KR100710700B1

KR100710700B1 - 실리콘 단결정의 제조 방법, 단결정 잉곳 제조 장치 및실리콘 단결정 웨이퍼의 열처리 방법

Info

Publication number: KR100710700B1
Application number: KR1020017006403A
Authority: KR
Inventors: 고조 나카무라; 도시아키 사이쇼지; 히로타카 나카지마; 신야 사도하라; 마사시 니시무라; 도시로우 고투카; 요시유키 시마누키
Original assignee: 사무코 테크시부 가부시키가이샤
Priority date: 1998-11-20
Filing date: 1999-11-19
Publication date: 2007-04-23
Anticipated expiration: 2019-11-19
Also published as: TW505710B; EP1158076A4; US7141113B1; KR100676454B1; KR100710702B1; EP1158076B1; WO2000031325A1; DE69937579T2; EP1158076A1; KR20060064027A; KR20010101045A; DE69937579D1; KR20060061407A

Abstract

초크랄스키법(CZ법)으로 실리콘 단결정을 성장시킬 때, 인상 속도를 V(mm/min)로 하고, 실리콘 융점으로부터 1,350℃까지의 온도 범위에서의 인상 축방향의 결정내 온도 경사의 평균치를 G(℃/mm)라고 할 때, V/G의 값을 결정 중심 위치와 결정 외주까지의 위치의 사이에서 0.16 mm²/℃ㆍmin ∼ 0.18 mm²/℃ㆍmin 으로 하고, 실리콘 융점으로부터 1,350℃까지의 온도 범위에서의 인상 축방향의 결정내 온도 경사의 평균치 G의 결정 외측면과 결정 중심의 값의 비(G_외부/G_중심)를 1.10 이하로 하여, 고품질 완전 결정 실리콘 웨이퍼를 얻는다. 또한, 이러한 완전 결정 실리콘 웨이퍼에 있어서, 산소 농도를 13×10¹⁷ atoms/cm³이하로 제어하고, 초기 투입 열처리 온도를 적어도 약 500℃ 이하로 하여, 적어도 약 700℃로부터 약 900℃까지 1℃/min 이하의 속도로 온도 상승시킴으로써, 임의의 산소 석출물 밀도 레벨에 웨이퍼면내 분포를 균일화하는 것을 실현한다.

초크랄스키법, 실리콘, 웨이퍼, 결정 성장, 인상

Description

실리콘 단결정의 제조 방법, 단결정 잉곳 제조 장치 및 실리콘 단결정 웨이퍼의 열처리 방법 {PRODUCTION METHOD FOR SILICON SINGLE CRYSTAL AND PRODUCTION DEVICE FOR SINGLE CRYSTAL INGOT, AND HEAT TREATING METHOD FOR SILICON SINGLE CRYSTAL WAFER}

본 발명은 초크랄스키법(Czochralski법, CZ법)으로 실리콘 단결정을 제조하는 방법으로서, 특히 성장 결함이 없고 품질 좋은 실리콘 웨이퍼를 얻기 위한 실리콘 단결정 제조 방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 실리콘 단결정 웨이퍼의 열처리 방법, 특히 CZ법으로 제작된 완전 결정에 관한 실리콘 단결정 웨이퍼에 대한 열처리 방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 특히 완전 결정의 제조에 바람직한 CZ법 실리콘 단결정 제조 장치에 관한 것이다.

CZ법 단결정 잉곳 제조 장치

초크랄스키법(Czochralski법, CZ법)에 의한 단결정의 인상(引上) 방법은 주지된 기술이며, CZ법 단결정 잉곳 제조 장치도 광범위하게 보급되고 있다. CZ법으로 단결정을 얻는 데 있어서는 원료 융액으로부터 단결정의 인상이 행해지지만, 최근에는 고체ㆍ액체 계면 근처에 있는 단결정의 온도 경사(구배)를 크게 하여, 보다 빠르게 단결정을 인상할 수 있는 단결정 잉곳 제조 장치 몇가지가 제안되고(특개소 63-256593, 특개평 8-239291, 특허 제2,562,245호), 이미 실용화되어 있다.

도 17은 종래의 단결정 잉곳 제조 장치의 일례를 간략하게 도시한 종단면도이다. 도 17에 나타낸 바와 같이, 종래의 제조 장치(10)는 단결정 잉곳(11)을 둘러싼 원료 융액(15)의 액면 및 히터(heater)(16)로부터의 복사열을 차폐하는 열차폐 부재(12)와 인상중의 단결정 잉곳(이하, 단결정 인상 잉곳이라 한다.)을 냉각하기 위한 쿨러(cooler)(13)를 가지고 있다. 쿨러(13)는 단결정 인상 잉곳(11)의 축방향의 온도 경사를 높이기 위하여 설치한 것으로, 잉곳(11)의 인상 속도를 높여 단결정 잉곳의 생산 효율을 향상시키기 때문에, 현재 많은 CZ법 단결정 잉곳 제조 장치에 채용되어 있다.

이와 같은 단결정 잉곳 제조 장치에서는, 잉곳의 제조 공정을 모두 종료하고 잉곳을 가열로에서 꺼낸 후, 다음 제조 공정에 들어가기 전에 가열로내의 소위 고온 영역(핫존, hot zone)을 해체 및 청소할 필요가 있다. 그리고 작업자가 이 해체 작업에 들어가기 위해서는 고온 영역을 충분히 냉각할 필요가 있지만, 그 냉각을 위하여 종래 장치에서는 일반적으로 6시간 정도의 시간이 필요하여 단결정 잉곳 제조 1주기마다의 시간을 오래 끌게 하므로, 제조 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

산소 석출물

CZ법으로 제작된 실리콘 단결정에는 결정을 성장시키는 중에 도가니로부터 유리된 산소가 용해된다. 그리고 이 결정 중의 용존 산소는 결정의 냉각에 따라 과포화되지만, 소자 공정의 열처리 과정에서 석출하여 실리콘 웨이퍼중에 산소 석출물을 형성한다. 이 산소 석출물은 웨이퍼 표면층 부근에서는 누설(leak) 특성등에 나쁜 영향을 끼치지만, 벌크(bulk)에 존재하고 Fe나 Cu 등의 소자 생산성에 나쁜 영향을 끼치는 중금속을 포획하는 수집 공간(gathering site)으로서 작용한다. 이로 인하여, 제품으로서의 실리콘 웨이퍼에서 산소 석출물이 표면층 부분에 존재하지 않는 반면에 벌크 중에는 적절히 존재하여 중금속의 수집 공간으로 기능하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 현재는 실리콘 웨이퍼를 수소 어닐링(annealing) 처리함으로써 표층 부분의 산소 석출물을 제거하고 있다. (특개소 61-193456호 공보) 그러나 실리콘 웨이퍼의 품질로서는 그만큼 불충분하고, 벌크중에 있는 산소 석출물의 밀도나 면내의 분포 균일성이 요구되어 실리콘 웨이퍼의 중요 특성 중의 하나로 인식되고 있다.

완전 결정

CZ법으로 얻어진 CZ 실리콘 단결정의 성장 중에 발생한 결정 결함은 MOS(metal oxide semiconductor, 산화물 반도체) 소자의 게이트 산화막의 신뢰성이나 PN 접합 누설 특성등에 나쁜 영향을 끼친다. 이로 인하여, 이러한 결정 결함을 가능한한 저감시키는 것이 필요하게 되어, 그 방법으로서 종래에는 결정 성장 중인 결정을 가능한 한 천천히 냉각하는 방법을 채용하고 있었다. (특개평10-152395호 공보, 특개평 8-12493호 공보, 특개평 8-337490호 공보등) 그러나 이 방법에는 결함을 저감시키는 데 한계가 있고, 더군다나 결함의 거대화를 초래한다는 문제점도 안고 있었다.

결정 결함을 저감시키기 위한 다른 방법으로서, 호우라이(寶來) 등은 결정 성장 속도와 인상 축방향의 결정내 온도 경사와의 관계를 특수한 범위의 비가 되도록 조정하여 결함의 발생을 없애고 배제하는 방법을 제안하고 있고, 이에 따라 성장 결함을 포함하지 않는 완전 결정(무결함 결정)이 얻어졌다고 보고하고 있다. [1993년(평성5년), 제54회 응용물리학회 학술 강연회(1993년 9월 27일부터 30일까지), 제54회 응용물리학회 학술 강연회 강연 예고집 No.1, p.303, 29a-HA-7 : 특개평 8-330316호 공보 : 일본 결정성장학회지 Vol.25 No.5 (1998) p.207]

그러나 호우라이(寶來) 등에 의하여 제안된 이 방법으로는 성장 조건에 따라 무결함 단결정을 얻는 것이 공업적으로 매우 곤란하다. 즉, 호우라이(寶來) 등의 방법에 의하여 완전 결정(무결함 결정)을 제조하는 경우에는 결정의 성장 속도와 인상 축방향의 결정내 온도 경사와의 관계를 극히 좁은 범위의 비가 되도록 제어할 필요가 생기므로 생산 효율이 떨어진다는 문제점이 있다. 또한, 호우라이(寶來) 등에 의하여 나타낸 범위내에 조건을 설정하여 실리콘 단결정 잉곳을 제조한 경우에는 실제로 완전 결정(무결함 결정) 부분이 비교적 적고, 성장 결함이 없는 실리콘 웨이퍼를 공업적인 과정으로 안정하게 공급하는 관점이라면 확실성의 면에서 문제가 있다.

완전 결정에 있어서 산소 석출의 불균일

그러나 완전 결정이라고 하는 것은 일반적으로 공공(void)이나 전위 클러스터등의 결정 결함이 존재하지 않는 결정으로 무결함 결정이라고 불리는 적이 있다. 이러한 완전 결정중에는 공공 결함등의 성장시 도입 결함(Grown-in 결함)도, 전술한 산소 석출물도 존재하지 않지만, 산소 석출물(oxide precipitate)의 기초가 되는 산소 석출핵(oxide precipitate nuclei)이 존재하기 때문에, 완전 결정 잉곳으로부터 잘라낸 완전 결정 실리콘 웨이퍼를 열처리하면 웨이퍼중에 산소 석출물이 도입된다.

열처리에 의하여 완전 결정 웨이퍼중에 산소 석출물이 도입되는 것은 웨이퍼의 열처리에 따라 산소 석출핵이 성장함으로써 웨이퍼중에 산소 석출물이 형성되는 것으로 생각되지만, 완전 결정에서는 웨이퍼면 내에서의 산소 석출의 불균일 분포가 강하게 생기는 경우가 있다.

즉, 완전 결정에는 비교적 석출이 일어나기 쉬운 '공공 우세 영역'과 석출이 생기기 어려운 '격자간 실리콘 우세 영역'의 2개 영역이 존재하고, 이들 영역이 웨이퍼면내에 혼재하는 경우 산소 석출의 불균일한 분포를 초래하는 것이다. 산소 석출의 불균일한 분포는 최종적으로는 소자의 생산성에 나쁜 영향을 끼치기 때문에, 어떤 수단으로 이러한 불균일을 해소하여 균일한 상태로 유지할 필요가 있다.

여기서, 이러한 불균일을 해소하기 위하여 완전 결정을 성장시키는 조건을 잘 조정하려고 하여도, 전술한 바와 같이 완전 결정을 성장시키는 조건 자체가 매우 좁은 범위이기 때문에 그 조정을 행하는 것이 거의 불가능하고, 산소 석출이 균일하게 분포되는 완전 결정을 얻는 것은 공업적으로 매우 곤란하다.

산소 석출의 불균일의 요인과 관련되는 종래 기술

앞서 기재한 바와 같이 산소 석출의 불균일 분포의 발생은 산소 석출 핵형성 에 상당히 관여하는 점결함의 농도 분포가 애당초 불균일한 것에 기인한다고 생각된다. 한편, 점결함 분포에 기인하는 석출 거동의 차이를 볼 수 있는 전형적인 현상으로서, OSF 링을 경계로 하여 그 내측 영역에서는 공공이 우세하고 비교적 산소석출이 일어나기 쉽고, 외측 영역에서는 격자간 실리콘이 우세하고 산소 석출이 일어나기 어려운 것으로 알려져 있다.

Kissinger등은 OSF 링이 웨이퍼면내에 존재하는(따라서, 공공 우세 영역과 격자간 실리콘 우세 영역이 혼재한다.) 실리콘 웨이퍼에, 5O0℃부터 1000℃까지 1℃/min의 비율로 온도를 상승시킨 후, 1000℃로 1시간의 열처리를 행함으로써 산소 석출물 밀도가 웨이퍼면내에서 균일해진다고 보고하고 있다. (Electrochemical Society Proceedings Volume 98-13, p.158)

그러나 이 보고는 완전 결정에 관한 것이 아니라, 이 경우 적어도 OSF 링의 내측에는 공공이 응집함으로써 공공 결함이 존재하여, 외측 영역에는 격자간 실리콘의 응집에 의한 전위 클러스터가 존재하고 있기 때문에, 이 보고에 개시된 방법을 그대로 완전 결정에 적용할 수는 없다. 즉, Kissinger 등에 의한 보고는 OSF 링에 의하여 공공 우세 영역과 격자간 실리콘 우세 영역이 명확히 분리되어 있는 웨이퍼에 대하여 적용할 수 있는 방법이며, 공공 우세 영역 및 격자간 실리콘 우세 영역이 면내에 혼재하고 있는 완전 결정에는 그대로 적용할 수 없는 것이다.

예를 들면, Kissinger등이 보여준 열처리를 완전 결정에 실시하는 경우, 비교적 높은 산소 농도의 경우에는 산소 석출 분포는 균일하게 되지만, 표층의 소자 활성층 영역까지 석출물이 발생해 버린다. 한편, 산소 농도를 낮춘 경우, 면내의 산소 석출 분포를 균일하게 할 수 없게 된다. 여기서, 산소 농도를 높게 함으로써 표층의 소자 활성층 영역까지 산소 석출물이 발생한 경우는 최종적으로 소자 생산성에 나쁜 영향을 끼치기 때문에, 공업적인 실시에 매우 방해가 된다. 한편, DZ층(표층의 무산소 석출물층)을 존재시켜서 얻은 저농도 산소의 경우에는 산소 석출 분포의 균일화를 행할 수 없으므로 Kissinger등이 보여준 열처리 방법을 공업적 실시에 이용하는 것은 문제점이 있다.

또한, 특개평 8-253392호 공보에서는 단결정 실리콘중의 산소 석출 핵생성 중심의 밀도를 제어하는 방법으로서, 적어도 약 350℃의 온도로 어닐링하여 이 어닐링 공정 사이에 단결정 실리콘을 약 350℃부터 500℃의 제1 온도(T1)로 가열(또는 냉각)한 다음, 이 온도를 T1로부터 약 500℃부터 750℃의 제2 온도(T2)로 상승시켜, T1에서 T2로의 온도 상승의 평균 속도가 1분간 약 25℃미만이며, 약 1150℃를 넘지 않는 온도의 실리콘 열처리로써 산소 석출 핵생성 중심이 용해 가능하게 되는 시점에서 이 어닐링을 종료하는 방법을 제안하고 있다. 이 방법에 따르면 산소 농도가 상이한 시료에 있어서, 균일한 밀도의 석출물을 도입할 수 있다.

그러나 이 방법은 산소 농도가 상이한 시료에 있어서, 열처리에 의한 산소 석출물 밀도를 약 1자리수의 범위내로 도입(균일화)함으로써 결정을 성장시키는 단계에서 발생한 점결함 분포차에 의한 석출의 불균일을 해소하기 위한 것이 아니다. 따라서, 이 방법으로는 결정의 직경 방향 또는 웨이퍼의 면내에 있는 산소 석출 거동을 균일하게 하는 것이 곤란하고, 산소 석출물이 균일하도록 DZ층을 가지는 것을 안정적으로 제조할 수 없었다. 또한, 이 방법은 열처리가 복잡하기 때문에 시간 및 노동력이 많이 들고, 제품의 생산성을 현저히 악화시키는 문제점이 있다.

본 발명의 제1 목적은 무결함 단결정을 얻는 데 한층 바람직한 성장 조건을 밝혀내어, 성장 결함이 없는 고품질인 실리콘 웨이퍼의 안정 공급을 가능하게 하는 것이다.

본 발명의 제2 목적은 실리콘 완전 결정에 있어서, 간단한 처리로 실리콘 웨이퍼중의 산소 석출물을 균일하게 할 수 있는 열처리 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 제3 목적은 실리콘 완전 결정을 제조함과 동시에 그 제조 공정에 걸리는 시간을 단축하여, 실리콘 완전 결정의 제조 효율을 향상시킬 수 있는 것 같은 단결정 잉곳 제조 장치 및 방법을 제공함에 있다.

완전 결정의 제조 조건

본 발명의 제1 목적을 달성하기 위하여, 본 발명자들이 실용적인 성장 조건에 대하여 상세히 검토한 결과, 무결함 단결정을 얻을 수 있는 바람직한 성장 조건을 발견하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명은 성장 결함이 없는 고품질의 실리콘 웨이퍼를 얻는 것이며, CZ법으로 실리콘 단결정을 성장시키는 경우, 인상 속도를 V(mm/min)로 하여 실리콘 융점으로부터 1350℃까지의 온도 범위에 있는 인상 축방향의 결정내 온도 경사의 평균치를 G(℃/mm)라고 하는 경우, V/G 값을 결정 중심 위치와 결정 외주까지의 위치 사이로 0.16mm²/℃ㆍmin부터 0.18mm²/℃ㆍmin까지로 하여, 실리콘 융점으로부터 1350℃까지의 온도범위에 있는 인상 축방향의 결정내 온도 경사의 평균치(G)의 결정의 외측면과 결정중심의 수치의 비(G_외부/G_중심)를 1.10 이하로 하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 공공형 결함이나 전위 클러스터등의 성장 결함을 포함하지 않는 실리콘 단결정 잉곳이 얻어지므로 이를 통상의 방법에 따라서 가공함으로써, 성장 결함이 없는 고품질의 실리콘 웨이퍼를 얻을 수 있다.

이와 같은 본 발명은 기본적으로 CZ법으로 실리콘 단결정을 성장시킬 때, 실리콘 단결정 잉곳의 성장 속도를 조정함으로써 성장 결함의 발생을 방지하는 것이다. 그리고, 이를 실현하기 위하여 앞서의 각 파라미터(V, G, V/G, G_외부/G_중심)를 변화시키는 것은 CZ법 실리콘 단결정 제조 장치에 구비되어 있는 열차폐체와 실리콘 융액 사이의 거리를 변화시킴으로써 실시 가능한 범위로 실현할 수 있다.

보다 구체적으로, 본 발명은 이하와 같은 실리콘 단결정 잉곳 제조 방법, 그 장치 및 이로부터 제조되는 실리콘 단결정 잉곳으로 얻어진 실리콘 단결정 웨이퍼를 제공하는 것이다.

(A1) CZ법으로 다음의 (a) 및 (b)의 조건으로 실리콘 단결정 잉곳을 제조하는 방법. [(a) '결정 중심 위치와 결정 외주까지의 위치간의 V/G값'은 '0.16 mm²/℃ㆍmin ∼ 0.18 mm²/℃ㆍmin' 및 (b) 'G_외부/G_중심' ≤1.10]

여기서, 'V(mm/min)'는 CZ법의 인상 속도, 'G(℃/mm)'는 실리콘 융점(약1412℃)으로부터 1350℃까지의 온도 범위에 있어서의 인상 축방향의 결정내 온도 경사 의 평균치, 'G_외부'는 결정의 외측면에서의 G값, 'G_중심'은 결정 중심에서의 G값이다. 또한, 실리콘 융점에 관한 정설은 없지만, 1420℃로 기재하고 있는 문헌도 존재한다. 그러나 실리콘 융점이 몇 ℃인가 하는 것은 본 발명에 있어서의 문제가 아니라, 정설로 된 실리콘 융점이 몇 ℃ 이고 '실리콘 융점으로부터 1350℃까지의 온도범위'이면, 본 발명의 범위에 포함된다.

(A2) CZ법 실리콘 단결정 제조 장치에 구비되어 있는 열차폐체와 실리콘 융액간의 거리를 변화시킴으로써, 앞서의 (a) 조건 및 (b) 조건의 조정을 행하는 것을 특징으로 하는 앞서 기재한 실리콘 단결정 잉곳의 제조 방법.

(A3) CZ법으로 실리콘 단결정 잉곳의 제조시에 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도를 변화시킴으로써, 앞서의 (a) 조건 및 (b) 조건의 조정을 행하는 것을 특징으로 하는 앞서 기재한 실리콘 단결정 잉곳의 제조 방법.

(A4) 앞서 기재한 실리콘 단결정 잉곳으로부터 얻어진 성장 결함이 저감되어 있는 실리콘 단결정 웨이퍼.

(A5) 앞서 기재한 실리콘 단결정 잉곳으로부터 얻어진 성장 결함을 포함하지 않는 실리콘 완전 단결정 웨이퍼.

(A6) CZ법 실리콘 단결정 제조 장치에 구비되어 있는 열차폐체와 실리콘 융액 사이의 거리를 조정하면서 실리콘 단결정 잉곳의 제조를 행하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 방법. 또한, 이 방법에 의하면 후술하는 바와 같이 적어도 실리콘 단결정 잉곳에 대한 복사열의 양이나 불활성 가스의 풍량이 조정되 기 때문에, 적어도 실리콘 단결정 잉곳의 결정내 온도 경사가 조정된다.

(A7) 실리콘 융액을 저장하거나 회전 및 상하 구동하는 도가니부, 앞서의 실리콘 융액으로부터 실리콘 단결정 잉곳을 회전시키면서 인상하는 인상부, 이 도가니부를 가열하는 발열체, 이 발열체로부터의 복사열을 차폐하기 위한 열차폐체를 밀폐 용기내에 구비하는 CZ법 실리콘 단결정 제조 장치에 있어서, 실리콘 단결정 잉곳의 인상 축방향의 결정내 온도 경사를 변화시키기 위하여 이러한 열차폐체를 움직이는 구동 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치.

또한, (A6)의 방법과 (A7)의 장치에 있어서, 실리콘 단결정 잉곳에 대한 복사열의 양이나 불활성 가스의 풍량을 조정하는 것이 온도 범위에 의존하지 않기 때문에, (A6)의 방법과 (A7)의 장치에 의하여 조정된 결정내 온도 경사는 실리콘의 융점으로부터 1350℃까지의 온도 범위의 것에 한정되지 않고, 또한 결정 중심에 있는 것과 결정의 외측면에 있는 것을 상관하지 않는다.

(A8) CZ법 실리콘 단결정 제조 장치에 구비되어 있는 열차폐체와 실리콘 융액간의 거리를 조정함으로써, 이 법으로 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도를 변화시키는 것과 동등한 효과를 얻는 방법.

또한, 열차폐체와 실리콘 융액 사이의 거리 조정과 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도의 변경은 동등한 효과가 얻어진다고 해서 이들이 서로를 배척하는 것이 아니고, 이러한 거리의 조정을 행하는 동시에 인상 속도의 변경을 행할 수도 있다.

본 발명의 기초가 된 기본 원리ㆍ 현상

도 1은 CZ법에 있어서의 실리콘 단결정의 성장 속도를 일정하게 한 경우에 얻어진 실리콘 단결정 잉곳에 생기는 결함의 분포 패턴을 도시한 개념도이다. (또한, 이 명세서에 있어서 '성장 결함'은 OSF 링, 공공형 결함, 전위 클러스터등의 일반적인 CZ법에 있어서의 실리콘 단결정의 성장시에 통상적으로 발생하는 결정중의 결함을 의미한다.)

도 1에 나타낸 것과 같이, 실리콘 단결정의 성장 속도를 일정하게 한 경우에는 실리콘 단결정 잉곳 인상의 초기의 단계에서 전위 클러스터가 생긴 후, OSF 링 및 공공형 결함이 생긴다. 이 경우에 있어서, 전위 클러스터와 OSF 링의 사이에 위치하는 우발적으로 조건이 정리된 부분이 무결함 영역을 형성하게 된다. 따라서, 원리적으로는 무결함 영역을 형성하는 알맞은 조건을 밝혀내어, 그 조건하에 실리콘 단결정 잉곳의 인상을 행하는 경우, 무결함 영역을 확장시킬 수 있게 된다.

본 발명과 종래 기술의 대비

여기에서, 이 '무결함 영역을 형성하는 알맞은 조건'으로서 호우라이(寶來) 등(특개평 8-330316호 공보)은 '실리콘 융점으로부터 1300℃까지의 온도 범위에 있어서, 결정 벌크 외주로부터 30cm보다 내측인 V/G값이 0.20mm²/℃ㆍmin ∼ 0.22 mm²/℃ㆍmin, 이보다도 외측에서는 V/G값이 0.20mm²/℃ㆍmin ∼ 0.22mm²/℃ㆍmin 또는 그 이상(단지, 결정 벌크 외주를 향해 점차 증가시킨다)'이라고 하는 조건을 제시하고 있다.

이에 대하여, 본 발명에서는 앞서의 '과제를 해결하기 위한 수단'의 (1)에 나타낸 조건을 제시하고 있지만, 호우라이(寶來) 등의 발명(종래 기술)과 본 발명과의 관계를 설명하면 다음과 같이 된다.

먼저, 도 2는 실리콘 융액의 액면에서의 거리와 실리콘 단결정 잉곳의 결정내 온도의 관계를 나타낸 모식도이다. 도면 중, 도면 부호 h는 실리콘 융액의 액면에서의 거리(mm)를 나타내고, 도면 부호 T는 실리콘 단결정 잉곳의 결정내 온도(℃)를 나타낸다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 실리콘 융액으로부터 실리콘 단결정 잉곳의 인상을 행하고 있는 경우, 실리콘 단결정 잉곳의 결정내 온도는 실리콘 융액의 액면으로부터 멀어짐에 따라서 내려간다. 그리고 도 2에 있어서 실리콘 융액의 액면으로부터 h1만큼 떨어진 개소의 결정내 온도가 1350℃이며, 이 실리콘 융액의 액면으로부터 h1의 높이에 이르기까지의 결정내 온도 경사를 감시함으로써 본 발명은 완전 결정을 얻고자 한다.

이에 대하여, 이 부분 h1보다도 위쪽에 위치하므로 h1 부분보다도 온도가 낮아져 1300℃로 된 h2의 높이에 이르기까지의 결정내 온도 경사를 감시함으로써 완전 결정을 얻고자 하는 것이 호우라이(寶來)의 발명이다.

즉, 본 발명은 실리콘 단결정 잉곳의 제조 공정에 있어서, 호우라이(寶來) 등에 의하여 제시된 최적 조건의 범위 안에서 보다 알맞은 것을 제시한 측면을 가진다. 이것은 G_외부/G_중심와 결정내 온도(℃)의 관계를 도시한 도면 3으로부터도 명확하고, 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 범위(도면 중의 좌측 아래로 향한 사선 부분)가 있는 부분은 호우라이(寶來) 등에 의하여 나타낸 범위(도면 중의 우측 아래로 향한 사선 부분)의 일부분과 중복되고 있다. 이로부터 앞서의 부분에 관해서 본 발명은 선행 발명의 범위 중에서 보다 알맞은 조건을 골라낸 유익한 선택 발명이라는 위치를 부여할 수 있다.

그러나 한편으로 동일하게 도 3에 나타낸 바와 같이, 좌측 아래를 향한 사선 부분의 전부가 우측 아래를 향한 사선 부분에 포함되어 있는 것이 아니라, 본 발명은 호우라이(寶來) 등에 의하여 나타낸 범위 이외에[바꿔 말하면, 호우라이(寶來) 등이 나타내지 않은 범위에 있어서] 실리콘의 완전 결정을 얻는 측면도 가진다. 이로부터 명확해지는 바와 같이, 본 발명은 선행하는 호우라이(寶來) 등의 발명에 전부 포함되는 것이 아니고, 완전한 선택 발명 또는 이용 발명인 것도 아니다.

이것은 V/G값(mm²/℃ㆍmin)과 결정내 온도(℃)로 호우라이(寶來) 등의 발명과의 관계를 도시한 도 4[도 4에서 A부분은 본 발명의 범위이고, B부분은 호우라이(寶來) 등의 발명의 범위] 및 G_외부/G_중심와 V/G값(mm²/℃ㆍmin)으로 호우라이(寶來) 등의 발명과의 관계를 도시한 도 5 [도 5에서 A부분은 본 발명의 범위이고, B부분은 호우라이(寶來) 등의 발명의 범위]보다 이들 파라미터에 의하여 나타낸 영역으로 대비한 경우에는 양 발명의 범위가 완전히 바뀌게 된다는 것으로부터도 명확하다.

실리콘 단결정 잉곳 제조 장치

도 6은 본 발명에 따른 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치의 주요부를 나타내는 블록도이다. 본 발명에 따른 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치는 통상의 CZ법 실리콘 단결정 제조 장치와 같은 형태로, 밀폐 용기인 공정실(11)내에 실리콘 융액(12)의 제조ㆍ저장을 위한 도가니(13)[이 도가니(13)는 통상의 CZ법 실리콘 단결정 제조 장치와 같은 형태로 흑연 도가니(13a)의 내측에 석영 도가니(13b)가 배치되어 이루어진다], 도가니(13)를 가열하기 위한 히터(14), 히터(14)에 전력을 공급하는 전극(15), 도가니(13)를 지지하는 도가니받이(16) 및 도가니(13)를 회전시키는 받침대(17)를 구비한다. 공정실(11)내에는 적당하게 단열재(21), 융액 받이(23) 및 내통(24)을 구비한다. 또한 이 장치에는 히터(14)로부터 실리콘 벌크(27)로의 열복사를 차폐하기 위한 열차폐체(25)가 구비되어 있다. 또한, 본 발명에 따른 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치는 특별히 도시하고 있지는 않지만, 이러한 종류의 CZ법실리콘 단결정 제조 장치에 통상적으로 구비하는 불활성 가스의 도입ㆍ배기 시스템을 구비하고 있다. 그리고, 이러한 시스템에 있어서 열차폐체(25)는 불활성 가스의 유통로를 조정하는 기능도 겸비하고 있다.

본 발명에 따른 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치에 있어서 특징적인 것은 열차폐체(25)를 움직여 열차폐체(25)의 선단부와 실리콘 융액(12)의 액면으로부터의 거리 h를 조정함으로써, 본 발명 실시의 요지가 되는 V/G값(mm²/℃ㆍmin)이나 G_외부/G _중심를 조정하는 것이다. 실제로, 거리 h를 조정함으로써 히터(14)나 실리콘 융액 (12)의 액면에서 실리콘 벌크(27)로의 열차폐량이 변화하는 것과 동시에, 실리콘 벌크(27) 표면을 흐르는 불활성 가스의 양이나 속도가 약간 변하기 때문에, 이에 따라 본 발명에서는 실리콘 벌크(27) 표면에 있는 결정 인상 축방향의 결정내 온도 경사, 나아가 그 중심 부분에 있어서의 결정 인상 축방향의 결정내 온도 경사와의 비를 조정할 수 있는 것으로 생각된다.

또한, 본 실시예에 있어서 이러한 열차폐체(25)의 선단부와 실리콘 융액(12)의 액면으로부터의 거리 h의 조정은 열차폐체(25)의 높이를 조정하는 상승기 (lifter, 리프터)(25a)와 열차폐체(25)의 경사를 조정하는 앵귤러(angular)(25b)의 연동에 따라 행하는 것으로 하고 있다. 그러나 거리 h의 조정은 이 기구에 한정되는 것이 아니다. 즉, 본 발명이 CZ법 실리콘 단결정 제조 장치에 구비되어 있는 열차폐체를 이용하여 V/G값(mm²/℃ㆍmin)이나 G_외부/G_중심를 조정하는 최초의 것인 이상, 거리 h의 조정을 행할 수 있는 것이면 어떠한 실시예도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석할 수 있다.

또한, 본 발명에서 거리 h의 조정은 예를 들면, 종합 전열 해석과 같은 시뮬레이션 해석에 의한 계산 결과에 따라 행해지도록 할 수 있고, 실측치에 기초한 피드백(feedback) 제어등에 따라 행하여도 좋다.

실리콘 단결정 웨이퍼

본 발명에 따른 방법 또는 장치에 의하여 제조된 실리콘 단결정 잉곳은 선행하는 호우라이(寶來) 등의 발명에 의하여 얻어진 실리콘 단결정 잉곳보다도 성장 결함을 포함하지 않는 영역이 얻어질 확실성이 높고, 더군다나 그 양적인 비율도 많다. 따라서 본 발명에 따른 실리콘 단결정 잉곳으로부터는 성장 결함을 포함하지 않는 실리콘 완전 단결정 웨이퍼가 종래보다도 대량이거나 확실하게 얻을 수 있 어 최종적으로는 IC 생산성의 비약적인 향상에 기여하게 된다.

그러나, 본 발명에 따른 방법 또는 장치에 의하여 제조된 실리콘 단결정 잉곳은 그 모든 부분에 있어서 성장 결함이 없다고 하는 것은 아니고, 결정 결함이 포함되어 있는 부분도 존재한다. 그러나 적어도 그 전체에 있어서 성장 결함의 존재가 상당한 정도로 저감되어 있기 때문에, 성장 결함이 존재하는 부분으로부터 잘라낸 웨이퍼도 고품질인 것에 변함이 없고, 그 이상으로 이러한 부분은 그 의미로서는 새로운 웨이퍼라는 것이라고 할 수 있기 때문에, 특허 청구에 따른 본 발명의 일부를 구성하게 된다.

또한, 이들 고품질 웨이퍼는 통상적인 웨이퍼의 제작과 같이, 실리콘 단결정 잉곳으로부터 소정의 두께로 잘라내어 필요한 가공을 실시함으로써 제작할 수 있다.

완전 결정의 열처리와 그 조건

본 발명의 제2 목적을 달성하기 위하여, 본 발명자들이 열처리 조건의 명세에 관하여 면밀히 검토한 결과, 점결함 분포 차이가 면내에 발생하고 있는 완전 결정에 대하여, 비교적 저비용으로 충분한 DZ 층을 확보하면서 균일화가 가능한 조건을 뽑아내어 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉 본 발명은 완전 결정에 있어서, 점결함의 농도 분포에 의하지 않고, 면내에 균일한 산소 석출물 밀도의 실리콘 웨이퍼를 얻는 열처리 방법을 제공하는 것으로서, 이하와 같은 열처리 방법 및 실리콘 웨이퍼를 그 내용으로 한다.

(B1) CZ법으로 제작된 완전 결정에 따른 실리콘 단결정 웨이퍼에 대한 열처 리 방법으로서, 열처리의 대상이 된 실리콘 단결정 웨이퍼의 초기 투입 열처리온도를 500℃이하로 하고, 이러한 초기 투입 열처리 온도로부터 '700℃ ∼ 900℃'의 사이에서 설정한 도달 온도까지의 온도 범위에 있는 온도 상승 속도를 1℃/min 이하로 설정하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 웨이퍼의 열처리 방법.

(B2) CZ법으로 제작된 완전 결정에 의한 실리콘 단결정 웨이퍼에 대한 열처리 방법에 있어서, 열처리 대상이 되는 실리콘 단결정 웨이퍼의 초기 투입 열처리 온도를 500℃ 이하로 하고, 또한 이러한 초기 투입 열처리 온도로부터 '700℃ ∼ 900℃'의 사이에서 설정한 도달 온도까지의 온도 범위에 있어서의 온도 상승속도를 1℃/min 이하로 설정함으로써, 열처리 후의 실리콘 단결정 웨이퍼의 산소 석출물 밀도의 분포를 균일하게 하는 방법.

(B3) CZ법으로 제작된 완전 결정에 의한 실리콘 단결정 웨이퍼에 대한 열처리 방법에 있어서, 열처리 대상이 된 실리콘 단결정 웨이퍼의 초기 투입 열처리 온도 및 이러한 초기 투입 열처리 온도로부터 '700℃ ∼ 900℃'의 사이에 설정된 도달 온도까지의 온도 범위에 있어서의 온도 상승 속도를 조정함으로써, 열처리 후의 실리콘 단결정 웨이퍼의 산소 석출물 밀도 분포를 조정하는 방법.

(B4) 완전 결정의 산소 농도가 13 ×10¹⁷ atoms/cm³이하인 것을 특징으로 하는 (B1)에 기재한 방법.

(B5) (B4)에 기재한 방법에 의하여 제작된 실리콘 단결정 웨이퍼. 산소 농도가 13×10¹⁷ atoms/cm³이하인 완전 결정에 관해서는 공공 우세 영역과 격자간 실리 콘 우세 영역 사이에서 산소 석출물이 균일화되는 것과 동시에 산소 석출물이 웨이퍼 표면까지 나타나 버리는 일이 없고, 양호한 DZ 층이 형성되기 때문에 실리콘 웨이퍼로서 우수하다.

완전 결정의 제조 효율을 높이기 위한 단결정 잉곳 제조 장치

본 발명의 제3 목적을 달성하기 위하여, 본 발명자들이 면밀히 연구를 행한 결과, 단결정 잉곳 제조 장치에 구비되어 있는 쿨러를 단결정 잉곳의 제조 공정에 따라 적절한 개소에 적당히 이동시킴으로써 소비 전력량을 저감시키고 제조 시간의 단축을 도모하면 좋고, 특히 이것은 통상적으로 제조시 시간이 많이 걸리는 완전 결정의 제조에 있어서 유효한다는 것을 발견하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 보다 구체적으로, 본 발명은 이하와 같은 장치 및 방법을 제공한다.

(C1) 원료 융액으로부터 인상 중의 단결정 잉곳(이하, 단결정 인상 잉곳)의 소정 개소의 냉각을 행하는 쿨러를 가열로내에 구비한 초크랄스키법(이하, CZ법이라 한다.) 단결정 잉곳 제조 장치를 제어하는 방법으로서, 단결정 인상 잉곳의 꼬리부를 형성하는 경우, 단결정 잉곳과 원료 융액과의 고체ㆍ액체 계면로부터 쿨러를 이격시킴으로써 단결정 잉곳 제조 장치의 전력 소비량을 감소시키는 방법.

이와 같이 함으로써, 꼬리부 형성시에 쿨러 냉각에 견디는 도가니 가열을 행할 필요가 없어지기 때문에, 전력 소비의 감소를 실현할 수 있게 된다.

단결정 잉곳의 꼬리부에 대하여

그러나 CZ법에 의한 단결정 잉곳의 제조에서, 단결정을 원하는 길이로 성장시킨 후, 일반적으로 꼬리부라고 불리는 역원추형의 압축 부분을 형성시킬 필요가 있다. 이는 단결정 인상 잉곳을 성장시키면서 융액로부터 인상되어 버리고, 슬립 전이라고 불리는 결정 전이가 잉곳내에 발생하여(슬립백), 그 부분은 제품으로서 사용할 수 없게 되어 버리기 때문이다.

여기서, 슬립백은 융액면으로부터 끊어진 곳의 직경만큼 잉곳내로 되돌아가 발생하기 때문에, 제품으로서 적절한 웨이퍼를 잉곳으로부터 가능한한 대부분 많이 얻기 위해서는 웨이퍼에 가공된 부분(이하, 몸통 부분이라 한다)에 슬립백을 발생시키지 않도록 인상의 종료에 이르는 과정에 있어서, 잉곳의 직경을 조심스럽게 좁혀 꼬리부를 형성해야 할 필요가 있다.

꼬리부의 형성에 관하여, 꼬리부는 몸통부의 직경 정도의 길이로 형성하는 것이 보통이다. 그 이유는 지나치게 짧은 경우 산소의 이상 석출 부분이 몸통부에 걸려 그 부분이 제품화할 수 없게 되어 버리는 때문인 한편, 꼬리부는 웨이퍼로서 제품화할 수 없는 부분이기 때문에, 지나치게 길면 경제적이지 않기 때문이다.

이 꼬리부를 형성하기 위해서는 단결정 잉곳의 축방향의 온도 경사를 낮게 하여 단결정 잉곳을 인상하면 좋다는 것이 당업자에는 잘 알려져 있다. 이 때문에, 종래에는 일반적으로 꼬리부를 형성할 때에 도가니를 여분으로 가열하여 융액 온도를 높임으로써 단결정 인상 잉곳의 온도 경사를 내리고 있었다.

그러나 특히 쿨러를 사용하여 단결정 인상 잉곳의 온도 경사를 의도적으로 높게 설정하고 있는 것 같은 경우에는, 보다 높은 온도를 융액에 부여하지 않으면 안된다. 그리고 이 가열을 행하기 위해서 전력 소비량이 증대되므로 경제적이지 못한 것은 물론이지만, 이 가열에 의하여 석영 도가니가 이상적으로 가열되어 도가 니 중에 존재하는 거품이 커져서 터지므로, 그 파편이 결정에 부착되어 전이를 발생시키고, 다결정화시키거나 하는 문제점이 생기는 경우가 있다.

또한, 쿨러의 냉각에 견디는 도가니 가열을 행하기 위해서는 실제로 막대한 전력을 투입하지 않으면 안되기 때문에, 전원 장치가 대형화하여 버리는 문제점이나 지나친 열에 바래는 가열로내 부품이 조기에 나빠져 버리는 문제점도 있었던 것이다.

그러나 본 발명에 의한 단결정 잉곳 제조 장치에 의하면 이러한 문제점이 모두 해소된다.

(C2) 가열된 도가니 내의 원료 융액으로부터 단결정 잉곳의 인상을 행하는 초크랄스키법(이하, CZ법이라 한다.) 단결정 잉곳 제조 장치에 있어서, 인상 중인 단결정 잉곳의 소정의 개소에 냉각을 행하는 쿨러를 가열로내에 구비하는 CZ법 단결정 잉곳 제조 장치를 제어하는 방법으로서, 이러한 단결정 잉곳을 원료 융액으로부터 인상한 후, 이러한 쿨러와 가열을 종료한 도가니를 가까이 함으로써 단결정 잉곳의 제조 시간을 단축하는 방법.

여기서, '쿨러와 가열이 종료된 도가니를 가까이 한다.'라고 하는 것은 CZ법 단결정 잉곳 제조 장치의 열원인 히터에 근접하여 냉각을 행한다는 것을 의미한다. 또한, '쿨러와 가열이 종료된 도가니를 가까이 한다'라고 하는 것은 도가니를 쿨러쪽으로 상승시키거나, 쿨러를 도가니쪽으로 하강시키거나 이들 동작을 조합함으로써 실시할 수 있다.

(C3) 가열된 도가니 내의 원료 융액으로부터 인상 중의 단결정 잉곳(이하, 단결정 인상 잉곳이라 한다.)의 소정의 개소의 냉각을 행하는 쿨러를 가열로내에 구비하는 초크랄스키법(이하, CZ법이라 한다.) 단결정 잉곳 제조 장치로서, 상기 단결정인상 잉곳의 꼬리부를 형성하는 경우, 앞서의 단결정 잉곳과 앞서의 원료 융액의 고체ㆍ액체 계면으로부터 쿨러를 멀리하기 위하여 쿨러가 상승하는 것을 특징으로 하는 CZ법 단결정 잉곳 제조 장치.

(C4) 가열된 도가니 내의 원료 융액으로부터 인상 중의 단결정 잉곳의 소정 개소의 냉각을 행하는 쿨러를 가열로내에 구비하는 초크랄스키법(이하, CZ법이라 한다.) 단결정 잉곳 제조 장치에 있어서, 단결정 잉곳을 원료 융액으로부터 인상한 후, 가열이 종료한 도가니를 냉각하기 위해서 쿨러가 하강하는 것을 특징으로 하는 CZ법 단결정 잉곳 제조 장치.

(C5) 도가니 내까지 쿨러가 하강하는 것을 특징으로 하는 CZ법 단결정 잉곳 제조 장치.

(C6) 가열된 도가니 내의 원료 융액으로부터 인상중의 단결정 잉곳의 소정의 개소의 냉각을 행하는 쿨러를 가열로내에 구비하는 초크랄스키법(이하, CZ법이라 한다.) 단결정 잉곳 제조 장치에 있어서, 단결정 잉곳을 원료 융액으로부터 인상한 후, 쿨러와 가열이 종료한 도가니를 근접시킴으로써 도가니의 냉각을 행하도록 도가니를 상승시키는 것을 특징으로 하는 CZ법 단결정 잉곳 제조 장치.

(C7) 가열된 도가니 내의 원료 융액으로부터 인상 중의 단결정 잉곳(이하, 단결정 인상 잉곳이라 한다.)의 소정 개소의 냉각을 행하는 쿨러를 가열로내에 구비하는 초크랄스키법(이하, CZ법이라 한다.) 단결정 잉곳 제조 장치에 있어서, 단 결정 인상 잉곳의 꼬리부를 형성하는 경우, 단결정 잉곳과 원료 융액과의 고체ㆍ액체 계면으로부터 쿨러를 이격시키기 위해서 쿨러가 상승하는 동시에 단결정 잉곳을 원료 융액으로부터 인상한 후, 가열이 종료한 도가니를 냉각하기 위하여 쿨러가 하강하는 것을 특징으로 하는 CZ법 단결정 잉곳 제조 장치.

(C8) 가열된 도가니 내의 원료 융액으로부터 인상 중의 단결정 잉곳(이하, 단결정인상 잉곳)의 소정 개소의 냉각을 행하는 쿨러를 가열로내에 구비하는 초크랄스키법(이하, CZ법이라 한다.) 단결정 잉곳 제조 장치를 이용하여 단결정 잉곳을 제조하는 방법에 있어서, 단결정 잉곳과 원료 융액과의 고체ㆍ액체 계면으로부터 쿨러간의 거리를 변화시킴으로써 단결정 인상 잉곳의 직경 크기를 조정하는 방법.

즉, 쿨러는 단결정 인상 잉곳의 소정 개소의 인상 방향에 있어서 온도 경사를 조정하는 데 크게 공헌할 뿐만 아니라, 고체ㆍ액체 계면에 있어서 단결정 인상 잉곳의 상태에 큰 영향을 준다. 이러한 방법에 있어서 쿨러와 고체ㆍ액체 계면과의 간격을 작게하는 경우, 고체ㆍ액체 계면에 있어서의 상태가 고화쪽으로 할당되어 인상된 잉곳의 직경이 커진다. 한편, 쿨러와 고체ㆍ액체 계면와의 간격을 크게 하는 경우, 고체ㆍ액체 계면에 있어서의 상태가 액화쪽으로 할당되어, 인상된 잉곳의 직경이 작아진다.

완전 결정에의 적용

앞서의 (C1) 내지 (C8)에 의한 장치 및 방법은 완전 결정을 제조하는 데 바람직하다. 완전 결정을 제조하기 위해서는 단결정 잉곳의 인상 속도를 느리게 해야할 뿐만 아니라 온도 감시도 엄밀히 행해야 하기 때문에, 단결정 잉곳의 인상 시 간이 길어지고, 이에 따라 제조 공정이 길어지는 경향이 있다. 그러나 본 발명에 따른 장치 및 방법[(C1) 내지 (C8)에 의한 장치 및 방법]에 의하면, 단결정 잉곳의 인상 공정 이외의 부분으로 시간 단축을 도모할 수 있기 때문에, 제조 공정 전체로 보면 제조 시간의 장기화를 방지할 수 있게 되고, 완전 결정 제조의 효율화를 도모할 수 있게 된다.

단결정 잉곳 제조 장치의 동작

본 발명에 의한 단결정 잉곳 제조 장치에서, 그 한 형태로 단결정 인상 잉곳의 꼬리부를 형성할 때, 단결정 인상 잉곳의 직경이 원하는 비율로 감소하고 있는 지 여부를 감시하여, 쿨러와 원료 융액의 표면과의 거리를 변화시킴으로써, 단결정인상 잉곳 직경을 점차 감소시키도록 동작한다.

이를 위하여, 제어는 이른바 피드백 제어에 의하여 행하는 것이 일반적이다. 보다 구체적으로는 실제 직경의 크기를 측정하여, 가정한 직경의 크기와 측정치를 비교하여, 혹시 상이한 경우, 인상 조건을 변화시켜 원하는 가정의 직경이 얻어지 도록 유도(자동 제어)하여 구축할 수 있다. 따라서 꼬리부를 형성할 때라도 조작을 피드백계를 채용하여 행함으로써, 원하는 길이와 각도를 가지는 꼬리부를 형성할 수 있게 된다.

상승한 쿨러는 단결정 인상 잉곳의 인상 종료후에는 소정 위치 또는 보다 아래쪽으로 다시 하강하여 고온 영역을 냉각하도록 자동 제어되며, 이와 같이 꼬리부작성중에 상승시킨 쿨러를 인상 종료 후 가열로의 하부로 하강시킴으로써 고온 영역을 강제로 냉각할 수 있게 된다.

용어의 정의 등

본 명세서에 있어서, '완전 결정'이라고 하는 것은 성장시 도입 결함(OSF링, 공공형 결함, 전위 클러스터 등의 일반적인 CZ법에 있어서의 실리콘 단결정 성장시에 통상적으로 발생하는 결정중의 결함. Grown-in 결함)을 포함하지 않는 단결정 잉곳을 의미한다.

본 명세서에서 '잉곳'은 실리콘 융액으로부터 성장한 단결정을 의미하며, '벌크'는 잉곳으로부터 잘라낸 웨이퍼 내부 부분을 의미하고, 소자를 형성하는 표면층과 구별하기 위한 개념이다. 즉, '벌크'는 일반적으로 표면에서 수 10㎛ 이상의 내부를 말하는 적이 많지만, 이 명세서에서는 DZ 층등의 표면층 이외의 내부 부분을 의미한다.

'DZ 층'이라고 하는 것은 CZ법으로 제작된 실리콘 웨이퍼를 적당한 열처리(예를 들면, 질소 분위기하, 1050℃로 수 10시간)를 실시함으로써 웨이퍼 표면 근방에 형성된 저산소로 산소 석출 등이 전혀 없는 영역을 말한다. 'DZ 층'은 무결함 영역이라고도 불리기도 하지만, 완전 결정에 의한 실리콘 잉곳의 무결함영역과 혼동되기 때문에, 이 명세서에서는 원칙으로 '무결함 영역'이라고 하는 단어를 DZ 층에 관해서는 사용하지 않는다. DZ 층은 수소 어닐링 처리(특개소 61-193456호 공보)에 의해서도 얻어진다.

완전 결정에 있어서, '공공 우세 영역'은 일반적으로 웨이퍼의 내경측 범위에 나타나고, '격자간 실리콘 우세 영역'은 일반적으로는 웨이퍼의 외경측 범위에 나타난다.

본 발명에 의한 방법 및 장치[상기(C1) 내지 (C8)에 의한 장치 및 방법]는 인상된 단결정 잉곳의 종류에 영향을 주는 요인이 없고, CZ법에 일반적으로 적용할 수 있는 방법으로 생각되기 때문에, 인상된 단결정 잉곳이 실리콘 단결정 잉곳인 경우에 한정되지 않는다.

본 명세서에 있어서, '온도 경사'는 도가니로부터 인상 중의 단결정 잉곳의 종축에 있어서의 온도 변화 정도를 의미한다. 여기서, 온도 경사가 높은 (또는 큰) 것은 온도 변화가 급한 것을 의미하여, 온도 경사가 낮은 (또는 작은) 것은 온도 경사가 완만한 것을 의미한다.

또한, 본 명세서에 있어서 '고온 영역'은 단결정 잉곳 제조 장치의 가열로내에 있어서 히터에 의하여 가열된 부분(주로 열차폐체 보다 아래의 구획)을 의미한다.

도 1은 CZ법에 있어서의 실리콘 단결정의 성장 속도를 일정하게 한 경우에 얻어진 실리콘 단결정 잉곳 중에 생긴 결함의 분포 패턴을 도시한 개념도이고,

도 2는 실리콘 융액의 액면으로부터의 거리와 실리콘 단결정 잉곳의 결정내 온도와의 관계를 나타낸 모식도이고,

도 3은 G_외부/G_중심와 결정내 온도(℃)의 관계로 규정된 본 발명의 범위와 종래 발명의 범위를 도시한 도면이고,

도 4는 V/G 값(mm²/℃ㆍmin)과 결정내 온도(℃)의 관계로 규정된 본 발명의 범위와 종래 발명의 범위를 도시한 도면이고,

도 5는 G_외부/G_중심과 V/G 값(mm²/℃ㆍmin)의 관계로 규정된 본 발명의 범위와 종래 발명의 범위를 도시한 도면이고,

도 6은 본 발명에 따른 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치의 주요부를 나타낸 블록도이고,

도 7은 산소 농도가 14 ×10¹⁷ atoms/cm³인 공공 우세 영역 및 격자간 실리콘 우세 영역이 면내에 혼재하는 완전 결정에서 잘라낸 실리콘 웨이퍼에 시뮬레이션 열처리만을 행한 기준 시료의 산소 석출물 밀도의 면내 분포를 도시한 도면이고,

도 8은 투입 온도를 450℃부터 600℃까지 변화시키고, 750℃까지 0.5℃/min의 속도로 온도를 상승시켜, 750℃에서 4시간동안 등온 처리를 행한 후, 시뮬레이션 열처리를 행했을 때의 산소 석출물 밀도의 면내 분포을 도시한 도면이고,

도 9는 500℃의 투입 온도로부터 750℃의 도달 온도까지의 온도 상승 속도를 0.5℃/min ∼ 1.5℃/min로 하여 도달 온도로 4시간 동안 등온 처리를 행한 후, 시뮬레이션 열처리를 행했을 때의 산소 석출물 밀도의 면내 분포를 도시한 도면이고,

도 10은 500℃의 투입 온도로부터 0.5℃/min의 속도로써 온도 상승시켜 도달 온도를 650℃∼800℃까지 변화시킨 후, 시뮬레이션 열처리를 행했을 때의 산소 석출물 밀도의 면내 분포를 도시한 도면이고,

도 11은 투입 온도를 500℃로 하여 700℃까지 1.0℃/min의 속도로 온도 상승하여, 700℃에서 1시간 동안 등온 처리하는 조건에 있어서, 결정중의 산소 농도를 변화시켰을 때의 산소 석출물 밀도의 면내 분포를 도시한 도면이고,

도 12는 본 발명에 따른 단결정 잉곳 제조 장치를 나타낸 종단면도이고,

도 13은 본 발명에 따른 단결정 잉곳 제조 장치의 동작을 나타내는 종단면도면이고,

도 14는 본 발명에 따른 단결정 잉곳 제조 장치의 제어 공정을 나타내는 흐름도이고,

도 15는 본 발명에 따른 단결정 잉곳 제조 장치의 제어 방법을 적용한 결과를 나타내는 그래프를 나타내는 흐름도이고,

도 16은 고온 영역의 강제 냉각을 설명하기 위한 블록도이고,

도 17은 종래의 단결정 잉곳 제조 장치를 나타내는 간략한 종단면도이다.

완전 결정의 제조 조건의 검토

실시예 A1

여러가지 성장 조건에 의하여 무결함 결정이 얻어지는 성장 조건을 조사했다. 그 결과를 표 A1에 나타낸다. 실험은 직경 200mm의 결정을 이용하여 행했다. 결정 결함의 분포는 일반적으로 결정을 에칭액에 담근 후, 그 표면을 관찰함으로써 조사할 수 있지만, 본 실시예에서는 공공 및 전위 클러스터에 관하여 무교반 Secco 에칭을 함으로써, OSF에 관해서는 780℃로 3시간 및 여기에 이어서 1000℃로 16시간 산화성 열처리를 한 후 가볍게 에칭함으로써 결함의 분포를 조사했다. 반경 방향의 각 위치에서의 인상 축방향의 결정내 온도 경사는 현재 확립되어 있는 성장 장치내의 종합 전열 해석에 의하여 구했다.

표 A1는 각 성장 조건마다의 무결함 결정이 얻어진 성장 속도의 범위를 나타낸다. 여기에서, 성장 속도의 범위가 나타내지 않은 조건은 결정면내의 일부밖에 무결함부가 발생하지 않던 조건이다.

이러한 표 A1에 의하여 실리콘 융점으로부터 1350℃까지의 온도 범위에 있어서의 인상 축방향의 결정내 온도 경사의 평균치(G)의 결정의 외측면과 결정 중심의 값의 비(G_외부/G_중심)를 1.10 이하로 했을 경우에만 무결함 결정이 얻어지는 것을 알았다. 또한, G_외부/G_중심가 1.10이하인 조건에 있어서, 인상 속도를 V(mm/min)로 한 경우, V/G가 0.16mm²/℃ㆍmin∼0.18 mm²/℃ㆍmin의 범위로 된 인상 속도일 때 무결함 결정이 얻어지는 것을 알았다.

실시예 A2

표 A1으로 요구된 성장 조건에 있어서, 인상 속도를 일정하게 하여 결정을 성장시킨 경우, 성장 중의 결정내 온도 경사의 변화 때문에 알맞은 성장 조건에서 서서히 벗어나 버리는 경우가 있다. 그리고, 이를 그대로 방치한 경우, 도 1의 개념도로 나타낸 바와 같이 무결함 성장 안건으로부터 벗어난 것으로 만들어져 버리기 때문에, 조건을 적절히 변화시켜서 최적 조건으로 유도할 필요가 있다.

이러한 경우에 있어서 본 실시예 A2로서는, 최적 조건으로 유도하기 위하여 인상 속도를 변화시키는 것으로 하였다. 그리고 표 A2에 도시한 바와 같이, 인상 속도 V를 결정 길이의 변화에 따라 변화시킴으로써 무결함 결정을 얻을 수 있었다.

실시예 A3

본 실시예는 실시예 A2처럼 성장 중에 있어서의 결정내 온도 경사의 변화 때 문에 서서히 알맞은 성장 조건으로부터 벗어나 버리는 경우, 실리콘 융액과 열차폐체간의 거리에 변화를 줌으로써 무결함 결정을 얻을 수 있다는 것을 나타내기 위한 것이다. (표 A3)

표 A3에 도시한 바와 같이, 인상 속도가 일정한 조건하에 실리콘 융액과 열차폐체 사이의 거리를 결정 길이의 변화에 따라 변화시킴으로써, 무결함 결정을 얻을 수 있었다. 여기서, 본 실시예 A3에 따라 실리콘 융액과 열차폐체 사이의 거리를 변화시키는 경우, 인상 속도를 변화시킨 경우(실시예 A2)와 같은 효과가 얻어지는 것을 알 수 있다. 이로부터 무결함 결정을 얻는다고 하는 관점에서 보면, 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치에 있어서 실리콘 융액과 열차폐체 사이의 거리를 변화시키는 것은 인상 속도를 변화시키는 것과 같은 효과가 얻어진다는 것이 밝혀졌다.

완전 결정 실리콘 웨이퍼의 열처리

공공 우세 영역 및 격자간 실리콘 우세 영역이 면내에 혼재하는 완전 결정으로부터 잘라낸 실리콘 웨이퍼에 여러 가지의 열처리를 실시하여, 웨이퍼면 내의 산소 석출물 밀도 분포를 조사했다. 실험은 산소 농도가 11×10¹⁷atoms/cm³∼ 14 ×10¹⁷atoms/cm³('79 ASTM)의 직경 200 mm의 B(보론) 도핑 P형 결정을 이용하여, 질소 및 산소의 혼합 가스 분위기속에서 전열처리를 한 후, 산화성 분위기속에서 2 단계의 소자 시뮬레이션 열처리(780℃에서 3시간 + 1000℃에서 16시간)를 실시하여, 가벼운 에칭법으로 산소 석출물의 밀도를 조사했다. 결과를 도 7 및 표 B1에 나타낸다.

또한, 도 7에는 산소 농도가 14 ×10¹⁷ atoms/cm³인 공공 우세 영역 및 격자간 실리콘 우세 영역이 면내에 혼재하는 완전 결정으로부터 잘라낸 실리콘 웨이퍼에 시뮬레이션 열처리만을 행한 기준 시료의 산소 석출물 밀도의 면내 분포를 나타낸다. 표 B1에는 각각의 전열 처리 조건, 산소 석출물 밀도의 웨이퍼면내 균일성의 유무 및 DZ 층의 유무를 나타낸다.

표 B1에 의하여 결정의 산소 농도가 13×10¹⁷ atoms/cm³이하인 경우, 초기 투입 열처리 온도를 적어도 약 500℃ 이하로 하여, 적어도 700℃로부터 900℃의 온도 범위까지 1℃/min 이하의 속도로 온도 상승시킴으로써, 그 후의 시뮬레이션 열처리 뒤의 산소 석출물 밀도의 면내 분포가 DZ층을 잃게 되는 일없이 균일화할 수있다는 것을 알았다. 또한, 이들 조건의 범위에 있어서 결정의 산소 농도, 초기 투입 온도, 온도 상승 속도, 도달 온도 및 도달 온도에서의 유지 시간을 적당히 조정함으로써 소자 공정에 적합한 산소 석출물을 도입할 수 있다.

실시예 B1

도 8에서 투입 온도를 450℃∼600℃까지 변화시키고, 750℃까지 0.5℃/min의 속도로 승온시켜, 750℃로 4시간동안 등온 처리를 행한 후, 시뮬레이션 열처리를 행했을 때의 산소 석출물 밀도의 면내 분포를 나타낸다. 도 8에 의하여 투입 온도가 500℃ 이하인 경우에 석출물 밀도가 균일화한다는 것을 알 수 있다.

실시예 B2

도 9에 500℃의 투입 온도로부터 750℃의 도달 온도까지의 온도 상승 속도를 0.5℃/min∼1.5℃/min로 하여, 도달 온도에서 4시간 등온 처리를 행한 뒤, 시뮬레이션 열처리를 행했을 때의 산소 석출물 밀도의 면내 분포를 나타낸다. 도 9에 의하여 온도 상승 속도를 1.0℃/min 이하로 한 경우에 석출물 밀도가 균일화한다는 것을 알 수 있다.

실시예 B3

도 10에 500℃의 투입 온도로부터 0.5℃/min의 속도로 온도 상승하여, 도달온도를 650∼800℃까지 변화시킨 뒤, 시뮬레이션 열처리를 행했을 때의 산소 석출물 밀도의 면내 분포를 나타낸다. 도 10에 의하여 도달 온도가 700℃ 이상인 경우에 석출물 밀도가 균일화한다는 것을 알 수 있다.

실시예 B4

도 11에 투입 온도를 500℃로 하여 700℃까지 1.0℃/min의 속도로 온도 상승하여, 700℃에서 1시간동안 등온 처리하는 조건에 있어서 결정중의 산소 농도를 변화시켰을 때의 산소 석출물 밀도의 면내 분포를 나타낸다. 도 11에 의하여, 산소 농도에 의존하지 않고, 산소 석출물 밀도의 면내 분포 균일성이 유지된다는 것을 알 수 있다. 그러나 산소 농도가 13×10¹⁷ atoms/cm³을 넘는 것에 관하여, 산소 석출물이 웨이퍼 표면까지 나타나 버려 DZ 층이 발견되지 않았다.

이상의 결과로부터 공공 우세 영역 및 격자간 실리콘 우세 영역이 면내에 혼재하는 실리콘 웨이퍼에 있어서, 결정중의 산소 농도를 13 ×10¹⁷ atoms/cm³이하의 영역에서 제어하여, 본 발명의 열처리를 실시함으로써 웨이퍼면내에 균일하게 임의 밀도의 산소 석출물을 도입할 수 있음을 알 수 있다.

실리콘 단결정 잉곳 제조 장치의 바람직한 실시예

도 12는 본 발명에 의한 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치의 바람직한 실시예를 나타낸 간략한 종단면도이다. 이하, 도 12를 참조하여 본 발명에 의한 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치의 일 실시예에 대하여 설명한다.

전체 구성

본 발명에 의한 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치는 통상의 CZ법 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치와 같이, 밀폐 용기인 공정실(21)내에 실리콘 융액(22)의 제조ㆍ저장을 위한 도가니(23) 및 이 도가니(23)를 가열하기 위한 히터(24)를 구비하고 있다. 그리고, 이밖에도 적당한 통상의 CZ법 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치와 같이, 히터(24)에 전력을 공급하는 전극, 도가니(23)를 지지하는 도가니받이, 도가니(23)를 회전시키는 받침대, 도가니를 상승시키는 도가니 상승 장치, 단열재, 융액 받이, 내통등이 구비되어 있지만, 도면을 간략화하기 위하여 도시하지 않는다. 또한, 이 장치에는 실리콘 융액(22) 및 히터(24)로부터 실리콘 잉곳(27)에의 열복사를 차단하기 위한 열차폐체(28)와 이 열차폐체(28)의 내측에 배치된 쿨러(19)를 구비하고 있다.

또한, 본 발명에 의한 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치는 특별히 도시하지는 않고 있지만, 이 종류의 CZ법 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치에 통상적으로 구비된 불활성 가스의 도입ㆍ배기 시스템을 구비하고 있다. 그리고 이러한 시스템에 있어서, 열차폐체(28)는 불활성 가스의 유통 경로를 조정하는 기능도 겸비하고 있다.

쿨러

본 발명에 따른 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치에 있어서 특징적인 것은 열차폐체(28)의 내측에 그 가운데로 냉각수가 통과하는 배관으로 구성된 쿨러(19)가 승강이 자유자재가 되도록 장착되고 있는 것이다. 본 실시예에서, 쿨러(19)는 인상 중의 단결정 잉곳을 둘러싼 원통부에 나선형의 냉각수 배관(20)을 내장하여, 공정 실(21)의 외측에 설치된 쿨러 승강 장치(도시하지 않음)로, 잉곳의 축방향에 따라 승강시킬 수 있다. (특원평 9-275097호 참조) 이러한 승강 장치를 실현하기 위한 기계적 수단은 예를 들면 볼나사와 막대이나, 여기에 한정되지 않는다.

배관으로 구성된 쿨러(19) 중에 냉각수가 통과하지만, 냉각수는 공급관(도시하지 않음)을 통하여 공급된다. 이 공급관을 포함하는 급배관을 공정실(21)내로 관입하는 곳에는 주름 상자 부재(29)가 장착되어 있고, 이것에 의하여 기밀과 가요성(可撓性)이 유지되도록 되어 있다. 몸통부의 형성중에 결정 결함 형성에 깊이 관여하는 소정 개소의 온도 경사를 적절하게 조정하기 위하여, 쿨러(19)를 동일한 장소에 고정시켜 둔다.

꼬리부의 형성

다음으로 도 13을 참조하면서 본 발명에 의한 단결정 잉곳 제조 장치를 이용한 꼬리부의 형성 공정에 대하여 설명한다. 도면의 간략화를 위하여 본 발명의 설명에 직접 관계가 없는 부재에 관한 도시는 생략한다.

전술한 바와 같이, 쿨러(19)는 몸통부 형성중에는 단결정 인상 잉곳의 소정의 위치에 원하는 온도 경사를 주는 것 같은 위치(도면 중의 A)에 고정되어 있다. 그리고, 꼬리부의 형성 공정을 이행하는 경우, 쿨러(19)를 B의 위치까지 인상한다. 이로써 쿨러(19)와 융액 표면과의 거리가 넓어자므로 그 결과, 인상된 잉곳의 직경이 서서히 좁아진다.

여기서, 쿨러(19)를 위치 B까지 인상하는 경우는 한 번에 인상하는 것은 아니고, 서서히 인상하도록 하는 것이 바람직하다. 이는 융액 표면으로부터 쿨러 (19)까지의 거리를 급격히 넓히는 경우, 몸통부의 열이력이 변하여 산소의 이상 석출부가 2곳으로 되는 등의 문제가 생기기 때문이다.

또한, 이러한 공정은 작업자가 직시하면서 장치를 조작함으로써 실행 가능하지만, 통상적으로 자동 제어 방법으로 행한다.

꼬리부 형성의 동작 흐름

도 14는 본 발명에 적용 가능한 피드백 자동 제어의 공정을, 흐름도로 나타낸 것이다. 이하, 도 14를 참조하여 제어의 흐름에 대하여 설명한다.

먼저, 꼬리부 형성을 시작(S41)하는 경우, 쿨러 승강 기구를 작동시켜 소정 양만큼 쿨러(19)를 상승시킨다.(S42) 다음으로 잉곳의 결정 직경이 원하는 크기인 지의 여부를 비교한다.(S43) 비교 결과, 원하는 결정 직경이 얻어지고 있는 경우에는 그대로 그 위치에 쿨러(19)를 유지한다.(S44) 그러나, 만약 원하는 결정 직경이 얻어지고 있지 않은 경우에는, 실제로 검출된 결정 직경이 원하는 결정 직경보다도 큰지 작은지 여부를 판단한다.(S45) 그 결과, 실제 결정 직경이 원하는 값보다도 큰 경우에는 공정(S42)로 되돌아가 다시 쿨러(19)를 상승시킨 후 같은 공정을 반복한다.

한편, 실제로 검출된 결정 직경이 원하는 값보다도 작은 경우에는 필요한 양만 쿨러(19)로 하강시킨다.(S46) 그 후, 제어 공정은 S43로 돌아가 실제의 결정 직경과 원하는 결정 직경을 비교한다.

이러한 제어 공정을 반복함으로써, 소정의 조건에 맞은 결정 잉곳의 꼬리부를 형성할 수 있게 된다. 이러한 실시예에서 쿨러(19)를 승강 장치에 의하여서 승 강시키고 있지만, 융액 표면과 쿨러(19)의 거리를 넓히기 위한 다른 방법 즉, 도가니(23)를 승강시키더라도 좋고, 또한 쿨러(19)의 승강과 도가니의 승강을 조합시켜 행해도 좋다. 여기서, 도가니(23)는 도시하지 않은 도가니 승강 장치로써 승강시키기 때문에, 이 도가니 승강 장치를 조작함으로써 도가니(23)의 오르내림을 자유 자재로 행할 수 있다. 도시하지 않는 승강 장치의 조작은 작업자가 행해도 좋고, 앞서 기재한 바와 같이 피드백 자동 제어 방법으로서 행하여도 좋다. 이러한 것은 쿨러(19)의 승강과 도가니(23)의 승강을 조합시킨 경우에 있어서도 동일하다.

결과

여기서, 단결정 잉곳과 원료 융액의 고체ㆍ액체 계면으로부터의 쿨러(19)를 멀리하고, 1) 쿨러 승강 장치에 의하여 쿨러(19)를 상승시키고, 2) 도가니 승강 장치에 의하여 도가니(23)를 하강시키며, 3) 앞서의 1) 및 2) 전부를 행하는 방법에 의하여 행한 경우의 결과를 도 15 및 표 C1에 나타낸다.

도 15에 의하여 본 발명에 의한 방법을 실행한 경우에는 종래와 비교하여 전력 소비량을 현저히 감소시킬 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 표 C1에 의하여 본 발명에 따른 방법을 적용한 경우에는 꼬리부에 생겨 전위를 감소시킬 수 있기 때문에, 단결정화율이 향상되는 것을 알 수 있다. 동시에, 전력양의 감소에 따라 과열되는 것을 피할 수 있으므로 흑연 도가니에 부여하는 부하가 적어도 되기 때문에, 동일 개수의 단결정을 인상한 경우, 사용되는 흑연 도가니의 수가 적어도 되므로 경제적이라고 하는 것도 이해된다.

고온 영역의 강제 냉각

다음으로 단결정 잉곳의 인상 종료 후에 있어서 쿨러(19)를 이용한 고온 영역의 강제 냉각에 대하여 설명한다.

꼬리부의 형성이 끝나는 경우, 단결정 잉곳의 제조 공정은 완료된다. 여기서, 본 발명에서는 도 16에 나타낸 바와 같이, 꼬리부의 형성 종료후, 인상하고 있던 쿨러(19)를 다시 도가니(23)쪽으로 하강시키고(도 중의 C), 도가니(23)를 포함하는 고온 영역을 강제적으로 냉각한다. 이에 따라, 다음 제조 공정의 이행 시간을 단축할 수 있어 전체로서 제조 사이클의 단축이 달성된다.

고온 영역의 가열로내 부품내에서 가장 높은 열을 가지는 부품은 도가니(23)이기 때문에, 쿨러(19)를 도가니(23)에 가능한한 접근시켜, 도가니의 냉각을 촉진하는 것이 바람직하다. 여기서, 열차폐체(28)가 쿨러(19)의 하강을 방해하는 경우에는 열차폐체(28)를 같이 하강시키거나, 쿨러(19)가 지나는 통로를 만들도록 가열로의 외측방향으로 이동하는 것 같은 구조로서도 좋다.

본 발명에 의한 방법 또는 장치에 의하면, 종래와 비교하여 성장 결함을 포함하지 않는 실리콘 완전 단결정의 영역이 많은 실리콘 단결정 잉곳을 안정시켜 제조할 수 있다. 이 때문에, 성장 결함을 포함하지 않는 실리콘 완전 단결정 웨이퍼 를 확실하고 또한 대량으로 공급할 수 있고, 최종적으로 IC제품의 생산성을 현저히 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 공공 우세 영역 및 격자간 실리콘 우세 영역이 면내에 혼재하는 실리콘 웨이퍼에 있어서, 산소 농도를 13 ×10¹⁷ atoms/cm³이하로 제어하여, 초기 투입 열처리 온도를 적어도 약 500℃ 이하로 하고, 적어도 약 700℃에서 약 900℃까지 1℃/min 이하의 속도로 온도를 상승시킴으로써, 임의의 산소 석출물 밀도 수준으로 웨이퍼면내의 분포를 균일화하는 것을 실현할 수 있었다.

따라서, 본 발명에 의하면, 공공 우세 영역 및 격자간 실리콘 우세 영역이 면내에 혼재하는 실리콘 웨이퍼에 있어서, 산소 석출물 밀도의 웨이퍼면내 분포가 균일화한 실리콘 단결정 웨이퍼를 얻을 수 있기 때문에 소자 공정에 알맞는 고품질인 실리콘 웨이퍼를 제조할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 의한 단결정 잉곳 제조 장치, 그 제어 방법 및 단결정 잉곳의 제조 방법은 단결정 잉곳의 꼬리부 형성시에 있어서, 안정되게 단결정을 인상시키고 소비 전력을 감소시킬 수 있다. 또한, 꼬리부 형성시에 가하는 열량을 적게 할 수 있기 때문에, 도가니로 대표되는 가열로내 부품의 부하를 경감할 수 있고, 부품의 수명을 길게 할 수 있게 된다. 또한, 본 발명에 의한 단결정 잉곳 제조 장치 및 그 제어 방법은 단결정 잉곳 제조 후에 있어서의 고온 영역의 냉각 시간을 단축시키므로 단결정 잉곳 제조 사이클의 단축(효율화)을 가능하게 한다. 그리고 이러한 효과는 완전 결정의 제조 효율의 향상이라는 관점에서 보면, 매우 바람직한 효과이다.

Claims

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CZ법으로 제작된 완전 결정에 관계된 실리콘 단결정 웨이퍼에 대한 열처리 방법으로서,

열처리의 대상이 되는 실리콘 단결정 웨이퍼의 초기 투입 열처리 온도를 350℃ 이상 500℃ 이하로 하고, 상기 초기 투입 열처리 온도로부터 '700℃ ∼ 900℃'사이로 설정한 도달 온도까지의 온도 범위에서의 온도 상승 속도를 0.5℃/min 이상 1℃/min 이하의 범위로 설정하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 웨이퍼의 열처리 방법.
CZ법으로 제작된 완전 결정에 관계된 실리콘 단결정 웨이퍼에 대한 열처리 방법에 있어서,

열처리의 대상이 되는 실리콘 단결정 웨이퍼의 초기 투입 열처리 온도를 350℃ 이상 500℃ 이하로 하고, 또한 상기 초기 투입 열처리 온도로부터 '700℃ ∼ 900℃'사이로 설정한 도달 온도까지의 온도 범위에서의 온도 상승 속도를 0.5℃/min 이상 1℃/min 이하로 설정함으로써, 열처리 후의 실리콘 단결정 웨이퍼의 산소 석출물 밀도 분포를 균일하게 하는 실리콘 단결정 웨이퍼에 대한 열처리 방법.
CZ법으로 제작된 완전 결정에 관계된 실리콘 단결정 웨이퍼에 대한 열처리 방법에 있어서,

열처리의 대상이 되는 실리콘 단결정 웨이퍼의 초기 투입 열처리 온도를 조정하고, 상기 초기 투입 열처리 온도로부터 '700℃ ∼ 900℃'사이로 설정한 도달 온도까지의 온도 범위에 있어서의 온도 상승 속도를 조정함으로써, 열처리 후의 실리콘 단결정 웨이퍼의 산소 석출물 밀도 분포를 조정하는 실리콘 단결정 웨이퍼에 대한 열처리 방법.
제9항에 있어서,

완전 결정의 산소 농도가 11×10¹⁷ atoms/cm³ 이상 및 13 ×10¹⁷ atoms/cm³이하인 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 웨이퍼의 열처리 방법.
제12항에 기재된 방법으로 제작된 실리콘 단결정 웨이퍼.
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