KR20100102841A - 고품질 실리콘 단결정 제조 방법 및 장치 - Google Patents

고품질 실리콘 단결정 제조 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20100102841A
KR20100102841A KR1020090021108A KR20090021108A KR20100102841A KR 20100102841 A KR20100102841 A KR 20100102841A KR 1020090021108 A KR1020090021108 A KR 1020090021108A KR 20090021108 A KR20090021108 A KR 20090021108A KR 20100102841 A KR20100102841 A KR 20100102841A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
melt gap
single crystal
melt
diameter
gap
Prior art date
Application number
KR1020090021108A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101105479B1 (ko
Inventor
조현정
이홍우
곽만석
신승호
Original Assignee
주식회사 실트론
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 실트론 filed Critical 주식회사 실트론
Priority to KR1020090021108A priority Critical patent/KR101105479B1/ko
Publication of KR20100102841A publication Critical patent/KR20100102841A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101105479B1 publication Critical patent/KR101105479B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/20—Controlling or regulating
    • C30B15/203—Controlling or regulating the relationship of pull rate (v) to axial thermal gradient (G)
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/20—Controlling or regulating
    • C30B15/22—Stabilisation or shape controlling of the molten zone near the pulled crystal; Controlling the section of the crystal
    • C30B15/28—Stabilisation or shape controlling of the molten zone near the pulled crystal; Controlling the section of the crystal using weight changes of the crystal or the melt, e.g. flotation methods
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G19/00—Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups
    • G01G19/52—Weighing apparatus combined with other objects, e.g. furniture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02587—Structure
    • H01L21/0259—Microstructure
    • H01L21/02598—Microstructure monocrystalline

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

본 발명은 고품질의 실리콘 단결정 제조 방법 및 장치를 개시한다. 본 발명에 따른 실리콘 단결정 제조 방법은, 실리콘 멜트에 종자결정을 담근 후 종자결정을 서서히 인상시켜 단결정을 성장시키는 쵸크랄스키법을 이용한 실리콘 단결정 제조 방법에 있어서, 실리콘 단결정이 인상될 때 실리콘 단결정의 무게 변화 또는 직경 변화에 의해 멜트 갭 변화량을 산출하여 멜트 갭 변화를 보정함으로써 고액 계면의 V/G를 무결함 마진 내로 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 숄더 공정이나 바디 공정에서 실리콘 멜트의 소모량 변화에 따른 멜트 갭 변화를 보정함으로써 고액 계면의 V/G를 무결함 마진 내에서 제어할 수 있다. 따라서 실리콘 멜트의 소모량 변화가 큰 300mm 이상의 대구경 실리콘 단결정 제조 시에도 V 결함이나 I 결함이 없는 고품질의 실리콘 단결정을 제조할 수 있다.
V 결함, I 결함, 무결함 마진, 멜트 갭, 멜트 갭 보정

Description

고품질 실리콘 단결정 제조 방법 및 장치{Method and Apparatus for manufacturing high quality silicon single crystal}
본 발명은 실리콘 단결정을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 쵸크랄스키(Czochralski: CZ라 약칭함)법에 의한 실리콘 단결정 성장 시 단결정 전체 길이에서 결함 발생률을 최소화할 수 있는 고품질 실리콘 단결정의 제조 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 등의 전자부품을 생산하기 위한 소재로 사용되는 실리콘 단결정은 CZ법에 의해 제조된다. CZ법은 다결정 실리콘을 석영 도가니에 투입하여 용융시킨 후 종자결정을 용융된 실리콘 멜트(melt)에 담갔다가 천천히 끌어당기면서 결정을 성장시키는 방법이다. 이에 대한 상세한 설명은 S.wolf와 R.N. Tauber씨의 논문 'Silicon Processing for the VLSI Era', volume 1, Lattice Press (1986), Sunset Beach, CA에 기재되어 있다.
CZ법에 의한 실리콘 단결정의 성장 시에는 베이컨시(vacancy)와 격자간 실리콘(interstitial silicon)이 고액 계면을 통해 단결정 내로 유입된다. 그리고 단결정에 유입된 베이컨시와 격자간 실리콘의 농도가 과포화 상태에 이르면 베이컨시와 격자간 실리콘이 확산 및 응집하여 베이컨시 결함(이하, V 결함이라 함)과 인터스티셜 결함(I 결함이라 함)을 형성한다.
그런데 V 결함과 I 결함은 웨이퍼의 특성에 악영향을 미치므로 단결정 성장 시 V 결함과 I 결함의 형성을 최대한 억제할 필요가 있다. 종래에는 V 결함과 I 결함의 발생을 억제하기 위해 단결정의 인상속도 V와 고액 계면에서의 온도 구배 G의 비인 V/G를 특정 범위 안에서 제어하는 방법을 주로 사용하였다.
예를 들어, US6,045,610과 JP8-330316은 CZ법에 의한 실리콘 단결정 성장 시 반경 방향으로 V/G의 편차를 최소화하고 인상속도 V를 조절하여 V/G가 무결함 마진 'V/Glower ~ V/Gupper' 내에 있도록 제어하면 무결함 단결정을 제조할 수 있음을 개시하고 있다.
V 결함과 I 결함이 발생되지 않는 V/G의 범위를 무결함 마진이라고 한다. V/G가 무결함 마진의 상한보다 커지면 단결정에 베이컨시가 과도하게 유입되는 경향이 있어 V 결함이 유발된다. 그리고 V/G가 무결함 마진의 하한보다 작아지면 단결정 내로 격자간 실리콘이 과도하게 유입되는 경향이 있어 I 결함이 유발된다.
V/G에 포함된 파라미터 중 G는 단결정 성장 장치의 핫 존(Hot-zone) 설계를 통해 제어하는데, 주로 실리콘 멜트와 열실드 수단 사이의 갭인 멜트 갭(Melt-gap)을 조절하여 제어한다. 여기서, 열실드 수단은 실리콘 단결정이 인상될 때 단결정의 표면과 중심부의 온도 편차를 줄이기 위해 단결정의 표면에서 발생되는 복사열의 외부 방출을 방지하는 차열부재를 말한다. 멜트 갭은 단결정 중심부와 단결정 표면의 온도 구배가 동일한 조건을 만족하도록 결정한다. 즉 멜트 갭의 변화에 따 라 단결정 중심부와 표면의 온도 구배 변화 프로파일을 얻고, 2개의 온도 구배 프로파일이 교차하는 점의 멜트 갭을 공정 조건으로 설정한다.
그런데 최근 실리콘 단결정이 300mm 이상으로 대구경화되면서 V/G를 무결함 마진 내에서 제어하는 것이 점점 어려워지고 있다. 실리콘 단결정의 구경이 커지면 단결정 인상 과정에서 실리콘 멜트의 소모량이 증가하여 멜트 갭의 변동 폭이 커지기 때문이다. 이처럼 멜트 갭이 변화하면 G 값의 변동이 수반되는데, 이런 경우 단결정 인상속도 V를 무결함 인상속도로 제어하더라도 V/G가 무결함 마진을 벗어남으로써 단결정 내에 V 결함이나 I 결함이 발생하게 되는 것이다. 따라서 대구경의 실리콘 단결정을 성장시킬 때에는 단결정의 길이 별로 단결정의 인상속도와 함께 멜트 갭도 조절하여 단결정 성장 공정 전체에 걸쳐 무결함 마진 내에서 V/G를 제어할 필요가 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여 창안된 것으로서, CZ법에 의한 300mm 이상의 대구경 실리콘 단결정 성장 시 멜트 갭의 조절에 의해 고액 계면의 V/G를 무결함 마진 내에서 제어함으로써 단결정 전체 길이에서 무결함을 구현할 수 있는 고품질의 실리콘 단결정 제조 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 고품질의 실리콘 단결정 제조 방법은, 실리콘 멜트에 종자결정을 담근 후 종자결정을 서서히 인상시켜 단결정을 성장시키는 쵸크랄스키법을 이용한 실리콘 단결정 제조 방법에 있어서, 실리콘 단결정이 인상될 때 실리콘 단결정의 무게 변화 또는 직경 변화에 의해 멜트 갭 변화량을 산출하여 멜트 갭 변화를 보정함으로써 고액 계면의 V/G를 무결함 마진 내로 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 멜트 갭 보정 단계는, 단결정의 인상속도 제어를 통해 실리콘 단결정의 직경을 목표 직경으로 증가시켜 단결정 숄더를 성장시키는 단계; 숄더의 목표 무게를 기준으로 성장된 숄더의 무게 변화량을 산출하는 단계; 및 상기 산출된 숄더 무게 변화량을 이용하여 멜트 갭 변화량을 산출하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 멜트 갭 보정 단계는, 단결정의 바디를 인상하는 중에 단결정 바디의 직경을 측정하는 단계; 측정된 바디 직경을 목표 직경과 대비하여 바디 직경 변화량을 산출하는 단계; 및 상기 산출된 바디 직경 변화량을 이용하여 멜트 갭 변화량을 산출하는 단계를 포함한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 고품질의 실리콘 단결정 제조 장치는, 실리콘 멜트가 담기는 석영 도가니; 상기 석영 도가니를 회전시키면서 상하로 이동시키는 석영 도가니 회전수단; 종자결정이 달린 와이어를 이용하여 실리콘 멜트로부터 단결정을 인상하는 단결정 인상수단; 상기 인상되는 단결정의 외주면으로부터 발산되는 열을 차폐하고 상기 실리콘 멜트의 표면과 멜트 갭을 형성하는 열실드 수단; 상기 인상되는 단결정의 직경을 측정하여 직경 데이터를 출력하는 직경 센서; 및 단결정 바디의 성장 중에 상기 직경 센서로부터 직경 데이터를 수신하고, 수신 된 직경과 목표 직경을 대비하여 바디 직경 변화량에 따라 실리콘 멜트의 소모량 변화에 따른 멜트 갭 변화량을 산출하고, 산출된 멜트 갭 변화량에 따라 멜트 갭을 보정하는 제어 수단을 포함한다.
바람직하게, 본 발명의 장치는, 상기 와이어를 통해 인가되는 단결정의 무게를 측정하여 무게 데이터를 출력하는 무게 센서를 더 포함하고, 상기 제어 수단은 단결정의 직경을 목표 직경으로 증가시키는 숄더 공정이 진행된 후 성장된 숄더의 무게와 목표 무게를 대비하여 숄더 무게 변화량을 산출하고, 산출된 숄더 무게 변화량에 따른 멜트 갭 변화량을 산출하고, 산출된 멜트 갭 변화량에 따라 멜트 갭을 보정한다.
바람직하게, 멜트 갭의 보정은 산출된 멜트 갭 변화량을 상쇄시키는 방향으로 이루어진다.
대안적으로, 멜트 갭의 보정은 멜트 갭 변화량이 임계치보다 큰 경우 이루어진다. 이때, 멜트 갭의 보정은 멜트 갭 변화량을 상쇄시키는 방향으로 이루어진다.
본 발명에 따르면, 멜트 갭 보정은 특정 값을 가진 무결함 멜트 갭으로 멜트 갭을 수렴시키거나 특정 범위를 가진 무결함 멜트 갭의 마진 내의 값으로 멜트 갭을 변경하는 것을 의미한다.
본 발명에 따르면, 숄더 공정이나 바디 공정에서 실리콘 멜트의 소모량 변화에 따른 멜트 갭 변화를 보정함으로써 고액 계면의 V/G를 무결함 마진 내에서 제어할 수 있다. 따라서 실리콘 멜트의 소모량 변화가 큰 300mm 이상의 대구경 실리콘 단결정 제조 시에도 V 결함이나 I 결함이 없는 고품질의 실리콘 단결정을 제조할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 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 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 실리콘 단결정 제조 방법에서 사용하는 단결정 제조 장치의 개략적인 구성을 보인 장치 단면도이다.
도 1을 참조하면, 상기 단결정 제조 장치는, 다결정 실리콘이 용융된 실리콘 융액(SM)이 수용되는 석영 도가니(10); 상기 석영 도가니(10)의 외주면을 감싸며, 석영 도가니(10)의 외주면을 일정한 형태로 지지하는 도가니 하우징(20); 상기 도가니 하우징(20) 하단에 설치되어 하우징(20)과 함께 석영 도가니(10)를 회전시키며 멜트 갭(MG)의 조절을 위해 석영도가니(10)를 상하 이동시키는 도가니 회전수단(30); 상기 도가니 하우징(20)의 측벽으로부터 소정 거리 이격되어 석영 도가 니(10)를 가열하는 가열수단(40); 상기 가열수단(40)의 외곽에 설치되어 가열수단(40)으로부터 발생되는 열이 외부로 유출되는 것을 방지하는 단열수단(50); 와이어에 달린 종자결정(60)을 이용하여 상기 석영 도가니(10)에 수용된 실리콘 융액(SM)으로부터 단결정(C)을 인상하는 단결정 인상수단(70); 및 단결정 인상수단(70)에 의해 인상되는 단결정(C)의 외주면으로부터 소정 거리 이격되어 단결정(C)으로부터 방출되는 열을 반사하는 열실드 수단(80);을 포함한다. 이러한 구성 요소들은 본 발명이 속한 기술 분야에서 잘 알려진 CZ법을 이용한 단결정 제조 장치의 통상적인 구성요소이므로 각 구성 요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에 따른 단결정 제조 장치는 단결정 인상수단(70)에 의해 인상되는 단결정의무게를 감지하는 무게 센서(100); 상기단결정(C)의 인상 시 단결정(C)의 직경을 측정하는 직경 센서(110); 및 구동 수단(130)을 제어하여 상기 석영 도가니 회전 수단(30)을 상하로 구동시켜 멜트 갭(MG)의 크기를 제어하는 제어수단(140)을 더 포함한다.
상기 무게 센서(100)는 단결정(C)이 인상될 때 단결정 인상 와이어에 인가되는 단결정의 무게를 감지하고, 단결정의 무게 데이터를 제어 수단(140)으로 출력한다. 이를 위해, 상기 무게 센서(100)는 제어 수단(140)과 전기적으로 연결된다. 상기 무게 센서(100)로는 로드 셀(load cell)을 사용할 수 있다. 로드 셀은 측정 대상의 무게를 전기적인 신호로 변환하는 센서 소자이다. 로드 셀은 팬 케익 & 미니어쳐 로드 셀을 사용할 수 있는데, 일 예로 한국 CAS 사에서 제조한 엠엔티(MNT) 모델을 사용할 수 있다. 하지만, 본 발명은 무게 센서(100)의 구체적인 종류에 의해 한정되지 않는다. 상기 무게 센서(100)는 단결정 성장 장치 상부에 위치한 단결정 인상 수단(미도시)에 설치한다.
상기 직경 센서(110)는 단결정(C)이 인상될 때 단결정(C)의 직경을 측정하여 직경 데이터를 제어 수단(140)으로 출력한다. 이를 위해, 상기 직경 센서(110)는 제어 수단(140)과 전기적으로 서로 연결된다. 상기 직경 센서(110)로는 미국 아이알콘 사(Ircon, Inc.)의 오토매틱 옵틱 파이로미터 시리즈1100(Automatic Optic Pyrometer Series 1100)을 사용할 수 있는데 본 발명이 이에 한하는 것은 아니다.
상기 제어 수단(140)은 숄더 공정에서 무게 센서(100)를 이용하여 숄더 무게 변화량을 감지한다. 숄더 무게 변화량을 감지하면 멜트 갭 변화에 직접적인 관련이 있는 실리콘 멜트의 소모량 변화를 간접적으로 알 수 있다. 여기서, 상기 숄더 공정은 단결정 인상 공정의 초기 공정으로서 단결정(C)을 성장시키기 앞서 단결정(C)의 직경을 목표 직경까지 서서히 증가시키는 공정이다. 도 1에서, 숄더 공정에서 인상되는 단결정 부분은 S로 표시하였다.
상기 숄더 무게 변화량은 목표 무게를 기준으로 한 변화량이다. 상기 목표 무게는 숄더 공정이 완료된 후의 멜트 갭(MG)이 무결함 멜트 갭이되기 위한 숄더의 목표 무게를 말한다. 상기 무결함 멜트 갭은 고액 계면의 V/G가 무결함 마진 내에 있도록 하는 멜트 갭을 말한다. 상기 무결함 멜트 갭은 단일 값으로 한정되지 않고 일정한 마진을 가질 수 있다. 즉 멜트 갭(MG)이 일정한 범위 내에 있으면 고액 계면의 V/G가 무결함 마진 내에 있게 된다.
상기 숄더 공정이 완료된 직후 숄더 무게 변화량이 + 이면 멜트 갭(MG)은 공정 조건으로 설정한 무결함 멜트갭보다 증가한다. 반대로 상기 숄더 공정이 완료된 직후 숄더 무게 변화량이 - 이면 멜트 갭(MG)은 공정 조건으로 설정한 무결함 멜트 갭보다 감소한다.
상기 제어 수단(140)은 숄더 공정이 완료된 직 후 하기 수학식 1을 이용하여 숄더 무게 변화량에 따른 멜트 갭 변화량을 산출한다.
[수학식 1]
△Melt_gap = F(△Wshoulder)
상기 수학식1에서, △Wshoulder 는 목표 무게를 기준으로 한 숄더 무게변화량이고, F는 숄더 무게 변화량을 멜트 갭 변화량으로 환산해 주는 함수이고, △Melt_gap은 숄더 무게 변화량에 대응하는 멜트 갭 변화량이다.
상기 함수 F는 석영 도가니의 직경, 단결정 바디의 목표 직경, 핫존(hot zone)의 설계 조건 등을 고려하여 V/G에 대한 무결함 마진, 무결함 멜트 갭 및 숄더의 목표 무게를 결정하고, 다양한 조건의 숄더 무게 변화량에 대응하는 멜트 갭 변화량을 산출하고, 숄더 무게 변화량과 멜트 갭 변화량 간의 함수적 상관 관계를 수치 해석하여 구할 수 있다.
상기 수학식 1은 하기 수학식 2와 같이 구체화될 수 있는데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
[수학식 2]
△Melt_gap = A△Wshoulder
상기 수학식 2에서, A는 숄더 무게 변화량을 멜트 갭 변화량으로 환산해 주는 비례상수로서, 석영 도가니의 직경에 의존적이다. 상기 A는 0.6 ~ 1.2mm/kg의 값을 가질 수 있다.
상기 제어 수단(140)은 수학식 1에 의해 산출되는 멜트 갭 변화량에 기초하여 멜트 갭을 보정한다. 즉, 상기 제어 수단(140)은 멜트 갭 변화량이 + 값을 가지면 멜트 갭을 멜트 갭 변화량의 절대값만큼 감소시킨다. 또한, 상기 제어 수단(140)은 멜트 갭 변화량이 - 값을 가지면 멜트 갭을 멜트 갭 변화량의 절대값만큼 증가시킨다.
대안적으로, 상기 제어 수단(140)은 멜트 갭 변화량이 임계치를 초과하는 조건이 성립되면 멜트 갭(MG)을 보정한다. 무결함 멜트 갭은 일정한 마진을 가질 수 있으므로 멜트 갭 변화량이 과도하지 않으면 멜트 갭(MG)이 무결함 멜트 갭의 마진 내에 포함될 수 있기 때문이다. 따라서 본 발명에서 멜트 갭(MG)을 보정한다는 것은 멜트 갭(MG)을 특정한 수치의 무결함 멜트 갭으로 수렴시키거나 특정 범위를 가진 무결함 멜트 갭의마진 내의 값으로 변경하는 것을 의미한다.
멜트 갭(MG)의 보정은 석영 도가니(10)와 열실드 수단(80) 사이의 간격을 조절하는 것에 의해 이루어진다. 간격의 조절은 석영 도가니 회전수단(30)을 상하로 구동시켜 석영 도가니(10)의 높이를 조절하는 것에 의해 가능하다. 대안적으로, 열실드 수단(80)의 위치를 상하로 조절하여 멜트 갭(MG)을 보정할 수 있다.
바람직하게, 상기 제어 수단(140)은 숄더 무게 변화량에 따라 멜트 갭 변화 량을 환산하는 함수 F를 저장하고 있는 메모리(미도시)를 구비한다. 메모리는제어 수단 내부에 구비될 수도 있고, 제어 수단 외부에 구비될 수도 있다. 메모리는 통상적으로 사용되는 불활성 메모리이다.
상기와 같이, 제어 수단(140)이 숄더 공정이 종료된 후 상기 수학식 1을 이용하여 숄더 무게의 변화량에 따라 멜트 갭 변화량을 산출하고 산출된 멜트 갭 변화량에 기초하여 멜트 갭을 보정하면 후속하는 바디 공정의 초기에 고액 계면(CM)에서 V/G가 무결함 마진을 벗어나는 것을 방지하여 바디 공정의 초반부에 형성되는 단결정에 V 결함이나 I 결함이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
상기 제어 수단(140)은 숄더 공정이 완료되면 단결정을 원하는 길이로 성장시키는 바디 공정을 진행한다. 도 1에서, 단결정 바디는 B로 표시하였다. 상기 제어 수단(140)은 바디 공정이 진행되는 동안 직경 센서(110)로부터 직경 데이터를 수신 받아 바디 직경 변화량을 모니터링 한다. 직경 데이터의 수신은 미리 스케쥴링된 시점에 이루어진다. 상기 바디 직경 변화량은 목표 직경을 기준으로 한 변화량이다. 상기 목표 직경은 바디 공정이 진행되는 과정에서 제어의 목표가 되는 단결정의 직경이다. 예를 들어, 300mm 웨이퍼용 단결정은 304 ~ 310mm로 목표 직경이 설정된다. 목표 직경이 웨이퍼의 직경보다 큰 이유는 단결정의 웨이퍼 가공 시 단결정의 외주면이 연삭 가공되기 때문이다.
바디 공정이 진행되면 실리콘 멜트(SM)가 소모되어 멜트 갭(MG)이 증가한다. 따라서 상기 제어 수단(140)은 바디 공정이 진행될 때 실리콘 멜트(SM)의 소모량에 맞추어 석영 도가니(10)를 서서히 상승시켜 멜트 갭(MG)을 공정 조건으로 설정된 무결함 멜트 갭으로 유지시킨다. 하지만, 단결정 성장 공정의 불안정 등으로 인해 단결정 바디(B)의 직경이 목표 직경을 벗어나면 실리콘 멜트(SM)의 소모량에 변화가 생겨 바디 직경 변화량만큼 멜트 갭(MG)이 변화된다. 그 결과, 멜트 갭(MG)이 무결함 멜트 갭보다 커지거나 작아져 마진을 벗어나면 인상속도를 무결함 인상속도로 유지하더라도 고액 계면(CM)에서의 V/G가 무결함 마진을 벗어날 수 있다.
따라서 상기 제어 수단(140)은 바디 공정이 진행되는 과정에서 직경 센서(110)로부터 수신되는 단결정의 직경 데이터를 모니터링한다. 단결정의 직경 데이터를 모니터링하면 실리콘 멜트(SM)의 소모량 변화를 간접적으로 확인할 수 있기 때문이다. 만약 바디 직경 변화량이 +가 되면 실리콘 멜트(SM)의 소모량이 증가하여 멜트 갭(MG)이 공정 조건으로 설정한 무결함 멜트 갭보다 증가한다. 그리고 바디 직경 변화량이 - 가 되면 실리콘 멜트(SM)의 소모량이 예상보다 감소하여 멜트 갭(MG)이 공정 조건으로 설정한 무결함 멜트 갭보다 감소한다. 이러한 멜트 갭의 증가와 감소는 고액 계면(CM)에서의 온도 구배 G에 영향을 미쳐 단결정 인상속도가 무결함 인상속도를 유지하더라도 V/G가 무결함 마진을 벗어나게 할 수 있다.
따라서 상기 제어 수단(140)은 바디 공정이 진행되는 과정에서 바디 직경의 변화가 발생되면 하기 수학식 3을 이용하여 멜트 갭(MG)을 보정한다.
[수학식 3]
△Melt_gap = G(△D)
상기 수학식 2에서, △D는 바디의 목표 직경을 기준으로 한 바디 직경변화량이고, G는 바디 직경 변화량을 멜트 갭 변화량으로 환산해 주는 함수이고, △ Melt_gap은 바디 직경 변화량에 대응하는 멜트 갭 변화량이다.
상기 함수 G는 석영 도가니의 직경, 핫 존(hot zone)의 설계 조건, 다결정 실리콘의 사용량 등을 고려하여 V/G에 대한 무결함 마진, 무결함 멜트 갭 및 단결정 바디의 목표 직경을 결정하고, 다양한 조건의 바디 직경 변화량에 대응하는 멜트 갭 변화량을 산출하고, 바디 직경 변화량과 멜트 갭 변화량 간의 함수적 상관 관계를 수치 해석하여 구할 수 있다.
일 예로, 상기 수학식 3은 하기 수학식 4와 같이 구체화될 수 있는데, 본 발명이 이에 한하는 것은 아니다.
[수학식 4]
△Melt_gap = B△D
상기 수학식 4에서, B는 바디 직경 변화량을 멜트 갭 변화량으로 환산해 주는 비례 상수로서, 석영 도가니의 직경과 단결정 바디의 길이에 의존적이다. 상기 B는 1 ~ 2의 값을 가질 수 있다.
상기 제어 수단(140)은 바디 직경변화량에 대응하는 멜트 갭 변화량이 산출되면 멜트 갭(MG)을 보정한다. 만약 멜트 갭 변화량이 + 값을 가지면 멜트 갭(MG)이 공정 조건으로 설정한 무결함 멜트 갭보다 증가하였음을 의미하므로 멜트 갭 변화량의 절대값만큼 멜트 갭(MG)을 감소시킨다. 그리고 멜트 갭 변화량이 - 값을 가지면 멜트 갭(MG)이 공정 조건으로 설정한 무결함 멜트 갭보다 감소하였음을 의미하므로 멜트 갭(MG)을 멜트 갭 변화량의 절대값만큼 증가시킨다.
대안적으로, 상기 제어 수단(140)은 멜트 갭 변화량이 임계치를 초과하는 조 건이 성립되면 멜트 갭(MG)을 보정한다. 무결함 멜트 갭은 일정한 마진을 가질 수 있으므로 멜트 갭 변화량이 과도하지않으면 멜트 갭(MG)이 무결함 멜트 갭의 마진 내에 포함될 수 있기 때문이다.
멜트 갭(MG)의 보정은 석영 도가니(10)와 열실드 수단(80) 사이의 간격을 조절하는 것에 의해 이루어진다. 간격의 조절은 석영 도가니 회전수단(30)을 상하로 구동시켜 석영 도가니(10)의 높이를 조절하는 것에 의해 가능하다. 대안적으로, 열실드 수단(80)의 위치를 상하로 조절하여 멜트 갭(MG)을 보정할 수 있다.
상기와 같이 제어 수단(140)이 바디 공정이 진행되는 과정에서 바디 직경 변화량에 따라 멜트 갭(MG)을 보정하면 고액 계면(CM)에서 V/G가 무결함 마진을 벗어나는 것을 방지함으로써 바디 공정 전반에 걸쳐 단결정 내에 V 결함이나 I 결함이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 300mm 이상의 대구경 단결정을 고품질의 무결함 단결정으로 성장시킬 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 실리콘 단결정 제조 방법을 도시한 순서도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 단계(S10)에서, 제어 수단(140)은 메모리에 설정된 단결정 숄더의 목표 무게와 단결정 바디의 목표 직경을 로드한다.
단계(S20)에서, 제어 수단(140)은 단결정인상수단(70)을 제어하여 실리콘 멜트(SM) 내에 종자결정(60)을 담근 후 숄더 공정을 진행한다. 숄더 공정에서 종자결정의 인상속도를 제어하여 단결정의 직경을 목표 직경까지 증가시킨다. 도면에 도시하지 않았지만, 상기 제어 수단(140)은 종자결정(60)에 존재하는 전위를 제거하기 위해 숄더 공정에 앞서 넥킹 공정을 진행할 수 있다.
단계(S30)에서, 제어 수단(140)은 숄더 공정이 완료되면 무게 센서(100)를 이용하여 단결정 숄더(S)의 무게 데이터를 얻는다.
단계(S40)에서, 제어 수단(140)은 숄더 무게와 목표 무게를 비교하여 숄더 무게 변화량을 산출한다.
단계(S50)에서, 제어 수단(140)은 수학식 1을 이용하여 숄더 무게 변화량에 대응하는 멜트 갭 변화량을 산출한다.
단계(S60)에서, 제어 수단(140)은 멜트 갭 변화량에 대응하여 석영 도가니(10)와 열실드 수단(80) 사이의 간격을 조절하여 멜트 갭(MG)을 특정 수치의 무결함 멜트 갭으로 수렴시키거나 특정 범위의 무결함 멜트 갭 마진 내의 값으로 조정한다.
대안적으로, 제어 수단(140)은 멜트 갭 변화량이 임계 값보다 큰 조건에서 멜트 갭을 보정할 수도 있다.
단계(S70)에서, 제어수단(140)은 숄더 무게 변화량에 따른 멜트 갭(MG)의 보정이 완료되면 바디 공정을 개시하고 바디 직경 측정 회차 k를 1로 초기화한다. 바디 공정이 시작되면, 제어 수단(140)은 메모리에 설정된 무결함 인상속도에 의해 단결정을 인상시키며, 단결정 바디(B)가 성장됨에 따라 바디공정 초기의 멜트 갭(MG)을 일정하게 유지하기 위해 석영 도가니 회전수단(30)을 제어하여 석영 도가니(10)를 서서히 상승시킨다.
단계(S80)에서, 제어 수단(140)은 바디 직경의 측정 주기가 도래되었는지 판단한다. 만약 바디 직경의 측정 주기가 도래되면, 제어 수단은 단계(S90)을 수행한 다.
단계(S90)에서, 제어 수단(140)은 직경 센서(110)를 이용하여 단결정 바디(B)의 직경을 측정한다. 그런 후, 단계(S100)에서, 제어 수단(140)은 측정한 바디 직경과 목표 직경을 대비하여 바디 직경 변화량을 산출한다.
단계(S110)에서, 제어 수단(140)은 수학식 3을 이용하여 바디 직경 변화량에 대응하는 멜트 갭 변화량을 산출한다.
단계(S120)에서, 제어 수단(140)은 멜트 갭 변화량에 따라 멜트 갭을 특정 수치의 무결함 멜트 갭으로 수렴시키거나 특정 범위의 무결함 멜트 갭 마진 내의 값으로 조정하여 멜트 갭(MG)을 보정한다.
대안적으로, 제어 수단(140)은 멜트 갭 변화량이 임계 값보다 큰 조건에서 멜트 갭을 보정할 수도 있다.
단계(S130)에서, 제어 수단(140)은 메모리에 설정된 바디 직경의 다음 측정 주기가 도래되었는지 판별한다. 제어 수단(140)은 바디 직경의 다음 측정 주기가 도래되었으면 단계(140)를 수행한다.
단계(S140)에서, 제어 수단(140)은 바디 직경 측정 회차 k를 1 증가시킨다. 단계(S150)에서, 제어 수단(140)은 바디 공정이 종료되었는지 판단한다. 만약 바디 공정이 종료되지 않았으면 제어 수단(140)은 프로세스를 S90 단계로 복귀시켜 S90 단계를 포함한 그 이후 단계를 수행한다. 반면 바디 공정이 종료되었으면 제어 수단(140)은 멜트 갭 보정 프로세스를 종료한다.
상기 단계(S90) 내지 단계(S150)은 바디 공정이 진행되는 동안 주기적으로 반 복되며, 그 결과 바디 직경이 목표 직경으로부터 벗어나 멜트 갭이 변화되더라도 멜트 갭을 보정하여 고액 계면(CM)의 V/G가 무결함 마진을 벗어나는 것을 방지할 수 있다. 따라서 실리콘 멜트의 소모량이 많은 300mm 이상의 대구경 실리콘 단결정의 성장 시에도 V 결함이나 I 결함이 없는 고품질의 실리콘 단결정 생산이 가능해진다.
[실험예]
1. 숄더 무게 변화에 따른 멜트 갭 변화 및 결함 유형 확인 실험
본 실험은 숄더의 무게가 목표 무게를 벗어났을 때 멜트 갭의 변화로 단결정에 V 결함이나 I 결함이 발생될 수 있고, 이러한 결함 발생을 방지하기 위해서는 숄더 무게 변화에 따라 멜트 갭을 보정하는 것이 바람직하다는 것을 보여준다. 하기 표 1은 실험1의 결과를 정리한 표이다.
[표 1]
숄더 무게(kg) 멜트 갭 변화량(mm) 발생 결함 유형 결함 발생률(%)
실시예1 6.3 - - -
비교예1 8.4 + 1.7 V 결함 18.3
비교예2 4.9 - 1.1 I 결함 13.1
[실시예1]
실시예1에서는, 단결정의 직경을 308mm로 설정한 상태에서 숄더를 6.3kg의 무게로 성장시켰다. 그 결과, 멜트 갭은 숄더 공정을 진행하기 전의 멜트 갭을 기준으로 5mm 증가하였다. 5mm가 증가된 멜트 갭은 단결정의 전 영역에 걸쳐 무결함 단결정을 성장시키기 위한 무결함 멜트 갭에 해당한다. 이하, 5mm가 증가된 멜트 갭을 무결함 멜트 갭으로 지칭한다. 숄더 공정이 완료된 후, 무결함 멜트 갭을 기준으로 무결함 인상속도 마진을 산출하고 산출된 마진 내에서 단결정 인상속도를 제어하면서 단결정 바디를 1100mm의 길이로 성장시켰다. 단결정 바디를 성장시킬 때에는 멜트 갭을 무결함 멜트 갭으로 유지시키기 위해 단결정 바디가 성장됨에 따라 석영 도가니를 서서히 상승시켰다. 이와 같이 성장된 단결정을 웨이퍼로 가공한 결과 V 결함 또는 I 결함이 없는 고품질의 웨이퍼를 얻을 수 있었다.
[비교예1]
실시예1에 비해 숄더 공정을 좀더 길게 진행하여 숄더의 무게를 2.1kg 증가시켜 8.4kg의 무게로 숄더를 성장시켰다. 그 결과, 멜트 갭은 숄더 공정을 진행하기 전의 멜트 갭을 기준으로 6.7mm 증가하였다. 이러한 수치는 무결함 멜트 갭 보다 1.7mm 증가한 수치이다. 바디 공정에서는, 실시예1에서 산출한 인상속도 마진 내에서 인상속도를 조절하면서 단결정 바디를 1100mm의 길이로 성장시켰다. 아울러 단결정 바디를 성장시키는 동안 석영 도가니의 상승속도를 제어하여 멜트 갭을 무결함 멜트 갭보다 1.7mm 크게 유지하였다. 이렇게 성장된 단결정으로 웨이퍼를 가공한 결과 V 결함이 있는 웨이퍼의 비율이 18.3%로 확인되었다.
[비교예2]
실시예1에 비해 숄더 공정을 빠르게 진행하여 숄더 무게를 1.4kg 감소시켜 4.9kg의 무게로 숄더를 성장시켰다. 그 결과, 멜트 갭은 숄더 공정을 진행하기 전의 멜트 갭을 기준으로 3.9mm 증가하였다. 이러한 수치는 실시예1의 무결함 멜트 갭보다 1.1mm 감소한 수치이다. 바디 공정에서는 실시예1에서 산출한 인상속도 마진 내에서 단결정 인상속도를 조절하면서 단결정 바디를 1100mm의 길이로 성장시켰다. 아울러 단결정 바디를 성장시키는 동안 석영 도가니의 상승속도를 제어하여 멜트 갭을 무결함 멜트 갭보다 1.1mm 작게 유지하였다. 이렇게 성장된 단결정을 웨이퍼로 가공한 결과 I 결함이 있는 웨이퍼의 비율이 13.1%로 확인되었다.
표 1에 나타난 실험 결과로부터 다음과 같은 사실을 확인할 수 있다. 숄더 무게가 목표 무게로 제어되지 않으면 숄더 공정이 완료되었을 때의 멜트 갭이 무결함 멜트 갭 조건을 충족하지 못한다. 따라서 숄더 무게의 목표 값 이탈에 의해 발생된 멜트 갭 변화를 보정하지 않고 바디 공정을 진행하면 단결정 내에 V 결함이나 I 결함이 발생된다. V 결함은 숄더 공정이 완료되었을 때의 멜트 갭이 무결함 멜트 갭보다 큰 경우 발생된다. 그 원인은 멜트 갭의 증가로 G가 감소됨으로써 무결함 인상속도로 단결정이 인상되더라도 베이컨시가 단결정 내로 과도하게 유입되기 때문이다. 또한 I 결함은 숄더 공정이 완료되었을 때의 멜트 갭이 무결함 멜트 갭보다 작을 경우 발생된다. 그 원인은 멜트 갭의 감소로 G가 증가함으로써 무결함 인상속도로 단결정이 인상되더라도 격자간 실리콘이 단결정 내로 과도하게 유입되기 때문이다. 따라서 숄더 공정이 완료되었을 때 멜트 갭의 변화가 생기면 본 발명에 따라 멜트 갭을 보정한 후 바디 공정을 진행하면 단결정 내에 V 결함이나 I 결함이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
2. 단결정 바디의 직경 변화에 따른 멜트 갭 변화와 결함 유형 확인 실험
단결정 바디를 성장시킬 때 나타나는 단결정의 직경 변화 역시 숄더 무게 변화와 마찬가지로 고화되는 실리콘 멜트 량에 변화를 준다. 따라서 단결정의 직경 변화 또한 멜트 갭의 변화를 야기한다. 멜트 갭이 변화되면 고액 계면의 온도 구배 G가 변화되며, 이로 인해 단결정 내에 V 결함이나 I 결함이 발생될 수 있다.
다음 표 2는 다양한 바디 직경 조건에서 멜트 갭 변화량과 결함 발생 유형에 대한 실험 결과를 나타낸다. 하기 표 2에서, 멜트 갭 변화량은 바디 공정이 완료되었을 때 실시예2의 멜트갭을 기준으로 측정한 멜트 갭의 상대적 변화량이다. 그리고 결함 발생률은 각 실험에서 얻은 단결정 바디로 웨이퍼 가공을 하였을 때 결함이 발견된 웨이퍼의 비율을 나타낸다.
[표 2]
평균 직경
(mm)		 Melt-Gap 변화 량
(mm)		 발생 결함 유형 결함 발생률
(%)
실시예2 308 - - -
비교예3 310.3 + 3.9 V 결함 23.5
비교예4 309.8 + 3.1 V 결함 20.1
비교예5 309.1 + 1.9 V 결함 12.6
비교예6 308.4 + 0.7 - 0
비교예7 307.1 - 1.5 I 결함 3.4
비교예8 306.7 - 2.2 I 결함 13.7
비교예9 306.5 - 2.6 I 결함 15.8
[실시예2]
실시예2에서는, 바디의 목표 직경을 308mm로 설정하여 바디를 1100mm의 길이로 성장시켰다. 바디 공정이 진행되는 동안에는 석영도가니의 상승속도를 제어하여 멜트 갭을 무결함 멜트 갭으로 일정하게 유지하였다. 그리고 인상속도 또한 무결함 인상속도 범위 내에서 제어하였다. 그 결과 단결정 내에 V 결함이나 I 결함이 없는 고품질의 웨이퍼를 얻었다.
[비교예 3 ~ 9]
비교예 3 ~ 6에서는 바디의 목표 직경을 308mm보다 크게 설정하였다. 그리고 단결정 인상속도와 멜트 갭은 실시예2와 동일한 조건에서 제어하였다. 그 결과 비교예 3 ~ 6은 실리콘 멜트의 소모량이 실시예2보다 커서 멜트 갭 변화량이 + 값을 보였다. 그리고 멜트 갭 변화량의 크기는 308mm보다 바디의 직경이 클수록 증가하였다. 그 결과, 비교예 3 ~ 5에 의해 제조된 웨이퍼에서는 V 결함이 있는 웨이퍼가 발견되고, 불량 웨이퍼의 비율은 바디의 목표 직경이 308mm보다 클수록 증가하였다. 이는 바디 공정이 진행되는 과정에서 멜트 갭이 무결함 멜트 갭을 초과하여 G가 감소되고 그 결과 인상속도가 무결함 마진 내에서 제어되더라도 단결정 내로 베이컨시가 과도하게 유입되었기 때문이다.
한편 비교예 5에서는 목표 직경이 308mm 보다 크게 설정되었지만 V 결함이 있는 웨이퍼가 발견되지 않았다. 이는 멜트 갭 증가량이 실시예2에 비해 크지 않았기 때문에 G의 감소폭이 상당히 작고 그 결과 G가 감소되었더라도 고액 계면의 V/G가 무결함 마진을 벗어나지 않았기 때문이다. 이는 G가 감소되더라도 V 결함이 유발될 수 있을 정도로 베이컨시가 과도하게 유입되지 않았음을 의미한다. 이를 달리 해석하면, 단결정 바디의 직경 변화로 멜트 갭이 변화되더라도 변화 폭이 일정 값 이내이면 고액 계면의 V/G가 무결함 마진을 이탈하지 않음으로써 단결정 내에 결함이 발생되지 않는다는 것을 의미한다.
비교예 7 ~ 9에서는 바디의 목표 직경을 308mm보다 작게 설정하였다. 그리고 단결정 인상속도와 멜트 갭은 실시예2와 동일한 조건에서 제어하였다. 그 결과 비교예 7 ~ 9는 실리콘 멜트의 소모량이 실시예2보다 작아서 멜트 갭 변화량이 - 값을 보였다. 멜트 갭 변화량의 크기는 바디의 목표 직경이 308mm보다 작을수록 증가하였다. 그 결과, 비교예 7 ~ 9에 의해 제조된 웨이퍼에서는 I 결함이 있는 웨이퍼가 발견되었고, 불량 웨이퍼의 비율은 바디의 목표 직경이 308mm보다 작을수록 증가하였다. 이는 바디 공정이 진행되는 과정에서 멜트 갭이 무결함 멜트 갭 이하로 감소하여 G가 증가하였고 그 결과 인상속도가 무결함 마진 내에서 제어되더라도 단결정 내로 격자간 실리콘이 과도하게 유입되었기 때문이다.
위와 같은 실험 결과로부터 다음과 같은 사실을 확인할 수 있다. 바디 공정을 진행할 때에는 단결정의 직경을 목표 직경으로 정밀하게 제어하는 것이 바람직하다. 만약 바디 공정의 진행 중에 단결정 바디의 직경이 목표 값을 벗어나면 멜트 갭의 변화로 G가 변화되어 고액 계면의 V/G가 무결함 마진을 이탈할 수 있으므로 멜트 갭 변화량에 따라 멜트 갭을 보정하는 것이 바람직하다. 이러한 멜트 갭 보정이 이루어지면 실리콘 멜트의 소모량이 많은 300mm 이상의 대구경 실리콘 단결정을 성장시킬 때에도 V 결함이나 I 결함이 없는 고품질의 무결함 실리콘 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 균등범 위 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 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되지 않아야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실리콘 단결정 제조 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 실리콘 단결정 제조 방법의 순서도이다.
<도면의 주요 참조번호>
10: 석영 도가니 20: 도가니 하우징
30: 석영 도가니 회전수단 40: 가열 수단
50: 단열 수단 60: 종자결정
70: 단결정 인상수단 80: 열실드 수단
100: 무게 센서 110: 직경 센서
130: 구동 수단 140: 제어 수단

Claims (15)

  1. 실리콘 멜트에 종자결정을 담근 후 종자결정을 서서히 인상시켜 단결정을 성장시키는 쵸크랄스키법을 이용한 실리콘 단결정 제조 방법에 있어서,
    실리콘 단결정이 인상될 때 실리콘 단결정의 무게 변화 또는 직경 변화에 의해 멜트 갭 변화량을 산출하여 멜트 갭 변화를 보정함으로써 고액 계면의 V/G를 무결함 마진 내로 유지하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 멜트 갭 보정 단계는,
    단결정의 인상속도 제어를 통해 실리콘 단결정의 직경을 목표 직경으로 증가시켜 단결정 숄더를 성장시키는 단계;
    숄더의 목표 무게를 기준으로 성장된 숄더의 무게 변화량을 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 숄더 무게 변화량을 이용하여 멜트 갭 변화량을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 멜트 갭 보정 단계는,
    상기 산출된 멜트 갭 변화량을 상쇄시키는 방향으로 멜트 갭을 조정하는 단계임을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 멜트 갭 보정 단계는,
    상기 멜트 갭 변화량이 임계치보다 크면 상기 멜트 갭 변화량을 상쇄시키는 방향으로 멜트 갭을 보정하는 단계임을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 멜트 갭 보정 단계는,
    단결정의 바디를 인상하는 중에 단결정 바디의 직경을 측정하는 단계;
    측정된 바디 직경을 목표 직경과 대비하여 바디 직경 변화량을 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 바디 직경 변화량을 이용하여 멜트 갭 변화량을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 멜트 갭 보정 단계는,
    상기 산출된 멜트 갭 변화량을 상쇄시키는 방향으로 멜트 갭을 보정하는 단계임을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 멜트 갭 보정 단계는,
    상기 멜트 갭 변화량이 임계치보다 크면 상기 멜트 갭 변화량을 상쇄시키는 방향으로 멜트 갭을 보정하는 단계임을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 멜트 갭의 보정은 특정 값을 가진 무결함 멜트 갭으로 멜트 갭을 수렴시키거나 특정 범위를 가진 무결함 멜트 갭의 마진 내의 값으로 멜트 갭을 변경하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조 방법.
  9. 실리콘 멜트가 담기는 석영 도가니;
    상기 석영 도가니를 회전시키면서 상하로 이동시키는 석영 도가니 회전수단;
    종자결정이 달린 와이어를 이용하여 실리콘 멜트로부터 단결정을 인상하는 단결정 인상수단;
    상기 인상되는 단결정의 외주면으로부터 발산되는 열을 차폐하고 상기 실리콘 멜트의 표면과 멜트 갭을 형성하는 열실드 수단;
    상기 인상되는 단결정의 직경을 측정하여 직경 데이터를 출력하는 직경 센서; 및
    단결정 바디의 성장 중에 상기 직경 센서로부터 직경 데이터를 수신하고, 수신된 직경과 목표 직경을 대비하여 바디 직경 변화량에 따라 실리콘 멜트의 소모량 변화에 따른 멜트 갭 변화량을 산출하고, 산출된 멜트 갭 변화량에 따라 멜트 갭을 보정하는 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어 수단은 석영 도가니와 열실드 수단의 상대적 위치를 조정하여 멜트 갭을 보정하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제어 수단은 상기 멜트 갭 변화량이 상쇄되는 방향으로 멜트 갭을 보정하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어 수단은 상기 멜트 갭을 특정 수치의 무결함 멜트 갭으로 수렴시키거나 상기 멜트 갭을 특정 범위의 무결함 멜트 갭 마진 내의 값으로 변경하여 멜트 갭을 보정하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 와이어를 통해 인가되는 단결정의 무게를 측정하여 무게 데이터를 출력하는 무게 센서를 더 포함하고,
    상기 제어 수단은 단결정의 직경을 목표 직경으로 증가시키는 숄더 공정이 진행된 후 성장된 숄더의 무게와 목표 무게를 대비하여 숄더 무게 변화량을 산출하고, 산출된 숄더 무게 변화량에 따른 멜트 갭 변화량을 산출하고, 산출된 멜트 갭 변화량에 따라 멜트 갭을 보정하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제어 수단은 숄더 무게 변화량에 따른 멜트 갭 변화량이 상쇄되는 방향 으로 멜트 갭을 보정하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제어 수단은 숄더 무게 변화에 따른 멜트 갭 보정 시 멜트 갭을 특정 수치의 무결함 멜트 갭으로 수렴시키거나 상기 멜트 갭을 특정 범위의 무결함 멜트 갭 마진 내의 값으로 변경하여 멜트 갭을 보정하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조 장치.
KR1020090021108A 2009-03-12 2009-03-12 고품질 실리콘 단결정 제조 방법 및 장치 KR101105479B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090021108A KR101105479B1 (ko) 2009-03-12 2009-03-12 고품질 실리콘 단결정 제조 방법 및 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090021108A KR101105479B1 (ko) 2009-03-12 2009-03-12 고품질 실리콘 단결정 제조 방법 및 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100102841A true KR20100102841A (ko) 2010-09-27
KR101105479B1 KR101105479B1 (ko) 2012-01-13

Family

ID=43007706

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090021108A KR101105479B1 (ko) 2009-03-12 2009-03-12 고품질 실리콘 단결정 제조 방법 및 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101105479B1 (ko)

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3867476B2 (ja) * 2000-04-28 2007-01-10 信越半導体株式会社 シリコン単結晶の製造方法及びシリコン単結晶の製造装置
JP4496723B2 (ja) * 2003-06-27 2010-07-07 信越半導体株式会社 単結晶の製造方法及び単結晶製造装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR101105479B1 (ko) 2012-01-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5333146B2 (ja) シリコン単結晶の引上げ方法
KR101105588B1 (ko) 고품질 실리콘 단결정 제조 방법 및 장치
TWI624569B (zh) 單結晶之拉引方法
KR101623644B1 (ko) 잉곳 성장장치의 온도제어장치 및 그 제어방법
JP2008019125A (ja) 半導体ウェーハ素材の溶解方法及び半導体ウェーハの結晶育成方法
JP2012062216A (ja) 単結晶引上装置及び単結晶引き上げ方法
US7413605B2 (en) Method for manufacturing silicon single crystal
KR101105475B1 (ko) 공정 변동이 최소화된 단결정 제조방법
JP2011093770A (ja) 抵抗率計算プログラム及び単結晶の製造方法
JP3867476B2 (ja) シリコン単結晶の製造方法及びシリコン単結晶の製造装置
KR101540863B1 (ko) 잉곳 직경 제어장치 및 이를 포함하는 잉곳성장장치 및 그 방법
KR101571957B1 (ko) 잉곳성장장치 및 잉곳성장방법
KR101105479B1 (ko) 고품질 실리콘 단결정 제조 방법 및 장치
US12065757B2 (en) Monocrystal growth method and monocrystal growth device
KR101571958B1 (ko) 잉곳성장장치 및 잉곳성장방법
JP5716689B2 (ja) シリコン単結晶の製造方法及びシリコン単結晶の製造装置
JP2007308335A (ja) 単結晶引上げ方法
KR20090034534A (ko) 극저결함 반도체 단결정의 제조방법 및 그 제조 장치
US6416576B1 (en) Method for producing single crystal
JP7077991B2 (ja) Ｃｚシリコン単結晶製造方法
KR101540235B1 (ko) 단결정 잉곳제조장치 및 단결정 잉곳제조방법
JP5720426B2 (ja) 半導体単結晶の引上げ方法及びその引上げ装置
JP2008127216A (ja) 半導体単結晶製造方法
JP2004035353A (ja) シリコン単結晶の製造方法
KR101494533B1 (ko) 실리콘 단결정 성장 장치의 인상 속도 제어 시스템 및 그 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141223

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151223

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161227

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171222

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181226

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191219

Year of fee payment: 9