KR100513630B1 - 실리콘 단결정 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초크랄스키 방법에 의해 제조하여 〈113〉오리엔테이션

(orientation)을 가진 실리콘 단결정에 관한 것이다.

Description

실리콘 단결정 및 그 제조방법{Silicon single crystal and process for producing it}

본 발명은 <113> 오리엔테이션(orientation)을 가진 실리콘 단결정 및 이와같은 타입의 단결정의 제조방법에 관한 것이다.

종래에 대부분 철저하게 연구하여 조사해 온 실리콘 결정 오리엔테이션

(silicon crystal orientations)중에는 <100> 및 <111>오리엔테이션이외에 <113>오리엔테이션이 있다. 그 대응하는 실리콘 결정의 <113>면은 낮은 표면에너지, 열안정성을 가지며, 이 원소의 표면이 원자적으로 평활한 면(smooth surfaces)에 속한다. 따라서, 특허문헌 DE196 15 291 C2명세서에 기재된 기술에 의해 그 <113>면은 기재표면으로서 에피탁셜 코팅용으로 적합하다.

종래에는 <113> 오리엔테이션 표면을 오리엔테이션이 다른 단결정에서 제조하였다. 예로서, <100>오리엔테이션 단결정에서 컷팅(cutting) 또는 에칭(etching)하여 제조하였다.

<100>오리엔테이션 단결정은 공지의 초크랄스키 방법을 사용하여 인발할 수 있다. 그 초크랄스키 방법에서는 종결정(seed crystal)을 실리콘 용융물중에서 함침시켜 회전하면서 상방으로 천천히 인발하였다.

단결정은 원추형상 양단(conical ends)을 가진 잉곳(ingot)형성 구조로 결정화하였으며, 그 양단중에서 바디페이스(body phase)로 공지된 원추형상단(conical end)이 대시 종(dash seed)에 접속되어 있다.

대시 종(dash seed)은 종결정과 바디 페이스를 접속하여 작은 직경(low diameter)을 갖는데 특징이 있다. 그 작은 직경은 종결정의 직경보다 더 작다.

종결정은 그 용융물에 처리시킨 후 응력(stress)에 의해 성장단결정에서 발생하는 전위(dislocation)로 정지시키는 것이 필요하다.

본 발명의 과제는 <113>오리엔테이션 실리콘단결정의 효과적인 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명은 <113>오리엔테이션(orientation)을 가진 실리콘 단결정의 제조방법에 있어서 초크랄스키 방법을 사용하여 대시종(dash seed)으로 부터 현수(suspending)시켜 2개의 원추형 상단편(conical end pieces)을 구비하여 그 단편중 하나가 대시종(dash seed)에 접속되어 있는 잉곳(ingot)형상으로 실리콘 단결정을 인발함을 특징으로 하는 제조방법에 관한 것이다.

초크랄스키 방법의 사용에 의한 <113>오리엔테이션 실리콘 단결정의 제조방법은 종래기술의 일부를 구성하지 않는다. 이 특허출원의 발명자들이 발견한 바와같이 <113>오리엔테이션을 가진 전위 없는 단결정을 인발하기 위한 시도가 위에서 설명한 초크랄스키 방법과 그 기준이 되는 프로세스 파라미터(process parameters)를 사용하여 결과적으로 실패하였기 때문이다.

따라서, 본 발명은 초크랄스키방법을 사용하여 제조한 <113>오리엔테이션을 가진 실리콘 단결정에 관한 것이다.

본 발명은 소정의 목적을 달성할 수 있도록 하기 위하여 고려할 필요가 있는 소정의 환경하에서 얻은 발견(discovery)을 기초로 하여 연구한 것이다.

예로서, 서로 다른 결정면(<100>,<111>,<113>)의 서로 다른 성장, 특히 결정면<111>의 높은 성장율을 고려할 필요가 있다.

이와같은 성장율 차이때문에 <113>오리엔테이션 단결정의 대시종(dash seed)은 측면(side) 쪽으로 파단(break out)되는 경향이 있다.

성장하는 단결정의 회전축으로부터 그 단결정 용융물중의 종결정 함침위치(immersed position)에서 얻어진 편차를 한정시키기 위하여 종래에 통상적으로 <100> 오리엔테이션 단결정을 인발하였던 길이와 비교하여 대시종의 길이축소를 제안하였다.

그 대시종의 길이는 70㎜를 초과하지 않도록 하는 것이 바람직하다.

대시종의 직경이 더 짧더라도 성장하는 단결정에서의 전위형성을 방지하기 위하여 그 대종의 직경을 동일하게 통상적인 직경보다 더 짧도록 선택할 필요가 있다.

가장 협소한 지점(narrowest point)에서 대시종의 직경은 최소 5㎜, 가장 바람직하게는 최소 4mm로 감소되는 것이 바람직하다.

또, <111>면, 특히 중심면(central facet)의 용융을 방지하기 위하여 전위 형성의 우려가 있는 <100>오리엔테이션 실리콘단결정의 인발에 사용되는 인발프로세스에서 보다 최소 30㎜더 긴 바디 페이스(body phase)의 인발을 제안한 바 있다. 이 바디페이스에서는 최소 60㎜, 특히 바람직하게는 90㎜정도 연장시키는 것이 바람직하다.

또, 그 <111>면의 용융발생 우려라는 관점에서는 노(furnace)구조에 따라 좌우되는 인발속도의 감축이 필요하다. 따라서, <100>오리엔테이션 실리콘 단결정을 동일한 노(furnace)내에서 전위(dislocations)없이 인발할 수 있는 인발속도가 최대 90%가 되도록 하는 제안이 있다.

잉곳형상(ingot form)으로 있는 그 단결정섹션을 인발할 때 최종인발속도는 최대 85%, 특히 바람직하게는 80%로 한정시키는 것이 바람직하다.

위 제안방법의 프로세스 파라미터는 첨부도면에 따르는 아래의 <100>오리엔테이션 단결정의 인발에 대표적인 프로세스 파라미터와 대비하는 것이 특히 바람직하다.

도 1은 대시종의 길이와 직경을 대비한 그래프를 나타낸 것이다. <100>오리엔테이션 단결정을 인발할 때 그 대시종의 길이가 <113>오리엔테이션 단결정과 대비하여 약 5.5㎜의 가장 협소한 지점의 직경에서와 같이 150㎜에서 더 길다는 것을 알 수 있다.

도 2는 잉곳의 위치에 의한 바디 페이스(콘:cone)의 직경을 대비한 그래프를 나타낸다.

<100>오리엔테이션 단결정을 인발할 때 그 바디 페이스가 <113>오리엔테이션 단결정과 비교하여 약 90㎜에서 더 짧다는 것을 알 수 있다.

도 3은 동일한 노(furnace)구조를 사용하여 잉곳위치(ingot position)에 의한 바디 페이스를 인발한 후 인발속도를 비교한 그래프를 나타낸다.

<100>오리엔테이션 단결정을 인발할 때, <113>오리엔테이션 단결정과 비교하여 최종 인발속도는 약 0.98㎜/분에서 더 빠르다는 것을 알 수 있다.

본 발명에 의해 제조한 단결정은 더 처리하여 반도체웨이퍼를 형성하며, 한쪽 또는 양쪽 연마면을 가진 반도체웨이퍼 에피탁셜코팅을 한 반도체웨이퍼 또는 다른 방법으로 코팅시킨 반도체웨이퍼 또는 성장결합(grown-in defects)의 분포 또는 크기에 영향을 주는 열처리를 시킨 반도체웨이퍼로서 전자부품 제조업자에게 공급한다.

본 발명에 의해 <113>오리엔테이션 실리콘 단결정을 효과적으로 제조할 수 있다.

본 발명에 의한 실리콘 단결정을, 한쪽 또는 양쪽연마면을 가진 반도체웨이퍼, 에피탁셜 코팅을 한 반도체웨이퍼, 열처리를 시킨 반도체웨이퍼 및 다른 방법으로 코팅을 시킨 반도체웨이퍼를 제조하는데 사용할 수 있다.

본 발명의 방법에 의해 초크랄스키 방법을 사용하여 대시 종(dash seed)으로 부터 현수(suspended)시켜 2개의 원추형상 단편을 구비하여 그 단편중 하나의 단편이 대시종에 접속되어 있는 잉곳의 형상으로 실리콘 단결정을 인발시킬 수 있고, 그 실리콘 단결정을 노(furnace)내에서 인발속도에 따라 인발시키며 인발속도는 <100>오리엔테이션 실리콘 단결정을 노내에서 전위없이 인발할 수 있는 인발속도가 최대 90%가 되도록 하며, 대시종은 길이 최대 70㎜와 가장 협소한 지점에서의 직경 최대 5㎜를 가지고, 대시종에 접속된 단편은 <100>오리엔테이션을 가진 실리콘 단결정의 대응단편보다 최소 30㎜ 더 길게 형성되어 있다.

도 1은 대시 종(dash seed)의 길이(㎜)와 직경(㎜)에 따르는 관계를 나타낸 그래프이다.

도 2는 잉곳(ingot)의 위치에 의한 콘(come)의 직경(㎜)과 길이(㎜)의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 3은 동일한 노구조(furnace structure)를 사용하여 잉곳위치에 의해 바디 페이스(body phase)를 인발한 후 인발속도를 대비한 바디 페이스의 길이와 인발속도의 관계를 나타낸 그래프이다.

Claims (7)

1. 초크랄스키 방법의 사용으로 제조하여 <113>오리엔테이션(orientation)을 가진 실리콘 단결정.
2. 제 1항에 있어서,

   대시종(dash seed)에서 현수(suspended)시켜 2개의 원추형상 단편을 구비하며 하나의 단편이 대시종에 접속되어 있는 잉곳(ingot)의 형상을 가짐을 특징으로 하는 실리콘 단결정.
3. 제 2항에 있어서,

   대시종은 70㎜ 이하의 길이와 가장 협소한 지점에서 4~5㎜의 직경을 가지며, 대시종에 접속되어 있는 단편(end piece)의 <100> 오리엔테이션을 가진 단결정의 대응되는 단편보다 30~90㎜ 더 길게 형성됨을 특징으로 하는 실리콘 단결정.
4. <113>오리엔테이션을 가진 실리콘 단결정의 제조방법에 있어서,

   초크랄스키 방법을 사용하여 대시종으로 부터 현수시켜 2개의 원추형상단편을 구비하여 그 단편중 하나가 대시 종에 접속되어 있는 잉곳의 형상으로 그 실리콘 단결정을 인발함을 특징으로 하는 제조방법.
5. 제 4항에 있어서,

   그 실리콘 단결정을 노(Furnace)내에서 인발속도에 의해 인발시키며, 그 인발속도는 <100>오리엔테이션 실리콘 단결정을 노내에서 전위없이 인발할 수 있는 인발속도로서 80~90%임을 특징으로 하는 제조방법.
6. 제 4항에 있어서,

   대시종은 70㎜ 이하의 길이와 가장 협소한 지점에서 4~5㎜의 직경을 가지며, 대시종에 접속되어 있는 단편은 <100>오리엔테이션을 가진 실리콘 단결정의 대응되는 단편보다 30~90㎜더 길게 형성됨을 특징으로 하는 제조방법.
7. 한쪽 또는 양쪽 연마면을 가진 반도체웨이퍼, 에피탁셜코팅을 한 반도체웨이퍼, 열처리시킨 반도체웨이퍼 및 다른 방법으로 코팅시킨 반도체웨이퍼로 이루어진 그룹에서 선택한 반도체웨이퍼의 제조에 제 1항의 실리콘 단결정을 사용하는 방법.