KR20060093645A - 단결정 제조방법 및 단결정 - Google Patents

Abstract

본 발명은, CZ법에 의해 단결정을 원료융액에서 인상하여 제조하는 방법에 있어서, 상기 단결정을 육성할 때에, 인상속도를 V, 결정 중심부의 온도구배를 Gc, 결정 주변부의 온도구배를 Ge로 나타낼 때, 상기 결정 중심부의 온도구배Gc 및 결정 주변부의 온도구배Ge를 상기 원료융액의 융액면과 원료융액면에 대향배치된 차열부재와의 거리를 변경하는 것에 의해 제어하고, 결정 중심부의 온도구배Gc와 결정 주변부의 온도구배Ge와의 차△G가 0.5℃/mm 이하가 되도록 함과 동시에, 인상속도V와 결정 중심부의 온도구배Gc의 비 V/Gc를 원하는 결함 영역을 갖는 단결정을 육성할 수 있도록 제어하는 단결정 제조방법이다. 이에 의해, CZ법에 의해 단결정을 육성할 때에, 인상속도V를 저속화시키지 않고 V/G를 제어하고, 결정 성장축 방향 전역에 걸쳐 결정 지름 방향 전면이 원하는 결함 영역이 되는 단결정을 단시간에 효율적이면서 높은 수율로 제조할 수 있는 단결정 제조방법이 제공된다.

실리콘, 단결정, 인상속도, 온도구배

Description

단결정 제조방법 및 단결정{Process for Producing Single Crystal and Single Crystal}

본 발명은, 쵸크랄스키법에 의한 단결정 제조방법에 관한 것으로서, 특히 원하는 결함영역을 갖는 단결정을 제조하는 방법에 관한 것이다.

반도체 디바이스의 기판으로 이용되는 단결정에는, 예를 들어 실리콘 단결정 등이 있고, 주로 쵸크랄스키법(Czochralski Method, 이하 CZ법으로 약칭한다)에 의해 제조되고 있다. 근래, 반도체 디바이스에서는 고집적화가 촉진되고, 소자의 미세화가 진행되고 있다. 이에 수반하여, 단결정의 결정 성장중에 도입되는 그론-인(Grown-in)결함 문제가 보다 중요해지고 있다.

여기서, 그론-인 결함에 대해 도6을 참조하면서 설명한다.

일반적으로, 실리콘 단결정을 성장시킬 때, 결정 성장속도V(결정 인상속도)가 비교적 고속인 경우에는, 공공형의 점결함이 집합한 보이드 기인의 FPD(Flow Pattern Defect)나 COP(Crystal Originated Particle)등의 그론-인 결함이 결정 지름(徑)방향 전역에 고밀도로 존재한다. 이들 보이드 기인의 결함이 존재하는 영역은 V(Vacancy)영역으로 불리고 있다.

또한, 결정 성장속도를 낮추면 성장속도의 저하에 수반하여 OSF(산화유기적 층결함, Oxidation Induced Stacking Fault)영역이 결정 주변에서 링상으로 발생하고, 더욱 성장속도를 저속으로 하면, OSF링이 웨이퍼 중심으로 수축하여 소멸한다. 한편, 더욱 성장속도를 저속으로 하면 격자간 실리콘이 집합한 전위루프 기인으로 생각되는 LSEPD(Large Secco Etch Pit Defect), LFPD(Large Flow Pattern Defect)등의 결함이 저밀도로 존재하고, 이들 결함이 존재하는 영역은 I(Interstitial)영역으로 불리고 있다.

근래, V영역과 I영역 중간의 OSF링 외측에, 보이드 기인의 FPD, COP등의 결함이나, 격자간 실리콘 기인의 LSEPD, LFPD등의 결함도 존재하지 않는 영역의 존재가 발견되고 있다. 이 영역은 N(뉴트럴, Neutral)영역이라 불린다. 또한, 이 N영역을 더욱 분류하면, OSF링의 외측에 인접하는 Nv영역(공공이 많은 영역)과 I영역에 인접하는 Ni영역(격자간 실리콘이 많은 영역)등이 있고, Nv영역에서는, 열산화처리를 했을 때에 산소석출량이 많고, Ni영역에서는 산소석출이 거의 없는 것이 알려져 있다.

그리고, 열산화처리 후, 산소 석출이 발생하기 쉬운 Nv영역의 일부에, Cu데포지션 처리로 검출되는 결함이 현저하게 발생하는 영역(이하, Cu데포결함영역이라 한다)이 있는 것이 알려져 있고, 이것은 산화막 내압특성과 같은 전기 특성을 열화시키는 원인이 되는 것으로 알려져 있다.

이들 그론-인 결함은, 단결정을 성장시킬 때의 인상속도V(mm/min)와 고액계면근방의 실리콘 융점에서 1400℃ 사이의 인상축 방향의 결정온도구배G(℃/mm)의 비인 V/G(mm²/℃·min)라고 하는 파라메터에 의해, 그 도입량이 결정되는 것으로 생각되고 있다(예를 들면, V.V.Voronkov, Journal of Crystal Growth, 59(1982), 625~643참조). 즉, V/G를 소정의 값으로 일정하게 제어하면서 단결정 육성을 행하는 것에 의해, 원하는 결함 영역 또는 원하는 무결함 영역을 갖는 단결정을 제조하는 것이 가능해진다.

예를 들면 일본 특개평11-147786호 공보에는, 실리콘 단결정을 육성할 때에, 결정중심에서 V/G값을 소정 범위내(예를 들면, 0.112~0.142mm²/℃·min)로 제어하고 단결정을 인상하는 것에 의해, 보이드 기인의 결함 및 전위루프 기인의 결함이 존재하지 않는 실리콘 단결정 웨이퍼를 얻을 수 있는 것이 개시되어 있다. 또한, 근래에는, Cu데포결함영역을 포함하지 않는 N영역의 무결함 결정에 대한 요구가 높아지고 있어, V/G를 원하는 무결함 영역에 고정도(高精度)로 제어하면서 단결정을 인상하는 단결정의 제조가 요구되고 있다.

일반적으로, 인상축 방향의 결정온도구배G는, 단결정 육성이 행해지는 단결정 인상장치의 HZ(핫 존: 로내 구조)에 의해 일의적으로 결정되는 것으로 되어 있었다. 그러나, 단결정 인상중에 HZ를 변경하는 것은 극히 곤란하기 때문에 상기와 같이 V/G를 제어하여 단결정 육성을 행하는 경우, 결정 온도구배G를 단결정 인상중에 제어하는 것은 행해지지 않고, 인상 속도V를 조절하는 것에 의해 V/G값을 제어하여 원하는 결함 영역을 갖는 단결정을 제조하는 것이 행해지고 있다.

또한, 일반적으로 결정온도구배G는 단결정 성장이 진행됨에 따라 저하되는 경향이 있는 것이 알려져 있고, 단결정 직동부(直胴部)의 성장개시시보다 성장종료시가 작아진다. 따라서, V/G를 원하는 값으로 거의 일정하게 제어하기 위해서는, 단결정 성장이 진행됨에 따라, 인상속도V를 결정온도구배G의 변화(저하)에 맞추어 저속이 되도록 변경하지 않으면 안되고, 그 결과, 단결정 직동부의 육성에 걸리는 시간이 길어지므로 생산성이 저하되는 문제가 발생하고 있었다.

그리고, 단결정 직동부의 성장종료시에 있어서의 인상속도는, 그 후 단결정 미부를 형성하기 위해 행하는 라운딩 공정에서의 단결정 인상 속도 및 인상 시간에 영향을 주고 있다. 이 때문에, 상기와 같이 직동부 성장 종료시의 인상 속도가 저속이 되면, 라운딩 공정에서의 인상 속도도 저속화하여 인상 시간이 더욱 길어지게 되므로, 단결정 제조에서의 생산성을 현저히 저하시키고 제조 비용의 상승을 야기하는 문제가 있었다.

또한 종래에는, 상기와 같이 인상속도V를 조절하여 V/G를 소정 값으로 제어하면서 단결정 육성을 행한 때에도, 실제로 얻어진 단결정의 결정 지름 방향으로 넓어지는 결함 영역을 단결정 각 부위에서 검사해 보면, 결정 성장축 방향의 일부 범위에서 원하는 결함 영역이 지름 방향 전면에 분포하지 않는 경우가 있고, 단결정을 결정 성장축 방향 전역에서 지름 방향 전면이 원하는 결함 영역이 되도록 안정되게 육성할 수 없는 경우가 있었다.

예를 들면, 단결정을 지름 방향 전면에서 N영역이 되도록 제조하기 위해, 단결정 직동부의 성장 개시시에 V/G가 소정값이 되도록 인상속도V를 설정하고, 단결정 육성중은 결정온도구배G의 변화에 맞추어 인상속도V를 점차 감소시켜 V/G를 소 정값으로 일정하게 제어하면서 단결정을 육성한 경우에도, 단결정 직동부의 전반부는 지름 방향 전면에서 N영역이 되지만, 단결정 직동부의 중간부나 후반부에서 결정 지름 방향의 일부에 OSF영역이나 V영역이 관찰되거나, 또는 I영역이 관찰되거나 하고, 지름 방향 전면이 N영역이 되지 않는 경우가 있었다.

그리고, 종래 단결정 제조에서는, 단결정 인상속도는, 육성하는 단결정 직경을 제어하는 파라메터의 하나로도 사용되고 있다. 이 때문에 상기와 같이 원하는 결함 영역에서 단결정을 육성하는 경우는, 인상 속도를 조절하는 것에 의해 V/G의 제어를 행함과 동시에 단결정의 직경 제어도 행하지 않으면 안된다. 따라서, 예를 들어 단결정 인상 중에 V/G의 제어와 단결정의 직경 제어를 행할 때에, 각각의 제어로 서로 다른 조건에서 인상 속도를 변경하고 싶은 경우에는 어느 한 쪽만 제어를 행할 수가 없고, 그 결과, 단결정 인상 중에 단결정 직경이 크게 변동하거나, 또는 결함 영역 등의 결정 품질이 원하는 영역에서 벗어나게 되어, 수율의 현저한 저하를 초래해 왔다.

그래서, 본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, CZ법에 의해 단결정을 육성할 때에, 인상속도V를 저속화시키지 않고 인상중의 결정온도구배G의 변화를 제어하는 것에 의해 V/G를 제어하고, 결정 성장축 방향의 전역에 걸쳐 결정 지름 방향 전면이 원하는 결함 영역이 되는 단결정을 단시간에 효율적이면서 높은 수율로 제조할 수 있는 단결정의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의하면, 쵸크랄스키법에 의해 챔버 내에서 단결정을 원료융액으로부터 인상하여 제조하는 방법에 있어서, 상기 단결정을 육성할 때에, 상기 단결정의 직동부를 성장시킬 때의 인상 속도를 V(mm/min), 결정 중심부의 고액계면근방의 결정온도구배를 Gc(℃/mm), 결정 주변부의 고액계면근방의 결정온도구배를 Ge(℃/mm)로 나타낼 때, 상기 결정 중심부의 결정온도구배Gc 및 결정 주변부의 결정온도구배Ge를 상기 원료융액의 융액면과 상기 챔버 내에서 원료융액면에 대향 배치된 차열부재와의 거리를 변경하는 것에 의해 제어하고, 결정 중심부의 온도구배Gc와 결정 주변부의 온도구배Ge와의 차 △G=｜(Gc-Ge)｜가 0.5℃/mm 이하가 되도록 함과 동시에, 인상속도V와 결정 중심부의 온도구배Gc의 비V/Gc(mm²/℃·min)를 원하는 결함 영역을 갖는 단결정을 육성할 수 있도록 제어하는 것을 특징으로 하는 단결정의 제조방법이 제공된다.

이와 같이, CZ법에 의해 단결정을 육성할 때에, 원료융액면과 차열부재간의 거리를 변경하는 것에 의해, 결정 중심부의 온도구배Gc 및 결정 주변부의 온도구배Ge를 제어할 수 있고, 이에 의해, 단결정 인상중에 △G를 0.5℃/mm 이하로 함과 동시에 인상속도V를 저속화 시키지 않고 V/Gc를 원하는 값으로 제어하는 것이 가능해지고, 결정 성장축 방향의 전역에 걸쳐 원하는 결함 영역이 지름 방향 전면에 균일하게 분포하는 고품질의 단결정을 단시간에 효율적으로 제조할 수 있다. 그리고, 이와 같이 하여 원하는 결함 영역을 갖는 고품질의 단결정을 효율적으로 제조할 수 있으면, 단결정 제조에서의 생산성을 향상시키고, 비용의 대폭적인 저감을 도모할 수 있다. 그리고, 이와 같이 융액면과 차열부재간의 거리를 변경하는 것에 의해 V/Gc를 제어하면, V/Gc의 제어를 고정도로 행함과 동시에 인상 속도에 의한 단결정의 직경 제어도 고정도로 안정되게 행하는 것이 가능해지므로, 원하는 결정 품질 및 결정 직경을 갖는 품질이 매우 우수한 단결정을 높은 수율로 안정되게 제조할 수 있다.

이 때, 상기 인상속도V를 일정한 값으로 하고 단결정 인상을 행할 수 있다.

본 발명의 단결정 제조방법에 의하면, 상기와 같이 융액면과 차열부재간의 거리를 변경하는 것에 의해 결정 중심부의 온도구배Gc 및 결정 주변부의 온도구배Ge를 제어할 수 있으므로, 인상속도V를 일정한 값으로 하여 단결정 인상을 행하여도, V/Gc를 원하는 결함 영역의 단결정을 육성할 수 있도록 용이하게 제어할 수 있다. 따라서, 인상속도V를 고속으로 일정하게 유지한 채, 결정 성장축 방향으로 같은 결함 영역을 갖는 단결정을 용이하게 인상할 수 있다. 또한, 본 발명에서 말하는 인상속도V를 일정한 값으로 한다는 것은, 단결정 직동부의 각 결정부위에서의 각각의 평균 인상 속도를 일정하게 하는 것을 의미하는 것이며, 단결정의 각 결정 부위에서의 평균 인상 속도가 일정한 값이 되면, 단결정의 직경을 소정값으로 정도가 좋게 제어할 수 있으므로, 각 결정 부위에서 평균 인상 속도에 대해 소정 범위내에서 V를 변동시킬 수 있는 것이다.

이 경우, 상기 V/Gc를, 상기 육성되는 단결정의 결함 영역이 지름 방향의 전면에 걸쳐 N영역이 되도록 제어하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 단결정 육성중에 V/Gc를 단결정의 결함 영역이 지름 방향 전면에서 N영역이 되도록 제어하는 것에 의해, FPD나 COP등의 보이드 기인의 결함도, 또한 LSEPD, LFPD 등의 전위루프 기인의 결함도 존재하지 않는 매우 고품질의 단결정을 고생산성, 고수율로 제조할 수 있다.

또한, 본 발명의 단결정 제조방법에서는, 상기 원료융액면과 차열부재와의 거리를, 상기 원료융액을 수용한 도가니의 상승 속도를 조절하여 원료 융액면의 높이를 승강시키는 것 그리고/또는 상기 차열부재의 위치를 상하로 이동시키는 것에 의해 변경할 수 있다.

본 발명에서는, 단결정을 육성할 때에, 원료융액을 수용한 도가니의 상승 속도를 조절하여 원료융액면의 높이를 승강시키는 것 그리고/또는 차열부재의 위치를 상하로 이동시키는 것에 의해, 원료융액면과 차열부재와의 거리를 용이하면서 고정도로 변경할 수 있으므로, 결정 인상중에 △G가 확실히 0.5℃/mm 이하가 되도록 함과 동시에 V/Gc를 원하는 값으로 고정도로 제어할 수 있다.

이 경우, 상기 원료융액면과 차열부재와의 거리를 30mm 이상으로 하는 것이 바람직하다.

이와 같이 원료융액면과 차열부재와의 거리를 30mm 이상으로 하면, 결정 인상중에 △G를 용이하게 0.5℃/mm 이하로 할 수 있고, 원하는 결함 영역이 지름 방향 전면에 균일하게 분포하는 단결정을 매우 안정되게 육성할 수 있다.

그리고, 본 발명에서는, 상기 원료융액면과 차열부재와의 거리를, 미리 시험을 행하여 구한 변경 조건에 따라 자동적으로 변경하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 융액면과 차열부재간의 거리를 변경하여 결정 중심부의 온도구배Gc 및 결정 주변부의 온도구배Ge를 제어할 때에, 실제로 단결정 제조가 행해지는 제조 환경에서의 융액면에서 차열부재까지의 거리와 결정온도구배Gc,Ge와의 관계를 미리 시뮬레이션 해석, 또는 실생산 등의 시험을 행하여 명백히 하고, 여기서 얻어진 정보를 기초로 융액면과 차열부재간의 거리를 변경하는 변경 조건을 구해 둔다. 그리고, 이 구한 변경 조건에 따라 단결정 인상 중에 융액면과 차열부재간의 거리를 자동적으로 변경하는 것에 의해, 결정온도구배Gc,Ge를 고정도로 자동 제어하여 △G를 확실히 0.5℃/mm로 함과 동시에 V/Gc를 용이하게 원하는 값으로 제어하는 것이 가능해지므로, 성장축 방향 전역에서 지름 방향 전면이 원하는 결함 영역이 되는 단결정을 매우 안정되게 제조할 수 있다.

또한, 상기 원료융액면과 차열부재와의 거리를 변경하는 변경조건을, 단결정의 제조배치 사이에서 조절하는 것이 바람직하다.

통상, 단결정의 제조를 복수 배치를 반복해서 행하면, 단결정 인상장치에서 HZ를 구성하는 파트의 열화 등의 원인에 의해, 단결정 제조배치간에서 제조 환경이 변화되어 버리는 경우가 있다. 그러나, 본 발명과 같이 융액면과 차열부재간의 거리를 변경하는 변경 조건을 단결정의 제조배치사이에서 조절하는 것에 의해, 제조환경의 변화를 보정하는 것이 가능해지고, 단결정의 제조를 복수 배치 반복해서 행하여도 제조배치간에 품질의 편차가 생기지 않고 매우 안정되게 단결정의 제조를 행할 수 있다.

이 경우, 상기 제조하는 단결정을 실리콘 단결정으로 할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 단결정의 제조방법은, 실리콘 단결정을 제조하는 경우에 특히 유효하게 이용할 수 있고, 이에 의해, 성장축 방향 전역에서 원하는 결함 영역을 지름 방향 전면에 갖는 고품질의 실리콘 단결정을 단시간에 효율적으로, 또한 높은 수율로 제조할 수 있다.

그리고, 본 발명에 의하면, 상기 단결정의 제조방법에 의해 제조된 단결정이 제공된다.

본 발명에 의해 제조된 단결정은, 성장축 방향 전역으로 지름 방향 전면에 원하는 결함 영역을 갖고, 결정 직경도 균일한 매우 고품질의 단결정으로 할 수 있다. 그리고, 본 발명의 단결정은, 단시간에 효율적이면서 고수율로 제조된 것이므로, 종래와 비교해 저가이다.

이상 설명한 것과 같이, 본 발명에 의하면, 단결정을 인상할 때에 원료융액면과 차열부재와의 거리를 변경하는 것에 의해, 결정 중심부의 온도구배Gc 및 결정 주변부의 온도구배Ge를 제어할 수 있고, 이에 의해, 단결정 인상중에 △G를 0.5℃/mm 이하로 함과 동시에 인상속도V에 의하지 않고 V/Gc를 고정도로 제어하는 것이 가능해진다. 따라서, 결정 성장축 방향 전역에 걸쳐 원하는 결함 영역을 지름 방향 전면에 갖는 품질이 우수한 단결정을 단시간에 효율적으로 제조할 수 있고, 또한 단결정의 직경 편차도 저감시킬 수 있으므로, 단결정 제조에서의 생산성이나 수율을 향상시키고 대폭적인 비용저하를 달성할 수 있게 되어, 매우 고품질의 단결정을 저가로 제공할 수 있다.

도 1은 원료융액면과 차열부재간의 거리L과 결정 중심부의 온도구배Gc와의 관계 및 원료융액면과 차열부재간의 거리L과 결정 주변부의 온도구배Ge와의 관계 예를 나타내는 그래프이다.

도 2는 원료융액면과 차열부재간의 거리L과, 결정 온도구배Gc와 Ge의 차인(Gc-Ge)값과의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 3은 실시예 및 비교예에서 단결정을 육성할 때의 단결정 직동부의 성장축 방향 길이와 원료융액면과 차열부재간의 거리L과의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 4는 실시예 및 비교예에서 단결정을 육성할 때의 단결정 직동부의 성장축 방향의 길이와 인상속도와의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 5는 본 발명의 단결정 제조방법을 실시할 때 사용할 수 있는 단결정 인상장치의 일례를 설명하는 구성 개략도이다.

도 6은 V/G와 결정 결함 분포의 관계를 나타내는 설명도이다.

이하, 본 발명에 대해 실시 형태를 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

본 발명자등은, 결정 성장축 방향 전역에 걸쳐 결정 지름 방향 전면이 원하는 결함영역이 되는 단결정을 단시간에 효율적으로 제조하는 방법에 대해 예의 실험 및 검토를 반복하였다. 그 결과, 단결정을 지름 방향 전면이 원하는 결함 영역이 되도록 안정되게 육성하기 위해서는 단결정 육성중에 지름 방향면내에서의 결정 온도구배의 차를 작게 하면 될 것으로 생각하고, 또한 원하는 결함 영역을 갖는 단결정을 단시간에 효율적으로 육성하기 위해서는 V/G의 제어를 인상속도를 저속화시 키지 않고 결정 온도구배G를 제어하는 것에 의해 행하면 좋을 것으로 생각하였다. 그래서 본 발명자등은, 단결정을 인상할 때의 원료융액의 융액면과 챔버 내에 원료융액면과 대향하도록 설치된 차열부재와의 거리에 주목하였다.

종래의 CZ법에 의한 단결정 육성에서는, 원하는 결함 영역을 갖는 단결정을 안정되게 인상하기 위해, 단결정 인상중에 원료융액의 저감에 수반하여 도가니를 서서히 상승시키는 것에 의해 원료융액의 융액면을 일정한 높이로 유지하면서 인상속도V를 서서히 저속화시켜 육성을 행하였다. 또한, 원료융액면에 대향하도록 설치되어 있는 차열부재는 단결정 인상 장치의 챔버 내에 고정되어 있었기 때문에, 단결정 육성 중에 차열부재의 위치를 변화시키는 일은 없었다. 이 때문에, 종래에는, 단결정을 육성할 때에 원료융액면과 차열부재간의 거리가 변화하는 일이 없고, 오히려 일정한 크기가 되도록 유지되었다.

그러나, 본 발명자등은, 이 원료융액면과 차열부재간의 거리를 단결정 인상중에 고의로 변화시키는 것에 의해, 고액계면 근방의 실리콘 융점에서 1400℃ 사이의 인상축 방향에서의 결정 중심부에서의 결정 온도구배Gc 및 결정 주변부에서의 결정 온도구배Ge를 제어할 수 있는 것을 알아내고, 그리고 이들 결정 온도구배Gc,Ge의 제어에 의해, 단결정 인상 중에 결정 중심부의 온도구배Gc와 결정 주변부의 온도구배Ge와의 차△G(즉, △G=｜(Gc-Ge)｜)를 작게 유지하는 것이 가능하고, 또한 이와 동시에 단결정 인상 중에 인상속도V를 저속으로 변경시키지 않고 V/G의 제어가 가능한 것을 알아냈다.

그래서, 종합전열해석소프트FEMAG(F. Dupret, P. Nicodeme, Y. Ryckmans, P. Wouters, and M.J. Crochet, Int.J.Heat Mass Transfer, 33, 1849(1990))을 이용하여, 단결정 인상 중에 원료융액의 융액면과 챔버 내에 설치한 차열부재간의 거리L을 변화시켰을 때의 인상축 방향에서의 결정 중심부의 온도구배Gc 및 결정 주변부의 온도구배Ge의 변화에 대해 시뮬레이션 해석한 결과의 예를 도1에 나타낸다. 또한, 이 도1의 결과에 기초하여, 단결정 인상중에 원료융액면과 차열부재간의 거리L을 변화시켰을 때의 결정 중심부의 온도구배Gc와 결정 주변부의 온도구배Ge와의 차인 (Gc-Ge)의 값의 변화에 대해 분석한 결과를 도2에 나타낸다.

도1 및 도2에 나타난 바와 같이, 시뮬레이션 해석 결과, 원료융액면과 차열부재간의 거리L을 변화시키는 것에 의해 결정 중심부의 온도구배Gc 및 결정 주변부의 온도구배Ge가 변화하는 것이 명백하고, 예를 들어 단결정 인상 중에 원료융액면과 차열부재간의 거리L을 확대시키면, 결정 온도구배Gc,Ge를 작게 할 수 있고, 또한편 상기 거리L을 축소시키면 결정 온도구배Gc,Ge를 크게 할 수 있는 것을 알았다. 또한, 원료융액면과 차열부재간의 거리L에 대한 결정 온도구배Gc,Ge의 변화 비율이 서로 다르므로, Gc와 Ge의 차인 (Gc-Ge)의 값도 거리L에 따라 변화하는 것이 명백해졌다.

그리고, 본 발명자등은, 다양한 결정 인상 조건에서 단결정의 육성을 행하고, 단결정 인상 중의 △G(=｜(Gc-Ge)｜)의 크기와 육성한 단결정의 결함 영역 분포와의 관계에 대해 조사하였다. 그 결과, 예를 들어 단결정 인상 중에 인상속도V와 결정 중심부의 온도구배Gc의 비 V/Gc를 원하는 결함 영역을 갖는 단결정을 육성할 수 있도록 제어했을 때에, △G가 0.5℃/mm 이하가 되면, 단결정을 지름 방향 전 면이 그 원하는 결함 영역이 되도록 안정되게 육성할 수 있는 것을 알았다.

본 발명은, 상기와 같은 단결정 인상 중의 원료융액면에서 차열부재까지의 거리L과 결정 온도구배Gc,Ge 및 △G와의 관계를 이용한 것이다.

즉, 본 발명의 단결정 제조방법은, CZ법에 의해 단결정을 육성할 때에, 원료융액의 융액면과 원료융액면에 대향 배치된 차열부재와의 거리L을 변경하는 것에 의해, 단결정의 지름 방향면내 중심부에서의 결정 온도구배Gc 및 지름 방향면내 주변부에서의 결정 온도구배Ge를 제어하고, △G=｜(Gc-Ge)｜가 0.5℃/mm 이하가 되도록 함과 동시에 V/Gc를 원하는 결함 영역으로 제어하는 것을 특징으로 하는 것이다. 또한, 본 발명에서 말하는 △G는, 예를 들어, 단결정 지름 방향면내의 중심부에서의 결정 온도구배Gc와, 지름 방향면내의 주변부 단면에서 중심방향으로 5mm 위치에서의 결정 온도구배Ge와의 차(差)라고 할 수 있다.

이하, 본 발명의 단결정 제조방법에 대해 도면을 참조하면서 상세히 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 단결정 제조방법에서 이용되는 단결정 인상장치는, 단결정 인상중에 원료융액의 융액면과 챔버 내에서 원료융액면에 대향하여 배치된 차열부재간의 거리L의 크기를 변경할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 도5에 나타내는 것과 같은 단결정 인상 장치를 이용할 수 있다. 우선, 도5를 참조하면서, 본 발명의 단결정 제조방법을 실시할 때에 사용할 수 있는 단결정 인상 장치에 대해 설명한다.

도5에 나타낸 단결정 인상장치(20)는, 메인챔버(1) 내에, 원료융액(4)을 수 용하는 석영도가니(5)와, 이 석영도가니(5)를 보호하는 흑연도가니(6)가 도가니 구동기구(21)에 의해 회전·승강자재인 유지축(13)으로 지지되어 있고, 또한 이들 도가니(5,6)를 둘러싸도록 가열히터(7)와 단열재(8)가 배치되어 있다. 메인챔버(1)의 상부에는 육성한 단결정(3)을 수용하고, 취출하기 위한 인상챔버(2)가 연접되어 있고, 인상챔버(2)의 상부에는 단결정(3)을 와이어(14)로 회전시키면서 인상하는 인상기구(17)가 설치되어 있다.

그리고, 메인챔버(1)의 내부에는 가스 정류통(11)이 설치되어 있고, 이 가스 정류통(11)의 하부에는 원료융액(4)과 대향하도록 차열부재(12)를 설치하여, 원료융액(4)의 표면에서의 복사를 커트함과 동시에 원료융액(4)의 표면을 보온하도록 하고 있다. 또한, 가스 정류통(11)의 상부에는, 가스 정류통(11)을 승강시켜 차열부재(12)의 위치를 상하로 조절할 수 있는 차열부재 구동수단(22)이 설치되어 있다. 또한, 본 발명에서, 차열부재(12)의 형상이나 재질 등은 특별히 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 적의 변경할 수 있다. 그리고, 본 발명의 차열부재(12)는, 융액면에 대향 배치된 것이면 되고, 반드시 상기와 같이 가스 정류통의 하부에 설치되어 있는 것에 한정되지 않는다.

또한, 인상챔버(2)의 상부에 설치된 가스 도입구(10)에서는 아르곤가스 등의 불활성 가스를 도입할 수 있고, 인상중의 단결정(3)과 가스 정류통(11) 사이를 통과시킨 후, 차열부재(12)와 원료융액(4)의 융액면 사이를 통과시켜, 가스유출구(9)로 배출할 수 있다.

그리고, 상기 도가니 구동기구(21) 및 차열부재 구동수단(22)는 각각 구동 제어수단(18)에 접속되어 있다. 그리고, 예를 들어 이 구동 제어수단(18)에, 도가니(5,6)의 위치, 차열부재(12)의 위치, CCD카메라(19)로 측정한 원료융액(4)의 융액면의 위치, 인상기구(17)에서 얻어지는 단결정 인상 길이 등의 정보가 피드백되는 것에 의해, 구동 제어수단(18)으로 예를 들어 단결정 인상 길이 등에 따라 도가니 구동기구(21) 그리고/또는 차열부재 구동수단(22)을 조절하고 도가니(5,6)의 위치 그리고/또는 차열부재(12)의 위치를 변경할 수 있고, 이에 의해, 원료융액(4)의 융액면에서 차열부재(12)의 하단까지의 거리L을 변경할 수 있게 되어 있다.

이와 같은 단결정 인상장치(20)를 이용하여, CZ법에 의해 예를 들어 실리콘 단결정을 육성하는 경우, 종홀더(15)에 고정된 종결정(16)을 석영도가니(5)중의 원료융액(4)에 침적하고, 그 후 회전시키면서 조심스럽게 인상하여 종목(種絞)을 형성한 후 원하는 직경까지 지름을 늘리고, 대략 원주(円柱) 형상인 직동부를 갖는 실리콘 단결정(3)을 성장시킬 수 있다.

본 발명은, 이와 같이 하여 실리콘 단결정(3)을 육성할 때에, 석영도가니(5)중의 원료융액(4)의 융액면과 차열부재(12) 하단과의 거리L을 변경하는 것에 의해 고액계면 근방의 인상축 방향에서의 결정 중심부의 온도구배Gc 및 결정 주변부의 온도구배Ge를 제어할 수 있고, 이에 의해, 단결정 인상중에 Gc와 Ge의 차△G를 항상 0.5℃/mm 이하가 되도록 함과 동시에, 인상속도V를 저속화시키지 않고 일정한 값으로 유지하면서 V/Gc를 제어하고, 결정 성장축 방향 전역에 걸쳐 지름 방향 면내 전체가 원하는 결함 영역이 되는 단결정을 단시간에 효율적으로 육성할 수 있는 것이다.

구체적으로 설명하면, 예를 들어 실리콘 단결정을 결함 영역이 지름 방향의 전면에 걸쳐 N영역이 되도록 육성하는 경우, 우선 단결정 직동부의 육성을 개시할 때에, 결정 중심부의 온도구배Gc와 결정 주변부의 온도구배Ge와의 차△G가 0.5℃/mm 이하가 되도록, 원료융액면에서 차열부재 하단까지의 거리L을 설정한다. 원료융액면과 차열부재간의 거리L은, 원료융액(4)을 수용하고 있는 석영도가니(5) 및 흑연도가니(6)의 위치를 도가니 구동기구(21)로 변화시켜 원료융액면의 높이를 상하로 조절하는 것 그리고/또는 차열부재 구동수단(22)으로 가스 정류통(11)을 승강시켜 차열부재(12)의 위치를 상하로 이동시키는 것에 의해, 용이하게 조절할 수 있다.

이 때, 상기와 같이 원료융액면과 차열부재간의 거리L의 설정을 행함과 동시에, 단결정을 육성할 때의 결정 인상속도V를, 단결정 직동부를 N영역으로 육성할 수 있도록 단결정 제조가 행해지는 제조환경(예를 들어, 단결정 인상장치의 HZ등)에 따라 설정한다. 이 경우, 인상속도V는, 단결정을 N영역으로 육성할 수 있는 범위의 최대값으로 설정할 수 있다.

그리고, 이와 같이 설정한 인상속도V로 단결정 직동부의 육성을 행할 때에, 그대로 직동부를 인상한 경우 결정 중심부의 온도구배Gc가 작아지는 영역에서는 원료융액면과 차열부재간의 거리L을 축소시키도록 변경하고, 또한 역으로 결정 중심부의 온도구배Gc가 커지는 영역에서는 상기 거리L을 확대시키도록 변경하여 단결정을 육성하는 것에 의해, 단결정 인상 중에 결정 중심부의 온도구배Gc 및 결정 주변부의 온도구배Ge를 제어할 수 있고, 이에 의해, 인상속도V에 의하지 않고 V/Gc를 소정값(N영역)으로 제어하는 것이 가능해진다.

이 때, 원료융액면과 차열부재간의 거리L을 변경하는 것에 의해, 상기와 같이 V/Gc를 제어함과 동시에 결정 온도구배Gc와 Ge와의 차△G가 항상 0.5℃/mm 이하가 되도록 한다. 이와 같이, 단결정 인상 중에 △G를 0.5℃/mm 이하로 유지함과 동시에 V/Gc를 소정값으로 제어하는 것에 의해, 원하는 결함 영역이 결정축 방향 및 결정 지름 방향 전면으로 균일하게 분포하는 단결정을 안정되게 육성할 수 있다.

이 경우, 단결정 인상 중의 원료융액면과 차열부재간의 거리L은, 도가니 구동기구(21)로 석영도가니(5) 및 흑연도가니(6)의 상승속도를 결정성장에 의한 융액면 저하분과 다른 속도로 하여 조절하는 것에 의해 원료융액면의 높이를 결정 성장축 방향으로 승강시키거나, 또한 차열부재 구동수단(22)으로 가스 정류통(11)을 승강시켜 차열부재(12)의 위치를 상하로 이동시키거나, 나아가 원료융액면의 높이와 차열부재(12)의 위치를 동시에 조절하는 것에 의해, 용이하면서 고정도로 변경시킬 수 있다.

즉, 예를 들어 원료융액면과 차열부재간의 거리L을 축소시키도록 변경하는 경우라면, 도가니 구동기구(21)로 도가니의 상승속도를 높여 도가니(5,6)를 결정 성장에 의한 융액면 저하분 보다 크게 밀어올리는 것에 의해 원료융액면의 높이를 상승시키거나, 그리고/또는, 차열부재 구동수단(22)으로 가스 정류통(11)을 하강시켜 차열부재(12)의 위치를 하방으로 이동시키거나 하면 된다. 또 한편, 거리L을 확대시키도록 변경하는 경우는, 도가니 구동기구(21)로 결정 성장에 의한 융액면 저하분 보다 작게 도가니(5,6)를 밀어올리는 것에 의해 융액면의 높이를 하강시키거 나, 그리고/또는, 차열부재 구동수단(22)으로 차열부재(12)의 위치를 상방으로 이동시키거나 하면 된다.

이 경우, 단결정 인상중에 변경하는 원료융액면과 차열부재(12)간의 거리L의 제어 범위는, 실제로 제조가 행해지는 제조환경, 예를 들어 HZ의 구조 등에 따라 적의 설정할 수 있지만, 상기와 같이 △G를 0.5℃/mm 이하로 하기 위해서는, 원료융액면과 차열부재간의 거리L이 적어도 30mm 이상이 되도록 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 융액면과 차열부재간의 거리L을 30mm 이상으로 하는 것에 의해, 가열히터로부터의 방사열을 단결정 인상중에 효율적으로 취입하여 결정 중심부의 온도구배Gc와 결정 주변부의 온도구배Ge와의 차 △G를 0.5℃/mm 이하로 쉽게 작게 할 수 있고, 결정 지름 방향의 결함 분포의 균일화를 도모할 수 있다.

또한, 원료융액면과 차열부재간의 거리L의 상한에 대해서도, △G를 0.5℃/mm 이하로 할 수 있으면, 단결정 제조환경이나 육성하는 단결정의 직경 등에 따라 적의 설정할 수 있지만, 예를 들어 원료융액면과 차열부재간의 거리L을 300mm 이하, 바람직하게는 200mm 이하, 더욱 바람직하게는 100mm 이하로 하는 것이 바람직하다.

단결정의 인상중에 이와 같은 제어범위로 원료융액면과 차열부재간의 거리L을 제어·변경하는 것에 의해, △G를 용이하게 0.5℃/mm 이하로 할 수 있음과 동시에 V/Gc를 소정값으로 매우 고정도로 안정되게 제어할 수 있으므로, 단결정을 결정 성장축 방향 전역에 걸쳐 지름 방향 전면이 원하는 결함 영역이 되도록 안정되게 육성할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 의하면, 단결정 인상중에 원료 융액면과 차열부재간의 거리L을 변경하여 결정 중심부의 온도구배Gc 및 결정 주변부의 온도구배Ge를 제어하는 것에 의해, △G를 0.5℃/mm 이하로 유지함과 동시에, 인상속도V를 종래와 같이 저속화시키는 일 없이 소정값 이상으로, 특히 그 결함 영역이 되는 최대 인상 속도로 일정하게 유지한 채, 원하는 결함 영역, 예를 들어 N영역을 갖는 단결정을 얻을 수 있게 V/Gc를 용이하게 제어할 수 있다. 물론, 본 발명은 융액면과 차열부재간의 거리L을 변화시키는 것에 의해 결정 온도구배Gc 및 Ge를 제어하여 원하는 결함 영역에서 단결정을 성장시키는 것이라면, 인상속도V는 반드시 일정한 값으로 할 필요는 없지만, 상기와 같이 원하는 결함 영역이 되는 인상 속도의 최대치로 일정하게 하면, 단결정의 생산성을 큰 폭으로 향상시킬 수 있다.

즉, 본 발명의 단결정 제조방법은, 결정 성장축 방향 전역에 걸쳐 지름 방향 전면이 원하는 결함 영역, 예를 들어 N영역이 되는 단결정을 안정되게 육성할 수 있고, 또한 단결정 직동부를 인상할 때의 평균 결정 인상 속도를 향상할 수 있으므로, 종래보다도 단결정 직동부의 육성을 단시간에 행할 수 있고, 그리고 단결정 직동부의 성장 종료시의 인상속도가 저속으로 되지 않으므로 ,그 후 라운딩 공정에서의 인상 시간도 단축할 수 있다. 따라서, 결정 성장축 방향 전역에 걸쳐 원하는 결함 영역을 지름 방향 전면에서 갖는 고품질의 단결정을 높은 생산성으로 매우 안정되게 제조할 수 있다. 또한, 제조시간이 단축되는 것에 의해, 결정이 유전위화할 가능성도 저감하고, 생산성 뿐만이 아니라, 수율 또한 향상시킬 수 있다. 그 결과, 단결정 품질 향상과 큰 폭의 비용 절감을 도모하는 것이 가능해지고, 우수한 품질을 안정되게 갖는 단결정을 매우 저가로 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은, 상술한 결정 인상 속도와 단결정의 직경제어에 관한 종래 문제점을 해결할 수 있다. 즉, 본 발명의 단결정 제조방법에서는, 상기와 같이 인상속도V에 의하지 않고 V/Gc를 소정값으로 제어할 수 있으므로, 융액면과 차열부재간의 거리L을 변경하고 V/Gc의 제어를 고정도로 행함과 동시에 평균 인상 속도를 예를 들어 일정하게 하는 것에 의해 단결정의 직경을 안정되게 제어하는 것이 가능해진다. 따라서, 결정 성장축 방향으로 단결정 직경의 편차를 저감시켜 불량 발생을 방지할 수 있고, 원하는 결정 품질 및 균일한 결정 직경을 갖는 매우 고품질의 단결정을 고수율로 제조할 수 있다.

그리고, 단결정을 원하는 결함 영역으로 육성할 때에, 인상속도V를 조절하는 것은 아니며, 본 발명과 같이 결정 온도구배Gc 및 Ge를 제어하는 것에 의해, 파라메터 V/G의 제어성을 향상시킬 수 있다. 이 때문에, 예를 들어 도6에 나타낸 것과 같은, Cu데포결함영역을 포함하지 않는 N영역 중의 Nv영역이나 Ni영역이라고 하는 좁은 영역에 V/Gc를 고정도로 제어하여 단결정을 제어하는 것이 가능해져, 종래에서는 육성이 곤란했던 Nv영역 또는 Ni영역을 성장축 방향 전역으로 지름 방향 전면에 갖는 고품질의 단결정을 매우 안정되게 얻을 수 있다.

또한, 이와 같은 본 발명의 단결정 제조방법에서는, 미리, 단결정의 제조를 행할 제조환경에서 결정 온도구배Gc,Ge의 상태나, 결정 온도구배Gc,Ge와 융액면에서 차열부재까지의 거리L과의 관계 등을 예를 들어 시뮬레이션 해석, 또는 실측 등의 시험을 행하여 조사해 두는 것에 의해, 단결정 인상중에 융액면과 차열부재간의 거리L을 변경시키는 변경조건을 상세히 구할 수 있다.

그리고, 이와 같이 하여 구한 거리L의 변경 조건을 도5에 나타낸 구동 제어수단(18)에 입력해두고, 단결정을 육성할 때에 예를 들어 도가니(5,6)의 위치, 차열부재(12)의 위치, CCD카메라(19)로 측정한 원료융액(4)의 융액면의 위치, 인상기구(17)에서 얻어지는 단결정의 인상 길이 등의 정보가 구동 제어수단(18)에 피드백 되는 것에 의해, 변경 조건에 따라 구동 제어수단(18)으로 도가니 구동기구(21) 그리고/또는 차열부재 구동수단(22)을 조절하여 도가니(5,6)의 위치 그리고/또는 차열부재(12)의 위치를 바꿀 수 있고, 이에 의해, 원료융액면과 차열부재간의 거리L을 단결정 인상 길이 등에 따라 자동적으로 변경하여 결정 온도구배Gc, Ge를 고정도로 제어할 수 있다. 따라서, 단결정 인상중에, △G를 확실히 0.5℃/mm 이하로 함과 동시에 V/Gc의 제어를 자동으로 고정도로 행하는 것이 가능해지고, 원하는 결함 영역을 지름 방향 전면에 갖는 단결정을 용이하면서 매우 안정되게 제조할 수 있다.

그리고, 본 발명의 단결정 제조방법에 있어서, CZ법에 의해 단결정을 복수배치로 연속하여 제조하는 경우, 원료융액면과 차열부재간의 거리L을 변경하는 변경조건을 단결정의 제조배치 사이에서 조절하는 것이 바람직하다.

통상, 단결정의 제조를 복수배치 반복하여 행하면, 단결정 인상장치에서 HZ를 구성하는 파트의 열화등의 원인에 의해, 단결정 제조배치간에서 HZ등의 제조환경이 변화하게 되는 경우가 있다. 특히, HZ 파트는 흑연제의 것이 흔히 이용되고, 이 중에서도 히터는 통상 흑연히터인 경우가 많고, 사용에 의해 서서히 온도분포가 변화한다. 그리고, 이와 같이 단결정 제조배치간에서 제조환경이 변화하면, 결정 중심부의 온도구배Gc 및 결정 주변부의 온도구배Ge도 제조배치간에서 변화하게 된다.

따라서, 단결정을 복수배치 제조하는 경우, 상기와 같이 원료융액면과 차열부재간의 거리L의 변경조건을 단결정 제조배치간에서 제조환경의 변화등에 따라 조절하는 것에 의해, 제조 환경의 변화를 보정하는 것이 가능해지고, 제조배치간에서 품질의 편차를 발생시키지 않고 고품질의 단결정을 매우 안정되게 제조할 수 있다. 구체적으로는, 전(前) 배치에서의 융액면과 차열부재간의 거리L과 결함분포 관계를 피드백하여, 다음 배치 이후의 제조 조건을 조정하면 된다.

이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

도5에 나타낸 단결정 인상장치(20)를 이용하여, 직경 24인치(600mm)의 석영도가니에 원료 다결정 실리콘을 150kg 넣고, CZ법에 의해, 방위<100>, 직경200mm, 산소농도가 22~23ppma(ASTM'79)가 되는 실리콘 단결정을 육성하였다(단결정 직동부 길이는 약120cm).

이 때, 단결정 인상중의 인상조건에 대해서는, 미리 시뮬레이션 해석을 행하여 결정 중심부의 온도구배Gc 및 결정 주변부의 온도구배Ge를 조사해 두고, 그 해석 결과를 기초로, 단결정 인상중에 원료융액(4)의 융액면과 차열부재(12)간의 거리L 및 인상속도가 이하의 표1에 나타낸 값이 되도록 인상조건을 제어하여, △G가 0.5℃/mm 이하가 되도록 하여 Cu데포지션결함이 검출되지 않는 N영역에서 단결정 육성을 행하였다. 구체적으로는, 차열부재(12)를 메인챔버(1) 내에서 소정 위치로 유지해 두고, 단결정 인상 중에 도가니 구동기구(21)로 도가니(5,6)의 상승속도를 융액면 저하분을 고려하여 조절하는 것에 의해 원료융액면의 높이를 단결정 인상 길이에 따라 승강시켜, 융액면과 차열부재간의 거리L이 표1에 나타난 값이 되도록 하였다. 또한, 단결정 인상속도는, 단결정 직동부의 10cm 이후에서 0.56mm/min으로 일정하게 되도록 제어하였다. 또한, 직동부 0cm에서의 인상속도가 고속인 것은, 확경부에서 직동부로 들어가기 위한 이른바 견부 인상이므로, 견부를 형성하는 것으로 직동부의 인상으로 이행하고, 10cm이내로 인상속도를 안정화시킬 수 있다.

[표1]

육성한 직동부의 길이(cm)	원료융액면과 차열부재간의 거리L(mm)	인상속도(mm/min)	△G(*)(℃/mm)
0	60.0	1.200
10	60.0	0.560	0.01
20	58.8	0.560	0.01
30	56.3	0.560	0.01
40	57.5	0.560	0.01
50	58.8	0.560	0.01
60	60.0	0.560	0.01
70	60.0	0.560	0.01
80	60.0	0.560	0.01
90	60.0	0.560	0.01
100	58.8	0.560	0.01
110	57.5	0.560	0.01
120	56.3	0.560	0.01

*△G=Ge-Gc

다음으로, 상기와 같이 하여 육성한 단결정 성장축 방향10cm씩의 부위에서 검사용 웨이퍼를 잘라 내고, 평면연삭 및 연마를 행하여 검사용 샘플을 제조하고, 이하에 나타낸 것과 같은 결정품질 특성 검사를 행하였다.

(1)FPD(V영역) 및 LSEPD(I영역)의 검사

검사용 샘플에 30분간 세코에칭을 무교반으로 실시한 후, 웨이퍼면내를 현미경으로 관찰하는 것에 의해 결정결함의 유무를 확인하였다.

(2)OSF의 검사

검사용 샘플에 습식산소분위기하, 1100℃에서 100분간 열처리를 행한 후, 웨이퍼면내를 현미경으로 관찰하는 것에 의해 OSF의 유무를 확인하였다.

(3)Cu데포지션처리에 의한 결함 조사

검사용 샘플 표면에 산화막을 형성한 후, Cu데포지션처리를 행하고 산화막 결함 유무를 확인하였다. 이 때 평가조건은 다음과 같다.

산화막:25nm

전해강도:6MV/cm

전압인가시간:5분

(4)산화막 내압 특성 검사

검사용 샘플에 건조분위기중에서 열산화처리를 행하여 25nm의 게이트 산화막을 형성하고, 그 위에 8mm²의 전극면적을 갖는 링을 도프한 폴리실리콘 전극을 형성하였다. 그리고, 이 산화막 상에 형성한 폴리실리콘 전극에 전압을 인가하여 산화막 내압 평가를 행하였다. 이 때, 판정전류는 1mA/cm²으로 하였다.

[비교예]

상기 실시예와 동일한 단결정 인상장치(20)를 이용하여, 직경 24인치(600mm)의 석영도가니에 원료 다결정 실리콘을 150kg 넣고, CZ법에 의해, 방위<100>, 직경 200mm, 산소농도가 22~23ppma(ASTM'79)가 되는 실리콘 단결정을 육성하였다(단결정 직동부 길이는 약120cm).

이 때, 단결정 인상중의 인상조건에 대해서는, 차열부재(12)를 메인 챔버(1) 내에서 소정 위치로 유지해 둠과 동시에, 단결정 인상 중에 도가니 구동기구(21)로 도가니(5,6)를 결정 성장에 의한 융액면 저하분만 상승시켜 원료융액(4)의 융액면을 일정한 높이로 유지하는 것에 의해, 융액면과 차열부재간의 거리L이 단결정 인상중에 항상 60mm로 일정하게 되도록 하였다. 또한, 인상 속도는, 단결정 육성중에 이하의 표2에 나타낸 값이 되도록 제어하고, Cu데포지션결함이 검출되지 않는 N영역에서 단결정 육성을 행하였다.

그리고, 상기와 같이 하여 육성한 단결정 성장축 방향10cm씩의 부위에서 검사용 웨이퍼를 잘라 내고, 평면연삭 및 연마를 행하여 검사용 샘플을 제조하고, 실시예와 동일한 결정품질 특성 검사를 행하였다.

[표2]

육성한 직동부의 길이(cm)	원료융액면과 차열부재간의 거리L(mm)	인상속도(mm/min)	△G(*)(℃/mm)
0	60.0	1.200
10	60.0	0.550	-0.34
20	60.0	0.545	-0.42
30	60.0	0.535	-0.60
40	60.0	0.540	-0.52
50	60.0	0.545	-0.42
60	60.0	0.550	-0.34
70	60.0	0.550	-0.34
80	60.0	0.550	-0.34
90	60.0	0.550	-0.34
100	60.0	0.545	-0.42
110	60.0	0.540	-0.52
120	60.0	0.535	-0.60

*△G=Ge-Gc

여기서, 실시예 및 비교예에서의 단결정 인상조건을 비교하기 위해, 도3에, 단결정 직동부의 결정 성장축 방향 길이와 원료융액면과 차열부재간의 거리L과의 관계를 나타내는 그래프를 나타내고, 또한 도4에, 직동부의 결정 성장축 방향의 길이와 인상속도와의 관계를 나타낸 그래프를 나타내었다. 그리고, 실시예 및 비교예에서 단결정 직동부를 육성했을 때의 직동부 10cm 이후에서의 평균 인상 속도를 계산하여 비교한 결과, 실시예의 평균 인상 속도는 비교예 보다도 0.015mm/min 정도 컸다.

또한, 상기와 같이 하여 실시예 및 비교예에서 제작한 실리콘 단결정에 각각 결정품질 특성 검사를 행한 결과, 실시예의 실리콘 단결정은 단결정 직동부 10cm에서 직동부 종단까지의 영역에서, FPD, LSEPD, OSF 중 어떠한 결함도 검출되지 않고, 또한 Cu데포지션결함에 의한 결함도 검출되지 않았지만, 비교예의 실리콘 단결정에서는, 단결정 직동부 100cm에서 제조한 샘플 일부에서 LSEPD(I영역)가 관찰되었다. 한편, 산화막 내압 특성 평가에서는, 양 실리콘 단결정 모두 산화막 내압레벨은 100% 양품율이었다.

그리고, 실시예 및 비교예에서 실리콘 단결정을 육성했을 때의 단결정 직동부의 형상을 눈으로 관찰한 결과, 실시예의 실리콘 단결정에는 결정 성장축 방향으로 직경 편차는 보이지 않고 불량이 되는 곳은 확인되지 않았지만, 비교예의 실리콘 단결정에는 직동부 25cm 부근의 영역에서 결정 형상에 변형이 보였다.

이상의 결과에서, 인상 속도를 일정한 값으로 하여 단결정을 육성한 실시예는, 비교예와 비교하여, 보다 우수한 결정 품질을 갖는 실리콘 단결정을 보다 단시 간에 효율적으로 제조할 수 있는 것임을 알 수 있다. 또한, 수율면에서도, 실시예의 실리콘 단결정에 불량한 곳이 관찰되지 않은 점에서, 비교예에 비해 동등 이상의 높은 수율을 달성할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 본 발명은, 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는, 예시이며, 본 발명의 특허청구 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고, 동일한 작용효과를 발휘하는 것은, 어떠한 것이라도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

예를 들어, 상기 실시 형태에서는 단결정을 N영역에서 육성하는 경우를 예를 들어 설명하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, V영역 또는 I영역, 또는 OSF영역이라고 하는 원하는 결함 영역에서 단결정을 육성할 수도 있다. 또한, 본 발명은, 실리콘 단결정을 제조하는 경우에 바람직하게 이용할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 화합물 반도체 단결정 등을 제조하는 경우에도 동일하게 적용할 수 있다.

또한, 본 발명의 단결정 제조방법은, 반드시 단결정 직동부의 전장에서 실시하는 경우에 한정되지 않고, 일부의 길이에 걸쳐서 결정 온도구배Gc,Ge를 원료융액면과 차열부재간의 거리를 변경하는 것에 의해 제어하고, 원하는 결함영역으로 하는 경우를 포함한다. 특히 상기와 같이, 직동부의 전반인 견부에서 10cm의 영역은, 인상속도나 직경이 안정되지 않는 일이 있으므로, 이것이 정상 상태로 되기 쉬운 직동부 5cm이하 또는 10cm이하에서 행하는 것이 바람직하다.

Claims (9)

1. 쵸크랄스키법에 의해 챔버 내에서 단결정을 원료융액에서 인상하여 제조하는 방법에 있어서, 상기 단결정을 육성할 때에, 상기 단결정의 직동부를 성장시킬 때의 인상속도를 V(mm/min), 결정 중심부의 고액계면 근방의 결정 온도구배를 Gc(℃/mm), 결정 주변부의 고액계면 근방의 결정 온도구배를 Ge(℃/mm)로 나타낼 때, 상기 결정 중심부의 결정 온도구배Gc 및 결정 주변부의 결정 온도구배Ge를 상기 원료융액의 융액면과 상기 챔버 내에서 원료융액면에 대향배치된 차열부재와의 거리를 변경하는 것에 의해 제어하고, 결정 중심부의 온도구배Gc와 결정 주변부의 온도구배Ge와의 차△G=｜(Gc-Ge)｜가 0.5℃/mm 이하가 되도록 함과 동시에, 인상속도V와 결정 중심부의 온도구배Gc의 비 V/Gc(mm²/℃·min)를 원하는 결함 영역을 갖는 단결정을 육성할 수 있도록 제어하는 것을 특징으로 하는 단결정 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 인상속도V를 일정한 값으로 하여 단결정 인상을 행하는 것을 특징으로 하는 단결정 제조방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 V/Gc를, 상기 육성되는 단결정의 결함영역이 지름 방향 전면에 걸쳐 N 영역이 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 단결정 제조방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 원료융액면과 차열부재와의 거리를, 상기 원료융액을 수용한 도가니의 상승속도를 조절하여 원료융액면의 높이를 상승시키는 것 그리고/또는 상기 차열부재의 위치를 상하로 이동시키는 것에 의해 변경하는 것을 특징으로 하는 단결정 제조방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 원료융액면과 차열부재와의 거리를 30mm 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 단결정 제조방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 원료융액면과 차열부재와의 거리를, 미리 시험을 행하여 구한 변경조건에 따라 자동적으로 변경하는 것을 특징으로 하는 단결정 제조방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 원료융액면과 차열부재와의 거리를 변경하는 변경조건을, 단결정 제조배치간에서 조절하는 것을 특징으로 하는 단결정 제조방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제조하는 단결정을 실리콘 단결정으로 하는 것을 특징으로 하는 단결정 제조방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 단결정 제조방법에 의해 제조된 단결정.

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