KR101384060B1

KR101384060B1 - 실리콘 단결정 잉곳 성장 방법

Info

Publication number: KR101384060B1
Application number: KR1020120085118A
Authority: KR
Inventors: 김상희; 김정열; 강인구
Original assignee: 주식회사 엘지실트론
Priority date: 2012-08-03
Filing date: 2012-08-03
Publication date: 2014-04-09
Also published as: KR20140018671A

Abstract

본발명에 따른 실시예의 실리콘 단결정 성장 방법은, 다결정 실리콘이 단결정으로 응고되는 비율인 고화율이 50%가 될 때까지 실리콘 단결정을 성장시키는 단계; 고화율 50% 이상인 시점부터 고화율 60%가 되는 시점까지 챔버 내의 압력과 아르곤 가스 유량의 비율을 조절하는 단계로서, 상기 압력을 아르곤 가스로 나눈 값을 비율값으로 정의하고, 상기 비율값을 감소시키는 단계;및 단결정 성장 후, 성장된 잉곳 단부측에서의 상기 비율값과 대비하여, 상기 압력을 더 감소시키거나 상기 아르곤 가스의 유량을 더 증가시킨 다음 테일 공정을 실시하는 단계;를 포함한다.
본발명의 다른 실시예의 실리콘 단결정 성장 방법은, 고휘발성 도펀트를 포함하는 실리콘 단결정의 제조방법에 있어서, 다결정 실리콘이 단결정으로 응고되는 비율인 고화율이 50%가 될 때까지 실리콘 단결정을 성장시키는 단계; 고화율 50% 이상인 때부터 고화율 60%가 되는 때까지 실리콘 용융액에 인가되는 자기장의 세기를 감소시키는 단계;및 단결정 성장 후, 성장된 잉곳 단부측에서의 자기장의 세기에 대비하여, 상기 자기장의 세기를 더 감소시킨 다음 테일공정을 실시하는 단계;를 포함한다.

Description

실리콘 단결정 잉곳 성장 방법{Method for Manufacturing Silicon Single Crystal Ingot}

본 발명은 실리콘 단결정을 성장시키는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자를 제조하기 위한 웨이퍼를 제조하는 공정은 실리콘 잉곳(Ingot)을 슬라이싱(slicing)하는 절단 공정, 슬라이싱된 웨이퍼의 에지를 라운딩 처리하는 에지 연삭 공정, 절단 공정으로 인한 웨이퍼의 거친 표면을 평탄화 하는 래핑 공정, 에지 연삭 또는 래핑 공정 중에 웨이퍼 표면에 부착된 파티클을 비롯한 각종 오염 물질을 제거하는 세정 공정, 후공정에 적합한 형상 및 표면을 확보하기 위한 표면 연삭 공정 및 웨이퍼 에지에 대한 에지 연마 공정을 포함한다.

한편, 종래기술에 의하면, 전자 이동도(mobility) 향상을 위해 전자이동도가 높은 물질, 예를 들어 저융점 도펀트를 단결정 성장시 도펀트(Dopant)로 투입하게 된다. 일반적으로 전자 이동도가 높은 물질은 대체로 휘발성이 높으며 이로 인해 특히 단결정 성장 특성상 단결정으로 성장되는 길이 만큼 감소되는 융액의 량이 감소함에 따라 그 융액 내의 도펀트의 농도가 높아지면서 그 휘발 속도도 가속된다. 이로 인해 산소와 쉽게 결합하여 산화물 형태로 융액으로부터 이탈하기 때문에 성장 중인 단결정 속으로 유입되는 산소의 절대량이 감소하게 된다.

최근 전력 소자(Power Device)에 대한 수요가 늘어남에 따라 이에 사용되는 안티모니(Antimony), 적인(Red Phosphorus), 비소(Arsenic) 같은 고휘발성 실리콘 단결정의 수요 또한 크게 증가하고 있다. 그러나 이러한 제품들은 융점이 낮고 휘발성이 높은 특징이 있어 실제 실리콘 멜트 내에 필요한 농도보다 더 많은 양의 도펀트를 투입하여 실리콘 단결정을 성장시키게 된다. 이렇게 성장되는 실리콘 일반적으로 반도체 소자를 제조하기 위한 웨이퍼를 제조하는 공정은 실리콘 잉곳(Ingot)을 슬라이싱(slicing)하는 절단 공정, 슬라이싱된 웨이퍼의 에지를 라운딩 처리하는 에지 연삭 공정, 절단 공정으로 인한 웨이퍼의 거친 표면을 평탄화 하는 래핑 공정, 에지 연삭 또는 래핑 공정 중에 웨이퍼 표면에 부착된 파티클을 비롯한 각종 오염 물질을 제거하는 세정 공정, 후공정에 적합한 형상 및 표면을 확보하기 위한 표면 연삭 공정 및 웨이퍼 에지에 대한 에지 연마 공정을 포함한다.

한편, 종래기술에 의하면, 전자 이동도(mobility) 향상을 위해 전자이동도가 높은 물질, 예를 들어 저융점 도펀트를 단결정 성장시 도펀트(Dopant)로 투입하게 된다. 일반적으로 전자 이동도가 높은 물질은 대체로 휘발성이 높으며 이로 인해 특히 단결정 성장 특성상 단결정으로 성장되는 길이 만큼 감소되는 융액의 량이 감소함에 따라 그 융액 내의 도펀트의 농도가 높아지면서 그 휘발 속도도 가속된다. 이로 인해 단결정은 바디 후반부로 갈수록 점점 농도가 증가하게 되어 다결정화를 유발하게 된다.

표 1을 참조하면, 실리콘 잉곳 성장이 후반부로 갈수록 조성적 과냉 현상이 심해져 실리콘 잉곳이 다결정으로 성장되는 비율이 높아짐을 알 수 있다. 여기서, 고화율은 초기 투입한 다결정 실리콘이 단결정으로 응고되는 비율을 나타낸 것으로서, 성장된 실리콘 잉곳의 단결정 길이를 임의적으로 나타내는 것이라 할 수 있다.

	다결정화율(S/L %)
고화율 20%	5.3%
고화율 40%	0.0%
고화율 60%	10.5%
고화율 80%	15.8%
Tail	15.8%

또한, 최근 더욱 비저항이 낮은, 즉 농도를 더욱 높인 실리콘 단결정의 수요가 발생함에 따라 이의 제조에 큰 어려움이 있는 실정이다.

일본공개특허 2011-057476 을 참조하면, 실리콘 융액의 계면 높이를 제어하여 상기의 문제점을 극복하려 하나, 실리콘 융액 계면 높이는 실리콘 단결정이 성장하는 실제 공정에서는 확인이 불가능하고, 실리콘 단결정 성장 완료후 버티칼 샘플 채취 및 이의 열처리, X-ray 투과등의 과정을 거쳐야만 실제 확인이 가능하기에 공정에 바로 적용하기가 어려운 문제가 있다.

또한, 압력과 아르곤(Ar) 가스의 비율을 값으로 설정하여 이를 일정하게 유지하는 방법의 경우는 실리콘 잉곳이 성장함에 따라 성장 완료 시점과 테일(Tail) 공정에서의 다결정화를 완전히 제어할 수 없는 문제점이 있다.

표 2를 참조하면, 압력과 아르곤 가스 유량의 비율을 일정하게 하였을 경우, 단결정 수율이 고화율이 증가함에 따라 낮아지는 것을 보여준다.

P-value	고화율(%)	단결정 수율
2	20.0	◎
2	40.0	◎
2	60.0	○
2	80.0	×
2	Tail	×

◎: 양호 ○: 보통 ×: 불량

실시예는 단결정 성장 중 특히, 고휘발성 도펀트(dopant)를 사용할 경우 단결정의 길이 중 후반부에 성장되는 고화율(Solidification)이 60% 이상인 잉곳 끝부분과 테일(Tail) 공정에서의 다결정화를 제어하여 단결정의 수율을 높일 수 있는 단결정 잉곳 제조방법을 제공하고자 한다.

실시예에 따른 단결정 잉곳 성장방법은 고휘발성 실리콘 단결정의 제조방법에 있어서, 고화율 60% 이상인 잉곳 끝부분과 테일 공정에서 잉곳의 조성적 과냉이 일어나지 않도록 챔버 내의 압력과 아르곤 가스 유량 비율값을 변경하거나 자기장의 세기를 변경하여 높은 수율의 고휘발성 실리콘 단결정을 성장시킬 수 있다. 또한, 챔버 내의 압력/아르곤 가스 유량 비율값과 자기장의 세기를 동시에 변경함으로써 실리콘 단결정 성장 수율을 향상할 수 있다.

실시예에 따른 단결정 잉곳 제조방법에 의하면, 특히 단결정의 길이중 후반부 성장에 해당하는 고화율(solidification) 기준 60% 이상에 해당하는 실리콘 잉곳의 다결정화를 제어할 수 있다.

실시예는 압력과 아르곤(Ar) 가스 유량의 비율을 제시하고 이의 변경을 통해 실리콘 잉곳의 다결정화를 제어할 수 있다.

실시예는 자기장의 세기를 고화율 60% 이상에서 실리콘 잉곳의 초, 중반 성장 수준의 공정 조건으로 변경함으로써, 실리콘 잉곳의 다결정화를 제어할 수 있다.

또한, 성장이 종료된 시점인 테일(Tail) 공정에서도 압력과 아르곤(Ar) 가스 유량 비율을 변경하거나 자기장의 세기를 변경하여, 실리콘 잉곳 바디부에 전위가 올라오는 것을 방지하여 양질의 실리콘 단결정을 성장시킬 수 있다.

도 1는 실리콘 단결정 잉곳의 고화율 50% 이후의 성장 예시도.
도 2는 실시예에 따른 실리콘 단결정 성장 방법의 순서도.
도 3는 실시예에 따른 단결정 잉곳 제조방법에 있어서, 고화율 50% 이상에서 압력 및 아르곤 가스 유량의 비율값을 변경한 예시도.
도 4는 다른 실시예에 따른 실리콘 단결정 성장 방법의 순서도.
도 5는 다른 실시예에 따른 단결정 잉곳 제조방법에 있어서, 고화율 60% 이상에서 자기장의 세기를 변경한 예시도.

이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다. 그리고, 이하의 설명에서, 단어 '포함하는'은 열거된 것과 다른 구성요소들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 실리콘 단결정 성장 방법을 구현할 수 있는, 실리콘 단결정 성장로의 단면도이다. 우선, 실시예에 따른 단결정 제조방법이 적용되는 단결정 성장장치(100)을 설명한다.

실시예에 따른 실리콘 단결정 성장장치(100)는 챔버(110), 도가니(120), 히터(130), 인상수단(150) 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 실시예에 따른 단결정 성장장치(100)는 챔버(110)와, 상기 챔버(110)의 내부에 구비되며, 실리콘 융액을 수용하는 도가니(120)와, 상기 챔버(110)의 내부에 구비되며, 상기 도가니(120)를 가열하는 히터(130) 및 종자결정(152)이 일단에 결합된 인상수단(150)을 포함할 수 있다. 상기 챔버(110)는 반도체 등의 전자부품 소재로 사용되는 실리콘 웨이퍼(wafer)용 단결정 잉곳(Ingot)을 성장시키기 위한 소정의 공정들이 수행되는 공간을 제공한다.

상기 챔버(110)의 내벽에는 히터(130)의 열이 상기 챔버(110)의 측벽부로 방출되지 못하도록 복사 단열체(140)가 설치될 수 있다.

실시예는 실리콘 단결정 성장 시의 산소 농도를 제어하기 위하여 석영 도가니(120)의 회전 내부의 압력 조건 등 다양한 인자들을 조절할 수 있다. 예를 들어, 실시예는 산소 농도를 제어하기 위하여 실리콘 단결정 성장 장치의 챔버(110) 내부에 아르곤 가스 등을 주입하여 하부로 배출할 수 있다.

상기 도가니(120)는 실리콘 융액을 담을 수 있도록 상기 챔버(110)의 내부에 구비되며, 석영 재질로 이루어질 수 있다. 상기 도가니(120)의 외부에는 도가니(120)를 지지할 수 있도록 흑연으로 이루어지는 도가니 지지대(미도시)가 구비될 수 있다. 상기 도가니 지지대는 회전축(미도시) 상에 고정 설치되고, 이 회전축은 구동수단(미도시)에 의해 회전되어 도가니(120)를 회전 및 승강 운동시키면서 고액 계면이 동일한 높이를 유지하도록 할 수 있다.

상기 히터(130)는 도가니(120)를 가열하도록 챔버(110)의 내부에 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 히터(130)는 도가니 지지대를 에워싸는 원통형으로 이루어질 수 있다. 이러한 히터(130)는 도가니(120) 내에 적재된 고순도의 다결정 실리콘 덩어리를 용융하여 실리콘 융액으로 만들게 된다.

실시예의 실리콘 단결정 잉곳 성장을 위한 제조방법으로는 단결정인 종자결정 (seed crystal)(152)을 실리콘 융액에 담근 후 천천히 끌어올리면서 결정을 성장시키는 쵸크랄스키(Czochralsk:CZ)법을 채용할 수 있다.

이 방법에 따르면, 먼저, 종자결정(152)으로부터 가늘고 긴 결정을 성장시키는 네킹(necking)공정을 거치고 나면, 결정을 직경방향으로 성장시켜 목표직경으로 만드는 숄더링(shouldering)공정을 거치며, 이후에는 일정한 직경을 갖는 결정으로 성장시키는 바디그로잉(body growing)공정을 거치며, 일정한 길이만큼 바디그로잉이 진행된 후에는 결정의 직경을 서서히 감소시켜 결국 용융 실리콘과 분리하는 테일(tail)공정을 거쳐 단결정 성장이 마무리된다.

실시예는 단결정 성장 중 특히, 고휘발성의 도펀트(dopant)를 사용할 경우 단결정 성장 중 공정의 후반부인 고화율 60% 이상에서 조성적 과냉 없이 높은 수율의 단결정을 성장시킬 수 있는 단결정 잉곳 제조방법을 제공하고자 한다. 고화율은 초기 투입한 다결정 실리콘이 단결정으로 응고되는 비율을 나타낸 것으로서, 성장된 실리콘 잉곳의 단결정 길이를 임의적으로 나타낸다고 할 수 있다.

실시예에 따른 단결정 잉곳 제조방법은 저융점의 고휘발성 도펀트, 예를 들어 안티모니(Sb), 적인(Red Phosphorus), 게르마늄(Ge), 비소(As) 등을 사용할 수 있는데, 일정 수준 이하로 비저항이 낮아지면, 산소농도 또한 함께 낮아지게 된다.

그 이유는 이러한 도펀트들의 편석 계수(Segregation coefficient)가 1.0이하로 단결정이 성장되면서 융액이 그 길이 만큼 감소하게 되고 이로 인해 융액 속의 저융점 도펀트의 농도가 높아지게 된다. 융액 속의 도펀트 농도가 높아진다는 것은 그만큼 멜트 표면에서 휘발되는 양이 많아지게 되는데 이로 인해 성장중 조성적 과냉(constitutional supercooling)이 야기되어 원하는 단결정의 수율이 낮아지게 된다.

조성적 과냉은 다음과 같은 조건을 만족할 경우 일어나지 않게 된다.

(수학식) T(liquid)/v > (T1-T3)/D

여기서 D(diffusivity)는 물질의 특성을 나타낸 것으로 고정값이며, (T1-T3)은 응고가 일어나는 계면과의 온도 차이이고 v는 성장 속도이다.

즉, 조성적 과냉이 일어나지 않기 위해서는 v(성장속도)는 작아져야 하며, (T1-T3)(계면과의 온도차이)는 커질수록 유리해짐을 알 수 있다. 그러나, 실제 고휘발성 실리콘 단결정을 성장시키기 위해 성장 속도를 낮추는 것에는 한계가 있으며, 실리콘 멜트 계면과의 온도차이를 크게 하는 것 또한 핫 존(Hot zone) 측면에서 한계가 존재한다.

따라서, 본 실시예는 잉곳의 농도가 증가하는 실리콘 잉곳 성장 공정의 후반부의 다결정화를 제어하는 데에 초점을 맞추어 기술한다.

P-value 값은 압력과 아르곤 가스의 비율을 나타내는 것으로서, 압력을 아르곤 가스 유량으로 나눈 값이며, 이하에서는 P-value 또는 비율값으로 설명하기로 한다.

표 3을 참조하면, 상기의 P-value 또는 비율값을 변경하면서 고화율이 증가함에 따라 단결정 수율을 나타낸 것이다.

P-value	고화율(%)	실리콘 단결정 수율
1.5	40.0	◎
1.5	60.0	◎
1.5	80.0	○
1	60.0	◎
1	80.0	◎
0.5	60.0	◎
0.5	80.0	◎

◎: 양호 ○: 보통

P-value가 1.5일때 고화율이 높아질수록, 즉 실리콘 잉곳 성장 후반부로 갈수록 단결정 수율이 낮아지는 것을 확인할 수 있으며, P-value를 1 이하로 제어했을시는 고화율이 60% 이상에서는 단결정 수율이 항상 양호함을 확인할 수 있다.

도 2를 참조하면, 실시예에 따른 실리콘 단결정 성장 방법의 순서도이다. 도 3을 참조하면, 실시예에 따른 단결정 잉곳 제조방법에 있어서 고화율 60% 이상에서 압력과아르곤 가스 유량의 비율값을 변경한 예시도이다.

도 2 및 도 3를 참조하여 실시예에 따른 실리콘 단결정 성장 방법을 설명하면, 우선 실리콘 단결정로(100)를 사용하여 실리콘 단결정(160) 성장을 시작한다(단계 S1). 이 때 실리콘 단결정 성장은 통상의 성장 조건을 그대로 이용하는 것일 수 있다.

실리콘 단결정이 어느 정도 성장한 시점, 즉 실리콘 용융액의 50%가 고화하여 단결정으로 성장한 시점인 공정 초, 중반인 고화율 50%까지는 압력/아르곤 가스 유량의 비율값(P-value)을 2.0으로 유지한다. 이후, 실리콘 용융액의 고화율 50% 이후부터 압력/아르곤 가스 유량의 비율값을 감소시키는 단계를 실시한다(단계 S2). 이후, 고화율 60%가 되는 시점까지 1.0으로 감소시켜 실리콘 단결정을 성장시킨다(단계 S3). 즉, S3 단계는 고화율이 60%를 넘어가는 경우에 상기 비율값을 조절하는 단계를 포함하며, 상기 고화율이 60% 보다 큰 때의 비율값은 상기 고화율이 50%가 되기 전 비율값의 1/2 되도록 감소시키는 단계이다.

상기 압력/아르곤 가스 유량의 비율값(P-value)을 감소시키는 것은 단결정 성장로 내부의 압력을 감소시키거나, 아르곤 가스의 유량을 증가시키거나, 혹은 압력을 감소시키고 아르곤 가스 유량을 동시에 증가시키는 것을 포함하며, 이에 한정되지 않고 압력/아르곤 가스의 비율의 값을 P-value라고 정의하였으므로, 상기 P-value를 만족하는 모든 압력값 혹은 아르곤 가스의 유량이 될 수 있다. 따라서, 실리콘 단결정이 성장할 수 있는 최적의 압력/아르곤 가스 유량의 비율을 정의할 수 있게 된다.

테일(Tail) 공정은 실리콘 잉곳이 성장 완료된 시점으로 잉곳의 품질에는 상관이 없는 공정 단계이지만, 성장완료된 단결정 잉곳의 후반 공정에서 상기 실리콘 잉곳 테일 부분에서 다결정화가 생길 경우 전위(dislocation)가 실리콘 잉곳 중심부로 전파되어 올라옴에 따라 실리콘 단결정의 수율을 하락시키는 원인이 된다. 따라서, 본 실시예에서는 실리콘 잉곳 성장 후반부 뿐만 아니라, 테일 공정에서도 압력/아르곤 유량의 비율값을 변경하는 실시예를 제안한다.

성장한 잉곳 단부측의 압력/아르곤 가스 유량 비율값(P-value)과 대비하여, 상기 비율값을 60%로 더 감소시켜 테일(Tail) 공정을 진행하였을 시(단계 S4), 실리콘 잉곳의 다결정화가 적게 일어나게 되어 실리콘 단결정의 수율을 높일 수 있다.

상기 테일 공정에서 P-value를 감소시키는 것 역시, 단결정을 성장시키기 위한 챔버 내의 압력을 감소시키거나, 아르곤 가스의 유량을 증가시키거나, 혹은 압력을 감소시키면서 아르곤 가스 유량을 동시에 증가시키는 것을 포함하며, 이에 한정되지 않고 압력/아르곤 가스의 비율의 값을 P-value라고 정의하였으므로, 상기 P-value를 만족하는 모든 압력값 혹은 아르곤 가스의 양이 될 수 있다.

반면, 상기 P-value를 60%보다 더욱 낮은 수준으로 감소시킬 경우 아르곤 가스(Ar) 유속이 증가됨에 따라 도펀트(Dopant)의 휘발을 가속화시켜 실리콘 잉곳을 원하는 비저항 대역의 품질로 생산할 수 없는 경우가 발생된다.

도 4를 참조하면, 본발명의 다른 실시예에 따른 실리콘 단결정 성장 방법의 순서도이다.

도 5를 참조하면, 실시예에 따른 단결정 잉곳 제조방법에 있어서 고화율 60% 이상에서 자기장의 세기를 변경한 예시도이다.

실리콘 단결정 내에 자기장을 인가하면 실리콘 용융액의 대류를 억제하여 석영 도가니로부터 용출되는 산소 원자를 감소시킴으로써 실리콘 단결정으로의 산소유입량을 제어할 수 있는 효과가 있다.

본 실시예에서는, 고휘발 단결정 성장 공정에 있어서, 자기장의 세기가 커질수록 실리콘 용융액 계면에서의 확산 경계(Diffusion boundary)를 증가시켜 휘발을 억제하는 역할을 하는 점에 착안하였으며, 이에 따라 조성적 과냉이 일어나지 않도록 실리콘 성장 후반부에서는 자기장의 세기를 감소시키는 것을 적용하였다.

도 4 및 도 5를 참조하여 실시예에 따른 실리콘 단결정 성장 방법을 설명하면, 우선 실리콘 단결정성장로(100)를 사용하여 실리콘 단결정(160) 성장을 시작한다(단계 M1). 이 때 실리콘 단결정 성장은 통상의 성장 조건을 그대로 이용하는 것일 수 있다.

본 실시예에서 M-value는 실리콘 용융액에 인가되는 자기장의 세기를 나타내는 것으로 정의하여 설명하기로 한다. 상기 M-value를 실리콘 용융액의 50%가 고화하여 단결정으로 성장한 시점인 공정 초, 중반인 고화율 50%까지는 100으로 유지하며 단결정을 성장시킨다(단계 M1). 이후 실리콘 단결정이 50% 이상 고화된 시점에서부터 M-value를 감소시키기 시작한다(단계 M2). 성장 후반부인 고화율 60%가 될 때까지 자기장의 세기를 M1 단계 대비 70%로 감소시킨다(단계 M3). 즉, 단계 M3는 고화율이 60%를 넘어가는 경우에 상기 자기장의 세기를 조절하는 단계를 더 포함하고, 상기 자기장의 세기가 60%보다 큰 때의 자기장의 세기는, 상기 고화율이 50%에 이르기 전 자기장의 세기의 70%가 되도록 감소시키는 것을 의미한다.

이후, 성장한 단결정 잉곳 단부측의 M-value와 대비하여 상기 M-value의 80%로 더 감소시켜 테일 공정을 진행하였을 시, 실리콘 잉곳의 다결정화가 적게 일어나게 되어 단결정의 수율을 높일 수 있음을 비교예를 통해 알 수 있다.

상기 두가지 실시예는 챔버 내의 압력/아르곤 가스 유량의 비율값을 변경하거나, 실리콘 용융액에 가해지는 자기장의 세기를 변경하여 실리콘 단결정의 성장조건을 극대화할 수 있는 압력, 아르곤 가스의 유량, 자기장 파라미터(parameter)에 대한 최적값을 찾는 방법에 대한 것이다. 따라서, 상기 두가지 실시예는 독립적으로 실행될 수 있을 뿐 아니라, 챔버 내의 압력/아르곤 가스 유량의 비율값을 실시예와 같이 변경하면서, 동시에 실리콘 용융액에 가해지는 자기장의 세기를 실시예와 같이 변경하는 것 또한 가능하다.

실시예에 따른 단결정 잉곳 제조방법에 의하면, 단결정 성장 중 특히, 고휘발성의 도펀트를 사용할 경우 단결정 성장 중 고화율(Solidification)에 따라 압력/아르곤 가스 유량 비율값을 변경함으로써 조성적 과냉 현상을 피하여 실리콘 단결정 수율을 높일 수 있다.

실시예에 따른 단결정 잉곳 제조방법에 의하면, 단결정 성장 중 특히, 고휘발성의 도펀트를 사용할 경우 단결정 성장 중 고화율(Solidification)에 따라 자기장의 세기를 변경함으로써 실리콘 단결정 수율을 높일 수 있다.

또한, 실시예는 실리콘 잉곳의 성장 후반부 뿐 아니라, 성장이 완료된 시점의 테일 공정에서도 상기와 같이 압력/아르곤 가스 유량의 비율값 및 자기장의 세기를 제어함으로써, 실리콘 잉곳의 바디부에 전위가 전파되는 것을 방지함으로써 실리콘 단결정의 수율을 높일 수 있다.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 단지 예시일 뿐, 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 이상에 예시되지 않은 여러가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

고휘발성 도펀트를 포함하는 실리콘 단결정의 제조방법에 있어서,
다결정 실리콘이 단결정으로 응고되는 비율인 고화율이 50%가 될 때까지 실리콘 단결정을 성장시키는 단계;
고화율 50% 이상인 시점부터 고화율 60%가 되는 시점까지 챔버 내의 압력과 아르곤 가스 유량의 비율을 조절하는 단계로서, 상기 압력을 아르곤 가스로 나눈 값을 비율값으로 정의하고, 상기 비율값을 감소시키는 단계;및
단결정 성장 후, 성장된 잉곳 단부측에서의 상기 비율값과 대비하여, 상기 압력을 더 감소시키거나 상기 아르곤 가스의 유량을 더 증가시킨 다음 테일 공정을 실시하는 단계;
를 포함하는 실리콘 잉곳의 단결정 성장방법.
제 1항에 있어서,
상기 고화율 50% 이상인 시점부터 고화율 60%가 되는 시점까지 상기 비율값을 감소시키는 단계가 실시된 다음, 고화율이 60%를 넘어가는 경우에 상기 비율값을 조절하는 단계를 더 포함하고,
상기 고화율이 60%보다 큰 때의 비율값은 상기 고화율이 50%에 이르기 전의 비율값의 1/2이 되도록 감소시키는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳의 단결정 성장방법.
제 1항에 있어서,
상기 테일 공정을 실시하는 단계는,
상기의 성장된 잉곳의 단부측에서의 상기 비율값을 60%로 감소시키는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 성장방법.
제 1항에 있어서,
상기 비율값을 감소시키는 것은,
실리콘 단결정을 성장시키기 위한 챔버 내의 압력을 감소시키는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 성장방법.
제 1항에 있어서,
상기 비율값을 감소시키는 것은,
상기 아르곤 가스의 유량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 성장방법.
제 1항에 있어서,
상기 비율값을 감소시키는 것은,
실리콘 단결정을 성장시키기 위한 챔버 내의 압력을 감소시키면서, 상기 아르곤 가스의 유량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 성장방법.
고휘발성 도펀트를 포함하는 실리콘 단결정의 제조방법에 있어서,
다결정 실리콘이 단결정으로 응고되는 비율인 고화율이 50%가 될 때까지 실리콘 단결정을 성장시키는 단계;
고화율 50% 이상인 때부터 고화율 60%가 되는 때까지 실리콘 용융액에 인가되는 자기장의 세기를 감소시키는 단계;및
단결정 성장 후, 성장된 잉곳 단부측에서의 자기장의 세기에 대비하여, 상기 자기장의 세기를 더 감소시킨 다음 테일공정을 실시하는 단계;
를 포함하는 실리콘 잉곳의 단결정 성장방법.
제 7항에 있어서,
상기 고화율 50% 이상인 시점부터 고화율 60%가 되는 시점까지 상기 자기장의 세기를 감소시키는 단계가 실시된 다음, 고화율이 60%를 넘어가는 경우에 상기 자기장의 세기를 조절하는 단계를 더 포함하고,
상기 고화율이 60%보다 큰 때의 자기장의 세기는, 상기 고화율이 50%에 이르기 전의 자기장의 세기의 70%가 되도록 감소시키는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 성장방법.
제 7항에 있어서,
상기 테일 공정을 실시하는 단계는,
상기의 성장된 잉곳의 단부측에서의 상기 자기장의 세기를 80%로 감소시키는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 성장방법.
고휘발성 도펀트를 포함하는 실리콘 단결정의 제조방법에 있어서,
다결정 실리콘이 단결정으로 응고되는 비율인 고화율이 50%가 될 때까지 실리콘 단결정을 성장시키는 단계;
고화율 50% 이상인 시점부터 고화율 60%가 되는 시점까지 챔버 내의 압력과 아르곤 가스 유량의 비율을 조절하는 단계로서, 상기 압력을 아르곤 가스 유량으로 나눈 값을 비율값으로 정의하고, 상기 비율값 및 실리콘 용융액에 인가되는 자기장의 세기를 감소시키는 단계;및
단결정 성장 후, 성장된 잉곳의 단부측에서의 상기 비율값 및 자기장의 세기에 대비하여 압력과 아르곤 가스 유량의 비율값 및 자기장의 세기를 더 감소시킨 다음 테일 공정을 실시하는 단계;
를 포함하는 실리콘 잉곳의 단결정 제조방법.