KR101325628B1 - 실리콘 결정 성장용 석영 도가니의 코팅 방법 및 실리콘 결정 성장용 석영 도가니 - Google Patents

Abstract

실투 코팅에 형성되는 핀 홀의 직경을 작게 억제할 수 있는 실리콘 결정 성장용 석영 도가니의 코팅 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 코팅 방법에서는, 실리콘 결정 성장용 석영 도가니의 내면에 두께 80μm 이상 4mm 이하의 무기포 석영층을 형성하고, 상기 무기포 석영층의 표면을 알칼리토류 수산화물로 피복한 후, 상기 표면에 실투가 발생하는 온도 이상으로 가열한다. 상기 피복은, 상기 내면을 상기 알칼리토류 수산화물의 용액에 침지시켜 행할 수도 있다. 또한, 상기 가열은, 상기 실리콘 결정 성장용 석영 도가니에, 용융 원료인 고체 원료를 충전하기 전에 행할 수도 있다.

Description

실리콘 결정 성장용 석영 도가니의 코팅 방법 및 실리콘 결정 성장용 석영 도가니{Coating method of quarts crucible for silicon crystal growth and quarts crucible for silicon crystal growth}

본 발명은, 실리콘 결정의 제조에 있어서 원료 융액을 저장하는 실리콘 결정 성장용 석영 도가니에 있어서, 원료 융액에 산화 규소의 혼입을 방지하기 위한 실투(失透, devitrification)층에 의한 코팅을 형성하기 위한 코팅 방법에 관한 것이다.

단결정을 성장시키는 초크랄스키법에 있어서 원료 융액을 수용하기 위하여 사용되는 도가니는, 그 내표면에, 도가니로부터 원료 융액으로의 불순물의 혼입을 방지하기 위한 코팅이 이루어지고 있다. 이 코팅은, 단결정의 질이나 수율에 큰 영향을 미치는 것으로서, 다양한 연구가 이루어지고 있다.

예를 들어, 일본 특허 공개 평 9-110579호 공보에는, 단결정을 성장시키는 초크랄스키법에 있어서 용융 반도체 재료를 수용하기 위한 도가니의 내표면에, 실투 촉진제를 약 600℃ 이하의 온도에서 부착시킨 후에 600℃를 초과하는 온도로 가열하고, 실질적으로 실투한 실리카의 층을 내표면에 형성하는 방법이 개시되어 있다. 그리고, 실투 촉진제로는, 칼슘, 바륨, 마그네슘, 스트론튬 및 베릴륨으로 이루어지는 군에서 선택되는 알칼리토류 금속을 포함하는 것을 들 수 있다. 이 방법에 의하면, 초크랄스키법이 실시되고 있는 동안, 특히 폴리실리콘 용융 동안, 안정적인 종결정핵이, 실투 촉진제에 의해 야기된 핵형성 부위에 형성되고, 도가니 표면에서 유리질 실리카가 결정화되고, 도가니 표면에 실질적으로 균질 및 연속적인 β-크리스토발라이트의 실투 쉘이 형성된다. 도가니의 내표면에 형성되는 실질적으로 균질 및 연속적인 실투 쉘(본 발명의 실투 코팅에 해당)은, 용융 원료(실리콘 멜트)와 접촉하면, 균질하게 용해되기 때문에, β-크리스토발라이트 입자의 멜트 속으로의 방출이 억제되고, 성장 결정 속에 형성되는 전위를 최소한으로 억제할 수 있다. 또한, 실투 쉘을 도가니의 외표면에 형성한 경우, 도가니를 강화할 수 있다는 이점도 있다.

일본 특허 공개 평 9-110579호 공보

상기 방법은, 실투 촉진제로서 수산화 바륨을 채용하며, 실제로 널리 채용되고 있으나, 도가니 내 전면에 균일한 실투 쉘(실투 코팅)을 형성하기가 어렵고, 실제로는, 군데 군데 핀 홀을 갖는 실투 쉘이 형성되게 된다. 단, 이들 핀 홀이 직경이 작은 것이라면, 통상적으로, 원료 융액은 그 점성에 의해 유입될 수 없어, 결정을 제조함에 있어 큰 문제는 되지 않는다. 또한, 비록 원료 융액이 유입될 수 있을 정도의 직경이라 해도, 원료 융액과 도가니를 구성하는 석영이 접촉하는 면적이 작으면, 원료 융액으로의 불순물의 혼입도 매우 낮아지기 때문에, 역시 결정을 제조함에 있어 큰 문제는 되지 않는다.

그러나, 자원 절약, 비용 절약 등을 목적으로 최근 실시가 시도되고 있는 도가니의 반복 사용에 있어서는, 용융 원료가 유입될 수 있을 정도의 핀 홀 아래에서 노출된 석영층의, 유입된 용융 원료의 침식이나 고화시의 퇴적 팽창으로 인한 손상이, 사용을 반복할 때마다 확대된다는 문제가 있었다. 그리고, 석영층의 손상이 진행되면, 최종적으로는 도가니 내표면의 파괴를 초래한다는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명은, 실투 코팅에 형성되는 핀 홀의 직경을 작게 억제할 수 있는 실리콘 결정 성장용 석영 도가니의 코팅 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 코팅 방법에서는, 실리콘 결정 성장용 석영 도가니의 내면에 두께 80μm 이상 4mm 이하의 무기포(無氣泡) 석영층을 형성하고, 상기 무기포 석영층의 표면을 알칼리토류 수산화물로 피복한 후, 상기 표면에 실투가 발생하는 온도 이상으로 가열한다.

상기 피복은, 상기 내면을 상기 알칼리토류 수산화물의 용액에 침지시켜 행할 수도 있다. 또한, 상기 가열은, 상기 실리콘 결정 성장용 석영 도가니에, 용융 원료인 고체 원료를 충전하기 전에 행할 수도 있다.

본 발명에 따른 실리콘 결정 성장용 석영 도가니는, 원료 융액과의 접촉면에 실투 코팅을 가지며, 상기 실투 코팅 아래에 두께 80μm 이상 4mm 이하의 투명 석영층을 갖는다.

본 발명에 따른 코팅 방법에서는, 실투 코팅이 형성되는 석영층에는 기포가 포함되지 않고, 또한, 그 표면도 매우 미끄러운 것이기 때문에, 실투가 발생할 때 형성되는 핀 홀의 지름을 작은 것으로 억제할 수 있다. 또한, 석영 도가니는, 필요한 강도를 얻기 위해, 백탁된 석영으로 구성하는 것이 일반적인데, 본 발명자는, 이 백탁(白濁)된 석영에 포함되는 기포와, 백탁된 석영층의 표면 거칠기에 기인하는 실투 촉진제의 도포 두께의 불균일이, 실투 코팅에 지름이 큰 핀 홀을 형성하는 것을 발견했다. 본 발명은, 이 새로운 깨달음에 따른 것이다. 무기포 석영층은, 적어도 80μm 이상의 두께가 있으면 실투 코팅을 형성할 수가 있는데, 너무 두꺼우면 도가니의 강도가 불충분해진다. 따라서, 무기포 석영층의 두께는 4mm 이하로 할 필요가 있다.

본 발명에 따른 실리콘 결정 성장용 석영 도가니는, 본 발명에 따른 코팅 방법에 의해 실투 코팅이 형성된 것으로서, 핀 홀의 지름이 매우 작아, 반복 사용해도 석영층이 손상되는 일이 없다.

도 1은 무기포 석영층 상에 형성한 실투 코팅의, 사용후의 표면 상태를 보인 도면 대용 사진이다.
도 2는 백탁된 석영층 상에 형성한 실투 코팅의, 사용후의 표면 상태를 보인 도면 대용 사진이다.
도 3은 실투 코팅이 형성된 무기포 석영층의 파단면을 보인 도면 대용 사진이다.
도 4는 실투 코팅이 형성된 백탁된 석영층의 파단면을 보인 도면 대용 사진이다.

<실시예>

실시예로서, 4mm 두께의 무기포 석영층에 수산화 바륨을 도포하고, 단결정의 제조 시에, 무기포 석영층 상에 실투 코팅을 형성했다. 그리고, 단결정의 제조를 행한 후의 실투 코팅의 표면을 육안으로 확인하고 촬영했다. 한편, 비교예로서, 무기포 석영층을 갖지 않으며, 백탁된 석영으로만 구성된 공지의 석영 도가니에 대해서도 마찬가지로, 단결정의 제조를 행한 후의 실투 코팅의 표면을 육안으로 확인하고 촬영했다. 또한, 표면의 촬영에는, 디지털 하이스코프 시스템 DH-2400DP(제품명, 가부시키가이샤 하이록스)를 사용했다. 대물 렌즈의 촬영 배율은 100배로 하고, 동일한 설정 상태인 채로, 실시예와 비교예의 공시체(供試體) 각각에 대해 촬영을 행했다. 또한, 참고로서, 실시예, 비교예 각각의 실투 코팅이 형성된 석영층의 파단면의 디지털 사진을 도 3, 도 4에 나타냈다.

육안에 의해, 실시예에서는 그다지 큰 핀 홀은 확인되지 않았으나, 비교예에서는 매우 큰 핀 홀이 형성되어 있음이 확인되었다. 도 1은, 육안으로 확인된 실시예에 있어서의 비교적 큰 핀 홀이고, 도 2는, 동일한 조건으로 촬영한, 비교예에 있어서의 핀 홀이다. 실시예에 있어서의 핀 홀은 지름도 작고, 또한 석영층이 노출되는 면적이 매우 작아, 용융 원료의 유입에 따른 손상이 발생할 가능성이 낮다. 이에 반해, 도 2에서 도시한 핀 홀은 매우 커서 용융 원료가 유입될 가능성이 높다. 또한, 핀 홀의 바닥에는 석영층이 크게 노출되어 있는 부분이 있으며, 핀 홀로 유입된 용융 원료에 의해 손상될 가능성이 높다. 또한, 도 2에 도시한 핀 홀은, 도 1에 도시한 핀 홀보다 크며, 동일한 배율로는 전체 이미지를 촬영할 수가 없었기 때문에, 핀 홀 전체의 대략 3분의 2가 2장으로 나뉘어 촬영되어 있다. 또한, 도 3에 있어서, 상측에 위치하는 층이 무기포 석영층이다.

Claims (4)

1. 실리콘 결정 성장용 석영 도가니의 내면에 두께 80μm 이상 4mm 이하의 무기포 석영층을 형성하고, 상기 무기포 석영층의 표면을 알칼리토류 수산화물로 피복한 후, 상기 표면에 실투가 발생하는 온도 이상으로 가열하는 것을 특징으로 하는 코팅 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 피복은, 상기 내면을 상기 알칼리토류 수산화물의 용액에 침지시켜 행하는 것을 특징으로 하는 코팅 방법.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 가열은, 상기 실리콘 결정 성장용 석영 도가니에, 용융 원료인 고체 원료를 충전하기 전에 행하는 것을 특징으로 하는 코팅 방법.
4. 두께 80μm 이상 4mm 이하인 무기포 석영층; 및
   상기 무기포 석영층의 표면을 알카리토류 수산화물로 피복한 후, 상기 표면에 실투가 발생하는 온도 이상으로 가열함에 의하여 형성되는 실투 코팅;을 갖는 것을 특징으로 하는 실리콘 결정 성장용 석영 도가니.

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