(57)【要約】  本実施例によるインゴット成長装置は、シリコン融液を入れるるつぼと、前記シリコン融液から成長されるシリコン単結晶インゴットを引き上げる引き上げ器具と、前記引き上げ器具に隣接して配置され、インゴット成長の際にドーパントを提供するためのドーパント提供部と、を含む。前記ドーパント提供部を介して前記ネック部はインゴットに比べて高い濃度にドーピングされる。よって、転位（ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）の伝播速度が減少されて伝播長さが短くなる長所がある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン融液を入れるるつぼと、
前記シリコン融液から成長されるシリコン単結晶インゴットを引き上げる引き上げ器具と、
前記引き上げ器具に隣接して配置され、インゴット成長の際にドーパントを供給するためのドーパント提供部と、を含むインゴット成長装置。
【請求項２】
前記引き上げ器具は種晶を固定するシードチャックを含み、
前記ドーパント提供部は前記シードチャックに結合される請求項１に記載のインゴット成長装置。
【請求項３】
前記ドーパント提供部は前記種晶を囲む請求項２に記載のインゴット成長装置。
【請求項４】
前記ドーパント提供部は、前記シリコン融液内のドーパント濃度より高い濃度のドーパントを提供する請求項１に記載のインゴット成長装置。
【請求項５】
前記ドーパント提供部は、１Ｘ１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３乃至１Ｘ１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の濃度のドーパントを提供する請求項４に記載のインゴット成長装置。
【請求項６】
前記ドーパント提供部は、１Ｘ１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３乃至１Ｘ１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の濃度のドーパントを提供する請求項５に記載のインゴット成長装置。
【請求項７】
前記ドーパント提供部は、前記種晶を囲む外壁及び前記外壁から内部に向かって予め設定された角度に延長される収容部を含み、前記収容部にドーパントが収容される請求項３に記載のインゴット成長装置。
【請求項８】
前記収容部はネック（ｎｅｃｋ）部が通過する貫通孔を含む請求項７に記載のインゴット成長装置。
【請求項９】
前記ドーパント提供部は、前記引き上げ器具に固定される請求項１に記載のインゴット成長装置。
【請求項１０】
前記ドーパント提供部を介して前記インゴット内部に提供されるドーパントはリン（Ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ）又はホウ素（Ｂｏｒｏｎ）である請求項１に記載のインゴット成長装置。
【請求項１１】
シリコン融液を準備するステップと、
前記シリコン溶液からネック（ｎｅｃｋ）部を形成するステップと、
前記シリコン融液からインゴットを成長させるステップと、を含み、
前記ネック部を形成するステップではドーパントが提供されるインゴット製造方法。
【請求項１２】
前記ドーパントの濃度は１Ｘ１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３乃至１Ｘ１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３である請求項１１に記載のインゴット製造方法。
【請求項１３】
前記ネック部を形成するステップで形成されるネック部の直径が５ｍｍ以上である請求項１１に記載のインゴット製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施例は、インゴット成長装置及びインゴット製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体素子を製造するためのウェハを製造する工程はシリコン単結晶インゴットをスライス（ｓｌｉｃｉｎｇ）する切断工程、スライスされたウェハのエッジをラウンド処理するエッジ研削工程、切断工程によるウェハの荒い表面を平坦化するラップ工程、エッジ研削又はラップ工程の途中にウェハの表面に付着したパーティクルを初めとする各種汚染物質を除去する洗浄工程、後工程に適合した形状及び表面を確保するための表面研削工程及びウェハエッジに対するエッジ研磨工程を含む。
【０００３】
シリコン単結晶インゴットはチョクラルスキー（ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ，ＣＺ）法又はフローティングゾーン（ｆｌｏａｔｉｎｇ  ｚｏｎｅ，ＦＺ）法などを介して成長する。一般には大口径のシリコン単結晶インゴットを製造することができて工程コストが安価なチョクラルスキー法を使用して成長される。
【０００４】
このようなチョクラルスキー法は、シリコン融液に種晶（ｓｅｅｄ  ｃｒｙｓｔａｌ）を浸し、それを低速に引き上げながら行われる。
【０００５】
低温の種晶が高温のシリコン融液に接触することで熱衝撃（ｔｈｅｒｍａｌ  ｓｈｏｃｋ）が発生する。このような熱衝撃によってインゴット結晶内のせん断応力（ｓｈｅａｒ  ｓｔｒｅｓｓ）が発生し、このようなせん断応力が単結晶の内部に転移を発生させる。ネック部形成工程を介して熱衝撃による転位を除去することができる。
【０００６】
従来のネック部形成工程は、ネック部の直径を小さくしてせん断応力を減少させて転位の伝播速度より結晶成長速度を速くして転位を除去する技術であって、１９５０年代にＤａｓｈによって主張された。これまでのネック部形成工程技術はネック部の直径が５ｍｍ以内、結晶成長速度が３ｍｍ／ｍｉｎ以上で行っている。しかし、ネック部の直径が広がることで発生するせん断応力が増加して転位伝播速度はより速くなるため、単純にネック部の結晶成長速度を上げてネック部の直径が５ｍｍ以上で転位を除去することが難しい。一般的なネック部形成工程で転位を除去し得る限界は直径が５ｍｍ以内であると知られている。
【０００７】
しかし、今後４５０ｍｍの結晶の重さは約１トンに達すると予想され、現在の５ｍｍ程度の直径を有するネック部形成工程では４５０ｍｍ結晶の高重量（＞５００ｋｇ）を支持することは不可能である。
【０００８】
即ち、今後大口径の単結晶を成長する際に重量が１トンに近いと予想されるため、高重量を支持可能な直径のネック部を形成する工程が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
実施例は、高品質のシリコンインゴットを成長する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本実施例によるインゴット成長装置は、シリコン融液を入れるるつぼと、前記シリコン融液から成長されるシリコン単結晶インゴットを引き上げる引き上げ器具と、前記引き上げ器具に隣接して配置され、インゴット成長の際にドーパントを提供するためのドーパント提供部と、を含む。
【００１１】
また、本実施例のインゴット製造方法は、シリコン融液を準備するステップと、前記シリコン融液からネック（ｎｅｃｋ）部を形成するステップと、前記シリコン融液からインゴットを成長させるステップと、を含み、前記ネック部を形成するステップではドーパントが提供される。
【発明の効果】
【００１２】
実施例によるインゴット製造装置は、ネック部にドーパントを提供するドーパント提供部を含む。前記ドーパント提供部を介して前記ネック部はインゴットに比べて高い濃度でドーピングされる。よって、転位（ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）の伝播速度が減少されて  伝播長さが短くなる。即ち、欠陥制御が速く行われて転位伝播が制御されて長い直径のネック部を確保することができる。前記ネック部の直径が長くなることで、前記ネック部が支持可能なインゴットの重さが増加する。即ち、高重量のインゴットを支持することができる。よって、高品質の大口径のウェハを製作することができる。
【００１３】
また、実施例によるインゴット製造方法は、前記ネック部の直径を拡張することで大きさが大きい高重量のインゴットを支持することができる。即ち、工程失敗を防止し工程歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例によるインゴット製造装置の断面図である。
【００１５】
【図２】実施例によるインゴット製造装置に含まれるドーパント提供部の斜視図である。
【００１６】
【図３】実施例によるインゴット製造装置によって製造されたインゴットの斜視図である。
【００１７】
【図４】ドーピング濃度による転位伝播長さを分析した結果である。
【００１８】
【図５】ドーピング濃度によるネック部の長さに対するグラフである。
【００１９】
【図６】ドーピング濃度が低い場合の、インゴットの大きさによるネック部の長さに対するグラフである。
【００２０】
【図７】ドーピング濃度が高い場合の、インゴットの大きさによるネック部の長さに対するグラフである。
【００２１】
【図８】実施例によるインゴット製造方法の工程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
実施例の説明において、各層（膜）、領域、パターン又は構造物が基板、各層（膜）、領域、パッド又はパターンの「上（ｏｎ）」に又は「下（ｕｎｄｅｒ）」に形成されるという記載は、直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ）又は他の層を介在して形成されることを全て含む。各層の上又は下に対する基準は図面を基準に説明する。
【００２３】
図面において、各層（膜）、領域、パターン又は構造物の厚さや大きさは説明の明確性及び便宜性のために変形可能であるため、実際の大きさを全的に反映することはない。
【００２４】
以下、添付した図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
【００２５】
図１乃至図７を参照し、実施例によるシリコン単結晶インゴット製造装置を詳細に説明する。図１は、実施例によるシリコン単結晶インゴット製造装置の断面図である。図２は、実施例によるインゴット製造装置に含まれるドーパント提供部の斜視図である。図３は、実施例によるインゴット製造装置によって製造されたインゴットの斜視図である。図４は、ドーピング濃度による転位伝播長さを分析した結果である。図５は、ドーピング濃度によるネック部の長さに対するグラフである。図６は、ドーピング濃度が低い場合の、インゴットの大きさによるネック部の長さに対するグラフである。図７は、ドーピング濃度が高い場合の、インゴットの大きさによるネック部の長さに対するグラフである。
【００２６】
図１を参照すると、実施例によるシリコン単結晶インゴット製造装置は、シリコンウェハを製造する方法のうちチョクラルスキー法に使用される製造装置である。
【００２７】
実施例によるシリコン単結晶インゴット製造装置はチェンバー１０、シリコン融液（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｍｅｌｔ，ＳＭ）を入れる石英るつぼ２０、るつぼ支持台２２、るつぼ回転軸２４、インゴットを引き上げる引き上げ器具３０、種晶Ｓを固定するシードチャック３２、ドーパント提供部５０、熱を遮断する熱シールド４０、抵抗ヒータ７０、断熱材８０及び磁場発生装置９０を含む。
【００２８】
これをより詳しく説明すると以下のようである。
【００２９】
図１に示したように、前記チェンバー１０内部に前記石英るつぼ２０が設置され、前記石英るつぼ２０を支持するるつぼ支持台２２が設置される。前記石英るつぼ２０内にはシリコン融液ＳＭが入れられる。前記石英るつぼ２０は石英を含み、前記るつぼ支持台２２は黒鉛を含む。
【００３０】
前記石英るつぼ２０は前記るつぼ回転軸２４によって時計又は反時計方向に回転する。前記石英るつぼ２０の上部には種晶Ｓが付着した状態で種晶Ｓを引き上げる引き上げ器具３０が位置し、前記引き上げ器具３０は前記るつぼ回転軸２４の回転方向と反対方向に回転する。
【００３１】
前記引き上げ器具３０はシードチャック３２を含む。前記シードチャック３２は種晶Ｓを固定する。
【００３２】
前記シードチャック３２に付着した種晶Ｓをシリコン融液ＳＭに浸した後、前記引き上げ器具３０を回転させながら引き上げることでシリコン単結晶を成長させてシリコン単結晶インゴットを製造する。
【００３３】
詳しくは、インゴットの成長工程は種晶Ｓから細長い形状の単結晶、即ち、ネック部Ｎを成長させるネック部Ｎ形成ステップ、ネック部Ｎの直径をターゲット直径まで拡張させるショルダリング（ｓｈｏｕｌｄｅｒｉｎｇ）形成ステップ、ターゲット直径を維持しながらシリコン単結晶インゴットＩを軸方向に成長させるボディー成長ステップ及びシリコン単結晶インゴットＩをシリコン融液ＳＭと分離するテーリングステップを含む。このような成長過程を経たシリコン単結晶インゴットＩをスライスしてウェハとして製造する。
【００３４】
インゴット製造装置内には、前記シリコン融液ＳＭ内にドーパント（ｄｏｐａｎｔ）を提供するためのドーパント提供部５０が提供される。前記ドーパント提供部５０によってインゴットＩの成長が行われる間にインゴットＩの内部にドーパントが導入される。これを介し、インゴットＩから製造されるウェハの電気的特性を調節する。前記ドーパントは製造されるウェハのタイプに応じて異なる。一例に、ウェハがＮタイプである場合、前記ドーパントはリン（Ｐ、Ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ）である。他の例として、ウェハがＰタイプである場合、前記ドーパントはホウ素（Ｂ、Ｂｏｒｏｎ）である。
【００３５】
前記ドーパント提供部５０は、前記種晶Ｓから先に成長されるネック部ＮにドーパントＤを提供する。即ち、前記ドーパント提供部５０によるドーパントの供給は前記ネック部の形成ステップで提供される。
【００３６】
前記ドーパント提供部５０は前記引き上げ器具３０に隣接して位置する。詳しくは、前記ドーパント提供部５０は前記シードチャック３２に隣接して位置してもよい。より詳しくは、前記ドーパント提供部５０は前記種晶Ｓを囲んで位置する。
【００３７】
図１乃至図２を参照すると、前記ドーパント提供部５０は外壁５２及び収容部５４を含む。前記外壁５２は前記種晶Ｓを囲む。前記収容部５４は前記外壁５２から内部に予め設定された角度で延長形成される。また、前記収容部５４はドーパントＤを収容する。即ち、前記収容部５４はドーパントＤを直接積載する。前記収容部５４は前記外壁５２から傾斜する。よって、前記収容部５４は溶融状態のドーパントＤの拡散を最小化しながらネック部ＮにドーパントＤを提供することができる。
【００３８】
前記収容部５４は貫通孔５３を含み、前記貫通孔５３を介して前記ネック部Ｎが貫通される。それを介し、前記ネック部Ｎは直径を拡張させることで大きさが大きい高重量のインゴットを支持する。
【００３９】
しかし、実施例がそれに限定されることはなく、前記ドーパント提供部５０はウェハ形状であってもよい。即ち、前記ドーパント提供部５０はドーパントウェハであってもよい。
【００４０】
前記ドーパント提供部５０は前記引き上げ器具３０に固定される。詳しくは、前記ドーパント提供部５０は前記シードチャック３２に固定される。よって、前記引き上げ器具３０が引き上げられることで前記ドーパント提供部５０が一緒に引き上げられる。即ち、前記ドーパント提供部５０が前記インゴットが成長する際にはドーパントＤを提供しないようにしてもよい。
【００４１】
前記ドーパント提供部５０は前記シリコン融液ＳＭ内のドーパント濃度より高い濃度のドーパントＤを提供する。詳しくは、前記ドーパント提供部５０は１Ｘ１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３乃至１Ｘ１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の濃度のドーパントＤを提供する。より詳しくは、前記ドーパント提供部５０は１Ｘ１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３乃至１Ｘ１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の濃度のドーパントＤを提供してもよい。前記ドーパント提供部５０が１Ｘ１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３を超過する濃度のドーパントＤを提供する場合、格子ミスフィット（ｌａｔｔｉｃｅ  ｍｉｓｆｉｔ）による結晶成長方向に伝播される転位が発生する可能性がある。
【００４２】
前記ドーパント提供部５０を介して前記ネック部Ｎは前記インゴットＩに比べて高い濃度でドーピングされる。よって、転位の伝播速度が減少されて伝播の長さが短くなる。よって、長い直径ｄのネック部Ｎを確保することができる。詳しくは、図３を参照すると、直径ｄが５ｍｍ以上のネック部Ｎを提供することができる。前記ネック部Ｎの直径ｄが長くなることで、前記ネック部Ｎが支持するインゴットＩの重さが増加する。即ち、高重量のインゴットを支持することができる。
【００４３】
図４を参照すると、ネック部Ｎのドーピング濃度が低い場合、転位伝播長さが８５ｍｍ及び９５ｍｍで非常に長いことが分かる。また、ネック部Ｎのドーピング濃度が低い場合、転位が制御され地点でネック部Ｎの直径ｄがそれぞれ４．５５ｍｍ及び４．７８ｍｍで短いことが分かる。一方、ネック部Ｎのドーピング濃度が高い場合、転位伝播長さが５２ｍｍ及び４５ｍｍで、前記ドーピング濃度が低い場合に比べて非常に短くなることが分かる。また、ネック部Ｎのドーピング濃度が高い場合、転位が制御された地点でネック部Ｎの直径ｄがそれぞれ６．２８ｍｍ及び７．２９ｍｍで、ドーピング濃度が低い場合に比べて非常に長くなることが分かる。ここで、前記ドーピング濃度が高い場合とは、前記ネック部Ｎに前記ドーパント提供部５０を介して１Ｘ１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３乃至１Ｘ１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の濃度のドーパントＤが提供される場合をいう。
【００４４】
図５を参照すると、ホウ素をＰ＋＋でドーピングした場合、転位が制御された地点でネック部Ｎの長さが５０ｍｍ以下であると測定された。それに対し、ホウ素をＰ−でドーピングした場合、転位が制御された地点でネック部Ｎの長さが６０ｍｍ以上に測定された。即ち、ドーピングレベル（ｌｅｖｅｌ）が高いほど欠陥制御が速く起こることが分かる。
【００４５】
図６乃至図７を参照すると、ドーピングレベルが低い場合よりドーピングレベルが高い場合にインゴットを大きさに応じても転位が制御された地点でネック部Ｎの長さが短くなることが分かる。
【００４６】
よって、ドーピングレベルが高い場合、欠陥制御が速く起こって転位伝播が制御されて直径ｄが増加されたネック部Ｎを成長させることができ、前記ネック部Ｎを介して高重量のインゴットを支持することができる。よって、高品質の大口径のウェハを製作することができる。
【００４７】
次に、るつぼ支持台２２に隣接して、石英るつぼ２０に熱を加える抵抗ヒータ７０が位置する。このような抵抗ヒータ７０の外側に断熱材８０が位置する。抵抗ヒータ７０は多結晶シリコンを溶かしてシリコン融液ＳＭを作るのに必要な熱を供給し、製造工程の中でもシリコン融液ＳＭに継続的に熱を供給する。
【００４８】
一方、石英るつぼ２０に入っているシリコン融液ＳＭは高温であって、シリコン融液ＳＭの界面で熱を放出する。この際、多くの熱が放出されるとシリコン単結晶インゴットを成長するのに必要なシリコン融液ＳＭの適正温度を維持することが難しい。よって、界面で放出される熱を最小化し、放出された熱がシリコン単結晶インゴットの上部に伝達されないようにすべきである。そのため、シリコン融液ＳＭ及びシリコン融液ＳＭの界面が高温の温度環境に維持されるように熱シールド４０が設置される。
【００４９】
熱シールド４０は、熱的環境を望む状態に維持して安定した決定成長が行われるようにするために多様な形状を有する。一例に、熱シールド４０はシリコン単結晶インゴットＩの周囲を囲むように内部が空いている中空の円筒状であってもよい。このような熱シールド４０は、一例に黒鉛、黒鉛フェルト又はモリブデンなどを含む。
【００５０】
チェンバー１０の外部にはシリコン融液ＳＭに磁場を印加してシリコン融液ＳＭの対流を制御する磁場発生装置９０が位置する。このような磁場発生装置９０はシリコン単結晶インゴットの結晶成長軸に垂直の方向の磁場（ｍａｇｎｅｔ  ｆｉｅｌｄ，ＭＦ）、即ち、水平磁場を発生する装置である。
【００５１】
以下、図８を参照して実施例によるインゴット製造装置を説明する。上述した内容と同じであるか類似した内容に対しては詳細な説明を省略する。図８は、実施例によるインゴット製造方法の工程を示すフローチャートである。
【００５２】
図８を参照すると、実施例によるインゴット製造方法は、シリコン融液を準備するステップＳＴ１００、ネック部を形成するステップＳＴ２００及びインゴットを成長させるステップＳＴ３００を含む。
【００５３】
前記シリコン融液を準備するステップＳＴ１００では、チェンバー内部に設置される石英るつぼにシリコン融液を準備する。
【００５４】
次に、前記ネック部を形成するステップＳＴ２００では、種晶から細長い形状の単結晶ネック部を形成する。低温の種晶が高温のシリコン融液に接触することで、熱衝撃が発生する。このような熱衝撃によってインゴット結晶内にせん断応力が発生し、このようなせん断応力が結晶内部に転位を発生させる。前記ネック部Ｎを形成するステップを介して熱衝撃による転位を除去することができる。
【００５５】
前記ネック部を形成するステップＳＴ２００では、トーパントが提供される。前記ドーパントの濃度は１Ｘ１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３乃至１Ｘ１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の高い濃度のドーパントが提供される。それにより、転位伝播が制御されたネック部を提供することができる。また、転位伝播が制御されて前記ネック部の直径を拡張させることができる。この際、前記ネック部の直径が５ｍｍ以上であってもよい。前記ネック部の直径を拡張させることで、大きさが大きい高重量のインゴットを支持することができる。即ち、工程失敗を防止し工程歩留まりを向上させることができる。
【００５６】
前記インゴットを成長させるステップＳＴ３００では、前記ネック部の直径をターゲット直径まで拡張させるショルダリング形成ステップ及びターゲット直径を維持しながらシリコン単結晶インゴットを軸方向に成長させるボディー成長ステップを含む。
【００５７】
上述した実施例に説明された特徴、構造、効果などは本発明の少なくとも一つの実施例に含まれ、必ずしも一つの実施例に限定されることはない。なお、各実施例に例示された特徴、構造、効果などは実施例が属する分野の通常の知識を有する者によって他の実施例に対しても組み替え又は変形されて実施可能である。よって、このような組み換えと変形に関するないような本発明の範囲に含まれると解析されるべきである。
【００５８】
また、これまで実施例を中心に説明したが、これは単なる例示であって本発明を限定するものではなく、本発明が属する分野の通常の知識を有する者であれば本実施例の本質的な特性を逸脱しない範囲内で前記で例示されていない様々な変形と応用が可能であることを理解できるはずである。例えば、実施例に具体的に示した各構成要素は変形して実施してもよいものである。そして、このような変形と応用に関する差は添付した特許請求の範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものとして解析されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本実施例はインゴット成長装置に適用可能であるため、その産業上の利用可能性がある。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014521588.tif 000009
【図８】
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【国際調査報告】
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2014521588.tif 000012