KR101218664B1 - Semiconductor Single Crystal Ingot dopped by carbon and Method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 쵸크랄스키법을 이용한 반도체 단결정 잉곳 및 그 제조 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 쵸크랄스키법을 이용한 반도체 단결정 잉곳 제조 방법은, 성장 챔버 내에 설치된 석영 도가니에 반도체 원료, 도펀트 및 탄소 소스 물질을 충진하는 단계; 상기 석영 도가니를 히터로 가열하여 상기 충진 물질들을 멜트로 용융시키고, 상기 석영 도가니를 회전시키면서 멜트를 안정화시키는 단계; 및 상기 안정화된 멜트 내에 종자 결정을 디핑시킨 후 상기 종자 결정을 상기 석영 도가니와 반대 방향으로 회전시키면서 상부로 인상시켜 고액 계면을 통해 반도체 단결정 잉곳을 성장시키는 단계;를 포함하고, 상기 탄소 소스 물질의 충진 양은 상기 잉곳이 성장함에 따라 탄소농도가 0.1ppma로부터 3.1ppma까지 증가하는 조건으로 설정하고, 상기 탄소 농도가 1.0ppma보다 작은 잉곳의 길이 구간에서 고액 계면을 통해 유입되는 산소 농도가 15ppma 이상이 되도록 산소 용출량 증가와 관련된 공정 파라미터를 제어한다.The present invention discloses a semiconductor single crystal ingot using the Czochralski method and a method of manufacturing the same. A method for producing a semiconductor single crystal ingot using the Czochralski method according to the present invention includes filling a semiconductor crucible, a dopant, and a carbon source material in a quartz crucible installed in a growth chamber; Heating the quartz crucible with a heater to melt the filling materials into a melt and stabilizing the melt while rotating the quartz crucible; And after dipping seed crystals in the stabilized melt, pulling the seed crystals upward while rotating in the opposite direction to the quartz crucible to grow a semiconductor single crystal ingot through a solid-liquid interface. The filling amount is set on the condition that the carbon concentration increases from 0.1ppma to 3.1ppma as the ingot grows, so that the oxygen concentration flowing through the solid-liquid interface is 15ppma or more in the length section of the ingot where the carbon concentration is less than 1.0ppma. Control process parameters associated with increased oxygen elution.

Description

탄소가 도핑된 반도체 단결정 잉곳 및 그 제조 방법{Semiconductor Single Crystal Ingot dopped by carbon and Method of manufacturing the same}Semiconductor Single Crystal Ingot Doped With Carbon And Method Of Manufacturing The Same

본 발명은 쵸크랄스키법을 이용한 반도체 단결정 잉곳 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 탄소를 도핑시켜 1×109ea/cm3 이상에서 균일한 BMD 분포를 갖는 반도체 단결정 잉곳 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor single crystal ingot using Czochralski method and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor single crystal ingot having a uniform BMD distribution at 1 × 10 9 ea / cm 3 or more by doping with carbon It is about a method.

에피택셜 웨이퍼(epitaxial wafer)가 사용되는 디바이스는 MPU(MicroProcessor Unit), 로직 디바이스, 광학 디바이스 등의 고성능 제품들이다. 기판으로 사용되는 웨이퍼는 그 사용 목적과 품질 수준에 따라 웨이퍼에 도핑되는 도펀트가 달라지고, 도펀트의 종류에 따라서 웨이퍼의 종류는 P 타입과 N 타입으로 구분된다. P 타입 웨이퍼에는 보론(Boron)이 도핑되고, N 타입 웨이퍼에는 인(Phosphorous), 아세닉(Arsenic), 안티모니(Antimony) 등이 도핑된다.Devices that use epitaxial wafers are high-performance products such as microprocessor units (MPUs), logic devices, and optical devices. Wafers used as substrates have different dopants doped into the wafer depending on the purpose of use and quality level, and the wafer types are classified into P type and N type according to the type of dopant. Boron is doped in the P-type wafer, and phosphorous, arsenic, antimony, and the like are doped in the N-type wafer.

P/N 에피택셜 웨이퍼는 N 타입 웨이퍼 위에 P 타입의 반도체막을 에피 증착시켜 제조한다. 또한, N/N 에피택셜 웨이퍼는 N 타입 웨이퍼 위에 N 타입의 반도체막을 에피 증착시켜 제조한다.P / N epitaxial wafers are fabricated by epitaxially depositing a P-type semiconductor film on an N-type wafer. In addition, an N / N epitaxial wafer is produced by epi-depositing an N-type semiconductor film on an N-type wafer.

에피택셜 웨이퍼는 금속 오염에 취약하므로 금속 오염 관리에 많은 노력을 기울여야 한다. 에피택셜 웨이퍼가 금속에 오염되면 디바이스의 성능이 제대로 구현되지 않기 때문이다. 따라서 에피택셜 웨이퍼를 이용한 디바이스 제조 과정에서의 금속 오염 관리도 매우 중요하지만, 웨이퍼 자체에도 금속 오염을 제어하는 기능을 부여할 필요가 있다.Epitaxial wafers are vulnerable to metal contamination, so much effort must be put into metal contamination management. If the epitaxial wafer is contaminated with metal, the device's performance will not be implemented properly. Therefore, metal contamination management in the device manufacturing process using an epitaxial wafer is very important, but the wafer itself needs to be provided with a function of controlling metal contamination.

디바이스의 구동 영역은 에피택셜 웨이퍼 전면의 활성층(active layer)이다. 따라서 활성층이 금속에 의해 오염되는 것을 방지하는 것이 중요한데, 종래에는 게더링(gettering) 기술을 이용하여 금속 오염을 제어하였다. 게더링 기술은 활성층 이외의 영역에 에너지가 높은 사이트(site)를 형성하여 금속이 그 쪽으로 이동하여 모이게 만듦으로써 활성층의 금속 농도를 떨어뜨리는 기술을 말한다.The drive region of the device is the active layer on the epitaxial wafer front side. Therefore, it is important to prevent the active layer from being contaminated by metal. In the related art, metal contamination was controlled by using a gettering technique. Gathering technology refers to a technique for lowering the metal concentration of the active layer by forming a site with high energy in a region other than the active layer to cause the metal to move and collect there.

게더링 효과를 향상시키기 위해서는 웨이퍼의 벌크 내부에 게더링 사이트를 형성할 필요가 있다. 게더링 사이트는, 주로 웨이퍼 벌크 내에 형성된 BMD(Bulk Micro Defect)라는 산소 석출물이 이용된다.In order to improve the gathering effect, it is necessary to form gathering sites within the bulk of the wafer. As the gathering site, an oxygen precipitate called BMD (Bulk Micro Defect) formed mainly in the wafer bulk is used.

최근 디바이스 업체에서는 1×109ea/cm3 이상의 BMD 밀도 조건을 요구하고 있다. 이러한 높은 수준의 BMD 밀도 조건을 맞추기 위해 웨이퍼의 모재인 반도체 잉곳을 제조하는 과정에서 탄소를 도핑하는 기술이 도입되었다.Recently, device makers require a BMD density requirement of 1 × 10 9 ea / cm 3 or higher. To meet these high BMD density requirements, a doping technique was introduced in the fabrication of the semiconductor ingot, which is the substrate of the wafer.

반도체 잉곳은 주로 석영 도가니에 다결정 실리콘과 도펀트를 충진하여 용융시킨 후 종자 결정을 멜트 내에 디핑 시켰다가 상부로 서서히 인상시키는 쵸크랄스키법을 이용하여 제조한다. The semiconductor ingot is mainly manufactured by using a Czochralski method in which a quartz crucible is filled with polycrystalline silicon and a dopant and melted, followed by dipping seed crystals into a melt and slowly pulling them upward.

쵸크랄스키법은 고액 계면을 통해 단결정을 성장시키는 방법인데, 단결정이 성장되는 과정에서는 석영 도가니에서 용출된 산소가 멜트의 대류에 따라 고액 계면 쪽으로 이동한 후 잉곳으로 유입되며 잉곳에 유입된 산소 농도가 어느 정도인지 여부에 따라 웨이퍼의 BMD 밀도가 결정된다. 산소는 석영 도가니로부터 용출되므로, 잉곳에 유입되는 산소 농도는 멜트와 석영 도가니의 내벽이 접촉하는 면적과 밀접한 관련이 있다. 잉곳 제조 공정의 후반으로 가면서 멜트가 소모되어 멜트와 석영 도가니 내벽의 접촉 면적이 감소하므로 잉곳의 길이 방향을 기준으로 보면 산소 농도는 잉곳 후반으로 갈수록 서서히 감소하는 경향을 가진다. 하지만 잉곳의 길이 방향으로 산소 농도의 편차가 생기면 잉곳의 길이별로 웨이퍼의 BMD 밀도 편차가 발생되기 때문에 웨이퍼 수율 저하의 원인이 된다. 따라서 디바이스 제조 업체에서 요구하는 BMD 조건을 충족시키기 위해서는 잉곳의 길이 방향 전체적으로 산소 농도를 일정 수준 이상으로 균일하게 만들어줄 필요가 있다.The Czochralski method is a method of growing a single crystal through a solid-liquid interface.In the process of growing a single crystal, the oxygen eluted from the quartz crucible moves toward the solid-liquid interface according to the convection of the melt and flows into the ingot, and the oxygen concentration flows into the ingot. The BMD density of the wafer is determined depending on how much is. Since oxygen is eluted from the quartz crucible, the oxygen concentration flowing into the ingot is closely related to the area where the melt and the inner wall of the quartz crucible contact each other. As the melt is consumed as it goes to the second half of the ingot manufacturing process, the contact area between the melt and the inner wall of the quartz crucible decreases, so the oxygen concentration tends to gradually decrease toward the second half of the ingot. However, when the oxygen concentration varies in the longitudinal direction of the ingot, the BMD density of the wafer is generated according to the length of the ingot, which causes a decrease in wafer yield. Therefore, in order to meet the BMD requirement of the device manufacturer, it is necessary to make the oxygen concentration uniformly above a certain level throughout the ingot length.

한편, 높은 수준의 BMD 밀도 조건을 만족시키기 위해 사용되는 탄소 소스 물질은 멜트 형성 단계에서 석영 도가니에 투입된다. 그런데, 잉곳의 길이가 증가하면 멜트의 농도에 대한 탄소의 상대 농도는 점점 증가한다. 잉곳 성장 과정에서 멜트 소모량이 탄소 소모량보다 많기 때문이다. 따라서 잉곳으로 유입되는 탄소 농도는 상술한 산소 농도와 달리 잉곳의 길이가 증가함에 따라 증가하는 경향이 있다.On the other hand, the carbon source material used to satisfy the high level of BMD density requirements is introduced into the quartz crucible in the melt forming step. However, as the length of the ingot increases, the relative concentration of carbon with respect to the concentration of the melt increases gradually. Melt consumption is higher than carbon consumption during ingot growth. Therefore, the carbon concentration flowing into the ingot tends to increase as the length of the ingot increases, unlike the oxygen concentration described above.

잉곳 내에 도핑된 탄소는 산소 석출이 이루어지는 사이트로 작용함으로써 BMD의 밀도를 증가시키는 작용을 한다. 하지만 과도한 농도로 탄소가 유입되면 고액 계면을 통한 단결정 성장을 방해하여 다결정 성장이 이루어지는 문제를 유발한다. 따라서 쵸크랄스키법을 이용한 단결정 잉곳의 성장시 탄소를 도핑할 때에는 잉곳의 길이 방향을 따라 탄소 농도를 적절하게 제어할 필요성이 대두된다.The doped carbon in the ingot acts as a site for oxygen precipitation to increase the density of BMD. However, when carbon is introduced at an excessive concentration, the single crystal growth is prevented through the solid-liquid interface, which causes a problem of polycrystalline growth. Therefore, when doping carbon during the growth of the single crystal ingot using the Czochralski method, it is necessary to appropriately control the carbon concentration along the longitudinal direction of the ingot.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 쵸크랄스키법을 이용한 반도체 단결정 잉곳 성장시 잉곳의 길이 방향을 따라 산소 농도와 탄소 농도를 최적화시켜 웨이퍼의 BMD 품질 균일도를 향상시킬 수 있는 방법과, 이 방법에 의해 제조된 반도체 단결정 잉곳을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention was devised to solve the above-described problems of the prior art, and improves the BMD quality uniformity of the wafer by optimizing the oxygen concentration and the carbon concentration along the longitudinal direction of the ingot during the growth of the semiconductor single crystal ingot using the Czochralski method. It is an object of the present invention to provide a method that can be used and a semiconductor single crystal ingot manufactured by the method.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.Other objects and advantages of the present invention can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. It will also be readily apparent that the objects and advantages of the invention may be realized and attained by means of the instrumentalities and combinations particularly pointed out in the appended claims.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 쵸크랄스키법을 이용한 반도체 단결정 잉곳 제조 방법은, 성장 챔버 내에 설치된 석영 도가니에 반도체 원료, 도펀트 및 탄소 소스 물질을 충진하는 단계; 상기 석영 도가니를 히터로 가열하여 상기 충진 물질들을 멜트로 용융시키고, 상기 석영 도가니를 회전시키면서 멜트를 안정화시키는 단계; 및 상기 안정화된 멜트 내에 종자 결정을 디핑시킨 후 상기 종자 결정을 상기 석영 도가니와 반대 방향으로 회전시키면서 상부로 인상시켜 고액 계면을 통해 반도체 단결정 잉곳을 성장시키는 단계;를 포함하고, 상기 탄소 소스 물질의 충진 양은 상기 잉곳이 성장함에 따라 탄소농도가 0.1ppma로부터 3.1ppma까지 증가하는 조건으로 설정하고, 상기 탄소 농도가 1.0ppma보다 작은 잉곳의 길이 구간에서 고액 계면을 통해 유입되는 산소 농도가 15ppma 이상이 되도록 산소 용출량 증가와 관련된 공정 파라미터를 제어한다.In order to achieve the above object, the method for manufacturing a semiconductor single crystal ingot using the Czochralski method according to the present invention includes filling a semiconductor raw material, a dopant and a carbon source material in a quartz crucible installed in a growth chamber; Heating the quartz crucible with a heater to melt the filling materials into a melt and stabilizing the melt while rotating the quartz crucible; And after dipping seed crystals in the stabilized melt, pulling the seed crystals upward while rotating in the opposite direction to the quartz crucible to grow a semiconductor single crystal ingot through a solid-liquid interface. The filling amount is set on the condition that the carbon concentration increases from 0.1ppma to 3.1ppma as the ingot grows, so that the oxygen concentration flowing through the solid-liquid interface is 15ppma or more in the length section of the ingot where the carbon concentration is less than 1.0ppma. Control process parameters associated with increased oxygen elution.

바람직하게는, 상기 탄소 소스 물질의 충진 양은 상기 잉곳이 성장함에 따라 탄소농도가 0.2ppma로부터 2.0ppma까지 증가하는 조건으로 설정하고, 상기 탄소 농도가 0.2ppma 내지 1.0ppma인 잉곳의 길이 구간에서 고액 계면을 통해 유입되는 산소 농도가 15ppma 내지 20ppma가 되고, 상기 탄소 농도가 1.0ppma 내지 2.0ppma인 잉곳의 길이 구간에서 고액 계면을 통해 유입되는 산소 농도가 10ppma 내지 15ppma가 되도록 산소 용출량 증가와 관련된 공정 파라미터를 제어한다.Preferably, the filling amount of the carbon source material is set in a condition that the carbon concentration increases from 0.2ppma to 2.0ppma as the ingot grows, and the solid-liquid interface in the length section of the ingot having the carbon concentration of 0.2ppma to 1.0ppma Process parameters related to increasing the oxygen elution amount such that the oxygen concentration flowing through the solid-liquid interface is 10ppma to 15ppma in the length section of the ingot having the carbon concentration of 1.0ppma to 2.0ppma. To control.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 공정 파라미터는 석영 도가니 회전 속도를 포함한다. 이런 경우, 상기 석영 도가니 회전 속도는 1rpm ~ 5rpm의 범위에서 제어할 수 있다.According to one aspect of the invention, the process parameter comprises a quartz crucible rotation speed. In this case, the quartz crucible rotation speed can be controlled in the range of 1rpm to 5rpm.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 반도체 단결정 잉곳의 성장이 이루어지는 동안 멜트 표면으로 불활성 가스를 공급하는 단계를 더 포함하고, 상기 공정 파라미터는 불활성 가스의 유량을 더 포함할 수 있다. 이런 경우, 상기 불활성 가스의 유량은 101pm ~ 2001pm의 범위로 제어할 수 있다.According to another aspect of the invention, further comprising the step of supplying an inert gas to the melt surface during the growth of the semiconductor single crystal ingot, wherein the process parameters may further comprise a flow rate of the inert gas. In this case, the flow rate of the inert gas can be controlled in the range of 101pm ~ 2001pm.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 공정 파라미터는 상기 성장 챔버의 압력을 더 포함할 수 있다. 이런 경우, 상기 성장 챔버의 압력은 10torr ~ 200torr의 범위로 제어할 수 있다.According to another aspect of the invention, the process parameter may further comprise a pressure of the growth chamber. In this case, the pressure of the growth chamber can be controlled in the range of 10torr ~ 200torr.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 에피택셜 웨이퍼 제조 방법은 상술한 반도체 단결정 잉곳 제조 방법에 의하여 제조된 반도체 단결정 잉곳으로부터 웨이퍼를 제조하는 단계; 및 상기 웨이퍼 상에 에피택셜 반도체층을 형성하는 단계를 포함한다.In addition, the epitaxial wafer manufacturing method according to the present invention for achieving the above object comprises the steps of manufacturing a wafer from the semiconductor single crystal ingot manufactured by the above-described semiconductor single crystal ingot manufacturing method; And forming an epitaxial semiconductor layer on the wafer.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 쵸크랄스키법에 의해 제조된 반도체 단결정 잉곳은, 탄소 농도가 0.1ppma로부터 3.1ppma까지 증가하는 프로파일을 가진 바디 구간을 포함하고, 잉곳의 길이 방향을 따라 산소 농도가 감소하는 프로파일을 가지되, 상기 탄소 농도가 1.0ppma보다 작은 잉곳의 길이 구간에서 상기 산소 농도가 15ppma 이상이다.In addition, the semiconductor single crystal ingot produced by the Czochralski method according to the present invention for achieving the above object includes a body section having a profile in which the carbon concentration increases from 0.1ppma to 3.1ppma, As a result, the oxygen concentration is reduced, but the oxygen concentration is 15 ppma or more in the length section of the ingot whose carbon concentration is less than 1.0 ppma.

바람직하게는, 반도체 단결정 잉곳은 탄소 농도가 0.2ppma로부터 2.0ppma까지 증가하는 프로파일을 가진 바디 구간을 포함하고, 잉곳의 길이 방향을 따라 산소 농도가 감소하는 프로파일을 가지되, 상기 탄소 농도가 0.2ppma 내지 1.0ppma인 잉곳의 길이 구간에서 상기 산소 농도가 15ppma 내지 20ppma이고, 상기 탄소 농도가 1.0ppma 내지 2.0ppma인 잉곳의 길이 구간에서 상기 산소 농도가 10ppma 내지 15ppma이다.Preferably, the semiconductor single crystal ingot includes a body section having a profile in which the carbon concentration increases from 0.2 ppm to 2.0 ppm, and has a profile in which the oxygen concentration decreases along the longitudinal direction of the ingot, wherein the carbon concentration is 0.2 ppm. The oxygen concentration is 15ppma to 20ppma in the length section of the ingot to 1.0ppma, and the oxygen concentration is 10ppma to 15ppma in the length section of the ingot having the carbon concentration of 1.0ppma to 2.0ppma.

더욱 바람직하게는, 반도체 단결정 잉곳은 길이 전체에 걸쳐 1×1010ea/cm3 이상의 BMD 밀도 확보가 가능한 것을 특징으로 한다.More preferably, the semiconductor single crystal ingot is characterized in that it is possible to secure a BMD density of 1 × 10 10 ea / cm 3 or more over the entire length.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 에피택셜 웨이퍼는 상술한 반도체 단결정 잉곳으로부터 제조된 웨이퍼와 상기 웨이퍼 위에 형성된 에피택셜 반도체층을 포함한다.In addition, an epitaxial wafer according to the present invention for achieving the above object includes a wafer made from the above-described semiconductor single crystal ingot and an epitaxial semiconductor layer formed on the wafer.

본 발명에 따르면, 반도체 단결정 잉곳 전체적으로 1×109ea/cm3 이상의 BMD 밀도를 균일하게 확보할 수 있다. 특히, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 50nm 내지 100nm의 작은 크기를 갖는 BMD가 1×1010ea/cm3 이상의 고밀도로 형성될 수 있고, BMD가 특정 방향으로 방향성을 갖지 않고 타원 형태를 가지도록 한다. 뿐만 아니라, DZ 깊이(Denuded Zone depth)가 5um 이상 충분하게 형성되도록 한다.According to the present invention, the BMD density of 1 × 10 9 ea / cm 3 or more can be uniformly ensured throughout the semiconductor single crystal ingot. In particular, according to a preferred embodiment of the present invention, a BMD having a small size of 50nm to 100nm can be formed at a high density of 1 × 10 10 ea / cm 3 or more, and the BMD has an elliptic shape without directionality in a specific direction. To do that. In addition, the DZ depth (Denuded Zone depth) is sufficient to be formed more than 5um.

그러므로, 본 발명에 따르면 에피택셜 웨이퍼와 같은 웨이퍼의 게더링 능력을 향상시킬 수 있는 N 타입 실리콘 잉곳을 제공하여 웨이퍼가 각종 고성능 디바이스에 적합하게 사용될 수 있도록 한다. 특히, 본 발명에 따르면, 웨이퍼가 CIS(CMOS Image Sensor) 디바이스에 사용될 때 화이트 스팟(White Spot)의 발생률을 현저하게 감소시키는 등 화소 불량의 발생을 효과적으로 방지할 수 있다.Therefore, according to the present invention, an N-type silicon ingot capable of improving the gathering capability of a wafer such as an epitaxial wafer is provided so that the wafer can be suitably used for various high performance devices. In particular, according to the present invention, it is possible to effectively prevent the occurrence of pixel defects, such as significantly reducing the incidence of white spots when the wafer is used in a CMOS image sensor (CIS) device.

또한, 본 발명에 따르면, 잉곳에 도핑되는 탄소 농도를 최적화시킴으로써 시도 회수를 줄일 수 있다.In addition, according to the present invention, the number of attempts can be reduced by optimizing the carbon concentration doped in the 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 아니 된다.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 단결정 잉곳 제조 방법의 실시를 위해 사용되는 반도체 단결정 제조 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 고화율에 따른 탄소 농도의 변화 조건을 나타내는 그래프이다.
도 3은 반도체 단결정 잉곳에 형성된 BMD의 형상을 비교하여 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 반도체 단결정 잉곳 제조시 실리콘 고화율에 따른 탄소 농도 및 산소 농도를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 5는 도 4의 실시예에 따라 탄소 농도 및 산소 농도가 제어된 경우, BMD 밀도와 DZ 깊이를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 6은 도 4의 실시예에 따라 탄소 농도 및 산소 농도가 제어된 경우, 잉곳에 형성된 BMD의 크기를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 7은 비교예와 실시예에 따라 성장된 잉곳의 각종 물성을 측정하여 표시한 그래프들이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the description of the invention given below, serve to further the understanding of the technical idea of the invention, And should not be construed as limiting.
1 is a schematic configuration diagram of a semiconductor single crystal manufacturing apparatus used for carrying out the method for manufacturing a semiconductor single crystal ingot according to the present invention.
2 is a graph showing a change condition of the carbon concentration according to the silicon solidification rate according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing a comparison of the shapes of BMDs formed in a semiconductor single crystal ingot.
Figure 4 is a graph showing the measurement of the carbon concentration and oxygen concentration according to the silicon solidification rate when manufacturing a semiconductor single crystal ingot according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph illustrating measurement of BMD density and DZ depth when carbon concentration and oxygen concentration are controlled according to the embodiment of FIG. 4.
6 is a graph showing the size of the BMD formed in the ingot when the carbon concentration and the oxygen concentration are controlled according to the embodiment of FIG. 4.
7 is a graph showing measurement and display of various physical properties of ingots grown according to Comparative Examples and Examples.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 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.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.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.

도 1은, 본 발명에 따른 반도체 단결정 잉곳 제조 방법의 실시를 위해 사용되는 반도체 단결정 제조 장치의 개략적인 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram of a semiconductor single crystal production apparatus used for carrying out the method for manufacturing a semiconductor single crystal ingot according to the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 반도체 단결정 제조 장치는, 고온의 멜트(SM)가 수용되는 석영 도가니(10), 상기 석영 도가니(10)의 외주면을 감싸며, 고온 환경에서 석영 도가니(10)를 일정한 형태로 지지하는 도가니 지지대(20), 상기 도가니 지지대(20) 하단에 설치되어 지지대(20)와 함께 석영 도가니(10)를 회전시키면서 고액 계면의 높이를 일정하게 유지하기 위해 석영 도가니(10)를 서서히 상승시키는 도가니 회전수단(30), 상기 도가니 지지대(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), 일정한 방향으로 회전하는 종자 결정을 이용하여 상기 석영 도가니(10)에 수용된 멜트(SM)로부터 단결정 잉곳(C)을 인상하는 잉곳 인상수단(60), 잉곳 인상수단(60)에 의해 인상되는 단결정 잉곳(C)의 외주면으로부터 소정 거리 이격되어 단결정 잉곳(C)으로부터 방출되는 열을 반사하는 열실드 수단(70), 및 단결정 잉곳(C)의 외주면을 따라 멜트(SM)의 상부 표면으로 불활성 가스(예켠대, Ar 가스)를 공급하는 불활성 가스 공급수단(미도시)을 포함한다.Referring to FIG. 1, the semiconductor single crystal manufacturing apparatus according to the present invention surrounds a quartz crucible 10 in which a high temperature melt SM is accommodated, an outer circumferential surface of the quartz crucible 10, and a quartz crucible 10 in a high temperature environment. The crucible support 20 for supporting a predetermined shape, the quartz crucible 10 is installed at the bottom of the crucible support 20 to maintain the height of the solid-liquid interface while rotating the quartz crucible 10 together with the support 20. ) Is installed on the outside of the crucible rotating means 30 for gradually raising the heating means 40, a heating means 40 for heating the quartz crucible 10 spaced a predetermined distance from the sidewall of the crucible support 20, and the heating means 40. Single crystal ingot (C) from the melt (SM) accommodated in the quartz crucible 10 by using a seed crystal that rotates in a predetermined direction, the heat insulating means 50 to prevent the heat generated from the heating means 40 to flow outside ) A heat shield means 70 for reflecting heat emitted from the single crystal ingot C while being spaced a predetermined distance from the outer circumferential surface of the single crystal ingot C drawn by the ingot pulling means 60 and the ingot pulling means 60 for pulling up; And inert gas supply means (not shown) for supplying an inert gas (for example, Ar gas) to the upper surface of the melt SM along the outer circumferential surface of the single crystal ingot C.

상술한 각 구성요소들은 외부와 격리된 성장 챔버 내에 설치되며 본 발명이 속한 기술 분야에서 잘 알려진 쵸크랄스키법을 이용한 반도체 단결정 제조 장치의 통상적인 구성요소이다. 따라서 각 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.Each of the above-described components is a conventional component of a semiconductor single crystal manufacturing apparatus using Czochralski method, which is installed in a growth chamber isolated from the outside and is well known in the art. Therefore, detailed description of each component will be omitted.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 반도체 단결정 제조 방법을 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor single crystal according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1.

먼저, 석영 도가니(10) 내에 반도체 원료, 도펀트 및 탄소 소스 물질을 충진한다. 상기 반도체 원료는 잉곳(C)을 구성하는 물질의 종류에 따라 달라지는데 일 예로 다결정 실리콘일 수 있다. 상기 도펀트는 잉곳(C)으로부터 제조되는 웨이퍼의 타입에 따라 달라진다. 일 예로, 웨이퍼가 N 타입인 경우 상기 도펀트는 인(Phosphorous)일 수 있다. 다른 예로, 웨이퍼가 P 타입인 경우 상기 도펀트는 보론(Boron)일 수 있다. 상기 탄소 소스 물질은 흑연 또는 탄화규소 파우더일 수 있다.First, a semiconductor raw material, a dopant and a carbon source material are filled in a quartz crucible 10. The semiconductor raw material varies depending on the type of material constituting the ingot C. For example, the semiconductor raw material may be polycrystalline silicon. The dopant depends on the type of wafer made from the ingot (C). For example, when the wafer is N type, the dopant may be phosphorous. As another example, when the wafer is a P type, the dopant may be boron. The carbon source material may be graphite or silicon carbide powder.

상기 탄소 소스 물질의 충진 양은 상기 잉곳(C)이 성장함에 따라 잉곳(C)의 바디 구간을 기준으로 탄소 농도가 0.1 ppma로부터 3.1 ppma까지 서서히 증가하는 조건으로 설정한다. 여기서, 바디 구간이라 함은 단결정 잉곳(C)의 직경이 일정하게 유지되는 구간으로서, 웨이퍼가 제조되는 구간을 말한다. 상기와 같은 탄소 농도의 변화 조건을 만족하는 탄소 소스 물질의 충진 양은 이론적 계산 또는 실험적으로 결정할 수 있다.The filling amount of the carbon source material is set under the condition that the carbon concentration gradually increases from 0.1 ppma to 3.1 ppma with respect to the body section of the ingot C as the ingot C grows. Here, the body section is a section in which the diameter of the single crystal ingot C is kept constant and refers to a section in which the wafer is manufactured. The filling amount of the carbon source material that satisfies the change condition of the carbon concentration as described above may be determined theoretically or experimentally.

바람직하게는, 상기 탄소 소스 물질의 충진 양은 상기 잉곳(C)이 성장함에 따라 잉곳(C)의 바디 구간을 기준으로 탄소 농도가 0.2ppma로부터 2.0ppma까지 증가하는 조건으로 설정한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 고화율에 따른 탄소 농도의 변화 조건을 나타내는 그래프이다.Preferably, the filling amount of the carbon source material is set under the condition that the carbon concentration increases from 0.2 ppm to 2.0 ppm based on the body section of the ingot C as the ingot C grows. 2 is a graph showing a change condition of the carbon concentration according to the silicon solidification rate according to an embodiment of the present invention.

도 2에서, X축은 멜트의 고화율을 나타내고, Y축은 고화율에 따른 탄소 농도를 나타낸다. 도 2를 참조하면, 잉곳의 바디 구간에서 잉곳의 길이 별로 측정한 탄소 농도가, 대체로 0.2ppma 내지 2.0ppma이다.In FIG. 2, the X axis represents the solidification rate of the melt, and the Y axis represents the carbon concentration according to the solidification rate. Referring to FIG. 2, the carbon concentration measured for each length of the ingot in the body section of the ingot is about 0.2 ppm to about 2.0 ppm.

반도체 단결정 잉곳의 제조 공정에서, 이와 같이 탄소의 농도를 0.2ppma 내지 2.0ppma로 할 때, 방향성을 갖는 BMD의 형성이 억제되고, 주로 타원형의 BMD가 형성되는 효과를 갖는다. 도 3은 반도체 단결정 잉곳에 형성된 BMD의 형상을 비교하여 나타낸 도면이다. 더욱 구체적으로, 도 3의 (a)는 방향성을 갖는 BMD의 형상을 나타낸 도면이고, 도 3의 (b)는 타원형의 BMD의 형상을 나타낸 도면이다. In the process of manufacturing a semiconductor single crystal ingot, when the concentration of carbon is 0.2 ppmma to 2.0 ppmma in this manner, the formation of the aromatic BMD is suppressed, and the elliptical BMD is mainly formed. 3 is a view showing a comparison of the shapes of BMDs formed in a semiconductor single crystal ingot. More specifically, Figure 3 (a) is a view showing the shape of the BMD having a direction, Figure 3 (b) is a view showing the shape of the elliptical BMD.

도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 실리콘 단결정 잉곳에서 BMD가 특정 방향으로 길게 형성되는 방향성을 갖는다면, 이러한 잉곳을 이용하여 제조된 웨이퍼는 CIS 디바이스에 사용될 경우 화소 불량이 많이 발생할 수 있다. 방향성을 갖는 BMD가 화소 불량을 일으키는 원인이 될 수 있기 때문이다. 반면, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 잉곳에서 BMD가 타원형으로 형성되면, 이러한 BMD는 CIS 디바이스에서 화소 불량을 일으키는 원인이 되지 않는다. 따라서, 타원형 BMD가 주로 형성된 잉곳을 이용하여 제조된 웨이퍼는 CIS 디바이스에서 화소 불량 발생률이 낮다. 본 발명의 상기 실시예에 따르면, 반도체 단결정 잉곳 제조시 탄소 농도를 0.2ppma 내지 2.0ppma이 되도록 함으로써, 잉곳에 도 3의 (b)와 같은 타원형 BMD가 형성되도록 한다.As shown in (a) of FIG. 3, if a BMD is formed long in a specific direction in a silicon single crystal ingot, a wafer manufactured by using the ingot may have many pixel defects when used in a CIS device. This is because directional BMDs can cause pixel defects. On the other hand, if the BMD is formed in an elliptical shape in the ingot as shown in FIG. 3 (b), the BMD does not cause pixel defects in the CIS device. Thus, wafers fabricated using ingots predominantly formed with elliptical BMDs have low pixel defect rates in CIS devices. According to the above embodiment of the present invention, the carbon concentration is 0.2ppma to 2.0ppma when manufacturing the semiconductor single crystal ingot, so that the elliptical BMD as shown in FIG. 3 (b) is formed in the ingot.

이와 같이, 반도체 원료, 도펀트 및 탄소 소스 물질의 충진이 완료되면, 다음으로 석영 도가니(10)를 가열수단(40)으로 가열하여 석영 도가니(10)에 충진된 물질들을 용융시켜 멜트(SM)를 형성한다. 상기 멜트(SM) 형성 과정이 완료되면, 도가니 회전수단(30)을 이용하여 석영 도가니(10)를 일정한 방향으로 서서히 회전시키면서 멜트(SM)의 대류를 안정화시킨다.As such, when the filling of the semiconductor raw material, the dopant and the carbon source material is completed, the quartz crucible 10 is then heated by the heating means 40 to melt the materials filled in the quartz crucible 10 to melt the melt SM. Form. When the process of forming the melt SM is completed, the convection of the melt SM is stabilized by slowly rotating the quartz crucible 10 in a predetermined direction by using the crucible rotating means 30.

멜트(SM)의 대류가 안정화되면, 잉곳 인상수단(60)을 이용하여 종자 결정을 멜트(SM) 내에 디핑시킨다. 이때, 열충격에 의해 종자 결정에 전위가 발생되는 것을 방지하기 위해 종자 결정을 멜트(SM)의 표면 근처에서 일정 시간 정지시켜 열적으로 안정화시키는 것이 바람직하다.When the convection of the melt SM is stabilized, the seed crystal is dipped into the melt SM by using the ingot pulling means 60. At this time, in order to prevent the occurrence of dislocations in the seed crystal due to thermal shock, it is preferable to stop the seed crystal for a predetermined time near the surface of the melt SM and thermally stabilize it.

종자 결정의 디핑이 이루어지면, 디핑 상태를 일정 시간 유지하였다가 종자 결정을 석영 도가니(10)와 반대 방향으로 회전시키면서 상부로 서서히 인상시켜 고액 계면을 통한 단결정 잉곳의 인상 공정을 개시한다.When the seed crystal is dipped, the dipping state is maintained for a predetermined time, and then the seed crystal is slowly pulled upward while rotating in the opposite direction to the quartz crucible 10 to start the pulling process of the single crystal ingot through the solid-liquid interface.

상기 단결정 인상 공정은 네킹 공정, 숄더링 공정, 바디 공정 및 테일링 공정을 포함한다. 상기 네킹 공정은 종자 결정의 디핑 직후 종자 결정에 생긴 전위를 제거하기 위해서 종자 결정보다 작은 직경으로 잉곳을 가늘게 성장시키는 공정이다. 상기 숄더링 공정은 단결정 인상속도를 조절하여 고액 계면을 통해 성장되는 잉곳의 직경을 목표로 하는 바디 직경이 될 때까지 서서히 증가시키는 공정이다. 상기 바디 공정은 목표 직경을 일정하게 유지하면서 원하는 길이로 잉곳을 성장시키는 공정이다. 상기 테일링 공정은 바디 공정이 완료된 후 단결정 인상속도를 조절하여 잉곳의 직경을 서서히 감소시킴으로써 종국에는 단결정 잉곳을 멜트(SM)로부터 분리하는 공정이다.The single crystal pulling process includes a necking process, a shouldering process, a body process and a tailing process. The necking process is a process of thinly growing an ingot with a diameter smaller than that of the seed crystals in order to remove the potential generated in the seed crystals immediately after dipping the seed crystals. The shouldering process is a step of gradually increasing the target diameter until the target diameter of the ingot grown through the solid-liquid interface is controlled by controlling the pulling rate of the single crystal. The body process is a process of growing an ingot to a desired length while keeping a target diameter constant. The tailing process is a process of separating the single crystal ingot from the melt (SM) by eventually reducing the diameter of the ingot by adjusting the single crystal pulling speed after the body process is completed.

위와 같은 네킹 공정, 숄더링 공정, 바디 공정 및 테일링 공정은 쵸크랄스키법을 이용한 단결정 제조 기술 분야에서 널리 알려져 있는 것이므로 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.The necking process, the shouldering process, the body process, and the tailing process as described above are well known in the art of monocrystal manufacturing using Czochralski method, and thus, further detailed description thereof will be omitted.

본 발명은, 잉곳의 성장에 따라 탄소 농도가 0.1 ppma로부터 3.1ppma까지 증가하는 조건으로 설정된 경우, 1.0ppma보다 작은 잉곳의 길이 구간에서 고액 계면을 통해 유입되는 산소 농도가 15ppma 이상이 되도록 산소 용출량 증가와 관련된 공정 파라미터를 제어한다.In the present invention, when the carbon concentration is set to increase from 0.1 ppma to 3.1 ppm with the growth of the ingot, the oxygen elution amount is increased so that the oxygen concentration flowing through the solid-liquid interface is 15 ppm or more in the length section of the ingot smaller than 1.0 ppm Control process parameters associated with

바람직하게는, 본 발명은, 잉곳의 성장에 따라 탄소 농도가 0.2ppma 내지 2.0ppma까지 증가하는 조건으로 설정된 경우, 탄소 농도가 0.2ppma 내지 1.0ppma인 잉곳의 길이 구간에서 고액 계면을 통해 유입되는 산소 농도가 15ppma 내지 20ppma이 되고, 탄소 농도가 1.0ppma 내지 2.0ppma인 잉곳의 길이 구간에서 고액 계면을 통해 유입되는 산소 농도가 10ppma 내지 15ppma가 되도록 산소 용출량 증가와 관련된 공정 파라미터를 제어한다.Preferably, the present invention, when the carbon concentration is set to the condition of increasing the carbon concentration to 0.2ppma to 2.0ppma as the ingot grows, oxygen flowing through the solid-liquid interface in the length section of the ingot having a carbon concentration of 0.2ppma to 1.0ppma In the length section of the ingot having a concentration of 15ppma to 20ppma and a carbon concentration of 1.0ppma to 2.0ppma, the process parameters related to the increase in oxygen elution amount are controlled so that the oxygen concentration flowing through the solid-liquid interface is 10ppma to 15ppma.

보다 구체적으로, 잉곳의 인상이 개시되면, 고액 계면을 통해 산소와 탄소가 유입되기 시작한다. 상기 산소는 종래기술에서 언급한 바와 같이 석영 도가니(10)로부터 용출된 것이다. 산소와 탄소 농도는 잉곳의 길이가 증가함에 따라 서로 다른 변화 양상을 보인다. 즉 산소 농도는 잉곳의 길이가 증가함에 따라 감소한다. 산소 농도는 멜트(SM)와 석영 도가니(10)의 접촉과 밀접한 관련이 있는데, 잉곳의 길이가 증가하면 멜트(SM)가 소모되어 석영 도가니(10)와 멜트(SM)의 접촉 면적이 점점 줄어들기 때문이다. 반면, 탄소 농도는 잉곳의 길이가 증가함에 따라 증가한다. 탄소의 투입량이 고정된 상태에서 멜트(SM)가 소모되면 멜트(SM)를 기준으로 한 탄소의 상대적 농도가 증가하기 때문이다.More specifically, when the pulling of the ingot starts, oxygen and carbon start to flow through the solid-liquid interface. The oxygen is eluted from the quartz crucible 10 as mentioned in the prior art. Oxygen and carbon concentrations change with increasing ingot length. The oxygen concentration decreases with increasing ingot length. The oxygen concentration is closely related to the contact between the melt (SM) and the quartz crucible 10. When the length of the ingot increases, the melt (SM) is consumed and the contact area between the quartz crucible 10 and the melt (SM) gradually decreases. Because. On the other hand, carbon concentration increases with increasing ingot length. This is because when the melt (SM) is consumed while the carbon input is fixed, the relative concentration of the carbon based on the melt (SM) increases.

본 발명은 탄소 농도가 1.0ppma 보다 작은 잉곳 길이 구간에서 산소 농도를 15ppma 이상으로, 바람직하게는 탄소 농도가 0.2ppma 내지 1.0ppma인 잉곳 길이 구간에서 산소 농도를 15ppma 내지 20ppma가 되도록 하고, 탄소 농도가 1.0ppma 내지 2.0ppma인 잉곳 길이 구간에서 산소 농도를 10ppma 내지 15ppma가 되도록 제어하기 위해 산소 용출량과 관련이 있는 공정 파라터를 제어한다.In the present invention, the oxygen concentration is 15 ppma or more in an ingot length section where the carbon concentration is less than 1.0 ppm, and the oxygen concentration is 15 ppma to 20 ppma in the ingot length section, where the carbon concentration is 0.2 ppma to 1.0 ppm. In order to control the oxygen concentration from 10ppma to 15ppma in the ingot length section of 1.0ppma to 2.0ppma, the process parameters related to the oxygen elution amount are controlled.

상기 공정 파라미터의 일 예로 석영 도가니(10)의 회전 속도를 들 수 있다. 산소 용출량은 석영 도가니(10)의 회전 속도에 비례하여 증가한다. 석영 도가니(10)의 회전 속도가 증가하면, 단위 시간당 석영 도가니(10) 내벽과 접촉하는 멜트(SM)량이 많아져 그만큼 산소 용출량이 증가하기 때문이다. 한편, 단결정 잉곳의 성장시에는 보론 코프(Voronkov) 법칙에 따라 단결정 인상 속도 V와 고액 계면의 온도 구배 G의 상대적 비인 V/G를 무결함 마진 내에서 제어할 필요가 있다. 석영 도가니(10)의 회전 속도는 고액 계면의 온도 구배에 영향을 미치므로, 석영 도가니(10)의 회전 속도는 V/G의 무결함 마진 내에서 상한을 결정하는 것이 바람직하다.An example of the process parameter may be a rotation speed of the quartz crucible 10. The amount of oxygen eluted increases in proportion to the rotational speed of the quartz crucible 10. This is because when the rotation speed of the quartz crucible 10 increases, the amount of melt SM that comes into contact with the inner wall of the quartz crucible 10 increases per unit time, thereby increasing the oxygen elution amount. On the other hand, in the growth of the single crystal ingot, it is necessary to control the V / G, which is a relative ratio between the single crystal pulling rate V and the temperature gradient G at the liquid-liquid interface according to the Voronkov law, within a flawless margin. Since the rotational speed of the quartz crucible 10 affects the temperature gradient of the solid-liquid interface, it is preferable that the rotational speed of the quartz crucible 10 determines the upper limit within the defect free margin of V / G.

일 예로, 300mm 직경을 갖는 잉곳을 일정 길이 이상으로 성장시킬 경우 상기 석영 도가니(10)의 회전 속도는 1rpm 내지 5rpm으로 제어할 수 있다. 하지만, 석영 도가니(10)의 회전 속도는 잉곳의 직경과 길이에 따라 변화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.For example, when the ingot having a 300 mm diameter is grown to a predetermined length or more, the rotation speed of the quartz crucible 10 may be controlled to 1 rpm to 5 rpm. However, it will be apparent to those skilled in the art that the rotation speed of the quartz crucible 10 may vary depending on the diameter and length of the ingot.

상기 공정 파라미터의 다른 예로 멜트(SM) 표면으로 공급되는 불활성 가스의 유량을 들 수 있다. 상기 불활성 가스의 유량이 증가하면 고액 계면으로 유입되는 산소 농도가 감소하는 경향이 있다. 석영 도가니(10)의 내벽으로부터 용출된 산소는 대류에 의해 멜트(SM) 표면으로 이동하게 되는데, 이때 산소가 멜트(SM) 표면으로부터 휘발하여 불활성 가스와 함께 외부로 배출된다. 따라서, 상기 불활성 가스의 유량이 증가하면 그만큼 외부로 배출되는 산소량이 증가하여 잉곳 내에 유입되는 산소 농도는 감소하게 되는 것이다. 한편, 불활성 가스의 유량을 너무 작게 제어하면 멜트(SM) 표면에서 발생되는 각종 부산물 가스를 성장 챔버 외부로 배출하기 어려운 문제가 있다. 따라서, 불활성 가스를 공정 파라미터로 선택하여 조절할 경우는 위와 같은 사실을 감안하여 수치범위를 설정하는 것이 바람직하다.Another example of the process parameters is the flow rate of the inert gas supplied to the melt (SM) surface. When the flow rate of the inert gas increases, the oxygen concentration flowing into the solid-liquid interface tends to decrease. Oxygen eluted from the inner wall of the quartz crucible 10 is moved to the surface of the melt (SM) by convection, wherein the oxygen is volatilized from the surface of the melt (SM) is discharged to the outside with an inert gas. Therefore, when the flow rate of the inert gas increases, the amount of oxygen discharged to the outside increases, thereby decreasing the oxygen concentration introduced into the ingot. On the other hand, if the flow rate of the inert gas is controlled too small, it is difficult to discharge various by-product gases generated on the surface of the melt SM outside the growth chamber. Therefore, in the case of selecting and adjusting the inert gas as the process parameter, it is preferable to set the numerical range in consideration of the above facts.

일 예로, 300mm 직경을 갖는 잉곳을 일정 길이 이상으로 성장시킬 경우 불활성 가스의 유량은 101pm 내지 2001pm으로 제어할 수 있다. 하지만, 불활성 가스의 유량은 잉곳의 직경과 길이에 따라 그 수치범위가 달라질 수 있음은 자명하다.For example, when an ingot having a diameter of 300 mm is grown to a predetermined length or more, the flow rate of the inert gas may be controlled to be 101 pm to 2001 pm. However, it is apparent that the flow rate of the inert gas may vary depending on the diameter and length of the ingot.

상기 공정 파라미터의 또 다른 예로 성장 챔버 내의 압력을 들 수 있다. 상기 성장 챔버 내의 압력이 증가하면 고액 계면으로 유입되는 산소 농도는 증가하는 경향이 있다. 석영 도가니(10)의 내벽으로부터 용출된 산소는 대류에 의해 멜트(SM) 표면으로 이동한 후 멜트 표면으로부터 휘발한다. 이때, 성장 챔버 내의 압력은 산소의 휘발을 억제하는 작용을 하게 되므로, 성장 챔버 내의 압력이 증가하면 그만큼 외부로 배출되는 산소량이 감소하여 잉곳 내에 유입되는 산소 농도는 증가하게 되는 것이다. 한편, 성장 챔버 내 압력이 너무 크면 멜트(SM) 표면에서 각종 부산물 가스가 배출되는 것까지 억제되어 잉곳의 품질에 악영향을 미치는 문제가 있다. 따라서, 성장 챔버 내 압력을 공정 파라미터로 선택하여 조절할 경우는 위와 같은 사실을 감안하여 수치범위를 설정하는 것이 바람직하다.Another example of such process parameters is the pressure in the growth chamber. As the pressure in the growth chamber increases, the oxygen concentration flowing into the solid-liquid interface tends to increase. Oxygen eluted from the inner wall of the quartz crucible 10 moves to the melt (SM) surface by convection and then volatilizes from the melt surface. At this time, since the pressure in the growth chamber serves to suppress the volatilization of oxygen, when the pressure in the growth chamber increases, the amount of oxygen discharged to the outside decreases so that the oxygen concentration flowing into the ingot increases. On the other hand, if the pressure in the growth chamber is too large, there is a problem that the various by-product gases are discharged from the melt (SM) surface to adversely affect the quality of the ingot. Therefore, when selecting and adjusting the pressure in the growth chamber as a process parameter, it is preferable to set the numerical range in consideration of the above facts.

일 예로, 300mm 직경을 갖는 잉곳을 일정 길이 이상으로 성장시킬 경우 성장 챔버 내 압력은 10torr 내지 200torr로 제어할 수 있다. 하지만, 성장 챔버 내 압력은 잉곳의 직경과 길이에 따라 그 수치범위가 달라질 수 있음은 자명하다.For example, when the ingot having a 300 mm diameter is grown to a predetermined length or more, the pressure in the growth chamber may be controlled to 10 to 200 torr. However, it is obvious that the pressure in the growth chamber may vary in numerical values depending on the diameter and length of the ingot.

선택적으로, 상술한 반도체 단결정 제조 장치는, 자기장 인가 수단(M1, M2)을 더 포함할 수 있다. 상기 자기장 인가 수단(M1, M2)은 수평 자기장 또는 커스프 자기장을 멜트(SM)에 인가한다. 자기장이 멜트(SM)에 인가되면 고액 계면 근처에서 멜트(SM)의 대류가 안정화되어 고액 계면 측으로의 산소 공급이 원활하게 이루어져 산소 농도 증가에 도움을 줄 수 있다. 이처럼, 멜트(SM)에 자기장을 인가하여 산소 농도를 제어하는 기술은 본 발명이 속한 기술 분야에 널리 알려져 있으므로 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.Optionally, the semiconductor single crystal manufacturing apparatus described above may further include magnetic field applying means (M1, M2). The magnetic field applying means M1 and M2 apply a horizontal magnetic field or cusp magnetic field to the melt SM. When the magnetic field is applied to the melt (SM), the convection of the melt (SM) near the solid-liquid interface is stabilized to facilitate the oxygen supply to the solid-liquid interface side to help increase the oxygen concentration. As such, the technique of controlling the oxygen concentration by applying a magnetic field to the melt (SM) is widely known in the technical field to which the present invention belongs, and further detailed description thereof will be omitted.

도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따라 반도체 단결정 잉곳 제조시 실리콘 고화율에 따른 탄소 농도 및 산소 농도를 측정하여 나타낸 그래프이다.Figure 4 is a graph showing the measurement of the carbon concentration and oxygen concentration according to the silicon solidification rate when manufacturing a semiconductor single crystal ingot according to an embodiment of the present invention.

도 4에서, X축은 멜트(SM)의 고화율을 나타내고, Y축의 왼쪽은 산소 농도[Oi], Y축의 오른쪽은 탄소 농도[Cs] 수치를 각각 나타낸다. 도 4를 참조하면, 멜트, 즉 실리콘의 고화율이 증가할수록 102로 도시된 탄소의 농도는 점차 증가하게 되는데, 이때, 탄소의 농도는 고화율의 후반부를 제외하고는 대체로 0.2ppma로부터 2.0ppma까지 증가하는 조건으로 설정된다. 그리고, 탄소의 농도가 증가함에 따라 101로 도시된 산소의 농도는 탄소의 농도에 반비례하게 제어된다. 이때, 산소의 농도는, 탄소 농도가 0.2ppma ~ 1.0ppma 구간에서는 15ppma ~ 20ppma가 되도록 제어되고, 탄소 농도가 1.0ppma ~ 2.0ppma 구간에서는 10ppma ~ 15ppma가 되도록 제어된다. 반도체 단결정 잉곳의 제조시, 도 4에 도시된 바와 같이 탄소와 산소의 농도를 제어하면, 실리콘 고화율에 상관없이 잉곳에 균일한 밀도의 BMD와 충분한 DZ 깊이가 형성되도록 할 수 있다.In FIG. 4, the X axis represents the solidification rate of the melt SM, the left side of the Y axis represents the oxygen concentration [Oi], and the right side of the Y axis represents the carbon concentration [Cs]. Referring to FIG. 4, as the solidification rate of the melt, that is, silicon increases, the concentration of carbon shown at 102 is gradually increased, wherein the concentration of carbon is generally 0.2ppma to 2.0ppma except for the latter part of the solidification rate. It is set to an increasing condition. And as the concentration of carbon increases, the concentration of oxygen shown at 101 is controlled in inverse proportion to the concentration of carbon. At this time, the concentration of oxygen is controlled to be 15ppma to 20ppma in the carbon concentration of 0.2ppma to 1.0ppma section, and is controlled to be 10ppma to 15ppma in the carbon concentration of 1.0ppma to 2.0ppma section. In manufacturing a semiconductor single crystal ingot, by controlling the concentration of carbon and oxygen as shown in FIG. 4, it is possible to form a uniform density of BMD and sufficient DZ depth in the ingot regardless of the silicon solidification rate.

도 5는, 도 4의 실시예에 따라 탄소 농도 및 산소 농도가 제어된 경우, BMD 밀도와 DZ 깊이를 측정하여 나타낸 그래프이다.FIG. 5 is a graph illustrating measurement of BMD density and DZ depth when carbon concentration and oxygen concentration are controlled according to the embodiment of FIG. 4.

도 5에서, X축은 실리콘 고화율을 나타내고, Y축의 왼쪽은 BMD 밀도, Y축의 오른쪽은 DZ 깊이 수치를 각각 나타낸다. 도 5를 참조하면, 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따라 실리콘 고화율에 따른 탄소 농도 및 산소 농도를 제어할 경우, 실리콘 고화율에 관계없이 반도체 단결정 잉곳의 BMD가 201로 도시된 바와 같이 1×1010ea/cm3 이상의 높은 밀도로 균일하게 형성됨을 알 수 있다. 또한, 이때 202로 도시된 바와 같이 잉곳의 DZ 깊이도 5um 이상으로 형성되어, 본 발명에 따르면 제조된 잉곳에 충분한 DZ 층이 확보될 수 있음을 확인할 수 있다.In Fig. 5, the X axis represents the silicon solidification rate, the left side of the Y axis represents the BMD density, and the right side of the Y axis represents the DZ depth value. Referring to FIG. 5, when controlling the carbon concentration and the oxygen concentration according to the silicon solidification rate according to an embodiment of the present invention as shown in FIG. 4, the BMD of the semiconductor single crystal ingot may be 201 regardless of the silicon solidification rate. As shown, it can be seen that it is uniformly formed at a high density of 1 × 10 10 ea / cm 3 or more. In addition, the DZ depth of the ingot is also formed to 5um or more as shown in 202, it can be seen that sufficient DZ layer can be secured in the manufactured ingot according to the present invention.

도 6은, 도 4의 실시예에 따라 탄소 농도 및 산소 농도가 제어된 경우, 잉곳에 형성된 BMD의 크기를 측정하여 나타낸 그래프이다.FIG. 6 is a graph illustrating the measurement of the size of BMD formed in the ingot when the carbon concentration and the oxygen concentration are controlled according to the embodiment of FIG. 4.

도 6에서, X축은 웨이퍼 방사상 위치(wafer radial position)를 나타내고, Y축은 BMD의 크기를 나타낸다. 그리고, 도 4에 도시된 바와 같이 탄소 농도 및 산소 농도를 제어하면서, 웨이퍼의 방사상 위치별로 BMD의 크기를 측정하였다. 그리고, 이러한 BMD의 크기는 두 번 측정되었다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 탄소 농도 및 산소 농도를 제어하면서 반도체 단결정 잉곳을 제조한 경우, 웨이퍼의 시드(종자)에서 에지 부분에 이르기까지 BMD가 50nm 내지 100nm의 작고 균일한 크기를 갖는다는 것을 알 수 있다.In FIG. 6, the X axis represents the wafer radial position and the Y axis represents the size of the BMD. And, as shown in Figure 4 while controlling the carbon concentration and oxygen concentration, the size of the BMD was measured for each radial position of the wafer. And, the size of this BMD was measured twice. Referring to FIG. 6, when the semiconductor single crystal ingot is manufactured while controlling the carbon concentration and the oxygen concentration according to an embodiment of the present invention, the BMD is 50 nm to 100 nm, small and uniform, from the seed (seed) to the edge portion of the wafer. It can be seen that it has one size.

이와 같이, 본 발명에 따르면, 50nm ~ 100nm의 균일한 크기를 갖는 타원형의 BMD가 1×1010ea/cm3 이상의 높은 밀도로 균일하게 형성되며, DZ 깊이가 5um 이상이다. 따라서, 웨이퍼의 게더링 능력이 향상되고, 충분한 DZ 층이 확보되어 CIS 디바이스의 주요 불량인 화이트 스팟 발생률을 현저히 낮춘다.As described above, according to the present invention, an elliptical BMD having a uniform size of 50 nm to 100 nm is uniformly formed at a high density of 1 × 10 10 ea / cm 3 or more, and a DZ depth is 5 μm or more. Thus, the gathering capability of the wafer is improved, and a sufficient DZ layer is secured, which significantly lowers the incidence of white spots, which is a major defect of CIS devices.

본 발명에 따른 에피택셜 웨이퍼 제조 방법은, 상술한 반도체 단결정 잉곳 제조 방법에 의해 제조된 반도체 단결정 잉곳으로부터 웨이퍼를 제조하는 단계, 및 상기 웨이퍼 상에 에피택셜 반도체층을 형성하는 단계를 포함한다.An epitaxial wafer manufacturing method according to the present invention includes the steps of manufacturing a wafer from a semiconductor single crystal ingot manufactured by the above-described semiconductor single crystal ingot manufacturing method, and forming an epitaxial semiconductor layer on the wafer.

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 실시예 및 비교예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 즉, 실시예와 비교예를 통해 본 발명과 같이 탄소 농도 및 산소 농도가 제어되는 경우, BMD의 밀도에 대한 균일화 향상 효과를 살펴보도록 한다. 다만, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples and comparative examples. That is, when the carbon concentration and the oxygen concentration are controlled as in the present invention through Examples and Comparative Examples, look at the effect of improving the uniformity of the density of the BMD. It should be understood, however, that the embodiments of the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. The embodiments of the present invention are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention.

도 7은, 비교예와 실시예에 따라 성장된 잉곳의 각종 물성을 측정하여 표시한 그래프들이다. X축은 멜트의 고화율을 나타내고, Y축의 왼쪽은 BMD를 Y축의 오른쪽은 산소 농도와 탄소 농도의 수치를 각각 나타낸다.7 is a graph showing various physical properties of ingots grown according to Comparative Examples and Examples. The X axis represents the solidification rate of the melt, the left side of the Y axis represents BMD, and the right side of the Y axis represents the oxygen concentration and the carbon concentration.

도 7에서, 301는 실시예에 따라 성장된 잉곳의 바디 구간에서 잉곳의 길이별로 측정한 산소 농도이고, 302는 비교예에 따라 성장된 잉곳의 바디 구간에서 잉곳의 길이별로 측정한 산소 농도이다. 또한, 303는 실시예에 따라 성장된 잉곳의 바디 구간에서 잉곳의 길이별로 샘플링한 웨이퍼의 BMD 밀도이고, 304는 비교예에 따라 성장된 잉곳의 바디 구간에서 잉곳의 길이별로 샘플링한 웨이퍼의 BMD 밀도이다. 그리고, 306는 실시예에 따라 성장된 잉곳의 바디 구간에서 잉곳의 길이별로 측정한 탄소 농도이고, 305는 비교예에 따라 성장된 잉곳의 바디 구간에서 잉곳의 길이별로 측정한 탄소 농도이다.In Figure 7, 301 is the oxygen concentration measured by the length of the ingot in the body section of the ingot grown according to the embodiment, 302 is the oxygen concentration measured by the length of the ingot in the body section of the ingot grown according to the comparative example. In addition, 303 is the BMD density of the wafer sampled by the length of the ingot in the body section of the ingot grown according to the embodiment, 304 is the BMD density of the wafer sampled by the length of the ingot in the body section of the ingot grown according to the comparative example to be. In addition, 306 is a carbon concentration measured by the length of the ingot in the body section of the ingot grown according to the embodiment, 305 is a carbon concentration measured by the length of the ingot in the body section of the ingot grown according to the comparative example.

비교예와 실시예에서, 석영 도가니(10)의 회전속도는 각각 0.1~1.0rpm 및 1~5rpm으로 제어하고, 불활성 가스와 챔버 내 압력은 동일한 수준으로 제어하였다. 즉, 석영 도가니(10)의 회전속도를 산소 용출량에 영향을 주는 주요한 제어 파라미터로 설정하였다.In Comparative Examples and Examples, the rotation speed of the quartz crucible 10 was controlled at 0.1 to 1.0 rpm and 1 to 5 rpm, respectively, and the inert gas and the pressure in the chamber were controlled at the same level. That is, the rotational speed of the quartz crucible 10 was set as the main control parameter influencing the amount of oxygen elution.

도 7을 참조하면, 비교예는 탄소 농도가 0.5 ~ 3.5ppma의 변화 프로파일을 가지며, BMD 밀도 분포는 잉곳 중반부에서 낮아졌다가 잉곳 후반부에서 다시 상승하여 산포가 크게 발생하였다. 즉 바디 초반과 종반에 비해 중반의 BMD가 낮은 형태를 띄고 있다. 바디 초반의 BMD가 높은 것은 산소 농도에 의한 영향이 크고, 바디 후반의 BMD가 높은 것은 탄소 농도에 의한 영향이다. 바디 초, 중반은 탄소의 분배 계수에 의해서 탄소 농도가 충분히 높지 않으므로 산소 농도를 높게 제어하여야 한다는 것을 보여주고 있다.Referring to FIG. 7, the comparative example has a change profile of 0.5 to 3.5 ppma of carbon concentration, and the BMD density distribution was lowered in the middle of the ingot and then increased again in the latter part of the ingot, thereby causing large scatter. In other words, the BMD in the middle is lower than in the beginning and the end of the body. The high BMD in the early body is largely influenced by the oxygen concentration, and the high BMD in the late body is influenced by the carbon concentration. The first and the middle of the body show that the carbon concentration is not high enough by the distribution coefficient of carbon, so the oxygen concentration should be controlled high.

실시예에서, 탄소 농도는 비교예와 비슷한 수준인 0.5 ~ 3.1ppma의 변화 프로파일을 가지며, 산소 농도는 비교예보다 높은 수준을 갖는다. 즉, 탄소 농도가 1.0ppma보다 작은 구간에서 산소 농도는 15ppma 이상이다. 그 결과, BMD 밀도 분포는 디바이스 제조 회사에서 요구하는 수준보다 높은 1×1010ea/cm3 이상의 값을 최소값으로 가졌고, 특히 산소 농도가 15ppma보다 작은 구간에서도 BMD 밀도가 1×1010ea/cm3 이상의 레벨에서 비교적 균일하게 확보되었다.In the examples, the carbon concentration has a change profile of 0.5 to 3.1 ppma, similar to that of the comparative example, and the oxygen concentration has a higher level than the comparative example. That is, the oxygen concentration is more than 15ppma in the section of carbon concentration less than 1.0ppma. As a result, the BMD density distribution had a minimum value of 1 × 10 10 ea / cm 3 or higher, which is higher than the level required by the device manufacturer, especially in a region where the BMD density was 1 × 10 10 ea / cm, even in an oxygen concentration lower than 15 ppm. Relatively uniformly secured at three or more levels.

다음으로, 상술한 비교예와 실시예의 조건으로 잉곳을 성장시켰을 때 시도(attempt) 회수를 서로 비교해 보았다. 여기서, 시도 회수란, 잉곳 성장 중에 단결정이 깨져서 다결정이 되었을 경우 성장시켰던 부분을 다시 녹여서 성장을 다시 시도하는 회수를 말한다. 그 결과, 비교예의 조건으로 잉곳을 성장시키면 시도 회수가 4회였고, 실시예의 조건으로 잉곳을 성장시키면 시도 회수가 1회였다. 따라서, 실시예의 경우가 보다 안정적으로 잉곳을 성장시킬 수 있음을 알 수 있다. 비교예보다 실시예의 경우가 시도 회수가 작은 이유는, 고액 계면에서 단결정 성장을 방해할 수 있는 정도의 농도로 탄소가 유입되지 않았기 때문이며, 실제 탄소 농도의 변화 프로파일을 보면 실시예의 경우가 비교예보다 전체적으로 낮은 레벨의 탄소 농도를 가짐을 알 수 있다.Next, when the ingot was grown under the conditions of the comparative example and the example described above, the number of attempts was compared with each other. Here, the number of attempts is the number of times the single crystal is broken during the ingot growth and the polycrystalline crystal is melted again to re-try the growth. As a result, when the ingot was grown under the conditions of the comparative example, the number of attempts was four times. When the ingot was grown under the conditions of the example, the number of attempts was one time. Therefore, it can be seen that the embodiment can grow the ingot more stably. The reason why the number of attempts in the case of the example is smaller than that of the comparative example is that carbon was not introduced at a concentration that could hinder single crystal growth at the solid-liquid interface. It can be seen that it has a low level of carbon concentration as a whole.

또한, 상술한 비교예와 실시예의 조건으로 잉곳을 성장시키고, 이러한 잉곳을 이용하여 만들어진 웨이퍼를 동일한 CIS 디바이스에 적용하여 웨이퍼당 화이트 스팟의 발생 개수를 비교해 보았다. 그 결과, 비교예의 조건에 따른 웨이퍼에서는 웨이퍼당 8000개 이상의 화이트 스팟이 발생하였다. 반면, 실시예의 조건에 따른 웨이퍼에서는 웨이퍼당 1000개 이하의 화이트 스팟이 발생하였다. 따라서, 본 발명에 따르면 CIS 디바이스의 주요 불량인 화이트 스팟의 발생률을 현저하게 감소시킬 수 있음을 알 수 있다.
In addition, ingots were grown under the conditions of the comparative examples and examples described above, and the number of occurrences of white spots per wafer was compared by applying a wafer made using such an ingot to the same CIS device. As a result, more than 8000 white spots were generated per wafer in the wafer according to the conditions of the comparative example. On the other hand, up to 1000 white spots were generated per wafer in the wafer according to the conditions of the example. Therefore, according to the present invention, it can be seen that the incidence of white spots, which is a major defect of the CIS device, can be significantly reduced.

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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will be understood that various modifications and changes may be made without departing from the scope of the appended claims.

10: 석영 도가니 20: 도가니 지지대
30: 도가니 회전수단 40: 가열수단
50: 단열수단 60: 잉곳 인상수단
70: 열실드 M1,M2: 자기장 인가수단10: quartz crucible 20: crucible support
30: crucible rotating means 40: heating means
50: heat insulation means 60: ingot raising means
70: heat shield M1, M2: magnetic field applying means

Claims (13)

성장 챔버 내에 설치된 석영 도가니에 반도체 원료, 도펀트 및 탄소 소스 물질을 충진하는 단계;
상기 석영 도가니를 히터로 가열하여 상기 충진 물질들을 멜트로 용융시키고, 상기 석영 도가니를 회전시키면서 멜트를 안정화시키는 단계; 및
상기 안정화된 멜트 내에 종자 결정을 디핑시킨 후 상기 종자 결정을 상기 석영 도가니와 반대 방향으로 회전시키면서 상부로 인상시켜 고액 계면을 통해 반도체 단결정 잉곳을 성장시키는 단계;를 포함하고,
상기 탄소 소스 물질의 충진 양은 상기 잉곳이 성장함에 따라 탄소농도가 0.1ppma로부터 3.1ppma까지 증가하는 조건으로 설정하고,
상기 탄소 농도가 1.0ppma보다 작은 잉곳의 길이 구간에서 고액 계면을 통해 유입되는 산소 농도가 15ppma 이상이 되도록 산소 용출량 증가와 관련된 공정 파라미터를 제어하되,
상기 공정 파라미터는 석영 도가니 회전 속도를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 단결정 잉곳 제조 방법.Filling a semiconductor crucible, a dopant and a carbon source material into a quartz crucible installed in the growth chamber;
Heating the quartz crucible with a heater to melt the filling materials into a melt and stabilizing the melt while rotating the quartz crucible; And
Dipping seed crystals in the stabilized melt and pulling the seed crystals upward while rotating in the opposite direction to the quartz crucible to grow a semiconductor single crystal ingot through a solid-liquid interface;
The filling amount of the carbon source material is set on the condition that the carbon concentration increases from 0.1ppma to 3.1ppma as the ingot grows,
In the length section of the ingot having a carbon concentration of less than 1.0 ppm, control the process parameters related to the increase in oxygen elution so that the oxygen concentration flowing through the solid-liquid interface is 15 ppm or more,
Wherein said process parameter comprises a quartz crucible rotation speed. 제1항에 있어서,
상기 탄소 소스 물질의 충진 양은 상기 잉곳이 성장함에 따라 탄소농도가 0.2ppma로부터 2.0ppma까지 증가하는 조건으로 설정하고,
상기 탄소 농도가 0.2ppma 내지 1.0ppma인 잉곳의 길이 구간에서 고액 계면을 통해 유입되는 산소 농도가 15ppma 내지 20ppma가 되고, 상기 탄소 농도가 1.0ppma 내지 2.0ppma인 잉곳의 길이 구간에서 고액 계면을 통해 유입되는 산소 농도가 10ppma 내지 15ppma가 되도록 산소 용출량 증가와 관련된 공정 파라미터를 제어하는 것을 특징으로 하는 반도체 단결정 잉곳 제조 방법.The method of claim 1,
The filling amount of the carbon source material is set on the condition that the carbon concentration increases from 0.2ppma to 2.0ppma as the ingot grows,
Oxygen concentration flowing through the solid-liquid interface in the length section of the ingot having a carbon concentration of 0.2ppma to 1.0ppma is 15ppma to 20ppma, inflow through the solid-liquid interface in the length section of the ingot having a carbon concentration of 1.0ppma to 2.0ppma A process for producing a semiconductor single crystal ingot, characterized in that for controlling the process parameters associated with the increase in oxygen elution so that the oxygen concentration is 10ppma to 15ppma. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 석영 도가니 회전속도를 1.0rpm 내지 5.0rpm으로 제어하는 것을 특징으로 하는 반도체 단결정 잉곳 제조 방법.The method of claim 1,
The method of manufacturing a semiconductor single crystal ingot, characterized in that for controlling the quartz crucible rotation speed of 1.0rpm to 5.0rpm. 제1항에 있어서,
상기 반도체 단결정 잉곳의 성장이 이루어지는 동안 멜트 표면으로 불활성 가스를 공급하는 단계를 더 포함하고,
상기 공정 파라미터는 불활성 가스의 유량을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 단결정 잉곳 제조 방법.The method of claim 1,
Supplying an inert gas to a melt surface during growth of the semiconductor single crystal ingot,
Wherein said process parameter further comprises a flow rate of an inert gas. 제5항에 있어서,
상기 불활성 가스의 유량은 101pm 내지 2001pm으로 제어하는 것을 특징으로 하는 반도체 단결정 잉곳 제조 방법.The method of claim 5,
The flow rate of the inert gas is 101pm to 2001pm characterized in that the semiconductor single crystal ingot manufacturing method. 제5항에 있어서,
상기 공정 파라미터는 상기 성장 챔버의 압력을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 단결정 잉곳 제조 방법.The method of claim 5,
Wherein said process parameter further comprises a pressure of said growth chamber. 제7항에 있어서,
상기 성장 챔버의 압력은 10torr 내지 200torr로 제어하는 것을 특징으로 하는 반도체 단결정 잉곳 제조 방법.The method of claim 7, wherein
The pressure of the growth chamber is a semiconductor single crystal ingot manufacturing method characterized in that the control to 10torr to 200torr. 제1항, 제2항 및 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의하여 제조된 반도체 단결정 잉곳으로부터 웨이퍼를 제조하는 단계; 및
상기 웨이퍼 상에 에피택셜 반도체층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에피택셜 웨이퍼를 제조하는 방법.A method of manufacturing a wafer from a semiconductor single crystal ingot prepared by the method according to any one of claims 1, 2 and 4 to 8; And
Forming an epitaxial semiconductor layer on the wafer. 제1항, 제2항 및 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의하여 제조된 반도체 단결정 잉곳.
A semiconductor single crystal ingot manufactured by the method according to any one of claims 1, 2 and 4 to 8.
삭제delete 삭제delete 제10항에 따른 반도체 단결정 잉곳으로부터 제조된 웨이퍼와 상기 웨이퍼 위에 형성된 에피택셜 반도체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 에피택셜 웨이퍼.An epitaxial wafer comprising a wafer prepared from the semiconductor single crystal ingot according to claim 10 and an epitaxial semiconductor layer formed on the wafer.
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