KR101323901B1 - 용융 미립자를 이용하여 실리콘으로 이루어진 단결정을 제조하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 용융 미립자를 이용하여 실리콘으로 이루어진 단결정을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 이 방법은, 실리콘으로 이루어진 원추형 튜브의 하단부와 성장 중의 단결정 사이에 제1 체적의 용융 실리콘을 생성하되, 원추형 튜브가 하단부에서 폐쇄되어 있는 한편, 실리콘으로 이루어진 회전 플레이트의 중앙 개구를 에워싸면서 그 회전 플레이트 아래로 연장되게 하고, 회전 플레이트 아래에 배치된 제1 유도 가열 코일에 의해 제1 체적의 용융 실리콘을 생성하고;
회전 플레이트 위에 배치된 제2 유도 가열 코일에 의해 제2 체적의 용융 실리콘을 생성하며;
제2 체적의 용융 실리콘을 위한 통로 개구가 생성될 정도로 원추형 튜브의 하단부를 용융시키되, 제2 체적의 용융 실리콘이 아직 존재하지 않거나 제1 체적의 용융 실리콘의 체적의 2배보다 적은 시점에 통로 개구가 생성되도록 용융시키고;
제1 및 제2 체적으로부터의 용융 실리콘의 소모에 의해 성장 중의 단결정 상에 단결정 실리콘을 결정화하는 것을 포함한다.
회전 플레이트 위에 배치된 제2 유도 가열 코일에 의해 제2 체적의 용융 실리콘을 생성하며;
제2 체적의 용융 실리콘을 위한 통로 개구가 생성될 정도로 원추형 튜브의 하단부를 용융시키되, 제2 체적의 용융 실리콘이 아직 존재하지 않거나 제1 체적의 용융 실리콘의 체적의 2배보다 적은 시점에 통로 개구가 생성되도록 용융시키고;
제1 및 제2 체적으로부터의 용융 실리콘의 소모에 의해 성장 중의 단결정 상에 단결정 실리콘을 결정화하는 것을 포함한다.
Description
본 발명은 용융 미립자를 이용하여 실리콘으로 이루어진 단결정을 제조하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은, 실리콘으로 이루어진 원추형 튜브의 하단부와 성장 중의 단결정 사이에 제1 체적의 용융 실리콘을 생성하되, 원추형 튜브가 하단부에서 폐쇄되어 있는 한편, 실리콘으로 이루어진 회전 플레이트의 중앙 개구를 에워싸면서 그 회전 플레이트 아래로 연장되게 하고, 회전 플레이트 아래에 배치된 제1 유도 가열 코일에 의해 제1 체적의 용융 실리콘을 생성하고;
회전 플레이트 위에 배치된 제2 유도 가열 코일에 의해 제2 체적의 용융 실리콘을 생성하며;
제2 체적의 용융 실리콘을 위한 통로 개구가 생성될 정도로 원추형 튜브의 하단부를 용융시키고; 그리고
제1 및 제2 체적으로부터의 용융 실리콘의 소모에 의해 성장 중의 단결정 상에 단결정 실리콘을 결정화하는 것을 포함한다.
단결정은 먼저 단결정의 가는 목부(neck), 이어서 원추형으로 벌어지는 단결정 섹션, 그리고 마지막으로 원통형의 단결정 섹션으로 결정화된다. 그러한 방법의 시작시에, 결정화에 필요한 용융 실리콘은 이를 위해 용융되는 원추형 튜브의 하단부 및 시드 결정으로부터 비롯된 것이다. 그 방법을 더 진행하였을 때에, 결정화에 필요한 용융 실리콘은 또한 제2 유도 가열 코일에 의해 회전 플레이트의 상면 및 튜브의 내벽을 용융시킴으로써 얻어진다. 단결정을 결정화하는 데에 필요한 실리콘의 대부분은 회전 플레이트 상에 급송된 미립자를 제2 유도 가열 코일에 의해 용융시켜 원추형 튜브를 통해 액상 막으로서 성장 중의 단결정에 보냄으로써 얻어진다.
그러한 방법은, 근본적으로 다결정 블록 대신에서 미립자를 용융시켜 단결정을 성장시키는 데에 필요한 용융 실리콘의 대부분을 제공한다는 점과, 미립자의 용융 및 단결정의 결정화의 제어에 전용 유도 가열 코일(인덕터 코일)을 각각 이용한다는 점에서 플로팅 존(floating zone : FZ)법과 차이가 있다.
그 방법의 시작시에, 이 시점에는 하단부가 폐쇄되어 있는 원추형 튜브가 회전 플레이트 아래에 배치된 제1 유도 가열 코일에 의해 먼저 용융된다. 용융 실리콘의 액적이 원추형 튜브의 하단부에서 발생한다. 이 액적에 시드 결정이 부착된다. 그 후에, 시드 결정은 제1 유도 가열 코일에 의해 재결정화되어, 가는 목부를 형성하고, 이 가는 목부 상에서의 용융 실리콘의 체적이 점점 용융되고 있는 튜브의 하단부로부터의 추가적인 실리콘에 의해 증가하여 제1 체적의 용융 실리콘으로 된다. FZ법과 유사하게, 가는 목부 상에는 전위가 없는 원추형으로 벌어지는 단결정 섹션이, 그리고 마지막으로 원통형의 단결정 섹션이 결정화된다. 원추형으로 벌어지는 단결정 섹션의 결정화 중에 또는 심지어 그 전에, 원추형 튜브의 하단부는 용융 실리콘을 위한 통로 개구가 원추형 튜브의 하단부에 생성될 정도로 용융된다. 이 시점부터 시작하여, 제2 체적의 용융 실리콘이 원추형 튜브의 내벽을 따라 흘러 통로 개구를 지나 제1 체적의 용융 실리콘 내로 유입될 수 있다. 제2 체적의 용융 실리콘은 제2 유도 가열 코일에 의해 생성된다.
이러한 방법 및 이를 수행하기에 적합한 장치가 예를 들면 DE 102 04 178 A1에 개시되어 있다.
DE 10 2008 013 326 A1에는 그 방법의 제2 유도 가열 코일로서 이용될 수 있는 유도 가열 코일이 개시되어 있다. 이 유도 가열 코일은 그 하면의 중앙에 돌출 세그먼트를 갖고 있고, 이 세그먼트에 의해 원추형 튜브를 통과해 흐르는 용융 실리콘의 막이 가열되어 액상으로 유지될 수 있다.
그 방법을 수행할 때에, 단결정 반도체 웨이퍼로 제조될 수 있는 단결정의 수율을 감소시키는 방해 상황이 발생할 수 있다. 따라서, 전위가 급격하게 형성되거나, 그 때까지 성장된 단결정의 옆으로 용융 실리콘이 흘러내릴 수 있다.
본 발명자들은 그러한 방해 상황의 원인을 조사하였고 그 과정 중에 본 발명이 안출되었다. 본 발명의 목적은 전술한 방해 상황의 발생을 감소시키는 데에 있다.
그러한 목적은, 용융 미립자를 이용하여 실리콘으로 이루어진 단결정을 제조하는 방법으로서,
이 방법은, 실리콘으로 이루어진 원추형 튜브의 하단부와 성장 중의 단결정 사이에 제1 체적의 용융 실리콘을 생성하되, 원추형 튜브가 하단부에서 폐쇄되어 있는 한편, 실리콘으로 이루어진 회전 플레이트의 중앙 개구를 에워싸면서 그 회전 플레이트 아래로 연장되게 하고, 회전 플레이트 아래에 배치된 제1 유도 가열 코일에 의해 제1 체적의 용융 실리콘을 생성하고;
회전 플레이트 위에 배치된 제2 유도 가열 코일에 의해 제2 체적의 용융 실리콘을 생성하며;
제2 체적의 용융 실리콘을 위한 통로 개구가 생성될 정도로 원추형 튜브의 하단부를 용융시키되, 제2 체적의 용융 실리콘이 아직 존재하지 않거나 제1 체적의 용융 실리콘의 체적의 2배보다 적은 시점에 통로 개구가 생성되도록 용융시키고;
제1 및 제2 체적으로부터의 용융 실리콘의 소모에 의해 성장 중의 단결정 상에 단결정 실리콘을 결정화하는 것을 포함하는 단결정 제조 방법에 의해 달성된다.
원추형 튜브에서 통로 개구의 생성에 따른 성장 중의 단결정에서의 과도하게 큰 부하가 방해 상황의 원인으로서 확인되었다. 통로 개구의 생성에 의해 제2 체적의 용융 실리콘이 제1 체적의 용융 실리콘 내로 실질적으로 순간적으로 유입되는 경우에 성장 중의 단결정에 부하가 가해진다.
본 발명의 따르면, 그러한 부하는 제2 체적의 용융 실리콘이 아직 존재하지 않거나 제1 체적의 용융 실리콘의 체적의 2배보다 적은 시점에 통로 개구를 생성함으로써 억제된다. 이러한 조치를 전술한 방법에 수행하는 경우에 상기한 방해 상황은 상당히 드물게 발생하게 된다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 원추형 튜브에 통로 개구가 생성되기 바로 전의 상황을 도시하고 있다.
도 1은 원추형 튜브에 통로 개구가 생성되기 바로 전의 상황을 도시하고 있다.
본 발명의 방법의 시작시에, 원추형 튜브(1)의 하단부가 제1 유도 가열 코일(2)에 의해 먼저 용융되어 용융 실리콘의 액적을 생성한다. 이 단계에서, 제1 유도 가열 코일과 원추형 튜브는 바람직하게는, 제1 유도 가열 코일의 내부 구멍의 가장자리와 용융 실리콘의 액적 간의 거리가 가능한 한 작게 되도록 서로에 대해 배치된다. 그 거리는 바람직하게는 제1 유도 가열 코일을 동축 배열 상태로부터 옆으로 변위시킴으로써 짧아진다. 그러면, 액적 및 튜브의 하단부에 유도적으로 전달되는 에너지 밀도가 원추형 튜브와 제1 유도 가열 코일의 동축 배열의 경우보다 더 커진다. 그 후 시점에, 특히 원통형 단결정 섹션이 결정화되고 있을 때에는 동축 배열이 바람직하다. 원추형 튜브(1)는 실리콘으로 이루어진 회전 플레이트(3)의 중앙 개구를 둘러싸면서 그 회전 플레이트 아래로 연장한다. 회전 플레이트의 하면은 회전 플레이트와 제1 유도 가열 코일(2) 사이에 배치된 냉각 장치(4)에 의해 냉각되어, 회전 플레이트(3)의 하면이 녹지 않게 한다. 냉각 장치(4)는 제1 유도 가열 코일(2)의 상부층으로서 구현될 수도 있다.
단결정 시드 결정이 원추형 튜브의 하단부의 초기 냉각으로 인해 생성된 용융 실리콘의 액적 내로 아래로부터 침지된다. 그러면, 시드 결정은 제1 유도 가열 코일(2)에 의해 재결정화되어, 시드 결정이 액적과 접촉하게 될 때에 형성되는 전위가 결정 격자로부터 밀어내어지도록 가는 목부(5)를 형성한다. 본 발명의 방법이 더 진행될 시에, 가는 목부(5)와 원추형 튜브(1)의 단부 사이의 수직 거리는 점점 증가하고, 먼저 원추형으로 벌어지는 단결정 섹션(도시 생략)이 가는 목부(5) 상에 결정화되고, 이어서 원통형 단결정 섹션(역시 도시 생략)이 원추형으로 벌어지는 단결정 섹션 상에서 결정화된다.
이러한 단결정은 바람직하게는 예를 들면 도핑 가스 형태로 용융 실리콘에 첨가되거나 용융 전의 실리콘에 함유되는 적어도 1종의 도펀트를 함유한다.
결정화에 필요한 용융 실리콘은 처음에는 시드 결정과 원추형 튜브의 하단부로부터 비롯되고, 그 후에는 회전 플레이트의 상면, 원추형 튜브의 내벽으로부터 비롯되며, 특히 원통형 단결정 섹션의 결정화 중에는 회전 플레이트(3)에 급송되는 미립자(6)로부터 비롯되는데, 이 미립자는 회전 플레이트(3) 위에 배치된 제2 유도 가열 코일(7)에 의해 용융되어, 액상 막(8)으로서 원추형 튜브를 지나 성장 중의 단결정으로 안내된다. 용융 미립자는 또한 원추형으로 벌어지는 단결정 섹션의 결정화를 위해서 미리 사용될 수도 있다.
제2 유도 가열 코일은 바람직하게는 원추형 튜브(1)의 내로 돌출하는 세그먼트(12)를 갖는 DE 10 2008 013 326 A1에 개시된 유도 가열 코일과 같이 구현된다.
도 1에서는 단결정의 가는 목부(5)가 이미 결정화된 상태를 도시하고 있다. 제1 체적의 용융 실리콘(9)이 폐쇄된 원추형 튜브(1)의 하단부와 가는 목부(5) 사이에 위치한다.
본 발명의 방법의 제1 실시예에 따르면, 제2 체적의 용융 실리콘(10)이 회전 플레이트(3)의 상면과 원추형 튜브(1)의 내벽을 제2 유도 가열 코일(7)에 의해 용융시킴으로써 폐쇄된 원추형 튜브(1) 내에 생성된다. 제2 체적의 용융 실리콘(10)은 원추형 튜브의 하단부에서 축적된다. 이 시점에, 제2 체적의 용융 실리콘에는 하나 이상의 깔때기(11) 및 제2 유도 가열 코일(7)에서의 그에 상응하는 개수의 개구를 통해 회전 플레이트(3) 상에 급송된 후에 제2 유도 가열 코일(7)에 의해 용융된 미립자(6)로부터 비롯된 용융 실리콘이 이미 함유되었을 수도 있다.
원추형 튜브(1)의 하단부는 이 하단부에서 원추형 튜브(1)를 폐쇄하는 원추형 튜브의 하단부의 부분이 완전히 용융될 때까지 제1 유도 가열 코일(2)에 의해 더 용융된다. 그 결과, 통로 개구가 원추형 튜브(1)에 생성되고, 이 통로 개구를 통해 튜브 내에 축적된 제2 체적의 용융 실리콘(10)이 실질적으로 순간적으로 제1 체적의 용융 실리콘(9) 내로 유입된다. 제2 유도 가열 코일(7)에서의 원추형 튜브 내로 돌출하는 세그먼트(12)를, 통로 개구의 생성이 완료될 때까지 원추형 튜브의 내벽으로부터 보다 짧은 거리로 떨어지게 일시적으로 하강시킴으로써 통로 개구의 생성을 지원하는 것이 바람직하다.
본 발명의 방법의 제1 실시예에 따르면, 제2 체적의 용융 실리콘(10)이 제1 체적의 용융 실리콘(9)의 체적의 2배보다 적은 시점에 통로 개구가 생성된다. 이 경우, 성장 중의 단결정으로 이루진 민감한 시스템이 단지 약간만 방해를 받게 되고, 그 결과 전위가 형성된다거나 용융 실리콘의 혼합된 용융 체적이 성장 중의 단결정에 대한 계면의 가장자리를 지나 진행할 가능성이 낮아진다.
본 발명의 방법의 제2 실시예에 따르면, 제2 체적의 용융 실리콘(10)이 원추형 튜브 내에 아직 존재하지 않은 시점에 원추형 튜브(1)에 통로 개구가 생성된다. 이 경우, 제2 유도 가열 코일(7)에 의한 실리콘 융용 과정은 통로 개구가 원추형 튜브에 생성된 후에나 시작된다. 이 과정의 경우에도, 성장 중의 단결정에 관련된 방해가 미미한 정도로 유지된다.
1 : 원추형 튜브 2 : 제1 유도 가열 코일
3 : 회전 플레이트 4 : 냉각 장치
5 : 단결정의 가는 목부 6 : 미립자
7 : 제2 유도 가열 코일 8 : 액상 막
9 : 제1 체적의 용융 실리콘 10 : 제2 체적의 용융 실리콘
11 : 깔때기 12 : 제2 유도 가열 코일의 세그먼트
3 : 회전 플레이트 4 : 냉각 장치
5 : 단결정의 가는 목부 6 : 미립자
7 : 제2 유도 가열 코일 8 : 액상 막
9 : 제1 체적의 용융 실리콘 10 : 제2 체적의 용융 실리콘
11 : 깔때기 12 : 제2 유도 가열 코일의 세그먼트
Claims (4)
- 용융 미립자를 이용하여 실리콘으로 이루어진 단결정을 제조하는 방법으로서,
실리콘으로 이루어진 원추형 튜브의 하단부와 성장 중의 단결정 사이에 제1 체적의 용융 실리콘을 생성하되, 상기 원추형 튜브가 하단부에서 폐쇄되어 있는 한편, 실리콘으로 이루어진 회전 플레이트의 중앙 개구를 에워싸면서 그 회전 플레이트 아래로 연장되게 하고, 상기 회전 플레이트 아래에 배치된 제1 유도 가열 코일에 의해 제1 체적의 용융 실리콘을 생성하고;
상기 회전 플레이트 위에 배치된 제2 유도 가열 코일에 의해 상기 회전 플레이트의 상면 및 상기 원추형 튜브의 내벽으로부터 실리콘을 용융시킴으로써 제2 체적의 용융 실리콘을 생성하며;
상기 제2 체적의 용융 실리콘을 위한 통로 개구가 생성될 정도로 원추형 튜브의 하단부를 용융시키되, 제2 체적의 용융 실리콘이 아직 존재하지 않거나 제1 체적의 용융 실리콘의 체적의 2배보다 적은 시점에 통로 개구가 생성되도록 용융시키고;
제1 및 제2 체적으로부터의 용융 실리콘의 소모에 의해 성장 중의 단결정 상에서 실리콘을 단결정으로 결정화하는 것
을 포함하는 단결정 제조 방법. - 제1항에 있어서, 상기 원추형 튜브 내로 돌출하는 제2 유도 가열 코일의 세그먼트를 하강시킴으로써 통로 개구의 생성을 지원하는 것을 포함하는 것인 단결정 제조 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 회전 플레이트 상에 급송되는 미립자로부터 실리콘을 용융시킴으로써 제2 체적의 용융 실리콘의 일부를 형성하는 것을 포함하는 것인 단결정 제조 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 원추형으로 벌어지는 단결정 섹션의 결정화 중에 또는 그 후에 상기 회전 플레이트에 급송된 미립자의 용융을 시작하는 것을 포함하는 것인 단결정 제조 방법.
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