KR102157389B1 - 실리콘 단결정 제조 방법 - Google Patents

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토시아키 사이쇼지
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Abstract

CZ법에 의해 인상할 때의 단결정(C)의 직경(D)과, 융액(M)에 인가할 수평 자기장 강도(G)와, 인상할 때의 단결정(C)의 결정 회전 속도(V)와, 웨이퍼 외주부에 있어서의 산소 농도의 분포 특성(δ)과의 상관 관계를 소정의 제조 조건에 대하여 미리 구하고, 상기 웨이퍼 외주부에 있어서의 산소 농도의 분포 특성의 한계값과, 상기 수평 자기장 강도의 한계값과, 상기 인상할 때의 단결정의 결정 회전 속도의 한계값과, 상기 상관 관계로부터 인상할 때의 단결정의 최소의 직경을 구하고, 해당 구해진 최소의 직경을 목표 직경으로 하여 실리콘 단결정을 상기 소정의 제조 조건 하에서 제조한다.

Description

실리콘 단결정 제조 방법
본 발명은 실리콘 단결정 제조 방법에 관한 것이다.
수평 자기장 인가 초크랄스키법(HMCZ법)에 있어서, 도가니 내의 융액(融液)의 표면부에서는 대류가 일어나기 쉽게 하고, 도가니의 바닥부에서는 대류를 억제함으로써 결정 성장축 방향의 산소 농도 분포를 균일하게 하는 것이 제안된 바 있다(특허문헌 1).
특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 평 9-188590호
그런데, 웨이퍼의 외주 단부로부터 10 mm 정도 이내의 범위(이하, 외주부라고도 함)에 있어서의 산소 농도는 그 이외의 중앙 부분에 비해 낮다. 이러한 외주부는 디바이스 프로세스에 있어서의 불량을 발생시키는 원인이 되기 쉬워, 디바이스의 수율을 높게 하기 위해, 외주부에 이르기까지 산소 농도의 균일화가 요구되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 실리콘 단결정의 제조 비용을 최소한으로 억제하면서 웨이퍼면 내의 산소 농도를 외주부에 이르기까지 균일하게 할 수 있는 실리콘 단결정 제조 방법을 제공하는 것이다.
제1 관점에 따른 발명은, 인상되는 단결정의 직경, 수평 자기장 강도 및 단결정의 결정 회전과, 웨이퍼 외주부에 있어서의 산소 농도의 분포 특성과의 상관 관계를 소정의 제조 조건에 대하여 미리 구해 두고, 허용되는 웨이퍼 외주부에 있어서의 산소 농도의 분포 특성, 수평 자기장 강도의 한계값 및 단결정의 결정 회전의 한계값과, 상기 상관 관계로부터 인상해야 할 단결정의 직경을 구하고, 해당 구해진 직경의 단결정을 상기 소정의 제조 조건 하에서 제조함으로써 상기 과제를 해결한다.
제2 관점에 따른 발명은, 인상되는 단결정의 직경과, 수평 자기장 강도와, 단결정의 결정 회전과, 웨이퍼 외주부에 있어서의 산소 농도의 분포 특성과의 상관 관계를 소정의 제조 조건에 대하여 미리 구해 두고, 허용되는 웨이퍼 외주부에 있어서의 산소 농도의 분포 특성과, 인상되는 단결정의 직경의 한계값과, 단결정의 결정 회전의 한계값과, 상기 상관 관계로부터 인가해야 할 수평 자기장 강도를 구하고, 해당 구해진 수평 자기장 강도와 상기 소정의 제조 조건 하에서 단결정을 제조함으로써 상기 과제를 해결한다.
제3 관점에 따른 발명은, 인상되는 단결정의 직경과, 수평 자기장 강도와, 단결정의 결정 회전과, 웨이퍼 외주부에 있어서의 산소 농도의 분포 특성과의 상관 관계를 소정의 제조 조건에 대하여 미리 구해 두고, 허용되는 웨이퍼 외주부에 있어서의 산소 농도의 분포 특성과, 인상되는 단결정의 한계값과, 수평 자기장 강도의 한계값과, 상기 상관 관계로부터 단결정의 결정 회전을 구하고, 해당 구해진 결정 회전과 상기 소정의 제조 조건 하에서 단결정을 제조함으로써 상기 과제를 해결한다.
특별히 한정은 되지 않으나, 상기 제1 내지 제3 관점에 따른 발명에 있어서, 상기 상관 관계는, 인상되는 단결정의 직경을 D(mm), 수평 자기장 강도를 G(가우스), 단결정의 결정 회전을 V(rpm), 웨이퍼 외주부에 있어서의 산소 농도의 분포 특성을 δ(1017 atoms/cm3), a, b, c, d를 상수라고 하였을 때, δ=aD+bG+cV+d인 식에 의해 정의하고, 미리 상기 상수 a, b, c, d를 구해 두는 것이 바람직하다.
제1 관점에 따른 발명에 따르면, 수평 자기장 강도와, 단결정의 결정 회전과, 웨이퍼 외주부에 있어서의 산소 농도의 분포 특성에, 인상되는 단결정의 직경을 더한 상관 관계를 미리 구해 두고, 단결정을 제조할 때에 있어서는, 웨이퍼 외주부에 있어서의 산소 농도의 분포 특성의 한계값과, 수평 자기장 강도의 한계값과, 단결정의 결정 회전의 한계값과, 상관 관계로부터 인상하는 단결정의 최소의 직경을 구한다. 이에 따라, 인상되는 단결정의 직경이 최소가 되므로, 실리콘 단결정의 생산 비용을 최소한으로 억제할 수 있다. 또한, 웨이퍼 외주부에 있어서의 산소 농도의 분포 특성이 한계값을 유지하므로, 웨이퍼면 내의 산소 농도를 균일하게 할 수 있다.
제2 관점에 따른 발명에 따르면, 수평 자기장 강도와, 단결정의 결정 회전과, 웨이퍼 외주부에 있어서의 산소 농도의 분포 특성에, 인상되는 단결정의 직경을 더한 상관 관계를 미리 구해 두고, 단결정을 제조할 때에 있어서는, 웨이퍼 외주부에 있어서의 산소 농도의 분포 특성의 한계값과, 인상되는 단결정의 직경의 한계값과, 단결정의 결정 회전의 한계값과, 상관 관계로부터 인가해야 할 수평 자기장 강도를 구한다. 이에 따라, 인상되는 단결정의 직경이 최소가 되므로, 실리콘 단결정의 생산 비용을 최소한으로 억제할 수 있다. 또한, 웨이퍼 외주부에 있어서의 산소 농도의 분포 특성이 한계값을 유지하므로, 웨이퍼면 내의 산소 농도를 균일하게 할 수 있다.
제3 관점에 따른 발명에 따르면, 수평 자기장 강도와, 단결정의 결정 회전과, 웨이퍼 외주부에 있어서의 산소 농도의 분포 특성에, 인상되는 단결정의 직경을 더한 상관 관계를 미리 구해 두고, 단결정을 제조할 때에 있어서는, 웨이퍼 외주부에 있어서의 산소 농도의 분포 특성의 한계값과, 인상되는 단결정의 직경의 한계값과, 수평 자기장 강도의 한계값과, 상관 관계로부터 단결정의 결정 회전을 구한다. 이에 따라, 인상되는 단결정의 직경이 최소가 되므로, 실리콘 단결정의 생산 비용을 최소한으로 억제할 수 있다. 또한, 웨이퍼 외주부에 있어서의 산소 농도의 분포 특성이 한계값을 유지하므로, 웨이퍼면 내의 산소 농도를 균일하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실리콘 단결정 제조 방법이 적용되는 제조 장치의 일례를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 제조 장치의 수평 자기장 강도와, 웨이퍼 외주부에 있어서의 산소 농도의 분포 특성과의 관계의 일례를 도시한 그래프이다.
도 3은 도 1에 도시한 제조 장치의 단결정의 결정 회전과, 웨이퍼 외주부에 있어서의 산소 농도의 분포 특성과의 관계의 일례를 도시한 그래프이다.
도 4는 도 1에 도시한 제조 장치에 의해 제조된 실리콘 단결정의 웨이퍼의 직경 방향의 위치와 산소 농도와의 관계의 일례를 도시한 그래프이다.
도 5는 도 1에 도시한 제조 장치에 의해 인상되는 단결정의 직경과, 웨이퍼 외주부에 있어서의 산소 농도의 분포 특성과의 관계의 일례를 도시한 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시 형태인 실리콘 단결정 제조 방법이 적용되는 제조 장치의 일례를 도시한 단면도이다. 본 실시 형태의 제조 방법이 적용되는 실리콘 단결정 제조 장치(1)(이하, 단순히 제조 장치(1)라고도 함)는, 원통형상의 제1 챔버(11)와, 동일하게 원통형상의 제2 챔버(12)를 구비하며, 이들은 기밀하게 접속되어 있다.
제1 챔버(11)의 내부에는, 실리콘 융액(M)을 수용하는 석영으로 된 도가니(21)와, 이 석영으로 된 도가니(21)를 보호하는 흑연으로 된 도가니(22)가 지지축(23)으로 지지됨과 아울러, 구동 기구(24)에 의해 회전 및 승하강이 가능하게 되어 있다. 또한, 석영으로 된 도가니(21)와 흑연으로 된 도가니(22)를 둘러싸도록, 환형의 히터(25)와, 동일하게 환형의, 단열재로 이루어지는 보온통(26)이 배치되어 있다. 도가니(21)의 하방에 히터를 추가할 수도 있다.
제1 챔버(11)의 내부로서 석영으로 된 도가니(21)의 상부에는, 원통형의 열차폐 부재(27)가 마련되어 있다. 열차폐 부재(27)는, 몰리브덴, 텅스텐 등의 내화 금속 또는 카본으로 이루어지며, 실리콘 융액(M)으로부터 실리콘 단결정(C)으로의 방사를 차단함과 아울러, 제1 챔버(11) 안을 흐르는 가스를 정류한다. 열차폐 부재(27)는, 보온통(26)에 브라켓(28)을 이용하여 고정되어 있다. 이 열차폐 부재(27)의 하단에 실리콘 융액(M)의 전면(全面)과 대향하도록 열차폐부를 마련하고, 실리콘 융액(M)의 표면으로부터의 복사를 커트함과 아울러 실리콘 융액(M)의 표면을 보온하도록 할 수도 있다.
제1 챔버(11)의 상부에 접속된 제2 챔버(12)는, 육성한 실리콘 단결정(C)을 수용하고, 이를 꺼내기 위한 챔버이다. 제2 챔버(12)의 상부에는, 실리콘 단결정을 와이어(31)로 회전시키면서 인상하는 인상 기구(32)가 마련되어 있다. 인상 기구(32)로부터 바로 아래로 늘어뜨려진 와이어(31)의 하단의 척에는 종결정(種結晶, S)이 장착된다. 제1 챔버(11)의 상부에 마련된 가스 도입구(13)로부터 아르곤 가스 등의 불활성 가스가 도입된다. 이 불활성 가스는, 인상 중인 실리콘 단결정(C)과 열차폐 부재(27) 사이를 통과한 후, 열차폐 부재(27)의 하단과 실리콘 융액(M)의 융액면 사이를 통과하고, 나아가 석영으로 된 도가니(21)의 상단으로부터 하강한 후, 가스 배출구(14)로부터 배출된다.
제1 챔버(11)(비자기 실드재로 이루어짐)의 외측에는, 제1 챔버(11)를 둘러싸도록, 석영으로 된 도가니(21) 내의 융액(M)에 자기장을 부여하는 자기장 발생 장치(41)가 배치되어 있다. 자기장 발생 장치(41)는, 석영으로 된 도가니(21)를 향해 수평 자기장을 발생시키는 것으로서, 전자(電磁) 코일로 구성되어 있다. 자기장 발생 장치(41)는, 석영으로 된 도가니(21) 내의 융액(M)에 발생한 열대류를 제어함으로써 결정 성장을 안정시키고, 결정 성장 방향에 있어서의 불순물 분포의 마이크로한 불균일을 억제한다. 특히 대구경의 실리콘 단결정을 제조하는 경우에는 그 효과가 크다. 덧붙여, 이하에 나타낸 자기장 강도는 석영으로 된 도가니(21) 내의 융액(M)의 액면의 중심 위치에서 측정한 값이다.
본 실시 형태의 제조 장치(1)를 이용하여 CZ법에 의해 실리콘 단결정을 육성하려면, 먼저, 석영으로 된 도가니(21) 내에 다결정 실리콘 및 필요에 따라 도펀트를 첨가한 실리콘 원료를 충전하고, 히터(25)를 온시켜 석영으로 된 도가니(21) 내에서 실리콘 원료를 융해(融解)하고, 실리콘 융액(M)으로 한다. 계속하여, 자기장 발생 장치(41)를 온시켜 석영으로 된 도가니(21)에 대한 수평 자기장의 인가를 시작하면서, 실리콘 융액(M)의 온도를 인상 시작 온도가 되도록 조정한다. 실리콘 융액(M)의 온도와 자기장 강도가 안정되면, 가스 도입구(13)로부터 불활성 가스를 도입하고 가스 배출구(14)로부터 배출하면서, 구동 기구(24)에 의해 석영으로 된 도가니(21)를 소정 속도로 회전시키고, 와이어(31)에 장착된 종결정(S)을 실리콘 융액(M)에 침지한다. 그리고, 와이어(31)도 소정 속도로 회전시키면서 조용히 인상하여 네크부(neck portion)를 형성한 후, 원하는 직경까지 확경시키고, 대략 원기둥형상의 직동부(直胴部)를 갖는 실리콘 단결정(C)을 성장시킨다.
실리콘 단결정(C)의 인상에 수반하여 석영으로 된 도가니(21)의 실리콘 융액(M)의 액면이 내려가고, 자기장 발생 장치(41)로부터 석영으로 된 도가니(21)에 대한 수평 자기장의 인가를 포함하여 핫 존(hot zone)의 조건이 변동된다. 이 액면의 변동을 억제하기 위하여, 실리콘 단결정(C)의 인상 중에 있어서의 실리콘 융액(M)의 액면의 연직 방향의 높이는 구동 기구(24)에 의해 일정해지도록 제어된다. 이 구동 기구(24)의 제어는, 예를 들면, 도가니(21)의 위치, CCD 카메라 등으로 측정한 실리콘 융액(M)의 액면의 위치, 실리콘 단결정(C)의 인상 길이, 제1 챔버(11) 내의 온도, 실리콘 융액(M)의 표면 온도, 불활성 가스 유량 등의 정보에 따라 실행되며, 이에 따라 석영으로 된 도가니(21)의 상하 방향의 위치가 구동 기구(24)에 의해 이동한다.
그런데, 예를 들면 300 mm 웨이퍼를 제조하는 경우, 실리콘 단결정(C)의 인상 직경은, 불균일을 고려하여 300 mm보다 약간 큰 소정값으로 설정된다. 도 4는 그와 같이 하여 제조된 실리콘 단결정(C)의 웨이퍼 상태에 있어서의 산소 농도의 분포 특성의 일례를 도시한 그래프이다. 가로축은 웨이퍼 중심을 0으로 하는 직경 방향의 위치를 나타내고, 세로축은 산소 농도(×1017 atoms/cm3)를 나타낸다. 덧붙여, 본 명세서에서 말하는 산소 농도는, 모두 ASTM F-121(1979)에 규격된 FT-IR법(페리에 변환 적외 분광 광도법)에 의한 측정값이다. 또한 본 명세서에서 말하는 웨이퍼 외주부란, 웨이퍼의 외주 단부부터 10 mm 내측까지의 영역이다. 이하의 예에서는, 웨이퍼 외주부의 산소 농도의 하락으로서, 외주 단부로부터 5 mm의 사례를 도 2, 3, 5에 도시하였으나, 이는 웨이퍼 외주부의 대표적인 예로서 도시한 것으로서, 5 mm의 위치에 한정하는 것은 아니다. 이 예에 따르면, 웨이퍼의 외주부에 있어서의 산소 농도는, 다른 부위에 비해 0.5×1017 atoms/cm3 정도 낮게 되어 있다. 웨이퍼의 대직경화에 수반하여 수평 자기장을 인가하고, 석영으로 된 도가니(21) 내의 실리콘 융액(M)에 발생한 열대류를 제어함으로써 인상 직경의 제어성을 개선하면, 열대류에 의한 융액 산소의 교반이 이루어지기 어려워, 산소가 증발한 표층의 융액이 결정 외주부로 들어가, 결정 외주부의 산소 농도가 저하되기 쉬워지기 때문이다.
따라서, 자기장 발생 장치(41)에 의한 수평 자기장 강도를 내리면, 웨이퍼의 외주부에 있어서의 산소 농도의 저하는 억제될 수 있다. 그러나, 자기장 발생 장치(41)에 의한 수평 자기장 강도를 내리면, 석영으로 된 도가니(21) 내의 실리콘 융액(M)에 발생한 열대류의 제어성이 저하되므로, 인상 속도의 제어성이 저하된다. 또한, 자기장 발생 장치(41)에 의한 수평 자기장 강도를 내리면, 석영으로 된 도가니(21) 내의 실리콘 융액(M)에 발생한 열대류의 제어성이 저하되므로, 산소 농도가 상승한다. 따라서, 수평 자기장 강도를 내리는 것에도 일정한 한계값이 있다.
또한, 인상할 때의 실리콘 단결정(C)의 결정 회전 속도(오로지 와이어(31)만에 의한 실리콘 단결정(C)의 회전 속도를 말하며, 석영으로 된 도가니(21)의 회전 속도를 가미한 상대적인 회전 속도는 아님.)를 크게 하면, 웨이퍼의 외주부에 있어서의 산소 농도의 저하는 억제될 수 있다. 그러나, 인상할 때의 실리콘 단결정(C)의 결정 회전 속도를 크게 하면, 실리콘 단결정(C)에 휨(굴곡)이 발생한다. 또한, 인상할 때의 실리콘 단결정(C)의 결정 회전 속도를 크게 하면, 산소 농도가 상승한다. 따라서, 인상할 때의 실리콘 단결정(C)의 결정 회전 속도를 크게 하는 것에도 일정한 한계값이 있다.
또한, 인상하는 실리콘 단결정(C)의 직경은, 인상 속도 등의 제어 불균일에 기인하는 직경의 불균일을 고려한 최소값이 설정되어 있으나, 이 직경을 크게 하면, 폐기되는 양이 많아져 제조 수율이 저하된다. 또한, 제조 장치(1)의 석영으로 된 도가니(21) 등의 크기의 제약도 있다. 따라서, 인상할 때의 실리콘 단결정(C)의 직경을 크게 하는 것에도 일정한 한계값이 있다.
따라서, 본 발명자들은, 수평 자기장 강도, 실리콘 단결정(C)의 결정 회전 속도 및 직경 각각이 결정 외주부의 산소 농도의 분포 특성에 대하여 어떻게 영향을 주고 있는지 그 상관 관계를 검증하였다.
도 2는 도 1에 도시한 소정의 제조 장치(1)를 이용하여 실리콘 단결정(C)을 소정 조건으로 제조한 경우에 있어서의, 수평 자기장 강도와, 웨이퍼 외주부에 있어서의 산소 농도의 분포 특성과의 관계의 일례를 도시한 그래프이다. 가로축은 자기장 발생 장치(41)에 의한 수평 자기장 강도(가우스, G, 우측이 큼, 좌측이 작음을 나타냄.)을 나타내고, 세로축은 웨이퍼의 외주 끝으로부터 중심을 향해 5 mm의 위치(이하, In5라고도 함)와, 동일하게 웨이퍼의 외주 끝으로부터 중심을 향해 100 mm의 위치(이하, In10이라고도 함) 각각에 있어서의 산소 농도의 차(Oi[In10]-Oi[In5], 1017 atoms/cm3)를 나타낸다. 전술한 바와 같이, 수평 자기장 강도를 내리면 산소 농도의 차는 제로에 가까워지는 것을 알 수 있다.
도 3은 도 1에 도시한 제조 장치(1)를 이용하여 실리콘 단결정(C)을 소정 조건으로 제조한 경우에 있어서의, 단결정의 결정 회전 속도(단결정(C) 자체의 회전 속도를 말함)와, 웨이퍼 외주부에 있어서의 산소 농도의 분포 특성과의 관계의 일례를 도시한 그래프이다. 가로축은 단결정의 결정 회전 속도(rpm, 우측이 큼, 좌측이 작음을 나타냄.)를 나타내고, 세로축은 도 2와 동일하게 산소 농도의 차(Oi[In10]-Oi[In5],1017 atoms/cm3)를 나타낸다. 전술한 바와 같이, 결정 회전 속도를 크게 하면 산소 농도의 차는 제로에 가까워지는 것을 알 수 있다.
도 4는, 전술한 바와 같이 300 mm 웨이퍼를 제조한 경우의, 실리콘 단결정(C)의 웨이퍼 상태에 있어서의 산소 농도의 분포 특성의 일례를 도시한 그래프이다. 도 5는, 도 4에 도시한 결과를 이용하여, 인상 직경의 외주부의 산소 농도의 분포 특성(산소 거동)은 직경과 관계없이 변화는 없다고 가정한 후에, 직경을 증가시켰을 때의 산소 농도를 추측한 그래프이다. 가로축은 인상할 때 설정되는 단결정의 직경(mm, 우측이 큼, 좌측이 작음을 나타냄.)을 나타내고, 세로축은, 도 2 및 도 3과 동일하게 산소 농도의 차(Oi[In10]-Oi[In5], 1017 atoms/cm3)를 나타낸다. 전술한 바와 같이, 인상할 때의 단결정의 직경을 크게 설정하면 산소 농도의 차는 제로에 가까워지는 것을 알 수 있다.
이들 도 2 내지 도 5의 결과로부터, 결정 외주부의 산소 농도의 분포 특성(Oi[In10]-Oi[In5], 1017 atoms/cm3)은, 수평 자기장 강도, 실리콘 단결정(C)의 회전 속도 및 직경 각각과 상관 관계가 있다는 것을 알 수 있었으므로, 본 발명자들은, 인상할 때의 단결정의 직경을 D(mm), 수평 자기장 강도를 G(가우스), 인상할 때의 단결정의 결정 회전 속도를 V(rpm), 웨이퍼 외주부에 있어서의 산소 농도의 분포 특성을 δ(1017 atoms/cm3), a, b, c, d를 상수(定數)라고 하였을 때,
[수학식 1]
δ=aD+bG+cV+d…(식 1)
이라는 식에 의해 상관 관계를 정의하였다. 상수 a, b, c, d는, 수평 자기장 강도, 실리콘 단결정의 회전 속도 및 직경 각각에 대한 가중값에 해당한다.
그리고, 실리콘 단결정 제조 장치(1)마다의 소정의 제조 조건 하에서 미리 상수 a, b, c, d를 구해 두고, 웨이퍼 외주부에 있어서의 산소 농도의 분포 특성 δ의 한계값(허용값일 수도 있음)과, 수평 자기장 강도의 한계값과, 인상할 때의 단결정의 결정 회전 속도의 한계값을 상기 식 1에 대입하고, 이에 의해 구해지는 실리콘 단결정의 직경 D(=(δ-bG-cV-d)/a)를 인상하는 실리콘 단결정(C)의 직경으로 설정한다.
여기서, 웨이퍼 외주부에 있어서의 산소 농도의 분포 특성 δ의 한계값(허용값)이란, 제품으로서의 웨이퍼에 허용되는 외주부의 산소 농도의 분포값(하락값)의 최대값으로서, 디바이스 등에 따라 설정되는 제품 출하 기준 등이다. 예를 들면 Oi[In10]-Oi[In5]=0.5×1017 atoms/cm3이다. 또한, 수평 자기장 강도의 한계값이란, 전술한 바와 같이 인상 속도의 제어성이나 산소 농도의 증가를 고려한 하한값으로서, 경험값이나 시뮬레이션에 기초하여 실리콘 단결정 제조 장치(1)마다의 제조 조건마다 정해진다. 예를 들면 2000G, 3000G 또는 4000G이다. 또한, 인상할 때의 단결정의 결정 회전 속도의 한계값이란, 휨이나 산소 농도의 증가를 고려한 상한값으로서, 경험값이나 시뮬레이션에 의거하여 제조 장치(1)마다의 제조 조건마다 정해진다. 예를 들면 8 rpm, 9 rpm, 10 rpm, 12 rpm 또는 15 rpm이다.
도 2 내지 도 5에 도시한 실례를 회귀 분석함으로써 식 1의 상수 a, b, c, d의 일례를 구하였더니, 하기와 같았다.
[수학식 2]
δ=-0.0166D+0.0005G-0.4836V+8.1984…(식 2)
상기 식 2에 있어서, 웨이퍼 외주부에 있어서의 산소 농도의 분포 특성 δ의 한계값(허용값)을 0.1×1017 atoms/cm3, 수평 자기장 강도의 한계값을 2500G, 인상할 때의 단결정의 결정 회전 속도의 한계값을 8 rpm으로 하여 상기 식 2에 대입하면, 이에 의해 구해지는 실리콘 단결정의 직경 D는 330 mm가 된다. 이 직경 D를 설정값으로 하여 실리콘 단결정을 제조하면, 웨이퍼 외주부에 있어서의 산소 농도의 분포 특성 δ가 0.5×1017 atoms/cm3 이하인 것을 만족시키고, 인상 속도의 제어성이 양호하며, 산소 농도의 증가나 휨도 억제되고, 나아가 규정 직경의 웨이퍼로 가공할 때 폐기되는 외주부의 양이 최소가 되는 잉곳을 얻을 수 있다.
전술한 예에 있어서는, 식 2에 웨이퍼 외주부에 있어서의 산소 농도의 분포 특성 δ의 한계값, 수평 자기장 강도의 한계값 및 인상할 때의 단결정의 결정 회전 속도의 한계값을 대입하고, 이에 의해 실리콘 단결정의 직경 D를 구하였으나, 이를 대신하여, 식 2에 웨이퍼 외주부에 있어서의 산소 농도의 분포 특성 δ의 한계값, 실리콘 단결정의 직경의 한계값, 및 인상할 때의 단결정의 결정 회전 속도의 한계값을 대입하고, 이에 의해 수평 자기장 강도를 구하고, 구해진 수평 자기장 강도를 설정하여 실리콘 단결정을 제조할 수도 있다. 또한 이를 대신하여, 식 2에 웨이퍼 외주부에 있어서의 산소 농도의 분포 특성 δ의 한계값, 실리콘 단결정의 직경의 한계값, 및 수평 자기장 강도의 한계값을 대입하고, 이에 의해 인상할 때의 단결정의 결정 회전 속도를 구하고, 구해진 결정 회전 속도를 설정하여 실리콘 단결정을 제조할 수도 있다.
1 : 실리콘 단결정 제조 장치
11 : 제1 챔버
12 : 제2 챔버
13 : 가스 도입구
14 : 가스 배출구
21 : 석영으로 된 도가니
22 : 흑연으로 된 도가니
23 : 지지축
24 : 구동 기구
25 : 히터
26 : 보온통
27 : 열차폐 부재
28 : 브라켓
31 : 와이어
32 : 인상 기구
41 : 자기장 발생 장치
M : 실리콘 융액
C : 실리콘 단결정
S : 종결정

Claims (4)

  1. CZ법에 의해 인상할 때의 단결정의 직경과, 융액에 인가할 수평 자기장 강도와, 인상할 때의 단결정의 결정 회전 속도와, 웨이퍼 외주부에 있어서의 산소 농도의 분포 특성과의 상관 관계를 소정의 제조 조건에 대하여 미리 구하고,
    상기 웨이퍼 외주부에 있어서의 산소 농도의 분포 특성의 한계값과, 상기 수평 자기장 강도의 한계값과, 상기 인상할 때의 단결정의 결정 회전 속도의 한계값과, 상기 상관 관계로부터 인상할 때의 단결정의 최소의 직경을 구하고,
    해당 구해진 최소의 직경을 목표 직경으로 하여 실리콘 단결정을 상기 소정의 제조 조건 하에서 제조하는 실리콘 단결정 제조 방법.
  2. CZ법에 의해 인상할 때의 단결정의 직경과, 융액에 인가할 수평 자기장 강도와, 인상할 때의 단결정의 결정 회전 속도와, 웨이퍼 외주부에 있어서의 산소 농도의 분포 특성과의 상관 관계를 소정의 제조 조건에 대하여 미리 구하고,
    상기 웨이퍼 외주부에 있어서의 산소 농도의 분포 특성의 한계값과, 상기 인상할 때의 단결정의 직경의 한계값과, 상기 인상할 때의 단결정의 결정 회전 속도의 한계값과, 상기 상관 관계로부터 인가할 하나의 수평 자기장 강도의 값을 구하고,
    해당 구해진 하나의 수평 자기장 강도의 값과 상기 소정의 제조 조건 하에서 단결정을 제조하는 실리콘 단결정 제조 방법.
  3. CZ법에 의해 인상할 때의 단결정의 직경과, 융액에 인가할 수평 자기장 강도와, 인상할 때의 단결정의 결정 회전 속도와, 웨이퍼 외주부에 있어서의 산소 농도의 분포 특성과의 상관 관계를 소정의 제조 조건에 대하여 미리 구하고,
    상기 웨이퍼 외주부에 있어서의 산소 농도의 분포 특성의 한계값과, 상기 인상할 때의 단결정의 직경의 한계값과, 상기 수평 자기장 강도의 한계값과, 상기 상관 관계로부터 상기 인상할 때의 단결정의 결정 회전 속도를 구하고,
    해당 구해진 결정 회전 속도와 상기 소정의 제조 조건 하에서 단결정을 제조하는 실리콘 단결정 제조 방법.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인상할 때의 단결정의 직경을 D(mm), 수평 자기장 강도를 G(가우스), 상기 인상할 때의 단결정의 결정 회전 속도를 V(rpm), 상기 웨이퍼 외주부에 있어서의 산소 농도의 분포 특성을 δ(1017 atoms/cm3), a, b, c, d를 상수라고 했을 때, δ=aD+bG+cV+d인 식에 의해 상기 상관 관계를 정의하고, 상기 소정의 제조 조건 하에서 미리 상기 상수 a, b, c, d를 구해 두는 실리콘 단결정 제조 방법.
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