KR100582241B1 - 질소 도프된 저결함 실리콘 단결정의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 쵸크라스키 방법에 의해서 실리콘 단결정을 성장시킴으로서 실리콘 단결정을 제조하는 방법을 제공하는 것이며, 상기 결정은 성장도중에 질소로 도프되는 동안 V1 내지 V1 + 0.062 X G 범위의 인상속도[mm/min]에서 인상되고, 여기서 상기 G[K/mm]는 결정성장방향을 따르며, 실리콘의 용융점으로부터 1400℃까지의 온도범위이고, 상기 결정성장을 위하여 사용되어진 장치내에 제공되어지는 평균온도구배( average temperature gradient)를 나타내고, V1[mm/min]은 상기 결정이 점진적으로 그 인상속도를 감소시킴으로서 인상되어지는 경우 상기 결정의 중앙부에서 OSF링이 소멸하는 때의 인상속도를 나타낸다. 본 발명의 방법은 결정의 전체평면에 걸쳐서 극히 낮은 결함밀도, 특히 아무런 소형 피트들도 없고, 우수한 산화막 내압특성을 가지며, 상기 CZ법에 기초하여 높은 생산속도로 그리고 높은 생산성으로서 광범위하고 쉽게 조절가능한 생산조건하에서 생산가능한 실리콘 단결정 웨이퍼를 제공하고자 하는 것이다.

실리콘, 단결정, 웨이퍼, 도핑, 쵸크라스키방법, 산화막 내압특성

Description

질소 도프된 저결함 실리콘 단결정의 제조방법{METHOD FOR PRODUCING LOW DEFECT SILICON SINGLE CRYSTAL DOPED WITH NITROGEN}

도 1은 종래의 인상방식( pulling method)과 본 발명에 따른 인상속도범위( pulling rate range)에 의해서 얻어진 결정내의 다양한 결함분포를 도시한 결함분포 다이아그램으로서, 횡축(abscissas axis)은 방사방향으로의 결정내의 위치를 나타내고, 종축(ordinate axis)은 인상속도를 나타냄;

도 2는 본 발명에서 사용된 CZ방법에 의하여 단결정을 인상하는 장치를 도시한 설명도;

도 3은 본 발명에서 사용된 급속 열처리장치(rapid thermal annealer)의 예시적인 구조를 도시한 설명도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1..... 단결정 인고트 2..... 실리콘용액

5..... 종자 결정 6..... 종자 척

7..... 케이블 20..... 열처리장치

21.... 벨자(bell jar) 22, 22'..... 히터

23..... 하우징 24..... 수냉 챔버

25..... 베이스 플레이트 26..... 지지축

27..... 스테이지 28..... 실리콘 웨이퍼

29..... 모터 32..... 도가니

33..... 축 34..... 히터

본 발명은 결정결함이 적은 실리콘 단결정 및 그것을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

근년, DRAM 등의 반도체장치의 고집적화에 요구되는 보다 미세한 반도체장치의 사용으로서, 쵸크라스키 방법(Czochralski Method)( 이하에서는 CZ 방법으로 약칭하기로 한다.)에 의해서 제조되고, 상기 장치의 기질(substrates)들로서 사용되어지는 실리콘 단결정의 높은 품질이 요구되어 왔다. 특히, 이러한 결정들은 결정의 성장도중에 FPD, LSTD 및 COP 등의 그로인 결함( grown-in defects)과 같은 결함들을 함유하게 되어 산화막 내압특성( oxide dielectric breakdown voltage ) 및 그 밖의 장치특성들을 저하시키므로, 이러한 결함의 밀도와 크기를 감소시키는 것은 중요한 사항이다.

이러한 결함들의 설명을 위하여, 실리콘 단결정내에 유입되는 결함들의 밀도와, 베이컨시(vacancy)( 이하 V라고 약칭하기로 한다.) 라고 불리우는 공간형 점 결함 및, 인터스티셜 실리콘( interstitial silicon)(이하, I 라고 약칭한다)이라 불리우는 격자공간형 실리콘 점 결함등을 결정하기 위한 인자(factor)들에 관하여 일반적으로 알려진 것을 설명하기로 한다.

실리콘 단결정내에서 V 영역은, 많은 공간, 즉 실리콘 원자(atoms)들의 부족에 기인하는 오목부, 요홈부, 빈공간등과 같은 부분을 포함하고, I 영역은 실리콘 원자의 과도한 량에 기인한 과도한 실리콘 원자의 전위(dislocations) 및 응집(aggregations)등을 포함하는 영역을 의미한다. 상기 V 영역과 I 영역사이에는, 상기 원자의 부족(적음)이나 과량(과도함)이 없는 중간영역( 이하 N 영역이라 약칭한다)이 존재한다. 그리고, 상기 그로인 결함들( FPD, LSTD, COP등)은 과포화된 V 혹은 I에서만 발생하는 것이고, 상기 V 혹은 I가 포화되지 못하면 상기 원자들의 불균일이 다소 있는 경우라도 결함으로서 존재하지 않는 다고 알려져 왔다.

이러한 두가지 종류의 결함들의 밀도는 상기 결정인상속도(성장속도) V와, 상기 CZ 방법내에서 결정내의 고-액 경계( solid-liquid interface) 근방에서의 온도 구배 G에 의해서 결정되는 것이다. OSF( 산화유기 적층결함)으로 불리우는 링형으로 분포된 결함들은 상기 V 영역과 I 영역사이의 경계주위에 존재한다는 것이 확인되었다.

상기와 같은 결정 성장중에 생성된 이러한 결함들은 이하의 것들을 포함한다. 예를들면, 성장속도가 상대적으로 높을 경우, 즉 대략 0.6mm/min 이상인 경우는, 빈공간으로부터 기인한 것으로 여겨지는 그로인 결함 즉, FPD, LSTD 및 COP등과 같이 빈공간 타입의 결함 집합들이 고밀도로 방사방향을 따라서 결정의 전체 단면적에 걸쳐서 분포되고, 이러한 결함들을 포함하는 영역이 V 리치영역(V-rich region)으로 불리운다. 성장속도가 0.6mm/min 이하로 낮은 경우는, 상기 설명된 OSF링은 상기 성장속도의 감소에 따라서 결정의 원주부에 발생하고, 전위루프로부터 기인한 것으로 여겨지는 L/D( LSEPD, LFPD등과 같은 것을 포함하는 큰 전위, 격자간 전위루프 혹은 전위 클러스터라고도 불리움)는 저밀도로 상기 링의 외측에 존재하며, 이러한 결함들을 포함한 영역들은 I 리치영역(I-rich region)으로 불리운다. 상기 성장속도가 0.4mm/min 이하로 더욱 낮아지면, 상기 OSF 링은 웨이퍼의 중앙에서 응집하여 사라지며, 전체 평면이 I리치영역으로 된다.

최근, 빈공간에 기인한 FPD, LSTD 및 COP나, 상기 전위루프에 기인한 LSEPD 및 LFPD등을 전혀 포함하지 않고, 상기 V 리치영역과 I 리치영역사이에 존재하며, 상기 OSF 링의 외측에 존재하는 N 영역이라고 불리우는 영역이 발견되었다. 이러한 영역은 상기 OSF링의 외측에 존재하는 것이며, 산소석출(oxygen precipitation)을 위한 열처리를 하고 X 레이분석 혹은 그와 유사한 분석등을 통하여 석출비교를 실행하는 경우, 산소석출이 거의 발생하지 않는 것을 보여주고 있다. 그리고, 상기 영역은 I리치영역에 거의 위치되어 상기 결함들이 LSEPD 와 LFPD와 같은 전위 클러스터를 형성할 정도로 많지 않다.

상기 성장속도가 종래의 성장방식에서 낮아지는 경우 이러한 N-영역이 성장축에 관하여 경사지게 형성되기 때문에, 이는 웨이퍼 면에서 일부분만에 존재하는 것이다.

상기 설명된 결함에 관련하여, Voronkov's 의 이론(V.V.Voronkov, Journal of Crystal Growth, 59(1982) 625-643)에 따르면, 상기 성장축을 따르는 인상속도(V)와 결정 고-액 경계의 온도구배(G)의 비율인 V/G의 변수가 상기 점결함 의 타입과 전체 밀도를 결정하는 것으로 제안되고 있다. 이것을 고려하면, 상기 인상속도는 평면내에서 일정하여야 하기 때문에, 예를들면, 중앙에서 V 리치영역, 주위에서 I 리치 영역 및, 그 사이에서 N 영역을 갖는 결정이 상기 평면내에서 구배 G의 불균일에 기인하여 임의의 인상속도에서 필수 불가결하게 얻어진다.

따라서, 상기 구배 G의 불균일에 대한 개량이 최근 시도되었고, 예를들면 결정이 점차적으로 감소하는 인상속도 V로서 인상되는 경우, 상기 결정의 전체 횡방향 단면에 걸쳐서 연장하는 N 영역( 이 영역은 전에는 단지 경사상태로 존재)을 갖는 결정을 생산하는 것이 가능하게 되었다. 또한, 상기 전체 횡방향 단면에 걸쳐서 연장하는 N 영역은 상기 N 영역이 횡방향으로 확장하는 값으로 유지되어지는 인상속도에서 상기 결정을 인상함으로서 상기 결정의 길이방향을 따라 어느 정도 보다 크게 제작되어 질 수 있다. 그리고, 상기 결정성장에 따른 그 편차를 고려한 상기 G의 교정과 함께 상기 V/G가 일정하게 유지되도록 상기 인상속도를 조절함으로서 상기 전체 횡방향 단면에 걸쳐서 연장하는 N 영역을 상기 성장방향을 따라 다소 크게 만드는 것이 가능하게 되었다. 이러한 전체 횡방향 단면에 걸쳐서 연장하는 N 영역은 그로인 결함을 전혀 포함하지 않고, 양호한 산화막 내압특성을 발휘하는 것이다.

상기 설명한 기술이외로는, 상기 결함들을 감소시키기 위하여 현재 사용되어지는 방식으로서는, 점진적인 냉각법이 있다. 이러한 방식에서는, 전체 단면적에 걸쳐서 V 리치영역이라 불리우는 과도한 빈공간을 갖는 영역을 포함한 결정이 상대적으로 높은 인상속도로서 인상되어지고, 상기 결정의 인상도중에 1150-1080℃의 온도범위를 통하여 상기 결정을 통과시키는 시간이 상기 결함밀도를 감소시키기 위하여 연장된다. 이러한 방식은 산화막 내압특성을 향상시킬 수 있다.

그리고, 상기 결정이 I 리치 영역이라 불리우는 과도한 격자간 실리콘( interstitial silicon )을 함유하는 영역을 갖도록 하기 위하여 상기 결정이 낮은 인상속도로서 인상되어지는 결정인상방법도 제시되어 있다. 이 방식은 거의 COP등을 제거하며, 양호한 산화막 내압특성도 갖는다.

그리고, V 리치 결정은 종래에도 질소로 도프되어(doped) 결정들에게 매우 낮은 FPD와 COP등을 제공하는 것이다.

전체 횡방향 단면에 걸친 N 영역을 갖는 것과 같이 매우 낮은 결함영역을 갖는 결정의 생산시에 보다 높은 인상속도를 사용하는 것이 요구되어지는 경우, 상기 성장축방향을 따른 상기 결정의 고-액 경계 온도구배는 상기 Voronkov의 이론에 근거하여 보다 크게 이루어질 수 있다. 그러나, 상기 구배 G는 상기 결정의 횡방향으로 균일하게 형성되어야만 하고, 따라서 상기 인상속도의 이러한 증가는 결정성장장치내에 제공된 로의 내측구조( 고온영역, HZ)과 관련된 제한조건에 의해서 제한된다. 그리고, 상기 N 영역을 얻기 위하여, 상기 인상속도는 좁은 범위에서 조절되어야만 하고, 따라서, 상기 결정성장방향을 따라서 상기 N 영역을 크게 하는 것은 어려운 것이다. 즉, 이러한 시도는 양산화에는 적합하지 않다.

또한, 상기 V 리치 영역과 관련하여 행하여진 상기 점진적인 냉각법은, 그 것이 결함 밀도를 감소시키는 경우라도, 결함크기를 크게 하는 것으로 판명되었고, 따라서 이는 궁극적인 해결책이 될 수는 없는 것이다.

그리고, 상기 I 리치 결정은 큰 전위루프( 전위클러스터)를 포함하고, 장치내에서는 전류가 이러한 전위부분을 통하여 누출되어 P-N접합(P-N junction)의 기능을 수행하지 못하는 것으로 알려졌다. 또한, 동일한 산소농도(oxygen concentration)에 비교하여 보면, 산소석출이 V 리치 결정에 비교하여 I 리치 결정내에서 보다 발생되어지기 어렵고, 그에 따라서 게터링(gettering)능력이 충분하지 못한 것이다.

종래의 CZ 법에 의해서 생성된 질소 도프된 결정( 대부분 V 리치 결정으로 이루어짐)에 관하여, 그로인 결함들은 분명하게 관찰되지 않는다. 그러나, 이러한 결정의 미세한 검사는 질소가 단지 이러한 결함의 응집(aggregation)을 억누르는 효과만을 갖는 것이고, 따라서 이러한 결정은 고밀도로 많은 적은 결함들을( 이하, 소형피트라고 한다)을 갖는 것으로 판명하였다. 그리고, 이러한 결정의 측정된 산화막 내압특성이 양호하지 않은 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 그 목적은 결정의 전체평면에 걸쳐서 극히 낮은 결함밀도, 특히 아무런 소형 피트들도 없고, 우수한 산화막 내압특성을 가지며, CZ법에 기초하여 높은 생산속도로 그리고 높은 생산성으로서 광범위하고 쉽게 조절가능한 생산조건하에서 생산가능한 실리콘 단결정 웨이퍼를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은 상기 설명된 목적을 달성하기 위하여 이루어진 것으로서, 쵸크라스키 방 법에 의해서 실리콘 단결정을 성장시킴으로서 실리콘 단결정을 제조하는 방법을 제공하는 것이며, 상기 결정은 성장도중에 질소로 도프되는 동안 V1 내지 V1 + 0.062 X G 범위의 인상속도[mm/min]에서 인상되고, 여기서 상기 G[K/mm]는 결정성장방향을 따르며, 실리콘의 용융점으로부터 1400℃까지의 온도범위이고, 상기 결정성장을 위하여 사용되어진 장치내에 제공되어지는 평균온도구배( average temperature gradient)를 나타내고, V1[mm/min]은 상기 결정이 점진적으로 그 인상속도를 감소시킴으로서 인상되어지는 때, 상기 결정의 중앙부에서 OSF링이 소멸하는 때의 인상속도를 나타낸다.

상기 결정의 중앙에서 OSF링이 소멸하는 인상속도 V1는, 다수의 실험과 연구의 결과를 분석하여 얻어진 도 1에 도시된 바와 같은 질소로 도프되지 않은 결정의 결함분배 다이어그램으로부터 결정된다. 이와는 별도로, 질소로 도프된 결정으로부터 상기 소형피트가 소멸하는 다른 인상속도 V2는 질소로 도프된 결정을 위하여 얻어진 결함분포 다이아그램으로부터 결정된다. 질소로 도프되면서 V1으로부터 V2의 범위의 인상속도에서 결정을 인상함으로서, 그 전체 횡단면으로부터 소형피트가 제거된 실리콘 단결정은 상대적으로 높은 인상속도로서 광범위하고 쉽게 제어가능한 조건하에서 인상되어 질 수 있고, 따라서, 이러한 실리콘 단결정은 높은 생산성으로서 생산되어 질 수 있는 것이다. 이러한 경우, △V = 0.062 X G 의 수식에 따라서, 상기 V1과 V2의 차이, 즉 △V를 결정하는 0.062mm²/K·min 의 상수는 점 결함밀도를 결정하기 위하여 사용되어지고, 사용되어지는 성장장치의 로 내부구조에 의해서 결정되어지는 변수 V1/G와 V2/G의 차이에 일치한다. 따라서, 이러한 값들과 G로 부터 인상속도의 범위를 계산함으로서, 상기 방법은 로(G)의 어떠한 내부구조에도 적용될 수 있는 것이다.

상기 설명된 방법에서, 질소는 1 X 10¹⁴ atoms/cm³ 혹은 그 이상의 농도로서 바람직하게 도프된다.

상기의 특성이 한정되며, 그 이유는 상기 도프된 질소의 1 X 10¹⁴ atoms/cm³ 의 혹은 그 이상의 농도가 결정 평면내에서 소형 피트의 형성을 효과적으로 억누르고 그들을 제거하는 데 바람직하기 때문이다.

그리고, 본 발명은 실리콘 단결정 웨이퍼를 제조하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 상기 언급된 방법으로부터 제조된 실리콘 단결정으로부터 얻어진 웨이퍼를 워이퍼의 표면층에 질소를 외부방산(out-diffuse)시키도록 열처리시키는 것을 포함한다.

상기 설명된 방식에 따르면, 질소는 상기 웨이퍼 표면층으로부터 제거되고, 따라서 내부에 포함된 질소에 기인하는 상기 표면층내의 비정상적인 산소석출이 방지되어질 수 있다. 그리고, 상기 웨이퍼의 벌크(Bulk)부분은 질소를 포함할 것이기 때문에, 그 내부의 산소 석출이 증진되고, 충분한 내재적 게터링 효과(IG effect)를 갖는 웨이퍼가 생산되어질 수 있다.

상기 설명된 방법에서, 열처리는 급속 열처리장치(이하 RTA 장치라 한다)에 의해서 바람직하게 수행된다. 이 장치는 단일 웨이퍼 처리를 위한 자동의 연속식 열처리장치이고, 이는 열처리전후에 몇초 내지 수백초내에서 가열 및 냉각을 수행 할 수 있는 것이다. 따라서, 이는 몇초 내지 수백초와 같은 짧은 시간 주기내에서 열처리를 통하여 웨이퍼를 폐해가 많은 긴 열이력을 거치지 않게 하면서 그 표면층내의 질소 외부방산을 효과적으로 실행할 수 있는 것이다.

본 발명은 실리콘 단결정 웨이퍼를 제공하며, 상기 웨이퍼는 실리콘 단결정을 제조하기 위하여 상기 설명된 방법으로부터 제조되는 실리콘 단결정으로 부터 얻어진다는 점에서 그 특징이 있다. 이러한 본 발명의 실리콘 웨이퍼는 그 소형 피트들이 전체 결정평면으로부터 제거되고, 바람직한 질소량으로 도프된 극히 낮은 결함의 실리콘 단결정 웨이퍼인 것이다. 이러한 웨이퍼는 만일 그것이 종래의 방식으로 성장되었다면, V 리치 영역의 웨이퍼로 될 것이다.

본 발명에 따르면, 상기 결정이 성장도중에 질소로 도프되는 동안, V1으로부터 V1 + 0.062 X G의 범위내의 인상속도로서 실리콘 단결정을 인상함으로서, 소형피트가 없는 결정이 성장되어질 수 있고, 이는 이러한 방식이 아니면 V 리치 영역으로 이루어질 수 있었던 것이다. 따라서, 우수한 산화막 내압특성을 갖고 극저 결함의 결정이 대량 생산과 높은 생산성으로서 안정적으로 제조될 수 있다. 그리고, 상기 결정으로부터 얻어진 웨이퍼를 열처리함으로서, 상기 웨이퍼의 표면층내의 질소가 외부 방산되고, 게터링에 충분한 산소석출이 웨이퍼의 벌크부에서 질소에 의해서 생성된다. 따라서, 우수한 산화막 내압특성을 갖는 실리콘 단결정 웨이퍼가 대량 생산으로서 쉽게 제조될 수 있다.

이하, 본 발명을 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다. 본 발명은 여기의 설명으로 한정되지 않는다. 본 발명의 상세한 설명전에, 여기에서 사용되는 기술용어 들을 정의하기로 한다.

1)FPD(Flow Pattern Defect)

성장된 실리콘 단결정 인고트(ingot)로부터 얇게 절단된(sliced) 웨이퍼가 표면 손상층을 제거하기 위하여 하이드로 플루오릭 용액(hydrofluoric acid) 과 니트릭 용액(nitric acid) 의 혼합액으로서 에칭되고, K₂Cr₂O₇, 하이드로 플루오릭 용액 및 물의 혼합액으로서 표면에칭( Secco 에칭)되는 경우, 피트와 파형(pits and ripple pattern)이 웨이퍼 표면상에 형성된다. 이러한 파형 패턴을 FPD라하고, 상기 웨이퍼 표면상의 보다 높은 FPD밀도는 보다 빈번한 산화막 내압특성의 불량을 초래한다( 일본특허출원 공개공보(KOKAI) 제 4-192345 호 참조).

2) SEPD( Secco Etch Pit Defect )

상기 설명된 Secco 에칭후 생성된 FPD에 관하여, 일정 플로우 패턴을 수반하는 것들은 FPD라 불리우고, 상기 플로우 패턴을 수반하지 않는 것들은 SEPD라 불리운다. 이러한 SEPD중에서, 10μm혹은 그 이상의 크기를 갖는 큰 SEPD(LSEPD)는 전위 클러스터로부터 유래된 것으로 간주되고, 전류는 장치내에 존재하는 이러한 전위 클러스터들을 통하여 누출(leak)되며, P-N 접합의 기능을 얻지 못하게 된다.

3)LSTD(Laser Scattering Tomography Defect)

웨이퍼가 성장된 실리콘 단결정 인고트로부터 얇게 절단된 후, 표면 손상층을 제거하기 위하여 하이드로 플루오릭 용액(hydrofluoric acid) 과 니트릭 용액(nitric acid) 의 혼합액으로서 에칭되고, 상기 웨이퍼가 쪼개진다. 상기 쪼개진 표면이 적외광(infrared light)으로서 입사되고, 상기 웨이퍼내에 존재하는 결 함에 의해서 발생된 분산광이 상기 웨이퍼 표면으로부터 방출되는 광을 검출함으로서 관찰되어질 수 있다. 이러한 현상을 발생시키는 광 산란체(light-scattering substance) 들은 이미 학회등에 소개되어 있고, 산소석출물등으로 간주되고 있다( Jpn. J. Appl. Phys. Vol,32, p3679, 1993 참조). 보다 최근의 연구는 그것들이 팔면체의 빈 공간(octahedral voids)(구멍)들이라고 보고하고 있다.

4) COP( Crystal Originated Particle )

COP 는 웨이퍼의 중심에서 산화막 내압을 열화시키는 결함을 의미하고, 다르게는 Secco 에칭후 FDP로 될 수 있는 결함으로부터 SC-1 세척( 선택적인 에칭액으로서 사용되어지는 NH₄OH : H₂O₂ : H₂O = 1: 1: 10의 혼합액으로 세척)후 형성된다. 이러한 종류의 피트들은 1μm 혹은 그 이하의 직경을 가지며, 광 산란방식으로 검출된다.

5) L/D(Large Dislocation, 격자간 전위루프라고도 함)

이러한 종류의 결함들은 LSEDP, LFPD 등을 포함하고, 이들은 전위루프로부터 기인한 것으로 여겨지며, 전위 클러스터 혹은 큰 전위루프등으로 불리운다. 이러한 결함들중에서, LSEPD는 상기 설명한 바와 같이 10μm 혹은 그 이상의 크기를 갖는 큰 것을 나타낸다. LFPD는 상기 설명된 FPD 중에서 10μm혹은 그 이상의 단부 피트 크기를 갖는 큰 것을 나타내고, 이들은 전위루프로부터 기인된 전위 클러스터로서 간주된다.

상기 용어 "소형피트"는 상기 설명된 Secco 에칭후에 웨이퍼의 관찰로부터 검지되는 FPD, LSTD, COP 등과 같은 것을 포함하는 그로인 결함(grown-in defects) 등을 나타낸다.

이하, 본 발명의 실시예들을 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

상기 CZ 방법에 의한 실리콘 단결정 성장에 관련하여, 본 발명의 발명자들은 일본특허출원 제 9-199415호에 개시된 경계의 상세한 설명을 통하여 상기 V 영역과 I 영역의 경계주위에서 매우 좁은 영역의 극히 적은 FPD, LSTD 및 COP등을 갖고, LSEPD등이 전혀 없는 중간영역(N 영역)을 앞서 발견하였다.

상기에 기초하여, 본 발명의 발명자들은 만일 상기 N 영역이 웨이퍼의 전체 평면으로 연장되어질 수 있다면, 상기 점 결함들은 현저하게 감소되어질 수 있을 것이다라는 것을 고려하였다. 이러한 성장(인상)속도와 온도 구배중에서, 상기 점결함 밀도분배를 결정짓는 중요한 인자는 온도 구배이어야 하며, 이는 상기 인상속도가 결정내의 웨이퍼 평면내에서 거의 일정하게 유지되기 때문이다. 즉, 본 발명의 발명자들은 웨이퍼 평면내에 존재하는 상기 성장축중의 온도구배의 차이가 점을 구성한다는 것을 발견하였고, 만일 이러한 차이가 감소되어질 수 있다면, 상기 웨이퍼 평면내의 점결함들의 밀도차이도 역시 감소될 수 있다는 것이다. 따라서, 본 발명자들은 결정중심에서의 온도구배 Gc와 상기 결정 주위에서의 온도구배Ge 사이의 온도구배의 차이 △G를 5℃/cm 혹은 그 이하( △G = (Ge-Gc) ≤ 5℃/cm )로 되도록 조절하는 방법을 제안하여, 그 전체 평면이 N 영역으로 이루어진 결점이 없는 웨이퍼를 얻는 것이 가능하게 되었다. 그러나, 이러한 방식에서는, HZ의 구조적인 제한에 기인하여, 보다 높은 성장속도를 사용하는 것이 제한되고, 상기 제어가능한 범위는 극히 좁게 된다.

한편, 그로인 결함 분포상에서 질소와 같은 광요소 불순물들로서 도핑하는 효과에 관해서는, 보론(boron) 등으로 도핑하는 것이 상기 OSF링의 크기 감소속도(size-decreasing rate)를 다소 빠르게 하고, 전위루프들이 보다 생성되어지지 않도록 하는 것으로 이미 보고되어 있다. 또한, 질소로 도핑하는 것은 실리콘내에서 빈 공간의 응집을 억누르고, 결정결함의 밀도를 감소시키는 것으로 알려지고 있다( T. Abe and H. Takeno, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 262, 3, 1992).

따라서, 본 발명의 발명자들은 질소로서 도핑하고 종래의 로 내부구조가 제공되어진 결정 인상장치내에서 인상속도를 변화시킴으로서 얻어지고, 결정 고-액 경계주위에서 큰 △G를 갖는 결정들의 평면들을 조사하여, 아래와 같은 새로운 발견을 얻은 것이다. 그리고, 본 발명자들은 그를 위한 다양한 조건들을 조사하였고, 본 발명을 완성하였다.

즉, 결정이 질소로서 도프되면, 결함분포에 관련하는 인상속도의 임계치(critical values) 는 보다 높은 인상속도측으로 이동하고, 만일 상기 결정이 임의의 범위내의 인상속도에서 인상되어진다면, 질소로 도프되지 않은 통상적인 결정내에서 고밀도로 잠재적으로 존재할 수도 있는 소형 피트들이 형성되지 않는다는 것을 발견하였다.

이러한 발견은 결정의 성장도중에 질소로서 도프되는 동안 변화하는 인상속도로서 결정을 성장시키고, 그 결과적인 단일 결정 인고트로부터 웨이퍼들을 얇게 절단하며, 그들의 그로인 결함들을 검사하고, 상기 웨이퍼를 열처리하며, OSF링이 형성되었는지 혹은 아닌지를 검사함으로서 얻어진 것이다.

첫째, 6인치의 직경을 갖는 통상적인 실리콘 단결정이 그 인상속도가 감소되어지는 동안 질소로서 도핑되지 않고 인상되었다. 도 1에 도시된 상기 결함 본포 다이어그램은 그 얻어진 결과에 기초하여 준비되었고, 여기서 횡축은 방사방향에 관련한 결정의 위치를 나타내고, 종축은 인상속도를 나타낸다.

도 2에 도시된 바와 같은 구조를 갖는 장치가 사용되었다. 상기 인상장치 30는 다결정 실리콘 원료( polycrystal silicon material )로 이루어진 60Kg을 장입하고(charge) 20인치의 직경을 갖는 석영 도가니가 제공되었다. 직경 6인치와 방위<100>를 갖는 실리콘 단결정 인고트가 인상되었으며, 그 도중에 평균인상속도가 1.20mm/min으로부터 0.40mm/min으로 감소되었다(상기 단결정 인고트는 대략 60cm의 직선형 보디 길이를 갖는다).

상기 장치는 종래의 내부구조(HZ)를 갖추고, 실리콘의 용융점으로부터 1400℃사이에서 상기 결정성장축을 따라서 평균온도 구배 G [K/mm]의 3.551 K/mm가 제공되어진 것이었다. 상기 평균온도구배 G는 사용되어지는 상기 장치의 로 내부구조에 의해서 결정된다.

도 1에 도시된 결과로부터, 상기 OSF링은 0.54 mm/min의 인상속도에서 상기 결정의 중앙에서 사라진 것을 알 수 있다.

다음, 다른 결정이 상기 설명된 것과 동일한 내부구조를 갖는 인상장치(G= 3.551 K/mm )에 의해서 상기 평균 인상속도가 상기와 동일한 조건하에서 감소되어지면서, 그렇지만 질소가 상기 결정에 도프되면서 인상되었다. 상기 도프된 질소의 농도는 상기 결정의 숄더부(shoulder)에서 1 X 10¹⁴ atoms/cm³ 로 제어되었다.

이와 같이 질소로 도프된 결정에서, 소형피트들이 0.75 mm/min 혹은 그 이하의 인상속도 V2에서 상기 결정의 중앙에서 전혀 관찰되지 않았다( 도 1참조).

상기 결정이 질소의 도핑없이 인상되어진다면, 상기 결정은 V 리치 영역으로 이루어지고, 고밀도의 소형피트들을 포함할 것이다. 이러한 결과에 기초하여, 결정은 V1 으로부터 V2의 범위내에서 일정 인상속도로서 질소로 도프되는 동안 인상되었다. 다음, 이러한 결정은 거울 표면(mirror surface)의 웨이퍼들로 가공처리되었고, 산화막 내압특성에 대하여 검사되었다. 그 결과, 이는 매우 양호한 산화막 내압특성을 보여 주었고, 100%의 C- 모드의 양품율( c-mode good chip yield)을 보여 주었다.

상기 실험과 연구의 결과, 질소로 도핑함이 없이 사라진 상기 OSF링의 인상속도 V1(0.54 mm/min)가 질소의 도핑에 의해서 보다 높은 인상속도측의 인상속도 V2( 0.75mm/min)로 이동되었음이 발견되었다. 뿐만 아니라, 본 발명에 따라서 V1으로부터 V2( V1 + 0.21 mm/min )의 범위내에서의 인상속도로서 얻어진 영역이 아무런 소형 피트들도 갖지 않는 매우 낮은 결함의 영역으로서 제공되었다. 상기와 다르게는 이러한 영역은 상기 결정이 만일 종래의 방식으로 인상되어진다면, V 리치 영역으로서 얻어졌었을 것이다. 이러한 결정이 거울표면의 웨이퍼로 가공되는 경우, 매우 양호한 산화막 내압특성을 보여주며, 100%의 C- 모드의 양품율을 보여 주었다.

상기 0.54 - 0.75mm/min의 인상속도의 범위는 특정 내부구조를 갖는 로, 즉 3.551 K/mm의 G[K/mm]의 평균온도구배를 제공하는 것에 대해서만 사용되어질 수 있고, 상기 G의 값과는 무관하게 사용되어 질 수 없다. 따라서, 이는 점결함의 밀도를 결정하는 것으로 간주되어지는 변수 V/G를 사용하여 결함들을 제거할 수 있는 상기 인상속도의 범위를 얻기 위하여 시도되었다.

즉, 상기 인상속도의 범위는 상기 설명한 실험들과 연구들의 결과에 기초하여 V/G를 사용하여 규정되었다. 상기 설명한 HZ가 3.551 K/mm의 값을 갖기 때문에, 질소를 도핑함이 없이 상기 OSF 링이 사라지는 값인 상기 V/G값은 V1/G = 0.54/3.551 = 0.152 mm² / K·min으로 계산되고, 질소로 도핑하여 소형 피트들을 제거하기 위한 상한값인 V/G의 값은 V2/G = 0.75/3.551 = 0.214 mm² / K·min으로 계산되어진다. 이러한 V/G 의 값의 차이는 0.062 mm² / K·min이며, 상기 인상속도의 차이는 이러한 차이를 G( 0.062 X 3.551 = 0.21 mm/min )으로 곱함으로서 얻어질 수 있다. 따라서, V1 내지 V1 + 0.062 X G의 범위를 사용함으로서, 본 발명의 효과는 로의 내부구조(HZ)에 의해서 제공되어진 온도구배 G의 어떠한 값에 대하여도 얻어질 수 있다.

본 발명에 따르면, 결정이 질소를 도핑함이 없이 단지 N 영역으로만 이루어진 결정으로서 인상되어지는 경우에서와 같이 △G를 보다 작게 할 필요가 없기 때문에, 상기 인상속도는 상기 결정을 가능한 한 신속하게 냉각시키고, 큰 G의 HZ를 사용함으로서 보다 빠르게 되어질 수 있는 것이다. 따라서, 상기 결정이 질소로서 도프되어지는 동안 V1 내지 V1 + 0.062 X G의 범위내의 인상속도로 결정을 인상함 으로서, 매우 낮은 결함의 특히, 전체 웨이퍼 평면에 걸쳐서 아무런 소형피트들도 없는 웨이퍼들이 고속으로 쉽게 생산되어질 수 있고, 이러한 고효율성과 생산성의 개선 및 비용절감이 이루어질 수 있는 것이다.

본 발명의 목적을 위하여, 질소가 도프되어지는 실리콘 단결정 인고트는, 예를들면 일본특허출원 공개공보(KOKAI) 제 60-251190호에 개시된 바와 같은 공지된 방법에 따른 CZ 방식으로서 성장되어질 수 있다.

즉, 상기 CZ 방식은 종자결정(seed crystal)을 석영 도가니내에 담겨진 다결정 실리콘 원료의 용액에 접촉시키고, 예상한 직경을 갖는 실리콘 단결정 인고트를 성장시키기 위하여 회전시키면서 그것을 서서히 인상시키며, 이러한 방식에서 질소는 상기 석영 도가니내에 질화물(nitride)를 사전에 놓고, 상기 질화물을 실리콘 용액중에 첨가하며, 혹은 질소함유 분위기 가스를 사용함으로서 인상도중에 상기 실리콘 단결정내에 도프되어질 수 있는 것이다. 상기 결정내의 질소의 도핑량은 상기 질화물의 량, 질소가스의 농도 혹은 도입시간등을 조절함으로서 조정되어 질수 있다.

상기 설명한 바와 같이, 결정의 성장도중에 도입된 결정결함의 생성은 상기 CZ 방식에 의해서 단결정 인고트를 성장시키는 때, 질소를 도핑함으로서 억눌러질 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 질소의 도핑량은 바람직하게는 1 X 10¹⁴ atoms/cm³ 혹은 그 이상이다. 상기 질소의 적은 도핑량은 상기 결함 분포를 보다 높은 인상속도측으로 이동시켰고, 질소의 상기 도핑은 도핑량에 비례하여 매우 강한 영향을 준 것으로 판명되었다. 본 발명에 따라서 아무런 소형피트들도 함유하지 않은 영역에 관해서는, 1 X 10¹⁴ atoms/cm³ 혹은 그 이상의 도핑량이 결정결함의 형성을 회피하기 위한 잠재적인 영향을 주고 소형피트들을 제거할 수 있었다.

따라서, 질소로 도프되고, 상기 전체 평면을 덮는 영역에서 소형피트들이 없는 실리콘 단결정 웨이퍼들은 대량 생산으로서 안정되게 생산되어질 수 있다.

결정내에서 존재하는 과도한 질소에 관해서는, 질소로 도프된 실리콘 단결정으로부터 얻어진 웨이퍼가 열처리되어 상기 웨이퍼 표면층에 함유된 질소를 외부방산할 수 있다. 이는 웨이퍼 표면층내에 극히 적은 결정결함들을 갖는 웨이퍼를 제공할 수 있다. 한편, 웨이퍼의 상기 벌크부(bulk portion)는 질소를 함유하기 때문에, 그 내부에서 산소석출이 향상되고, 충분한 IG 효과( 내재적인 게터링 효과)를 갖는 웨이퍼가 얻어질 수 있다.

상기 웨이퍼 표면층내의 질소를 외부방산시키기 위한 열처리의 특정조건에 관해서는, 예를 들면, 900℃의 온도로부터 실리콘의 용융점까지에서 바람직하게 실행된다. 상기 설명된 온도범위내의 열처리는 웨이퍼 표면층내의 질소를 충분하게 외부방산시킬수 있고, 동시에 산소도 외부방산시킨다. 따라서, 상기 표면층에서 산소석출에 기인한 결함의 생성이 거의 완전하게 방지되어 질 수 있다.

한편, 상기 산소석출물이 상기의 열처리에 의해서 벌크부에서 성장되어질 수 있기 때문에, IG 효과를 갖는 웨이퍼가 얻어질 수 있는 것이다. 특히, 본 발명에 따르면, 산소 석출은 상기 벌크부내의 질소의 존재에 의해서 가속되어지고, 높은 IG 효과가 얻어질 수 있으며, 충분한 IG 효과가 낮은 산소농도의 실리콘 웨이퍼에 서도 얻어질 수 있는 것이다.

상기 열처리는 급속 가열 및 급속 냉각을 위한 장치내에서 바람직하게 실시된다. 이러한 장치는 소위 RTA장치라고 불리우는 단일 웨이퍼처리를 위한 자동 연속 열처리장치이다. 이러한 장치는 상기 열처리 전후에 수초 내지 수백초의 내에서 가열 및 냉각을 실행할 수 있고, 따라서, 짧은 시간주기내에, 즉 수초 내지 수백초내에 효과적으로 열처리를 수행할 수 있음으로서 여러 가지 문제점을 야기할 수 있는 긴 열이력을 웨이퍼에 부가하지 않을 수 있다.

상기 웨이퍼 표면층내에 존재하는 질소를 외부방산시키기 위한 열처리는 산소, 수소, 아르곤 혹은 그 혼합체로 이루어진 분위기중에서 바람직하게 이루어진다.

이러한 가스분위기내에서 열처리를 실행함으로서, 질소는 웨이퍼에 유해한 표면 필름을 형성시키지 않고 외부로 효과적으로 방산되어 질 수 있다. 특히, 이러한 열처리는 수소, 아르곤 혹은 그 혼합체의 환원분위기(reducing atmosphere)하에서 고온에서 보다 바람직하게 실행되어지며, 이는 상기 웨이퍼 표면층의 결정결함이 이러한 열처리에 의해서 보다 쉽게 제거되어지기 때문이다.

따라서, 상기 CZ 방식에 의해서 제조된 극히 낮은 결함의 실리콘 단결정 웨이퍼가 얻어질 수 있으며, 여기서 상기 실리콘 단결정 웨이퍼 표면층내에 함유된 질소는 열처리에 의해서 외부 방산된다.

본 발명에 사용되어지는 단결정 인상장치와 RTA장치에 대하여 이하에서 설명한다.

먼저, 상기 CZ방식에 의해서 단결정을 인상하기 위한 장치의 예시적인 구조에 대하여 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 단결정을 인상하기 위한 장치 30는 인상챔버 31, 상기 인상챔버 31내에 제공된 도가니 32, 상기 도가니 32주위에 배치된 히터 34, 상기 도가니 32를 회전시키기 위한 도가니 고정축 33 및 그 회전기구(미도시), 실리콘 종자결정 5을 고정하기 위한 종자 척 6, 상기 종자척 6을 인상하기 위한 케이블 7 및, 권취기구(미도시)들을 포함한다. 상기 도가니 32는 실리콘 용액(용융 금속) 2을 수용하기 위한 내측 석영 도가니와, 외측 그라파이트 도가니( graphite crucible )들을 갖는다. 그리고, 단열재 35가 상기 히터 34의 외측을 감싸고 있다.

냉각가스를 분사함으로서 혹은 복사열을 차단함으로서 상기 단결정을 냉각시키기 위한 실린더형 냉각장치(미도시)가 제공되어 질 수 있다.

최근, 소위 MCZ 방식이 빈번하게 사용되어 단결정의 안정된 성장을 얻도록 사용되고, 상기 방식에서는 마그네트(미도시)가 수평방향으로 상기 인상챔버 31의 외측에 장착되어 상기 실리콘 용액 2에 수평 혹은 수직방향의 자기장(magnetic field)을 인가하여 상기 실리콘 용액 2의 대류(convection)를 방지하게 된다.

그리고, 단결정을 인상하기 위한 상기 설명된 장치 30에 의해서 단결정을 성장시키는 방법에 관하여 이하에서 설명한다.

첫째, 고순도의 실리콘 다결정재료가 용융점( 대략 1420℃) 보다 높은 온도로 가열함으로서 도가니 32내에서 용융된다. 이 점에서는, 예를 들면, 질화물 필름(nitride film)을 갖는 실리콘 웨이퍼가 상기 도가니 내로 도입되어 질소로서 도핑하게 된다. 다음, 상기 종자 결정 5의 팁단부가 케이블 7을 풀어줌으로서 용액 2의 표면과 대략 그 중앙부에서 접촉하고 혹은 잠겨지게 된다. 그리고, 상기 도가니 고정축 33이 선택적인 방향으로 회전되고, 상기 종자 결정 5은 단결정의 성장을 개시하기 위하여 상기 케이블을 회전시키면서 케이블 7을 권취함으로서 동시에 상부측으로 인상된다. 그 후, 대략 실린더형으로 유지되고 질소로 도프된 단일 결정 인고트 1가 적절하게 인상속도와 온도를 조절시킴으로서 얻어질 수 있다.

다음, 질소를 함유하고, 상기와 같이 얻어진 실리콘 단결정 인고트는 웨이퍼로 절단 처리되어지고, 사전에 설정된 웨이퍼 처리공정을 거치게 되며, 상기 웨이퍼 표면층에 함유된 질소를 외부 방산시키기 위한 열처리를 받게 된다. 본 발명에 따르면, 급속 가열 및 급속냉각을 실시할 수 있는 장치, RTA장치가 열처리를 위하여 사용되어질 수 있다. 상기 RTA 장치로서, 램프 가열기와 같이 열복사를 활용하는 장치가 사용될 수 있다. SHS-2800, AST Co., Ltd와 같이 상업적으로 유용한 장치들이 사용되어질 수 있고, 이들은 복잡하거나 값비싼 것들이 아니다.

본 발명에서 예시적으로 사용되어지는 RTA 장치가 도 3에 도시되어 있다. 도 3에 도시된 열처리장치 20는 예를 들면, 실리콘 카바이드 혹은 석영등으로 이루어진 벨자(bell jar) 21를 포함하고, 실리콘 웨이퍼들이 이러한 벨자 21내에서 열처리된다. 히터 22 및 22'에 의해서 가열이 이루어지며, 이들은 상기 벨 자 21주위를 감싸도록 배치된다. 이러한 히터들은 상부와 측부들을 구성하고, 그들로 공급된 전원은 독립적으로 제어 가능하다. 물론, 상기 가열기구는 이에 한정되는 것이 아니고, 소위 복사 가열, 고주파 가열 및 그와 유사한 방식들이 사용 가능하다. 열을 차폐하기 위한 하우징 23이 상기 히터 22 및 22'의 외측에 배치된다.

수냉식 챔버 24와 베이스 플레이트 25가 상기 로 하부에 배치되고, 그것들은 벨자 21의 내측을 외부공기와 차단시킨다. 실리콘 웨이퍼 28는 스테이지(stage) 27상에 고정되고, 상기 스테이지 27는 모터 29에 의해서 상하로 자유로이 이동가능한 지지축 26의 상부에 고정된다. 상기 수냉식 챔버 24는 게이트 밸브에 의해서 개폐되어질 수 있는 웨이퍼 삽입구( 도면에서 미도시)를 갖추어 상기 웨이퍼는 횡방향을 따라서 상기 로내로 삽입 및 인출되어질 수 있는 것이다. 상기 베이스 플레이트 25에는 가스 유입 및 배출구가 제공되어 상기 로내의 가스분위기가 제어될 수 있다.

상기 설명한 바와 같은 열처리장치 20를 사용함으로서, 급속 가열 및 냉각을 위한 실리콘 웨이퍼의 열처리가 아래와 같이 실행된다.

첫째, 상기 벨자 21의 내측이 필요한 온도, 예를 들면 900℃ 내지 실리콘 용융점까지 히터 22 및 22'에 의해서 가열되고, 상기 온도로 유지된다. 각각의 분리된 히터들로 공급되어지는 전원을 독립적으로 제어시킴으로서, 상기 벨자 21내에는 그 높이방향을 따라서 온도구배가 얻어질 수 있다. 따라서, 이러한 열처리 온도는 상기 스테이지 27의 위치, 즉 상기 로내로 삽입되는 지지축 26의 길이를 변경시킴으로서 선택되어 질 수 있다. 열처리를 위한 분위기로서 산소, 수소, 아르곤 혹은 그 혼합체들이 사용 가능하다.

상기 벨자 21의 내측이 필요한 온도에 도달하고 유지된 후, 실리콘 웨이퍼는 상기 열처리장치 20의 인접위치에 배치되고, 도면에는 도시되어 있지 않은 웨이퍼 취급기구등에 의하여 상기 수냉식 챔버 24의 삽입구로부터 삽입되고, 가장하단위치에서 대기하고 있는 스테이지 27상에 예를 들면 SiC 보트(boat)를 통하여 놓여진다. 이 시점에서, 상기 수냉식 챔버 24와 베이스 플레이트 25가 물로서 냉각되어지기 때문에, 상기 웨이퍼는 상기 위치에서 고온으로 가열되지 않는다.

실리콘 웨이퍼가 상기 스테이지 27에 놓여진 후, 상기 스테이지 27는 모터 29에 의해서 상기 로내의 내측으로 상기 지지축 26을 삽입시킴으로서 900℃로부터 실리콘의 용융점까지의 필요한 온도의 위치로 즉각적으로 상승되어 상기 스테이지상의 웨이퍼가 고온의 열처리를 받을 수 있도록 하는 것이다. 이러한 작동에서, 상기 스테이지는 수냉식 챔버 24내의 가장하부의 위치로부터 원하는 온도위치까지 예를 들면, 단지 20초내에 이동하기 때문에, 상기 웨이퍼는 급속하게 가열될 것이다.

다음, 상기 스테이지 27를 사전에 설정된 시간주기동안( 수초 내지 수백초) 필요한 온도로 유지시킴으로서, 상기 웨이퍼는 상기 가열위치에 유지되는 시간동안 고온의 열처리를 받을 수 있는 것이다. 상기 사전에 설정된 시간이 경과하고, 고온의 열처리가 종료된 때, 상기 스테이지 27는 모터 29에 의해서 상기 지지축 26을 상기 로 로부터 인출시킴으로서 즉각적으로 하강되어 상기 수냉식 챔버 24의 하부에 위치된다. 이러한 하강작동은 예를 들면 20초내에 역시 실행되어 질 수 있는 것이다. 상기 수냉식 챔버 24와 베이스 플레이트 25가 물에 의해서 냉각되어지기 때문에, 상기 스테이지 27상의 실리콘 웨이퍼는 급속하게 냉각된다. 최종적으로, 상기 실리콘 웨이퍼는 웨이퍼 취급장치에 의해서 인출되어 열처리를 종료한다. 부가적인 실리콘 웨이퍼가 열처리되어야 하는 경우, 이러한 실리콘 웨이퍼들은 상기 장치내로 연속적으로 삽입되어 열처리될 수 있으며, 이는 상기 열처리장치 20의 온도가 낮아지지 않기 때문이다.

본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것이 아니고, 상기 설명된 실시예들은 단지 예시적인 것뿐이며, 첨부된 클레임에 기재된 것과 거의 동일한 구조를 갖추고, 유사한 기능 및 효과들을 갖는 구조들이 본 발명의 범위내에 포함되는 것이다.

예를 들면, 상기 실시예들이 6인치 직경을 갖는 실리콘 단결정의 성장에 관련하여 설명되었지만, 본 발명은 그것들로서 한정되는 것이 아니고, 질소로 도핑하는 동안 V1 내지 V1 + 0.062 X G의 범위내의 인상속도에서 상기 결정을 인상시킴으로서 8 내지 16인치 혹은 그 이상의 직경을 갖는 실리콘 단결정에도 사용되어 질 수 있는 것이다. 물론, 본 발명은, 실리콘 용액에 수평 자기장, 수직 자기장, 커스피 자기장(cusped magnetic field) 등이 인가되어지는 소위 MCZ 방식에도 적용가능한 것이다.

따라서, 본 발명은 종래의 문제점을 해소할 수 있고, 결정의 전체평면에 걸쳐서 극히 낮은 결함밀도, 특히 아무런 소형 피트들도 없고, 우수한 산화막 내압특성을 가지며, CZ법에 기초하여 높은 생산속도로 그리고 높은 생산성으로서 광범위하고 쉽게 조절가능한 생산조건하에서 대량 생산가능한 실리콘 단결정 웨이퍼와 그 제조방법을 제공할 수 있는 것이다.

Claims (8)

1. 쵸크라스키 방식에 의하여 실리콘 단결정을 성장시킴으로서 실리콘 단결정을 제조하는 방법에 있어서, 상기 결정은 성장도중에 질소로 도프되는 동안 V1 내지 V1 + 0.062 X G 범위의 인상속도[mm/min]에서 인상되고, 여기서 상기 G[K/mm]는 결정성장방향을 따르며, 실리콘의 용융점으로부터 1400℃까지의 온도범위이고, 상기 결정성장을 위하여 사용되어진 장치내에 제공되어지는 평균온도구배( average temperature gradient)를 나타내고, V1[mm/min]은 상기 결정이 점진적으로 그 인상속도를 감소시킴으로서 인상되어지는 때, 상기 결정의 중앙부에서 OSF링이 소멸하는 때의 인상속도를 나타냄을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 도프되는 질소 농도는 1 X 10¹⁴ atoms/cm³ 이상, 고용한계(固溶限界, Solubility limit) 이하임을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 따른 방법에 의해서 제조된 실리콘 단결정으로부터 얻어진 웨이퍼를 열처리하여 상기 웨이퍼의 표면층내의 질소를 외부 방산(out-diffuse)하는 것을 포함하는 실리콘 단결정 웨이퍼의 제조방법.
4. 삭제
5. 제 3항에 있어서, 상기 열처리가 급속 열처리장치에 의해서 이루어짐을 특징으로 하는 실리콘 단결정 웨이퍼의 제조방법.
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제

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