KR100804459B1

KR100804459B1 - 실리콘 단결정 제조 방법 및 실리콘 단결정

Info

Publication number: KR100804459B1
Application number: KR1020060068463A
Authority: KR
Inventors: 게이세이 아베
Original assignee: 가부시키가이샤 사무코
Priority date: 2005-07-25
Filing date: 2006-07-21
Publication date: 2008-02-20
Also published as: JP4483729B2; US20070028833A1; JP2007031187A; US7456082B2; KR20070013214A

Abstract

도가니에 수용된 실리콘 융액으로부터 실리콘 단결정을 인상하면서 성장시켜 제조하는 실리콘 단결정 제조 방법에 있어서, 실리콘 단결정의 직경 방향으로 자장을 인가하는 자장 인가 단계를 구비하고, 실리콘 융액의 액면에 대한 자장의 중심 높이 위치를, 실리콘 단결정의 축방향 온도 구배가 직경 방향의 각 부위에 있어서 일정해지도록 제어하는 실리콘 단결정 제조 방법.

실리콘 단결정

Description

실리콘 단결정 제조 방법 및 실리콘 단결정 {METHOD FOR PRODUCING SILICON SINGLE CRYSTAL AND SILICON SINGLE CRYSTAL}

도 1 은 본 발명의 제 1 실시 형태에 의한 실리콘 단결정 제조 방법에 있어서 사용하는 실리콘 단결정 제조 장치의 개략 단면도.

도 2 는 실리콘 융액 M 의 고화율과 실리콘 단결정 SI 의 인상 속도의 관계를 나타낸 그래프.

도 3 은 실시예에 있어서 얻어진 실리콘 단결정의 길이에 대한 결정 성장축 방향 단면의 결정 결함 분포를 나타낸 도면.

도 4 는 도 2 에 나타내는 고화율 20∼40% 시에 실시예에 있어서 얻어진 실리콘 단결정의 결정 성장축 방향 단면의 결정 결함 분포를 나타낸 도면.

도 5 는 종래예에 있어서 얻어진 실리콘 단결정의 길이에 대한 결정 성장축 방향 단면의 결정 결함 분포를 나타낸 도면.

도 6 은 도 2 에 나타내는 고화율 20∼40% 시에 종래예에서 얻어진 실리콘 단결정의 결정 성장축 방향 단면의 결정 결함 분포를 나타낸 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 자기 코일 2 : 도가니

6 : V-OSF 경계면 7 : P-OSF 경계면

8 : P-I 경계면 9 : 자장

A : 중심 M : 실리콘 융액

SI : 실리콘 단결정

특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 소64-24090호

특허 문헌 2 : 일본 공개특허공보 2000-154093호

본 발명은 결정 전체 길이에 걸쳐서 직경 방향의 결정 결함 분포의 변화가 작고, 직경 방향의 절단면의 전체면이 1 종류의 결정 결함 영역인 실리콘 단결정을 용이하게 제조할 수 있는 실리콘 단결정 제조 방법 및 당해 제조 방법을 사용하여 제조되는 실리콘 단결정에 관한 것이다. 본원은 2005 년 7 월 25 일에 출원된 일본 특허출원 제2005-214236호에 대하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

실리콘 단결정은 도가니에 수용된 다결정 실리콘 원료를 히터로 가열하여 실리콘 융액으로 하고, 쵸크랄스키법 (이하, "CZ 법" 이라고 약기한다.) 에 의해 실리콘 융액으로부터 인상하면서 성장시킴으로써 제조된다. 실리콘 기판은 상기 방법에 의해 제조된 실리콘 단결정을 슬라이스 (절단) 함으로써 제조된다. 최근, 반도체 회로의 고집적화에 의한 소자의 미세화에 수반하여, 그 기판이 되는 실 리콘 단결정에 대한 품질 요구가 높아지고 있다.

종래부터 실리콘 융액의 대류를 억제할 수 있고, 균일한 실리콘 단결정이 얻어지는 방법으로서, 자장 중 인상법 (이하, "MCZ 법" 이라고 약기한다.) 이 알려져 있다 (예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

또한, 종래의 CZ 법에 의해 실리콘 단결정을 제조하면, 얻어진 실리콘 단결정에는 격자간 실리콘형 점결함이 지배적이고 격자간 실리콘형 점결함이 존재하는 영역 (이하, "I 영역" 이라고 한다.), 잉곳 내에서의 공공형 (空孔型) 점결함이 지배적이고 공공형 점결함의 응집체가 존재하는 영역 (이하, "V 영역" 이라고 한다.), 공공형 점결함의 응집체 및 격자간 실리콘형 점결함의 응집체가 존재하지 않는 퍼펙트 영역 (이하, "P 영역" 이라고 한다.), P 영역과 V 영역 사이에, 분포하고 있는 OSF (Oxidation Induced Stacking Fault : 산소 유기 적층 결함) 의 핵을 형성하는 영역 (이하, "OSF 영역" 이라고 한다.) 으로 이루어지는 복수의 결정 결함 영역이 존재하고 있는 것이 알려져 있다. OSF 영역은 실리콘 단결정의 결정 성장축 방향과 수직인 단면에서 보았을 때에 링상의 분포를 나타낸다.

그리고, 직경 방향의 절단면의 전체면이 P 영역인 실리콘 단결정을 제조하는 방법으로서, 실리콘 단결정을 육성할 때의 조건을 제어하는 방법이 제안되어 있다 (예를 들면, 특허 문헌 2 참조).

그러나, 특허 문헌 2 의 기술에서는 인상 속도·온도 구배 등의 인상 조건의 바람직한 폭이 매우 좁기 때문에, 결함이 없는 실리콘 단결정의 인상 제어가 곤란하고, 실용적이지 않았다. 또한, 특허 문헌 1 의 기술은 실리콘 단결정의 인상 속도를 저하시키지 않고, 실리콘 단결정 중의 산소 농도를 증가시키는 것을 목적으로 하는 것이고, 직경 방향의 절단면의 전체면이 1 종류의 결정 결함 영역인 실리콘 단결정을 제조할 수 있는 것은 아니었다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 결정 전체 길이에 걸쳐서 직경 방향의 결정 결함 분포의 변화가 작고, 직경 방향의 절단면의 전체면이 1 종류의 결정 결함 영역인 실리콘 단결정을 용이하게 제조할 수 있는 실리콘 단결정 제조 방법 및 당해 제조 방법을 사용하여 제조된, 직경 방향의 절단면의 전체면이 1 종류의 결정 결함 영역인 실리콘 단결정을 실현하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실리콘 단결정 제조 방법은, 도가니에 수용된 실리콘 융액으로부터 실리콘 단결정을 인상하면서 성장시켜 제조하는 실리콘 단결정 제조 방법에 있어서, 상기 실리콘 단결정의 직경 방향으로 자장을 인가하는 자장 인가 단계를 구비하고, 상기 실리콘 융액의 액면에 대한 상기 자장 중심의 높이 위치를, 상기 실리콘 단결정의 축방향 온도 구배가 직경 방향의 각 부위에 있어서 일정해지도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기의 실리콘 단결정 제조 방법에 있어서는 자장을 인가하면서 인상 속도를 0.2mm/분 내지 0.6mm/분의 범위에서 변화시키는 시험적인 인상을 실시하였 때에, 실리콘 단결정의 축방향으로 차례대로 발생되는 결정 결함의 상태가 상이한 영역을, 각각 제 1 결정 결함 영역, 제 2 결정 결함 영역으로 하고, 상기 제 1 결 정 결함 영역과 상기 제 2 결정 결함 영역 사이에서 형성되는 경계면에 있어서, 단결정 외주부에 있어서의 상기 경계면 위치와 단결정 중심부에 있어서의 상기 경계면 위치의 결정 성장축 방향에 있어서의 간격을 Lmm 로 하였을 때, 그 간격 L 의 실리콘 단결정 직경 Dmm 에 대한 비가,

L/D=35/300∼105/300 이 되는 자장 조건을 구하는 공정과, 상기 실리콘 단결정의 인상에 있어서, 상기 실리콘 융액의 액면에 대한 상기 자장 중심의 높이 위치를 상기 자장 조건이 되도록 제어하여 상기 실리콘 단결정의 인상을 실시하는 공정을 갖는 것이 바람직하다.

또한, 상기의 실리콘 단결정 제조 방법에 있어서는 상기 제 2 결정 결함 영역이, 공공형 점결함의 응집체 및 격자간 실리콘형 점결함의 응집체가 존재하지 않는 P 영역인 방법으로 할 수 있다.

또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실리콘 단결정은 상기의 몇 가지의 실리콘 단결정 제조 방법을 사용하고 제조되어 이루어질 수 있다.

본 발명에 따르면, 도가니에 수용된 실리콘 융액으로부터 실리콘 단결정을 인상하면서 성장시켜 제조하는 실리콘 단결정 제조 방법에 있어서, 상기 실리콘 단결정의 직경 방향으로 자장을 인가하는 자장 인가 단계를 구비하고, 자장 중심의 높이 위치를, 고액 계면으로부터 상기 실리콘 단결정의 축방향으로의 온도 구배 (이하, 축방향 온도 구배라고 한다) 가, 결정의 직경 방향에 걸쳐서 일정해지도록 제어한다. 그 때문에 인가된 자장에 의한 실리콘 융액의 대류의 억제 작용 등을 유효하게 기능시키고, 결정 중심부에 있어서의 축방향 온도 구배와, 결정 외주 부에 있어서의 축방향 온도 구배의 차이를 저감시켜, 실리콘 단결정의 중심으로부터 외주부로의 직경 방향의 각 부위에 있어서, 축방향 온도 구배를 일정하게 할 수 있다. 또한, 상기 실리콘 단결정의 제조 방법에 따르면, 자장의 중심 높이 위치를, 실리콘 융액의 액면에 대하여 설정하고 있기 때문에, 실리콘 단결정의 성장에 수반하여 실리콘 융액 액면의 높이가 변화되었다고 해도, 인상의 전체 공정에 걸쳐서 바람직한 상태를 유지하고, 실리콘 단결정의 축방향의 전체 길이에 걸쳐서, 실리콘 단결정의 직경 방향에 있어서의 온도 구배를 작게 할 수 있다.

그 결과, 실리콘 단결정의 직경 방향의 각 부위에 있어서의 축방향 온도 구배의 차를 효과적으로 저감시킬 수 있어, 직경 방향에 있어서의 결정 결함 분포의 변화가 작아진다. 그 때문에 실리콘 단결정의 직경 방향에 있어서의 결정 결함 상태를 단일화할 수 있어, 직경 방향에 있어서의 절단면의 전체면이 1 종류의 결정 결함 영역인 실리콘 단결정을 용이하게 얻을 수 있게 된다. 이에 따라, 직경 방향으로 균질한 실리콘 웨이퍼를 제조할 수 있다.

또한, 본 발명의 실리콘 단결정 제조 방법에서는 상기 기술한 자장 상태를 더욱 상세하게 규정하기 위해서, 우선, V 자 인상 시험에 있어서, 실리콘 단결정의 인상 속도를 0.2∼0.6㎜/분으로 변화시켰을 때, 제 1 결정 결함 영역과, 이 제 1 결정 결함 영역에 계속하여 성장되는 상기 제 1 결정 결함 영역은 결함 상태가 상이한 제 2 의 결정 결함 영역의 경계면을 관찰한다. 이때, V 자 인상을 실시한 시험 단결정을 중심축을 통과하도록 나눈 단면에 있어서의 각 결정 결함 영역의 형상이 결정 성장축 방향으로 어느 정도 변화되고 있는지를 검증한다. 온도 상태 가 결정의 직경 방향에서 균일하면, 각 결정 결함 영역은 인상 속도의 변화에만 대응하여 직경 방향으로는 변화되지 않고, 단면에 있어서 결정의 직경 방향을 따른 직선상의 경계면을 가져야 하지만, 실제로는 온도 구배 등의 조건이 직경 방향의 각 부위에서 상이하기 때문에, 인상 속도의 변화에 따라서 결정 장축 방향으로 위로 볼록 또는 아래로 오목하게 된 경계면을 갖는다. 이 단결정의 직경 방향에 있어서의 조건의 차이를, 결정 결함 영역의 경계면의 요철 상태에 기초하여 평가하기 위해서, 단결정의 외주부와 중심부에 있어서의 경계면 위치의 단결정 장축 방향의 간격 L㎜ 를 구한다. 그리고, 자장의 중심 높이 위치를 바꾸어 복수의 V 자 인상 시험을 실시함으로써, 이 간격 L 과 상기 실리콘 단결정의 직경 D㎜ 의 비가 L/D=35/300∼105/300 이 되고, 인상시에 있어서의 단결정 직경 방향의 온도 차가 저감되도록, 상기 실리콘 융액의 액면에 대한 상기 자장의 중심 높이 위치를 설정한다.

실제의 단결정의 제조에 있어서는 자장 상태를 상기 설정 조건으로 제어하고, 소정의 인상 속도로 상기 실리콘 단결정을 인상한다.

이 실리콘 단결정 제조 방법에 있어서는 V 자 인상 시험에 있어서, 상기 실리콘 단결정의 인상 속도를 0.2∼0.6㎜/분으로 하였 때, 제 1 결정 결함 영역과 상기 제 1 결정 결함 영역에 계속하여 성장되는 상기 제 1 결정 결함 영역과 결정 결함이 상이한 제 2 의 결정 결함 영역의 경계면의, 외주부에 있어서의 결정 성장축 방향의 높이와 중심부에 있어서의 결정 성장축 방향의 높이의 간격 (높이의 차) L㎜ 와, 상기 실리콘 단결정의 직경 D㎜ 의 비가, L/D=35/300∼105/300 이 되도록, 상기 실리콘 융액의 액면에 대한 상기 자장의 중심 높이 위치를 제어함으로써, 인가된 자장에 의한 실리콘 융액의 대류의 억제 작용을, 상기 실리콘 단결정의 축방향 온도 구배가 직경 방향의 각 부위에 있어서 일정해지도록, 보다 더욱 유효하게 기능시킬 수 있다.

그 결과, 직경 방향의 절단면의 전체면이 1 종류의 결함 영역, 예를 들어 상기 제 2 결정 결함 영역인 실리콘 단결정을 용이하게 얻는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명의 실리콘 단결정 제조 방법에서는 L/D 의 값이 105/300 을 초과하는 경우에는 직경 방향의 결정 결함 분포의 변화가 커지고, 직경 방향의 절단면의 전체면이 제 2 결정 결함 영역인 실리콘 단결정이 얻어지지 않을 가능성이 발생하기 때문에 바람직하지 않다. 또한, L/D 값을 작게 할수록, 직경 방향의 결정 결함 분포의 변화가 작은 실리콘 단결정을 제조할 수 있기 때문에 바람직하지만, L/D 값을 35/300 미만이 되도록 제어하는 것은 곤란하다.

또한, 상기의 실리콘 단결정 제조 방법에 있어서, 상기 제 2 의 결정 결함 영역이, 공공형 점결함의 응집체 및 격자간 실리콘형 점결함의 응집체가 존재하지 않는 P 영역인 방법으로 함으로써, 직경 방향의 절단면의 전체면이 P 영역인 우수한 실리콘 단결정, 및 이러한 단결정으로부터 슬라이스되고 전체면이 무결함인 실리콘 웨이퍼를 용이하게 얻을 수 있게 된다.

여기에서, 제 1 결정 결함 영역은 V 영역에 접하는 OSF 링 또는 I 영역이 되는 것이 가능하다. 이것은 상기 범위에서 인상 속도를 변화시키는 V 자 인상 시험에 있어서, 경계면을 관측하는 부분에 있어서의 인상 속도의 변화가 증가 또는 감소에 의한 것이고, 본 발명은 제 1 결정 결함 영역의 경계면의 형상을 규정할 수 있으면 제 1 결정 결함 영역이 어떠한 결함 상태의 영역이어도 된다.

또한, 본 발명에서는 상기 기술한 바와 같이, V 자 인상에 있어서, 제 1 결정 결함 영역과 제 2 결정 결함 영역의 경계면 형상을, 결정 중심부와 결정 외주부에 있어서, 경계면의 결정축 방향 위치가 변화되는 양을 사용하여 규정하고 있지만, 인상 속도의 변화에 수반하여 변화되는 것은, V 영역, OSF 링 영역, I 영역 모두 동일하므로, 단결정 직경 방향으로 균질한 단결정을 얻기 위해서라면, 어느 영역의 형상을 사용하여 규정해도 된다.

상기 기술한 V 자 인상이란, 세로축을 인상 속도, 가로축을 인상된 결정 길이로 하였 때에 그래프가 V 자 모양이 되도록 인상 속도를 변화시키는 시험적인 인상 방법을 나타내는 것이다.

또한, 본 발명의 실리콘 단결정은 상기의 실리콘 단결정 제조 방법을 사용하여 제조된 것이므로, 직경 방향의 절단면의 전체면이 1 종류의 결정 결함 영역인 우수한 것이 된다.

본 발명에 의하면, 인가된 자장에 의한 실리콘 융액의 대류의 억제 작용을, 실리콘 단결정의 축 방향 온도 구배를 직경 방향의 각 부위에 있어서 일정하게 하기 위해 유효하게 기능시킬 수 있으므로, 직경 방향의 결정 결함 분포의 변화를 작게 할 수 있다. 그 때문에 직경 방향의 절단면의 전체면이 1 종류의 결정 결함 영역인 실리콘 단결정을 용이하게 제조할 수 있다.

바람직한 실시 태양

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 1 실시 형태에 의한 실리콘 단결정 제조 방법 그리고 실리콘 단결정에 대해 상세하게 설명한다. 도 1 은 본 발명의 제 1 실시 형태에 의한 실리콘 단결정 제조 방법에 있어서 사용하는 실리콘 단결정 제조 장치의 개략 단면도이다. 도 1 에 있어서, 부호 2 는 석영으로 형성된 도가니이며, 도가니 (2) 의 양측에는 한 쌍의 자기 코일 (1, 1) 이 소정의 간격을 두고 대향 배치되어 있다. 또한, 도가니 (2) 는 도가니 (2) 로부터 소정의 간격을 두고 도가니 (2) 와 자기 코일 (1, 1) 사이에 배치된 통 형상의 히터 (도시 생략) 에 의해 포위되어 있다.

도가니 (2) 에는 도가니 (2) 에 투입된 고순도의 실리콘 다결정체를 히터로 가열·융해하여 얻어진 실리콘 융액 (M) 이 수용되어 있다. 실리콘 단결정 (SI) 은 하면이 실리콘 융액 (M) 의 액면에 접하도록, 인상 와이어 (도시 생략) 에 의해 도가니 (2) 의 회전 중심을 향하여 수하 (垂下) 되어 있다.

도가니 (2) 는 도가니 구동 수단 (도시 생략) 에 접속되고, 도가니 (2) 가 수평면 내에서 회전할 수 있음과 함께, 실리콘 융액 (M) 의 액면 변화에 대응하여 상하 방향으로 이동 가능하게 되어 있다. 또한, 자기 코일 (1, 1) 은 자기 코일 구동 수단 (도시 생략) 에 의해 상하 방향으로 이동 가능하게 되어, 실리콘 융액 (M) 의 액면 변화에 대응하여 자장의 중심 높이 위치 (A) 를 변화시킬 수가 있게 되어 있다.

이러한 실리콘 단결정 제조 장치를 사용하여 실리콘 단결정 (SI) 을 제조하는데, 우선 히터에서 도가니 (2) 내에 수용된 다결정 실리콘 원료를 가열하여 실리 콘 융액 (M) 으로 하고, 실리콘 융액 (M) 의 온도를 소정의 온도로 설정한다. 다음으로, 자기 코일 (1, 1) 로부터 실리콘 단결정의 직경 방향으로 자장 (9) 을 인가하고, 선단에 종결정이 부착된 인상 와이어를 하방에 인하하여 실리콘 융액 (M) 표면에 종결정의 하단을 접촉시키고 나서 상방으로의 인상을 개시한다.

이 때, 실리콘 융액 (M) 의 액면에 대한 자장 (9) 의 중심 (A) 높이 위치를, 실리콘 단결정 (SI) 의 축방향 온도 구배가, 직경 방향의 각 부위에 있어서 일정해지도록 제어한다. 보다 구체적으로는 시험 인상에 있어서, 실리콘 단결정 (SI) 의 인상 속도를 0.2∼0.6mm/분의 범위에서 변화시켰을 때, OSF 영역과 P 영역과의 경계면의 결정 외주부에 있어서의 결정 성장축 방향의 높이와 중심부에 있어서의 결정 성장축 방향의 높이와의 차이 (장축 방향에 있어서의 간격) Lmm 과, 실리콘 단결정 (SI) 의 직경 Dmm 과의 비가, L/D=35/300∼105/300 이 되도록 제어한다.

또한, 자기 코일 (1, 1) 의 중심에 있어서의 자속 밀도, 자기 코일 (1, 1) 의 반경, 자기 코일 (1, 1) 과 도가니 (2) 의 거리, 자기 코일 (1, 1) 상호간의 거리는 제조 조건 등에 따라서 적당히 선택된다.

실시예

실리콘 단결정 (SI) 의 직경 (D) 을 300mm, 자장 (9) 의 중심 (A) 의 높이 위치를 실리콘 융액 (M) 의 액면의 하방 130mm 로 하고, 자기 코일 (1, 1) 의 중심에 있어서의 자속 밀도를 0.2∼0.4 테스라로 하고, 도가니 (2) 를 O.1∼20[min^-1] 정도의 회전 속도로 회전시킴과 함께, 인상하는 실리콘 단결정 (SI) 을 1∼25[min^{- 1}] 정도의 회전 속도로 역회전시켜, 도 2 에 나타내도록 실리콘 단결정 (SI) 의 인상 속도를 변화시키면서 실리콘 융액 (M) 을 고체화시킴으로써 실리콘 단결정 제조를 제조하였다. 이 경우의 결정 성장축 방향 단면의 결정 결함 분포를 도 3 및 도 4 에 나타낸다.

도 3 은 도 2 에 나타내는 고화율 20∼50% 일 때에 얻을 수 있던 실리콘 단결정의 결정 성장축 방향 단면의 결정 결함 분포를 나타낸 도면이다. 또한, 도 3 에 나타낸 결정 결함 분포는 실리콘 단결정 (SI) 의 결정 성장축 방향 단면 중, 실리콘 단결정 (SI) 의 외면으로부터 결정 성장축 중심까지의 부분만 가리키고 있다. 또한, 도 4 는 도 2 에 나타내는 고화율 20∼40% 일 때에 얻어진 실리콘 단결정의 결정 성장축 방향 단면의 결정 결함 분포를 나타내는 도면이다. 또한, 고화율은 (인상 결정 중량/도가니에 충전한 원료의 중량)×100 을 의미한다.

도 4 에 나타내는 바와 같이, 실리콘 단결정 (SI) 은 성장을 개시한 후 인상 속도가 0.5㎜/분 정도 (고화율 25％ 정도) 로 저하될 때까지, V 영역의 주위를 OSF 영역이 둘러싼 상태에서 성장하고 있다. 도 3 및 도 4 에 나타내는 바와 같이, 이전에 형성된 V 영역과 OSF 영역의 경계면인 V-OSF 경계면 (3) 은 결정 성장축 방향과 평행하게 되어 있다. 그리고, 인상 속도가 0.48㎜/분 정도일 때에 V-OSF 경계면 (3) 은 외주부로부터 중심부를 향하여 완만한 경사를 형성하고 있다.

또한, 인상 속도가 0.45㎜/분 정도일 때에 P 영역이 성장하기 시작하고, P 영역과 OSF 영역의 경계면인 P-OSF 경계면 (4) 이 형성되어 있다. P-OSF 경계 면 (4) 은 V-OSF 경계면 (3) 을 거의 따른 형상을 가지며, 외주부로부터 중심부을 향하여 완만한 경사를 형성하고 있다. P-OSF 경계면 (4) 에 있어서의 외주부의 결정 성장축 방향의 높이 (B) 와 중심부의 결정 성장축 방향의 높이 (C) 의 거리 (L) 는 35㎜ 이었다. 또한, 상기 서술한 바와 같이, 실리콘 단결정 (SI) 의 직경 (D) 은 300㎜ 이기 때문에, L/D = 35/300 이었다.

또한, 인상 속도가 0.40㎜/분 정도일 때에 I 영역이 성장하기 시작하고, P 영역과 I 영역의 경계면인 P-I 경계면 (5) 이 형성되어 있다. P-I 경계면 (5) 은 외주부로부터 중심부을 향하여 완만한 경사를 형성하고 있다.

도 2 ∼ 도 4 에 나타내는 바와 같이, 상기 서술한 실시예의 조건으로 실리콘 단결정 (SI) 을 성장시킴으로써, V-OSF 경계면 (3), P-OSF 경계면 (4), P-I 경계면 (5) 의 모두가 외주부로부터 중심부을 향하여 완만한 경사를 형성하고 있는 직경 방향의 결정 결함 분포의 변화가 작은 실리콘 단결정 (SI) 이 제조되었다.

또한, 도 2 ∼ 4 로부터, 상기 서술한 실시예의 조건으로 실리콘 단결정 (SI) 의 인상 속도를 0.45㎜/분 정도로 하면, 결정 전체 길이에 걸쳐서 직경 방향의 절단면의 전체면이 P 영역인 실리콘 단결정이 얻어지는 것을 확인할 수 있었다.

종래예

자장 (9) 의 중심 A 의 높이 위치를 실리콘 융액 (M) 의 액면의 하방 230㎜ 로 한 것 이외는 실시예와 동일하게 하여 실리콘 단결정 제조를 제조하였다. 이 경우의 결정 성장축 방향 단면의 결정 결함 분포를 도 5 및 도 6 에 나타낸다.

도 5 는 도 2 에 나타내는 고화율 20 ∼ 50％ 일 때에 얻어진 실리콘 단결정 의 결정 성장축 방향 단면의 결정 결함 분포를 나타낸 도면이다. 또한, 도 5 에 나타낸 결정 결함 분포는 실리콘 단결정 (SI) 의 결정 성장축 방향 단면 중, 실리콘 단결정 (SI) 의 외면으로부터 결정 성장축 중심까지의 부분만 나타내고 있다. 또한, 도 6 은 도 2 에 나타내는 고화율 20 ∼ 40％ 일 때에 얻어진 실리콘 단결정의 결정 성장축 방향 단면의 결정 결함 분포를 나타내는 도면이다.

도 5 및 도 6 에 나타내는 바와 같이, 상기 서술한 종래예의 조건으로 실리콘 단결정 (SI) 을 성장시킴으로써, V-OSF 경계면 (6), P-OSF 경계면 (7), P-I 경계면 (8) 이 형성하는 외주부로부터 중심부를 향하는 경사가, 도 3 및 도 4 에 나타내는 실시예와 비교하여 급하게 되고, 직경 방향의 결정 결함 분포의 변화가 실시예와 비교하여 큰 실리콘 단결정 (SI) 이 제조되었다.

또한, 도 3 및 도 5 에 나타내는 바와 같이, V-OSF 경계면 (6) 형성하는 외주부로부터 중심부를 향하는 경사는 인상 속도를 저하시켜 실시한 경우에서도, 인상 속도를 상승시켜 실시한 경우에서도, 실시예에 있어서의 경계면은 종래예와 비교하여 결정축 방향으로 급하지 않게 되었다.

또한, P-OSF 경계면 (7) 에 있어서의 외주부의 결정 성장축 방향의 높이 (B) 와 중심부의 결정 성장축 방향의 높이 (C) 의 차이 (L) 은 150㎜ 이었다. 또한, 상기 서술한 바와 같이, 실리콘 단결정 SI 의 직경 D 는 300㎜ 이므로, L/D=150/300 으로, 바람직한 범위인 L/D=35/300∼105/300 의 상한을 초과하였다.

또한, 도 5 및 도 6 으로부터, 상기 서술한 종래예의 조건에서는 직경 방향의 절단면의 전체면이 P 영역인 실리콘 단결정은 얻어지지 않음을 확인할 수 있었 다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기의 내용에 한정되지 않고, 본 발명의 범위내에서 자유롭게 변경 가능하다. 예를 들면, 상기 실시 형태에서는 도가니 (2) 에 수용된 실리콘 융액 M 에 실리콘 단결정의 직경 방향으로 자장을 인가하여 실리콘 단결정 SI 를 제조하는 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 수평 자장에 추가하여 커스프 자장을 인가하면서 실리콘 단결정 SI 를 제조하도록 해도 된다. 또한, 본 발명은 제조하는 실리콘 단결정 SI 의 직경의 크기에 제한은 없고, 임의의 직경을 갖는 실리콘 단결정을 제조하는 경우에 적용할 수 있다. 그 외, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 구성의 부가, 생략, 치환, 및 그 외의 변경이 가능하다. 본 발명은 전술한 설명에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부한 클레임의 범위에 의해서만 한정된다.

본 발명에 따르면, 결정 전체 길이에 걸쳐서 직경 방향의 결정 결함 분포의 변화가 작고, 직경 방향의 절단면의 전체면이 1 종류의 결정 결함 영역인 실리콘 단결정을 용이하게 제조할 수 있는 실리콘 단결정 제조 방법 및 당해 제조 방법을 사용하여 제조된, 직경 방향의 절단면의 전체면이 1 종류의 결정 결함 영역인 실리콘 단결정을 실현할 수 있다.

Claims

도가니에 수용된 실리콘 융액으로부터 실리콘 단결정을 인상하면서 성장시켜 제조하는 실리콘 단결정 제조 방법으로서,

상기 실리콘 단결정의 직경 방향으로 자장을 인가하는 자장 인가 단계를 구비하고,

상기 실리콘 융액의 액면에 대한 상기 자장 중심의 높이 위치를 상기 실리콘 단결정의 축방향 온도 구배가 직경 방향의 각 부위에 있어서 일정해지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

자장을 인가하면서 인상 속도를 0.2mm/분 내지 0.6mm/분의 범위에서 변화시킨 시험적인 인상을 실시하였을 때,

상기 실리콘 단결정의 축방향으로 차례로 발생하는 결정 결함 상태가 상이한 영역을 각각 제 1 결정 결함 영역과 제 2 결정 결함 영역으로 하고,

상기 제 1 결정 결함 영역과 상기 제 2 결정 결함 영역 사이에 형성되는 경계면에 있어서, 단결정 외주부에 있어서의 상기 경계면 위치와 단결정 중심부에 있어서의 상기 경계면 위치의 결정 성장축 방향에 있어서의 거리를 Lmm 로 하였을 때,

이 거리 L 의 실리콘 단결정 직경 Dmm 에 대한 비는,

L/D=35/300∼105/300 이 되는 자장 조건을 구하는 공정과,

상기 실리콘 단결정의 인상에 있어서, 상기 실리콘 융액의 액면에 대한 상기 자장 중심의 높이 위치를 상기 자장 조건이 되도록 제어하여 상기 실리콘 단결정의 인상을 실시하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 제 2 결정 결함 영역이 공공형 점결함의 응집체 및 격자간의 실리콘형 점결함의 응집체가 존재하지 않는 퍼펙트 영역인 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 실리콘 단결정 제조 방법을 사용하여 제조된 실리콘 단결정으로서,

상기 단결정의 전체 길이에 걸쳐서, 상기 단결정의 직경방향에 있는 결정결함이 단일의 분포상태를 가지는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정.
제 4 항에 있어서,

상기 단결정의 직경방향의 절단면의 전체면이, 격자간 실리콘 결함의 응집체가 존재하는 I 영역으로부터 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정.
제 4 항에 있어서,

상기 단결정의 직경방향의 절단면의 전체면이, 공공형 (空孔型) 점결함의 응집체가 존재하는 V 영역으로부터 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정.
제 4 항에 있어서,

상기 단결정의 직경방향의 절단면의 전체면이, 격자간 실리콘형 점결함의 응집체도, 공공형 점결함의 응집체도 존재하지 않는 퍼펙트 영역으로부터 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정.
제 4 항에 있어서,

상기 단결정의 직경방향의 절단면에 있는 산소 유기 적층 결함의 핵을 형성하는 OSF (Oxidation Induced Stacking Fault) 영역의 실리콘의 분포가 단일한 상태를 표시하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정.