KR101855814B1

KR101855814B1 - 실리콘 단결정의 제조방법

Info

Publication number: KR101855814B1
Application number: KR1020147005062A
Authority: KR
Inventors: 아키히로 키무라; 키요타카 타카노; 준야 토쿠에
Original assignee: 신에쯔 한도타이 가부시키가이샤
Priority date: 2011-09-01
Filing date: 2012-08-02
Publication date: 2018-05-10
Also published as: US20140174339A1; JPWO2013031091A1; DE112012003652B4; JP5790766B2; US9499924B2; KR20140068897A; DE112012003652T8; WO2013031091A1; DE112012003652T5

Abstract

본 발명은, 도가니 내에 수용된 다결정 실리콘을 용융하여 실리콘 융액으로 하는 원료 용융공정과, 상기 실리콘 융액의 융액면에 종결정을 접촉시키고, 상방으로 인상함으로써 실리콘 단결정을 육성하는 인상공정을 가지는 실리콘 단결정의 제조방법으로서, 상기 원료 용융공정 후, 상기 인상공정 전에, 자기장을 인가하면서, 소정의 도가니의 회전수, 가스 유량, 노내압에서 방치하여 상기 도가니 표면에 크리스토발라이트를 발생시키는 크리스토발라이트화 공정, 및 상기 크리스토발라이트화 공정보다 도가니의 회전수의 고속화, 가스 유량의 증가, 및 노내압의 저하의 어느 하나 이상을 행함으로써 상기 크리스토발라이트를 일부 용해하는 용해공정을 행하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법이다. 이에 따라, 실리콘 단결정을 제조할 때에 전위의 발생을 억제하는 실리콘 단결정의 제조방법을 제공한다.

Description

실리콘 단결정의 제조방법{PROCESS FOR PRODUCING SINGLE-CRYSTAL SILICON}

본 발명은, 초크랄스키법에 의한 실리콘 단결정의 제조방법에 관한 것이다.

종래, 실리콘 단결정의 육성에는 초크랄스키법이 널리 채용되고 있다. 그 중에서도, 석영 도가니 내의 실리콘 융액의 대류를 억제하기 위하여 실리콘 융액에 대하여 자기장을 인가하는 MCZ법(자기장 인가 초크랄스키법)이 알려져 있다. MCZ법으로는 석영 도가니 내에 다결정 실리콘을 수용하고, 석영 도가니 내에서 다결정 실리콘을 히터에 의해 용융하는 용융공정과, 실리콘 융액의 융액 표면에 종결정을 위로부터 접촉시키고, 코일에 의해 실리콘 융액에 자기장을 인가하면서 종결정과 석영 도가니를 회전, 상하 이동시켜 종결정을 인상하는 인상공정을 행함으로써 실리콘 단결정을 육성한다.

실리콘 융액을 수용하기 위한 석영 도가니는, 아몰퍼스 구조를 취하는 비정질 SiO₂(석영유리)로부터 구성되어 있다. 석영 도가니는 실리콘 융액과 반응하고, SiO₂/Si계면, 즉 실리콘 융액과 접하는 석영 도가니의 내표면에 결정질 SiO₂인 크리스토발라이트 결정층이 형성된다. 실리콘 단결정 인상 중에 크리스토발라이트 결정층은 박리되고, 석영 도가니로부터 실리콘 융액 중에 유리(遊離) 혹은 낙하하여 인상 중인 실리콘 단결정 성장 계면에 도달하는 경우가 있다. 그 결과, 인상 중인 실리콘 단결정에 혼입되어 실리콘 단결정의 유전위화(有轉位化)의 원인이 된다.

따라서, 실리콘 단결정 인상과정에서의 석영 도가니의 내표면의 크리스토발라이트의 박리를 방지하여, 실리콘 단결정의 유전위화를 회피하기 위하여, 여러 가지의 방법이 제안되어 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에서는, 내표면측에 알루미늄 저농도층을 가지는 석영 도가니를 이용하여, 실리콘 융액에 자기장을 인가하면서 실리콘 단결정의 육성을 하는 방법이 개시되어 있다.

그러나, 특허문헌 1에 기재된 방법으로는, 석영 도가니에 알루미늄 저농도층(불순물층)을 형성하기 때문에 실리콘 단결정 중에 이 불순물이 함유되는 것이 문제가 된다. 실리콘 단결정 중에 불순물이 함유되면 디바이스에의 영향이 우려되므로, 석영 도가니 내표면에 불순물층을 형성하는 것은 바람직하지 않다. 특히, 고순도화가 요구되는 차세대 디바이스에서는 더욱 바람직하지 않은 해결수단이다.

또한, 특허문헌 2에는, 크리스토발라이트의 크기를 제어하기 위하여 실리콘 융액에 자기장을 단속적으로 인가하는 것이 기재되어 있다. 그러나, 실리콘 융액에 자기장을 단속적으로 복수회 인가하기 위해서는 코일의 여자(勵磁), 소자(消磁)의 작업을 반복할 필요가 있어, 번잡함과 동시에 작업 미스의 위험성이 높아진다. 게다가, 코일의 여자, 소자를 반복함으로써 실리콘 단결정을 제조하지 않는 불필요한 시간이 장시간화되어 비효율적이다.

일본 특개2010-30816호 공보 일본 특개2001-240494호 공보 일본 특개평10-297994호 공보

본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 실리콘 단결정을 제조할 때에 전위의 발생을 억제하는 실리콘 단결정의 제조방법을 제공하는 것으로 목적으로 한다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 도가니 내에 수용된 다결정 실리콘을 용융하여 실리콘 융액으로 하는 원료 용융공정과, 상기 실리콘 융액의 융액면에 종결정을 접촉시키고, 상방으로 인상함으로써 실리콘 단결정을 육성하는 인상공정을 가지는 실리콘 단결정의 제조방법으로서,

상기 원료 용융공정 후, 상기 인상공정 전에, 자기장을 인가하면서, 소정의 도가니의 회전수, 가스 유량, 노내압으로 방치하여 상기 도가니 표면에 크리스토발라이트를 발생시키는 크리스토발라이트화 공정, 및

상기 크리스토발라이트화 공정보다 도가니의 회전수의 고속화, 가스 유량의 증가, 및 노내압의 저하의 어느 하나 이상을 행함으로써 상기 크리스토발라이트를 일부 용해하는 용해공정을 행하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법을 제공한다.

이러한 실리콘 단결정의 제조방법이면, 한번 크리스토발라이트를 발생시킨 도가니 표면을 굳이 과도하게 용해하여서 이상(理想)의 도가니 표면 상태를 만듦으로써, 전위의 발생을 억제하는 실리콘 단결정의 제조방법이 된다.

또한, 상기 용해공정에 있어서, 크리스토발라이트화 공정과 동일한 자기장을 인가할 수 있다.

이러한 크리스토발라이트화 공정과 자기장의 인가는 그대로 두고, 도가니의 회전수의 고속화 등을 행하는 것만으로 크리스토발라이트를 일부 용해할 수도 있으므로, 실리콘 단결정을 제조하지 않는 불필요한 시간을 단축할 수 있다.

또한, 상기 크리스토발라이트화 공정에 있어서, 도가니의 회전수를 3rpm 이하로 조정하는 것이 바람직하고, 가스 유량을 250L/min 이하로 조정하는 것이 바람직하고, 또한 노내압을 80hPa 이상으로 조정하는 것이 바람직하다.

이와 같이 조정함으로써 과도하게 크리스토발라이트가 발생하여 유전위화를 더욱 효과적으로 회피할 수 있다.

또한, 상기 크리스토발라이트화 공정을 1시간 이상 행하는 것이 바람직하다.

이러한 시간이면, 도가니 표면에 크리스토발라이트를 형성시키는데 충분한 시간이 되고, 또한 효율의 관점에서도 충분히 짧은 시간이 된다.

또한, 상기 용해공정에 있어서, 도가니의 회전수를 5rpm 이상으로 고속화하는 것이 바람직하고, 가스 유량을 300L/min 이상으로 증가하는 것이 바람직하고, 또한 노내압을 70hPa 이하로 저하하는 것이 바람직하다.

이와 같이 조정함으로써 과도하게 크리스토발라이트를 용해하여 유전위화를 더욱 효과적으로 회피할 수 있다.

또한, 상기 용해공정을 1시간 이상 9시간 이하로 행하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 용해공정의 시간이 1시간 이상이면 크리스토발라이트가 박리되지 않는 정도까지 충분히 용해할 수 있고, 또한 박리했다고 하더라도 박리한 크리스토발라이트는 고액 계면에 도달하기 전에 실리콘 융액 중에 용해하기에 충분한 얇기가 된다. 또한, 용해공정의 시간이 9시간 이하이면, 발생시킨 크리스토발라이트가 전부 용해하여 새로운 크리스토발라이트의 핵 형성이 발생하는 것을 회피할 수 있다.

또한, 상기 크리스토발라이트화 공정이거나, 상기 용해공정이거나, 상기 크리스토발라이트화 공정 그리고 상기 용해공정에 있어서 인가하는 자기장을 수평 자기장으로 하고, 중심 자기장 강도를 3000가우스 이상 5000가우스 이하로 하는 것이 바람직하다.

이와 같이 수평 자기장을 인가하고, 그 중심 자기장 강도가 3000가우스 이상이면 방치 시간을 단축할 수 있어 효율이 좋다. 한편, 5000가우스도 인가되면 충분하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실리콘 단결정의 제조방법이면, 한번 크리스토발라이트를 발생시킨 도가니 표면을 굳이 과도하게 용해하여 이상으로 하는 도가니 표면 상태를 만듦으로써, 실리콘 단결정 성장에서의 전위의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 자기장의 인가는 그대로 두고, 도가니의 회전수의 고속화 등을 행하는 것만으로 크리스토발라이트를 일부 용해할 수 있으므로, 실리콘 단결정을 제조하지 않는 불필요한 시간을 단축하는 것도 가능하다.

이하, 본 발명에 대하여 실시의 형태를 설명하는데, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.

특허문헌 2나 특허문헌 3에 개시되어 있는 바와 같이, 실리콘 융액에 자기장을 인가한 환경 하에서는 도가니 표면에 크리스토발라이트가 형성되고, 자기장의 인가를 멈춘 환경 하에서는 형성한 크리스토발라이트는 실리콘 융액에 서서히 용해된다. 종래, 이 크리스토발라이트가 실리콘 융액 중에 박리하여 육성 중인 실리콘 단결정의 유전위화를 초래하는 것이 문제였다.

본 발명자가, 다결정 실리콘의 용융공정 종료 후에, 실리콘 융액에 4000가우스의 자기장을 인가하여 1시간 방치하고, 그 후 MCZ법으로 실리콘 단결정을 인상한 후의 도가니의 표면의 크리스토발라이트를 관찰한 바, 소위 브라운 링의 중심 부근에 크리스토발라이트가 박리한 흔적이 관찰되었다. 한편, 다결정 실리콘의 용융공정 종료 후에, 실리콘 융액에 4000가우스의 자기장을 인가하여 1시간 방치하고, 이어서 도가니의 회전수의 고속화, 가스 유량의 증가, 노내압의 저하의 어느 하나를 행한 후에, MCZ법으로 결정을 인상한 후에 도가니의 표면에서는, 브라운 링은 용해되어 있어 관찰되지 않고, 대부분이 아몰퍼스 실리카가 되어, 그 중에 얼룩덜룩하게 크리스토발라이트가 섬 형상으로 형성되어 있었다.

이 자기장을 인가하여 방치한 후 바로 MCZ법에 의해 육성된 실리콘 단결정과, 자기장을 인가하여 방치하고, 그 후 도가니의 회전수의 고속화 등을 행한 후에 MCZ법에 의해 육성된 실리콘 단결정 각각 10개에 대하여, 유전위화가 일어나는 회수를 조사했다. 그 결과, 자기장을 인가하여 방치한 것만으로는 10개 모든 실리콘 단결정에서 유전위화하는 것에 반해, 추가로 도가니의 회전수의 고속화 등을 행한 경우에는 유전위화는 인정되지 않았다.

이로부터, 실리콘 융액에 자기장을 인가하여 방치하는 것만으로는, 형성된 크리스토발라이트가 인상공정으로 박리하여, 박리한 크리스토발라이트는 실리콘 융액 중에 다 용해되기 전에 실리콘 단결정 성장 중인 고액 계면에 도달하여, 실리콘 단결정의 유전위화를 초래하는 것을 알 수 있었다. 한편, 도가니의 회전수의 고속화 등에 의해 크리스토발라이트를 적절히 용해하면, 인상공정에서의 크리스토발라이트의 박리를 억제할 수 있어, 실리콘 단결정을 유전위화시키지 않는 것을 알 수 있었다. 또한, 가령 도가니로부터 크리스토발라이트가 박리되어도, 적절히 용해된 크리스토발라이트는 두께가 얇아져 있기 때문에 실리콘 단결정의 고액 계면까지 도달하지 않고 실리콘 융액 중에 용해되어, 성장 중인 실리콘 단결정을 유전위화시키지 않는 것을 알 수 있었다.

또한, 자기장을 인가하여 방치하고, 그 후 도가니의 회전수의 고속화 등을 장시간에 걸쳐 행하여 크리스토발라이트를 완전히 용해한 후에, 실리콘 단결정을 인상했을 때의 도가니의 표면에서는, 재차 브라운 링이 관찰되고, 그 중심 부근에는 크리스토발라이트가 박리된 흔적이 관찰되었다. 이는, 크리스토발라이트가 전부 용해되면 도가니 표면 전면이 초기의 아몰퍼스 실리카에 가까운 상태로 되돌아가서, 인상공정시에 재차 크리스토발라이트의 핵형성, 성장 및 박리가 일어나는 것을 나타낸다. 즉, 도가니 표면에 크리스토발라이트가 남아있을 때는 크리스토발라이트의 새로운 핵형성은 일어나기 어렵지만, 표면 전면이 아몰퍼스 실리카의 상태에서는 핵형성이 일어날 수 있는 것을 시사하고 있다. 이로부터, 크리스토발라이트를 전부 용해하면, 그 후의 결정 인상시에 실리콘 단결정이 유전위화할 가능성이 높아지는 것을 알 수 있었다.

따라서 본 발명자들은, 상기 지견에 기초하여, 결정 인상공정 전의 도가니 표면 상태가, 대부분이 아몰퍼스 실리카이며, 그 중에 얼룩덜룩하게 크리스토발라이트가 섬 형상으로 형성되어 있는 상태이면, 육성 중인 실리콘 단결정의 유전위화가 억제된다고 하는 생각에 이르렀다. 그리고, 실리콘 융액에 대하여 자기장을 인가하여 방치하고, 도가니 표면에 크리스토발라이트를 형성시키고, 계속해서 도가니의 회전수의 고속화 등을 행함으로써 크리스토발라이트를 적절히 용해시킴으로써, 크리스토발라이트가 박리하지 않고, 또한, 크리스토발라이트의 새로운 핵형성이 일어나지 않는 이상으로 하는 도가니 표면 상태를 만들 수 있는 것을 발견했다. 또한, 도가니의 회전수 등의 제어는 순식간에 행할 수 있기 때문에, 자기장의 인가제어를 하는 경우에 비해 시간적인 로스는 발생하지 않아, 작업원의 부하도 경감되는 것을 발견했다. 이상으로부터, 본 발명자들은 실리콘 단결정의 유전위화를 회피할 수 있는 실리콘 단결정의 제조방법을 발견하고, 본 발명에 상도했다. 이하에 상세하게 설명한다.

본 발명의 원료 용융공정은 도가니 내에 수용된 다결정 실리콘을 용융하여 실리콘 융액으로 하는 공정이다. 이 공정은 용융하는 다결정 실리콘의 양 등에 따라 조건을 설정하고, 일반적으로 행해지는 다결정 실리콘의 용융법에 따라 행하면 된다.

본 발명의 크리스토발라이트화 공정은 원료 용융공정 후에 자기장을 인가하면서, 소정의 도가니의 회전수, 가스 유량, 노내압에서 방치하여 상기 도가니 표면에 크리스토발라이트를 발생시키는 공정이다. 이 공정에 의해, 도가니는 실리콘 융액과 반응하고, 도가니와 실리콘 융액의 계면에 크리스토발라이트가 형성된다.

이 때의 방치 조건으로서는, 도가니의 회전수는 3rpm 이하로 조정하는 것이 바람직하고, 또한 가스 유량은 250L/min 이하로 조정하는 것이 바람직하고, 노내압은 80hPa 이상으로 조정하는 것이 바람직하다. 이와 같이 조정함으로써 적절히 크리스토발라이트가 발생하고 유전위화를 더욱 회피할 수 있다. 또한, 도가니를 균등하게 가열하기 위해서는 도가니의 회전수는 0.1rpm 이상인 것이 바람직하다. 또한, 노내 부품에의 산화물 부착을 피하기 위해서는 가스 유량은 100L/min 이상인 것이 바람직하다. 또한, 감압조업을 행하기 위해서는 노내압은 300hPa 이하인 것이 바람직하다.

또한, 크리스토발라이트화 공정은 1시간 이상 행하는 것이 바람직하다. 자기장을 인가하여 방치하는 시간이 1시간 이상이면, 도가니 표면에 크리스토발라이트를 형성시키는데 충분한 시간이 되고, 또한 실리콘 단결정을 육성하지 않는 불필요한 시간을 필요 이상으로 길게 하는 일도 없어, 효율의 관점에서도 충분히 짧은 시간이 된다. 또한, 자기장을 인가한 방치의 최대시간을 10시간으로 하는 것이 바람직하다. 자기장을 인가한 방치시간이 10시간 이하이면, 도가니 표면의 크리스토발라이트의 형성이 지나치게 진행되어, 그 후의 용해공정에서 충분히 용해하지 못하는 것을 회피할 수 있다.

또한, 이 때에 인가하는 자기장을 수평 자기장으로 하고, 중심 자기장 강도가 3000가우스 이상 5000가우스 이하인 것이 바람직하다. 중심 자기장 강도가 3000가우스 이상이면 방치시간을 단축할 수 있어, 공업적으로 효율이 좋다. 한편, 5000가우스도 인가한다면 충분하다.

본 발명의 용해공정은, 크리스토발라이트화 공정 후에, 크리스토발라이트화 공정보다 도가니의 회전수의 고속화, 가스 유량의 증가, 및 노내압의 저하의 어느 하나 이상을 행함으로써 크리스토발라이트를 일부 용해하는 공정이다. 이와 같이, 도가니의 회전수의 고속화 등과 같이 간편한 방법으로 크리스토발라이트를 일부 용해하므로, 다른 번잡한 공정에서 작업원의 부하 증대, 미스 증대를 초래하여 시간적인 로스가 발생하는 것을 회피할 수 있다. 이 공정에 의해, 도가니 표면에 형성된 크리스토발라이트는 적절히 용해되어, 인상공정 중에 박리하는 것이 억제되기 때문에, 크리스토발라이트에 유래하는 유전위화를 방지할 수 있다.

또한, 이 공정에 있어서는 크리스토발라이트를 전부 용해하지 않도록 한다. 크리스토발라이트가 전부 용해하여 도가니 표면 전면이 초기의 아몰퍼스 실리카에 가까운 상태가 되면, 인상공정에 자기장을 인가한 경우에는, 새롭게 크리스토발라이트의 핵형성이 일어나기 쉬워져, 인상공정 중에 새롭게 발생한 크리스토발라이트가 박리하여 유전위화를 일으킬 가능성이 있다.

또한, 용해공정에서는 크리스토발라이트화 공정과 동일한 자기장을 인가하는 것이 바람직하다. 이와 같이 동일한 자기장을 인가하면, 자기장의 여자, 소자, 혹은 강약 등의 조작을 할 필요가 없어, 실리콘 단결정을 제조하지 않는 불필요한 시간을 단축할 수 있다. 또한, 이 때에 인가하는 자기장의 강도는 크리스토발라이트화 공정과 동일하며, 인가하는 자기장을 수평 자기장으로 하고, 중심 자기장 강도가 3000가우스 이상 5000가우스 이하인 것이 바람직하다. 이러한 범위이면 공업적으로 효율이 좋다.

이 공정에 있어서, 도가니의 회전수를 5rpm 이상으로 고속화하는 것이 바람직하고, 가스 유량을 300L/min 이상으로 증가시키는 것이 바람직하고, 또한 노내압을 70hPa 이하로 저하하는 것이 바람직하다. 이와 같이 조정함으로써 적절히 크리스토발라이트를 용해하여 유전위화를 더욱 회피할 수 있다. 또한, 고속으로 지나치게 회전하면 용해의 진행이 지나치게 빨라서 적절한 용해의 제어가 어려워지므로, 도가니의 회전수는 20rpm 이하가 바람직하다. 또한, 유량이 지나치게 크면 용해의 진행이 지나치게 빨라서 적절한 용해의 제어가 어려워질 뿐만 아니라, 경제적인 관점에서도 불필요하게 유량을 늘릴 필요는 없으므로, 가스 유량은 500L/min 이하로 충분하다. 또한, 지나치게 감압하면 용해의 진행이 지나치게 빨라서 적절한 용해의 제어가 어려워지므로, 노내압은 10hPa 이상이 바람직하다.

또한, 용해공정의 시간은, 1시간 이상 9시간 이하인 것이 바람직하다. 용해공정의 시간이 1시간 이상이면 크리스토발라이트가 박리되지 않는 정도까지 충분히 용해할 수 있고, 또한 박리했다고 하더라도 박리한 크리스토발라이트는 고액 계면에 도달하기 전에 실리콘 융액 중에 용해하기에 충분한 얇기가 된다. 또한, 용해공정의 시간이 9시간 이하이면, 크리스토발라이트가 전부 용해하여, 새로운 크리스토발라이트의 핵형성이 생기는 것을 회피할 수 있다.

본 발명의 인상공정은, 용융공정 후에, 실리콘 융액의 융액면에 종결정을 접촉시키고, 상방으로 인상함으로써 실리콘 단결정을 육성하는 공정이다. 이 공정은 인상하는 실리콘 단결정의 사양에 따라 조건을 설정하고, 일반적으로 행해지는 실리콘 단결정의 인상법에 따라 행하면 된다.

[실시예]

이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 들어 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

〔실시예 1-1~13, 비교예 1〕

도가니 내에 수용된 다결정 실리콘을 용융하여 실리콘 융액으로 하고, 중심 자기장 강도가 4000Gauss의 수평 자기장을 인가하면서, 표 1에 나타낸 도가니 회전수(rpm), 가스 유량(L/min), 노내압(hPa)에서 방치하여 도가니 표면에 크리스토발라이트를 발생시켰다(크리스토발라이트화 공정). 이어서, 비교예 1 이외는 동일한 수평 자기장을 인가하면서, 가스 유량과 노내압은 바꾸지 않고 도가니의 회전수를 표 1에 나타낸 바와 같이 고속화시켜 크리스토발라이트를 일부 용해했다(용해공정). 마지막으로 실리콘 융액의 융액면에 종결정을 접촉시키고, 상방으로 인상함으로써 직경 300mm의 실리콘 단결정을 육성했다. 각각의 조건으로 10개의 실리콘 단결정을 인상했을 때의 유전위화 회수를 표 1에 나타낸다.

크리스토발라이트화 공정만의 비교예 1에서는 10개 모두 유전위화했다. 이는 용해공정이 행해지지 않았기 때문에 크리스토발라이트가 박리하여 유전위화를 초래했기 때문이라고 생각된다. 한편, 실시예 1-1~13에서는 유전위화 회수를 저감할 수 있었다. 특히, 실시예 1-1~3에서는 크리스토발라이트화 공정의 도가니 회전수는 3rpm 이하가 바람직한 것이 나타나고, 실시예 1-4~7에서는 크리스토발라이트화 공정의 시간은 1시간 이상 10시간 이하가 바람직한 것이 나타났다. 또한, 실시예 1-8~9에서는 용해공정의 도가니 회전수는 5rpm 이상이 바람직한 것이 나타나고, 실시예 1-10~13에서는 용해공정의 시간은 1시간 이상 9시간 이하가 바람직한 것이 나타났다.

특히, 상기 결과로부터 3rpm 이하의 회전수로 1시간 이상 방치하여 크리스토발라이트화 공정을 행하고, 이어서, 5rpm 이상의 회전수로 1시간 이상 9시간 이하로 용해공정을 행하는 것이 바람직하다.

〔실시예 2-1~14, 비교예 2〕

도가니 내에 수용된 다결정 실리콘을 용융하여 실리콘 융액으로 하고, 중심 자기장 강도가 4000Gauss의 수평 자기장을 인가하면서, 표 2에 나타낸 도가니 회전수(rpm), 가스 유량(L/min), 노내압(hPa)에서 방치하여 도가니 표면에 크리스토발라이트를 발생시켰다(크리스토발라이트화 공정). 이어서, 비교예 2 이외는 동일한 수평 자기장을 인가하면서, 도가니의 회전수와 노내압은 변하지 않고 가스 유량을 표 2에 나타낸 바와 같이 증가시켜 크리스토발라이트를 일부 용해했다(용해공정). 마지막으로 실리콘 융액의 융액면에 종결정을 접촉시키고, 상방으로 인상함으로써 직경 300mm의 실리콘 단결정을 육성했다. 각각의 조건으로 10개의 실리콘 단결정을 인상했을 때의 유전위화 회수를 표 2에 나타낸다.

크리스토발라이트화 공정만의 비교예 2에서는 10개 모두 유전위화했다. 이는 용해공정이 행해지지 않았기 때문에 크리스토발라이트가 박리하여 유전위화를 초래했기 때문이라고 생각된다. 한편, 실시예 2-1~14에서는 유전위화 회수를 저감할 수 있었다. 특히, 실시예 2-1~3에서는 크리스토발라이트화 공정의 가스 유량은 250L/min 이하가 바람직한 것이 나타나고, 실시예 2-4~8에서는 크리스토발라이트화 공정의 시간은 1시간 이상 10시간 이하가 바람직한 것이 나타났다. 또한, 실시예 2-9~10에서는 용해공정의 가스 유량은 300L/min 이상이 바람직한 것이 나타났고, 실시예 2-11~14에서는 용해공정의 시간은 1시간 이상 9시간 이하가 바람직한 것이 나타났다.

특히, 상기 결과로부터 250L/min 이하의 유량으로 1시간 이상 방치하여 크리스토발라이트화 공정을 행하고, 이어서, 300L/min 이상의 유량으로 1시간 이상 9시간 이하로 용해공정을 행하는 것이 바람직하다.

〔실시예 3-1~15, 비교예 3〕

도가니 내에 수용된 다결정 실리콘을 용융하여 실리콘 융액으로 하고, 중심 자기장 강도가 4000Gauss의 수평 자기장을 인가하면서, 표 3에 나타낸 도가니 회전수(rpm), 가스 유량(L/min), 노내압(hPa)에서 방치하여 도가니 표면에 크리스토발라이트를 발생시켰다(크리스토발라이트화 공정). 이어서, 비교예 3 이외는 동일한 수평 자기장을 인가하면서, 도가니의 회전수와 가스 유량은 변하지 않고 노내압을 표 3에 나타낸 바와 같이 저하시켜 크리스토발라이트를 일부 용해했다(용해공정). 마지막으로 실리콘 융액의 융액면에 종결정을 접촉시키고, 상방으로 인상함으로써 직경 300mm의 실리콘 단결정을 육성했다. 각각의 조건으로 10개의 실리콘 단결정을 인상했을 때의 유전위화 회수를 표 3에 나타낸다.

크리스토발라이트화 공정만의 비교예 3에서는 10개 모두 유전위화했다. 이는 용해공정이 행해지지 않았기 때문에 크리스토발라이트가 박리하여 유전위화를 초래했기 때문이라고 생각된다. 한편, 실시예 3-1~15에서는 유전위화 회수를 저감할 수 있었다. 특히, 실시예 3-1~3에서는 크리스토발라이트화 공정의 노내압은 80hPa 이상이 바람직한 것이 나타나고, 실시예 3-4~8에서는 크리스토발라이트화 공정의 시간은 1시간 이상 10시간 이하가 바람직한 것이 나타났다. 또한, 실시예 3-9~11에서는 용해공정의 노내압은 70hPa 이하가 바람직한 것이 나타나고, 실시예 3-12~15에서는 용해공정의 시간은 1시간 이상 9시간 이하가 바람직한 것이 나타났다.

특히, 상기 결과로부터 80hPa 이상의 압력(저진공)으로 1시간 이상 방치하여 크리스토발라이트화 공정을 행하고, 이어서, 70hPa 이하의 압력(고진공)으로 1시간 이상 9시간 이하로 용해공정을 행하는 것이 바람직하다.

또한, 상기에서는, 도가니의 회전수의 고속화, 가스 유량의 증가, 및 노내압의 저하를 시켰을 때의 경우를 나타냈지만, 본 발명은 이들을 조합하여 용해공정을 행할 수 있다. 또한, 자기장에 관해서도 크리스토발라이트화 공정과 용해 공정에서 반드시 동일한 자기장 강도로 할 필요는 없다.

또한, 본 발명은, 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는 예시이며, 본 발명의 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 가지고, 동일한 작용효과를 나타내는 것은 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

Claims

도가니 내에 수용된 다결정 실리콘을 용융하여 실리콘 융액으로 하는 원료 용융공정과, 상기 실리콘 융액의 융액면에 종결정을 접촉시키고, 상방으로 인상함으로써 실리콘 단결정을 육성하는 인상공정을 가지는 실리콘 단결정의 제조방법으로서,
상기 원료 용융공정 후, 상기 인상공정 전에, 자기장을 인가하면서, 소정의 도가니의 회전수, 가스 유량, 노내압에서 방치하여 상기 도가니 표면에 크리스토발라이트를 발생시키는 크리스토발라이트화 공정, 및
상기 크리스토발라이트화 공정보다 도가니의 회전수의 고속화, 가스 유량의 증가, 및 노내압의 저하의 어느 하나 이상을 행함으로써 상기 크리스토발라이트를 일부 용해하는 용해공정을 행하고,
상기 용해공정을 1시간 이상 9시간 이하로 행하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 용해공정에 있어서, 상기 크리스토발라이트화 공정과 동일한 자기장을 인가하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 크리스토발라이트화 공정에 있어서, 도가니의 회전수를 3rpm 이하로 조정하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 크리스토발라이트화 공정에 있어서, 가스 유량을 250L/min 이하로 조정하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 크리스토발라이트화 공정에 있어서, 노내압을 80hPa 이상으로 조정하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 크리스토발라이트화 공정을 1시간 이상 행하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 용해공정에 있어서, 도가니의 회전수를 5rpm 이상으로 고속화하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 용해공정에 있어서, 가스 유량을 300L/min 이상으로 증가하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 용해공정에 있어서, 노내압을 70hPa 이하로 저하하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 크리스토발라이트화 공정이나, 상기 용해공정이나, 상기 크리스토발라이트화 공정 그리고 상기 용해공정에 있어서 인가하는 자기장을 수평 자기장으로 하고, 중심 자기장 강도를 3000가우스 이상 5000가우스 이하로 하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조방법.