KR101675903B1

KR101675903B1 - 반도체 단결정의 제조 장치 및 제조 방법

Info

Publication number: KR101675903B1
Application number: KR1020137004869A
Authority: KR
Inventors: 쇼우 타카시마; 유이치 미야하라; 아츠시 이와사키; 노부아키 미타무라; 수수무 소노카와
Original assignee: 신에쯔 한도타이 가부시키가이샤
Priority date: 2010-08-26
Filing date: 2011-07-06
Publication date: 2016-11-14
Also published as: DE112011102485T5; DE112011102485B8; US9234296B2; KR20130100998A; WO2012026062A1; US20130125810A1; JP5477229B2; JP2012046371A; DE112011102485B4

Abstract

본 발명은, 육성로 본체의 내부에, 도가니와 해당 도가니의 주위에 배치된 가열 히터를 구비하는 반도체 단결정의 제조 장치에 있어서, 상기 육성로 본체 내의 상기 가열 히터의 주위에 보온통이 배치되어 있고, 해당 보온통은 내측면에 상부와 하부를 나누는 단차부를 가지며, 상기 하부의 내경이 상기 상부의 내경보다 크고, 상기 육성로 본체 내에 있어서 상기 가열 히터의 하방 또한 상기 보온통의 하부의 내측에 단열판이 배치되어 있고, 해당 단열판의 외경이, 상기 보온통의 상부의 내경보다 크고, 또한 상기 보온통의 하부의 내경 보다도 작은 반도체 단결정의 제조 장치이다. 이에 의해, 원료 융액을 수용하는 도가니 주위의 보온 효과를 높이고, 또한 도가니의 외측에 배치된 가열 히터의 발열량(즉 소비 전력)을 억제해도, 반도체 단결정의 성장 속도의 고속화와 품질의 안정화를 충분히 도모할 수 있는 반도체 단결정의 제조 장치가 제공된다.

Description

반도체 단결정의 제조 장치 및 제조 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR SINGLE CRYSTAL}

본 발명은, 쵸크랄스키법(이하, CZ법이라고 칭하는 경우가 있다)에 의해, 실리콘 단결정 혹은 GaAs(갈륨비소) 등의 화합물 반도체 단결정을 육성하기 위한 반도체 단결정의 제조 장치와 그 장치를 이용하여 반도체 단결정을 제조하는 방법에 관한 것이다.

CZ법을 이용한 일반적인 반도체 단결정의 제조 장치에 있어서는, 육성로(育成爐) 본체(메인 챔버(chamber)라고도 불린다)의 내부에 원료 융액을 수용하는 도가니를 구비하고, 해당 도가니의 주위에 가열 히터를 배치하고, 도가니 내의 원료를 융해하여, 이 융해한 원료 융액의 온도를 일정하게 유지하면서, 원료 융액에 종결정을 침지(浸漬)하여 도가니와 종결정을 서로 반대 방향으로 회전시키면서, 종결정을 상방으로 인상함으로써, 종결정의 하방으로 반도체 단결정을 육성한다. 이때, 가열 히터에 의한 원료 융액의 가열을 효율 좋게 실시하고, 또한 금속제의 육성로 본체의 노벽을 가열 히터의 복사열로부터 보호하기 위해, 육성로 본체의 내부의 노벽 부근에는 흑연재 등을 재료로 한 단열재가 배치된다. 이 단열재에 의해 노벽을 보호하는 것과 동시에 육성로 본체 내부를 보온하여, 여분의 가열 히터의 발열을 억제하여 낭비 없이 원료 융액 온도를 일정하게 유지할 수 있게 된다.

또, 최근, 반도체 단결정의 육성, 특히 집적 회로 등의 제조에 사용하는 실리콘 웨이퍼의 재료가 되는 실리콘 단결정의 육성에 있어서는, 웨이퍼 표층부에 형성되는 반도체소자가 점점 미세화되고 있으므로, 단결정 육성시에 내부 도입되는 성장 결함(grown-in defect)을 극히 저밀도로 억제한 결정을 육성할 필요가 있다. 이에, 원료 융액의 상방에 냉각통이나 단열 링 등의 흑연 부재를 배치하여, 고정도로 결정의 냉각 속도를 제어하면서 결정을 인상하는 방법이, 많이 이용되고 있다.

그러나, 결정 냉각 속도를 제어하는 방법에서는, 가열 히터나 원료 융액으로부터 육성 결정에 초래되는 복사열을 극력 억제해야만 하고, 또한 결정 인상 축 방향의 온도 기울기의 형성 정밀도가 요구되는 등, 육성 조건에 관한 제약이 많아, 인상 속도를 고속화시켜 단결정 육성의 생산성 개선을 도모하는데 일정한 한계가 있었다. 특히, 직경이 200 mm나 300 mm를 넘는 대형의 실리콘 단결정 등의 육성에서는, 대형 도가니에 100 kg이 넘는 원료를 충전하여 용융한 후, 1400℃ 이상이나 되는 고온으로 육성로 본체 내부의 분위기를 유지하여 결정 육성을 실시할 필요가 있다. 그 결과, 가열 히터의 발열량도 커져, 원료 융액으로부터 인상되는 단결정의 냉각시에 있어서도, 이 가열 히터로부터의 복사열이 방해가 되어 결정 냉각이 방지되어, 인상 속도의 극적인 고속화는 곤란한 것으로 생각되고 있다.

또, 상술한 바와 같은 대직경이면서 결정 정경부(定徑部)가 긴 단결정을 인상하기 위해, 육성로 본체를 대형화하여 원료 배치 스페이스의 확장을 도모한 반도체 단결정의 제조 장치를 사용하는 일도 시도되고 있다. 이 경우는, 육성로 본체의 대형화에 따라, 그 내부 공간을 효율 좋게 보온하는 것이 곤란하게 되므로, 원료 다결정을 용융할 때나, 단결정 육성시에 원료 융액을 고온 유지하기 위해, 가열 히터의 발열량을 올릴 수 밖에 없게 된다.

이에 단열판을 이용하여 육성로 하부로의 열 유출을 경감시키는 방법이 고안되고 있다.

예를 들면, 특허 문헌 1에는, 도가니의 하방에 배치하는 단열판의 적층 매수를 변경함으로써 단결정 안에 주입되는 산소 농도를 제어하는 단결정 인상 방법이 개시되어 있다.

또, 특허 문헌 2에는, 히터로부터의 복사열을 받아 도가니의 하방까지 열전도에 의해 열을 전달하고, 도가니를 향해 복사열을 방출하는 열전도 복사 부재가 배치되어 있는 결정 인상 장치가 개시되어 있다.

또, 특허 문헌 3에는, 도가니의 하방에 단열판 승강 기구에 의해 승강 구동이 가능한 단열판이 배치된 반도체 단결정의 제조 장치가 개시되어 있다.

일본특허공개 평 9-235181호 공보 일본특허공개 2000-53486호 공보 일본특허공개 2002-326888호 공보

상기와 같은 단열판을 구비한 반도체 단결정의 제조 장치에 있어서, 단열판과 가열 히터를 개별적으로 승강 기구에 의해 승강시키는 경우 및, 단열판과 가열 히터를 일체의 승강 기구에 의해 승강시키는 경우 중 어느 경우에서도, 보온통과 가열 히터 사이, 보온통과 단열판 사이, 및 가열 히터와 단열판 사이는 기계적 동작을 하기 위해서 간격이 필요하다. 이러한 간격을 갖는 부분으로부터, 가열 히터 하부의 복사열 에너지가 챔버 바닥부에 쉽게 누설하여, 열효율의 저하를 초래하는 문제가 있었다.

본 발명은, 이러한 문제점을 고려한 것으로, 원료 융액을 수용하는 도가니 주위의 보온 효과를 높이고, 또한 도가니의 외측에 배치된 가열 히터의 발열량(즉 소비 전력)을 억제해도, 반도체 단결정의 성장 속도의 고속화와 반도체 단결정의 품질의 안정화를 충분히 도모할 수 있는 반도체 단결정의 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위한 것으로, 육성로 본체의 내부에, 적어도, 도가니와, 해당 도가니의 주위에 배치된 가열 히터를 구비하고, 상기 가열 히터에 의해 상기 도가니 내에 수용한 원료 융액을 가열하면서, 해당 원료 융액으로부터 쵸크랄스키법에 의해 반도체 단결정을 인상하여 육성하는 반도체 단결정의 제조 장치에 있어서, 상기 육성로 본체 내의 상기 가열 히터의 주위에 보온통이 배치 되어 있고, 해당 보온통은 내측면에 상부와 하부를 나누는 단차부를 가지며, 상기 하부의 내경이 상기 상부의 내경 보다도 크며, 상기 육성로 본체내에 있어서 상기 가열 히터의 하방 또한 상기 보온통의 하부의 내측에 단열판이 배치되어 있고, 해당 단열판의 외경이, 상기 보온통의 상부의 내경 보다도 크고, 또한 상기 보온통의 하부의 내경 보다도 작은 것을 특징으로 하는 반도체 단결정의 제조 장치를 제공한다.

이와 같이 구성된 반도체 단결정의 제조 장치이면, CZ법에 의해 반도체 단결정을 인상 육성·제조시, 육성로 본체 내에서 도가니의 주위에 배치된 가열 히터의 하방에 상기 규정 형상의 단열판을 배치했으므로, 도가니 주위의 보온 효과가 높아져, 가열 히터의 출력을 어느 정도 억제해도 충분한 열량을 원료 융액에 집중시킬 수 있게 된다. 이에 의해, 가열 히터로부터의 과잉 복사열이 억제되어, 육성하는 반도체 단결정의 냉각 효율이 높아지고, 가열 히터에 의한 소비 전력이 감소함과 동시에, 인상 속도의 부가적인 고속화 및 반도체 단결정의 품질 안정화를 도모할 수 있다.

이 경우, 상기 보온통은, 상기 하부의 두께가 상기 상부의 두께의 30~70%인 것이 바람직하다.

이와 같이 보온통 하부의 두께를 보온통 상부의 두께의 30~70%로 하면, 보다 효과적으로, 가열 히터 바닥부로부터의 복사를 차단하고, 육성로 본체 바닥부로의 열에너지 유출을 막을 수 있다.

또, 상기 단열판은, 상기 도가니와 함께 단열판 승강 기구에 의해 상승 구동 되는 것이 바람직하다.

이와 같이 단열판을 도가니와 함께 단열판 승강 기구에 의해 상승 구동되는 것으로 하면, 도가니의 위치 관계없이 도가니 주위를 효율 좋게 보온하는 상태를 항상 유지할 수 있다. 그 결과, 단결정 육성 공정 전체에 걸쳐서, 도가니 주위의 온도 분포를 적절히 유지하는 것이 가능해진다.

이 경우, 상기 가열 히터는 히터 승강 기구에 의해 승강 구동이 가능하고, 상기 히터 승강 기구가 상기 단열판 승강 기구로 겸용되고 있는 것으로 할 수 있다. 이에 의해, 장치 구성의 간략화를 도모할 수 있다.

또한 이 경우, 상기 가열 히터와 상기 단열판이 공통 베이스를 사이에 두고 일체화되어, 상기 히터 승강 기구를 겸하는 상기 단열판 승강 기구는 상기 공통베이스를 승강 구동하는 것으로 할 수도 있다. 이에 의해, 한층 간략한 구성을 실현할 수 있다.

또, 본 발명은, 상기의 어느 하나의 반도체 단결정의 제조 장치를 이용하여, 상기 육성로 본체 내에 있어서, 상기 가열 히터에 의해 상기 도가니 내에 수용한 원료 융액을 가열하면서, 해당 원료 융액으로부터 쵸크랄스키법에 의해 반도체 단결정을 인상하여 육성함으로써 반도체 단결정을 제조하는 것을 특징으로 하는 반도체 단결정의 제조 방법을 제공한다.

상기의 어느 하나의 반도체 단결정의 제조 장치를 이용한 반도체 단결정의 제조 방법이면, 반도체 단결정의 제조에 있어서, 도가니 주위의 보온 효과가 높아져, 가열 히터의 출력을 어느 정도 억제해도 충분한 열량을 원료 융액에 집중시킬 수 있게 된다. 이에 의해, 가열 히터로부터의 과잉 복사열이 억제되어 육성하는 반도체 단결정의 냉각 효율이 높아져, 가열 히터의 소비 전력이 감소함과 동시에, 인상 속도의 부가적인 고속화 및 반도체 단결정의 품질의 안정화를 도모할 수 있다.

본 발명에 관한 반도체 단결정의 제조 장치이면, CZ법에 의해 반도체 단결정을 인상 육성·제조할 때의 도가니 주위의 보온 효과가 높아져, 가열 히터의 출력을 어느 정도 억제해도 충분한 열량을 원료 융액에 집중할 수 있게 된다. 이에 의해, 가열 히터로부터의 과잉 복사열이 억제되어 육성하는 반도체 단결정의 냉각 효율이 높아져, 가열 히터에 의한 소비 전력이 감소함과 동시에, 인상 속도의 부가적인 고속화 및 반도체 단결정의 품질의 안정화를 도모할 수 있다. 또, 가열 히터의 출력을 어느 정도 억제할 수 있으므로, 가열 히터 및 도가니의 열화를 억제할 수 있어 각 부재의 수명 향상을 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 반도체 단결정의 제조 장치의 실시 형태의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명에 관한 반도체 단결정의 제조 장치의 실시 형태의 다른 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 3은 비교예 1에서 이용한 반도체 단결정의 제조 장치를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 비교예 2에서 이용한 반도체 단결정의 제조 장치를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 실시예 및 비교예의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하지만, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 여러 가지의 반도체 단결정의 인상에 대해 적용할 수 있다. 이하에서는, 주로 실리콘 단결정을 제조하는 경우를 예로 들어 설명한다.

도 1은 CZ법에 의해 반도체 단결정을 육성하기 위한, 본 발명에 관한 반도체 단결정의 제조 장치의 일 실시형태를 나타내는 개략 단면도이다. 도 1에 도시된 반도체 단결정의 제조 장치는, 반도체 단결정의 원료인 원료 융액(13)을 수용하는 육성로 본체(메인 챔버라고도 한다)(19a)와, 육성로 본체(19a)에 연접(連接)하여 원료 융액(13)으로부터 인상된 반도체 단결정을 유지하고 꺼내기 위한 상부 육성로(풀(pull) 챔버라고도 한다)(19b)에 의해 구성된다.

육성로 본체(19a)의 내부 중심 부근에는, 원료 융액(13)을 수용한 도가니(내측의 도가니)(11a)가 배치되고, 도가니(외측의 도가니)(11b)의 주위에 구비된 가열 히터(12)를 발열시키는 것으로 원료를 융해하고, 고온의 융액으로 유지하고 있다. 육성하는 반도체 단결정(17)이 실리콘 단결정인 경우는, 원료 융액(13)을 직접 유지하는 도가니는 석영제 도가니(11a)이며, 이 석영제 도가니(11a)는 고온에서 연화(軟化)하고, 또 약해서 깨지기 쉽기 때문에 석영제 도가니(11a)의 외측은 흑연제 도가니(11b)로 덮여 있다. 그리고, CZ법에 의한 단결정의 육성에서는, 해당 석영제 도가니(11a)와 반도체 단결정(17)을 서로 반대 방향으로 회전시키면서 결정을 성장시키는 것으로부터, 이 흑연제 도가니(11b)의 하부에는 도가니 지지축(16)이 장착되어 육성로 본체(19a)의 외측 하부에 장착된 도가니 회전 승강 기구(20)에 의해, 상하 이동 또한 회전 이동이 자유롭다. 또, 단결정 육성시에는, 결정 품질을 원하는 것으로 하기 위해, 원료 융액(13)의 융액면을 일정하게 유지하여 조업을 실시하는 것이 바람직한 것으로부터, 이 도가니 회전 승강 기구(20)에 의해 원료 융액(13)의 융액면을 원하는 위치로 유지할 수 있는 구성으로 되어 있다.

또, 상부 육성로(19b)의 천정부에는, 단결정(17)을 인상하기 위한 와이어 등의 인상축(15)을 권출하여, 권취하는 미도시의 인상축 권취 기구가 있고, 인상축 권취 기구로부터 권출된 인상축(15)의 선단에는, 종결정(14)을 유지하기 위한 종결정 홀더(15a)가 구비되어 있다. 단결정(17)을 육성할 때는, 인상축 권취 기구로부터 인상축(15)을 권취하여, 종결정(14)의 선단부를 원료 융액(13)의 융액면에 착액하여 서서히 감아 올리는 것에 의해, 종결정(14)의 하방에 단결정(17)을 육성하는 것이다. 게다가 상부 육성로(19b)에는, 로내에 불활성가스를 도입하기 위한 미도시의 가스 공급관이나 가스 공급관에 장착되어 있는 가스 유량 제어 장치에 의해, 로내에 도입하는 불활성 가스 양이 조정되고, 육성로 본체(19a)바닥부에 설치된 미도시의 가스 배기관에 의해 로내에 도입된 불활성 가스가 배기되는 구성으로 되어 있다.

또한, 가열 히터(12)와 육성로 본체(19a)의 노벽의 사이에는, 가열 히터(12)에 의한 고온의 복사열로부터 노벽을 보호하고, 육성로 본체(19a)의 내부를 효율 좋게 보온하기 위해서 보온통(21)이 설치되며, 또 육성로 본체(19a)의 바닥부에도, 고온의 복사열로부터의 노벽 보호와, 육성로 본체(19a) 내부의 보온을 위해, 또한, 만일 원료 융액(13)이 도가니(11a)로부터 유출된 경우, 육성로 본체(19a)의 외부로 유출하지 않도록 원료 융액(13)을 유지하는 목적으로 바닥부 단열재(23)가 구비되어 있다. 또한, 상기 바닥부 단열재(23)와 가열 히터(12) 사이에 있어서, 단열판(22)을 구비하고 있다. 이에 의해, 도가니(11a)나 가열 히터(12)로부터 육성로 본체(19a) 하부나 바닥부 단열재(23)에 복사되는 열을 차폐하도록 하고 있다. 단열판(22)은 단열판 승강 기구(41)에 의해, 상하 이동할 수 있다. 또, 단결정 육성시에는, 결정 품질을 원하는 것으로 하기 위해, 단열판 승강 기구(41)에 의해, 단열판 승강 베이스(42)를 사이에 두어 단열판(22)을 원하는 위치로 유지할 수 있는 구성으로 되어 있다.

그리고, 본 발명에 관한 반도체 단결정의 제조 장치에서는, 보온통(21)의 내측면에 상부와 하부를 나누는 단차부(21a)를 갖고, 하부(21b)의 내경이 상부(21c)의 내경보다도 큰 것으로 한다. 또, 보온통(21)은, 특히, 그 본체부의 두께를 80 mm 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또, 보온통(21)의 하부(21b)의 두께가 보온통(21)의 상부(21c)의 두께의 30~70%가 되도록 보온통(21)에 단차(21a)를 형성하는 것이 바람직하다. 단차(21a)를 형성하는 위치는 원료 용해시부터 결정 육성시를 통한 단열판(22)의 위치의 최상 위치 이상이 되는 높이로 한다.

또한, 보온통(21)은 탄소 섬유제의 본체부를 갖는 것이 바람직하다.

또, 단열판(22)의 외경이, 보온통(21)의 상부(21c)의 내경 보다도 크고, 또한 보온통(21)의 하부(21b)의 내경 보다도 작은 것으로 한다. 또, 특히, 단열판의 두께를 50 mm 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한 단열판(22)은 탄소 섬유제의 본체부를 갖는 것이 바람직하다.

그리고, 반도체 단결정(17)의 인상에 있어서, 도 1에 도시한 바와 같이 단열판(22)의 위치를 보온통(21)의 단차부(21a)에 감합한 상태, 즉, 단열판(22)을, 가열 히터(12)의 하방 또한 보온통(21)의 하부(단차부(21a) 보다 아래)(21b)의 내측에 배치한 상태로 함으로써, 결정 육성중의 가열 히터(12)의 하부로부터의 복사열이 직접적으로 바닥부 단열재(23)에 도달하는 것을 막아, 히터 전력을 효율 좋게 원료 융액(13)으로 전달할 수 있다.

이와 같이, 보온통(21)의 단차부(21a)와 단열판(22)을 감합 배치로 하는 것으로, 단열판(22)은 가열 히터(12)의 구경보다 커지고, 가열 히터(12)의 하부로부터의 복사열이 직접 챔버 하부에 도달하는 일 없이, 보온통(21)과 단열판(22)에서 직접 받아 효율 좋게 도가니 하방으로 반사할 수 있다.

또, 본 발명에 있어서는, 반도체 단결정의 인상시에 있어서 가열 히터(12)를, 도가니(11a, 11b) 및 단열판(22)과 같이 히터 승강 기구(31)에 의해, 히터 승강 베이스(32)를 통해 상승 구동할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 결정 성장에 의한 원료 융액(13)의 감소에 수반하여 도가니(11a, 11b)는 상승하고, 또한 원료 융액(13)을 수용한 도가니 전체의 열용량도 변화하지만, 가열 히터(12)를 도가니(11a, 11b)에 추종 상승시키는 것으로, 가열 히터(12)의 발열 중심을 도가니(11a, 11b)의 이동 나아가서는 원료 융액(13)의 감소에 맞추어 이동할 수 있으므로, 보다 적절한 원료 융액(13)의 가열을 실시할 수 있게 된다.

또, 단열판(22)과 가열 히터(12)의 이동을 조합하는 것으로, 보다 정밀도 좋게 로 내의 온도 분위기를 조정하는 것이 가능해져, 효율적인 원료 융액(13)의 가열을 달성할 수 있다.

도 2는 본 발명에 관한 반도체 단결정의 제조 장치의 실시 형태의 다른 일례로서, 가열 히터(12)와 단열판(22)을, 공통베이스를 통해 일체화한 태양을 나타내는 개략 단면도이다.

이 실시 형태에서는, 단열판(22)과 가열 히터(12)를, 일체화한 승강 기구(51)에 의해 공통베이스(공통의 승강 베이스)(52)를 통해 구동하도록 하고 있다. 단열판(22)은 산화 알루미늄이나 석영글라스 등의 절연체로 이루어지는 단열판 지지 절연체(53)에 의해 지지되어 있고, 이에 의해, 가열 히터(12)에의 공급 전류가 단열판(22) 측으로 흐르지 않도록 되어 있다. 그 밖의 구성은 도 1에 나타낸 반도체 단결정의 제조 장치의 실시 형태와 같다.

또한, 도 1에 나타낸 바와 같이, 가열 히터(12)를, 단열판 승강 기구(41)와는 별도로 설치된 히터 승강 기구(31)에 의해, 단열판(22)과는 독립적으로 승강 구동하는 구성으로 한 경우에는, 원료 융액(13)의 감소에 수반하는 도가니 전체의 열용량 변화 등에도 치밀하게 대응할 수 있고, 보다 정밀도 높게 분위기 온도를 제어하여 고품질의 반도체 단결정(17)을 인상하는 것이 가능해진다.

상기 본 발명의 반도체 단결정의 제조 장치에 있어서는, 반도체 단결정(17)의 여러 가지의 인상 패턴을 기억하는 미도시의 기억장치와, 해당 기억장치에 기억 된 인상 패턴 데이터에 기초하여, 반도체 단결정(17)의 인상에 추종하여 도가니가 상승하도록, 도가니 회전 승강 기구(20)의 동작 제어를 실시하는 미도시의 도가니 상승 제어부와 도가니(11a, 11b)의 상승에 추종하여 단열판(22)이 상승하도록 단열판 승강 기구(41)의 동작 제어를 실시하는 미도시의 단열판 상승 제어부를 구비해 둘 수 있다. 또한, 가열 히터(12)를 조합하여 이동하도록 히터 승강 기구(31)의 동작 제어를 실시하는 미도시의 히터 상승 제어부를 구비해 둘 수 있다. 같은 장치를 이용하는 경우에도, 예를 들면 요구되는 반도체 단결정(17)의 치수나 품질 레벨에 따라, 반도체 단결정(17)의 인상 패턴은 다른 것이 채용된다. 거기서, 반도체 단결정(17)의 여러 가지의 인상 패턴을 기억장치에 기억시켜 두고, 필요한 인상 패턴을 수시로 읽어내 장치 구동에 적용함과 동시에, 도가니(11a, 11b) 혹은 단열판(22) 또한 가열 히터(12)의 상승 구동을, 그 읽혀진 인상 패턴 데이터에 기초하여 제어하도록 하면, 제조하는 단결정의 품번 변경이 이루어졌을 경우에도 용이하게 대응할 수 있고, 나아가서는 여러 가지의 품종의 단결정을 같은 장치를 이용하여 간편하게 제조할 수 있다.

이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 이는 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

본 발명의 효과를 확인하기 위해 이하의 실험을 실시했다.

(실시예 1, 실시예 2)

(1) 단결정의 육성 조건

도 2에 나타내는 본 발명의 반도체 단결정의 제조 장치를 이용하여, 이하의 조건에서 실리콘 단결정의 육성을 실시했다.

a) 원료： 다결정 실리콘 200 kg를 구경 650 mm의 석영제 도가니(11a)에 충전했다.

b) 육성 결정： 직경 200 mm로 했다. 종결정(14)은, 결정축 방향의 방위가 <100>인 것을 사용했다.

c) 단열판(22)의 두께가 80 mm인 것을 사용했다. 단열판(22)의 외경은 표 1에 기재된 실시예 1 및 실시예 2의 조건으로 했다.

d) 가열 히터(12)： 슬릿 중첩 구간의 길이(발열부)가 200 mm인 것을 사용했다.

e) 보온통(21)의 상부 두께는 90 mm인 것을 사용했다. 보온통 상부의 내경과 보온통 하부의 내경은, 각각, 표 1에 기재된 실시예 1 및 실시예 2의 조건으로 했다.

f) 중심의 자속밀도 4000 G의 수평 자장을 인가하여 단결정을 육성했다.

이러한 조건에 의해 단열판(22) 및 가열 히터(12)를, 도가니(11a, 11b)의 이동에 맞추어 이동시키면서, 반복하여 단결정 제조를 실시했다.

이상의 실리콘 단결정의 제조에 있어서는, 실리콘 단결정의 정경부를 육성할 때에 소비한 전력(결정 정경부를 형성할 때의 전력의 평균치)은, 종래의 단열판을 사용한 경우(후술하는 비교예 1)에 비해, 실시예 1 및 실시예 2 모두 10% 정도 적은 소비 전력으로 단결정을 육성할 수 있었다. 또, 석영제 도가니(11a)가 장시간에 걸쳐 고온 가열되는 것에 의해 발생하는 도가니의 변형도 거의 관찰되지 않고, 도가니의 가열에 의한 부하가 경감되고 있는 것을 확인했다.

(비교예 1)

도 3에 나타낸 반도체 단결정의 제조 장치를 이용하여, 표 1 중에 병기한 조건 외에는 실시예 1, 2와 실질적으로 같은 조건으로, 직경 200 mm의 실리콘 단결정을 인상하였다. 도 3에 나타낸 반도체 단결정의 제조 장치는, 도 2에 나타낸 제조 장치로부터, 단열판과 보온통을 감합 배치가 되지 않은 것(단열판(72) 및 보온통(71))으로 교환한 것이다. 보온통(71)에 단차는 없고, 그 내경 및 단열판(72)의 외경은, 상기 표 1 중에 기재된 비교예 1의 조건으로 했다.

그 결과, 결정 정경부의 형성시 소비 전력은 실시예 1 보다도 10% 정도나 높아졌다. 게다가 결정 인상 종료 후에 석영제 도가니(11a) 상태를 관찰한 바, 가열 히터(12)로부터의 복사열이 증가한 것으로, 도가니(11a) 상부의 일부에 가열에 의해 변형된 것으로 생각되는 일그러짐이 확인되었다. 이것은, 단열판(72)과 보온통(71)의 간극으로부터, 챔버 바닥부(바닥부 단열재(23))로의 열에너지의 유출양이 증가한 것에 의해 가열 히터(12)의 발열량이 증가하여 원료 융액(13)의 바로 윗쪽의 분위기 온도가 고온이 되기 때문이라고 생각된다.

(비교예 2)

도 4에 나타낸 반도체 단결정의 제조 장치를 이용하여, 표 1 중에 병기한 조건 이외에는 실시예 1, 2와 실질적으로 같은 조건으로, 직경 200 mm의 실리콘 단결정을 인상하였다. 도 4에 나타낸 반도체 단결정의 제조 장치는, 도 2에 나타낸 제조 장치로부터, 보온통(81)에 단차를 갖지만, 단열판(82)의 외형이 보온통(81)의 상부의 내경보다 작고, 보온통(81)과 단열판(82)으로 중첩이 불가능한 것으로 교환한 것이다. 보온통(81)의 내경 및 단열판(82)의 외경은, 상기 표 1 중에 기재된 비교예 2의 조건으로 했다.

그 결과, 결정 정경부의 형성시 소비 전력은 실시예 1보다 약 9%나 높아져, 비교예 1에 가까운 결과였다. 게다가 결정 인상 종료 후에 석영제 도가니(11a) 상태도 비교예 1과 마찬가지로 도가니(11a)의 상부의 일부에 가열에 의해 변형한 것으로 생각되는 일그러짐이 확인되었다. 이것은, 단열판(22)을 크게 해도 단열판(22)의 외경이 보온통 상부의 내경보다 작고, 간극이 형성되는 경우에는 챔버 바닥부(바닥부 단열재(23))에의 열에너지의 유출을 방지할 수 없었기 때문에라고 생각된다.

이러한 실시예, 비교예의 측정 결과를, 비교예 1의 값을 100%로 했을 경우의 값을 병기하는 것으로서 비교하여, 도 5에 나타냈다. 도 5에 의해, 단열판의 외경과 보온통 상부의 내경에서 서로 겹치는 부분을 마련하는 것이, 가열 히터 바닥부로부터의 복사를 차단하여 챔버 바닥부의 열 에너지의 유출을 방지하는 것에 효과가 있다고 생각된다. 또, 보온통의 두께에 대해서는, 단열판의 외경, 보온통의 내경, 감합 마진(보온통 상부의 내경과 보온통 하부의 내경의 차이), 보온통 단차부 두께를 가미하여, 보온통 상부의 두께를 80 mm 이상으로 하고, 보온통 하부의 두께를 보온통 상부의 두께의 30~70%가 되도록 보온통에 단차를 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은, 상기 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 상기 실시 형태는, 예시이며, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술 목표 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고,, 동일한 작용 효과를 나타내는 것은, 어떠한 것이어도 본 발명의 기술 목표 범위에 포함된다.

Claims

육성로 본체의 내부에, 도가니와, 해당 도가니의 주위에 배치된 가열 히터를 구비하고, 상기 가열 히터에 의해 상기 도가니 내에 수용한 원료 융액을 가열하면서, 해당 원료 융액으로부터 쵸크랄스키법에 의해 반도체 단결정을 인상하여 육성하는 반도체 단결정의 제조 장치에 있어서,
상기 육성로 본체내의 상기 가열 히터의 주위에 보온통이 배치되어 있고, 해당 보온통은 내측면에 상부와 하부를 나누는 단차부를 가지며, 상기 하부의 내경이 상기 상부의 내경 보다도 크고,
상기 육성로 본체 내에 있어서 상기 가열 히터의 하방 또는 상기 보온통의 하부의 내측에 단열판이 배치되고 있고, 해당 단열판의 외경이, 상기 보온통의 상부의 내경 보다도 크고, 또한 상기 보온통의 하부의 내경 보다도 작은 것을 특징으로 하는,
반도체 단결정의 제조 장치.
제1항에 있어서,
상기 보온통은, 상기 하부의 두께가 상기 상부의 두께의 30~70%인 것을 특징으로 하는,
반도체 단결정의 제조 장치.
제1항에 있어서,
상기 단열판은, 상기 도가니와 같이 단열판 승강 기구에 의해 상승 구동되는 것을 특징으로 하는,
반도체 단결정의 제조 장치.
제2항에 있어서,
상기 단열판은, 상기 도가니와 같이 단열판 승강 기구에 의해 상승 구동되는 것을 특징으로 하는,
반도체 단결정의 제조 장치.
제3항에 있어서,
상기 가열 히터는 히터 승강 기구에 의해 승강 구동이 가능하고, 상기 히터 승강 기구가 상기 단열판 승강 기구에 겸용되고 있는 것을 특징으로 하는,
반도체 단결정의 제조 장치.
제4항에 있어서,
상기 가열 히터는 히터 승강 기구에 의해 승강 구동이 가능하고, 상기 히터 승강 기구가 상기 단열판 승강 기구에 겸용되고 있는 것을 특징으로 하는,
반도체 단결정의 제조 장치.
제5항에 있어서,
상기 가열 히터와 상기 단열판이 공통베이스를 통해 일체화되어, 상기 히터 승강 기구를 겸하는 상기 단열판 승강 기구는 상기 공통베이스를 승강 구동하는 것을 특징으로 하는,
반도체 단결정의 제조 장치.
제6항에 있어서,
상기 가열 히터와 상기 단열판이 공통베이스를 통해 일체화되어, 상기 히터 승강 기구를 겸하는 상기 단열판 승강 기구는 상기 공통베이스를 승강 구동하는 것을 특징으로 하는,
반도체 단결정의 제조 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 반도체 단결정의 제조 장치를 이용하여, 상기 육성로 본체 내에 있어서, 상기 가열 히터에 의해 상기 도가니 내에 수용한 원료 융액을 가열하면서, 해당 원료 융액으로부터 쵸크랄스키법에 의해 반도체 단결정을 인상하여 육성하는 것으로서 반도체 단결정을 제조하는 것을 특징으로 하는,
반도체 단결정의 제조 방법.