KR0149287B1 - 실리콘 단결정 제조장치 및 그를 이용한 실리콘 단결정의 제조방법 - Google Patents

실리콘 단결정 제조장치 및 그를 이용한 실리콘 단결정의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR0149287B1
KR0149287B1 KR1019950008960A KR19950008960A KR0149287B1 KR 0149287 B1 KR0149287 B1 KR 0149287B1 KR 1019950008960 A KR1019950008960 A KR 1019950008960A KR 19950008960 A KR19950008960 A KR 19950008960A KR 0149287 B1 KR0149287 B1 KR 0149287B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
single crystal
silicon single
crucible
seed
rotational speed
Prior art date
Application number
KR1019950008960A
Other languages
English (en)
Other versions
KR960037875A (ko
Inventor
성형진
최정일
Original Assignee
심상철
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 심상철, 한국과학기술원 filed Critical 심상철
Priority to KR1019950008960A priority Critical patent/KR0149287B1/ko
Priority to US08/634,017 priority patent/US5817176A/en
Publication of KR960037875A publication Critical patent/KR960037875A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR0149287B1 publication Critical patent/KR0149287B1/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/30—Mechanisms for rotating or moving either the melt or the crystal
    • C30B15/305—Stirring of the melt
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S117/00—Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
    • Y10S117/90—Apparatus characterized by composition or treatment thereof, e.g. surface finish, surface coating
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T117/00—Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
    • Y10T117/10—Apparatus
    • Y10T117/1004—Apparatus with means for measuring, testing, or sensing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T117/00—Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
    • Y10T117/10—Apparatus
    • Y10T117/1004—Apparatus with means for measuring, testing, or sensing
    • Y10T117/1008—Apparatus with means for measuring, testing, or sensing with responsive control means

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

본 발명은 실리콘 단결정 제조장치 및 그를 이용한 실리콘 단결정의 제조방법에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로 본 발명은 도가니 또는 시드의 회전속도를 가변시켜 고품질의 실리콘 단결정을 제조할 수 있는 실리콘 단결정 제조장치 및 그를 이용한 실리콘 단결정의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 실리콘 단결정 제조장치는 시드회전축(1), 시드(2), 도가니(4), 히터(5), 도가니 회전축(9), 챔버(11) 및 단열층(12)으로 구성되며 초크랄스키법에 의해 실리콘 단결정을 제조하는 제조장치에 있어서, 직류발생기(31), 함수발생기(32), 전압가산회로(33) 및 스태핑 모터(34)로 구성되며 전기한 도가니(4)의 회전속도를 시간에 따라 가변시키기 위한 도가니 회전속도 제어수단(21)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 실리콘 단결정 제조장치는 복잡한 부대장치나 다량의 에너지 소모없이도 간단한 구성에 의해 실리콘 단결정 제조시 용융액의 온도진동에 따라 발생하는 실리콘 단결정의 띠무늬 결함을 감소시킬수 있으며, 직경이 큰 웨이퍼도 경제적으로 제조할 수 있다. 또한, 전기한 실리콘 단결정 제조장치를 사용하는 본 발명의 제조방법에 의해 간단하고도 경제적으로 고품질의 실리콘 단결정을 제조할 수 있다.

Description

실리콘 단결정 제조장치 및 그를 이용한 실리콘 단결정의 제조방법
제1도는 초크랄스기법을 이용하는 종래의 실리콘 단결정 제조장치에 대한 개략도이다.
제2도는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 단결저 제조장치의 단면도이다.
제3도는 본 발명에 따른 실리콘 단결정 제조장치의 회전속도 제어 수단에 대한 블록 구성도 및 각 블록에서 발생되는 전압의 파형을 나타낸 것이다.
제4도는 본 발명에 따른 실리콘 단결정 제조장치의 회전요동의 진폭에 대한 온도진동의 시간적 변화를 나타낸 그래프이다.
제5도는 본 발명에 따른 실리콘 단결정 제조장치의 회전요동의 진폭에 대한 온도 진동의 진폭감소율을 나타낸 그래프이다.
제6도는 본 발명에 다른 실리콘 단결정 제조장치의 회전요동의 주파수에 대한 온도진동의 시간적 변화를 나타낸 그래프이다.
제7도는 본 발명에 따른 실리콘 단결정 제조장치의 회전요동의 주파수에 대한 온도진동의 진폭감소율을 나타낸 그래프이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 시드회전축 2 : 시드
3 : 실리콘 단결정 4 : 도가니
5 : 히터 6 : 전극
9 : 도가니 회전축 10 : 실리콘 용융액
11 : 챔버 12 : 단열층
21 : 도가니 회전속도 제어수단 22 : 시드 회전속도 제어수단
31 : 직류발생기 32 : 함수발생기
33 : 전압가산회로 34 : 스태핑모터
본 발명은 실리콘 단결정 제조장치 및 그를 이용한 실리콘 단결정의 제조방법에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 본 발명은 도가니 또는 시드의 회전속도를 가변시켜 고품질의 실리콘 단결정을 제조할 수 있는 실리콘 단결정 제조장치 및 그를 이용한 실리콘 단결정의 제조방법에 관한 것이다.
실리콘 단결정을 성장시키기 위한 종래의 장치 중에서 가장 널리 사용되는 것은 초크랄스키(Czochralski)법이라 불리는 방법에 의해 실리콘 단결정을 성장시키는 장치로서, 전기한 초크랄스키법을 이용하는 장치는 석영으로 된 도가니에 용융된 실리콘 원료를 넣고 종결정을 용융된 실리콘의 액면에 접촉시킴과 동시에 회전시키며 서서히 끌어 올려 용융액과 종결정의 접촉면에서 실리콘의 응고 및 결정성장이 이루어지게 함으로써, 원주상의 실리콘 단결정을 얻을 수 있도록 구성된 장치이다.
전기한 장치에 의해 실리콘 단결정을 성장시킬 때, 실리콘 단결정을 P형 또는 N형 반도체로 형성시키기 위하여 용융원료에 붕소, 안티몬 및 인등의 도판트(dopant)를 혼합하게 되는데, 실리콘 단결정의 성장시 도판트가 실리콘 단결정에 결합되는 상태가 일정치 않고 실리콘 단결정 제조장치의 하부에는 실리콘 단결정 내의 도판트의 농도가 높아지게 된다. 또한, 실리콘 단결정의 성장시에 도판트 이외에도 산소나 탄소 등의 불순물이 혼합되는데, 실리콘 단결정 내에 결합된 산소에 의하여 반도체의 수율이나 특성이 변화되므로, 성장된 실리콘 단결정의 상부에서 하부까지 균일한 산소농도를 지니도록 하는 것이 바람직하지만, 종래의 단결정 제조장치는 그 하부로 갈수록 도판트의 농도는 높아지게 되고, 이에 따라 산소농도가 낮아져 고품질의 실리콘 단결정을 제조하기 어렵다는 문제점을 지니고 있다.
상기한 종래의 단결정 제조시 발생되는 문제점을 개선하기 위한 것으로는 일본 특허공개 소56-84397호 및 일본 특허공개 소56-164097호에 개시된것과 같이 실리콘 원료를 연속적으로 또는 간헐적으로 공급하면서 실리콘 단결정을 인양하는 방법이 알려져 있다. 그러나 전기한 방법은 용융원료가 담긴 도가니 내에 입상 또는 소괴상의 실리콘 원료를 연속적으로 공급할 때, 간막이 등의 단결정 성장면 이외의 부분에서 응고가 발생하여 고품질 실리콘 단결정의 성장이 저해된다는 문제점을 지니고 있었다.
따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 대한민국 특허공고 제93-3044호에는 단결정 성장면 이외의 부분에서 용융액의 응고를 억제하여 도판트와 산소의 농도가 균일한 실리콘 단결정을 제조할 수 있는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 전기한 방법은 실리콘 단결정의 성장시 길이 방향의 산소 농도를 균일하게 유지할 수 있다는 장점을 지니고 있으나, 실리콘 단결정 내의 산소농도가 통상적인 초크랄스키법에 비하여 지나치게 높다는 문제점을 지니고 있다.
실리콘 단결정 중의 산소의 농도는 집적회로의 품질을 결정하는 중요한 요소이므로, 원료를 연속적으로 공급하면서 실리콘 단결정을 제조하는 방법에서도 보통의 초크랄스키 공법에 의해 제조된 실리콘 단결정의 산소농도와 같은 수준으로 저감시키는 것이 요구되는데, 대한민국 특허공고 제93-5407호에는 상기한 종래 방법의 문제점을 감안하여, 원료를 연속공급하여 실리콘 단결정 내의 도판트와 산소의 농도를 균일하게 유지하면서도, 통상적인 초크랄스키 공법에 의해 얻어지는 실리콘 단결정 내의 산소농도와 비슷한 수준의 산소농도를 지닌 실리콘 단결정을 제조할 수 있는 방법이 개시되어 있다.
그러나, 상기한 종래의 방법은 모두 초크랄스키법을 사용하여 실리콘 단결정을 성장시킬 때 나타나는 도판트 및 산소의 농도를 조절함으로써 실리콘 단결정의 품질을 향상시킬 수 있는 방법이나, 실리콘 용융액 내의 온도진동에 따라 나타나는 실리콘 단결정의 띠무늬(striation)결함을 해결할 수 없다는 단점을 지니고 있었다.
즉, 초크랄스키법에서는 용융액의 부력에 대한 효과, 용융액의 열모세관 현상, 결정과 도가니의 회전 및 자기자에 의한 로렌츠력(Lorentzforce)등에 의해 용융액 내에 유동이 발생하는데, 이러한 유동은 초크랄스키법에 의한 실리콘 단결정의 형성시 나타나는 일반적인 현상으로서, 실리콘 단결정에 띠무늬의 결함이 나타나게 하며, 단결정에 나타나는 띠무늬의 결함은 실리콘 단결정의 품질을 대폭 저하시키는 요소로서, 전기한 방법은 비록 도판트와 산소의 농도를 균일하게 할 수 있지만, 전기한 띠무늬 결함의 발생을 억제하지 못하여 실리콘 단결정의 품질을 저하시킨다는 문제점을 지니고 있었다.
따라서, 전기한 띠무늬 결함을 제거하여 고품질의 실리콘 단결정을 제조할 수 있는 장치에 대한 연구가 진행되어 왔으며, 이에 대한 종래의 기술은 다음과 같은 문헌에 개시되어 있다.
시리즈(R. W. Series)등은 실리콘 단결정 제조장치 중 도가니에 존재하는 실리콘 용융액 내의 유동을 억제하기 위하여 용융액에 자기장을 가할 수 있는 장치를 부가함으로써, 온도진동을 없애고 산소농도를 감소시켜 실리콘 단결정에 발생되는 띠무늬 결함을 감소시킬 수 있는 장치에 대하여 개시하고 있다.[참조 : R. W. Series et al, J. Crystal Growth, 113:305-328(1991)].
또한, 무나카타(T. Munakata)등은 전기한 장치와 동일하게 실리콘 단결정 제조장치의 용융액에 자기장을 가할 수 있는 장치를 부가함으로써 온도진동을 없애고 산소농도를 감소시켜 실리콘 단결정에 발생되는 띠무늬 결함을 감소시킬 수 있는 장치에 대하여 개시하고 있다.[참조 : T. Munakata et al, J. Crystal Growhth, 106:566-576(1990)].
상기한 종래의 장치는 용융액이 전기전도체인 것을 이용하여 자기장을 용융액에 가하여 용융액의 유동을 억제함으로써, 용융액의 유동으로 인해 발생되는 띠무늬 결함을 감소시키는 장치로서, 전기한 종래의 실리콘 단결정 제조장치를 제1도에 도시하였다.
제1도에 도시된 바와 같이, 종래의 실리콘 단결정 제조장치는 챔버(11)내에 도가니(4)가 구성되고, 도가니(4)의 외측면에는 히터(5)가 구성되어, 히터(5)에서 발생되는 열이 계속적으로 도가니(4)의 내부로 전달됨으로써, 도가니 내부의 실리콘이 액상인 실리콘 용융액(10)으로 존재하게 되며, 히터(5)의 외부에는 단열층(12)이 구성된다. 또한, 챔버(11)의 상부에는 온도를 감지하기 위한 온도검출기(13)가 구성되며, 시드(2)와 시드회전축(1)이 구성되어, 시드(2)가 회전에 의해 인양되어 고상의 실리콘 단결정(3)이 시드의 하부에서 성장하게 된다. 이때, 전극(6)으로 인가된 전류에 의해 도가니(4)의 내부에 자기장이 형성되어 유전체인 실리콘 용융액의 온도진동을 자기장에 의해 제어함으로써, 단결정 성장시 발생되는 띠무늬의 결함을 감소시키게 되며, 도가니 회전축(9)에 의해 도가니의 역방향 회전을 유발시켜 용융액의 온도진동을 감소시키게 된다.
아울러, 자기장에 의해 온도진동을 제어하는 전기한 장치는 결정성장시 실리콘의 용융액을 부가하여 산소농도의 진동을 제어하는 연속공급 초크랄스키법과 도가니 내부에 간막이를 설치하여 도가니 외벽으로부터 높은 산소농도를 도가니 내부, 즉 결정봉이 성장되어 가는 용융경계면으로의 유입을 줄이는 방법과 병행하여 사용함으로써, 도가니 내부의 온도진동 및 농도진동을 감소시켜 균일성이 높은 고품질의 실리콘 단결정을 제조하게 된다.
그러나, 전기한 자기장에 의해 온도진동을 제어하는 전기한 종래의 장치는 온도진동을 감소시킬 수 는 있으나, 온도진동을 방지하기 위하여 사용되는자기장 유도장치의 설치에 막대한 비용이 소모되며, 자기장 유도장치의 가동 및 유지에 많은 전력이 요구되어 경제적으로 실리콘 단결정을 제조할 수 없다는 문제점을 지니고 있었다. 또한, 반도체 산업이 발달함에 따라, 수요가 증대하는 12인치 이상 대구경의 단결정을 제조하기 위하여는 도가니의 크기가 증가하므로 결정성장시 가해주어야 하는 자기장의 크기 또한 증대되어야 하므로, 자기장 유도장치의 설치, 가동 및 유지에 더욱 큰 비용과 전력이 요구되어 경제적으로 실리콘 단결정의 제조가 불가능하다는 문제점을 지니고 있었다.
결국, 본 발명의 주된 목적은 복잡한 부대장치나 다량의 에너지 소모없이도 실리콘 단결정 제조시 용융액의 온도진동에 따라 발생하는 실리콘 단결정의 띠무늬 결함을 감소시킬수 있으며 직경이 큰 웨이퍼도 경제적으로 제조할 수 있는 실리콘 단결정 제조장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 전기한 실리콘 단결정 제조장치를 사용하여 간단하고도 경제적으로 고품질의 실리콘 단결정을 제조할 수 있는 제조방법을 제공함에 있다.
전기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실리콘 단결정 제조장치는 시드회전축, 시드, 도가니, 히터, 도가니 회전축, 챔버 및 단열층으로 구성되며 초크랄스키법에 의해 실리콘 단결정을 제조하는 제조장치에 있어서, 직류발생기, 함수발생기, 전압가산회로 및 스태핑모터로 구성되며 전기한 도가니의 회전속도를 시간에 따라 가변시키기 위한 도가니 회전속도 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 전기한 도가니 회전속도 제어수단은 도가니의 시간에 따른 회전속도를 하기 식(Ⅰ)에 따라 가변하도록 구성하는 것이 바람직하다.
전기 식에서, Ω는 스태핑모터에 의한 도가니의 회전속도이고, Ω0는 종래의 실리콘 단결정 제조장치에 대한 도가니의 회전속도이며, A는 회전요동의 진폭이고,f는 회전요동의 주파수이며, t는 시간을 나타낸다.
또한, 본 발명의 실리콘 단결정 제조장치에는 도가니의 내부에 자기장을 형성할 수 있는 전극이 추가로 포함될 수 있다.
또한, 본 발명의 실리콘 단결정 제조장치는 상기한 도가니 회전속도 제어수단 대신에 직류발생기, 함수발생기, 전압가산회로 및 스태핑 모터로 구성되며 상기한 시드의 회전속도를 시간에 따라 가변시키기 위한 시드회전속도 제어수단이 포함될 수 있다.
아울러, 본 발명의 실리콘 단결정 제조방법은 도가니 외부의 히터에 의해 도가니에 포함된 실리콘 용융액을 가열하는 단계; 및, 직류발생기, 함수발생기, 전압가산회로 및 스태핑 모터로 구성된 도가니 회전속도 제어수단 및 시드 회전속도 제어수단 중 어느 하나를 사용하여 도가니 또는 시드의 회전속도를 상기 식(Ⅰ)에 따라 가변시키면서 도가니 또는 시드를 회전시켜 시드를 인양하는 단계를 포함한다.
이하, 본 발명의 실리콘 단졀정 제조장치 및 전기 장치를 이용하여 실리콘 단결정을 제조하는 방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
제2도는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 단결정 제조장치의 단면도로서, 도시된 바와 같이, 본 발명의 실리콘 단결정 제조장치는 시드회전축(1), 시드(2), 도가니(4), 히터(5), 도가니 회전축(9), 챔버(11) 및 단열층(12)으로 구성되며 초크랄스키법에 의해 실리콘 단결정을 제조하는 제조장치에 있어서, 전기한 도가니의 회전속도를 시간에 따라 가변시키기 위한 도가니 회전속도 제어수단(21)또는 시드 회전속도 제어수단(22)이 포함되는 것을 특징으로 한다.
이때, 전기한 도가니 회전속도 제어수단(21)또는 시드 회전속도 제어수단(22)은, 제3도에 도시한 바와 같이, 직류발생기(31), 함수발생기(function generator)(32), 전압가산회로(voltage summing circuit)(33) 및 스태핑모터(stepping motor)(34)로 구성된다.
또한, 본 발명의 실리콘 단결정 제조장체에는 도가니(4)의 내부에 자기장을 형성할 수 있는 전극(6)이 추가로 포함되도록 형성하여, 실리콘 용융액의 온도진동을 자기장과 동시에 도가니 회전속도 제어수단(21)또는 시드 회전속도 제어수단(22)에 의한 회전속도의 가변에 의해 실리콘 단결정 제조시 용융액의 온도진동에 따라 발생하는 실리콘 단결정의 띠무늬 결함을 효율적으로 감소시킬 수 있게 된다.
이때, 전기한 도가니 회전속도 제어수단(21) 및 시드 회전속도 제어수단(22)은 도가니(4)의 시간에 따른 회전속도를 식 Ω=Ω0(1+Asin2πft)에 따라 가변하도록 구성하는 것이 바람직하다. 전기 식에서, Ω는 스태핑모터(34)에 의한 도가니(4)의 회전속도이고, Ω0는 종래의 실리콘 단결정 제조장치에 대한 도가니(4)의 회전속도이며, A는 회전요동의 진폭이고, f는회전요동의 주파수이며, t는 시간을 나타낸다.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 지니는 본 발명의 실리콘 단결정 제조장치의 작용을 설명한다.
제3도에 도시한 도가니 회전속도 제어수단(21)또는 시드 회전속도 제어수단(22)에서는, 직류발생기(31)에서 발생된 직류와 함수발생기(32)에서 발생된 정현파는 전압 가산회로(33)에 의해 가산되어 하나의 파형을 이루게 된다. 즉, 직류발생기(31)는 통상적으로 사용된느 실리콘 단결정 제조장치의 도가니 또는 시드에 일정한 회전속도를 일으키는 직류를 발생시키고, 함수발생기(32)는 주파수와 진폭이 조정되어 요동을 지닌 정현파를 발생시켜서 각각 전압가산회로(33)로 보내게 된다. 전압가산회로(33)는 직류발생기(31)와 함수발생기(32)로부터 인가된 각각의 전압을 합산하여 시간적인 변화를 지닌 전압을 발생하게 된다. 전압가산회로(33)에 의해 합해진 전업은 스태핑모터(34)에 인가되고, 스태핑모터(34)는 인가된 전압에 의해 회전수가 변화하며 회전하게 된다. 결국, 스태핑모터수는 직류발생기(31)에서 발생된 전압에 의한 회전수(Ω0)(41)와 함수발생기에서 발생된 정현파 전압에 의한 회전수(Ωf)(42)를 합산한 회전수(Ω=Ω0+Ωf)(43)를 지니게 된다.
즉, 직류발생기(31)에서 발생된 일정한 전압과 함수발생기(32)에서 발생된 정현파는 전압가산회로(33)에 의해 합하여지고, 스태핑모터(34)는 전압가산회로(33)에 의해 인가된 전압에 의해 동작하게 되므로, 스태핑 모터(34)의 회전수는 시간적인 변화를 갖게 된다. 이에 따라, 스태핑모터(34)에 연결된 각각의 회전축(1),(9)은 시간적인 변화를 갖고 회전하게 되어 도가니(4)와 시드(2)의 회전속도에 요동이 발생하게 된다. 이때, 도가니(4)와 시드(2)의 시간에 대한 회전속도의 요동은 정현파의 형태를 갖게되는데, 직류발생기(31)와 함수발생기(32)에서 발생되는 전압을 조절함으로써, 회전수의 평균값, 회전수의 요동 진폭 및 주파수를 각각 제어할 수 있게 된다. 따라서, 회전속도 제어수단(21),(22)에 의해 실리콘 단결정(3)의 성장시 도가니(4)와 시드(2)의 회전속도를 원하는대로 결정봉 및 도가니(4)에 가할 수 있게 된다. 회전요동의 진폭 및 주파수가 특정한 값을 지닐 경우에 가장 효과적인 온도진동의 감소가 가능하게 되므로, 회전속도를 상기와 같이 조절함으로써, 회전요동의 변화에 의해 도가니(4)내부의 온도진동을 감소시킬 수 있게 된다. 따라서, 본발명의 실리콘 단결정 제조장치는 실리콘 단결정(3)의 성장시에 도가니 내부 특히, 결정이 인양되는 용융액과 고상의 실리콘 단결정 경계면에서 발생되는 온도진동을 시드(2)나 도가니(4)의 회전속도를 제어함으로써, 온도진동에 따라 발생되는 단결정의 띠무늬 결함을 대폭 줄일 수있게 된다.
상기한 본 발명의 실리콘 단결정 제조장치에 대한 도가니(4)내부에서의 유동장 및 온도장에 관한 수치해석적 결과를 설명하면 다음과 같다: 본발명에서는 상술한 바와 같이 시드(2) 또는 도가니(4)의 기존 회전속도Ω0에 정현파 형태의 요동을 주기 위하여 전압가산회로(33)에 의해 직류전압과 정현파전압을 가산하여 스태핑모터(34)에 요동을 지닌 전압을 인가함으로써, 스태핑모터(34)에 의해 Ω=Ω0(1+Asin2πft)의 형태를 지닌 회전수가 발생하게 된다.
본 발명의 실리콘 단결정 제조장치을 사용하여 실리콘 단결정을 제조시 고상의 실리콘 단결정(3)과 도가니(4) 내부에 존재하는 실리콘 용융액(10)의 경계면 부근에서의 온도의 시간적 변화를 관찰하였으며, 다음과 같은 임의의 유동조건에서의 온도진동의 수치해석적 결과를 얻었다.
제4도는 본 발명에 따른 실리콘 단결정 제조장치의 회전요동의 진폭에 대한 온도진동을 나타낸 그래프로서, 회전요동의 주파수 f를 1.0으로 일정하게 고정하고 회전요동의 진폭을 변화시키며 온도진동을 측정한 것이다. 제4도에서 실선(─)은 회전요동의 진폭이 0인 경우, 즉, 종래에 사용된 일정한 회전수를 갖는 경우의 시간에 따른 온도진동을 나타내고, 점선 (……)은 회전요동의 진폭 A가 0.15인 경우의 시간에 따른 온도진동을 나타내며, 일점쇄선(─, ─)은 회전요동의 진폭 A가 0.30인 경우의 시간에 따른 온도진동을 나타낸다. 도면에 도시된 결과에 알 수 있는 바와 같이, 도가니(4)의 회전속도에 변화가 없는 경우에 비하여 도가니(4)의 회전속도에 변화를 줄 경우에는 온도진동의 진폭이 감소하나, 온도진동의 주기적인 형태는 변화가 없음을 확인할 수 있었다.
제5도는 본 발명에 따른 실리콘 단결정 제조장치의 회전요동의 진폭에 대한 온도진동의 진폭감소율을 나타낸 그래프로서, 도시된 바와 같이, 회전속도 진폭에 따른 온도진동의 진폭감소율은 회전요동의 진폭이 커질수록 온도진동의 진폭감소율이 증가하다가 A=0.3을 정점으로하여 그 수치가 감소하는 경향을 나타냄을 알 수 있었다. 따라서, 본 실시예에 따른 실리콘 단결정 제조장치에서는 회전속도의 요동크기가 A=0.3일 때, 온도진동 제어를 가장 효율적으로 수행할 수 있음을 알 수 있었다.
제6도는 본 발명에 따른 실리콘 단결정 제조장치의 회전요동의 주파수에 대한 온도진동의 시간적 변화를 나타낸 그래프로서, 회전요동의 진폭 A를 0.30으로 일정하게 고정하고 회전요동의 주파수를 변화시키며 온도진동을 측정한 것이다. 실선(─)은 회전요동의 진폭이 0인 경우, 즉, 종래에 사용된 일정한 회전수를 갖는 경우의 시간에 따른 온도진동을 나타내고, 점선 (……)은 회전요동의 진폭 A가 0.30이며, 주파수 f가 1.0인 경우의 시간에 따른 온도진동을 나타내며, 일점쇄선(─, ─)은 회전요동의 진폭 A가 0.30이고 주파수 f가 1.2인 경우의 시간에 따른 온도진동을 나타낸다. 본 실시예에서는 회전요동의 진폭을 주파수가 유동장의 고유한 주파수와 동일한 값을 지닐 때 해당하는 가장 효율적인 값, 즉 As=0.3으로 고정시키고, 회전속도의 주파수를 변화해가며 수치모사하였다. 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 전체적으로 온도진동의 주파수는 회전속도의 요동주파수에 따라 변화하며, 온도진동의 진폭은 감소함을 알 수 있었다.
제7도는 본 발명에 따른 실리콘 단결정 제조장치의 회전요동의 주파수에 대한 온도진동의 진폭감소율을 나타낸 그래프로서, 도시된 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 회전요동의 주파수가 특정한 값, 즉 fs=1.2를 지닌 경우에 가장 효율적으로 온도진동의 진폭이 감소되는 것을 알 수 있었으며, 전기한 조건에서의 온도진동의 진폭감소율은 약 30% 이상으로 나타났다. 이때, f는 고유주파수에 대한 회전요동의 주파수의 비율을 나타낸다.
상기한 본 발명의 실리콘 단결정 제조장치를 사용하여 실리콘 단결정을 제조하기 위해서는 먼저 도가니(4) 외부의 히터(5)에 의해 도가니(4)에 포함된 실리콘 용융액(10)을 가열하고, 직류발생기(31), 함수발생기(32), 전압가산회로(33) 및 스태핑모터(34)로 구성된 전기한 도가니 회전속도 제어수단(21) 또는 시드 회전속도 제어수단(22) 중 어느 하나를 사용하여 도가니(4) 또는 시드(2)의 회전속도를 식 Ω=Ω0(1+Asin2πft)에 따라 가변시키면서 도가니(4) 또는 시드(2)를 회전시켜 시드(2)를 인양함으로써, 고품질의 실리콘 단결정을 제조할 수 있게 된다.
아울러, 본 발명의 실리콘 단결정 제조장치는 도가니의 내부에 자기장을 형성할 수 있는 전극을 추가함으로써 , 실리콘 단결정의 띠무늬 결함을 더욱 효과적으로 감소시킬 수 있는데, 이와 같이 구성할 경우에는 종래의 단결정 제조장치에 요구되는 자기장의 크기보다 작은 자기장을 사용하여도 우수한 효과를 나타낼 수 있으므로, 실리콘 단결정을 경제적으로 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 실리콘 단결정 제조장치는 도가니의 내부에 간막이를 추가로 형성함으로써, 실리콘 단결정의 띠무늬 결함을 더욱 효과적으로 감소시킬수 있다.
상기한 본 발명은 초크랄스키법을 사용하여 실리콘 단결정을 제조하는 장치에 한정하여 기술하였으나, 본 발명의 단결정 제조장치는 초크랄스키법 이외에도 결정봉, 시드 및 도가니 등을 회전시킴으로써 단결정을 성장시키는 여타의 단결정 성장방법을 사용하는 단결정 제조장치에도 그 응용이 가능하며, 본 발명의 단결정 제조장치는 실리콘 이외의 다른 물질을 사용하여 단결정을 제조하는 경우에도 적용될 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 실리콘 단결정 제조장치는 복잡한 부대 장치나 다량의 에너지 소모없이도 간단한 구성에 의해 실리콘 단결정 제조시 용융액의 온도진동에 따라 발생하는 실리콘 단결정의 띠무늬 결함을 감소시킬수 있으며, 직경이 큰 웨이퍼도 경제적으로 제조할 수 있다. 또한, 전기한 실리콘 단결정 제조장치를 사용하는 본 발명의 제조방법에 의해 간단하고도 경제적으로 고품질의 실리콘 단결정을 제조할 수 있다.

Claims (7)

  1. 시드회전축(1), 시드(2), 도가니(4), 히터(5), 도가니 회전축(9), 챔버(11) 및 단열층(12)으로 구성되며 초크랄스키법에 의해 실리콘 단결정을 제조하는 제조장치에 있어서, 직류발생기(31), 함수발생기(32), 전압가산회로(33) 및 스태핑 모터(34)로 구성되며 전기한 도가니(4)의 회전속도를 시간에 따라 가변시키기 위한 도가니 회전속도 제어수단(21)을 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조장치.
  2. 제1항에 있어서, 도가니 회전속도 제어수단(21)은 도가니(4)의 시간에 따른 회전속도를 하기 식(Ⅰ)에 따라 가변하도록 구성된 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조장치.
    상기 식에서 Ω는 스태핑모터에 의한 도가니의 회전속도를 나타내고, Ω0는 종래의 실리콘 단결정 제조장치에 대한 도가니의 회전속도를 나타내며, A는 회전요동의 진폭을 나타내고 f는 회전요동의 주파수를 나타내며, t는 시간을 나타낸다.
  3. 제1항에 있어서, 도가니(4)의 내부에 자기장을 형성할 수 있는 전극(6)이 추가로 포함되는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조장치
  4. 시드회전축(1), 시드(2), 도가니(4), 히터(5), 도가니 회전축(9), 챔버(11) 및 단열층(12)으로 구성되며 초크랄스키법에 의해 실리콘 단결정을 제조하는 제조장치에 있어서, 직류발생기(31), 함수발생기(32), 전압가산회로(33) 및 스태핑 모터(34)로 구성되며 전기한 시드(2)의 회전속도를 시간에 따라 가변시키기 위한 시드 회전속도 제어수단(22)을 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조장치.
  5. 제4항에 있어서, 시드 회전속도 제어수단(22)은 시드(2)의 시간에 따른 회전속도를 하기 식(Ⅰ)에 따라 가변하도록 구성된 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조장치.
    상기식에서, Ω, Ω0, A, f 및 t는 제2항에 기재된 것과 동일하다.
  6. 제4항에 있어서, 도가니(4)의 내부에 자기장을 형성할 수 있는 전극(6)이 추가로 포함되는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조장치
  7. (ⅰ) 도가니(4) 외부의 히터(5)에 의해 도가니(4)에 포함된 실리콘 용융액(10)을 가열하는 단계; 및, (ⅱ) 직류발생기(31), 함수발생기(32), 전압가산회로(33) 및 스태핑 모터(34)로 구성된 도가니 회전속도 제어수단(21) 및 시드 회전속도 제어수단(23)중에서 선택된 어느 하나를 사용하여 도가니(4) 또는 시드(2)의 회전속도를 하기 식(Ⅰ)에 따라 가변시키면서 도가니(4) 또는 시드(2)를 회전시켜 시드(2)를 인양하는 단계를 포함하는 실리콘 단결정의 제조방법
    상기식에서, Ω, Ω0, A, f 및 t는 제2항에 기재된 것과 동일하다.
KR1019950008960A 1995-04-17 1995-04-17 실리콘 단결정 제조장치 및 그를 이용한 실리콘 단결정의 제조방법 KR0149287B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019950008960A KR0149287B1 (ko) 1995-04-17 1995-04-17 실리콘 단결정 제조장치 및 그를 이용한 실리콘 단결정의 제조방법
US08/634,017 US5817176A (en) 1995-04-17 1996-04-17 Apparatus for preparing a single crystal of silicon

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019950008960A KR0149287B1 (ko) 1995-04-17 1995-04-17 실리콘 단결정 제조장치 및 그를 이용한 실리콘 단결정의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR960037875A KR960037875A (ko) 1996-11-19
KR0149287B1 true KR0149287B1 (ko) 1998-10-15

Family

ID=19412312

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019950008960A KR0149287B1 (ko) 1995-04-17 1995-04-17 실리콘 단결정 제조장치 및 그를 이용한 실리콘 단결정의 제조방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US5817176A (ko)
KR (1) KR0149287B1 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1112079A (ja) * 1997-06-19 1999-01-19 Komatsu Electron Metals Co Ltd 結晶体の引上げ方法およびその引上げ装置
DE69827292T2 (de) * 1997-08-19 2005-11-03 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Anlage und verfahren zur herstellung eines einkristalls
JP2885240B1 (ja) * 1998-03-16 1999-04-19 日本電気株式会社 半導体結晶育成装置および育成方法
CN1324166C (zh) * 2002-11-12 2007-07-04 Memc电子材料有限公司 利用坩锅旋转以控制温度梯度的制备单晶硅的方法
JP4701738B2 (ja) * 2005-02-17 2011-06-15 株式会社Ｓｕｍｃｏ 単結晶の引上げ方法
DE102005043623A1 (de) * 2005-09-13 2007-03-15 Schott Ag Herstellung hochhomogener spannungsarmer Einkristalle durch Ziehen, eine Vorrichtung hierfür sowie die Verwendung solcher Kristalle

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2059932B (en) * 1979-09-20 1983-10-12 Sony Corp Solidification processes
JPS6027682A (ja) * 1983-07-26 1985-02-12 Toshiba Corp 単結晶引上装置
JPS6033297A (ja) * 1983-07-29 1985-02-20 Toshiba Ceramics Co Ltd 単結晶半導体引上装置
US4565671A (en) * 1983-08-05 1986-01-21 Kabushiki Kaisha Toshiba Single crystal manufacturing apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
KR960037875A (ko) 1996-11-19
US5817176A (en) 1998-10-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5485136B2 (ja) 単結晶を製造する方法及び装置
US6285011B1 (en) Electrical resistance heater for crystal growing apparatus
KR102275678B1 (ko) n형 실리콘 단결정의 제조 방법, n형 실리콘 단결정의 잉곳, 실리콘 웨이퍼 및, 에피택셜 실리콘 웨이퍼
KR19980018538A (ko) 쵸크랄스키 성장 실리콘의 열이력을 제어하는 방법
US7258744B2 (en) Graphite heater for producing single crystal, apparatus for producing single crystal, and method for producing single crystal
US5152867A (en) Apparatus and method for producing silicon single crystal
CN1016191B (zh) 半导体器件的高氧含量硅单晶基片制法
CN110914483A (zh) 单晶硅的制造方法
US5260037A (en) Apparatus for producing silicon single crystal
KR0149287B1 (ko) 실리콘 단결정 제조장치 및 그를 이용한 실리콘 단결정의 제조방법
US5840116A (en) Method of growing crystals
JP2567539B2 (ja) Ｆｚ法シリコン単結晶棒の成長方法及び装置
KR20100040042A (ko) 히터 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 제조 장치
KR100221087B1 (ko) 실리콘 단결정 성장 방법 및 실리콘 단결정
KR100946558B1 (ko) 커스프 자기장을 이용한 반도체 단결정 제조장치 및 방법
CN1015649B (zh) 制造半导体单晶装置
KR100639177B1 (ko) 실리콘 단결정의 제조방법
KR101100862B1 (ko) 실리콘 단결정 잉곳의 제조방법
JP2623390B2 (ja) シリコン単結晶棒の成長方法
KR100831052B1 (ko) 실리콘 단결정 잉곳의 산소농도 조절방법, 이를 사용하여제조된 잉곳
JPH10279392A (ja) シリコン単結晶の育成方法
JPH0834696A (ja) 結晶成長装置
JPH10279391A (ja) シリコン単結晶育成方法
JPH09208360A (ja) 単結晶の成長方法
JP2024018607A (ja) シリコン単結晶

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20040331

Year of fee payment: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee