KR100818677B1 - 실리콘 단결정의 제조방법 및 그 제조장치, 그리고 그방법으로 제조된 실리콘 단결정 및 웨이퍼 - Google Patents

Abstract

석영 도가니(4)내의 실리콘 융액(3)으로부터 단결정(6)을 인상할 때, 상기 석영 도가니(4)내의 융액(3)에 결정성장축과 수직방향의 자장(10)을 인가하면서 단결정 잉곳을 성장시키는 실리콘 단결정의 제조방법에 있어서, 도가니(4)내의 실리콘 융액(3) 표면에 발생하는 고온부와 저온부 중 어느 한 부분이 항상 결정성장의 고액계면에 위치하도록 하여 결정성장을 행한다. 또는, 석영 도가니(4)내의 실리콘 융액(3) 표면에서 결정중심에서 자장강도의 수직자장성분(12)와 수평자장성분(11)의 비를 0.3~0.5로 한다.

수평자장을 인가하는 CZ법에 있어서, 성장 단결정의 성장방향의 격자간 산소농도의 균일성이 높은 실리콘 단결정 잉곳을 고생산성, 고수율로 육성할 수 있는 실리콘 단결정의 제조방법에 제공된다.

격자간 산소농도, HMCZ, 자장강도, 실리콘 융액, 단결정 제조장치

Description

실리콘 단결정의 제조방법 및 그 제조장치, 그리고 그 방법으로 제조된 실리콘 단결정 및 웨이퍼{METHOD FOR PRODUCING SILICON SINGLE CRYSTAL AND APPARATUS FOR PRODUCING THE SAME, AND SINGLE CRYSTAL AND WAFER PRODUCED WITH THE METHOD}

본 발명은, 수평자장을 인가하는 쵸크랄스키법(Horizontal Magnetic-field-applied Czochralski Method, HMCZ법)에 의해, 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 실리콘 단결정의 제조방법 및 제조장치 등에 관한 것이다.

반도체 제조에 이용되는 실리콘 단결정의 제조방법으로서, 석영도가니내에 함유된 실리콘 융액으로부터 결정을 성장시키면서 인상하는 쵸크랄스키법(CZ법)이 널리 이용되고 있다. CZ법에서는, 도가니의 측면으로부터 가열을 행하기 때문에 융액중에 자연대류가 발생한다. 또한, 고품질의 실리콘 단결정을 얻기 위해, 결정의 회전수 또는 도가니의 회전수를 조정하기 때문에, 실리콘 융액내에는 강제 대류도 생겨서 복잡한 흐름이 형성된다. 그러한 융액내 대류의 제어에 있어서, 실리콘 융액에 정자장(static magnetic field)을 인가하는 방법이 유효한 것으로 언급되고 있다(「자장응용 CZ실리콘 결정성장 및 그 특성」, 집적회로 심포지엄, 1980. 11참조).

이와 같은 방법은, 수평자장형의 HMCZ법으로 널리 알려져, 융액 표면의 세로(수직)자장성분에 대해서는, 이것을 0으로 하거나, 또는 가로(수평)자장성분에 대해 매우 작은 비율(약 0.025정도)로 하여 제조가 행해져 왔다. 그 이유는, HMCZ법에서는 상하의 융액대류를 억제하어 단결정의 육성을 용이하게 하는 것이 큰 목적이었기 때문이다.

그런데, 최근 고집적화된 반도체 소자의 제조에서는, 기판인 실리콘 웨이퍼 중에 혼입된 격자간 산소원자(interstitial oxygen)가 다양한 형태로 이용되고 있다. 예를 들어, 디바이스 제조공정에서 열응력에 견디기 위한 기계적 강도의 향상에 이용되고, 디바이스 제조공정에서 과잉으로 혼입된 격자간 산소원자의 석출로 형성된 미소결함(fine defects)(Bulk Micro Defect)에 의한 중금속 불순물의 게터링 싸이트로서의 이용된다. 따라서, 최근 고품질 실리콘 단결정에서는, 격자간 산소농도의 제어 및 그 균일성이 중요하다.

그러나, 상기와 같은 HMCZ법에 의한 인상법에서는, 석영 도가니내에서 실리콘 융액(melt)의 대류가 억제되기 때문에, 결정제조가 용이하다. 그러나, 결정품질로서 격자간 산소농도의 미소변동(minute variation)이 생켜서, 단결정의 제품수율이 저하하는 경우가 있다. 즉, 결정성장 축방향에 따른 격자간 산소농도에 있어서, 수백 마이크론에서 수 밀리미터 정도에서 진폭이 약 1ppma(JEIDA) 정도의 변동이 생기고, 이 부분으로부터 만들어지는 실리콘 웨이퍼들은, 웨이퍼들의 면내 방향(planar direction)에 대한 산소농도분포가 현저히 악화되었다. 이 부분은 불량품을 제조하기 때문에, 실리콘 단결정의 제조시, 생산성을 악화시키고 수율을 저 하시켜, 비용을 상승시킨다.

HMCZ법의 자장분포에 대해서는, 예를 들어 특개소62-256788호 공보는, 도가니의 주변 방향(circumferential direction)에 따른 석영도가니의 저부 또는 벽의 곡율(curvature)을 일치시키도록, 자장분포를 제어하는 것을 개시한다. 그러나, 사용되는 가열체의 수명을 연장하는 효과만이 나타나 있고, 제조된 단결정의 품질은 개선되지 않았다. 또한, 일본 특개평9-188590호 공보는, HMCZ법에 의한 실리콘 단결정의 품질개선방법을 개시하고 있다. 그러나, 이 방법은, 반드시 충분한 효과를 제공하지는 않는다.

이에, 본 발명은 이와 같은 종래 문제점에 감안하여 행해진 것으로, 그 목적은, 성장 단결정의 성장축 방향에 따른 격자간 산소농도가 매우 균일한 실리콘 단결정 잉곳을, 수평자장이 인가되는 CZ법에 의해 고생산성 및 고수율로 육성할 수 있는, 실리콘 단결정의 제조방법 및 제조장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 해결하기 위한 본 발명의 제1 양태에 의하면, 석영 도가니내에 함유된 실리콘 융액으로부터 단결정을 인상할 때, 석영 도가니 내에 함유된 실리콘 융액에 결정성장 축과 수직인 자장을 인가하면서 단결정 잉곳을 성장시키는 실리콘 단결정의 제조방법에 있어서, 도가니내에 함유된 실리콘 융액표면에서 발생된 고온부와 저온부 중 어느 한 부분이 항상 결정성장의 고액계면에 위치하도록 하여, 결정성장을 행하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법이 제공된다.

상기한 바와 같이, 도가니내의 실리콘 융액표면에 발생된 고온부와 저온부 중 어느 한 부분이 항상 결정성장의 고액계면에 위치하도록 하여 결정성장을 행하면, 결정성장중 발생된 성장방향에 따른 산소농도에서 변동이 억제될 수 있고, 결정의 직경방향에 따른 면내 격자간 산소농도의 균일성이 향상될 수 있다.

상기한 방법에서는, 상기 고온부 및 저온부 중 어느 한 부분이, 항상 실리콘 융액표면의 중심부에 위치해야 한다.

이러한 특성에 의해, 결정성장이 용이하게 된다. 또한, 고온부 또는 저온부가 고액계면상에 위치하는 것이 가능하고, 이 상태를 장시간 안정적으로 유지할 수 있다. 따라서, 결정성장방향에 따른 격자간 산소농도의 변동을 보다 억제하는 것이 가능하고, 격자간 산소농도의 균일성이 높은 단결정의 생산성 및 수율의 향상을 실현할 수 있다.

또한, 상기 방법에서는, 상기 융액표면의 고온부 또는 저온부가. 방사 온도계(radiation pyrometer), 열전대(thermocouple) 또는 CCD 카메라로 검출될 수 있다.

이와 같이, 융액표면의 온도분포를 방사온도계, 열전대 또는 CCD 카메라로 측정하여, 고온부 또는 저온부의 위치와 범위를 검출, 확인하도록 하면, 고온부 또는 저온부는 용이하게 검출되어 항상 융액표면의 중심부에 위치될 수 있다. 이것은, 온도분포의 변동방지에 유효하여, 단결정 성장방향에 따른 격자간 산소농도의 균일성을 향상시킬 수 있다.

그리고, 상기 실리콘 단결정의 제조방법에 있어서, 상기 방사온도계, 열전대 또는 CCD 카메라에 의한 융액표면의 온도분포의 모니터링은, 결정성장중 항시 연속 하여 행해질 수 있어서, 융액표면에서 발생된 고온부와 저온부 중 어느 한 부분이 항상 결정성장의 고액계면에 위치할 수 있도록 결정성장이 수행된다.

또한, 본 발명은, 상기 실리콘 단결정의 제조방법에 있어서, 융액표면에서 발생된 고온부와 저온부 중 어느 한 부분이 항상 결정성장의 고액계면에 위치하는 조건을 구하도록 미리 결정성장실험을 수행하고, 상기 조건들을 상기 방사온도계, 열전대 또는 CCD 카메라에 의한 융액표면의 온도분포의 모니터링에 기초하여 결정성장조업에 적용하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법을 제공한다.

융액표면에서 발생된 고온부와 저온부 중 어느 한 부분이 항상 결정성장의 고액계면에 위치하는 조건으로는, 융액내부의 온도분포, 융액의 대류방향·위치·속도, 성장결정의 회전속도, 도가니 회전속도, 로내 온도분포, 로내 분위기가스 유량·유속 및 노즐위치, 수평자장의 강도 및 자장중심위치, 각 로의 특성 등을 포함하는 요소들이 있고, 이들 요소들은 복잡하게 서로 영향을 미친다. 따라서, 미리 결정성장 실험을 행하여, 상기 요소들을 좁혀야 한다. 그리고, 실제 조업에서는, 그 선택된 요소들이, 방사온도계, 열전대 또는 CCD 카메라에 의해 얻어진 검출결과를 피드백함에 의해 제어될 수 있어서, 융액표면의 온도분포의 안정화를 도모하고, 이것을 결정성장중 보지하여, 성장결정중 격자간 산소농도의 변동을 제어하는 것이 가능하다.

더욱이, 본 발명은, 상기한 방법에 의해 제조된 실리콘 단결정을 제공하고, 이것은 성장방향에 따른 결정내 격자간 산소농도의 균일성이 매우 높은 실리콘 단 결정이 된다.

또한, 본 발명은, 상기 방법에 의해 제조된 실리콘 단결정으로부터 얻어지는 실리콘 단결정 웨이퍼를 제공하고, 이것은 면내 직경 방향에 따른 격자간 산소농도분포에 있어서 미소변동이 현저히 저감한 실리콘 단결정 웨이퍼이다.

또한, 본 발명은, 석영 도가니내에 함유된 실리콘 융액으로부터 인상된 단결정의 결정성장축방향에 따른 40mm 길이의 임의의 구간(section)에서, 격자간 산소농도의 변동폭이 0.5ppma 이하인 것을 특징으로 하는 수평자장형 쵸크랄스키법으로 제조된 실리콘 단결정을 제공한다. 이것은, 결정성장 축방향에 따른 격자간 산소농도분포에서 매우 저감된 미소변동을 갖는 실리콘 단결정으로 된다.

또한, 상기 목적을 해결하기 위한 본 발명의 제2 양태로서, 석영 도가니내에 함유된 실리콘 융액으로부터 단결정을 인상할 때 상기 석영 도가니내에 함유된 실리콘 융액에 결정성장축에 수직인 자장을 인가하면서 단결정 잉곳을 성장시키는 실리콘 단결정의 제조방법에 있어서, 석영 도가니내에 함유된 실리콘 융액표면의 결정중심에서 자장강도의 수직자장성분과 수평자장성분의 비가 0.3~0.5인 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법이 제공된다.

상기한 바와 같이, 석영 도가니내에 함유된 실리콘 융액표면의 결정중심에서 자장강도의 수직자장성분과 수평자장성분의 비가 0.3~0.5이면, 상기 수직자장성분이 증가하여 자력선이 상하방향으로 만곡한다. 따라서, 상기 융액의 대류를 전체적으로 억제할 수 있고, 동시에 융액표면에서 수평으로 흐르는 대류가 억제된다. 이 것은, 결정성장 축방향에 따른 격자간 산소농도에서 변동을 억제할 수 있게 하고, 고품질 실리콘 단결정의 생산성 및 수율을 향상할 수 있다.

상기 방법에서, 단결정 육성시 실리콘 융액표면에서 자장강도의 수직 자장성분과 수평자장성분의 비가 상기 범위로 되도록, 자장발생장치 및/또는 석영 도가니의 위치를 조정될 수 있다.

상기 특성에 의해, 상기 자장강도비를 0.3~0.5의 범위내의 소망 값에서 장시간 안정하여 보지하는 것이 가능하여, 융액표면에서 수평으로 흐르는 대류를 억제하는 것이 가능해진다. 따라서, 결정성장 축방향에 따른 격자간 산소농도에서 변동을 억제할 수 있다.

더욱이 이 경우, 단결정 육성시 실리콘 융액표면에서 자장강도비가 상기 범위로 되도록, 자장발생장치(magnetic field generation apparatus) 또는 단결정 육성장치(single crystal growing apparatus) 주변에 자장강도 조정부재(magnetic field strength adjusting member)를 제공하고, 그 위치를 조정하도록 해도 좋다.

예를 들어, 자장발생장치와 단결정 육성장치(석영 도가니)의 위치관계가 상호 제약을 받고 있기 때문에, 자장강도의 수직자장성분과 수평자장성분의 비가 상기의 범위 밖으로 되는 경에서도, 상기와 같이, 자장발생장치 또는 단결정 육성장치 주변에 자장강도 조정부재를 제공하고, 그 위치를 조정하는 것에 의해 융액표면에서 자장강도비를 상기 범위내로 하는 것이 가능하다. 따라서, 성장결정의 격자간 산소농도의 균일성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은, 또한 석영 도가니내에 함유된 실리콘 융액으로부터 단결정을 인 상하는 단결정 제조용 장치에서, 상기 석영 도가니내의 융액에 결정성장축에 수직인 자장을 인가하는 자장발생장치가 제공된 실리콘 단결정의 제조장치에 있어서, 자장발생장치 또는 단결정 육성장치 주변에 자장강도비를 조정하기 위한 부재가 제공되는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조장치도 제공한다.

상기한 바와 같이, 수평자장을 인가하는 자장발생장치가 제공된 실리콘 단결정 제조장치에 있어서, 자장발생장치 또는 단결정 육성장치 주변에 자장강도비를 조정하기 위한 부재를 배치하면, 융액표면에서 자장강도의 수직성분/수평성분을 소망 수치로 얻는 것이 가능하게 된다. 따라서, 상기 장치는, 융액표면에서 수평으로 흐르는 대류를 제어하여 결정성장 축방향에 따른 격자간 산소농도의 변동을 억제함과 동시에, 고품질 실리콘 단결정을 수율 좋게 제조하면서, 생산성의 향상 및 비용개선을 도모하는 것이 가능한 장치로 된다.

본 발명의 수평자장인가 쵸크랄스키법에 의한 실리콘 단결정의 제조방법 및 제조장치는, 성장결정중 성장 축방향의 격자간 산소농도의 변동을 억제하고, 웨이퍼의 면내 격자간 산소농도의 미소변동을 현저히 저감하는 것이 가능하기 때문에, 높은 수율로 고품질 실리콘 단결정을 공업적으로 싸게 제조하는 것이 가능하다.

도1은, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 HMCZ법에 의한 실리콘 단결정 제조장치의 일례를 나타내는 개략설명도이다.

도2는, HMCZ법에서 실리콘 융액의 대류양상의 일례를 나타낸 설명도이다.

도3은, 실리콘 단결정중 성장 축방향에 따른 격자간 산소농도의 변동을 나타낸다(결정의 주변으로부터 10mm 거리에서 위치의 측정값).

(a) 결정이 융액의 저온부상에서 성장하고, 때때로 저온부가 결정밑의 위치로부터 외부를 향해 이동된 경우

(b) 결정이 융액의 저온부상에서만 성장한 경우

(c) 결정이 융액의 고온부상에서 성장하고, 때때로 저온부가 결정밑을 통과한 경우, 그리고

(d) 결정이 융액의 고온부상에서만 성장한 경우

도4는, 테스트1의 실리콘 단결정중 성장축 방향에 따른 격자간 산소농도의 변동을 나타낸다(결정의 주변으로부터 10mm 거리에서 위치의 측정값).

(a) 단결정 잉곳의 숄더부(shoulder)로부터 10cm내측에서 직통부,

(b) 단결정 잉곳의 직통부 중앙[도3(b)와 같음], 그리고

(c) 단결정 잉곳의 테일부(tail)로부터 5cm내측에서 직통부

도5는, HMCZ법에 의한 실리콘 단결정 제조장치에서 수평면 자장강도분포를 나타낸다.

도6은, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 HMCZ법에 의한 실리콘 단결정 제조장치의 일례를 나타내는 개략 설명도이다.

도7은, 수평 자장강도의 수직자장성분/수평자장성분비가 0.40인 조건으로 제조된 실리콘 단결정의 성장축 방향의 격자간 산소농도의 변동(fluctuation)을 나타낸다.

도8은, 수평자장강도의 수직자장성분/수평자장성분비가 0.26인 조건으로 제조된 실리콘 단결정의 성장축 방향의 격자간 산소농도의 변동을 나타낸다.

이하, 본 발명의 실시형태가 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.

수평자장이 인가되는 CZ법에 의한 실리콘 단결정의 성장에 있어서, 결정이 종래 HMCZ법으로 인상되면, 단결정 성장축 방향에 따른 격자간 산소농도의 균일성이 충분하지 않는 경우가 있었다. 본 발명의 발명자들은, 그 현상에 대한 원인을 밝히기 위해 연구하여, 융액 표면에서 발생된 고온부 및 저온부가 그 현상에 깊이 관계하고 있는 것을 발견하였다. 또한, 실리콘 융액(이하, "융액(melt)" 또는 "탕(molten metal)"이라고 말하는 것임) 표면에서 수평으로 흐르는 대류를 억제하면 개선할 수 있는 것도 알아내었다. 그 다음, 융액 표면에서 고온부 및 저온부, 또는 대류의 조건들을 상세히 조사하여 본 발명을 완성시켰다.

먼저, 본 발명의 제1 실시형태에 대해서, HMCZ법에서 융액의 온도분포를 측정하고, 대류를 관찰하였다.

본 발명자들의 조사 및 실험에 의하면, 융액표면온도의 측정과 표면대류의 관찰로부터, HMCZ법에서는, 어떤 특정 온도분포가 융액표면에서 생기는 것을 알았다. 또한, 그 온도분포에 따른 융액의 대류도 분명히 관찰되었다. 이러한 대류에서는, 예를 들면 도2에 나타난 바와 같이, 석영 도가니(4)의 둘레 부근의 대향하는 2곳에서 상승류(upwelling currents)가 발생하였고, 도가니 중심선 주위에서 융액(3)이 유입한다. 이 경우, 융액 표면에서 상승류에 대응하는 부분이 고온부를 차지하고, 융액이 유입하는 부분이 저온부를 차지한다.

많은 경우에 있어서, 도1 및 도5에 나타난 자장강도 분포에 보여지는 바와 같이, 상승류가 발생된 부분들은, 도가니 주변부에 근접한 영역내에서 전자석 코일(2a),(2b)로부터 가장 떨어진 부분들에 대응하였다. 이것은, 전자석 코일로부터 떨어진 위치에서는 자장강도가 약해져 대류억제효과가 감소하고, 그 때문에 도2에 나타난 바와 같은 위치에서 생기는 상승류가, 상기와 같은 특징적인 융액대류의 요인으로 되기 때문인 것으로 추정된다.

본 발명의 발명자들은, 상기한 바와 같이, 융액의 대류와 결정중 격자간 산소농도 사이의 관계에 대해서, 실험,조사하였다. 그 결과, 저온부인 융액의 유입부분으로부터 결정성장을 행하면, 결정중 격자간 산소농도가 상승하는 것을 알았다. 이러한 현상의 원인은 미확정이지만, 온도가 낮아질수록 융액에 대한 산소의 고용도가 증가하는 것, 온도가 높아질수록 융액으로부터 산소의 증발이 많아지는 것 등이 그 현상의 원인으로서 추정된다.

문제는, 이 온도분포가 항상 일정치 않고, 결정의 인상조건의 변화에 의해, 저온부의 유입의 위치가 변화하는 것에 있다.

예를 들면, 1개의 결정성장에 있어서, 융액 양, 융액에 대한 가열분포, 자장에 대한 융액의 상대위치 등의 변화에 의해, 그 융액의 온도분포가 변화한다. 따라서, 예를 들면, 그때까지 고온부상에서 성장된 결정밑에, 저온부가 통과하면, 그 때 형성된 그 부분에서만 취입되는 격자간 산소농도가 상승하여, 산소농도에서 변동의 문제를 유발하는 것이다. 상기 HMCZ법에서 이용된 융액중 온도분포의 그러한 편차는, HMCZ법의 숙명적인 문제이고, 이것을 없게 하는 것은 매우 어려운 것으로 간주되고 있다.

그러나 본 발명의 발명자들은, 역으로 그러한 온도분포 편차를 이용하여, 즉 상기 온도편차를 안정하여 유지할 수 있다면, 산소농도의 변동을 제어할 수 있을 것을 고안해내었다. 따라서, 그들은 조사,실험을 거듭하였다. 그 결과, 본 발명의 제1 실시형태에 의해 결정성장을 행하는 것, 즉, HMCZ법에서 융액표면에 생긴 온도분포의 고온부와 저온부 중, 고온부 및 저온부 중 어느 한 부분이 항상 성장하는 결정밑에 위치하는 조건하에서 결정성장을 수행함에 의해, 결정성장중 생긴 격자간 산소농도의 편차를 억제하는 것이 가능한 것을 알게 되었다. 남은 문제는, 어떻게 융액의 온도분포, 즉, 대류의 패턴을 어느 일정 범위내로 유지하는가 하는 것이다.

이러한 목적을 위해, 융액표면의 고온부 및 저온부를 방사온도계, 열전대 또는 CCD 카메라에 의해 검출하는 것이 매우 유효하고, 결정성장중 항시 연속하여 융액표면의 온도분포가 모니터되는 것이 바람직하다. 여기서 이용된 CCD 카메라에 의한 온도검출은, 융액표면으로부터 발사되는 방사에너지의 이차원 분포를 촬영하고, 신호전하를 온도데이타로 변환하여 융액표면의 2차원 온도분포를 얻는 것이다.

그리고, 미리 결정성장실험을 행하여, 융액표면에 발생된 고온부와 저온부 중 어느 한 부분이 항상 결정성장의 고액계면에 위치하는 조건을 결정하고, 그 조건들을 결정성장조업에 적용한다.

융액 표면에 발생하는 고온부와 저온부 중 어느 한 부분을 항상 결정 성장의 고액계면에 위치시키는 조건으로는, 융액내부의 온도분포, 융액의 대류방향·위치및 속도, 성장결정 회전속도, 도가니 회전속도, 로내 온도분포, 로내 분위기가스 유량·유속 및 노즐위치, 수평 자장강도 및 자장중심위치, 각 로의 특성 등 요인으로 구성되어 있고, 이들 요인들은 복잡하게 서로 영향을 미친다. 때문에, 미리 결정성장실험을 행하여 요인을 좁혀야 한다. 그리고, 실제 결정성장조업에서는, 그 선택된 요인을 제어하면서 결정이 인상될 수 있다. 이 경우, 방사온도계, 열전대 또는 CCD 카메라에 의해 얻어진 검출결과를 피드백하여 융액표면의 온도분포를 안정화하고, 이러한 상태를 결정성장중 보지하여, 성장결정중 격자간 산소농도의 변동을 제어하도록 하는 것이 바람직하다.

상기한 요인들 중 구체적으로 선택된 요인들의 예로서, 로내의 온도분포 및 분위기가스(아르곤) 흐름이 성장 결정축에 대한 대칭성이 좋은 상태하에서, 도가니의 회전속도를 어느 범위내로 유지함에 의해, 융액표면의 저온부를 성장하는 결정밑에 항상 위치하도록 하는 것이 명백해진다. 이것은 상기 도가니의 회전속도가 결정의 성장조건들에 따라 변화하기 때문에, 경험적으로 구할 필요가 있다. 도가니의 회전속도가 빨라지면, 회전은, 융액표면의 온도분포가 도가니의 회전 방향으로 회전하고, 어떤 경우, 그것이 원위치로 복귀하는 진동현상의 반복을 유발하고, 이로 인해 온도분포가 주기적인 흩어짐(periodic turbulence)을 겪어서 바람직하지 않다. 도가니 회전속도가 느린 경우에는, 저온부가 도가니의 중심선상 부근에 있어도, 평행 이동하기 쉽지 않다. 이 평행이동의 원인은 잘 알려져 있지 않지만, 로내 조건들 중 비 축대칭성을 반영하는 것으로 생각된다.

또한, 도가니 벽 부근에서 상승류가 강할수록, 보다 안정한 유입부가 중심부에 형성되는 경향이 있기 때문에, 자장성분의 커브를 보다 크게하여, 자장이 코일과 직교하는 부분으로 접근함에 따라 자장강도를 약하게 하여, 온도분포의 안정화에 효과가 있다. 이 값은 또한 상기 가열분포, 로내의 구조에 의한 온도분포, 융액깊이에 대한 자장중심의 위치 등에 따라 변화하기 때문에, 경험적으로 구할 필요가 있다.

다른 방법들로서, 자장강도를 매우 강하게 하는 것도 기대된다. 그러나, 장치의 비용이 높아지고, 자장의 누설문제 등이 있기 때문에, 공업적으로는 적절하지 않다.

역으로, 고온부를 성장결정하에 항상 위치하도록 하기 위해서, 로내의 온도분포 또는 분위기가스 흐름을 비 축대칭으로 할 수 있다. 이들은, 도가니 벽 부근에서 상승류의 강도 차이를 낳고, 그 결과 상기 유입 부분은 전자석 코일의 중심축으로부터 벗어날 수 있다. 구체적으로, 로내온도분포를 변경하는 상대적으로 쉬운 방법으로서, 융액면에 걸쳐 배치된 단열통(heat insulating cylinder)을 바이어스된 배열로 이용하거나, 가스의 흐름을 비 축대칭으로 제공하도록 분위기가스에 대한 가스 흐름-가이드 통을 바이어스된 배열로 배치할 수 있다.

본 발명의 제2 실시형태는, 석영도가니 내에 함유된 실리콘 융액으로부터 단결정을 인상할 때, 석영 도가니내에 함유된 융액에 결정성장축과 수직인 자장을 인 가하면서 단결정 잉곳을 성장시키는 실리콘 단결정의 제조방법에 있어서, 석영도가니내에 함유된 실리콘 융액표면의 결정중심에서 자장강도의 수직자장성분과 수평자장성분의 비를 0.3~0.5의 범위내로 설정하고, 이것을 보지하면서, 단결정 육성을 행하는 것을 특징으로 하는 방법이다.

상기한 바와 같이, 석영 도가니내의 실리콘 융액표면의 결정중심에서 자장강도의 수직자장성분과 수평자장성분의 비를 0.3~0.5로 되도록 수직자장성분을 증가시키면, 수평 방향 자력선이 상하수직방향으로 커브된다. 따라서, 융액의 대류를 전체적으로 제어할 수 있고, 동시에 융액표면의 결정중심에서 수평으로 흐르는 대류를 억제하는 것이 가능하다. 이것은, 결정성장축 방향의 격자간 산소농도의 변동을 저감하고, 결정의 면내에서 직경 방향에 따른 격자간 산소농도의 변동을 억제하여 균일성을 향상시키는 것을 가능케 한다.

이 경우, 상기 비율이 0.5를 넘으면, 육성한 실리콘 단결정으로부터 절출한 실리콘 웨이퍼의 직경 방향면내 격자간 산소농도의 변동이 커져서, 수율이 저하하기 쉽다. 따라서, 0.5이하로 제어하는 것이 좋다. 한편, 유효하게 상기 수평방향의 대류를 제어하기 위해서는, 0.3이상으로 하도록 한다.

실리콘 융액표면에서 자장강도비를 상기 0.3~0.5의 범위로 하기 위해서는, 자장발생장치 및/또는 석영 도가니의 위치를 조정할 수 있다. 이 경우, 도가니 또는 자장발생장치 중 하나를 움직여서 해도 좋다.

상기 단결정 육성장치와 자장발생장치 사이에서 상호 제약을 받는 상대적인 위치관계에 관련한 한계로 인해, 상기한 자장강도분포(수직성분/수평성분=0.3~0.5) 를 달성할 수 없는 경우에는, 단결정 육성장치 또는 자장발생장치 주변에, 자장강도 조정부재, 즉, 강자성체 또는 상자성체로 이루어진 투자율이 높은 부재가 제공될 수 있다. 자속(magnetic fluxes)은 우선적으로 자성체 내로 모여지기 때문에, 자계의 자장성분은 변경될 수 있다. 따라서, 소정의 자장강도성분가 얻어질 수 있고, 이로 인해 고품질인 실리콘 단결정을 제조하는 것이 가능하다.

구체적으로, 예를 들면, 직경 24인치(600mm)의 석영 도가니를 이용하여 직경 200mm의 실리콘 단결정을 육성하는 경우, 직경100cm, 폭 5cm, 두께 0.4cm의 철제 자장강도 조정부재가 단결정 육성장치 주위에 제공되었다. 이것은, 단결정 육성장치내의 실리콘 융액표면에서 자장강도성분비를 0.26으로부터, 격자간 산소농도의 변동인 커서 품질 개선효과가 충분하게 보여지는 0.4로 하는 것을 가능케 하였다. 따라서, 단결정 육성장치와 자장발생장치와의 간섭 등에 의해, 상기한 범위내로 자장성분 강도를 선택할 수 없는 경우에도, 자장강도 조정부재를 자장발생장치의 외측 또는 내측에 적절히 배치하는 방법에 의해, 용이하게 자장성분을 변경하는 것이 가능하다.

다음, 본 발명에서 사용하는 수평자장을 인가하는 CZ법에 의한 실리콘 단결정 제조장치의 구성예를 도1 및 도6에 의해 설명한다. 도1은 본 발명의 제1 실시형태에 관련된 단결정 제조장치의 구성례이고, 도6은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 단결정 제조장치의 구성예이지만, 단결정 제조장치로서 기본적인 구성에 관해서는 양 장치에 공통하고 있다.

상기 기본적인 구성에 관해서, 도1에 나타난 바와 같이, 실리콘 단결정 제조장치는, 단결정 육성장치로서 챔버(1), 챔버(1)에 제공된 석영 도가니(4)와, 석영 도가니(4)의 주위에 배치된 흑연저항가열히터(7)과, 석영 도가니(4)를 회전시키는 도가니 회전축(13) 및 그 회전기구(부도시), 실리콘의 종결정(14)을 보지하는 종보지구(15), 종보지구를 인상하는 와이어(16), 와이어를 회전 또는 권취하는 권취기구(도시 안함)를 갖추어 구성되고 있다. 상기 석영 도가니(4)는, 실리콘 융액(탕)(3)을 수용하고, 그 외측에는 흑연 써셉터(도가니)(5)가 설치되어 있다. 또, 상기 가열히터(7)의 주위에는 단열재(8)이 배치되어 있다. 그리고, 단결정 육성장치의 챔버(1)의 수평방향 외측에, 자장발생장치로서 전자석(2a),(2b)를 도가니 회전축(13)에 대해 좌우대칭에 설치하고, 자장발생장치 제어반(9)에 의해 자장강도를 제어하고 있다. 이 경우 발생된 자력선(10)은, 수평자장성분(11)과 수직자장성분(12)로 어루어져 있다.

더하여, 본 발명의 제1 실시형태에 의해, 도가니내의 실리콘 융액표면에 발생된 고온부와 저온부의 중 어느 부분이 항상 결정성장의 고액계면에 위치하도록 하여 결정성장을 행하기 위한 부가장치의 예로서, 예를 들어, 도1에 나타난 바와 같이, 로내온도분포를 조정하기 위해 성장결정주위에 배치하는 단열통(17)과, 로내에서 분위기가스가 결정표면에 닿는 방식(blowing manner)을 조정하기 위해 성장단결정주위에 배치하는 분위기가스 정류통(atmospheric gas flow-guide cylinder)(18) 등이 나열된다.

이하, 수평 자장을 인가하는 CZ법에 따라 단결정을 인상하는 본 발명의 제1 실시형태에 따라, 상기 도1의 장치에 의해 단결정을 육성하는 방법이 설명될 것이다.

먼저, 전자석(2a)와 (2b)의 자장중심위치를 부도시의 전자석 승강기구에 의해 소정의 위치로 설정한다. 다음, 석영도가니(4) 내에서 실리콘의 고순도 다결정 원료를 융점(약 1420℃) 이상으로 가열하여 융해한다. 그리고, 수평자장을 인가하고, 와이어(16)를 풀어냄에 의해 융액(3)의 표면 대략 중심부에 종결정(14)의 선단을 접촉 또는 침지시킨다. 그 후, 도가니 회전축(13)을 적절한 방향으로 회전시킴과 동시에, 와이어(16)를 회전시키면서 권취하여 종결정(14)를 인상함으로써, 실리콘 단결정(6)의 육성이 개시된다. 이 후, 인상속도와 온도를 적절히 조절하는 것에 의해 대략 원주형상의 단결정 잉곳을 얻는 것이 가능하다.

한편, 소망 자장성분비를 얻기 위해, 본 발명의 제2 실형태에 사용된 단결정 제조장치의 예로는, 도 6에 나타난 바와 같이, 자장발생장치(수평 자장용 전자석 2a,2b)의 양면에 부도시의 승강기구 및 석영도가니(4)를 포함하는데, 그 이유는, 단결정 육성시 실리콘 융액표면의 자장강도비가 소정의 범위로 들어오도록 하기 위해서는, 양자의 상대적인 위치관계를 조정할 필요가 있기 때문이다.

또한, 자장강도비 조정용으로, 자장발생장치(수평자장용 전자석 2a,2b) 또는 단결정 육성장치 주변에는, 그들의 배치되는 위치가 조정될 수 있도록 하도록 자장강도조정부재(19a,19b)를 배치한다.

이하, 수평자장을 인가하는 CZ법에 기초한 본 발명의 제2 실시형태에 따른, 상기 도6에 나타난 상기 실리콘 단결정 제조장치에 의해 단결정을 육성하는 방법에 대해 설명한다.

먼저, 석영 도가니(4) 내에서 실리콘의 고순도 다결정 원료를 융점(약 1420℃) 이상으로 가열하여 융해한다. 다음으로, 이 융액표면의 자장강도비가 소정의 값으로 되도록, 전자석(2a,2b) 및/또는 석영 도가니(4)의 위치를 부도시의 자장발생장치 및 도가니의 승강수단에 의해 조정한다.

그리고, 수평자장을 인가하고, 와이어(16)을 풀어냄에 의해 융액(3)의 표면 대략 중심부에 종결정(14)의 선단을 접촉 또는 침지시킨다. 그 후, 도가니 회전축(13)을 적절한 방향으로 회전시킴과 동시에, 와이어(16)을 회전시키면서 권취하여 종결정(14)를 인상함에 의해, 실리콘 단결정(6)의 육성이 개시된다. 이후, 인상속도와 온도를 적절히 조정함에 의해, 대략 원주형상의 단결정 잉곳을 얻는 것이 가능하다.

상기한 바와 같이, 상기에서 설명한 본 발명의 제1 형태 또는 제2 형태에 따른 제조방법과 제조장치에 의해 제조된 실리콘 단결정에 있어서, 본 발명의 수평자장을 인가하는 CZ법의 적절한 조건하에서 성장시키면, 성장단결정중 결정성장 축방향에 따른 격자간 산소농도의 변동을 매우 작게 할 수 있어서, 웨이퍼 직경 방향에 따른 면내 격자간 산소농도의 균일성이 매우 높게 될 수 있다. 따라서, 실리콘 단결정의 생산성 및 수율의 향상을 도모하고, 비용을 크개 개선할 수 있다.

이하, 실시예 등을 통해, 본 발명이 구체적으로 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.

먼저, 제1 실시형태에 관해서, 온도분포를 개선하기 위한 예시 요인들을 선택하고, 그 효과를 확인하였다.

(테스트 1)

도1에 나타난 바와 같은 HMCZ법에 의한 실리콘 단결정 제조장치를 이용하였다. 직경 24인치의 석영 도가니에 다결정 실리콘을 150kg 투입하고, 그 다결정 실리콘을 저항가열의 흑연히터에 의해 용해하였다. 자장발생장치 제어반의 출력을 조정하여, 석영 도가니내에 형성된 실리콘 융액에 거의 수평방향으로 자장을 4000Gauss인가하였다. 그 실리콘 융액에 면방위 {100}을 갖는 종결정을 침지시키고, 네킹후 직경이 200mm인 실리콘 단결정을 육성하였다. 이러한 조작에서, 실리콘 융액표면의 온도분포에 있어, 결정성장 전반에 걸쳐, 저온부가 거의 중심에 고정되도록, 도가니 회전속도를 1.0rpm으로 하고, 성장결정의 주위에 분위기가스(아르곤가스)의 정류통을 설치하여, 결정표면에 균일하게 가스가 닿도록 하였다. 또한, 융액표면의 온도분포는, 방사온도계. 열전대, 또는 CCD 카메라로 연속하여 모니터하였다.

상기 조건으로 인상된 단결정 잉곳에 대해, 결정중에 취입된 격자간 산소농도의 균일성을 평가하였다. 인상된 실리콘 단결정으로부터, 결정의 중심부에서 성 장축에 평행한 {001}면을 갖는 두께 2mm의 웨이퍼를 절출하고, 양면을 연마하였다. μ-FTIR(Fourier Transform Infrared Spectroscopy)를 이용하여 격자간 산소농도를 300㎛간격으로 결정 직통부 중앙에서 깊이 40mm에 걸쳐 측정하였다. 측정스팟의 크기는, 성장방향×직경방향=100㎛×200㎛=0.02㎟이었다. 결정의 외주로부터 직경 방향으로부터 100mm의 거리에서 위치의 성장방향에 따른 측정을 수행하였다. 주변을 측정하는 이유는, 융액중 산소농도의 변동에 대해, 감도가 높기 때문이다.

격자간 산소농도의 측정결과를 도3(b)에 나타낸다.

도3(b)로부터, 분위기가스가 결정에 닿는 것이 균일하고, 도가니 회전을 1.0rpm 정도까지 상승시키면, 융액표면의 저온부는 안정하게 융액의 중심부근에 존재하여, 격자간 산소농도의 변동은 현저히 작게 됨을 알 수 있다. 도4는, 단결정 잉곳의 (a)는 숄더부로부터 10cm내측의 직통부, (b)는 직통부 중앙[도3(b)와 같음], (c)는 테일부에서 5cm내측의 직통부에서의 측정결과를 나타낸다. 도4에 나타난 결과로부터, 결정 전체에 걸쳐서 격자간 산소농도의 균일성이 개선된 것을 알 수 있다.

(테스트 2)

도가니의 회전속도를 0.3rpm으로 한 이외는, 상기 테스트 1의 결정성장조건 과 같은 조건에서 결정을 인상하였다.

그 결과를 도3의(a)에 나타낸다.

도3(a)에 나타난 바와 같이, 분위기가스가 결정표면에 닿는 것이 균일할지라 도, 도가니 회전이 저속인 경우에는, 때때로 산소농도가 낮은 부분이 생기고, 그 변동이 커짐을 알 수 있다. 이것은, 통상은 저온부가 중심에 존재하고, 그것이 주기적으로 결정의 밑으로부터 외측을 행해 이동하고 다시 원래로 복귀하는 융액의 이동이 생기기 때문인 것으로 간주된다.

(테스트 3)

분위기가스 정류통의 가스 취출 측의 일부에 노치를 설치한 이외는, 상기 테스트 1의 결정성장조건과 같은 조건에서 결정을 인상하였다.

그 결과를 도3의 (d)에 나타낸다. 이 경우, 분위기가스가 결정에 닿는 편이 불균일하고, 로내 온도분포에 편차가 생겼다. 그러나, 고온부가 결정 밑에 생겼고, 도가니 회전을 1.0rpm 정도까지 상승시키면, 고온부는 안정하게 융액의 중심부근에 존재하게 되었다. 따라서, 격자간 산소농도의 변동은 매우 작아졌다.

(테스트 4)

도가니의 회전속도를 0.3rpm으로 하고, 분위기가스 정류통의 가스 취출측의 일부에 노치를 설치한 이외는 상기 테스트 1의 결정성장조건과 같은 조건으로 결정을 인상하였다.

그 결과를 도3(c)에 나타낸다. 도3(c)에 나타난 결과에서는, 테스트 2(도3(a))와는 역으로, 때때로 산소농도가 높은 부분이 생겼다. 이러한 현상은, 다음 이유 때문인 것으로 생각된다. 통상, 고온부는 중심에 존재하고, 저온부는 중심 으로부터 어긋나서 도가니 주변에 존재한다. 그러나, 분위기가스의 흐름을 비 축대칭으로 하는 것은, 융액의 이동, 즉, 저온부가 때때로 융액 중앙을 향해 이동하여 결정의 밑을 통과한 다음 원래로 되돌아 오는 것을 유발하여, 이러한 이동이 상기 현상을 유발한다.

상기한 바와 같이, 상기 설명한 제조방법과 장치에 의해 제조된 실리콘 단결정에 있어서, 본 발명의 수평자장을 인가하는 CZ법의 적절한 조건하에서 성장시키면, 도가니내 융액표면의 고온부 또는 저온부 중 한 부분이 항상 성장결정의 고액계면에 따라 위치하는 상태, 보다 바람직하게는 융액표면의 중심부에 위치하는 상태에서 결정성장을 행하여, 성장결정중 축 방향에 따른 격자간 산소농도의 변동은 매우 작아질 수 있어서, 웨이퍼의 면내 산소농도의 균일성은 매우 높은 것으로 된다. 따라서, 실리콘 단결정의 생산성 및 수율의 향상을 도모할 수 있다.

또한, 종래 HMCZ법에서는, 석영 도가니내의 실리콘 융액대류가 제어되어 왔지만, 때때로 대류에 변동이 생기고, 그것에 의해 결정성장 방향에서 격자간 산소농도의 미소변동이 존재해 왔다. 이 결정부분으로부터 제조되는 실리콘 웨이퍼는, 면내 산소농도분포가 현저히 악화하여, 제품수율이 저하해 왔다. 면내의 산소농도분포가 양호한 실리콘 웨이퍼를 얻기 위해서, 결정성장 계면에서의 산소농도를 균일하게 하면, 성장계면의 높이는 약 20~30mm이기 때문에, 결정성장방향에 따른 40mm의 임의의 구간에서 산소농도의 미소변동이 0.5ppma 이하인 결정이 육성될 수 있다.

다음, 실시예 등은, 본 발명의 제2 실시형태에 있어서, 수직자장성분 및 수평자장성분비에 관하여 수행되었다.

(실시예 1)

도1에 나타난 HMCZ법에 기초한 실리콘 단결정 제조장치를 이용하였다. 직경 24인치(600mm)의 석영 도가니에 다결정 실리콘을 150kg투입하고, 그 다결정 실리콘을 저항가열의 흑연히터에 의해 용해하였다. 자장발생장치 제어반으로부터 출력을 조정하여, 석영 도가니내에 형성된 실리콘 융액에 거의 수평방향으로 자장을 4000Gauss인가하였다. 그 실리콘 융액에, 면방위 {100}을 갖는 종결정을 침지시키고, 네킹후 직경 200mm의 실리콘 단결정을 육성하였다.

이 조작에서, 실리콘 융액표면의 결정중심에서 수직자장성분/수평자장성분의 자장강도비는, 0.26이었다. 또한 이 비를 0.34, 0.40, 0.44, 0.52로 총 5 수준의 조건으로 5개의 실리콘 단결정을 제조하였다.

상기 조건으로 인상된 단결정 잉곳에 대해서, 결정중 취입된 격자간 산소농도(ppma, JEIDA:일본 전자공업진흥협회규격)의 균일성 평가를 행하였다. 각각 인상된 실리콘 단결정으로부터, 결정의 중심부에서 성장축에 평행한 {001} 면을 갖는 두께 2mm의 웨이퍼를 절출하고, 그 양면을 화학연마하여, 양면 연마 웨이퍼를 제작하였다. μ-FTIR(Fourier Transform Infrared Spectroscopy)를 이용해, 격자간 산소농도를 300㎛간격으로 전체 45mm에 걸쳐 측정하였다. 상기 측정 스팟의 크기는, 100㎛×200㎛(성장방향×직경방향)였다.

이 측정결과의 예를 도7 및 도8에 나타낸다.

도7은, 자장강도비(수직자장성분/수평자장성분)가 0.40인 경우, 도8은 0.26으로 육성한 실리콘 단결정 잉곳에 있어서, 성장축 방향에 따른 격자간 산소농도 프로파일을 실리콘 단결정 잉곳의 숄더부로부터 거리(cm)별로 각각 나타내었다.

도7 및 도8로부터 알 수 있는 바와 같이, 자장강도비가 0.26인 조건에서는 격자간 산소농도의 변동이 크지만(도8), 0.40에서는 격자간 산소농도의 표준편차가 0.16ppma로 작아서, 매우 양호한 값이다(도7).

표1은, 격자간 산소농도의 안정도의 지표로서, 사기 5조건에서 제조한 결정의 정경부의 결정 숄더부로부터 얻은 시편들의 격자간 산소농도의 측졍결과로부터 얻어진 데이타의 표준편차를 나타낸다. 표준편차의 값이 작을수록, 성장축방향의 격자간 산소농도의 편차가 작아, 고품질인 결정인 것을 나타내고 있다. 표1로부터 알 수 있듯이, 자장강도비가 0.3~0.5 범위내로 표준편차가 작아서, 본 발명의 유효성이 명백하다.

자장성분강도비 (수직/수평)	0.26	0.34	0.40	0.44	0.52
산소농도 표준편차(ppma:JEIDA)	0.40	0.18	0.16	0.16	0.58

(실시예 2)

다음으로, 자장강도비가 융액표면에서 0.26으로 되도록 자장발생장치 및 단결정 육성장치의 위치관계를 세트한, 격자간 산소농도의 편차가 컸던 실시예 1의 단결정 육성장치의 주위에, 직경 100cm, 폭 5cm, 두께 0.4cm의 철제 링상 부재를 배치하였다. 그 결과, 석영 도가니내의 실리콘 융액 표면에서 자장강도비가 0.4로 변화될 수 있었다.

자장강도 조정부재를 배치한 제조장치를 사용하여 자장강도비를 0.4로 한 이외는 실시예 1과 동일 조건에서 단결정을 육성하였다. 그 다음, 성장 축방향에 따른 결정의 격자간 산소농도를 측정하였다. 그 결과, 도7과 거의 같은 작은 편차가 있었다.

따라서, 단결정 육성장치 및 자장발생장치와의 간섭 등에 의해 상기 자장강도비의 범위를 상기한 범위내로 선택할 수 없는 경우에도, 이 자장강도 조정부재를 배치하는 방법에 의해 용이하게 자장분포를 변경하는 것이 가능하고, 소망의 자장강도비로 설정하여 고품질인 실리콘 단결정을 제조하는 것이 가능해진다.

본 발명은, 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는 예시이고, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고, 유사한 작용효과를 제공하는 것은, 어느것에 있어서도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

예를 들면, 상기 실시형태에서는, 본 발명의 제1 형태에 따른 방법에 있어서, 도가니내에 함유된 실리콘 융액표면에서 발생된 고온부와 저온부 중 한 부분이 항상 융액표면의 중심에 오도록 하여 결정성장시켰다. 그러나, 편심한 축(eccentric axis)상에서 성장시켜도 좋다. 또한, 분위기가스가 결정표면에 닿는 방식을 조정하기 위해, 노치를 설치한 분위기가스 정류통을 이용했지만, 그 정류통을 편심시켜도 좋고, 충분한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 육성되는 단결정을 크기에 대해서, 상기 실시형태에서는, 직경 200mm(8인치)의 실리콘 단결정을 육성하는 경우에 대해, 예를 들어 설명했지만, 본 발명은 이들에 한정되지 않고, 직경에 상관없다. 예를 들어, 직경 10인치, 직경 16인치 또는 그 이상인 실리콘 단결정에도 적용할 수 있다.

결정성장시 축 방향에 따른 격자간 산소농도의 변동을 매우 작게 함으로써,웨이퍼의 면내 산소농도의 균일성이 높은 실리콘 단결정을 HMCZ법에 의해, 고생산성 및 고수율로 제조할 수 있다.

Claims (15)

1. 석영 도가니내에 담겨진 실리콘 융액으로부터 단결정을 인상할 때, 상기 석영 도가니내에 함유된 실리콘 융액에 결정성장축과 수직인 자장을 인가하면서 단결정 잉곳을 성장시키는 실리콘 단결정의 제조방법에 있어서, 도가니내에 담겨진 실리콘 융액표면에서 발생된, 융액 대류가 상승하는 고온부와 융액 대류가 유입하는 저온부 중 어느 한 부분이 항상 결정성장의 고액계면에 위치하도록 하여, 결정성장을 행하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법
2. 제1항에 있어서, 상기 고온부 및 저온부 중 어느 한 부분이 항상 실리콘 융액표면의 중심부에 위치하도록 결정성장을 행하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법
3. 제1항에 있어서, 상기 융액표면의 고온부 또는 저온부는, 방사온도계, 열전대 또는 CCD 카메라에 의해 검출되는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법
4. 제2항에 있어서, 상기 융액표면의 고온부 또는 저온부는, 방사온도계, 열전대 또는 CCD 카메라에 의해 검출되는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법
5. 제3항에 있어서, 상기 방사온도계, 열전대 또는 CCD 카메라로 융액표면의 온도분포를 모니터링하는 것은, 결정성장중 항시 연속하여 행해지고, 이로 인해 융액표면에서 발생된 고온부와 저온부 중 어느 한 부분이 항상 결정성장의 고액계면에 위치하도록 하여, 결정성장을 행하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법
6. 제4항에 있어서, 상기 방사온도계, 열전대 또는 CCD 카메라로 융액표면의 온도분포를 모니터링하는 것은, 결정성장중 항시 연속하여 행해지고, 이로 인해 융액표면에서 발생된 고온부와 저온부 중 어느 한 부분이 항상 결정성장의 고액계면에 위치하도록 하여, 결정성장을 행하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법
7. 제3항에 있어서, 상기 방사온도계, 열전대 또는 CCD 카메라로 융액표면의 온도분포를 모니터링한 것에 기초하여, 미리 결정성장실험을 행하여 융액표면에서 발생된 고온부와 저온부 중 어느 한 부분이 항상 결정성장의 고액계면에 위치하는 조건들을 구하고, 그 조건들을 결정성장조업에 적용하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법
8. 제4항에 있어서, 상기 방사온도계, 열전대 또는 CCD 카메라로 융액표면의 온도분포를 모니터링한 것에 기초하여, 미리 결정성장실험을 행하여 융액표면에서 발생된 고온부와 저온부 중 어느 한 부분이 항상 결정성장의 고액계면에 위치하는 조건들을 구하고, 그 조건들을 결정성장조업에 적용하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법
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11. 제1항 내지 제8항중 어느 한 항에 기재된 방법으로 제조된 실리콘 단결정으로서, 석영 도가니내에 담겨진 실리콘 융액으로부터 인상된 단결정의 결정성장 축방향에 따른 40mm 길이의 임의의 구간에서, 격자간 산소농도의 변동폭이 0.5ppma 이하인 것을 특징으로 하는 수평자장형 쵸크랄스키법으로 제조된 실리콘 단결정
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