KR20120027397A - 실리콘 단결정 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종결정을 실리콘 융액에 접촉시킨 후에 인상하여 실리콘 단결정을 육성하는 공정과, 상기 실리콘 단결정에 발생된 전위를, 상기 실리콘 단결정의 지름방향 외측으로 진행시켜 제거하거나 또는 루프형상으로 쌍소멸시켜, 상기 실리콘 단결정에 무전위화부를 형성하는 공정과, 상기 무전위화부가 형성된 상기 실리콘 단결정을 인상하고 소정의 직경까지 확대시켜, 직립몸체부를 형성하는 공정을 갖는다.

Description

실리콘 단결정 및 그 제조방법{SILICON MONOCRYSTAL AND PRODUCTION METHOD FOR SAME}

본 발명은, 실리콘 단결정의 제조방법 및 제조장치에 이용하기에 적합한 기술에 관한 것이다.

본원은, 2009년 6월 18일에 일본에 출원된 일본 특허출원 2009-145248호, 및 2009년 6월 19일에 일본에 출원된 일본 특허출원 2009-146995호에 근거하여 우선권을 주장하며, 그 내용을 여기에 원용한다.

실리콘 웨이퍼의 소재인 실리콘 단결정의 제조방법으로서, 초크랄스키법(이하, CZ법)에 의한 육성 방법이 알려져 있다.

실리콘 단결정의 제조에는 CZ법이라 불리는 방법이 사용된다. 예컨대 감압 불활성(Ar) 가스 분위기 중에서, 석영 도가니 내에 수용된 원료 다결정 실리콘을 저항 가열 히터 등의 가열 수단으로 용융한다. 용융 후 융점 부근이 되어 있는 실리콘 융액 표면에 종결정(시드(seed))을 침지하여(시드융액 접촉공정), 종결정이 실리콘 융액과 융화될 정도로 액체 온도를 조절하고, 융화되면 종결정 내의 전위(轉位)를 제거하기 위하여 시드를 상방으로 인상하면서 직경 5mm 전후의 시드 내로우잉(seed narrowing)을 수행한다(네크공정). 시드 내로우잉을 수행하는 네크공정 후, 제품지름이 되도록 액체온도와 인상속도를 조절하면서 원추형상으로 결정지름을 확대시킨다(숄더공정). 결정지름이 제품지름에 도달하면, 제품이 되는 부위를 연직방향으로 일정 길이 육성하고(직립몸체(바디)공정), 그 후 결정지름을 원추형상으로 감소시켜(테일(tail) 공정), 직경이 충분히 작아진 상태에서 융액으로부터 분리하고 종료된다.

상기 CZ법에 있어서는, 실리콘 종결정을 원료 실리콘 융액에 접촉시킬 때, 열충격에 의해, 종결정에 고밀도로 전위(열 쇼크 전위, 미스 피트 전위)가 발생한다. 이 전위는, 육성하는 결정의 단결정화를 저해하는 것이다. 따라서, 이러한 전위를 소멸시키고 나서, 이후의 결정의 육성을 진행하는 것이 필요하다. 일반적으로, 상기 전위는, 성장하는 결정의 단면적이 작을수록 발생이 적다. 또한, 일단 발생된 전위의 성장도 정지하기 쉽다. 이 때문에, CZ법 등에 의한 단결정 육성에 있어서는, 단면적이 작은 네크(neck)부를 소정 길이 육성하여 전위를 소멸시키는 대시 네킹(Dash Necking)법이라 불리는 방법이 널리 이용되고 있다.

대시 네킹법에서는, 구체적으로 실리콘 종결정을 원료 실리콘 융액에 접촉시켜 녹여 넣는 시드 내로우잉(네킹)공정에 있어서, 일단, 지름을 4mm 정도로 까지 가늘게 한 네크부를 길이 50~200mm 정도까지 형성한다. 그 후, 소정의 구경이 될 때까지 숄더부에 의해 단결정을 굵게 해가는 수법이 이용가능하다. 이로써, 상기 네크부에 있어서, 종결정에 도입된 슬립 전위로부터 전파된 전위를 소멸시킬 수 있어, 무전위의 실리콘 단결정을 인상할 수가 있다.

또 대중량의 단결정을 인상할 때는, 열 쇼크를 주지 않도록 하여 착액(着液)시의 도입 전위를 억제하였다. 이들과 유사한 기술이 특허문헌 1~3에 기재되어 있다.

혹은, 특허문헌 5에 나타낸 바와 같이 숄더형상의 전방으로 지름이 확대된 지름확대부를 제작하고, 그 지름확대부를 파지(把持)하여 결정을 유지하는 방법이 있다.

또, 네크공정에 있어서, 네크부만 성장시켜 무전위화의 실증을 행하는 수법이 특허문헌 4에 기재되어 있다.

특허문헌 1 : 일본 특허공개공보 H11-60379호 특허문헌 2 : 일본 특허공개공보 2008-87994호 특허문헌 3 : 일본 특허공개공보 H9-2898호 특허문헌 4 : 일본 특허공개공보 2001-130996호 특허문헌 5 : 일본 특허공개공보 H11-12082호

비특허문헌 1 : SYNCHROTRON RADIATION INSTRUMENTATION : Ninth International Conference on Synchrotron Radiation Instrumentation. AIP Conference Proceedings, Volume 879, pp.1545-1549(2007).

그러나, 상기 특허문헌 1~3에 기재된 기술로는, 완전한 무전위화가 실현되지 못한다는 문제가 있었다. 특히, 예컨대 4mm 정도까지 네크 지름을 축소하고, 또한, 500mm 정도로, 종래 전위가 빠져 나오는데 충분하다고 생각되어 오던 길이까지 성장시켜도, 직립몸체부까지 전위가 남는 경우가 있었다.

또, 특허문헌 4에 기재된 바와 같이, 네크를 취출(取出)하기 위해 로(爐) 내의 밀폐를 해제하였을 경우, 로 외부로부터의 오염물질이나 제조장치 가동부로부터의 중금속 오염물에 의한 컨테미네이션(contamination)이 발생하여 석영 도가니 내에 남은 원료는 재이용하기가 어렵다. 웨이퍼가 대구경화되고 있는 현재, 대중량의 실리콘 원료를 쓸데없이 폐기해서는 안되기 때문에, 실제의 제조에 적용할 수 없어 이것을 대체할 수법이 요망되어 왔다.

또한, 특허문헌 5에 기재된 바와 같은 가동부를 로 내에 설치했을 경우, 상기 가동부가 오염원이 되어, 결과적으로 실리콘 단결정 인상에는 실용 불가능하다는 문제가 있었다.

더욱이, 전위의 발생 및 제거의 상태가 정확하게 파악되지 못한다는 문제가 있었다.

더욱이 또한, 전위의 발생 및 제거의 메커니즘이 정확하게 이해되지 않았다. 이 때문에, 어떻게 하면 전위를 완전히 제거할 수 있는지에 대한 이해가 이루어지지 않았다. 특히, 네크부분에서 발생하는 전위 중, 결정 인상 방향으로 연이어 존재하며, 대시 네킹법 등으로 결정 지름 치수를 변화시켜도 제거할 수 없는 전위(축형상 전위)가 존재한다. 이러한 축형상 전위(제거곤란전위)가 직립몸체부의 전체 길이에 걸쳐 존재하여, 어떻게 해야 제거할 수 있는지 불분명하였다.

본 발명은, 상기의 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 이하의 목적을 달성하는 것이다.

1. 시드 융액 접촉 공정에서 발생하는 전위를 확실하게 제거하여 무전위화를 실현하는 것.

2. 전위, 특히 축형상 전위에 대한 발생 및 제거의 상태를 정확하게 파악하는 것.

3. 네크부에서의 전위의 거동과 인상조건의 관계를 정확하게 파악하는 것.

4. 무전위화가 가능한 인상조건을 정확하게 결정하는 것.

직경 300mm 이상, 특히 450mm 정도의 대구경 실리콘 결정을 육성하기 위해서는, 대중량을 지지하는 네크부(대시 네크부)의 직경이 문제가 된다. 이에, 본원발명자들은, 무전위 상태를 유지한 채, 종래 네크부라 일컬어져 온 부분의 직경을 굵게 하여 안전하게 육성하는 것에 대해 검토하였다. 여기에서는, 로 내에 오염원이 되는 특별한 장치를 재치(載置)하는 일없이 간편한 방법에 의해, 수 백 Kg에서 수 t의 오더가 되는 대중량 실리콘 단결정을 제조하는 것을 전제로 한다.

대구경 실리콘 단결정을 육성하기 위해서는, 상술한 통상적인 대시 네킹법이라는 방법이 이용된다. 대시 네킹법에서는, 실리콘 단결정의 육성시에 직경을 가늘게 하여, 실리콘 종결정과 실리콘 융액이 접촉했을 때에 도입되는 전위(열 쇼크 전위, 미스 피트 전위)를 제거한다. 이 경우, 네크부의 지름치수를 가늘게 설정하는 것이, 전위의 제거가 용이하다. 또한, 대중량의 결정을 육성하기 위해서는, 네크부의 내하중성의 측면에서 지름 치수를 굵게 설정하는 것이 필요하다. 네크부의 굵기는, 이들의 관계에 의해 산출된 치수로 설정해왔다. 직경이 300mm인 실리콘 단결정에서는, 5mm 정도의 직경으로 결정 하중을 지지할 수 있었다. 그러나, 실리콘 단결정의 직경이 450mm인 경우에는, 결정을 필요한 길이까지 육성시켰을 경우, 네크부에 의해 하중을 완전히 지지할 수 없게 될 우려가 있다.

또, 상술한 바와 같이, 상기 이외의 방법으로 하여도, 네크부를 굵게 하기 위하여, 시드와 멜트(실리콘 융액)의 표면 온도 차를 적게 하여 열 쇼크 전위가 유입되지 않도록 하는 것이 있었다. 그러나, 네크부를 가늘게 하거나, 시드를 고온으로 하거나 하지 않아도, 실리콘 단결정의 성장에 성공하는 경우가 있었다.

이에, 본원발명자들은, 이러한 조건을 해명할 수 있으면 특별한 처리나 장치의 필요없이 간편한 방법으로 대중량 실리콘 결정의 육성이 가능해질 것이라 생각하고, 인상에 수반되는 네크부 내부에 있어서의 전위의 거동에 대하여 정밀하게 조사하는 수단을 탐구하였다.

본원발명자들은, 네크공정에 있어서 전위가 어떤 거동을 하는지 고찰하였다. 또한, 축형상 전위를 왜 제거할 수 없는지 고찰하였다. 그리고, 전위의 거동을 해명할 수 있으면 특별한 처리나 장치의 필요없이 간편한 방법으로 전위를 완전히 제거한 실리콘 결정의 육성이 가능해질 것이라 생각했다. 그리고, 인상에 수반되는 네크부 내부에 있어서의 전위의 거동에 대하여 정밀히 조사하는 수단을 탐구했다.

종래에는 X선 토포그래피를 사용하여 네크부 내의 전위상태를 해석하였다. 상기 수법에 있어서는, 네크부의 단면을 두께 약 1.5mm로 슬라이스 가공하고 그 후, 혼산(混酸) 등으로 표면 에칭하여 X선의 투과를 관찰하였다. 따라서 어떤 단면만의 화상만 직접 관찰이 가능하기 때문에, 이러한 1.5mm 간격의 화상을 서로 연결시켜 결정성장에 따른 전위의 상태변화를 파악하였다. 이 때문에, 실리콘 단결정의 인상방향의 중심축인 인상축에 대하여 비스듬히 전파되는 전위밖에 관찰할 수가 없었다.

그러나, 비특허문헌 1에 기재되는 수준의 고에너지 방사광으로서 백색 X선을 이용했을 경우, 네크부분을 관찰하면 루프형상으로 전위가 소멸한다는 것을 발견하였다. 또한, 통상의 {111}면 이외에도 전위가 존재함을 발견하였다.

즉, 상술한 축형상 전위는, 이러한 수법에 의해 본원발명자들이 처음으로 그 존재를 밝혔다. 축형상 전위는, 실리콘 단결정의 직립몸체부, 및 이것을 슬라이스한 웨이퍼에 있어서, 피트로서 관측되었었다. 그러나, 관측된 피트가 축형상 전위라는 인식은 이루어지지 않고 있었다.

상기 축형상 전위는, 웨이퍼에 있어서, 이하와 같은 방법에 의해 다른 피트와 명확히 구별하여 검출할 수 있다.

우선, 웨이퍼가 슬라이스된 실리콘 단결정은, 정벽선(晶癖線 : crystal habit line)이 정확히 형성되는 동시에 무전위화(Dislocation free)가 실현되어 있으며, 다른 검사에 의해서도 단결정인 것으로 인식된다. 이러한 웨이퍼 표면에 있어서, 광학적인 검사수단을 사용한 왜곡 측정을 수행함으로써 축형상 전위를 식별할 수가 있다. 이러한 검사 수단으로서, 내부응력의 분포상태를 눈으로 보아 관찰할 수 있는 JENAWAVE사 제품인 왜곡검사장치(SIRD ; 등록상표) SirTec를 이용할 수 있다.

이때, 평가대상으로 하는 실리콘 웨이퍼에 10~300℃/sec의 온도 상승하강속도로, 900~1250℃ × 1sec 이상의 가열에 의한 현재화(顯在化) 처리를 실시한다. 그 후, 현재화한 왜곡을 포함하는 상기 웨이퍼의 표면 성상을 평가한다. 상기 현재화 처리에서는, 급속가열에 의해 웨이퍼면 내에 큰 온도 차를 발생시키며, 이러한 온도 차에 기인하는 열응력의 발생을 의도한다. 따라서, 장시간에 이르는 가열시간은 필요하지 않으며, 1sec 정도의 단시간 가열이어도, 소기의 작용을 발휘시킬 수가 있다.

축형상 전위는, 웨이퍼의 표리면을 관통하여 존재하고 있기 때문에, 상기한 바와 같이 초(超)단시간의 급속가열이라는 현재화 처리에 의해 발생된 열응력에 의한 왜곡이 커진다. 이에 대하여, 레이저 면검기 등에 의한 표면오염검사에 있어서, 축형상 전위와 마찬가지로 피트로서 검출되지만, 웨이퍼 표리면을 관통할 정도의 길이가 없는 전위는, 현재화 처리에 의해 발생된 열응력에 의한 왜곡이 커지지 않는 것으로 생각된다. 즉, 웨이퍼의 두께에 대하여 그 치수가 1할 정도 미만인 전위는, 현재화 처리에 의해 발생된 열응력에 의한 왜곡이 커지지 않는 것으로 생각된다.

이 때문에, 축형상 전위는 상기의 현재화 처리에 의해 현재화되지만, 다른 피트 등은 상기 현재화 처리에 의해서는 현재화되지 않는다. 현재화된 축형상 전위를 갖는 웨이퍼의 관측예와, 축형상 전위가 없는 웨이퍼의 관측예를 도 11에 나타낸다.

도 11의 (a)에 나타내는 관측예는, 3개의 축형상 전위가 발생된 예이며, 도 11의 (b)에 나타내는 관측예는, 축형상 전위가 발생하지 않은 예이다. 한편, 웨이퍼의 가장자리에서 관측되는 왜곡은, 열처리시의 웨이퍼의 지지에 의해 발생한 것으로 생각된다.

축형상 전위는, 종결정을 융액에 접촉시킨 단계에서 발생한다. 축형상 전위는, 네킹공정, 숄더부 형성(지름확대)공정 및 직립몸체부 성장공정까지, 결정의 성장방향으로 연속하여 존재하는 전위이다. 축형상 전위는, 웨이퍼를 제조했을 때, 웨이퍼의 특정 영역에 한정하여 존재한다. 또한, 축형상 전위는, 대시 네킹법과 같이, 지름확대, 지름축소, 네크부 길이를 일정 이상으로 하는 등, 종래 알려져 있는 네크부를 성장시킬 때 이용되는 수법에 의해서는 제거할 수 없었다.

인상이 종료된 실리콘 단결정(60)은, 도 12에 나타낸 바와 같이, 종결정(종자결정 ; T), 시딩계면(T00)을 끼고 성장한 실리콘 단결정으로서의 지름축소부(네크부 ; N0), 지름확대를 수행하는 숄더부(60a), 직립몸체부(60b), 테일부(60c)를 갖는다.

종결정(T) 부근을 확대하면, 도 13에 나타낸 바와 같이, 지름축소부(네크부 ; N0)에는, 열 쇼크 전위(Jn) 및 미스 피트 전위(Jm)가 발생한다. 열 쇼크 전위(Jn)는, 종결정(T)을 실리콘 융액에 접촉시켰을 때의 열 쇼크로 종결정(T)측에 발생하여, 성장하는 실리콘 단결정(60)의 네크부(N0)측으로 인계된다. 미스 피트 전위(Jm)는, 종결정(T)과 실리콘 단결정(60)의 네크부(N0)에 격자정수의 부정합이 있을 경우에 발생한다.

축형상 전위(J)는, 열 쇼크 전위(Jn) 및 미스 피트 전위(Jm) 중, 성장방향(축방향)으로 성장하는 것이다. 구체적으로는, 도 12에 나타낸 바와 같이, 상기 단결정(60)로부터 슬라이스된 110 웨이퍼(W)를 보면, 축형상 전위(J)는, 각각 그 표면에 있어서 노치를 시계의 12시 방향이라 했을 때, 10시 방향 및 4시 방향에서 관측된다. 보다 상세하게는, 100 방향인 노치를 0°로 하고, 120°~135°범위의 영역과, 이 영역과 실리콘 단결정(60)의 중심축선에 대해 대칭인 315°~350°범위의 영역에서 관측된다. 또한 이들 영역을 실리콘 단결정(60)의 중심축선을 중심으로 하여 90°및 45°회전한 영역으로 이루어지는 제거곤란전위 존재영역(J1)의 범위에 한하여 관측된다. 즉 축형상 전위(J)는, 영역(J1)에 있어서, 실리콘 단결정(60)의 성장방향(중심축방향)으로 연장되어 존재하고 있다. 한편, 도면에 있어서, 영역(J1)은, 120°~135° 및 315°~350°범위의 영역만 도시되어 있다.

또한, 소정 길이 이상으로 성장시킨 실리콘 단결정에 있어서, 축형상 전위는 소멸될 가능성이 있다. 그러나, 현재, 제조현장에서는, 인상된 1개분의 실리콘 단결정을 슬라이스한 웨이퍼의 데이터를 대조하고서야 비로소 축형상 전위인 것이 인식되고 있다. 축형상 전위는, 통상적으로, 1개의 실리콘 단결정의 전체 길이에 걸쳐 존재하며, 실리콘 단결정을 관통하고 있는 경우가 많다.

여기서, CZ법에 의해 인상하는 실리콘 단결정에 있어서의 전위를 측정하는 고에너지 방사광으로서는, 백색 X선에 의한 백색 X선 토포그래피를 이용하는 것이 바람직하다. 특히, 연속적인 스펙트럼을 갖는 30keV~1MeV, 40keV~100keV 정도, 50keV~60keV 정도의 에너지의 X선을 이용한다. 혹은, 파장 0.001nm~0.25nm 정도의 X선을 이용한다. 또한, 광원으로부터의 거리 44m의 위치에서, 1mm×1mm의 슬릿(slit)을 통해 얻어지는 광자 수가 도 5에 도시된 바와 같은 분포를 갖는 X선을 이용한다. 도 5의 (a)에 나타내는 그래프는, 본 발명에 있어서의 고에너지 방사광의 일례가 되는 X선의 상태를 나타내는 것으로서, X선의 에너지에 대한 광자 수의 분포를 나타낸다. 도 5의 (b)에 나타내는 그래프는, 본 발명에 있어서의 고에너지 방사광의 일례가 되는 X선을 나타내는 것으로서, 파장에 대한 광자 수의 분포를 나타낸다. 또한, X선의 빔(beam) 지름은, 피측정물인 네크부의 직경의 0.01~1배가 바람직하다.

이러한 고에너지 백색 X선을 사용함으로써, 슬라이스 가공 등, 파괴검사를 하지 않고, 단결정 실리콘 내부의 전위 등의 거동을 삼차원적으로 이미지로서 관측하여, 전위의 위치 정보와 그 성질을 관측하는 것이 처음으로 가능해졌다.

도 4에 나타낸 바와 같이 하나의 회절스폿(예컨대 004 회절스폿)에 주목하여, 실리콘 단결정을 회전시킴으로써 그 토포그래프 이미지에 의한 CT를 재구성한다. 이로써 전위선의 삼차원적인 위치정보가 얻어진다. 또한, 이와 동시에, 도 6에 나타낸 바와 같은 백색 X선 토포그래피를 수행하여, 전위의 성질(버거스 벡터(burgers vector)　등)을 결정한다.

X선 토포그래피는 X선 회절 현미법이라고도 불리고 있으며, 비파괴로 결함의 공간분포를 관찰하는 방법이다. 실리콘 단결정에 연속적으로 X선을 입사하면, 회절반점이라 불리는 복수의 회절 이미지가 관측된다. X선 토포그래피는, 이 회절반점을 해석한다.

여기서, 회절 이미지를 관찰하기 위해 이용하는 2차원 검출기로서, 이하를 들 수 있다. 형광판, X선 필름, 원자핵 건판, 휘진성 형광체(BaFBr : Eu^{2 +})의 광 휘진 발광현상을 이용한 이미징 플레이트. X선에 감도가 있는 PbO막이나 비정질Se-As막을 광도전면으로 한 촬상관을 이용한 X선 텔레비전. 전하결합소자(CCD)를 이용한 CCD형 X선 검출기. 본 발명에서 이용하는 X선 검출기로서는, 공간분해능이나 다이내믹 레인지(dynamic range)로서, 다음과 같은 특성을 고려하는 것이 바람직하다.

검출양자효율

다이내믹 레인지

강도의 직선성 영역

불감시간과 계수손실

수광면적과 위치분해능

감도의 불균일성

위치의 비직선성(또는 이미지 왜곡)

에너지 분해능

시간분해능

실시간 측정의 능력

동작의 안정성

실리콘 단결정의 인상에 있어서는, 같은 장치(CZ 로)로, 더욱이, 같은 카본 등의 로 내부재를 마찬가지로 사용하여도, 인상시의 조건에 따라 전위의 발생상태 및 그 거동이 변화된다. 여기서, 인상시의 조건이란, 예컨대, 인상속도, 실리콘 융액의 액면으로부터 열차폐부재까지의 높이(거리), 실리콘 융액과의 접촉 전의 종결정을 실리콘 융액의 액면상에서 보유하는 시간 등이다. 이러한 점에서, 고에너지 방사광에 의한 실리콘 단결정 내부의 전위의 거동을 관측하는 수단을 이용하여, 다른 로나 다른 탄소재료를 조합한 구조를 이용한 제조장치를 사용하였을 때의 네크부(전위제거부, 무전위화부)의 제조조건을 결정할 수 있게 된다.

따라서, X선 토포그래피에 의한 관측을 수행함으로써, 축형상 전위가 발생된 제조조건을 배제하고, 축형상 전위가 발생하지 않는 제조조건을 특정할 수 있게 된다. 여기서의 제조조건이란, 이른바, 제어 파라미터인 조건 이외에, 모든 단결정 및 웨이퍼의 특성과 관련하여, 단결정을 인상하여 제조하는 장치, 수단, 부품, 상태, 공정을 포함한다.

또, 직경이 300mm 이상, 특히 450mm 정도인 대구경의 실리콘 단결정을 육성하기 위해서는, 대중량을 지지하는 네크부(대시 네크부)의 직경이 문제가 된다. 이에, 본원발명자들은, 로 내에 오염원이 되는 특별한 장치를 재치하지 않고, 간편한 방법에 의해 수 백 Kg에서 수 t의 오더가 되는 대중량 실리콘 단결정을, 축형상 전위가 존재하지 않는 상태에서 안전하게 육성하는 것을 목적으로 하여, 종래 네크부라 일컬어져 온 부분의 직경을 굵게 하는 것을 검토하였다.

대구경의 실리콘 단결정을 육성하기 위해서는, 통상적으로, 상술한 대시 네킹법을 이용하여, 육성의 초기 단계에서 실리콘 단결정의 직경을 가늘게 하여 네크부를 형성한다. 이로써, 실리콘의 종결정과 실리콘 융액이 접촉했을 때 도입되는 전위(열 쇼크 전위, 미스 피트 전위)를 네크부에서 제거한다. 이 경우, 네크부의 지름을 가늘게 하는 것이, 전위의 제거가 용이하다. 그러나, 대중량의 결정을 육성하기 위해서는, 네크부의 내하중성 때문에 지름치수를 굵게 할 필요가 있다. 이러한 관계로부터 네크부의 굵기를 산출하였다. 직경이 300mm 정도인 결정에서는, 5mm 정도의 직경으로 결정의 하중을 지지할 수 있었지만, 결정의 직경이 450mm이면, 필요한 결정형상으로 했을 경우, 하중을 완전히 지지할 수 없게 될 우려가 있다. 이 때문에, 본원 발명자들은, 상기한 바와 같이, 네크의 직경을 굵게 하는 것을 검토하였다.

본원발명자들은, 이와 같이 네크부의 직경을 굵게 하면, 상술한 축형상 전위(J)가 존재하는 경우가 있음을 발견하였다. 종래, 이러한 축형상 전위는, 확인되지 않았었다.

열 쇼크 전위(Jn) 및 미스 피트 전위(Jm)의 거동에는, 이하와 같은 특성이 있다는 것이 밝혀졌다. 여기서, 열 쇼크 전위(Jn) 및 미스 피트 전위(Jm)의 거동이란, 네크부, 숄더부 및 직립몸체부를 인상하는 실리콘 단결정의 육성과정에 있어서의 이들의 전파방향 등을 나타낸다.

1) 대전제로서, 전위는 미끄럼면(실리콘의 경우에는 {111}면)을 이동한다.

2) 통상적으로 {111}에 전위는 도입된다.

3) 드물게 {111}에 도입되지 않고 다른 면을 이동하는 경우가 있다. 또한, 그러한 경우에도, 통상적으로 바로 {111}로 이행한다.

4）CZ법에 의해 제조하는 실리콘 단결정에 도입되는 전위의 대부분은, 종결정을 실리콘 융액에 접촉시켰을 때 발생한다.

여기서, 전위가 이동하는 미끄럼면과 인상하는 결정의 종류로서, 결정면들의 각도를 표 1에 나타낸다.

<100> 웨이퍼를 제조하기 위한 실리콘 단결정을 실리콘 융액으로부터 인상하여 제조했을 경우, 열 쇼크나 미스 피트로 발생된 전위는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 실리콘 단결정의 직경을 좁히는 네킹공정에 있어서, 실리콘 단결정의 미끄럼면인 {111}을 이동한다. 미끄럼면을 이동한 전위는, 실리콘 단결정의 표면에 도달한다. 그리고, 실리콘 단결정의 표면이 전위의 종점이 되는 것으로 생각된다. 그러나, 상기 X선 토포그래피에 따르면, 열 쇼크나 미스 피트로 도입된 초기의 전위가 결정의 성장방향으로 신장(伸展)되는 경우가 있음을 알 수 있다. 이 현상은, 제품의 구경의 크기나 네킹시의 네크부의 직경에 상관없이 발생한다. 이때, 전위는, 미끄럼면의 {111}을 이동하지 않고, 실리콘 단결정과 실리콘 융액 사이의 결정의 성장계면에 수직인 방향으로 신장되며, 그 후 미끄럼면으로 이동하지 않고, 결정의 성장방향으로 진행(進展)된다. 이와 같이 결정의 성장방향으로 진행된 전위가 축형상 전위가 된다.

축형상 전위는, 그 후, 실리콘 단결정의 직경을 제품의 직경까지 증가시켜도, 실리콘 단결정의 표면까지 도달하지 않는다. 이러한, 축형상 전위를 갖는 실리콘 단결정은, 축형상 전위를 갖지 않는 실리콘 단결정과 마찬가지로 정벽선을 가지며, 잉곳의 상태로는 양품(良品)과 구별할 수 없는 경우가 있다. 그리고, 그 잉곳을 슬라이스한 웨이퍼를 검사했을 때, 축형상 전위는 결함으로서 검출된다.

또한, 실리콘 단결정의 성장방향으로 신장된 전위가, 실리콘 단결정의 직경을 증가시키는 도중이나, 혹은 직경이 제품의 직경에 도달하여, 제품이 되는 부위를 제조하는 중에 {111}로 이동하여, 축형상 전위가 되는 경우도 있다.

열 쇼크나 미스 피트에 의해 도입되어, 결정의 성장방향과 평행하게 신장된 전위를 네킹공정중에 {111}로 이동시킬 수 있으면, 전위를 네크부에서 제거할 수 있다. 즉, 네크부를 필요 이상으로 가늘게 하거나, 시드를 필요 이상으로 고온으로 하거나 하지 않아도, 네크부에 있어서 전위를 제거한 상태로, 실리콘 단결정의 직경을 증가시키는 숄더공정으로 진행할 수 있다. 이 때문에, 제품에 결정성장의 초기 단계에서 발생된 전위의 영향이 없게 된다. 이로써, 결정성장의 초기단계에서 축형상 전위가 발생된 실리콘 단결정을 다시 녹이는(재용해) 횟수와 그 시간을 억제할 수가 있다.

이에, 본원발명자들은, 이러한 조건을 해명할 수 있으면 축형상 전위가 없는 중량이 큰 실리콘 결정의 육성이 저비용으로 가능해질 것으로 생각하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본원발명자들이, 가장 중요시한 것은 이하의 점이다.

1) 실리콘 단결정은, 실리콘 단결정과 실리콘 융액의 계면인 결정 육성면에 수직으로 성장한다. 이 때문에, 네크부를 형성할 때 발생하여 도입된 전위는 {111}이 아닌, 결정 육성면에 수직인 방향으로 이동하는 경우가 있다.

2) 따라서, 본 발명은, {111}에 존재하지 않는 전위를 네크부를 형성하는 단계에서 {111}로 이동시키기 위한 방법이다. 이 방법은, 네크부 형성시의 실리콘 단결정과 실리콘 융액과의 계면의 형상을 변화시키는 수단을 이용한다. 그 조건확인에서 방사광 설비에 있어서의 X선 토포그래피를 이용한다.

본 발명의 실리콘 단결정의 제조방법은, 실리콘 단결정을 CZ법에 의해 인상하는 실리콘 단결정의 제조방법에 있어서, 이하의 공정을 갖는다. 실리콘 융액에 종결정을 접촉시켜 인상을 개시하는 침지공정. 실리콘 웨이퍼가 되는 단결정 직립몸체부를 인상하는 직립몸체공정. 침지공정에서 발생된 제거곤란전위를 상기 직립몸체공정보다 전에 제거하는 제거곤란전위 제거공정. 이들 공정을 구비함으로써 상기의 과제를 해결하였다.

상기 제거곤란전위 제거공정에 있어서, 제거곤란전위의 신장방향을 결정성장방향으로부터 이동시켜도 무방하다.

상기 제거곤란전위 제거공정에 있어서, 제거곤란전위를 결정인상에 따라 외부방향으로 신장시키거나 루프형상으로 쌍소멸시켜 제거하여도 무방하다.

상기 제거곤란전위 제거공정에 있어서, 실리콘 융액과 실리콘 단결정과의 고액계면형상을 융액표면으로부터 변형시켜 제거곤란전위의 신장방향을 결정성장방향으로부터 이동시켜도 무방하다.

상기 제거곤란전위 제거공정에 있어서, 실리콘 융액과 실리콘 단결정과의 고액계면의 접평면이 융액 표면과 평행이 되는 부분을 중심위치로부터 변동시켜 제거곤란전위의 신장방향을 결정성장방향으로부터 이동시켜도 무방하다.

상기 제거곤란전위 제거공정에 있어서, 실리콘 융액과 실리콘 단결정과의 고액계면상태의 요동을 증대시켜 제거곤란전위의 신장방향을 결정성장방향으로부터 이동시켜도 무방하다.

상기 제거곤란전위 제거공정에 있어서, 실리콘 융액에 대한 실리콘 단결정의 회전을 저감시켜 상기 고액계면상태의 요동을 증대시켜도 무방하다.

상기 제거곤란전위 제거공정에 있어서, 실리콘 융액에 인가하는 자기장 세기를 저감시켜 상기 고액계면상태의 요동을 증대시켜도 무방하다.

상기 제거곤란전위 제거공정에 있어서, 실리콘 융액을 저류하는 석영 유리 도가니에 기인하여 발생하는 탕면 진동에 의해 상기 고액계면상태의 요동을 증대시켜도 무방하다.

상기 제거곤란전위 제거공정에 있어서, 실리콘 단결정을 성장축에 대해 비대칭으로 가열하여 상기 고액계면상태의 요동을 증대시켜도 무방하다.

상기 제거곤란전위 제거공정에 있어서, 실리콘 융액과 실리콘 단결정과의 고액계면을 성장축에 대하여 비대칭이 되도록 온도분포를 형성하여 제거곤란전위의 신장방향을 결정성장방향으로부터 이동시켜도 무방하다.

상기 제거곤란전위 제거공정에 있어서, 실리콘 단결정을 성장축에 대하여 비대칭으로 가열하여 상기 고액계면을 성장축에 대하여 비대칭으로 하여도 무방하다.

본 발명의 실리콘 단결정의 제조방법은, 상기 제거곤란전위 제거공정에 있어서, 상기 침지공정에서 발생된 전위를 결정 인상에 따라 외부방향으로 신장시키거나 루프형상으로 쌍소멸시켜 제거하는 전위 제거부를 형성하는 동시에, 이하의 공정을 갖는다. 상기 제거곤란전위 제거공정 후에 필요한 직립몸체부 지름치수까지 지름을 확대시키는 숄더부를 인상하는 지름확대공정. 상기 전위 제거부에 고에너지 방사광을 조사하여 상기 전위 제거부 내에 있어서의 전위의 3차원적 거동인 전위거동정보를 검출하는 전위거동정보 취득공정. 상기 전위거동정보에 근거하여, 전위가 제거되어 있음을 판단하는 무전위화 판단공정. 상기 무전위화 판단공정에 있어서의 무전위화의 판단에 근거하여, 무전위화 실시 인상조건을 결정하는 인상조건 설정공정.

본 발명의 실리콘 단결정의 제조방법은, 상기 제거곤란전위 제거공정에 있어서, 상기 침지공정에서 발생된 전위를 결정인상에 따라 외부방향으로 신장시키거나 루프형상으로 쌍소멸시켜 제거하는 전위 제거부를 형성하는 동시에, 이하의 공정을 갖는다. 상기 제거곤란전위 제거공정 후에 필요한 직립몸체부 지름치수까지 지름을 확대하는 숄더부를 인상하는 지름확대공정. 상기 전위 제거부에 고에너지 방사광을 조사하여 상기 전위 제거부 내에 있어서의 전위의 3차원적 거동인 전위거동정보를 검출하는 전위거동정보 취득공정. 상기 전위거동정보에 근거하여, 전위가 제거되어 있음을 판단하는 무전위화 판단공정. 그리고, 상기 무전위화 판단공정에 있어서의 무전위화의 판단에 근거하여, 상기 지름확대공정을 개시한다.

상기 실리콘 단결정 제조방법에 있어서, 상기 고에너지 방사광이, 40keV~70keV의 에너지가 되고, 회전 수 0.1~30rpm의 회전상태로서 전위 제거부에 조사되어도 무방하다.

본 발명의 실리콘 단결정은, 상기 중 어느 하나에 기재된 제조방법에 의해 제조된다.

본 발명의 실리콘 웨이퍼는, 상기의 실리콘 단결정으로 제조된다.

본 발명의 실리콘 단결정의 제조방법은, 실리콘 단결정을 CZ법에 의해 인상하는 실리콘 단결정의 제조방법에 있어서, 상기한 바와 같이, 침지공정과, 직립몸체공정과, 제거곤란전위 제거공정을 갖는다. 이로써, 종래 어떻게 하면 제거할 수 있을지 알지 못했던 제거곤란전위(축형상 전위)를 처음으로 제거가능하게 되었다.

상기 제거곤란전위 제거공정에 있어서, 축형상 전위의 신장방향을 결정성장방향으로부터 이동시킴으로써, 숄더부를 인상하는 지름확대공정보다 전에 축형상 전위를 제거할 수 있다. 이 때문에, 축형상 전위로서 직립몸체부까지 연장되는 전위가 존재하지 않는 실리콘 단결정을 인상할 수 있게 된다. 따라서 축형상 전위가 없는 실리콘 단결정의 직립몸체부로부터, 축형상 전위가 존재하지 않는 웨이퍼를 제조할 수 있게 된다.

상기 제거곤란전위 제거공정에 있어서, 전위를 결정인상에 따라서 외부방향으로 신장시키거나 루프형상으로 쌍소멸시켜 제거한다. 즉, 전위를 결정성장방향과 다른 방향이 되는 미끄럼면으로 이동시킨다. 그리고, 전위를 외부로 빠져 나오게 하거나 또는 다른 전위와 쌍소멸시킬 수 있게 된다. 이로써, 축형상 전위의 발생을 방지할 수가 있다. 이 때문에, 축형상 전위로서 직립몸체부까지 연장되는 전위가 존재하지 않는 단결정을 실리콘 융액으로부터 인상할 수 있게 된다. 이로써, 종래, 단결정화되어 있다고 판단되었으나, 실제로는 축형상 전위가 존재하고 있는 불완전한 결정을 배제하여, 축형상 전위가 존재하지 않는 실리콘 단결정을 인상할 수 있게 된다.

상기 제거곤란전위 제거공정에 있어서, 실리콘 융액과 실리콘 단결정과의 고액계면형상을 융액표면으로부터 변형시켜 제거곤란전위의 신장방향을 결정성장방향으로부터 이동시킬 수 있다.

전위의 신장은, 미끄럼면인 {111}이 아니라, 먼저 결정육성면과 수직으로 결정이 성장하므로 그 방향으로 이동한다. 즉, 도 16의 (a)에 나타낸 바와 같이, 실리콘 융액(3)과 성장 단결정(6) 사이의 고액계면(K)에 있어서, 전위(j)를 접점으로 하는 접평면의 법선방향으로 신장한다. 고액계면(K)이 액면(30)과 평행, 즉, 고액계면(K)이 평면상태인 경우, 도 16의 (a)에 나타낸 바와 같이, 전위(j)는 융액(3) 내에 화살표로 나타내는 방향으로 신장되어 간다. 따라서, 도면에 상하방향으로 나타내는 축방향(결정성장방향)의 전위(j)는 결정성장방향으로 신장된다. 전위(j)가 그대로 결정성장방향으로 신장되면, 전위(j)의 위치는 실리콘 단결정의 지름확대부에서 지름방향으로 변화되지만, 소거되지는 않는다. 따라서, 결정성장방향으로 신장되는 전위(j)는, 직립몸체부에 있어서도 결정성장방향으로 연장되도록 존재하는 축형상 전위가 되는 경우가 있다.

실리콘 융액과 실리콘 단결정과의 고액계면형상을 융액표면으로부터 변형시킨다는 것은, 도 16의 (b)에 나타낸 바와 같이, 실리콘 융액(3)과 성장한 실리콘 단결정(6) 사이의 고액계면(K1)을 하방으로 볼록한 형상으로 하는 것을 포함한다. 또한, 도 16의 (c)에 나타낸 바와 같이, 실리콘 융액(3)과 성장한 실리콘 단결정(6) 사이의 고액계면(K2)을 상방으로 볼록한 형상으로 하는 것을 포함한다.

이로써, 전위(j)는, 결정 인상에 따라, 도 16의 (b)에 나타낸 바와 같이, 고액계면(K1)에 있어서, 전위(j)를 접점으로 하는 접평면의 법선방향으로 신장된다. 또한, 전위(j)는, 결정 인상에 따라, 도 16의 (c)에 나타낸 바와 같이, 고액계면(K2)에 있어서, 전위(j)를 접점으로 하는 접평면의 법선방향으로 신장된다.

따라서, 전위(j)는, 결정 인상에 따라, 도 16의 (b)에 나타낸 바와 같이, 각각 실리콘 단결정의 외부방향으로 신장된다. 또는, 도 16의 (c)에 나타낸 바와 같이, 복수의 전위(j)가 실리콘 단결정의 중심축방향으로 모인다. 그 결과, 전위(j)를 실리콘 단결정의 외부로 빠져나오게 하거나, 또는 다른 전위와 쌍소멸시켜 제거할 수 있게 된다. 따라서, 전위(j)가 축형상 전위, 즉 제거곤란전위가 되는 것을 방지할 수 있다.

고액계면형상과 전위가 전파되는 방향의 관계는 다음과 같이 정리된다.

(a) 계면형상이 플랫(flat)일 때 전위는 수직방향(실리콘 단결정의 중심축방향, 연직방향)으로 신장

(b) 계면형상이 하방으로 볼록할 때 전위는 실리콘 단결정의 외주를 향해 신장

(c) 계면형상이 상방으로 볼록할 때 전위는 실리콘 단결정의 내부를 향해 신장

이들 고액계면형상은 인상 속도에 의해 제어할 수 있다. 즉, 인상 속도를 크게 하면 계면의 형상은 상방으로 볼록하게 된다. 또한, 인상 속도를 작게 하면, 계면의 형상은 하방으로 볼록하게 된다. 또한, 인가하는 자기장의 크기, 도가니의 회전속도, 결정의 회전속도 등을 변화시킴으로써, 보다 정밀한 제어를 실시할 수 있다.

또한, 인상 속도의 변화에 따라, 결정의 직경이 변동되는 경우가 있다. 전위를 제거하여 축형상 전위의 발생을 방지하기 위해, 인상 속도를 작게 하였을 때, 전위가 결정의 외부방향으로 빠져 나와 제거할 수 있어, 축형상 전위의 발생을 방지할 수 있다. 이 경우, 인상되는 결정의 유지가 가능할 정도로 직경이 작아지는 것은 문제없다. 또한, 인상 속도를 크게 했을 때, 전위가 중심방향을 향해 쌍소멸하여 제거가능하거나 그대로 외부로 빠져 나와 제거가능하여, 축형상 전위의 발생을 방지할 수 있다. 이 경우, 원료를 낭비하지 않는 정도로 지름을 확대하는 것은 문제가 없다. 이 때문에, 실리콘 단결정의 직립몸체부의 인상에 대한 영향이 없다면, 결정 직경의 변동 범위는 특별히 한정되지 않는다.

또한, 인상 속도의 변화에 따라, 실리콘 단결정의 인상방향(축방향)으로부터 전위의 신장방향이 어긋나는 것도, 전위를 제거하기 위해서는 바람직하다.

상기 제거곤란전위 제거공정에 있어서, 실리콘 융액과 실리콘 단결정과의 고액계면의 접평면이 융액표면과 평행이 되는 부분을 중심위치로부터 변동시켜 제거곤란전위의 신장방향을 결정성장방향으로부터 이동시킬 수 있다. 도 16의 (b)에 나타내는 하방으로 볼록한 형상이 된 고액계면(K1) 및 도 16의 (c)에 나타내는 상방으로 볼록한 형상이 된 고액계면(K2)은 모두, 결정중심을 회전축으로 하는 회전대칭 형상이다. 따라서, 실리콘 단결정의 중심축의 축선에 대하여 축대칭인 형상이다. 전위는, 실리콘 단결정의 중심축선과 일치하여 진행되는 경우가 있다. 즉, 결정 중심에 전위가 존재하는 경우가 있다. 이러한 경우에는, 상기한 바와 같이, 고액계면형상의 볼록형상의 정도를 아무리 변화시켜도, 결정 중심의 전위는 신장방향이 중심축방향으로부터 변화되지 않는 것으로 생각된다.

실리콘 융액과 실리콘 단결정과의 고액계면의 접평면이 융액표면과 평행이 되는 부분을 중심위치로부터 변동시킨다는 것은, 다음의 내용을 포함한다. 도 17의 (a)에 나타낸 바와 같이, 실리콘 융액(3)과 성장 단결정(6) 사이의 고액계면(K3)을 하방으로 볼록하게 한다. 또한, 접평면의 법선이 연직방향, 즉 결정 중심축방향이 되는 부분(Kd)을 결정 중심위치인 Kc로부터 이격시킨 위치가 되도록, 고액계면(K3) 형상을 축대칭이 아니도록 변동시키는 것이다. 또는, 도 17의 (b)에 나타낸 바와 같이, 실리콘 융액(3)과 성장 단결정(6) 사이의 고액계면(K4)을 상방으로 볼록하게 한다. 또한, 접평면의 법선이 연직방향, 즉 결정 중심축방향이 되는 부분(Kd)을 결정 중심위치인 Kc로부터 이격시킨 위치가 되도록, 고액계면(K3) 형상을 축대칭이 아니도록 변동시키는 것이다.

도 17의 (a)에 나타내는 고액계면(K3), 또는 도 17의 (b)에 나타내는 고액계면(K4)의 형상을 축대칭으로부터 어긋나게 하는 제어는, 이하의 조작을 포함한다. 실리콘 융액(3)과 성장 결정(6)의 회전 비를 제로(Zero), 즉, 융액에 대한 결정 회전을 정지하는 것. 인상중에 인가하고 있는 자기장을 정지하는 것. 성장한 결정의 온도분포가 결정의 중심축에 대칭이 되지 않도록 왜곡시키는 것. 실리콘 융액의 상태를 결정의 중심축에 대칭인 결정의 성장에 적합한 상태로부터 변화시키는 것.

융액에 대한 결정의 회전을 저감시키거나 정지시킴으로써, 실리콘 융액의 대류의 분포가 결정의 중심축에 축대칭되어 있는 상태로부터 요동을 발생시킨다. 그리고, 대류의 분포의 대칭성이 깨져 결정 성장은 축대칭이 되지 않게 된다. 그 결과, 예컨대, 실리콘 단결정이 균등한 직경을 갖지 않게 되지만, 결정은 성장한다. 즉, 고액계면에 있어서, 실리콘 단결정의 중심축에 축대칭인 온도분포가 깨진다. 그리고, 고액계면의 접평면의 법선이 연직방향, 즉 결정의 중심축방향이 되는 부분을, 결정의 중심으로부터 이격된 위치로 이동시킬 수 있다.

인상중에 인가되고 있는 자기장을 정지시킴으로써, 실리콘 융액 내의 대류가 자기장에 의해 제어된 상태로부터 요동을 발생시킨다. 그리고, 결정의 성장이 결정의 중심축에 축대칭되지 않게 된다. 그 결과, 균등한 지름치수를 갖지 않게 되지만, 결정은 성장한다. 즉, 고액계면에 있어서, 실리콘 단결정의 중심축에 축대칭된 온도분포가 깨진다. 그리고, 고액계면의 접평면의 법선이 연직방향, 즉 결정의 중심축방향이 되는 부분을, 결정의 중심으로부터 이격된 위치로 이동시킬 수 있다.

결정에 축대칭이 아닌 온도분포를 형성하기 위해서는, 성장한 결정의 치우친 부분(직경방향의 일부)만 가열 및 냉각, 혹은 가열 또는 냉각한다. 구체적으로는, 회전하고 있는 결정에 고액계면 부근의 특정 부분에만 레이저 광을 조사하여 그 부분을 가열한다. 또한, 실리콘 단결정을 인상하는 로 내에 있어서, 결정의 직경방향으로 가스 흐름을 실리콘 융액의 표면부근에 공급하여, 결정의 한 쪽만 냉각되도록 한다. 결정의 일부분의 가열 혹은 냉각을 수행하는 온도조절수단은, 다음과 같은 구성을 이용할 수 있다. 온도조절수단이 결정의 회전에 추종하여 회전하는 구성. 결정의 회전에 추종하여 ON-OFF의 전환이 가능한 구성. 레이저를 조사하는 위치 혹은 냉각 가스를 분출하는 위치를 회전시켜 조절가능한 구성. 이러한 온도조절수단은, 고정된 위치에 설치되어도 무방하다.

온도조절수단은, 결정의 일부분에 실리콘 융액으로부터의 열차폐를 수행하지 않도록 하여, 결정 내에 축대칭이 아닌 온도분포를 형성하여도 무방하다. 예컨대, 실리콘 단결정을 인상하는 로 내에 설치되어, 실리콘 융액으로부터 결정으로 방사되는 열을 저감시키는 열차폐체의 하단부 부근에, 결정과 동기하여 회전하는 컷아웃을 형성하여도 무방하다. 구체적으로는, 열차폐체의 하단부에 개폐가능한 컷아웃을 형성하고, 열차폐체를 결정의 회전과 동기하여 회전시키는 회전수단을 설치한 인상장치를 이용하여도 무방하다.

실리콘 융액의 상태를 실리콘 단결정의 중심축에 축대칭인 결정 성장에 적합한 상태로부터 변화시키기 위해서는, 실리콘 융액을 저류하는 석영 유리 도가니에 대한 가열을 축대칭으로부터 어긋난 상태로 하는 것이 고려된다. 예컨대, 회전하고 있는 도가니에 추종하여 가열하는 위치를 회전시켜도 무방하다.

또한, 석영 유리 도가니의 일부분, 예컨대 내벽의 둘레방향으로 1/4 정도의 범위의 상태를 그 이외의 부분과 다르게 하여, 실리콘 융액의 탕면(액면)의 진동 원인이라 생각되는 돌비(突沸 ; bumping)의 발생율을 높게 하여도 무방하다. 구체적으로는, 도가니 상단으로부터 10cm의 범위 내이며, 둘레방향의 1/4 정도의 범위 내의 내벽에 있어서, 표면으로부터 0.5mm~1mm의 깊이(두께 위치)에 있어서의 기포함유율을 그 이외 범위의 부분의 내벽 표면의 기포함유율보다 30% 정도(25~35%) 많게 하여도 무방하다.

상기 이외에도, 인상 속도, 인가하는 자기장의 강도, 도가니의 회전속도, 결정의 회전속도, 결정 및 실리콘 융액의 가열상태, 등의 파라미터를 변화시킴으로써 고액계면의 형상(상태)을 축대칭으로부터 어긋나게 하는 방법이라면, 어떠한 방법이어도 이용가능하다.

상기 제거곤란전위 제거공정에 있어서, 실리콘 융액과 실리콘 단결정의 고액계면상태의 요동을 증대시켜 제거곤란전위의 신장방향을 결정성장방향으로부터 이동시켜도 무방하다. 이러한 고액계면의 요동은, 상술한 바와 같이, 각종 수단에 의해 전위의 성장방향을 결정의 성장방향으로부터 어긋나게 하도록 작용한다. 그리고, 전위를 결정 외부로 빠져 나오도록 하여 소멸시키거나, 또는 서로 쌍소멸시켜, 축형상 전위의 형성을 방지할 수 있다.

상기 제거곤란전위 제거공정에 있어서, 실리콘 융액에 대한 실리콘 단결정의 회전을 저감시켜 상기 고액계면상태의 요동을 증대시켜도 무방하다.

상기 제거곤란전위 제거공정에 있어서, 실리콘 융액에 인가하는 자기장 강도를 저감시켜 상기 고액계면상태의 요동을 증대시켜도 무방하다.

상기 제거곤란전위 제거공정에 있어서, 실리콘 융액을 저류하는 석영 유리 도가니에 기인하여 발생하는 탕면 진동에 의해 상기 고액계면상태의 요동을 증대시켜도 무방하다.

상기 제거곤란전위 제거공정에 있어서, 실리콘 단결정을 성장축에 대해 비대칭으로 가열하여 상기 고액계면상태의 요동을 증대시켜도 무방하다.

상기 제거곤란전위 제거공정에 있어서, 실리콘 융액과 실리콘 단결정과의 고액계면을 성장축에 대해 비대칭이 되도록 온도분포를 형성하여 제거곤란전위의 신장방향을 결정성장방향으로부터 이동시켜도 무방하다.

상기 제거곤란전위 제거공정에 있어서, 실리콘 단결정을 성장축에 대해 비대칭으로 가열하여 상기 고액계면을 성장축에 대하여 비대칭으로 하여도 무방하다.

본 발명의 실리콘 단결정의 제조방법은, 상기 제거곤란전위 제거공정에 있어서, 상기 침지공정에서 발생한 전위를 결정 인상에 따라 외부방향으로 신장시키거나 루프형상으로 쌍소멸시켜 제거하는 전위 제거부를 형성하는 동시에, 이하의 공정을 갖는다.

상기 제거곤란전위 제거공정 후에 필요한 직립몸체부 지름치수까지 지름을 확대하는 숄더부를 인상하는 지름확대공정. 상기 전위 제거부에 고에너지 방사광을 조사하여 상기 전위 제거부 내에 있어서의 전위의 3차원적 거동인 전위거동정보를 검출하는 전위거동정보 취득공정. 상기 전위거동정보에 근거하여, 전위가 제거되어 있음을 판단하는 무전위화 판단공정. 상기 무전위화 판단공정에 있어서의 무전위화의 판단에 근거하여, 무전위화 실시 인상조건을 결정하는 인상조건 설정공정.

이로써, 종래 그 거동이 해명되지 않았던 전위의 거동을 밝힐 수가 있다. 또한, 이러한 전위를 전위 제거부(무전위화부)의 성장에 따라 외측으로 빠져 나오도록 소멸시킬 수 있다. 혹은, 전위를 루프로 하여 소멸시켜 무전위화한 다음, 실리콘 단결정의 직경을 확대하는 인상조건을 용이하게 구할 수 있다.

이때, 무전위화 판단공정에 있어서, 취득된 정보로부터 전위상태를 판단한다. 이 때문에, 전위 제거부(무전위화부) 내에서의 전위의 거동을 정확하게 파악할 수 있다. 이로써, 종래에는 몰랐던 루프의 발생에 의한 전위 제거를 유효하게 이용할 수가 있다. 이 때문에, 종래에는 네크부라 부르던 무전위화부의 직경을 필요 이상으로 작게 할 필요가 없게 된다. 이로써, 실리콘 융액으로부터 인상되는 결정의 중량이 증가하여도, 무전위화부에 의해 하중을 지지할 수 있게 된다. 따라서, 종래보다 직경이 큰 실리콘 단결정을 실리콘 융액으로부터 인상할 수 있다. 또한, 종래에는 침지공정 등에 관한 불필요한 수순을 수행함에 따라 제조 시간의 장시간화 및 작업 공정의 증대가 초래되어 왔다. 그러나, 상기의 방법에 따르면, 제조 시간의 장시간화 및 작업 공정의 증대를 초래하지 않으면서, 축형상 전위를 갖지 않는 무전위 상태이며 직경이 450mm 정도인 대중량의 실리콘 단결정을 인상할 수 있게 된다.

본 발명의 실리콘 단결정의 제조방법은, 상기 제거곤란전위 제거공정에 있어서, 상기 침지공정에서 발생한 전위를 결정 인상에 따라 외부방향으로 신장시키거나 루프형상으로 쌍소멸시켜 제거하는 전위 제거부를 형성하는 동시에, 이하의 공정을 갖는다. 상기 제거곤란전위 제거공정 후에 필요한 직립몸체부 지름치수까지 지름을 확대하는 숄더부를 인상하는 지름확대공정. 상기 전위 제거부에 고에너지 방사광을 조사하여 상기 전위 제거부 내에 있어서의 전위의 3차원적 거동인 전위거동정보를 검출하는 전위거동정보 취득공정. 상기 전위거동정보에 근거하여, 전위가 제거되어 있음을 판단하는 무전위화 판단공정. 그리고, 상기 무전위화 판단공정에 있어서의 무전위화의 판단에 근거하여, 상기 지름확대공정을 개시한다.

이로써, 종래 불가능했던 비파괴검사에 의해 인상시에 발생된 전위의 거동을 실시간으로 관측할 수 있게 된다. 이 때문에, 전위 제거부(무전위화부)에 있어서 전위가 제거(무전위화)되었음을 확인한 후에, 숄더부(지름확대부) 및 직립몸체부의 인상을 수행할 수 있게 된다. 이 때문에, 전위가 제거되어, 축형상 전위를 갖지 않는 무전위 결정을 안전하고도 용이하게 인상할 수가 있다.

상기 실리콘 단결정 제조방법에 있어서, 상기 고에너지 방사광이 40keV~70keV의 에너지가 되어도 무방하다.

이러한 에너지를 갖는 고에너지 방사광에 의해, 무전위 결정의 육성에 필요한 전위의 상태 정보를 충분히 취득할 수가 있다.

또한, 상기 고에너지 방사광이, 회전 수 0.1~30rpm의 회전상태로서 전위 제거부에 조사되어도 무방하다.

이로써, 전위의 3차원 정보를 취득할 수 있다. 또 비파괴로 정보를 취득가능하게 할 수 있게 된다.

여기서, 고에너지 방사광이 회전상태로 조사된다는 것은, 다음의 내용을 포함한다. 전위 제거부(무전위화부)가 결정성장방향의 중심축을 회전 중심축으로 하여 회전하고, 이 무전위화부에 고에너지 방사광을 조사하는 것. 혹은, 고에너지 방사광의 조사원과 무전위화부가 상기의 회전에 필적하는 상대운동상태에서, 전위의 정보를 취득하기 위한 고에너지 방사광의 조사가 수행되는 것.

CZ법에 의한 실리콘 단결정의 인상 초기 단계에서는, 침지공정, 네크공정 및 숄더부 형성공정이 실시된다. 침지공정에서는, 종결정을 회전시키면서 하강시켜, 그 선단부를 실리콘 용융액의 표면에 침지시킨다. 종결정의 선단부를 실리콘 융액에 침지한 후, 종결정의 하강을 정지한다. 그리고, 실리콘 용융액과 종결정을 충분히 융화시킨다.

통상적으로, 종결정을 실리콘 융액에 접촉시킬 때, 이들의 계면에는 실리콘 융액의 표면장력에 의해 메니스커스가 형성된다. 그런데, 결정의 원료를 융해한 직후의 용융액의 온도는 국부적인 온도변동이 크다. 또한, 융액 전체로서, 온도의 편차가 현저히 큰 불안정한 상태가 된다.

이 때문에, 침지공정은, 결정의 원료를 융해하고 소정 시간 경과한 후에 실시된다. 이때, 종결정을 실리콘 융액에 접촉시켰을 때의 액면의 온도가 지나치게 높을 경우에는, 종결정의 선단부가 녹아 용융액으로부터 분리된다. 반대로, 실리콘 융액의 액면의 온도가 지나치게 낮을 경우에는, 종결정의 선단부 주위에 결정이 성장한다. 그러면, 융액의 표면에서 결정이 종결정의 주위로 뻗어 나온 상태가 된다. 이러한 상태에서 침지공정으로부터 네크공정으로 이행하면, 네크부에 새로운 전위를 발생시킨다.

이 때문에, 침지공정으로부터 네크공정으로 이행할 때에는, 용융액 온도가 안정되어 있을 필요가 있다. 이 때문에, 종결정의 선단부를 실리콘 융액에 침지시키고, 종결정과 실리콘 융액을 충분히 융화시켜, 실리콘 융액의 온도가 안정되었음을 확인한 후, 침지공정으로부터 네크공정으로 이행한다.

즉, 종결정과 실리콘 융액을 융화시키는 것은, 이하의 내용을 포함한다. 종결정을 실리콘 융액에 접촉시켰을 때의 이들의 계면의 형상을 관찰함으로써 실리콘 융액의 표면(액면)의 온도를 추정하는 것. 추정한 액면의 온도에 근거하여 히터의 전력을 제어함으로써 실리콘 융액으로의 입열량을 조정하는 것.

바꿔 말하면, 종결정과 실리콘 융액을 융화시키는 것은, 이하의 조작을 포함하는 것이다. 종결정의 성장속도가 0(제로)인 상태에 있어서, 종결정의 선단부 주위에 소정 형상의 메니스커스가 형성되도록, 히터 세기를 조정하여 융액표면온도를 조정해 안정화시키는 조작. 한편, 메니스커스는 종결정과 실리콘 융액을 융화시킬 때에만 형성되는 것은 아니다. 메니스커스는 종결정과 실리콘 융액을 융화시키는 공정에 이어지는 네크공정 등의 결정의 성장시에도 결정과 융액의 계면에 형성된다.

CZ법 또는 ＭCZ법에 관계없이, 침지공정에서 종결정을 융액에 융화시키고, 네크공정에서 소정 길이의 네크부를 형성한 후, 형성된 네크부를 다시 용융액에 융화시키며 계속해서 네크부를 형성한다. 이로써, 네크부로부터 전위를 제거하는 무전위화에 필요한 네크부의 길이를 짧게 할 수 있으며, 무전위화율을 향상시킬 수가 있다.

(1) CZ법을 이용하는 경우, 우선, 도가니 내의 결정의 원료를 융해시키고, 종결정을 도가니 내에 보유되는 용융액에 침지시켜 종결정을 융화시킨다. 그 후, 종결정을 인상하여 네크부를 형성하는 네크공정을 실시한다. 이어서, 단결정의 숄더부 및 바디(body)부를 형성한다. 이러한 실리콘 단결정의 제조방법에 있어서, 상기 네크공정에서 소정 길이의 네크부를 형성한 후, 해당 네크부를 용융액에 융화시키고, 계속해서 네크부를 형성하는 경우가 있다.

(2) MCZ법을 이용하는 경우, 우선, 도가니 내의 결정의 원료를 융해시키고, 종결정을 도가니 내에 보유되는 용융액에 침지시켜 종결정을 융화시킨다. 그 후, 종결정을 인상하여 네크부를 형성하는 네크공정을 실시한다. 이어서, 단결정의 숄더부 및 바디부를 형성한다. 이러한 단결정 제조방법에 있어서, 상기 네크공정에서 소정 길이의 네크부를 형성한 후, 해당 네크부를 용융액에 융화시키고, 계속해서 네크부를 형성하는 경우가 있다.

MCZ법을 적용할 경우에는, 용융액에 인가하는 횡 자기장을 2000G~4000G의 범위로 하여도 무방하다.

(3) 상기 (1) 또는 (2)의 실리콘 단결정의 제조에서는, 네크공정에 있어서 최초로 형성되는 네크부의 길이를 20mm 이상으로 하여도 무방하다. 또한, 상기 네크공정에 있어서, 네크부를 형성할 때의 용융액의 온도보다 높은 온도로 상승시킨 후, 해당 네크부를 용융액에 융화시키도록 하여도 무방하다. 더욱이, 도가니 내의 결정의 원료를 융해시키는 히터의 온도를 계측(측온(測溫))하고, 해당 온도계측 결과에 근거하여 히터의 온도를 제어함으로써 용융액의 온도를 조정하여도 무방하다.

상기한, 종결정을 용융액(실리콘 융액)에 융화시키는 것, 그리고 네크부를 용융액에 융화시키는 것은, 결정을 용융액에 접촉시켰을 때의 접촉 계면의 메니스커스 형상, 예컨대, 정벽선의 돌출을 관찰하는 것을 포함한다. 즉, 용융액 표면의 온도를 추정하고, 이것에 근거하여 히터 세기(전력)를 제어하여 용융액으로의 입열량을 조정함으로써, 용융액 표면의 온도를 안정화시키는 조작을 포함한다.

이와 같이, 종결정 및 네크부를 용융액에 융화시키면, 전위를 제거하기가 용이해진다. 그러나, 종결정 및 네크부를 용융액에 융화시키지 않는 경우에도, 본원발명에서의 상기 조건 중 어느 하나의 제조방법에 있어서는, 축형상 전위가 없는 직립몸체부를 제조할 수 있게 된다.

본 발명의 실리콘 단결정은, 상기 중 어느 하나에 기재된 제조방법에 의해 제조된다.

본 발명의 실리콘 웨이퍼는, 상기의 실리콘 단결정으로 제조된다.

본 발명의 실리콘 단결정의 제조방법은, 실리콘 단결정을 CZ법에 의해 인상하는 실리콘 단결정의 제조방법에 있어서, 이하의 공정을 포함한다. 실리콘 융액에 종결정을 접촉시켜 인상을 개시하는 침지공정. 침지공정에서 발생한 전위를 결정 인상에 따라 외부방향으로 신장시키거나 루프형상으로 쌍소멸시켜 제거하는 전위 제거부를 형성하는 전위 제거 공정. 필요한 지름치수까지 지름을 확대하는 숄더부를 인상하는 지름확대공정. 직립몸체부를 인상하는 직립몸체공정. 상기 전위 제거부에 고에너지 방사광을 조사하여 상기 전위 제거부 내에 있어서의 전위의 3차원적 거동인 전위거동정보를 검출하는 전위거동정보 취득공정. 상기 전위거동정보에 근거하여, 전위가 제거되어 있음을 판단하는 무전위화 판단공정. 상기 무전위화 판단공정에 있어서의 무전위화의 판단에 근거하여, 무전위화 실시 인상조건을 결정하는 인상조건 설정공정. 이로써, 상기의 과제를 해결하였다.

본 발명의 실리콘 단결정의 제조방법은, 실리콘 단결정을 CZ법에 의해 인상하는 실리콘 단결정의 제조방법에 있어서, 이하의 공정을 포함한다. 실리콘 융액에 종결정을 접촉시켜 인상을 개시하는 침지공정. 침지공정에서 발생한 전위를 결정 인상에 따라 외부방향으로 신장시키거나 루프형상으로 쌍소멸시켜 제거하는 전위 제거부를 형성하는 전위 제거 공정. 필요한 지름치수까지 지름을 확대하는 숄더부를 인상하는 지름확대공정. 직립몸체부를 인상하는 직립몸체공정. 상기 전위 제거부에 고에너지 방사광을 조사하여 상기 전위 제거부 내에 있어서의 전위의 3차원적 거동인 전위거동정보를 검출하는 전위거동정보 취득공정. 상기 전위거동정보에 근거하여, 전위가 제거되어 있음을 판단하는 무전위화 판단공정.

상기 무전위화 판단공정에 있어서의 무전위화의 판단에 근거하여, 상기 지름확대공정을 개시하여도 무방하다.

상기 실리콘 단결정 제조방법에 있어서, 상기 고에너지 방사광이, 40keV~70keV의 에너지가 되고, 회전 수 0.1~30rpm의 회전상태로서 전위 제거부에 조사되어도 무방하다.

본 발명의 실리콘 단결정의 제조방법은, 실리콘 단결정을 CZ법에 의해 인상하는 실리콘 단결정의 제조방법에 있어서, 이하의 공정을 포함한다. 실리콘 융액에 종결정을 접촉시켜 인상을 개시하는 침지공정. 침지공정에서 발생한 전위를 결정 인상에 따라 외부방향으로 신장시키거나 루프형상으로 쌍소멸시켜 제거하는 전위 제거부를 형성하는 전위 제거 공정. 필요한 지름치수까지 지름확대하는 숄더부를 인상하는 지름확대공정. 직립몸체부를 인상하는 직립몸체공정. 상기 전위 제거부에 고에너지 방사광을 조사하여 상기 전위 제거부 내에 있어서의 전위의 3차원적 거동인 전위거동정보를 검출하는 전위거동정보 취득공정. 상기 전위거동정보에 근거하여, 전위가 제거되어 있음을 판단하는 무전위화 판단공정. 상기 무전위화 판단공정에 있어서의 무전위화의 판단에 근거하여, 무전위화 실시 인상조건을 결정하는 인상조건 설정공정.

이로써, 종래 그 거동이 해명되지 않았던 전위의 거동을 밝힐 수가 있다. 그리고, 상기 전위를 전위 제거부(무전위화부)의 성장에 따라 외측으로 빠져 나오도록 소멸시키거나, 혹은 루프로서 소멸시킬 수 있다. 이로써, 무전위화부를, 축형상 전위를 갖지 않는 무전위화된 상태로 할 수 있다. 그리고, 무전위화부를 무전위화한 후, 실리콘 단결정의 직경을 확대(지름확대)시킬 때의 인상조건을 용이하게 구할 수 있게 된다.

무전위화 판단공정에 있어서는, 그 전의 공정에서 취득된 정보로부터 전위 상태를 판단한다. 이 때문에, 전위 제거부(무전위화부) 내부의 전위의 거동을 정확하게 파악할 수가 있다. 이 때문에 종전에는 몰랐던 루프의 발생에 의한 전위의 제거를 유효하게 이용할 수가 있다. 그리고, 실리콘 단결정의 직경을 작게 한다는 점에서, 종래에는 네크부라 일컬어지던 무전위화부의 직경을, 종래보다 크게 할 수 있다. 따라서, 실리콘 융액으로부터 인상하는 결정의 중량이 커져도, 무전위화부에 의해 실리콘 단결정을 지지하여, 대직경의 실리콘 단결정을 인상할 수 있다. 따라서, 제조 시간의 장시간화 및 작업 공정의 증대를 초래하는 침지공정 등에 관한 불필요한 수순을 생략할 수 있다. 그리고, 축형상 전위를 갖지 않는 무전위 상태에서 450mm 정도의 직경을 갖는 대중량의 실리콘 단결정을 인상할 수 있게 된다.

본 발명의 실리콘 단결정의 제조방법은, 실리콘 단결정을 CZ법에 의해 인상하는 실리콘 단결정의 제조방법에 있어서, 이하의 공정을 포함한다. 실리콘 융액에 종결정을 접촉시켜 인상을 개시하는 침지공정. 침지공정에서 발생한 전위를 결정 인상에 따라 외부방향으로 신장시키거나 루프형상으로 쌍소멸시켜 제거하는 전위 제거부를 형성하는 전위 제거 공정. 필요한 지름치수까지 지름확대하는 숄더부를 인상하는 지름확대공정. 직립몸체부를 인상하는 직립몸체공정. 상기 전위 제거부에 고에너지 방사광을 조사하여 상기 전위 제거부 내에 있어서의 전위의 3차원적 거동인 전위거동정보를 검출하는 전위거동정보 취득공정. 상기 전위거동정보에 근거하여, 전위가 제거되어 있음을 판단하는 무전위화 판단공정. 그리고, 상기 무전위화 판단공정에 있어서의 무전위화의 판단에 근거하여, 상기 지름확대공정을 개시한다.

이로써, 종래 불가능했던 비파괴검사에 의해 인상시에 발생한 전위의 거동을 실시간으로 관측할 수 있게 된다. 이 때문에, 전위 제거부(무전위화부)의 전위가 제거되어 무전위화되었음을 확인한 후에, 실리콘 단결정을 인상하여, 숄더부(지름확대부) 및 직립몸체부를 형성할 수 있다. 이 때문에, 숄더부 및 직립몸체부에 축형상 전위가 없는 무전위의 결정을 안전하고도 용이하게 인상할 수가 있다.

상기의 실리콘 단결정 제조방법에 있어서, 상기 고에너지 방사광이, 40keV~70keV의 에너지여도 무방하다.

이로써, 고에너지 방사광이, 무전위 결정 육성에 필요한 전위 상태의 정보를 취득하기 위해 충분한 에너지를 갖는다.

또한, 상기 고에너지 방사광이, 회전 수 0.1~30rpm의 회전 상태로서 전위 제거부에 조사되어도 무방하다.

이로써, 전위의 3차원 정보를 취득할 수 있다. 또 비파괴로 전위의 3차원 정보를 취득할 수 있다.

여기서, 고에너지 방사광이 회전 상태로 조사된다는 것은, 다음의 내용을 포함한다. 전위 제거부(무전위화부)가 결정이 성장하는 방향의 중심축을 회전 중심축으로 하여 회전하며, 상기 전위 제거부에 고에너지 방사광을 조사하는 것. 고에너지 방사광의 조사원(源)과 전위 제거부가 이것에 필적하는 상대운동상태에서, 전위 정보를 취득하기 위한 고에너지 방사광의 조사가 수행되는 것.

본 발명에 따르면, 종래 그 거동이 해명되지 않았던 제거곤란전위의 거동을 밝힐 수가 있다. 또한, 상기 전위를 전위 제거부의 성장에 따라 외측으로 빠져 나오도록 소멸시킬 수 있다. 혹은, 전위를 루프로서 소멸시킬 수 있다.

이와 같이 전위를 소멸시킴으로써, 무전위화부를 무전위화한 후에 실리콘 단결정을 인상하고 직경을 확대하여, 직립몸체부를 성장시킬 수 있게 된다. 혹은, 무전위화부가 무전위화되었음을 확인한 후에, 실리콘 단결정을 성장시켜 숄더부(지름확대부) 및 직립몸체부를 성장시킬 수 있게 된다. 이로써, 실리콘 단결정의 중량을 지지하기 위해 필요한 직경을 유지할 수 있다. 따라서, 대중량의 축형상 전위가 없는 무전위의 결정을 실리콘 융액으로부터 안전하고도 용이하게 인상할 수가 있다.

본 발명의 실리콘 단결정 제조방법에 따르면, 종결정을 실리콘 융액에 접촉시키는 공정에서 발생하는 전위를 제거하여, 무전위화를 실현할 수가 있다. 또한, 전위의 발생 및 제거의 상황을 정확하게 파악할 수 있다. 또한, 네크부에서의 전위의 상태와 실리콘 단결정의 인상 조건의 관계를 정확하게 파악할 수 있다. 또한, 무전위화가 가능한 실리콘 단결정의 인상조건을 정확하게 결정할 수가 있다.

도 1은 제 1 실시형태에 관한 실리콘 단결정의 제조방법에서 이용하는 제조장치의 개략을 나타내는 단면도이다.
도 2는 제 1 실시형태에 관한 실리콘 단결정의 제조방법의 플로우차트이다.
도 3의 (a) 내지 (e)는, 제 1 실시형태에 관한 공정(S02) 및 공정(S03)의 설명도이다.
도 4는 제 1 실시형태에 관한 공정(S12)의 설명도이다.
도 5의 (a) 및 (b)는, 제 1 실시형태에 관한 공정(S12)에 있어서의 고에너지 방사광의 특성을 나타내는 그래프이다.
도 6은 제 1 실시형태에 관한 공정(S12)의 설명도이다.
도 7은 제 1 실시형태에 관한 공정(S12)에서 취득한 무전위화부의 화상 데이터이다.
도 8은 제 1 실시형태에 관한 공정(S12)에서 취득한 무전위화부의 화상 데이터로서, (a)는 전위가 제거되지 않은 상태를 나타내고, (b)는 전위가 루프형상으로 쌍소멸하고 있는 상태를 나타내며, (c)는 전위가 제거되어 있는 상태를 나타낸다.
도 9는 제 2 실시형태에 관한 실리콘 단결정의 제조방법에서 이용하는 제조장치의 개략을 나타내는 단면도이다.
도 10은 제 2 실시형태에 관한 실리콘 단결정의 제조방법의 플로우 챠트이다.
도 11은 웨이퍼의 관측결과를 나타내는 화상 데이터로서, (a)는 축형상 전위를 갖는 웨이퍼의 관측예이고, (b)는 축형상 전위를 갖지 않는 웨이퍼의 관측예이다.
도 12는 종래의 대시 네킹법에 의해 제조한 실리콘 단결정의 개략도이다.
도 13은 종래의 대시 네킹법에 의해 제조한 실리콘 단결정의 확대도이다.
도 14는 제 3 실시형태에 관한 실리콘 단결정의 제조방법에서 이용하는 제조장치의 개략을 나타내는 단면도이다.
도 15는 제 3 실시형태에 관한 실리콘 단결정의 제조방법에서 이용하는 제조장치의 개략을 나타내는 단면도이다.
도 16의 (a) 내지 (c)는, 제 3 실시형태에 관한 공정(S03)을 설명하는 설명도이다.
도 17의 (a) 및 (b)는, 제 3 실시형태에 관한 공정(S03)을 설명하는 설명도이다.
도 18은 제 3 실시형태에 관한 공정(S12)에서 취득한 무전위화부의 화상 데이터로서, (a)는 전위가 제거되지 않은 상태를 나타내고, (b) 및 (c)은 전위가 제거되어 있는 상태를 나타낸다.

이하, 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 실리콘 단결정의 제조방법을, 도면에 근거하여 설명한다.

도 1은, 본 실시형태에 있어서의 실리콘 단결정의 제조장치를 나타내는 모식 정면도이다.

초크랄스키법(이하, 'CZ법'이라 함)을 이용한 실리콘 단결정의 제조장치인 CZ 로는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 도가니(1)와, 히터(2)와, 인상축(4)과, 시드 척(5)과, 열차폐부(열차폐체 ; 7)와, 자기장 발생부(자기장공급장치 : 9)를 구비하고 있다.

도가니(1)는, 챔버 내의 중심부에 배치되며, 석영 도가니(1a)와 흑연 도가니(1b)를 갖는 이중 구조이다. 석영 도가니(1a)는, 내측에 실리콘 융액(3)을 수용한다. 흑연 도가니(1b)는, 석영 도가니(1a)의 외측에 배치되어, 석영 도가니(1a)를 보유하고 있다. 도가니(1)는, 지지축(pedestal ; 1c)에 의해 회전 및 승강 구동된다.

히터(2)는, 도가니(1)의 외측에 배치되어 있다. 히터(2)로서는, 예컨대 저항 가열 히터를 이용할 수 있다. 히터(2)는, 도가니(1)에 수용된 실리콘 융액(3)의 온도를 융점 이상의 온도로 가열하고, 그 온도를 유지할 수 있으면, 저항 가열 히터로 한정되지 않는다.

인상축(4)은, 연직방향에 평행한 축둘레로 임의의 회전속도로 회전한다. 또한, 인상축(4)은, 연직방향에 평행한 축방향으로 임의의 속도로 이동한다.

시드 척(5)은, 인상축(4)의 하단부에 설치되며, 실리콘의 종결정(T)을 보유한다.

도 1에 나타내는 CZ 로에 있어서 실리콘 단결정(6)을 육성할 때에는, 인상축(4)을 하강시켜, 시드 척(5)에 부착된 종결정(T)을 실리콘 융액(3)에 침지한다. 그 후, 도가니(1) 및 인상축(4)을 회전시키면서, 인상축(4)을 상승시켜 종결정(T) 및 실리콘 단결정(6)을 인상한다.

열차폐부(7)는, 도가니(1)의 상방에, 육성중인 실리콘 단결정(6)의 측면을 포위하며, 실리콘 융액(3)의 액면의 일부 상방을 포위하도록 설치되어 있다. 열차폐부(7)는, 원통형상의 흑연의 겉껍질을 가지며, 겉껍질의 내부에는 흑연 펠트가 충전되어 있다. 열차폐부(7)는, 히터(2) 및 실리콘 융액(3)면과 실리콘 단결정(6)의 측면부와의 사이에 설치되어 복사열을 차단한다. 열차폐부(7) 내측의 면은, 상단부로부터 하단부를 향함에 따라 열차폐부(7)의 내부직경이 점차 감소하도록 경사져 있다. 열차폐부(7) 상부의 외측의 면은 내측의 면과 마찬가지로 경사져 있다. 열차폐부(7) 하부의 외측의 면은, 거의 연직방향에 평행하다. 이로써, 열차폐부(7) 하부의 두께는, 실리콘 융액(3)에 가까운 하방측일수록 두꺼워져 있다.

열차폐부(7) 하부의 반경방향의 폭(두께 ; W)은 예컨대 약 50mm이다. 역원추대면인 열차폐부(7) 내측의 면의 연직방향에 대한 경사(θ)는, 예컨대 약 21°이다. 실리콘 융액(3)의 액면으로부터 열차폐부(7)의 하단까지의 높이(H1)는 예컨대 약 10mm에서 250mm 정도까지의 범위 내이다. 높이(H1)는, 예컨대 50mm 또는 100mm로 하여도 무방하다. 또한, 후술하는 각 공정에 있어서 그 높이(H1)를 각각 설정하여도 무방하다.

자기장 발생부(9)는, 히터(2)의 외측에 배치되어 있다. 자기장 발생부(9)가 발생시키는 자기장은, 수평자기장 또는 커스프자기장이어도 무방하다. 수평자기장의 강도로서는, 2000G에서 5000G까지(0.2T에서 0.5T까지)의 범위 내이면 무방하다. 수평자기장의 강도는, 3000G에서 4000G까지(0.3T에서 0.4T까지)의 범위 내여도 무방하다. 수평자기장 강도의 보다 바람직한 범위는 3000G에서 3500G(0.30T에서 0.35T)이다. 자기장 중심의 높이는, 실리콘 융액(3)의 액면 아래 150mm에서 액면 위 100mm까지이면 된다. 자기장 중심의 보다 바람직한 높이는 액면 아래 75mm에서 액면 위 50mm까지의 범위 내이다. 경우에 따라서는, 자기장 발생부(9)에 의해 자기장을 발생시키지 않아도 무방하다.

다음으로, 도 1에 나타내는 CZ 로를 이용한 실리콘 단결정의 제조방법을 설명한다.

실리콘 단결정(6)을 제조할 때는, 인상조건을 변화시킴으로써, 발생되는 전위의 상태 및 전위의 거동이 변화된다. 이에, 본 실시형태의 실리콘 단결정 제조방법에 있어서는, 전위를 제거할 수 있는 실리콘 단결정(6)의 인상조건을 설정한다.

본 실시형태의 제조방법은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 인상조건 설정공정(S00)과, 인상준비공정(S01)과, 침지공정(S02)과, 전위제거공정(S03)과, 지름확대공정(S04)과, 직립몸체공정(S05)과, 테일(tail)공정(S06)과, 측정준비공정(S11)과, 전위거동정보 취득공정(S12)과, 무전위화 판단공정(S13)을 갖는다.

우선, 공정(S00)에 있어서, 실리콘 단결정(6)을 무전위화할 수 있는 인상조건을 설정한다. 여기서, 인상조건은, 이하를 포함한다. 실리콘 융액(3)과의 접촉 전에 있어서의 종결정(시드 : T)의 보유시간. 실리콘 종결정(T)의 실리콘 융액(3)과의 접촉시간, 및 접촉시간에 근거하는 종결정(T)의 온도. 열차폐부(7)와 실리콘 융액(3)간의 거리(높이(H1)). 열차폐부(7)의 하단부의 지름방향의 폭(W). 로 내의 분위기의 조건. 실리콘 단결정 인상시의 인상축(4)의 회전 수 및 인상 속도. 도가니(1)의 회전 수. 후술하는 무전위화부(네크부, 전위 제거부 ; N)의 인상방향의 길이. 자기장의 인가상태. 성장한 실리콘 단결정의 가열상태, 즉 온도분포. 이들 인상조건은, 실리콘 단결정(6)의 제조를 개시하기 전의 초기 상태에 있어서, 임의의 값으로 설정할 수 있다.

한편, 공정(S00)에 있어서의 실리콘 단결정(6)의 인상조건은, 미리, 실리콘 단결정(6)의 인상을 다른 조건으로 복수 회 수행하여 취득한 데이터를 이용하여도 무방하다. 이 경우, 제조하는 실리콘 단결정(6)의 사양에 근거하여, 인상조건을 선택한다.

다음으로, 공정(S01)에 있어서, 도가니(1)에 고순도의 실리콘 다결정을 투입한다. 투입하는 실리콘 다결정의 중량은, 100kg에서 400kg 정도까지의 범위 내이다. 이때, 제품이 p형 또는 n형 중 어느 것인지에 근거하여, 제품을 소정의 저항율로 설정하는 도펀트를, 실리콘 융액(3)에 있어서 소정의 농도가 되도록 투입한다. 또한, 제품의 저항율 또는 게터링능력 등을 설정 또는 조정하는 탄소 및 질소 등의 농도를 조정한다. 한편, 도펀트는, 경우에 따라서는 투입하지 않아도 무방하다.

본 실시형태에 있어서는, 도가니(1)에 300kg의 실리콘 다결정을 투입한다. 도펀트의 농도는, 예컨대, 제조하는 실리콘 단결정(6)의 직립몸체부(6b)의 저항치가 12Ω㎝이 되도록 조정한다.

여기서, CZ 로의 내부 분위기를 불활성 가스로 하고, 불활성 가스의 압력을 1.3kPa에서 13.3kPa까지(10Torr에서 100Torr까지)의 범위 내로 조정한다. 본 실시형태에서는, CZ 로의 내부 분위기는, 예컨대, 압력 50Torr(6.666kPa)의 Ar가스로 한다. 한편, CZ 로의 내부 분위기는, 수소 가스를 함유하여도 무방하다.

또한, 자기장 발생부(9)에 의해 예컨대 3000G(0.3T)의 수평자기장을 발생시키고, 히터(2)에 의해 실리콘 다결정을 가열하여 용융시킨다. 이때, 자기장의 중심의 높이를, 실리콘 융액(3)의 액면 아래 75mm에서 액면 위 50mm까지의 범위 내로 한다. 자기장을 이용하는 CZ법(ＭCZ법)을 적용할 경우에는, 실리콘 융액(3)에 인가하는 횡자기장을 2000G에서 4000G까지의 범위 내로 하여도 무방하다.

다음으로, 공정(S02)에 있어서, 도 3의 (a)에 나타낸 바와 같이, 시드 척(5)에 부착된 종결정(T)을, 실리콘 융액(3)에 근접시키고 소정 시간 보유하여 가열한다. 그 후, 종결정(T)을 회전시키면서 하강시켜, 도 3의 (b)에 나타낸 바와 같이, 실리콘 융액(3)에 접촉시킨다. 그리고, 종결정(T)의 하단부를 실리콘 융액(3)에 침지한다(침지공정). 이때, 열 쇼크에 의해 종결정(T)의 하단부에 전위(t)가 발생한다 (화살표 A1 참조). 이때, 종결정(T)과 실리콘 융액(3)의 온도상태가 소정의 범위가 되도록 각각의 온도를 설정한다. 구체적으로는, 종결정(T)의 선단부 주위에 소정 형상의 메니스커스가 형성되도록, 히터(2)의 가열 상태를 조정하여, 실리콘 융액(3)의 표면온도를 조정한다.

다음으로, 공정(S03)에 있어서, 도 3의 (c)에 나타낸 바와 같이, 도가니(1) 및 인상축(4)을 회전시키면서 실리콘 단결정(6)을 인상한다. 이때, 실리콘 단결정(6)과 실리콘 융액(3)의 계면의 형상을 오목형상으로 형성한다(화살표 A2 참조). 실리콘 단결정(6)의 인상 조건은, 공정(S00)에서 설정한 조건을 이용한다. 이때, 인상조건에 따라서는, 공정(S02)에서 발생한 전위가, 실리콘 단결정(6)의 지름방향의 외부를 향해 신장하여 소멸하거나, 또는 루프형상으로 쌍소멸한다. 이로써, 도 3의 (d) 및 도 3의 (e)에 나타낸 바와 같이, 전위(t)가 제거되어 무전위화된 네크부, 즉 무전위화부(N)가 형성된다(화살표 A3 참조).

전위(t)가 제거된 무전위화부(N)가 형성될 때에는, 도 3의 (c)에 나타내는 바와 같이, 종결정(T)의 하단부에 성장하는 실리콘 단결정과 실리콘 융액(3)의 계면(메니스커스)의 형상이, 소정의 형상이 된다. 종결정(T) 또는 실리콘 단결정(6)의 하단부에 형성되는 메니스커스의 형상은, 히터(2)의 가열 조건, 인상축(4)의 상승 속도 등의 인상조건에 따라 변화된다. 예컨대, 종결정(T)과 실리콘 융액(3)의 온도를 각각 소정 범위 내의 온도로 조정함으로써, 종결정(T) 또는 실리콘 단결정(6)의 하단부에 형성되는 메니스커스의 형상을 조정할 수 있다.

전위(t)를 갖지 않는 무전위화부(N)가 형성될 때에는, 도 3의 (d)에 나타내는 바와 같이, 공정(S02)에서 발생된 전위(t)의 하방의 전위(t)는, 실리콘 단결정(6)의 지름방향 외측으로 연장되도록 형성된다. 또한, 실리콘 단결정(6)의 외주부에는 정벽선이 형성된다(화살표 A4 참조). 정벽선의 지름방향 내측의 부분은, 전위를 갖지 않는 무전위화된 상태가 된다. 더욱이, 실리콘 단결정(6)이 성장하면, 도 3의 (e)에 나타낸 바와 같이, 하방측의 정벽선은 연속화되어(화살표 A5 참조), 무전위화된 부분이 연속적으로 형성된다(화살표 A6 참조). 또한, 무전위화된 부분의 하방측에는, 무전위 초기 콘(corn)이 형성된다(화살표 A7 참조). 이와 같이, 전위(t)는, 실리콘 단결정(6)의 지름방향의 외부를 향해 신장하여 소멸하거나, 또는 루프형상으로 쌍소멸한다. 이로써, 무전위화부(N)가 형성된다.

다음으로, 공정(S04)에 있어서, 실리콘 단결정(6)의 인상 속도, 인상축(4)의 회전 수, 도가니(1)의 회전 수, 및 히터(2)의 가열조건을 제어하여, 실리콘 단결정(6)의 직경을 선형적으로 증가시킨다. 이로써, 도 3의 (e)에 나타내는 실리콘 단결정(6)의 무전위화된 무전위화부(N)의 하방측의 직경이 확대된다. 그리고, 도 1에 나타낸 바와 같이, 실리콘 단결정(6)의 무전위화부(N)의 하방측에 원추형상의 숄더부(6a)가 형성된다.

다음으로, 공정(S05)에 있어서, 실리콘 단결정(6)의 직경을, 제품이 되는 실리콘 웨이퍼의 직경인 예컨대 300mm 또는 450mm로 유지한 상태에서, 인상축(4)을 소정 길이 인상한다. 이로써, 도 1에 나타낸 바와 같이, 실리콘 단결정(6)에, 직경이 일정한 원기둥 형상의 직립몸체부(6b)가 형성된다(직립몸체공정).

다음으로, 공정(S06)에 있어서, 실리콘 단결정(6)의 인상 속도, 인상축(4)의 회전 수, 도가니(1)의 회전 수, 및 히터(2)의 가열 조건을 제어하여, 실리콘 단결정(6)의 직경을 선형적으로 감소시킨다. 이로써, 실리콘 단결정(6)에 숄더부(6a)와는 역방향의 원추형상의 테일(tail)부(도시 생략)가 형성된다. 그 후, 테일부와 실리콘 융액(3)을 분리함으로써, 실리콘 단결정(6)이 실리콘 융액(3)으로부터 분리된다.

다음으로, 공정(S11)에 있어서, 무전위화부(N)의 전위의 상태를 측정하기 위한 준비를 한다. 구체적으로는, 우선, 무전위화부(N)를 실리콘 단결정(6)으로부터 분리한다. 분리된 무전위화부(N)는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 인상축(4)과 동축인 실리콘 단결정의 중심축(N4)을 회전축으로 하여 회전할 수 있도록, 지지부(R1)에 의해 지지한다. 여기서, 지지부(R1)는, 회전축인 중심축(N4)의 방향을 변화시킬 수 있도록 설치되어 있다.

다음으로, 공정(S12)에 있어서, 도 4에 나타낸 바와 같이, 무전위화부(N)에 조사부(R)로부터 고에너지 방사광(B)으로서 백색 X선을 조사하고, 무전위화부(N)에 조사된 백색 X선의 회절 X선을, CCD를 포함하는 검출부(d)에 의해 검출한다(전위거동정보 취득공정). 조사부(R)는, 업소버(absorber), 셔터 및 회절계를 포함하며, 시간분해능의 제어 및 열부하에 대한 대책에 이용되는 셔터?업소버를 갖는다. 검출부(d)는, 회절계로서의 기능을 갖는다. 검출부(d)는, 백색 X선 토포그래피의 검출에 충분한 성능을 갖는다.

종래, X선 토포그래피에 의한 검출 대상의 전위에 대한 해석은 이하의 순서에 의해 이루어졌다. 우선, 해석 대상의 단면을 두께 약 1.5mm로 슬라이스 가공한다. 그 후, 슬라이스 가공한 해석 대상의 표면을 혼산으로 에칭하고, X선을 조사하여 투과도를 관찰한다. 따라서, 소정 간격의 단면에 있어서의 투과도밖에 얻어지지 않으며, 예컨대 1.5mm 간격의 화상을 서로 연결시켜 결정 성장에 수반되는 전위의 상태 변화를 파악하였다. 이 때문에, 실리콘 단결정의 인상축에 대하여 비스듬히 전파되는 전위밖에 관찰할 수가 없었다.

한편, 비특허문헌 1에 기재된 고에너지 방사광으로서 백색 X선을 이용했을 경우, 무전위화부(N)를 관찰하면, 루프형상으로 소멸하는 전위를 측정할 수가 있다. 이로써, 통상의 {111}면 이외에도 전위가 존재함을 확인할 수가 있다. 이러한 고에너지의 백색 X선을 사용함으로써, 슬라이스 가공 등 파괴검사를 하지 않고도, 단결정 실리콘 내부의 전위 등의 거동을 3차원적 이미지로서 관측할 수가 있다. 이로써, 전위의 위치 정보와 그 성질을 3차원적으로 관측할 수가 있다. 이러한 관측 장치로서, 고휘도 광과학 연구센터의 대형 방사광 시설(Spring-8)의 BL28B를 이용할 수 있다.

백색 X선은, 연속적인 스펙트럼을 가지며, 에너지가 30keV에서 1MeV까지의 범위 내이면 무방하다. 백색 X선의 에너지는, 40keV에서 100keV까지의 범위 내, 또는 50keV에서 60keV까지의 범위 내여도 무방하다. 백색 X선의 파장은, 0.001nm에서 0.25nm까지의 범위 내여도 무방하다. 이로써, 무전위화부(N)에 있어서의 전위의 상태를 충분히 관측할 수가 있다.

도 5의 (a)는, 종축을 광자 수, 횡축을 에너지로 하고, 조사부(R)의 X선의 광원으로부터 거리 44m의 위치에서, 1mm×1mm의 슬릿을 통해 얻어지는 광자 수의 분포를 나타내는 그래프이다.

도 5의 (b)는, 종축을 광자 수, 횡축을 파장으로 하고, 조사부(R)의 X선의 광원으로부터 거리 44m의 위치에서, 1mm×1mm의 슬릿을 통해 얻어지는 광자 수의 분포를 나타내는 그래프이다.

여기서, X선의 빔 지름은, 피측정물인 무전위화부(N)의 직경의 0.01배에서 1배까지의 범위 내로 하는 것이 바람직하다.

본 실시형태에 있어서는, 고에너지 방사광(B)인 에너지가 40keV~70keV의 백색 X선을, 0.1rpm~30rpm의 회전수로 회전시키면서 무전위화부(N)에 조사한다. 구체적으로는, 무전위화부(N)를, 결정성장방향의 중심축(N4)을 회전축으로 하여 회전시키면서, 조사부(R)로부터 무전위화부(N)로 고에너지 방사광을 조사한다. 또는, 조사부(R)를 중심축(N4)을 중심으로 하여 회전시키면서, 조사부(R)로부터 무전위화부(N)로 고에너지 방사광을 조사한다. 조사부(R)와 무전위화부(N)의 쌍방을 축(N4)을 회전축으로 하여 회전시켜도 무방하다. 그리고, 검출 결과를 예컨대 푸리에 변환함으로써, 무전위화부(N)의 전위의 3차원 정보를 비파괴로 취득할 수 있다.

또, 공정(S12)에 있어서는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 실리콘 단결정(6)의 무전위화부(N)의 축(N4)에 대하여, 고에너지 방사광(B)의 조사 각도(ω)를 설정한다. 그리고, 하나의 회절스폿(예컨대 004 회절스폿)에 주목하여, 무전위화부(N)를 회전시킴으로써 토포그래프 이미지에 의한 CT화상을 구성한다. 이로써 전위선의 3차원적인 위치 정보를 얻을 수가 있다. 이와 같이 얻어진, 무전위화부(N)에 있어서의 전위의 3차원적인 거동을, 제 1 정보로서 기록한다.

또한, 도 6에 나타내는 백색 X선 토포그래피에 의해, 버거스 벡터 등의 전위의 성질을 측정한다. 도 6에 있어서, 검출 위치 d1로부터 d7은, 백색 X선의 회절 방향에 대응하고 있다. 각 검출 위치는, 예컨대, 결정 방향 [-1 1 1], [-1 1 3], [0 0 4], [1 -1 3], [1 -1 1]에 있어서의 라우에 토포그래프(Laue topograph)를 취득하는 위치에 대응하고 있다. 여기서, 상기 결정 방향에 있어서의 -1은, 상선(上線)이 부가된 1을 의미한다.

다음으로, 공정(S13)에 있어서는, 공정(S12)에서 취득된 전위의 3차원적인 거동을 포함하는 제 1 정보에 근거하여, 전위가 제거되어 있는지 여부를 판단한다. 구체적으로는, 도 7에 나타내는 무전위화부(N)의 화상 데이터로부터, 전위가 제거되어 있는지 여부를 판단한다. 즉, 도 8의 (a)에 나타낸 바와 같이, 전위가 중심축(N4)을 따라 선형상으로 연장되어 있는 경우에는, 전위가 제거되지 않은 것으로 판단한다. 도 8의 (b)에 나타낸 바와 같이, 전위는 존재하지만, 이들이 루프형상으로 쌍소멸되어 있는 경우에는, 전위가 제거된 것으로 판단한다. 도 8의 (c)에 나타낸 바와 같이, 전위를 확인할 수 없을 경우에는, 전위가 제거되어 있는 것으로 판단한다.

다음으로, 공정(S13)에서의 무전위화에 대한 판단을, 공정(S00)으로 피드백한다.

즉, 최초에 공정(S00)에서 설정한 인상조건에 의해, 무전위화부(N)의 전위가 제거되었을 경우에는, 그 인상조건을 데이터 베이스에 기록하고, 공정(S00)에서 그 인상조건을 이용한다. 최초에 공정(S00)에서 설정한 인상조건에 의해, 무전위화부(N)의 전위가 제거되지 않았을 경우에는, 그 인상조건을 공정(S00)에서 이용하지 않도록 데이터 베이스에 기록하고, S00에서 무전위화부(N)의 무전위화가 가능한 것으로 생각되는 새로운 인상조건을 설정한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 실리콘 단결정의 제조방법에 따르면, 무전위화부(N)를 형성함으로써, 종결정(T)을 실리콘 융액(3)에 접촉시키는 공정에서 발생되는 전위를, 실리콘 단결정(6)의 숄더부(6a) 및 직립몸체부(6b)에서 제거할 수 있다. 이로써, 실리콘 단결정(6)의 숄더부(6a) 및 직립몸체부(6b)의 무전위화를 실현할 수가 있다.

또한, 공정(S12) 및 공정(S13)에 의해, 전위의 발생 및 제거의 상황을 정확하게 파악할 수 있다.

또한, 공정(S00)으로부터 공정(S06) 및 공정(S11)으로부터 공정(S13)을 반복함으로써, 무전위화가 가능한 실리콘 단결정의 인상조건을 정확하게 결정할 수 있다.

또한, 실리콘 단결정(6)의 네크부, 즉 무전위화부(N)의 직경을 필요 이상으로 작게 하지 않아도, 무전위화부(N)에 있어서의 전위를 제거할 수 있다. 따라서, 특별한 처리나 장치를 필요로 하지 않으면서 간편한 방법으로, 전위가 제거된 직경 450mm 정도의 대중량의 실리콘 단결정(6)을 안전하게 육성할 수가 있다.

이하, 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 실리콘 단결정의 제조방법을, 도면에 근거하여 설명한다.

본 실시형태에 있어서, 상술한 제 1 실시형태에 대응하는 부분에는 동일한 부호를 사용하고 그 설명을 생략한다.

본 실시형태의 CZ 로는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 도가니(1)와, 히터(2)와, 인상축(4)과, 시드 척(5)과, 열차폐부(7)와, 자기장 발생부(9)와, 조사부(R)와, 검출부(d)를 구비하고 있다.

조사부(R)는, 챔버 내에 위치하는 인상중인 무전위화부(N)에 대하여 고에너지 방사광(B)을 조사한다. 검출부(d)는, 무전위화부(N)에 조사된 고에너지 방사광(B)의 회절광을 검출한다. 조사부(R) 및 검출부(d)는, 축(N4)과 거의 일치하는 인상축(4)에 대한 고에너지 방사광(B)의 각도(ω)를 조정할 수 있도록 설치되어 있다.

본 실시형태의 실리콘 단결정의 제조방법은, 도 10에 나타낸 바와 같이, 상기 제 1 실시형태와 마찬가지로 공정(S00)으로부터 공정(S06)을 구비하고 있다. 그러나, 공정(S00)으로부터 공정(S06)의 후에 공정(S11)으로부터 공정(S13)을 구비하지 않으며, 공정(S03)과 공정(S04)의 사이에 전위거동정보 취득공정 (S22) 및 무전위화 판단공정(S23)을 갖는다는 점에서 상기의 제 1 실시형태와 다르다.

공정(S22)에 있어서는, 상기 공정(S12)과 마찬가지로, 조사부(R)로부터 고에너지 방사광(B)을 무전위화부(N)로 조사하고, 회절광을 검출부(d)에서 측정한다. 본 실시형태에 있어서, 무전위화부(N)에 대한 고에너지 방사광(B)의 조사 및 회절광의 검출은, CZ 로의 내부에서, 실리콘 단결정을 인상하면서 수행한다.

공정(S23)에 있어서는, 상기 공정(S13)과 마찬가지로, 무전위화부(N)의 전위가 제거되었는지 여부를 판단한다. 그리고, 무전위화부(N)의 전위가 제거되어 있는 경우, 공정(S04)을 개시한다. 또한, 무전위화부(N)의 전위가 제거되지 않은 경우, 공정(S03)으로 복귀하여, 무전위화부(N)를 더욱 성장시키거나 또는 멜트백에 의해 무전위화부(N)를 재성장시킨다. 또한, 공정(S00)으로 인상조건을 피드백하고, 피드백한 인상조건과는 다른 인상조건을 설정한다.

본 실시형태에 따르면, 도 3의 (a)에서 도 3의 (e)에 나타내는 상태가, 실시간으로 측정된다. 이 때문에, 무전위화부(N)에 있어서 전위(t)가 제거되었음을 확인한 후에 공정(S04)을 개시할 수 있다. 따라서, 숄더부(6a) 및 직립몸체부(6b)에 있어서 전위(t)가 제거되지 않은 상태의 실리콘 단결정(6)을 인상하는 일이 없게 된다. 따라서, 실리콘 단결정(6)의 제조에 소요되는 시간을 단축할 수 있다. 또한, 실리콘 단결정(6)의 인상에 있어서의 수율(收率)을 현저히 향상시킬 수가 있다.

다음으로, 본 발명의 제 3 실시형태에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.

본 실시형태에서는, 실리콘 단결정의 전체 길이에 걸쳐서 실리콘 단결정의 인상 방향으로 연장되는 축형상 전위(제거곤란전위)를 제거할 수 있는 실리콘 단결정의 제조방법에 대하여 설명한다.

축형상 전위는, 네크부에서 발생하는 전위 중, 종래의 대시 네킹법 등으로 실리콘 단결정의 직경을 감소시켜도 제거할 수 없는 전위이다. 종래, 축형상 전위는, 실리콘 단결정의 직립몸체부를 슬라이스하여 웨이퍼를 제조했을 때, 피트로서 검출되었다.

축형상 전위는, 이하와 같은 방법에 의해, 피트와 구별하여 검출할 수 있다.

우선, 실리콘 단결정의 웨이퍼 표면에 있어서, 광학적인 검사 수단에 의해 내부응력의 분포 상태를 관찰할 수 있는 예컨대 JENA WAVE사 제품인 왜곡검사장치(SIRD : 등록상표) SirTec을 사용하여 왜곡을 측정한다.

구체적으로는, 웨이퍼에 10℃/sec에서 300℃/sec까지의 범위 내의 온도상승속도로, 또한 900℃에서 1250℃까지의 범위 내의 온도로 1sec 이상 가열하는 현재화 처리를 실시한다. 그리고, 현재화한 왜곡을 포함하는 웨이퍼의 표면성상을 평가한다. 이러한 현재화 처리에서는, 급속가열에 의해 웨이퍼의 면 내에 큰 온도 차가 생기며, 이것에 기인하는 열응력이 발생한다. 따라서, 장시간의 가열은 불필요하며, 1sec 정도의 단시간의 가열이어도 무방하다.

축형상 전위는, 웨이퍼의 표면 및 이면을 관통하여 존재하고 있다. 이 때문에, 축형상 전위는, 상기 현재화 처리에 의해 발생한 열응력에 의해 왜곡이 커진다. 이에 대하여, 표면오염검사에 있어서, 피트로서 검출되지만, 웨이퍼의 표면 및 이면을 관통할 정도의 길이를 갖지 않는 전위는, 현재화 처리에 의해 발생된 열응력에 의해 왜곡이 커지지 않는다. 구체적으로는, 웨이퍼의 두께 방향의 길이가, 웨이퍼 두께의 1할 정도 미만인 전위는, 현재화 처리에 의해 발생된 열응력에 의해 왜곡이 커지지 않는다.

이 때문에, 축형상 전위는 상기 현재화 처리에 의해 현재화되지만, 다른 피트 등은 이러한 현재화 처리에 의해서는 현재화되지 않는다. 도 11의 (a)는, 현재화된 축형상 전위를 갖는 웨이퍼의 관측예를 나타낸다. 도 11의 (b)는, 축형상 전위를 갖지 않는 웨이퍼의 관측예를 나타낸다. 한편, 웨이퍼의 가장자리에서 관측되는 왜곡은, 현재화 처리시에 웨이퍼를 지지함으로써 발생한 것으로 생각된다.

축형상 전위는, 종결정을 실리콘 융액에 접촉시킨 단계에서 발생한다. 그리고, 실리콘 단결정이 성장하는 방향, 즉, 네크부, 숄더부, 직립몸체부에 연속하여 존재한다. 축형상 전위는, 실리콘 단결정을 웨이퍼로 가공했을 때, 특정한 영역에 나타난다. 축형상 전위는, 종래의 대시 네킹법에 의해서는 제거할 수가 없다.

도 12에 나타낸 바와 같이, 종래의 대시 네킹법에 의해 제조된 실리콘 단결정(60)은, 종결정(T0), 네크부(N0), 숄더부(60a), 직립몸체부(60b), 테일부(60c)를 갖는다.

종결정(T0)의 근방을 확대하면, 도 13에 나타낸 바와 같이, 종결정(T0)을 실리콘 융액에 접촉시켰을 때의 열 쇼크에 의해, 종결정(T0)에서 발생하여 네크부(N0)까지 연속되는 열 쇼크 전위(Jn)가 발생한다. 종결정(T0)과 네크부(N0)에 격자정수의 부정합이 있을 경우에는, 네크부(N0)에 미스 피트 전위(Jm)가 발생한다.

열 쇼크 전위(Jn) 및 미스 피트 전위(Jm) 중, 실리콘 단결정의 성장 방향으로 성장한 것이, 축형상 전위(J)가 될 가능성이 있다. 종래, 축형상 전위(J)는, 이하와 같이 관측되었다. 우선, 도 12에 나타낸 바와 같이, 실리콘 단결정(60)의 직립몸체부(60b)를 얇게 절단하여, {110} 단면의 복수의 웨이퍼(W)를 얻는다. 축형상 전위(J)는, 각 웨이퍼(W)의 노치를 시계의 12시 방향에 맞췄을 때, 10시 방향 및 4시 방향에서 관측된다. 보다 상세하게는, 축형상 전위(J)는, {100} 방향으로 형성된 노치의 위치를 0°로 하고, 120°에서 135°까지의 범위 및 315°에서 350°까지의 범위의 실리콘 단결정의 중심축에 대해 대칭인 영역(J1)에서 관측된다. 또한, 축형상 전위(J)는, 상기 실리콘 단결정의 중심축에 대해 대칭인 영역을, 중심축을 중심으로 하여 90°및 45°회전시킨 영역에서 관측된다. 즉, 축형상 전위(J)는, 영역(J1)에 있어서, 실리콘 단결정의 성장 방향(중심축방향)으로 연장되어 있다. 한편, 도 12에서는, 노치의 위치를 0°로 하고, 120°에서 135°까지의 범위 및 315°에서 350°까지의 범위의 영역(J1)만 도시되어 있다.

또한, 통상적인 길이 이상으로 성장시킨 실리콘 단결정에 있어서, 축형상 전위(J)는 소멸할 가능성이 있다. 그러나, 통상적인 길이의 1개분의 실리콘 단결정의 웨이퍼를 관측하면, 실리콘 단결정의 전체 길이에 걸쳐 축형상 전위(J)가 존재하며, 축형상 전위(J)가 실리콘 단결정을 중심축방향으로 관통하고 있는 경우가 많았다.

네크부, 숄더부 및 직립몸체부를 인상할 때의 실리콘 단결정의 성장 과정에 있어서, 열 쇼크 전위(Jn) 및 미스 피트 전위(Jm)가 전파되는 방향에는, 이하와 같은 특성이 있다.

첫째, 열 쇼크 전위(Jn) 및 미스 피트 전위(Jm)는, 통상적으로 실리콘의 미끄럼면인 {111}면을 이동한다.

둘째, 열 쇼크 전위(Jn) 및 미스 피트 전위(Jm)는, 통상적으로 {111} 면에 도입된다.

셋째, 열 쇼크 전위(Jn) 및 미스 피트 전위(Jm)는, 드물게 {111} 면에 도입되지 않고 다른 면을 이동하는 경우가 있으나, 바로 {111} 면으로 이동한다.

넷째, 열 쇼크 전위(Jn) 및 미스 피트 전위(Jm)의 대부분은, 종결정을 실리콘 융액에 접촉시켰을 때 발생한다.

<100> 웨이퍼를 제조하는 실리콘 단결정을 인상하였을 경우, 열 쇼크 전위(Jn) 및 미스 피트 전위(Jm)는, 네크부를 형성하는 공정에 있어서, 실리콘 단결정의 미끄럼면인 {111}면을 이동하여, 실리콘 단결정의 표면에 도달하는 것으로 생각된다. 그러나, 상기 X선 토포그래피에 의한 관측 결과에 따르면, 네크부의 직경에 관계없이, 초기의 열 쇼크 전위(Jn) 및 미스 피트 전위(Jm)는, 미끄럼면인 {111}면이 아닌, 실리콘 단결정과 실리콘 융액의 계면에 수직인 방향으로 신장된다. 그 후, 열 쇼크 전위(Jn) 및 미스 피트 전위(Jm)는, 미끄럼면으로 이동하지 않고, 실리콘 단결정의 성장 방향으로 신장되는 경우가 있다.

이 경우, 열 쇼크 전위(Jn) 및 미스 피트 전위(Jm)는, 실리콘 단결정의 직경이 제품의 직경까지 증가하여도, 실리콘 단결정의 표면까지 도달하지 않고, 직립몸체부의 내부에 존재하는 축형상 전위가 되는 경우가 있다. 이와 같이, 직립몸체부의 내부에 축형상 전위를 갖는 실리콘 단결정은, 직립몸체부에 축형상 전위를 갖지 않는 실리콘 단결정과 마찬가지로 정벽선을 가지며, 잉곳의 상태로는 양품(良品)과 구별할 수 없는 경우가 있다. 그리고, 축형상 전위는, 잉곳으로부터 웨이퍼를 제조했을 때, 결함으로서 확인된다.

한편, 실리콘 단결정의 성장 방향으로 신장된 열 쇼크 전위(Jn) 및 미스 피트 전위(Jm)는, 숄더부의 형성중 또는 직립몸체부의 형성중에 {111}면으로 이동하는 경우가 있다.

만일, 열 쇼크 전위(Jn) 및 미스 피트 전위(Jm)를, 네크부를 형성하는 공정에 있어서 {111}면으로 이동시킬 수 있다면, 네크부의 직경을 축소하거나, 종결정을 고온으로 하거나 하지 않아도, 축형상 전위를 제거할 수 있다. 따라서, 네크부에 있어서 열 쇼크 전위(Jn) 및 미스 피트 전위(Jm)를 {111}면으로 이동시킬 수 있으면, 숄더부 및 직립몸체부를 형성하여도, 제품에 축형상 전위에 의한 영향이 없게 된다. 또한, 실리콘 단결정의 성장 초기 단계에서 재용해하는 회수와 그 시간을 억제할 수 있다. 즉, 네크부에 있어서 열 쇼크 전위(Jn) 및 미스 피트 전위(Jm)를 {111}면으로 이동시킬 수 있으면, 숄더부 및 직립몸체부에 축형상 전위가 존재하지 않는 대중량의 실리콘 단결정을 저비용으로 육성할 수가 있다.

상기한 바와 같이, 네크부를 형성할 때의 열 쇼크 전위(Jn) 및 미스 피트 전위(Jm)는, {111}면이 아닌, 실리콘 단결정과 실리콘 융액간의 계면과 수직으로 진행된다.

따라서, 본 실시형태에서는, {111}면에 존재하지 않는 열 쇼크 전위(Jn) 및 미스 피트 전위(Jm)를, 네크부를 형성하는 공정에서 {111}면으로 이동시키기 위한 방법을 설명한다. 구체적으로는, 네크부 형성시의 실리콘 단결정과 실리콘 융액의 계면의 형상을 제어한다. 그리고, 그 조건을 확인하기 위하여 X선 토포그래피를 이용한다.

이하, 본 실시형태의 실리콘 단결정의 제조방법에 대하여, 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 실시형태의 실리콘 단결정의 제조방법은, 도 2에 나타내는 제 1 실시형태에 있어서의 실리콘 단결정의 제조방법과 마찬가지로, 공정(S01)로부터 공정(S06) 및 공정(S11)로부터 공정(S13)을 구비한다. 또는, 도 10에 나타내는 제 2 실시형태에 있어서의 실리콘 단결정의 제조방법과 마찬가지로, 공정(S01)로부터 공정(S06), 공정(S22) 및 공정(S23)을 구비하고 있다. 본 실시형태에서는, 공정(S03)에서 상기한 축형상 전위를 제거한다는 점에서, 상기 제 1 실시형태 및 제 2 실시형태와 다르다.

또, 본 실시형태의 CZ 로는, 무전위화부(N)의 온도조절기구를 갖는다는 점에서, 상기 제 1 실시형태 또는 제 2 실시형태에서 설명한 CZ 로와 다르다. 그 이외의 구성은, 제 1 실시형태 또는 제 2 실시형태의 CZ 로와 같다.

본 실시형태의 CZ 로는, 실리콘 단결정의 무전위화부(N)의 온도조절기구로서, 도 14에 나타낸 바와 같이, 레이저 조사부(La) 및 가스 공급부(G)를 갖는다. 레이저 조사부(La) 및 가스 공급부(G)는, 인상축(4)의 회전과 동기하여, 인상축(4)을 중심으로 회전하도록 설치되어 있다. 즉, 레이저 조사부(La) 및 가스 공급부(G)는, 인상축(4)과 함께 회전하는 실리콘 단결정을, 소정의 방향으로부터 가열 및 냉각한다.

한편, 레이저 조사부(La) 및 가스 공급부(G)는, 인상축(4)을 중심으로 하여 회전하도록 설치되어 있지 않아도 무방하다. 이 경우, 레이저 조사부(La) 및 가스 공급부(G)를 고정하고, 레이저 조사부(La) 및 가스 공급부(G)로부터, 소정의 타이밍으로 레이저 광 및 냉각 가스를 단속적으로 조사 및 공급하여도 무방하다.

또는, 본 실시형태의 CZ 로는, 실리콘 단결정의 무전위화부(N)의 온도조절기구로서, 도 15에 나타낸 바와 같이, 열차폐부(7)의 하단부에 개폐가능한 컷아웃(7A)이 형성된다. 이 경우, 열차폐부(7)의 상부에 원통부(7a)가 설치되고, 원통부(7a)의 상단에 인상축(4)이 관통하는 개구를 갖는 덮개부(7b)가 설치된다. 덮개부(7b) 상에는, 인상축(4)의 상승 및 하강을 제어하는 제어부(41)가 설치된다. 열차폐부(7), 원통부(7a), 덮개부(7b), 제어부(41) 및 인상축(4)은, 인상축(4)과 일치하는 축둘레로, 인상축(4)의 회전과 동기하여 일체적으로 회전한다. 즉, 열차폐부(7)는, 인상축(4)과 함께 회전하는 실리콘 단결정의 소정 방향만, 히터(2)의 열을 차폐하지 않는다. 환언하면, 히터(2)는 컷아웃(7A)을 통해, 인상축(4)과 함께 회전하는 실리콘 단결정을 소정의 방향으로부터 가열한다.

본 실시형태에서는, 공정(S02)에 있어서, 우선, 도 3의 (a) 및 도 3의 (b)에 나타낸 바와 같이, 종결정(T)을 실리콘 융액(3)에 접촉시킨다.

그 후, 공정(S03)에 있어서, 인상축(4)을 상승시키고, 종결정(T)의 하방으로 실리콘 단결정을 성장시켜 무전위화부(N)를 형성한다.

공정(S02)에 있어서는, 종결정(T)을 회전시키면서 하강시켜, 종결정(T)의 하단부를 실리콘 융액(3)에 침지한다. 종결정(T)의 하단부를 실리콘 융액(3)에 침지한 후, 종결정(T)의 하강을 정지하고, 종결정(T)과 실리콘 융액(3)을 충분히 융화시킨다. 그리고, 종결정(T) 하단부의 일부를 실리콘 융액(3)에 용해시킨다.

실리콘 융액(3)이 안정된 상태일 때, 공정(S02)에서 종결정(T)을 실리콘 융액(3)에 접촉시키면, 종결정(T)과 실리콘 융액(3)의 계면에는, 실리콘 융액(3)의 표면장력이 작용하여, 메니스커스가 형성된다.

그러나, 원료가 되는 실리콘 다결정을 융해한 직후에는, 실리콘 융액(3)의 온도는 국소적인 온도 변동이 크고, 불안정한 상태가 된다. 이 때문에, 공정(S02)은, 원료가 되는 실리콘 다결정을 융해한 후, 소정의 시간이 경과되고 나서 실시된다.

실리콘 융액(3)의 액면에서의 온도가 지나치게 높을 경우에는, 실리콘 단결정의 인상시에, 종결정(T)의 하단부가 녹아 분리된다.

실리콘 융액(3)의 액면에서의 온도가 지나치게 낮을 경우에는, 종결정(T)의 하단부의 측면에 결정이 성장하여 돌출된 상태가 된다. 이러한 상태에서 공정(S02)으로부터 공정(S03)으로 이행하면, 무전위화부(N)에 새로운 전위가 발생한다.

공정(S02)으로부터 공정(S03)으로 이행할 때에는, 실리콘 융액(3)의 온도가 안정적인 상태일 필요가 있다. 이를 위해, 종결정(T)의 하단부를 실리콘 융액(3)에 침지한 후, 종결정(T)의 하단부를 실리콘 융액(3)에 충분히 융화시켜, 실리콘 융액(3)의 온도가 안정된 후, 공정(S02)으로부터 공정(S03)으로 이행한다.

이 때문에, 종결정(T)의 하단부를 실리콘 융액(3)에 융화시킬 때에는, 종결정(T)을 실리콘 융액(3)에 침지한 후에, 종결정(T) 또는 실리콘 단결정과 실리콘 융액(3)의 계면의 형상을 관찰한다. 또한, 계면을 관찰하여 정벽선의 돌출을 관찰한다. 그리고, 종결정(T) 또는 실리콘 단결정과 실리콘 융액(3)의 계면의 형상이나 정벽선의 돌출로부터, 실리콘 융액(3)의 액면의 온도를 추정한다. 그리고, 추정한 온도에 근거하여 히터(2)에 공급되는 전력을 제어하고, 실리콘 융액(3)으로의 입열량을 조정한다. 즉, 종결정(T)의 하단부를 실리콘 융액(3)에 융화시킬 때에는, 종결정(T)의 성장속도가 제로인 상태에 있어서, 종결정(T)의 하단부에 소정 형상의 메니스커스가 형성되도록, 히터(2)에 의한 가열 조건을 조정한다. 그리고, 실리콘 융액(3)의 액면의 온도를 조정하여 실리콘 융액(3)을 안정시킨다.

이와 같이, 공정(S02)에서 종결정(T)을 실리콘 융액(3)에 융화시킨 후, 공정(S03)에서 실리콘 단결정을 소정 길이 인상하여 무전위화부(N)를 소정 길이 형성한다. 종결정(T)을 실리콘 융액(3)에 융화시킨 후에 형성하는 무전위화부(N)의 길이는, 20mm 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그 후, 형성된 소정 길이의 무전위화부(N)의 하단부를, 종결정(T)과 마찬가지로, 실리콘 융액(3)에 융화시킨 후, 무전위화부(N)를 소정 길이 형성한다.

또, 본 실시형태에서는 공정(S03)에 있어서, 상기한 바와 같이 실리콘 융액(3)의 온도를 관리한 상태에서 종결정(T)의 하단부를 실리콘 융액(3)에 융화시킨 후, 소정 길이의 무전위화부(N)를 형성한다. 그리고 형성한 소정 길이의 네크부의 하단부를, 종결정(T)의 하단부와 마찬가지로 온도관리한 상태에서 실리콘 융액(3)에 융화시킨 후, 더욱 소정 길이의 무전위화부(N)를 형성한다. 이로써, 무전위화에 필요한 무전위화부(N)의 길이를 짧게 할 수 있으며, 무전위화부(N)의 전위 및 축형상 전위를 확실하게 제거할 수가 있다.

또, 공정(S03)에 있어서, 무전위화부(N)의 온도를, 실리콘 융액(3)의 액면의 온도보다 높은 온도로 상승시킨 후, 무전위화부(N)를 실리콘 융액(3)에 융화시켜도 무방하다. 더욱이, 원료가 되는 실리콘 다결정을 융해시킬 때의 히터(2)의 온도를 측정하고, 그 측정 결과에 근거하여 히터(2)의 온도를 제어함으로써, 실리콘 융액의 온도를 조정하여도 무방하다.

실리콘 단결정은, 결정이 육성되는 면인 실리콘 융액(3)과의 계면(K)에 대하여 거의 수직으로 성장한다. 이 때문에, 도 16의 (a)에 나타낸 바와 같이, 실리콘 단결정과 실리콘 융액(3)의 계면(K)이 평탄할 경우, 전위(j)는, 실리콘 단결정의 미끄럼면인 {111}면으로는 진행되지 않고, 계면(K)과 거의 수직인 방향(도면의 화살표 방향)으로 진행된다. 따라서, 계면(K)이 거의 수평한 평탄면일 경우, 전위(j)는, 계면(K)으로부터 실리콘 단결정의 숄더부 및 직립몸체부까지, 실리콘 단결정의 성장 방향으로 연장되는 축형상 전위가 되는 경우가 있다.

실리콘 단결정과 실리콘 융액(3)의 계면의 형상은, 실리콘 단결정의 인상 속도, 즉 인상축(4)의 상승 속도에 따라 변화된다. 이에, 인상축(4)의 상승 속도를 변화시켜, 도 16의 (a)에 나타내는 수평면에 거의 평행한 평탄한 계면(K)의 형상을 곡면형상으로 변화시키는 것이 고려된다.

실리콘 단결정의 인상 속도가, 소정의 속도보다 작으면, 도 16의 (b)에 나타낸 바와 같이, 실리콘 단결정과 실리콘 융액(3)의 계면(K1)은, 하방으로 볼록한 형상으로 변화된다. 실리콘 단결정의 인상 속도가, 소정의 속도보다 크면, 도 16의 (c)에 나타낸 바와 같이, 실리콘 단결정과 실리콘 융액(3)의 계면(K2)은, 상방으로 볼록한 형상으로 변화된다.

즉, 실리콘 단결정의 인상 속도를 제어함으로써, 실리콘 단결정과 실리콘 융액(3)의 계면(K1,K2)의 형상을 제어할 수가 있다.

실리콘 단결정은, 계면(K1,K2)과 수직인 방향으로 성장한다. 또한, 전위(j)는, 실리콘 단결정이 성장하는 방향으로 진행된다. 즉, 전위(j)는, 실리콘 단결정과 실리콘 융액(3)의 계면(K1,K2)과의 가상적인 접평면의 법선방향으로 진행된다.

이 때문에, 도 16의 (ｂ)에 나타낸 바와 같이, 계면(K1)이 하방으로 볼록한 곡면인 경우, 전위(j)의 대부분은 실리콘 단결정의 무전위화부(N)의 지름방향 외측을 향해 진행된다. 또한, 도 16의 (c)에 나타낸 바와 같이, 계면(K2)이 상방으로 볼록한 곡면인 경우, 전위(j)의 대부분은 실리콘 단결정의 무전위화부(N)의 지름방향 내측을 향해 진행된다.

이와 같이, 계면(K)의 형상을 제어하여, 곡면형상으로 변형시킴으로써, 전위(j)가 진행되는 방향을, 실리콘 단결정의 성장 방향인 중심축의 방향과 다른 방향으로 이동시킬 수 있다. 즉, 계면(K1,K2) 상의 임의의 점에 있어서, 가상적인 접평면이 수평하지 않다는 점에서는, 전위(j)는, 그 가상적인 접평면의 법선방향으로 진행된다. 이 때문에, 계면(K1,K2) 상의 임의의 점에 있어서, 가상적인 접평면이 수평하지 않다는 점에서는, 전위(j)가 진행되는 방향이, 실리콘 단결정의 성장 방향인 중심축의 방향과 다른 방향으로 이동한다. 이로써, {111}면에 존재하지 않는 열 쇼크 전위(Jn) 및 미스 피트 전위(Jm)를, {111}면으로 이동시켜 제거할 수가 있다.

즉, 계면(K1)이 하방으로 볼록한 곡면인 경우, 전위(j)는 실리콘 단결정의 무전위화부(N)의 지름방향 외측을 향해 진행되고, 실리콘 단결정의 외주면에 도달함으로써, 무전위화부(N)에서 제거된다. 또한, 계면(K2)이 상방으로 볼록한 곡면인 경우, 전위(j)는 실리콘 단결정의 무전위화부(N)의 지름방향 내측을 향해 진행되고, 쌍소멸함으로써 무전위화부(N)에서 제거된다.

따라서, 가상적인 접평면이 수평하지 않은 계면(K1,K2) 상의 임의의 점으로부터 연장되는 전위(j)를 제거하여, 축형상 전위(J)의 발생을 방지할 수가 있다.

전위(j)를 실리콘 단결정의 중심축을 향해 진행시켜 쌍소멸시키거나, 실리콘 단결정의 외주면을 향해 진행시켜 제거할 때, 실리콘 단결정의 인상 속도가 변동하면, 형성되는 실리콘 단결정의 직경이 변동되는 경우가 있다. 이때, 실리콘 단결정의 직경이 어느 정도 작아져도, 최종적으로 형성되는 실리콘 단결정의 보유가 가능한 직경이면 문제는 없다. 또한, 실리콘 단결정의 직경이 어느 정도 커져도, 원료를 낭비하지 않는 정도이면, 문제가 없다. 따라서, 실리콘 단결정의 직립몸체부의 인상에 악영향이 없는 범위이면, 실리콘 단결정의 지름은, 어느 정도 변동되어도 무방하다.

인상 속도의 변화에 따라, 전위가 진행되는 방향이 실리콘 단결정의 인상 방향으로부터 벗어나는 경우가 있다. 이러한 현상은 전위 제거를 위해서는 바람직하다.

도 16의 (a) 및 도 16의 (b)에 나타내는 계면(K1,K2)은, 실리콘 단결정의 성장 방향에 평행한 중심축에 대칭인 곡면이다. 즉, 계면(K1,K2)은, 실리콘 단결정의 중심축을 회전축으로 하였을 때, 회전대칭인 곡면이다. 이 때문에, 계면(K1,K2)과 실리콘 단결정의 중심축간의 교점에 있어서의 가상적인 접평면은, 수평이 되는 경우가 있다. 이러한 경우, 실리콘 단결정의 중심축 상에 발생된 전위(j)는, 실리콘 단결정의 중심축 위를 실리콘 단결정의 성장 방향으로 진행한다. 상기 전위(j)는, 계면(K1,K2)으로부터 실리콘 단결정의 숄더부 및 직립몸체부까지 연장되는 축형상 전위가 되는 경우가 있다.

이에, 본 실시형태의 공정(S03)에 있어서는, 도 17의 (a) 및 도 17의 (b)에 나타낸 바와 같이, 실리콘 단결정과 실리콘 융액(3)의 계면(K3,K4)을 곡면으로 하는 동시에, 실리콘 단결정의 중심축에 비대칭인 형상으로 변형시킨다. 구체적으로는, 계면(K3,K4)에, 실리콘 단결정의 중심축에 수직인 방향, 즉 지름방향의 온도분포를 발생시킨다.

실리콘 단결정에 지름방향의 온도분포, 즉 지름방향의 온도구배가 발생되어 있지 않은 경우, 도 16의 (b) 및 도 16의 (c)에 나타낸 바와 같이, 무전위화부(N)와 실리콘 융액(3)의 계면(K1,K2)은, 실리콘 단결정의 성장 방향에 평행한 중심축에 대칭인 곡면이 된다.

여기서, 도 14 또는 도 15에 나타낸 바와 같은 CZ 로를 이용하여, 실리콘 단결정의 무전위화부(N)를 한 방향으로부터 가열 또는 냉각함으로써, 계면(K1,K2)에 실리콘 단결정의 중심축방향에 수직인 온도분포를 발생시킨다.

도 14에 나타내는 CZ 로를 이용할 경우에는, 레이저 조사부(La)로부터 레이저 광을 조사하여, 무전위화부(N)의 계면(K1,K2)의 근방을 한 방향으로부터 가열한다.

또한, 가스 공급부(G)에 의해 레이저 조사부(La)와 반대측으로부터 냉각 가스를 공급한다. 이로써, 무전위화부(N)가 가열되는 방향과 반대의 방향으로부터, 무전위화부(N)의 계면(K1,K2)의 근방을 냉각한다.

도 15에 나타내는 CZ 로를 이용할 경우에는, 열차폐부(7)의 컷아웃(7A)으로부터, 히터(2) 및 실리콘 융액(3)의 복사열을 무전위화부(N)의 계면(K1,K2)의 근방에 도달시켜, 무전위화부(N)를 한 방향으로부터 가열한다.

이렇게 하여, 계면(K1,K2)에, 인상축(4)의 상승 방향에 수직인 온도구배를 발생시킨다.

그러면, 도 17의 (a) 및 도 17의 (b)에 나타낸 바와 같이, 실리콘 단결정의 무전위화부(N)와 실리콘 융액(3)의 계면(K3,K4)은, 실리콘 단결정의 성장 방향에 평행한 중심축에 비대칭인 곡면이 된다. 이로써, 계면(K3,K4)의 수평부분(Kd)이, 실리콘 단결정의 중심축 상의 부분(Kc)으로부터 지름방향의 외측으로 떨어진 위치로 이동한다.

또, 실리콘 단결정과 실리콘 융액(3)의 계면(K3,K4)의 형상은, 자기장 발생부(9)에 의해 발생시키는 자기장의 세기, 도가니(1)의 회전속도, 및 실리콘 단결정의 회전속도, 즉, 인상축(4)의 회전속도에 의해서도 변화된다. 따라서, 이들을 제어함으로써, 실리콘 단결정과 실리콘 융액(3)의 계면(K3,K4)의 형상이 보다 정밀하게 제어되어 수평부분(Kd)의 위치가 보다 정밀하게 제어된다.

예컨대, 도가니(1)의 회전속도와 인상축(4)의 회전속도를 제어하여, 실리콘 융액(3)과, 실리콘 단결정을 상대적으로 정지시킨 상태로 하여도 무방하다. 이와 같이, 실리콘 융액(3)과 실리콘 단결정을 상대적으로 정지시켰을 경우, 실리콘 융액(3)의 대류에 요동이 발생한다. 이로써, 실리콘 융액(3)의 대류가 실리콘 단결정의 중심축에 대칭이 되지 않게 되어, 실리콘 단결정의 성장이 실리콘 단결정의 중심축에 대칭이 되지 않게 된다. 즉, 실리콘 단결정과 실리콘 융액(3)의 계면(K3,K4)에 있어서의 온도분포가 실리콘 단결정의 중심축에 대칭이 되지 않게 된다. 이로써, 계면(K3,K4)의 수평한 부분(Kd)이, 실리콘 단결정의 중심축상의 부분(Kc)으로부터 지름방향의 외측으로 떨어진 위치로 이동한다.

또, 자기장 발생부(9)에 의해 발생시키는 자기장의 강도를 저하시켜, 자기장의 강도를 0으로 하여도 무방하다. 실리콘 융액(3)의 대류는, 자기장에 의해 정류되어 있다. 이 때문에, 실리콘 단결정의 인상중에 자기장을 소멸시키면, 실리콘 융액(3)의 대류에 요동을 발생시킨다. 이로써, 실리콘 융액(3)의 대류가 실리콘 단결정의 중심축에 대칭이 되지 않게 되고, 실리콘 단결정의 성장이 실리콘 단결정의 중심축에 대칭이 되지 않게 된다. 즉, 실리콘 단결정과 실리콘 융액(3)의 계면(K3,K4)에 있어서의 온도분포가 실리콘 단결정의 중심축에 대칭이 되지 않게 된다. 이로써, 계면(K3,K4)의 수평한 부분(Kd)이, 실리콘 단결정의 중심축상의 부분(Kc)으로부터 지름방향의 외측으로 떨어진 위치로 이동한다.

또, 히터(2)를, 인상축(4)에 비대칭으로 배치한 상태에서, 인상축(4)의 회전과 동기시켜 회전시켜도 무방하다. 이로써, 실리콘 융액(3)의 대류가 실리콘 단결정의 중심축에 대칭이 되지 않게 되고, 실리콘 융액(3)의 온도분포가 실리콘 단결정의 중심축에 대칭이 되지 않게 된다. 이로써, 실리콘 단결정의 성장이 실리콘 단결정의 중심축에 대칭이 되지 않게 된다. 즉, 실리콘 단결정과 실리콘 융액(3)의 계면(K3,K4)에 있어서의 온도분포가 실리콘 단결정의 중심축에 대칭이 되지 않게 된다. 이로써, 계면(K3,K4)의 수평한 부분(Kd)이, 실리콘 단결정의 중심축상의 부분(Kc)으로부터 지름방향의 외측으로 떨어진 위치로 이동한다.

또, 석영 도가니(1a)의 내주면의 일부 성상을, 그 이외의 부분의 성상과 다르게 하여도 무방하다. 구체적으로는, 석영 도가니(1a)의 상단으로부터 10cm 정도의 범위 내에서, 내주면의 전체 둘레의 1/4 정도의 부분을, 그 밖의 부분과 다른 변질부로 하여도 무방하다. 이 경우, 변질부에 있어서, 표면으로부터의 깊이가 0.5mm에서 1mm까지의 범위 내인 위치에 있어서의 기포의 함유율을, 그 밖의 부분의 기포의 함유율보다 25%에서 35%까지의 범위에서 많게 한다. 예컨대, 변질부의 기포의 함유율을, 그 밖의 부분의 기포의 함유율보다 30% 증가시켜도 무방하다.

이와 같이, 석영 도가니(1a)의 내주면의 일부 성상을, 그 이외의 부분의 성상과 다르게 함으로써, 실리콘 융액(3)의 대류가 실리콘 단결정의 중심축에 대칭이 되지 않게 되고, 실리콘 단결정의 성장이 실리콘 단결정의 중심축에 대칭이 되지 않게 된다. 즉, 실리콘 단결정과 실리콘 융액(3)의 계면(K3,K4)에 있어서의 온도분포가 실리콘 단결정의 중심축에 대칭이 되지 않게 된다. 이로써, 계면(K3,K4)의 수평한 부분(Kd)이, 실리콘 단결정의 중심축상의 부분(Kc)으로부터 지름방향의 외측으로 떨어진 위치로 이동한다.

상기의 방법 이외에도, 히터(2)의 가열 상태, 자기장 발생부(9)에 의해 발생시키는 자기장의 세기, 도가니(1)의 회전속도, 및 인상축(4)의 회전속도 등의 파라미터를 변화시킴으로써, 계면(K3,K4)의 수평한 부분(Kd)의 위치를 이동시키는 방법이라면, 마찬가지로 이용가능하다.

이와 같이, 계면(K3,K4)의 수평한 부분(Kd)을, 실리콘 단결정의 중심축상으로부터 지름방향 외측으로 이동시킴으로써, 실리콘 단결정의 중심축 상에 발생된 전위(j)가 진행되는 방향이, 실리콘 단결정의 성장 방향인 중심축의 방향과 다른 방향이 된다. 또한, 계면(K3,K4)의 수평한 부분(Kd)을 적절히 이동시킬 수 있다. 이로써, {111}면에 존재하지 않는 열 쇼크 전위(Jn) 및 미스 피트 전위(Jm)를, 무전위화부(N)에서 {111}면으로 확실하게 이동시켜 제거할 수 있다. 따라서, 계면(K3,K4)상의 임의의 점으로부터 연장되는 전위(j)를 확실하게 제거하여, 축형상 전위(J)를 보다 확실하게 제거할 수가 있다.

따라서, 본 실시형태에 따르면, 상기의 제 1 실시형태 및 제 2 실시형태에서 설명한 실리콘 단결정의 제조방법에 있어서의 효과에 추가하여, 종래의 방법으로는 제거할 수 없었던 직립몸체부까지 연장되는 축형상 전위가 존재하지 않는 실리콘 단결정을 제조할 수 있다. 그리고, 축형상 전위가 존재하지 않는 실리콘 단결정의 직립몸체부로부터, 축형상 전위가 존재하지 않는 웨이퍼를 제조할 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서, 구성의 부가, 생략, 치환 및 그 밖의 변경이 가능하다. 본 발명은 상술한 설명에 의해 한정되지 않으며, 첨부하는 클레임(claim)의 범위에 의해서만 한정된다.

(실시예 1)

본 실시예에서는, 도가니에 300kg의 실리콘 다결정을 투입한다. 도펀트의 농도는, 제조하는 실리콘 단결정의 직립몸체부의 저항치가 12Ω㎝이 되도록 조정한다. 또한, CZ 로의 내부의 분위기를, 압력 50Torr(6.666kPa)의 Ar가스로 한다.

종결정의 직경을 300mm로 하여 무전위화부를 성장시킨다.

여기서, 도 2에 나타내는 공정(S00)에 있어서의 인상조건으로서, 표 2에 나타내는 샘플 1에서 샘플 5까지의 5개의 다른 조건을 이용하여, 공정(S00)로부터 공정(S06) 및 공정(S11)로부터 공정(S13)을 실행하였다. 구체적으로는, 표 2에 나타낸 바와 같이, 인상축의 인상 속도와, 열차폐부와 실리콘 융액의 액면으로부터의 거리(높이)와, 종결정을 실리콘 융액에 침지하여 유지하는 유지시간이 다른 5개의 조합을 이용하였다.

도 2에 나타내는 공정(S13)에 있어서, 각 샘플의 상태를 관측하였다. 샘플 1은, 도 8의 (a)에 나타낸 바와 같이, 전위가 축방향으로 신장되어 있으며, 전위가 제거되어 있지 않다. 샘플 4는, 도 8의 (b)에 나타낸 바와 같이, 전위가 존재하고 있으나, 전위가 루프형상으로 쌍소멸되어, 전위가 제거되어 있다. 샘플 5는, 도 8의 (c)에 나타낸 바와 같이, 전위가 제거되어 있다.

따라서, 공정(S00)에 있어서의 인상조건으로서, 인상축의 인상 속도는 0.5mm/min으로부터 1.5mm/min까지의 범위 내, 실리콘 융액과의 거리(높이)는, 100mm으로부터 150mm의 범위 내, 유지시간은 100min으로 설정한다. 이로써, 무전위화부의 전위를 제거하여, 실리콘 단결정의 숄더부 및 직립몸체부의 전위를 제거할 수 있었다.

(실시예 2)

종래의 방법을 이용하여 실리콘 단결정을 제조했을 경우, 실리콘 단결정의 네크부에는, 도 18의 (a)에 나타낸 바와 같이, 실리콘 단결정의 중심축방향으로 연장되는 축형상 전위가 존재하고 있다.

다음으로, 실시예 1과 마찬가지로, 축형상 전위의 제거를 수행하였다.

그 결과, 도 2에 나타내는 공정(S13)에 있어서, 도 18의 (b)에 나타낸 바와 같이, 무전위화부에서 축형상 전위가 제거되어 있는 것으로 판단되는 상태가 된다. 또는, 도 18의 (c)에 나타낸 바와 같이, 전위가 진행되는 방향이, 실리콘 단결정의 중심축의 방향과 다른 {111}면으로 이동하여, 무전위화부에서 전위가 실리콘 단결정의 외주면에 도달하여 제거되어 있는 상태가 된다.

(산업상의 이용 가능성)

본 발명의 실리콘 단결정의 제조방법은, 이하의 공정을 갖는다. 종결정을 실리콘 융액에 접촉시킨 후에 인상하여, 실리콘 단결정을 육성하는 공정. 상기 실리콘 단결정에 발생된 전위를, 상기 실리콘 단결정의 지름방향의 외측으로 진행시켜 제거하거나 또는 루프형상으로 쌍소멸시켜, 상기 실리콘 단결정에 무전위화부를 형성하는 공정. 상기 무전위화부가 형성된 상기 실리콘 단결정을 인상하고 소정의 직경까지 확대시켜, 직립몸체부를 형성하는 공정.

본 발명의 실리콘 단결정의 제조방법은, 이하의 과제 중 적어도 하나를 해결한다. 종결정을 실리콘 융액에 접촉시키는 공정에서 발생되는 전위를 제거하여, 무전위화를 실현하는 것. 전위의 발생 및 제거의 상황을 정확하게 파악하는 것. 네크부에서의 전위의 상태와 실리콘 단결정의 인상 조건과의 관계를 정확하게 파악하는 것. 무전위화가 가능한 실리콘 단결정의 인상조건을 정확하게 결정하는 것.

1a : 석영도가니
3 : 실리콘 융액
4 : 인상축(중심축)
6 : 실리콘 단결정
6a : 숄더부
6b : 직립몸체부
B : 고에너지 방사광
N : 무전위화부(전위 제거부, 제거곤란전위 제거부)
T : 종결정
K1, K2, K3, K4 : 계면(고액계면)

Claims (22)

1. 실리콘 단결정을 CZ법에 의해 인상하는 실리콘 단결정의 제조방법으로서,
   실리콘 융액에 종결정을 접촉시켜, 상기 실리콘 단결정의 인상을 개시하는 침지공정과,
   실리콘 웨이퍼가 되는 상기 실리콘 단결정의 직립몸체부를 형성하도록, 상기 실리콘 단결정을 인상하는 직립몸체공정과,
   침지공정에서 발생된 전위 또는 제거곤란전위를 상기 직립몸체공정보다 전에 제거하는 제거곤란전위 제거공정,
   을 갖는 실리콘 단결정의 제조방법.
2. 실리콘 융액에 종결정을 접촉시키는 침지공정과,
   상기 실리콘 융액으로부터 상기 종결정을 인상하여 실리콘 단결정을 육성하고, 상기 침지공정에서 발생된 전위를, 상기 실리콘 단결정의 지름방향의 외측으로 진행(進展)시켜 제거하거나 또는 루프형상으로 쌍소멸시켜 제거함으로써, 무전위화부를 형성하는 제거곤란전위 제거공정과,
   상기 무전위화부가 형성된 상기 실리콘 단결정을 인상하고 소정의 직경까지 확대시켜, 직립몸체부를 형성하는 직립몸체공정을 가지며,
   상기 종결정으로부터 상기 실리콘 단결정의 중심축방향 또는 결정성장방향으로 연장되어 상기 직립몸체부에 도달하는 축형상 전위의 발생을 방지하는 실리콘 단결정의 제조방법.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 제거곤란전위 제거공정에 있어서, 상기 전위 또는 상기 제거곤란전위가 신장(伸展)되는 방향을 결정성장방향으로부터 이동시키는 실리콘 단결정의 제조방법.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 제거곤란전위 제거공정에 있어서, 상기 전위 또는 상기 제거곤란전위를 상기 실리콘 결정의 인상에 따라, 상기 실리콘 단결정의 외부방향으로 신장시키거나 또는 루프형상으로 쌍소멸시켜 제거하는 실리콘 단결정의 제조방법.
5. 제 3항에 있어서,
   상기 제거곤란전위 제거공정에 있어서, 상기 실리콘 융액과 상기 실리콘 단결정의 고액계면형상을 상기 실리콘 융액의 표면으로부터 변형시켜 상기 전위 또는 상기 제거곤란전위가 신장되는 방향을 상기 결정성장방향으로부터 이동시키는 실리콘 단결정의 제조방법.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 제거곤란전위 제거공정에 있어서, 상기 실리콘 융액과 상기 실리콘 단결정의 고액계면의 접평면이 상기 실리콘 융액의 표면과 평행이 되는 부분을 중심위치로부터 변동시켜 상기 전위 또는 상기 제거곤란전위가 신장되는 방향을 상기 결정성장방향으로부터 이동시키는 실리콘 단결정의 제조방법.
7. 제 3항에 있어서,
   상기 제거곤란전위 제거공정에 있어서, 상기 실리콘 융액과 상기 실리콘 단결정의 고액계면상태의 요동을 증대시켜 상기 전위 또는 상기 제거곤란전위가 신장되는 방향을 상기 결정성장방향으로부터 이동시키는 실리콘 단결정의 제조방법.
8. 제 7항에 있어서,
   상기 제거곤란전위 제거공정에 있어서, 상기 실리콘 융액에 대한 상기 실리콘 단결정의 회전을 저감시켜 상기 고액계면상태의 요동을 증대시키는 실리콘 단결정의 제조방법.
9. 제 7항에 있어서,
   상기 제거곤란전위 제거공정에 있어서, 상기 실리콘 융액에 인가하는 자기장 강도를 저감시켜 상기 고액계면상태의 요동을 증대시키는 실리콘 단결정의 제조방법.
10. 제 7항에 있어서,
    상기 제거곤란전위 제거공정에 있어서, 상기 실리콘 융액을 저류하는 석영 도가니에 기인하여 발생하는 탕면 진동에 의해 상기 고액계면상태의 요동을 증대시키는 실리콘 단결정의 제조방법.
11. 제 7항에 있어서,
    상기 제거곤란전위 제거공정에 있어서, 상기 실리콘 단결정을 성장축 또는 상기 실리콘 단결정의 중심축에 대하여 비대칭으로 가열하여 상기 고액계면상태의 요동을 증대시키는 실리콘 단결정의 제조방법.
12. 제 7항에 있어서,
    상기 제거곤란전위 제거공정에 있어서, 상기 실리콘 융액과 상기 실리콘 단결정의 고액계면을 성장축 또는 상기 실리콘 단결정의 중심축에 대하여 비대칭이 되도록 온도분포를 형성하여 상기 전위 또는 상기 제거곤란전위가 신장되는 방향을 상기 결정성장방향으로부터 이동시키는 실리콘 단결정의 제조방법.
13. 제 12항에 있어서,
    상기 제거곤란전위 제거공정에 있어서, 상기 실리콘 단결정을 성장축 또는 상기 실리콘 단결정의 중심축에 대하여 비대칭으로 가열하여 상기 고액계면을 성장축 또는 상기 실리콘 단결정의 중심축에 대하여 비대칭으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
14. 상기 제거곤란전위 제거공정에 있어서, 상기 침지공정에서 발생된 전위를 상기 실리콘 단결정의 인상에 따라 상기 실리콘 단결정의 외부방향으로 신장시키거나 또는 루프형상으로 쌍소멸시켜 제거하여, 상기 실리콘 단결정에 전위 제거부 또는 무전위화부를 형성하는 동시에,
    상기 제거곤란전위 제거공정 후에 상기 실리콘 단결정의 직경을 상기 직립몸체부의 직경까지 확대하여 숄더부를 형성하도록, 상기 실리콘 단결정을 인상하는 지름확대공정과,
    상기 전위 제거부 또는 무전위화부에 고에너지 방사광을 조사하여 상기 전위 제거부 또는 무전위화부 내에서의 상기 전위의 3차원적 거동인 전위거동정보를 검출하는 전위거동정보 취득공정과,
    상기 전위거동정보에 근거하여, 상기 전위가 제거되어 있음을 판단하는 무전위화 판단공정과,
    상기 무전위화 판단공정에 있어서의 무전위화의 판단에 근거하여, 상기 실리콘 단결정을 무전위화하기 위한 인상조건을 결정하는 인상조건 설정공정,
    을 갖는 실리콘 단결정의 제조방법.
15. 제 14항에 있어서,
    상기 무전위화 판단공정에 있어서의 무전위화의 판단에 근거하여, 상기 지름확대공정을 개시하는 실리콘 단결정의 제조방법.
16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 기재된 실리콘 단결정 제조방법의 제조방법에 의해 제조되는 실리콘 단결정.
17. 제16항에 기재된 실리콘 단결정으로 제조되는 실리콘 웨이퍼.
18. 실리콘 단결정을 CZ법에 의해 인상하는 실리콘 단결정의 제조방법으로서,
    실리콘 융액에 종결정을 접촉시켜, 상기 실리콘 단결정의 인상을 개시하는 침지공정과,
    침지공정에서 발생된 전위를, 상기 실리콘 단결정의 인상에 따라 상기 실리콘 단결정의 외부방향으로 신장시키거나 또는 루프형상으로 쌍소멸시켜 제거하여, 상기 실리콘 단결정에 전위 제거부 또는 무전위화부를 형성하는 전위 제거 공정과,
    상기 실리콘 단결정의 직경을 필요한 직경까지 확대시켜 숄더부를 형성하도록 상기 실리콘 단결정을 인상하는 지름확대공정과,
    상기 실리콘 단결정에 상기 필요한 직경을 갖는 직립몸체부를 형성하도록 상기 실리콘 단결정을 인상하는 직립몸체공정과,
    상기 전위 제거부 또는 상기 무전위화부에 고에너지 방사광을 조사하여 상기 전위 제거부 또는 상기 무전위화부 내에 있어서의 상기 전위의 3차원적 거동인 전위거동정보를 검출하는 전위거동정보 취득공정과,
    상기 전위거동정보에 근거하여, 상기 전위가 제거되어 있음을 판단하는 무전위화 판단공정과,
    상기 무전위화 판단공정에 있어서의 무전위화의 판단에 근거하여, 상기 실리콘 단결정을 무전위화하기 위한 인상조건을 결정하는 인상조건 설정공정,
    을 갖는 실리콘 단결정의 제조방법.
19. 실리콘 단결정을 CZ법에 의해 인상하는 실리콘 단결정의 제조방법으로서,
    실리콘 융액에 종결정을 접촉시켜, 상기 실리콘 단결정의 인상을 개시하는 침지공정과,
    침지공정에서 발생된 전위를 상기 실리콘 단결정의 인상에 따라 상기 실리콘 단결정의 외부방향으로 신장시키거나 또는 루프형상으로 쌍소멸시켜 제거하여, 상기 실리콘 단결정에 전위 제거부 또는 무전위화부를 형성하는 전위 제거 공정과,
    상기 실리콘 단결정의 직경을 필요한 직경까지 확대시켜 숄더부를 형성하도록, 상기 실리콘 단결정을 인상하는 지름확대공정과,
    상기 실리콘 단결정에 상기 필요한 직경을 갖는 직립몸체부를 형성하도록 상기 실리콘 단결정을 인상하는 직립몸체공정과,
    상기 전위 제거부 또는 무전위화부에 고에너지 방사광을 조사하여 상기 전위 제거부 또는 무전위화부 내에 있어서의 상기 전위의 3차원적 거동인 전위거동정보를 검출하는 전위거동정보 취득공정과,
    상기 전위거동정보에 근거하여, 상기 전위가 제거되어 있음을 판단하는 무전위화 판단공정을 가지며,
    상기 무전위화 판단공정에 있어서의 무전위화의 판단에 근거하여, 상기 지름확대공정을 개시하는 실리콘 단결정의 제조방법.
20. 제14항, 제15항, 제18항 또는 제19항 중 어느 한 항에 기재된 실리콘 단결정 제조방법에 있어서,
    상기 고에너지 방사광이, 40keV~70keV의 범위 내의 에너지가 되고, 0.1rpm~30rpm의 범위의 회전속도의 회전 상태로 조사되는 실리콘 단결정의 제조방법.
21. 제 20항에 있어서,
    상기 회전 상태에 있어서, 상기 고에너지 광이 조사되는 상기 전위 제거부 또는 상기 무전위화부의 외주면의 조사 영역이, 상기 외주면을 주회하도록 이동하는 실리콘 단결정의 제조방법.
22. 실리콘 단결정을 CZ법에 의해 인상하는 실리콘 단결정의 제조방법으로서,
    실리콘 융액에 종결정을 접촉시켜 상기 실리콘 단결정의 인상을 개시하는 침지공정과,
    침지공정에서 발생된 전위를 상기 실리콘 단결정의 인상에 따라 상기 실리콘 단결정의 외부방향으로 신장시키거나 또는 루프형상으로 쌍소멸시켜 제거하여, 상기 실리콘 단결정에 전위 제거부 또는 무전위화부를 형성하는 전위 제거 공정,
    을 갖는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.

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