KR100946563B1 - 쵸크랄스키법을 이용한 반도체 단결정 제조 방법 - Google Patents

쵸크랄스키법을 이용한 반도체 단결정 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100946563B1
KR100946563B1 KR1020080011807A KR20080011807A KR100946563B1 KR 100946563 B1 KR100946563 B1 KR 100946563B1 KR 1020080011807 A KR1020080011807 A KR 1020080011807A KR 20080011807 A KR20080011807 A KR 20080011807A KR 100946563 B1 KR100946563 B1 KR 100946563B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
single crystal
magnetic field
crystal
semiconductor
semiconductor single
Prior art date
Application number
KR1020080011807A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20090085896A (ko
Inventor
김도연
이홍우
심복철
정요한
Original Assignee
주식회사 실트론
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 실트론 filed Critical 주식회사 실트론
Priority to KR1020080011807A priority Critical patent/KR100946563B1/ko
Publication of KR20090085896A publication Critical patent/KR20090085896A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100946563B1 publication Critical patent/KR100946563B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/20—Controlling or regulating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/02—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method adding crystallising materials or reactants forming it in situ to the melt
    • C30B15/04—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method adding crystallising materials or reactants forming it in situ to the melt adding doping materials, e.g. for n-p-junction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/14—Heating of the melt or the crystallised materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/36—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method characterised by the seed, e.g. its crystallographic orientation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02587—Structure
    • H01L21/0259—Microstructure
    • H01L21/02598—Microstructure monocrystalline

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

본 발명은 쵸크랄스키법을 이용한 반도체 단결정 제조 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 반도체 단결정 제조 방법은, 도가니에 수용된 반도체 원료 물질과 도판트 물질의 융액에 종자결정을 담근 후 종자결정을 회전시키면서 상부로 서서히 인상시켜 반도체 단결정을 성장시키는 쵸크랄스키법을 이용한 반도체 단결정 제조 방법으로서, 커스프 타입의 자기장을 상기 도가니에 인가하되, 수직성분이 0인 ZGP(Zero Gauss Plane)를 기준으로 하부 자기장의 세기를 400G 내지 700G의 범위로 제어하고, 커스프 자기장의 상부 및 하부 자기장 세기 비율을 1.1~1.6으로 제어하여 비저항 프로파일을 결정의 길이 방향을 따라 확장시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 잉곳 계면 측으로 자기장의 수직 성분을 증가시켜 비저항 프로파일의 변화편차를 줄일 수 있다. 그 결과 비저항 프로파일이 확대되어 단결정의 프라임 길이가 증가됨으로써 종래에 비해 생산성을 향상시킬 수 있다.
쵸크랄스키, 유효편석계수, 자기장, 비저항 프로파일

Description

쵸크랄스키법을 이용한 반도체 단결정 제조 방법{Method of manufacturing semiconductor single crystal by Czochralski technology}
본 발명은 반도체 단결정 제조 방법에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 쵸크랄스키(Czochralski: CZ라 약칭함)법에 의한 단결정 성장시 커스프 자기장을 인가하고, 커스프 자기장의 상부 및 하부의 자기장 세기 비율을 제어함으로써 단결정 길이별 비저항 프로파일을 확장시킬 수 있는 반도체 단결정 제조 방법에 대한 것이다.
일반적으로, 반도체 등의 전자부품을 생산하기 위한 소재로 사용되는 실리콘 단결정은 CZ법에 의해 제조된다. CZ법은 다결정 실리콘을 석영 도가니에 투입하여 1400℃ 이상에서 용융시킨 후 종자결정을 용융된 실리콘 융액(melt)에 담갔다가 천천히 끌어당기면서 결정을 성장시키는 방법이다. 이에 대한 상세한 설명은 S.wolf와 R.N. Tauber씨의 논문 ‘Silicon Processing for the VLSI Era', volume 1, Lattice Press (1986), Sunset Beach, CA에 잘 기재되어 있다.
CZ법에 의해 실리콘 단결정을 성장시킬 때에는 고객이 요구한 반도체의 전기적 특성 조건에 따라 B, Al, Ga, P, As, Sb 등의 III족 또는 V족 원소를 도판 트(Dopant)로 첨가시킨다. 첨가된 도판트는 실리콘 단결정이 성장될 때 결정 내에 고르게 첨가된다. 이 때 결정 내에 도입되는 도판트의 농도는 너무 높지 않아야 한다. 어느 정도 이상의 농도에서는 도판트와 실리콘이 고용체(solid solution)를 형성하지 않고 도판트가 침전상으로 석출되는 문제가 발생되기 때문이다.
일반적으로, 실리콘 융액 내에 고르게 분포되어 있는 도판트들은 고체상과 용융상에서 서로 다른 평형농도를 가진다. 따라서 용융상의 도판트 농도와 성장 중에 있는 결정 내의 도판트 농도의 비를 유효편석계수(Effective segregation coefficient)라고 정의하며, 원소의 종류에 따라 각 도판트는 고유의 유효편석계수를 가지고 있다. 이론적으로 볼 때 유효편석계수가 1이면 실리콘 융액 내의 도판트 농도와 실리콘 단결정 내의 도판트 농도는 동일하다. 그런데 실리콘 단결정 성장시 사용되는 도판트들(B, P)은 유효편석계수가 1보다 작은 값을 가지며, 유효편석계수가 1보다 작게 되면 실리콘 융액 내의 도판트 농도가 실리콘 단결정 내의 도판트 농도보다 높게 된다. 이러한 이유로 실리콘 단결정의 윗 부분보다 아래 부분의 도판트 농도가 높게 나타나는 경향이 있다. 실리콘 단결정의 비저항 특성은 단결정 내에 도입되는 도판트 농도에 의해 영향을 받는데, 유효편석계수가 1보다 작은 도판트를 사용하면 실리콘 단결정은 결정의 길이 방향에 따라 비저항 특성이 변하게 된다. 예를 들어 실리콘 단결정 성장시 보론을 도판트로 사용하면 결정의 길이 방향을 따라 비저항이 점차 감소하는 경향을 보인다.
한편 CZ법에 의해 성장된 반도체 단결정은 고객이 요구하는 결함 농도 조건과 산소 농도 조건뿐만 아니라 비저항 조건까지 충족되는 결정 영역에 대해서만 제 품화가 가능하다. 여기서, 고객의 요구 조건을 모두 충족하는 반도체 단결정의 길이를 프라임(prime) 길이라고 말한다. 유효편석계수가 1보다 작은 도판트를 사용하여 실리콘 단결정을 성장시키면 단결정의 길이 방향에서 볼 때 비저항은 서서히 감소하게 되는데, 일정 기준 이상의 비저항을 갖는 결정 영역 중 결함 농도 조건과 산소 농도 조건 등 고객 스펙을 만족하는 결정 영역의 길이가 바로 프라임 길이가 된다.
그런데 결함 농도와 산소 농도를 제어하는 기술은 지금까지 상당한 기술적 진보가 있었던데 반해, 도판트의 유효편석계수를 제어함으로써 반도체 단결정의 길이 방향에서 비저항 프로파일을 제어하는 기술은 아직 초보단계에 머물러 있다. 3인치 이하의 결정 성장 실험을 통해 도판트의 유효편석계수에 대한 이론식이 정립되어 있지만, 단결정 성장시 유효편석계수의 제어 방법론을 제시하여 결정의 비저항 프로파일을 제어하는 기술에 대해서는 아직 그 선례를 찾아볼 수 없는 실정이다. 따라서 CZ법에 의해 성장된 단결정의 프라임 길이는 주로 도판트의 유효편석계수에 의해 결정되는 비저항 프로파일에 의해 지배적인 영향을 받는다. 기타 고객의 요구 사항은 현재의 단결정 성장 기술에 의해 용이한 제어가 가능하기 때문이다.
예를 들어 보론의 경우 유효편석 계수는 0.73 내지 0.75 범위 내의 값을 가지며, 이러한 고유의 수치범위에 따라 단결정의 길이 방향으로 고유한 비저항 프로파일이 결정되고, 비저항 프로파일에 따라 제품화가 가능한 프라임 길이가 결정되는 것이다. 따라서 도판트의 유효편석계수는 CZ법을 이용한 반도체 단결정 성장시 단위 Kg당 생산성을 결정하는 중요한 인자로 작용한다. 따라서 도판트의 유효편석 계수 제어를 통해 결정의 길이방향에 따른 비저항의 프로파일을 확장시키면 그만큼 프라임 길이를 증가시킬 수 있다. 여기서 비저항 프로파일이 확장된다는 것은 결정의 길이 방향을 따라 동일한 지점에서 유효편석계수의 제어 전과 제어 후에 비저항을 측정하여 보았을 때 비저항이 일정한 비율로 증가되는 것을 말한다.
종래에 CZ법을 이용한 반도체 단결정 성장시 비저항 프로파일을 확장시키기 위해 사용된 방법에는 질소(N) 또는 탄소(C)를 불순물로 첨가하거나, 산소 또는 질소 가스 분위기에서 단결정 성장된 반도체 잉곳을 고온 열처리하는 방법이 있다. 다른 방법으로는 유효편석계수를 제어하기 위하여 기본적으로 첨가하는 도판트 이외에 제3원소(예컨대, Ba, P, Ge, Al)를 도판트로 추가 첨가하는 동시-도핑법(Co-doping)이 있다.
그러나 이러한 종래의 방법들은 고저항 웨이퍼 또는 저저항 웨이퍼와 같은 극히 제한된 용도의 웨이퍼를 제조하기 위한 목적으로만 사용될 수 있다는 한계가 있다. 또한 동시-도핑법의 경우는, 반도체 제조시 요구되는 물성 이외의 특성이 나타나거나 무결함 잉곳과 같은 고품질의 잉곳 제조 시 적용하는데 한계가 있다.
또한, 상기 비저항 프로파일을 확장시키기 위한 방법으로 실리콘 단결정 회전 속도, 도가니 회전 속도, 자기장 세기를 주요 인자로 제시하는 기술이 제안되기도 하였으나, 상기의 기술은 아직 초보단계에 불가할 뿐만 아니라 자기장 세기를 주요 인자로 삼는 기술은 명확하게 설명되지 못하고 있다.
반도체 단결정을 제조하는 제조사는 결정의 품질 자체를 향상시키는 것도 중요하지만 생산성을 증대시키기 위해서는 결정의 길이 방향에 따른 비저항 프로파일 을 확장하여 프라임 길이를 증대시키는 것이 매우 중요하다. 하지만 상술한 바와 같이 유효편석계수의 제어, 다시 말해 비저항 프로파일의 제어가 어려운 이상, 프라임 길이는 결정 품질의 향상과는 무관하게 고정될 수밖에 없어 지금까지는 제품의 생산성 확대에 기본적인 한계가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 쵸크랄스키(Czochralski)법에 의한 단결정 성장시 하부 자기장의 세기 및 상부 자기장의 세기가 제어된 커프스 타입의 자기장을 인가함으로써 단결정 길이 방향에 따른 비저항의 프로파일을 확장시킬 수 있는 반도체 단결정 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 반도체 단결정 제조 방법은, 도가니에 수용된 반도체 원료 물질과 도판트 물질의 융액에 종자결정을 담근 후 종자결정을 회전시키면서 상부로 서서히 인상시켜 반도체 단결정을 성장시키는 쵸크랄스키법을 이용한 반도체 단결정 제조 방법으로서, 커스프 타입의 자기장을 상기 도가니에 인가하되, 수직성분이 0인 ZGP(Zero Gauss Plane)를 기준으로 하부 자기장의 세기를 400G 내지 700G의 범위로 제어하고, 다음 수학식에 의해 계산되는 R값을 1.1 내지 1.6의 범위로 제어하여 비저항 프로파일을 결정의 길이 방향을 따라 확장시키는 것을 특징으로 한다.
<수학식>
Figure 112008009538917-pat00001
(D는 ZGP를 기준으로 하부 자기장 세기이고,
U는 ZGP를 기준으로 상부 자기장 세기임.)
본 발명에 따른 반도체 단결정 제조 방법은, 단결정의 회전속도를 5~7rpm으로 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, CZ법을 이용한 반도체 단결정의 성장시 인가되는 커스프 자기장의 상부 및 하부 자기장 세기 비율을 제어함으로써 반도체 융액의 대류 속도를 제어하여 반도체 융액의 비정상적 유동을 억제할 수 있다. 또한, 잉곳 계면 측으로 자기장의 수직 성분을 증가시켜 비저항 프로파일의 변화편차를 줄일 수 있다. 그 결과 비저항 프로파일이 확대되어 단결정의 프라임 길이가 증가됨으로써 종래에 비해 생산성을 향상시킬 수 있다.
이하에서는 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 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예 들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 실리콘 단결정 제조 방법의 실시를 위해 사용되는 반도체 단결정 제조 장치의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 상기 반도체 단결정 제조 장치는, 다결정 실리콘과 도판트가 고온으로 용융된 실리콘 융액(SM)이 수용되는 석영 도가니(10); 상기 석영 도가니(10)의 외주면을 감싸며, 석영 도가니(10)의 외주면을 일정한 형태로 지지하는 도가니 하우징(20); 상기 도가니 하우징(20) 하단에 설치되어 하우징(20)과 함께 석영 도가니(10)를 회전시키는 도가니 회전수단(30); 상기 도가니 하우징(20)의 측벽으로부터 소정 거리 이격되어 석영 도가니(10)를 가열하는 가열수단(40); 상기 가열수단(40)의 외곽에 설치되어 가열수단(40)으로부터 발생되는 열이 외부로 유출되는 것을 방지하는 단열수단(50); 종자결정을 이용하여 상기 석영 도가니(10)에 수용된 실리콘 융액(SM)으로부터 단결정(C)을 인상하는 단결정 인상수단(60); 및 단결정 인상수단(60)에 의해 인상되는 단결정(C)의 외주면으로부터 소정 거리 이격되어 단결정(C)으로부터 방출되는 열을 반사하는 열실드 수단(70);을 포함한다. 이러한 구성 요소들은 본 발명이 속한 기술 분야에서 잘 알려진 CZ법을 이용한 반도체 단결정 제조 장치의 통상적인 구성요소이므로 각 구성 요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에서 사용하는 반도체 단결정 제조 장치는 상술한 구성요소에 더하여 석영 도가니(10)에 자기장을 인가하는 자기장 인가수단(80a, 80b: 이하, 80으로 통칭함)을 더 포함한다. 바람직하게, 상기 자기장 인가수단(80)은 석영 도가니(10) 내에 수용된 고온의 반도체 융액(SM)에 커스프 자기장(Gupper, Glower: 이하, G라고 통칭함)을 인가한다. 이를 위해, 상기 자기장 인가수단(80)은 단결정의 중심 축과 동축으로 설치된 환형의 상부 코일(80a)과 하부 코일(80b)을 포함한다. 상기 상부 코일(80a)과 하부 코일(80b)은 석영 도가니(10)로부터 소정 거리 이격되어 설치된다.
본 발명은 상기 커스프 자기장(G)의 수직성분이 0이 되는 ZGP(Zero Gauss Plane: 90)를 기준으로 상부 자기장(Gupper) 세기와 하부 자기장(Glower) 세기의 비율을 나타내는 R(Ratio)값을 조절하여 단결정(C)의 비저항 프로파일을 결정의 길이 방향을 따라 확장시키게 되며, 상기 R값은 다음 수학식에 의해 정의된다.
<수학식>
Figure 112008009538917-pat00002
(D는 ZGP를 기준으로 하부 자기장 세기이고,
U는 ZGP를 기준으로 상부 자기장 세기임.)
도 2a, 2b, 2c는 각각 커스프 자기장의 R값에 따른 ZGP의 형태를 나타낸 도면이다. 도면들을 참조하면, ZGP(90)를 기준으로 상부 자기장(Gupper) 세기와 하부 자기장(Glower) 세기가 서로 같을 경우, 즉 상기 R값이 1인 경우에 ZGP(90)는 도 2a 와 같이 평행한 형태를 갖는다. 그리고 ZGP(90)를 기준으로 상부 자기장(Gupper) 세기보다 하부 자기장(Glower) 세기가 더 큰 경우(R > 1)에 상기 ZGP(90)는 도 2b와 같이 상부 측으로 볼록한 형태를 가지며, ZGP(90)를 기준으로 상부 자기장(Gupper) 세기보다 하부 자기장(Glower) 세기가 더 작은 경우(R < 1)에 상기 ZGP(90)는 도 2c와 같이 하부 측으로 볼록한 형태를 가지게 된다.
바람직하게, 상기 석영 도가니(10)에 인가하는 자기장(G)의 R값은 1.1 내지 1.6의 범위로 제어한다. 즉, 도 2b와 같이 자기장의 수직성분이 0이 되는 ZGP(90)를 기준으로 상부 자기장(Gupper) 세기보다 하부 자기장(Glower) 세기를 크게 하여 단결정의 길이 방향에서 비저항 프로파일의 변화편차를 최소화시킨다. R값은 상부 코일(80a)과 하부 코일(80b)에 인가되는 전류의 비율, 각 코일의 권선수, 각 코일의 위치, 각 코일의 형상, 각 코일의 반경 등을 다양하게 조합하여 조절할 수 있다.
도 3 및 도 4는 각각 커스프 자기장의 R값에 따른 실리콘 단결정의 결정 방향에 따른 비저항의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 3에서 a, b, c, 및 d는 각각 순서대로 R값이 1.1, 1.6, 1.8, 2.0인 커스프 자기장(G)을 적용하여 성장시킨 단결정(C)의 길이 방향에 따른 비저항 변화를 나타내고, e는 단결정 성장 시 커스프 자기장(G)을 인가하지 않았을 때의 비저항 변화를 나타낸 것으로서, 평형 편석 계수(0.73)에 의해 도판트가 단결정에 유입되는 것을 가정하여 이론적으로 구한 비저항 프로파일이다.
도 3을 참조하면, 커스프 자기장을 인가하지 않은 경우보다 R값이 1.1 ~1.6의 범위로 제어된 커스프 자기장을 인가하며 단결정을 성장시키는 경우가 단결정의 길이 방향으로 비저항의 편차가 작음을 알 수 있고, R값이 1.1인 경우에 단결정의 길이 방향으로 비저항 편차가 가장 작음을 알 수 있다.
이처럼 비저항 편차가 감소되는 이유는, R 값이 1.1 ~ 1.6의 범위로 제어된 커스프 자기장(G)이 석영 도가니(10)에 인가되면 고액 계면 측으로 향하는 융액의 대류 방향과 수직으로 인가되는 자기장(G)의 성분이 강화되어 융액의 자연 대류가 억제됨으로써 고액 계면에서의 유효 편석 계수가 평형 편석 계수보다 증가되기 때문이다.
한편, 커스프 자기장(G)의 인가로 고액 계면 측으로 향하는 대류가 억제되면 단결정(C)의 회전으로 유발되는 강제 대류의 제어가 보다 용이해진다. 따라서 단결정(C)의 회전속도를 종래보다 증가시킴으로써 단결정(C)의 반경 방향으로 온도 구배의 편차를 줄일 수 있어 반경 방향으로 품질이 균일한 단결정(C)을 성장시킬 수 있다. 본 발명에 따르면, 단결정(C)의 회전속도를 5 ~ 7rpm 정도의 범위로 제어하여 단결정(C)의 반경 방향으로 온도 구배의 편차를 최소화할 수 있다.
도 4에서 a는 단결정(C) 성장 시 R값이 1.1보다 작은 0.6인 커스프 자기장(G)이 인가되었을 경우 단결정의 길이 방향에 따른 비저항 변화를 나타낸 것이고, b는 비저항 프로파일의 기울기 변화를 비교하기 위해 커스프 자기장(G)을 인가하지 않고 단결정(C)을 성장시킬 경우 단결정의 비저항 변화를 평형 편석 계수를 이용하여 이론적으로 산출하여 나타낸 것이다.
도 4에 나타난 바와 같이 커스프 자기장(G)의 R값이 1.1보다 작아지는 경우 단결정(C)의 길이 방향을 따라 비저항의 변화 편차를 줄이는데 효과적이지 못하다. 그 이유는 R값이 1.1보다 작아지면 고액 계면 측으로 향하는 자기장의 성분은 강화되지만 자연 대류에 대한 제어효과가 반감되기 때문이다.
도 3 및 도 4에 나타난 실험 결과로부터 단결정 성장 시 커스프 자기장(G)을 인가하는 경우 커스프 자기장(G)의 R값은 1.1 내지 1.6의 범위 내로 제어하는 것이 바람직하고, R값이 1.1에 가깝도록 제어하는 것이 더욱 바람직하다는 것을 알 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 반도체 단결정 제조 방법은 상기 석영 도가니(10)에 인가하는 커스프 자기장(G)의 세기를 제어하여 단결정(C)의 길이 방향에 따른 비저항의 변화편차를 감소시킬 수도 있다.
도 5는 커스프 자기장의 상부 및 하부 자기장 세기에 따른 실리콘 단결정의 길이 방향에 따른 비저항의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 5에서 a와 b는 각각 400G/250G(R값 : 1.6), 700G/440G(R값 : 1.6) 즉, 하부 자기장(Glower)의 세기가 각각 400G, 700G인 커스프 자기장(G)을 인가하여 성장시킨 단결정(C)의 비저항 변화를 나타내고, c는 단결정(C) 성장 시 커스프 자기장(G)을 인가하지 않았을 경우에 대해 도판트의 평형 편석 계수(0.73)를 이용하여 단결정(C)의 길이 방향에 따른 비저항 변화를 이론적으로 계산하여 나타낸 것이다. 여기서, 상부 자기장(Gupper) 세기와 하부 자기장(Glower) 세기는 코일의 중심으로부터 하방으로 -290 mm인 지점에서 측정한 것이다.
도면을 참조하면, 단결정(C)의 길이 방향에 따른 비저항의 편차는 R값이 동일하여도 커스프 자기장(G)의 하부 자기장(Glower) 세기에 따라 그 정도가 달라진다. 즉 하부 자기장(Glower)의 세기가 클수록 비저항의 편차가 감소한다는 것을 알 수 있다. 아울러 하부 자기장(Glower) 세기의 값을 400G와 700G로 각각 유지한 상태에서 상부 자기장(Gupper)의 세기를 변화시켜 R값을 1.1과 가깝게 제어하면 비저항 편차가 더욱 감소될 것임은 자명하다. 또한 400G와 700G에서 측정한 비저항 프로파일로부터 400G 내지 700G 범위 내로 커스프 자기장(G)의 하부 자기장(Glower) 세기를 제어하면 도 5에 도시된 비저항 프로파일과 유사한 비저항 프로파일을 얻을 수 있을 것임은 자명하다. 따라서 단결정(C) 성장시 커스프 자기장(G)을 인가할 경우 R 값은 1.1 ~ 1.6의 범위로 제어하고, 하부 자기장(Glower)의 세기는 400 ~ 700G의 범위로 제어하는 것이 바람직하다.
상술한 실시예에서는 실리콘 단결정의 제조 방법을 일 예로 들어 본 발명을상세하게 설명하였다. 하지만 본 발명은 CZ법에 의해 성장시키는 단결정의 종류에 의해 한정되지 않으며, CZ법에 의해 성장시킬 수 있다고 알려진 단결정이라면 어떠한 것에라도 적용할 수 있을 것임은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술된 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 실리콘 단결정 제조 방법의 실시를 위해 사용되는 반도체 단결정 제조 장치의 개략적인 구성도,
도 2a, 2b, 2c는 각각 커스프 자기장의 R값에 따른 ZGP의 형태를 나타낸 도면,
도 3 및 도 4는 각각 커스프 자기장의 R값에 따른 실리콘 단결정의 결정 방향에 따른 비저항의 변화를 나타낸 그래프,
도 5는 커스프의 상부 및 하부 자기장 세기에 따른 실리콘 단결정의 결정 방향에 따른 비저항의 변화를 나타낸 그래프이다.
<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>
SM : 실리콘 융액 10 : 도가니
20 : 도가니 하우징 30 : 도가니 회전수단
40 : 가열수단 50 : 단열수단
60 : 단결정 인상수단 70 : 열실드 수단
90 : GZP G : 커스프 자기장

Claims (2)

  1. 도가니에 수용된 반도체 원료 물질과 도판트 물질의 융액에 종자결정을 담근 후 종자결정을 회전시키면서 상부로 서서히 인상시켜 반도체 단결정을 성장시키는 쵸크랄스키법을 이용한 반도체 단결정 제조 방법에 있어서,
    커스프 타입의 자기장을 상기 도가니에 인가하되, 수직성분이 0인 ZGP(Zero Gauss Plane)를 기준으로 하부 자기장의 세기를 400G 내지 700G의 범위로 제어하고, 다음 수학식에 의해 계산되는 R값을 1.1 내지 1.6의 범위로 제어하여 비저항 프로파일을 결정의 길이 방향을 따라 확장시키는 것을 특징으로 하는 반도체 단결정 제조 방법.
    <수학식>
    Figure 112008009538917-pat00003
    (D는 ZGP를 기준으로 하부 자기장 세기이고,
    U는 ZGP를 기준으로 상부 자기장 세기임.)
  2. 제 1항에 있어서,
    단결정의 회전속도를 5~7rpm으로 제어하는 것을 특징으로 하는 반도체 단결정 제조 방법.
KR1020080011807A 2008-02-05 2008-02-05 쵸크랄스키법을 이용한 반도체 단결정 제조 방법 KR100946563B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080011807A KR100946563B1 (ko) 2008-02-05 2008-02-05 쵸크랄스키법을 이용한 반도체 단결정 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080011807A KR100946563B1 (ko) 2008-02-05 2008-02-05 쵸크랄스키법을 이용한 반도체 단결정 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090085896A KR20090085896A (ko) 2009-08-10
KR100946563B1 true KR100946563B1 (ko) 2010-03-11

Family

ID=41205710

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080011807A KR100946563B1 (ko) 2008-02-05 2008-02-05 쵸크랄스키법을 이용한 반도체 단결정 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100946563B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102037751B1 (ko) * 2018-01-09 2019-10-29 에스케이실트론 주식회사 실리콘 웨이퍼 제조 방법 및 장치

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050062128A (ko) * 2003-12-19 2005-06-23 주식회사 실트론 인가 자기장의 위치를 변화시키는 실리콘 단결정 잉곳의제조 방법
KR20070013843A (ko) * 2005-07-27 2007-01-31 주식회사 실트론 실리콘 단결정 잉곳 및 그 성장방법
KR100827028B1 (ko) 2006-10-17 2008-05-02 주식회사 실트론 쵸크랄스키법을 이용한 반도체 단결정 제조 방법, 및 이방법에 의해 제조된 반도체 단결정 잉곳 및 웨이퍼

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050062128A (ko) * 2003-12-19 2005-06-23 주식회사 실트론 인가 자기장의 위치를 변화시키는 실리콘 단결정 잉곳의제조 방법
KR20070013843A (ko) * 2005-07-27 2007-01-31 주식회사 실트론 실리콘 단결정 잉곳 및 그 성장방법
KR100827028B1 (ko) 2006-10-17 2008-05-02 주식회사 실트론 쵸크랄스키법을 이용한 반도체 단결정 제조 방법, 및 이방법에 의해 제조된 반도체 단결정 잉곳 및 웨이퍼

Also Published As

Publication number Publication date
KR20090085896A (ko) 2009-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100827028B1 (ko) 쵸크랄스키법을 이용한 반도체 단결정 제조 방법, 및 이방법에 의해 제조된 반도체 단결정 잉곳 및 웨이퍼
JP2010100474A (ja) シリコン単結晶引上げ水平磁場の最適化方法およびシリコン単結晶の製造方法
JP3787472B2 (ja) シリコンウエーハおよびその製造方法ならびにシリコンウエーハの評価方法
JP5417965B2 (ja) 単結晶成長方法
JP2005015296A (ja) 単結晶の製造方法及び単結晶
US7582159B2 (en) Method for producing a single crystal
KR101862157B1 (ko) 단결정 실리콘 잉곳 제조 방법 및 장치
KR100946563B1 (ko) 쵸크랄스키법을 이용한 반도체 단결정 제조 방법
JP4457584B2 (ja) 単結晶の製造方法及び単結晶
KR100991088B1 (ko) 커스프 자기장을 이용한 반도체 단결정 잉곳 제조장치 및제조방법
WO2004092455A1 (ja) 単結晶の製造方法
JP2019210199A (ja) シリコン単結晶の製造方法
JP2009274888A (ja) シリコン単結晶製造方法及びシリコン単結晶ウェーハ
CN109415842A (zh) 单晶硅的制造方法
JP5823947B2 (ja) ＳｉＣ単結晶の製造方法
JP2011157224A (ja) シリコン単結晶の製造方法
JP2007210820A (ja) シリコン単結晶の製造方法
JP4082394B2 (ja) シリコンウエーハの評価方法
KR100221087B1 (ko) 실리콘 단결정 성장 방법 및 실리콘 단결정
KR100831052B1 (ko) 실리콘 단결정 잉곳의 산소농도 조절방법, 이를 사용하여제조된 잉곳
JP2014058414A (ja) 評価用シリコン単結晶の製造方法
KR102137336B1 (ko) 단결정잉곳성장장치 및 그 방법
KR101002134B1 (ko) 쵸크랄스키법을 이용한 반도체 단결정 제조 방법
US20230031070A1 (en) Silicon single crystal manufacturing method, silicon single crystal, and silicon wafer
KR100793371B1 (ko) 실리콘 단결정 성장 방법 및 성장 장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130111

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131223

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141223

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151223

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161227

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171222

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181226

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191219

Year of fee payment: 11