KR19990013581A

KR19990013581A - 결정결함을 가지지 않는 실리콘 단결정 제조방법과 장치, 및 이에의해 제조된 실리콘 단결정과 실리콘 웨이퍼

Info

Publication number: KR19990013581A
Application number: KR1019980026790A
Authority: KR
Inventors: 마코토이다; 에이치이노; 마사노리기무라; 쇼죠무라오카; 히데키야마나카
Original assignee: 와다다다시; 신에쯔한도타이콤파니리미티드
Priority date: 1997-07-09
Filing date: 1998-07-03
Publication date: 1999-02-25
Also published as: US6364947B1; EP0890662B1; JPH1179889A; DE69833610T2; EP0890662A1; US5968264A; US6159438A; DE69833610D1; KR100558177B1

Abstract

본 발명은 쵸크라스키 방법에 따른 실리콘 단결정을 제조하는 방법에 있어서, 상기 결정의 성장동안 외주의 5mm폭부분을 제외하고 그 결정내 고체/액체 계면이 그 고체/액체 계면의 평균 연직위치로 ±5mm 범위로 존재하도록 풀링(pulling)이 수행되는 실리콘 단결정 제조방법을 제공한다. 또한 본 발명은 실리콘 단결정 성장동안 온도구배차이△G(=Ge-Gc)가 5℃보다 커지 않도록 로 온도를 제어하는 쵸크라스키 방법에 따른 실리콘 단결정을 제조하는 방법을 제공한다. 한편,상기 Ge는 상기 결정의 주위부의 온도구배(℃/㎝)를 나타내고 Gc는 상기 결정의 중앙부의 온도구배(℃/㎝)를 나타내며, 양자 모두 1420~1350℃사이의 결정내 온도하강구역 또는 실리콘의 용융점과 상기 결정의 상기 고체/액체 계면근처의 1400℃사이의 결정내 온도하강구역에 존재한다.

상기 방법은 높은 생산성을 유지하고, 결함밀도가 단면을 가로질러 전체결정에 걸쳐 매우 낮도록 실리콘 단결정과 실리콘 웨이퍼가 제조되도록 하며, 각 실리콘 웨이퍼의 표면위로의 산소농도분포가 개선된다.

Description

결자결함을 가지지 않는 실리콘 단결정 제조방법과 장치, 및 이에의해 제조된 실리콘 단결정과 실리콘 웨이퍼

본 발명은 결정결함을 거의 가지지 않고 일정한 산소농도분포를 가지는 실리콘 단결정을 제조할 수 있는 방법과 장치뿐만아나라 상기 방법과 장치에 의해 제조된 실리콘 단결정과 실리콘 웨이퍼에 관한 것이다.

반도체회로 집적도의 증가추세에 대처하기 위하여 반도체소자들의 크기가 감소됨과 더불어, 반도체 회로의 소재로써 사용하는 쵸크라스키 방법(이하에서는 CZ방법이라 한다)에 의해 성장된 실리콘 단결정에 대하여 품질요구사항이 최근들어 엄격해지고 있다. 특별히, 플로우 패턴 결함(FPD: flow pattern defect), 레이저 분산 토모그래피 결함(LSTD: laser scattering tomography defect) 및 결정내 유발입자(COP: crystal originated particles)와 같은 성장중에 도입되는 결함들의 밀도와 크기의 감소가 요구되어 오고 있다.

실리콘 단결정안으로 도입된 상기 언급한 결함들과 관련하여, 공공(vacancy:이하에서는 V라고 한다)이라 불리우는 점결함의 농도와 격자간(interstitial: 이하에서는 I이라 한다) 실리콘이라 불리우는 점결함의 농도를 결정하는 인자들이 첫째로 설명되었다.

실리콘 단결정에 있어서, V 영역은 상대적으로 많은 수의 공공, 다시말하면 실리콘 원자들의 잃음에 의해 야기되는 침하, 구멍 및 그밖의 것을 포함하는 영역이며, I 영역은 초과 실리콘 원자들 또는 상대적으로 많은 숫자의 초과 실리콘 원자들의 덩어리에 의해 야기되는 상대적으로 많은 숫자의 전위들을 포함하는 영역이다. 또한 V영역과 I영역사이에는 실리콘원자의 잃음에 의해 생성되는 공공, 또는 초과 실리콘원자을 포함하지 않는 중립영역(이하에서는 N이라 한다)이 존재한다. 최근의 연구는 상기에서 언급한 FPD, LSTD 및 COP 와 같은 성장시 도입된 결함들은 공공 그리고/또한 격자간원자가 과포화상태에 있을때에만 생성됨을 밝히고 있으며, 심지어 약간의 원자들이 그들의 이상적인 위치로부터 벗어나있을 경우라도 공공 그리고/또한 격자간원자가 포화단계를 초과하지 않는한 상기 원자들은 결함으로 나타나지 않음을 밝혀오고 있다.

잘알려진 견해에 따르면 쵸크라스키 방법에 있어서, 공공 그리고/또한 격자간원자의 농도는 당기는 속도(pulling rate)와 도 4에 도시된 바와같이 성장하고 있는 결정의 고체/액체 계면 근처에 있어서의 온도구배사이의 관계에 의존하며, 산화유기 적층결함(oxidation induced stacking fault:OSF)이라 불리우는 다른 종류의 결함이 V 영역과 I 영역사이의 경계근처에 존재한다(Erich Dornberger and Wilfred von Ammon, J. Electrochem. Soc., Vol. 143, No. 5, 1996 5월; T.Abe, H. Harada, J. Chikawa, Paper presented at ICDS-12 암스테레담, 1982 8.31 ~ 9. 3).

종래의 당기는 방법(pulling method)에 따르면, 성장 비용측면에서 그리고 OSF가 V가 많은 영역에서 존재하지 않는다고 가정하면 당김(pulling)은 대개 V가 많은 영역에서 수행되는데, 이는 여기에서 결정이 상대적으로 높은 성장속도로 성장이 가능하기 때문이다. 예를들면 종래의 당기는 방법에 있어서 행하여진 제어(control)에 따르면, 1150~1080℃의 온도구역을 지나는 통과시간은 결함의 밀도를 줄이기 위하여 상대적으로 길게 유지되었다. 여기에서 상기 각각의 결함은 FPD와 같은 공공의 덩어리로 생각할 수 있는데, 상기와 같이 그 결함밀도를 줄임으로써 장치의 특성을 평가하는 요소인 산화막의 절연파괴크기가 향상될 수 있는 것이었다. 그러나 최근의 연구에 의하면 당기는 동안 열적 기록(어떤 온도구역을 지나는 통과시간)을 제어하는 것과 같은 방법은 결함의 밀도는 줄일 수 있지만, 결함의 크기는 결함의 총체적을 줄이는 것이 결과적으로 실패함으로써 약간 증가한다고 나타내고 있다.

따라서 최근에는 제조비용의 증가에도 불구하고 품질향상을 위해 당기는 속도를 줄이거나, 또는 결정의 고체/액체 계면 근처에서의 온도구배를 가능한 한 많이 증가시키려는 시도가 있으며, 이에따라 그 일부나 전부에 FPD, LSTD, COP, 그 밖의 결함이 거의 관찰되지 않는 I가 많은 영역을 가지는 결정을 제조하게 되었다.

그러나 최근의 연구는, 심지어 I가 많은 영역에서도 상대적으로 큰 크기의 쎄코 부식구멍 결함(Secco etch pit defect: 이하에서는 L-SEPD라 한다)이 V가 많은 영역과 I가 많은 영역사이의 경계영역으로부터 떨어져 있는 부분에서 존재하는 것으로 나타내고 있다. L-SEPD는 초과 격자간실리콘들의 덩어리로 형성되어진 전위룹(dislocation loop)라고 생각된다. L-SEPD는 V가 많은 영역에서 발생하는 FPD, LSTD, COP 및 그밖의 결함들보다 장치 특성에 악영향을 주기가 쉬울 수 있다.

최근 반도체 장치들의 집적도를 증대시키려는 경향은 실리콘웨이퍼 표면 전체에 걸쳐 물성의 일정성을 요구하고 있다. 특별히 산소농도분포는, 그 분포가 직접 장치의 수율에 영향을 미치기 때문에 웨이퍼의 표면위로 일정하게 분포될 것이 요구된다.

쵸크라스키 방법에 의해 성장된 결정으로부터 얻어진 실리콘 웨이퍼의 표면위의 산소농도분포의 손상에 책임이 있다고 생각할 수 있는 인자들은 용융실리콘의 대류, 가스분위기 상태, 결정의 회전 및 도가니의 회전을 포함한다. 특별히, 냉각속도가 성장하고 있는 결정잉곳(crystal ingot)의 바같쪽의 원주부와 안쪽의 중앙부사이에서 다르기 때문에, 결정성장 계면(고체/액체 계면)은 편평하게 되지 못하며, 따라서 웨이퍼의 표면위의 산소농도분포에 대하여 악영향을 미치게 된다.

상세하게 설명하면, 쵸크라스키 방법에 있어서, 결정성장 계면의 안쪽부에서는 상대적으로 느린 냉각 때문에 결정성장이 상대적으로 느리다. 이러한 결과로 결정성장 계면은 위쪽으로 볼록하다. 이렇게 성장된 실리콘 바(bar)를 잘라서 얻어지는 웨이퍼는 성장이 다른 시간에서 얻어진 것이므로 그 표면위에 성장 줄무뉘를 가진다. 따라서 산소농도는 결정성장 방향의 산소농도의 변화에 따라서 웨이퍼 표면위로 분포된다.

보통의 경우, 고체/액체 계면의 모습(profile)으로 부터 얻어지는 그러한 산소농도의 변화와 분포는 쵸크라스키 방법에 의하여 단결정을 성장시킴에 있어서는 피할 수 없는 것으로 여겨진다.

따라서, 고체/액체 계면의 모습으로부터 얻어지는 산소농도의 변화와 분포가 어느 정도까지 당연히 존재한다고 여겨지므로, 웨이퍼 표면위의 산소농도분포를 개선하기 위한 시도는 결정의 회전과 같은 상기에서 언급한 인자들의 제어를 통하여 수행되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기 언급한 문제들을 해결한 것으로, 본 발명의 목적은 쵸크라스키 방법에 의하여 높은 생산성으로 실리콘 단결정과 실리콘 웨이퍼를 얻는 것인바, 상기 쵸크라스키 방법은 실리콘 웨이퍼위의 산소농도분포를 개선할 뿐만아니라 V가 많은 영역이나 I가 많은 영역이 존재하지 않고 결함 밀도가 그 전체결정의 단면에 걸쳐 매우 낮은 것을 내용으로 한다.

도 1은 쵸크라스키 방법에 따라 작용하는 본 발명의 결정당김장치를 나타내는 개략도이다

도 2는 쵸크라스키 방법에 따라 작용하는 종래의 결정당김장치를 나타내는 개략도이다.

도 3은 본 발명의 결정성장 이론을 설명하기 위하여 종래 방법에 의하여 성장된 웨이퍼와 본 발명의 방법에 의하여 성장된 웨이퍼를 결정의 고체/액체 계면 근처의 결정에서 측정된 당기는 속도와 온도구배사이의 관계와 관련하여 비교하고 있는 도표이다.

도 4는 본 발명의 결정성장 이론을 설명하기 위하여 결정의 고체/액체 계면 근처의 결정에서 측정된 당기는 속도와 온도구배사이의 관계를 나타내는 도표이다.

도 5는 본 발명에 있어서 결정의 고체/액체 계면 근처의 결정에서 온도구배를 측정하는 위치를 나타내는 도면이다.

도 6은 본 발명의 단결정 당김장치내 고체/액체 계면 근처에 위치한 열절연체를 나타내고 있는 도 1의 부분 확대도이다.

도 7은 도 3에 대응하나 구체적인 데이터가 나타난 도표이다.

도 8은 도 4에 대응하나 구체적인 데이터가 나타난 도표이다.

도 9(A)와 9(B)는 본 발명의 결정성장 이론을 설명하기 위하여 결정의 고체/액체 계면 근처의 단면을 각각 나타내는 도면으로써, 도 9B는 본 발명의 방법에 의해 제조된 결정의 단면을 나타내며 N영역만 가지는데 반하여, 도 9A는 종래 방법에 의해 제조된 결정의 단면을 나타내며 V, N 및 I영역들을 가지고 있다.

도 10(A)는 실시예1(CZ방법)에서 관찰되는 바와 같은 결정성장방향으로 격자결함의 변화를 나타내는 도면이다.

도 10(B)는 실시예2(MCZ방법)에서 관찰되는 바와 같은 결정성장방향으로 격자결함의 병화를 나타내는 도면이다.

도 11(A)는 비교예에 있어서 산소농도측정을 나타내는 도표이다.

도 11(B)는 실시예3에 있어서 산소농도측정을 나타내는 도표이다.

도 12는 MCZ방법에 따라 작용하는 본 발명의 결정당김장치를 나타내는 개략도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

30......결정풀링장치 31......풀 챔버(Pull Chamber)

32......도가니 33......도가니 홀딩 샤프트

34......종자 조각(Seed Chunk) 35......열 절연체

36......냉각장치

본 발명의 첫째 견지에 따르면, 본 발명은 쵸크라스키 방법에 따른 실리콘 단결정을 제조하는 방법을 제공하는데, 실리콘 단결정의 성장동안 외주의 5mm폭부분을 제외하고 상기 결정내 고체/액체 계면이 그 고체/액체 계면의 평균 연직위치로 ±5mm 범위로 존재하도록 당김(pulling)이 수행된다.

상기 결정에서의 결정성장 계면(고체/액체 계면)은, 외주의 5mm폭부분을 제외하고, 상기 고체/액체 계면의 평균 연직위치로 ±5mm 범위로 존재하도록 결정을 당김으로써 상기 결정은 단지 중립영역(이하에서는 N영역이라 한다)을 가지며 많은 결함을 포함하는 V가 많은 영역이나 I가 많은 영역은 가지지 않는다. 또한, 웨이퍼 표면위의 산소농도분포도 현격하게 개선될 수 있다. 상기 고체/액체 계면의 상기 외주의 5mm폭부분은, 그 5mm폭부분이 모습(profile)에 있어서 큰 변화를 나타내고 불안정하기 때문에 제외된다.

본 발명의 둘째 견지에 의하면, 쵸크라스키 방법에 따른 실리콘 단결정 제조 방법이 제공되는데, 실리콘 단결정의 성장동안 온도구배의 차이 △G(=Ge-Gc)가 5℃/㎝보다 커지지 않도록 로(furnace) 온도가 제어된다. 한편 여기서Ge는 상기 결정의 외주부에서의 온도구배(℃/㎝)이고, Gc는 상기 결정의 중심부에서의 온도구배(℃/㎝)이며, 양자 모두 1420~1350℃사이의 결정내 온도하강구역 또는 실리콘의 용융점과 상기 결정의 상기 고체/액체 계면근처의 1400℃사이의 결정내 온도하강구역에 존재한다.

따라서, 결정의 성장동안, 소위 핫-존(hot zone: 이하에서는 HZ라 한다)의 조절, 다시말하면 상기 온도구배 △G(=Ge-Gc)가 5℃/㎝보다 커지지 않도록 로 온도의 제어를 통하여 당김(pulling)이 V가 많은 영역과 I가 많은 영역사이의 N영역에서만 수행될 수 있다. 여기서 상기의 Ge는 상기 결정의 외주부에서의 온도구배(℃/㎝)이고, Gc는 상기 결정의 중심부에서의 온도구배(℃/㎝)이다. 또한 당기는 속도(pulling rate)도 따라서 결정될 수 있다. 따라서 결함밀도가 결정의 단면을 가로질러 전체에 걸쳐 매우 낮도록 단지 상기 N영역만 형성되면서 수행되는 쵸크라스키 방법에 의하여, 실리콘 단결정은 안정한 방법과 높은 생산성으로 성장될 수 있다.

따라서, 웨이퍼는 높은 생산성을 유지하면서 안정하게 제조될 수 있다.

또한, 결정의 성장동안, 상기 온도구배차이△G가 5℃/㎝보다 커지지 않도록 함에 의하여 상기 결정에서의 상기 고체/액체 계면은, 외주의 5mm폭부분을 제외하고, 상기 고체/액체 계면의 평균 연직위치로 ±5mm 범위로 존재한다. 따라서, 웨이퍼 표면위의 산소농도분포는 현격하게 개선될 수 있다.

이 경우에 있어서, 결정의 고체/액체 계면 근처에서의 온도구배 G(결정축을 따라 온도/길이의 변화량:℃/㎝)는 1420~1350℃사이 또는 실리콘의 용융점과 1400℃사이의 결정내 온도하강구역에 있어서의 온도구배를 나타낼 수도 있는데, 보다 정확한 제어의 실행을 위하여 실리콘의 용융온도와 1400℃사이의 결정내 온도하강구역에 있어서의 온도구배로 나타냄이 바람직하다.

본 발명의 셋째견지에 따르면, 자기장이 부여된 쵸크라스키 방법에 따른 실리콘 단결정 제조 방법이 제공되는데, 실리콘 단결정의 성장동안 온도구배의 차이 △G(=Ge-Gc)가 5℃/㎝보다 커지지 않도록 로 온도가 제어된다. 한편 여기서Ge는 상기 결정의 외주부에서의 온도구배(℃/㎝)이고, Gc는 상기 결정의 중심부에서의 온도구배(℃/㎝)이며, 양자 모두 1420~1350℃사이의 결정내 온도하강구역 또는 실리콘의 용융점과 상기 결정의 상기 고체/액체 계면근처의 1400℃사이의 결정내 온도하강구역에 존재한다.

따라서, 자기장이 부여된 쵸크라스키 방법에 있어서, △G가 5℃/㎝보다 커지지 않도록 결정을 당김(pulling)으로써 상기 N 영역이 확장되고, 이에 따라서 제어 범위(range of control)도 확대된다. 이것은 또한 거의 결정 결함들을 포함하지 않는 실리콘 단결정과 실리콘 웨이퍼의 성장을 용이하게 한다.

바람직하게는 부과된 자기장은 수평 자기장이어야 한다. 또한 부과된 자기장의 세기는 바람직하게는 2000(G)보다 작지 않아야 한다.

상기 N 영역을 확대하고 용융실리콘의 대류 억제를 통하여 상기 고체/액체 계면을 편평하게 만들기 위하여, 수평 자기장이 수직 자기장 또는 첨단 자기장보다 바람직하다. 만일 자기장의 세기가 2000(G)보다 작다면 자기장의 부과는 많은 효과를 낳지못한다.

보다 바람직하게는, 1300℃와 1000℃사이의 결정내 온도하강구역에 상당하는 결정의 부분의 길이가 8㎝보다 길지 않도록 제어가 수행되는 것이다. 또한 보다 바람직하게는, 1300-1000℃의 결정내 온도하강구역을 지나는 통과시간이 80분보다 길지 않도록 제어가 수행되는 것이다.

상기에서 기술된 조건들은 당기는 속도(pulling rate) 또는 상기 고체/액체 계면위에 위치한 고체 결정부에 있어서의 온도구배를 결정하는 당기는 조건(pulling conditions)을 의미한다. 상기 조건아래서 제어의 실행을 통하면, 온도구배 G의 절대값은 상대적으로 커지게 된다. 따라서 상대적으로 높은 당기는 속도에서도, 당김(pulling)은 상기 N영역에서 수행될 수 있다.

1300℃와 1000℃사이의 결정내 온도하강구역에 상당하는 결정 부분의 길이가 8㎝를 초과하면, 온도구배 G의 절대값은 상대적으로 작아진다. 그러므로, 상기 결정전체의 단면에 걸쳐 결함밀도가 아주 낮은 실리콘 단결정이나 전체표면위로 결함밀도가 아주 낮은 실리콘 웨이퍼를 얻기 위해서는, 상기 당기는 속도는 극도로 낮추어야만 한다. 마찬가지로, 1300~1000℃의 결정내 온도하강구역을 지나는 통과시간이 80분보다 길어지면, 상기 온도구배 G의 절대값이 상대적으로 작아진다. 그 결과로써, 상기 단면을 가로질러 결정전체에 걸쳐 결함밀도가 아주 낮은 실리콘 단결정이나 전체표면위로 결함밀도가 아주 낮은 실리콘 웨이퍼를 얻기 위해서는, 상기 당기는 속도는 극도로 낮추어야만 한다. 따라서 안정한 방법으로 높은 생산성을 유지하기가 어렵다.

보다 바람직하게는, 당기는 속도와 온도구배 G는 상기 결정이 공공이 많은 영역과 격자간원자가 많은 영역사이의 경계영역근처의 중립영역으로 단면을 가로질러 그 전체를 따라 성장되도록 조절되는데, 상기 온도구배G는 1420℃와 1350℃사이 또는 실리콘의 용융점과 상기 고체/액체 계면 근처의 1400℃사이의 결정내 온도하강구역에서의 온도구배를 의미한다. 따라서 상기 결정의 단면을 가로질러 그 전체위로의 결함밀도의 변화는 감소될 수 있다.

결정이 상기 N영역의 개념을 고려하지 않은 종래의 방법에 따라 당겨지면, 상기 온도구배차이 △G(=Ge-Gc)는 상대적으로 커지며, 이에 따라서 전체결정의 단면위로 N영역만 형성하는 것이 불가능해 진다. 그러나 앞서 언급한 바와같이, △G값이 5℃/㎝보다 커지않은 정도의 제어와 당기는 속도의 적절한 조절을 통하여 상기 N영역는 단면을 가로질러 전체결정위로 형성될 수 있다. 상기 N영역은 공공 또는 격자간원자의 발생에 거의 영향을 받지 않으며, 단면을 가로질러 전체결정위로 상대적으로 낮은 결함밀도를 이루고, 단면을 가로질러 전체결정위로 상기 결함밀도에 있어서 상대적으로 작은 변화를 나타낸다. 따라서 안정한 품질이 성장된 단결정뿐만아니라 상기 단결정으로부터 얻어진 웨이퍼에도 주어진다.

본 발명의 넷째 견지에 의하면, 쵸크라스키 방법에 따른 실리콘 단결정을 제조하기 위한 장치를 제공하는데, 실리콘 단결정의 성장동안 온도구배차이△G(=Ge-Gc)가 5℃/㎝보다 커지않도록 로 온도가 확립된다. 한편 여기서Ge는 상기 결정의 외주부에서의 온도구배(℃/㎝)이고, Gc는 상기 결정의 중심부에서의 온도구배(℃/㎝)이며, 양자 모두 1420℃와 1350℃사이의 결정내 온도하강구역 또는 실리콘의 용융점과 상기 결정의 상기 고체/액체 계면근처의 1400℃사이의 온도하강구역에 존재한다.

본 발명의 다섯째 견지에 따르면, 자기장이 부과된 쵸크라스키 방법에 따른 실리콘 단결정을 제조하기 위한 장치를 제공하는데, 실리콘 단결정의 성장동안 온도구배차이 △G(=Ge-Gc)가 5℃/㎝보다 커지 않도록 로(furnace) 온도가 수립된다. 한편 여기서Ge는 상기 결정의 외주부에서의 온도구배(℃/㎝)이고, Gc는 상기 결정의 중심부에서의 온도구배(℃/㎝)이며, 양자 모두 1420℃와 1350℃사이의 결정내 온도하강구역 또는 실리콘의 용융점과 상기 결정의 상기 고체/액체 계면근처의 1400℃사이의 결정내 온도하강구역에 존재한다.

본 발명에 따른 실리콘 단결정을 제조하기 위한 장치에 있어서, 실리콘 단결정을 둘러싸기 위해서 용융실리콘위에 고체/액체 계면 열 절연체를 구비함이 바람직하며, 3~5㎝의 틈이 용융실리콘의 표면과 상기 고체/액체 열 절연체의 저단과의 사이에 형성된다.

5℃/㎝보다 커지않은 △G를 확립할 수 있는 장치의 사용하거나, 특별히 자기장이 부과되는 장치의 사용을 통하여, 상기 결정내에서 결정결함이 없는 N영역만이 형성되면서 결정은 당겨질 수 있다. 예를 들면, HZ를 둘러싸고 용융실리콘의 표면과 상기 고체/액체 계면 열 절연체의 저단과의 사이에 3~5㎝의 틈을 형성하기 위하여 상기 고체/액체 계면 열 절연체의 구비를 통하여, 상기 고체/액체 계면은 히터(heater)로 부터의 방사열로 충분히 방열된다. 따라서, 상기 고체/액체 계면 근처에 있어서의 온도구배차이 △G(=Ge-Gc)가 5℃/㎝보다 커지 않을 정도로 제어할 수 있는 실리콘 단결정을 제조하기 위한 장치가 얻어질 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 장치의 사용을 통하여 결정결함을 거의 포함하지 아니한 실리콘 단결정과 실리콘 웨이퍼가 안정되게 성장될 수 있다.

상기 고체/액체 계면 열 절연체의 저단과 용융실리콘의 표면사이의 틈이 3㎝보다 작으면, 히트(heater)나 그 밖의 열원의 방사열로써 상기 고체/액체 계면을 방열하는 것이 불충분해 진다. 그 결과로, 상기 고체/액체 계면 근처에 있어서의 온도구배차이 △G(=Ge-Gc)는 5℃/㎝를 초과하는 값을 얻는다. 따라서 많은 결함을 포함한 V가 많은 구역이나 I가 많은 구역이 아닌 N 구역이 형성될 수 없는 것이다.

그 결과로, 결함밀도가 단면을 가로질러 그 전체 결정위로 매우 낮은 실리콘 단결정이나, 결함밀도가 그 전체 표면위에 매우 낮은 실리콘 웨이퍼가 성장될 수 없다. 대조적으로, 상기 틈이 5㎝를 초과하면, 상기 온도구배 G는 상대적으로 작아진다. 그 결과, 결함밀도가 단면을 가로질러 그 전체 결정위로 매우 낮은 실리콘 단결정이나, 결함밀도가 그 전체 표면위에 매우 낮은 실리콘 웨이퍼가를 얻기 위하여, 당기는 속도는 극도로 낮추어야만 한다. 따라서 안정한 방법으로 높은 생산성을 유지하는 것이 어려워 진다.

본 발명의 여섯째 견지에 의하면, 상기 첫째 ~ 셋째견지중의 어느 하나에 따른 방법이나, 혹은 상기 넷째 또는 다섯째견지에 따른 장치에 의해 성장된 실리콘 단결정을 제공한다.

상기 첫째 ~ 셋째견지중의 어느 하나에 따른 방법이나, 혹은 상기 넷째 또는 다섯째견지에 따른 장치에 의한 실리콘 단결정의 성장을 통하여, 실리콘 단결정은 N구역에서 안정하게 당겨질 수 있다. 상기와 같이 성장된 실리콘 단결정은 FPD, LSTD, COP 및 L-SEPD와 같은 결정결함을 거의 가지지 않으며, 상기 실리콘 단결정으로부터 얻어진 웨이퍼는 상기 웨이퍼의 표면위로 개선된 산소농도분포를 나타낸다.

본 발명의 여덟째 견지에 따르면, 성장방향과 수직한 방향으로 산소농도의 변화가 5%보다 높지 않은 쵸크라스키 방법에 의해 성장된 실리콘 단결정을 제공한다.

본 발명에 따르면, △G는 5℃/㎝보다 커지않은 정도로 제어된다. 또한 상기 고체/액체 계면의 모습은 충분히 편평해진다. 따라서, 일정한 산소농도 분포를 가지는 실리콘 단결정을 얻을 수 있는 것이다. 특별히 본 발명은 본질적으로 막대(bar)의 전체길이에 걸쳐 성장방향과 수직한 방향으로 일정한 산소농도 분포를 나타내는 단결정 잉곳을 제공한다. 다시말하면 산소농도 분포는 상기 단결정 잉곳을 얇게 잘라서 얻어지는 웨이퍼의 전체표면에 걸쳐 일정하다.

본 발명의 아홉째 견지에 의하면, FPD 밀도가 100결함/㎠보다 커지 않고, 10㎛보다도 작은 크기를 가진 SEPD의 밀도가 10결함/㎠보다 커지 않는 실리콘 웨이퍼를 제공한다.

따라서 본 발명에 따라 성장된 실리콘 단결정으로부터 얻어진 실리콘 웨이퍼는 FPD, LSTD, COP 및 L-SEPD와 같은 성장중 도입된 결함들을 거의 가지지 않으며, 따라서 매우 유용하다.

바람직하게는, 본 발명의 실리콘 웨이퍼에 있어서, 결정결함을 거의 가지지 않음에 추가하여 산소농도의 결정면내 분포(in plane distribution)가 5%보다 커지 않아야 한다.

여기에서, 산소농도의 결정면내 분포는 웨이퍼의 표면위로의 산소농도의 최대값과 상기 웨이퍼의 표면위로의 산소농도의 최소값과의 차이를 상기 최대값으로 나누어서 얻어진 값이거나, 또는 상기 웨이퍼의 표면위로의 산소농도의 최대값과 상기 웨이퍼의 표면위로의 산소농도의 최소값과의 차이를 산소농도 측정치의 평균값으로 나누어서 얻어진 값이다. 본 발명에 따르면, 상기와 같이 계산된 산소농도의 결정면내 분포는 5% 또는 그 이하로 된다.

본 발명은 FPD, LSTD, COP와 같은 성장중 도입되는 결함을 줄이는데, 이러한 결함들은 쵸크라스키 방법(CZ method) 또는 자기장이 부과된 쵸크라스키 방법(MCZ method)에 의하여 성장된 실리콘 단결정내에서 발생된다. 본 발명은 또한 실리콘 단결정으로부터 얻어진 웨이퍼가 그 전체 표면위로 결함이 없도록 실리콘 단결정이 성장되는 것을 가능하게 한다. 상기 성장에 있어서, 생산성은 상대적으로 높은 당기는 속도(pulling rate)덕분에 거의 손상되지 않는다. 또한, 웨이퍼 표면위로의 산소농도의 변화도 개선된다.

본 발명은 이하에서 상세히 설명되는데, 그러나 본 발명은 거기에 국한되는 것은 아니다. 먼저, 여기에 나타나는 용어들이 설명된다.

1) FPD (Flow Pattern Defect)는 플로우 패턴(flow patterns)을 의미하는데, 이들은 성장된 실리콘 단결정 잉곳으로부터 얇게 잘려진 웨이퍼의 표면에서 구멍들과 함께 발생된다. 이들은 플루오르화 수소산과 질산의 혼합용액으로 에칭하여 상기 웨이퍼의 표면부로부터 손상된 층을 제거하고; 상기 웨이퍼의 표면을 K₂Cr₂O₇, 플루오르화 수소산 및 물(Secco etching)의 혼합용액으로 상기 웨이퍼 표면을 에칭하는 처리 단계를 가진다. 상기 웨이퍼 표면부에서 FPD 밀도가 높아짐에 따라, 산화막의 절연파괴크기에 관련한 결함들이 증가한다(일본공개특허 No. 4-192345).

2) SEPD(Secco Etch Pit Defect)는 FPD의 경우와 동일한 방법으로 Secco 에칭된 웨이퍼의 표면부에 홀로 발생되는 구멍들이다. 플로우 패턴(flow pattern)에 의해 동반되는 구멍들은 일반적으로 FPD라고 언급되고 있다. 10㎛보다도 작은 크기를 갖는 SEPD는 전위 덩어리(dislocation cluster)로부터 얻어지는 것이라 생각된다. 이러한 전위 덩어리가 장치내에 존재하면, 전위를 통하여 전류가 누설되며, 따라서 P-N 접합의 기능은 발휘되지 않는다.

3) LSTD(Laser Scattering Tomography Defect)는 성장된 실리콘 단결정 잉곳으로부터 얇게 잘려진 웨이퍼내에 존재하는 결함이며, 이러한 결함은 플루오르화 수소산과 질산의 혼합용액으로 에칭하여 상기 웨이퍼의 표면부로부터 손상된 층을 제거하고; 그 웨이퍼를 쪼개는 처리단계를 가진다. 적외광선을 상기 쪼개진 면을 통하여 상기 웨이퍼내로 주사되고, 상기 웨이퍼 표면으로부터 배출되는 광선은 상기 웨이퍼내 결함 때문에 야기되는 산란광선을 발견하기 위하여 관찰된다. 이러한 관찰에 있어서 발견된 산란광선은 아카데믹 써사이어티(academic society) 또는 그 밖의 모임에서 이미 보고되어 오고 있으며, 그 결함은 산화석출물(J.J.A.P. vol. 32, p. 3679, 1993)로 고려되었다. 최근의 연구에 따르면, LSTD는 팔면체의 공동(void)이라고 보고되었다.

4) COP(Crystal Originated Particle)는 웨이퍼의 중심부에서 산화막의 절연파괴크기를 떨어뜨리는 결함을 의미하며, 쎄코 에칭(Secco etch)를 통하여 처리한 경우는 FPD로 나타난다. 그러나 선택적인 부식액(etchant)으로 사용되는 암모니아 하이드로젠 퍼옥사이드(ammonia hydrogen peroxide; NH₄OH:H₂O₂:H₂O=1:1~2:5~7)로서 클리닝(cleaning)하는 경우에 있어서는 COP로 나타낸다.

본 발명의 발명자들은 쵸크라스키 방법에 따라 실리콘 단결정을 성장시킴에 있어서 V영역과 I영역사이의 경계근처에 위치한 영역을 집중적으로 연구하였다. 그 결과, 본 발명자들은 상기 경계근처에 매우 좁은 중립영역이 존재함을 발견하였으며, 상기 영역내에는 FPD, LSTD 및 COP와 같은 결함들이 거의 없으며 큰 SEPD는 존재하지 않음을 발견하였다.

따라서, 본 발명자들은 상기 중립영역을 웨이퍼 전체표면위로 확장시키는 연구를 수행하여 오고 있으며, 이에의해 점결함들을 현격하게 감소시켰다. 성장속도(당기는 속도)와 온도구배는 도 4에 나타난 바와같은 관계를 유지한다. 상기 당기는 속도는 성장하고 있는 결정의 단면(이는 웨이퍼의 표면에 대응하는 것으로, 이하에서는 웨이퍼 면(wafer plane)이라 한다)을 따라 본질적으로 일정하기 때문에, 상기 온도구배는 웨이퍼 면내에서 점결함 밀도분포를 결정하는 주된 인자이다. 다시 말하면, 웨이퍼 면내 축방향 온도구배에 있어서의 차이가 존재한다는 문제가 있는 것이다. 따라서, 본 발명자들은 상기 온도구배차이의 감소를 통해서 점결함 밀도가 웨이퍼 면위로 일정하게 될 수 있다는 결론에 이르렀다.

본 발명자들은 또한 웨이퍼 면내 축방향 온도구배에 있어서의 차이의 감소를 통하여 성장하고 있는 실리콘 단결정 고체/액체 계면의 모습이 편평하게 될 수 있으며, 이에 의해 웨이퍼의 표면내 산소농도 분포가 개선됨을 발견하였다.

따라서, 본 발명자들은 도 5에 나타난 바와 같이 상기 성장하고 있는 결정의 중심부의 온도구배와 외주부에서의 온도구배와의 차이를 조사하였다. 그 결과, 온도구배 차이(Ge-Gc)는 적어도 15℃/㎝이며 상기 온도구배 G의 절대값에 따라 증가함이 명확해 졌다. 어떤 경우에 있어서는, 상기 온도구배 차이(Ge-Gc)는 40℃/㎝정도로 커진다.

성장하고 있는 결정의 중심부와 상기 성장하고 있는 결정의 외주부사이의 온도구배 차이가 있으면, 상기 고체/액체 계면(결정성장 계면) 4는 편평하게 되지 못하며, 도 5에 나타난 바와같이 위쪽으로 볼록해진다. 상기에서 언급한 바와같이, 온도구배 차이 △G가 15℃/㎝이면, 상기 결정내 고체/액체 계면의 중심부는, 외주의 5mm폭부분을 제외하고, 상기 고체/액체 계면의 평균 연직위치인 ±5mm 크기에서 벗어나게 된다.

그 결과, 종래의 쵸크라스키 방법에 의해 성장된 결정 잉곳을 얇게 잘라서 얻어지는 웨이퍼는, 다른 성장시간으로 얻어지는 성장 줄무늬를 그 표면위에 갖는다. 따라서, 산소농도는 결정성장 방향에 있어서의 산소농도의 변화에 따라서 상기 웨이퍼의 표면내에서 분포된다.

본 발명자들은 예를 들면 FEMAG(F.Dupret, P. Nicodeme, Y Ryckmans, P.Wouters, and M.J.Crochest, Int.J.Heat Mass Transfer, 33, 1849(1990))라 일컬어진는 포괄적인 열전달 분해 쇼프트웨어의 사용을 통하여, 온도구배 G의 차이를 감소시키기 위한 방법을 집중적으로 연구하였다. 도 6에 나타난 바와같이, 그 연구는 1420℃와 1350℃사이의 결정내 온도하강구역 또는 실리콘의 용융점과 1400℃사이의 온도하강구역에 대응하는 결정의 열 절연부라는 개념을 나타내었다. 또한 상기 고체/액체 계면 근처에 위치한 결정부분을 직접 용융 실리콘으로부터의 방사열에 노출되는 개념이 나타나 있다.성장하고 있는 결정의 온도가 낮은 잔여부분은 가능한 한 많이 냉각된다.

상세하게 설명하면, 상기 고체/액체 계면 열 절연체는 실리콘 단결정을 둘러싸기 위하여 용융실리콘위에 배열된다. 3~5㎝의 틈은 열 절연체의 저부와 용융 실리콘의 표면사이에 형성된다. 이러한 배열은 상기 고체/액체 계면이 히트(heater)로부터의 방사열에 의해 충분히 방열되도록 해준다. 그 결과, 결정성장속도와 온도구배와의 관계를 나타내고 있는 도 3에서와 같이, 상기 온도구배 차이 △G(=Ge-Gc)가 5℃/㎝ 또는 그 이하가 되는 열 분포가 형성된다. 이것은 공공이나 격자간 원자들을 거의 포함하지 아니한 핫존(hot zone)의 존재를 나타내고 있다.

따라서, 실리콘 단결정을 당기는 동안 아래와 같은 로 온도제어의 실행을 통하여, V가 많은 영역과 I가 많은 영역사이에 존재하는 N영역에서의 상기 결정의 당기는 속도가 결정되었고 상기 N영역이 웨이퍼의 전 표면위로 형성되었으며, 점결함들은 상기 표면(도 4)위에서 거의 관찰되지 않았었다. 상기 로 온도는 온도구배 차이 △G(=Ge-Gc)가 5℃/㎝보다 커지 않도록 하는 HZ개념에 기초하여 제어되는데, 상기에서 Ge는 상기 결정의 외주부에서의 온도구배(℃/㎝)이고, Gc는 상기 결정의 중심부에서의 온도구배(℃/㎝)이며, 양자 모두 1420℃와 1350℃사이의 결정내 온도하강구역 또는 실리콘의 용융점과 상기 결정의 상기 고체/액체 계면근처의 1400℃사이의 결정내 온도하강구역에 존재한다.

도 4의 상부 위치에 나타난 바와같이, △G가 5℃/㎝보다 커지않은 HZ내에서도 만일 성장속도가 아주 높아지면 상기 V가 많은 영역이 결정내에 형성된다. 대조적으로, 도 4의 하부 위치에 나타난 바와 같이, 성장속도가 아주 낮으면 I가 많은 영역이 결정내 형성된다. 적절한 성장속도의 선택을 통하여, 도 4의 중부 위치에 나타낸 것처럼 상기 N영역은 결정의 단면을 가로질러 그 전체위로 형성된다.

이하에서는 온도구배 제어와 결정에서의 상기 I,V 및 N영역들의 형성과의 관계가 설명된다. 도 7에 나타난 바와같이, 종래의 쵸크라스키 방법에 따라서 예컨데 Gc=30℃/㎝ 및 Ge=50℃/㎝라고 하면, 부호 A로 도시된 바와같이 HZ는 △G = Ge-Gc= 20℃/㎝를 나타낸다. 도 7의 상기 부호 A의 위치에 있어서, 결정은 상대적으로 높은 성장속도로 성장된다. 이렇게 성장된 단결정에 있어서, 상기 I,V 및 N영역들은 도 9(A)에 나타낸 것처럼 형성된다. 도 9(A)의 상기 단결정의 단면을 가로질러감에 있어서, 결함을 거의 가지지 않는 N영역은 상기 V영역과 I영역사이에서 원형으로 형성됨에 반하여, 많은 결함을 가지는 V와 I영역들은 중심부와 외주부에 각각 형성된다.

대조적으로, 본 발명에 따라서 예컨데 Gc=35℃/㎝ 및 Ge=40℃/㎝라고 하면, 도 7의 부호 B로 도시된 바와같이 HZ는 △G = Ge-Gc= 5℃/㎝를 나타낸다. 상기 부호 B의 위치에 있어서 결정은 상대적으로 낮은 성장속도로 성장된다. 도 9(B)에 나타난 바와같이, 이렇게 성장된 단결정의 단면을 가로질러감에 있어서, 결함을 거의 가지지 않는 N영역이 전체에 걸쳐 형성된다.

그러나, 상기에서 언급한 결정의 성장에 있어서, 성장속도는 상대적으로 느리다. 따라서, 도 8에 나타난 바와같이, 상기 온도구배 차이 △G(= Ge-Gc)가 5℃/㎝보다 커지않은 정도로 유지하면서 부호 C로 표시된 상기 HZ상태는 부호 D에 의해 표시된 HZ상태로 조정된다. 다시 말하면, 상기 부호 C에 의해 표시된 상기 온도구배 G(Gc 또는 Ge)의 절대값은 상기 부호 D에 의해 표시되는 온도구배의 절대값에 따라 증가된다. 그 결과, 상기 N영역이 결정의 단면을 가로질러 그 전체위로 형성되면서 상기 결정은 상대적으로 높은 성장속도로 성장될 수 있다. 따라서 높은 생산성이 유지될 수 있다.

상기의 현상이 상기 고체/액체 계면위에 위치한 결정화된 부분의 온도구배에 관하여 관찰될때, 상기 현상은 1300~1000℃의 결정내 온도하강구역에 대응하는 결정부분의 길이를 8㎝ 또는 그 보다 짧게 제어함으로써 달성될 수 있는 것으로 나타내어 졌다. 상기 온도구역에 대응하는 부분의 길이가 8㎝를 초과하면, 상기 온도구배 G의 절대값은 상대적으로 작아진다. 따라서 상대적으로 낮은 당기는 속도가 선택되어야 하며, 이에따라 생산효율을 손상시키게 되는 것이다.

또한 상기 현상이 당기는 속도에 관하여 관찰되면, 1300~1000℃의 결정내 온도하강구역을 지나는 통과시간이 80분 또는 그보다 짧게 제어되어야만 하는 것으로 나타내어 진다. 80분을 초과하는 통과시간에 대응하는 늦은 냉각이 수행될 때, 상기 온도구배 G의 절대값은 상대적으로 작아진다. 그 결과, 상기 N영역을 형성하면서, 결정을 얻기 위하여 당기는 속도는 상대적으로 낮아져야 하며, 따라서 생산효율을 손상시키는 것이다.

△G가 5℃/㎝보다 커지않은 정도로 유지되면서 결정이 당겨지면, 상기 결정에서의 고체/액체 계면은, 외주의 5mm폭부분을 제외하고, 상기 고체/액체 계면의 평균 연직위치로 ±5mm 크기, 특별히 2.5mm크기내에 존재한다. 이것은 상기 N영역이 형성된 결정의 성장을 용이하게 한다. 또한 산소농도의 결정면내(in plane) 분포도 개선된다.

상기에서는 N영역이 형성된채 결정을 당기기 위한 본 발명에 있어서 사용된 당기는 조건(pulling conditions)에 대하여 설명되었다. 상기 당기는 조건은 이하에서 요약될 것이다.

1420℃와 1350℃사이의 결정내 온도하강구역 또는 실리콘의 용융점과 상기 고체/액체 계면근처의 1400℃사이의 결정내 온도하강구역에 있어서의 당기는 속도와 온도구배 G는, 중립 영역이 단면부를 가로질러 그 전체위로 형성된채 당김(pulling)이 수행되도록 조정된다. 상기 중립 영역은 공공(V)이 많은 영역과 격자간 원자(I)가 많은 영역사이의 경계영역이며, 단면을 가로질러 그 전체에 걸쳐 상대적으로 결함밀도에 있어서의 작은 변화를 나타낸다. 그 결과, 산소농도의 결정면 내에서의 분포는 현격하게 개선된다.

△G가 5℃/㎝보다 커질 않을 정도로 유지되고 상기 온도구배 G의 절대값이 원하는 정도로 유지되면, 상기 결정의 단면을 가로질러 그 전체에 걸쳐 상기 N 영역이 형성된채 결정을 당기기 위한 당기는 속도(pulling rate)는 아래와 같은 단계에 따라 얻어진다. 예를들면, 5℃/㎝보다 커지 않은 △G를 얻기 위하여 단결정 잉곳은 상대적으로 높은 속도로 당겨지며, 이에 의해 V가 많은 영역이 성장하는 것이다. 연이어, △G를 5℃/㎝보다 커지 않을 정도로 유지하면서 상기 성장속도는 I가 많은 영역이 성장될 수 있는 정도까지 점차적으로 감소된다. 상기에서와 같이 얻어진 단결정은 결정 결함을 확인하기 위하여 세로방향으로 잘렸다. 이것은 상기 N영역에 대응하는 성장속도를 나타내는데, 상기 N영역은 V가 많은 영역과 I가 많은 영역사이에서 삽입되어져 있다.

이 경우에 있어서, △G가 5℃/㎝보다 커지 않을 정도로 유지하면서 결정이 용융 실리콘에 자기장이 부과되는 쵸크라스키 방법(MCZ 방법)에 의해 당겨지면, 상기 N영역은 팽창한다. 이것은 상기 N영역이 형성되는 당기는 속도의 크기를 팽창시키며, 이에 따라 상기 N영역이 전체에 걸쳐 형성되는 단결정의 성장을 용이하게 한다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 쵸크라스키 방법에 따른 작동하는 본 발명의 결정당김 장치를 보이고 있다. 도 1에 나타난 바와 같이, 결정당김장치(crystal pulling apparatus:30)은 풀 챔버(pull chamber:31), 상기 풀 챔버(31)내에 제공된 도가니(32), 상기 도가니(32) 주위에 배치된 히트(heater:34), 상기 도가니(32)를 회전시키기 위한 도가니 홀딩 샤프트(33)와 상기 도가니 홀딩 샤프트(33)을 회전시키기 위한 도시되지 않은 회전기구(rotation mechanism), 상기 실리콘 종자결정(5)을 붙잡기 위한 씨드 척크(seed chuck:6), 상기 씨드 척크(6)을 올리기 위한 케이블(7) 및 상기 케이블을 회전시키거나 감기위한 도시되지 않은 감는 기구(winding mechanism)를 포함한다. 상기 도가니(32)는 용융 실리콘(2)을 수용하기 위한 내부의 석영 도가니와 상기 석영 도가니 외부에 위치한 외부 탄소도가니를 포함한다. 열 절연체(35)는 상기 히트(34)주위에 배치되어 있다.

본 발명의 제조방법에 따른 성장 조건을 세우기 위하여, 환상(고리모양)의 고체/액체 계면 열 절연체(8)가 성장하고 있는 결정의 상기 고체/액체 계면주위로 배열된다. 상부의 환상의 열 절연체(9)는 상기 계면 열 절연체(8)위에 배열되어 있다. 3~5㎝의 틈(10)은 상기 계면 열 절연체(8)과 용융 실리콘(2)의 표면사이에 형성된다. 상기 상부 열 절연체(9)의 사용여부는 조업조건에 따른다. 또한 방사열을 차단하거나 냉각가스의 분사를 통하여 단결정을 냉각하기 위한 원통형의 냉각장치(36)가 제공된다.

최근들어, 소위 MCZ 방법이 종종 사용된다. 도 12에 나타난 바와 같이 수평 내지 수직방향 또는 그 밖의 방향으로 자기장을 용융 실리콘(2)에 부과하기 위하여, 자석(38)이 상기 풀 챔버(31)의 바같쪽 수평방향으로 배치된다. 상기 자석(38)은 대개 도전성내지 초전도성 코일 또는 기타의 요소로 이루어진다. 용융 실리콘(2)에 자기장을 부과함을 통하여, 상기 용융 실리콘(2)의 대류가 억제되며, 이에 따라 안정하게 단결정을 성장시킬 수 있는 것이다. 자기장이 용융 실리콘(2)에 부과되는 방향은 상기 자석(38)의 배열의 조정을 통하여 쉽게 조정된다. 예를들면, 하나의 코일이 상기 풀 챔버(31)를 수평으로 둘러싸기 위하여 배열된다면, 수직의 자기장(경도의 자기장)이 용융 실리콘(2)에 부과된다. 그들사이에 위치한 상기 풀 챔버(31)와 함께 수평방향으로 서로서로 평행하도록 그 풀 챔버(31)의 바같쪽에 두 개의 코일이 배열되면, 수평의 자기장(측면의 자기장)이 상기 용융 실리콘(2)에 부과된다.

앞서 언급한 바와 같이, 상기 언급한 MCZ 방법이 본 발명에서 사용되면, 상기 N영역이 확장되며, 이에따라 제어의 크기(range of control)도 팽창한다. 이것은 상기 N영역이 전체에 걸쳐 형성되는 단결정의 성장을 용이하게 한다.

다음으로 도 1의 상기 결정당김장치(30)의 사용을 통하여 단결정을 성장시키는 과정을 설명한다.

첫째로, 고순도의 실리콘 다결정체 재료가 대략 그 용융점인 1420℃ 또는 그보다 고온으로 가열되어 상기 도가니(32)내에서 용융된다. 다음으로, 상기 종자결정(5)의 끝단이 상기 용융 실리콘(2)의 표면과 중심부에서 접촉되거나 상기 용융 실리콘(2)안으로 중심부에서 잠길때까지 상기 케이블(7)은 풀려진다. 연이어서, 상기 도가니 홀딩 샤프트(33)이 적절한 방향으로 회전된다. 동시에, 상기 케이블(7)은 회전되면서 감겨지고, 이에따라 상기 종자결정(5)을 위로 당기게 된다. 따라서 단결정의 성장이 시작되는 것이다. 그 다음으로, 당기는 속도와 온도의 조절을 통하여 본질적으로 원통형의 단결정 잉곳(1)이 얻어질 수 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 다음과 같은 구조적인 특징을 갖추고 있다.

도 1의 부분적인 확대도인 도 6에 나타난 바와같이, 상기 환상의 고체/액체 계면 열 절연체(8)은 단결정(1)의 HZ를 둘러싸기 위하여 상기 풀 챔버(31)내에 배치되어 있다. HZ는 상기 용융 실리콘의 표면근처에 위치한 상기 단결정(1)의 일부분이며, 1420℃와 1350℃사이(또는 실리콘의 용융점과 1400℃사이)의 결정내 온도하강구역에 대응하는 부분이다. 상기 상부 환상의 열 절연체(9)는 상기 계면 열 절연체위에 놓여있다. 3~5㎝의 상기 틈(10)은 상기 계면 열 절연체(8)의 저단과 용융 실리콘(2)의 표면(3)사이에 형성된다. 상기 상부 열 절연체(9)의 구비여부는 조업조건에 따른다. 또한, 결정냉각장치의 예로서 상기 결정냉각장치(36)이 상기 상부 열 절연체(9)위에 제공된다. 상기 냉각장치(36)는 상기 장치(36)의 원통형 하부에 부착된 방사열 반사기를 포함할 수도 있다.

앞서 언급한 바와같이, 열 절연체는 용융 실리콘의 표면위에 배열되는데, 상기 열 절연체는 용융 실리콘의 표면과의 사이에 예정된 틈을 형성하고 있다. 또한, 결정을 냉각하기 위한 장치는 상기 열 절연체위에 제공된다. 이러한 배열은 방사열에 의한 상기 결정성장 계면 근처에서의 열 절연효과를 낳는다. 상기 결정의 상부는 히트(heater) 또는 그 밖으로부터의 방사열로부터 보호된다. 그 결과로, 외주부에서의 상기 온도구배 Ge가 상대적으로 작아진다. 또한 외주부에서의 상기 온도구배 Ge와 중심부에서의 온도구배 Gc와의 차이도 상대적으로 작아지게 된다. 더욱이, 상기 고체/액체 계면(4)는 편평해지게 된다. 따라서, 결함밀도에 있어 상대적으로 적은 변화를 나타내는 상기 N영역이 상기 결정의 단면을 가로질러 그 전체에 걸쳐 형성되면서 결정이 당겨질 수 있는 것이다.

본 발명은 상기에서 언급한 결정냉각장치로써 상기 원통형 냉각장치를 구비하였다. 그러나 상기 원통형 냉각장치(36)이외에도, 공냉 도관(air-cooled duct), 수냉 튜브(water cooled tube) 또는 상기 결정에 있어서 원하는 온도구배를 수립하기 위하여 성장하고 있는 결정을 둘러싸는 그 밖의 장치들이 제공될 수도 있다.

본 발명에 있어서, 상기 자석(38)은 도 12에 나타난 바와같이 상기 풀 챔버(31)의 바같쪽에 배치하는 것이 바람직하다. 이 경우에 있어서, 수평 자기장이 용융 실리콘(2)에 부과된다. 자기장의 세기는 2000(G)보다 작지 않음이 바람직하며, 보다 바람직하게는 3000(G)보다 작지 않아야 한다.

용융 실리콘에 자기장의 부과를 통하여, 상기 용융 실리콘의 대류가 억제되고, 이에 따라서 상기 N 영역이 결정내로 확장한다. 편평한 계면을 얻기 위해서는, 수평 자기장이 수직 자기장이나 첨단 자기장보다 바람직하다. 또한 자기장의 세기가 2000(G)보다 작으면, 자기장의 부과는 큰 효과를 낳지 못한다.

종래의 기술과는 대조적으로, 본 발명은 당기는 속도의 과도한 감소나 어떠한 온도구역을 위한 느린 냉각을 요구하지 않는다. 따라서 생산성이 저해됨이 없이 단결정의 품질이 향상될 수 있는 것이다. 또한 산소농도의 결정면내 분포도 개선된다. 상기 MCZ방법을 사용하면 제어의 크기(control range)를 확장시켜, 이에 따라 결함을 거의 가지지 않는 결정 성장을 보장한다.

도 2는 도 1과 도 12에 도시된 본 발명에 따른 결정당김장치와의 비교를 위하여 종래의 결정당김장치를 나타내고 있다. 도 2의 상기 종래의 결정당김장치는 기본적으로 본 발명의 결정당김장치와 유사한 구조를 가지나, 본 발명의 상기 고체/액체 열 절연체(8), 상부 환상의 열 절연체(9) 및 냉각장치(36)에 대응하는 장치는 구비되어 있지 않다.

상기에서 설명된 방법과 장치에 의해 성장된 실리콘 단결정은 상기 N영역에서의 안정한 당김(pulling) 덕분에 FPD, LSTD, COP 및 L-SEPD와 같은 결정결함을 거의 가지지 않는다.

또한, 산소농도 변화는 본질적으로 단결정의 전체 길이에 걸쳐 결정성장 방향과 수직한 방향으로 5%보다 커지 않게 되어질 수 있다.

그러한 실리콘 단결정으로부터 제조된 실리콘 웨이퍼는, FPD밀도가 100결함/㎠보다 커지 않으며 10㎛보다 작지 않은 크기를 가지는 SEPD의 밀도가 10결함/㎠보다 커지 않음을 보이고 있다. 상기와 같이 제조된 실리콘 웨이퍼를 산소 석출 열처리를 행하고 X레이를 통하여 관찰되면, 전 표면에 걸쳐 일정한 석출대조가 관찰되고 작은 수의 줄무늬 링이 관찰된다. 즉, 성장 계면이 편평한 덕택으로, 좋은 일정성(uniformity)이 웨이퍼의 표면에 확립되며, 특별히 결정면내 산소농도 분포는 5% 또는 그 이하가 된다.

다음으로 실시예에 의하여 본 발명이 설명되는데, 상기 실시예는 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 아니된다.

(실시예1)

도 1의 상기 결정당김장치(30)의 사용을 통하여 실리콘 단결정이 성장되었다. 실리콘 다결정체 재료 60kg이 20인치 크기의 직경을 가지는 석영도가니안으로 장입되었다. 직경 6인치와 100방향을 가지는 실리콘 단결정 잉곳은 평균 당기는 속도가 1.0mm/min과 0.4mm/min사이의 범위로 변화되면서 당겨졌다(상기 실리콘 단결정의 직선몸체부의 길이는 대략 85cm였다).

용융 실리콘의 온도는 1420℃였다. 10cm의 높이를 가지는 환상의 고체/액체 열 절연체는 4cm의 틈이 용융 실리콘의 표면과 상기 계면 열 절연체의 저단사이에 형성되도록 용융 실리콘 표면위에 배치되었다. 풀 챔버(pull chamber) 천장의 높이는 도가니 홀딩 샤프트의 조정을 통하여 상기 용융 실리콘의 표면위 30cm로 조정되었다. 환상의 상부 열 절연체는 상기 계면 열 절연체위에 배치되었다.

실리콘의 용융점과 상기 고체/액체 계면 근처에서의 1400℃사이의 결정내 온도하강구역에서의 온도구배는 Ge=45.0(℃/㎝), Gc=42.0(℃/㎝), △G=Ge-Gc=3.0(℃/cm)로 주어졌다. 웨이퍼는 이렇게 얻어진 단결정 잉곳으로부터 얇게 잘려져 얻어진다. 상기 웨이퍼는 경면처리(mirror polished)되어서 실리콘 단결정 경면 웨이퍼를 얻었다.

이렇게 얻어진 경면 웨이퍼는 FPD밀도와 L-SEPD밀도에 대하여 측정되었다. 표 1은 당기는 속도와 측정된 결함밀도사이의 관계를 나타내고 있다.

실리콘의 또다른 단결정 잉곳이 상기와 같은 방법으로 성장되었다. 상기 단결정 잉곳은 성장방향으로 결정결함의 변화를 관찰하기 위하여 세로로 쪼개졌다. 그 결과는 도 10(A)에 나타나 있다.

당기는 속도(mm/min)	온도구배 차이G= Ge - Gc(℃/㎝)	영 역	FPD(결함/㎠)	L-SEPD(결함/㎠)
0.8	3.6	V rich	대략 1000	-
0.55	3.6	N	≤20	-
0.5	3.6	I rich	≥20	≥10

표 1에서 알 수 있는 바와같이, △G가 5℃/cm보다 커지 않고 결정내에 발생한 점결함 밀도가 단면을 가로질러 결정위로 일정한 경우에도, 상기 결정의 결함 상태는 적절한 당기는 속도가 선택되지 않으면 V가 많거나 I가 많아지게 된다. 상기 N영역(도 4참조)을 형성하기 위하여 적절한 당기는 속도를 발견하고자 하는 노력의 결과로, 그 전체 표면에 걸쳐 상기 N영역을 가지는 실리콘 웨이퍼가 0.55mm/min의 당기는 속에서 얻어짐이 발견되었다.

도 10A에서 알 수 있는 바와같이, 상기 결정성장 계면(43)은 편평하며, 산소농도 분포도 일정하다. 그러나 V가 많은 영역과 I가 많은 영역사이에 삽입된 N 영역은 상대적으로 좁다. 결정의 단면을 가로질러 그 전체에 걸쳐 상기 N영역을 확립하기 위해서는 고도의 정밀한 제어가 수행되어야만 한다. OSF 영역(42)는 상기 N영역들(39) 사이에서 관찰된다.

(실시예2)

도 12의 상기 결정당김장치의 사용을 통하여 실리콘 단결정이 성장되었다. 3000(G)의 세기를 갖는 자기장을 용융 실리콘(2)에 부과하면서 결정은 당겨졌다. 당기는 조건들은 자기장의 부과를 제외하면 실시예1의 조건과 동일했다.

상세히 설명하면, 실리콘 다결정체 재료 60kg이 20인치 직경을 가지는 석영 도가니내로 장입되었다. 직경 6인치와 100 방향을 가지는 실리콘 단결정 잉곳은 평균 당기는 속도가 1.0mm/min과 0.4mm/min사이의 범위로 변화되면서 당겨졌다.

용융 실리콘의 온도는 1420℃였다. 10cm의 높이를 가지는 환상의 고체/액체 계면 열 절연체는, 4cm의 틈이 용융 실리콘 표면과 상기 계면 열 절연체의 저단과의 사이에 형성되도록 용융 실리콘 표면위에 배치되었다. 풀 챔버(pull chamber) 천장의 높이는 도가니 홀딩 샤프트의 조정을 통하여 용융 실리콘위 30cm로 조정되었다. 환상의 상부 열 절연체는 상기 계면 열 절연체위에 배치되었다.

실리콘의 용융점과 상기 고체/액체 계면 근처에서의 1400℃사이의 결정내 온도하강구역에서의 온도구배는 Ge=45.0(℃/㎝), Gc=42.0(℃/㎝), △G=Ge-Gc=3.0(℃/cm)로 주어졌다. 이렇게 얻어진 단결정 잉곳은 성장방향으로 결정 결함의 변화를 관찰하기 위하여 세로로 쪼개졌다. 그 결과는 도 10(B)에 나타나 있다.

도 10(B)에서 알 수 있는 바와같이, 통상의 쵸크라스키 방법의 경우와 같이 상기 N영역을 가지는 실리콘 웨이퍼는 0.55mm/min과 0.58mm/min사이의 당기는 속도 범위에서 얻어질 수 있다. 또한 상기 결정성정 계면의 모습(43)은 편평하며, 산소농도 분포도 일정하다.

도 10(B)의 단결정은 도 10(A)의 단결정과 현격하게 구별되는데, 이는 도 10(B)에선 상기 N영역이 넓게 확장되며, 상기 당기는 속도의 제어 범위가 현격하게 확장될 뿐만아니라 상기 V가 많은 영역과 상기 N영역사이 및 상기 N영역과 상기 I가 많은 영역사이의 경계가 상대적으로 편평하다는 측면에서 구별된다. 따라서 본 방법에 의해 성장된 단결정 잉곳을 얇게 잘라서 웨이퍼를 얻는다면, 그 전체 표면에 걸쳐 형성된 상기 N영역을 가지는 웨이퍼가 보다 쉽게 얻어진다.

앞서 언급한 바와같이, 자기장의 부과는 결정 결함의 생성 패턴에 있어서 중요한 변화를 야기한다. 이것에 대한 명확한 이유는 아직 알려지지 않고 있다. 생각해볼 수 있는 이유는 다음과 같다. 용융물에 자기장을 부과하면 상기 용융물의 대류를 안정화시킨다. 따라서 상기 용융물에서의 온도구배도 이에따라 변화하며, 결정내에서 생성되는 결함의 양에 있어서도 좋은 변화를 초래하는 것이다. 상기 용융물에 있어서 그러한 온도구배의 변화는 결정의 성장 계면 근처의 온도구배에 좋은 영향을 미친다. 따라서 상기 결정에서의 온도 구배는 안정되며 이상적으로 된다.

(실시예3 및 비교예)

웨이퍼의 표면에 있어서 산소농도에 대한 상기 고체/액체 계면 모습(profile)의 영향이 연구되었다. 도 12의 상기 결정당김장치(30)의 사용을 통하여 실리콘 단결정이 성장되었다. 실리콘 다결정체 재료 60kg이 20인치 크기의 직경을 가지는 석영 도가니안으로 장입되었다. 직경 8인치와 100방향을 가지는 실리콘 단결정 잉곳은 3000(G)의 세기를 갖는 자기장을 부과하면서 당겨졌다.

실리콘의 용융점과 상기 고체/액체 계면 근처에서의 1400℃사이의 결정내 온도하강구역에서의 온도구배는 Ge=32.6(℃/㎝), Gc=30.5(℃/㎝), △G=Ge-Gc=2.1(℃/cm)로 주어졌다. 이렇게 얻어진 단결정 잉곳은 상기 결정의 중심부와 외주부에서 성장 방향으로 산소농도의 변화를 관찰하기 위하여 세로로 쪼개졌다. 그 결과는 도 11(B)에 나타나 있다(실시예3).

이러한 경우에 있어서, 결정에서의 상기 고체/액체 계면의 모습은 약간 위로 볼록했는데, 이는 거의 편평하다고 볼 수 있는 정도였다. 상세하게 설명하면, 상기 결정내의 상기 고체/액체 계면은, 외주의 5mm폭부분을 제외하고, 상기 고체/액체 계면의 평균 연직위치로 ±2mm 범위내로 존재한다.

비교예에 있어서는, 실리콘 단결정은 상기 고체/액체 계면 열 절연체와 상기 상부 환상의 열 절연체가 제거된 도 12의 결정당김장치의 사용을 통하여 얻어졌다. 8인치의 작경을 가지는 실리콘 단결정 잉곳은 3000(G)의 세기를 갖는 자기장을 부과하면서 당겨졌다.

이 경우에 있어서, 상기 고체/액체 계면 근처에서의 온도구배는 Ge=63.5(℃/㎝), Gc=30.4(℃/㎝), △G=Ge-Gc=33.1(℃/cm)로 주어졌다. 이렇게 얻어진 단결정 잉곳은 상기 결정의 중심부와 외주부에서 성장 방향으로 산소농도의 변화를 관찰하기 위하여 세로로 쪼개졌다. 그 결과는 도 11(A)에 나타나 있다(비교예).

이 경우에 있어서, 결정에서의 상기 고체/액체 계면의 모습은 위로 볼록했다. 상세하게 설명하면, 결정 내에서의 상기 고체/액체 계면은, 외주의 5mm폭 부분을 제외하고, 상기 고체/액체 계면의 평균 편평함이 ±10mm 범위내에 존재한다.

도 11(A)에 의하면, 산소농도는 상기 결정의 중심부와 외주부사이에서 현격하게 다르다. 성장 방향으로의 산소농도의 변화도 관찰되었다. 중심부에서의 변화는 외주부의 경우와 본질적으로 유사한 패턴을 나타낸다. 즉 중심부의 변화모습과 외주부의 변화모습사이에 약 12-20mm의 상(phase) 차이가 존재할 뿐이다. 이러한 특성은 상기 결정성장 계면의 볼록한 모습을 반영한다.

대조적으로 도 11(B)에 있어서는, 상기 결정의 중심부에서의 산소농도는 본질적으로 상기 결정의 외주부에서의 산소농도와 유사하다. 중심부에서 관찰된 성장 방향으로의 산소농도의 변화는 외주부에서 관찰된 것과 잘 일치됨을 보이고 있다.그리고 중심부에서의 변화모습과 외주부에서의 변화모습사이에는 약 0-3mm의 미소한 상 차이가 존재할 뿐이다.

도 11(B)의 실리콘 단결정은 그 성장 방향을 따라 산소농도의 변화를 보이나, 성장 방향과 수직한 방향으로는 좋은 산소농도 분포를 보이고 있다. 따라서 상기 실리콘 단결정을 얇게 잘라서 얻어지는 웨이퍼는 뛰어난 결정면내 산소농도 분포를 보인다. 이러한 특성은 상기 결정성장 계면의 편평한 모습을 반영한다.

본 발명은 상기에서 기술된 실시예들에 국한되지 아니한다. 상기에서 기술된 실시예는 단순한 예로써, 첨부된 특허청구범위에서 기술된 것과 본질적으로 동일한 구조를 가지며 유사한 작용과 효과를 제공하는 것들은 본 발명의 범위에 속한다.

예를들면, 상기의 실시예는 직경이 6인치와 8인치를 가지는 실리콘 단결정의 성장을 언급하면서 기술되었다. 그러나 본 발명은 거기에 제한되지 않는다. 즉 상기 결정의 고체/액체 계면 근처에서의 결정의 중심부와 외주부와의 온도구배 차이가 상대적으로 작게 되도록 상기 당기는 속도가 상기 N영역내에서 조정된다면, 본 발명은 8-16인치 또는 그보다 큰 직경을 가지는 실리콘 단결정의 성장에 적용될 수 있다.

또한 용융 실리콘에 부과된 자기장은 수평 자기장에 국한되지 않으며, 수직 자기장이나 첨단 자기장 또는 그 밖의 것일 수도 있는 것이다.

따라서 본 발명은 상기의 쵸크라스키 방법과 장치를 사용함으로써 실리콘 웨이퍼위의 산소농도분포를 개선하고, V가 많은 영역이나 I가 많은 영역이 존재하지 않으며 결함 밀도가 그 단면을 가로질러 전체에 걸쳐 매우 낮고 생산성도 높은 실리콘 및 실리콘 웨이퍼의 제조에 유용한 효과가 있다.

Claims

실리콘 단결정의 성장동안, 외주의 5mm폭부분을 제외하고, 상기 결정내 고체/액체 계면이 그 고체/액체 계면의 평균 연직위치로 ±5mm 범위내로 존재하도록 당김(pulling)이 수행되는 것을 특징으로 하는 쵸크라스키 방법에 의한 실리콘 단결정 제조방법.
실리콘 단결정의 성장동안, 온도구배의 차이 △G(=Ge-Gc)가 5℃/㎝보다 커지지 않도록 로(furnace) 온도가 제어되며:

상기에서 Ge는 상기 결정의 외주부에서의 온도구배(℃/㎝)이고;

Gc는 상기 결정의 중심부에서의 온도구배(℃/㎝)이며;

양자 모두 1420~1350℃사이의 결정내 온도하강구역 또는 실리콘의 용융점과 상기 결정의 상기 고체/액체 계면근처의 1400℃사이의 결정내 온도하강구역에 존재하는 것을 특징으로 쵸크라스키 방법에 의한 실리콘 단결정 제조방법.
실리콘 단결정의 성장동안, 온도구배의 차이 △G(=Ge-Gc)가 5℃/㎝보다 커지지 않도록 로(furnace) 온도가 제어되며:

상기Ge는 상기 결정의 외주부에서의 온도구배(℃/㎝)이고;

Gc는 상기 결정의 중심부에서의 온도구배(℃/㎝)이며;

양자 모두 1420~1350℃사이의 결정내 온도하강구역 또는 실리콘의 용융점과 상기 결정의 상기 고체/액체 계면근처의 1400℃사이의 결정내 온도하강구역에 존재하며;자기장이 부과되는 것을 특징으로 하는 쵸크라스키 방법에 의한 실리콘 단결정 제조방법.
제 3항에 있어서, 상기 부과된 자기장은 수평 자기장임을 특징으로 하는 쵸크라스키 방법에 의한 실리콘 단결정 제조방법.
제 3항에 있어서, 상기 부과된 자기장의 세기는 2000(G)보다 작지 않을 것을 특징으로 하는 쵸크라스키 방법에 의한 실리콘 단결정 제조방법.
제 1항에 있어서, 1300℃와 1000℃사이의 결정내 온도하강구역에 상당하는 결정의 부분의 길이가 8㎝보다 길지 않도록 제어(control)가 수행되는 것을 특징으로 하는 쵸크라스키 방법에 의한 실리콘 단결정 제조방법.
제 2항에 있어서, 1300℃와 1000℃사이의 결정내 온도하강구역에 상당하는 결정의 부분의 길이가 8㎝보다 길지 않도록 제어(control)가 수행되는 것을 특징으로 하는 쵸크리스키 방법에 의한 실리콘 단결정 제조방법.
제 3항에 있어서, 1300℃와 1000℃사이의 결정내 온도하강구역에 상당하는 결정의 부분의 길이가 8㎝보다 길지 않도록 제어(control)가 수행되는 것을 특징으로 하는 쵸크라스키 방법에 의한 실리콘 단결정 제조방법.
제 1항에 있어서, 1300-1000℃의 결정내 온도하강구역을 지나는 통과시간이 80분보다 길지 않도록 제어(control)가 수행되는 것을 특징으로 하는 쵸크라스키 방법에 의한 실리콘 단결정 제조방법.
제 2항에 있어서, 1300-1000℃의 결정내 온도하강구역을 지나는 통과시간이 80분보다 길지 않도록 제어(control)가 수행되는 것을 특징으로 하는 쵸크라스키 방법에 의한 실리콘 단결정 제조방법.
제 3항에 있어서, 1300-1000℃의 결정내 온도하강구역을 지나는 통과시간이 80분보다 길지 않도록 제어(control)가 수행되는 것을 특징으로 하는 쵸크라스키 방법에 의한 실리콘 단결정 제조방법.
제 1항에 있어서, 1420℃와 1350℃사이의 결정내 온도하강구역 또는 실리콘의 용융점과 상기 고체/액체 계면근처의 1400℃사이의 결정내 온도하강구역에 있어서의 당기는 속도와 온도구배 G는 상기 결정이 공공이 많은 영역과 격자간원자가 많은 영역사이의 경계영역근처의 조건하에서 단면을 가로질러 그 전체를 따라 성장되도록(다시말하면 상기 결정의 단면을 가로질러 그 전체에 걸쳐 결함밀도의 변화가 작은 중립영역으로 성장되도록) 조절되는 것을 특징으로 하는 쵸크라스키 방법에 의한 실리콘 단결정 제조방법.
실리콘 단결정의 성장동안 온도구배의 차이 △G(=Ge-Gc)가 5℃/㎝보다 커지지 않도록 로(furnance) 온도가 확립되고:

상기에서 Ge는 상기 결정의 외주부에서의 온도구배(℃/㎝)이고;

Gc는 상기 결정의 중심부에서의 온도구배(℃/㎝)이며;

양자 모두 1420~1350℃사이의 결정내 온도하강구역 또는 실리콘의 용융점과 상기 결정의 상기 고체/액체 계면근처의 1400℃사이의 결정내 온도하강구역에 존재하는 것을 특징으로 하는 쵸크라스키 방법에 의한 실리콘 단결정 제조장치.
실리콘 단결정의 성장동안, 온도구배의 차이 △G(=Ge-Gc)가 5℃/㎝보다 커지지 않도록 로 온도가 확립되며:

상기Ge는 상기 결정의 외주부에서의 온도구배(℃/㎝)이고;

Gc는 상기 결정의 중심부에서의 온도구배(℃/㎝)이며;

양자 모두 1420~1350℃사이의 결정내 온도하강구역 또는 실리콘의 용융점과 상기 결정의 상기 고체/액체 계면근처의 1400℃사이의 결정내 온도하강구역에 존재하며;자기장이 부과되는 것을 특징으로 하는 쵸크라스키 방법에 의한 실리콘 단결정 제조장치.
제 13항에 있어서, 고체/액체 계면 열 절연체가 실리콘 단결정을 둘러싸기 위하여 용융 실리콘위에 배열되고, 3~5cm의 틈이 용융 실리콘의 표면과 상기 고체/액체 계면 열 절연체의 저단과의 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 쵸크라스키 방법에 의한 실리콘 단결정 제조장치.
청구항 1에 기술된 방법에 따라 제조된 실리콘 단결정.
청구항 13에 기술된 장치에 따라 제조된 실리콘 단결정.
성장방향과 수직한 방향으로 산소농도의 변화가 5%보다 커지않은 것을 특징으로 하는 쵸크라스키 방법에 의해 성장된 실리콘 단결정.
FPD밀도가 100결함/㎠보다 커지 않고 10㎛보다 작지 않은 크기를 가지는 SEPD의 밀도가 10결함/㎠보다 커지 않음을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼.
제 19항에 있어서, 산소농도의 결정면내 분포가 5%보다 커지않은 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼.