KR100880436B1 - 실리콘 단결정 성장 방법의 평가 방법 - Google Patents

Abstract

실리콘 단결정 성장 방법의 평가 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 평가 방법은, 네킹(necking) 형성 단계를 포함하는 실리콘 단결정 성장에 대한 평가 방법으로서, 상기 실리콘 단결정 성장 방법으로 얻은 샘플에서 네킹 부위를 15분 이상 라이트(Wright) 에칭하는 단계; 및 광학 현미경을 이용하여 상기 네킹 부위를 관찰하되, 피트(pit) 형상이 사라지는 지점을 슬립 전위가 사라지는 지점으로 정하여 슬립 전위 제거를 위한 네킹 길이를 결정하는 단계로 구성된 것이다. 본 발명에 따르면 종결정에서 발생된 슬립 전위가 네킹의 어느 부분에서 제거되는지 그 정확한 길이를 알 수 있다.

실리콘 단결정, <110> 결정방위, 네킹, 슬립 전위

Description

실리콘 단결정 성장 방법의 평가 방법 {Test method of method of manufacturing silicon single crystal}

도 1은 초크랄스키(Czochralski)법에 의한 실리콘 단결정 성장에 이용되는 종결정의 형상을 도시한 것이다.

도 2는 대쉬 네킹(necking)법을 설명하기 위한 도면이다.

도 3은 실시예에 따른 실리콘 단결정 성장에 이용될 수 있는 성장 장치를 도시한다.

도 4는 실시예에 따른 실리콘 단결정 성장 방법의 순서도이다.

도 5는 라이트(Wright) 에칭 실시 후 광학 현미경으로 관찰한 슬립 전위의 형상이다.

도 6은 실시예와 비교예에 있어서 네킹 길이에 따른 네킹 직경을 나타낸 것이다.

도 7은 실시예와 비교예에 있어서 네킹에서 실제적으로 슬립 전위가 사라지는 길이를 측정한 것이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1...종결정 2...네킹 3...숄더

4...몸통 5...융액 6...융액면

7...히터 8...상부 단열재 9...측면 단열재

10...하부 단열재 11...석영 도가니 12...흑연 도가니

13...하부 구동부 14...직경 감지 센서 15...성장 장치

16...성장로 17...인상로 18...상부 회전부

19...케이블 20...종결정 홀더 21...흑연 도가니 지지축

22...하부 회전부 23...불활성 기체 유입 조절장치

24...압력 조절장치

본 발명은 융액으로부터의 결정 성장(crystal growth from the melt) 방법으로 실리콘 단결정을 성장시키는 방법 및 그 평가 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초크랄스키(Czochralski, 이하 CZ)법으로 실리콘 단결정을 성장시키는 방법 및 그 평가 방법에 관한 것이다.

반도체 소자 제조용 실리콘 웨이퍼의 대구경화가 진행됨에 따라, 실리콘 웨이퍼의 대부분은 CZ법에 의해 성장시킨 실리콘 단결정을 웨이퍼 형태로 가공하여 생산되고 있다. 일반적으로, CZ법을 이용한 실리콘 단결정의 성장에서는, 도 1에 도시한 형상의 종결정(1)을, 융점인 1420℃ 이상으로 가열된 실리콘 융액에 접촉시키고, 종결정 온도가 안정하게 될 때에, 융액 위쪽으로 종결정을 서서히 인상함으로써, 종결정의 아래쪽으로 실리콘 단결정의 성장을 도모한다.

이 때, 종결정을 고온의 실리콘 융액에 접촉할 때에 열충격이 초래되기 때문에 종결정에는 무수한 슬립 전위가 발생한다. 이러한 슬립 전위를 제거할 목적으로, 도 2에 도시한 바와 같이, 종결정 아래쪽으로 성장되는 실리콘 단결정의 직경을, 종결정 직경보다 작게 3 ~ 5mm 정도까지 서서히 가늘게 하는 단면 감소부, 이른바 네킹(necking)(2)을 형성한다. 그리고 나서, 슬립 전위가 실리콘 단결정으로부터 제거 가능한 시점에서, 원하는 직경까지 결정 직경을 확대한다. 네킹(2)에 비하여 직경이 확대되어 있는 부위를 숄더(3)라고 한다. 그런 다음, 일정 직경을 유지하면서 대략 원기둥 형상의 몸통(4)을 가진 실리콘 단결정을 인상한다. 이와 같이 결정 직경을 가늘게 단면 감소시킴으로써 슬립 전위를 제거하는 방법은 대쉬 네킹법으로 불리고, CZ법을 이용한 실리콘 단결정의 성장에서 널리 이용되고 있다.

한편, 현재의 실리콘 단결정 제조에서는 실리콘 단결정의 생산성을 높이기 위해, 실리콘 단결정에서 직경이 일정한 몸통 부분을 가능한 한 길게 하는 생산형태를 채용하고 있다. 그리고, 반도체 소자의 대형화나 실수율 향상을 목적으로 하여 직경이 큰 실리콘 웨이퍼가 필요로 되고 있기 때문에, 인상하는 실리콘 단결정의 대직경화, 고중량화가 진행되고 있다.

또한, 종래에는 물리적인 특징이나 결정 성장 또는 반도체 소자를 제조하는 공정에서의 우위성으로 인하여, 반도체 소자를 형성하는 웨이퍼 주면(柱面)의 면방위가 (100)이나 (111)인 실리콘 웨이퍼가 많이 이용되어 왔다. 최근에는 반도체 소자를 형성할 때의 캐리어의 이동이 결정방위에 크게 의존하기 때문에, 반도체 소자의 고속화를 목표로 하여 스위칭 속도의 고속화가 가능한 면방위 (110)의 실리콘 웨이퍼가 주목받고 있다.

면방위 (110)의 실리콘 웨이퍼를 얻기 위해서는, 결정방위가 <100>이거나 <111>인 원기둥 형상의 실리콘 단결정을, (110)면이 웨이퍼 주면으로 되도록 경사지게 절단하여 가공을 실시하거나, 처음부터 결정방위가 <110>인 실리콘 단결정을 성장시켜 실리콘 웨이퍼로 가공하는 방법이 있다.

그런데, 결정방위 <100> 또는 <111>인 실리콘 단결정으로부터 주면의 면방위가 (110)으로 되는 실리콘 웨이퍼를 제조하는 방법에서는, 원형의 실리콘 웨이퍼를 얻기 위해 실리콘 단결정이 잘려나가는 부분이 큰 손실로 되고, 가공에 요구되는 시간도 길게 되기 때문에, 공업적으로 실리콘 웨이퍼를 양산하기에는 효율이 좋은 방법은 아니다.

이것에 대하여, 처음부터 결정방위가 <110>인 실리콘 단결정으로부터 주면의 면방위가 (110)으로 되는 실리콘 웨이퍼를 제조하는 방법에서는, 실리콘 단결정을 인상축 방향에 대하여 수직으로 슬라이스하고 경면연마가공을 실시하면 (110)면을 주면으로 하는 실리콘 웨이퍼를 얻을 수 있다. 이 방법에 의하면, 실리콘 단결정을 인상한 후의 가공 공정에서 면방위가 (100)이나 (111)인 웨이퍼와 동일한 가공을 행할 수 있기 때문에, 원형의 실리콘 웨이퍼를 얻는 데에 형태 조정을 위한 가공시간을 최소한으로 억제하여 효율적인 웨이퍼 가공을 행할 수 있다. 단, 이 방법은, 결정방위가 <110>으로 되는 실리콘 단결정을 성장시키는 것이 과제이다.

결정방위가 <100>이나 <111>인 결정에서는, 열충격에 의해 종결정에 야기되는 슬립 전위가 결정 성장 계면에 대하여 50 ~ 70° 전후의 각도에서 도입되므로, 대쉬 네킹법에 의해 슬립 전위를 제거하는 것이 가능하다. 그러나, 결정방위가 <110>인 결정에서는, 슬립 전위가 결정 성장 계면에 대하여 대략 수직방향 근방에서 들어오기 때문에, 슬립 전위를 간단히 제거하는 것은 어렵다. 이 때문에, 일본 특허 공개 평9-165298호 등에 개시되어 있듯이, 네킹 직경을 2mm 미만으로까지 극단적으로 가늘게 하는 방법이나, 네킹 직경을 3 ~ 5mm 정도로 가늘게 한 후 직경을 크게 하는 조작을 반복하여 네킹에 다수의 요철을 만드는 등의 특별한 방법을 이용하고 있다. 이외에, 종결정 선단을 뾰족한 형태로 가공하여 대쉬 네킹법을 이용하지 않고 실리콘 단결정을 성장시키는 방법도 제안되어 있다.

그러나, 네킹 직경을 극단적으로 2mm 미만으로 가늘게 하는 방법은 공정상 재현하기에 어려움이 있고, 네킹 이하에서 성장되는 실리콘 단결정의 하중을 견디는 데 필요한 인장 강도가 떨어지게 된다. 네킹에 다수의 요철을 만드는 것 역시 공정상 재현성이 떨어지고 안정적이지 못한 것으로 보인다. 마지막으로, 네킹없이 실리콘 단결정으로 성장시키는 것은 인장 강도를 강화시켜 생산성을 향상시키는 장점이 있으나, 종결정 가공이 다소 복잡하고, 일단 선단 부분을 일정 부분까지 녹여 아래로 단결정을 성장시키는데, 다음 공정에서 단결정 성장이 이루어지지 않으면, 종결정 맨 하단까지 녹여 진행하게 된다. 이때, 이미 종결정 선단에 슬립 전위가 도입되어 새로운 종결정으로 교체해야 하는 공정 상의 어려움이 있다. 뿐만 아니라, 일정 길이 부분까지 종결정 선단의 끝을 녹인 후 그 아래로 실리콘 단결정을 성장시키는 것은 온도를 제어하는 측면에 있어서도 그리 간단한 문제가 아니다.

기존의 <100>이나 <111> 결정방위에 대한 연구에서 네킹의 직경에 따른 슬립 전위의 거동에 대해 조사된 결과로서는 실리콘 단결정의 하중을 지지할 수 있는 네킹 직경과 슬립 전위의 전파 길이는 비례적인 관계가 있다는 것이 일반화되어 있다. 통상적으로 네킹의 길이가 짧을수록 실리콘 단결정의 몸통 부분을 더 생산할 수 있으므로, 실리콘 단결정의 하중을 견딜 수 있을 만큼의 직경이면 짧은 것이 좋다. 이와 같이, 기존의 <100>이나 <111> 결정방위의 실리콘 단결정 실리콘 성장에서, 슬립 전위가 사라지는 지점에 대해서는 많은 연구가 이루어져왔으나, <110> 결정방위의 실리콘 단결정을 성장시키기 위한 슬립 전위 전파 한계 지점과 그 관찰 방법에 대한 연구는 적다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 슬립 전위 전파 한계 지점과 그 관찰 방법을 제공할 수 있도록 실리콘 단결정 성장에 대한 평가 방법을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 평가 방법은, 대쉬 네킹법을 이용한 실리콘 단결정 성장 방법의 평가 방법으로서, 상기 실리콘 단결정 성장 방법으로 얻은 샘플에서 네킹 부위를 15분 이상 라이트(Wright) 에칭하는 단계; 및 광학 현미경을 이용하여 상기 네킹 부위를 관찰하되, 피트(pit) 형상이 사라지는 지점을 슬립 전위가 사라지는 지점으로 정하여 슬립 전위 제거를 위한 네킹 길이를 결정하는 단계를 포함하는 것이다.

상기 피트 형상을 에칭에 의한 미세 홀(hole) 및 잔존하는 오염 물질과 구분 하기 위하여, 상기 광학 현미경의 초점심도를 조절하여 초점 조절시 뚜렷하게 잔상이 남는 것을 피트 형상으로 분류하는 것이 바람직하며, 상기 실리콘 성장 방법은 사각기둥 형태의 종결정을 이용하고, 상기 피트 형상은 상기 종결정의 4개의 옆면 중 실리콘 단결정 성장 중에 발생하는 볼록한 형태의 긴 노드(node)가 없는 면에서 관찰하는 것이 바람직하다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 관한 바람직한 실시예 및 실험예를 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

(실리콘 단결정 성장의 실시예)

바람직하게 <110> 결정방위의 종결정을 이용하여 <110> 결정방위의 실리콘 단결정을 성장시킨다.

이 때 도 1에 도시한 것과 같은 종결정을 이용할 수 있다. 도 1에 도시한 사각기둥 형태의 종결정(1)은 가공 후 에칭된 것이다. 에칭은 가공에 의해 표면에 존재하는 미세한 스크래치(scratch)를 제거하여, 응력이 집중될 수 있는 부분을 감소시킬 수 있다. 이를 통해 실리콘 융액면에 종결정이 착지될 때 받게 되는 열충격에 의해 응력이 종결정에 집중되어 종결정 자체 내에 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 실리콘 단결정의 성장에서는, 성장되는 실리콘 단결정의 결정방위를 원하는 것으로 하기 위해서, 성장하려는 실리콘 단결정과 같은 결정방위를 가진 종결정을 사용하여 실리콘 단결정을 성장시킨다. 따라서, 결정방위가 <110>인 실리콘 단결정을 성장시키기 위하여, 종결정(1)으로는 인상축 방향의 결정방위가 <110>인 종결정을 이용한다.

한편, 실리콘 단결정의 성장은 도 3에 도시한 바와 같은 성장 장치를 이용할 수 있다.

성장 장치(15)는 실리콘 단결정이 성장되는 성장로(16) 안의 실리콘 융액(5)을 인상로(17)로 끌어올리는 방식으로 구성되어져 있다. 상부 인상로(17) 위에는 실리콘 단결정을 성장시킬 때 종결정(1)을 회전시키기 위한 상부 회전부(18)에 연결된 케이블(19) 선단에 종결정 홀더(20)가 있다. 인상로(17)에는 직경 감지 센서(14)도 구비되어 있다.

성장로(16) 내부에는 실리콘 융액(5)이 담긴 석영 도가니(11)가 있고, 그 둘레에는 고온의 실리콘 융액(5)에 의해 형태가 변할 수 있는 석영 도가니(11)를 지지하기 위한 흑연 도가니(12)로 구성되어 있다. 그 하부에는 흑연 도가니(12)를 받치고 있는 흑연 도가니 지지축(21)을 승하강 및 회전시킬 수 있도록 하부 구동부(13) 및 하부 회전부(22)가 있으며, 그 둘레에는 실리콘을 녹이고 공정 중에 열을 공급하기 위한 히터(7)가 설치되어 있다. 성장로(16) 내의 단열을 위해 히터(7)의 바깥쪽에는 상부 단열재(8), 측면 단열재(9) 및 하부 단열재(10)가 구성되어 있다.

또한, 고온에서 상온으로 될 때까지 성장로(16) 내의 구조물의 산화를 방지할 목적으로 아르곤(Ar)과 같은 불활성 기체를 흘려보내기 위해 인상로(17)에 불활성 기체의 유량을 조절할 수 있는 불활성 기체 유입 조절장치(23)가 있고, 성장로(16) 내부의 압력을 조절하기 위한 압력 조절장치(24)가 하부 단열재(10) 아래에 구성되어져 있다.

이러한 성장 장치(15)를 이용한 실리콘 단결정 성장 방법을 도 4의 순서도를 함께 참조하여 설명하면 아래와 같다.

우선, 원료인 다결정 실리콘을 석영 도가니(11)에 넣은 다음 히터(7)를 발열시켜 다결정 실리콘을 용융하여 실리콘 융액(5)을 만든다. 다결정 실리콘이 융해되어 실리콘 융액(5)으로 될 때, 실리콘 융액을 실리콘 단결정 성장이 가능한 온도로 낮추어 일정 시간 동안 온도 안정화를 실시한다(단계 s1).

실리콘이 융액으로 유지되기 위해서 그 주위를 둘러싸고 있는 히터(7)에 의해 지속적인 열 에너지를 받게 되고, 이로 인해 실리콘 융액(5)은 열대류를 가지게 되어 끊임없이 온도가 미묘하게 변하게 된다. 열대류에 의한 온도 변화가 너무 크면, 실리콘 융액의 온도에 맞추어 종결정을 가온하여 착액시켜도, 종결정의 선단부에 열충격이 가해져 슬립전위가 발생하게 된다. 또한, 종결정의 선단부를 실리콘 융액 중에 담가 넣어도, 선단부를 담가 넣는 도중에 종결정 근방의 실리콘 융액온도가 크게 변화하면, 종결정과 융액온도의 온도차에 의해 종결정에 열적인 변형이 생기고, 슬립 전위가 종결정에 들어와서, 그 이후, 무전위에서 실리콘 단결정을 성장시키는 것이 어렵게 된다. 특히, <110> 결정방위의 실리콘 단결정처럼 일단 슬 립 전위가 발생하면 전위 소멸이 어려워지게 되는 경우에는 종결정과 융액 온도의 온도 차이에 의해 종결정의 열적 변형이 발생하게 되어 슬립 전위가 종결정 내로 쉽게 들어와서 결국에는 실리콘 단결정 성장 가능성을 저하시키는 원인이 된다. 이러한 이유로 이러한 온도 안정화는 네킹에서 슬립 전위를 제거하기 위한 중요한 전 단계 공정이다.

종결정(1)을 종결정 홀더(20)에 결합한 후에는 상부 회전부(18)에 연결된 케이블(19)을 내려, 종결정(1)을 융액면(6)으로부터 일정 거리에서 일정 시간 동안 예열을 하여 융액 온도와의 차이에 의한 열충격을 최소화한다(단계 s2).

그런 다음, 종결정(1) 선단의 일정 길이만큼 융액면(6) 아래로 침지하고(단계 s3), 융액 온도와 비슷해 질 시점에 종결정(1)을 석영 도가니(11) 회전방향과 반대방향으로 회전시켜 가며 소정의 속도로 인상하는 것에 의해 슬립 전위 제거를 위한 네킹을 형성한다(단계 s4).

네킹 형성 단계에서는 종결정(1)의 인상 속도를 조정하여 최종적으로 3 ~ 5mm 직경의 네킹(2)을 형성하여 슬립 전위를 제거하게 되는데, 본 실시예에서는 특별히 최종 네킹 직경의 1.5배 이상의 직경이 될 때까지 먼저 실리콘 단결정을 성장시킨 후에, 3 ~ 5mm의 일정한 최종 네킹 직경으로 가늘게 성장시키도록 한다. 이러한 조작에 의하여, 네킹 직경을 서서히 감소시키는 종래의 대쉬 네킹법에 비하여 슬립 전위를 보다 빠르게 제거할 수 있다.

한편, 3 ~ 5mm의 최종 네킹 직경으로 가늘게 성장시키기 전에 실리콘 단결정의 직경을 크게 성장시키는 것은 그 직경이 최종 네킹 직경의 1.5배 이상이기만 하 면 슬립 전위가 제거되는 네킹 길이 단축의 효과는 거의 동일하므로 직경이 큰 부위의 직경에 대한 상한은 따로 정하지 않기로 한다.

최종 네킹 직경의 1.5배 이상의 직경이 될 때까지 먼저 실리콘 단결정을 성장시킨 후에, 3 ~ 5mm의 최종 네킹 직경으로 가늘게 성장시키기 위해서는 종결정(1)의 인상 속도를 느리게 유지하다가 빠르게 변경하는 방법에 의할 수 있다. 이 때 필요 이상으로 빠른 속도로 인상을 행하면 종결정(1) 아래쪽에 성장되는 결정 직경이 원하는 직경보다도 너무 가늘게 되거나, 경우에 따라서는 결정이 실리콘 융액(5)으로 떨어져버리는 등의 문제가 생기므로 적절히 조절하도록 한다.

네킹 형성 단계가 완료되면, 일정한 직경으로 수평방향 성장을 시켜 숄더(3)를 형성한 후에 균일한 직경으로 수직 성장시켜 실제 <110> 결정방위로 몸통(4)을 만들어 무전위 실리콘 단결정을 성장시키게 된다(단계 s5).

실리콘 융액(5)의 양이 몸통(4)을 성장시키기에 부족할 때에는 다시 직경을 감소시켜 뾰족한 형태의 실리콘 단결정을 만들어 융액면(6)과 접촉면을 작게 하여, 이탈시 발생되는 열충격을 최소화되도록 한 후에 식히는 공정을 거쳐 성장 장치(15) 밖으로 제거하여 실리콘 단결정 성장을 종료하게 된다.

그리고, 상술한 성장 방법에 의해 성장시킨 결정방위 <110>인 실리콘 단결정을, 결정방위가 <100>이나 <111>인 결정과 같은 제조공정에 의해, 원통연삭을 행하여 슬라이스하고 경면연마가공을 실시하면, 반도체 소자를 제작할 때의 주재료로 되는 웨이퍼 주면의 면방위가 (110)인 실리콘 웨이퍼를, 공업적으로 효율 좋게 생산할 수 있게 된다. 본 실시예에 따른 성장 방법에 의해 성장된 실리콘 단결정은 한쪽 또는 양쪽 연마면을 가진 웨이퍼, 에피택셜 코팅을 한 웨이퍼, 열처리를 한 웨이퍼 및 다른 방법으로 코팅을 한 웨이퍼를 제조하는 데 이용될 수 있다. 한편, 본 실시예에서는 결정방위 <110>인 종결정을 이용하여 결정방위 <110>인 실리콘 단결정을 성장시키는 예를 들어 설명하였으나, 실리콘 단결정 및 그 성장을 위한 종결정의 결정방위는 필요에 따라 변경하여 적용할 수 있다.

(평가 방법의 실험예)

앞에서 설명한 방법대로, 실리콘 단결정의 인상 속도를 조정하여 네킹의 직경을 최종적으로 3 ~ 5mm로 가늘게 하기 전에 최종 직경의 1.5배 이상의 직경으로 실리콘 단결정 성장을 행한 후, 그 길이를 240mm으로 한정하여 3 ~ 5mm로까지 직경을 감소시키는 네킹 공정을 수행한 후 <110> 결정방위로 실리콘 단결정을 성장시켰다. 성장이 완료된 실리콘 단결정을 성장 장치(15)로부터 제거할 때에는 종결정에서 네킹 최하단까지 세라믹 가위를 이용하여 절단하였으며, 이를 총 4번 반복하여 샘플을 제작하였다.

본 발명이 제안하는 실리콘 단결정 성장 방법에 대한 평가 방법은, 특히 <110> 결정방위의 실리콘 단결정을 성장시키기 위한 슬립 전위 전파 한계 지점과 그 관찰 방법을 제공하는 것으로, 다음에 설명하는 바와 같이, 샘플의 네킹 부위에 대해 15분 이상의 라이트(Wright) 에칭 실시 후 광학 현미경으로 관찰하는 것이다.

도 5는 라이트 에칭 실시 후 광학 현미경으로 관찰한 슬립 전위의 형상이다.

도 5와 같은 피트(pit) 형상을 관찰하기 위해서 Wright 에칭을 15분 이상 처 리하는 것이 바람직하다. Wright 에칭액은 HF, HNO₃, CrO₃ 수용액(5mol%). Cu(NO₃)₂, CH₃COOH 및 H₂O의 혼합 용액으로서 에칭 속도는 ~1㎛/min 정도이다. Wright 에칭을 15분 이하로 처리할 경우 슬립 전위라고 여겨지는 피트의 형상을 관찰하기 어려웠으며, 오염 물질 또한 완전히 제거되지 않는다. 그러나, Wright 에칭 시간은 15분 이상이기만 하면 평가에 크게 영향을 미치지 않으므로, 전체 평가 시간의 단축을 위해서는 너무 길게 유지할 필요가 없다.

슬립 전위를 관찰하면서 가장 어려운 점은 슬립 전위라고 여겨지는 피트와 단순히 에칭에 의한 미세 홀(hole)과 잔존하는 오염 물질을 서로 구분하는 것이다. 이를 해결하기 위해 고안해 낸 방법은 광학 현미경의 초점심도를 이용하는 것으로, 슬립 전위라고 여겨지는 피트의 경우에는 초점 조절시 뚜렷하게 잔상이 남으나, 기타의 경우에는 이러한 잔상이 불명확한 점을 이용하여, 초점 조절시 뚜렷하게 잔상이 남는 것은 피트로 분류하였다. 그러나, 실제로 이 방법은 눈으로 익히는 연습이 필요하다. 슬립 전위라고 여겨지는 피트의 형상은 주로 마름모 형태이나 사각형이나 타원형도 있으므로 주의해야 하며, 초점을 조정하여 잔상의 유무를 구분하기에 가장 적합한 것은 슬립 전위가 가장 많은 종결정 부위를 관찰하는 것이다. 종결정 부분에 가장 슬립 전위가 많은 이유는 융액면과 접촉되어 열충격을 받는 면적이 가장 많기 때문이며, 이러한 슬립 전위를 제거하기 위한 것이 바로 네킹인 것이다.

실험예에서는 네킹 부위에서 이러한 피트 형상이 마지막으로 존재하는 지점 을 슬립 전위가 완전히 사라지는 지점으로 정하였다. 도 6은 실시예와 비교예에 있어서 네킹 길이에 따른 네킹 직경을 나타낸 것이다.

도 6의 (A)에서 보는 바와 같이, 실시예의 경우는 최종 네킹 직경의 1.5배 이상의 직경이 될 때까지 먼저 실리콘 단결정을 성장시킨 후에, 3 ~ 5mm의 최종 네킹 직경으로 가늘게 성장시키도록 하였다. 도 6의 (B)는 비교예로서, 종래의 대쉬 네킹법대로 3 ~ 5mm 최종 직경으로 서서히 직경을 감소시킨 것이다.

도 7은 실시예과 비교예에 있어서 네킹에서 실제적으로 슬립 전위가 사라지는 길이를 측정한 것이다.

도 6에서와 같은 조건으로 실시예 및 비교예에 따른 샘플을 각각 준비하였으며, 도 1에 도시한 것과 같은 사각기둥 형태의 종결정에서 4개의 옆면을 따라 각각 1회 관찰하였다. 2개의 면에는 실리콘 단결정 성장 중에 발생하는 볼록한 형태의 긴 노드(node)가 있었고, 나머지 2개의 면에는 노드가 없었다.

<110> 결정방위의 네킹의 직경은 타원형이며, 노드가 있는 2개의 부분이 타원형에서 가장 먼 거리에 존재한다. 슬립 전위의 측정이 광학 현미경으로 이루어지기 때문에, 빛이 반사되어 수집되는 양은 노드가 있는 부분이 없는 부분보다 훨씬 적다. 따라서, 노드가 존재하는 면은 피트 관찰이 용이하지 못하여 노드가 없는 부분보다 슬립 전위가 사라지는 지점이 종결정에 더 가까이 관찰되어졌다.

도 7에서 (A)는 노드가 없는 면에 대한 측정 결과이고, (B)는 노드가 있는 면에 대한 측정 결과이다. 슬립 전위로 여겨지는 피트가 하나라도 존재하면 실리콘 단결정으로 성장되는 것 자체가 이루어지지 않으므로, 도 7의 (A)에서와 같이, 노드가 없는 종결정 2개의 면에서 관찰하는 것이 올바른 측정이라 할 수 있겠다.

샘플 번호 "1"이 실시예에 따른 경우이며, 네킹에서의 슬립 전위는 180mm 이후에 제거됨을 알 수 있다. 샘플 번호 "2", "3", "4"는 종래와 같은 비교예이며, 슬립 전위가 사라지는 길이는 230mm 이상이어야 하고, 보다 안정적으로 슬립 전위를 제거하기 위해서는 250mm 이상이 적합함을 알 수 있다. 이로부터, 실시예에 따르면 일반적인 네킹 공정에 의할 때보다 40mm 이상 슬립 전위를 보다 빠르게 제거할 수 있다는 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 실리콘 단결정 몸통 부분을 40mm 이상 더 길게 형성할 수 있는 장점이 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예 및 실험예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예 및 실험예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.

상술한 바와 같이, 기존에는 종결정에서 발생된 슬립 전위가 네킹의 어느 부분에서 제거되는지 그 정확한 길이를 알 수 없었지만, 본 발명에서 제안하는 슬립 전위를 관찰할 수 있는 방법에 의하면 슬립 전위의 관찰이 용이하다.

Claims (3)

1. 네킹 형성 단계를 포함하며, 사각기둥 형태의 종결정을 이용하는 실리콘 단결정 성장에 대한 평가 방법으로서,

   상기 실리콘 단결정 성장 방법으로 얻은 샘플에서 네킹 부위를 15분 이상 라이트(Wright) 에칭하는 단계; 및

   상기 네킹 부위에 있어서 상기 종결정의 4개의 옆면 중 실리콘 단결정 성장 중에 발생하는 볼록한 형태의 긴 노드(node)가 없는 면을 광학현미경을 이용하여 관찰하되, 피트(pit) 형상이 사라지는 지점을 슬립 전위가 사라지는 지점으로 정하여 슬립 전위 제거를 위한 네킹 길이를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 평가 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 피트 형상을 에칭에 의한 미세 홀(hole) 및 잔존하는 오염 물질과 구분하기 위하여, 상기 광학 현미경의 초점심도를 조절하여 초점 조절시 뚜렷하게 잔상이 남는 것을 피트 형상으로 분류하는 것을 특징으로 하는 평가 방법.
3. 삭제

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