KR100211897B1 - 단결정 인발 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

이 발명은 실리콘단결정의 초기와 말기에 각각의 경우 원추형부분을 인발하며, 그 원추형부분 사이의 원통형부분을 인발하는 용융물에서 실리콘단결정을 인발하는 방법에 관한 것이다.

이 방법은 실리콘단결정 초기의 원추형부분 표면을 실리콘단결정에서 떨어져 일정한 간격을 둔 차폐부분에 의해 차폐시킴을 특징으로 한다.

이 발명은 또 이방법을 실시하는 장치에 관한 것이다.

Description

단결정 인발 방법 및 그 장치

제1도는 실리콘 단결정 인발장치의 개략 측면도.

제2(a)도 및 제2(b)도는 각각 성장단결정의 초기콘(initial cone)의 평면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 초기콘(initial cone) 2 : 용융물(melt)

3 : 도가니(crucible) 4 : 가열소자(heating element)

5 : 차폐수단(shielding means) 6 : 중심개구(contral opening)

7 : 축방향 변위로드(axially displaceabel rod)

8 : 주변영역(peripheral region) 9 : 관찰슬릿(viewing slit)

이 발명은 각각의 경우 실리콘 단결정의 초기와 말기에 하나의 원추형부분(conical portion)을 인발하고, 그 원추형부분 사이의 원통형 부분(cylindrical portion)을 인발함을 특징으로 하는 용융물에서 실리콘 단결정을 인발하는 방법에 관한 것이다.

또, 이 발명은 위 방법을 실시하는 장치에 관한 것이다.

이 발명은 단결정을 제조는 초크랄스키방법(czochralski method)에 의해 공지된 방법을 개량한 것이다.

이 방법에 의해, 사전에 용융물중에 함침시키는 종결정(seed crystal)을 소정의 속도로 용융물표면에서 인발시키며, 이 처리 공정중에 잉곳-형상단결정(ingot-shaped monocrystal)이 그 하측면상에서 성장한다.

이와같이 성장한 엷은 목부(thin neck)를 인발한 후에는 그 성장단결정의 직경이 1차적으로 증가되어 원추형부분, 즉 초기콘(initial cone)이 성장된다.

그 초기콘이 성장한 후에는 성장단결정의 직경이 일정하게 유지되어 원통형부분을 인발한다.

최종적으로, 그 단결정의 직경은 다시 감소된다.

따라서, 그 단결정의 말기에 생성된 생성부분(prodeced portion)은 말기콘(end cone)이 된다.

그 단결정직경의 변화는 실제적으로 인발속도의 변화와 용융물의 온도상태변화, 특히 결정화 경계영역에서의 용융물의 온도상태 변화에 기인된다.

종래에는 초기콘, 즉 그 초기콘에 인접한 원통형부분의 길이 30∼50의 부분과 단결정의 말기콘을 절단하는 것이 통상적이었으며, 또 그 단결정의 원통형 주요부분만을 반도체 웨이퍼로 되게 절단하는 것이 통상적이다.

그 원통형부분에서 직경이 비교적 크고, 길이가 비교적 짧은 단결정의 경우, 이것은 유용한 결정재의 상당 부분이 경여되어 있다는 것을 의미한다.

그 초기콘과 결합되어 있는 원통형부분의 부분이 반도체웨이퍼로 절단될 경우, 산화-유도적층결함(oxidation-induced stacking faults)이 고밀도상태에서 발생하는 환상영역(annular region)(적층결함링:stacking fault ring)을 그 웨이퍼상에서 검출할 수 있다.

그러나, 전자부품의 제조업자들은 가급적 적층결함밀도가 낮은 반도체웨이퍼를 더 선택하였다.

따라서, 적층결함링(stacking fault ring)을 가진 반도체웨이퍼는 조악(粗惡)하다.

특히, 제조되는 반도체웨이퍼를 구성하는 반도체재료를 후에 결정화시킬 때, 그 적층결함링이 단결정을 인발하는 인발속도에 정비례한다는 것은 공지되어 있다.

일정한 인발속도에서 그 적층결함링은 그 직경이 앞으로 제조되는 반도체웨이퍼의 직경과 일치하기 때문에 소실된다(disappear).

따라서, 그 적층결함링의 발생을 초기콘에서 제한시켜 그 인접 원통형부분의 일부분을 가급적 짧게 하기 위하여 단결정을 인발할 때, 그 인발속도에 신속하게 도달하려는 시도가 있었다.

그러나, 이와같은 시도 결과 적합하지 않게 되었다.

또, 게이트-산화물상태(gate-oxide integrity)(GOI)로서 소정의 자곤(jargon)에 관련하여 반도체웨이퍼의 품질을 평가하는 중요한 기준으로 되는 산화물 필름의 파괴강도가 간접적으로 인발속도에 따라 좌우된다는 것은 공지되었다.

따라서, 이 발명의 목적은 적층결함링(stacking fault ring)없이 다량의 고품질 반도체웨이퍼로 완전하게 절단시킬 수 있는 원통형부분을 가진 실리콘단결정을 제조할 수 있도록 방법을 개량시키는데 있다.

그 목적은 위에서 설명한 일반적인 방법에 의해 달성되며, 그 방법은 단결정에서 떨어져 간격을 둔 차폐수단(shielding means)으로 단결정 초기에 원추형부분 표면을 차폐시키는데 있다.

그 차폐수단은 초기콘표면에서 외부환경으로 방사하는 유리열방사를 방지한다.

이 발명의 발명자들이 달성한 바와같이, 그 열방사감소에 의해 그 적층결함링의 직경은 종래의 통상적인 인발속도보다 낮은 정인발속도에서 성장단결정의 직경과 일치하는 효과를 가진다.

동시에, 그 초기콘에 인접하여 적층결함링을 가진 원통형부분의 부분길이는 최소 50% 짧아진다.

그 인발속도의 감소는 또 테스트한 GOI값을 향상시킨다.

그 GOI값은 그 반도체웨이퍼가 초기콘에 인접한 원통형부분의 부분에서 얻어지며, 그 단결정이 이 발명에 의해 차단되는 초기콘없이 인발될 때 대비되는 반도체웨이퍼에서 현저하게 더 작아진다.

이것은 또 원통형부분의 부분이 생성될 때 상당히 높은 고속도에서 그 단결정을 인발하기 때문에 그 반도체웨이퍼가 적층결함링이 없을 경우에도 해당된다.

이 발명을 실시할 때, 그 초기콘의 표면은 단결정을 인발할 때 차폐수단으로 열차폐시킨다.

그 차폐수단은 초기콘의 표면에서 그 열방사를 감소시켜 결정화 경계면과 초기콘의 이미 결정화된 결정화부분 사이의 온도강하가 저하된다.

그러나, 그 차폐수단은 접촉시에 단결정에서 전위(dislocations)가 유도될 수 있기 때문에 성장 단결정과 접촉되지 않는다.

그 차폐수단과 초기콘의 표면사이의 거리는 5∼200, 바람직하게는 10∼100이다.

그 결정인발시에 초기콘과 용융뮬 표면사이의 거리가 변화되기 때문에, 그 차폐수단은 단결정의 종축방향으로 이동시킬 필요가 있다.

그리고, 차폐수단은 초기콘의 표면에서 소정위치에 있게 할 수 있어, 그 초기콘의 표면에서 소정거리에 유지시킬 수 있다.

그 차폐수단은 초기콘의 인발초기에 위치를 설정하는 것이 바람직하다.

물론, 그 차폐수단은 이 실시예 실시전에 또는 실시후 바로 소정의 위치에 설정시킬 수 있다.

그 초기콘은 길이 20∼200의 단결정의 원통형부분의 일부분을 인발할때까지 그 차폐부분에 의해 차폐된다.

그 차폐수단은 초기콘의 표면에 최소 20∼100차폐시킬 필요가 있으며, 이 도면에서는 완전 인발시킨 초기콘에 관한 것이다.

그 차폐작용을 강화시키기 위하여, 그 차폐수단은 그 단결정 주변으로 추가돌출시킬 수도 있다.

그 차폐수단은 단결정을 인발할 때 행하여지는 상태에서 안정화되고 성장단결정이 오염될 어떤 위험성도 없는 재료에서 제조되도록 한다.

그 차폐수단은 그라파이트, 실리콘 또는 석영으로 구성되거나 이들 물질중 하나로 코팅하는 것이 바람직하다.

그라파이트-피복그라파이트 펠트(graphite-sheathed graphite felt)로 제조된 차폐수단이 특히 바람직하다.

첨부도면에서는 그 차폐수단의 바람직한 실예를 나타낸다.

동일부호는 동일한 특징을 나타낸다.

이 발명의 설명에 필요한 특징만을 도면에서 나타낸다.

첨부도면 제1도에서, 그 단결정의 초기콘(1)을 이미 용융물(2)에서 인발하였다.

그 용융물(2)은 가열소자(heating element)(4)에 의해 포위되어 있는(surrounded) 도가니(3)에 포함되어 있다.

그 초기콘(1)의 표면은 일정거리에서 설정되어 있는 차폐수단(5)에 의해 차폐되어 있다.

그 차폐수단(5)은 단결정의 엷은 목부분(thin neck)이 돌출되어 있는 중심개구(6)를 가진다.

그 중심개구(6)는 차폐수단(5)에서 원형디스크형상 또는 팁(tip)이 없는 콘형상을 나타낸다.

도면에 나타낸 바와같이, 초기콘에 대향하여 위치되어 있는 차폐수단의 그 영역은 초기콘 표면에 거의 평행하게 할 수 있다.

그러나, 그 두표면이 서로 소정의 일정한 각으로 있도록 할 수 있다.

또, 그 차폐수단은 용융뮬표면에 수직으로 이동할 수 있게 설정되어 있다.

도면에 나타낸 실시예에서, 그 차폐수단은 축방향으로 이동할 수 있는 로드(rod)(7)와 링크(link)되어 있다.

그러나, 다른 동일한 용액을 또 사용하여 그 차폐수단의 이동성을 얻을 수 있다.

제2(a)도와 제2(b)도에서, 그 초기콘의 표면이 차폐수단에 의해 완전 커버되지 않도록 할 수 있다.

이 도면에서, 초기콘의 주변영역(peripheral region)(8)이 차폐수단(5)의 주변을 지나 돌출되어 있다.

그러나, 그 차폐수단의 직경르 더 크게 선택할 수 있어 그 차폐수단(5)은 도시한 사시도에서 주변영역(8)을 차폐하도록 나타낼 수도 있다.

제2(b)도에 나타낸 차폐수단(5)은 절단제거부분(visible part)을 관찰할 수 있도록 하며, 단결정의 직경을 체크하도록 하기 위하여 구성되고, 동시에 단결정을 인발시킨다.

2개의 관찰슬릿이 존재할 경우, 하나의 관찰슬릿은 카메라에 의해 관찰하도록 하는데 사용할 수 있고, 또 하나의 관찰슬릿은 인발시스템의 조작자에 의해 관찰하도록 하는데 사용된다.

그 관찰슬릿의 또 다른 잇점은 초기콘의 인발초기에도 소정의 위치에 차폐수단을 유지할 수 있도록 하는데 있다.

관찰슬릿이 없으면, 차폐수단의 주변을 지나 결정화 경계면을 관찰할 수 있도록 하기 위하여 그 초기콘에서 소정의 최소거리를 초기에 유지시킬 필요가 있기 때문에, 성장초기콘의 방향으로 그 차폐수단을 점진적으로만 이동시킬 필요가 있다.

도면에 나타낸 차폐수단은 바람직한 실시예에 불과하다.

그 초기콘은 형상을 달리한 차폐수단에 의해 차폐시킬 수도 있고, 2개이상의 각 구성부분으로 구성할 수도 있다.

Claims (8)

1. 용융물에서의 실리콘단결정의 인발방법에 있어서, 실리콘단결정의 초기에 원추형부분을 인발시키고, 그 실리콘단결정의 말기에 원추형부분을 인발시키며, 그 원추형부분 사이에 원통형부분을 인발시켜, 그 실리콘단결정에서 떨어져 간격을 둔 차폐수단으로 실리콘 단결정의 초기에 그 원추형부분의 표면을 차폐시킴을 특징으로 하는 실리콘단결정의 인발방법.
2. 제1항에 있어서, 길이 20∼100의 원통형부분의 일부분이 인발될 때까지 그 실리콘단결정의 초기에 그 원추형부분의 표면을 차폐시킴을 특징으로 하는 실리콘단결정의 인발방법.
3. 제1항에 있어서, 그 실리콘단결정의 초기에 그 원추형부분의 표면과 차폐수단사이의 거리는 5∼200임을 특징으로 하는 실리콘단결정의 인발방법.
4. 실리콘단결정을 용융물에서 인발하는 장치에 있어서, 실리콘단결정에서 떨어져 간격을 두며, 그 실리콘단결정의 목부(neck)의 중심개구를 구비하고 그 실리콘단결정의 초기에 원추형부분의 표면을 차폐하도록 설치한 차폐수단(shielding means)과, 그 차폐수단을 용융물의 방향과 그 반대방향으로 이동시키는 수단을 구성함을 특지응로 하는 장치.
5. 제4항에 있어서, 그 차폐수단은 그라파이트, 그라파이트-피복그라파이트펠트(graphite-sheathed graphite felt), 실리콘 및 석영으로 이루어지는 물질의 그룹에서 선택되는 1종의 재료로 구성되거나 그 재료로 코팅시킴을 특징으로 하는 장치.
6. 제4항에 있어서, 그 차폐수단과 단결정초기의 원추형부분 표면사이의 거리가 5∼200임을 특징으로 하는 장치.
7. 제4항에 있어서, 그 차폐수단은 그 실리콘단결정 초기에 원추형부분의 표면을 관찰할 수 있는 최소한 하나의 절단제거부분(cutout)를 가짐을 특징으로 하는 장치.
8. 제4항에 있어서, 그 차폐수단은 원형디스크 또는 팁(tip)을 제거시킨 콘(cone)의 형상을 가짐을 특징으로 하는 장치.