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KR100793950B1 - 실리콘 단결정 잉곳 및 그 성장방법 - Google Patents

실리콘 단결정 잉곳 및 그 성장방법 Download PDF

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KR100793950B1
KR100793950B1 KR1020050068482A KR20050068482A KR100793950B1 KR 100793950 B1 KR100793950 B1 KR 100793950B1 KR 1020050068482 A KR1020050068482 A KR 1020050068482A KR 20050068482 A KR20050068482 A KR 20050068482A KR 100793950 B1 KR100793950 B1 KR 100793950B1
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silicon single
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조현정
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주식회사 실트론
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Abstract

실리콘 단결정 잉곳 및 그 성장방법이 개시된다. 개시된 실리콘 단결정 잉곳 성장방법은, 쵸크랄스키(CZ) 법에 의하여 실리콘 융액으로부터 단결정을 인상(引上)하는 실리콘 단결정 성장장치 외부측에 배치된 코일에 의하여 인가되는 자기장을 이용하는 실리콘 단결정을 제조하는 방법에 있어서, 상기 코일에 의하여 인가되는 자기장의 비율 및 세기를 조절하여 ZGP(Zero Gauss Plane)이 상기 실리콘 융액 표면 상부에 위치되도록 한 것을 그 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 중소구경뿐만 아니라 200mm이상의 대구경 단결정을 제조하는 쵸크랄스키 법에서 비대칭 자기장 제어를 통해 다양하게 요구되는 산소농도 수준을 추가적인 핫존(H/Z) 및 파라미터 교체 등과 같은 손실 없이 결정 길이 방향으로 균일한 분포의 산소농도를 제어할 수 있는 이점이 있다.
ZGP(Zero Gauss Plane), 단결정, 웨이퍼

Description

실리콘 단결정 잉곳 및 그 성장방법{SILICON SINGLE CRYSTAL INGOT AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
도 1은 본 발명에 따른 실리콘 단결정 성장방법이 적용된 실리콘 단결정 성장장치의 구성을 개략적으로 나타내 보인 도면.
도 2는 본 발명에 따른 실리콘 단결정 성장방법에 의한 산소농도 균질도를 종래와 비교한 그래프.
도 3은 본 발명에 따른 실리콘 단결정 성장방법에 의한 산소농도 조절 프로파일을 나타내 보인 그래프.
도 4는 본 발명에 따른 실리콘 단결정 성장방법에 있어서 다양한 비대칭 자기장 비율에 의해 산소농도의 수준을 나타내 보인 그래프 및 자기장 비율에 따른 산소농도 수준의 정량적인 값을 나타내 보인 표.
도 5는 본 발명에 따른 실리콘 단결정 성장방법에 있어서 동일한 비대칭 자기장 비율을 유지한 상태에서 자기장 세기에 따라 산소농도의 수준을 나타내 보인 표 및 그래프 및 자기장 세기에 따른 산소농도 수준의 정량적인 값을 나타내 보인 표.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10. 잉곳
11. 도가니
12. 실리콘 융액(SM)
13. 지지대
14. 히터
15. 보온재
16. 하부코일
17. 상부코일
18. 열실드
19. 회전축
본 발명은 실리콘 단결정 성장방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실리콘 단결정 성장장치(grower) 내부의 히터(heater) 및 보온 구조물을 포함한 여러 부품들로 이루어진 핫존(Hot Zone, H/Z))의 변경이나 파라미터(parameter) 변경 없이 자기장 비율(Ratio) 및 세기(intensity) 제어만을 통해 산소농도 제어가 가능한 실리콘 단결정 성장방법에 관한 것이다.
현재 쵸크랄스키(CZ) 법에 의한 단결정 성장방법에 있어 용융된 실리콘 융액을 담기 위해 실리카 도가니가 필수적으로 사용되어 왔다. 이러한 실리카 도가니는 실리콘 융액과의 반응을 동반하여 융액 내에 용해됨으로써 SiOx의 형태로 전이되고 결국에는 단결정 내로 혼입되어 한편으로는 웨이퍼(Wafer)의 강도 증진, 미소 내부 결함(BMD; Bulk Micro Defect)을 형성함으로써 반도체 공정 중에 금속 불순물(Metallic Impurity)에 대하여 게터링 사이트(Gettering site)로 작용하는가 하면, 다른 한편으로는 각종 결함(defect) 및 편석(segregation)을 유발함으로써 결국에는 반도체 장치의 수율에 악영향을 미친다.
이러한 결정내 산소농도를 제어하기 위해 지금까지 결정 성장로 내의 핫존(H/Z) 부분을 상당 부분 디자인하는 시도가 있어왔다.
예컨대, 히터(heater)의 길이 조절이나, 상하부 단열에 의해 공급되는 파워(Power) 등을 조절함으로써 실리카 도가니의 용해 속도를 제어하려는 시도가 있었다.
그러나 이러한 방법은 고객의 다양한 산소 요구 수준에 따라 매번 핫존(H/Z)을 교체하는 시간 및 비용 등과 같은 문제가 발생한다.
상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 최근에는 커스프(Cusp) 및 초전도 수평 자장과 같은 자기장을 이용하여 실리콘 융액의 대류를 제어하거나 도가니 내측에 인가되는 자장 성분을 강하게 함으로써 도가니로부터 용해되는 산소농도를 줄이고자 하는 시도가 각광받고 있다.
예컨대, 커스프(Cusp) 자장의 경우 도가니 주위에 자석부재를 이용하여 ZGP(Zero Gauss Plane) 위치를 이동시키거나, ZGP를 일정하게 실리콘 융액 표면(surface)에 일치 또는 하부에 위치하도록 하는 방법이 있다. 그리고 초전도 수평자장을 통한 고자장을 이용함으로써 융액 대류의 안정화로 도가니 내측의 산소 용해를 억제하는 등과 같은 연구가 활발히 진행되고 있다.
그러나 이와 같은 방법도 추가적인 부재를 사용해야 하거나, 사용되는 초전도 자석이 고가일 뿐 아니라, 장비의 용량이 늘어나는 문제점이 있다. 또한 기존의 융액 대류의 제어를 위한 융액 하부에서 커스프(Cusp) 자장의 ZGP 운용은 상하부 대칭 형태이거나 융액 표면을 기준으로 깊이 방향으로만 한정되어 특히, 결정 후반부 산소농도를 제어하는데 있어 한계가 있을 뿐만 아니라, 요구되는 산소농도 수준 이상이 얻어져 결국에는 생산성 저하의 원인이 되었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 추가적인 핫존(H/Z)의 교체 없이 ZGP의 위치를 융액표면 상부에 위치시키고 비대칭 자기장 제어를 통해 특히, 결정 후반부의 산소농도를 균일하게 제어하고 구경 및 차지 크기(charge size)에 따른 단결정 길이에 상관없이 단결정 길이 방향으로 균일한 분포의 산소농도를 제어하여 생산성을 높이도록 한 실리콘 단결정 성장방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실리콘 단결정 성장방법은, 쵸크랄스키(CZ) 법에 의하여 실리콘 융액으로부터 단결정을 인상(引上)하는 실리콘 단결정 성장장치 외부측에 배치된 코일에 의하여 인가되는 자기장을 이용하는 실리콘 단결정을 제조하는 방법에 있어서, 상기 코일에 의하여 인가되는 자기장의 비율 및 세기를 조절하여 ZGP(Zero Gauss Plane)이 상기 실리콘 융액 표면 상부에 위치되도록 한 것을 그 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명에 따른 실리콘 단결정 성장방법이 적용된 결정 성장장치의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도가 도시되어 있다.
우선, 본 발명에 따른 실리콘 단결정 성장방법을 설명하기에 앞서, 본 발명에 따른 실리콘 단결정 성장방법이 적용된 실리콘 단결정 성장장치에 대하여 설명한다.
쵸크랄스키(CZ) 법에 따라 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키기 위해서 도 1에 도시된 바와 같은 실리콘 단결정 성장장치를 이용한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 실리콘 단결정 성장장치는, 챔버(미도시)를 포함하며, 이 챔버의 내부에서 실리콘 단결정 잉곳(ingot)(10)의 성장이 이루어진다.
그리고 상기 챔버 내에는 석영으로 이루어진 실리콘 융액(SM)(12)을 담는 도가니(11)가 설치되며, 이 도가니(11)의 외부에는 흑연으로 이루어져 도가니(11)를 지지하는 지지대(13)가 도가니(11)를 에워싸며 설치된다.
또한 상기 지지대(13)는 회전축(19) 상에 고정 설치되고, 이 회전축(19)은 구동수단(미도시)에 의해 회전되어 도가니(11)를 회전시키면서 상승시켜 고-액 계면이 동일한 높이를 유지하도록 한다. 그리고 상기 지지대(13)는 소정 간격을 두고 원통형의 히터(14)에 의해 에워싸여지며, 이 히터(14)는 보온재(15)에 의해 에워싸여진다.
또한 상기 히터(14)는 도가니(11) 내에 적재된 고순도의 다결정 실리콘 덩어 리를 용융하여 실리콘 융액(12)으로 만들며, 보온재(15)는 히터(14)에서 발산되는 열이 챔버의 벽 쪽으로 확산되는 것을 방지하여 열 효율을 향상시킨다.
그리고 상기 도가니(11)의 위로 챔버의 상부에는 케이블을 감아 인상(引上)하는 인상수단(미도시)이 설치되며, 이 케이블의 하부에 도가니(11) 내의 실리콘 융액(12)에 접촉되어 인상하면서 단결정 잉곳(10)을 성장시키는 종결정이 설치된다. 상기 인상수단은 단결정 잉곳(10) 성장시 케이블을 감아 인상하면서 회전 운동하며, 이 때 실리콘 단결정 잉곳(10)은 도가니(11)의 회전축(19)과 동일한 축을 중심으로 하여 도가니(11)의 회전방향과 반대방향으로 회전시키면서 끌어올리도록 한다.
또한 원활한 실리콘 단결정 잉곳(10)의 성장을 위해, 아르곤(Ar), 네온(Ne) 및 질소(N) 등의 불활성 가스를 챔버의 상부로 유입하고, 사용된 불활성 가스는 챔버의 하부를 통해 배출시키는 방법을 많이 이용하고 있다. 따라서 도 1의 참조부호 3은 원활한 실리콘 단결정 잉곳(10)의 성장을 위해, 불활성 가스인 아르곤(Ar) 가스를 성장장치의 상부로 유입하였다가 성장장치의 하부로 배출시키는 상태를 나타내 보인 선이다.
그리고 실리콘 단결정 잉곳(10)과 도가니(11) 사이에는 잉곳(10)을 에워싸도록 복사 단열체(insulator) 또는 열실드(18)가 설치되기도 한다. 이 열실드(18)는 웨이퍼가 면내에서 특성이 균질할 것이 요구되는 추세에 따라, 결정 반경방향으로의 수직 온도 기울기의 편차를 줄이기 위해 다양한 핫존(H/Z)을 설계하는 과정에서 개발된 것으로서, 잉곳(10)으로부터 방사되는 열을 차단하여 잉곳(10) 외주부에서 의 냉각속도를 조절하는 역할을 한다.
상기 열실드(18)는 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 탄소(C) 또는 SiC가 코팅된 흑연으로 이루어지고 다양한 형상으로 제작될 수 있다. 따라서 상기 열실드(18)의 형상은 도 1에 도시된 구조로 한정되지 않는다.
또한 쵸크랄스키(CZ) 법에 의해 실리콘 단결정 잉곳을 제조할 때, 이 잉곳(10)의 결정 성장 중에 도가니(11) 내에 담겨져 있는 실리콘 융액(12)에 자기장을 인가하고, 이 자기장의 위치를 변화시키기 위해 상기 챔버의 외부측으로 실리콘 융액(12)에 자기장을 인가하는 코일이 설치된다. 이때, 이 코일은 챔버의 외부측 하부에 하부코일(16)과, 그 상부에 상부코일(17)을 각각 배치한다.
한편, 도 1에서 참조부호 2는 자기장을 나타내 보인 것이다.
상술한 바와 같은 구성을 갖는 실리콘 단결정 성장장치를 적용하여 본 발명에 따른 실리콘 단결정 성장방법을 설명하면 다음과 같다.
도면을 다시 참조하면, 본 발명에 따른 실리콘 단결정 성장방법은, 중/소구경뿐 아니라 200mm이상의 대구경 단결정을 제조하는 쵸크랄스키(CZ) 법에서 비대칭 자기장 제어를 통해 다양하게 요구되는 산소농도 수준을 추가적인 H/Z 교체 등과 같은 손실 없이 결정 길이 방향으로 균일한 분포의 산소농도를 제어하는 기술이다.
즉, 추가적인 핫존(H/Z) 및 파라미터(parameter)의 변경 없이 자기장의 특별한 제어만으로 실리콘 웨이퍼의 면내 균일 특성 및 요구되는 다양한 산소농도 범위를 만족시켜 산소농도의 품질을 달성함과 동시에 이론 길이 확장을 통해 잉곳 성장 속도를 향상시켜 생산성 향상을 기대할 수 있다.
이를 구체적으로 설명하면, 상부 및 하부코일(17,16)에 각각 다른 수치의 전류(비대칭)를 흘림으로써 비대칭 자기장을 형성한다.
이때, 도 1에 도시된 바와 같이, ZGP(Zero Gauss Plane)은 ZGP 센터(center) 위치 'H'를 기준으로 실리콘 융액(12) 표면보다 상부에 위치하게 되며, 상기한 'H'는 챔버 외주부에 설치된 상부 및 하부코일(17,16)의 비대칭 비율(Ratio) 및 세기(intensity)를 변경함으로써 조절이 가능하다.
이는 자장에 따라 도가니(11) 내벽에 인가되는 자장성분, 즉 도가니(11) 내벽에 걸리는 자장의 각도 및 세기 조절로 인하여 도가니(11)로부터의 용해되어 나오는 SiOx의 용해 속도를 조절해 줌으로써 결국에는 Si 결정의 길이방향으로 균질한 산소농도를 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 특별한 핫존(H/Z) 및 파라미터(parameter)의 변경 없이 간단히 요구되는 산소농도 수준을 달성 할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 실리콘 단결정 성장방법에서는, 전술한 도 1에 도시된 바와 같이, 챔버 외부에 설치된 자석은 상부와 하부코일(17,16)로 감겨진 상태로 챔버 주위를 감싸고 설치하여 상부 및 하부코일(17,16)에 의하여 인가되는 자장의 비율 및 세기를 조절하여 도 1과 같이, ZGP(Zero Gauss Plane) 라인(1)의 위치를 실리콘 융액(12) 표면(surface) 상부에 위치시키고 비대칭 자기장 제어를 통해 특히, 결정 후반부의 산소농도를 균일하게 제어함으로써 생산성이 높은 고품질 단결정 성장 방법을 제공하게 된다.
상기와 같은 방법을 제공하기 위해 본 발명에 따른 실리콘 단결정 성장방법에서는, 실리콘 단결정을 쵸크랄스키(CZ) 법에 의해 성장시킬 때 커스프 타입(Cusp type)의 자기장을 이용함에 있어 다양한 상, 하부의 자기장의 비율 및 세기를 동시에 변화되도록 산소농도를 제어하는 것에 의해 실리콘 단결정을 성장시킨다.
즉, 본 발명에 따른 실리콘 단결정 성장방법에서는, 커스프 타입의 자기장을 인가함에 있어 측정된 하부의 자기장의 세기를 G_lower라하고, 상부의 자기장의 세기를 G_upper라 하며, 상하부 자장의 비율을 조절함에 의해 아래의 수학식 1을 만족하도록 한다.
1.00 ≤ Exp(G_lower / G_upper) ≤ 135.00
한편, 시험에 의한 일 실시예로써 후술하는 도 4의 표 및 그래프에 도시된 바와 같은 데이터를 획득하였다. 이 시험에 의한 상기한 수학식 1은 아래와 변경 기재할 수 있다.
2.718 ≤ Exp(G_lower / G_upper) ≤ 134.29
상기한 수학식 1은 상하부 비율을 적용할 때의 범위를 나타내는 것으로써 그 수치가 커질 수록 비대칭성이 커짐을 나타낸다. 따라서 코일(16,17)의 위치를 물리적으로 이동시키지 않고 어떤 위치에 고정시킨다고 가정했을 때 비율을 달리 할 경우 도 1과 같이 ZGP 센터(center) 'H'는 비대칭성이 증가함에 따라 실리콘 융액(12) 상부쪽으로 올라감을 의미하며, 결과적으로 낮은 수준의 산소농도를 구현할 수 있다.
그리고 이때 상부 및 하부코일(17,16)에 의해 자기장 인가시 히터(14) 상부(heater top)를 기준으로 ZGP 및 실리콘 융액(12)의 표면 위치가 히터(14) 상부와 일치할 경우를 기준으로 상부를 (+), 하부를 (-)위치로 가정하여 ZGP의 위치와 실리콘 융액(12)의 표면과의 관계는 아래의 수학식 2를 만족한다.
0 ≤ ZGP_center - 실리콘 융액 표면 ≤ 500
상기한 수학식 2는 ZGP의 위치가 최소한 실리콘 융액(12)의 표면 보다 상부에 위치해야 함을 나타내는 식이다. 따라서 항상 (+)값을 갖게 된다. 본 실시예에 있어서, ZGP(Zero Gauss Plane)가 ZGP 센터(center) 위치 'H'를 기준으로 실리콘 융액(12) 표면보다 상부에 위치되었지만, 본 발명의 이에 제한되지 않을 수도 있다.
상기한 수학식 1, 2의 조건으로 인가된 자기장의 ZGP를 결정성장로 내부의 반경 방향에 대하여 측정한 결과 아래의 수학식 3과 같은 관계를 따른다.
Y = C₁ - C₂X - C₃X²
여기서, Y는 ZGP 위치이고, X는 상기 도가니 내부의 반경방향 위치이며, C₁, C₂, C₃은 자기장 비율 적용시 계수이다.
상기한 수식 3은 실험 데이터(data)를 근거로 통계적인 툴(tool)을 이용하여 회귀식을 도출한 결과 나타난 관계식으로써, 수학식 3에서 나타낸 바와 같이 2차식으로 표현되며, 포물선 형태(비대칭)로 나타남을 알 수 있다.
또한, 수학식 1 및 수학식 2를 적용하여 얻어진 수학식 3에서의 계수 C값은 물리적인 자석의 이동 또는 상하부 자기장 비율의 변경으로 아래의 수학식 4 및 5와 같은 범위에서 이뤄질 수 있다.
C₁≤ 500
상기한 수학식 4는 수학식 3의 절편값을 나타내는 것으로써 ZGP 센터의 위치'H'를 나타내며 수학식 2와 관계되어 최대 500mm 이하에 위치함을 나타낸다.
1 ≤ Exp(C₃/ C₂) ≤ 25
상기한 수학식 5는 수학식 3에 대한 계수 C₂ 및 C₃와의 관계를 나타내며, 이 또한 그 수치가 커질 수록 비대칭성이 증가할 수 있음을 나타내고 있다.
즉, 상기한 수학식 4 및 수학식 5를 토대로 수학식 3을 보면 C₁은 절편값으로써 ZGP 센터 'H'의 위치가 500이하의 범위에서 위치하고 결정성장로인 도가니(11) 내의 반경방향에 대한 ZGP 위치의 비율이 1 내지 25의 범위에 있을 경우 양호한 결과를 나타내었다.
결과적으로 상기한 모든 수학식의 의미하는 바는 자기장의 비대칭성이 상기한 수학식을 따르고 ZGP의 위치가 실리콘 융액(12) 표면의 상부에 위치하고 명시된 범위 안에서 운용될 때 산소농도를 원하는 수준으로 제어할 수 있게 된다.
그리고 도 2는 상기한 수학식 1 내지 5의 관계를 만족하는 조건으로 단결정 성장 결과로써 단결정 길이방향에 따른 산소농도의 수준을 보여주고 있다.
도 2의 그래프에 도시된 바와 같이, 개선 전 그래프(점선)는 종래의 방법으로 Si 잉곳 성장시 길이 방향 특히 바디(Body) 중, 후반부의 Oi(Interstitial Oxygen) 펌핑(pumping) 현상으로 인하여 잉곳 길이 방향에 대한 산소농도의 균질도가 떨어지고, 이로 인하여 생산성의 악화를 초래하는 데이터(data)로써 산소농도에 대한 개략적인 상/하한치(가는실선)대비 목표치(대략 10.50ppma(parts per million atoms))를 기준으로 볼 때 종래 방법에서는 Si 잉곳의 길이 방향에 대한 산소농도의 품질 균일도가 떨어진다.
이에 반해 본 발명의 적용 결과 개선 후에서는 바디 초반부터 후반부에 이르기까지, 잉곳의 전체 길이의 70% 이상에서 균일한 격자간 산소농도를 얻었음을 보여준다. 이는 자기장 비율 및 세기 조절로 개선전의 Oi 펌핑 현상이 본 발명의 의도대로 적용되었음을 알 수 있다.
그리고 도 3은 Test 1과 Test 2는 동일한 자기장 비율을 적용하되 자장의 세기만을 변경시킴으로써 추가적인 핫존(H/Z) 또는 파라미터(parameter)의 변경 없이 요구되는 산소농도를 구현할 수 있음을 보여주는 실험 데이터를 그래프로 나타내 보인 것이다. 이 그래프에서 Test 1은 Test 2에 대하여 동일 비율이며, 상대적인 자장의 세기는 Test 1이 약 자장이다.
이와 같이 본 발명을 적용함에 따라 도 2에서와 같이 단결정 길이방향에 따른 산소농도의 수준이 균일함을 알 수 있으며 특히, 후반부 Oi 펌핑 현상을 억제하는데 효과적임을 확인하였다.
그리고 도 4에 도시된 표와 그래프를 참조하면, 먼저 도 4의 표는 수학식 1에 따라 실제 실리콘 단결정 성장시 자장의 상하부 전류를 비대칭으로 적용할 경우 자기장의 비대칭 비율에 따른 산소농도의 정량치를 나타낸 것으로, 이에 대한 그래프가 함께 도 3에 도시하였다. 상기에서 설명한 바와 같이 비대칭 자기장의 비율이 증가함에 따라 자장성분이 석영(Quartz) 도가니(11) 내벽에 걸리는 성분이 달라짐에 따라 결과적으로 산소농도 수준이 낮아지는 것을 확인 할 수 있다.
또한 도 5의 표 및 그래프를 참조하면, 이 도 5는 동일한 비율의 비대칭 자 기장을 형성할 경우 자기장 세기에 따라 산소농도 수준의 조절이 가능한 예시로써, 동일한 비율의 경우 약자기장을 형성할 경우가 상대적으로 강자기장을 형성한 경우에 비하여 높은 수준의 산소농도가 구현됨을 확인 할 수 있었고 뿐 만 아니라 자기장의 비율이 다를지라도 자기장세기를 적절히 조절함에 따라 산소농도 수준의 조절이 가능함을 보여주고 있다.
이는 실제 현장에서 적용시 상기 수학식 1에서부터 5의 어떠한 수치와 관계없이 어느 한 조건이라도 만족할 경우 운용되는 자기장의 세기만으로도 산소농도 수준의 제어가 가능함을 확인한 것이다.
또한 본 발명에 따른 실리콘 단결정 성장방법은, 산소농도 10.5ppma 이하의 저산소농도뿐만 아니라 고객의 산소농도 요구수준에 따라 자장의 비율 및 세기를 조절함으로써 추가적인 핫존(H/Z) 변경 없이 조절이 가능하며, 도 5에 나타난 바와 같이 수학식 1 내지 5의 조절로 인하여 간단히 수준별 산소농도, 즉 잉곳 격자간 산소농도를 6 ppma 내지 14ppm 중 하나로 조절함이 가능하다.
따라서 본 발명에 따른 실리콘 단결정 성장방법을 적용함으로써 고객별로 다양한 요구 수준인 산소농도를 조절하기 위해 추가적인 핫존(H/Z) 변경에 따른 손실 없이 단결정 길이 방향으로 균일한 품질 분포를 갖는 단결정 성장이 가능하며, 특히 후반부 산소농도 펌핑 억제 효과로 인하여 프라임 길이(Prime Length) 극대화를 통한 생산성 향상을 기대할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 실리콘 단결정 성장방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.
중소구경뿐만 아니라 200mm이상의 대구경 단결정을 제조하는 쵸크랄스키 법에서 비대칭 자기장 제어를 통해 다양하게 요구되는 산소농도 수준을 추가적인 핫존(H/Z) 및 파라미터 교체 등과 같은 손실 없이 결정 길이 방향으로 균일한 분포의 산소농도를 제어할 수 있다.
그리고 단결정의 산소농도를 제어하는데 있어 ZGP의 위치를 실리콘 융액 표면 상부에 위치시키고, 비대칭 자기장 제어를 통해 특히, 결정 후반부의 산소농도를 균일하게 제어함으로써 생산성을 향상시킬 수 있고, 고품질의 단결정을 성장시킬 수 있다.
또한 ZGP의 위치를 융액 표면 상부에 위치시키고 비대칭 자기장 제어를 통해 구경 및 차지 크기(Charge size)에 따른 단결정 길이에 상관없이 전체 단결정 길이 방향으로 균일한 분포의 산소농도를 제어할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 쵸크랄스키(CZ) 법에 의하여 실리콘 융액으로부터 단결정 시드를 인상(引上)하는 실리콘 단결정 성장장치 외부측 상부 및 하부에 배치된 코일에 의하여 인가되는 자기장을 이용하여 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 방법에 있어서,
    상기 코일에 의하여 인가되는 자기장은 커스프 타입의 비대칭 자기장이며,
    상기 비대칭 자기장의 비율 또는 상기 비대칭 자기장의 세기를 제어하여 단결정 길이 방향의 산소농도를 제어하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 성장방법.
  2. 삭제
  3. 쵸크랄스키(cz) 법에 의하여 실리콘 융액으로부터 단결정을 인상(引上)하는 실리콘 단결정 성장장치 외부측 상부 및 하부에 배치된 코일에 의해 발생되는 커스프 자기장을 이용하는 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 방법에 있어서,
    상기 커스프 자기장을 인가함에 있어 측정된 하부의 자기장의 세기를 G_lower라하고, 상부의 자기장의 세기를 G_upper라 하며, 상기 상, 하부의 자기장의 비율을 조절함에 있어 아래의 수학식 1의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 성장방법.
    [수학식 1]
    1.00 ≤ Exp(G_lower / G_upper) ≤ 135.00
  4. 쵸크랄스키(cz) 법에 의하여 실리콘 융액으로부터 단결정을 인상(引上)하는 실리콘 단결정 성장장치 외부측 상부 및 하부에 배치된 코일에 의해 발생되는 커스프 자기장을 이용하는 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 방법에 있어서,
    상기 상부 및 하부코일에 의해 자기장 인가시 상기 실리콘 단결정 성장장치의 히터 상부를 기준으로 ZGP(Zero Gauss Plane) 및 상기 실리콘 융액 표면의 위치가 상기 히터 상부와 일치할 경우, 상부를 (+), 하부를 (-) 위치로 가정하여 상기 ZGP의 위치와 상기 실리콘 융액의 표면과의 관계는 아래의 수학식 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 성장방법.
    [수학식 2]
    0 ≤ ZGP_center - 실리콘 융액 표면 ≤ 500
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 수학식 1 또는 상기 수학식 2의 조건으로 인가된 자기장의 ZGP를 상기 실리콘 단결정 성장장치 내부의 반경 방향에 대하여 아래의 수학식 3의 관계가 성립되는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 성장방법.
    [수학식 3]
    Y = C₁ - C₂X - C₃X²
    여기서, Y는 ZGP 위치,
    X는 상기 도가니 내부의 반경방향 위치,
    C₁, C₂, C₃은 자기장 비율 적용시 계수.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 수학식 3에서의 상기 계수 C₁값은 상기 코일의 이동 또는 상, 하부 자기장 비율의 변경으로 아래의 수학식 4의 범위에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 성장방법.
    [수학식 4]
    C₁≤ 500
  7. 제5항에 있어서,
    상기 수학식 3에서의 상기 계수 C₂, C₃값은 상기 코일의 이동 또는 상, 하부 자기장 비율의 변경으로 아래의 수학식 5의 범위에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 성장방법.
    [수학식 5]
    1 ≤ Exp(C₃/ C₂) ≤ 25
  8. 제1항에 있어서,
    상기 비대칭 자기장은 상기 실리콘 단결정 잉곳 성장장치 외측에 배치되는 상부 및 하부 코일부재에 의해 발생되는 상부자기장과 하부자기장을 포함하며, 상기 상부자기장과 하부자기장의 세기는 상기 상부 및 하부 코일부재중 적어도 하나에 인가되는 전류에 의해 조절되는 실리콘 단결정 잉곳 성장방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 상부자기장과 하부자기장의 비율의 변화에 의해 ZGP(Zero Gauss Plane)가 상기 실리콘 융액 표면 상부에 위치되게 하는 실리콘 단결정 잉곳 성장방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 상부자기장과 하부자기장의 세기가 서로 다르며, 상기 상부자기장보다 하부자기장의 세기가 큰 실리콘 단결정 잉곳 성장방법.
  11. 삭제
  12. 실리콘 단결정 잉곳 성장장치의 외측부에 배치된 상부 및 하부 코일부재에 의해서 상기 실리콘 단결정 잉곳 성장장치의 상하부에 커스프 자기장을 비대칭으로 인가한 상태에서 쵸코라스키법에 의해서 성장시킨 실리콘 단결정 잉곳에 있어서,
    상기 잉곳의 반경방향에 걸쳐 결정 성장 방향이 일정하고 상기 잉곳의 전체 길이의 70% 이상에서 격자간 산소농도가 균일한 실리콘 단결정 잉곳.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 커스프 자기장을 인가함에 있어 측정된 하부의 자기장의 세기를 G_lower라하고, 상부의 자기장의 세기를 G_upper라 할 때, 상기 상, 하부의 자기장의 비율이 1.00 ≤ Exp(G_lower / G_upper) ≤ 135.00인 관계를 만족할 때, 상기 격자간 산소농도가 6 ppma 내지 14ppm 중 하나로 조절되는 실리콘 단결정 잉곳.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 직경이 200mm 이상인 실리콘 단결정 잉곳.
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