KR0185467B1 - 실리콘단결정의 제조장치및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

이 발명은 성장하는 단결정을 차폐하며, 융용물 위에 있는 전로챔버를 내부와 외부로 분할하는 튜브형상 또는 원뿔형상 본체를 구성하며, 그 본체는 적어도 하나의오리피스를 구비하여 그 오리피스를 통하여 전로챔버의 내부로 안내되는 불활성가스를 그 전로의 외부로 직접 통과하도록 구성하는 초크랄스키방법에 의한 실리콘구성단결정 제조장치에 관한것이다.

이 발명은 불활성가스스트림 일부가 튜브형상 또는 원뿔형상본체내에서 적어도 하나의 오리피스를 통하여 전로챔버의 내부에서 그 외부로 안내되도록 함을 특징으로하는 초크랄스키방법에 의한 실리콘구성 단결정의 제조방법에 관한것이다.

Description

단결정 제조장치 및 그 제조방법

제1a도 내지 제1d도는 각각 초크랄스키방법에 의한 단결정 제조장치의 종 단면도.

제2a도내지 제2h도는 각각 단결정 차폐본체 실시예의 종단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 전로(receiver) 2 : 도가니(crucible)

3 : 용융물 4 : 인출장치(pulling olevice)

5 : 단결정(single crystal) 6 : 본체(body)

7 : 내부(inner portion) 8 : 외부

9 : 하단(lower end) 10 : 표면

11 : 배기포오트(exhaust ports) 12 : 오리피스(orifice)(또는 슬롯(slot)

13 : 부착지주(attachment struts) 14 : 스크린(screen)

l5 : 내부림(inner rim) 16 : 외부림(outer rim)

이 발명은 초크랄스키방법(Czochralski method)에 의한 실리콘구성단결정 제조장치 및 그 제조방법에 관한것이다.

이 방법의 주요한 특징은 주위환경과 시일링(sealing)을 한 전로(receiver)내에서 단결정성 종결정(monocrystalline seed crystal)을 도가니내에 있는 용융재와 접촉시켜일정량의 그 용융재를 인출하여 그 종결정의 내측에서 처리중에 단결정이 성장을 개시하도록 하는데 있다.

대부분의 인출장치는 튜브형상 또는 원뿔형상본체로 장착되어 있으며, 그 본체는 종결정을 차폐한다.

특허문헌 미국특허제 4,330,362호에서는 단결정을 차폐하며, 그 용융재쪽으로 원뿔형상으로 형성되도록 선단이 가늘어서 결과적으로 컵형상을 가진 본체에 대하여 기재되어 있다.

그 본체의 전체길이 또는 그 일부분에 걸쳐 성장하는 단결정을 중심방향으로 하여 형성되는 이와같은 본체가 그 도가니벽에서 방출하는 열복사를 칸막이로 막는다.

이와같은 결과로 그 단결정은 더 많은 양으로 인출해 낼 수 있다.

단결정이 인출될때 실리콘모노옥사이드는 계속해서 생성되어 가스로서 그 용용물위에 있는 전로챔버(receiver chamber)내로 배출된다.

그 전로챔버를 불활성가스로 퍼지시켜(purge)그 실리콘모노옥사이드가 그 인출장치의 도가니영역에서 냉각부분에, 고체로서 용착되고, 그 단결정에서 그 결정전면(crystallization front)에 도달되며, 그 단결정에서 전위(dislocarious)를 발생하는 것을 방지한다.

통상적으로 불활성가스는 그 용융물표면방향으로 안내되어 생성한 실리콘모노옥사이드와 함께 그 전로챔버에서 완전히 배출된다.

그 단결정차폐본체는 그 용융물 위의 전로챔버를 내부와 외부(outer protion)로 분할된다.

실리콘모노옥사이드를 제거하는 불활성가스스트림은 일반적으로 그 용융물 표면쪽 전로챔버내부를 통하여 안내된다.

그다음, 불활성가스는 그 차펴본체의 하단과 용융물표면사이에서 그 전로챔버의 외부로 통과하며, 최종적으로 그 전로에 구성된 배기포오트를 통과한다.

안티몬(Sb)또는 비소(AS)로 도핑(dopong)을 한 결정을 제조할 때 그 단결정에서 높은 도판트(dopant)함량을 필요로 하는 제품규격을 사실상 달성할 수 있거나 극히 낮은 수율만을 달성할 수 있다.

고농도의 도판트(dopant)결합은 그 성장 단결정의 직경이 더 커질수록 더 어려워진다.

액상 실리콘에서 도판트의 증기압은 높아, 그 용융물은 도판트를 신속하게 감손시킨다(deplete).

따라서, 도판트의 부족을 제거하기 위하여 그 용융뮬을 도판트와 함께 과포화시키려는 시도가 있었따.

이와같은 시도에 의해 단결정의 전위형성을 촉진시켰으며, 인출을 계속하기전에 그 단결정은 시간소비형공정에서 용융시킬 필요가 있다.

일반적으로 상당량의 도판트가 그 도가니내에 남아 있게되어 그 결정격자에 도판트가 결합되어야 하는 소요량을 더이상 얻을수가 없다.

따라서, 이 발명의 목적은 고함량의 비소(As)또는 안티몬(Sb)을 가진 단결정을 기술적으로 어려움없이 수율좋게 제조할 수 있도록 하는 초크랄스키방법(zochralski method)에 의해 실리콘으로 구성된 단결정의 제조를 개량시키는 데 있다.

이 발명은 주로 불활성가스로 퍼지(purge)시킬 수 있는 전로(receiver)와, 용융물 수용도가니(crucible)과, 그 단결정을 그 용융물에서 인출하는 장치 및 그 성장하는 단결정을 차폐시키며 그 용융물 위에 있는 전로챔버를 내부와 외부로 분할하는 트뷰형성 또는 원뿔형상본체를 구성시켜, 그 용융물쪽 전로챔버의 내부로 안내되는 불활성가스를 그 본체의 하단과 용융물 사이에서 그 전로챔버의 외부로 통과하도록 하는 초코랄스키방법에 의한 실리콘구성 단결정의 제조장치에 있어서, 그 본체가 적오도 하나의 오리피스(oripice)를 구성시켜, 불활성가스가 그 오리피스를 통하여 그 전로챔버의 내부에서 외부로 직접통과할 수 있도록 구성함을 특징으로 하는 실리콘구성 단결정의 제조장치에 관한 것이다.

또, 이 발명은 단결정을 전로(receiver)내에서 도가니에 있는 용융물로부터 인출시켜, 그 단결정을 차폐하며 그 용융물위에 있는 전로챔버를 내부와 외부로 분할시키는 튜브형성 또는 원뿔형상 본체에 의해 포위시키며, 불활성가스스트림을 그 용융물 표면쪽 전로챔버의 내부를 통하여 그 본체의 하단과 그 표면사이에서 전로챔버의 외부로 안내하는 초크랄스키바업에 의한 실리콘구성 단결정의 제조방법에 있어서, 그 불활성가스스트림의 일부가 그 본체의 적어도 하나의 오리피스를 통하여 전로챔버의 그 내부에서 외부로 직접 안내함을 특징으로 하는 단결정 제조방법에 관한 것이다.

위 방법과 장치에서 제안한 변형은 실리콘으로 구성되고 안티몬과 비소로 도핑(doping)을 한 단결정제조에 있어서 종래의 기술적인 어려움을 극복하는데 충분함을 기대이상을 얻었다.

이 발명은 특히 직경 100mm이상의 단결정을 제조하는데 효과적이다.

그 이유는 종래의 경우와 같이 단결정을 인출시키는 용융물을 포화레벨이상의 도판트로 농축시킬 필요가 없기 때문이다.

더욱이, 이 방법은 단 결정에 산소를 결합시켜 실리콘구성 단결정을 제조하는데 기술적으로 중요한 의미가 있다.

이와같은 추가적인 효과는 그 타입과 강제적으로 도입한 도판트의 양과 관련이 없으며, 예로서 보론 또는 인과 도핑하는 경우 동일하여 발생한다.

처리를 완료한 단결정에서 측정한 산소함량은 그 단결정을 차폐하는 본체내에서 오리피스(orifice)의 수와 크기에 따라 변동된다.

그 단결정에 의해 흡수한 산소의 절대량과 단결정에서 산소농도의 축방향 프로필(axial profile)에 영향을 줄 수 있다.

이와같이, 예로서 그 단결정의 팁(tip)에서 단부까지 다소 감소되는 산소농도를 얻을 수 있다.

위의 구체적인 설명에서, 이 발명은 실리콘으로 구성되고 안티몬과 비소로 도핑을 한 단결정의 제조를 무엇보다도 단순화시켜, 그 용융물의 표면상의 가스공간내에서 그 흐름상태에 대한 효과를 바람직하게 한다.

이 발명을 도면에 따라 구체적으로 아래에 설명한다.

서로 다른 도면에 나타낸 부호는 동일한 장치의 특징에서 동일하다.

우선, 제1a도내지 제1d도에 대하여 설명한다.

이 발명에 의한 장치는 용융실리콘으로 충전되고 경우에 따라 도판트를 첨가한 도가니(2)를 수용하는 전로(recliver)(1)를 구성한다.

그 용융물(3)에서 인출장치(4)에 의해 단결정(5)을 인출한다.

그 단결정은 회전대칭본체(6)에 의해 구성되며, 그 회전대칭본체(6)는 그 단결정을 차폐하며, 그 용융물 위에 있는 전로챔버를 내부(7)와 외부(8)로 분할한다.

그 회전대칭본체의 하단(lower end)(9)과 그 용융물의 표면(10)사이의 거리는 5∼50mm가 바람직하며, 제1a 도내지 제1d도의 화살표로 나타낸바와 같이 그 전로챔버의 내부(7)로 안내되는 불활성가스가 그 회전대칭본체의 하단(9)과 그 용융물의 표면(10)사이의 갭을 통하여 그 전로챔버의 외부(8)로 통과할 수 있다.

그 전로의 벽내에 하나이상의 배기포오트(exhaust ports)(11)에서와 같이 그 전로챔버의 외부(8)에서 불활성가스스트림의 또 다른 경로를 동일하게 화살표로 나타낸다.

단결정을 차폐하는 본체(6)는 튜브형상 또는 원뿔형상을 가진다.

원뿔형상본체의 경우, 그 단결정과 그 본체의 내벽사이의 거리는 그 본체의 하단으로 갈수록 계속하여 감소된다.

튜브형상본체의 경우 그 거리는 그 본체의 전체높이에 걸려 일정하다.

일정한 최소높이를 초과하고, 그 본체에 의해 성장하는 단결정의 열영역과 칸막이를 하여 예방조치를 항상 취할때, 그 본체의 높이는 이 발명에 대하여 별로 중요하지 않다.

예로서, 제1b도에 나타낸 본체(6)는 그 전로(1)의 상부경계(upper demarcation)에서 도가니(2)내에 바로 구성되어 있다.

이 발명에 의해, 그 단결정을 포위하는 본체의 벽은 완전 밀폐되어 있지 않고, 적어도 하나의 오리피스(orifice)(12)를 구비하며, 그 오리피스를 통하여 그 전로챔버의 내부에서 그 용융물의 표면(10)으로 안내되는 불활성가스스트림이 그 전로챔버의 외부(8)로 부분적으로 직접 통과한다.

그 오리피스의 전체영역에 의해 소정의 분할비를 설정할 수 있고, 이 분할비에 의해 그 불활성가스스트림을 섭스트림(substreams)으로 분리하며, 그 섭스트림은 그 전로챔버의 내부를 서로 다른 경로를 통하여 떠난다.

그 본체(6)내의 오리피스(12)를 통하여 유입되는 섭스트림은 전로챔버의 외부로 분포가 균일하게 방사상으로 통과하는것이 바람직하다.

이와같이, 다수의 오리피스 예로서, 천공구멍은 그 본체의 주변에서 동거리로 구성시킬 수 있다.

제1a도의 실시예에 의해, 그 본체(6)의 오리피스는 그 본체의 주위에서 일정한 간격으로 배치한 다수의 슬롯(slot)으로 구성한다.

특히, 그 단결정을 차폐하는 본체의 바람직한 실시예를 제2a도 내지 제 2h도에서 나타낸다.

여기서 나타낸 본체의 오리피스는 슬롯(12)형상을 취하며, 그 슬롯은 본체의 주변에 따라 형성되고, 본체의 하부를 지지하는 부착지주(attachment struts)(13)에 의해서만 구성되어 있다.

또, 서로 설치한 2개 이상의 슬롯을 구성할 수 있다.

바람직한 슬롯의 폭은 5∼50mm이다.

그 단결정을 차폐하는 본체는 스크린(screen)(14)에 의해 본체하단에서 경계를 이루며, 그 스크린은 하나의 링(ring)으로 구성되는 것이 바람직하고 그 용융물의 표면과 수평하게 간격을 둔다.

제 2a도, 제 2d 도, 제 2e 도, 제 2h 도에 의한 실시예는 그 스크린(14)의 표면에 대해겨 슬롯(12)의 위치를 나타낸 다른 실시예와 다르다.

이에 대하여, 위 실시예의 경우 부착지주에 의해 지지된 그 본체의 하부가 스크린에 의해 형성되며, 그 나머지 실시예의 경우 그 하부는 스크린과, 그 스크린상에 설정된 그 본체의 원통형벽 또는 원뿔형벽의 일부로 구성되어 있다.

이 스크린의 구조에 의해 그 용용물 위에 있는 전로챔버내에서 그 흐름상태에 추가로 영향을 줄수 있다.

그 스크린의 내부림(inner rim)(15)이 그 전로챔버의 내부로 돌출되어 그 단 결정쪽으로 10-80mm 정도 형성된다.

그 스크린의 외경은 그 스크린이 외측 전로챔버내로 외부림(outerrim)(16)으로 돌출시켜, 그 도가니의 내벽쪽으로 예로서 l0∼80mm 정도 구성되도록 선택할 수 있다. 그러나 그스크린의 외경은 스크린(제2C도 및 제2g도에 의한 실시예)의 표면상에 설정하거나 또는 그 표면(제 2d 도 및 제 2h 도에 의한 실시예)쪽으로 향한 본체의 원통형부분 또는 원뿔형부분의 외경보다 더 작게 선택할 필요는 없다.

Claims (4)

1. 불활성가스로 퍼지(purge)시킬수 있는 전로(receiver)와, 용융물 수용도가니(crucible)와, 그 용용물에서 단결정을 인출하는 장치 및 그 성장하는 단결정을 차폐하며 그용융물 위에 있는 전로챔버(receiver chamber)를 내부(inner portion)와 외부로 분할하는 튜브형상 또는 원뿔형상 본체를 주로 구성하여, 그 용용물쪽 전로챔버의 내부로 안내되는 불활성가스가 그 본체의 하단과 용용물표면사이에서 그 전로챔버의 외부로 통과하도록 구성하는 초크랄스키방법에 의한 실리콘구성단결정의 제조장치에 있어서, 그 본체가 적어도 하나의 오리피스(orifice)를 구성하여 그 오리피스를 통하여 불활성가스가 전로챔버의 내부에서 외부로 직접 통과하도록 구성함을 특징으로 하는 단결정 제조장치.
2. 제1항에 있어서, 그 본체내의 오리피스는 그 본체의 주변(perimeter)에 따라 형성되는 슬롯(slot)으로 구성됨을 특징으로 하는 단결정 제조장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 그 본체는 환상스크린(anular screen)에 의해 그 본체의 하단에서 경계를 이루도록 구성함을 특징으로 하는 단결정 제조장치.
4. 단결정을 차폐하며 그 용융물 위에 있는 전로챔버를 내부와 외부로 분할하는 튜 브형상 또는 원뿔형상 본체에 의해 포위되어 있는 단결정을 도가니내에 있는 용융물에서 인출하며, 그 용융물 표면쪽 전로챔버의 내부를 통하여 그 본체의 하단과 그 표면사이에 불활성가스를 전로챔버의 외부로 안내하는 초크랄스키방법에 의한 실리콘구성단결정 제조방법에 있어서, 그 불활성가스스트림 일부가 그 본체내에서 적어도 하나의 오리피스를 통하여 그 전로의 내부에서 그 외부로 직접 안내함을 특징으로 하는 단결정 제조방법.