KR101953788B1 - 단결정 제조 방법 - Google Patents

Abstract

단결정(6) 제조 방법으로서, 단결정(6)의 어깨부(62)를 형성하는 어깨부 형성 공정과, 단결정(6)의 직동부(63)를 형성하는 직동부 형성 공정을 구비하며, 어깨부 형성 공정은, 도가니(31) 내부의 최하부로부터 도펀트 첨가 융액(41)의 표면(41A)까지의 거리를 H(mm), 도펀트 첨가 융액(41)의 표면(41A)의 반경을 R(mm)이라고 하고, 0.4<H/R<0.78의 관계를 충족시키는 상태에서 어깨부(62)의 형성을 시작한다.

Description

단결정 제조 방법

본 발명은 단결정 제조 방법에 관한 것이다.

예를 들면, 파워 MOS 트랜지스터용 에피택셜 실리콘 웨이퍼에는 그 실리콘 웨이퍼의 기판 저항률이 매우 낮을 것이 요구된다. 실리콘 웨이퍼의 기판 저항률을 충분히 낮추기 위해 실리콘 웨이퍼의 소재인 단결정의 잉곳(이하, 단결정이라고 함)의 인상(引上) 공정에서(즉, 실리콘 결정의 육성시에) 용융 실리콘에 저항률 조정용 n형 도펀트(dopant)로서 비소(As)나 안티몬(Sb)을 도핑하는 기술이 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

이 특허 문헌 1에는, 결정 원추부(crystal cone), 즉 어깨부(shoulder portion)가 40°내지 60°의 개각(開角, apex angle)을 갖도록 단결정을 제조함으로써 유전위(occurrence of dislocation)화의 발생을 억제할 수 있는 것이 개시되어 있다.

특허 문헌 1 : 일본 특허 제3555081호 공보

그러나, 특허 문헌 1에 기재된 방법과 같이 단순히 어깨부의 개각을 조절하는 것만으로는 유전위화의 발생을 억제할 수 없는 경우가 있을 수 있다.

본 발명의 목적은 저항률이 낮고 유전위화의 발생이 억제된 단결정 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명자는 예의 연구를 거듭한 결과 이하의 깨달음을 얻었다.

초크랄스키법에 의한 단결정의 제조에 있어서, 도가니(crucible)에 수용된 도펀트 첨가 융액(融液) 속에서는 도가니 최하부에 위치하는 부분과 융액 표면 간의 온도차에 의해 대류가 발생하고 있는 것이라고 생각된다. 이 대류에 의해, 도펀트 첨가 융액의 하측의 열이 상측으로 옮겨지고, 융액 표면으로부터의 열방출로 온도가 내려간 후 하측으로 되돌아오기 때문에 액온에 변동이 생기고 있는 것이라고 생각된다. 이 액온(液溫)의 변동에 의해 단결정에 이상 성장(abnormal growth)의 발생이 증가하고, 유전위화(宥轉位化)가 발생하는 것이라고 추측하였다.

또한, 도가니 내부의 최하부로부터 융액 표면까지의 거리가 길수록 도펀트 첨가 융액의 상하에서의 온도차가 커지기 때문에 대류가 세지는 것이라고 생각된다.

따라서, 도가니에 차지(charge)하는 도펀트 첨가 융액의 양을 최적화함으로써 대류에 기인하는 액온의 변동이 억제되고, 유전위화의 발생을 억제할 수 있는 가능성이 있다고 추측하고 이하의 실험을 수행하였다.

<실험 1:도펀트 첨가 융액량과 유전위화의 발생 상황 간의 상관 조사>

먼저, 원통부의 외경이 22인치(558.8mm(1인치=25.4mm)), 내경이 21.10인치(536.0mm)인 도가니를 갖는 단결정 인상 장치를 준비했다.

그리고, 종자결정(seed crystal)에 연속되는 네크부(neck portion)를 형성하는 네크부 형성 공정과, 어깨부(shoulder portion)를 형성하는 어깨부 형성 공정과, 직동부를 형성하는 직동부(直胴部, straight-body portion) 형성 공정과, 테일부(tail portion)를 형성하는 테일부 형성 공정과, 테일부 형성 공정 종료 후 단결정을 냉각하는 냉각 공정을 수행함으로써 단결정을 제조하는 실험을 수행하였다. 여기서, 직동부의 상단이란 어깨부와의 경계에 위치하고, 예를 들면 도 4에 부호 63A로 나타낸 부분이다.

또한, 단결정의 직동부 상단의 저항률이 1.0mΩ·cm 이하가 되도록 도펀트로서의 적린(赤燐, red phosphorus)을 실리콘 융액에 첨가하여 도펀트 첨가 융액의 도펀트 농도를 조정하였다.

또한, 제조 조건은 직동부의 길이가 860mm인 직경 200mm 단결정을 제조하기 위한 조건으로 하였다.

또한, 제조 중인 단결정을 관찰하여 유전위화를 확인한 시점에서 제조를 중지하고, 그 이후의 공정을 수행하지 않았다. 나아가, 이상 성장(異常成長)의 여부에 대해서도 확인하였다.

실험 결과에 의거한, 실리콘 융액량과, 도펀트량과, H/R와, 유전위화의 발생 위치와, 이상 성장의 유무 간의 관계를 도 1에 나타내었다.

또한, H는 도가니 내부의 최하부로부터 융액 표면까지의 거리이고, R은 융액 표면의 반경이다. 본 실험 1에서는 모든 실험 조건(트라이 1 내지 7)에 있어서 융액 표면이 도가니 원통부(내경이 대략 균일한 부분)에 위치하고, R은 도가니의 내경의 절반인 10.72인치였다.

도 1에 도시한 바와 같이, 유전위화에 대해서는 트라이 1 내지 2에서는 어깨부에 발생하였고, 트라이 3 내지 5에서는 직동부에 발생하였고, 트라이 6 내지 7에서는 발생하지 않았다. 또한, 이상 성장에 대해서는 트라이 1 내지 5에서는 발생하였고, 트라이 6 내지 7에서는 발생하지 않았다.

여기서, 트라이 2 내지 6에서는, 직전의 트라이(트라이 1 내지 5)의 결정을 단결정 인상 장치에서 꺼내고나서부터 단결정을 제조하였다. 또한, 트라이 2, 4, 5, 6을 수행하기 전에 도펀트 농도를 조정하기 위해, 도펀트를 첨가하였다.

또한, 트라이 7은 유전위화 및 이상 성장이 발생하지 않은 트라이 6의 재현성 확인 테스트이다.

도 1에 도시한 결과로부터, H/R의 값이 작아질수록, 즉 도가니에 차지된 도펀트 첨가 융액의 양이 적어질수록 유전위화가 발생하는 위치가 테일부측으로 이동하고, H/R의 값이 0.78 미만인 경우 유전위화 및 이상 성장이 발생하지 않는다는 것을 알 수 있었다.

또한, 단결정이 축방향으로 성장하는 과정에서 도가니 내 실리콘 융액이 감소함으로써 H/R의 값은 연속적으로 작아진다. 따라서, 도 1에는 H/R의 값이 0.77보다 작은 경우의 기재는 없지만, 트라이 6 및 트라이 7의 결과는 0.77보다 H/R의 값이 작아도 유전위화 및 이상 성장이 발생하지 않는다는 것을 나타내고 있으며, 금번의 트라이 6 및 트라이 7의 실리콘 융액의 잔류 액량으로부터, 적어도 H/R의 값이 0.1까지 유전위화 및 이상 성장이 발생하지 않는다는 것이 밝혀졌다. 실제로 H/R의 값이 0.6, 0.4인 트라이도 실험 1 이후에 수행하였는데, 유전위화 및 이상 성장이 발생하지는 않았다.

<실험 2:도펀트 첨가 융액량과 도펀트의 증발에 따른 단결정의 저항률 변화 간의 상관 조사>

단결정의 저항률을 낮추기 위한 도펀트인 비소(arsenic)나 안티몬(antimony) 혹은 적린(red phosphorus)은 증발하기 쉽다는 것을 알고 있다. 도펀트 첨가 융액의 도펀트 농도가 같고, 융액의 표면적이 같으면, 도가니에 차지된 양이 달라도 단위 시간 당 도펀트의 증발량은 같아지는 것이라고 생각된다. 따라서, 도펀트 농도가 같으면, 도가니에 차지된 도펀트 첨가 융액의 양이 적을수록 단위 시간 당 도펀트의 증발에 따른 도펀트 농도의 저하가 크다고 추측할 수 있다.

따라서, 실험 2로서 이하의 시뮬레이션(simulation)을 수행하였다.

실험 1의 도가니와 동일한 형상의 도가니에 H/R가 각각 0.4, 0.51, 0.78, 1.01이 되도록 실험 1의 도펀트 농도와 동일한 농도의 도펀트 첨가 융액을 차지하고, 도펀트로서의 적린을 첨가하고나서부터의 각 경과 시간에 있어서, 도펀트 및 실리콘 융액을 추가하지 않고 단결정 제조를 시작하였다고 가정하였을 때의 직동부 상단의 저항률을 시뮬레이트하였다. 또한, 도펀트 첨가 직후에 단결정 제조를 시작하였을 때의 어깨부 상단의 저항률을 0.9mΩ·cm로 설정하였다. 이는 단결정의 저항률은 어깨부측보다 테일부측이 낮아지기 때문에 어깨부 상단의 저항률을 0.9mΩ·cm로 설정해 두면 직동부 전체의 저항률을 0.9mΩ·cm 이하로 할 수 있기 때문이다.

시뮬레이션 결과를 도 2에 나타내었다.

도 2에 도시한 바와 같이, 도펀트가 증발하기 때문에 시간의 경과에 따라 저항률이 상승하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, H/R가 작을수록 저항률이 상승하기 쉽다는 것을 알 수 있었다. 이는 도펀트 첨가 융액의 양이 적을수록 도펀트 농도의 저하가 크다는 상기한 추측과 합치한다.

여기서, 제조 효율의 관점에서, 도펀트나 실리콘 융액을 추가하지 않고 복수 개의 단결정을 하나씩 연속적으로 인상하는 소위 추출 인상법(single-charge pull-up)을 고려하면, 시간 경과에 따른 저항률의 변화가 작은 것이 바람직하다. 또한, 도펀트 첨가 이후에 단결정의 제조를 곧바로 시작할 수 없는 경우가 있는 것이나, 하나의 단결정의 인상에 약 10시간이 소요되는 것, 혹은 실리콘 웨이퍼에 요구되는 성능을 고려하면, 경과 시간이 10시간일 때 제조를 시작한 단결정의 직동부의 저항률이 1.0mΩ·cm를 크게 초과하지 않는 것이 바람직하다.

이 사실로부터, 적어도 H/R가 0.4를 초과하는 경우, 도펀트 첨가로부터 10시간 경과 후에 단결정 제조를 시작하여도 직동부 전체의 저항률을 1.0mΩ·cm를 크게 초과하지 않는 저항률로 할 수 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 깨달음에 의거하여 완성된 것이다.

즉, 본 발명의 단결정 제조 방법은 초크랄스키법에 의한 단결정의 제조로서, 챔버와, 이 챔버 내에 배치되며 실리콘 융액에 도펀트를 첨가한 도펀트 첨가 융액을 수납할 수 있는 도가니와, 종자결정을 상기 도펀트 첨가 융액에 접촉시킨 후에 인상하는 인상부를 구비한 단결정 인상 장치를 이용한 단결정 제조 방법으로서, 상기 단결정의 어깨부를 형성하는 어깨부 형성 공정과, 상기 단결정의 직동부를 형성하는 직동부 형성 공정을 구비하며, 상기 어깨부 형성 공정은 상기 도가니의 내부의 최하부로부터 상기 도펀트 첨가 융액의 표면까지의 거리를 H(mm), 상기 도펀트 첨가 융액의 표면의 반경을 R(mm)이라고 하고, 이하의 식(1)을 충족시키는 상태에서 상기 어깨부의 형성을 시작하는 것을 특징으로 한다.

0.4<H/R<0.78 … (1)

본 발명에 따르면, 상기 식 (1)을 충족시키도록 단결정을 제조함으로써, 저항률이 낮고 유전위화의 발생이 억제된 단결정을 제조할 수 있다.

본 발명의 단결정 제조 방법에 있어서, 상기 도펀트는 적린이고, 상기 도펀트 첨가 융액에는 상기 직동부의 상단의 저항률이 1.0mΩ·cm 이하가 되도록 상기 적린이 첨가되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 단결정 제조 방법에 있어서, 상기 도펀트는 비소이고, 상기 도펀트 첨가 융액에는 상기 직동부의 상단의 저항률이 2.0mΩ·cm 이하가 되도록 상기 비소가 첨가되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 단결정 제조 방법에 있어서, 상기 도펀트는 안티몬이고, 상기 도펀트 첨가 융액에는 상기 직동부의 상단의 저항률이 15mΩ·cm 이하가 되도록 상기 안티몬이 첨가되어 있는 것이 바람직하다.

이상의 본 발명에 따르면, 원하는 낮은 저항률의 실리콘 웨이퍼를 얻을 수 있고 또한, 유전위화의 발생이 억제된 단결정을 제조할 수 있다.

본 발명의 단결정 제조 방법에 있어서, 상기 도펀트는 적린과 게르마늄(germanium)이고, 상기 도펀트 첨가 융액에는 상기 직동부의 상단의 저항률이 1.2mΩ·cm 이하가 되도록 상기 적린과 상기 게르마늄이 첨가되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 단결정을 이용하여 제조된 에피택셜 실리콘 웨이퍼(epitaxial silicon wafer)의 미스핏 전위(misfit dislocation)를 억제할 수 있다.

본 발명의 단결정 제조 방법에 있어서, 하나의 상기 단결정을 제조할 수 있는 양의 상기 도펀트 첨가 융액을 상기 도가니에 수용하고, 하나의 상기 단결정을 제조할 때마다 상기 도가니에 실리콘 원료 및 상기 도펀트를 추가하여 다음 상기 단결정을 제조하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 각 단결정을 제조할 동안에 있어, 도펀트 첨가 융액 속의 도펀트의 농도를 일정하게 할 수 있고, 도펀트의 증발을 고려한 제어를 수행하지 않고 단결정을 제조할 수 있다.

본 발명의 단결정 제조 방법에 있어서, 복수 개의 상기 단결정을 제조할 수 있는 양의 상기 도펀트 첨가 융액을 상기 도가니에 수용하고, 상기 도가니에 실리콘 원료 및 상기 도펀트를 추가하지 않고 상기 복수 개의 단결정을 하나씩 제조하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 도펀트 첨가 융액을 고화하지(냉각하지) 않고 복수 개의 단결정을 제조할 수 있어, 단결정 제조의 효율화를 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명에 있어서의 단결정 제조 방법을 이끌어내기 위한 실험 1의 결과로서, 도펀트 첨가 융액량과 유전위화의 발생 상황 간의 상관을 나타낸 도면.
도 2는 상기 제조 방법을 이끌어내기 위한 실험 2의 결과로서, 도펀트 첨가 융액량과 도펀트의 증발에 따른 단결정의 저항률 변화 간의 상관을 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 단결정 인상 장치의 개략적인 구성을 나타낸 모식도.
도 4는 상기 일 실시 형태에 있어서의 멀티인상법에 의한 단결정 제조 방법을 나타낸 모식도.
도 5는 본 발명의 변형예에 있어서의 추출 인상법에 의한 단결정 제조 방법을 나타낸 모식도.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

〔단결정 인상 장치의 구성〕

먼저, 단결정 인상 장치의 구성에 대해 설명하기로 한다.

단결정 인상 장치(1)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 단결정 인상 장치 본체(3)와, 도시하지 않은 도핑 장치와, 도시하지 않은 제어부를 구비한다.

단결정 인상 장치 본체(3)는, 챔버(30)와, 이 챔버(30) 내에 배치된 도가니(31)와, 이 도가니(31)에 열을 방사하여 가열하는 가열부(32)와, 인상부로서의 인상 케이블(33)과, 단열통(34)과, 실드(36)를 구비한다.

챔버(30) 내에는, 제어부의 제어에 의해 상부에 마련된 도입부(30A)를 통해 상방에서 하방 쪽으로 비활성 가스, 예를 들면, 아르곤(argon) 가스가 소정의 가스 유량으로 도입된다. 또한, 챔버(30) 내의 압력(로(furnace) 내 압력)은 제어부에 의해 제어할 수 있도록 되어 있다.

도가니(31)는, 실리콘 웨이퍼의 원료인 다결정의 실리콘을 융해하여 실리콘 융액(4)으로 만드는 것이다. 도가니(31)는 바닥 있는 원통 형상의 석영제의 석영 도가니(311)와, 이 석영 도가니(311)의 외측에 배치되며, 석영 도가니(311)를 수납하는 흑연제의 흑연 도가니(312)를 구비하고 있다. 도가니(31)는 소정의 속도로 회전하는 지지축(37)에 지지되어 있다. 또한, 본 실시 형태의 도가니(31)는 원통부의 외경이 22인치, 내경이 21.44인치이다.

가열부(32)는, 도가니(31)의 외측에 배치되어 있으며, 도가니(31)를 가열하여 도가니(31) 내의 실리콘을 융해한다.

인상 케이블(33)은, 예를 들면 도가니(31) 상부에 배치된 도시하지 않은 인상 구동부에 일단이 접속되어 있다. 또한, 인상 케이블(33)은 타단에 종자결정을 유지하는 시드 홀더(38) 또는 도시하지 않은 도핑 장치가 적당히 부착된다. 인상 케이블(33)은 인상 구동부의 구동에 의해 회전할 수 있도록 구성되어 있다. 이 인상 케이블(33)은 제어부에 의한 인상 구동부의 제어에 의해 소정의 인상 속도로 상승한다.

단열통(34)은, 도가니(31) 및 가열부(32)의 주위를 에워싸도록 배치되어 있다.

실드(36)는, 가열부(32)로부터 상방 쪽으로 방사되는 복사열을 차단하는 열차단용 실드이다.

도핑 장치는, 고체 상태의 도펀트로서의 적린을 휘발시켜 도가니(31) 내의 실리콘 융액(4)에 도핑시켜, 즉 첨가하여 도펀트 첨가 융액(41)을 생성하기 위한 것이다. 또한, 도핑 장치로는 통형상부의 하단부를 실리콘 융액(4)에 침지시켜 적린을 실리콘 융액(4)에 첨가하는 구성이나, 통형상부의 하단부를 실리콘 융액(4)으로부터 이간시켜 휘발한 적린을 실리콘 융액(4)에 뿌림으로써 적린을 실리콘 융액(4)에 첨가하는 구성을 적용할 수 있다.

제어부는, 작업자의 설정 입력에 의거하여, 챔버(30) 내의 가스 유량, 로 내 압력, 인상 케이블(33)의 인상 속도를 적당히 제어하여 단결정(6) 제조시의 제어를 한다.

〔단결정 제조 방법〕

다음, 단결정 인상 장치(1)를 이용하여 단결정(6)을 제조하는 방법의 일례에 대해 설명하기로 한다. 또한, 본 실시 형태에서는 직동부의 길이가 860mm인 직경 200mm의 단결정을 제조하는 방법에 대해 설명하기로 한다

먼저, 도 4를 참조하여, 동일한 석영 도가니(311)를 이용하고, 단결정(6)을 인상할 때마다 폴리실리콘(polysilicon) 소재(411)를 차지하여 복수 개의 단결정(6)을 인상하는 소위 멀티인상법(multi-pull-up method)에 의해 단결정(6)을 제조하는 방법에 대해 설명하기로 한다. 또한, 도 3의 석영 도가니(311)의 도시를 간략화하였다.

여기서, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 초기 단계로서 80kg의 폴리실리콘 소재를 넣은 석영 도가니(311)가 세팅된 단결정 인상 장치(1)는 제어부의 제어에 의해 폴리실리콘 소재를 가열하여 융해시킨 후, 챔버(30) 내의 가스 유량 및 로 내 압력을 소정의 상태로 하여 실리콘 융액(4)에 휘발성 도펀트로서의 적린을 첨가하여 도펀트 첨가 융액(41)을 생성한다.

또한, 적린의 첨가량은 단결정(6)에서 잘라낸 실리콘 웨이퍼의 저항률이 0.6mΩ·cm 이상 1.0mΩ·cm 이하가 되는 양이다. 또한, 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 미스핏 전위를 억제하기 위해 적린과 함께 게르마늄을 첨가할 수도 있다. 게르마늄을 첨가하는 경우, 적린 및 게르마늄의 첨가량은 실리콘 웨이퍼의 저항률이 1.2mΩ·cm 이하가 되는 양일 수도 있다.

이후, 단결정 인상 장치(1)의 제어부는 작업자의 설정 입력에 의거하여 종자결정을 융액에 침지한 후, 소정의 인상 속도로 인상하여 단결정(6)을 제조한다.

이 종자결정의 인상시, 제어부는 단결정(6)에 있어서의 네크부 형성 공정, 어깨부 형성 공정, 직동부 형성 공정, 테일부 형성 공정, 냉각 공정 중 적어도 직동부 형성 공정에 있어서의 인상 시간을 종래보다 짧게 하여 치수가 종래의 것보다 짧은 단결정(6)을 제조한다.

구체적으로, 도 3 중 실선으로 도시한 바와 같이, 네크부(61)의 형성후, 도가니(31) 내부의 최하부로부터 도펀트 첨가 융액(41)의 표면(41A)까지의 거리를 H(mm), 도펀트 첨가 융액(41)의 표면(41A)의 반경을 R(mm)이라고 하고, 상기 식 (1)을 충족시키는 상태에서 도 3 중 이점 쇄선으로 나타낸 바와 같은 어깨부(62)의 형성을 시작한다. 어깨부(62)의 형성후, 도 3 중 이점 쇄선 및 도 4에 도시한 바와 같이, 직동부(63), 테일부(64)를 형성한다.

또한, 인상 시간 이외의 조건, 예를 들면 가열부(32)에 의한 가열 조건은 종래와 동일할 수도 있다. 또한, 22인치의 도가니(31)를 사용하는 본 실시 형태에서는 어깨부(62)의 형성 시작시에는, 37kg(H/R=0.4)을 초과하고 또한 95kg(H/R=0.78) 미만의 도펀트 첨가 융액(41)이 도가니(31)에 수용되어 있다.

이상의 공정에 의해 저항률이 0.6mΩ·cm 이상 1.0mΩ·cm 이하로 낮고, 유전위화의 발생이 억제된 단결정(6)을 제조할 수 있다.

그리고, 하나의 단결정(6)의 제조가 종료된 후, 단결정 인상 장치(1)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 80kg의 도펀트 첨가 융액(41)을 생성하기 위한 소재(411)(실리콘, 적린, (게르마늄))를 석영 도가니(311)에 투입하고, 어깨부(62)의 형성 시작시에 상기 식 (1)을 충족시키는 상태로 하여, 다음 단결정(6)을 제조한다.

여기서, 단결정 인상 장치(1)의 제어부는 마지막으로 제조하는 단결정(6) 이외의 단결정(6)의 꺼냄(취출)을 기다리며 냉각하고 있는 동안(냉각 공정 동안), 로 내 압력을 13.3kPa(100torr) 이상 60kPa(450torr) 이하로 조정하는 것이 바람직하다. 로 내 압력이 13.3kPa 미만인 경우 휘발성 도펀트인 적린이 증발하고, 다음에 제조할 단결정(6)의 저항률이 상승하게 된다. 한편, 로 내 압력이 60kPa를 초과하는 경우 증발물이 챔버(30) 내에 부착되기 쉬워져 단결정(6)의 단결정화를 저해하게 된다.

이와 같이 제조된 단결정(6)으로부터 얻어지는 실리콘 웨이퍼의 저항률은 0.6mΩ·cm 이상 1.0mΩ·cm 이하가 된다.

〔다른 실시 형태〕

또한, 본 발명은 상기 실시 형태에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 개량 및 설계의 변경 등이 가능하다.

예를 들면, 도 4에 도시한 바와 같은 멀티인상법이 아니라, 도 5에 도시한 바와 같이, 단결정 인상 장치(1)를 이용하여 동일한 석영 도가니(311)를 이용하고, 복수 개 분의 도펀트 첨가 융액(41)을 한 번에 차지하여 복수 개의 단결정(6)을 하나씩 인상하는 소위 추출 인상법에 의해 단결정(6)을 제조할 수도 있다.

여기서, 단결정 인상 장치(1)의 제어부는 2개의 단결정(6)을 제조하는 경우, 첫 번째의 단결정을 인상한 후, 꺼냄을 기다렸다가 냉각하고 있는 동안(냉각 공정 동안), 로 내 압력을 13.3kPa 이상 60kPa 이하로 조정하는 것이 바람직하다. 이와 같이 로 내 압력을 조정하는 것이 바람직한 이유는 상기 실시 형태의 멀티인상법의 이유와 동일하다.

또한, 멀티인상법을 수행하는 경우에도 마지막 단결정을 인상할 때 원료를 추가하지 않고 상기 추출 인상법을 적용할 수 있다.

예를 들면, 초기 단계로서, 어깨부(62)의 형성 시작시에 H/R=0.68이 되도록 도펀트 첨가 융액(41)을 차지하여, 직동부의 길이가 400mm인 단결정(6)을 3회 연속으로 인상하는 방법을 적용할 수도 있다. 이러한 방법에 의해서도 저항률이 0.6mΩ·cm 이상 1.0mΩ·cm 이하로 낮고, 유전위화의 발생이 억제된 직경 200mm의 단결정을 제조할 수 있다.

또한, 실리콘 융액(4)에 첨가하는 도펀트로서, 직동부(63)의 상단(63A)의 저항률이 2.0mΩ·cm 이하가 되는 양의 비소를 적용할 수도 있고, 직동부(63)의 상단(63A)의 저항률이 15mΩ·cm 이하가 되는 양의 안티몬을 적용할 수도 있다.

단결정의 직경은 200mm를 초과할 수도 있고 200mm 미만일 수도 있다.

32인치, 18인치, 16인치의 도가니(31)를 사용하는 경우, 상기 식 (1)을 충족시키기 위해, 어깨부(62)의 형성 시작시에 이하의 양의 도펀트 첨가 융액(41)이 도가니(31)에 수용되어 있을 수도 있다.

32인치의 도가니(31)를 사용하는 경우

118kg(H/R=0.4) 초과, 또한

300kg(H/R=0.78) 미만의 양

18인치의 도가니(31)를 사용하는 경우

19kg(H/R=0.4) 초과, 또한

52kg(H/R=0.78) 미만의 양

16인치의 도가니(31)를 사용하는 경우

14kg(H/R=0.4) 초과, 또한

36kg(H/R=0.78) 미만의 양

1 : 단결정 인상 장치
6 : 단결정
30 : 챔버
31 : 도가니
33 : 인상부로서의 인상 케이블
41A : 표면
41 : 도펀트 첨가 융액
62 : 어깨부
63 : 직동부

Claims (7)

1. 챔버와,
   이 챔버 내에 배치되며 실리콘 융액에 도펀트를 첨가한 도펀트 첨가 융액을 수납할 수 있는 도가니와,
   종자결정을 상기 도펀트 첨가 융액에 접촉시킨 후에 인상하는 인상부를, 구비한 단결정 인상 장치를 이용하고,
   단결정의 어깨부를 형성하는 어깨부 형성 공정과,
   상기 단결정의 직동부를 형성하는 직동부 형성 공정을 구비하는 초크랄스키법에 의한 단결정의 제조 방법으로서,
   복수 개의 상기 단결정을 제조할 수 있는 양의 상기 도펀트 첨가 융액을 상기 도가니에 수용하고, 상기 도가니에 실리콘 원료 및 상기 도펀트를 추가하지 않고, 상기 복수 개의 단결정을 하나씩 제조하는 때에,
   상기 도가니의 내부의 최하부로부터 상기 도펀트 첨가 융액의 표면까지의 거리를 H(mm), 상기 도펀트 첨가 융액의 표면의 반경을 R(mm)이라고 하고, 이하의 식(1)을 충족시키는 상태에서, 각단결정의 상기 어깨부의 형성을 시작하는 것을 특징으로 하는 단결정 제조 방법.
   0.4<H/R<0.78 … (1)
2. 청구항 1에 기재된 단결정 제조 방법에 있어서,
   상기 도펀트는 적린이고,
   상기 도펀트 첨가 융액에는 각단결정의 상기 직동부의 상단의 저항률이 1.0mΩ·cm 이하가 되도록 상기 적린이 첨가되어 있는 것을 특징으로 하는 단결정 제조 방법.
3. 청구항 1에 기재된 단결정 제조 방법에 있어서,
   상기 도펀트는 비소이고,
   상기 도펀트 첨가 융액에는 각단결정의 상기 직동부의 상단의 저항률이 2.0mΩ·cm 이하가 되도록 상기 비소가 첨가되어 있는 것을 특징으로 하는 단결정 제조 방법.
4. 청구항 1에 기재된 단결정 제조 방법에 있어서,
   상기 도펀트는 안티몬이고,
   상기 도펀트 첨가 융액에는 각단결정의 상기 직동부의 상단의 저항률이 15mΩ·cm 이하가 되도록 상기 안티몬이 첨가되어 있는 것을 특징으로 하는 단결정 제조 방법.
5. 청구항 1에 기재된 단결정 제조 방법에 있어서,
   상기 도펀트는 적린과 게르마늄이고,
   상기 도펀트 첨가 융액에는 각단결정의 상기 직동부의 상단의 저항률이 1.2mΩ·cm 이하가 되도록 상기 적린과 상기 게르마늄이 첨가되어 있는 것을 특징으로 하는 단결정 제조 방법.
   
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