KR20060098417A - Growing method of silicon single crystal and apparatus for growing the same - Google Patents

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Abstract

고품질의 실리콘 단결정을 높은 성장속도로 제조하는 기술에 관한 것으로, 본 발명에서는 쵸크랄스키 법에 의해 실리콘 단결정을 성장시키는 방법에 있어서, 실리콘 융액의 온도기울기를 단결정의 반경 방향과 평행한 축을 따라 측정할 때, 측정된 최대 온도기울기를 ΔTmax 라 하고 최소 온도기울기를 ΔTmin 라 하면 {(ΔTmax-ΔTmin)/ΔTmin}×100 ≤ 10을 만족시키는 조건으로 실리콘 단결정을 성장시키는 실리콘 단결정 성장 방법을 제공한다. The present invention relates to a technique for producing a high quality silicon single crystal at a high growth rate. In the present invention, a method for growing a silicon single crystal by the Czochralski method, wherein the temperature gradient of the silicon melt is measured along an axis parallel to the radial direction of the single crystal. When the measured maximum temperature gradient is ΔTmax and the minimum temperature gradient is ΔTmin, a silicon single crystal growth method of growing a silicon single crystal under conditions satisfying {(ΔTmax−ΔTmin) / ΔTmin} × 100 ≦ 10 is provided.

실리콘, 점결함, 융액, 온도 Silicone, point defect, melt, temperature

Description

실리콘 단결정 성장 방법 및 성장 장치{Growing method of silicon single crystal and apparatus for growing the same}Growing method of silicon single crystal and apparatus for growing the same

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 쵸크랄스키 법에 의해 실리콘 단결정을 성장시키는 과정과, 단결정 잉곳의 반경방향과 평행한 축을 따라 측정된 융액의 온도기울기 프로파일을 도시한 단면도.1 is a cross-sectional view showing a process of growing a silicon single crystal by the Czochralski method and a temperature gradient profile of a melt measured along an axis parallel to the radial direction of the single crystal ingot according to one embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 쵸크랄스키 법에 의해 실리콘 단결정을 성장시키는 과정과, 단결정 잉곳의 길이방향과 평행한 축을 따라 측정된 융액의 온도 프로파일을 도시한 단면도.2 is a cross-sectional view showing a process of growing a silicon single crystal by the Czochralski method and a temperature profile of the melt measured along an axis parallel to the longitudinal direction of the single crystal ingot according to one embodiment of the present invention.

도 3은 실리콘 융액 깊이 1/5지점에서 중심 위치로부터 반경방향으로 도가니 벽까지의 융액의 온도 차이 ΔTr을 도가니 회전속도별로 도시한 그래프. 3 is a graph showing the temperature difference ΔTr of the melt from the center position to the crucible wall in the radial direction at 1/5 the silicon melt depth by the crucible rotation speed.

도 4는 도가니의 회전속도 Vc와 실리콘 단결정의 회전속도 Vs에 의해 얻어지는 로그값인 Ln[Vs/Vc]에 대한 고품질 단결정의 성장속도를 도시한 그래프.Fig. 4 is a graph showing the growth rate of high quality single crystal with respect to Ln [Vs / Vc], which is a log value obtained by the rotational speed Vc of the crucible and the rotational speed Vs of the silicon single crystal.

도 5는 본 발명에 따라 자기장을 인가한 상태에서 실리콘 단결정을 성장시키는 것을 도시한 단면도. 5 is a cross-sectional view showing the growth of a silicon single crystal in a state in which a magnetic field is applied according to the present invention.

본 발명은 고품질의 실리콘 단결정을 성장시키는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 쵸크랄스키 법에 의해 실리콘 단결정을 성장시킬 때 실리콘 융액의 온도 분포를 제어하여 고품질의 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 방법과 성장 장치 및 그로부터 제조된 실리콘 웨이퍼에 관한 것이다.The present invention relates to a method for growing a high quality silicon single crystal, and more particularly, to grow a high quality silicon single crystal ingot by controlling the temperature distribution of the silicon melt when growing the silicon single crystal by the Czochralski method. An apparatus and a silicon wafer manufactured therefrom.

종래에는 반도체 소자 수율을 증대시킬 수 있는 고품질의 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키기 위하여 주로 결정화 이후의 단결정 잉곳의 고온영역 온도분포를 제어하였다. 이는 결정화 이후 냉각에 따른 수축 등으로 유기되는 응력 등을 제어하거나 응고 시 발생한 점결함의 거동을 제어하기 위한 것이다. In the related art, in order to grow a high quality silicon single crystal ingot capable of increasing semiconductor device yield, the high temperature region temperature distribution of the single crystal ingot after crystallization is controlled. This is to control stress induced by shrinkage due to cooling after crystallization or to control the behavior of point defects generated during solidification.

일반적으로 쵸크랄스키 법에 따라 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 방법에서는 석영 도가니의 내부에 다결정 실리콘을 적재하고 히터로부터 복사되는 열로 다결정 실리콘을 용융시켜 실리콘 융액으로 만든 다음, 실리콘 융액의 표면으로부터 실리콘 단결정 잉곳을 성장시킨다.In general, in the method of growing a silicon single crystal ingot according to the Czochralski method, polycrystalline silicon is loaded into a quartz crucible and melted polycrystalline silicon with heat radiated from a heater to form a silicon melt, and then a silicon single crystal ingot from the surface of the silicon melt. To grow.

실리콘 단결정 잉곳을 성장시킬 때에는 도가니를 지지하는 축을 회전시키면서 도가니를 상승시켜 고-액 계면이 동일한 높이를 유지하도록 하고, 실리콘 단결정 잉곳은 도가니의 회전축과 동일한 축을 중심으로 하여 도가니의 회전방향과 반대방향으로 회전시키면서 끌어 올린다.When growing a silicon single crystal ingot, the crucible is raised while rotating the shaft supporting the crucible so that the solid-liquid interface maintains the same height, and the silicon single crystal ingot is about the same axis as the rotation axis of the crucible in a direction opposite to the rotation direction of the crucible. While rotating, pull up.

또한, 원활한 실리콘 단결정 잉곳 성장을 위해, 아르곤(Ar) 가스와 같은 비활성 가스를 잉곳 성장 장치의 상부로 유입하였다가 잉곳 성장 장치의 하부로 배출시키는 방법을 많이 이용하고 있다.In addition, in order to facilitate silicon single crystal ingot growth, an inert gas such as argon (Ar) gas is introduced into the upper portion of the ingot growth apparatus, and a method of discharging the lower portion of the ingot growth apparatus is widely used.

이러한 종래 실리콘 단결정 잉곳 제조 방법에서는 성장 중인 실리콘 단결정 잉곳의 온도 구배를 조절하기 위해 열실드 및 수냉관 등을 설치하였다. 열실드 등을 이용하여 실리콘 단결정 잉곳의 온도 구배를 조절하는 종래기술로는 대한민국 특허 등록번호 제374703호, 대한민국 특허 출원번호 제2000-0071000호, 미국 특허등록번호 6,527,859 등이 있다. In the conventional silicon single crystal ingot manufacturing method, a heat shield and a water cooling tube were installed to control the temperature gradient of the growing silicon single crystal ingot. Conventional techniques for controlling the temperature gradient of a silicon single crystal ingot using a heat shield and the like include Korean Patent Registration No. 374703, Korean Patent Application No. 2000-0071000, US Patent Registration No. 6,527,859, and the like.

그러나, 이러한 실리콘 단결정 잉곳의 온도 구배 조절만으로는 점결함 농도가 낮은 고품질의 실리콘 단결정 잉곳 및 실리콘 웨이퍼를 생산하는 데 한계가 있다. However, only the temperature gradient control of such silicon single crystal ingot has a limitation in producing high quality silicon single crystal ingot and silicon wafer with low point defect concentration.

특히, 종래 방법에 따라 제조된 실리콘 웨이퍼를 사용하여 반도체 디바이스를 제조하면, 디바이스 제조 공정 중에 수차례의 열처리를 거치면서 점결함으로부터 미소석출결함(micro precipitates)이 형성되어 불량을 일으키므로 결과적으로 디바이스 수율이 저하되는 문제점이 있었다.In particular, if a semiconductor device is manufactured using a silicon wafer manufactured according to the conventional method, micro precipitates are formed from point defects through several heat treatments during the device manufacturing process, resulting in poor device yield. There was a problem of this deterioration.

한편, 대한민국 특허출원 제1999-7009261호, 제1999-7009307호, 및 제1999-7009309호에 기재된 바와 같이 종래에는 결정의 수직온도구배(G0)가 G0 = c+ax2의 형태를 갖기 때문에 웨이퍼의 외주에서 중심방향을 향해 베이컨시 농도는 증가하는 반면에 인터스티셜 농도는 감소하는 경향을 가진다. 웨이퍼의 외주근처에서 충분한 외부확산(out-diffusion)이 발생하지 않으면 엘디피(LDP) 등 인터스티셜 특성의 결정 결함이 나타나기 때문에 대개는 중심부의 베이컨시 농도가 높은 상태에서 결정성장을 하게 된다. 따라서 평형농도보다 훨씬 높은 베이컨시 농도 때문에 웨이퍼 중심부에서 베이컨시 특성의 결정결함(예를 들면, 보이드(void), 산화적층결 함(OiSF : oxidation induced stacking fault))이 발생되기 쉬우며, 비록 보이드나 산화적층결함 영역이 제어된다고 하더라도 반도체 공정의 수차례 열처리로부터 잠재되어 있던 미소석출결함이 발생할 수 있다. Meanwhile, as described in Korean Patent Application Nos. 1999-7009261, 1999-7009307, and 1999-7009309, the vertical temperature gradient G 0 of a crystal has a form of G 0 = c + ax 2 . As a result, the concentration of vacancy increases from the outer circumference of the wafer toward the center, while the interstitial concentration tends to decrease. If sufficient out-diffusion does not occur near the outer periphery of the wafer, crystal defects of interstitial characteristics such as LDP will appear, so crystal growth usually occurs at a high concentration of bacony at the center. Therefore, vacancy concentrations much higher than equilibrium concentrations are likely to cause crystalline defects (eg, voids, oxidation induced stacking faults (OiSF)) at the center of the wafer. Even if the oxidized lamination defect region is controlled, minute precipitation defects, which are latent from several heat treatments in the semiconductor process, may occur.

고품질 실리콘 단결정을 제조하기 위해 실리콘 단결정 잉곳의 온도 분포를 제어하는 다른 종래 기술로는 다음과 같은 것들이 있다. 일본 특원평2-119891에서는 단결정이 냉각되는 과정에서 고온영역의 핫존을 채용하여 실리콘 단결정 잉곳의 중심과 외주의 온도분포를 제어함으로써 응고 변형(strain of solidification)에 의한 실리콘 단결정의 격자결함을 감소시키고자 하였으며, 특히 여기서는 냉각 슬리브(sleeve)에 의해 단결정 성장 방향으로 고화율(solidification rate)이 증대되고 격자결함이 감소되었다. 또한 일본 특원평7-158458에서는 결정 내 온도분포와 결정의 인상속도를 제어하고자 하였으며, 일본 특원평 7-66074에서는 핫존을 개선하고 냉각속도를 제어함으로써 결함밀도를 제어하고자 하였다. 일본 특원평4-17542와 한국 출원 1999-7009309(US 60/041,845)에서는 핫존을 변경하고 냉각속도를 제어함으로써 점결함의 확산을 이용하여 결정결함 형성을 억제하고자 하였다. 한국 출원 2002-0021524에서는 열실드와 수냉관을 개선함으로써 고품질 단결정 생산성을 향상시켰다고 주장하고 있다. 일본 특원평5-61924에서는 결정의 성장속도의 주기적인 변화를 가함으로써 산소유기적층결함(OSF)나 산소석출결함 등 결정결함 발생 영역의 이력(hysteresis)을 활용하여 실리콘 단결정 잉곳 내에 결정결함이 생기지 않도록 하였다.Other conventional techniques for controlling the temperature distribution of silicon single crystal ingots to produce high quality silicon single crystals include the following. In Japanese Patent Application No. 2-119891, the lattice defect of silicon single crystal due to strain of solidification is reduced by controlling the temperature distribution of the center and the outer circumference of silicon single crystal ingot by adopting hot zone of high temperature region during single crystal cooling. In particular, here, the cooling sleeve increases the solidification rate in the single crystal growth direction and reduces the lattice defects. Also, Japanese Patent Application No. 7-158458 attempted to control the temperature distribution and crystal pulling rate in the crystal. Japanese Patent Application No. 7-66074 tried to control the defect density by improving the hot zone and controlling the cooling rate. Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-17542 and Korean Patent Application No. 1999-7009309 (US 60 / 041,845) attempt to suppress crystal defect formation by spreading point defects by changing the hot zone and controlling the cooling rate. Korean application 2002-0021524 claims to improve the high quality single crystal productivity by improving the heat shield and water cooling tube. In Japanese Patent Application No. 5-61924, the crystalline defects are not formed in the silicon single crystal ingot by taking advantage of the hysteresis of the region where crystal defects occur, such as oxygen organic defect (OSF) or oxygen precipitation defect, by periodically changing the growth rate of the crystal. It was not.

그러나 이러한 종래 기술들은 고상반응에 기초하기 때문에 다음과 같은 문제 점을 안고 있다. 첫째, 고품질 실리콘 단결정이라는 목적을 달성하는데 있어 많은 제약이 따른다. 예를 들어, 한국 출원 1999-7009309(US 60/041,845)에서는 과포화된 점결함을 결정 결함으로 성장하기 전에 고온 영역에서 충분히 확산 반응시킴으로써 점결함의 농도를 낮추고자 하나 그에 필요한 온도 유지시간이 심지어 16시간 이상이므로 이론적으로 가능할 뿐 실제 적용이 불가능한 문제점이 있었다. However, these prior arts have the following problems because they are based on solid state reactions. First, there are many limitations in achieving the goal of high quality silicon single crystals. For example, Korean application 1999-7009309 (US 60 / 041,845) attempts to reduce the concentration of point defects by sufficiently diffusing supersaturated point defects in a high temperature region before they grow into crystal defects, but the required temperature holding time is even longer than 16 hours. Therefore, there is a problem that is theoretically possible but not practically applicable.

둘째, 실질적인 효과를 거두지 못하는 경우가 대부분이다. 일본 특원평5-61924 및 Eidenzon등(Defect-free Silicon Crystals Grown by the Czochralski Technique, Inorganic Materials, Vol.33, No.3, 1997, pp.272-279)이 제안한 것 과 같은 방식으로 결정의 인상속도를 주기적으로 변화시키면서 200mm 실리콘 단결정 잉곳을 성장시킨 결과, 목적하는 고품질 달성에 실패하였으며 오히려 공정의 불안정성만 야기되었다. Second, in most cases, there is no practical effect. Impression of crystals in the same way as proposed by Japanese Patent Application No. 5-61924 and Eidenzon et al. (Defect-free Silicon Crystals Grown by the Czochralski Technique, Inorganic Materials, Vol. 33, No. 3, 1997, pp.272-279). The growth of 200 mm silicon single crystal ingots with periodic changes in speed resulted in the failure to achieve the desired high quality, but only caused process instability.

셋째, 고상반응 이론에 기초한 발명은 높은 생산성을 달성할 수 없다. 한국 출원 2001-7006403에서는 가능한 최적의 열실드와 수냉관을 설계하였지만 실제로 고품질 단결정을 얻을 수 있는 인상속도가 0.4mm/min 정도로서 낮은 생산성을 보여주었다.Third, the invention based on the solid state reaction theory cannot achieve high productivity. Korean application 2001-7006403 designed the optimal heat shield and water cooling tube as much as possible, but showed a low productivity with a pulling speed of about 0.4 mm / min to obtain a high quality single crystal.

고품질의 실리콘 단결정을 얻기 위한 또 다른 종래의 방법은 고-액계면(결정성장계면)을 제어하는 것이다. 한국 출원 1998-026790과 미국 등록 6,458,204은 고품질의 실리콘 단결정을 얻기 위한 고-액계면의 형태를 한정하고 있다. 하지만 한국 출원 1999-7009309에서는 상기 발명들이 주장한 고-액계면의 형태를 가지고 있음에도 충분한 고품질 단결정이 얻어지지 않았다.Another conventional method for obtaining high quality silicon single crystals is to control the solid-liquid interface (crystal growth interface). Korean application 1998-026790 and US Pat. No. 6,458,204 define the form of a solid-liquid interface for obtaining high quality silicon single crystals. However, in Korean application 1999-7009309, a sufficient high quality single crystal was not obtained even in the form of the solid-liquid interface claimed by the above inventions.

또한, 상술한 종래 방법들에서는 목적하는 고품질 단결정의 획득 수율이 낮았다.In addition, in the above-described conventional methods, the yield of obtaining the desired high quality single crystal was low.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 실제 디바이스 제조 시에도 불량을 일으키지 않을 정도로 점결함 농도가 극소로 제어된 고품질의 실리콘 단결정을 성정시키는 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a method and apparatus for producing a high quality silicon single crystal in which the point defect concentration is extremely controlled so as not to cause defects even in actual device manufacturing. will be.

본 발명의 다른 목적은 생산성이 높은 고품질 실리콘 단결정 성장 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a high quality, high quality silicon single crystal growth method.

본 발명의 또 다른 목적은 획득 수율이 높은 고품질 실리콘 단결정 성장 방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a high quality silicon single crystal growth method with high acquisition yield.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명에서는 실리콘 단결정을 쵸크랄스키 법에 의해 성장시킬 때 실리콘 융액의 온도 분포를 제어하는 것에 의해 점결함의 발생을 극소로 제어하여 고품질의 실리콘 단결정 잉곳을 성장시켰다.In order to achieve the above technical problem, in the present invention, when the silicon single crystal is grown by the Czochralski method, the occurrence of point defects is minimized by controlling the temperature distribution of the silicon melt to grow a high quality silicon single crystal ingot.

즉, 본 발명에서는 쵸크랄스키 법에 의해 실리콘 단결정을 성장시키는 방법에 있어서, 실리콘 융액의 온도기울기를 단결정의 반경 방향과 평행한 축을 따라 측정할 때, 측정된 최대 온도기울기를 ΔTmax 라 하고 최소 온도기울기를 ΔTmin 라 하면 {(ΔTmax-ΔTmin)/ΔTmin}×100 ≤ 10을 만족시키는 조건으로 실리콘 단결정을 성장시키는 실리콘 단결정 성장 방법을 제공한다. That is, in the present invention, in the method of growing a silicon single crystal by the Czochralski method, when the temperature gradient of the silicon melt is measured along an axis parallel to the radial direction of the single crystal, the measured maximum temperature gradient is called ΔTmax and the minimum temperature. When the slope is ΔTmin, a silicon single crystal growth method is provided in which a silicon single crystal is grown under a condition satisfying {(ΔTmax−ΔTmin) / ΔTmin} × 100 ≦ 10.

여기서, 상기 {(ΔTmax-ΔTmin)/ΔTmin}×100은, {(ΔTmax-ΔTmin)/ΔTmin}×100≤ 5 를 만족하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 상기 {(ΔTmax-ΔTmin)/ΔTmin}×100은, {(ΔTmax-ΔTmin)/ΔTmin}×100 ≤ 3 을 만족하며, 가장 바람직하게는 상기 {(ΔTmax-ΔTmin)/ΔTmin}×100은, {(ΔTmax-ΔTmin)/ΔTmin}×100 ≤ 1 을 만족한다.Here, it is preferable that {(ΔTmax-ΔTmin) / ΔTmin} × 100 satisfies {(ΔTmax-ΔTmin) / ΔTmin} × 100 ≦ 5, more preferably the {(ΔTmax-ΔTmin) / ΔTmin} X100 satisfies {(ΔTmax-ΔTmin) / ΔTmin} × 100 ≦ 3, and most preferably the {(ΔTmax-ΔTmin) / ΔTmin} × 100 is {(ΔTmax-ΔTmin) / ΔTmin} × 100 ≤ 1 is satisfied.

이때, 상기 온도기울기는 상기 융액의 수직 방향 순간 온도기울기이다.At this time, the temperature gradient is a vertical instantaneous temperature gradient of the melt.

또한, 상기 식을 만족시키면서, 실리콘 융액의 온도를 단결정의 길이 방향과 평행한 축을 따라서 측정할 때 융액과 단결정과의 계면에서부터 단결정과 멀어질수록 융액의 온도가 점점 상승하여 최고점에 도달하였다가 점점 하강하며, 상승하는 융액 온도기울기가 하강하는 융액 온도기울기보다 큰 상태를 유지하는 조건을 만족시키도록 실리콘 단결정을 성장시키는 것이 바람직하다. In addition, while satisfying the above equation, when the temperature of the silicon melt is measured along an axis parallel to the longitudinal direction of the single crystal, the temperature of the melt gradually increases to reach the peak as the temperature increases from the interface between the melt and the single crystal. It is preferable to grow a silicon single crystal so as to satisfy the condition of falling and keeping the rising melt temperature slope larger than the falling melt temperature slope.

실리콘 융액의 온도기울기를 단결정의 반경 방향과 평행한 축을 따라 측정할 때에는 고액계면에서부터 최고점 온도를 가지는 높이까지의 융액에서 바람직하다. When measuring the temperature gradient of the silicon melt along an axis parallel to the radial direction of the single crystal, it is preferable in the melt from the solid-liquid interface to the height having the highest point temperature.

실리콘 융액의 온도를 단결정의 길이 방향과 평행한 축을 따라서 측정할 때 축은 실리콘 단결정의 중심을 관통하는 것이 바람직하다. When the temperature of the silicon melt is measured along an axis parallel to the longitudinal direction of the single crystal, the axis preferably passes through the center of the silicon single crystal.

최고점은 실리콘 융액의 전체 깊이에 대해 융액의 표면으로부터 1/5 지점 내지 2/3 지점에 존재할 수 있고, 바람직하게는 실리콘 융액의 전체 깊이에 대해 융액의 표면으로부터 1/3 지점 내지 1/2 지점에 존재할 수 있다. The peak may be present at 1/5 to 2/3 points from the surface of the melt relative to the total depth of the silicone melt, preferably from 1/3 to 1/2 point from the surface of the melt relative to the total depth of the silicone melt. May exist in

실리콘 융액을 수용하는 도가니의 회전속도를 Vc 라 하고 실리콘 단결정의 회전속도를 Vs 라 할 때 3 ≤ Ln[Vs/Vc] ≤ 5을 만족시키는 조건으로 실리콘 단결 정을 성장시키는 것이 바람직하다. When the crucible holding the silicon melt has a rotational speed of Vc and a silicon single crystal having a rotational speed of Vs, it is preferable to grow a silicon single crystal under conditions satisfying 3 ≦ Ln [Vs / Vc] ≦ 5.

이때, 상기 Vc는 Vc≤ 2rpm 을 만족하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 상기 Vc는 Vc≤ 1rpm 을 만족하며, 가장 바람직하게는 상기 Vc는 Vc≤ 0.6rpm 을 만족한다.At this time, the Vc preferably satisfies Vc ≦ 2 rpm, more preferably the Vc satisfies Vc ≦ 1 rpm, and most preferably the Vc satisfies Vc ≦ 0.6 rpm.

또한, 실리콘 융액에 자기장을 인가한 상태에서 실리콘 단결정을 성장시키는 것이 바람직하며, 이 때 자기장으로는 단결정의 길이 방향에 대해 수직 방향 또는 수평 방향의 자기장을 인가하거나, 또는 커스프(CUSP) 형태의 자기장을 인가할 수 있다. In addition, it is preferable to grow a silicon single crystal in a state in which a magnetic field is applied to the silicon melt. In this case, a magnetic field in a vertical direction or a horizontal direction with respect to the longitudinal direction of the single crystal is applied to the silicon melt, or in the form of a cusp. Magnetic field can be applied.

또한, 실리콘 융액의 측방에는 히터를 설치하고, 히터에서 실리콘 융액의 전체 깊이에 대해 융액의 표면으로부터 1/5 지점 내지 2/3 지점에 대응하는 부분의 발열량을 주변에 비해 증가시킨 상태에서 실리콘 단결정을 성장시킬 수 있다. In addition, a heater is provided on the side of the silicon melt, and the silicon single crystal is formed in a state in which the calorific value of the portion corresponding to 1/5 to 2/3 points from the surface of the melt is increased relative to the periphery of the silicon melt in the heater. Can grow.

자기장은 히터와의 최인접부로부터 고액계면의 중심 내지 융액의 고온영역을 향하는 열의 흐름을 촉진시킬 수 있다. The magnetic field can promote the flow of heat from the closest portion with the heater toward the center of the solid-liquid interface to the high temperature region of the melt.

또한 본 발명은 쵸크랄스키 법에 의해 실리콘 단결정을 성장시키는 장치에 있어서, 챔버, 챔버의 내부에 설치되고, 실리콘 융액을 담고 있는 도가니, 도가니의 측방에 설치되어 실리콘 융액을 가열하며, 실리콘 융액의 전체 깊이에 대해 융액의 표면으로부터 1/5 지점 내지 2/3 지점에 대응하는 부분의 발열량이 주변에 비해 증가된 히터, 실리콘 융액으로부터 성장되는 실리콘 단결정을 인상하는 인상기구, 및 도가니의 측방에 설치되어 실리콘 융액에 자기장을 인가하는 자석을 포함하는 실리콘 단결정의 성장 장치를 제공한다. In addition, the present invention is a device for growing a silicon single crystal by the Czochralski method, which is installed inside the chamber, inside the chamber, and installed on the side of the crucible containing the silicon melt, the crucible to heat the silicon melt, Installed on the side of the crucible, a heater that raises the amount of heat generated from the surface of the melt corresponding to 1/5 to 2/3 from the surface of the melt, and the silicon single crystal grown from the silicon melt. To provide a silicon single crystal growth apparatus comprising a magnet for applying a magnetic field to the silicon melt.

이 성장 장치는 실리콘 단결정 잉곳을 에워싸도록 실리콘 단결정 잉곳과 도가니 사이에 설치되어 잉곳으로부터 방사되는 열을 차단하는 열실드를 더 포함할 수 있으며, 열실드에서 실리콘 단결정 잉곳과의 최인접부에 부착되고, 실리콘 단결정 잉곳을 에워싸는 원통형의 열차폐부를 더 포함할 수도 있다. The growth device may further comprise a heat shield disposed between the silicon single crystal ingot and the crucible so as to surround the silicon single crystal ingot, and blocking the heat radiated from the ingot, and attached to the closest portion of the heat shield to the silicon single crystal ingot. And a cylindrical heat shield surrounding the silicon single crystal ingot.

이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은, 실리콘 융액으로부터 고상의 실리콘 단결정을 성장시킴에 있어서 점결함이 최소화된 고품질의 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 것이 단결정 잉곳의 온도 구배 조절 및 고-액 계면의 형태 조절만으로 달성되는 것이 아니라는 점을 인식한 데에서 출발하여, 고품질 실리콘 단결정 잉곳 성장을 위한 보다 더 결정적인 인자가 있다는 사실에 착안한 것이다. The present invention is directed to the fact that growing high quality silicon single crystal ingots with minimal point defects in growing solid silicon single crystals from a silicon melt is not achieved by only controlling the temperature gradient of the single crystal ingot and controlling the shape of the solid-liquid interface. Starting from the recognition, we focused on the fact that there is a more decisive factor for the growth of high quality silicon single crystal ingots.

본 발명에서는 결정화 이후에 일어나는 고상 반응의 한계를 극복하기 위하여 고화 이전인 액상의 유체상태를 철저히 분석하였으며 그 결과, 융액의 온도분포가 매우 중요하다는 것을 발견하였다. In the present invention, in order to overcome the limitations of the solid phase reaction occurring after crystallization, the fluid state of the liquid phase before solidification was thoroughly analyzed, and as a result, the temperature distribution of the melt was found to be very important.

일반적으로 결정성장은 원자 또는 분자 형태의 성장 단위가 결정성장계면 또는 준안정영역으로 이동하여 계면에 고착됨으로써 이루어지는데, 실리콘 융액 내 온도기울기가 커짐으로써 유체상태의 결정성장 단위가 결정성장계면 또는 준안정영역으로 이동하려는 구동력이 커지게 되는 것이다. In general, crystal growth is achieved by moving a growth unit in the form of atoms or molecules into a crystal growth interface or a metastable region and adhering to the interface.As the temperature gradient in the silicon melt increases, the crystal growth unit in the fluid state becomes a crystal growth interface or quasi-state. The driving force to move to the stable area is increased.

여기서 결정성장계면이란 결정화계면 또는 고액계면이라고도 하며 고상인 실리콘 단결정 잉곳과 액상인 실리콘 융액이 만나는 경계면이다. 준안정영역이란 액상인 실리콘 융액이 결정화되기 직전의 상태로서 결정성이 있기는 하지만 완전하지 는 않은 영역을 의미한다. The crystal growth interface, also referred to as crystallization interface or solid-liquid interface, is an interface where a solid silicon single crystal ingot meets a liquid silicon melt. The metastable region refers to a region in which the liquid silicon melt is just before crystallization but is crystalline but incomplete.

따라서 실리콘 융액 내 온도기울기가 크면 성장 단위의 결정 성장 참여가 높아지므로 결정의 인상속도가 충분히 높지 않은 경우 과잉의 원자가 결정화되고, 그 결과 실리콘 단결정 잉곳은 셀프 인터스티셜 우세(self-interstitial rich) 특성을 갖게 된다. 반대로 실리콘 융액 내 온도기울기가 낮으면 결정화되려는 원자가 충분하지 않기 때문에 높은 결정의 인상속도는 베이컨시 우세(vacancy rich) 특성을 가지는 실리콘 단결정 잉곳을 만들게 된다. Therefore, when the temperature gradient in the silicon melt is large, the participation of crystal growth in the growth unit increases, so that when the pulling rate of the crystal is not high enough, excess atoms are crystallized. As a result, the silicon single crystal ingot has a self-interstitial rich characteristic. Will have On the contrary, when the temperature gradient in the silicon melt is low, there are not enough atoms to crystallize, and thus the pulling rate of the high crystal creates a silicon single crystal ingot having vacancy rich characteristics.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 쵸크랄스키 법에 의해 실리콘 단결정을 성장시키는 과정을 도시한 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳의 제조장치는 챔버(10)를 포함하며, 챔버(10)의 내부에서 실리콘 단결정 잉곳의 성장이 이루어진다.1 is a cross-sectional view showing a process of growing a silicon single crystal by the Czochralski method according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the apparatus for manufacturing a silicon single crystal ingot according to an embodiment of the present invention includes a chamber 10, and growth of the silicon single crystal ingot is performed in the chamber 10.

챔버(10) 내에는 실리콘 융액(SM)을 담는 석영 도가니(20)가 설치되며, 이 석영 도가니(20)의 외부에는 흑연으로 이루어진 도가니 지지대(25)가 석영 도가니(20)를 에워싸도록 설치된다.The quartz crucible 20 containing the silicon melt SM is installed in the chamber 10, and the crucible support 25 made of graphite is installed outside the quartz crucible 20 so as to surround the quartz crucible 20. do.

도가니 지지대(25)는 회전축(30) 상에 고정 설치되고, 이 회전축(30)은 구동 수단(미도시)에 의해 회전되어 석영 도가니(25)를 회전시키면서 상승시켜 고-액 계면이 동일한 높이를 유지하도록 한다. 도가니 지지대(25)는 소정 간격을 두고 원통형의 히터(40)에 에워싸여지며, 이 히터(40)는 보온통(45)에 의해 에워싸여진다. The crucible support 25 is fixedly installed on the rotating shaft 30, which is rotated by a driving means (not shown) to raise the crucible 25 while rotating the quartz-liquid interface to have the same height. Keep it. The crucible support 25 is surrounded by a cylindrical heater 40 at predetermined intervals, and the heater 40 is surrounded by a thermos 45.

즉, 히터(40)는 도가니(25)의 측방에 설치되어 석영 도가니(20) 내에 적재된 고순도의 다결정실리콘 덩어리를 용융하여 실리콘 융액(SM)으로 만들며, 보온 통(45)은 히터(40)에서 발산되는 열이 챔버(10)의 벽 쪽으로 확산되는 것을 방지하여 열 효율을 향상시킨다.That is, the heater 40 is installed on the side of the crucible 25 to melt a high-purity polysilicon mass loaded in the quartz crucible 20 to form a silicon melt SM, and the heat insulating cylinder 45 is the heater 40. The heat emitted from the to prevent the diffusion to the wall of the chamber 10 to improve the thermal efficiency.

챔버(10)의 상부에는 케이블을 감아 인상(引上)하는 인상 수단(미도시)이 설치되며, 이 케이블의 하부에 석영 도가니(20) 내의 실리콘 융액(SM)에 접촉되어 인상하면서 단결정 잉곳(IG)을 성장시키는 종결정이 설치된다. 인상 수단은 단결정 잉곳(IG) 성장 시 케이블을 감아 인상하면서 회전 운동하며, 이 때 실리콘 단결정 잉곳(IG)은 도가니(20)의 회전축(30)과 동일한 축을 중심으로 하여 도가니(20)의 회전방향과 반대방향으로 회전시키면서 끌어 올리도록 한다.In the upper part of the chamber 10, a pulling means (not shown) for winding and pulling a cable is provided. The lower part of the cable 10 is in contact with the silicon melt SM in the quartz crucible 20 and pulled up to form a single crystal ingot ( A seed crystal for growing IG) is installed. The pulling means rotates while pulling up the cable during the growth of the single crystal ingot IG, wherein the silicon single crystal ingot IG is rotated about the same axis as the rotation axis 30 of the crucible 20. Rotate in the opposite direction to the direction of pulling up.

챔버(10)의 상부로는, 성장되는 단결정 잉곳(IG)과 실리콘 융액(SM)에 아르곤(Ar), 네온(Ne) 및 질소(N) 등의 불활성 가스를 공급하고, 사용된 불활성 가스는 챔버(10)의 하부를 통해 배출시킨다.In the upper portion of the chamber 10, an inert gas such as argon (Ar), neon (Ne), and nitrogen (N) is supplied to the grown single crystal ingot (IG) and the silicon melt (SM). Discharge through the bottom of the chamber (10).

실리콘 단결정 잉곳(IG)과 도가니(20) 사이에는 잉곳(IG)을 에워싸도록 열실드(50)를 설치하여 잉곳으로부터 방사되는 열을 차단할 수 있으며, 열실드(50)에서 잉곳(IG)과의 최인접부에는 원통형의 열차폐부(60)를 부착 설치하여 열 흐름을 더욱 차단하여 열을 보존할 수도 있다.Between the silicon single crystal ingot (IG) and the crucible 20 can be installed a heat shield 50 to surround the ingot (IG) to block the heat radiated from the ingot, in the heat shield 50 ingot (IG) and The closest portion of the cylindrical heat shield 60 is attached to the installation to further block the heat flow can be preserved heat.

본 발명에서는 실리콘 융액(SM)의 온도를 단결정(IG)의 반경방향으로 균일하게 되도록 제어한다. In the present invention, the temperature of the silicon melt SM is controlled to be uniform in the radial direction of the single crystal IG.

이를 보다 구체적으로 설명하기 위해 도 1에는 실리콘 융액(SM) 내에 등온선을 도시하고 있고, 또한 단결정 잉곳의 반경방향과 평행한 가상의 축을 따라 측정된 융액의 온도기울기 프로파일을 함께 도시하고 있다. To illustrate this in more detail, FIG. 1 shows an isotherm in the silicon melt SM and also shows the temperature gradient profile of the melt measured along an imaginary axis parallel to the radial direction of the single crystal ingot.

일반적으로 실리콘 융액(SM)의 온도를 살펴보면, 열 공급원인 히터(40)와 가장 가까운 도가니의 측면 부분에서 가장 높은 융액 온도(도 1에서 TP 영역으로 표시)를 보이며, 결정성장이 일어나는 고액계면 부분에서 고화온도(solidification temperature)인 가장 낮은 융액 온도를 보인다. In general, when looking at the temperature of the silicon melt (SM), the liquid-liquid interface at which the crystal growth occurs, showing the highest melt temperature (indicated by the T P region in Figure 1) in the side portion of the crucible closest to the heater 40, the heat source Shows the lowest melt temperature, which is the solidification temperature in the part.

실리콘 융액(SM)의 온도기울기를 단결정(IG)의 반경 방향과 평행한 축을 따라 측정할 때, 이 온도기울기는 수직방향 순간온도기울기이며, 단결정(IG) 하부에 위치하는 융액에서 측정하는 것이 바람직하다.When measuring the temperature gradient of the silicon melt SM along an axis parallel to the radial direction of the single crystal IG, this temperature gradient is a vertical instantaneous temperature gradient, and is preferably measured in the melt located below the single crystal IG. Do.

측정된 온도기울기 중 최대값을 ΔTmax 라 하고 최소값을 ΔTmin 라 하면 하기의 수학식 1을 만족시키는 조건으로 실리콘 단결정을 성장시킨다.If the maximum value of the measured temperature gradient is called ΔTmax and the minimum value is ΔTmin, the silicon single crystal is grown under the conditions satisfying Equation 1 below.

{(ΔTmax-ΔTmin)/ΔTmin}×100 ≤ 10{(ΔTmax-ΔTmin) / ΔTmin} × 100 ≤ 10

상술한 수학식 1은 최대 온도기울기(ΔTmax)와 최소 온도기울기(ΔTmax)의 차이가 최소 온도기울기에 대해 10% 이하가 되도록 제어하는 것을 의미한다. 이 때 5% 이하이면 바람직하고, 또한 3% 이하이면 더욱 바람직하고, 또한 1% 이하면 더더욱 바람직하다.Equation 1 above means that the difference between the maximum temperature gradient ΔTmax and the minimum temperature gradient ΔTmax is controlled to be 10% or less with respect to the minimum temperature gradient. In this case, the content is preferably 5% or less, more preferably 3% or less, and even more preferably 1% or less.

만약 최대 온도기울기(ΔTmax)와 최소 온도기울기(ΔTmax)의 차이가 최소 온도기울기에 대해 10%를 초과하는 정도로 실리콘 융액(SM)의 온도가 단결정(IG)의 반경방향으로 불균일하게 되면 본 발명에서 제시하는 고품질의 실리콘 단결정이 얻어지지 않는다. 실리콘 융액의 온도는 융액 대류의 영향 등으로 주기적으로 변화할 수도 있기 때문에 그 측정 온도는 평균값을 취하는 것이 바람직하다.If the temperature of the silicon melt SM becomes uneven in the radial direction of the single crystal IG such that the difference between the maximum temperature gradient ΔTmax and the minimum temperature gradient ΔTmax exceeds 10% with respect to the minimum temperature gradient, in the present invention, The high quality silicon single crystal to be presented cannot be obtained. Since the temperature of the silicon melt may change periodically due to the influence of melt convection, the measured temperature is preferably taken as an average value.

또한, 본 발명에서는 융액의 내부에 주변에 비해 상대적으로 온도가 높은 고온영역(도 1에서 TH 영역으로 표시)이 존재하도록 하고, 특히 그 고온영역(TH) 상부의 온도기울기와 하부의 온도기울기를 제어한다.In addition, in the present invention, there is a high temperature region (indicated by the T H region in FIG. 1) having a relatively high temperature inside the melt, especially the temperature gradient of the upper portion of the high temperature region T H and the temperature of the lower portion. Control the slope

이를 보다 구체적으로 설명하기 위해 도 2에는 단결정 잉곳의 길이 방향과 평행한 축(X)을 따라 측정된 융액의 온도 프로파일을 함께 도시하고 있다. To illustrate this in more detail, FIG. 2 also shows the temperature profile of the melt measured along the axis X parallel to the longitudinal direction of the single crystal ingot.

실리콘 융액(SM)의 온도를 실리콘 단결정 잉곳(IG)의 길이 방향과 평행한 축(X)을 따라서 측정할 때 고액계면에서부터 잉곳(IG)과 멀어질수록 융액(SM)의 온도가 점점 상승하여 최고점(H)에 도달하였다가 다시 최고점(H)에서 잉곳(IG)과 가장 먼 지점인 융액(SM)의 바닥부 쪽으로 갈수록 점점 하강한다.When the temperature of the silicon melt SM is measured along the axis X parallel to the longitudinal direction of the silicon single crystal ingot IG, the temperature of the melt SM gradually increases as it moves away from the solid-liquid interface to the ingot IG. The highest point (H) is reached and then descends gradually toward the bottom of the melt (SM), which is the furthest point from the highest point (H) to the ingot (IG).

이 때 고액계면에서부터 최고점(H)까지의 상승하는 융액 온도기울기(ΔTi)가 최고점(H)에서부터 융액 바닥부까지의 하강하는 융액 온도기울기(ΔTd)보다 큰 상태, 즉, ΔTi > ΔTd 인 조건을 유지하면서, 단결정 잉곳을 성장시키는 것이 바람직하다. 여기서, 온도 측정 위치를 표시하는 기준이 되는 축(X)은 단결정 잉곳의 중심을 관통하는 중심축인 것이 바람직하다.At this time, the rising melt temperature gradient ΔTi from the solid-liquid interface to the highest point H is greater than the falling temperature gradient ΔTd from the highest point H to the melt bottom, that is, ΔTi> ΔTd. While maintaining, it is preferable to grow a single crystal ingot. Here, it is preferable that the axis | shaft X which becomes a reference | standard which displays a temperature measuring position is a central axis which penetrates the center of a single crystal ingot.

이 때 최고점(H)은 실리콘 융액(SM)의 전체 깊이에 대해 융액(SM)의 표면으로부터 1/5 지점 내지 2/3 지점에 존재하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1/3 지점 내지 1/2 지점에 존재할 수 있다. At this time, the highest point (H) is preferably present at 1/5 to 2/3 from the surface of the melt (SM) with respect to the total depth of the silicon melt (SM), more preferably 1/3 to 1 May exist at point / 2.

여기서 상술한 수학식 1을 만족시킴과 동시에 상술한 ΔTi > ΔTd 인 조건을 유지하면서 단결정 잉곳을 성장시킨다면 더욱 바람직하다.It is more preferable to grow the single crystal ingot while satisfying the above expression (1) and maintaining the above condition of ΔTi> ΔTd.

이 경우 수학식 1에서 언급한, 실리콘 융액의 온도기울기를 단결정의 반경 방향과 평행한 축을 따라 측정할 때에는 결정 성장이 이루어지는 고액계면에서부터 최고점(H) 온도를 가지는 높이(D1)까지의 융액에서 측정하는 것이 바람직하다. In this case, when the temperature gradient of the silicon melt, measured in Equation 1, is measured along the axis parallel to the radial direction of the single crystal, the melt from the solid-liquid interface at which crystal growth occurs to the height (D 1 ) having the highest temperature (H) temperature is used. It is preferable to measure.

도 1에서 도시된 온도기울기 프로파일은 융액(SM) 표면으로부터 1/5 지점에서 측정된 것이다.The temperature gradient profile shown in FIG. 1 is measured at 1/5 point from the surface of the melt (SM).

한편, 본 발명에서는 단결정 반경방향으로의 융액 온도 분포는 실리콘 융액(SM)을 담은 도가니(20)의 회전 속도와 관련이 있음을 발견하였다. 실리콘 융액을 수용하고 있는 도가니를 회전시키면 실리콘 융액은 원심력을 받게 되는데 이 때 융액의 단위 체적이 받는 원심력(F)는 F=mrω2으로 표현된다. 여기서 m은 융액의 단위 체적의 질량, r은 중심축으로부터의 거리이며, ω는 융액의 단위 체적이 겪는 각속도로서 도가니의 회전속도로 생각하여도 무방하다. 원심력 외에 마찰력 등은 실리콘 융액의 비교적 낮은 점성으로 인해 고려하지 않기로 한다.On the other hand, in the present invention, it was found that the melt temperature distribution in the single crystal radial direction is related to the rotational speed of the crucible 20 containing the silicon melt SM. When the crucible containing the silicon melt is rotated, the silicon melt is subjected to centrifugal force. At this time, the centrifugal force (F) received by the unit volume of the melt is expressed as F = mrω 2 . Where m is the mass of the unit volume of the melt, r is the distance from the central axis, and ω is the angular velocity experienced by the unit volume of the melt. In addition to centrifugal forces, frictional forces, etc., will not be considered due to the relatively low viscosity of the silicon melt.

즉, 단결정 중심 위치로부터 반경방향으로 외주부를 향해 융액의 위치가 변할수록 융액의 단위체적이 받는 원심력(F)은 직선적으로 증가하고, 또한, 그 원심력(F)은 도가니 회전속도의 제곱에 비례해서 증가한다.That is, as the position of the melt changes radially from the single crystal center position toward the outer circumferential portion, the centrifugal force (F) received by the unit volume of the melt increases linearly, and the centrifugal force (F) increases in proportion to the square of the crucible rotation speed. do.

도 3은 실리콘 융액의 (표면으로부터) 1/5 지점에서 중심 위치로부터 반경방향으로 도가니 벽까지의 융액의 온도 차이 ΔTr을 도가니 회전속도별로 도시한 그래프로서 도가니의 회전속도가 감소함에 따라, 즉 ω3 곡선에서 ω1곡선으로 내려갈 수록 반경방향으로의 융액 온도 차이(ΔTr)가 감소하여 반경방향으로의 융액 온도분포가 균일해지도록 개선됨을 알 수 있다. FIG. 3 is a graph showing the temperature difference ΔTr of the melt from the center position to the crucible wall radially from the center position (from the surface) at the 1/5 point of the silicon melt by the crucible rotational speed, that is, ω the three curves in the down to ω 1 curve melt temperature distribution in the radial direction to decrease the melt temperature difference (ΔTr) in the radial direction can be seen so as to be uniformly improved.

따라서 실리콘 융액의 온도를 단결정의 반경방향으로 균일하게 만들기 위해서는 도가니 회전속도를 가능하면 낮추어야 하며, 예를 들면 2rpm 이하로, 바람직하게는 1rpm 이하로, 더욱 바람직하게는 0.6rpm 이하로 낮추어야 한다.Therefore, in order to make the temperature of the silicon melt uniform in the radial direction of the single crystal, the crucible rotation speed should be as low as possible, for example, 2 rpm or less, preferably 1 rpm or less, and more preferably 0.6 rpm or less.

또한, 고품질의 단결정을 높은 생산성으로 제조하기 위해서는 도가니(20)의 회전속도를 고려하여 단결정(IG) 회전속도의 운용범위를 결정해야 한다. 도 4는 도가니의 회전속도 Vc와 실리콘 단결정의 회전속도 Vs에 의해 얻어지는 로그값인 Ln[Vs/Vc]에 대한 단결정의 성장속도를 도시한 그래프이다. 도 4의 그래프에서 Vp는 본 발명에 따라 고품질의 단결정이 구현되는 성장속도를 의미하고 Vo는 종래기술에 따른 성장속도이다. In addition, in order to manufacture high quality single crystal with high productivity, the operating range of the single crystal (IG) rotation speed should be determined in consideration of the rotation speed of the crucible 20. Fig. 4 is a graph showing the growth rate of single crystals against Ln [Vs / Vc], which is a log value obtained by the rotational speed Vc of the crucible and the rotational speed Vs of the silicon single crystal. In the graph of FIG. 4, Vp means a growth rate at which high-quality single crystals are implemented according to the present invention, and Vo is a growth rate according to the prior art.

도 4의 그래프로부터 Ln[Vs/Vc] 값이 증가함에 따라 고품질의 단결정이 구현되는 성장속도가 증가하다가 어느 일정 구간을 지나면서 다시 감소하는 경향을 보임을 확인할 수 있다. 이것은 본 발명자가 기 출원한 대한민국 특허출원 제2003-0080998호에서처럼, 낮은 도가니 회전속도에 비하여 단결정 회전속도가 너무 커질 경우에는 도가니 바닥의 차가운 융액의 상승으로 인해 고온영역의 온도가 감소하며 따라서 융액의 수직방향 온도기울기가 감소하기 때문이다. 또한 Ln[Vs/Vc] 값을 설정할 때 단결정(고체) - 융액(액체) - 분위기(기체)가 만나는 삼중점 근처의 단결정 반경 방향으로의 융액 온도기울기가 지나치게 작아질 경우 결정의 비정상적인 성장이 발생될 수 있으므로 그러한 값은 피하는 것이 바람직하다. 이러한 결과들을 통해 본 발명에서는 도가니의 회전속도를 Vc 라 하고 실리콘 단결정의 회전속도를 Vs 라 할 때 다음의 수학식 2를 만족시키는 조건으로 실리콘 단결정을 성장시키기로 한다.As the Ln [Vs / Vc] value increases from the graph of FIG. 4, it can be seen that the growth rate of high quality single crystal is increased and then decreases again after a certain period. This is because, as in Korean Patent Application No. 2003-0080998, which the inventors have previously filed, when the single crystal rotation speed becomes too large compared to the low crucible rotation speed, the temperature of the hot zone decreases due to the rise of the cold melt at the bottom of the crucible, and thus This is because the vertical temperature gradient decreases. In addition, when setting the value of Ln [Vs / Vc], abnormal growth of crystals may occur if the melt temperature gradient in the single crystal radial direction near the triple point where single crystal (solid)-melt (liquid)-atmosphere (gas) meets becomes too small. It is desirable to avoid such values as they may be. Through these results, in the present invention, when the rotation speed of the crucible is Vc and the rotation speed of the silicon single crystal is Vs, the silicon single crystal is grown under the condition that the following Equation 2 is satisfied.

3 ≤ Ln[Vs/Vc] ≤ 53 ≤ Ln [Vs / Vc] ≤ 5

또 다른 방법으로서 본 발명에서는 자기장을 이용하여 실리콘 융액의 온도를 단결정의 반경방향으로 보다 균일하게 만든다. 즉, 본 발명에서는 실리콘 융액에 자기장을 인가한 상태에서 실리콘 단결정을 성장시킨다. 이 때 자기장으로는 단결정의 길이 방향에 대해 수직 방향 또는 수평 방향의 자기장을 인가할 수도 있고, 또는 커스프(CUSP) 형태의 자기장을 인가할 수도 있다.As another method, the present invention uses a magnetic field to make the temperature of the silicon melt more uniform in the radial direction of the single crystal. That is, in the present invention, a silicon single crystal is grown while a magnetic field is applied to the silicon melt. In this case, as the magnetic field, a magnetic field in a vertical direction or a horizontal direction with respect to the longitudinal direction of the single crystal may be applied, or a magnetic field having a CUSP shape may be applied.

도 5는 일 예로서 커스프 형태의 자기장을 인가한 상태에서 실리콘 단결정을 성장시키는 것을 도시한 단면도로서, 도 4에는 자력선 프로파일을 도시하였다. 자기장은 실리콘 융액의 대류를 제어하는데, 보다 구체적으로는 자력선에 수직한 방향으로의 융액의 흐름을 억제하므로 열의 흐름에까지 영향을 준다. 그리하여 실리콘 융액에 가해진 자기장은 히터와의 최인접부(TP)로부터 고액계면의 중심 내지 융액의 고온영역(TH)을 향하는 열의 흐름을 촉진시켜준다. 5 is a cross-sectional view illustrating growth of a silicon single crystal in a state in which a cusp-shaped magnetic field is applied, and FIG. 4 illustrates a magnetic field profile. The magnetic field controls the convection of the silicon melt. More specifically, it inhibits the flow of the melt in a direction perpendicular to the lines of magnetic force, thus affecting the flow of heat. Thus, the magnetic field applied to the silicon melt promotes the flow of heat from the closest portion T P with the heater to the center of the solid-liquid interface to the high temperature region T H of the melt.

즉, 자기장은 최고온영역(TP)으로부터 열 손실을 최소화하면서 고온영역(TH)으로 열을 전달하도록 도와주므로, 이에 따라 고액계면과 고온영역(TH)의 온도차이, 즉 상승하는 융액 온도기울기가 커지면서 고품질의 결정 성장속도가 증가될 수 있 는 것이다. That is, since the magnetic field helps to transfer heat from the highest temperature region T P to the high temperature region T H while minimizing heat loss, the temperature difference between the solid-liquid interface and the high temperature region T H , that is, the rising melt As temperature gradients increase, high-quality crystal growth rates may increase.

또한, 본 발명에서는 최고점(H)의 위치 및 융액(SM) 내 온도기울기를 상술한 바와 같은 조건으로 만들기 위해 히터를 개선할 수 있다. 예를 들면, 실리콘 융액의 측방에는 설치된 히터40에서, 실리콘 융액의 전체 깊이에 대해 융액의 표면으로부터 1/5 지점 내지 2/3 지점에 대응하는 부분의 발열량을 주변에 비해 증가시킨 상태에서 실리콘 단결정 잉곳을 성장시킬 수 있다.Further, in the present invention, the heater can be improved in order to make the position of the peak H and the temperature gradient in the melt SM as described above. For example, in the heater 40 provided on the side of the silicon melt, the silicon single crystal in a state in which the calorific value of the portion corresponding to 1/5 to 2/3 from the surface of the melt is increased relative to the periphery with respect to the total depth of the silicon melt. Ingots can be grown.

더욱 바람직하게는 히터에서, 실리콘 융액의 전체 깊이에 대해 융액의 표면으로부터 1/3 지점 내지 1/2 지점에 대응하는 부분의 발열량을 주변에 비해 증가시킬 수 있다. More preferably, in the heater, the calorific value of the portion corresponding to 1/3 to 1/2 point from the surface of the melt with respect to the total depth of the silicon melt can be increased compared to the surroundings.

예를 들면, 저항선에 전류를 흘려 발생하는 줄열을 이용하는 히터의 경우, 융액의 표면으로부터 1/5 지점 내지 2/3 지점에 대응하는 부분, 더욱 바람직하게는 1/3 지점 내지 1/2 지점에 대응하는 부분의 저항을 증가시킬 수 있다. 이처럼 히터에서 특정부위의 저항을 증가시키기 위해서는 저항이 비저항 및 길이에 비례하고 단면적에 반비례하는 특성을 이용하여, 단면적을 좁게 하거나 또는 비저항이 높은 히터 재질을 이용한다. For example, in the case of a heater using Joule's heat generated by passing a current through a resistance wire, a portion corresponding to 1/5 to 2/3 points, more preferably 1/3 to 1/2 points from the surface of the melt It is possible to increase the resistance of the corresponding part. As such, in order to increase the resistance of a specific part of the heater, the resistance is proportional to the specific resistance and the length and is inversely proportional to the cross-sectional area, so that the cross-sectional area is narrowed or a high specific resistance heater material is used.

상술한 바와 같이 융액의 온도분포를 최적화한 결과, 각종 결정결함이 배제된 고품질의 단결정을 용이하게 얻을 수 있었으며 구현되는 성장속도가 매우 향상되는 것을 확인하였다. As described above, as a result of optimizing the temperature distribution of the melt, it was possible to easily obtain a high quality single crystal that eliminated various crystal defects, and it was confirmed that the growth rate realized was greatly improved.

이러한 현상은 고액 계면에서부터 최고점까지의 상승하는 융액 온도기울기를 증가시킴으로써 원자나 분자 등의 성장단위가 결정성장계면으로 이동하려는 구동력 이 증가하기 때문이며 이에 따라 베이컨시, 인터스티셜 등의 점결함 발생이 최소화되는 고품질의 결정 성장 속도 즉, 결정의 인상속도는 향상될 수 있는 것이다.This phenomenon is due to the increase in the melting temperature gradient from the solid-liquid interface to the highest point, which increases the driving force for the growth of atoms or molecules to move to the crystal growth interface, thereby minimizing defects such as bacon and interstitial. The high quality crystal growth rate, that is, the pulling rate of the crystal, can be improved.

상술한 바와 같은 히터의 개선, 자기장의 인가, 도가니 및 단결정의 회전속도 등을 제어하면, 이른바 '채널효과(channel effect)'에 의해 실리콘 융액의 온도 분포가 단결정 반경 방향 및 단결정 길이 방향에서 상술한 바와 같은 조건으로 최적화된다. By controlling the improvement of the heater as described above, the application of the magnetic field, the rotation speed of the crucible and the single crystal, the so-called 'channel effect' causes the temperature distribution of the silicon melt to be described in the single crystal radial direction and the single crystal length direction. Optimized as conditions.

'채널효과'란 도 4에 도시된 바와 같이, 융액의 최고온영역으로부터 고온영역을 향한 가상의 채널(100)을 따라 열손실이 최소화되면서 열전달되는 것을 의미한다. 이처럼 채널효과에 의하면 고액계면으로부터 고온영역까지의 융액 온도기울기, 즉 상승하는 융액 온도기울기를 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 도가니 바닥의 온도가 상대적으로 낮아지기 때문에 도가니 바닥부로부터의 산소용출량을 최대한 억제시킬 수 있게 된다.As shown in FIG. 4, 'channel effect' means heat transfer while minimizing heat loss along the virtual channel 100 from the highest temperature region of the melt toward the high temperature region. In this way, the channel effect not only increases the melt temperature gradient from the solid-liquid interface to the high temperature region, that is, the rising melt temperature gradient, but also reduces the temperature of the crucible bottom to the maximum because the temperature of the crucible bottom is relatively low. Will be.

상술한 방법에 의해 본 발명에서는 베이컨시 및 인터스시셜 등 점결함 발생을 제어함으로써 성장 결함인 전위 결함(에지(edge), 스크류(screw), 루프(loop) 형태의 전위(dislocation)), 적층결함(stacking fault), 베이컨시 집합체인 보이드(void) 등의 결함들을 모두 억제하는 것이다.In the present invention, by controlling the occurrence of point defects such as bacon and interstitial by the above-described method, dislocation defects (edge, screw, loop type dislocations) and stacking defects which are growth defects (stacking fault), defects such as void (vaid aggregate) is suppressed.

그리하여 상술한 장치 및 방법을 이용하여 성장된 실리콘 단결정 잉곳은 그 내부에 함유된 점 결함 농도가 1010 ~ 1012 개/cm3 인 정도로 낮다. 이 정도의 점 결함 농도는 이후 잉곳을 웨이퍼로 제작하고 그 웨이퍼로 반도체 디바이스를 제조할 때 열처리에 의해 미소석출결함(micro precipitates)을 형성할 수 있는 베이컨시(vacancy)의 최소 농도인 베이컨시 임계포화농도에 해당한다. Thus, the silicon single crystal ingot grown using the apparatus and method described above has a low point defect concentration contained therein of 10 10 to 10 12 pieces / cm 3 . This degree of point defect concentration is the vacancy threshold, which is the minimum concentration of vacancy that can form micro precipitates by heat treatment when ingots are subsequently fabricated into wafers and semiconductor devices are fabricated from the wafers. Corresponds to saturation concentration.

최근 실리콘 웨이퍼 제조 기술이 발전되어 점 결함 농도가 1011 ~ 1013 개/cm3 정도로 낮아 성장 직후 상태(as-grown)에서는 무결함 웨이퍼 수준을 실현시키고 있다. 그러나 1011 ~ 1013 개/cm3 정도의 점 결함 농도를 가지는 as-grown 무결함 웨이퍼라 할지라도, 그 웨이퍼로 실제 반도체 디바이스를 제조하는 과정에서는 열처리에 의해 미소석출결함과 같은 2차 결함이 발생되고 있다.Recent advances in silicon wafer fabrication technology have resulted in point defect concentrations as low as 10 11 to 10 13 / cm 3 , thus achieving defect-free wafer levels in as-grown conditions. However, even as-grown defect-free wafers having a point defect concentration of about 10 11 to 10 13 pieces / cm 3 , secondary defects such as microprecipitation defects due to heat treatment are not produced during the fabrication of the actual semiconductor device from the wafer. It is occurring.

따라서, 본 발명에서는 그러한 2차 결함이 발생되지 않도록 보다 더 낮은 점결함 농도를 가지는 웨이퍼를 제공하는 것이다. 즉, 열처리에 의해 미소석출결함을 형성할 수 있는 베이컨시의 최소 농도인 베이컨시 임계포화농도 이하인 수준의 점 결함 농도를 가지는 웨이퍼를 높은 생산성으로 제조하는 것이다.Thus, the present invention provides a wafer having a lower point defect concentration so that such secondary defects do not occur. That is, a wafer having a high point defect concentration having a level equal to or less than the bacony critical saturation concentration, which is the minimum bacony concentration capable of forming microprecipitation defects by heat treatment, is manufactured.

이 때 베이컨시 임계포화농도를 정의할 때 기준이 되는 열처리 조건은 700-800℃에서 5-7시간 동안 수행하는 1차 열처리와 그 후 1000-1100℃에서 14-18시간 동안 수행하는 2차 열처리를 포함한다. 또한, 미소석출결함은 0.3㎛ 보다 작거나 같은 크기로서 웨이퍼 표면으로부터 적어도 1㎛ 보다 크거나 같은 깊이 내에 형성되는 것이다.At this time, the standard heat treatment conditions for defining the critical saturation concentration in bacon are the first heat treatment performed at 700-800 ° C. for 5-7 hours and the second heat treatment performed at 1000-1100 ° C. for 14-18 hours. It includes. Further, the microprecipitation defects are smaller than or equal to 0.3 mu m and formed within a depth greater than or equal to at least 1 mu m from the wafer surface.

이와 같이 점 결함 농도가 1010 ~ 1012 개/cm3 인 본 발명의 실리콘 웨이퍼는 어떠한 디바이스 공정을 거치더라도 미소석출결함과 같은 2차 결함을 만들지 않는다.As described above, the silicon wafer of the present invention having a point defect concentration of 10 10 to 10 12 pcs / cm 3 does not produce secondary defects such as microprecipitation defects through any device process.

과거에는 웨이퍼 중심부가 베이컨시 우세 영역이고 그 외측부가 인터스티셜 우세 영역이었으나, 최근 웨이퍼 제조 기술의 발전에 따라 그 분포가 역전되고 있다. 그리하여 본 발명에서도 실리콘 잉곳 및 웨이퍼의 중심부는 인터스티셜 우세 영역(interstitial dominant region)이고, 중심부의 외측부는 베이컨시 우세 영역(vacancy dominant region)일 수 있다. 그뿐만 아니라, 인터스티셜 우세 또는 베이컨시 우세 어느 한쪽으로 특정지울 수 없이 인터스티셜 농도와 베이컨시 농도가 균형을 이루고 있는 균형 영역(balanced region)이 확보되기까지 하였다. 또한 본 발명이 유체 현상을 바탕으로 하고 있기 때문에 인터스티셜 우세 영역 및 베이컨시 우세 영역들이 반드시 잉곳 길이방향의 중심축을 중심으로 하여 대칭으로 나타나지는 않지만, 고품질 단결정 및 실리콘 웨이퍼를 확보하는데 있어서는 아무런 문제가 발생하지도 않는다. 즉, 본 발명에 따라 제조된 실리콘 웨이퍼에는 인터스티셜 우세 영역 및 베이컨시 우세 영역이 웨이퍼의 중심에 대해 비대칭을 이룰 수 있다. In the past, the center of the wafer was the dominant region of baconsea and the outer region of the wafer was the interstitial dominant region. Thus, in the present invention, the center of the silicon ingot and the wafer may be an interstitial dominant region, and the outer part of the center may be a vacancy dominant region. In addition, a balanced region in which the interstitial concentration and the baconic concentration are balanced cannot be identified as either an interstitial dominant or baconsie dominant. In addition, since the present invention is based on the fluid phenomenon, the interstitial predominant regions and the baconsea predominant regions do not necessarily appear symmetrically about the central axis in the ingot longitudinal direction, but there are no problems in securing high quality single crystals and silicon wafers. Does not occur. That is, in the silicon wafer manufactured according to the present invention, the interstitial dominant region and the vacancy dominant region may be asymmetric with respect to the center of the wafer.

또한, 본 발명에 따라 제조된 실리콘 단결정 잉곳 및 웨이퍼는 점 결함의 분포가 균일하다. 예를 들면 잉곳 및 웨이퍼의 중심으로부터 반경의 90% 이내의 영역에서 점 결함 농도를 측정하였을 때 가장 높은 점 결함 농도(Cmax)와 가장 낮은 점 결함 농도(Cmin)와의 차이가 가장 낮은 점 결함 농도(Cmin)에 대해 10% 이내인 정도로, 즉, (Cmax-Cmin)/Cmin×100 ≤ 10(%) 인 조건을 만족하는 정도로 점 결함의 분포가 균일하다. In addition, the silicon single crystal ingots and wafers produced according to the present invention have a uniform distribution of point defects. For example, when the point defect concentration is measured in an area within 90% of the radius from the center of the ingot and the wafer, the point defect concentration having the lowest difference between the highest point defect concentration (Cmax) and the lowest point defect concentration (Cmin) ( The distribution of point defects is uniform to the extent that it is within 10% with respect to Cmin, ie, satisfy | fills the conditions which are (Cmax-Cmin) / Cminx100 <= (10)%.

한편, 융액 내에는 크게 두 종류의 대류가 분포한다. 즉, 융액의 대류 분포는 도가니의 바닥부와 측벽부를 따라 융액(SM)의 표면으로 상승하다가 융액(SM)의 표면을 따라 단결정 쪽으로 순환하는 외측 영역과, 외주 영역의 내부 경사면을 따라 단결정의 하부 근접 부분에서 순환하는 내측 영역으로 구분된다. On the other hand, two types of convection are largely distributed in the melt. That is, the convection distribution of the melt rises to the surface of the melt SM along the bottom and sidewall portions of the crucible and circulates toward the single crystal along the surface of the melt SM and the lower portion of the single crystal along the inner slope of the outer circumferential region. It is divided into an inner region that circulates in the proximal portion.

본 발명에서의 바람직한 융액의 대류 분포는 본 발명자들이 기출원했던 특허출원 제2003-0080998호에 자세히 설명되어 있다. 이렇게 하면 단결정의 품질을 반경방향으로 보다 더 균일하게 할 수 있다. Preferred convection distribution of the melt in the present invention is described in detail in patent application 2003-0080998, to which the inventors have filed. This makes the quality of the single crystal more uniform in the radial direction.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 실리콘 융액의 온도 분포를 본 발명에서 제시한 특정 조건으로 제어함으로 인해, 고품질의 실리콘 단결정 잉곳을 성장시킬 수 있으며, 또한 높은 성장 속도로 인해 생산성이 높은 고품질 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법을 제공하는 효과가 있다. As described above, according to the present invention, by controlling the temperature distribution of the silicon melt to the specific conditions presented in the present invention, it is possible to grow a high quality silicon single crystal ingot, and also due to the high growth rate, high quality silicon single crystal with high productivity It is effective in providing a method for growing an ingot.

또한 본 발명에서는 실제 디바이스 제조 과정에서 열처리에 의해 미소석출결함과 같은 2차 결함이 발생되지 않는 수준으로 점결함 농도가 낮은 고품질의 실리콘 단결정 잉곳 및 실리콘 웨이퍼를 제공하는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of providing a high-quality silicon single crystal ingot and silicon wafer having a low point defect concentration at a level where secondary defects such as microprecipitation defects are not generated by heat treatment in the actual device manufacturing process.

이러한 고품질의 단결정으로부터 가공된 웨이퍼를 기판으로 사용하면 전자소자의 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. Using a wafer processed from such a high quality single crystal as a substrate has an effect of improving the yield of an electronic device.

Claims (25)

쵸크랄스키법에 의해 실리콘 단결정을 성장시키는 방법에 있어서,In the method of growing a silicon single crystal by the Czochralski method, 실리콘 융액의 온도기울기를 단결정의 반경 방향과 평행한 축을 따라 측정할 때, 측정된 최대 온도기울기를 ΔTmax 라 하고 최소 온도기울기를 ΔTmin 라 하면 하기 식을 만족시키는 조건으로 상기 실리콘 단결정을 성장시키는 실리콘 단결정 성장 방법.When the temperature gradient of the silicon melt is measured along an axis parallel to the radial direction of the single crystal, the measured maximum temperature gradient is ΔTmax and the minimum temperature gradient is ΔTmin. How to grow. {(ΔTmax-ΔTmin)/ΔTmin}×100 ≤ 10{(ΔTmax-ΔTmin) / ΔTmin} × 100 ≤ 10 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 {(ΔTmax-ΔTmin)/ΔTmin}×100 은,The {(ΔTmax-ΔTmin) / ΔTmin} × 100 is, {(ΔTmax-ΔTmin)/ΔTmin}×100 ≤ 5 를 만족하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 성장 방법.{(ΔTmax-ΔTmin) / ΔTmin} × 100 ≦ 5, wherein the silicon single crystal growth method is satisfied. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 {(ΔTmax-ΔTmin)/ΔTmin}×100 은,The {(ΔTmax-ΔTmin) / ΔTmin} × 100 is, {(ΔTmax-ΔTmin)/ΔTmin}×100 ≤ 3 을 만족하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 성장 방법.{(ΔTmax-ΔTmin) / ΔTmin} × 100 ≦ 3, wherein the silicon single crystal growth method is satisfied. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 {(ΔTmax-ΔTmin)/ΔTmin}×100 은,The {(ΔTmax-ΔTmin) / ΔTmin} × 100 is, {(ΔTmax-ΔTmin)/ΔTmin}×100 ≤ 1 을 만족하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 성장 방법.A method for growing a single crystal of silicon, characterized by satisfying {(ΔTmax−ΔTmin) / ΔTmin} × 100 ≦ 1. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 온도기울기는 상기 융액의 수직 방향 순간 온도기울기인 실리콘 단결정 성장 방법. Wherein said temperature gradient is a vertical instantaneous temperature gradient of said melt. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 식을 만족시키면서, 상기 실리콘 융액의 온도를 단결정의 길이 방향과 평행한 축을 따라서 측정할 때 상기 융액과 단결정과의 계면에서부터 상기 단결정과 멀어질수록 상기 융액의 온도가 점점 상승하여 최고점에 도달하였다가 점점 하강하며, 상기 상승하는 융액 온도기울기가 상기 하강하는 융액 온도기울기보다 큰 상태를 유지하는 조건을 만족시키도록 상기 실리콘 단결정을 성장시키는 실리콘 단결정 성장 방법.While satisfying the above formula, when the temperature of the silicon melt was measured along an axis parallel to the longitudinal direction of the single crystal, the temperature of the melt gradually increased and reached the highest point as it moved away from the interface between the melt and the single crystal. And the silicon single crystal is grown so as to satisfy the condition that the rising melt temperature slope remains larger than the falling melt temperature slope. 제 6 항에 있어서, The method of claim 6, 상기 실리콘 융액의 온도기울기를 단결정의 반경 방향과 평행한 축을 따라 측정할 때에는 상기 계면에서부터 상기 최고점 온도를 가지는 높이까지의 융액에서 측정하는 실리콘 단결정 성장 방법. And the temperature gradient of the silicon melt is measured in the melt from the interface to the height having the highest temperature when the temperature gradient is measured along an axis parallel to the radial direction of the single crystal. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 실리콘 융액의 온도기울기를 단결정의 반경 방향과 평행한 축을 따라 측정할 때에는 상기 단결정의 하부에 위치하는 융액에서 측정하는 실리콘 단결정 성장 방법. And measuring the temperature gradient of the silicon melt along the axis parallel to the radial direction of the single crystal in a melt located below the single crystal. 제 6 항에 있어서, The method of claim 6, 상기 실리콘 융액의 온도를 단결정의 길이 방향과 평행한 축을 따라서 측정할 때 상기 축은 상기 실리콘 단결정의 중심을 관통하는 것인 실리콘 단결정 성장 방법.And the axis penetrates through the center of the silicon single crystal when the temperature of the silicon melt is measured along an axis parallel to the longitudinal direction of the single crystal. 제 6 항에 있어서, The method of claim 6, 상기 최고점은 상기 실리콘 융액의 전체 깊이에 대해 상기 융액의 표면으로부터 1/5 지점 내지 2/3 지점에 존재하는 실리콘 단결정 성장 방법.Wherein the peak is at a point 1/5 to 2/3 from the surface of the melt relative to the total depth of the silicon melt. 제 10 항에 있어서, The method of claim 10, 상기 최고점은 상기 실리콘 융액의 전체 깊이에 대해 상기 융액의 표면으로부터 1/3 지점 내지 1/2 지점에 존재하는 실리콘 단결정 성장 방법.Wherein the peak is at a point from one third to one half of the surface of the melt relative to the total depth of the silicon melt. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 6, 상기 실리콘 융액의 측방에는 히터를 설치하고,A heater is installed on the side of the silicon melt, 상기 히터에서 상기 실리콘 융액의 전체 깊이에 대해 상기 융액의 표면으로부터 1/5 지점 내지 2/3 지점에 대응하는 부분의 발열량을 주변에 비해 증가시킨 상태에서 상기 실리콘 단결정을 성장시키는 실리콘 단결정 성장 방법.And growing the silicon single crystal in the heater in a state in which the calorific value of a portion corresponding to 1/5 to 2/3 points from the surface of the melt is increased with respect to the entire depth of the silicon melt in the heater. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 6, 상기 실리콘 융액에 자기장을 인가한 상태에서 상기 실리콘 단결정을 성장시키는 실리콘 단결정 성장 방법. And growing the silicon single crystal in a state where a magnetic field is applied to the silicon melt. 제 13 항에 있어서, The method of claim 13, 상기 자기장으로는 상기 단결정의 길이 방향에 대해 수직 방향 또는 수평 방향의 자기장을 인가하거나, 또는 커스프(CUSP) 형태의 자기장을 인가하는 실리콘 단결정 성장 방법.And a magnetic field in a vertical or horizontal direction with respect to the longitudinal direction of the single crystal, or a magnetic field in the form of a cusp. 제 13 항에 있어서, The method of claim 13, 상기 실리콘 융액의 측방에는 히터를 설치하고,A heater is installed on the side of the silicon melt, 상기 히터에서 상기 실리콘 융액의 전체 깊이에 대해 상기 융액의 표면으로부터 1/5 지점 내지 2/3 지점에 대응하는 부분의 발열량을 주변에 비해 증가시킨 상태에서 상기 실리콘 단결정을 성장시키는 실리콘 단결정 성장 방법.And growing the silicon single crystal in the heater in a state in which the calorific value of a portion corresponding to 1/5 to 2/3 points from the surface of the melt is increased with respect to the entire depth of the silicon melt in the heater. 제 15 항에 있어서, The method of claim 15, 상기 실리콘 융액의 온도를 단결정의 길이 방향과 평행한 축을 따라서 측정할 때 상기 융액과 단결정과의 계면에서부터 상기 단결정과 멀어질수록 상기 융액의 온도가 점점 상승하여 최고점에 도달하였다가 점점 하강하며, 상기 최고점을 중심으로 한 소정영역을 융액의 고온영역이라 할 때, 상기 자기장은 상기 히터와의 최인접부에서 상기 계면의 중심 내지 상기 고온영역을 향하는 열의 흐름을 촉진시키는 실리콘 단결정 성장 방법. When the temperature of the silicon melt is measured along an axis parallel to the longitudinal direction of the single crystal, the temperature of the melt gradually increases to reach the highest point as the distance from the interface between the melt and the single crystal increases, and gradually decreases. When the predetermined region centered on the highest point is the high temperature region of the melt, the magnetic field promotes the flow of heat from the center of the interface to the high temperature region at the closest portion with the heater. 상기 실리콘 융액을 수용하는 도가니의 회전속도를 Vc 라 하고, 상기 실리콘 단결정의 회전속도를 Vs 라 할 때, 하기 식을 만족시키는 조건으로 상기 실리콘 단결정을 성장시키는 실리콘 단결정 성장 방법.The silicon single crystal growth method of growing the silicon single crystal under the conditions satisfying the following formula when the rotational speed of the crucible containing the silicon melt is Vc and the rotational speed of the silicon single crystal is Vs. 3 ≤ Ln[Vs/Vc] ≤ 53 ≤ Ln [Vs / Vc] ≤ 5 제 17 항에 있어서,The method of claim 17, 상기 Vc는 Vc≤ 2rpm 을 만족하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 성장 방법.Wherein Vc satisfies Vc ≦ 2 rpm. 제 17 항에 있어서,The method of claim 17, 상기 Vc는 Vc≤ 1rpm 을 만족하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 성장 방법.Wherein Vc satisfies Vc ≦ 1 rpm. 제 17 항에 있어서,The method of claim 17, 상기 Vc는 Vc≤ 0.6rpm 을 만족하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 성장 방법.Wherein Vc satisfies Vc ≦ 0.6 rpm. 쵸크랄스키 법에 의해 실리콘 단결정을 성장시키는 장치에 있어서, In the apparatus for growing a silicon single crystal by the Czochralski method, 챔버;chamber; 상기 챔버의 내부에 설치되고, 실리콘 융액을 담고 있는 도가니;A crucible installed inside the chamber and containing a silicon melt; 상기 도가니의 측방에 설치되어 상기 실리콘 융액을 가열하며, 상기 실리콘 융액의 전체 깊이에 대해 상기 융액의 표면으로부터 1/5 지점 내지 2/3 지점에 대응하는 부분의 발열량이 주변에 비해 증가된 히터; A heater installed on the side of the crucible to heat the silicon melt, and a heat generation amount of a portion corresponding to 1/5 to 2/3 points from the surface of the melt with respect to the total depth of the silicon melt increased relative to the surroundings; 상기 실리콘 융액으로부터 성장되는 실리콘 단결정을 인상하는 인상기구; 및An pulling mechanism for pulling up a silicon single crystal grown from the silicon melt; And 상기 도가니의 측방에 설치되어 상기 실리콘 융액에 자기장을 인가하는 자석A magnet installed on the side of the crucible to apply a magnetic field to the silicon melt 을 포함하는 실리콘 단결정의 성장 장치.Silicon single crystal growth apparatus comprising a. 제 21 항에 있어서, The method of claim 21, 상기 자석은 상기 히터와의 최인접부로부터 상기 단결정의 중심을 향하는 융액 대류를 촉진시키는 자기장을 인가하는 실리콘 단결정의 성장 장치. And the magnet applies a magnetic field that promotes melt convection toward the center of the single crystal from the closest portion to the heater. 제 21 항에 있어서, The method of claim 21, 상기 히터는 상기 실리콘 융액의 전체 깊이에 대해 상기 융액의 표면으로부터 1/3 지점 내지 1/2 지점에 대응하는 부분의 발열량이 주변에 비해 증가된 실리콘 단결정의 성장 장치.And the heater further increases the amount of heat generated in a portion corresponding to 1/3 to 1/2 point from the surface of the melt with respect to the total depth of the silicon melt. 제 21 항에 있어서, The method of claim 21, 실리콘 단결정 잉곳을 에워싸도록 상기 실리콘 단결정 잉곳과 상기 도가니 사이에 설치되어 상기 잉곳으로부터 방사되는 열을 차단하는 열실드를 더 포함하는 실리콘 단결정의 성장 장치.And a heat shield disposed between the silicon single crystal ingot and the crucible so as to surround the silicon single crystal ingot, and shielding heat radiated from the ingot. 제 24 항에 있어서, The method of claim 24, 상기 열실드에서 상기 실리콘 단결정 잉곳과의 최인접부에 부착되고, 상기 실리콘 단결정 잉곳을 에워싸는 원통형의 열차폐부를 더 포함하는 실리콘 단결정의 성장 장치.And a cylindrical heat shield attached to the closest portion of the heat shield with the silicon single crystal ingot and surrounding the silicon single crystal ingot.
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KR100606997B1 (en) * 2002-12-23 2006-07-31 주식회사 실트론 Silicon wafer and method for producing silicon single crystal

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KR100827028B1 (en) * 2006-10-17 2008-05-02 주식회사 실트론 Method of manufacturing semiconductor single crystal by Czochralski technology, and Single crystal ingot and Wafer using the same

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