KR100445190B1 - Manufacturing method of silicon single crystal ingot - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실리콘 단결정 잉곳의 성장 시에 질소를 첨가하여 게터링(gettering) 능력을 향상시키고, 잉곳의 성장 및 냉각조건을 반경방향으로 균일하게 하여, 잉곳에 존재하는 베이컨시타입(vacancy-type)결함의 영역에 조대한 결함이 분포하는 영역은 줄이고 미소결함영역이 분포하는 영역은 증가하도록 하는 기술에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방법은, 실리콘 단결정 잉곳을 쵸크랄스키 방식으로 제조하는 방법에 있어서, 잉곳 성장 시 질소를 첨가하고, 잉곳의 인상 속도를 0.55(mm/min) 이상으로 하여 잉곳을 성장시키는 공정; 인상 장치가 잉곳이 성장되는 동안 잉곳의 중심부와 가장자리부분의 수직온도구배 편차를 줄여 전체적인 수직온도구배를 균일하게 유지하도록 잉곳 성장 속도를 제어하는 공정; 및 인상 장치가 잉곳이 성장되는 동안 잉곳의 반경 방향으로 가장자리 부분에 산화적층결함 영역이 동축링 형태로 형성되도록 제어하고, 산화적층결함 영역의 안쪽에 미소결함영역이 확대 형성되도록 제어하는 공정을 포함하는 것으로서, 미세한 선폭의 고집적 디바이스 공정에서도 사용 가능한 고품질 웨이퍼의 생산 수율을 증가시키는 효과가 있다.The present invention improves gettering ability by adding nitrogen during the growth of silicon single crystal ingots, and uniformly grows and cools the ingots in a radial direction, thereby providing a vacancy-type. The present invention relates to a technique for reducing the area where coarse defects are distributed in the area of defects and increasing the area where microdefect areas are distributed. Method according to the invention, the method for producing a silicon single crystal ingot in the Czochralski method, adding nitrogen during ingot growth, growing the ingot with the pulling rate of the ingot to 0.55 (mm / min) or more; Controlling the ingot growth rate so that the pulling apparatus reduces the vertical temperature gradient deviation between the center and the edge of the ingot while the ingot is grown to maintain the overall vertical temperature gradient uniformly; And the pulling apparatus controls the oxidized lamination defect region to be formed in a coaxial ring shape at the edge portion in the radial direction of the ingot while the ingot is grown, and controls the microdefect region to be enlarged to be formed inside the oxidized lamination defect region. As a result, there is an effect of increasing the production yield of high-quality wafers that can be used even in highly integrated device processes having a fine line width.
Description
본 발명은 쵸크랄스키 법에 의한 실리콘 단결정 잉곳 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 잉곳의 성장 시에 질소를 첨가하여 게터링(gettering) 능력을 향상시키고, 잉곳의 성장 및 냉각조건을 반경방향으로 균일하게 하여, 잉곳에 존재하는 베이컨시타입(vacancy-type)결함의 영역에 조대한 결함이 분포하는 영역은 줄이고 미소결함영역이 분포하는 영역은 증가하도록 하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing silicon single crystal ingot by Czochralski method, and more particularly, to add getter at the time of ingot growth to improve gettering ability and to radially grow the ingot growth and cooling conditions. The present invention relates to a technique for reducing the area where coarse defects are distributed in the area of vacancy-type defects existing in the ingot and increasing the area where microdefect areas are distributed.
반도체 등의 전자부품을 생산하기 위한 소재로 사용되는 실리콘 웨이퍼(wafer)는 실리콘 단결정 잉곳(ingot)을 얇게 절단하여 만든다. 실리콘 단결정 잉곳을 제조하는 대표적인 방법으로 쵸크랄스키(Czochralski, CZ)법이 있으며, 이 방법은 단결정인 종자결정(seed crystal)을 용융실리콘에 담근 후 천천히 인상하면서 결정을 성장시키는 것으로 이에 대한 상세한 설명은 S. Wolf와 R.N. Tauber 씨의 논문 'Silicon Processing for the VLSI Era', volume 1, Lattice Press (1986), Sunset Beach, CA에 자세히 기재되어 있다. 다음에서 쵸크랄스키법에 의한 일반적인 실리콘 단결정 잉곳 제조 공정을 대략적으로 설명한다.A silicon wafer used as a material for producing electronic components such as a semiconductor is made by thinly cutting a silicon single crystal ingot. Czochralski (CZ) method is a representative method for producing silicon single crystal ingot, which is a method of growing a crystal while immersing a single crystal seed crystal in molten silicon and slowly pulling it. S. Wolf and RN Tauber's paper, Silicon Processing for the VLSI Era, volume 1, Lattice Press (1986), Sunset Beach, CA. In the following, a general silicon single crystal ingot production process by the Czochralski method will be described.
먼저, 종자결정 하단부에 존재하는 전위를 제거하기 위해 종자결정으로부터 가늘고 긴 단결정을 성장시키는 네킹(necking)공정을 거치고 나면, 단결정을 직경방향으로성장시켜 목표직경으로 만드는 숄더링(shouldering)공정을 거치며, 이 이후에는 일정한 직경을 갖는 단결정이 성장된다. 이 과정을 바디그로잉(body growing)공정이라 부르는데 이때 성장된 부분이 웨이퍼로 만들어지는 부분이 된다. 일정한 길이 만큼 바디그로잉이 진행된 후에는 단결정의 직경을 서서히 감소시켜 최종적으로 용융실리콘과 분리하는 테일링(tailing) 공정을 거쳐 결정성장공정이 마무리된다. 이러한 결정성장공정은 핫존(Hot Zone)이라는 공간에서 이루어지게 되는데, 핫존은 결정성장장치(Grower)에서 용융실리콘이 단결정 잉곳으로 성장될 때 용융실리콘과 잉곳 접촉 주위의 공간을 구성하는 총체적인 환경을 의미한다. 결정성장장치는 용융실리콘 도가니, 가열장치, 보온 구조물, 잉곳인상장치 등 여러 부품들로 이루어져 있다.First, after the necking process of growing thin and long single crystals from the seed crystals in order to remove the dislocations present at the lower end of the seed crystals, the shoulders are grown in the radial direction to make the target diameter. After this, single crystals having a constant diameter are grown. This process is called a body growing process, where the grown part becomes a wafer-made part. After the body is grown by a certain length, the crystal growth process is completed through a tailing process in which the diameter of the single crystal is gradually reduced and finally separated from the molten silicon. The crystal growth process is performed in a space called a hot zone, which refers to the overall environment that forms a space around the molten silicon and the ingot contact when the molten silicon is grown into a single crystal ingot in the crystal growth apparatus. do. The crystal growth apparatus is composed of various components such as a molten silicon crucible, a heating apparatus, a thermal insulation structure, and an ingot raising apparatus.
한편, 단결정 내부의 결함특성은 결정의 성장 및 냉각 조건에 매우 민감하게 의존하기 때문에 성장계면 근처의 열적 환경을 조절함으로써 성장결함의 종류 및 분포를 제어하고자 하는 많은 노력이 진행되어 왔다.On the other hand, since the defect characteristics inside the single crystal are very sensitive to the growth and cooling conditions of the crystal, many efforts have been made to control the type and distribution of growth defects by controlling the thermal environment near the growth interface.
성장결함은 크게 베이컨시-타입(vacancy-type)과 인터스티셜-타입(interstitial-type)으로 나누어지며, 베이컨시 점결함이나 인터스티셜 점결함이 평형농도 이상으로 존재하면 응집이 일어나서 입체적인 결함으로 발전되는 것으로 알려져 있다. 보론코프에 의하면 (V.V. Voronkov, The Mechanism of Swirl Defects Formation in Silicon , Journal of Crystal Growth 59 (1982) 625) 이러한 결함들의 형성은 V/G 비와 밀접한 관계를 갖는다고 알려져 있다. 여기서 V는 성장속도이며 G는 성장계면 근처(핫존)의 결정 내 수직 온도 기울기이다. 즉, V/G의 값이 어떤 임계치를 초과하면 베이컨시타입(vacancy type)이, 그리고 그 이하의 조건에서는 인터스티셜 타입(interstitial type)의 결함이 형성된다. 따라서, 주어진 핫존에서 결정을 성장시킬 때는 인상속도에 의하여 결정 내에 존재하는 결함의 종류, 크기, 밀도 등이 영향을 받게 된다.Growth defects are largely divided into vacancy-type and interstitial-type, and when baconic defects or interstitial defects exist above equilibrium concentrations, coagulation occurs and develops into three-dimensional defects. It is known to become. According to Voronkov (V.V. Voronkov, The Mechanism of Swirl Defects Formation in Silicon, Journal of Crystal Growth 59 (1982) 625), the formation of these defects is known to be closely related to the V / G ratio. Where V is the growth rate and G is the vertical temperature gradient in the crystal near the growth interface (hot zone). That is, if the value of V / G exceeds a certain threshold, a vacancy type and an interstitial type defect are formed under the following conditions. Therefore, when growing a crystal in a given hot zone, the kind, size, and density of defects present in the crystal are affected by the pulling speed.
도 1 및 도 2는 일반적인 방법대로 성장시킨 잉곳의 특성을 설명하기 위한 도면이다.1 and 2 are diagrams for explaining the characteristics of the ingot grown in a general manner.
도 1은 인상속도를 변화시키면서 성장시킨 잉곳의 길이 방향 단면에 따라 생성된 결함영역의 모습을 보여주는 잉곳의 종단면도이다. 이 잉곳은 도면의 윗부분을 처음에 고속으로 인상시켜 성장시키다가 인상 속도를 서서히 줄이면서 아랫부분까지 성장시킨 것이다.1 is a longitudinal cross-sectional view of an ingot showing the appearance of a defect region generated along a longitudinal cross section of the ingot grown while changing the pulling speed. The ingot was first grown at high speed by drawing the upper part of the drawing, and then grown to the lower part while slowly decreasing the pulling speed.
도 1에 표시된 바와 같이, 저속으로 성장시킨 부분에는 인터스티셜 타입의 결함 영역(11)들이 존재하게 되고, 고속으로 인상하며 형성시킨 영역에는 베이컨시 타입의 결함 영역(12)들이 존재하게 된다. 그리고 베이컨시타입의 결함 영역과 인터스티셜 타입의 결함영역 사이에 베이컨시우세 영역 쪽으로 인접한 베이컨시우세 무결함영역(14)과 산화적층결함영역(13)이 존재하게 된다.As shown in FIG. 1, interstitial defect regions 11 exist in a portion grown at a low speed, and vacancy-type defect regions 12 exist in a region formed by pulling at a high speed. Then, between the defect region of the vacancy type defect region and the defect region of the interstitial type, there is a vacancy advantage defect region 14 and an oxidative lamination defect region 13 adjacent to the vacancy advantage region.
이 산화적층결함은 인상속도를 일정수준 이상으로 증가시키면 산화적층결함영역이 단면의 가장자리로 밀리게 되어 결국 단면 전체에 베이컨시-타입의 결함이 분포하게 된다.The oxidative lamination defect causes the oxidative lamination defect to be pushed to the edge of the cross section when the pulling speed is increased to a certain level or more, resulting in the distribution of vacancy-type defects throughout the cross section.
반대로 인상속도를 줄이면 산화적층결함영역이 단면의 중심부로 수축하여 결국에는 소멸하게 되고 베이컨시 우세 무결함영역(14)이 나타나게 되며 인상속도를 더욱 줄이게 되면 인터스티셜 우세 무결함영역이 나타나고 이어서 단면 전체에 인터스티셜-타입의 결함 영역(11)이 존재하게 된다.On the contrary, if the pulling speed is decreased, the oxidative lamination area contracts to the center of the cross section and eventually disappears, and the predominantly defective area of bacon appears, and if the pulling speed is further reduced, the interstitial predominant defect area appears. Interstitial-type defect regions 11 are present throughout.
그런데, 이와 같은 종래 기술에서는, 핫존의 구조적 문제 때문에 결정 성장 시 잉곳의 반경방향으로 수직온도기울기(G)의 냉각조건이 상당히 불균일한 문제점이 있었다. 잉곳 중심부에서는 열량이 전도를 통하여 잉곳 가장자리로 전달되어 다시 복사되어야 하는 반면, 잉곳 가장자리에서는 열량이 바로 복사를 통하여 열을 방출하기 때문에 잉곳의 반경방향으로 수직온도기울기의 편차가 발생한다. 잉곳의 가장자리가 중심부에 비하여 냉각속도가 빠르므로, G값은 결정 중심에서는 작고 반경방향으로 증가하기 때문에 같은 인상 속도라고 하여도 중심부에는 V/G 값이 상대적으로 커지게 되고 따라서 베이컨시결함이 잉곳 중심부에서 고밀도로 나타난다. 이렇게 생성되는 잉곳의 중심영역에는 COP(Crystal Originated Particle)나 FPD(Flow Pattern Defect)같은 조대한 베이컨시결함이 많이 존재하게 된다.However, in the prior art, there is a problem that the cooling conditions of the vertical temperature gradient G in the radial direction of the ingot during the crystal growth are considerably uneven due to the structural problem of the hot zone. At the center of the ingot, heat is transferred to the edge of the ingot through conduction and must be radiated again, whereas at the edge of the ingot, the heat is directly radiated through radiation, resulting in a deviation of the vertical temperature gradient in the radial direction of the ingot. Since the edge of the ingot has a faster cooling rate than the center, the G value is small at the crystal center and increases in the radial direction. Therefore, even at the same pulling speed, the V / G value becomes relatively large in the center, so bacon defects become ingots. High density in the center There are many coarse bacon defects such as COP (Crystal Originated Particle) or FPD (Flow Pattern Defect) in the central area of the ingot.
도 2는 도 1에서 II 절단선으로 절단한 단면의 결함분포도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 도1의 II로 표시된 부분의 인상 속도로 인상할 때 형성된 잉곳에서는 산화적층결함(OiSF, Oxidation- induced Stacking Fault) 영역이 잉곳의 가장자리에 위치하게 된다. 이 도면은 잉곳 인상속도를 고속으로 조절하여 쵸크랄스키 방법으로 성장시킨 단결정 횡단면의 전형적인 결함분포를 보여 주고 있다.FIG. 2 is a defect distribution diagram of a section cut by the II cutting line in FIG. 1. As shown in FIG. 2, in the ingot formed when pulling at the pulling speed of the portion indicated by II of FIG. 1, an oxidative-induced stacking fault (OiSF) region is located at the edge of the ingot. This figure shows a typical defect distribution of a single crystal cross section grown by the Czochralski method by adjusting the ingot pulling speed at high speed.
도 2에서 보인 바와 같이, 잉곳 중심부에는 조대한 베이컨시 결함들이 존재하는 넓은 범위의 조대베이컨시결함영역(12)이 존재하고, 그 바깥쪽으로 산화적층결함영역(13)이 존재하며, 제일 바깥쪽에 무결함영역(베이컨시 우세)(14)이 존재하게 된다.As shown in FIG. 2, there is a wide range of coarse bacon defect regions 12 in which coarse bacon defects exist in the center of the ingot, and an oxidative lamination defect region 13 exists outside thereof, and at the outermost portion thereof. The defect free area (Baconsea dominance) 14 is present.
이와 같이 종래의 기술에서는 산화적층결함영역(13)을 잉곳의 가장자리에 오게 하면, 잉곳 중심부에는 조대한 베이컨시 결함들, 즉 COP 와 FPD 같은 결함이 존재하게 되어 미세한 선폭의 고집적 반도체 디바이스를 형성하여야 하는 웨이퍼의 재료로는 사용할 수가 없게 된다. 이렇게 잉곳 성장을 위한 인상 속도를 증가시키면 조대한 베이컨시 결함들이 발생되어 미세한 전자회로를 형성하기 위한 웨이퍼용으로는 사용할 수가 없고, 조대한 결함들을 줄이기 위해서 인상속도를 줄이면 생산성이 떨어지는 문제와 함께 웨이퍼 단면에 베이컨시타입의 조대결함보다 그 크기가 큰 인터스티셜 결함(LDP:large dislocation pit)영역이 형성될 위험까지 있었다.As described above, when the oxidized lamination defect region 13 is placed at the edge of the ingot, coarse vacancy defects, that is, defects such as COP and FPD, exist in the center of the ingot, thereby forming a highly integrated semiconductor device having a fine line width. It cannot be used as the material of the wafer to be made. Increasing the pulling speed for ingot growth generates coarse bacon defects, which cannot be used for wafers to form fine electronic circuits, and reducing the pulling speed to reduce coarse defects reduces productivity. There was even the risk of forming a large dislocation pit (LDP) area larger than the coarse defect of the baconcitic type.
위에서 기술한 바와 같이, 잉곳의 반경방향으로 일정 형태로 발생하는 이러한 조대 결함들은, 잉곳의 중심부와 외주부간의 수직온도기울기 편차를 줄임으로써, 어느 정도 제거될 수 있는 것으로 알려져 있는데, 그러나, 이와 같이 만들어지는 웨이퍼 역시 64M DRAM 이상의 IC 생산용 웨이퍼가 요구하는 수준의 미소 결함만을 포함하도록 하기 위한 완전한 해결책이 될 수 없는 문제가 있다.As described above, these coarse defects, which occur in some form in the radial direction of the ingot, are known to be able to be eliminated to some extent by reducing the vertical temperature gradient deviation between the center of the ingot and the outer periphery, but it is made as such. Lost wafers also cannot be a complete solution to ensure that they contain only the microscopic defects required by IC wafers above 64M DRAM.
본 명세서에서 사용되는 용어의 약어는 MCLT: Minority Carrier Lifetime, COP: Crystal Originated Particle, FPD: Flow Pattern Defect, LSTD : Light Scattering Topography Defect, OiSF: Oxidation - induced Stacking Fault, DSOD: Direct Surface Oxide Defect, BMD: Bulk Micro-Defect, DZ: Denuded Zone, XRT: X-Ray Topography 등과 같다.The terminology used herein is MCLT: Minority Carrier Lifetime, COP: Crystal Originated Particle, FPD: Flow Pattern Defect, LSTD: Light Scattering Topography Defect, OiSF: Oxidation-induced Stacking Fault, DSOD: Direct Surface Oxide Defect, BMD : Bulk Micro-Defect, DZ: Denuded Zone, XRT: X-Ray Topography.
따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 제안된 것으로서, 초크랄스키 법에 의한 잉곳의 성장 시에 질소를 첨가하면 게터링 능력이 향상되는 것을 이용하며, 잉곳의 성장 시에 잉곳의 중심부와 외주부간의 수직온도기울기 편차를 줄여 조대결함 영역이 발생하지 않도록 함으로써, 잉곳의 생산성과 품질을 향상시켜 미세한 선폭의 고집적 디바이스 공정에서도 사용 가능한 웨이퍼의 생산 수율을 증가시키는데 있다.Therefore, the present invention has been proposed to solve the above-mentioned problems of the prior art, and when the nitrogen is added during the growth of the ingot by the Czochralski method, the gettering capability is improved, and the ingot is grown at the time of ingot growth. By reducing the vertical temperature gradient deviation between the center and the outer circumference to prevent coarse defect areas, the productivity and quality of the ingot are improved to increase the yield of wafers that can be used even in the high-density device process with fine line width.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 방법은, 소정의 인상장치 내에서 중심축으로부터 일정한 길이의 반지름을 가지며 중심축 방향으로 일정한 길이로 형성되는 단결정 실리콘 잉곳을 쵸크랄스키 방식으로 제조하는 방법에 있어서, (a) 상기 인상 장치가 잉곳이 성장되는 동안 질소 첨가하고, 잉곳의 인상 속도를 0.55(mm/min) 이상으로 하여 잉곳을 성장시키는 공정; (b) 상기 인상 장치가 잉곳이 성장되는 동안 잉곳의 중심부와 가장자리부분의 수직온도구배 편차를 줄여 전체적인 수직온도구배를 균일하게 유지하도록 잉곳 성장 속도를 제어하는 공정; 및(c) 상기 인상 장치가 잉곳이 성장되는 동안 잉곳의 반경 방향으로 가장자리 부분에 산화적층결함영역이 동축링 형태로 형성되도록 제어하고, 산화적층결함영역의 안쪽에 미소결함영역이 형성되도록 제어하는 공정을 포함하고, 상기 (b) 공정에서 수직온도구배 편차를 줄이는 것은, 상기 인상장치가 인상장치 내에 구비된 소정의 열실드의 멜트갭이 조절되도록 제어하는 것에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The method according to the present invention for achieving the technical problem, a method for producing a single crystal silicon ingot formed in a predetermined length in the direction of the central axis with a radius of a constant length from the central axis in a predetermined pulling apparatus in the Czochralski method. The method of claim 1, further comprising the steps of: (a) adding the nitrogen while the pulling apparatus is growing the ingot, and growing the ingot with the pulling speed of the ingot being 0.55 (mm / min) or more; (b) controlling the ingot growth rate so that the pulling apparatus maintains the overall vertical temperature gradient uniformly by reducing the vertical temperature gradient deviation between the center and the edge of the ingot while the ingot is growing; And (c) the pulling apparatus controls the oxidized lamination defect region to be formed in a coaxial ring shape at the edge portion in the radial direction of the ingot while the ingot is grown, and controls the microdefect region to be formed inside the oxidized lamination defect region. Reducing the vertical temperature gradient deviation in the step (b), characterized in that the pulling device is controlled by controlling the melt gap of the predetermined heat shield provided in the pulling device.
상기 잉곳에 첨가되는 질소는 1E12 내지 1E14(atoms per cubic cm)인 것을 특징으로 하고, 상기 잉곳에 형성된 미소결함영역이 반경의 10%이상인 것을 특징으로 하고, 상기 잉곳에 형성된 미소결함영역의 존재 범위가 잉곳 길이의 10%이상인 것을 특징으로 하며, 상기 잉곳에 포함된 초기 산소농도는 11.5ppma 이상인 것을 특징으로 한다. 특히, 상기 잉곳에 포함된 초기 산소농도가 11.5ppma 이상이고, 소정의 열처리후에 산소 석출량이 2.0ppma 이상인 것을 특징으로 한다.Nitrogen added to the ingot is characterized in that 1E12 to 1E14 (atoms per cubic cm), characterized in that the micro-defective region formed in the ingot is 10% or more of the radius, the presence range of the micro-defective region formed in the ingot Is characterized in that more than 10% of the length of the ingot, the initial oxygen concentration contained in the ingot is characterized in that more than 11.5ppma. In particular, the initial oxygen concentration contained in the ingot is characterized in that more than 11.5ppma, the amount of oxygen precipitated 2.0ppma or more after a predetermined heat treatment.
도 1은 일반적인 방법으로 성장된 실리콘 단결정 잉곳의 종단면도.1 is a longitudinal sectional view of a silicon single crystal ingot grown in a general manner;
도 2는 도 1에서 II 절단선으로 절단한 단면의 결함 분포도.FIG. 2 is a defect distribution diagram of a section cut by the II cutting line in FIG. 1. FIG.
도 3은 본 발명에 따른 잉곳 성장 계면 근처의 핫 존을 나타내는 개략도.3 is a schematic view showing a hot zone near an ingot growth interface in accordance with the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 잉곳을 반경방향으로 절단한 단면의 결함분포도.Figure 4 is a defect distribution diagram of the cross section cut radially ingot in accordance with the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 잉곳의 반경방향의 성장 및 냉각조건을 균일화한 핫존에서의 수직온도구배를 나타내는 그래프.Figure 5 is a graph showing the vertical temperature gradient in the hot zone to uniform the growth and cooling conditions in the radial direction of the ingot according to the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 잉곳의 길이 방향의 위치에 따른 인상 속도를 나타내는 그래프.6 is a graph showing the pulling speed according to the position of the ingot in the longitudinal direction according to the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 잉곳의 길이 방향의 위치에 따른 질소 첨가 농도를 나타내는 그래프.7 is a graph showing the nitrogen concentration according to the position in the longitudinal direction of the ingot according to the present invention.
도 8은 일반적인 방법으로 성장된 잉곳을 절단하여 웨이퍼에서 관찰한 반경 위치에 따른 FPD 분포도와 DSOD 영역을 나타내는 이미지.8 is an image showing the FPD distribution and DSOD region according to the radial position observed on the wafer by cutting the ingot grown in a general manner.
도 9는 본 발명에 따른 잉곳의 길이 방향의 위치에 따른 LLS 분포도.9 is an LLS distribution diagram according to the position in the longitudinal direction of the ingot according to the present invention.
도 10은 본 발명에 따른 잉곳의 길이 방향의 위치에 따른 종단면의 이미지.10 is an image of a longitudinal section according to the position in the longitudinal direction of the ingot according to the present invention.
도 11은 본 발명에 따른 잉곳의 길이 방향의 위치에 따른 FPD 분포도.11 is an FPD distribution diagram according to the position of the ingot in the longitudinal direction according to the present invention.
도 12는 본 발명에 따른 잉곳의 초기 산소 농도에 따른 산소 석출량을 나타내는 그래프.12 is a graph showing the amount of oxygen precipitated according to the initial oxygen concentration of the ingot according to the present invention.
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 실시예의 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 3에는 본 발명의 실시예에 따라 질소 첨가되는 잉곳 성장 계면 근처의 핫 존을 나타내는 개략도가 도시되어 있다.3 is a schematic diagram illustrating a hot zone near an ingot growth interface that is added nitrogen in accordance with an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따라 질소 첨가되는 잉곳 제조 방법은, 결정 성장 시 잉곳의 반경방향으로 수직온도기울기(G)의 냉각조건이 상당히 불균일한 점 때문에 발생하는, 중심부와 가장자리 부분 사이의 온도 편차를 줄이고, 이때에도 제거되지 않는 조대 결함을 질소 첨가로 해결하기 위한 것이다. 이것은, 질소를 첨가하면서 잉곳을 성장시킴과 동시에, 열실드 바닥과 실리콘용융액의 간격(멜트갭)을 조정하여 발열체로부터 잉곳 외주부로 복사되는 열량을 조절함으로써 잉곳 외주부의 수직온도구배를 감소시키고, 잉곳의 상단부분과 열실드 상부를 냉각시킴으로써 잉곳 중심부의 수직온도구배를 증가시키는 것으로써 해결될 수 있다.The method for producing nitrogen-added ingot according to the embodiment of the present invention, the temperature variation between the center portion and the edge portion, which occurs due to the fact that the cooling conditions of the vertical temperature gradient (G) in the radial direction of the ingot during the crystal growth is quite uneven. It is to reduce the coarse defects that cannot be removed even by adding nitrogen. It grows the ingot while adding nitrogen, and adjusts the amount of heat radiated from the heating element to the outer periphery of the ingot by adjusting the gap (melt gap) between the bottom of the heat shield and the silicon melt, thereby reducing the vertical temperature gradient of the ingot outer periphery, This can be solved by increasing the vertical temperature gradient at the center of the ingot by cooling the top of the top and the top of the heat shield.
즉, 첨부한 도 3에 도시된 바와 같이, 0.55mm/min 이상의 인상속도에서 질소를 첨가하면서 잉곳을 성장시킬 때에, 열실드(34)를 사용하여 발열부(Heater: 31) 또는 도가니 지지대(37)에 지지되는 석영도가니(36)에 용융되어 있는 실리콘 용융액(32)으로부터의 복사열을 조절하여 잉곳(33) 주변부의 냉각속도를 줄임으로써 반경방향위치별 냉각속도차이를 줄인다. 이때 열실드(34)는 단열성이 우수한 재질을 사용하여 용융액(32)으로부터 열이 상부 잉곳(33)으로 잘 전달되지 못하도록 한다. 그리고 그 열실드 하부의 공간(35)(멜트갭, Melt Gap; 열실드 하부 바닥에서부터 용융실리콘 표면까지의 간격)에서는 열이 쉽게 빠져나가지 않는 조건을 만들어서 계면 근처 잉곳 주변부에서의 냉각속도가 저하되도록 한다. 또, 멜트갭의 높이를 조정하여 발열체로부터 오는 복사열의 양과 가열이 되는 잉곳의 면적을 조절하는 방식으로 냉각조건을 조절한다.That is, as shown in FIG. 3, when the ingot is grown while adding nitrogen at a pulling speed of 0.55 mm / min or more, a heat shield 34 or a crucible support 37 is used using the heat shield 34. By controlling the radiant heat from the silicon melt (32) melted in the quartz crucible (36), which is supported by the (), the cooling rate difference by radial position is reduced by reducing the cooling rate of the periphery of the ingot (33). In this case, the heat shield 34 prevents heat from being transferred from the melt 32 to the upper ingot 33 by using a material having excellent thermal insulation. In the space 35 under the heat shield (melt gap, the gap from the bottom of the heat shield to the surface of the molten silicon), a condition in which heat does not easily escape is created so that the cooling rate at the periphery of the ingot near the interface is lowered. do. In addition, the cooling conditions are controlled by adjusting the height of the melt gap to adjust the amount of radiant heat coming from the heating element and the area of the ingot to be heated.
위와 같이 제조된 잉곳에 대한 평가는, 핫존에서 정지실험을 한 잉곳결정의 수직단에 대한 XRT 영상으로부터 보이는 산화적층결함 핵 생성 영역과 산소석출영역이 반경방향으로 수평하게 형성된 것으로부터, 결정내의 점결함 농도 및 냉각속도가 반경방향으로 균일하다는 것을 간접적으로 확인하였다.Evaluation of the ingot manufactured as described above is based on the XRT image of the vertical end of the ingot crystal subjected to the stationary experiment in the hot zone. It was indirectly confirmed that the concentration and cooling rate were uniform in the radial direction.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 질소 첨가된 잉곳을 반경방향으로 절단한 단면의 결함분포도이다.4 is a defect distribution diagram of a cross section cut radially in the nitrogen-added ingot according to an embodiment of the present invention.
잉곳 반경방향으로의 열적 환경 차이를 최소화하고 잉곳의 전 범위가 베이컨시-영역으로 존재하도록 한 열적 환경에서 성장시킨 단결정 잉곳을 절단하여 웨이퍼로 제조하고 결함분포를 조사하면, 도4에서 도시된 바와 같이, COP(Crystal Originated Particle)나 FPD(Flow Pattern Defect)같은 조대한 베이컨시결함이 중심부(41)에 저밀도로 존재하게 되고, 이어서 미소결함영역(42)이 형성되고 다음에는 산화적층결함영역(43)과 그 외곽에 베이컨시우세 무결함영역(44)이 좁게 형성된다. 이 베이컨시우세 무결함영역(44)은 반경의 10% 이하의 폭으로 형성된다.When a single crystal ingot grown in a thermal environment is minimized to minimize the thermal environment difference in the radial direction of the ingot and the entire range of the ingot exists as a vacancy region, the wafer is fabricated and the defect distribution is examined, as shown in FIG. Similarly, coarse bacon defects, such as COP (Crystal Originated Particle) or FPD (Flow Pattern Defect), are present at low density in the central portion 41, followed by the formation of microdefect regions 42, followed by oxidative lamination defect regions ( 43) and a bacon sea predominance defect-free region 44 is narrowly formed. The baconic dominant defect free area 44 is formed with a width of 10% or less of the radius.
도2에서 보인 일반적인 방법으로 성장시킨 잉곳의 단면과의 현저한 차이는 COP와 FPD같은 조대한 결함이 중심부에 제한되어있고, 그 바깥을 미소결함영역(42)이 분포하고 있다는 것이다.The remarkable difference with the cross section of the ingot grown by the general method shown in Fig. 2 is that coarse defects such as COP and FPD are limited in the center, and microdefect regions 42 are distributed outside.
여기서 조대결함영역은 FPD결함이 분포하는 영역을 의미하고, 미소결함영역은 FPD결함은 없고 DSOD(Direct Surface Oxide Defect, 참고문헌: J.G. Park, J.M. Park, K.C. Cho, G.S. Lee and H.K. Chung, Electrochemical Society Proceedings 97-22 (1997) 173)만 존재하는 영역을 의미한다. 이외에도, 조대결함영역에서는 COP, LSTD 등이 발견되며, 64M DRAM 이상의 IC 생산용 웨이퍼로 사용할 수 있기 위해서는 위와 같은 조대결함이 허용되지 않는다고 할 수 있다.Here, the coarse defect region refers to an area in which FPD defects are distributed, and the microdefect region refers to an area without FPD defects and has a DSOD (Direct Surface Oxide Defect, Reference: JG Park, JM Park, KC Cho, GS Lee and HK Chung, Electrochemical Society). Proceedings 97-22 (1997) 173). In addition, COP, LSTD, and the like are found in the coarse defect region, and such coarse defects are not allowed to be used as wafers for IC production of 64M DRAM or more.
본 발명의 실시예에 따라 질소 첨가되는 잉곳 제조 방법을 첨부된 실시예의 도면을 참조하여 좀더 상세히 설명한다.With reference to the drawings of the accompanying embodiment will be described in more detail the ingot production method is nitrogen-added according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따라 질소 첨가되는 잉곳을 제조할 때의 실험 조건은 도 5 내지 도 7에 나타나 있다. 이외에도, 잉곳에 포함되는 초기 산소 농도는 분위기 가스의 흐름과 석영 도가니의 회전 속도 등을 조절하여 11.0ppma 내지 12.5ppma 정도 되도록 조절하였다.Experimental conditions when producing a nitrogen-added ingot according to an embodiment of the present invention are shown in Figs. In addition, the initial oxygen concentration included in the ingot was adjusted to about 11.0 ppm to 12.5 ppm by controlling the flow of the atmospheric gas and the rotational speed of the quartz crucible.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 질소 첨가되는 잉곳의 반경방향의 성장 및 냉각조건을 균일화한 핫존에서의 수직온도구배를 나타내는 그래프이다.5 is a graph showing a vertical temperature gradient in a hot zone in which the growth and cooling conditions in the radial direction of the nitrogen-added ingot are uniform according to an embodiment of the present invention.
결정의 성장 및 냉각조건을 반경방향으로 균일하게 하기 위하여 위에서 설명한 바와 같이 열실드 바닥과 실리콘용융액의 간격을 조정하여 발열체로부터 잉곳 외주부로 복사되는 열량을 조절함으로써 잉곳 외주부의 수직온도구배를 감소시키고, 잉곳의 상단부분과 열실드 상부를 냉각시킴으로써 잉곳 중심부의 수직온도구배를 증가시켜서 반경방향의 Gr/Gc(Gr은 반경 방향 거리에 따른 수직온도기울기, Gc는 중심축상의 수직온도기울기)가 도 5에서 보인 바와 같은 곡선 그래프가 되게 하여 잉곳을 성장시켰다.In order to uniformize the growth and cooling conditions of the crystal in the radial direction, as described above, by adjusting the distance between the bottom of the heat shield and the silicon melt, the amount of heat radiated from the heating element to the outer circumference of the ingot is reduced, thereby reducing the vertical temperature gradient of the outer circumference of the ingot, By increasing the vertical temperature gradient in the center of the ingot by cooling the upper part of the ingot and the top of the heat shield, the radial Gr / Gc (Gr is the vertical temperature gradient along the radial distance, Gc is the vertical temperature gradient on the central axis) is shown in FIG. 5. Ingots were grown to give a curved graph as shown in.
도 5의 그래프가 보이는 바와 같이, 본 발명의 실시예의 분위기 조건에서 잉곳 중심부로부터 외주부로의 수직온도구배(132) 는, 종래의 수직온도구배(131)보다 많이 균일하게 되어 있다. 특히, 중심부와 외주부간 온도기울기의 차( G)가 종래에는 16.49K/cm이던 것이 본 실시예에서는 2.87K/cm로 매우 균일하게 3K/cm 이하로 되었다. 이외에도, COP가 형성되는 온도 구간으로 알려진 1120 내지 1070 사이의 수직온도구배의 평균치가 중심부에서는 32.31K/cm 및 가장자리에서는 43.55K/cm로서 종래 기술보다 매우 크게 되었고, OiSF핵이 형성되는 구간으로 알려진 1070 내지 800 사이의 수직온도구배의 평균치가 중심부에서는 23.81K/cm 및 가장자리에서는 26.14K/cm로 역시 종래 기술에서 보다 매우 크게 되었기 때문에, 이러한 결함이 발생되는 온도 구간을 매우 빠르게 통과하게 됨으로써 이들 결함이 적게 발생되었다.As shown in the graph of Fig. 5, the vertical temperature gradient 132 from the ingot center to the outer circumferential portion is more uniform than the conventional vertical temperature gradient 131 under the atmospheric conditions of the embodiment of the present invention. In particular, the difference (G) of the temperature gradient between the central part and the outer circumferential part was 16.49 K / cm in the prior art, so that it was 2.87 K / cm in this embodiment, which became very uniformly 3 K / cm or less. In addition, the average value of the vertical temperature gradient between 1120 and 1070, which is known as the temperature section where COP is formed, is much larger than the prior art, with 32.31 K / cm at the center and 43.55 K / cm at the edge, and is known as the section where OiSF nuclei are formed. Since the average value of the vertical temperature gradient between 1070 and 800 is also much larger than in the prior art, at 23.81 K / cm at the center and 26.14 K / cm at the edges, these defects pass very quickly through the temperature range where these defects occur. This occurred less.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 질소 첨가되는 잉곳의 길이방향의 위치에 따른 인상 속도를 나타내는 그래프이다.6 is a graph showing the pulling speed according to the position in the longitudinal direction of the ingot to which nitrogen is added according to the embodiment of the present invention.
위에 기술한 바와 같은, 온도구배 분포 하에서 인상 속도는 0.55mm/min 이상이 적당한 것으로 밝혀졌는데, 여기서는 6에 도시된 바와 같이, 0.6mm/min 정도의 인상 속도에서 실험하였다.As described above, it was found that the pulling speed was more than 0.55 mm / min under the temperature gradient distribution, which was tested at the pulling speed of about 0.6 mm / min as shown in FIG. 6.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 질소 첨가되는 잉곳의 길이 방향의 위치에 따른질소 첨가 농도를 나타내는 그래프이다.7 is a graph showing the nitrogen addition concentration according to the position in the longitudinal direction of the ingot to be nitrogen added according to an embodiment of the present invention.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 실험에서는 결정 성장의 시작점에서 질소 첨가 수준을 2.4E13 (atoms per cubic cm)으로 하였고, 이에 따라 성장된 잉곳에 대하여 잉곳의 길이 방향 위치에 따라 계산된 값을 도 7과 같이 그래프로 나타낸 것이다. 여기서, 단결정 실리콘 잉곳에 첨가되는 질소량은, 도 7에 도시된 바와 같이, 1E12 ~ 1E14(atoms per cubic cm)가 적당한 것으로 밝혀졌다.As shown in FIG. 7, in the present experiment, the nitrogen addition level was 2.4E13 (atoms per cubic cm) at the start of the crystal growth, and thus the calculated value according to the longitudinal position of the ingot was shown for the grown ingot. The graph is shown as 7. Here, as for the amount of nitrogen added to the single crystal silicon ingot, it was found that 1E12 to 1E14 (atoms per cubic cm) are suitable as shown in FIG.
여기서, 실리콘 단결정 잉곳 성장시 질소를 첨가하면, 실리콘 중 원자 공공(vacancy)의 응집이 억제된다는 것은, 'T.Abe, H.Take no, Mat, Res.Soc.Symp.Proc.Vol.262,3,1992' 등에 잘 나타나 있다. 이 효과는 원자 공공의 응집과정이 균일 핵형성에서 불균일 핵형성으로 이행하기 때문인 것으로서, 쵸크랄스키 법에 의해 단결정 실리콘 잉곳을 육성할 때에 질소를 첨가하면, 원자 공공의 응집체인 보이드 결함 등의 크기를 매우 작게 하는 것이 가능하고, 이와 같은 작은 크기의 결정 결함 등은 열처리에 의하여 쉽게 소멸되게 된다.Herein, when nitrogen is added during silicon single crystal ingot growth, aggregation of atomic vacancy in silicon is suppressed, as described in T.Abe, H. Take no, Mat, Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 262, 3,1992 '. This effect is because the aggregation process of atomic vacancies shifts from homogeneous nucleation to heterogeneous nucleation. When nitrogen is added to grow single crystal silicon ingot by Czochralski method, the size of void defects, which are aggregates of atomic vacancies, is increased. It is possible to make very small, and such small crystal defects are easily extinguished by heat treatment.
더군다나, 실리콘 단결정 잉곳 성장시 질소가 첨가되어 있는 경우에, 산소 석출이 촉진되는 효과와 함께, 산소 석출물 밀도가 높아진다는 것은, 'F.Shimura, R.S.Hockette, Apply. Phys. Lett. 48, 224, 1986' 등에 잘 나타나 있다. 따라서, 잉곳을 절단하여 만들어진 웨이퍼를 열처리하게 되면, 벌크 영역에서는 고밀도의 산소 석출물을 갖게되고, 웨이퍼 표면의 산소 석출물은 웨이퍼에 첨가되어 있는 질소의 확산으로 인해 소멸되므로, 게터링 능력이 탁월한 웨이퍼 형성을 가능하게 한다.Furthermore, in the case where nitrogen is added during silicon single crystal ingot growth, the oxygen precipitate density increases with the effect of promoting the precipitation of oxygen, 'F. Shimura, R. S. Hawkock, Apply. Phys. Lett. 48, 224, 1986 'and the like. Therefore, when the wafer made by cutting the ingot is heat-treated, the bulk region has a high density of oxygen precipitates, and the oxygen precipitates on the wafer surface are extinguished due to the diffusion of nitrogen added to the wafer, thus forming a wafer having excellent gettering capability. To make it possible.
본 발명의 실시예에 따라 질소 첨가되는 잉곳의 실험 결과는 도 8 내지 도 13에 나타나 있다.Experimental results of the nitrogen added ingot according to an embodiment of the present invention is shown in Figures 8 to 13.
도 8은 일반적인 방법으로 성장된 잉곳을 절단하여 웨이퍼를 관찰한 반경 위치에 따른 FPD 분포도와 DSOD 영역을 나타내는 이미지이다. 단, 이것은 산화적층결함 영역과 미소결함영역의 분포를 설명하기 위한 도면으로, 질소를 첨가하지 않은 경우를 예로 들어 나타내었다.FIG. 8 is an image showing an FPD distribution and a DSOD region according to a radial position of a wafer in which the ingot grown by the general method is observed. However, this is a diagram for explaining the distribution of the oxidized lamination defect region and the micro defect region, and shows an example in which nitrogen is not added.
도 8에 도시된 바와 같이, 특징적인 것은 베이컨시영역 중에 점선과 산화적층결함영역 사이에 미소결함영역이 존재한다는 것이다. 도 8에는 단면의 웨이퍼를 화학식각(chemlcal etching)방법에 의하여 검사한 FPD 결함의 분포를 보여주는 그래프도 같이 도시되어 있다. 웨이퍼 가장자리로부터 중심축 방향으로 반경 10% 이하의 폭으로 베이컨시우세 무결함영역(도4의 부호 44 참조)이 존재하고 이어서 산화적층결함영역이 위치한다. 여기서, 미소결함이 존재하는 DSOD영역은 중심에서부터 산화적층결함영역까지 위치하며, 조대결함이 존재하는 FPD영역은 중심에만 존재하여 결과적으로 미소결함영역이 실제로 존재하는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 8, the characteristic is that there is a micro-defective region between the dotted line and the oxidatively-laminated defect region in the bacony region. 8 is a graph showing a distribution of FPD defects in which a wafer of a cross section is inspected by a chemical etching method. A bacon predominant defect free zone (see reference numeral 44 in FIG. 4) is present at a width of 10% or less in the direction of the central axis from the wafer edge, followed by the oxidized stacked defect zone. Here, it can be seen that the DSOD region in which microdefects exist is located from the center to the oxidative lamination defect region, and the FPD region in which coarse defects exist exists only in the center, and as a result, the microdefect region actually exists.
그런데, 도 8에 도시된 미소결함영역은, 반경방향의 열적 환경 균일도를 증가시켜서 어느 정도 확장시킬 수 있으나, 이와 같이 만들어지는 웨이퍼 역시 64M DRAM 이상의 IC 생산용 웨이퍼가 요구하는 수준의 미소 결함만을 포함하도록 하기 위한 완전한 해결책이 될 수는 없으므로, 실리콘 단결정 잉곳의 성장 중에 질소를 첨가하여, 원자 공공의 응집을 억제하는 효과를 이용하여, 궁극적으로는 조대한 결함영역을 완전히 제거할 수 있도록 한 것이다. 그래서, 산화적층결함영역 내부는 모두미소결함영역으로 될 수 있고, 또한, 수직온도 균일도와 질소 첨가량 등을 적절히 조절하면 COP나 FPD 결함이 아예 발견되지 아니하고 산화적층결함영역을 포함한 잉곳의 중심축까지 미소결함만 분포하는 웨이퍼를 만들 수 있는 잉곳을 성장시킬 수가 있게 된다.By the way, the microdefect region shown in FIG. 8 can be expanded to some extent by increasing the thermal thermal uniformity in the radial direction, but the wafers thus produced also contain only the microdefects of the level required by the IC production wafer of 64M DRAM or more. Since this is not a complete solution, the addition of nitrogen during the growth of silicon single crystal ingots allows the elimination of cohesion of atomic vacancy, ultimately eliminating coarse defect areas. Therefore, all of the inside of the oxidized lamination region can be a non-defective region. Also, if the vertical temperature uniformity and the amount of nitrogen addition are properly adjusted, no COP or FPD defects are found and the central axis of the ingot including the oxidative lamination region is not found at all. It is possible to grow ingots that can produce wafers with only minute defects.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 잉곳의 길이 방향의 위치에 따른 LLS(Localized Light Scatterer) 분포도에 대하여 질소 첨가된 것과 첨가되지 않은 것을 비교한 것이다. 여기의 LLS 대부분은 공공 덩어리(vacancy cluster)에서 기인되는 COP인 것으로 알려져 있다.FIG. 9 compares the addition of nitrogen with and without addition of LLS (Localized Light Scatterer) distribution according to the longitudinal position of the ingot according to the embodiment of the present invention. Most of the LLS here is known to be COP originating from a vacancy cluster.
도 9에 도시된 바와 같이, 잉곳의 길이 방향의 위치에 따른 LLS 분포는, 질소 첨가된 경우에 질소 첨가되지 않은 경우에 비하여 현저히 줄어드는 것을 볼 수 있는데, 특히 0.14㎛이하의 미소 LLS가 50%이상 감소하였다.As shown in Figure 9, the LLS distribution according to the position of the longitudinal direction of the ingot can be seen to be significantly reduced compared to the case where the nitrogen is not added, when the nitrogen is added, in particular, the micro LLS of less than 0.14㎛ 50% or more Decreased.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 질소 첨가된 잉곳의 길이 방향의 위치에 따른 종단면의 이미지이고, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 잉곳의 길이 방향의 위치에 따른 FPD 분포도에 대하여 질소 첨가된 것과 질소 첨가되지 않은 것을 비교한 것이다.FIG. 10 is an image of a longitudinal cross section according to a longitudinal position of a nitrogen-added ingot according to an embodiment of the present invention, and FIG. 11 is added to a FPD distribution chart according to a longitudinal position of an ingot according to an embodiment of the present invention. It is a comparison with the one that is not added with nitrogen.
도 10에 도시된 바와 같이, 잉곳의 길이 방향이 달라짐에 따라(위에서 아래방향으로 각각 잉곳의 상단으로부터 130, 280, 430, 580, 730mm 위치에 해당함) 산소적층결함영역이 가장자리부분에 거의 변화 없이 유지되는 것을 볼 수 있고, FPD의 관측도 거의 되지 않는 것을 볼 수 있는데, 도 11에 도시된 FPD의 분포도에서 볼 수 있듯이, 질소가 첨가된 경우에는 질소 첨가되지 않은 경우에 비하여, 75%이상 FPD 감소 분포를 보인다.As shown in FIG. 10, as the length of the ingot varies (corresponding to the positions 130, 280, 430, 580, and 730 mm from the top of the ingot from top to bottom, respectively), the oxygen lamination defect region is almost unchanged at the edge portion. It can be seen that it is maintained, and the observation of the FPD is rarely seen, as shown in the distribution diagram of the FPD shown in Figure 11, when nitrogen is added, compared to the case where the nitrogen is not added, more than 75% FPD A decrease distribution is shown.
위에서 기술한 바와 같이, 도 9 내지 도 11에 도시된 바와 같은 결과는, 실리콘 단결정 잉곳의 성장 중에 이루어진 질소 첨가효과에 의하여, 원자 공공의 응집이 억제된 효과로서, COP, FPD 등 각종의 결함 밀도를 감소시킨 것이다.As described above, the results as shown in FIGS. 9 to 11 show that the aggregation of atomic vacancy is suppressed by the nitrogen addition effect made during the growth of the silicon single crystal ingot, and various defect densities such as COP and FPD Is reduced.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 잉곳의 초기 산소 농도에 따른 산소 석출량( Oi)을 질소 첨가된 것과 첨가되지 않은 것으로 비교한 그래프이다. 여기서, 산소 석출은 수소와 산소 등의 분위기 하에서 이루어지는 소정의 열처리 후에 나타난 것이다.12 is a graph comparing the amount of precipitated oxygen (Oi) according to the initial oxygen concentration of the ingot according to the embodiment of the present invention with and without the addition of nitrogen. Here, the precipitation of oxygen appears after a predetermined heat treatment performed under an atmosphere such as hydrogen and oxygen.
도 12에 도시된 바와 같이, 초기 산소 농도에 따른 산소 석출량은 어느 경우나 비례하지만, 질소를 첨가한 경우에 있어서는, 초기 산소 농도 11.5ppma 이상일 때에, 잉곳의 반경위치에 균일하게 석출량이 2ppma이상으로 되고, 이는 본 발명의 실시예에 따라 질소 첨가된 잉곳에서 절단된 웨이퍼의 전반적인 게터링 능력이 균일하게 향상된 효과로서, COP, FPD 등 각종의 결함 밀도를 감소시키는 역할을 한 것이다.As shown in Fig. 12, the amount of oxygen precipitation according to the initial oxygen concentration is proportional in all cases, but in the case of adding nitrogen, the amount of precipitation uniformly at the radial position of the ingot is 2 ppm or more when the initial oxygen concentration is 11.5 ppm or more. This is an effect of uniformly improving the overall gettering capability of the wafer cut in the nitrogen-added ingot according to the embodiment of the present invention, and serves to reduce various defect densities such as COP and FPD.
위와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 질소 첨가되는 실리콘 단결정 잉곳의 제조 방법은, 쵸크랄스키 법에 의해 실리콘 단결정 잉곳을 육성할 때에 질소를 첨가하게 되면, 원자 공공의 응집체인 보이드 결함 등의 크기를 매우 작게 하는 것이 가능하고, 이와 같은 작은 크기의 결정 결함 등은 열처리에 의하여 쉽게 소멸되게 되며, 산소 석출이 촉진되는 효과와 함께, 산소 석출물 밀도가 높아져서 열처리하게 되면, 벌크 영역에서는 고밀도의 산소 석출물을 갖게 되고, 웨이퍼 표면의 산소 석출물은 웨이퍼에 첨가되어 있는 질소의 확산으로 인해 소멸되는 게터링 효과를 이용한 것으로서, 소정의 인상장치 내에서 중심축으로부터 일정한 길이의 반지름을 가지며 중심축 방향으로 일정한 길이로 형성되는 단결정 실리콘 잉곳을 쵸크랄스키 방식으로 제조하는 방법에 있어서, 상기 인상 장치가 잉곳이 성장되는 동안 질소 첨가하고, 잉곳의 인상 속도를 0.55(mm/min) 이상으로 하여 잉곳을 성장시키는 동안에, 잉곳이 성장되는 동안 잉곳의 중심부와 가장자리부분의 수직온도구배 편차를 줄여 전체적인 수직온도구배를 균일하게 유지하도록 잉곳 성장 속도를 제어하여, 잉곳이 성장되는 동안 잉곳의 반경 방향으로 가장자리 부분에 산화적층결함영역이 동축링 형태로 형성되도록 하였고, 산화적층결함영역의 안쪽에 미소결함영역이 형성되도록 하였다.As described above, in the method for producing a silicon single crystal ingot which is nitrogen-added according to the embodiment of the present invention, when nitrogen is added when the silicon single crystal ingot is grown by the Czochralski method, the size of void defects, which are aggregates of atomic vacancy, etc. It is possible to make very small, such small crystal defects are easily extinguished by heat treatment, and with the effect of promoting oxygen precipitation, when the oxygen precipitate density becomes high and heat treated, high density oxygen precipitates in the bulk region Oxygen precipitate on the surface of the wafer is a gettering effect that is extinguished due to the diffusion of nitrogen added to the wafer, and has a constant length from the central axis and a constant length in the direction of the central axis in a given pulling device. Single crystal silicon ingot formed by the Czochralski method In the method, while the ingot is grown in nitrogen while the ingot is grown, and the ingot is grown with the pulling speed of the ingot to be 0.55 (mm / min) or more, the center of the ingot and the edge portion of the ingot are vertical. The ingot growth rate is controlled to maintain the overall vertical temperature gradient uniformly by reducing the temperature gradient variation, so that the oxidative lamination region is formed in the coaxial ring shape at the edge portion in the radial direction of the ingot while the ingot is growing. The microdefective region was formed inside the region.
이상에서와 같은 본 발명에 따른 실리콘 단결정 잉곳은 기존의 잉곳에 비하여 결정 결함의 크기 및 밀도가 매우 낮으면서도 인상 속도를 크게 할 수 있어서 잉곳의 생산성을 높일 수가 있고, 제조가격의 증가 없이 잉곳의 품질을 향상시킬 수 있으므로, 미세한 선폭의 고집적 디바이스 공정에서도 사용 가능한 고품질 웨이퍼의 생산 수율을 증가시키는 효과가 있다.As described above, the silicon single crystal ingot according to the present invention has a very low crystal defect size and density compared to the conventional ingot and can increase the pulling speed, thereby increasing the productivity of the ingot and increasing the quality of the ingot without increasing the manufacturing price. As a result, it is possible to improve the yield of high-quality wafers that can be used even in highly integrated device processes having a fine line width.
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