KR20190109489A - 실리콘 단결정 잉곳 제조 방법 및 실리콘 단결정 잉곳 - Google Patents

실리콘 단결정 잉곳 제조 방법 및 실리콘 단결정 잉곳 Download PDF

Info

Publication number
KR20190109489A
KR20190109489A KR1020197024912A KR20197024912A KR20190109489A KR 20190109489 A KR20190109489 A KR 20190109489A KR 1020197024912 A KR1020197024912 A KR 1020197024912A KR 20197024912 A KR20197024912 A KR 20197024912A KR 20190109489 A KR20190109489 A KR 20190109489A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
single crystal
silicon single
pulling
evaporation
crystal ingot
Prior art date
Application number
KR1020197024912A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102253579B1 (ko
Inventor
마사타카 호우라이
와타루 스기무라
토시아키 오노
토시유키 후지와라
Original Assignee
가부시키가이샤 사무코
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 사무코 filed Critical 가부시키가이샤 사무코
Publication of KR20190109489A publication Critical patent/KR20190109489A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102253579B1 publication Critical patent/KR102253579B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/20—Controlling or regulating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02—Silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/02—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method adding crystallising materials or reactants forming it in situ to the melt
    • C30B15/04—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method adding crystallising materials or reactants forming it in situ to the melt adding doping materials, e.g. for n-p-junction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/50—Solid solutions
    • C01P2002/52—Solid solutions containing elements as dopants
    • C01P2002/54—Solid solutions containing elements as dopants one element only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/60—Compounds characterised by their crystallite size
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/40—Electric properties

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

파워 디바이스에 사용하기에 적합한, 결정 성장 방향에 있어서의 저항률의 공차가 작은 n형 고저항의 실리콘 단결정 잉곳 제조 방법을 제공한다.
Sb 또는 As를 n형 도펀트로 하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 방법에 있어서, 실리콘 단결정 잉곳(1)의 인상을 수행하면서, 챔버(30) 내의 압력, Ar 가스의 유량, 및 유도부(70) 및 실리콘 융액(10)의 간격(G)의 적어도 어느 하나를 포함하는 인상 조건값을 조정함으로써, 실리콘 융액(10)으로부터 n형 도펀트가 증발할 때의 단위 고화율 당 증발량이 단위 고화율 당 목표 증발량의 범위 내로 유지된다.

Description

실리콘 단결정 잉곳 제조 방법 및 실리콘 단결정 잉곳
본 발명은, 실리콘 단결정 잉곳 제조 방법 및 실리콘 단결정 잉곳에 관한 것이다. 특히, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)용 n형 실리콘 웨이퍼의 제조에 사용하기에 적합한, Sb(안티모니(안티몬)) 또는 As(비소)를 n형 도펀트로 하는, n형의 실리콘 단결정 잉곳 제조 방법 및 그에 의해 제조되는 실리콘 단결정 잉곳에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 기판으로서 사용되는 실리콘 웨이퍼는, 실리콘 단결정 잉곳을 얇게 슬라이싱하고, 평면 연삭(래핑) 공정, 에칭 공정 및 경면 연마(폴리싱) 공정을 거쳐 최종 세정함으로써 제조된다. 그리고, 300 mm 이상의 대구경의 실리콘 단결정은, 초크랄스키(CZ;Czochralski)법에 의해 제조하는 것이 일반적이다. CZ법을 이용하는 실리콘 단결정 인상로(引上爐)는, CZ로(CZ爐)라고도 불린다.
반도체 디바이스 중에서도, 파워 디바이스의 일종인 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor)는, 대전력 제어에 적합한 게이트 전압 구동형 스위칭 소자로서, 전차, 전력, 차량 탑재용 등으로 사용되고 있다. IGBT 등의 파워 디바이스 용도에서는, 부유대 용융(FZ: Floating Zone)법 및 MCZ(Magnetic field applied Czochralski)법에 의한 직경 200 mm의 P(인)를 도핑한 n형 실리콘 단결정 잉곳을 슬라이싱한 n형 실리콘 웨이퍼가 사용되고 있는 것이 현 실정이다.
여기서, FZ법에 의해 육성되는 실리콘 단결정 잉곳에서는 실리콘 원료가 될 실리콘 융액(融液)이 연속적으로 공급된다. 또한, 가스 도핑 FZ법에 의한 경우에는, 추가로 융액 유지부 근방에 도펀트 가스가 분사에 의해 연속적으로 정량적으로 공급된다. 어느 경우도, 잉곳의 직동부(直胴部)의 거의 모두에서 저항률을 일정하게 할 수 있다. 그 때문에, 도 1에 도시한 바와 같이, FZ법에 의해 육성되는 실리콘 단결정 잉곳이라면, 직동부의 거의 모두를 제품으로서 사용할 수 있다. 그러나 FZ 결정의 육성 기술은 매우 난이도가 높고, FZ법에 의해 안정적으로 제조 가능한 실리콘 단결정 잉곳의 직경은 150 mm가 주류인 것이 현 실정이며, 최근이 되어서야 점차 직경 200 mm로 바뀌고 있는 상황이고, 특히 직경 300 mm의 대구경의 실리콘 단결정 잉곳을 제조하는 것은, FZ법으로는 매우 어렵다고 생각되고 있다.
한편, CZ법 또는 MCZ법을 이용한, 파워 디바이스용 n형의 실리콘 단결정 잉곳에서 실용적으로 사용되고 있는 도펀트는, 일반적으로 P이다. 이러한 P 도핑의 실리콘 단결정 잉곳으로부터 얻어지는 n형 실리콘 웨이퍼는, 예를 들면 저항률 50 [Ω·cm]±10%의 사양에 대하여, 현 실정의 수율은 고작해야 10% 정도이다(도 1 참조). 이 이유는, P는 편석(偏析) 계수가 1 미만이기 때문에, 실리콘 단결정의 인상을 진행함에 따라 융액 중의 P 농도(n형 도펀트 농도)가 높아지고, 서서히 저저항화가 진행되기 때문이다. P의 편석 계수 0.35는 B(보론)의 편석 계수 0.8에 비해 큰 폭으로 작고, 결정 전체 길이에서 목적으로 하는 저항 범위가 되는 결정을 육성하는 경우에서는, p형의 실리콘 단결정 잉곳에 비해 n형의 실리콘 단결정 잉곳의 수율은 낮아져 버린다. 그 때문에 n형의 실리콘 단결정 잉곳의 수율을 개선하기 위한 수법(手法)이 예의 검토되어 왔다.
따라서, 편석 계수는 P보다 더 작지만, 증발 속도[atoms/sec]가 P보다 현격히 빠른 Sb(안티모니) 또는 As(비소)를 n형 도펀트에 사용하는 것이 제안된 바 있다. CZ로의 챔버 내의 압력을 감압하여 n형 도펀트의 증발을 촉진하고, 해당 n형 도펀트의 편석을 보상함으로써, 실리콘 단결정 잉곳의 평균 저항률의 공차를 작게 할 수 있다.
이에 대해 본원 출원인은, 특허 문헌 1에서, 휘발성 도펀트로서 Sb(안티모니) 또는 As(비소)를 첨가한 실리콘 융액으로부터 초크랄스키법에 의해 실리콘 단결정을 인상함으로써 수직 실리콘 디바이스용 실리콘 웨이퍼를 제조하는 방법으로서, 상기 실리콘 단결정의 인상 진행에 따라, 상기 실리콘 융액의 표면을 따라 흐르는 Ar 가스의 유량을 증가시키는 수직 실리콘 디바이스용 실리콘 웨이퍼의 제조 방법을 제안한 바 있다.
특허 문헌 1에 기재되는 바와 같이, 실리콘 융액의 표면은 증발한 휘발성 도펀트 함유 가스의 농도가 높기 때문에, 실리콘 융액 중의 휘발성 도펀트의 증발 속도는 CZ로의 챔버 내의 압력뿐만 아니라, Ar 가스의 유량에 따라서도 크게 좌우된다. 따라서, 특허 문헌 1에 기재된 기술에 의해, 융액 표면을 흐르는 Ar 가스의 유량을 제어함으로써 휘발성 도펀트의 증발 속도를 제어하고, 그 결과 도펀트의 편석을 보상할 수 있다.
(특허 문헌 1) 일본 특허 공개 2010-59032호 공보
그런데, IGBT 등의 파워 디바이스용 실리콘 웨이퍼에서 허용되는 저항의 공차는 매우 좁고, 종래에는 평균 저항률에 대하여 ±10%의 공차였던 바, 최근에는 ±8% 정도로 할 것이 요구되고 있으며, 향후에는 공차를 ±7% 이하로 할 것이 요구되고 있다. 특허 문헌 1에 기재된 기술에 의해 n형 도펀트의 증발 속도를 어느 정도는 제어할 수 있게 되었으나, 향후 요구되는 공차를 결정 성장 방향으로 수율 높게 달성하기에는 개량의 여지가 있다.
따라서 본 발명은, 상기 제반 과제를 감안하여, 파워 디바이스에 사용하기에 적합한, 평균 저항률에 대한 공차가 작은 n형 고저항의 실리콘 단결정 잉곳 제조 방법의 제공을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명자들은 예의 검토하였다. 이하, 본 명세서에서, Sb 및 As를 총칭하여 단순히 "n형 도펀트"라고 한다. 도 2를 이용하여 실리콘 융액 중의 n형 도펀트의 농도와 증발 속도(증발량)와의 관계를 설명하기로 한다.
도 2는 일반적인 CZ로의 주요 부분을 도시한 것으로서, 실리콘 융액(10)이 석영 도가니(21)에 저장되어 있고, 히터(90)에 의해 가열되면서 실리콘 단결정 잉곳(1)이 인상되는 모습을 도시한다. 덧붙여, 도 2에서, 석영 도가니(21)는 카본 도가니(22)에 의해 유지(保持)된 이중 구조이다. 인상 중, 실리콘 단결정 잉곳(1)에는, 단위 고화율 당 dCs(fs)의 양으로 n형 도펀트가 도입됨과 아울러, 실리콘 융액(10)에는, 단위 고화율 당 dCL(fs)의 양의 도펀트가 남겨지게 된다. 또한, 실리콘 융액(10)으로부터는, 단위 시간 당 dCv의 양으로 도펀트가 증발한다. 덧붙여, 본 명세서에서 "고화율"이란, 원료 질량(즉, 인상 전의 실리콘 융액(10)의 질량)에 대한 인상 중인 실리콘 단결정 잉곳(1)의 중량의 비를 의미한다.
특허 문헌 1에 기재된 휘발성의 n형 도펀트를 사용하는 n형 실리콘 단결정의 육성에 있어서, 결정의 성장 방향에 있어서의 저항률의 공차를 더 저감시키기 위해서는, 실리콘 융액 중의 n형 도펀트 농도를 이상적으로는 항상 일정하게 유지하도록 제어하면 된다고 본 발명자들은 생각했다. 이러한 제어를 수행하기 위해서는, 편석에 의해 융액 중에 농화(濃化)되어 가는 n형 도펀트와 당량의 n형 도펀트의 단체 또는 화합물을 융액 표면으로부터 증발시키는 것이 필요하다. 따라서, 결정 인상 중인 n형 도펀트의 증발 속도(단위 시간 당 증발량)를 일정하게 유지하는 것을 본 발명자들은 먼저 검토하였다. 덧붙여, 융액으로부터의 n형 도펀트의 증발은, 도펀트 원소 단체, 또는 산화 안티모니(SbxOy) 혹은 산화 비소(AsxOy) 등의 형태로의 증발이라고 생각된다. 이러한 산화물은, 원료인 실리콘과 석영 도가니(21)로부터 용출된 산소가 결합하여 실리콘 융액 내에서 생성되고, 가스의 형태로 실리콘 융액(10)으로부터 배출된다.
여기서, 융액 표면 위의 n형 도펀트의 증발 속도는, 직접적으로는 융액 바로 위의 Ar 가스 유속에 의존한다. 이는, 기액 계면(氣液界面) 근방에서의 기층(氣層) 측의 농도 경계층(여기서는, 확산만으로 물질 이동이 가능)에 있어서의 Sb 화합물 또는 As 화합물의 농도 구배가 농도 경계층 바로 위에서의 Ar 가스 유속에 의존하기 때문이다. 즉, Ar 가스 유속이 빨라지면 Sb 화합물 또는 As 화합물의 농도 구배가 커지고, 융액으로부터 증발하는 Sb 화합물 또는 As 화합물의 증발량도 많아진다. 이와 같이, n형 도펀트의 증발 속도, 즉 Sb 화합물 또는 As 화합물의 증발 속도를 제어하기 위해서는, 실리콘 융액 바로 위에서의 Ar 가스 유속을 제어할 필요가 있다.
CZ로의 구조 상, 실리콘 융액 바로 위에서의 Ar 유속 그 자체를 직접 조작하기는 어렵다. 따라서, CZ로의 챔버 내의 압력, 챔버 내에 공급하는 Ar 가스 유량, 및 Ar 가스의 유도부 및 실리콘 융액면의 간격(이하, "갭"이라고 함.) 등을 제어함으로써, 융액 표면 위의 Ar 유속을 간접적으로 제어하게 된다. 덧붙여, Ar 유속은 챔버 내 압력에 대하여 반비례의 관계가 있고, Ar 유량에 대해서는 정비례의 관계가 있고, 갭에 대해서는 반비례의 관계가 있으므로, 도펀트의 증발 속도도 동일한 관계가 된다.
CZ로에 의한 결정 인상 중, 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도 및 실리콘 단결정 잉곳의 직경은 항상 일정하지 않고, 시간이 경과함에 따라 변동된다. 나아가, 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도는 잉곳 직경 제어를 위한 조작 파라미터이기도 하기 때문에, 인상의 진행에 따라 CZ로 내의 열 환경의 변화를 추수(追隨)하여 변화시킬 필요가 있다. 즉, 열 환경의 변화에 기인하여 실리콘의 결정 성장 속도도 변화하기 때문에, 실제의 인상 속도도 변화한다. 이와 같이, 비록 Ar 유속을 일정하게 유지하고 n형 도펀트의 증발 속도를 일정하게 할 수 있었다고 해도, 인상 속도가 변동되면, 일정한 결정 길이 또는 고화율이 되는 데 필요한 시간이 변동된다. 그 때문에, 실리콘 융액으로부터 단위 고화율 당 증발하는 도펀트량도 변동되게 되고, 융액 중의 도펀트 농도는 일정해지지 않고 변화하고, 결과적으로 실리콘 단결정 잉곳 중의 도펀트 농도가 결정 성장 방향으로 변동되게 된다.
도 2를 다시 참조하기로 한다. 이러한 인상 속도의 시간 경과에 따른 변화(經時的變化)를 고려하면, Sb 또는 As 등의 n형 도펀트의 단위 시간 당 증발량 dCV [atoms/sec] 를 일정하게 제어하였다고 해도, 실리콘 융액(10) 중의 n형 도펀트의 농도를 일정하게 할 수는 없고, 실리콘 단결정 잉곳(1) 중의 도펀트 농도도 결정 성장 방향으로 일정해지지는 않는다. 따라서, n형 도펀트의 증발량은 인상 속도를 추수하여 변화시킬 필요가 있다.
따라서, 본 발명자들은, n형 도펀트의 증발량에 관하여, 단위 시간 당 증발량인 증발 속도[atoms/sec]를 제어하는 것이 아니라, 단위 고화율 당 증발량[atoms/단위 고화율]을 일정량으로 유지하는 것을 먼저 생각해냈다. 단위 고화율 당 도펀트 증발량 dCv(fs)가 단위 고화율 당 실리콘 융액(10) 중에 남겨지는 도펀트량 dCL(fs)과 등량(等量)이 되면, 시간적 변동 요인에 의존하지 않고 실리콘 융액(10) 중의 n형 도펀트의 농도를 일정하게 제어하는 것이 가능해진다.
이리 하여, 단위 고화율 당 증발량[atoms/단위 고화율]을 일정하게 제어함으로써, 융액 중의 도펀트 농도를 일정하게 할 수 있다는 것을 본 발명자들은 깨달았다. 이와 같이 함으로써, 실리콘 단결정 잉곳의 도펀트 농도도 결정 성장 방향으로 일정하게 할 수 있다. 따라서, 실리콘 단결정 잉곳의 결정 성장 방향에 있어서의 저항률의 공차를 종래에 비해 큰 폭으로 작게 할 수 있다는 것을 깨달았다. 또한, 결정 인상 중에 단위 고화율 당 증발량을 원하는 대로 변화시키면, 결정 성장 방향으로 임의의 저항률을 갖는 실리콘 단결정 잉곳을 얻을 수도 있다. 상기 깨달음에 기초하여 완성한 본 발명의 요지 구성은 이하와 같다.
(1) 실리콘 융액을 저장하는 도가니와, 그 도가니를 수용하는 챔버와, 그 챔버 내의 압력을 조정하는 압력 조정부와, 상기 실리콘 융액으로부터 실리콘 단결정 잉곳을 인상하는 인상부와, 상기 챔버 내에 Ar 가스를 공급하는 가스 공급부와, 상기 실리콘 융액의 표면의 상방에 배치되고, 상기 Ar 가스가 상기 실리콘 융액의 표면을 따라 흐르도록 안내하는 유도부를 갖는 실리콘 단결정 인상로를 사용하여, 실리콘 단결정 잉곳을 제조하는 방법으로서,
상기 실리콘 융액에는 Sb 또는 As로 이루어지는 n형 도펀트가 첨가되고,
상기 실리콘 단결정 잉곳을 초크랄스키법에 의해 인상하는 인상 공정과,
그 인상 공정을 수행하면서, 상기 챔버 내의 압력, 상기 Ar 가스의 유량, 및 상기 유도부 및 상기 실리콘 융액의 간격의 적어도 어느 하나를 포함하는 인상 조건값을 조정함으로써, 상기 실리콘 융액으로부터 상기 n형 도펀트가 증발할 때의 단위 고화율 당 증발량을 단위 고화율 당 목표 증발량의 범위 내로 유지하도록 하는 증발량 제어 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 방법.
(2) 상기 (1)에 있어서,
상기 목표 증발량이 결정 성장 방향에서 일정한 실리콘 단결정 잉곳 제조 방법.
(3) 상기 (1) 또는 (2)에 있어서,
상기 인상 공정에 앞서,
상기 실리콘 단결정 인상로를 사용하여 평가용 실리콘 단결정 잉곳을 하나 이상 제작하는 공정과,
그 평가용 실리콘 단결정 잉곳의 결정 성장 방향의 저항률의 추이에 기초하여, 상기 실리콘 단결정 인상로에 있어서의 상기 n형 도펀트의 단위 고화율 당 증발량의 추이를 구하는 공정을 추가로 포함하고,
상기 증발량 제어 공정에서, 상기 구한 상기 증발량의 추이를 이용하여 상기 인상 조건값을 증감시키는, 실리콘 단결정 잉곳 제조 방법.
(4) 상기 (1) 또는 (2)에 있어서,
상기 인상 공정을 수행하면서 상기 n형 도펀트의 상기 단위 고화율 당 증발량을 측정하는 측정 공정을 추가로 포함하고,
상기 증발량 제어 공정에서, 상기 측정한 상기 단위 고화율 당 증발량이 상기 목표 증발량의 범위 내로 유지되도록 상기 인상 조건값을 조정시키는, 실리콘 단결정 잉곳 제조 방법.
(5) 상기 (4)에 있어서,
상기 측정 공정에서는, 상기 Ar 가스의 배출구 측에서의, 상기 Ar 가스와 함께 배출되는 상기 n형 도펀트의 농도를 측정하는, 실리콘 단결정 잉곳 제조 방법.
(6) 상기 (5)에 있어서,
상기 측정 공정에서는, 인상 중인 상기 실리콘 단결정 잉곳의 직경 및 인상 길이를 측정하고, 이 측정에 기초한 고화율과, 상기 Ar 가스에 포함되는 상기 n형 도펀트의 농도에 기초하여, 상기 단위 고화율 당 증발량을 산출하는, 실리콘 단결정 잉곳 제조 방법.
(7) Sb 또는 As를 n형 도펀트로 하는 실리콘 단결정 잉곳으로서,
저항률이 10 Ω·cm 이상 1000 Ω·cm의 범위 내이고, 결정 지름이 200 mm 이상이고,
상기 실리콘 단결정 잉곳의 결정 성장 방향에 있어서의, 그 실리콘 단결정 잉곳의 40% 이상이 사양 저항률의 ±7%의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳.
다만, 사양 저항률이란 단결정 잉곳 생산 시의 설정 저항률을 말한다.
본 발명에 따르면, 파워 디바이스에 사용하기에 적합한, 결정 성장 방향에 있어서의 저항률의 공차가 작은 n형 고저항의 실리콘 단결정 잉곳 제조 방법의 제공할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 의해 얻어지는 CZ법 및 FZ법 실리콘 단결정 잉곳의, 결정 성장 방향에 있어서의 저항률의 추이 및 공차를 설명하는 모식도이다.
도 2는 본 발명자들의 검토에 의한, CZ로에 있어서의 n형 도펀트의 증발량을 설명하는 모식도이다.
도 3a는 모의 실험예 1에서 본 발명자들이 검토한 모델식 [1]을 설명하기 위한 모식도이다.
도 3b는 모의 실험예 1에서 본 발명자들이 검토한 모델식 [1]을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는 모의 실험예 1에 있어서의 초기 융액 중 Sb 농도와 Sb 증발 속도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5a는 모의 실험예 1에 있어서의 고화율에 대한 결정 중의 도펀트 농도 및 저항률의 관계를 나타내는 그래프로서, 시험예 1의 그래프를 나타낸다.
도 5b는 모의 실험예 1에 있어서의 고화율에 대한 결정 중의 도펀트 농도 및 저항률의 관계를 나타내는 그래프로서, 시험예 2의 그래프를 나타낸다.
도 6a는 모의 실험예 1에 있어서의 고화율에 대한 결정 중의 도펀트 농도 및 저항률의 관계를 나타내는 그래프로서, 시험예 3의 그래프를 나타낸다.
도 6b는 모의 실험예 1에 있어서의 고화율에 대한 결정 중의 도펀트 농도 및 저항률의 관계를 나타내는 그래프로서, 시험예 4의 그래프를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태에 사용하는 실리콘 단결정 인상로를 나타내는 모식도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서의 인 사이추(in-situ)로 증발량을 제어하는 수법을 설명하는 모식도이다.
도 9는 실시예에 있어서의 인상 속도의 설정 속도(프로그램)와 속도 마진 및 평균 인상 속도 및 인상 후의 인상 속도의 실적의 시간 경과에 따른 변화를 설명하는 모식도이다.
도 10은 실시예의 사전 시험에 의한 로 내압과, 결정 중의 Sb 농도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11a는 실시예의 사전 시험에 의한 인상 조건값과 단위 고화율 당 Sb 증발량과의 관계를 나타내는 그래프로서, 로 내압에 대한 그래프 그래프이다.
도 11b는 실시예의 사전 시험에 의한 인상 조건값과 단위 고화율 당 Sb 증발량과의 관계를 나타내는 그래프로서, Ar 유량에 대한 그래프이다.
도 11c는 실시예의 사전 시험에 의한 인상 조건값과 단위 고화율 당 Sb 증발량과의 관계를 나타내는 그래프로서, 갭에 대한 그래프이다.
도 12는 실시예에서 사용한 인상 속도 및 로 내압의 고화율의 함수로서 설정된 프로그램을 나타내는 그래프이다.
도 13은 실시예에서 제작한 실리콘 단결정 잉곳의 결정 성장 방향에 있어서의 저항률의 분포를 나타내는 그래프이다.
실시 형태의 상세한 설명에 앞서, 먼저, 본 발명을 완성시키기에 이른 본 발명자들의 모의 실험예를 설명하기로 한다.
(모의 실험예)
본 실험예에서는, 하기 식 [1]을 따르는 n형 도펀트가 증발을 수반하여 편석되는 현상의 1차원 모델식을 이용하여, n형 도펀트의 (단위 시간 당) 증발 속도[atoms/sec]를 검토하였다.
Figure pct00001
도 3a, b를 참조하면서, 상기 식 [1]의 1차원 모델을 설명하기로 한다. 이들 도 3a, b는, 응고 프로세스의 불순물 편석의 1차원 모델(단, 불순물 증발은 외부로의 일정 속도로 함)을 나타내는 도면이다. 결정(S), 융액(L)의 두 상을 생각하여, 전체 원료(W0[g])의 중량률을 "1"이라고 하고, 각 상의 중량분율을 각각 fS, fL라고 한다. 또한, 각 상의 불순물 농도를, 각각 CS(x), CL[atoms/cm3]라고 한다. 결정 중의 불순물인 n형 도펀트 분포는 응고 상 분율(凝固相分率, 고화율)의 함수가 되고, 융액 중은 균일 농도라고 생각하자. 응고 시작 시(fS=0)의 융액 중 불순물 농도를 C0[atoms/cm3]로 놓는다(도 3a). 도 3b에서, Δfs의 결정 성장이 진행되는 동안에, 융액으로부터 p(p=dQ/dfs, p>0, Q는 증발량[atoms])의 불순물 증발이 있다. 덧붙여, ρs는 고체의 밀도이고, ke는 증발 없는 경우의 도펀트의 편석 계수이다.
하기 표 1에 나타낸 육성 조건에서, 실리콘 단결정 잉곳의 목적 저항률을 각각 30, 50, 100, 200, 250, 300, 350 [Ω·cm]로 하고, 결정 성장 방향에서 목적 저항률이 일정해지도록 초기의 융액 중 도펀트 농도와 도펀트의 증발 속도를 상기 식 [1]을 이용하여 구하였다. 덧붙여, n형 도펀트는 Sb로 하고, ke로서 Sb의 편석 계수 0.023을, ρs로서 Si의 밀도 2.33 [g/cm3]를 사용하였다. 여기서, 잉곳 중의 저항률(즉, 도펀트 농도)을 일정하게 하기 위해서는, 인상 속도를 일정하게 하고, 초기의 융액 중 Sb 도펀트 농도를 결정 성장 중 항상 유지하도록, 도펀트의 증발 속도를 일정하게 할 필요가 있다. 결과는 하기 표 2, 표 3과 같고, 융액 중의 초기 Sb 농도와 증발 속도를 표 2, 표 3에 기재된 바와 같이 한 경우에 얻어진 결정 중의 도펀트 농도로부터 환산한 실적 저항률[Ω·cm]은 목적 저항률과 거의 일치하는 것이었다. 또한, 서로 다른 인상 속도에 대해서도, 목적 저항률의 결정을 육성하는 경우에는, 동일한 방법으로 초기의 융액 중 Sb 농도와 증발 속도의 설정 조건을 구할 수 있다.
차지(charge)량 110 kg
직경 205 mm
숄더 길이 100 mm
테일 길이 140 mm
도가니 잔량 7.00 kg
인상 속도 1.00 mm/min
목적 저항률
[Ω·cm]		 30 50 100 200
융액 중 초기
Sb 농도
[atoms/cm3]		 6.63E+15 4.10E+15 2.00E+15 1.00E+15
Sb 증발 속도
[atoms/sec]		 3.28E+15 2.05E+15 9.90E+14 4.95E+14
잉곳 중 Sb 농도
[atoms/cm3]		 1.41E+14 8.65E+13 4.24E+13 2.12E+13
실적 저항률
[Ω·cm]		 30.6 49.49 100.63 200.83
목적 저항률
[Ω·cm]		 250 300 350
융액 중 초기
Sb 농도
[atoms/cm3]		 7.97E+14 6.63E+14 5.67E+14
Sb 증발 속도
[atoms/sec]		 3.95E+14 3.28E+14 2.81E+14
잉곳 중 Sb 농도
[atoms/cm3]		 1.69E+13 1.41E+13 1.20E+13
실적 저항률
[Ω·cm]		 251.89 302.56 353.9
다만, 표 2, 표 3으로부터, 도 4에 나타낸 융액 중 초기 Sb 농도와 Sb 증발 속도와의 관계가 얻어지고, 대수 플롯으로 직선 관계가 된다. 또한 인상 속도가 서로 다른 경우, 이 관계는 평행하게 어긋나게 된다.
(시험예 1, 2)
인상 속도를 상기 계산과 동일하게 1.0 [mm/min]으로 일정하게 하고, 초기 융액 중 Sb 농도 및 Sb 증발 속도를 표 2에 있어서의 목적 저항률 30 [Ω·cm](시험예 1) 및 목적 저항률 50 [Ω·cm](시험예 2)의 값으로 설정하고, 식 [1]을 이용하여, 시험예 1, 2의 각각의 경우에서의 결정 성장 방향에 있어서의 도펀트 농도 및 저항률의 분포를 계산하였다. 시험예 1, 2의 결과를 도 5a, b에 각각 나타내었다. 도 5a 및 도 5b에 각각 나타낸 바와 같이, 융액 중으로의 편석에 의한 도펀트의 증가분과 융액 표면으로부터의 도펀트 화합물의 증발량이 일치하기 때문에, 융액 중의 도펀트 농도가 일정하게 유지되고, 결정축 방향으로 결정 중의 도펀트 농도 및 저항률이 목적 저항률과 거의 일치하여 일정해진다. 덧붙여, 도 5a, b에는 증발이 없다(즉, 편석만)고 가정한 경우의 결과도 아울러 나타내었다. 증발이 없는 경우와 비교하면, 도펀트 농도 및 저항률의 유지에 관하여 현격한 차이가 인정된다. 이는 후술하는 도 6a, b도 마찬가지이다.
(시험예 3, 4)
한편, 표 1의 인상 속도와 상이한 경우, 즉 인상 속도가 1.2 [mm/min](시험예 3) 및 0.8 [mm/min](시험예 4)인 각각의 경우에, 표 2의 목적 저항률 50 [Ω·cm]의 설정 조건인 융액 중 초기 Sb 농도: 4.1×1015 [atoms/cm3], Sb 증발 속도: 2.05×1015 [atoms/cm3]와 동일한 값을 설정하여, 결정 성장 방향에 있어서의 도펀트 농도 및 저항률의 분포를 계산하였다. 시험예 3, 4의 결과를 도 6a, b에 각각 나타내었다. 도 6a, b로부터, 이들 인상 속도의 경우에는, 결정 성장 방향의 도펀트 농도, 즉 저항률을 일정하게 할 수 없다는 것이 확인된다. 덧붙여, 도 6a, b에는 증발이 없다(즉, 편석만)고 가정한 경우의 결과도 아울러 나타내었다.
시험예 3의 경우(도 6a), 표 2의 목적 저항률 50 [Ω·cm]의 설정 조건에 있어서의 초기 융액 중 Sb 농도 및 Sb 증발 속도를 동일하게 하여도, 인상 속도가 빠르기 때문에, 단위 시간 당 편석에 의한 도펀트의 증가량이, 단위 시간 당 도펀트 증발량보다 많아진다. 그 때문에, 융액 중의 Sb 농도가 결정 성장에 따라 증가하고, 잉곳 중의 도펀트 농도도 증가하게 된다.
또한, 시험예 4의 경우(도 6b), 표 2의 목적 저항률 50 [Ω·cm]의 설정 조건에 있어서의 초기 융액 중 Sb 농도 및 Sb 증발 속도를 동일하게 하여도, 인상 속도가 느리기 때문에, 단위 시간 당 편석에 의한 도펀트의 증가량이 단위 시간 당 도펀트의 증발량보다 적어진다. 그 때문에, 융액 중의 Sb 농도가 결정 성장에 따라 감소하고, 잉곳 중의 도펀트 농도도 감소하게 된다.
시험예 3, 4와 같이, 인상 속도가 소정의 값에서 벗어나면, 단위 시간 당 편석에 의해 융액 중에 농화되는 도펀트의 증가량이 변동된다. 한편, 단위 시간 당 실리콘 융액 표면으로부터 증발하는 도펀트의 증발량은 변화하지 않는다. 이 때문에, 도펀트의 농화량과 도펀트의 증발량과의 균형이 깨진다. 그 때문에, 융액 중의 도펀트 농도는 결정 성장에 따라 일정하게 유지할 수 없게 되고, 결정 중의 도펀트 농도도 일정하게 유지할 수 없게 된다.
이상의 결과를 근거로, 단순히 n형 도펀트의 증발 속도를 일정 속도로 유지하는 것만으로는 불충분하고, 이미 전술한 바와 같이, 잉곳의 인상 속도의 변동을 추종하여 n형 도펀트의 증발량을 제어하면, 시간적 변동 요인에 의존하지 않고 실리콘 융액(10) 중의 n형 도펀트의 농도를 일정하게 제어하는 것이 가능해진다는 것이 밝혀졌다. 이하, 이 모의 실험 결과에 기초하여, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명하기로 한다.
(실리콘 단결정 잉곳 제조 방법)
본 발명의 이 실시 형태에 따른 실리콘 단결정 잉곳 제조 방법은, 도 7에 모식적으로 도시하는 실리콘 단결정 인상로(100)를 사용하여 수행할 수 있다. 이 실리콘 단결정 인상로(100)는, 실리콘 융액(10)을 저장하는 도가니(20)와, 그 도가니(20)를 수용하는 챔버(30)와, 그 챔버(30) 내의 압력(이하, "로 내압")을 조정하는 압력 조정부(40)와, 실리콘 융액(10)으로부터 실리콘 단결정 잉곳(1)(이하, "잉곳(1)"이라고 약기함)을 인상하는 인상부(50)와, 챔버(30) 내에 Ar 가스를 공급하는 가스 공급부(60)와, 실리콘 융액(10)의 표면의 상방에 배치되고, Ar 가스가 실리콘 융액(10)의 표면을 따라 흐르도록 안내하는 유도부(70)를 가지며, 추가로 필요에 따라 그 밖의 구성을 갖는다. 여기서, 실리콘 단결정 인상로(100)에서, 실리콘 융액(10)에는 Sb 또는 As로 이루어지는 n형 도펀트(이하, 단순히 "n형 도펀트"라고 약기함)가 첨가된다.
그리고, 본 실시 형태에 따른 제조 방법은, 실리콘 단결정 잉곳(1)을 초크랄스키법에 의해 인상하는 인상 공정과, 그 인상 공정을 수행하면서, 챔버(30) 내의 압력(즉, 로 내압), Ar 가스의 유량, 및 유도부(70) 및 실리콘 융액(10)의 간격(이하, "갭"이라고 약기함.)(G)의 적어도 어느 하나를 포함하는 인상 조건값을 조정함으로써, 실리콘 융액(10)으로부터 n형 도펀트가 증발할 때의 단위 고화율 당 증발량을 단위 고화율 당 목표 증발량의 범위 내로 유지하는 증발량 제어 공정을 포함한다.
인상 공정은, CZ법을 이용하여 수행하는 종래 공지의 수법에 의해 수행할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 이 인상 공정을 수행하면서, 잉곳의 인상(1)을 추종하여, n형 도펀트의 단위 고화율 당 증발량 [atoms/단위 고화율]을 목표 증발량의 범위 내로 유지하는 증발량 제어 공정을 수행하는 것이 특징적인 공정의 하나가 된다. 덧붙여, 증발량 제어 공정에서 "단위 고화율 당 증발량을 단위 고화율 당 목표 증발량의 범위 내로 유지하는"이란, 수학적인 의미에서 일정량으로 유지하는 것을 의미하는 것이 아니라, 증발량이 원하는 증발량 범위 내로 유지하기 위하여, 인상 조건값의 어느 하나 또는 2개 이상을 제어하는 것을 의미한다. 예를 들면, 목표 증발량을 원하는 단위 고화율 당 증발량 A [atoms/단위 고화율]라고 한 경우, A±10%의 범위 내에서의 증발량의 변동을 유지하도록 제어를 수행하는 것은, "단위 고화율 당 증발량을 단위 고화율 당 목표 증발량의 범위 내로 유지하는" 것에 포함되고, A±8%의 범위 내에서의 증발량의 변동을 유지하도록 제어를 수행하는 것이 바람직하고, A±7%의 범위 내에서의 증발량의 변동을 유지하도록 제어를 수행하는 것이 보다 바람직하다.
다만, 단위 고화율 당 목표 증발량은 결정 성장 방향에서 일정한 것이 바람직하다. 결정 성장 방향의 전체 영역에서, 저항률을 거의 일정하게 할 수 있기 때문이다. 그러나, 인상 중인 결정 길이에 따라 단위 고화율 당 목표 증발량을 점진적으로 증가 또는 점진적으로 감소, 혹은 결정길이마다 구분하여 단위 고화율 당 목표 증발량을 증감시킬 수도 있다. 이와 같이 함으로써, 결정 성장 방향에서 임의의 저항률을 갖는 단결정 실리콘 잉곳을 얻을 수 있다.
증발량 제어 공정은, 대체로 이하의 2가지의 수법에 의해 수행할 수 있다. 첫 번째, 미리 n형 도펀트의 단위 고화율 당 증발량과 상기 인상 조건값과의 대응 관계를 구해 두었다가, 해당 대응 관계를 다음 배치(batch) 이후의 인상 시에 적용한다. 이하, 이 첫 번째 방식을 "배치들간 제어 방식"이라고 한다. 두 번째, 인상 중에 인 사이추(in-situ)로 n형 도펀트의 단위 고화율 당 증발량을 측정하고, 이 증발량을 1회의 인상 처리 중에 제어하는 수법이다. 이하, 이 두 번째 방식을 "인 사이추 제어 방식"이라고 한다.
<배치들간 제어 방식>
본 실시 형태에 배치들간 제어 방식을 적용하는 경우, 인상 공정에 앞서, 실리콘 단결정 인상로(100)를 이용하여 평가용 실리콘 단결정 잉곳을 하나 이상 제작하는 공정과, 그 평가용 실리콘 단결정 잉곳의 결정 성장 방향의 저항률의 추이에 기초하여, 실리콘 단결정 인상로(100)에 있어서의 n형 도펀트의 단위 고화율 당 증발량의 추이를 구하는 공정을 추가로 포함하는 것이 바람직하다. 그리고, 증발량 제어 공정에서, 이와 같이 하여 구한 증발량의 추이를 이용하여 인상 조건값을 증감시키는 것이 바람직하다. 이하, 각 공정의 상세한 내용을 설명하기로 한다.
평가용 실리콘 단결정 잉곳을 제작하는 공정에서는, 인상 공정에 있어서의 인상 속도의 설정 프로그램을 이용하면서, 로 내압, Ar 가스의 유량 및 갭(G)의 적어도 어느 하나의 조건값을 1 이상 조정하여 평가용 실리콘 단결정 잉곳(이하, "평가용 잉곳")을 제작한다.
다음, 이와 같이 하여 제작한 평가용 잉곳을 결정 성장 방향으로 분석하여, 결정 성장 방향의 도펀트 농도 또는 저항률의 추이를 고화율의 함수로서 구한다. 이 추이로부터, 실리콘 단결정 인상로(100)에 있어서의 n형 도펀트의 단위 고화율 당 증발량의 추이(즉, 고화율의 함수로서의 증발량)를 산출할 수 있기 때문에, 평가용 잉곳 작성 시의 로 내압, Ar 가스의 유량 및 갭(G)을 포함하는 조건값에 의한 단위 고화율 당 증발량에 대한 영향을 확인할 수 있다.
그리고, 이미 전술한 바와 같이, Ar 유속은 로 내압에 대하여 반비례의 관계가 있고, Ar 유량에 대해서는 정비례의 관계가 있고, 갭에 대해서는 반비례의 관계가 있다. 따라서, 평가용 잉곳의 고화율을 따른 도펀트의 증발량이 목표 증발량의 범위 내를 유지하도록 증발량을 증감시키거나, 혹은 유지하거나, 혹은 감소시키도록, 인상 중에서의 상기 조건값을 고화율을 따라 변경하면 된다.
구체적으로는, 도펀트의 증발량을 증가시키는 경우에는 로 내압을 감압하는 것, Ar 유량을 늘리는 것 및 갭(G)을 작게 하는 것의 어느 하나 또는 2개 이상을 수행하면 된다. 덧붙여, 이들 3개의 제어 인자 모두를 증발을 촉진하는 방향으로 반드시 조정할 필요는 없으며, 예를 들면 Ar 유속을 늘리면서, 미세 조정을 위하여 로 내압을 가압하고, 추가로 갭(G)을 증감하여 조정을 수행하거나 할 수도 있다.
반대로, 도펀트의 증발량을 감소시키는 경우에는 반대로 로 내압을 가압하거나, Ar 유량을 줄이고 갭(G)을 크게 하거나의 어느 하나 또는 2개 이상을 수행하면 된다. 또한, 이들 3개의 제어 인자 모두를 증발을 억제하는 방향으로 반드시 조정할 필요는 없으며, 예를 들면 Ar 유속을 줄이면서, 미세 조정을 위하여 로 내압을 감압하고, 추가로 갭(G)을 증감하여 조정을 수행하거나 할 수도 있다.
또한, 평가용 잉곳의 고화율을 따라 소정의 타이밍에서 도펀트의 증발량이 일정량이라면, 그 타이밍에서는 상기 조건값을 유지하면 된다. 증발량 제어 공정에서는 이와 같이 하여 조건값을 적정화하고, 인상 공정에서 시험용 잉곳 시의 조건값으로부터 개량한 조건값으로 잉곳(1)의 인상을 수행한다.
다만, 조건값을 바꾸어 평가용 잉곳을 복수 개 제작하고, 복수 개의 평가용 잉곳에 기초하여 증발량 제어 공정에서, 이와 같이 하여 구한 증발량의 추이를 이용하여 인상 조건값을 증감시키는 것이 바람직하다. n형 도펀트가 증발할 때의 단위 고화율 당 증발량을 보다 정밀하게 목표 증발량의 범위 내를 유지하도록 제어할 수 있다.
또한, 이하와 같이 하여도, n형 도펀트의 단위 고화율 당 증발량을 제어할 수 있다. 이 경우, 실제로 평가용 잉곳을 제작할 수도 있고, 수치 계산에 의해 각 파라미터를 구할 수도 있다.
<1> 먼저, 도 9에 도시한 바와 같이, 대상으로 할 결정종의 평균 인상 속도(또는 그 근방값)로 인상 속도를 고정하고, Ar 유량 및 갭(G)을, 사용할 CZ로의 표준의 값으로 고정하여, 로 내압을 변량하여 복수 개의 평가용 잉곳을 육성한다.
<2> 각각의 평가용 잉곳 중의 결정 성장 방향의 저항률 CS(fs)를 계측한다. (fs는 고화율)
<3> 편석의 관계식(CS(fs)=k0CL(fs), k0:증발이 없는 경우의 편석 계수)으로부터, 실리콘 융액(10) 중의 도펀트 농도 CL(fs)을 구한다.
<4> 나아가, 초기의 융액 중의 도펀트 농도를 C0로 하여, 증발이 없는 경우의 융액 중의 도펀트 농도: CL 0(fs)=C0(1-fs)ke-1과 상기 <3>에서 구한 CL(fs)의 차이로부터 단위 고화율 당 증발량 dCv(fs)를 구한다.
<5> 단위 고화율 당 증발량 dCv(fs)를 평균화하여, 평균의 단위 고화율 당 증발량과 로 내압과의 관계를 결정한다.
<6> 동일하게 하여, 도 9에 도시한 바와 같이 대상으로 할 결정종의 평균 인상 속도(또는 그 근방값)으로 인상 속도를 고정하고, 로 내압 및 갭(G)을 사용할 CZ로의 표준의 값으로 고정하여, Ar 유속을 변량(變量)하여 복수 개의 평가용 잉곳을 육성하고, 상기 <2>부터 <5>까지의 과정을 실시하여, 평균의 단위 고화율 당 증발량과 Ar 유량과의 관계를 결정한다.
<7> 동일하게 하여, 도 9에 도시한 바와 같이, 대상으로 할 결정종의 평균 인상 속도(또는 그 근방값)로 인상 속도를 고정하고, 로 내압 및 Ar 유량을, 사용할 CZ로의 표준의 값으로 고정하여, 갭(G)을 변량하여 복수 개의 결정을 육성하고, 상기 <2>부터 <5>까지의 과정을 실시하여, 평균의 단위 고화율 당 증발량과 갭(G)과의 관계를 결정한다.
<8> 상기의 평균의 단위 고화율 당 증발량과 로 내압과의 관계를 이용하여, 인상 대상이 될 잉곳(1)의 고화율의 함수로서의 인상 속도 프로그램에 대응하는, 고화율의 함수로서의 로 내압의 프로그램을 설정한다.
<9> 상기 <8>에서 설정한 인상 속도 프로그램 및 로 내압 프로그램을 이용하여 인상 대상이 될 잉곳(1)의 인상을 실시한다.
<10> 이와 같이 하여 만든 잉곳(1)에서, 원하는 저항률로부터의 벗어남이 있었던 경우에는, 이 잉곳(1)을 평가용 잉곳으로 간주하여, 로 내압을 주 조작 파라미터로 하고, Ar 유량 또는 갭(G)을 미세 조정의 조작 파라미터로 하여, 보다 정밀도가 높은 압력, Ar 유량, 갭에 관한 인상 시의 프로그램을 설정하고, 해당 조건 하 잉곳(1)의 인상을 수행한다.
<인 사이추 제어 방식>
배치들간 제어 방식 대신, 인 사이추 제어 방식을 이용하는 것도 바람직하다. 원리 상, 보다 확실하게 n형 도펀트의 증발량을 목표 증발량의 범위 내로 유지하도록 제어할 수 있을 것으로 생각된다.
본 실시 형태에 인 사이추 제어 방식을 적용하는 경우, 인상 공정을 수행하면서 n형 도펀트의 단위 고화율 당 증발량을 측정하는 측정 공정을 추가로 포함하고, 증발량 제어 공정에서, 측정한 단위 고화율 당 증발량이 목표 증발량의 범위 내로 유지되도록 인상 조건값을 조정하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 측정 공정에서는, Ar 가스의 배출구 측에서의 Ar 가스와 함께 배출되는 n형 도펀트의 농도를 측정하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하여 측정 공정을 수행하려면, 실리콘 단결정 인상로(100)의 Ar 가스의 배출구 측에 적외 분광법이나 질량 분석법에 의한 측정을 수행하는 측정부(81)를 마련하고, 이 측정부(81)에 의해 Ar 가스와 함께 배출되는 n형 도펀트의 가스 분석을 수행할 수 있다. 측정부(81)로는, 예를 들면, 사중극형 질량 분석계(QMS)를 사용할 수 있다. n형 도펀트가 Sb인 경우, Ar 가스에는 Sb는 Sb 단체, SbO 및 Sb2O3 등의 형태로 포함되기 때문에, 예를 들면 SbO의 가스 농도를 분석하면 된다. 예를 들면, 잉곳(1)의 육성 초기로부터의 SbO의 가스 농도를 일정하게 하면, 단위 고화율 당 증발량도 일정량으로 유지할 수 있다. n형 도펀트의 증발량을 제어하려면, 배치들간 제어 방식에서 이미 전술한 바와 같고, 인상 조건값의 어느 하나 또는 2개 이상을 조정하면 된다.
또한, 상기 측정 공정에서는, 인상 중인 잉곳(1)의 직경 및 인상 길이를 측정하고, 이 측정에 기초한 고화율과, Ar 가스에 포함되는 n형 도펀트의 농도에 기초하여, 단위 고화율 당 증발량을 측정하는 것이 바람직하다. 덧붙여, 인상 중인 잉곳(1)의 직경 및 인상 길이는, 도 7에 도시하지 않은 직경 계측용 CCD 카메라에 의해 성장 중인 직경의 값을, 또한 인상 길이에 해당하는 와이어(52)의 권취 길이를 제어부(80)를 이용하여 측정할 수 있다. 이와 같이 함으로써, 보다 엄밀하게, 육성 중인 고화율에 따른 증발량의 제어가 가능해진다.
도 8의 모식도를 이용하여, 본 실시 형태의 적합한 측정 공정에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다. 인상 중인 실리콘 단결정 인상로(100)로부터 잉곳(1)의 직경 및 인상 길이를 측정함으로써, 인상 시점에서의 고화율 및 그 변화율이 정해진다. 전술한 측정부(81)를 이용하면, 실리콘 단결정 인상로(100)에 의한 n형 도펀트의 단위 시간 당 증발량(증발 속도) 또는 그에 해당하는 값을 측정할 수 있다. 측정한 고화율과 n형 도펀트의 증발 속도로부터, 단위 고화율 당 n형 도펀트의 증발량을 인 사이추로 평가할 수 있다. 따라서, 인 사이추로 평가한 단위 고화율 당 n형 도펀트의 증발량이 목표 증발량의 범위 내로부터 벗어날 것 같은 경우에는, 그 벗어남을 보상하도록 로 내압, Ar 유량 및 갭(G)의 어느 하나를 조정하여 증발량을 제어하면 된다.
전술한 배치들간 제어 방식 및 인 사이추 제어 방식을 조합하여, 본 실시 형태에 따른 실리콘 단결정 잉곳 제조 방법을 수행하는 것도 바람직하다.
본 실시 형태에 따르면, Sb 화합물 또는 As 화합물의 증발을 제어함으로써, n형 실리콘 단결정 잉곳(1)의 결정축 방향에서의 저항 수율을 향상시킬 수 있고, 나아가 결정 코스트를 저감시킬 수 있다. 적극적으로 Sb 또는 As 등의 휘발성의 n형 도펀트의 화합물의 증발을 촉진하기 위하여, 실리콘 융액(10) 표면 위의 Ar 유속을 증대시키게 되고, 결과적으로 탄소 오염(히터 등의 탄소 부재와, 융액으로부터 휘발한 SiO와의 반응에 의해 생성한 CO 가스의 융액으로의 역류에 의한 융액으로의 재용해와 축적에 의한)의 억제 효과도 기대할 수 있다.
다만, 본 실시 형태는 Sb 및 As의 어느 것을 n형 도펀트로 하는 경우에도 적용 가능한데, Sb를 사용하는 경우에 사용하는 것이 보다 효과적이다. Sb는 증발 속도가 As보다 현격히 빠르기 때문이다.
이하, 실리콘 단결정 인상로(100)의 각 구성의 구체적인 태양에 대하여 살펴보는데, 본 발명은 이하의 태양에 전혀 한정되는 것이 아니다.
실리콘 융액(10)은, 실리콘 단결정 잉곳(1)의 원료이다. 일반적으로는 폴리실리콘이 원료이고, 도가니(20)의 외주에 마련되는 히터(90) 등에 의해 원료를 가열하여 용해하여 융액의 상태를 유지한다. 실리콘 융액에는 n형 도펀트 외에, 질소가 첨가되어 있을 수도 있다.
도가니(20)는 실리콘 융액(10)을 저장하며, 일반적으로는 내측을 석영 도가니, 외측을 카본 도가니로 하는 이중 구조로 할 수 있다. 도가니(20)의 하단부에는 승강 회전 기구(21)를 마련할 수 있다.
도가니(20)의 하단부에는, 도시하지 않은 승강 회전 기구가 마련된다. 승강 회전 기구는 제어부(80)를 통하여 승강 및 회전할 수 있고, 갭(G)을 제어할 수도 있다. 일반적으로 승강 회전 기구(21)의 회전 방향은, 인상부(50)의 회전 방향의 반대 방향으로 회전한다.
챔버(30)의 바닥부에는 Ar 가스 배출구를 마련할 수 있고, 챔버의 상방에는 Ar 가스 공급구를 마련할 수 있다. 도 7은 이 태양을 도시하는 것인데, 배치 관계는 이 예에 전혀 제한되지 않는다. Ar 가스는 밸브(41)로부터 공급할 수 있고, 밸브(42)로부터 배출할 수 있다. 밸브(41, 42) 및 진공 펌프(43)는 본 실시 형태에 있어서의 압력 조정부(40)가 된다. 밸브(41)의 상류에는 Ar 가스의 공급원을 설치할 수 있고, 해당 공급원이 가스 공급부(60)가 된다.
인상부(50)는 와이어 권취 기구(51), 와이어 권취 기구(51)에 의해 권취되는 인상 와이어(52) 및 종결정(種結晶)을 유지하는 시드 척(53)을 가질 수 있다.
유도부(70)는, 실리콘 단결정 인상로(100)는 열 차폐 부재(71)의 실리콘 융액(10) 측의 선단부로 할 수도 있지만, 그 선단부에 유도판으로서 마련하는 것도 바람직하다. 유도판에 의한 안내에 의해 실리콘 융액(10)의 표면을 따라 Ar 가스가 외측으로 유도되기가 쉬워지고, 유속을 제어하기가 쉽다. 이 경우, 갭은 융액 표면과 유도판과의 간격으로 한다. 열 차폐 부재(71)는, 실리콘 잉곳(1)의 가열을 방지함과 아울러 실리콘 융액(10)의 온도 변동을 억제한다. 덧붙여, 도 7과 달리, 유도부(70)는 예각형(銳角狀)의 형상일 수도 있다.
실리콘 단결정 인상로(100)는 제어부(80)를 가질 수 있고, 그 제어부(80)에 의해 승강 회전 기구(21), 인상부(50), 가스 공급부(60), 측정부(81)를 제어함으로써 이미 전술한 인상 조건값을 제어할 수 있다.
측정부(81)는, 전술한 바와 같이 적외 분광법이나 질량 분석법에 의해, n형 도펀트를 구성 원소로 하는 도펀트 가스의 가스 농도의 측정을 수행한다. 측정부(81)로는, 질량 분석계를 사용하는 것이 바람직하고, 예를 들면 사중극형 질량 분석계(QMS)를 사용할 수 있다. 대유량의 가스를 고속 분리할 수 있고, 장치를 소형화할 수 있기 때문이다. 이외에도 적외 분광계 측정기를 사용할 수도 있다. 측정부를 밸브(42)의 상류의 배관에 연결하도록 마련하는 것이 바람직하다. 덧붙여 도시하지 않았으나, 측정부(81)에서 가스 분석이 수행된 가스는, 밸브(42)와 펌프(43) 사이로 회수할 수 있다.
또한, 도 7에는 도시하지 않았으나, 실리콘 단결정 인상로(100)는 종래 공지의 히터, 자기장 공급 장치 등을 가질 수도 있다.
또한, 인상 공정에서, 잉곳(1)의 성장 속도를 v [mm/분]라고 하고, 잉곳(1)의 단결정 성장 시의 융점으로부터 1350℃의 온도 구배를 G [℃/mm]라고 하였을 때의 비 v/G를 예를 들면 0.22~0.27 정도로 제어하는 것이 바람직하다. v/G가 이 범위를 초과하면 COP 및 Void(보이드)가 발생하기가 쉬워지고, 이 범위를 밑돌면 전위(轉位) 클러스터가 발생하기 쉬워지기 때문이다.
또한, 인상 공정에서, 로 내에 질소 농도 2×1013 [atoms/cm3] 이상 1×1015 [atoms/cm3] 이하로 질소 도핑하는 것이 바람직하다. 또한, 인상 공정에서, 로 내에 수소 가스를 Ar 가스에 대하여 3% 이상 8% 이하 첨가함으로써, 수소 도핑하는 것도 바람직하다. 이 때, v/G의 범위는, 질소 또는 수소를 도핑하지 않는 조건으로, v/G의 경사 인상(보다 구체적으로는, 결정 성장 방향 전체 길이에 걸쳐, 인상 속도를 V자 형상 또는 W자 형상이 되도록 변량함)을 수행하고, COP 또는 Void 및 전위 클러스터가 발생하지 않는 v/G 범위를 결정하고, 상기한 v/G 범위에서 질소, 또는 수소를 도핑하는 것이 바람직하다.
나아가, 잉곳(1)의 격자간 산소 Oi의 농도 [Oi]의 범위를, [Oi]≤6×1017 [atoms/cm3](ASTM F-121(1979), 이하 동일)로 하는 것이 바람직하고, [Oi]≤4×1017 [atoms/cm3]로 하는 것이 바람직하며, [Oi]≤1×1017 [atoms/cm3]로 하는 것이 특히 바람직하다. [Oi]≤6×1017 [atoms/cm3]이면, 산소 및 질소에 기인하는 도너가 발생하지 않는다. 또한, [Oi]≤4×1017 [atoms/cm3]이면, as-grown 및 산소 석출물 현재화 열처리(780℃/3hr, 추가로 1000℃/16시간, O2 분위기) 후에 적외 토모그래프법(검출 하한 사이즈: ~25nm)에 의해 산소 석출물이 검출되지 않는다. 나아가, [Oi]≤1×1017 [atoms/cm3]이면, as-grown 및 산소 석출물 현재화 열처리(780℃/3hr, 추가로 1000℃/16시간, O2 분위기) 후에 RIE(Reactive Ion Etching)법(검출 하한 사이즈: 5nm~7nm)에 의해서도 산소 석출물이 검출되지 않는다. 격자간 산소 농도는 도가니(20)의 회전 속도를 조정함으로써 제어할 수 있다.
(실리콘 단결정 잉곳)
상기 제조 방법의 실시 형태에 의해, Sb 또는 As를 n형 도펀트로 하는 실리콘 단결정 잉곳으로서, 저항률이 10 Ω·cm 이상 1000 Ω·cm의 범위 내이고, 결정 지름이 200 mm 이상이고, 실리콘 단결정 잉곳의 결정 성장 방향에 있어서의, 그 실리콘 단결정 잉곳의 40% 이상이 사양 저항률의 ±7%의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳을 제조할 수 있다. 파워 디바이스에 제공하기에 적합한, 결정 성장 방향에 있어서의 저항률의 공차가 작은 n형 고저항의 실리콘 단결정 잉곳을 구현할 수 있다. 단, 저항률은 잉곳 중 제품 범위 밖이 되는 네크부, 크라운부 및 테일부 등을 제외하고 직동부만의 저항률을 대상으로 한다.
또한, 저항률은 50 Ω·cm 이상으로 할 수 있다. 또한, 결정 지름을 300 mm 이상으로 할 수도 있다. 결정 성장 방향에 있어서의 실리콘 단결정 잉곳의 40% 이상을 사양 저항률의 ±7%의 범위 내로 할 수도 있다.
실시예
다음, 본 발명의 효과를 더 명확하게 하기 위하여, 이하의 실시예를 예로 드는데, 본 발명은 이하의 실시예에 전혀 제한되는 것은 아니다.
이미 전술한 배치들간 제어 방식에 있어서의 <1>~<10>의 과정을 따라, Sb를 n형 도펀트로 하는 실리콘 단결정 잉곳을 제작하였다.
<1> 도 9에 도시한 바와 같이, 실제로 인상을 수행할 잉곳(1)의 평균 인상 속도(도 9의 2점 쇄선)로 인상 속도를 고정하고, Ar 유량 및 갭(G)도 사용할 CZ로의 표준의 일정 값으로 고정하고, 로 내압을 변량시켜 7개의 시험용 잉곳을 육성한 경우의 시험용 잉곳 중의 도펀트 농도를 구하였다. 로 내압은 각각 10, 15, 20, 25, 30, 40, 100 torr이다.
다만, 앞에 게재한 표 1의 육성 조건 하, 로 내압을 20 torr, 목적 저항을 50 Ω·cm로 한 경우에 실리콘 융액 중 및 시험용 잉곳 중의 도펀트 농도가 일정해지도록, 초기의 융액 중 Sb 도펀트 농도 및 증발 속도를 설정하였다. 즉, 평균 인상 속도는 1.0 [mm/min]이고, 융액 중 도펀트 농도는 4.1×1015 [atoms/cm3]이고, 증발 속도는 2.01×1015 [atoms/sec]이다.
<2> 각각의 시험용 잉곳의 결정 성장 방향의 저항률로부터, 시험용 잉곳의 도펀트 농도 CS(fs)를 고화율의 함수로서 구하였다(fs: 고화율). 얻어진 결과를 도 10에 나타내었다.
<3> 편석의 관계식 (CS(fs)= k0CL(fs), k0: 증발이 없는 경우의 평형 편석 계수)로부터, 실리콘 융액 중의 도펀트 농도 CL(fs)을 고화율의 함수로서 구하였다.
<4> 나아가, 초기의 융액 중의 도펀트 농도를 C0로 하여, 증발이 없는 경우의 융액 중의 도펀트 농도: CL 0(fs)=C0(1-fs)ke-1과 상기 <3>에서 구한 실리콘 융액 중의 도펀트 농도 CL(fs)로부터, 단위 고화율 당 증발량 dCv(fs)를 고화율의 함수로서 구하였다.
<5> 증발량 dCv(fs)를 평균화하여, 도 11a에 도시한 바와 같이 평균화된 단위 고화율 당 증발량과 로 내압과의 관계를 구하였다.
<6> 동일하게 하여, 실제로 인상을 수행할 잉곳(1)의 인상 속도의 평균 인상 속도로 인상 속도를 고정하고, 로 내압 및 갭을, 사용할 CZ로의 표준의 값으로 고정하여, Ar 유속을 변량하여 복숙 개의 평가용 잉곳을 육성하고, 상기 <2>부터 <5>까지의 과정을 실시하여, 평균의 단위 고화율 당 증발량과 Ar 유량과의 관계를 구하였다. 도 11b에 이 관계의 모식도를 나타내었다.
<7> 동일하게 하여, 실제로 인상을 수행할 잉곳(1)의 인상 속도의 평균 인상 속도로 인상 속도를, 사용할 CZ로의 표준의 값으로 고정하고, 로 내압, Ar 유량을 고정하여, 갭(G)을 변량하여 복수 개의 결정을 육성하고, 상기 <2>부터 <5>까지의 과정을 실시하여, 평균의 단위 고화율 당 증발량과 갭(G)과의 관계를 구하였다. 도 11c에 이 관계의 모식도를 나타내었다.
<8> 상기한 평균의 단위 고화율 당 증발량과 로 내압과의 관계(도 11a), 평균의 단위 고화율 당 증발량과 Ar 유량과의 관계(도 11b) 및 평균의 단위 고화율 당 증발량과 갭(G)과의 관계(도 11c)를 이용하여, 도 12에 도시한 바와 같이 실제로 인상을 수행할 잉곳(1)의, 고화율의 함수로서의 인상 속도의 프로그램에 대응하는 고화율의 함수로서의 로 내압의 프로그램을 작성하고, 실리콘 단결정 인상로(100)의 제어부(80)에 설정하였다.
<9> 설정된 인상 속도의 프로그램 및 로 내압의 프로그램을 이용하여, 잉곳(1)의 인상을 실시하였다.
<10> 인상 후의 잉곳(1)의 저항률 분포(1회째)를 도 13에 나타내었다. 도 1을 근거로, 종래의 공차보다는 큰 폭의 개선이 인정되었지만, 원하는 저항률의 공차 내(50 [Ω·cm]±7%)로부터의 벗어남이 있었기 때문에, 로 내압을 주 조작 파라미터로 하고, Ar 유량 및 Gap을 미세 조정의 조작 파라미터로 하여, 보다 정밀도가 높은 압력, Ar 유량, Gap에 관한 프로그램을 다시 설정하고, 다음 배치(2회째)의 인상에 적용하였더니, 더 높은 정밀도의 도펀트 증발 제어가 가능해지고, 저항률을 목표로 하는 공차 내에서 제어할 수 있음을 확인할 수 있었다. 덧붙여, 1회째의 잉곳에서는 결정 성장 방향에서 약 50%가 사양 저항률의 ±7%의 범위 내에 있는 것을 확인할 수 있었고, 2회째의 잉곳은 결정 성장 방향에서 100%(모두)가 사양 저항률의 ±7%의 범위 내에 있는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명에 따르면, 파워 디바이스에 사용하기에 적합한, 결정 성장 방향에 있어서의 저항률의 공차가 작은 n형 고저항의 실리콘 단결정 잉곳 제조 방법을 제공할 수 있다.
1 실리콘 단결정 잉곳
10 실리콘 융액
20 도가니
30 챔버
40 압력 조정부
50 인상부
60 Ar 가스 공급부
70 유도부
80 제어부
81 측정부

Claims (7)

  1. 실리콘 융액을 저장하는 도가니와, 그 도가니를 수용하는 챔버와, 그 챔버 내의 압력을 조정하는 압력 조정부와, 상기 실리콘 융액으로부터 실리콘 단결정 잉곳을 인상하는 인상부와, 상기 챔버 내에 Ar 가스를 공급하는 가스 공급부와, 상기 실리콘 융액의 표면의 상방에 배치되고, 상기 Ar 가스가 상기 실리콘 융액의 표면을 따라 흐르도록 안내하는 유도부를 갖는 실리콘 단결정 인상로를 사용하여, 실리콘 단결정 잉곳을 제조하는 방법으로서,
    상기 실리콘 융액에는 Sb 또는 As로 이루어지는 n형 도펀트가 첨가되고,
    상기 실리콘 단결정 잉곳을 초크랄스키법에 의해 인상하는 인상 공정과,
    그 인상 공정을 수행하면서, 상기 챔버 내의 압력, 상기 Ar 가스의 유량, 및 상기 유도부 및 상기 실리콘 융액의 간격의 적어도 어느 하나를 포함하는 인상 조건값을 조정함으로써, 상기 실리콘 융액으로부터 상기 n형 도펀트가 증발할 때의 단위 고화율 당 증발량을 단위 고화율 당 목표 증발량의 범위 내로 유지하도록 하는 증발량 제어 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 목표 증발량이 결정 성장 방향에서 일정한 실리콘 단결정 잉곳 제조 방법.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 인상 공정에 앞서,
    상기 실리콘 단결정 인상로를 사용하여 평가용 실리콘 단결정 잉곳을 하나 이상 제작하는 공정과,
    그 평가용 실리콘 단결정 잉곳의 결정 성장 방향의 저항률의 추이에 기초하여, 상기 실리콘 단결정 인상로에 있어서의 상기 n형 도펀트의 단위 고화율 당 증발량의 추이를 구하는 공정을 추가로 포함하고,
    상기 증발량 제어 공정에서, 상기 구한 상기 증발량의 추이를 이용하여 상기 인상 조건값을 증감시키는, 실리콘 단결정 잉곳 제조 방법.
  4. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 인상 공정을 수행하면서 상기 n형 도펀트의 상기 단위 고화율 당 증발량을 측정하는 측정 공정을 추가로 포함하고,
    상기 증발량 제어 공정에서, 상기 측정한 상기 단위 고화율 당 증발량이 상기 목표 증발량의 범위 내로 유지되도록 상기 인상 조건값을 조정하는, 실리콘 단결정 잉곳 제조 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 측정 공정에서는, 상기 Ar 가스의 배출구 측에서의, 상기 Ar 가스와 함께 배출되는 상기 n형 도펀트의 농도를 측정하는, 실리콘 단결정 잉곳 제조 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 측정 공정에서는, 인상 중인 상기 실리콘 단결정 잉곳의 직경 및 인상 길이를 측정하고, 이 측정에 기초한 고화율과 상기 Ar 가스에 포함되는 상기 n형 도펀트의 농도에 기초하여, 상기 단위 고화율 당 증발량을 산출하는, 실리콘 단결정 잉곳 제조 방법.
  7. Sb 또는 As를 n형 도펀트로 하는 실리콘 단결정 잉곳으로서,
    저항률이 10 Ω·cm 이상 1000 Ω·cm의 범위 내이고, 결정 지름이 200 mm 이상이고,
    상기 실리콘 단결정 잉곳의 결정 성장 방향에 있어서의, 그 실리콘 단결정 잉곳의 40% 이상이 사양 저항률의 ±7%의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳.
KR1020197024912A 2017-02-28 2018-01-11 실리콘 단결정 잉곳 제조 방법 및 실리콘 단결정 잉곳 KR102253579B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017037618 2017-02-28
JPJP-P-2017-037618 2017-02-28
PCT/JP2018/000514 WO2018159108A1 (ja) 2017-02-28 2018-01-11 シリコン単結晶インゴットの製造方法およびシリコン単結晶インゴット

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190109489A true KR20190109489A (ko) 2019-09-25
KR102253579B1 KR102253579B1 (ko) 2021-05-18

Family

ID=63370272

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197024912A KR102253579B1 (ko) 2017-02-28 2018-01-11 실리콘 단결정 잉곳 제조 방법 및 실리콘 단결정 잉곳

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11078595B2 (ko)
JP (1) JP6699797B2 (ko)
KR (1) KR102253579B1 (ko)
CN (1) CN110536980B (ko)
DE (1) DE112018001044T5 (ko)
WO (1) WO2018159108A1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112981520A (zh) * 2021-01-08 2021-06-18 隆基绿能科技股份有限公司 一种单晶硅拉晶工艺方法
CN115491750A (zh) * 2021-06-17 2022-12-20 内蒙古中环协鑫光伏材料有限公司 一种控制掺镓单晶电阻率的单晶拉制工艺
CN113564693B (zh) * 2021-08-02 2022-09-27 宁夏中欣晶圆半导体科技有限公司 低电阻率重掺砷硅单晶生产方法
CN113862775B (zh) * 2021-09-30 2022-06-10 西安奕斯伟材料科技有限公司 一种用于制造掺氮单晶硅的设备及方法
JP2023090559A (ja) 2021-12-17 2023-06-29 株式会社Sumco シリコンウェーハ及びその製造方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008280211A (ja) * 2007-05-10 2008-11-20 Ｓｕｍｃｏ Ｔｅｃｈｘｉｖ株式会社 単結晶の製造方法
KR20100059032A (ko) 2008-11-25 2010-06-04 에스케이텔레콤 주식회사 호처리 메시지의 우회전송 제공 시스템 및 방법
JP2012031023A (ja) * 2010-07-30 2012-02-16 Sumco Corp シリコン単結晶の製造方法
JP2012206874A (ja) * 2011-03-29 2012-10-25 Covalent Materials Corp 単結晶引上装置及び単結晶引き上げ方法

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61227986A (ja) * 1985-03-30 1986-10-11 Shin Etsu Handotai Co Ltd 単結晶シリコン棒の製造方法
JPS62113789A (ja) 1985-11-11 1987-05-25 Nec Corp 単結晶引上装置
JPH02116695A (ja) 1988-10-25 1990-05-01 Osaka Titanium Co Ltd 単結晶の製造方法
JPH0777995B2 (ja) * 1989-11-16 1995-08-23 信越半導体株式会社 単結晶の比抵抗コントロール方法
EP0625595B1 (en) * 1993-03-29 2001-09-19 Research Development Corporation Of Japan Control of oxygen concentration in single crystal pulled up from melt containing group-V element
JPH10291892A (ja) * 1997-04-22 1998-11-04 Komatsu Electron Metals Co Ltd 結晶中の不純物濃度検出方法および単結晶の製造方法並びに単結晶引上げ装置
DE10250822B4 (de) * 2002-10-31 2006-09-28 Siltronic Ag Verfahren zur Herstellung eines mit leichtflüchtigem Fremdstoff dotierten Einkristalls aus Silicium
US8409347B2 (en) * 2006-07-20 2013-04-02 Sumco Techxiv Corporation Method of dopant injection, N-type silicon single-crystal, doping apparatus and pull-up device
JP4813313B2 (ja) * 2006-09-29 2011-11-09 Ｓｕｍｃｏ Ｔｅｃｈｘｉｖ株式会社 シリコン単結晶引上げ装置及び該装置に使用される黒鉛部材並びに黒鉛部材の劣化防止方法
JP4516096B2 (ja) * 2007-05-31 2010-08-04 Ｓｕｍｃｏ Ｔｅｃｈｘｉｖ株式会社 シリコン単結晶の製造方法
JP5262346B2 (ja) 2008-06-27 2013-08-14 株式会社Ｓｕｍｃｏ シリコン単結晶の製造方法
US8961686B2 (en) * 2008-07-25 2015-02-24 Sumco Techxiv Corporation Method of manufacturing monocrystal, flow straightening cylinder, and monocrystal pulling-up device
JP5453749B2 (ja) * 2008-09-05 2014-03-26 株式会社Ｓｕｍｃｏ 垂直シリコンデバイス用シリコンウェーハの製造方法及び垂直シリコンデバイス用シリコン単結晶引き上げ装置
CN101654804A (zh) * 2009-09-24 2010-02-24 浙江大学 一种在晶体生长过程中控制掺镓直拉硅电阻率的方法
JP5708171B2 (ja) * 2010-04-26 2015-04-30 株式会社Sumco シリコン単結晶引き上げ装置及びシリコン単結晶の製造方法
US9051659B2 (en) * 2010-09-03 2015-06-09 Gtat Ip Holding Silicon single crystal doped with gallium, indium, or aluminum
CN102912424B (zh) * 2012-10-10 2015-05-13 浙江大学 提高直拉单晶硅轴向电阻率均匀性的方法及得到的单晶硅
CN105008595B (zh) * 2012-12-31 2018-04-13 Memc电子材料有限公司 通过直拉法制造铟掺杂硅
JP5974978B2 (ja) * 2013-05-29 2016-08-23 信越半導体株式会社 シリコン単結晶製造方法
US20180291524A1 (en) * 2015-05-01 2018-10-11 Corner Star Limited Methods for producing single crystal ingots doped with volatile dopants
US10487418B2 (en) * 2016-01-06 2019-11-26 Globalwafers Co., Ltd. Seed chuck assemblies and crystal pulling systems for reducing deposit build-up during crystal growth process
US20180087179A1 (en) * 2016-09-28 2018-03-29 Corner Star Limited Single crystal silicon ingots having doped axial regions with different resistivity and methods for producing such ingots

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008280211A (ja) * 2007-05-10 2008-11-20 Ｓｕｍｃｏ Ｔｅｃｈｘｉｖ株式会社 単結晶の製造方法
KR20100059032A (ko) 2008-11-25 2010-06-04 에스케이텔레콤 주식회사 호처리 메시지의 우회전송 제공 시스템 및 방법
JP2012031023A (ja) * 2010-07-30 2012-02-16 Sumco Corp シリコン単結晶の製造方法
JP2012206874A (ja) * 2011-03-29 2012-10-25 Covalent Materials Corp 単結晶引上装置及び単結晶引き上げ方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP6699797B2 (ja) 2020-05-27
CN110536980B (zh) 2021-06-29
JPWO2018159108A1 (ja) 2019-06-27
WO2018159108A1 (ja) 2018-09-07
DE112018001044T5 (de) 2019-11-28
CN110536980A (zh) 2019-12-03
US20190352796A1 (en) 2019-11-21
KR102253579B1 (ko) 2021-05-18
US11078595B2 (en) 2021-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102253579B1 (ko) 실리콘 단결정 잉곳 제조 방법 및 실리콘 단결정 잉곳
KR101303422B1 (ko) 단결정 잉곳의 제조방법 및 이에 의해 제조된 단결정 잉곳과 웨이퍼
KR101276138B1 (ko) 단결정의 제조방법 및 어닐 웨이퍼의 제조방법
KR101522480B1 (ko) 실리콘 단결정 제조 방법, 실리콘 단결정, 및 웨이퍼
KR101997565B1 (ko) 실리콘 단결정의 제조방법
US11702760B2 (en) N-type silicon single crystal production method, n-type silicon single crystal ingot, silicon wafer, and epitaxial silicon wafer
US20100159182A1 (en) Production Method for a Codoped Bulk SiC Crystal and High-Impedance SiC Substrate
CN110678585B (zh) 单晶硅锭的制造方法及单晶硅培育装置
JP5453749B2 (ja) 垂直シリコンデバイス用シリコンウェーハの製造方法及び垂直シリコンデバイス用シリコン単結晶引き上げ装置
CN105164790A (zh) 硅磊晶晶圆及硅磊晶晶圆的制造方法
EP1640484A1 (en) Process for producing single crystal and single crystal
KR101117477B1 (ko) 단결정 제조방법 및 단결정
KR102315981B1 (ko) n형 실리콘 단결정의 제조 방법, n형 실리콘 단결정의 잉곳, 실리콘 웨이퍼 및 에피택셜 실리콘 웨이퍼
US20200199773A1 (en) Center Slab Lapping and Resistivity Measurement During Single Crystal Silicon Ingot Production
KR101193692B1 (ko) 단결정의 비저항 제어방법 및 그 방법에 의해 제조된 단결정
KR101252915B1 (ko) 단결정 잉곳 제조방법
JP7047752B2 (ja) 単結晶シリコンの製造方法
KR101304155B1 (ko) 단결정 잉곳 제조방법 및 실리콘 단결정 잉곳
US20230031070A1 (en) Silicon single crystal manufacturing method, silicon single crystal, and silicon wafer
US20200199774A1 (en) Sample Rod Center Slab Resistivity Measurement With Four-Point Probe During Single Crystal Silicon Ingot Production
US20200199775A1 (en) Sample Rod Center Slab Resistivity Measurement During Single Crystal Silicon Ingot Production

Legal Events

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