KR20070051567A - 실리콘 웨이퍼 및 실리콘 단결정 잉곳의 제조방법 - Google Patents

Abstract

실리콘 웨이퍼 및 실리콘 단결정 잉곳의 제조방법이 개시된다. 개시된 실리콘 단결정 제조방법은, 쵸크랄스키(cz) 법에 의하여 실리콘 융액으로부터 단결정을 인상(引上)하는 실리콘 단결정 성장장치 외부측 상부 및 하부에 배치된 코일에 의해 발생되는 커스프 자기장을 이용하는 실리콘 단결정을 제조하는 방법에 있어서, 상기 커스프 자기장을 인가함에 있어 측정된 하부의 자기장과, 상부의 자기장의 비율을 조정하여 플라워(Flower) 현상을 제어하는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 성장장치의 챔버의 외부에 설치된 상, 하부 코일에 의하여 인가되는 자기장의 비율을 조절함으로써 추가적인 핫존(H/Z) 및 파라미터(parameter)의 변경 없이 자기장의 비대칭 제어를 통하여 실리콘 단결정 성장 중 공정 이상 원인으로 발생하는 플라워 현상을 완벽히 제어가 가능하고, 플라워 현상 발생 시 불가피하게 발생하는 핫존(H/Z) 교체, SR 또는 풀링 스피드(P/S) 다운(Down), 언더 다이어미터(Under Diameter) 등과 같은 프라임 수율(Prime Yield)의 저하 없이 공정 제어가 가능한 이점이 있다.

실리콘 웨이퍼, 실리콘 단결정 잉곳, 플라워(Flower) 현상

Description

실리콘 웨이퍼 및 실리콘 단결정 잉곳의 제조방법{SILICON WAFER AND METHOD OF MANUFACTURING SILICON SINGLE CRYSTAL INGOT}

도 1은 종래의 기술에 따른 실리콘 단결정 제조방법에 의해 발생되는 플라워 현상의 실제 사진.

도 2는 본 발명에 따른 실리콘 단결정 제조방법이 적용된 실리콘 단결정 성장장치의 구성을 개략적으로 나타내 보인 도면.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 따른 실리콘 단결정 제조방법이 적용된 비대칭 자기장의 시뮬레이션 결과를 나타내 보인 도면.

도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 실리콘 단결정 제조방법이 적용된 SR 셀 중심의 변화를 나타내 보인 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10. 잉곳

11. 도가니

12. 실리콘 융액(SM)

13. 지지대

14. 히터

15. 보온재

16. 상부코일

17. 하부코일

18. 열실드

19. 회전축

본 발명은 실리콘 웨이퍼 및 실리콘 단결정 잉곳의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자기장의 비대칭 제어를 통하여 실리콘 단결정 성장 중 공정 이상 원인으로 발생하는 플라워(Flower) 현상 제어가 가능하게 하기 위한 실리콘 웨이퍼 및 실리콘 단결정 잉곳의 제조방법에 관한 것이다.

현재 쵸크랄스키(CZ) 법에 의한 단결정 제조 방법은, 높은 생산성과 점 결함(Point Defect)이 제어된 고품질의 웨이퍼(wafer)를 제조하기 위하여 여러 가지 시도가 있어왔다. 예컨대, 생산성 향상과 품질 균질화를 위하여 여러 가지 상, 하부 단열재의 설계변경이 불가피하다.

그리고 쵸크랄스키 법을 이용한 단결정 제조 공정에 있어서, 상기한 환경의 변화로 공정 이상 현상이 발생하는데 예컨대, 상, 하부 단열재의 설계 변경은 멜트(Melt) 대류 및 챔버(Chamber) 내부의 열이력에 변화를 수반하여 플라워 현상이라는 이상 공정을 유발하는 원인이 된다.

상기한 플라워 현상은 시드(Seed) 회전 및 석영(Quartz)으로 이루어진 도가 니(Crucible)의 회전에 의한 단결정 성장 시 여러 가지 원인으로 인하여 원기둥 형태로 성장하지 않고, 도 1에 나타낸 바와 같이, 표면이 굴곡적으로 성장하여 마치 꽃 모양을 닮았다고 하여 명명된 것으로써, 아직까지 명확한 메커니즘(mechanism)이 밝혀진 것은 아니며, 플라워 현상 발생에 대한 다양한 이론이 존재한다.

예컨대, 단결정 성장에 따라 냉각 열이력의 기울기를 조절하는 주위 환경의 단열재 설계에 의해 핫/콜드(Hot/Cold)한 경우와 같이 적정 냉각 곡선을 벗어나는 경우, 멜트와 단결정의 경계면(Interface) 근방의 열적 대류에 대한 비대칭성의 증가와, 과도한 시드 회전(Seed Rotation)(이하, SR이라 함)에 기인 또는 안정된 조건의 경우일지라도 기존 단열재의 수명 경과에 따라 단열재 내, 외부에 SiC 증착이 발생한다.

이는 외부에 위치하는 히터(Heater)의 파워(Power)에 변화를 초래하는 등과 같은 여러 가지 원인이 존재한다.

그리고 상기한 공정 이상 현상인 플라워 현상 문제를 해결하기 위한 방안으로 다양한 시도가 있어왔다. 예컨대, 히터의 길이 조절을 통해 발열 면적 및 위치를 조절하거나, 단열재 형상의 변화 또는 상하부 단열에 의해 공급되는 파워 등을 조절함으로써 단결정의 냉각 열이력을 제어하는 시도가 주로 시행되었다.

그러나, 이러한 방법은 매번 핫존(H/Z)을 교체하는 시간 및 비용 등과 같은 문제가 있고, 무엇보다 핫존(H/Z) 변경에 따른 산소 농도 등과 같은 품질에 영향을 미치게 되어 새로운 조건 설정과 같은 많은 시간이 소모된다.

또한 가장 유력한 방법으로 인상속도, 즉 풀링 스피드(Pulling Speed, 이하 P/S라 함) 다운(Down), 시드 및 도가니의 비를 개선하는 방법이 소개되고 있으나, 이 방법 역시 생산성 저하와 극저결함을 생산하는 근래의 웨이퍼 품질 요구 수준을 맞추기 위한 품질 마진에 변화를 유발하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 비대칭 자기장 제어를 통해 단결정 성장 시 발생하는 플라워 현상에 대한 제어를 추가적인 핫존(H/Z) 교체나, P/S 다운(Down) 또는 SR 변화 등과 같은 손실 없이 공정을 제어하고, 공정 중의 플라워 현상을 제어하는데 있어 비대칭 자기장 제어를 통해 특히, 멜트(Melt)의 경계면(Interface) 근처의 SR에 의한 대류를 제어함으로써 플라워 현상에 의한 단결정 구경의 언더 다이어미터(Under Diameter)를 방지하고 생산성이 높은 고품질의 단결정 성장 방법을 제공하도록 한 실리콘 웨이퍼 및 실리콘 단결정 잉곳의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실리콘 단결정 잉곳의 제조방법은, 쵸크랄스키(cz) 법에 의하여 실리콘 융액으로부터 단결정을 인상(引上)하는 실리콘 단결정 성장장치 외부측 상부 및 하부에 배치된 코일에 의해 발생되는 커스프 자기장을 이용하는 실리콘 단결정을 제조하는 방법에 있어서, 상기 커스프 자기장을 인가함에 있어 측정된 하부의 자기장과, 상부의 자기장의 비율을 조정하여 플라워(Flower) 현상을 제어하는 것을 그 특징으로 한다.

상기와 같은 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실리콘 단결정 잉곳의 제 조방법은, 쵸크랄스키(cz) 법에 의하여 실리콘 융액으로부터 단결정을 인상(引上)하는 실리콘 단결정 성장장치 외부측 상부 및 하부에 배치된 코일에 의해 발생되는 커스프 자기장을 이용하는 실리콘 단결정을 제조하는 방법에 있어서, 상기 커스프 자기장을 인가함에 있어 측정된 하부의 자기장과, 상부의 자기장의 비율을 조정하여, 시드 로테이션 셀(SR cell)의 중심이 상기 실리콘 융액 표면 반경의 30%∼80% 이내에 있게 하여 플라워(Flower) 현상을 제어하는 것을 그 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명에 따른 실리콘 단결정 제조방법이 적용된 결정 성장장치의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도가 도시되어 있다.

우선, 본 발명에 따른 실리콘 단결정 제조방법을 설명하기에 앞서, 본 발명에 따른 실리콘 단결정 제조방법이 적용된 실리콘 단결정 성장장치에 대하여 설명한다.

쵸크랄스키(CZ) 법에 따라 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키기 위해서 도 1에 도시된 바와 같은 실리콘 단결정 성장장치를 이용한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 실리콘 단결정 성장장치는, 챔버(미도시)를 포함하며, 이 챔버의 내부에서 실리콘 단결정 잉곳(Ingot)(10)의 성장이 이루어지고, 챔버 내에는 석영으로 이루어진 실리콘 융액(SM)(12)을 담는 도가니(11)가 설치되며, 이 도가니(11)의 외부에는 흑연으로 이루어져 도가니(11)를 지지하는 지지대(13)가 도가니(11)를 에워싸며 설치된다.

또한 상기 지지대(13)는 회전축(19) 상에 고정 설치되고, 이 회전축(19)은 구동수단(미도시)에 의해 회전되어 도가니(11)를 회전시키면서 상승시켜 고-액 계면이 동일한 높이를 유지하도록 한다. 그리고 상기 지지대(13)는 소정 간격을 두고 원통형의 히터(14)에 의해 에워싸여지며, 이 히터(14)는 보온재(15)에 의해 에워싸여진다.

또한 상기 히터(14)는 도가니(11) 내에 적재된 고순도의 다결정 실리콘 덩어리를 용융하여 실리콘 융액(12)으로 만들며, 보온재(15)는 히터(14)에서 발산되는 열이 챔버의 벽 쪽으로 확산되는 것을 방지하여 열 효율을 향상시킨다.

그리고 상기 도가니(11)의 위로 챔버의 상부에는 케이블을 감아 인상(引上)하는 인상수단(미도시)이 설치되며, 이 케이블의 하부에 도가니(11) 내의 실리콘 융액(12)에 접촉되어 인상하면서 단결정 잉곳(10)을 성장시키는 종결정(seed crystal)이 설치된다. 상기 인상수단은 단결정 잉곳(10) 성장 시 케이블을 감아 인상하면서 회전 운동하며, 이때 실리콘 단결정 잉곳(10)은 도가니(11)의 회전축(19)과 동일한 축을 중심으로 하여 도가니(11)의 회전방향과 반대방향으로 회전시키면서 끌어올리도록 한다.

또한 원활한 실리콘 단결정 잉곳(10)의 성장을 위해, 아르곤(Ar), 네온(Ne) 및 질소(N) 등의 불활성 가스를 챔버의 상부로 유입하고, 사용된 불활성 가스는 챔버의 하부를 통해 배출시키는 방법을 많이 이용하고 있다. 따라서 도 2의 참조부호 3은 원활한 실리콘 단결정 잉곳(10)의 성장을 위해 불활성 가스인 아르곤(Ar) 가스를 성장장치의 상부로 유입하였다가 성장장치의 하부로 배출시키는 상태를 나 타내 보인 선이다.

그리고 실리콘 단결정 잉곳(10)과 도가니(11) 사이에는 잉곳(10)을 에워싸도록 복사 단열체(insulator) 또는 열실드(18)가 설치되기도 한다. 이 열실드(18)는 웨이퍼가 면내에서 특성이 균질할 것이 요구되는 추세에 따라, 단결정 잉곳(10)의 냉각 효율을 높이고, 결정 반경방향으로의 수직 온도 기울기(G)의 편차를 줄이기 위해 다양한 핫존(H/Z)을 설계하는 과정에서 개발된 것으로서, 잉곳(10)으로부터 방사되는 열을 제어하여 잉곳(10) 외주부에서의 냉각속도를 조절하는 역할을 한다.

또한 쵸크랄스키(CZ) 법에 의해 실리콘 단결정 잉곳을 제조할 때, 이 잉곳(10)의 결정 성장 중에 도가니(11) 내에 담겨져 있는 실리콘 융액(12)에 자기장을 인가하고, 이 자기장의 위치를 변화시키기 위해 상기 챔버의 외부측으로 실리콘 융액(12)에 자기장을 인가하는 상부코일(16)과 하부코일(17)이 각각 설치된다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 실리콘 단결정 성장장치를 적용하여 본 발명에 따른 실리콘 단결정 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 실리콘 단결정 제조방법은, 실리콘 단결정을 쵸크랄스키 법에 의해 성장시킬 때 커스프 타입(Cusp type)의 자기장을 이용함에 있어, 상기 상부코일(16)과 하부코일(17)에 인가되는 전류치를 제어하여 다양한 상, 하부의 자기장의 비율을 제어하는 것에 의해 실리콘 단결정을 성장시킨다.

즉, 본 발명에 따른 실리콘 단결정 제조방법은, 상기 커스프 자기장을 인가함에 있어 하부코일(17)에서 측정된 하부의 자기장과, 상부코일(16)에서 측정된 상부의 자기장의 비율을 조정하여 플라워 현상을 제어하는 것이다.

보다 구체적으로는, 커스프 타입의 자기장을 인가함에 있어 측정된 하부코일(17)의 자기장의 세기를 G_lower라 하고, 상부코일(16)의 자기장의 세기를 G_upper라 할 때, 상, 하부 자기장의 비율을 조절함에 의해 아래의 수학식 1을 만족하도록 하여 상기한 플라워 현상을 제어한다.

1 ≤ G_lower / G_upper

한편, 상기와 같은 자기장의 비대칭 적용함에 있어서 챔버 외부에 설치된 상부 및 하부코일(16,17)의 전류값은 서로 다르게 적용하는데, 상부 및 하부코일(16,17)의 전류치를 다르게 한다는 것은, 코일(16,17)에 인가된 전류치에 따라 챔버 내부에 인가되는 자기장의 세기가 다르게 적용됨을 의미한다.

그리고 상부 및 하부코일(16,17)의 전류치가 비대칭으로 인가될 경우, 역시 챔버 내의 자기장의 분포가 비대칭으로 형성됨을 알 수 있다. 따라서 상부 및 하부코일(16,17)에 인가된 전류치의 수치를 보고 자기장의 세기를 알 수 있다.

또한 상기한 커스프 자기장을 인가함에 있어 측정된 하부의 자기장과, 상부의 자기장의 비율을 조정하여 SR 셀(Cell)의 중심이 상기 실리콘 융액 표면 반경의 30%∼80% 이내에 있게 하여 플라워 현상을 제어한다.

바람직하게는 SR 셀의 중심이 상기 실리콘 융액 표면 반경의 60% 이내에 있게 한다.

상기와 같이, SR 셀 중심이 융액 표면 반경의 60% 이내에 있도록 조정한다고 하였는데, 이는 물리적인 SR 회전에 따라 SR 대류 셀의 위치가 잉곳(10)에서 도가 니(11) 측으로 밀려나감을 의미한다. 종래에는 이러한 플라워 현상을 억제하기 위해서 SR 중심 셀이 위치하는(플라워 현상이 발생하지 않는) SR 중심 셀의 위치 제어를 SR 회전속도로 한정하였다.

그러나 이러한 방법 즉, 플라워 현상 발생에 따른 SR의 회전 속도를 낮출 경우 수직온도 기울기(G) 값 하락을 동반하여 품질 변화로 생산성 저하가 일어 날 수 있다.

따라서 본 발명에서는 비대칭 자기장을 적용함으로써 SR 중심 셀의 위치가 도가니(11) 측으로 밀려나가는 것을 억제하는데 효과를 입증하였다. 이는 동일한 고속 SR을 적용할 경우 SR 셀이 도가니(11) 측으로 밀려나가는 것을 SR 속도 저하 없이 비대칭 자기장의 형성으로 억제할 수 있음을 의미한다.

그리고 상기한 바와 같이, SR 셀의 중심이 실리콘 융액 표면 반경의 60% 이내로 하여 그 하한치를 정하지 않은 이유는, SR 셀의 위치에 따른 플라워 현상 발생에 있어서 SR 셀의 위치가 내부측으로 들어올 경우 플라워 현상 발생은 없기 때문이다. 실제로 SR을 1rpm으로도 실시를 하였으나, 플라워 현상은 발생하지 않았다.

또한 상기 상, 하부 자기장의 비율을 조정하여 플라워 현상 발생 시보다 SR 셀의 중심이 실리콘 잉곳(10)측으로 이동하여 존재하도록 한다.

이를 좀더 구체적으로 설명하면, 각 장비간의 편차로 인하여 실제 구동되는 대류 패턴에 약간의 차이가 있을 수 있고 예컨대, 동일한 조건을 적용할 경우 한 장비에서는 플라워 현상이 발생하지 않으나, 다른 장비에서는 플라워 현상이 발생 될 수 있다. 이 경우 플라워 현상 억제를 위해서 본 발명에 따른 제조방법이 적용 될 수 있음을 의미한다.

또한 상, 하부 자기장 비율이 1 이상인 자기장을 적용하는 공정에 있어서 비대칭 자기장으로 플라워 현상을 억제할 수 있음을 나타내는데, SR 중심 셀의 위치를 비대칭 자기장을 적용하여 플라워 현상 발생이 억제되는 위치에 SR 중심 셀이 위치하도록 제어하는 수단으로 사용하였다.

그러나, SR 중심 셀의 위치는 ZGP(Zero Gauss Plane)의 위치(비율 또는 자석의 물리적인 이동)를 통하여 얼마든지 이동이 가능하며, 그에 따라 대류 패턴도 달라지기 때문에 SR 중심 셀의 위치는 얼마든지 달라질 수 있다. 또한 전술한 바와 같이 플라워 현상은 SR 위치뿐 아니라 다양한 원인에 의해서 발생이 가능한데 어떠한 원인에 의해서든지 비대칭 자기장 기술을 적용할 경우 플라워 현상을 억제 할 수 있다는 것을 의미한다.

도 3a 내지 도 3d에는 상기한 상, 하부 자기장의 비율을 1.0∼4.09까지 증가시켰을 때 시뮬레이션(simulation) 결과가 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 자기장의 비율이 증가함에 따라 Si 멜트의 대류 속도는 4.467e^-2m/s에서 4.279e^-2m/s로 감소됨을 알 수 있으며, 이는 비대칭 자기장을 통하여 하부코일(17)에 의해 인가된 강한 자기장이 Si 멜트의 대류를 억제한 결과로 풀이된다.

그리고 플라워 현상은 도 3a와 같이 기존 조건에서 성장된 단결정의 경우 플 라워 현상이 발생하였으며, 도 3b에서부터 플라워 현상이 줄어들기 시작하여 도 3c 이후에는 완전히 제어됨을 확인하였다.

본 출원인에 의해 기 출원된 특허출원 제2004-0098528호에 따르면 플라워 현상에 대하여 SR(rpm)의 속도를 저, 중, 고와 같이 변화시켰을 때 Si 멜트 대류에 있어서 SR에 의한 셀의 위치를 예상함으로써 적정 수준 이상의 고속으로 회전할 경우 플라워 현상이 발생함을 고안하였다.

반면, 운용되는 시드 회전은 실리콘 잉곳에 있어서 생산성과 관련이 있는 수직온도 기울기(G) 값에 큰 영향을 미칠 뿐만 아니라, 장치(Device) 제조 시 요구되는 웨이퍼의 산소 농도 품질 수준에 큰 영향을 미치기 때문에 운용하는데 한계가 있다.

도 4a 내지 도 4d에는 본 발명에 따른 실리콘 단결정 제조방법에 의한 상, 하부 자기장의 비율을 변화시키고 동일한 속도로 시드를 회전시켰을 때 SR의 중심 셀의 위치 변화를 나타내고 있다.

도시된 바와 같이, 상, 하부 자기장의 비율이 1.0에서 4.09로 증가함에 따라 SR에 의한 셀의 중심이 실리콘 잉곳(10) 측으로 이동됨을 알 수 있으며, 이는 상, 하부 자기장의 비율을 증가시킴으로써 SR에 의한 셀의 위치를 제어하는데 효과가 있음을 나타내 보이는 것이다.

그리고 상기한 바와 같이, 자기장의 상하 비율이 1.0에서 4.09로 증가하는 구체적인 의미는, 상부 및 하부코일(16,17)에 인가되는 전류치의 비가 비대칭으로 인가될 수 있음을 나타내며, 이는 상부 및 하부코일(16,17)에 인가되는 수치의 입 력과 같은 간단한 조작을 통해 구현 할 수 있다.

또한 실험한 범위가 아래의 표 1에 나타낸 바와 같이 1(대칭)보다 클 수록 플라워 현상이 감소하여 억제하는데 그 비율을 4.09배까지 진행을 한 것이다. 실험의 결과로 미루어 볼 때, 그 상한치를 정하지 않은 이유는 도 3a 내지 도 4d에서 나타난 바와 같이 비율이 커질 수록 플라워 현상 억제 효과는 커지기 때문이다.

그리고 이는 멜트 내 대류 현상과 관련하여 시드와 도가니(11)의 회전에 의해 발생된 셀들이 비대칭 자기장에 의하여 특히, SR에 의한 셀의 확장을 비대칭 자기장에 의하여 억제 한 결과 플라워 현상이 제어되는 것이다.

아래의 표 1은 종래 방법에 대하여 본 발명에 따른 방법 의한 실제 플라워 현상 발생 비율을 나타낸 것으로써, 표 1에서 9는 플라워 현상이 발생했을 경우이고, 3은 플라워 현상 발생이 미미한 경우이며, 1은 플라워 현상이 완벽히 제어된 경우를 나타내는 것을 의미한다.

[표 1]

자기장 비율	플라워 현상 발생 정도
1	9
1.36	3
1.52	1
2	1
3.02	1
4.09	1

따라서 상, 하부의 자기장의 비율이 증가함에 따라 플라워 현상이 완벽히 제어됨을 보여주고 있다.

상기와 같은 제조방법이 이용되어 양질의 실리콘 단결정 잉곳과 실리콘 웨이 퍼가 제조될 수 있음은 자명하다.

즉, 본 발명에 따른 제조방법은, 생산되는 단결정 잉곳의 산소, 비저항, 점결함 정도와 같은 다양한 등급(Grade)의 품질과 상관없이 모두 적용이 가능하고, 종래에는 무엇보다 산소, 점결함 제어를 위해서 핫존(H/Z) 변경과 같은 극한의 방법들이 사용되고 있는데 불구하고 이러한 공정에서도 플라워 현상은 언제든지 발생이 가능하며 본 발명에 따른 제조방법의 적용으로 전 범위 제품(잉곳, 웨이퍼)에 대하여 플라워 현상 억제 효과가 있기 때문에 양질의 실리콘 단결정 잉곳과 실리콘 웨이퍼가 제조될 수 있다.

또한, 본 발명에 의해 적용된 비대칭 자기장을 적용할 경우, 수직온도 기울기(G) 값의 영향은 SR 변화에 의한 수직온도 기울기(G) 값의 변화보다 현저할 뿐 아니라, 실리콘 잉곳(10)의 길이 방향에 대한 산소 농도의 변화를 억제할 수 있게 된다.

따라서 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 및 실리콘 단결정 잉곳의 제조방법은, 비대칭 자기장을 적용함으로써 단결정 성장 시 발생하는 플라워 현상을 완벽하게 억제할 수 있고, 플라워 현상 발생 시 불가피하게 발생하는 언더 다이어미터(Under Diameter)로 인한 프라임(Prime) 길이 저하와, P/S 다운(Down) 등과 같은 파라미터(Parameter) 변경으로 인한 생산성 저하에 영향을 미치지 않는다.

즉, 공정 중의 플라워 현상을 제어하는데 있어 비대칭 자기장 제어를 통해 특히, 멜트 경계면 근처의 SR에 의한 대류를 제어함으로써 단결정 구경의 언더 다이어미터를 방지하여 생산성이 높은 고품질의 단결정을 성장시킬 수 있다.

그리고 본 발명에 따르면, 중, 소구경뿐만 아니라 200mm 이상의 대구경 단결정을 제조하는 쵸크랄스키 법에서 비대칭 자기장 제어를 통해 단결정 성장 시 발생하는 플라워 현상에 대한 제어를 추가적인 핫존(H/Z) 교체, P/S 다운, SR 변화 등과 같은 손실 없이 공정을 제어할 수 있다.

또한 비대칭 자기장 제어를 통해 구경 및 챠지 크기(Charge Size)에 따른 단결정 길이에 상관없이 전체 단결정 길이 방향으로 균일한 직경 제어를 통해 고생산성이 가능하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 및 실리콘 단결정 잉곳의 제조방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.

성장장치의 챔버의 외부에 설치된 상, 하부 코일에 의하여 인가되는 자기장의 비율을 조절함으로써 멜트 경계면 근방의 멜트 대류를 제어하여 바디 공정 중에 발생하는 플라워 현상이 완벽히 제어된 고품질의 실리콘 단결정 잉곳의 육성이 가능하다.

즉, 추가적인 핫존(H/Z) 및 파라미터(Parameter)의 변경 없이 자기장의 비대칭 제어를 통하여 실리콘 단결정 성장 중 공정 이상 원인으로 발생하는 플라워 현상을 완벽히 제어가 가능하다.

그리고 상기와 같은 자기장 제어 기술을 적용하여 플라워 발생 시 불가피하게 발생하는 핫존(H/Z) 교체, SR 또는 P/S 다운, 언더 다이어미터 등과 같은 프라임 수율(Prime Yield)의 저하 없이 공정 제어가 가능하다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (7)

1. 쵸크랄스키(cz) 법에 의하여 실리콘 융액으로부터 단결정을 인상(引上)하는 실리콘 단결정 성장장치 외부측 상부 및 하부에 배치된 코일에 의해 발생되는 커스프 자기장을 이용하는 실리콘 단결정을 제조하는 방법에 있어서,

   상기 커스프 자기장을 인가함에 있어 측정된 하부의 자기장과, 상부의 자기장의 비율을 조정하여 플라워(Flower) 현상을 제어하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   측정된 상기 하부의 자기장의 세기를 G_lower라하고, 상기 상부의 자기장의 세기를 G_upper라 할 때, 상기 상, 하부의 자기장의 비율을 조정함에 있어 아래의 수학식 1의 조건을 만족하도록 하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조방법.

   [수학식 1]

   1 ≤ G_lower / G_upper
3. 쵸크랄스키(cz) 법에 의하여 실리콘 융액으로부터 단결정을 인상(引上)하는 실리콘 단결정 성장장치 외부측 상부 및 하부에 배치된 코일에 의해 발생되는 커스프 자기장을 이용하는 실리콘 단결정을 제조하는 방법에 있어서,

   상기 커스프 자기장을 인가함에 있어 측정된 하부의 자기장과, 상부의 자기 장의 비율을 조정하여, 시드 로테이션 셀(SR cell)의 중심이 상기 실리콘 융액 표면 반경의 30%∼80% 이내에 있게 하여 플라워(Flower) 현상을 제어하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 시드 로테이션 셀(SR cell)의 중심이 상기 실리콘 융액 표면 반경의 60% 이내에 있게 하여 플라워(Flower) 현상을 제어하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조방법.
5. 제3항에 있어서,

   상기 상, 하부 자기장의 비율을 조정하여 상기 플라워 현상 발생 시보다 상기 시드 로테이션 셀(SR cell)의 중심이 실리콘 잉곳측으로 이동하여 존재하도록 된 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조방법.
6. 청구항 1항 내지 제5항 중 어느 하나의 제조방법으로 제조된 실리콘 단결정 잉곳.
7. 청구항 1항 내지 제5항 중 어느 하나의 제조방법으로 제조된 실리콘 웨이퍼.

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