KR100830047B1 - Semiconductor single crystal production method, apparatus and semiconductor single crystal ingot capable of controlling oxygen concentration by convection distribution control - Google Patents
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Abstract
본 발명은 대류 분포 제어에 의해 산소농도 제어가 가능한 반도체 단결정 제조 방법, 그 장치 및 반도체 단결정 잉곳을 개시한다. 본 발명에 따른 반도체 단결정 제조 방법은 쵸크랄스키법에 의한 단결정 성장시 비대칭 자기장을 이용하여 반도체 융액을 기준으로 ZGP(Zero Gauss Plane)의 상대적 위치를 변경하여 단결정 내로 유입되는 산소 농도를 제어한다. 대안으로, 본 발명은 수평 타입의 자기장을 이용하여 반도체 융액을 기준으로 GMP(Gauss Maximum Plane)의 상대적 위치를 변경하여 단결정 내로 유입되는 산소 농도를 제어한다.The present invention discloses a method for producing a semiconductor single crystal, an apparatus and a semiconductor single crystal ingot capable of controlling oxygen concentration by convection distribution control. The semiconductor single crystal manufacturing method according to the present invention controls the oxygen concentration flowing into the single crystal by changing the relative position of the ZGP (Zero Gauss Plane) based on the semiconductor melt by using an asymmetric magnetic field during the single crystal growth by the Czochralski method. Alternatively, the present invention uses a horizontal type magnetic field to control the oxygen concentration flowing into the single crystal by changing the relative position of the Gauss Maximum Plane (GMP) relative to the semiconductor melt.
본 발명에 따르면, 핫 존의 교체나 공정 파라미터의 변경과 같은 조치가 전혀 불필요하여 단결정 제품의 다양화가 가능하고, 하나의 단결정으로부터 여러 가지 산소 농도 조건을 갖는 웨이퍼를 생산할 수 있고, 산소농도 제어가 가능한 공정 조건에서도 보이드나 전위루프 기인의 결정 결함이 없는 고품질의 단결정 제조가 가능하므로 프라임 수율의 극대화가 가능하다.According to the present invention, it is possible to diversify the single crystal product because no measures such as changing the hot zones or changing the process parameters are possible, to produce wafers having various oxygen concentration conditions from one single crystal, and to control the oxygen concentration. Even in possible process conditions, it is possible to manufacture high quality single crystals without crystal defects due to voids or dislocation loops, thereby maximizing prime yield.
Description
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.The following drawings attached to this specification are illustrative of preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the invention to serve to further understand the technical spirit of the present invention, the present invention is a matter described in such drawings It should not be construed as limited to.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체 단결정 제조 장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a semiconductor single crystal manufacturing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 반도체 단결정 제조 장치의 구성도이다.2 is a block diagram of a semiconductor single crystal manufacturing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
도 3a는 수평 타입의 자기장을 인가하는 자기장 인가수단에 포함된 코일의 배치도이다.3A is a layout view of a coil included in a magnetic field applying unit for applying a magnetic field of a horizontal type.
도 3b는 수평 타입의 자기장을 인가하는 자기장 인가수단에 포함된 코일의 다른 배치도이다.3B is another layout view of the coil included in the magnetic field applying unit for applying the magnetic field of the horizontal type.
도 4는 쵸크랄스키법에 의해 8 인치 실리콘 단결정의 제조 시 커스프(Cusp) 타입의 비대칭 자기장을 인가하였을 경우 실리콘 융액의 대류 분포를 시뮬레이션하 여 나타낸 도면이다. 4 is a diagram showing a simulation of the convective distribution of the silicon melt when a Cusp type asymmetric magnetic field is applied when the 8-inch silicon single crystal is manufactured by the Czochralski method.
도 5는 쵸크랄스키법에 의해 12 인치 실리콘 단결정의 제조 시 수평 타입의 자기장을 인가하였을 경우 실리콘 융액의 대류 분포를 시뮬레이션하여 나타낸 도면이다.FIG. 5 is a view showing a simulation of convective distribution of a silicon melt when a horizontal magnetic field is applied in the production of a 12 inch silicon single crystal by the Czochralski method.
도 6은 본 발명에 따라 커스프 타입의 비대칭 자기장을 인가하여 8인치의 실리콘 단결정을 성장시킬 때 비대칭 자기장의 R 값이 2.3(실시예1) 및 1.36(실시예2)인 경우 ZGP의 위치와 함께 실리콘 융액의 대류 분포를 나타낸 도면이다.6 shows the position of the ZGP when R values of the asymmetric magnetic fields are 2.3 (Example 1) and 1.36 (Example 2) when growing a 8-inch silicon single crystal by applying a cusp-type asymmetric magnetic field according to the present invention. It is a figure which shows the convection distribution of a silicon melt together.
도 7은 실시예1 및 실시예2에 따라 각각 제조된 실리콘 단결정 잉곳의 길이 방향에 따라 산소농도 프로파일을 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing an oxygen concentration profile along the length direction of the silicon single crystal ingot prepared according to Example 1 and Example 2, respectively.
도 8은 본 발명에 따라 수평 타입의 자기장을 인가하여 12인치의 실리콘 단결정을 성장시킬 때 실리콘 융액의 표면으로부터 GMP가 210mm(실시예3), 135mm(실시예4) 및 35mm(실시예5) 하방에 위치하고 있는 경우를 각각 나타낸 도면이다. 8 shows GMP of 210 mm (Example 3), 135 mm (Example 4) and 35 mm (Example 5) from the surface of the silicon melt when growing a 12 inch silicon single crystal by applying a horizontal type magnetic field according to the present invention. It is a figure which shows the case where it is located below, respectively.
도 9는 실시예3 내지 5에 따라 각각 제조된 실리콘 단결정 잉곳의 길이 방향에 따라 산소농도 프로파일을 나타낸 그래프이다.9 is a graph showing an oxygen concentration profile along the length direction of each of the silicon single crystal ingots prepared according to Examples 3 to 5. FIG.
<도면의 주요 참조번호><Main reference number in drawing>
10: 석영 도가니 20: 도가니 지지대10: quartz crucible 20: crucible support
30: 도가니 회전수단 40: 가열수단30: crucible rotating means 40: heating means
50: 단열수단 M1, M2: 코일50: insulation means M1, M2: coil
Gupper: 상부 자기장 Glower: 하부 자기장G upper : Upper magnetic field G lower : Lower magnetic field
100: 보조 자석 C: 실리콘 단결정100: auxiliary magnet C: silicon single crystal
SM: 실리콘 융액 ZGP: Zero Gauss PlaneSM: Silicone Melt ZGP: Zero Gauss Plane
GMP: Gauss Maximum Plane A, B: 대류 셀GMP: Gauss Maximum Plane A, B: Convection Cells
E: 대류 셀 경계면 X: 단결정 회전축E: convection cell interface X: single crystal axis of rotation
본 발명은 쵸크랄스키(Czochralski)법에 의해 단결정을 제조하는 방법에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 무어의 법칙에 따른 디자인 룰의 축소에 따라 반경방향으로 균일한 Oi/ ORG와 같은 품질 요구 수준을 만족할 수 있도록 산소 농도 제어가 가능한 고품질의 단결정 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a single crystal by the Czochralski method, more specifically, to a level of quality requirements such as Oi / ORG uniform in the radial direction according to the reduction of the design rule according to Moore's Law. It relates to a high quality single crystal production method capable of controlling the oxygen concentration to be satisfied.
현재 쵸크랄스키법을 이용한 실리콘 단결정의 제조 시에는 히터에 의해 용융된 실리콘 융액을 담기 위해 석영 도가니가 필수적으로 사용되어 왔다. 그런데 석영 도가니는 실리콘 융액과의 반응을 동반하여 융액 내에 용해됨으로써 SiOx 형태로 전이되고 결국에는 고액 계면을 통해 단결정 내로 혼입된다. 단결정 내로 혼입된 SiOx는 웨이퍼의 강도 증진, 미소 내부 결함(BMD)을 형성함으로써 반도체 공정 중에 금속 불순물에 대한 게터링(gettering) 사이트로 작용하는가 하면, 다른 한편으로는 각종 결정 결함 및 편석을 유발함으로써 결국에는 반도체 소자의 수율에 악 영향을 미치는 요인이 된다. 따라서 쵸크랄스키법을 이용한 실리콘 단결정의 성장 시에는 고액 계면을 통해 결정 내로 유입되는 산소 농도를 적절하게 제어할 필요가 있다. At present, in the production of silicon single crystal using the Czochralski method, a quartz crucible has been essentially used to contain the melted silicon melt by a heater. However, the quartz crucible dissolves in the melt together with the reaction with the silicon melt to be transferred to SiOx form and eventually is incorporated into the single crystal through the solid-liquid interface. SiOx incorporated into a single crystal acts as a gettering site for metal impurities during semiconductor processing by enhancing wafer strength and forming micro internal defects (BMD), and on the other hand, by causing various crystal defects and segregation. Eventually, it becomes a factor that adversely affects the yield of semiconductor devices. Therefore, when growing silicon single crystal using Czochralski method, it is necessary to appropriately control the oxygen concentration flowing into the crystal through the solid-liquid interface.
종래에는 단결정 내의 산소 농도를 제어하기 위해 결정 성장 장치 내의 핫 존(H/Z)의 디자인을 변경하는 방법이 주로 이용되어 왔다. 예컨대, 히터의 길이, 파워 또는 히터와 석영 도가니의 상대적 위치를 조절하거나 단결정의 외주면 둘레에 설치되는 열실드의 구조를 변경하여 실리콘 융액으로 공급되는 복사열의 분포를 조절함으로써 석영 도가니의 용해 속도를 제어하는 방법이 사용되었다. 또 다른 예로, 단결정 회전 속도와 석영 도가니 회전속도의 비율을 조절하여 대류에 의한 SiOx의 이동경로를 제어하거나 단결정 외주면을 따라 실리콘 융액의 상부로 공급되는 아르곤 가스의 유량을 제어하여 실리콘 융액의 표면에서 증발된 SiOx 가스를 효과적으로 배출시키는 등 단결정 성장 공정의 파라미터를 제어하여 단결정 내의 산소 농도를 제어하는 방법이 사용되었다.Conventionally, the method of changing the design of the hot zone (H / Z) in the crystal growth apparatus has been mainly used to control the oxygen concentration in the single crystal. For example, the melting speed of the quartz crucible is controlled by adjusting the length of the heater, the power or the relative position of the heater and the quartz crucible, or by changing the structure of the heat shield installed around the outer circumferential surface of the single crystal to adjust the distribution of radiant heat supplied to the silicon melt. The method was used. As another example, by controlling the ratio of the single crystal rotation speed and the quartz crucible rotation speed to control the movement path of SiOx by convection or the flow rate of argon gas supplied to the upper part of the silicon melt along the outer circumferential surface of the silicon crystal on the surface of the silicon melt A method of controlling the oxygen concentration in the single crystal by controlling the parameters of the single crystal growth process such as effectively discharging the evaporated SiOx gas has been used.
그런데 핫 존의 디자인 변경에 의해 단결정의 산소 농도를 제어하는 방법은 고객이 요구하는 웨이퍼의 다양한 산소농도 품질 수준에 따라 각각 개별적으로 핫 존을 디자인해야 하는 번거로움이 있을 뿐만 아니라, 핫 존 교체에 따라 많은 시간이 소요되고 핫 존의 교체로 인한 단결정 성장 장치의 시험 운전 비용이 상승한다는 문제가 있고, 그럼에도 불구하고 제품화가 가능한 단결정의 프라임 길이가 짧아 단결정 잉곳 당 생산할 수 있는 웨이퍼의 수가 많지 않다는 단점이 있다. 아울러 공정 파라미터를 제어하여 단결정의 산소농도를 제어하는 방법은 단결정의 산소농도 제어에는 어느 정도 효과가 있으나, 보이드(void) 또는 전위루프(dislocation) 기인의 그론 인(grown-in) 결정 결함이 없는 고품질의 단결정을 제조하기 위한 결 정 성장 환경에는 악영향을 미치는 한계가 있다.However, the method of controlling the oxygen concentration of the single crystal by changing the design of the hot zone is not only a hassle to design the hot zone individually according to the various oxygen concentration quality levels of the wafer required by the customer, but also to replace the hot zone. Therefore, there is a problem that it takes a lot of time and the test operation cost of the single crystal growth apparatus is increased due to the replacement of the hot zone, and nevertheless, since the prime length of the single crystal that can be commercialized is short, there are not many wafers that can be produced per single crystal ingot. There is this. In addition, the method of controlling the oxygen concentration of the single crystal by controlling the process parameters has some effect on the control of the oxygen concentration of the single crystal, but there is no growth defect in the grown-in crystal due to the void or dislocation loop. Crystal growth conditions for producing high quality single crystals have limitations that adversely affect them.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제를 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 쵸크랄스키법에 의한 단결정 성장 시 주요 품질 항목의 하나인 산소 농도의 제어에 있어서 단결정 제조 장치 내부의 히터 및 보온 구조물을 포함한 여러 부품들로 이루어진 핫 존의 구조를 변경하거나 공정 파라미터를 변경하지 않고 석영 도가니에 담긴 융액의 대류 형태를 제어함으로써 원하는 수준의 산소 농도 제어가 가능한 반도체 단결정 제조 방법 및 그 장치와 상기 방법에 의해 제조된 반도체 단결정 잉곳을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention was devised to solve the above-mentioned problems of the prior art, and includes a heater and an insulating structure inside a single crystal manufacturing apparatus in the control of oxygen concentration, which is one of the main quality items during single crystal growth by the Czochralski method. A method and apparatus for manufacturing a semiconductor single crystal capable of controlling a desired level of oxygen concentration by controlling the convection form of a melt contained in a quartz crucible without changing the structure of a hot zone made of components or changing process parameters. Its purpose is to provide a semiconductor single crystal ingot.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 반도체 단결정 제조 방법은, 석영 도가니에 수용된 반도체 융액에 종자결정을 담근 후 종자결정을 회전시키면서 상부로 서서히 인상시켜 고액 계면을 통해 반도체 단결정을 성장시키는 쵸크랄스키법을 이용한 반도체 단결정 제조 방법에 있어서, 자기장의 수직성분이 0인 ZGP(Zero Gauss Plane)를 기준으로 상부와 하부의 자기장 세기가 다른 커스프(Cusp) 타입의 비대칭 자기장을 도가니에 인가하되, ZGP와 융액의 상대적 위치를 조절하여 단결정 내로 유입되는 산소의 농도를 제어하는 것을 특징으로 한다.In the semiconductor single crystal manufacturing method according to an aspect of the present invention for achieving the above technical problem, the seed crystal is immersed in the semiconductor melt contained in the quartz crucible, and the seed crystal is slowly rotated upward while rotating the seed crystal to grow the semiconductor single crystal through the solid-liquid interface. In the method for manufacturing a semiconductor single crystal by using the Czochralski method, a crucible of an asymmetric magnetic field of Cusp type having different magnetic field strengths at the top and the bottom is based on ZGP (Zero Gauss Plane) where the vertical component of the magnetic field is 0. While applied, it is characterized by controlling the concentration of oxygen introduced into the single crystal by adjusting the relative position of the ZGP and the melt.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 반도체 단결정 제조 장치는, 반도체 융액이 담기는 석영 도가니; 상기 도가니의 외주면과 긴밀히 결합되어 고온 환경에서 도가니의 형상을 지지하는 도가니 지지대; 상기 도가니 지 지대의 측벽을 둘러싸도록 설치되어 도가니에 담긴 반도체 융액에 복사열을 제공하는 가열수단; 상기 가열수단, 도가니 지지대 및 석영 도가니가 수용되는 중공이 구비되고, 상기 중공의 내 측벽과 가열수단의 외주면이 마주 대하도록 상기 가열수단 둘레에 설치되어 가열수단으로부터 방출되는 복사열이 외부로 소실되는 것을 방지하는 단열 수단; 상기 석영 도가니의 둘레에 설치되어 자기장의 수직성분이 0인 ZGP를 기준으로 상부와 하부의 자기장 세기가 다른 커스프(Cusp) 타입의 비대칭 자기장을 석영 도가니에 인가하는 자기장 인가수단; 상기 석영 도가니에 담긴 반도체 융액의 표면에 종자결정을 접촉시킨 후 종자결정을 일정한 방향으로 회전시키면서 상부로 인상하는 단결정 잉곳 인상 수단; 및 상기 도가니 지지대를 일정한 방향으로 회전시키면서 고액 계면의 위치가 일정한 레벨로 유지되도록 도가니 지지대를 서서히 상승시키는 도가니 회전수단;을 포함하고, 상기 석영 도가니와 상기 자기장 인가수단의 상대적 위치, 비대칭 자기장의 비대칭 정도 또는 이들의 조합을 제어하여 반도체 융액을 기준으로 ZGP의 위치를 변경하여 단결정 내로 유입되는 산소 농도를 제어하는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, there is provided a semiconductor single crystal manufacturing apparatus comprising: a quartz crucible containing a semiconductor melt; A crucible support coupled to the outer circumferential surface of the crucible to support the shape of the crucible in a high temperature environment; Heating means installed to surround sidewalls of the crucible zone to provide radiant heat to the semiconductor melt contained in the crucible; It is provided that the heating means, the crucible holder and the quartz crucible is accommodated, and is installed around the heating means so that the inner side wall of the hollow and the outer circumferential surface of the heating means face each other and the radiant heat emitted from the heating means is lost to the outside. Thermal insulation means for preventing; Magnetic field applying means installed around the quartz crucible to apply a Cusp-type asymmetric magnetic field having different magnetic field strengths at the top and the bottom of the ZGP having a vertical component of zero to the quartz crucible; Single crystal ingot pulling means for pulling the seed crystals upward while contacting the seed crystals on the surface of the semiconductor melt contained in the quartz crucible; And crucible rotating means for gradually elevating the crucible support so that the position of the solid-liquid interface is maintained at a constant level while rotating the crucible support in a constant direction, and the relative position of the quartz crucible and the magnetic field applying means and asymmetry of the asymmetric magnetic field. By controlling the degree or a combination thereof, the position of ZGP based on the semiconductor melt is changed to control the oxygen concentration flowing into the single crystal.
본 발명에 따르면, 반도체 융액을 기준으로 상기 ZGP의 위치를 상승시키면 단결정 내로 유입되는 산소 농도가 감소하고, 반도체 융액을 기준으로 상기 ZGP의 위치를 하강시키면 단결정 내로 유입되는 산소 농도가 증가한다.According to the present invention, increasing the position of the ZGP based on the semiconductor melt reduces the oxygen concentration flowing into the single crystal, and decreasing the position of the ZGP based on the semiconductor melt increases the oxygen concentration flowing into the single crystal.
바람직하게, 상기 자기장 인가수단은 단열수단의 외주면으로부터 소정 거리 이격되어 설치된 상부 코일과 하부 코일을 포함한다. 이러한 경우, 상기 상부 코일과 하부 코일의 권선 수, 인가 전류의 크기, 코일의 면적 또는 이들의 조합을 조절 하여 비대칭 자기장을 형성한다.Preferably, the magnetic field applying means includes an upper coil and a lower coil spaced apart from the outer circumferential surface of the thermal insulation means by a predetermined distance. In this case, an asymmetric magnetic field is formed by adjusting the number of windings of the upper coil and the lower coil, the magnitude of the applied current, the area of the coil, or a combination thereof.
선택적으로, 상기 상부 코일과 하부 코일 사이에 적어도 하나 이상의 중간 코일이 더 개재될 수 있다. 이러한 경우, 상기 상부 코일, 상기 하부 코일 및 중간 코일이 집합된 코일 어셈블리에서 2개 이상의 코일을 조합한 후 각 코일의 권선수, 인가 전류의 크기, 코일의 면적 또는 이들의 조합을 조절하여 비대칭 자기장을 형성한다.Optionally, at least one intermediate coil may be further interposed between the upper coil and the lower coil. In this case, after combining two or more coils in the coil assembly in which the upper coil, the lower coil and the intermediate coil are assembled, an asymmetric magnetic field is adjusted by adjusting the number of turns of each coil, the magnitude of the applied current, the area of the coil, or a combination thereof. To form.
선택적으로, 상기 석영 도가니의 하부 또는 상부에 설치된 보조 자석을 더 포함할 수 있다. 보조 자석은 비대칭 자기장을 강화, 약화 또는 유발시킨다.Optionally, it may further include an auxiliary magnet installed below or above the quartz crucible. Auxiliary magnets intensify, weaken, or cause an asymmetric magnetic field.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 반도체 단결정 제조 방법은, 석영 도가니에 수용된 반도체 융액에 종자결정을 담근 후 종자결정을 회전시키면서 상부로 서서히 인상시켜 고액 계면을 통해 반도체 단결정을 성장시키는 쵸크랄스키법을 이용한 반도체 단결정 제조 방법에 있어서, 자기장 세기가 최대인 GMP(Gauss Maximum Plane) 근방의 자기장 방향이 수평인 수평 타입의 자기장을 도가니에 인가하되, GMP와 융액의 상대적 위치를 조절하여 단결정 내로 유입되는 산소의 농도를 제어하는 것을 특징으로 한다.In the semiconductor single crystal manufacturing method according to another aspect of the present invention for achieving the above technical problem, the seed crystal is immersed in the semiconductor melt contained in the quartz crucible and then gradually raised to the top while rotating the seed crystal to grow the semiconductor single crystal through a solid-liquid interface In the method of manufacturing a semiconductor single crystal by using the Czochralski method, a magnetic field of a horizontal type having a horizontal magnetic field direction near the maximum magnetic field strength (GMP) is applied to the crucible, and the relative position of the GMP and the melt is controlled. By controlling the concentration of oxygen introduced into the single crystal.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 반도체 단결정 제조 장치는, 반도체 융액이 담기는 석영 도가니; 상기 도가니의 외주면과 긴밀히 결합되어 고온 환경에서 도가니의 형상을 지지하는 도가니 지지대; 상기 도가니 지지대의 측벽을 둘러싸도록 설치되어 도가니에 담긴 반도체 융액에 복사열을 제공하는 가열수단; 상기 가열수단, 도가니 지지대 및 석영 도가니가 수용되는 중공이 구비되고, 상기 중공의 내 측벽과 가열수단의 외주면이 마주 대하도록 상기 가열수단 둘레에 설치되어 가열수단으로부터 방출되는 복사열이 외부로 소실되는 것을 방지하는 단열 수단; 상기 석영 도가니 둘레에 설치되어 자기장의 세기가 최대인 GMP 근방의 자기장 방향이 수평인 수평 타입의 자기장을 석영 도가니에 인가하는 자기장 인가수단; 상기 석영 도가니에 담긴 반도체 융액의 표면에 종자결정을 접촉시킨 후 종자결정을 일정한 방향으로 회전시키면서 상부로 인상하는 단결정 잉곳 인상 수단; 및 상기 도가니 지지대를 일정한 방향으로 회전시키면서 고액 계면의 위치가 일정한 레벨로 유지되도록 도가니 지지대를 서서히 상승시키는 도가니 회전수단;을 포함하고, 상기 석영 도가니와 상기 자기장 인가수단의 상대적 위치, 수평 타입 자기장의 세기, 방향 또는 분포, 또는 이들의 조합을 제어하여 반도체 융액을 기준으로 GMP의 위치를 변경하여 단결정 내로 유입되는 산소 농도를 제어하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor single crystal manufacturing apparatus comprising: a quartz crucible containing a semiconductor melt; A crucible support coupled to the outer circumferential surface of the crucible to support the shape of the crucible in a high temperature environment; Heating means installed to surround sidewalls of the crucible support to provide radiant heat to the semiconductor melt contained in the crucible; It is provided that the heating means, the crucible holder and the quartz crucible is accommodated, and is installed around the heating means so that the inner side wall of the hollow and the outer circumferential surface of the heating means face each other and the radiant heat emitted from the heating means is lost to the outside. Thermal insulation means for preventing; Magnetic field applying means installed around the quartz crucible to apply a horizontal type magnetic field having a horizontal magnetic field direction near the GMP with the maximum magnetic field strength to the quartz crucible; Single crystal ingot pulling means for pulling the seed crystals upward while contacting the seed crystals on the surface of the semiconductor melt contained in the quartz crucible; And crucible rotating means for gradually elevating the crucible support so that the position of the solid-liquid interface is maintained at a constant level while rotating the crucible support in a constant direction. The relative position of the quartz crucible and the magnetic field applying means, The intensity, direction or distribution, or a combination thereof is controlled to change the position of the GMP based on the semiconductor melt to control the oxygen concentration flowing into the single crystal.
본 발명에 따르면, 반도체 융액을 기준으로 GMP의 위치를 상승시키면 단결정 내로 유입되는 산소 농도가 증가하고, 반도체 융액을 기준으로 GMP의 위치를 하강시키면 단결정 내로 유입되는 산소 농도가 감소한다.According to the present invention, increasing the position of GMP based on the semiconductor melt increases the oxygen concentration flowing into the single crystal, and decreasing the position of the GMP based on the semiconductor melt decreases the oxygen concentration flowing into the single crystal.
바람직하게, 상기 자기장 인가수단은, 2n개(1보다 크거나 같은 정수)의 코일을 포함하여 n개의 코일 쌍에 의해 수평 타입의 자기장을 형성하고, 상기 n개의 각 코일 쌍은 석영 도가니를 사이에 두고 코일 면이 상호 대향하도록 배치된다.Preferably, the magnetic field applying means forms a horizontal type magnetic field by n coil pairs, including 2n coils (an integer greater than or equal to 1), and each of the n coil pairs has a quartz crucible therebetween. The coil faces are arranged to face each other.
바람직하게, 상기 2n개의 코일은 석영 도가니를 사이에 두고 정다각형의 형태로 배치된다.Preferably, the 2n coils are arranged in the form of regular polygons with a quartz crucible interposed therebetween.
대안적으로, 상기 자기장 인가수단은 석영 도가니의 둘레를 감싸는 말안장 타입의 코일로 이루어질 수도 있다.Alternatively, the magnetic field applying means may be made of a saddle type coil wrapped around the quartz crucible.
상기 기술적 과제는 본 발명에 따른 반도체 단결정 제조 방법에 의해 제조된 단결정 잉곳에 의해서도 달성된다. 본 발명에 따라 제조된 반도체 단결정 잉곳은 단결정 잉곳의 길이 방향을 따라 통제된 산소 농도 프로파일을 가지면서도 보이드 기인 또는 전위루프 기인의 결정 결함이 없는 고품질의 단결정 잉곳이다.The above technical problem is also achieved by a single crystal ingot manufactured by the semiconductor single crystal production method according to the present invention. The semiconductor single crystal ingot made in accordance with the present invention is a high quality single crystal ingot having a controlled oxygen concentration profile along the longitudinal direction of the single crystal ingot and without crystal defects due to voids or dislocation loops.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to the common or dictionary meanings, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various equivalents that may be substituted for them at the time of the present application It should be understood that there may be water and variations.
한편 이하에서 설명되는 본 발명의 실시예는 쵸크랄스키법을 이용한 실리콘 단결정의 성장을 예로 들어 설명하지만, 본 발명의 기술적 사상이 실리콘 단결정 성장에만 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 따라서 본 발명에 따른 기술적 사상은 Si, Ge 등의 모든 단원소의 단결정 성장과, GaAs, InP, LN(LiNbO3), LT(LiTaO3), YAG(yttrium aluminum garnet), LBO(LiB3O5) 및 CLBO(CsLiB6O10)를 포함하는 모든 화합물 반도체 단결정의 성장에 적용될 수 있음을 미리 밝혀둔다.On the other hand, the embodiment of the present invention described below describes the growth of silicon single crystal using the Czochralski method as an example, but the technical idea of the present invention should not be construed as being limited to silicon single crystal growth. Therefore, the technical idea according to the present invention is the single crystal growth of all the small elements such as Si, Ge, GaAs, InP, LN (LiNbO 3 ), LT (LiTaO 3 ), YAG (yttrium aluminum garnet), LBO (LiB 3 O 5 ) And CLBO (CsLiB 6 O 10 ), which can be applied to the growth of all compound semiconductor single crystals.
도 1은 본 발명에 따른 실리콘 단결정 제조 방법의 실시를 위해 사용되는 제1실시예에 따른 반도체 단결정 제조 장치의 개략적인 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram of a semiconductor single crystal manufacturing apparatus according to the first embodiment used for the practice of the silicon single crystal manufacturing method according to the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체 단결정 제조 장치는, 다결정 실리콘과 도판트가 고온으로 용융된 실리콘 융액(SM)이 수용되는 석영 도가니(10); 상기 석영 도가니(10)의 외주면을 감싸며, 고온 환경에서 석영 도가니(10)를 일정한 형태로 지지하는 도가니 지지대(20); 상기 도가니 지지대(20) 하단에 설치되어 지지대(20)와 함께 석영 도가니(10)를 회전시키면서 고액 계면의 높이를 일정하게 유지하기 위해 석영 도가니(10)를 서서히 상승시키는 도가니 회전수단(30); 상기 도가니 지지대(20)의 측벽으로부터 소정 거리 이격되어 석영 도가니(10)를 가열하는 가열수단(40); 상기 가열수단(40)의 외곽에 설치되어 가열수단(40)으로부터 발생되는 열이 외부로 유출되는 것을 방지하는 단열수단(50); 일정한 방향으로 회전하는 종자결정을 이용하여 상기 석영 도가니(10)에 수용된 실리콘 융액(SM)으로부터 단결정(C)을 인상하는 단결정 인상수단(60); 단결정 인상수단(60)에 의해 인상되는 단결정(C)의 외주면으로부터 소정 거리 이격되어 단결정(C)으로부터 방출되는 열을 반사하는 열실드 수단(70); 및 단결정(C)의 외주면을 따라 실리콘 융액(SM)의 상부 표면으로 불활성 가스(예컨대, Ar 가스)를 공급하는 불활성 가스 공급수단(미도시)을 포함한다. 이러한 구성 요소들은 본 발명이 속한 기술 분야에서 잘 알려진 쵸크랄스키법을 이용한 반도체 단결정 제조 장치의 통상적인 구성요소이므로, 각 구성 요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.Referring to FIG. 1, a semiconductor single crystal manufacturing apparatus according to a first embodiment of the present invention includes a quartz crucible 10 in which a silicon melt SM in which polycrystalline silicon and a dopant are melted at a high temperature is accommodated; A crucible support 20 surrounding the outer circumferential surface of the quartz crucible 10 and supporting the quartz crucible 10 in a predetermined form in a high temperature environment; A crucible rotating means (30) installed at the bottom of the crucible support (20) to gradually raise the quartz crucible (10) to rotate the quartz crucible (10) together with the support (20) to maintain a constant height of the solid-liquid interface; Heating means 40 for heating the quartz crucible 10 spaced a predetermined distance from the side wall of the crucible support 20; Heat insulation means (50) installed on the outside of the heating means (40) to prevent heat generated from the heating means (40) from flowing out; Single crystal pulling means (60) for pulling the single crystal (C) from the silicon melt (SM) accommodated in the quartz crucible (10) by using a seed crystal rotating in a constant direction; Heat shield means (70) for reflecting heat emitted from the single crystal (C) spaced a predetermined distance from the outer circumferential surface of the single crystal (C) pulled by the single crystal pulling means (60); And inert gas supply means (not shown) for supplying an inert gas (eg, Ar gas) to the upper surface of the silicon melt SM along the outer circumferential surface of the single crystal (C). Since these components are typical components of the semiconductor single crystal manufacturing apparatus using the Czochralski method well known in the art, detailed description of each component will be omitted.
상술한 구성요소에 더하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체 단결정 제조 장치는, 석영 도가니(10)에 자기장을 인가하는 자기장 인가수단(M1, M2: 이하, M으로 통칭함)을 더 포함한다. 바람직하게, 상기 자기장 인가수단(M)은 석영 도가니(10) 내에 수용된 고온의 실리콘 융액(SM)에 비대칭 자기장(Gupper, Glower: 이하, G라고 통칭함)을 인가한다.In addition to the above-described components, the semiconductor single crystal manufacturing apparatus according to the first embodiment of the present invention further includes magnetic field applying means (M1, M2: hereinafter referred to as M) for applying a magnetic field to the
바람직하게, 상기 비대칭 자기장(G)은 자기장의 수직성분이 0이 되는 ZGP(Zero Gauss Plane: 90)를 기준으로 상부의 자기장(Gupper) 세기보다 하부의 자기장(Glower) 세기가 더 큰 자기장이다. 즉 R = Glower/Gupper 가 1보다 큰 자기장이다. 이러한 비대칭 자기장 조건에서, 상기 ZGP(90)는 대략 상부 측으로 볼록한 포물선 형태를 갖는다. 그리고 ZGP를 중심으로 상부와 하부에 형성되는 자기장의 분포는 비대칭을 이룬다. Preferably, the asymmetric magnetic field G is a magnetic field having a higher G lower intensity than a G upper intensity based on ZGP (Zero Gauss Plane 90) where the vertical component of the magnetic field is zero. to be. That is, R = G lower / G upper is a magnetic field greater than one. Under these asymmetric magnetic field conditions, the
대안적으로, 상기 비대칭 자기장(G)은 하부의 자기장(Glower) 세기보다 상부의 자기장(Gupper) 세기가 더 큰 자기장일 수도 있다. 즉 비대칭 자기장(G)은 R = Glower/Gupper가 1보다 작은 자기장일 수 있다. 이러한 비대칭 자기장 조건에서는, 도면으로 도시하지 않았지만, 상기 ZGP(90)는 대략 하부 측으로 볼록한 포물선 형태를 갖는다. Alternatively, the asymmetric magnetic field G may be a magnetic field in which the upper magnetic field G upper intensity is greater than the lower magnetic field G lower intensity. That is, the asymmetric magnetic field G may be a magnetic field in which R = G lower / G upper is less than one. In this asymmetric magnetic field condition, although not shown in the figures, the
바람직하게, 상기 자기장 인가수단(M)은 커스프(Cusp) 타입의 비대칭 자기장(G)을 석영 도가니(10)에 인가한다. 이러한 경우, 상기 자기장 인가수단(M)은 단열수단(50)의 외주면과 소정 거리 이격되어 설치된 환형의 상부 코일(M1) 및 하부 코일(M2)을 포함한다. 바람직하게, 상기 상부 코일(M1) 및 하부 코일(M2)은 실질적으로 석영 도가니(10)와 동축적으로 설치된다. 상기 상부 코일(M1) 및 하부 코일(M2)은 일반적인 전자석 코일일 수도 있고 초전도 코일일 수도 있다. 하지만 본 발명이 코일의 종류에 의해 한정되는 것은 아니다. Preferably, the magnetic field applying means M applies a cusp type asymmetric magnetic field G to the
상기 비대칭 자기장(G)을 형성하기 위해, 상부 코일(M1) 및 하부 코일(M2)의 권선수, 각 코일에 인가되는 전류의 크기, 각 코일의 직경 또는 이들의 선택적 조합을 적절하게 조절할 수 있다. 일예로 상기 상부 코일(M1) 및 하부 코일(M2)의 권선수와 직경은 동일하게 하고, 상기 상부 코일(M1) 및 하부 코일(M2)에 서로 다른 크기의 전류를 인가한다. 즉, 상부 코일(M1)보다 하부 코일(M2)에 더 큰 전류를 인가하거나 그 반대로 전류를 인가한다. 대안적으로, 상기 상부 코일(M1) 및 하부 코일(M2)에 인가되는 전류의 크기와 코일의 직경은 같게 하고, 각 코일의 권선수를 조절하여 비대칭 자기장(G)을 형성할 수 있다. 또 다른 대안으로, 코일의 직경은 동일하게 유지한 상태에서 코일에 인가되는 전류와 코일의 권선수를 동시에 조절하여 비대칭 자기장(G)을 형성할 수도 있다. 또 다른 대안으로, 코일에 인가되는 전류와 권선수를 동일하게 하고 상부 코일(M1)과 하부 코일(M2)의 직경을 달리하여 비대칭 자기장(G)을 형성할 수도 있다. 또 다른 대안으로, 도가니 회전수단(30) 상부의 회전 마운트 (35) 둘레에 보조 자석(100)을 설치하여 비대칭 자기장을 형성할 수도 있다. 이러한 경우 상부 코일(M1) 및 하부 코일(M2)을 통해 생성되는 자기장의 크기가 동일하여도 보조 자석(100)에 의해 생성되는 자기장에 의해 비대칭 자기장(G)이 형성된다. 물론 상부 코일(M1) 및 하부 코일(M2)만으로도 비대칭 자기장(G)의 형성이 가능한 경우는 보조 자석(100)의 사용에 의해 비대칭 자기장(G)이 강화 또는 약화될 수 있다. 보조 자석(100)은 영구 자석이어도 무방하고 전자석이어도 무방하다. 보조 자석(100)이 장착되는 위치는 굳이 회전 마운트(35) 둘레에 한정되지 않는다. 따라서 석영 도가니(10)의 둘레, 도가니 지지대(20)의 둘레 등 여러 위치에 설치될 수 있다. 상술한 여러 가지 방식으로 비대칭 자기장(G)을 형성함에 있어서, 자기장 인가수단(M)의 위치를 조절하여 비대칭 자기장(G)의 분포를 상부 또는 하부로 이동시킬 수 있다. 비대칭 자기장(G)의 분포가 이동되면 ZGP(90)도 이동한다. 물론 단결정(C)이 성장되는 과정에서 고액 계면의 높이를 일정하게 유지하기 위해 석영 도가니(10)가 상부로 서서히 상승하므로 석영 도가니(10)의 이동에 의해서도 실리콘 융액(SM)에 인가되는 비대칭 자기장(G) 분포의 상대적 위치가 변경될 수도 있다.In order to form the asymmetric magnetic field G, the number of turns of the upper coil M1 and the lower coil M2, the magnitude of the current applied to each coil, the diameter of each coil, or an optional combination thereof may be appropriately adjusted. . For example, the number of windings and the diameter of the upper coil M1 and the lower coil M2 are equal to each other, and currents having different magnitudes are applied to the upper coil M1 and the lower coil M2. That is, a larger current is applied to the lower coil M2 than the upper coil M1 or vice versa. Alternatively, the size of the current applied to the upper coil M1 and the lower coil M2 and the diameter of the coil may be the same, and the number of turns of each coil may be adjusted to form an asymmetric magnetic field G. As another alternative, the asymmetric magnetic field G may be formed by simultaneously adjusting the current applied to the coil and the number of turns of the coil while keeping the diameter of the coil the same. As another alternative, the asymmetric magnetic field G may be formed by equalizing the current applied to the coil and the number of turns, and changing the diameters of the upper coil M1 and the lower coil M2. As another alternative, the
한편, 도면에는 도시하지 않았지만, 상부 코일(M1)과 하부 코일(M2) 사이에 적어도 하나 이상의 중간 코일을 더 설치하여 코일 어셈블리를 구성할 수 있다. 이러한 경우, 실리콘 단결정(C)이 성장되는 과정에서 코일 어셈블리로부터 2개의 코일을 선택하여 비대칭 자기장(G)을 형성할 수 있다. 예를 들어 세 개의 코일이 설치되었다면, 단결정(C) 성장 초반부에는 하부의 코일 2개를 선택하여 비대칭 자기장(G)을 형성하고, 단결정(C) 성장 후반부에는 상부의 코일 2개를 선택하여 비대칭 자기장(G)을 형성할 수 있다. 이 때 선택된 2개의 코일은 코일의 직경, 코일에 인가되는 전류의 크기, 코일의 권선수 또는 이들의 선택적 조합을 적절하게 조절함으로써 비대칭 자기장(G)을 형성할 수 있다. 비대칭 자기장(G)의 형성을 위해 보조 자석(100)이 활용될 수 있음은 자명하다. 이러한 내용에 대해서는 이미 상술하였다. 코일 어셈블리를 구성하면, 단결정(C)의 성장에 따라 도가니 지지대(20)가 상부로 상승하더라도 실리콘 융액(SM) 내에 비대칭 자기장(G)의 분포를 동일하게 유지할 수 있는 이점이 있다.Although not shown in the drawings, a coil assembly may be configured by further installing at least one intermediate coil between the upper coil M1 and the lower coil M2. In this case, in the process of growing the silicon single crystal C, two coils may be selected from the coil assembly to form an asymmetric magnetic field G. For example, if three coils are installed, asymmetric magnetic field (G) is formed by selecting two coils at the bottom of the single crystal (C) growth, and asymmetrical by selecting two coils at the top of the single crystal (C) growth. The magnetic field G can be formed. In this case, the two selected coils may form an asymmetric magnetic field G by appropriately adjusting the diameter of the coil, the magnitude of the current applied to the coil, the number of windings of the coil, or an optional combination thereof. Obviously, the
본 발명은 상술한 제1실시예에 따른 단결정 제조 장치를 이용하여 고액 계면을 통해 실리콘 단결정(C)을 성장하는 과정에서 비대칭 자기장(G)의 ZGP 위치를 조절하여 실리콘 단결정 내로 유입되는 산소 농도를 제어한다.The present invention adjusts the ZGP position of the asymmetric magnetic field (G) in the process of growing the silicon single crystal (C) through the solid-liquid interface using the single crystal manufacturing apparatus according to the first embodiment described above to determine the oxygen concentration flowing into the silicon single crystal. To control.
도 4는 도 1에 도시된 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체 단결정 제조 장치를 이용하여 8인치 실리콘 단결정을 성장시킬 때 커스프 타입의 비대칭 자기장을 석영 도가니에 인가할 경우 실리콘 융액 내에 형성되는 융액 대류 분포를 상용 프로그램을 이용하여 시뮬레이션한 결과를 나타낸다. FIG. 4 is formed in a silicon melt when a cusp-type asymmetric magnetic field is applied to a quartz crucible when growing an 8-inch silicon single crystal using the semiconductor single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 1. The melt convection distribution is simulated using a commercial program.
도면을 참조하면, 실리콘 융액(SM) 내에 형성되는 융액의 대류 분포는 점선에 의해 표시된 가상의 경계면(E)을 기준으로 단결정(C)의 회전에 의해 나타나는 대류 셀(A)과 석영 도가니(D)의 회전에 의해 나타나는 대류 셀(B)로 크게 구분된다. Referring to the drawings, the convection distribution of the melt formed in the silicon melt SM is the convection cell A and the quartz crucible D, which are represented by the rotation of the single crystal C with respect to the imaginary boundary E indicated by the dotted line. It is largely divided into convection cell (B) which is shown by the rotation.
그런데 비대칭 자기장의 R 값을 변화시켜 ZGP의 위치를 변경시키면 대류 셀(A, B)의 경계면이 방향성을 가지고 이동하게 되며, 경계면이 어디로 이동하느냐 에 따라서 단결정(C) 내로 혼입되는 산소의 농도가 달라진다. However, if the position of ZGP is changed by changing the R value of the asymmetric magnetic field, the boundary surfaces of the convective cells (A, B) move directionally, and the concentration of oxygen incorporated into the single crystal (C) depends on where the boundary surfaces move. Different.
예를 들어 하부 자기장의 세기가 상부 자기장의 세기보다 큰 조건에서 비대칭 자기장(G)의 R 값이 증가하면(이러한 경우, ZGP는 상승한다), 석영 도가니(D)의 회전에 의해 생성되는 대류 셀(B)이 단결정(C)의 회전에 의해 생성되는 대류 셀(A)보다 상대적으로 커지므로 대류 셀(A, B)의 경계면(E)이 단결정(C)의 회전축(X) 방향으로 이동된다. 또한, 하부 자기장의 세기가 커짐으로 인해 대류 셀(B)의 속도가 저하되고 이렇게 되면, SiOx의 함량이 많은 융액이 고액 계면 측으로 상승되는 펌핑(pumping) 효과가 억제되어 단결정(C) 내로 혼입되는 산소 농도를 감소시킬 수 있다. 반면 하부 자기장의 세기가 상부 자기장의 세기보다 큰 조건에서 비대칭 자기장의 R 값을 감소시키면 대류 셀(A, B)의 경계면이 석영 도가니(D)의 측벽 쪽으로 밀려나게 된다. 이렇게 되면, 대류 셀(B)의 속도는 상대적으로 커지게 되고 SiOx의 함량이 많은 융액이 고액 계면 측으로 상승되는 펌핑(pumping) 효과의 억제 효과가 감소되어 단결정(C) 내로 혼입되는 산소 농도가 증가하게 된다. 한편 대류 셀(A, B)의 경계면(E)이 이동하는 효과는 석영 도가니(D)를 기준으로 자기장 인가수단의 위치를 상/하부로 이동시키는 경우도 동일하게 발생한다. 예를 들어 자기장 인가수단의 위치를 상부로 이동시키면 대류 셀(A, B)의 경계면(E)이 단결정(C)의 회전축 방향으로 이동하고 자기장 인가수단의 위치를 하부로 이동시키면 대류 셀(A, B)의 경계면이 석영 도가니(D)의 측벽 측으로 이동한다. For example, if the R value of the asymmetric magnetic field G increases (in this case, ZGP rises) under the condition that the strength of the lower magnetic field is greater than that of the upper magnetic field, the convection cell produced by the rotation of the quartz crucible D Since (B) becomes relatively larger than the convection cell A produced by the rotation of the single crystal C, the boundary surface E of the convection cells A and B is moved in the direction of the rotation axis X of the single crystal C. . In addition, the velocity of the convective cell B decreases due to the increase in the strength of the lower magnetic field, thereby suppressing the pumping effect in which the melt containing a large amount of SiOx rises to the solid-liquid interface side, thereby being incorporated into the single crystal C. Oxygen concentration may be reduced. On the other hand, if the value of the lower magnetic field is greater than the strength of the upper magnetic field, decreasing the R value of the asymmetric magnetic field causes the interface of the convection cells A and B to be pushed toward the sidewall of the quartz crucible D. In this case, the speed of the convection cell B becomes relatively large, and the effect of suppressing the pumping effect in which the melt containing a large amount of SiOx rises to the solid-liquid interface side is reduced, thereby increasing the oxygen concentration incorporated into the single crystal (C). Done. On the other hand, the effect of moving the interface E of the convection cells A and B also occurs when the position of the magnetic field applying means is moved up / down based on the quartz crucible D. For example, if the position of the magnetic field applying means is moved upward, the boundary surface E of the convection cells A and B moves in the direction of the rotation axis of the single crystal C, and if the position of the magnetic field applying means is moved downward, the convection cell A , B) moves to the side wall of the quartz crucible D.
한편 대류 셀(A, B)의 경계면이 이동하는 원인은 비대칭 자기장의 ZGP가 이동하는 것과 밀접한 관련이 있으므로 커스프 자기장을 이용하여 비대칭 자기장을 석영 도가니에 인가함에 있어서 경계면을 이동시키는 방법은 상술한 바에 한정되지 않고, ZGP의 이동을 유발하는 방법이라면 어떠한 것이라도 채용 가능함은 물론이다.On the other hand, the cause of the movement of the boundary surfaces of the convection cells A and B is closely related to the movement of the ZGP of the asymmetric magnetic field. Therefore, the method of moving the boundary surface in applying the asymmetric magnetic field to the quartz crucible using the cusp magnetic field has been described above. The present invention is not limited to the bar, and any method may be employed as long as it causes the movement of the ZGP.
도 2는 본 발명에 따른 실리콘 단결정 제조 방법의 실시를 위해 사용되는 제2실시예에 따른 반도체 단결정 제조 장치의 개략적인 구성도이다.2 is a schematic configuration diagram of a semiconductor single crystal manufacturing apparatus according to a second embodiment used for carrying out the method for manufacturing a silicon single crystal according to the present invention.
도면을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 반도체 단결정 제조 장치는 자기장 인가수단(M)을 제외하고는 도 1에 도시된 반도체 단결정 제조 장치와 실질적으로 동일한 구성을 갖는다. 따라서 여기서는 자기장 인가 수단(M1, M2: 이하, M이라 통칭한다)에 대해서만 상세하게 설명하기로 한다.Referring to the drawings, the semiconductor single crystal manufacturing apparatus according to the second embodiment of the present invention has a configuration substantially the same as that of the semiconductor single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 1 except for the magnetic field applying means (M). Therefore, only the magnetic field applying means (M1, M2: hereinafter referred to as M) will be described in detail here.
상기 자기장 인가 수단(M)은 실리콘 융액(SM)이 담긴 석영 도가니(10)에 수평 타입의 자기장(horizontal magnetic field: G)을 인가한다. 수평 타입의 자기장(G)은 자기장의 세기가 가장 큰 GMP(Gauss Maximum Plane: 110) 근방의 자기장 방향이 거의 수평이고 상기 GMP를 기준으로 상부 자기장(Gupper)과 하부 자기장(Glower)이 가우시안(Gaussian) 분포를 갖는 자기장을 의미한다.The magnetic field applying means M applies a horizontal magnetic field G to the
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 자기장 인가수단(M)은 수평 타입의 자기장(G)을 석영 도가니(10)에 인가하기 위해 적어도 2개의 코일이 석영 도가니(10)를 사이에 두고 상호 대향하도록 배치된다. 설명의 편의상, 도면에서 좌측의 코일은 좌측 코일(M1), 우측의 코일은 우측 코일(M2)이라 명명한다. 이 때 좌측 코일(M1)과 우측 코일(M2)은 석영 도가니(10)의 측벽과 평행하게 배치된다. 좌측 코일(M1) 과 우측 코일(M2)에 의해 발생되는 수평 타입의 자기장(G)에서, 자기장의 세기가 가장 큰 평면인 GMP가 코일 면의 중심을 연결한 선의 근방에 위치하며, GMP를 기준으로 상부 자기장(Gupper)과 하부 자기장(Glower)은 GMP에서 멀어질수록 세기가 감소한다. According to an aspect of the present invention, the magnetic field applying means (M) so that at least two coils face each other with the
바람직하게, 상기 자기장 인가수단(M)은 도 3a에 도시된 바와 같이 좌측 코일(M1)과 우측 코일(M2)과 더불어 석영 도가니(10)를 사이에 두고 전방과 후방에 각각 배치된 전방 코일(M3)과 후방 코일(M4)을 더 포함한다. 더욱 바람직하게는, 상기 자기장 인가수단(M)은 석영 도가니(10)를 중심으로 정 n 각형(n은 2보다 큰 양의 정수)으로 배치된 2n개의 코일을 포함한다. Preferably, the magnetic field applying means (M) is a front coil (front and rear respectively disposed in front and rear, respectively, with a quartz crucible (10) between the left coil (M1) and the right coil (M2) as shown in FIG. M3) and the rear coil M4 is further included. More preferably, the magnetic field applying means M includes 2n coils arranged in a regular n-square (n is a positive integer greater than 2) around the
상기 자기장 인가수단(M)을 구성하는 각각의 코일은 초전도 코일로 구성하는 것이 바람직하다. 하지만 본 발명이 초전도 코일에만 한정되는 것은 아니다. 상술한 구성을 갖는 자기장 인가수단(M)에 의해 수평 타입의 자기장(G)을 석영 도가니(10)에 인가할 경우, 각 코일의 권선수와 인가되는 전류의 크기와 방향을 달리하여 자기장의 구체적인 분포(방향, 세기 등)를 여러 가지 형태로 변형할 수 있음은 자명하다.Each coil constituting the magnetic field applying means (M) is preferably composed of a superconducting coil. However, the present invention is not limited only to the superconducting coil. When the horizontal type magnetic field G is applied to the
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 자기장 인가수단(M)은 도 3b에 도시된 바와 같이 석영 도가니(10)의 주변을 둘러싸는 말안장 형태의 코일(M5)일 수도 있다. 이러한 경우에도 상기 말안장 코일(M5)은 초전도 코일로 구성하는 것이 바람직하다. 하지만 본 발명이 초전도 코일에만 한정되는 것은 아니다. According to another aspect of the present invention, the magnetic field applying means (M) may be a saddle-shaped coil (M5) surrounding the periphery of the
한편 말안장 코일(M5) 이외에도 수평 타입의 자기장(G)을 형성하기 위한 자기장 인가수단(M)은 여러 가지 변형이 가능하다. 따라서 본 발명의 기술적 사상은 자기장 인가수단(M)의 구체적인 구성에 있지 않고, 자기장 인가수단(M)이 석영 도가니(10)에 수평 타입의 자기장(G)을 인가한다는 기술적 사상 자체에 있다는 것을 이해하여야 할 것이다.On the other hand, in addition to the saddle coil M5, the magnetic field applying means M for forming the horizontal magnetic field G can be modified in various ways. Therefore, it is understood that the technical idea of the present invention is not in the specific configuration of the magnetic field applying means M, but in the technical idea itself that the magnetic field applying means M applies the horizontal type magnetic field G to the
상기 자기장 인가수단(M)에 의해 형성되는 GMP는 석영 도가니(10)를 기준으로 상대적 위치가 변경될 수 있다. GMP의 상대적 위치 조정은 자기장 인가수단(M)의 상하 이동에 의해 이루어질 수도 있고, 단결정(C) 성장에 의해 실리콘 융액(SM)이 소모됨에 따라 고액 계면의 높이를 일정하기 유지하기 위해 석영 도가니(10)를 위로 상승시키는 과정에서 이루어질 수도 있고, 이들 양자의 결합에 의해 이루어질 수도 있다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 기타 여러 가지 방법에 의해 GMP의 위치를 변경시킬 수도 있다. The GMP formed by the magnetic field applying means M may be changed relative to the
본 발명은 상술한 제2실시예에 따른 반도체 단결정 제조 장치를 이용하여 고액 계면을 통해 실리콘 단결정을 성장시키는 과정에서 수평 타입의 자기장을 이용하여 실리콘 단결정 내로 유입되는 산소 농도를 제어한다.The present invention controls the oxygen concentration flowing into the silicon single crystal using a horizontal type magnetic field in the process of growing the silicon single crystal through the solid-liquid interface using the semiconductor single crystal manufacturing apparatus according to the second embodiment described above.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 반도체 단결정 제조 장치를 이용하여 12인치 실리콘 단결정을 성장시킬 때 수평 타입의 자기장을 석영 도가니에 인가할 경우 실리콘 융액 내에 형성되는 융액 대류 분포를 컴퓨터 프로그램을 이용하여 시뮬레이션한 결과를 나타낸다. FIG. 5 illustrates a computer program for melt convection distribution formed in a silicon melt when a horizontal magnetic field is applied to a quartz crucible when a 12-inch silicon single crystal is grown using a semiconductor single crystal manufacturing apparatus according to a second embodiment of the present invention. The simulation results are shown.
도면을 참조하면, 실리콘 융액(SM)에 수평 타입의 자기장이 인가됨에 따라 커스프 타입의 비대칭 자기장의 인가 시와는 달리 점선으로 표시된 가상의 경계면(E)을 기준으로 단결정(C)의 회전에 의해 생성되는 대류 셀(A)과 석영 도가니(D)의 회전에 의해 생성되는 대류 셀(B)이 상하로 구분된다. 구체적으로는, 단결정(C)의 회전에 의한 대류 셀(A)이 실리콘 융액(SM)의 윗부분에 나타나고, 석영 도가니(D)의 회전에 의한 대류 셀(B)이 실리콘 융액(SM)의 아래 부분에 나타난다. 따라서 이러한 융액의 대류 분포에서 산소가 고액 계면을 통해 단결정(C)으로 혼입되기 위해서는 경계면(E)을 통해 SiOx를 다량 함유한 실리콘 융액(SM)이 하부의 대류 셀(B)로부터 상부의 대류 셀(A)로 이동해야 한다. Referring to the drawing, as the horizontal type magnetic field is applied to the silicon melt SM, unlike the application of the cusp type asymmetric magnetic field, the rotation of the single crystal C is based on the imaginary boundary E indicated by the dotted line. The convection cell A produced by the convection cell B produced | generated by rotation of the quartz crucible D is divided into upper and lower sides. Specifically, the convection cell A due to the rotation of the single crystal C appears on the upper portion of the silicon melt SM, and the convection cell B due to the rotation of the quartz crucible D is below the silicon melt SM. Appears in the part. Therefore, in this convection distribution of the melt, in order for oxygen to be incorporated into the single crystal (C) through the solid-liquid interface, the silicon melt (SM) containing a large amount of SiOx through the interface (E) has a convection cell from the upper convection cell (B). You must go to (A).
그런데 자기장 인가수단(M)과 실리콘 융액(SM)의 상대적 위치를 변화시켜 수평타입 자기장의 GMP 위치가 변경되면 대류 셀(A, B)의 경계면(E)이 방향성을 가지고 이동하게 되며, 경계면(E)이 어디로 이동하느냐에 따라서 단결정(C) 내로 혼입되는 산소의 농도가 달라진다. However, when the GMP position of the horizontal type magnetic field is changed by changing the relative positions of the magnetic field applying means M and the silicon melt SM, the boundary surfaces E of the convection cells A and B move in a directional manner. The concentration of oxygen incorporated into the single crystal (C) varies depending on where E) moves.
예를 들어, 수평 타입 자기장의 GMP가 상부로 이동하면 상부 대류 셀(A)과 하부 대류 셀(B)의 경계면(E)이 상방으로 이동한다. 이렇게 되면, SiOx를 다량 함유한 실리콘 융액(SM)이 대류를 통해 고액 계면으로 이동하는 거리가 짧아지게 되므로 단결정(C)으로 유입되는 산소의 농도가 증가하게 된다. 반대로, 수평 타입 자기장의 GMP가 하부로 이동하면 상부 대류 셀(A)과 하부 대류 셀(B)의 경계면(E)이 하방으로 이동한다. 이렇게 되면, 석영 도가니(D) 하부의 융액 대류 속도와 석영 도가니(D)의 용해 속도가 저감될 뿐 아니라 SiOx를 다량 함유한 실리콘 융액(SM)이 대류를 통해 고액 계면으로 이동하는 거리가 길어지게 되므로 단결정(C)으로 혼합 되는 산소의 농도가 감소하게 된다.For example, when the GMP of the horizontal type magnetic field moves upward, the interface E of the upper convection cell A and the lower convection cell B moves upward. In this case, since the distance that the silicon melt (SM) containing a large amount of SiOx moves to the solid-liquid interface through the convection is shortened, the concentration of oxygen flowing into the single crystal (C) increases. On the contrary, when the GMP of the horizontal type magnetic field moves downward, the interface E of the upper convection cell A and the lower convection cell B moves downward. This not only reduces the melt convection rate under the quartz crucible (D) and the dissolution rate of the quartz crucible (D), but also increases the distance that the silicon melt (SM) containing a large amount of SiOx moves to the solid-liquid interface through convection. Therefore, the concentration of oxygen mixed into the single crystal (C) is reduced.
<실험예>Experimental Example
본 발명자는 쵸크랄스키법에 의한 실리콘 단결정 성장 시 커스프 타입의 비대칭 자기장의 ZGP 및 수평 타입 자기장의 GMP와 실리콘 융액과의 상대적 위치 조절을 통해 단결정 내로 유입되는 산소의 농도 제어가 가능하다는 것을 실험을 통하여 확인하였다.The present inventors experimented that it is possible to control the concentration of oxygen introduced into the single crystal by controlling the relative position between ZGP of the cusp type asymmetric magnetic field and the GMP of the horizontal type magnetic field and the silicon melt when the silicon single crystal is grown by the Czochralski method. It was confirmed through.
먼저 직경이 24인치인 석영 도가니에 다결정 실리콘을 장입한 후 8인치 실리콘 단결정을 1200mm(잉곳 바디 기준)의 길이로 성장시켰다. 단결정의 회전속도는 13~20rpm, 바람직하게는 16~18rpm, 석영 도가니의 회전속도는 0.1~ 1rpm, 단결정의 인상속도는 0.6mm/min 이상, 아르곤의 유량은 30~100lpm, 공정 압력은 20 ~ 100torr으로 설정하였다. 단결정 성장 시 석영 도가니에는 커스프 타입의 비대칭 자기장을 인가하였으며, 실시예1의 경우는 비대칭 자기장의 R을 2.3으로, 실시예2의 경우는 비대칭 자기장의 R을 1.36으로 조절하였다. 이 때 비대칭 자기장의 ZGP의 위치는 도 6에 도시된 바와 같다. 도면을 참조하면, 실시예1의 경우가 R 값이 더 크기 때문에 ZGP가 더 상부에 위치하고 있음을 알 수 있다.First, polycrystalline silicon was charged into a 24 inch diameter quartz crucible, and then 8 inch silicon single crystal was grown to a length of 1200 mm (based on the ingot body). The rotation speed of the single crystal is 13-20 rpm, preferably 16-18 rpm, the rotation speed of the quartz crucible is 0.1-1 rpm, the pulling speed of the single crystal is 0.6mm / min or more, the flow rate of argon is 30-100lpm, and the process pressure is 20- 100torr was set. Cusp type asymmetric magnetic field was applied to the quartz crucible during single crystal growth. In Example 1, R of the asymmetric magnetic field was adjusted to 2.3, and in Example 2, R of the asymmetric magnetic field was adjusted to 1.36. At this time, the position of the ZGP of the asymmetric magnetic field is as shown in FIG. Referring to the figure, it can be seen that in the case of Embodiment 1, since the R value is larger, the ZGP is located higher.
도 7은 실시예1 및 실시예2에 따라 성장된 실리콘 단결정 잉곳에 대한 길이별 산소 농도를 측정하여 변화 양상을 보인 그래프이다. 도면을 참조하면, 비대칭 자기장의 R 값이 큰 실시예1의 경우가 단결정 잉곳의 바디 전체에 걸쳐 실시예2에 비해 산소 농도가 낮다는 것을 확인할 수 있다. 이는 비대칭 자기장의 R 값이 증가하여 ZGP가 상승하면, 대류 셀의 경계면이 단결정의 회전축 방향으로 이동함으로써 석영 도가니 하부로부터 SiOx를 다량 함유하고 있는 실리콘 융액이 고액 계면으로 유동하려는 펌핑 효과가 억제되기 때문이다. 이러한 실험 결과로부터 커스트 타입의 비대칭 자기장 인가 시 ZGP와 실리콘 융액의 상대적 위치를 조절하면 단결정 내로 혼입되는 산소 농도를 원하는 방향으로 제어함으로써 단결정의 길이 방향을 따라 통제된 산소농도 프로파일을 갖도록 할 수 있다는 것을 알 수 있다.FIG. 7 is a graph showing a change pattern by measuring the oxygen concentration of each length of the silicon single crystal ingot grown according to Examples 1 and 2. FIG. Referring to the drawings, it can be seen that in the case of Example 1 having a large R value of the asymmetric magnetic field, the oxygen concentration is lower than that of Example 2 over the entire body of the single crystal ingot. This is because when the R value of the asymmetric magnetic field increases and the ZGP rises, the pumping effect of the silicon melt containing a large amount of SiOx flowing from the lower part of the quartz crucible to the solid-liquid interface is suppressed by moving the boundary surface of the convective cell in the direction of the axis of rotation of the single crystal. to be. From these results, it can be seen that controlling the relative position of ZGP and silicon melt when applying a cust-type asymmetric magnetic field can control the oxygen concentration incorporated into the single crystal in the desired direction to have a controlled oxygen concentration profile along the longitudinal direction of the single crystal. Able to know.
다음으로, 직경이 32인치인 석영 도가니에 다결정 실리콘을 장입한 후 12인치 실리콘 단결정을 1900mm(잉곳 바디 기준)의 길이로 성장시켰다. 단결정의 회전속도는 5~14rpm, 바람직하게는 8~12rpm, 석영 도가니의 회전속도는 0.1~ 1rpm, 단결정의 인상속도는 0.4mm/min 이상, 아르곤의 유량은 100~200lpm, 공정 압력은 30 ~ 100torr으로 설정하였다. 이 때 석영 도가니에 2000G이상, 바람직하게는 2000 ~ 45000G의 수평 타입 자기장을 인가하였다. 실시예3의 경우는 GMP의 위치를 실리콘 융액의 상부 표면으로부터 210mm 하방에, 실시예4의 경우는 GMP의 위치를 실리콘 융액의 상부 표면으로부터 135mm 하방에, 실시예5의 경우는 GMP의 위치를 실리콘 융액의 상부 표면으로부터 35mm 하방에 위치시켰다. 도 8은 실시예3 내지 5에서 인가된 수평 타입 자기장의 GMP 위치를 보다 구체적으로 보여주고 있다.Next, after charging polycrystalline silicon into a 32-inch diameter quartz crucible, a 12-inch silicon single crystal was grown to a length of 1900 mm (based on the ingot body). The rotation speed of single crystal is 5 ~ 14rpm, preferably 8 ~ 12rpm, the rotation speed of quartz crucible is 0.1 ~ 1rpm, the pulling speed of single crystal is more than 0.4mm / min, the flow rate of argon is 100 ~ 200lpm, the process pressure is 30 ~ 100torr was set. At this time, a horizontal type magnetic field of 2000 G or more, preferably 2000 to 45000 G, was applied to the quartz crucible. In the case of Example 3, the position of the GMP is 210 mm below the upper surface of the silicone melt, in the case of Example 4, the position of the GMP is 135 mm below the upper surface of the silicone melt, and in the case of Example 5, the position of the GMP is It was placed 35 mm below the top surface of the silicone melt. 8 shows the GMP position of the horizontal type magnetic field applied in Examples 3 to 5 in more detail.
도 9는 실시예3 내지 5에 따라 성장된 실리콘 단결정 잉곳에 대한 길이별 산소 농도를 측정하여 변화 양상을 보인 그래프이다. 도면을 참조하면, 수평 타입 자기장의 GMP가 하방으로 낮아질수록 단결정의 산소 농도가 낮아졌고, 수평 타입 자기장의 GMP가 상방으로 높아질수록 단결정의 산소 농도가 높아졌다. 즉 실시예3의 경우가 단결정의 산소 농도가 가장 낮았고, 실시예 5의 경우가 단결정의 산소 농도 가 가장 높은 것으로 나타났다. 이러한 실험 결과로부터 수평 타입의 자기장 인가시 GMP와 실리콘 융액의 상대적 위치를 조절하면 단결정 내로 혼입되는 산소 농도를 원하는 방향으로 제어함으로써 단결정의 길이 방향을 따라 통제된 산소농도 프로파일을 갖도록 할 수 있다는 것을 알 수 있다. FIG. 9 is a graph showing a change pattern by measuring the oxygen concentration of each length of the silicon single crystal ingot grown according to Examples 3 to 5. FIG. Referring to the drawings, the lower the GMP of the horizontal type magnetic field lowers the oxygen concentration of the single crystal, the higher the GMP of the horizontal type magnetic field, the higher the oxygen concentration of the single crystal. That is, in Example 3, the oxygen concentration of the single crystal was the lowest, and in Example 5, the oxygen concentration of the single crystal was the highest. These results show that by adjusting the relative position of GMP and silicon melt when applying a horizontal magnetic field, it is possible to have a controlled oxygen concentration profile along the longitudinal direction of the single crystal by controlling the oxygen concentration incorporated into the single crystal in the desired direction. Can be.
상술한 본 발명에 따른 반도체 단결정 제조 방법을 실제 공정에 적용하기 위해서는, 반복적인 테스트-런 과정을 통해 산소농도 품질 요구 조건에 따라 실리콘 융액과 자기장의 상대적 위치 관계와 자기장의 세기를 정량화할 필요가 있다. 이러한 정량화 과정은 본 발명의 기술적 사상을 인식한 당업자라면 용이하게 수행할 수 있을 것이며, 자기장과 관련된 공정 조건의 정량화가 완료되면 여러 가지 산소농도 품질 요구 조건에 따라 산소 농도 프로파일이 제어된 반도체 단결정 잉곳의 제조가 가능해 진다. 또한 본 발명에 따라 단결정에 유입되는 산소 농도를 제어하면 고액 계면의 온도 구배에 영향이 크지 않으므로 단결정의 길이 방향을 따라 산소농도 프로파일을 제어하면서도 무결함 마진 내에서 보이드 또는 전위루프 기인의 결정 결함이 없는 고품질의 단결정 잉곳 제조가 가능하다.In order to apply the above-described method for manufacturing a semiconductor single crystal according to the present invention in an actual process, it is necessary to quantify the relative positional relationship between the silicon melt and the magnetic field and the intensity of the magnetic field according to the oxygen concentration quality requirements through an iterative test-run process. have. Such a quantification process can be easily performed by those skilled in the art having the technical idea of the present invention, and once the quantification of the process conditions related to the magnetic field is completed, the semiconductor single crystal ingot whose oxygen concentration profile is controlled according to various oxygen concentration quality requirements Can be manufactured. In addition, if the oxygen concentration flowing into the single crystal is controlled according to the present invention, the temperature gradient at the solid-liquid interface is not largely influenced, while the oxygen concentration profile is controlled along the length direction of the single crystal, while crystal defects due to voids or dislocation loops are maintained within the defect margin. High quality single crystal ingots are possible.
한편 상술한 실시예와 실험예에서는 8인치 실리콘 단결정의 제조 시에는 커스프 타입의 자기장을, 12인치 실리콘 단결정의 제조 시에는 수평 타입의 자기장을 인가하는 것으로 설명하였다. 하지만 본 발명의 기술적 사상은 커스프 타입의 자기장 인가에 의해 ZGP의 위치를 제어하거나 수평 타입의 자기장 인가에 의해 GMP의 위치를 변경하여 실리콘 융액의 대류 분포를 제어함으로써 단결정 내로 유입되는 산소 농도를 제어하는데 있으므로, 자기장이 인가되는 단결정의 구체적인 직경에 의해 발명의 범위가 한정되지 않음은 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.On the other hand, in the above-described examples and experimental examples, a cusp-type magnetic field is applied when the 8-inch silicon single crystal is manufactured, and a horizontal magnetic field is applied when the 12-inch silicon single crystal is manufactured. However, the technical idea of the present invention is to control the oxygen concentration flowing into the single crystal by controlling the convective distribution of the silicon melt by controlling the position of ZGP by applying a cusp type magnetic field or by changing the position of GMP by applying a magnetic field of a horizontal type. Thus, it is apparent to those skilled in the art that the scope of the invention is not limited by the specific diameter of the single crystal to which the magnetic field is applied.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto and is intended by those skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalents of the claims to be described.
본 발명에 따르면, 다양한 수준의 산소 농도 제어를 위해 종래에 적용해 왔던 핫 존의 교체나 공정 파라미터의 변경과 같은 조치가 전혀 불필요하여 단결정 제품의 다양화가 가능하다.According to the present invention, it is possible to diversify the single crystal product because no measures such as replacement of hot zones or change of process parameters, which have been conventionally applied for various levels of oxygen concentration control, are unnecessary.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 단결정 잉곳의 전체적인 산소 농도 수준 제어를 비롯하여 특정 길이 또는 위치에 대한 산소 농도 제어가 가능하여 하나의 단결정으로부터 여러 가지 산소 농도 조건을 갖는 웨이퍼를 생산할 수 있다.According to another aspect of the present invention, it is possible to control the oxygen concentration for a specific length or position, including the overall oxygen concentration level control of a single crystal ingot, to produce a wafer having various oxygen concentration conditions from a single crystal.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 자기장 인가에 의한 산소 농도 제어 과정에서 무결함 단결정 성장을 위해 엄격한 제어가 필요한 고액 계면의 온도 구배에 대한 영향이 거의 없다. 따라서 보이드나 전위루프 기인의 결정 결함이 없는 고품질의 단결정 제조가 가능하므로 산소농도 제어가 가능한 공정 조건에서도 프라임 수율의 극대화가 가능하다. According to another aspect of the present invention, there is little influence on the temperature gradient of the solid-liquid interface that requires strict control for defect-free single crystal growth in the oxygen concentration control process by applying a magnetic field. Therefore, it is possible to manufacture high quality single crystals without crystal defects due to voids or dislocation loops, thereby maximizing prime yield even in process conditions in which oxygen concentration can be controlled.
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