KR101379799B1 - Apparatus and method for growing monocrystalline silicon ingots - Google Patents
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Abstract
실시예의 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치는, 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키기 위한 용융 실리콘을 담는 도가니와, 도가니 내의 실리콘이 용융되도록, 도가니에 열을 가하는 히터와, 단결정 실리콘 잉곳을 회전시키면서 인상시키는 인상부와, 단결정 실리콘 잉곳의 회전 각속도를 계산하는 회전 각속도 계산부와, 계산된 회전 각속도를 목표 회전 각속도와 비교하고, 비교된 결과를 각속도 에러값으로서 출력하는 제1 비교부와, 각속도 에러값에 따라, 성장되는 단결정 실리콘 잉곳의 직경이 센싱되는 부분에 용융 실리콘의 유속을 감소시키는 유속 제어부와, 단결정 실리콘 잉곳의 직경을 센싱하는 직경 센싱부를 포함한다.The single crystal silicon ingot growth apparatus of the embodiment includes a crucible containing molten silicon for growing a single crystal silicon ingot, a heater that heats the crucible so that the silicon in the crucible is melted, and an impression portion for rotating while pulling the single crystal silicon ingot, A rotational angular velocity calculator for calculating the rotational angular velocity of the single crystal silicon ingot, a first comparison unit for comparing the calculated rotational angular velocity with the target rotational angular velocity and outputting the result as an angular velocity error value, and growing in accordance with the angular velocity error value A flow rate control unit for reducing the flow rate of the molten silicon in the portion where the diameter of the single crystal silicon ingot is sensed, and a diameter sensing unit for sensing the diameter of the single crystal silicon ingot.
Description
실시예는 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치 및 방법에 관한 것이다.Embodiments relate to a single crystal silicon ingot growth apparatus and method.
일반적으로 실리콘 웨이퍼를 제조하는 방법으로서, 플로우팅존(FZ:Floating Zone)법 또는 초크랄스키(CZ:CZochralski)법이 많이 이용되고 있다. FZ 법을 적용하여 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키는 경우, 대구경의 실리콘 웨이퍼를 제조하기 어려울 뿐만 아니라 공정 비용이 매우 비싼 문제가 있기 때문에, CZ 법에 의거하여 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키는 것이 일반화되어 있다. In general, as a method of manufacturing a silicon wafer, a Floating Zone (FZ) method or a CZ (CZochralski) method is widely used. In the case of growing a single crystal silicon ingot by applying the FZ method, it is difficult to manufacture a large diameter silicon wafer, and there is a problem in that the process cost is very high. Therefore, it is general to grow a single crystal silicon ingot according to the CZ method.
CZ 법에 의하면, 석영 도가니에 다결정 실리콘을 장입하고, 흑연 발열체를 가열하여 이를 용융시킨 후, 용융 결과 형성된 실리콘 용융액에 씨드(seed) 결정을 침지시키고, 용융액 계면에서 결정화가 일어나도록 하여 씨드 결정을 회전하면서 인상시킴으로서 단결정 실리콘 잉곳이 육성된다. 이후, 육성된 단결정 실리콘 잉곳을 슬라이싱(slicing), 에칭(etching) 및 연마(polishing)하여 웨이퍼 형태로 만든다.According to the CZ method, polycrystalline silicon is charged into a quartz crucible, the graphite heating body is heated to melt it, and then seed crystals are immersed in the silicon melt formed as a result of melting and crystallization occurs at the interface of the melt, So that the single crystal silicon ingot is grown. Thereafter, the grown single crystal silicon ingot is sliced, etched and polished into a wafer shape.
도 1은 단결정 실리콘 잉곳의 성장시 V/G에 따른 결정 결함 영역의 분포를 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, V는 단결정 실리콘 잉곳의 인상 속도를 나타내고, G는 고액 계면 근방의 수직 방향 온도 구배를 나타낸다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a diagram schematically showing the distribution of crystal defect regions according to V / G when a single crystal silicon ingot is grown. Fig. Here, V represents the pulling rate of the single crystal silicon ingot, and G represents the vertical temperature gradient in the vicinity of the solid-liquid interface.
보론코프(Voronkov) 이론에 따르면, 소정 임계치 이상의 V/G로 단결정 실리콘 잉곳을 고속으로 인상하면, 공공(void) 기인의 결함이 존재하는 베이컨시(vacancy)가 풍부(rich)한 영역(이하, 'V 영역' 이라 함)으로 단결정 실리콘 잉곳이 성장된다. 즉, V 영역은 실리콘 원자의 부족으로 베이컨시가 과잉되는 영역이다. According to the Voronkov theory, when a single crystal silicon ingot is pulled up at a high speed with a V / G of a predetermined threshold value or higher, a vacancy rich region in which void- Quot; V region "). In other words, the V region is a region in which vacancy is excessive due to lack of silicon atoms.
또한, 소정 임계치보다 작은 V/G로 단결정 실리콘 잉곳을 인상하면, 산화 유기 적층 결함(OSF:Oxidation Induced Stacking Fault)이 존재하는 O 밴드(band) 영역으로 단결정 실리콘 잉곳이 성장된다.In addition, when a single crystal silicon ingot is pulled up to a V / G smaller than a predetermined threshold, the single crystal silicon ingot is grown to an O band region in which an oxidation induced stacking fault (OSF) exists.
또한, V/G를 더욱 낮추어 단결정 실리콘 잉곳을 저속으로 인상하면, 격자 간 실리콘이 집합한 전위 루프에 기인한 인터스티셜(interstitial) 영역(이하, 'I 영역'이라 함)으로 단결정 잉곳이 성장된다. 즉, I 영역은 실리콘 원자의 과잉으로 격자 간 실리콘의 응집체가 많은 영역이다.Further, when the single crystal silicon ingot is pulled up at a low speed by further lowering the V / G ratio, a monocrystalline ingot grows in an interstitial region (hereinafter referred to as an 'I region') caused by a dislocation loop in which interstitial silicon is gathered do. In other words, the region I is a region in which agglomerates of silicon between lattice are large due to excess of silicon atoms.
V 영역과 I 영역 사이에는 베이컨시가 우세한 베이컨시 우세 무결함 영역(이하, 'VDP 영역'이라 함)과 인터스티셜이 우세한 무결함 영역(이하, 'IDP 영역'이라 함)이 존재한다. VDP 영역과 IDP 영역은 실리콘 원자의 부족이나 과잉이 없는 영역이라는 점에서 동일하지만, VDP 영역은 산소 석출핵을 포함하는 반면, IDP 영역은 산소 석출핵을 포함하지 않는 점에서 서로 다르다.Between the V region and the I region, there is a vacancy dominant defect free region (hereinafter, referred to as 'VDP region') and an interstitial dominant defect region (hereinafter referred to as 'IDP region'). The VDP region and the IDP region are the same in that they are regions of no lack or excess of silicon atoms, but the VDP region contains oxygen precipitation nuclei, while the IDP region does not contain oxygen precipitation nuclei.
O 밴드에 속하며, 미세한 크기의 베이컨시 결함 예를 들면 DSOD(Direct Surface Oxide Defect)를 갖는 작은 보이드(small void) 영역이 있을 수 있다.There may be a small void area that belongs to the O band and has a fine sized vacancy defect, for example a direct surface oxide defect (DSOD).
이때, VDP 영역과 IDP 영역으로 단결정 잉곳을 성장하기 위해서, 단결정 실리콘 잉곳을 성장하는 동안 해당하는 V/G를 유지해야 한다. 이를 위해, 단결정 실리콘 잉곳을 육성하는 동안 실리콘 웨이퍼를 육성 중인 잉곳으로부터 절출하고, 절출된 웨이퍼의 결정 결함을 평가하여, 해당하는 V/G에서 잉곳이 원하는대로 성장되고 있는가 검토하고, 검토된 결과를 바탕으로 V/G를 조정하여, VDP 영역이나 IDP 영역으로 단결정 잉곳을 성장시킨다.At this time, in order to grow the single crystal ingot into the VDP region and the IDP region, the corresponding V / G should be maintained during growth of the single crystal silicon ingot. To this end, while growing a single crystal silicon ingot, the silicon wafer is cut out from the growing ingot, and the crystal defects of the cut wafer are evaluated to examine whether the ingot is growing as desired at the corresponding V / G. Based on the V / G, the single crystal ingot is grown in the VDP region or the IDP region.
웨이퍼의 결정 결함을 평가하는 방법으로서, 반응성 이온 에칭(RIE:Reactive Ion Etching)법, 구리(Cu) 디포지션(deposition)법, Cu 헤이즈(haze)법 등이 이용되고 있다.As a method for evaluating crystal defects of a wafer, reactive ion etching (RIE), copper (Cu) deposition, Cu haze and the like are used.
한편, 반도체 소자의 선폭이 점차 축소되고 고집적화됨에 따라 단결정 실리콘 잉곳의 성장 중에 발생하는 미세한 결정 결함의 제어와 관리가 매우 중요해지고 있다. 예를 들면, VDP 영역과 IDP 영역 같은 무결함 영역 내에서도 원하는 미세 정도를 갖는 결정 결함 만을 갖는 잉곳의 성장이 요구되고 있다. 특히, DRAM(Dynamic Random Access Memory)나 NAND 플래쉬(flash) 메모리 등과 같은 경우, 20 ㎚ 이하로 선폭이 좁아지면서 실리콘 웨이퍼가 20 ㎚보다 적은 크기의 결정 결함을 가질 것이 요구된다. On the other hand, as the line width of semiconductor devices is gradually reduced and highly integrated, the control and management of fine crystal defects occurring during the growth of single crystal silicon ingots becomes very important. For example, growth of an ingot having only crystal defects having a desired fineness is required even in defect regions such as a VDP region and an IDP region. In particular, in the case of a DRAM (Dynamic Random Access Memory), a NAND flash memory, etc., it is required that the silicon wafer has a crystal defect of a size smaller than 20 nm while the line width is narrowed to 20 nm or less.
그러나, 전술한 다양한 기존의 결정 결함 평가 방법은 30 ㎚ 보다 큰 크기를 갖는 결정 결함을 검출할 수 있을 뿐 30 ㎚ 보다 적은 크기의 결정 결함들은 제대로 평가할 수 없다. 즉, 기존의 결정 결함 평가 방법은 30 ㎚ 보다 적은 크기의 결정 결함들은 일괄적으로 동일한 크기를 갖는 결함으로만 평가할 뿐이다. 그러므로 30 ㎚ 보다 적은 크기 예를 들면 10 ㎚ 내지 29 ㎚의 결정 결함을 갖는 실리콘 웨이퍼 또는 잉곳을 제조하기 어려운 문제점이 있다.However, the various conventional crystal defect evaluation methods described above can only detect crystal defects having a size larger than 30 nm and cannot properly evaluate crystal defects smaller than 30 nm. In other words, the existing crystal defect evaluation method only evaluates crystal defects having a size smaller than 30 nm as defects having the same size in a batch. Therefore, there is a problem that it is difficult to manufacture a silicon wafer or ingot having a crystal defect of a size smaller than 30 nm, for example, 10 nm to 29 nm.
실시예는 미세한 크기의 결정 결함을 갖는 실리콘 웨이퍼를 제작하는 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치 및 방법을 제공한다.The embodiment provides a single crystal silicon ingot growth apparatus and method for fabricating a silicon wafer having fine size crystal defects.
실시예의 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치는, 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키기 위한 용융 실리콘을 담는 도가니; 상기 도가니 내의 실리콘이 용융되도록, 상기 도가니에 열을 가하는 히터; 상기 단결정 실리콘 잉곳을 회전시키면서 인상시키는 인상부; 상기 단결정 실리콘 잉곳의 회전 각속도를 계산하는 회전 각속도 계산부; 상기 계산된 회전 각속도를 목표 회전 각속도와 비교하고, 비교된 결과를 각속도 에러값으로서 출력하는 제1 비교부; 상기 각속도 에러값에 따라, 상기 성장되는 단결정 실리콘 잉곳의 직경이 센싱되는 부분에 상기 용융 실리콘의 유속을 감소시키는 유속 제어부; 및 상기 단결정 실리콘 잉곳의 직경을 센싱하는 직경 센싱부를 포함한다. A single crystal silicon ingot growth apparatus of an embodiment includes a crucible containing molten silicon for growing a single crystal silicon ingot; A heater for applying heat to the crucible so that silicon in the crucible is melted; An impression portion for pulling up while rotating the single crystal silicon ingot; A rotational angular velocity calculator configured to calculate a rotational angular velocity of the single crystal silicon ingot; A first comparing unit comparing the calculated rotational angular velocity with a target rotational angular velocity and outputting the compared result as an angular velocity error value; A flow rate controller which reduces a flow rate of the molten silicon in a portion where the diameter of the grown single crystal silicon ingot is sensed according to the angular velocity error value; And a diameter sensing unit configured to sense the diameter of the single crystal silicon ingot.
상기 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치는 상기 센싱된 직경과 목표 직경을 비교하고, 비교된 결과를 직경 에러값으로서 출력하는 제2 비교부를 더 포함하고, 상기 인상부는 상기 직경 에러값에 따라 가변된 인상 속도로 상기 단결정 잉곳을 회전시키면서 인상할 수 있다.The single crystal silicon ingot growth apparatus further includes a second comparison unit which compares the sensed diameter with a target diameter and outputs the compared result as a diameter error value, wherein the pulling unit has a pulling speed that is variable according to the diameter error value. The single crystal ingot can be pulled while rotating.
다른 실시예에 의하면, 결정 실리콘 잉곳을 성장시키기 위한 용융 실리콘을 담는 도가니, 상기 도가니 내의 실리콘에 열을 가하여 상기 실리콘이 용융되도록 하는 히터, 및 상기 단결정 실리콘 잉곳을 회전시키면서 인상하는 인상부를 포함하는 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치의 단결정 실리콘 잉곳 성장 방법은, 상기 단결정 실리콘 잉곳의 회전 각속도를 측정하는 단계; 상기 측정된 회전 각속도를 목표 회전 각속도와 비교하여 각속도 에러값을 결정하는 단계; 상기 각속도 에러값을 이용하여, 상기 성장되는 단결정 실리콘 잉곳의 직경이 센싱되는 부분에 상기 용융 실리콘의 유속을 감소시키는 단계; 및 상기 단결정 실리콘 잉곳의 직경을 센싱하는 단계를 포함한다.According to another embodiment, a single crystal including a crucible containing molten silicon for growing a crystalline silicon ingot, a heater to heat the silicon in the crucible to melt the silicon, and an impression portion that is pulled while rotating the single crystal silicon ingot. A single crystal silicon ingot growth method of a silicon ingot growth apparatus includes measuring a rotational angular velocity of the single crystal silicon ingot; Determining an angular velocity error value by comparing the measured rotational angular velocity with a target rotational angular velocity; Using the angular velocity error value, reducing the flow rate of the molten silicon in a portion where the diameter of the grown single crystal silicon ingot is sensed; And sensing the diameter of the single crystal silicon ingot.
상기 단결정 실리콘 잉곳 성장 방법은 상기 센싱된 직경과 목표 직경을 비교하여 직경 에러값을 결정하는 단계; 및 상기 직경 에러값을 이용하여, 상기 성장되는 단결정 실리콘 잉곳의 인상 속도를 가변시키는 단계를 더 포함할 수 있다.The single crystal silicon ingot growth method may further include determining a diameter error value by comparing the sensed diameter with a target diameter; And using the diameter error value, varying a pulling speed of the grown single crystal silicon ingot.
상기 측정된 회전 각속도가 상기 목표 회전 각속도보다 클 때, 상기 유속을 감소시킬 수 있다. When the measured rotational angular velocity is greater than the target rotational angular velocity, the flow velocity may be reduced.
상기 직경이 센싱되는 부분은 상기 용융 실리콘의 메니스커스에 해당하고, 상기 용융 실리콘의 유속을 감소시켜 상기 메니스커스의 유동이 안정화될 수 있다.The diameter sensing portion corresponds to the meniscus of the molten silicon, the flow rate of the meniscus can be stabilized by reducing the flow rate of the molten silicon.
예를 들어, 0상기 성장되는 단결정 실리콘 잉곳의 인상 속도 마진은 0.020 ㎜/min 내지 0.030 ㎜/min 일 수 있다.For example, the pulling speed margin of the above-described grown single crystal silicon ingot may be 0.020 mm / min to 0.030 mm / min.
실시예에 의한 성장 방법 및 장치는 단결정 실리콘 잉곳의 직경이 센싱되는 메니스커스(meniscus)의 유동을 안정화시킨 후에 인상 속도를 제어하므로, 인상 속도를 보다 정확하게 제어할 수 있고, The growth method and apparatus according to the embodiment controls the pulling speed after stabilizing the flow of the meniscus in which the diameter of the single crystal silicon ingot is sensed, so that the pulling speed can be controlled more accurately,
최대 자기장 플랜(MGP:Maximum Gauss Plane)의 위치를 최대 발열부의 위치를 기준으로 결정할 뿐만 아니라 자기장의 세기를 적합하게 조정하여 실리콘 용융액의 대류를 제어하기 때문에, 베이컨시와 인터스티셜의 재결합을 촉진시켜 IDP 영역의 마진을 증가시킬 수 있어, Promote the recombination of bacon and interstitial as it not only determines the location of the maximum gauge field (MGP) based on the position of the maximum heating part, but also controls the convection of the silicon melt by adjusting the strength of the magnetic field appropriately. To increase the margin of the IDP area,
전술한 바와 같은 20 ㎚ 이하의 크기의 결정 결함을 갖는 실리콘 웨이퍼를 생산하기에 쉬운 환경 즉, 고품질을 갖는 실리콘 웨이퍼를 제작하는 재현성을 높이는 등, 잉곳의 생산성과 성장 속도를 증가시킬 수 있다.The productivity and growth rate of the ingot can be increased, for example, by increasing the reproducibility of producing a silicon wafer having a high quality, which is easy to produce a silicon wafer having a crystal defect of 20 nm or less as described above.
도 1은 단결정 실리콘 잉곳의 성장시 V/G에 따른 결정 결함 영역의 분포를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 실시예에 의한 단결정 잉곳 성장 장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 실시예에 의한 단결정 성장 속도와 결정 결함의 분포를 나타내는 도면이다.
도 4는 실시예에 의한 실리콘 웨이퍼의 평면도를 나타낸다.
도 5는 다른 실시예에 의한 실리콘 웨이퍼의 평면도를 나타낸다.
도 6a는 웨이퍼 샘플에 Cu 헤이즈법을 적용한 후의 웨이퍼 샘플의 평면도를 나타내고, 도 6b 및 도 6c는 웨이퍼 샘플을 매직스법에 의해 촬영한 영상을 나타낸다.
도 7은 매직스법에 의해 획득한 영상의 각 픽셀과 체적 간의 관계를 TEM으로 분석한 그래프이다.
도 8은 TEM을 이용하여 촬영한 픽셀 1에 해당하는 결정 결함의 이미지를 나타낸다.
도 9는 픽셀의 히스토그램을 나타내는 그래프이다.
도 10은 실시예에 의한 단결정 실리콘 잉곳 성장 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 11a 및 도 11b는 잉곳의 인상 속도의 궤적을 나타내는 그래프이다.
도 12는 기존과 본 실시예에 따른 인상 속도의 마진을 나타내는 도면이다.
도 13은 다른 실시예에 의한 단결정 실리콘 잉곳 성장 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 14a는 MGP의 위치에 따른 IDP 마진의 최대값을 나타내며, 도 14b는 MGP의 위치에 따른 IDP 마진의 최대값의 70 % 값을 나타낸다.
도 15a는 자기장의 세기에 따른 IDP 마진의 최대값을 나타내며, 도 15b는 자기장의 세기에 따른 IDP 마진의 최대값의 70 % 값을 나타낸다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a diagram schematically showing the distribution of crystal defect regions according to V / G when a single crystal silicon ingot is grown. Fig.
2 is a view showing a single crystal ingot growth apparatus according to the embodiment.
3 is a diagram illustrating the distribution of single crystal growth rate and crystal defects according to the present embodiment.
4 is a plan view of a silicon wafer according to an embodiment.
5 is a plan view of a silicon wafer according to another embodiment.
6A shows a plan view of a wafer sample after applying the Cu haze method to the wafer sample, and FIGS. 6B and 6C show images of the wafer sample taken by the magic method.
7 is a graph in which a relationship between each pixel and a volume of an image acquired by the magic method is analyzed by TEM.
8 illustrates an image of a crystal defect corresponding to
9 is a graph showing a histogram of pixels.
10 is a flowchart for explaining a single crystal silicon ingot growth method according to the embodiment.
11A and 11B are graphs showing the trajectory of the pulling speed of the ingot.
12 is a diagram showing the margin of the pulling speed according to the previous and the present embodiment.
13 is a flowchart for explaining a method of growing a single crystal silicon ingot according to another embodiment.
14A shows the maximum value of the IDP margin according to the position of the MGP, and FIG. 14B shows a 70% value of the maximum value of the IDP margin according to the position of the MGP.
FIG. 15A shows the maximum value of the IDP margin according to the strength of the magnetic field, and FIG. 15B shows the 70% value of the maximum value of the IDP margin according to the strength of the magnetic field.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to facilitate understanding of the present invention. However, the embodiments according to the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. Embodiments of the invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art.
도 2는 실시예에 의한 단결정 잉곳 성장 장치(100)를 나타내는 도면이다.2 is a view showing the single crystal
도 2에 도시된 단결정 잉곳 성장 장치(100)는 도가니(10), 지지축 구동부(16), 지지 회전축(18), 실리콘 용융액(20), 잉곳(30), 종결정(32), 와이어 인상부(40), 인상 와이어(42), 열차폐 부재(50), 도가니(10)의 주위에 배치된 히터(60), 단열재(70), 자기장 인가부(80), 직경 센싱부(90), 회전 각속도 계산부(92), 제1 비교부(94), 유속 제어부(96), 제2 비교부(110), 제1 및 제2 제어부(120, 130)를 포함한다.The single crystal
도 2를 참조하면, 본 실시예에 의한 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치(100)는 CZ 법에 의해 다음과 같이 단결정 실리콘 잉곳(30)을 육성한다.2, the single crystal silicon
먼저, 도가니(10) 내에서 실리콘의 고순도 다결정 원료를 융점 온도 이상으로 히터(60)에 의해 가열하여, 실리콘 용융액(20)으로 변화시킨다. 이때, 실리콘 용융액(20)을 담는 도가니(10)는 안쪽이 석영(12)으로 되어 있고, 바깥 쪽이 흑연(14)으로 된 이중 구조를 갖는다.First, in the
이후, 인상부(40)는 인상 와이어(42)를 풀어 실리콘 용융액(20)의 표면의 대략 중심부에 종결정(32) 선단을 접촉 또는 침지시킨다. 이때, 시드 척(seed chuck)(미도시)을 이용하여 실리콘 종결정(32)을 유지시킬 수 있다.Thereafter, the lifting
이후, 지지축 구동부(16)는 도가니(20)의 지지 회전축(18)을 화살표와 같은 방향으로 회전시킴과 동시에 인상부(40)는 인상 와이어(42)에 의해 잉곳(30)을 회전시키면서 인상하여 육성한다. 이때, 잉곳(30)을 인상하는 속도(V)와 온도 구배(G, △G)를 조절하여 원주 형상의 단결정 실리콘 잉곳(30)을 완성할 수 있다.The supporting
열차례 부재(50)는 단결정 실리콘 잉곳(30)과 도가니(10) 사이에 잉곳(30)을 에워싸도록 배치되어, 잉곳(30)으로부터 방사되는 열을 차단하는 역할을 한다.The
도 3은 본 실시예에 의한 단결정 성장 속도와 결정 결함의 분포를 나타내는 도면이다.3 is a diagram illustrating the distribution of single crystal growth rate and crystal defects according to the present embodiment.
도 3에 도시된 단결정 실리콘 잉곳의 결함 분포는 전이 영역을 더 규정하는 것을 제외하면 도 2에 도시된 단결정 실리콘 잉곳의 결함 분포와 동일하므로, V 영역, 작은 보이드 영역, O 밴드 영역, VDP 영역, IDP 영역 및 I 영역에 대한 상세한 설명은 생략한다. 여기서, 전이 영역은 VDP 영역 및 IDP 영역 중 적어도 하나의 영역에 포함된 결정 결함 중 10 ㎚ 내지 30 ㎚의 크기의 결정 결함을 우세하게 갖는 영역으로 정의된다. 우세한 정도는 50 % 이상을 의미할 수 있다. 즉, 전이 영역에 포함된 전체 결정 결함 중 10 ㎚ 내지 30 ㎚의 크기의 결정 결함이 50 % 보다 더 많을 수 있다. 즉, 전이 영역에 포함된 전체 결정 결함 중 10 ㎚ 내지 30 ㎚의 크기의 결정 결함이 k % (여기서, 50 ≤ k ≤ 100) 이상을 차지할 수 있다.The defect distribution of the single crystal silicon ingot shown in Fig. 3 is the same as the defect distribution of the single crystal silicon ingot shown in Fig. 2, except that the transition region is further defined, so that the V region, the small void region, the O band region, The detailed description of the IDP region and the I region will be omitted. Here, the transition region is defined as a region that predominantly has crystal defects having a size of 10 nm to 30 nm among the crystal defects included in at least one of the VDP region and the IDP region. The predominant degree may mean more than 50%. That is, among the total crystal defects included in the transition region, crystal defects having a size of 10 nm to 30 nm may be more than 50%. That is, among the total crystal defects included in the transition region, crystal defects having a size of 10 nm to 30 nm may occupy k% or more (where 50 ≦ k ≦ 100).
예를 들어, 전이 영역에 우세하게 포함된 결정 결함의 크기는 10 ㎚ 내지 19 ㎚일 수 있다. 이러한 전이 영역은 링 모양의 산화 유기 적층 결함 영역인 O 밴드나 I 영역에 속하는 결정 결함을 포함하지 않을 수 있다.For example, the size of crystal defects predominantly contained in the transition region may be between 10 nm and 19 nm. Such a transition region may not include crystal defects belonging to an O band or an I region which is a ring-shaped oxidized organic stacked defect region.
만일, 도 2에 도시된 장치가 목표 V/G의 범위(이하, 'T(VG)'라 한다) 내에서 선택된 임의의 V/G로 잉곳(30)을 육성한다면, 본 실시예에 의한 잉곳(30) 또는 실리콘 웨이퍼는 10 ㎚ 내지 30 ㎚의 크기의 결정 결함을 우세하게 가질 수 있다.If the apparatus shown in Fig. 2 grows the
도 4는 실시예에 의한 실리콘 웨이퍼(5A)의 평면도를 나타내고, 도 5는 다른 실시예에 의한 실리콘 웨이퍼(5B)의 평면도를 나타낸다.4 shows a plan view of the
도 3에 도시된 T(VG) 내에서 4-4'의 V/G 값으로 잉곳(30)을 성장했을 때, 잉곳(30) 또는 실리콘 웨이퍼(5A)는 도 4에 도시된 바와 같은 결정 결함 분포를 가질 수 있다. 이 경우, 실리콘 웨이퍼(5A)의 전이 영역의 분포는 VDP 영역(142)과 IDP 영역(140)에 모두 걸쳐 있다.When the
또는, 도 3에 도시된 T(VG) 내에서 5-5'의 V/G 값으로 잉곳(30)을 성장했을 때, 실리콘 웨이퍼(5B)는 도 5에 도시된 바와 같은 결정 결함 분포를 가질 수 있다. 이 경우, 실리콘 웨이퍼(5B)의 전이 영역의 분포는 IDP 영역(150)에만 걸쳐있다. 즉, 실리콘 웨이퍼(5B)의 전이 영역의 분포는 VDP 영역에는 걸쳐 있지 않다.Alternatively, when the
또는, 도 3에 도시된 T(VG) 내에서 6-6'의 V/G 값으로 잉곳(30)을 성장했을 때, 실리콘 웨이퍼의 전이 영역의 분포는 VDP 영역에만 걸쳐있다. 즉, 실리콘 웨이퍼의 전이 영역의 분포는 IDP 영역에는 걸쳐 있지 않다.Alternatively, when the
결국, 본 실시예에 의한 실리콘 웨이퍼에서, IDP 영역은 전이 영역 전체에서 다음 수학식 1과 같이 m %를 차지하고, VDP 영역은 전이 영역 전체에서 다음 수학식 2와 같이 n %를 차지할 수 있다.As a result, in the silicon wafer according to the present embodiment, the IDP region may occupy m% in the entire transition region as in
여기서, 0 ≤ x ≤ 1 이다.Where 0 ≦ x ≦ 1.
예를 들어, 실리콘 웨이퍼의 지름을 기준으로, IDP 영역은 전이 영역 전체의 70 % 이상을 차지하고, VDP 영역은 전이 영역 전체의 30 % 미만을 차지할 수 있다. 이때, 도 4에 예시된 바와 같이 전이 영역으로 형성된 실리콘 웨이퍼(5A)에서, VDP 영역은 실리콘 웨이퍼(5A)의 가장 자리에 위치하고 IDP 영역은 실리콘 웨이퍼(5A)의 가장 자리 안쪽의 중앙에 위치할 수 있다. 또는, 실리콘 웨이퍼의 지름을 기준으로, VDP 영역은 전이 영역 전체의 70 % 이상을 차지하고, IDP 영역은 전이 영역 전체의 30 % 미만을 차지할 수 있다. 이때, 도 4에 예시된 바와 달리 전이 영역에서, IDP 영역은 실리콘 웨이퍼의 가장 자리에 위치하고 VDP 영역은 실리콘 웨이퍼의 가장 자리 안쪽의 중앙에 위치할 수 있다. 그러나, 이에 국한되지 않고 실리콘 웨이퍼의 전이 영역에서, VDP 영역과 IDP 영역은 다양한 형태로 위치할 수 있다.For example, based on the diameter of the silicon wafer, the IDP region may occupy 70% or more of the entire transition region, and the VDP region may occupy less than 30% of the entire transition region. At this time, in the
한편, 전술한 T(VG) 내의 V/G로 잉곳을 육성하는 동안, 다양한 인자에 의해 초기 설정된 T(VG)를 벗어난 V/G로 잉곳(30)이 육성될 수 있다. 따라서, 원하는 10 ㎚ 내지 30 ㎚의 크기의 결정 결함을 우세하게 갖는 전이 영역으로 잉곳(30)이 육성되는가를 평가할 필요가 있다. 이를 위해, 본 실시예에서는 매직스(Magics)법을 이용한다.On the other hand, while growing the ingot with V / G in the above-described T (VG), the
일반적으로 기존의 매직스법에 의하면, 웨이퍼 샘플을 촬영하여 영상을 획득하면, 서로 다른 컬러로 여러 가지의 픽셀(pixel)들이 영상에 표시된다. 이때, 픽셀들이 형성하는 패턴을 통해 웨이퍼 샘플이 갖는 결함이 성장 공정, 슬라이싱 공정, 에칭 공정 및 연마 공정 중 어느 공정에서 야기되었는가를 추측한다. 이와 같이, 기존의 매직스법은 결함의 소스를 평가하기 위해 이용되었을 뿐이다. 그러나, 본 출원인은 전술한 매직스법을 이용하여 다음과 같은 방법으로 결정 결함의 크기를 검출하였다.In general, according to the conventional magic method, when a wafer sample is taken and an image is obtained, various pixels are displayed on the image in different colors. At this time, it is inferred that the defects of the wafer sample are caused in the growth process, the slicing process, the etching process, and the polishing process based on the pattern formed by the pixels. As such, the existing Magics method has only been used to evaluate the source of defects. However, the applicant has detected the size of the crystal defect by the following method using the above-mentioned magic method.
이하, 육성 중인 단결정 실리콘 잉곳(30)으로부터 절취한 웨이퍼 샘플에 포함된 결정 결함 중 30 ㎚ 보다 작은 크기의 결정 결함이 우세한가의 여부(즉, 웨이퍼 샘플이 전이 영역으로 형성되어 있는가의 여부)를 매직스법에 의해 평가하는 방법을 다음과 같이 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, whether the crystal defects smaller than 30 nm in the crystal defects included in the wafer sample cut out from the growing single
먼저, 직경 12인치(300 ㎜)의 단결정 실리콘 잉곳을 육성하면서, 잉곳의 육성 방향에 수직한 수평 방향으로 잉곳을 절단하여 웨이퍼 샘플을 준비한다.First, while growing a 12-inch diameter (300 mm) single crystal silicon ingot, a wafer sample is prepared by cutting the ingot in a horizontal direction perpendicular to the growing direction of the ingot.
도 6a는 웨이퍼 샘플에 Cu 헤이즈법을 적용한 후의 웨이퍼 샘플의 평면도를 나타내고, 도 6b 및 도 6c는 웨이퍼 샘플을 매직스법에 의해 촬영한 영상을 나타낸다. 도 6b에서, 매직스법에 의해 얻어진 영상은 픽셀들을 서로 다른 컬러에 의해 구분하여 표시하지만 본 도면은 흑백으로 보여지기 때문에, 이해를 돕기 위해 픽셀(pixel) 1의 컬러는 원(o)으로 표시하고, 픽셀 2의 컬러는 ☆로 구분하여 표시하고, 픽셀 3의 컬러는 △로 구분하여 표시하였다. 또한, 도 6b 및 도 6c의 영상은 불과 몇 개의 픽셀들(즉, 픽셀 1 내지 픽셀 3)만을 표시하지만 이에 국한되지 않고 더 많은 픽셀들을 구분하여 표시할 수 있다.6A shows a plan view of a wafer sample after applying the Cu haze method to the wafer sample, and FIGS. 6B and 6C show images of the wafer sample taken by the magic method. In FIG. 6B, the image obtained by the magic method displays pixels separated by different colors, but since the drawing is shown in black and white, the color of
만일, 기존의 결정 결함 평가 방법 예를 들면 Cu 헤이즈법에 의하면, 도 6a에 도시된 바와 같이 웨이퍼 샘플에서 VDP 영역은 검정색으로 표시되고, IDP 영역은 흰색으로 표시될 뿐이다. 따라서, Cu 헤이즈법에 의하면, VDP 영역과 IDP 영역에 포함된 결정 결함들 중에서 30 ㎚ 보다 적은 크기를 갖는 결정 결함이 얼마나 우세한가를 평가할 수 없었다. 즉, 기존의 결정 결함 평가 방법에 의하면, 30 ㎚ 보다 적은 10 ㎚ 내지 19 ㎚의 크기의 결정 결함만을 우세하게 갖는 전이 영역으로 형성된 실리콘 웨이퍼를 제작할 수 없었다.If, according to the existing crystal defect evaluation method, for example, the Cu haze method, as shown in Fig. 6A, the VDP region is displayed in black and the IDP region is displayed in white in the wafer sample. Therefore, according to the Cu haze method, it was not possible to evaluate how predominantly a crystal defect having a size smaller than 30 nm among the crystal defects contained in the VDP region and the IDP region. That is, according to the existing crystal defect evaluation method, a silicon wafer formed of a transition region having predominantly only crystal defects having sizes of 10 nm to 19 nm smaller than 30 nm could not be produced.
그러나, 본 실시예에 의하면 웨이퍼 샘플이 30 ㎚ 보다 적은 크기를 갖는 결정 결함을 우세하게 갖는가의 여부를 다음과 같이 평가할 수 있다.However, according to this embodiment, it can be evaluated as follows whether the wafer sample predominantly has a crystal defect having a size smaller than 30 nm.
먼저, 카메라(미도시)에 의해 웨이퍼 샘플을 촬영하면, 서로 다른 컬러의 픽셀들(예를 들어, 픽셀 1 내지 픽셀 3)을 보이는 도 6b 또는 도 6c에 예시된 바와 같은 영상이 얻어진다. First, photographing a wafer sample with a camera (not shown) results in an image as illustrated in FIG. 6B or 6C showing pixels of different colors (eg,
이때, 본 출원인은 도 6b 또는 도 6c에 도시된 영상을 스캐닝 전자 현미경(SEM:Scanning Electron Microscope)으로 리뷰(review)한 후 투과 전자 현미경(TEM:Transmission Electro Microscope)으로 관찰한 결과, 픽셀별 결정 결함의 부피를 규명할 수 있었다. 즉, 매직스법에 의해 촬영된 영상을 통해, 결정 결함의 크기를 픽셀의 종류에 따라 평가할 수 있음을 알게 되었다.At this time, the applicant reviewed the image shown in FIG. 6B or 6C with a scanning electron microscope (SEM), and then observed with a transmission electron microscope (TEM) to determine the pixel-by-pixel determination. The volume of defects could be identified. That is, it was found that the size of crystal defects can be evaluated according to the kind of pixels through the image photographed by the magic method.
도 7은 매직스법에 의해 획득한 영상의 각 픽셀과 체적 간의 관계를 TEM으로 분석한 그래프로서, 횡축은 픽셀 번호를 나타내고, 종축은 체적을 나타낸다. 여기서, 상관 계수(R2)는 0.9이고, 상관 관계식은 y = 3427.7x2 - 4700.4x + 23968일 수 있다.7 is a graph in which the relationship between each pixel and volume of an image obtained by the magic method is analyzed by TEM, where the horizontal axis represents pixel number and the vertical axis represents volume. Here, the correlation coefficient (R 2) is 0.9, the correlation equation was y = 3427.7x 2 - may be 4700.4x + 23968.
도 8은 TEM을 이용하여 촬영한 픽셀 1에 해당하는 결정 결함의 이미지를 나타낸다. 여기서, [100], [011]은 격자의 방향을 나타낸다.8 illustrates an image of a crystal defect corresponding to
TEM은 옹스트롱(Å) 단위의 크기를 갖는 결정 결함의 크기 및 종류를 검출할 수 있는 장비이기 때문에, 각 픽셀을 도 8과 같이 TEM으로 촬영하여 픽셀 별 결정 결함의 크기를 평가할 수 있었다. 또한, 많은 픽셀을 TEM으로 촬영하여 픽셀 별 결함의 크기가 도 7에 도시된 바와 같이 상관성을 가짐을 알아냈다. 도 7을 참조하면, 픽셀의 번호가 작아질 수록 결정 결함의 체적이 작아짐을 알 수 있다. 이는 픽셀 번호가 작아질수록 결정 결함의 크기가 작음을 암시한다. 또한, 도 8을 참조하면, 픽셀 1의 결정 결함의 크기는 대략 10 ㎚ 내지 19 ㎚의 크기를 가짐을 알 수 있다.Since the TEM is a device capable of detecting the size and type of crystal defects having the size of Angstrom units, each pixel was photographed by a TEM as shown in FIG. 8 to evaluate the size of the crystal defects for each pixel. In addition, many pixels were photographed by TEM, and it was found that the size of each pixel defect had a correlation as shown in FIG. 7. Referring to FIG. 7, it can be seen that as the number of pixels decreases, the volume of crystal defects decreases. This suggests that the smaller the pixel number, the smaller the size of the crystal defect. 8, it can be seen that the size of the crystal defect of the
따라서, 기존에 평가 불가능 했던 30 ㎚ 보다 적은 크기의 결정 결함의 구체적인 크기를 매직스법에 의해 촬영한 영상에 표시되는 픽셀을 통해 검출할 수 있다.Therefore, the specific size of the crystal defect with a size smaller than 30 nm which cannot be previously evaluated can be detected through the pixel displayed on the image photographed by the magic method.
도 9는 픽셀의 히스토그램(histogram)을 나타내는 그래프로서, 횡축은 픽셀 번호를 나타내고, 종축은 각 픽셀의 도수를 나타낸다.9 is a graph showing a histogram of pixels, where the horizontal axis represents pixel numbers and the vertical axis represents the frequency of each pixel.
웨이퍼 샘플을 촬영한 영상으로부터 도 9에 도시된 바와 같은 각 픽셀의 히스토그램을 생성한다. 이후, 히스토그램에서 각 픽셀 번호의 도수(또는, 밀도)를 평가하여, 웨이퍼 샘플에 포함된 결정 결함의 크기를 확인할 수 있다.A histogram of each pixel as shown in FIG. 9 is generated from the image of the wafer sample. The frequency (or density) of each pixel number in the histogram can then be evaluated to determine the size of the crystal defects contained in the wafer sample.
이하, 픽셀 1에 해당하는 크기의 결정 결함을 우세하게 갖는 웨이퍼 샘플을 제작하고자 한다.Hereinafter, a wafer sample having predominantly crystal defects having a size corresponding to
예를 들어, 도 6b에 도시된 웨이퍼 샘플의 영상에서 가장 자리에는 픽셀 1 부터 픽셀 3 까지의 컬러(o, ☆, △)가 표시되는 반면, 가장 자리의 안쪽의 중앙에는 픽셀 1의 컬러(o)만 표시되어 있다. 이러한 도 6b에 예시된 영상으로부터 도 9에 도시된 히스트로그램 곡선(200)을 구한다. 이때, 픽셀 번호 1에 해당하는 도수가 임계 도수 보다 크므로, 픽셀 1에 해당하는 크기의 결정 결함을 우세하게 갖는 전이 영역으로 실리콘 웨이퍼가 형성된 것으로 결정한다. 여기서, 임계 도수란, 우세함의 정도에 따라 결정된다. 예를 들어, 우세함의 정도가 전술한 k %인 경우, 임계 도수는 전체 픽셀의 수의 k %를 의미한다. 즉, 이 경우에는 T(VG) 내의 V/G로 잉곳(30)이 성장하고 있으므로, 도 6b에 도시된 웨이퍼 샘플은 원하는 크기의 결정 결함이 우세한 전이 영역으로 형성된 실리콘 웨이퍼로서 합격이다.For example, in the image of the wafer sample shown in Fig. 6B, the colors (o, ☆, Δ) from
만일, T(VG) 내에서 V/G가 조금 더 낮아진다면, 매직스법에 의해 촬영한 웨이퍼 샘플의 영상은 도 6c와 같을 수 있다. 이 경우, IDP 영역의 결정 결함들이 우세하게 포함된 전이 영역으로 실리콘 웨이퍼가 형성되었으므로, 역시 합격이다.If V / G becomes a little lower in T (VG), the image of the wafer sample taken by the magic method may be as shown in FIG. 6C. In this case, since the silicon wafer was formed into a transition region in which crystal defects in the IDP region predominantly included, the result is also passed.
그러나, 도 9에 도시된 히스토그램 곡선(202)이 얻어졌을 때, 픽셀 번호 1에 해당하는 도수는 임계 도수 보다 작고, 대신에 픽셀 2에 해당하는 도수가 임계 도수 보다 크므로, 실리콘 웨이퍼는 픽셀 2에 해당하는 크기의 결정 결함을 우세하게 갖기 때문에 불합격이다. 따라서, T(VG)를 벗어난 V/G 값을 △V/G만큼 낮추어 T(VG) 내의 V/G로 잉곳(30)이 성장되도록 하여, 본 실시예에 의한 실리콘 웨이퍼를 제작할 수 있다.However, when the
만일, 각 픽셀 번호 별 결정 격자의 크기가 도 7을 통해 미리 정해지고, 각 결정 결함의 크기에 상응하는 V/G가 미리 정해져 있다면, △V/G는 쉽게 구할 수 있다. 도 9의 경우, 픽셀 2에 해당하는 결정 결함의 크기에 해당하는 V/G로부터 픽셀 1에 해당하는 결정 결함의 크기에 해당하는 V/G를 감산하여, △V/G를 얻을 수 있다. 이때, △V/G를 조정하여, 픽셀 1의 도수가 픽셀 2의 도수 보다 많이 나오도록 할 경우(202 --> 200) 도수의 분포는 증가하게 된다. 따라서, 이를 고려하여 △V/G의 값을 결정할 수 있다.If the size of the crystal lattice for each pixel number is predetermined through FIG. 7 and V / G corresponding to the size of each crystal defect is predetermined, ΔV / G can be easily obtained. In FIG. 9, ΔV / G can be obtained by subtracting V / G corresponding to the size of the crystal defect corresponding to the
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 실시예에 의하면, 절취한 웨이퍼 샘플에 포함된 결정 결함의 크기가 30 ㎚보다 작은 예를 들어, 10 ㎚ 내지 19 ㎚인가를 전술한 바와 같이 매직스법에 의해 평가할 수 있다. 따라서, 단결정 실리콘 잉곳(30)을 성장하는 V/G가 T(VG)의 범위를 벗어날 때, V/G가 T(VG) 내에 속하도록 정확하게 조정할 수 있기 때문에, 본 실시예에 의한 실리콘 웨이퍼는 VDP 영역 및 IDP 영역 중 적어도 하나의 영역에 포함된 결정 결함 중 10 ㎚ 내지 30 ㎚ 크기의 결정 결함을 우세하게 갖는 전이 영역만으로 형성됨을 알 수 있다.As described above, according to this embodiment, whether the size of the crystal defect included in the cut wafer sample is smaller than 30 nm, for example, 10 nm to 19 nm can be evaluated by the magic method as described above. . Therefore, when V / G growing the single
게다가, 본 실시예에 의하면, 매직스법에 의해 웨이퍼 샘플에 포함된 결정 결함의 크기를 평가할 때, 웨이퍼 샘플을 열처리하는 등 부가적인 전 처리 공정이 수행될 필요가 없다. 따라서, 웨이퍼 샘플을 보다 빨리 평가하여 육성 중인 잉곳 성장 공정에 즉시 피드백하여 반영할 수 있으므로, 생산 시간을 단축시킬 수 있다.In addition, according to the present embodiment, when evaluating the size of crystal defects included in the wafer sample by the magic method, an additional pretreatment step such as heat treatment of the wafer sample does not need to be performed. Therefore, the wafer sample can be evaluated more quickly and immediately fed back to reflect the growing ingot growth process, thereby reducing the production time.
이하, 전술한 실시예에 의한 실리콘 웨이퍼를 제조하기 위한, 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치 및 방법에 대해 다음과 같이 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다. 그러나, 다음에 설명되는 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치 및 방법은 본 실시예에 의한 실리콘 웨이퍼 뿐만 아니라 일반적인 실리콘 웨이퍼를 제조하기 위해서도 이용될 수 있음은 물론이다.Hereinafter, a single crystal silicon ingot growth apparatus and method for manufacturing a silicon wafer according to the above-described embodiment will be described with reference to the accompanying drawings as follows. However, the single crystal silicon ingot growth apparatus and method described below can be used not only for manufacturing the silicon wafer according to the present embodiment but also for manufacturing a general silicon wafer.
도 10은 실시예에 의한 단결정 실리콘 잉곳 성장 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.10 is a flowchart for explaining a single crystal silicon ingot growth method according to the embodiment.
도 2와 도 10을 참조하면, 단결정 실리콘 잉곳(30)의 회전 각속도를 계산한다(제302 단계). 이를 위해, 회전 각속도 계산부(92)는 인상부(40)로부터 제공받은 잉곳(30)이 회전하는 속도와 직경 센싱부(90)로부터 제공받은 센싱된 잉곳(30)의 직경을 이용하여, 잉곳(30)의 회전 각속도를 계산할 수 있다.2 and 10, the rotational angular velocity of the single
제302 단계 후에, 제1 비교부(94)는 회전 각속도 계산부(92)에서 계산된 회전 각속도를 목표 회전 각속도(TSR)와 비교하고, 비교된 결과를 각속도 에러값으로서 유속 제어부(96)로 출력한다(제304 단계).After
제304 단계 후에, 유속 제어부(96)는 제1 비교부(94)로부터 받은 각속도 에러값에 따라, 성장되는 단결정 실리콘 잉곳(30)의 직경이 센싱되는 부분(34)에 용융 실리콘(20)의 유속을 감소시킨다(제306 단계). 이를 위해, 유속 제어부(96)는 인상부(40) 및/또는 지지축 구동부(16)를 제어하여 유속을 감소시킬 수 있다. 즉, 유속 제어부(96)는 인상부(40)를 통해 잉곳(30)의 회전 속도를 제어하고, 지지축 구동부(16)를 통해 도가니(10)의 회전 속도를 제어한다. 만일, 각속도 에러값을 통해, 측정된 회전 각속도가 목표 회전 각속도(TSR)보다 크다고 판단되면, 유속 제어부(96)는 유속을 감소시킨다. 직경이 센싱되는 부분(34)이 실리콘 용융액(20)의 메니스커스에 해당할 경우, 실리콘 용융액(20)의 유속을 감소시켜 메니스커스의 유동을 안정화시킬 수 있다.After the 304th step, the flow
제306 단계 후에, 직경 센싱부(90)는 단결정 실리콘 잉곳(30)의 직경을 센싱한다(제308 단계).After
제308 단계 후에, 제2 비교부(110)는 직경 센싱부(90)에서 센싱된 직경과 목표 직경(TD)을 비교하고, 비교된 결과를 직경 에러값으로서 인상부(40)로 출력한다(제310 단계).After
제310 단계 후에, 인상부(40)는 직경 에러값에 따라, 성장되는 단결정 실리콘 잉곳(30)의 인상 속도를 가변시키고, 가변된 인상 속도로 단결정 실리콘 잉곳(30)을 회전시키면서 인상한다(제312 단계). 따라서, 직경 에러 값에 따라, 성장되는 단결정 실리콘 잉곳(30)의 인상 속도가 조정될 수 있다.After
도 11a 및 도 11b는 잉곳(30)의 인상 속도(V)의 궤적을 나타내는 그래프로서, 횡축은 시간을 나타내고, 종축은 인상 속도(V)를 나타낸다.11A and 11B are graphs showing the trajectory of the pulling speed V of the
도 12는 기존과 본 실시예에 따른 인상 속도의 마진을 나타내는 도면이다. 여기서, P 밴드는 도 2에 도시된 작은 보이드 영역과 O 밴드 사이의 경계를 나타낸다.12 is a diagram showing a margin of the pulling speed according to the present embodiment and the present embodiment. Here, the P band represents a boundary between the small void region and the O band shown in FIG.
일반적으로 직경 센싱부(90)에서 센싱된 직경에 따라 인상부(40)는 단결정 실리콘 잉곳(30)의 인상 속도를 제어한다. 예를 들어, 직경 센싱부(90)의 센싱된 잉곳(30)의 직경이 목표 직경(TD)보다 크면, 인상부(40)는 잉곳(30)의 실측 직경이 목표 직경보다 큰 만큼 잉곳(30)의 인상 속도를 높인다. 그러나, 직경 센싱부(90)의 센싱된 직경이 목표 직경(TD)보다 적으면, 인상부(40)는 실측 직경이 목표 직경보다 적은 만큼 잉곳(30)의 인상 속도를 낮춘다. 이때, 직경이 센싱되는 부분인 마니스커스(34)는 잉곳(30)의 육성시 생성되는 노드나 실리콘 용융액(20)의 유속이 세기에 영향을 받아 불안정해질 수 있다. 이와 같이, 메니스커스(34)가 불안정함에도 불구하고, 불안정한 메니스커스(34)를 통해 센싱한 실측 직경에 의해 인상 속도를 조정할 경우, 도 11a에 도시된 바와 같이, 인상 속도가 T(VG) 내의 인상 속도의 목표 궤적(320)를 벗어나서 변동하는 폭(322)이 매우 커질 수 있다. 이 경우 도 12에 도시된 바와 같이 V 영역 또는 I 영역의 결정 결함을 포함하여 불량처리 가능한 잉곳(30) 또는 실리콘 웨이퍼의 도수가 많아질 수 있다(330 참조).Generally, the pulling
이와 달리, 본 실시예에서는 전술한 문제를 해결하기 위해, 전술한 제302 내지 제306 단계를 통해 메니스커스(34)의 유동을 안정화시킨 후에, 직경 센싱부(90)에 의해 직경을 정확하게 센싱하고, 정확히 센싱된 값을 토대로 인상 속도를 조정한다. 따라서, 도 11b에 도시된 바와 같이 인상 속도(V)가 목표 인상 속도의 궤적(320)을 벗어나서 변동하는 폭(324)이 줄어들게 된다. 그러므로, 도 12를 참조하면, 성장되는 단결정 실리콘 잉곳(30)의 인상 속도 마진은 기존(L1)의 0.015 ㎜/min 내지 0.016 ㎜/min 로부터 본 실시예(L2)의 0.010 ㎜/min 내지 0.030 ㎜/min, 예를 들면 0.025 ㎜/min로 크게 증가할 수 있다. 따라서, 도 12에 도시된 바와 같이 본 실시예의 경우 웨이퍼 샘플의 도수를 보면, P 영역과 I 영역의 결정 결함을 포함하여 불량 처리 가능한 잉곳(30) 또는 실리콘 웨이퍼가 없음을 알 수 있다(332 참조). 이는 동일한 실리콘 용융액(20)의 량으로 생산성을 10 % 이상 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 잉곳(30)의 성장 속도 또한 10 % 이상 향상시키도록 한다.On the contrary, in the present embodiment, in order to solve the above-mentioned problem, after stabilizing the flow of the
도 13은 다른 실시예에 의한 단결정 실리콘 잉곳 성장 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.13 is a flowchart for explaining a method of growing a single crystal silicon ingot according to another embodiment.
도 2 및 도 13을 참조하면, 제1 제어부(120)는 히터(60)의 최대 발열부의 위치(62)를 결정한다(제402 단계).2 and 13, the
제402 단계 후에, 제2 제어부(130)는 제1 제어부(120)로부터 받은 히터(60)의 최대 발열부의 결정된 위치(62)에 따라 최대 자기장 플랜(MGP:Maximum Gauss Plane)의 위치를 결정한다(제404 단계). 여기서 MGP란, 자기장 인가부(80)로부터 발생되는 자기장의 수평 성분이 최대가 되는 부분을 의미한다. 자기장 인가부(80)는 단열재(70)에 의해 히터(60)와 열적으로 차단된다.After
히터(60)는 상하 방향으로 균일하게 발열할 수도 있고, 상하 방향으로 그의 발열량을 조절할 수도 있다. 만일, 히터(60)가 상하 방향으로 균일하게 발열하는 경우, 최대 발열부는 히터(60)의 중앙 또는 중앙 보다 약간 위쪽에 위치한다. 그러나, 히터(60)가 상하 방향으로 발열량을 조절할 수 있는 경우에는, 최대 발열부는 임의로 조정될 수 있다.The
제404 단계 후에, 제2 제어부(130)는 자기장 인가부(80)를 제어하여, 결정된 위치에 MGP가 형성되도록 도가니(10)로 자기장을 인가한다(제406 단계). After
이후, 제408 단계에서 최대 발열부의 위치가 변경되었을 때, 최대 발열부의 변경된 위치(62)에 따라 MGP의 위치를 조정한다(제410 단계). 제1 제어부(120)는 히터(60)를 제어하여, 최대 발열부의 위치(62)를 변경시킬 수 있다. 히터(60)가 이동할 경우, 최대 발열부의 위치(62)도 변할 수 있다. 제2 제어부(130)는 제1 제어부(120)를 통해 최대 발열부의 변경된 위치(62)를 확인하고, 변경된 위치에 따라 MGP가 형성될 위치를 조정한다.Thereafter, when the position of the maximum heating unit is changed in
제410 단계 후에, 제2 제어부(130)는 조정된 위치에 MGP가 형성되도록 자기장 인가부(80)를 제어하여 자기장을 도가니(10)에 인가한다(제412 단계).After
실시예에 의하면, MGP는 최대 발열부의 위치(62)보다 낮은 곳에 위치하도록 결정될 수 있다. 예를 들어, MGP는 실리콘 용융액(20)의 계면을 기준으로 최대 발열부의 위치(62)보다 20 % 내지 40 % 낮은 곳에 위치할 수도 있다. 즉, 실리콘 용융액(20)의 계면으로부터 최대 발열부의 위치(62)가 제1 거리(D1) 만큼 이격되어 있다면, MGP는 실리콘 용융액(20)의 계면으로부터 제1 거리(D1)보다 20 % 내지 40 % 낮은 제2 거리(D2) 만큼 이격되어 위치할 수 있다. 제2 거리(D2)는 50 ㎜ 내지 300 ㎜일 수 있으며, 예를 들면 150 ㎜일 수 있다.According to an embodiment, the MGP may be determined to be located below the
도 14a는 MGP의 위치에 따른 IDP 마진의 최대값을 나타내며, 도 14b는 MGP의 위치에 따른 IDP 마진의 최대값의 70 % 값을 나타낸다. 각 그래프에서, 종축은 MGP의 위치를 나타내며, MGP의 위치는 실리콘 용융액(20)의 계면을 '0'으로 하고, 계면의 아래쪽으로 갈수록 (-)값이 커진다.14A shows the maximum value of the IDP margin according to the position of the MGP, and FIG. 14B shows a 70% value of the maximum value of the IDP margin according to the position of the MGP. In each graph, the vertical axis represents the position of the MGP, and the position of the MGP is set to '0' at the interface of the
도 14a 및 도 14b를 참조하면, MGP는 -50 ㎜ 내지 -300 ㎜에 위치할 수 있으며, -150 ㎜ 일 때, IDP의 마진은 최대가 됨을 알 수 있다.Referring to FIGS. 14A and 14B, the MGP may be located at −50 mm to −300 mm, and when it is −150 mm, the margin of the IDP may be maximized.
한편, 전술한 최대 발열부의 위치(62)와 MGP의 위치를 조정하여 실리콘 용융액(20)의 대류를 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 자기장 인가부(80)에 의해 인가되는 자기장의 세기에 의해서도 실리콘 용융액(20)의 대류가 제어될 수 있다. 예를 들어, 자기장 인가부(80)에서 도가니(10)에 인가하는 자기장은 2000 내지 3400 가우스일 수 있으며, 2800 가우스일 때, IDP 마진은 최대가 됨을 알수 있다.On the other hand, not only the convection of the
도 15a는 자기장의 세기에 따른 IDP 마진의 최대값을 나타내며, 도 15b는 자기장의 세기에 따른 IDP 마진의 최대값의 70 % 값을 나타낸다. 각 그래프에서, 종축은 가우스의 세기를 나타내며, 횡축은 자기장의 세기를 가우스로 나타낸다.FIG. 15A shows the maximum value of the IDP margin according to the strength of the magnetic field, and FIG. 15B shows the 70% value of the maximum value of the IDP margin according to the strength of the magnetic field. In each graph, the vertical axis represents the strength of Gaussian, and the horizontal axis represents the strength of the magnetic field in Gaussian.
도 15a 및 도 15b를 참조하면, 자기장의 세기가 2800 가우스일 때, IDP의 마진은 0.007 ㎜/min로부터 0.010 ㎜/min 내지 0.030 ㎜/min로 증가될 수 있으며 예를 들어, 0.020 ㎜/min 내지 0.022 ㎜/min 까지 IDP 마진이 향상될 수 있다.Referring to FIGS. 15A and 15B, when the intensity of the magnetic field is 2800 gauss, the margin of the IDP may be increased from 0.007 mm / min to 0.010 mm / min to 0.030 mm / min, for example, from 0.020 mm / min to IDP margins can be improved by 0.022 mm / min.
이와 같이, IDP의 마진이 증가할 경우, IDP 영역이 형성되는 온도 영역인 1250 ℃ 내지 1420℃의 길이 구간이 확장되어, 전술한 실리콘 웨이퍼의 제작 조건이 훨씬 수월해진다.As such, when the margin of the IDP increases, the length section of 1250 ° C to 1420 ° C, which is a temperature region in which the IDP region is formed, is extended, which makes the silicon wafer fabrication conditions much easier.
일반적으로 단결정 실리콘 잉곳(30)의 회전 각속도를 변경시킬 경우, 실리콘용융액(20) 계면의 볼록한 정도, 잉곳(30)의 성장 방향의 온도 구배(G=Gs+Gm)(여기서, Gs는 잉곳의 온도 구배를 나타낵고, Gm은 실리콘 용융액(20)의 온도 구배를 나타낸다), 잉곳(30)과 실리콘 용융액(20)에 접하는 부분에서 잉곳(30)의 반경 방향 온도 구배 차(△G=Gse-Gsc)(여기서, Gse 및 Gsc는 잉곳(30) 하부의 가장 자리 및 중앙의 온도 구배를 각각 나타낸다.), 잉곳(30)에 포함된 산소의 농도, 잉곳(30)과 실리콘 용융액(20) 사이에 형성되는 과냉 영역의 크기 등이 변경된다. 예를 들어, 실리콘 잉곳(30)의 회전 각속도가 증가하면 실리콘 용융액(20)의 계면은 매우 볼록해지고, 온도 구배(G)가 커지고 온도 구배 차(△G)가 적어지고, 산소의 농도가 낮아져서 양호한 품질의 잉곳(30)이 생성될 수 있지만 인상 속도의 제어는 어려워진다. 이와 반대로, 실리콘 잉곳(30)의 회전 각속도가 감소하면 실리콘 용융액(20)의 계면은 평평해지고, 온도 구배(G)가 작아지고 온도 구배 차(△G)가 커지고, 산소의 농도가 높아지는 등 불량한 품질의 잉곳(30)이 생성될 수 있지만 인상 속도의 제어는 쉬워진다. 그러나, 자기장에 의해, 이러한 관계들은 틀어질 수 있다. 또한, 일반적으로, 도 2에 도시된 실리콘 용융액(20)은 잉곳(30)의 회전에 의해 화살표 방향(22)으로 대류하고, 도가니(10)의 회전에 의해 화살표 방향(24)으로 대류한다. 그러나, 실리콘 용융액(20)의 대류는 MGP를 기준으로 상부와 하부가 차단될 수 있다.In general, when the rotational angular velocity of the single
기존과 달리, 전술한 본 실시예에 의하면, 최대 발열부의 위치에 따라 실리콘 용융액의 대류를 고려하여 MGP를 결정하고, 자기장의 세기를 적절히 조정하여 실리콘 용융액(20)의 대류를 제어한다. 그러므로, 회전 각속도를 변경하면서 야기될 수 있는 전술한 문제점을 보상할 수 있다. 즉, MGP가 최대 발열 부위의 위치(62) 보다 실리콘 용융액(20)의 계면으로부터 20 % 내지 40% 더 낮을 때, 화살표 방향(22)으로 잉곳(30)의 중앙을 향해 대류가 강해져서 베이컨시와 인터스티셜의 재결합 구간 확보가 가능하여 IDP 영역의 마진이 증가하게 된다.Unlike the conventional method, according to the present embodiment described above, the MGP is determined in consideration of the convection of the silicon melt according to the position of the maximum heating part, and the convection of the
본 실시예에서는 10 ㎚ 내지 30 ㎚의 크기의 결정 결함을 우세하게 갖는 전이 영역으로 형성된 실리콘 웨이퍼 또는 잉곳을 성장시키기 위해, 도 2에 도시된 장칠을 이용하였다. 그러나, 전술한 도 10 및 도 13에 도시된 방법을 수행하는 도 2에 도시된 성장 장치는 예시적인 것에 불과하며, 각 단계를 수행하기 위해, 자동 성장 제어기(AGC:Automatic Growing Controller)(미도시) 또는 자동 온도 제어기(ATC:Automatic Temperature Controller)(미도시) 등을 더 이용할 수 있음은 물론이다.In this embodiment, the lacquer shown in FIG. 2 was used to grow a silicon wafer or ingot formed into a transition region predominantly having crystal defects of the size of 10 nm to 30 nm. However, the growth apparatus shown in FIG. 2 performing the method shown in FIGS. 10 and 13 described above is merely exemplary, and for performing each step, an Automatic Growing Controller (AGC) (not shown) ) Or an automatic temperature controller (ATC) (not shown) may be used.
또한, 전술한 도 10 및 도 13에 도시된 단결정 실리콘 잉곳 성장 방법은 동시에 사용될 수도 있고, 이들 중 하나의 방법만이 사용될 수도 있다. 또한, 본 실시예에 의한 실리콘 웨이퍼를 제작하기 위해, 단결정 실리콘 잉곳(30)의 회전 각속도, MGP, 자기장의 세기, 최대 발열 부위의 위치 이외에, 냉각 가스인 아르곤 가스 등의 불활성 가스의 압력/유량, 열 차폐 부재(50)와 실리콘 용융액(20)의 계면 사이의 간격(melt gap), 열 차폐 부재(50)의 모양, 히터(60)의 개수, 도가니(10)의 회전 속도를 더 이용할 수 있음은 물론이다.Further, the above-described single crystal silicon ingot growth method shown in Figs. 10 and 13 may be used simultaneously, and only one of them may be used. In addition, in order to fabricate the silicon wafer according to the present embodiment, the pressure / flow rate of an inert gas such as argon gas, which is a cooling gas, in addition to the rotational angular velocity of the single
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.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, but, on the contrary, It will be understood that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiments can be modified and implemented. It is to be understood that all changes and modifications that come within the meaning and range of equivalency of the claims are therefore intended to be embraced therein.
10: 도가니 16: 지지축 구동부
18: 지지 회전축 20: 실리콘 용융액
30: 잉곳 32: 종결정
40: 와이어 인상부 42: 인상 와이어
50: 열차폐 부재 60: 히터
70: 단열재 80: 자기장 인가부
90: 직경 센싱부 92: 회전 각속도 계산부
94: 제1 비교부 96: 유속 제어부
110: 제2 비교부 120, 130: 제1 및 제2 제어부10: crucible 16: support shaft driving part
18: support rotating shaft 20: silicon melt
30: ingot 32: seed crystal
40: wire lifting part 42: pulling wire
50: heat shield member 60: heater
70: Insulation material 80: Magnetic field application part
90: diameter sensing unit 92: rotational angular velocity calculation unit
94: first comparator 96: flow rate controller
110:
Claims (7)
상기 도가니 내의 실리콘이 용융되도록, 상기 도가니에 열을 가하는 히터;
상기 단결정 실리콘 잉곳을 회전시키면서 인상시키는 인상부;
상기 단결정 실리콘 잉곳의 회전 각속도를 계산하는 회전 각속도 계산부;
상기 계산된 회전 각속도를 목표 회전 각속도와 비교하고, 비교된 결과를 각속도 에러값으로서 출력하는 제1 비교부;
상기 각속도 에러값에 따라, 상기 단결정 실리콘 잉곳의 직경이 센싱되는 부분에 상기 용융 실리콘의 유속을 감소시키는 유속 제어부; 및
상기 단결정 실리콘 잉곳의 직경을 센싱하는 직경 센싱부를 포함하는 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치.A crucible for containing molten silicon for growing a single crystal silicon ingot;
A heater for applying heat to the crucible so that silicon in the crucible is melted;
An impression portion for pulling up while rotating the single crystal silicon ingot;
A rotational angular velocity calculator configured to calculate a rotational angular velocity of the single crystal silicon ingot;
A first comparing unit comparing the calculated rotational angular velocity with a target rotational angular velocity and outputting the compared result as an angular velocity error value;
A flow rate controller for reducing the flow rate of the molten silicon in a portion where the diameter of the single crystal silicon ingot is sensed according to the angular velocity error value; And
Single crystal silicon ingot growth apparatus comprising a diameter sensing unit for sensing the diameter of the single crystal silicon ingot.
상기 센싱된 직경과 목표 직경을 비교하고, 비교된 결과를 직경 에러값으로서 출력하는 제2 비교부를 더 포함하고,
상기 인상부는 상기 직경 에러값에 따라 가변된 인상 속도로 상기 단결정 잉곳을 회전시키면서 인상하는 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치.The apparatus of claim 1, wherein the single crystal silicon ingot growth apparatus is
Comprising a second comparison unit for comparing the sensed diameter and the target diameter, and outputs the comparison result as a diameter error value,
And the pulling portion is pulled while rotating the single crystal ingot at a pulling speed that is variable according to the diameter error value.
상기 단결정 실리콘 잉곳의 회전 각속도를 측정하는 단계;
상기 측정된 회전 각속도를 목표 회전 각속도와 비교하여 각속도 에러값을 결정하는 단계;
상기 각속도 에러값을 이용하여, 상기 단결정 실리콘 잉곳의 직경이 센싱되는 부분에 상기 용융 실리콘의 유속을 감소시키는 단계; 및
상기 단결정 실리콘 잉곳의 직경을 센싱하는 단계를 포함하는 단결정 실리콘 잉곳 성장 방법.A crucible containing molten silicon for growing a single crystal silicon ingot, a heater for heating the silicon in the crucible to melt the silicon, and an impression portion for pulling up while rotating the single crystal silicon ingot. In the silicon ingot growth method,
Measuring a rotational angular velocity of the single crystal silicon ingot;
Determining an angular velocity error value by comparing the measured rotational angular velocity with a target rotational angular velocity;
Reducing the flow rate of the molten silicon in a portion where the diameter of the single crystal silicon ingot is sensed using the angular velocity error value; And
The method of growing a single crystal silicon ingot comprising the step of sensing the diameter of the single crystal silicon ingot.
상기 센싱된 직경과 목표 직경을 비교하여 직경 에러값을 결정하는 단계; 및
상기 직경 에러값을 이용하여, 상기 단결정 실리콘 잉곳의 인상 속도를 가변시키는 단계를 더 포함하는 단결정 실리콘 잉곳 성장 방법.The method of claim 3, wherein the single crystal silicon ingot growing method is
Comparing the sensed diameter with a target diameter to determine a diameter error value; And
And varying the pulling speed of the single crystal silicon ingot using the diameter error value.
상기 용융 실리콘의 유속을 감소시켜 상기 메니스커스의 유동이 안정화되는 단결정 실리콘 잉곳 성장 방법.The method of claim 3, wherein the diameter sensing portion corresponds to a meniscus of the molten silicon.
Single crystal silicon ingot growth method to stabilize the flow of the meniscus by reducing the flow rate of the molten silicon.
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