KR102037751B1 - 실리콘 웨이퍼 제조 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

실시예는 도가니 내에 담긴 실리콘 융액에 커스프 자기장(Cusped magnetic field)을 인가하면서 실리콘 웨이퍼 제조하는 방법에 있어서, 커스프 자기장의 ZGP(Zero Gauss Plane)의 중앙의 위치가 실리콘 융액의 상면을 기준으로 상부 50mm ~ 150mm 이내의 영역에 위치하도록 제어하는 단계; 상기 실리콘 융액이 상기 도가니 벽과 접촉하는 영역에서 상기 ZGP의 가장자리의 위치가 상기 실리콘 융액의 표면에 위치하도록 자기장의 자강 강도비를 제어하는 단계; 및 상기 커스프 자기장 위치 및 자장 강도비에 대응하여 제어된 상기 실리콘 융액으로부터 단결정 잉곳을 성장시키는 단계를 포함한다.

Description

실리콘 웨이퍼 제조 방법 및 장치{Method and apparatus for manufacturing silicon wafer}
실시예는 단결정 잉곳의 인터스티셜 농도를 증가시키는 실리콘 웨이퍼 제조 방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
일반적으로 단결정실리콘을 제조하는 방법으로서, 플로우팅존(FZ: Floating Zone)법 또는 초크랄스키(CZ:CZochralski)법이 많이 이용되고 있다. FZ 법을 적용하여 단결정 잉곳을 성장시키는 경우, 대구경의 실리콘 웨이퍼를 제조하기 어려울 뿐만 아니라 공정 비용이 매우 비싼 문제가 있기 때문에, CZ 법에 의하여 단결정 잉곳을 성장시키는 것이 일반화되어 있다.
CZ 법에 의하면, 석영 도가니에 폴리실리콘(poly silicon)을 장입하고, 흑연 히터를 가열하여 이를 용융시킨 후, 용융 결과 형성된 실리콘 융액에 시드 결정(Seed Crystal)을 침지시키고, 실리콘 융액 계면에서 결정화가 일어나도록 하여 시드 결정을 회전하면서 인상시킴으로써 단결정 잉곳이 성장된다.
이때, 단결정 잉곳 공정에 따른 핀 디펙트(pin-defect)를 개선하기 위해 IDP(IDP Dominated Point-defect zone) 결정이 요구된다.
이를 위해, 실리콘 융액 성장계면에 인터스티셜의 생성을 증가시키기 위해 실리콘 융액에 인가되는 커스프 자기장의 ZGP를 제어하여, 실리콘 융액의 대류를 억제할 수 있다.
실시예는 단결정 내의 인터스티셜 농도를 증가시키기 위해서는 실리콘 융액의 강제대류와 자연대류를 억제하도록 커스프 자기장의 ZGP를 제어하는 실리콘 웨이퍼 제조 방법 및 장치 에 관한 것이다.
실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
실시예는 실리콘 웨이퍼 제조 방법에 있어서, 커스프 자기장의 ZGP(Zero Gauss Plane)의 중앙의 위치가 실리콘 융액의 상면을 기준으로 상부 50mm ~ 150mm 이내의 영역에 위치하도록 제어하는 단계, 상기 실리콘 융액이 상기 도가니 벽과 접촉하는 영역에서 상기 ZGP의 가장자리의 위치가 상기 실리콘 융액의 표면에 위치하도록 자기장의 자강 강도비를 제어하는 단계 및 상기 커스프 자기장 위치 및 자장 강도비에 대응하여 제어된 상기 실리콘 융액으로부터 단결정 잉곳을 성장시키는 단계를 포함하는 실리콘 웨이퍼 제조 방법을 제공한다.
실시예에 따라, 상기 ZGP의 중앙과 가장자리의 높이 차는 0~150mm 이내인 것을 특징으로 한다.
실시예에 따라, 상기 ZGP가 위로 볼록한 형태를 가지도록 상부 자기장의 세기를 하부 자기장의 세기보다 큰 것을 특징으로 한다.
실시예에 따라, 상부 자기장과 하부 자기장의 세기에 따른 자장 강도비는 1 ~ 2.4인 것을 특징으로 한다.
실시예에 따라, 상기 단결정 잉곳의 길이가 늘어남에 따라 IDP 결정영역 마진이 증가되는 특징으로 한다.
실시예에 따라, 상기 단결정 잉곳의 실리콘 융액 성장계면에서 상기 커스프 자기장 중 수직 자기장에 대응하여 상기 실리콘 융액의 강제대류가 억제되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 따라, 상기 도가니 벽 영역에서 상기 커스프 자기장 중 수직 자기장에 대응하여 상기 실리콘 융액의 자연대류를 억제하는 것을 특징으로 한다.
실시예는 실리콘 웨이퍼 제조 장치에 있어서, 실리콘 융액을 수용하는 도가니; 상기 도가니를 회전시키는 도가니 회전수단; 상기 도가니 측벽 주위에 설치된 히터; 및 상기 도가니에 수용된 실리콘 융액으로부터 단결정을 인상하는 인상수단; 상기 도가니 측벽에 배치되어, 상부 코일 및 하부 코일을 포함하는 자기장 인가부; 상기 자기장 인가부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 커스프 자기장의 ZGP(Zero Gauss Plane)의 중앙의 위치가 실리콘 융액의 상면을 기준으로 상부에 50mm ~ 150mm 이내의 영역에 위치하도록 제어하고, 상기 실리콘 융액이 상기 도가니 벽과 접촉하는 영역에서 상기 ZGP의 가장자리의 위치가 상기 실리콘 융액의 표면에 위치하도록 자기장의 자강 강도비를 제어하고, 상기 커스프 자기장 위치 및 자장 강도비에 대응하여 제어된 상기 실리콘 융액으로부터 단결정 잉곳을 성장시키는 실리콘 웨이퍼 제조 장치를 제공한다.
실시예에 따라, 상기 제어부는 상기 ZGP의 중앙과 가장자리의 높이 차가 0~150mm 이내가 되도록 상기 커스프 자기장을 제어할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제어부는 상부 자기장과 하부 자기장의 세기에 따른 자장 강도비는 1 ~ 2.4으로 제어할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 단결정 잉곳의 길이가 늘어남에 따라 IDP 결정영역 마진이 증가되는 특징으로 한다.
실시예에 따라, 상기 제어부는 상기 단결정 잉곳의 실리콘 융액 성장계면에서 상기 커스프 자기장 중 수직 자기장에 대응하여 상기 실리콘 융액의 강제대류가 억제되도록 제어할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제어부는 상기 도가니 벽 영역에서 상기 커스프 자기장 중 수직 자기장에 대응하여 상기 실리콘 융액의 자연대류가 억제되도록 제어할 수 있다.
상기 본 발명의 양태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.
본 발명에 일 실시예에 따른 실리콘 웨이퍼 제조 방법에 대한 효과를 설명하면 다음과 같다.
실시예의 실리콘 웨이퍼 제조 방법에 따르면, ZGP가 실리콘 융액 상부에 위치하여 수직 자장을 강화시킨 경우 단결정 잉곳의 인터스티셜 농도를 증가시키는 효과가 있다.
실시예의 실리콘 웨이퍼 제조 방법에 따르면, ZGP를 실리콘 융액 상부에 위치하여 실리콘 융액에 작용하는 로렌츠 힘 제어를 통해 도가니 회전에 의한 강제대류와 도가니 가열에 의한 자연대류를 동시에 약화시켜 잉곳 방향으로 효과적인 열 전달이 가능하여, 이를 통해 인터스티셜 유입을 강화하는 효과가 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명에 대한 실시예들을 제공한다. 다만, 본 발명의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시예로 구성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 웨이퍼 제조 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 ZGP의 위치에 따른 자기장 성분을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로렌츠 힘에 따른 대류 억제 방법을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 ZGP의 위치 및 자기장의 자장 강도비에 따른 자기장 방향을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 ZGP의 도가니 내 위치를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 일 실시예에 따른 ZGP의 세기를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법에 따른 IDP 결정영역을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
그러나, 본 발명에 일 실시예에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2," "상부" 및 "하부" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서만 이용될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 웨이퍼 제조 장치를 도시한 도면이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 잉곳 성장 장치(100)의 단면도를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 단결정 잉곳 성장 장치(100)는 챔버(110), 도가니(120), 도가니 지지부(130), 히터(140), 열차폐제(150), 단열재(160), 인상 수단(170), 자기장 인가부(180) 및 제어부(190)를 포함할 수 있다.
챔버(110)는 결합하는 위치에 따라 몸체 챔버(body chamber, 111), 돔 챔버(dome chamber, 112), 및 풀 챔버(pull chamber, 113)를 포함할 수 있다.
몸체 챔버(111) 내에는 도가니(120)가 설치될 수 있고, 돔 챔버(112)는 몸체 챔버(111)의 상단에서 덮개부를 형성할 수 있다. 몸체 챔버(111)와 돔 챔버(112)는 다결정 실리콘을 실리콘 단결정 잉곳으로 성장시키기 위한 환경을 제공하는 곳으로, 내부에 수용 공간을 갖는 원통일 수 있다. 풀 챔버(113)는 돔 챔버(112) 상단에 위치하고, 성장된 실리콘 단결정 잉곳을 인상하기 위한 공간일 수 있다.
도가니(120)는 몸체 챔버(111) 내부에 배치될 수 있고, 석영으로 이루어질 수 있다. 도가니 지지부(130)는 도가니(120) 하부에 위치하고, 도가니(120)를 지지할 수 있고, 도가니(120)를 회전시킬 수 있으며, 흑연으로 이루어질 수 있다.
히터(140)는 도가니(120)의 외주면과 이격되도록 몸체 챔버(111) 내에 배치될 수 있으며, 도가니(120)를 가열할 수 있다.
열차폐제(150)는 도가니(120) 상부에 배치되며, 실리콘 융액(5)으로부터 실리콘 단결정(70)으로 복사되는 열을 차단하고, 히터(140)로부터 발생하는 불순물이 실리콘 단결정(70)으로 침투하는 것을 방지할 수 있다.
단열재(160)는 히터(130)와 몸체 챔버(111)의 내벽 사이에 설치될 수 있다. 단열재(160)는 히터(130)의 열이 몸체 챔버(111) 외부로 누출되는 것을 차단할 수 있다. 단열재(160)는 측부 단열재, 및 하부 단열재를 포함할 수 있다.
인상 수단(170)은 대상물을 고정하는 고정부(172) 및 대상물을 상승 또는 하강시키는 인상부(174)를 포함할 수 있다. 고정부(172)는 케이블 타입(cable type) 또는 샤프트(shaft type)일 수 있다. 인상부(174)는 모터 등을 이용하여 고정부(172)를 상승 또는 하강시킬 수 있으며, 일정 방향으로 고정부(172)를 회전시킬 수 있다. 즉 인상 수단(170)은 성장하는 단결정 잉곳(70)을 회전시킬 수 있다.
산소와 결합한 실리콘 산화물의 배출을 돕고, 단열재(160)를 보호하기 위하여 불활성 가스, 예컨대, 아르곤(Ar) 가스가 가열 초기부터 실리콘 단결정 잉곳을 냉각시킬 때까지 챔버(110) 내부로 계속 공급될 수 있다.
자기장 인가부(180)은 도가니(12) 주위에 배치될 수 있으며, 도가니(120) 내의 실리콘 융액(5)에 자기장을 인가할 수 있다.
예컨대, 자기장 인가부(180)은 챔버(110) 둘레에 배치되는 링(ring) 형태의 상부 코일(182), 및 상부 코일(182) 아래에 배치되는 하부 코일(184)을 포함할 수 있다.
자기장 인가부(180)은 상부 코일(182)과 하부 코일(184)에 서로 반대 방향(또는 다른 극성)의 전류를 공급하여 커스프 자기장(Cusped magnetic field)을 발생시킬 수 있다.
예컨대, 상부 코일(182)에 의하여 커스프 자기장의 상부 자기장이 형성될 수 있고, 하부 코일(184)에 의하여 커스프 자기장의 하부 자기장이 형성될 수 있다.
이때 커스프 자기장의 형태는 상부 코일(182)과 하부 코일(184)에 인가하는 전류의 세기, 상부 코일(182)과 하부 코일(184)의 권선 수, 및 상부 코일(182)과 하부 코일(184)의 위치 등을 조절하여 다양한 형태로 제어할 수 있다.
예를 들어, 상기 자기장 인가부(180)은 하부 코일(184)에 인가하는 전류를 상부 코일(182)에 에 인가하는 전류보다 크게 제어하여 ZGP(Zero Gauss Plane)가 위로 볼록한 포물선 형태를 가지도록 커스프 자기장을 인가할 수 있다. 상기 커스프 자기장의 세기가 0이 되는 위치일 수 있다.
제어부(190)는 도가니 지지대(130)를 제어하여, 도가니(120)의 위치를 조절하거나, 도가니(120)의 회전율을 조절할 수 있다. 예컨대, 제어부(190)는 도가니(120)를 상승 또는 하강시키도록 도가니 지지대(130)를 제어할 수 있다. 제어부(190)는 도가니(120)의 회전율을 높이거나, 낮출 수 있다.
제어부(190)는 인상 수단(170)을 제어하여, 단결정 잉곳(70)의 회전율을 조절할 수 있다. 예컨대, 제어부(190)는 단결정 잉곳(70)의 회전율을 높이거나, 낮출 수 있다.
제어부(190)는 자기장 인가부(180)을 통해 자기장의 세기를 조절할 수 있다.
제어부(190)는 상부 코일(182)의 자기장의 세기와 하부 코일(184)의 자기장의 세기의 비율을 조절함으로써, 커스프 자기장의 ZGP의 위치의 높이를 조절할 수 있다.
예를 들어, 제어부(190)는 커스프 자기장의 ZGP(Zero Gauss Plane)의 중앙의 위치가 실리콘 융액의 상면을 기준으로 상부 50mm ~ 150mm 이내의 영역에 위치하도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 상기 실리콘 융액이 상기 도가니 벽과 접촉하는 영역에서 상기 ZGP의 가장자리의 위치가 상기 실리콘 융액의 표면에 위치하도록 자기장의 자강 강도비를 제어할 수 있다.
제어부(190)는 자기장 인가부(180) 자기장의 세기의 비율을 조절함으로써, 커스프 자기장의 ZGP의 위치를 조절할 수 있다. 상기 커스프 자기장의 세기가 0이 되는 위치일 수 있다.
예를 들어, 제어부(190)는 상기 ZGP의 중심의 위치와 실리콘 융액 표면의 높이 차이가 0~150mm 이내가 되도록, 커스프 자기장의 위치를 제어할 수 있다.
제어부(190)는 자기장 인가부(180)의 하부 자기장 세기를 제어하여, ZGP의 형태를 위로 볼록한 형태로 조절할 수 있다.
예를들어, 제어부(190)는 ZGP가 위로 볼록한 형태를 가지도록 상부 자기장의 세기를 하부 자기장의 세기보다 크도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부(190)는 자기장 인가부(170)의 자장 강도비를 1~2.4 사이로 제어할 수 있다.
제어부(190)는 자기장 인가부(180)을 상승 또는 하강시킬 수 있으며, 자기장 인가부(180)이 상승 또는 하강함에 따라 커스프 자기장의 ZGP의 위치의 높이를 조절할 수 있다.
제어부(190)는 커스프 자기장을 제어하여, 단결정 잉곳의 실리콘 융액 성장계면에서 실리콘 융액의 강제대류가 억제되도록 제어할 수 있다. 상기 강제대류는 도가니(120) 회전에 따른 실리콘 융액의 수평방향 대류일수 있다.
제어부(190)는 커스프 자기장을 제어하여, 도가니 벽과 실리콘 융액의 표면이 만나는 영역에서 실리콘 융액의 자연대류가 억제되도록 제어할 수 있다. 상기 자연대류는 도가니(120)를 가열에 따른 실리콘 융액의 수직방향 대류일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 ZGP의 위치에 따른 자기장 성분을 도시한 도면이다.
도 2a는 ZGP의 중심의 위치가 0mm인 경우, 자기장 성분을 도시한 도면이다.
도 2a를 참조하면, ZGP의 중심의 위치가 0mm에 위치하는 경우, ZGP의 가장자리의 위치가 실리콘 융액의 내부에 위치할 수 있다.
상기 ZGP의 가장자리의 위치가 실리콘 융액의 내부에 위치하는 경우, 도가니 벽에 근접한 실리콘 융액에 커스프 자기장 중 수평 자기장이 작용하여 도가니 벽에 근접한 영역에서 자연대류가 억제될 수 있다. 따라서, 커스프 자기장은 실리콘 융액의 가장자리 영역에 수직 방향의 로렌츠 힘(Lz)을 인가할 수 있다.
도 2b는 ZGP의 중심의 위치가 +100mm인 경우, 자기장 성분을 도시한 도면이다.
도 2b를 참조하면, ZGP의 중심의 위치가 +100mm에 위치하는 경우, ZGP의 가장자리의 위치가 도가니(120)와 실리콘 융액이 만나는 위치에서 기설정된 범위 내에 위치할 수 있다.
상기 ZGP의 중심의 위치가 +100mm에 위치하는 경우, 실리콘 융액 성장계면에서 커스프 자기장의 성분 중 수직방향의 자기장이 작용하여, 실리콘 융액 성장계면에서 실리콘 융액의 강제대류를 억제할 수 있다. 따라서, 상기 수직방향의 자기장은 수직방향의 로렌츠 힘(Lr)에 의하여 제어될 수 있다.
또한, 상기 ZGP의 가장자리의 위치가 도가니(120)와 실리콘 융액이 만나는 위치에서 기설정된 범위 내에 위치하는 경우, 도가니 벽에 근접한 실리콘 융액에 커스프 자기장 중 수평방향의 로렌츠 힘(Lz)이 작용하여 도가니 벽에 근접한 영역에서 자연대류가 억제될 수 있다.
따라서, ZGP의 위치를 실리콘 융액 상부로 위치하는 경우, 실리콘 융액은 대류가 억제할 수 있다.
또한, 실리콘 융액의 대류가 억제되는 경우, 전도에 의해 열이 전달되어, 실리콘 융액의 열 유속이 증가하게 되고, 이로 인하여, 실리콘 융액 성장계면에서 IDP 결정을 성장시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로렌츠 힘에 따른 대류 억제 방법을 도시한 도면이다.
도 3a은 본 발명에 일 실시예에 따른 도가니에 수직 자기장 내의 대류 억제 방법을 도시한 도면이다. 도 3b는 본 발명에 일 실시예에 따른 도가니에 수평 자기장 내의 대류 억제 방법을 도시한 도면이다.
도 3a을 참조하면, 도가니(120)에 작용되는 수평 자기장은 도가니(120)를 기준으로 위에서 아래로 인가될 수 있다. 이때, 수직 자기장의 방향에 자기장에 대응하여 실리콘 융액에는 로렌츠 힘이 작용할 수 있다. 상기 로렌츠 힘은 본 발명이 속한 기술 분야에서 잘 알려진 통상적인 구성 요소이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 실리콘 융액에 작용하는 로렌츠 힘의 경우, A, C, A', C' 영역에서 r-방향으로 -VrBz2 크기의 로렌츠 힘이 작용할 수 있다. 상기 r- 방향은 도가니 회전에 의해 일어나는 강제 대류 방향의 반대 방향일 수 있다. 따라서, 상기 성장계면 하부의 위치하는 실리콘 융액은 상기 -VrBz2 크기의 로렌츠 힘에 의해 강제대류가 억제될 수 있다.
도 3b을 참조하면, 도가니(120)에 작용되는 수평 자기장은 도가니(120)를 기준으로 우측에서 좌측로 인가될 수 있다. 이때, 수평 자기장에 대응하여 실리콘 융액에는 로렌츠 힘이 작용할 수 있다. 상기 실리콘 융액에 작용하는 로렌츠 힘의 경우, B, D, B', D' 영역에서 z-방향으로 -VzBr2 크기의 로렌츠 힘이 작용할 수 있다. 상기 Z- 방향은 도가니 가열에 의해 일어나는 자연대류 방향의 반대 방향일 수 있다. 따라서, 상기 도가니벽 영역에 위치하는 실리콘 융액은 상기 -VzBr2 크기의 로렌츠 힘에 의해 자연대류가 억제될 수 있다.
도 4는 ZGP의 위치 및 자기장의 자장 강도비에 따른 자기장 방향을 도시한 도면이다.
도 4a를 참조하면, 자기장 인가부(180)이 발생하는 커스프 자기장의 ZGP의 위치가 실리콘 융액의 표면에 위치할 수 있다. ZGP의 전체가 실리콘 융액의 표면 하부에 위치할 수 있다. 이에, 상기 ZGP의 가장자리는 도가니(120)의 주변에서 자연대류가 억제될 수 있다.
도 4b를 참조하면, 자기장 인가부(180)이 발생하는 커스프 자기장의 ZGP의 위치가 실리콘 융액의 표면에 위치할 수 있다. ZGP의 전체가 실리콘 융액의 표면 하부에 위치할 수 있다. 이때, 본 실시예의 ZGP는 상기 도4a의 실시예에 보다 자장 강도비가 강하여 ZGP의 가장자리가 도가니 벽의 하부 영역에 위치할 수 있다. 이에, ZGP의 가장자리는 도가니 벽의 하부 영역에서 자연대류가 억제될 수 있다.
도 4c를 참조하면, 자기장 인가부(180)이 발생하는 커스프 자기장의 ZGP의 위치가 실리콘 융액의 표면의 상부에 위치할 수 있다. ZGP의 중앙은 실리콘 융액의 표면 상부에 위치하여, 실리콘 융액 성장계면 아래쪽의 강제대류를 억제할 수 있다.
이를 위해, 제어부는 ZGP 중심부를 실리콘 융액 표면의 상부에 위치하도록 제어할수 있다. 이때, 커스프 자기장의 수직 자기장만 실리콘 융액에 인가될 수 있다.
예를 들어, 이때 ZGP 중심부의 위치는 실리콘 융액 표면의 상부로부터 +50 ~ +150mm에 위치할 수 있다.
예를 들어, ZGP 중심부의 위치가 50mm 이하에서는 자기장의 수직, 수평 성분이 혼재할 수 있으며, ZGP 중심부의 위치가 150mm 이상에서는 자기장 세기가 감소하여 대류 제어 효과가 미미할 수 있다.
또한, ZGP의 가장자리가 실리콘 융액 표면에 근처에 위치할 수 있다. 바람직하게는 상기 ZGP의 가장자리는 실리콘 융액의 표면과 같은 높이에 위치할 수 있다. 이때, ZGP 가장자리는 도가니 벽 주변에서 자연대류를 억제할 수 있다.
이를 위해, 제어부(190)는 ZGP 가장자리와 도가니벽이 만나는 위치를 실리콘 융액 상부에 위치하도록 제어할 수 있다. 이를 통해, 도가니벽 쪽의 수평 성분의 자기장에 의하여, 실리콘 융액의 자연대류를 억제할 수 있다.
제어부(190)는 자기장 인가부의 전류를 제어하여, 상/하부 자장 강도비를 제어할 수 있다. 이때, 제어부(190)는 자장 강도비는 ZGP 중심부와 ZGP 가장자리의 높이 차이가 0~150mm 이내가 되도록 제어할 수 있다. 예컨데, 상기 자장 강도비는 1~2.4 이내가 될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 ZGP의 도가니 내 위치를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 실리콘 융액의 표면의 높이를 0으로 할 때, + 값은 ZGP가 실리콘 융액의 표면 상부에 위치하는 것을 의미하고, - 값은 ZGP가 실리콘 융액의 표면 하부에 위치하는 것을 의미한다.
제1 실시예의 경우는 ZGP의 중앙의 위치가 0mm 이고, ZGP의 가장자리의 위치가 -70mm 일 수 있다. 이때, 상부 코일(182)에는 112A, 하부 코일(184)에는 202A의 전류가 흘러 상부 코일(182)과 하부 코일(184)의 자기장의 세기의 비율이 1.8일수 있다.
제2 실시예의 경우는 ZGP의 중앙의 위치가 0mm 이고, ZGP의 가장자리의 위치가 -120mm 일 수 있다. 이때, 상부 코일(182)에는 84A, 하부 코일(184)에는 202A의 전류가 흘러 상부 코일(182)과 하부 코일(184)의 자기장의 세기의 비율이 2.4일수 있다.
제3 실시예의 경우는 ZGP의 중앙의 위치가 +100mm 이고, ZGP의 가장자리의 위치가 -50mm 일 수 있다. 이때, 상부 코일(182)에는 84A, 하부 코일(184)에는 202A의 전류가 흘러 상부 코일(182)과 하부 코일(184)의 자기장의 세기의 비율이 2.4일 수 있다.
제2 실시예 및 제3 실시예는 동일한 자기장의 세기의 비율에서, ZGP의 중앙의 위치가 다른 경우일 수 있다. 제3 실시예는 ZGP의 위치가 적어도 실리콘 융액의 표면에서 +100mm에 위치하도록, 커스프 자기장의 ZGP의 위치의 높이를 조절한 것이다.
도 6은 도 5에 도시된 일 실시예에 따른 ZGP의 세기를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 그래프의 세로축은 커스프 자기장의 세기이다. 그래프의 가로축은 실리콘 융액의 표면에서 중앙으로부터 반경 거리이다.
제1 내지 제3 실시예에 따른 ZGP 위치 및 형태를 변화에 따른 자기장 세기의 변화를 확인할 수 있다.
제 1실시예 및 제 2실시예는 ZGP가 실리콘 융액 내부에 위치하게 되어 자기장 세기의 비율에 상관없이 유사한 자기장 세기(G)값을 가진다.
제 3실시예는 ZGP를 실리콘 융액 상부에 위치하여 ZGP 중앙의 자기장 세기 값이 상승하여 ΔG 개선할 수 있다. 이 때 실리콘 융액 성장계면에서 수직 자기장 성분만 유지 될 수 있도록 ZGP 중앙과 ZGP의 가장자리의 높이 차이는 실리콘 융액 깊이의 40% 이상이 되도록 상/하부 자장 강도비를 변경하여 위로 볼록한 형태를 유지할 수 있다.
따라서, 도가니(120) 내에서 ZGP의 중앙의 위치의 높이를 상승시킴으로써, ZGP 중앙의 강제대류를 억제할 수 있다.
ZGP 중앙의 위치와 ZGP 가장자리의 위치의 의 높이 차이는 실리콘 융액 깊이의 40% 이상이 되도록 커스프 자기장의 상부 및 하부 자장 강도비를 변경하여 위로 볼록한 형태를 유지할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법에 따른 IDP 결정영역을 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 실시예는 실리콘 웨이퍼 제조 방법에서 ZGP의 위치 및 형태를 제어함으로써, 자기장 변경 시점에서 결정 품질을 제어할 수 있다. 따라서, 인터스티셜(Interstitial) 분포가 지배적인 결정영역을 확보하기 위해서는 Si-실리콘 융액에 작용하는 자기장 로렌츠 힘이 실리콘 융액 대류를 억제하는 방향으로 자기장을 제어할 수 있다.
도7a를 참조하면, ZGP의 위치가 0mm일때, 단결정 잉곳의 바디 중 460~770mm인 영역에서, IDP 영역이 0.0662~0.674이므로, IDP 결정영역 마진(margin)은 0.012일 수 있다.
도7b를 참조하면, ZGP의 위치가 +100mm일때, 단결정 잉곳의 바디 중 460~770mm인 영역에서, IDP 영역이 0.0638~0.674이므로, IDP 결정영역 마진은 0.020일 수 있다.
도7c를 참조하면, ZGP의 위치가 0mm일때, 단결정 잉곳의 바디 중 1070~1380 mm인 영역에서, IDP 영역이 0.0658에서 0.661이므로, IDP 결정영역 마진은 0.003일 수 있다.
도7d를 참조하면, ZGP의 위치가 +100mm일때, 단결정 잉곳의 바디 중 1070~1380 mm인 영역에서, IDP 영역이 0.0620에서 0.646이므로, IDP 결정영역 마진은 0.026일 수 있다.
따라서, 도 7a, 7b에 도시한 실시예를 비교한 결과 ZGP가 실리콘 융액 상부에 위치하여 Vertical 자장을 강화시킨 경우 IDP 결정 영역의 마진을 약 1.7배 향상시키는 효과가 있을 수 있다.
또한, 또 7c, 7d에 도시한 실시예를 비교한 결과 단결정 잉곳의 바디 후반에서는 IDP 결정 영역의 마진을 약 8.7배 향상되므로, 단결정 잉곳의 인터스티셜 농도를 증가시키는 효과가 있다.
이상과 같이 실시예는 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110: 챔버 120: 도가니
130: 도가니 지지부 140: 히터
150: 열차페제 160: 단열재
170: 인상 수단 180: 자기장 인가부
182: 제1 코일 184: 제2 코일
190:제어부

Claims (14)

  1. 도가니 내에 담긴 실리콘 융액에 커스프 자기장(Cusped magnetic field)을 인가하면서 실리콘 웨이퍼 제조하는 방법에 있어서,
    커스프 자기장의 ZGP(Zero Gauss Plane)의 중앙의 위치가 실리콘 융액의 상면을 기준으로 상부 50mm ~ 150mm 이내의 영역에 위치하도록 제어하는 단계;
    상기 실리콘 융액이 상기 도가니 벽과 접촉하는 영역에서 상기 ZGP의 가장자리의 위치가 상기 실리콘 융액의 표면에 위치하도록 자기장의 자강 강도비를 제어하는 단계; 및
    상기 커스프 자기장 위치 및 자장 강도비에 대응하여 제어된 상기 실리콘 융액으로부터 단결정 잉곳을 성장시키는 단계를 포함하고
    상기 커스프 자기장은 상기 ZGP가 위로 볼록한 형태를 가지도록 상부 자기장의 세기가 하부 자기장의 세기보다 크고,
    상기 자장 강도비는 상기 ZGP 중앙과 상기 ZGP의 가장자리의 높이 차이가 상기 실리콘 융액 깊이의 40% 이상이 되도록 상/하부 자장 강도비가 변경되는
    실리콘 웨이퍼 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 ZGP의 중앙과 가장자리의 높이 차는 0~150mm 이내인 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 제조 방법.
  3. 삭제
  4. 제 2항에 있어서,
    상부 자기장과 하부 자기장의 세기에 따른 자장 강도비는 1 ~ 2.4인 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 제조 방법.
  5. 제 1항에 있어서.
    상기 단결정 잉곳의 길이가 늘어남에 따라 IDP(IDP Dominated Point-defect zone) 결정영역 마진이 증가되는 것을 특징으로 하는 하는 실리콘 웨이퍼 제조 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 단결정 잉곳의 실리콘 융액 성장계면에서 상기 커스프 자기장 중 수직 자기장에 대응하여 상기 실리콘 융액의 강제대류가 억제되는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 제조 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 도가니 벽 영역에서 상기 커스프 자기장 중 수직 자기장에 대응하여 상기 실리콘 융액의 자연대류가 억제되는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 제조 방법.
  8. 도가니 내에 담긴 실리콘 융액에 커스프 자기장 (Cusped magnetic field)을 인가하면서 실리콘 웨이퍼를 제조하는 장치에 있어서,
    실리콘 융액을 수용하는 도가니;
    상기 도가니를 회전시키는 도가니 회전수단;
    상기 도가니 측벽 주위에 설치된 히터; 및
    상기 도가니에 수용된 실리콘 융액으로부터 단결정을 인상하는 인상수단;
    상기 도가니 측벽에 배치되어, 상부 코일 및 하부 코일을 포함하는 자기장 인가부;
    상기 자기장 인가부를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는
    커스프 자기장의 ZGP의 중앙의 위치가 실리콘 융액의 상면을 기준으로 상부 50mm ~ 150mm 이내의 영역에 위치하도록 제어하고,
    상기 실리콘 융액이 상기 도가니 벽과 접촉하는 영역에서 상기 ZGP의 가장자리의 위치가 상기 실리콘 융액의 표면에 위치하도록 자기장의 자장 강도비를 제어하고,
    상기 커스프 자기장 위치 및 자장 강도비에 대응하여 제어된 상기 실리콘 융액으로부터 단결정 잉곳을 성장시키고,
    상기 커스프 자기장은 상기 ZGP가 위로 볼록한 형태를 가지도록 상부 자기장의 세기가 하부 자기장의 세기보다 크고,
    상기 자장 강도비는 상기 ZGP 중앙과 상기 ZGP의 가장자리의 높이 차이가 상기 실리콘 융액 깊이의 40% 이상이 되도록 상/하부 자장 강도비가 변경되는
    실리콘 웨이퍼 제조 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 ZGP의 중앙과 가장자리의 높이 차가 0~150mm 이내가 되도록 상기 커스프 자기장을 제어하는 실리콘 웨이퍼 제조 장치.
  10. 삭제
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 제어부는
    상부 자기장과 하부 자기장의 세기에 따른 자장 강도비는 1 ~ 2.4으로 제어하는 실리콘 웨이퍼 제조 장치.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 단결정 잉곳의 길이가 늘어남에 따라 IDP 결정영역 마진이 증가되는 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 제조 장치.
  13. 제 8항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 단결정 잉곳의 실리콘 융액 성장계면에서 상기 커스프 자기장 중 수직 자기장에 대응하여 상기 실리콘 융액의 강제대류가 억제되도록 제어하는 실리콘 웨이퍼 제조 장치.
  14. 제 8항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 도가니 벽 영역에서 상기 커스프 자기장 중 수직 자기장에 대응하여 상기 실리콘 융액의 자연대류가 억제되도록 제어하는 실리콘 웨이퍼 제조 장치.
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