KR101127499B1 - 실리콘 단결정 잉곳의 산소 농도 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실리콘 단결정 잉곳의 산소 농도 제어 방법에 관한 것이다.

본 발명은, 잉곳의 성장 공간을 제공하는 챔버로 유입되는 아르곤의 유량 및 상기 챔버의 내부 압력을 일정하게 유지시키는 초기 제어 단계; 상기 아르곤의 유량을 계단 형태로 감소시키고, 상기 내부 압력을 계단 형태로 증가시키는 중기 제어 단계; 및 상기 아르곤의 유량을 계단 형태로 감소시키고, 상기 내부 압력을 일정하게 유지시키는 말기 제어 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳의 산소 농도 제어 방법을 제공한다.

실리콘 단결정 잉곳, 산소원자 농도, 아르곤, 내부 압력

Description

실리콘 단결정 잉곳의 산소 농도 제어 방법{Method for controlling oxygen concentration of silicon crystal ingot}

본 발명은 실리콘 단결정 잉곳의 산소 농도 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수평자장 초크랄스키법(HMCZ, Horizontal Magnetic field applied Czochralski method)을 이용하여 1650mm보다 긴 대형 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 과정에서 잉곳의 내부로 유입되는 산소원자의 농도를 잉곳의 길이방향을 따라 균일하게 형성시키기 위한 실리콘 단결정 잉곳의 산소 농도 제어 방법에 관한 것이다.

반도체소자에 사용되는 실리콘 단결정 웨이퍼는 일반적으로 초크랄스키법(Czochralski Method)에 의해 제조된 실리콘 단결정 잉곳으로부터 제조된다. 초크랄스키법은 석영 도가니 내에 용융 상태로 수용된 실리콘 융액에 시드(seed)를 침지시킨 후 석영 도가니와 시드를 반대방향으로 회전시키면서 고액 계면을 통해 시드를 인상시키는 실리콘 단결정 잉곳 성장 방법이다.

초크랄스키법에 의하면 석영 도가니와 실리콘 융액이 반응하여 실리콘 융액 중에 산소원자가 용출된다. 용출된 산소원자의 99% 정도는 SiO(일산화규소) 형태로 증발하고, 1% 정도는 잉곳 내부로 유입된다. 잉곳 내부로 유입된 산소원자는 상기 잉곳으로부터 가공된 웨이퍼의 기계강도와 열에 대한 항력을 향상시킨다. 또한, 산소원자는 웨이퍼의 열처리 시 산소석출물을 형성하여 웨이퍼 내에 존재하는 불순물을 포집하는 케터링 싱크(Gettering Sink)로 작용한다.

이와 같이 잉곳 내부로 유입된 산소원자는 실리콘 단결정 웨이퍼의 특성을 향상시킨다. 그러나, 산소원자의 농도가 적절하지 못하면 산소원자가 웨이퍼의 특성 향상에 제대로 기여하지 못하게 되므로 잉곳 내부로 유입되는 산소원자의 농도를 제어하는 것은 매우 중요하다.

잉곳 내부로 유입되는 산소원자의 농도는 융액으로 용출되는 산소원자의 양에 따라 달라진다. 그리고, 융액으로 용출되는 산소원자의 양은 석영 도가니와 융액의 접촉면적과 단위 시간 당 접촉유량에 따라 달라진다. 따라서, 잉곳 내부로 유입되는 산소원자의 농도는 석영 도가니와 융액의 접촉면적과 단위 시간 당 접촉유량을 조절함으로써 제어될 수 있다. 그런데, 석영 도가니와 융액의 접촉면적은 단결정이 성장됨에 따라 감소될 수밖에 없으므로 접촉면적을 임의로 변경하는 것을 사실상 어렵고 산소원자 농도의 주요 제어 인자는 단위 시간 당 융액의 접촉유량이 된다.

종래에는 석영 도가니에 대한 융액의 단위 시간 당 접촉유량을 석영 도가니의 회전 속도와 시드의 회전 속도를 제어함으로써 조절하였다. 이러한 조절 방식은 융액의 강제 대류를 이용하여 산소원자의 농도를 제어하는 방식이다. 그러나, 강제 대류는 비선형성을 가지고 급격하게 변화하는 특성이 있으므로 융액의 유동이 안정 적으로 제어되지 않는 단점이 있다. 그 결과, 석영 도가니에 대한 융액의 단위 시간 당 접촉유량을 소망하는 정도로 균일하게 조절하기가 어렵다. 이러한 문제를 해결하기 위해 수평자장 초크랄스키법(HMCZ, Horizontal Magnetic field applied Czochralski method)이 제안되었다. 이 방법은 융액에 수평자장을 인가하여 융액의 대류를 안정화시키는 방법이다. 수평자장 초크랄스키법에 따르면, 융액의 강제 대류가 수평자장에 의해 안정적으로 제어되어 산소원자의 농도 제어가 보다 용이하다.

한편, 석영 도가니에 수용되어 있는 융액의 양은 단결정 잉곳이 성장되어 감에 따라 점차적으로 감소한다. 그리고, 이와 같은 현상으로 인해 융액에 용출되는 산소원자는 잉곳 성장 공정의 후반부로 갈수록 계속 감소하게 된다. 따라서, 잉곳 성장 공정의 후반부로 가면 잉곳에 유입되는 산소원자의 농도가 감소할 수밖에 없다. 특히, 잉곳의 길이가 대형화되는 경우에는 잉곳 성장 공정의 전후반부 간 산소원자의 농도 편차는 더욱 커지게 된다.

수평자장 초크랄스키법은 융액의 강제 대류를 안정화시켜 석영 도가니에서 단위 면적 당 용출되는 산소원자의 농도를 균일하게 제어할 수 있는 이점이 있다. 하지만 수평자장 초크랄스키법은 잉곳 성장 공정의 후반부로 가면서 융액과 석영 도가니의 접촉면적 감소에 따른 용출 산소원자 자체의 감소 문제를 해결하는 데는 한계가 있다. 따라서, 잉곳 성장 공정 진행 시 잉곳의 길이 방향으로 산소원자의 농도 편차를 줄일 수 있는 방법이 다양하게 연구되고 있다.

한국등록특허 제0735902호는 챔버 내부로 유입되는 아르곤의 유량 및 챔버 내부의 압력을 제어변수로 사용하여 단결정 잉곳의 길이 방향에 따른 산소원자의 농도 편차를 제어할 수 있는 방법을 제시하고 있다. 구체적으로, 상기 선행기술은 잉곳의 인상길이가 길어짐에 따라 아르곤의 유량을 40 ~ 300 lpm(liter per minute) 범위 내에서 감소시키거나, 챔버 내부의 압력을 40 ~ 300 mba 범위 내에서 증가시키거나, 이들을 혼합하여 산소원자의 농도를 제어한다.

그러나, 상기 선행기술은 아르곤의 유량 변화와 챔버 내부의 압력 변화가 잉곳의 어느 구간 길이 구간에서 어떻게 조합되어 변화하는지에 대하여 구체적으로 개시하고 있지 않으며, 아르곤의 유량 변화 시점 및 양과 챔버 내부의 압력 변화 시점 및 양에 대해서도 구체적으로 언급하고 있지 않다.

하지만 본 발명자는 반복적인 실험을 통해 아르곤의 유량과 챔버 내부의 압력을 제어할 때에는 2개의 제어 파라미터가 적절하게 조합되어야 하고 각 제어 파라미터의 제어 개시 시점, 제어 방식, 제어 구간 등이 잉곳의 길이 방향에 따른 산소원자의 농도 편차를 감소시키는데 중요한 요소라는 것을 인식하였고, 이에 본 발명의 창출에 이르게 되었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 1650mm보다 길게 성장되는 대형 잉곳에 유입되는 산소원자의 농도를 아르곤의 유량 감소 및 챔버 내부의 압력 증가를 이용하여 제어할 때, 아르곤의 유량 감소 및 챔버 내부의 압력 증가가 어느 시점에서 얼마의 양으로 어떻게 조합되어야 하는지를 구체적으로 제시하는 실리콘 단결정 잉곳의 산소 농도 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 삼고 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 잉곳의 성장 공간을 제공하는 챔버로 유입되는 아르곤의 유량 및 상기 챔버의 내부 압력을 일정하게 유지시키는 초기 제어 단계; 상기 아르곤의 유량을 계단 형태로 감소시키고, 상기 내부 압력을 계단 형태로 증가시키는 중기 제어 단계; 및 상기 아르곤의 유량을 계단 형태로 감소시키고, 상기 내부 압력을 일정하게 유지시키는 말기 제어 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳의 산소 농도 제어 방법을 제공한다.

바람직하게, 상기 초기 제어 단계는 상기 잉곳의 바디부가 100mm의 길이부터 700mm의 길이로 성장될 때까지 수행되고, 상기 중기 제어 단계는 상기 바디부가 1650mm의 길이로 성장될 때까지 수행되며, 상기 말기 제어 단계는 상기 바디부가 1650mm의 길이로 성장된 이후에 수행된다.

바람직하게, 상기 중기 제어 단계에서, 상기 아르곤의 유량 감소는 상기 잉 곳이 350mm의 길이씩 성장될 때마다 상기 초기 제어 단계의 아르곤의 유량의 7%에 해당하는 양씩 이루어지고, 상기 내부 압력의 증가는 상기 잉곳이 350mm의 길이씩 성장될 때마다 상기 초기 제어 단계의 내부 압력의 13%에 해당하는 양씩 이루어진다. 이때, 상기 말기 제어 단계에서 상기 아르곤 유량의 감소는 상기 잉곳이 350mm의 길이씩 성장될 때마다 상기 초기 제어 단계의 아르곤의 유량의 14%에 해당하는 양씩 이루어지는 것이 바람직하다.

바람직하게, 상기 말기 제어 단계에서의 아르곤 유량의 감소량은 상기 중기 제어 단계에서의 아르곤 유량의 감소량의 2배이다.

바람직하게, 상기 중기 제어 단계의 초반에, 아르곤 유량은 상기 초기 제어 단계의 아르곤 유량의 96.4% 내지 100%에서 일정하게 유지되고, 내부 압력은 상기 초기 제어 단계의 내부 압력과 동일하게 유지된다.

바람직하게, 상기 말기 제어 단계의 초반에, 아르곤 유량은 상기 중기 제어 단계의 후반에 일정하게 유지된 아르곤 유량으로부터 상기 초기 제어 단계의 아르곤의 유량의 14%를 감한 값에서 일정하게 유지되고, 내부 압력은 상기 중기 제어 단계의 후반에 일정하게 유지된 내부 압력과 동일하게 유지된다.

바람직하게, 상기 초기 제어 단계는 상기 아르곤의 유량 및 상기 내부 압력을 상기 잉곳의 바디부 형성 시점부터 지속적으로 증가시킨 이후에 수행되되, 상기 바디부 형성 시점에서 상기 아르곤의 유량은 상기 초기 제어 단계의 아르곤 유량의 77% 내지 80%이다.

바람직하게, 상기 중기 제어 단계에서 상기 아르곤의 유량 감소 시점과 상기 내부 압력의 증가 시점은 동일하다.

바람직하게, 상기 중기 제어 단계에서 상기 아르곤의 유량은 동일한 양씩 감소한다. 이때, 상기 내부 압력도 동일한 양씩 증가하는 것이 바람직하다.

바람직하게, 상기 말기 제어 단계에서 상기 아르곤의 유량은 동일한 양씩 감소한다.

본 발명에 의하면, 1650 mm보다 긴 길이의 잉곳을 성장시킬 때, 잉곳 길이에 따른 산소원자 농도의 균일성을 향상시키기 위해 아르곤의 유량 감소 및 챔버의 내부 압력 증가가 어느 시점에서 얼마의 양으로 어떻게 조합되는지를 구체적으로 알 수 있다. 따라서, 길이에 따른 산소원자 농도의 균일성이 요구되는 대형 잉곳의 성장 공정 제어가 명확하고 용이하게 이루어질 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 실리콘 단결정 잉곳의 산소 농도 제어 방법의 실시예를 상세하게 설명한다. 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 균등 물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

먼저, 본 발명은 통상적인 초크랄스키법을 이용한 단결정 잉곳의 제조 시 적용되는 방법이다. 초크랄스키법은 일정한 압력으로 유지되는 챔버 내에 설치된 석영 도가니 내에 단결정 원료를 충진한 후 히터를 이용하여 단결정 원료를 용융시키고 시드를 융액 내에 디핑시킨 후 석영 도가니와 시드를 서로 반대 방향으로 회전시키면서 시드를 인상하여 고액 계면을 통해 단결정 잉곳을 성장시키는 잘 알려진 방법이다. 단결정 성장 시에는 시드에 가해지는 열충격에 의해 생성된 전위를 제거하기 위해 단결정을 가늘고 길게 뽑는 네킹 공정, 단결정의 직경을 목표 직경까지 서서히 증가시키는 숄더 공정, 단결정의 직경을 일정하게 유지하며 단결정을 원하는 길이를 성장시키는 바디 공정, 그리고 단결정의 직경을 서서히 줄이면서 단결정을 융액으로부터 분리하는 테일 고정을 순차적으로 진행한다. 단결정의 제조 시에는 고액 계면의 온도 구배를 제어하기 위해 성장되는 단결정의 주변에 열실드를 설치하여 단결정으로부터 방출되는 복사열을 차폐하고 융액과 멜트 갭을 형성하여 융액으로부터 복사되는 열이 단결정으로 직접 인가되는 것을 방지한다. 또한, 단결정 인상 시에는 융액의 소모에 따라 융액 표면이 낮아지는 것을 보상하기 위해 석영 도가니를 회전시키는 샤프를 서서히 인상시킨다. 아울러 단결정 성장이 이루어지는 단결정 성장 챔버에는 불활성 가스인 아르곤 가스를 공급하여 성장된 단결정의 냉각을 돕고 융액 표면에서 발생되는 각종 가스를 외부로 배출시킨다. 이러한 전반적인 단결정 제조 방법은 본 발명이 속한 기술분야에서 널리 알려져 있으므로 이에 대한 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 성장이 완료된 잉곳을 도시한 정면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 실리콘 단결정 잉곳의 산소 농도 제어 방법의 일실시예를 도시한 그래프이고, 도 3은 도 2에 도시된 제어 방법을 이용하여 성장시킨 잉곳의 길이에 따른 산소원자 농도의 변화를 나타내는 그래프이다. 도 2의 가로축에는 잉곳의 바디부 길이가 미리미터 단위로 표시되어 있고, 세로축에는 챔버로 유입되는 아르곤의 유량 및 챔버의 내부 압력이 표시되어 있다. 아르곤 유량의 단위는 lpm(liter per minute)이고, 내부 압력의 단위는 Torr이다. 도 3의 가로축에는 잉곳의 바디부 길이가 미리미터 단위로 표시되어 있고, 세로축에는 잉곳에 포함된 산소원자의 농도가 ppma 단위로 표시되어 있다.

본 발명에 따른 실리콘 단결정 잉곳의 산소 농도 제어 방법은 1650 mm 보다 긴 길이를 갖는 대형 잉곳의 성장 시 적용하는 방법으로서, 도 2에 도시된 바와 같이 초기 제어 단계와, 중기 제어 단계와, 말기 제어 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, 상기 초기 제어 단계, 중기 제어 단계 및 말기 제어 단계에서 단결정 성장 챔버 내로 공급되는 아르곤 가스와 챔버 내부의 압력을 제어하여 단결정 잉곳의 길이 방향으로 산소 농도의 균일성을 향상시킨다.

구체적으로, 초기 제어 단계에서는 잉곳의 성장 공간을 제공하는 챔버로 유입되는 아르곤의 유량 및 상기 챔버의 내부 압력이 일정하게 유지된다. 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이 아르곤의 유량은 140 lpm으로, 내부 압력은 80 Torr로 일정하게 유지된다. 초기 제어 단계는 아르곤의 유량 및 내부 압력이 일정하게 유지되더라도 잉곳의 길이에 따른 산소원자 농도의 변화가 작은 구간이다. 초기 제어 단 계에 해당하는 구간은 석영 도가니의 회전속도, 시드의 회전속도, 핫존 설계 등 여러 가지 요인에 따라 변화될 수 있다. 일 예로, 초기 제어 단계는 도 2에 도시된 바와 같이 잉곳의 바디부가 100 mm의 길이부터 700 mm의 길이로 성장될 때까지 수행될 수 있다.

중기 제어 단계에서는 아르곤의 유량이 계단 형태로 감소되고, 챔버의 내부 압력이 계단 형태로 증가된다. 바람직하게, 아르곤의 유량과 내부 압력은 동일 양씩 감소 또는 증가된다. 또한, 아르곤의 유량 감소와 내부 압력의 증가는 동일한 시점에서 이루어진다.

일 실시예로, 아르곤의 유량 감소는 잉곳의 바디부가 350 mm의 길이씩 성장할 때마다 초기 제어 단계의 아르곤 유량의 7%에 해당하는 양씩 이루어진다. 또한, 내부 압력의 증가는 상기 바디부가 350 mm의 길이씩 성장할 때마다 초기 제어 단계의 내부 압력의 13%에 해당하는 양씩 이루어진다. 예컨대, 아르곤의 유량은 도 2에 도시된 바와 같이 700 mm 지점 이후에 135 lpm으로 유지되다가 1050 mm 이후에는 10 lpm(이 값은 초기 제어 단계의 아르곤 유량인 140 lpm의 7%에 해당한다) 감소하여 유지되고, 1400 mm 지점 이후에는 10 lpm 더 감소하여 유지된다. 또한, 내부 압력은 도 2에 도시된 바와 같이 700 mm 지점 이후에 80 Torr로 유지되다가 1050 mm 지점 이후에는 10 Torr(이 값은 초기 제어 단계의 내부 압력인 80 Torr의 13%에 해당한다) 증가하여 유지되고, 1400 mm 지점 이후에는 10 Torr 더 증가하여 유지된다.

이때, 중기 제어 단계 초반의 아르곤 유량은 초기 제어 단계의 아르곤 유량 의 96.4% 내지 100%에서 일정하게 유지된다. 그리고, 중기 제어 단계 초반의 내부 압력은 초기 제어 단계의 내부 압력과 동일하게 유지된다. 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이 중기 제어 단계 초반의 아르곤 유량은 135 lpm(이 값은 초기 제어 단계의 아르곤 유량인 140 lpm의 96.4%에 해당한다)에서 일정하게 유지되고, 중기 제어 단계 초반의 내부 압력은 80 Torr(이 값은 초기 제어 단계의 내부 압력인 80 Torr와 동일하다)로 유지된다.

상기 중기 제어 단계는 도 2에 도시된 바와 같이 바디부가 700 mm의 길이부터 1650 mm의 길이로 성장될 때까지 수행되는 것이 바람직하다. 위 구간에서 앞서 설명한 바와 같은 방식으로 아르곤 유량 및 내부 압력이 제어될 경우 잉곳 길이에 따른 산소원자의 농도 편차가 잉곳의 중반부에서 효과적으로 감소한다.

한편, 상기 중기 제어 단계에서, 아르곤 유량의 단계적 감소 비율, 감소된 아르곤 유량이 유지되는 바디의 구간, 단결정 유량의 감소가 개시되는 시점, 그리고 챔버 내부 압력의 단계적 증가 비율, 증가된 챔버의 내부 압력이 유지되는 바디의 구간, 챔버 내부 압력의 증가가 개시되는 시점은 일 실시예에 불과하며, 단결정 잉곳의 성장 조건에 따라 각 파라미터들은 변경될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서, 본 발명에 따른 기술적 사상은 1650 mm 이상의 길이를 가진 단결정 잉곳을 쵸크랄스키법을 이용하여 성장시킬 때 산소 농도 편차가 발생되는 잉곳의 길이 구간에 아르곤 유량과 챔버 내부 압력을 한쪽은 단계적으로 감소시키고 여기에 연동하여 다른 한쪽은 단계적으로 증가시키는 것에 있음을 이해하여야 한다.

말기 제어 단계에서는 아르곤의 유량이 계단 형태로 동일한 양씩 감소되고, 내부 압력이 일정하게 유지된다. 구체적으로, 아르곤 유량의 감소는 바디부가 350 mm의 길이씩 성장될 때마다 초기 제어 단계의 아르곤의 유량의 14%에 해당하는 양씩 이루어진다. 예컨대, 아르곤의 유량은 도 2에 도시된 바와 같이 1650 mm 지점 이후에 20 lpm(이 값은 초기 제어 단계의 아르곤 유량인 140 lpm의 14%에 해당한다) 감소하여 유지되고, 내부 압력은 도 2에 도시된 바와 같이 1650 mm 지점 이후에 100 Torr로 일정하게 유지된다.

이때, 말기 제어 단계 초반의 아르곤 유량은 중기 제어 단계 후반에 일정하게 유지된 아르곤 유량으로부터 초기 제어 단계의 아르곤의 유량의 14%를 감한 값에서 일정하게 유지된다. 그리고, 내부 압력은 중기 제어 단계의 후반에 일정하게 유지된 내부 압력과 동일하게 유지된다. 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이 말기 제어 단계 초반의 아르곤 유량은 95 lpm(이 값은 중기 제어 단계 후반에 일정하게 유지된 아르곤 유량 값인 115 lpm으로부터 초기 제어 단계의 아르곤 유량인 140 lpm의 14%에 해당하는 20 lpm을 감한 값이다)에서 일정하게 유지된다. 그리고, 말기 제어 단계 초반의 내부 압력은 100 Torr(이 값은 중기 제어 단계 후반에 일정하게 유지된 내부 압력인 100 Torr와 동일하다)로 유지된다.

한편, 상기 말기 제어 단계에서, 아르곤 유량의 단계적 감소 비율, 감소된 아르곤 유량이 유지되는 바디의 구간 및 아르곤 유량의 감소가 개시되는 시점은 일 예시에 불과하며, 단결정 잉곳의 성장 조건에 따라 각 파라미터들은 변경될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라 서, 본 발명에 따른 기술적 사상은 단결정 잉곳을 초크랄스키법을 이용하여 성장시킬 때 공정 후반부에서 아르곤 유량과 챔버 내부 압력을 한쪽은 단계적으로 감소시키고 다른 한쪽은 일정하게 유지시키는 것에 있음을 이해하여야 한다.

상기 말기 제어 단계는 도 2에 도시된 바와 같이 바디부가 1650 mm의 길이로 성장된 이후에 수행되는 것이 바람직하다. 위 구간에서 앞서 설명한 바와 같은 방식으로 아르곤 유량 및 내부 압력이 제어될 경우 잉곳 길이에 따른 산소원자의 농도 편차가 잉곳의 후반부에서도 효과적으로 감소한다.

한편, 초기 제어 단계는 아르곤의 유량 및 내부 압력을 바디부 형성 시점부터 지속적으로 증가시킨 이후에 수행된다. 이때, 바디부 형성 시점에서의 아르곤의 유량은 초기 제어 단계의 아르곤 유량의 77% 내지 80%이고, 내부 압력은 초기 제어 단계의 내부 압력의 25%이다. 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이 바디부 형성 시점에서의 아르곤 유량은 110 lpm(이 값은 초기 제어 단계의 아르곤 유량인 140 lpm의 78.6%에 해당한다)이고, 바디부 형성 시점에서의 내부 압력은 20 Torr(이 값은 초기 제어 단계의 내부 압력인 80 Torr의 25%에 해당한다)이다. 바디부 형성 시점에서의 아르곤 유량이 위와 같은 범위 내에서 형성되면, 초기 제어 단계 이전에 성장한 바디부가 그 이후에 성장한 바디부에 형성된 산소원자 농도와 유사한 크기의 산소원자 농도를 포함하기 때문에 바디부 전체에 걸친 산소원자 농도 편차를 더욱 감소시킬 수 있다.

도 3에는 도 2의 제어 방법을 이용하여 성장시킨 잉곳의 산소원자 농도(검은 사각형)와, 아르곤의 유량 및 내부 압력 각각을 140 lpm 및 80 Torr로 공정 전반에 걸쳐 일정하게 유지시키면서 성장시킨 잉곳의 산소원자 농도(흰 사각형)가 표시되어 있다. 도 3에 따르면, 도 2의 제어 방법을 이용한 경우 잉곳의 바디부 전 구간에 걸친 산소원자 농도의 기울기는 -0.0005이고, 아르곤의 유량 및 내부 압력을 변화시키지 않은 경우 잉곳의 바디부 전 구간에 걸친 산소원자 농도의 기울기는 -0.0026이다. 따라서, 도 2의 제어 방법을 이용할 경우, 산소원자 농도의 기울기 절대값이 아르곤의 유량 및 내부 압력을 변화시키기 않은 경우의 산소원자 농도 기울기 절대값에 비해 감소하여 그 만큼 잉곳의 길이 방향으로 산소 농도 편차가 줄었음을 알 수 있다.

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.

도 1은 성장이 완료된 잉곳을 도시한 정면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 실리콘 단결정 잉곳의 산소 농도 제어 방법의 일실시예를 도시한 그래프이다.

도 3은 도 2에 도시된 제어 방법을 이용하여 성장시킨 잉곳의 길이에 따른 산소원자 농도의 변화를 나타내는 그래프이다.

Claims (12)

1. 잉곳의 성장 공간을 제공하는 챔버로 유입되는 아르곤의 유량 및 상기 챔버의 내부 압력을 일정하게 유지시키는 초기 제어 단계;

   상기 아르곤의 유량을 계단 형태로 감소시키고, 상기 내부 압력을 계단 형태로 증가시키는 중기 제어 단계; 및

   상기 아르곤의 유량을 계단 형태로 감소시키고, 상기 내부 압력을 일정하게 유지시키는 말기 제어 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 아르곤 유량과 챔버의 내부 압력을 이용한 실리콘 단결정 잉곳의 산소 농도 제어 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 초기 제어 단계는 상기 잉곳의 바디부가 100mm의 길이부터 700mm의 길이로 성장될 때까지 수행되고, 상기 중기 제어 단계는 상기 바디부가 1650mm의 길이로 성장될 때까지 수행되며, 상기 말기 제어 단계는 상기 바디부가 1650mm의 길이로 성장된 이후에 수행되는 것을 특징으로 하는 아르곤 유량과 챔버의 내부 압력을 이용한 실리콘 단결정 잉곳의 산소 농도 제어 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 중기 제어 단계에서, 상기 아르곤의 유량 감소는 상기 잉곳이 350mm의 길이씩 성장될 때마다 상기 초기 제어 단계의 아르곤의 유량의 7%에 해당하는 양씩 이루어지고, 상기 내부 압력의 증가는 상기 잉곳이 350mm의 길이씩 성장될 때마다 상기 초기 제어 단계의 내부 압력의 13%에 해당하는 양씩 이루어지는 것을 특징으로 하는 아르곤 유량과 챔버의 내부 압력을 이용한 실리콘 단결정 잉곳의 산소 농도 제어 방법.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서,

   상기 말기 제어 단계에서 상기 아르곤 유량의 감소는 상기 잉곳이 350mm의 길이씩 성장될 때마다 상기 초기 제어 단계의 아르곤의 유량의 14%에 해당하는 양씩 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳의 산소 농도 제어 방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 말기 제어 단계에서의 아르곤 유량의 감소량은 상기 중기 제어 단계에서의 아르곤 유량의 감소량의 2배인 것을 특징으로 하는 아르곤 유량과 챔버의 내부 압력을 이용한 실리콘 단결정 잉곳의 산소 농도 제어 방법.
6. 제1항에 있어서,

   아르곤 유량은 상기 초기 제어 단계의 아르곤 유량의 96.4% 내지 100%에서 일정하게 유지되고, 내부 압력은 상기 초기 제어 단계의 내부 압력과 동일하게 유지되는 조건으로 상기 중기 제어 단계를 시작하는 것을 특징으로 하는 아르곤 유량과 챔버의 내부 압력을 이용한 실리콘 단결정 잉곳의 산소 농도 제어 방법.
7. 제1항에 있어서,

   아르곤 유량은 상기 중기 제어 단계의 종료 시점에 일정하게 유지된 아르곤 유량으로부터 상기 초기 제어 단계의 아르곤의 유량의 14%를 감한 값에서 일정하게 유지되고, 내부 압력은 상기 중기 제어 단계의 종료 시점에 일정하게 유지된 내부 압력과 동일하게 유지되는 조건으로 상기 말기 제어 단계를 시작하는 것을 특징으로 하는 아르곤 유량과 챔버의 내부 압력을 이용한 실리콘 단결정 잉곳의 산소 농도 제어 방법.
8. 제1항에 있어서,

   상기 초기 제어 단계는 상기 아르곤의 유량 및 상기 내부 압력을 상기 잉곳의 바디부 형성 시점부터 지속적으로 증가시킨 이후에 수행되되, 상기 바디부 형성 시점에서 상기 아르곤의 유량은 상기 초기 제어 단계의 아르곤 유량의 77% 내지 80%인 것을 특징으로 하는 아르곤 유량과 챔버의 내부 압력을 이용한 실리콘 단결정 잉곳의 산소 농도 제어 방법.
9. 제1항에 있어서,

   상기 중기 제어 단계에서 상기 아르곤의 유량 감소 시점과 상기 내부 압력의 증가 시점은 동일한 것을 특징으로 하는 아르곤 유량과 챔버의 내부 압력을 이용한 실리콘 단결정 잉곳의 산소 농도 제어 방법.
10. 제1항에 있어서,

    상기 중기 제어 단계에서 상기 아르곤의 유량은 동일한 양씩 감소하는 것을 특징으로 하는 아르곤 유량과 챔버의 내부 압력을 이용한 실리콘 단결정 잉곳의 산소 농도 제어 방법.
11. 제1항 또는 제10항에 있어서,

    상기 중기 제어 단계에서 상기 내부 압력은 동일한 양씩 증가하는 것을 특징으로 하는 아르곤 유량과 챔버의 내부 압력을 이용한 실리콘 단결정 잉곳의 산소 농도 제어 방법.
12. 제1항에 있어서,

    상기 말기 제어 단계에서 상기 아르곤의 유량은 동일한 양씩 감소하는 것을 특징으로 하는 아르곤 유량과 챔버의 내부 압력을 이용한 실리콘 단결정 잉곳의 산소 농도 제어 방법.

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