KR100297575B1

KR100297575B1 - 단결정제조방법및그인발장치

Info

Publication number: KR100297575B1
Application number: KR1019980055305A
Authority: KR
Inventors: 빌프리에드 혼아몬; 에리흐 톰지그; 자니스 비르부리스
Original assignee: 게르트 켈러; 와커 실트로닉 게젤샤프트 퓌르 할브라이테르마테리아리엔 아게
Priority date: 1997-12-18
Filing date: 1998-12-16
Publication date: 2001-10-26
Also published as: DE59803424D1; JPH11228285A; DE19756613A1; US6238477B1; JP3066742B2; EP0926270A1; TW548353B; EP0926270B1; KR19990063097A; US6132507A

Abstract

본 발명은 도가니에 담겨 있으며 도가니를 둘러싸고 있는 측면 가열기에 의해 가열되는 용융물에서 단결정을 인발하여 반도체 소재의 단결정을 제조하는 방법 및 그 인발장치에 관한 것이다.

상기 방법은 단결정을 둘러싸고 용융물위에 배치된 환상가열장치에 의해 단결정주위의 환상영역에서 용융물이 추가로 가열됨을 특징으로 하며, 또 본 발명은 상기 방법을 실시하기에 적합한 인발장치에 관한 것이다.

Description

단결정제조 방법 및 그 인발장치

본 발명은 도가니에 담겨 있으며 도가니를 둘러싸고 있는 측면히터에 의해 가열되는 용융물에서 단결정을 인발하여 반도체 소재의 단결정을 제조하는 방법 및 그 인발장치에 관한 것이다.

단결정을 제조하는 이 방법은 "초크랄스키" 방법으로 알려져 있으며 지속되는 연구과제이다.

성장하는 단결정의 특정한 결함의 발생은 단결정과 용융물간의 상계면에서의 인발속도(v)와 축방향 온도구배(G)에 좌우된다는 것은 공지되어 있다.

단결정을 인발할 때 식 V/G＜C_crit의 조건을 만족하면(여기서 C_crit는 상수임) 큰 기공(pit)으로서 알려진 다수의 격자간 결함이 형성된다(전기화학회지 vol.143, NO.5(1996), E.Dornberger, W.V.Ammon).

아래에서 L-결함으로 설명되는 이와 같은 타입의 결함은 단결정을 더 처리함으로써 제조되는 전자부품의 생산량을 크게 약화시킨다. 위에서 나타낸 식에 의해, L-결함의 발생을 방지하기 위하여 가능한 높은 인발속도를 유지하기 위한 노력을 하여야 한다는 것은 분명한 사실이다.

그러나, 단결정을 인발할 때, 인발속도는 단결정의 성장상태를 변화시킴이 없이 어느 정도까지 증가시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.

특히, 과도한 성장속도에서는 그 단결정이 소정의 원통형상 성장을 상실하고 바람직하지 않은 원형형상으로 성장을 시작한다.

즉, 원통형상의 측면 대신 결정학적인 배향에 대응하는 평면상 결정면 형성을 개시한다.

더 나아가서, 바람직하지 않은 원형성장은 불안정하게 하는 그 인발소재의 결정격자 결함을 발생시키는 위험성을 높힌다.

본 발명은 종래의 통상적인 성장속도보다 더 높은 성장속도에 도달될 때까지 원통형상 성장에서 바람직하지 않은 원형성장에 이르기까지의 전이(transition)을 지연시키는 방법을 나타낸 것이다.

본 발명은 도가니에 담겨 있으며 도가니를 둘러싸고 있는 측면히터에 의해 가열되는 용융물로부터 단결정을 인발시켜 반도체소재의 단결정을 제조하는 방법과 반도체소재의 단결정을 용융물에서 인발하는 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 1을 나타낸 개략도이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예 2를 나타낸 개략도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 리플렉터(reflector) 2 : 용융물

3 : 단열체 4 : 단결정

5 : 액티브 히트(active heater)

본 발명은 도가니내에 담겨있으며 그 도가니를 둘러싸고 있는 측면히터(side heater)에 의해 가열되는 용융물로부터 반도체소재의 단결정을 인발시켜 반도체소재의 단결정을 제조하는 방법에 있어서, 그 단결정을 둘러싸며 그 용융물 위에 배치되어 있는 환상가열장치에 의해 그 단결정 주위의 환상영역에서 그 용융물을 추가로 가열시킴을 특징으로 하는 반도체소재의 단결정을 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 방법은 거의 L-결합이 없는 원통형상의 단결정의 가용도(可用度)(availability)를 높힌다.

직경이 큰 실리콘 단결정, 예로서 직경 200mm, 300mm 또는 400mm의 실리콘 단결정의 제조에 사용되는데 특히 바람직하다.

본 발명을 실시하기 위한 하나의 장치를 제공한다.

그 장치에서는 그 단결정을 둘러싼 환상가열장치가 그 용융물위에 배치되어 있어 그 단결정을 중심으로 하는 환상영역에서 그 용융물을 가열하는 방열을 방사한다.

그 환상가열장치는 그 단결정과 환상가열장치 사이의 거리가 그 환상가열장치와 도가니의 벽 사이의 거리보다 더 짧도록 그 용융물위에 배치하는 것이 바람직하다.

그 환상가열장치와 단결정사이의 거리가 가급적 짧게 할 경우, 예로서 그 거리가 3㎝로 측정될 경우 특히 바람직하다.

그 환상가열장치는 측면히터의 열복사(heat radiation)에 대하여 단결정을 차폐하는 단열실드(insulated heat shield)의 하부에지(lower edge)에 고정하는 것이 더 바람직하다.

그 환상가열장치는 용융물만을 가열하고, 단결정을 가열하지 않도록 주의할 필요가 있다.

따라서, 적합할 경우 단열구성요소, 예로서 열실드(heat shield)를 그 단결정과 그 환상가열장치 사이에 설정할 필요가 있다.

그 환상가열장치와 용융물의 표면사이의 거리는 10mm~20mm가 바람직하다.

그 환상가열장치는 그 단결정 주위에 위치한 근방표면영역(near surface region)에서 그 용융물을 가열한다.

따라서, 그 단결정과 도가니 사이에서의 그 용융물에서는 가파른 축방향 온도구배를 형성하여 단결정의 원통형상 성장을 촉진한다.

그 환상 가열장치는 또 그 용융물 제조에 필요한 에너지 일부를 공급하고, 반도체 소재의 용융에 필요한 시간을 단축하는데 사용할 수 있다.

그 환상 가열장치에 의해 그 용융물을 추가로 가열시킬 때 측면히터와, 적합할 경우 그 도가니 아래에 배치한 저면히터의 가열출력(heating power)을 감소시키는 것이 바람직하다.

통상 석영유리로 구성되어 있고 열용융물에 의해 침해를 받는 도가니의 소재(material)는 조기부식(premature corrosion)을 방지할 수 있다.

그 도가니의 부식율 감소는 단결정 반도체 소재의 수율에 바람직한 효과를 가진다.

또, 그 환상가열장치는 그 열관성(thermal inertia)이 낮기 때문에 직경 방향의 성장 및 인발속도에 영향을 주는 파우어 컨트롤(power control)에 즉시 사용하는 것이 바람직하다.

따라서, 그 직경과 인발속도의 변동을 상당히 크게 감소시킬 수 있다.

그 환상가열장치는 또다른 실시예에서 용융물 즉 단결정에서의 산소함량을 가열출력(heating power)의 변동에 의해 조정하는데 사용된다.

그 환상가열장치의 가열출력 증가는 그 용융물 표면에서 SiO의 증발을 향상시킨다.

반면에, 그 측면히터(side heater)와 선택적으로 저면히터의 가열출력을 감소시킬 수 있다. 이것은 석영유리의 부식을 저하시킨다.

따라서, 그 용융물 중에서의 산소농도는 감소되어 더 적은 산소가 그 단결정에 결합된다.

본 발명을 도면에 따라 아래에 더 구체적으로 설명한다.

도 1에 나타낸 본 발명의 실시예 1에 따라 설명하면 그 환상가열장치는 리플렉터(reflector)(1)로서 용융물(2) 위에서 단열체(3)의 하부에지에 고정되고, 그 용융물 쪽으로 열복사(heat radiation)를 반사한다.

그 리플렉터(1)는 단결정(4)으로부터 단거리(small distance)에서 그 단결정을 중심으로 하여 배치되어 있다.

그 열복사외 반사에 의해 단결정을 중심으로 하는 환상영역을 가열한다.

그 환상가열장치는 또 도 2에 나타낸 바와 같이 액티브히터(active heater)(5)로서 나타낸다.

이것은 예로서 그라파이프 또는 몰리브덴으로 제조한 저항히터(resistance heater) 또는 고주파교류로 작동되는 유도히터(induction heater)이다.

후자 즉, 유도히터는 고온에서 안정성이 있고 전기 전도도가 높은 소재, 예로서 몰리브텐, 텅스텐 또는 탄탈로 구성되거나, 또는 수냉동(water-cooled copper) 또는 은제튜브(silver tube)로 구성한다.

본 발명에 의해 단결정을 둘러싸며 용융물위에 배치되어 있는 환상가열장치에 의해 단결정 주위의 환상영역에서 용융물을 추가가열 시킴으로써 L-결함이 거의 없는 원통형상의 단결정의 가용도를 높히며,

종래의 통상적인 성장속도보다 더 높은 성장속도에 도달될 때까지 원통형상성장에서 바람직하지 않은 원형성장에 이르기까지의 전이를 지연시킬 수 있다.

또, 본 발명에 의해 성장하는 단결정에서 산소함량은 측면히터와 선택적으로 저면히터의 가열출력과 함께 환상가열장치의 가열출력을 조정함으로써 변화시킬 수 있다.

더 나아가서, 본 발명에 의해 용융물이 환상가열장치에 의해 추가로 가열할 때 측면히터와 저면히터의 가열출력을 감소시킬 수 있으며, 그 용융물 제조에 필요한 열의 일부는 환상가열장치에 의해 공급할 수 있고,

그 환상가열장치는 가열출력의 신속한 조정에 사용할 수 있다.

Claims

반도체소재의 단결정 제조방법에 있어서,

반도체소재의 용융물을 포함한 도가니를 구비하여, 그 단결정을 용융물에서 인발하며,

그 도가니를 둘러싼 측면히터(side heater)를 사용하여 그 용융물을 가열하고,

그 단결정을 둘러싸며 용융물위에 설치한 환상가열장치를 사용하여 그 단결정을 중심으로 하는 환상영역의 용융물을 추가로 가열하며,

그 환상가열장치로 단결정을 가열하는 것을 회피하고,

그 환상가열장치와 단결정 사이의 거리를 도가니의 벽과 그 환상가열장치 사이의 거리보다 더 짧게 유지시킴을 특징으로 하는 단결정 제조방법.
제1항에 있어서,

그 용융물이 환상가열장치에 의해 추가로 가열할 때 그 측면히터와 적합할 경우 저면히터의 가열출력(heating power)을 감소시킴을 특징으로 하는 단결정 제조방법.
제1항에 있어서,

단결정을 인발하기 전에 그 용융물을 제조하며 그 용융물 제조에 필요한 열의 일부는 환상가열장치에 의해 공급함을 특징으로 하는 단결정 제조방법.
제1항에 있어서,

그 환상가열장치는 그 가열출력의 신속한 조정(rapid control)에 사용됨을 특징으로 하는 단결정 제조방법.
제1항에 있어서,

성장하는 단결정에서 산소함량은 측면히터와 선택적으로 저면히터의 가열출력과 함께 환상가열장치의 가열출력을 조정함으로써 변화시킴을 특징으로 하는 단결정 제조방법.
반도체소재의 단결정을 용융물에서 인발하는 장치에 있어서, 벽(wall)을 구비하고 반도체소재의 용융물을 포함한 도가니와,

그 도가니를 둘러싼 측면히터(side heater)와,

단결정을 중심으로 한 환상영역의 용융물을 가열하고, 그 단결정을 둘러싸며 용융물위에 설치시킨 환상가열장치를 구비하며,

그 환상가열장치는 용융물만을 가열하고 단결정을 가열하지 않도록 위치시키며 단결정과 환상가열장치 사이의 거리는 그 환상가열장치와 도가니의 벽 사이의 거리보다 더 짧도록 구성함을 특징으로 하는 장치.
제6항에 있어서,

환상가열장치는 용융물쪽으로 열복사(heat radiation)를 반사하는 리플렉터(reflector)임을 특징으로 하는 장치.
제6항에 있어서,

환상가열장치는 용융물쪽으로 열복사를 반사하는 저항히터(resistance heater)임을 특징으로 하는 장치.
제6항에 있어서,

환상가열장치는 단결정을 중심으로 하는 환상영역내의 용융물을 유도할 수 있게 가열하는 유도히터(indnction heater)임을 특징으로 하는 장치.
제6항에 있어서,

환상가열장치는 단결정을 열차폐(thermally screen)하는 열실드(heat shield)의 하부에지에 고정함을 특징으로 하는 장치.
제6항에 있어서,

단결정과 환상가열장치 사이에는 단열을 가짐을 특징으로 하는 장치.