KR100221087B1 - Silicon single crystal and its growing method - Google Patents
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Abstract
자장인가 쵸크랄스키법에 의한 실리콘 단결정 성장방법에서 단결정 성장로의 외부에 전류의 방향이 각각 반대인 솔레노이드 코일을 상하로 설치한 커스프 자장인가 쵸크랄스키법 장치를 사용하여 결정 성장 도중에 커스프 형태의 자장인가 시기 및 자장의 강도를 조절하면서 자장을 인가함으로써 하나의 실리콘 단결정 봉 중에 중 산소 농도 및 저 산소 농도의 2개 블록을 형성하며 다양한 산소 농도 사양을 충족시킴과 동시에 웨이퍼 면내 산소 농도의 분포가 균일한 실리콘 단결정 봉을 제조할 수 있다.In the silicon single crystal growth method by the magnetic field applying Czochralski method, the cusp is installed during the crystal growth using a magnetic field applied Czochralski method in which the solenoid coils with opposite directions of current are installed up and down outside the single crystal growth path. By applying the magnetic field while controlling the type of magnetic field and the intensity of the magnetic field, two blocks of medium oxygen concentration and low oxygen concentration are formed in one silicon single crystal rod to meet various oxygen concentration specifications and at the same time, Silicon single crystal rods with a uniform distribution can be produced.
Description
[산업상 이용분야][Industrial use]
본 발명은 자장인가 쵸크랄스키(Magnetic Czochralski: MCZ)법에 의한 실리콘 단결정 성장방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 커스프 형태의 자장인가 시기 및 자장의 강도를 조절하면서 실리콘 단결정을 성장시키므로써 하나의 결정에서 저 산소 농도 및 중 산소 농도를 갖는 2개의 블록을 형성할 수 있으며, 자장 인가 효율 향상에 의해 커스프 자장인가에 따른 전력비를 절약할 수 있는 자장인가 쵸크랄스키법에 의한 실리콘 단결정 성장 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a silicon single crystal growth method by magnetic field applying Czochralski (MCZ) method, and more particularly, by growing the silicon single crystal while controlling the time and the intensity of the magnetic field of the cusp type It is possible to form two blocks having low oxygen concentration and medium oxygen concentration in the crystal of, and the growth of silicon single crystal by the magnetic field or Czochralski method which can save the power cost by applying the magnetic field by improving the magnetic field application efficiency. It is about a method.
[종래 기술][Prior art]
반도체 소자의 제조시 기판으로 주로 사용되는 실리콘 웨이퍼는 일반적으로 고순도 다결정 실리콘 봉을 제조한 후, 쵸크랄스키(Czochralski: CZ) 결정성장법 또는 플로팅 존(floating-zone: FZ) 결정성장법에 따라 다결정 실리콘으로부터 단결정을 성장시켜 단결정 실리콘 봉을 생산하고 이를 얇게 절단하여 실리콘 웨이퍼를 생산하며 웨이퍼의 일면을 경면 연마(polishing)하고 세정한 후 최종 검사하여 제조한다. 단결정 성장시 적절한 도판트를 첨가하여 n형 및 p형 실리콘 웨이퍼를 제조한다.Silicon wafers that are mainly used as substrates in the manufacture of semiconductor devices generally produce high-purity polycrystalline silicon rods, followed by Czochralski (CZ) crystal growth method or floating-zone (FZ) crystal growth method. Single crystals are grown from polycrystalline silicon to produce single crystal silicon rods, and thinly cut to produce silicon wafers. The wafers are mirror-polished on one surface of the wafer, cleaned, and finally manufactured. N-type and p-type silicon wafers are prepared by adding appropriate dopants during single crystal growth.
단결정 실리콘 결정성장법에는 쵸크랄스키 결정성장과 플로팅 존 결정성장의 두 가지 방법이 사용된다.In the single crystal silicon crystal growth method, Czochralski crystal growth and floating zone crystal growth are used.
쵸크랄스키 결정성장법은 다결정 실리콘 시편을 도가니 속에서 다결정 실리콘의 융점인 1415까지 가열하는 방법이다. 사용하는 도가니는 석영(SiO2)으로 제작되며 가열방법은 고주파가열이나 열저항법을 이용한다. 결정성장시에는 도가니를 회전시켜 온도가 부위에 관계없이 일정하게 유지되도록 한다. 결정성장기(crystal puller) 주위는 용융실리콘의 오염방지를 위해 아르곤(Ar) 가스를 채우기도 한다. 실리콘의 온도가 안정되면 실리콘 시편이 부착된 암(arm)을 천천히 하강하여 용융 실리콘의 표면에 닿게 한다. 이 실리콘 시편은 종자결정(seed crystal)이라 하며 차후에 보다 큰 결정을 성장시키기 위한 출발원료이다. 종자결정의 아랫부분이 용융실리콘 속에서 녹기 시작하면 실리콘을 지지하는 암(arm) 혹은 케이블의 하강운동이 상향운동으로 바뀐다. 이 때 종자결정을 용융실리콘으로부터 천천히 끄집어 내면 종자결정에 맞닿은 용융실리콘이 응고되면서 종자결정과 동일한 결정구조를 가지게 된다. 한편 암 또는 케이블은 상향 운동을 계속하여 보다 큰 결정을 성장시키는데 결정성장은 도가니 속의 실리콘이 일정량 남이 있을 때까지 계속된다. 이런 과정에서 도가니와 종자결정의 인상속도와 도가니의 온도를 적절히 조절하면, 균일한 직경의 단결정을 얻을 수 있다. 불순물의 농도는 결정성장에 앞서 실리콘의 도핑 농도를 높여줌으로써 조절할 수 있다.Czochralski crystal growth method uses polycrystalline silicon specimens in the crucible as 1415, the melting point of polycrystalline silicon. How to heat up. The crucible used is made of quartz (SiO 2 ) and the heating method uses high frequency heating or heat resistance method. During crystal growth, the crucible is rotated to keep the temperature constant regardless of the site. Around the crystal puller may be filled with argon (Ar) gas to prevent contamination of the molten silicon. Once the temperature of the silicon is stable, the arm with the silicon specimen is slowly lowered to reach the surface of the molten silicon. This silicon specimen is called a seed crystal and is the starting material for later growth of larger crystals. When the lower part of the seed crystal starts to melt in the molten silicon, the downward movement of the arm or cable supporting the silicon is changed to upward movement. At this time, when the seed crystal is slowly pulled out from the molten silicon, the molten silicon in contact with the seed crystal solidifies and has the same crystal structure as the seed crystal. Arms or cables, on the other hand, continue to move upward to grow larger crystals, which continue until a certain amount of silicon remains in the crucible. In this process, if the pulling speed of the crucible and the seed crystal and the temperature of the crucible are properly adjusted, single crystals of uniform diameter can be obtained. The concentration of impurities can be controlled by increasing the doping concentration of silicon prior to crystal growth.
또한 플로팅존 결정성장법은 미리 준비한 다결정성 실리콘 봉을 이용하는 방법으로서, 일정 직경의 실리콘 봉을 결정성장기 내에 넣고 실리콘 봉의 상단은 결정성장기 위쪽에, 하단은 하부에 고정되어 있는 종자결정에 닿게 한다. 실리콘 봉을 투입한 반응관 주위에 유도가열코일로 감고 반응관 내의 분위기를 조절한다. 코일에서 발생하는 열로 인해 실리콘 봉이 종자결정 부분으로부터 봉의 길이 방향으로 용융하기 시작하면, 코일이 위쪽으로 이동하면서 용융부분도 실리콘 봉의 길이 방향으로 상향 이동한다. 한편, 먼저 용융된 부분은 종자결정과 접촉된 곳부터 응고하기 시작하여 종자결정과 동일한 결정구조를 갖게 된다. 이와 함께 용융 부분이 실리콘 봉의 길이 방향으로 이동함에 따라 다결정 실리콘 봉 역시 용융되어 응고 후에는 단결정 실리콘 봉으로 된다. 플로팅존 성장법에서 실리콘 봉의 직경은 가열코일의 이동속도를 제어함으로써 조절하며, 불순물 농도는 다결정 실리콘 봉의 용융대에 도판트를 포함하는 가스를 적절히 도핑함으로써 조절할 수 있다.In addition, the floating zone crystal growth method uses a polycrystalline silicon rod prepared in advance. A silicon rod having a predetermined diameter is placed in the crystal growth group so that the upper end of the silicon rod is in contact with the seed crystals fixed at the upper side of the crystal growth phase and the lower end thereof. The induction heating coil is wound around the reaction tube into which the silicon rod is inserted and the atmosphere in the reaction tube is controlled. When the silicon rod starts to melt from the seed crystal part in the longitudinal direction of the rod due to the heat generated by the coil, the coil moves upward while the molten portion moves upward in the longitudinal direction of the silicon rod. On the other hand, the first molten portion starts to solidify from where it is in contact with the seed crystal and has the same crystal structure as the seed crystal. In addition, as the molten portion moves in the longitudinal direction of the silicon rod, the polycrystalline silicon rod is also melted to become a single crystal silicon rod after solidification. In the floating zone growth method, the diameter of the silicon rod is controlled by controlling the moving speed of the heating coil, and the impurity concentration can be adjusted by appropriately doping the gas containing the dopant in the melting zone of the polycrystalline silicon rod.
한편, 도가니 주위에 자장을 인가하면 실리콘 용융액 내에서 일어나는 열대류가 방해를 받는다는 것이 발견되었으며, 이것을 기초로 하여 현재는 자장인가 쵸크랄스키법이 사용되고 있다. 이 방법은 도체가 자기장 라인을 가로 질러 있을 때, 전류가 유도되며 이 유도전류는 그것을 일으키게 하는 변화에 반대하는 방향으로 일어난다는 로렌쯔의 법칙이 용융 실리콘에 적용하여 결과적으로 열대류를 억제한다는 현상을 이용한 것이다. 이렇게 열대류가 방해되면 결정과 용융액 경계면에 작은 온도 변동이 일어나 잉곳(ingot)의 직경과 저항의 변동이 매우 작게 일어나며, 도가니 벽으로부터 고상 경계면으로의 산소 수송이 감소되어 보다 적은 산소가 잉곳으로 투입된다. 자장인가 쵸크랄스키법에서는 7 내지 12ppma의 산소가 투입된 반면에, 종래의 쵸크랄스키법에서는 13 내지 19ppma인 산소가 투입된다. 보다 적은 산소의 함량으로 인하여 산소 열 도우너(oxygen thermal donor)가 매우 적게 형성되며 석출 및 적층(stacking)과 같이 산소의 회합으로 인하여 발생하는 문제점들이 감소되는 것으로 보고되었다.On the other hand, it has been found that the application of a magnetic field around the crucible interferes with the tropical currents occurring in the silicon melt, and on the basis of this, the magnetic field or Czochralski method is currently used. This method demonstrates that Lorentz's law applies to molten silicon that the current is induced when the conductor crosses the magnetic field line and that the induced current is in the opposite direction to the change that causes it, resulting in the suppression of tropical currents. It is used. This disruption of the tropical stream causes small temperature fluctuations at the crystal and melt interfaces, resulting in very small fluctuations in the diameter and resistance of the ingots, and reduced oxygen transport from the crucible wall to the solid phase interface, thus introducing less oxygen into the ingots. do. In the magnetic field-applied Czochralski method, 7 to 12 ppma of oxygen is injected, while in the conventional Czochralski method, oxygen of 13 to 19 ppma is introduced. Due to the lower oxygen content, very little oxygen thermal donor is formed and it is reported that problems caused by the association of oxygen such as precipitation and stacking are reduced.
자장인가 쵸크랄스키법에 의한 실리콘 단결정 성장방법에서는 결정봉 중의 산소 농도를 제어하기 위하여, 10003000Gauss의 수평자장 또는 커스프 자장(cusp field)을 인가하는 것에 의해 도가니 내의 실리콘 용융액의 대류를 억제함으로써 산소 농도를 제어함과 동시에 품질의 균일화를 꾀하였다.In the silicon single crystal growth method by the magnetic field applying Czochralski method, in order to control the oxygen concentration in the crystal rod, 1000 By applying a horizontal or cusp field of 3000 Gauss to suppress convection of the silicon melt in the crucible, the oxygen concentration is controlled and the quality is uniform.
커스프 자장이란 고온 플라스마를 밀폐시키기 위한 자기장 배위의 일종으로서 4 지점에 직선도체를 평행하게 늘어 놓고 이웃하는 것끼리 역방향의 전류를 흐르게 하여 얻어지는 자기장 배위로서, 첨점(cusp)을 만들기 때문에 커스프 자장이라 한다. 밀폐는 자기장이 0인 점이 있으므로 커스프에서의 입자 탈출(커스프 손실)이 많다는 결점이 있다.Cusp magnetic field is a type of magnetic field coordination for sealing high temperature plasma. It is a magnetic field coordination obtained by arranging linear conductors in parallel at four points and allowing currents to flow in opposite directions between neighbors. This is called. Sealing has the drawback that there are many particle escapes (cusp losses) from the cusp because of the zero magnetic field.
이러한 커스프 자장을 인가하여 실리콘 단결정을 성장시킬 경우, 처음부터 동일한 세기의 자장을 인가하기 때문에 결정성장 방향으로 산소 농도의 차이가 크며, 또한 종료시까지 동일한 세기의 자장을 인가하기 때문에 전력비의 부담이 크며 후반부의 산소 농도를 고려하면 산소 농도를 제어할 수 있는 범위가 극히 한정적인 결점을 가지고 있다.When the silicon single crystal is grown by applying the cusp magnetic field, since the magnetic field of the same intensity is applied from the beginning, the difference in oxygen concentration is large in the crystal growth direction, and the burden of power cost is applied because the magnetic field of the same intensity is applied until the end. Considering the oxygen concentration in the second half, the range that can control the oxygen concentration is extremely limited.
상기의 인가되는 자장 중 수평자장에서는 축방향으로 온도분포가 비대칭으로 되어 웨이퍼의 면내 균질성이 떨어지는 문제점을 가지고 있다.The horizontal magnetic field of the applied magnetic field has a problem that the temperature distribution becomes asymmetrical in the axial direction and thus the in-plane homogeneity of the wafer is inferior.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 하나의 결정에서 저 산소 농도와 중 산소 농도로 2개의 블록을 형성하며, 웨이퍼 면에서의 산소 농도 분포가 균일한 실리콘 단결정을 성장시키고 전력 소비가 적은 커스프 자장인가 쵸크랄스키법을 이용한 실리콘 단결정 성장방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art, an object of the present invention is to form two blocks of low and medium oxygen concentration in one crystal, the oxygen concentration distribution on the wafer surface is uniform An object of the present invention is to provide a silicon single crystal growth method using a cusp magnetic field or Czochralski method, in which silicon single crystal is grown and power consumption is low.
제1도는 본 발명의 일 실시예에 의한 자장인가 단결정 성장 장치를 개략적으로 나타낸 단면도.1 is a cross-sectional view schematically showing a magnetic field applying single crystal growth apparatus according to an embodiment of the present invention.
제2도는 본 발명의 일 실시예에 적용된 자장인가 조건을 나타낸 그래프.2 is a graph showing magnetic field application conditions applied to an embodiment of the present invention.
제3도는 본 발명의 커스프 형태의 자장인가 단결정 성장법에 의하여 성장된 실리콘 단결정의 각 부위에서의 산소 농도의 면내 분포를 퓨리에 트랜스폼 인프랄레드(Fourier transform infrared: FT-IR)로 측정하여 단결정의 길이별로 도시한 그래프.FIG. 3 shows the in-plane distribution of oxygen concentration at each site of the silicon single crystal grown by the cusp-type magnetic field or single crystal growth method of the present invention, measured by Fourier transform infrared (FT-IR). Graph showing the length of a single crystal.
제4도는 종래의 쵸크랄스키 성장법에 의하여 성장된 실리콘 단결정의 각 부위에서의 산소 농도의 면내 분포를 FT-IR로 측정하여 단결정의 길이별로 도시한 그래프.4 is a graph showing the in-plane distribution of the oxygen concentration at each site of the silicon single crystal grown by the conventional Czochralski growth method by the length of the single crystal by measuring by FT-IR.
제5도는 종래의 자장인가 쵸크랄스키 성장법에 의하여 성장된 실리콘 단결정의 각 부위에서의 산소농도의 면내 분포를 FT-IR로 측정하여 단결정의 길이별로 도시한 그래프.5 is a graph showing the in-plane distribution of oxygen concentration at each site of the silicon single crystal grown by the conventional magnetic field applying Czochralski growth method by FT-IR and showing the length of the single crystal by the length of the single crystal.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1a : 커스프 자장인가 장치의 상코일 1b : 커스프 자장인가 장치의 하코일1a: Upper coil of cusp magnetic field applying device 1b: Hacoil of cusp magnetic field applying device
2 : 흑연 발열체 3 : 흑연 도가니2: graphite heating element 3: graphite crucible
4 : 석영 도가니 5 : 실리콘 용액4: quartz crucible 5: silicon solution
6 : 결정 7 : 종자결정6: crystal 7: seed crystal
8 : 회전축 9 : 케이블8: rotating shaft 9: cable
10 : 결정성장로 11 : 네크10: crystal growth furnace 11: neck
12 : 보온통 13 : 쇼울더12: thermos 13: shoulder
[과제를 해결하기 위한 수단][Means for solving the problem]
본 발명은 상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 하기와 같은 구성을 갖는다.The present invention has the following configuration to achieve the above object of the present invention.
본 발명에 있어서, 다결정 실리콘을 가열 용해하여 실리콘 용액을 형성하고, 종자결정을 상기 실리콘 용액의 표면에 닿게 하며, 상기 종자결정의 아랫부분이 실리콘 용액 속에서 녹기 시작할 때 종자결정을 꺼내어 실리콘 단결정을 성장시키고, 상기 실리콘 단결정 성장 중에 커스프 자장을 인가하는 공정을 포함하는 실리콘 단결정 성장방법에 있어서, 상기 커스프 자장인가는, 상기 단결정에 중 산소 농도의 블록을 형성할 때까지 자장을 인가하지 않고, 상기 단결정에 중 산소 농도의 블록이 형성된 이후부터 자장의 세기를 균일한 저 산소 농도 블록이 형성될 수 있는 비율로 서서히 증가시키고, 저 산소 농도의 결정을 얻기 위한 자장 세기에 도달한 후 자장의 세기를 균일한 저 산소 농도 블록이 형성될 수 있는 비율로 서서히 감소시켜서, 상기 단결정 성장이 완료되기 직전에 자장의 세기를 0이 되도록 인가하여, 성장된 단결정내에 중 산소 농도 블록과 균일한 저 산소 농도 블록을 연속하여 형성하게 하는 실리콘 단결정 성장방법을 제공한다.In the present invention, the polycrystalline silicon is dissolved by heating to form a silicon solution, the seed crystals are brought into contact with the surface of the silicon solution, and the seed crystals are taken out when the lower part of the seed crystals start to melt in the silicon solution to form a silicon single crystal. In the silicon single crystal growth method comprising growing, and applying a cusp magnetic field during the silicon single crystal growth, the cusp magnetic field application does not apply a magnetic field until a block of medium oxygen concentration is formed in the single crystal. After the block of medium oxygen concentration is formed in the single crystal, the intensity of the magnetic field is gradually increased to a rate at which a uniform low oxygen concentration block can be formed, and after reaching the magnetic field strength to obtain a low oxygen concentration crystal, The unity is gradually reduced in intensity at a rate at which uniform low oxygen concentration blocks can be formed. This growth is to zero the intensity of the magnetic field about to be completed, and provides a silicon single crystal growth method that continuously formed a low oxygen concentration and a uniform block the oxygen concentration in the block of the grown single crystal.
상기한 자장세기의 비율은 단결정의 길이가 20일 때, 상코일의 전류를 21.5A/의 비율로 증가시키고, 단결정의 길이가 30인 지점에서 상코일의 전류를 6.1A/의 비율로 감소시키는 것이 바람직하다.The ratio of the magnetic field strength described above is that the length of the single crystal is 20 When the current of the phase coil is 21.5A / Increasing the ratio of single crystal to 30 At the point of It is desirable to reduce the ratio of.
또한 본 발명에 있어서, 상기한 실리콘 단결정 성장 방법에 의하여 제조된 실리콘 단결정에서, 단결정의 길이가 025일 때는 산소 농도가 781017개/ 3이고, 단결정의 길이가 2560까지는 산소 농도가 561017개/ 3인 실리콘 단결정을 제공한다.In the present invention, in the silicon single crystal produced by the silicon single crystal growth method described above, the length of the single crystal is 0. 25 When the oxygen concentration is 7 8 10 to 17 pcs / 3 and the length of the single crystal is 25 60 Oxygen concentration up to 5 6 10 to 17 pcs / It provides a silicon single crystal of three .
[작용][Action]
본 발명에서의 실리콘 단결정 성장방법은 커스프 자장인가 쵸크랄스키 성장법에 의한 실리콘 단결정 성장방법에 있어서, 단결정에 중 산소 농도 블록 형성 이후, 균일한 저 산소 농도 블록의 결정을 얻기 위한 자장까지 자장의 세기를 서서히 증가하는 방식으로 인가한 후, 결정성장 후반에 자장의 세기가 0이 되도록 서서히 감소시키는 방법이다. 이러한 방법에 의해 하나의 결정에서 7101017개/ 3 61017개/ 3 이상 줄일 수 있다.In the present invention, the silicon single crystal growth method is a cusp magnetic field or a silicon single crystal growth method by Czochralski growth method. After formation of a medium oxygen concentration block in a single crystal, a magnetic field is obtained to obtain a uniform low oxygen concentration crystal. This method is applied in a manner of increasing the strength of, and then gradually decreasing the strength of the magnetic field to zero at the end of crystal growth. 7 in one decision by these
본 발명에서는, 최초에 자장을 인가하지 않는 일반적인 쵸크랄스키법으로 성장을 진행하여 중 산소 농도를 갖는 블록을 형성시키고, 그 후, 균일한 저 산소 농도의 블록을 형성하도록 자장의 세기를 서서히 증가시켜 목표 자장 세기에 도달하게 한 후, 자장의 세기를 감소시키고, 최후에는 자장의 세기가 0이 되도록 한다.In the present invention, the magnetic field is gradually increased to form a block having a medium oxygen concentration by growing in a general Czochralski method without first applying a magnetic field, and then forming a uniform low oxygen concentration block. After reaching the target magnetic field strength, the strength of the magnetic field is reduced, and finally the strength of the magnetic field is zero.
이 방법에 의해 성장된 실리콘 결정봉 중에서는 [0i]가 7101017개/ 3인 중 산소 농도와 361017개/ 3인 저 산소 농도의 특성을 갖는 2개의 블록이 형성된다. 커스프 자장을 성장도중, 임의의 지점에서부터 처음으로 인가함으로써 마그네트의 효율이 향상되며 균일한 저 산소 농도의 결정성장이 용이하다. 본 발명에 의하면, 용융부터 결정성장을 개시하여 임의의 지점까지는 자장을 인가하지 않으며, 임의의 지점에 도달하였을 때 자장의 세기를 일정비율로 서서히 증가시킨다. 자장의 세기가 목표치에 도달했을 때 다시 자장의 세기를 일정비율로 줄여 가는 방법에 의해 결정 중에서의 산소 농도를 폭 넓은 범위에서 제어함이 가능하다.Among the silicon crystal rods grown by this method, [0i] is 7 10 10 to 17 pcs / 3 3 and the oxygen concentration in the 6 10 to 17 pcs / 3 is a two-block having the properties of low oxygen concentration is formed. By applying the cusp magnetic field for the first time from any point during the growth, the efficiency of the magnet is improved and the crystal growth of uniform low oxygen concentration is easy. According to the present invention, the magnetic field is not applied to any point by starting crystal growth from melting, and when the point is reached, the intensity of the magnetic field is gradually increased at a constant rate. When the strength of the magnetic field reaches the target value, it is possible to control the oxygen concentration in the crystal in a wide range by reducing the strength of the magnetic field to a certain ratio again.
다음은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예들은 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.The following presents a preferred embodiment to aid the understanding of the present invention. However, the following examples are merely provided to more easily understand the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.
[실시예]EXAMPLE
[대표적인 실시예]Representative Example
다음은 본 발명의 실시예를 도면에 의하여 설명한다. 제1도는 본 발명의 실시예에서 사용한 결정성장 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 제1도의 결정성장장치는 커스프 자장인가 장치의 상코일(1a) 및 하코일(1b), 흑연 발열체(2), 흑연 도가니(3), 석영도가니(4), 실리콘 용액(5), 결정(6), 종자결정(7), 회전축(8), 케이블(9), 결정성장로 챔버(chamber: 10)로 구성된다. 이러한 결정성장 장치를 사용하여 하기와 같은 단결정 성장방법으로 실리콘 단결정을 성장시킨다.The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings. 1 is a cross-sectional view schematically showing the crystal growth apparatus used in the embodiment of the present invention. The crystal growth apparatus of FIG. 1 includes the upper coil 1a and the lower coil 1b, the
다결정 실리콘을 결정성장로 챔버내의 석영도가니(4)에 장입하여 가열용해에 의하여 실리콘 용액(5)을 형성한다. 가열용해가 완료된 다음 일정 온도가 유지되면 케이블(9)을 하강시킴으로써 종자결정(7)을 실리콘 용액(5)에 담근다. 케이블(9)은 네크(11)의 직경을 45로 유지하면서 끌어 올린다. 일정한 직경의 네크(11)가 형성되면 케이블(9)의 인상속도를 줄여 직경이 207가 되도록 쇼율더(shoulder; 13)를 형성한다. 쇼울더가 형성되면 흑연발열체(2) 및 케이블(9)의 인상속도를 조절하여 직경 207의 실리콘 단결정을 성장한다. 이 때 케이블(9)과 도가니 회전축(8)은 서로 반대방향으로 회전한다.Polycrystalline silicon is charged into a quartz crucible 4 in a crystal growth furnace chamber to form a silicon solution 5 by heating melting. After the heat dissolution is completed, the seed crystal 7 is immersed in the silicon solution 5 by lowering the cable 9 when the constant temperature is maintained. The cable (9) has a diameter of 4 5 Pull it up while keeping it as it is. When the
제2도와 같이 결정이 20성장한 지점에서 자장인가 장치를 사용하여 자장의 세기를 일정비율로 서서히 증가시킨다. 자장인가 장치는 상코일(1a)과 하코일(1b)인 두 개의 솔레노이드 코일로 구성되어 있으며 전류의 방향은 반대이다. 따라서 결정성장로 내에서 자장의 분포는 커스프 형태를 띠게 된다.As shown in Figure 2, the decision is 20 At the point of growth, the magnetic field applying device is used to gradually increase the intensity of the magnetic field at a constant rate. The magnetic field applying device is composed of two solenoid coils, the upper coil 1a and the lower coil 1b, and the direction of the current is reversed. Therefore, the distribution of the magnetic field in the crystal growth furnace has a cusp shape.
결정의 길이가 30성장된 지점에서 도가니 벽에 걸리는 자장의 세기가 380Gauss로 되도록 조절한다. 일정한 직경을 유지하며 성장이 되는 결정 성장의 완료시점 직전에 자장의 세기가 0이 되도록 일정한 비율로 자장의 세기를 줄인다. 일정 시간동안 냉각시킨 후에 결정을 성장로 밖으로 꺼내면 207, 일정 직경부의 길이가 64인 실리콘 단결정이 얻어진다.The length of the crystal is 30 Adjust the strength of the magnetic field on the crucible wall to 380 Gauss at the point of growth. The strength of the magnetic field is reduced at a constant rate so that the strength of the magnetic field becomes zero immediately before the completion of crystal growth while maintaining a constant diameter. After cooling for a period of time, the crystals are taken out of the growth furnace. , The length of certain diameter part is 64 Phosphorus silicon single crystal is obtained.
[실시예 1]Example 1
다결정 실리콘을 결정성장로 챔버내의 석영도가니(4)에 장입하여 가열 용해에 의하여 실리콘 용액(5)을 형성하였다. 가열 용해가 완료된 다음 일정 온도가 유지되면 케이블(9)을 하강시킴으로써 종자결정(7)을 실리콘 용액(5)에 담그었다. 케이블(9)을, 네크(11)의 직경을 45로 유지시키면서 끌어 올렸다. 일정한 직경의 네크(11)가 형성되면 케이블(9)의 인상속도를 줄여 직경이 207가 되도록 쇼울더(13)를 형성하였다. 쇼율더가 형성되면 흑연발열체(2)의 온도 및 케이블(9)의 인상속도를 조절하여 직경 207의 실리콘 단결정을 성장시켰다. 이 때 케이블(9)과 도가니 회전축(8)은 서로 반대방향으로 회전을 하였다.Polycrystalline silicon was charged into a quartz crucible 4 in a crystal growth furnace chamber to form a silicon solution 5 by heat dissolution. After the heat dissolution was completed, the seed crystal 7 was immersed in the silicon solution 5 by lowering the cable 9 when the constant temperature was maintained. The cable (9), the diameter of the neck (11) is 4 5 Pulled up while maintaining. When the
제2도와 같이 결정이 20성장한 지점에서 자장인가 장치를 사용하여 자장의 세기를 일정비율로 서서히 증가시켰다. 결정의 길이가 30성장된 지점에서 도가니 벽에 걸리는 자장의 세기가 380Gauss로 되도록 조절하였다. 일정한 직경을 유지하며 성장되는 결정 성장의 완료 시점 직전에 자장의 세기가 0이 되도록 일정한 비율로 자장의 세기를 줄였다. 일정 시간동안 냉각시킨 후에 결정을 성장로 밖으로 꺼내면 직경 207, 일정 직경부의 길이가 64인 실리콘 단결정이 얻어진다.As shown in Figure 2, the decision is 20 At the point of growth, the intensity of the magnetic field was gradually increased at a constant rate using a magnetic field application device. The length of the crystal is 30 At the point of growth, the intensity of the magnetic field applied to the crucible wall was adjusted to 380 Gauss. The strength of the magnetic field was reduced at a constant rate such that the strength of the magnetic field became zero immediately before the completion of crystal growth while maintaining a constant diameter. After cooling for a period of time, the crystals are taken out of the growth furnace to diameter 207 , The length of certain diameter part is 64 Phosphorus silicon single crystal is obtained.
이와 같은 조건으로 성장된 결정의 각 부위에서 산소 농도의 면내 분포를 FT-IR로 측정하여 제3도에 나타내었다.The in-plane distribution of oxygen concentration at each site of the crystal grown under such conditions was shown in FIG. 3 by FT-IR.
제3도에 나타나 있는 바와 같이 0에서 시작하여 32까지의 잉곳에서는 잉곳의 길이가 증가할수록 보다 낮은 산소 농도의 블록을 형성하며 전류의 값이 최고치인 32일 때를 기점으로 하여 40및 48일 때는 잉곳의 길이가 증가할수록 높은 산소 농도의 블록을 형성한다. 그러나 56일 때는 다시 산소의 농도가 감소된 블록을 형성한다. 이것은 성장 종료 직전에는 용융실리콘의 양이 감소하여 산소의 공급원인 석영도가니와의 접촉 면적이 감소하므로써 석영도가니에서 용해되는 산소량이 감소하며 또한 이로 인하여 자장 효과가 상대적으로 증가하기 때문이다.0 as shown in Figure 3 Starting at 32 Ingots up to 32 form a block of lower oxygen concentration as the length of the ingot increases, resulting in the highest current value of 32. 40 starting at And 48 When the ingot increases in length to form a block of high oxygen concentration. But 56 When again, forms a block with reduced oxygen concentration. This is because the amount of molten silicon decreases immediately before the end of growth, and thus the amount of oxygen dissolved in the quartz crucible is reduced by decreasing the contact area with the quartz crucible, which is the source of oxygen, and the magnetic field effect is relatively increased.
[비교예 1]Comparative Example 1
상기 실시예 1에서 자장을 인가하지 않는 일반적인 쵸크랄스키법을 이용하여 실리콘 단결정을 성장시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.The same procedure as in Example 1 was performed except that the silicon single crystal was grown by using a general Czochralski method in which the magnetic field was not applied.
[비교예 2]Comparative Example 2
상기 실시예 1에서 온도 안정화 때부터 동일한 자장의 세기를 인가한 자장인가 쵸크랄스키법을 이용하여 실리콘 단결정을 성장시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.In Example 1, the same procedure as in Example 1 was carried out except that silicon single crystals were grown by using the magnetic field-applied Czochralski method applied with the same magnetic field strength from the time of temperature stabilization.
상기 비교예로서 제4도는 쵸크랄스키법, 제5도는 온도 안정화 때부터 같은 자장의 세기를 인가한 자장인가 쵸크랄스키법에 의해 성장된 결정의 산소 농도 분포를 나타낸 것이다. 쵸크랄스키법으로 성장된 단결정은 71017개/ 3이상의 산소 농도로 성장된 반면 자장인가 쵸크랄스키법만으로 성장된 경우에는 약 6.31017개/ 3이하로 제어되고 있음을 알 수 있다. 반면에 본 발명에 의한 실리콘 단결정은 제3도의 결과로부터 025까지는 [0i]가 781017개/ 3, 2560까지는 561017개/ 3인 두 가지 산소 농도 레벨을 갖는 구간이 형성되었음을 알 수 있다. 제5도와 비교하면 같은 세기의 자장인가인 경우, 본 발명에 의한 방법에서 보다 효율적으로 저 산소 농도 결정이 형성되며 중앙으로부터 90이후의 길이에서는 보다 균일한 산소 농도 분포를 나타낸다.As a comparative example, Fig. 4 shows the Czochralski method, and Fig. 5 shows the oxygen concentration distribution of the crystal grown by the magnetic field applying Czochralski method applying the same magnetic field strength from the time of temperature stabilization. Single crystal grown by Czochralski method is 7 10 to 17 pcs / About 6.3 when grown with oxygen concentration of 3 or more, but grown only with magnetic field or
본 발명에 의하면 31017개/ 3부터 11018개/ 3까지 임의의 범위에서 산소농도 제어가 가능하다. 또한 하나의 결정에서 2개 이상의 각각의 다른 산소 농도 스펙을 갖는 블록을 형성할 수 있으며, 자장인가에 요하는 전력비를 50이상 절감하는 효과가 있다.According to the invention 3 10 to 17 pcs / 3 from 1 10 to 18 pcs / Oxygen concentration can be controlled in any range up to 3 . It is also possible to form blocks with two or more different oxygen concentration specifications in a single crystal, which reduces the power ratio required to apply a magnetic field. There is an effect to reduce over.
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