KR102095597B1

KR102095597B1 - 실리콘 단결정의 제조 방법

Info

Publication number: KR102095597B1
Application number: KR1020187024238A
Authority: KR
Inventors: 미츠아키 하야시; 와타루 스기무라; 토시아키 오노; 토시유키 후지와라
Original assignee: 가부시키가이샤 사무코
Priority date: 2016-03-14
Filing date: 2017-01-18
Publication date: 2020-03-31
Also published as: WO2017159028A1; DE112017001292T5; TW201800625A; JP2017165593A; CN108779577B; JP6202119B2; TWI632257B; CN108779577A; DE112017001292B4; KR20180101586A

Abstract

[과제] 초크랄스키법에 의한 실리콘 단결정의 제조 방법에 있어서, 결정 휨이나 융액으로부터의 절단 분리에 따른 단결정화율의 저하를 방지하면서, 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 기판 재료로서 사용한 경우에 에피 결함의 발생을 억제한다.
[해결 수단] 결정 직경이 일정하게 유지된 바디부(3c)를 육성하는 바디부 육성 공정과, 결정 직경이 서서히 작아진 테일부(3d)를 육성하는 테일부 육성 공정을 포함하고, 석영 도가니(11)의 상방에 배치된 열차폐체(17)의 하단(17b)보다 상방으로서 열차폐체(17)의 내측에 배치된 수냉체(18)를 이용하여 실리콘 융액(2)으로부터 인상된 실리콘 단결정(3)을 냉각한다. 테일부 육성 공정에서는 테일부(3d)의 육성 시작 시부터 종료 시까지 바디부 육성 종료 시에 있어서의 인상 속도와 동일한 인상 속도로 실리콘 단결정(3)을 인상한다.

Description

실리콘 단결정의 제조 방법

본 발명은, 초크랄키법(이하, CZ법이라고 함)에 의한 실리콘 단결정의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히, 실리콘 단결정 잉곳의 테일부(tail portion)를 육성하는 방법에 관한 것이다.

반도체 디바이스의 기판 재료로서 에피택셜 실리콘 웨이퍼가 널리 사용되고 있다. 에피택셜 실리콘 웨이퍼는 벌크 실리콘 기판의 표면에 에피택셜층을 형성한 것으로서, 결정의 완전성이 높기 때문에 고품질이고 신뢰성이 높은 반도체 디바이스를 제조하는 것이 가능하다.

에피택셜 실리콘 웨이퍼의 기판 재료가 되는 실리콘 단결정의 대부분은 CZ법에 의해 제조된다. CZ법에서는, 석영 도가니 내에 다결정 실리콘 등의 원료를 충전하고, 챔버 내에서 실리콘 원료를 가열하여 융해(融解)한다. 다음, 인상축의 하단에 부착된 종결정을 석영 도가니의 상방으로부터 강하시켜 실리콘 융액(融液)에 접촉시키고, 종결정(種結晶, seed crystal) 및 석영 도가니를 회전시키면서 종결정을 서서히 상승시킴으로써, 종결정의 하방에 큰 직경의 단결정을 성장시킨다.

에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법으로서, 예를 들면 특허 문헌 1에는, 실리콘 단결정 잉곳을 인상할 때, 인상 도중의 1030 ~ 920℃의 온도 영역을 1.0℃/분 이상의 냉각 속도로, 계속해서 920 ~ 720℃의 온도 영역을 0.5℃/분 이하의 냉각 속도로 성장시킨 실리콘 단결정을 육성한 후, 해당 단결정으로부터 잘라낸 웨이퍼의 표면에 에피택셜층을 형성하는 것이 기재되어 있다. OSF(Oxygen induced Stacking Fault : 산소 유기 적층 결함)의 핵이 성장하기 쉬운 온도 영역(1030 ~ 920℃)을 빠르게 통과시켜 OSF 핵 사이즈를 매우 작게 함으로써 OSF에 기인하는 에피택셜 결함(이하, 에피 결함이라고 함)의 발생을 억제하는 것이 가능하다.

단결정의 인상 공정에서는, 단결정을 무전위화(無轉位(dislocation)化)하기 위해 대시 넥(Dash neck)법에 의해 결정 직경을 가늘게 수축(contraction)시키는 네킹 공정, 결정 직경을 서서히 증가시키는 숄더부(shoulder portion) 육성 공정, 결정 직경을 일정하게 유지하면서 결정 성장을 진행하는 바디부(body portion) 육성 공정, 결정 직경을 서서히 수축시켜 원뿔형상의 테일부를 형성하는 테일부 육성 공정이 차례로 수행된다. 이 중, 테일부 육성 공정은, 결정 성장 계면에 존재한 융액과 단결정과의 사이의 열균형이 무너져 결정에 급격한 열충격이 가해지고, 슬립 전위나 산소 석출 이상 등의 품질 이상이 발생하는 것을 방지하면서 단결정을 융액으로부터 절단 분리(切離)하기 위해 필요한 공정이다.

테일부 육성 공정에 관해, 예를 들면 특허 문헌 2에는, 잉곳의 단말 콘부(테일부)의 인상 속도를, 잉곳의 본체부(바디부)의 제2 절반에 관한 인상 속도와 동등한 비교적 일정한 속도로 유지하고, 나아가 필요하다면, 히터에 공급하는 전력(열량)을 증대시키거나, 혹은 결정 회전 속도나 도가니 회전 속도를 감소시킴으로써 균일한 열이력(熱履歷)을 갖는 단결정 실리콘 잉곳을 제조하는 것이 기재되어 있다.

(특허 문헌 1) 일본 특허 공개 2010-30856호 공보 (특허 문헌 2) 일본 특허 공개 평 10-95698호 공보

특허 문헌 1에서는, 수냉체(水冷體)를 구비한 단결정 인상 장치가 사용되고, 단결정 육성 시의 인상 속도 및 결정화 직후의 단결정의 인상축 방향의 온도 구배를 제어하고 있다. 그러나, 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 기판 재료로서 사용되는 부분은, 결정 직경이 일정하게 유지된 바디부(직동부(直胴部))이고, 테일부는 웨이퍼 제품으로서 사용되지 않는 부위이다. 그 때문에, 특허 문헌 1에는 바디부의 냉각 조건이 기재되어 있으나, 테일부에 있어서의 인상 속도, 히터 파워, 단결정의 회전 속도 등의 구체적인 인상 조건은 기재되어 있지 않다.

테일부의 육성에서는, 단결정의 인상 속도를 빠르게 하여 결정 직경을 서서히 수축시키는 제어가 일반적이다. 단결정의 인상 속도를 빠르게 함으로써 테일 수축을 용이하게 수행할 수 있고, 게다가 테일부 육성 기간이 짧아짐으로써 제조 비용의 저감으로 이어지기 때문이다. 또한 상기와 같이 테일부는 웨이퍼 제품이 되지 않는 부위로서, 인상 속도를 빠르게 함으로써 테일부 자체의 결정 품질이 저하하여도 문제가 되지 않는다. 이러한 이유에서, 종래의 일반적인 테일부 육성 공정에서는, 단결정의 인상 속도를 빠르게 하는 제어가 수행되고 있으며, 특허 문헌 1에 있어서도 테일 수축(tail tapering)하기 쉬운 조건이 채용되고 있는 것이라고 생각된다.

하지만, 테일부 육성 공정에 있어서 단결정의 인상 속도를 빠르게 하는 경우에는 결정 휨(굴곡)이나 단결정이 실리콘 융액으로부터 갑자기 절단 분리됨으로써 단결정이 유전위화되는 리스크가 있다.

특허 문헌 2에는, 테일부의 인상 속도를, 바디부의 후반의 인상 속도와 동등한 비교적 일정한 속도로 유지하는 것이 기재되어 있다. 이와 같이 테일부의 인상 속도를 일정하게 하는 제어는, 얼핏 보면 단결정의 바디부 전체에 걸쳐 비교적 일정한 냉각 속도 및 체류 시간을 갖는 것처럼 생각된다.

하지만, 테일부의 인상 속도를 바디부와 동일한 속도로 한 경우에는, 종래의 테일부 육성 공정보다 단결정의 인상 속도를 느리게 하고 있게 되므로, 실리콘 융액으로부터 인상된 실리콘 단결정이 OSF 핵 형성 온도 영역에 체재하는 시간이 실제로는 길어져, 에피 결함이 증대될 우려가 있다.

또한 테일부 육성 공정에서는 결정 직경이 서서히 감소함으로써 도 8에 도시한 바와 같이 열차폐체(17)와 실리콘 단결정(3)과의 간격(D)이 넓어지고, 실리콘 융액(2) 등으로부터의 열이 흰색 화살표로 나타낸 바와 같이 상방으로 확산되어 결정화 직후의 실리콘 단결정(3)의 주위가 고온화된다. 이와 같은 환경 하에서 실리콘 단결정(3)의 테일부(3d)를 바디부(3c)와 동일한 인상 속도로 천천히 인상한 경우에는, 실리콘 단결정(3)의 주위의 고온화의 영향이 더 커진다. 즉, 실리콘 융액(2)으로부터 인상된 실리콘 단결정(3)이 OSF 핵 형성 온도 영역에 체재하는 시간이 더 길어져, 에피 결함이 증대되게 된다.

나아가, 바디부(3c)를 인상하는 경우와 달리, 테일부(3d)는 결정 직경이 감소하여 결정을 인상하는 상태가 시시각각으로 변화하기 때문에 유전위화되기 쉽다. 또한, 테일부 육성 공정에서는 도가니 내의 융액량이 적어 도가니 바닥부에서 융액을 보유 유지(保持)하기 때문에, 테일부(3d)의 인상 진행에 따라 도가니 내의 융액의 상태도 시시각각으로 변화하여, 유전위화되기 쉽다. 그 때문에, 테일부(3d)를 바디부(3c)와 동일한 속도로 인상한 경우에는 테일부(3d)의 인상 완료까지 요하는 시간이 매우 길어져, 테일부(3d)에서의 유전위화의 리스크가 증대된다는 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 결정 휨이나 융액으로부터의 절단 분리에 따른 단결정화율의 저하를 방지하면서, 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 기판 재료로서 사용한 경우에 에피 결함의 발생을 억제하는 것이 가능한 실리콘 단결정의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 실리콘 단결정의 제조 방법은, 석영 도가니 내의 실리콘 융액으로부터 실리콘 단결정을 인상하는 초크랄스키법에 의한 실리콘 단결정의 제조 방법으로서, 결정 직경이 일정하게 유지된 바디부를 육성하는 바디부 육성 공정과, 결정 직경이 서서히 감소한 테일부를 육성하는 테일부 육성 공정을 포함하고, 상기 석영 도가니의 상방에 배치된 열차폐체의 하단보다 상방으로서 상기 열차폐체의 내측에 배치된 수냉체를 이용하여 상기 실리콘 융액으로부터 인상된 상기 실리콘 단결정을 냉각하고, 상기 테일부 육성 공정에서는 상기 테일부의 육성 시작 시부터 종료 시까지 상기 바디부 육성 종료 시에 있어서의 인상 속도와 동일한 인상 속도로 상기 실리콘 단결정을 인상하는 것을 특징으로 한다.

테일부 육성 공정에서는 결정 직경이 서서히 작아짐에 따라 열차폐체와 단결정과의 사이의 횡방향의 틈새가 서서히 넓어져, 열차폐체에 의해 차폐되던 열이 상방으로 확산되어, 실리콘 단결정이 잘 냉각되지 않게 된다. 또한, 테일부 육성 공정에 있어서 열차폐체와 도가니와의 접촉을 피하기 위해 석영 도가니의 상승을 정지하는 경우에는, 융액면의 저하에 의해 열차폐체와 융액면과의 간격이 서서히 넓어져, 석영 도가니로부터의 복사열이 상방으로 더 확산되기 쉬워진다. 그 때문에, 테일부 부근의 바디부의 결정 품질은 열의 영향을 받아 탑(top) 측의 결정 품질과 다른 것이 된다. 즉, 1020 ~ 980℃의 온도 영역의 체재 시간이 길어져 서냉 상태가 되어, 에피 결함이 발생하기 쉬운 큰 OSF 핵을 포함하는 결정이 된다.

하지만, 본 발명에 따르면, 열차폐체의 상방의 인상 경로의 주위에 수냉체가 마련되어 있으므로, 단결정의 인상 속도를 빠르게 하지 않고, 결정화 직후의 실리콘 단결정이 OSF 핵 형성 온도 영역에 체재하는 기간을 짧게 할 수 있다. 따라서, 결정의 휨이나 결정이 융액으로부터 절단되어 분리됨에 따른 단결정화율의 저하가 방지되고, 에피택셜층 형성 시에 에피 결함의 발생을 억제하는 것이 가능한 실리콘 단결정을 제조할 수 있다.

상기 테일부 육성 공정에서는, 상기 실리콘 단결정의 상기 바디부의 1020℃부터 980℃까지의 온도 영역을 15분 이내에 통과하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 실리콘 융액으로부터 인상된 실리콘 단결정이 OSF 핵 형성 온도 영역을 재빨리 통과함으로써, 실리콘 단결정 중의 OSF 핵 사이즈를 작게 할 수 있다. 따라서, 단결정 잉곳으로부터 잘려나온 실리콘 웨이퍼의 표면에 에피택셜층을 형성했을 때 OSF에 기인하는 에피 결함의 발생을 억제할 수 있다.

본 발명에 따른 실리콘 단결정의 제조 방법은, 상기 테일부의 육성 시작 시부터 종료 시까지 상기 실리콘 융액을 가열하는 히터의 파워를 점진적으로 증가시킴과 아울러, 상기 테일부의 육성 종료 시에 있어서의 상기 히터의 파워를 상기 테일부의 육성 시작 시에 있어서의 상기 히터의 파워의 1.1배 이상 1.5배 이하로 설정하는 것이 바람직하다. 이에 따르면, 결정 휨이나 실리콘 융액으로부터의 단결정의 절단 분리를 방지하면서 테일 수축을 구현할 수 있다.

상기 테일부 육성 공정에서는 상기 열차폐체와 상기 실리콘 융액과의 간격이 일정해지도록 상기 석영 도가니를 상승시키는 것이 바람직하다. 테일부 육성 공정 종료까지 석영 도가니를 상승시켜 융액면의 높이 위치를 일정하게 유지함으로써, 석영 도가니로부터의 복사 열의 영향을 억제할 수 있고, OSF 핵 형성 온도 영역의 확장을 억제할 수 있다.

상기 테일부 육성 공정에서는 상기 석영 도가니 혹은 상기 실리콘 단결정의 회전 속도를 일정하게 유지하는 것이 바람직하고, 상기 실리콘 융액에 자기장을 인가하는 것도 또한 바람직하다. 상기 테일부 육성 공정에서는 석영 도가니 내의 융액량이 적고, 또한, 도가니 바닥부에서 융액을 보유 유지하기 때문에, 석영 도가니의 회전 속도의 변화의 영향을 융액이 받기 쉽고, 융액의 상태가 불안정하기 때문에, 회전 속도를 일정하게 유지함으로써 융액 상태의 안정화를 도모하고, 실리콘 단결정의 유전위화의 리스크를 저감시킬 수 있다. 마찬가지로, 실리콘 단결정의 회전 속도를 일정하게 함으로써, 혹은 실리콘 융액에 자기장을 인가함으로써, 테일부 육성 공정에 있어서의 융액 상태의 안정화가 도모되고, 실리콘 단결정의 유전위화의 리스크를 저감시킬 수 있다. 또한 석영 도가니 및 실리콘 단결정의 회전 속도는 실질적으로 일정하면 되고, ±2rpm 이내의 변동은 허용 범위이다.

본 발명에 따르면, 결정 휨이나 융액으로부터의 절단 분리에 따른 단결정화율의 저하를 방지하면서, 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 기판 재료로서 사용한 경우에 에피 결함의 발생을 억제하는 것이 가능한 실리콘 단결정의 제조 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 단결정 제조 장치의 구성을 개략적으로 보인 측면 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 실리콘 단결정의 제조 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 3은 실리콘 단결정 잉곳의 형상을 보인 개략 단면도이다.
도 4는 테일부 육성 공정 중의 단결정의 인상 상황을 보인 개략 단면도이다.
도 5는 단결정의 인상 속도 및 히터 파워의 변화를 보인 시퀀스도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 단결정 제조 장치의 구성을 개략적으로 보인 측면 단면도이다.
도 7은 단결정의 인상 위치와 단결정의 OSF 핵 형성 온도 영역(1020 ~ 980℃의 영역)의 통과 시간과의 관계를 보인 그래프이다.
도 8은 테일부 육성 공정에 있어서의 종래의 문제점을 설명하기 위한 모식도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 단결정 제조 장치의 구성을 개략적으로 보인 측면 단면도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 단결정 제조 장치(1A)는, 챔버(10)와, 챔버(10) 내에 있어서 실리콘 융액(2)을 보유 유지하는 석영 도가니(11)와, 석영 도가니(11)를 보유 유지하는 그라파이트로 된 서셉터(12)와, 서셉터(12)를 지지하는 회전 샤프트(13)와, 회전 샤프트(13)를 회전 및 승강 구동하는 샤프트 구동 기구(14)와, 서셉터(12)의 주위에 배치된 히터(15)와, 히터(15)의 외측으로서 챔버(10)의 내면을 따라 배치된 단열재(16)와, 석영 도가니(11)의 상방에 배치된 열차폐체(17)와, 열차폐체(17)의 내측으로서 열차폐체(17)의 하단보다 상방에 마련된 수냉체(18)와, 석영 도가니(11)의 상방으로서 회전 샤프트(13)와 동축 상에 배치된 단결정 인상용 와이어(19)와, 챔버(10)의 상방에 배치된 와이어 권취 기구(20)를 구비하고 있다.

또한 단결정 제조 장치(1A)는, 챔버(10)의 외측에 배치된 자기장 발생 장치(21)와, 챔버(10) 안을 촬영하는 CCD 카메라(22)와, CCD 카메라(22)로 촬영된 화상을 처리하는 화상 처리부(23)와, 화상 처리부(23)의 출력에 의거하여 샤프트 구동 기구(14), 히터(15) 및 와이어 권취 기구(20)를 제어하는 제어부(24)를 구비하고 있다.

챔버(10)는, 메인 챔버(10a)와, 메인 챔버(10a)의 상부 개구에 연결된 가늘고 긴 원통형상의 풀 챔버(10b)로 구성되어 있으며, 석영 도가니(11), 서셉터(12), 히터(15) 및 열차폐체(17)는 메인 챔버(10a) 내에 마련되어 있다. 풀 챔버(10b)에는 챔버(10) 내에 아르곤 가스 등의 불활성 가스(퍼지 가스)를 도입하기 위한 가스 도입구(10c)가 마련되어 있고, 메인 챔버(10a)의 하부에는 불활성 가스를 배출하기 위한 가스 배출구(10d)가 마련되어 있다. 또한, 메인 챔버(10a)의 상부에는 관찰창(10e)이 마련되어 있어, 실리콘 단결정(3)의 육성 상황(고액 계면(固液界面))을 관찰창(10e)으로부터 관찰 가능하다.

석영 도가니(11)는, 원통형상의 측벽부와 만곡된 바닥부를 갖는 석영 유리로 된 용기이다. 서셉터(12)는, 가열에 의해 연화된 석영 도가니(11)의 형상을 유지하기 위해, 석영 도가니(11)의 외표면에 밀착되어 석영 도가니(11)를 감싸도록 보유 유지한다. 석영 도가니(11) 및 서셉터(12)는 챔버(10) 내에 있어서 실리콘 융액을 지지하는 이중 구조의 도가니를 구성하고 있다.

서셉터(12)는 연직 방향으로 연장되는 회전 샤프트(13)의 상단부에 고정되어 있다. 또한 회전 샤프트(13)의 하단부는 챔버(10)의 바닥부 중앙을 관통하여 챔버(10)의 외측에 마련된 샤프트 구동 기구(14)에 접속되어 있다. 서셉터(12), 회전 샤프트(13) 및 샤프트 구동 기구(14)는 석영 도가니(11)의 회전 기구 및 승강 기구를 구성하고 있다.

히터(15)는, 석영 도가니(11) 내에 충전된 실리콘 원료를 용융하여 실리콘 융액(2)을 생성하기 위해 사용된다. 히터(15)는 카본으로 된 저항 가열식 히터로서, 서셉터(12) 내의 석영 도가니(11)를 둘러싸도록 마련되어 있다. 나아가 히터(15)의 외측은 단열재(16)에 둘러싸여져 있고, 이에 의해 챔버(10) 내의 보온성이 높여지고 있다.

열차폐체(17)는, 실리콘 융액(2)의 온도 변동을 억제하여 고액 계면 부근에 적절한 핫 존(hot zone)을 형성함과 아울러, 히터(15) 및 석영 도가니(11)로부터의 복사열에 따른 실리콘 단결정(3)의 가열을 방지하기 위해 마련되어 있다. 열차폐체(17)는, 실리콘 단결정(3)의 인상 경로를 제외한 실리콘 융액(2)의 상방의 영역을 덮는 그라파이트로 된 부재로서, 상방으로부터 하방을 향해 직경이 축소된 역 원뿔대 형상을 가지고 있다.

열차폐체(17)의 하단 중앙에는 실리콘 단결정(3)의 직경보다 큰 원형의 개구(17a)가 형성되어 있어, 실리콘 단결정(3)의 인상 경로가 확보되어 있다. 도시한 바와 같이, 실리콘 단결정(3)은 개구(17a)를 통과하여 상방으로 인상된다. 열차폐체(17)의 개구(17a)의 직경은 석영 도가니(11)의 구경보다 작고, 열차폐체(17)의 하단부는 석영 도가니(11)의 내측에 위치하므로, 석영 도가니(11)의 림(rim) 상단을 열차폐체(17)의 하단보다 상방까지 상승시켜도 열차폐체(17)가 석영 도가니(11)와 간섭하는 일은 없다.

실리콘 단결정(3)의 성장과 함께 석영 도가니(11) 내의 융액량은 감소하는데, 융액면과 열차폐체(17)와의 간격(갭(ΔG))이 일정해지도록 석영 도가니(11)를 상승시킴으로써, 실리콘 융액(2)의 온도 변동을 억제함과 아울러, 융액면 근방(퍼지 가스 유도로)을 흐르는 가스의 속도를 일정하게 하여 실리콘 융액(2)으로부터의 도펀트의 증발량을 제어할 수 있다. 따라서, 단결정의 인상축 방향의 결정 결함 분포, 산소 농도 분포, 저항률 분포 등의 안정성을 향상시킬 수 있다.

열차폐체(17)의 하단(17b)보다 상방으로서 열차폐체(17)의 내측에는 수냉체(18)가 배치되어 있다. 열차폐체(17) 등과 마찬가지로, 수냉체(18)는 실리콘 단결정(3)의 인상 경로를 둘러싸도록 마련되어 있다. 수냉체(18)는, 구리, 철, 스테인리스 스틸(SUS), 몰리브덴 등의 열전도가 양호한 금속으로 이루어지며, 그 내부에 냉각수를 통류시켜 표면 온도를 상온으로부터 200℃ 정도에 걸쳐 유지할 수 있는 것이 바람직하다. 상세한 내용에 대해서는 후술하는데, 이 수냉체(18)가 있음으로써, 결정화 직후의 실리콘 단결정(3)의 냉각을 촉진시킬 수 있다.

석영 도가니(11)의 상방에는, 실리콘 단결정(3)의 인상축인 와이어(19)와, 와이어(19)를 권취하는 와이어 권취 기구(20)가 마련되어 있다. 와이어 권취 기구(20)는 와이어(19)와 함께 단결정을 회전시키는 기능을 가지고 있다. 와이어 권취 기구(20)는 풀 챔버(10b)의 상방에 배치되어 있으며, 와이어(19)는 와이어 권취 기구(20)로부터 풀 챔버(10b) 안을 지나 하방으로 연장되어 있고, 와이어(19)의 선단부는 메인 챔버(10a)의 내부 공간까지 도달해 있다. 도 1에는, 육성 도중의 실리콘 단결정(3)이 와이어(19)에 매달린 상태가 도시되어 있다. 단결정의 인상 시에는 종결정을 실리콘 융액(2)에 침지하고, 석영 도가니(11)와 종결정을 각각 회전시키면서 와이어(19)를 서서히 인상함으로써 단결정을 성장시킨다.

풀 챔버(10b)의 상부에는 챔버(10) 내에 불활성 가스를 도입하기 위한 가스 도입구(10c)가 마련되어 있고, 메인 챔버(10a)의 바닥부에는 챔버(10) 내의 불활성 가스를 배기하기 위한 가스 배출구(10d)가 마련되어 있다. 불활성 가스는 가스 도입구(10c)로부터 챔버(10) 내에 도입되고, 그 도입량은 밸브에 의해 제어된다. 또한 밀폐된 챔버(10) 내의 불활성 가스는 가스 배출구(10d)로부터 챔버(10)의 외부로 배기되므로, 챔버(10) 내에서 발생하는 SiO 가스나 CO 가스를 회수하여 챔버(10) 안을 청정하게 유지하는 것이 가능해진다. 도시하지는 않았으나, 가스 배출구(10d)에는 배관을 통해 진공 펌프가 접속되어 있고, 진공 펌프로 챔버(10) 내의 불활성 가스를 흡인하면서 밸브로 그 유량을 제어함으로써 챔버(10) 안은 일정한 감압 상태로 유지되고 있다.

자기장 발생 장치(21)는 실리콘 융액(2)에 수평 자기장 또는 수직 자기장을 인가한다. 실리콘 융액(2)에 자기장을 인가함으로써 자력선에 직교하는 방향의 융액 대류를 억제할 수 있다. 따라서, 석영 도가니(11)로부터의 산소의 용출을 억제할 수 있고, 실리콘 단결정 중의 산소 농도를 저감시킬 수 있다.

메인 챔버(10a)의 상부에는 내부를 관찰하기 위한 관찰창(10e)이 마련되어 있고, CCD 카메라(22)는 관찰창(10e)의 외측에 설치되어 있다. 단결정 인상 공정 중, CCD 카메라(22)는 관찰창(10e)으로부터 열차폐체(17)의 개구(17a)를 통하여 보이는 실리콘 단결정(3)과 실리콘 융액(2)과의 경계부의 화상을 촬영한다. CCD 카메라(22)는 화상 처리부(23)에 접속되어 있으며, 촬영 화상은 화상 처리부(23)에서 처리되고, 처리 결과는 제어부(24)에 있어서 인상 조건의 제어에 사용된다.

도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 실리콘 단결정의 제조 방법을 설명하는 흐름도이다. 또한, 도 3은 실리콘 단결정 잉곳의 형상을 보인 개략 단면도이다.

도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 실리콘 단결정(3)의 제조에서는, 석영 도가니(11) 내의 실리콘 원료를 가열하여 실리콘 융액(2)을 생성한다(단계 S11). 그 후, 와이어(19)의 선단부에 부착된 종결정을 강하시켜 실리콘 융액(2)에 착액시킨다(단계 S12).

다음, 실리콘 융액(2)과의 접촉 상태를 유지하면서 종결정을 서서히 인상하여 단결정을 육성하는 단결정의 인상 공정을 실시한다. 단결정의 인상 공정에서는, 무전위화를 위해 결정 직경이 가늘게 수축(감소)된 네크부(3a)를 형성하는 네킹 공정(단계 S13)과, 규정의 직경을 얻기 위해 결정 직경이 서서히 증가한 숄더부(3b)를 형성하는 숄더부 육성 공정(단계 S14)과, 결정 직경이 일정하게 유지된 바디부(3c)를 형성하는 바디부 육성 공정(단계 S15)과, 결정 직경이 서서히 감소한 테일부(3d)를 형성하는 테일부 육성 공정(단계 S16)이 차례대로 실시되고, 단결정이 융액면으로부터 최종적으로 절단 분리됨으로써 테일부 육성 공정이 종료된다. 이상에 의해, 단결정의 상단(탑)으로부터 하단(바텀)을 향해 차례대로 네크부(3a), 숄더부(3b), 바디부(3c) 및 테일부(3d)를 갖는 실리콘 단결정 잉곳(3)이 완성된다.

단결정의 인상 공정 중에는, 실리콘 단결정(3)의 직경 및 실리콘 융액(2)의 액면 위치를 제어하기 위해, CCD 카메라(22)로 실리콘 단결정(3)과 실리콘 융액(2)과의 경계부의 화상을 촬영하고, 촬영 화상으로부터 고액 계면에 있어서의 단결정의 직경 및 융액면과 열차폐체(17)와의 간격(갭(ΔG))을 산출한다. 제어부(24)는, 실리콘 단결정(3)의 직경이 목표 직경이 되도록 와이어(19)의 인상 속도, 히터(15)의 파워 등의 인상 조건을 제어한다. 또한 제어부(24)는, 융액면과 열차폐체(17)와의 간격이 일정해지도록 석영 도가니(11)의 높이 위치를 제어한다.

도 4는 테일부 육성 공정 중의 단결정의 인상 상황을 보인 개략 단면도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 실리콘 단결정(3)을 실리콘 융액(2)으로부터 무전위의 상태에서 절단 분리하기 때문에, 테일부 육성 공정에서는 인상의 진행과 함께 결정 직경이 서서히 작아지기 때문에, 열차폐체(17)와 실리콘 단결정(3)과의 사이의 간격(D)이 서서히 넓어진다. 그 때문에, 실리콘 융액(2)으로부터 상방을 향하는 방열 경로의 폭이 넓어지고, 열차폐체(17)의 하단(17b)보다 상방으로 열이 확산되기 쉬워지기 때문에, 열차폐체(17)의 하단(17b)보다 상방의 공간의 온도가 높아진다. 이에 따라, 열차폐체(17)의 상부가 가열되어 열차폐체(17) 자체가 열원이 되어, 결정화 직후의 실리콘 단결정(3)이 가열된다. 이러한 상태에서는 단결정 중에 OSF 핵이 형성되기 쉬운 1020 ~ 980℃의 온도 영역(OSF 핵 형성 온도 영역)을 실리콘 단결정(3)이 재빨리 통과할 수 없게 되고, 실리콘 단결정(3)의 인상 속도를 느리게 하는 경우에는 더 어려워진다.

그러나, 본 실시 형태에 있어서는, 열차폐체(17)의 하단(17b)보다 상방으로서 열차폐체(17)의 내측(17i)에 수냉체(18)가 마련되어 있으므로, 열차폐체(17)의 하단(17b)의 개구를 통과한 후의 고온 영역의 온도를 낮출 수 있고, 1020 ~ 980℃의 온도 영역의 결정 성장 방향의 폭을 좁게 할 수 있다. 따라서, 실리콘 단결정(3)의 인상 속도를 종래보다 느리게 하는 경우라도 실리콘 단결정(3)이 1020 ~ 980℃의 온도 영역에 체재하는 시간을 짧게 할 수 있고, OSF 핵 형성 온도 영역을 재빨리 통과시켜 단결정 중의 OSF 핵 사이즈를 매우 작게 할 수 있다.

도 5는 실리콘 단결정(3)의 인상 속도 및 히터(15)의 파워의 변화를 보인 시퀀스도이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 실리콘 단결정(3)의 인상 속도는, 바디부(3c)로부터 테일부(3d)에 걸쳐 일정하게 제어된다. 또한 테일부 육성 공정 중에 있어서의 일정한 인상 속도란, 테일부 육성 공정 시작 시의 인상 속도에 대한 변동률이 ±3% 이내인 것을 말한다.

종래의 일반적인 테일부 육성 공정에서는, 바디부 육성 공정보다 그 인상 속도를 빠르게 함과 아울러 히터(15)의 파워를 보조적으로 세게 함으로써 결정 직경을 가늘게 수축하고 있다. 그러나, 본 실시 형태에서는 인상 속도를 바꾸지 않고 히터(15)의 파워만을 바꿈으로써 테일 수축을 구현하고 있다. 이와 같이 테일부(3d)의 육성 시작 시부터 종료 시까지 그 인상 속도를 일정하게 유지함으로써, 결정 휨이나 융액으로부터의 절단 분리에 따른 단결정의 유전위화의 발생을 방지할 수 있다.

테일부(3d)의 인상 속도를 바디부(3c)의 인상 속도와 등속으로 한 경우에는 테일 수축의 제어가 어려워지는데, 히터(15)의 파워를 보다 세게 하여 실리콘 융액(2)이 고화되기 어려운 상황을 만들어냄으로써 테일 수축하기 쉽게 할 수 있다. 히터(15)의 파워를 세게 한 경우에는 그 복사열의 영향이 더 강해져서, 수냉체(18)가 없으면 전술한 바와 같이 1020 ~ 980℃의 OSF 핵 형성 온도 영역이 더 넓어진다. 그러나, 전술한 바와 같이 수냉체(18)를 마련함으로써 OSF 핵 형성 온도 영역을 좁게 할 수 있고, 실리콘 단결정(3)의 OSF 핵 형성 온도 영역의 통과 시간(체재 시간)을 짧게 할 수 있다.

상기한 바와 같이, 테일부 육성 공정 중의 히터(15)의 파워는, 바디부 육성 공정 종료 시의 히터(15)의 파워보다 크다. 특히, 히터(15)의 파워는 테일부 육성 시작 시부터 점진적으로 증가하고, 테일부 육성 종료 시에 있어서의 히터(15)의 파워는 테일부 육성 시작 시의 1.1 ~ 1.5배인 것이 바람직하다. 이와 같이, 테일부 육성 공정에 있어서의 히터(15)의 파워를 서서히 크게 함과 아울러, 테일부 육성 종료 시의 히터(15)의 파워를 육성 시작 시의 1.1 ~ 1.5배의 범위 내에 들어가도록 함으로써, 테일부(3d)의 인상 속도를 바디부(3c)와 등속으로 한 경우라도 테일 수축을 구현할 수 있고, 나아가 결정 휨이나 유전위화를 방지할 수 있다.

테일부 육성 공정에 있어서도 석영 도가니(11)를 서서히 상승시켜 실리콘 융액(2)의 액면 위치를 일정하게 유지하는 것이 바람직하다. 종래에는 단결정화율을 높이기 위해 석영 도가니(11) 내의 실리콘 융액(2)의 잔량을 가급적 적게 하고 나서 테일부 육성 공정으로 이행하였기 때문에, 테일부 육성 시작 시에는 석영 도가니(11)가 충분히 높은 위치에 있고, 석영 도가니(11)를 더 상승시키면 석영 도가니(11)가 열차폐체(17)와 간섭하여 버리는 상황이 되었다. 그 때문에, 테일부 육성 공정의 시작 시나 도중에서 석영 도가니(11)의 상승을 정지하지 않으면 안되어, 융액면의 저하에 의해 융액면과 열차폐체(17)와의 간격이 넓어지고, 실리콘 단결정(3)이 석영 도가니(11)로부터의 복사열의 영향을 받기 쉬워져, OSF 핵 형성 온도 영역이 확장되어 버리는 문제가 있었다.

하지만, 본 실시 형태에 있어서는, 실리콘 융액(2)이 충분히 소비되기 전에 테일부 육성 공정을 시작하고, 테일부 육성 공정 종료까지 석영 도가니(11)를 상승시켜 융액면의 높이 위치를 일정하게 유지함으로써, 석영 도가니(11)로부터의 복사열의 영향을 억제할 수 있고, OSF 핵 형성 온도 영역의 확장을 억제할 수 있다.

테일부 육성 중에는 결정 직경이 서서히 감소하고, 결정 인상 상태가 시시각각으로 변화하기 때문에, 실리콘 단결정(3)이 유전위화되기 쉽다. 그리고 테일부 육성 중의 인상 속도를 종래보다 느리게 한 경우에는 테일부 육성 공정 시간이 길어져, 유전위화의 리스크가 더 증가한다. 이러한 조건 하에서 유전위화의 리스크를 가급적 저감시키기 위해서는, 테일부 육성 공정에 있어서 실리콘 단결정(3) 및 석영 도가니(11)의 회전 속도를 일정하게 유지하는 것이 바람직하다. 이들의 회전 속도는, 바디부 육성 공정에서의 회전 속도와 동일할 수도 있고, 다를 수도 있다. 이에 따라, 석영 도가니(11) 내의 실리콘 융액(2)의 대류를 안정하게 하여 융액 온도를 안정화시킬 수 있다.

테일부 육성 공정에 있어서도 자기장 발생 장치(21)를 동작시켜 실리콘 융액(2)에 수평 자기장 또는 수직 자기장을 인가하는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 석영 도가니(11) 내의 실리콘 융액(2)의 대류를 더 안정화시킬 수 있다. 실리콘 단결정(3)의 테일부(3d)는 제품으로서 사용되지 않는 부위로서, 제품화 영역은 바디부(3c)이기 때문에, 테일부 육성 공정(S16)에 있어서 자기장을 인가하여 산소 농도 레벨이나 그 면내 분포 등의 결정 품질을 제어할 필요는 없다. 테일부 육성 공정(S16)에서는 지금까지 육성해 온 실리콘 단결정(3)의 바디부(3c)의 품질이 저하하지 않도록 실리콘 융액(2)으로부터 빨리 절단 분리하는 것이 중요하다. 그러나, 테일부 육성 중에 자기장을 인가한 경우에는 석영 도가니(11) 내의 실리콘 융액(2)의 대류를 안정하게 하여 융액 온도를 안정화시킬 수 있고, 이에 따라 결정 휨이나 유전위화를 방지할 수 있다..

도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 단결정 제조 장치의 구성을 개략적으로 보인 측면 단면도이다.

도 6에 도시한 바와 같이, 단결정 제조 장치(1B)의 특징은, 수냉체(18)가 제1 실시 형태의 것에 비해 충분히 긴 원통형상의 부재로 이루어지고, 메인 챔버의 상단(풀 챔버의 하단)의 위치로부터 하방으로 연장되어 도면 중 일점 쇄선으로 에워싸인 열차폐체(17)의 내측(17i)까지 도달해 있다. 즉, 수냉체(18)는 실리콘 단결정(3)의 인상 경로를 가급적 길게 커버하도록 마련되어 있다.

본 실시 형태에 있어서도, 열차폐체(17)의 하단(17b)보다 상방으로서 열차폐체(17)의 내측(17i)에 수냉체(18)가 존재해 있으므로, 열차폐체(17)의 하단(17b)의 개구를 통과한 후의 고온 영역의 온도를 낮출 수 있고, 1020 ~ 980℃의 온도 영역의 결정 성장 방향의 폭을 좁게 할 수 있다. 따라서, 실리콘 단결정(3)의 인상 속도를 종래보다 느리게 하는 경우라도 실리콘 단결정(3)이 1020 ~ 980℃의 온도 영역에 체재하는 시간을 짧게 할 수 있고, OSF 핵 형성 온도 영역을 재빨리 통과시켜 단결정 중의 OSF 핵 사이즈를 매우 작게 할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 실리콘 단결정의 제조 방법은, 열차폐체(17)의 하단(17b)보다 상방으로서 열차폐체(17)의 내측에 수냉체(18)를 배치하고, 테일부 육성 공정에 있어서 결정화 직후의 실리콘 단결정(3)을 수냉체(18)로 냉각함과 아울러, 테일부(3d)를 바디부(3c)와 등속으로 인상하므로, 테일부 육성 공정(S16)에 있어서 결정 휨이나 융액으로부터의 절단 분리를 방지하면서 에피 결함의 원인이 되는 OSF 핵이 매우 적은 고품질의 실리콘 단결정을 제조할 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 형태에 한정되지 않고, 본 발명의 주지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하며, 그들도 본 발명의 범위 내에 포함되는 것임은 말할 필요도 없다.

실시예

테일부 육성 공정에 있어서의 단결정의 인상 속도와 수냉체(18)의 유무의 차이에 따른 단결정화율과 에피 결함의 발생 상황을 평가하였다. 이 평가 시험에서는, 도 1에 도시한 단결정 제조 장치(1A)를 이용하여, 직경 300mm의 실리콘 단결정 잉곳의 샘플 1 ~ 6을 인상하였다. 그 때, 바디부의 인상 속도를 1.0mm/min으로 하고, 바디부 육성 중뿐만 아니라 테일부 육성 중에도 융액면과 열차폐체의 하단과의 간격이 일정해지도록 석영 도가니를 상승시키면서 단결정의 인상을 수행하였다.

샘플 1, 2에서는, 테일부(3d)의 인상 속도를 바디부(3c)보다 고속(1.1배)으로 하였다. 또한 샘플 3, 4에서는 테일부(3d)의 인상 속도를 바디부(3c)와 등속으로 하고, 샘플 5, 6에서는 테일부(3d)의 인상 속도를 바디부(3c)보다 저속(0.9배)으로 하였다. 또한 샘플 1, 3, 5에서는 수냉체(18)를 제거한 단결정 제조 장치(1A)를 이용하여 인상을 수행하고, 샘플 2, 4, 6에서는 수냉체(18)가 접지(接地)된 단결정 제조 장치(1A)를 이용하여 인상을 수행하였다.

다음, 이와 같이 하여 얻어진 실리콘 단결정 잉곳의 샘플 1 ~ 6을 가공하여 두께 775μm의 실리콘 웨이퍼(폴리시드 웨이퍼)를 제작하고, 실리콘 웨이퍼의 표면에 두께 4μm의 에피택셜층을 형성하여 샘플 1 ~ 6에 대응하는 에피택셜 실리콘 웨이퍼를 제작하였다. 그리고 각 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 에피 결함의 개수를 파티클 카운터로 측정하였다.

표 1은 샘플 1 ~ 6의 단결정화율 및 에피 결함의 평가 시험의 결과를 보인 표이다.

샘플	인상 속도	냉각체의 유무	단결정화율	에피 결함 발생 상황
1	고속	없음	×	-
2	고속	있음	×	-
3	등속	없음	75% 이상	5~10개/wf
4	등속	있음	75% 이상	5개/ wf 미만
5	저속	없음	75% 이상	10개/wf 초과
6	저속	있음	75% 이상	10개/wf 초과

표 1에 나타낸 바와 같이, 수냉체(18)를 사용하지 않고 테일부(3d)의 인상 속도를 바디부(3c)보다 고속으로 하여 제조한 샘플 1에서는 테일부(3d)의 실리콘 융액으로부터의 절단 분리가 발생하였고, 단결정화율이 악화되었다. 또한 수냉체(18)를 사용함과 아울러 테일부(3d)의 인상 속도를 바디부(3c)보다 고속으로 하여 제조한 샘플 2에서도 테일부(3d)의 실리콘 융액으로부터의 절단 분리가 발생하였고, 단결정율이 악화되었다. 그 때문에, 이들 샘플 1, 2의 에피 결함 발생 상황을 평가할 수 없었다. 수냉체(18)를 사용하지 않고 테일부(3d)의 인상 속도를 바디부(3c)와 등속으로 한 샘플 3에서는, 단결정화율이 75% 이상이 되었고, 또한 에피 결함의 개수는 5 ~ 10개/wf가 되었다. 수냉체(18)를 사용함과 아울러 테일부(3d)의 인상 속도를 바디부(3c)와 등속으로 한 샘플 4에서는, 단결정화율이 75% 이상이 되었고, 또한 에피 결함의 개수는 5개/wf 미만으로 매우 적어, 에피 결함의 품질 기준을 만족시키는 것을 확인할 수 있었다.

테일부(3d)의 인상 속도를 바디부(3c)보다 저속으로 하여 제조한 샘플 5 및 6에서는, 수냉체(18)의 사용의 유무와 관계없이 75% 이상의 높은 단결정화율이 되었으나, 에피 결함이 10개/wf 초과로 많았다.

이상의 결과로부터, 수냉체(18)를 사용함과 아울러 테일부(3d)의 인상 속도를 바디부(3c)와 등속으로 한 샘플 4에서는, 단결정화율과 에피 결함의 양방의 품질을 만족시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.

다음, 상기 샘플 4의 조건 하에 있어서, 융액면과 열차폐체(17)와의 간격이 단결정의 결정 성장 방향의 온도 구배에 어떠한 영향을 주는지에 대해 시뮬레이션을 수행하였다.

도 7은 단결정의 인상 위치와 단결정의 OSF 핵 형성 온도 영역(1020 ~ 980℃의 영역)의 통과 시간과의 관계를 보인 그래프이다. 도 7의 그래프의 가로축은 단결정의 바텀(테일부(3d)의 하단)으로부터의 거리, 세로축은 OSF 핵 형성 온도 영역의 통과 시간을 각각 나타내고 있다.

도 7에 도시한 바와 같이, 융액면과 열차폐체(17)와의 간격(갭(ΔG))이 확대되는 조건, 즉 융액면의 저하에 대해 석영 도가니(11)를 상승시켜 융액면과 열차폐체(17)와의 간격을 일정하게 하는 제어를 수행하지 않는 경우에는, 인상 위치가 바텀에 근접할수록 단결정의 OSF 핵 형성 온도 영역의 통과 시간이 길어지는 것을 알 수 있다. 테일부(3d)의 인상 속도는 일정하므로, OSF 핵 형성 온도 영역의 통과 시간이 길어진다는 것은, 인상 위치가 바텀에 근접할수록 OSF 핵 형성 온도 영역이 인상축 방향으로 확대되어 있는 것을 의미한다.

이에 반해, 융액면과 열차폐체(17)와의 간격을 일정하게 하는 조건에서는, 인상 위치가 테일부(3d)의 하단에 가까워도 단결정의 OSF 핵 형성 온도 영역의 통과 시간이 그만큼 길어지지 않음을 알 수 있다. 이상의 결과로부터, 테일부 육성 공정에 있어서도 융액면과 열차폐체(17)와의 간격을 일정하게 함으로써, OSF 핵 형성 온도 영역의 확장을 억제할 수 있음을 확인할 수 있었다.

다음, 테일부 육성 공정 중의 히터(15)의 출력의 차이가 단결정의 품질에 주는 영향을 평가하였다. 테일부 육성 시작 시 및 종료 시의 히터(15)의 파워를 각각 CkW 및 DkW라고 할 때, 평가 시험에서는 히터 파워 비 D/C를 0.9부터 1.8까지의 범위 내에서 변화시켰다. 그 밖의 인상 조건은 전술한 단결정화율 및 에피 결함의 평가 시험과 동일 조건으로 하였다.

표 2는 히터 파워 비의 차이에 따른 결정 육성 상황의 평가 시험의 결과를 보인 표이다.

표 2에 나타낸 바와 같이, 히터 파워 비 D/C가 1.1을 밑돌면 테일 수축을 할 수 없었다. 또한, 히터 파워 비 D/C가 1.5를 초과하면 결정 휨(굴곡)이 발생하여, 테일부(3d)를 말끔한 콘 형상으로 정돈할 수 없었다. 한편, 히터 파워 비 D/C가 1.1부터 1.5까지의 범위에서는 테일 수축을 수행할 수 있고, 테일부(3d)를 육성할 수 있었다.

이상의 결과로부터, 테일부 육성 시작 시에 대한 테일부 육성 종료 시의 히터 파워 비 D/C가 1.1 ~ 1.5를 충족시키고, 또한 테일부 육성 중의 히터 파워를 테일부 육성 시작 시보다 매우 큰 조건 하에서 실리콘 단결정을 육성한 경우에는, 말끔한 형상의 테일부를 육성할 수 있고, 결정 휨이나 실리콘 융액으로부터의 단결정의 절단 분리는 발생하지 않았다.

1A,1B : 단결정 제조 장치
2 : 실리콘 융액
3 : 실리콘 단결정(잉곳)
3a : 네크부
3b : 숄더부
3c : 바디부
3d : 테일부
10 : 챔버
10a : 메인 챔버
10b : 풀 챔버
10c : 가스 도입구
10d : 가스 배출구
10e : 관찰창
11 : 석영 도가니
12 : 서셉터
13 : 회전 샤프트
14 : 샤프트 구동 기구
15 : 히터
16 : 단열재
17 : 열차폐체
17a : 열차폐체의 개구
17b : 열차폐체의 하단
17i : 열차폐체의 내측
18 : 수냉체
19 : 와이어
20 : 와이어 권취 기구
21 : 자기장 발생 장치
22 : CCD 카메라
23 : 화상 처리부
24 : 제어부

Claims

석영 도가니 내의 실리콘 융액으로부터 실리콘 단결정을 인상하는 초크랄스키법에 의한 실리콘 단결정의 제조 방법으로서,
결정 직경이 일정하게 유지된 바디부를 육성하는 바디부 육성 공정과,
결정 직경이 서서히 감소한 테일부를 육성하는 테일부 육성 공정을 포함하고,
상기 석영 도가니의 상방에 배치된 열차폐체의 하단보다 상방으로서 상기 열차폐체의 내측에 배치된 수냉체를 이용하여 상기 실리콘 융액으로부터 인상된 상기 실리콘 단결정을 냉각하고,
상기 테일부 육성 공정에서는 상기 테일부의 육성 시작 시부터 종료 시까지 상기 바디부 육성 종료 시에 있어서의 인상 속도와 동일한 인상 속도로 상기 실리콘 단결정을 인상하는 것과 함께, 상기 실리콘 단결정의 상기 바디부의 1020℃부터 980℃까지의 온도 영역을 15분 이내로 통과시키는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 테일부의 육성 시작 시부터 종료 시까지 상기 실리콘 융액을 가열하는 히터의 파워를 점진적으로 증가시킴과 아울러, 상기 테일부의 육성 종료 시에 있어서의 상기 히터의 파워를 상기 테일부의 육성 시작 시에 있어서의 상기 히터의 파워의 1.1배 이상 1.5배 이하로 설정하는 실리콘 단결정의 제조 방법.
청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 테일부 육성 공정에서는 상기 열차폐체와 상기 실리콘 융액과의 간격이 일정해지도록 상기 석영 도가니를 상승시키는 실리콘 단결정의 제조 방법.
청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 테일부 육성 공정에서는 상기 석영 도가니의 회전 속도를 일정하게 유지하는 실리콘 단결정의 제조 방법.
청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 테일부 육성 공정에서는 상기 실리콘 단결정의 회전 속도를 일정하게 유지하는 실리콘 단결정의 제조 방법.
청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 테일부 육성 공정에서는 상기 실리콘 융액에 자기장을 인가하는 실리콘 단결정의 제조 방법.
석영 도가니 내의 실리콘 융액으로부터 실리콘 단결정을 인상하는 초크랄스키법에 의한 실리콘 단결정의 제조 방법으로서,
결정 직경이 일정하게 유지된 바디부를 육성하는 바디부 육성 공정과,
결정 직경이 서서히 감소한 테일부를 육성하는 테일부 육성 공정을 포함하고,
상기 석영 도가니의 상방에 배치된 열차폐체의 하단보다 상방으로서 상기 열차폐체의 내측에 배치된 수냉체를 이용하여 상기 실리콘 융액으로부터 인상된 상기 실리콘 단결정을 냉각하고,
상기 테일부 육성 공정에서는 상기 테일부의 육성 시작 시부터 종료 시까지 상기 바디부 육성 종료 시에 있어서의 인상 속도와 동일한 인상 속도로 상기 실리콘 단결정을 인상하는 것과 함께, 상기 열차폐체와 상기 실리콘 융액과의 간격이 일정해지도록 상기 석영 도가니를 상승시키는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 테일부의 육성 시작 시부터 종료 시까지 상기 실리콘 융액을 가열하는 히터의 파워를 점진적으로 증가시킴과 아울러, 상기 테일부의 육성 종료 시에 있어서의 상기 히터의 파워를 상기 테일부의 육성 시작 시에 있어서의 상기 히터의 파워의 1.1배 이상 1.5배 이하로 설정하는 실리콘 단결정의 제조 방법.
청구항 7 또는 8에 있어서,
상기 테일부 육성 공정에서는 상기 석영 도가니의 회전 속도를 일정하게 유지하는 실리콘 단결정의 제조 방법.
청구항 7 또는 8에 있어서,
상기 테일부 육성 공정에서는 상기 실리콘 단결정의 회전 속도를 일정하게 유지하는 실리콘 단결정의 제조 방법.
청구항 7 또는 8에 있어서,
상기 테일부 육성 공정에서는 상기 실리콘 융액에 자기장을 인가하는 실리콘 단결정의 제조 방법.
석영 도가니 내의 실리콘 융액으로부터 실리콘 단결정을 인상하는 초크랄스키법에 의한 실리콘 단결정의 제조 방법으로서,
결정 직경이 일정하게 유지된 바디부를 육성하는 바디부 육성 공정과,
결정 직경이 서서히 감소한 테일부를 육성하는 테일부 육성 공정을 포함하고,
상기 석영 도가니의 상방에 배치된 열차폐체의 하단보다 상방으로서 상기 열차폐체의 내측에 배치된 수냉체를 이용하여 상기 실리콘 융액으로부터 인상된 상기 실리콘 단결정을 냉각하고,
상기 테일부 육성 공정에서는 상기 테일부의 육성 시작 시부터 종료 시까지 상기 바디부 육성 종료 시에 있어서의 인상 속도와 동일한 인상 속도로 상기 실리콘 단결정을 인상하는 것과 함께, 상기 석영 도가니의 회전 속도를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조 방법.
청구항 12에 있어서,
상기 테일부의 육성 시작 시부터 종료 시까지 상기 실리콘 융액을 가열하는 히터의 파워를 점진적으로 증가시킴과 아울러, 상기 테일부의 육성 종료 시에 있어서의 상기 히터의 파워를 상기 테일부의 육성 시작 시에 있어서의 상기 히터의 파워의 1.1배 이상 1.5배 이하로 설정하는 실리콘 단결정의 제조 방법.
청구항 12 또는 13에 있어서,
상기 테일부 육성 공정에서는 상기 실리콘 단결정의 회전 속도를 일정하게 유지하는 실리콘 단결정의 제조 방법.
청구항 12 또는 13에 있어서,
상기 테일부 육성 공정에서는 상기 실리콘 융액에 자기장을 인가하는 실리콘 단결정의 제조 방법.
석영 도가니 내의 실리콘 융액으로부터 실리콘 단결정을 인상하는 초크랄스키법에 의한 실리콘 단결정의 제조 방법으로서,
결정 직경이 일정하게 유지된 바디부를 육성하는 바디부 육성 공정과,
결정 직경이 서서히 감소한 테일부를 육성하는 테일부 육성 공정을 포함하고,
상기 석영 도가니의 상방에 배치된 열차폐체의 하단보다 상방으로서 상기 열차폐체의 내측에 배치된 수냉체를 이용하여 상기 실리콘 융액으로부터 인상된 상기 실리콘 단결정을 냉각하고,
상기 테일부 육성 공정에서는 상기 테일부의 육성 시작 시부터 종료 시까지 상기 바디부 육성 종료 시에 있어서의 인상 속도와 동일한 인상 속도로 상기 실리콘 단결정을 인상하는 것과 함께, 상기 실리콘 단결정의 회전 속도를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조 방법.
청구항 16에 있어서,
상기 테일부의 육성 시작 시부터 종료 시까지 상기 실리콘 융액을 가열하는 히터의 파워를 점진적으로 증가시킴과 아울러, 상기 테일부의 육성 종료 시에 있어서의 상기 히터의 파워를 상기 테일부의 육성 시작 시에 있어서의 상기 히터의 파워의 1.1배 이상 1.5배 이하로 설정하는 실리콘 단결정의 제조 방법.
청구항 16 또는 17에 있어서,
상기 테일부 육성 공정에서는 상기 실리콘 융액에 자기장을 인가하는 실리콘 단결정의 제조 방법.
석영 도가니 내의 실리콘 융액으로부터 실리콘 단결정을 인상하는 초크랄스키법에 의한 실리콘 단결정의 제조 방법으로서,
결정 직경이 일정하게 유지된 바디부를 육성하는 바디부 육성 공정과,
결정 직경이 서서히 감소한 테일부를 육성하는 테일부 육성 공정을 포함하고,
상기 석영 도가니의 상방에 배치된 열차폐체의 하단보다 상방으로서 상기 열차폐체의 내측에 배치된 수냉체를 이용하여 상기 실리콘 융액으로부터 인상된 상기 실리콘 단결정을 냉각하고,
상기 테일부 육성 공정에서는 상기 테일부의 육성 시작 시부터 종료 시까지 상기 바디부 육성 종료 시에 있어서의 인상 속도와 동일한 인상 속도로 상기 실리콘 단결정을 인상하는 것과 함께, 상기 실리콘 융액에 자기장을 인가하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조 방법.
청구항 19에 있어서,
상기 테일부의 육성 시작 시부터 종료 시까지 상기 실리콘 융액을 가열하는 히터의 파워를 점진적으로 증가시킴과 아울러, 상기 테일부의 육성 종료 시에 있어서의 상기 히터의 파워를 상기 테일부의 육성 시작 시에 있어서의 상기 히터의 파워의 1.1배 이상 1.5배 이하로 설정하는 실리콘 단결정의 제조 방법.