KR100868192B1 - Method of manufacturing semiconductor single crystal using variable magnetic field control, apparatus using the same and semiconductor single crystal ingot - Google Patents

Method of manufacturing semiconductor single crystal using variable magnetic field control, apparatus using the same and semiconductor single crystal ingot Download PDF

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KR100868192B1
KR100868192B1 KR1020070058750A KR20070058750A KR100868192B1 KR 100868192 B1 KR100868192 B1 KR 100868192B1 KR 1020070058750 A KR1020070058750 A KR 1020070058750A KR 20070058750 A KR20070058750 A KR 20070058750A KR 100868192 B1 KR100868192 B1 KR 100868192B1
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홍영호
이홍우
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주식회사 실트론
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    • C30B15/002Continuous growth

Abstract

The oxygen density can be controlled by using the magnetic field. The optimum magnetism condition for the manufacture of the semiconductor single crystal whose diameter is 8 inch or greater can be provided. A method for manufacturing the semiconductor single crystal using the Czochralski method is provided. Magnetic field is applied in the quartz crucible(10) in the semiconductor crystal growing. The magnetic field rate of the quartz crucible is fixed at each region of the quartz crucible. With maintaining the convection of the semiconductor melt, the intensity of the magnetic field is changed to control concentration of the oxygen flowed in the semiconductor crystal. The magnetic field is provided by the top coil(M1) and the lower coil(M2) installed around the quartz crucible.

Description

가변 자기장을 이용한 반도체 단결정 제조 방법, 그 장치 및 반도체 단결정 잉곳{Method of manufacturing semiconductor single crystal using variable magnetic field control, Apparatus using the same and Semiconductor single crystal ingot}Method of manufacturing semiconductor single crystal using variable magnetic field control, Apparatus using the same and Semiconductor single crystal ingot}

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.The following drawings attached to this specification are illustrative of preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the invention to serve to further understand the technical spirit of the present invention, the present invention is a matter described in such drawings It should not be construed as limited to

도 1은 커스프 타입의 비대칭 자기장을 인가하여 8인치의 실리콘 단결정을 성장시킬 때 비대칭 자기장의 R값이 1.36 및 2.3인 경우 ZGP의 위치를 시뮬레이션하여 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a diagram showing a simulation of the position of the ZGP when the R values of the asymmetric magnetic fields are 1.36 and 2.3 when an 8-inch silicon single crystal is grown by applying a cusp type asymmetric magnetic field.

도 2는 도 1의 자기장 분포에 대응하는 실리콘 멜트의 대류 분포를 시뮬레이션하여 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating a simulation of a convective distribution of silicon melt corresponding to the magnetic field distribution of FIG. 1.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 단결정 제조장치의 구성도이다.3 is a block diagram of a semiconductor single crystal manufacturing apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명에 따라 동일 자기장 비율에서 자기장 세기 변화에 따른 실리콘 멜트의 플로우를 시뮬레이션하여 나타낸 도면이다.4 is a view showing a simulation of the flow of the silicon melt according to the change in magnetic field strength at the same magnetic field ratio in accordance with the present invention.

도 5는 단결정 길이별 자기장 변화에 따른 산소 농도 제어 결과를 나타낸 테이블이다.5 is a table showing the results of oxygen concentration control according to the change in the magnetic field for each single crystal length.

도 6은 도 5의 실시예 1 및 실시예 2에 대하여 무결정 품질수준 DSOD(Direct Surface Oxide Defect)를 측정할 결과를 나타낸 테이블이다.FIG. 6 is a table illustrating a result of measuring amorphous quality level DSOD (Direct Surface Oxide Defect) of Examples 1 and 2 of FIG. 5.

<도면의 주요 참조부호에 대한 설명><Description of main reference numerals in the drawings>

10: 석영 도가니 20: 도가니 지지대10: quartz crucible 20: crucible support

30: 도가니 회전수단 40: 가열수단30: crucible rotating means 40: heating means

50: 단열수단 60: 단결정 인상수단50: heat insulation means 60: single crystal pulling means

70: 열실드 수단 100: 보조자석70: heat shield means 100: auxiliary magnet

C: 실리콘 단결정 M: 코일 어셈블리C: silicon single crystal M: coil assembly

M1: 상부코일 M2: 하부코일M1: upper coil M2: lower coil

SM: 실리콘 멜트SM: Silicone Melt

본 발명은 쵸크랄스키(Czochralski)법에 의한 반도체 단결정 제조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 단결정 내로 유입되는 산소 농도를 자기장을 이용해 제어하여 고품질의 단결정을 제조하는 방법 및 그 장치와 반도체 단결정 잉곳(ingot)에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the production of semiconductor single crystals by the Czochralski method, and more particularly, to a method for producing high quality single crystals by controlling the oxygen concentration flowing into the semiconductor single crystals using a magnetic field, and a device and a semiconductor single crystal ingot. It's about (ingot).

현재 쵸크랄스키법을 이용한 실리콘 단결정의 제조시에는 히터에 의해 용융 된 실리콘 멜트를 담기 위해 석영 도가니가 필수적으로 사용되어 왔다. 그런데 석영 도가니는 실리콘 멜트와의 반응을 동반하여 융액 내에 용해됨으로써 SiOx 형태로 전이되고 결국에는 고액 계면을 통해 단결정 내로 혼입된다. 단결정 내로 혼입된 SiOx는 웨이퍼의 강도 증진, 미소 내부 결함(BMD)을 형성함으로써 반도체 공정 중에 금속 불순물에 대한 게터링(gettering) 사이트로 작용하는가 하면, 다른 한편으로는 각종 결정 결함 및 편석을 유발함으로써 결국에는 반도체 소자의 수율에 악 영향을 미치는 요인이 된다. 따라서 쵸크랄스키법을 이용한 실리콘 단결정의 성장 시에는 고액 계면을 통해 단결정 내로 유입되는 산소 농도를 적절하게 제어할 필요가 있다.At present, in the production of silicon single crystal using the Czochralski method, a quartz crucible has been essentially used to contain the melted silicon melt by a heater. However, the quartz crucible dissolves in the melt together with the reaction with the silicon melt to be transferred to SiOx form and eventually incorporated into the single crystal through the solid-liquid interface. SiOx incorporated into a single crystal acts as a gettering site for metal impurities during semiconductor processing by enhancing wafer strength and forming micro internal defects (BMD), and on the other hand, by causing various crystal defects and segregation. Eventually, it becomes a factor that adversely affects the yield of semiconductor devices. Therefore, when growing silicon single crystal using Czochralski method, it is necessary to appropriately control the oxygen concentration flowing into the single crystal through the solid-liquid interface.

종래에 단결정 내로 유입되는 산소 농도를 제어하기 위한 방안으로는 핫 존(H/Z)의 디자인을 개선하는 방법이 주로 이용되어 왔다. 즉, 히터의 길이나, 공급전력, 히터와 석영 도가니 간의 상대적 위치 등을 조절함으로써 석영 도가니의 용해 속도를 제어하는 방법이 사용되었다.Conventionally, a method of improving the design of a hot zone (H / Z) has been mainly used as a method for controlling the oxygen concentration introduced into a single crystal. That is, a method of controlling the dissolution rate of the quartz crucible by adjusting the length of the heater, the supply power, the relative position between the heater and the quartz crucible, and the like has been used.

그런데 핫 존의 디자인 변경에 의해 단결정의 산소 농도를 제어하는 방법은 고객이 요구하는 웨이퍼의 다양한 산소 농도 품질 수준에 따라 각각 개별적으로 핫 존을 디자인해야 하는 번거로움이 있을 뿐만 아니라, 핫 존 교체에 따라 많은 시간이 소요되고 핫 존의 교체로 인한 단결정 성장 장치의 시험 운전 비용이 상승하고, 제품화가 가능한 단결정의 프라임(prime) 길이가 짧아 단결정 잉곳 당 생산할 수 있는 웨이퍼의 수가 많지 않다는 단점이 있다.However, the method of controlling the oxygen concentration of a single crystal by changing the design of the hot zone is not only troublesome to design the hot zone individually according to the various oxygen concentration quality levels of the wafer required by the customer, but also to replace the hot zone. Therefore, it takes a lot of time, the test operation cost of the single crystal growth apparatus is increased due to the replacement of the hot zone, and the prime length of the single crystal that can be commercialized is short, so there are not many wafers that can be produced per single crystal ingot.

단결정의 산소 농도 제어를 위한 다른 방법은 파라미터(parameter) 제어법으 로서, 단결정의 회전속도와 석영 도가니의 회전속도 비율을 조절하여 대류에 의한 SiOx의 이동경로를 제어하거나 단결정 외주면을 따라 실리콘 멜트의 상부로 공급되는 아르곤 가스의 유량을 제어하여 실리콘 멜트의 표면에서 증발된 SiOx 가스를 효과적으로 배출시킴으로써 단결정 내의 산소 농도를 제어하는 방법이 사용되었다. 그러나, 이러한 파라미터 제어법은 단결정의 길이방향에 따라 다양한 수준의 산소 농도를 구현하는 것이 용이하지 않고 회전비율에 따라 공진 현상 또는 단결정 이상성장 발생으로 생산이 불가능한 단점이 있다.Another method for controlling the oxygen concentration of a single crystal is a parameter control method, which controls the movement path of SiOx by convection by controlling the ratio of the rotation speed of the single crystal to the rotation speed of the quartz crucible or the top of the silicon melt along the outer surface of the single crystal. A method of controlling the oxygen concentration in the single crystal by controlling the flow rate of the argon gas supplied to the furnace to effectively discharge the SiOx gas evaporated from the surface of the silicon melt. However, this parameter control method has a disadvantage in that it is not easy to implement various levels of oxygen concentration in the longitudinal direction of the single crystal and cannot be produced due to resonance phenomenon or single crystal abnormal growth depending on the rotation rate.

단결정의 산소 농도 제어를 위한 또 다른 방법은 커스프(cusp) 타입의 자기장이나 초전도 수평자석에 의한 수평 타입의 자기장을 형성함으로써 도가니의 반응억제를 통해 산소 농도를 제어하는 기술을 들 수 있다.Another method for controlling the oxygen concentration of a single crystal is to control the oxygen concentration by suppressing the crucible by forming a cusp type magnetic field or a horizontal type magnetic field by a superconducting horizontal magnet.

종래에는 석영 도가니 내부 각 지점의 자기장 비율을 단결정 성장 길이방향을 따라 조절함으로써 실리콘 멜트의 대류 패턴을 변화시켜 산소 농도의 고저를 제어하는 방법이 널리 사용되었다. 이와 관련하여 도 1과 도 2에는 자기장의 수직성분이 0이 되는 ZGP(Zero Gauss Plane: 90)를 기준으로 상부의 자기장(Gupper) 세기와 하부의 자기장(Glower) 세기의 비율인 R(= Glower/Gupper)을 1.36에서 2.3으로 변화시킨 경우를 시뮬레이션한 자기장 분포와 대류 패턴이 도시되어 있다.Conventionally, a method of controlling the elevation of oxygen concentration by changing the convection pattern of silicon melt by controlling the magnetic field ratio of each point inside the quartz crucible along the single crystal growth length direction has been widely used. In this regard, FIGS. 1 and 2 show R (R), which is a ratio of the upper magnetic field strength (G upper ) intensity and the lower magnetic field strength (G lower ) relative to ZGP (Zero Gauss Plane 90) where the vertical component of the magnetic field is zero. The simulated magnetic field distribution and the convection pattern are shown for the case where G lower / G upper ) is changed from 1.36 to 2.3.

도 1을 참조하면 R 값이 1.36에서 2.3으로 증가함에 따라 ZGP(90)의 위치는 상승하게 됨을 확인할 수 있으며, 도 2를 참조하면 석영 도가니 측벽의 하단부 만곡 지점 A, 고액 계면의 최외곽 지점 B, 그리고 석영 도가니 바닥 지점 C 모두에서 실리콘 멜트의 대류속도는 감소하게 되어 산소 농도의 제어가 가능함을 확인할 수 있다. 구체적으로, 지점 A에서는 3.2cm/s에서 2.7cm/s로, 지점 B에서는 2.3cm/s에서 2.2cm/s로, 지점 C에서는 1.6cm/s에서 1.4cm/s로 대류 속도가 감소된다.Referring to FIG. 1, it can be seen that the position of the ZGP 90 increases as the R value increases from 1.36 to 2.3. Referring to FIG. 2, the bottom curved point A of the quartz crucible sidewall and the outermost point B of the solid-liquid interface are referred to. In addition, it can be seen that the convection speed of the silicon melt is reduced at both the bottom C of the quartz crucible and the oxygen concentration can be controlled. Specifically, the convection velocity is reduced from 3.2 cm / s to 2.7 cm / s at point A, from 2.3 cm / s to 2.2 cm / s at point B and from 1.6 cm / s to 1.4 cm / s at point C.

그런데 이와 같이 자기장 비율을 변화시키는 방법은 산소 농도 제어 측면에서는 유효한 효과를 거둘 수 있지만 대류 패턴의 변화로 인해 결정의 품질이 변화되어 무결함 품질은 달성하기가 곤란한 취약점이 있다.However, this method of changing the magnetic field ratio can have an effective effect in terms of oxygen concentration control, but the quality of the crystal is changed due to the change of the convection pattern, and thus there is a weak point that it is difficult to achieve the defect quality.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제를 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 쵸크랄스키법에 의한 단결정 성장시 산소 농도를 제어함에 있어서 단결정 제조장치의 핫 존의 구조나, 공정 파라미터, 석영 도가니에 담긴 실리콘 멜트의 대류 형태 등을 변경시키지 않으면서 자기장을 이용해 산소 농도를 제어함으로써 원하는 수준의 산소 농도 제어가 가능한 반도체 단결정 제조 방법 및 그 장치와 상기 방법에 의해 제조된 반도체 단결정 잉곳을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention was devised to solve the above-mentioned problems of the prior art, and in controlling the oxygen concentration during single crystal growth by the Czochralski method, the structure of the hot zone, process parameters, and silicon contained in the quartz crucible It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor single crystal and a device for manufacturing a semiconductor single crystal ingot manufactured by the method and controlling the oxygen concentration at a desired level by controlling the oxygen concentration using a magnetic field without changing the convection form of the melt. have.

본 발명의 다른 목적은 직경이 8인치 이상인 반도체 단결정의 제조를 위한 최적의 자기장 변화 조건을 제시하는 반도체 단결정 제조 방법 및 그 장치와 상기 방법에 의해 제조된 반도체 단결정 잉곳을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for producing a semiconductor single crystal and an apparatus and a semiconductor single crystal ingot manufactured by the method which present an optimum magnetic field change condition for the production of a semiconductor single crystal having a diameter of 8 inches or more.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 반도체 단결정 제조 방법은, 석영 도가니에 수용된 반도체 멜트에 종자결정을 담근 후 종자결정을 회전시키면서 상부로 서서히 인상시켜 고액 계면을 통해 반도체 단결정을 성장시키 는 쵸크랄스키법을 이용한 반도체 단결정 제조 방법에 있어서, 반도체 단결정 성장시 자기장을 석영 도가니에 인가하되, 석영 도가니 내부 각 지점의 대류형태를 유지한 채로 자기장 세기를 변화시켜 반도체 단결정 내로 유입되는 산소의 농도 또는 무결함 품질을 제어하는 것을 특징으로 한다.In the semiconductor single crystal manufacturing method according to an aspect of the present invention for achieving the above technical problem, after soaking the seed crystal in the semiconductor melt accommodated in the quartz crucible to grow the semiconductor single crystal through the solid-liquid interface by gradually pulling the seed crystal upward In the method for manufacturing a semiconductor single crystal using the Czochralski method, oxygen is introduced into a semiconductor single crystal by applying a magnetic field to a quartz crucible during semiconductor single crystal growth, while changing the magnetic field strength while maintaining a convective form at each point inside the quartz crucible. It is characterized by controlling the concentration or the quality of defects.

바람직하게, 상기 석영 도가니 내부 각 지점의 자기장 비율을 고정하여 상기 대류형태를 유지할 수 있다.Preferably, the convection shape can be maintained by fixing a magnetic field ratio at each point inside the quartz crucible.

바디 전체길이가 1500㎜이고 직경이 8인치인 반도체 단결정의 제조시에는, 예를 들어 바디 길이 700㎜까지는 고산소 농도, 700㎜ 이후에는 저산소 농도의 단결정 구현이 요구될 경우, 바디 성장 시작 지점부터 700㎜까지는 자기장 세기를 점차 감소시키고, 이후 1500㎜까지는 자기장 세기를 점차 증가시키는 것이 바람직하다. 이 경우 요구되는 산소농도의 수준에 따라 자기장의 세기 조절이 가능하며 고산소 농도에서는 약자기장, 저산소 농도에서는 강자기장을 인가함으로써 달성이 가능하다.In the fabrication of semiconductor single crystals having a body length of 1500 mm and an diameter of 8 inches, for example, when high oxygen concentrations up to body length 700 mm and low oxygen concentrations after 700 mm are required to be implemented, from the start of body growth It is desirable to gradually reduce the magnetic field strength up to 700 mm, and then gradually increase the magnetic field strength up to 1500 mm. In this case, the intensity of the magnetic field can be adjusted according to the required oxygen concentration level, and can be achieved by applying a weak magnetic field at high oxygen concentration and a strong magnetic field at low oxygen concentration.

본 발명에 의하면 수직성분이 0인 ZGP(Zero Gauss Plane)를 기준으로 상부와 하부의 자기장 세기가 같거나 다른 커스프(Cusp) 타입의 자기장을 석영 도가니에 인가할 수 있다.According to the present invention, a Cusp type magnetic field having the same or different magnetic field strengths of the upper and lower sides may be applied to a quartz crucible based on a zero Gauge Plane (ZGP) having a vertical component of zero.

대안으로는 자기장의 세기가 최대인 GMP(Gauss Maximum Plane) 근방의 자기장 방향이 수평인 수평 타입의 자기장을 석영 도가니에 인가할 수 있다.Alternatively, a quartz type crucible may be applied to a horizontal magnetic field in which the direction of the magnetic field in the vicinity of the Gauss Maximum Plane (GMP), which has the greatest magnetic field, is horizontal.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 반도체 멜트가 담기는 석영 도가니; 상기 석영 도가니의 외주면과 긴밀히 결합되어 고온 환경에서 석영 도가니의 형상을 지지 하는 도가니 지지대; 상기 도가니 지지대의 측벽을 둘러싸도록 설치되어 석영 도가니에 담긴 반도체 멜트에 복사열을 제공하는 가열수단; 상기 가열수단을 둘러싸도록 설치되어 가열수단으로부터 방출되는 복사열이 외부로 소실되는 것을 방지하는 단열수단; 상기 반도체 멜트에 담기는 종자결정을 일정한 방향으로 회전시키면서 상기 종자결정으로부터 성장되는 단결정을 상부로 인상하는 단결정 잉곳 인상수단; 상기 도가니 지지대를 일정한 방향으로 회전시키면서 고액 계면의 위치가 일정한 레벨로 유지되도록 도가니 지지대를 서서히 상승시키는 석영 도가니 회전수단; 및 상기 석영 도가니에 자기장을 인가하는 코일 어셈블리 및 상기 코일 어셈블리를 제어하여 석영 도가니 내부 각 지점의 자기장 비율을 고정한 채로 요구되는 산소농도 수준에 따라 자기장 세기를 변화시키는 자기장 제어부를 구비한 자기장 인가수단;을 포함하는 반도체 단결정 제조장치가 제공된다.According to another aspect of the invention, a quartz crucible containing a semiconductor melt; A crucible support coupled to the outer circumferential surface of the quartz crucible to support the shape of the quartz crucible in a high temperature environment; Heating means installed to surround sidewalls of the crucible support to provide radiant heat to a semiconductor melt contained in a quartz crucible; Heat insulation means installed to surround the heating means to prevent the radiant heat emitted from the heating means from being lost to the outside; Single crystal ingot pulling means for pulling up a single crystal grown from the seed crystal to the top while rotating the seed crystal contained in the semiconductor melt in a predetermined direction; Quartz crucible rotating means for gradually elevating the crucible support while maintaining the position of the solid-liquid interface at a constant level while rotating the crucible support in a constant direction; And a magnetic field applying means having a coil assembly for applying a magnetic field to the quartz crucible and a magnetic field controller for controlling the coil assembly to change the magnetic field strength according to the required oxygen concentration level while fixing the magnetic field ratio at each point in the quartz crucible. There is provided a semiconductor single crystal manufacturing apparatus comprising a.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 석영 도가니에 수용된 반도체 융액에 종자결정을 담근 후 종자결정을 회전시키면서 상부로 서서히 인상시키는 쵸크랄스키법에 의해 단결정 성장시킨 반도체 단결정 잉곳에 있어서, 반도체 단결정 성장시 자기장을 석영 도가니에 인가하되, 단결정 잉곳의 길이방향을 따라 대류형태를 유지한 채로 요구되는 산소농도 수준에 따라 반도체 단결정의 특정 지점부터 정해진 성장길이까지는 자기장 세기를 증가 또는 감소시키고, 정해진 성장길이에 도달한 후 다른 수준의 산소농도를 구현하기 위해서 결정성장이 완료될 때까지 자기장 세기를 증가 또는 감소시키는 자기장 제어에 대응하는 산소 농도 프로파일 또는 무결함 품질특성을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 단결정 잉곳이 제공된다.According to still another aspect of the present invention, in a semiconductor single crystal ingot in which a single crystal is grown by a Czochralski method in which a seed crystal is immersed in a semiconductor melt contained in a quartz crucible and gradually pulled upward while rotating the seed crystal, the semiconductor single crystal is grown during growth. The magnetic field is applied to the quartz crucible, and the magnetic field strength is increased or decreased from a specific point of the semiconductor single crystal to the predetermined growth length according to the required oxygen concentration level while maintaining the convection form along the longitudinal direction of the single crystal ingot. A semiconductor single crystal ingot is provided which has an oxygen concentration profile or a defect-free quality characteristic corresponding to a magnetic field control that increases or decreases the magnetic field strength until crystal growth is completed to achieve different levels of oxygen concentration after reaching. do.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as having a conventional or dictionary meaning, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various equivalents that may be substituted for them at the time of the present application It should be understood that there may be water and variations.

한편 이하에서 설명되는 본 발명의 실시예는 쵸크랄스키법을 이용한 실리콘 단결정의 성장을 예로 들어 설명하지만, 본 발명의 기술적 사상이 실리콘 단결정 성장에만 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 따라서 본 발명에 따른 기술적 사상은 Si, Ge 등의 모든 단원소의 단결정 성장과, GaAs, InP, LN(LiNbO3), LT(LiTaO3), YAG(yttrium aluminum garnet), LBO(LiB3O5) 및 CLBO(CsLiB6O10)를 포함하는 모든 화합물 반도체 단결정의 성장에 적용될 수 있음을 미리 밝혀둔다.On the other hand, the embodiment of the present invention described below describes the growth of silicon single crystal using the Czochralski method as an example, but the technical idea of the present invention should not be construed as being limited to silicon single crystal growth. Therefore, the technical idea according to the present invention is the single crystal growth of all the small elements such as Si, Ge, GaAs, InP, LN (LiNbO 3 ), LT (LiTaO 3 ), YAG (yttrium aluminum garnet), LBO (LiB 3 O 5 ) And CLBO (CsLiB 6 O 10 ), which can be applied to the growth of all compound semiconductor single crystals.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 단결정 제조장치의 구성도이다.3 is a block diagram of a semiconductor single crystal manufacturing apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 단결정 제조장치는, 다결정 실리콘과 도판트가 고온으로 용융된 실리콘 멜트(SM)가 수용되는 석 영 도가니(10); 석영 도가니(10)의 외주면을 감싸며, 고온 환경에서 석영 도가니(10)를 일정한 형태로 지지하는 도가니 지지대(20); 도가니 지지대(20) 하단에 설치되어 도가지 지지대(20)와 함께 석영 도가니(10)를 회전시키면서 고액 계면의 높이를 일정하게 유지하기 위해 석영 도가니(10)를 서서히 상승시키는 석영 도가니 회전수단(30); 도가니 지지대(20)의 측벽으로부터 소정 거리 이격되어 석영 도가니(10)를 가열하는 가열수단(40); 가열수단(40)의 외곽에 설치되어 가열수단(40)으로부터 발생되는 열이 외부로 유출되는 것을 방지하는 단열수단(50); 일정한 방향으로 회전하는 종자결정을 이용하여 석영 도가니(10)에 수용된 실리콘 멜트(SM)으로부터 단결정(C)을 인상하는 단결정 인상수단(60); 단결정 인상수단(60)에 의해 인상되는 단결정(C)의 외주면으로부터 소정 거리 이격되어 단결정(C)으로부터 방출되는 열을 반사하는 열실드 수단(70); 및 단결정(C)의 외주면을 따라 실리콘 멜트(SM)의 상부 표면으로 불활성 가스(예컨대, Ar 가스)를 공급하는 불활성 가스 공급수단(미도시)을 포함한다. 이러한 구성요소들은 본 발명이 속한 기술 분야에서 잘 알려진 쵸크랄스키법을 이용한 반도체 단결정 제조장치의 통상적인 구성요소이므로, 각 구성 요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.Referring to FIG. 3, a semiconductor single crystal manufacturing apparatus according to a preferred embodiment of the present invention includes a quartz crucible 10 in which silicon melt (SM) in which polycrystalline silicon and a dopant are melted at a high temperature is accommodated; A crucible support 20 surrounding the outer circumferential surface of the quartz crucible 10 and supporting the quartz crucible 10 in a predetermined form in a high temperature environment; Quartz crucible rotating means 30 which is installed at the bottom of the crucible support 20 and gradually raises the quartz crucible 10 in order to maintain the height of the solid-liquid interface while rotating the quartz crucible 10 together with the branch support 20. ); Heating means 40 for heating the quartz crucible 10 spaced a predetermined distance from the side wall of the crucible support 20; Heat insulation means (50) installed on the outside of the heating means (40) to prevent heat generated from the heating means (40) from flowing out; Single crystal pulling means (60) for pulling the single crystal (C) from the silicon melt (SM) accommodated in the quartz crucible (10) by using a seed crystal rotating in a constant direction; Heat shield means (70) for reflecting heat emitted from the single crystal (C) spaced a predetermined distance from the outer circumferential surface of the single crystal (C) pulled by the single crystal pulling means (60); And inert gas supply means (not shown) for supplying an inert gas (eg, Ar gas) to the upper surface of the silicon melt SM along the outer circumferential surface of the single crystal C. Since these components are typical components of the semiconductor single crystal manufacturing apparatus using the Czochralski method well known in the art, detailed description of each component will be omitted.

상술한 구성요소에 더하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 단결정 제조장치는, 석영 도가니(10)에 자기장을 형성할 수 있는 코일 어셈블리(M)와 상기 코일 어셈블리(M)에 전기적으로 접속되어 자기장의 세기를 제어하는 자기장 제어부(미도시)를 구비한 자기장 인가수단을 더 포함한다.In addition to the above-described components, the semiconductor single crystal manufacturing apparatus according to the preferred embodiment of the present invention is electrically connected to the coil assembly (M) and the coil assembly (M) which can form a magnetic field in the quartz crucible (10) The apparatus further includes magnetic field applying means having a magnetic field controller (not shown) for controlling the strength of the magnetic field.

바람직하게, 자기장 인가수단은 석영 도가니(10) 내에 수용된 고온의 실리콘 멜트(SM)에 비대칭 자기장(Gupper, Glower: 이하, G라고 통칭함)을 인가한다.Preferably, the magnetic field applying means applies an asymmetric magnetic field (G upper , G lower : hereafter referred to as G) to the high temperature silicon melt SM accommodated in the quartz crucible 10.

비대칭 자기장(G)은 자기장의 수직성분이 0이 되는 ZGP(Zero Gauss Plane: 90)를 기준으로 상부의 자기장(Gupper) 세기보다 하부의 자기장(Glower) 세기가 더 큰 자기장이다. 즉 R = Glower/Gupper 가 1보다 큰 자기장이다. 이러한 비대칭 자기장 조건에서, 상기 ZGP(90)는 대략 상부 측으로 볼록한 포물선 형태를 갖는다.Asymmetric magnetic field (G) is ZGP vertical component of the magnetic field is zero: I (Zero Gauss Plane 90) the reference to the upper portion of the magnetic field (G upper) than the magnetic field strength of the bottom (lower G) intensity is greater magnetic field. That is, R = G lower / G upper is a magnetic field greater than one. Under these asymmetric magnetic field conditions, the ZGP 90 has a parabolic shape that is convex toward the top.

대안으로, 비대칭 자기장(G)은 하부의 자기장(Glower) 세기보다 상부의 자기장(Gupper) 세기가 더 큰 자기장일 수도 있다. 즉 비대칭 자기장(G)은 R = Glower/Gupper가 1보다 작은 자기장일 수 있다. 이러한 비대칭 자기장 조건에서는, 도면으로 도시하지 않았지만, 상기 ZGP(90)는 대략 하부 측으로 볼록한 포물선 형태를 갖는다. Alternatively, the asymmetric magnetic field G may be a magnetic field in which the upper magnetic field G upper intensity is greater than the lower magnetic field G lower intensity. That is, the asymmetric magnetic field G may be a magnetic field in which R = G lower / G upper is less than one. In this asymmetric magnetic field condition, although not shown in the figures, the ZGP 90 has a parabolic shape that is convex toward the bottom.

바람직하게, 자기장 인가수단은 커스프(Cusp) 타입의 비대칭 자기장(G)을 석영 도가니(10)에 인가한다. 이 경우 자기장 인가수단의 코일 어셈블리(M)는 단열수단(50)의 외주면과 소정 거리 이격되어 설치되되 석영 도가니(10)와 동축을 이루는 환형의 상부 코일(M1) 및 하부 코일(M2)로 구성된다. 여기서 상부 코일(M1) 및 하부 코일(M2)은 일반적인 전자석 코일일 수도 있고 초전도 코일일 수도 있다.Preferably, the magnetic field applying means applies a cusp type asymmetric magnetic field G to the quartz crucible 10. In this case, the coil assembly (M) of the magnetic field applying means is installed spaced apart from the outer circumferential surface of the heat insulating means 50, but consists of an annular upper coil (M1) and a lower coil (M2) coaxial with the quartz crucible (10). do. Here, the upper coil M1 and the lower coil M2 may be general electromagnet coils or superconducting coils.

비대칭 자기장(G)을 형성하기 위해, 상부 코일(M1) 및 하부 코일(M2)의 권선수, 각 코일에 인가되는 전류의 크기, 각 코일의 직경 또는 이들의 선택적 조합을 적절하게 조절할 수 있다.In order to form the asymmetric magnetic field G, the number of turns of the upper coil M1 and the lower coil M2, the magnitude of the current applied to each coil, the diameter of each coil, or an optional combination thereof can be appropriately adjusted.

일 예로 상기 상부 코일(M1) 및 하부 코일(M2)의 권선수와 직경은 동일하게 하고, 상기 상부 코일(M1) 및 하부 코일(M2)에 서로 다른 크기의 전류를 인가한다. 즉, 상부 코일(M1)보다 하부 코일(M2)에 더 큰 전류를 인가하거나 그 반대로 전류를 인가한다. 대안으로, 상기 상부 코일(M1) 및 하부 코일(M2)에 인가되는 전류의 크기와 코일의 직경은 같게 하고, 각 코일의 권선수를 조절하여 비대칭 자기장(G)을 형성할 수 있다. 또 다른 대안으로, 코일의 직경은 동일하게 유지한 상태에서 코일에 인가되는 전류와 코일의 권선수를 동시에 조절하여 비대칭 자기장(G)을 형성할 수도 있다. 또 다른 대안으로, 코일에 인가되는 전류와 권선수를 동일하게 하고 상부 코일(M1)과 하부 코일(M2)의 직경을 달리하여 비대칭 자기장(G)을 형성할 수도 있다.For example, the number of windings and the diameter of the upper coil M1 and the lower coil M2 are equal to each other, and currents having different magnitudes are applied to the upper coil M1 and the lower coil M2. That is, a larger current is applied to the lower coil M2 than the upper coil M1 or vice versa. Alternatively, the size of the current applied to the upper coil M1 and the lower coil M2 and the diameter of the coil may be the same, and the number of turns of each coil may be adjusted to form an asymmetric magnetic field G. As another alternative, the asymmetric magnetic field G may be formed by simultaneously adjusting the current applied to the coil and the number of turns of the coil while keeping the diameter of the coil the same. As another alternative, the asymmetric magnetic field G may be formed by equalizing the current applied to the coil and the number of turns, and changing the diameters of the upper coil M1 and the lower coil M2.

또 다른 대안으로, 석영 도가니 회전수단(30) 상부의 회전 마운트(35) 둘레에 보조 자석(100)을 설치하여 비대칭 자기장을 형성할 수도 있다. 이러한 경우 상부 코일(M1) 및 하부 코일(M2)을 통해 생성되는 자기장의 크기가 동일하여도 보조 자석(100)에 의해 생성되는 자기장에 의해 비대칭 자기장(G)이 형성된다. 물론 상부 코일(M1) 및 하부 코일(M2)만으로도 비대칭 자기장(G)의 형성이 가능한 경우는 보조 자석(100)의 사용에 의해 비대칭 자기장(G)이 강화 또는 약화될 수 있다. 보조 자석(100)은 영구 자석이어도 무방하고 전자석이어도 무방하다. 보조 자석(100)이 장착되는 위치는 굳이 회전 마운트(35) 둘레에 한정되지 않는다. 따라서 석영 도가니(10)의 둘레, 도가니 지지대(20)의 둘레 등 여러 위치에 설치될 수 있다.As another alternative, the auxiliary magnet 100 may be installed around the rotary mount 35 above the quartz crucible rotating means 30 to form an asymmetric magnetic field. In this case, the asymmetric magnetic field G is formed by the magnetic field generated by the auxiliary magnet 100 even though the magnetic fields generated through the upper coil M1 and the lower coil M2 have the same magnitude. Of course, if the upper coil M1 and the lower coil M2 can form the asymmetric magnetic field G, the asymmetric magnetic field G may be strengthened or weakened by the use of the auxiliary magnet 100. The auxiliary magnet 100 may be a permanent magnet or may be an electromagnet. The position at which the auxiliary magnet 100 is mounted is not limited to the periphery of the rotary mount 35. Therefore, the circumference of the quartz crucible 10, the circumference of the crucible support 20 may be installed at various positions.

상술한 여러 가지 방식으로 비대칭 자기장(G)을 형성함에 있어서, 코일 어셈블리(M)의 위치를 조절하여 비대칭 자기장(G)의 분포를 상부 또는 하부로 이동시킬 수 있다. 비대칭 자기장(G)의 분포가 이동되면 ZGP(90)도 이동한다. 물론 단결정(C)이 성장되는 과정에서 고액 계면의 높이를 일정하게 유지하기 위해 석영 도가니(10)가 상부로 서서히 상승하므로 석영 도가니(10)의 이동에 의해서도 실리콘 멜트(SM)에 인가되는 비대칭 자기장(G) 분포의 상대적 위치가 변경될 수도 있다.In forming the asymmetric magnetic field G in various ways as described above, the distribution of the asymmetric magnetic field G may be moved upward or downward by adjusting the position of the coil assembly M. FIG. When the distribution of the asymmetric magnetic field G is shifted, the ZGP 90 is also moved. Of course, since the quartz crucible 10 gradually rises upward in order to maintain a constant height of the solid-liquid interface during the growth of the single crystal C, an asymmetric magnetic field applied to the silicon melt SM even by the movement of the quartz crucible 10. (G) The relative position of the distribution may change.

한편, 도면에는 도시하지 않았지만, 상부 코일(M1)과 하부 코일(M2) 사이에 적어도 하나 이상의 중간 코일을 더 설치하여 코일 어셈블리(M)를 구성할 수도 있다.Although not shown in the drawings, the coil assembly M may be configured by further installing at least one intermediate coil between the upper coil M1 and the lower coil M2.

이상에서는 자기장 인가수단이 석영 도가니(10) 내에 수용된 고온의 실리콘 멜트(SM)에 비대칭 자기장(G)을 인가하는 예들을 설명하였으나, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않고 ZGP(90)를 기준으로 대칭을 이루는 자기장을 인가하도록 구성될 수도 있다.In the above, examples of applying the asymmetric magnetic field G to the high-temperature silicon melt SM accommodated in the quartz crucible 10 by the magnetic field applying means have been described. However, the present invention is not limited to this example and is based on the ZGP 90. It may also be configured to apply a symmetric magnetic field.

또한, 자기장의 형태는 커스프 타입에 한정되지 않고 초전도 수평자석에 의한 수평 타입이 제공될 수도 있음은 물론이다. 수평 타입의 자기장은 자기장의 세기가 가장 큰 GMP(Gauss Maximum Plane) 근방의 자기장 방향이 거의 수평이고 상기 GMP를 기준으로 상부 자기장과 하부 자기장이 가우시안(Gaussian) 분포를 갖는 자기장을 의미한다.In addition, the shape of the magnetic field is not limited to the cusp type, and of course, a horizontal type by a superconducting horizontal magnet may be provided. The horizontal type magnetic field refers to a magnetic field in which the direction of the magnetic field near the GMP (Gauss Maximum Plane) having the greatest magnetic field is almost horizontal and the upper and lower magnetic fields have a Gaussian distribution based on the GMP.

자기장 인가수단의 자기장 제어부는 코일 어셈블리(M)에 흐르는 전류를 제어하여 석영 도가니(10) 내부 각 지점의 자기장 비율을 고정한 채로 단결정(C) 성장길이별로 자기장 세기를 변화시킨다. 이와 같이 석영 도가니(10) 내부 각 지점의 자기장 비율을 고정하게 되면 석영 도가니(10) 내부 각 지점의 대류형태를 유지하 는 것이 가능하다. 본 발명에 있어서, 석영 도가니(10) 내부 각 지점의 대류형태를 유지하는 처리는 자기장 비율을 고정하는 것에 한정되지 않는다.The magnetic field control unit of the magnetic field applying unit controls the current flowing through the coil assembly M to change the magnetic field strength for each growth length of the single crystal C while fixing the magnetic field ratio at each point in the quartz crucible 10. As such, when the magnetic field ratio of each point inside the quartz crucible 10 is fixed, it is possible to maintain a convection form at each point inside the quartz crucible 10. In the present invention, the process of maintaining the convection form at each point inside the quartz crucible 10 is not limited to fixing the magnetic field ratio.

바람직하게, 자기장 제어부는 단결정(C) 성장시 특정 지점부터 목적하는 산소농도 수준을 구현하기 위해 원하는 성장길이 및 구간별로 자기장 세기를 가변시킴으로써 석영 도가니(10)로부터 단결정(C)에 유입되는 산소 농도를 제어한다.Preferably, the magnetic field control unit controls the oxygen concentration flowing from the quartz crucible 10 to the single crystal C by varying the magnetic field strength for each desired growth length and interval to realize a desired oxygen concentration level from a specific point when the single crystal (C) is grown. To control.

본 발명은 상술한 바와 같은 단결정 제조장치를 이용하여 고액 계면을 통해 실리콘 단결정(C)을 성장하는 과정에서 자기장의 세기를 조절하여 실리콘 단결정 내로 유입되는 산소 농도를 제어한다.The present invention controls the oxygen concentration flowing into the silicon single crystal by controlling the strength of the magnetic field in the process of growing the silicon single crystal (C) through the solid-liquid interface using the single crystal manufacturing apparatus as described above.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 단결정 제조장치를 이용하여 8인치 실리콘 단결정을 성장시킬 때 자기장의 비율을 R=1.63에 고정한 채로 자기장의 세기를 점차 증가시킨 경우 실리콘 멜트 내에 형성되는 대류 분포를 상용 프로그램을 이용하여 시뮬레이션한 결과를 나타낸다. 도면에서 자기장의 세기는 상대적인 스케일에 따라 약자기장(a), 중자기장(b) 및 강자기장(c)으로 구분된다.4 is a convection formed in the silicon melt when the strength of the magnetic field is gradually increased while the ratio of the magnetic field is fixed to R = 1.63 when growing the 8-inch silicon single crystal using the semiconductor single crystal manufacturing apparatus according to a preferred embodiment of the present invention The distribution is shown by simulation using a commercial program. In the figure, the intensity of the magnetic field is divided into the weak magnetic field (a), the middle magnetic field (b), and the strong magnetic field (c) according to the relative scale.

도 4를 참조하면, 실리콘 멜트(SM) 내에 형성되는 대류 분포는 자기장의 세기가 점차 증가함에 따라 대류 셀의 변화없이 플로우(flow) 속도만이 저감되어 단결정(C)의 품질 변동없이 산소 농도만을 제어할 수 있음을 확인할 수 있다. 즉, 예컨대 석영 도가니 측벽의 하단부 만곡 지점 A와, 석영 도가니 바닥 지점 B 모두에서 실리콘 멜트의 대류속도는 감소하게 되어 산소 농도의 제어가 가능함을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4, in the convection distribution formed in the silicon melt SM, as the intensity of the magnetic field gradually increases, only the flow rate is reduced without changing the convection cell, so that only the oxygen concentration is changed without changing the quality of the single crystal C. You can see that it can be controlled. That is, it can be seen that the convection speed of the silicon melt is reduced at both the curved point A of the lower end portion of the quartz crucible sidewall and the bottom point B of the quartz crucible, thereby controlling the oxygen concentration.

<실험예>Experimental Example

도 5는 바디 전체길이가 1500㎜이고 직경이 8인치 실리콘 단결정 잉곳을 제조함에 있어서 각 지점의 자기장 비율을 고정한 상태에서 단결정 성장 길이별로 가변 자기장을 인가하여 산소 농도를 제어한 결과를 나타낸다.FIG. 5 shows the result of controlling the oxygen concentration by applying a variable magnetic field for each single crystal growth length while fixing the magnetic field ratio at each point in manufacturing an 8-inch silicon single crystal ingot having a total body length of 1500 mm and a diameter of 8 inches.

먼저 비교예에 나타난 바와 같이, 자기장의 세기를 최초 인가한 수준 그대로 고정시켜 변화시키지 않은 값을 100%로 할 경우, 단결정 길이에 따라 잔류 멜트의 양과 대류 셀의 형태로 인하여 산소 농도 수준은 바디 초반에 점차 낮아지다가 후반부로 갈수록 높아지는 경향을 보임을 확인할 수 있다.First, as shown in the comparative example, when the intensity of the magnetic field is fixed as it is initially applied and the unchanged value is 100%, the oxygen concentration level is determined at the beginning of the body due to the amount of remaining melt and the shape of the convective cell depending on the single crystal length. It can be seen that the trend tends to decrease gradually and then increase toward the second half.

반면에 본 발명의 실시예 1과 같이 바디 길이가 증가함에 따라 170%까지 자기장의 세기를 증가시킬 경우(ramping up) 산소 농도가 11.5 ppma에서 9.8ppma로 낮아지고, 또한 본 발명의 실시예 2와 같이 바디 길이가 증가함에 따라 50%까지 자기장의 세기를 감소시킬 경우(ramping down)에는 산소 농도가 12.5ppma로 증가됨을 확인할 수 있다.On the other hand, as the body length increases, the oxygen concentration decreases from 11.5 ppma to 9.8 ppm, as the body length increases, as in Example 1 of the present invention. As the body length increases, when the intensity of the magnetic field is reduced to 50% (ramping down), the oxygen concentration increases to 12.5 ppma.

한편 도 6에 나타난 바와 같이 본 발명의 실시예 1과 실시예 2에 따라 성장된 단결정에 대해 무결함 품질수준인 DSOD를 측정한 결과 프라임 전체 영역에 걸쳐 20ea 이하의 무결함 특성이 유지됨을 확인할 수 있었다. 이는 자기장의 비율을 고정하고 세기만 변화시킬 경우 단결정 길이 방향에 대한 대류 셀의 형태가 유지되어 무결함 품질은 유지되고 요구하는 수준의 산소 농도 제어가 가능함을 보여주는 결과이다.On the other hand, as shown in Figure 6 as a result of measuring the DSOD of the defect quality level for the single crystal grown in accordance with Example 1 and Example 2 of the present invention it can be confirmed that the integrity characteristics of 20ea or less is maintained throughout the prime area there was. This result shows that if the ratio of the magnetic field is fixed and only the intensity is changed, the shape of the convection cell in the length direction of the single crystal is maintained so that the defect quality can be maintained and the required oxygen concentration can be controlled.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지 식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto, and the technical spirit of the present invention and the following will be understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. Various modifications and variations are possible, of course, within the scope of equivalents of the claims to be described.

본 발명에 따르면, 실리콘 멜트의 각 지점에 대한 자기장 비율을 고정하고 자기장 세기만을 변화시킴으로써 단결정 길이 방향에 대한 대류 셀의 형태를 유지하여 무결함 품질을 제공할 수 있으므로 프라임 수율의 극대화가 가능하다.According to the present invention, by fixing the magnetic field ratio for each point of the silicon melt and changing only the magnetic field strength, it is possible to maintain the shape of the convection cell in the single crystal length direction to provide a defect free quality, thereby maximizing prime yield.

또한, 단결정 잉곳의 전체적인 산소 농도 수준 제어를 비롯하여 특정 길이 또는 위치에 대한 산소 농도 제어가 가능하여 하나의 단결정 잉곳으로부터 여러 가지 산소 농도 조건을 갖는 웨이퍼를 생산할 수 있다.In addition, it is possible to control the oxygen concentration for a specific length or position as well as to control the overall oxygen concentration level of the single crystal ingot, thereby producing a wafer having various oxygen concentration conditions from one single crystal ingot.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 다양한 수준의 산소 농도 제어를 위해 종래에 적용해 왔던 핫 존의 교체나 공정 파라미터의 변경과 같은 조치가 전혀 불필요하여 단결정 제품의 다양화가 가능하다.According to another aspect of the present invention, it is possible to diversify the single crystal product since no measures such as replacement of hot zones or change of process parameters, which have been conventionally applied for various levels of oxygen concentration control, are unnecessary.

Claims (12)

석영 도가니에 수용된 반도체 멜트에 종자결정을 담근 후 상기 종자결정을 회전시키면서 상부로 서서히 인상시켜 고액 계면을 통해 반도체 단결정을 성장시키는 쵸크랄스키법을 이용한 반도체 단결정 제조 방법에 있어서, In the method of manufacturing a semiconductor single crystal using the Czochralski method of soaking a seed crystal in a semiconductor melt contained in a quartz crucible and slowly pulling upwards while rotating the seed crystal to grow a semiconductor single crystal through a solid-liquid interface, 반도체 단결정 성장시 자기장을 석영 도가니에 인가하고, 석영 도가니 내부 각 지점의 자기장 비율을 고정하여 반도체 멜트의 대류형태를 유지한 채로 상기 자기장의 세기를 변화시켜 반도체 단결정 내로 유입되는 산소의 농도 또는 무결함 품질을 제어하는 것을 특징으로 하는 반도체 단결정 제조 방법.When the semiconductor single crystal grows, the magnetic field is applied to the quartz crucible, and the magnetic field ratio at each point inside the quartz crucible is fixed to maintain the convective form of the semiconductor melt. A method for manufacturing a semiconductor single crystal, characterized in that the quality is controlled. 삭제delete 제1항에 있어서,The method of claim 1, 자기장의 수직성분이 0인 ZGP(Zero Gauss Plane)를 기준으로 상부와 하부의 자기장 세기가 같거나 다른 커스프(Cusp) 타입의 자기장을 석영 도가니에 인가하는 것을 특징으로 하는 반도체 단결정 제조 방법.A method of fabricating a semiconductor single crystal, characterized in that a Cusp type magnetic field is applied to a quartz crucible having the same or different magnetic field strengths at the top and the bottom, based on a zero Gauge Plane (ZGP) whose vertical component is zero. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 자기장은 석영 도가니 주변에 환형으로 설치된 상부 코일과 하부 코일에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 반도체 단결정 제조 방법. Wherein said magnetic field is provided by an upper coil and a lower coil annularly installed around a quartz crucible. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 자기장은 석영 도가니 주변에 환형으로 설치된 상부 코일, 하부 코일 및 상기 상부 코일과 하부 코일 사이에 개재된 적어도 하나 이상의 중간 코일에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 반도체 단결정 제조 방법.And wherein the magnetic field is provided by an upper coil, a lower coil, and at least one intermediate coil interposed between the upper coil and the lower coil annularly installed around the quartz crucible. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 자기장의 세기가 최대인 GMP(Gauss Maximum Plane) 근방의 자기장 방향이 수평인 수평 타입의 자기장을 석영 도가니에 인가하는 것을 특징으로 하는 반도체 단결정 제조 방법.A method of manufacturing a semiconductor single crystal, characterized by applying a horizontal type magnetic field having a horizontal magnetic field direction near a GMP (Gauss Maximum Plane) having a maximum magnetic field strength to a quartz crucible. 반도체 멜트가 담기는 석영 도가니;A quartz crucible containing a semiconductor melt; 상기 석영 도가니의 외주면과 긴밀히 결합되어 고온 환경에서 석영 도가니의 형상을 지지하는 도가니 지지대;A crucible support coupled to the outer circumferential surface of the quartz crucible to support the shape of the quartz crucible in a high temperature environment; 상기 도가니 지지대의 측벽을 둘러싸도록 설치되어 석영 도가니에 담긴 반도체 멜트에 복사열을 제공하는 가열수단;Heating means installed to surround sidewalls of the crucible support to provide radiant heat to a semiconductor melt contained in a quartz crucible; 상기 가열수단을 둘러싸도록 설치되어 가열수단으로부터 방출되는 복사열이 외부로 소실되는 것을 방지하는 단열수단;Heat insulation means installed to surround the heating means to prevent the radiant heat emitted from the heating means from being lost to the outside; 상기 반도체 멜트에 담기는 종자결정을 일정한 방향으로 회전시키면서 상기 종자결정으로부터 성장되는 단결정을 상부로 인상하는 단결정 잉곳 인상수단;Single crystal ingot pulling means for pulling up a single crystal grown from the seed crystal to the top while rotating the seed crystal contained in the semiconductor melt in a predetermined direction; 상기 도가니 지지대를 일정한 방향으로 회전시키면서 고액 계면의 위치가 일정한 레벨로 유지되도록 도가니 지지대를 서서히 상승시키는 석영 도가니 회전수단; 및Quartz crucible rotating means for gradually elevating the crucible support while maintaining the position of the solid-liquid interface at a constant level while rotating the crucible support in a constant direction; And 상기 석영 도가니에 자기장을 인가하는 코일 어셈블리 및 상기 코일 어셈블리를 제어하여 석영 도가니 내부 각 지점의 자기장 비율을 고정한 채로 자기장 세기를 변화시키는 자기장 제어부를 구비한 자기장 인가수단;을 포함하는 반도체 단결정 제조장치.And a magnetic field applying means including a coil assembly for applying a magnetic field to the quartz crucible and a magnetic field controller for controlling the coil assembly to change the magnetic field strength while fixing the magnetic field ratio at each point inside the quartz crucible. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 자기장 인가수단은 자기장의 수직성분이 0인 ZGP를 기준으로 상부와 하부의 자기장 세기가 다른 커스프(Cusp) 타입의 비대칭 자기장을 석영 도가니에 인가하는 것을 특징으로 하는 반도체 단결정 제조장치.The magnetic field applying means is a semiconductor single crystal manufacturing apparatus, characterized in that for applying a Cusp-type asymmetric magnetic field of the upper and lower magnetic field strength, based on the ZGP vertical component of zero magnetic field. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 자기장 인가수단의 코일 어셈블리는 석영 도가니 둘레에 환형으로 설치된 상부 코일과 하부 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 단결정 제조장치. The coil assembly of the magnetic field applying means comprises a top coil and a bottom coil annularly installed around a quartz crucible. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 자기장은 석영 도가니 주변에 환형으로 설치된 상부 코일, 하부 코일 및 상기 상부 코일과 하부 코일 사이에 개재된 적어도 하나 이상의 중간 코일에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 반도체 단결정 제조장치.And the magnetic field is provided by an upper coil, a lower coil, and at least one intermediate coil interposed between the upper coil and the lower coil annularly installed around the quartz crucible. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 자기장의 세기가 최대인 GMP(Gauss Maximum Plane) 근방의 자기장 방향이 수평인 수평 타입의 자기장을 석영 도가니에 인가하는 것을 특징으로 하는 반도체 단결정 제조장치.A semiconductor single crystal manufacturing apparatus characterized by applying a horizontal type magnetic field having a horizontal magnetic field direction near a GMP (Gauss Maximum Plane) having a maximum magnetic field strength to a quartz crucible. 석영 도가니에 수용된 반도체 멜트에 종자결정을 담근 후 상기 종자결정을 회전시키면서 상부로 서서히 인상시키는 쵸크랄스키법에 의해 제조되는 반도체 단결정 잉곳에 있어서,In a semiconductor single crystal ingot manufactured by a Czochralski method in which a seed crystal is immersed in a semiconductor melt contained in a quartz crucible, and then the seed crystal is slowly pulled upward while rotating. 반도체 단결정 성장시 석영 도가니 내부 각 지점의 자기장 비율을 고정하여 반도체 멜트의 대류형태를 유지한 채로 자기장 세기를 변화시키는 자기장 제어에 대응하는 산소 농도 프로파일 또는 무결함 품질특성을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 단결정 잉곳.A semiconductor single crystal characterized in that it has an oxygen concentration profile or a defect-free quality characteristic corresponding to a magnetic field control that changes the magnetic field strength while maintaining the convective form of the semiconductor by fixing the magnetic field ratio at each point inside the quartz crucible during semiconductor single crystal growth. Ingot.
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