KR102157388B1

KR102157388B1 - 실리콘 단결정 제조 방법 및 장치

Info

Publication number: KR102157388B1
Application number: KR1020187030613A
Authority: KR
Inventors: 와타루 스기무라; 류스케 요코야마; 미츠아키 하야시
Original assignee: 가부시키가이샤 사무코
Priority date: 2016-05-25
Filing date: 2017-05-09
Publication date: 2020-09-17
Also published as: US10858753B2; KR20180126542A; DE112017002662T5; JP6583142B2; CN109196144A; DE112017002662B4; CN109196144B; WO2017203968A1; TW201807267A; JP2017210387A; TWI641731B; US20200165742A1

Abstract

[과제] MCZ법에 의한 실리콘 단결정의 제조에 있어서, 웨이퍼 면내의 산소 농도의 불균일을 낮게 억제한다.
[해결 수단] 석영 도가니(11) 내의 실리콘 융액(2)에 자기장을 인가하면서 실리콘 융액(2)으로부터 실리콘 단결정(3)을 인상하는 초크랄스키법에 의한 실리콘 단결정 제조 방법으로서, 실리콘 단결정(3)의 인상 공정 중에 실리콘 융액(2)의 표면 온도를 연속적으로 측정하고, 표면 온도의 주파수 해석 결과에 기초하여 결정 육성 조건을 변화시킨다.

Description

실리콘 단결정 제조 방법 및 장치

본 발명은, 초크랄스키법(이하, "CZ법"이라고 함)에 의한 실리콘 단결정 제조 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히, 실리콘 융액에 자기장을 인가하면서 단결정의 인상을 수행하는 MCZ(Magnetic field applied CZ)법에 관한 것이다.

CZ법에 의한 실리콘 단결정 제조 방법으로서 MCZ법이 알려져 있다. MCZ법에서는, 석영 도가니 내의 실리콘 융액에 자기장을 인가함으로써 융액 대류를 억제하여 석영 도가니로부터의 산소의 용출을 억제하는 것이다. 자기장의 인가 방법은 다양한데, 수평 방향의 자기장을 인가하면서 단결정의 인상을 수행하는 HMCZ(Horizontal MCZ)법의 실용화가 진행되고 있다.

예를 들면, 특허 문헌 1에는, 실리콘 단결정이 성장하는 전 과정 중, 수평 방향의 자기장 중심선을 융액면(融液面)으로부터 5cm 이내의 융액면 근방으로 설정하는 HMCZ법이 기재되어 있다. 이 방법에 따르면, 융액면 근방의 대류가 억제되고, 융액면 근방보다 하방의 열대류가 강해지므로, 고액 계면(固液界面)으로의 열 전달을 높여 도가니 주위와 고액 계면과의 온도차를 감소시킬 수 있다. 또한 융액면의 하방에서 충분히 교반된 융액이 고액 계면에 공급되기 때문에, 특성이 보다 균일한 단결정을 얻을 수 있고, 열 응력에 의한 석영 도가니의 크랙도 방지될 수 있다. 또한, 특허 문헌 2에는, 결정 지름의 급증 및 산소 농도의 면내 분포의 악화를 방지하기 위해, 수평 자기장의 중심의 높이 방향의 위치를 융액면으로부터 100mm 이상 떨어진 위치로 설정하여 인상 공정을 실시하는 HMCZ법도 기재되어 있다.

CZ법에 의한 실리콘 단결정의 제조에서는, 실리콘 융액의 온도를 일정하게 유지할 필요가 있고, 이를 위해서 실리콘 융액의 표면 온도의 측정이 행해지고 있다. 예를 들면, 특허 문헌 3에는, 종결정(種結晶) 착액(着液) 전에 융액 표면의 온도를 방사 온도계로 측정하고, 소정의 온도가 되었을 때 착액을 수행하는 실리콘 단결정 제조 방법이 기재되어 있다. 또한 특허 문헌 4에는, 미광(迷光) 제거판을 챔버 내측면에 부착하여 외란광(外亂光)의 영향을 제거함으로써, 융액 표면의 온도를 정확하게 측정하는 방법이 기재되어 있다. 특허 문헌 5에는, 2개의 방사 온도계와 온도 측정 보조판을 이용하여 융액 표면의 온도를 측정하여 미광의 영향을 제거함으로써, 융액 표면의 온도를 정밀하게 측정하고, 온도 변화에 추종성 좋게 연속적으로 측정하는 것이 기재되어 있다.

특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 평 8-231294호 공보 특허 문헌 2 : 일본 특허 공개 2004-182560호 공보 특허 문헌 3 : 일본 특허 공개 2012-148938호 공보 특허 문헌 4 : 일본 특허 공개 평 9-263486호 공보 특허 문헌 5 : 일본 특허 공개 평 6-129911호 공보

MCZ법에 있어서는, 융액 대류를 억제하여 실리콘 단결정 중의 산소 농도를 저감시킬뿐만 아니라, 인상축 방향과 직교하는 실리콘 단결정의 단면 내의 산소 농도 분포가 가급적 균일한 것이 바람직하다. 실리콘 단결정의 단면 내의 산소 농도의 불균일이 낮은 경우에는, 실리콘 웨이퍼로부터 잘라낸 칩의 디바이스 불량의 발생률을 감소시키는 것이 가능하다.

그러나, 종래의 MCZ법에서는 산소 농도의 면내 불균일을 낮게 억제할 수 없어, 그 이후의 디바이스 공정에 있어서 제품 수율을 저하시키는 원인이 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은, 산소 농도의 면내 불균일을 낮게 억제하는 것이 가능한 실리콘 단결정 제조 방법 및 장치를 제공하는 것에 있다.

산소 농도의 면내 불균일은, 고액 계면의 형상이 만곡되어 있는 것이나 고액 계면으로부터 들어오는 산소량이 주기적으로 변동되고 있는 것이 원인으로 발생한다고 생각되고 있다. 실리콘 단결정을 반경 방향으로 슬라이스한 경우, 웨이퍼 단면은 산소 농도가 높은 영역과 낮은 영역을 교대로 가로지르게 되고, 그 결과, 잘라낸 웨이퍼 단면 내에서 산소 농도가 상하로 변동되게 된다. 이들 산소 농도의 거동은, 실리콘 단결정 중의 산소 석출 현상을 이용하고, 석출 열처리 후의 X선 토포그래프 상(像)을 촬영함으로써 확인할 수 있으며, 산소 스트리에이션(striation)이라 불리는 동심원 형상의 산소 석출 무늬가 관찰된다.

산소의 발생원은 석영 도가니이며, 산소를 고액 계면까지 수송하는 것은 주로 융액 대류이다. 따라서, 산소의 주기적인 변동과 마찬가지로 융액 대류도 주기적으로 변동되고 있는 것이 예측된다. 본원 발명자들은, 결정 육성 중인 융액 대류의 진동 현상을 파악하기 위해, 융액의 표면 온도를 연속적으로 측정할 수 있는 방사 온도계를 CZ로(CZ爐)에 부착하여 실리콘 단결정을 육성하면서 실리콘 융액의 표면 온도를 계측하였다. 취득한 표면 온도 데이터의 주파수 해석(解析, analysis) 결과로부터, 주로 도가니의 회전에 동기한 주기와, 도가니 회전에 동기하지 않는 주기의 2종의 주기가 관찰되었다. 이들 주기의 진폭 강도의 상대 관계가, 단결정 중의 산소 농도의 면내 불균일과 관계가 있다는 것을 알 수 있었다. 상세하게는, 도가니의 회전 주기의 진폭 강도를 A, 도가니의 회전 주기 이외의 주기의 최대 진폭 강도를 B라고 정의하면, A≥B가 되는 결정 육성 조건 하에서 산소 농도의 면내 불균일이 낮고 양호한 결과가 되었다. 나아가 산소 농도의 면내 불균일이 낮은 웨이퍼에서는 잘라낸 칩의 디바이스 수율도 높은 것을 알 수 있었다.

본 발명은 이러한 기술적 깨달음에 기초한 것으로서, 본 발명에 따른 실리콘 단결정 제조 방법은, 석영 도가니 내의 실리콘 융액에 자기장을 인가하면서 상기 실리콘 융액으로부터 실리콘 단결정을 인상하는 초크랄스키법에 의한 실리콘 단결정 제조 방법으로서, 상기 실리콘 단결정의 인상 공정 중에 상기 실리콘 융액의 표면 온도를 연속적으로 측정하고, 상기 표면 온도의 주파수 해석 결과에 기초하여 결정 육성 조건을 변화시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 실리콘 단결정 제조 장치는, 실리콘 융액을 지지하는 석영 도가니와, 상기 석영 도가니를 회전시키는 도가니 회전 기구와, 상기 실리콘 융액에 자기장을 인가하는 자기장 인가 장치와, 상기 실리콘 융액으로부터 실리콘 단결정을 인상하는 인상 기구와, 상기 실리콘 융액의 표면 온도를 연속적으로 측정하는 방사 온도계와, 상기 방사 온도계에 의해 측정된 상기 표면 온도를 주파수 해석하는 연산부와, 상기 표면 온도의 주파수 해석 결과에 기초하여 결정 육성 조건을 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 실리콘 단결정의 인상축 방향과 직교하는 결정 반경 방향의 산소 농도의 불균일을 저감시킬 수 있다. 따라서, 산소 농도의 면내 분포가 균일한 웨이퍼를 만드는 것이 가능하고, 웨이퍼로부터 작은 사이즈로 잘라낸 칩의 디바이스 특성의 불량률을 감소시킬 수 있다.

본 발명에 있어서는, 상기 표면 온도의 주기 스펙트럼에 포함되는 상기 석영 도가니의 회전 주기 이외의 주기의 최대 진폭 강도가 문턱값(역치, 임계값) 이하가 되도록, 상기 결정 육성 조건을 변화시키는 것이 바람직하다. 실리콘 융액의 표면 온도의 진폭의 진동 주기 중 도가니의 회전과 동기하지 않는 주기는 융액 대류의 불안정성에 기인한 진동이라고 생각된다. 따라서, 석영 도가니의 회전 주기 이외의 주기의 최대 진폭 강도가 억제되도록 결정 육성 조건, 예를 들면, 자석의 높이 위치를 적정화해 감으로써, 면내의 산소 농도가 균일한 고품질의 실리콘 단결정을 육성하는 것이 가능해진다.

본 발명에 있어서, 상기 문턱값은, 상기 표면 온도의 주기 스펙트럼에 포함되는 상기 석영 도가니의 회전 주기의 진폭 강도이고, 상기 석영 도가니의 회전 주기의 진폭 강도 A와 상기 석영 도가니의 회전 주기 이외의 주기의 최대 진폭 강도 B와의 관계가 A≥B를 만족하도록 상기 결정 육성 조건을 변화시키는 것이 바람직하다. 이와 같이, 석영 도가니의 회전 주기 이외의 주기의 최대 진폭 강도 B가 석영 도가니의 회전 주기의 진폭 강도 A를 밑도는 경우에는, 웨이퍼 면내의 산소 농도의 불균일을 억제할 수 있고, 웨이퍼로부터 잘라낸 칩의 디바이스 수율을 향상시키는 것이 가능하다.

본 발명에 있어서는, 상기 A 및 B의 상대 관계와 상기 결정 육성 조건과의 대응 관계를 상기 실리콘 융액의 잔액량마다 나타내는 데이터 테이블을 미리 준비해 두었다가, 현재의 실리콘 융액의 잔액량일 때에 상기 A≥B를 만족시킬 수 있는 결정 육성 조건을 상기 데이터 테이블로부터 도출하는 것이 바람직하다. 실리콘 융액의 표면 온도의 진폭의 진동 주기 중 도가니의 회전과 동기하지 않는 주기는 융액 대류의 불안정성에 기인한 진동이라고 생각되며, 이들 진동은, 석영 도가니 중의 실리콘 융액의 잔액량이나 자기장의 높이 위치에 의해 변화하고 있다. 따라서, 결정 육성 조건, 예를 들면, 자기장의 높이 위치를 융액량의 변화와 함께 적정화해 감으로써, 면내의 산소 농도가 균일한 고품질의 실리콘 단결정을 육성할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 결정 육성 조건은, 상기 자기장의 높이 방향의 위치를 포함하는 것이 바람직하고, 상기 자기장의 강도를 포함하는 것도 또한 바람직하다. 이와 같이 자기장 인가 조건을 조정함으로써 웨이퍼 면내의 산소 농도의 불균일을 억제하는 것이 가능해진다. 이와 같이, 결정 육성 조건으로서, 자기장의 높이 위치나 자기장의 세기를 적정화함으로써, 면내의 산소 농도가 균일한 고품질의 실리콘 단결정을 육성할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 표면 온도의 측정 위치는, 육성 중인 실리콘 단결정의 결정 성장 계면 근방의 최외주로부터 적어도 D/30mm(D는 실리콘 단결정의 목표 직경) 이격시킨 위치인 것이 바람직하다. 이에 따르면, 외란광의 영향을 억제하여 실리콘 융액의 표면 온도의 주기 진동을 정확하게 측정할 수 있다. 덧붙여, 실리콘 단결정의 목표 직경 D란, 실리콘 단결정의 바디부(body portion)를 육성할 때 노리는 직경을 말하며, 예를 들면, 직경 300mm 웨이퍼의 제조에 사용되는 실리콘 단결정의 목표 직경은 320mm, 직경 450mm 웨이퍼의 제조에 사용되는 실리콘 단결정의 목표 직경은 480mm로 설정할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 실리콘 단결정 제조 방법은, 석영 도가니 내의 실리콘 융액에 자기장을 인가하면서 상기 실리콘 융액으로부터 실리콘 단결정을 인상하는 초크랄스키법에 의한 실리콘 단결정의 인상 공정 중에 상기 실리콘 융액의 표면 온도를 연속적으로 측정하고, 상기 표면 온도의 주기 스펙트럼에 포함되는 상기 석영 도가니의 회전 주기의 진폭 강도 A와 상기 석영 도가니의 회전 주기 이외의 주기의 최대 진폭 강도 B와의 관계가 A≥B가 되는 상태에서 상기 실리콘 단결정의 바디부의 인상을 수행하는 것을 특징으로 한다. 이와 같이, 석영 도가니의 회전 주기 이외의 주기의 최대 진폭 강도 B가 석영 도가니의 회전 주기의 진폭 강도 A를 밑도는 경우에는, 바디부로부터 잘라낸 웨이퍼의 산소 농도의 면내 불균일을 억제할 수 있고, 웨이퍼로부터 잘라낸 칩의 디바이스 수율을 향상시키는 것이 가능하다. 덧붙여 A≥B가 되는 상태는 바디부의 전 영역에서 얻어지는 것이 바람직한데, 반드시 그럴 필요는 없으며, 바디부의 일부에서 A≥B가 되는 상태가 얻어지면 된다.

본 발명에 따르면, 산소 농도의 면내 불균일을 낮게 억제하는 것이 가능한 실리콘 단결정 제조 방법 및 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 실리콘 단결정 제조 장치의 구성을 개략적으로 도시한 측면 단면도이다.
도 2는 본 실시 형태에 따른 실리콘 단결정의 제조 공정을 도시한 흐름도이다.
도 3은 실리콘 단결정 잉곳의 형상을 도시한 개략 단면도이다.
도 4는 실리콘 융액의 표면 온도에 기초한 자기장 인가 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5(a) 및 (b)는, 방사 온도계에 의해 측정된 실리콘 융액의 표면 온도의 주파수 해석 결과의 예를 도시한 그래프이다.

이하, 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 실리콘 단결정 제조 장치의 구성을 개략적으로 도시한 측면 단면도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 실리콘 단결정 제조 장치(1)는, 수냉식의 챔버(10)와, 챔버(10) 내에 있어서 실리콘 융액(2)을 보유 유지(保持)하는 석영 도가니(11)와, 석영 도가니(11)를 보유 유지하는 흑연 도가니(12)와, 흑연 도가니(12)를 지지하는 회전 샤프트(13)와, 회전 샤프트(13)를 회전 및 승강 구동하는 샤프트 구동 기구(14)와, 흑연 도가니(12)의 주위에 배치된 히터(15)와, 히터(15)의 외측으로서 챔버(10)의 내면을 따라 배치된 단열재(16)와, 석영 도가니(11)의 상방에 배치된 열차폐체(17)와, 석영 도가니(11)의 상방으로서 회전 샤프트(13)와 동축 상에 배치된 단결정 인상용 와이어(18)와, 챔버(10)의 상방에 배치된 와이어 권취 기구(19)를 구비하고 있다.

챔버(10)는, 메인 챔버(10a)와, 메인 챔버(10a)의 상부 개구에 연결된 가늘고 긴 원통형의 풀 챔버(10b)로 구성되어 있으며, 석영 도가니(11), 흑연 도가니(12), 히터(15) 및 열차폐체(17)는 메인 챔버(10a) 내에 마련되어 있다. 풀 챔버(10b)에는 챔버(10) 내에 아르곤 가스 등의 불활성 가스(퍼지 가스)나 도펀트 가스를 도입하기 위한 가스 도입구(10c)가 마련되어 있고, 메인 챔버(10a)의 하부에는 챔버(10) 내의 분위기 가스를 배출하기 위한 가스 배출구(10d)가 마련되어 있다. 또한, 메인 챔버(10a)의 상부에는 관찰창(10e)이 마련되어 있어, 실리콘 단결정(3)의 육성 상황을 관찰창(10e)으로부터 관찰 가능하다.

석영 도가니(11)는, 원통형의 측벽부와 만곡된 바닥부를 갖는 석영 유리로 된 용기이다. 흑연 도가니(12)는, 가열에 의해 연화된 석영 도가니(11)의 형상을 유지하기 위해, 석영 도가니(11)의 외표면에 밀착되어 석영 도가니(11)를 감싸도록 보유 유지한다. 석영 도가니(11) 및 흑연 도가니(12)는 챔버(10) 내에 있어서 실리콘 융액을 지지하는 이중 구조의 도가니를 구성하고 있다.

흑연 도가니(12)는 회전 샤프트(13)의 상단부에 고정되어 있으며, 회전 샤프트(13)의 하단부는 챔버(10)의 바닥부를 관통하여 챔버(10)의 외측에 마련된 샤프트 구동 기구(14)에 접속되어 있다. 회전 샤프트(13) 및 샤프트 구동 기구(14)는 석영 도가니(11) 및 흑연 도가니(12)의 회전 기구 및 승강 기구를 구성하고 있다.

히터(15)는, 석영 도가니(11) 내에 충전된 실리콘 원료를 융해하여 실리콘 융액(2)을 생성함과 아울러, 실리콘 융액(2)의 용융 상태를 유지하기 위해 사용된다. 히터(15)는 카본으로 된 저항 가열식 히터로서, 흑연 도가니(12) 내의 석영 도가니(11)를 둘러싸도록 마련되어 있다. 나아가 히터(15)의 외측에는 단열재(16)가 히터(15)를 둘러싸도록 마련되어 있고, 이에 의해 챔버(10) 내의 보온성이 높여져 있다.

열차폐체(17)는 실리콘 융액(2)의 온도 변동을 억제하여 결정 성장 계면 근방에 적절한 핫 존(hot zone)을 형성함과 아울러, 히터(15) 및 석영 도가니(11)로부터의 복사열에 의한 실리콘 단결정(3)의 가열을 방지하기 위해 마련되어 있다. 열차폐체(17)는, 실리콘 단결정(3)의 인상 경로를 제외한 실리콘 융액(2)의 상방의 영역을 덮는 흑연으로 된 부재로서, 예를 들면, 하단으로부터 상단을 향해 개구 사이즈가 커지는 역원뿔대 형상을 가지고 있다.

열차폐체(17)의 하단의 개구(17a)의 직경은 실리콘 단결정(3)의 직경보다 크며, 이에 의해 실리콘 단결정(3)의 인상 경로가 확보되어 있다. 열차폐체(17)의 개구(17a)의 직경은 석영 도가니(11)의 구경보다 작고, 열차폐체(17)의 하단부는 석영 도가니(11)의 내측에 위치하므로, 석영 도가니(11)의 림(rim) 상단을 열차폐체(17)의 하단보다 상방까지 상승시켜도 열차폐체(17)가 석영 도가니(11)와 간섭하는 일은 없다.

실리콘 단결정(3)의 성장과 함께 석영 도가니(11) 내의 융액량은 감소하는데, 융액면과 열차폐체(17)의 하단과의 간격(갭(ΔG))이 일정해지도록 석영 도가니(11)를 상승시킴으로써, 실리콘 융액(2)의 온도 변동을 억제함과 아울러, 융액면 근방을 흐르는 가스의 유속(流速)을 일정하게 하여 실리콘 융액(2)으로부터의 도펀트의 증발량을 제어할 수 있다. 따라서, 실리콘 단결정의 인상축 방향의 결정 결함 분포, 산소 농도 분포, 저항률 분포 등의 안정성을 향상시킬 수 있다.

석영 도가니(11)의 상방에는, 실리콘 단결정(3)의 인상축인 와이어(18)와, 와이어(18)를 권취하는 와이어 권취 기구(19)가 마련되어 있다. 와이어 권취 기구(19)는 와이어(18)와 함께 실리콘 단결정을 회전시키는 기능을 가지고 있다. 와이어 권취 기구(19)는 풀 챔버(10b)의 상방에 배치되어 있으며, 와이어(18)는 와이어 권취 기구(19)로부터 풀 챔버(10b) 안을 지나 하방으로 연장되어 있고, 와이어(18)의 선단부는 메인 챔버(10a)의 내부 공간까지 도달해 있다. 도 1에는, 육성 도중의 실리콘 단결정(3)이 와이어(18)에 매달린 상태가 도시되어 있다. 실리콘 단결정(3)의 인상 시에는 석영 도가니(11)와 실리콘 단결정(3)을 각각 회전시키면서 와이어(18)를 서서히 인상함으로써 실리콘 단결정(3)을 성장시킨다..

메인 챔버(10a)의 상부에는 내부를 관찰하기 위한 관찰창(10e, 10f)이 마련되어 있고, CCD 카메라(20)는 관찰창(10e)의 외측에 설치되어 있다. 단결정 인상 공정 중, CCD 카메라(20)는 관찰창(10e)으로부터 열차폐체(17)의 개구(17a)를 통하여 보이는 실리콘 단결정(3)과 실리콘 융액(2)과의 경계부를 비스듬히 상방으로부터 촬영한다. CCD 카메라(20)에 의한 촬영 화상은 화상 처리부(21)에서 처리되고, 처리 결과는 제어부(22)에 있어서 인상 조건의 제어에 사용된다.

메인 챔버(10a)의 관찰창(10f)의 외측에는 실리콘 융액(2)의 표면 온도를 측정하기 위한 방사 온도계(25)가 설치되어 있고, 메인 챔버(10a)의 내부의 방사 온도계(25)와 동일한 높이 위치에는 실리콘 미러(26)가 설치되어 있다. 실리콘 미러(26)는 융액면에 대해 비스듬히 45도의 각도를 이루고 있으며, 융액면으로부터 쪽 곧게 상방으로 진행하여 실리콘 미러(26)에서 반사된 빛이 방사 온도계(25)로 들어온다. 이와 같이, 방사 온도계(25)는, 융액면으로부터 쪽 곧게 상방으로 출사된 실리콘 융액(2)의 복사광을 수광하여 그 표면 온도를 측정하므로, 다중 반사광 등의 외란광의 영향을 억제하여 실리콘 융액(2)의 표면 온도를 정확하게 측정할 수 있다. 방사 온도계(25)에 의해 측정된 온도 데이터는 연산부(27)에서 처리되고, 처리 결과는 제어부(22)에 있어서 인상 조건의 제어에 사용된다.

자기장 인가 장치(30)는, 메인 챔버(10a)를 사이에 두고 대향 배치된 한 쌍의 전자석 코일(31A, 31B)과, 전자석 코일(31A, 31B)을 승강이 자유롭도록 지지하는 리프트 기구(33)를 구비하고 있다. 전자석 코일(31A, 31B) 및 리프트 기구(33)는 제어부(22)로부터의 지시에 따라 동작하고, 자기장 강도 및 전자석 코일(31A, 31B)의 높이 방향의 위치가 제어된다. 자기장 인가 장치(30)가 발생시키는 수평 자기장의 중심 위치(자기장 중심 위치(C))는 상하 방향으로 이동 가능하다. 자기장 중심 위치(C)란, 대향 배치된 전자석 코일(31A, 31B)의 중심끼리를 이은 수평 방향의 선(자기장 중심선)의 높이 방향의 위치를 말한다. 수평 자기장 방식에 따르면, 실리콘 융액(2)의 대류를 효과적으로 억제할 수 있다.

실리콘 단결정(3)의 인상 공정에서는, 종결정을 강하시켜 실리콘 융액(2)에 침지한 후, 종결정 및 석영 도가니(11)를 각각 회전시키면서 종결정을 서서히 상승시킴으로써, 종결정의 하방에 대략 원기둥 형상의 실리콘 단결정(3)을 성장시킨다. 그 때, 실리콘 단결정(3)의 직경은 그 인상 속도나 히터(15)의 파워를 제어함으로써 제어된다. 또한, 실리콘 융액(2)에 수평 자기장을 인가함으로써 자력선에 직교하는 방향의 융액 대류가 억제된다.

도 2는 본 실시 형태에 따른 실리콘 단결정의 제조 공정을 도시한 흐름도이다. 또한, 도 3은 실리콘 단결정 잉곳의 형상을 도시한 개략 단면도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 실리콘 단결정의 제조에서는, 석영 도가니(11) 내의 실리콘 원료를 히터(15)로 가열하여 융해함으로써 실리콘 융액(2)을 생성한다(단계 S11). 다음, 와이어(18)의 선단부에 부착된 종결정을 강하시켜 실리콘 융액(2)에 착액시킨다(단계 S12). 그 후, 실리콘 융액(2)과의 접촉 상태를 유지하면서 종결정을 서서히 인상하여 단결정을 육성하는 단결정의 인상 공정(단계 S13 내지 S16)을 실시한다.

단결정의 인상 공정에서는, 무전위화(無轉位化)를 위해 결정 직경이 가늘게 축소(수축)된 네크부(neck portion, 3a)를 형성하는 네킹 공정(단계 S13)과, 결정 직경이 서서히 커진 숄더부(shoulder portion, 3b)를 형성하는 숄더부 육성 공정(단계 S14)과, 결정 직경이 규정의 직경(예를 들면, 320mm)으로 유지된 바디부(body portion, 3c)를 형성하는 바디부 육성 공정(단계 S15)과, 결정 직경이 서서히 작아진 테일부(tail portion, 3d)를 형성하는 테일부 육성 공정(단계 S16)이 차례대로 실시되고, 최종적으로는 단결정이 융액면으로부터 잘려져 분리된다. 이상에 의해, 도 3에 도시한 바와 같이, 네크부(3a), 숄더부(3b), 바디부(3c) 및 테일부(3d)를 갖는 실리콘 단결정 잉곳(3I)이 완성된다.

착액 공정(S12)의 시작부터 바디부 육성 공정(S15)의 종료까지의 동안에는, 자기장 중심 위치(C)를 예를 들면, 융액면 부근으로 설정하여 단결정을 인상하는 자기장 인가를 실시한다(단계 S20). 여기서 "융액면 부근"이란, 실리콘 융액(2)의 액면으로부터 ±50mm의 범위 내를 말한다. 자기장 중심 위치(C)가 이 범위 내이면, 자기장 중심 위치(C)가 융액면과 일치해 있는 경우와 동등한 효과를 얻을 수 있고, 융액면의 대류를 억제할 수 있다.

단결정의 성장이 진행되어 융액이 소비되면 융액면은 서서히 저하되는데, 융액면의 저하에 맞추어 석영 도가니(11)를 상승시켜 융액면의 절대적인 높이가 일정해지도록 제어하므로, 융액면과 열차폐체의 하단과의 간격(갭)이 일정하게 유지됨과 아울러, 자기장 중심 위치(C)를 융액면 부근에 고정할 수 있다.

이와 같이, 단결정의 바디부 육성 공정(S15)에서 자기장 중심 위치(C)를 실리콘 융액(2)의 융액면 부근으로 설정함으로써, 융액면 부근의 열대류가 억제되고, 융액면 부근보다 하방의 열대류가 강해지므로, 고액 계면으로의 열전달을 높일 수 있고, 도가니 주위와 고액 계면과의 온도차를 감소시킬 수 있다. 또한 융액면의 하방에서 충분히 교반된 실리콘 융액(2)이 고액 계면에 공급되기 때문에, 특성이 보다 균일한 단결정을 얻을 수 있고, 열 응력에 의한 석영 도가니(11)의 크랙도 방지될 수 있다.

도 4는 실리콘 융액의 표면 온도에 기초한 자기장 인가 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 착액 공정(S12)의 시작 시에는 자기장 인가 장치(30)에 의해 수평 자기장의 인가가 시작된다(단계 S21). 그리고, 실리콘 단결정(3)의 인상 공정 중에는 실리콘 융액(2)의 표면 온도의 시간 변화가 방사 온도계(25)에 의해 연속적으로 측정된다(단계 S22). 방사 온도계(25)가 계측한 온도 데이터는 연산부(27)로 보내지고, 실리콘 융액(2)의 표면 온도의 주파수 해석이 수행된다(단계 S23).

실리콘 융액(2)의 표면 온도의 주파수 해석에서는, 석영 도가니(11)의 회전 주기의 진폭 강도 A와 석영 도가니(11)의 회전 주기 이외의 주기의 최대 진폭 강도 B가 각각 구해지고(단계 S24, S25), 양자의 비교가 수행된다. 그리고 A≥B를 만족시키는 경우에는 자기장 중심 위치를 그대로 유지하고(단계 S26Y), A<B가 되는 경우에는 A≥B가 되도록 자기장 중심 위치를 변화시킨다(단계 S26N, S27). 이러한 제어는 자기장 인가 종료까지 계속된다(단계 S28N, S22 내지 S27).

실리콘 융액(2)의 표면 온도는 융액 대류의 영향을 받고 있으며, 융액 대류는 석영 도가니(11)의 회전의 영향을 받고 있다. 그 때문에, 표면 온도의 진폭 변동에는 석영 도가니(11)의 회전 주기 성분이 항상 중첩되어 있다. 석영 도가니(11)를 회전 샤프트(13)에 부착할 때, 석영 도가니(11)의 중심축과 회전 샤프트(13)의 중심축을 완전히 일치시키는 어려우며, 미소한 축 어긋남에 의해 석영 도가니(11)는 편심된다. 또한, 인상 공정이 진행됨에 따라 석영 도가니(11)는 연화되어 변형되어, 원형을 유지할 수 없다. 이러한 석영 도가니(11)의 편심의 영향에 의해, 석영 도가니(11)의 회전 주기 성분은 융액 대류를 통해 표면 온도에 전달된다.

또한, 표면 온도의 진폭 변동에는 이러한 석영 도가니(11)의 회전 주기 이외의 주기 성분도 포함되는데, 이러한 석영 도가니(11)의 회전 주기 이외의 주기 성분의 진폭 변동이 매우 큰 경우에는, 융액 대류의 변화가 커지고, 그 결과, 실리콘 단결정(3)의 산소 농도의 면내 불균일이 커진다. 그 때문에, 자기장 중심 위치를 변화시켜 석영 도가니(11)의 회전 주기 이외의 주기의 진폭 변동을 낮게 억제하는 제어가 수행된다.

실리콘 융액(2)의 표면 온도의 주파수 해석에서는, 석영 도가니(11)의 회전 주기 이외의 주기의 최대 진폭 강도 B만 구하고, 이것이 소정의 문턱값을 초과했는지 여부를 기준으로 하여 자기장 중심 위치를 변화시킬 것인지 여부를 결정할 수도 있다. 즉, 석영 도가니(11)의 회전 주기 이외의 주기의 최대 진폭 강도 B가 문턱값 이하가 되도록 자기장 중심 위치를 변화시킬 수도 있다.

실리콘 융액(2)의 표면 온도의 주파수 분석 결과에 기초하여 자기장 중심 위치를 변화시키는 경우, 현재의 실리콘 융액(2)의 잔액량이 고려된다. 주파수 분석 결과가 동일한 결과인 경우라도, 실리콘 융액(2)의 잔액량이 많은 경우와 적은 경우에서는 실리콘 융액(2)에 대한 자기장의 작용이 서로 다르기 때문이다.

그 때문에 본 실시 형태에서는, 진폭 강도 A 및 B의 상대 관계와 자기장 중심 위치와의 대응 관계를 실리콘 융액의 잔액량마다 나타내는 데이터 테이블을 미리 준비해 두었다가, 현재의 실리콘 융액(2)의 잔액량일 때 A≥B를 만족시킬 수 있는 자기장 중심 위치(C)를 데이터 테이블로부터 도출하여 실제로 변경한다. 이와 같이 함으로써, 잔액량에 따른 적절한 자기장 중심 위치를 설정할 수 있다.

실리콘 융액(2)의 표면 온도의 측정 위치는, 육성 중인 실리콘 단결정(3)의 결정 성장 계면 근방의 최외주로부터 적어도 D/30mm(D는 실리콘 단결정의 목표 직경) 이격시킨 위치이다. 실리콘 단결정(3)에 과도하게 가까우면 메니스커스의 영향에 의해 표면 온도의 주기 진동에 결정 직경의 변동의 거동이 겹쳐, 온도 데이터가 저(低) 그레이드화되기 때문이다. 메니스커스는 실리콘 단결정(3)과의 경계부에 형성되는 실리콘 융액(2)의 굴곡면으로서, 그 영향은 실리콘 단결정(3)의 직경이 커질수록 광범위해진다. 그 때문에, 예를 들면, 직경 320mm의 실리콘 단결정의 경우에는 최외주로부터 10.7mm 이상 이격시킨 위치인 것이 바람직하고, 직경 480mm의 실리콘 단결정의 경우에는 최외주로부터 16mm 이상 이격시킨 위치인 것이 바람직하다.

도 5(a) 및 (b)는, 방사 온도계(25)에 의해 측정된 실리콘 융액(2)의 표면 온도의 주파수 해석 결과의 예를 도시하는 그래프로서, 가로축은 표면 온도의 진폭의 진동 주기(s), 세로축은 표면 온도의 진폭 강도를 각각 나타내고 있다.

도 5(a)에 도시한 실리콘 융액(2)의 표면 온도의 주기 스펙트럼은 2개의 피크를 가지고 있으며, 하나는 실리콘 융액(2)의 표면 온도가 석영 도가니(11)의 회전 주기의 피크, 다른 하나는 석영 도가니(11)의 회전 주기 이외의 주기의 피크이다. 본 예에서는, 석영 도가니(11)의 회전 주기 이외의 주기의 피크 레벨(진폭 강도 B)이 석영 도가니(11)의 회전 주기의 피크 레벨(진폭 강도 A)을 웃돌고(상회) 있다. 이러한 피크 패턴이 검출되는 경우, 실리콘 단결정(3)의 단면 내의 산소 농도의 불균일이 커지는 경향이 있으므로, 자기장 중심 위치(C)의 높이 위치의 변경이 수행된다.

한편, 도 5(b)에 도시한 실리콘 융액(2)의 표면 온도의 주기 스펙트럼은, 도 5(a)와 마찬가지로 석영 도가니(11)의 회전 주기와 그 이외의 주기에 각각 1개씩 피크를 갖는데, 석영 도가니(11)의 회전 주기의 피크 레벨(진폭 강도 A)이 석영 도가니(11)의 회전 주기 이외의 주기의 피크 레벨(진폭 강도 B)을 웃돌고 있다. 이러한 피크 패턴이 검출되는 경우, 실리콘 단결정(3)의 단면 내의 산소 농도의 불균일이 낮게 억제되는 경향이 있으므로, 자기장 중심 위치(C)의 높이 위치를 변경하지 않고 실리콘 단결정(3)의 인상이 계속된다.

이와 같이, 본 실시 형태에 따른 실리콘 단결정 제조 방법은, 표면 온도의 주기 스펙트럼에 포함되는 석영 도가니의 회전 주기의 진폭 강도 A와 석영 도가니의 회전 주기 이외의 주기의 최대 진폭 강도 B와의 관계가 A≥B가 되는 상태에서 실리콘 단결정의 바디부의 인상 공정을 수행하므로, A≥B가 되는 조건 하에서 육성된 실리콘 단결정의 바디부로부터 잘라낸 웨이퍼의 산소 농도의 면내 불균일을 작게 할 수 있고, 웨이퍼로부터 잘라낸 칩의 디바이스 수율을 향상시키는 것이 가능하다. A≥B가 되는 상태는 바디부의 전 영역에서 얻어지는 것이 바람직한데, 반드시 그럴 필요는 없으며, 바디부의 적어도 일부에서 얻어져도 좋다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 실리콘 단결정 제조 방법은, 실리콘 융액(2)의 표면 온도의 주파수 분석 결과에 기초하여 자기장 중심 위치(C)의 높이 방향의 위치를 변화시키므로, 실리콘 단결정(3)의 단면 내의 산소 농도의 불균일을 억제할 수 있다. 따라서, 실리콘 단결정(3)으로부터 잘라낸 웨이퍼로 제조되는 반도체 디바이스의 제품 수율을 향상시킬 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 형태에 한정되지 않고, 본 발명의 주요한 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하고, 그들도 본 발명의 범위 내에 포함되는 것임은 말할 필요도 없다.

예를 들면, 상기 실시 형태에 있어서는, 실리콘 융액의 표면 온도의 주파수 분석 결과에 기초하여 자기장 중심 위치를 제어하고 있는데, 본 발명은 자기장 중심 위치를 제어하는 경우에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면, 자기장의 강도를 제어하는 것일 수도 있다. 자기장의 강도도 위에서 기술한 자기장 중심 위치와 동일하게, 실리콘 융액(2)의 표면 온도의 주파수 해석 결과에 기초하여 조정할 수 있다. 나아가 제어 대상은 자기장 인가 조건 이외의 다른 결정 육성 조건, 예를 들면, 석영 도가니의 회전 속도(회전 주기), 히터(15)의 출력, 실리콘 단결정(3)의 인상 속도, 석영 도가니(11)의 상승 속도 등을 제어 대상으로 할 수도 있다. 나아가서는 이들을 적당히 조합한 복수 개의 대상을 제어하는 것일 수도 있다. 또한, 본 발명은 실리콘 이외의 다른 단결정의 제조에 사용할 수도 있다.

실시예

먼저, 방사 온도계로 측정하는 실리콘 융액의 표면 온도의 측정 위치에 대하여 평가하였다.

이 평가 시험에서는, 도 1에 도시한 실리콘 단결정 제조 장치를 이용하여 직경 320mm의 실리콘 단결정을 MCZ법에 의해 제조함과 아울러, 육성 중인 실리콘 단결정의 결정 성장 계면 근방의 최외주로부터 3.2mm, 5.3mm, 7.1mm, 10.7mm, 32mm 각각 이격시킨 위치의 표면 온도를 방사 온도계로 측정하고, 그 주파수 해석을 수행하였다. 그 결과를 표 1에 나타내었다. 육성하는 실리콘 단결정의 목표 직경 D는 320mm이기 때문에, 표 1에 있어서 예를 들면, 3.2mm는 D/100mm로서 표현되어 있다.

측정 위치(mm)	주파수 해석에 의한 피크의 검출
D/100	검출 불가(외란 많음)	Х
D/60	검출 불가(외란 많음)	Х
D/45	검출 어려움	△
D/30	검출 가능	○
D/10	검출 가능, 선명	◎

표 1로부터 명백한 바와 같이, 실리콘 단결정의 최외주로부터 3.2mm 및 5.3mm 각각 이격시킨 측정 위치에서는 외란이 매우 많아 주파수 스펙트럼의 피크를 검출할 수 없었다. 또한 실리콘 단결정의 최외주로부터 7.1mm 떨어진 측정 위치에서도 외란이 많아 주파수 스펙트럼의 피크의 검출이 어려웠다. 한편, 실리콘 단결정의 최외주로부터 10.7mm 떨어진 측정 위치에서는 외란이 적어 주파수 스펙트럼의 피크의 검출이 가능하였고, 32mm 떨어진 측정 위치에서는 주파수 스펙트럼의 피크가 선명하게 나타났다.

이상의 결과로부터, 실리콘 단결정의 최외주로부터 10.7mm(D/30mm) 이상 떨어진 측정 위치라면 실리콘 융액의 표면 온도의 주파수 해석이 가능하다는 것을 알 수 있었다.

다음, 자기장 중심 위치 및 실리콘 융액의 잔액량의 차이에 따른, 진폭 강도 A, B의 상대 관계 및 실리콘 단결정의 바디부의 단면 내의 반경 방향의 산소 농도 분포에 대하여 평가하였다.

이 평가 시험에서는, 도 1에 도시한 실리콘 단결정 제조 장치를 이용하여 직경 약 320mm의 실리콘 단결정을 MCZ법에 의해 제조하였다. 그 때, 자기장 인가 장치에 의한 수평 자기장의 중심의 높이 방향의 위치(자석 위치)를 50mm씩 변화시켰다. 실리콘 단결정의 인상 공정 중에는 방사 온도계로 실리콘 융액의 표면 온도를 연속적으로 측정하였다. 표면 온도의 측정 위치는 실리콘 단결정의 결정 성장 계면 근방의 최외주로부터 32mm 이격시킨 위치로 하였다. 그리고 얻어진 표면 온도의 시간 변화의 주파수 해석을 수행하여, 석영 도가니의 회전 주기의 진폭 강도 A와 석영 도가니의 회전 주기 이외의 주기의 최대 진폭 강도 B를 각각 구하였다.

다음, 육성된 실리콘 단결정 잉곳의 바디부의 단면 내의 반경 방향의 ROG(Radial Oxygen Gradient: 산소 농도 구배)를 구하였다. 덧붙여 산소 농도는 FTIR(Fourier Transform Infrared Spectroscopy: 푸리에 변환 적외 분광법)을 이용하여 측정하였고, 실리콘 단결정 잉곳으로부터 잘라낸 웨이퍼의 중심으로부터 반경 방향으로 5mm 피치로 설정한 전부 30 곳의 측정점으로부터 산소 농도의 최대값과 최소값을 추출하고, 다음의 ROG의 식에 대입함으로써 구하였다.

ROG(%)={(산소 농도의 최대값-산소 농도의 최소값)/산소 농도의 최소값}Х100)

비교예 1에서는, 자기장 중심 위치를 기준 위치 α보다 50mm 높은 위치로 고정하고 실리콘 단결정 잉곳의 샘플 #1을 인상함과 아울러, 진폭 강도 A, B의 상대 관계 및 R0G를 실리콘 융액의 잔액량마다 구하였다.

비교예 2에서는, 자기장 중심 위치를 기준 위치 α로 고정하고 실리콘 단결정 잉곳의 샘플 #2를 인상함과 아울러, 진폭 강도 A, B의 상대 관계 및 ROG를 실리콘 융액의 잔액량마다 구하였다.

비교예 3에서는, 자기장 중심 위치를 기준 위치 α보다 50mm 낮은 위치로 고정하고 실리콘 단결정 잉곳의 샘플 #3을 인상함과 아울러, 진폭 강도 A, B의 상대 관계 및 ROG를 실리콘 융액의 잔액량마다 구하였다.

표 2는 비교예 1 내지 3에 있어서의 실리콘 융액의 잔액량, 진폭 강도 A, B의 상대 관계, 및 ROG의 관계를 나타내는 표이다.

표 2에 나타낸 바와 같이, 자기장 중심 위치가 α+50(mm)로 상대적으로 높은 위치로 설정된 비교예 1에서는, 잔액량이 400kg과 100kg일 때의 진폭 강도 A, B의 상대 관계가 A>B로 양호하였으나, 잔액량이 300kg일 때의 진폭 강도 A, B의 상대 관계는 A=B가 되었고, 나아가 잔액량이 200kg일 때의 진폭 강도 A, B의 상대 관계는 A<B가 되었다. 그리고 진폭 강도 A, B의 상대 관계가 A>B일 때의 ROG는 5% 미만이 되었으나, A=B일 때의 ROG는 5% 이상 10% 미만이 되었고, A<B일 때의 ROG는 10% 이상이 되었다.

자기장 중심 위치가 α(mm)로 설정된 비교예 2에서는, 잔액량이 300kg일 때의 진폭 강도 A, B의 상대 관계가 A>B로 양호하였으나, 잔액량이 400kg일 때의 진폭 강도 A, B의 상대 관계는 A=B가 되었고, 나아가 잔액량이 200kg과 100kg일 때의 진폭 강도 A, B의 상대 관계는 A<B가 되었다. 그리고 진폭 강도 A, B의 상대 관계가 A>B일 때의 ROG는 5% 미만이 되었으나, A=B일 때의 ROG는 5% 이상 10% 미만이 되었고, A<B일 때의 ROG는 10% 이상이 되었다.

자기장 중심 위치가 α-50(mm)로 상대적으로 낮은 위치로 설정된 비교예 3에서는, 잔액량이 200kg과 100kg일 때의 진폭 강도 A, B의 상대 관계가 A>B로 양호하였으나, 잔액량이 400kg과 300kg일 때의 진폭 강도 A, B의 상대 관계는 A<B가 되었다. 그리고 진폭 강도 A, B의 상대 관계가 A>B일 때의 ROG는 5% 미만이 되었으나, A<B일 때의 ROG는 10% 이상이 되었다.

다음, 실시예 1에 따른 실리콘 단결정 잉곳의 인상을 수행함과 아울러, 진폭 강도 A, B의 상대 관계 및 ROG를 실리콘 융액의 잔액량마다 구하였다. 실시예 1에서는, 표 2의 비교예 1 내지 3의 결과를 "데이터 테이블"로 사용하여, 잔액량마다 A>B를 만족시키는 조건 하에서 실리콘 단결정의 육성을 수행하였다. 즉, 자기장 중심 위치를 α+50(mm)의 위치로 초기 설정하여 인상을 시작하고, 실리콘 융액의 잔액량이 400 내지 300kg인 범위에서 A<B를 검출한 시점에서 자기장 중심 위치를 α+50(mm)에서 α(mm)의 위치로 변경하고, 잔액량이 300 내지 200kg인 범위에서 A<B를 검출한 시점에서 자기장 중심 위치를 α(mm)에서 α-50(mm)의 위치로 변경하여 실리콘 단결정 잉곳의 샘플 #4의 인상을 수행하였다. 그 결과를 표 3에 나타내었다.

표 3에 나타낸 바와 같이, 진폭 강도 A, B의 상대 관계의 변화에 맞추어 자기장 중심 위치를 변화시킨 실시예 1에서는, 잔액량과 관계없이 진폭 강도 A, B의 상대 관계가 항상 A>B가 되고, ROG도 항상 5% 미만이 되어, 산소 농도의 면내 분포의 불균일은 매우 작아졌다.

1 : 실리콘 단결정 제조 장치
2 : 실리콘 융액
3 : 실리콘 단결정
3I : 실리콘 단결정 잉곳
3a : 네크부
3b : 숄더부
3c : 바디부
3d : 테일부
10 : 챔버
10a: 메인 챔버
10b: 풀 챔버
10c: 가스 도입구
10d: 가스 배출구
10e, 10f: 관찰창
11 : 석영 도가니
12 : 흑연 도가니
13 : 회전 샤프트
14 : 샤프트 구동 기구
15 : 히터
16 : 단열재
17 : 열차폐체
17a: 열차폐체의 개구
18 : 와이어
19 : 와이어 권취 기구
20 : CCD 카메라
21 : 화상 처리부
22 : 제어부
25 : 방사 온도계
26 : 실리콘 미러
27 : 연산부
30 : 자기장 인가 장치
31A, 31B : 전자석 코일
33 : 리프트 기구
C : 자기장 중심 위치

Claims

석영 도가니 내의 실리콘 융액에 자기장을 인가하면서 상기 실리콘 융액으로부터 실리콘 단결정을 인상하는 초크랄스키법에 의한 실리콘 단결정 제조 방법으로서,
상기 실리콘 단결정의 인상 공정 중에 상기 실리콘 융액의 표면 온도를 연속적으로 측정하고, 상기 표면 온도의 주파수 해석 결과에 기초하여 결정 육성 조건을 변화시키는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 표면 온도의 주기 스펙트럼에 포함되는 상기 석영 도가니의 회전 주기 이외의 주기의 최대 진폭 강도가 문턱값 이하가 되도록, 상기 결정 육성 조건을 변화시키는, 실리콘 단결정 제조 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 문턱값은, 상기 표면 온도의 주기 스펙트럼에 포함되는 상기 석영 도가니의 회전 주기의 진폭 강도이고,
상기 석영 도가니의 회전 주기의 진폭 강도 A와 상기 석영 도가니의 회전 주기 이외의 주기의 최대 진폭 강도 B와의 관계가, A≥B를 만족시키도록 상기 결정 육성 조건을 변화시키는, 실리콘 단결정 제조 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 A 및 B의 상대 관계와 상기 결정 육성 조건과의 대응 관계를 상기 실리콘 융액의 잔액량마다 나타내는 데이터 테이블을 미리 준비해 두었다가, 현재의 실리콘 융액의 잔액량일 때 상기 A≥B를 만족시킬 수 있는 결정 육성 조건을 상기 데이터 테이블로부터 도출하는, 실리콘 단결정 제조 방법.
청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 결정 육성 조건은, 상기 자기장의 높이 방향의 위치를 포함하는, 실리콘 단결정 제조 방법.
청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 결정 육성 조건은, 상기 자기장의 강도를 포함하는, 실리콘 단결정 제조 방법.
청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 표면 온도의 측정 위치는, 육성 중인 실리콘 단결정의 결정 성장 계면 근방의 최외주로부터 적어도 D/30mm(D는 실리콘 단결정의 목표 직경) 이격시킨 위치인, 실리콘 단결정 제조 방법.
석영 도가니 내의 실리콘 융액에 자기장을 인가하면서 상기 실리콘 융액으로부터 실리콘 단결정을 인상하는 초크랄스키법에 의한 실리콘 단결정 제조 방법으로서,
상기 실리콘 단결정의 인상 공정 중에 상기 실리콘 융액의 표면 온도를 연속적으로 측정하고, 상기 표면 온도의 주기 스펙트럼에 포함되는 상기 석영 도가니의 회전 주기의 진폭 강도 A와 상기 석영 도가니의 회전 주기 이외의 주기의 최대 진폭 강도 B와의 관계가, A≥B가 되는 상태에서 상기 실리콘 단결정의 바디부의 인상을 수행하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조 방법.
실리콘 융액을 지지하는 석영 도가니와,
상기 석영 도가니를 회전시키는 도가니 회전 기구와,
상기 실리콘 융액에 자기장을 인가하는 자기장 인가 장치와,
상기 실리콘 융액으로부터 실리콘 단결정을 인상하는 인상 기구와,
상기 실리콘 융액의 표면 온도를 연속적으로 측정하는 방사 온도계와,
상기 방사 온도계에 의해 측정된 상기 표면 온도를 주파수 해석하는 연산부와,
상기 표면 온도의 주파수 해석 결과에 기초하여 결정 육성 조건을 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조 장치.
청구항 9에 있어서,
상기 제어부는, 상기 표면 온도의 주기 스펙트럼에 포함되는 상기 석영 도가니의 회전 주기 이외의 주기의 최대 진폭 강도가 문턱값 이하가 되도록 상기 결정 육성 조건을 변화시키는, 실리콘 단결정 제조 장치.
청구항 10에 있어서,
상기 문턱값은, 상기 표면 온도의 주기 스펙트럼에 포함되는 상기 석영 도가니의 회전 주기의 진폭 강도이고,
상기 석영 도가니의 회전 주기의 진폭 강도 A와 상기 석영 도가니의 회전 주기 이외의 주기의 최대 진폭 강도 B와의 관계가 A≥B를 만족시키도록, 상기 결정 육성 조건을 변화시키는, 실리콘 단결정 제조 장치.
청구항 11에 있어서,
상기 A 및 B의 상대 관계과 상기 결정 육성 조건과의 대응 관계를 상기 실리콘 융액의 잔액량마다 나타내는 데이터 테이블을 미리 준비해 두었다가, 현재의 실리콘 융액의 잔액량일 때 상기 A≥B를 만족시킬 수 있는 결정 육성 조건을 상기 데이터 테이블로부터 도출하는, 실리콘 단결정 제조 장치.
청구항 9 내지 12 중 어느 한 항에 있어서,
상기 결정 육성 조건은, 상기 자기장의 높이 방향의 위치를 포함하는, 실리콘 단결정 제조 장치.
청구항 9 내지 12 중 어느 한 항에 있어서,
상기 결정 육성 조건은, 상기 자기장의 강도를 포함하는, 실리콘 단결정 제조 장치.
청구항 9 내지 12 중 어느 한 항에 있어서,
상기 상기 표면 온도의 측정 위치는, 육성 중인 실리콘 단결정의 결정 성장 계면 근방의 최외주로부터 적어도 D/30mm(D는 실리콘 단결정의 목표 직경) 이격시킨 위치인, 실리콘 단결정 제조 장치.