KR20100132901A

KR20100132901A - 실리콘 단결정 인상 방법

Info

Publication number: KR20100132901A
Application number: KR1020100027360A
Authority: KR
Inventors: 마르쿠스 배르
Original assignee: 실트로닉 아게
Priority date: 2009-06-10
Filing date: 2010-03-26
Publication date: 2010-12-20
Also published as: KR101241523B1; JP2010285342A; US8758506B2; CN101922041B; DE102009024473A1; CN101922041A; TWI424103B; JP5153828B2; US20100316551A1; TW201043739A; SG185993A1; DE102009024473B4

Abstract

본 발명은, 도가니에 수용되는 용융물로부터 실리콘 단결정을 인상하는 방법으로서,
종결정을 용융물 내로 침지시키는 것과,
소정 결정 인상 속도로 용융물로부터 종결정을 상승시키는 것에 의해 종결정 상에서 단결정을 결정화하는 것, 그리고
단결정의 직경을 원추형 섹션에서 설정점 직경으로 확대시키는 것
을 포함하며, 상기 설정점 직경으로 확대시키는 것은 원추형 섹션에서 단결정의 성장 전면의 곡률 반전을 유도하도록 하는 방식으로 결정 인상 속도를 제어하는 것을 포함하는 것인 실리콘 단결정 인상 방법에 관한 것이다.

Description

실리콘 단결정 인상 방법{METHOD FOR PULLING A SILICON SINGLE CRYSTAL}

본 발명은 도가니 내에 수용된 용융물로부터 실리콘 단결정을 인상하기 위한 방법에 관한 것이다.

이러한 인상 방법에서는, 용융물 내로 종결정을 침지하고 상승시키며, 용융물의 재료는 종결정 상에서 결정화되어 단결정을 형성한다. 결정화 단계 이후, 우선 넥 섹션(neck section)이 인상되며, 이후 원추형 섹션이 인상되고, 성장하는 단결정의 직경은 원추형 섹션을 인상하는 동안 설정점 직경으로 확대된다. 용융물은 실리콘을 포함할 뿐만 아니라, 단결정의 전기 전도도를 결정하기 위해 단결정의 격자에 포함되도록 의도되는 하나 이상의 도펀트를 통상적으로 포함한다. 용융물은, 도가니 재료로부터 용해되고 단결정에 의해 부분적으로 포함되는 산소를 더 포함한다. 단결정에 함유되는 산소는 유리한 효과 및 불리한 효과를 나타낸다. 산소를 함유하는 석출물, 즉 소위 BMD(Bulk Micro-Defect)는, 금속 불순물을 바인딩하고 이에 따라 이들 불순물이 전자 요소의 기능을 방해하지 못하도록 할 수 있는 내부 게터(getter)로서 작용한다. 반면, 높은 산소 농도는 또한 유해한 적층 결함, 소위 OSF(Oxidation-induced Stacking Faults)의 형성을 촉진한다. 따라서, 단결정에서의 산소 농도를 제어하고 마찬가지로 도펀트의 농도를 제어하여, 반도체 웨이퍼의 제조를 위해 사용되며 설정점 직경을 갖고 원추형 섹션에 이웃하는, 적어도 단결정의 원통형 섹션의 영역에서 이들 농도가 좁게 특정된 농도 범위로부터 벗어나지 않도록 하는 것이 바람직하다.

다양한 방식, 예컨대 반응기에서의 가스 압력을 제어하고, 불활성 가스가 반응기를 통해 공급되는 속도를 제어하며, 용융물 표면과 단결정을 둘러싸는 열차폐부의 하단 사이의 거리를 제어하고, 단결정 및 도가니의 회전 속도를 제어하며, 용융물에 인가되는 자기장의 세기를 제어하는 것은, 단결정에서의 산소 농도에 영향을 줄 수 있다. 이러한 제어 조치를 사용함에도 불구하고, 시작부로부터, 즉 단결정의 원통형 섹션의 시작부에서 이미 특정 농도 범위인 산소 농도를 얻는 데 있어서 문제가 있다. 단결정의 원통형 섹션의 시작부로부터 얻어지는 반도체 웨이퍼가 고객에 의해 특정되는 산소 농도를 갖지 않는다면, 이에 따라 단결정의 직경이 더 크고 그 원통형 섹션이 더 짧을 때 이에 상응하게 더욱 심각해지는 수득율 손실이 초래된다.

본 발명의 목적은, 이러한 수득율 손실을 현저하게 낮출 수 있도록 하는 인상 방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적은 도가니에 수용되는 용융물로부터 실리콘 단결정을 인상하는 방법으로서,

종결정을 용융물 내로 침지시키는 것과,

소정 결정 인상 속도로 용융물로부터 종결정을 상승시키는 것에 의해 종결정 상에서 단결정을 결정화하는 것, 그리고

단결정의 직경을 원추형 섹션에서 설정점 직경으로 확대시키는 것

을 포함하는 방법에 의해 달성되며, 상기 설정점 직경으로 확대시키는 것은 원추형 섹션에서 단결정의 성장 전면의 곡률 반전을 유도하도록 하는 방식으로 결정 인상 속도를 제어하는 것을 포함한다.

본 발명자는 연구를 통해, 단결정의 원통형 섹션의 시작부에서 특정된 산소 농도가 없음으로 인해 수득율 손실이 발생하지 않도록, 단결정의 원추형 섹션이 인상되는 단계에 특별한 관심을 가져야만 함을 확인하였다. 종결정 상에서 성장하는 단결정이 인상되는 결정 인상 속도는 단결정의 곡률 반전이 원추형 섹션에서 달성되도록 하는 방식으로 제어되는 것을 보장할 필요가 있다.

바람직하게는, 결정 인상 속도는 단결정의 원추형 섹션을 인상하는 단계 동안에 처음에는 감소하고 이후에는 증가한다.

원추형 섹션을 인상할 때, 초기 속도로부터 초기 속도보다 적어도 40 %, 바람직하게는 적어도 60 %만큼 느린 결정 인상 속도로 결정 인상 속도를 낮추고 다시 상기 느린 결정 인상 속도로부터 최종 속도까지 결정 인상 속도를 증가시키는 것이 특히 바람직하다. 최종 속도는 설정점 직경에 도달할 때까지의 결정 인상 속도일 것이다. 초기 속도는 또한 바람직하게는 최종 속도보다 빠르다.

원추형 섹션의 직경이 설정점 직경의 적어도 50 %에 도달할 때까지 상기 느린 결정 인상 속도로 종결정을 상승시키지 않는 것이 또한 바람직하다.

도면의 도움을 받아 이하에서 보다 상세하게 본 발명을 설명할 것이다.

본 발명에 따르면, 수득율 손실을 현저하게 낮출 수 있도록 하는 인상 방법을 얻을 수 있다.

도 1 및 도 2는 원추형 섹션의 영역에서 본 발명에 따라 인상된 단결정을 도시한 것이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 따른 단결정에서 각도 α 및 β의 위치를 도시한 것이다.
도 4는 설정점 직경이 200 mm인 실리콘 단결정의 예를 참고하여 원추형 섹션을 인상하는 동안의 결정 인상 속도의 프로파일을 도시한 것이다.

단결정이 축방향으로 절단될 때, 산소 및 도펀트의 분정 스트립(segregation strip)은 성장 전면의 프로파일을 나타낸다. 분정 스트립은 용융물에서의 온도 변동에 의한 것이며, 이러한 온도 변동으로 인해 산소 및 도펀트의 농도도 또한 단결정의 반경방향으로 다소 변하게 된다.

결정 인상 속도를 감소시키거나 증가시키면, 전술한 바와 같이, 원추형 섹션에서 성장 전면의 곡률 반전이 초래된다. 초기에, 성장 전면은 종결정을 향해 바라볼 때 오목하게 만곡된다. 본 발명에 따르면, 성장 전면의 볼록한 만곡부로의 변경은 또한, 결정 인상율의 제어로 인해 단결정의 원추형 섹션에서 이루어진다.

도 1은, 종결정(3), 본 발명에 따라 인상된 단결정의 원추형 섹션(2) 및 원통형 섹션(1)의 시작부를 나타낸 것이다. 종결정과 원추형 섹션 사이에는 넥 섹션이 존재한다. 원추형 섹션의 직경은, 원통형 섹션으로의 천이부에서 도달하게 되는 설정점 직경으로 증가하게 된다. 만곡된 분정 스트립(5)에 의해 도시된 성장 전면은, 원통형 섹션에 존재하는 분정 스트립의 곡률이 원추형 섹션에서 반전되도록 하는 형상을 갖는다. 원통형 섹션에서는 곡률의 반전이 나타나지 않는다.

도 2에 따른 단결정은, 제2 섹션(4)이 원추형 섹션(2) 위에 있다는 점에서 도 1에서의 단결정과 상이하다. 이렇게 두껍게 하는 것은, 일반적으로, 두껍게 된 부분에서 유지 장치에 의해 단결정이 지지되지 않으면, 단결정이 너무 무거워서 종결정 또는 넥 섹션이 중량 하중으로 인해 떨어져 나갈 수 있을 때 요구된다.

전술한 방법을 실행하기 위해, 원추형 섹션(2)의 축방향 길이는, 설정점 직경으로 원추형 섹션의 직경을 확대하는 데 필요한 것보다 긴 것이 유리하다. 원추형 섹션은 이에 따라 바람직하게는 60 °이상 90 °이하인 정점 각도(α), 특히 바람직하게는 80 °이하인 각도를 갖는다. 그리고 원추형 섹션(2)으로부터 원통형 섹션(1)으로의 천이부에서의 외측 각도(β)는 바람직하게는 5 °이상 25 °이하이다. 이들 각도의 위치는 도 3에 표시되어 있다.

원추형 섹션의 일반적인 축방향 길이는, 공칭 설정점 직경이 200 mm인 단결정에 대해 160 내지 220 mm인 것이 바람직하며, 공칭 설정점 직경이 300 mm인 단결정에 대해 240 내지 340 mm인 것이 바람직하다. 공칭 설정점 직경이 300 mm보다 큰 단결정의 경우에 있어서, 원추형 섹션의 축방향 길이는 이에 상응하게 더 길어진다.

예 :

본 발명에 따라 공칭 설정점 직경이 200 mm인 실리콘 단결정을 인상하였다. 결정 인상 속도의 프로파일은 도 4에 도시된 원추형 섹션의 영역에서 초기 속도에 대하여 표시하였으며, 즉 V(rel)로 표시하였다. 설정점 직경에 대한 원추형 섹션의 상대 직경, 즉 D(rel)은 가로축에 나타내었다.

비교를 위해, 공칭 직경은 동일하지만 원추형 섹션을 인상하는 동안 실질적으로 일정한 결정 인상 속도로 또 다른 단결정을 인상하였다. 이러한 단결정에 있어서, 원통형 섹션의 시작부에 있는 영역은 산소 농도에 대해 사전에 결정된 세부사항을 따르지 않는다. 도 4에 따라 인상된 단결정의 경우에는 이러한 수득율 손실이 없다.

α : 정점 각도
β : 외측 각도
1 : 원통형 섹션
2 : 원추형 섹션
3 : 종결정
4 : 제2 섹션
5 : 분정 스트립

Claims

도가니에 수용되는 용융물로부터 실리콘 단결정을 인상하는 방법으로서,
종결정을 용융물 내로 침지시키는 것과,
소정 결정 인상 속도로 용융물로부터 종결정을 상승시키는 것에 의해 종결정 상에서 단결정을 결정화하는 것, 그리고
단결정의 직경을 원추형 섹션에서 설정점 직경으로 확대시키는 것
을 포함하며, 상기 설정점 직경으로 확대시키는 것은 원추형 섹션에서 단결정의 성장 전면의 곡률 반전을 유도하도록 하는 방식으로 결정 인상 속도를 제어하는 것을 포함하는 것인 실리콘 단결정 인상 방법
제1항에 있어서, 상기 결정 인상 속도를 초기 속도로부터 초기 속도보다 적어도 40 %만큼 느린 결정 인상 속도로 감소시키며, 상기 결정 인상 속도를 상기 느린 결정 인상 속도로부터 최종 속도로 증가시키고, 상기 종결정은 설정점 직경에 도달할 때까지 최종 속도로 상승하는 것인 실리콘 단결정 인상 방법.
제2항에 있어서, 상기 최종 속도는 초기 속도보다 느린 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 인상 방법.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 종결정은, 원추형 섹션의 직경이 설정점 직경의 적어도 50 %에 도달할 때까지 상기 느린 결정 인상 속도로 상승되지 않는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 인상 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 원추형 섹션에 부여되는 정점 각도(α)는 60 °이상 90 °이하인 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 인상 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 원추형 섹션으로부터 상기 원통형 섹션으로의 천이부에서 외측 각도(β)는 5 °이상 25 °이하인 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 인상 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 따른 실리콘 단결정 인상 방법에 의해 제조 가능한 것인 실리콘 단결정.