KR101101096B1 - Method of growing single crystal ingot and single crystal ingot grown by the same - Google Patents

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Abstract

단결정 잉곳 성장 방법 및 이에 의해 성장된 단결정 잉곳을 제공한다. 단결정 기판 제조방법을 제공한다. 이 방법은 도가니 내에 담긴 융액에 자기장을 인가하고, 상기 융액이 상기 도가니에 접하는 부분과 상기 융액의 중앙부 사이에 온도차를 발생시켜 상기 융액을 혼합하고, 상기 융액으로부터 단결정 잉곳을 인상하는 것을 포함한다. 이러한 방법을 사용하여 성장된 단결정 잉곳은 격자간 산소 농도의 변동 폭이 0.7ppma 이하일 수 있다.

Figure R1020090004176

Provided are a single crystal ingot growth method and a single crystal ingot grown thereby. Provided is a method for manufacturing a single crystal substrate. The method involves applying a magnetic field to the melt contained in the crucible, generating a temperature difference between the portion in contact with the crucible and the central portion of the melt, mixing the melt, and pulling a single crystal ingot from the melt. Single crystal ingots grown using this method may have a variation in the lattice oxygen concentration of 0.7 ppma or less.

Figure R1020090004176

Description

단결정 잉곳 성장 방법 및 이에 의해 성장된 단결정 잉곳{Method of growing single crystal ingot and single crystal ingot grown by the same} Method of growing single crystal ingot and single crystal ingot grown by the same {Method of growing single crystal ingot and single crystal ingot grown by the same}

본 발명은 실리콘 단결정 성장 방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 쵸크랄스키법을 사용한 실리콘 단결정 성장 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a silicon single crystal growth method, and more particularly, to a silicon single crystal growth method using Czochralski method.

반도체 소자 제조용 실리콘 웨이퍼는 단결정 실리콘을 잉곳(ingot)형태로 성장시킨 후, 이를 슬라이싱, 식각, 연마 및 세정하여 제조될 수 있다. 상기 단결정 실리콘 잉곳은 쵸크랄스키(Czochralski: CZ)법 또는 플로팅 존(floating zone; FZ)법을 사용하여 성장될 수 있는데, 일반적으로는 대구경의 실리콘 단결정 잉곳을 제조할 수 있고 공정비용이 비교적 저렴한 CZ법을 사용하여 성장된다.A silicon wafer for manufacturing a semiconductor device may be manufactured by growing single crystal silicon in an ingot form, and then slicing, etching, polishing, and cleaning the silicon. The single crystal silicon ingot can be grown using Czochralski (CZ) method or floating zone (FZ) method. Generally, large diameter silicon single crystal ingot can be manufactured and the process cost is relatively low. It is grown using the CZ method.

상기 CZ법에서는 단일 시드 결정을 석영 도가니 내에 담겨진 실리콘 융액(silicon melt) 내로 침지시키고, 저속으로 끌여올려 실리콘 단결정 잉곳으로 성장시킨다. 상기 실리콘 융액이 담겨진 석영 도가니로부터 상기 실리콘 융액 내로 산소가 용출된다. 용출된 산소는 상기 실리콘 융액 내에서 대류를 따라 이동하다가 대부분은 실리콘 융액의 표면에서 휘발하지만, 그 일부는 잉곳 내로 유입되어 실리콘 격자 사이에 위치하게 된다.In the CZ method, a single seed crystal is immersed into a silicon melt contained in a quartz crucible, and pulled up at low speed to grow into a silicon single crystal ingot. Oxygen is eluted from the quartz crucible containing the silicon melt into the silicon melt. The eluted oxygen moves along the convection in the silicon melt and most of it volatilizes at the surface of the silicon melt, but part of it is introduced into the ingot and positioned between the silicon lattice.

이러한 격자간 산소 원자(oxygen interstitial, Oi)는 상기 잉곳으로부터 가공된 웨이퍼의 열처리시에 산소 석출물을 형성할 수 있다. 반도체 소자 제조 공정에서 이러한 산소 석출물은 금속 불순물에 대한 내부 게터링(internal gettering) 사이트로서 작용할 수 있다. 그러나, 적정 수준 이상의 격자간 산소가 존재하는 경우에는 결정 결함인 전위 루프(dislocation loop), 적층 결함(stacking fault) 등을 발생시키는 소스로 작용하여 반도체 소자의 품질에 나쁜 영향을 미치게 된다. 따라서, 고품질의 실리콘 단결정에서는 격자산 산소 농도를 균일하게 제어하는 것이 중요하다.Such interstitial oxygen atoms (Oi) may form an oxygen precipitate during heat treatment of the wafer processed from the ingot. In the semiconductor device manufacturing process, such oxygen precipitates can serve as internal gettering sites for metallic impurities. However, in the presence of interstitial oxygen above an appropriate level, it acts as a source of dislocation loops, stacking faults, and the like, which are crystal defects, which adversely affects the quality of semiconductor devices. Therefore, it is important to control the lattice oxygen concentration uniformly in high quality silicon single crystal.

잉곳 내 격자간 산소 원자의 농도를 제어하기 위해서 자기장을 사용할 수 있다. 실리콘 융액에 자기장을 인가하면, 실리콘 융액의 대류를 억제하여 석영 도가니로부터 용출되는 산소 원자를 감소시킬 수 있어 산소 유입량을 제어할 수 있다. 그러나, 때때로 실리콘 융액 내의 대류에 변동이 생기는 경우 잉곳 내 격자간 산소 농도의 미소 변동이 생기고, 이 경우 잉곳의 반경방향 산소농도분포가 악화될 수 있다. 이 경우, 실리콘 웨이퍼의 수율이 저하될 수 있다.A magnetic field can be used to control the concentration of interstitial oxygen atoms in the ingot. When a magnetic field is applied to the silicon melt, the convection of the silicon melt can be suppressed to reduce the oxygen atoms eluted from the quartz crucible so that the amount of oxygen inflow can be controlled. However, sometimes fluctuations in the convection in the silicon melt result in a small fluctuation of the interstitial oxygen concentration in the ingot, in which case the radial oxygen concentration distribution of the ingot may deteriorate. In this case, the yield of the silicon wafer can be lowered.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 산소농도 분포도가 향상된 단결정 잉곳 제조방법을 제공함에 있다. The problem to be solved by the present invention is to provide a single crystal ingot manufacturing method with improved oxygen concentration distribution.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하 게 이해될 수 있을 것이다. The technical problems of the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 단결정 기판 제조방법을 제공한다. 이 방법은 도가니 내에 담긴 융액에 자기장을 인가하고, 상기 융액이 상기 도가니에 접하는 부분과 상기 융액의 중앙부 사이에 온도차를 발생시켜 상기 융액을 혼합하고, 상기 융액으로부터 단결정 잉곳을 인상하는 것을 포함한다.One aspect of the present invention to achieve the above object provides a single crystal substrate manufacturing method. The method involves applying a magnetic field to the melt contained in the crucible, generating a temperature difference between the portion in contact with the crucible and the central portion of the melt, mixing the melt, and pulling a single crystal ingot from the melt.

상기 융액에 열을 공급하는 히터에 2kw 이상의 진폭을 갖는 전력을 인가하여, 상기 융액이 상기 도가니에 접하는 부분과 상기 융액의 중앙부 사이에 온도차를 발생시킬 수 있다. 상기 히터에 40kw 이하의 진폭을 갖는 전력을 인가할 수 있다. 나아가, 상기 히터에 10kw 이상의 진폭을 갖는 전력을 인가할 수 있다.Power having an amplitude of 2 kW or more may be applied to a heater for supplying heat to the melt, thereby generating a temperature difference between a portion of the melt in contact with the crucible and a central portion of the melt. Electric power having an amplitude of 40 kw or less may be applied to the heater. Furthermore, power having an amplitude of 10 kw or more may be applied to the heater.

상기 자기장은 수평 자기장일 수 있다. 상기 수평 자기장은 1500G 이상의 강자장일 수 있다.The magnetic field may be a horizontal magnetic field. The horizontal magnetic field may be a magnetic field of 1500 G or more.

이러한 방법을 사용하여 성장된 단결정 잉곳은 격자간 산소 농도의 변동 폭이 0.7ppma 이하일 수 있다. 나아가, 격자간 산소 농도의 변동 폭이 0.6ppma 이하일 수 있다.Single crystal ingots grown using this method may have a variation in the lattice oxygen concentration of 0.7 ppma or less. Furthermore, the fluctuation range of the interstitial oxygen concentration may be 0.6 ppm or less.

본 발명에 따르면, 융액이 도가니에 접하는 부분과 융액의 중앙부 사이에 온도차를 발생시켜 상기 융액을 혼합함으로써, 단결정 잉곳으로 유입되는 산소의 농도를 균일하게 할 수 있다. 그 결과, 실리콘 웨이퍼 내의 산소 농도 불균일에 따른 불량율이 감소될 수 있고, 이는 수율의 향상으로 연결될 수 있다.According to the present invention, the concentration of oxygen flowing into the single crystal ingot can be made uniform by mixing the melt by generating a temperature difference between the portion where the melt is in contact with the crucible and the center of the melt. As a result, the defective rate due to the oxygen concentration unevenness in the silicon wafer can be reduced, which can lead to an improvement in yield.

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to describe the present invention in more detail. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 잉곳 제조 장치를 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a single crystal ingot manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 단결정 잉곳 제조 장치(100)는 챔버(70) 내에 설치된 도가니(10)와 이를 지지하는 도가니 지지대(20)를 구비한다. 상기 도가니(10)는 실리콘 융액(silicon melt; 3)을 담는다. 상기 도가니(10)는 석영 재질로 형성될 수 있고, 상기 도가니 지지대(20)는 흑연 재질로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 1, the single crystal ingot manufacturing apparatus 100 includes a crucible 10 installed in the chamber 70 and a crucible support 20 supporting the same. The crucible 10 contains a silicon melt 3. The crucible 10 may be formed of a quartz material, and the crucible support 20 may be formed of a graphite material.

상기 석영 도가니(10)는 도가니 회전축(25)에 의해 시계 또는 반시계 방향으로 회전할 수 있다. 상기 석영 도가니(10)의 상부에는 씨드 결정이 부착된 씨드 결정 회전축(23)이 위치하며, 상기 씨드 결정 회전축(23)은 상기 도가니 회전축(25)의 회전방향과 반대방향으로 회전할 수 있다.The quartz crucible 10 may be rotated clockwise or counterclockwise by the crucible rotation shaft 25. A seed crystal rotating shaft 23 having seed crystals is positioned on the quartz crucible 10, and the seed crystal rotating shaft 23 may rotate in a direction opposite to the rotation direction of the crucible rotating shaft 25.

상기 씨드 결정 회전축(23)에 부착된 씨드 결정을 상기 실리콘 융액(3) 내에 담근 후, 상기 씨드 결정 회전축(23)을 회전시키면서 인상시켜 단결정 잉곳(5)을 성장시킨다. 구체적으로, 단결정 잉곳(5)의 성장공정은 씨드 결정으로부터 가늘고 긴 형상의 단결정 즉, 네크(neck)부를 성장시키는 네킹(necking) 단계, 상기 네크부로부터 타겟 직경까지 직경을 확장시키는 숄더링(shouldering) 단계, 상기 타겟 직경을 유지하면서 잉곳을 축방향으로 성장시키는 바디 성장 단계, 및 잉곳을 실리 콘 융액과 분리하는 테일링 단계를 포함한다.The seed crystal attached to the seed crystal rotating shaft 23 is immersed in the silicon melt 3, and then the seed crystal rotating shaft 23 is pulled while rotating to grow the single crystal ingot 5. Specifically, the growth process of the single crystal ingot 5 is a necking step of growing an elongated single crystal, that is, a neck portion, from the seed crystal, and shouldering to extend the diameter from the neck portion to the target diameter. Step), a body growth step of growing the ingot axially while maintaining the target diameter, and a tailing step of separating the ingot from the silicon melt.

상기 도가니 지지대(20)에 인접하여 상기 석영 도가니(10)에 열을 가하는 저항 히터(30)가 위치한다. 상기 히터(30)의 바깥쪽에 단열재(50)가 위치한다. 상기 저항 히터(30)는 폴리 실리콘을 녹여 상기 실리콘 융액(3)을 만드는데 필요한 열을 공급하고, 또한 잉곳 제조 공정 중에서도 상기 실리콘 융액(3)에 계속적으로 열을 공급한다.Adjacent to the crucible support 20 is a resistance heater 30 that heats the quartz crucible 10 is located. The heat insulating material 50 is located outside the heater 30. The resistance heater 30 melts polysilicon to supply heat necessary to make the silicon melt 3, and continuously supplies heat to the silicon melt 3 even during the ingot manufacturing process.

상기 챔버(70)의 외부에는 상기 실리콘 융액(3)에 자기장을 인가하여 실리콘 융액(3)의 대류를 제어할 수 있는 자기장 발생 장치(60)가 위치할 수 있다. 상기 자기장 발생 장치(60)은 잉곳(5)의 결정 성장축에 수직인 방향 즉, 수평 자기장을 발생시키는 장치일 수 있다. 상기 자기장 발생 장치(60)는 약 1500G 이상의 강자장을 발생시키는 장치일 수 있다.A magnetic field generating device 60 capable of controlling convection of the silicon melt 3 by applying a magnetic field to the silicon melt 3 may be located outside the chamber 70. The magnetic field generator 60 may be a device that generates a horizontal magnetic field in a direction perpendicular to the crystal growth axis of the ingot 5. The magnetic field generating device 60 may be a device for generating a strong magnetic field of about 1500G or more.

도 2a는 실리콘 융액에 수평 자기장이 인가된 경우 융액 유동과 온도 분포를 나타낸 그림이고, 도 2b는 실리콘 융액에 수평 자기장이 인가된 경우 융액 표면 산소 분포를 나타낸 그림이다.FIG. 2A is a diagram illustrating melt flow and temperature distribution when a horizontal magnetic field is applied to a silicon melt, and FIG. 2B is a diagram illustrating melt surface oxygen distribution when a horizontal magnetic field is applied to a silicon melt.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 수평 자기장(MF)에 의해 융액 유동(MeF)이 대칭적으로 나타나지 않고 한 방향으로 진행되어, 융액이 융액에 접하는 단결정 잉곳의 모양(C)에 의해 두 부분으로 나뉘어짐을 알 수 있다. 이로 인하여 융액 표면이 산소 농도가 높은 부분과 산소 농도가 낮은 부분으로 나뉘어진다.2A and 2B, the melt flow MeF does not appear symmetrically by the horizontal magnetic field MF and proceeds in one direction, so that the melt is divided into two parts by the shape C of the single crystal ingot in contact with the melt. You can see the division. This divides the melt surface into high oxygen and low oxygen concentrations.

이와 같이 수평 자기장(MF)을 사용하는 경우에, 융액의 대류를 제어하여 산소 농도를 제어할 수 있다. 그러나, 실리콘 융액의 대류에 순간적인 변동이 발생 할 수 있어, 결정 성장 방향에서 격자간 산소 농도의 변동이 발생할 수 있다. 이 경우, 면내 산소농도 분포 또한 악화되어 제품 수율 저하를 초래할 수 있다.When the horizontal magnetic field MF is used in this way, the convection of the melt can be controlled to control the oxygen concentration. However, instantaneous fluctuations may occur in the convection of the silicon melt, which may cause fluctuations in the interstitial oxygen concentration in the crystal growth direction. In this case, the in-plane oxygen concentration distribution may also deteriorate, leading to a decrease in product yield.

다시 도 1을 참조하면, 상기 저항 히터(30)에 공급되는 전력을 조절하기 위해 상기 저항 히터(30)에 히터 전력 제어기(Heater Power Controller; 35)가 연결될 수 있다. 상기 히터 전력 제어기(35)를 사용하여 상기 저항 히터(30)에 인가되는 전력의 진폭을 조절할 수 있다.Referring back to FIG. 1, a heater power controller 35 may be connected to the resistance heater 30 to adjust the power supplied to the resistance heater 30. The amplitude of power applied to the resistance heater 30 may be adjusted using the heater power controller 35.

예를 들어, 상기 저항 히터(30)에 인가되는 전력의 진폭은 약 2kw 이상으로 비교적 높을 수 있다. 이 경우, 상기 도가니(10)에 가해지는 열량 변화폭이 커질 수 있고, 이에 따라 상기 실리콘 융액(3)이 상기 도가니(10)에 접하고 있는 부분은 순간적으로 온도가 변할 수 있다. 이 경우, 상기 실리콘 융액(3)의 중앙부와 상기 실리콘 융액(3)이 상기 도가니(10)에 접하고 있는 부분 사이에 순간적인 온도의 차이가 발생하고, 이에 따라 자연 대류가 발생할 수 있다. 이러한 자연 대류로 인해 융액의 혼합이 발생하여, 도 2b에 나타난 산소 농도가 높은 부분과 산소 농도가 낮은 부분이 혼합될 수 있다. 그 결과, 단결정 잉곳(5)으로 유입되는 산소의 농도가 균일해질 수 있다.For example, the amplitude of the power applied to the resistance heater 30 may be relatively high, about 2 kw or more. In this case, the change amount of heat applied to the crucible 10 may be increased, and thus, the temperature at which the silicon melt 3 is in contact with the crucible 10 may change instantaneously. In this case, an instantaneous temperature difference may occur between the central portion of the silicon melt 3 and the portion where the silicon melt 3 is in contact with the crucible 10, and thus natural convection may occur. Due to this natural convection, the melt may be mixed, and the portion of high oxygen concentration and the portion of low oxygen concentration shown in FIG. 2B may be mixed. As a result, the concentration of oxygen flowing into the single crystal ingot 5 can be made uniform.

상기 저항 히터(30)에 인가되는 전력의 진폭은 안정적인 전력 공급을 위해 약 40kw 이하로 한정될 수 있다. 나아가, 상기 저항 히터(30)에 인가되는 전력의 진폭은 약 10kw 이상 그리고, 약 40kw 이하일 수 있다. 상기 저항 히터(30)에 인가되는 전력의 진폭을 증가시키면 전력의 주기를 조절하여 상기 저항 히터(30)에 인가되는 총전력은 일정하게 유지할 수 있다.The amplitude of the power applied to the resistance heater 30 may be limited to about 40 kw or less for stable power supply. Furthermore, the amplitude of the power applied to the resistance heater 30 may be about 10 kw or more and about 40 kw or less. When the amplitude of the power applied to the resistance heater 30 is increased, the total power applied to the resistance heater 30 may be kept constant by adjusting the period of the power.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실험예(example)를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, preferred examples are provided to aid the understanding of the present invention. However, the following experimental examples are only for helping understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the following experimental examples.

<잉곳 성장 예 1> Ingot growth example 1

쵸크랄스키법을 사용하여 단결정 잉곳을 성장시킴에 있어서, 석영 도가니는 0.4 rpm으로 시계 방향으로 회전시키고, 결정 씨드는 8 rpm으로 반시계 방향으로 회전시키고, 자기장 발생 장치는 2000G의 수평 자기장을 발생하였다. 또한, 저항 히터에 0.3kw의 진폭과 4.2s의 주기를 갖는 전력을 공급하여, 단결정 잉곳의 바디부를 성장시켰다.In growing single crystal ingots using the Czochralski method, the quartz crucible is rotated clockwise at 0.4 rpm, the crystal seed is rotated counterclockwise at 8 rpm, and the magnetic field generating device generates a horizontal magnetic field of 2000 G. It was. Further, electric power having an amplitude of 0.3 kw and a period of 4.2 s was supplied to the resistance heater to grow the body portion of the single crystal ingot.

<잉곳 성장예 2> Ingot growth example 2

저항 히터에 0.33kw의 진폭과 3.8s의 주기를 갖는 전력을 공급한 것을 제외하고는, 실험예 1과 동일한 방법으로 단결정 잉곳의 바디부를 성장시켰다.The body portion of the single crystal ingot was grown in the same manner as in Experimental Example 1, except that the resistive heater was supplied with electric power having an amplitude of 0.33 kw and a period of 3.8 s.

<잉곳 성장예 3> Ingot growth example 3

저항 히터에 0.35kw의 진폭과 3.5s의 주기를 갖는 전력을 공급한 것을 제외하고는, 실험예 1과 동일한 방법으로 단결정 잉곳의 바디부를 성장시켰다.The body portion of the single crystal ingot was grown in the same manner as in Experimental Example 1, except that power having an amplitude of 0.35 kw and a period of 3.5 s was supplied to the resistance heater.

<잉곳 성장예 4> Ingot growth example 4

저항 히터에 0.5kw의 진폭과 3.3s의 주기를 갖는 전력을 공급한 것을 제외하고는, 실험예 1과 동일한 방법으로 단결정 잉곳의 바디부를 성장시켰다.The body portion of the single crystal ingot was grown in the same manner as in Experimental Example 1 except that the resistance heater was supplied with electric power having an amplitude of 0.5 kw and a period of 3.3 s.

<잉곳 성장예 5> Ingot growth example 5

저항 히터에 2.1kw의 진폭과 2.5s의 주기를 갖는 전력을 공급한 것을 제외하고는, 실험예 1과 동일한 방법으로 단결정 잉곳의 바디부를 성장시켰다.The body portion of the single crystal ingot was grown in the same manner as in Experimental Example 1 except that the resistive heater was supplied with power having an amplitude of 2.1 kw and a period of 2.5 s.

<잉곳 성장예 6> Ingot growth example 6

저항 히터에 10.76kw의 진폭과 2.1s의 주기를 갖는 전력을 공급한 것을 제외하고는, 실험예 1과 동일한 방법으로 단결정 잉곳의 바디부를 성장시켰다.The body portion of the single crystal ingot was grown in the same manner as in Experimental Example 1 except that the resistance heater was supplied with power having an amplitude of 10.76 kw and a period of 2.1 s.

<잉곳 성장예 7> Ingot growth example 7

저항 히터에 20.31kw의 진폭과 1.4s의 주기를 갖는 전력을 공급한 것을 제외하고는, 실험예 1과 동일한 방법으로 단결정 잉곳의 바디부를 성장시켰다.The body portion of the single crystal ingot was grown in the same manner as in Experimental Example 1 except that the resistance heater was supplied with electric power having an amplitude of 20.31 kw and a period of 1.4 s.

<잉곳 성장예 8> Ingot growth example 8

저항 히터에 40.31kw의 진폭과 1.1s의 주기를 갖는 전력을 공급한 것을 제외하고는, 실험예 1과 동일한 방법으로 단결정 잉곳의 바디부를 성장시켰다.The body portion of the single crystal ingot was grown in the same manner as in Experiment 1 except that the resistance heater was supplied with electric power having an amplitude of 40.31 kw and a period of 1.1 s.

상기 잉곳 성장예들 1 내지 8에서 성장된 단결정 잉곳들 각각의 바디부 20㎜ 의 길이에서 20장의 실리콘 웨이퍼들을 얻은 후, 상기 실리콘 웨이퍼들의 중앙부분의 산소 농도를 측정하고, 산소 농도의 평균값과 변동폭을 구하여 아래 표 1에 정리하였다. 여기서, 산소 농도의 변동폭은 산소 농도의 최대값과 최소값의 차이이다.After obtaining 20 silicon wafers from the length of the body portion 20 mm of each of the single crystal ingots grown in the ingot growth examples 1 to 8, the oxygen concentration of the central portion of the silicon wafers was measured, and the average value and the variation range of the oxygen concentrations were measured. Obtained and summarized in Table 1 below. Here, the fluctuation range of the oxygen concentration is the difference between the maximum value and the minimum value of the oxygen concentration.

잉곳 성장예들Ingot growth examples 전력 진폭
(kw)
Power amplitude
(kw)
전력 주기
T(sec)
Power cycle
T (sec)
산소 농도 변동폭
(ppma)
Oxygen concentration fluctuation range
(ppma)
산소 농도 평균값
(ppma)
Oxygen Concentration Average
(ppma)
잉곳 성장예 1 (E1)Ingot growth example 1 (E1) 0.30.3 4.24.2 1.431.43 10.4510.45 잉곳 성장예 2 (E2)Ingot growth example 2 (E2) 0.330.33 3.83.8 1.21.2 10.5210.52 잉곳 성장예 3 (E3)Ingot growth example 3 (E3) 0.350.35 3.53.5 0.990.99 10.4810.48 잉곳 성장예 4 (E4)Ingot growth example 4 (E4) 0.50.5 3.33.3 0.80.8 10.4610.46 잉곳 성장예 5 (E5)Ingot growth example 5 (E5) 2.12.1 2.52.5 0.70.7 10.4810.48 잉곳 성장예 6 (E6)Ingot growth example 6 (E6) 10.7610.76 2.12.1 0.60.6 10.5410.54 잉곳 성장예 7 (E7)Ingot growth example 7 (E7) 20.3120.31 1.41.4 0.60.6 10.5710.57 잉곳 성장예 8 (E8)Ingot growth example 8 (E8) 40.3140.31 1.11.1 0.620.62 10.5010.50

도 3은 표 1에 정리된 값들을 기초로 한 그래프로서, 인가된 전력 진폭에 따른 산소 농도 변동폭를 나타낸 그래프이다.FIG. 3 is a graph based on the values summarized in Table 1, and is a graph showing variation in oxygen concentration according to applied power amplitude.

표 1 및 도 3을 참조하면, 저항 히터에 인가되는 전력의 진폭이 약 2kw 이상일 때, 산소 농도 변동폭 약 0.7ppma이하로 안정화되고 변동폭이 거의 포화됨을 알 수 있다. 이러한 경향은 저항 히터에 인가되는 전력의 진폭이 약 10kw 이상일 때 더욱 확연하게 나타났다. Referring to Table 1 and FIG. 3, when the amplitude of the power applied to the resistance heater is about 2 kw or more, it can be seen that the variation in oxygen concentration is stabilized to about 0.7 ppma or less and the variation is almost saturated. This trend is more pronounced when the amplitude of the power applied to the resistive heater is about 10 kw or more.

이는 저항 히터에 인가되는 전력 진폭 증가에 따라 석영 도가니에 가해지는 열량 변화폭이 증가되고, 이에 따라 수평 자기장에 의해 대류가 억제된 실리콘 융액 내에 자연 대류가 발생하고, 그 결과 단결정 잉곳으로 유입되는 산소의 농도가 균일해짐에 기인하는 것으로 예측되었다.This is because the change in the amount of heat applied to the quartz crucible increases with increasing power amplitude applied to the resistive heater, and thus, natural convection occurs in the silicon melt in which convection is suppressed by the horizontal magnetic field, and consequently, It was expected to be due to the concentration becoming uniform.

도 4는 잉곳 성장 예들 1 및 5에 따라 얻어진 잉곳들에 대한 불량율을 나타낸 그래프이다. 여기서, 불량율은 잉곳의 총 길이에 대한 격자간 산소 농도가 9 ~ 13ppma 이상인 부분의 길이의 비율이다. 4 is a graph showing the defective rate for ingots obtained according to Ingot Growth Examples 1 and 5. FIG. Here, the defective rate is the ratio of the length of the portion where the lattice oxygen concentration is 9 to 13 ppma or more with respect to the total length of the ingot.

도 4를 참조하면, 잉곳 성장 예 1과 같이 전력 진폭이 0.3kw인 경우 불량율이 2.07%이고, 잉곳 성장 예 5와 같이 전력 진폭이 2.1kw인 경우 불량율이 0.15%로 나타났다. 이러한 결과로부터, 전력 진폭이 약 2kw 이상일 때, 불량율의 감소가 상당히 크게 나타난 것을 알 수 있으며, 이는 수율의 향상으로 연결될 수 있다.Referring to FIG. 4, when the power amplitude is 0.3 kw as in the ingot growth example 1, the defective rate is 2.07%, and when the power amplitude is 2.1 kw as in the ingot growth example 5, the defective rate is 0.15%. From these results, it can be seen that when the power amplitude is about 2 kw or more, the reduction of the defective rate is considerably large, which can lead to the improvement of the yield.

이상 본 발명을 바람직한 특정 실시예를 참조하여 설명했지만, 본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다. While the invention has been described above with reference to specific preferred embodiments, it is intended that the specific modifications and variations of the invention fall within the scope of the invention and the specific scope of the invention will be apparent from the appended claims.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 잉곳 제조 장치를 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a single crystal ingot manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2a는 실리콘 융액에 수평 자기장이 인가된 경우 융액 유동과 온도 분포를 나타낸 그림이고, 도 2b는 실리콘 융액에 수평 자기장이 인가된 경우 융액 표면 산소 분포를 나타낸 그림이다.FIG. 2A is a diagram illustrating melt flow and temperature distribution when a horizontal magnetic field is applied to a silicon melt, and FIG. 2B is a diagram illustrating melt surface oxygen distribution when a horizontal magnetic field is applied to a silicon melt.

도 3은 표 1에 정리된 값들을 기초로 한 그래프로서, 인가된 전력 진폭에 따른 산소 농도 변동폭를 나타낸 그래프이다.FIG. 3 is a graph based on the values summarized in Table 1, and is a graph showing variation in oxygen concentration according to applied power amplitude.

도 4는 잉곳 성장 예들 1 및 5에 따라 얻어진 잉곳들에 대한 불량율을 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing the defective rate for ingots obtained according to Ingot Growth Examples 1 and 5. FIG.

Claims (8)

도가니 내에 담긴 융액에 자기장을 인가하고,Applying a magnetic field to the melt contained in the crucible, 상기 도가니에 열을 공급하는 히터에 인가하는 전력을 주기적으로 변화시켜 상기 융액이 상기 도가니에 접하는 부분과 상기 융액의 중앙부 사이에 온도차를 발생시켜 상기 융액을 혼합하고,The electric power applied to the heater for supplying heat to the crucible is periodically changed to generate a temperature difference between a portion of the melt contacting the crucible and a central portion of the melt, and the melt is mixed. 상기 융액으로부터 단결정 잉곳을 인상하는 것을 포함하는 단결정 잉곳 성장 방법.A single crystal ingot growth method comprising pulling a single crystal ingot from the melt. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 히터에 2kw 이상의 진폭을 갖는 전력을 인가하는 단결정 잉곳 성장 방법.Single crystal ingot growth method for applying power having an amplitude of 2kw or more to the heater. 제2항에 있어서,3. The method of claim 2, 상기 히터에 40kw 이하의 진폭을 갖는 전력을 인가하는 단결정 잉곳 성장 방법.Single crystal ingot growth method for applying power having an amplitude of 40kw or less to the heater. 제2항에 있어서,3. The method of claim 2, 상기 히터에 10kw 이상의 진폭을 갖는 전력을 인가하는 단결정 잉곳 성장 방법.Single crystal ingot growth method for applying power having an amplitude of 10kw or more to the heater. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 자기장은 수평 자기장인 단결정 잉곳 성장 방법.Wherein said magnetic field is a horizontal magnetic field. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 수평 자기장은 1500G 이상인 단결정 잉곳 성장 방법.The horizontal magnetic field is more than 1500G single crystal ingot growth method. 삭제delete 삭제delete
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