KR102660001B1 - 낮은 산소 함량 실리콘의 제조를 위한 시스템들 및 방법들 - Google Patents

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Abstract

실리콘 잉곳을 제조하기 위한 방법은 커스프 자계를 포함하는 진공 챔버에 둘러싸인 도가니 내에 용융된 실리콘을 포함하는 용융물로부터 시드 결정을 빼내는 단계를 포함한다. 적어도 하나의 공정 파라미터는 중간 잉곳 길이까지의 실리콘 잉곳의 형성에 대응하는 제1 스테이지, 및 중간 잉곳 길이로부터 총 잉곳 길이까지의 실리콘 잉곳의 형성에 대응하는 제2 스테이지를 포함하는, 적어도 2개의 스테이지에서 조정된다. 제2 스테이지 동안의 공정 파라미터 조정은 제1 스테이지에 비해, 결정 회전 속도를 감소시키는 것, 도가니 회전 속도를 감소시키는 것, 및/또는 자계 강도를 증가시키는 것을 포함할 수 있다.

Description

낮은 산소 함량 실리콘의 제조를 위한 시스템들 및 방법들{SYSTEMS AND METHODS FOR PRODUCTION OF LOW OXYGEN CONTENT SILICON}
관련 출원들과의 상호 참조
본원은 그 전체가 본원에 참조로 포함된, 2015년 12월 4일자 출원된 미국 특허 출원 번호 제62/263,355호를 우선권 주장한다.
본 개시내용은 일반적으로 실리콘 잉곳들의 제조에 관한 것으로, 더 구체적으로, 낮은 산소 농도를 갖는 실리콘 잉곳들을 제조하는 방법들 및 시스템들에 관한 것이다.
단결정 실리콘은 반도체 전자 컴포넌트들 및 태양광 재료들을 제조하는 많은 공정들에서 출발 재료이다. 예를 들어, 실리콘 잉곳들로부터 제조된 반도체 웨이퍼들이 집적 회로 칩들의 제조에 일반적으로 사용된다. 태양광 산업에서, 단결정 실리콘은 입자 경계들 및 전위들(dislocations)의 부재로 인해 다결정 실리콘 대신에 사용될 수 있다. 단결정 실리콘 잉곳들은 그로부터 반도체 또는 태양광 웨이퍼들이 제조될 수 있는, 실리콘 웨이퍼와 같은, 원하는 형상으로 가공될 수 있다.
고순도 단결정 실리콘 잉곳을 제조하는 기존의 방법들은 플로트 존 방법(float zone method) 및 자계 인가 초크랄스키(magnetic field applied Czochralski)(MCZ) 공정을 포함한다. 플로트 존 방법은 초고순도 다결정 실리콘의 로드의 좁은 영역을 용융하고 고순도의 단결정 실리콘 잉곳을 제조하기 위해 로드를 따라 용융된 영역을 서서히 변환하는 것을 포함한다. MCZ 공정은 도가니 내에서 다결정 실리콘을 용융하고, 시드 결정을 용융된 실리콘 내로 담그고, 잉곳을 위해 원하는 직경을 달성하기에 충분한 방식으로 시드 결정을 빼냄으로써 단결정 실리콘 잉곳들을 제조한다. 수평 및/또는 수직 자계가 산소와 같은 불순물들이 성장 단결정 실리콘 잉곳 내로 결합하는 것을 금지하기 위해 용융된 실리콘에 인가될 수 있다. 플로트 존 실리콘 잉곳들이 비교적 낮은 농도의 산소와 같은 불순물들을 전형적으로 포함하지만, 플로트 존 방법을 사용하여 성장한 잉곳들의 직경은 표면 장력에 의해 부과된 제한들로 인해 전형적으로 약 150㎜ 이하이다. MCZ 실리콘 잉곳들은 플로트 존 잉곳들에 비해 더 높은 잉곳 직경들로 제조될 수 있지만, MCZ 실리콘 잉곳들은 더 높은 농도들의 불순물들을 전형적으로 포함한다.
MCZ 방법을 사용하여 단결정 실리콘 잉곳들을 제조하는 공정 동안, 산소가 용융물-고체 또는 용융 결정 계면을 통해 실리콘 결정 잉곳들 내로 도입된다. 산소는 잉곳들로부터 제조된 웨이퍼들 내에 다양한 결함들을 발생할 수 있어서, 잉곳들을 사용하여 제조된 반도체 디바이스들의 수율을 감소시킨다. 예를 들어, 절연된-게이트 바이폴라 트랜지스터들(IGBT들), 고품질 무선-주파수(RF), 고 비저항 실리콘 온 절연체(HR-SOI), 및 전하 트랩 층(charge trap layer) SOI(CTL-SOI) 응용들은 고 비저항을 달성하기 위해 낮은 산소 농도(Oi)를 전형적으로 요구한다.
적어도 일부 공지된 반도체 디바이스들은 낮은 Oi 및 고 비저항을 달성하기 위해 플로트 존 실리콘 재료들을 사용하여 제조된다. 그러나, 플로트 존 재료들은 비교적 비용이 많이 들고 약 200㎜ 미만의 직경을 갖는 잉곳들을 제조하는 데 있어서의 사용으로 제한된다. 따라서, 플로트 존 실리콘 재료들은 고가이고 비교적 낮은 산소 농도를 갖는 더 높은 직경의 실리콘 결정 잉곳들을 제조하지 못한다.
본 배경 설명은 아래에 설명 및/또는 청구된, 본 개시내용의 다양한 양태들과 관련될 수 있는 기술의 다양한 양태들을 독자에게 소개하고자 하는 것이다. 본 논의는 본 개시내용의 다양한 양태들의 더 양호한 이해를 용이하게 하기 위해 배경 정보를 독자에게 제공하는 데 도움이 되는 것으로 생각된다. 따라서, 이들 설명은 이 점에 비추어서 읽혀지고, 종래 기술로 인정하는 것은 아니라고 이해되어야 한다.
한 양태에서, 실리콘 잉곳을 제조하기 위한 방법은 도가니 내에 용융된 실리콘을 포함하는 용융물로부터 시드 결정을 빼내는 단계를 포함한다. 도가니는 커스프 자계를 포함하는 진공 챔버에 둘러싸인다. 방법은 적어도 2개의 스테이지에서 적어도 하나의 공정 파라미터를 조정하는 단계를 추가로 포함한다. 적어도 하나의 공정 파라미터는 결정 회전 속도, 도가니 회전 속도, 및 자계 강도 중 적어도 하나를 포함한다. 적어도 2개의 스테이지는 중간 잉곳 길이까지의 실리콘 잉곳의 형성에 대응하는 제1 스테이지, 및 중간 잉곳 길이로부터 총 잉곳 길이까지의 실리콘 잉곳의 형성에 대응하는 제2 스테이지를 포함한다. 본 실시예의 방법에 따르면, 제2 스테이지 동안 적어도 하나의 공정 파라미터를 조정하는 단계는 결정 회전 속도를 제1 스테이지 동안의 결정 회전 속도에 비해 감소시키는 단계, 도가니 회전 속도를 제1 스테이지 동안의 도가니 회전 속도에 비해 감소시키는 단계; 및 자계 강도를 제1 스테이지 동안의 자계 강도에 비해 증가시키는 단계 중 적어도 하나를 포함한다.
또 하나의 양태는 위에 설명된 방법을 사용하여 제조된 실리콘 잉곳으로부터 제조된 웨이퍼에 관한 것이다.
또 다른 양태는 실리콘 잉곳을 제조하기 위한 결정 성장 시스템에 관한 것이다. 이 시스템은 진공 챔버 및 진공 챔버 내에 배치된 도가니를 포함한다. 도가니는 대칭 축에 대해 회전가능하고, 용융된 실리콘을 포함하는 용융물을 홀드하도록 구성된다. 풀 샤프트가 대칭 축을 따라 이동가능하고, 대칭 축에 대해 회전가능하고, 시드 결정을 홀드하도록 구성된다. 적어도 하나의 자석이 도가니 내에 제어가능한 커스프 자계를 발생할 수 있다. 제어 유닛은 프로세서 및 메모리를 포함하고, 메모리는 프로세서에 의해 실행될 때, 프로세서로 하여금, 실리콘 잉곳을 형성하기 위해 도가니 내의 용융물로부터 시드 결정을 빼내게 하는 명령어를 저장한다. 상기 유닛은 또한 적어도 하나의 공정 파라미터를 조정하고, 적어도 하나의 공정 파라미터는 적어도 2개의 스테이지에서 조정된다. 적어도 2개의 스테이지는 중간 잉곳 길이까지의 실리콘 잉곳의 형성에 대응하는 제1 스테이지, 및 중간 잉곳 길이로부터 총 잉곳 길이까지의 실리콘 잉곳의 형성에 대응하는 제2 스테이지를 포함한다. 상기 명령어는 프로세서에 의해 실행될 때, 결정 회전 속도를 제1 스테이지 동안의 결정 회전 속도에 비해 감소시키는 것, 도가니 회전 속도를 제1 스테이지 동안의 도가니 회전 속도에 비해 감소시키는 것, 및 적어도 하나의 자석에 의해 발생된 자계 강도를 제1 스테이지 동안의 적어도 하나의 자석에 의해 발생된 자계 강도에 비해 증가시키는 것 중 적어도 하나에 의해, 프로세서로 하여금 적어도 하나의 공정 파라미터를 조정하게 한다.
다양한 개선들이 위에 언급된 양태와 관련하여 주목된 특징들에 존재한다. 추가 특징들이 역시 위에 언급된 양태에 또한 포함될 수 있다. 이들 개선 및 추가 특징들은 개별적으로 또는 임의의 조합으로 존재할 수 있다. 예를 들어, 예시된 실시예들 중 어느 것에 관련하여 아래에 논의된 다양한 특징들이 단독으로 또는 임의의 조합으로, 위에 설명된 양태 내에 포함될 수 있다.
도 1은 한 실시예의 도가니의 상면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 도가니의 측면도이다.
도 3은 결정 성장 장치 내에 용융물을 포함하는 도가니에 인가된 커스프 자계를 도시한 블록도이다.
도 4는 도 1과 동일한 실시예의 결정 성장 시스템의 블록도이다.
도 5a는 주어진 결정 회전 속도에서의 중간 바디 성장에서의 도가니 벽 근처의 흐름선들 및 및 산소 농도를 도시한 도가니의 일부분의 단면도이다.
도 5b는 결정 회전 속도에서의 후기 바디 성장에서의 도가니 벽 근처의 흐름선들 및 산소 농도를 매핑한 예시적인 도가니의 일부분의 단면도이다.
도 5c는 상이한 결정 회전 속도에서의 후기 바디 성장에서의 도가니 벽 근처의 흐름선 및 산소 농도를 매핑한 예시적인 도가니의 일부분의 단면도이다.
도 6은 후기 바디 성장에서의 결정 회전 속도 대 결정을 따르는 위치(BL)의 함수로서 모의된 산소 농도(Oi)를 플로팅한 그래프이다.
도 7a는 후기 바디 성장에서의 산소 농도 대 6rpm의 결정 바디 회전 속도에 대한 도가니 회전 속도를 플로팅한 그래프이다.
도 7b는 후기 바디 성장에서의 산소 농도 대 8rpm의 결정 바디 회전 속도에 대한 도가니 회전 속도를 플로팅한 그래프이다.
도 8a는 50% 균형(balanced)에 대응하는 자계 강도에서의 후기 바디 성장에서의 도가니 벽 근처의 흐름선들 및 속도 크기들을 매핑한 예시적인 도가니의 단면도이다.
도 8b는 95% 균형에 대응하는 자계 강도에서의 후기 바디 성장에서의 도가니 벽 근처의 흐름선들 및 속도 크기들을 매핑한 예시적인 도가니의 단면도이다.
도 8c는 150% 균형에 대응하는 자계 강도에서의 후기 바디 성장에서의 도가니 벽 근처의 흐름선들 및 속도 크기들을 매핑한 예시적인 도가니의 단면도이다.
도 9는 2개의 상이한 결정 회전 속도 프로필에 대한 결정 바디 길이의 함수로서 산소 농도를 플로팅한 그래프이다.
도 10은 예시적인 서버 시스템의 블록도이다.
도 11은 예시적인 컴퓨팅 디바이스의 블록도이다.
여러 도면들 내의 유사한 참조 기호들은 유사한 요소들을 표시한다.
먼저 도 1 및 도 2를 참조하면, 한 실시예의 도가니가 일반적으로 참조 번호(10)로 표시된다. 도가니(10)에 대한 원통형 좌표계는 방사 방향 R(12), 각도 방향 θ(14), 및 축 방향 Z(16)를 포함한다. 좌표들 R(12), θ(14), 및 Z(16)는 낮은 산소 실리콘 잉곳들을 제조하는 방법들 및 시스템들을 설명하기 위해 여기서 사용된다. 도가니(10)는 용융 표면(36)을 갖는 용융물(25)을 포함한다. 결정(27)은 용융물(25)로부터 성장한다. 용융물(25)은 도가니(10)의 가열 및 도가니(10) 및/또는 결정(27)의 각도 방향 θ(14)로의 회전에 의해 유도된 하나 이상의 대류적 흐름 셀들(17, 18)을 포함할 수 있다. 이들 하나 이상의 대류적 흐름 셀들(17, 18)의 구조 및 상호작용은 여기 아래에 상세히 설명되는 바와 같이 형성 결정(27) 내의 산소의 포함을 감소시키기 위해 하나 이상의 공정 파라미터의 조정을 통해 변조된다.
도 3은 결정 성장 장치 내에 용융물(25)을 포함하는 도가니(10)에 인가된 커스프 자계를 도시한 블록도이다. 도시한 바와 같이, 도가니(10)는 결정(27)이 그로부터 성장하는 실리콘 용융물(25)을 포함한다. 커스프 자계 구성은 축방향 및 수평 자계 구성들의 결핍들을 극복하도록 설계된다. 한 쌍의 코일들(31 및 33)(예를 들어, 헬름홀츠 코일들)이 용융 표면(36) 위와 아래에 동축으로 배치된다. 코일들(31 및 33)은 용융 표면(36) 근처의 순수 반경 방향 필드 성분(즉, R(12)을 따름) 및 결정(27)의 대칭 축(38) 근처의 순수 축 방향 필드 성분(즉, Z(16)를 따름)을 갖는 자계를 발생하기 위해 반대되는 전류 모드에서 동작된다. 각각 코일들(31 및 33)에 의해 발생된 상부 자계(40)와 하부 자계(42)의 조합은 축 방향 및 반경 방향 커스프 자계 성분들을 발생시킨다.
도 4는 결정 성장 시스템(100)의 블록도이다. 결정 성장 시스템(100), 결정 성장 시스템(100)의 요소들, 및 결정 성장 시스템(100)의 다양한 동작 파라미터들은 그 전체가 본원에 참조로 포함된 PCT 공개 출원 2014/190165에 추가적으로 상세하게 설명된다. 도 4를 다시 참조하면, 시스템(100)은 반도체 잉곳을 제조하기 위해 초크랄스키 결정 성장 방법을 이용한다. 본 실시예에서, 시스템(100)은 150밀리미터(150㎜)보다 큰, 더 구체적으로 약 150㎜ 내지 460㎜ 범위의 잉곳 직경, 및 보다 더 구체적으로, 약 300밀리미터(300㎜)의 직경을 갖는 원통형 반도체 잉곳을 제조하도록 구성된다. 다른 실시예들에서, 시스템(100)은 200밀리미터(200㎜) 잉곳 직경 또는 450밀리미터(450㎜) 잉곳 직경을 갖는 반도체 잉곳을 제조하도록 구성된다. 또한, 한 실시예에서, 시스템(100)은 적어도 900밀리미터(900㎜)의 총 잉곳 길이를 갖는 반도체 잉곳을 제조하도록 구성된다. 다른 실시예들에서, 시스템(100)은 약 900밀리미터(900㎜) 내지 1200밀리미터(1200㎜) 범위의 총 잉곳 길이를 갖는 반도체 잉곳을 제조하도록 구성된다.
도 4를 다시 참조하면, 결정 성장 시스템(100)은 도가니(10)를 둘러싸는 진공 챔버(101)를 포함한다. 측면 히터(105), 예를 들어, 저항 히터는 도가니(10)를 둘러싼다. 하부 히터(106), 예를 들어, 저항 히터는 도가니(10) 아래에 배치된다. 가열 및 결정 풀링 동안, 도가니 구동 유닛(107)(예를 들어, 모터)은 도가니(10)를, 예를 들어, 화살표(108)로 표시된 것과 같은 시계 방향으로 회전시킨다. 도가니 구동 유닛(107)은 또한 성장 공정 동안 원하는 대로 도가니(10)를 상승 및/또는 하강시킬 수 있다. 도가니(10) 내에 용융 레벨 또는 용융 표면(36)을 갖는 실리콘 용융물(25)이 있다. 동작 시에, 시스템(100)은 용융물(25)로부터, 풀 샤프트 또는 케이블(117)에 부착된 시드 결정(115)으로 시작하여, 단결정(27)을 풀링한다. 풀 샤프트 또는 케이블(117)의 한 단부는 풀리(pulley)(도시 안됨)에 의해 드럼(도시 안됨), 또는 기타 적합한 유형의 리프팅 기구, 예를 들어, 샤프트에 접속되고, 다른 단부는 시드 결정(115)을 홀드하는 척(도시 안됨) 및 시드 결정(115)으로부터 성장한 결정(27)에 접속된다.
도가니(10)와 단결정(27)은 공통 대칭 축(38)을 갖는다. 도가니 구동 유닛(107)은 용융물(25)이 용융 레벨(36)을 원하는 높이로 유지하도록 공핍됨에 따라 축(38)을 따라 도가니(10)를 상승시킬 수 있다. 결정 구동 유닛(121)은 풀 샤프트 또는 케이블(117)을, 도가니 구동 유닛(107)이 도가니(10)를 회전시키는 방향과 반대되는 (예를 들어, 반대-회전) 방향(110)으로 유사하게 회전시킨다. 등-회전(iso-rotation)을 사용하는 실시예들에서, 결정 구동 유닛(121)은 풀 샤프트 또는 케이블(117)을, 도가니 구동 유닛(107)이 도가니(10)를 회전시키는 방향과 동일한 (예를 들어, 시계 방향) 방향으로 회전시킬 수 있다. 등-회전은 또한 동시-회전(co-rotation)이라고 할 수 있다. 또한, 결정 구동 유닛(121)은 성장 공정 동안 원하는 대로 결정(27)을 용융 레벨(36)에 대해 상승 및 하강시킨다.
초크랄스키 단결정 성장 공정에 따라, 다량의 다결정 실리콘, 또는 폴리실리콘이 도가니(10)에 적재된다. 히터 전원(123)은 저항 히터들(105 및 106)을 활성화시키고, 절연체(125)는 진공 챔버(101)의 내부 벽에 붙인다. 가스 공급기(127)(예를 들어, 병)는 진공 펌프(131)가 진공 챔버(101)로부터 가스를 제거함에 따라 가스 흐름 제어기(129)를 통해 진공 챔버(101)에 아르곤 가스를 공급한다. 저장소(135)로부터 냉각수가 공급되는 외부 챔버(133)는 진공 챔버(101)를 둘러싼다.
냉각수는 다음에 냉각수 반환 매니폴드(137)로 배출된다. 전형적으로, 포토셀(139)(또는 고온계)과 같은 온도 센서는 그것의 표면에서의 용융물(25)의 온도를 측정하고, 직경 트랜스듀서(141)는 단결정(27)의 직경을 측정한다. 본 실시예에서, 시스템(100)은 상부 히터를 포함하지 않는다. 상부 히터의 존재, 또는 상부 히터의 부재는 결정(27)의 냉각 특성들을 변경시킨다.
솔레노이드 코일(31)과 같은 상부 자석, 및 솔레노이드 코일(33)과 같은 하부 자석은 본 실시예에서 용융 레벨(36) 위와 아래에 각각 배치된다. 단면으로 도시한 코일들(31 및 33)은 진공 챔버(도시 안됨)를 둘러싸고, 대칭 축(38)과 축들을 공유한다. 한 실시예에서, 상부 및 하부 코일들(31 및 33)은 그 각각이 제어 유닛(143)에 접속되고 그에 의해 제어되는, 상부 코일 전원(149) 및 하부 코일 전원(151)을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는 별개의 전원들을 갖는다.
본 실시예에서, 전류는 (도 3에 도시한 것과 같이) 자계를 발생하기 위해 2개의 솔레노이드 코일들(31 및 33)에서 반대 방향들로 흐른다. 저장소(153)는 냉각수 반환 매니폴드(137)를 통해 배출하기 전에 냉각수를 상부 및 하부 코일들(31 및 33)에 제공한다. 철 함유 쉴드(155)는 표유 자계들을 감소시키고 발생된 자계의 강도를 향상시키도록 코일들(31 및 33)을 둘러싼다.
제어 유닛(143)은 결정 회전 속도, 도가니 회전 속도, 및 자계 강도 중 적어도 하나를 포함하지만, 이들로 제한되지 않는 복수의 공정 파라미터를 조정하는 데 사용된다. 다양한 실시예들에서, 제어 유닛(143)은 포토셀(139) 및 직경 트랜스듀서(141)를 포함하지만, 이들로 제한되지 않는 시스템(100)의 다양한 센서들로부터 수신된 신호들을 처리하는 프로세서(144)를 포함할 수 있을 뿐만 아니라, 도가니 구동 유닛(107), 결정 구동 유닛(121), 히터 전원(123), 진공 펌프(131), 가스 흐름 제어기(129)(예를 들어, 아르곤 흐름 제어기), 상부 코일 전원(149), 하부 코일 전원(151), 및 이들의 임의의 조합을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는 시스템(100)의 하나 이상의 디바이스를 제어한다.
제어 유닛(143)은 컴퓨터 시스템일 수 있다. 여기에 설명된 것과 같은, 컴퓨터 시스템들은 임의의 공지된 컴퓨팅 디바이스 및 컴퓨터 시스템을 의미한다. 여기에 설명된 바와 같이, 모든 이러한 컴퓨터 시스템들은 프로세서 및 메모리를 포함한다. 그러나, 여기에 참조되는 컴퓨터 시스템 내의 임의의 프로세서는 또한 하나 이상의 프로세서를 참조할 수 있고 프로세서는 하나의 컴퓨팅 디바이스 또는 병렬로 동작하는 복수의 컴퓨팅 디바이스 내에 있을 수 있다. 부가적으로, 여기에 참조되는 컴퓨터 디바이스 내의 임의의 메모리는 또한 하나 이상의 메모리를 참조할 수 있고 메모리들은 하나의 컴퓨팅 디바이스 또는 병렬로 동작하는 복수의 컴퓨팅 디바이스 내에 있을 수 있다.
여기에 사용되는 것과 같은 프로세서라는 용어는 중앙 처리 장치들, 마이크로프로세서들, 마이크로컨트롤러들, 감소된 명령어 세트 회로들(RISC), 주문형 집적 회로들(ASIC), 논리 회로들, 및 여기에 설명된 기능들을 실행할 수 있는 기타 회로 또는 프로세서를 참조한다. 상기는 단지 예들이고, 그러므로 용어 "프로세서"의 정의 및/또는 의미를 임의의 방식으로 제한하려는 것이 아니다.
여기에 사용되는 바와 같이, 용어 "데이터베이스"는 데이터의 바디, 관계형 데이터베이스 관리 시스템(RDBMS), 또는 이 둘 다를 지칭할 수 있다. 여기에 사용되는 바와 같이, 데이터베이스는 계층적 데이터베이스들, 관계형 데이터베이스들, 플랫 파일 데이터베이스들, 객체-관계형 데이터베이스들, 객체 지향 데이터베이스들을 포함하는 데이터의 임의의 수집, 및 컴퓨터 시스템 내에 저장된 기록들 또는 데이터의 기타 구조화된 수집을 포함할 수 있다. 상기 예들은 단지 예이고, 그러므로 용어 데이터베이스의 정의 및/또는 의미를 임의의 방식으로 제한하려는 것이 아니다. RDBMS의 예들은 Oracle® Database, MySQL, IBM® DB2, Microsoft® SQL 서버, Sybase®, 및 PostgreSQL을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다. 그러나, 여기에 설명된 시스템들 및 방법들을 가능하게 하는 임의의 데이터베이스가 사용될 수 있다. (Oracle은 Redwood Shores, California의 Oracle Corporation의 등록 상표이고; IBM은 Armonk, New York의 International Business Machines Corporation의 등록 상표이고; Microsoft는 Redmond, Washington의 Microsoft Corporation의 등록 상표이고; Sybase는 Dublin, California의 Sybase의 등록 상표이다.)
한 실시예에서, 컴퓨터 프로그램은 제어 유닛(143)을 인에이블하기 위해 제공되고, 이 프로그램은 컴퓨터 판독가능 매체 상에서 실시된다. 예시적인 실시예에서, 컴퓨터 시스템은 서버 컴퓨터와의 접속을 필요로 하지 않고서, 단일 컴퓨터 시스템 상에서 실행된다. 추가 실시예에서, 컴퓨터 시스템은 Windows® 환경에서 실행된다(Windows는 Redmond, Washington의 Microsoft Corporation의 등록 상표이다). 또 다른 실시예에서, 컴퓨터 시스템은 메인프레임 환경 및 UNIX® 서버 환경에서 실행된다(UNIX는 Reading, Berkshire, United Kingdom에 위치한 X/Open Company Limited의 등록 상표이다). 대안적으로, 컴퓨터 시스템은 임의의 적합한 운영 체제 환경에서 실행된다. 컴퓨터 프로그램은 플렉서블하고 임의의 주요 기능성을 절충하지 않고서 다양한 상이한 환경들에서 실행하도록 설계된다. 일부 실시예들에서, 컴퓨터 시스템은 복수의 컴퓨팅 디바이스 간에 분배된 다수의 컴포넌트를 포함한다. 하나 이상의 컴포넌트는 컴퓨터 판독가능 매체에서 실시되는 컴퓨터 실행가능 명령어들의 형태일 수 있다.
컴퓨터 시스템들 및 프로세스들은 여기에 설명된 특정한 실시예들로 제한되지 않는다. 또한, 각각의 컴퓨터 시스템 및 각각의 프로세스의 컴포넌트들은 독립적으로 실시될 수 있고 여기에 설명된 다른 컴포넌트들 및 프로세스들과 분리될 수 있다. 각각의 컴포넌트 및 프로세스는 또한 다른 어셈블리 패키지들 및 프로세스들과 조합하여 사용될 수 있다.
한 실시예에서, 컴퓨터 시스템은 서버 시스템으로서 구성될 수 있다. 도 10은 온도 센서(139), 직경 트랜스듀서(141), 및 이들의 임의의 조합을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는 하나 이상의 센서로부터의 측정들을 수신하는 것뿐만 아니라, 한 실시예에서 여기에 설명되고 도 4에 도시된 것과 같이 도가니 구동 유닛(107), 결정 구동 유닛(121), 히터 전원(123), 진공 펌프(131), 가스 흐름 제어기(129)(예를 들어, 아르곤 흐름 제어기), 상부 코일 전원(149), 하부 코일 전원(151), 및 이들의 임의의 조합을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는 시스템(100)의 하나 이상의 디바이스를 제어하기 위해 사용되는 서버 시스템(301)의 예시적인 구성을 도시한다. 도 10을 다시 참조하면, 서버 시스템(301)은 또한 데이터베이스 서버를 포함할 수 있지만, 이로 제한되지 않는다. 본 예시적인 실시예에서, 서버 시스템(301)은 여기에 설명된 것과 같은 시스템(100)의 하나 이상의 디바이스를 제어하기 위해 사용된 단계들의 모두를 수행한다.
서버 시스템(301)은 명령어들을 실행하는 프로세서(305)를 포함한다. 명령어들은 예를 들어, 메모리 영역(310) 내에 저장될 수 있다. 프로세서(305)는 명령어들을 실행하는 하나 이상의 처리 장치(예를 들어, 멀티-코어 구성)를 포함할 수 있다. 명령어들은 UNIX, LINUX, Microsoft Windows® 등과 같은, 서버 시스템(301) 상의 다양한 상이한 운영 체제들 내에서 실행될 수 있다. 컴퓨터-기반 방법의 개시 시에, 다양한 명령어들이 초기화 중에 실행될 수 있다는 것을 또한 알아야 한다. 일부 동작들은 여기에 설명된 하나 이상의 프로세서를 수행하기 위해 요구될 수 있고, 다른 동작들은 보다 일반적이고/이거나 특정한 프로그래밍 언어(예를 들어, C, C#, C++, 자바, 또는 기타 적합한 프로그래밍 언어들)에 특정될 수 있다.
프로세서(305)는 서버 시스템(301)이 사용자 시스템 또는 또 다른 서버 시스템(301)과 같은 원격 디바이스와 통신할 수 있도록 통신 인터페이스(315)에 동작가능하게 결합된다. 예를 들어, 통신 인터페이스(315)는 요구들(예를 들어, 센서 입력들을 수신하고 인터넷을 통해 클라이언트 시스템으로부터의 시스템(100)의 하나 이상의 디바이스를 제어하는 대화형 사용자 인터페이스를 제공하라는 요구들)을 수신할 수 있다.
프로세서(305)는 또한 저장 디바이스(134)에 동작가능하게 결합될 수 있다. 저장 디바이스(134)는 데이터를 저장 및/또는 검색하기에 적합한 임의의 컴퓨터-운영 하드웨어이다. 일부 실시예들에서, 저장 디바이스(134)는 서버 시스템(301) 내에 통합된다. 예를 들어, 서버 시스템(301)은 저장 디바이스(134)로서 하나 이상의 하드 디스크 드라이브를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 저장 디바이스(134)는 서버 시스템(301) 외부에 있고 복수의 서버 시스템(301)에 의해 액세스될 수 있다. 예를 들어, 저장 디바이스(134)는 저렴한 디스크들의 중복 어레이(RAID) 구성 내의 하드 디스크들 또는 고상 디스크들과 같은 다수의 저장 유닛을 포함할 수 있다. 저장 디바이스(134)는 저장 영역 네트워크(SAN) 및/또는 네트워크 결합 저장(NAS) 시스템을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 프로세서(305)는 저장 인터페이스(320)를 통해 저장 디바이스(134)에 동작가능하게 결합된다. 저장 인터페이스(320)는 프로세서(305)에 저장 디바이스(134)에의 액세스를 제공할 수 있는 임의의 컴포넌트이다. 저장 인터페이스(320)는 예를 들어, 어드밴스트 테크놀로지 어태치먼트(ATA) 어댑터, 직렬 ATA(SATA) 어댑터, 소형 컴퓨터 시스템 인터페이스(SCSI) 어댑터, RAID 제어기, SAN 어댑터, 네트워크 어댑터, 및/또는 프로세서(305)에 저장 디바이스(134)에의 액세스를 제공하는 임의의 컴포넌트를 포함할 수 있다.
메모리 영역(310)은 다이내믹 RAM(DRAM) 또는 스테틱 RAM(SRAM)과 같은 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 소거가능하고 프로그램가능한 판독 전용 메모리(EPROM), 전기적으로 소거가능하고 프로그램가능한 판독 전용 메모리(EEPROM), 및 비휘발성 RAM(NVRAM)을 포함할 수 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 상기 메모리 유형들은 단지 예시적이고, 그러므로 컴퓨터 프로그램의 저장을 위해 사용가능한 메모리의 유형들에 있어서 제한되지 않는다.
또 다른 실시예에서, 컴퓨터 시스템은 (도 11에 도시한) 컴퓨팅 디바이스(402)와 같은, 컴퓨팅 디바이스의 형태로 제공될 수 있다. 컴퓨팅 디바이스(402)는 명령어들을 실행하는 프로세서(404)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 실행가능한 명령어들은 메모리 영역(406) 내에 저장된다. 프로세서(404)는 하나 이상의 처리 장치를 (예를 들어, 멀티-코어 구성으로) 포함할 수 있다. 메모리 영역(406)은 실행가능한 명령어들 및/또는 다른 데이터와 같은 정보가 저장 및 검색되게 하는 임의의 디바이스이다. 메모리 영역(406)은 하나 이상의 컴퓨터 판독가능 매체를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 제어 유닛(143)의 컴퓨팅 디바이스 내에 포함된 메모리는 복수의 모듈을 포함할 수 있다. 각각의 모듈은 적어도 하나의 프로세서를 사용하여 실행하도록 구성된 명령어들을 포함할 수 있다. 복수의 모듈 내에 포함된 명령어들은 컴퓨팅 디바이스의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때 여기에 설명된 것과 같은 복수의 공정 파라미터를 동시에 조정하는 방법의 적어도 일부를 구현할 수 있다. 컴퓨팅 디바이스의 메모리 내에 저장된 모듈들의 비제한적인 예들은 하나 이상의 센서로부터 측정들을 수신하는 제1 모듈 및 시스템(100)의 하나 이상의 디바이스를 제어하는 제2 모듈을 포함한다.
컴퓨팅 디바이스(402)는 또한 정보를 사용자(400)에게 제시하는 하나의 미디어 출력 컴포넌트(408)를 포함한다. 미디어 출력 컴포넌트(408)는 정보를 사용자(400)에게 전달할 수 있는 임의의 컴포넌트이다. 일부 실시예들에서, 미디어 출력 컴포넌트(408)는 비디오 어댑터 및/또는 오디오 어댑터와 같은 출력 어댑터를 포함한다. 출력 어댑터는 프로세서(404)에 동작가능하게 결합되고 디스플레이 디바이스(예를 들어, 액정 디스플레이(LCD), 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이, 음극선관(CRT), 또는 "전자 잉크" 디스플레이)와 같은 출력 디바이스 또는 오디오 출력 디바이스(예를 들어, 스피커 또는 헤드폰들)에 동작가능하게 결합되도록 추가로 구성된다.
일부 실시예들에서, 클라이언트 컴퓨팅 디바이스(402)는 사용자(400)로부터 입력을 수신하는 입력 디바이스(410)를 포함한다. 입력 디바이스(410)는 예를 들어, 키보드, 포인팅 디바이스, 마우스, 스타일러스, 터치 감지 패널(예를 들어, 터치 패드 또는 터치 스크린), 카메라, 자이로스코프, 가속도계, 위치 검출기, 및/또는 오디오 입력 디바이스를 포함할 수 있다. 터치 스크린과 같은 단일 컴포넌트는 미디어 출력 컴포넌트(408)의 출력 디바이스와 입력 디바이스(410) 둘 다로서 기능할 수 있다.
컴퓨팅 디바이스(402)는 서버 시스템(302) 또는 웹 서버와 같은 원격 디바이스에 동작가능하게 결합하도록 구성된, 통신 인터페이스(412)를 또한 포함할 수 있다. 통신 인터페이스(412)는 예를 들어, 이동 전화 네트워크(예를 들어, GSM(Global System for Mobile communications), 3G, 4G 또는 블루투스) 또는 다른 이동 데이터 네트워크(예를 들어, WIMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access))로 사용하기 위한 유선 또는 무선 네트워크 어댑터 또는 무선 데이터 송수신기를 포함할 수 있다.
메모리(406) 내에는, 예를 들어, 미디어 출력 컴포넌트(408)를 통해 사용자(400)에 사용자 인터페이스를 제공하고, 선택적으로 입력 디바이스(410)로부터의 입력을 수신하고 처리하는 컴퓨터 판독가능 명령어들이 있다. 사용자 인터페이스는 다른 가능성들 중에서, 웹 브라우저 및 애플리케이션을 포함할 수 있다. 웹 브라우저들은 사용자들(400)이 웹 서버로부터의 웹 페이지 또는 웹사이트 상에 전형적으로 매립된 미디어 및 다른 정보를 디스플레이하고 그들과 상호작용하게 한다. 애플리케이션은 사용자들(400)이 서버 애플리케이션과 상호작용하게 한다. 웹 브라우저 및 애플리케이션 중 하나 또는 둘 다를 통해, 사용자 인터페이스는 낮은 산소 함량을 갖는 단결정 실리콘 잉곳을 제조하는 공정들과 관련된 정보의 디스플레이를 용이하게 한다.
예시적인 실시예에서, 시스템(100)은 디바이스 제조에 사용하기에 적합한 실리콘 결정 잉곳들을 제조한다. 유리하게는, 시스템(100)은 그 실질적인 부분 또는 모두가 응집된 진성 점 결함들(agglomerated intrinsic point defects)이 실질적으로 없는 실리콘 결정(27)을 제조하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 시스템(100)은 직경이 약 120나노미터(㎚)보다 크거나, 또는 더 특히, 직경이 약 90㎚인 실질적으로 응집된 결함들을 갖지 않는 결정(27)을 제조하기 위해 사용될 수 있다. 용융물-고체 또는 용융-결정 계면의 형상 및 풀 속도가 응집된 진성 점 결함들의 형성을 제한 및/또는 억제하기 위해 결정 성장 중에 제어된다.
제조 중에, 산소가 용융물-고체 또는 용융-결정 계면을 통해 실리콘 결정 잉곳들 내로 도입된다. 그러나, 산소는 잉곳들로부터 제조된 웨이퍼들 내에 다양한 결함들을 발생시켜서, 반도체 디바이스들의 수율을 감소시킨다. 따라서, 낮은 산소 농도를 갖는 실리콘 결정 잉곳들을 제조하는 것이 바람직하다. 여기에 설명된 방법들을 사용하여, 약 5파트/백만 원자(ppma) 미만의 산소 농도를 갖는 실리콘 결정 잉곳들이 제조된다.
어떤 특정한 이론으로 제한되지 않고, 그 각각이 여기 아래에 설명되는 것과 같은 적어도 하나의 공정 파라미터에 의해 영향받는, 일련의 이벤트들을 상호작용시킴으로써 용융물로부터 부상하는 성장 실리콘 결정 잉곳 내로 산소가 도입된다. SiO는 도가니 벽에 용해를 통해 용융물 내로 도입된다. 도가니 벽에 도입된 SiO는 도가니 벽 근처의 용융물의 국부화된 가열에 의해 생성된 부력들에 의해 유도된 흐름을 통해 용융물 내의 어딘가로 이동될 수 있다. SiO는 도가니 자체의 회전 속도뿐만 아니라 용융-결정 계면에서의 결정의 회전 속도에 의해 유도된 추가적인 흐름에 의해 추가로 이동될 수 있다. 용융물 내의 SiO의 농도는 용융물의 노출된 표면에서의 용융물로부터의 기화를 통해 감소될 수 있다. 용융물 내의 SiO의 용해, 대류, 및 기화의 어떤 조합의 상호작용은 실리콘 결정 잉곳 내로 형성된 결정-용융 계면 가까이에 놓인 용융물 내의 SiO의 농도에 영향을 준다. 다양한 양태들에서, 임의의 하나 이상의 공정 파라미터는 용융-결정 계면 가까이에 놓인 SiO의 농도를 감소시키도록 동시에 조정되고, 결과적으로 방법에 따라 형성된 실리콘 결정 잉곳 내의 산소 농도를 감소시킨다.
다양한 실시예들에서, 다양한 공정 파라미터들은 낮은 산소 농도를 갖는 실리콘 결정 잉곳들을 제조하는 것을 용이하게 하도록 동시에 조정된다. 한 실시예에서, 다양한 공정 파라미터들은 약 800㎜의 중간 잉곳 길이들까지의 실리콘 결정 잉곳의 성장에 대응하는 중간 바디 성장 스테이지, 및 약 800㎜의 중간 잉곳 길이로부터 총 잉곳 길이까지의 실리콘 결정 잉곳의 성장에 대응하는 후기 바디 성장 스테이지를 포함하는 적어도 2개의 스테이지에서 조정된다. 본 실시예에서, 적어도 2개의 상이한 스테이지에서의 다양한 공정 파라미터들의 조정은 실리콘 결정 잉곳이 길이가 성장함에 따른 용융물 내의 SiO의 용해, 대류, 기화의 상호작용의 성질, 도가니 내의 용융물의 깊이, 및 도가니 내의 용융물 내의 흐름 셀들의 변화들을 고려한다.
특히, 대류의 역할은 아래에 상세히 설명되는 것과 같이, 실리콘 결정 잉곳의 성장과 연관된 도가니 내의 용융물의 깊이의 감소로 인해 전체 실리콘 잉곳의 형성에 걸쳐 수정된다. 결과적으로, 후기 바디 성장 스테이지에서, 적어도 하나의 공정 파라미터의 조정은 중간 바디 성장 스테이지에서의 이들 동일한 파라미터의 조정에 대해 상이하게 수정된다. 일부 실시예들에서, 후기 바디 성장 스테이지에서, 적어도 3개의 공정 파라미터의 조정은 중간 바디 성장 스테이지에서의 이들 동일한 파라미터의 조정에 대해 상이하게 수정된다. 여기 아래에 설명되는 바와 같이, 공정 파라미터들의 조정은 후기 바디 성장 스테이지에서의 용융물 내의 SiO의 대류와 관련된 다양한 팩터들을 변조한다. 한 실시예에서, 후기 바디 성장 스테이지 동안 조정이 수정된 공정 파라미터들은 시드 회전 속도, 도가니 회전 속도, 및 자계 강도를 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다.
도 4를 다시 참조하면, 시드 회전 속도는 풀 샤프트 또는 케이블(117)이 축(38)에 대해 시드 결정(115)을 회전시키는 속도를 의미한다. 시드 회전 속도는 도가니(10)로부터 결정(27)까지의 SiO의 흐름 및 용융물(25)로부터의 SiO 기화의 속도에 영향을 준다. 도 2를 다시 참조하면, 도가니(10)로부터 결정(27)까지의 SiO의 흐름은 일반적으로 용융물(25) 내의 시드 회전 속도에서의 결정(27)의 회전에 의해 구동된 결정 흐름 셀(18)과 도가니(10) 내의 용융물(25)의 가열에 의해 구동된 부력 흐름 셀(17) 간의 상호작용들에 의해 영향받는다. 도가니(10)로부터 결정(27)까지의 SiO의 흐름에 대한 시드 회전 속도의 영향은 결정(27)의 성장의 스테이지에 따라 상이하다.
도 5a는 약 800㎜의 중간 잉곳 길이까지의 결정(27)의 성장에 대응하는, 중간 바디 성장 스테이지에서의 용융물(25) 내의 모의된 흐름선들 및 산소 농도들의 단면도이다. 중간 바디 성장 스테이지에서, 도가니(10) 내의 용융물(25)의 깊이(200)는 결정 흐름 셀(18)과 부력 흐름 셀(17)에 의해 유도된 유체 움직임 간의 상호작용들을 효과적으로 분리시키기 위해 충분히 깊다. 높은 시드 회전 속도(즉, 12rpm)는 SiO 기화를 증가시키기 위해 용융 라인(36)과 용융물(25) 위의 가스 간의 경계 층 두께를 감소시킨다. 또한, 높은 시드 회전 속도는 도 5a에 도시된 바와 같이, 유도된 결정 흐름 셀(18)로 부력 흐름 셀(17)을 억제함으로써 도가니(10)로부터 결정(27)까지의 용융 흐름을 감소시킨다. 더욱이, 높은 시드 회전 속도는 도가니(10)로부터 SiO의 내향 흐름(즉, 트랜스포트)을 지연시키는 외향 방사 흐름을 생성하여, 결정(27) 내의 산소 농도를 감소시킨다.
도 5b는 약 800㎜의 중간 잉곳 길이로부터 총 잉곳 길이까지의 결정(27)의 성장에 대응하는, 후기 바디 성장 스테이지에서의 용융물(25) 내의 모의된 흐름선들 및 산소 농도들의 단면도이다. 결정(27)의 형성과 연관된 도가니(10)로부터의 용융물(25)의 제거로 인해, 후기 바디 성장 스테이지에서의 깊이(200)는 도 5a에 도시된 것과 같은 중간 바디 성장 스테이지에서의 깊이(200)에 비해 얕다. 도 5a에 도시된 모의를 수행하는 데 사용된 것과 유사하게 높은 시드 회전 속도(즉, 12rpm)에서, 결정 흐름 셀(18)은 도가니(10)의 내벽과 접촉하여, 도가니(10)의 내벽에 형성된 SiO가 후기 바디 성장 스테이지에서 형성된 결정(27) 내로 대류하게 한다.
도 5c는 더 낮은(예를 들어, 8rpm) 시드 회전 속도에서 계산된 후기 바디 성장 스테이지에서의 용융물(25) 내의 모의된 흐름선들 및 산소 농도들의 단면도이다. 더 낮은 시드 회전 속도에 의해 유도된 결정 흐름 셀(18)은 도가니(10)의 내벽까지 연장되지 않고, 오히려 부력 셀(17)에 의해 배제된다. 결과적으로, 도가니(10)의 내벽에서 결정(27)까지 생성된 SiO의 흐름이 방해됨으로써, 감소된 시드 회전 속도에서의 후기 바디 성장 스테이지에서 형성된 결정(27) 내의 산소 농도를 감소시킨다.
여기에 설명되는 바와 같이, 중간으로부터 후기 바디 성장 스테이지로의 전이는 부드러운 전이이다. 전이는 도가니 크기, 형상, 용융물의 깊이, 모델링 파라미터들 등과 같은 공정의 다양한 파라미터들에 따라 변화할 수 있다. 일반적으로, 중간 바디 성장 스테이지에서, 파라미터들은 결정 흐름 셀(18) 및 부력 흐름 셀(17)에 의해 유도된 유체 움직임 간의 상호작용들이 제한적이거나 전혀 없도록 하고; 결정 흐름 셀(18)과 부력 흐름 셀(17)이 효과적으로 분리되도록 한다. 후기 바디 성장 스테이지에서, 파라미터들은 결정 흐름 셀(18) 및 부력 흐름 셀(17)에 의해 유도된 유체 움직임 간의 상호작용들이 있도록 하고; 결정 흐름 셀(18)과 부력 흐름 셀(17)이 효과적으로 결합되도록 한다. 비제한적인 예로서, 후기 바디 성장 스테이지는 약 28인치의 내경을 갖는 도가니(10) 내의 250kg의 초기 용융 질량을 포함하는 실시예에서 용융물(25)의 초기 질량의 약 37% 미만이 도가니(10) 내에 남을 때 발생한다. 다양한 실시예들에서, 도가니(10) 내의 용융물(25)의 깊이(200)는 중간으로부터 후기 바디 성장 스테이지로의 전이를 식별하기 위해 모니터된다. 다른 예들에서, 후기 바디 성장 스테이지는 용융물(25)의 초기 질량의 약 35% 미만, 약 40% 미만, 약 45% 미만, 또는 약 50% 미만이 도가니(10) 내에 남을 때 발생한다. 일부 실시예들에서, 중간으로부터 후기 바디 성장 스테이지로의 전이는 용융물(25)의 깊이, 또는 기타 적합한 파라미터에 기초하여 결정된다.
다양한 실시예들에서, 방법은 중간 바디 성장 스테이지 및 후기 바디 성장 스테이지를 포함하지만, 이들로 제한되지 않는 적어도 2개의 스테이지에서 시드 회전 속도를 조정하는 단계를 포함한다. 한 실시예에서, 방법은 약 8 내지 14rpm 범위, 및 더 구체적으로 12rpm의 시드 회전 속도로 중간 바디 성장 스테이지 동안 결정(27)을 회전시키는 단계를 포함한다. 본 실시예에서, 방법은 후기 바디 성장 스테이지에서의 시드 회전 속도를 약 6rpm 내지 8rpm 범위, 및 더 구체적으로 8rpm의 시드 회전 속도로 감소시키는 단계를 추가로 포함한다.
또 다른 실시예에서, 시드 회전 속도는 중간 잉곳 길이에 따라 감소될 수 있다. 비제한적인 예로서, 도 9에 도시된 바와 같이, 시드 회전 속도는 약 850㎜까지의 중간 잉곳 길이들에 대해 약 12rpm으로 조정될 수 있고, 약 950㎜의 중간 잉곳 길이들에서 약 8rpm으로 선형적으로 감소하도록 추가로 조정될 수 있고, 다음에 약 8rpm에서의 시드 회전 속도를 총 잉곳 길이까지 조정한다. 도 9에 또한 도시된 바와 같이, 범위가 약 800㎜에서 총 잉곳 길이까지의 바디 길이 내의 결정의 산소 함량은 약 12rpm의 일정한 시드 회전 속도에서 형성된 결정에 비해 감소된다. 도 6은 a) 전체 결정의 형성을 위한 12rpm에서의 회전; b) 900㎜의 중간 결정 길이까지의 12rpm의 회전 이후의 나머지 결정 길이의 형성을 위한 8rpm에서의 회전; 및 c) 900㎜의 중간 결정 길이까지의 12rpm의 회전 이후의 나머지 결정 길이의 형성을 위한 6rpm에서의 회전인, 3개의 회전 스케줄에 따른 시드 회전 속도들에서 형성된 결정들의 모의된 산소 농도를 비교하는 그래프이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 더 낮은 시드 회전 속도들은 후기 바디 성장 스테이지에서 형성된 결정의 부분 내의 산소 농도를 감소시켰다.
도가니 회전 속도는 방법의 실시예들에 따라 형성된 결정들(27) 내의 산소 농도들에 추가로 영향을 줄 수 있다. 도가니 회전 속도는 도가니(10)가 도가니 구동 유닛(107)을 사용하여 축(38)에 대해 회전되는 속도를 의미한다. 도가니 회전 속도는 도가니(10)로부터 결정(27)까지의 SiO의 흐름 및 용융물(25)로부터 기화하는 SiO의 양에 영향을 준다. 높은 도가니 회전 속도는 도가니(10)와 용융물(25) 사이의 경계 층 두께와 용융 라인(36)과 용융물(25) 위의 가스 사이의 경계 층 두께 둘 다를 감소시킨다. 그러나, 결정(27) 내의 산소 농도를 최소화하기 위해, 도가니(10)와 용융물(25) 사이의 더 두꺼운 경계 층은 SiO 트랜스포트 속도를 감소시키기 위해 요구되지만, 용융 라인(36)과 용융물(25) 위의 가스 사이의 더 얇은 경계 층은 SiO 기화 속도를 증가시키기 위해 요구된다. 따라서, 도가니 회전 속도는 더 느린 도가니 회전 속도들로부터 야기된 도가니(10)와 용융물(25) 사이의 높은 경계 층 두께와 더 높은 도가니 회전 속도들로부터 야기된 용융 라인(36)과 용융물(25) 위의 가스 사이의 낮은 경계 층 두께의 경쟁적 이익들을 균형잡도록 선택된다.
여기 위에 설명된 중간 바디 성장 스테이지와 후기 바디 성장 스테이지 간의 용융물(10)의 깊이(200)의 변화들은 여기에 앞서 설명된 시드 회전 속도의 영향과 유사한 방식으로 도가니 회전 속도의 변조의 영향을 산소 농도에 영향을 미친다. 다양한 실시예들에서, 방법은 중간 바디 성장 스테이지 및 후기 바디 성장 스테이지를 포함하지만, 이들로 제한되지 않는 적어도 2개의 스테이지에서 도가니 회전 속도를 조정하는 단계를 포함한다. 한 실시예에서, 방법은 약 1.3rpm 내지 약 2.2rpm 범위, 및 더 구체적으로 1.7rpm의 도가니 회전 속도로 중간 바디 성장 스테이지에서 도가니(10)를 회전시키는 단계를 포함한다. 본 실시예에서, 방법은 후기 바디 성장 스테이지에서의 도가니 회전 속도를 약 0.5rpm 내지 약 1.0rpm 범위, 및 더 구체적으로 1rpm의 도가니 회전 속도로 감소시키는 단계를 추가로 포함한다.
도 7a 및 7b는 후기 바디 성장 스테이지에서의 도가니 회전 속도의 함수로서의 실리콘 잉곳들 내의 모의된 산소 농도를 도시한 그래프이다. 도 7a의 실리콘 잉곳들은 시드 회전 속도가 후기 바디 성장 스테이지에서 12rpm으로부터 6rpm으로 감소되었고, 도가니 회전 속도가 후기 바디 성장 스테이지에서 약 1.7rpm으로부터 1rpm 또는 1.5rpm으로 감소되는 방법의 실시예를 사용하여 형성되었다. 도 7b의 실리콘 잉곳들은 시드 회전 속도가 후기 바디 성장 스테이지에서 12rpm으로부터 8rpm으로 감소되었고, 도가니 회전 속도가 후기 바디 성장 스테이지에서 약 1.7rpm으로부터 0.5rpm, 1rpm, 또는 1.5rpm으로 감소되는 방법의 실시예를 사용하여 형성되었다. 둘 모두의 모의에서, 더 낮은 도가니 회전 속도들이 결과적인 실리콘 잉곳 내의 더 낮은 산소 농도들과 연관되었다.
방법은 중간 바디 성장 스테이지 및 후기 바디 성장 스테이지를 포함하지만, 이들로 제한되지 않는 적어도 2개의 스테이지에서 자석 강도를 조정하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 자석 강도는 진공 챔버 내의 커스프 자계의 강도를 의미한다. 더 구체적으로, 자석 강도는 자기 강도를 조정하도록 제어된 코일들(31 및 33)을 통과하는 전류에 의해 특징지어진다. 자기 강도는 도가니(10)로부터 결정(27)까지의 SiO의 흐름에 영향을 준다. 즉, 높은 자기 강도는 용융물(25) 내의 부력을 억제함으로써 도가니(10)로부터 결정(27)까지의 SiO의 흐름을 최소화한다. 자계가 부력 흐름을 억제함에 따라, 그것은 석영 도가니의 용해 속도를 감소시키므로, 결정 내에 포함된 격자간 산소(interstitial oxygen)를 낮춘다. 그러나, 자계 강도가 소정의 레벨을 넘어 증가하면, 부력 흐름의 추가 지연이 용융 없는 표면에서의 기화 속도를 감소시키는 결과를 가져다 줄 수 있으므로, 격자간 산소 레벨들을 상승시킨다. 여기에 앞서 설명된 것과 같은 중간 바디 형성 스테이지에 대한 후기 바디 형성 스테이지에서의 결정의 산소 함량에 대한 부력 흐름의 상대적 기여의 차이들로 인해, 후기 바디 형성 스테이지에서의 자석 강도에의 조정은 부력 흐름의 적절한 변조가 후기 바디 형성 스테이지에서 형성된 결정 내의 산소를 감소시키게 한다.
다양한 실시예들에서, 방법은 중간 바디 성장 스테이지 및 후기 바디 성장 스테이지를 포함하지만, 이들로 제한되지 않는 적어도 2개의 스테이지에서 자계 강도를 조정하는 단계를 포함한다. 한 실시예에서, 방법은, 자계 강도가 용융물-고체 계면에서의 결정(27)의 에지에서 약 0.02 내지 0.05테슬라(T)이고 도가니(10)의 벽에서 약 0.05 내지 0.12T이도록 중간 바디 성장 스테이지에서의 자계 강도를 조정하는 단계를 포함한다. 또 하나의 양태에서, 방법은, 자계 강도가 용융물-고체 계면에서의 결정(27)의 에지에서의 약 0.03 내지 0.075T 및 도가니(10)의 벽에서의 약 0.075 내지 0.18T에 대응하는, 중간 바디 성장 스테이지 동안 사용된 자계 강도의 약 150%가 되도록 후기 바디 성장 스테이지에서 자계 강도를 조정하는 단계를 포함한다.
도 8a, 8b, 및 8c는 후기 바디 성장 스테이지에서의 용융물(25) 내의 모의된 흐름선들 및 총 속도들의 단면도들이다. 도 8a는 중간 바디 성장 스테이지에서 사용된 자계의 50%에 대응하는 자계 강도들(즉, 용융물-고체 계면에서의 결정(27)의 에지에서의 약 0.01 내지 0.025T 및 도가니(10)의 벽에서의 약 0.025 내지 0.06T)을 사용하여 모의되었다. 도 8b는 중간 바디 성장 스테이지에서 사용된 자계의 95%에 대응하는 자계 강도들(즉, 용융물-고체 계면에서의 결정(27)의 에지에서의 약 0.019 내지 0.0475T 및 도가니(10)의 벽에서의 약 0.0475 내지 0.114T)을 사용하여 모의되었다. 도 8c는 중간 바디 성장 스테이지에서 사용된 자계의 150%에 대응하는 자계 강도들(즉, 용융물-고체 계면에서의 결정(27)의 에지에서의 약 0.03 내지 0.075T 및 도가니(10)의 벽에서의 약 0.075 내지 0.18T)을 사용하여 모의되었다. 도 8a, 8b, 및 8c를 비교하면, 자계의 강도가 증가함에 따라, 도가니(10)의 하부로부터 용융-결정 계면(302)까지의 흐름(300)은 낮은 자계 강도(도 8a)에서의 용융-결정 계면(302)으로의 비교적 높은 대류로부터 더 높은 자계 강도들에서의 비교적 적은 대류로 전이한다. 증가된 자계에 의한 용융물(25) 내의 부력 흐름의 이런 억제는 아래 표 1에 요약된 것과 같이, 결과적인 실리콘 잉곳 내의 더 낮은 산소 농도를 초래한다. 150% 자계 강도에서, 모의된 산소 농도는 5% 파트/백만 원자(ppma) 미만의 원하는 범위 내에 있었다.
하나 이상의 추가적인 공정 파라미터가 낮은 산소 농도를 갖는 실리콘 결정 잉곳들을 제조하는 것을 용이하게 하도록 조정될 수 있다. 그러나, 이들 추가적인 공정 파라미터의 효과들은 결정(27)의 성장 동안 도가니(10) 내의 용융물(25)의 깊이(200)의 변화들에 민감하지 않다. 결과적으로, 여기에 설명된 추가적인 공정 파라미터들의 조정은 아래에 추가적으로 상세하게 설명되는 바와 같이, 결정 성장의 상이한 스테이지들 간에 본질적으로 동일하게 남는다.
일부 실시예들에서 적어도, 제어되는 하나의 추가적인 공정 파라미터는 도가니(10)의 벽 온도이다. 도가니(10)의 벽 온도는 도가니(10)의 용해 속도에 대응한다. 구체적으로, 도가니(10)의 벽 온도가 높을수록, 도가니(10)의 해당 부분들은 더 빠르게 용융물(25)과 반응하고 그 안으로 용해하여, 용융물 내로 SiO를 발생하고 용융-결정 계면을 통해 결정(27)의 산소 농도를 잠재적으로 증가시킨다. 따라서, 여기에 사용된 것과 같이, 도가니(10)의 벽 온도를 감소시키는 것은 도가니(10)의 용해 속도를 감소시키는 것과 같다. 도가니(10)의 벽 온도를 감소시킴으로써(즉, 도가니(10)의 용해 속도를 감소시킴으로써), 결정(27)의 산소 농도가 감소될 수 있다. 벽 온도는 히터 전력 및 용융물과 반사기 간의 갭을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는 하나 이상의 추가적인 공정 파라미터를 제어함으로써 조정될 수 있다.
히터 전력은 도가니(10)의 벽 온도를 조정하기 위해 일부 실시예들에서 제어될 수 있는 또 하나의 공정 파라미터이다. 히터 전력은 측면 및 하부 히터들(105 및 106)의 전력을 의미한다. 구체적으로, 전형적인 가열 구성들에 대해, 측면 히터(105)의 전력을 증가시키고 하부 히터(106)의 전력을 감소시킴으로써, 도가니(10)의 벽 상의 핫 스폿이 용융 라인(36) 가까이로 상승된다. 용융 라인(36)에서 또는 그 아래의 도가니(10)의 벽 온도가 낮아짐에 따라, 도가니(10)와 반응하는 용융물(25)에 의해 발생된 SiO의 양 또한 낮아진다. 히터 전력 구성은 도가니(10)로부터 단결정(27)까지의 SiO의 흐름(즉, 트랜스포트)을 감소시킴으로써 용융 흐름에 또한 영향을 준다. 본 실시예에서, 하부 히터(106)의 전력은 약 0 내지 5킬로와트이고, 더 구체적으로 약 0킬로와트이고, 측면 히터(105)의 전력은 약 100 내지 125킬로와트의 범위에 있다. 측면 히터(105)의 전력의 변화들은 예를 들어, 풀러(puller)로부터 풀러까지의 핫 존 시기(hot zone age)의 변화에 기인할 수 있다.
일부 실시예들에서, 용융물과 반사기 간의 갭은 도가니(10)의 벽 온도를 조정하도록 제어되는 추가적인 공정 파라미터이다. 용융물과 반사기 간의 갭은 용융 라인(36)과 열 반사기(도시 안됨) 간의 갭을 의미한다. 용융물과 반사기 간의 갭은 도가니(10)의 벽 온도에 영향을 준다. 구체적으로, 용융물과 반사기 간의 갭이 클수록 도가니(10)의 벽 온도가 감소된다. 본 실시예에서, 용융물과 반사기 간의 갭은 약 60㎜ 내지 80㎜이고, 더 구체적으로 70㎜이다.
시드 리프트는 도가니(10)로부터 결정(27)까지의 SiO의 흐름을 조정하도록 제어되는 추가적인 공정 파라미터이다. 시드 리프트는 풀 샤프트 또는 케이블(117)이 용융물(25) 밖으로 시드 결정(115)을 리프트하는 속도를 의미한다. 한 실시예에서, 시드 결정(115)은 300㎜ 제품을 위해 약 0.42 내지 0.55 밀리미터/분(㎜/분)의 범위, 및 더 구체적으로 0.46㎜/분의 속도로 리프트된다. 이 풀 속도는 더 작은 직경(예를 들어, 200㎜) 결정들을 위해 전형적으로 사용되는 풀 속도들보다 느리다. 예를 들어, 200㎜ 제품을 위한 시드 리프트는 약 0.55 내지 0.85밀리미터/분(㎜/분)의 범위, 및 더 구체적으로 0.7㎜/분일 수 있다.
풀 속도는 결정의 결함 품질을 제어하도록 조정될 수 있는 추가적인 공정 파라미터이다. 예를 들어, SP2 레이저 광 산란을 사용하여, 여기에 설명된 공정에 의해 발생된 검출된 응집된 점 결함들은 60㎚ 미만의 결함들에 대해 400개 미만의 카운트, 60 내지 90㎚의 결함들에 대해 100개 미만의 카운트, 및 90 내지 120㎚의 결함들에 대해 100개 미만의 카운트일 수 있다.
일부 실시예들에서, 불활성 가스 흐름은 용융물(25)로부터의 SiO 기화를 조정하도록 제어되는 추가적인 공정 파라미터이다. 여기에 설명되는 것과 같은 불활성 가스 흐름은 아르곤 가스가 진공 챔버(101)를 통해 흐르는 속도를 의미한다. 아르곤 가스 흐름 속도가 증가하면 용융 라인(36) 위의 더 많은 SiO 가스가 결정(27)으로부터 멀리 스위프(sweep)하여, SiO 가스 부분 압력을 최소화하고, 결국 SiO 기화를 증가시킨다. 본 실시예에서, 아르곤 가스 흐름 속도는 약 100slpm 내지 150slpm의 범위에 있다.
불활성 가스 압력은 일부 실시예들에서 용융물(27)로부터의 SiO 기화를 조정하도록 또한 제어되는 추가적인 공정 파라미터이다. 여기에 설명되는 것과 같은 불활성 가스 압력은 진공 챔버(101)를 통해 흐르는 아르곤 가스의 압력을 의미한다. 아르곤 가스 압력이 감소하면 SiO 기화는 증가하므로 용융물(25) 내의 SiO 농도가 감소된다. 본 실시예에서, 아르곤 가스 압력은 약 10토르 내지 30토르의 범위이다.
적합한 실시예들에서, 커스프 위치는 도가니(10)의 벽 온도 및 도가니(10)로부터 결정(27)까지의 SiO의 흐름을 조정하도록 제어되는 추가적인 공정 파라미터이다. 여기에 설명되는 것과 같은 커스프 위치는 코일들(31 및 33)에 의해 발생된 자계의 커스프의 위치를 의미한다. 커스프 위치가 용융 라인(36) 아래에 유지되면 산소 농도의 감소가 용이해진다. 본 실시예에서, 커스프 위치는 용융 라인(36) 아래 약 10㎜ 내지 40㎜의 범위 내에, 더 구체적으로 용융 라인(36) 아래 약 25㎜ 내지 35㎜의 범위 내에, 보다 더 구체적으로, 약 30㎜로 설정된다.
위에 설명된 것과 같은 공정 파라미터들(즉, 히터 전력, 도가니 회전 속도, 자석 강도, 시드 리프트, 용융물과 반사기 간의 갭, 불활성 가스 흐름, 불활성 가스 압력, 시드 회전 속도, 및 커스프 위치)을 제어함으로써, 복수의 공정 파라미터(즉, 도가니의 벽 온도, 도가니로부터 단결정까지의 SiO의 흐름, 및 용융물로부터의 SiO의 기화)는 낮은 산소 농도를 갖는 실리콘 잉곳들을 제조하도록 조정된다. 한 실시예에서, 여기에 설명된 방법들은 약 150밀리미터(㎜)보다 큰 잉곳 직경, 적어도 약 900㎜의 총 잉곳 길이, 및 5ppma 미만의 산소 농도를 갖는 실리콘 잉곳을 제조하는 것을 용이하게 한다. 또 하나의 실시예에서, 여기에 설명된 방법들은 약 150㎜ 내지 460㎜ 범위, 구체적으로 약 300㎜의 잉곳 직경, 및 5ppma 미만의 산소 농도를 갖는 실리콘 잉곳을 제조하는 것을 용이하게 한다. 또 하나의 추가 실시예에서, 여기에 설명된 방법들은 약 900㎜ 내지 1200㎜ 범위의 총 잉곳 길이, 및 5ppma 미만의 산소 농도를 갖는 실리콘 잉곳을 제조하는 것을 용이하게 한다.
여기에 설명된 시스템들 및 방법들을 사용하여 낮은 산소 농도를 갖는 웨이퍼들이 다양한 응용들에서 유리할 수 있다. 예를 들어, 절연된-게이트 바이폴라 트랜지스터들(IGBT들), 고품질 무선-주파수(RF), 고 비저항 실리콘 온 절연체(HR-SOI), 및 전하 트랩 층 SOI(CTL-SOI) 응용들이 낮은 산소 농도의 혜택을 받을 수 있는데 왜냐하면 그들은 고 비저항을 달성하고 p-n 접합들을 갖지 않기 때문이다. 여기에 설명된 방법들을 사용하여 IGBT 응용들을 위해 제조된 웨이퍼들은 예를 들어, 30 내지 300옴-센티미터(ohm-cm) N형 비저항 또는 750보다 큰 ohm-cm N/P형 비저항을 가질 수 있다. 또한, 여기에 설명된 방법들을 사용하여 RF, HR-SOI, 및/또는 CTL-SOI 응용들을 위해 제조된 웨이퍼들은 예를 들어, 750보다 큰 ohm-cm P형 웨이퍼들을 가질 수 있다. 설명된 시스템들 및 방법들에 의해 제조된 웨이퍼들은 핸들 웨이퍼들로서 또한 사용될 수 있다.
여기에 설명된 방법들을 사용하여 제조된 P형 웨이퍼들을 위해, 붕소, 알루미늄, 게르마늄, 및/또는 인듐이 다수 캐리어로서 적절히 사용될 수 있고, 적린, 인, 비소, 및/또는 안티몬이 소수 캐리어로서 사용될 수 있다. 여기에 설명된 방법들을 사용하여 제조된 N형 웨이퍼들을 위해, 적린, 인, 비소, 및/또는 안티몬이 다수 캐리어로서 사용될 수 있고, 붕소, 알루미늄, 게르마늄, 및/또는 인듐이 소수 캐리어로서 사용될 수 있다.
기계적 강도 및 슬립 성능을 개선시키기 위해, 여기에 설명된 방법들을 사용하여 제조된 웨이퍼들은 웨이퍼들의 비교적 낮은 Oi로 인해, (예를 들어, 잉곳을 형성하는 단결정을 도핑함으로써) 질소 또는 탄소로 공동 도핑될 수 있다. 예를 들어, 질소 농도는 3제곱센티미터 당 0 내지 8e15 원자들 사이에서 변화될 수 있고, 탄소 농도는 0.0 내지 2.0ppma 사이에서 변화될 수 있다.
다결정 실리콘으로부터 형성된 용융물로부터 비교적 낮은 산소 농도를 갖는 단결정 실리콘 잉곳들을 제조하는 예시적인 시스템들 및 방법들이 여기에 설명된다. 이들 방법은 비교적 낮은 산소 실리콘을 제조하기 위해 잉곳의 제조의 제1과 제2 스테이지 사이에서의 용융물 내의 흐름 셀들의 구조의 변화들을 이용한다. 제1 스테이지 동안, 실리콘 잉곳은 비교적 작고 용융물의 깊이는 비교적 깊다. 제2 스테이지는 실리콘 잉곳의 형성으로 인해 도가니 내의 공핍된 용융 깊이에 의해 특징지어진다. 이 제2 스테이지에서, 용융물 내의 실리콘 잉곳의 회전에 의해 유도된 흐름 셀은 도가니의 하부에 접촉할 수 있어서, 도가니 하부에서 성장 결정 잉곳 내로 형성된 실리콘 산화물의 원하지 않은 포함을 초래한다. 여기에 설명된 방법들 및 시스템들은 원하지 않은 실리콘 산화물의 포함을 제한하기 위해 잉곳의 제조를 제어한다. 일반적으로, 적어도 하나의 공정 파라미터가 제1 스테이지 동안의 그것의 값에 대해 제2 스테이지 동안 변화된다. 제1 스테이지로부터 제2 스테이지로의 공정 파라미터들의 변화들의 비제한적인 예들은 감소된 결정 회전 속도, 감소된 도가니 회전 속도, 증가된 자계 강도, 및 이들의 임의의 조합을 포함한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 실리콘 잉곳은 도가니의 하부와의 회전 유도 흐름 셀의 접촉을 감소시키기 위해 제2 스테이지 동안 더 느리게 회전됨으로써, 실리콘 잉곳 내에 포함된 산소의 양을 감소시킨다.
여기에 설명된 시스템들 및 방법들은 종전의 방법들을 사용하여 달성되는 것보다 긴 잉곳 길이에 걸쳐 유지되는 낮은 산소 농도를 갖는 단결정 실리콘 잉곳들의 형성을 가능하게 한다. 다양한 실시예들에 대한 방법을 사용하여 형성된 실리콘 잉곳들의 산소 함량 및 도가니 내의 흐름 셀들의 구조에 대한 공정 파라미터들의 이들 변화의 효과들의 상세한 설명이 여기서 추가로 상세히 설명된다.
여기에 설명된 방법들의 실시예들은 종래의 방법들 및 시스템들에 비해 우수한 결과들을 달성한다. 예를 들어, 여기에 설명된 방법들은 적어도 일부 공지된 방법들보다 낮은 산소 농도를 갖는 실리콘 잉곳들을 제조하는 것을 용이하게 한다. 또한, 적어도 일부 공지된 방법들과 다르게, 여기에 설명된 방법들은 150㎜보다 큰 직경을 갖는 잉곳들의 제조를 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 요소들 또는 그것의 실시예(들)를 소개할 때, 단수 표현은 요소들의 하나 이상이 있다는 것을 의미하고자 한다. 용어들 "구성하는", "포함하는" 및 "갖는"은 포괄적인 것을 의도하고 리스트된 요소들 외에 추가적인 요소들이 있다는 것을 의미한다.
명세서 및 청구범위에 걸쳐 여기에 사용된 것과 같은, 근사 언어들은 그것이 관련된 기본 기능의 변화를 초래하지 않고 허용가능하게 변화할 수 있는 임의의 정량적 표현을 수정하도록 적용될 수 있다. 따라서, "약", "거의", 및 "실질적으로"와 같은 용어 또는 용어들에 의해 수정된 값은 특정된 정확한 값들로 제한되지 않는다. 적어도 일부 예들에서, 근사 언어는 값을 측정하는 계기의 정밀도에 대응할 수 있다. 여기 및 명세서 및 청구범위에 걸쳐, 범위 제한들은 조합 및/또는 교환될 수 있고; 이러한 범위들은 확인되고 문맥 또는 언어가 달리 표시하지 않는다면 그 안에 포함된 하위 범위들을 모두 포함한다.
다양한 변화들이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고서 전술한 것에서 이루어질 수 있음에 따라, 상기 설명에 포함되고 첨부 도면에 도시된 모든 사항은 예시적인 것으로 해석되고 제한하는 의미에 있지 않다는 것이 의도된다.

Claims (11)

  1. 실리콘 잉곳(silicon ingot)을 제조하기 위한 방법으로서,
    도가니 내에 용융된 실리콘의 양을 포함하는 용융물(melt)로부터 시드 결정을 빼내어, 상기 실리콘 잉곳을 형성하는 단계 - 상기 도가니는 커스프 자계(cusped magnetic field)를 포함하는 진공 챔버에 둘러싸임 -; 및
    적어도 하나의 공정 파라미터를 조정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 공정 파라미터는 적어도 2개의 스테이지에서 조정되고,
    상기 적어도 2개의 스테이지는,
    중간 잉곳 길이까지의 상기 실리콘 잉곳의 형성에 대응하는 제1 스테이지; 및
    상기 중간 잉곳 길이로부터 총 잉곳 길이까지의 상기 실리콘 잉곳의 형성에 대응하는 제2 스테이지
    를 포함하고;
    상기 제1 스테이지는 중간 성장 스테이지이고, 상기 제2 스테이지는 후기 바디 성장 스테이지(late body growth stage)이고,
    상기 제2 스테이지 동안 상기 적어도 하나의 공정 파라미터를 조정하는 단계는,
    결정 회전 속도(crystal rotation rate)를 상기 제1 스테이지 동안의 상기 결정 회전 속도에 비해 감소시키는 단계;
    도가니 회전 속도를 상기 제1 스테이지 동안의 상기 도가니 회전 속도에 비해 감소시키는 단계; 및
    자계 강도를 상기 제1 스테이지 동안의 상기 자계 강도에 비해 증가시키는 단계
    중 적어도 하나를 포함하고;
    상기 적어도 하나의 공정 파라미터를 조정하는 단계는 결정 회전 속도를 조정하는 단계를 포함하고;
    상기 제1 스테이지 동안 상기 결정 회전 속도를 조정하는 단계는 상기 제1 스테이지 동안 상기 결정 회전 속도를 12rpm으로 조정하는 단계를 포함하고;
    상기 제2 스테이지 동안 상기 결정 회전 속도를 조정하는 단계는
    상기 결정 회전 속도를 시간이 지남에 따라 상기 제1 스테이지의 종료 시의 12rpm으로부터 상기 실리콘 잉곳 길이가 950㎜에 도달할 때 8rpm으로 감소시키는 단계; 및
    상기 결정 회전 속도를 950㎜의 상기 중간 잉곳 길이와 상기 총 잉곳 길이 사이의 상기 실리콘 잉곳의 형성 동안 8rpm으로 유지하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 실리콘 잉곳을 제조하기 위한 방법으로서,
    도가니 내에 용융된 실리콘의 양을 포함하는 용융물로부터 시드 결정을 빼내어, 상기 실리콘 잉곳을 형성하는 단계 - 상기 도가니는 커스프 자계를 포함하는 진공 챔버에 둘러싸임 -; 및
    적어도 하나의 공정 파라미터를 조정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 공정 파라미터는 적어도 2개의 스테이지에서 조정되고,
    상기 적어도 2개의 스테이지는,
    중간 잉곳 길이까지의 상기 실리콘 잉곳의 형성에 대응하는 제1 스테이지; 및
    상기 중간 잉곳 길이로부터 총 잉곳 길이까지의 상기 실리콘 잉곳의 형성에 대응하는 제2 스테이지
    를 포함하고;
    상기 제1 스테이지는 중간 성장 스테이지이고, 상기 제2 스테이지는 후기 바디 성장 스테이지이고,
    상기 제2 스테이지 동안 상기 적어도 하나의 공정 파라미터를 조정하는 단계는,
    결정 회전 속도를 상기 제1 스테이지 동안의 상기 결정 회전 속도에 비해 감소시키는 단계;
    도가니 회전 속도를 상기 제1 스테이지 동안의 상기 도가니 회전 속도에 비해 감소시키는 단계; 및
    자계 강도를 상기 제1 스테이지 동안의 상기 자계 강도에 비해 증가시키는 단계
    중 적어도 하나를 포함하고;
    상기 적어도 하나의 공정 파라미터를 조정하는 단계는 도가니 회전 속도를 조정하는 단계를 포함하고;
    상기 제1 스테이지 동안 상기 도가니 회전 속도를 조정하는 단계는 상기 도가니 회전 속도를 상기 제1 스테이지 동안 1.3rpm 내지 2.2rpm으로 조정하는 단계를 포함하고;
    상기 제2 스테이지 동안 상기 도가니 회전 속도를 조정하는 단계는 상기 도가니 회전 속도를 감소시키는 단계를 포함하고, 상기 도가니 회전 속도는 상기 제2 스테이지 동안 0.5rpm 내지 1.7rpm인 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 공정 파라미터를 조정하는 단계는 상기 제1 스테이지 동안 상기 도가니 회전 속도를 1.7rpm으로 조정하는 단계를 포함하고;
    상기 제2 스테이지 동안 상기 적어도 하나의 공정 파라미터를 조정하는 단계는,
    상기 도가니 회전 속도를 시간이 지남에 따라 상기 제1 스테이지의 종료 시의 1.7rpm으로부터 상기 실리콘 잉곳 길이가 950㎜에 도달할 때 0.5rpm으로 감소시키는 단계; 및
    상기 도가니 회전 속도를 950㎜의 상기 중간 잉곳 길이와 상기 총 잉곳 길이 사이의 상기 실리콘 잉곳의 형성 동안 0.5rpm으로 유지하는 단계
    를 포함하는 방법.
  4. 실리콘 잉곳을 제조하기 위한 결정 성장 시스템으로서,
    진공 챔버;
    상기 진공 챔버 내에 배치되고, 대칭 축에 대해 회전가능하고, 용융된 실리콘을 포함하는 용융물을 홀드하도록 구성된 도가니;
    상기 대칭 축을 따라 이동가능하고, 상기 대칭 축에 대해 회전가능하고, 시드 결정을 홀드하도록 구성된 풀 샤프트(pull shaft);
    상기 도가니 내에 제어가능한 커스프 자계를 발생시키는 적어도 하나의 자석;
    프로세서 및 메모리를 포함하는 제어 유닛
    을 포함하고,
    상기 메모리는 명령어를 저장하고, 상기 명령어는, 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금,
    상기 도가니 내의 용융물로부터 상기 시드 결정을 빼내어, 상기 실리콘 잉곳을 형성하게 하고;
    적어도 하나의 공정 파라미터를 조정하게 하고,
    상기 적어도 하나의 공정 파라미터는 적어도 2개의 스테이지에서 조정되고,
    상기 적어도 2개의 스테이지는,
    중간 잉곳 길이까지의 상기 실리콘 잉곳의 형성에 대응하는 제1 스테이지; 및
    상기 중간 잉곳 길이로부터 총 잉곳 길이까지의 상기 실리콘 잉곳의 형성에 대응하는 제2 스테이지
    를 포함하고;
    상기 제1 스테이지는 중간 성장 스테이지이고, 상기 제2 스테이지는 후기 바디 성장 스테이지이고,
    상기 명령어는, 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금,
    결정 회전 속도를 상기 제1 스테이지 동안의 상기 결정 회전 속도에 비해 감소시키는 것;
    도가니 회전 속도를 상기 제1 스테이지 동안의 상기 도가니 회전 속도에 비해 감소시키는 것; 및
    상기 적어도 하나의 자석에 의해 생성된 자계 강도를 상기 제1 스테이지 동안의 상기 적어도 하나의 자석에 의해 생성된 상기 자계 강도에 비해 증가시키는 것
    중 적어도 하나에 의해, 상기 적어도 하나의 공정 파라미터를 조정하게 하고;
    상기 적어도 하나의 공정 파라미터를 조정하는 것은 도가니 회전 속도를 조정하는 것을 포함하고;
    상기 명령어는, 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금,
    상기 도가니 회전 속도를 상기 제1 스테이지 동안 1.3rpm 내지 2.2rpm으로; 그리고 상기 제2 스테이지 동안 0.5rpm 내지 1.7rpm으로 조정하게 하는 결정 성장 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 메모리는, 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금, 상기 제1 스테이지 동안 결정 회전 속도 범위들을 8rpm 내지 14rpm으로 조정하고, 상기 제2 스테이지 동안 상기 결정 회전 속도 범위들을 6rpm 내지 8rpm으로 조정함으로써, 상기 적어도 하나의 공정 파라미터를 조정하게 하는 명령어를 저장하는 결정 성장 시스템.
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