KR20010022332A - 고품질 실리콘 단결정 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

결정면내에 나타난 고리모양의 산소유기 적층결함(R-OSF)의 발생위치를 제어할 수 있고, 인상과정에서 원인이 도입되는 전위클러스터와 적외선 산란체와 같은 Grown-in 결함을 가능한 한 적게 함으로써 큰 지름의 긴 고품질 실리콘 단결정을 효율이 높게 제조하는 방법. 이와 같이 제조된 고품질 실리콘 단결정으로부터 얻어지는 웨이퍼는, 디바이스특성을 떨어뜨리는 유해한 결함이 적기 때문에, 앞으로 한층 높은 디바이스의 고집적도화나 소형화에 대하여 효과적으로 적용할 수 있다. 그 때문에, 반도체용 실리콘 단결정의 제조분야에서 광범위하게 이용할 수 있다.

Description

고품질 실리콘 단결정 및 그 제조방법{HIGH-QUALITY SILICON SINGLE CRYSTAL AND METHOD OF PRODUCING THE SAME}

반도체 재료로 사용되는 실리콘 단결정을 육성하는데에는 여러 가지 방법이 있지만, 그 중에서도 CZ법이 널리 채용되고 있는 제조방법이다.

도 1은 통상의 CZ법에 의한 단결정의 제조에 사용되고 있는 단결정 제조장치의 모식적 단면도이다. 도 1에 나타난 바와 같이, 도가니(crucible, 1)는 바닥이 있는 원통모양의 석영(石英)제 내층유지용기(1a)와, 이 내층유지용기(1a)의 바깥쪽에 끼워 넣어진 마찬가지로 바닥이 있는 원통모양의 흑연제 외층유지용기(1b)로 구성되어 있다. 이와 같은 구성으로 이루어지는 도가니(1)는, 소정 속도로 회전하는 지지축(1c)으로 지지되며, 도가니(1)의 바깥쪽에는 히터(2)가 동심 원통모양으로 설치되어 있다. 이 도가니(1)의 내부에는, 상기 히터(2)의 가열에 의해 용융된 원료의 용융액(3)이 충전되어 있고, 도가니(1)의 중심에는 인상봉 또는 와이어(wire) 등으로 이루어지는 인상축(4)이 설치되어 있다. 이 인상축(4)의 앞부분에는 시드척(seed chuck) 및 종결정(種結晶, 5)이 설치되어 있고, 단결정(6)을 육성하기 위해, 이 종결정(5)을 용융액(3) 표면에 접촉시킨다. 그리고 인상축(4)을, 지지축(1c)에 의해서 회전되는 도가니(1)와 반대방향으로 소정 속도로 회전시키면서 종결정(5)을 인상함으로써, 종결정(5) 선단에 용융액(3)을 응고시켜 단결정(6)을 성장시켜간다.

단결정 육성시, 최초에 결정을 무전위(無轉位)화하기 위해서, 넥킹(necking)을 한다. 그후 단결정 몸체지름을 확보하기 위해서, 쇼울더를 형성하여 몸체지름이 된 때에 쇼울더를 변화시키지 않고, 몸체지름을 일정하게 하여 단결정 본체 육성으로 이행한다. 몸체지름으로 소정 길이의 단결정을 육성하면, 무전위 상태로 단결정을 용융액으로부터 떼어내기 위해 테일넥킹(tail necking)을 한다. 그후 용융액으로부터 분리된 단결정은 육성장치 밖으로 꺼내지고, 소정 조건에서 냉각되며, 웨이퍼로 가공된다. 이와 같이 단결정으로부터 가공된 웨이퍼는 여러 가지 디바이스의 기판재료로 사용된다.

상기 공정에서 가공된 웨이퍼의 면내에는, 열처리를 함으로써 나타나는 결함으로 산화유기 적층결함(이하 OSF(Oxidation Induced Stacking Fault)라 한다)이 생기는 경우가 있고, 단결정 인상조건에 따라 고리모양 산화유기 적층결함(이하 R-OSF라 한다)이 발생하는 경우가 있다. 또 동시에 웨이퍼 면내에는 Grown-in 결함이라 불리는, 단결정 육성시에 형성되며, 웨이퍼의 열처리 내지는 특정 평가처리를 함으로써 검출되는 결함이 있다.

도 2는 단결정 육성시의 인상속도와 결정결함 발생위치의 일반적인 관계를 모식적으로 설명한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, CZ법에 의해서 육성되는 실리콘 단결정에서는 인상속도를 작게 하여가면, R-OSF가 나타나는 영역이 결정의 외주 쪽으로부터 안쪽으로 수축되어 간다. 따라서 고속으로 단결정을 육성하면 R-OSF 안쪽영역의 결정이 웨이퍼 전체로 퍼지게 되고, 저속으로 육성하면 R-OSF 바깥쪽영역의 결정이 웨이퍼 전체로 퍼진다.

고속으로 육성된 결정과 저속으로 육성된 결정에서는, 웨이퍼 면에서 관찰되는 Grown-in 결함이 서로 다르다. 고속으로 육성된 결정의 경우, 즉 R-OSF의 안쪽영역에서는 적외선 산란체라 불리는 결함(COP, FDP로도 불리며, 각각 검출하기 위한 평가방법이 다르지만, 모두 동일한 결함 종류)이 검출되는데 대하여, 저속으로 육성된 결정의 경우, 즉 R-OSF 바깥쪽영역에서는 전위클러스터라 불리는 결함이 검출된다.

도 3은 상기 도 2의 A 위치에서의 결정면 내에서 관찰되는 전형적인 결함분포의 예를 모식적으로 설명하는 도면이다. 이는 성장 직후의 단결정으로부터 웨이퍼를 잘라내고, 질산동수용액에 넣어 Cu를 부착시키고, 900℃×20분으로 열처리 후, X선 토포그라프(topograph)법에 의해서 결함분포를 관찰한 결과를 모식적으로 나타낸 도면이다. 즉 웨이퍼면 내에는, 바깥지름의 약 2/3 위치에 R-OSF가 나타나 있고, 그 안쪽부분에는 적외선 산란체 결함이 발견된다. 또 R-OSF에 접하여 바로 바깥쪽에는 산소석출 촉진영역이 있어, 여기서는 산소석출물이 나타나기 쉽다. 그리고 웨이퍼의 외주부는 전위클러스터가 발생하기 쉬운 부분으로 되어있다. 또 산소석출 촉진영역의 바로 바깥쪽에, 전위클러스터결함이 검출되지 않는 무결함영역, 또는 R-OSF의 안쪽에, 링에 접하며 적외선 산란체를 검출할 수 없는 무결함영역이 약간 존재하는 것이 관찰된다.

OSF는 디바이스제작의 고온열산화프로세스에서 나타나 누설전류 증대 등 전기적 특성을 나쁘게 하며, 전위클러스터도 디바이스특성을 현저히 떨어뜨리므로, 보통 육성속도를 조정하여, R-OSF가 웨이퍼의 외주부에 위치하도록 단결정을 제조한다. 한편 적외선 산란체 결함은, 초기의 산화막 내압성(耐壓性)을 열화시키는 인자로, 이 역시 될 수 있는 한 적게 해야 한다.

전술한 바와 같이 보통 웨이퍼면 내에서의 R-OSF 발생을 억제하기 위해, R-OSF의 발생위치를 웨이퍼의 외주부에 한정하는 조건으로 단결정을 육성하고 있다. 그런데 R-OSF의 발생위치는, 인상속도 외에 단결정 육성시의 최고온부(융점∼1250℃)의 온도영역에서 결정되며, 인상시 최고온부에서의 열이력에 영향받는 것이 알려져 있다. 그 때문에 R-OSF의 발생위치를 결정하기 위해서는, 육성되는 단결정의 인상축방향 최고온부에서의 온도구배와 인상속도에 유의하여야 한다. 즉 인상속도가 같으면 온도구배를 작게 하고, 온도구배가 같으면 인상속도를 빠르게 함으로써, R-OSF의 발생위치를 웨이퍼의 외주부로 한정할 수 있다.

웨이퍼면 내에 발생하는 R-OSF의 위치나 그 폭을 확인하기 위해서는, 육성상태대로의(as-grown 상태) 단결정을 가공한 웨이퍼를 질산동수용액에 담아, Cu를 부착시키고, 900℃×20분의 열처리를 한 뒤, X선 토포그라프에 의해 결함분포를 관찰하는 것이 효과적이다. 또 전술한 R-OSF의 바로 바깥쪽에 존재하는 산소석출 촉진영역의 위치도, 같은 방법에 의해 확인할 수 있다.

실리콘 단결정이, 예를 들어 13×10¹⁷atoms/cm³이하의 저산소(低酸素)인 경우에는, 상기 방법으로는 R-OSF가 명확하게 되지 않는 경우가 있다. 이 경우에는 육성상태대로의 단결정을 가공한 웨이퍼를 열처리 로(爐) 내에 650℃에서 투입하고, 투입 후 8℃/분 이하로 승온하여 900℃×20시간 및 1000℃×10시간으로 열처리한 뒤, X선 토포그라프로 고리모양 산소석출량이 작은 영역을 관찰하면 된다. 또 같은 방법에 의해, R-OSF 바로 바깥쪽에 존재하는 산소석출 촉진영역의 위치나 폭도 확인할 수 있다.

게다가 R-OSF의 발생위치를 확인하기 위해서는, 육성된 상태대로인(as-grown 상태) 단결정을 가공한 웨이퍼를 적외선산란 토모그라프(tomograph)를 사용하여 적외선 산란체를 측정한 경우에, 그 적외선 산란체가 검출되는 원형영역의 바깥지름을 기준으로 하여서도 확인할 수 있다. 또 전위클러스터결함의 밀도에 관하여는, 시험편 웨이퍼의 표면을 세코(Secco)액으로 에칭하는 이른 바 「세코에칭」을 하고, 광학현미경을 사용하여 결함관찰을 한다.

최근 디바이스 제조공정이 저온화되어, 고온처리에서 발생하기 쉬운 OSF의 악영향이 줄고 있는 점, 결정이 저산소화되고 있는 점도 있어, R-OSF는 디바이스특성을 열화시키는 인자로서 그리 큰 문제로 되고 있지는 않다. 한편 Grown-in 결함 중 적외선 산란체, 전위클러스터는 모두 디바이스특성을 열화시키는 인자이기 때문에, 이들 Grown-in 결함의 웨이퍼면 내 밀도를 낮추는 것이 더욱 중요하게 된다. Grown-in 결함의 밀도가 낮은 영역은 전술한 R-OSF에 근접한 무결함영역이 해당되지만, 그 영역은 한정되어 있으며, 대단히 좁은 영역으로 한정되어 있다.

종래부터 Grown-in 결함의 웨이퍼면 내 밀도를 낮추기 위해 여러 가지 방법이 제안되어 있다. 예를 들어 특개평 8-330316호 공보에는, 단결정 육성시의 인상속도와 결정 내 온도구배를 제어하여, 전위클러스터를 생성시키지 않고, R-OSF의 바깥쪽영역만을 결정 전면(全面)으로 넓히는 방법이 제안되어 있다. 그러나 제안된 방법에서는 극히 한정된 면내의 온도구배와 인상조건이 동시에 요구되기 때문에, 앞으로 한층 지름이 커져 대량생산이 요구되는 실리콘 단결정 육성에 있어서, 새로운 개선이 요구된다.

다음으로 특개평 7-257991호 공보 및 Journal of Crystal Growth 151, (1995) 273∼277쪽에는, 단결정 인상축방향 온도구배를 크게 함으로써, 고속인상조건으로 R-OSF를 결정 안쪽으로 소멸시킬 수 있어, R-OSF의 바깥쪽영역을 결정 전면에 생성시키는 방법이 개시되어 있다. 그러나 이들 개시된 방법에서는, 결정면 내의 온도구배 분포, 즉 웨이퍼면 내 온도분포의 균일성이나 도입되는 점결함을 면내에서 균일화하는데 대한 배려가 이루어져 있지 않다. 바꿔 말하면 웨이퍼면 내의 Grown-in 결함을 줄이는 수단에 대해 고려되어 있지 않으며, 단순히 R-OSF를 안쪽으로 수축시켰다고 해도, 웨이퍼 면에 전위클러스터가 관찰되는 것은 종래의 결정과 같다. 따라서 여기서 개시된 방법에 의해서도 Grown-in 결함의 밀도를 낮추는데 대응되는 웨이퍼를 가공할 수 없다.

발명의 개시

본 발명은 전술한 종래 결정결함에 관한 문제를 고려하여 이루어진 것으로서, 단결정의 육성조건에 의해 R-OSF의 발생위치나 폭을 제어하여, 웨이퍼면 내에 Grown-in 결함인 적외선 산란체나 전위클러스터가 없는 영역을 확대할 수 있고, 게다가 육성시 구경을 크게 하고, 길이를 길게 할 수 있는 고품질 실리콘 단결정을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. 이와 같은 관점에서 완성된 본 발명은, 다음 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5의 고품질 실리콘 단결정 및 그 제조방법을 요지로 하고 있다.

1. 제1의 고품질 실리콘 단결정

(1) CZ법에 의해서 육성되는 실리콘 단결정으로서, R-OSF 폭이 육성된 결정 반지름의 8%를 넘으며, 전위클러스터결함이 없는 것을 특징으로 하는 고품질 실리콘 단결정, 또는

(2) CZ법에 의해서 육성되는 실리콘 단결정으로서, R-OSF 폭이 육성된 결정 반지름의 8%를 넘으며, 또 상기 R-OSF의 안지름이 육성된 결정 지름의 0∼80% 범위에 포함되고, Grown-in 결함이 저밀도이거나 없는 것을 특징으로 하는 고품질 실리콘 단결정이다.

2.제2의 고품질 실리콘 단결정

(1) CZ법에 의해서 육성되는 실리콘 단결정으로서, R-OSF 발생영역의 바깥지름이 육성된 결정 지름의 0∼80% 범위에 포함되며, 전위클러스터결함이 없는 것을 특징으로 하는 고품질 실리콘 단결정,

(2) CZ법에 의해서 육성되는 실리콘 단결정으로서, R-OSF의 안지름이 육성된 결정 지름의 0∼80% 범위에 포함되며, 전위클러스터결함이 없는 것을 특징으로 하는 고품질 실리콘 단결정, 또는

(3) CZ법에 의해서 육성되는 실리콘 단결정으로서, 고리모양 산소석출량이 작은 영역의 바깥지름이, 육성된 결정 지름의 0∼80% 범위에 포함되며, 전위클러스터결함이 없는 것을 특징으로 하는 고품질 실리콘 단결정.

3. 제3의 고품질 실리콘 단결정 및 그 제조방법

(1) CZ법에 의해 인상될 때 1250℃∼1000℃ 온도범위로 통과시간이 7시간 이상인 조건으로 육성되는 실리콘 단결정으로서, R-OSF의 바깥지름이 육성된 결정 지름의 0∼60% 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 고품질 실리콘 단결정과, 이 단결정 제조하는 방법이다.

(2) CZ법에 의해 인상될 때 1250℃∼1000℃ 온도범위로 통과시간이 7시간 이상인 조건으로 육성되는 실리콘 단결정으로서, 산소석출 촉진영역의 안지름 또는 바깥지름이 육성된 결정 지름의 0∼60% 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 고품질 실리콘 단결정과, 이 단결정을 제조하는 방법이다.

(3) CZ법에 의해 인상될 때 1250℃∼1000℃ 온도범위로 통과시간이 7시간 이상인 조건으로 육성되는 실리콘 단결정으로서, 고리모양 산소석출량이 작은 영역의 바깥지름이 육성된 결정 지름의 0∼60% 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 고품질 실리콘 단결정과, 이 단결정을 제조하는 방법이다.

(4) CZ법에 의해 인상될 때 1250℃∼1000℃ 온도범위로 통과시간이 7시간 이상인 조건으로 육성되는 실리콘 단결정으로서, 적외선 산란체가 검출되는 원형영역의 바깥지름이 육성된 결정 지름의 0∼60% 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 고품질 실리콘 단결정과, 이 단결정을 제조하는 방법이다.

4. 제4의 고품질 실리콘 단결정 및 그 제조방법

(1) CZ법에 의해 인상될 때 단결정의 응고점부터 1250℃까지의 온도범위 부분에서, 결정의 인상축에 평행한 수직방향 온도구배가, 외주면부쪽이 중심부보다 작고, 또 중심부에서는 2.6℃/mm 이상의 조건으로 육성되는 실리콘 단결정으로서, R-OSF의 바깥지름이 육성된 결정 지름의 0∼60%인 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 고품질 실리콘 단결정 및

(2) 육성시 단결정의 응고점에서 1250℃까지의 온도범위 부분에서, 결정의 인상축에 평행한 수직방향 온도구배가, 외주면부쪽이 중심부보다 작고, 또 중심부에서는 2.6℃/mm 이상이고, 그리고 R-OSF의 바깥지름이 육성된 결정 지름의 0∼60% 범위에 포함되는 조건으로 육성하는 것을 특징으로 하는 고품질 실리콘 단결정의 제조방법이다.

5. 제5의 고품질 실리콘 단결정 및 그 제조방법

(1) CZ법에 의해 인상될 때 단결정과 융액과의 고액계면 형상이 평탄 또는 위로 볼록하게 되는 상태에서 육성되는 실리콘 단결정으로서, R-OSF의 바깥지름이 육성된 결정 지름의 0∼60% 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 고품질 실리콘 단결정 및

(2) 단결정 내부에 생기는 R-OSF의 바깥지름이 결정 지름의 0∼60% 범위에 포함되는 저속에서, 육성 중인 단결정과 융액과의 고액계면 형상이 평탄 또는 위로 볼록하게 되는 상태로 인상하는 것을 특징으로 하는 고품질 실리콘 단결정의 제조방법이다. 이 제조방법에서는 도가니의 회전속도를 5회전/분 이하, 및/또는 단결정의 회전속도를 13회전/분 이상으로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 각 결함 분포상황의 검출은, 육성상태대로의 웨이퍼 또는 시편을 질산동수용액에 담아 Cu를 부착시키고, 900℃에서 20분간 가열하는 열처리를 한 뒤의 X선 토포그라프법에 의하면 된다. 또 산소농도가 낮게 되면, 이 조건에서는 OSF의 분포가 충분히 관찰될 수 없는 경우가 있기 때문에, 그 경우에는 육성된 상태의 웨이퍼 또는 시험편을 약 650℃에 도달한 노내에 투입하고, 5℃/분으로 900℃까지 가열 후, 20시간 균열(均熱)하고, 그 후 10℃/분으로 1000℃로 승온하며, 그 온도에서 10시간 균열하는 열처리를 한 뒤, X선 토포그라프법을 적용하면 된다. 전위클러스터결함의 밀도에 대해서는, 웨이퍼 또는 시험편의 표면을 세코에칭하고, 광학현미경을 사용하여 결함을 관찰한다. 또 적외선 산란체에 대해서는 적외선 토모그라프법을 사용한다.

본 발명은 반도체 재료로 사용되는 실리콘 단결정에 관한 것이며, 보다 자세하게는, 쵸크랄스키법(이하 CZ법이라 한다)에 의해 육성된, 디바이스(device) 특성이 우수한 고품질 실리콘 단결정 및 그 제조방법에 관한 것이다.

도 1은 통상의 CZ법에 의한 단결정 제조에 사용되고 있는 단결정 제조장치의 모식적 단면도이다.

도 2는 단결정 육성시 인상속도와 결정결함 발생위치와의 일반적인 관계를 모식적으로 설명하는 도면이고, 도 3은 도 2의 A위치에서 결정면 내에서 관찰되는 전형적인 결함분포의 예를 모식적으로 설명하는 도면이며,

도 4는 종래 육성조건에서 육성된 8"Φ의 결정에서, R-OSF가 발생하는 반지름방향 위치 및 R-OSF 폭과 전위클러스터 발생상황의 관계를 모식적으로 나타내는 도면이며, 도 5는 개선된 육성조건에서 육성된 8"Φ의 결정에서, R-OSF가 발생하는 반지름방향의 위치 및 R-OSF 폭과 전위클러스터 발생상황의 관계를 모식적으로 나타내는 도면이다.

도 6은 결정면 내에 도입된 공공(空孔)의 농도분포와 생성되는 R-OSF 폭의 관계를 모식적으로 나타내는 도면이다.

도 7은 실시예 1에 의해 육성된 육성상태대로의 결정에서 R-OSF의 면 내 위치와 FPD 결함 분포밀도의 관계를 나타내는 도면이고, 도 8은 실시예 1에 의해 제조된 단결정으로부터 가공된 웨이퍼의 초기산화막 내압특성(TZDB)을 조사한 결과를 나타내는 도면이다.

도 9는 실시예 2에 의해서 육성된 육성상태대로의 결정에서 FPD 결함의 분포밀도를 나타내는 도면이다.

도 10은 실시예 3에 의해 육성된 육성상태대로의 결정에서 R-OSF의 면내 위치와 FPD 결함 분포밀도의 관계를 나타내는 도면이고, 도 11은 실시예 3에 의해 제조된 단결정으로부터 가공된 웨이퍼의 초기산화막 내압특성(TZDB)을 조사한 결과를 나타낸 도면이다.

도 12는 실시예 4에 의해서 육성된 육성상태 결정에서 FPD 결함 분포밀도를 나타내는 도면이다.

도 13은 단결정 육성도중 인상속도를 변화시킨 경우의 인상속도 변경패턴을 나타내는 도면이며, 도 14는 육성도중 인상속도를 변화시킨 결정 A, B의 열이력(熱履歷)을 나타내는 도면이다.

도 15는 실시예 6에 의해 제조된 단결정으로부터 가공된 웨이퍼의 초기산화막 내압특성(TZDB)을 조사한 결과를 나타낸 도면이다.

도 16은 육성되는 단결정의 온도분포와 그에 기인하는 공공의 거동을 설명하는 도면이다.

도 17은 단결정 육성에서의 응고계면 근방 및 융점∼1250℃의 온도범위에서 공공과 격자간Si원자의 결정면 내 농도분포 변화상황을 나타내는 도면이다.

도 18 및 도 19는 실시예 9 및 실시예 10에서 인상된 단결정을 육성상태대로 길이방향으로 분할하여, Cu를 도포하고, 900℃에서 열처리하여 각 결함영역을 나타나게 한 뒤 X선 토포그라프로 관찰한 결과를 모식적으로 나타낸 도면이다.

도 20은 실시예 10에 의해서 육성된 육성상태 결정에서 FPD 결함 분포밀도를 세코에칭하여 관찰한 결과를 나타내는 도면이고, 도 21은 실시예 10에 의해 육성된 육성상태대로의 결정에서 적외선 산란체 결함의 분포밀도를 적외선산란 토모그라프를 사용하여 측정한 결과를 나타내는 도면이다.

도 22는 실시예 11에서 인상한 단결정을 육성상태에서 슬라이스 가공하여, Cu를 도포하고, 900℃에서 열처리하여 각 결함영역을 나타나게 한 뒤 X선 토포그라프로 관찰한 결과를 모식적으로 나타낸 도면이고, 도 23은 실시예 11에서 인상한 단결정으로부터 가공된 웨이퍼의 초기산화막 내압특성(TZDB)을 조사한 결과를 나타내는 도면이다.

도 24는 실시예 12에서 인상한 단결정을 육성상태에서 슬라이스 가공하여, Cu를 도포하고, 900℃에서 열처리하여 각 결함영역을 나타나게 한 뒤 X선 토포그라프로 관찰한 결과를 모식적으로 나타낸 도면이다.

도 25는 인상 중인 단결정 내부의 온도분포를 모식적으로 설명하는 도면이다.

도 26은 실시예 13에서 사용한 단결정 제조장치의 단면을 모식적으로 나타내는 도면이고, 도 27은 실시예 13에 의한 결함분포 조사결과를 나타내는 도면이다.

도 28은 인상되는 단결정의 고액계면을 모식적으로 나타내는 도면이다.

도 29는 인상되는 단결정에서의 중심부 및 표면부의 온도구배와 함께 공공 및 격자간 원자 농도의 관계를 설명하는 도면이다.

도 30은 도가니의 회전속도를 10rpm, 3rpm 또는 1rpm으로 변화시킨 경우의 결함분포를 조사한 결과를 나타내는 도면이다.

도 31은 실시예 15의 조사결과를 나타내는 도면이다.

본 발명의 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5의 고품질 실리콘 단결정 및 그 제조방법을, 구분하여 구체적으로 설명한다. 또 설명에 있어서, 웨이퍼면 내에서의 R-OSF 발생위치를 명확히 하기 위해서, 결정(웨이퍼) 중심으로부터 외주까지의 거리(반지름)를 R로 하고, 결정 반지름방향의 R-OSF 발생위치를 r로 하여, 결정 중심에 발생하는 경우를 r=0으로 나타내며, 결정 외주에 발생하는 경우를 r=R로 나타낸다. 단 R-OSF의 발생위치는 그 안지름위치로 나타내는 것으로 한다.

1. 제1의 고품질 실리콘 단결정

본 발명자들은 제1의 고품질 실리콘 단결정에 있어서, CZ법에 의한 단결정 육성조건을 개선하여, 웨이퍼면 내에 R-OSF가 발생되지만, R-OSF 및 그 바깥영역에 근접하여 존재하는 무결함영역을 웨이퍼의 넓은 영역으로 확대시키는 것에 착안하였다. 그래서 종래의 조건으로 육성된 결정에서의 R-OSF 발생위치와 그 폭에 대한 전위클러스터 발생상황을 조사하였다.

도 4는 종래 육성조건으로 육성된 8"Φ 결정에서, R-OSF가 발생하는 반지름방향 위치 및 R-OSF 폭과 전위클러스터 발생상황의 관계를 모식적으로 나타내는 도면(가로축의 R-OSF 폭은 %로 나타낸다)이다. 수많은 조사로부터, 종래 육성조건으로 육성된 결정에서는 R-OSF의 폭은 그 반지름의 8% 이하인 것이 분명하다. 도 4에서는 R-OSF 폭이 육성된 결정 반지름의 8%이며, R-OSF 발생위치가 r=2/3R인 때에는, R-OSF의 바깥쪽영역에는 전위클러스터가 관찰되는 것을 나타내고 있다. 따라서 R-OSF의 위치가 r=2/3R보다 중심 쪽으로 발생되면, R-OSF의 바깥쪽영역에서 전위클러스터가 관찰된다. 또 R-OSF 폭이 가늘게 될수록, 전위클러스터가 쉽게 관찰되는 것을 알 수 있다.

육성된 결정의 R-OSF 폭이 반지름의 8% 이하인 경우, R-OSF의 발생위치를 중심쪽으로 수축시킴으로써, R-OSF 안쪽영역의 적외선 산란체 밀도를 작게 할 수 있다. 이 때문에 산화막의 초기내압특성(TZDB)을 향상시킬 수 있지만, R-OSF의 바깥쪽영역에 발생하는 전위클러스터에 의해 특성 열화가 발생되기 때문에, 디바이스 기판재료로는 적합하지 않게 된다.

다음으로 후술하는 실시예로 육성조건을 개선하여 육성된 지름 6"Φ 및 8"Φ인 결정에서의, R-OSF 발생위치와 그 폭과 전위클러스터의 발생상황에 관해서 조사하였다.

도 5는 개선된 육성조건으로 육성된 8"Φ인 결정에서, R-OSF가 발생하는 반지름방향 위치 및 R-OSF 폭과 전위클러스터 발생상황의 관계를 모식적으로 나타내는 도면(가로축의 R-OSF 폭은 %로 나타낸다)이다. 개선된 육성조건에서는, R-OSF 폭을 크게 할 수 있음과 동시에, 전위클러스터가 발생되지 않는 영역도 확대할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어 도 5에서는, R-OSF 폭이 결정지름의 30%가 되면, R-OSF 발생위치에 관계없이 전위클러스터가 발생되지 않음을 알 수 있다.

후술하는 도 7은 실시예 1에 의해 육성된 육성상태대로의 결정에서 R-OSF의 면내 위치와 FPD 결함 분포밀도의 관계를 나타내는 도면이다. 즉 R-OSF 폭이 육성결정 반지름의 8%를 넘어 39% 정도(지름 6"Φ이며 R-OSF 폭은 30mm)로 되고, R-OSF의 위치를 변화시킨 경우 전위클러스터가 발생되지 않는 웨이퍼 면내에서의 FPD 밀도를 나타내는 도면이다. 이 도면에 도시된 바와 같이, R-OSF 폭이 커지면, R-OSF 발생위치가 r=2/3R에서는 FPD가 중심부에서 관찰되는 것도 있지만, R-OSF의 발생위치를 r=1/3R로 하면 관찰되는 FPD는 전혀 없게 된다.

후술하는 도 10은 실시예 3에 의해서 육성된 육성상태대로의 결정에서 R-OSF의 면내 위치와 FPD 결함의 분포밀도의 관계를 나타내는 도면이며, 상기 도 7과 같이, R-OSF 폭이 육성결정 반지름의 39% 정도(지름 8"Φ이며 R-OSF 폭은 40mm)로 되고, R-OSF의 위치를 변화시킨 경우에 전위클러스터가 발생되지 않는 웨이퍼면 내의 FPD 밀도를 나타내고 있다. 이 도면에서 명백하듯이 R-OSF 폭이 커지면, R-OSF의 발생위치에 따라, R-OSF 안쪽영역에서 관찰되는 FPD가 없어진다. 이와 같이 R-OSF 폭이 커지면, 전위클러스터가 발생되지 않고, 또 R-OSF 안쪽영역의 적외선 산란체 밀도를 극히 적게 하거나, 조건을 부가하여 적외선 산란체의 발생도 없게 할 수 있다.

본 발명자들의 검토에 의하면, 웨이퍼면 내에 전위클러스터 및 적외선 산란체가 발생되지 않아, 결정면 내에 Grown-in 결함을 감소시키거나 없애기 위해서는, R-OSF의 폭을 크게 함과 동시에, R-OSF 발생위치가 지름의 0∼80%인 범위로 할 필요가 있다.

즉 종래의 결정과 비교하여, R-OSF 발생위치가 웨이퍼면 내 중심 쪽에 있지만, R-OSF의 폭이 커져 있기 때문에, 무결함영역이 확대되어 R-OSF의 바깥쪽영역에는 전위클러스터가 존재하지 않고, 또 R-OSF의 안쪽영역에서도 적외선 산란체가 관찰되지 않게 된다. 이와 같이 웨이퍼면 내 전체 영역에서 디바이스특성을 열화시키는 Grown-in 결함의 발생을 억제할 수 있기 때문에, 디바이스의 양품률이 크게 향상될 수 있다.

제1의 고품질 실리콘 단결정에 있어서, R-OSF 폭을 육성된 결정 반지름의 8%를 넘도록 규정하고 있는 것은, 종래에는 R-OSF 폭이 8% 이하이면, r=2/3R에서 전위클러스터가 생성되었으나, 본 발명의 적용에 의해 R-OSF의 폭이 8%를 넘어 r=2/3R 이하로 수축되어도 전위클러스터가 나타나지 않게 하기 위해서이다. 또 R-OSF 발생위치를 육성된 결정 지름의 0∼80% 범위로 규정하고 있는 것은, 이 범위 내이면 Grown-in 결함을 극단적으로 감소시키거나 없앨 수 있기 때문이다. 예를 들어 r값이 작게 될수록 Grown-in 결함의 밀도가 낮게 되어, r=1/3R 이하가 되면 Grown-in 결함은 검출되지 않게 된다. 따라서 본 발명의 제1의 실리콘 단결정에서는, 종래 결정전체가 R-OSF의 안쪽영역이 되는데 비해, Grown-in 결함이 현저히 줄어들기 때문에 Grown-in 결함의 밀도를「저밀도 또는 없는 것」으로 규정하고 있다.

제1의 고품질 실리콘 단결정을 제조하기 위해서는, CZ법에 의한 육성시 단결정의 최고온부(융점∼1200℃)의 열이력을 제어하고, 그때 결정면 내로 도입되는 점결함의 농도를 그 면내에서 균일하게 할 필요가 있다. 결정 중의 점결함은 공공과 격자간Si원자로 분류되지만, 특히 R-OSF의 생성에는 공공과의 관련이 강하여, 면내에 생성되는 R-OSF의 위치 및 폭은 어떤 한정된 범위의 공공 농도 부위 및 영역과 일치한다.

통상 단결정 육성시는, 결정면 내에서 인상축방향으로의 온도구배가 다르다. 구체적으로 결정의 외주부로 될수록 빠르게 저온이 되기 때문에, 외주부일수록 온도구배가 커진다. 이 경우 결정 중에 도입된 공공은 온도구배가 커지면, 인상축방향의 고액계면 쪽으로 확산하여 소멸되는 양이 커져, 결정 중에 도입된 채로의 공공 농도가 현저히 낮아진다. 그 결과 인상축방향으로의 온도구배가 다르면, 결정면 내로 도입되는 공공의 농도는 균일하게 되지 않고, 결정의 외주부가 됨에 따라 그 밀도가 저하된다. 따라서 결정면 내의 인상축방향으로의 온도구배를 균일하게 함으로써, 면내 공공 농도를 균일하게 할 수 있다.

도 6은 결정면 내로 도입된 공공의 농도분포와 생성되는 R-OSF의 폭과의 관계를 모식적으로 나타내는 도면이다. 도면 중 세로축은 공공 농도(Cv)를, 가로축은 결정면 내의 위치를 나타내고 있다. 또 도 6의 왼쪽은 면내의 중심에서 외주부까지의 공공 농도 분산이 큰 경우를, 도면의 오른쪽은 공공 농도가 비교적 균일하게 되는 경우를 각각 나타내고 있다. R-OSF가 발생하는 영역은, 한정된 범위의 공공 농도 부위와 일치하기 때문에, 도면 오른쪽에 도시된 바와 같이 공공 농도가 면내에서 균일하게 되는 경우에는 R-OSF의 폭이 커진다. 전술하였듯이 종래 결정에서 면내의 R-OSF 폭은 육성된 결정 반지름의 8% 이하로 억제되어 있다. 이는 종래 육성조건으로는, 결정면 내에서 인상축방향으로의 온도구배가 균일하지 않기 때문에, R-OSF가 발생하는 영역과 일치하는 공공 농도 범위가 육성결정 반지름의 8% 범위 내로 되어 있었기 때문이다.

육성조건을 개선하는 것, 예를 들어 단결정 제조장치 내 핫존(hot zone)의 가열수단, 보온부재 등을 개선함으로써, 결정면 내에서 인상축방향으로의 온도구배를 균일하게 하여, 공공이 도입되는 양을 면내에서 균일하게 한다. 이에 의해 R-OSF가 생성되는 공공 농도 범위를 확대할 수 있기 때문에, 이에 대응하여 R-OSF 폭을 크게 할 수 있다. 또 R-OSF에 근접하여 바깥영역에 존재하는 무결함영역도, 면내에서 공공의 도입량을 균일하게 하여 무결함영역이 생성되는 공공 농도 범위를 확대함으로써, 그 영역을 확대할 수 있다. 이에 의해 디바이스특성을 열화시키는 적외선 산란체나 전위클러스터라고 하는 Grown-in 결함이 발생되지 않는 영역을 결정면 내 전체 영역으로 확대하여, 디바이스특성이 양호한 고품질 웨이퍼를 얻을 수 있다.

본 발명의 제1의 고품질 실리콘 단결정을, 지름 6"Φ 및 8"Φ의 치수로 제조하여, 각각 나타나는 R-OSF의 형태 및 결정이 갖는 품질특성에 관해 실시예 1∼4로 조사하였다.

1-1. 실시예 1

도 1에 나타난 단결정 제조장치를 사용하여, 6"Φ인 단결정을 제조한다. 도가니 안에 결정용 원료로 실리콘 다결정 60kg을 충전하고, 전기저항율이 10Ωcm가 되도록 p형 불순물(dopant)로서 브롬을 첨가한다. 그리고 챔버 내를 10Torr의 Ar분위기로 한 뒤, 히터의 파워를 조정하여 모든 결정용 원료를 용융한다. 도가니 안의 용융액이 안정된 뒤, 종결정의 하단을 용융액에 침지(浸漬)하여, 도가니 및 인상축을 회전시키면서 단결정을 인상한다.

실시예 1에서는, R-OSF 및 무결함영역의 폭, 또는 FPD 밀도가 육성조건에 의해서 어떻게 변화하는가를 조사하는 것을 목적으로 하고 있다. 이를 위하여 결정면 내 공공 도입량이 균일하게 되도록, 결정면 내 온도분포가 종래보다 개선된 핫존에서 육성하며, 결정의 육성속도를 서서히 작게 하여가는 육성속도 변경실험을 하였다.

그래서 단결정의 육성이 넥킹, 쇼울더형성으로부터 이행하여, 바디로 옮겨지면 히터파워를 조정해서, 처음에는 인상속도를 빨리 하여, R-OSF가 외주에 발생하는 조건으로 소정 결정 길이를 인상한다. 단결정의 인상 길이가 100mm에 이른 시점에서, 결정의 인상속도를 서서히 느리게 하여, R-OSF 및 무결함영역의 형태, 더욱이 R-OSF의 안쪽영역에 생성되는 FPD 결함의 거동을 조사하였다.

실시예 1에 의해서 육성된 육성상태대로의 결정을 길이방향으로 분할하여, Cu를 도포하고, 900℃에서 열처리하여 각 결함영역이 나타나게 한 뒤 X선 토포그라프 사진을 촬영하여, R-OSF의 형태를 조사하였다. 종래의 결정과 비교하여, R-OSF 폭 및 무결함영역이 크게 확대되어 있으며, 면내에 원주모양으로 생성된 R-OSF의 폭은 한쪽 편으로 30mm를 목적으로 하였지만, 최대 40mm까지 확대되고, 양쪽으로 80mm로 되어 있는 부위도 있었다. 즉 6"Φ 결정의 반지름의 반 이상(52%)이 R-OSF의 폭에 해당되는 부위도 있었다. 또 R-OSF를 결정의 중심에 발생시켜, R-OSF의 바깥쪽영역이 확대되어도 무결함영역이 크게 넓어져서, 전위클러스터가 관찰되지 않는 것도 확인하였다.

도 7은 실시예 1에 의해 육성된 육성상태대로의 결정에서 R-OSF의 면 내 위치와 FPD 결함의 분포밀도의 관계를 나타내는 도면이다. 단 R-OSF의 면내 위치 관찰에는 세코에칭을 하였다. 또 R-OSF 폭은 30mm로 결정반지름의 39% 정도로 하였다. 도 7에서 명백하듯이 면내에서의 R-OSF 위치가 r=2/3R인 경우에는, FPD 결함은 결정의 중심부에서 관찰되지만, r=1/3R로 하면 FPD 결함은 관찰되지 않는다. 따라서 육성조건을 조정하여 R-OSF 폭이나 면내 위치를 제어함으로써, 결정면 내에서 적외선 산란체(FPD)나 전위클러스터의 Grown-in 결함이 관찰되지 않는 결정을 육성할 수 있다.

도 8은 실시예 1에 의해 제조된 단결정으로부터 가공된 웨이퍼의 초기산화막 내압특성(TZDB)을 조사한 결과를 나타낸 도면이다. 즉 R-OSF 폭이 30mm이며, R-OSF의 발생위치를 웨이퍼의 중심부에서 외주부까지 변화시킬 때의 R-OSF가 존재하는 위치에서의 평균 양품률을 나타내고 있다. 도 8에서 산화막두께가 25nm, 인가조건 8M/V이며, R-OSF의 위치가 r=1/3R에서 FPD 밀도가 매우 작은 경우에는 결정면 내 TZDB의 양품률은 95% 이상이다.

1-2. 실시예 2

실시예 2에서는 지름 6"Φ 결정의 R-OSF의 면내 위치가 r=1/3R이 되는 인상속도로 육성을 하여, R-OSF, 무결함영역 및 FPD 밀도가 육성조건에 의해 어떻게 변화하는가를 조사하였다. 이를 위해 결정면 내 공공의 도입량이 균일하게 되도록, 실시예 1의 경우와 같은 핫존에서 육성을 하였다.

실시예 1과 같은 조건으로 도가니 내의 용융액을 안정시킨 후, 단결정의 육성을 넥킹, 쇼울더형성으로부터 바디로 이행하여 히터파워를 조정하여, 처음에는 인상속도가 빠르게, R-OSF가 외주에 발생하는 조건으로 소정 결정 길이를 인상한다. 단결정의 인상 길이가 100mm에 이른 시점에서, R-OSF의 면내 위치가 r=1/3R이 되는 인상속도로 육성을 하여, 결정 부위별로 R-OSF, 무결함영역 및 R-OSF의 안쪽영역에 생성되는 FPD 결함의 거동에 관해서 조사하였다.

실시예 2에 의해 육성된 육성상태대로의 단결정으로부터 가공한 웨이퍼에, Cu를 도포하고, 900℃에서 열처리하여 각 결함영역을 나타나게 한 뒤 X선 토포그라프 사진을 촬영하여, R-OSF의 형태 및 Grown-in 결함의 상황을 조사하였다. 생성된 R-OSF 폭이 30mm이며, R-OSF의 안지름위치가 r=1/3R인 것을 확인하였다. 이로부터 종래의 결정과 비교하여, R-OSF의 폭 및 무결함영역이 크게 확대되어 있음을 알 수 있다.

도 9는 실시예 2에 의해서 육성된 육성상태대로의 결정에서 FPD 결함의 분포밀도를 나타내는 도면이다. 단 R-OSF의 면내 위치의 관찰에는, 세코에칭을 사용하였다. 또 R-OSF 폭은 30mm로 결정반지름의 39% 정도이다. R-OSF의 면내 위치가 r=1/3R인 경우에는, FPD 결함은 전혀 관찰되지 않았다. 마찬가지로 전위클러스터도 관찰되지 않았다.

1-3. 실시예 3

도 1에 나타난 단결정 제조장치를 사용하여 8"Φ의 단결정을 제조하였다. 도가니 안에 결정용 원료로 실리콘 다결정 120Kg를 충전하고, 전기저항율이 10Ωcm이 되도록 p형 불순물로서 브롬을 첨가한다. 그리고 챔버 내를 10Torr의 Ar분위기로 한 뒤, 히터파워를 조정하여 모든 결정용 원료를 용융한다. 도가니 안의 용융액이 안정된 뒤, 종결정의 하단을 용융액에 침지하고, 도가니 및 인상축을 회전시키면서 단결정을 인상한다.

우선 실시예 1과 같이, R-OSF 및 무결함영역의 폭, 또는 FPD 밀도가 육성조건에 의해서 어떻게 변화하는가를 조사하기 위해, 결정의 인상속도를 서서히 작게 하여가는 육성조건 변경실험을 하였다.

그래서 단결정 육성을 넥킹, 쇼울더형성으로부터 바디로 이행하여 히터파워를 조정하여, 처음에는 인상속도가 빠르게, R-OSF가 외주에 발생하는 조건으로 소정 결정 길이를 인상한다. 단결정의 인상 길이가 100mm에 이른 시점에서, 결정의 인상속도를 서서히 작게 하여, R-OSF 및 무결함영역의 형태, 또 R-OSF 안쪽영역에 생성되는 FPD 결함의 거동을 조사하였다.

실시예 3에 의해서 육성된 육성상태대로의 결정을 길이방향으로 분할하고, Cu를 도포하고, 900℃에서 열처리하여 각 결함영역을 나타나게 한 뒤에 X선 토포그라프 사진을 촬영하여, R-OSF 및 무결함영역의 형태를 관찰하였다. 그 결과는 전술한 실시예 1의 결과와 같고, 종래의 결정과 비교하여, R-OSF 폭 및 무결함영역이 크게 확대되어 있다. R-OSF 폭은 한쪽 편으로 40mm까지 확대되어 있고, 양쪽으로 80mm로 되어 있다. 즉 8"Φ 결정 반지름의 반 가까이가(39%) R-OSF영역으로 되어있다.

도 10은 실시예 3에 의해 육성된 육성상태대로의 결정에 있어서의 R-OSF의 면내 위치와 FPD 결함의 분포밀도의 관계를 나타내는 도면이다. 단 R-OSF의 면내 위치의 관찰에는 세코에칭을 사용하였다. 또 R-OSF 폭은 40mm로 결정반지름의 39% 정도이다. 도 10에서 R-OSF의 위치가 r=2/5R인 경우에는, FPD 결함은 결정의 중심부에서 관찰되지만, r=1/3R 이하인 경우에서는 FPD 결함은 관찰되지 않음을 알 수 있다. 따라서 육성조건을 조정하여 R-OSF 폭이나 면내 위치를 제어함으로써 결정면 내에서 적외선 산란체(FPD) 밀도가 종래보다 현저히 감소 또는 관찰될 수 없게 됨과 동시에, 전위클러스터의 Grown-in 결함도 관찰되지 않는 결정을 육성할 수 있다.

도 11은 실시예 3에 의해 제조된 단결정으로부터 가공된 웨이퍼의 초기산화막 내압특성(TZDB)을 조사한 결과를 나타내는 도면이다. 도면 중에서는, R-OSF 폭이 40mm이며, R-OSF의 발생위치를 웨이퍼의 중심부로부터 외주부까지 변화시킬 때의 R-OSF가 존재하는 위치에서의 평균 양품률을 나타내고 있다. 도 11에서 산화막두께가 25nm, 인가조건 8M/V이며, R-OSF의 위치가 r=1/3R에서 FPD 밀도가 대단히 작은 경우에는 결정면 내 TZDB의 양품률은 95% 이상임을 알 수 있다.

1-4. 실시예 4

실시예 4에서는, 지름 8"Φ 결정의 R-OSF의 면내 위치가 r=1/3R이 되는 인상속도로 육성을 하여, R-OSF, 무결함영역, 및 FPD 밀도가 육성조건에 의해서 어떻게 변화하는가를 조사한다. 이를 위해 결정면 내로의 공공 도입량이 균일하게 되도록, 실시예 3의 경우와 같은 핫존에서 육성을 하였다.

실시예 3과 같은 조건에서 도가니 내 용융액을 안정시킨 후, 단결정 육성을 넥킹하고, 쇼울더형성으로부터 바디로 이행하여 히터파워를 조정하여, 처음에는 인상속도가 빠르게, R-OSF가 외주에 발생하는 조건으로 소정의 결정 길이를 인상한다. 단결정의 인상 길이가 100mm에 이른 시점에서, R-OSF의 면내 위치가 r=1/3R이 되는 인상속도로 육성길이가 1000mm가 될 때까지 육성하고, 결정의 부위별로 R-OSF, 무결함영역, 및 R-OSF의 안쪽영역에 생성되는 FPD 결함의 거동에 관해서 조사하였다.

실시예 4에 의해 육성된 육성상태대로의 단결정으로부터 가공한 웨이퍼에, Cu를 도포하고, 900℃에서 열처리하여 각 결함영역을 나타나게 한 뒤에 X선 토포그라프 사진을 촬영하여, R-OSF 폭이 40mm이고, R-OSF의 안지름위치가 r=1/3R로 되어 있음을 확인하였다. 전술한 실시예 3과 같이, 종래의 결정과 비교하여, R-OSF 폭 및 무결함영역이 크게 확대되고, 전위클러스터가 발생되어 있지 않음을 알 수 있다.

도 12는 실시예 4에 의해서 육성된 육성상태대로의 결정에 있어서 FPD 결함의 분포밀도를 나타내는 도면이다. 단 R-OSF의 면내 위치의 관찰에는 세코에칭을 사용하였다. R-OSF의 폭은 40mm로 결정반지름의 39% 정도이다. R-OSF의 면내 위치가 r=1/3R인 경우에는, FPD 결함 및 전위클러스터는 전혀 관찰되지 않았다.

이상과 같이 본 발명의 제1의 고품질 실리콘 단결정에 의하면, 그 면내에 발생하는 R-OSF의 폭을 확대시킴과 동시에, Grown-in 결함인 적외선 산란체나 전위클러스터가 나타나지 않는 영역을 확대할 수 있기 때문에, 디바이스특성이 우수한 반도체 재료를 공급할 수 있다. 더구나 본 발명의 단결정은 결정면 내에 도입되는 점결함의 농도를 균일하게 함으로써 육성되는 것이기 때문에, 육성시 구경을 크게 하고, 길이를 길게 할 수 있어 제조비용을 줄이며, 육성능률을 향상시킬 수 있다.

2. 제2의 고품질 실리콘 단결정

본 발명자들은, 제2의 고품질 실리콘 단결정의 검토시, 단결정 육성 도중에 인상속도를 바꾸어, 결정 각 부위의 열이력을 변경한 경우 결정면 내에 나타나는 R-OSF의 거동을 조사하였다.

도 13은 단결정 육성 도중 인상속도를 변화시킨 경우의 인상속도 변경패턴을 나타내는 도면이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 결정 A에서는, 최초 인상속도를 0.7mm/분으로 하며, R-OSF의 발생위치가 r=1/2R이 되도록 설정하여, 단결정 길이 500mm까지 육성한다. 이어서 인상속도를 0.2mm/분까지 상승시켜, 단결정 길이 550mm까지 육성하고, 그후 다시 0.7mm/분까지 인상속도를 하강시켜, 단결정 길이 850mm로 테일넥킹할 때까지 인상속도 0.7mm/분으로 육성한다.

한편 결정 B에서는, 최초로 인상속도를 0.7mm/분으로, R-OSF의 발생위치가 r=1/2R이 되도록 설정하여 단결정 길이 500mm까지 육성한다. 이어서 인상속도를 0.2mm/분까지 강하시켜 단결정 길이 550mm까지 육성하고, 그후 다시 0.7mm/분까지 인상속도를 상승시켜 단결정 길이 850mm에서 테일넥킹할 때까지 인상속도 0.7mm/분으로 육성한다.

도 14는 육성 도중 인상속도를 변화시킨 결정 A, B에서의 열이력을 나타내는 도면이다. 도 14에서 분명하듯이, 결정 A에서는, 단결정 길이가 500mm 이하에 있는 부위(도 14에서는 단결정 길이 350mm인 위치)에서는, 특정한 온도영역(도 14에서는 980℃∼900℃의 범위)에 있어서 인상속도가 0.7mm/분으로 일정하게 육성된 결정에 비하여 급냉으로 되어 있다. 이에 대해 결정 B에서는, 단결정 길이 500mm 이하에 있는 부위에서는, 특정한 온도영역에서, 인상속도가 0.7mm/분의 일정 속도로 육성한 결정에 비하여 서냉으로 되어 있다.

상기 열이력 조사에 있어서, 결정 A, B의 소정 온도영역으로서 고온부(1100℃∼1000℃) 및 중간온도부(980℃∼900℃)를 선택하여, 정속(定速)냉각, 급냉, 서냉에 대응되는 R-OSF의 거동을 조사하였다. 그 결과 정속냉각에 있어서는 결정면 내에 일정 폭의 R-OSF는 발생하였다. 이에 대하여 결정 A에서는, 고온부(1100℃∼1000℃)에서 급냉된 부위에서는, 정속냉각에 비해, 폭이 넓은 R-OSF가 발생하였지만, 중간온도부(980℃∼900℃)에서 급냉된 부위에서는 R-OSF는 출현하지 않았다.

한편 결정 B에서는, 고온부(1100℃∼1000℃)에서 서냉된 부위에서는 R-OSF는 출현하지 않고, 중간온도부(980℃∼900℃)에서 서냉된 부위에서는, 정속냉각에 비해 폭이 넓은 R-OSF가 발생되었다. 따라서 고온부나 중간온도부의 열이력이 다름에 따라 R-OSF 폭이 변동되어, 결정 A, B에 발생한 R-OSF 폭은 완전히 반대의 거동을 나타낸다.

상기 거동에 관하여 아직은 명확한 이론을 부여할 수 없지만, 이와 같은 거동은, 웨이퍼 면내에 발생하는 R-OSF 발생 폭이 단결정의 고온부나 중간온도부의 열이력에 의존하는 것을 나타내고 있다. 게다가 단결정의 저산소화에 동반하여, R-OSF가 명확히 나타나지 않는 경우가 있는 것은 전술한 것과 같다.

또 디바이스특성이 우수한 고품질 실리콘 단결정을 제조하는데에는, CZ법에 의한 육성시 결정면 내로 도입되는 점결함의 농도를 그 면내에서 균일하게 하는 것이 중요하다. 이를 위하여 전술한 바와 같이 제1의 고품질 실리콘 단결정을 제조하는 경우에는, 육성조건을 개선함으로써 인상축방향으로의 온도구배를 균일하게 하여, 결정면 내에서 공공의 도입량을 균일하게 함으로써, R-OSF 폭을 확대하고 있다. 그러나 육성시의 열이력 차이에 기인하여 R-OSF의 발생 폭이 변동된다. 예를 들어 육성시 고온부(1100℃∼1000℃) 온도영역을 서냉으로 한 경우에는 R-OSF의 폭은 대단히 좁게 된다. 한편 육성시 중간온도부(980℃∼900℃)의 온도영역을 급냉으로 한 경우에도 R-OSF의 폭은 대단히 좁게 되는 경우가 있다.

그렇다면 제1의 고품질 실리콘 단결정과 같이, 결정면 내에 나타나는R-OSF의 발생 폭만으로 규정하는 것은 충분하지 않은 경우가 있다. 그 때문에 제2의 고품질 실리콘 단결정을 제안하여, 웨이퍼의 결정면 내에 발생하는 R-OSF 폭에 구애되지 않고, 디바이스특성을 열화시키는 적외선 산란체나 전위클러스터라는 Grown-in 결함이 발생하지 않는 영역을 결정면 내 전역으로 확대하여, 디바이스특성이 양호한 고품질 웨이퍼를 제조할 수 있도록 할 필요가 있다.

본 발명의 제2의 고품질 실리콘 단결정은, 상기 견식에 따라 검토된 것이며, CZ법에 의해 육성되는 실리콘 단결정으로서, 「R-OSF 발생영역의 바깥지름」, 「산소석출 촉진영역의 안지름」 또 「고리모양 산소석출량이 작은 영역의 바깥지름」 중 어느 것인가가, 육성된 결정 지름의 0∼80% 범위에 포함되는 실리콘 단결정을 대상으로 하고 있다.

제2의 고품질 실리콘 단결정에 있어서, 「R-OSF 발생영역의 바깥지름」, 또는「산소석출 촉진영역의 안지름」을 발생위치의 기준으로 하고 있는 것은, 웨이퍼의 면내에 발생하는 R-OSF 발생 폭이 단결정의 고온부나 중간온도부에 있어서의 열이력에 의존하기 때문에, 이들 요인을 배제하여, R-OSF의 발생위치를 제어하기 위해서이다. 또 「고리모양 산소석출량이 작은 영역의 바깥지름」을 기준으로 하고 있는 것은, 단결정의 저산소화에 동반하여 R-OSF가 명확히 나타나지 않는 경우를 고려하였기 때문이다.

게다가 R-OSF의 발생위치를 육성된 결정 지름의 0∼80% 범위로 규정하고 있는 것은, 이 범위 내이면 Grown-in 결함을 극단적으로 감소시키거나 없앨 수 있기 때문이다.

제2의 고품질 실리콘 단결정의 품질을 평가하기 위해, 지름 6"Φ 및 8"Φ의 치수를 제조하여, 각각 나타나는 R-OSF의 형태 및 결정이 갖는 품질특성에 관해서, 실시예 5∼8에서 조사하였다. 이하 그 결과에 대해, 제1의 고품질 실리콘 단결정웨이퍼의 경우와 대비하면서 설명한다.

2-1 실시예 5

도 1에 나타난 단결정 제조장치를 사용하여, 6"Φ인 단결정을 제조한다. 도가니 안에 결정용 원료로 실리콘 다결정 60kg를 충전하고, 또 전기저항율이 10Ωcm가 되도록 p형 불순물로서 브롬을 첨가한다. 그리고 챔버 내를 Ar분위기로 한 뒤, 히터의 파워를 조정하여 모든 결정용 원료를 용융한다. 도가니 안의 용융액이 안정된 뒤, 종결정의 하단을 용융액에 침지하고, 도가니 및 인상축을 회전시키면서 단결정을 인상한다.

실시예 5에서는 종래의 육성조건에 비해, 1100℃∼1000℃의 온도범위에서 서냉이 되도록 한 경우, R-OSF 및 무결함영역의 폭, 또는 FPD 밀도가 어떻게 변화하는가를 조사하는 것을 목적으로 하고 있다. 이를 위하여 결정면 내 공공의 도입량이 균일하게 되도록, 결정면 내 온도분포가 종래보다 개선됨과 동시에 특정 온도범위에서 서냉할 수 있는 핫존에서 육성하여, 인상속도 변경실험을 하였다.

실시예 5에 의해 육성된 육성상태대로의 결정을 길이방향으로 분할하여, Cu를 도포하고, 900℃에서 열처리하여 각 결함영역을 나타나게 한 뒤에 X선 토포그라프 사진을 촬영하여, R-OSF의 형태를 조사하였다. 종래 결정과 비교하여 R-OSF 폭 및 무결함영역이 크게 확대되어 있다. 단결정 길이위치에 따라 R-OSF 폭은 최대 40mm로부터 6mm 정도로 변동되어 있다. R-OSF가 결정면 내에서 발생하여도 R-OSF의 바깥쪽영역이 마찬가지로 넓어짐으로써 전위클러스터는 발생하지 않는다. 게다가 R-OSF가 결정면 내에서 소멸될 때에도 전위클러스터는 생성되지 않았다. 즉 본 발명의 실리콘 단결정 웨이퍼에서는, R-OSF의 폭에 의존하지 않고 R-OSF의 바깥지름 또는 안지름의 발생위치를 제어함으로써 Grown-in 결함의 발생을 억제할 수 있다.

실시예 5에 의해 육성된 육성상태대로의 결정에 있어서 FPD 결함의 분포밀도는 전술한 도 7에 나타난 상황과 같았다. 즉 면내에서의 R-OSF 위치가 r=2/3R인 경우에는 FPD 결함은 결정의 중심부에서 관찰되지만, r=1/3R로 하면 FPD 결함은 관찰되지 않았다.

실시예 5에 의해 제조된 단결정으로부터 가공된 웨이퍼의 초기산화막 내압특성(TZDB)을 조사한 결과는 전술한 도 8과 같았다. 구체적으로는 R-OSF가 존재하는 위치에서의 평균 양품률은, 산화막두께가 25nm, 인가조건 8M/V이며, R-OSF의 위치가 r=1/3R에서 FPD 밀도가 대단히 작은 경우에는 결정면 내의 TZDB의 양품률은 95% 이상이다.

2-2. 실시예 6

실시예 6에서는, 점결함의 도입량을 균일하게 하기 위해 결정 내의 면내 온도분포를 종래보다 개선하여, 종래의 육성조건에 비해 1100℃∼1000℃의 온도범위에서 서냉되도록 변경한 육성로의 핫존에서, 육성속도를 R-OSF 위치가 r=1/3R이 되는 육성속도로 바디 중에서는 거의 일정하게 지름 6"Φ인 결정을 육성한 경우, R-OSF, 석출 촉진영역 또는 무결함영역의 폭이 육성조건에 의해 어떻게 변화하는가를 조사하였다.

실시예 5와 같은 조건으로 도가니 안의 용융액을 안정시킨 뒤, 단결정 육성을 넥킹, 쇼울더형성으로부터 바디로 이행하여 히터파워를 조정하여, 처음에는 인상속도가 빠르게, R-OSF가 외주에 발생하는 조건으로 소정 결정 길이를 인상한다. 단결정의 인상 길이가 100mm에 이른 시점에서, R-OSF의 면내 위치가 r=1/3R이 되는 인상속도로 육성을 하여, 결정의 부위별로 R-OSF, 무결함영역 및 R-OSF의 안쪽영역에 생성되는 FPD 결함의 거동에 관해서 조사하였다.

실시예 6에 의해서 육성된 육성상태대로의 단결정으로부터 가공한 웨이퍼에, Cu를 도포하고, 900℃에서 열처리하여 각 결함영역을 나타나게 한 뒤에 X선 토포그라프 사진을 촬영하여, R-OSF의 형태 및 Grown-in 결함의 상황을 조사하였다. 종래의 결정에 비해 R-OSF의 폭은 가늘게 되어 있지만 산소석출 촉진영역 또는 무결함영역이 크게 확대되어 있음을 알 수 있다. 게다가 R-OSF가 안쪽으로 들어가도 전위클러스터가 생성되어 있지 않은 것을 확인하였다.

실시예 6에 의해서 육성된 육성상태대로의 결정에 있어서 FPD 결함의 분포밀도는 상기 도 9와 같고, R-OSF의 위치가 r=1/3R인 경우에는 FPD 결함은 관찰되지 않으며 전위클러스터결함도 관찰되지 않는다.

도 15는 실시예 6에 의해서 제조된 단결정으로부터 가공된 웨이퍼의 초기산화막 내압특성(TZDB)을 조사한 결과를 나타내는 도면이다. 산화막두께가 25mm, 인가조건 8M/V에서, R-OSF의 위치가 r=1/3R에서 FPD 밀도가 대단히 작은 경우에는 결정면 내의 TZDB의 양품률은 95% 이상이다.

2-3. 실시예 7

도 1에 나타난 단결정 제조장치를 사용하여, 8"Φ인 단결정을 제조하였다. 도가니 안에 결정용 원료로 실리콘 다결정 120kg를 충전하고, 전기저항율이 10Ωcm가 되도록 p형 불순물로서 브롬을 첨가한다. 그리고 챔버 내를 Ar분위기로 한 뒤, 히터의 파워를 조정하여 모든 결정용 원료를 용융한다. 도가니 안의 용융액이 안정된 뒤 종결정의 하단을 용융액에 침지하고, 도가니 및 인상축을 회전시키면서 단결정을 인상한다.

실시예 7에서는, 종래의 육성조건에 비해, 980℃∼900℃의 온도범위에서 급냉이 되도록 한 경우 R-OSF 및 무결함영역의 폭, 혹은 FPD 밀도가 어떻게 변화하는가를 조사하는 것을 목적으로 하고 있다. 이를 위하여 결정면 내 공공의 도입량이 균일하게 되도록, 결정면 내 온도분포가 종래보다 개선됨과 동시에 특정 온도범위에서 급냉될 수 있는 핫존에서 육성하여, 인상속도의 변경실험을 하였다.

실시예 7에 의해서 육성된 육성상태대로의 결정을 길이방향으로 분할하고, Cu를 도포하며, 900℃에서 열처리하여 각 결함영역을 나타나게 한 뒤에 X선 토포그라프 사진을 촬영하여 R-OSF의 형태를 조사하였다. 종래 결정과 비교하여 R-OSF의 폭 및 무결함영역이 크게 확대되어 있다. 단결정 길이위치에 따라 R-OSF 폭은 최대 40mm로부터 4mm정도로 변동되어 있다. R-OSF가 결정면 내에서 발생하여도, R-OSF의 바깥쪽영역이 마찬가지로 넓어짐에 따라 전위클러스터는 발생하지 않는다. 게다가 R-OSF가 결정면 내에서 소멸된 때에도 전위클러스터는 생성되지 않았다. 즉 본 발명의 실리콘 단결정 웨이퍼에서는, R-OSF의 바깥지름 또는 안지름의 발생위치를 제어하여 Grown-in 결함이 관찰되지 않는 영역을 결정면 내로 확대할 수 있다.

실시예 7에 의해서 육성된 육성상태대로의 결정에 있어서 R-OSF의 면내 위치와 FPD 결함 분포밀도의 관계는 상기 도 10에 나타난 경우와 같았다. 즉 R-OSF의 위치가 r=2/5R인 경우 FPD 결함은 결정 중심부에서 관찰되지만, r=1/3R 이하인 경우에는 FPD 결함은 관찰되지 않음을 알 수 있다. 따라서 육성조건을 조정하여 R-OSF의 바깥지름이나 안지름의 면내 위치를 제어함으로써 결정면 내에서 적외선 산란체(FPD)밀도가 종래보다 현저히 감소 또는 관찰되지 않음과 동시에 전위클러스터의 Grown-in 결함도 관찰되지 않는 결정을 육성할 수 있다.

실시예 7에 의해 제조된 단결정으로부터 가공된 웨이퍼의 초기산화막 내압특성(TZDB)을 조사하면 상기 도 15와 같은 결과를 나타내며, 산화막두께가 25nm, 인가조건 8M/V이며, R-OSF의 위치가 r=1/3R에서 FPD 밀도가 대단히 작은 경우에는 결정면 내의 TZDB의 양품률은 95% 이상이다.

2-4. 실시예 8

실시예 8에서는 지름 8"Φ 결정의 R-OSF의 면내 위치가 r=1/3R이 되는 인상속도로 육성하여 R-OSF, 무결함영역, 및 FPD 밀도가 육성조건에 의해 어떻게 변화하는가를 조사한다. 이를 위하여 점결함의 도입량을 균일하게 하기 위해 결정내의 면내 온도분포를 종래보다 개선하고, 종래 육성조건에 비해 980℃∼900℃ 온도범위에서 급냉이 되도록 변경한 육성로의 핫존에서 육성하였다.

실시예 7과 같은 조건으로 도가니 안의 용융액을 안정시킨 후, 단결정 육성을 넥킹, 쇼울더형성으로부터 바디로 이행하고 히터파워를 조정하여, 처음에는 인상속도가 빠르게, R-OSF가 외주에 발생하는 조건으로 소정 결정 길이를 인상한다. 단결정의 인상 길이가 100mm에 이른 시점에서 R-OSF의 면내 위치가 r=1/3R이 되는 인상속도로 육성길이가 1000mm로 될 때까지 육성을 하여, 결정 부위별로 R-OSF, 무결함영역, 및 R-OSF의 안쪽영역에 생성되는 FPD 결함의 거동에 관해서 조사하였다.

실시예 8에 의해서 육성된 육성상태대로의 단결정으로부터 가공한 웨이퍼에, Cu를 도포하고, 900℃에서 열처리하여 각 결함영역을 나타나게 한 뒤에 X선 토포그라프 사진을 촬영하고, 종래의 결정과 비교하여 R-OSF의 폭은 가늘지만 무결함영역이 크게 확대되어 있음 및 R-OSF가 결정면 내에 발생되어도 전위클러스터가 생성되어 있지 않음을 확인하였다.

실시예 8에 의해서 육성된 육성상태대로의 결정에 있어서 FPD 결함의 분포밀도는 상기 도 12와 같았다. R-OSF의 위치가 r=1/3R인 경우에는 R-OSF 안쪽에서는 FPD 결함은 관찰되지 않고, R-OSF 바깥쪽에서는 전위클러스터결함이 관찰되지 않았다. 따라서 육성조건을 조정함으로써 결정면 내에서 적외선 산란체(FPD, COP)나 전위클러스터의 밀도가 대단히 작은 결정을 얻을 수 있다.

실시예 8에 의해서 제조된 단결정으로부터 가공된 웨이퍼의 초기산화막 내압특성(TZDB)을 조사하였는데, 실시예 7의 경우와 같은 결과를 나타내었다. 즉 산화막두께가 25nm, 인가조건 8M/V이며, R-OSF의 위치가 r=1/3R에서 FPD 밀도가 대단히 작은 경우에는 결정면 내 TZDB의 양품률은 95% 이상이었다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 제2의 고품질 실리콘 단결정에 의하면, 그 면내에 발생하는 R-OSF의 폭에 관계되지 않고, 또 결정이 저산소농도이고 R-OSF가 명확히 나타나지 않는 경우에도 발생위치를 제어함과 동시에, Grown-in 결함인 적외선 산란체나 전위클러스터가 없는 영역을 확대 할 수 있기 때문에, 디바이스특성이 우수한 반도체 재료를 효율적으로 공급할 수 있다.

3. 제3의 고품질 실리콘 단결정 및 그 제조방법

본 발명자들은 제3의 고품질 실리콘 단결정웨이퍼의 검토에 있어서 종래의 조건으로 육성된 단결정 웨이퍼에서의 R-OSF 발생위치와 그 폭에 대한 전위클러스터의 발생상황을 조사하였다.

상기 조사결과에 의하면, 종래의 육성조건에서는 결정면 내에 발생하는 R-OSF가 r=2/3R이 되면 R-OSF의 바깥쪽영역에 전위클러스터가 출현하게 되며 통상 r=1/2R 이하에서는 전위클러스터가 존재한다. 그런데 r=1/2R 이하에서는 R-OSF의 안쪽영역이 좁게 되면 안쪽영역에 발생하는 적외선 산란체의 밀도를 작게 할 수 있어, 산화막의 초기내압특성(TZDB)을 향상시킬 수 있다. 이때 R-OSF의 바깥쪽에 발생하는 전위클러스터 발생을 억제할 수 있으면 산화막의 초기내압특성(TZDB) 향상과 동시에 디바이스특성 개선을 도모할 수 있다.

본 발명자들은 상기 착안점에 근거하여 더욱 검토를 진행시킨 결과, 종래의 조건으로 육성된 단결정 웨이퍼에 비하여, R-OSF 바깥쪽영역에 전위클러스터가 존재하지 않는 무결함영역을 확대시켜, 결정면 내 전체에 있어서 Grown-in 결함의 밀도를 낮출 수 있게 되었다. 구체적으로 단결정을 CZ법으로 육성할 때 응고계면(융점)∼1250℃ 영역에서의 온도분포 및 1250℃∼1000℃ 온도범위에서의 열이력을 제어하여, 결정면 내에 도입되는 공공과 격자간 실리콘(Si)원자의 농도를 될 수 있는 한 면내에서 동일하게, 또 균일하게 함으로써 전위클러스터의 발생을 억제하였다.

즉 공공의 농도가 격자간Si원자의 농도보다 지나치게 높아진 영역에서는 적외선 산란체가 생성되며, 격자간Si원자가 공공 농도보다 지나치게 높아진 영역에서는 전위클러스터가 생성되는 것을 발견하여, 웨이퍼 결정면 내에서 공공과 격자간Si원자의 농도차를 극히 작게 하여 Grown-in 결함의 발생을 억제하였다.

제3의 고품질 실리콘 단결정은 이와 같은 발견에 따라서 완성된 것이며, CZ법에 의해서 인상될 때 1250℃∼1000℃의 온도범위 통과시간이 7시간 이상인 조건에서 육성되는 실리콘 단결정으로서, 「R-OSF의 바깥지름」, 「산소석출 촉진영역의 안지름 또는 바깥지름」, 「고리모양 산소석출량이 작은 영역의 바깥지름」, 또는「적외산란체가 검출되는 원형영역의 바깥지름」 각각이, 육성된 결정 지름의 0∼60% 범위에 포함되는 것을 특징으로 하고 있다.

제3의 고품질 실리콘 단결정에 있어서, R-OSF 발생영역의 발생위치의 기준으로서, 「R-OSF의 바깥지름」 외에, 「산소석출 촉진영역의 안지름 또는 바깥지름」 및 「적외산란체가 검출되는 원형영역의 바깥지름」을 기준으로 하고 있는 것은, 웨이퍼 면내에 발생하는 R-OSF 폭의 변동이나 R-OSF가 나타나거나, 나타나지 않거나 하는 발생상황이 단결정 육성시의 열이력에 의존하기 때문에, 이들 요인을 배제하고 R-OSF 발생위치를 제어하기 위해서이다. 또 「R-OSF의 바깥지름」을 기준으로 하고 있는 것은, 열이력에 의존하여 R-OSF의 발생 폭이 변화하는 경우에도 바깥지름위치는 변하지 않기 때문이다. 「산소석출 촉진영역의 안지름 또는 바깥지름」을 기준으로 하고 있는 것은, 산소석출 촉진영역이 결정면에서 소멸되어 안지름을 기준으로 할 수 없는 경우를 상정하고 있다. 게다가 「고리모양 산소석출량이 작은 영역의 바깥지름」을 기준으로 하고 있는 것은, 단결정의 저산소화에 동반하여 R-OSF가 명확히 나타나지 않는 경우를 고려하였기 때문이다.

더욱이 R-OSF의 발생위치를 육성된 결정 지름의 0∼60% 범위로 규정하고 있는 것은, 범위 내이면 Grown-in 결함을 극단적으로 감소시키거나 없앨 수 있기 때문이다. 통상 특정한 단결정 제조장치와 육성조건에 따라, 육성속도의 변경시험을 하며, 사전에 상기 도 2에 해당되는 육성속도와 R-OSF 발생위치의 관계를 파악하고 놓고 육성속도를 제어함으로써, R-OSF의 발생위치가 결정지름의 소정 위치에 나타나도록 한다.

제3의 고품질 실리콘 단결정에서는 CZ법으로 육성할 때 1250℃∼1000℃ 온도범위에서의 열이력을 제어하여, 결정면 내에 도입되는 공공과 격자간 실리콘(Si) 원자의 농도를 될 수 있는 한 면내 전체에 균일하게 할 필요가 있다. 이때 결정면 내에 도입되는 공공의 농도는 육성되는 단결정 온도분포의 영향을 받는다.

도 16은 육성되는 단결정의 온도분포와 그에 기인하는 공공의 거동을 설명하는 도면이다. 도 16(a)는 축방향 온도구배가 큰 경우의 육성상황을, (b)는 온도구배가 작은 경우의 육성상황을 나타내고 있다. (a)에 나타난 단결정에서는 축방향으로의 온도구배가 크게 되어 있어, 결정면의 외주부만큼 저온화가 현저하여, 단결정에 나타나는 등온도분포선은 외주부가 될수록 온도구배가 커진다. 이에 대하여 (b)에 나타나는 단결정에서는 축방향 온도구배가 작아, 이상적으로는 등온도분포선이 평탄하거나, 등온도분포선이 용융액 쪽에 대해 볼록한 상태(이하 아래로 볼록한 상태라 한다)이며, 결정면의 외주부에서 축방향 온도구배가 작게 되어 있다.

도 16(a)에 도시한 바와 같이 온도구배가 커지면, 결정면 내에 도입되는 공공은 축방향의 응고계면 쪽으로 확산하는 업힐확산(uphill diffusion)에 의해 소멸되는 양이 커져, 결정면 내에 유지되는 공공 농도는 작게 된다. 이 경우 반지름방향으로 축방향 온도구배가 다름에 따라 결정면 내에 도입되는 공공의 농도는 같지 않고, 저온화가 현저한 외주부로 될수록 공공 농도는 낮게 된다. 한편 도 16(b)에 도시한 바와 같이 온도구배가 작게 되면 결정면 내의 공공 농도는 균일하게 됨과 동시에 지름방향 농도분포도 안정된다.

도 17은 단결정 육성에 있어 응고계면 근방 및 융점∼1250℃의 온도범위에서의 공공과 격자간Si원자의 결정면 내 농도분포 변화상황을 나타내는 도면이다. 도면의 (a)는 응고계면 근방에서의 농도분포를, (b)∼(c)는 융점∼1250℃ 온도범위에서의 농도분포 변화상황을 나타내고 있고, 도면에서 공공 농도는 Cv이며, 격자간Si원자 농도를 Cr로 각각 표시하고 있다.

도 17(a)에 도시한 바와 같이 최초로 응고계면 근방에 있어서는 공공과 격자간Si원자가 결정면 내로 들어오지만, 그 경우는 공공도 격자간Si원자도 고액계면에서는 열평형 농도로 들어오고, 공공의 열평형농도가 격자간Si원자의 열평형농도보다 크기 때문에 공공의 농도가 격자간Si원자 농도보다 높게 된다.

이어서 융점∼1250℃의 온도영역이 되면 도 17(b)에 도시한 바와 같이 공공의 확산계수가 격자간Si원자의 확산계수보다 크기 때문에, 공공의 축방향 업힐확산과 지름방향 농도구배확산이 촉진된다. 게다가 육성속도가 작게 되면 공공의 축방향 및 지름방향 확산이 더욱 현저하게 된다. 이 때문에 축방향에서의 응고계면 쪽으로의 업힐확산에 의한 소멸에 따라 결정면 내에서의 공공 농도는 작게 됨과 동시에, 지름방향에서의 농도구배확산에 의해 결정 외주부에서 공공 농도는 한층 작게 된다. 한편 격자간Si원자는 융점∼1250℃의 온도범위에서는 공공에 비하여 확산계수가 작기 때문에, 축방향의 판도확산은 작고, 결정면내에 잔류함과 동시에, 결정 외주부에서도 그 정도 농도저하를 생기게 하지 않는다.

따라서 육성속도를 작게 유지한 경우에는 도 17(c)에 나타난 것과 같이 결정 안쪽에서는 공공 농도가 격자간Si원자 농도보다 크지만, 결정 외주부에서는 격자간Si원자 농도가 공공 농도보다 커지는 경우가 있다. 상술한 바와 같이 전위클러스터결함은 과잉인 격자간Si원자가 응집된 것으로 추정되기 때문에, 전술한 바와 같이 결정 외주부에서 격자간Si원자 농도가 공공 농도에 비해 지나치게 높은 영역에서는, 결정이 냉각되는데(1000℃ 전후) 동반하여 전위클러스터가 생성된다.

게다가 육성이 진전되어 1250℃∼1000℃의 온도범위, 특히 1250℃ 근방이 되면 격자간Si원자의 확산계수가 공공의 확산계수보다 커진다. 그 때문에 이 온도범위에서 장시간 유지함으로써 결정 외주부에서 격자간Si원자의 농도구배확산을 촉진할 수 있다. 따라서 상기 도 17(c)에 도시한 바와 같이 결정 외주부에서 격자간Si원자 농도가 공공 농도보다 커지는 경우에도 1250℃∼1000℃의 온도범위를 서냉함으로써, 격자간Si원자의 지름방향 확산을 조장하여 격자간Si원자 농도를 감소시키어, 격자간Si원자가 과잉으로 되어있는 영역을 축소할 수 있다. 이에 의해 결정 외주영역에 전위클러스터가 발생하는 것을 억제할 수 있다.

제3의 고품질 실리콘 단결정에서는 1250℃∼1000℃의 온도범위 통과시간이 7시간 이상으로 되는 것을 요건으로 하고 있다. 후술하는 실시예 9에서는 대상이 되는 고온영역이 8시간으로 되도록 서냉된 부위에서는 전위클러스터의 생성이 억제되며, R-OSF 바깥쪽의 무결함영역이 크게 확대되어 있다. 게다가 여러 가지 시험결과에 의해 1250℃∼1000℃의 온도범위 통과시간을 7시간 이상으로 함으로써 전위클러스터 발생이 없어지는 것을 확인할 수 있다.

웨이퍼의 결정면 내에서, 공공 농도가 격자간Si원자 농도보다 큰 영역에서는 적외산란체가 생성되며, 격자간Si원자 농도가 공공 농도에 비하여 큰 영역에서는 전위클러스터가 생성되는 것은 전술한 바와 같다. 그런데 결정면 내에서 공공과 격자간Si원자의 농도차가 작은 영역에서는 양 점결함이 재결합하여, 양자가 소멸되어, 결정면 내에는 Grown-in 결함이 생성되지 않게 된다. 이 공공과 격자간Si원자의 농도차가 작은 영역을 형성하는 데에는, 결정면 내로 들어오는 공공의 농도를 균일하게 함과 동시에 결정면 내의 격자간Si농도분포에 근사하게 할 필요가 있다.

상기 농도분포를 실현하기 위해서는 상기 도 16(b)에 도시한 바와 같이, 응고계면(융점)∼11250℃까지의 온도범위에서 단결정의 등온도분포선을 평탄하게 하거나 등온도분포선을 아래로 볼록한 형상으로 하여, 외주부에서의 축방향 온도구배를 작게 할 필요가 있다. 이에 의해 이 온도영역에서 공공의 업힐확산에 의해 결정면 내에 유지되는 공공의 농도분포는 전면에 걸쳐 균일하게 된다. 한편 격자간Si원자는 응고계면(융점)∼1250℃의 온도범위에서는 공공에 비하여 확산계수가 작기 때문에, 축방향 업힐확산은 작고 또 결정의 외주부에서도 그 정도 농도저하를 발생시키지 않기 때문에, 공공과 격자간Si원자의 농도차를 작게 할 수 있다. 따라서 본 발명의 실리콘 단결정 웨이퍼 육성시, 응고계면(융점)∼1250℃까지의 온도범위에서 단결정의 등온도분포선을 평탄하게 하거나 등온도분포선을 아래로 볼록한 형상으로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실리콘 단결정 웨이퍼에서는, 상기와 같이 육성조건을 개선함으로써 R-OSF의 바깥쪽에 출현하는 전위클러스터의 발생을 억제할 수 있어 Grown-in 결함이 없는 영역을 확대할 수 있다. 이에 의해 디바이스특성을 열화시키는 적외선 산란체나 전위클러스터가 생성되는 영역을 웨이퍼의 면내로부터 없애, 우수한 특성을 발휘하는 고품질의 실리콘 단결정웨이퍼를 얻을 수 있다.

제3의 고품질 실리콘 단결정을 평가하기 위해 실시예 9∼12에 따라 지름 8"Φ의 실리콘 단결정을 제조하여 R-OSF의 형태 및 결정결함의 발생상황에 관해서 조사하였다.

3-1. 실시예 9

도 1에 나타난 단결정 제조장치를 사용하여 8"Φ인 단결정을 제조한다. 도가니 안에 결정용 원료로서 실리콘 다결정 120kg를 충전하고, 또 전기저항율이 10Ωcm가 되도록 p형 불순물로서 브롬을 첨가한다. 그리고 챔버 내를 Ar분위기로 한 뒤 히터의 파워를 조정하여 모든 결정용 원료를 용융한다. 도가니 안의 용융액이 안정된 뒤 종결정의 하단을 용융액에 침지하고, 도가니 및 인상축을 회전시키면서 단결정을 인상한다.

실시예 9에서는 전위클러스터의 생성 거동이 육성조건에 의해 어떻게 변화하는가를 조사하기 위해 바디길이 500mm의 부위까지 일정한 육성속도로, R-OSF를 r=2/5R의 위치에 발생시키고 R-OSF의 외주부에는 전위클러스터가 생성되는 조건으로 결정을 육성하였다. 단결정 인상을 넥킹, 쇼울더형성으로부터 바디본체로 이행하고, 결정지름이 유지되도록 인상속도와 히터파워를 조정하면서 소정의 결정 길이를 인상한다.

단결정의 인상 길이가 500mm에 이른 경우, 결정 육성을 임의의 시간 정지하고, 육성시의 각 온도영역을 서냉으로 한 뒤, 결정육성을 속행하여 인상 길이가 1000mm가 된 때에 테일넥킹 행정으로 이행하였다. 이에 따라 전위클러스터의 생성이 어떠한 거동을 나타내는지에 대해 조사하였다. 비교를 위해 육성을 정지하지 않고 일정한 인상속도로 육성한 단결정을 비교예로서 육성하였다.

도 18은 실시예 9에서 인상한 단결정을 육성상태대로 길이방향으로 분할하여, Cu를 도포하고, 900℃에서 열처리하여 각 결함영역을 나타나게 한 뒤 X선 토포그라프로 관찰한 결과를 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 18의 (a)는 비교예를 나타내며, (b)는 정지시간 8시간의 본 발명예를 나타내고 있다. 본 발명예에서는 비교예에 비해 1200℃∼1050℃ 온도영역에서 서냉된 부위에서는 전위클러스터 생성이 억제되어 있어 R-OSF 바깥쪽의 무결함영역이 크게 확대되어 있음을 알 수 있다.

조사결과에 의하면, 결정 육성의 정지시간이 길게 될수록 전위클러스터 생성이 억제되는 폭이 확대되어, 무결함영역이 더 넓은 범위를 점유하게 된다. 이와 같이 육성조건을 제어함으로써 결정면 내에서 전위클러스터의 발생밀도를 현저히 낮출 수 있다.

3-2. 실시예 10

실시예 10에서는, R-OSF가 r=2/5R의 위치에 발생하고, 1250℃∼1000℃의 온도범위를 10시간 유지할 수 있도록 개선된 핫존을 사용하여, 인상속도를 거의 일정하게 지름 8"Φ인 결정을 육성한 경우에, 전위클러스터 생성영역의 폭이 어떻게 변화하는가를 조사하였다. 이를 위하여 실시예 9와 같은 조건에서, 결정지름이 유지되도록 인상속도와 히터파워를 조정하면서, 인상 길이가 100mm에 이를 때에 인상속도를 일정하게 하여, 인상 길이 1000mm까지 육성하고, 그 뒤 테일넥킹 행정으로 이행하였다.

도 19는 실시예 10에서 인상한 단결정을 육성상태대로 길이방향으로 분할하여, Cu를 도포하고, 900℃에서 열처리하여 각 결함영역을 나타나게 한 뒤에 X선 토포그라프로 관찰한 결과를 모식적으로 나타낸 도면이다. 상기 비교예에 비해 R-OSF의 바깥쪽의 전위클러스터가 소멸되어 무결함영역이 크게 확대되어 있음을 알 수 있다.

도 20은 실시예 10에 의해 육성된 육성상태대로의 결정에 있어서 FPD 결함의 분포밀도를 세코에칭하여 관찰한 결과를 나타내는 도면이다. 통상 1250℃∼1000℃의 온도범위에서 서냉을 하지 않은 종래의 육성방법에서는 R-OSF의 바깥쪽에 전위클러스터가 생성되지만, 실시예 10의 육성조건에서는 결정면 내에서 전위클러스터가 발생하지 않는 결정을 얻을 수 있다. 한편 R-OSF의 안쪽영역에서는 실시예 10의 육성조건에 의해 FPD의 발생밀도를 줄일 수 있음을 알 수 있다.

도 21은 실시예 10에 의해서 육성된 육성상태대로의 결정에 있어서 적외선 산란체 결함의 분포밀도를 적외선산란 토모그라프를 사용하여 측정한 결과를 나타내는 도면이다. 도면의 결과로부터 적외선산란 토모그라프를 사용하여 측정하여도 R-OSF의 발생위치를 파악할 수 있음이 분명하다.

3-3. 실시예 11

실시예 11에서는 공공의 도입량을 균일하게 하기 위해서 융점∼1250℃의 범위에서의 결정 내 온도분포를 균일하게 하고, 1250℃∼1000℃를 10시간 유지할 수 있도록 개선한 핫존을 사용하여, R-OSF의 발생위치가 r=1/4R에서, 인상속도를 거의 일정하게 지름 8"Φ인 결정을 육성한 경우에, 적외선 산란체, R-OSF 또는 무결함영역의 발생상황이 어떻게 변화하는가를 조사하였다. 실시예 9와 같은 조건에서, 결정지름이 유지되도록 인상속도와 히터파워를 조정하면서, 인상 길이가 1000mm에 이른 때에 인상속도를 일정하게 하여, 인상 길이 1000mm까지 육성하고, 그 뒤 테일넥킹 행정으로 이행하였다.

도 22는 실시예 11에서 인상한 단결정을 육성상태대로 슬라이스 가공하여, Cu를 도포하고, 900℃에서 열처리하여 각 결함영역을 나타나게 한 뒤에 X선 토포그라프로 관찰한 결과를 모식적으로 나타낸 도면이다. R-OSF의 발생위치가 r=1/4R이며, 결정면 내 안쪽에 나타나 있지 않은 것에 구애되지 않고, 전위클러스터가 생성되어 있지 않는 무결함영역이 크게 확대되어 있다. 또 R-OSF의 발생위치가 r=1/4R에서는 R-OSF의 안쪽영역에서도 적외선 산란체에 기인하는 FPD 결함은 관찰되지 않는다. 따라서 육성조건을 제어함으로써 결정면 내에서 적외선 산란체(FPD, COP)나 전위클러스터의 밀도를 낮출 수 있음을 알 수 있다.

도 23은 실시예 11에서 인상한 단결정으로부터 가공된 웨이퍼의 초기산화막 내압특성(TZDB)을 조사한 결과를 나타낸 도면이다. 산화막두께가 25nm, 인가조건 8M/V이며, R-OSF의 위치가 r=1/4R에서 FPD 밀도가 대단히 작은 경우에는 결정면 내 TZDB의 양품률은 95% 이상이다.

3-4. 실시예 12

실시예 12에서는, 공공의 도입량을 균일하게 하기 위해 융점∼1250℃의 결정 내의 면내 온도분포를 균일하게 하고, 1250℃∼1000℃를 10시간 유지할 수 있도록 개선한 핫존을 사용하여, R-OSF가 결정면의 안쪽에 갇히는 조건으로, 인상속도를 거의 일정하게 하여 지름 8"Φ인 결정을 육성한 경우, 적외선 산란체, R-OSF 또는 무결함영역의 발생상황이 어떻게 변화하는가를 조사하였다. 실시예 9와 같은 조건으로, 결정지름이 유지되도록 인상속도와 히터파워를 조정하면서 인상 길이가 100mm에 이른 때 인상속도를 일정하게 하여 인상길이가 1000mm까지 육성하고, 그 뒤 테일넥킹 행정으로 이행하였다.

도 24는 실시예 12에서 인상한 단결정을 육성상태대로 슬라이스 가공하여, Cu를 도포하고, 900℃에서 열처리하여 각 결함영역을 나타나게 한 뒤에 X선 토포그라프로 관찰한 결과를 모식적으로 나타낸 도면이다. R-OSF가 결정면의 중심에 갇혀 있고, 산소석출 촉진영역이 나타나 있지만, 전위클러스터가 생성되어 있지 않고, 무결함영역이 크게 확대되어 있다. 또 R-OSF가 갇혀 있음에 따라, 적외선 산란체에 기인하는 FPD 결함은 관찰되지 않는다. 따라서 육성조건을 제어하여 Grown-in 결함의 밀도를 낮출 수 있다.

실시예 12에서는, 더욱이 산소석출 촉진영역도 결정면 안쪽으로 갇히는 조건으로 되는 인상속도로 육성하였지만, 이 경우에는, 도시되지 않았지만 결정면은 산소석출 촉진영역도 소멸되어, 무결함영역만으로 되어 있다.

실시예 12에 의해 제조된 단결정으로부터 가공된 웨이퍼의 초기산화막 내압특성(TZDB)을 조사하였는데, 실시예 3의 경우와 같은 결과를 나타내었다. 즉 산화막두께가 25nm, 인가조건 8M/V에서, R-OSF가 안쪽에 소멸된 웨이퍼에서는 결정면 내 TZDB의 양품률은 95% 이상이었다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 제3의 고품질 실리콘 단결정 및 그 제조방법에 의하면, 단결정의 육성조건에 의해서 R-OSF의 발생위치를 제어하여, 웨이퍼면 내에 Grown-in 결함인 적외선 산란체나 전위클러스터가 없는 영역을 확대할 수 있기 때문에, 디바이스특성이 우수한 반도체 재료를 공급할 수 있다.

4. 제4의 고품질 실리콘 단결정 및 그 제조방법

전술한 바와 같이 R-OSF 현상으로서, 단결정 육성의 인상속도를 빨리 하면 링지름은 바깥쪽으로 연속적으로 확대되며, 느리게 하면 수축되어 작게 되어 소멸되는 것은 알려져 있다. 여기서 상기 도 2에 나타난 인상속도변화에 근거하는 R-OSF의 분포를 보면 V자를 하고 있다. 그리고 상기 도 3에 도시한 바와 같이 R-OSF에 접하여 안팎의 좁은 범위에 무결함영역이 있는 것으로부터, 이 V자의 형태를 될 수 있는 한 위쪽 개방으로, 가능하면 수평으로 하여, 그때의 R-OSF가 웨이퍼 내의 적당한 위치에 오는 육성조건을 찾아낼 수 있으면, 결함이 극히 적은 웨이퍼를 채취할 수 있는 단결정을 얻을 수 있다. R-OSF의 위치는 상기 인상속도 외에 응고 뒤 냉각속도 내지는 인상축방향 온도구배에도 크게 영향을 받는 것으로 되어 있다.

그래서 제4의 고품질 실리콘 단결정의 검토에 있어서는, 인상 중인 단결정의 냉각에 대해, 단순한 자연방냉(自然放冷)이 아니고, 냉각조건을 제어하여 응고 뒤 단결정 내부의 온도분포를 적극적으로 바꾸는 것에 착안하였다. 단 인상 육성 중의 단결정 내부온도분포는 실측이 곤란하기 때문에 전열해석 시뮬레이션법으로 계산하여 구하였다.

도 25는 인상 중인 단결정 내부의 온도분포를 모식적으로 설명하는 도면이다. 통상 인상 중인 단결정은 표면으로부터 냉각되기 때문에, 도 25(a)에 도시한 바와 같이 내부보다 표면쪽이 온도가 낮아진다. 즉 수직 인상축에 대하여 수평인 웨이퍼 면을 생각하면, 중앙부의 온도가 높고 주변부가 낮다. 응고가 거의 용융액면과 같은 수평면에서 진행되고 있다면 응고 직후 수평면의 온도는 중심부도 외주면부도 같기 때문에, 육성 중 단결정의 고액계면으로부터 조금 떨어진 위치에서 인상축에 평행한 수직방향 온도분포를 생각하면 중심부 온도구배보다 외주면부 온도구배 쪽이 커져있다.

이에 대해 인상 중인 단결정표면의 냉각방법을 바꾸어, 단결정 내부가 통상과는 다른 온도분포가 되도록 하여, 여러 가지 다른 조건에서 단결정을 육성하고, 이로부터 채취한 웨이퍼의 결함의 분포를 조사한바, 다음과 같은 사실이 분명하게 되었다.

(ⅰ) 단결정 중심부의 온도가 응고 직후(1412℃)로부터 1250℃까지의 냉각과정에서, 단결정 내부의 온도분포를 바꾸면 R-OSF는 바깥지름은 같아도 그 폭을 넓힐 수 있다.

(ⅱ) R-OSF의 폭이 넓어지면, 그 바로 바깥쪽의 산소석출 촉진영역 및 무결함영역의 폭도 넓어진다.

(ⅲ) R-OSF의 폭을 확대하는 결과를 가져오는 인상 중 온도분포는, 단결정인상축에 평행한 수직방향 온도구배가, 결정 중심부보다 외주면부 쪽이 작은 것, 즉 도 25(b)에 도시한 바와 같이, 결정내 수평면 내지는 웨이퍼 면에서 중심부보다도 주변부 쪽 온도가 높은 것이다.

(ⅳ) 수직방향 온도구배를, 결정 중심부보다 외주면부 쪽이 작게 되도록 하기 위해서는, 핫존 즉 인상 중인 단결정부분에서의 냉각방법을 바꾸지 않으면 안되지만, 결함이 적은 단결정을 얻기 위해서는 단결정 전체의 수직방향 온도구배를 종래보다 크게 하여 인상속도를 빠르게 하는 것도 실현시킬 필요가 있다.

전술한 바와 같이 디바이스제조공정의 저온화 및 결정의 저산소화에 따라, R-OSF의 존재는 반드시 중요한 문제는 아니라도 그 위치를 아는 것은 단결정 육성조건을 정하는데 하나의 지침이 된다. 그래서 R-OSF의 위치와 인상 중인 결정 내 온도분포의 관계로부터, 무결함영역을 될 수 있는 한 확대하는 육성조건을 선정하였다. 이 경우 R-OSF 폭이 변하기 때문에, 얻어진 단결정으로부터 채취한 웨이퍼에서 검출할 수 있는 R-OSF의 바깥지름을 측정하였다. 이렇게 하여 R-OSF의 바깥지름과, 단결정 인상 중인 결정 내 온도분포가 결함분포에 미치는 영향을 분명히 할 수 있어 본 발명의 제4의 고품질 실리콘 단결정을 완성하게 되었다.

즉 제4의 고품질 실리콘 단결정의 제조방법은, 육성시 단결정의 응고점에서 1250℃까지의 온도범위 부분에서, 결정이 인상축에 평행한 수직방향의 온도구배가, 외주면부 쪽이 중심부보다 작고, 또 중심부에서는 2.6℃/mm 이상이고, 고리모양 산화유기 적층결함의 바깥지름이 육성된 결정 지름의 0∼60% 범위에 포함되는 조건으로 육성하는 것을 특징으로 하고 있다.

냉각시 온도분포를 바꾸면 왜 무결함영역이 확대되는지의 이유에 대해서는 다음과 같이 생각된다. 우선 단결정 육성의 인상시, 용융액은 응고되어 고체결정으로 변화되어 가지만, 랜덤(random)한 원자배열의 액상으로부터 정연하게 원자가 배열되는 고상으로 이행되기 때문에, 그 고액계면 근방의 고상에는 있어야 할 원자가 빠진 공공이나, 여분의 Si원자가 원자의 결정격자배열 사이에 도입된 격자간 원자가 대량으로 존재한다. 원자간 간격이 큰 액체가 고체로 변화되기 때문에, 응고 직후는 격자간 원자보다 원자가 빠진 상태의 공공 쪽이 많은 것으로 추정된다. 인상에 의해 응고되어 단결정이 된 부분이 고액계면으로부터 떠남에 따라 원자나 공공의 이동이나 확산, 또는 공공과 격자간 원자의 합체 등에 의해서 이들은 계속 소실되어, 정연하게 된 원자배열로 되어가지만, 아무리 해도 다소는 남아있게 된다.

응고 과정에서 도입된 공공과 격자간 원자는, 수로는 공공 쪽이 많으며, 고온 사이 꽤 자유롭게 결정 내를 돌아다닐 수 있고, 그 이동속도 또는 확산속도는 공공 쪽이 격자간 원자보다 빠르다. 그리고 이들 공공이나 격자간 원자는 다음과 같이, 주로 온도구배에 근거하는 확산, 표면으로의 확산 및 합체 등의 과정에서 소실되어 줄어간다고 생각된다.

우선 고온 결정 중의 공공이나 격자간 원자의 포화한계농도는 어느 것이나 온도가 낮을수록 낮아진다. 이 때문에 같은 양이 존재하고 있었다 해도, 실질적인 효과에서 온도가 낮은 쪽이 농도로는 높고, 온도가 높은 쪽은 농도가 낮게 된다. 육성 중인 단결정에는 수직방향으로 온도구배가 있어, 이 온도차이에 의한 실질적 농도차 때문에 저온 쪽에서 고온 쪽, 즉 육성되고 있는 단결정의 위쪽으로부터 고액계면 방향으로 확산이 일어나고 있고, 온도가 낮아질수록 공공이나 격자간 원자의 수는 줄어간다. 그리고 공공은 결정격자를 구성하는 원자가 빠진 상태이고, 격자간 원자는 원자가 여분으로 존재하는 상태이기 때문에 이 두개가 부딪히면 서로 상보하여 합체되고 소실되어 완전한 결정격자로 된다.

육성 중인 결정의 수직축방향 온도구배는, 인상속도가 변하여도 거의 변화되지 않는다. 즉 온도구배가 같으면 공공의 고액계면 방향으로 확산되어 가는 시간당 양이 같기 때문에 인상속도가 빠르게 되면, 과잉의 공공이 남겨진 상태로 온도가 낮아져가, 표면에의 확산이나 합체에 의한 소실이 진행되어도 이것이 결정 내에 결함으로 되어 흔적을 남기는 결과로 되어 적외선 산란체의 원인이 되는 것으로 생각된다. 한편 인상속도가 느린 경우 공공의 확산 소실은 충분히 진행되지만 격자간 원자는 공공보다 확산속도가 느리기 때문에, 이것이 남겨진 채로 온도가 낮아져 전위클러스터의 원인이 된다. 이와 같이 상기 도 2에 있어서 인상속도가 빠른 경우의 결함은 적외선 산란체가 주로 되며, 인상속도가 느린 경우에는 전위클러스터가 중심으로 되는 것은 이와 같은 이유에 의한 것으로 생각된다.

그러나 그 중간 인상속도의 경우, 예를 들어 상기 도 3에 도시한 바와 같이 중심부에는 적외선 산란체 결함, 외주 부근에는 전위클러스터결함이 주로 분포하며, 그 사이의 부분에는 R-OSF, 산소석출 촉진영역, 및 무결함영역이 있다. 통상의 단결정인상 육성방법의 경우 도 25(a)에 도시한 바와 같이 단결정의 중심부보다 표면부 쪽이 수직축방향 온도구배는 크다. 이것은 온도구배에 근거하는 확산이 표면부에서는 중심부보다 빠르게 진행되어 공공 쪽이 확산속도가 빠르기 때문이며, 인상속도가 느리게 되면 격자간 원자의 농도가 상대적으로 커져 전위클러스터결함이 나타나게 된다. 이 시점에서 온도구배가 작은 중심부에서는 아직 공공이 상대적으로 많이 존재하여, 그 결과 적외선 산란체 결함이 되어 잔존한다. 그리고 이들 중간부에서는 공공과 격자간 원자 수의 균형이 이루어지고 이 두 가지가 합체하여, 단결정 결함의 원인으로 되는 것이 소실되어 버리기 때문에 무결함영역이 된다고 생각된다. OSF 생성의 원인은 산소석출물이 중심으로 되기 때문이라고도 언급되고 있으며 R-OSF에 접하여 산소석출 촉진영역이 존재하는 것도 이를 뒷받침하고 있다.

이렇게 하여 공공이나 격자간 원자의 이동이 용이한, 즉 온도가 높고 확산속도가 큰 시기에, 공공과 격자간 원자의 수가 균형이 맞는 위치에서 무결함영역이 발생된다면, 인상속도가 빠르면 공공의 확산 저감이 불충분하여 균형이 맞는 위치가 바깥쪽으로 이동되며, 인상속도가 느리게 되면 공공의 양이 줄어 밸런스위치가 중심부에 가깝게 되어, 외주근처 부분으로의 전위클러스터결함발생부분이 증가될 것이다. 여기서 공공과 격자간 원자의 수가 균형이 맞는 위치보다도, 다소 공공이 많은 장소에 공공을 소비하는 형으로 산소석출이 일어나기 쉬우면, 무결함영역의 안쪽에 인접하는 부분에서 산소석출이나 R-OSF가 발생되는 결과로 되는 것은 아닌가 생각된다.

무결함영역의 생성원인이 공공과 격자간 원자수의 균형에 의하고, 그 밸런스는 전술한 바와 같이 응고 직후 고온역에서의 수직방향 온도구배에 의해 지배된다면, 무결함영역의 확대에는, 인상 중인 단결정에 있어서의 수직축방향 온도구배가 중심부 외주표면부와 같게 되도록 하여, 인상속도를 조정하면 좋다고 생각된다. 그러나 실제로는 온도구배를 완전히 같게 하면, 중심부의 적외선 산란체가 거의 소실되는 조건이며, 웨이퍼의 주변부에 전위클러스터가 나타나는 경향이 있어, 웨이퍼 전체에서의 Grown-in 결함을 줄이기 위해서는 좁은 조건으로 육성하지 않으면 안 된다. 이것은 공공이나 격자간 원자는 어느 것이나 결정의 표면에까지 이르면 소실되어 버리기 때문에, 단결정의 표면에 가까운 부분에서는 이들의 농도가 낮고, 내부에서 표면으로의 수평방향 농도확산이 일어나고 있기 때문이라 생각된다. 이 경우도 공공 쪽이 확산속도가 빠르기 때문에 격자간 원자의 농도가 상대적으로 증가되어 표면부에 전위클러스터를 발생시키는 경향이 된다. 따라서 중심부보다 표면부의 수직방향 온도구배를 작게 해 주면, 공공 표면으로의 확산에 의한 소실을 보충할 수 있어, 표면 가까운 곳에서의 전위클러스터발생을 억지할 수 있다.

제4의 고품질 실리콘 단결정 제조방법을 단결정 육성에 적용하는 경우, 단결정이 응고 후 1250℃로 냉각되기까지의 온도범위에서 결정 내 온도분포를 제어한다. 1250℃까지로 하는 것은 이를 밑도는 온도까지 냉각되면 온도분포 제어에 의한 무결함영역 확대효과가 얻어지지 않기 때문이다.

육성 중 응고 후 1250℃로 냉각하기까지의 온도범위에 있어서 단결정 중심부의 수직방향 온도구배는 2.6℃/mm 이상이 되도록 한다. 이것은 2.6℃/mm를 밑돌면 R-OSF 폭을 확대하는 것이 곤란하게 되어, Grown-in 결함이 없는 부분을 확대할 수 없게 되기 때문이다. 이는 공공의 단결정표면방향 확산보다, 온도구배에 의한 수직방향 확산에 의한 소실을 우선시켜, R-OSF 폭을 확대하기 위해서 중요하다고 생각된다. 이 온도구배는 Grown-in 결함 발생 억지의 점에서는 커도 괜찮지만, 냉각수단을 한층 더 강화할 필요가 있고, 그 위에 단거리에서의 수축에 의한 왜곡 때문에, 바람직하지 못한 전위가 발생하므로, 현실로는 6.0℃/mm 정도까지이다. 또 바람직한 것은 3.5∼4.5℃/mm이다.

또 제4의 고품질 실리콘 단결정 제조방법에서는, 단결정 인상 육성 중 응고점에서 1250℃까지 냉각하는 부분에 있어서, 중심축에 평행한 수직방향 온도구배를 결정 중심부에 대하여 외주면부가 작게 한다. 통상의 육성인 경우 단결정 인상 중 그 온도역에 있어서는 외주면부 온도구배는 중심부보다 크다. 즉 육성 중인 단결정의 고액계면은 용융액면과 거의 같은 면상에 있어 같은 온도이기 때문에, 용융액면에서 수직방향으로 같은 거리에 있는 위치에서는 중심부에 대하여 외주면부 쪽이 온도가 낮게 되어 있다.

이에 대하여 제4의 고품질 실리콘 단결정 제조방법의 경우, 외주면부의 온도구배를 중심부보다 작게 하기 때문에, 용융액면으로부터 수직방향으로 같은 거리에 있는 위치에서는 외주부 온도는 중심부보다 높게 된다. 바꿔 말하면 결정의 인상축에 평행한 수직방향 온도구배가, 인상축과 직교하는 면상의 임의의 위치에서는, 중심부와 그 위치를 연결하는 선 위의 어떤 위치보다도 작다는 것이다. 이와 같이 외주면부의 수직방향 온도구배를 중심부보다 작게 하는 것은, 이에 의해 웨이퍼 상에서 관찰되는 R-OSP의 폭을 넓힐 수 있기 때문이다. 외주면부의 온도구배가 중심부보다 커지면 R-OSF 폭을 확대할 수 없게 된다.

단결정으로부터 잘라낸 성장축과 수직인 면, 즉 웨이퍼 면에서 검출되는 R-OSF의 바깥지름은 육성된 결정 지름의 0∼60%가 되는 범위로 한다. 이 R-OSF의 바깥지름은 육성속도에 따라 변화하지만, 인상 중인 단결정의 온도조건 또는 육성 중인 단결정의 핫존 구성에 따라, 같은 바깥지름으로 되는 속도는 다르다. 그래서 육성에 사용하는 설비로, 인상속도를 바꾸어 R-OSF의 바깥지름 변화를 실험적으로 구하여 그 바깥지름이 상기 범위 내로 되는 속도로 육성한다.

R-OSF의 바깥지름이 60%를 넘는 빠른 인상속도에서는 단결정의 중심부에 적외선 산란체가 생기는 부분이 남는다. 또 인상속도가 느리게 되면 R-OSF의 바깥지름은 점차로 작게 되어 드디어는 0%로 된다. 0%가 된 속도보다 더욱 인상속도를 낮추면, 전위클러스터결함이 발생되어 간다. 그래서 R-OSF의 바깥지름이 단결정 지름의 0∼60%가 되는 인상속도로 육성한다.

단결정 인상 육성시에, 결정 중심부의 수직방향 온도구배를 2.6℃/1mm 이상으로 하고, 외주면부에서는 중심부보다 낮은 온도구배로 하기 위해서는 인상 중인 단결정의 상부는 방냉(放冷)이 아닌 강제 냉각을 하고, 용융액면으로부터 일정 높이까지는 표면을 보온 내지는 가열하지 않으면 안 된다. 상부를 냉각함으로써 응고 직후 단결정의 중심부는 열전도로 냉각되며, 그 외주부는 보온 내지는 가열에 의해 내부보다 온도를 높게 할 수 있다. 인상 중에 단결정상부를 강제 냉각하기 위해서는 어떤 방법이라도 좋지만 냉각해야 할 부위에 찬 분위기가스를 취입(吹入)하거나 냉각된 물체를 가까이 하는 등의 수단을 적용할 수 있다. 예를 들어 단결정과 동축인 수냉원통으로 단결정상부를 덮는 방법을 채용한다면, 원통의 하단을 용융액면으로부터 특정 거리만큼 떨어져 설치하면 단결정의 용융액면에서 원통 하단까지 사이의 표면부는 용융액면으로부터의 복사와 도가니 가열용 히터로부터의 열에 의해 보온되며, 단결정 상부의 냉각에 의한 열전달로 같은 수평위치의 중심부는 더욱 온도가 낮은 상황을 실현할 수 있다.

그 경우 단결정 내부의 온도분포는, 단결정표면의 온도 실측과, 전열해석 시뮬레이션법으로 계산에 의해 구한다. 이 전열해석 방법은 통상 실리콘 단결정 육성시 사용되는 시뮬레이션법을 적용하면 된다. 이 경우 핫존 즉 상기 단결정 내부의 온도분포를 실현하기 위한 용융액면으로부터 위의 냉각부분 구성을 정하고, 육성 중인 단결정에 열전대를 삽입하여 온도를 실측하거나 인상 중인 단결정 표면온도 측정 등의 방법에 의해서 데이터를 취해 보정하면 더욱 정확히 온도분포를 추정할 수 있다.

또 이와 같이 육성 중인 단결정의 수직방향 온도구배 분포를 제어하기 위해서 냉각을 제어하여 R-OSF의 바깥지름을 60% 이하로 하는 경우, 특히 냉각을 제어하지 않는 통상의 경우에 비해 인상속도를 빠르게 하지 않으면 안 된다. 이것은 보다 결함이 적은 단결정을 보다 빠른 인상속도로 육성할 수 있음을 나타내고 있다.

제4의 고품질 실리콘 단결정을 평가하기 위해 실시예 13, 14에 따라 지름 8"Φ인 실리콘 단결정을 제조하여 R-OSF의 형태 및 결정결함의 발생상황에 관해서 조사하였다.

4-1. 실시예 13

단결정 제조장치를 사용하여, 8인치의 실리콘 단결정을 육성하였다. 도가니 안에 원료로 다결정 실리콘 120kg을 충전하고, 그 속에 결정의 전기저항이 10Ωcm 정도가 되도록 p형 불순물인 브롬을 첨가하였다. 도 26에 사용된 단결정 제조장치 단면의 모식도를 나타내는데, 이 단결정 제조장치에서는 인상되는 단결정의 상부를 냉각하기 위해서, 하단을 밀폐하고 내부를 수냉할 수 있도록 한 2중 스테인레스제 냉각용 원통(7)을, 인상되는 단결정의 중심축과 동축의 위치에서 상하로 이동할 수 있게 설치하고 있다. 8인치의 실리콘 단결정에 대해 냉각용 원통(7)의 안지름은 240mm로 하였다.

장치 내를 아르곤 감압의 분위기로 하고, 히터(2)에 의하여 도가니 내 실리콘을 용해한 뒤, 종결정을 용융액(3)에 접촉시켜 인상하여, 넥(neck), 쇼울더, 바디로 이행하였다. 냉각용 원통(7)은 그 하단 위치를 용융액면으로부터 150mm로 하였다. 소정 단결정 지름에 이르고 나서 히터(2)의 전류를 조정하여 인상속도를 1.5mm/분으로 육성을 계속하고, 냉각용 원통(7) 속에 쇼울더부가 들어간 직후 인상속도를 낮추기 시작하였다. 단결정(6)의 성장과 함께 도가니 내 용융액(3)은 감소되어 가기 때문에, 도가니(1)를 상승시켜 용융액면은 항상 같은 위치에 있도록 하였다. 단결정의 바디길이를 800mm까지 성장시키는 사이에, 연속하여 인상속도를 저하시켜 0.5mm/분에 이르고 나서, 그 상태로 더욱 200mm 성장시킨 뒤 넥킹하여 육성을 종료하였다. 인상 중인 단결정의 용융점으로부터 1250℃까지 사이의 온도구배에 대해서는 전열해석 시뮬레이션 계산 결과, 결정 중심부에서는 3.8∼4.0℃/분, 외주표면부에서는 3.2∼3.7℃/분이며, 인상속도가 변하여도 거의 바뀌지 않았다. 얻어진 단결정을 결정의 중심축을 따라 세로방향으로 절단하고, 두께 1.4mm의 중심축을 포함하는 슬라이스편을 잘라내어, 16 중량%의 질산동수용액에 침지하고, Cu를 부착시켜서, 900℃에서 20분간 가열하여 냉각 후, X선 토포그라프법에 의해 결함의 분포를 조사하였다.

도 27은 실시예 13에 의한 결함분포 조사결과를 나타내는 도면이다. 도 27은 육성의 인상속도에 대응시킨 결함분포를 모식적으로 나타낸 것이다. 통상의, 단결정 중심축에 대해 수직인 면의 웨이퍼를 채취하였다면, 인상속도 0.87mm/분에서 R-OSF의 바깥지름은 결정지름의 60%로 되며, 이보다 느린 인상속도에서는 작게 된다. 이 0.87mm/분의 속도로 인상한 경우, 중심부에 R-OSF의 안쪽영역이 잔존하지만, 이 부분의 적외선 산란체 밀도는 종래의 방법에 의한 웨이퍼의 1/3 이하이었다. 인상속도가 0.85mm/분 이하로 되면 R-OSF는 거의 소실되고, 0.79mm/분을 밑돌게 되면 단결정 외주부 근방으로부터 전위클러스터결함이 발생된다.

이와 같이 육성 중인 단결정의 수직방향 온도구배가 중심부보다 외주면부 쪽이 낮게 되도록 하여 인상속도를 제어함으로써, 적외선 산란체 결함도, 전위클러스터결함도 극히 적은 웨이퍼가 얻어지는 단결정을 육성할 수 있음을 알 수 있다.

4-2. 실시예 14

도 26에 나타난 실시예 13에서 사용한 단결정 제조장치에 의해, 8인치의 실리콘 단결정을 육성하였다. 냉각용 원통 및 그 설정위치는 실시예 13과 완전히 같고, 중심부보다 외주부가 작은 같은 온도구배로 하며, 쇼울더 형성 뒤의 인상속도는 0.82∼0.83mm/분으로 거의 일정하게 하여, 120kg의 다결정 실리콘 소재로부터 바디길이 1000mm의 단결정을 육성하였다. 인상 중인 단결정의 용융점으로부터 1250℃까지 사이의 온도구배는 전열해석 시뮬레이션 계산 결과로는, 결정 중심부에서 3.9∼4.0℃/분, 외주표면부에서는 3.3∼3.5℃/분이었다.

비교를 위해 같은 단결정 제조장치를 사용하여, 이번에는 냉각용 원통(7)을 제거한 종래 방법에서의 8인치의 단결정을 육성하였다. 인상속도는 종래와 마찬가지로 R-OSF가 외주부에 오도록 0.47mm/분으로 하였다. 이 경우 육성 중인 단결정의, 용융점에서 1250℃까지 사이의 온도구배는, 전열해석 시뮬레이션 계산의 결과에 의하면 결정 중심부에서는 2.0∼2.1℃/mm, 외주표면부에서는 1.8∼1.9℃/mm이었다.

얻어진 2종의 단결정에 대해 각각 상부, 중앙부 및 하부 3곳에서 채취한 웨이퍼에 의해, R-OSF의 바깥지름을 실시예 13과 같은 방법에 의해 검출하여 측정하였다. 또 각 웨이퍼의 중심부, 지름의 1/2 위치, 및 외주부의 3곳에서 채취한 시험편에 의해 적외선 산란체 결함의 밀도를 적외선 토모그라프법, 전위클러스터결함의 밀도를 세코에칭법으로 각각 조사하였다. 게다가 이와 같은 결함의 분포를 조사한 웨이퍼에 인접하는 위치에서 채취한 웨이퍼에, 소정 열처리 등을 한 뒤, 디바이스의 게이트구조를 시공하고, 25nm의 산화막두께에 있어서의 초기산화막 내압특성(TZDB)을 측정하여 그 양품률을 구하였다.

표 1에 이 조사결과를 정리하여 나타낸다. 적외선 산란체 결함 및 전위클러스터결함의 밀도는 웨이퍼의 3곳 위치에서의 결과의 평균값을 나타내고 있다. 이로부터 분명하듯이 본 발명에서 정하는 방법으로 육성된 단결정에서 얻어진 웨이퍼는 종래의 제조방법에 의한 것과 비교하여, 적외선 산란체나 전위클러스터 등의 Grown-in 결함은 적고, TZDB의 양품률이 높은 품질이 뛰어난 것으로 되어 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 제4의 고품질 실리콘 단결정 및 그 제조방법에 의하면, CZ법으로 전위클러스터나 적외선 산란체 같은 Grown-in 결함을 될 수 있는 한 적게 한 지름이 크고 긴 고품질 단결정을, 보다 빠른 인상속도, 즉 보다 높은 생산성으로 제조할 수 있다. 이렇게 하여 얻어진 단결정으로부터 얻어지는 웨이퍼는 디바이스특성을 열화시키는 유해한 결함이 적기 때문에, 이후 디바이스가 더욱 고집적도화 또는 소형화되는데 대해 효과적으로 적용할 수 있다.

5. 제5의 고품질 실리콘 단결정 및 그 제조방법

CZ법에 의하여 융액으로부터 실리콘 단결정을 육성할 때, 고액계면으로부터 결정 내에 도입된 공공, 및 격자간Si의 확산거동으로부터, 공공이 과잉상태로 냉각되면 적외선 산란체 결함이 되고, 격자간Si가 과잉인 상태에서는 전위클러스터결함이 되지만, 공공과 격자간Si가 균형이 맞는 경우에 양 결함이 소실되고, 그 근방에 R-OSF나 산소석출 촉진영역이 생길 수 있다고 가정할 수 있다. 이 생각을 더욱 발전시키면 전술한 특개평 8-330316호 공보에 개시된 바와 같이, 응고 직후 실리콘 단결정 내의 인상축방향 평균 온도구배를 결정 중심부와 결정 외주부에서 거의 같게 하거나, 중심부에서 외주부 쪽을 향하여 서서히 작게 되도록 하면 된다. 그러나 특개평 8-330316호 공보에는 이와 같은 결정 내 온도분포를 단결정 인상 육성 중에 실현시키는 구체적 수단은 나타나 있지 않다.

제5의 고품질 실리콘 단결정 및 그 제조방법을 검토하는데 있어서, 응고 직후 실리콘 단결정 내부의 인상축방향 온도구배를 바꾸기 위해, 우선 육성 중인 결정의 주위에 냉각 또는 보온을 목적으로 한 열차폐체(熱遮蔽體) 등을 설치하는 것을 조사하였다. 그러나 융액면에 이물(異物)을 접근시키기 때문에 생기는 오염이나 조업에 지장을 초래하는 등의 문제 때문에 반드시 충분한 효과를 얻을 수 없었다. 그래서 다음으로 통상 단결정 육성시 적용되고 있는 인상 중인 단결정 및 도가니의 회전에 관해, 그 속도를 바꾸는데 따른 효과를 조사하였다. 그 결과 도가니, 또는 단결정, 또는 이들 양쪽의 회전속도를 제어하여 인상속도를 한정함으로써, 적외선 산란체 결함도 전위클러스터결함도 극히 적은 웨이퍼 등이 얻어지는 단결정을 제조할 수 있음이 분명하게 되었다.

도 28은 인상되는 단결정의 고액계면을 모식적으로 나타내는 도면이다. 인상 중인 단결정은 응고잠열이 단결정표면에서 대부분 방산되기 때문에 내부보다 표면쪽이 빨리 냉각된다. 이 때문에 표면보다 내부 쪽이 온도가 높아, 통상 응고계면 내지 고액계면은, 단결정의 중심부 쪽이 표면부보다 높은 위로 볼록한 형상으로 되는 경향이 있다. 그리고 결정 내부의 온도분포도 인상축에 대해 수직인 면상에서는 중심부 쪽이 높다. 즉 모식적으로 나타내면 도 28(a)와 같이 되어 있다. 여기서 고액계면 위는 실리콘의 응고점 온도인 일정 온도로 유지되고 있기 때문에, 그로부터 단결정 내부의 인상축방향의 같은 온도차(ΔT)의 등온선까지의 간격을 생각하면, 중심부 거리(Lc) 쪽이 표면부 거리(Ls)보다 크다. 즉 단결정 중심부의 인상축방향 온도구배 Gc(=ΔT/Lc)는 단결정 표면부의 동 방향 온도구배 Gs(=ΔT/Ls)보다 작다.

이에 대해 단결정 인상 직후의 냉각조건이 같다면, 도 28(b)에 도시된 바와 같이 고액계면을 단결정 내의 등온선보다 위로 볼록한 형상으로 하면 Lc보다 Ls쪽이 커져, Gc를 Gs보다 크게 할 수 있다. 그리고 응고 직후에 Gc≥Gs로 할 수 있으면, 뒤에 설명하는 바와 같이 상기 도 2의 인상속도변화에 동반하는 R-OSF의 V자형 분포의 위로 열린 각도를 확대할 가능성이 있다. 그래서 이 상태를 실현하는 방법을 검토하였다.

단결정 인상속도를 빠르게 하면 고액계면은 위로 볼록한 형상의 경향이 강하게 된다. 이것은 인상속도가 빠르게 될수록 단결정 중심부 응고잠열의 발산이 바깥표면부에서의 방산(放散)보다 늦어, 중심부와 주변부의 온도차가 커지기 때문이다. 그러나 단지 인상속도를 빠르게 하는 것은 위로 볼록한 형상의 고액계면이 얻어졌다고 해도, 적외선 산란체 결함을 증가시키게 되어 바람직하지 않다. 한편 인상속도가 느리게 되면 고액계면은 위로 볼록한 형상으로부터 평탄하게, 그리고 아래로 볼록한 형상으로 되어 간다. 이는 인상속도가 저하됨으로써, 결정고화(結晶固化)에 의한 잠열이 결정으로부터 방산되는 시간이 확보되어, 중심부에 열이 멈추는 효과가 작게 되어, Ls를 크게 하는 경향이 되기 때문이다. 그러나 이 또한 단순한 인상속도 저하로서는, 전위클러스터결함이 생긴다.

단결정 육성 중 중심대칭성이 좋은 고액계면에서의 온도분포 실현, 열대류에 기인하는 불규칙 온도변화 완화, 불순물이나 첨가원소 균일화 등의 목적으로, 일반적으로는 도가니는 5∼15회전/분, 단결정은 15∼30회전/분 정도의 속도로 회전된다. 도가니 내의 융액은 도가니 외주로부터 히터로 가열되기 때문에, 도가니의 측벽 근방에서는 상승, 중심부에서는 하강의 자연대류가 생기지만, 도가니에 회전을 부여하면 도가니 내 융액 이동이 구속된다. 그러나 도가니의 회전은 빠르게 하면, 위로 볼록한 형상의 고액계면이 얻어지기 어렵게 되는 경향이 있어, 될 수 있는 한 회전속도를 느리게 하는 것이 바람직함을 알았다. 단결정의 회전은 도가니 내 융액의 강제대류 즉 흐름을 생기게 한다. 이 강제대류는 도가니 중심에서의 상승류로, 단결정 중앙부는 상대적으로 온도가 높은 융액이 되고, 이로부터 주변부로 유동하여 가기 때문에, 고액계면의 중앙부 온도를 보다 높여 위로 볼록한 경향을 강화한다.

이렇게 하여 R-OSF의 바깥지름이 충분히 작게 되는 인상속도 영역에서 도가니의 회전속도, 단결정 회전속도를 조합하여, 고액계면이 평탄 또는 위로 볼록한 형상이 되도록 하여 도 28(b)에 도시한 바와 같은 온도분포를 실현시킨다. 이에 따라 적외선 산란체 및 전위클러스터의 Grown-in 결함이 극히 적은 웨이퍼가 얻어지는 단결정이 제조될 수 있음이 판명되었다. 그래서 더욱 이들 제조조건의 한계를 명확히 하여 제5의 고품질 실리콘 단결정 제조방법을 완성시켰다.

그 제조방법은 결정 내부에 생기는 R-OSF의 바깥지름이, 결정 지름의 0∼60% 범위에 포함되는 저속으로, 육성 중인 단결정과 융액의 고액계면 형상이 평탄하거나 위로 볼록하게 되는 상태로 인상하는 것을 특징으로 하고 있다. 이 제조방법에서는 도가니의 회전속도를 5회전/분 이하 및/또는 단결정의 회전속도를 13회전/분 이상으로 하는 것이 바람직하다.

여기서 응고 직후 단결정 내부의 인상축방향 온도구배가, 결정 중심부와 결정외주부에서 같아지거나 중심부에서 외주부 쪽을 향하여 서서히 작아지는 경우, 인상속도를 적절하게 선정함으로써 무결함영역이 확대되는 이유에 관해 생각해 본다. 우선 단결정 육성의 인상시, 융액은 응고하여 고체결정으로 변화되어 가지만, 랜덤한 원자배열의 액상으로부터 정연하게 원자가 배열되는 고상으로 이행하기 위해, 그 고액계면 근방의 고상에는 있어야 될 원자가 빠진 공공이나 여분의 Si원자가 원자의 결정격자배열 사이에 도입된 격자간 원자가 대량으로 존재한다. 응고 직후는 격자간 원자보다 원자가 빠진 상태인 공공 쪽이 많은 것으로 추정된다. 인상에 의해 응고되어 단결정이 된 부분이 고액계면으로부터 떠남에 따라서 원자나 공공의 이동이나 확산 또는 공공과 격자간 원자의 합체 등에 의해서 이들은 소실되어, 정연하게 된 원자배열이 되어가지만, 온도 저하에 의한 이동이나 확산의 속도감퇴에 의해, 다소는 잔존하게 된다.

응고 과정에서 도입된 공공과 격자간 원자는, 수로는 공공 쪽이 많고 고온간에서 이들은 꽤 자유롭게 결정 내를 돌아다닐 수 있으며, 그 이동속도 또는 확산속도는 공공 쪽이 격자간 원자보다 빠르다고 생각된다. 여기서 고온의 결정 중에 존재할 수 있는 공공이나 격자간 원자의 포화한계농도는 어느 것이나 온도가 낮을수록 저하되어 간다. 이 때문에 같은 양이 존재하고 있다고 해도 실질적인 효과로서 온도가 낮은 쪽이 농도로서는 높고 온도가 높은 쪽은 농도가 낮게 된다. 육성 중인 단결정에는 수직방향으로 온도구배가 있어, 이 온도 차이에 의한 실질적 농도차 때문에 저온 쪽에서 고온 쪽, 즉 육성되고 있는 단결정의 위쪽으로부터 고액계면 방향으로의 온도구배에 역행하는 확산이 일어나고 있어, 온도가 낮아질수록 공공이나 격자간 원자의 수는 줄어들어 간다. 공공은 결정격자를 구성하는 원자가 빠진 상태이고 격자간 원자는 원자가 여분으로 존재하는 상태이기 때문에, 이 두개가 부딪히면 서로 상보되어 합체 소실되어 완전한 결정격자가 되는 경향이 있다.

육성 중인 결정의 수직인상축방향 온도구배는, 핫존 즉 인상 중인 단결정의 냉각부분 구조가 같으면, 인상속도가 바뀌어도 거의 변화되지 않는다. 그리고 이와 같은 공공과 격자간 원자의 확산이나 합체소실은 응고점(1412℃)으로부터 1250℃ 전후까지의 온도범위에서 활발히 진행되며, 그 이하의 온도에서도 속도는 느리게 되지만 확산에 의한 합체소실은 진행되어 가는 것으로 추정된다. 동일 온도영역에서 온도구배가 같은 경우 온도구배에 역행하여 고액계면 방향으로 확산되는 시간 당 공공량은 거의 같기 때문에 인상속도가 빠르게 되면 격자간 원자에 비하여 과잉의 공공이 남은 상태로 온도가 떨어져 간다. 그리고 표면으로의 확산이나 합체에 의한 소실이 다소 진행되었다고 해도, 이것이 결정 내에 결함으로 되어 흔적을 남기는 결과가 되어 적외선 산란체의 원인이 된다고 생각된다. 이는 상기 도 2의 인상속도가 큰 부분에 해당된다. 한편 인상속도가 느린 도 2의 아래쪽에 해당되는 경우 공공의 확산 소실은 충분히 진행되지만 격자간 원자는 공공보다 확산속도가 느리기 때문에, 상대적으로 공공이 부족하게 된 상태로 온도가 낮아져 최종적으로 남은 격자간 원자가 전위클러스터가 된다. 이렇게 하여 인상속도가 빠른 고속 육성 단결정부분의 결함은 적외선 산란체가 주가 되며, 인상속도가 느린 저속 육성 단결정 쪽에는 전위클러스터가 주가 되지만, 그 중간부분에서의 웨이퍼에는 양쪽 결정부분이 존재하게 된다.

통상의 단결정인상 육성방법의 경우, 응고 직후에는 도 28(a)에 설명된 것과 같이 중심부의 온도구배 Gc보다 표면부의 온도구배 Gs가 크다. 즉 온도구배에 근거한 확산에 의해 공공이나 격자간 원자의 농도저하가 표면부에서는 중심부보다 빠르게 진행된다. 단 공공 쪽이 격자간 원자보다 확산속도가 훨씬 빠르기 때문에 인상축에 수직인 웨이퍼면상에서는 공공 농도는 결정 내 등온선에 가까운 농도분포가 되는데 대하여, 격자간 원자는 인상축에 수직인 면상에서는 거의 같은 정도의 농도분포에 멈춰 있다. 게다가 공공이나 격자간 원자로서의 결함은 결정표면에 도달하면 소실되기 때문에, 표면부분의 농도가 낮고, 온도구배에 의한 확산 외에 표면방향으로의 농도구배에 의한 확산도 일어나고 있다.

도 29는 인상되는 단결정에 있어서의 중심부 및 표면부의 온도구배 및 공공 및 격자간 원자 농도의 관계를 설명하는 도면이다. 전술한 통상의 단결정 인상 육성방법의 경우의 관계를 모식적으로 나타내면 도 29(a)와 같이 되어 있다고 추정된다. 공공과 격자간 원자 사이에 농도분포차가 있었다고 해도 인상속도가 빠르면 공공 쪽이 과잉이며, 전체로 적외선 산란체 결함이 발생하기 쉬운 고속 육성 단결정이 되며, 인상속도가 느리면 격자간 원자가 과잉으로 되어 전체가 전위클러스터의 발생이 쉬운 저속 육성 단결정이 된다.

그러나 그 중간 인상속도의 경우 공공의 농도와 격자간 원자 농도가 접근된 상태에서 온도가 낮아지지만, 인상축방향 온도구배와 확산속도가 서로 달라 각각의 농도분포가 다르기 때문에, 도 29(a)의 중간부에 도시된 바와 같이 격자간 원자에 대하여 단결정 중심부에서는 공공이 과잉으로 되며,표면에 가까운 부분에서는 공공이 부족한 상태가 된다. 즉 상기 도 3에 도시한 바와 같은, 중심부에는 적외선 산란체 결함, 외주의 표면 가까이는 전위클러스터결함이 주로 분포하는 결과가 된다. 그리고 표면부와 중심부의 중간 부분에서는 공공과 격자간 원자 수가 균형이 맞아, 이 두개가 합체하여 소실되기 때문에, 고속육성 단결정 또는 저속육성 단결정에 발생하는 어떤 Grown-in 결함도 존재하지 않는 무결함영역이 될 수 있고, 거의 같은 장소에 R-OSF가 나타난다. OSF 생성의 원인은 산소석출물이 중심으로 되기 때문이고 R-OSF에 접하여 산소석출 촉진영역이 존재하는 것도 이를 뒷받침하고 있다. R-OSF나 산소석출 촉진영역에는 적외선 산란체나 전위클러스터 등의 Grown-in 결함은 존재하지 않지만, 산소석출물이 석출될 때 공공 등은 이들의 석출핵으로 된다고 생각되고 있어, 이들 영역에서는 공공이 다소 남아도 산소석출에 의해 소실되어 버리는 것은 아닌가 생각된다. 이와 같이 단결정 지름방향의 농도분포로서, 공공 쪽이 격자간 원자보다 중심부와 표면부의 차가 큰 것이, 인상속도의 저하와 동시에 R-OSF나 무결함영역의 지름이 작게 되는, 도 3의 V자형 분포를 가져오는 원인으로 추정된다.

이상과 같이 무결함영역의 생성원인이 공공과 격자간 원자 수의 균형에 의하며, 그 균형은 전술한 것과 같이 응고 직후 온도영역에서의 수직방향 온도구배에 의해 지배된다면, 무결함영역의 확대에는, 인상 중인 단결정에 있어서의 인상축방향 온도구배의 크기가, 인상축에 대한 수직면 내, 즉 웨이퍼면 내에서 같게 되도록 하여, 인상속도를 조정하면 된다고 생각된다. 단 이 온도구배에 근거하는 확산 외에 결정표면방향으로의 확산이 있어, 인상축방향 온도구배를 중심부와 표면부에서 동일하게 하면, 표면부에서의 공공 농도가 너무 낮기 때문에 표면부의 인상축방향 온도구배를 중심부보다 작게 하는 쪽이 바람직하다.

제5의 고품질 실리콘 단결정에서는 인상속도를 R-OSF가 웨이퍼 중심 쪽에 위치하도록 느리게 한 뒤, 이 인상축방향 온도구배를, 단결정 중심부와 표면부가 같거나 표면부를 약간 작게 하는 방법으로 고액계면 형태를 평탄 또는 위로 볼록한 형상으로 한다. 이렇게 하여 도 29(b)에 도시된 바와 같이 공공의 농도분포는 더욱 평탄화되어 격자간 원자의 농도분포에 접근하고, 인상속도를 선정함으로써 무결함영역이 확대된 단결정이 얻어진다.

제5의 고품질 실리콘 단결정의 제조방법에서는 웨이퍼에서 관찰되는 R-OSF 바깥지름이 결정 지름의 0∼60%가 되는 속도로 인상한다. 이때 육성 중인 단결정의 응고점에서 약 1250℃까지의 온도범위 부분에서의 인상축방향 평균 온도구배가, 단결정 중심부와 표면부가 같게 되도록 하거나, 중심부보다 표면부 쪽을 작게 함으로써, 적외선 산란체나 전위클러스터 등의 Grown-in 결함을 극히 적게 한 실리콘 단결정의 제조방법이다. 인상속도를 이와 같이 낮게 하면 통상 고액계면은 평탄한 것에서 아래로 볼록하게 되는 경향이 되는 경향이 있는데, 상기 결정 내 온도분포를 얻기 위해서는 육성 중인 단결정의 고액계면 형상을 평탄 또는 위로 볼록한 형상으로 할 필요가 있다.

제5의 고품질 실리콘 단결정의 제조방법에서 단결정 육성시의 인상속도는, 웨이퍼 상에서 관찰되는 R-OSF의 바깥지름이 단결정 지름의 0∼60% 범위인 것으로 한다. 이 R-OSF의 바깥지름은 인상속도에 의해 변화되며, 인상 중인 단결정의 온도조건 또는 육성 중인 단결정의 핫존의 구성에 따라, 같은 바깥지름이 되는 속도는 다르다. 그래서 육성에 사용하는 설비로, 인상속도를 바꾸어 R-OSF의 바깥지름 변화를 실험적으로 구하여, 그 바깥지름이 상기 범위 내가 되는 속도로 육성한다.

R-OSF의 바깥지름이 60%를 넘는 빠른 인상속도에서는, 단결정의 중심부에 적외선 산란체가 생기는 부분이 남는다. 또 인상속도가 느리게 되면 R-OSF의 바깥지름은 점차로 작게 되어 드디어는 0%로 된다. 0%가 된 속도보다 더욱 인상속도를 낮추면 전위클러스터결함이 발생되어 버린다. 그래서 R-OSF의 바깥지름이 단결정 지름의 0∼60%가 되는 인상속도로 육성한다. 이와 같은 인상속도의 구체적 수치범위는, 사용하는 단결정 제조장치의 구조 특히 핫존의 구조에 따라 다르기 때문에, 실제로 단결정을 육성하고 그 단결정으로부터 웨이퍼를 채취하여 R-OSF를 관찰하여 선정하는 것이 좋다.

고액계면의 형상은 평탄 또는 위로 볼록한 상태로 인상하는 것으로 한다. 인상 육성 중에 고액계면의 형상은 반드시 확인할 수 없지만, 인상 도중의 중단 또는 육성 후의 단결정 관찰로부터 알 수 있다. 예를 들어 인상 종료 후의 결정을 길이방향으로 분할 가공하여, 고산소농도인 경우에는 800℃×4h+1000℃×16h의 열처리를 행하고, 저산소농도인 경우에는 약 650℃의 노내에 투입하여 5℃/분으로 900℃까지 가열 후, 20시간 균열(均熱)하고, 그후 10℃/분으로 1000℃로 승온하여, 그 온도에서 10시간 균열하는 열처리를 하여 결정 중에 산소를 석출시킨다. 이후 고액계면 형상을 나타내는 줄무늬(striation)를 X선 토포그라프(topograph)를 사용하여 관찰할 수 있다.

고액외면(高液外面)의 형상을 평탄 또는 위로 볼록한 형상으로 함으로써, 응고직후 단결정 내의 인상축방향 온도구배를 중심부보다 표면부를 작게 할 수 있기 때문이다. 또 인상 직후의 단결정표면은, 융액면이나 히터로부터의 복사에 의해 가열되며, 인상속도가 낮게 되면, 중심부의 수직방향 온도구배보다 표면부 온도구배 쪽이 작게 되는 경우가 있는데, 그 경우에는, 고액계면은 평탄하게 되어 있어도 된다.

도가니는 히터로부터의 가열을 균일화시켜, 소정 형상의 단결정을 얻기 위해서 단결정 육성 중에는 회전시키지 않으면 안 된다. 그러나 그 회전속도는, 본 발명에 있어서는 5rpm 이하로 한다. 이것은 도가니의 회전속도를 높이면, 웨이퍼면 전면(全面)의 결함을 극히 적게 하기가 곤란하게 되어온 까닭이다. 도가니의 회전은 도가니 내 융액의 유동을 구속한다. 이 때문에 그 회전수가 증가하여 5rpm을 넘으면, 고액계면이 평탄 또는 위로 볼록한 상태가 되는 융액의 흐름을 저해한다고 생각된다.

도가니의 회전속도의 효과를 비교하기 위해, 단결정 제조장치를 사용하여, 전기저항이 10Ωcm가 되도록 p형 불순물(dopant)인 브롬을 첨가한 원료의 실리콘 다결정 120kg을 용융하여, 8인치의 단결정을 육성할 때, 도가니의 회전속도를 바꾸어, 인상속도를 연속적으로 변화시켜, 결함 분포의 변화를 조사하였다.

도 30은 도가니의 회전속도를 10rpm, 3rpm 또는 1rpm으로 변화시킨 경우의 결함분포를 조사한 결과를 나타내는 도면이다. 동 도면에서, 단결정 회전속도는 20rpm으로 일정하게 하며, 쇼울더를 형성시키고 나서, 인상속도를 0.7mm/분으로 약 50mm 육성시킨 뒤, 인상속도를 0.3mm/분까지 연속적으로 저하시켜, 바디길이 약 1000mm의 단결정을 육성한 것으로서, 얻어진 단결정 중심부의, 인상축에 평행한 수직단면에 있어서의 결함분포의 상태를 모식적으로 나타내고 있다. 이로부터 인상속도를 바꾼 경우 웨이퍼의 결함분포를 추정할 수 있다.

도 30(a)에 나타난 도가니의 회전속도가 10rpm인 경우, 인상속도를 낮추면, R-OSF는 외주부에서 중심부로 이동하고, 그에 따라, R-OSF의 안쪽에 발생하기 쉬운 적외선 산란체 결함을 줄일 수 있지만, 이번에는 외주부분에 전위클러스터결함이 발생된다. 즉 인상속도를 어떻게 바꾸어도, 적외선 산란체 또는 전위클러스터의 Grown-in 결함이 없는 웨이퍼를 얻을 수 없다. 이에 대하여, 도 30(b)에 나타난 도가니의 회전속도가 3rpm인 경우, 인상속도를 저하시켜 R-OSF의 바깥지름을 작게 하면, Grown-in 결함이 거의 존재하지 않는 웨이퍼가 얻어진다. 게다가 도 30(c)와 같이 도가니의 회전속도를 1rpm으로 하면, R-OSF의 바깥지름을 작게 하거나 없애버리는 폭넓은 인상속도범위로, Grown-in 결함이 없는 웨이퍼가 얻어지는 단결정을 제조할 수 있다.

이상과 같이, 도가니의 회전속도는 5rpm 이하로 하지만, 그 하한은 특히 한정되지 않으며, 0rpm이어도 된다.

인상 중인 단결정은, 회전속도를 13회전/분 이상으로 회전시키지 않으면 않된다. 이것은 도가니의 중심부에서 상승류, 도가니벽 근방에서 하강류의 강제대류를 충분히 발생시키기 위해 필요하다. 이 융액의 유동에 의해, 도가니의 중심부, 즉 육성 중인 결정 아래면 중앙부에 융액의 온도가 높은 상승류가 적용되어, 고액계면을 위로 볼록한 상태로 유지할 수 있다. 단결정의 회전속도가 13회전/분을 밑돌면, 웨이퍼면 전면에 걸쳐 결함이 적은 단결정을 얻을 수 없게 된다. 한편 회전속도가 지나치게 커지면, 웨이퍼 결함이 극히 적은 범위가 감소되어, 결정의 성장속도도 저하되어진다. 이것은 상승류가 고액계면 근방을 통과하는 속도가 지나치게 빠르게 되어, 계면이 충분히 위로 볼록한 상태를 실현할 수 없게 되기 때문이라 생각된다. 따라서 회전속도는 30회전/분까지로 하는 것이 바람직하다. 즉 결정의 회전속도는 13회전/분 이상으로 하지만, 바람직하게는 15∼30회전/분이다.

융액으로부터 인상되는 단결정의 냉각부분, 즉 핫존의 구조는 특히 규제되지 않는다. 그러나 응고로부터 약 1250℃까지의 온도범위에서는, 단결정 표면부분의 인상축방향 온도구배는 크지 않은 것이 바람직하기 때문에, 융액면 바로 위의 단결정 표면은, 도가니벽 또는 히터로부터의 복사열을 특별히 차폐하지 않는 구조로 하는 것이 바람직하다.

5-1. 실시예 15

도 1에 나타난 단결정 제조장치를 사용하여, 결정회전속도 및 도가니 회전속도를 바꾸어, 8인치의 실리콘 단결정을 육성하였다. 도가니 내에 원료로서 다결정 실리콘 120kg을 충전하고, 그 속에 결정의 전기저항이 10Ωcm 정도가 되도록 p형 불순물인 브롬을 첨가하였다.

도 31은 실시예 15의 조사결과를 나타내는 도면인데, 육성된 단결정의, 인상속도, 결정 및 도가니의 회전속도를 측정한 결과를 나타내고 있다. 단결정의 상부, 중간부 및 하부로부터 웨이퍼를 채취하여, 16 중량%의 질산동수용액에 침지하여 Cu를 부착시키고, 900℃에서 20분간 가열하여 냉각 후, X선 토포그라프법에 의해 OSF링의 위치를 관찰하였다. 또 적외선 산란체 결함의 밀도를 적외선 토모그라프(tomograph)법, 전위클러스터결함의 밀도를 세코에칭법으로 각각 조사하였다. 게다가 이와 같은 결함의 분포를 조사한 웨이퍼에 인접하는 위치로부터 채취한 웨이퍼로, 소정 열처리 등을 한 뒤, 디바이스의 게이트구조를 시공하여, 25nm의 산화막두께에 관한 초기산화막 내압특성(TZDB)을 측정하여, 그 양품률(良品率)을 구하였다.

도 31에, 이들 조사결과를 함께 나타낸다. 적외선 산란체 결함 및 전위클러스터결함의 밀도는, 웨이퍼의 임의의 5곳의 위치에 관한 결과의 평균값을 나타내고 있다. 이로부터 명확한 바와 같이, 본 발명에서 정하는 방법으로 육성한 단결정으로부터 얻어진 웨이퍼는, 종래의 제조방법에 의한 것과 비교하여, 적외선 산란체나 전위클러스터 등의 Grown-in 결함은 적고, TZDB의 양품률이 높은 품질이 뛰어난 것으로 되어있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 제5의 고품질 실리콘 단결정 및 그 제조방법에 의하면, CZ법으로 전위클러스터나 적외선 산란체와 같은 Grown-in 결함을 될 수 있는 한 적게 한 지름이 크고 긴 고품질 단결정을, 높은 효율로 제조할 수 있다. 이렇게 하여 제조된 단결정으로부터 얻어지는 웨이퍼는, 디바이스특성을 떨어뜨리는 유해한 결함이 적기 때문에, 앞으로 디바이스가 더욱 고집적도화나 소형화되는데 대하여 효과적으로 적용할 수 있다.

본 발명의 고품질 실리콘 단결정 및 그 제조방법에서는, 단결정의 인상조건에 의해서 R-OSF의 발생위치를 제어할 수 있고, 그와 동시에 전위클러스터나 적외선 산란체 같은 Grown-in 결함을 될 수 있는 한 적게 한 지름이 크고 긴 고품질 단결정을, 높은 효율로 제조할 수 있게 된다. 이렇게 하여 제조된 단결정으로부터 얻어지는 웨이퍼는, 디바이스특성을 열화시키는 유해한 결함이 적기 때문에, 앞으로 디바이스가 더욱 고집적도화나 소형화되는데 대해 효과적으로 적용할 수 있다. 따라서 본 발명의 고품질 실리콘 단결정 및 그 제조방법은, 반도체용 실리콘 단결정의 제조분야에 이용할 수 있다.

Claims (20)

1. 쵸크랄스키법에 의해 육성되는 실리콘 단결정으로서, 고리모양 산화유기 적층결함의 폭이 육성된 결정 반지름의 8%를 넘어, 전위클러스터결함이 없는 것을 특징으로 하는 고품질 실리콘 단결정.
2. 쵸크랄스키법에 의해 육성되는 실리콘 단결정으로서, 고리모양 산화유기 적층결함의 폭이 육성된 결정 반지름의 8%를 넘고, 또 상기 고리모양 산화유기 적층결함의 안지름이 육성된 결정 지름의 0∼80% 범위에 포함되어, Grown-in 결함이 저밀도이거나 없는 것을 특징으로 하는 고품질 실리콘 단결정.
3. 쵸크랄스키법에 의해 육성되는 실리콘 단결정으로서, 고리모양 산화유기 적층결함의 발생영역의 바깥지름이 육성된 결정 지름의 0∼80% 범위에 포함되어, 전위클러스터결함이 없는 것을 특징으로 하는 고품질 실리콘 단결정.
4. 쵸크랄스키법에 의해 육성되는 실리콘 단결정으로서, 고리모양의 산소석출 촉진영역의 안지름이 육성된 결정 지름의 0∼80%의 범위에 포함되어, 전위클러스터결함이 없는 것을 특징으로 하는 고품질 실리콘 단결정.
5. 쵸크랄스키법에 의해 육성되는 실리콘 단결정으로서, 고리모양의 산소석출량이 작은 영역의 바깥지름이 육성된 결정 지름의 0∼80%의 범위에 포함되어, 전위클러스터결함이 없는 것을 특징으로 하는 고품질 실리콘 단결정.
6. 쵸크랄스키법에 의해 인상될 때에 1250℃∼1000℃ 온도범위의 통과시간이 7시간 이상인 조건에서 육성되는 실리콘 단결정으로서, 고리모양 산화유기 적층결함의 바깥지름이 육성된 결정 지름의 0∼60% 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 고품질 실리콘 단결정.
7. 쵸크랄스키법에 의해 인상될 때에 1250℃∼1000℃ 온도범위의 통과시간이 7시간 이상인 조건에서 육성되는 실리콘 단결정으로서, 산소석출 촉진영역의 안지름 또는 바깥지름이 육성된 결정 지름의 0∼60% 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 고품질 실리콘 단결정.
8. 쵸크랄스키법에 의해 인상될 때에 1250℃∼1000℃ 온도범위의 통과시간이 7시간 이상인 조건에서 육성되는 실리콘 단결정으로서, 고리모양 산소석출량이 작은 영역의 바깥지름이 육성된 결정 지름의 0∼60% 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 고품질 실리콘 단결정.
9. 쵸크랄스키법에 의해 인상될 때에 1250℃∼1000℃ 온도범위의 통과시간이 7시간 이상인 조건에서 육성되는 실리콘 단결정으로서, 적외선 산란체가 검출되는 원형영역의 바깥지름이 육성된 결정 지름의 0∼60% 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 고품질 실리콘 단결정.
10. 육성시 단결정의 1250℃∼1000℃의 온도범위 부분에 있어서 통과시간이 7시간 이상으로 되도록 인상함으로써, 고리모양 산화유기 적층결함의 바깥지름이 육성된 결정 지름의 0∼60% 범위에 포함되는 조건에서 육성하는 것을 특징으로 하는 고품질 실리콘 단결정의 제조방법.
11. 육성시 단결정의 1250℃∼1000℃ 온도범위 부분에 있어서 통과시간이 7시간 이상이 되도록 인상함으로써, 산소석출 촉진영역의 안지름 또는 바깥지름이 육성된 결정 지름의 0∼60% 범위에 포함되는 조건에서 육성하는 것을 특징으로 하는 고품질 실리콘 단결정의 제조방법.
12. 육성시 단결정의 1250℃∼1000℃ 온도범위 부분에 있어서 통과시간이 7시간 이상이 되도록 인상함으로써, 고리모양 산소석출량이 작은 영역의 바깥지름이 육성된 결정 지름의 0∼60% 범위에 포함되는 조건에서 육성하는 것을 특징으로 하는 고품질 실리콘 단결정의 제조방법.
13. 육성시 단결정의 1250℃∼1000℃ 온도범위 부분에 있어서 통과시간이 7시간 이상이 되도록 인상함으로써, 적외선 산란체가 검출되는 원형영역의 바깥지름이 육성된 결정지름의 0∼60% 범위에 포함되는 조건에서 육성하는 것을 특징으로 하는 고품질 실리콘 단결정의 제조방법.
14. 쵸크랄스키법에 의해 인상될 때 단결정의 응고점에서 1250℃까지의 온도범위 부분에 있어서, 결정의 인상축에 평행한 수직방향 온도구배가, 외주면부 쪽이 중심부보다 작고, 또 중심부에서는 2.6℃/mm 이상의 조건으로 육성되는 실리콘 단결정으로서, 고리모양의 산화유기 적층결함의 바깥지름이 육성된 결정 지름의 0∼60% 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 고품질 실리콘 단결정.
15. 육성시 단결정의 응고점부터 1250℃까지의 온도범위 부분에 있어서, 결정의 인상축에 평행한 수직방향 온도구배가, 외주면부 쪽이 중심부보다 작고, 또 중심부에서는 2.6℃/mm 이상이 되어, 고리모양 산화유기 적층결함의 바깥지름이 육성된 결정 지름의 0∼60% 범위에 포함되는 조건으로 육성하는 것을 특징으로 하는 고품질 실리콘 단결정의 제조방법.
16. 쵸크랄스키법에 의해 인상될 때 단결정과 융액의 고액계면 형상이 평탄하거나 위로 볼록하게 되는 상태로 육성되는 실리콘 단결정으로서, 고리모양 산화유기 적층결함의 바깥지름이 육성된 결정 지름의 0∼60% 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 고품질 실리콘 단결정.
17. 단결정 내부에 생기는 고리모양 산화유기 적층결함의 바깥지름이, 결정 지름의 0∼60% 범위에 포함되는 저속으로, 육성 중인 단결정과 융액의 고액계면 형상이 평탄하거나 위로 볼록하게 되는 상태로 인상하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
18. 제17항에 있어서, 도가니의 회전속도를 5회전/분 이하로 하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
19. 제17항에 있어서, 단결정의 회전속도를 13회전/분 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
20. 제17항에 있어서, 도가니의 회전속도를 5회전/분 이하, 단결정의 회전속도를 13회전/분 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.