(57)【要約】【課題】高品質の半導体単結晶インゴットの製造装置及び方法を提供する。【解決手段】本発明による半導体単結晶インゴットの製造装置は、石英るつぼ、上記石英るつぼの側壁周りに設けられたヒーター、上記石英るつぼに収容された半導体融液から単結晶を引き上げる単結晶引上げ手段、及び上記半導体融液に水平磁場を印加し、上記半導体融液の表面（ＭＬ：Ｍｅｌｔ Ｌｅｖｅｌ）を基準にしてＭＬ−１００〜ＭＬ−３５０ｍｍの位置にＭＧＰ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｇａｕｓｓ Ｐｌａｎｅ）を形成し、上記ＭＧＰと石英るつぼ側壁との交差地点に３０００〜５５００ガウスの強磁場を、固液界面の下部には１５００〜３０００ガウスの弱磁場を印加する磁場印加手段を含むことを特徴とする。【選択図】図１
2009173536.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体融液を収容する石英るつぼ；
前記石英るつぼの側壁周りに設けられたヒーター；
前記石英るつぼに収容された半導体融液から単結晶を引き上げる単結晶引上げ手段；及び
前記半導体融液の表面（ＭＬ：Ｍｅｌｔ Ｌｅｖｅｌ）を基準にしてＭＬ−１００〜ＭＬ−３５０ｍｍの位置にＭＧＰ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｇａｕｓｓ Ｐｌａｎｅ）を形成し、前記ＭＧＰと石英るつぼ側壁との交差地点に３０００〜５５００ガウスの強磁場を、固液界面の下部には１５００〜３０００ガウスの弱磁場を印加する磁場印加手段；を含むことを特徴とする半導体単結晶インゴットの製造装置。
【請求項２】
前記磁場印加手段は、前記石英るつぼ周りに相互対向して設けられたコイル対を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体単結晶インゴットの製造装置。
【請求項３】
前記磁場印加手段は、前記石英るつぼ周りに相互対向して設けられた複数のコイル対を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体単結晶インゴットの製造装置。
【請求項４】
前記コイル対を構成する各コイルは、上部が平らな環状コイルであることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の半導体単結晶インゴットの製造装置。
【請求項５】
前記水平磁場は、前記コイル対を構成する各コイルの大きさ、位置、またはコイルに印加する電流の方向と大きさとを調節して形成することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の半導体単結晶インゴットの製造装置。
【請求項６】
前記ＭＧＰ交差地点は、前記ヒーターから供給される熱によって最高温度で加熱される石英るつぼの位置と一致することを特徴とする請求項１に記載の半導体単結晶インゴットの製造装置。
【請求項７】
石英るつぼに収容された半導体融液から半導体単結晶を引き上げるチョクラルスキー（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）法を用いた半導体単結晶インゴットの製造方法であって、
半導体単結晶インゴットの成長中に前記半導体融液に水平磁場を印加し、前記半導体融液の表面を基準にしてＭＬ−１００〜ＭＬ−３５０ｍｍの位置にＭＧＰを形成し、前記ＭＧＰと石英るつぼ側壁との交差地点に３０００〜５５００ガウスの強磁場を、固液界面の下部には１５００〜３０００ガウスの弱磁場を印加することを特徴とする半導体単結晶インゴットの製造方法。
【請求項８】
前記成長中の半導体単結晶インゴットの周りに熱シールド手段を提供して固液界面のエッジ部から発散される熱を遮蔽し、熱シールド手段と半導体融液との間のギャップを調節して固液界面エッジ部の温度勾配を制御することを特徴とする請求項７に記載の半導体単結晶インゴットの製造方法。
【請求項９】
前記固液界面エッジ部の温度勾配は、前記固液界面中心部の温度勾配と同一に制御することを特徴とする請求項８に記載の半導体単結晶インゴットの製造方法。
【請求項１０】
前記水平磁場は、前記石英るつぼ周りにコイル対を対向して配置し、
前記コイル対に含まれた各コイルの大きさ、位置、形状またはコイルに印加される電流の方向と大きさとを調節して形成することを特徴とする請求項７に記載の半導体単結晶インゴットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体単結晶インゴットの製造装置及び方法に関するものであって、より詳しくは、チョクラルスキー（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ、以下ＣＺという）法を用いた半導体単結晶インゴットの製造時、単結晶の半径方向に大きくて均一な温度勾配を具現し、特に中心領域の温度勾配を増加させることができる半導体単結晶インゴットの製造装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造に用いられるシリコン単結晶インゴットの製造方法として、石英るつぼ内に収容されたシリコン融液から単結晶インゴットを成長させるＣＺ方法が広く用いられている。ＣＺ法においてはるつぼ側面に設けられたヒーターを用いてシリコン融液を加熱するので、シリコン融液内には自然対流が発生する。また、ベイカンシー（Ｖａｃａｎｃｙ）またはセルフ‐インタースティシャル（Ｓｅｌｆ−Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ）に起因する欠陷がない高品質のシリコン単結晶を得るために単結晶または石英るつぼの回転速度を調整するので、シリコン融液内には上記回転速度の調節による強制対流も発生する。このようなシリコン融液の自然対流と強制対流とは水平磁場を用いて制御できることが知られている。
【０００３】
シリコン融液に水平磁場を印加する方法は、ＨＭＣＺ（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ Ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）法と称されている。通常のＨＭＣＺ法においては、磁場の垂直成分が実質的に０に近く、垂直方向を基準にして磁場の集束密度（ｆｌｕｘ ｄｅｎｓｉｔｙ）が最大であるＭＧＰ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｇａｕｓｓ Ｐｌａｎｅ）をシリコン融液の表面付近に位置するように磁場を形成する。このような磁場は、シリコン単結晶の中心軸で磁場の垂直成分が０になる特徴がある。水平磁場を用いたＨＭＣＺ法は上下方向の融液対流を抑制するのに焦点が合わせられており、シリコン単結晶を容易に成長させることができる長所がある。
【０００４】
一方、最近、高集積化された半導体素子を製造するときには、シリコンウェハーの中に混入された格子間酸素原子（ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ ｏｘｙｇｅｎ）が多様な方式で用いられている。例えば、格子間酸素原子は、デバイスの製造過程で発生する熱応力に耐えるようにシリコンウェハーの機械的強度を向上させ、格子間酸素原子の析出で形成された微小欠陷はデバイスの製造過程で重金属不純物のゲッタリングサイトとして作用する。
【０００５】
ところで、通常のＨＭＣＺ法は、単結晶インゴットを容易に成長させることができるという長所があるが、インゴットの軸方向と半径方向とに沿って格子間酸素濃度の微小な変動が誘発されてインゴットの製造歩留まりが低下する問題が発生する。シリコン融液の非対称的対流分布によってシリコン融液表面の高温部及び低温部の位置が変動されてシリコン固液界面の酸素濃度分布が一定に維持できないからである。ここで、高温部と低温部とは、融液表面の中で相対的に温度が高いか低い領域を意味する。
【０００６】
上記のような問題を解決するために、特許文献１は、シリコン固液界面の中心で磁場の垂直／水平成分比が０.３〜０.５になるようにシリコン融液に水平磁場を印加して固液界面に一定の酸素濃度を持つ高温部または低温部のみが持続的に維持されるようにすることで、単結晶の軸方向と半径方向とで酸素濃度の均一性を向上させることができるシリコン単結晶の製造方法を開示している。
【０００７】
しかし、シリコン単結晶を成長させるときには単結晶と石英るつぼとの回転によって非線形的な強制対流が発生するので、水平磁場の垂直／水平成分比を一定の範囲内に調節するだけでは単結晶成長工程の全体にわたってシリコン融液表面の高温部または低温部の位置が固定できない。すなわち、単に水平磁場の垂直／水平成分比を調節するだけでは高温部と低温部とが融合される現象や高温部と低温部との位置が変更される現象を根元的には防止できないのである。
【０００８】
また、特許文献１は、シリコン単結晶の軸方向または半径方向で酸素濃度の偏差を減少させる方法については詳しく記述しているが、結晶欠陷が抑制された高品質のシリコン単結晶を速い速度で成長させることについては何の言及もしていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】韓国特許第２００１‐３４８５１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するために創案されたものであって、水平磁場の分布と磁気力線の密度とを制御して、高品質の半導体単結晶を製造することができる装置及び方法を提供することを目的とする。
【００１１】
本発明の他の目的は、水平磁場の分布と磁気力線の密度とを制御して、ヒーターから固液界面に流入される熱流の流れを最大化して固液界面中心部の温度勾配を増大させることで無欠陷単結晶の引上げ速度を向上させることができる装置及び方法を提供することにある。
【００１２】
本発明の更に他の目的は、水平磁場の分布と磁気力線の密度とを制御して、無欠陷引上げ速度に対する工程マージンを拡大することができる装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記技術的課題を達成するための本発明による半導体単結晶インゴットの製造装置は、石英るつぼ、上記石英るつぼの側壁周りに設けられたヒーター、上記石英るつぼに収容された半導体融液から単結晶を引き上げる単結晶引上げ手段、及び上記半導体融液に水平磁場を印加し、上記半導体融液の表面高さＭＬ（Ｍｅｌｔ Ｌｅｖｅｌ）を基準にしてＭＬ−１００〜ＭＬ−３５０ｍｍの位置にＭＧＰ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｇａｕｓｓ Ｐｌａｎｅ）を形成し、上記ＭＧＰと石英るつぼ側壁との交差地点に３０００〜５５００ガウスの強磁場を、固液界面の下部には１５００〜３０００ガウスの弱磁場を印加する磁場印加手段を含むことを特徴とする。
【００１４】
上記技術的課題を達成するための本発明による半導体単結晶インゴットの製造方法は、石英るつぼに収容された半導体融液から半導体単結晶を引き上げるＣＺ方法を用いた半導体単結晶インゴットの製造方法であって、半導体単結晶インゴットの成長中に上記半導体融液に水平磁場を印加し、上記半導体融液の表面高さＭＬを基準にしてＭＬ−１００〜ＭＬ−３５０ｍｍの位置にＭＧＰを形成し、上記ＭＧＰと石英るつぼ側壁との交差地点に３０００〜５５００ガウスの強磁場を、固液界面の下部には１５００〜３０００ガウスの弱磁場を印加することを特徴とする。
【００１５】
上記磁場印加手段は、石英るつぼ周りに相互対向して配置された少なくとも一つ以上のコイル対を含む。上記磁場印加手段に含まれた各コイルに印加する電流の方向は、上述した磁場形成条件を満たすように電磁気学の法則に従って定める。
【００１６】
上記水平磁場は、磁場印加手段に含まれたコイルの半径、位置、電流の方向と強度、コイルの形状などを制御して形成できる。
【００１７】
上記ＭＧＰ交差地点は、ヒーターから発生する熱によって最高温度で加熱される石英るつぼの側壁領域とほぼ一致する。これによって、上記ＭＧＰ交差地点に強磁場が形成されれば、固液界面の下部に供給される熱流量が増加する。また、上記固液界面の下部に弱磁場が形成されれば、ヒーターから供給される熱流が固液界面側に円滑に供給されることで、固液界面の温度勾配、特に固液界面中心部の温度勾配を増加させる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の一態様によれば、ヒーターから発散される熱を単結晶成長がなされる固液界面の下部へと有効に伝達させることで、無欠陷単結晶の引上げ速度を改善することができる。その結果、無欠陷半導体単結晶インゴットの生産性を向上させることができる。
【００１９】
本発明の他の態様によれば、固液界面の温度勾配を改善することができるので、単結晶エッジ部の温度勾配を調節することができるメルト−ギャップを同時に制御することで、無欠陷引上げ速度に対する工程マージンを拡大することができる。
【００２０】
本発明の更に他の態様によれば、ヒーターから発散される熱が、結晶成長がなされる固液界面の下部へと円滑に伝達されるので、従来よりもヒーターの発熱パワー（Ｈｅａｔｉｎｇ Ｐｏｗｅｒ）を低めてエネルギーを節減することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例に係る半導体単結晶インゴット製造装置の概略的な構成を示す装置断面である。
【図２ａ】磁場印加手段に含まれるコイルの配置構造を例示した図である。
【図２ｂ】磁場印加手段に含まれるコイルの配置構造を例示した図である。
【図３】比較例１及び２に従って形成される水平磁場の磁気力線の分布と方向とを示す図面である。
【図４】実施例１に従って形成される水平磁場の磁気力線の分布と方向とを示す図である。
【図５】実施例２に従って形成される水平磁場の磁気力線の分布と方向とを示す図である。
【図６】比較例１に従って成長させたインゴットに対する垂直サンプリング検査を通じて得られた引上げ速度変化による欠陥分布と領域別無欠陷引上げ速度とを示した図である。
【図７】比較例２に従って成長させたインゴットに対する垂直サンプリング検査を通じて得られた引上げ速度変化による欠陥分布と領域別無欠陷引上げ速度とを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本明細書に添付される図面は本発明の望ましい実施例を例示するものであって、発明の詳細な説明とともに本発明の技術思想をさらに理解させる役割を果たすものであるため、本発明はそのような図面に記載された事項にのみ限定して解釈してはならない。
以下、添付した図面を参照しながら本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立って、本明細書及び請求範囲に用いられた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は自らの発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に則して、本発明の技術的思想に符合する意味と概念とに解釈されなければならない。従って、本明細書に記載された実施例と図面に示された構成とは本発明の最も望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的思想の全てを代弁するものではないため、本出願時点においてこれらに代替できる多様な均等物と変形例があり得ることを理解しなければならない。
【００２３】
図１は、本発明の実施例による半導体単結晶インゴット製造装置の概略的な構成を示す装置断面図である。
【００２４】
図１を参照すれば、本発明の半導体単結晶インゴットの製造装置は、高温で溶融された半導体融液（Ｍ）が収容される石英るつぼ１０；上記石英るつぼ１０の外周面を取り囲み、石英るつぼ１０を一定の形態で支持するるつぼハウジング２０；上記るつぼハウジング２０の下端に設けられてハウジング２０とともにるつぼ１０を回転させるるつぼ回転手段３０；上記るつぼハウジング２０の側壁から所定距離離隔してるつぼ１０を加熱するヒーター４０；上記ヒーター４０の外郭に設けられてヒーター４０から発生する熱が外部に流出されることを防止する断熱手段５０；種子結晶を用いて上記石英るつぼ１０に収容された半導体融液（Ｍ）から単結晶インゴットを引き上げる単結晶引上げ手段６０；及び単結晶引上げ手段６０によって引き上げられる単結晶インゴットの外周面から所定距離離隔して単結晶インゴットから放出される熱を反射する熱シールド手段７０；を含む。
【００２５】
上述した構成要素は本発明が属した技術分野でよく知られたＣＺ法を用いた半導体単結晶製造装置の通常の構成要素であるので、各構成要素に対する詳細な説明は省略する。上記半導体融液（Ｍ）は、多結晶シリコンを溶融させたシリコン融液であり得、本発明は半導体融液の種類によって限定されない。したがって、本発明は、ＣＺ法によって成長させることが可能であることが知られた、何れの種類の半導体単結晶の成長にも適用可能である。
【００２６】
本発明による半導体単結晶インゴットの製造装置は、上述した構成要素に加えて石英るつぼ１０に水平磁場を印加する磁場印加手段８０をさらに含む。ここで、水平磁場とは、単結晶インゴットの中心軸を通過する磁場の垂直成分が実質的に０である磁場を意味する。
【００２７】
図１において、磁気力線の分布と方向とは矢印で表示し、磁気力線の密度が大きい地点であればあるほど磁場の強度が大きい。また、水平磁場はＭＧＰ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｇａｕｓｓ Ｐｌａｎｅ）を持ち、ＭＧＰとは、磁場の垂直成分が実質的に０であり、垂直方向を基準にして磁気力線の密度が最大である点を集めた面をいう。
【００２８】
上記磁場印加手段８０は、石英るつぼ１０を基準にして点対称で配置された２ｎ（ｎは、１以上の定数）個のコイルを含む。上記コイルは、ほぼ環状であり、コイル面の法線が断熱手段５０の外壁と垂直をなすように配置される。一例として、上記磁場印加手段８０は、図２ａに示すように石英るつぼ１０周りに相互対向して配置された２個のコイルから構成され得、図２ｂに示すように石英るつぼ１０周りに点対称で相互対向して配置された４個のコイルから構成されることもできる。図２ａ及び図２ｂに示す各コイルに印加する電流の方向はコイルの中心から矢印方向に磁場が形成されるように定める。図面において、電流の方向は×記号と◎記号とで表した。×記号は紙面に入っていく電流の方向を、◎記号は紙面から出てくる電流の方向を示す。
【００２９】
望ましくは、上記磁場印加手段８０は、半導体単結晶の成長がなされる固液界面の下部には弱磁場を形成し、ＭＧＰと石英るつぼ１０の側壁とが交差する地点（以下、ＭＧＰ交差地点という）には強磁場を形成する。ここで、固液界面の下部は固液界面の直下部を意味する。そして、弱磁場は１５００〜３０００ガウス程度の強度を持つ磁場を意味し、強磁場は３０００〜５５００ガウス程度の強度を持つ磁場を意味する。このような磁場の強度条件は、固液界面中心部の温度勾配を上昇させるための目的で選択されたものである。ここで、温度勾配とは、特に言及しない限り固液界面における単結晶方向への垂直温度勾配を意味する。一方、固液界面の中心を基準にして測定した半導体融液（Ｍ）の表面高さＭＬ（Ｍｅｌｔ Ｌｅｖｅｌ）を基準にしてＭＬ−１００〜ＭＬ−３５０ｍｍの位置にＭＧＰを位置させることが望ましい。上記ＭＧＰの位置条件は、ヒーター４０から固液界面側に供給される熱流量を最大限に増加させる目的で選択されたものである。上記ＭＧＰの高さは、石英るつぼ１０の側壁中ヒーター４０から発生する熱によって温度が最も高く上昇する領域とほぼ一致する。ヒーターに隣接したるつぼ側壁の高温シリコン融液は強磁場によって自然対流が抑制され、水平磁気力線に沿って固液界面下部への流れが促進される。高温シリコン融液の物質伝達によって固液界面の下部へ伝達された熱は、弱磁場領域においては固液界面側に円滑に垂直伝達できる。
【００３０】
上記のような水平磁場は、コイルの位置、コイルに印加する電流の方向、コイルから発生される磁場の強度などを調節して形成できる。代案として、コイルの大きさ、すなわちコイルの半径を調節して固液界面の下部とＭＧＰの交差地点とに弱磁場と強磁場とを形成することができる。すなわち、コイルの半径を減少させれば、ＭＧＰ交差地点の磁場は強化され、固液界面下部の磁場は弱化される。また他の代案として、環状を持つコイルの形状を変更して固液界面の下部とＭＧＰ交差地点とに弱磁場と強磁場とを形成することができる。一例として、コイルの上部を下部に比べて屈曲度（Ｃｕｒｖａｔｕｒｅ）を減少させることでコイルの形状を変形させれば、固液界面下部の磁場は弱化され、ＭＧＰ交差地点の磁場は強化される。さらに他の代案として、コイルの上部で発生する磁場を遮蔽して固液界面の下部とＭＧＰ交差地点とに弱磁場と強磁場を形成することができる。上述した各磁場形成方法を２つ以上組み合わせて使用できることは、本発明が属する技術分野において通常の知識を持った者には自明である。
【００３１】
本発明によって水平磁場が半導体融液（Ｍ）に印加されれば、ヒーター４０から固液界面側に向かう熱流量が増大する。ＭＧＰ交差地点に強磁場が形成されれば、温度が最も高い石英るつぼ１０部分で半導体融液（Ｍ）の対流が抑制されて、固液界面の下部に伝達される熱量が増加するからである。また、固液界面の下部には弱磁場が形成されるので、ヒーター４０から熱流によって伝達された熱が固液界面側に円滑に伝達される。これによって、固液界面の温度勾配、特に固液界面中心部の温度勾配が増加するので、無欠陷単結晶の引上げ速度を向上させることができる。
【００３２】
一方、半導体単結晶の成長に関わるヴォロンコフ理論（Ｖｏｒｏｎｋｏｖ Ｔｈｅｏｒｙ）によると、無欠陥半導体単結晶インゴットを成長させることができる引上げ速度に対する工程マージンは、固液界面における半径方向への温度勾配偏差と密接な関連がある。すなわち、固液界面の中心部とエッジ部との温度勾配偏差が小さいほど、引上げ速度に対する工程マージンが増加する。本発明は、水平磁場を用いて温度勾配が制御しにくい固液界面中心部の温度勾配を増加させることができるので、熱シールド手段７０と半導体融液（Ｍ）との間隙であるメルト−ギャップ（ｍｅｌｔ−ｇａｐ）などを制御して固液界面エッジ部の温度勾配を制御すれば、固液界面で半径方向の温度勾配偏差を減少させて引上げ速度に対する工程マージンを容易に拡大できる。
【００３３】
以下、上述した本発明による半導体単結晶インゴットの製造装置を用いてシリコン単結晶インゴットを製造する過程を概略的に説明する。
【００３４】
まず、製造するシリコン単結晶インゴットの所望状態に合わせて石英るつぼ１０に多結晶シリコンを投入する。それから、ヒーター４０を稼働させて多結晶シリコンを溶融させる。多結晶シリコンの溶融が完了した後、回転手段３０を用いて石英るつぼ１０を一定の方向に回転させる。それから、一定時間が経過してシリコン融液（Ｍ）の対流が安定化した後、引上げ手段６０を制御して種子結晶をシリコン融液（Ｍ）に浸漬させ徐々に回転させながら種子結晶を上部に引き上げてシリコン単結晶インゴットを成長させる。成長初期には種子結晶の引上げ速度を調節して所望の直径が得られるまでインゴットのショルダーを形成し、ショルダーの形成の完了後、無欠陷引上げ速度でインゴットのボディ部を成長させる。ボディ部の成長の完了後、引上げ速度をますます速くしてインゴットの直径を徐々に減少させながらインゴットの下端をシリコン融液（Ｍ）から離脱させることでインゴット成長を完了する。
【００３５】
インゴットの成長がなされる間、シリコン融液（Ｍ）には磁場印加手段８０を用いて水平磁場を印加する。水平磁場は固液界面の下部には弱磁場を、ＭＧＰ交差地点には強磁場を形成する。このような条件で水平磁場を印加すれば、ヒーター４０から固液界面の下部に供給される熱流量を増大させることで、固液界面の温度勾配、特に固液界面中心部の温度勾配を増大させることができる。また、水平磁場の印加と同時に、熱シールド手段７０とシリコン融液（Ｍ）との間のメルト−ギャップを制御して固液界面エッジ部の温度勾配を上昇させ、固液界面中心部の温度勾配との偏差を除去する。こうして、固液界面の温度勾配が増加して無欠陷引上げ速度が増加し、固液界面中心部とエッジ部との温度勾配偏差が減少して無欠陷引上げ速度の工程マージンが拡大される。
【００３６】
以下、実施例を通じて本発明をより詳しく説明する。以下の実施例は本発明に対する理解を助けるための目的で記述するものであって、本発明が実施例に記載した用語や実施条件などによって限定されるものとして解釈されてはならない。
【実施例】
【００３７】
（比較例１）
ホット−ゾーン（ｈｏｔ ｚｏｎｅ）を最適化し無欠陷引上げ速度のマージンが得られるようにメルト−ギャップを５０ｍｍで設定した状態で引上げ速度を変化させながら、シリコン単結晶インゴットを成長させた。引上げ速度はインゴット成長前半部から後半部に行くほど徐々に減少させた。インゴット成長時には水平磁場を印加して固液界面の下部とＭＧＰ交差地点とにそれぞれ３３００及び４０００ガウスの磁場を形成した。水平磁場は図２ａに示すように、２個のコイルを配置して形成した。図３は、比較例１に従って形成された水平磁場の磁気力線の分布と方向とを示す。図面を通じて、ＭＧＰ交差地点だけでなく、固液界面の下部にも磁気力線の密度が稠密であることから強磁場が形成されることが分かる。
【００３８】
インゴット成長の完了後、インゴットを軸方向に切断して垂直サンプリング検査を行った。図６は、垂直サンプリング検査を通じて得られた引上げ速度変化による欠陥分布と領域別無欠陷引上げ速度とを示した図面である。図面において、Ｖｏｉｄは、ベイカンシーから由来する結晶欠陷を、ＯｉＳＦ（Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｉｎｄｕｃｅｄ ｓｔａｃｋｉｎｇ ｆａｕｌｔ）は、酸化熱処理を行う場合積層欠陷が発生する領域を、ＬＤＰ（Ｌａｒｇｅ Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ Ｐｉｔ）は、インタースティシャルが凝集して発生する結晶欠陷を示す。図６を参照すれば、インゴット中心部とエッジ部との無欠陷引上げ速度は０.４７ｍｍ／ｍｉｎであり、無欠陷引上げ速度に対する工程マージンは０.０２ｍｍ／ｍｉｎであることが分かる。
【００３９】
（比較例２）
メルト−ギャップを１０ｍｍ減少させた点を除いては比較例１と同一の条件でシリコン単結晶インゴットを成長させた後、垂直サンプリング検査を行った。図７は、垂直サンプリング検査を通じて得られた引上げ速度変化による欠陥分布と領域別無欠陷引上げ速度とを示した図面である。図７を参照すれば、インゴット中心部の無欠陷引上げ速度は０.４９ｍｍ／ｍｉｎである反面、インゴットエッジ部の無欠陷引上げ速度は０.５２ｍｍ／ｍｉｎであって、無欠陷引上げ速度に対する工程マージンは確保できなかった。
【００４０】
（実施例１）
比較例１で用いられたコイルの半径を７０％減少させ、メルト−ギャップは４０ｍｍに設定した。図４は、実施例１で用いられたコイルに従って形成される水平磁場の磁気力線の分布と方向とを示す。コイルの半径が減少されることで、コイルに隣接して位置したＭＧＰ交差地点には磁気力線の密度が大きくなって、強磁場がコイルから遠い固液界面の下部には磁気力線の密度が減少して弱磁場が形成されることが分かる。固液界面の下部に形成される磁場は２３００ガウス、ＭＧＰ交差地点の磁場は３７００ガウスの大きさを持つ。実施例１に従って製造されたシリコン単結晶インゴットの垂直サンプリング検査の結果（図示せず）、単結晶中心部の無欠陷引上げ速度は０.５３ｍｍ／ｍｉｎ、単結晶エッジ部の無欠陷引上げ速度は０.５３ｍｍであり、無欠陷引上げ速度の工程マージンは０.０２５ｍｍ／ｍｉｎであることがわかった。
【００４１】
（実施例２）
図２ａに示すように、２個のコイルを配置しコイル上部を平らにして水平磁場を形成し、メルト−ギャップは３８ｍｍに設定した。図５は、実施例２に従って形成される水平磁場の磁気力線の分布と方向とを示す。コイル中心軸とコイル下部とは磁気力線の密度が増加するのでＭＧＰ交差地点には強磁場が形成される一方、固液界面の下部には磁気力線の密度が減少して弱磁場が形成される。水平磁場の印加によって固液界面の下部には２４００ガウスの弱磁場が、ＭＧＰ交差地点には３２５０ガウスの強磁場が形成される。実施例２に従って製造されたシリコン単結晶インゴットの垂直サンプリング検査の結果（図示せず）、単結晶中心部の無欠陷引上げ速度は０.５４５ｍｍ／ｍｉｎ、単結晶エッジ部の無欠陷引上げ速度は０.５４５ｍｍであり、無欠陷引上げ速度の工程マージンは０.０２５ｍｍ／ｍｉｎであることがわかった。
【００４２】
（実施例３）
図２ｂに示すように、４個のコイルを配置して水平磁場を形成し、メルト‐ギャップは実施例１と同一に設定した。水平磁場の印加によって固液界面の下部には２５００ガウスの弱磁場が、ＭＧＰ交差地点には３５００ガウスの強磁場が形成される。実施例３に従って製造されたシリコン単結晶インゴットの垂直サンプリング検査の結果（図示せず）、単結晶中心部の無欠陷引上げ速度は０.５３５ｍｍ／ｍｉｎ、単結晶エッジ部の無欠陷引上げ速度は０.５３ｍｍであり、無欠陷引上げ速度の工程マージンは０.０２３ｍｍ／ｍｉｎであることがわかった。
【００４３】
下記の表は比較例１及び２と実施例１ないし３から得られた測定結果をまとめたものである。
【００４４】
【表１】
2009173536.tif 000003
【００４５】
上記表を参照すれば、ＣＺ法による単結晶引上げのとき固液界面の下部とＭＧＰ交差地点とにそれぞれ弱磁場と強磁場とを形成することができる水平磁場を印加することで、無欠陷単結晶の引上げ速度を増加させることができ、ひいては単結晶の無欠陷引上げ速度に対する工程マージンを向上できることがわかる。
【００４６】
以上のように、本発明を好ましい実施例と添付の図面とによって説明したが、本発明はこれらに限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を持つ者により、本発明の技術思想と特許請求範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能なのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４７】
１０：石英るつぼ
２０：るつぼハウジング
３０：るつぼ回転手段
４０：ヒーター
５０：断熱手段
６０：単結晶引上げ手段
７０：熱シールド手段
８０：磁場印加手段
ＭＧＰ：Ｍａｘｉｍｕｍ Ｇａｕｓｓ Ｐｌａｎｅ
【図１】
2009173536.tif 000004
【図２ａ】
2009173536.tif 000005
【図２ｂ】
2009173536.tif 000006
【図３】
2009173536.tif 000007
【図４】
2009173536.tif 000008
【図５】
2009173536.tif 000009
【図６】
2009173536.tif 000010
【図７】
2009173536.tif 000011