KR101229067B1

KR101229067B1 - 실리콘 단결정, 실리콘 웨이퍼, 그 제조장치 및 제조방법

Info

Publication number: KR101229067B1
Application number: KR1020067015108A
Authority: KR
Inventors: 마코토 이이다; 토시히코 이마이; 카츠이치 사토; 미호 이와부치; 마사히로 카토
Original assignee: 신에쯔 한도타이 가부시키가이샤
Priority date: 2004-02-02
Filing date: 2005-01-24
Publication date: 2013-02-04
Also published as: US20070158653A1; JP4650520B2; EP1717355A4; EP1717355B1; JP2008247737A; WO2005073439A1; EP1717355A1; KR20070008558A; JPWO2005073439A1

Abstract

본 발명은 CZ법에 의해 육성된 실리콘 단결정으로서, 실리콘 단결정 내부에 Cu석출물이 존재하지 않는 실리콘 단결정, 및 상기 실리콘 단결정으로부터 제조된 실리콘 웨이퍼로서, 웨이퍼 표면 및 내부에 Cu석출물이 존재하지 않는 실리콘 웨퍼, 및 CZ법에 의한 실리콘 단결정의 제조장치로서, 단결정 육성로 내 온도가 1000℃ 이상인 부분에서 사용하는 석영제 부품의 Cu농도가 1ppb 이하이고, 단결정 육성로 내 온도가 1000℃ 미만인 부분에서 사용하는 석영제 부품의 Cu농도가 10ppb 이하인 실리콘 단결정의 제조장치 및 상기 제조장치를 이용하여 실리콘 단결정을 육성하는 실리콘 단결정의 제조방법이다. 이것에 의해, 결정결함이 매우 적고, 고품질이고 고수율인 실리콘 단결정, 실리콘 웨이퍼 및 그 제조장치 및 제조방법이 제공된다.

실리콘, 단결정, 웨이퍼, Cu, 석출물, 농도

Description

실리콘 단결정, 실리콘 웨이퍼, 그 제조장치 및 제조방법{Silicon Single Crystal, Silicon Wafer, Production Apparatus Therefor and Process for Producing the Same}

본 발명은 쵸크랄스키 법(Czochralski Method, 이하 CZ법이라 칭함)에 의해 제조된 결정결함이 적고, 고품질이면서 고수율인 실리콘 단결정과 실리콘 웨이퍼, 및 그 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.

종래의 실리콘 단결정 제조방법의 하나로서, 도가니 내에서 원료를 용융하고, 종결정을 상기 융액 면에 접촉시켜 실리콘 단결정을 육성하는 CZ법이 널리 알려져 있다.

CZ법에 의해 실리콘 단결정을 육성하는 방법은 원료가 되는 다결정 실리콘을 제조장치의 단결정 육성로(育成爐) 내에 구비된 외측이 흑연제이고 내측이 석영제인 도가니에 충전하고, 단결정 육성로 내를 Ar 등의 불활성 가스로 채운 후에, 도가니의 외측 주위에 배설된 가열히터에 의해 1400℃ 이상의 고온으로 가열하여 원료를 용융한다. 그리고, 이 가열용융된 실리콘 융액에 상방으로부터 종결정을 내리고 실리콘 융액 면에 선단을 접속시켜, 종결정과 실리콘 융액의 온도가 안정되면 종결정을 천천히 회전시키면서 상방으로 인상하고, 견부(肩部), 직동부(直胴部)를 순차 형성하고, 종결정의 하방에 실리콘 단결정을 형성하는 것이다.

최근의 반도체 집적회로 디바이스의 집적도 향상에 수반하여, 반도체 디바이스 제조용 실리콘 웨이퍼를 제조하기 위한 CZ법에 의해 제조된 실리콘 단결정의 고품질화에 대한 요구는 점점 엄격화 되고 있다. 이에 수반하여, 원재료인 다결정 실리콘, 석영도가니, 로(爐) 내를 구성하는 흑연제 부품에 포함되는 불순물의 농도에 관한 요구도 엄격화 되고, 고순도화가 도모되고 있다. 그리고, 예를 들어 고순도 흑연제 부품을 사용한 실리콘 단결정의 제조장치 등이 개시되어 있다(예를 들어, 일본특개평6-16495호 공보, 일본특개평8-337493호 공보, 일본특개평10-7488호 공보, 일본특개2002-68886호 공보 참조).

여기서, 실리콘 단결정 제조시에 단결정에 도입되는 불순물 중의 하나로는 구리(Cu)가 있다. 실리콘 단결정 및 이것으로 제조한 실리콘 웨이퍼 중에 존재하는 Cu는, 예를 들어 Cu실리사이드 등의 Cu 석출물을 형성하고 있다. 이와 같은 실리콘 웨이퍼를 반도체 디바이스 제조공정에 투입하면, 웨이퍼의 벌크 중에 존재하는 Cu가 p-n접합(junction)을 일으키고, 디바이스 특성에 악영향을 끼치는 것이 알려져 있다(예를 들어, Journal of The Electrochemical Society, 149(1)G21-G30(2002)참조).

한편, 최근, 특히 실리콘 단결정의 전역 또는 일부가 N영역이라 불리는 결함의 극히 적은 결함영역으로 되어 있는 실리콘 단결정에 있어서, 그것으로 제조한 실리콘 웨이퍼의 표면에 일정 빈도로 고밀도로 결정결함이 관찰되는 것이 있어 문제가 되고 있었다.

그래서, 본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 결정결함이 매우 적고, 고품질이고 고수율인 실리콘 단결정, 실리콘 웨이퍼 및 그 제조장치 및 제조방법을 제공하는 것에 있다.

상기 목적 달성을 위해, 본 발명은 쵸크랄스키 법에 의해 육성된 실리콘 단결정으로서, 실리콘 단결정 내부에 Cu 석출물이 존재하지 않는 것임을 특징으로 하는 실리콘 단결정을 제공한다.

이와 같이, 실리콘 단결정 내부에 Cu 석출물이 존재하지 않는 것이면, 종래 열산화처리에 의해 일정 빈도로 실리콘 단결정에 발생하고 있던 Cu 석출물을 기인으로 하는 OSF(Oxidation induced Stacking Fault:산화 유기적층 결함)이 발생하지 않는 것이 되고, 제조 수율이 향상되고, 생산효율이 높은 저비용이면서 고품질인 실리콘 단결정이 될 수 있다.

이 경우, 상기 실리콘 단결정의 결함영역이 결정성장축 방향 전역에 걸쳐, OSF링 외측의 Nv영역을 포함하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 실리콘 단결정의 결함영역이 결정성장축 방향 전역에 걸쳐, OSF링 외측의 Nv영역을 포함하는 것이면, 종래 결정결함이 매우 적은 Nv영역에 선택적으로 발생되고 있던 Cu 석출물에 기인하는 고밀도인 OSF가 Nv영역에서 발생하지 않는 것이 될 수 있고, 열산화 처리하였을 때에 Nv영역의 부분에서 산소 석출량이 많고, 게터링 능력이 높은 실리콘 단결정이 될 수 있다.

또한, 상기 실리콘 단결정의 결함영역이 결정성장축 방향 전역에 걸쳐, OSF링 외측의 Nv영역인 것이 바람직하다.

이와 같이, 실리콘 단결정의 결함영역이 결정성장축 방향 전역에 걸쳐, OSF링 외측의 Nv영역이면, 결정결함이 매우 적은 N영역이고, 뿐만 아니라 종래 Nv영역에 선택적으로 발생되어 있던 Cu 석출물에 기인하는 고밀도인 OSF가 결정성장축 방향 전역에서 발생하지 않는 것이 될 수 있고, 열 산화 처리하였을 때 전역에 걸쳐 산소석출량이 많고, 게터링 능력이 높은 실리콘 단결정이 될 수 있다.

또한, 상기 실리콘 단결정 중의 Cu농도가 1×10¹²atoms/㎤미만인 것이 바람직하다.

이와 같이, 실리콘 단결정 중의 Cu농도가 1×10¹²atoms/㎤미만이면, Cu석출물이 내부에 확실하게 존재하지 않는 실리콘 단결정으로 할 수 있고, 따라서 Cu석출물에 기인하는 OSF도 발생하지 않는 것으로 할 수 있기 때문에, 제조수율이 향상되고, 생산효율이 높은 저 비용이면서 고품질인 실리콘 단결정이 될 수 있다.

또한, 상기 실리콘 단결정은 직경이 200㎜이상인 것이 바람직하다.

이와 같이, 실리콘 단결정의 직경을 200㎜이상으로 함으로써, 종래 실리콘 단결정 제조장치의 대형화에 수반하는 열용량의 증대에 의해 노 내 구성부품으로부터 받고 있던 Cu오염을 방지할 수 있기 때문에, 제조수율이 향상되고, 생산효율이 높은 저 비용이면서 고품질인 대구경 실리콘 단결정이 될 수 있다.

또한, 본 발명은 상기의 실리콘 단결정으로부터 제조된 실리콘 웨이퍼로서, 상기 웨이퍼의 표면 및 내부에 Cu석출물이 존재하지 않는 것임을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼를 제공한다.

이와 같이, 상기 중 어느 하나의 실리콘 단결정으로부터 제조된 실리콘 웨이퍼로서, 웨이퍼 표면 및 내부의 벌크 중에 Cu석출물이 존재하지 않는 것이면, 이 실리콘 웨이퍼에 열산화 처리를 해도 Cu석출물에 기인하는 OSF가 발생하지 않는 것이 될 수 있기 때문에, 웨이퍼의 제조 수율이 향상되고, 생산효율이 높은 저 비용이면서 고품질인 것이 될 수 있다. 또한, 표면에 형성하는 산화막의 내압특성이 높고, 또한 디바이스 제조공정에서 Cu석출물을 기인으로 한 p-n접합 리크의발생이 방지된 것이 될 수 있고, 디바이스의 제조 수율도 높은 것으로 할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기의 실리콘 단결정으로부터 제조된 실리콘 웨이퍼로서, 상기 웨이퍼의 표면에 변형 공동결함이 존재하지 않는 것임을 특징으로 하는 것을 실리콘 웨이퍼를 제공한다.

이와 같이, 상기 중 어느 하나의 실리콘 단결정으로부터 제조된 실리콘 웨이퍼로서, 웨이퍼의 표면에 변형공동결함이 존재하지 않는 것이면, 파티클 카운터 등에 의해 웨이퍼 표면을 관찰하였을 때에 고밀도의 파티클로 판정되고, 웨이퍼의 제조 수율 저하의 원인이 되는 변형공동결함이 존재하지 않기 때문에, 제조 수율이 향상되고, 생산효율이 높은 저비용이면서 고품질인 실리콘 웨이퍼가 될 수 있다. 또한, 산화막 내압 특성도 높은 것이 될 수 있고, 디바이스의 제조 수율도 높은 것이 될 수 있다.

또한, 여기서 말하는 변형공동결함이란, 실리콘 단결정의 [100]방향 및 [110]방향으로 늘어나는 막대형 또는 특수한 형상의 공동결함이다.

이 경우, 상기 실리콘 웨이퍼의 결함영역의 일부가 OSF링 외측의 Nv영역인 것이 바람직하다.

이와 같이, 실리콘 웨이퍼의 결함영역의 일부가 OSF링 외측의 Nv영역이면, 종래 결정결함이 매우 적은 Nv영역에 선택적으로 발생하고 있던 Cu석출물에 기인하는 고밀도의 OSF가 Nv영역에서 발생하지 않는 것이 될 수 있고, 산화막 내압 특성이 높고, p-n접합 리크의 발생이 방지되고, 또한 열산화 처리하였을 때에 Nv영역의 부분에서 산소석출량이 많고, 게터링 능력이 높은 실리콘 웨이퍼가 될 수 있다.

또한, 상기 실리콘 웨이퍼의 결함영역이 웨이퍼 전면에 걸쳐 OSF링 외측의 Nv영역인 것이 바람직하다.

이와 같이 실리콘 웨이퍼의 결함영역이 웨이퍼 전면에 걸쳐 OSF링 외측의 Nv영역이면 결정결함이 매우 적은 N영역이고, 뿐만 아니라 종래 Nv영역에 선택적으로 발생되어 있던 Cu석출물에 기인하는 고밀도인 OSF가 전면에서 발생하지 않는 것이 될 수 있고, 산화막 내압 특성이 높고, p-n접합 리크의 발생이 방지되고, 또한 열산화 처리하였을 때에 전면에 걸쳐 산소석출량이 많고, 게터링 능력이 높은 실리콘 웨이퍼가 될 수 있다.

또한, 상기 실리콘 웨이퍼 중의 Cu농도가 1×10¹²atoms/㎤미만인 것이 바람직하다.

이와 같이, 실리콘 웨이퍼 중의 Cu농도가 1×10¹²atoms/㎤미만이면, Cu석출물이나 변형공동결함이 확실히 존재하지 않는 실리콘 웨이퍼가 될 수 있고, Cu석출물에 기인하는 OSF도 발생하지 않고, 파티클도 관측되지 않는 것이 될 수 있기 때문에, 실리콘 웨이퍼의 제조 수율이 향상되고, 생산효율이 높은 저 비용이면서 고품질인 실리콘 웨이퍼가 될 수 있다. 또한 산화막 내압특성이 높고, p-n접합 리크의 발생이 방지된 것이 될 수 있고, 디바이스 제조 수율도 높은 것으로 할 수 있다.

또한, 본 발명은 쵸크랄스키 법에 의한 실리콘 단결정의 제조장치로서, 단결정 육성로 내 온도가 1000℃ 이상인 부분에서 사용하는 석영제 부품의 Cu농도가 1ppb이하이고, 단결정 육성로 내 온도가 1000℃미만인 부분에서 사용하는 석영제 부품의 Cu농도가 10ppb이하인 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조장치를 제공한다.

이와 같이, 단결정 육성로 내 온도가 1000℃ 이상인 부분에서 사용하는 석영제 부품의 Cu농도가 1ppb이하이고, 1000℃미만인 부분에서 사용하는 석영제 부품의 Cu농도가 10ppb이하인 실리콘 단결정의 제조장치이면, 육성로 내에 사용되는 석영제 부품의 Cu불순물 농도가 그것들이 사용되는 부분의 노 내 온도에 따라서, 육성로 내에서 육성하는 실리콘 단결정에 Cu석출물을 형성하지 않는 정도의 양으로 규정된 것이기 때문에, 육성 중 단결정의 Cu오염을 저감하고, Cu석출물의 형성을 방지할 수 있는 단결정 제조장치가 될 수 있다. 또한, 노 내 온도가 낮은 부분에서 필요 이상으로 순도가 높은 석영제 부품을 사용하지 않기 때문에, 불필요한 비용 증가가 없는 제조 장치가 될 수 있다.

이 경우, 상기 단결정 육성로 내에 노출하는 장치 및 부품이 Cu를 원재료에 포함하지 않는 것이 바람직하다.

이와 같이, 종래 와이어 권취부, 아이소레이션 밸브, 도가니 축 및 그 구동기구나 가열 히터용 전극 등과 같이 단결정 육성로 내에 노출하는 장치 및 부품의 일부로서, Cu를 원재료에 포함하는 것이 사용되어 왔지만, 이들을 Cu를 원재료에 포함하지 않는 것에 한정함에 따라, 육성 중 단결정의 Cu오염을 보다 확실히 저감할 수 있는 단결정 제조장치가 될 수 있다. 여기서 Cu를 원재료에 포함하지 않는다는 것은 해당 장치 및 부품을 제조할 때에 Cu를 이용한 재료를 사용하지 않는다는 것을 의미하고, 불가피하게 혼입되는 극미량의 Cu원소가 포함될 수 있는 것은 물론이다.

또한, 본 발명은 상기의 실리콘 단결정 제조장치를 사용하여, 실리콘 단결정을 육성하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법을 제공한다.

이와 같이, 상기 중 어느 하나의 실리콘 단결정의 제조장치를 이용하여 실리콘 단결정을 육성하면, 단결정 육성 중의 Cu 오염이 저감되기 때문에, Cu 석출물이 내부에 존재하지 않고, 열산화 처리를 해도 Cu 석출물을 기인으로 하는 OSF가 발생하지 않는 고품질인 실리콘 단결정을 제조 수율이 높고 저 비용으로 제조할 수 있다.

이 경우, 실리콘 단결정을 육성할 때에 결함영역이 결정상장 축 방향 전역에 걸쳐 OSF링 외측의 Nv 영역을 포함하도록 상기 실리콘 단결정을 육성하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 결함 영역이 결정성장 축 방향 전역에 걸쳐 OSF링 외측의 Nv영역을 포함하도록 실리콘 단결정을 육성하면, 종래 결정결함이 매우 적은 Nv영역에 선택적으로 발생한 Cu석출물에 기인하는 고밀도인 OSF가 Nv영역에서 발생하지 않고, 더 열산화 처리를 하였을 때에 Nv영역의 부분에서 산소 석출량이 많고, 게터링 능력이 높은 실리콘 단결정을 제조할 수 있다.

또한, 실리콘 단결정을 육성할 때에, 결함 영역이 결정성장 축 방향 전역에 걸쳐 OSF링 외측의 Nv영역이 되도록, 상기 실리콘 단결정을 육성하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 결함영역이 결정성장 축 방향 전역에 걸쳐 OSF링 외측의 Nv영역이 되도록 실리콘 단결정을 육성하면, 결정결함이 매우 적은 N영역이고, 뿐만 아니라 종래 Nv영역에 선택적으로 발생한 Cu석출물에 기인하는 고밀도의 OSF가 결정성장 축 방향 전역에서 발생하지 않고, 더 열산화 처리를 하였을 때에 전역에 걸쳐 산소석출량이 많고, 게터링 능력이 높은 실리콘 단결정을 제조할 수 있다.

또한, 상기 단결정 육성로의 노 내 구성 부품을 청소할 때에, 청정도가 클래스1000 이상인 실내 환경에서 청소를 하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 고순도의 흑연으로 이루어진 노 내 구성부품, 즉 핫 존(HZ) 부품을 청소할 때에, 청정도가 클래스 1000이상인 실내 환경에서 청소를 하면, 실내 환경이 청정이기 때문에 실내의 Cu 파티클도 매우 적고, 청소 시에 HZ부품이 환경에서의 Cu에 의해 오염되지 않고, 내부에 Cu석출물이 형성되지 않는 실리콘 단결정을 제조할 수 있다.

또한, 실리콘 단결정을 육성한 후에, 청정도가 클래스 1000이상인 실내 환경에서 상기 단결정 육성로의 노 내 구성 부품을 청소하고, 상기 청소한 노 내 구성부품을 사용하여 다음의 실리콘 단결정을 육성하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 실리콘 단결정을 육성한 후에, 상기 육성 중에 HZ 부품에 부착하여 흑연제 HZ부품의 열화의 원인이 되는 실리콘 산화물 등의 불순물을 제거하기 위해서, 청정도가 클래스 1000이상인 실내 환경에서 상기 단결정 육성로의 HZ부품을 청소하고, 상기 청소한 HZ부품을 이용하여 다음의 실리콘 단결정을 육성하면, HZ부품의 열화가 방지될 수 있음과 동시에, 실내 환경이 청정이기 때문에 실내의 Cu 파티클도 매우 적고, 청소 시에 HZ부품이 Cu에 의해 오염되지 않고, 다음 실리콘 육성 시에 내부에 Cu석출물이 형성되지 않는 실리콘 단결정을 제조할 수 있다. 이때 청정도의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 청정도가 높아지면 설비 비용이 올라가기 때문에, 청정도는 클래스 100 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 노 내 구성부품을 청소할 때에, Cu를 원재료에 포함하지 않는 청소용구 및 치공구를 사용하는 것이 바람직하다.

특히 최근에는 MCZ법에 의한 실리콘 단결정의 육성이 활발히 이루어지고 있고, 이와 같은 자기장 환경 중에서 사용되는 치공구는 Cu를 원재료로 하는 비자성체인 것이 일반적으로 사용되고 있다. 따라서, 이와 같이 HZ부품을 청소할 때에 Cu를 원재료에 포함하지 않는 청소용구 및 치공구를 사용하면, 청소용구 및 치공구를 HZ부품에 접촉시켜도 Cu오염되지 않으므로, 보다 확실하게 Cu를 방지하여 실리콘 단결정을 제조할 수 있다.

또한, 상기 단결정 육성로를 청정도가 클래스 1000 이상인 실내 환경에 설치하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 상기 단결정 육성로를 청정도가 클래스 1000 이상인 실내 환경에 설치하면, 육성한 단결정이나 청소할 HZ부품을 육성로에서 꺼내는 등을 행할 시에 육성로 내가 실내 분위기에 노출되더라도, 실내 환경이 청정하기 때문에 실내의 Cu 파티클도 매우 적고, 육성로 내가 Cu로 오염되지 않고, 보다 확실하게 Cu오염을 방지하여 실리콘 단결정을 제조할 수 있다. 이때 청정도의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 청정도가 높아지면 설비 비용이 높아지기 때문에, 청정도는 클래스 100이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 실리콘 원료를 용융종료 후, 가열 히터를 원료 용융시의 80% 이상의 전력으로 가열하고, 단결정 육성로 내로 도입하는 불활성 가스의 유량을 단결정 육성시의 유량 이상으로 한 상태에서 3시간 이상 방치하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 실리콘 원료를 용융 종료 후, 가열 히터를 원료 용융시의 80% 이상의 전력으로 가열하고, 단결정 육성로 내로 도입하는 불활성 가스의 유량을 단결정 육성시의 유량 이상으로 한 상태에서 3시간 이상 방치하면, 청소나 HZ 취출 등을 수행할 때에 HZ 부품이 Cu오염을 받았다 하더라도 단결정 중에 Cu석출물이 형성되지 않을 정도로까지 HZ부품을 청정화할 수 있고, 또한 HZ부품에서 제거된 Cu는 확실하게 로 외로 배출되기 때문에, 보다 확실하게 Cu오염을 방지하여 실리콘 단결정을 제조할 수 있다.

이때의 가열히터의 전력값, 아르곤 등의 불활성 가스의 유량, 방치시간에 대해서의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 원료 용융시보다 높은 전력으로 가열하면 석영도가니의 열화가 촉진되기 때문에, 가열 히터는 원료 용융시 이하의 전력으로 가열하는 것이 바람직하다. 가스 유량, 방치시간도, 지나치게 대유량, 장시간으로 해도 비용이 증가하기 때문에, 각각 단결정 육성시의 5배 이내의 유량, 24시간 이하의 시간으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 쵸크랄스키 법에 의한 실리콘 단결정의 제조방법으로서, 실리콘 원료를 용융 종료 후, 가열 히터를 원료 용융시의 80% 이상의 전력으로 가열하고, 단결정 육성로 내로 도입하는 불활성 가스의 유량을 단결정 육성시의 유량 이상으로 한 상태에서, 3시간 이상 방치한 후에, 실리콘 단결정을 육성하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법을 제공한다.

이와 같이, 실리콘 원료를 용융 종료 후, 가열 히터를 원료용융시의 80% 이상의 전력으로 가열하고, 단결정 육성로 내로 도입하는 불활성 가스의 유량을 단결정 육성 시의 유량 이상으로 한 상태에서 3시간 이상 방치하면, 청소나 HZ 취출등을 수행할 시에 HZ부품이 Cu오염을 받았다 하더라도, 단결정 중에 Cu석출물이 형성되지 않는 정도로 까지 HZ부품을 청정화할 수 있고, 또한 HZ부품에서 제거된 Cu는 확실하게 로 외로 배출된다. 따라서, 이후에 실리콘 단결정을 육성하면, 단결정 육성 중의 Cu오염이 저감되기 때문에, Cu석출물이 내부에 존재하지 않고, 열산화 처리를 하더라도 Cu석출물을 기인으로 하는 OSF가 발생하지 않는 고품질인 실리콘 단결정을 제조 수율이 높고 저 비용으로 제조할 수 있다.

이때의 가열히터의 전력값, 아르곤 등의 불활성 가스의 유량, 방치시간에 대해서의 상한도 특별히 한정되지 않지만, 이 경우도 원료 용융 시보다 높은 전력으로 가열하면 석영도가니의 열화가 촉진되기 때문에, 가열 히터는 원료 용융시 이하의 전력으로 가열하는 것이 바람직하다. 또한, 가스 유량, 방치시간도 상기와 동일하다.

또한, 본 발명은 쵸크랄스키 법에 의한 실리콘 단결정의 제조방법으로서, 단결정 육성로의 노 내 구성부품을 청소할 때에, 청정도가 클래스 1000 이상인 실내 환경에서 청소를 하고, 상기 청소한 노 내 구성부품을 사용하여 실리콘 단결정을 육성하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조방법을 제공한다.

이와 같이, 단결정 육성로의 HZ부품을 청소할 때에, 청정도가 클래스 1000 이상인 실내 환경에서 청소를 하고, 상기 청소한 HZ부품을 사용하여 실리콘을 육성하면, 실내 환경이 청정하기 때문에 실내의 Cu파티클도 매우 적고, 청소시에 HZ부품이 환경으로부터 Cu에 의해 오염되지 않는다. 따라서, 실리콘 단결정 육성 중의 Cu오염이 저감되므로, Cu석출물이 내부에 존재하지 않고, 열산화 처리를 해도 Cu석출물을 기인으로 하는 OSF가 발생하지 않는 고품질인 실리콘 단결정을 제조 수율이 높고 저비용으로 제조할 수 있다. 이때 청정도의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 청정도가 높아지면 설비 비용이 올라가기 때문에, 청정도는 클래스 100 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 쵸크랄스키 법에 의한 실리콘 단결정의 제조장치로서, 단결정육성로 내에 노출하는 장치 및 부품이 Cu를 원재료에 포함하지 않는 것임을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조장치를 제공한다.

이와 같이, 종래 와이어 권취부, 아이소레이션 밸브, 도가니 축 및 그 구동기구나 가열히터용 전극 등과 같이 단결정 육성로 내에 노출하는 장치 및 부품의 일부로서, Cu를 원재료에 포함하는 것이 사용되어 왔지만, 이들을 Cu를 원재료에 포함하지 않는 것에 한정함에 따라, 육성 중 단결정의 Cu오염을 저감하고, Cu석출물의 형성을 방지할 수 있는 단결정 제조장치가 될 수 있다.

또한, 본 발명은 쵸크랄스키 법에 의한 실리콘 단결정의 제조장치로서, 단결정 육성로에 구비된 석영제 관찰창(핍 홀)의 Cu농도가 10ppb 이하인 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조장치를 제공한다.

이와 같이, 단결정 육성로에 구비되고, 육성 중의 단결정을 관찰하기 위한 석영제 관찰창의 Cu농도가 10ppb이하인 것이면, 석영제 관찰창에 의한 육성 중 단결정의 Cu오염을 저감하고, Cu석출물의 형성을 방지할 수 있는 단결정 제조장치가 될 수 있다.

또한, 본 발명은 상기의 석영제 부품의 Cu농도를 규정한 제조장치, 노 내에 노출하는 장치 등의 Cu를 규정한 제조장치, 및 석영제 관찰창의 Cu농도를 규정한 제조 장치 중, 적어도 2개 이상을 조합한 것을 사용하여 실리콘 단결정을 육성하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법을 제공하고, 또한 상기한 원료용융 후에 가열히터에서의 가열을 수행하는 방법 및 HZ부품을 청정한 환경에서 청소하는 방법을 조합하여 실리콘 단결정을 육성하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법을 제공한다.

이와 같이, 상기 제조장치 또는 제조방법 중, Cu오염 레벨이나 Cu오염을 방지하기 위한 비용 및 효과를 고려하여, 적어도 2개 이상을 조합하여 실리콘 단결정을 육성하면, 보다 효과적이고 확실하게 육성 중의 Cu오염을 저감하고, Cu석출물의 형성을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 쵸크랄스키 법에 의해 육성된 실리콘 단결정으로 제조된 실리콘 웨이퍼로서, 상기 웨이퍼 표면의 변형공동결함의 밀도가 0.01개/㎠이하인 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼를 제공한다.

이와 같이 쵸크랄스키 법에 의해 육성된 실리콘 단결정으로 제조된 실리콘 웨이퍼로서, 웨이퍼 표면의 변형공동결함의 밀도가 0.01개/㎠이하이면, 파티클 카운터 등에 의해 웨이퍼 표면을 관찰하였을 때에 파티클 불량으로 판정되지 않고, Nv영역에 선택적으로 발생하는 것인 Cu석출물 기인의 OSF도 발생하지 않기 때문에, 제조 수율이 향상되고, 생산효율이 높은 저비용이면서 고품질인 실리콘 웨이퍼가 될 수 있다. 또한, 산화막 내압 특성도 높은 것이 될 수 있고, 디바이스의 제조수율도 높은 것이 될 수 있다.

본 발명에 따른 실리콘 단결정이면, 실리콘 단결정 중의 Cu농도가 1×10¹²atoms/㎤ 미만이 되기 때문에, 종래 열산화 처리에 의해 어떤 빈도로 실리콘 단결정에 발생되어 있던 Cu석출물을 기인으로 하는 OSF가 발생하지 않는 것이 되고, 제조 수율이 향상되고, 생산효율이 높은 저 비용이면서 고품질인 실리콘 단결정이 될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼이면, 상기 실리콘 웨이퍼에 열산화 처리를 하더라도 Cu석출물에 기인하는 OSF가 발생하지 않는 것이 될 수 있기 때문에, 웨이퍼의 제조 수율이 향상되고, 생산효율이 높은 저 비용이면서 고품질인 것이 될 수 있다. 또한, 표면에 형성하는 산화막의 내압특성이 높고, 또한 디바이스 제작공정에 있어서 Cu석출물을 기인으로 한 p-n접합 리크의 발생이 방지된 것이 될 수 있고, Cu석출물이나 변형공동결함이 디바이스 제작공정 중에 끼치는 악영향을 극적으로 저감할 수 있기 때문에, 디바이스의 제조 수율도 높은 것이 될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 실리콘 단결정의 제조장치이면, 육성 중 단결정의 Cu오염을 저감하고, Cu석출물의 형성을 방지할 수 있는 단결정 제조장치가 될 수 있다.

더욱이 본 발명에 따른 실리콘 단결정의 제조방법이면, 상기의 고품질인 실리콘 단결정을 제조 수율이 높고 저 비용으로 제조할 수 있다.

도1은 레이저 현미경을 사용하여 웨이퍼 표면의 결정결함 분포를 관찰한 도면이다.

도2는 TEM을 이용하여 관찰한 웨이퍼 표면의 변형공동결함의 관찰도이다.

도3은 TEM을 이용하여 관찰한 웨이퍼 벌크 중의 침상 결함(Cu석출물)의 관찰도이다.

도4는 본 발명의 CZ법에 의한 실리콘 단결정 제조장치의 실시형태의 일 예를 나타내는 개략 단면도이다.

이하, 본 발명에 대해 상술한다.

상술한 바와 같이, 최근 특히 실리콘 단결정의 전역 또는 일부가 N영역으로 불리는 결함이 매우 적은 결함영역으로 되어 있는 실리콘 단결정에 있어서, 그것으로부터 제조한 실리콘 웨이퍼의 표면에 일정한 빈도로 고밀도로 결정결함이 관찰되는 것이 있어 문제가 되고 있었다. 그리고, 이와 같은 결정결함이 고밀도로 존재한 경우, 웨이퍼 표면을 파티클 카운터로 측정하였을 때, 고밀도인 파티클로서 관측된다. 이 고밀도인 파티클이 존재하는 웨이퍼는 파티클 불량으로 판정되어 불량품이 되기 때문에, 결과적으로 제조 수율의 저하를 초래하고 있었다.

이와 같은 결정 결함은 종래 그다지 관측되지 않았던 것으로, 본 발명자들이 이 결정결함에 대해서 조사한바, 이하와 같은 특징을 갖는 것을 밝혀냈다.

(1)이 결정결함은 단결정의 견부에 가까운 영역에서 발생하는 확률이 매우 높고, 그 발생빈도는 20%정도였다.

(2)파티클 카운터(예를 들어, KLA 텐콜사 제조 표면측정장치 SP1) 및 레이저 현미경(예를 들어, 레이져 테크사 제조의 MAGICS(상품명))에서의 평가에서는, 결함영역이 Nv영역(N영역 중, OSF링의 바로 외측 영역이고, 원자 공공이 약간 존재하는 영역)의 부분에 링 형태로 상기 결정결함이 관찰되고, Ni영역(N영역 중, 격자 간 실리콘이 약간 존재하는 영역)에 가까운 Nv 영역일수록 밀도가 높아진다. 도1은 상기의 레이저 현미경을 이용하여 웨이퍼 표면의 결정결함의 분포를 관찰한 도면이고, 우상 부분은 웨이퍼의 주변부가 Ni영역이고, 그 내측 부분이 Nv영역인 것을 나타낸다.

(3)상기 웨이퍼를 열산화처리하면 Nv영역의 결함 발생위치에 OSF가 고밀도로 관찰되고, 화학적인 선택 에칭(세코에칭)을 하면, Nv영역의 결함 발생 위치에 돌기가 관찰된다.

다음으로, 본 발명자들은 이 결정결함의 정체를 밝혀내기 위해, TEM(Transmission Electron Microscope, 단면 투과형 전자 현미경)에 의해, 웨이퍼 표면 및 벌크 중의 결함 조사를 실시하였다. 그 결과, 이하의 것이 확인되었다.

(1)웨이퍼 표면에는 실리콘 단결정의 [100]방향 및 [110]방향으로 늘어나는 막대(봉)형 또는 특수한 형상의 '변형공동결함'이 발견되었다. 또한, 이 '변형공동결함'에서는 불순물은 검출되지 않았다. 도2는 TEM을 이용하여 관찰한 웨이퍼 표면의 변형공동결함의 사진이다.

(2)그리고, 웨이퍼의 벌크 중에는 침상의 결함이 관찰되었다. 도3은 TEM을 이용하여 관찰한 벌크 중의 침상결함의 사진이다.

그리고, 본 발명자들은 이 침상결함으로부터 Cu를 검출하였다. 이로써, 이 침상 결함은 Cu석출물은 아닐까라고 생각하기에 이르렀다.

상기의 결정결함이 발생하는 특징 및 결정결함의 관찰결과로부터, 상기의 결정결함의 발생 메커니즘은 이하와 같은 것으로 관찰된다.

(1)Cu가 육성 중의 실리콘 단결정 표면으로부터 확산에 의해 단결정 안으로 들어간다.

(2)그리고, 공공이 존재함에 따라 에너지적으로 석출물이 형성되기 쉬운 Nv영역에 Cu석출물이 선택적으로 형성된다.

(3)상기 단결정에서 절출된 웨이퍼는 웨이퍼 가공공정 중에 열산화 처리를 하면, Cu석출물에 기인하는 OSF가 고밀도로 형성된다.

(4)그리고, 특히 웨이퍼 표면의 세정에 의해, 표면의 Cu석출물이 제거됨과 동시에 Cu석출물 주변이 침식되기 때문에, 경면 웨이퍼 표면에는 Cu석출물의 제거와 Cu석출물 주변의 침식에 의해 변형 공동결함이 형성된다. 이것은 파티클로서 웨이퍼 표면상에 0.1∼5개/㎠의 밀도(예를 들어, 직경 300㎜ 웨이퍼에서는 약100∼수천개)로 관찰된다.

이들 지견으로부터, 본 발명자들은 단결정 육성 중에 단결정 안으로 Cu가 들어가게 되는 것을 방지할 수 있으면, 상기와 같은 새로운 타입의 결정결함 발생을 방지할 수 있고, 고품질인 실리콘 단결정이 될 수 있다고 생각했다.

그래서, 다음으로 Cu가 단결정 안으로 도입되는 원인에 대해서 검토를 하였다.

일반적으로 실리콘 단결정 제조장치의 단결정 육성로 내에는 원재료인 다결정 실리콘, 석영 도가니, 및 노 내를 구성하는 HZ부품인 흑연제 부품, 흑연제 단열재, 석영제 부품이 존재해 있고, Cu의 오염원으로서 이들 원재료 및 노 내 구성부품 및 육성로 그 자체라고 여겨졌다. 그래서, 상기 결정결함은 단결정의 견부만에서 발생하는 점, 그 발생 빈도는 20%정도로 100%가 아닌 점, 또한, 석영 도가니와 흑연부품의 순도는 직접 결정 품질에 영향을 끼치므로 이것까지도 고순도화가 도모되고 있었던 점으로부터, 다른 HZ부품에 주목하였다.

그리고, HZ부품의 교환시기와 상기 결정결함의 발생과의 관계를 조사한 결과, 노 내 온도가 1000℃미만인 비교적 저온 부분에 배치되어 있는 석영제 부품, 예를 들어, 육성 중의 단결정을 관찰하기 위해 단결정 육성로의 800℃ 이하의 위치에 구비된 석영제 관찰창의 교환시기와, 상기 결정결함이 발생하는 타이밍이 매우 높은 확률로 일치하는 것이 확인되었다. 그리고, 이 관찰창 등의 석영제 부품의 Cu농도가 상기의 결정결함 발생에 관계하는 것을 발견하였다. 그리고, 본 발명자들은 실리콘 단결정 중의 Cu농도가 1×10¹²atoms/㎤이상이 되면 상기 결정결함이 발생하는 것을 발견하였다.

종래, 석영제 부품은 흑연제 부품에 비교하면 내열성이 낮기 때문에, 노 내 온도가 1000℃미만이라는 비교적 저온이면서 육성하는 단결정으로부터도 떨어진 위치에서 사용하는 경우가 많았다. 그와 같은 위치에서 사용된 경우, 그 순도가 단결정의 결정품질에 끼치는 영향도 거의 없을 것으로 보고 있었기 때문에, 석영제 부품의 사용에 있어서 고순도품에 한정하여 사용한다는 것은 행해지고 있지 않았다. 그러나, 상기의 결과로부터, 고온인 경우뿐만 아니라, 그와 같은 저온의 위치에서 사용되는 석영제 부품에 대해서도 고순도의 것을 사용할 필요성이 있는 것을 발견하였다.

단, 석영제 부품은 고가이고, 교환 비용도 고려하면, 석영제 부품이 사용되는 부분의 노 내 온도에 따라서, 석영제 부품의 순도를 규정하면, Cu오염이 방지될 수 있는 것이 밝혀졌다.

다음으로, 본 발명자들은 다른 원인에 의해 실리콘 단결정 중에 Cu불순물이 도입 여부에 대해서도 조사를 하였다.

먼저, 종래는 이와 같은 극미량의 Cu불순물의 영향에 대해서 충분한 검토가 이루어지지 않았었기 때문에, 단결정 제조장치에서 원료 융액과 접하지 않음과 동시에 냉각 등으로 인해 그다지 고온화하지 않는 와이어 권취부, 아이소레이션 밸브, 도가니 축 및 그 구동기구나 가열히터용 전극 등과 같이 단결정 육성로 내에 노출하는 장치 및 부품의 일부로서, Cu를 원재료에 포함하는 것이 이용되어 왔다. 따라서, 이들 장치나 부품을 Cu를 원재료에 포함하지 않는 것으로 하면, 실리콘 단결정의 Cu오염을 방지할 수 있다고 생각된다.

또한, CZ법에 의한 단결정 제조에서는 육성로 내를 일 회 진공으로 하고, 그 다음 아르곤 가스로 노 내의 분위기를 치환한 후에 단결정의 육성이 개시되기 때문에, 단결정 제조장치가 설치되어 있는 실내 환경의 청정도는 단결정의 결정품질에는 그다지 영향은 없다고 생각되어 왔다. 그러나, 단결정 육성로 내에 경면 웨이퍼를 방치한 폭로 테스트의 결과로부터, 단결정 제조장치가 설치되어 있는 실내 환경이 청정도가 떨어지는 환경하에서는 경면 웨이퍼로부터 Cu가 검출되는 것을 판명하였다.

그리고, 단결정 제조 종료 후 단결정 육성장치가 설치되어 있는 실내에서, HZ부품이 비교적 고온 상태에서 청소를 하는 경우가 있고, 이때 실내의 Cu레벨이 높으면 HZ부품이 Cu로 오염되고, 이 HZ부품을 사용하여 실리콘 단결정을 제조하면, 상기 결정결함이 발생하는 것이 확인되었다. 또한, Cu레벨이 높은 실내에 설치된 단결정 육성장치에 의해 제조된 단결정에 대해서도 같은 결정결함이 관찰되었다.

이상의 결과로부터, Cu는 파티클에 포함된다고 생각하는 것이 일반적이기 때 문에, 상기와 같은 새로운 타입의 결정결함 발생을 방지하기 위해서는 파티클 레벨이 낮고 청정도가 높은 방에서 HZ부품의 청소나 단결정 육성을 수행하는 것이 필요하다는 것이 판명되었다.

또한, HZ부품을 청소할 때에 사용하는 청소용구나 치공구에도 주의할 필요가 있고, Cu를 원재료에 포함하지 않는 청소용구나 치공구를 이용하면, 이로 인해 HZ부품이 Cu오염을 받지않는다고 생각했다.

또한, 본 발명자들은 예를 들어, HZ부품 등이 미량의 Cu로 오염되어 있는 경우에도 실리콘 단결정의 Cu오염을 방지하는 방법에 대해서도 검토하고, 그 결과, 실리콘 원료를 용융 종료 후, 가열히터를 가열하여 HZ부품을 가열함으로써, HZ부품이 Cu오염을 받았다 하더라도 단결정 중에 Cu석출물이 형성되지 않을 정도로까지 HZ부품을 청정화할 수 있다고 생각했다.

이상과 같이, 종래 결정결함에 대한 영향이 적다고 생각되어, 그다지 주의를 기울이지 않았던 요소에 관해서도, 이번에 발견되었던 새로운 타입의 결정결함 발생요인인 Cu오염의 원인이 될 수 있다는 것이 판명되었다. 따라서, 상기 결정 결함의 발생을 방지하기 위해서는 결정에 도입되는 Cu 총량을 한층 더 저감하는 것이 중요시 된다. 그래서, 본 발명자들은 상기에서 검토한 각각의 Cu오염원인에 대한 대책을 새움에 따라, 상기 결정결함의 발생을 방지할 수 있다는 것에 이르렀고, 본 발명을 완성시켰다.

이하에서, 본 발명의 실시형태를 첨부도면을 참조하면서 예를 들어 설명하지만, 본 발명은 이것들에 한정되는 것은 아니다.

도 4는 본 발명의 CZ법에 의한 실리콘 단결정의 제조장치의 실시형태의 일 예를 나타내는 개략단면도이다. 이하, 이 실리콘 단결정의 제조장치와 이것을 이용한 실리콘 단결정의 제조방법에 대해 설명한다. 도4에 도시된 실리콘 단결정 제조장치(30)는, 육성로 본체(1)와 상부 육성로(2)로 구성된다. 육성로 본체(1) 내부에는 실리콘 융액(4)을 수용한 석영제 도가니(5)를 유지하여 보호하기 위해, 흑연제 도가니(6)가 석영제 도가니(5)의 외측에 배치되어 있다.

그리고, 흑연제 도가니(6)의 외측에는 석영제도가니(5)에 수용된 원료인 다결정실리콘을 가열하고, 용융하여 실리콘 융액(4)으로 하기 위한 흑연제의 가열히터(7)가 배치되어 있다. 실리콘 단결정의 육성시에는 가열히터(7)에 접속된 전극(7a)에서 가열히터(7)로 전력이 공급되어 가열히터(7)가 발열하고, 다결정 실리콘을 용해한 후에 실리콘 융액(4)의 온도를 원하는 값으로 유지하여 실리콘 단결정(3)의 육성을 도모하는 것이다. 이와 같은 육성로 내에 노출하는 전극(7a)으로서는 종래 Cu를 원재료에 포함하는 것을 사용하고 있었다. 그러나 본 발명에서는 전극(7a)으로서 Cu를 원재료에 포함하지 않는 것, 예를 들어 육성로 내에 노출하는 부분은 카본을 사용함으로써, 육성하는 실리콘 단결정의 Cu오염을 방지할 수 있다.

가열히터(7)와 육성로 본체(1)의 노 벽 사이에는 금속제의 노 벽을 보호하고 육성로 본체(1) 내부를 효율적으로 보호하기 위해 탄소제의 노 내 단열재(8)가 놓여져 있다. 그리고, 육성로 본체(1)는 가열히터(7)로부터의 복사열에 의해, 실리콘 단결정 육성시에 노 벽이 고온으로 가열되는 것을 방지할 목적으로, 노 벽을 이중구조로 하고, 노 벽 틈 사이에 냉각수를 흘려서 강제 냉각을 하면서 실리콘 단결정 의 육성을 수행하는 것과 같은 구조로 되어 있는 것이다.

한편, 육성로 본체(1)의 거의 중앙에 배치된 흑연제 도가니(6)는 바닥부를 흑연제의 지지축(19)에 의해 지지되어 있고, 도가니 지지축(19)의 하단부에 부착된 도가니 축 구동기구(19a)에 의해, 상 하동 및 회전동이 자유롭게 되어 있는 것이다. 이로 인해 단결정 육성시에 실리콘 융액(4)의 액면을 일정 위치로 유지하거나, 단결정 육성시에 도가니(5, 6)를 원하는 방향이나 속도로 회전시킬 수 있게 되어 있다. 이 육성로내에 노출하는 도가니 지지축(19)이나 도가니 축 구동기구(19a)에 이용되는 부품에 대해서도 종래와는 달리, Cu를 원재료에 포함하지 않는 것을 이용함으로써, 육성하는 실리콘 단결정의 Cu오염을 방지할 수 있다.

다음으로, 실리콘 단결정(3) 육성시에는 실리콘 융액(4)으로부터 증발하는 SiO등의 산화물이 육성로의 노 벽이나 노 내 흑연재 등의 노 내 부재에 부착하는 것을 방지하기 위해, 아르곤 가스 등의 불활성 가스를 육성로로 유통하면서 결정성장을 수행할 필요가 있다. 이 때문에, 육성로 본체(1)의 바닥부에는 불활성 가스를 노 외로 배출하기 위한 배가스관(9)과, 육성로 내부의 압력을 조정하기 위한 미도시의 압력제어장치가 구비되어 있고, 실리콘 단결정 육성시에는 이 압력제어장치에 의해 노 내의 압력이 원하는 값으로 조정된다.

한편, 육성로 본체(1)의 천정부에는 노 내를 감시하기 위해 석영 유리제 관찰창(21)이 설치되어 있다. 그리고, 실리콘 융액(4)으로부터 인상된 실리콘 단결정(3)을 수용하고 취출하기 위해, 아이소레이션 밸브(22)를 통해 상부 육성로(2)가 연통하여 설치되어 있다. 이 육성로 내에 노출하는 아이소레이션 밸브(22)를 구성 하는 부품에도, 종래와는 달리, Cu를 원재료에 포함하지 않는 것을 사용한다. 그리고, 단결정 육성 종료 후에는 이 상부 육성로(2) 내에서 실리콘 단결정(3)을 방냉하고, 취출 가능한 온도가 될 때까지 결정온도가 저하하면, 상부 육성로(2)의 미도시의 도어를 열어 실리콘 단결정(3)을 육성로에서 꺼낸다.

육성로 본체(1)의 천정부로부터는 실리콘 융액(4)으로부터 인상된 단결정(3)을 둘러싸도록 결정 냉각통(13)이 실리콘 융액면을 향해 배치되고, 그 선단부에는 육성로 본체(1)의 천정부로 취출된 관찰창(21)로부터 육성 중의 단결정이 관찰될 수 있도록 석영유리 부품(15)이 배설되어 있다.

본 발명에서는, 육성로 본체(1)의 천정부에 부착된 석영유리제 관찰창(21)은 그것이 사용되는 부분의 노 내 온도가 1000℃ 미만이기 때문에, 그 Cu농도를 10ppb이하로 하고, 결정 냉각통(13)의 선단부에 부착하는 석영유리 부품(15)은 그것이 사용되는 부분의 노 내 온도가 1000℃ 이상이기 때문에, 그 Cu농도를 1ppb이하로 함으로써, 육성 중의 단결정의 Cu오염을 방지할 수 있고, 또한 불필요한 비용 증가가 되지 않도록 할 수 있다. 종래, 결정 냉각통에 부착하는 석영유리 부품(15)은 결정 품질에 영향을 끼칠 가능성이 있다고 하여 10ppb이하의 것을 사용하고 있었지만, 관찰창(21)은 영향을 끼치지 않는다고 생각되어, 저 순도품을 사용하고 있었다. 이것을 본 발명에서는 각각 고 순도품으로 한다.

또한, 결정 냉각통(13)의 선단부 외주면에는 실리콘 융액(4)이나 가열히터(7)의 복사열을 효율적으로 반사하여 실리콘 융액면을 보온하기 위한 흑연제의 단열링(14)이 부착되어 있다(이 단열링(14)은 생략할 수도 있음). 실리콘 단결 정(3)의 육성시에는 이 결정 냉각통(13)에 의해 실리콘 단결정(3)으로부터의 복사열이 효율적으로 빼앗김으로써, 결정성장속도를 빠르게 할 수 있다. 또한, 이 결정 냉각통(13)에는 상부 육성로(2) 보다 냉각통 내부를 통해 실리콘 융액 면으로 하류하는 불활성 가스의 정류 작용도 있고, 융액 면으로부터 방출되는 산화물 등을 원활하게 노 내로 배출시키기 위한 역할을 하고 있다.

본 발명에서는, 원료를 용융 종료 후, 가열히터(7)를 적어도 원료 용융 시의 80% 이상의 전력으로 가열하고, 아르곤 가스 등 불활성 가스를 결정 육성시에서 사용하는 유량 이상으로 하여 3시간 이상 방치함으로써, Cu오염을 받았던 흑연재 등을 청정화하고, 그것으로부터 발생한 Cu를 노 내로 확실하게 배출시켜, 육성 중의 단결정 Cu오염을 방지할 수 있다.

또한, 결정 냉각통(13) 상부에, 유통구(12)로부터 냉각매체가 유통됨으로써, 강제적으로 결정으로부터의 복사열을 노 외로 배출하는 강제 냉각통(11)을 설치하여, 냉각효과를 더 높이고 있다(이 강제냉각통(11)은 생략할 수도 있음).

이와 같이 결정의 냉각효과를 높일 수 있기 때문에, 결정의 온도구배와 인상속도 등의 결정 성장 조건을 적절한 것으로 설정함으로써, 결정성장 축 방향 전역에 걸쳐 OSF링 외측의 Nv영역을 포함하는 실리콘 단결정뿐만 아니라, 결정성장 축 방향 전역에 걸쳐 OSF링 외측의 Nv영역이 되는 실리콘 단결정의 제조도 가능해 진다.

그리고, 상부 육성로(2)에는 육성로의 내부에 불활성 가스를 도입하기 위한 가스 도입관(10)이 설치되어 있고, 결정성장작업 공정에 맞추어 가스 도입관에서 육성로로 불활성 가스가 도입된다. 실리콘 단결정(3)의 육성시에는 이 상부 육성로(2)의 가스도입관(10)으로부터 도입된 불활성 가스가 결정 냉각통(13)의 내부를 하류하여 실리콘 융액 면을 통해 육성로 본체(1)의 바닥부에 있는 배가스관(9)으로부터 노 외로 배출된다. 이로써, 실리콘 융액으로부터 증발하는 SiO 등의 증발물을 노 외로 제거하고 있다.

또한, 상부 육성로(2)의 상방에는 실리콘 융액(4)으로부터 실리콘 단결정(3)을 인상하기 위한 인상와이어(16)를 권출, 또는 권취하는 와이어 권취기구(20)가 구비되어 있다.이 와이어 권취기구(20)를 구성하는 부품에도 종래 Cu를 원재료에 포함하는 것이 사용되어 왔지만, Cu를 원재료에 포함하지 않는 것으로 변경하는 것이 바람직하다. 그리고, 이 와이어 권취기구(20)로부터 권출된 인상와이어(16)의 선단부에는 종결정 홀더(18)에 종결정(17)을 계지하고, 그 선단을 실리콘 융액(4)의 표면에 접촉하여 회전시키면서 인상, 견부, 직동부를 순차 형성함으로써, 상기 종결정(17)의 하방에 실리콘 단결정(3)이 육성된다.

또한, 상술한 바와 같이, 인상속도 등의 결정육성조건을 적절한 것으로 설정함에 따라, 결정성장 축 방향 전역에 걸쳐 OSF링 외측의 Nv영역을 포함하는 실리콘 단결정이나 결정성장축 방향 전역에 걸쳐 OSF링 외측의 Nv영역이 되는 실리콘 단결정을 제조할 수 있다.

이상과 같이 하여 단결정 육성이 종료하면, 다음에 가열히터(7)를 절전하고, 실리콘 단결정 및 육성로 내의 HZ부품이 취출 가능한 온도가 될 때까지 방냉한다. 그리고, 실리콘 단결정 및 HZ부품의 온도가 저하하면, 상술한 바와 같이 상부 육성 로(2)의 미도시한 도어로부터 실리콘 단결정을 취출한다. 그 다음, 육성로 본체(1)와 상부 육성로(2)를 절리하여, 산화물 등이 부착한 HZ부품을 노 외로 꺼내고, 산화물 등을 제거하여 청소작업을 수행한다.

본 발명에서는, 실리콘 단결정 제조장치(30)가 설치되는 실내 환경의 청정도를 클래스 1000이상의 고 청정도로 유지함으로써, 상기와 같이 육성로 본체(1)와 상부 육성로(2)를 절리할 때에, 육성로 내로 유입하는 분위기에서 육성로 내 및 HZ부품이 Cu오염되는 것을 방지할 수 있다. 또한, HZ부품을 청소할 때의 실내 환경의 청정도를 클래스 1000 이상인 고청정도로 유지함으로써, HZ부품의 Cu오염을 방지할 수 있다.

이때의 HZ부품 청소는 실리콘 단결정 제조장치(30)가 배설된 실내에서 수행해도 좋지만, HZ부품을 노 외로 취출한 후, 실내 환경의 청정도가 클래스 1000 이상의 다른 방에 HZ부품을 이동하고, 그곳에서 청소를 할 수도 있다. 이렇게 함으로써, 청소작업에 수반하여 비산하는 파티클 등으로 단결정 제조장치가 배설되어 있는 방의 환경을 악화시키는 것을 방지할 수 있다.

또한, 이때, Cu를 원재료에 포함하지 않는 청소용구 및 치공구를 사용하여 HZ부품의 부착제거나 청소를 하면, 청소용구나 치공구에 의한 Cu오염을 방지할 수 있다. 예를 들어, 고중량의 HZ부품을 노 외로 취출 또는 노 내에 부착하기 위한 치공구나 산화물을 흡인제거하기 위한 청소기 부품을 Cu를 포함하지 않는 것으로 한다. 특히, 직접 HZ부품에 접촉하는 곳에 사용되는 부재는 Cu를 포함하지 않는 것으로 한다.

이와 같이 청정도가 높은 실내 환경에서 청소한 HZ부품은 Cu오염되어 있지 않은 것이기 때문에, 이것을 이용하여 다음의 실리콘 단결정을 육성하면 HZ부품에 의한 실리콘 단결정 육성 중의 Cu오염이 방지된다.

상술한 방법, 즉, 1)육성로 내로 노출하는 장치나 부품에 Cu를 원재료로 포함하지 않는 장치 등을 이용하고, 2)제조장치의 설치 또는 HZ부품의 청소를 수행하는 실내 환경의 청정도를 높이고, 3)실리콘 원료의 용융 후, 가열히터로 가열방치하고, HZ부품 등을 청정화하는, 등의 방법은 어느 것도 단독으로 수행해도 실리콘 단결정의 Cu오염을 방지하기 위해 유효한 방법이지만, 이들 방법을 조합시켜 수행함으로써, 보다 확실하게 Cu오염을 방지할 수 있다.

이렇게 하여 제조된 실리콘 단결정은 내부에 Cu석출물이 존재하지 않는 것이 될 수 있고, 특히 Cu농도를 1×10¹²atoms/㎤ 미만으로 할 수 있기 때문에, 보다 확실하게 Cu석출물이 존재하지 않는 것으로 할 수 있다. 특히, 결정육성조건을 적절한 것으로 설정함으로써, 결정성장 축 방향 전역에 걸쳐 OSF링 외측의 Nv영역을 포함하는 실리콘 단결정, 또는 결정성장축 방향 전역에 걸쳐 OSF링 외측의 Nv영역이 되는 실리콘 단결정으로 할 수 있다.

그리고, 이 실리콘 단결정으로부터 취출하여 제조된 실리콘 웨이퍼는 내부나 표면에 Cu석출물이 존재하지 않는 것이 될 수 있고, 특히 Cu농도를 1×10¹²atoms/㎤ 미만으로 할 수 있기 때문에, 보다 확실하게 Cu 석출물이 존재하지 않는 것으로 할 수 있다. 또한, Cu석출물이 존재하지 않기 때문에, 웨이퍼 표면을 세척해도 웨이퍼 표면의 변형공동결함의 밀도가 0.01개/㎠ 이하(예를 들어, 직경 300㎜인 웨이퍼에서는 약 10개 이하)로 매우 적고, 특히 공동결함이 발생하지 않는 것이 될 수 있다. 또한, 웨이퍼의 일부가 Nv영역, 또는 웨이퍼 전역에 걸쳐 Nv영역이 되는 실리콘 웨이퍼로 할 수도 있다.

이하에서 본 발명의 실시예 및 비교예를 들어 더 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이것들에 한정되는 것은 아니다.

(실시예1)

육성로 본체 상부에 부착된 관찰창으로서 Cu농도가 8ppb정도인 순도가 높은 석영유리를 사용하고, 구경 32인치(800㎜)인 석영도가니에 300㎏의 실리콘 다결정을 충전하여, 직동부의 길이 100㎝의 실리콘 단결정을 10개 인상하고, 또한 상기 실리콘 단결정의 견부에서 측정하여 10㎝간격으로 직동부로부터 웨이퍼를 절출하고, 경면 웨이퍼로 가공하고, 그 웨이퍼 표면의 결정 결함을 관찰하였다. 이때 결정성장 축 방향 전역에 걸쳐 OSF링 외측의 Nv영역을 포함하는 N영역이 되도록 제조조건을 제어하여 단결정의 인상을 수행하였다. 그 결과, 모든 웨이퍼 표면에 변형공동결함이 관찰되지 않았다. 이때의 실리콘 단결정 중의 Cu농도는 5×10¹⁰atoms/㎤ 이하였다.

(비교예1)

육성로 본체 상부에 부착된 관찰창으로서 Cu불순물이 100ppb정도인 순도를 갖는 석영유리를 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일한 평가를 하였다. 그 결과, 2 개의 단결정에 있어서 견부에서 측정하여 직동부의 40㎝ 영역으로부터 절출된 웨이퍼의 Nv영역에서 변형공동결함이 관찰되고, 이때의 변형공동결함 밀도는 1.5개/㎠였다. 그리고, 변형공동결함이 관찰되지 않았던 실리콘 단결정 중의 Cu농도는 8×10¹¹atoms/㎤ 이하이고, 변형공동결함이 관찰되었던 실리콘 단결정 중의 Cu농도는 5×10¹²atoms/㎤이상이었다.

(실시예2)

클래스 100의 실내 환경 하에서 HZ부품의 청소를 수행하고, 그 HZ부품을 사용하여 구경 32인치(800mm)의 석영도가니에 300㎏의 실리콘 다결정을 충전하여, 직동부의 길이 100㎝인 실리콘 단결정을 인상하고, 또한 상기 실리콘 단결정의 견부에서 측정하여 10㎝ 간격으로 직동부에서 웨이퍼를 절출하고, 경면 웨이퍼로 가공하여, 그 웨이퍼 표면의 결정결함을 관찰하였다. 이때 결정성장 축 방향 전역에 걸쳐 OSF링 외측의 Nv영역을 포함하는 N영역이 되도록 제조 조건을 제어하여 단결정 인상을 하였다. 그 결과, 모든 웨이퍼 표면에 변형공동결함이 관찰되지 않고 , 이때의 실리콘 단결정 중의 Cu농도는 1×10¹⁰atoms/㎤이었다.

(비교예2)

청정한 방이 아닌 환경에서 HZ부품의 청소를 하고, 그 HZ부품을 사용한 것 외에는 실시예2와 동일한 평가를 하였다. 그 결과, 견부에서 측정하여 직동부의 30㎝ 영역에서 절출된 웨이퍼의 Nv영역에 변형공동결함이 관찰되고, 이때의 변형공동결함 밀도는 0.3개/㎠이었다. 그리고, 변형공동결함이 관찰되었던 실리콘 단결정 중의 Cu농도는 2×10¹²atoms/㎤이었다.

(실시예3)

청정한 방이 아닌 환경에서 HZ부품의 청소를 수행하고, 그 HZ부품을 사용하여 구경 32인치(800mm)인 석영도가니에 300㎏의 실리콘 다결정을 충전하고, 원료가 용융 종료한 후도 가열히터의 전력을 용융시의 전력대로 3시간 방치하였다. 이때의 아르곤가스 유량은 결정육성시에서 사용하는 200l/min으로 하고, 노 내 압은 200mbar로 하였다. 그리고, 직동부의 길이 100㎝인 실리콘 단결정을 인상하고, 또한 상기 실리콘 단결정의 견부에서 측정하여 10㎝ 간격으로 직동부에서 웨이퍼를 절출하고, 경면 웨이퍼로 가공하여, 그 웨이퍼 표면의 결정결함을 관찰하였다. 이때 결정성장 축 방향 전역에 걸쳐 OSF링 외측의 Nv영역을 포함하는 N영역이 되도록 제조 조건을 제어하여 단결정 인상을 하였다. 그 결과, 모든 웨이퍼 표면에 변형공동결함이 관찰되지 않고 , 이때의 실리콘 단결정 중의 Cu농도는 1×10¹⁰atoms/㎤이었다.

또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는 단지 예시이고, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고, 동일한 작용효과를 나타내는 것은 어떠한 것이라도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

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쵸크랄스키 법에 의한 실리콘 단결정의 제조장치로서, 단결정 육성로 내 온도가 1000℃ 이상인 부분에서 사용하는 석영 도가니 이외의 석영제 부품의 Cu농도가 1ppb이하이고, 단결정육성로 내 온도가 1000℃미만인 부분에서 사용하는 석영 도가니 이외의 석영제 부품의 Cu농도가 10ppb이하인 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조장치.
제25항에 있어서,

상기 단결정 육성로 내에 노출하는 장치 및 부품이 Cu를 원재료에 포함하지 않는 것인 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조장치.
제25항에 기재된 실리콘 단결정의 제조장치를 이용하여, 실리콘 단결정을 육성하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
제26항에 기재된 실리콘 단결정의 제조장치를 이용하여, 실리콘 단결정을 육성하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
제27항에 있어서,

실리콘 단결정을 육성할 때에, 그 육성되는 실리콘 단결정에 생기는 결정 결함영역이 결정성장 축 방향 전역에 걸쳐 OSF 링 외측의 Nv영역을 포함하도록 상기 실리콘 단결정을 육성하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
제28항에 있어서,

실리콘 단결정을 육성할 때에, 그 육성되는 실리콘 단결정에 생기는 결정 결함영역이 결정성장 축 방향 전역에 걸쳐 OSF 링 외측의 Nv영역을 포함하도록 상기 실리콘 단결정을 육성하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
제27항에 있어서,

실리콘 단결정을 육성할 때에, 그 육성되는 실리콘 단결정에 생기는 결정 결함영역이 결정성장 축 방향 전역에 걸쳐 OSF 링 외측의 Nv영역이 되도록 상기 실리콘 단결정을 육성하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
제28항에 있어서,

실리콘 단결정을 육성할 때에, 그 육성되는 실리콘 단결정에 생기는 결정 결함영역이 결정성장 축 방향 전역에 걸쳐 OSF 링 외측의 Nv영역이 되도록 상기 실리콘 단결정을 육성하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
제27항에 있어서,

상기 단결정 육성로의 노 내 구성 부품을 청소할 때에, 청정도가 클래스 1000 이상인 실내 환경에서 청소를 행하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
제28항에 있어서,

상기 단결정 육성로의 노 내 구성 부품을 청소할 때에, 청정도가 클래스 1000 이상인 실내 환경에서 청소를 행하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
제29항에 있어서,

상기 단결정 육성로의 노 내 구성 부품을 청소할 때에, 청정도가 클래스 1000 이상인 실내 환경에서 청소를 행하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
제30항에 있어서,

상기 단결정 육성로의 노 내 구성 부품을 청소할 때에, 청정도가 클래스 1000 이상인 실내 환경에서 청소를 행하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
제31항에 있어서,

상기 단결정 육성로의 노 내 구성 부품을 청소할 때에, 청정도가 클래스 1000 이상인 실내 환경에서 청소를 행하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
제32항에 있어서,

상기 단결정 육성로의 노 내 구성 부품을 청소할 때에, 청정도가 클래스 1000 이상인 실내 환경에서 청소를 행하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
제27항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,

실리콘 단결정을 육성한 후에, 상기 단결정 육성로의 노 내 구성부품을 노 외로 취출한 후, 상기 노 내 구성부품을 실내 환경의 청정도가 클래스 1000 이상인 다른 방으로 이동하고, 상기 다른 방에서, 실내 환경의 청정도를 클래스 1000 이상으로 유지하면서 상기 노 내 구성부품을 청소하고, 상기 청소한 노 내 구성부품을 사용하여 다음의 실리콘 단결정을 육성하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
제33항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 노 내 구성부품을 청소할 때에, Cu를 원재료에 포함하지 않는 청소용구 및 치공구를 사용하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
제39항에 있어서,

상기 노 내 구성부품을 청소할 때에, Cu를 원재료에 포함하지 않는 청소용구 및 치공구를 사용하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
제27항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 단결정 육성로를 청정도가 클래스 1000 이상인 실내 환경에 설치하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
제39항에 있어서,

상기 단결정 육성로를 청정도가 클래스 1000 이상인 실내 환경에 설치하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
제40항에 있어서,

상기 단결정 육성로를 청정도가 클래스 1000 이상인 실내 환경에 설치하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
제41항에 있어서,

상기 단결정 육성로를 청정도가 클래스 1000 이상인 실내 환경에 설치하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
제27항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,

실리콘 원료를 용융종료 후, 가열 히터를 원료 용융시의 80% 이상인 전력으로 가열하고, 단결정 육성로 내로 도입하는 불활성 가스의 유량을 단결정 육성시의 유량 이상으로 한 상태에서 3시간 이상 방치하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
제39항에 있어서,

실리콘 원료를 용융종료 후, 가열 히터를 원료 용융시의 80% 이상인 전력으로 가열하고, 단결정 육성로 내로 도입하는 불활성 가스의 유량을 단결정 육성시의 유량 이상으로 한 상태에서 3시간 이상 방치하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
제40항에 있어서,

실리콘 원료를 용융종료 후, 가열 히터를 원료 용융시의 80% 이상인 전력으로 가열하고, 단결정 육성로 내로 도입하는 불활성 가스의 유량을 단결정 육성시의 유량 이상으로 한 상태에서 3시간 이상 방치하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
제41항에 있어서,

실리콘 원료를 용융종료 후, 가열 히터를 원료 용융시의 80% 이상인 전력으로 가열하고, 단결정 육성로 내로 도입하는 불활성 가스의 유량을 단결정 육성시의 유량 이상으로 한 상태에서 3시간 이상 방치하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
제42항에 있어서,

실리콘 원료를 용융종료 후, 가열 히터를 원료 용융시의 80% 이상인 전력으로 가열하고, 단결정 육성로 내로 도입하는 불활성 가스의 유량을 단결정 육성시의 유량 이상으로 한 상태에서 3시간 이상 방치하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
제43항에 있어서,

실리콘 원료를 용융종료 후, 가열 히터를 원료 용융시의 80% 이상인 전력으로 가열하고, 단결정 육성로 내로 도입하는 불활성 가스의 유량을 단결정 육성시의 유량 이상으로 한 상태에서 3시간 이상 방치하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
제44항에 있어서,

실리콘 원료를 용융종료 후, 가열 히터를 원료 용융시의 80% 이상인 전력으로 가열하고, 단결정 육성로 내로 도입하는 불활성 가스의 유량을 단결정 육성시의 유량 이상으로 한 상태에서 3시간 이상 방치하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
제45항에 있어서,

실리콘 원료를 용융종료 후, 가열 히터를 원료 용융시의 80% 이상인 전력으로 가열하고, 단결정 육성로 내로 도입하는 불활성 가스의 유량을 단결정 육성시의 유량 이상으로 한 상태에서 3시간 이상 방치하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
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