KR20190089978A

KR20190089978A - 실리콘 단결정 제조 방법

Info

Publication number: KR20190089978A
Application number: KR1020197019170A
Authority: KR
Inventors: 코이치 마에가와; 야스히토 나루시마; 야스후미 카와카미; 후쿠오 오가와
Original assignee: 가부시키가이샤 사무코
Priority date: 2016-12-20
Filing date: 2017-10-30
Publication date: 2019-07-31
Also published as: US11242617B2; JP2018100196A; WO2018116637A1; DE112017006396T5; US20200087814A1; KR102265466B1; JP6642410B2; CN110249080A; DE112017006396B4

Abstract

적린을 도펀트로서 포함하는 실리콘 융액(9)으로부터 초크랄스키법에 의해 실리콘 단결정(10)을 인상하여 성장시키는 실리콘 단결정 제조 방법은, 상기 실리콘 단결정(10)은 직경 200 mm 웨이퍼용 단결정이고, 직동 지름 201 mm 이상 230 mm 이하, 직동 시작부에 있어서의 전기 저항률이 0.8 mΩcm 이상 1.2 mΩcm 이하이고, 실리콘 단결정(10)의 숄더부 형성 공정의 적어도 일부에 있어서의 상기 실리콘 단결정(10)의 결정 회전 속도를 17 rpm 이상 40 rpm 이하로 제어한다.

Description

실리콘 단결정 제조 방법

본 발명은 실리콘 단결정 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 휴대 전화기 등의 휴대 기기가 널리 보급되고 있다. 이러한 휴대 기기에서는, 장시간 가지고 다니며 사용 가능할 것이 강하게 요구되고 있어, 휴대 기기에 내장되는 배터리의 대용량화나 휴대 기기 자체의 소비 전력을 저감시키는 연구가 이루어지고 있다.

휴대 기기 자체의 소비 전력을 저감시키려면, 휴대 기기의 내부에 탑재되는 반도체 디바이스의 소비 전력을 저감시키는 것이 필요하다.

예를 들면, 휴대 기기의 전력용 디바이스로서 사용되는 저내압(低耐壓) 파워 MOSFET(Metal Oxide Semi Conductor Field Effect Transistor)은, 통전 상태로 되었을 때 그 내부에 어느 일정한 저항을 가지므로, 저내압 파워 MOSFET에 흐르는 전류에 따라 그 자신이 전력을 소비한다.

따라서, 저내압 파워 MOSFET이 통전 상태로 되었을 때의 내부 저항을 작게 할 수 있다면, 휴대 기기의 소비 전력을 저감시키는 것이 가능해진다. 그러한 배경으로 인해, 저내압 파워 MOSFET이 통전 상태로 되었을 때의 저항을 작게 하기 위하여, 저저항률의 N형 실리콘 단결정이 강하게 요구되고 있다.

그런데, 이러한 저저항률의 N형 실리콘 단결정의 인상에서는, 실리콘 단결정의 네크부로부터 크라운부(숄더부(肩部))를 성장시키고, 직동부(直胴部)를 육성해 갈 때, 유전위화(有轉位化)가 발생할 수 있다.

이 점에 대하여, 특허 문헌 1에는, 크라운부에 있어서의 결정 회전 속도 및 도가니 회전 속도를 제어함으로써, 크라운부에 있어서의 도펀트 농도의 면내 균일성을 향상시키고, 유전위화의 발생을 방지하는 기술이 개시되어 있다.

(특허 문헌 1): 일본 특허 공개 2012-250859호 공보

그러나, 실리콘 단결정의 직동 시작부에 있어서의 유전위화의 발생은 도펀트 농도의 불균일성에 기인할뿐만 아니라, 직동 시작부 근방에 있어서의 실리콘 단결정에 실리콘 융액 위에 부유하는 이물질이 혼입됨으로써 유전위화가 발생할 수도 있으므로, 상기 특허 문헌 1에 기재된 기술로는 유전위화의 발생을 방지하기에는 충분하지 않다.

본 발명의 목적은, 실리콘 단결정의 숄더 시작부부터 직동 시작부에 있어서의 유전위화의 발생을 방지할 수 있는 실리콘 단결정 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명은, 실리콘 단결정의 숄더 시작부로부터 일정한 구간에 있어서, 열 차폐판과 실리콘 단결정의 외주면 간의 거리가 과도하게 떨어져서 Ar 가스 등의 가스 퍼지 능력이 낮아지게 되어, 실리콘 융액 표면의 이물질을 불어날릴(떨구어낼) 수 없기 때문에 유전위화가 발생하는 점에 착안하여 이루어진 것으로서, 구체적으로는, 이하를 요지로 한다.

본 발명의 실리콘 단결정 제조 방법은, 적린(赤燐)을 도펀트로서 포함하는 실리콘 융액으로부터 초크랄스키법에 의해 실리콘 단결정을 인상하여 성장시키는 실리콘 단결정 제조 방법으로서, 상기 실리콘 단결정은 직경 200 mm 웨이퍼용 단결정이고, 직동 지름 201 mm 이상 230 mm 이하, 직동 시작부에 있어서의 전기 저항률이 0.8 mΩcm 이상 1.2 mΩcm 이하이고, 숄더부 형성 공정의 적어도 일부에 있어서의 상기 실리콘 단결정의 결정 회전 속도를 17 rpm 이상 40 rpm 이하로 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실리콘 단결정 제조 방법은, 비소를 도펀트로서 포함하는 실리콘 융액으로부터 초크랄스키법에 의해 실리콘 단결정을 인상하여 성장시키는 실리콘 단결정 제조 방법으로서, 상기 실리콘 단결정은 직경 200 mm 웨이퍼용 단결정이고, 직동 지름 201 mm 이상 230 mm 이하, 직동 시작부에 있어서의 전기 저항률이 1.8 mΩcm 이상 3.0 mΩcm 이하이고, 숄더부 형성 공정의 적어도 일부에 있어서의 상기 실리콘 단결정의 결정 회전 속도를 17 rpm 이상 40 rpm 이하로 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 실리콘 단결정의 숄더부 형성 공정의 적어도 일부에 있어서의 실리콘 단결정의 결정 회전 속도를 17 rpm 이상 40 rpm 이하로 제어함으로써, 실리콘 단결정의 회전에 수반하여, 실리콘 융액 표면에 실리콘 단결정으로부터 멀어지는 방향으로 와류(渦流)(강제 대류)를 발생시킬 수 있다. 따라서, 실리콘 융액 표면에 부유하는 이물질을 와류에 의해 외측으로 몰아낼 수 있기 때문에, 실리콘 단결정에 이물질이 혼입되는 것을 방지하여, 유전위화의 발생을 방지할 수 있다.

본 발명에서는, 상기 숄더부 형성 공정에 있어서의 상기 실리콘 단결정의 직경이 20 mm 이상 190 mm 이하인 구간의 상기 실리콘 단결정의 결정 회전 속도를 17 rpm 이상 40 rpm 이하로 제어하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 숄더부 형성 공정에 있어서의 실리콘 단결정의 직경이 20 mm 이상 190 mm 이하인 구간에서 유전위화가 발생하기 쉬우므로, 이 범위에 있어서의 실리콘 단결정의 결정 회전 속도를 17 rpm 이상 40 rpm 이하로 함으로써 유전위화의 발생을 매우 적합하게 방지할 수 있다.

본 발명에서는, 상기 숄더부 형성 공정에 있어서의 상기 실리콘 단결정의 직경이 100 mm 이상 190 mm 이하인 구간의 상기 실리콘 단결정의 결정 회전 속도를 17 rpm 이상 40 rpm 이하로 제어하는 것이 바람직하다.

숄더부 형성 공정에 있어서, 결정 회전 속도를 17 mm 미만으로 하여도, 결정 직경이 100 mm까지인 구간에서는 무전위 상태에서 실리콘 단결정의 육성을 할 수 있다. 그러나, 결정 직경이 100 mm 이상인 구간에서는, 결정 회전 속도를 17 mm 미만으로 하면 유전위화가 발생한다. 따라서, 특히 실리콘 단결정의 결정 직경이 100 mm 이상 190 mm 이하인 경우에 결정 회전 속도를 17 mm 이상으로 함으로써 유전위화의 억제 효과가 있다.

본 발명에서는, 상기 실리콘 단결정의 직동 시작부로부터 80 mm를 초과하는 위치에서는, 상기 실리콘 단결정의 결정 회전 속도를 3 rpm 이상 20 rpm 이하로 하는 것이 바람직하다.

이 구간에 있어서는, 결정 회전 속도가 3 rpm을 밑도는 경우, 결정면 내의 산소 분포가 악화되어 품질적으로 문제가 발생할 가능성이 있다. 한편, 결정 회전 속도가 20 rpm을 웃도는 경우, 결정 변형이 생길 가능성이 있다.

직동 시작부로부터 80 mm를 초과하는 위치에 있어서의 실리콘 융액 주위의 온도 구배(句配)는, 실리콘 단결정의 숄더부 형성 공정에 있어서의 실리콘 단결정의 직경이 20 mm 이상 190 mm 이하에 있어서의 실리콘 융액 주위의 온도 구배보다 낮아지기 때문에, 결정 회전 속도의 영향을 받기 쉬워져, 결정 변형이 생기기 쉬워진다.

여기서, 결정 변형이란, 결정의 수평 단면 형상의 진원도(眞圓度)가 저하하는 형상 이상(異常)을 말한다. 결정 변형이 생기면, 실리콘 웨이퍼로 만든 경우에 웨이퍼 외주부의 품질이 열화되거나, 혹은 부분적으로 원하는 직경을 만족시키지 않는 웨이퍼가 된다는 문제가 생길 우려가 있다.

또한, 결정 변형은, 전술한 바와 같이 결정 회전 속도의 영향을 받아, 과도하게 결정 회전 속도가 크게 하면, 결정 변형이 생긴다. 이 경우, 결정 회전 속도를 저하시켜 일정한 회전 속도 이하로 함으로써 결정 변형을 회피할 수 있다.

본 발명에 따르면, 실리콘 단결정의 직동 시작부로부터 80 mm를 초과하는 위치에서 실리콘 단결정의 결정 회전 속도를 20 rpm 이하로 함으로써, 결정 변형이 생기는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에서는, 상기 실리콘 단결정을 인상하는 인상 장치는 와이어식의 인상 장치이고, 상기 실리콘 단결정의 결정 회전 속도를 상기 인상 장치의 와이어의 공진 회전 속도를 피한 결정 회전 속도로 하는 것이 바람직하고, 네크 공정의 상기 실리콘 단결정의 결정 회전 속도를 14 rpm 미만으로 하는 것이 특히 바람직하다.

와이어식의 인상 장치에 의해 실리콘 단결정의 인상을 수행하는 경우, 네크 공정에서는 14 rpm 이상 16 rpm 이하의 결정 회전 속도의 경우, 공진 현상에 의해 와이어에 흔들림이 생기기 쉬워지므로, 와이어의 공진 회전 속도를 피한 결정 회전 속도가 바람직하다.

단, 공진 현상을 피하여 16 rpm 초과로 하여도, 일반적으로 회전 속도가 클수록 와이어의 흔들림은 커지는 경향이 있다. 따라서, 네크 공정에 있어서의 실리콘 단결정의 결정 회전 속도를 14 rpm 미만으로 함으로써, 와이어에 흔들림이 생기는 것을 방지하고, 안정적으로 네크부를 형성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 인상 장치의 구조를 설명하기 위한 모식도.
도 2는 상기 실시 형태의 작용을 설명하기 위한 모식도.
도 3은 상기 실시 형태의 작용을 설명하기 위한 모식도.
도 4는 상기 실시 형태의 작용을 설명하기 위한 모식도.
도 5는 상기 실시 형태에 있어서의 실리콘 단결정 위치에 상응한 결정 회전 속도를 나타낸 모식도.

[1] 실리콘 단결정 인상 장치(1)의 구조

도 1에는, 본 발명의 실시 형태에 따른 실리콘 단결정 제조 방법을 적용할 수 있는 실리콘 단결정 인상 장치(1)의 구조를 나타낸 모식도가 도시되어 있다. 인상 장치(1)는, 초크랄스키법에 의해 실리콘 단결정(10)을 인상하는 장치로서, 외곽을 구성하는 챔버(2)와, 챔버(2)의 중심부에 배치되는 도가니(3)를 구비한 와이어식의 인상 장치이다.

도가니(3)는, 내측의 석영 도가니(3A)와 외측의 흑연 도가니(3B)로 구성되는 이중 구조로서, 회전 및 승하강이 가능한 지지축(4)의 상단부에 고정되어 있다.

도가니(3)의 외측에는, 도가니(3)를 에워싸는 저항 가열식의 히터(5)가 마련되고, 그 외측에는, 챔버(2)의 내면을 따라 단열재(6)가 마련되어 있다.

도가니(3)의 상방에는, 지지축(4)과 동축 상에서 반대 방향 또는 동일 방향으로 소정의 속도로 회전하는 와이어(7)가 마련되어 있다. 이 와이어(7)의 하단에는 종결정(種結晶, 8)이 부착되어 있다.

챔버(2) 내에는, 도가니(3) 내의 실리콘 융액(9)의 상방에서 육성 중인 실리콘 단결정(10)을 에워싸는 원통형의 냉각 장치로서의 수냉체(11)가 배치되어 있다.

수냉체(11)는, 예를 들면, 구리 등의 열 전도성이 양호한 금속으로 이루어지며, 내부에 유통되는 냉각수에 의해 강제로 냉각된다. 이 수냉체(11)는, 육성 중인 실리콘 단결정(10)의 냉각을 촉진하고, 단결정 중심부 및 단결정 외주부의 와이어(7) 방향의 온도 구배를 제어하는 역할을 담당한다.

나아가, 수냉체(11)의 외주면 및 하단면을 포위하도록, 통 형상의 열 차폐판(12)이 배치되어 있다.

열 차폐판(12)은, 육성 중인 실리콘 단결정(10)에 대하여, 도가니(3) 내의 실리콘 융액(9)이나 히터(5)나 도가니(3)의 측벽으로부터의 고온의 복사 열을 차단함과 아울러, 결정 성장 계면인 고액(固液) 계면의 근방에 대해서는 저온의 수냉체(11)로의 열의 확산을 억제하고, 단결정 중심부 및 단결정 외주부의 인상축 방향의 온도 구배를 수냉체(11)와 함께 제어하는 역할을 담당한다.

챔버(2)의 상부에는, Ar 가스 등의 불활성 가스를 챔버(2) 내로 도입하는 가스 도입구(13)가 마련되어 있다. 챔버(2)의 하부에는, 도시하지 않은 진공 펌프의 구동에 의해 챔버(2) 내의 기체를 흡인하여 배출하는 배기구(14)가 마련되어 있다.

가스 도입구(13)로부터 챔버(2) 내로 도입된 불활성 가스는, 육성 중인 실리콘 단결정(10)과 수냉체(11) 사이를 하강하고, 열 차폐판(12)의 하단과 실리콘 융액(9)의 액면 간의 틈새(액면 Gap)를 거친 후, 열 차폐판(12)의 외측, 나아가 도가니(3)의 외측을 향해 흐르고, 그 후에 도가니(3)의 외측을 하강하고, 배기구(14)로부터 배출된다.

이러한 육성 장치를 이용한 실리콘 단결정(10)의 육성 시, 챔버(2) 내를 감압 하의 불활성 가스 분위기로 유지한 상태에서, 도가니(3)에 충전한 다결정 실리콘 등의 고형 원료를 히터(5)의 가열에 의해 용융시키고, 실리콘 융액(9)을 형성한다. 도가니(3) 내에 실리콘 융액(9)이 형성되면, 와이어(7)를 하강시켜 종결정(8)을 실리콘 융액(9)에 침지하고, 도가니(3) 및 와이어(7)를 소정의 방향으로 회전시키면서, 와이어(7)를 서서히 인상하고, 이에 따라 종결정(8)에 연속된 실리콘 단결정(10)을 육성한다.

[2] 실리콘 단결정(10)에 있어서의 유전위화의 발생의 메커니즘과 그 회피책

직동 지름 201 mm 이상 230 mm 이하의 실리콘 단결정(10)의 인상 초기에 있어서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 열 차폐판(12)과 실리콘 단결정(10)의 숄더부 간의 틈새가 큰 상태에 있고, 이 상태에서 상부로부터 Ar 가스 등의 가스를 퍼지하여도, 열 차폐판(12)과 실리콘 단결정(10) 사이를 흐르는 가스의 유속이 낮아지게 되어 버린다. 이 때문에 실리콘 융액(9)의 표면에 부유한 이물질 등이 실리콘 단결정(10)에 접근하기 쉬운 상태에 있고, 이물질이 실리콘 단결정(10)에 부착되면, 그 부분부터 유전위화가 발생하게 된다.

한편, 직동부까지 실리콘 단결정(10)이 인상되면, 도 3에 도시한 바와 같이, 열 차폐판(12)과 실리콘 단결정(10)의 틈새는 작아지고, 실리콘 융액(9)의 표면에 부유하는 이물질을 퍼지된 가스의 유속에 의해 석영 도가니(3A)의 내주면을 향하여 실리콘 단결정(10)으로부터 멀어지게 할 수 있어, 실리콘 단결정(10)에 유전위화가 발생할 가능성이 적어진다.

여기서, 실리콘 융액(9)의 표면의 이물질은, 전기 저항률(이하, 저항률이라고 칭함)이 낮은 실리콘 단결정(10)을 인상할 때, 도펀트로서 첨가되는 적린이나 비소가 인상 중에 증발하고, 로(爐) 벽 등에서 재결정화된 것이 실리콘 융액(9)의 표면에 낙하하여 부유하는 것을 생각할 수 있다. 적린이나 비소의 증발 속도는 이들 도펀트의 실리콘 융액(9) 내의 농도와 양의 상관이 있으며, 농도가 높아질수록 증발 속도가 커진다.

그러므로, 적린을 도펀트로서 포함하고, 실리콘 단결정(10)의 직동 시작부에 있어서의 저항률이 1.2 mΩcm 이하인 경우, 혹은 비소를 도펀트로서 포함하고, 실리콘 단결정(10)의 직동 시작부에 있어서의 저항률이 3.0 mΩcm 이하인 경우와 같은, 실리콘 융액(9) 내의 도펀트 농도가 매우 고농도인 경우에는, 통상의 저농도의 경우보다 도펀트의 증발이 심해지기 때문에, 실리콘 융액(9)의 표면에 낙하하여 부유해 있는 이물질의 양이 많아지고, 그 결과, 실리콘 단결정(10)에 유전위화가 발생할 가능성이 높아진다.

따라서, 본 실시 형태에서는, 도 2에 도시한 실리콘 단결정(10)의 인상 초기에 있어서, 도 4에 도시한 바와 같이, 실리콘 단결정(10)의 결정 회전 속도를 빠르게 하고, 실리콘 융액(9)의 표면에 강제 대류의 와류를 발생시킴으로써, 실리콘 융액(9)의 표면에 부유하는 이물질을 실리콘 단결정(10)로부터 멀어지게 하고, 이물질이 실리콘 단결정(10)의 표면에 부착하는 것을 방지하는 것이다.

구체적으로는, 도 5에 도시한 바와 같이, 숄더부 형성 공정에 있어서의 실리콘 단결정(10)의 직경이 20 mm 이상 190 mm 이하인 구간에 있어서의 결정 회전 속도를 17 rpm 이상으로 하고, 직동 시작부로부터 80 mm를 초과하는 위치에서는 결정 회전 속도를 20 rpm 이하로 하고, 네크 공정의 결정 회전 속도를 14 rpm 미만으로 제어한다. 덧붙여, 전술한 바와 같이, 특히 실리콘 단결정(10)의 직경이 100 mm 이상 190 mm 이하인 구간에 있어서의 결정 회전 속도를 17 rpm 이상으로 하는 것이 바람직하다.

와이어(7)에 의한 인상 장치(1)에 있어서는, 와이어(7)에 위치하는 시드 척 및 실리콘 단결정(10)을 추로 하는 진자로서 생각할 수 있으며, 시드 척 및 실리콘 단결정(10)의 총 중량을 g(g), 진자의 지지점부터 무게 중심(重心)까지의 거리를 L(cm)이라고 하면, 와이어(7)의 공진 회전 수 n은, 하기 식 (1)로 구할 수 있다.

n=60/(2π×√(g/L))…(1)

이를 일반적인 직동 지름 210 mm 지름의 실리콘 단결정(10)의 인상 장치(1)에 있어서 계산하면, 14 rpm에서 16 rpm으로 되고, 실리콘 단결정(10)의 결정 회전 속도를 이 범위로 하면, 실리콘 단결정(10)에 공진이 발생하게 되므로, 네크 공정, 숄더 공정, 직동부 공정을 통틀어 일관적으로 결정 회전 속도를 공진 회전 속도를 피한 범위로 하고, 적어도 14 rpm 미만, 혹은 16 rpm 초과로 할 필요가 있고, 본 실시 형태에서는, 인상 초기에서 공진이 발생하지 않는 13 rpm으로 하고 있다.

한편, 실리콘 단결정(10)의 결정 회전 속도를 실리콘 단결정(10)의 직경이 190 mm를 초과하는 구간에 있어서 다시 13 rpm으로 되돌리고 있는 것은, 실리콘 단결정(10)의 직동부의 인상에서는 실리콘 단결정(10)의 숄더부 형성 공정에 있어서의 실리콘 단결정의 직경이 20 mm 이상 190 mm 이하인 구간과 비교하면, 결정 주위의 실리콘 융액(9)의 온도 구배가 작아지게 되기 때문에, 결정 회전 속도를 빠른 채로 해 두면, 결정 변형이 생기게 된다.

따라서, 본 실시 형태에서는, 190 mm를 초과하는 구간에 있어서의 결정 회전 속도를 13 rpm으로 되돌리고 있다. 덧붙여, 결정 회전 속도는, 14 rpm부터 16 rpm의 범위의 시간을 가능한 한 적게 하기 위하여, 10초 이내에 13 rpm과 17 rpm 사이를 천이시키는 것이 바람직하다.

실시예

다음, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하기로 한다. 덧붙여, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[1] 적린을 도펀트로 한 경우

먼저, 적린을 도펀트로 하여 직동 시작부의 저항률을 0.8 mΩcm로 하고, 직경 200 mm 웨이퍼용의 직경 210 mm의 실리콘 단결정(10)의 인상을 수행함에 있어서, 결정 회전 속도로서 6개의 수준을 설정하고 인상을 수행하였더니, 하기 표 1과 같은 결과가 되었다.

6개의 결정 회전 속도의 수준 중 17 rpm 미만으로 하면, 숄더부 형성 공정에서 무전위로 인상하기는 어렵다. 숄더부 형성 공정에 있어서의 무전위화의 성공률을 50% 이상으로 하려면, 결정 회전 속도를 17 rpm 이상으로 할 필요가 있다는 것을 알 수 있었다.

숄더부 형성 공정에 있어서, 결정 회전 속도를 17 rpm보다 낮은 결정 회전 속도인 15 rpm의 경우라도, 결정 직경이 100 mm까지인 구간에 있어서는, 무전위 상태에서 실리콘 단결정(10)의 육성을 할 수 있다. 그러나, 결정 직경이 100 mm 이상인 구간에서는 유전위화가 발생한다. 따라서, 특히 결정 직경이 100 mm 이상인 구간에 있어서, 결정 회전 속도 17 rpm 이상으로 함에 따른 유전위화의 억제 효과가 있다.

숄더부에 있어서의 결정 회전 속도가 40 rpm인 경우라도 문제 없이 숄더부를 형성할 수 있는데, 인상 장치(1)의 일반적인 사양 한계값이 40 rpm이고, 40 rpm을 초과하는 고회전의 사양으로 하면, 모터 등의 구동계 강화가 필요해저 설비 비용이 소요되게 된다. 그러므로, 숄더부에 있어서의 결정 회전 속도의 상한을 40 rpm으로 하는 것이 바람직하다.

직동부에 있어서의 결정 회전 속도의 하한은 3 rpm, 상한은 20 rpm이다. 3 rpm을 밑돌면, 산소 농도의 결정면 내 분포가 악화된다. 20 rpm을 웃돌면, 직동부에 있어서 결정 변형이 생긴다.

단, 일반적으로는, 숄더부 형성 공정에서는, 실리콘 단결정(10)의 직경을 확경(擴徑)시켜 가되, 실리콘 단결정(10)의 직경이 190 mm 이상이 되면, 직동부 형성 공정으로 이행하도록 하고 있다.

다음, 적린을 도펀트로 하여 실리콘 단결정(10)을 인상할 때, 결정 회전 속도를 변화시켜 인상을 수행하였다. 결과를 표 2에 나타내었다. 덧붙여, 무전위화 성공률이란, 실리콘 단결정(10)의 전체 인상 수에 대하여 무전위로 인상할 수 있었던 실리콘 단결정(10)의 수의 비율을 말한다.

실시예 1 및 비교예 1을 비교하면, 직동 시작부에 있어서의 저항률을 0.8 mΩcm로 한 실리콘 단결정(10)에 있어서, 직동 시작부부터 직동 시작부 아래 80 mm까지의 결정 회전 속도를 17 rpm으로 한 실시예 1은, 13 rpm인 채의 비교예 1에 비하여 무전위화 성공률이 0%에서 50%로 크게 향상되었다.

마찬가지로, 실시예 2 및 비교예 2를 비교하여도, 무전위화 성공률이 60%에서 90%로 향상되었으며, 결정 회전 속도를 17 rpm으로 변경하는 것의 우위성이 확인되었다.

한편, 비교예 3과 같이 결정 회전 속도를 22 rpm으로 한 것은 숄더부에 있어서는 문제 없이 형성할 수 있었으나, 직동부에 들어가 결정 변형이 발생하였고, 직동 시작부 아래 100 mm 위치에서 유전위화가 발생해 버렸다.

또한, 비교예 4에 있어서는, 네크부 형성 당초부터 결정 회전 속도를 17 rpm으로 하여 인상을 수행하였으나, 와이어(7)의 흔들림에 의해 직경을 안정시키기 어려워, 숄더부 형성 공정으로 진행할 수 없었다.

이상의 사실로부터, 적린을 도펀트로 하여 직동 시작부에 있어서의 저항률을 0.8 mΩcm 이상 1.2 mΩcm 이하인 210 mm 지름의 실리콘 단결정(10)을 인상하는 경우, 숄더부 형성 공정에 있어서의 실리콘 단결정(10)의 직경이 20 mm 이상 190 mm 이하인 구간에서 결정 회전 속도를 17 rpm 이상으로 하면, 무전위화 성공률이 향상되는 것이 확인되었다.

[2] 비소를 도펀트로 한 경우

나아가, 비소를 도펀트로 하여, 적린의 경우와 동일하게, 숄더부 형성 공정에 있어서의 실리콘 단결정(10)의 직경이 20 mm 이상 190 mm 이하인 구간에 있어서의 결정 회전 속도를 변경하여 인상을 수행하였다. 결과를 표 3에 나타내었다.

비소를 도펀트로 한 경우, 네크 공정의 안정성은 와이어(7)의 흔들림에 의존하는 것으로서, 도펀트 종(種)은 와이어(7)의 흔들림과 관계 없다.

숄더부 형성 공정의 유전위화는, 전술한 적린의 경우와 동일한 메커니즘으로 유전위화가 생기고 있다고 생각된다. 표 3에 나타낸 바와 같이, 적린과 마찬가지로, 무전위화율의 향상이 확인되었다.

직동부에 있어서의 변형은 온도 구배의 문제로서, 도펀트 종은 관계 없다. 따라서, 각 프로세스에 있어서의 결정 회전 속도의 상하 범위는 적린과 동등해진다.

적린의 경우와 마찬가지로, 직동 시작부에 있어서의 저항률이 동일한 1.8 mΩcm의 실시예 3 및 비교예 5를 비교하면, 무전위화 성공률이 50%에서 60%로 향상되었음을 알 수 있다.

또한, 직동 시작부에 있어서의 저항률이 동일한 3.0 mΩcm인 실시예 4 및 비교예 6을 비교하여도, 무전위화 성공률이 70%에서 90%로 향상되었음을 알 수 있다.

따라서, 비소를 도펀트로 한 경우라 하더라도, 숄더부 형성 공정에 있어서의 실리콘 단결정(10)의 직경이 20 mm 이상 190 mm 이하에 있어서의 결정 회전 속도를 17 rpm 이상으로 함으로써, 무전위화 성공률이 향상되는 것이 확인되었다.

1 … 인상 장치,
2 … 챔버,
3 … 도가니,
3A … 석영 도가니,
3B … 흑연 도가니,
4 … 지지축,
5 … 히터
6 … 단열재,
7 … 와이어,
8 … 종결정,
9 … 실리콘 융액,
10 … 실리콘 단결정,
11 … 수냉체,
12 … 열 차폐판,
13 … 가스 도입구,
14 … 배기구.

Claims

적린을 도펀트로서 포함하는 실리콘 융액으로부터 초크랄스키법에 의해 실리콘 단결정을 인상하여 성장시키는 실리콘 단결정 제조 방법으로서,
상기 실리콘 단결정은 직경 200 mm 웨이퍼용 단결정이고, 직동 지름 201 mm 이상 230 mm 이하, 직동 시작부에 있어서의 전기 저항률이 0.8 mΩcm 이상 1.2 mΩcm 이하이고, 숄더부 형성 공정의 적어도 일부에 있어서의 상기 실리콘 단결정의 결정 회전 속도를 17 rpm 이상 40 rpm 이하로 제어하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조 방법.
비소를 도펀트로서 포함하는 실리콘 융액으로부터 초크랄스키법에 의해 실리콘 단결정을 인상하여 성장시키는 실리콘 단결정 제조 방법으로서,
상기 실리콘 단결정은 직경 200 mm 웨이퍼용 단결정이고, 직동 지름 201 mm 이상 230 mm 이하, 직동 시작부에 있어서의 전기 저항률이 1.8 mΩcm 이상 3.0 mΩcm 이하이고, 숄더부 형성 공정의 적어도 일부에 있어서의 상기 실리콘 단결정의 결정 회전 속도를 17 rpm 이상 40 rpm 이하로 제어하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조 방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 실리콘 단결정 제조 방법에 있어서,
상기 숄더부 형성 공정에 있어서의 상기 실리콘 단결정의 직경이 100 mm 이상 190 mm 이하인 구간의 상기 실리콘 단결정의 결정 회전 속도를 17 rpm 이상 40 rpm 이하로 제어하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조 방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 실리콘 단결정 제조 방법에 있어서,
상기 숄더부 형성 공정에 있어서의 상기 실리콘 단결정의 직경이 20 mm 이상 190 mm 이하인 구간의 상기 실리콘 단결정의 결정 회전 속도를 17 rpm 이상 40 rpm 이하로 제어하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조 방법.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 실리콘 단결정 제조 방법에 있어서,
상기 실리콘 단결정의 직동 시작부로부터 80 mm를 초과하는 위치에서는, 상기 실리콘 단결정의 결정 회전 속도를 3 rpm 이상 20 rpm 이하로 하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조 방법.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 실리콘 단결정 제조 방법에 있어서,
상기 실리콘 단결정을 인상하는 인상 장치는 와이어식의 인상 장치이고,
상기 실리콘 단결정의 결정 회전 속도를 상기 인상 장치의 와이어의 공진 회전 속도를 피한 결정 회전 속도로 하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조 방법.
청구항 6에 기재된 실리콘 단결정 제조 방법에 있어서,
네크 공정의 상기 실리콘 단결정의 결정 회전 속도를 14 rpm 미만으로 하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조 방법