KR20030059293A

KR20030059293A - Process for controlling thermal history of vacancy-dominated, single crystal silicon

Info

Publication number: KR20030059293A
Application number: KR10-2003-7007250A
Authority: KR
Inventors: 마꼬또 고지마; 야스히로 이시이
Original assignee: 엠이엠씨 일렉트로닉 머티리얼즈, 인크.
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2001-11-26
Publication date: 2003-07-07
Also published as: TW583353B; CN1478156A; EP1346086A2; WO2002044446A3; WO2002044446A2

Abstract

균일한 열 이력을 갖는 단결정 실리콘 잉곳을 생성하기 위한 초크랄스키 방법이 제공된다. 공정에서, 측부 가열기에 공급되는 전력은 잉곳의 본체의 후반부, 선택적으로는 엔드-콘의 성장 동안 감소되는 한편, 동일 부분의 성장동안 저부 가열기에 공급되는 전력은 증가된다. 본 공정은, 잉곳의 상당 부분이, 약 0.2 마이크론보다 큰 라이트 포인트 결함을 더 적게 갖고 게이트 산화물 완전도가 개선된 웨이퍼를 생성해낼 수 있게 한다.A Czochralski method is provided for producing single crystal silicon ingots with uniform thermal history. In the process, the power supplied to the side heater is reduced during the growth of the latter half of the body of the ingot, optionally end-cone, while the power supplied to the bottom heater during the growth of the same portion is increased. The process allows a significant portion of the ingot to produce wafers with less gate point defects with greater than about 0.2 micron and improved gate oxide integrity.

Description

PROCESS FOR CONTROLLING THERMAL HISTORY OF VACANCY-DOMINATED, SINGLE CRYSTAL SILICON}

대부분의 반도체 전자 부품 제조 공정의 출발 물질인 단결정 실리콘은, 통상적으로 소위 초크랄스키 법("Cz")에 의해 제조된다. 이 방법에서는, 다결정 실리콘("폴리실리콘")이 도가니(crucible)에 충진되어 용융되고, 시드 결정을 용융된 실리콘과 접촉시켜, 저속으로 인발(pull)함으로써 단결정이 성장된다. 네크(neck)의 형성이 완료된 후, 원하는 직경 또는 목표 직경에 도달할 때까지 인발 속도(pulling rate) 및/또는 용융 온도를 감소시킴으로써, 단결정의 직경이 커진다. 다음으로, 감소하는 용융체의 액위를 보상하면서 인발 속도 및 용융 온도를 조절함으로써, 거의 일정한 직경을 갖는 결정의 원통형 본체가 성장된다. 성장 공정이 거의 끝날 때쯤 도가니에서 실리콘 용융체가 다 소모되기 전에, 엔드-콘(end-cone)을 형성하기 위하여 결정 직경을 점진적으로 감소시킨다. 전형적으로, 결정의 인발 속도와 도가니에 공급되는 열을 증가시킴으로써 엔드-콘이 형성된다. 직경이 충분히 작아졌을 때, 결정은 용융체로부터 분리된다.Monocrystalline silicon, which is the starting material for most semiconductor electronic component manufacturing processes, is usually produced by the so-called Czochralski method ("Cz"). In this method, polycrystalline silicon (" polysilicon ") is filled into a crucible and melted, and single crystals are grown by pulling seed crystals into contact with the molten silicon and pulling them at low speed. After the formation of the neck is complete, the diameter of the single crystal is increased by decreasing the pulling rate and / or melting temperature until the desired diameter or target diameter is reached. Next, by adjusting the drawing speed and the melting temperature while compensating for the decreasing liquid level of the melt, a cylindrical body of crystal having a substantially constant diameter is grown. By the end of the growth process, before the silicon melt is exhausted in the crucible, the crystal diameter is gradually reduced to form an end-cone. Typically, end-cones are formed by increasing the rate of drawing crystals and the heat supplied to the crucible. When the diameter is sufficiently small, the crystals separate from the melt.

최근, 성장 챔버 내에서, 잉곳이 응고점으로부터 냉각될 때, 단결정 실리콘 내에 다수의 결함이 형성되는 것이 발견되었다. 더 상세하게는, 잉곳이 냉각됨에 따라, 결정 베이컨시 또는 실리콘 셀프-인터스티셜(silicon self-interstitial)과 같은 고유 포인트 결함(intrinsic point defect)은 소정의 임계 온도(이 임계 온도 이하에서는 주어진 고유 포인트 결함의 농도가 임계적으로 과포화됨)에 도달할 때까지 실리콘 격자 내에 용융 가능한 상태로 남아있게 된다. 이 임계 온도 미만으로 냉각되면, 반응 또는 응집이 발생하여, 응집된 고유 포인트 결함이 형성된다.Recently, in the growth chamber, when the ingot is cooled from the freezing point, it has been found that a number of defects are formed in the single crystal silicon. More specifically, as the ingot cools, intrinsic point defects, such as crystal baconci or silicon self-interstitial, may be reduced to a predetermined threshold temperature (a given intrinsic below this threshold temperature). It remains meltable within the silicon lattice until the concentration of the point defects is critically supersaturated). When cooled below this critical temperature, reaction or agglomeration occurs, resulting in agglomerated intrinsic point defects.

실리콘 내의 이러한 점 결함의 유형 및 초기 농도가, 잉곳이 응고점(즉, 약 1410℃)으로부터 약 1300℃보다 높은 온도(즉, 약 1325℃, 1350℃ 또는 그 이상)까지 냉각될 때 결정된다는 것이 이미 보고되어 있다 (예컨대, PCT/US98/07356 및 PCT/US98/07304 참조). 즉, 이러한 결함의 유형 및 초기 농도는 v/G₀의 비율에 의해 제어되며, 이 때 v는 성장 속도이고 G₀는 이 온도 범위에 있어서의 평균 축방향 온도 구배(average axial temperature gradient)이다. 특히, v/G₀의 값을 증가시킴에 따라, 감소 추세의 셀프-인터스티셜 지배 성장으로부터 증가 추세의 베이컨시 지배 성장으로의 전이가 v/G₀의 임계값 - 현재 입수 가능한 정보에 기초하면, 약2.1 ×10^-5㎠/sK으로 보이며, 여기서 G₀는 상기 정의된 온도 범위에서 축방향 온도 구배가 일정하다는 가정 하에서 결정됨 - 부근에서 발생한다. 따라서, 단결정 실리콘 내의 고유 포인트 결함 중 베이컨시 결함(vacancy defect)이 지배적인지(일반적으로 v/G₀가 임계값보다 큼) 또는 셀프-인터스티셜 결함이 지배적인지(일반적으로 v/G₀가 임계값보다 작음)를 결정하기 위해서는, (G₀에 영향을 미치는) 핫존 구성(hot zone configuration)은 물론, (v에 영향을 미치는) 성장 속도 및 냉각 속도와 같은 공정 조건들이 제어될 수 있다.It is already determined that the type and initial concentration of these point defects in the silicon are determined when the ingot cools from the freezing point (ie about 1410 ° C.) to a temperature higher than about 1300 ° C. (ie about 1325 ° C., 1350 ° C. or higher). Have been reported (see, eg, PCT / US98 / 07356 and PCT / US98 / 07304). That is, the type and initial concentration of these defects are controlled by the ratio of v / G ₀ , where v is the growth rate and G ₀ is the average axial temperature gradient over this temperature range. In particular, as increasing the value of v / G ₀ , the transition from the decreasing trend of self-interst dominant growth to the increasing trend of baconish dominant growth is based on the threshold value of v / G ₀ -currently available information. Then, it appears to be about 2.1 × 10 ⁻⁵ cm 2 / sK, where G ₀ occurs near-determined under the assumption that the axial temperature gradient is constant over the temperature range defined above. Therefore, whether vacancy defects dominate among intrinsic point defects in single-crystal silicon (usually v / G ₀ is greater than the threshold) or self-interstitial defects dominate (typically v / G ₀ Less than the threshold), process conditions such as the growth rate and cooling rate (affecting v) as well as the hot zone configuration (affecting G ₀ ) can be controlled.

결정 베이컨시의 응집 또는 베이컨시 고유 포인트 결함과 관련된 결함들에는, 적외선 분산 기술(infrared light scattering technique) [예컨대, 주사 적외선 현미경법(Scanning Infrared Microscopy) 및 레이저 주사 토모그래피(Laser Scanning Tomography)]에 의해 관찰 가능한 소정 종류의 벌크 결함은 물론, D-결함, FPD(Flow Pattern Defect), GOI(Gate Oxide Integrity) 결함, COP(Crystal Originated Particle) 결함, 및 결정 기원 라이트 포인트 결함(Crystal Originated Light Point Defect)와 같은 관찰 가능한 결함이 포함된다. 또한, OISF(Oxadation Induced Stacking Fault)의 형성을 위한 핵의 역할을 하는 결함들도 과잉 베이컨시(excess vacancy)의 영역 내에 존재한다. 이 특별한 결함은 과잉 베이컨시의 존재에 의해 촉진된, 고온에서 핵생성된 산소 응집물인 것으로 생각된다.Defects associated with agglomeration of crystal bacony or bacony inherent point defects include infrared light scattering techniques (eg, Scanning Infrared Microscopy and Laser Scanning Tomography). D-defects, Flow Pattern Defects (FPD), Gate Oxide Integrity (GOI) defects, Crystal Originated Particle (COP) defects, and Crystal Originated Light Point Defects, as well as certain types of observable bulk defects Observable defects such as In addition, defects that serve as nuclei for the formation of Oxidation Induced Stacking Fault (OISF) also exist in the region of excess vacancy. This particular defect is believed to be a nucleated nucleus at high temperature, promoted by the presence of excess baconci.

일단 "응집 임계(agglomeration threshold)"에 도달하면, 잉곳의 해당 부분의 온도가 제2 임계 온도(즉, "확산 임계(diffusivity threshold"), 즉 그보다 낮은 온도에서는 상업적으로 현실적인 기간 동안 고유 포인트 결함이 더 이상 이동할 수 없게 되는 온도보다 높게 유지되는 한, 베이컨시와 같은 고유 포인트 결함은 계속 확산된다. 잉곳이 이보다 높은 온도로 유지되는 동안, 베이컨시 고유 포인트 결함은 결정 격자를 통해 응집 베이컨시 결함이 이미 존재하는 사이트로 확산하여, 주어진 응집 결함의 크기를 현저하게 성장시킨다. 이러한 응집 결함의 사이트는 응집에 유리한 에너지 상태를 갖기 때문에, 본질적으로 베이컨시 고유 포인트 결함을 끌어당기고 모으는 "싱크(sink)"의 역할을 한다.Once the "agglomeration threshold" is reached, the intrinsic point defects will be lost during commercially realistic periods at a second threshold temperature (i.e., "diffusivity threshold", i. Intrinsic point defects, such as bacon, continue to diffuse as long as they remain above the temperature at which they can no longer move. Spreads to already existing sites, significantly increasing the size of a given cohesive defect, since the site of this cohesive defect has an energy state favorable for cohesion, essentially "sinks" that attract and collect intrinsic point defects in baconcies. Play the role of "

따라서, 이러한 응집 베이컨시 결함의 형성 및 크기는 열 이력, 더 상세하게는 "응집 임계"로부터 "확산 임계"까지의 온도 범위에 있어서의 잉곳 본체의 냉각 속도 또는 잔류 시간(residence time)에 의존한다. 예컨대, 냉각 속도가 빠른 경우, 실리콘 잉곳은 비교적 작은 직경의 응집 베이컨시 결함을 다수 갖게 될 것이다. 이러한 조건들은 예컨대 라이트 포인트 결함 (light point defect, LPD)과 관련해서는 바람직한데, 왜냐하면 집적 회로 제조에서는 전형적으로 200㎜ 직경의 웨이퍼에 대해, 약 0.2 마이크론보다 큰 결함의 수가 약 20개 이하이어야 하기 때문이다. 그러나, 이러한 조건들은 바람직하지 않은데, 왜냐하면 전형적으로 이런 조건 하에서는 허용할 수 없는 수준의 GOI(Gate Oxide Integrity)를 갖는 웨이퍼가 생산되기 때문이다; 즉, 이러한 조건들 하에서는 GOI에 부정적으로 작용하는 다수의 작은 응집 베이컨시 결함을 갖는 웨이퍼가 산출되기 때문이다. 반면에, 느린 냉각 속도는 전형적으로 잉곳에 소수의 매우 큰 응집 베이컨시 결함을 형성하게 하여, 웨이퍼의 GOI값은 허용할 수 있는 수준이지만, LPD 결과는 허용할 수 없는 수준의 웨이퍼를 산출한다.Thus, the formation and size of such cohesive vacancy defects depends on the thermal history, more particularly the cooling rate or residence time of the ingot body in the temperature range from the "aggregation threshold" to the "diffusion threshold". . For example, if the cooling rate is high, the silicon ingot will have a large number of coherent vacancy defects of relatively small diameter. These conditions are desirable, for example with respect to light point defects (LPDs), since in integrated circuit fabrication typically for 200 mm diameter wafers the number of defects greater than about 0.2 microns should be about 20 or less. to be. However, these conditions are undesirable because typically wafers with unacceptable levels of Gate Oxide Integrity (GOI) are produced under these conditions; That is, under these conditions, a wafer with a large number of small cohesive vacancy defects that negatively affects GOI is produced. On the other hand, slow cooling rates typically result in the formation of a few very large coherent vacancy defects in the ingot, so that the GOI value of the wafer is acceptable, while the LPD results yield unacceptable wafers.

또한, 잉곳의 냉각 속도가 종종 본체의 길이에 걸쳐 균일하지 않다는 사실로 인해, 응집 베이컨시 결함과 관련된 문제점은 더 복잡해진다. 결과적으로, 이러한 잉곳으로부터 얻어진 웨이퍼들 내의 결함의 크기 및 농도는 동일하지 않을 것이다. 하나의 잉곳으로부터 얻어진 웨이퍼들에서의 이와 같은 편차는, 응집 결함 형성 후에 이러한 응집 결함을 제거하고자 하는 사람들에게 문제가 된다. 특히, 몇몇 사람들은 높은 인발 속도로 성장된 잉곳 내에 형성된 결함을 웨이퍼 형태의 실리콘을 열처리함으로써 소멸시키는 방안을 제시했다. 예컨대, 후세가와 등은 0.8㎜/분보다 빠른 성장 속도로 실리콘 잉곳을 성장시키고, 그 잉곳으로부터 슬라이스된 웨이퍼를 1150℃ 내지 1280℃ 범위의 온도로 열처리하여, 결정 성장 공정동안 형성된 결함을 제거하는 방안을 제안한 바 있다 (예컨대, 유럽 특허 출원 제503,816 A1호 참조). 이와 같은 열처리는, 웨이퍼 표면 부근의 얇은 영역에서 결함의 밀도를 감소시키는 것으로 나타났다. 그러나, 요구되는 특정 조건들은 여러 가지 변수들 중에서도 결함의 농도 및 위치에 따라 변할 것이다. 예컨대, 이러한 열처리는 잉곳의 시드-콘(seed-cone) 부근의 부분들로부터 얻은 웨이퍼 내의 응집 베이컨시 결함은 성공적으로 소멸시킬 수 있지만, 엔드-콘 부근의 잉곳의 부분들로부터 얻은 웨이퍼에서는 그렇지 않을 것이다. 따라서, 축방향 열 이력(axial thermal history)이 불균일하며, 그 결과 응집 결함의 축방향 농도도 불균일한 잉곳으로부터 얻어진 웨이퍼를 열처리하기 위해서는, 상이한 공정 조건들이 요구된다. 따라서, 이와 같은 웨이퍼 열처리는 경제적이지 못하다. 또한, 이 열처리는 금속 불순물을 실리콘웨이퍼 내로 끌어들일 위험이 있다.In addition, due to the fact that the cooling rate of the ingots is often not uniform over the length of the body, the problems associated with cohesive vacancy defects become more complicated. As a result, the size and concentration of defects in the wafers obtained from such ingots will not be the same. Such deviation in wafers obtained from one ingot is a problem for those who wish to remove such cohesive defects after cohesive defect formation. In particular, some have proposed ways to eliminate defects formed in ingots grown at high draw rates by heat treating silicon in wafer form. For example, Fusegawa et al. Grow a silicon ingot at a growth rate faster than 0.8 mm / min, and heat the sliced wafer from the ingot to a temperature in the range of 1150 ° C. to 1280 ° C. to remove defects formed during the crystal growth process. A solution has been proposed (see eg European Patent Application No. 503,816 A1). Such heat treatment has been shown to reduce the density of defects in thin regions near the wafer surface. However, the specific conditions required will vary depending on the concentration and location of the defect, among other variables. For example, such a heat treatment can successfully eliminate cohesive vacancy defects in the wafer obtained from portions near the seed-cone of the ingot, but not in a wafer obtained from portions of the ingot near the end-cone. will be. Thus, different processing conditions are required to heat-treat wafers obtained from ingots whose axial thermal history is nonuniform and, as a result, the axial concentration of cohesive defects is also nonuniform. Therefore, such wafer heat treatment is not economical. In addition, this heat treatment risks attracting metal impurities into the silicon wafer.

주어진 잉곳의 불균일한 열 이력은, 예컨대 잉곳의 본체 또는 엔드-콘의 성장과 연관된 조건들 때문일 수 있다. 더 상세하게는, 전형적으로, (ⅰ) 본체의 적어도 20％가 성장된 후 측부 가열기 전력이 증가하거나, (ⅱ) 잉곳의 엔드-콘의 성장동안 측부 가열기 전력 및 성장 속도가 증가하는 경우, 본체의 후반부 및 엔드-콘의 냉각 속도가 종종 본체의 전반부의 냉각 속도와 다르다. 용융체의 액위가 감소함에 따라, 폴리실리콘이 용융 상태로 유지되는 것을 보장하기 위해서는 추가의 열이 요구되기 때문에, 전형적으로 본체의 성장동안 측부 가열기 전력은 증가한다; 즉, 폴리실리콘 용융체가 재응고 또는 "프리즈(freeze)"되지 않을 것을 보장하기 위해서, 폴리실리콘 용융체가 고갈되어 감에 따라 측부 가열기 전력은 전형적으로 증가된다. 전형적으로, 엔드-콘 성장 동안에는 측부 가열기 전력 및/또는 성장 속도가 증가되어, 잉곳 직경을 감소시킨다.The nonuniform thermal history of a given ingot may be due to, for example, conditions associated with the growth of the body or end-cone of the ingot. More specifically, typically, when (i) the side heater power increases after at least 20% of the body has grown, or (ii) the side heater power and growth rate increase during the growth of the end-cone of the ingot, the body The cooling rate of the latter half of the and the end-cone is often different from the cooling rate of the first half of the body. As the liquid level in the melt decreases, the side heater power typically increases during the growth of the body because additional heat is required to ensure that the polysilicon remains molten; That is, to ensure that the polysilicon melt does not resolidify or "freeze", side heater power is typically increased as the polysilicon melt is depleted. Typically, side heater power and / or growth rate is increased during end-cone growth, reducing the ingot diameter.

따라서, 단결정 실리콘 잉곳의 본체가 비교적 균일한 열이력, 즉 LPD 요건을 만족시키고 최적의 GOI 값을 갖는 웨이퍼가 얻어질 수 있게 하는 열이력을 갖도록 단결정 실리콘 잉곳이 성장될 수 있게 하는 공정에 대한 필요성은 여전히 존재한다.Thus, there is a need for a process that allows a monocrystalline silicon ingot to be grown so that the body of the monocrystalline silicon ingot has a relatively uniform thermal history, i.e., a thermal history that satisfies the LPD requirements and allows a wafer with an optimal GOI value to be obtained. Still exists.

<발명의 요약>Summary of the Invention

본 발명의 목적 및 특징들 중에는, 단결정 실리콘 잉곳의 열 이력을 제어하는 공정을 제공하는 것; 잉곳의 본체의 냉각 속도가 비교적 균일한 공정을 제공하는 것; 잉곳의 본체 및 엔드-콘의 성장동안 결정 인발기의 측부 가열기 전력이 실질적으로 일정하게 유지되거나 대안적으로는 감소되는 공정을 제공하는 것; 잉곳 내의 응집 베이컨시 결함의 농도가 본체의 길이에 걸쳐 비교적 균일한 공정을 제공하는 것; 웨이퍼 형태의 실리콘 내의 응집 결함의 크기를 최소화하는 공정을 제공하는 것; 웨이퍼 형태의 실리콘의 게이트 산화물 완전도(GOI)가 개선되는 공정을 제공하는 것; 웨이퍼 형태의 실리콘의 고온 열 처리를 필요로 하지 않거나, 고온 열 처리를 다양하게 할 필요가 없는 공정을 제공하는 것; 잉곳의 본체의 성장동안 인발 속도를 감소시키는 것에 의해, 실질적으로 처리량을 감소시키지 않는 공정을 제공하는 것; 및 잉곳의 본체의 열 이력의 균일성을 향상시키기 위하여 고유 포인트 결함이 이동 가능한 온도 이상의 온도에서 결정 인발기 내의 잉곳의 축방향 온도 구배가 제어되는 공정을 제공하는 것이 있다.Among the objects and features of the present invention, there is provided a process for controlling the thermal history of a single crystal silicon ingot; Providing a process in which the cooling rate of the body of the ingot is relatively uniform; Providing a process in which the side heater power of the crystal drawer remains substantially constant or alternatively reduced during growth of the body and end-cone of the ingot; Providing a process wherein the concentration of cohesive vacancy defects in the ingot is relatively uniform over the length of the body; Providing a process to minimize the size of cohesive defects in silicon in wafer form; Providing a process in which the gate oxide integrity (GOI) of silicon in wafer form is improved; Providing a process that does not require high temperature heat treatment of the silicon in wafer form or vary the high temperature heat treatment; Providing a process that substantially does not reduce throughput by reducing the draw rate during growth of the body of the ingot; And a process in which the axial temperature gradient of the ingot in the crystal drawer is controlled at a temperature above the temperature at which the intrinsic point defects can move to improve the uniformity of the thermal history of the body of the ingot.

따라서, 간단히 말해, 본 발명은 초크랄스키 법에 따라 실리콘 용융체로부터 인발되며, 시드-콘, 본체 및 엔드-콘을 순차적으로 갖는 단결정 실리콘 잉곳의 성장 동안의 열 이력을 제어하는 공정에 관한 것이다. 본 공정은 본체에서 베이컨시가 지배적인 고유 포인트 결함이 되도록, 응고점으로부터 약 1325℃ 미만의 온도 범위에서의 잉곳의 본체의 성장 동안 (ⅰ) 성장 속도 v 및 (ⅱ) 평균 축방향 온도 구배 G₀를 제어하는 단계; 및 본체의 성장동안, 측부 가열기 및 저부 가열기로 실리콘 용융체를 가열하는 단계 - 여기서, 본체의 한 부분 및 엔드-콘의 성장 동안 측부 가열기에 공급되는 전력은 감소함 - 을 포함한다.Thus, in short, the present invention relates to a process for controlling the thermal history during the growth of a single crystal silicon ingot having a seed-cone, a body and an end-cone in sequence, drawn from the silicon melt according to the Czochralski method. The process involves (i) growth rate v and (ii) average axial temperature gradient G ₀ during growth of the body of the ingot in the temperature range below about 1325 ° C. from the freezing point such that bacony is the dominant inherent point defect in the body. Controlling; And heating the silicon melt with the side heater and the bottom heater during growth of the body, wherein the power supplied to the side heater during growth of one portion of the body and the end-cone decreases.

또한, 본 발명은, 적어도 약 50％의 게이트 산화물 완전도(GOI)를 갖고 약0.2 마이크론보다 큰 라이트 포인트 결함(LPD)을 약 20개 미만으로 갖는 단결정 실리콘 웨이퍼를 얻을 수 있는 단결정 실리콘 잉곳을 제조하는 공정에 관한 것이다. 단결정 실리콘 잉곳은 초크랄스키 법에 따라 실리콘 용융체로부터 인발되고, 성장 속도 v 및 평균 축방향 온도 구배 G₀는, 베이컨시가 지배적인 고유 포인트 결함이 되도록 응고점으로부터 약 1325℃ 미만의 온도까지의 온도 범위에서의 성장동안 제어된다. 잉곳은 시드-콘, 본체 및 엔드-콘을 차례로 갖는다. 본 공정은, 본체 및 엔드-콘의 성장 동안, 측부 가열기의 전력이 감소되고, 저부 가열기를 이용하여, 상기 실리콘 용융체의 하측으로부터 열이 가해지는 것을 특징으로 한다.The present invention also provides a single crystal silicon ingot capable of obtaining a single crystal silicon wafer having a gate oxide integrity (GOI) of at least about 50% and having less than about 20 light point defects (LPDs) greater than about 0.2 microns. It is about the process to make. The single crystal silicon ingot is drawn from the silicon melt according to the Czochralski method, and the growth rate v and the average axial temperature gradient G ₀ are from the freezing point to a temperature below about 1325 ° C. such that bacony is the dominant intrinsic point defect. Controlled during growth in the range. The ingot has a seed-cone, a body and an end-cone in turn. The process is characterized in that during the growth of the body and the end-cone, the power of the side heater is reduced and heat is applied from the bottom of the silicon melt using the bottom heater.

본 발명의 다른 목적 및 특징들은 이하에서 부분적으로는 명백해질 것이고, 부분적으로는 교시될 것이다.Other objects and features of the invention will be in part apparent and in part pointed out hereinafter.

본 발명은 일반적으로 초크랄스키 법(Czochralski method)에 따른 단결정 실리콘 잉곳의 제조에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 발명은 실리콘 용융체(silicon melt)의 하측에 배치된 가열기를 이용하여, 잉곳의 성장시의 열 이력(thermal history)을 제어하여, 잉곳으로부터 얻어지는 웨이퍼에서 베이컨시(vacancy)와 관련된 응집 결함의 밀도 및 크기를 제한하고, 웨이퍼의 게이트 산화물 완전도(Gate Oxide Integrity, GOI)를 향상시키는 공정에 관한 것이다.The present invention relates generally to the production of single crystal silicon ingots according to the Czochralski method. More specifically, the present invention uses a heater disposed below the silicon melt to control the thermal history during growth of the ingot, so that vacancy and A process for limiting the density and size of associated cohesive defects and for improving gate oxide integrity (GOI) of a wafer.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 초크랄스키 성장 장치의 단면도.Figure 1a is a cross-sectional view of the Czochralski growth apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1b는 "저속 냉각" 핫존의 일례가 도시되어 있는 초크랄스키 성장 장치의 부분 단면도 [장치(40)는 성장하는 잉곳의 냉각 속도를 느리게 하기 위해 인발 챔버로부터 용융체 너머까지 연장된 절연체, 차폐기/반사기 또는 가열기를 일반적으로 표시한 것임].FIG. 1B is a partial cross-sectional view of a Czochralski growth apparatus in which an example of a “slow cooling” hot zone is shown [apparatus 40 is an insulator, shield extending from the drawing chamber beyond the melt to slow the cooling rate of the growing ingot. / Generally reflector or heater.

도 2는 "개방"형 핫존 구성을 이용하는 종래의 방식으로 성장된 잉곳의 본체 전반에 걸쳐, 플로우 패턴 결함의 밀도 및 그 축방향 변동을 나타낸 그래프.2 is a graph showing the density of flow pattern defects and their axial variations throughout the body of an ingot grown in a conventional manner using an "open" type hot zone configuration.

도 3은 본 발명의 공정의 일 실시예에 따라 그리고 종래의 방식으로 단결정실리콘 잉곳을 인발한 때, 측부 가열기 소자 및 저부 가열기 소자에 공급되는 전력을 본체 길이의 함수로 나타낸 그래프.3 is a graph showing the power supplied to the side heater element and the bottom heater element as a function of body length when drawing a single crystal silicon ingot according to one embodiment of the process of the present invention and in a conventional manner.

도 4는 본 기술 분야에 공지된 수단으로 구성된 "저속 냉각" 핫존을 이용하여 본 공정의 일 실시예에 따라 성장된 잉곳의 본체 전반에 걸쳐, 플로우 패턴 결함의 밀도 및 밀도의 축방향 변동을 나타낸 그래프.4 shows the axial variation in density and density of flow pattern defects throughout the body of an ingot grown according to one embodiment of the present process using a "low speed cooling" hot zone configured by means known in the art. graph.

도 5는 측부 절연(side insulation)의 총 두께의 절반을 갖는 "저속 냉각"형 초크랄스키 성장 장치 내에서 단결정 실리콘 잉곳의 후반부(즉, 약 400㎜ 내지 약 850㎜의 축방향 위치)의 축방향 온도 프로파일을 용융체 표면으로부터의 거리의 함수로서 나타낸 그래프.FIG. 5 shows the axis of the latter half of a single crystal silicon ingot (ie, an axial position of about 400 mm to about 850 mm) in a “slow cooling” type Czochralski growth apparatus having half of the total thickness of side insulation. Graph showing directional temperature profile as a function of distance from the melt surface.

도 6은 측부 절연의 총 두께의 절반을 갖는 "저속 냉각"형 초크랄스키 성장 장치 내에서 단결정 실리콘 잉곳의 후반부(즉, 약 400㎜ 내지 약 850㎜의 축방향 위치)의 축방향 온도 구배를 온도의 함수로서 나타낸 그래프.FIG. 6 shows the axial temperature gradient of the latter half of a single crystal silicon ingot (ie, an axial position of about 400 mm to about 850 mm) in a "slow cooling" type Czochralski growth apparatus having half of the total thickness of side insulation. Graph as a function of temperature.

도 7은, 측부 절연의 총 두께의 7/8을 갖는 "저속 냉각"형 초크랄스키 성장 장치 내에서 단결정 실리콘 잉곳의 후반부(즉, 약 400㎜ 내지 약 850㎜의 축방향 위치)의 축방향 온도 프로파일을 용융체 표면으로부터의 거리의 함수로서 나타낸 그래프.FIG. 7 shows the axial direction of the latter half of a single crystal silicon ingot (ie, an axial position of about 400 mm to about 850 mm) in a “low speed cooling” type Czochralski growth apparatus having 7/8 of the total thickness of side insulation. Graph showing temperature profile as a function of distance from melt surface.

도 8은 측부 절연의 총 두께의 7/8을 갖는 "저속 냉각"형 초크랄스키 성장 장치 내에서 단결정 실리콘 잉곳의 후반부(즉, 약 400㎜ 내지 약 850㎜의 축방향 위치)의 축방향 온도 구배를 온도의 함수로서 나타낸 그래프.8 shows the axial temperature of the latter half of a single crystal silicon ingot (ie, an axial position of about 400 mm to about 850 mm) in a "slow cooling" type Czochralski growth apparatus having 7/8 of the total thickness of side insulation. Graph showing gradient as a function of temperature.

도 9a 내지 도 9e는 약 0.2 마이크론보다 큰 라이트 포인트 결함의 존재 여부에 대해 다수의 웨이퍼를 분석한 히스토그램 (Y축 = 웨이퍼의 수, X축 = 약 0.2 마이크론보다 큰 LPD의 수)으로서, 잉곳 중에서 웨이퍼가 얻어진 연속적인 20％의 부분을 나타내며, 단결정 실리콘 잉곳은 "저속 냉각" 핫존 구성에서 성장되었고, 성장 공정 동안 저부 가열기는 이용되지 않고 측부 가열기 전력은 증가됨.9A-9E are histograms (Y-axis = number of wafers, X-axis = number of LPDs greater than about 0.2 microns) that analyze multiple wafers for the presence of light point defects greater than about 0.2 microns, in the ingot. The wafer shows a continuous 20% portion of the obtained, single crystal silicon ingot was grown in a "low speed cooling" hot zone configuration, during which the bottom heater was not used and the side heater power was increased.

도 10a 내지 도 10e는 약 0.2 마이크론보다 큰 라이트 포인트 결함의 존재 여부에 대해 다수의 웨이퍼를 분석한 히스토그램 (Y축 = 웨이퍼의 수, X축 = 약 0.2 마이크론보다 큰 LPD의 수)으로서, 잉곳 중에서 웨이퍼가 얻어진 연속적인 20％ 부분을 나타내며, 단결정 실리콘 잉곳은 "저속 냉각" 핫존 구성에서 성장되었고, 성장 공정 동안 저부 가열기가 이용되고 측부 가열기 전력은 증가됨.10A-10E are histograms (Y-axis = number of wafers, X-axis = number of LPDs greater than about 0.2 microns) that analyze multiple wafers for the presence of light point defects greater than about 0.2 microns, among ingots. The wafer shows a continuous 20% portion obtained, the single crystal silicon ingot was grown in a "low speed cooling" hot zone configuration, during which the bottom heater was used and the side heater power was increased.

도 11은 측부 가열기 전력이 감소되는 본 발명의 제2 실시예의 공정에 따라 그리고 종래의 방식으로 단결정 실리콘 잉곳을 인발한 때, 측부 가열기 소자 및 저부 가열기 소자에 공급된 전력을 본체 길이의 함수로서 나타낸 그래프.11 shows the power supplied to the side heater element and the bottom heater element as a function of body length when the single crystal silicon ingot is drawn according to the process of the second embodiment of the present invention where side heater power is reduced and in a conventional manner. graph.

도 12는 저부 가열기를 사용한 경우(■) 및 사용하지 않은 경우(◆)의 잉곳에 대해, 게이트 산화물 완전도 테스트 결과를 잉곳 길이의 함수로서 나타낸 그래프.FIG. 12 is a graph showing gate oxide integrity test results as a function of ingot length for ingots with and without a bottom heater (■).

도 13은, 본 기술 분야에 공지된 수단으로 구성된 "저속 냉각" 핫존을 이용하여, 측부 가열기 전력이 감소되는 본 발명의 제2 실시예의 공정에 따라 성장된 잉곳의 본체 전반에 걸처서, 플로우 패턴 결함의 밀도 및 밀도의 축방향 변동을 나타낸 그래프.FIG. 13 shows a flow pattern across the body of an ingot grown according to the process of the second embodiment of the present invention in which side heater power is reduced using a "low speed cooling" hot zone configured by means known in the art. Graph showing defect density and axial fluctuations in density.

도 14a 내지 도 14e는 약 0.2 마이크론보다 큰 라이트 포인트 결함의 존재여부에 대해 다수의 웨이퍼를 분석한 히스토그램 (Y축 = 웨이퍼의 수, X축 = 약 0.2 마이크론보다 큰 LPD의 수)으로서, 잉곳 중에서 웨이퍼가 얻어진 연속적인 20％ 부분을 나타내며, 단결정 실리콘 잉곳은 "저속 냉각" 핫존 구성에서 성장되었고, 성장 공정동안 저부 가열기는 이용되지 않고 측부 가열기 전력은 증가됨.14A-14E are histograms (Y-axis = number of wafers, X-axis = number of LPDs greater than about 0.2 microns) that analyze multiple wafers for the presence of light point defects greater than about 0.2 microns. The wafer shows a continuous 20% portion obtained, wherein the single crystal silicon ingot was grown in a "low speed cooling" hot zone configuration, during which the bottom heater was not used and the side heater power was increased.

도 15a 내지 도 15e는 약 0.2 마이크론보다 큰 라이트 포인트 결함의 존재 여부에 대해 다수의 웨이퍼를 분석한 히스토그램 (Y축 = 웨이퍼의 수, X축 = 약 0.2 마이크론보다 큰 LPD의 수)으로서, 잉곳 중에서 웨이퍼가 얻어진 연속적인 20％ 부분을 나타내며, 단결정 실리콘 잉곳은 "저속 냉각" 핫존 구성에서 성장되었고, 성장 공정 동안 저부 가열기가 이용되고 측부 가열기 전력은 증가됨.15A-15E are histograms (Y-axis = number of wafers, X-axis = number of LPDs greater than about 0.2 microns) that analyze multiple wafers for the presence of light point defects greater than about 0.2 microns, in an ingot. The wafer shows a continuous 20% portion obtained, the single crystal silicon ingot was grown in a "low speed cooling" hot zone configuration, during which the bottom heater was used and the side heater power was increased.

본 발명의 공정은 초크랄스키형 단결정 실리콘 잉곳, 바람직하게는 지배적인 고유 포인트 결함으로서 실리콘 베이컨시를 갖는 잉곳을 성장시킬 수 있는 수단을 제공하는 이점이 있으며, 이 때 열 이력은 잉곳의 본체 전반에 걸쳐 실질적으로 균일하다. 더 상세하게는, 본 공정에 따르면, 응집 임계 온도와 확산 임계 온도 사이에서, 잉곳의 본체의 임의의 주어진 세그먼트가 본체의 다른 세그먼트들과 대략 동일한 속도로 냉각되도록 성장 조건이 제어된다. 달리 말하면, 임의의 주어진 세그먼트가 응집 임계 온도와 확산 임계 온도 사이에서 본체의 다른 세그먼트와 대략 동일한 기간 동안 잔류하도록 성장 조건이 제어된다. 따라서, 본체 및 엔드-콘의 성장동안 측부 가열기 전력이 증가하는 종래의 공정과는 달리, 본 공정에서는, (ⅰ) 측부 가열기에 공급되는 전력을 실질적으로 일정한 레벨로 유지하거나 또는 (ⅱ) 저부 가열기(즉, 실리콘 용융체를 보유하는 도가니 하측의 결정 인발기 내에 배치된 가열기)로부터 열이 공급되는 동안 측부 가열기에 공급되는 전력을 감소시킴으로써, 잉곳의 본체의 열 이력이, 적어도 부분적으로, 제어된다.The process of the present invention has the advantage of providing a means for growing a Czochralski-type single crystal silicon ingot, preferably an ingot with silicon baconcies as the dominant intrinsic point defect, wherein the thermal history is throughout the body of the ingot. Substantially uniform over. More specifically, according to the present process, the growth conditions are controlled so that any given segment of the body of the ingot cools at approximately the same rate as the other segments of the body, between the aggregation and diffusion threshold temperatures. In other words, the growth conditions are controlled such that any given segment remains between the aggregation and diffusion threshold temperatures for approximately the same period as the other segments of the body. Thus, unlike conventional processes in which side heater power increases during growth of the body and end-cone, in this process, (i) the power supplied to the side heater is maintained at a substantially constant level, or (ii) the bottom heater. The thermal history of the body of the ingot is at least partially controlled by reducing the power supplied to the side heater while heat is being supplied from (ie, a heater disposed in the crystal drawer below the crucible holding the silicon melt).

본 명세서에서 측부 가열기 전력과 관련하여 사용된 "실질적으로 일정한"이라는 용어는, 전형적으로 약 10％, 5％, 또는 2％ 미만의 변화를 의미한다는 점을 유의해야 한다.It should be noted that the term "substantially constant" as used herein in connection with side heater power typically means less than about 10%, 5%, or 2% change.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 공정에 따라 초크랄스키형 단결정 실리콘 잉곳(10)을 생성하는 데에 적합한 결정 인발 장치(8, crystal pulling apparatus)의 일례를 도시하고 있다. 결정 인발 장치(8)는 흑연 서셉터(14)에 의해 둘러싸이고 수냉각된 스테인레스 스틸 성장 챔버(16) 내에 수용된 용해된 실리카 도가니(12)를 포함하며, 성장 챔버는 잉곳 성장이 일어나는 공간 또는 "핫존"으로 정의된다. 도가니(12)는 고체 다결정 실리콘(폴리실리콘, 도시되지 않음)을 도가니(12)에 부움으로써 제공되는 실리콘 용융체(18)를 보유한다. 폴리실리콘은 도가니(12)를 둘러싼 측부 가열기(20)로부터 제공되는 열에 의해 용융된다. 선택적으로, 폴리실리콘의 용융은 도가니(12) 하부에 배치된 저부 가열기(22)를 이용하여 더 도움을 받을 수 있다. 도가니 내에 열을 보유하는 것을 돕기 위해 측부 가열기(20)를 절연체(24)로 둘러싼다. 그 하단부에 단결정 실리콘 시드(28)를 지지하고 있는 인발 샤프트 또는 와이어(26)가 실리콘 용융체(18) 위에 배치된다.1A and 1B, an example of a crystal pulling apparatus 8 suitable for producing a Czochralski type single crystal silicon ingot 10 in accordance with the present process is shown. The crystal drawing device 8 comprises a dissolved silica crucible 12 enclosed by a graphite susceptor 14 and housed in a water cooled stainless steel growth chamber 16, wherein the growth chamber is a space in which ingot growth takes place, or " Hot zone ". The crucible 12 holds a silicon melt 18 provided by pouring solid polycrystalline silicon (polysilicon, not shown) into the crucible 12. The polysilicon is melted by the heat provided from the side heater 20 surrounding the crucible 12. Optionally, melting of the polysilicon may be further assisted using a bottom heater 22 disposed below the crucible 12. The side heater 20 is surrounded by an insulator 24 to help retain heat in the crucible. At its lower end, a drawing shaft or wire 26 supporting the single crystal silicon seed 28 is disposed on the silicon melt 18.

일반적으로, 초크랄스키 공정 동안, 시드 결정(28)은 용융된 실리콘(18)의 표면에 접촉하여 용융되기 시작할 때까지 아래로 내려진다. 열 평형 후, 인발 와이어(26)가 당겨져서 실리콘 용융체(18)로부터 시드(28)를 끌어 올린다. 시드(28)가 끌어 올려질 때, 용융체 위에서, 용융체(18)로부터의 액상 실리콘이 시드 주변에 단결정으로 응고된다. 형성된 단결정이 현수되어 있는 인발 와이어(26)가 회전하면서 용융체(18)로부터 당겨져, 실질적으로 원통형인 네크 영역(30)을 형성한다. 잉곳의 네크가 형성된 후, 인발 속도가 감소되어, 전형적으로 잉곳의 시드-콘으로 칭해지는 외향 확장 영역(32)을 형성한다. 원하는 직경이 얻어지면, 잉곳(10)의 본체(34)의 직경이 실질적으로 일정해지도록 성장 조건이 제어된다.In general, during the Czochralski process, the seed crystals 28 are lowered down until they begin to melt in contact with the surface of the molten silicon 18. After thermal equilibrium, the draw wire 26 is pulled up to pull the seeds 28 out of the silicon melt 18. As the seed 28 is pulled up, above the melt, liquid silicon from the melt 18 solidifies into a single crystal around the seed. The drawn wire 26 in which the formed single crystal is suspended is pulled out of the melt 18 while rotating to form a substantially cylindrical neck region 30. After the neck of the ingot is formed, the drawing speed is reduced to form an outwardly extending region 32, typically referred to as the seed-cone of the ingot. Once the desired diameter is obtained, the growth conditions are controlled so that the diameter of the main body 34 of the ingot 10 becomes substantially constant.

잉곳(10)이 인발되는 동안, 도가니(12)는 샤프트(36)를 통해 잉곳과는 반대 방향으로 회전된다. 잉곳(10)이 성장함에 따라, 도가니(12)가 성장 챔버(16) 내에서 상승되어, 실리콘 용융체(18)의 감소를 보상한다. 종래의 성장 공정에서는, 용융체의 온도를 유지하고 용융체가 용융된 상태로 남아있을 것을 보장하기 위해, 결정 인발기의 핫존의 세부 구성에 따라, 잉곳(10)의 본체(34)가 전형적으로 약 20％ 내지 약 50％ 성장된 후에 측부 가열기 전력이 증가되었다. 또한, 종래의 공정에서, 용융체가 거의 고갈되면, 잉곳(10)의 직경을 감소시키기 위해 측부 가열기 전력, 인발 속도, 또는 양자 모두가 증가되어, 원추 형태의 엔드-콘(38)이 생성되게 한다. 엔드-콘(38)의 직경이 충분히 작으면 (일반적으로 2㎜ 내지 4㎜), 전위(dislocation)가 잉곳의 본체(34)까지 확산되지 않게 하면서 잉곳(10)을 실리콘 용융체(18)로부터 분리할 수 있다. 그 다음, 잉곳(10)은 성장 챔버(14)로부터 제거되고, 실리콘 웨이퍼들을 만들기 위해 처리된다.While ingot 10 is drawn, crucible 12 is rotated through shaft 36 in the opposite direction to ingot. As the ingot 10 grows, the crucible 12 is raised in the growth chamber 16 to compensate for the reduction of the silicon melt 18. In a conventional growth process, the body 34 of the ingot 10 is typically about 20, depending on the detail configuration of the hot zone of the crystal drawer to maintain the temperature of the melt and ensure that the melt remains molten. Side heater power increased after% to about 50% growth. In addition, in the conventional process, when the melt is almost depleted, side heater power, drawing speed, or both, is increased to reduce the diameter of the ingot 10, resulting in conical end-cones 38 being produced. . If the diameter of the end-cone 38 is small enough (typically 2 mm to 4 mm), the ingot 10 is separated from the silicon melt 18 while dislocations do not diffuse to the body 34 of the ingot. can do. Ingot 10 is then removed from growth chamber 14 and processed to make silicon wafers.

전형적으로, 성장중인 잉곳의 응고된 세그먼트 각각은 실리콘 용융체로부터상승되어 멀어지면서 냉각되기 때문에, 잉곳의 본체의 길이에 걸쳐 온도 구배가 유발된다. 예컨대, 용융/응고 계면 바로 위에 있는 본체의 응고된 세그먼트는 약 1400℃의 온도를 갖는 데에 반하여, 잉곳의 미리 응고된 세그먼트 각각은 전형적으로 더 낮은 온도를 갖는다. 그러나, 각 세그먼트의 정밀한 냉각도는 적어도 부분적으로 (ⅰ) 인발 속도, (ⅱ) 가열기 전력 및 (ⅲ) 핫존 설계 (즉, 예컨대 도 1b에 참조 번호 40으로 총괄적으로 표시된 반사기, 방사 차폐, 퍼지 튜브, 광 파이프 및 2차 가열기의 존재 및 위치)의 함수이다. 더 상세하게는, 응고된 세그먼트는 모두 후속 세그먼트보다 낮은 온도를 갖는 한, 이러한 결과를 변경하기 위해서는 성장 조건 및/또는 핫존 설계가 제어될 수 있다는 점을 유의할 필요가 있다.Typically, each of the solidified segments of the growing ingot rises away from the silicon melt and cools away, causing a temperature gradient across the length of the body of the ingot. For example, while the solidified segment of the body directly above the melting / solidification interface has a temperature of about 1400 ° C., each of the presolidified segments of the ingot typically has a lower temperature. However, the precise degree of cooling of each segment is at least partially dependent upon (i) the draw rate, (ii) heater power, and (iii) hot zone design (ie, reflector, radiation shield, purge tube, collectively indicated by reference numeral 40 in FIG. 1B, for example). , Presence and location of light pipes and secondary heaters). More specifically, it should be noted that as long as the solidified segments all have a lower temperature than the subsequent segments, the growth conditions and / or hot zone design may be controlled to alter this result.

상기의 일례로서, 표준 "개방" 핫존 설계(즉, 성장 중인 잉곳이 냉각 속도를 감속시키기 위해 용융체 위에 제공되는 반사기, 방사 차폐, 퍼지 튜브, 광 파이프, 또는 2차 가열기를 구비하지 않는 핫존)에서, 종래의 공정 조건 하에서(즉, 본체의 성장 동안 측부 가열기 전력이 증가하고, 엔드-콘 성장 동안은 측부 가열기 전력 및 인발 속도가 둘다 증가하는 공정) 성장된 실리콘 용융체로부터 분리된 직후의, 200㎜ 공칭 직경의 잉곳의 온도 구배는 엔드-콘의 팁 부근에서의 약 1400℃로부터 시드콘 부근에서의 약 750℃ 까지의 범위를 가질 것이다. 또한, 인발 속도가 증가하고 잉곳이 용융체로부터 분리되어 용융체로부터 전도되는 열의 혜택을 상실하였기 때문에, 잉곳의 본체의 후반부 및 시드-콘은 본체의 앞의 부분보다 더 빠르게 냉각된다.As an example of the above, in a standard “open” hot zone design (ie, a hot zone without growing reflectors, radiation shielding, purge tubes, light pipes, or secondary heaters in which growing ingots are provided on the melt to slow down the cooling rate). 200 mm, immediately after separation from the grown silicon melt under conventional process conditions (i.e., side heater power increases during growth of the body and both side heater power and draw rate increase during end-cone growth). The temperature gradient of the nominal diameter ingot will range from about 1400 ° C. near the tip of the end-cone to about 750 ° C. near the seed cone. In addition, the latter half of the body of the ingot and the seed-cone cool faster than the front part of the body, as the drawing speed increases and the ingot separates from the melt and loses the benefit of heat conducted from the melt.

도 2를 참조하면, 잉곳 내의 다양한 세그먼트들 간의 냉각 속도의 차이는,특히 잉곳의 길이에 걸쳐 플로우 패턴 결함 또는 LPD와 같은 응집 결함의 크기 및 분포에 영향을 미친다 (예컨대, 먼저 응고 냉각된 세그먼트의 밀도에 비하여, 약 900㎜의 축방향 위치에서의 밀도를 참고). 달리 말하면, 잉곳의 세그먼트들의 냉각 속도의 차이로 인해, 전형적으로 잉곳의 후반부로부터 나온 웨이퍼는 잉곳의 전반부로부터 얻어진 웨이퍼에 비해 더 높은 밀도의 소형 LPD 또는 플로우 패턴 결함을 가지며, 따라서 좀더 불량한 GOI값을 갖는다.Referring to FIG. 2, the difference in cooling rate between the various segments in the ingot affects the size and distribution of flow pattern defects or cohesive defects such as LPD, in particular over the length of the ingot (eg, first of the solidified cooled segment). Relative to density, see density at an axial position of about 900 mm). In other words, due to the difference in cooling rates of the segments of the ingot, wafers typically coming from the latter half of the ingot have a higher density of small LPD or flow pattern defects than wafers obtained from the first half of the ingot, thus resulting in poorer GOI values. Have

전술한 바와 같이, 핫존 설계는 결정 인발기 내에서 성장중인 잉곳이 냉각하는 속도에 영향을 미칠 수 있으며, 따라서 얻어지는 결함의 크기 및 분포에도 영향을 미칠 수 있다. 예컨대, 표준 "개방" 핫존으로부터 기대되는 결과와 달리, 전술한 공정이 "저속 냉각" 핫존 (즉, 성장 중인 잉곳의 온도 프로파일을 전형적으로 약 2℃/㎜, 약 1℃/㎜ 또는 그 미만으로 제어하기 위해, 도 1b에서 도면 부호 40으로 일반적으로 표시된 바와 같이, 반사기, 방사 차폐, 퍼지 튜브, 광파이프, 2차 가열기, 또는 그들의 조합이 용융체 상측에 존재하는 핫존)에서 행해진 경우, 측부 가열기 전력의 증가는 잉곳의 후반부의 축방향 온도 프로파일의 감소를 현실적으로 유발하여, 후반부가 전반부보다더 느린속도로 냉각되게 한다. 엔드-콘의 형성 동안 성장 속도가 증가하는 경우에도 이러한 효과가 얻어진다.As noted above, the hot zone design can affect the rate at which ingots growing in the crystal drawer cool, and thus also affect the size and distribution of defects obtained. For example, contrary to the results expected from a standard "open" hot zone, the process described above may result in a "low speed cooling" hot zone (ie, a temperature profile of a growing ingot typically being about 2 ° C./mm, about 1 ° C./mm or less). For control purposes, side heater power when done in a reflector, radiation shield, purge tube, light pipe, secondary heater, or combination thereof, as indicated generally at 40 in FIG. 1B) An increase of 현실 practically causes a decrease in the axial temperature profile of the latter part of the ingot, causing the latter part to cool at a slower rate than the first part. This effect is obtained even when the growth rate increases during the formation of the end-cone.

도 9a-9e 및 도 14a-14e를 참조하면, 본 기술 분야에 공지된 수단에 의해 약 0.2 마이크론 크기의 LPD의 존재 여부에 관하여 다수의 웨이퍼를 분석한 결과가 도시되어 있다. 특히, 다수의 웨이퍼는 각 잉곳의 본체의 약 50％가 성장된 후에 측부 가열기 전력이 증가되는 "저속 냉각" 핫존에서 제조된 잉곳으로부터 얻은 것이다. 이 결과들로부터 알 수 있는 바와 같이 (여기서, 도 9a-9e 및 도 14a-14e는 잉곳의 본체의 연속적인 20％ 부분으로부터 얻어진 웨이퍼들을 나타내고 있음), 이와 같은 측부 가열기 전력의 증가는 형성되는 대형 LPD의 개수에 궁극적으로 영향을 미친다. 특히, 잉곳 본체의 전반 40%로부터 얻어진 웨이퍼들 중에서, 약 5개만이 약 0.2 마이크론보다 큰 LPD를 허용할 수 없는 수준의 개수만큼 (즉, 20개의 LPD보다 많이) 갖고 있었다 (도 9a, 9b 및 도 14a, 14b 참고). 반면, 동일 잉곳의 본체의 다음 40％로부터 얻어진 웨이퍼들 중에서는, 약 8개의 웨이퍼가 허용할 수 없는 수준이었다 (도 9c, 9d 및 도 14c, 14d 참고). 그러나, 가장 두드러지는 것은, 동일 잉곳의 최종 20％ 부분으로부터 얻어진 웨이퍼들 중에서는 25개 이상이 허용할 수 없는 수준이라는 점이다 (도 9e 및 도 14e 참고).9A-9E and 14A-14E, the results of analyzing a number of wafers for the presence of LPDs of about 0.2 microns by means known in the art are shown. In particular, many wafers are obtained from ingots made in a "low speed cooling" hot zone where side heater power is increased after about 50% of the body of each ingot has grown. As can be seen from these results (where FIGS. 9A-9E and 14A-14E show wafers obtained from a continuous 20% portion of the body of the ingot), such an increase in side heater power is achieved. Ultimately affect the number of LPD. In particular, of the wafers obtained from the first 40% of the ingot body, only about 5 had an unacceptable number of LPDs greater than about 0.2 microns (ie, more than 20 LPDs) (FIGS. 9A, 9B and 14a, 14b). In contrast, among the wafers obtained from the next 40% of the body of the same ingot, about eight wafers were unacceptable (see FIGS. 9C, 9D and 14C, 14D). Most striking, however, is that at least 25 of the wafers obtained from the last 20% portion of the same ingot are unacceptable (see FIGS. 9E and 14E).

어떠한 특정 이론에 얽매임이 없이, 열 프로파일을 제한하기 위해 핫존에 추가되는 재료들은, 전력 증가시에 측부 가열기에 의해 생성되는 추가의 열을 흡수하여, 그 열을 잉곳 본체의 인접 부분으로 방사하는 것으로 보인다. 따라서, 본체의 이 부분의 냉각 속도는 물론, 성장되는 본체의 나머지 부분의 냉각 속도가 감소된다. 달리 표현하면, 본체의 이 부분이 임계 온도 범위 (즉, "응집 임계" 온도를 상한으로 하고, "확산 임계" 온도를 하한으로 하는 온도 범위) 내에 잔류하는 시간이 증가한다. 그러므로, 잉곳의 이 부분으로부터 얻은 웨이퍼들은 잉곳 본체의 전반부로부터 얻은 웨이퍼들에 비하여 작은 응집 결함의 밀도는 더 낮고, 큰 결함의 개수는 더 많다.Without being bound by any particular theory, the materials added to the hot zone to limit the thermal profile are said to absorb the additional heat generated by the side heaters upon power increase and radiate the heat to adjacent portions of the ingot body. see. Thus, the cooling rate of this part of the body as well as the cooling rate of the remaining part of the growing body are reduced. In other words, the time that this part of the body remains within the critical temperature range (ie, the temperature range where the "aggregation threshold" temperature is the upper limit and the "diffusion critical" temperature is the lower limit) is increased. Therefore, wafers obtained from this part of the ingot have a lower density of small cohesion defects and a greater number of large defects than wafers obtained from the first half of the ingot body.

전술한 바와 같이, 고집적 회로의 제조자들은 응집 결함의 수와 크기, 그에따른 허용 가능한 GOI와 관련하여, 실리콘 웨이퍼에 대해 엄격한 제한을 가한다. 이상으로부터, 잉곳의 길이의 상당 부분에 걸쳐 이러한 제한들이 만족되는 것을 보장하기 위해, 잉곳 본체의 성장동안 소정의 밸런스가 유지되는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다. 더 상세하게는, 잉곳 본체의 임의의 주어진 세그먼트가, 그로부터 얻어진 임의의 주어진 웨이퍼가 약 0.2 마이크론보다 큰 LPD의 개수와 관련된 제한을 초과하지 않을 정도로 충분히 빠르게 냉각되면서 동시에 동일 웨이퍼가 지나치게 많은 개수의 작은 LPD를 포함하여 허용할 수 없는 수준의 GOI값을 가질 정도로 너무 빠르게 냉각되지 않는 것을 보장하도록 성장 조건이 유지되는 것이 바람직하다.As mentioned above, manufacturers of highly integrated circuits impose strict limits on silicon wafers with respect to the number and size of cohesive defects and hence the allowable GOI. From the above, it can be seen that it is desirable to maintain a certain balance during the growth of the ingot body in order to ensure that these limits are satisfied over a substantial part of the length of the ingot. More specifically, any given segment of the ingot body is cooled sufficiently fast that any given wafer obtained therefrom does not exceed the limit associated with the number of LPDs greater than about 0.2 micron while at the same time the same wafer is too small It is desirable that growth conditions be maintained to ensure that they are not cooled too fast to have unacceptable GOI values, including LPD.

일반적으로, 본 발명의 공정은, 잉곳 본체의 상당 부분, 바람직하게는 본체 전체에 걸쳐 열 이력이 실질적으로 균일하도록, 초크랄스키형 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키기 위한 수단을 제공하는 이점이 있다. 본 공정에 따르면, 잉곳의 열 이력은 고유 포인트 결함이 이동가능하게 되는 임계 온도 (즉, "확산 임계", 전형적으로 약 800℃, 900℃, 950℃ 또는 1050℃) 이상으로 제어되어, 잉곳의 본체 전체가 거의 동일한 속도로 냉각되도록, 또는 본체 전체가 거의 동일한 기간 동안 이 온도 이상으로 머물도록 한다. 본체 및 엔드-콘의 성장동안 측부 가열기 전력이 증가되는 종래의 공정과 달리, 본 공정에서는, 엔드-콘의 성장은 물론 본체의 전체 길이 또는 일부의 성장 동안, 측부 가열기에 공급되는 전력을 실질적으로 일정한 레벨로 유지하거나, 또는 측부 가열기에 공급되는 전력을 감소시키는 것에 의해, 냉각 속도 또는 잔류 시간이, 적어도 부분적으로, 제어된다.In general, the process of the present invention has the advantage of providing a means for growing Czochralski-type single crystal silicon ingots such that the thermal history is substantially uniform over a substantial portion of the ingot body, preferably throughout the body. According to the present process, the thermal history of the ingot is controlled above the critical temperature at which the intrinsic point defects are movable (ie, "diffusion critical", typically about 800 ° C, 900 ° C, 950 ° C or 1050 ° C), so that the ingot Allow the entire body to cool at about the same rate, or allow the entire body to stay above this temperature for approximately the same period. Unlike conventional processes in which side heater power is increased during growth of the body and end-cones, this process substantially reduces the power supplied to the side heaters during the growth of the end-cones as well as the entire length or portion of the body. By maintaining a constant level or by reducing the power supplied to the side heater, the cooling rate or residence time is at least partly controlled.

단결정 실리콘 잉곳을 성장시키는 동안, 측부 가열기 전력을 대체적으로 일정한 레벨로 유지하거나 또는 측부 가열기 전력을 감소시키는 것은, 저부 가열기(즉, 성장 챔버 내에서 도가니 및 실리콘 용융체의 하측에 배치된 가열기)로 실리콘 용융체에 열을 공급하는 것에 의해, 더 상세하게는 본체의 후반부 및 엔드-콘의 성장 동안 상기 저부 가열기에 공급되는 전력을 증가시키는 것에 의해 달성된다. 일반적으로, 측부 가열기 전력이 실질적으로 일정하게 유지되는 동안, 또는 대안적으로 감소되는 동안, 저부 가열기에 의해 용융체에 열이 공급되며, 본체의 성장 중에 종래에는 측부 가열기 전력이 증가되었던 시점과 동일한 시점에서, 이 "저부 가열"이 시작된다. 예컨대, 종래의 "개방" 핫존에서의 표준 성장 공정은 전형적으로 본체의 약 20％ 내지 약 30％, 40％ 또는 그 이상이 성장된 후에 측부 가열기 전력을 증가시키는 단계를 포함한다. 따라서, 본체의 약 20％, 30％, 40％ 또는 그 이상(예컨대, 50％, 60％ 등)이 성장된 후에, "저속 냉각" 핫존에서 저부 가열이 시작될 수 있다.While growing the single crystal silicon ingot, maintaining the side heater power at a substantially constant level or reducing the side heater power is achieved by using a bottom heater (ie, a heater disposed below the crucible and the silicon melt in the growth chamber). By supplying heat to the melt, more particularly by increasing the power supplied to the bottom heater during the growth of the latter and the end-cone of the body. Generally, while the side heater power remains substantially constant, or alternatively reduced, heat is supplied to the melt by the bottom heater, and at the same time as during the growth of the body that conventionally the side heater power was increased. In this "bottom heating" is started. For example, standard growth processes in conventional “open” hot zones typically include increasing side heater power after about 20% to about 30%, 40% or more of the body has grown. Thus, after about 20%, 30%, 40% or more (eg, 50%, 60%, etc.) of the body has grown, bottom heating may begin in a "low speed cooling" hot zone.

이와 관련하여, 저부 가열이 시작되는 정확한 시점은 적어도 부분적으로는 이용되는 핫존의 설계의 함수이며, 따라서 결정 인발기마다 변할 수 있다.In this regard, the exact time point at which the bottom heating begins is at least partly a function of the design of the hot zone used, and thus can vary from crystal drawer to crystallization.

도 10a-10e 및 도 15a-15e를 참조하면, 본 기술 분야에 통용되는 LPD 검출 수단을 이용하여, "저속 냉각" 핫존에서 제조된 잉곳으로부터 얻어진 다수의 웨이퍼에 대한 분석 결과가 개괄적으로 도시되어 있으며, 이 때 측부 가열기 전력은 일정하게 유지되거나(도 10a-10e), 또는 대안적으로 감소되는 한편 (도 15a-15e), 잉곳 본체의 약 50％가 성장된 후, 저부 가열기에 공급되는 전력은 증가되었다. 이결과로부터 알 수 있는 바와 같이 (도 10a-10e 및 도 15a-15e는 잉곳 본체의 연속적인 20％ 부분으로부터 얻어진 웨이퍼를 나타내고 있음), 도 9a-9e 및 도 14a-14e에 나타난 각각의 대응되는 결과에 비해, 일정한 측부 가열기 전력을 유지하거나 측부 가열기 전력을 감소시키는 것은, 대형 LPD를 함유하는 웨이퍼의 개수를 현저하게 감소시킨다. 특히, 측부 가열기 전력이 일정하게 유지된 경우에는, 잉곳 본체의 두번째 40％에서는 약 2개 미만의 웨이퍼가 허용할 수 없는 수준인 것으로 발견되었고, 마지막 20％에서는 약 2개의 웨이퍼만이 허용할 수 없는 수준인 것으로 발견되었으며 (도 9e), 측부 가열기 전력이 감소된 경우에는 허용할 수 없는 수준의 웨이퍼가 발견되지 않았다 (도 15e).Referring to FIGS. 10A-10E and 15A-15E, the results of an analysis of a number of wafers obtained from ingots manufactured in a “low speed cooling” hot zone using the LPD detection means commonly used in the art are shown schematically. The side heater power is then kept constant (FIGS. 10A-10E), or alternatively reduced (FIGS. 15A-15E), while after about 50% of the ingot body has grown, the power supplied to the bottom heater is Increased. As can be seen from this result (FIGS. 10A-10E and 15A-15E show wafers obtained from a continuous 20% portion of the ingot body), respectively corresponding to those shown in FIGS. 9A-9E and 14A-14E. In comparison, maintaining constant side heater power or reducing side heater power significantly reduces the number of wafers containing large LPDs. In particular, when the side heater power was kept constant, less than about two wafers were found to be unacceptable in the second 40% of the ingot body, and only about two wafers were acceptable in the last 20%. It was found to be absent (FIG. 9E), and no unacceptable wafer was found when the side heater power was reduced (FIG. 15E).

단결정 실리콘 잉곳의 본체의 성장동안 측부 및 저부 가열 소자에 공급되는 전력의 정확한 값은, 다양한 변수들 중에서 특히 핫존의 설계 및 폴리실리콘 충진의 크기에 따라 크게 달라질 수 있다. 그러나, 전형적으로, 일 실시예에서 (측부 가열기 전력이 실질적으로 일정한 경우), "저속 냉각" 핫존 구성에서, 실질적으로 본체 전체(즉, 약 60％, 70％, 80％, 90％, 95％ 또는 그 이상) 및 엔드-콘이 성장되는 동안 측부 가열기에 공급되는 전력은, 바람직하게는 약 100㎾ 내지 약 150㎾, 더 바람직하게는 약 110㎾ 내지 약 140㎾, 더 바람직하게는 약 120㎾ 내지 약 130㎾, 가장 바람직하게는 약 124㎾ 내지 약 126㎾로 유지된다. 반면에, 동일 또는 유사한 핫존에 대하여, 본체의 대략 전반부(즉, 본체의 약 40％ 내지 약 60％)가 성장되는 동안 저부 가열기에 공급되는 전력은 약 0㎾ 내지 약 5㎾, 바람직하게는 약 0㎾ 내지 약 3㎾로 유지되고, 본체의 나머지 부분(즉, 마지막 40％, 50％, 60％또는 그 이상) 및 엔드-콘이 성장되는 동안 저부 가열기에 공급되는 전력은 전형적으로 초기값으로부터 약 50㎾, 40㎾ 또는 30㎾ 미만의 값으로, 일부 실시예에 있어서는 더 바람직하게는 약 25㎾, 20㎾ 및 15㎾의 값으로까지 서서히 증가된다.The exact value of the power supplied to the side and bottom heating elements during the growth of the body of the single crystal silicon ingot can vary greatly depending on the design of the hot zone and the size of the polysilicon filling, among other variables. Typically, however, in one embodiment (when side heater power is substantially constant), in a "low speed cooling" hot zone configuration, substantially the entire body (ie, about 60%, 70%, 80%, 90%, 95%). Or more) and the power supplied to the side heater while the end-cone is growing is preferably about 100 kW to about 150 kW, more preferably about 110 kW to about 140 kW, more preferably about 120 kW To about 130 kPa, most preferably about 124 kPa to about 126 kPa. On the other hand, for the same or similar hot zones, the power supplied to the bottom heater while the first half of the body (ie, about 40% to about 60% of the body) is growing is about 0 kV to about 5 kW, preferably about The power supplied to the bottom heater while remaining between 0 kPa and about 3 kV and the rest of the body (ie, last 40%, 50%, 60% or more) and the end-cone is typically from the initial value To values below about 50 Hz, 40 Hz or 30 Hz, in some embodiments it is gradually increased to values of about 25 Hz, 20 Hz and 15 Hz.

제2 실시예에서, 잉곳의 본체의 제1 부분(예컨대 약 20％, 30％, 40％, 50％ 또는 그 이상)이 성장되는 동안, 측부 가열기 전력은 전형적으로 약 100㎾ 내지 약 150㎾, 약 110㎾ 내지 약 140㎾, 또는 약 120㎾ 내지 약 130㎾로 유지되며, 바람직하게는 상기 범위 내에서 실질적으로 일정한 값으로 유지된다. 그 다음, 잉곳의 나머지 부분을 성장시키는 동안, 측부 가열기 전력이 감소되며, 전형적으로 그 이후의 소정 시점에서 저부 가열이 시작된다. 그러나, 대안적으로, 본체의 약 20％ 내지 약 60％, 약 25％ 내지 약 50％, 또는 약 30％ 내지 약 40％가 성장된 후에 저면 가열이 시작될 수 있다. 전술한 바와 같이, 저부 가열기 전력은 초기에는 약 0㎾ 내지 약 5㎾, 또는 약 0㎾ 내지 약 3㎾의 범위이고, 그 다음 약 50㎾, 45㎾, 40㎾, 30㎾ 또는 15㎾ 미만의 최종값까지 천천히 증가된다.In a second embodiment, the side heater power typically ranges from about 100 kW to about 150 kW, while the first portion (eg, about 20%, 30%, 40%, 50% or more) of the body of the ingot is grown. From about 110 kPa to about 140 kPa, or from about 120 kPa to about 130 kPa, and preferably at a substantially constant value within this range. Then, while growing the remainder of the ingot, the side heater power is reduced and typically bottom heating begins at some point thereafter. Alternatively, bottom heating may begin after about 20% to about 60%, about 25% to about 50%, or about 30% to about 40% of the body has grown. As noted above, the bottom heater power initially ranges from about 0 kV to about 5 kV, or from about 0 kV to about 3 kV, and then less than about 50 kV, 45 kV, 40 kV, 30 kV or 15 kV. Slowly increase to the final value.

저부 가열기 전력이 증가되는 방식과 관련하여, 도 3 및 도 11에 예시되어 있는 바와 같이, 일부 실시예에서는 전력이 2차 곡선(quadratic curve)을 따라 증가하지만, 다른 실시예에서는 전력이 전형적으로 약 0.01 내지 약 0.1㎾/㎜, 바람직하게는 약 0.01 내지 약 0.05㎾/㎜, 가장 바람직하게는 약 0.02 내지 약 0.03㎾/㎜씩 증가된다.With respect to the manner in which the bottom heater power is increased, as illustrated in FIGS. 3 and 11, in some embodiments the power increases along a quadratic curve, while in other embodiments the power is typically about 0.01 to about 0.1 mm 3 / mm, preferably about 0.01 to about 0.05 mm 3 / mm, most preferably about 0.02 to about 0.03 mm 3 / mm.

열 이력이 더 균일해지면, 본체의 길이에 걸쳐 보다 균일한 분포의 응집 베이컨시 결함을 갖는 실리콘 잉곳을 얻을 수 있다. 즉, 잉곳의 본체가, 응집 결함이 형성되기 시작하는 온도와 상용 가능한 기간 동안 베이컨시가 더 이상 충분히 이동 가능하지 않게 되는 온도 사이에서 냉각되게 함으로써, 보다 균일한 분포의 FPD가 얻어진다. 더 상세하게는, 성장중인 잉곳의 본체가 약 900℃ 내지 약 1150℃, 바람직하게는 약 1000℃ 내지 약 1100℃의 온도 범위에 걸쳐, 본질적으로 동일한 속도로 냉각되도록 하기 위해, 도가니 하측으로부터 용융체에 열이 공급되는 동안, 측부 가열기 전력은 실질적으로 일정한 레벨로 유지되거나, 또는 대안적으로는 감소된다. 즉, 본체의 각 세그먼트가 상기의 온도 범위 내에서 대략 동일한 기간 동안 잔류하는 경우, 결함의 균일성이 증가된다.As the heat history becomes more uniform, a silicon ingot with coherent vacancy defects of a more uniform distribution over the length of the body can be obtained. That is, a more uniform distribution of FPD is obtained by allowing the body of the ingot to cool between the temperature at which cohesion defects begin to form and the temperature at which vacancy no longer moves sufficiently during the compatible period. More specifically, the body of the growing ingot is cooled from the bottom of the crucible to the melt so as to be cooled at essentially the same rate over a temperature range of about 900 ° C to about 1150 ° C, preferably about 1000 ° C to about 1100 ° C. While heat is supplied, the side heater power is maintained at a substantially constant level, or alternatively is reduced. That is, if each segment of the body remains for approximately the same period within the above temperature range, the uniformity of the defect is increased.

이상으로부터, 본 발명의 공정은 저부 가열기를 이용하여 실리콘 용융체에 열을 공급하는 한편, 잉곳의 본체 및 엔드-콘의 성장 전반에 있어서 실질적으로 일정한 측부 가열기 전력을 이용하거나, 또는 대안적으로 본체의 후반부의 일부 및 엔드-콘이 성장하는 동안 감소하는 측부 가열기 전력을 이용한다. 일반적으로, 공정 전반에 걸쳐 폴리실리콘 충진을 용융된 상태로 유지하기 위해, 저부 가열기가 필요에 따라 이용된다. 더 상세하게는, 본체의 후반부가 이미 응고된 부분과 거의 동일한 속도로 냉각될 것을 보장하기 위해, 본체의 약 20％, 30％, 40％, 50％, 60％ 또는 그 이상이 형성된 후, "저속 냉각"형 핫존 내의 용융체에 열이 공급된다. 따라서, 본체의 주어진 세그먼트에 대한 냉각 속도는 다른 세그먼트에 비해 약 50％ 미만으로 변하고, 약 35％, 20％, 10％ 미만으로 변동되는 것이 바람직하다. 그러나, 본체의 주어진 세그먼트에 대한 냉각 속도는, 본체의 다른 세그먼트에 비해 약 5％ 미만으로 변동되는 것이 더 바람직하다.From the above, the process of the present invention utilizes a bottom heater to supply heat to the silicon melt, while utilizing substantially constant side heater power throughout the growth of the body and end-cone of the ingot, or alternatively the Part of the latter and side-cone use decreasing side heater power while growing. Generally, bottom heaters are used as needed to keep the polysilicon fill molten throughout the process. More specifically, after about 20%, 30%, 40%, 50%, 60% or more of the body is formed, to ensure that the latter half of the body cools at about the same rate as the already solidified portion, Heat is supplied to the melt in the "low speed cooling" type hot zone. Thus, the cooling rate for a given segment of the body varies less than about 50% relative to the other segments, and preferably varies from less than about 35%, 20%, less than 10%. However, the cooling rate for a given segment of the body more preferably varies by less than about 5% relative to other segments of the body.

도 5 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 공정의 일 실시예에 따라, 전형적으로 잉곳 본체의 평균 축방향 온도 구배를 약 2℃/㎜ 미만으로 유지하기 위해, 도가니 및 실리콘 용융체의 하측으로부터의 열 공급과 함께, 실질적으로 일정한 측부 가열기 전력이 이용된다. 그러나, 평균 축방향 온도 구배는 바람직하게는 약 1.5℃/㎜를 초과하지 않고, 더 바람직하게는 약 1℃/㎜, 가장 바람직하게는 약 0.5℃/㎜를 초과하지 않는다.5-8, in accordance with one embodiment of the process of the present invention, typically from the bottom of the crucible and silicon melt to maintain an average axial temperature gradient of the ingot body below about 2 ° C./mm. Along with the heat supply, a substantially constant side heater power is used. However, the average axial temperature gradient preferably does not exceed about 1.5 ° C./mm, more preferably does not exceed about 1 ° C./mm, most preferably about 0.5 ° C./mm.

이와 관련하여, 상기에서 평균 축방향 온도 구배는 실질적으로 일정한 측부 가열기 전력이 이용되는 공정과 관련하여 설명되었지만, 이러한 온도 구배는 성장 공정동안 측부 가열기 전력이 감소되는 공정에도 적용 가능함에 유의해야 한다.In this regard, while the above average axial temperature gradient has been described in relation to a process in which a substantially constant side heater power is used, it should be noted that this temperature gradient is also applicable to a process in which side heater power is reduced during the growth process.

잉곳 본체의 열 이력은, 필요에 따라 잉곳 및 도가니의 회전 속도를 조절하면서, 본체 및 엔드-콘의 성장 전반에 걸쳐 비교적 일정한 인발 속도를 유지하는 것에 의해 더 제어될 수 있다. 본 공정에서, 본체의 전반부 및 후반부 양자 모두의 성장 동안, 잉곳에 대한 평균 인발 속도는 엔드-콘에 대한 평균 인발 속도와 실질적으로 유사하다. 따라서, 본체의 전반부, 본체의 후반부 및 엔드-콘에 대한 평균 인발 속도는 전형적으로 약 50％ 이상 변동되지 않는다. 그러나, 바람직하게는 전반부, 후반부 및 엔드-콘의 평균 인발 속도는 약 35％보다 많이 변동하지 않고, 더 바람직하게는 약 20％, 더 바람직하게는 약 10％보다 많이 변동하지 않는다. 그러나, 가장 바람직하게는, 본체의 전반부 및 후반부와 엔드-콘에 대한 인발 속도는 약 5％보다 많이 변동하지 않는다.The thermal history of the ingot body can be further controlled by maintaining a relatively constant drawing speed throughout the growth of the body and end-cone, adjusting the rotational speed of the ingot and crucible as needed. In this process, during the growth of both the first half and the second half of the body, the average draw rate for the ingot is substantially similar to the average draw rate for the end-cone. Thus, the average drawing speed for the first half of the body, the second half of the body and the end-cone typically does not vary by more than about 50%. However, preferably the average drawing speed of the first half, second half and end-con does not vary by more than about 35%, more preferably by about 20%, more preferably by more than about 10%. Most preferably, however, the draw rates for the first and second half of the body and for the end-cone do not vary by more than about 5%.

전형적으로, 본체 및 엔드-콘의 성장동안, 인발 속도는 약 0.4㎜/분 내지 약1.25㎜/분의 범위 내에 있다. 더 상세하게는, 본체의 전반부, 본체의 후반부 및 엔드-콘에 대한 평균 인발 속도는 바람직하게는 약 0.45㎜/분 내지 약 0.75㎜/분의 범위 내에 있고, 더 바람직하게는 약 0.45㎜/분 내지 약 0.65㎜/분의 범위 내에 있다. 그러나, 이러한 인발 속도는 적어도 부분적으로 잉곳 직경의 함수이다. 따라서, 약 200㎜를 초과하는 잉곳 직경에 대해서, 인발 속도는 전형적으로 보다 낮을 것이다.Typically, during growth of the body and the end-cone, the drawing speed is in the range of about 0.4 mm / min to about 1.25 mm / min. More specifically, the average drawing speed for the first half of the body, the second half of the body and the end-cone is preferably in the range of about 0.45 mm / min to about 0.75 mm / min, more preferably about 0.45 mm / min To about 0.65 mm / minute. However, this drawing speed is at least partly a function of the ingot diameter. Thus, for ingot diameters greater than about 200 mm, the drawing speed will typically be lower.

바람직하게는, 본 공정의 실시예들은 "저속 냉각"형 핫존으로 구현되며, 본체의 후반부(즉, 최종 80％, 70％, 60％, 50％, 40％ 또는 그 미만)가 약 2℃/분 미만, 바람직하게는 1.5℃/분 미만, 더 바람직하게는 1℃/분 미만, 가장 바람직하게는 0.5℃/분 미만의 속도로 냉각되는 것을 보장하기 위해, 일정한 측부 가열기 전력 또는 대안적으로 감소하는 측부 가열기 전력, 및 인발 속도 제어와 함께, 저부 가열기가 이용된다. 즉, 인발 속도 및 측부 가열기 전력에 대한 제어와 함께, 저부 가열기가 이용되어, 실질적으로 잉곳의 본체 전체가 약 900℃ 내지 약 1150℃, 바람직하게는 약 1000℃ 내지 약 1100℃의 범위에서, 적어도 약 15, 20 또는 25분, 더 바람직하게는 적어도 약 40, 50 또는 75분동안 유지되는 것이 보장된다. 그러나, 일부 경우에서는 적어도 약 100분, 150분 또는 그 이상의 기간이 바람직할 수 있다.Preferably, embodiments of the process are implemented with a "low speed cooling" type hot zone, with the latter half of the body (ie, the final 80%, 70%, 60%, 50%, 40% or less) of about 2 ° C / Constant side heater power, or alternatively reduced, to ensure cooling at a rate of less than minutes, preferably less than 1.5 ° C./minute, more preferably less than 1 ° C./minute, most preferably less than 0.5 ° C./minute. The bottom heater is used together with the side heater power and drawing speed control. That is, with the control of the draw rate and side heater power, a bottom heater is used such that substantially the entire body of the ingot is in the range of about 900 ° C. to about 1150 ° C., preferably from about 1000 ° C. to about 1100 ° C., at least It is guaranteed to remain for about 15, 20 or 25 minutes, more preferably at least about 40, 50 or 75 minutes. However, in some cases a period of at least about 100 minutes, 150 minutes or more may be desirable.

이와 관련하여, 측부 가열기 전력이 일정하게 유지되는 경우, 적어도 일부 경우에서는 약 20 내지 약 100분, 또는 약 20 내지 약 75분의 잔류 시간이 바람직하다는 점에 주목할 필요가 있다. 마찬가지로, 측부 가열기 전력이 감소되는 경우, 적어도 일부 경우에서는, 약 15 내지 약 50분, 또는 약 25 내지 약 40분의 잔류 시간이 바람직하다.In this regard, it should be noted that when the side heater power is kept constant, a residence time of at least about 20 to about 100 minutes, or about 20 to about 75 minutes, is desired in at least some cases. Likewise, when the side heater power is reduced, a residence time of at least about 15 to about 50 minutes, or about 25 to about 40 minutes, is desirable in at least some cases.

또한, "잔류 시간"이 비교적 높은 GOI값을 얻을 수 있도록 충분히 길되, 약 0.2 마이크론보다 큰 LPD를 허용할 수 없는 수준의 개수만큼 포함하게 할 정도로 길어서는 안 된다는 점 또한 주의할 필요가 있다. 따라서, 주어진 잉곳 세그먼트는 약 250분보다 길게 온도 범위 내에 잔류하지 않을 것이며, 한편 일부 경우에서는 잔류 시간이 약 225, 200, 175 또는 약 150분을 초과하지 않을 것이다.It should also be noted that the "retention time" should be long enough to achieve a relatively high GOI value, but not long enough to include an unacceptable number of LPDs greater than about 0.2 microns. Thus, a given ingot segment will not remain in the temperature range longer than about 250 minutes, while in some cases the residence time will not exceed about 225, 200, 175 or about 150 minutes.

그러나, 냉각 속도 및 잔류 시간의 절대값은 특히 핫존 설계, 잉곳 직경 및 인발 속도에 의존하여 변동할 것이다. 따라서, 결함의 균일성을 위해, 절대값은 본 공정에 중요하지 않으며, 그 대신 임의의 주어진 세그먼트에 대한 냉각 속도와 잔류 시간의 절대값들의 상대적인 차이가 중요한 고려 사항이다.However, the absolute values of cooling rate and residence time will vary depending in particular on the hot zone design, ingot diameter and drawing speed. Therefore, for uniformity of defects, the absolute value is not important for the present process, instead the relative difference between the absolute values of the cooling rate and the residence time for any given segment is an important consideration.

도 4 및 도 13을 참조하면, 본 발명에 의해 성장된 단결정 실리콘 잉곳은, 특히 잉곳의 본체 전반에 걸쳐, FPD와 같은 베이컨시-타입의 응집 결함의 비교적 균일한 축방향 농도를 나타낸다. 이러한 균일성은, 다른 이점들 중에서도, 비균일 결정이 직면하게 되는 성장 후의 공정 상의 문제점과 비용을 감소시킬 수 있다. 그러나, 잉곳의 길이에 걸쳐 결함 분포의 균일성을 얻는 것에 더하여, 형성된 응집 결함의 크기 및 개수를 제어하는 것도 중요하다. 따라서, 본 공정은 허용 가능한 GOI값 (즉, 적어도 약 50％, 60％, 70％, 80％, 90％ 이상의 GOI값, 예컨대 도 12 참조)이 얻어질 것을 보장하는 한편, 약 0.2 마이크론보다 큰 LPD의 개수도 제한하도록 최적화될 것이다. 더 상세하게는, 상기의 방식으로 열 이력을 제어함으로써,본체 내에서의 큰 LPD의 밀도 및 균일성이 제어될 수 있는 한편, GOI에 부정적인 영향을 미치는 FPD와 같은 보다 작은 결함의 개수도 제한할 수 있다.4 and 13, the single crystal silicon ingot grown by the present invention exhibits a relatively uniform axial concentration of vacancy-type aggregation defects such as FPD, especially throughout the body of the ingot. This uniformity can reduce, among other benefits, post-growth process problems and costs that non-uniform crystals face. However, in addition to obtaining uniformity of defect distribution over the length of the ingot, it is also important to control the size and number of cohesive defects formed. Thus, the process ensures that acceptable GOI values (ie, at least about 50%, 60%, 70%, 80%, 90% or more GOI values, such as see FIG. 12) are obtained, while greater than about 0.2 micron. The number of LPDs will also be optimized to limit. More specifically, by controlling the thermal history in this manner, the density and uniformity of large LPDs in the body can be controlled, while limiting the number of smaller defects, such as FPD, which negatively affect GOI. Can be.

따라서, 본 공정은, 전형적으로 본체의 상당 부분(즉, 약 60％, 70％, 75％, 80％, 85％, 90％ 또는 그 이상)에 걸쳐 비교적 균일한 밀도의 FPD를 갖는 단결정 실리콘 잉곳을 제조할 수 있게 하며, 그 밀도는 전형적으로 약 150결함/㎠ 미만, 바람직하게는 약 75결함/㎠ 미만, 더 바람직하게는 약 50결함/㎠ 미만이다. 또한, 본 공정은, 표면 상의 대형 LPD(즉, 약 0.2 마이크론보다 큰 LPD)의 개수가 약 20결함/웨이퍼 미만, 바람직하게는 15결함/웨이퍼 미만, 더 바람직하게는 약 10결함/웨이퍼 미만인 실리콘 웨이퍼가 얻어질 수 있게 한다. 따라서, 본 공정은 집적 회로 제조자들에 의해 부과된 현재의 조건에 부합하거나 그보다 더 나은 웨이퍼가 얻어질 수 있게 한다.Thus, this process typically involves a single crystal silicon ingot having a FPD of relatively uniform density over a substantial portion of the body (ie, about 60%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90% or more). To be prepared, the density is typically less than about 150 defects / cm 2, preferably less than about 75 defects / cm 2, and more preferably less than about 50 defects / cm 2. In addition, the process is characterized in that the number of large LPDs on the surface (ie, LPDs greater than about 0.2 microns) is less than about 20 defects / wafer, preferably less than 15 defects / wafer, more preferably less than about 10 defects / wafer Allow the wafer to be obtained. Thus, the process allows wafers to be obtained that meet or exceed current conditions imposed by integrated circuit manufacturers.

이와 관련하여, FPD 및 LPD는 본 기술 분야에 공지된 수단에 의하여 검출 및 측정된다는 점을 말하고자 한다. 예컨대, FPD에 대하여, 베이컨시가 풍부한 웨이퍼는 전형적으로 세코 에치 용액(Secco etch solution)에 약 30분간 침지된 후, 이러한 결함들을 검출하기 위하여 현미경 하에서 시각적으로 조사된다. LPD는 전형적으로 서프스캔 6200(Surfscan 6200) 또는 텐코 SP-1(Tencor SP-1) 기기를 이용하여, 웨이퍼의 표면에 레이저광을 반사시키는 것에 의해 검출 및 측정된다.In this regard, it is intended to say that FPD and LPD are detected and measured by means known in the art. For example, for FPD, wafers rich in vacancy are typically immersed in a Secco etch solution for about 30 minutes and then visually irradiated under a microscope to detect these defects. LPD is typically detected and measured by reflecting laser light onto the surface of the wafer using a Surfscan 6200 or Tencor SP-1 instrument.

또한, LPD 제한에 더하여, 집적 회로 제조자들은 실리콘 웨이퍼의 GOI에 대해서 제한을 가하며, 전형적으로 본 기술 분야에 표준인 수단에 의해 결정할 때 각 웨이퍼가 적어도 50％의 GOI를 가질 것을 요구하고 있다는 점에 주의할 필요가 있다. 따라서, 도 12를 참조하면, 본 발명에 개시된 방법으로 잉곳 본체의 열 이력을 제어하는 것에 의해, 적어도 약 50％, 바람직하게는 약 60％, 더 바람직하게는 70％, 더 바람직하게는 80％, 가장 바람직하게는 적어도 약 85％(예컨대 90％, 95％ 등)의 GOI를 갖는 실리콘 웨이퍼가 이로부터 얻어질 수 있다. 따라서, 본 공정은, 단결정 실리콘 잉곳의 실질적으로 이용가능한 길이의 전체(즉, 적어도 약 50％, 60％, 70％, 80％, 90％, 95％ 또는 그 이상)에 걸쳐 현재 존재하는 LPD 및 GOI 조건을 만족시키는 실리콘 웨이퍼를 얻을 수 있는 수단을 제공한다는 장점이 있다.In addition, in addition to the LPD limitation, integrated circuit manufacturers impose limits on the GOI of silicon wafers, typically requiring that each wafer have a GOI of at least 50% as determined by means that are standard in the art. You need to be careful. Thus, referring to FIG. 12, at least about 50%, preferably about 60%, more preferably 70%, more preferably 80% by controlling the thermal history of the ingot body by the method disclosed herein. Most preferably, a silicon wafer having a GOI of at least about 85% (eg 90%, 95%, etc.) can be obtained therefrom. Thus, the present process provides for LPD currently present throughout the substantially available length of a single crystal silicon ingot (ie, at least about 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% or more) and The advantage is to provide a means to obtain a silicon wafer that satisfies GOI conditions.

잉곳 본체의 성장동안 가열기 전력을 제어하는 것에 더하여, 엔드-콘의 경우에서도 성장시 가열기 전력을 제어하는 것이 중요하다. 더 상세하게는, 본체의 일부분 및 엔드-콘 양자 모두를 성장시키는 동안, 측부 가열기 전력이 실질적으로 일정하게 유지되거나 또는 대안적으로 감소되는 한편, 본체의 나머지 부분 및 엔드-콘의 성장 전반에 걸쳐 저부 가열기에 공급되는 전력은, 일단 개시되면, 전형적으로 증가한다. 전술한 바와 같이, 일부 실시예에서, 전력은 도 3 및 도 11에 예시된 바와 같이 2차 곡선을 따라 증가한다. 또한, 엔드-콘의 성장동안 저부 가열기에 공급되는 평균 전력은, 전형적으로 본체의 성장동안 저부 가열기에 공급되는 평균 전력의 적어도 약 110％이고, 일부 경우에서는 적어도 약 150％, 200％, 300％ 또는 400％의 평균 전력 레벨이 더 바람직함을 알아야 한다.In addition to controlling the heater power during growth of the ingot body, it is important to control the heater power during growth even in the case of end-cones. More specifically, while growing both a portion of the body and the end-cone, the side heater power is maintained substantially constant or alternatively reduced, while the rest of the body and throughout the growth of the end-cone The power supplied to the bottom heater, once initiated, typically increases. As mentioned above, in some embodiments, the power increases along the quadratic curve as illustrated in FIGS. 3 and 11. In addition, the average power supplied to the bottom heater during growth of the end-cone is typically at least about 110% of the average power supplied to the bottom heater during growth of the body, and in some cases at least about 150%, 200%, 300% Or an average power level of 400% is more desirable.

그러나, 성장 공정동안 이와 같이 저부 가열기 전력이 증가하여도, 대부분의 경우에서, 저부 가열기에 공급되는 평균 전력은 가열 소자에 공급되는 총 전력의작은 부분에 지나지 않음에 유의할 필요가 있다. 더 상세하게는, 엔드-콘의 성장동안 저부 가열기에 공급되는 전력은, 전형적으로 엔드-콘의 성장동안 측부 가열기에 공급되는 평균 전력의 단지 약 5％ 내지 약 15％이다.However, even with this increase in bottom heater power during the growth process, it should be noted that in most cases, the average power supplied to the bottom heater is only a small fraction of the total power supplied to the heating element. More specifically, the power supplied to the bottom heater during the growth of the end-cone is typically only about 5% to about 15% of the average power supplied to the side heater during the growth of the end-cone.

측부 가열기 전력과 관련하여, 전술한 바와 같이, 일 실시예에서 이것은 전체 성장 공정(즉, 본체뿐만 아니라 엔드-콘까지의 성장)에 걸쳐서 본질적으로 일정하게 유지되는 것이 바람직하다. 그러나, 엔드-콘의 성장동안 전력 레벨이 변동할 수 있고, 공급되는 평균 전력은 종종 본체 성장동안 측부 가열기에 공급되는 평균 전력의 약 90％ 내지 약 110％의 범위 내에 있다. 또한, 측부 가열기 전력이 감소되는 제2 실시예에 대하여, 그 감소율은 본체의 나머지 부분 및 엔드-콘의 성장동안 일정할 수도 있고 변동할 수도 있다.With respect to side heater power, as noted above, in one embodiment it is desirable to remain essentially constant throughout the entire growth process (ie, growth not only to the body but also to the end-cone). However, the power level may vary during the growth of the end-cone, and the average power supplied is often in the range of about 90% to about 110% of the average power supplied to the side heaters during body growth. Also, for the second embodiment where the side heater power is reduced, the reduction rate may be constant or vary during the growth of the remaining portion of the body and the end-cone.

가열기 전력 및 인발 속도를 제어하는 것에 더하여, 본체 및/또는 엔드-콘의 성장동안, 잉곳 및 도가니 회전 속도도 조절될 수 있다. 전형적으로, 본체의 성장 동안의 잉곳 회전 속도 및 도가니 회전 속도는 각각 약 10rpm 내지 약 15rpm, 그리고 약 5rpm 내지 약 10rpm 사이로 유지될 수 있다. 엔드-콘의 성장동안, 이들 회전 속도 중 하나 또는 양자 모두가 전형적으로 감소되며, 이 때 엔드-콘 성장동안의 평균값은 본체 성장동안의 각각의 평균값보다 작다. 예컨대, 엔드-콘 성장동안의 잉곳 회전 속도는 약 10rpm 미만인 것이 바람직한 한편, 엔드-콘 성장동안의 도가니 회전 속도는 약 6rpm 미만인 것이 바람직하다. 더 바람직하게는, 잉곳 및 도가니의 회전 속도는 점차 작아진다. 더 바람직하게는, 잉곳 및 도가니의 회전 속도는 각각 약 10rpm로부터 약 5rpm까지, 그리고 약 6rpm로부터 약 1rpm까지 점차작아진다.In addition to controlling heater power and drawing speed, ingot and crucible rotational speeds can also be adjusted during growth of the body and / or end-cone. Typically, the ingot rotation speed and crucible rotation speed during growth of the body may be maintained between about 10 rpm and about 15 rpm, and between about 5 rpm and about 10 rpm. During the growth of the end-cones, one or both of these rotational speeds are typically reduced, with the mean value during end-cone growth being less than the respective mean value during body growth. For example, the ingot rotational speed during end-cone growth is preferably less than about 10 rpm, while the crucible rotational speed during end-cone growth is preferably less than about 6 rpm. More preferably, the rotational speeds of the ingots and crucibles become smaller gradually. More preferably, the rotational speeds of the ingot and crucible are gradually reduced from about 10 rpm to about 5 rpm and from about 6 rpm to about 1 rpm, respectively.

본 발명의 공정은, 잉곳 본체의 상당 부분, 바람직하게는 전체 길이에 걸쳐, 실리콘 베이컨시가 지배적인 고유 포인트 결함(중앙축으로부터 원주까지 또는 그 사이의 소정의 반경 상의 위치까지)이 되도록 하는 성장 조건 하에서, "저속 냉각" 핫존에서 제조된 단결정 실리콘 잉곳으로부터 얻어진 실리콘 웨이퍼 내에, 약 0.2 마이크론보다 큰 LPD의 수를 제한하면서, GOI를 향상시키는 데에 특히 적합하다. 일반적으로, 본체의 반경의 일 부분, 바람직하게는 전체 반경에 걸쳐서 v/G₀값을 그 임계값 (현재 입수 가능한 정보에 기초하면 2.1 ×10^-5㎠/sK인 것으로 나타나며, G₀는 응고 온도와 약 1300℃ 이상의 온도를 경계로 하는 온도 범위 내에서 축방향 온도 구배가 일정하다는 가정 하에서 결정됨) 보다 크도록 제어하는 것에 의해, 단결정 실리콘 잉곳은 "베이컨시-타입"으로 성장될 수 있다. v/G₀의 비의 제어는 예컨대 PCT/US98/03686, PCT/US98/07365 및 PCT/US98/07304에 상세하게 논의되어 있으며, 이들은 본 명세서에 참조로서 포함된다.The process of the present invention allows the growth of silicon silicon to become the dominant inherent point defect (from a central axis to a circumference or a predetermined radius between) over a substantial portion of the ingot body, preferably over its entire length. Under conditions, silicon wafers obtained from single crystal silicon ingots produced in a "low speed cooling" hot zone are particularly suitable for improving GOI, while limiting the number of LPDs greater than about 0.2 microns. In general, the v / G ₀ value over a portion of the radius of the body, preferably over the entire radius, appears to be at its threshold value (2.1 × 10 ⁻⁵ cm 2 / sK based on currently available information, with G ₀ solidifying). By controlling the temperature to be greater than the temperature and about 1300 ° C. or higher, determined under the assumption that the axial temperature gradient is constant), the single crystal silicon ingot can be grown to “Basic-type”. Control of the ratio of v / G ₀ is discussed in detail in, for example, PCT / US98 / 03686, PCT / US98 / 07365 and PCT / US98 / 07304, which are incorporated herein by reference.

아래의 예시들에 의해 설명되는 바와 같이, 본 발명의 공정은 단결정 실리콘 잉곳의 열 이력을 보다 정밀하게 조정하는 데에 이용될 수 있다. 측부 가열기 및 저부 가열기 소자에 대한 전력의 분배를 조절함으로써, 결정의 열 이력의 균일성이 개선된다. 또한, 개선된 전력 분배는 결정의 인발 속도/성장 속도가 보다 일정해질 수 있게 함으로써 열 이력을 개선한다. 따라서, 본 발명에 따라 제조된 단결정실리콘 잉곳은 본 기술 분야에 공지된 수단에 의해 더 처리되어, 잉곳의 길이 전반에 걸쳐서 개선된 GOI 및 더 적은 LPD를 갖는 단결정 실리콘 웨이퍼들을 지속적으로 생성할 수 있다.As illustrated by the examples below, the process of the present invention can be used to more precisely adjust the thermal history of single crystal silicon ingots. By adjusting the distribution of power to the side heater and bottom heater elements, the uniformity of the thermal history of the crystal is improved. In addition, the improved power distribution improves the thermal history by allowing the crystal's draw rate / growth rate to be more constant. Thus, single crystal silicon ingots made in accordance with the present invention can be further processed by means known in the art to consistently produce single crystal silicon wafers with improved GOI and less LPD throughout the length of the ingot. .

아래의 예시들은 본 발명의 일 실시예에 대해 원하는 결과를 얻기 위해 이용될 수 있는 특정한 조건 집합을 개시한다. 그러나, 잉곳의 공칭 직경, 핫존 설계, 도가니 직경 및 충진 크기(charge size)와 같은 파라미터들에 따라, 성장 공정동안의 소정 시점에서, 가열기들에 공급되는 전력은 물론, 예컨대 성장 속도, 잉곳 및 도가니의 회전 속도를 조절하여 이러한 조건들을 변경하는 것이 바람직함에 유의할 필요가 있다. 따라서, 이러한 조건들을 제한적인 측면으로 보아서는 안 된다.The examples below disclose a specific set of conditions that can be used to achieve the desired results for one embodiment of the present invention. However, depending on parameters such as the ingot's nominal diameter, hot zone design, crucible diameter and charge size, at some point during the growth process, the power supplied to the heaters, as well as, for example, growth rate, ingot and crucible It should be noted that it is desirable to change these conditions by adjusting the rotational speed of. Therefore, these conditions should not be viewed as limiting aspects.

예Yes

일정한 측부 가열기 전력Constant side burner power

본 공정에 따르면, 초크랄스키 법에 따라, 실리콘 내에서 베이컨시가 지배적인 고유 포인트 결함인 조건하에서 성장된 다수의 단결정 실리콘 잉곳이 제조되었다. 상세하게는, 각각의 잉곳은 약 200㎜의 공칭 직경, 약 850㎜의 본체 길이를 갖도록 성장되었으며, 각각 100㎏의 폴리실리콘 충진을 포함하는 22인치 직경의 도가니로부터 인발되었다. 모든 경우에서, "저속 성장" 핫존 구성을 갖는 페로플루이딕 결정 인발기(Ferrofluidics crystal puller)가 이용된다.According to this process, according to the Czochralski method, a large number of single crystal silicon ingots grown under conditions in which bacony is the dominant inherent point defect in silicon were produced. Specifically, each ingot was grown to have a nominal diameter of about 200 mm and a body length of about 850 mm, drawn from a 22 inch diameter crucible containing 100 kg polysilicon fill each. In all cases, a Ferrofluidics crystal puller with a "slow growth" hot zone configuration is used.

본체의 성장동안, 인발 속도는 약 0.6 내지 약 1㎜/분의 범위였다 (속도는 특히 실리콘이 베이컨시-타입으로 남아있을 것을 보장하기 위해 필요에 따라 조절될 수 있음). 잉곳의 회전 속도는 약 15rpm이었고, 도가니의 회전 속도는 약 6rpm내지 약 8rpm의 범위였다. 본체 및 엔드-콘의 성장동안, 측부 가열기에 공급되는 전력은 실질적으로 일정했으며, 전형적으로 약 120㎾ 내지 약 130㎾의 범위였다. 저부 가열기로의 전력은, 본체의 거의 절반(즉, 약 400㎜)이 성장될 때까지는 오프 상태로 남아있었고, 그 시점에서 전원 공급이 개시되어 2차 곡선을 따라 약 30㎾의 최종 레벨까지 서서히 증가되었다. 더 상세하게는, 전력은 약 400㎜ 내지 약 850㎜의 축방향 위치에 있어서 약 0㎾로부터 약 10㎾까지 증가되었다. 엔드-콘의 성장이 개시된 때, 테이퍼링(tapering)이 시작되도록 하기 위해, 도가니 및/또는 잉곳 회전 속도, 대안적으로는 성장 속도가 필요에 따라 증가되었고, 전력 공급은 약 10㎾로부터 약 30㎾의 최종값까지 증가되었다.During the growth of the body, the drawing speed ranged from about 0.6 to about 1 mm / minute (speed can be adjusted as needed, especially to ensure that the silicon remains basy-type). The rotation speed of the ingot was about 15 rpm and the crucible rotation speed ranged from about 6 rpm to about 8 rpm. During the growth of the body and end-cone, the power supplied to the side heaters was substantially constant and typically ranged from about 120 kV to about 130 kW. The power to the bottom heater remained off until nearly half of the body (ie, about 400 mm) had grown, at which point the power supply was initiated and gradually reached to a final level of about 30 mA along the secondary curve. Increased. More specifically, the power increased from about 0 kV to about 10 kV at an axial position of about 400 mm to about 850 mm. At the beginning of the growth of the end-cone, in order to start tapering, the crucible and / or ingot rotational speed, alternatively the growth rate, was increased as needed and the power supply was increased from about 10 kW to about 30 kW. Increased to the final value of.

비교를 위해, 성장 공정동안 저부 가열이 이용되지 않았고 측부 가열기 전력이 증가되었다는 점을 제외하고, 다수의 단결정 실리콘 잉곳이 유사하게 제조되었다 (즉, 성장 속도, 잉곳 및 도가니의 회전 속도, 결정 인발기/핫존 구성 등이 유사함). 더 상세하게는, 저부 가열기는 공정 전반에 걸쳐 오프 상태로 유지되는 한편, 측부 가열기 전력은 본체의 약 절반이 성장된 후 약 120㎾로부터 약 140㎾까지 점진적으로 증가되었다. 또한, 엔드-콘 성장의 개시 시에, 측부 가열기 전력은 약 140㎾로부터 약 160㎾까지 증가되었다.For comparison, many single crystal silicon ingots were similarly manufactured (ie, growth rate, rotational speed of ingots and crucibles, crystal drawers, except that no bottom heating was used during the growth process and the side heater power was increased). / Hotzone configuration, etc.) More specifically, the bottom heater remained off throughout the process, while the side heater power gradually increased from about 120 kPa to about 140 kPa after about half of the body had grown. Also, at the onset of end-cone growth, side heater power was increased from about 140 kW to about 160 kW.

각 잉곳의 본체는 성장된 후 본 기술 분야에 공지된 수단에 의해 웨이퍼들로 슬라이스되었으며, 이 웨이퍼들은 본체의 어느 20％의 세그먼트로부터 얻어진 것인지에 따라 그룹화되었다. 그 다음, 이 웨이퍼들은, 본 기술 분야에 공지된 수단에 의해 약 0.2 마이크론보다 큰 LPD의 존재 여부에 관하여 분석되었다. 본 발명의공정에 대한 결과가 도 10a 내지 10e에 도시되어 있으며, 한편 일정한 측부 가열기 전력/저부 가열을 이용하지 않고 성장된 잉곳들로부터 얻어진 비교 결과가 도 9a 내지 9e에 도시되어 있다. 상세하게 전술한 바와 같이, 측부 가열기 전력이 증가된 때, 잉곳의 후반부에서 약 0.2 마이크론보다 큰 LPD의 개수가 현저하게 증가함을 관찰할 수 있다.The body of each ingot was grown and sliced into wafers by means known in the art, and these wafers were grouped according to which 20% segment of the body was obtained. These wafers were then analyzed for the presence of LPD greater than about 0.2 micron by means known in the art. Results for the process of the present invention are shown in FIGS. 10A-10E, while comparison results obtained from ingots grown without using constant side heater power / bottom heating are shown in FIGS. 9A-9E. As described above in detail, it can be observed that when the side heater power is increased, the number of LPDs greater than about 0.2 microns in the latter half of the ingot increases significantly.

이상으로부터, 본 발명의 몇몇 목적이 달성됨을 알 수 있을 것이다. 상기의 공정 조건에 대하여 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 다양한 변경이 이루어질 수 있으므로, 상기의 상세한 설명에 포함되어 있는 모든 사항들은 제한적인 의미가 아닌 예시적인 것으로 해석되어야 한다.From the above, it will be seen that some objects of the present invention are achieved. As various changes may be made without departing from the scope of the present invention with respect to the above process conditions, all matters included in the above detailed description should be interpreted as illustrative rather than restrictive.

Claims

A method of controlling the thermal history of a single crystal silicon ingot during growth, wherein the silicon ingot is drawn from the silicon melt according to the Czochralski method, wherein the ingot is seed-cone, main body and end-cone. (end-cone) sequentially-

During growth of the body of the ingot in a temperature range of less than about 1325 ° C. from solidification, such that vacancy in one part of the body becomes a predominant intrinsic point defect, Iii) controlling the growth rate v and (ii) an average axial temperature gradient G ₀ ; And

During the growth of the one part of the body, heating the silicon melt with a side heater and a bottom heater, during the growth of the one part of the body, the power supplied to the side heater is Reduced, and the power supplied to the bottom heater is increased-

How to include.

The method of claim 1, wherein the increase in bottom heater power is initiated after at least about 20% of the body is grown.

The method of claim 1, wherein the increase in bottom heater power is initiated after at least about 40% of the body is grown.

The method of claim 1, wherein the increase in bottom heater power is initiated after at least about 20% to about 60% of the body is grown.

The method of claim 1, wherein the decrease in side heater power is initiated after at least about 20% of the body is grown.

The method of claim 1, wherein the reduction in side heater power is initiated after at least about 40% of the body is grown.

The method of claim 1, wherein the decrease in side heater power is initiated after at least about 20% to about 60% of the body is grown.

The method of claim 1, wherein the reduction in side heater power continues until growth of the end-cone is nearly complete.

The method of claim 1, wherein the increase in bottom heater power continues until growth of the end-cone is nearly complete.

The method of claim 1, wherein the portion of the body has an average axial temperature gradient of less than about 1 ° C./mm.

The method of claim 1, wherein the portion of the body remains between at least about 1000 ° C. and about 1100 ° C. for at least about 10 minutes to less than about 60 minutes.

The method of claim 1, wherein the one portion is at least about 40% of the length of the body.

The method of claim 1, wherein the one portion is at least about 80% of the length of the body.

The method of claim 1, wherein the one portion has a cooling rate of less than about 2 ° C./min between about 1000 ° C. and about 1100 ° C. 5.

The method of claim 1, wherein at least about 50% of the body of the ingot has a concentration of flow pattern defects of less than about 100 defects / cm 2.

The method of claim 1, wherein at least about 75% of the body of the ingot has a concentration of flow pattern defects less than about 100 defects / cm 2.

The method of claim 1, wherein said portion of said body of said silicon ingot is sliced to obtain a silicon wafer therefrom, said wafer having less than about 20 light point defects greater than about 0.2 microns. .

The method of claim 1, wherein said portion of said body of said silicon ingot is sliced to obtain a silicon wafer therefrom, said wafer having less than about 15 light point defects greater than about 0.2 microns.

19. The method of claim 17 or 18, wherein the wafer is obtained from at least about 50% of the body of the ingot.

19. The method of claim 17 or 18, wherein the wafer is obtained from at least about 75% of the body of the ingot.

The method of claim 1, wherein the one portion is sliced to obtain a wafer therefrom, wherein the wafer has a gate oxide integrity of at least about 80%.

The method of claim 1, wherein the one portion is sliced to obtain a wafer therefrom, wherein the wafer has a gate oxide integrity of at least about 90%.

23. The method of claim 21 or 22, wherein the wafer is obtained from at least about 75% of the body of the ingot.

23. The method of claim 21 or 22, wherein the wafer has an insulation strength of about 9 GPa / cm.

Monocrystalline silicon ingots having at least about 50% gate oxide integrity and having less than about 20 light point defects greater than about 0.2 microns, wherein a single crystal silicon ingot is obtained, wherein the single crystal silicon ingot is a silicon melt according to the Czochralski method. And the growth rate v and the average axial temperature gradient G ₀ are controlled during growth in the temperature range from the freezing point to a temperature below about 1325 ° C. such that vacancy becomes the dominant inherent point defect. 1. A method of making a seed cone, a body and an end cone sequentially;

During growth of the body, side heater power is reduced and heat is applied from below the silicon melt using a bottom heater.

The method of claim 25, wherein the side heater power is reduced during growth of the end-cone.

27. The method of claim 25, wherein the wafer has less than about 15 light point defects greater than about 0.2 microns.

The method of claim 25, wherein the wafer has a gate oxide integrity of at least about 80%.

The method of claim 25, wherein the wafer has a gate oxide integrity of at least about 90%.

The method of claim 25, wherein the wafer has an insulation strength of about 9 μs / cm.

The method of claim 25, wherein the wafer is obtained from at least about 50% of the body of the ingot.

The method of claim 25, wherein the wafer is obtained from at least about 75% of the body of the ingot.