KR100848435B1 - 축방향 길이의 함수로서 용융물-고체 계면 형상을 제어하여 실리콘 결정을 성장시키는 방법 및 장치 - Google Patents

축방향 길이의 함수로서 용융물-고체 계면 형상을 제어하여 실리콘 결정을 성장시키는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 바람직하지 않은 양 또는 크기의 응집 결함이 실질적으로 없는 반도체 등급 단결정을 제조하기 위한 방법 및 시스템을 제공한다. 베이컨시/인터스티셜 (V/I) 계면 시뮬레이터는 다양한 용융물-고체 계면 형상을 분석하여, 다양한 용융물-고체 계면 형상 각각에 대한 대응 V/I 전이 커브를 예측한다. 실질적으로 편평한 V/I 커브에 대응하는 목표 용융물-고체 계면 형상은 결정의 길이에 따른 다수의 축상 위치 각각에 대해 확인된다. 상기 확인된 용융물-고체 계면 형상을 달성하기 위한 목표 작업 파라미터가 용융물-고체 계면 형상 프로파일에 저장된다. 제어 시스템은 저장된 프로파일에 반응하여 하나 이상의 출력 장치를 제어하기 위한 하나 이상의 제어 신호를 발생시켜 용융물-고체 계면 형상이 실질적으로 결정 성장동안 상기 프로파일에 의해 정의된 목표 형상을 따르도록 한다.
잉곳, 용융물-고체 계면 형상, 베이컨시/인터스티셜 계면, 무결함, 제어 시스템

Description

축방향 길이의 함수로서 용융물-고체 계면 형상을 제어하여 실리콘 결정을 성장시키는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR GROWING SILICON CRYSTAL BY CONTROLLING MELT-SOLID INTERFACE SHAPE AS A FUNCTION OF AXIAL LENGTH}
도 1은 결정 성장 장치 및 결정 성장 장치를 제어하기 위한 본 발명의 실시양태에 따른 장치의 예시이다.
도 2는 결정에 대하여 오목한 용융물-고체 계면 형상을 갖는 단일 실리콘 결정(31)을 성장시키는 예를 나타낸다.
도 3A는 본 발명의 실시양태에 따른, 예상되는 V/I 전이를 발생시키기 위한 V/I 시뮬레이터의 모델링 요소를 나타낸다.
도 3B는 도 3A의 V/I 시뮬레이터에 의한 분석을 위하여 여러가지 예시적인 용융 실리콘/실리콘 결정 계면 형상을 나타낸다.
도 3C는 예시적이며 가정적인 용융 실리콘/실리콘 결정 계면 형상을 정의하기 위한 일련의 데이터 포인트들 중의 하나의 데이타 포인트에 해당하는 수직 성분과 수평 성분을 나타낸다.
도 3D는 시뮬레이션된 성장 과정 동안 V/I 전이를 일으키기 위하여 단결정(single crystal) 실리콘 잉곳(31)을 인상시키는 예시적 속도 프로파일을 나타낸다.
도 3E는 가정된 용융물-고체 계면 형상에 상응하여 V/I 시뮬레이터에 의해 생성된 예시적인 V/I 전이 플롯을 나타낸다.
도 4A는 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키기 위한 예시적인 용융물-고체 계면 형상 프로파일에 상응하는 여러가지 용융물-고체 계면 형상을 나타낸다.
도 4B는 여러가지 축방향 위치에서의 용융물 계면 형상을 측정하기 위하여, 침전물 열적 사이클을 겪은 잉곳의 잘려진 수직 단면을 나타낸다.
도 5A는 본 발명의 선호되는 일 실시양태에 따른 결정의 용융물-고체 계면 형상을 제어하기 위한 제어 시스템의 요소들을 나타낸다.
도 5B는 용융물-고체 계면 형상에서의 변화를 하부 히터로부터 또는 하부 단열에서의 변화에 의해 제공되는 도가니 표면 온도의 변화의 함수로서 나타내는 예시적인 그래프이다.
도 5C는 용융물-고체 계면 형상에서의 변화를 마그네트에 의해 적용되는 자기장에서의 변화의 함수로서 나타내는 예시적인 그래프이다.
도 5D는 용융물-고체 계면 형상에서의 변화를 도가니와 결정 사이의 회전 속도 차이의 함수로서 나타내는 예시적인 그래프이다.
도 5E는 증가된 범위(이 증가된 범위에 걸쳐서 계면 형상들이 등-회전(iso-rotation) 공정 동안 제어될 수 있다)를 나타내는 예시적인 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시양태에 따른 초크랄스키(Czochralski) 공정에 따라서 단결정(monocrystalline) 잉곳을 성장시킬 때, 결정 성장 장치와 함께 사용하기 위한, 용융물-고체 계면 형상 프로파일을 정의하기 위한 방법을 나타내는 예시적인 흐름도이다.
도 7은 점결함 시뮬레이터에 의해 생성된 점결함 농도장(concentration field) 및 결정의 측정된 계면 형상을 측정된 계면 형상의 함수로서 나타내는 예시적인 그래프이다.
상응하는 참조 번호는 여러 도면들을 통하여 상응하는 부분을 나타낸다.
본 발명은 일반적으로 전자 부품 등의 제조에 사용될 수 있는 반도체 등급의 단결정 실리콘의 제조에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 선택된 열적 환경에서 용융물-고체 계면의 형상을 제어하여 실리콘 잉곳을 제조하는 방법에 관한 것이다.
단결정 실리콘은 대부분의 반도체 전자 부품의 제조 방법에 있어서 출발 물질이며, 일반적으로 소위 초크랄스키("Cz") 방법에 의해 제조된다. 이 방법에서, 다결정(polycrystalline) 실리콘("polysilicon")을 도가니에 충전하고, 용융시키고, 결정 시드(seed)를 용융 실리콘과 접촉시키고, 서서히 꺼내어서 단결정을 성장시킨다. 용융물로부터 성장한 단결정은 고유 점결함의 한 유형 또는 다른 한 유형인, 결정 격자 베이컨시("V") 또는 실리콘 셀프-인터스티셜("I")의 과다 상태로 성장할 수 있으며, 상기 양 영역을 모두 가지고 있거나 전혀 가지고 있지 않을 수도 있다. 주된 점결함 유형은 고화 단계 근처에서 결정되며, 만약 주된 점결함 농도가 해당 계에서 임계적 과포화 수준에 도달하고, 상기 점결함의 이동성이 충분히 크면, 반응 또는 응집이 일어나기 쉽다고 알려져 왔다. 복잡하고 집적도가 높은 회로의 제조에 있어서 실리콘의 응집된 고유 점결함은 재질의 수율 포텐셜(yield potential)에 심각한 영향을 줄 수 있다.
당업자들은 결정의 인상 속도(pull rate) v와 축방향의 열적 구배 G의 비율에 대해서 잘 알고 있으며, 이는 성장하는 결정에 있어서 발생하기 쉬운 고유 점결함의 유형을 암시한다. 예를 들어, 상기 인상 속도가 높으면, 격자 베이컨시가 주된 점결함이 된다. 역으로, 상기 인상 속도가 낮으면, 실리콘 셀프-인터스티셜이 주된 점결함이 된다. 따라서, v/G가 결정의 반경 및/또는 축방향 길이의 함수로서 변화할 수 있는 동적인 성장 과정 동안, 성장하는 실리콘 결정 내부의 점결함들은 베이컨시가 주된 경우로부터 인터스티셜이 주된 경우로 변화할 수 있으며, 그 역도 가능하다. 나아가, 그러한 변화와 관련하여 확인가능한 베이컨시/셀프-인터스티셜(V/I) 전이가 있다.
본 발명에 따르면, 용융된 실리콘/실리콘 결정(용융물/결정 또는 용융물-고체) 계면의 형상을 긴밀히 제어함으로써 실질적으로 결함이 없는 단일 실리콘 결정을 제조할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 구체적으로, 축방향 길이의 함수로서 목표 용융물-고체 형상 프로파일에 따라 용융물-고체 계면 형상을 제어함으로써 응집된 결함이 실질적으로 없는 영역을 얻을 수 있다. 나아가, V/I 전이 인상 속도 수치를 사용하여 결정되는 완만한 시드 인상 프로파일을 선택함으로써, 실질적으로 모든 결정 몸체 길이에 걸쳐서 완벽한 실리콘 재질을 얻을 수 있다. 목표 계면 형상은 결정 핫 존(hot zone) 설계 및 잉곳의 축방향 길이 상의 위치에 따라 독특하다.
본 발명의 일면에 따르면, 초크랄스키 방법에 따라 단결정 잉곳을 성장시키기 위한 결정 성장 장치와 함께 사용하기 위한 방법이 제공된다. 상기 결정 성장 장치는 반도체 용융물(이로부터 잉곳이 인상됨)을 담고 있는 가열되는 도가니를 포함한다. 잉곳은 용융물로부터 인상되는 시드 결정 상에서 성장한다. 상기 방법은 인상하는 동안 잉곳의 길이의 함수로서 결정 성장 장치의 작업 파라미터에 대한 세트 포인트를 결정하는 단계를 포함한다. 상기 세트 포인트는 용융물에 영향을 주는 작업 조건 및 잉곳의 길이의 함수로서, 인상하는 동안 용융물과 잉곳 사이의 용융물-고체 계면의 원하는 형상을 나타내는 미리 정의된 용융물-고체 계면 형상 프로파일에 의해 특정된다. 이 방법은 또한 상기 용융물로부터 잉곳이 인상되는 동안 용융물-고체 계면의 형상을 제어하기 위하여 결정된 작업 파라미터 세트 포인트에 따라서 결정 성장 장치의 작업 조건을 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 면에 따르면, 용융물-고체 계면 형상 프로파일을 정의하는 방법이 제공된다. 상기 프로파일은 초크랄스키 방법에 따라서 단결정 잉곳을 성장시키기 위한 결정 성장 장치와 함께 사용된다. 상기 결정 성장 장치는 반도체 용융물(이로부터 잉곳이 인상됨)을 담고 있는 가열되는 도가니를 포함한다. 잉곳은 용융물로부터 인상되는 시드 결정 상에서 성장한다. 상기 용융물-고체 계면 형상 프로파일은 인상하는 동안 용융물과 잉곳 사이의 용융물-고체 계면의 원하는 형상을 잉곳의 길이의 함수로서 나타낸다. 상기 방법은 모델 잉곳의 길이 상의 복수개의 축방향 위치들을 선택하는 단계 및 정해진 축방향 위치들 각각에 대하여 복수개의 용융물-고체 계면 형상을 정의하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 각각의 축방향 위치들 및 용융물-고체 계면 형상들에 대한 결정 성장 장치의 핫 존의 열적 모델을 결정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 경사진 인상 속도를 나타내는 속도 프로파일을 정의하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 모델 잉곳의 영역에서 일어나는 1 이상의 점결함들을 나타내는 점결함 모델을 결정하는 단계를 포함한다. 상기 점결함 모델은 특정된 복수개의 축방향 위치들 각각에 대한 복수개의 정의된 용융물-고체 계면 형상들 각각에 대하여 V/I 전이를 확정하기 위한 속도 프로파일 및 열적 모델에 상응하는 것이다. 상기 방법은 복수개의 특정된 축방향 위치들 각각에 대하여 실질적으로 평평한 V/I 전이에 상응하는 목표 용융물-고체 계면 형상을 확정하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 초크랄스키 방법에 따라 단결정 잉곳을 성장시키기 위한 결정 성장 장치와 함께 사용하기 위한 시스템이 제공된다. 상기 결정 성장 장치는 반도체 용융물(이로부터 잉곳이 인상됨)을 담고 있는 가열되는 도가니를 포함한다. 잉곳은 용융물로부터 인상되는 시드 결정 상에서 성장한다. 상기 장치는 미리 정의된 용융물-고체 계면 프로파일을 저장하는 메모리를 포함한다. 상기 용융물-고체 계면 프로파일은 인상하는 동안 용융물과 잉곳 사이의 용융물-고체 계면의 원하는 형상을, 잉곳의 길이 및 용융물에 영향을 미치는 작업 조건의 함수로 나타낸다. 프로세서(processor)는 인상하는 동안 잉곳의 길이의 함수로서 결정 성장 장치의 작업 파라미터에 대한 세트 포인트를 결정하기 위하여 미리 정의된 용융물-고체 계면 프로파일에 반응한다. 제어기는 잉곳을 용융물로부터 인상하는 동안 용융물-고체 계면의 형상을 제어하기 위한 결정된 작업 파라미터 세트 포인트에 따라서, 결정 성장 장치의 작업 조건을 조절하기 위하여 결정된 작업 파라미터 세트 포인트에 반응한다.
다른 방식으로, 본 발명은 여러가지 다른 방법 및 장치를 포함할 수 있다.
이하 다른 특징들은 부분적으로 명백하거나, 부분적으로 지적될 것이다.
<발명의 상세한 기재>
반도체 전자 부품 제조를 위한 대부분의 공정에 사용되는 출발 물질인 단결정 실리콘은, 소위 초크랄스키("Cz")법으로 불리는 방법에 의해 통상 제조된다. 이 방법에서, 다결정 실리콘("폴리실리콘")이 도가니에 채워져 용융되고, 시드 결정이 용융 실리콘에 접촉되어 느린 추출에 의해 단결정이 성장하게 된다. 본원 발명은 장치 제조에 적당한 단결정 잉곳을 제조하는 방법 및 시스템을 제안한다. 몇몇의 실시태양에 있어서, 본원 발명의 방법 및 시스템은 실질적인 부분 또는 전체에 실질적으로 응집된 고유 점결함이 없는 실리콘 단결정 잉곳을 만드는 데 사용될 수 있다. 즉, 실질적인 부분 또는 전체가 약 1x104 결함/cm3 미만, 약 5x103 결함/cm3 미만, 약 1x103 결함/cm3 미만의 결함 밀도를 갖거나, 또는 응집된 고유 점결함이 전혀 검출되지 않는 실리콘 잉곳이다. 다른 실시예에서, 본 발명은 직경이 60nm를 넘는 응집된 결함을 실질적으로 갖지 않는 실리콘 잉곳을 제공할 수 있다. 보다 구체적으로는, 본원 발명은 결정이 한계까지 성장하는 동안 용융 실리콘 및 결정(용융물-고체) 계면의 형상을 제어할 수 있고, 그리고/또는 응집된 고유 점결함의 형성을 억제할 수 있다. 용융물-고체 계면의 형상은 결정에 비해 오목형, 볼록형일 수 있고, 결정에 비해 오목 및 볼록 모두의 형상일 수 있다(예를 들면, "갈매기 날개"형). 용융물-고체 계면의 형상은 결정 성장 중 결함을 제어하는 중요한 파라미터라는 것이 밝혀져 있다.
용융물 고체 계면의 형상은 용융물 대류에 의해 크게 영향받을 수 있다. 대류란 액체 자체의 움직임에 의한 액체의 열 이동 과정을 뜻한다. 일반적으로, 자연 대류와 강제 대류의 두 가지 유형의 대류가 있다. 자연 대류는 예를 들면, 용융물의 움직임이 단지 밀도 구배를 일으키는 히터의 존재에만 기인하는 경우이다. 강제 대류는 용융물의 움직임이 도가니 내의 자기장 등의 외부 제제, 또는 잉곳 및/또는 도가니의 회전 속도 및/또는 방향에 기인하는 경우이다. 따라서, 용융물-고체 계면의 형상은 4개 이상의 작업 파라미터 중 하나 이상에 의해 의해 제어될 수 있는데, 이들은 단독으로, 또는 조합으로 사용되어 용융물-고체 계면 형상의 바람직한 형상을 이루어 낸다. 이러한 파라미터파라미터 낮은 히터 전원의 변화 또는 낮은 절연 수준 또는 효율(예를 들면, 하부 히터 출력의 조정)에 의해 발생하는, 용융물 계면 온도장을 결정하는 열 유동; (2) 자기장 강도; (3) 도가니의 회전; 및 (4) 실리콘 결정의 회전을 포함한다.
예를 들면, 자기장은 실리콘 용융물 등의 전기적 전도성 유체의 유동 패턴에 영향을 줄 수 있기 때문에, 마그네트(예를 들면, 쿠스프 유형, 수직 유형 및 수평 유형)가 용융물 대류에 영향을 주기 위해 사용될 수 있으며, 용융물의 온도 분배를 변화시켜, 차례대로, 용융물-고체 계면 형상에 영향을 줄 수 있다. 마찬가지로, 도가니 및 결정 회전은 유동 패턴에 영향을 주고, 따라서 용융물-고체 계면 형상에 영향을 미치는 용융물 내의 온도 분포에 영향을 미친다. 통상적으로, 실리콘 단결정을 성장시킬 때 도가니 및 결정은 다른 방향으로 회전한다. 이러한 과정은 본원에서 반대-회전으로 언급된다. 반대 회전 과정에서의 도가니의 회전 속도와 결정 회전 속도의 차이의 제어가 용융물-고체 계면의 형상에 영향을 주기 위해 사용될 수 있음에도 불구하고, 소위 등-회전 과정이 용융물-고체 계면 형상의 더 큰 제어를 위해 제공됨이 발명자들에 의해 알려졌다. 등-회전 과정에 있어, 도가니 및 결정(즉, 시드)은 같은 방향으로 회전하며, 도가니의 회전 속도와 결정 회전 속도의 차이는 용융물-고체 계면의 형상에 영향을 주기 위해 사용될 수 있다.
용융물로부터 성장되는 실리콘 결정은 두 가지 고유 점결함의 유형인, 결정 격자 베이컨시("V") 또는 실리콘 셀프-인터스티셜("I") 중 하나의 과잉을 수반하여 성장할 수 있고, 둘 다를 갖거나 둘 다를 갖지 않은 영역을 가질 수도 있다. 본원 발명의 하나 이상의 실시태양에 따르면, 결정/용융물 계면 형상은 결정 성장 중 제어되어, 용융물-고체 계면으로부터 수 도 또는 수십 도의 고형화 전면 및 점결함의 확산로에서의 점결함의 초기 분포를 제어할 수 있다. 지배적인 점결함 유형은 고형점 근처에서 결정되고, 만일 지배-점결함 농도가 시스템 내의 임계 과포화 수준에 도달하고 점결함의 유동성이 충분이 높다면, 반응, 또는 응집화 현상이 일어나는 경향이 있다는 것이 알려져 있다. 실리콘 내의 응집된 고유 점결함은 복잡하고 고도로 집적된 회로의 제조에 있어서의 재료의 수율에 중대한 영향을 끼칠 수 있다. 용융물-고체 계면의 형상 제어에 의해, 응집 반응은 크게 감소하고 거의 배제되어, 실질적으로 응집된 고유 점결함이 없는 실리콘을 제조할 수 있다.
당업자는 결정 성장에 있어 나타나는 경향이 있는 고유 점결함의 유형을 암시하는, 결정의 인상 속도 v와 축방향 열적 구배 G의 비율을 잘 알고 있다. 예를 들면, 인상 속도가 높은 경우 격자 베이컨시가 지배적인 점결함이다. 이와는 달리, 인상 속도가 낮다면 실리콘 셀프-인터스티셜이 지배적인 점결함이다. 그러므로, 동적 성장 과정(즉, v/G가 결정의 반지름 및/또는 축방향 길이의 함수로 변화될 수 있음)에서, 성장하는 실리콘 결정 내의 점결함은 베이컨시 지배형으로부터 인터스티셜 지배형으로, 또는 그 반대로 변화할 수 있다. 게다가, 식별 가능한 베이컨시/셀프-인터스티셜(V/I) 전이가 이러한 변화와 연관되어 있다. 결함이 없는 부분이 응집된 베이컨시 결함 및 응집된 인터스티셜 유형 결함 사이에 존재한다는 것이 밝혀졌다. 특히, V/I 전이는 이 결함이 없는 영역에서 일어난다. 즉, 이 결함 없는 영역은 과잉 베이컨시 지배 영역으로부터 과잉 인터스티셜 지배 영역으로의 전이 영역에 해당한다. 결함 없는 영역은 베이컨시 지배 및/또는 인터스티셜 지배적인 재료일 수 있다. 결함 없는 영역은 임의의 결함을 형성하는 임계 과잉 점결함을 가지고 있지 않으며, 일반적으로 V/I 전이를 포함한다.
이에 더하여, 확인된 V/I 전이가 바람직한 형상, 또는 프로파일을 갖는 경우, 이 전이에 있어서 결정은 실질적으로 응집된 결함이 없다는 것이 알려졌다. 예를 들면, 동적 성장 시뮬레이션 하에서 인상 축에 수직인 실질적으로 평탄한 V/I 전이는 실질적으로 응집된 결함이 없는 결정의 부분에 해당한다.
본원 발명에 의하면, 주어진 핫 존에 대한 목표 계면 형상을 결정하기 위해 결정의 길이를 따라 다양한 위치에서, 목표 계면 형상이 특정한 핫 존에 대해 결정된다. 단지 이러한 결함이 형성되는 속도를 제한하거나, 형성된 후의 결함의 일부를 제거하려고 시도하는 것 보다는, 응집된 결함을 생성하는 응집 반응을 억제하거나 또는 제어함으로써 응집 반응을 억제 또는 제어하도록 작용하는 방법은 바람직하지 않은 양 또는 크기의 응집된 고유 점결함이 실질적으로 없는 실리콘 기판을 제공한다. 이러한 방법은 또한 웨이퍼 당 수득되는 집적 회로의 수에 대해서, 에피택셜 과정과 연관된 고비용이 드는 일 없이, 에피-유사 수율 가능성을 갖는 단결정 웨이퍼를 제공한다.
본 발명의 하나의 실시태양에 따르면, 용융물-고체 계면 형상은 높이 편차 비율(HDR, height deviation ratio)의 일정 범위 또는 퍼센트 내에서 제어된다. 예를 들면, 용융된 실리콘은 200mm 결정에 대해 결정 중심 및 엣지 사이의 높이 편차 비율(HDR)이 약 ±11%, 바람직하게는 약 ±9%, 더욱 바람직하게는 약 ±7%, 가장 바람직하게는 약 ±5%가 되도록 제어된다. 높이 편차 비율은 다음의 방정식으로부터 결정된다:
HDR=[Hc-He]/반지름 x 100
여기서 Hc는 용융물 표면으로부터의 결정 중심의 높이이고, He는 용융물 표면으로부터의 결정 엣지의 높이이다. 200mm와 다른 직경을 갖는 결정에 대해서는, 최대 높이 편차 비율은 결정 반경에 대해 -0.06의 기울기로 점진적으로 감소한다.
또 다른 실시태양에 있어서, 수용 가능한 범위 또는 구동 윈도우는 첨부 A에 서 기술되는 대로 결정된다.
도 1을 참조할 때, 일반적으로 11로 표시되는 시스템은, 일반적으로 13으로 표시되는 초크랄스키 결정 성장 장치와 함께 사용되도록 도시된다. 일반적으로, 결정 성장 장치(13)는 도가니(19)를 포함하는 진공 챔버(15)를 포함한다. 저항 히터(21) 등의 가열 수단이 도가니(19)를 둘러싼다. 하나의 실시태양에 있어서, 절연체(23)은 진공 챔버(15)의 내벽에 정렬하고, 물이 채워진 챔버 냉각 자켓(도시되지 않음)이 그것을 둘러싼다. 진공 펌프(도시되지 않음)는 아르곤 비활성 기체 분위기가 채워질 때 일반적으로 진공 챔버(15) 내로부터 기체를 제거한다. 초크랄스키 단결정 성장 과정에 따르면, 다결정 실리콘, 또는 폴리실리콘의 일정량이 도가니(19)에 채워진다. 히터 파워 서플라이(27)는 저항 히터(21)를 통해 전류를 제공하여 충전물을 용융하여 실리콘 용융물(29)를 형성하고, 이로부터 단결정(31)이 인상된다. 일반적으로, 광전지 또는 온도계 등의 온도 감지기(33)이 사용되어 용융물 표면 온도를 측정한다. 단결정(31)은 인상 샤프트 또는 케이블(37)에 붙어 있는 시드 결정(35)으로부터 시작한다. 도 1에 도시되는 대로, 단결정(31)과 도가니(19)는 일반적으로 공통 대칭축(39)를 갖는다. 케이블(37)의 일단은 풀리(도시되지 않음)를 통해 드럼(도시되지 않음)과 연결되며, 다른쪽 끝은 시드 결정(35) 및 시드 결정으로부터 성장하는 결정(31)을 지지하는 처크(도시되지 않음)와 연결된다.
가열 및 결정 인상 동안에, 도가니 구동 유닛(즉, 모터)(45)가 도가니(19)를 회전시킨다(예를 들어 시계방향으로). 또한, 도가니 구동 유닛(45)은 성장 과정 동안에 원하는 대로 도가니(19)를 상승 및/또는 하강시킨다. 예를 들어, 도가니 구동 유닛(45)이 도가니(19)를 상승시키고, 용융물(29)이 비워져 참고번호(47)로 표시된 바람직한 높이로 그 수준을 유지한다. 이와 유사하게 결정 구동 유닛(49)은 도가니 구동 유닛(45)이 도가니(19)를 회전하는 반대 방향으로 (예를 들어 반시계 방향으로), 또는 도가니가 움직이는 같은 방향으로 (즉, 등 방향으로) 케이블(37)을 회전시킨다. 등 방향을 사용하는 태양에서는, 결정 구동 유닛(49)은 도가니 구동 유닛(45)이 도가니(19)를 구동하는 같은 방향으로(즉, 시계방향으로) 케이블(37)을 회전시킬 수 있다. 또한, 결정 구동 유닛(49)은 성장 과정 중에 원하는 바에 따라 용융물 레벨(47)에 대하여 결정(31)을 상승 및 하강시킨다.
일 실시태양에서, 결정 성장 장치(13)는 도가니(19)에 포함된 용융물(29)의 용융 실리콘과 거의 접촉하게 시드 결정(35)을 낮춤으로써 시드 결정(35)을 사전가열(preheat)시킨다. 사전가열후, 결정 구동 유닛(49)은 케이블(37)을 통해 용융 레벨(47)에서 용융물(29)과 접촉하도록 시드 결정(35)을 계속 낮춘다. 시드 결정(35)이 용융됨에 따라, 결정 구동 유닛(49)을 용융물(29)로부터 천천히 후퇴시키거나 인상한다. 시드 결정(35)이 후퇴함에 따라, 시드 결정(35)은 실리콘을 용융물(29)로부터 끌어당겨 실리콘 단결정(31)이 생성된다. 결정 구동 유닛(49)은 용융물(29)로부터 결정(31)을 인상할 때 기준 속도로 결정(31)을 회전시킨다. 이와 유사하게, 도가니 구동 유닛(45)은 결정(31)에 대하여 반대 방향(반시계 회전) 또는 같은 방향 회전(등 방향 회전)으로 다른 기준 속도로 도가니(19)를 회전한다. 도 1의 제어 유닛(51)은 처음에 후퇴속도(withdrawl rate), 및 결정(31)의 아래 방향으로 넥이 생성되도록 파워 서플라이(27)가 히터(21)에 제공하는 전원을 제어한다. 통상적으로, 결정 성장 장치(13)는 시드 결정(35)이 용융물(29)로부터 인상됨에 따라 실질적으로 일정한 직경으로 결정 넥을 성장시킨다. 예를 들어 제어 유닛(51)은 실질적으로 일정한 넥 직경을 원하는 본체(body) 직경의 약 5 %로 유지시킨다. 넥이 원하는 길이에 도달한 후, 제어 유닛(51)이 회전, 인상 속도, 및/또는 가열 파라미터를 조절하여, 원하는 결정 본체 직경에 도달할 때까지 결정(31)의 직경을 원뿔형으로 증가하도록 한다. 예를 들어, 제어 유닛(51)은 인상 속도를 감소시켜 결정의 테이퍼(taper)로 보통 언급되는 외향의 나팔형 영역(flaring region)을 생성한다. 원하는 결정 직경에 도달하면, 제어 유닛(51)은 성장 파라미터를 제어하여, 상기 과정이 끝에 가까워질 때까지 상기 장치에 의해 측정된 상대적으로 일정한 직경을 유지한다. 그 시점에서, 직경을 감소시키기 위해 인상 속도 및 가열을 증가시켜 단결정(31)의 엣지에서 테이핑된 부분을 형성한다. 제어 유닛(51)을 추가로 구성하여 용융물-고체 계면의 형상에 영향을 주는 공정 파라미터를 제어하여 결정 길이의 함수로서 목표 용융물-고체 프로파일을 얻는다. 목표 용융물-고체 형상 프로파일에 따라 용융물-고체 계면 형상을 축방향 길이의 함수로서 제어함으로써, 바람직하지 않는 양 또는 크기의 응집된 결함이 실질적으로 없는 영역을 결정 내에 형성시킬 수 있다. 나아가, V/I 전이 인상 속도 값을 사용하여 측정한, 완만한 시드 인상 프로파일을 선택함으로써, 실질적으로 모든 결정 본체 길이에 걸쳐 완전한 실리콘 물질을 제조할 수 있다.
도 2는, 반지름 R 및 결정(31)에 대하여 오목한 용융물-고체 계면(202) 및 용융된 실리콘 용융물(204)을 갖는 단일 실리콘 결정(31)을 성장시키는 것이 도시되어 있다. 성장하는 결정(31)은 용융물 표면 Hc로부터의 중심에 일정 높이를 갖고, 엣지에서부터 용융물 표면 He까지 일정 높이를 갖는다. 결정이 성장하고 용융물 표면으로부터 인상됨에 따라, 결정(31)은 실질적으로 실제 용융물 표면으로부터 조금 멀어지게 인상되는데, 이로 인하여 성장 결정(31)의 엣지가 용융물 내에 용융된 실리콘의 수준보다 약간 위쪽에 있게 되므로, He는 통상적으로 0이 아니다. 용융된 실리콘/실리콘 결정 계면(202)이 오목 형상을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 본체 성장 동안에 계면(202)의 형상이 예를 들어 오목에서 볼록모양으로, 볼록에서 오목으로, 또는 오목에서 편평하게 다시 볼록 등으로 변할 수 있다. 또한 유의해야 할 점은, 볼록 및 오목이라는 용어는 결정의 엣지에서 용융물-고체 계면에 상대적으로 결정의 축에서 용융물-고체 계면의 위치와 관련되어 있다는 점이다. 이 점에서, 용융물 고체 계면 형상은 반경부에 대하여 결정에 오목일 수 있고, 반경의 다른 부분에 대하여 결정에 대하여 볼록이 되어, 앞서 설명하였듯이 "기러기 날개"형이 될 수 있다. 이러한 경우에서, "기러기 날개" 형상은 결정의 축에서 용융물-고체 계면이 결정의 엣지에서 용융물-고체 계면보다 높은 곳에서 있을 때 결정에 대하여 오목이라 말하고, 결정의 축에서의 용융물-고체 계면이 결정의 엣지에서 용융물-고체 계면보다 낮은 곳에 있을 때 볼록하다고 말한다. 도 3A를 참조하면, V/I 시뮬레이터(simulator)의 모델링 구성요소(300)가 도시되어 있다. V/I 시뮬레이터는 특수 위치와 관련된 주어진 용융물-고체 계면 형상의 함수로서 성장 결정에서의 특수 위치에서 일어나는, 예상되는 V/I 전이를 생성하는 데에 사용된다. 본 발명의 태양에 따라서, 다양한 용융된 실리콘/실리콘 결정 계면 형상(302)을 취하고(도 3B 참조), 각각 취해진 형상(302)은 V/I 시뮬레이터(300)에 의하여 분석되어, 시뮬레이션된 잉곳 전이가 베이컨시 지배형에서 인터스티셜 지배형이 되도록 성장 파라미터가 선택되는 경우, 실질적으로 편평한 V/I 전이를 만드는 목표 용융물-고체 계면 형상을 확인한다. 앞서 설명한 바와 같이, 실질적으로 편평한 V/I 전이부는 바람직하지 않은 양 또는 크기의 응집된 결함이 실질적으로 없는 결정 영역에 상응한다는 사실이 밝혀져 있다. 각각의 용융된 실리콘/실리콘 결정 형상이 예를 들어 각각이 수평 성분 x 및 수직 성분 y를 갖는 일련의 데이타 포인트에 의해 표시된다. 도 3C를 간단히 참조하면, 수평 성분 x는 도면 부호(303)로 표시된, 공통 대칭축(39)과 동일 지점 P1 사이의 수평 거리를 나타낸다. 수직성분 y는 도면 부호(305)로 표시된, 임의의 용융된 실리콘/실리콘 결정 계면 형상(302)과, 결정(31)의 길이를 따른 수직 위치(이는 주변 엣지에서의 계면과 상응함)에서 공통 대칭축에 수직인 반경 방향 축(304) 사이의 수직 거리를 나타낸다(예를 들어 100mm, 200mm, 300mm 등). 임의의 특정한 계면 형상(302)와 관련된 일련의 데이타 포인트들이 열적 모델(308)에 의해 계산된 표면 온도와 함께 결함 모델 또는 결함 시뮬레이터에 입력되어, 상응하는 온도 구배 G(온도 필드)를 생성하는데, 시뮬레이션된 잉곳이 베이컨시 지배형에서 인터스티셜 지배형으로 전이되도록 성장 파라미터가 선택된다. 열적 모델(308)은 예를 들어, 캘리포니아 산타 아나 소재의 MSC 소프트웨어 코퍼레이션에서 구입가능한 MSC.MARCTM과 같은 상용 소프트웨어에 기초한 유한 요소(finite element)이고, 버트시(Vertsi)에 의해 공개된 방법에서 복사열 운반을 포함하도록 변형된다.
일 태양에 있어서, 결함 모델(310)은 열적 모델(308)과 연결된 동적 결함 모델러이고, 소정의 인상 속도 프로파일(320)에 따라서 용융된 실리콘(31)로부터 인상되는 잉곳에 대한 점결함 프로파일을 생성한다. 결함 모델(310)은 점결함 모델러 또는 응집된 점결함 모델러 중 어느 한가지일 수 있다. 상업적으로 구입가능한 점결함 모델의 한가지는 독일 에르랑겐에 위치한 Fraunhofer Institute for Integrated Circuits에서 입수가능한 CrysVUn 소프트웨어 팩키지 내에 포함된다. 이 경우, 소정의 인상 속도는 잉곳을 베이컨시 지배형에서 인터스티셜 지배형으로 전이하도록 강제하는 경사 인상 속도(ramped pull rate)를 나타내고, 따라서 V/I 전이 프로파일을 생성한다(즉 점결함 프로파일).
도 3D을 간단히 참조하면, 시뮬레이션되는 성장 동안, V/I 전이를 야기하는 예시적인 속도 프로파일(320)이 도시되어 있다. 확인할 수 있는 바와 같이, 결정 인상 속도는 경사지게 올라가다 내려가서 성장된 결정 내의 인터스티셜과 관련된 결함과 베이컨시에 관련된 결함 모두를 드러낸다. 도 3E를 간단히 참조하면, 임의의 용융물-고체 계면 형상(302)에 응답하여 V/I 시뮬레이터(300)에 의해 생성되는 예시적인 V/I 전이 플롯(322)이 도시되어 있다. V/I 전이 플롯(322)은 도면 부호 (324)에서 나타내는 바와 같이, 결정을 따라 다양한 축방향 위치에서 예상되는 V/I 전이 프로파일을 보여준다. 앞서 언급한 바와 같이, 실질적으로 편평한 V/I 전이 프로파일은 목표 용융물-고체 계면 형상, 및 시뮬레이션되는 축방향 위치에서 결정 인상기 내에서 상대적으로 크거나 그렇지 않으면 바람직하지 않는 응집된 결함이 실질적으로 없는 실리콘을 제조할 수 있는 목표 인상 속도를 나타낸다. 이와 대조적으로, 실질적으로 편평하지 않은 V/I 전이는 선택된 축방향 위치에서 잉곳의 부분 또는 전체에서 응집된 고유 마이크로 결함(예를 들어 점결함)을 형성하는 결과를 더 초래할 것 같은 용융물-고체 계면 형상의 표시이다. 따라서, V/I 시뮬레이터(300)를 사용하여 목표 용융물-고체 계면 형상 및 다수의 축방향 위치의 각각에서 실질적으로 편평한 V/I 전이를 생성하는 목표 인상 속도를 확인함으로써, 목표 용융물-고체 계면 형상 프로파일 및 목표 인상 속도 프로파일을 정의할 수 있고, 다음으로 공정 파라미터를 추정하여 기억 저장할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 목표 용융물-고체 계면 형상 프로파일 및 목표 인상 속도 프로파일을 축방향 위치의 2군데 이상에 대하여 측정할 수 있다. 다른 실시예에서, 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 목표 용융물-고체 계면 형상 프로파일 및 목표 인상 속도 프로파일을 축방향 위치 4군데 이상, 8군데 이상 심지어는 12군데 이상 또는 더 이상에서 측정할 수 있다.
다른 실시예에서, 결함 모델은 메사추세츠 캠브리지 소재의 연구소 "the Massachusetts Institute of Technology"에서 개발되고 문헌 ["Modeling the Linkages between Heat Transfer and Microdefect Formation in Crystal Growth: Examples of Czochralski Growth of Silicon and Vertical Bridgman Growth of Bismuth Germanate,"T. Mori , Ph. D. Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 2000]에서 기술되어 있는 정적 응집 결함 모델이다.
정적 응집 결함 모델의 경우에서, 인상 속도 및 용융물-고체 계면 형상을 V/I 시뮬레이터로 분석하여 다양한 축방향 위치에서 목표 인상 속도 및 목표 용융물-고체 계면 형상을 확인할 수 있다.
더욱이, 정해진 프로파일에 따라서 결정(31)을 성장시키거나, 조정 인자(330)을 결정하기 위하여 실제 성장 과정(328)에서 성장한 성장 결정(31)에서 시뮬레이션된 V/I 전이를 실제 V/I 전이와 비교함으로써 V/I 시뮬레이터(300)를 미세하게 조정할 수 있다. 예를 들어, 실제 성장 과정 중에 실제 작업 파라미터를 로깅(logging)하고, 성장 결정 중의 실제 V/I 전이를 측정함으로써, 예측되는 V/I 전이의 정확성을 개선하기 위하여 모델을 미세하게 조정할 수 있다. 일 실시예에서, 구리 데코레이션(copper decoration) 및 세코 (secco) 에칭 과정을 사용하여 실제 V/I 전이 결정을 나타낸다. 더욱이, 전체-폭의 얇은 샘플을 축상 절단하고, 이러한 샘플의 산소를 전부 침전시키고, 디누드 구역(denuded zone)을 제거하기 위하여 에칭하고, 성장 고체-액체 계면에서 침전 변화를 나타내도록 데코레이션 에칭하여 시험 결정으로부터 실제 계면 형상을 측정할 수 있다. 미세결함의 금속성 열적 침전물 및 후속의 데코레이션 에칭 방법을 사용하여 성장 결정에서 확인되는 실제 전이 시드 리프트(seed lift) 값에 기초하여, 그후 소프트 시드 리프트 프로파일을 결정체 길이의 대부분에 걸쳐서 완벽한 실리콘 생산을 얻도록 한정하였다.
도 4A에서, 예를 들어 원치 않는 큰 응집된 결함이 실질적으로 없는 단결정 실리콘 잉곳(31)을 성장시키기 위한 예시적인 용융물-고체 계면 형상 프로파일에 상응하는 각종 용융물-고체 계면 형상이 도시되어 있다. 프로파일은 결정(31)의 길이를 따라서 다수의 축상 위치 각각에 대한 특정한 목표 용융물-고체 계면 형상을 한정한다. 이 경우에, 용융물-고체 계면 형상 프로파일은 결정의 길이를 따라서 200 mm 간격(즉, 200 mm, 400 mm, 600 mm 등)에서 결정의 목표 용융물-고체 계면 형상을 한정한다. 예를 들어, 시드 말단으로부터 800 mm에 위치한 축상 위치의 목표 용융 실리콘/실리콘 결정 계면 형상은 선(402)으로 도시하고, 상응하는 용융 수준을 선(404)으로 표시하였다. 그중에서도, 프로파일의 각각의 형상은 도 3B에서 앞서 기재한 바와 같이 일련의 데이타 포인트로 나타내었다. 실제 용융물-고체 계면은 후 결정 성장을 결정한다. 예를 들어, 잉곳의 수직 부분(406)을 절단하고 침전 열 사이클(precipitation thermal cycle)을 거친다(도 4B 참조). 그후 부분(405)을 수명 지도를 사용하여 영상화한다. 도 4B에서 예시한 바와 같이, 도면 부호(408)로 표시되는 바와 같이, 이 영상은 계면 형상을 장식한다. 그 후, 계면을 측정하고, 기준 프로파일(즉, 용융물-고체 계면 형상 프로파일)과 비교한다.
이어서 도 5A에서, 본 발명의 바람직한 실시태양에 다른 결정의 용융물-고체 계면 형상을 제어하는 시스템의 구성 요소(11)가 도시된다. 중앙 처리 장치(CPU)(71) 및 메모리(73)을 갖는 프로그램형 논리 제어기(PLC)(69)는 용융물-고체 계면 형상을 제어하기 위한 도가니 구동 유닛(45), 바닥 히터 서플라이(82), 결정 구동 유닛(49) 및 마그네트 파워 서플라이(85)와 같은 출력 장치에 연결된다. 이 실시태양에서, 메모리(73)는 용융물-고체 계면 형상 프로파일(302)에 의하여 한정되는 특정 축상 위치에서 목표 용융물-고체 계면 형상을 얻기 위하여 요구되는 목표 작업 파라미터를 저장한다. 예를 들어, 메모리는 목표 인상 속도, 목표 용융 온도, 목표 자기장, 잉곳의 목표 회전 속도, 잉곳의 목표 회전 방향, 도가니의 목표 회전 속도 및/또는 도가니의 회전 방향을 포함한다. CPU(71) 및 PLC(69)는 용융물의 목표 온도 영역, 도가니 내부의 자기장, 잉곳의 회전 속도, 잉곳의 회전 방향, 도가니의 회전 속도, 및/또는 도가니의 회전 방향을 설정하기 위한 열 흐름과 같은 결정 성장 장치(13)의 작동 조건을 조절하기 위하여 저장되는 목표 파라미터에 반응한다. 결정의 길이에 따른 각종 축상 위치에서 원하는 형상을 얻기 위하여 1종 이상의 출력 장치에 공급하는 파워를 조절하여 상기 작동 조건을 제어한다. 예를 들어, CPU(71)는 예를 들어 결정 성장 장치의 센서(도시하지 않음)로부터의 잉곳의 현재 길이를 결정하고, 이로써 현재의 축상 위치를 결정한다. CPU(71)는 결정에 따른 현재 위치(예를 들어, 100 mm)에 상응하는 제1 목표 형상 (예를 들어, 높이비), 및 작업 파라미터 세트 포인트의 한 세트를 결정하는 결정에 따른 다음의 위치(예를 들어, 200 mm)에 상응하는 제2 목표 형상을 설정할 공정 파라미터 사이의 차이를 계산한다. 작업 파라미터 세트 포인트들은 예를 들어, 히터 파워 서플라이(82)를 위한 히터 파워 세트 포인트, 마그네트 파워 서플라이(85)를 위한 마그네트 파워 세트 포인트, 도가니 구동 유닛(45)를 위한 도가니 회전 속도 세트 포인트, 및 결정 구동 유닛(49)을 위한 결정 회전 속도 세트 포인트를 포함할 수 있다. PLC(69)는 결정 성장 장치의 하나 이상의 작동 조건에 영향을 주는 하나 이상의 출력 장치를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 작업 파라미터 세트 포인트에 반응한다.
일 실시태양에서, CPU(71)은 원하는 용융물-고체 계면 형상 프로파일(302) 및 원하는 히터 파워 세트 포인트 또는 프로파일의 저장에 의한 측정된 길이에 반응한다. PLC(69)는 히터 파워 서플라이(82)로 공급하기 위한 히터 제어 신호(90)을 생성하기 위한 히터 파워 세트 포인트에 반응한다. 히터 파워 서플라이(82)는 용융물의 온도를 제어하기 위한 도가니(19) 주위의 바닥 히터(56)(예를 들어, 저항 히터(21))로 공급하는 전류를 조절하기 위한 히터 제어 신호(90)에 반응한다. 더욱 상세하게는, 히터 제어 신호(90)는 용융물의 온도 및 도가니 벽의 온도 프로파일을 제어하기 위한 바닥 히터(56)에 공급되는 파워를 조절하고, 이로써 용융물-고체 계면 형상을 제어한다. 계면의 높이는 바닥 히터(56)로부터의 열 흐름에 따라서 증가한다고 밝혀져 있다. 결과적으로, 502로 표시되는 계면 높이의 중심 높이의 원하는 변화는, 높이의 원하는 변화를 야기하는 양만큼 바닥 히터(56)로 공급되는 파워를 증가시켜서 얻을 수 있다. 예를 들어, 10 킬로와트로 바닥 히터로의 파워를 증가시키면, 선택되는 핫 존 배위에서, 28" 도가니의 대략 6 mm 계면 형상의 높이가 증가된다(도 5B 참조). 환언하면, 바닥 히터 온도가 높으면 계면 형상의 높이가 증가된다. 작동 범위는 원하는 계면 형상 및 다른 품질 파라미터, 예를 들어 산소 농도의 조건에 의하여 제어된다. 히터 파워의 변화에 대한 계면 높이의 측정되는 수득량은 GBH = 0.6 mm/kW이다. 이중에서도, 핫 존의 하부 또는 측면 절연의 변화는 원하는 온도 조건을 얻을 수 있게 하고, 이로써 용융물-고체 계면 형상에 영향을 준다. 일 실시태양에서, 결정 성장 장치는 1차 히터 및 2차 히터를 포함한다. 1차 히터는 예를 들어 측면 히터(도시하지 않음)이고, 직경 제어 기능을 제공한다. 2차 히터는 예를 들어 바닥 히터(56)이고, 용융물 구배 및 계면 형상 제어를 제공한다. 즉, 2차 히터는 용융물-고체 계면의 형상을 제어하기 위한 용융물의 온도 구배를 변화시키는 히터 파워 세트 포인트에 따라서 제어된다.
다른 실시태양에서, CPU(71)은 원하는 용융물-고체 계면 형상 프로파일(302) 및 설정된 마그네트 파워 세트 포인트의 저장에 의해 결정된 길이에 반응한다. PLC(69)는 마그네트 파워 서플라이(85)에 공급하기 위한 마그네트 제어 신호(92)를 생성하기 위한 마그네트 파워 세트 포인트에 반응한다. 마그네트 파워 서플라이(85)는 용융물(29)에 인가할 자기장을 제어하기 위한 도가니(19) 주위의 마그네트(57)의 코일에 공급하는 전류를 제어하기 위한 마그네트 제어 신호에 반응한다. 특히, 자기장의 인가는 산소 농도에 따른 용융물-고체 계면 형상을 제어하는 수단을 제공한다. 자기장 강도가 감소하면 용융물-고체 계면 높이가 증가한다고 밝혀졌다. 결과적으로, 자기장의 목표하는 변화를 야기하는 양만큼 마그네트로 공급되는 파워를 증가 또는 감소시켜서 계면의 중심 높이(502)의 원하는 변화를 얻을 수 있다. 예를 들어, 전류를 감소시켜서 자기장 15%를 감소시킴으로써 마그네트로의 파워를 감소시켜, 대략 2.5 mm의 계면 형상의 중심 높이(502)를 증가시킨다 (도 5C 참조). 그러므로, 필드 강도의 변화에 대한 계면 높이의 측정된 수득량은 GB = -0.167 mm/%이다. 마그네트 강도는 특정 핫 존 공정에 대한 필드 강도의 상대 단위로 정의된다. 이 경우, 100 % cusp 자기장의 값은 용융물의 상단 중심에서 0 축상 필드인, 200 mm 깊이 용융물의 바닥 중심에서 1000G 축상 필드에 상응한다. 최대 전류는 코일당 750 Amp이다.
일 실시태양에서, CPU는 결정된 도가니 회전 속도 세트 포인트 및 결정 회전 속도 세트 포인트의 저장에 의해 결정된 길이 및 원하는 용융물-고체 계면 형상 프로파일(302)에 반응한다. PLC(69)는 도가니 구동 유닛(45) 및 결정 구동 유닛(49) 각각에 공급하기 위한 도가니 회전 제어 신호(94) 및 결정 회전 제어 신호(94)를 생성하기 위해 선택된 결정 길이에서의 목표 값에 기초하여 중간 도가니 회전 속도 세트 포인트 및 결정 회전 속도 세트 포인트를 선형으로 계산하는데 반응한다. 결과적으로, 도가니(19) 및 결정(31) 사이의 상대 회전 속도 또는 델타 속도를 계면 형상을 제어하기 위하여 제어한다. 상대 회전 속도는 절대 결정 회전 속도 및 절대 도가니 회전 속도 사이의 절대 차이(즉, ∥시드 회전|-도가니 회전|)를 지칭한다. 델타 회전이 증가하면 계면 높이가 증가하며, 델타 회전이 감소하면 계면 높이(502)가 감소한다고 발견되었다. 결과적으로, 계면 높이의 중심 높이의 원하는 변화는 결정과 도가니 사이의 회전 속도 차이를 제어하여 얻을 수 있다. 예를 들어, 분당 2 회전에 의한 회전 속도 차이를 증가시켜 대략 4.5 mm 계면 형상의 중심 높이(502)를 증가시킨다(도 5D 참조). 변화의 강도는 결정과 도가니의 절대 회전 속도의 함수이다. 델타 회전의 변화에 대한 계면 높이의 측정된 수득치는 GRot = 2.25 mm/rpm이다. 이 예에서, 도가니(19) 및 결정(31) 둘다 동일한 방향으로 등 회전(iso rotation)한다.
또다른 실시태양에서, 도가니(19)가 한 방향으로 회전하고, 결정(31)이 동일한 방향으로 회전하여 용융물-고체 계면 형상이 제어될 수 있는 범위를 향상시킬 수 있다. 도 5E는 각각 화살표 (510), (512)로 나타낸 역방향 회전 및 등방향 회전 동안 용융물-고체 계면 형상이 제어될 수 있는 예시적인 범위를 나타낸다. 상기에 기술한 바와 같이, 용융물-고체 계면 형상을 제어하기 위한 주요 파라미터는 도가니(19) 내에서 용융된 실리콘 용융물(29)의 대류 경로이다. 대류 경로는 도가니 및 결정의 회전으로 인하여 강제된 대류에 의해 발생된다. 게다가, 다양한 공정 조건과 결합된 등방향 회전의 효과는 용융물-고체 계면 작업 범위에서의 증대를 제공하는 것으로 나타났다. 즉, 계면 형상이 될 수 있는 범위가 급격하게 증대된다. 계면 형상 및 높이에서의 절대적인 변화는 핫 존, 공정 파라미터 및 결정의 축상 위치의 함수이다. 계면 높이는 결정의 엣지 및 결정의 중심 사이의 수직 거리로서 정의된다. 실험용 핫 존에서는, 계면 높이가 제어될 수 있는 범위는 5.5 mm 내지 25.25 mm로 356%까지 증대되었다. 따라서, 등방향 회전으로의 변화는 계면에서의 축상 경사를 증대시키거나 또는 감소시키는 향상된 동적 범위를 제공한다.
본 발명은 다양한 파라미터들을 개별적으로 제어하는 것과 관련하여 상기에서 기술되었지만, 본 발명은 2 이상의 파라미터들을 제어하여 바람직한 용융물-고체 계면 형상을 달성하는 것을 포함한다.
도 3A와 관련하여 상기에서 기술한 바와 같이, V/I 시뮬레이터(300)는 정해진 프로파일에 따라 결정(31)을 성장시키고, 성장된 결정(31)에서의 시뮬레이션된 V/I 전이와 실제 V/I 전이를 비교하여 미세 조정될 수 있다. 즉, V/I 시뮬레이터 및 시스템 (11)의 제어 요소(즉, PLC(69), CPU(71), 메모리(73))를 병용하여 개방 루프 제어 시스템을 제공할 수 있다.
도 6을 참조하면, 예시적인 흐름도는, 본 발명의 한 실시태양에 따른 초크랄스키법에 따라 단결정성 잉곳을 성장시킬 때, 결정 성장 장치를 병용한 용융물-고체 계면 형상 프로파일의 정의 방법을 나타낸다. (602)에서는, V/I 시뮬레이터는 형상 제어가 바람직한 모델 잉곳의 길이 상의 다수의 축상 위치를 확인하는 오퍼레이터로부터의 축상 위치 데이터를 수신한다. 그 다음에, V/I 시뮬레이터(300)는 (604)에서 확인된 각각의 축상 위치에 대한 다수의 용융물-고체 계면 형상을 정의하는 오퍼레이터로부터 형상 데이터를 수신한다. (606)에서, V/I 시뮬레이터(300)는, 계면에서의 용융물의 온도에서의 변수들을 한정하기 위한, 결정 성장 장치의 가정된 공정 파라미터들(즉, 인상 속도, 용융 온도 등), 확인된 축상 위치 및 대응하는 정의된 용융물-고체 계면 형상에 반응한다. 예를 들면, V/I 시뮬레이터(300)는 각 정의된 용융물-고체 계면 형상에 대응하는 결정 성장 장치에서의 계면 또는 온도장에 걸친 온도 구배 G를 계산한다. (608)에서, V/I 시뮬레이터(300)는, 정의된 속도 υp 및 계산된 온도 구배 G 간의 비를 계산하기 위해 계산된 온도 구배 G에 반응한다. 이 경우, 정의된 υp는 메모리에 저장된 속도 프로파일에 대응하며, 경사진 인상 속도를 정의한다. 상기에 기술된 바와 같이, 동적 성장 공정(즉, υ/G 변화) 동안, 성장 실리콘 결정 내의 점결함은 베이컨시 지배형으로부터 인터스티셜 지배형으로, 또는 그 반대로 변할 수 있으며, 이러한 변화와 관련된 확인가능한 V/I 전이가 존재한다. 경사진 인상 속도를 사용하여, 시뮬레이션된 잉곳을 베이컨시 지배형으로부터 인터스티셜 지배형으로 전이시키고, V/I 시뮬레이터(300)는 (610)에서 각각의 확인된 축상 위치에서 각각의 정의된 용융물-고체 계면 형상에 대응하는 V/I 전이를 생성시킨다. (612)에서, V/I 시뮬레이터(300)는 다수의 확인된 축상 위치 각각에 대해 실질적으로 편평한 V/I 전이에 대응하는 목표 형상을 확인한다. V/I 시뮬레이터(300)은 확인된 각 목표 형상 및 메모리 내 용융물-고체 계면 프로파일에 따라 대응하는 축상 위치를 저장한다.
작업시, 초크랄스키법에 따른 단결정성 잉곳을 성장시키기 위한 결정 성장 장치를 병용하기 위한 시스템은, 바람직한 용융물-고체 계면 프로파일을 달성하거나 또는 대부분 달성하는 다양한 결정의 길이에서의 공정 파라미터 설정값들의 사전 설정된 세트를 저장하는 메모리를 갖는다. 용융물-고체 계면 프로파일은 잉곳의 길이의 함수로서 인상 동안 용융물 및 잉곳 사이의 용융물-고체 계면의 바람직한 형상을 나타낸다. 공정 이득의 세트는 인상 동안 잉곳의 길이의 함수로서 결정 성장 장치의 작업 파라미터들을 평가할 수 있게 한다. 또한, 제어기는, 잉곳이 용융물로부터 인상되는 동안 용융물-고체 계면 형상을 제어하기 위해 측정된 작업 파라미터 세트 포인트에 따른 결정 성장 장치의 작업 조건을 조정하게 하는 측정된 작업 파라미터 세트 포인트에 반응한다.
용융물-고체 계면 형상 프로파일을 정의함에 있어서, 공정 파라미터들은 결정을 성장시키는데 사용되는 실제 진동 시드 리프트에 기초하여 선택될 수 있다. 이러한 경우, 실제 계면 형상은, 침전, 벌크 에칭, 및 데코레이션 에칭 또는 수명 측정의 방법에 의해 확인될 수 있다. 본 발명의 이러한 실시태양은 다양한 결정 길이에서 바람직한 계면 형상을 거의 달성할 수 있도록 후속하는 결정 상에 계면 형상을 조정하게 한다. 시드 리프트 프로파일은, 낮거나 또는 0의 미세결함 밀도가 존재하는 곳에서(즉, V/I 전이 계면에서) 실험적으로 측정된 시드 리프트 값들에 기초하여, 진동 프로파일로부터 편평한 프로파일로 변화될 수 있다. 낮거나 또는 0의 미세결함 수준을 유지하기 위해 작은 시드 리프트 바이어스(bias) 또는 프로파일 조정을 사용한 경우, 특히 인터스티셜 루프(interstitial loop) 또는 큰 베이컨시의 클러스터(D-결함 또는 다른 측정에 의해 확인됨)가 발생하는 경우, 실질적으로 반경 방향으로 완전하거나 또는 반경 방향으로 낮은 결함의 실리콘의 생성을 달성할 수 있다.
<부록 A>
작업 윈도우의 정의 방법
1150 ℃ 및 1000 ℃ 사이의 온도에 대한 냉각 속도는 공정에서 최대 허용가능한 작업 윈도우를 결정한다. 작업 윈도우는 인상 속도를 이용하여 정의된다. 한 위치에서 결정의 평균 인상 속도가 x mm/분이라고 가정하면, y mm/분의 최대 작업 윈도우는, 선택된 위치에서 실질적으로 미세결함이 없는 결정은 x+y/2 mm/분 내지 x-y/2 mm/분의 인상 속도 범위 내에서 생성될 수 있음을 의미한다. 이는 다음과 같이 결정된다.
결정이 1150 ℃ 내지 1000 ℃의 온도 범위에서 알려진 냉각 속도로 핫 존에서 도 7에 도시된 바와 같이 변화하는 인상 속도 프로파일(700)로 성장된다. 그 다음에, 이는 선(702)에 의해 일괄되는 중심에서의 실질적으로 미세결함이 없는 구역을 확인할 수 있는 것으로 특징지울 수 있다. FPD 측정과 같은 다양한 특징화 기술이 적용될 수 있다. (704)에 의해 나타낸 바와 같이, 실질적으로 미세결함이 없는 구역 주위에 결정의 실제 계면 형상이 측정된다. 이러한 계면 형상은 점결함 시뮬레이터를 사용하여 점결함 분포를 시뮬레이팅하는데 사용된다. 점결함 시뮬레이터는 도면 부호(706)에 의해 나타낸 바와 같이 과다 점결함 농도장 Cv-Ci를 제공하는데, 여기서, Cv는 베이컨시 농도이고, Ci는 인터스티셜 농도이다. 양의 Cv-Ci는 베이컨시가 풍부한 구역을 나타내고, 음의 Cv-Ci는 인터스티셜이 풍부한 구역을 나타낸다. 게다가, 한 구역에서 Cv-Ci가 높을 수록 베이컨시형 미세결함이 더 많이 형성되고, 한 구역에서 Cv-Ci가 낮을 수록(그러나, 양의 값임) 베이컨시형 미세결함이 더 적게 형성된다. 만약, Cv-Ci가 음의 값으로 크기가 크다면, 인터스티셜형 미세결함이 더 많이 형성된다. 따라서, 1150 ℃ 및 1000 ℃ 사이에서의 소정의 냉각 속도에 대해서, 실질적으로 미세결함이 없는, 양의 Cv-Ci 및 음의 Cv-Ci에 의해 일괄되는 구역이 존재한다. 실질적으로 미세결함이 없는 구역은 30 nm보다 더 작은 미세결함을 함유할 수 있다. 이처럼 실질적으로 미세결함이 없는 구역은 30nm보다 작은 미세결함을 포함할 수 있다. 이러한 최대 작업 윈도우는 실험으로 측정된 실질적으로 미세결함이 없는 구역과 점결함 시뮬레이터에 의해 예측된 Cv-Ci 필드를 비교하여 결정된다. 이는 소정의 냉각 속도에 대한 최대 작업 윈도우를 정의한다.
임의의 축상 위치에서 도시된 실린더형 잉곳으로부터 절단된 임의의 원형 디스크는 여전히 완벽하게 실질적으로 미세결함이 없는 것이 아니다. 잉곳으로부터 생성된 웨이퍼가 원형 디스크이기 때문에, 실제 작업 윈도우는 반경 위치, 즉 센터로부터 가장자리를 따른 모든 곳에서 실질적으로 미세결함이 없는 잉곳의 폭에 의해 정의된다. 이는 실제 작업 윈도우(real operating window)로 불린다. 소정의 냉각 속도에 대한 계면 형상의 변화는 이 실제 작업 윈도우를 변화시킨다. 0.005 mm/분 이상, 바람직하게는 0.01 mm/분 이상, 가장 바람직하게는 0.02 mm/분 이상의 허용가능한 작업 윈도우를 제공하는 허용가능한 계면 형상은 우선, 점결함 시뮬레이터에 의해 결정되고, 그 다음에 실제 결정 성장에 의해 결정된다. 실질적으로 미세결함이 없는 원형 디스크의 생산을 가능하게 하는 임의의 계면은 허용가능한 것으로서 정의된다.
본 발명은, 실질적으로 바람직하지 않은 양 또는 크기의 응집 결함이 없는 반도체 등급 단결정을 제조하기 위한 방법 및 시스템을 제공한다.

Claims (20)

  1. 초크랄스키 공정에 따라 단결정 잉곳을 성장시키기 위한 결정 성장 장치에 적용되는 방법으로서, 상기 결정 성장 장치는 상기 잉곳이 인상되는 반도체 용융물을 포함하는 가열되는 도가니를 갖고, 상기 잉곳은 상기 용융물로부터 인상되는 시드 결정 상에서 성장되며, 상기 방법은
    용융물-고체 계면 형상 프로파일을 정의하는 단계 - 상기 용융물-고체 계면 형상 프로파일은 인상 동안에 상기 잉곳의 길이의 함수로서 상기 용융물 및 상기 잉곳 사이의 용융물-고체 계면의 복수의 원하는 형상과 상기 용융물에 영향을 미치는 작업 조건을 나타냄 - ;
    상기 잉곳의 길이에 따른 특정 축상 위치를 결정하는 단계 - 상기 잉곳의 길이에 따른 특정 축상 위치는 상기 정의된 용융물-고체 계면 형상 프로파일에서 상기 복수의 원하는 형상 중 적어도 하나에 대응됨 - ;
    인상 동안 상기 잉곳의 길이에 따른 축상 위치에서 상기 용융물에 영향을 미치는 작업 조건을 제어하기 위하여 상기 결정 성장 장치의 작업 파라미터에 대한 세트 포인트를 결정하는 단계 - 상기 세트 포인트는 상기 용융물-고체 계면 형상 프로파일에 의해 지정됨 - ; 및
    상기 잉곳이 상기 용융물로부터 인상되는 동안 상기 용융물-고체 계면을 제어하여 상기 축상 위치에서 상기 원하는 형상을 이루기 위하여, 상기 결정된 작업 파라미터에 따라 상기 결정 성장 장치의 상기 작업 조건을 조정하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 작업 조건은
    상기 용융물의 온도;
    상기 도가니 내의 자기장;
    상기 잉곳의 회전 속도;
    상기 잉곳의 회전 방향;
    상기 도가니의 회전 속도; 및
    상기 도가니의 회전 방향
    중의 하나 이상인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 작업 파라미터 세트 포인트는
    상기 결정 성장 장치의 히터 파워 공급에 대한 히터 파워 세트 포인트;
    상기 결정 성장 장치의 마그네트 파워 공급에 대한 마그네트 파워 세트 포인트;
    상기 결정 성장 장치의 도가니 구동 유닛에 대한 도가니 회전 속도 세트 포인트; 및
    상기 결정 성장 장치의 결정 구동 유닛에 대한 결정 회전 속도 세트 포인트
    중의 하나 이상인 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 결정된 작업 파라미터 세트 포인트에 따라 작업 조건을 조정하는 단계는, 용융물의 온도 구배를 변화시켜 용융물-고체 계면의 형상을 제어하기 위해 히터 파워 세트 포인트에 따라 상기 결정 성장 장치의 히터에 공급되는 파워를 조정하는 단계를 포함하는 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 결정된 작업 파라미터 세트 포인트에 따라 작업 조건을 조정하는 단계는, 용융물의 대류를 변화시켜 용융물-고체 계면의 형상을 제어하기 위해 마그네트 파워 세트 포인트에 따라 상기 결정 성장 장치의 마그네트에 공급되는 파워를 조정하는 단계를 포함하는 방법.
  6. 제3항에 있어서, 상기 결정된 작업 파라미터 세트 포인트에 따라 작업 조건을 조정하는 단계는, 용융물의 대류를 변화시켜 용융물-고체 계면의 형상을 제어하기 위해 도가니 회전 속도 세트 포인트에 따라 상기 결정 성장 장치의 도가니 구동 유닛에 공급되는 파워를 조정하는 단계; 및 결정 회전 속도 세트 포인트에 따라 상기 결정 성장 장치의 결정 구동 유닛에 공급되는 파워를 조정하는 단계를 포함하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 도가니 및 잉곳은 용융물-고체 계면의 형상을 제어하기 위해 반대 방향으로 회전되는 방법.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 도가니 및 잉곳은 용융물-고체 계면의 형상을 제어하기 위해 동일 방향으로 회전되는 방법.
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 작업 파라미터에 대한 세트 포인트가 사전연산된 결정 열적 경계 조건(pre-computed crystal thermal boundary condition)을 갖는 결정 성장 장치의 선택된 핫 존에 대해 결정되는 방법.
  10. 삭제
  11. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 용융물-고체 계면 형상 프로파일을 정의하는 단계는
    모델 잉곳의 길이에 따른 복수의 축상 위치를 선택하는 단계;
    상기 확인된 축상 위치의 각각에 대해 복수의 용융물-고체 계면 형상을 정의하는 단계;
    상기 축상 위치의 각각 및 상기 용융물-고체 계면 형상의 각각에 대해 상기 결정 성장 장치의 핫 존의 열적 모델을 결정하는 단계;
    경사진 인상 속도(ramped pull rate)를 나타내는 속도 프로파일을 정의하는 단계;
    상기 모델 잉곳의 영역에서 발생하는 하나 이상의 점결함을 나타내는 점결함 모델을 결정하는 단계 -상기 점결함 모델은 상기 복수의 확인된 축상 위치 각각에 대해 복수의 정의된 용융물-고체 계면 형상 각각에 대한 V/I 전이를 확인하기 위해 상기 속도 프로파일 및 상기 열적 모델에 반응함-; 및
    상기 복수의 확인된 축상 위치 각각에 대해 실질적으로 편평한 V/I 전이에 대응하는 원하는 용융물-고체 계면 형상을 확인하는 단계
    를 포함하는 방법.
  12. 제11항에 이어서, 상기 확인된 원하는 형상의 각각 및 대응하는 각각의 축상 위치를 상기 용융물-고체 계면 형상 프로파일에 저장하는 단계를 더 포함하는 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 열적 모델을 정의하는 단계는 핫 존의 열적 특성 변화를 나타내는 계면 형상 반응 모델(interface shape response model)을 정의하는 단계를 포함하는 방법.
  14. 초크랄스키 공정에 따라 단결정 잉곳을 성장시키기 위한 결정 성장 장치에 적용되는 방법으로서, 상기 결정 성장 장치는 잉곳이 인상되는 반도체 용융물을 포함하는 가열된 도가니를 가지며, 상기 잉곳은 상기 용융물로부터 인상된 시드 결정(seed crystal) 상에 성장되고, 상기 방법은
    모델 잉곳의 길이에 따른 복수의 축상 위치를 선택하는 단계;
    상기 확인된 축상 위치의 각각에 대하여 복수의 용융물-고체 계면 형상을 정의하는 단계;
    상기 축상 위치의 각각 및 상기 용융물-고체 계면 형상의 각각에 대하여 상기 결정 성장 장치의 핫 존의 열적 모델을 결정하는 단계;
    경사진 인상 속도(ramped pull rate)를 나타내는 속도 프로파일을 정의하는 단계;
    상기 모델 잉곳의 영역에서 발생하는 하나 이상의 점결함을 나타내는 점결함 모델을 결정하는 단계 - 상기 점결함 모델은 상기 복수의 확인된 축상 위치 각각에 대해 복수의 정의된 용융물-고체 계면 형상 각각에 대한 V/I 전이를 확인하기 위해 상기 속도 프로파일 및 상기 열적 모델에 반응함 - ;
    상기 복수의 확인된 축상 위치 각각에 대해 실질적으로 편평한 V/I 전이에 대응하는 목표 용융물-고체 계면 형상을 확인하는 단계; 및
    인상되는 상기 잉곳의 길이에 따른 상기 복수의 확인된 축상 위치 각각에서 상기 확인된 목표 용융물-고체 계면 형상에 따라 인상되는 상기 잉곳의 용융물-고체 계면 형상을 제어하는 단계
    를 포함하는 방법.
  15. 초크랄스키 공정에 따라 단결정 잉곳을 성장시키는 동안 결함의 형성을 제한하기 위하여 결정 성장 장치와 조합하여 사용하기 위한 시스템으로서, 상기 결정 성장 장치는 상기 잉곳이 인상되는 반도체 용융물을 포함하는 가열된 도가니를 갖고, 상기 잉곳은 상기 용융물로부터 인상되는 시드 결정(seed crystal) 상에서 성장되며, 상기 결정 성장 장치는 상기 결정 성장 장치의 작업 조건을 조정하기 위한 제어기를 더 갖고, 상기 시스템은
    인상 동안 상기 잉곳의 길이 및 상기 용융물에 영향을 미치는 작업 조건의 함수로서 상기 용융물과 상기 잉곳 사이의 용융물-고체 계면의 복수의 원하는 형상을 나타내는 사전 정의된 용융물 고체 계면 프로파일을 저장하는 메모리; 및
    인상 동안 상기 잉곳의 길이에 따른 축상 위치에서 상기 용융물에 영항을 미치는 작업 조건을 제어하기 위하여, 용융물-고체 계면 형상 프로파일에서 상기 복수의 원하는 형상 중 적어도 하나에 대응되는 상기 잉곳의 길이에 따른 특정 축상 위치를 결정하고 상기 결정 성장 장치의 작업 파라미터에 대한 세트 포인트를 결정하기 위한, 상기 사전 정의된 용융물-고체 계면 프로파일에 반응하는 프로세서
    를 포함하고,
    상기 제어기는 상기 잉곳이 상기 용융물로부터 인상되는 동안 상기 용융물-고체 계면을 제어하여 상기 축상 위치에서 상기 원하는 형상을 이루기 위하여, 상기 결정된 작업 파라미터 세트 포인트에 따라 상기 결정 성장 장치의 상기 작업 조건을 조정하기 위해 상기 결정된 작업 파라미터 세트 포인트에 반응하는, 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 작업 조건은
    상기 용융물의 온도;
    상기 도가니 내의 자기장;
    상기 잉곳의 회전 속도 잉곳;
    상기 잉곳의 회전 방향;
    상기 도가니의 회전 속도; 및
    상기 도가니의 회전 방향
    중의 하나 이상인 시스템.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 결정된 작업 파라미터 세트 포인트는
    상기 결정 성장 장치의 히터 파워 서플라이에 대한 히터 파워 세트 포인트;
    상기 결정 성장 장치의 마그네트 파워 서플라이에 대한 마그네트 파워 세트 포인트;
    상기 결정 성장 장치의 도가니 구동 유닛에 대한 도가니 회전 속도 세트 포인트; 및
    상기 결정 성장 장치의 결정 구동 유닛에 대한 잉곳 회전 속도 세트 포인트
    중의 하나 이상인 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제어기는 상기 용융물-고체 계면의 형상을 제어하기 위해 상기 결정된 작업 파라미터에 응답하여,
    상기 용융물의 온도 구배를 변화시켜 상기 용융물-고체 계면의 형상을 제어하기 위해 상기 히터 파워 세트 포인트에 따라 상기 결정 성장 장치의 히터에 공급되는 파워; 및
    상기 용융물의 대류를 변화시켜 상기 용융물-고체 계면의 형상을 제어하기 위해 상기 마그네트 파워 세트 포인트에 따라 상기 결정 성장 장치의 마그네트에 공급되는 파워
    중의 하나 이상을 조정하도록 구성되는 시스템.
  19. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 제어기는 상기 용융물의 대류를 변화시켜 상기 용융물-고체 계면의 형상을 제어하기 위해 상기 도가니 회전 속도 세트 포인트에 따라 상기 결정 성장 장치의 도가니 구동 유닛에 공급되는 파워를 조정하고, 상기 결정 회전 속도 세트 포인트에 따라 상기 결정 성장 장치의 결정 구동 유닛에 공급되는 파워를 조정하도록 구성되는 시스템.
  20. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 용융물-고체 계면 형상 프로파일을 사전 정의하기 위한 V/I 시뮬레이터를 더 포함하며, 상기 V/I 시뮬레이터는 결정의 길이에 따른 복수의 축상 위치 각각에서 복수의 용융물-고체 계면 형상 각각에 대한 온도 구배를 생성시키기 위한 온도 모델; 메모리에 저장되고 경사진 인상 속도를 정의하는 속도 프로파일; 상기 속도 프로파일 및 온도 모델에 반응하여 다수의 정의된 용융물-고체 계면 형상의 각각에 대해 과잉 베이컨시 지배 영역에서 과잉 인터스티셜 지배 영역으로의 전이를 나타내는 예상 V/I 전이를 생성하는 점결함 모델을 포함하고, 작업자는 생성된 V/I 전이를 평가하여 메모리에 용융물-고체 계면 프로파일로서 저장하기 위한 상기 복수의 확인된 축상 위치 각각에 대해 실질적으로 편평한 V/I 전이에 대응하는 목표 형상을 확인하는 것인 시스템.
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