KR100490569B1

KR100490569B1 - 단결정인상장치

Info

Publication number: KR100490569B1
Application number: KR1019960072768A
Authority: KR
Inventors: 히로아끼 다구찌; 다까시 아따미; 히사시 후루야; 미찌오 기다
Original assignee: 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤; 미쯔비시 마테리알 실리콘 가부시끼가이샤
Priority date: 1995-12-28
Filing date: 1996-12-27
Publication date: 2005-09-16
Also published as: DE19654220B4; US5858087A; CN1150354C; TW503265B; DE19654220A1; KR970059123A; CN1163949A

Abstract

단결정 인상 장치의 주요 구성은 서로 연통된 외부 도가니(11) 및 내부 도가니(12)로 구성되고 반도체 용융물(12)을 저장하는 이중 도가니(3)가 내부에 있는 챔버(기밀 챔버)와, 입상 원료(8)가 원료 공급관(5)의 하단부 개구(5a)로부터 외부 도가니(11)와 내부 도가니(12) 사이의 반도체 용융물(21) 내로 도입될 수 있도록 배치되고 챔버의 상부 부분으로부터 현수된 원료 공급관(5)을 포함한다. 하단부 개구(5a)로부터 배출된 원료(8)를 외부 도가니(11)의 측벽 부근의 반도체 용융물(2)로 도입하도록 내부 도가니(12) 쪽에서 원료 공급관(5)의 하단부에 경사부(13)가 마련된다. 원료(8)의 투입 지점은 내부 도가니(12)로부터 가능한 한 멀고 외부 도가니(11)의 외측벽에 근접하여서, 첨가 원료(8)는 외부 도가니(11)를 둘러싸는 가열기로부터의 열에 의해 신속하게 용융되며, 원료(8)의 도입에 의해 생성된 어떠한 가스 기포도 내부 도가니(12)로 주입될 가능성은 없다.

Description

단결정 인상 장치 {SINGLE CRYSTAL PULLING APPRATUS}

본 발명은 도가니 내에 저장된 반도체 용융물로부터 반도체 단결정을 인상시키는 단결정 인상 장치(single crystal pulling apparatus)에 관한 것으로, 특히 이중 도가니 설비의 외부 도가니 내에 보유된 반도체 용융물로 입상 원료(granular source material)가 투입될 수 있게 하는 원료 공급관의 설치에 관한 것이다.

CZ 성장 기술은 실리콘(Si) 또는 갈륨 비소(GaAs) 등의 반도체의 단결정을 성장시키는 현재 공지된 방법들 중 하나의 일례이다.

이러한 CZ 성장 기술은 전위(dislocation)가 없는 또는 매우 낮은 레벨의 격자 결함(lattice defect)을 가지는 큰 직경의 고순도 단결정을 간단하게 생성할 수 있기 때문에, 다양한 반도체 결정의 성장에 있어서 널리 사용된다.

근년에, 균일한 레벨의 산소 농도 및 불순물 농도를 갖는 큰 직경의 고순도 단결정에 대한 요구는 이러한 요구를 충족시키기 위하여 다양한 방법으로 개선된 이러한 CZ 성장 기술을 발견하였다.

제안되었던 전술한 CZ 성장 기술의 개선 사항 들 중 하나는 이중 도가니를 채택하는 연속 자기장 인가 CZ 기술(이하, “CMCZ 기술”이라 약칭함)이다. 상기 방법의 특징은, 반도체 용융물 내에서의 대류를 억제하도록 도가니 내의 반도체 용융물에 자기장을 외부에서 인가함으로써 양호한 결정 바아의 슬립-프리 비(slip-free ratio)와 매우 양호한 산소 농도 레벨 제어를 갖는 단결정의 성장을 가능하게 하며, 외부 도가니와 내부 도가니 사이에 배치된 위치로 원료를 연속 공급함으로써 반도체 재료의 길이가 긴 단결정의 간단한 생성을 가능하게 한다는 것이다. 결국, 상기 방법은 반도체 재료의 직경이 크고 길이가 긴 단결정을 얻는 최상의 방법들 중 하나로서 인정된다.

도19는 이상에서 개괄적으로 설명된 CMCZ 기술을 채택한, 일본 특허 공개 공보 (평)4-305091호에서 제안된 단결정 실리콘 인상 장치의 일례를 도시한다. 이러한 단결정 인상 장치(101)에서, 이중 도가니(103), 가열기(104) 및 원료 공급관(105)은 중공 기밀 챔버(102) 내부에 위치되고, 자석(106)은 기밀 챔버(102) 외부에 위치된다.

이중 도가니(103)는 석영(SiO2)으로 제조된 대략 반구형의 외부 도가니(111)와, 외부 도가니(111) 내부에 설치된 원통형 격벽체로서 석영으로 제조된 내부 도가니(112)를 포함한다. 내부 도가니(112)의 측벽에는 내부 도가니(112)와 외부 도가니(111) 사이의 구역(원료 용융 영역)을 내부 도가니(112)의 내부(결정 성장 영역)와 연결하는 복수개의 연통 구멍(113)이 형성된다.

이러한 이중 도가니(103)는 기밀 챔버(102)의 하부에서 중앙에 위치된 수직축(114) 상에 놓인 수용기(susceptor, 115)에 장착되어, 수직축(114)의 축을 중심으로 소정 각속도로 수평면 내에서 회전할 수 있다. 반도체 용융물(가열에 의해 용융된, 반도체 단결정의 생성을 위한 원료)(121)은 이러한 이중 도가니(103) 내부에 저장된다.

가열기(104)는 반도체 원료를 도가니 내에서 가열 및 용융시키며, 이렇게 생성된 반도체 용융물(121)의 온도를 유지한다. 통상적으로, 저항 가열이 사용된다. 원료 공급관(105)은 외부 도가니(111)와 내부 도가니(112) 사이의 반도체 용융물의 표면 상으로, 소정 체적의 반도체 원료(110)를 연속적으로 투입하는 데 사용된다.

자석(106)은 이중 도가니(103) 내의 반도체 용융물(121)에 자기장을 외부에서 인가하여 용융 반도체(121)에 로렌쯔 힘을 발생시킴으로써 반도체 용융물(121) 내의 대류 제어와, 산소 농도의 제어와, 표면 진동의 억제 등을 수행하는 데 사용된다.

전술한 원료 공급관(105)을 통해 공급될 수 있는 원료(110)의 예로서, 분쇄기 내에서 분쇄함으로써 박편(flake) 형태로 변환된 다결정 실리콘, 또는 기체 원료로부터 열분해를 사용하여 석출된 다결정 실리콘 미립자가 포함되며, 필요에 따라 붕소(B)(p형 실리콘 단결정의 생성의 경우) 및 인(P)(n형 실리콘 단결정의 생성의 경우) 등의 도펀트로 알려진 원소가 더 첨가된다.

갈륨 비소(GaAs)의 경우에, 그 작업은 이상에서 개괄 설명된 바와 동일하지만, 이 경우에 사용되는 첨가 원소는 아연(Zn) 또는 실리콘(Si)이다.

전술된 단결정 인상 장치(101)에서, 종자 결정(seed crystal, 125)은 내부 도가니(112) 위에서 수직축의 축선에 걸쳐 위치된 인상축(124)으로부터 현수되고, 반도체 단결정(126)이 종자 결정(125)의 핵 둘레에서 반도체 용융물(121)의 상부 표면에서 성장된다.

그러나, 일본 특허 공개 공보 (소)63-303894호에 기재된 바와 같이, 이러한 종류의 단결정 인상 장치에 있어서, 단결정의 성장은 다결정 실리콘 덩어리와 같은 다결정 원료가 먼저 용융되고, 생성된 반도체 용융물(121)이 외부 도가니(111) 내부에 저장되며, 그리고 나서 내부 도가니(112)를 외부 도가니(111) 상에 위치시켜 외부 도가니(111) 상에서 하방으로 장착함으로써 이중 도가니(103)가 형성될 것을 요구한다.

이중 도가니(103)가 다결정 원료의 용융 이후에 형성되는 이유는, 다결정 원료를 완전히 용융시켜 반도체 용융물(121)을 얻기 위하여, 외부 도가니(111) 내의 원료 온도가 가열기(104)를 사용하여 단결정 성장 온도 보다 높은 온도까지 상승될 것이 필요하기 때문이다. 만약 내부 도가니(112)가 용융 단계 이전에 외부 도가니에 고정된다면, 내부 도가니(112)에 큰 열변형이 발생할 것이다.

결국, 원료를 완전히 용융시킨 후에 내부 도가니(112)를 외부 도가니(111)에 고정하고, 이어서 가열기(104)에 의해 인가되는 열을 낮춤으로써, 최초 원료 용융 단계에서 요구되는 고온이 방지될 수 있고 내부 도가니의 변형이 억제될 수 있다.

더욱이, 내부 도가니(112)의 연통 구멍(113)은 원료가 부가될 때 반도체 용융물(121)이 외부 도가니(111)로부터 내부 도가니(112)로만 유동하도록 하기에 충분할 정도로 작은 소정 구멍 면적으로 설정된다. 이렇게 제한하는 이유는, 반도체 용융물이 대류에 의해 결정 성장 영역으로부터 원료 용융 영역으로 거꾸로 유동할 수 있는 현상이 발생한다면, 단결정 성장 동안의 불순물 농도의 제어 및 용융 온도의 제어가 문제가 될 수 있기 때문이다.

원료 공급관(105)의 상단부는 기밀 챔버(102)의 상부벽에 고정되고, 이때 공급관은 고정 지점으로부터 대략 수직으로 현수되며, 공급관의 하단부의 개구(105a)(도20A 참조)는 반도체 용융물(121)의 표면 위의 소정 높이에서 유지된다. 오염을 방지하기 위하여, 그리고 구성상의 목적을 위하여, 원료 공급관(105)은 횡단면이 직사각형인 석영관을 포함한다. 더욱이, 고순도 입상 실리콘을 적당한 낙하 속도로 공급하기 위하여, 교번하는 사다리형의 충돌판(격벽판)이 후술하는 바와 같이 원료 공급관(105) 내부에 설치된다.

그러나, 원료 공급관(105)의 하단부의 개구는 반도체 용융물의 표면 위에서 수 cm 이격되어 있으며, 원료는 기밀 챔버(102)의 상부에 저장되어 있어서 가열기(104)로부터 방사되는 열 또는 반도체 용융물(121)에 노출되지 않는다. 결국, 투입된 원료는 원료 공급관(105)의 상부로부터 반도체 용융물(121)의 표면으로 수직 하방으로 낙하하여 큰 속도로 반도체 용융물(121)로 돌입한다. 원료가 용융된 표면을 통해 돌입할 때, 반도체 용융물(121)이 튀게 되고 주변 가스가 반도체 용융물 내로 들어가게 되는데, 이는 양호한 반도체 단결정의 성장을 방해할 수 있다.

원료의 추가 투입이 특별하게 대량으로 낙하하거나 큰 덩어리로 낙하한다면, 이때 원료는 반도체 용융물 내로 꽤 깊이 침투하여 상당한 효과를 초래하게 될 것이다.

이러한 특별 문제점을 극복하기 위하여, 일본 특허 공개 공보 (평)2-255589호 및 일본 특허 공개 공보 (평)3-164493호는 원료 공급관의 하단부에 원료의 낙하 속도를 낮추는 설비가 설치된 장치를 제안하고 있다. 낙하 속도를 낮추는 설비의 일례는 후술하는 바와 같이 원료 공급관의 내부에 격벽판 또는 격벽 바아를 설치하는 것이다.

도20A 및 도20B에 도시된 바와 같이, 원료 공급관(105)은 공급관의 대면하는 내부면(107a, 107b)들에 격벽판(108a, 108b) 쌍이 설치되고 횡단면이 직사각형인 파이프이다. 더욱이, 대면하는 내부면(107a, 107b) 각각에 설치된 임의의 격벽판(108a, 108b) 쌍들 사이의 수직 거리는 원료가 원료 공급관(105)을 막는 것을 방지하도록 크게 잘 유지되어서, 직사각형 횡단면을 갖는 원료 공급관(105)이 사용되게 한다. 원료의 낙하 속도를 낮추기 위하여 이러한 격벽판(108a, 108b)을 원료 공급관(105)에 설치함으로써, 원료가 반도체 용융물 내로 낙하할 때 야기되는 파문 및 진동이 제어되고, 따라서 전위 등의 결정 결함의 생성이 방지된다.

도19, 도20A 및 도20B에 도시된 것과 같은, 이러한 종류의 기술을 채용하는 본 발명의 장치에 있어서, 원료(110)는 원료 공급관(105)의 하단부의 개구(105a)로부터 설정 낙하 속도로 낙하하지만, 원료가 반도체 용융물로 낙하하는 위치는 원료가 신속히 용융되게 하는 외부 도가니(11)의 측벽에 충분히 근접하지 않는다. 측벽에서의 신속한 용융은 가열기(104)가 이중 도가니(103)를 둘러싸도록 구성된 장치에 의한 것으로, 이는 도가니(111)의 측벽에 근접하면 할수록 외부 도가니 내의 반도체 용융물(121)의 온도가 더욱 상승하도록 한다.

더욱이, 원료(110)가 반도체 용융물로 낙하하는 위치는 내부 도가니(112)로부터 충분히 멀리 이동되지 않으므로, 원료(110)의 투입과 함께 용융물 내로 합체되는 가스로부터 발생된 가스 기포가 연통 구멍(113)을 통해 이동할 수 있게 하여, 전위 등의 상당한 격자 결함의 발생 위험성을 증가시킨다.

더욱이, 횡단면이 직사각형인 원료 공급관을 내부 도가니(112)와 외부 도가니(111) 사이의 좁은 공간으로 삽입하는 것은 부수적인 문제점을 일으킨다.

본 발명의 제1 목적은 낙하된 원료가 신속히 용융되고, 전위 등의 격자 결함의 발생이 감소될 수 있는 단결정 인상 장치를 제공하기 위한 것이다.

더욱이, 본 발명자는 연구 결과, 원료의 낙하 속도를 단순히 낮추는 것만으로는 원료가 덩어리로 낙하할 때 큰 충격이 발생된다는 문제점을 해결하지 못한다는 것을 알았다.

결과적으로, 본 발명의 제2 목적은 원료 공급관을 통해 반도체 용융물에 원료를 추가할 때 발생되는 충격을 가능한 한도까지 낮추는 단결정 인상 장치를 제공하기 위한 것이다.

다음은 전술된 원료 공급관에 원료를 공급하는 구성을 설명하는 것이다. CZ 성장 기술을 채용한 단결정 인상 장치(1)를 도시하는 도면이 도21에 도시되어 있다. 상기 단결정 인상 장치(1)는 입상 반도체 원료를 연속적으로 보충할 수 있다. 단결정 인상 장치(1)는, 도19에 도시된 장치와 같이, 반도체 원료로서 작용하는 입상 반도체 원료(Sc1) 또는 다결정 반도체의 분쇄 덩어리를 보유하는 이중 도가니(103)가 내부에 있는 중공 챔버(102)와, 이중 도가니(103)를 가열하고 반도체 원료를 반도체 용융물(Sc2)로 변환시키는 가열기(104)와, 반도체 용융물(Sc2)로부터 반도체 단결정(Sc3)을 끌어올리는 인상축(6)을 구비한 단결정 인상기와, 입상 반도체 원료(Sc1)를 이중 도가니(103)에 공급하는 원료 공급기(7a)를 합체하고 있다.

원료 공급기(7a)는 입상 반도체 원료(Sc1)를 저장하고 공급하는 저장 공급기(8a)와, 저장 공급기(8a)로부터 이중 도가니(103)로 자연 유동 조건 하에서 입상 반도체 원료(Sc1)를 공급하는 원료 공급관(9)을 포함한다. 원료 공급관(9)은 서로 고정 연결된 복수개의 관을 포함한다.

더욱이, 원료 공급기(7a)는 반도체 용융물(Sc2)에 파문을 일으키지 않을 정도로 부드럽게 입상 반도체 원료(Sc1)를 공급하도록 하면서 적절한 타이밍으로 적당량의 입상 반도체 원료(Sc1)를 공급할 것을 필요로 한다. 이러한 이유로 인해, 입상 반도체 원료(Sc1)의 짧은 낙하 시간 및 낮은 유속이 바람직하다. 이러한 2가지 반대되는 요건을 충족시키기 위하여, 원료 공급관(9)의 경사각이 최적 각도로 설정되는 것이 필요하다.

그러나, 이러한 종류의 단결정 인상 장치(1)에서, 원료 공급관(9)의 경사각이 습도 또는 공기 온도 등의 외부 영향 효과 또는 각도 설정에서의 편차 등의 내부 영향 효과로 인해 최적 각도로부터 벗어난다면 재조정하기가 곤란하므로, 문제점이 발생한다.

결과적으로, 본 발명의 제3 목적은 입상 반도체 원료의 낙하 시간 및 유속이 용이하게 조절될 수 있는 단결정 인상 장치를 제공하기 위한 것이다.

다음은 전술된 원료 공급관을 위한 지지 구조를 설명하는 것이다. 도22에 단결정 인상 장치(1)가 도시되어 있는데, 상기 단결정 인상 장치는 도21에 도시된 장치와 마찬가지로, 반도체 원료로서 작용하는 입상 반도체 원료(Sc1) 또는 다결정 반도체의 분쇄 덩어리를 보유하는 이중 도가니(103)와, 이중 도가니(103)를 가열하고 반도체 원료를 반도체 용융물(Sc2)로 변환시키는 가열기(104)와, 반도체 용융물(Sc2)로부터 반도체 단결정(Sc3)을 끌어올리는 인상축(205a)을 구비한 단결정 인상기(205)와, 이중 도가니(103), 가열기(104) 및 단결정 인상기(205)를 기밀 분위기에서 둘러싸는 챔버(206)와, 입상 반도체 원료(Sc1)를 이중 도가니(103)에 공급하는 원료 공급관(207)을 합체하고 있다, 원료 공급관(207)은 챔버(206) 내부에 배치된 내부관(208)과, 챔버(206) 외부에 설비된 외부관 부분(209)을 포함한다. 내부관(208)은 석영으로 구성되며, 도25에 도시된 바와 같이 입상 반도체 원료(Sc1)의 낙하 속도를 감소시키기 위하여 교대로 배치된 다중 하향 격벽판(208a)이 내부에 설치된다. 내부관(208)의 상부 부분(208b)은 하부 부분의 관 재료보다 직경이 큰 원통형 관 재료로 구성되고, 결합면(208c)은 상기 상부 부분(208b)의 아래 부분에서 관 재료의 외측면에 형성된다.

도22에 도시된 이중 도가니(103)는 석영(SiO2)으로 제조된 반구형 외부 도가니(111)와, 석영으로 제조되어 외부 도가니(111) 내부에 설치되는 원통형 내부 도가니(112)를 포함한다. 내부 도가니(112)의 측벽의 하부 부분은 외부 도가니(111)를 내부 도가니(112)와 연결하는 복수개의 연통 구멍(113)을 포함한다. 더욱이, 이중 도가니(103)는 챔버(206)의 하부 부분에서 중앙에 배치된 수직축(114) 상에 놓인 수용기(115) 상에 장착되어, 수직축(114)의 축(CT)을 중심으로 특정 각속도로 수평면 내에서 회전될 수 있다.

가열기(104)는 외부 도가니(111) 내부의 반도체 원료를 가열하고 용융시킬 뿐만 아니라 이렇게 생성된 반도체 용융물(Sc2)의 온도를 유지하며, 본 특정 구성에 있어서 저항 가열을 채용한다. 더욱이, 열을 보존하기 위하여 열 차폐체(216)가 가열기(104)를 둘러싼다.

일반적으로, 챔버(206)는 상방으로 개방된 주 용기(221)와, 개구를 밀봉하는 덮개 부분(222)을 포함한다. 덮개 부분(222)에는 원료 공급관(207)의 내부관(208)이 관통하여 삽입되는 삽입 구멍(223a)을 포함하는 공급관 삽입부(223)가 설비된다. 공급관 삽입부(223)에는 공급관 정지부(225)가 설비된다.

도24에 도시된 것과 같이, 본 공급관 정지부(225)는 2편의 분할 금형(226, 227)과 분할 금형 지지부(229)로 구성되고, 도23에 도시된 바와 같이, 2편의 분할 금형(226, 227)이 서로 보유할 때 끼워맞춰지는 끼움 구멍(229a)을 포함한다. 2편의 분할 금형(226, 227)은 도24에 도시된 바와 같이 2편의 금형이 함께 끼워진 때 결합 구멍(228)을 형성한다. 도23에 도시된 바와 같이, 결합 구멍(228)의 구멍벽의 하부 부분은 직경이 작아져서 형성된 상향 결합면(228a)을 나타낸다. 내부관(208)의 상부 부분(208b)은 결합 구멍(228) 내로 삽입되어 끼워지며, 이때 상부 부분(208b)의 결합면(208c)은 결합 구멍(228)의 구멍벽의 결합면(228a) 상에 장착되어 결합된다.

더욱이, 도22에 도시된 바와 같이, 내부관(208)의 하부 부분은 관형 안내체(231) 내로 삽입되고, 상기 안내체(231)는 열 차폐체(216)의 상부에 끼워진 환상 부착 부재(232) 상에 지지된다.

다음은 전술된 단결정 인상 장치(1)를 사용하여 반도체 단결정(Sc3)을 형성하는 데 사용되는 방법을 설명하는 것이다.

먼저, 다결정 반도체의 분쇄 덩어리가 반도체 원료로서 외부 도가니(111) 내에 위치되고, 내부관(208)의 상부 부분(208b)은 덮개 부분(222)의 공급관 입구 구멍(223a)과 분할 금형 지지부(229)의 끼움 구멍(229a)을 통해 분할 금형 지지부(229)의 상부 부분으로 밀어 넣어진다. 다음에, 2편의 분할 금형(226, 227)은 함께 끼워져, 금형은 분할 금형 지지부(229)의 끼움 구멍(229a) 내로 끼워지며, 내부관(208)의 상부 부분(208b)은 2편의 분할 금형(226, 227)에 의해 형성된 결합 구멍(228) 내에서 결합된다. 이는 도22에 도시된 바와 같이 내부관(208)의 하단부가 외부 도가니(111)의 외측 모서리와 내부 도가니(112) 사이에 위치되도록 내부관(208)이 설치될 수 있게 한다. 그리고 나서, 외부관 부분(209)은 내부관(208)의 상단부에 연결된다. 그리고 나서, 덮개 부분(222)은 폐쇄되고, 내부관(208)은 안내체(231) 내로 삽입되어 챔버(206)의 주 용기(221) 내부에 위치된다.

다음에, 이중 도가니(103)를 둘러싸는 챔버(206)는 진공이 생성되도록 진공 펌프 등에 의해 진공화되고, 챔버 내에서 불활성 분위기를 생성하도록 아르곤(Ar) 등의 불활성 가스가 도입되며, 수직축(114)은 축(CT)을 중심으로 일정 각속도로 수평면 내에서 회전된다. 이중 도가니(103)가 일정 각속도로 회전하는 상태에서, 가열기가 작동하고, 이중 도가니(103) 내의 원료는 단결정 성장 온도를 초과하는 온도로 가열되어 원료가 용융되어서 반도체 용융물(Sc2)이 형성되도록 한다.

일단 모든 원료가 용융되어 반도체 용융물(Sc2)이 형성되면, 가열기(104)에 대한 전력이 조절되어서 반도체 용융물(Sc2)의 중간 구역에서의 표면 온도가 단일 결정 성장 온도로 유지되며, 단결정 인상기(205)의 인상축(205a)으로부터 현수된 종자 결정(Sc4)이 반도체 용융물(Sc2)과 접촉된 후에 종자 결정(Sc4)은 일정 속도로 수직 상방으로 끌어올려지며, 반도체 단결정(Sc3)이 상기 종자 결정(Sc4)의 핵 둘레에서 성장한다. 따라서, 전위가 없는 종자 결정(Sc4)이 준비된 후에, 반도체 단결정(Sc3)의 직경은 점차 증가하여 특정 직경의 반도체 단결정(Sc3)을 생성하게 한다.

더욱이, 이러한 결정 성장 과정에서, 입상 반도체 원료(Sc1)는 외부 도가니의 외측 모서리(111)와 내부 도가니(112) 사이의 지점에서 반도체 단결정의 성장률(인상률)에 비례하는 속도로 외측 원료 공급관(207)으로부터 이중 도가니(103)로 연속 추가되며, 상기 입상 반도체 원료(Sc1)는 외부 도가니(111) 내부에서 용융되고 연통 구멍(113)을 통해 내부 도가니(112)로 통과하여 연속적으로 공급되게 한다. 이상에서 개괄된 과정을 사용하여, 결정성(결정 구조)이 우수한 반도체 단결정(Sc3)을 성장시킬 수 있다.

그러나, 이러한 종류의 단결정 인상 장치(1)의 사용시, 도23에 도시된 원료 공급관의 내부관(208)을 설치하는 작업은 결합 구멍(228)을 형성하기 위하여 2편의 분할 금형(226, 227)을 함께 끼워지고 나서 폐쇄된 금형을 분할 금형 지지부(229)의 끼움 구멍(229a) 내로 끼우는 복잡한 작업을 수반하므로 문제점으로 남는다. 더구나, 도22에 사용된 이중 도가니(103)의 직경을 변경할 것이 필요하다면, 채용된 이중 도가니(103)의 크기에 따라 절곡량이 좌우되는, 도26에 도시된 것과 같은 특별한 절곡 내부관(218)이 사용되어야만 하므로 더욱 복잡하게 된다. 또 다른 문제점은, 반도체 단결정(Sc3)의 성장 동안에, 단결정으로부터의 열이 공급관 정지부(225)로부터 방사되어 내부관(208; 218)의 상부 부분(208b; 218a)의 과열을 야기하며, 내부관(208, 218)의 가용 수명을 감소시킨다는 것이다.

본 발명의 제4 목적은, 원료 공급관의 내부관의 설치가 용이하고 신속하게 완성될 수 있고, 도가니가 용이하게 교환될 수 있으며, 내부관의 수명이 연장될 수 있는 단결정 인상 장치를 제공하기 위한 것이다.

상기 제1 목적을 충족시키는 본 발명의 단결정 인상 장치는, 기밀 용기와, 반도체 용융물을 보유하는 기밀 용기 내의 도가니와, 하부 개구가 도가니 내에 보유된 반도체 용융물로 입상 원료를 첨가하도록 위치되고 기밀 용기의 상부 부분으로부터 현수된 원료 공급관과, 원료 공급관의 하부 개구로부터 빠져나온 원료가 도가니의 측벽 부근의 반도체 용융물로 낙하하도록 원료 공급관의 하부 부분에 마련된 경사부를 포함한다.

더욱이, 도가니는 서로 연통된 외부 도가니와 내부 도가니를 포함하며, 원료 공급관은 하부 개구로부터 빠져나온 원료를 외부 도가니와 내부 도가니 사이에 있고 외부 도가니의 측벽 부근에 있는 반도체 용융물로 도입한다.

본 발명에 따르면, 원료 공급관의 하부 부분에 마련된 경사부로 인해, 원료 공급관의 내부에서 하방으로 낙하하는 원료는 외부 도가니의 측벽 부근의 반도체 용융물로 낙하하여, 원료가 내부 도가니로부터 충분히 이격된 지점에서 반도체 용융물의 표면을 통과하게 한다.

결국, 추가된 원료는 가열기에 의해 신속하게 용융되며, 투입 지점이 내부 도가니로부터 가능한 한 멀어지므로, 원료 투입에 따라 용융물 내로 합체되는 가스로부터 반도체 용융물 내에 생성된 임의의 가스 기포가 연통 구멍을 통해 내부 도가니로 이동할 가능성이 없다. 이는 전위 등의 격자 결함의 발생을 최대로 감소시키도록 한다.

상기 제2 목적을 충족시키는 본 발명의 단결정 인상 장치로서, 경사부는 원료 공급관으로부터 낙하하는 원료에 수평 성분의 힘을 인가하여서 반도체 용융물의 표면 위에서 원료를 산포시키는 원료 산포 수단으로서 역할한다.

본 발명에 따르면, 원료 공급관의 하부 부분에 마련된 원료 산포 수단으로 인해, 원료 공급관으로부터 낙하하는 원료에 수평 성분의 힘이 인가되어 원료가 넓은 구역에 걸쳐 산포될 수 있게 한다. 결국, 원료 덩어리가 반도체 용융물 내로 낙하하는 문제점이 제거되며, 용융물 내에서의 국부적인 온도 강하 등의 문제점과, 원료가 반도체 용융물 내로 진입할 때의 원료의 큰 충격이 최소 레벨로 억제되어서, 양호한 반도체 단결정의 성장을 방해하는 인자들 중 하나를 제거한다.

상기 제3 목적을 충족시키는 본 발명의 단결정 인상 장치로서, 원료를 저장하고 원료를 원료 공급관으로 공급하는 저장 공급기가 마련되며, 원료 공급관은 가요성 부분을 포함한다.

본 발명에 따르면, 저장 공급기는 도가니에 대해 자유롭게 이동될 수 있으며, 이때 도가니 위에서의 저장 공급기의 상대 높이를 변경함으로써 저장 공급기로부터 도가니로의 입상 반도체 원료의 유동 시간과 원료가 도가니 내로 진입하는 유동 속도를 용이하게 조절할 수 있다. 더욱이, 원료 공급관의 가요성 관의 하부 부분을 느슨하게 함으로써, 상기 하부 부분에서의 입상 반도체 원료의 유속을 신속하게 감소시킬 수 있어, 유동 시간을 현재 관측되는 레벨 이하로 감소시키지 않고도 입상 반도체 원료의 유속을 감소시킬 수 있다.

상기 제4 목적을 충족시키는 본 발명의 단결정 인상 장치로서, 원료 공급관은 기밀 용기의 덮개 부분을 통과하고, 원료 공급관은 기밀 용기 내부에 위치되어 상부 큰 직경 부분의 외부면의 하단부에서 결합면과 고정 결합되는 내부관을 구비하며, 기밀 용기의 덮개 부분에는 내부관의 삽입을 위한 공급관 삽입부가 형성되고, 공급관 삽입부는 내부관이 삽입되어서 고정 결합되는 결합 구멍을 구비하며, 결합 구멍의 구멍벽에는 상향 결합면에 의해 형성된 공급관 정지부가 마련되고, 공급관 정지부에는 내부관의 상단부 부분을 삽입하도록 결합 구멍에 인접하여 위치된 삽입 구멍과, 삽입 구멍으로부터 결합 구멍으로 내부관을 통과시키도록 삽입 구멍과 결합 구멍 사이에 위치된 연결 구멍이 형성된다.

본 발명에 따르면, 원료 공급관의 내부관이 기밀 용기 내에 위치되어 설치될 때, 내부관의 상부 부분은 공급관 정지부의 삽입 구멍을 통해 상방으로 삽입될 수 있으며, 내부관의 설치는 내부관을 연결 구멍을 통해 공급관 정지부의 결합 구멍으로 통과시키고 내부관의 상부 부분의 외부면의 결합면을 결합 구멍의 결합면에 장착하여 결합시킴으로써 완성될 수 있다. 결국, 결합 구멍을 형성하기 위하여 2편의 분할 금형을 함께 끼우고 나서 폐쇄된 금형을 분할 금형 지지부의 끼움 구멍으로 끼울 것을 필요로 하는 현재 채용된 방법과 비교하여, 본 발명은 내부관을 쉽고 신속하게 장착할 수 있게 한다.

도1 내지 도3에 도시된 바와 같이, 제1 실시예의 단결정 인상 장치는 도19에 도시된 장치와 유사한데, 참조 부호 3, 5, 11, 12 및 21은 소정 각속도(화살표 A)로 회전하는 이중 도가니, 원료 공급관, 외부 도가니, 내부 도가니 및 반도체 용융물을 각각 나타내며, 내부 도가니(12)에는 전술된 복수개의 연통 구멍(7)이 설비되어 있다.

원료 공급관(5)은 외부 도가니(11)와 내부 도가니(12) 사이의 반도체 용융물(21)(본 예에서는 실리콘 용융물) 표면 상의 일 지점에서 입상 원료(8)를 반도체 용융물로 연속 공급하는 장치이다. 원료 공급관(5)을 통해 공급되는 원료의 예에는, 분쇄기에서 분쇄되어 박편 형태로 변환된 다결정 실리콘 인고트(ingot), 또는 열분해를 사용하여 기체 원료로부터 퇴적된 다결정 실리콘 입자가 포함되며, 필요하다면 붕소(B) 및 인(P) 등의 도펀트로서 알려진 첨가 원소가 또한 추가된다.

다음에 본 발명의 특징부를 설명하기로 한다.

원료 공급관(5)은 챔버(2) 내에서 지지되어 대략 수직으로 현수된다. 원료(8)는 원료 공급관(5)의 상단부로 공급되어 하단부(5a)의 개구로부터 빠져나간다. 더욱이, 도4A 및 도4B에 도시된 바와 같이, 원료 공급관(5)은 원형 횡단면을 갖고 직선형으로 된 상부 관 부재(20)와, 상부 관 부재(20)의 하단부에 연결되고 직사각형 횡단면을 갖는 하부 관 부재(23)로 구성된다. 원료 공급관(5)은 직사각형 횡단면의 2개의 길이가 긴 변에 대응하는 벽(5b, 5c)이 내부 도가니(12) 및 외부 도가니(11)와 각각 대면하도록 위치된다. 즉, 벽(5b, 5c)은 이중 도가니(3)의 반경 방향에 대해 직각으로 위치된다. 참조 부호 22는 2개의 관 부재(20, 23) 사이의 접합부(연결부)를 나타낸다. 더욱이, 상부 관 부재(20)는 챔버(2)의 덮개 부분을 통과하고 덮개 부분에 의해 지지되는 부분이다.

원료 공급관(5)의 하부 관 부재(23)에서, 복수개의 격벽판은 직사각형 횡단면의 2개의 길이가 짧은 변(5d, 5e)에 대응하는 2개의 내측벽(25a, 25b) 상에 교대로 하방으로 설치된다. 즉, 사다리형 충돌판 또는 격벽판(26a, 26b)이 교번 구성으로 설치된다.

격벽판(26a, 26b)의 경사각(θ)은 약 45°이지만, 상기 특정 값으로 제한되지 않는다. 더욱이, 원료(8)가 하부 관 부재(23)의 하단부의 개구(5a)로부터 낙하하는 속도를 최소화하기 위하여, 격벽판(26a, 26b)들 사이의 피치(pitch)는 하부 관 부재(23)의 하부 부분에서 최소가 되는데, 이는 장치를 제한하는 것은 아니다.

더구나, 2개의 내측벽(25a, 25b)과 격벽판(26a, 26b)의 선단 모서리 사이의 거리(도4B 및 도5C 참조)는 약 9 mm인데, 이는 장치를 제한하는 것은 아니다.

더욱이, 교번하는 격벽판(26a, 26b)의 선단 모서리는 약 1 mm만큼 중첩되는데, 이는 장치를 제한하는 것은 아니다. 그러나, 이러한 중첩량이 너무 크다면, 원료가 원료 공급관의 내부에서 막히게 될 위험이 있다.

내부 도가니(12)와 대면하는 원료 공급관(5)의 하단부는 하부 관 부재의 하단부의 개구(5a)로부터 낙하하는 원료를 외부 도가니(11)의 측벽 부근의 반도체 용융물(21) 구역으로 안내하는 경사부(13)를 포함한다. 경사부(13)는 하부 관 부재의 하단부의 개구(5a)가 수평면 내에 있는 상태로 외부 도가니(11)를 향해 경사진다.

낙하 속도가 원료 공급관(5) 내부의 격벽판(26a, 26b)에 의해 충분히 하강된 원료(8)는 원료 공급관(5)의 하단부의 경사부(13)로 인해 외부 도가니(11)의 측벽 부근의 반도체 용융물(21)로 들어가서, 내부 도가니로부터 가능한 한 먼 위치에서 반도체 용융물(21)로 들어가도록 한다. 더욱이, 원료 공급관의 하단부의 개구(5a)로부터 낙하하는 원료의 일부는 반도체 용융물(21)로 들어가기 전에 외부 도가니(11)와 접촉한다.

이러한 방식으로, 반도체 용융물로 들어간 원료(8)는 (도면에 도시되지 않은) 가열기에 의해 신속히 용융되며, 용융물 내로 합체된 가스로부터 생성된 가스 기포가 내부 도가니(12)의 연통 구멍(7)을 통해 내부 도가니(12)로 통과할 가능성이 없다. 이는 전위 등의 격자 결함의 발생을 최대로 감소시킨다.

전술된 제1 실시예에 따르면, 원료 공급관(5)은 직사각형 횡단면의 2개의 길이가 긴 변에 대응하는 벽(5b, 5c)이 내부 도가니(12) 및 외부 도가니(11)와 각각 대면하고, 교번하는 격벽판(26a, 26b)이 직사각형 횡단면의 2개의 길이가 짧은 변(5d, 5e)에 대응하는 원료 공급관(5)의 2개의 내측벽(25A, 25b)에 설치되도록 배치된다. 이러한 것은 외부 도가니(11)와 내부 도가니(12) 사이의 좁은 공간으로 원료 공급관(5)을 삽입하는 것을 매우 용이하게 하며, 원료가 원료 공급관(5) 내에서 막히는 것을 방지한다. 더욱이, 장치는 전술된 구성으로 제한되지 않으며, 원료 공급관(5)은 직사각형 횡단면의 2개의 길이가 짧은 변에 대응하는 벽(5d, 5e)이 내부 도가니(12) 및 외부 도가니(11)와 각각 대면하도록 배치될 수도 있다.

원료 공급관(5)의 경사부(13)의 구성은 전술한 것으로 제한되지 않으며, 예컨대 도6에 도시된 구성도 적합하다. 도6에서, (도면에 도시되지 않은) 내부 도가니 측의 원료 공급관(50)의 하단부는 약간 연장되고 (도면에 도시되지 않은) 외부 도가니를 향해 절곡되어서 경사부(24)를 형성하고, 하부 관 부재(23)의 하단부의 개구(50a)가 경사진다는 점에서 원료 공급관(50)은 도1 내지 도5에 도시된 것과 상이하다.

도7은 도4 및 도6에 도시된 원료 공급관(5)이 경사부를 합체하고 있지 않은 예를 도시하며, 상기 경우에, 원료 공급관(5)으로부터 낙하하는 원료(8)는 덩어리로 이중 도가니(3)의 원주 방향으로 반도체 용융물(21)로 들어가서, 바람직하지 않은 원주 방향으로의 와류가 발생하기 쉽게 된다.

CMCZ 기술에 단결정 인상 장치가 채용될 수 있지만, 장치가 이중 도가니형 구성이라면, 다른 단결정 생성 방법이 적용될 수 있다. 예컨대, 자기장의 인가를 포함하지 않는 연속 투입 CZ 성장 기술(CCZ 기술)이 채용될 수 있다.

다음에 본 발명의 다른 실시예를 설명하기로 한다.

본 발명의 제2 실시예가 도8A에 도시되어 있다. 제2 실시예에서, 원료 공급관(55)의 하단부 개구(55a) 아래에 설치된 포집판(경사부, 원료 산포기)(51a)이 있는데, 포집판은 (화살표로 나타낸 바와 같이) 개구(55a)로부터 빠져 나온 원료(40)를 포집한다. 포집판(51a)은 하단부 개구(55a)보다 큰 표면적을 가지며, 원료 공급관(55)의 하단부로부터 연장된 4개의 지주(52)에 의해 고정된다. 원료 공급관(55)의 하단부와 포집판(51a) 사이에 적당한 공간(53)이 유지되어, 원료(40)가 포집판(51a)의 모서리 외부로 낙하하도록 한다. 더욱이, 포집판(51a)은 이중 도가니(3)의 회전 방향(도9 참조) 및 외부 도가니(11)의 외측벽을 향한 방향(도9 참조) 중 적어도 하나의 방향으로 하방으로 경사진다.

이러한 원료 공급관(55)의 출구의 구성으로 인해, 원료 공급관(55)을 통해 낙하하는 모든 원료(40)는 포집판(51a)에 의해 수용되고, 원료의 낙하 속도가 포집판에 의해 감소된 후에 포집판(51a)의 모서리 외부로 흘러 넘치게 된다. 이러한 과정에서, 포집판(51a)의 작용, 또는 포집판 상에 축적된 원료(40) 더미는 원료(40)의 운동에 수평 성분의 힘을 인가하여, 원료가 포집판(51a)의 표면적보다 넓은 구역에 걸쳐 산포되게 한다. 결국, 낙하 속도의 감소 및 포집판의 산포 작용으로 인해, 원료는 충격이 매우 작은 상태로 반도체 용융물로 들어간다.

포집판(51a)이 이중 도가니(3)의 회전 방향으로 하방으로 경사진 경우에(도9 참조), 원료는 반도체 용융물의 표면이 이동하는 방향으로 이동하면서 반도체 용융물과 접촉하기 때문에, 접촉 순간에서의 충격은 특히 작으며, 원료(40)가 용융물 내로 침투하는 깊이도 감소된다. 결국, 반도체 용융물에 가해지는 영향이 감소된다. 더욱이, 포집판(51a)이 외부 도가니(11)의 외측벽을 향해 하방으로 경사진 경우에, 용융물에 대한 새로운 원료의 첨가는 내부 도가니(12)로부터 가장 먼 지점에서 일어나므로, 내부 도가니(12) 내의 반도체 용융물에 가해지는 영향은 최소 한도로 억제된다.

또한, 도8B에 도시된 것과 같이 굴곡된 포집판(51b)이 사용될 수도 있다.

본 발명의 제3 실시예가 도9에 도시되어 있다. 제3 실시예에 따르면, 포집판(51c)은 별도의 지지 부재(54)에 의해 지지되고 원료 공급관(55)에 의해 직접적으로 지지되지 않는다. 나머지 구성은 도8A에 도시된 것과 동일하다.

전술한 바와 같이, 포집판(51a; 51b, 51c)은 원료를 산포하는 수단으로서 원료 공급관(55)의 하단부에 마련되고, 상기 포집판은 원료 공급관(55)을 통해 하방으로 낙하하는 원료(40)의 운동에 수평 성분 힘을 인가하여, 원료(40)가 넓은 구역에 걸쳐 산포될 수 있게 한다. 결국, 원료(40)가 덩어리로서 반도체 용융물(21) 내로 들어갈 가능성이 없어지며, 따라서 원료가 반도체 용융물(21)로 들어갈 때 발생되는 충격과, 용융물 내에서의 국부적 온도 강하 등의 문제점이 최소 한도로 억제됨으로써, 양호한 반도체 단결정 성장을 방해하는 원인들 중의 하나가 제거된다.

더욱이, 원료 산포기(경사부)는 포집판(51a; 51b, 51c)에 의해 제공되어서, 원료(40)의 낙하 속도가 감소될 수 있고, 원료 공급관으로부터 하방으로 낙하하는 원료(40)는 반도체 용융물(21)의 표면의 넓은 구역에 걸쳐 산포될 수 있다. 이러한 상황에서, 포집판(51a; 51b, 51c)을 특정 방향[이중 도가니(3)의 회전 방향 또는 외부 도가니(11)의 측벽을 향한 방향]으로 경사지게 함으로써, 산포 효과를 최대화시킬 수 있다. 포집판(51a)이 원료 공급관(55)에 의해 지지되는 경우에, 별도의 지지 구조물을 제공할 필요가 없으며, 반면에 포집판(51c)이 별도의 지지 부재(54)에 의해 지지되는 경우에 포집판(51c)의 지지 구조물은 매우 간단하게 될 수 있다.

본 발명의 제4 실시예가 도10에 도시되어 있다. 제4 실시예에 따르면, 원료 산포기는 관을 수평을 향해 절곡함으로써 형성된, 원료 공급관(56)의 하단부의 절곡부(57)에 의해 제공되며, 상기 절곡부(57)의 단부 개구(56a)는 이중 도가니(3)가 회전되는 방향(화살표 A)으로 대면한다.

이러한 구성으로 인해, 원료 공급관(56)을 통해 하방으로 낙하하는 원료(40)는 속도가 낮아지고, 절곡부(57)를 통한 통로에 의해 원료의 운동에 수평 성분의 힘이 인가되며, 그리고 나서 반도체 용융물(21)의 표면에 걸쳐 산포된다. 원료가 절곡부(57)의 단부로부터 방출되는 방향은 전술한 이유로 인해 반도체 용융물(21)의 표면이 움직이는 방향과 동일하기 때문에, 양호한 산포 효과가 성취될 수 있다. 더욱이, 원료(40)가 용융물로 들어가는 지점은 내부 도가니(12)의 측벽으로부터 멀리 떨어져 있는데, 이는 내부 도가니(12) 내의 반도체 용융물(21)에 작용하는 어떠한 효과도 최소 한도로 억제된다는 것을 의미한다.

본 발명의 제5 실시예가 도11에 도시되어 있다. 상기 제5 실시예에 따르면, 원료 산포기는 외부 도가니(11)의 외측벽(11a)의 상부 모서리에 연결되고 도가니를 향해 하방으로 경사진 경사벽(58)에 의해 제공되며, 원료 공급관(59)의 하단부 개구(59a)는 상기 경사벽 위에 위치된다.

원료 공급관(59)의 하단부의 개구(59a)로부터 빠져 나오는 원료(40)는 경사벽(58)과 충돌하여 감속되며, 그리고 나서 경사벽으로 그리고 반도체 용융물(21)로 낙하한다. 이러한 경우에, 경사벽(58)으로 낙하한 원료(40)는 대략 수평 방향으로 이동하는데, 이는 원료가 반도체 용융물(21)의 표면의 넓은 구역에 걸쳐 산포되어 충격이 감소된 상태로 용융물과 접촉한다는 것을 의미한다. 더욱이, 원료(40)가 용융물로 들어가는 지점은 외부 도가니(11)의 외측벽에 근접하는데, 이는 내부 도가니(12) 내의 반도체 용융물(21)에 대한 어떠한 효과도 최소 한도로 억제된다는 것을 의미한다.

원료 산포기의 구성은 도10에 도시된 바와 같이 이중 도가니(3)의 회전 방향으로 대면한 절곡부(57)를 원료 공급관의 하단부에 형성함으로써, 또는 도11에 도시된 바와 같이 외부 도가니(11)의 외측벽의 상부 모서리 상에 경사벽(58)을 형성함으로써 간단하게 성취될 수 있다.

전술한 제2 실시예, 제3 실시예, 제4 실시예 및 제5 실시예에서, 원료 공급관 내의 (도면에 도시되지 않은) 격벽판의 구성은 제1 실시예의 구성과 동일하다.

본 발명의 제6 실시예가 도12에 도시되어 있다. 제6 실시예의 단결정 인상 장치는 기본적으로는 도21에 도시된 현재 사용되는 단결정 인상 장치(1)에서 원료 공급기(7a)가 개량된 원료 공급기(70)로 대체된 것이다. 나머지 구조는 도21에 도시된 것과 동일하며, 이때 이중 도가니(103)는 석영(SiO2)으로 제조된 반구형 외부 도가니(11)와, 외부 도가니(11) 내에 설치되고 석영으로 제조된 원통형 내부 도가니(12)로 구성되고, 내부 도가니(12)의 측벽의 하부 부분은 외부 도가니(11)와 내부 도가니(12)를 연결하는 복수개의 연통 구멍(7)을 포함한다.

이중 도가니(3)는 챔버(2)의 하부에서 중앙에 위치된 수직축(114) 상에 놓인 수용기(115)에 장착되고, 수직축(114)의 축을 중심으로 소정 각속도로 수평면 내에서 회전할 수 있다. 반도체 용융물(Sc2)은 이중 도가니(3) 내에서 저장된다.

가열기(104)는 입상 반도체 원료(Sc1) 또는 반도체 원료로서 작용하는 다결정 반도체의 분쇄 덩어리를 외부 도가니(111) 내에서 가열하여 용융시킬 뿐만 아니라, 이렇게 생성된 반도체 용융물(Sc2)의 온도를 유지하며, 이러한 특별한 구성은 저항 가열을 채용한다. 더욱이, 열을 보유하기 위하여, 열 차폐체(16)가 가열기(104)를 둘러싼다.

전술된 입상 반도체 원료(Sc1)의 적당한 예는 열분해를 사용하여 기체 원료로부터 퇴적된 다결정 실리콘 입자이며, 성장축 방향으로의 저항을 일정 레벨로 유지하기 위하여, 필요하다면 붕소(B)(p형 실리콘 단결정의 경우), 인(P)(n형 실리콘 단결정의 경우) 등의 도펀트로서 알려진 첨가 원소가 첨가될 수 있다.

원료 공급기(70)는 입상 반도체 원료(Sc1) 및 도펀트(Sc12)를 저장하고 상기 입상 반도체 원료(Sc1) 및 도펀트(Sc12)를 공급하는 저장 공급기(71)와, 저장 공급기(71)에 의해 공급된 입상 반도체 원료(Sc1) 및 도펀트(Sc12)의 자연적인 하방 유동을 안내하고 이들을 이중 도가니(3)에 공급하는 원료 공급관(80)을 포함한다.

저장 공급기(71)는 입상 반도체 원료(Sc1)를 저장하고 미세 진동에 의해 적당량의 입상 반도체 원료(Sc1)를 연속 공급하는 입상 원료 저장 공급기(72)와, 상기 입상 원료 저장 공급기(72)로부터 입상 반도체 원료(Sc1)의 공급을 제어하는 제어기(73)와, 도펀트(Sc12)를 저장하고 적당량의 도펀트를 간헐적으로 공급하는 도펀트 저장 공급기(74)와, 도펀트 저장 공급기(74)로부터의 도펀트(Sc12)의 공급을 제어하는 제어기(75)와, 입상 원료 저장 공급기(72)에 의해 공급된 입상 반도체 원료(Sc1)와 도펀트 저장 공급기(74)에 의해 공급된 도펀트(Sc12)를 수용하여 이들의 후속적인 하방 유동을 안내하는 호퍼(76)를 포함한다.

원료 공급관(80)은 석영으로 제조되고 호퍼(76)의 출구에 연결된 상부관(81)과, 석영으로 제조되고 챔버(2)의 덮개 부분을 통과하며 내부 도가니(12)의 외측벽과 대면하도록 위치되고 이중 도가니(3)의 외부 도가니(11) 내에 설치된 하부관(82)과, 상부관(81)과 하부관(82) 사이에 위치되어 이들과 함께 연결된 가요성 관(83)을 포함한다. 상기 가요성 관(83)은 원료 공급관(80)의 가요성 부분을 나타내며, 본 실시예에서 가요성 관(83)은 가요성 테플론 관을 채용한다.

다음에, 전술한 단결정 인상 장치(100)를 사용하여 반도체 단결정(Sc3)을 형성하는 방법을 설명하기로 한다.

먼저, 다결정 반도체의 분쇄 덩어리로 구성된 반도체 원료가 외부 도가니(11) 내에 배치되고, 챔버(2)는 진공이 생성되도록 진공 펌프 등을 사용하여 진공화된다.

다음에, 챔버 내에서 불활성 분위기를 생성하도록 아르곤(Ar) 등의 불활성 가스가 도입되고, 수직축(114)은 수직축의 축을 중심으로 일정 각속도로 수평면 내에서 회전되며, 외부 도가니(11)가 일정 각속도로 회전되는 상태에서 가열기(104)가 작동되고, 외부 도가니(11) 내의 원료는 원료가 용융되어 반도체 용융물(Sc2)이 형성되도록 단결정 성장 온도를 초과하는 온도까지 가열된다.

일단 모든 원료가 용융되어 반도체 용융물(Sc2)이 형성되면, 내부 도가니(12)가 외부 도가니(11) 상에 장착되어 이중 도가니(3)가 형성되게 한다. 그리고 나서, 반도체 용융물(Sc2)의 중간 구역에서의 표면 온도를 단결정 성장 온도로 유지하도록 가열기(104)에 대한 전력이 조절되며, 단결정 인상기(6)의 인상축(6a)으로부터 현수된 종자 결정(Sc4)이 반도체 용융물(Sc2)과 접촉된 후에, 종자 결정(Sc4)이 수직 상방으로 끌어올려지고, 반도체 단결정(Sc3)이 종자 결정(Sc4)의 핵 둘레에서 성장한다. 따라서, 전위가 없는 종자 결정(Sc4)이 준비된 후에, 단결정(Sc3)의 직경은 점차 증가되어 소정 직경의 반도체 단결정(Sc3)이 생성된다.

이러한 단결정 성장 공정에서, 먼저 원료 공급기(70)의 제어기(73, 75)는 입상 반도체 원료(Sc1)를 입상 반도체 원료 저장 공급기(72)로부터 호퍼(76)로 반도체 단결정(Sc3)의 성장률(인상률)에 따른 양으로 연속 공급하고, 적당량의 도펀트(Sc12)를 도펀트 저장 공급기(74)로부터 호퍼(76)로 간헐적으로 공급하는 데 사용된다. 이렇게 할 때, 입상 반도체 원료(Sc1) 및 도펀트(Sc12)는 함께 혼합되어 원료 공급관(80)으로 하방으로 유동하여 내부 도가니(12) 외부의 일 지점에서 외부 도가니(11)로 들어간다. 입상 반도체 원료(Sc1)는 내부 도가니(12) 외부의 외부 도가니(11)에서 용융되고 나서, 연통 구멍(13)을 통과하여 내부 도가니(12)의 내부로 연속 공급된다.

본 실시예에서, 가요성 관(83)은 입상 반도체 원료(Sc1)를 공급하는 저장 공급기(71)와 이중 도가니(3) 사이의 거리를 연결하는 원료 공급관(80)의 일부분에 채용되어서, 저장 공급기(71)로부터 이중 도가니(3)로의 입상 반도체 원료(Sc1)의 유동 시간과, 입상 반도체 원료가 이중 도가니(3)로 들어가는 유속은 도12에서 가상선(점선)으로 도시된 예에서처럼 저장 공급기(71)를 이중 도가니(3)에 대해 이동시키고 저장 공급기(71)의 높이를 이중 도가니(3)에 대해 변경함으로써 용이하게 조절될 수 있다. 더욱이, 도12에서 가상선으로 도시된 바와 같이 원료 공급관(80)의 가요성 관(83)의 하부 부분을 느슨하게 함으로써, 입상 반도체 원료(Sc1)의 유속은 상기 하부 부분에서 급속히 감소될 수 있어서, 현재 채용되고 있는 장치(도21)와 비교하여 반도체 원료(Sc1)의 유속은 유동 시간을 줄이지 않고도 감소될 수 있다.

결국, 반도체 원료(Sc1)의 공급은 이중 도가니(3) 내에 저장된 반도체 용융물(Sc2)의 표면에 파문을 크게 일으키지 않고 이루어질 수 있으며, 현재의 장치의 예(도21)와 비교하여 적정량의 반도체 원료(Sc1)가 반도체 단결정(Sc3)의 성장률(인상률)과 관련하여 더욱 적절한 타이밍으로 공급될 수 있다. 더욱이, 반도체 원료(Sc1)의 도펀트(Sc12)는 더욱 적절한 타이밍으로 공급될 수도 있다. 전술한 공정을 사용하여 결정성이 높은 반도체 단결정(Sc3)이 형성될 수 있다.

본 발명의 제7 실시예가 도13에 도시되어 있다. 제7 실시예에 의하면, 전술한 제6 실시예의 원료 공급관(80)의 가요성 관(83)을 대신하여, 가요성 연결부를 통해 함께 연결된 한 쌍의 강성 관(91, 92)이 상부관(81)과 하부관(82) 사이에 배치되며, 이때 하나의 강성 관(91)은 가요성 연결부를 통해 상부관(81)에 연결되고 다른 강성 관(92)은 도13에 도시된 바와 같이 하부관(82)에 연결된다. 강성 관(91)과 상부관(81) 사이에 절곡부(93) 사이에 형성되고, 다른 절곡부(94)가 2개의 강성 관(91, 92) 사이에 형성된다. 절곡부(93, 94)는 테플론 관 또는 나일론 관 등의 가요성 관으로 가장 적당하게 형성된다. 이러한 가요성 관의 상단부가 상부관(81)에 연결되고 중간부가 강성 관(91, 92) 내에 삽입되며 하단부가 하부관(82)에 연결되는 구성도 가능하다.

이러한 구성의 원료 공급관(90)에 의하면, 절곡부(94)의 특성을 주로 사용하여 원료 공급기(71)는 이중 도가니(3)에 대하여 회전되고 이동될 수 있어, 이중 도가니(3) 위에서 저장 공급기(71)의 상대 높이를 변경할 수 있게 하여서, 저장 공급기(71)로부터 이중 도가니(3)로의 입상 반도체 원료(Sc1)의 유동 시간과, 입상 반도체 원료가 이중 도가니(3)로 들어가는 유속이 용이하게 조절될 수 있다. 더구나, 가요성 부분(94) 아래에 끼워진 강성 관(92)의 경사가 가요성 부분(94) 위에 끼워진 강성 관(91)의 경사보다 덜 경사지도록 원료 공급관(90)의 가요성 부분(94)을 사용함으로써, 하부 강성 관(92)의 반도체 원료(Sc1)의 유속은 급격히 낮아질 수 있어서, 현재 채용되는 장치(도21)와 비교하여 반도체 원료(Sc1)의 유속은 유동 시간을 줄이지 않고도 감소될 수 있다. 결국, 도12의 실시예에 의해 성취된 동등한 결과가 얻어질 수 있다. 더욱이, 가요성 부분(93)이 강성 관(91)과 상부관(81) 사이에 끼워지기 때문에, 저장 공급기(71)는 공급기의 축을 수직으로 유지하면서 이동될 수 있다. 게다가, 하부 강성 관(92)과 하부관(82) 사이에 가요성 부분을 제공하고, 하부 강성 관(92)의 경사가 자유롭게 조절될 수 있는 구성을 만듦으로써, 입상 반도체 원료(Sc1)의 유속은 훨씬 더 용이하고 자유롭게 조절될 수 있다.

다결정 실리콘 입자로 구성된 입상 반도체 원료(Sc1)는 갈륨 비소(GaAs)로 대체될 수 있다. 즉, 갈륨 비소 단결정은 입상 원료로서 갈륨 비소를 사용하여 갈륨 비소 용융물로부터 인상된다. 이러한 경우에, 아연(Zn) 또는 실리콘(Si) 등의 원소가 도펀트(Sc12)로서 사용된다. 더욱이, 전술한 구성은 입상 반도체 원료(Sc1)의 연속 공급을 채용하지만, 입상 반도체 원료(Sc1)가 간헐적으로 공급되는 구성도 가능하다. 예컨대, 이중 도가니(3) 내의 반도체 용융물(Sc2)의 용융물 높이가 설정 높이 이하로 내려갈 때까지 입상 반도체 원료(Sc1)의 보충이 정지될 수 있으며, 그리고 나서 반도체 용융물(Sc2)의 용융물 높이가 설정 하한치 이하로 내려갈 때 입상 반도체 원료(Sc1)는 반도체 용융물의 용융물 높이가 설정 표준 용융물 높이로 복귀할 때까지 첨가된다.

본 발명의 제8 실시예의 공급관 정지부(공급관 정지기)의 하나의 실시예의 정면도가 도14에 도시되어 있다. 제8 실시예의 단결정 인상 장치(300)는 도23에 도시된 현재 채용되고 있는 단결정 인상 장치(1)로 구성되는데, 여기서 공급관 정지기(225)는 개선되어 도14에 도시된 공급관 정지기(350)로 대체되었고, 도22 및 도23에 도시된 챔버(206)의 덮개 부분(222) 및 대응 공급관 삽입부(223)는 개선되어 도14에 도시된 챔버(306)의 덮개 부분(322) 및 공급관 삽입부(323)로 대체되었다. 결국, 장치(1)와 장치(300) 모두에 대해 동일한 부품은 동일한 참조 부호로 나타나 있으며, 그 설명은 생략하기로 한다.

도14에 도시된 공급관 정지기(350)는 도16에 도시된 외측 평면도에서 타원형인 본체(360)와, 본체(360)가 끼워지는 끼움 구멍(371)을 포함하는 본체 지지부(370)와, 본체(360)에 끼워진 캡(380)을 포함한다.

본체 지지부(370)는 끼움 구멍을 형성하고 도18에서 도시된 외측 평면도에서 타원 형상을 갖는 내측 실린더(372)와, 내측 실린더(372)와 동심으로 축방향으로 배치되고 내측 실린더(372) 둘레에서 냉각제 유로(R1)를 형성하는 외측 실린더(373)와, 내측 실린더(372)와 외측 실린더(373) 사이의 냉각제 유로(R1)의 상단부를 폐쇄하는 환상 상부판(375)과, 내측 실린더(372)와 외측 실린더(373) 사이의 냉각제 유로(R1)의 하단부를 폐쇄하고 공급관 삽입부(323)에 볼트 체결되는 환상 하부판(376)과, 내측 실린더(372)와 외측 실린더(373) 사이에 마련된 냉각제 유로(R1)를 구획하는 도18에 도시된 바와 같은 구획판(377)과, 얼음물 등의 냉각제가 냉각제 유로(R1)로 도입되는 냉각제 입구(378)와, 상기 얼음물이 배출되고 구획판(377)의 어느 한 쪽에서 외측 실린더(373)에 마련된 냉각제 출구(379)를 포함한다.

더욱이, 본 실시예에 의하면, 챔버(306)의 덮개 부분(322)은 도17에 도시된 바와 같이 내부에서 냉각제 유로(R2)를 갖는 이중판 구조이며, 냉각제 유로(R2)는 공급관 삽입부(323)의 공급관 입구 구멍(323a) 둘레에서 냉각제를 순환시키기 위해 형성된다. 공급관 삽입부(323)의 상부면(323b)은 끼움 구멍(371)보다 내측으로 더욱 돌출하여서, 끼움 구멍(371) 내에 끼워진 본체(360)는 상부면(323b)에 의해 지지된다.

본체(360)는 본체의 하나의 모서리를 향해(즉, 도15의 좌측 모서리를 향해) 위치되고 본체를 상부로부터 바닥으로 통과하는 결합 구멍(361)을 포함한다. 결합 구멍(360)은 도16에 도시된 바와 같이 평면도에서 원형이다. 도15에 도시된 바와 같이, 결합 구멍(361)의 구멍벽의 하부 부분(361a)은 직경이 더 작으며, 따라서 생성된 테이퍼 부분의 상부 모서리에 결합면(361b)이 마련된다. 도14에 도시된 바와 같이, 내부관(308c)의 상부 부분(308b)은 결합 구멍(361) 내로 삽입되어 끼워지며, 상부 부분(308b)의 결합면(308c)은 결합 구멍(361)의 구멍벽의 결합면(361a) 상에 장착되게 되어서 정지 결합된다.

더구나, 도15에 도시된 바와 같이, 본체(360)는 본체의 다른 모서리를 향해(즉, 도15의 우측 모서리를 향해) 위치되고 본체를 상부로부터 바닥으로 통과하는 삽입 구멍(362)을 포함한다. 상기 삽입 구멍(362)은 도16에 도시된 바와 같이 평면도에서 원형이며 내부관(308)의 상부 부분(308b)의 외부면보다 직경이 더 커서, 상부 부분(308b)이 바닥으로부터 삽입 구멍(362)으로 삽입되어 상부를 통해 돌출하도록 한다. 더욱이, 삽입 구멍(362)의 구멍벽의 상부 모서리는 원형 만입부를 포함한다.

게다가, 본체(360)는 삽입 구멍(362)과 결합 구멍(361)을 상부로부터 바닥으로(즉, 도16에서 종이면에 대해 직각인 방향으로) 연결하는 연결 구멍(363)을 포함한다. 상기 연결 구멍(363)의 폭(D)은 도14의 내부관(308)의 상부 부분(308b)의 외부면보다 좁지만, 상부 부분(308b) 바로 아래에 있는 내부관(308)의 중간 부분(308d)의 외부면보다는 넓다.

캡(380)은 삽입 구멍(362) 내에 끼워지는 원통형 부분(381)과, 원통형 부분(381)의 상단부에 고정되고 외측 모서리가 만입부(362a) 내로 끼워지는 원형 판 부분(382)을 포함한다.

단결정 인상 장치(300)는 전술한 구성을 포함하여서 원료 공급관(307)의 내부관(308)을 챔버(306) 내부에 위치시켜 설치하도록 하며, 내부관(308)의 상부 부분(308b)은 도14에 도시된 바와 같이 덮개 부분(322)의 공급관 삽입부(323)에 끼워진 공급관 정지기(350)의 본체(360)의 삽입 구멍(362)을 통과하고, 내부관(308)의 상부 부분(308b)은 본체(36) 내로 상방으로 가압된다. 이렇게 할 때, 상부 부분(308b)의 바로 아래에 놓이고 직경이 좁은 내부관(308)의 중간 부분(308d)은 삽입 구멍(362) 내에 위치된다. 상기 중간 부분(308d)은 상부 부분(308b)보다 직경이 작아서 연결 구멍(363)을 통해 전후로 활주할 수 있다. 이때, 내부관(308)은 연결 구멍(363)을 통해 결합 구멍(361)으로 수평으로 이동되고 나서, 내부관(308)이 하강되며, 따라서 내부관(308)의 상부 부분(308b)이 결합 구멍(361)으로 끼워지고, 상부 부분(308b)의 외부면의 결합면(308c)이 결합 구멍(361)의 결합면(361b) 상에 장착되어 결합된다. 그리고 나서, 캡(380)이 현재 비어 있는 삽입 구멍(362)으로 끼워져, 내부관(308)이 삽입 구멍(362) 내로 다시 이동하는 것을 방지한다. 이러한 방식으로, 내부관(308)이 설치될 수 있다. 그리고 나서, 덮개 부분(322)은 폐쇄되고, 내부관(308)은 안내체(231)(도22 참조) 내로 삽입되어서, 챔버(306)의 (도면에 도시 안된) 주 용기 내부에 위치된다. 결국, 본 실시예는 결합 구멍(228)을 형성하기 위하여 도23 및 도24와 같은 현재의 구성에서 요구되는 2편의 분할 금형(226, 227)을 끼우고 나서 폐쇄된 금형을 분할 금형 지지부(229)의 끼움 구멍(229a)으로 끼우는 귀찮고 복잡한 업무를 제거할 수 있어서, 내부관(308)의 설치가 간단하고 신속하게 완성될 수 있다.

더욱이, 도14에 도시된 바와 같이, 본체(360)는 상방으로 이동될 수 있고 본체 지지부(370)의 끼움 구멍(371)으로부터 자유롭게 제거될 수 있으므로, 이때 다른 공정은 본체(360)를 제거하는 단계와, 내부관(308)의 상부 부분(308b)을 끼움 구멍(371)을 통과시켜 상부 부분을 본체 지지부(370) 내로 상방으로 가압하는 단계를 포함하며, 상기 가압 단계는 본체(360)의 삽입 구멍(362)을 내부관(308)의 상부 부분(308b) 위로 끼우는 단계와, 내부관을 연결 구멍(363)을 통해 결합 구멍(361) 내로 이동시키는 단계와, 본체(360)를 내부관(308)의 상부 부분(308b)과 함께 본체 지지부(370)의 끼움 구멍(371) 내로 끼우는 단계를 포함한다.

도22에 도시된 이중 도가니(103)가 직경이 훨씬 큰 다른 도가니로 교체된 경우에 있어서, 안내체(231)의 위치를 축(CT)으로부터 멀리 이동된 위치로 변경함으로써, 내부관(308)의 하단부의 위치는 후술하는 바와 같이 교체된 이중 도가니(도22 참조)를 수용하도록 축(CT)으로부터 멀리 쉽게 이동될 수 있다. 즉, 먼저, 도14의 본체(360)는 본체 지지부(370)의 끼움 구멍(371)으로부터 상방으로 이동되어 제거되며, 본체(360)는 수평면 내에서 180°회전된다. 본체(360)는 타원형이기 때문에, 수평면 내에서의 본체의 180°만큼의 회전은 외관에서는 변화가 없다. 결국, 본체는 이러한 회전 상태에서 끼움 구멍(371) 내로 다시 끼워질 수 있다. 이렇게 함으로써, 본체(360)의 결합 구멍(361)은 전술한 축(CT)으로부터 더욱 먼 위치로 이동하며, 내부관(308)의 상부 부분(308b)이 결합 구멍(361)에 끼워져 결합된다면, 내부관(308)의 위치는 축(CT)으로부터 더욱 떨어진 위치로 매우 간단하게 이동된다. 더욱이, 내부관(308)의 위치를 축(CT)에 더욱 근접시키는 반대 작동도 간단하게 실행될 수 있다. 결국, 내부관(308)은 현재의 구성에서보다 훨씬 더 먼 가장 적당한 위치에 배치되어 설치될 수 있어서, 이중 도가니(103)(도22 참조)의 교체가 용이하게 완성될 수 있다.

더구나, 반도체 단결정(Sc3)의 성장 동안에, 얼음물은 도18에 도시된 본체 지지부(370)의 냉각제 입구(378) 내로 주입되어, 끼움 구멍(371)을 둘러싸는 냉각제 유로(R1) 둘레에서 순환하고 나서 냉각제 출구(379)로부터 빠져나간다. 이러한 얼음물은 내부관(308)의 상부 부분(308b)의 과열을 방지하며, 내부관의 상부 부분은 도14에 도시된 바와 같이 끼움 구멍(371)에 끼워진 본체를 통과하고, 본체(360)의 결합 구멍(361) 내에 끼워져 결합된다. 결국, 내부관(308)의 열화가 방지될 수 있고, 내부관의 가용 수명이 연장된다. 더욱이, 얼음물을 덮개 부분(322) 및 공급관 삽입부(323)의 냉각제 유로(R2)를 통과시킴으로써, 덮개 부분(322) 및 공급관 삽입부(323)의 과열을 방지할 수 있어서, 덮개 부분(322) 및 공급관 삽입부(323)의 열화를 방지하여 이들의 가용 수명을 연장시킨다.

제8 실시예에서, 본체(360) 및 본체 지지부(370)가 자유롭게 분리될 수 있는 공급관 정지기(350)가 공급관 정지부로서 설비된다. 그러나, 본 발명은 단일체로 합체되고 덮개 부분(322)의 공급관 삽입부(323)로도 합체된 본체(360) 및 본체 지지부(370)를 공급관 정지기(350)가 구비하는 실시예도 포함한다.

더욱이, 본체(360) 및 끼움 구멍(371)의 외부 평면도가 모두 원형인 구성이 채용된다면, 본체(360)는 끼움 구멍(371)에 대하여 자유롭게 회전될 수 있어서, 본체(360)의 결합 구멍(361)의 위치는 이중 도가니(103)(도22 참조)의 중심으로부터 도가니의 모서리 외측으로 연속적으로 조절 및 이동될 수 있다. 구멍의 위치가 조절 거리의 외측에 있는 경우에, 결합 부분(218a)이 공급 부분(218b)의 축으로부터 오프셋된, 도26에 도시된 것과 같은 내부관이 사용될 수 있다.

전술한 제6 실시예, 제7 실시예 및 제8 실시예에서, 원료 공급관 내부의 (도면에서 도시되지 않은) 격벽판의 구성은 제1 실시예의 구성과 동일하다. 더구나, 원료 공급관의 하단부의 경사부의 구조는 앞의 5개의 실시예에 대해 설명된 것과 동일하다.

도1은 본 발명의 단결정 인상 장치의 제1 실시예의 이중 도가니 및 원료 공급관의 사시도.

도2는 도1의 측단면도.

도3은 도1의 평면도.

도4A는 제1 실시예의 원료 공급관의 종단면도.

도4B는 도4A의 대응 단면도.

도5A는 도4A 및 도4B에 도시된 원료 공급관의 하부 부분의 확대도.

도5B는 도4B에 도시된 격벽판의 확대도.

도5C는 도4A 및 도4B에 도시된 원료 공급관의 횡단면도.

도6은 도5A에 도시된 원료 공급관의 수정예의 하부 부분의 확대도.

도7은 원료 공급관이 경사부를 포함하지 않는 상태를 나타내는 도3과 유사한 평면도.

도8A는 본 발명의 제2 실시예의 원료 공급관의 주요 요소의 사시도.

도8B는 제2 실시예의 수정예를 도시하는 개략도.

도9는 본 발명의 제3 실시예의 이중 도가니의 측단면도.

도10은 본 발명의 제4 실시예의 이중 도가니의 사시도.

도11은 본 발명의 제5 실시예의 이중 도가니의 측단면도.

도12는 본 발명의 단결정 인상 장치의 제6 실시예를 도시하는 개략도.

도13은 본 발명의 단결정 인상 장치의 제7 실시예를 도시하는 개략도.

도14는 본 발명의 단결정 인상 장치의 제8 실시예의 공급관 정지부(공급관 정지기)의 일례의 정단면도.

도15는 도14의 공급관 정지부의 본체의 정단면도.

도16은 도15의 본체의 평면도.

도17은 도14의 공급관 정지부의 본체 지지부의 측단면도.

도18은 도17의 본체 지지부의 평면도.

도19는 현재 사용되는 단결정 인상 장치의 주요 특징부를 도시하는 개략도.

도20A는 도19에 도시된 원료 공급관의 종단면도.

도20B는 도19에 도시된 원료 공급관의 횡단면도.

도21은 현재 채용되는 원료 공급관을 포함하는 단결정 인상 장치의 전체를 도시하는 개략도.

도22는 현재 채용되는 공급관 정지부를 포함하는 단결정 인상 장치를 도시하는 개략도.

도23은 도22의 공급관 정지부의 일례를 도시하는 개략도.

도24는 도23의 공급관 정지부를 위한 분할 금형의 평면도.

도25는 원료 공급관의 내부관의 일례를 도시하는 측면도.

도26은 원료 공급관의 내부관의 다른 예를 도시하는 정면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

3 : 이중 도가니

5 : 원료 공급관

7 : 연통 구멍

8 : 원료

11 : 외부 도가니

12 : 내부 도가니

13 : 경사부

21 : 반도체 용융물

26a, 26b : 격벽판

54 : 지지 부재

57 : 절곡부

Claims

기밀 용기와,

반도체 용융물을 보유하는 상기 기밀 용기 내의 도가니와,

상기 기밀 용기의 상부 부분으로부터 현수되고 그 하부 개구가 입상 원료를 도가니 내에 보유된 반도체 용융물로 첨가하도록 위치되는 원료 공급관과,

상기 원료 공급관의 상기 하부 개구로부터 빠져나온 상기 원료가 상기 도가니의 측벽 부근의 반도체 용융물로 낙하하도록 상기 원료 공급관의 하부 부분에 마련된 경사부를 포함하고,

상기 도가니는 서로 연통된 외부 도가니와 내부 도가니를 포함하며, 상기 원료 공급관은 상기 하부 개구로부터 빠져나온 상기 원료를 상기 외부 도가니와 상기 내부 도가니 사이에 있고 상기 외부 도가니의 측벽 부근에 있는 반도체 용융물로 도입하고,

상기 원료 공급관은 상기 원료 공급관의 횡단면의 길이가 보다 긴 2개의 측벽이 상기 내부 도가니와 상기 외부 도가니 각각을 대면하도록 위치되며, 복수개의 격벽판은 상기 원료의 낙하 중에 상기 원료와 충돌하여 낙하 속도를 감속시키도록 횡단면의 길이가 보다 짧은 2개의 변에 대응하는 2개의 내측벽에 하향으로 교대로 설비되고,

상기 경사부는 상기 원료 공급관으로부터 낙하하는 원료에 수평 성분의 힘을 인가하여 상기 반도체 용융물의 표면 위에서 원료를 산포시키는 원료 산포 수단으로서 작용하고,

상기 경사부는 이중 도가니의 회전 방향으로 경사져 있는 단결정 인상 장치.
제1항에 있어서, 상기 경사부는 상기 내부 도가니 쪽에서 상기 원료 공급관의 하단부에 경사져 마련된 것을 특징으로 하는 단결정 인상 장치.
제1항에 있어서, 상기 원료 공급관은 상기 원료 공급관의 횡단면의 길이가 긴 측벽이 상기 내부 도가니와 상기 외부 도가니 각각을 대면하도록 위치된 것을 특징으로 하는 단결정 인상 장치.
제1항에 있어서, 상기 원료 산포 수단은 상기 원료 공급관의 하단부 개구 아래에 마련되어 상기 하단부 개구로부터 빠져 나오는 원료를 포집하는 포집판이며, 원료가 상기 포집판의 모서리 외부로 낙하하도록 상기 원료 공급관의 하단부와 상기 포집판 사이에 공간이 유지되는 것을 특징으로 하는 단결정 인상 장치.
제4항에 있어서, 상기 포집판은 상기 원료 공급관의 팁 단부에 마련된 지주에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 단결정 인상 장치.
제4항에 있어서, 상기 포집판은 상기 원료 공급관의 팁 단부에 마련된 지주에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 단결정 인상 장치.
제4항에 있어서, 상기 포집판은 상기 원료 공급관과 별개로 마련된 지지 부재에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 단결정 인상 장치.
제4항에 있어서, 상기 포집판은 상기 원료 공급관과 별개로 마련된 지지 부재에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 단결정 인상 장치.
제1항에 있어서, 상기 원료 산포 수단은 수평을 향해 관을 절곡시킴으로써 형성되어 상기 원료 공급관의 하단부에 마련된 절곡부이며, 상기 절곡부의 단부 개구는 이중 도가니가 회전하는 방향으로 대면한 것을 특징으로 하는 단결정 인상 장치.
제1항에 있어서, 상기 원료 산포 수단은 상기 외부 도가니의 외측벽의 상부 모서리에 마련되어 상기 도가니를 향해 하방으로 경사진 경사벽이며, 상기 원료 공급관의 하단부 개구는 상기 경사벽 위에 위치된 것을 특징으로 하는 단결정 인상 장치.
제1항에 있어서, 상기 원료를 저장하고 상기 원료를 상기 원료 공급관으로 공급하는 저장 공급기가 마련되고, 상기 원료 공급관은 가요성 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 인상 장치.
제1항에 있어서, 상기 원료 공급관은 자유롭게 절곡될 수 있는 절곡 가능 부분을 구비하는 것을 특징으로 하는 단결정 인상 장치.
제1항에 있어서, 상기 원료 공급관은 상기 기밀 용기의 덮개 부분을 통과하고, 상기 원료 공급관은 상기 기밀 용기 내부에 위치되어 상부 큰 직경 부분의 외부면의 하단부에서 결합면과 고정 결합되는 내부관을 구비하며, 상기 기밀 용기의 상기 덮개 부분에는 상기 내부관의 삽입을 위한 공급관 삽입부가 형성되고, 상기 공급관 삽입부는 상기 내부관이 삽입되어서 고정 결합되는 결합 구멍을 구비하며, 상기 결합 구멍의 구멍벽에는 상향 결합면에 의해 형성된 공급관 정지부가 마련되고, 공급관 정지부에는 상기 내부관의 상단부 부분을 삽입하도록 상기 결합 구멍에 인접하여 위치된 삽입 구멍과, 상기 삽입 구멍으로부터 상기 결합 구멍으로 상기 내부관을 통과시키도록 상기 삽입 구멍과 상기 결합 구멍 사이에 위치된 연결 구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 단결정 인상 장치.
제13항에 있어서, 상기 공급관 정지부는 상기 결합 구멍, 상기 삽입 구멍 및 상기 연결 구멍을 갖는 본체와, 상기 본체와 결합하여 상기 본체를 지지하는 본체 지지부를 포함하며, 상기 본체 및 상기 본체 지지부는 상기 본체가 상기 본체 지지부에 대하여 2 이상의 형태로 상기 결합 구멍의 위치에 따라 설비될 수 있게 하는 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 단결정 인상 장치.
제13항에 있어서, 상기 공급관 정지부에는 냉각제의 유동을 위한 냉각제 유로가 형성된 것을 특징으로 하는 단결정 인상 장치.
제14항에 있어서, 상기 공급관 정지부에는 냉각제의 유동을 위한 냉각제 유로가 형성된 것을 특징으로 하는 단결정 인상 장치.