KR100881172B1

KR100881172B1 - 자장 인가식 실리콘 단결정의 인상 방법

Info

Publication number: KR100881172B1
Application number: KR1020077004126A
Authority: KR
Inventors: 센린 후; 나오키 오노
Original assignee: 가부시키가이샤 사무코
Priority date: 2004-09-02
Filing date: 2005-08-24
Publication date: 2009-02-02
Also published as: US20080060572A1; WO2006025238A1; EP1801268A1; JP2006069841A; EP1801268A4; EP1801268B1; KR20070035103A

Abstract

본 발명은 자장 인가식 실리콘 단결정의 인상 방법에 관한 것이다. 챔버 내에 설치된 석영 도가니에 실리콘 융액이 저류되고, 챔버가 사이에 위치하도록 설치된 한 쌍의 여자코일에 의해 형성되는 수평자장이 상기 실리콘 융액에 인가된다. 와이어 케이블의 하단에 설치된 종결정을 상기 실리콘 융액에 침지하고, 상기 와이어 케이블을 회전시키면서 인상함으로써 상승하는 상기 종결정의 하부에 실리콘 단결정봉이 형성된다. 상기 여자코일의 연직방향의 중심이 상기 실리콘 융액의 표면보다도 상방이 되도록 상기 여자코일은 상기 챔버의 외부에 배치된다. 상기 실리콘 단결정봉의 인상 개시 때의 상기 실리콘 융액의 깊이를 L로 하고 상기 여자코일의 연직방향의 중심과 상기 실리콘 융액의 표면과의 차이를 D로 할 때, 차이(D)는 0≤D≤10L를 만족한다.

실리콘 단결정, 인상 방법, 자장 인가,

Description

자장 인가식 실리콘 단결정의 인상 방법 {MAGNETIC FIELD APPLICATION METHOD OF PULLING SILICON SINGLE CRYSTAL}

본 발명은 수평 자장을 인가한 실리콘 융액으로부터 실리콘 단결정봉을 인상하여 육성하는 자장 인가식 단결정 인상 방법에 관한 것이다.

본원은 2004년 9월 2일에 출원된 일본특허출원 2004-255104호에 기초하여 우선권을 주장하며, 그 내용을 여기에 원용한다.

종래, 실리콘 단결정봉을 육성하는 방법으로서 도가니 내의 실리콘 융액으로부터 반도체용의 고순도 실리콘 단결정봉을 성장시키는 초크랄스키법(이하, CZ법이라 한다)이 알려져 있다. CZ법은 석영 도가니의 주위에 설치된 카본 히터에 의해 석영 도가니 내의 실리콘 융액을 가열하여 소정 온도로 유지하고, 미러 에칭(Mirror Etching)된 종결정을 실리콘 융액에 접촉시키고, 그 후, 종결정을 회전시키면서 인상하여 실리콘 단결정봉을 육성하는 것이다. 이 실리콘 단결정봉의 육성방법에서는, 종결정을 인상하여 실리콘 융액으로부터 네크부(neck portion, 種絞部)를 형성한 후, 목적으로 하는 실리콘 단결정봉의 직경까지 결정을 서서히 부풀려서 견부(肩部)를 형성하고, 그 후 더욱 인상하여 실리콘 단결정봉의 직통부(直胴部)를 형성한다.

실리콘 결정 중에는 불순물이 포함되어 있다. 실리콘 결정 중의 불순물은 전기 저항률을 조정하기 위해 의도적으로 실리콘 융액에 첨가되는 붕소(boron), 인 등의 도펀트나, 인상 중에 석영 도가니 벽으로부터 융액 속으로 용출, 혼입되는 산소에 기인한다. 이들 불순물은 실리콘 단결정봉에서 잘려 나오는 실리콘 웨이퍼의 품질을 좌우하기 때문에 적절하게 제어되지 않으면 안된다. 특히 웨이퍼 중의 면 내(內) 불순물 분포를 균일하게 하기 위해서, 실리콘 단결정봉 중의 반경방향의 불순물 농도 분포를 균일하게 하는 것이 중요하다.

도가니 내의 융액은 도가니의 외주로부터 히터로 가열되기 때문에, 도가니의 측벽 근방에서는 상승하고, 그 중심부에서는 하강하는 자연 대류를 일으킨다. 이 때문에, 도가니를 회전시켜 실리콘 융액의 가열에 기인하는 자연 대류를 억제함과 동시에, 인상되는 실리콘 단결정봉도 회전시켜, 실리콘 융액에 그 실리콘 단결정봉의 회전에 기인하는 강제 대류, 소위 코크란(cochran)류를 일으키고 있다. 불순물 농도 분포를 균일하게 하기 위해서는 이들 대류를 유효하게 제어하는 것이 필요하게 된다.

실리콘 융액의 대류를 제어하기 위해서, 종래부터, 챔버가 사이에 위치하도록 한 쌍의 여자(勵磁)코일을 챔버의 외측에 설치하고, 초크랄스키법에 의해 단결정을 인상할 때에, 도가니 내의 융액에 한 쌍의 여자코일로부터 발생되는 횡방향의 정(靜)자장을 인가하는 기술(MCZ법; Magnetic Field Applied Czochralski)이 채용되고 있다(예를 들면, 일본특허 제3520883호 공보). 실리콘 융액에 횡자장을 인가하는 기술에서는, 석영 도가니 내면 부근의 융액 유속을 유효하게 억제하기 위해, 자장 강도가 가장 강한 여자코일의 연직방향의 중심이 융액 표면보다 하방이 되도록 여자코일을 설치하고 있다. 이 기술에서는, 강도가 가장 강한 횡자장을 인가함으로써 실리콘 융액의 대류를 제어하고, 실리콘 단결정봉과 실리콘 융액의 경계인 고액계면의 형상을 안정화시켜, 단결정 인상 속도를 증가시킬 수 있다.

(발명의 개시)

(발명이 해결하고자 하는 과제)

그러나, 여자코일에 의해 인가되는 횡자장은, 자장 강도가 가장 강한 수평단면으로부터 상하로 떨어진 곳에서는, 자장 강도가 저하되는 경향이 있다. 이 때문에, 자장 강도가 가장 강한 여자코일의 연직방향의 중심을 융액 표면보다 하방으로 하면, 단결정봉의 인상에 따른 액면의 근소한 상하 이동에 따라 실리콘 단결정봉과 실리콘 융액과의 경계인 고액계면 근방에 있어서의 자장 강도도 변화한다. 고액계면 근방에 있어서의 자장 강도가 변화하면, 고액계면 근방에 있어서의 실리콘 융액의 대류를 충분히 제어할 수 없게 되며, 고액계면의 형상이 불안정하게 되어, 실리콘 단결정봉의 인상속도 혹은 단결정봉의 직경의 제어가 곤란하게 된다. 또한, 융액 대류의 빈번한 변화에 의해 산소 농도의 반경방향의 분포는 불균일하게 된다.

본 발명의 목적은, 단결정봉의 인상에 따른 고액계면 근방에 있어서의 자장 강도의 변화를 억제하여 고액계면 근방의 실리콘 융액의 대류를 충분히 제어할 수 있는 자장 인가식 실리콘 단결정의 인상 방법을 제공하는 것에 있다.

(과제를 해결하기 위한 수단)

본 발명의 제1 형태는 하기의 실리콘 단결정의 인상 방법을 개량한 것이다. 챔버 내에 설치된 석영 도가니에 실리콘 융액을 저류하고, 챔버가 사이에 위치하도록 설치된 한 쌍의 여자코일에 의해 형성되는 수평자장이 실리콘 융액에 인가된다. 와이어 케이블(wire cable)의 하단에 설치된 종결정을 실리콘 융액에 침지하고, 와이어 케이블을 회전시키면서 인상함으로써 상승하는 종결정의 하부에 실리콘 단결정봉을 형성한다.

본 형태에서는, 여자코일의 연직방향의 중심이 실리콘 융액의 표면보다도 상방이 되도록 여자코일이 챔버의 외부에 배치되고, 실리콘 단결정봉의 인상 개시 때의 실리콘 융액의 깊이를 L로 하고 여자코일의 연직방향의 중심(A)과 실리콘 융액의 표면과의 차이를 D로 할 때 차이 D가 다음의 식(1)로 나타내어진다.

0≤D≤10L …… (1)

이 제1 형태의 자장 인가식 실리콘 단결정의 인상 방법에서는, 자장 강도가 가장 강한 여자코일의 연직방향의 중심(A)이 실리콘 융액의 표면보다 상방에 있기 때문에, 실리콘 융액에 인가되는 자장 강도는 실리콘 융액의 표면에서 가장 강하고, 그 표면으로부터 하방을 향함에 따라, 그 자장 강도는 서서히 저하된다. 이 때문에, 단결정봉의 인상에 따른 실리콘 융액 액면의 근소한 상하 이동에 따라 실리콘 단결정봉과 실리콘 융액과의 경계인 고액계면 근방에 있어서의 자장 강도가 근소하게 변화되지만, 자장 강도는 실리콘 융액의 표면에서 가장 강하기 때문에, 가장 강한 자장 강도가 그 표면보다 하방에 있는 종래와 비교하여, 고액계면 근방에 있어서의 실리콘 융액의 대류를 충분히 제어할 수 있다.

여자코일의 연직방향의 중심(A)과 실리콘 융액의 표면과의 차이(D)가 마이너스가 되어 여자코일의 연직방향의 중심(A)이 실리콘 융액의 표면보다 하방이 되면, 고액계면 근방에 있어서의 실리콘 융액의 대류의 제어가 곤란하게 되며, 그 차이 (D)가 10L를 초과하면 인상 장치의 복잡화를 초래하게 된다. 여기서, 그 차이(D)는 0 이상 2L 이하가 바람직한 범위이며, 0.1L 이상 0.8L 이하가 더욱 바람직한 범위이다.

본 발명의 제2 형태로는, 제1 형태에 따른 자장 인가식 실리콘 단결정의 인상 방법에 있어서, 실리콘 융액으로부터 인상되는 실리콘 단결정봉의 고액계면 근방의 실리콘 융액에 인가되는 자장의 강도가 10~1000mT이어도 좋다.

이 자장 인가식 실리콘 단결정의 인상 방법에서는, 고액계면 근방에 있어서의 실리콘 융액의 대류를 충분히 제어할 수 있게 된다. 고액계면 근방의 실리콘 융액에 인가되는 자장의 강도가 10mT 미만이면, 산소 농도의 제어가 곤란하게 되며, 그 자장 강도가 1000mT를 초과하면 고액계면 근방에 있어서의 실리콘 융액의 대류를 제어하는 것이 곤란하게 되어, 한 쌍의 여자코일 및 그에 통전하는 전원이 대형화된다.

바람직하게는, 고액계면 근방의 실리콘 융액에 인가되는 자장의 강도는 50~800mT이어도 좋고, 더욱 바람직하게는, 80~500mT이어도 좋다.

본 발명의 제3 형태로서, 상기 제1 또는 제2 형태의 자장 인가식 실리콘 단결정의 인상 방법에 있어서, 여자코일이 챔버의 외면을 따라 수평방향으로 연장되는 반원형상의 상반원 환상부와, 상반원 환상부와 소정의 간격을 두고 하방에 위치하여 챔버의 외면을 따라 수평방향으로 연장되는 반원형상의 하반원 환상부와, 연직방향으로 연장되어 상반원 환상부와 하반원 환상부의 각 단부를 서로 연결하는 한 쌍의 직선형상부를 구비하고 있어도 좋다.

이 자장 인가식 실리콘 단결정의 인상 방법에서는, 상술한 여자코일을 이용함으로써, 자장 강도가 가장 강한 여자코일의 연직방향의 중심(A)으로부터 상하방향으로 떨어진 거리에 비례하는 자장 강도의 저하율을 감소시킬 수 있고, 그 중심(A)이 실리콘 융액의 표면보다 상방이라도 고액계면 근방에 있어서의 실리콘 융액의 대류를 충분히 제어하는 것이 가능하게 된다. 이 때문에, 고액계면 및 인상되는 단결정봉의 축방향의 온도 구배가 자장 위치 및 그 강도에 의한 영향을 받기 어렵게 되고, 고액계면 형상 및 단결정봉의 축방향의 온도 구배를 균일화시켜 산소 농도 등이 안정된 실리콘 단결정봉을 얻을 수 있다.

(발명의 효과)

본 발명의 자장 인가식 실리콘 단결정의 인상 방법에서는, 자장 강도가 가장 강한 여자코일의 연직방향의 중심을 실리콘 융액의 표면보다 상방으로 하기 때문에, 실리콘 융액에 인가되는 자장 강도는 실리콘 융액의 표면에서 가장 강하고, 그 표면으로부터 하방을 향함에 따라 그 자장 강도는 서서히 저하된다. 이 때문에, 단결정봉의 인상에 따라 실리콘 융액의 액면이 근소하게 상하 이동해도, 가장 강한 자장 강도가 융액의 표면보다 하방에 있는 종래와 비교하여, 고액계면 형상에 주는 영향을 경감할 수 있다. 실리콘 융액으로부터 인상되는 실리콘 단결정봉의 고액계면 근방의 실리콘 융액에 인가되는 자장의 강도가 10~1000mT이면, 고액계면 근방에 있어서의 실리콘 융액의 대류를 충분히 제어할 수 있다.

여자코일은 챔버의 외면을 따라 수평방향으로 연장되는 반원형상의 상반원 환상부와, 상반원 환상부와 소정의 간격을 두고 하방에 위치하여 챔버의 외면을 따라 수평방향으로 연장하는 반원형상의 하반원 환상부와, 연직방향으로 연장되어 상반원 환상부와 하반원 환상부의 각 단부를 서로 연결하는 한 쌍의 직선형상부를 구비한 것이면, 자장 강도가 가장 강한 여자코일의 연직방향의 중심으로부터 상하방향으로 떨어지는 거리에 비례하는 자장 강도의 저하율을 감소시킬 수 있고, 그 중심이 실리콘 융액의 표면보다 상방이라도 고액계면 근방에 있어서의 실리콘 융액의 대류를 충분히 제어하는 것이 가능하게 된다. 이 때문에, 고액계면 형상 및 인상되는 단결정봉의 축방향의 온도 구배가 자장 위치 및 자장 강도에 의한 영향을 받기 어렵게 된다. 상기 코일을 이용한 자장 인가식 실리콘 단결정의 인상 방법에서는, 단결정봉의 축방향의 온도 구배를 균일화시켜, 산소 농도 등이 안정된 실리콘 단결정봉을 얻을 수 있다.

도1 은 본 발명의 실시형태의 실리콘 단결정의 인상 장치의 구성을 나타내는 개념도이다.

도2 는 그 실리콘 단결정의 인상 장치의 여자코일과 도가니와의 관계를 나타내는 확대도이다.

도3 은 그 실리콘 단결정의 인상 장치에 이용되는 한 쌍의 여자코일을 나타내는 사시도이다.

도4 는 본 발명의 실시예의 결과를 나타내는 도면 이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

11: 챔버 12: 실리콘 융액

13: 석영 도가니 23: 와이어 케이블

24: 종결정 25: 실리콘 단결정봉

41: 여자코일 41a: 상반원 환상부

41b: 하반원 환상부 41c, 41d: 직선형상부

L: 실리콘 단결정봉의 인상 개시 때의 실리콘 융액의 깊이

A: 여자코일의 연직방향의 중심

D: 여자코일의 연직방향의 중심과 실리콘 융액의 표면과의 차이

(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)

다음으로 본 발명을 실시하기 위한 최량의 형태를 도면에 기초하여 설명한다.

도1 에 본 발명의 방법을 실시하는 자장 인가식 실리콘 단결정의 인상장치(10)를 나타낸다. 이 장치(10)의 챔버(11)내에는, 실리콘 융액(12)을 저류하는 석영 도가니(13)가 설치되고, 이 석영 도가니(13)의 외주면은 흑연 서셉터(14)에 의해 피복된다. 석영 도가니(13)의 하면은 상기 흑연 서셉터(14)를 통하여 지지축(16)의 상단에 고정되고, 이 지지축(16)의 하부는 도가니 구동수단(17)에 접속된다. 도가니 구동 수단(17)은, 석영 도가니(13)를 회전시키는 제1 회전용 모터(도 시하지 않음)와, 석영 도가니(13)를 승강시키는 승강용 모터(도시하지 않음)를 갖는다. 이들 모터에 의해 석영 도가니(13)가 소정의 방향으로 회전할 수 있음과 동시에, 상하방향으로 이동할 수 있다. 석영 도가니(13)의 외주면은 석영 도가니(13)로부터 소정의 간격을 두고 히터(18)에 의해 포위되어 있다. 히터(18)는 보온통(19)에 의해 포위된다. 히터(18)는 석영 도가니(13)에 투입된 고순도의 실리콘 다결정체를 가열·융해하여 실리콘 융액(12)으로 한다.

상단에는 원통형상의 케이싱(casing; 21)이 접속된다. 케이싱(21)에는 인상 수단(22)이 설치된다. 인상 수단(22)은 케이싱(21)의 상단부에 수평상태로 선회 가능하게 설치된 인상헤드(도시하지 않음)와, 헤드를 회전시키는 제2 회전용 모터(도시하지 않음)와, 헤드로부터 석영 도가니(13)의 회전 중심을 향해 매달린 와이어 케이블(23)과, 상기 헤드내에 설치되어 와이어 케이블(23)을 감거나 또는 풀어내는 인상용 모터(도시하지 않음)를 갖는다. 와이어 케이블(23)의 하단에는, 실리콘 융액(12)에 침지하여 실리콘 단결정봉(25)을 인상하기 위한 종결정(24)이 부착되어 있다.

챔버(11)에는, 챔버(11)의 실리콘 단결정봉측에 불활성가스를 공급하고, 상기 불활성가스를 챔버(11)의 도가니 내주면측으로부터 배출하는 가스급배(給排)수단(28)이 접속된다. 가스급배수단(28)은 일단이 케이싱(21)의 주벽에 접속되고 타단이 상기 불활성가스를 저류하는 탱크(도시하지 않음)에 접속된 공급 파이프(29)와, 일단이 챔버(11)의 하벽에 접속되고 타단이 진공펌프(도시하지 않음)에 접속된 배출 파이프(30)를 가진다.

공급 파이프(29) 및 배출 파이프(30)에는 이들 파이프(29, 30)를 흐르는 불활성가스의 유량을 조정하는 제1 및 제2 유량 조정밸브(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 콘트롤러(도시하지 않음)의 제어 입력에 접속되고, 콘트롤러의 제어 출력은 인상 수단(22)의 인상용 모터 및 도가니 구동 수단의 승강용 모터에 각각 접속된다. 콘트롤러에는 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 맵(map)으로서 기억된다. 메모리에는, 실리콘 단결정봉(25)의 인상 길이에 대한 석영 도가니(13) 내의 실리콘 융액(12)의 액면 레벨이 제2 맵으로서 기억된다. 콘트롤러는, 인상용 모터에서의 인코더의 검출 출력에 기초하여 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. 열차폐 부재(36)는 원통형상으로 형성되어 히터(18)로부터의 복사열을 차단하는 통부(37)와, 이 통부(37)의 위 가장자리에 연이어 설치되어 외측으로 대략 수평방향으로 신장되는 플랜지부(38)를 갖는다. 상기 플랜지부(38)를 보온통(19)상에 올려 놓음으로써, 통부(37)의 아래 가장자리가 실리콘 융액(12) 표면으로부터 소정의 거리만큼 상방에 위치하도록 열차폐 부재(36)가 챔버(11) 내에 고정된다. 통부(37)의 하부에는, 통내의 방향으로 팽출하는 팽출부(39)가 설치된다.

이 인상 장치(10)에는, 챔버(11)가 사이에 위치하도록 한 쌍의 여자코일(41,41)이 설치된다. 도2 및 도3 에 나타내는 바와 같이, 한 쌍의 여자코일(41,41)은 서로 같은 형태 및 같은 크기이다. 이하, 한쪽의 여자코일(41)로 대표하여 그 형상을 설명한다. 여자코일(41)은, 챔버(11)의 외면을 따라 수평방향으로 연장되는 반원형상의 상반원 환상부(41a)와, 그 상반원 환상부와 소정의 간격(H), 이 실시형태에서는 5~500cm의 간격(H)을 두고 하방에 위치하여 챔버(11)의 외면을 따라 수평방향으로 연장되는 반원형상의 하반원 환상부(41b)와, 연직방향으로 연장되어 상반원 환상부(41a)와 하반원 환상부(41b)의 각 단부를 서로 연결하는 한 쌍의 직선형상부(41c, 41d)를 구비한다. 한 쌍의 여자코일(41,41)은 파워 리드선(42)에 의해 직렬로 접속된다. 전원(도시하지 않음)으로부터 각 여자코일(41,41)에 통전되면, 도2 에 나타내는 바와 같이 양 코일(41,41)의 중심(A)을 연결하는 수평방향으로 자속(磁束)이 발생한다.

도1 에 있어서, 한 쌍의 여자코일(41,41)은, 각각의 여자코일(41,41)의 연직방향의 중심(A)이 실리콘 융액(12)의 표면보다도 상방이 되도록 상하 이동 가능하게 챔버(11)의 외부에 배치된다.

다음으로 이 실리콘 단결정의 인상 장치를 이용한 본 발명의 인상 방법을 설명한다.

도1 에 나타내는 바와 같이, 석영 도가니(13)에 고순도의 실리콘 다결정체 및 도펀트 불순물을 투입하고, 카본 히터(18)에 의해 이 고순도의 실리콘 다결정체를 가열, 융해하여 실리콘 융액(12)으로 한다. 그리고, 실리콘 단결정봉(25)의 인상 개시 때의 실리콘 융액(12)의 깊이를 L로 하고 여자코일(41,41)의 연직방향의 중심(A)과 실리콘 융액(12)의 표면과의 차이를 D로 할 때, 그 차이(D)가 0 이상 10L 이하가 되도록 한 쌍의 여자코일(41,41)의 연직방향의 위치가 정해진다. 즉, 그 차이(D)는 다음 식(1)로 나타내어진다.

0≤D≤10L …… (1)

실리콘 다결정체를 융해시켜 석영 도가니(13)에 실리콘 융액(12)을 저류시키고, 한 쌍의 여자코일(41,41)의 연직방향의 위치를 정한 후, 전원(도시하지 않음)으로부터 각 여자코일(41,41)에 통전하여, 도2 에 나타내는 바와 같이 양 코일(41,41)을 연결하는 수평방향으로 자속을 발생시킨다. 한편, 여자코일(41,41)에 의해 생기는 자장은, 여자코일(41,41)의 연직방향의 중심(A)에 생기는 실선으로 나타낸 횡자장이 자장 강도의 점에서 가장 강하고, 그 실선으로 나타낸 횡자장으로부터 상하로 떨어진 곳에 생기는 일점 쇄선으로 나타낸 횡자장에서는, 그 떨어지는 거리에 비례하여 자장 강도가 저하된다. 이 때문에 실리콘 융액(12)에 인가되는 자장 강도는 실리콘 융액(12)의 표면에서 가장 강하고, 융액의 표면으로부터 하방을 향함에 따라, 자장 강도는 서서히 저하된다. 이 실시형태에서는 실리콘 융액(12)으로부터 인상되는 실리콘 단결정봉(25)의 고액계면 근방의 실리콘 융액(12)에 인가되는 자장 강도는 10~1000mT이다.

그 후, 도가니 구동수단(17)에 의해 지지축(16)을 통하여 석영 도가니(13)를 소정의 속도로 회전시킨다. 그리고 회전 인상 수단의 인상용 모터(도시하지 않음)에 의해 와이어 케이블(23)을 풀어내어 종결정(24)을 하강시키고, 종결정(24)의 선단부를 실리콘 융액(12)에 접촉시킨다. 그 후, 종결정(24)을 서서히 인상함으로써 네크부(25a)를 형성하고, 그 종결정(24)의 하방에 실리콘 단결정봉(25)을 육성시킨다. 실리콘 단결정봉(25)을 인상할 때에, 종결정(24)이 소정의 속도로 시계 방향으로 회전하도록 와이어 케이블(23)을 회전시킨다.

이 횡자장이 인가된 실리콘 융액(12)에서는, 자장 강도가 가장 강한 여자코일(41,41)의 연직방향의 중심(A)이 실리콘 융액(12)의 표면보다 상방에 있기 때문에, 실리콘 융액(12)에 인가되는 자장 강도는 실리콘 융액(12)의 표면에서 가장 강하고, 융액 표면으로부터 하방을 향함에 따라, 그 강도는 서서히 저하된다. 단결정봉(25)의 인상에 따르는 실리콘 융액(12)의 액면의 근소한 상하 이동에 따라 실리콘 단결정봉과 실리콘 융액과의 경계인 고액계면 근방에서의 자장 강도가 근소하게 변화되지만, 자장 강도는 실리콘 융액(12)의 표면에서 가장 강하기 때문에, 가장 강한 자장 강도가 그 표면보다 하방에 있는 종래와 비교하여, 고액계면 근방에서의 실리콘 융액(12)의 대류를 충분히 제어할 수 있다.

이 때문에, 고액계면의 형상을 안정되게 제어하는 것이 가능하게 되고, 보론코프(Voronkov)의 이론에 기초한 소정의 인상 속도 프로파일로 실리콘 융액(12)으로부터 실리콘 단결정봉(25)을 인상함으로써, 내부에 격자간 실리콘형 점 결함의 응집체가 존재하지 않는 실리콘 단결정봉(25)을 제조하는 것도 가능하게 된다. 보론코프의 이론에서는, 결함의 수가 적은 고순도 실리콘 단결정봉(25)을 성장시키기 위해, 실리콘 단결정봉의 인상속도를 V(mm/분), 실리콘 단결정봉과 실리콘 융액(12)의 계면 근방의 실리콘 단결정봉 중의 온도 구배를 G(℃/mm)로 할 때에, V/G(mm²/분·℃)를 제어한다.

(실시예1)

실리콘 단결정봉(25)의 인상 개시 때의 실리콘 융액(12)의 깊이를 L로 하고 여자코일(41,41)의 연직방향의 중심(A)과 실리콘 융액(12)의 표면과의 차이를 D로 할 때, 그 차이(D)가 -2.1L에서 +3.2L의 범위까지 이동한 경우에 있어서의 고액계면 형상의 높이의 변화와, 이와 같이 인상한 경우에 있어서의 실리콘 단결정봉(25)의 중심축에 있어서의 온도 구배의 변화를 최소제곱법에 의해 구하였다. D의 표기에서, "-"는 여자코일(41,41)의 연직방향의 중심(A)이 실리콘 융액(12)의 표면보다도 하방이 되는 경우를 나타내고, "+"는 여자코일(41,41)의 연직방향의 중심(A)이 실리콘 융액(12)의 표면보다도 상방이 되는 경우를 나타낸다. 고액계면 형상의 높이의 변화는, 실리콘 단결정봉을 인상할 때에 생기는 고액계면의 높이의 최대치와 평균치와의 비에 의해 나타내었다. 실리콘 단결정봉(25)의 중심축에 있어서의 온도 구배의 변화는, 실리콘 단결정봉을 인상할 때에 생기는 고액계면 근방의 단결정봉의 축방향의 온도 구배의 최대치와 평균치와의 비에 의해 나타내었다. 그 결과를 도4 에 나타낸다.

도4 의 결과로부터 명확해진 바와 같이, 여자코일(41,41)의 연직방향의 중심(A)이 실리콘 융액(12)의 표면보다도 하방에 있는 경우에는, 여자코일(41,41)의 연직방향의 중심(A)과 실리콘 융액(12)의 표면과의 차이(D)의 변화에 대한 고액계면 형상의 높이의 변화와 온도 구배의 변화가 비교적 크게 변화된다. 반면, 여자코일(41,41)의 연직방향의 중심(A)이 실리콘 융액(12)의 표면보다도 상방에 있는 경우에는, 여자코일(41,41)의 연직방향의 중심(A)과 실리콘 융액(12)의 표면과의 차이(D)의 변화에 대한 고액계면 형상의 높이의 변화와 온도 구배의 변화가 크게 변화하지 않는다. 따라서, 여자코일(41,41)의 연직방향의 중심(A)을 실리콘 융액(12)의 표면보다도 상방으로 하는 본 발명에서는, 단결정봉의 인상에 따르는 고액계면 근방에서의 자장 강도의 변화를 억제하여 고액계면 근방의 실리콘 융액의 대류를 충분히 제어할 수 있는 것을 알 수 있다.

본 발명의 자장 인가식 실리콘 단결정의 인상 방법에 의하면, 단결정과 실리콘 융액의 고액계면 형상 및 단결정봉의 축방향의 온도 구배를 균일화시켜, 산소 농도 등이 안정된 고품질의 실리콘 단결정봉을 얻을 수 있다.

Claims

자장 인가식 실리콘 단결정의 인상 방법으로서,

챔버 내에 설치된 석영 도가니에 실리콘 융액을 저류(貯留)하고, 챔버가 사이에 위치하도록 설치된 한 쌍의 여자코일에 의해 형성되는 수평자장이 상기 실리콘 융액에 인가되고, 와이어 케이블의 하단에 설치된 종결정을 상기 실리콘 융액에 침지하고, 상기 와이어 케이블을 회전시키면서 인상함으로써 상승하는 상기 종결정의 하부에 실리콘 단결정봉을 형성하는 실리콘 단결정의 인상 방법에 있어서,

상기 여자코일의 연직방향의 중심이 상기 실리콘 융액의 표면보다도 상방이 되도록 상기 여자코일이 상기 챔버의 외부에 배치되고,

상기 실리콘 단결정봉의 인상 개시 때의 상기 실리콘 융액의 깊이를 L로 하고, 상기 여자코일의 연직방향의 중심과 상기 실리콘 융액의 표면과의 차이를 D로 할 때, 차이(D)가 0<D≤10L를 만족하는 자장 인가식 실리콘 단결정의 인상 방법.
제1항에 있어서, 실리콘 융액과, 상기 실리콘 융액으로부터 인상되는 실리콘 단결정봉의 고액계면 근방에 있어서, 상기 실리콘 융액에 인가되는 자장의 강도가 10~1000mT인 자장 인가식 실리콘 단결정의 인상 방법.
제1항에 있어서, 상기 한 쌍의 여자코일의 각각은, 상기 챔버의 외면을 따라 수평방향으로 연장되는 반원형상의 상반원 환상부와, 상기 상반원 환상부와 간격을 두고 하방에 위치하여 상기 챔버의 외면을 따라 수평방향으로 연장되는 반원형상의 하반원 환상부와, 연직방향으로 연장되어 상기 상반원 환상부와 상기 하반원 환상부의 각 단부를 서로 연결하는 한 쌍의 직선형상부를 구비하는 자장 인가식 실리콘 단결정의 인상 방법.
제1항에 있어서, 상기 차이(D)가 0.1L 이상 0.8L 이하인 자장 인가식 실리콘 단결정의 인상 방법.
제3항에 있어서, 상기 상반원 환상부와 상기 하반원 환상부와의 상기 간격은 5∼500cm 인 자장 인가식 실리콘 단결정의 인상 방법.