態様に組み込まれることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】１つの実施形態のるつぼの上面図である。
【図２】図１に示されるるつぼの側面図である。
【図３】結晶成長装置に溶融物が入れられたるつぼに与えられたカスプ磁場を描く概略図である。
【図４】図１と同じ実施形態の結晶成長システムのブロック図である。
【図５Ａ】与えられた結晶回転率の中間本体成長におけるるつぼ壁の近くの流線と酸素濃度を示す、るつぼの一部の断面図である。
【図５Ｂ】結晶回転率での後半本体成長におけるるつぼ壁の近くの流線と酸素濃度をマッピングする、実施例るつぼの一部の断面図である。
【図５Ｃ】異なる結晶回転率での後半本体成長におけるるつぼ壁の近くの流線と酸素濃度をマッピングする、るつぼの一部の断面図である。
【図６】後半本体成長における結晶回転率の関数としてシミュレートされた酸素濃度（Ｏｉ）対結晶に沿った位置（ＢＬ）をプロットしたグラフである。
【図７Ａ】後半本体成長の酸素濃度対６ｒｐｍの結晶本体回転率のるつぼ回転率をプロットしたグラフである。
【図７Ｂ】後半本体成長の酸素濃度対８ｒｐｍの結晶本体回転率のるつぼ回転率をプロットしたグラフである。
【図８Ａ】平衡化された５０％に対応する磁場強度の後半本体成長におけるるつぼ壁の近くの流線と速度をマッピングした実施例るつぼの断面図を示す。
【図８Ｂ】平衡化された９５％に対応する磁場強度の後半本体成長におけるるつぼ壁の近くの流線と速度をマッピングした実施例るつぼの断面図を示す。
【図８Ｃ】平衡化された１５０％に対応する磁場強度の後半本体成長におけるるつぼ壁の近くの流線と速度をマッピングした実施例るつぼの断面図を示す。
【図９】２つの異なる結晶回転率プロファイルの結晶本体長さの関数として酸素濃度をプロットするグラフである。
【図１０】実施例サーバシステムのブロック図である。
【図１１】実施例コンピュータ装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
さまざまな図の類似の参照符号は、類似の要素を示す。
【００１４】
最初に、図１及び２を参照すると、１つの実施形態のるつぼは、１０として通常、示される。るつぼ１０の円筒座標システムは、半径方向Ｒ１２、角度方向θ１４、及び軸方向Ｚ１６を含む。座標Ｒ１２、θ１４、及びＺ１６は、本明細書で、低酸素含有シリコンインゴットを生産する方法及びシステムを記載するために使われる。るつぼ１０は、溶融表面３６を有する溶融物２５を含む。結晶２７は、溶融物２５から成長する。溶融物２５は、るつぼ１０の加熱と、角度方向θ１４のるつぼ１０及び／または結晶２７の回転によって、誘導された１以上の対流性のフローセル１７、１８を含むことができる。これら１以上の対流性フローセル１７、１８の構造と相互作用は、本明細書で以下に詳細に記載されるように、形成する結晶２７の中の酸素の含有量を減らすために、さらなるプロセスパラメータの１つの調整によって、調節される。
【００１５】
図３は、結晶成長装置に溶融物２５を含むるつぼ１０に与えられたカスプ磁場を描くブロック図である。示されるように、るつぼ１０は、結晶２７が成長するシリコン溶融物２５を含む。カスプ磁場構成は、軸及び水平の磁場構成の欠陥を克服するように設計される。コイル３１と３３の組（例えば、ヘルムホルツコイル）は、溶融物表面３６の上及び下の同軸上に設置される。コイル３１及び３３は、溶融物表面３６の近くの純粋半径場構成要素（すなわちＲ１２に沿う）及び結晶２７の対称軸３８の近くの純粋軸場構成要素（すなわちＺ１６に沿う）を有する、磁場を発生するための反対電流モードで操作される。それぞれ、コイル３１と３３によって発生された、上部磁場４０と下部磁場４２の組み合わせは、軸及び半径カスプ磁場構成要素をもたらす。
【００１６】
図４は、結晶成長システム１００のブロック図である。結晶成長システム１００、結晶成長システム１００の要素、及び結晶成長システム１００のさまざまな操作パラメータは、そのすべてを本明細書を参照することによって組み込まれた、ＰＣＴ公開出願２０１４／１９０１６５に追加的に詳細に記載されている。再び図４を参照すると、システム１００は、半導体インゴットを生産するためのチョクラクスキー結晶成長法を採用する。この実施形態において、システム１００は、１５０ミリメータ（１５０ｍｍ）、さらに特には、約１５０ｍｍから４６０ｍｍの範囲で、またさらに特には、約３００ｍｍ（３００ｍｍ）の直径よりもさらに大きなインゴット直径を有する円筒半導体インゴットを生産するように構成される。他の実施形態において、システム１００は、２００ミリメータ（２００ｍｍ）インゴット直径または４５０ミリメータ（４５０ｍｍ）インゴット直径を有する半導体インゴットを生産するように構成される。さらに、１つの実施形態において、システム１００は、少なくとも９００ミリメータ（９００ｍｍ）の総インゴット長さを備える半導体インゴットを生産するように構成される。他の実施形態において、システム１００は、約９００ミリメータ（９００ｍｍ）から１２００ミリメータ（１２００ｍｍ）の範囲の総インゴット長さを備える半導体インゴットを生産するように構成される。
【００１７】
図４を再び参照すると、結晶成長システム１００は、るつぼ１０が入っている、真空チャンバ１０１を含む。サイドヒータ１０５は、例えば、抵抗ヒータで、るつぼ１０を囲う。底部ヒータ１０６は、例えば、抵抗ヒータで、るつぼ１０の下に配置される。加熱し、及び結晶を引く間、るつぼ駆動ユニット１０７（例えば、モータ）は、例えば、矢印１０８に示される時計回り方向に、るつぼ１０を回転する。るつぼ駆動ユニット１０７は、成長プロセスの間、望まれているように、るつぼ１０を上げる及び／または下げることもできる。るつぼ１０の中には、溶融物レベルまたは溶融物表面３６を有する、シリコン溶融物２５がある。操作において、システム１００は、溶融物２５から、プルシャフトまたはケーブル１１７に取り付けられた種結晶１１５から始まる、単結晶２７を引く。プルシャフトまたはケーブル１１７の１つの端部は、ドラム（図示せず）へのプーリ（図示せず）、または例えば、シャフトといった、その他の適当なタイプの引き上げ機構を手段として、接続され、他の端部は、種結晶１１５及び種結晶１１５から成長した結晶２７を保持するチャック（図示せず）に接続される。
【００１８】
るつぼ１０と単結晶２７は、共通の対称軸３８を有する。るつぼ駆動ユニット１０７は、溶融物２５が所望の高さに溶融物レベル３６を維持するように消耗されるので、軸３８に沿って溶融物１０を持ち上げることができる。結晶駆動ユニット１２１は、るつぼ駆動ユニット１０７がるつぼ１０を回転する方向と反対の方向１１０（例えば、反対回転）にプルシャフトまたはケーブル１１７を同様に回転する。同じ回転を使う実施形態において、結晶駆動ユニット１２１は、るつぼ駆動ユニット１０７がるつぼ１０を回転する同じ方向（例えば、時計回り方向）にプルシャフトまたはケーブル１１７を回転してもよい。同じ回転は、共回転ということもできる。さらに、結晶駆動ユニット１２１は、成長プロセスの間、所望のように、溶融物レベル３６に対して結晶２７を上げ及び下げる。
【００１９】
チョクラルスキー単結晶成長プロセスによると、多結晶シリコン、またはポリシリコンの量は、るつぼ１０に満たされる。ヒータ出力供給１２３は、抵抗ヒータ１０５及び１０６にエネルギを与え、絶縁体１２５は、真空チャンバ１０１の内側壁に線を引く。ガス供給１２７（例えば、ボトル）は、真空ポンプ１３１が、真空チャンバ１０１からガスを取り除くので、ガスフローコントローラ１２９を通して真空チャンバ１０１へアルゴンガスを供給する。リザーバ１３５から冷却水が供給される、外チャンバ１３３は、真空チャンバ１０１を囲う。
【００２０】
冷却水は、その後冷却水返送連結管１３７に排出される。通常、例えばフォトセル１３９（パイロメータ）などの温度センサは、その表面で溶融物２５の温度を測定し、直径トランデューサ１４１は、単結晶２７の直径を測定する。この実施形態において、システム１００は、上部ヒータを含まない。上部ヒータの存在、または上部ヒータの欠如は、結晶２７の冷却特性を変える。
【００２１】
例えば、ソレノイドコイル３１などの上部マグネット及びソレノイドコイル３３などの下部マグネットは、この実施形態において、溶融物レベル３６の、それぞれ上と下に設置される。断面で示される、コイル３１及び３３は、真空チャンバ（図示せず）を囲い、対称軸３８を備える軸を共有する。１つの実施形態において、上部と下部のコイル３１と３３は、これに限定されるものではないが、それぞれコントロールユニット１４３に接続され、それによって制御される、上部コイル電力供給１４９及び下部コイル電力供給１５１を含む、分離した電力供給を有する。
【００２２】
この実施形態において、電流は、磁場（図３に示されるように）を発生するために、２つのソレノイドコイル３１及び３３で反対の方向に流れる。リザーバ１５３は、冷却水返送連結管１３７を通って排出する前に上部と下部コイル３１及び３３に冷却水を供給する。鉄のシールド１５５は、浮遊磁場を減らし、発生される磁場の強度を増加するためにコイル３１及び３３を囲う。
【００２３】
コントロールユニット１４３は、これに限定されるものではないが、結晶回転率、るつぼ回転率、及び磁場強度の少なくとも一つを含む、複数のプロセスパラメータを調整するために使われる。さまざまな実施形態において、コントロールユニット１４３は、これに限定されるものではないが、フォトセル１３９及び直径トランスデューサ１４１を含むシステム１００のさまざまなセンサから受ける信号、及び、これに限定されるものではないが、るつぼ駆動ユニット１０７、結晶駆動ユニット１２１、ヒータ出力供給１２３、真空ポンプ１３１、ガスフローコントローラ１２９（例えばアルゴンフローコントローラ）、上部コイル電力供給１４９、下部コイル電力供給１５１、及びそれらの任意の組み合わせを含む、システム１００の１以上の装置を制御する信号、を処理するプロセッサ１４４を含んでもよい。
【００２４】
コントロールユニット１４３は、コンピュータシステムであってもよい。本明細書で記載されるように、コンピュータシステムは、任意の知られたコンピューティング装置及びコンピュータシステムをいう。本明細書で記載されるように、すべてのそのようなコンピュータシステムは、プロセッサとメモリを含む。しかしながら、本明細書で参照されるコンピュータシステムの任意のプロセッサは、また、１つのコンピューティング装置または並行に振る舞う複数のコンピューティング装置に存在することができる、１以上のプロセッサをいってもよい。さらに、本明細書で参照されるコンピュータ装置の任意のメモリは、また、１つのコンピューティング装置または並行に振る舞う複数のコンピューティング装置に存在する、一つ以上のメモリをいってもよい。
【００２５】
本明細書で使われるように、プロセッサという用語は、中央プロセッシングユニット、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、縮小命令セット回路（ｒｅｄｕｃｅｄ  ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ｓｅｔ  ｃｉｒｃｕｉｔｓ（ＲＩＳＣ））、特定用途向け集積回路（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ（ＡＳＩＣ））、論理回路、及びその他の回路または本明細書で記載された機能を実行することができるプロセッサをいう。上は、実施例のみであるが、それゆえプロセッサという用語の定義及び／または意味をいかなる方法で限定することを意図するものではない。
【００２６】
本明細書で使われるように、「データベース」という用語は、データの本体、リレーショナルデータベース管理システム（ｒｅｌａｔｉｏｎａｌ  ｄａｔａｂａｓｅ  ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  ｓｙｓｔｅｍ（ＲＤＢＭＳ））または両方をいう。本明細書で使われるように、データベースは、階層データベース（ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ  ｄａｔａｂａｓｅｓ）、リレーショナルデータベース（ｒｅｌａｔｉｏｎａｌ  ｄａｔａｂａｓｅｓ）、フラットファイルデータベース（ｆｌａｔ  ｆｉｌｅ  ｄａｔａｂａｓｅｓ）、オブジェクトリレーショナルデータベース（ｏｂｊｅｃｔ−ｒｅｌａｔｉｏｎａｌ  ｄａｔａｂａｓｅｓ）、オブジェクト指向データベース（ｏｂｊｅｃｔ  ｏｒｉｅｎｔｅｄ  ｄａｔａｂａｓｅｓ）、及びその他のコンピュータシステムに格納される記録またはデータの構造化コレクションを含むデータの任意のコレクションを含む。上の実施例は、実施例のみではあるが、それゆえデータベースという用語の定義及び／または意味をいかなる方法で限定することを意図するものではない。ＲＤＢＭＳの実施例は、含むことを限定するものではないが、Ｏｒａｃｌｅ（登録商標）Ｄａｔａｂａｓｅ、ＭｙＳＱＬ、ＩＢＭ（登録商標）ＤＢ２、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標）ＳＱＬ  Ｓｅｒｖｅｒ、Ｓｙｂａｓｅ（登録商標）、及びＰｏｓｔｇｒｅＳＱＬを含む。しかしながら、本明細書で記載されたシステム及び方法を可能とする任意のデータベースが、使われてもよい。（Ｏｒａｃｌｅは、カリフォルニア州、レッドウッドショアのオラクル社の登録商標である。ＩＢＭは、ニューヨーク州、アーモンクのインターナショナルビジネスマシーン社の登録商標である。Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔは、ワシントン州、レドモンドのマイクロソフト社の登録商標である。またＳｙｂａｓｅは、カリフォルニア州、ダブリンのサイベースの登録商標である。）
【００２７】
１つの実施形態において、コンピュータプログラムは、コントロールユニット１４３を可能とするために提供され、このプログラムは、コンピュータ可読媒体に具体化される。コンピュータシステムは、サーバコンピュータに接続する必要なく、単一のコンピュータシステムで実行される。さらなる実施形態において、コンピュータシステムは、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）環境で実行される（Ｗｉｎｄｏｗｓは、ワシントン州、レドモンドのマイクロソフト社の登録商標である。）。さらなる別の実施形態において、コンピュータシステムは、メインフレーム環境及びＵＮＩＸ（登録商標）サーバ環境で実行される（ＵＮＩＸ（登録商標）は、イギリス、ベルクシャー、レディングにある、Ｘ／Ｏｐｅｎ社の登録商標である。）。代わりに、コンピュータシステムは、任意の適切なオペレーティングシステム環境で実行される。コンピュータプログラムは、柔軟で、あらゆる主要な機能を損なうことなくさまざまな異なる環境で実行するように設計される。いくつかの実施形態において、コンピュータシステムは、複数のコンピューティング装置の間に分配される複数のコンポーネントを含む。１以上のコンポーネントは、コンピュータ可読媒体に具体化されるコンピュータ実行可能命令の形をしていることができる。
【００２８】
コンピュータシステム及びプロセスは、本明細書で記載された特定の実施形態に限定されるものではない。さらに、それぞれのコンピュータシステム及びそれぞれのプロセスのコンポーネントは、独立に実行されることができ、本明細書で記載された他のコンポーネント及びプロセスから分離する。それぞれのコンポーネント及びプロセスは、また、他のアセンブリパッケージ及びプロセスと組み合わせて使うことができる。
【００２９】
１つの実施形態において、コンピュータシステムは、サーバシステムとして構成されてもよい。図１０は、本明細書で記載され、１つの実施形態の図４で描かれたように、これに限定されるものではないが、温度センサ１３９、直径トランスデューサ１４１、及びそれらの任意の組み合わせを含む、１以上のセンサから測定値を受けるため、及び、これに限定されるものではないが、るつぼ駆動ユニット１０７、結晶駆動ユニット１２１、ヒータ出力供給１２３、真空ポンプ１３１、ガスフローコントローラ１２９（例えば、アルゴンフローコントローラ）、上部コイル電力供給１４９、下部コイル電力供給１５１、及びそれらの任意の組み合わせを含むシステム１００の１以上の装置を制御するため、に使われるサーバシステム３０１の実施例の構成を描く。再び図１０を参照して、サーバシステム３０１は、また、これに限定されるものではないが、データベースサーバを含んでもよい。この実施例実施形態において、サーバシステム３０１は、本明細書で記載されたようにシステム１００の１以上の装置を制御するために使われるステップの全てを実行する。
【００３０】
サーバシステム３０１は、命令を実行するためのプロセッサ３０５を含む。命令は、例えば、メモリエリア３１０に格納されてもよい。プロセッサ３０５は命令を実行するための１以上のプロセッシングユニット（例えば、マルチコア構成）を含むことができる。命令は、例えば、ＵＮＩＸ（登録商標）、ＬＩＮＵＸ、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ  Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）など、サーバシステム３０１のさまざまな異なるオペレーティングシステムの中で実行されてもよい。コンピュータベースの方法の開始時に、さまざまな命令は、初期化の間に実行されてもよいことも高く評価されるべきである。いくつかのオペレーションは、本明細書で記載された１以上のプロセスを実行するために必要とされてもよい一方で、他のオペレーションは、特定のプログラミング言語（例えば、Ｃ、Ｃ＃、Ｃ＋＋、Ｊａｖａ（登録商標）、または他の適切なプログラム言語）に対して、より一般的及び／または具体的であってもよい。
【００３１】
プロセッサ３０５は、サーバシステム３０１が、例えばユーザシステムまたは別のサーバシステム３０１などの遠隔装置と通信することができるように、通信インターフェース３１５に動作可能なように連結される。例えば、通信インターフェース３１５は、要求（例えば、センサ入力を受け取り、インターネットを通して、クライアントシステムからシステム１００の１以上の装置を制御する相互作用のユーザインターフェースを提供するための要求）を受け取ってもよい。
【００３２】
プロセッサ３０５は、また、ストレージ装置１３４に動作可能に連結されてもよい。ストレージ装置１３４は、データを格納する及び／または回収するための適切な任意のコンピュータ動作ハードウェアである。いくつかの実施形態において、ストレージ装置１３４は、サーバシステム３０１に一体化される。例えば、サーバシステム３０１は、ストレージ装置１３４として、１以上のハードディスク装置を含んでもよい。他の実施形態において、ストレージ装置１３４は、サーバシステム３０１に対して外部にあり、複数のサーバシステム３０１によってアクセスされてもよい。例えば、ストレージ装置１３４は、例えば独立したディスクの冗長アレイ（ｒｅｄｕｎｄａｎｔ  ａｒｒａｙ  ｏｆ  ｉｎｅｘｐｅｎｓｉｖｅ  ｄｉｓｋｓ（ＲＡＩＤ））構成のハードディスク、ソリッドステートディスクなど、複数のストレージユニットを含んでもよい。ストレージ装置１３４は、ストレージエリアネットワーク（ｓｔｏｒａｇｅ  ａｒｅａ  ｎｅｔｗｏｒｋ（ＳＡＮ）及び／またはネットワーク接続ストレージ（ｎｅｔｗｏｒｋ  ａｔｔａｃｈｅｄ  ｓｔｏｒａｇｅ（ＮＡＳ））システムを含んでもよい。
【００３３】
いくつかの実施形態において、プロセッサ３０５はストレージインターフェース３２０を通して、ストレージ装置１３４に動作可能なように連結される。ストレージインターフェース３２０はストレージ装置１３４にアクセスするプロセッサ３０５を提供することができる任意のコンポーネントである。ストレージインターフェース３２０は、例えば、アドバンスト  テクノロジ  アタッチメント（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ（ＡＴＡ））アダプタ、シリアルＡＴＡ（Ｓｅｒｉａｌ  ＡＴＡ（ＳＡＴＡ））アダプタ、スモールコンピュータシステムインターフェース（Ｓｍａｌｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ（ＳＣＳＩ））アダプタ、ＲＡＩＤコントローラ、ＳＡＮアダプタ、ネットワークアダプタ、及び／またはストレージ装置１３４にアクセスする、プロセッサ３０５を提供する任意のコンポーネントを含んでもよい。
【００３４】
メモリエリア３１０は、これに限定されるものではないが、例えばダイナミックＲＡＭ（ｄｙｎａｍｉｃ  ＲＡＭ（ＤＲＡＭ））、またはスタティックＲＡＭ（ｓｔａｔｉｃ  ＲＡＭ（ＳＲＡＭ））などのランダムアクセスメモリ（ｒａｎｄｏｍ  ａｃｃｅｓｓ  ｍｅｍｏｒｙ（ＲＡＭ））、読み取り専用メモリ（ｒｅａｄ−ｏｎｌｙ  ｍｅｍｏｒｙ（ＲＯＭ））、消去可能プログラマブル読み取り専用メモリ（ｅｒａｓａｂｌｅ  ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｒｅａｄ−ｏｎｌｙ  ｍｅｍｏｒｙ（ＥＰＲＯＭ））、電気的に消去可能プログラマブル読み取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、及び不揮発性ＲＡＭ（ｎｏｎ−ｖｏｌａｔｉｌｅ  ＲＡＭ（ＮＶＲＡＭ））を含んでもよい。上記のメモリタイプは、例としてのみであるが、それゆえ、コンピュータプログラムのストレージに使用可能なメモリのタイプに関しては、限定がない。
【００３５】
別の実施形態において、コンピュータシステムは、例えば、コンピューティング装置４０２（図１１に示される）など、コンピューティング装置の形で提供されてもよい。コンピューティング装置４０２は、命令を実行するためのプロセッサ４０４を含む。いくつかの実施形態において、実行可能な命令は、メモリ領域４０６に格納される。プロセッサ４０４は１以上のプロセッシングユニット（例えば、複数のコア構成）を含んでもよい。メモリエリア４０６は、例えば格納される及び回収される実行可能な命令及び／または他のデータなど、情報を許可する任意の装置である。メモリエリア４０６は、１つ以上のコンピュータ可読媒体を含んでもよい。
【００３６】
別の実施形態において、コントロールユニット１４３のコンピューティング装置に含まれるメモリは、複数のモジュールを含んでもよい。それぞれのモジュールは、少なくとも１つのプロセッサを使って実行するように構成された命令を含んでもよい。複数のモジュールに含まれる命令は、コンピューティング装置の１以上のプロセッサによって実行されるとき、本明細書で記載されたような、複数のプロセスパラメータを同時に調整する方法の少なくとも一部を実行してもよい。コンピューティング装置のメモリに格納されたモジュールの限定されない実施例は、１以上のセンサから測定値を受けるための第１のモジュール及びシステム１００の１以上の装置を制御するための第２のモジュールを含む。
【００３７】
コンピューティング装置４０２は、また、使用者４００に情報を示すための１つの媒体出力コンポーネント４０８を含む。媒体出力コンポーネント４０８は、使用者４００に情報を伝達することができる任意のコンポーネントである。いくつかの実施形態において、媒体出力コンポーネント４０８は、例えば、映像アダプタ及び／またはオーディオアダプタなどの、出力アダプタを含む。出力アダプタは、プロセッサ４０４に動作可能なように連結され、さらに、例えば表示装置（例えば、液晶表示装置（ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｄｉｓｐｌａｙ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ｏｒｇａｎｉｃ  ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ（ＯＬＥＤ））表示装置、陰極線管（ｃａｔｈｏｄｅ  ｒａｙ  ｔｕｂｅ（ＣＲＴ））、または「電子インク」（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｉｎｋ）表示装置）またはオーディオ出力装置（例えば、スピーカまたはヘッドフォン）などの出力装置と動作可能なように連結されるように構成される。
【００３８】
いくつかの実施形態において、クライアントコンピューティング装置４０２は、使用者４００からの入力を受け取るために、入力装置４１０を含む。入力装置４１０は、例えば、キーボード、ポインティング装置、マウス、スタイラス、タッチセンサパネル（例えば、タッチパッドまたはタッチスクリーン）、カメラ、ジャイロスコープ、加速度計、位置検出器、及び／またはオーディオ入力装置を含んでもよい。タッチスクリーンなどの単一のコンポーネントは、媒体出力コンポーネント４０８の出力装置及び入力装置４１０の両方として機能してもよい。
【００３９】
コンピューティング装置４０２は、また、例えばサーバシステム３０２またはウェブサーバなどの遠隔装置に通信連結されるように構成された、通信インターフェース４１２を含む。通信インターフェース４１２は、例えば、携帯電話ネットワーク（例えば、モバイルコミュニケーションのためのグローバルシステム（Ｇｌｏｂａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｍｏｂｉｌｅ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（ＧＳＭ（登録商標））、３Ｇ、４Ｇまたはブルートゥース（登録商標））または他のモバイルデータネットワーク（例えば、マイクロ波アクセスのための世界的な相互運用（Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ  Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ  ｆｏｒ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ａｃｃｅｓｓ（ＷＩＭＡＸ））で使うための、有線または無線のネットワークアダプタまたは無線データトランシーバを含んでもよい。
【００４０】
媒体出力コンポーネント４０８を通して使用者４００にユーザインターフェースを提供する及び任意に、入力装置４１０から入力を受け取り、処理するための例えばコンピュータ可読命令がメモリ４０６に格納される。ユーザインターフェースは、いくつかある可能性の中で特に、ウェブブラウザ及びアプリケーションを含んでもよい。ウェブブラウザにより、使用者４００は、媒体及び典型的には、ウェブサーバからウェブページまたはウェブサイトが埋め込まれたその他の情報を表示し、それと相互作用することができる。アプリケーションにより、使用者４００は、サーバアプリケーションと相互作用することができる。ユーザインターフェースは、ウェブブラウザとアプリケーションの一つまたは両方を通して、低酸素含有単結晶シリコンインゴットを生産するプロセスと関連する情報の表示を容易にする。
【００４１】
実施例実施形態において、システム１００は、装置製造に使用するのに適したシリコン結晶インゴットを生産する。有利に、システム１００は、実質的な部分またはすべてが、凝集真性点欠陥を実質的に含まない、シリコン結晶２７を生産するために使われてもよい。さらに、システム１００は、直径約１２０ナノメータ（ｎｍ）、または特に、直径約９０ｎｍより大きい凝集欠陥を実質的に有しない結晶２７を生産するために使われてもよい。固液または結晶−溶融物界面の形状及び引っ張り速度は、凝集真性点欠陥の形成を限定及び／または抑制するために結晶成長の間、制御される。
【００４２】
生産の間、酸素は、固液または結晶−溶融物界面によって、シリコン結晶インゴットの中に導入される。しかしながら、酸素は、インゴットから生産されたウェハにさまざまな欠陥を引き起こし、半導体装置の収率を減らす。したがって、低酸素濃度のシリコン結晶インゴットを生産することが望ましい。本明細書で記載された方法を使って、シリコン結晶インゴットは、約５パーツパーミリオン原子（ｐｐｍａ）より低い酸素濃度を有して生産される。
【００４３】
いかなる特定の理論に限定されることなく、酸素は、相互作用する一連のイベントによって溶融物から出現する成長シリコン結晶インゴットの中に導入され、イベントのそれぞれは、以下の本明細書に記載されるように少なくとも１つのプロセスパラメータによって影響を与えられる。ＳｉＯは、るつぼ壁の溶解によって溶融物の中に導入される。るつぼ壁において導入されたＳｉＯは、るつぼ壁の近くの溶融物の局所的な加熱よって作り出された浮力によって誘導された流れを通して溶融物の他の場所に移動されることができる。ＳｉＯは、さらに固液界面における結晶の回転率及びるつぼ自身の回転率によって誘導された追加の流れによって移動されることができる。溶融物のＳｉＯの濃度は、溶融物の曝された表面において、溶融物から蒸発によって減らすことができる。溶融物の中のＳｉＯの溶解、対流、蒸発の任意の組み合わせの相互作用は、シリコン結晶インゴットの中に形成された結晶−溶融物界面の近くに位置づけられた溶融物のＳｉＯの濃度に影響を与える。さまざまな態様において、任意の１以上のプロセスパラメータは、同時に、結晶−溶融物界面の近くに位置づけられたＳｉＯの濃度を減らすために調整され、その結果として、方法によって形成されたシリコン結晶インゴットの中の酸素濃度を減らす。
【００４４】
さまざまな実施形態において、さまざまなプロセスパラメータは、低酸素濃度のシリコン結晶インゴットを生産することを容易にするために同時に調整される。１つの実施形態において、さまざまなプロセスパラメータは、約８００ｍｍの中間インゴット長さまでのシリコン結晶インゴットの成長に対応する中間本体成長ステージと、約８００ｍｍの中間インゴット長さから総インゴット長さまでのシリコン結晶インゴットの成長に対応する後半本体成長ステージを含む、少なくとも２つのステージで調整される。この実施形態において、少なくとも２つの異なるステージにおけるさまざまなプロセスパラメータの調整は、溶融物の中のＳｉＯの溶解、対流、蒸発の相互作用の働きの変化、るつぼの中の溶融物の深さ、及びシリコン結晶インゴットが長さに成長するときのるつぼの溶融物の中のフローセルから成る。
【００４５】
特に、対流の役割は、以下に詳細に記載されるように、シリコン結晶インゴットの成長に関連された、るつぼの中の溶融物の深さの減少によって、全シリコン結晶インゴットの形成を通して、変更される。結果として、後半本体成長ステージにおいて、少なくとも１つのプロセスパラメータの調整は、中間本体成長ステージにおいて、これらの同じパラメータの調整に対して、異なって変更される。いくつかの実施形態において、後半本体成長ステージにおいて、少なくとも３つのプロセスパラメータの調整は、中間本体成長ステージにおけるこれらの同じパラメータの調整に対して、異なって変更される。以下に本明細書に記載されるように、プロセスパラメータの調整は、後半本体成長ステージにおいて溶融物の中のＳｉＯの対流に関連したさまざまな要因を調節する。１つの実施形態において、後半本体成長ステージの間に変更される調整のプロセスパラメータは、これに限定されるものではないが、種回転率、るつぼ回転率、及び磁場強度を含む。
【００４６】
再び図４を参照すると、種回転率は、プルシャフトまたはケーブル１１７が、軸３８の周りを種結晶１１５が回転する、率をいう。種回転率は、るつぼ１０から結晶２７へのＳｉＯの流れと、溶融物２５からＳｉＯ蒸発の率に影響を及ぼす。再び図２を参照すると、るつぼ１０から結晶２７へのＳｉＯの流れは、溶融物２５の中の種回転率において、結晶２７の回転によって駆動される結晶フローセル１８と、るつぼ１０の中の溶融物２５の加熱によって駆動される浮力のフローセル１７の間の相互作用によって、一般的に影響を与えられる。るつぼ１０から結晶２７へのＳｉＯの流れの種回転率の影響は、結晶２７の成長のステージによって、異なる。
【００４７】
図５Ａは、約８００ｍｍの中間インゴット長さまでの結晶２７の成長に対応する、中間本体成長ステージにおける溶融物２５の中のシミュレートされた流線と酸素濃度の断面図である。中間本体成長ステージにおいて、るつぼ１０の中の溶融物２５の深さ２００は、結晶フローセル１８と浮力フローセル１７によって誘導される流体運動の間の相互作用を効果的に切り離すのに足りるほど深い。高い種回転率（すなわち、１２ｒｐｍ）は、ＳｉＯ蒸発を増加するための、溶融物線３６と溶融物２５上のガスの間の境界層厚さを減らす。さらに、高い種回転率は、図５Ａに描かれているように、誘導された結晶フローセル１８と共にある浮力フローセル１７を抑制することによって、るつぼ１０から結晶２７へ溶融物フローを減らす。さらに、高い種回転率は、るつぼ１０からＳｉＯの内部フロー（すなわち、輸送）を遅らせる外側半径フローを作り出し、結晶２７の酸素濃度を減らす。
【００４８】
図５Ｂは、約８００ｍｍの中間インゴット長さから総インゴット長さまでの結晶２７の成長に対応する、後半本体成長ステージにおける溶融物２５の中のシミュレートされた流線と酸素濃度の断面図である。結晶２７の形成に関連したるつぼ１０から溶融物２５の除去により、後半本体成長ステージにおける深さ２００は、図５Ａに描かれたように、中間本体成長ステージにおいて、深さ２００に関してより浅い。図５Ａにおいて描かれた、シミュレーションを処理するために使われるのと同様の高い速度（すなわち、１２ｒｐｍ）において、結晶フローセル１８は、るつぼ１０の内側壁に接触し、後半本体成長ステージにおいて形成される結晶２７の中のるつぼ１０の内側壁において形成されるＳｉＯの対流を引き起こす。
【００４９】
図５Ｃは、低い種回転率（例えば、８ｒｐｍ）において計算された後半本体成長ステージにおいて、溶融物２５の中にシミュレートした流線及び酸素濃度の断面図である。低い種回転率によって誘導された結晶フローセル１８は、るつぼ１０の内側壁に伸びないが、代わりに、浮力セル１７によって、排除される。結果として、結晶２７へるつぼ１０の内側壁において生産されるＳｉＯの流れは、邪魔され、それによって、減少された種回転率で、後半本体成長ステージにおいて形成される結晶２７の中の酸素濃度を減少する。
【００５０】
本明細書で記載されたように、中間から後半本体成長ステージへの遷移は、穏やかな遷移である。遷移は、例えば、るつぼの大きさ、形状、溶融物の深さ、モデリングパラメータなどのプロセスのさまざまなパラメータによって変わることができる。一般的に、中間本体成長ステージにおいて、パラメータは、結晶フローセル１８及び浮力フローセル１７によって誘導された流体運動の間の相互作用が限定されるかまたは相互作用がないようなものであり、結晶フローセル１８及び浮力フローセル１７は効果的に分断される。後半本体成長ステージにおいて、パラメータは、結晶フローセル１８と浮力フローセル１７によって誘導される流体運動の間の相互作用があるようなものであり、結晶フローセル１８と浮力フローセル１７は効果的に結合される。限定されない実施例を手段として、後半本体成長ステージは、約２８インチの内側直径のるつぼ１０に２５０ｋｇの初期溶融物質量を含む実施形態で、溶融物２５の最初の質量の３７％未満が、るつぼ１０に残っているときに起こる。さまざまな実施形態において、るつぼ１０の中の溶融物２５の深さ２００は、中間から後半本体成長ステージの遷移を識別するためにモニタされる。他の実施形態において、後半本体成長ステージは、溶融物２５の初期質量の約３５％未満、約４０％未満、約４５％未満、または約５０％未満が、るつぼ１０に残っているときに起こる。いくつかの実施形態において、中間から後半本体成長ステージの遷移は、溶融物２５の深さ、または他の適切なパラメータに基づいて決定される。
【００５１】
さまざまな実施形態において、方法は、これに限定されるものではないが、中間本体成長ステージ及び後半本体成長ステージを含む、少なくとも２つのステージで種回転率を調整することを含む。１つの実施形態において、方法は、約８から１４ｒｐｍの範囲、さらに特には１２ｒｐｍの種回転率において、中間本体成長ステージの間の結晶２７を回転すること含む。この実施形態において、方法はさらに、約６ｒｐｍから８ｒｐｍの範囲、さらに特には８ｒｐｍの種回転率へ、後半本体成長ステージにおける種回転率を減らすことを含む。
【００５２】
別の実施形態において、種回転率は、中間インゴット長さによって減少されてもよい。限定されない実施例を手段として、種回転率は、図９に描かれるように約８５０ｍｍまでの中間インゴット長さで約１２ｒｐｍに調整されてもよく、さらに約９５０ｍｍの中間インゴット長さにおいて、約８ｒｐｍに直線的に減らすように調整されてもよく、その後、総インゴット長さまで、約８ｒｐｍに種回転率を調整する。図９にも記載されているように、約８００ｍｍから総インゴット長さの範囲の本体長さの中の結晶の酸素含有量は、約１２ｒｐｍの一定の種回転率で形成された結晶と比較して減少される。図６は、３つの回転スケジュールによる種回転率で形成される結晶のシミュレートした酸素濃度を比較したグラフである。ａ）全結晶の形成で１２ｒｐｍで回転、ｂ）９００ｍｍの中間結晶長さまで１２ｒｐｍで回転に続いて、残りの結晶長さの形成で８ｒｐｍで回転、及びｃ）９００ｍｍの中間結晶長さまで１２ｒｐｍで回転に続いて、残りの結晶長さの形成で６ｒｐｍで回転。図６に記載されているように、低い種回転率は、後半本体成長ステージにおいて形成された結晶の一部の中の酸素濃度を減らした。
【００５３】
るつぼ回転率は、さらに、方法の実施形態によって形成された結晶２７の中の酸素濃度に影響を与えることができる。るつぼ回転率は、るつぼ１０がるつぼ駆動ユニット１０７を使って軸３８の周りを回転する率をいう。るつぼ回転率は、るつぼ１０から結晶２７へのＳｉＯの流れ及び溶融物２５から蒸発するＳｉＯの量に影響を与える。高いるつぼ回転率は、るつぼ１０と溶融物２５の間の境界層厚さと、溶融物線３６と溶融物２５より上のガスの間の境界層厚さの両方を減らす。しかしながら、結晶２７の酸素濃度を最小化するために、るつぼ１０と溶融物２５の間の厚い境界層は、ＳｉＯ輸送率を減らすことが切望される一方で、溶融物線３６と溶融物２５の上のガスの間の薄い境界層は、ＳｉＯ蒸発率を増やすことが切望される。したがって、るつぼ回転率は、低いるつぼ回転率からもたらされるるつぼ１０と溶融物２５の間の高い境界層厚さと、高いるつぼ回転率からもたらされる溶融物線３６と溶融物２５上のガスの間の低い境界層厚さの競合する利益の均衡を保つように選択される。
【００５４】
上の本明細書で記載された中間本体成長ステージと後半本体成長ステージの間の溶融物１０の深さ２００の変化は、前に本明細書で記載された種回転率の影響と同様な意味で、酸素濃度のるつぼ回転率の調整の効果に影響を与える。さまざまな実施形態において、方法は、これに限定されるものではないが、中間本体成長ステージと後半本体成長ステージを含む、少なくとも２つのステージで、るつぼ回転率を調整することを含む。１つの実施形態において、方法は、約１．３ｒｐｍから約２．２の範囲、さらに特には、１．７ｒｐｍのるつぼ回転率で、中間本体成長ステージにおいて、るつぼ１０を回転することを含む。この実施形態において、方法はさらに、約０．５ｒｐｍから約１．０ｒｐｍの範囲、さらに特には、１ｒｐｍのるつぼ回転率へ、後半本体成長ステージにおいて、るつぼ回転率を減らすことを含む。
【００５５】
図７Ａ及び７Ｂは、後半本体成長ステージにおいて、るつぼ回転率の関数として、シリコンインゴットの中のシミュレートした酸素濃度を示すグラフである。図７Ａのシリコンインゴットは、種回転率が、後半本体成長ステージにおいて、１２ｒｐｍから６ｒｐｍに減らされ、るつぼ回転率が、後半本体成長ステージにおいて、約１．７ｒｐｍから１ｒｐｍまたは１．５ｒｐｍに減らされた方法の実施形態を使って形成された。図７Ｂのシリコンインゴットは、種回転率が、後半本体成長ステージにおいて、１２ｒｐｍから８ｒｐｍに減らされ、るつぼ回転率が、後半本体成長ステージにおいて、約１．７ｒｐｍから０．５ｒｐｍ、１ｒｐｍ、または１．５ｒｐｍに減らされた方法の実施形態を使って形成された。両方のシミュレーションにおいて、低いるつぼ回転率は、もたらされたシリコンインゴットの中の低酸素濃度と関連づけられた。
【００５６】
方法はさらに、これに限定されるものではないが、中間本体成長ステージと後半本体成長ステージを含む少なくとも２つのステージで、磁場強度を調整することを含む。磁場強度は、真空チャンバ中のカスプ磁場の強度をいう。さらに特には、磁場強度は、磁場強度を調整するために制御されるコイル３１及び３３に流れる電流に特徴付けられる。磁場強度は、るつぼ１０から結晶２７へのＳｉＯの流れに影響を与える。すなわち、高い磁場強度は、溶融物２５の中の浮力を抑制することによって、るつぼ１０から結晶２７へのＳｉＯの流れを最小化する。磁場は浮力フローを抑制するので、石英るつぼの溶解率を減らし、それゆえ、結晶の中に組み込まれる格子酸素を低減する。しかしながら、磁場強度があるレベルを超えて増加すると、浮力フローのさらなる妨害が、溶融物自由表面における蒸発率を減らす結果をもたらし、それゆえ、格子酸素レベルが上がる。本明細書で前に記載されたように、中間本体形成ステージに対して、後半本体形成ステージにおける結晶の酸素含有量への浮力フローの相対的な貢献の違いにより、後半本体形成ステージにおける磁場強度の調整は、後半本体形成ステージにおいて形成された結晶の中の酸素を減らすための浮力フローの適切な調整を可能とする。
【００５７】
さまざまな実施形態において、方法は、これに限定されるものではないが、中間本体成長ステージと後半本体成長ステージを含む、少なくとも２つのステージにおいて、磁場強度を調整することを含む。１つの実施形態において、方法は、磁場強度が、固液界面の結晶２７の端部において、約０．０２から０．０５テスラ（Ｔ）であり、るつぼ１０の壁において約０．０５から０．１２Ｔであるように、中間本体成長ステージにおいて、磁場強度を調整することを含む。別の態様において、方法は、磁場強度が、固液界面の結晶２７の端部において、約０．０３から０．０７５Ｔ、るつぼ１０の壁において約０．０７５から０．１８Ｔに対応する、中間本体成長ステージの間使われた磁場強度の約１５０％であるように、後半本体成長ステージにおいて磁場強度を調整することを含む。
【００５８】
図８Ａ、８Ｂ、及び８Ｃは、後半本体成長ステージにおいて、溶融物２５の中のシミュレートした流線と総速度の断面図である。図８Ａは、中間本体成長ステージにおいて使われた磁場の５０％（すなわち固液界面の結晶２７の端部において、約０．０１から０．０２５Ｔ、るつぼ１０の壁において約０．０２５から０．０６Ｔ）に対応する磁場強度を使ってシミュレートされた。図８Ｂは、中間本体成長ステージにおいて使われた磁場の９５％（すなわち固液界面の結晶２７の端部において、約０．０１９から０．０４７５Ｔ、るつぼ１０の壁において約０．０４７５から０．１１４Ｔ）に対応する磁場強度を使ってシミュレートされた。図８Ｃは、中間本体成長ステージにおいて使われた磁場の１５０％（すなわち固液界面の結晶２７の端部において、約０．０３から０．０７５Ｔ、るつぼ１０の壁において約０．０７５から０．１８Ｔ）に対応する磁場強度を使ってシミュレートされた。図８Ａ、８Ｂ、及び８Ｃを比較すると、磁場の強度が増加するので、るつぼ１０の底部から結晶−溶融物界面３０２の流れ３００は、低い磁場強度（図８Ａ）における結晶−溶融物界面３０２への相対的に高い対流から、高い磁場強度における相対的に小さい対流へ遷移する。増加された磁場によって溶融物２５の中の浮力フローのこの抑制は、以下の表１に要約されるように、結果物のシリコンインゴットに低い酸素濃度をもたらす結果となる。１５０％磁場強度において、シミュレートされた酸素濃度は、５％パーツパーミリオン原子（ｐｐｍａ）より低い所望の範囲内であった。
表１：シリコンインゴットの酸素濃度における後半本体成長ステージの磁場強度の効果
【００５９】
【表１】
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【００６０】
１以上の追加のプロセスパラメータは、低酸素濃度のシリコン結晶インゴットを生産することを容易にするために調整されてもよい。しかしながら、これらの追加のプロセスパラメータの効果は、結晶２７の成長の間、るつぼ１０の中の溶融物２５の深さ２００の変化に敏感ではない。結果として、本明細書で記載された追加のプロセスパラメータの調整は、以下に追加の詳細で記載されるように、結晶成長の異なるステージの間、本質的に同じ状態のままである。
【００６１】
制御された１つの追加のプロセスパラメータは、少なくともいくつかの実施形態において、るつぼ１０の壁の温度である。るつぼ１０の壁の温度は、るつぼ１０の溶解率に対応する。特に、るつぼ１０の壁の温度を高くすると、るつぼ１０の一部が溶融物２５と反応して中に溶解することを速くし、溶融物の中にＳｉＯを発生し、潜在的に結晶−溶融物界面を通して結晶２７の酸素濃度を増加させる。したがって、るつぼ１０の壁の温度を減少することは、本明細書で使われるように、るつぼ１０の溶解率を減らすことと同等である。るつぼ１０の壁の温度を減らすことによって（すなわち、るつぼ１０の溶解率を減らす）、結晶２７の酸素濃度を減らすことができる。壁の温度は、これに限定されるものではないが、ヒータ出力、溶融物対反射体間隙を含む１以上の追加のプロセスパラメータを制御することによって、調整することができる。
【００６２】
ヒータ出力は、るつぼ１０の壁の温度を調整するためのいくつかの実施形態で制御されることができる、別のプロセスパラメータである。ヒータ出力は、側部及び底部ヒータ１０５及び１０６の出力をいう。特に、典型的な加熱構成に対して、側部ヒータ１０５の出力を増加し、底部ヒータ１０６の出力を減らすことによって、るつぼ１０の壁の加熱スポットは、溶融物線３６の近くに上がる。溶融物線３６においてまたは下のるつぼ１０の壁の温度が低いとき、るつぼ１０と反応する溶融物２５によって発生されたＳｉＯの量もまた低い。ヒータ出力構成は、また、るつぼ１０から単結晶２７へＳｉＯの流れ（すなわち、輸送）を減らすことによって、溶融物フローに影響を与える。この実施形態において、底部ヒータ１０６の出力は、約０から５キロワット、さらに特には約０キロワットであり、側部ヒータ１０５の出力は、約１００から１２５キロワットの範囲である。側部ヒータ１０５の出力のバリエーションは、例えば、引っ張るものから引っ張るものへの加熱ゾーンのバリエーションに起因してもよい。
【００６３】
いくつかの実施形態において、溶融物対反射体間隙は、るつぼ１０の壁の温度を調整するために制御される追加のプロセスパラメータである。溶融物対反射体間隙は、溶融物線３６と加熱反射体（図示せず）の間の間隙をいう。溶融物対反射体間隙は、るつぼ１０の壁の温度に影響を与える。特に、大きい溶融物対反射体間隙は、るつぼ１０の壁の温度を減らす。この実施形態において、溶融物対反射体間隙は、約６０ｍｍから８０ｍｍ、さらに特には７０ｍｍである。
【００６４】
種の持ち上げは、るつぼ１０から結晶２７へＳｉＯの流れを調整するために制御された追加のプロセスパラメータである。種の持ち上げは、プルシャフトまたはケーブル１１７が溶融物２５の外へ種結晶１１５を持ち上げる率をいう。１つの実施形態において、種結晶１１５は、３００ｍｍ生産物で、約０．４２から０．５５ミリメータパー分（ｍｍ／ｍｉｎ）の範囲、さらに特には、０．４６ｍｍ／ｍｉｎの率で持ち上げられる。この引く率は、小さい直径（例えば、２００ｍｍ）結晶で典型的に使われる引く率よりも遅い。例えば、２００ｍｍ生産物で種の持ち上げは、約０．５５から０．８５ｍｍ／ｍｉｎの範囲、さらに特には、０．７ｍｍ／ｍｉｎであることができる。
【００６５】
引く速度は、結晶の欠陥品質を制御するために調整されることができる追加のプロセスパラメータである。例えば、ＳＰ２レーザ光散乱を使って、本明細書で記載されたプロセスによって発生した検知された格子点欠陥は、６０ｎｍ未満の欠陥で４００個未満、６０から９０ｎｍの間の欠陥で１００個未満、９０から１２０ｎｍの間の欠陥で１００個未満であることができる。
【００６６】
いくつかの実施形態において、不活性ガス流は、溶融物２５からＳｉＯ蒸発を調整するために制御される追加のプロセスパラメータである。不活性ガス流は、本明細書で記載されるように、アルゴンガスが、真空チャンバ１０１を通って流れる率をいう。アルゴンガス流量の増加は、結晶２７から離れる溶融物線３６の上のさらなるＳｉＯガスを一掃し、ＳｉＯガスの分圧を最小化し、次にＳｉＯ蒸発を増加する。この実施形態において、アルゴンガス流量は、約１００ｓｌｐｍから１５０ｓｌｐｍの範囲である。
【００６７】
不活性ガス圧力は、いくつかの実施形態において溶融物２７からＳｉＯ蒸発を調整するためにも制御される追加のプロセスパラメータである。不活性ガス圧は、本明細書で記載されるように、真空チャンバ１０１を通って流れるアルゴンガスの圧力をいう。アルゴンガス圧を減少させることにより、ＳｉＯ蒸発を増加させ、このため、溶融物２５のＳｉＯ濃度が減少する。この実施形態において、アルゴンガス圧は、約１０ｔｏｒｒから３０ｔｏｒｒの範囲である。
【００６８】
適切な実施形態において、カスプ位置は、るつぼ１０の壁の温度と、るつぼ１０から結晶２７へのＳｉＯの流れを調整するために制御される追加のプロセスパラメータである。カスプ位置は、本明細書で記載されるように、コイル３１と３３によって発生される磁場のカスプの位置をいう。溶融物線３６より下のカスプ位置を維持することは、酸素濃度を減らすことを促進する。この実施形態において、カスプ位置は、溶融物線３６の下、約１０ｍｍから４０ｍｍの範囲、さらに特には、溶融物線３６の下、約２５ｍｍから３５ｍｍの範囲、及びさらに特には、約３０ｍｍおいて、設定される。
【００６９】
プロセスパラメータを制御することによって（すなわち、ヒータ出力、るつぼ回転率、磁場強度、種の持ち上げ、溶融物対反射体間隙、不活性ガス流、不活性ガス圧、種回転率、及びカスプ位置）、上で記載されるように、複数のプロセスパラメータが（すなわち、るつぼの壁の温度、るつぼから単結晶へのＳｉＯの流れ、及び溶融物からＳｉＯの蒸発）、低酸素濃度を有するシリコンインゴットを生産するために調整される。１つの実施形態において、本明細書で記載された方法は、約１５０ミリメータ（ｍｍ）より大きいインゴット直径、少なくとも約９００ｍｍの総インゴット長さ、５ｐｐｍａより小さい酸素濃度を備えるシリコンインゴットを生産することを容易にする。別の実施形態において、本明細書で記載された方法は、約１５０ｍｍから４６０ｍｍの範囲、特に約３００ｍｍのインゴット直径、５ｐｐｍａより小さい酸素濃度を備えるシリコンインゴットを生産することを容易にする。さらに別の追加の実施形態において、本明細書で記載された方法は、約９００ｍｍから１２００ｍｍの範囲の総インゴット長さ、５ｐｐｍａより小さい酸素濃度を備えるシリコンインゴットを生産することを容易にする。
【００７０】
本明細書で記載されたシステム及び方法を使った、低酸素濃度を有するウェハは、さまざまな用途において利点があることができる。例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ−ｇａｔｅ  ｂｉｐｏｌａｒ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ（ＩＧＢＴｓ）、高品質の無線周波数（ｈｉｇｈ  ｑｕａｌｉｔｙ  ｒａｄｉｏ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ（ＲＦ））、高抵抗率シリコンオンインシュレータ（ｈｉｇｈ  ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  ｉｎｓｕｌａｔｏｒ（ＨＲ−ＳＯＩ）、及び電荷捕獲層ＳＯＩ（ｃｈａｒｇｅ  ｔｒａｐ  ｌａｙｅｒ  ＳＯＩ（ＣＴＬ−ＳＯＩ））用途は、それらが高抵抗率を達成し、ｐ−ｎ接合を有さないため、低酸素濃度から利益を得ることができる。本明細書で記載された方法を使って、ＩＧＢＴ用途で生産されたウェハは、例えば、３０から３００オームセンチメータ（Ωｃｍ）のＮ型抵抗率または７５０Ωｃｍより大きいＮ／Ｐ型抵抗率を有することができる。さらに、本明細書で記載された方法を使って、ＲＦ、ＨＲ−ＳＯＩ、及び／またはＣＴＬ−ＳＯＩ用途で生産されたウェハは、例えば、７５０Ωｃｍより大きいＰ型ウェハを有することができる。記載されたシステム及び方法で生産されたウェハは、ハンドルウェハとして使われることもできる。
【００７１】
本明細書で記載された方法を使って生産されたＰ型ウェハのために、ボロン、アルミニウム、ゲルマニウム、及び／またはインジウムは、多数キャリアとして適宜使われることができ、赤リン、リン、ヒ素、及び／またはアンチモンは、小数キャリアとして使われることができる。本明細書で記載された方法を使って生産されたＮ型ウェハのために、赤リン、リン、ヒ素、及び／またはアンチモンは、多数キャリアとして使われることができ、ボロン、アルミニウム、ゲルマニウム、及び／またはインジウムは、小数キャリアとして使われることができる。
【００７２】
機械的強度と滑り性能を改善するために、本明細書で記載された方法を使って生産されたウェハは、ウェハが比較的低Ｏｉであるために、窒素または炭素と（例えば、インゴットを形成する単結晶をドーピングすることによって）共ドープすることができる。例えば、窒素濃度は、０から８ｅ１５原子パー立方センチメータ（ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）で変わることができ、炭素濃度は、０．０から２．０ｐｐｍａで変わることができる。
【００７３】
多結晶シリコンから形成された溶融物から比較的低酸素濃度の単結晶シリコンインゴットを生産する実施例のシステム及び方法は、本明細書で記載されている。これらの方法は、比較的低酸素濃度シリコンを生産するためのインゴットの生産の第１及び第２のステージの間の溶融物のフローセルの構造の変化を利用する。第１のステージの間、シリコンインゴットは比較的小さく、溶融物の深さは比較的深い。第２のステージは、シリコンインゴットの形成によって、るつぼの中の使い果たされた溶融物の深さに特徴付けられる。この第2のステージにおいて、溶融物の中のシリコンインゴットの回転によって誘導されるフローセルは、るつぼの底部と接触することができ、成長する結晶インゴットの中にるつぼの底部で形成された酸化シリコンの望まれない含有を引き起こす。本明細書で記載された方法とシステムは、望まれない酸化シリコンの含有を制限するために、インゴットの生産を制御する。一般的に、少なくとも1つのプロセスパラメータは、第１のステージの間のその値に対して第２のステージの間に変化される。第１のステージから第２のステージのプロセスパラメータの変化の限定されない実施例は、減少した結晶回転率、減少したるつぼ回転率、増加した磁場強度、及びそれらの任意の組み合わせを含む。例えば、いくつかの実施形態において、シリコンインゴットは、るつぼの底部のフローセルが誘導する、回転の接触を減らすために、第２のステージの間、さらにゆっくり回転され、それによって、シリコンインゴットに含有された酸素の量を減らす。
【００７４】
本明細書で記載されたシステムと方法により、以前の方法を使って達成されたシリコンインゴットの長さを超えて、維持された低酸素濃度の単結晶シリコンインゴットの形成ができる。るつぼの中のフローセルの構造のプロセスパラメータのこれらの変化の効果と、さまざまな実施形態の方法を使って形成されたシリコンインゴットの酸素含有量の詳細な記載は、本明細書でさらに詳細に記載される。
【００７５】
本明細書で記載された方法の実施形態は、以前の方法及びシステムと比較して、優れた結果を達成する。例えば、本明細書で記載された方法は、少なくともいくつか知られた方法より低酸素濃度のシリコンインゴットを生産することが容易である。さらに、少なくともいくつか知られた方法とは異なり、本明細書で記載された方法は、１５０ｍｍより大きい直径を有するインゴットの生産に使うことができる。
【００７６】
その本発明または実施形態の要素を導入したとき、項目「１つの」（ａ）、「１つの」（ａｎ）、「その」（ｔｈｅ）及び「前記」（ｓａｉｄ）は、１以上の要素があることを意味することを意図する。「備える」（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）、「含む」（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）及び「有する」（ｈａｖｉｎｇ）という用語は、挙げられた要素の他に追加の要素があってもよいことを含み、意味することを意図する。
【００７７】
幅のある言語は、明細書及び請求項を通して本明細書で使われるように、関連する基本的な機能の変化をもたらすことなく、許容範囲で変化することができる、任意の量に関する表現を変更するために適用されることができる。したがって、例えば、「約」（ａｂｏｕｔ）、「約」（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）、及び「実質的に」（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）などの用語、複数の用語によって変更された値は、特定された正確な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの例において、幅のある言語は、値を測定するための手段の正確性に対応する。ここで、及び明細書と請求項を通して、範囲の限定は、組み合わせされることなく及び／または置き換えられることができる。そのような範囲は、内容または言語が別のことを指し示すことがないならば、識別され、範囲に含まれるサブレンジをすべて含む。
【００７８】
さまざまな変更が本発明の範囲から逸脱することなく上記になされることができるので、上記の記載に含まれる及び添付した図面に示されたすべての内容は、説明されたように解釈され、限定した意味で解釈されないことを意図する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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