KR101289400B1

KR101289400B1 - 실리콘 단결정의 제조방법

Info

Publication number: KR101289400B1
Application number: KR1020100001658A
Authority: KR
Inventors: 케이이치 타카나시
Original assignee: 가부시키가이샤 사무코
Priority date: 2009-01-13
Filing date: 2010-01-08
Publication date: 2013-07-29
Also published as: KR20100083717A; JP5446277B2; US20100175611A1; US8414701B2; JP2010163297A

Abstract

본 실리콘 단결정의 제조방법에서는, 실리콘 단결정을 육성함에 있어서, 원하는 무결함영역이 얻어지도록 V/G를 고정밀도로 제어하기 위해서는, 일정한 인상속도로 인상(引上)을 수행하는 것이 중요하다. 본 발명의 실리콘 단결정 인상방법에서는, V/G를 고정밀도로 제어하기 위하여, 실리콘 단결정의 인상(육성)중에 계속해서 실리콘 융액의 융액면과, 상기 융액면에 대면하여 그 일부를 덮도록 배치된 열 차단부재의 간격(Δt)을 측정한다.

Description

실리콘 단결정의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING SILICON SINGLE CRYSTAL}

본 발명은 쵸크랄스키법에 의해 실리콘 융액으로부터 실리콘 단결정을 인상할 때, 실리콘 단결정의 직경을 적확(的確)하게 제어함으로써, 원하는 결정 특성을 구비한 고품질의 실리콘 단결정을 얻을 수 있는 실리콘 단결정의 제조방법에 관한 것이다.

본원은 2009년 1월 13일에 출원된 일본특허출원 제2009-005002호에 대하여 우선권을 주장하고 그 내용을 여기에 원용한다.

종래부터 실리콘 단결정을 제조하기 위한 여러 가지 방법이 있는데, 가장 대표적인 실리콘 단결정의 제조방법으로서는 쵸크랄스키법(이하 'CZ'법이라 함)을 들 수 있다. 이 CZ법에 의한 실리콘 단결정의 육성에 있어서는, 폴리실리콘을 도가니에서 용해하여 실리콘 융액을 형성한다. 그리고, 이 실리콘 융액에 종결정(種結晶)을 침지하여, 소정의 회전속도 및 인상속도로 종결정을 인상함으로써, 종결정의 하방으로 원기둥형상의 실리콘 단결정이 육성되는 것이다.

이러한 실리콘 단결정의 인상공정에 있어서는, 도가니를 가열하기 위한 히터와 실리콘 융액의 융액면과의 위치관계를 일정하게 하여, 실리콘 융액에 대한 가열량을 일정하게 유지할 필요가 있다. 이를 위해, 상하이동장치에 의해 도가니의 보유위치를 상승시켜, 실리콘 단결정의 인상에 따라 감소되는 실리콘 융액의 융액면을, 히터에 대하여 동일 위치(높이)에 유지시킨다.

도 6은 실리콘 단결정의 인상공정에 있어서, 인상속도를 서서히 저하시켜 육성한 실리콘 단결정의 단면의 결함분포상태를 설명하기 위한 도면이다. 상기 도 6에 나타낸 바와 같이, 인상속도를 서서히 저하시키면서 성장시킨 실리콘 단결정의 세로단면에는, R-OSF(Ring-Oxidation induced Stacking Fault)가 나타난다. R-OSF가 나타나는 OSF발생영역보다도 고속으로 인상된 결정영역과 저속으로 인상된 결정영역에 있어서는, 결정육성 후에 관찰되는 그로운-인(Grown-in) 결함이 다르다. R-OSF가 나타날 때의 인상속도보다 고속으로 인상된 결정영역은, COP(crystal originated particle) 혹은 FPD(flow pattern defect)라고도 불리는 보이드(void) 결함(공공(空孔)형 결함)이 검출되는 적외선 산란체 결함발생영역이다.

또한, OSF발생영역에 접하는, OSF발생영역보다 저속으로 인상된 결정영역에는, 산소석출물(BMD : Bulk Micro Defect)을 형성시킬 수 있는 산소석출 촉진영역(PV영역)이 있다. 산소석출 촉진영역에서도 더욱 저속으로 인상된 결정영역에는, 산소석출이 발생하지 않는 산소석출 억제영역(PI영역)이 있다. 산소석출 촉진영역(PV영역), 산소석출 억제영역(PI영역)은, 모두 그로운-인결함이 매우 적은 무결함영역(도 6의 점선 A-B 사이의 영역)이 된다. 더욱이, 상기 무결함영역보다도 더욱 저속으로 인상된 결정영역에는, 전위(轉位)를 수반하는 격자간 Si의 응집체가 발생하여, 격자간 Si결함(전위 클러스터 결함)이 검출되는 전위 클러스터 발생영역이 있다.

실리콘 단결정중의 보이드 결함은, 웨이퍼의 초기의 산화막 내압특성을 열화시키는 인자이다. 또한, 실리콘 단결정중의 격자간 Si결함도 디바이스 특성을 열화시킨다. 이때문에, 실리콘 단결정의 품질특성상, 무결함영역에서의 결정육성이 요망된다.

이러한 그로운-인 결함의 도입량은, 실리콘 단결정을 성장시킬 때의 인상속도(V)(mm/min)와 고체-액체 계면 근방의 인상축방향의 결정온도구배(G)(℃/mm)의 비인 V/G (mm²／℃·min)값에 의해 결정되는 것으로 여겨지고 있다.

즉, V/G값을 소정의 값으로 일정하게 제어하면서 실리콘 단결정의 육성을 수행함으로써, 원하는 결함상태 혹은 원하는 무결함영역을 갖는 실리콘 단결정을 제조할 수 있게 된다.

일반적으로 V/G를 제어할 때에는 인상속도(V)를 조절함으로써 수행한다. 더욱이, V/G를 제어함에 있어서, 실리콘 단결정 인상시의 결정온도구배(G)는, 실리콘 융액의 융액면과 상기 융액면에 대향되어 배치된 열 차단부재와의 거리(간격)의 영향을 크게 받는 것으로 알려져 있다. V/G를, 원하는 무결함영역을 얻을 수 있도록 고정밀도로 제어하기 위해서는, 상기 융액면과 열 차단부재간의 거리를 일정하게 유지하는 것이 요구된다. 그러나, 실리콘 단결정의 인상이 진행되면 융액량이 감소하며 융액면이 내려간다. 따라서, 도가니를 상승시킬 필요가 있다.

종래에는 실리콘 단결정의 인상에 따라 감소된 실리콘 융액의 체적을 산출하여, 감소된 실리콘 융액의 체적과 도가니의 내부지름에 근거하여 도가니의 상승량을 산출하였다. 그러나, 고온이 된 도가니의 변형에 따른 치수의 변화, 도가니 내부지름의 측정오차 등으로 인해, 실리콘 융액의 감소량을 정확하게 산출하기가 어려워, 히터에 대한 융액의 액면위치가 일정해지지 않는다. 이때문에, V/G값을 제어하여 원하는 결함영역을 갖는 실리콘 단결정을 제조하기 위해서는, 실리콘 단결정 인상중의 실리콘 융액의 액면위치를 정확하게 측정하고, 그 측정값에 근거하여 도가니의 상승량을 정확하게 제어할 필요가 있다.

이러한 실리콘 융액의 액면위치를 정확하게 측정하는 방법으로서, 예컨대, 레이저 광을 실리콘 융액에 대하여 소정의 각도로 입사시켜, 융액면에서 반사된 레이저 광을 검출장치에 의해 검출하는 방법이 알려져 있다. 그러나, 융액면은 대류 등의 영향으로 인해 항상 흔들려 융액면의 위치를 정확하게 측정하기 어려웠다. 이때문에, 예컨대 일본특허공개공보 H11-147786호에서는, 레이저 광 검출기의 입사면에 슬릿을 형성하여 융액면의 흔들림으로 인해 발생한 노이즈를 제거한다.

그러나, 일본특허공개공보 H11-147786호에 제시된 방법에서는, 실리콘 융액과 실리콘 단결정의 외주부와의 경계부근에 생기는, 표면장력에 따른 융액면의 경사(傾斜)에 의한 영향을 배제할 수 없다는 과제가 있었다. 상기 융액면의 경사에 의한 영향은, 실리콘 단결정에 가까이 갈수록 커진다. 따라서, 실리콘 단결정의 인상시의 조건이나 단결정 성장장치의 구조 등에 따라, 실리콘 단결정의 근방에서 융액면의 위치를 측정할 경우, 정확하게 측정하기가 불가능하다.

또한, 실리콘 단결정의 인상중에 직경이 변동하면, 표면장력에 의해 융액면의 경사가 변화하여 액면위치의 측정값의 오차가 커진다는 과제가 있다. 더욱이, 레이저 광의 출사측과 입사측의 양측으로 레이저 광을 투과시키는 윈도우가 필요하게 되어, 단결정 인상장치의 구조가 복잡해진다는 과제도 있었다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 단결정 인상중의 액면위치를 정확하게 검출함으로써, 실리콘 융액의 융액면의 위치를 정확하게 제어하여, 원하는 결정특성을 갖춘 고품질의 실리콘 단결정을 제조할 수 있는 실리콘 단결정의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 다음과 같은 실리콘 단결정의 제조방법을 제공한다.

즉, 본 발명의 실리콘 단결정의 제조방법은, 도가니에 수용된 다결정 실리콘을 용융하여 상기 도가니에 실리콘 융액을 형성하는 용융공정과, 쵸크랄스키법에 의해 상기 실리콘 융액으로부터 실리콘 단결정을 인상하는 인상공정을 갖는 실리콘 단결정의 제조방법이다. 본 발명의 실리콘 단결정의 제조방법은, 상기 인상공정에 있어서, 상기 실리콘 융액의 융액면과, 상기 융액면의 일부를 덮도록 배치된 열 차단부재와의 간격을 측정하는 측정공정과, 상기 측정공정에서 얻어진 상기 융액면과 상기 열 차단부재의 간격에 따라, 상기 실리콘 단결정의 결정 중심부에 있어서의 고체-액체 계면근방의 결정온도구배(Gc), 및 상기 실리콘 단결정의 결정 주변부에 있어서의 고체-액체 계면근방의 결정온도구배(Ge)를 각각 제어하는 제어공정을 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 인상공정에 있어서, 촬상장치를 이용하여 상기 실리콘 융액과 상기 실리콘 단결정의 사이에 존재하는 고체-액체 계면근방에 생기는 고휘도대를 촬상하는 촬상공정과, 상기 고휘도대의 화상 데이터를 원근사 또는 타원근사시켜 중심위치를 특정하는 중심위치 특정공정과, 상기 중심위치에 근거하여 상기 실리콘 융액의 액면위치를 산출하는 액면위치 산출공정과, 산출된 상기 실리콘 융액의 액면위치와 상기 열 차단부재의 간격에 따라 상기 도가니를 상승시켜 상기 실리콘 융액의 액면위치를 조절하는 액면위치 조절공정을 더욱 구비하고 있는 것이 바람직하다.

상기 중심위치 특정공정은, 고휘도대의 화상 데이터를, 상기 촬상장치의 광축방향과 연직방향이 이루는 각도에 근거하여 간이보정을 수행하고, 상기 간이보정이 수행된 보정 후의 고휘도대를 원근사시켜 중심위치를 산출하는 공정인 것이 바람직하다.

상기 액면위치 산출공정은, 미리 구한 실리콘 단결정의 중심위치와 실리콘 융액의 액면위치와의 관계를 나타내는 교정곡선을 이용하여, 실리콘 단결정의 중심위치를 실리콘 융액의 액면위치로 환산하여, 상기 실리콘 융액의 액면위치를 산출하는 공정인 것이 바람직하다.

상기 액면위치 산출공정은, 메니스커스 각도가 30°이상이며 60°이하인 범위가 되는 상기 고휘도대의 일 영역을 이용하여 상기 실리콘 단결정의 중심위치를 특정하고, 상기 중심위치에 근거하여 상기 실리콘 융액의 액면위치를 산출하는 공정인 것이 바람직하다.

상기 액면위치 조절공정은, 상기 실리콘 단결정의 직동(直胴) 부분에 있어서의 인상개시시점에서의 실리콘 융액의 액면위치를 기준으로 하여, 인상진행 후의 실리콘 융액의 액면위치의 상대변화를 검출하고, 그 후의 실리콘 융액의 액면위치의 상대변화에게 근거하여, 상기 도가니를 상승시켜 상기 실리콘 융액의 액면위치를 조절하는 공정인 것이 바람직하다.

본 발명의 실리콘 단결정의 제조방법에 따르면, 실리콘 단결정의 인상이 진행되어 실리콘 융액의 양이 감소하여도, 실리콘 융액의 융액면은, 히터에 대하여 항상 같은 위치에 유지된다. 이로써, 실리콘 단결정의 결정 중심부에 있어서의 고체-액체 계면근방의 결정온도구배(Gc), 및 실리콘 단결정의 결정 주변부에 있어서의 고체-액체 계면근방의 결정온도구배(Ge)가 각각 최적으로 제어된다.

또한, 실리콘 융액의 액면위치(융액면)와 열 차단부재의 간격에 근거하여 실리콘 단결정의 인상속도를 제어함으로써, V/G를 원하는 무결함영역을 얻는 데 필요한 범위로 고정밀도로 제어할 수 있게 된다. 이로써, 직동(直胴)영역의 직경이 일정하게 유지된, 무결함영역을 포함하는 고품질의 실리콘 단결정을 양호한 수율(收率)로 안정적으로 얻을 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실리콘 단결정 제조방법에서 이용하는 실리콘 단결정인상 장치의 개략 단면도이다.
도 2는 도 1의 고체-액체 계면에 있어서의 모습을 나타내는 확대 단면도이다.
도 3은 고휘도대(퓨전 링)의 휘도분포와 고휘도대의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 고휘도대(퓨전 링)의 휘도분포와 고휘도대의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 실리콘 단결정을 인상할 때의 실리콘 융액의 액면위치의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 인상속도를 변화시켜 얻은 실리콘 단결정의 결함분포상태를 나타내는 개략 단면도이다.

이하, 본 발명에 관한 실리콘 단결정의 제조방법의 최선의 실시형태에 대하여 도면에 근거하여 설명하도록 한다. 한편, 본 실시형태는 발명의 취지를 보다 잘 이해시키기 위하여 일례를 제시하여 설명하는 것이며, 특별한 지정이 없는 한 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 실리콘 단결정 제조방법에서 이용하는 실리콘 단결정 인상 장치의 개략 단면도이다. 이하에서는 도 1을 이용하여 실리콘 단결정을 인상하는(육성하는) 모습을 설명하도록 한다. 도 2는 도 1에서의 실리콘 단결정과 실리콘 융액의 고체-액체 계면부근을 확대하여 표시한 단면도이다.

단결정 인상장치(10)는, 석영으로 이루어진 도가니(11), 도가니(11)를 유지시키는 흑연으로 이루어진 도가니 지지체(16), 도가니 지지체(16)의 외측에 배치되는 히터(12), 도가니(11)의 상방에 설치된 열 차단부재(17), 도가니 지지체(16) 및 도가니(11)를 회전 및 승강 구동시키는 도가니 위치제어장치(21), 고체-액체 계면근방을 촬상하는 촬상장치(18), 실리콘 단결정을 인상하는 단결정 와인딩장치(22), 도가니 위치제어장치(21) 및 단결정 와인딩장치(22)를 제어하는 제어부(19)를 갖는다. 이때, 열 차단부재(17)는, 흑연으로 외피를 만들고, 내부에 흑연 펠트를 충전한 구조이면 된다. 또한, 열 차단부재(17)는, 원통부(17b)와, 원통부(17b)의 일단으로부터 연속되어 있는 플랜지부(17a)와, 원통부(17b)의 타단으로부터 연속되어 있는 링형상부(17c)를 갖는다. 열 차단부재(17)의 플랜지부(17a)는, 히터(12)의 외측에 배치되는 쉘(shell; 30)에 고정되어 있다. 원통부(17b)의 두께는 특별히 한정되지 않는다. 따라서, 원통부(17b)의 형상은, 두께가 균일한 통형상이어도 무방하며, 내부지름이 상단으로부터 하단을 향하여 점차 감소하는 테이퍼형상으로 되어 있어도 무방하다. 또한, 링형상부(17c)는 융액면(13a)과 대면하고 있다.

실리콘 단결정의 인상시에는, 석영으로 이루어진 도가니(11)에 폴리실리콘을 투입하고, 도가니 지지체(16)를 사이에 두고 도가니(11)를 에워싸도록 배치된 히터(12)에 의해 도가니(11)를 가열한다. 그리고, 폴리실리콘을 용융하여 도가니(11) 내부에 실리콘 융액(13)을 형성한다(용융공정).

다음으로, 종결정(14)을 실리콘 융액(13)에 접촉시켜, 소정의 회전속도로 회전시키면서 결정(실리콘 단결정)의 인상을 수행한다. 이때, 결정의 무전위화를 위한 시드 내로우잉(seed-narrowing)을 수행한 후, 직경을 점차 증대시킨 쇼울더부(15a)를 형성시키고, 쇼울더를 변형하여 미리 설정한 직동부(直胴部)의 직경(예컨대 300mm)으로 한다. 계속해서, 미리 설정한 소정의 직경(예컨대 300mm)을 유지한 직동부(直胴部)(직동영역; 15b)를 육성하여, 소정의 길이(예컨대 1800mm)의 실리콘 단결정(15)을 얻는다.

이러한 실리콘 단결정(15)의 육성에 있어서, 원하는 무결함영역을 얻을 수 있도록 V/G를 고정밀도로 제어하기 위해서는, 일정한 인상속도로 인상하는 것이 중요하다. 본 발명의 실리콘 단결정 인상방법에서는, V/G를 고정밀도로 제어하기 위하여, 실리콘 단결정(15)의 인상(육성)중에 계속해서 실리콘 융액(13)의 융액면(13a)과, 상기 융액면(13a)에 대면하여 그 일부를 덮도록 배치된 열 차단부재(17)의 간격(Δt)을 측정한다(측정공정). Δt는, 융액면(13a)에 대면하는 링형상부(17c)의 면부(17d)로부터 융액면(13a)까지의 거리 중 가장 짧은 거리를 나타낸다.

상기 측정공정에서는, 실리콘 융액(13)과 실리콘 단결정(15)의 고체-액체 계면근방에 생기는 고휘도대(퓨전 링) FR를, 촬상장치(18), 예컨대 CCD카메라에 의해 촬상한다(촬상공정). 다음으로, 상기 촬상공정에서 얻어진 고휘도대 FR의 화상 데이터를 제어부(19)로 보낸다. 제어부(19)에서는, 고휘도대 FR의 화상 데이터를 원근사 또는 타원근사시켜, 실리콘 단결정(15)의 중심위치를 특정한다(중심위치 특정공정).

촬상장치(18)에 의해 촬상된 고휘도대(퓨전 링) FR의 휘도분포는, 예컨대, 도 3의 우측에 나타낸 그래프와 같게 된다. 즉, 고휘도대 FR의 휘도의 피크는, 실리콘 단결정(15)의 고체-액체 계면에 상당한다. 또한, 고휘도대(퓨전 링) FR의 휘도의 슬로프 부분은, 실리콘 융액(13)이 표면장력에 의해 기울어 있는 부분에 상당한다. 이때문에, 고휘도대 FR의 피크 휘도부를 이용하여 산출된 근사 원의 중심위치로부터, 실리콘 단결정(15)의 고체-액체 계면의 위치를 검출할 수 있다. 한편, 고휘도대 FR의 슬로프부의 데이터를 이용하여 산출했을 경우에는, 고체-액체 계면으로부터 계속되는 융액면(13a)의 위치를 검출할 수가 있다.

그리고, 실리콘 단결정(15)의 인상중에, 직동(直胴)영역(15b)의 직경이 변화되면, 실리콘 단결정(15)의 고체-액체 계면의 위치가 변화된다. 예컨대, 인상중인 실리콘 단결정(15)의 직경이 증가하기 시작하면, 이에 대응하여 고체-액체 계면의 위치가 하강한다. 이때, 고휘도대 FR은, 도 4에 나타내는 바와 같이 휘도의 피크 위치가 변화된다. 고휘도대 FR의 휘도 피크 위치에서는, 실리콘 단결정(15)의 직경이 변동할 때의 고체-액체 계면의 위치가 반영된다. 이에 따라, 고휘도대 FR의 휘도의 측정결과를 이용하여 산출된 근사 원 내지 근사 타원의 중심위치는, 실리콘 단결정(15)의 직경변동시에 있어서의, 고체-액체 계면높이의 변동을 반영한 결과가 된다.

촬상장치(18)에 의해 얻어진 고휘도대 FR의 화상 데이터는, 단결정 인상장치(10)의 비스듬한 상방으로부터 관찰한 화상 데이터이기 때문에 왜곡되어 있는 경우가 있다.

따라서, 이러한 중심위치 특정공정에서는, 고휘도대 FR의 화상 데이터를, 촬상장치(18)의 광축방향(L)과 연직방향(S)이 이루는 각도(θ)에 근거하여 간이 보정하는 것이 바람직하다. 그리고, 간이 보정을 수행한 보정 후의 고휘도대 FR의 화상 데이터를 원근사 또는 타원근사시켜, 실리콘 단결정(15)의 중심위치를 산출하면 된다.

상기 간이 보정은 이하의 식(1) 및 식 (2)에 의해 수행하는 것이 바람직하다.

x' = (x-x₀) (1）

y' = (y-y₀)/((h/v)cosθ) (2)

또한, 상기 식 (1)에서의 x는 화상중 가로방향에서의 검출위치, x₀은 사용하는 화상소자의 가로방향 화소수의 1/2, x'은 간이보정 후의 가로방향위치를 나타낸다. 또한, 식(2)에 있어서의 y는 화상중 세로방향에서의 검출위치, y₀은 사용하는 화상소자의 세로방향 화소수의 1/2, y'는 간이보정 후의 세로방향위치를 나타낸다.

한편, 고휘도대 FR의 촬상에 사용하는 촬상장치(18)는, 2차원 CCD카메라이면 좋지만, 2차원 CCD카메라 이외에도 1차원 CCD카메라를 이용할 수 있다. 1차원 CCD카메라를 이용할 경우, 1차원 CCD카메라를 기계적으로 수평방향으로 이동시키는 방법이나, 또는 1차원 CCD카메라의 측정각도를 변화시켜 고휘도대 FR의 화상을 주사(走査)하는 방법 등에 의해 촬상할 수 있다. 또한, 촬상장치(18)는, 2개 이상의 복수의 CCD카메라에 의해 구성되어 있어도 무방하다.

또한, 고휘도대 FR의 메니스커스 부분은 실리콘 단결정(15)의 고체-액체 계면부도 포함하고 있는 것이 바람직하다. 상기 고체-액체 계면의 높이는 실리콘 단결정(15)의 직경변동에 따라 변화되는 것으로 알려져 있다. 이때문에, 높이변동의 영향이 작은 메니스커스 각도(θ2)가 바람직하게는 30도 이상이면서 또한 60도 이하, 보다 바람직하게는 40도 이상이면서 또한 55도 이하가 되는 고휘도대 FR의 일 영역을 이용하여 실리콘 융액(13)의 액면위치를 산출하는 것이 바람직하다.

이렇게 하여 얻어진 실리콘 단결정(15)의 중심위치의 데이터에 근거하여, 도가니(11) 내의 실리콘 융액(13)의 액면위치를 산출한다(액면위치 산출공정). 상기 액면위치 산출공정의 일례로서는, 실리콘 단결정(15)의 직경을 변화시켰을 때의, 실리콘 단결정(15)의 중심위치와 실리콘 융액(13)의 액면위치의 관계(대응)를 나타내는 교정곡선을 미리 작성해 둔다. 그리고, 중심위치 특정공정에서 얻어진 실리콘 단결정(15)의 중심위치를 나타내는 값을 상기 교정곡선에 적용시키고 실리콘 융액의 액면위치로 환산함으로써, 측정시의(현재의) 실리콘 융액(13)의 액면위치를 산출할 수 있다.

제어부(19)에서는, 얻어진 실리콘 융액(13)의 액면위치(융액면(13a))와 열 차단부재(17)의 간격(Δt)을 산출한다. 그리고, 상기 간격(Δt)에 근거하여, 실리콘 단결정(15)의 결정 중심부에 있어서의 고체-액체 계면근방의 결정온도구배(Gc), 및 실리콘 단결정(15)의 결정 주변부에 있어서의 고체-액체 계면근방의 결정온도구배(Ge)를 각각 제어한다(제어공정).

상기 제어공정에서 제어부(19)는 실리콘 융액(13)의 액면위치(융액면(13a))와 열 차단부재(17)의 간격(Δt)에 근거하여, 도가니 위치제어장치(21) 및 단결정 와인딩장치(22)의 동작량을 제어한다(액면위치 조절공정). 예컨대, 실리콘 단결정(15)의 직동(直胴)영역(직동부 : 15b)의 인상개시시점에서의 실리콘 융액(13)의 액면위치를 기준으로 하여, 인상이 진행된 후의 실리콘 융액(13)의 액면위치의 상대변화를 검출한다. 그리고, 이러한 액면위치의 상대변화에 근거하여, 도가니 위치제어장치(21)를 제어하여 도가니(11)를 상승시킨다.

이로써, 실리콘 단결정(15)의 인상이 진행되어 실리콘 융액(13)의 양이 감소하여도, 실리콘 융액(13)의 융액면(13a)은, 히터(12)에 대하여 항상 같은 위치(G)에 유지된다. 이에 따라, 실리콘 융액(13)에 대한 열의 복사분포를 항상 일정하게 유지할 수가 있다. 그리고, 실리콘 단결정의 결정 중심부에 있어서의 고체-액체 계면근방의 결정온도구배(Gc), 및 실리콘 단결정의 결정 주변부에 있어서의 고체-액체 계면근방의 결정온도구배(Ge)가 각각 최적으로 제어된다.

또한, 제어부(19)는, 실리콘 융액(13)의 액면위치(융액면(13a))와 열 차단부재(17)의 간격(Δt)에 근거하여 단결정 와인딩장치(22)를 제어하고, 실리콘 단결정(15)의 인상속도를 제어함으로써, V/G를 원하는 무결함영역을 얻는 데 필요한 범위로 고정밀도로 제어할 수 있게 된다. 이로써, 직동(直胴)영역(15b)의 직경이 일정하게 유지된, 무결함영역을 포함하는 고품질의 실리콘 단결정을 양호한 수율로 안정적으로 얻을 수 있게 된다.

(실시예 1)

상술한 바와 같은 본 발명의 실리콘 단결정의 제조방법에 의해 실리콘 단결정을 인상(引上)했을 때의 실리콘 융액의 액면위치의 변화를 조사하였다. 또한, 비교예로서, 본 발명과 같은 액면위치의 제어를 수행하지 않을 경우의 실리콘 융액의 액면위치의 변화도 조사하였다. 그 결과를 도 5에 나타내었다.

도 5에 나타낸 그래프에 따르면, 본 발명의 실리콘 단결정의 제조방법에서는, 실리콘 융액의 액면위치의 변동이 거의 보이지 않아, 안정적이고 균일한 특성의 실리콘 단결정의 인상이 가능함을 알 수 있다. 한편, 종래의 실리콘 단결정의 제조방법에서는, 실리콘 단결정의 인상길이가 길어질수록 실리콘 융액의 액면위치의 변동이 커진다. 따라서, 본 발명의 실리콘 단결정의 제조방법에 따르면, 무결함영역을 포함하는 고품질의 실리콘 단결정을 양호한 수율로 안정적으로 얻을 수 있는 것으로 확인되었다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였는데, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 구성의 부가, 생략, 치환 및 그 밖의 변경이 가능하다. 본 발명은 상술한 설명에 의해 한정되지 않으며 첨부하는 청구범위에 의해서만 한정된다.

10 : 단결정 인상장치 11 : 도가니
12 : 히터 13 : 실리콘 융액
15 : 실리콘 단결정 18 : 촬상장치

Claims

도가니에 수용된 다결정 실리콘을 용융하여 상기 도가니에 실리콘 융액을 형성하는 용융공정과, 쵸크랄스키법에 의해 상기 실리콘 융액으로부터 실리콘 단결정을 인상하는 인상공정을 갖는 실리콘 단결정의 제조방법으로서,
상기 인상공정에 있어서, 촬상장치를 이용하여 상기 실리콘 융액과 상기 실리콘 단결정의 사이에 존재하는 고체-액체 계면근방에 생기는 고휘도대를 촬상하는 촬상공정,
상기 고휘도대의 피크 휘도부를 이용하여, 상기 고휘도대의 화상 데이터를 원근사 또는 타원근사시켜 상기 실리콘 단결정의 중심위치를 특정하는 중심위치 특정공정,
상기 중심위치에 근거하여 상기 실리콘 융액의 액면위치를 산출하는 액면위치 산출공정, 및
산출된 상기 실리콘 융액의 액면위치와 상기 실리콘 융액의 융액면에 대면하여 그 일부를 덮도록 배치된 열 차단부재의 간격에 따라, 상기 도가니를 상승시켜 상기 실리콘 융액의 액면위치를 조절하는 액면위치 조절공정을 가지며,
상기 실리콘 단결정의 결정 중심부에 있어서의 고체-액체 계면근방의 결정온도구배(Gc), 및 상기 실리콘 단결정의 결정 주변부에 있어서의 고체-액체 계면근방의 결정온도구배(Ge)를 각각 제어하는 제어공정을 구비한 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 중심위치 특정공정이, 상기 고휘도대의 화상 데이터를, 상기 촬상장치의 광축방향과 연직방향이 이루는 각도에 근거하여 간이보정을 수행하고, 상기 간이보정이 수행된 보정 후의 고휘도대의 화상 데이터를 원근사시켜 중심위치를 산출하는 공정인 실리콘 단결정의 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 액면위치 산출공정이, 미리 구한 실리콘 단결정의 중심위치와 실리콘 융액의 액면위치의 관계를 나타내는 교정곡선을 이용하여, 실리콘 단결정의 중심위치를 실리콘 융액의 액면위치로 환산하여, 상기 실리콘 융액의 액면위치를 산출하는 공정인 실리콘 단결정의 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 액면위치 조절공정이, 상기 실리콘 단결정의 직동(直胴)영역에 있어서의 인상개시시점에서의 실리콘 융액의 액면위치를 기준으로 하여, 인상진행 후의 실리콘 융액의 액면위치의 상대변화를 검출하고, 상기 액면위치의 상대변화에 근거하여, 상기 도가니를 상승시켜 상기 실리콘 융액의 액면위치를 조절하는 공정인 실리콘 단결정의 제조방법.
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