KR20100089457A - 공정 변동이 최소화된 단결정 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공정 변동이 최소화된 단결정 제조방법을 개시한다. 본 발명에 따른 공정 변동이 최소화된 단결정 제조방법은, 석영 도가니에 수용된 융액에 시드를 디핑 후 시드를 회전시키면서 상부로 서서히 인상시켜 단결정 잉곳을 성장시키는 쵸크랄스키 법을 이용한 단결정 제조방법에 있어서, 상기 시드의 인상속도를 제어하여 단결정의 직경을 목표 직경까지 서서히 증가시키는 숄더링 공정과 숄더링 공정 이후 단결정의 직경을 일정하게 유지하며 원하는 길이로 단결정을 성장시키는 바디 공정을 포함하고, 상기 숄더링 공정에서, 상기 융액에 500 G 이상의 수평 자기장을 인가한 상태에서 석영 도가니를 0.3 ~ 0.8rpm으로 회전시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 숄더링 공정의 공정 인자를 최적화함으로써, 숄더링 공정의 반복성을 확보할 수 있고, 단결정의 인상 실패를 최소화시킬 수 있다. 이에 따라, 단결정 잉곳의 바디부의 품질 불량을 저감시킬 수 있고, 단결정의 인상 실패를 감소시켜 단결정 성장 공정의 시간 단축이 가능해져 단결정의 생산성을 향상시킬 수 있다.

쵸크랄스키 법, 단결정 잉곳, 숄더링, 수평 자기장

Description

공정 변동이 최소화된 단결정 제조방법{Method for manufacturing single crystal minimizing process-deviation}

본 발명은 단결정 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 쵸크랄스키 법을 이용한 단결정 제조 시 숄더링 공정을 안정화시켜 바디 공정의 변동을 최소화 시킬 수 있는 단결정 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 등의 전자부품을 생산하기 위한 소재로 사용되는 단결정 잉곳은 쵸크랄스키(Czochralski, 이하 CZ라 함) 법에 의해 제조된다. CZ 법을 이용하여 단결정 잉곳을 제조하는 방법은, 석영 도가니에 다결정 실리콘(poly silicon) 등의 고체 원료를 충전하고 히터로 가열하여 용융시켜 융액(melt)을 형성하고, 안정화(stabilization) 공정을 거쳐 융액 내의 기포를 제거한다. 그런 다음, 단결정 잉곳의 성장 소스인 시드(seed)를 융액의 표면에 디핑(dipping) 시키고, 시드를 따라 성장하는 성장 결정의 직경을 3 ~ 5mm 정도로 작게 인상하는 넥킹(necking) 공정과, 단결정의 인상속도를 제어하여 결정의 수직성장속도와 수평성장속도를 제어하여 목적하는 결정직경까지 확장시키는 숄더링(shouldering) 공정을 거쳐, 바디 성장(body growth) 공정에서 단결정의 직경이 일정하게 유지되도록 성장시킨다. 그 런 다음, 단결정 잉곳이 원하는 길이로 성장되면 테일링(tailing) 공정에서 석영 도가니의 회전을 빠르게 하여 단결정 잉곳의 직경을 점점 줄여나가 융액과 잉곳을 분리시킴으로써 단결정 잉곳의 제조를 완료한다. 단결정 잉곳의 제조를 완료하면 챔버 내부 온도를 상온 상태로 만든 후 단결정 잉곳을 꺼내고, 다시, 상술한 과정을 반복하여 다음 런(Run)의 단결정 잉곳 제조 공정을 진행한다.

상술한 여러 가지 단결정 성장 공정 중 숄더링 공정은 바디 공정에 직접적인 영향을 미친다. 특히 숄더링 공정에서 소모되는 융액 량에 편차가 생기면, 바디 공정이 시작될 때의 멜트 갭이 무결함 조건으로 설정한 멜트 갭과 달라져서 바디의 초반과 바디 전체의 결정 품질에 악영향을 미친다. 여기서, 멜트 갭은 단결정 잉곳에서 발산되는 열의 외부 방출을 차폐하기 위해 잉곳 주변에 설치하는 열실드 부재와 융액 표면 간의 거리로서, 고액 계면에서의 온도구배를 제어하는 파라미터로 사용한다.

바디 공정 초반의 멜트 갭 제어가 중요한 이유는 바디 공정 초반에 멜트 갭 오차가 발생되면 바디 공정 후반으로 가면서 멜트 갭 오차가 더욱 누적되어 바디 공정 후반으로 가면서 단결정 품질을 더욱 악화시킬 수 있기 때문이다.

참고로, 바디 공정에서 멜트 갭이 무결함 멜트 갭 조건으로부터 벗어나면 단결정에 베이컨시(Vacancy)와 격자간 실리콘과 같은 점 결함이 과도하게 유입되어 점 결함의 응집으로부터 기인하는 결정 결함(예컨대, FPD, LPD)이 단결정에 발생한다. 만약 인상속도가 동일하다고 할 때 멜트 갭이 무결함 멜트 갭보다 한계 이상 작아지면 고액 계면의 온도구배가 증가하여 고액 계면으로 과량의 격자간 실리콘이 유입되는 경향이 생기고, 반대로 멜트 갭이 무결함 멜트 갭보다 한계 이상 커지면 고액 계면의 온도구배가 감소하여 고액 계면으로 과량의 베이컨시가 유입되는 경향이 생긴다.

또한, 바디 공정 초반의 멜트 갭이 무결함 멜트 갭 조건을 벗어나면 고액 계면의 온도구배 변화로 바디 공정 초반의 단결정 직경을 원하는 값으로 제어하지 못하거나 단결정 인상속도의 제어에까지 영향을 미치는 문제까지 발생하게 된다.

한편, 단결정의 목표 직경이 300mm 이상으로 증가함에 따라 도가니에 수용되는 융액의 량이 점점 더 증가하고 있다. 숄더링 공정에서는 융액의 대류를 제어하기 위해 석영 도가니를 회전시키는데, 300mm 이상의 직경을 갖는 단결정의 제조 시에는 융액의 대류 제어를 위해 석영 도가니를 3rpm 이상의 고속으로 회전시킨다.

단결정이 성장되는 과정에서 석영 도가니 내벽에는 융액과 석영 도가니를 구성하는 물질인 실리카가 상호 반응하여 결정질의 석출물이 생성되는데, 석영 도가니의 회전속도가 빨라지면 결정질 석출물의 생성 속도가 그 만큼 빨라지고 석영 도가니의 연화가 더욱 촉진된다. 그 결과, 석영 도가니 내벽으로부터 결정질 석출물이 박리되어 융액의 대류를 통해 고액 계면까지 이동한 후 고액 계면을 통해 단결정에 유입되어 유전위화의 원인으로 작용한다. 또한 석영 도가니가 고속으로 회전하면 석영 도가니로부터 용출되는 산소의 량이 증가하므로 단결정 내로 유입되는 산소 농도를 고객이 요구하는 수준에 맞게 적절하게 제어하는 것 또한 그 만큼 어려워진다.

따라서, 바디 공정을 안정적으로 진행하여 단결정의 품질과 수율을 향상시키 기 위해서는 무엇보다 Run to Run으로 진행되는 숄더링 공정에서 융액의 소모량을 정확하게 제어하여 바디 공정 초기의 멜트 갭 오차를 최소화할 필요가 있다. 또한, 융액의 대류를 제어할 수 있는 다른 기술적 수단을 도입하여 석영 도가니의 회전속도를 낮추어 줌으로써 결정질 석출물의 박리를 억제하고 동시에 산소 농도의 제어 용이성을 확보하는 것이 중요하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 숄더링 공정의 공정 인자를 최적화함으로써, 숄더링 공정의 반복성을 확보할 수 있고, 단결정의 품질 열화를 방지할 수 있는 공정 변동이 최소화된 단결정 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 공정 변동이 최소화된 단결정 제조방법은, 석영 도가니에 수용된 융액에 시드를 디핑 후 시드를 회전시키면서 상부로 서서히 인상시켜 단결정 잉곳을 성장시키는 쵸크랄스키 법을 이용한 단결정 제조방법에 있어서, 상기 시드의 인상속도를 제어하여 단결정의 직경을 목표 직경까지 서서히 증가시키는 숄더링 공정과, 숄더링 공정 이후 단결정의 직경을 일정하게 유지하며 원하는 길이로 단결정을 성장시키는 바디 공정을 포함하고, 상기 숄더링 공정에서, 상기 융액에 500 G 이상의 수평 자기장을 인가한 상태에서 석영 도가니를 0.3 ~ 0.8rpm으로 회전시키는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 수평 자기장은 500 내지 1200 G 이며, MGP(Max Gauss Plane)의 위치가 상기 융액 표면을 기준으로 -135 ~ -35mm 지점에 위치한다.

바람직하게, 바디 성장 공정 진입 후에는, 상기 수평 자기장을 2500 G 이상으로 증가시켜 인가한다.

본 발명에 따르면, 숄더링 공정의 공정 인자를 최적화함으로써, 숄더링 공정의 반복성을 확보할 수 있고, 단결정의 인상 실패를 최소화시킬 수 있다. 이에 따라, 단결정 잉곳의 바디부의 품질 불량을 저감시킬 수 있고, 단결정의 인상 실패를 감소시켜 단결정 성장 공정의 시간 단축이 가능해져 단결정의 생산성을 향상시킬 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자의 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공정 변동이 최소화된 단결정 제조방법의 실시를 위해 사용되는 단결정 제조장치의 개략적인 구성도이다.

도 1을 참조하면, 상기 단결정 제조장치는, 다결정 실리콘 등의 고체 원료가 고온으로 용융된 융액(M)이 수용되는 석영 도가니(10), 상기 석영 도가니(10)의 외주면을 감싸며 석영 도가니(10)를 일정한 형태로 지지하는 도가니 하우징(20), 상 기 도가니 하우징(20) 하단에 설치되어 하우징(20)과 함께 석영 도가니(10)를 회전시키면서 석영 도가니(10)를 상승 또는 하강시키는 도가니 회전수단(30), 상기 도가니 하우징(20)의 측벽으로부터 일정 거리 이격되어 석영 도가니(10)를 가열하는 히터(40), 상기 히터(40)의 외곽에 설치되어 히터(40)로부터 발생하는 열이 외부로 유출되는 것을 방지하는 단열수단(50), 종자결정인 시드(seed)를 이용하여 상기 석영 도가니(10)에 수용된 융액(M)으로부터 단결정 잉곳(IG)을 일정 방향으로 회전시키면서 인상하는 단결정 인상수단(60), 고액 계면의 온도구배 제어를 위해 잉곳(IG)으로 방출되는 열의 외부 방출을 차폐하고 융액(M)과 멜트 갭을 형성하는 열실드 수단(70), 단결정 잉곳(IG)의 외주면을 따라 융액(M)의 상부 표면으로 불활성 가스(예컨대, Ar 가스)를 공급하는 불활성 가스 공급수단(미도시) 및 상기 석영 도가니(10)에 수평 자기장을 인가하는 자기장 인가수단(80)을 포함한다. 여기서, 수평 자기장이라 함은 자기장의 세기가 가장 큰 MGP(Max Gauss Plane) 근방의 자기장 방향이 거의 수평이고 상기 MGP를 기준으로 상부 자기장과 하부 자기장이 가우시안(Gaussian) 분포를 갖는 자기장을 의미한다.

상술한 구성 요소들은 본 발명이 속한 기술분야에서 잘 알려진 CZ 법을 이용한 단결정 제조장치의 통상적인 구성 요소이므로 각 구성 요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 융액(M)은 다결정 실리콘과 불순물 등의 고체 원료를 상기 석영 도가니(10)에 적층시키고, 상기 히터(40)로부터 복사되는 열을 이용해 용융시킨 것이다. 하지만, 본 발명은 융액(M)의 종류에 의해 한정되는 것은 아니므로 CZ 법에 의해 성장시키는 반도체 단결정의 종류에 따라 융액(M)의 종류와 조성이 달라짐은 자명하다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단결정 제조방법은, 먼저, 상기 석영 도가니(10)에 충전된 고체 원료를 용융시켜 융액(M)을 형성한다. 그리고 융액(M) 형성이 완료되면, 도가니 회전수단(30)을 이용하여 석영 도가니(10)를 일정한 방향으로 회전시키면서 상기 자기장 인가수단(80)을 제어하여 석영 도가니(10)에 수용된 융액(M)으로 500 G 이상의 수평 자기장을 인가한다. 바람직하게, 수평 자기장은 500 내지 1200 G의 세기로 인가된다. 이러한 수평 자기장의 세기 조건은 융액 표면의 대류를 안정화시키기 위한 목적에서 선택된 것이다. 한편, 상기 수평 자기장의 MGP는 융액 표면을 기준으로 -135mm 내지 -35mm 지점에 MGP를 위치시키는 것이 바람직하다. 상기 MGP의 위치 조건은 석영 도가니(10)의 측벽 중 히터(40)로부터 발생되는 열에 의해 온도가 가장 높게 상승하는 영역과 대략 일치한다. 따라서 히터와 인접한 도가니 측벽의 고온 융액은 자기장에 의해 자연대류가 억제되어 융액 표면의 대류를 안정화시킬 수 있다. 그런 다음, 상기 단결정 인상수단(60)을 제어하여 시드를 융액(M)에 디핑 시켜 직경이 3 ~ 5mm 정도로 작게 인상하는 넥킹부를 형성한다. 이어서, 단결정의 인상속도를 제어하여 결정의 수직성장속도와 수평성장속도를 제어하여 목적하는 결정직경까지 확장시키는 숄더링 공정을 진행한다.

본 발명에 따른 숄더링 공정에서는 상기한 조건으로 인가되는 수평 자기장을 유지한 상태에서, 상기 도가니 회전수단(30)을 제어하여 석영 도가니(10)를 0.3 ~ 0.8rpm의 속도 범위에서 회전시키면서 숄더부 형성을 진행한다. 이 같은 조건으로 숄더링 공정이 진행되면, 융액의 대류를 안정화 시켜 챔버 내 열적 환경 변화에 의한 공정 변동을 최소화할 수 있다. 이 때, 도가니 회전속도가 0.3rpm 미만이면 융액의 회전력이 너무 작아 융액이 잘 섞이지 않는 문제가 있다. 반면, 도가니 회전속도가 0.8rpm 이상이면 히터 파워에 의한 영향이 가중되어 도가니 내벽에 열화를 촉진시킬 수 있다. 상기 숄더링 공정에서 단결정 잉곳(IG)의 직경이 원하는 크기까지 커지면, 바디 성장 공정으로 전환한다.

바디 성장 공정 진입 후에는, 상기 자기장 인가수단을 제어하여 상기 수평 자기장의 세기를 2500 G 이상으로 증가시킨다. 그러면, 히터(40)로부터 고액 계면 측으로 향하는 열류의 량을 더욱 증대시켜 히터(40)로부터 열류에 의해 전달된 열이 고액 계면 측으로 원활하게 전달된다. 이에 따라, 고액 계면의 온도구배, 특히 고액 계면 중심부의 온도구배가 증가되므로, 바디부 성장의 인상속도를 향상시킬 수 있다.

이 후, 바디부의 성장이 완료되면, 인상속도를 점점 빠르게 하여 잉곳(IG)의 지름을 서서히 감소시키면서 잉곳(IG)의 하부 끝단을 융액(M)으로부터 이탈시킴으로써 단결정 잉곳(IG)의 성장을 완료한다.

이하에서는 실험예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 이하의 실험예는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 목적에서 기술하는 것이며, 본 발명이 실험예에 기재된 용어나 실험 조건 등에 의해 본 발명이 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.

< 실험예 >

1. Magnet 세기

(1). 융액 온도 산포

석영 도가니에 다결정 실리콘을 400kg 장입한 후 히터를 이용하여 용융시킨 후, 융액 표면 아래의 -135mm 지점에 수평 자기장을 0 ~ 4000 G(MGP에서의 자기장 세기임)까지 단계적으로 증가시키면서 융액 표면의 동일 지점 온도를 성장 챔버 상부에 설치된 Two-color Parameter를 이용하여 시간을 달리하여 2회에 걸쳐 측정하였다. 여기서, Two-color Parameter를 이용한 온도 측정 법은 챔버 상부에 설치된 Two-color Parameter를 사용하여 융액 표면의 온도를 측정하는 것이다. 자기장의 세기가 0 G, 400 G, 800 G, 1000 G, 2000 G, 3000 G, 4000 G으로 인가되었을 때의 각각의 융액 표면 온도의 표준 편차를 계산하였고, 그 결과를 도 2에 그래프(a)와 표(b)로 나타내었다.

도 2를 참조하면, 융액 표면 온도의 산포는 자기장의 세기가 0 G일 때 55.8이고, 400 G일 때 35.4이고, 800 G일 때 25.4이고, 1000 G일 때 24이고, 2000 G일 때 23.6이고, 3000 G일 때 20.5이고, 4000 G일 때 17.5였다. 실험 결과, 자기장의 세기가 800 G 이상일 경우 융액 표면 온도의 산포가 비교적 안정적인 25.4이하로 떨어졌고, 자기장 세기가 커질수록 이 수치는 지속적으로 줄어드는 것을 알 수 있다.

(2). 숄더 불량률

석영 도가니에 다결정 실리콘을 400kg 장입한 후 히터를 이용하여 용융시킨 후, 석영 도가니의 회전속도를 0.5rpm으로 고정한 상태에서, 수평 자기장을 각각 0 G, 500 G, 800 G, 1000 G, 1500 G, 2500 G(MGP에서의 자기장 세기임)으로 인가하는 조건으로 각각 10회의 숄더링 공정을 반복 실시하였다. 숄더링 공정에서는 단결정의 직경을 300mm까지 증가시켰다. 자기장의 세기가 0 G, 500 G, 800 G, 1000 G, 1300 G, 2500 G으로 인가되었을 때의 각각의 숄더링 공정의 시도 횟수 대비 실패 횟수의 비율을 계산하여 숄더 불량률을 산출하였고, 그 결과를 도 3에 그래프(a)와 표(b)로 나타내었다.

도 3을 참조하면, 인가되는 수평 자기장의 세기에 따른 숄더 불량률은 자기장의 세기가 0 G일 때 400%이고, 500 G일 때 20%이고, 800 G일 때 0%이고, 1000 G일 때 0%이고, 1200 G일 때 20%이고, 1500 G일 때 50%이고, 2500 G일 때 100%였다. 실험 결과, 자기장의 세기가 500 G ~ 1200 G일 경우 숄더 불량률이 20% 이하로 최적 값이 나타나는 것을 알 수 있다.

2. Crucible Rotation

(1). 히터 파워 산포

석영 도가니에 다결정 실리콘을 400kg 장입한 후 히터를 이용하여 용융시킨 후, 융액 표면 아래의 -135mm 지점에 수평 자기장을 2500 G(MGP에서의 자기장 세기임)로 고정하고, 석영 도가니의 회전속도를 0.1 ~ 8.0rpm까지 단계적으로 증가시키면서 융액으로 인가되는 히터 파워를 일정한 시간 간격으로 여러 번에 걸쳐 측정하였다. 히터의 파워는 피드백 제어에 의해 융액 표면의 온도에 따라 자동으로 변화한다. 즉 융액 표면 온도가 감소하면 증가하고 융액 표면 온도가 증가하면 감소한 다. 석영 도가니의 회전속도가 0.1rpm, 0.3rpm, 0.5rpm, 0.8rpm, 1.5rpm, 2.0rpm, 4.0rpm, 8.0rpm일 때의 각각의 히터 파워의 표준 편차를 계산하였고, 그 결과를 도 4에 그래프(a)와 표(b)로 나타내었다.

도 4을 참조하면, 석영 도가니를 가열하는 히터 파워의 산포는 석영 도가니의 회전속도가 0.1rpm일 때 3.84이고, 0.3rpm일 때 2.35이고, 0.5rpm일 때 2.21이고, 0.8rpm일 때 2.13이고, 1.5rpm일 때 2.4이고, 2.0rpm일 때 2.6이고, 4.0rpm일 때 2.9이고, 8.0rpm일 때 4.2였다. 실험 결과, 석영 도가니의 회전속도가 0.3 ~ 0.8rpm일 경우 히터 파워의 산포가 가장 적은 2.1 ~ 2.5였고, 0.1과 8.0rpm일 때는 히터 파워의 산포가 3.8 이상으로 크게 나타나는 것을 알 수 있다.

(2). 숄더 불량률

석영 도가니에 다결정 실리콘을 400kg 장입한 후 히터를 이용하여 용융시킨 후, 융액 표면 아래의 -135mm 지점에 수평 자기장을 2500 G(MGP에서의 자기장 세기임)로 고정한 상태에서, 석영 도가니의 회전속도를 각각 0.1 rpm, 0.3 rpm, 0.5 rpm, 0.8 rpm, 1.5 rpm, 2.0 rpm, 8.0rpm으로 회전시켰을 때의 각각의 숄더링 공정의 시도 횟수 대비 실패 횟수의 비율을 계산하여 숄더 불량률을 산출하였고, 그 결과를 도 5에 그래프(a)와 표(b)로 나타내었다.

도 5를 참조하면, 석영 도가니의 회전속도에 따른 숄더 불량률은 도가니 회전속도가 0.1 rpm일 때 100%이고, 0.3 rpm일 때 20%이고, 0.5 rpm일 때 0%이고, 0.8 rpm일 때 20%이고, 1.5 rpm일 때 35%이고, 2.0 rpm일 때 40%이고, 8.0 rpm일 때 40%였다. 실험 결과, 석영 도가니의 회전속도가 0.3 rpm ~ 0.8 rpm일 경우 숄더 불량률이 20% 이하로 최적 값이 나타나는 것을 알 수 있다.

< 실시예 >

비교예1

석영 도가니에 다결정 실리콘을 400kg 장입한 후 히터를 이용하여 용융시킨 후, 300mm의 바디 직경을 갖는 단결정 잉곳을 성장시켰다. 이 때, 숄더링 공정은 수평 자기장을 0G, 석영 도가니 회전속도를 8rpm으로 설정하여 진행하였고, 단결정 성장 공정은 5회에 걸쳐 반복 실시하였다.

비교예2

석영 도가니에 다결정 실리콘을 400kg 장입한 후 히터를 이용하여 용융시킨 후, 300mm의 바디 직경을 갖는 단결정 잉곳을 성장시켰다. 이 때, 숄더링 공정은 수평 자기장을 2500G, 석영 도가니 회전속도를 0.1rpm으로 설정하여 진행하였고, 단결정 성장 공정은 5회에 걸쳐 반복 실시하였다. 상기 2500 G는 MGP에서의 자기장 세기로 MGP는 융액 표면으로부터 -135mm 아래 위치시켰다.

실시예1

석영 도가니에 다결정 실리콘을 400kg 장입한 후 히터를 이용하여 용융시킨 후, 300mm의 바디 직경을 갖는 단결정 잉곳을 성장시켰다. 이 때, 숄더링 공정은 수평 자기장을 800G, 석영 도가니 회전속도를 0.8rpm으로 설정하여 진행하였고, 단결정 성장 공정은 5회에 걸쳐 반복 실시하였다. 상기 800 G는 MGP에서의 자기장 세기로 MGP는 융액 표면으로부터 -135mm 아래 위치시켰다.

실시예2

석영 도가니에 다결정 실리콘을 400kg 장입한 후 히터를 이용하여 용융시킨 후, 300mm의 바디 직경을 갖는 단결정 잉곳을 성장시켰다. 이 때, 숄더링 공정은 수평 자기장을 1000G, 석영 도가니 회전속도를 0.5rpm으로 설정하여 진행하였고, 단결정 성장 공정은 5회에 걸쳐 반복 실시하였다. 상기 1000 G는 MGP에서의 자기장 세기로 MGP는 융액 표면으로부터 -135mm 아래 위치시켰다.

비교예1~2 및 실시예1~2에서, 숄더 불량률, 숄더 길이 산포 값 및 결함 발생률을 계산해 보았다.

숄더 불량률은 숄더링 공정의 시도 횟수 대비 실패 횟수의 비율을 계산하여 산출하였다. 숄더링 공정이 실패한 경우란, 숄더링 공정에서 Structure Loss가 발생한 경우를 말한다. 그리고 숄더 길이 산포 값은 각 Run별로 성장된 숄더의 길이를 측정하여 길이에 대한 표준 편차를 계산하여 산출하였다. 또한 상기 결함 발생률은 전체 단결정의 바디 길이 대비 결함이 발생된 전체 바디 길이를 측정하여 그 비율을 계산하여 산출하였다. 결함 발생률 계산 시 고려한 결정 결함은 FPD(Flow Pattern Defect), LDP(Large Dislocation Loop) 및 DSOD(Direct Surface Oxide Defect)이다. 실시예 및 비교예 별 측정 결과들은 하기 표 1에 정리하였다.

	MS(gauss)	C/R(rpm)	숄더 길이 산포(mm)	결함발생률(%)	숄더 불량률(%)
비교예1	0	8	7.25	3.0	40
비교예2	2500	0.1	6.4	2.5	100
실시예1	800	0.8	5.2	2.0	20
실시예2	1000	0.5	4.26	1.4	0

상기 표 1을 참조하면, 비교예1은 숄더 길이 산포 값이 7.25mm이고, 결함발생률이 3.0%이고, 숄더 불량률이 40%로 단결정의 품질이 양호하지 않고 숄더 불량률 또한 크다는 것을 알 수 있다. 비교예2는 숄더 길이 산포 값이 6.4mm이고, 결함발생률이 2.5%이고, 숄더 불량률이 100%로 비교예1에 비해 숄더 길이 산포 값과 결함 발생률은 소폭 향상되었으나, 숄더 불량률이 매우 높아 숄더링 공정의 안정성이 매우 낮다는 것을 알 수 있다.

반면, 실시예1은 숄더 길이 산포 값이 5.2mm이고, 결함발생률이 2.0%이고, 숄더 불량률이 20%로 비교예1~2에 비해 단결정의 품질이 양호하고 숄더 불량률 또한 현저하게 낮다는 것을 알 수 있다. 실시예2는 숄더 길이 산포 값이 4.26이고, 결함발생률이 1.4%이고, 숄더 불량률이 0%로 비교예1~2에 비해 단결정의 품질이 매우 우수하고, 숄더 불량은 발생하지 않는 것을 알 수 있다.

상기와 같은 실험 결과에 따르면, 본 발명에 따른 단결정 제조방법으로 단결정을 제조하면 숄더 길이 산포 값이 감소하므로 숄더링 공정에서 융액 소모량 편차를 줄일 수 있다. 그러면 숄더링 공정의 반복 재현성이 확보되어 바디 공정 초반의 멜트 갭 오차를 감소시킬 수 있다. 멜트 갭 오차가 감소하면 바디 공정 초반의 직경 및 인상속도 제어가 용이해 진다. 또한 고액 계면의 온도 구배 제어를 보다 안정화시켜 바디 전체에 걸쳐 공정을 안정화시켜 결함이 없는 고품질의 단결정을 제조할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술된 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공정 변동이 최소화된 단결정 제조방법의 실시를 위해 사용되는 단결정 제조장치의 개략적인 구성도이다.

도 2는 실험예에서 융액 표면 온도의 표준 편차를 계산한 결과를 나타낸 도면이다.

도 3은 실험예에서 수평 자기장의 세기에 따른 숄더 불량률을 계산한 결과를 나타낸 도면이다.

도 4는 실험예에서 석영 도가니를 가열하는 히터 파워의 표준 편차를 계산한 결과를 나타낸 도면이다.

도 5는 실험예에서 석영 도가니의 회전속도에 따른 숄더 불량률을 계산한 결과를 나타낸 도면이다.

Claims (4)

1. 석영 도가니에 수용된 융액에 시드를 디핑 후 시드를 회전시키면서 상부로 서서히 인상시켜 단결정 잉곳을 성장시키는 쵸크랄스키 법을 이용한 단결정 제조방법에 있어서,

   상기 시드의 인상속도를 제어하여 단결정의 직경을 목표 직경까지 서서히 증가시키는 숄더링 공정과 숄더링 공정 이후 단결정의 직경을 일정하게 유지하며 원하는 길이로 단결정을 성장시키는 바디 공정을 포함하고,

   상기 숄더링 공정에서, 상기 융액에 500 G 이상의 수평 자기장을 인가한 상태에서 석영 도가니를 0.3 ~ 0.8rpm으로 회전시키는 것을 특징으로 하는 단결정 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 수평 자기장은 500 내지 1200 G인 것을 특징으로 하는 단결정 제조방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 수평 자기장은 MGP(Max Gauss Plane)의 위치가 상기 융액 표면을 기준으로 -135 ~ -35mm 지점에 위치하는 것을 특징으로 하는 단결정 제조방법.
4. 제1항에 있어서,

   바디 성장 공정 진입 후에는, 상기 수평 자기장을 2500 G 이상으로 증가시켜 인가하는 것을 특징으로 하는 단결정 제조방법.

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