KR101105509B1 - 미소결함 분포가 균일한 단결정 제조방법 및 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미소결함 분포가 균일한 단결정 제조방법 및 제조장치를 개시한다. 본 발명에 따른 단결정 제조방법은, 석영 도가니에 수용된 융액에 시드를 디핑한 후 시드를 회전시키면서 상부로 인상시켜 단결정 잉곳을 성장시키는 쵸크랄스키 법을 이용한 단결정 제조방법에 있어서, 단결정 잉곳의 종측부 구간에서는 목표 인상속도보다 잉곳 인상속도를 낮게 하고 잉곳의 미측부 구간에서는 목표 인상속도보다 잉곳 인상속도를 높게 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 단결정 잉곳의 전 구간에서 충분한 깊이의 디뉴디드존을 확보할 수 있고 BMD 밀도의 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 산소 농도의 의존도를 감소시킬 수 있으므로 다양한 산소 농도에서도 BMD 밀도의 균일성과 충분한 깊이의 디뉴디드존을 확보할 수 있다.

쵸크랄스키 법, 단결정, BMD(Bulk Micro Defect), 디뉴디드존(Denuded Zone)

Description

미소결함 분포가 균일한 단결정 제조방법 및 제조장치{Method for manufacturing single crystal with uniform distribution of micro-defects and Apparatus for implementing the same}

본 발명은 단결정 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단결정의 미소결함 분포를 균일하게 할 수 있는 단결정 제조방법 및 제조장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 등의 전자부품을 생산하기 위한 소재로 사용되는 단결정 잉곳은 쵸크랄스키(Czochralski, 이하 CZ라 함) 법에 의해 제조된다. CZ 법에 의하여 단결정 잉곳을 성장시키는 방법은, 석영 도가니에 다결정 실리콘(poly silicon) 등의 고체 원료를 충전하고 히터에서 복사되는 열을 이용해 고체 원료를 용융시켜 융액(melt)을 형성하고, 단결정 잉곳의 성장 소스인 시드(seed)를 융액의 표면에 디핑(dipping) 시키고, 시드를 따라 성장하는 성장 결정의 직경을 3 ~ 5mm정도로 작게 인상하는 넥킹(necking) 공정과, 성장 결정을 목적하는 결정직경까지 확장시키는 숄더링(shouldering) 공정을 거쳐, 바디 성장(body growth) 공정에서 결정을 서서히 인상시켜 단결정 잉곳을 원하는 길이로 성장시킨다.

CZ 법에 의해 제조된 단결정 잉곳은 미소결함을 포함한다. 미소결함은 열처리에 의해 격자간 산소와 결합하여 산소 석출물로 전환될 수 있는 미세 결정 결함을 의미한다. 미세 결정 결함에는 산소 유핵(embrio), 스태킹 폴트(stacking fault), 전위 루프(dislocation loop) 등이 있는데, 산소 석출물은 주로 산소 유핵으로부터 형성된다. 산소는 석영 도가니에서 용출되며 단결정 성장 중에 고액 계면을 통해 단결정으로 유입된다. 미소결함은 웨이퍼를 열처리하여 절단한 후 선택적 에칭을 하고 절단면을 광학 현미경으로 관찰하면 확인이 가능하다. 열처리를 하면 격자 간 산소가 불안정해져 미소결함과 결합함으로써 단결정과는 다른 상(phase)으로 석출되기 때문이다.

열처리를 통해 생성되는 석출물은 BMD(Bulk Micro Defect)라고 부른다. BMD는 반도체 소자 제조 공정에서 불순물을 게더링하는 역할을 한다. BMD는 별도의 열처리 또는 반도체 소자의 제조 중 웨이퍼에 가해지는 써멀 버짓(Thermal budget)에 의해 생성된다. 여기서, 게더링은 반도체 소자의 pn 접합 특성이나 캐리어 수명을 열화시키는 유해한 불순물을 활성영역으로부터 제거하거나 불활성화시키는 것을 의미한다.

BMD의 밀도는 너무 높지도 혹은 너무 낮지도 않게 적절하게 조절하는 것이 중요하다. BMD의 밀도가 너무 높으면 웨이퍼 표면에서 누설전류가 증가되는 등의 문제가 생기고, BMD의 밀도가 너무 낮으면 불순물의 게더링 효과를 기대할 수 없기 때문이다.

BMD의 최적 밀도는 반도체 소자의 제조공정에서 웨이퍼에 가해지는 써멀 버짓, 공정 중의 오염 정도 등에 좌우되며, 단결정 잉곳의 수율은 특정 조건에서 웨이퍼를 열처리하였을 때 BMD 밀도가 스펙으로 요구된 BMD 밀도 범위 내에 있는지 여부에 따라 결정된다.

웨이퍼의 BMD 밀도는 단결정의 길이 방향으로 편차를 보인다. 일반적으로는, 단결정의 종측부(초반에 성장된 단결정)에서 제조된 웨이퍼가 미측부(후반에 성장된 단결정)에서 제조된 웨이퍼보다 BMD 밀도가 더 큰데, 적게는 100배에서 많게는 1000배가 더 크다.

BMD의 밀도 차이가 생기는 원인은, 단결정 성장이 이루어짐에 따라 융액이 소모되어 석영 도가니와 융액의 접촉 면적이 줄어듦으로써 융액으로 용출되는 산소량이 급격하게 감소하기 때문이다. BMD의 밀도 차가 과도하면 제품화 할 수 있는 단결정의 프라임 길이가 감소되므로, 단결정의 길이 방향에서 BMD의 밀도 편차를 최소화할 수 있는 여러 가지 방법이 고안되고 있다.

대한민국등록특허 제10-432206호(선행기술)는 단결정의 종측부와 미측부의 열이력 차이로 인한 미소결함의 불균일성을 해소하기 위해 상부 챔버 및 열실드를 개조하여 성장 중에 있는 단결정 잉곳이 챔버의 상부 벽에 도달할 때까지 700도 이상으로 유지시켜 종측부의 미소결함 밀도를 감소시킴으로써 단결정 잉곳 전체의 미소결함 밀도 분포를 균일화시키는 방법을 개시하고 있다.

상기 선행기술은 열이력 제어를 통해 미소결함 밀도의 균일화를 이룰 수 있다는 이점이 있다. 하지만 상부 챔버 및 열실드의 구조 개선이 필요하고 고액 계면 의 온도 구배가 변하여 단결정 성장을 위한 공정 파라미터를 재선정해야 하는 문제점이 있다. 또한, 선행기술은 종측부의 미소결함을 감소시키는 방법이므로 미측부에서의 미소결함 밀도를 증가시킬 필요가 있는 경우에는 적용이 어렵다는 단점이 있다.

한편, 웨이퍼의 표면층에 BMD가 존재하면 BMD에 의해 포획된 금속 불순물이 반도체 디바이스의 전기적 특성에 악영향을 준다. 따라서 활성영역이 필요한 반도체 소자의 경우는 표면층에 BMD가 존재하지 않는 웨이퍼가 선호된다. BMD가 없는 웨이퍼의 표면층을 디뉴디드존(Denuded Zone)이라고 부르는데, 디뉴디드존은 활성영역보다 깊게 형성하는 것이 일반적이다.

디뉴디드존은 웨이퍼 표면층을 열처리하여 형성한다. 웨이퍼의 표면층을 열처리하면 표면층에 존재하는 산소가 외부로 대부분 확산되어 산소의 농도가 현저하게 감소한다. 그 결과 표면층에서는 격자 간 산소의 응집에 의해 단결정과는 상이 다른 석출물이 형성되지 않으므로 일정한 깊이로 디뉴디드존이 형성된다. 디뉴디드존의 깊이는 열처리 온도와 시간에 의해 제어할 수 있다. 디뉴디드존의 깊이는 웨이퍼 표면층의 산소 농도에 반비례한다. 즉 표면층의 산소 농도가 크면 디뉴디드존은 얕고 표면층의 산소 농도가 낮으면 디뉴디드존은 상대적으로 깊다. 전통적인 방법으로 단결정을 성장시키면 종측부에서 미측부로 갈수록 단결정 내의 산소 농도가 저하된다. 이처럼 단결정의 길이 방향으로 산소 농도의 편차가 생기면 웨이퍼의 디뉴디드존 깊이도 편차를 가질 수 밖에 없다. 하지만 단결정의 길이 방향으로 디뉴디드존의 깊이 편차가 생기면 단결정의 수율이 떨어지는 또 하나의 원인이 된다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 단결정으로 유입되는 베이컨시의 농도를 제어하여 디뉴디드존과 BMD의 산소 농도 의존성을 약화시켜 충분한 깊이의 디뉴디드존을 확보하고 BMD의 밀도 균일성을 향상시킬 수 있는 단결정 제조방법 및 제조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 미소결함 분포가 균일한 단결정 제조방법은, 석영 도가니에 수용된 융액에 시드를 디핑한 후 시드를 회전시키면서 상부로 인상시켜 단결정 잉곳을 성장시키는 쵸크랄스키 법을 이용한 단결정 제조방법에 있어서, 단결정 잉곳의 종측부 구간에서는 목표 인상속도보다 잉곳 인상속도를 낮게 하고 잉곳의 미측부 구간에서는 목표 인상속도보다 잉곳 인상속도를 높게 제어하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 잉곳의 인상속도는 단결정의 목표 인상속도를 기준으로 5 내지 10%의 범위에서 목표 인상속도보다 높게 또는 낮게 제어한다. 그 속도 범위는 0.8 내지 0.95mm/min의 속도 범위에서 제어한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 미소결함 분포가 균일한 단결정 제조장치는, 융액을 수용하는 석영 도가니, 석영 도가니를 회전시키는 도가니 회전수단, 석영 도가니 측벽 주위에 설치된 히터 및 시드에 의해 석영 도가니에 수용된 융액으로부터 단결정 잉곳을 인상하는 단결정 인상수단을 포함하는 쵸크랄스키 법을 이용한 단결정 제조장치에 있어서, 상기 단결정 인상수단을 제어함으로써, 단결정 잉곳의 종측부 구간에서는 목표 인상속도보다 잉곳 인상속도를 낮게 하고 잉곳의 미측부 구간에서는 목표 인상속도보다 잉곳 인상속도를 높게 제어하는 단결정 성장 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

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본 발명에 따르면, 단결정 잉곳의 전 구간에서 충분한 깊이의 디뉴디드존을 확보할 수 있고 BMD 밀도의 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 산소 농도의 의존도를 감소시킬 수 있으므로 다양한 산소 농도에서도 BMD 밀도의 균일성과 충분한 깊이의 디뉴디드존을 확보할 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자의 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. 따라 서, 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.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 단결정 제조장치의 개략적인 구성을 도시한 장치 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 단결정 제조장치는, 단결정 잉곳의 성장이 이루어지는 공간인 챔버(10), 상기 챔버(10) 내부에 설치되며 고온으로 용융된 융액(M)이 수용되는 석영 도가니(20), 상기 석영 도가니(20)의 외주면을 감싸며 석영 도가니(20)를 일정한 형태로 지지하는 도가니 하우징(30), 상기 도가니 하우징(30) 하단에 설치되어 하우징(30)과 함께 석영 도가니(20)를 회전시키면서 석영 도가니(20)를 상승 또는 하강시키는 도가니 회전수단(40), 상기 도가니 하우징(30)의 측벽으로부터 일정 거리 이격되어 석영 도가니(20)를 가열하는 히터(50), 상기 히터(50)의 외곽에 설치되어 히터(50)로부터 발생하는 열이 외부로 유출되는 것을 방지하는 단열수단(60), 종자결정인 시드(seed)를 이용하여 상기 석영 도가니(20)에 수용된 융액(M)으로부터 단결정 잉곳(IG)을 일정 방향으로 회전시키면서 인상하는 단결정 인상수단(70), 단결정 인상수단(70)에 의해 인상되는 단결정 잉곳(IG)을 냉각시키기 위해 내부에 냉각수가 순환되는 수냉관(80), 단결정 잉곳(IG)의 외주면을 따라 융액(M)의 상부 표면으로 불활성 가스(예컨대, Ar 가스)를 공급하는 불활성 가스 공급수단(90) 및 고액 계면의 온도 구배 제어를 위해 잉곳(IG)으로 방출되는 열의 외부 방출을 차폐하고 융액(M)과 멜트 갭을 형성하는 열실드 수단(100)을 포함한다.

상술한 구성 요소들은 본 발명이 속한 기술분야에서 잘 알려진 CZ 법을 이용한 실리콘 단결정 제조장치의 통상적인 구성 요소이므로 각 구성 요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 융액(M)은 다결정 실리콘(poly silicon)과 불순물(dopant)을 적층시키고 상기 히터(50)로부터 인가되는 열을 이용해 용융시킨 것이다. 하지만, 본 발명은 융액(M)의 종류에 의해 한정되는 것은 아니므로 CZ 법에 의해 성장시키는 반도체 단결정의 종류에 따라 융액(M)의 종류와 조성이 달라짐은 자명하다.

본 발명에 따른 단결정 제조장치는, 상술한 구성 요소에 더하여 단결정 제조 공정 전반에 걸쳐 상술한 구성 요소들을 제어하는 단결정 성장 제어부(200)를 포함한다.

상기 단결정 성장 제어부(200)는 바디 성장 공정 시, 상기 단결정 인상수단(70)을 제어하여 잉곳(IG)의 인상속도를 제어한다. 상기 단결정 성장 제어부(200)는 단결정 내의 산소 농도가 상대적으로 높은 바디 성장 초반 구간에서는 잉곳(IG)의 인상속도를 공정 조건으로 설정한 목표 인상속도보다 감소시키고, 단결정 내의 산소 농도가 상대적으로 낮은 바디 성장 후반 구간에서는 잉곳(IG)의 인상속도를 공정 조건으로 설정한 목표 인상속도보다 증가시킨다.

도 2는 단결정 바디의 위치별로 단결정에 유입된 산소 농도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 단결정으로 유입된 산소 농도는 시드 측에 가까운 종측부로부터 미측부로 가면서 감소하는 분포를 갖는다. 잉곳(IG)이 성장됨에 따라 융액(M) 양이 감소하면서 융액(M)과 석영 도가니(20)의 접촉 면적이 감소하여 석영 도가니(20)로부터 용출되는 산소의 양이 줄어들기 때문이다. BMD 밀도는 단결정에 유입된 산소 농도에 비례하는 경향이 있다. 산소 농도가 증가하면 BMD의 소스로 작용하는 베이컨시 클러스터(vacancy cluster)의 형성이 용이하기 때문이다.

한편, 보론코프(Voronkov)식 V/G(V=인상속도, G는 고액 계면의 온도 구배)에 의하면, 잉곳의 인상속도가 감소되면 고액 계면을 통해 단결정으로 유입되는 베이컨시의 밀도는 감소하는 대신 베이컨시의 사이즈는 증가하는 경향이 있다. 반대로, 잉곳의 인상속도를 증가시키면 고액 계면을 통해 단결정으로 유입되는 베이컨시의 밀도는 증가하는 대신 베이컨시의 사이즈는 감소하는 경향이 있다.

상기 단결정 성장 제어부(200)는 종측부보다 미측부의 인상속도를 상대적으로 크게 제어하므로 단결정의 종측부에서 미측부로 갈수록 단결정 내의 산소 농도는 감소하지만 단결정 내의 베이컨시 밀도는 증가한다. 그런데 베이컨시의 밀도는 BMD의 밀도에 유의적인 영향을 미친다. 즉 베이컨시 밀도가 커지면 BMD의 소스로 작용하는 베이컨시 클러스터가 형성될 확률이 증가하여 BMD 밀도가 증가하는 경향이 있다. 그 결과, 단결정의 미측부에서는 산소 농도의 감소에 의한 BMD 밀도의 감소분이 베이컨시 밀도의 증가에 의한 BMD 밀도의 증가분에 의해 상쇄되는 효과가 생긴다. 즉 베이컨시 밀도를 이용하여 BMD 밀도를 추가적으로 제어함으로써 그 만 큼 BMD의 산소 농도 의존성을 약화시키는 것이다. 또한 단결정의 미측부에서 베이컨시 밀도가 증가되면 웨이퍼의 디뉴디드존이 충분한 깊이로 확보되는 효과가 있다.

바람직하게, 상기 단결정 성장 제어부(200)는 잉곳(IG)의 인상속도를 사전 설계된 단결정의 목표 인상속도를 기준으로 5% 내지 10%의 범위에서 상승 또는 하강시킨다. 일 예로, 상기 단결정 성장 제어부(200)는 0.8mm/min 내지 0.95mm/min의 속도 범위에서 단결정 인상속도를 제어한다. 상기 속도 범위 내에서 인상속도를 제어하면 단결정의 품질은 충분히 확보한 상태에서 단결정의 길이 방향에서 BMD 밀도의 균일성을 향상시킬 수 있고 충분한 깊이의 디뉴디드존을 확보할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 단결정 인상속도의 변화 프로파일을 도시한 그래프이다.

도 3을 참조하면, 단결정 내로 유입되는 산소 농도가 높은 종측부가 성장되는 구간에서는 잉곳의 인상속도가 목표 인상속도보다 낮게 제어된다. 그리고 단결정 내로 유입되는 산소 농도가 낮은 미측부가 성장되는 구간에서는 잉곳의 인상속도가 목표 인상속도보다 높게 제어된다. 그러면, 종측부에서 미측부 측으로 가면서 산소 농도의 감소에 의한 BMD 밀도의 감소분을 베이컨시 밀도의 증가에 의한 BMD 밀도의 증가분에 의해 상쇄시킬 수 있다.

본 발명은 산소 농도의 감소에 의한 BMD 밀도의 감소분을 베이컨시 밀도의 증가에 의해 상쇄시키는 것이 특징이므로, 잉곳 인상속도를 목표 인상속도보다 낮게 유지하는 구간과 높게 유지하는 구간의 구체적인 설정은 시행 착오를 이용하여 용이하게 설정할 수 있음은 자명하다.

도 4는 도 3에 도시된 인상속도 변화 프로파일에 의해 단결정의 바디를 성장시켰을 때 바디 전 구간에 걸쳐 COP 결함의 밀도 변화를 측정하여 나타낸 그래프이다.

도 4를 참조하면, 단결정의 종측부보다 미측부의 잉곳 인상속도를 상대적으로 높게 제어함으로써 COP(Crystal Originated Particle)의 밀도가 단결정의 미측부로 갈수록 증가하는 것을 확인할 수 있다. 특히, 단결정 내의 산소 농도가 낮은 미측부에서 COP 밀도가 증가되는 것을 확인할 수 있다. COP는 베이컨시로부터 유래하는 결정 결함이므로 단결정의 미측부로 가면서 COP 밀도가 증가하였다는 사실은 단결정의 미측부로 가면서 베이컨시 밀도가 증가하였다는 것을 뒷받침한다.

도 5는 본 발명에 따라 성장된 단결정(직경=300mm)을 이용하여 제조한 다수의 웨이퍼 중 단결정의 길이 방향을 따라 샘플링한 웨이퍼의 BMD 밀도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.

도 5에서 BMD 밀도 측정을 위해 각 웨이퍼를 산소 분위기에서 1000도에서 270분 동안 열처리하였고, 열처리 후 웨이퍼를 절단하여 선택적 에칭을 하고 광학 현미경을 사용하여 방사선 방향에서 절단면을 스캐닝하여 BMD를 카운트하였다.

도 5를 참조하면, 단결정의 길이 방향을 따라 웨이퍼의 BMD가 1E+05 ~ 1E+06 ea/cm²의 밀도로 균일하게 생성되는 것을 확인할 수 있다.

<실험예>

이하에서는 실험예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다. 이하의 실험예는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 목적에서 기술하는 것이며, 본 발명이 실험예에 기재된 용어나 실험 조건 등에 의해 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.

비교예

400kg의 다결정 실리콘을 석영 도가니에 충전시킨 후 히터로 가열하여 용융시키고 300mm의 바디 직경을 갖는 단결정 잉곳을 성장시켰다. 바디 공정에서는 목표 인상속도를 0.84mm/min로 설정하였고, 단결정의 종측부와 미측부 구간에서 별도의 인상속도 변화를 적용하지 않았다.

단결정 잉곳의 성장을 완료한 후 성장축 방향으로 10 ~ 20cm마다 검사용 웨이퍼를 잘라 내고, 평면연삭 및 연마를 행하여 검사용 샘플을 제조하였다. 제조된 각 검사용 샘플에 대해서는 FTIR(Fourier Transform Infra-Red) 분광분석기를 이용하여 산소 농도를 측정하였다.

그리고, 산소 농도 측정이 완료된 각 검사용 샘플은 1000도에서 270분 동안 열처리 후, 절단하여 선택적 에칭을 하고 절단면을 광학 현미경으로 관찰하여 디뉴디드존의 깊이 및 BMD의 밀도를 측정하였다.

도 6은 비교예에서 제작된 각 웨이퍼의 산소 농도 및 디뉴디드존 깊이를 각각 X, Y 좌표로 하여 표시한 그래프이고, 도 7은 비교예에서 제작된 각 웨이퍼의 산소 농도 및 BMD 밀도를 각각 X, Y 좌표로 하여 표시한 그래프이다.

도 6 및 7을 참조하면, 디뉴디드존의 깊이는 13.8ppma 이상의 산소 농도 구간에서 5um 이하로 형성되었고, 13.0 ppma 이하의 산소 농도 구간에서 10um 이상으 로 형성되었다. 반면, BMD의 밀도는 산소 농도에 따라 비례적으로 증가하였다. 특히, 13.8ppma 이하의 산소 농도 구간에서는 미소결함의 밀도가 1+E5 ea/cm² 이하로 BMD의 밀도가 충분하게 확보되지 않았다.

비교예에 대한 실험 결과로부터 디뉴디드존의 깊이는 산소 농도가 증가하면 감소한다는 것을 알 수 있다. 또한, BMD의 밀도는 산소 농도가 증가할수록 증가하는 것을 알 수 있다. 아울러, BMD의 밀도를 증가시키기 위해 산소 농도를 증가시킬 수 있지만 산소 농도가 증가되면 디뉴디드존의 깊이가 충분하게 확보되지 않는 문제가 있어 통상적인 단결정 제조방법으로는 충분한 깊이의 디뉴디드존과 균일한 BMD 밀도를 갖는 웨이퍼의 제조에 한계가 있다는 것을 알 수 있다.

실시예

400kg의 다결정 실리콘을 석영 도가니에 충전시킨 후 히터로 가열하여 용융시키고 300mm의 바디 직경을 갖는 단결정 잉곳을 성장시켰다. 바디 공정에서는 목표 인상속도를 0.84mm/min로 설정하였고, 단결정의 종측부 구간에서 잉곳의 인상속도를 목표 인상속도보다 낮은 0.8mm/min로, 단결정의 미측부 구간에서 잉곳의 인상속도를 목표 인상속도보다 높은 0.95mm/min로 제어하며 진행하였다.

단결정 잉곳의 성장을 완료한 후 성장축 방향으로 10 ~ 20cm마다 검사용 웨이퍼를 잘라 내고, 평면연삭 및 연마를 행하여 검사용 샘플을 제조하였다. 제조된 각 검사용 샘플에 대해서는 FTIR(Fourier Transform Infra-Red) 분광분석기를 이용하여 산소 농도를 측정하였다.

그리고, 산소 농도 측정이 완료된 각 검사용 샘플은 1000도에서 270분 동안 열처리 후, 절단하여 선택적 에칭을 하고 절단면을 광학 현미경으로 관찰하여 디뉴디드존의 깊이 및 BMD의 밀도를 측정하였다.

도 8은 실시예에서 제작된 각 웨이퍼의 산소 농도 및 디뉴디드존의 깊이를 각각 X, Y 좌표로 하여 표시한 그래프이고, 도 9는 실시예에서 제작된 각 웨이퍼의 산소 농도 및 BMD 밀도를 각각 X, Y 좌표로 하여 표시한 그래프이다.

도 8 및 9를 참조하면, 디뉴디드존의 깊이는 12 ~ 15ppma의 산소 농도 구간에서 10um 이상으로 충분하게 확보 가능하다는 것을 알 수 있다. 또한, BMD의 밀도는 12.6 ~ 16ppma의 산소 농도 구간에서 1+E5 ~ 1+E6 ea/cm²의 범위에서 비교적 균일하게 형성할 수 있음을 알 수 있다. 특히, 산소 농도가 증가하더라도 디뉴디드존의 깊이를 10um 이상으로 확보 가능하므로 본 발명에 의해 성장된 단결정을 이용하여 웨이퍼를 제조하면 충분한 깊이의 디뉴디드존을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 적정한 레벨에서 BMD의 밀도를 균일하게 제어할 수 있음을 알 수 있다.

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.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술된 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 단결정 제조장치의 개략적인 구성을 도시한 장치 단면도이다.

도 2는 단결정 바디의 위치별로 단결정에 유입된 산소 농도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.

도 3은 본 발명에 따른 단결정 인상속도의 변화 프로파일을 도시한 그래프이다.

도 4는 도 3에 도시된 인상속도 변화 프로파일에 의해 단결정의 바디를 성장시켰을 때 바디 전 구간에 걸쳐 COP 결함의 밀도 변화를 측정하여 나타낸 그래프이다.

도 5는 본 발명에 따라 성장된 단결정을 이용하여 제조한 다수의 웨이퍼 중 단결정의 길이 방향을 따라 샘플링한 웨이퍼의 BMD 밀도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.

도 6은 비교예에서 제작된 각 웨이퍼의 산소 농도 및 디뉴디드존 깊이를 각각 X, Y 좌표로 하여 표시한 그래프이다.

도 7은 비교예에서 제작된 각 웨이퍼의 산소 농도 및 BMD 밀도를 각각 X, Y 좌표로 하여 표시한 그래프이다.

도 8은 실시예에서 제작된 각 웨이퍼의 산소 농도 및 디뉴디드존의 깊이를 각각 X, Y 좌표로 하여 표시한 그래프이다.

도 9는 실시예에서 제작된 각 웨이퍼의 산소 농도 및 BMD 밀도를 각각 X, Y 좌표로 하여 표시한 그래프이다.

Claims (7)

1. 석영 도가니에 수용된 융액에 시드를 디핑한 후 시드를 회전시키면서 상부로 인상시켜 단결정 잉곳을 성장시키는 쵸크랄스키 법을 이용한 단결정 제조방법에 있어서,

   단결정 잉곳의 종측부 구간에서는 목표 인상속도보다 잉곳 인상속도를 낮게 하고 잉곳의 미측부 구간에서는 목표 인상속도보다 잉곳 인상속도를 높게 제어하는 것을 특징으로 하는 단결정 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 잉곳의 인상속도는 단결정의 목표 인상속도를 기준으로 5 내지 10%의 범위에서 목표 인상속도보다 높게 또는 낮게 제어하는 것을 특징으로 하는 단결정 제조방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 잉곳의 인상속도는 0.8 내지 0.95mm/min의 속도 범위에서 제어하는 것을 특징으로 하는 단결정 제조방법.
4. 융액을 수용하는 석영 도가니, 석영 도가니를 회전시키는 도가니 회전수단, 석영 도가니 측벽 주위에 설치된 히터 및 시드에 의해 석영 도가니에 수용된 융액 으로부터 단결정 잉곳을 인상하는 단결정 인상수단을 포함하는 쵸크랄스키 법을 이용한 단결정 제조장치에 있어서,

   상기 단결정 인상수단을 제어함으로써, 단결정 잉곳의 종측부 구간에서는 목표 인상속도보다 잉곳 인상속도를 낮게 하고 잉곳의 미측부 구간에서는 목표 인상속도보다 잉곳 인상속도를 높게 제어하는 단결정 성장 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 제조장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 단결정 성장 제어부는 잉곳의 인상속도를 단결정의 목표 인상속도를 기준으로 5 내지 10%의 범위에서 목표 인상속도보다 높게 또는 낮게 제어하는 것을 특징으로 하는 단결정 제조장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 단결정 성장 제어부는 잉곳의 인상속도를 0.8 내지 0.95mm/min의 속도 범위에서 제어하는 것을 특징으로 하는 단결정 제조장치.
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