特開 2023-86621 コイル、単結晶の製造装置用磁石、単結晶の製造装置および単結晶の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023086621

(43)【公開日】2023-06-22

(54)【発明の名称】コイル、単結晶の製造装置用磁石、単結晶の製造装置および単結晶の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C30B 15/00 20060101AFI20230615BHJP

   C30B 29/06 20060101ALI20230615BHJP

【ＦＩ】

C30B15/00 Z

C30B29/06 502G

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021201285

(22)【出願日】2021-12-10

(71)【出願人】

【識別番号】302006854

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＭＣＯ

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100165696

【弁理士】

【氏名又は名称】川原 敬祐

(72)【発明者】

【氏名】山田 惇弘

(72)【発明者】

【氏名】末若 良太

【テーマコード（参考）】

4G077

【Ｆターム（参考）】

4G077AA02

4G077BA04

4G077CF10

4G077EG30

4G077EJ02

4G077HA12

(57)【要約】

【課題】結晶の引き上げ速度の変動を抑制しつつ、製造した単結晶から得られたウェーハの外周部の酸素濃度の低下を抑制することができる、単結晶製造装置用磁石に用いられるコイルを提案する。
【解決手段】本発明によるコイル１は、チョクラルスキー法により、坩堝に収容された単結晶の原料の融液に水平磁場を印加しつつ単結晶を引き上げる単結晶の製造装置用磁石に用いられるコイルである。ここで、上部に凹部１ａを有し、環状であることを特徴とする。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

チョクラルスキー法により、坩堝に収容された単結晶の原料の融液に水平磁場を印加しつつ前記単結晶を引き上げる単結晶の製造装置用磁石に用いられるコイルであって、
上部に凹部を有し、環状であることを特徴とするコイル。

【請求項2】

チョクラルスキー法により、坩堝に収容された単結晶の原料の融液に水平磁場を印加しつつ前記単結晶を引き上げる単結晶の製造装置において前記水平磁場を印加するための単結晶の製造装置用磁石であって、
２個の同一の形状および同一の大きさのコイルを有し、前記２個のコイルは前記水平磁場の印加方向に垂直な面に対して対称に配置されており、前記２個のコイルの双方が、請求項１に記載の環状コイルであることを特徴とする単結晶の製造装置用磁石。

【請求項3】

原点Ｏ（０ｍｍ，０ｍｍ，０ｍｍ）での磁束密度をＭとしたときに、点Ａ（０ｍｍ，０ｍｍ，－４００ｍｍ）での磁束密度が０．５８×Ｍ以上、かつ点Ｂ（４００ｍｍ，０ｍｍ，０ｍｍ）での磁束密度が１．４７×Ｍ以上となる磁場分布を発生できる、請求項２に記載の単結晶製造装置用磁石。

【請求項4】

請求項２または３に記載された前記磁石を備え、前記磁石によって前記融液に水平磁場を印加しつつ前記単結晶を引き上げる単結晶の製造装置。

【請求項5】

請求項４に記載された単結晶の製造装置を用い、前記水平磁場を印加して単結晶を引き上げる、単結晶の製造方法。

【請求項6】

前記単結晶はシリコン単結晶である、請求項５に記載の単結晶の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コイル、単結晶の製造装置用磁石、単結晶の製造装置および単結晶の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、半導体デバイスの基板としては、シリコンなどの半導体の単結晶で構成されたものが使用されている。こうした半導体の単結晶を製造する代表的な方法として、チョクラルスキー（Czochralski、ＣＺ）法を挙げることができる。ＣＺ法は、坩堝に半導体の原料を収容して溶融し、溶融した単結晶の原料に種結晶を着液して引き上げることによって、種結晶の下方に単結晶を育成して製造する方法である。

【0003】

上記単結晶の原料が収容される坩堝としては、一般に石英製のものが使用されている。そのため、坩堝に収容された単結晶の原料融液が速く対流すると、石英製の坩堝に含まれる酸素の溶解量が増加し、単結晶の酸素濃度が高くなる。そこで、坩堝内の原料融液に水平磁場を印加して原料融液の対流を抑制しながら単結晶を引き上げることによって、単結晶の酸素濃度を制御することが行われている（例えば、特許文献１参照）。

【0004】

図１は、水平磁場印加方式の単結晶の製造装置の一例を示している。この図に示した単結晶の製造装置１００は、チャンバー１１内に、単結晶（例えば、シリコン）１６の原料（例えば、多結晶シリコン）を収容する坩堝１２と、該坩堝１２内の原料を加熱して原料融液１３とするヒーター１４と、坩堝１２の下部に設けられ、坩堝１２を円周方向に回転させる坩堝回転機構１５と、単結晶１６を育成するための種結晶１７を保持する種結晶保持器１８と、該種結晶保持器１８が先端に取り付けられているワイヤーロープ１９と、該ワイヤーロープ１９を回転させながら単結晶１６、種結晶１７および種結晶保持器１８を回転させつつ引き上げる巻取り機構２０と、を備える。また、チャンバー１１の下部外側には、坩堝１２中のシリコン融液１３に水平磁場（横磁場）を印加する複数のコイル２２を有する磁石２１が配置されている。

【0005】

このような単結晶の製造装置１０を用いて、以下のように単結晶１６を製造することができる。すなわち、まず、坩堝１２中に所定量の単結晶の原料を収容し、ヒーター１４で加熱して原料融液１３とするとともに、磁石２１により、原料融液１３に対して所定の水平磁場を印加する。

【0006】

次に、原料融液１３に対して水平磁場を印加した状態で、種結晶保持器１８に保持された種結晶１７を原料融液１３に浸漬する。そして、坩堝回転機構１５により坩堝１２を所定の回転速度で回転させるとともに、種結晶１７（すなわち単結晶１６）を所定の回転速度で回転させながら巻き取り機構２０で巻き取って、種結晶１７および該種結晶１７上に成長させた単結晶１６を引き上げる。こうして、所定の直径を有する単結晶を製造することができる。

【0007】

上記磁石２１を構成するコイル２２としては、例えば、図２（ａ）に示すような横長の環状矩形のものを挙げることができる。そして、磁石２１は、図２（ｂ）に示すように、チャンバー１１の周囲に対向して配置された２つのコイル２２を用いて構成することができる。なお、上記コイル２２は、図２（ｂ）に示すように、その外面２２ａ側に湾曲しており、その内面２２ｂがチャンバー１１側に向けて配置されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００７－２０４３１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

上記単結晶１６の製造の際、原料融液１３の流動分布の変動により、単結晶１６と原料融液１３との界面（以下、「結晶／融液界面」とも言う。）に供給される原料融液１３の温度が変化すると、単結晶１６の直径（以下、「結晶径」とも言う。）が変動する。そのため、結晶径の変動に合わせて単結晶１６の引き上げ速度（以下、「結晶引き上げ速度」とも言う。）を調整して、結晶径を一定にしている。しかしながら、結晶引き上げ速度は、単結晶１６の品質に影響する結晶欠陥の制御にも用いられており、結晶引き上げ速度の変動は、製造される単結晶１６の品質（結晶欠陥）の変動に繋がる。そのため、結晶引き上げ速度は、設定値に対する変動が小さいことが好ましい。

【0010】

また、製造された単結晶１６から得られたウェーハの外周部の酸素濃度の低下は、ウェーハ外周部の機械的強度を低下させ、デバイス製造時の熱処理により変形する要因になる。そのため、ウェーハ外周部の酸素濃度の低下量は小さいことが好ましい。

【0011】

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、単結晶の引き上げ速度の変動を抑制しつつ、製造した単結晶から得られたウェーハの外周部の酸素濃度の低下を抑制することができる、単結晶の製造装置用磁石に用いられるコイルを提案することにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記課題を解決する本発明は、以下の通りである。
［１］チョクラルスキー法により、坩堝に収容された単結晶の原料の融液に水平磁場を印加しつつ前記単結晶を引き上げる単結晶の製造装置用磁石に用いられるコイルであって、
上部に凹部を有し、環状であることを特徴とするコイル。

【0013】

［２］チョクラルスキー法により、坩堝に収容された単結晶の原料の融液に水平磁場を印加しつつ前記単結晶を引き上げる単結晶の製造装置において前記水平磁場を印加するための単結晶の製造装置用磁石であって、
２個の同一の形状および同一の大きさのコイルを有し、前記２個のコイルは前記水平磁場の印加方向に垂直な面に対して対称に配置されており、前記２個のコイルの双方が、前記［１］に記載の環状コイルであることを特徴とする単結晶の製造装置用磁石。

【0014】

［３］原点Ｏ（０ｍｍ，０ｍｍ，０ｍｍ）での磁束密度をＭとしたときに、点Ａ（０ｍｍ，０ｍｍ，－４００ｍｍ）での磁束密度が０．５８×Ｍ以上、かつ点Ｂ（４００ｍｍ，０ｍｍ，０ｍｍ）での磁束密度が１．４７×Ｍ以上となる磁場分布を発生できる、前記［２］に記載の単結晶製造装置用磁石。

【0015】

［４］前記［２］または［３］に記載された前記磁石を備え、前記磁石によって前記融液に水平磁場を印加しつつ前記単結晶を引き上げる単結晶の製造装置。

【0016】

［５］前記［４］に記載された単結晶の製造装置を用い、前記水平磁場を印加して単結晶を引き上げる、単結晶の製造方法。

【0017】

［６］前記単結晶はシリコン単結晶である、前記［５］に記載の単結晶の製造方法。

【発明の効果】

【0018】

単結晶の引き上げ速度の変動を抑制しつつ、製造した単結晶から得られたウェーハの外周部の酸素濃度の低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】水平磁場印加方式の単結晶の製造装置の一例を示す図である。

【図2】従来の磁石を構成するコイルの一例を示す図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）はコイルの配置を説明する図である。

【図3】シミュレーションにより得られた原料融液表面の原料融液の流動分布を示す図である。

【図4】本発明によるコイルの好適な一例を示す図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は上面図である。

【図5】本発明による磁石の一例におけるコイルの配置を説明する図である。

【図6】原点Ｏ、点Ｂおよび点Ｃの位置を説明する図であり、（ａ）は坩堝を上方から見た図、（ｂ）は坩堝を側方から見た図である。

【図7】本発明による単結晶の製造装置の一例を示す図である。

【図8】従来例のコイルおよび発明例のコイルによる磁束密度分布を示す図であり、（ａ）はｘ軸方向、（ｂ）はｙ軸方向、（ｃ）はｚ軸方向にそれぞれ沿った磁束密度である。

【図9】固液界面の平均温度の時間変動を示す図である。

【図10】ウェーハ中心からの距離と酸素濃度との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

（コイル）
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。本発明によるコイルは、チョクラルスキー法により、坩堝に収容された単結晶の原料の融液に水平磁場を印加しつつ単結晶を引き上げる単結晶の製造装置用磁石に用いられるコイルである。ここで、上部に凹部を有し、環状であることを特徴とする。一般的に、単結晶の製造装置用磁石に用いられる従来のコイル形状は、その上部が凹凸のない形状（図２）であったり、円弧を描く形状であったりする。しかし、本発明によるコイルは、その上部の形状が従来のコイルの形状と異なり、コイル上部が凹状でありコイル開口部の形状もその上部が凹状であることを特徴とする。

【0021】

本発明者らは、単結晶の引き上げ速度の変動を抑制しつつ、製造した単結晶から得られたウェーハの外周部の酸素濃度の低下を抑制することができる方途について鋭意検討した。その過程で、単結晶の製造装置用の磁石に用いられるコイルに着目した。

【0022】

上述のように、原料融液１３の流動分布の変動により結晶／融液界面に供給される原料融液１３の温度が変化すると、結晶径の変動に合わせて結晶引き上げ速度が調節され、結晶径を一定に制御しているが、これは単結晶１６の品質の変動に繋がる。

【0023】

上記原料融液１３の流動分布の変動は、磁石２１により原料融液１３に磁場を印加して、原料融液１３内の電流および磁場によるローレンツ力を発生させることによって、抑制することができる。原料融液１３の流動分布の変動を抑制するためには、原料融液１３に高い磁束密度の磁場を印加することが好ましい。

【0024】

これに対して、製造された単結晶から得られるウェーハの外周部の酸素濃度の低下は、ウェーハ外周部の機械的強度を低下させ、デバイス製造時の熱処理により変形する要因になる。したがって、ウェーハ外周部の酸素濃度の低下量は小さいことが好ましい。

【0025】

図３は、シミュレーションにより得られた原料融液１３表面の原料融液１３の流動分布を示している。図３に示すように、結晶引き上げ時の結晶／融液界面では、磁場中を回転させている単結晶１６内に生じた誘起電流および磁場によるローレンツ力により、表面の原料融液１３を取込む対流が生じる。原料融液１３表面には、蒸発により酸素濃度が低下した原料融液１３が存在しており、単結晶１６がこうした低酸素濃度の原料融液１３を取り込むことによって、ウェーハ外周部の酸素濃度低下が生じていると考えられる。したがって、ウェーハ外周部の酸素濃度の低下を抑制するためには、単結晶１６付近の原料融液１３に低い磁束密度の磁場を印加することが好ましい。

【0026】

このように、結晶引き上げ速度の変動を抑制する点では、原料融液１３に高い磁束密度の磁場を印加することが有効である一方、ウェーハ外周部の酸素濃度の低下を抑制する点では、原料融液１３に低い磁束密度の磁場を印加することが有効であり、結晶引き上げ速度の変動の抑制と、ウェーハ外周部の酸素濃度の低下の抑制とはトレードオフの関係にある。

【0027】

本発明者らは、結晶引き上げ速度の変動の抑制と、ウェーハ外周部の酸素濃度の低下の抑制とを両立できる方途について鋭意検討した。その結果、上部に凹部を有する環状のコイルに想到したのである。このようなコイルを用いて磁石を構成することにより、単結晶１６周囲の原料融液１３に対しては低い磁束密度の磁場を印加できる一方、それ以外の原料融液１３に対しては高い磁束密度の磁場を印加することができ、結晶引き上げ速度の変動の抑制と、ウェーハ外周部の酸素濃度の低下の抑制とを両立することができる。こうして、本発明を完成させたのである。

【0028】

上記説明から明らかなように、本発明によるコイルは、その形状に特徴を有するものであり、その他の構成は限定されず、従来公知のものを適切に使用することができる。以下、本発明によるコイルを具体的に説明するが、本発明はこれに限定されない。

【0029】

図４は、本発明による単結晶の製造装置用の磁石を構成するコイルの好適な一例を示しており、（ａ）は全体図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は上面図をそれぞれ示している。図４に示したコイル１は、上部に凹部１ａを有し、環状に構成されている。より具体的には、コイル１は、図４（ｂ）に示すように、鉛直方向に延びる２つの第１の部分２と、水平方向に延びる２つの第２の部分３と、第１の部分２と第２の部分３とを接続する４つの接続部分４とを有する。

【0030】

また、上側の第２の部分３は、水平方向の延びる２つの第１のサブ部分３１と、第１のサブ部分３１よりも下方に位置して水平方向に延びる１つの第２のサブ部分３２と、鉛直方向に延びる２つの第３のサブ部分３３と、第１のサブ部分３１または第２のサブ部分３２と第３のサブ部分３３とを接続する４つのサブ接続部分３４とを有する。そして、コイル１の凹部１ａは、第２のサブ部分３２と２つの第３のサブ部分３３と４つのサブ接続部分３４とで画定されている。なお、図４（ａ）～（ｃ）に示した例においては、上側の第２の部分３の中央にて凹部１ａが設けられている。

【0031】

このような構成を有するコイル１を単結晶の製造装置用磁石に適用し、チャンバー１１の周囲に配置して、コイル１に電流を流す。これにより、単結晶１６付近の原料融液１３には低い磁束密度の磁場を印加させつつ、それ以外の単結晶１６から離れた原料融液１３に対しては高い磁束密度の磁場を印加することができる。その結果、単結晶の引き上げ速度の変動を抑制しつつ、製造した単結晶から得られたウェーハの外周部の酸素濃度の低下を抑制することができる。

【0032】

上記コイル１の凹部１ａの深さ（すなわち、第１のサブ部分３１の上面３１ａと第２のサブ部分３２の上面３２ａとの間の距離（高さの差））および幅（すなわち、第２のサブ部分３２の長さ）は、原料融液１３を収容する坩堝１２の寸法に応じて適切に設定することができる。例えば、凹部１ａの深さは、コイル高さの４０％～６０％の高さとすることが好ましい。なお、「コイル高さ」とは、コイル１の開口部において上下方向の最も長い部分の長さを意味する。すなわち、図４に示したコイル１については、上側の第２の部分３の第１のサブ部分３１の下面３１ｂと、下側の第２の部分３の上面３ａとの間の距離である。また、図４（ａ）～（ｃ）に示した例においては、第１のサブ部分３１の上面３１ａおよび下面３１ｂ、第２のサブ部分３２の上面３２ａ、下側の第２の部分３の上面３ａは、いずれも水平面に平行な面である。

【0033】

また、凹部１ａの幅は、育成する単結晶の結晶径に対して９０％～１１０％の幅とすることが好ましい。なお、第２の部分３が図４に示したように外面１ｄ側に湾曲している場合には、「凹部の幅」は、コイル１を正面視した際の凹部１ａの内面１ｄでの長さを意味する。結晶径は、３００ｍｍ以上（例えば、φ３００ｍｍウェーハ用のシリコン単結晶の場合には直径３０１～３４０ｍｍ、φ４５０ｍｍウェーハ用のシリコン単結晶の場合には直径４５１～５００ｍｍ）とすることができ、本発明は、結晶径が３００ｍｍ以上の単結晶の製造に好適である。

【0034】

コイル１は、図４に示した形状の支持体を用意し、図４（ａ）に示すように、支持体の外形を画定する外周面１ｂ、または支持体の開口部を画定する内周面１ｃに凹部（図示せず）を設け、巻線を上記凹部に収容して巻き回して構成することができる。また、コイル１は、支持体を設けずに、図４に示した形状に巻き回して樹脂で固めて構成することもできる。

【0035】

また、巻線を支持体の外周面１ｂまたは内周面１ｃに巻き回す場合、支持体の外周面１ｂまたは内周面１ｃは、コイル１を構成する巻線を円滑に巻き回せるように、その角部がアール（丸み）を有していることが好ましい。また、巻線を支持体に巻き回さない場合、角部にてアールを付けて巻き回すことが好ましい。

【0036】

なお、コイル１は、例えば図４（ａ）および（ｃ）に示すように、その外面１ｄ側に湾曲していることが好ましい。これにより、コイル１の内面１ｅをチャンバー１１側に向けてコイル１をチャンバー１１の外壁に沿って配置することができ、コイル１の配置に必要なスペースを節約してコンパクトに構成することができる。しかし、コイル１は必ずしも湾曲している必要はなく、平坦なコイル１としてもよい。

【0037】

また、図４に示したコイル１の凹部１ａは矩形であるが、それに限定されず、半円状や半楕円状、矩形以外の多角形など、任意の形状とすることができる。

【0038】

（単結晶の製造装置用磁石）
本発明による単結晶の製造装置は、チョクラルスキー法により、坩堝に収容された単結晶の原料の融液に水平磁場を印加しつつ単結晶を引き上げる単結晶の製造装置において水平磁場を印加するための単結晶の製造装置用磁石である。ここで、磁石は、複数のコイルを有し、複数のコイルの一部あるいは全てが、上述した本発明によるコイルであることを特徴とする。

【0039】

図５は、本発明による磁石の一例におけるコイルの配置を説明する図である。なお、図１に示した単結晶の製造装置１００と同じ構成には同じ符号が付されている。図５に示した単結晶の製造装置用磁石５０は、図４に示した本発明によるコイル１を２個備えており、これら同一の形状および同一の大きさの２個のコイル１が対称性をもって（すなわち、ｘｚ面（水平磁場の印加方向に垂直な面）に対して対称に）チャンバー１１の周囲に対向して配置されている。上述のように、コイル１は、上部に凹部１ａを有しているため、単結晶１６付近の原料融液１３には低い磁束密度の磁場を印加させつつ、それ以外の単結晶１６から離れた原料融液１３に対しては高い磁束密度の磁場を印加することができる。これにより、単結晶の製造装置に適用された際に、単結晶の引き上げ速度の変動を抑制しつつ、製造した単結晶から得られたウェーハの外周部の酸素濃度の低下を抑制することができる。

【0040】

また、磁石５０は、後述する原点Ｏ（０ｍｍ，０ｍｍ，０ｍｍ）での磁束密度をＭとしたときに、点Ａ（０ｍｍ，０ｍｍ，－４００ｍｍ）での磁束密度が０．５８×Ｍ以上、かつ点Ｂ（４００ｍｍ，０ｍｍ，０ｍｍ）での磁束密度が１．４７×Ｍ以上となる磁場分布を発生できることが好ましい。

【0041】

本発明者らは、コイル１の第２のサブ部分３２の下面３２ｂの最も低い高さ位置の点を含む平面と結晶引き上げ軸との交点である磁場中心を原点Ｏとした座標系において、特定の位置（点）での磁束密度と、結晶引き上げ方向の酸素濃度の変動および結晶の引き上げ速度の変動とが密接に関連していることを見出した。

【0042】

なお、一般的に、単結晶の製造装置用磁石５０の中心軸（図４における一点鎖線参照）は結晶引き上げ軸と一致するため、磁石５０が単結晶の製造装置から外されている場合、すなわち磁石単体の場合には、原点Ｏは、図４の第２のサブ部分３２の下面３２ｂの最も低い高さ位置の点を含む平面と、磁石５０の中心軸との交点であると定義できる。

【0043】

磁石５０に配置されるコイル１が互いに対向する２個のみの場合には、原点Ｏは、第２のサブ部分３２の下面３２ｂの最も低い高さ位置の２点を結んだ線と磁石５０の中心軸との交点と定義する。上記２点を結んだ線と磁石５０の中心軸とが交わらない場合には、上記２点を結んだ線を磁石５０の中心軸と交わるように水平移動させた際の上記２点を結んだ線と磁石５０の中心軸との交点と定義する。図４に示すように第２のサブ部分３２の下面３２ｂが水平面である場合には、原点Ｏは、下面３２ｂを含む水平面と、磁石５０の中心軸との交点である。

【0044】

ここで、原点Ｏと坩堝１２内の原料融液１３の液面（原料融液１３の表面）との位置関係について説明する。本発明による磁石５０を単結晶の製造装置に設置して、水平磁場を印加しながら単結晶を製造する場合、一般的に坩堝１２内の原料融液１３の液面の高さ位置は、コイル１の高さ方向の中間位置近傍となる。そのため、磁石５０を単結晶の製造装置に設置して、水平磁場を印加しながら単結晶を製造する場合、本発明の特徴であるコイル１の凹部１ａの下面３２ｂの最も低い高さ位置と、坩堝１２内の原料融液１３の液面の高さ位置とは略一致すると考えてよい。そのため、本発明による磁石５０を単結晶の製造装置に設置して、水平磁場を印加しながら単結晶を製造する場合、原点Ｏは、坩堝１２内の原料融液１３の液面と結晶中心軸との交点とみなしてよい。

【0045】

すなわち、磁石５０により坩堝１２に磁場が印加されており、原点Ｏが原料融液１３の表面と同じ高さ位置に配置されている状態で、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、原点Ｏを通り、水平面上に投影された磁場の方向に平行な軸をｙ軸、水平面上に投影された磁場の方向に垂直な軸をｘ軸とし、原点Ｏを通り、水平面に垂直な軸をｚ軸とする。このとき、本発明者は、結晶引き上げ開始時において、ｚ軸上の坩堝１２内側（内壁）の点を点Ａとしたときに、点Ａでの磁束密度が、結晶引き上げ方向の単結晶の酸素濃度の変動に密接に関連していることを見出した。これは、坩堝１２の底部での磁束密度が低い場合には、原料融液１３の対流を制御するローレンツ力の強度が小さくなり、坩堝１２の回転によるせん断力の影響が大きくなって原料融液１３の流動分布の変動が大きくなり、これが酸素濃度の変動に影響するためと考えられる。

【0046】

また、本発明者らは、ｘ軸上の坩堝１２内側（内壁）の点を点Ｂとしたときに、点Ｂでの磁束密度が、無欠陥の単結晶を引き上げる際の結晶引き上げ速度の変動に密接に関連していることを見出した。これは、シリコンなどの伝導体の原料融液１３に水平磁場が印加されると水平磁場の方向の周りを回るロール状の対流が生じるが、点Ｂでの磁束密度が高い場合には、上記上昇流および下降流の制動性が高められ、固液界面の温度の変動が抑制されて、結晶引き上げ速度ｖの変動が抑制されるためと考えられる。

【0047】

このように、本発明者らは、上記点Ａおよび点Ｂでの磁束密度を所定の範囲、具体的には、原点Ｏ（０ｍｍ，０ｍｍ，０ｍｍ）での磁束密度をＭとしたときに、点Ａ（０ｍｍ，０ｍｍ，－４００ｍｍ）での磁束密度が０．５８×Ｍ以上、かつ点Ｂ（４００ｍｍ，０ｍｍ，０ｍｍ）での磁束密度が１．４７×Ｍ以上となるように、上記融液に対して水平磁場を印加して単結晶を引き上げることにより、結晶引き上げ方向の酸素濃度の変動を抑制しつつ、無欠陥の単結晶を製造できることを見出したのである。

【0048】

原点Ｏでの磁束密度をＭとした場合に、点Ａでの磁束密度を０．５８Ｍ以上とすることにより、単結晶における結晶引き上げ方向の酸素濃度の変動を抑制することができる。好ましくは、点Ａでの磁束密度を０．６４Ｍ以上とする。これにより、単結晶における結晶引き上げ方向の酸素濃度の変動をさらに抑制することができる。

【0049】

また、点Ｂでの磁束密度を１．４７Ｍ以上とすることにより、無欠陥の単結晶の結晶引き上げ速度の変動を抑制することができる。好ましくは、点Ｂでの磁束密度を２．２３Ｍ以上とする。これにより、無欠陥の単結晶の結晶引き上げ速度の変動をさらに抑制することができる。

【0050】

また、点Ｃ（０ｍｍ，４００ｍｍ，０ｍｍ）での磁束密度を点Ｂでの磁束密度よりも小さくすることが好ましい。これにより、原料融液１３の対流変動をさらに抑制することができる。

【0051】

点Ａおよび点Ｂでの上記磁束密度への制御は、磁石５０の構成に依存するものの、コイル１を適切な位置に配置し、コイル１に印加する電流の大きさおよび向きを調整することにより行うことができる。例えば、図４に示したコイル１を用いる場合、凹部１ａのない位置でのコイルの高さＨ１を７５０ｍｍ、凹部１ａのある部分での高さＨ２を３７５ｍｍ、湾曲したコイルの曲率半径を９００ｍｍ、第２の部分３の第１のサブ部分３１を４５°（すなわち、凹部１ａの部分が９０°）で構成し、コイル１に流れる電流および向きを制御することによって、点Ａおよび点Ｂでの磁束密度を上記のように制御することができる。

【0052】

（単結晶の製造装置）
本発明による単結晶の製造装置は、単結晶の原料の融液を収容する坩堝と、該坩堝の周囲に配置された、上述した本発明による磁石とを備え、上記磁石によって融液に水平磁場を印加しつつ単結晶を引き上げる単結晶の製造装置である。

【0053】

図７は、本発明による単結晶の製造装置の一例を示している。なお、図１に示した単結晶の製造装置１００と同じ構成には同じ符号が付されている。図７に示した単結晶の製造装置７０においては、図１に示した単結晶の製造装置１００における磁石２１に代えて、上述した本発明による磁石５０を備えている。上述したように、磁石５０は、２個の同一の形状および同一の大きさのコイルを有し、この２個のコイルは水平磁場の印加方向に垂直な面に対して対称に配置されており、また２個のコイルの双方が、上部に凹部１ａを有し、環状である本発明によるコイル１で構成されている。これにより、単結晶１６を引き上げる際に、単結晶の引き上げ速度の変動を抑制しつつ、製造した単結晶から得られたウェーハの外周部の酸素濃度の低下を抑制することができる。その結果、ウェーハ外周部の酸素濃度の低下が抑制された無欠陥の単結晶を製造することができる。

【0054】

（単結晶の製造方法）
本発明による単結晶の製造方法は、上述した本発明による単結晶の製造装置を用い、上記磁石により原料の融液に対して水平磁場を印加して単結晶を引き上げることを特徴とする。

【0055】

上述のように、本発明による単結晶の製造装置７０を用いることにより、単結晶１６を引き上げる際に、単結晶の引き上げ速度の変動を抑制しつつ、製造した単結晶から得られたウェーハの外周部の酸素濃度の低下を抑制することができる。その結果、ウェーハ外周部の酸素濃度の低下が抑制された無欠陥の単結晶を製造することができる。

【0056】

上記単結晶１６は、ＣＺ法により製造できるものであれば特に限定されないが、酸素濃度の変動が小さなシリコンの単結晶を好適に製造することができる。

【実施例0057】

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は実施例に限定されない。

【0058】

図８は、図２に示した従来のコイル（従来例）、および図４に示した本発明によるコイル（発明例）による磁束密度分布を示しており、（ａ）はｘ軸方向、（ｂ）はｙ軸方向、（ｃ）はｚ軸方向にそれぞれ沿った磁束密度である。なお、図８において、いずれの図も上記原点Ｏを原点としている。

【0059】

図８（ａ）に示すように、発明例のコイル１は、従来例のコイル２２の磁束密度分布に対して、ｘ軸方向の磁場分布では、融液領域の磁束密度を変化させずに結晶／融液界面における磁束密度を下げられることが分かる。また、図８（ｂ）に示すように、発明例のコイル１は、ｙ軸方向の磁場分布では、従来例のコイル２２の磁束密度よりも小さい磁場を形成できることが分かる。さらに、図８（ｃ）に示すように、発明例のコイル１は、ｚ軸方向の磁場分布では、磁束密度のピークを融液側にシフトさせ、かつ最大値を大きくすることができ、融液領域の磁束密度は高く、結晶領域の磁束密度は低い磁場を形成できることが分かる。

【0060】

図９は、固液界面の平均温度の時間変動を示している。図９から明らかなように、坩堝１２に収容された原料融液１３に印加された磁束密度が高い方が、固液界面の平均温度の時間変動が小さいことが分かる。これにより、結晶引き上げ速度の変動、ひいては製造される単結晶の品質の変動を抑制することができる。

【0061】

図１０は、ウェーハ中心からの距離と酸素濃度との関係を示している。この図に示すように、発明例のコイル１を用いた場合には、従来例のコイル２２に比べて、ウェーハ外周部での酸素濃度の低下を抑制できることが分かる。

【産業上の利用可能性】

【0062】

本発明によれば、結晶の引き上げ速度の変動を抑制しつつ、製造した単結晶から得られたウェーハの外周部の酸素濃度の低下を抑制することができるため、半導体ウェーハ製造業において有用である。

【符号の説明】

【0063】

１，２２ コイル
１ａ 凹部
１ｂ 外周面
１ｃ 内周面
１ｄ 外面
１ｅ 内面
２ 第１の部分
３ 第２の部分
３ａ 上面
４ 接続部分
１１ チャンバー
１２ 坩堝
１３ 原料融液
１４ ヒーター
１５ 坩堝回転機構
１６ 単結晶
１７ 種結晶
１８ 種結晶保持器
１９ ワイヤーロープ
２０ 巻き取り機構
２１，５０ 磁石
２２ａ 外面
２２ｂ 内面
３１ 第１のサブ部分
３１ａ 上面
３１ｂ 下面
３２ 第２のサブ部分
３２ａ 上面
３２ｂ 下面
３３ 第３のサブ部分
３４ サブ接続部分
７０，１００ 単結晶の製造装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】