KR19990078057A - 실리콘 단결정 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수평자장을 인가한 쵸크라스키법(Czochralski법)에 의해 실리콘 단결정을 육성함에 있어, 평균 결정성장속도를 Vave [mm/min]로 하고, 그 단결정의 반경을 r[mm]로 한 때, 식 Vave≥120/r를 높은 성장속도와 그리고, 성장중의 단결정의 회전수 R[rpm]을 R≤1250/r로 하여 단결정을 성장시키는 실리콘 단결정의 제조방법 및 단결정의 산소농도 면내분포가 10%이하이고, 단결정의 일정 직경부의 결정축 방향에 대한 수직 방향의 변형율이 5%이하인 실리콘 단결정에 관한 것이다.

본 발명은 종래 기술의 상한치를 초월한 성장속도로 육성하여도 결정의 변형이 없고, 산소농도의 면내분포가 균일한 실리콘 단결정을 제조하는 방법과 고품질 실리콘 단결정을 제공한다.

Description

실리콘 단결정 및 그 제조방법{SILICON SINGLE CRYSTAL AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}

본 발명은 단결정의 산소농도 면내분포(oxygen concentration in-plane distribution)가 매우 균일한 실리콘 단결정을 고속성장으로 제조할 수 있는 방법 및 실리콘 단결정에 관한 것이다.

현재 제조되고 있는 연산소자(processing device)나 메모리 등 전자디바이스(electronic device)의 대부분은 쵸크라스키법(Czochralski method; CZ법)으로 인상(引上)된 실리콘 단결정으로부터 제조된 웨이퍼(wafer)상에 제작되고 있다. 이 CZ법은 히터(heater)내에 놓여진 도가니 속에서 용해된 실리콘 융액으로부터 실리콘 단결정을 인상하면서 성장시키는 방법이다.

이러한 쵸크라스키법에서의 결정성장 속도는 성장하는 결정의 열수지(heat balance)에 의해 결정된다(도 1 참조). 결정에 들어가는 열량은 실리콘 융액에서부터 결정으로 이동되는 열량 Hin 및 액체가 고체로 융액의 상변화로 발생하는 응고잠열(solidification latent heat) Hsol로 이루어진다. 결정성장부 근방의 열수지로서, 결정에서 배출되는 열량 Hout은 Hin + Hsol의 합과 같다고 여겨진다. Hout은 결정 표면적에 비례하여 증가하기 때문에, 결정 반경 r [mm]에 의존하고 π·r 에 비례한다. Hin의 양은 결정 단면적에 의존하기 때문에 π·r ²에 비례한다. 더욱이 응고잠열 Hsol의 양은 단위시간당 성장하는 결정의 체적에 의존하기 때문에 π·r ²·V와 관계가 있으며, 여기서 V는 결정성장속도[mm/min]이다. 따라서, 상기 식은 다음의 식으로 나타낼 수 있다: α·π·r = β·π·r ²+ π·r ²·V. 이 식은 아래와 같이 바꿀 수 있다.

V =a/r + b …… (1)

상기 (1)식에 있어서, 공업적으로 제조 가능한 결정의 평균성장속도 Vave는a를 115이하,b를 0으로 한 때에 얻어짐을 경험에 의해 알고 있다. 즉, 직경 4인치 결정에서 대략 2.26mm/min 이하, 직경 6인치 결정에서 1.51mm/min 이하, 직경 8인치 결정에서 1.13mm/min이하, 직경 12인치 결정에서는 0.75mm/min이하 정도이다.

비교적 인상속도를 고속으로 하는 선행기술의 예로는, 일특허출원 소 54-41161호, 소 59-187082호 등이 있다. 전자는 직경 80mm에서 2∼3mm/min의 인상속도로 [(1)식에서 2.88 mm/min], 후자는 4인치 직경에서 2.3 mm/min의 인상속도이다. 이들 기술은 주로 결정의 성장계면 근방의 축방향 온도구배(dT/dz)c를 크게 하여 상기 Hout를 크게 한 것에 의한 것이다. 이론적으로는 이 온도 구배를 한정하지 않고 크게 할 수 있다면 평균성장속도의 최대치 Vmax를 한정하지 않고 크게 할 수 있다. 그러나, 실제로는 급격한 온도 구배의 채용은 실리콘 융액의 응고를 초래하여 성장속도의 고속화를 방해한다. 따라서, 상기 평균성장속도는 한계로 여겨지고 있다. 즉, 실제로는 직경 4인치 결정에서 대략 2.26mm/min 이하, 직경 6인치 결정에서 1.51mm/min 이하, 직경 8인치 결정에서 1.13mm/min 이하, 직경 12인치 결정에서 0.75mm/min이하 정도가 평균성장 속도의 한계이다.

물론, 실험상 생산성이나 수율을 무시하기도 하고 품질을 무시한 경우에는 상기 값을 일시적으로 넘는 것은 가능하다. 예를 들어, 극히 짧은 단결정을 성장시킨다면 평균 결정성장속도가 상기 속도를 상회하는 것이 가능하다. 또한, 산소농도의 면내분포가 불균일해지는 것을 무시하고 결정회전을 저속화하면, 상기 속도를 상회하는 것도 가능하다.

그렇지만, 이와 같은 방법으로 결정성장속도를 고속화하는 경우, 무리한 조업조건의 채용으로 인해 단결정의 성장불량이나 품질에 문제가 생기고, 생산성이나 수율이 대폭적으로 떨어지며, 결정표면상에 돌기(projection)가 생기기도 하고, 결정 자체의 변형등에 의해 소정의 직경을 요구하는 웨이퍼로 가공하기 위한 원통상의 단결정봉(ingot)을 얻을 수 없게 될 수 있다. 이러한 변형은 결정회전을 저속화하여 결정 주변부의 각속도를 늦게 하면 어느 정도 억제할 수 있다. 그러나, 이 경우, 산소농도의 면내분포가 매우 악화되어 공업제품으로서 사용할 수 없는 수준으로 되어 버린다. 결국, 상기 성장속도 이상에서 공업제품으로 사용 가능한 실리콘 단결정을 제조할 수 없었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 완성된 것으로, 그 주된 목적은 상기 선행기술의 상한치를 초월한 성장 속도에서 단결정을 육성하여도 결정의 변형의 염려없이 산소농도의 면내분포가 아주 균일한 실리콘 단결정을 제조할 수 있는 방법과 고품질의 실리콘 단결정을 제공하여 높은 생산성, 수율의 향상을 도모하고자 하는 것이다.

도 1은 본 발명에서 사용한 HMCZ법에 의한 단결정 인상장치의 개략 설명도이다.

도 2는 HMCZ법으로 얻어진 실리콘 단결정의 산소농도 면내분포의 결정회전 의존성을 나타낸 그래프이다.

도 3은 종래 자장이 없는 CZ법으로 얻어진 실리콘 단결정의 산소농도 면내분포의 결정 회전 의존성을 나타낸 그래프이다.

도 4는 본 발명의 HMCZ법으로 고속 성장시킨 때의 성장 속도 추이를 나타낸 그래프이다.

도 5는 본 발명의 HMCZ법으로 고속 성장 시킨 때의 실리콘 단결정의 산소농도 면내분포를 나타낸 그래프이다.

도 6은 본 발명의 HMCZ법에서 다른 속도로 고속 성장 시킨 때의 성장 속도 추이를 나타낸 그래프이다.

도7은 본 발명의 HMCZ법에서 다른 속도로 고속 성장시킨 때의 실리콘 단결정의 산소농도 면내분포를 나타낸 설명도이다.

* 도면의 주요부위에 대한 부호의 설명 *

1 ... 성장 단결정봉 2 .... 실리콘 용액

5 ... 종결정(seed crystal) 6 ... 시드척(seed chuck)

7 ... 케이블 30 ... 단결정 인상장치

31 ... 인상챔버(pulling chamber) 32 ... 도가니

33 ... 도가니 보지축 34 ... 히터

35 ... 단열재 36 ... 수평자장용 자석

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 자장을 인가한 쵸크라스키법(이하, MCZ법이라고도 한다)에 의해 실리콘 단결정을 육성함에 있어, 평균결정성장속도를 Vave [mm/min]로 하고, 상기 단결정의 반경을 r[mm]로 할 때, 식 Vave ≥ 120/r를 만족하는 고속으로 단결정을 성장시키는 단결정의 제조방법에 관한 것이다.

이와 같이, MCZ법에 의해 실리콘 단결정을 성장시킬 때, 선행기술의 상한치를 초월하는 평균결정성장속도 Vave로 단결정을 육성하여도, 상기 식을 만족하는 한[예를 들어, 직경 8인치 (직경 203mm의 결정)에서는 1.18mm/min이상], 실리콘 융액내의 직경방향(radial direction)의 온도구배를 크게 할 수 있고, 도가니 벽측에서의 응고와 결정변형을 막을 수 있으며, 게다가 산소농도의 면내분포가 매우 균일한 실리콘 단결정을 높은 생산성과 수율을 유지하면서 제조할 수 있다.

상기 방법에서, 성장중의 단결정의 회전수 R[rpm]이 식 R≤1250/r을 만족하는 것이 바람직하다.

성장중의 단결정 회전수 R[rpm]을 상기 식을 만족하는 값[예를 들어, 직경 8인치의 경우 12.3rpm이하]으로 하면, 결정을 보다 고속으로 성장시킬 수 있는데, 이는 결정성장속도의 고속화에 따른 결정의 변형을 결정회전의 저속화에 의해 방지할 수 있기 때문이다.

상기 방법에서 상기 인가 자장을 수평자장(horizontal magnetic field)으로 하는 것이 바람직하며, 수평자장의 중심 자장강도를 500 ∼6000 Gauss로 하고, 자장중심을 단결정 회전축상의 융액면 보다도 하방으로 설정하여 인가하는 것이 바람직하다.

이와 같이, MCZ법에서 인가하는 자장으로 수평자장(이하, HMCZ법이라고도 한다)을 사용하고 그리고, 수평자장의 중심 자장강도를 500∼6000 Gauss로 하고, 자장중심을 단결정의 회전축상의 융액면 보다 하방에 놓으면 실리콘 융액의 종방향의 대류가 효율적으로 억제되고, 이에 따라 결정 회전의 저속화에 따른 결정성장경계면의 중심부와 주변부 사이에 산소농도의 불균일은 개선되므로, 결정의 변형을 수반하지 않으면서 결정성장의 고속화를 도모할 수 있다.

나아가 본 발명은 상기 방법에 의해 제조되는 실리콘 단결정을 제공한다. 이 실리콘 단결정내에서 산소농도 면내분포는 10%이하가 바람직하다. 상기 실리콘 단결정의 일정 직경부(constant diameter portion)의 결정 성장축 방향에 대한 수직방향의 변형율이 5%이하가 바람직하다.

본 발명의 HMCZ법에 의해 제조된 실리콘 단결정은 선행기술에서 찾아볼 수 없는 고속성장을 함에도 상관없이, 변형이 작고 거의 원에 가까워므로, 단결정을 웨이퍼로 가공하는 공정에서 원통상으로 연삭하는 경우에 손실이 거의 없고, 산소농도의 면내분포가 매우 균일하고, 게다가 웨이퍼의 전체 면에 걸쳐 소위 성장중 결함(growth-in defect)의 크기도 축소화된 고품질 실리콘 단결정으로 될 수 있다.

이하, 본 발명에 대해 상세히 설명하지만, 본 발명은 이들만으로 한정되는 것은 아니다.

본 발명자들은 종래기술에 있어서의 결정성장속도를 초월하고, 게다가 공업제품으로서 필요한 불순물의 면내분포 균일성을 지닌 결정을 성장시키려면 수평자장을 인가한 CZ법(HMCZ법)과 저속 결정회전을 이용하면 해결할 수 있음을 발견하고, 상세한 조사와 실험을 통해 모든 조건을 확립하여 본 발명을 완성시켰다.

고속성장을 가능하게 했던 선행기술로서는, 실리콘 융액에 자장을 인가하여 열대류를 억제하므로써, 실리콘 융액내의 직경방향온도구배(dT/dx)m을 크게 할 수 있고, 이에 따라 고속으로 성장시킨 경우에 발생하기 쉬운 도가니 벽에서의 응고를 방지하는 기술이 있다(Nikkei Micro device, 86년 7월호 참조). 또한, 수평자장을 인가함으로써, 결정 아래의 실리콘 융액의 축방향 온도구배(dT/dz)m을 작게 할 수 있음에 따라 Hin을 작게 할 수 있다(Fumio Shimura, Semiconductor Silicon Crystal Technology, 1989참조). 이러한 기술을 사용하면 최대 결정성장속도 Vmax의 상한치를 올리는 것은 가능하다. 그러나, 이들 요인의 해석만으로는 상기 결정성장속도 범위 내에 머문다.

성장 속도를 고속화하면, 결정 자체의 변형이 발생하게 된다. 이 변형을 억제하기 위해서는 결정 회전을 저속화함이 효율적이다. 그러나, 결정 회전을 저속화하면, 성장하는 결정 주변의 실리콘 융액내의 산소농도가 산소의 증발에 의해 저하하기 때문에 결정성장계면내의 산소농도분포가 불균일하게 되어 버린다. 종래의 CZ법에서는 이 중심부와 주변부 사이의 산소농도 불균일을 결정 회전에 의해 강제대류를 일으켜서 균일하게 하였다(W. Zulehner et al.: Crystal vol.8, 1982등 참조).

그러나, 자장을 인가한 경우 그 자력선을 가로로 자르는 방향의 대류는 억제됨이 알려져 있다. HMCZ법에서는 횡방향의 자력선 때문에 종방향의 대류가 억제되므로 결정 주변부에 있어서의 산소 증발이 통상의 CZ법에 비해 더욱 억제될 수 있다. 이 때문에 결정성장 표면의 경계 확산층의 두께가 통상의 CZ법에서 관찰되는 주변부에 비해서 얇게 되지 않는다. 따라서, 결정회전을 저속화하여도 산소농도의 면내분포가 심하게 열화하는 일이 없게 되고 결정 저속회전의 사용이 가능하다. 따라서, 결정의 변형을 수반하지 않으면서 성장 속도의 고속화를 실현할 수 있다.

본 발명에 따라 결정 고속성장의 구체적 요건은, 먼저 자장을 인가한 쵸크라스키법에 의해 실리콘 단결정을 육성하므로써, 평균 결정성장속도를 Vave[mm/min]로 하고, 상기 단결정의 반경을 r[mm]로 할 때, 식 Vave≥120/r를 만족하는 고속으로 실리콘 단결정의 성장 가능함을 알았다.

상기 식의 계수 120은 상기 식(1) V =a/r+b의 계수 a에 상당한다. CZ법의 경험칙은 MCZ법에도 적용 가능하며, 이는 상세한 조사와 실험에서 뒷받침되고 있다. 이와 같이, 선행기술의 상한치를 넘으면서 상기 식을 만족하는 평균 결정성장속도 Vave[예를 들면, 직경 8인치에서는 1.18mm/min이상]로 육성하는 한 산소농도의 면내분포가 매우 균일한 실리콘 단결정을 높은 생산성과 수율을 유지하면서 제조할 수 있다. 더욱이, 결정 성장속도의 고속화에 의해 결장성장중의 냉각속도도 가속화되고, 그 과정에서 성장하는 그로우-인 결함의 크기도 축소할 수 있다.

그리고, 또 하나의 바람직한 요건은 성장중 단결정의 회전수 R[rpm]을 R≤1250/r로 하는 것이다.

이와 같이, 성장중 단결정의 회전수 R을 상기 식을 만족하는 값[예를 들면, 직경 8인치에서는 12.3rpm이하]으로 하면, 결정성장속도의 고속화에 따른 결정의 변형은 결정 회전의 저속화에 의해 방지할 수 있으므로, 안정한 성장과 수율의 개선을 도모할 수 있다.

또한, 이 경우, 인가하는 자장을 수평자장으로 하고, 단결정 육성중의 자장 중심을 단결정 회전축상의 융액면보다도 하방으로 설정하고, 또 수평자장의 중심 자장강도를 상기방법에서 500∼6000Gauss로 하면, 실리콘 융액의 종방향 대류가 효율적으로 억제되며, 결정 회전의 저속화에 수반하는 결정성장계면의 중심부위와 주변부위 사이의 산소농도의 불균일이 개선되므로 결정의 변형을 수반하지 않으면서 결정의 고속성장을 도모할 수 있다.

500Gauss 미만에서는 자장강도가 약해서 실리콘 융액의 대류억제가 불충분하게 될 수 있다. 또한 6000Gauss를 넘는 경우에는 주변으로의 누설자장이 크게 되어 안전과 조업 관리상에 문제가 생길 수 있다. 따라서, 500∼6000Gauss 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따라, 또한 인가자장으로 수평자장 대신에 인가자장으로 종방향 자장이나 커스프 자장(cusped magnetic field)을 이용할 수도 있는데, 이들 장(field)중 수평자장의 구성요소가 약화되므로 주변부의 산소증발의 큰 억제효과가 수평자장에 의해 얻어진다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하면서 상세히 설명하다.

우선, 본 발명에서 사용하는 HMCZ법에 의한 단결정 인상장치의 구성예를 도1을 참고로 설명한다. 도1에서 보는 바와 같이, 이 단결정 인상장치 30은 인상챔버(pulling chamber) 31과 이 인상챔버 31 내에 설치된 도가니 32, 이 도가니 32 주위에 배치된 히터 34, 상기 도가니 32를 회전시키는 도가니 보지축 (crucible-holding shaft)33 및 그 회전기구(미도시됨)와 실리콘의 종결정 5를 유지하는 시드척(seed chuck) 6과, 시드척 6을 인상하는 케이블 7 그리고, 케이블 7을 회전 또는 권취하는 권취기구(미도시됨)를 구비하여 구성되어 있다. 도가니 32는 실리콘 융액(용탕) 2를 수용하기 위해 내측에 석영 도가니가 마련되며, 그 외측에는 흑연 도가니가 마련되어 있다. 또한, 히터 34의 외측 주위에는 단열재 35가 배치되어 있다.

그리고, 실리콘 융액2의 대류를 억제하기 위해 인상챔버 31의 외측에는 수평자장을 인가하는 자석36이 수평방향으로 설치되어 HMCZ법으로서 단결정의 안정 성장을 도모한다.

다음에, 상기 HMCZ법 단결정 인상장치 30에 의한 단결정 육성방법에 대해서 설명한다.

우선, 도가니 32내에서 고순도의 실리콘 다결정 원료를 융점(약 1420℃)이상의 온도로 가열하여 융해한다. 다음에, 수평자장을 인가하고, 케이블 7을 풀어내어 융액2의 표면 중심부근으로 종결정 5의 선단을 이동하여 접촉 또는 침적시킨다. 그런 다음, 도가니 보지축 33을 적절한 방향으로 회전시킴과 동시에 케이블7을 회전시켜면서 권취하여 단결정 5을 인상하므로써, 단결정 육성이 개시된다. 이후, 인상속도와 온도를 적절히 조절하여 거의 실린더 형상의 단결정봉 1을 얻을 수 있다.

본 발명의 HMCZ법의 적절한 조건으로 상기에서 설명한 제조방법과 장치에 의해서 실리콘 단결정을 성장시키면, 고속성장에도 상관없이 변형이 극히 적은 실리콘 단결정을 얻을 수 있으며, 그리고, 실리콘 단결정의 일정 직경부의 결정성장 축방향에 대한 수직방향의 변형율이 5%이하라는 특징을 이루는 거의 원형의 횡단면으로, 실리콘 단결정을 웨이퍼로 가공하는 과정에서 손실도 거의 없는, 단결정봉을 얻을 수 있다.

여기서 사용된 변형율이라 함은 단결정봉의 콘부(corn portion)와 꼬리부(tail portion)사이에 일정 지름을 갖는 일정 직경부내 결정성장 축방향에 대해 수직한 동일 면내에서 단결정 직경을 다음 식으로 계산한 값이다.

[(최대직경-최소직경)/최대직경]×100(%)

산소농도의 면내분포가 10%이하이고, 웨이퍼 전체면에 걸쳐서 그로우-인 결함의 크기도 축소된 고품질 실리콘 단결정을 얻을 수 있다.

[실시예]

이하, 본 발명의 구체적인 실시형태를 실시예를 들어 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.

(실험1)

자장을 사용하지 않는 통상의 CZ법에 따라, 직통부(straight body)의 길이가 90∼100cm인 8인치 실리콘 단결정을 직경 24인치 도가니에서 0.8∼1.0mm/min의 직통부의 평균성장속도로 육성하였다. 이때, 결정 회전수를 18, 14, 12, 8rpm으로 변화시켰다. 이들 결정으로부터 샘플웨이퍼를 잘라내고, 중심부와 주변부(에지에서 10mm)에서 산소농도를 측정하여 (｜중심농도-주변농도│/중심농도)×100(%)로 산소농도 면내분포를 결정하였다. 그 결과로서, 다양한 결정 길이에서 산소농도 면내분포를 결정 회전수 별로 하여 도3에 나타내었다. 도3에서 볼 수 있듯이, 산소농도 면내분포는 결정회전의 저속화와 함께 ∼2%, ∼5%, ∼15%, ∼30%로 점차 열화하였다.

(실험2)

자장중심을 결정 회전축상의 융액면보다도 아래로 맞추고 중심자장 강도 4000Gauss의 수평자장을 인가하는 HMCZ법을 이용하여, 직경 24인치의 도가니로부터 직통부의 길이가 100cm인 8인치 실리콘 단결정을 직통부 평균성장속도 0.8∼1.0mm/min로 육성하였다. 이때, 결정 회전수를 17, 14, 12, 8rpm으로 변화시켰다. 또한, 결정 성장에 맞추어 도가니를 서서히 상방으로 이동시킴으로써 자장 중심을 항상 실리콘 융액면보다 아래로 위치하도록 하였다. 이 결과를 나타낸 도 2에서 알 수 있듯이, HMCZ법에 의해 산소농도 면내분포가 어느 결정 회전수에서도 5%이하가 얻어졌다.

(실시예1)

실험2 (HMCZ법, 중심 자장강도 : 4000Gauss, 도가니 직경 : 24인치)에서, 8rpm의 결정회전수를 선택하고, 결정성장속도를 사용하였다 그 결과, 길이 110cm의 직통부를 갖는 결정을 그 직통부 평균성장속도 1.44mm/min에서 실질적으로 결정변형 없이 성장시킬 수 있었다(도4 참조). 이때, 이 결정의 일정 직경부내 변형율은 5%이하였다.

이러한 성장속도는 위에서 언급한 종래기술의 최대 평균성장속도 Vave = 1.13mm/min를 크게 상회하며, 게다가 식 Vave≥120/r = 120/101.6 = 1.18mm/min의 조건을 만족하고 있다. 이때의 산소농도 면내분포는 도5에 보는 바와 같이, 결정이 어느 위치에서도 5%이하였다.

(실시예2)

실험2(HMCZ법, 중심 자장강도 : 4000Gauss, 도가니 직경 : 24인치)에서, 6rpm의 결정회전수를 선택하고 결정성장속도를 고속화하였다. 그 결과, 길이 100cm의 직통부를 갖는 결정을 그 직통부의 평균 성장속도 1.55mm/min에서 실질적으로 결정변형 없이도 성장시킬 수 있었다(도6 참조). 이때, 결정의 일정 직경부내 변형율은 5%이하였다.

이러한 결정성장속도는 상기 종래기술의 최대 평균성장속도 Vave = 1.13mm/min를 크게 상회하며, 게다가 식 Vave≥120/r = 120/101.6 =1.18mm/min의 조건을 만족시키고 있다. 이때의 산소농도 면내분포는 도7에 보는 바와 같이, 결정이 어느 위치에서도 5%이하였다.

(실시예3)

자장중심을 결정 회전축상의 융액면 보다도 아래로 맞추고, 중심 자장강도 4000Gauss의 수평자장을 인가하는 HMCZ법을 이용해서, 길이 50cm의 직통부를 갖는 12인치의 실리콘 단결정을 직경 28인치 도가니로부터 육성하였다. 이때, 8rpm의 결정회전수를 이러한 방법에서 선택하고 직통부 평균성장속도는 0.95mm/min(상기 종래기술의 최대 평균 성장속도 Vave = 0.75mm/min)로 하여 결정을 육성시킬 수 있었다. 이 방법에서, 결정의 성장에 맞추어 도가니를 서서히 상방으로 이동함으로써 자장중심이 항상 실리콘 융액면보다 아래로 위치하도록 했다. 또한, 산소농도 면내분포도 결정 전체 면에 걸쳐서 5%이하였다.

본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않는다. 상기 실시형태는 예시이며, 본 발명의 특허청구 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 같은 구성을 갖고, 동일한 작용효과를 보이는 것은 어떠한 것이든지 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

예를 들면, 상기 실시형태에 있어서는 직경 8인치, 12인치의 실리콘 단결정을 육성하는 경우에 관하여 예를 들었지만, 본 발명은 이들에 한정되지 않고, 예를 들면 직경 16인치 혹은 그 이상의 실리콘 단결정에도 적용될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 결정성장속도의 고속화가 가능하게 되며, 실리콘 단결정의 생산성과 수율의 향상을 도모하고, 단결정 제조 비용을 대폭 저감할 수 있게 되었다. 게다가, 산소농도의 면내분포가 균일하게 되고, 결정 전체 면에 걸쳐 고품질 실리콘 단결정을 얻을 수 있다.

또한, 결정 성장속도의 고속화로 결정성장중 냉각속도도 빨라지며, 그 과정에서 성장하는 그로우-인 결함 크기의 축소화가 가능하게 된다. 이로써, 웨이퍼에 적절한 열처리를 가하면, 크기가 축소화된 결함을 소멸시킬 수 있음에 따라 저비용으로 쉽게 결함밀도가 낮은 웨이퍼를 얻을 수 있다. 더욱이, 이 실리콘 단결정을 에피탁시얼 웨이퍼(epitaxial wafer)용 기판 웨이퍼로서 사용하여도 결정 결함이 매우 적은 무결함 웨이퍼를 얻을 수 있다.

Claims (12)

1. 자장을 인가한 쵸크라스키법에 의해 실리콘 단결정을 육성함에 있어, 평균결정성장속도를 Vave [mm/min]로 하고, 상기 단결정의 반경을 r[mm]로 한 때, 식 Vave ≥ 120/r를 만족하는 고속으로 단결정을 성장시키는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 성장중의 단결정의 회전수 R[rpm]을 R≤ 1250/r로 하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 인가하는 자장을 수평자장으로 하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
4. 제 2항에 있어서, 상기 인가하는 자장을 수평자장으로 하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법
5. 제 1항에 있어서, 상기 자장은 수평자장의 중심 자장강도를 500∼6000Gauss로 하고, 자장중심을 단결정 회전축상의 융액면 보다 하방으로 설정하여 인가하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
6. 제 2항에 있어서, 상기 자장은 수평자장의 중심 자장강도를 500∼6000Gauss로 하고, 자장중심을 단결정 회전축상의 융액면 보다 하방으로 설정하여 인가하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
7. 제 3항에 있어서, 상기 자장은 수평자장의 중심 자장강도를 500∼6000Gauss로 하고, 자장중심을 단결정 회전축상의 융액면 보다 하방으로 설정하여 인가하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
8. 제 4항에 있어서, 상기 자장은 수평자장의 중심 자장강도를 500∼6000Gauss로 하고, 자장중심을 단결정 회전축상의 융액면 보다 하방으로 설정하여 인가하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
9. 제 1항의 방법으로 제조된 실리콘 단결정
10. 제 9항에 있어서, 상기 실리콘 단결정의 산소농도 면내분포가 10%이함임을 특징으로 하는 실리콘 단결정
11. 제 9항에 있어서, 상기 실리콘 단결정의 일정 직경부의 결정성장 축방향에 대한 수직 방향의 변형율이 5%이하인 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정.
12. 제 10항에 있어서, 상기 실리콘 단결정의 일정 직경부의 결정성장 축방향에 대한 수직 방향의 변형율이 5%이하인 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정.