KR100558156B1 - 실리콘 단결정의 육성 방법 - Google Patents

실리콘 단결정의 육성 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100558156B1
KR100558156B1 KR1020030076610A KR20030076610A KR100558156B1 KR 100558156 B1 KR100558156 B1 KR 100558156B1 KR 1020030076610 A KR1020030076610 A KR 1020030076610A KR 20030076610 A KR20030076610 A KR 20030076610A KR 100558156 B1 KR100558156 B1 KR 100558156B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
single crystal
silicon single
silicon
crystal rod
inert gas
Prior art date
Application number
KR1020030076610A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20050041438A (ko
Inventor
스즈키요지
후루야히사시
아베히데노부
하라다카즈히로
Original Assignee
가부시키가이샤 섬코
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 섬코 filed Critical 가부시키가이샤 섬코
Priority to KR1020030076610A priority Critical patent/KR100558156B1/ko
Publication of KR20050041438A publication Critical patent/KR20050041438A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100558156B1 publication Critical patent/KR100558156B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/20—Controlling or regulating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/30—Mechanisms for rotating or moving either the melt or the crystal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon

Abstract

본 발명의 과제는 무결함이며 고품질인 실리콘 단결정봉의 생산성을 종래보다 향상시키는 것이다. 열차폐 부재(36)의 내부에 불활성 가스를 흘러내리게 하면서 열차폐 부재(36)의 중앙에 수직 하강되어 실리콘 융액(12)에 접촉시킨 종결정(24)을 인상하여 종결정(24)의 하부에 실리콘 단결정봉(25)을 육성시킨다. 열차폐 부재(36)는 하단부가 실리콘 융액(12) 표면으로부터 간격을 두고 상방에 위치하고 또한 실리콘 단결정봉(25)의 외주면을 포위하는 통부(37)와, 통부(37)의 하부에 통 내의 방향으로 팽출하여 설치된 팽출부(41)를 구비하고, 팽출부(41)와 실리콘 단결정봉(25) 사이를 흘러내리는 불활성 가스의 유속 지표(S)를 2.4 내지 5.0 m/s로 하여 종결정(25)을 인상한다. 팽출부(41)와 실리콘 단결정봉(25) 사이의 간극(W)이 10 ㎜ 내지 35 ㎜이며, 불활성 가스의 유량은 70 리터/분 이상이고, 그 유량과 챔버(11) 내의 압력과의 비가 0.017 내지 0.040 리터/분·Pa 이다.
실리콘, 단결정봉, 열차폐 부재, 종결정, 불활성 가스, 챔버

Description

실리콘 단결정의 육성 방법 {SILICON SINGLE CRYSTAL GROWING METHOD}
도1은 본 발명의 방법에 사용하는 실리콘 단결정 인상 장치의 단면 구성도.
도2는 그 장치의 열차폐 부재를 도시하는 도1의 A부 확대 단면도.
도3은 실시예에 있어서의 가스 유량에 대한 인상 속도 및 속도의 차를 나타내는 도면.
도4는 실시예에 있어서의 가스 유속에 대한 인상 속도 및 속도의 차를 나타내는 도면.
도5는 실시예에 있어서의 가스 유량과 압력의 비에 대한 인상 속도 및 속도의 차를 나타내는 도면.
도6은 보론코프의 이론에 기초한 V/G비가 임계점 이상에서는 빈구멍형 점결함 농도가 우세한 잉곳이 형성되고, V/G비가 임계점 이하에서는 격자간 실리콘형 점결함 농도가 우세한 잉곳이 형성되는 것을 나타내는 도면.
도7은 그 실리콘 단결정봉을 소정의 변량(變量) 인상 속도로 인상하였을 때의 단결정봉 내의 격자간 실리콘 및 빈구멍의 분포를 도시하는 설명도.
도8은 종래의 일반적인 인상 장치를 도시하는 도2에 대응하는 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 실리콘 단결정 인상 장치
12 : 실리콘 융액
13 : 석영 도가니
18 : 히터
24 : 종결정
25 : 실리콘 단결정봉
36 : 열차폐 부재
37 : 통부
41 : 팽출부
본 발명은, 인상되는 실리콘 단결정봉과 그 외주위면을 포위하는 열차폐 부재 사이에 불활성 가스를 흘러내리게 하면서 실리콘 융액으로부터 실리콘 단결정봉을 인상하는 실리콘 단결정의 육성 방법에 관한 것이다.
종래, 이러한 종류의 장치로서, 도8에 도시한 바와 같이 챔버(1) 내에 실리콘 융액(2)이 저장된 석영 도가니(3)가 수용되어 실리콘 단결정봉(5)의 외주면과 석영 도가니(3)의 내주면 사이에 실리콘 단결정봉(5)을 둘러싸도록 열차폐 부재(6)가 삽입되고, 또한 열차폐 부재(6)의 상단부가 외측으로 대략 수평 방향으로 돌출된 것이 알려져 있다. 이 장치에서는, 열차폐 부재(6)는 하측 방향에 따라서 직경이 작아지는 통형으로 형성되고, 그 하단부는 실리콘 융액(2) 표면 근방까지 연장 된다. 또한 열차폐 부재(6)의 상단부는 보온통(9)의 상단부에 설치되고, 이 열차폐 부재(6)에 의해 히터(8)로부터 실리콘 단결정봉(5)으로 조사되는 복사열이 차단된다. 또한 챔버(1)에 접속된 가스 급배(給排) 수단(도시하지 않음)에 의해 챔버(1) 내에 불활성 가스를 공급하면, 이 불활성 가스는 이점쇄선 화살표로 나타낸 바와 같이 실리콘 단결정봉(5)의 외주면에 따라서 흘러내려 열차폐 부재(6) 하단부 및 실리콘 융액(2) 표면의 간극을 통해 석영 도가니(3) 밖으로 배출되게 되어 있다.
이와 같이 구성된 장치를 이용한 실리콘 단결정의 육성 방법으로서, 쵸크랄스키법(이하, CZ법이라 함)에 의해 인상하는 방법이 알려져 있다. 이 CZ법은 석영 도가니에 저장된 실리콘 융액에 종결정을 접촉시키고, 석영 도가니 및 종결정을 회전시키면서 종결정(種結晶)을 인상함으로써 원주형의 실리콘 단결정봉을 종결정의 하부에 육성시키는 방법이다.
한편, 이와 같은 실리콘 단결정봉으로부터 얻을 수 있는 웨이퍼를 사용한 반도체 집적 회로를 제조하는 공정에 있어서의 수율을 저하시키는 원인으로서, 웨이퍼에 기인한 결함이 있다. 이 결함에는 산화 유기 적층 결함(Oxidation Induced Stacking Fault, 이하, OSF라 함)의 핵이 되는 산소 석출물의 미소 결함이나, 결정에 기인한 파티클(Crystal Originated Particle, 이하, COP라 함)이나, 혹은 침입형 전위(Interstitial-type Large Dislocation, 이하, L/D라 함)를 들 수 있다. OSF는 결정 성장시에 그 핵이 되는 미소 결함이 도입되어, 반도체 장치(device)를 제조할 때의 열산화 공정 등에서 현저히 나타나, 제작한 반도체 장치의 리크(leak) 전류의 증가 등의 불량 원인이 된다. 또한 COP는 경면 연마 후의 실리콘 웨이퍼를 암모니아와 과산화 수소의 혼합액으로 세정하였을 때에 웨이퍼 표면에 출현하는 결정에 기인한 피트(pit)이다. 이 웨이퍼를 파티클 카운터로 측정하면 이 피트도 본래의 파티클과 함께 광산란 결함으로서 검출된다.
이 C0P는 전기적 특성, 예를 들어 산화막의 시간이 지남에 따른 절연 파괴 특성(Time Dependent dielectric Breakdom, TDDB), 산화막 내압 특성(Time Zero Dielectric Breakdown, TZDB) 등을 열화시키는 원인이 된다. 또한 COP가 웨이퍼 표면에 존재하면 장치의 배선 공정에 있어서 단차를 발생시켜 단선의 원인이 될 수 있다. 그리고 소자 분리 부분에 있어서도 리크 등의 원인이 되어 제품의 수율을 낮게 한다. 또한 L/D는 전위 클러스터라고도 불리우거나, 혹은 이 결함이 생긴 실리콘 웨이퍼를, 불산을 주성분으로 하는 선택 에칭액에 침지하면 피트가 발생하므로 전위 피트라고도 불리운다, 이 L/D도 전기적 특성, 예를 들어 리크 특성, 아이솔레이션(isolation) 특성 등을 열화시키는 원인이 된다. 이 결과, 반도체 집적 회로를 제조하기 위해 이용되는 실리콘 웨이퍼로부터 OSF, COP 및 L/D를 감소시키는 것이 필요하다.
이 OSF, COP 및 L/D를 갖고 있지 않은 무결함의 실리콘 웨이퍼를 잘라내기 위해 보론코프의 이론을 이용한 실리콘 단결정봉의 제조 방법이 미국 특허 번호 6045610호에 대응하는 일본 특허 공개 공보 평11-1393호에 개시되어 있다. 보론코프의 이론은 결함의 수가 적은 고순도 단결정봉을 성장시키기 위해, 단결정봉의 인상 속도를 V(㎜/분), 단결정봉과 실리콘 융액의 경계면 근방의 단결정봉 중의 온도 구배를 G(℃/㎜)라 할 때에 V/G(㎟/분℃)를 제어하는 것이다. 이 이론에서는, 도6에 도시한 바와 같이 V/G를 횡축에 취하고, 빈구멍(vacancy)형 점결함(point defect) 농도와 격자간 실리콘(interstitial silicon)형 점결함 농도를 동일한 종축에 취하고, V/G와 점결함 농도와의 관계를 도식적으로 표현하여 빈구멍 영역과 격자간 실리콘 영역의 경계가 V/G에 의해 결정되는 것을 설명하고 있다. 보다 상세하게는, V/G비가 임계점 이상에서는 빈구멍형 점결함 농도가 우세한 단결정봉이 형성되는 반면, V/G비가 임계점 이하에서는 격자간 실리콘형 점결함 농도가 우세한 단결정봉이 형성된다. 도6에 있어서, [I]는 격자간 실리콘형 점결함이 지배적이며 격자간 실리콘형 점결함의 응집체가 존재하는 영역[(V/G)1 이하]을 나타내고, [V]는 단결정봉 내에서의 빈구멍형 점결함이 지배적이며 빈구멍형 점결함의 응집체가 존재하는 영역[(V/G)2 이상]을 나타내고, [P]는 빈구멍형 점결함의 응집체 및 격자간 실리콘형 점결함의 응집체가 존재하지 않는 퍼펙트 영역[(V/G)1 내지 (V/G)2]을 나타낸다. 영역[P]에 인접하는 영역[V]에는 이 부분으로 이루어지는 웨이퍼를 열산화 처리하였을 때에 링형의 OSF를 형성하는 영역[(V/G)2 내지 (V/G)3]이 존재한다.
즉, 보론코프의 이론에서는 실리콘 단결정의 단결정봉을 빠른 속도로 인상하면 단결정봉 내부에 빈구멍형 점결함의 응집체가 지배적으로 존재하는 영역[V]이 형성되고, 단결정봉을 느린 속도로 인상하면 단결정봉 내부에 격자간 실리콘형 점결함의 응집체가 지배적으로 존재하는 영역[I]이 형성된다. 이로 인해 상기 제조 방법에서는 단결정봉을 가장 적절한 인상 속도로 인상함으로써, 상기 점결함의 응 집체가 존재하지 않는 퍼펙트 영역[P]으로 이루어지는 실리콘 단결정을 제조할 수 있게 되어 있다.
그러나, 마그네트 인가가 없는 CZ법에 있어서, 퍼펙트 영역[P]으로 이루어지는 실리콘 단결정봉을 인상하는 속도를 더욱 상승시켜 그 생산성을 향상시키기 위해서는 한계가 있었다. 또한, 실리콘 융액으로부터 인상되는 실리콘 단결정봉보다도 상방에 위치하는 부재로부터 불순물이 발생하는 경우가 있고, 이 불순물이 불활성 가스에 혼입하여 실리콘 단결정봉의 외주면까지 반송되고, 이 불순물에 의해 실리콘 단결정봉이 오염되는 것을 회피할 필요도 있다.
본 발명의 목적은 무결함이며 고품질인 실리콘 단결정봉의 생산성을 종래보다 향상시킬 수 있는 실리콘 단결정의 육성 방법을 제공하는 데 있다.
청구항 1에 관한 발명은, 도1에 도시한 바와 같이 챔버(11)의 상부로부터 챔버(11)의 내부에 불활성 가스를 공급하고, 열차폐 부재(36)의 내부에 불활성 가스를 흘러내리게 하면서 열차폐 부재(36)의 중앙에 수직 하강되어 석영 도가니(13)에 저장된 실리콘 융액(12)에 접촉시킨 종결정(24)을 인상하여 종결정(24)의 하부에 실리콘 단결정봉(25)을 육성시키는 실리콘 단결정의 육성 방법의 개량이다.
그 특징인 점은, 열차폐 부재(36)는 하단부가 실리콘 융액(12) 표면으로부터 간격을 두고 상방에 위치하고 또한 실리콘 단결정봉(25)의 외주면을 포위하는 통부(37)와, 통부(37)의 하부에 통 내의 방향으로 팽출하여 설치된 팽출부(41)를 구비하고, 팽출부(41)와 실리콘 단결정봉(25) 사이를 흘러내리는 하기의 수식 1에서 구해지는 불활성 가스의 유속 지표(S)를 2.4 내지 5.0 m/s로 하여 종결정(25)을 인상하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 육성 방법이다.
(수식 1)
S ＝ (Po/E) × F/A
여기서, Po는 챔버(11)의 외부에 있어서의 대기 압력(Pa)이고, E는 챔버(11)의 내부 압력(Pa)이고, F는 챔버(11)에 공급되는 실온 상태의 불활성 가스의 압력(Po)에 있어서의 유량(㎥/s)이고, A는 팽출부(41)와 실리콘 단결정봉(25) 사이에 있어서의 단면적(㎡)이다.
팽출부(41)와 실리콘 단결정봉(25) 사이를 흘러내리는 불활성 가스의 유속 지표(S)를 2.4 내지 5.0 m/s로 하면, OSF 발생 영역과 Pv 영역의 경계에 있어서의 속도(V2), 즉 Pv 영역과의 경계에 있어서의 속도인 무결함 영역의 최대 속도(이하, 이 속도를 V2라 함)가 빠른 것을 알 수 있었다. 따라서, 이 청구항 1에 기재된 실리콘 단결정 인상 방법에서는 불활성 가스에 의한 결정 냉각 효과, 또는 융액 냉각에 의한 대류를 변화시키는 효과 등에 의해 결정축 방향 온도 구배(G)가 커지게 되어, 보론코프의 이론에 의해 단결정봉(25)의 인상 속도, V(㎜/분)를 종래보다 상승시킬 수 있다.
청구항 2에 관한 발명은, 청구항 1에 관한 발명이며, 팽출부(41)와 실리콘 단결정봉(25) 사이의 간극(W)이 10 ㎜ 내지 35 ㎜이며, F/E가 O.017 내지 0.040 리 터/분·Pa인 실리콘 단결정의 육성 방법이다.
이 청구항 2에 기재된 실리콘 단결정 인상 방법에서, 결정축 방향 온도 구배(G)가 커지고, 보론코프의 이론에 의해 단결정봉(25)의 인상 속도, V(㎜/분)를 종래보다 상승시킬 수 있어 그 생산성을 종래보다 향상시킬 수 있다. 간극(W)이 10 ㎜ 미만이면 팽출부(41)가 실리콘 단결정봉(25)에 접촉될 우려가 있고, F/E가 0.017 리터/분·Pa 미만이면 실리콘 단결정봉(25)이 [P] 영역이 되기 어렵고, F/E가 0.040 리터/분·Pa를 넘으면 실리콘 단결정봉(25)에 전위(轉位)가 발생될 우려가 있다. 여기서, 바람직한 간극(W)은 15 ㎜ 내지 25 ㎜이며, 바람직한 F/E는 0.025 내지 0.035 리터/분·Pa이다.
청구항 3에 관한 발명은 청구항 1 또는 청구항 2에 관한 발명이며, 유량(F)이 70 리터/분 이상인 실리콘 단결정의 육성 방법이다.
이 청구항 3에 기재된 실리콘 단결정 인상 방법에서도 결정축 방향 온도 구배(G)가 커져 단결정봉(25)의 인상 속도, V(㎜/분)를 종래보다 상승시킬 수 있고, 그 생산성을 종래보다 향상시킬 수 있다. 유량(F)이 70 리터/분 미만이면 실리콘 단결정봉(25)이 [P]영역이 되기 어렵다.
(발명의 실시 형태)
다음에 본 발명의 실시 형태를, 도면을 기초로 하여 설명한다.
도1에 본 발명의 방법에 사용하는 실리콘 단결정의 육성 장치(10)를 도시한다. 이 실리콘 단결정의 육성 장치(10)의 챔버(11) 내에는 실리콘 융액(12)을 저장하는 석영 도가니(13)가 설치되고, 이 석영 도가니(13)의 외면은 흑연 서셉터(14)에 의해 피복된다. 석영 도가니(13)의 하면은 상기 흑연 서셉터(14)를 거쳐서 지지축(16)의 상단부에 고정되고, 이 지지축(16)의 하부는 도가니 구동 수단(17)에 접속된다. 도가니 구동 수단(17)은 도시하지 않지만 석영 도가니(13)를 회전시키는 제1 회전용 모터와, 석영 도가니(13)를 승강시키는 승강용 모터를 갖고, 이들 모터에 의해 석영 도가니(13)를 소정의 방향으로 회전시킬 수 있는 동시에, 상하 방향으로 이동 가능하게 되어 있다. 석영 도가니(13)의 외주면은 석영 도가니(13)로부터 소정의 간격을 두고 히터(18)에 의해 포위되고, 이 히터(18)는 보온통(19)에 의해 포위된다. 히터(18)는 석영 도가니(13)에 투입된 고순도의 실리콘 다결정체를 가열 및 융해하여 실리콘 융액(12)으로 한다.
또한 챔버(11)의 상단부에는 원통형의 케이싱(21)이 접속된다. 이 케이싱(21)에는 인상 수단(22)이 마련된다. 인상 수단(22)은 케이싱(21)의 상단부에 수평 상태로 선회 가능하게 설치된 인상 헤드(도시하지 않음)와, 이 헤드를 회전시키는 제2 회전용 모터(도시하지 않음)와, 헤드로부터 석영 도가니(13)의 회전 중심을 향해 수직 하강된 와이어 케이블(23)과, 상기 헤드 내에 설치되어 와이어 케이블(23)을 권취(卷取) 또는 조출(繰出)하는 인상용 모터(도시하지 않음)를 갖는다. 와이어 케이블(23)의 하단부에는 실리콘 융액(12)에 침지하여 실리콘 단결정봉(25)을 인상하기 위한 종결정(24)이 부착된다.
또한 챔버(11)에는 이 챔버(11)의 실리콘 단결정봉측에 불활성 가스를 공급하고 또한 상기 불활성 가스를 챔버(11)의 도가니 내주면측으로부터 배출하는 가스 급배 수단(28)이 접속된다. 가스 급배 수단(28)은 일단부가 케이싱(21)의 주벽에 접속되고 타단부가 상기 불활성 가스를 저장하는 탱크(도시하지 않음)에 접속된 공급 파이프(29)와, 일단부가 챔버(11)의 하벽에 접속되고 타단부가 진공 펌프(도시하지 않음)에 접속된 배출 파이프(30)를 갖는다. 공급 파이프(29) 및 배출 파이프(30)에는 이들 파이프(29, 30)를 흐르는 불활성 가스의 유량을 조정하는 제1 및 제2 유량 조정 밸브(31, 32)가 각각 설치된다.
한편, 인상용 모터의 출력축(도시하지 않음)에는 인코더(도시하지 않음)가 설치되고, 도가니 구동 수단(17)에는 지지축(16)의 승강 위치를 검출하는 인코더(도시하지 않음)가 설치된다. 2개의 인코더의 각 검출 출력은 컨트롤러(도시하지 않음)의 제어 입력에 접속되고, 컨트롤러의 제어 출력은 인상 수단(22)의 인상용 모터 및 도가니 구동 수단의 승강용 모터에 각각 접속된다. 또한 컨트롤러에는 메모리(도시하지 않음)가 설치되고, 이 메모리에는 인코더의 검출 출력에 대한 와이어 케이블(23)의 권취 길이, 즉 실리콘 단결정봉(25)의 인상 길이가 제1 맵으로서 기억된다. 또한, 메모리에는 실리콘 단결정봉(25)의 인상 길이에 대한 석영 도가니(13) 내의 실리콘 융액(12)의 액면 레벨이 제2 맵으로서 기억된다. 컨트롤러는 인상용 모터에 있어서의 인코더의 검출 출력을 기초로 하여 석영 도가니(13) 내의 실리콘 융액(12)의 액면을 항상 일정한 레벨로 유지하도록 도가니 구동 수단(17)의 승강용 모터를 제어하도록 구성된다.
실리콘 단결정봉(25)의 외주면과 석영 도가니(13)의 내주면과의 사이에는 실리콘 단결정봉(25)의 외주면을 포위하는 열차폐 부재(36)가 설치된다. 이 열차폐 부재(36)는 원통형으로 형성되어 히터(18)로부터의 복사열을 차단하는 통부(37)와, 이 통부(37)의 상부 모서리에 연속 설치되어 외측에 대략 수평 방향으로 돌출되는 플랜지부(38)를 갖는다. 상기 플랜지부(38)를 보온통(19) 상에 설치함으로써, 통부(37)의 하부 모서리가 실리콘 융액(12) 표면으로부터 소정의 거리만큼 상방에 위치하도록 열차폐 부재(36)는 챔버(11) 내에 고정된다. 열차폐 부재(36)는 흑연에 의해, 혹은 표면에 SiC가 코팅된 흑연 등에 의해 형성된다. 통부(37)는 동일 직경의 관형체이거나, 또는 하측 방향에 따라서 직경이 작게 형성된 관형체로 형성된다.
도2에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서의 통부(37)는 동일 직경의 통형체이고, 통부(37)의 하부에는 통 내의 방향으로 팽출하는 팽출부(41)가 설치된다. 이 팽출부(41)의 일예를 설명하면, 이 팽출부(41)는 통부(37)의 하부 모서리에 접속되어 수평으로 연장되어 실리콘 단결정봉(25)의 외주면 근방에 도달하는 링형의 바닥벽(42)과, 바닥벽(42)의 내부 모서리에 연속 설치된 종벽(44)과, 이 종벽(44)의 상부 모서리에 연속 설치되어 상측 방향을 향함에 따라서 직경이 커지도록 형성된 상벽(46)에 의해 구성된다. 통부(37) 및 바닥벽(42)은 일체적으로 형성되고, 종벽(44)과 상벽(46)이 일체적으로 생성된다. 여기서, 본 실시 형태에 있어서의 팽출부(41)는 인상되는 실리콘 단결정봉(25)의 외주면과 종벽(44)과의 간극(W)이 10 ㎜ 이상 35 ㎜ 이하가 되도록 형성된다.
인상하는 실리콘 단결정봉(25)의 직경을 D라 할 때, 종벽(44)은 그 높이(H)가 10 ㎜ 이상 D/2 이하로 형성되고, 실리콘 단결정봉(25)의 축심선(軸心線)에 대해 평행하게 또는 －5도 이상 ＋30도 이하의 각도로 경사져 연장되어 형성된다. －5도라 함은, 축심선에 대해 5도의 각도를 갖고 상측 방향을 향함에 따라서 직경이 작아지도록 형성되는 것을 나타내고, ＋30도라 함은, 축심선에 대해 30도의 각도를 갖고 상측 방향을 향함에 따라서 직경이 커지도록 형성되는 것을 나타내지만, 바람직하게는 실리콘 단결정봉(25)의 축심선에 대해 평행, 즉 종벽(44)은 수직이 되도록 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상술한 간격(W) 및 높이(H)는 인상되는 실리콘 단결정봉(25)의 직경에 따라서 적절하게 결정된다. 상벽(46)은 수평으로 형성되거나, 혹은 수평면에 대해 0도를 넘어 80도 이하의 각도로 상측 방향을 향함에 따라서 직경이 커지도록 형성되어 상부 모서리가 통부(37)의 내주면에 접촉하도록 구성된다. 또한, 통부(37)의 하부와 바닥벽(42)과 종벽(44)과 상벽(46)에 의해 둘러싸이는 팽출부(41)의 내부에는 카본(carbon) 섬유로 이루어지는 펠트재가 단열재(47)로서 충전된다.
이와 같은 구성의 장치를 이용한 본 발명의 인상 방법에 대해 설명한다.
실리콘 단결정봉(25)을 인상할 때에는, 도시하지 않는 인상 모터를 회전시켜 와이어 케이블(23)을 조출하고, 그 하단부에 부착된 종결정(24)을 실리콘 융액(12)에 침지한다. 그 후 서서히 그 종결정(24)을 인상하여 그 하부에 종교축부(種絞軸部, neck)를 형성하여 견부(肩部)를 더 형성한다. 견부가 형성된 후에 그 하부에 계속해서 직동부(直胴部)를 형성한다. 이 직동부의 형성시에 제1 및 제2 유량 조정 밸브(31, 32)를 조정함으로써 챔버(11)의 상부로부터 챔버(11)의 내부에 불활성 가스를 공급하고, 챔버(11)의 외부에 있어서의 대기 압력을 Po, 챔버(11)의 내부 압력을 E, 온도가 25 ℃이며 챔버(11)에 공급되는 불활성 가스의 압력(Po)에 있어 서의 유량을 F, 팽출부(41)와 실리콘 단결정봉(25) 사이에 있어서의 단면적을 A라 할 때, (Po/E) × F/A ＝ S에 의해 구해지는 팽출부(41)와 실리콘 단결정봉(25)에 있어서의 직동부와의 사이를 흘러내리는 불활성 가스의 유속 지표(S)를 2.4 내지 5.0 m/s, 바람직하게는 3.5 내지 5.0 m/s로 조정한다. 또한 이 불활성 가스는 팽출부(41)와 직동부 사이를 흘러내리게 한 후 실리콘 융액(12) 표면과 열차폐 부재(26) 하단부 사이를 통과하여 배출 파이프(30)로부터 외부로 배출되는 것이다.
여기서, 본 발명의 방법에서는 통부(37)의 하부에 통 내의 방향으로 팽출하는 팽출부(41)가 형성되는 것을 요건으로 하므로, 실리콘 융액(12)으로부터의 방열은 그 팽출부(41)에 설치된 단열재(47)에 의해 상방으로 도피하기 어렵다. 따라서, 액면(液面) 근방에 있어서의 실리콘 단결정봉(25)으로부터의 방열도 억제된다. 이 결과, 실리콘 단결정봉(25)의 외주부의 급격한 온도 저하를 저지할 수 있고, 실리콘 단결정봉(25) 중의 온도 분포가 중심으로부터 외주면을 향해 대략 균일해져 실리콘 단결정봉(25) 내가 퍼펙트 영역이 되는 잉곳의 인상 속도의 허용 범위는 퍼펙트 영역이 되는 인상 속도의 면내 균일성이 향상된다는 이유에 의해 확장된다.
또한, 팽출부(41)와 실리콘 단결정봉(25) 사이를 흘러내리는 불활성 가스의 유속 지표(S)를 비교적 빠른 2.4 내지 5.0 m/s, 바람직하게는 3.5 내지 5.0 m/s로 하므로, 단결정봉(25)을 냉각하는 능력이 상승한다. 이로 인해 실리콘 단결정봉(25) 중의 온도 구배(G)도 비교적 커지고, 보론코프의 이론에 의해 단결정봉의 인상 속도, V(㎜/분)를 종래보다 상승시킬 수 있어 그 생산성을 종래보다 향상시킬 수 있다.
한편, 가스 공급 파이프(27a)로부터 챔버(11) 내로 공급된 불활성 가스에는 챔버(11) 내 상부의 부재로부터 발생한 철이나 동 등의 중금속의 파티클이 혼입하는 경우가 있고, 이 파티클은 챔버(11) 내 상부의 부재 표면에 따르는 불활성 가스의 흐름에 따라서 흘러내리지만, 그 파티클은 실리콘 단결정봉(25)에 접촉하는 일이 없이 불활성 가스의 흐름에 따라서 챔버(11) 밖으로 배출된다. 이 결과, 실리콘 융액(12)으로부터 인상되는 실리콘 단결정봉(25)이 파티클에 의해 오염되는 일은 거의 없으므로, 고순도의 실리콘 단결정봉(25)을 제조할 수 있다.
또한, 불활성 가스의 유속에 있어서의 하한을 2.4 m/s로 하는 것은 유속이 이보다 떨어지면 실리콘 단결정봉(25)이 [P] 영역이 되지 않을 가능성이 커지고, 불활성 가스의 유속에 있어서의 상한을 5.0 m/s로 하는 것은 유속이 이를 초과하면 챔버(11) 내에 발생한 파티클이 실리콘 단결정봉(25)에 부착하는 등의 원인에 의해 실리콘 단결정봉(25)에 전위가 발생될 가능성이 커지기 때문이다.
(실시예)
다음에 본 발명의 실시예를 비교예와 함께 상세하게 설명한다.
<제1 실시예>
도1 및 도2에 도시한 바와 같은 실리콘 단결정 인상 장치에 있어서, 히터(18)의 높이를 약 450 ㎜로 하고, 열차폐 부재(36)의 내부에 흘러내리게 하는 불활성 가스의 유량을 110 리터/분, 130 리터/분 및 150 리터/분으로 변화시킨 경우의 각각에 대해 직경 약 200 ㎜의 실리콘 단결정봉을 약 400 ㎜ 인상하였을 때의 링형의 OSF링이 형성되는 도6의 (V/G)2에 있어서의 인상 속도, 즉 도7에 있어서의 인상 속도(V2) 및 퍼펙트 영역을 형성하는 도6의 (V/G)1에 있어서의 인상 속도, 즉 도7에 있어서의 인상 속도(V1)를 각각 구하였다.
<제2 실시예>
히터(18)의 높이를 약 600 ㎜로 변경한 것 이외에는 제1 실시예와 동일하게 구성한 인상 장치를 준비하였다. 이 인상 장치에 있어서, 열차폐 부재(36)의 내부에 흘러내리게 하는 불활성 가스의 양을 70 리터/분 및 110 리터/분으로 변화시킨 경우의 각각에 대해 직경 약 200 ㎜의 실리콘 단결정봉을 약 400 ㎜ 인상하였을 때의 링형의 OSF링이 형성되는 도6의 (V/G)2에 있어서의 인상 속도, 즉 도7에 있어서의 인상 속도(V2) 및 퍼펙트 영역을 형성하는 도6의 (V/G)1에 있어서의 인상 속도, 즉 도7에 있어서의 인상 속도(V1)를 각각 구하였다.
<제1 비교 시험 및 평가>
제1 실시예 및 제2 실시예에 의해 구해진 불활성 가스의 유량에 대응하는 각각의 인상 속도(V2)(규격치)를 도3에 나타낸다. 여기서, 인상 속도(V2)는 불활성 가스의 양을 70 리터/분으로 하였을 때의 인상 속도를 1로 한 경우의 상대치로 나타내었다.
또한, 제1 실시예 및 제2 실시예에 의해 구해진 각각의 인상 속도(V2 및 V1) 에 있어서의 차, 즉 도7에 나타내는 순수한 마진(V2 － V1), (V2' － V 1')을 구하였다. 여기서, 순수한 마진이라 함은, 실리콘 단결정봉(25)의 횡단면 전체에 걸쳐서 점결함의 응집체의 존재하지 않는 퍼펙트 영역이 되는 최대 인상 속도 및 최소 인상 속도의 차이고, 본 명세서에서는 (V2 － V1)을 대표로 기재하여 (V2' － V1 ')의 기재를 생략한다. 이 불활성 가스의 양에 있어서의 인상 속도차를 도3에 맞추어 나타낸다. 이 인상 속도차(V2 － V1)는, 제1 실시예의 불활성 가스의 유량을 110 리터/분에 있어서의 인상 속도차를 1로 한 경우의 상대치로 나타내었다.
도3으로부터 명백한 바와 같이, 제1 실시예 및 제2 실시예와 함께 불활성 가스의 유량이 상승하면 인상 속도(V2)도 비례하여 상승하는 것을 알 수 있다. 이는 불활성 가스의 유량이 상승하면 단결정봉(25)을 냉각하는 능력도 상승하기 때문이라 생각된다.
또한, 제2 실시예의 결과로부터 보면, 불활성 가스의 공급량이 상승하면 인상 속도차도 상승하는 것을 알 수 있다. 이는 실리콘 단결정봉(25)의 냉각 효과의 증대와, 불활성 가스에 의한 실리콘 융액(12)의 액면에 있어서의 냉각 효과 등에 의해, 실리콘 융액(12)의 흐름이 변화되어 고액(固液) 경계면 근방의 실리콘 단결정봉(25)의 온도 구배가 변화하게 된 결과라 생각된다.
<제2 비교 시험 및 평가>
제1 실시예 및 제2 실시예에 의해 구해진 각각의 불활성 가스의 유량으로부터 팽출부(41)와 실리콘 단결정봉(25) 사이를 흘러내리는 불활성 가스의 유속 지표(S)를 구하였다. 그리고, 이 불활성 가스의 유속 지표(S)와 인상 속도(V2)(규격치)와의 관계를 도4에 나타낸다. 여기서, 인상 속도(V2)는 불활성 가스의 양을 70 리터/분으로 하였을 때의 인상 속도를 1로 한 경우의 상대치로 나타내었다. 제1 실시예 및 제2 실시예의 불활성 가스의 유량으로부터 팽출부(41)와 실리콘 단결정봉(25) 사이를 흘러내리는 불활성 가스의 유속 지표(S)를 구하고, 이 유속 지표(S)에 대한 인상 속도차(V2 － V1)를 각각 구하였다. 이 차를 도4에 맞추어 나타낸다. 이 인상 속도차(V2 － V1)는 제1 실시예의 불활성 가스의 유량을 110 리터/분에 있어서의 인상 속도차를 1로 한 경우의 상대치로 나타내었다.
도4로부터 명백한 바와 같이, 팽출부(41)와 실리콘 단결정봉(25) 사이를 흘러내리는 불활성 가스의 유속 지표(S)를 2.4 내지 5.0 m/s의 범위에서는 인상 속도(V2) 및 인상 속도차(V2 － V1)의 양쪽에 있어서 유속 지표(S)가 클 때에 비교적 높은 값을 나타내는 것을 알 수 있다. 특히 속도차는 유속 지표(S)와 함께 커진다. 이는 비교적 빠른 인상 속도로 실리콘 단결정봉을 인상해도 그 실리콘 단결정봉에 OSF나 COP, 혹은 L/D가 발생하지 않는 것을 의미하고, 이에 의해 본 발명에 의해 무결함이며 고품질인 실리콘 단결정봉의 생산성을 종래보다 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있다.
<제3 비교 시험 및 평가>
제1 실시예 및 제2 실시예에 의해 구해진 각각의 불활성 가스의 유량을 챔버(11) 내의 압력으로 나누어 그 비를 구하였다. 그리고, 이 비와 인상 속도(V2)(규격치)의 관계를 도5에 나타낸다. 여기서, 인상 속도(V2)는 불활성 가스의 양을 70 리터/분으로 하였을 때의 인상 속도를 1로 한 경우의 상대치로 나타내었다. 제1 실시예 및 제2 실시예의 불활성 가스의 유량으로부터 그 유량을 챔버(11) 내의 압력으로 나누어 그 비를 구하고, 이 비에 대한 인상 속도차(V2 － V1)를 각각 구하였다. 이 차를 도5에 맞추어 나타낸다. 이 인상 속도차(V2 － V 1)는 제1 실시예의 불활성 가스의 유량을 110 리터/분에 있어서의 인상 속도차를 1로 한 경우의 상대치로 나타내었다.
도5로부터 명백한 바와 같이, 불활성 가스의 유량과 챔버(11) 내의 압력과의 비가 0.017 내지 0.040 리터/분·Pa의 범위에서는 인상 속도(V2)와 인상 속도차(V2 － V1)의 양쪽에 있어서 유량과 압력의 비가 클 때에 비교적 높은 값을 나타내는 것을 알 수 있다. 특히 속도차는 유량과 압력의 비와 함께 커져 있다. 이는 비교적 빠른 인상 속도로 실리콘 단결정봉을 인상해도 그 실리콘 단결정봉에 OSF나 COP, 혹은 L/D가 발생하지 않는 것을 의미하고, 이에 의해 본 발명에 의해 무결함이며 고품질인 실리콘 단결정봉의 생산성을 종래보다 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있다.
이상 서술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 통부의 하부에 팽출부가 통 내의 방향으로 팽출하여 설치된 열차폐 부재를 이용하여 그 팽출부와 실리콘 단결정봉 사이를 흘러내리는 불활성 가스의 유속 지표(S)를 2.4 내지 5.0 m/s로 하여 종결정을 인상하므로, 단결정봉을 냉각하는 능력을 상승시킬 수 있다. 이로 인해 실리콘 단결정봉 중의 온도 구배(G)도 비교적 커지고, 보론코프의 이론에 의해 단결정봉의 인상 속도, V(㎜/분)를 종래보다 상승시킬 수 있어 그 생산성을 종래보다 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

  1. 챔버(11)의 상부로부터 상기 챔버(11)의 내부에 불활성 가스를 공급하고, 상기 챔버(11) 내에 설치된 열차폐 부재(36)의 내측에 불활성 가스를 흘러내리게 하면서 상기 열차폐 부재(36)의 중앙에 수직 하강되어 석영 도가니(13)에 저장된 실리콘 융액(12)에 접촉시킨 종결정(24)을 인상하여 상기 종결정(24)의 하부에 실리콘 단결정봉(25)을 육성시키는 실리콘 단결정의 육성 방법에 있어서,
    상기 열차폐 부재(36)는 하단부가 상기 실리콘 융액(12) 표면으로부터 간격을 두고 상방에 위치하고 또한 실리콘 단결정봉(25)의 외주면을 포위하는 통부(37)와, 상기 통부(37)의 하부 모서리에 접속되어 수평으로 연장되어 상기 실리콘 단결정봉(25)의 외주면 근방에 도달하는 링형의 바닥벽(42)과, 상기 바닥벽(42)의 내부 모서리에 연속 설치된 종벽(縱壁, 44)과, 상기 종벽(44)의 상부 모서리에 연속 설치되어 상측 방향을 향함에 따라서 직경이 커지도록 형성된 상벽(上壁, 46)을 구비하고,
    PO가 상기 챔버(11)의 외부에 있어서의 대기 압력(Pa)이고, E가 상기 챔버(11)의 내부 압력(Pa)이고, F가 상기 챔버(11)에 공급되는 실온 상태의 불활성 가스의 압력(Po)에 있어서의 유량(㎥/s)이고, A가 상기 종벽(44)과 상기 실리콘 단결정봉(25) 사이에 있어서의 단면적(㎡)일 때, 상기 종벽(44)과 상기 실리콘 단결정봉(25) 사이를 흘러내리는 불활성 가스의 유속 지표(S)는 S＝(Po/E) × F/A로 얻어지며, 상기 유속 지표(S)를 2.4 내지 5.0 m/s로 하여 상기 종결정(25)을 인상하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 육성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 종벽(44)과 실리콘 단결정봉(25) 사이의 간극(W)이 10 ㎜ 내지 35 ㎜이며, F/E가 0.017 내지 0.040 리터/분·Pa인 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 육성 방법.
  3. 삭제
KR1020030076610A 2003-10-31 2003-10-31 실리콘 단결정의 육성 방법 KR100558156B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020030076610A KR100558156B1 (ko) 2003-10-31 2003-10-31 실리콘 단결정의 육성 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020030076610A KR100558156B1 (ko) 2003-10-31 2003-10-31 실리콘 단결정의 육성 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20050041438A KR20050041438A (ko) 2005-05-04
KR100558156B1 true KR100558156B1 (ko) 2006-03-10

Family

ID=37242919

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020030076610A KR100558156B1 (ko) 2003-10-31 2003-10-31 실리콘 단결정의 육성 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100558156B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105683424A (zh) * 2013-11-05 2016-06-15 胜高股份有限公司 单晶硅制造方法
WO2018092985A1 (ko) * 2016-11-17 2018-05-24 에스케이실트론 주식회사 단결정 잉곳 성장장치

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100907908B1 (ko) * 2007-11-06 2009-07-16 주식회사 실트론 실리콘 단결정 잉곳 생산장치
KR101384060B1 (ko) * 2012-08-03 2014-04-09 주식회사 엘지실트론 실리콘 단결정 잉곳 성장 방법

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105683424A (zh) * 2013-11-05 2016-06-15 胜高股份有限公司 单晶硅制造方法
US9903044B2 (en) 2013-11-05 2018-02-27 Sumco Corporation Silicon single crystal producing method
CN105683424B (zh) * 2013-11-05 2018-12-28 胜高股份有限公司 单晶硅制造方法
WO2018092985A1 (ko) * 2016-11-17 2018-05-24 에스케이실트론 주식회사 단결정 잉곳 성장장치
KR20180055373A (ko) * 2016-11-17 2018-05-25 에스케이실트론 주식회사 단결정 잉곳 성장장치
KR101871059B1 (ko) * 2016-11-17 2018-07-20 에스케이실트론 주식회사 단결정 잉곳 성장장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR20050041438A (ko) 2005-05-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7282095B2 (en) Silicon single crystal pulling method
KR100582240B1 (ko) 실리콘 단결정 웨이퍼 및 그 제조방법
JP2010100474A (ja) シリコン単結晶引上げ水平磁場の最適化方法およびシリコン単結晶の製造方法
JP6202119B2 (ja) シリコン単結晶の製造方法
JP2009114054A (ja) 酸素濃度特性が改善した半導体単結晶の製造方法
KR100679135B1 (ko) 실리콘 단결정 인양 장치의 열 차폐 부재
EP1908861A1 (en) Silicon single crystal pulling apparatus and method thereof
EP1650332A1 (en) Method for producing single crystal and single crystal
KR100558156B1 (ko) 실리콘 단결정의 육성 방법
US7208042B2 (en) Method of manufacturing silicon single crystal and silicon single crystal manufactured by the method
JP4360069B2 (ja) シリコン単結晶の育成方法
EP1662024B1 (en) Method for producing a single crystal and silicon single crystal wafer
KR100847700B1 (ko) 실리콘 단결정의 제조장치 및 그것을 사용한 실리콘단결정의 제조방법
WO1999037833A1 (fr) Appareil de tirage de cristal unique
JP2009292684A (ja) シリコン単結晶の製造方法およびこれに用いる製造装置
JP2007210820A (ja) シリコン単結晶の製造方法
JP3890861B2 (ja) シリコン単結晶の引上げ方法
JP4207498B2 (ja) シリコン単結晶の引上げ装置及びその引上げ方法
JP2002249397A (ja) シリコン単結晶の製造方法
US20200199776A1 (en) Method for producing silicon single crystal
JP2006069803A (ja) シリコン単結晶引上げ装置の熱遮蔽部材
JP2005306669A (ja) シリコン単結晶の引上げ装置及びその方法
JP4211334B2 (ja) シリコン単結晶の引上げ装置及びその引上げ方法
KR20080025418A (ko) 실리콘 단결정 인상 장치 및 그 방법
JP2004059408A (ja) シリコン単結晶の引上げ装置及びその引上げ方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130215

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140221

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150223

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160222

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170217

Year of fee payment: 12

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180219

Year of fee payment: 13