KR20190092417A - 실리콘 단결정 제조방법 및 실리콘 단결정 웨이퍼 - Google Patents

실리콘 단결정 제조방법 및 실리콘 단결정 웨이퍼 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 원료융액에 자장을 인가하여 쵸크랄스키법에 의해 실리콘 단결정을 인상할 때, 실리콘 단결정의 인상직경을 300mm 이상으로 하고, 실리콘 단결정의 성장축방위를 <111>로 하고, 실리콘 단결정의 인상직경을 D[mm], 원료융액 표면의 중심자장강도를 M[Gauss], 실리콘 단결정의 회전속도를 R[rpm]로 하여, 1096/D-(0.134×M+80×R)/D>0.7의 관계를 만족하도록 실리콘 단결정의 성장을 행하는 실리콘 단결정 제조방법이다. 이에 따라, 거시적인 RRG분포 및 미시적인 저항률 변동이 양호한 <111>결정을 제조할 수 있게 된다.

Description

실리콘 단결정 제조방법 및 실리콘 단결정 웨이퍼
본 발명은, 자장을 인가한 쵸크랄스키법에 의해 대구경 <111>실리콘 단결정을 제조하는 방법, 및 실리콘 단결정 웨이퍼에 관한 것이다.
Si트랜지스터의 미세화·고집적화에 따른 성능 향상이 한계에 다다르고 있는 가운데, Si보다 캐리어 이동도가 우수한 Ge이나 III-V족 화합물 반도체를 채널재료로서 이용하는 차세대 트랜지스터에 의한 대폭적인 성능 향상에 기대가 모아지고 있다.
이들 차세대 채널재료는, 지각 중에 27.7% 존재하는 Si과 달리, Ge은 1.8ppma, Ga, As는 각각 18ppma, 1.5ppma로 자원량이 적은 것에 더해, GaAs 등의 화합물 반도체에 있어서는, 무르고 깨지기 쉬운 점, 열전도가 나쁜 점이 산업적인 이용에 있어서의 과제 중 하나가 되고 있다.
이들 과제에 대해, 자원량이 풍부하고 저가·고품질, 또한 전자디바이스에 충분한 사용실적이 있는 Si기판 위에, Ge, GaAs 등을 배치하는 헤테로구조는 유효한 해결책이 될 수 있다.
그러나, Si기판 상에 이들 이종원자층을 형성할 때에는, (1)격자상수 부정합에 의한 미스핏 전위의 도입, (2)열팽창률차에 의한 막내부 열변형에 의한 잔류응력, 전위, 웨이퍼휨, 및 (3)무극성의 Si과 이종원소로부터 구성되는 극성을 갖는 III-V족과의 극성차에 의한 Anti-phase domain(역위상영역)의 발생 등이 문제가 된다.
이 문제들 중, 미스핏 전위에 대해서는, 성장영역 선택성장이라 불리는, Si기판 상을 SiO2 등으로 덮고, 부분적으로 노출시킨 Si기판면으로부터 성장시키는 방법에 의해, 성장한 이종원자층 중의 전위를 꽤 억제할 수 있는 것이 알려져 있다.
열팽창률차에 대해서는, 성장온도를 저온화함으로써 영향을 경감할 수 있는 것이 알려져 있으나, 저온화에 의해 결정성이 나빠지는 폐해가 있다. 그러므로, Si과 이종원자층을 분리하여 열팽창에 의한 상호의 영향을 없애기 위해, 이 문제에 대해서도 SiO2 등으로 형성한 패턴 내부에 성장시키는 방법이나, 패턴을 통한 래터럴성장을 하는 방법이 유효해진다.
그러나, 이들 방법은 열팽창률의 영향을 꽤 억제할 수 있지만, 패턴 내의 성장면에서의 열팽창률차의 영향을 회피할 수 없다. 또한, 채널부로의 변형도입이 캐리어 이동도의 고속화로 이어지는 유익한 면도 있다. 그러므로, 웨이퍼 자체가 강고하고, 전위나 웨이퍼휨을 억제할 수 있는 편이 바람직하다. 이 점에서, Si(111)면은 최조밀면으로 가장 기계적강도가 강하고, 전위나 웨이퍼휨을 억제할 수 있으므로, 다른 면방위와 비교하여 우위성이 있다.
Anti-phase domain에 대해서는, 기판 표면이 짝수원자스텝을 갖도록 함으로써 억제할 수 있는 것이 알려져 있고, (100)기판 상의 성장인 경우이면 오프각도기판을 이용하는 등의 방법이 유효해진다. 이 점에서도, Si(111)면은 본래 2원자층스텝이기 때문에, 오프각도의 조정 등의 필요도 없다.
이처럼, Si기판 상에 고캐리어 이동도재료를 헤테로에피택셜 성장시키는 헤테로구조에 있어서, Si(111)면은, 열팽창률차에 의한 전위나 웨이퍼휨의 억제로 이어지는 기계적강도의 점과, Anti-phase domain억제로 이어지는 표면2원자층스텝의 점에서, Si의 다른 면방위에 대해 우위성이 있다.
상기 서술한 바와 같이, 차세대 채널재료의 헤테로에피택셜용 기판으로는 Si(111)면이 우위성을 갖추고 있다. 그러나, 현재 주류가 되고 있는 Si을 채널재료로 하는 MOS트랜지스터에 있어서는, Si(111)-SiO2계면의 계면준위가 MOS트랜지스터의 고속동작의 방해가 되므로, 결정방위<111>의 실리콘 단결정으로부터 잘라낸 실리콘 단결정 웨이퍼(이하, (111)실리콘 웨이퍼라고도 한다)는 사용되지 않았었다. 이에 따라, 고수율의 첨단 미세화기술을 적용할 수 있는 300mm 이상의 대구경 실리콘 웨이퍼로서, (111)실리콘 웨이퍼가 공업상 실용된 예는 없으며, 실리콘 단결정 제조에 있어서도, 300mm 이상의 대구경을 갖는 결정방위<111>의 실리콘 단결정(이하, <111>결정이라고도 한다)의 성장예는 보고되어 있지 않는 것이 실상이다.
그 때문에, (111)실리콘 웨이퍼의 면내품질에 대하여, 미세한 디자인룰로 구성되는 첨단 디바이스용으로는 충분히 검토되어 있지 않다.
종래의 (111)실리콘 웨이퍼의 면내품질에 대해서는, 예를 들어, 비특허문헌 1에 있는 바와 같이, 고액성장계면의 형상이 평탄해져 (111)면에 가까워지면 연면성장(패싯성장)이 발생하는 것이 알려져 있다. 이러한 연면성장부를 면내에서 포함함으로써, 비특허문헌 2에 있는 바와 같이, (100)실리콘 웨이퍼와 비교하여 (111)실리콘 웨이퍼에서는 저항률 면내분포(RRG)가 악화되는 것이 나타나 있다.
이 <111>결정성장시의 특징인 연면성장과, 이에 수반하는 RRG분포의 악화로부터, 종래기술에서는 하나같이 연면성장을 회피하는 시도가 취해져 왔다.
예를 들어, 특허문헌 1에서는, 결정회전을 변속회전으로 함으로써 결정회전에 의한 고액성장계면 근방의 대류를 촉진하여 연면성장을 회피하는 기술이, 특허문헌 2에서는, 성장축을 <111>로부터 1~6° 경사시켜 조금씩 이동시킴으로써 연면성장을 회피하는 기술이, 특허문헌 3에서는, 도가니 내 용융층의 하층에 고체층을 형성하는 DLCZ(Double Layer CZ)법에 의해 연면성장을 회피하는 기술이 개시되어 있다.
특허문헌 1에 기재된 결정회전에 의한 대류촉진에 따른 연면성장 회피는, 거시적인 분포는 개선되지만, 고액계면부에서 대류에 의한 온도변동이 일어나기 쉽고, 미시적인 분포는 반대로 악화된다. 또한, 특허문헌 2의 방법에서는, 경사된 (111)면을 따른 연면성장이 일어나기 때문에, 개선효과는 작다. 이에 반해, 특허문헌 3에서는, DLCZ법으로 고액계면을 평탄화하지만, 특허문헌 4에 있는 바와 같이, DLCZ법으로는 미시적인 저항률분포가 악화되는 폐해가 발생한다.
일본특허공개 평05-208892호 공보 일본특허공개 평11-186121호 공보 일본특허공개 평07-277870호 공보 일본특허공개 평06-263583호 공보
미야자와신타로 편(2002), 멜트성장의 다이나믹스, 쿄리츠출판 Simura(1989), Semiconductor silicon crystal technology, ACADEMIC PRESS. INC.
차세대 채널재료를 이용한 헤테로에피택셜웨이퍼를 사용하는 최첨단 디바이스에 있어서는, ArF액침이나 EUV를 이용한 리소그래피기술로 나노미터오더의 극미세패턴을 형성하기 위해, 저항률이나 격자간 산소원자에 대하여, 거시적뿐만아니라, 미시적인 균일성도 중요해진다. 그러나, 상기 서술한 바와 같이, <111>결정성장의 미시적인 분포의 균일화에 대하여, 유효한 기술은 나타나 있지 않다.
본 발명은, 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 거시적인 RRG분포(면내 저항률분포) 및 미시적인 저항률 변동이 양호한 대구경 <111>결정을 제조할 수 있게 되는 실리콘 단결정의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 원료융액에 자장을 인가하여 쵸크랄스키법에 의해 실리콘 단결정을 인상할 때, 상기 실리콘 단결정의 인상직경을 300mm 이상으로 하고, 상기 실리콘 단결정의 성장축방위를 <111>로 하고, 상기 실리콘 단결정의 인상직경을 D[mm], 상기 원료융액 표면의 중심자장강도를 M[Gauss], 상기 실리콘 단결정의 회전속도를 R[rpm]로 하여, 1096/D-(0.134×M+80×R)/D>0.7의 관계를 만족하도록 상기 실리콘 단결정의 성장을 행하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조방법을 제공한다.
상기의 관계를 만족하도록 결정성장시킴으로써, (111)연면성장을 촉진하고, 결정면내의 직경의 7할 이상을 연면성장시킬 수 있다. 이러한 연면성장 촉진조건에서는, 거시적인 RRG분포 및 미시적인 저항률 변동이 작은 양호한, 직경 300mm 이상의 대구경 <111>실리콘 단결정을 제조할 수 있게 된다.
본 발명의 실리콘 단결정 제조방법에 있어서, 1096/D-(0.134×M+80×R)/D>1의 관계를 만족하도록 상기 실리콘 단결정의 성장을 행하는 것이 바람직하다.
이에 따라, (111)연면성장을 더욱 촉진하고, 결정면내 전면을 연면성장시킬 수 있다. 이러한 <111>실리콘 단결정에서는, 거시적인 RRG분포가 더욱 양호해지고, 또한 미시적인 저항률 변동이 양호해진다.
본 발명의 실리콘 단결정 제조방법에 있어서, 제품채취직경을 Dp[mm]로 하여, 0.7<1096/Dp-(0.134×M+80×R)/Dp<1의 경우에, 상기 인상직경D를 Dp/{1096-(0.134×M+80×R)}로 하는 것이 바람직하다.
이러한 인상직경이면, 본 발명의 방법에 의해 제조된 <111>결정으로부터, 웨이퍼전면이 연면성장부인 (111)실리콘 웨이퍼를 얻을 수 있다.
이때, 상기 인가하는 자장을, 수평자장으로 하는 것이 바람직하다.
인가하는 자장을 수평자장으로 한다면, 실리콘융액의 종방향의 대류가 효율좋게 억제되어, 결정주변부에 있어서의 산소증발량을 제어할 수 있고, 대구경 단결정의 제조도 비교적 용이하다.
또한, 본 발명은, 웨이퍼면내의 7할 이상이 (111)연면성장부로 이루어지는, 직경 300mm 이상의 (111)실리콘 단결정 웨이퍼를 제공한다.
이러한 (111)실리콘 웨이퍼이면, 거시적인 RRG분포가 양호해지고, 또한 연면성장부에서는 웨이퍼표면에 있어서의 미시적인 저항률 변동이 양호해진다.
이상과 같이, 본 발명의 실리콘 단결정 제조방법이면, (111)연면성장을 촉진하고, 결정면내의 직경의 7할 이상을 연면성장시킴으로써, 거시적인 RRG분포 및 미시적인 저항률 변동이 양호한, 직경 300mm 이상의 대구경 <111>실리콘 단결정을 제조할 수 있게 된다. 또한, 본 발명의 방법에 의해 제조된 실리콘 단결정으로부터 얻어진 (111)실리콘 웨이퍼이면, 웨이퍼면내의 7할 이상이 (111)연면성장부로 이루어지므로, 거시적인 RRG분포 및 미시적인 저항률 변동이 양호해진다. 나아가, 이러한 실리콘 웨이퍼는, 면방위가 (111)이므로, 고캐리어 이동도를 갖는 Ge이나 III-V족 화합물 반도체 등의 차세대 채널재료를 이용한 헤테로에피택셜용 기판으로서 유익하다.
도 1은 본 발명의 실리콘 단결정 제조방법을 실시할 수 있는 결정 제조장치의 일 예를 나타내는 개략도이다.
도 2는 MCZ법에 의해 <111>실리콘 단결정을 융액 표면의 중심자장강도를 일정하게 성장시켰을 때의, (111)연면성장경과 결정회전속도 및 중심자장강도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은 MCZ법에 의해 <111>실리콘 단결정을 결정회전속도를 일정하게 성장시켰을 때의, (111)연면성장경과 중심자장강도 및 결정회전속도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 있어서 제조된 실리콘 단결정의 연면성장부의 XRT화상 및 면내 저항률분포의 일 예를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예 및 비교예에 있어서, 연면성장경비율을 종축에, 1096/D-(0.134×M+80×R)/D의 값을 횡축에 플롯한 그래프이다.
도 6은 연면성장경비율과 RRG분포의 관계를 나타내는 그래프이다.
상기 서술한 바와 같이, 거시적인 RRG분포 및 미시적인 저항률 변동이 양호한 <111>결정을 제조할 수 있게 되는 실리콘 단결정 제조방법이 요구되고 있다.
본 발명자들은, 상기 목적을 달성하기 위해 예의검토를 행한 결과, 종래기술에서는 회피되어 왔던 <111>결정성장시에 발생하는 연면성장이, 결정회전과 자장강도에 강하게 의존하는 것, 또한, 웨이퍼직경에 대한 연면성장부의 직경의 비율이 7할 이상이 되는 조건에서는 실리콘 웨이퍼의 면내품질이 균일화되는 것을 발견하였다. 나아가, 본 발명자들은, 실리콘 단결정의 인상직경을 D[mm], 원료융액 표면의 중심자장강도를 M[Gauss], 실리콘 단결정의 회전속도를 R[rpm]로 하여, 1096/D-(0.134×M+80×R)/D>0.7의 관계를 만족하도록 실리콘 단결정의 성장을 행함으로써, 결정의 인상직경에 대한 연면성장부의 직경의 비율(이하, 「연면성장경비율」이라고도 한다)을 7할 이상으로 하고, 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성시켰다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명하나, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다.
<(111)실리콘 단결정 웨이퍼>
본 발명의 (111)실리콘 단결정 웨이퍼는, 직경이 300mm 이상이고(예를 들어, 300mm~450mm), 웨이퍼면내의 7할 이상, 바람직하게는 웨이퍼전면이 (111)연면성장부로 이루어진다. 이러한 (111)실리콘 웨이퍼이면, 웨이퍼직경의 7할 이상이 연면성장부이므로, 거시적인 RRG분포가 양호해진다. 또한, 연면성장부는 성장면과 평행해지므로, 이론적으로 성장시의 온도변동 등에 의해 발생하는 성장스트리에이션이 웨이퍼표면에 존재하지 않아, 웨이퍼표면의 미시적인 변동이 억제된다.
또한, 본 발명의 실리콘 단결정 웨이퍼는, 면방위가 (111)이므로, 고캐리어 이동도를 갖는 Ge이나 III-V족 화합물 반도체 등의 차세대 채널재료를 이용한 헤테로에피택셜용 기판으로서 유용하다. 이에 따라, 자원량이 풍부하고 저가·고품질의 Si을 헤테로에피택셜용 기판으로 하여, 그 위에 자원량이 적은 Ge, GaAs 등의 채널재료를 배치하는 헤테로구조 디바이스에 적합하게 이용할 수 있다. 한편, 본 발명의 실리콘 단결정 웨이퍼는, 후술하는 본 발명의 실리콘 단결정 제조방법에 의해 얻어지는 실리콘 단결정으로부터 슬라이스하여, 용이하게 채취할 수 있다.
<실리콘 단결정 제조방법>
우선, 본 발명의 실리콘 단결정 제조방법을 실시할 수 있는 결정 제조장치의 구성예를 도 1에 의해 설명한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 결정 제조장치(100)는, 메인챔버(1)와, 메인챔버(1)의 상부에 접속되고, 육성한 단결정봉(실리콘 단결정)(3)을 수납하는 인상챔버(2)를 구비한다. 메인챔버(1)의 내부에는, 원료융액(4)을 수용하는 석영도가니(5), 석영도가니(5)를 지지하는 흑연도가니(6)가 마련되어 있다. 또한, 석영도가니(5) 및 흑연도가니(6)와 동심원상으로, 메인의 열원인 가열히터(7)가 배치되어 있다. 가열히터(7)의 외측에는, 단열부재(8)가 마련되어 있다. 또한, 메인챔버(1)에는 가스유출구(9), 인상챔버(2)에는 가스도입구(10)가 마련되어 있으며, 메인챔버(1) 및 인상챔버(2)의 내부에 불활성가스(예를 들어 아르곤가스) 등을 도입하고, 배출할 수 있도록 되어 있다. 원통형상의 가스정류통(11)이 인상 중인 단결정봉(3)을 둘러싸도록 원료융액(4)의 표면의 상방에 배설되어 있다. 또한, 원료융액(4)의 융액면의 상방에는 차열부재(12)가 대향배치되어 있다. 나아가, 메인챔버(1)의 외주부에는, 자장인가장치(13)가 마련되어 있다.
다음에, 본 발명의 실리콘 단결정 제조방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 실리콘 단결정 제조방법에서는, 우선, 일 예로서 도 1에 나타낸 바와 같은 결정 제조장치(100)를 사용하고, 실리콘원료를 석영도가니(5) 내에 공급하고, 실리콘 단결정성장의 준비를 행한다. 실리콘원료를 가열용융 후, 실리콘 단결정의 인상직경을 300mm 이상(예를 들어, 300mm~450mm)으로 하고, 실리콘 단결정의 성장축방위를 <111>로 하고, 자장인가장치(13)를 이용하여 자장을 인가하면서, 실리콘 단결정의 성장을 행하여, 통상의 CZ법에 의해 실리콘 단결정을 제조한다.
본 발명에서는, 실리콘 단결정의 인상직경을 D[mm], 원료융액 표면의 중심자장강도를 M[Gauss], 실리콘 단결정의 회전속도를 R[rpm]로 하여, 1096/D-(0.134×M+80×R)/D>0.7의 관계를 만족하도록 실리콘 단결정의 성장을 행한다.
여기서, 1096/D-(0.134×M+80×R)/D는, 연면성장경비율을 나타내는 지표로서 이용된다. 도 2 및 도 3에 나타나는 바와 같이, 연면성장은, 실리콘 단결정의 회전속도와 원료융액 표면의 중심자장강도에 크게 의존한다. 보다 구체적으로는, 결정회전속도가 낮고, 또한, 중심자장강도가 약할수록, <111>결정성장시의 연면성장경이 증대한다. 이는, 결정회전과 자장강도에 의해 형성되는 멜트대류 및 온도장에 의해, 고액계면 부근의 융점등온선이 (111)면에 가까워짐에 따라 연면성장이 우세해지기 때문이라고 생각된다. 본 발명자들은, 이 <111>결정성장시의 연면성장의 결정회전속도의존성과 자장강도의존성을 통합하여, 연면성장경비율이 1096/D-(0.134×M+80×R)/D로 나타나는 것을 발견하였다.
더욱 상세히 서술하면, <111>결정성장에 있어서, 도 2는, 융액 표면의 중심자장강도 일정에서의 결정회전속도에 의한 연면성장경에 대한 영향을, 도 3은, 결정회전속도 일정에서의 융액 표면의 중심자장강도에 의한 연면성장경에 대한 영향을 나타내고 있다. 이 관계성의 물리적인 의미는, 결정회전에 의해 발생하는 강제대류의 차이에 따른 융액온도분포의 변화나, 자장강도에 의한 자연대류억제력의 차이에 따른 융액온도분포의 변화에 의해, 고액계면부의 융액등온선이 변화하고, 융액등온선이 (111)면에 가까워짐에 따라 연면성장이 우세해지는 것을 나타내고 있다. 그리고, 그 연면성장경에 대한 영향은, 결정회전속도에 관해서는, 결정회전속도 마이너스 1rpm당 연면성장경이 대체로 80mm 확대되고, 자장강도에 관해서는, 자장강도 마이너스 1Gauss당 연면성장경이 대체로 0.134mm 확대된다. 이들 영향도를 종합한, 1096/D-(0.134×M+80×R)/D를 연면성장경비율을 나타내는 지표로서 이용할 수 있다.
본 발명의 실리콘 단결정 제조방법에서는, 1096/D-(0.134×M+80×R)/D>0.7의 관계를 만족하도록 실리콘 단결정의 성장을 행함으로써, 종래기술에서는 회피되어 왔던 (111)연면성장을 촉진하고, 연면성장경비율을 7할 이상으로 할 수 있다. 이러한 방법으로 제조된 실리콘 단결정을 잘라냄으로써, 상기 서술한 바와 같은 웨이퍼직경의 7할 이상이 연면성장부인 (111)실리콘 웨이퍼를 용이하게 얻을 수 있다. 1096/D-(0.134×M+80×R)/D가 0.7 이하이면, 연면성장경비율이 7할 미만이 된다. 이 경우, 거시적인 RRG분포가 악화됨과 함께, 성장스트리에이션이 실리콘 단결정에 발생하여, 미시적인 저항률 변동이 악화된다(후술하는 도 4~6 참조).
본 발명에 있어서, 1096/D-(0.134×M+80×R)/D>1의 관계를 만족하도록 실리콘 단결정의 성장을 행하는 것이 바람직하다. 이에 따라, (111)연면성장을 더욱 촉진하고, 결정면내 전면을 연면성장시킬 수 있다. 이러한 <111>실리콘 단결정에서는, 거시적인 RRG분포가 더욱 양호해지고, 또한 미시적인 저항률 변동이 양호해진다. 또한, 본 발명에 있어서, 1096/D-(0.134×M+80×R)/D<3.5로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 원료융액 표면의 중심자장강도M은, 상기의 관계를 만족하는 한 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어, 1650~4000Gauss로 할 수 있다.
또한, 실리콘 단결정의 회전속도R은, 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어, 4~8rpm으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 실리콘 단결정에 있어서, 제품채취직경을 Dp[mm]로 하여, 0.7<1096/Dp-(0.134×M+80×R)/Dp<1의 경우에, 인상직경D를 Dp/{1096-(0.134×M+80×R)}로 하는 것이 바람직하다. 이러한 인상직경이면, 본 발명의 방법에 의해 제조된 <111>결정으로부터, 웨이퍼전면이 연면성장부인 (111)실리콘 웨이퍼를 용이하게 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실리콘 단결정에 있어서, 인가하는 자장을, 수평자장으로 하는 것이 바람직하다. 인가하는 자장을 수평자장으로 한다면, 실리콘융액의 종방향의 대류가 효율좋게 억제되어, 결정주변부에 있어서의 산소증발량을 제어할 수 있음과 함께, 300mm 이상의 대구경 단결정의 제조효율도 향상된다.
실시예
이하, 실시예 및 비교예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하나, 본 발명은 이것들로 한정되는 것은 아니다.
(실시예 및 비교예)
직경 32인치(800mm)의 석영도가니에 360kg의 원료를 용융하고, 수평자장을 인가하고, P을 도프하여, 결정성장속도 0.5mm/min로, 인상직경 310mm의 <111>실리콘 단결정의 인상을 실시하였다. 이때, 실리콘 단결정의 회전속도를 각각 4, 5, 6, 7, 8rpm으로 하고, 원료융액 표면의 중심자장강도를 각각 4000, 3650, 3250, 2650, 1650Gauss로 하였다. 인상한 결정을, 직경 301mm로 원통연삭한 후, PW가공을 행하고, 4탐침법의 1mm피치의 저항률 측정 및 산소석출처리(650℃, 2hr(N2)+800℃, 4hr(N2)+1000℃, 16hr(O2))를 실시하였다. 그 후, XRT장치에서의 석출호(析出縞) 관찰에 의해, 각 조건의 연면성장경을 조사하였다. 결과를 표 1, 도 4~도 6에 나타낸다.
Figure pct00001
도 4는, 본 발명의 실시예에 있어서 제조된 실리콘 단결정의 연면성장부의 XRT화상 및 면내 저항률분포의 일 예를 나타내는 그래프이다. 도 4에 나타나는 바와 같이, 연면성장부에서는, 스트리에이션이 존재하지 않았으며, 미시적인 저항률 변동이 억제되었다.
또한, 도 5는, 실시예 및 비교예에서 제조된 <111>결정의 연면성장경비율을 종축에, 1096/D-(0.134×M+80×R)/D의 값을 횡축에 플롯한 그래프이다. 도 5로부터, 자장인가하에 있어서의 <111>결정인상시의 (111)연면성장경은, 실리콘 단결정의 인상직경D, 실리콘 단결정의 회전속도R, 원료융액 표면의 중심자장강도M에 의해 제어가능하고, 결정인상직경에 대한 연면성장경의 비율은, 1096/D-(0.134×M+80×R)/D로 나타낼 수 있음을 알 수 있다. 즉, 1096/D-(0.134×M+80×R)/D>0.7의 경우(실시예)에는, 연면성장경비율은 0.7보다 커지고, 1096/D-(0.134×M+80×R)/D≤0.7의 경우(비교예)에는, 연면성장경비율은 0.7 이하가 되었다. 나아가, 도 6에 나타나는 바와 같이, 연면성장경비율이 0.7보다 큰 경우는, RRG분포가 2~3%로 양호한 값이 되었다. 한편, 연면성장경비율이 0.7 이하인 경우는, RRG분포가 악화되었다.
이 결과들로부터, 1096/D-(0.134×M+80×R)/D>0.7의 관계를 만족하도록 실리콘 단결정의 성장을 행함으로써, 연면성장경비율을 7할 이상으로 하고, 거시적인 RRG분포 및 미시적인 저항률 변동이 양호한 <111>결정을 제조할 수 있는 것을 알 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면, MCZ법에 의해 직경 300mm 이상의 <111>결정을 제조할 때에, 실리콘 단결정의 인상직경을 D[mm], 원료융액 표면의 중심자장강도를 M[Gauss], 실리콘 단결정의 회전속도를 R[rpm]로 하여, 1096/D-(0.134×M+80×R)/D>0.7의 관계를 만족하도록 실리콘 단결정의 성장을 행함으로써, (111)연면성장을 촉진하고, 결정면내의 직경비 7할 이상을 연면성장시키는 것이 가능해진다. 이러한 실리콘 단결정으로부터 얻어진 (111)실리콘 웨이퍼의 연면성장부는 성장면과 평행하므로, 이론적으로 성장시의 온도변동 등에 의해 발생하는 성장스트리에이션을 웨이퍼표면으로부터 제외하고, 웨이퍼표면의 미시적인 변동을 억제할 수 있다. 나아가, 이러한 연면성장 촉진조건에서는, 거시적인 RRG분포도 양호한 것이 얻어진다.
또한, 이렇게 하여 제조된 300mm 이상의 대구경 (111)실리콘 웨이퍼는, 차세대 채널재료를 이용하는 최첨단 디바이스에 있어서 중요해지는 면내품질의 미시적인 균일성을 얻을 수 있고, (111)실리콘 웨이퍼의 기계적강도에 따른 전위나 웨이퍼휨의 억제효과, 그리고, 표면 2원자층스텝에서 유래하는 Anti-phase domain의 억제효과와 함께, 차세대 채널재료용 헤테로에피택셜용 기판으로서 유익한 것이 된다.
한편, 본 발명은, 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는, 예시이며, 본 발명의 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고, 동일한 작용효과를 나타내는 것은, 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

Claims (5)

  1. 원료융액에 자장을 인가하여 쵸크랄스키법에 의해 실리콘 단결정을 인상할 때, 상기 실리콘 단결정의 인상직경을 300mm 이상으로 하고, 상기 실리콘 단결정의 성장축방위를 <111>로 하고, 상기 실리콘 단결정의 인상직경을 D[mm], 상기 원료융액 표면의 중심자장강도를 M[Gauss], 상기 실리콘 단결정의 회전속도를 R[rpm]로 하여, 1096/D-(0.134×M+80×R)/D>0.7의 관계를 만족하도록 상기 실리콘 단결정의 성장을 행하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    1096/D-(0.134×M+80×R)/D>1의 관계를 만족하도록 상기 실리콘 단결정의 성장을 행하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    제품채취직경을 Dp[mm]로 하여, 0.7<1096/Dp-(0.134×M+80×R)/Dp<1의 경우에, 상기 인상직경D를 Dp/{1096-(0.134×M+80×R)}로 하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인가하는 자장을, 수평자장으로 하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조방법.
  5. 웨이퍼면내의 7할 이상이 (111)연면성장부로 이루어지는, 직경 300mm 이상의 (111)실리콘 단결정 웨이퍼.
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