KR100482702B1

KR100482702B1 - 단결정인상장치

Info

Publication number: KR100482702B1
Application number: KR1019970003626A
Authority: KR
Inventors: 히로아끼 다구찌; 다까시 아따미; 히사시 후루야; 마사노리 후꾸이; 미찌오 기다
Original assignee: 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤; 미쯔비시 마테리알 쿼츠 가부시끼가이샤; 미쯔비시 마테리알 실리콘 가부시끼가이샤
Priority date: 1996-02-06
Filing date: 1997-02-05
Publication date: 2005-06-16
Also published as: JPH09208370A; TW585940B; DE19703620B4; KR970062083A; CN1162027A; CN1138877C; US5895527A; JP3533416B2; DE19703620A1

Abstract

본 발명은 반도체 융액(21)을 저장하기 위한 챔버(기밀용기)(2) 내부에 설치된 외부도가니(11)와, 이중 도가니를 형성하기 위해 외부도가니(11) 내에 얹혀진 원통형 구획체로 된 내부도가니(30)로 구성되고, 내부도가니(30) 내에 저장된 반도체 융액(21)으로부터 반도체 단결정(26)이 인상(pulling)되는 단결정인상장치(single crystal pulling apparatus)에 관한 것이다. 이러한 구성에서, 내부도가니(30)는 석영으로 제조되고, 내층 A, 외층 C, 및 내층 A와 외층 C 사이에 있는 중간층 B로 이루어지며, 이 중간층 B는 내부도가니(30)의 내층 A와 외층 B를 형성하는 석영보다 기포 함량이 높은 석영으로 형성된다.

Description

단결정인상장치{single crystal pulling apparatus}

본 발명은 이중 도가니(double crucible)에 저장된 반도체 융액으로부터 반도체 단결정(single crystal)을 인상하기 위한 단결정인상장치(single crystal pulling apparatus)에 관한 것이다.

CZ성장법(CZ growth technique)은 실리콘(Si) 또는 갈륨비소(GaAs)와 같은 반도체의 단결정을 성장시키는 방법의 하나로서 알려져 있다.

CZ성장법은, 직경이 크고, 전위(dislocation)가 없으며 격자 결함이 극히 낮은 고순도 단결정을 용이하게 생성시킬 수 있기 때문에 다양한 반도체 결정을 성장시키는데 널리 사용된다.

최근에는, 산소 농도 및 불순물 농도가 균일한 큰 직경, 고순도의 단결정에 대한 요구에 부합하기 위하여 이 CZ성장법도 다양하게 개선되어 왔다.

상기 CZ성장법의 개량형의 하나로 이중도가니를 이용한 연속 자장 인가 CZ법(continuous magnetic field application CZ technique, 이하 CMCZ법으로 약칭함)이 제안되었다. 이 방법의 특징은, 외부로부터 도가니 내의 반도체 융액에 자장을 인가하는 것에 의하여 반도체 융액의 대류를 억제하여, 미끄럼방지율(slip-free ratio)이 높고 산소 농도의 제어성이 극히 양호한 단결정의 성장을 가능하게 하며, 또한 외부도가니로부터 원료를 연속적으로 공급하므로써 긴 반도체 단결정을 용이하게 생성시킬 수 있다는 것이다. 따라서, 이 방법은 직경이 크고 긴 반도체 단결정을 얻기 위한 가장 우수한 방법의 하나로 인식된다.

도 4는 상기의 CMCZ법을 이용한 단결정 실리콘 인상장치의 일례를 나타낸 것으로, 일본특허공개공보 평4-305091호에 게재된 도이다. 이 단결정인상장치(1)에서 이중 도가니(3), 히터(4) 및 원료공급튜브(5)는 중공의 기밀용기(gas tight chamber, 2)의 내부에 위치하고, 자석(6)은 이 챔버(2)의 외부에 위치한다.

이중 도가니(3)는, 석영(SiO₂)으로 제조된 대략 반구형의 외부도가니(11)와 이 외부도가니(11)에 들어맞는 원통형 구획체의 석영으로 된 내부도가니(12)로 구성되어 있다. 이 내부도가니(12)의 측벽은 내부도가니(12)와 외부도가니(11)를 연결하는 복수 개의 연결공(13)을 포함하고 있다.

이 이중도가니(3)는 챔버(2)의 중앙 하부에 수직으로 위치하는 샤프트(14) 상의 서셉터(susceptor, 15)에 얹혀져 있고, 샤프트(shaft, 14)의 축에 대하여 수평면 상에서 소정의 각속도로 회전할 수 있다.

반도체 융액(가열에 의해 융해시킨 반도체 단결정의 생성 원료, 21)은 이 이중 도가니(3)의 내부에 저장된다.

히터(4)는 도가니 내에서 반도체 원료를 가열하여 융해시키고, 생성된 반도체 융액(21)의 온도를 유지시킨다. 정상적으로 저항 가열이 사용된다. 원료공급튜브(5)는 소정 부피의 반도체 원료(22)를 외부도가니(11)와 내부도가니(12) 사이에 있는 반도체 융액의 표면에 연속적으로 주입하기 위하여 사용된다.

자석(6)은 외부로부터 이중 도가니(3) 내부의 반도체 융액(21)에 자기장을 인가하고, 반도체 융액(21)에 로렌쯔의 힘을 생성시키는데 사용되는 것으로 반도체 융액(21) 내의 대류 조절, 산소 농도 조절 및 표면 진동의 억제 등에 영향을 미친다.

전술한 원료물질공급튜브(5)를 통하여 공급될 수 있는 원료(22)의 예로는, 분쇄기에서 분쇄하여 플레이크(flake) 상으로 전환시킨 폴리실리콘(polysilicon) 또는 열분해에 의해 기체 원료로부터 석출된 폴리실리콘 과립이 포함되고, 필요한 경우, 붕소(B) (p형 실리콘 단결정 제조시)와 인(P) (n형 실리콘 단결정 제조시)과 같은 도판트(dopants)로 알려진 원소 첨가제가 더 공급된다.

갈륨비소(GaAs)의 경우, 조작은 전술한 것과 유사하지만, 이 경우에 사용되는 원소 첨가제는 아연(Zn)이나 실리콘(Si)이다.

상기 단결정인상장치(1)에 의하여, 종결정(seed crystal, 25)은 내부도가니(12)의 상향 및 샤프트 축 선상에 위치한 인상샤프트(pulling shaft, 24)에 매달리고, 반도체의 단결정(26)은 종결정(25)의 핵 주변에 있는 반도체 융액(21)의 상부 표면에서 성장한다.

그러나, 일본특허공개공보 소63-303894호에 기술되어 있는 바와 같이, 이러한 형의 단결정인상장치(1)에 의한 단결정의 성장에는, 우선 폴리실리콘 괴(塊)와 같은 다결정원료(polycrystalline source material)의 융해가 필요하고, 그 결과 융해된 반도체 융액(21)을 외부도가니에 저장하고, 외부도가니(11)의 위쪽에 내부도가니(12)를 배치하여 외부도가니(11) 내에 얹음으로써 이중 도가니(3)를 형성시키는 것이 필요하다.

다결정원료의 융해 후에 이중 도가니(3)를 형성하는 이유는, 다결정원료를 완전히 융해하여 반도체 융액(21)을 얻기 위해서, 히터(4)를 사용하여 외부도가니(11) 내의 원료를 단결정 성장 온도 이상의 온도까지 고온으로 가열하는 것이 필요하기 때문이다. 한편, 융해 단계 전에 내부도가니(12)가 외부도가니(11) 위에 얹혀진다면, 내부도가니(12)가 크게 열변형될 것이다.

따라서, 원료를 완전히 융해한 후에 외부도가니(11) 내에 내부도가니(12)를 얹고, 이어서 히터(4)에 의해 가해진 열을 낮춤으로서, 초기 원료 융해시에 필요한 고온을 피할 수 있고 내부도가니(12)의 변형이 억제된다.

지금까지, 내부도가니(12)로는 그 내부 표면이 상대적으로 기포 함량이 적은 투명한 석영으로 형성되고, 외부 표면은 상대적으로 기포 함량이 큰 반투명의 석영으로 형성된 것이 사용되어 왔다.

이러한 구성에 의하여, 단결정인상과정 동안의 고온에 의해 내부도가니(12)의 외부 표면에 있는 기포가 팽창되고, 팽창된 기포로부터 미소 석영편이 박리된다. 박리된 미소 석영편은 내부도가니(12)의 외부 표면으로부터 분리되어 반도체 융액과 섞이므로, 생성된 단결정의 미끄럼방지율을 저하시키고 불순물 농도를 증가시켜 바람직하지 않다.

전술한 문제를 피하기 위한 기술로서, 일본특허공개공보 평5-85879에는 내부도가니(12) 전체를 상대적으로 기포 함량이 적은 투명한 석영으로 형성하는 기술이 개시되어 있다.

이러한 구성에 의해 단결정인상과정 동안의 기포 팽창으로 인한 미소 석영편의 박리를 억제하고, 생성된 단결정의 미끄럼방지율을 증가시키고 불순물의 농도를 감소시키며 반도체 단결정의 수율을 향상시키는 결과를 가져온다.

그러나, 전술한 것처럼, 전체가 투명 석영으로 생성된 내부도가니(12)는 반투명 석영으로 생성된 도가니와 비교해서 상대적으로 약하고 더 열변형되기 쉽다는 단점이 있다.

본 발명은 상기의 상황을 고려하여, 강도의 감소가 없고, 또한 장치 작동 중에 기포 팽창으로 인한 미소 석영편의 박리를 억제할 수 있는 내부도가니를 사용하여, 반도체 단결정의 수율을 안정하게 향상시키는 단결정인상장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기밀용기의 내부에 설치된 외부도가니 내부에 반도체 융액을 저장하고, 이 외부도가니 내에 원통형 구획체로 이루어진 내부도가니를 얹어서 이중 도가니를 형성하고, 내부도가니 내에 있는 반도체 융액으로부터 반도체 단결정을 인상하는 단결정인상장치에 있어서, 내부도가니가 석영으로 만들어지고 내층, 외층 및 내층과 이층 사이에 있는 중간층을 포함하며, 중간층은 내부 도가니의 내층과 외층을 형성하는 석영보다 기포 함량이 큰 석영으로 만들어지는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 따르면, 반도체 융액과 직접 접촉하게 되는 내부도가니의 내층과 외층의 석영은 기포 함량이 상대적으로 적은 "투명 석영"으로 형성되고, 따라서 장치 작동 중의 기포 팽창으로 인한 미소 석영편의 박리를 방지할 수 있다. 또한, 반도체 융액에 접촉되지 않는 중간층은 기포 함량이 큰 "반투명 석영"으로 형성되므로 내부도가니의 강도가 확보된다.

본 발명에서, "기포 함량"이라는 용어는 석영 내에 포함된 기포의 부피비를 의미한다. 이 기포 함량의 측정은 대개 영상처리기술(image processing technique)에 의해 수행된다. 파괴적인 측정이 가능한 경우에는, 비중 측정이 또한 사용될 수 있다.

내부도가니의 중간층의 단면적은, 바람직하게는 내부도가니의 전체 단면적의 40% 이상, 80% 이하이어야 하고 내층의 두께는 적어도 0.5mm가 되어야 한다.

나아가서, 내부도가니의 내층과 외층을 형성하는 석영은 바람직하게는 기포 함량이 0.2% 이하이어야 하고, 더욱 바람직하게는 0.06%보다 작은 값이어야 한다.

더우기, 내부도가니의 내층과 외층을 형성하는 석영 내에 함유된 기포의 평균 직경은 40μm 이하인 것이 바람직하다.

또한, 내부도가니의 중간층을 형성하는 석영은 그 기포 함량이 0.4% 이상 2.0% 이하인 것이 바람직하다.

나아가서, 내부도가니의 중간층의 하단부가 내부도가니의 내층과 외층을 형성하는데 사용된 것과 같은 유형의 석영으로 형성되는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시태양을 도면을 참조하여 설명한다.

본 발명의 단결정인상장치에 사용된 내부도가니의 바람직한 실시태양을 도 1에 나타내었다.

이 내부도가니(30)는, 예를 들면 도 4에 나타낸 CMCZ법에 의한 단결정인상장치(1)에 있어서, 종래의 내부도가니(12)를 대체하여 사용된다.

이 내부도가니(30)는 도 1에 도시한 바대로,

(a) 반도체 융액(21)과 직접 접촉되도록 노출된 내부 표면을 갖는 내층 A,

(b) 반도체 융액(21)에 직접 접촉되도록 노출된 외부 표면을 갖는 외층 C,

(c) 내층 A와 외층 C 사이에 놓이고, 반도체 융액(21)과 접촉되도록 직접적으로 노출되지 않는, 비노출 부분을 갖는 중간층 B 및,

(d) 반도체 융액(21)과 직접 접촉되도록 노출된 하단면을 갖는 하단부(31)로 구성되어 있고, 내층 A, 외층 C 및 하단부(31)로 이루어진 석영이 상대적으로 기포 함량이 적은 "투명 석영"으로 형성되고, 중간층 B는 그 하단부(31)를 제외하고 상대적으로 기포 함량이 큰 "반투명 석영"으로 형성된다는 점에서 종래의 내부도가니(12)와는 결정적으로 다르다.

내부도가니의 전체 형태가 원통형이고, 연결공(13)과 유사한 복수 개의 연결공을 함유하는 점에서 종래의 내부도가니(12)와 유사하다.

본 발명의 경우에, 연결공의 주변에 있어 반도체 융액(21)과 접촉하게 되는 내부도가니의 부분들은 투명한 석영으로 형성된다.

이어서, 도 2와 도 3a 내지 도 3c를 참조하여, 상기 구성을 갖는 내부도가니(30)의 제작 방법을 설명한다.

도 2에 있어서, 부호 40은 아크형 화로 안에 위치하는 흑연(graphite)으로 만들어진 대략 용기 모양의 회전금형(rotation mold)을 나타낸다. 이 회전금형(40)은 회전금형(40)의 내부 표면으로부터 외부로 기체를 배출하는 복수의 배기공(41)을 포함한다. 이러한 배기공(41)들은 도시되지 않은 배기장치에 연결되어 있고, 배기공(41)들 각각은 독립적으로 배기되도록 구성되어 있다.

아크형 화로는 아크 불꽃으로부터 나온 복사(42)가 회전금형(40)의 내부 표면으로 향하여 금형이 가열되도록 설치된다.

내부도가니(30)의 제작에 있어서, 우선 원료석영분(45)을 소정 두께로 회전금형(40)의 내부 표면상에 쌓는다.

그 다음, 가열하여 원료석영분(45)을 유리상으로 융해시킨다. 이 과정에서, 쌓여 있는 원료석영분(45)의 내부 표면에서 먼저 융해가 일어난다.

<내층 A의 형성>

우선, 도 3a에 나타난 바와 같이, 모든 배기공(41)으로부터 배기가 이루어진 다음, 열을 가한다. 그 결과, 융해 중인 원료석영분(45)의 내층 내에 위치하는 대기가스가 화살표 X로 표시한 원료석영분(45)의 틈을 통하여 배기되고, 따라서 기체 함량이 적은 투명한 석영으로 된 내층 A가 형성된다.

<중간층 B의 형성>

이어서 열이 가해지고, 하단부(31)에 대응하는 상부의 배기공(41a)으로부터 배기가 계속되고, 중간층 B에 대응하는 남아있는 모든 배기공으로부터 배기는 정지된다. 그 결과, 중간층 영역에서는 원료석영분(45) 내에 있는 대기가스를 완전히 배기시키지 않은 채로 융해가 이루어져, 대기가스가 층내에 기포(46)로 남게 되어, 큰 기포(46)를 비교적 다량 함유하는 반투명 석영으로 된 중간층 B를 형성하게 된다.

한편, 하단부(31)에 대응하는 영역에서는 상부의 배기공(41a)으로부터 배기가 이루어져서, 내층 A에 대해 설명한 것과 같은 방식으로 원료석영분(45) 내에 위치하는 대기가스가 화살표 Y로 표시한 원료석영분(45) 사이의 틈을 통하여 배기되어, 기포 함량이 적은 투명한 석영 영역을 형성한다.

<외층 C의 형성>

그 다음은 도 3에 나타낸 바와 같이, 모든 배기공으로부터 배기가 일어나고 열이 가해진다. 그 결과, 융해 중의 원료석영분(45)의 외층 안에 위치하는 대기가스가 배기되어, 기포 함량이 적은 투명한 석영으로 된 외층 C를 형성한다.

끝으로, 석영 도가니는 도 2에 나타난 Z-Z선을 따라 절단된다.

상기의 공정에 따라 내부도가니(30)가 제작될 수 있다.

그러나, 내부도가니를 사용할 때는, 투명한 석영으로 된 영역이 내부도가니(30)의 하단부(31)로 되도록 도가니를 거꾸로 사용할 것을 요한다.

이어서 본 발명의 단결정인상장치를 사용한 실리콘 반도체 단결정을 성장시키는 방법에 관하여 도 4를 참조로 하여 설명한다. 그러나, 본 실시태양에서는 도 4에 나타낸 내부도가니(12)가 상기에 기술한 내부도가니(30)로 치환되어 있는 것에 유의해야 한다.

<초기원료 융해 과정>

우선, 폴리실리콘 괴와 같은 다결정 원료를 소정량 외부도가니(11)에 넣고, 챔버(기밀용기) (2)를 진공펌프 등으로 배기하여 진공이 되도록 한다. 이어서, 아르곤(Ar)과 같은 불활성 기체를 챔버(2)에 도입하고, 샤프트(14)를 그 축을 중심으로 소정의 각속도로 수평면상에서 회전시킴으로써 외부도가니(11)를 소정의 각속도로 회전시키면서 히터(4)를 작동시키고, 외부도가니(11) 내의 다결정원료를 단결정 성장 온도 이상의 온도까지 가열하여 원료를 완전히 융해시킨다.

<이중 도가니 형성 단계>

원료가 완전히 융해된 후에, 히터(4)에 의해 가하는 열을 약간 약하게 하고, 외부도가니(11) 위로 동심원상으로 배치되는 내부도가니(30) (도 4의 내부도가니(12)를 대체하여 사용된 것)를 반도체 융액(21) 내로 설치하여 이중 도가니(3)가 형성되게 한다.

<단결정 성장 공정>

이중 도가니(3)의 형성 후, 자석(6)에 전류를 가하여 소정 강도의 자장을 인가하고, 히터(4)의 전력은 조정하여 반도체 융액(21)의 중앙부(23) 근처의 표면 온도를 단결정 성장 온도로 유지하고, 인상샤프트(24)에 매달려 있는 종결정(25)을 반도체 융액(21)과 접촉시킨 후에, 종결정(25)의 핵 주위에서 반도체의 단결정을 성장시킨다. 이 경우, 종결정을 무전위화한 후에, 단결정의 직경을 점차로 증가시켜 소정의 직경을 갖는 반도체의 단결정(26)을 생성시킨다.

이 단결정 성장 공정에 있어서는, 반도체 단결정(26)의 성장율(인상율)에 비례하는 속도로 실리콘 입상 원료(22)가 계속 첨가되고, 첨가된 원료(22)는 외부도가니에서 융해되고 연결공을 통하여 내부도가니(30)의 내부로 연속적으로 공급된다.

전술한 방식에 의하여 반도체의 단결정을 성장시킬 수 있다.

내층 A, 외층 C 및 하단부(31)를 형성하는 투명 석영의 기포 함량이 상대적으로 적기 때문에, 전술한 내부도가니(30)를 사용하면, 이 장치 작동 중에 내층 A, 외층 C 및 하단부(31)에서 기포 팽창이 일어나기 어려울 것이므로, 내부도가니(30)의 내부 표면, 외부 표면 및 하단 표면에서 기포 팽창으로 인해 미소 석영편의 박리가 일어나는 것을 억제할 수 있다.

나아가서, 중간층 B는 기포 함량이 상대적으로 많은 반투명 석영으로 형성되므로 내부도가니(30) 전체의 강도가 확보된다.

결국, 본 발명은 이 장치 작동 중에 기포 팽창으로 인한 미소 석영편의 박리를 억제할 수 있고, 내부도가니(30)의 강도의 감소를 초래하지 않으므로 반도체 단결정의 수율을 안정하게 향상시킬 수 있다.

또한, 내부도가니(30)의 하단부(31)가 투명 석영으로 형성되어 있기 때문에, 이중 도가니 형성시에 있어서 내부도가니(30)의 하단으로부터의 미소 석영편의 박리가 억제된다.

상기 실시태양에서, 중간층 B의 단면적은 내부도가니(30)의 총 단면적의 40% 이상, 80% 이하이면 바람직하다.

더우기, 내층 A의 두께는 0.5mm 이상이면 바람직하다.

그 이유는, 중간층 B의 면적이 총단면적의 40% 이상이 되면 내부도가니의 높은 강도가 확보되기 때문이다. 나아가, 중간층 B의 면적이 총단면적의 80% 이하이고 특히 내층 A의 두께가 적어도 0.5mm 이면, 중간층 B를 피복하는 내층 A와 외층 C의 두께를 실용상 확보할 수 있고, 중간층 B에 있어서 기포 팽창이 일어나더라도 이것은 중간층 B 내에 갇혀 있으므로, 반도체 융액(21) 상에 미치는 임의의 차후적인 영향도 방지할 수 있다.

상기 실시태양에서, 내층 A, 외층 C 및 하단부(31)를 형성하는 석영은 기포 함량이 0.2% 이하인 것이 바람직하고, 0.06% 이하인 것이 더욱 바람직하다. 그 이유는 기포 함량이 이러한 범위 내일 경우, 이 장치 작동 중에 내층 A, 외층 C 및 하단부(31)에 있어서 기포 팽창 발생 빈도를 실용상 문제를 일으키지 않는 정도로 감소시킬 수 있고, 따라서 생성된 실리콘 미끄럼방지율을 향상시킬 수 있다. 이러한 장점은 하기 실시예 란에서 더 설명한다.

나아가서, 상기의 실시태양에서 내층 A, 외층 C 및 하단부(31)를 형성하는 석영 내에 함유된 임의의 기포는 평균 직경이 40μm 이하인 경우가 바람직하다. 그 이유는 기포의 평균 직경이 40μm 이하이면 노출 부위에서 기포 팽창이 일어나더라도, 미소 석영편이 박리할 가능성은 실용상 문제로 되지 않는 정도로 감소되기 때문이다.

상기 실시태양에서, 중간층 B를 형성하는 석영은 그 기포 함량이 바람직하게 0.4% 이상, 2.0% 이하이어야 한다. 그 이유는 기포 함량이 0.4% 이상, 2.0% 이하인 경우, 이 석영 부분의 강도를 소정 강도 이상의 수준으로 유지할 수 있기 때문이다.

<실시예>

이하, 표면부(이하, 이 용어는 "내층 A, 외층 C 및 하단부(31)"를 지칭함)의 석영의 기포 함량과 미끄럼방지율과의 관계를 실리콘 단결정의 실시예에 기초하여 설명한다.

<실시예 1, 2>

상술한 실시태양에서 기재된 방법을 사용하고, 표면부의 석영의 기포 함량을 0.06% 이하의 수준으로 하여 실리콘 단결정을 성장시켰다.

각 부분의 기포 함량과 생성된 각각의 실리콘 미끄럼방지율을 표 1에 나타내었다.

표 1에 나타낸 바와 같이, 현저히 높은 실리콘 미끄럼방지율이 얻어졌다.

<실시예 3, 4>

상술한 실시태양에서 기재된 방법을 사용하고, 표면부의 석영의 기포 함량을 0.06% 내지 0.20%의 수준으로 하여 실리콘 단결정을 성장시켰다.

표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 및 2의 수준에는 미치지 못하지만, 매우 높은 실리콘 미끄럼방지율이 얻어졌다.

<비교예 1, 2>

상술한 실시태양에서 기재된 방법을 사용하고, 표면부의 석영의 기포 함량을 0.20% 보다 높은 수준으로 하여 실리콘 단결정을 성장시켰다.

표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 내지 4의 것들보다 명백히 낮은 실리콘 미끄럼방지율이 얻어졌다.

	실시예	비교예
	1	2	3	4	1	2
기포함량(%)
내층	0.03	0.05	0.14	0.17	0.23	0.27
외층	0.03	0.06	0.11	0.20	0.28	0.35
하단부	0.03	0.06	0.13	0.18	0.22	0.37
미끄럼방지율(%)	97	98	87	82	56	38

따라서, 각 부분의 기포 함량과 생성된 실리콘의 미끄럼방지율 간에 분명한 상관관계가 존재하고, 내층 A, 외층 C 및 하단부(31)로 이루어지는 표면부분의 석영의 기포 함량을 실시예 3 및 4에서와 같이 0.2% 이하의 수준으로 유지시킴에 의해 미끄럼방지율을 개선시킬 수 있음을 명백히 보여주고 있다.

또한, 표면부분의 석영의 기포 함량을 실시예 1 및 2에서와 같이 0.06% 이하의 수준으로 하므로써 미끄럼방지율을 상당히 향상시킬 수 있다.

상기의 결과는 표면부분의 석영에서 기포 팽창의 발생 빈도가 표면부분의 석영의 기포 함량에 따라 변화한다는 사실을 반영한다.

더우기, 상기의 실시태양에서는 실리콘 단결정의 성장이 예시되었으나, 본 발명의 단결정인상장치는 이 매체에만 한정되는 것이 아니며, 갈륨비소와 같은 다른 단결정의 성장에도 사용될 수 있다.

또한, 주어진 실시예에서는 내층 A, 외층 C 및 하단부(31)는 모두 "투명 석영"으로 형성된 것이었으나, 내층 A와 외층 C만이 "반투명 석영"으로 형성된 것도 가능하다.

또한 상기에 있어서, 외층 C의 두께를 0.5mm 이상으로 하는 것이 중간층 B를 피복하는 기포 함량이 적은 투명 석영 부분의 두께를 확보한다고 하는 관점에서, 바람직하다.

전술한 것처럼, 본 발명의 단결정인상장치는 다음과 같은 효과를 가진다.

본 발명의 특징은, 반도체 융액과 직접 접촉하는 내층과 외층의 석영이 상대적으로 기포 함량이 적은 투명 석영으로 형성되어, 장치 작동 중에 기포 팽창으로 인한 미소 석영편의 박리를 억제할 수 있다는 것이다. 또한, 반도체 융액과 직접 접촉하지 않는 중간층은 상대적으로 기포 함량이 큰 반투명 석영으로 형성되어, 이 중간층에 의하여 내부도가니 전체의 강도가 보장된다. 따라서, 내부도가니의 강도를 저하시키지 않고, 장치 작동 중에 기포 팽창으로 인한 미소 석영편의 박리를 억제함에 의하여, 반도체 단결정의 수율을 안정적으로 향상시킬 수 있다.

본 발명의 다른 특징은, 반투명 석영으로 형성된 중간층의 단면적이 내부도가니 총단면적의 40% 이상이 되기 때문에, 강도가 높은 부분을 확보할 수 있는 것이다. 동시에, 중간층의 면적이 총단면적의 80% 이하이고 내층의 두께가 0.5mm 이상이기 때문에 중간층을 피복하는 기포 함유율이 적은 투명 석영 부분의 두께를 확보할 수 있고, 반투명 석영으로 형성된 부분에 있어서 기포 팽창이 일어나더라도 그것이 외부에 영향을 주지 않는다. 따라서, 내부도가니의 강도를 저하시키지 않고, 장치 작동 중에 기포 팽창으로 인한 미소 석영편의 박리를 억제하므로써, 반도체 단결정의 수율을 안정적으로 향상시킬 수 있는 것이다.

본 발명의 또 다른 특징은, 내부도가니의 내층과 외층을 형성하는 석영의 기포 함량이 0.2% 이하이므로, 장치 작동 중에 반도체 융액에 노출되는 내층과 외층의 석영 내에서 기포 팽창이 발생하는 빈도를 실용상 문제를 일으키지 않는 정도로 감소시킬 수 있고, 따라서 실리콘의 미끄럼방지율을 향상시킬 수 있는 것이다.

본 발명의 또 다른 특징은, 내부도가니의 표면 부분을 형성하는 석영의 기포 함량이 0.06% 이하이면, 장치 작동 중에 반도체 융액에 노출되는 내층과 외층의 석영 내에서 기포 팽창이 발생하는 빈도를 더욱 더 감소시킬 수 있어 실리콘의 미끄럼방지율을 더욱 향상시킬 수 있는 것이다.

본 발명의 또 다른 특징은, 내부도가니의 내층과 외층을 형성하는 석영 내에 함유된 기포의 평균 직경이 40μm 이하이기 때문에, 장치 작동 중에 반도체 융액에 노출되는 내층과 외층의 석영 내에 기포 팽창이 일어나더라도, 미소 석영편의 박리가 일어날 가능성을 실용상 문제를 일으키지 않는 정도로 감소시킬 수 있다는 것이다.

본 발명의 또 다른 특징은, 내부도가니의 중간층을 형성하는 석영의 기포 함량이 0.2% 이상, 2.0% 이하이므로, 이 석영 부분의 강도가 소정 강도 이상으로 유지될 수 있다는 것이다.

본 발명의 또 다른 특징은, 내부도가니의 하단부가 상대적으로 기포 함량이 적은 "투명 석영"으로 형성되어 있기 때문에, 기포 팽창으로 인한 하단부의 미소 석영편의 박리를 방지하고, 나아가서 내부도가니의 하단부의 기포 함량이 0.2% 이하, 바람직하게는 0.06% 이하인 경우, 하단부에서 기포 팽창 발생 빈도를 충분히 감소시킬 수 있고, 또 더 나아가서 하단부 내에 함유된 기포의 평균 직경이 40μm 이하이면 하단부에서 기포 팽창이 일어나더라도, 미소 석영편이 박리할 가능성을 실용상 문제를 일으키지 않는 수준으로 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 단결정인상장치에 사용되는 내부도가니의 바람직한 실시태양의 반쪽 부분을 나타내는 사시도이다.

도 2는 도 1에 나타낸 내부도가니의 제조에 있어서의 일 단계를 나타내는 단면도이다.

도 3a 내지 도 3c는 도 1에 나타낸 내부도가니 제조시의 각 단계를 순서대로 나타내는 단면도이며, 각 도는 도 2에 나타낸 W 부분의 확대도이다.

도 4는 단결정인상장치의 일례를 나타내는 단면도이다.

Claims

반도체 융액을 저장하기 위한, 기밀용기 내부에 설치된 외부도가니; 및

이중 도가니를 형성하도록 외부도가니 내에 장착된(mounted) 원통형 구획체를 포함하고 상기 외부도가니에 저장된 반도체 융액을 구획하는 내부도가니를 포함하며,

상기 내부도가니 내에 저장된 반도체 융액으로부터 반도체 단결정이 인상되며, 상기 내부도가니는 석영으로 제조되고 내층, 외층 및 내층과 외층 사이에 놓인 중간층을 포함하며, 상기 중간층이 상기 내부도가니의 내층과 외층을 형성하는 석영과 비교하여 기포 함유량이 큰 석영을 포함하며,

상기 내부도가니의 중간층의 단면 표면적이 상기 내부도가니의 총 단면적의 40% 이상, 80% 이하인 단결정인상장치.
제 1항에 있어서, 상기 내층의 두께가 0.5mm 이상인 단결정인상장치.
제 1항에 있어서, 상기 내부도가니의 내층과 외층을 형성하는 석영의 기포 함량이 0.2% 이하인 단결정인상장치.
제 2항에 있어서, 상기 내부도가니의 내층과 외층을 형성하는 석영의 기포 함량이 0.2% 이하인 단결정인상장치.
제 3항에 있어서, 상기 내부도가니의 내층과 외층을 형성하는 석영의 기포 함량이 0.06% 이하인 단결정인상장치.
제 4항에 있어서, 상기 내부도가니의 내층과 외층을 형성하는 석영의 기포 함량이 0.06% 이하인 단결정인상장치.
제 1항에 있어서, 상기 내부도가니의 내층과 외층을 형성하는 석영 내에 함유된 기포의 평균직경이 40μm 이하인 단결정인상장치.
제 2항에 있어서, 상기 내부도가니의 내층과 외층을 형성하는 석영 내에 함유된 기포의 평균직경이 40μm 이하인 단결정인상장치.
제 3항에 있어서, 상기 내부도가니의 내층과 외층을 형성하는 석영 내에 함유된 기포의 평균직경이 40μm 이하인 단결정인상장치.
제 4항에 있어서, 상기 내부도가니의 내층과 외층을 형성하는 석영 내에 함유된 기포의 평균직경이 40μm 이하인 단결정인상장치.
제 5항에 있어서, 상기 내부도가니의 내층과 외층을 형성하는 석영 내에 함유된 기포의 평균직경이 40μm 이하인 단결정인상장치.
제 6항에 있어서, 상기 내부도가니의 내층과 외층을 형성하는 석영 내에 함유된 기포의 평균직경이 40μm 이하인 단결정인상장치.
제 1항에 있어서, 상기 내부도가니의 중간층을 형성하는 석영의 기포 함량이 0.4% 이상, 2.0% 이하인 단결정인상장치.
제 2항에 있어서, 상기 내부도가니의 중간층을 형성하는 석영의 기포 함량이 0.4% 이상, 2.0% 이하인 단결정인상장치.
제 3항에 있어서, 상기 내부도가니의 중간층을 형성하는 석영의 기포 함량이 0.4% 이상, 2.0% 이하인 단결정인상장치.
제 4항에 있어서, 상기 내부도가니의 중간층을 형성하는 석영의 기포 함량이 0.4% 이상, 2.0% 이하인 단결정인상장치.
제 1항에 있어서, 상기 내부도가니의 중간층의 하단부가 상기 내부도가니의 내층과 외층을 형성하는데 사용된 것과 같은 유형의 석영으로 형성된 단결정인상장치.
제 2항에 있어서, 상기 내부도가니의 중간층의 하단부가 상기 내부도가니의 내층과 외층을 형성하는데 사용된 것과 같은 유형의 석영으로 형성된 단결정인상장치.
제 3항에 있어서, 상기 내부도가니의 중간층의 하단부가 상기 내부도가니의 내층과 외층을 형성하는데 사용된 것과 같은 유형의 석영으로 형성된 단결정인상장치.
제 4항에 있어서, 상기 내부도가니의 중간층의 하단부가 상기 내부도가니의 내층과 외층을 형성하는데 사용된 것과 같은 유형의 석영으로 형성된 단결정인상장치.
제 1항에 있어서, 내부도가니가 복수 개의 연결공(connecting apertures)을 포함하고, 연결공 근처의 내부 도가니 부분이 중간층에 포함된 석영보다 적은 기포함량을 갖는 석영으로 형성된 단결정인상장치.