KR20150094628A - 실리콘 단결정의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 도가니에 수용되고, 도펀트가 첨가된 원료융액에 종결정을 접촉시키고, 콘부를 형성한 후 계속해서 직동부를 형성하여, 저항율이 0.05Ωcm 이하, 결정방위가 <100>인 N형 실리콘 단결정을 육성하는 쵸크랄스키법에 의한 실리콘 단결정의 제조방법으로서, 상기 콘부의 형성에 있어서, 상기 실리콘 단결정의 직경방향에서 봤을 때의 상기 실리콘 단결정의 성장방향과 상기 콘부의 측면이 이루는 테이퍼각을 θ, 상기 콘부의 측면의 길이를 L로 했을 때, 이 길이(L)에 대하여, θ가 25° 이상, 45° 이하가 되는 영역의 길이의 합계가 20% 이하가 되도록 θ를 조정하면서 상기 콘부를 형성하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법이다. 이에 따라, 수율이나 생산성을 저감하지 않고, 콘부의 형성공정에 있어서의 유전위화를 저감할 수 있다.

Description

실리콘 단결정의 제조방법{METHOD FOR PRODUCING MONOCRYSTALLINE SILICON}

본 발명은, 쵸크랄스키법(Czochralski Method, 이하 CZ법이라고 약칭함)에 의한 단결정 제조방법에 관한 것이다.

최근, 파워 MOS 반도체의 수요가 늘고 있고, 이에 사용되는 기판으로서, 안티몬(Sb), 비소(As), 적린(P) 등의 휘발성 도펀트가 고농도로 도프된 저저항율의 N형 실리콘 단결정 기판의 개발이 중요해지고 있다. 실리콘 단결정 기판은, 주로 CZ법에 의해 제조된 실리콘 단결정봉을 슬라이스함으로써 얻어진다.

CZ법에 의해 실리콘 단결정을 제조하는 경우, 우선 챔버 내의 석영도가니에 다결정 실리콘 등의 원료를 충전하고, 여기에 도펀트를 첨가하고, 이들을 히터에 의해 가열하여 원료융액으로 한 후, 챔버 상부로부터 종홀더에 유지한 종결정을 원료융액에 접촉시키고, 종결정을 회전시키면서 천천히 인상함으로써 단결정을 육성한다.

단결정의 육성시에는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 단결정을 원하는 직경까지 확대시키면서 콘부를 형성하고, 원하는 직경으로 확경 후, 인상속도 및 원료융액온도를 제어하면서 직동부를 형성한다.

그러나, 이러한 CZ법에 있어서 도펀트를 고농도로 도프한 단결정을 제조하는 것은 매우 어렵다. 특히, 콘부로부터 직동부의 형성직전까지 유전위화되는 경우가 매우 많고, 생산효율이 나쁠 뿐만 아니라, 최악의 경우 단결정이 얻어지지 않는 경우도 있다.

이 문제에 대하여, 콘부의 형성시에 테이퍼각을 적어도 2단계로 커지도록 변경함으로써 유전위화를 억제하는 방법이 알려져 있다(특허문헌 1 참조).

일본특허공개 2009-292659호 공보

여기서 말하는 테이퍼각이란, 도 2에 나타낸 바와 같이, 실리콘 단결정의 성장방향(A)과 콘부(17)의 측면이 이루는 각(θ)을 의미한다. 단, 도 2는 콘부의 측면의 개략을 나타낸 것이며, 콘부 측면의 단면형상이 도 2와 같이 직선이 되는 것이 아니라, θ는 측면의 위치에 따라 변화한다.

그러나, 상기 특허문헌 1의 방법으로는, 상기한 바와 같은 저저항율(특히, 0.05Ωcm 이하), 결정방위 <100>인 N형 실리콘 단결정을 제조할 때, 충분히 유전위화를 억제하지 못한다는 문제가 있다.

또한, 유전위화를 억제하기 위하여, 경험적으로 콘공정에 있어서 인상속도를 늦추고, 테이퍼각도를 작게 한 콘부를 형성하는 경우도 있었다. 그러나, 테이퍼각도를 줄이면 콘부의 높이가 증가하고, 중량이 통상의 3배 가까이 증가하는 경우가 있어, 수율·생산성이 저하된다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 수율이나 생산성을 저감하지 않고, 콘부의 형성공정에 있어서의 유전위화를 저감할 수 있는 저저항율, 결정방위 <100>인 N형 실리콘 단결정의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의하면, 도가니에 수용되고, 도펀트가 첨가된 원료융액에 종결정을 접촉시키고, 콘부를 형성한 후 계속해서 직동부를 형성하여, 저항율이 0.05Ωcm 이하, 결정방위가 <100>인 N형 실리콘 단결정을 육성하는 쵸크랄스키법에 의한 실리콘 단결정의 제조방법으로서, 상기 콘부의 형성에 있어서, 상기 실리콘 단결정의 직경방향에서 봤을 때의 상기 실리콘 단결정의 성장방향과 상기 콘부의 측면이 이루는 테이퍼각을 θ, 상기 콘부의 측면의 길이를 L로 했을 때, 이 길이(L)에 대하여, θ가 25° 이상, 45° 이하가 되는 영역의 길이의 합계가 20% 이하가 되도록 θ를 조정하면서 상기 콘부를 형성하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법이 제공된다.

이러한 제조방법이면, 콘부의 높이가 증가하는 것을 억제하면서, 콘부 형성 중에 특히 유전위화가 일어나기 쉬운 테이퍼각(θ)이 35.2°가 되는 영역을 저감할 수 있으므로, 수율이나 생산성을 저감하지 않고 유전위화를 확실히 억제할 수 있다.

이때, 상기 도펀트로서, Sb, As, P 중 어느 하나를 이용할 수 있다.

이와 같이 하면, 원하는 도펀트가 도프된 N형 실리콘 단결정을 얻을 수 있다.

또한, 상기 콘부의 형성에 있어서, 상기 테이퍼각(θ)의 조정을 상기 실리콘 단결정의 인상속도를 저하시키거나, 또는 상기 도가니의 회전속도를 변화시킴으로써 행하는 것이 바람직하다.

이와 같이 하면, 인상속도 또는 도가니의 회전속도는 응답성 좋게 변화시킬 수 있으므로, 테이퍼각(θ)을 용이하게 조정할 수 있다.

또한, 상기 콘부의 형성의 후반에 있어서, 상기 실리콘 단결정의 인상속도를 저하시키거나, 또는 상기 도가니의 회전속도를 변화시킴으로써 상기 테이퍼각(θ)을 45°보다 큰 각도로 유지하는 것이 바람직하다.

이와 같이 하면, 상기와 같이 테이퍼각(θ)을 용이하게 조정할 수 있는 것에 더하여, 콘부의 높이를 저감하여 형성시간을 삭감할 수 있으므로, 수율이나 생산성을 향상할 수 있다.

또한, 상기 실리콘 단결정의 육성시에, 상기 원료융액에 중심자장강도가 0.15T 이상인 수평자장을 인가할 수 있다.

이와 같이 하면, 도가니 내의 원료융액의 대류를 억제하고, 결정성장계면 근방의 온도변동을 저감할 수 있으므로, 결정에 취입되는 도펀트의 농도분포가 균일화된다. 또한, 점결함의 결정 내로의 도입을 억제할 수 있다.

본 발명에서는, 실리콘 단결정의 직경방향에서 봤을 때의 실리콘 단결정의 성장방향과 콘부의 측면이 이루는 테이퍼각을 θ, 콘부의 측면의 길이를 L로 했을 때, 이 길이(L)에 대하여, θ가 25° 이상, 45° 이하가 되는 영역의 길이의 합계가 20% 이하가 되도록 θ를 조정하면서 콘부를 형성하므로, 콘부의 높이가 증가하는 것을 억제하면서, 콘부 형성 중에 특히 유전위화가 일어나기 쉬운 테이퍼각(θ)이 35.2°가 되는 영역을 저감할 수 있으므로, 수율이나 생산성을 저감하지 않고 유전위화를 확실히 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실리콘 단결정의 제조방법을 실시하는 단결정 제조장치의 일례를 나타낸 개략도이다.
도 2는 실리콘 단결정의 콘부의 형상을 설명하는 개략단면도이다.
도 3은 종래의 실리콘 단결정의 제조방법으로 얻어진 실리콘 단결정의 콘부 및 직동부의 형상의 개략도이다.
도 4는 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2에 있어서의 콘부의 형상의 측정결과를 나타낸 도면이다.
도 5는 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2에 있어서의 테이퍼각(θ)의 측정결과를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명에 대하여 실시형태를 설명하는데, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.

상기와 같이, 결정방위 <100>인 고농도 도프 N형 실리콘 단결정의 제조에 있어서의 콘부 형성 중에 유전위화가 발생하는 경우가 매우 많다는 문제에 대하여, 본 발명자 등이 조사한 바, 콘부의 표면에 패싯이 나타나 약간 지나면 유전위화되는 경우가 매우 많은 것이 판명되었다. 이것은 패싯이 나타나면 그 성장의 전선에서는 등온성장을 하는 부분과의 경계에서 성장이 불안정해지기 때문인 것으로 생각된다. 더욱 예의검토를 거듭한 결과, 이 유전위화는 인상속도나 온도분포보다, 콘부의 형상에 의존하여 발생하고, 특히 (111)면이 형성되면 유전위화되기 쉬운 것을 발견하였다.

종래의 방법으로 제조한 실리콘 단결정의 콘부는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 보울형(bowl-shaped)의 형상이 되고, 이것과 유사한 형상이 가장 안정적이고 좋은 것으로 여겨진다. 그러나, 도 3 중의 원으로 둘러싸인 영역 내에 (111)면으로 구성된 패싯이 형성되어 있고, 이 영역에 있어서 유전위화가 많이 발생한다. 결정방위 <100>인 단결정을 제조할 때, (111)면은 테이퍼각이 35.2°가 되는 경우에 가장 발생하기 쉬워지는 것이 결정학적으로 알려져 있다.

도 3 중의 상방의 원으로 둘러싸인 영역은, 콘부 형성의 전반에서 직경을 확대하여 테이퍼각(θ)이 증가하는 과정에서 35.2°에 가까워졌을 때에 형성된다. 그 후, 테이퍼각(θ)은 35.2°를 초과하여 커지는데, 후술하는 바와 같이, 콘부 형성의 후반에서 재차 테이퍼각(θ)이 작아져 35.2°에 가까워졌을 때에 형성된다.

이상의 점으로부터, 본 발명자 등은 테이퍼각(θ)이 25° 내지 45°의 범위 내가 되는 영역을 줄임으로써 유전위화를 억제할 수 있는 것에 상도하여, 본 발명을 완성시켰다.

우선, 본 발명의 실리콘 단결정의 제조방법으로 이용할 수 있는 단결정 제조장치에 대하여 설명한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 단결정 제조장치(1)는, 메인챔버(2)와, 메인챔버(2) 상에 연접된 풀챔버(3)를 가지고 있다. 메인챔버(2) 내에는, 도가니(4, 5)와, 도가니(4, 5)에 수용된 원료를 가열, 융해하여 원료융액(6)으로 하기 위한 히터(7) 등이 마련되어 있다.

풀챔버(3)의 상부에는, 육성된 실리콘 단결정(8)을 회전시키면서 인상하기 위한 인상기구(9)가 마련되어 있다. 이 풀챔버(3)의 상부에 부착된 인상기구(9)로부터는 와이어(10)가 감겨져 있고, 그 선단에는 종홀더(11)가 접속되고, 종홀더(11)의 끝에 부착된 종결정(12)을 원료융액(6)에 접촉시키고, 와이어(10)를 인상기구(9)에 의해 권취함으로써 종결정(12)의 하방에 단결정(8)을 육성한다.

도가니(4, 5)는, 내측에 원료융액(6)을 직접 수용하는 석영도가니(4)와, 외측에 이 석영도가니(4)를 지지하기 위한 흑연도가니(5)로부터 구성된다. 도가니(4, 5)는, 단결정 제조장치(1)의 하부에 부착된 회전승강이동 가능한 도가니 회전축(13)에 지지되어 있다. 단결정의 육성이 진행됨에 따라 도가니 내의 원료융액(6)이 감소되는데, 결정직경이나 결정품질이 변하지 않도록 융액면은 일정한 위치에 유지된다. 구체적으로는, 도가니 회전승강 구동기구(도시하지 않음)에 의해 도가니(4, 5)를 실리콘 단결정(8)과 역방향으로 회전시키면서 실리콘 단결정(8)의 인상에 따라 융액이 감소된 것만큼 도가니(4, 5)를 상승시킨다.

또한, 단결정 제조장치(1)에는, 육성하는 단결정(8)을 둘러싸도록 하여, 원통상의 정류통(14)이 마련되어 있다. 정류통(14)에는 흑연재가 이용되고, 히터(7)나 원료융액(6)으로부터의 실리콘 단결정(8)에 대한 복사열을 차단할 수 있다.

로 내에 발생한 산화물을 로 외로 배출하는 것 등을 목적으로 하고, 풀챔버(3)의 상부에 마련된 가스도입구(15)로부터 아르곤가스 등의 불활성가스가 도입되고, 정류통(14)의 내측을 통과하여 인상 중인 실리콘 단결정(8)의 근방에 정류되고, 원료융액(6) 표면을 통과하여 도가니(4, 5)의 상단가장자리의 상방을 통과하고, 단결정 제조장치(1)의 하부에 마련된 가스유출구(16)로부터 배출된다. 이에 따라, 인상 중인 실리콘 단결정(8)이 가스에 의해 냉각됨과 함께, 정류통(14)의 내측, 및 도가니(4, 5)의 상단가장자리 등에 산화물이 퇴적하는 것을 방지할 수 있다.

이하에, 본 발명의 실리콘 단결정의 제조방법에 대하여 설명한다. 여기서는, 도 1에 나타낸 단결정 제조장치(1)를 이용한 경우를 예로서 설명한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 우선, 히터(7)에 의해 도가니(4, 5) 내에서 실리콘의 고순도 다결정 원료를 융점(약 1420℃) 이상으로 가열, 용융하여 원료융액(6)으로 한다. 또한, 원료융액(6)에는 안티몬(Sb), 비소(As), 적린(P) 등의 도펀트를 첨가한다. 여기서, 첨가하는 도펀트의 양은 제조하는 단결정의 저항율이 0.05Ωcm 이하가 되는 양으로 한다.

이어서, 와이어(10)를 감음으로써 원료융액면의 대략 중심부에 종결정(12)의 선단을 접촉(종부착(種付け))시킨다. 종부착시에 결정에 생기는 전위를 제거하기 위하여, 필요에 따라 종결정을 원료융액(6)에 침지시켜 네킹을 행하고, 네크부를 형성한다.

그 후, 도가니 회전축(13)을 적당한 방향으로 회전시킴과 함께, 와이어(10)를 회전시키면서 권취하고, 종결정(12)을 인상함으로써, 실리콘 단결정(8)의 육성이 개시된다. 이때, 우선, 제조하는 실리콘 단결정(8)의 직경을 서서히 확대시켜 콘부(17)를 형성하고, 원하는 직경까지 확경한다.

도 2는 콘부(17)를 실리콘 단결정(8)의 직경방향에서 봤을 때의 형상을 간략적으로 나타낸 도면이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 실리콘 단결정의 성장방향(A)과 콘부(17)의 측면이 이루는 테이퍼각을 θ로 나타내고, 콘부(17)의 측면의 길이를 L로 나타낸다.

본 발명에서는, 이 콘부(17)의 형성에 있어서, 콘부(17)의 측면의 길이(L)에 대하여, θ가 25° 이상, 45° 이하가 되는 영역의 길이의 합계가 20% 이하가 되도록 θ를 조정하면서 콘부(17)를 형성한다.

이와 같이 하면, 콘부(17)의 형성 중에, 테이퍼각(θ)이 35.2°가 되는 영역을 저감하여, 즉 특히 유전위화가 일어나기 쉬운 (111)면이 형성되는 것을 억제하여 유전위화를 확실히 억제할 수 있다.

여기서, 콘부(17)의 구체적인 형성방법에 대하여 이하에 설명한다.

우선, 콘부의 형성개시 후, 원료융액(6)의 온도를 서서히 저하시켜 테이퍼각(θ)을 천천히 크게 하면서 직경을 확대시킨다. 이때는 아직 결정부분의 체적이 작고 열용량이 작으므로, 급격한 온도변화는 급격한 형상변화를 초래하여 유전위화의 원인으로 이어지므로, 조금씩 확경하는 것이 좋다.

그 후, 결정이 성장하여 테이퍼각이 커지고, θ가 35.2° 부근이 되면, <110>방향으로 4개 있는 결정선의 각각이 2개로 분기하고, 그 사이에 (111)면이 형성되게 된다. 이 (111)면은 표면에너지가 낮기 때문에 우선적으로 나타나 거울과 같이 된다.

여기서, (111)면이 형성되는 영역을 가능한 적게 하기 위하여, θ를 25° 미만 또는 45°보다 커지도록 조정한다. 구체적으로는, 실리콘 단결정(8)의 인상속도를 저하시키거나, 또는 도가니(4, 5)의 회전속도를 변화시킴으로써 θ를 조정하는 것이 바람직하다. 히터(7)의 전력을 조정하여 원료융액(6)의 온도를 변화시킴으로써 테이퍼각(θ)을 조정할 수도 있는데, 원료융액(6)의 온도변화에 따라 θ가 변화하기까지의 동안에는 타임래그가 발생하므로, 인상속도 또는 도가니의 회전속도에 의한 방법이 용이하게 θ를 조정할 수 있다.

예를 들어, 테이퍼각(θ)이 25° 부근이 되었을 때에, 인상속도를 급격히 저하시킴으로써 테이퍼각(θ)을 증가시키고, θ가 25° 이상, 45° 이하가 되는 영역이 형성되는 구간(시간)을 단축시킬 수 있다. 인상속도의 변화는 히터전력의 조정에 의한 융액 온도변화와 달리 급변이 가능하며, 인상속도의 조정에 의한 테이퍼각(θ)의 조정도 용이하게 행할 수 있는 점에서, 인상속도에 의한 테이퍼각(θ)의 조정이 가장 바람직하고, 콘부 형성의 일정구간만 인상속도를 급변시켜 테이퍼각(θ)을 조정하는 방법이 유효하다. 또한, 도가니 회전속도를 조정하여 원료융액(6)의 대류를 바꿈으로써 융액온도를 변화시켜도 동일한 효과를 기대할 수 있다. 대류가 바뀌면 바로 고액계면 근방의 온도가 변하므로, 히터의 파워를 바꾸는 것보다 매우 응답성이 좋다. 이때, CZ법의 경우는 도가니 회전을 빠르게 함으로써, MCZ법의 경우는 도가니 회전을 늦춤으로써 고액계면 근방의 온도를 낮출 수 있다.

이와 같이 하여 테이퍼각(θ)을 특히 45°보다 크게 하면, (111)면이 소실되고, 이 테이퍼각(θ)을 안정적으로 유지하여 성장하게 된다. 상기에서 인상속도를 저하시킨 경우에는, 이 시점에서 저하시키기 이전의 인상속도로 되돌릴 수도 있다. 이와 같이 해도 테이퍼각(θ)을 안정적으로 유지할 수 있으므로, 인상속도를 되돌려 생산성의 저하를 억제하는 것이 바람직하다.

종래의 결정방위 <100>, 고농도 도프 N형 실리콘 단결정의 제조방법에서는, 콘부의 형성의 후반에 있어서, 원하는 직경에 근접했을 때, 직동부 형성 초기의 직경안정화를 위하여, 원료융액온도의 하강구배를 완만하게 하고 있다. 이와 같이 하면, 테이퍼각(θ)이 작아져 재차 35.2°에 근접하기 때문에, 상기한 바와 같이, 이 영역에서도 (111)면이 형성된다. 종래의 실리콘 단결정의 제조에서는, 이 직동부 형성의 직전 위치에서도 유전위화가 발생하기 쉽다.

따라서, 본 발명에서는, 원료융액온도를 저하시키지 않고 인상속도를 저하시킴으로써, 테이퍼각(θ)을 45°보다 큰 각도로 유지하는 것이 바람직하다. 이때, 인상속도를 저하시키는 것이 아니라, 도가니 회전속도를 변화시킬 때도 마찬가지로 테이퍼각(θ)을 45°보다 큰 각도로 조정할 수 있다.

이와 같이 하여 얻어진 콘부는 (111)면이 적은 형상이 되고, 콘부 형성에 있어서의 유전위화를 억제할 수 있음과 함께, 콘부의 높이가 필요이상으로 커지는 일도 없이, 수율이나 생산성의 저감을 억제할 수 있다.

콘부의 형성 후, 종래와 동일하게 하여, 원하는 직경, 결정품질이 얻어지도록 단결정(8)의 인상속도나 히터(7)의 전력을 제어하면서 단결정(8)의 직동부를 형성하고, 그 후 테일부를 형성하여 실리콘 단결정(8)이 제조된다.

또한, 실리콘 단결정의 육성시에는, 원료융액(6)에 자장을 인가할 수 있다. 이 경우, 도 1에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 영구자석 또는 전자석으로 이루어지는 자장인가장치(18)에 의해 중심자장강도가 0.15T 이상인 수평자장을 인가할 수 있다.

이와 같이 하면, 도가니 내의 원료융액의 대류를 억제하고, 결정성장계면 근방의 온도변동을 저감할 수 있으므로, 결정에 취입되는 도펀트의 농도분포가 균일화되고, 또한, 점결함의 결정 내로의 도입을 억제할 수 있다.

[실시예]

이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 나타내어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들로 한정되는 것이 아니다.

(실시예 1)

도 1에 나타낸 단결정 제조장치를 이용하여, 직경 200mm, 결정방위 <100>인 Sb 도프 실리콘 단결정을 제조하였다.

우선, 직경 660mm(26인치)의 도가니에 180kg의 실리콘 다결정 원료를 충전하고, 용융하여 원료융액으로 하였다. 또한, 제조하는 실리콘 단결정의 TOP측에서의 저항율이 0.02Ωcm가 되도록 도펀트(Sb)를 첨가하였다.

그리고, 네크부를 형성한 후, 크게 융액온도를 강하시키고, 그 후에는 거의 일정한 비율로 완만하게 융액온도를 낮춤으로써 콘부의 제작을 개시하였다. 이때의 인상속도는 일정하게 하였다.

테이퍼각도가 25°에 근접했을 때에 단숨에 인상속도를 40% 저하시켰다. 그 후, 일정시간 인상속도를 일정하게 유지한 후, 테이퍼각이 45°를 초과하고 나서 인상속도를 원래로 되돌렸다.

그 후, 45°를 초과하는 테이퍼각도를 유지하면서 단결정을 성장시켰다. 직경이 목표값에 근접했을 때, 테이퍼각도가 작아지지 않도록 서서히 인상속도를 저하시키고, 최종적으로 40%까지 저하시켰다. 이에 따라 테이퍼각이 25° 이상, 45° 이하가 되는 것을 억제하면서, 직동부의 형성초기에 직경이 지나치게 커지는 것을 피할 수 있었다.

이와 같이 하여 형성한 콘부의 형상 및 테이퍼각(θ)을 조사하였다. 도 4에 콘부의 형상의 측정결과를 나타낸다. 또한, 도 5에 형성 중인 콘부 저면의 반경에 있어서의 테이퍼각(θ)의 측정결과를 나타낸다. 도 4, 5에 나타낸 바와 같이, 실시예 1에서는, 콘부의 측면의 길이(L)에 대한, θ가 25° 이상, 45° 이하가 되는 영역의 길이의 합계의 비율은 후술하는 비교예 1, 2보다 작고, 그 값은 20%였다.

표 1에 콘부의 형성공정에 있어서의 유전위화율을 나타낸다. 여기서 나타낸 유전위화율은 후술하는 비교예 1의 결과를 1로 했을 때의 지수이다. 표 1에 나타낸 바와 같이, 유전위화율을 비교예 1의 1/3 이하로 할 수 있었다.

(실시예 2)

원료융액의 온도저하의 구배를 실시예 1보다 크게 한 것 이외에, 실시예 1과 동일한 조건으로 실리콘 단결정을 제조하고, 실시예 1과 동일하게 평가하였다.

도 4에 콘부의 형상의 측정결과를 나타낸다. 또한, 도 5에 형성 중인 콘부저면의 반경에 있어서의 테이퍼각(θ)의 측정결과를 나타낸다.

도 4, 5에 나타낸 바와 같이, 전반적으로 테이퍼각이 실시예 1에 비해 커졌다. 또한, 실시예 2에서는, 콘부의 측면의 길이(L)에 대한, θ가 25° 이상, 45° 이하가 되는 영역의 길이의 합계의 비율은 후술하는 비교예 1, 2보다 작고, 그 값은 8%였다.

표 1에 콘부의 형성공정에 있어서의 유전위화율을 나타낸다. 표 1에 나타낸 바와 같이, 유전위화율은 후술하는 비교예 1, 2보다 작아, 비교예 2의 1/3 정도로 할 수 있었다.

또한, 실시예 1, 2에 있어서 콘부가 유전위화된 부분은 모두, 테이퍼각(θ)이 20°~45°의 범위 외가 되는 영역에 있으며, 콘부의 형상이 유전위화의 요인이 되는 것은 아니었다.

이상의 점으로부터, 본 발명의 실리콘 단결정의 제조방법에서는, 콘부의 형성에 있어서, 콘부의 측면의 길이(L)에 대하여, θ가 25° 이상, 45° 이하가 되는 영역의 길이의 합계가 20% 이하가 되도록 θ를 조정함으로써, 유전위화를 확실히 억제할 수 있는 것이 확인되었다.

(비교예 1)

인상속도를 일정하게 한 것 이외에, 즉, 테이퍼각(θ)의 조정을 일절 행하지 않은 것 이외에, 실시예 1과 동일한 조건으로 실리콘 단결정을 제조하고, 실시예 1과 동일하게 평가하였다.

도 4에 콘부의 형상의 측정결과를 나타낸다. 또한, 도 5에 형성 중인 콘부저면의 반경에 있어서의 테이퍼각(θ)의 측정결과를 나타낸다.

도 4, 5에 나타낸 바와 같이, 비교예 1에서는, 콘부의 측면의 길이(L)에 대한, θ가 25° 이상, 45° 이하가 되는 영역의 길이의 합계의 비율은 실시예 1, 2보다 크고, 그 값은 20%를 초과하는 35%였다.

표 1에 콘부의 형성공정에 있어서의 유전위화율을 나타낸다. 표 1에 나타낸 바와 같이, 유전위화율은 실시예 1, 2보다 3배 이상 컸다.

(비교예 2)

원료융액의 온도저하의 구배를 비교예 1보다 크게 한 것 이외에, 비교예 1과 동일한 조건으로 실리콘 단결정을 제조하고, 비교예 1과 동일하게 평가하였다.

도 4에 콘부의 형상의 측정결과를 나타낸다. 또한, 도 5에 형성 중인 콘부저면의 반경에 있어서의 테이퍼각(θ)의 측정결과를 나타낸다.

도 4, 5에 나타낸 바와 같이, 전반적으로 테이퍼각이 비교예 1에 비해 커졌다. 또한, 비교예 2에서는, 콘부의 측면의 길이(L)에 대한, θ가 25° 이상, 45° 이하가 되는 영역의 길이의 합계의 비율은 실시예 1, 2보다 크고, 그 값은 20%를 초과하는 24%였다. 또한, 직동부의 형성초기에 있어서 직경이 지나치게 커져, 직경이 안정되지 않았다.

표 1에 콘부의 형성공정에 있어서의 유전위화율을 나타낸다. 표 1에 나타낸 바와 같이, 유전위화율은 실시예 1, 2보다 2.5배 이상 컸다.

	비교예 1	비교예 2	실시예 1	실시예 2
유전위화지수	1.00	0.83	0.33	0.28

또한, 본 발명은, 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시형태는 예시이며, 본 발명의 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 가지고, 동일한 작용효과를 나타내는 것은, 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

Claims (5)

1. 도가니에 수용되고, 도펀트가 첨가된 원료융액에 종결정을 접촉시키고, 콘부를 형성한 후 계속해서 직동부를 형성하여, 저항율이 0.05Ωcm 이하, 결정방위가 <100>인 N형 실리콘 단결정을 육성하는 쵸크랄스키법에 의한 실리콘 단결정의 제조방법으로서,
   상기 콘부의 형성에 있어서, 상기 실리콘 단결정의 직경방향에서 봤을 때의 상기 실리콘 단결정의 성장방향과 상기 콘부의 측면이 이루는 테이퍼각을 θ, 상기 콘부의 측면의 길이를 L로 했을 때, 이 길이(L)에 대하여, θ가 25° 이상, 45° 이하가 되는 영역의 길이의 합계가 20% 이하가 되도록 θ를 조정하면서 상기 콘부를 형성하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 도펀트로서, Sb, As 및 P 중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 콘부의 형성에 있어서, 상기 테이퍼각(θ)의 조정을 상기 실리콘 단결정의 인상속도를 저하시키거나, 또는 상기 도가니의 회전속도를 변화시킴으로써 행하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
   
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 콘부의 형성의 후반에 있어서, 상기 실리콘 단결정의 인상속도를 저하시키거나, 또는 상기 도가니의 회전속도를 변화시킴으로써 상기 테이퍼각(θ)을 45°보다 큰 각도로 유지하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
   
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 실리콘 단결정의 육성시에, 상기 원료융액에 중심자장강도가 0.15T 이상인 수평자장을 인가하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.

Images