KR100239864B1

KR100239864B1 - 단결정의 제조방법 및 장치

Info

Publication number: KR100239864B1
Application number: KR1019960019464A
Authority: KR
Inventors: 에이이치 이이노; 기요다카 다카노; 마사노리 기무라; 히로토시 야마기시
Original assignee: 와다 다다시; 신에쯔 한도타이 가부시키가이샤
Priority date: 1995-06-01
Filing date: 1996-06-01
Publication date: 2000-01-15
Also published as: US5792255A; DE69614609D1; DE69614609T2; KR970001604A; JPH08333191A; JP2940437B2; US5980630A; EP0745706A1; EP0745706B1

Abstract

목적 : 균일하고 또한 저산소농도로 결함이 적은 대직경의 단결정을 HMCZ법에 의해 제조한다.

구성 : 자장인가장치의 초전도 전자석을 구성하는 코일을, 도가니를 사이에 끼우고 동축적으로 대향 배치하고, 도가니내의 원료 융액에 수평자장을 인가하면서 상기 융액에서 실리콘 단결정을 인상하는, HMCZ법에 의한 단결정 제조장치에 있어서, 초전도 전자석(12, 15)과 도가니(2)의 상하방향의 상대위치가 미세조정가능한 승강창치를 설치한다. 단결정 인상공정의 진행에 따른 도가니내 융액(41)에 있어서의 깊이방향의 중심부(Cm) 강하를, 상기 승강장치로 도가니를 상승시켜서 상쇄함으로써 단결정 인상공정중, 항상 초전도 전자석(12, 15)의 코일 중심축(Cc)이 상기 중심부(Cm) 또는 이것보다 하방을 지나도록 제어한다. 종래의 HMCZ법에 비해, 융액(41)에 인가하는 자장의 강도분포의 균일성이 높아지고, 도가니내 전체에 걸쳐 융액(41)의 대류억제효과가 향상된다.

Description

단결정의 제조방법 및 장치

제1도는 본 발명의 실시예에 관한 단결정 제조장치의 주요부 구조를 나타내는 개략 종단면도.

제2도는 제1도의 평면 단면도.

제3도는 시험예1에 있어서의 자장의 등강도선 분포도로서, 제1도 장치의 일부 종단면도로 표시한 도면.

제4도는 비교예1에 있어서 자장강도가 4000 가우스 이하인 융액부분을 나타내는 설명도로서, 제3도에 상당한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 챔버 2 : 도가니

3 : 지지축 4 : 가열히터

5 : 단열재 11 : 보냉용기

12, 15 : 초전도 전자석 13, 16 : 자장인가장치

21 : 풀챔버 22 : 아이솔레이션 밸브

23 : 와이어 24 : 종유지지그

25 : 종결정 31 : 불활성가스 공급구

32 : 불활성가스 배기구 41, 51 : 실리콘 융액

41a, 41b, 51a, 51b : 융액부분 42 : 실리콘 단결정

Cc : 코일 중심축 Cm : 용액에 있어서의 깊이방향의 중심부

D : 코일간 거리 I : 도가니 중심축

Rc : 코일 직경

[산업상의 이용분야]

본 발명은 단결정의 제조방법 및 장치에 관한 것으로, 상세하게는, 도가니내의 원료융액에 자장인가장치에 의해 수평자장을 인가하면서 상기 융액에서 단결정을 인상하는 수평자장인가 CZ법(horizontal magnetic field applied CZ법 : 이하 HMCZ법이라 함), 및 이 방법의 실시에 적합한 장치에 관한 것이다.

[종래의 기술]

상기 HMCZ법이, 통상의 CZ법(Czochralski법)에 비하여 여러가지 점에서 우수하다는 것은 잘 알려져 있다. 이 HMCZ법의 실시에 사용하는 장치는 통상의 CZ법의 장치를 개량한 것으로, 도가니 가열용 히터의 외측에 초전도 자석 등의 전자석을 구비한 자장인가장치를 도가니를 사이에 끼우고 대향 배치한 것이다.

예컨대, 석영 도가니내의 실리콘 융액에서 실리콘 단결정을 인상할 경우, HMCZ법에 의하면 융액의 열대류가 억제되고, 융액표면 근방온도(인상 단결정의 고액계면온도)의 경시적 변동이 현저하게 감소됨과 동시에, 도가니로부터의 SiO의 용해량이 저하되는 결과로, 전위나 결함발생이 억제되는 데다가 균일하고 또한 저산소 농도의 실리콘 단결정이 용이하게 얻어지는 이점이 있다.

HMCZ법에 의한 단결정 제조장치의 일예가 미국특허 4,565,671호 공보에 개시되어 있다. 이 장치에서는 초전도 코일의 중심축을 석영 도가니내의 융액 표면과 일치시킴으로써 상기 융액표면 근방의 대류를 억제하고, 또한 그 융액표면 근방보다 하부에 열대류를 형성하도록 되어 있다.

이 장치에서는 인상중의 단결정과 융액의 경계층으로의 열전달이 높아지고, 도가니 주위와 상기 경계층과의 온도차를 감소시킬 수 있고, 또한 상기 융액표면 근방보다 하방 부분에서 충분히 교반된 융액이 상기 경계층에 공급되기 때문에 통상의 CZ법에 사용되는 장치에 비해 균일한 특성의 단결정이 얻어지는데 더하여 열응력에 의한 도가니의 균열도 방지되는 이점이 있다고 되어 있다.

최근의 단결정의 대직경화에 따른 단결정 성장 기술상의 과제로서, 단결정의 저산소 농도화와, 결정의 안정된 성장에 의한 생산성 향상의 두가지 점을 들 수 있다. 특히 근년, 디바이스 공정의 클린화가 진척되어 웨이퍼 내부에 있어서의 중금속 불순물의 게터링 효과의 필요성이 저하되어 왔기 때문에 산소농도가 더욱 낮은 단결정에 대한 요구가 강해지고 있다.

[발명이 해결하고자 하는 과제]

그러나, 단결정의 대직경화에 따라, 사용하는 석영 도가니의 구경이 커지면 도가니내 융액으로의 도가니 표면부의 용해량이 증대하여 융액중의 산소농도가 높아지기 때문에 소형 도가니로 얻어진 소직경의 단결정에 비해 대직경 단결정에서는 산소농도가 높아지는 경향이 있다.

단결정의 대직경화에 따른 석영 도가니 내면부의, 융액으로의 용해량 증대의 요인으로는, 융액의 고중량화에 의한 도가니 회전시의 마찰력 증가, 도가니의 대구경화에 따른 도가니 가열량의 증대나, 융액 온도차의 증대에 의한 융액대류의 증대를 들 수 있다. 따라서, 대직경 단결정의 산소농도를 저하시키는 데는, 도가니내 융액의 대류를 억제하는 것이 극히 중요하다.

그러나, 상기 공보에 개시된 단결정 제조장치에서는 융액에 인가되는 수평자장의 균일도가 반드시 만족할 상태는 아니고, 따라서 도가니내 융액의 대류억제효과가 반드시 충분하지는 않고, 이 때문에 직경 8인치 이상인 대직경 실리콘 단결정을 인상할 경우, 균일한 저산소농도로, 또한 결함이 적은 제품을 얻기는 곤란한 문제가 있었다.

또한, 상기 공보 개시의 장치에서는, 도가니내 융액의 표면근방의 대류는 억제되나, 표면근방보다 하부의 열대류가 존재하도록 되어 있기 때문에, 도가니 저부에서의 대류는 종래와 동일하게 크고, 따라서, 석영 도가니의 용해 및 침식이 과도하게 진행되어 도가니의 수명이 짧아지는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 점을 감안하여 행해진 것으로, 그 목적은, HMCZ법에 의한 단결정 제조방법 및 장치를 개량함으로써 도가니내 융액의 대류억제효과를 높이고, 이로서 균일하고 또한 저산소농도로 결함이 적은 대직경 단결정을 안정적으로 제조함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 도가니 수명을 연장하고, 인상 단결정당 소요되는 사용 도가니 개수를 감소시켜, 도가니 교체에 소요되는 시간을 감소하는데 있다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

본 발명의 단결정 제조방법은, 자장인가장치의 전자석(가령, 초전도 자석)을 구성하는 코일을 도가니를 사이에 끼우고 동축적으로 대향배치하고, 도가니내의 원료융액에 수평자장을 인가하면서 상기 융액에서 단결정을 인상하는 HMCZ법에 있어서, 상기 전자석의 코일 중심축이 도가니내 융액에 있어서의 깊이방향의 중심부 또는, 이것보다 하방을 통과하도록, 이들 전자석과 도가니와의 상하방향의 상대위치를 설정하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 단결정 제조방법은, 상기 전자석과 도가니와의 수평방향의 간격을 일정하게 유지하면서 단결정을 인상하는 것이 바람직하다. 또 융액 깊이방향의 수평자장강도의 변동폭은 융액 액면에 수직인 모든 선상에서 융액 깊이방향의 수평자장강도의 평균치의 1.2~0.8배 (보다 바람직하게는 1.15~0.85배) 범위내로 제어하는 것이 바람직하다.

본 발명의 단결정 제조방법은, 통상의 CZ법에 의해 배치식으로 단결정을 인상한 경우에 한하지 않고, 이른바 멀티풀 CZ (RCCZ법: Recharge CZ법), 또는 연속 충전인상법(CCCZ법: Continuous Charging CZ법)으로 인상할 경우도 적용된다.

RCCZ법은 단결정의 인상을 종료한 후의 도가니내 잔류 융액을 고체화시키지 않고 원료를 재충전하여 재차 인상을 행하는 조작을 반복함으로써 같은 도가니에서 복수개의 단결정을 배치식으로 인상하는 방법이다.

CCCZ법은, 융액상 원료 또는 입자상 다결정 원료를 연속적으로 도가니에 충전함으로써 도가니내의 융액량을 일정하게 유지하면서 단결정의 인상을 계속하는 것이다(시무라 후미오:「반도체 실리콘 결정공학」, 마루젠(주)를 참조).

본 발명을 RCCZ법으로 실시하는 데는, 종래의 RCCZ법에 의한 인상장치에 상기 수평자장인가장치를 부설하면 된다. 본 발명을 CCCZ법으로 실시하는 데는, 종래의 CCCZ법에 의한 인상장치에 상기 수평자장인가장치를 부설하면 된다.

본 발명의 단결정 제조방법을 통상의 CZ법 또는 RCCZ법에 따라 실시할 경우에 있어서, 전자석의 코일 중심축이 도가니내 융액에 있어서의 깊이방향의 중심부를 지나도록, 전자석과 도가니의 상하방향의 상대위치를 설정하는 데는, 단결정 인상개시시에 상기 코일 중심축이 상기 중심부를 지나도록 전자석과 도가니의 상하방향의 상대위치를 설정한 후, 도가니를 계속 상승시킴으로써 단결정 인상에 따른 상기 중심부의 강하를 상쇄하면 된다.

또한, 상기 상쇄 조작은, 도가니를 상승시키는 대신에 전자석을 계속 강화시켜도 된다. 또, CCCZ법은 융액 액면 높이가 일정하기 때문에 본 발명 방법을 CCCZ법에 적용할 경우에는 상기 상쇄 조작은 필요 없다.

HMCZ법에 있어서 도가니내 융액의 대류를 억제하는 데는, 강도 구배가 완만하고, 또한 강도가 높은 자장에 도가니내 융액을 배치함으로써 융액 전체에 될 수 있는대로 균일하고 또한 고강도의 자장을 인가하는 것이 중요하다.

그것을 위하여는, 고강도의 자장을 발생하는 것이 가능하고, 코일 직경(Rc)(제1도 참조)이 큰 전자석을 도가니로부터의 거리를 길게하여 배치하는 것이 유효하다.

본 발명의 단결정 제조장치는, 자장인가장치의 전자석(가령 초전도 자석)을 구성하는 코일을 도가니를 끼우고 동축적으로 대향 배치하고, 도가니내의 원료 융액에 수평자장을 인가하면서 상기 융액에서 단결정을 인상하는 수평자장인가 CZ법에 사용하는 단결정의 제조장치에 있어서, 상기 전자석과 도가니와의 상하방향의 상대위치가 미세조정가능한 승강장치를 설치한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 단결정 제조장치는, 상기 전자석으로서, 고강도 자장의 발생이 가능하고, 또한 코일 직경(Rc)이 단결정 인상 개시시의 도가니내 융액 깊이의 3배 이상인 것을 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 발생하는 자장의 강도 분포가 동일한 전자석을 도가니 중심축에 관하여 대칭적으로, 또한 도가니로부터의 거리를 길게하여 설치하는 것이 더욱 바람직하다.

[작용]

제1도에 도시하는 장치를 이용한 경우의 작용을 설명한다. 이 장치는 한쌍의 동일사양의 초전도 전자석(12, 15)을 도가니(2)의 중심축(1)에 관하여 대칭적으로 설치함과 동시에, 이들 초전도 전자석과 도가니(2)와의 상하방향의 상대위치를 상기 승강장치(도시않음)로 제어함으로써 단결정 인상공정에 있어서 항상 그 코일 중심축(Cc)이 도가니(2)내 융액에 있어서의 깊이방향의 중심부(Cm) 또는 이것보다 하방을 지나도록 구성한 것이다. 즉, 이 장치는 단결정의 인상에 있어서, 상기 코일 중심축(Cc)이 항상 상기 중심부(Cm) 또는 이것보다 하방을 지나도록 제어하는 것 이외는 종래의 HMCZ법과 동일한 조작을 행한다.

단결정 인상공정에 있어서는, 초전도 전자석(12, 15)에 의한 자장의 등강도선 분포는 제3도에 도시하는 바와 같이 된다. 도가니내의 융액(41)에 인가되는 자장의 강도는 주목하는 융액부분이 초전도 전자석(12, 15)에서 떨어짐에 따라 저하하고, 가령 곡선(1a, 1c)의 자장강도는 6000 가우스, 곡선(1b, 1d)의 자장강도는 4000 가우스가 된다. 이 때문에 도가니 중심축(1) 근방의, 해칭으로 나타내는 융액부분(41a)에 인가되는 자장강도는 4000 가우스 이하가 되고, 이 이외의 융액부분(41b)에 인가되는 자장강도는 4000 가우스를 초과하는 약 6000 가우스 이하의 범위내가 된다(엄밀하게는 도가니(2) 내주면의 바로 가까운 부분에서는 6000 가우스를 초과한다).

이 경우, 초전도 전자석(12, 15)으로서 고강도의 자장발생이 가능하고, 코일직경(Rc)이 단결정 인상 개시시의 도가니내 융액 깊이의 3배 이상이고, 발생하는 자장의 강도분포가 동일한 것을 도가니 중심축(1)에 관하여 대칭적으로, 또한 도가니(2)로부터의 이간거리를 길게하여 설치한 인상장치를 사용함으로써 상기 해칭으로 표시하는 융액부분(41a)이 전체 융액량에서 점하는 비율을 대단히 작게할 수 있다. 이 때문에, 도가니내 융액의 대략 전체량을 강도 4000~6000 가우스 범위의 자장에 두는 것이 가능해진다.

따라서, 이와 같은 장치에 의하면 도가니내 융액의 유효 동점도(動粘度) 계수가 증대함과 동시에 융액 전체량의 유효 동점도 계수가 거의 동일하게 되고, 도가니내 융액의 대류가 유효하게 억제되고, 단결정 인상공정중의 융액온도 변동이 억제된다.

또, 도가니 저부에서 잔여융액 대류가 유효하게 억제되기 때문에 융액이 도가니를 용해ㆍ침식하기 어려워지고, 도가니 수명이 길어진다.

상기 전자석과 도가니와의 수평방향 간격을 일정하게 유지함으로써 융액에 인가되는 자장의 강도분포의 경시적 변화를 없앨 수 있으므로 도가니내 융액의 대류의 억제효과가 높아진다.

도가니내 융액의 깊이방향의 수평자장강도의 변동폭을, 융액 액면에 수직인 모든 선상에서, 융액 깊이방향의 수평자장강도의 평균치의 1.2~0.8배 (더욱 바람직하게는 1.15~0.85배) 범위내로 억제하는 것이 바람직한 이유는 이하와 같다.

즉, 본 발명에 있어서 전자석으로서 초전도 전자석을 사용하여 도가니내 융액에 강도 5000 가우스 정도의 자장을 인가할 경우, 전력소비효율의 대폭적 저하나, 단결정 제조장치의 대형화를 회피해야할 것을 고려하면, 수평자장강도의 융액 깊이방향의 바람직한 변동폭은 상기 범위가 되고, 이 범위내에서는 융액의 대류억제효과가 가장 높아지기 때문이다.

[실시예]

이하, 본 발명의 실시예를 도면에 의거하여 설명한다.

[실시예 1]

제1도는 실리콘 단결정 인상장치의 주요부 구조를 나타내는 개략 종단면도이다.

제2도는 제1도의 평면단면도이다.

이 인상장치는 스테인레스제의 원통상 챔버(1)내에, 내주측이 석영으로 이루어지고 외주측이 흑연으로 이루어진 도가니(2)가 연직방향으로 설치한 지지축(3)으로 지지되어 있다. 도가니(2) 주위에는, 탄소재로 이루어진 원통상 가열히터(4)가 배치되고, 이 가열히터(4) 주위에는 같은 탄소재로 이루어진 원통상 단열재(5)가 배치되어 있다. 가열히터(4) 및 단열재(5)는 상하방향 및 수평방향의 위치가 고정되어 있다.

지지축(3)(따라서 도가니(2))은 도시되지 않은 회전구동장치에 의해 회전가능, 또한 회전수의 미세조정이 가능하게 되어 있다. 또한, 지지축(3)은 제어기구를 구비한, 도시되지 않은 슬라이드 기구(이것은 상기 승강장치에 상당한다)에 의해 상하이동 가능하고, 또한 상하방향 위치가 미세조정가능하게 되어 있다.

챔버(1) 외측에는, 보냉용기(11) 및 그 용기에 수납된 초전도 자석(12)을 구비한 자장인가장치(13)와, 보냉용기(11) 및 그 용기에 수납된 초전도 자석(15)을 구비한 자장인가장치(16)가, 도가니(2) 중심축에 관하여 대칭적으로 설치되어 있다. 이들 초전도 전자석(12, 15)은 도가니(2)로부터의 거리 및 상하방향 위치가 고정되어 있다. 초전도 전자석(12, 15)의 코일 직경(Rc)은 실리콘 단결정 인상 개시시의 도가니내 융액 깊이의 3배로 되어 있다.

챔버(1) 상방에는, 스테인레스제의 원통상 풀챔버(21)와 챔버(1)와 동심상으로 연결되어 설치되고, 이들 챔버(1)와 풀챔버(21) 접속부에는 아이솔레이션 밸브(22)가 배치되어 있다. 풀챔버(22)는 인상된 실리콘 단결정을 수용하고, 또한 외부로 꺼내기 위한 공간을 형성하고 있다.

풀챔버(22) 상방에는, 실리콘 단결정의 감아올리기 장치(도시않음)가, 연직축을 중심으로 회전가능하게 배치되어 있다. 이 감아올리기 장치로부터는 와이어(23)가 매달려 있고, 이 와이어(23) 하단에는 종(種)유지지그(24)에 의해 종결정(25)이 부착되어 있다. 풀챔버(21) 상부에는 Ar 등의 불활성가스 공급구(31)가, 챔버(1) 저부에는 불활성가스 배기구(32)가 각각 설치되어 있다. 이 배기구(32)는 진공발생장치(도시않음)에 연락되고, 챔버(1) 및 풀챔버(21)내를 소정의 진공도로 유지할 수 있도록 되어 있다. 또한, 41은 실리콘 융액, 42는 인상도중의 실리콘 단결정이다.

실리콘 단결정의 인상에 있어서는, 그 개시시에 있어서 초전도 전자석(12, 15)의 코일 중심축(Cc)이 실리콘 융액(41)에 있어서의 깊이방향의 중심부(Cm) 또는, 이것보다 하방을 지나도록 이들 초전도 전자석(12, 15)과 도가니(2)와의 상하방향의 상대위치를 상기 슬라이드 기구에 의해 설정하고, 이들 초전도 전자석(12, 15)을 작동시킴과 동시에, 가열히터(4)에 의한 도가니(2) 측벽의 가열을 개시한다. 이어서, 종유지지그(24)에 부착한 종결정(25)을 융액(41) 표면에 침지하고, Ar 등의 불활성가스를 융액(41) 표면에 공급하고, 도가니(2)를 회전시킴과 동시에 종결정(25)을 회전시키면서 인상함으로써 넥, 콘, 어깨, 직동부 순으로 성장을 행한다.

실리콘 단결정 인상의 진행에 따라 융액(41) 깊이가 감소되기 때문에 상기 중심부(Cm)가 차츰 강하된다. 그래서, 이 실시예에서는 상기 슬라이드 기구로 도가니(2)를 연속적으로 상승시켜서 중심부(Cm)의 강하를 상쇄한다. 이에 따라 초전도 전자석(12, 15)의 코일 중심축(Cc)이 항상 중심부(Cm) 또는 이것보다 하방을 지나도록 제어된다.

[시험예 1]

다음에, 제1도의 장치를 사용하여 상기 방법으로 행한, 실리콘 단결정의 배치식 인상시험에 대하여 설명한다.

(1) 인상장치의 사양 :

① 도가니(2)이 내경 : 600mm

② 도가니(2)의 깊이 : 400mm

③ 가열히터(4)의 외경 : 750mm

④ 초전도 전자석(12, 15)의 코일직경(Rc) : 840mm

⑤ 초전도 전자석(12, 15)의 코일간 거리(D) : 1500mm

(2) 인상조건 :

① 목표로 하는 실리콘 단결정(직동부)의 직경×길이 : 8인치×1.2m, 9인치×1m

② 도가니(2) 회전수 : 0.6 rpm (일정)

③ 종결정 회전수 : 15 rpm (일정하고, 회전방향은 도가니와 반대)

④ 도가니(2)내 용액(41)의 인상 개시시의 깊이 : 260mm

⑤ 기타 : 적당량의 불활성가스(Ar)를 공급하면서 챔버(1)내의 압력을 300 mbar 이하의 감압으로 유지

초전도 전자석(12, 15)에 의한 자장의 등강도선 분포는 제3도의 도시와 같이 되었다. 이 분포는 실리콘 단결정 인상의 전공정에서 불변이며, 융액부분(41a) 좌우의 윤곽선은 자장강도 4000 가우스의 등강도선과 일치하고, 기타 융액부부(41b)의 대부분은 자장강도 4000 가우스의 등강도선과, 자장강도 6000 가우스의 등강도선 사이에 위치하고 있었다. 이 결과, 융액부분(41a)에 인가되는 자장강도는 4000 가우스 이하로, 융액부분(41b)에 인가되는 자장강도는 4000 가우스를 넘어 약 6000 가우스 이하가 되고, 또, 융액부분(41a)이 전융액량에서 점하는 비율을 대단히 작게 할 수 있었다.

상기 인상장치ㆍ방법에 의해, 인상의 전공정을 통하여, 해칭으로 표시하는 부분의 융액량이 전융액량에서 점하는 비율을 대단히 작게 할 수 있고, 도가니내 융액의 거의 전체량을 강도 4000~6000 가우스 범위의 자장에 두기가 가능하게 되었다.

융액부분(41a)에서는 융액부분(41b)에 비해, 대류억제효과가 약간 떨어지나, 그 자장강도 저하는 그다지 크지 않고, 또, 그 부분의 비율이 적기 때문에 융액의 대류에 의한 도가니 열화를 억제할 수 있다. 이 사실은, RCCZ법이나 CCCZ법에 본 발명을 적용하면 장기에 걸쳐 도가니를 사용할 수 있는 이점을 가져온다.

시험예1에서 얻은 8인치, 9인치의 실리콘 단결정은 산소농도가 10ppma (JEIDA)정도이고, 종래의 HMCZ법에 비해 산소농도가 매우 낮은 대직경 실리콘 단결정을 얻을 수 있었다. 또, 이들 실리콘 단결정은, 산소농도의 면내 균일성도 높고, 단결정성장축방향의 아주 작은 균일성도 양호하였다.

[비교예 1]

다음에, 제1도의 장치를 사용하여 실리콘 단결정 인상의 전공정에 있어서 초전도 전자석(12, 15)의 코일 중심축(Cc)을 실리콘 융액(51)의 액면 바로밑, 또한 바로 옆에 위치시킨 것 이외는 시험예 1과 동일하게 하고, 시험예 1과 동일치수의 실리콘 단결정을 인상하였다. 융액(51)에 인가된 자장을 제4도에 도시한다.

이 도면은 자장의 등강도선 분포도의 일부를 이용하여 작성한 것이다.

이 방법에 있어서는, 제4도에 도시한 바와 같이, 인상의 전공정에 있어서, 도가니(2)의 중심축(1) 근방의 해칭으로 표시하는 융액부분(51a)이 전융액량에서 점하는 비율은, 시험예 1에 비해 상당히 커졌다. 다만, 이 경우에도, 융액부분(51a)에 인가되는 자장의 강도는 4000 가우스 이하가 되고, 그 이외의 융액부분(51b)에 인가되는 자장의 강도는 4000 가우스를 넘어 약 6000 가우스 이하가 되었다.

이 인상장치ㆍ방법에서는, 해칭으로 표시하는 부분의 융액량이 전융액량에서 점하는 비율을 작게 할 수 없기 때문에, 시험예 1과 달리, 도가니내 융액의 대략 전체량을 강도 4000~6000 가우스 범위의 자장에 둘 수는 없었다. 또 자장이 약한 부분(융액부분(51a))의 비율이 커지고, 또한 자장의 약한 부분의 중심부근의 자장강도는 상기 실시예의 경우에 비해 작게 되기 때문에, 융액의 대류에 의한 열화는 크고, 단결정 인상량에 대한 사용 도가니 개수가 증대하고, RCCZ법이나 CCCZ법으로의 적용에는 문제가 생긴다.

비교예 1에서 얻은 8인치, 9인치의 실리콘 단결정은, 산소농도가 13ppma (JEIDA)정도이고, 산소농도의 면내 균일성이나 단결성 성장축 방향의 아주 작은 균일성도 떨어져 있었다.

[발명의 효과]

이상의 설명으로 분명한 바와 같이, 본 발명의 단결정 제조방법은, 자장인가장치의 전자석을 구성하는 코일을 도가니를 사이에 끼우고 동축적으로 대향 배치하고, 도가니내의 원료융액에 수평자장을 인가하면서 상기 융액에서 단결정을 인상하는 HMCZ법에 있어서, 상기 전자석의 코일 중심축이 도가니내 융액 깊이의 중심부 또는, 이것보다 하방을 지나도록, 이들 전자석과 도가니의 상하방향의 상대위치를 설정하는 것이며, 본 발명에 의하면, 단결정 인상의 전공정에 있어서, 도가니내 융액의 대략 전체에 좁은 강도범위의 자장을 인가할 수 있다. 환언하면, 종래의 HMCZ법에 비해, 도가니내 융액에 인가하는 자장의 강도분포의 균일성을 향상시킬 수 있다.

이결과, 도가니내 융액의 대류억제효과가 현저히 높아지고, 산소농도가 낮고 균일하며, 게다가 결함이 적은 대직경의 단결정을 안정적으로 제조할 수 있다.

또, 도가니 저부에서의 융액 대류가 유효하게 억제되기 때문에, 융액이 도가니를 침식하기 어려워지고, 도가니 수명이 길어지게 되며, 인상단결정량당에 요하는 도가니 개수를 감소시킬수 있다.

또, 본 발명의 단결정 제조장치는, 자장인가장치의 전자석을 구성하는 코일을 도가니를 사이에 끼우고 동축적으로 대향배치하고, 도가니내의 원료용액에 수평자장을 인가하면서 상기 융액에서 단결정을 인상하는 단결정의 제조장치에 있어서, 상기 전자석과 도가니와의 상하방향의 상대위치가 미세조정가능한 승강장치를 설치하고, 단결정 인상공정의 진행에 따른 도가니내 융액에 있어서의 깊이방향 중심부의 강하를, 상기 승강장치에 의해 도가니를 상승시켜서 상쇄하도록 한 것으로, 본 발명에 의하면 간단한 조작으로, 단결정 인상공정중, 항상 상기 전자석의 코일 중심축이 상기 융액 중심부 또는, 이것보다 하방을 지나도록 할 수 있다.

Claims

자장인가장치의 전자석을 구성하는 코일을 도가니를 사이에 두고 동축적으로 대향배치하고, 도가니내의 원료융액에 수평자장을 인가하면서 상기 융액에서 단결정을 인상하는 수평자장인가 CZ법에 있어서, 상기 전자석의 코일 중심축이 도가니내 융액에 있어서의 깊이방향의 중심부 또는 이것보다 하방을 지나도록, 이들 전자석과 도가니의 상하방향의 상대위치를 설정하는 것을 특징으로 하는 단결정의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 전자석과 도가니의 수평방향의 간격을 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 단결정의 제조방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 도가니내 융액의 깊이방향의 수평자장강도의 변동폭은, 융액 액면에 수직한 모든 선상에서 융액의 깊이방향의 수평자장강도의 평균치의 1.2~0.8배 범위내로 제어하는 것을 특징으로 하는 단결정의 제조방법.
자장인가장치의 전자석을 구성하는 코일을 도가니를 사이에 두고 동축적으로 대향배치하고, 도가니내의 원료융액에 수평자장을 인가하면서 상기 융액에서 단결정을 인상하는 수평자장인가 CZ법에 사용되는 단결정의 제조장치에 있어서, 상기 전자석과 도가니의 상하방향의 상대위치가 조정가능한 승강장치를 설치하고 상기 전자석의 코일 직경이, 단결정 인상개시시의 도가니내 융액 깊이의 3배 이상인 것을 특징으로 하는 단결정의 제조장치.