KR20020002404A - 융액 제어 방법 및 결정의 성장법 - Google Patents

융액 제어 방법 및 결정의 성장법 Download PDF

Info

Publication number
KR20020002404A
KR20020002404A KR1020017011783A KR20017011783A KR20020002404A KR 20020002404 A KR20020002404 A KR 20020002404A KR 1020017011783 A KR1020017011783 A KR 1020017011783A KR 20017011783 A KR20017011783 A KR 20017011783A KR 20020002404 A KR20020002404 A KR 20020002404A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
melt
partial pressure
oxygen
oxygen partial
crystal
Prior art date
Application number
KR1020017011783A
Other languages
English (en)
Inventor
아자미타케시
나카무라신
히비야타케토시
Original Assignee
우쥬카이하츠지교단
니시가키 코지
자이당호우진 니폰우쥬포럼
닛뽄덴끼 가부시끼가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 우쥬카이하츠지교단, 니시가키 코지, 자이당호우진 니폰우쥬포럼, 닛뽄덴끼 가부시끼가이샤 filed Critical 우쥬카이하츠지교단
Publication of KR20020002404A publication Critical patent/KR20020002404A/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B13/00—Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting
    • C30B13/28—Controlling or regulating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/20—Controlling or regulating

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

본발명은 결정 성장의 균일화를 방해하는 융액중의 불규칙적인 온도 변동을 억제한다.
FZ법에 있어서, 융액을 둘러싸는 분위기를 구성하는 성분중, 예를 들면, 산소 분압을 제어하고, 산소 분압이, 특히 1.8E(-5)MPa 이상이 되도록 한다. 이로써, 융액 내의 온도 진동이 단일 주기로 되어 온도 진동의 혼란이 없어지고, 균일성이 높은 결정이 생성될 수 있다.
또한, CZ법에 있어서도, 융액을 둘러싸는 분위기를 구성하는 성분중, 예를 들면 산소 분압을 제어하여 표면 산소 분압을 고압으로 변화시킨다. 이로써, 융액 표면에 있어서의 마랑고니 대류의 강도가 저감되어 융액 내의 온도 진동이 단일 주기로 되어 온도 진동의 혼란이 없어질 뿐만 아니라 결정중의 산소 농도를 제어할 수 있어서 균일성이 높은 결정을 생성할 수 있다.

Description

융액 제어 방법 및 결정의 성장법{Method for Controlling Melt and Method for Growing Crystal}
일반적으로, 융액로부터 결정을 생성할 때는 육성(育成) 결정의 물성에 영향을 주는 융액의 상태 모드를 제어하는 것이 필요하다. 그리고 결정중의 불순물 농도의 제어 또는 불순물 농도의 균일성 등을 높이기 위한 여러가지 방법이 알려져 있다.
그런데, 예를 들면, 석영 도가니를 이용하여 도가니 내의 융액으로부터 결정을 생성할 때는, ① 석영 도가니(SiO2)와 Si 융액과의 계면에서의 석영(SiO2)의 용해에 의한 융액중으로의 혼입, ② 융액중에서의 농도 구배에 의한 확산 및 융액류(融液流)에 의한 이동, ③ 결정 성장 계면으로부터 분위기중으로의 증발(SiO), ④ 융액 표면으로부터 분위기중으로의 증발(SiO)의 4개의 프로세스가 있는 관계상, 수평 자장, 수직 자장, 커스프(cusp) 자장 등에 의해 산소 농도 분포의 제어를 행하는 것이 시도되고 있다.
또한, 부력 대류의 영향을 억제하기 위하여 융액에 회전을 주거나, 융액을 미소 중력하에서 유지하여 결정을 생성하는 방법도 알려지고 있다. 그리고, 부력 대류 억제 이외에도, 예를 들면, 표면장력 기인 대류, 즉, 마랑고니(marangoni) 대류 대책으로서, 융액 형상, 융액 사이즈, 융액내 온도차, 분위기 조건 등을 최적화 하는 방법 등이 알려져 있다. 융액의 제어에 있어서, 산소 농도를 제어하는 방법으로서, 예를 들면, 일본특허공개공보 평7-291783호 공보에 기재된 것이 알려져 있다. 일본특허공개공보 평7-291783호 공보에 기재된 방법에서는, 실리콘(FZ 실리콘)중의 산소 농도를 높이기 위하여 결정 성장 도중의 실리콘 단결정의 멜트 존에 있어서, 링 형상의 산소 공급물을 이용하는 것이 기재되어 있다. 또한, 일본특허공개공보 평7-291783호 공보에 기재된 방법에서는, 플로팅 존법(FZ법)에 의해 용융의 선단에 석영판을 접촉시키면서 단결정을 생성하고, 단결정의 주변부에서 그 산소 농도를 중앙부의 산소 농도보다 높게 하는 것이 기재되어 있다.
그런데, 상술한 바와 같이, 직접적으로 링 형상의 산소 공급물 또는 석영판을 이용하면, 실리콘 단결정 전영역에 걸쳐서 불균일한 산소 농도 분포가 발생할 뿐만 아니라, 산소 농도의 제어가 곤란하게 되어 버린다. 그 결과, 고품질 디바이스의 기판 재료로서 사용할 수 없게 되는 일이 있다. 한편, Si 웨이퍼의 불순물 농도가 균일한 영역만을 선택적으로 사용하도록 하더라도 제조상의 코스트가 높게 될뿐만 아니라 디바이스 특성의 신뢰성의 점에서도 바람직 하지 않다.
상술한 설명으로부터 분명한 바와 같이, 종래의 융액 제어 방법에서는, 소위 불순물 줄무늬(縞)라 불리는 스트리에이션(striation), 즉, 결정중에 불순물 분포의 농도 얼룩이 현저하게 생기게 된다. 또한, 이 스트리에이션은 결정의 중심축을 지나는 웨이퍼에 경면 연마를 시행한 후, 예를 들면, H2SO4: H2O2= 5 : 1의 에칭액을 이용하여 검출된다.
이와 같이, 종래의 융액 제어 방법에서는 생성 결정 내에 발생하는 불순물 농도 줄무늬, 즉 스트리에이션을 제거하는 것이 극히 곤란한 문제점이 있다. 환언하면, 스트리에이션은 융액중에 생기는 불규칙한 온도 변동인 것이 시사되고, 종래의 융액 제어 방법에서는 결정 성장의 균일화를 방해하는 융액중의 불규칙적인 온도 변동을 억제하는 것이 극히 어렵다고 하는 문제점이 있다.
본 발명은 융액(融液)의 제어 방법에 관한 것으로서, 특히 결정을 성장할 때 이용되는 성장법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 FZ법을 이용한 시스템의 1예의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시한 시스템에 이용하였을 때의 분위기 산소 분압 및 온도 진동의 푸리에(Fourier) 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 의한 CZ법을 이용한 시스템의 1예의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에 도시한 시스템에 있어서 도입 산소 분압이 유속에 미치는 효과(영향)를 도시한 도면이다.
도 5 A 및 B는 도 3에 도시한 시스템에 있어서 도입 산소 분압이 융액의 대류 모드에 미치는 효과(영향)를 도시한 도면이다.
도 6은 도 3에 도시한 시스템에 있어서 도입 산소 분압과 Si 결정중의 산소 농도와의 관계를 도시한 도면이다.
도 7은 도 3에 도시한 시스템에 있어서 도입 산소 분압이 온도 진동 모드에 미치는 효과(영향)를 도시한 도면이다.
도 8은 도 3에 도시한 시스템에 있어서 도입 산소 분압과 표면 산소 분압과의 관계를 도시한 도면이다.
본 발명의 목적은 융액중의 불규칙적인 온도 변동을 억제할 수 있는 융액 제어 방법 및 결정의 성장법을 제공하는데 있다.
본 발명에 의하면, 미리 정해진 분위기중의 융액의 상태를 제어할 때에 이용되고, 상기 분위기중의 특정 원소 성분의 상태를 미리 정해진 소정의 상태로 제어하도록 한 것을 특징으로 하는 융액 제어 방법이 제공된다. 그리고, 이 융액 제어 방법을 이용하여, 예를 들면, 초크랄스키(Czochralski)법에 의해 결정 성장을 행한다. 또한, 이 융액 제어 방법을 이용하여 플로팅 존법에 의해 결정 성장을 하도록 하여도 좋다.
이하, 본 발명에 관하여 발명의 실시 형태에 의거하여 설명한다.
우선, 본 발명을 플로팅 존법(FZ법)에 적용한 예에 관해 설명한다. FZ법에 있어서, 예를 들면, Si 융액을 둘러싸는 분위기를 구성하는 성분중의 산소의 분압을 제어하고, 특히, 산소 분압을 1.8E(-5)MPa 이상으로 하여 표면장력 기인에 의한마랑고니 대류를 억제한다. 그 결과, 융액의 온도 진동이 단일 주파수 모드로 되어 결정의 고품질화, 균일화가 높아진다.
도 1을 참조하여, 도시된 FZ법 시스템은 고순도 아르곤 가스 봄베(1) 및 Ar-10%O2봄베(4)를 구비하고 있고, 고순도 아르곤 가스는 매스 플로우 컨트롤러(2a)를 통하여 가스 정제장치(3)에 주어지고, 여기에서, 불순물이 제거된다. 한편, 매스 플로우 컨트롤러(2b)에 의해 Ar-10%O2봄베(4)로부터의 아르곤 베이스 산소 도프 가스 및 Ar-10%O2를 정밀하게 제어하여 가스 배관(15)에 의해 고순도 Ar 가스에 아르곤 베이스 산소 도프 가스 및 Ar-10%O2를 첨가한다.
상기 고순도 Ar 가스와 Ar-10%O2를 혼합한 아르곤 베이스 산소는 밸브(6a)를 통하여 매스 플로우 컨트롤러(2c 및 2d)에 분기되고 매스 플로우 컨트롤러(2c)에서 FZ 이미지로(爐)(적외선 이미지로)(8)에 주어진다. 한편, 분위기 산소 분압(10)을 측정하기 위해 매스 플로우 컨트롤러(2d)에서 아르곤 베이스 산소가 산소 센서(7)에 주어진다. 이 산소 센서(7)는 산소 농담전지에 의한 발전력 출력을 이용한 것으로서, 이 산소 분압 측정에는 800℃의 고온하에서 산소 이온을 전도하는 성질을 갖는 지르코니아 고체 전해질 산소 센서를 이용하고, 참조 전극으로서, Ni와 NiO의 혼합 분말을 이용하였다. 그리고, 이 산소 센서(7)에서는 활량 차에 따른 발전력을 얻을 수 있다.
또한, 분위기 산소 분압을 정밀하게 제어하기 위해 배관(15)에는 밸브(6b 및6c)를 통하여 마그네슘(Mg) 탈산로(爐)(5)가 접속되어 있고, 마그네슘(Mg) 탈산로(5)에는 분위기 가스가 도입된다. 이 마그네슘 탈산로(5)는 금속 마그네슘과 그 산화물과의 화학평형을 이용한다. 즉, 마그네슘 탈산로(5)는, 예를 들면 금속 마그네슘 500g을 전기저항로 속에 장전하고 로의 온도 제어에 의해 금속 마그네슘의 탈산 효과를 이용하여 분위기 산소 분압을 정밀하게 제어한다.
상술한 바와 같이 하여 산소 분압을 제어하면서, 또한 산소 분압을 리얼 타임으로 측정하고, 제어된 분위기 산소 분압으로 FZ 이미지로(8)에 의해 실리콘 융액(11)을 만든다. 도시한 바와 같이, FZ 이미지로(8)에는 보조 히터(16)가 배치되어 있고, 이 보조 히터(16)에 의해 실리콘 멜트의 온도차를 부여하고 있다.
이렇게 하여 작성한 실리콘 멜트 용융부에서, Φ 0.1mm의 세밀 열전대(9)를 이용하여 정밀하게 실리콘 멜트의 온도 진동을 측정하였다.
또한, FZ 이미지로(8)에는 밸브(6d)를 통하여 진공펌프(12)가 연결되어 있고, 산소 센서(7)는 디지틀 볼트 미터(DVM)(14a)를 통하여 퍼스널 컴퓨터(13)에 접속되어 있고, 또한 퍼스널 컴퓨터(13)는 DVM(14b)을 통하여 열전대(9)에 접속되어 있다. 그리고, 퍼스널 컴퓨터(13)에 산소 분압 및 온도 진동이 표시된다.
여기서 도 2를 참조하여, 영역 I(PHASE I)로부터 영역 Ⅳ(PHASE Ⅳ)에서 분위기 산소 분압을 컨트롤한 조건에 있어서의 온도 진동 데이터를 푸리에 해석한 결과에 관하여 설명한다.
도 2로부터 분명한 바와 같이, 실리콘 융액부의 상하간의 온도차가 △TL=52K인 때, 저 산소 분압의 영역 Ⅱ(산소 분압 PO2= 3.5×10-7MPa)에서는 복수 주기의 온도 변동을 갖고 있는 것을 알 수 있다. 한편, 산소 분압 PO2= 9.0×10-6MPa의 조건인 영역 Ⅰ에서는, 온도 진동에 있어서 0.20Hz 부근에 주기화의 경향이 있지만, 완전한 단일 주기의 온도 진동이 아닌 것이 도시되어 있다. 그런데, 또한, 산소 분압을 높인 영역 Ⅲ(산소 분압 PO2= 1.8×10-5MPa)에 있어서는 0.70Hz의 명료한 단일 주기를 갖는 것이 처음으로 발견되었다. 또한, 영역 Ⅳ에서, 상하간의 온도차 △TL= 48K, 산소 분압 PO2= 7.5×10-6MPa에서는, 0.65Hz와 0.20Hz의 2개에 주기를 갖는 온도 진동이 변조하고 있는 것도 처음으로 밝혀졌다.
이것은, 표면장력 기인 대류, 즉 마랑고니 대류의 관계식에 의해 설명할 수 있다.
표면장력 기인 대류, 즉 마랑고니 대류는 그 강도를 무차원 마랑고니수 Ma= (|θγ/θT|)△TL/μκ로 나타낼 수 있다. 여기에서, θγ/θT: 표면장력의 온도계수, L: 계의 대표 길이, μ: 점성율(粘性率), κ: 열확산율이다.
위식에 나타낸 바와 같이, 마랑고니수는 표면장력의 온도계수에 의존하고 있는 것을 알 수 있다. 즉, 실리콘 멜트의 표면장력 및 온도계수는 분위기의 산소 분압에 의존성이 있고, 또한, 분위기 산소 분압이 커짐에 따라 표면장력의 온도계수 θγ/θT가 작게 되는 것을 예측할 수 있다. 마랑고니 대류의 진동 모드는 계의 마랑고니수의 증가에 따라, 정상류→ 주기 진동류→ 비주기 진동류로 천이한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 산소 분압을 높이면, 복수 주기 진동으로부터 단일 주기 진동으로 천이한다. 이것은, 분위기 산소 분압을 높인 것에 의해 실리콘 융액에 있어서, 화학평형에 있어서의 산소의 흡착이 일어나 실리콘 융액의 표면장력의 온도계수가 저감한다. 그 결과, 표면장력 기인 대류인 마랑고니 대류의 강도가 억제되게 되는 것이다.
상술한 예에서 도시한 바와 같이, 분위기 산소 분압을 제어하는 것은 위식에 있어서 점성율 μ, 열확산율 κ가 일정, 즉, 융액의 물성치가 일정하면, 산소 분압의 파라미터인 표면장력의 온도계수 θγ/θT에 더하여, 상하의 온도차 △T와 융액의 액기둥(液柱) 길이 L의 이상 3가지 파라미터는, 마랑고니수 Ma의 제어를 실현하고, 또한 마랑고니의 대류 모드의 단일 주기화를 할 수 있다.
다음에, 본 발명을 초크랄스키법(CZ법)에 적용한 예에 관해 설명한다. 이 예에서는, CZ법에 있어서, 예를 들면, Si 융액을 둘러싸는 분위기를 구성하는 성분중의 산소의 분압을 제어하고, 특히, 도입하는 산소 분압을 제어하여 마랑고니 대류를 억제한다. 이로써, 흐름이 안정화되고, 결정중의 산소 농도의 제어를 행할 수 있다. 그 결과, 고품질의 단결정을 육성할 수 있게 된다. 또한, 도입하는 산소 분압을 높이면, 융액의 온도 진동이 단일 주파수 모드로 되어 결정의 고품질화 및 균일화가 높아진다.
도 3를 참조하여, 도시된 CZ법 시스템에 있어서, 도 1에 도시한 구성 요소와 동일한 구성 요소에 관해서는 동일한 참조 번호를 붙인다. CZ법 시스템은 CZ 이미지로(21)를 구비하고 있고, 도 1에 관련하여 설명한 바와 같이 하여 매스 플로우 컨트롤러(2c)에서는 산소 분압을 제어하면서, 고순도 Ar 가스와 Ar-10%O2를 혼합한 아르곤 베이스 산소를 CZ 이미지로(21)에 보낸다. 한편, CZ 이미지로(21) 내의 분위기 산소 분압(22)을 측정하기 위해 매스 플로우 컨트롤러(2d)에서 아르곤 베이스 산소가 산소 센서(7)에 주어진다.
도시한 바와 같이, CZ 이미지로(21)는 회전 샤프트(26)를 구비하고 있고, 이 회전 샤프트(26)에는 융액 보호재(25)가 지지되어 있다. 또한, 융액 보호재(25)를 둘러싸도록 하여 히터(24)가 배치되어 있다. 그리고, 융액 보호재(25)에는 실리콘 융액(11)이 보존되고, 후술하는 바와 같이 하여 실리콘 결정(23)이 생성된다. 도시된 예에서는 융액 보호재(25)로는 카본이 이용되고 있다. 실리콘 인상(引上)의 융액 보존재로는 일반적으로 석영유리를 이용하지만, 여기서는, 분위기 산소 분압(22)의 효과를 산소의 공급원이 아닌 융액 보존재로 실증하기 위해 카본을 이용하였다. 또한, 분위기 산소 분압을 이용하여 산소 농도를 제어할 때에는 상기한 카본재 외에 질화물, 예를 들면 BN(질화붕소), ALN(질화알루미늄)이 유효하다.
CZ 이미지로(21)에는 진공펌프(12)가 연결되어 있고, 산소 센서(7)는 디지틀 볼트미터(DVM)(14a)를 통하여 퍼스널 컴퓨터(13)에 접속되어 있다. 그리고, 퍼스널컴퓨터(13)에 산소 분압 및 온도 진동이 표시된다.
도 3에서는 융액의 반경과 높이와의 비가 1:1이 되도록, Si 융액(11)을 생성하고, Si 융액(11)의 상하간(표면과 저면)의 온도차를 50K로 하였다. 또한, 분위기산소 분압(22)이 1.0E(-8) 내지 1.0E(-4)MPa인 범위에서 실리콘 융액(11)의 표면에 있어서, 산소 분압(22)이 마랑고니 대류의 유속에 주는 효과(영향)를 밝히기 위해 트레이서 입자(ZrO2지르코니아, Φ 450㎛)를 삽입하고 유속을 측정하였다. 이 측정 결과를 도 4에 도시한다.
도 4로부터 도입 산소 분압(분위기 산소 분압)을 높인 상태에서는 트레이서 입자의 유속이 저감되는 것을 알 수 있다. 이는, 즉 트레이서 입자 속도의 산소 분압 의존성은 마랑고니 대류의 유속이 도입 산소 분압을 파라미터로 하여 제어될 수 있음을 나타낸 것이다.
여기서, 도 5 A 및 B에 흐름의 구조를 나타내는 트레이서 입자의 궤적을 도시한다. 도입 산소 분압이 1.0E(-6)MPa에서는 흐름의 궤적이 3차원적인 복잡한 흐름 구조를 갖고 있는 것을 알 수 있다(도 5 A). 한편, 도입 산소 분압을 높여서, 1.0E(-4)MPa로 하면 흐름의 궤적이 축 대칭적인 흐름인 것을 알 수 있다(도 5 B). 그리고, 실리콘 표면에서의 마랑고니 대류의 유속이 저감하고, 실리콘 융액 내부로의 흐름이 억제되면 대류 모드의 상태 천이가 발생한다.
도 6에 도입 산소 분압과 결정중의 산소 농도와의 관계를 도시한다. 도 6으로부터 분위기 산소 분압을 제어함에 의해 결정중의 산소 농도를 제어할 수 있음을 알 수 있다.
도 7에는 도입 산소 분압과 온도 진동과의 관계를 도시한다. 도 1에 관련하여 설명한 바와 같이, 분위기 산소 분압(22)을 높인 영역(도입 산소 분압 PO2= 1.8×10-5MPa)에 있어서는, 0.70Hz의 명료한 단일 주기를 갖는 것을 알 수 있다. 이것은 마랑고니 대류의 관계식에 의해 설명할 수 있다.
도 1 및 도 2에 관련하여 설명한 바와 같이, 마랑고니수는 표면장력의 온도계수에 의존하고 있어, 마랑고니 대류의 진동 모드는 계의 마랑고니수의 증가에 따라, 정상류→ 주기 진동류→ 비주기 진동류로 천이한다.
도 7에 도시한 바와 같이, 산소 분압을 높이면 복수 주기 진동으로부터 단일 주기 진동으로 천이한다. 이것은, 분위기 산소 분압을 높임에 의해 실리콘 융액에 있어서, 화학평형에 있어서의 산소의 흡착이 일어나 실리콘 융액의 표면장력의 온도계수가 저감한다. 그 결과, 표면장력 기인 대류인 마랑고니 대류의 강도가 억제되게 된다.
그리고, 분위기 산소 분압을 제어하는 것은 도 1 및 도 2에 관련하여 설명한 바와 같이, 융액의 물성치가 일정하면 산소 분압의 파라미터인 표면장력의 온도계수 θγ/θT에 더하여, 온도차 △T와 융액 대표 길이 L의 이상 3가지 파라미터는 마랑고니수 Ma의 제어를 실현하고, 또한 마랑고니의 대류 모드의 단일 주기화를 할 수 있다.
그런데, Si(융액)-O2(가스)계에서는, SiO(가스)의 증기압(PSiO VAP) 1.7E(-4)MPa가 Si(융액)의 증기압(PSi VAP) 3.8(-8)MPa보다 크기 때문에 도입 산소 분자가 Si 융액 표면에서의 산소 분자와 순간적으로 SiO(가스)로서 반응한다. 이 때문에, 실리콘 융액 표면에서의 표면 산소 분압은 도입 산소 분압보다 낮게 될 것으로 예상된다. 또한, 화학평형론에 의한 Si(l)와 O2(g)의 반응에 의해, 1693K에서 SiO2(고체)가 석출하는 포화 산소 분압은 1.3E(-20)MPa이다.
발명자 등에 의한 실험에서는 도입 산소 분압 1.0E(-4)MPa에서는, 실리콘 융액은 자유표면이 있는 것이 관측되지만, 1.0E(-4)MPa보다 약간 도입 산소 분압을 높이면 SiO2(고체)가 석출을 시작하는 것이 관측되었다.
또한, 도입 산소 분압이 1.0E(-2)MPa이면, 실리콘 융액에 있어서의 마랑고니 대류는 관측되지 않고, 표면이 SiO2(고체)로 덮여지는 것이 밝혀졌다.
이상의 결과로부터, 포화 산소 분압은 도입 산소 분압이 1.0E(-4)부터 1.0E(-2)MPa의 범위에서 실리콘 표면에 있어서의 포화 산소 분압이 존재하는 것을 알 수 있다. 이들의 결과를 기초로 도입 산소 분압과 외삽(外揷)에 의한 표면 산소 분압의 관계를 도 8에 도시한다. 도입 산소 분압이 1.0E(-4)MPa이면, 표면 산소 분압은 9.6E(-22)MPa가 된다. 또한, 온도 진동에 있어서, 단주기화에 있어서의 도입 산소 분압 1.8E(-5)MPa은 표면 산소 분압 3.1E(-23)MPa로 어림할 수 있다.
따라서, 도입하는 산소 분압을 제어하여 마랑고니 대류를 억제할 때는 표면 산소 분압은 화학평형론에 있어서의 포화 산소 분압 이하의 범위이다. 즉, 실리콘 융액의 자유표면이 존재하고 마랑고니 대류를 도입 산소 분압 또는 표면 산소 분압을 파라미터로 하여 흐름의 모드를 제어하여, 고품질의 단결정을 육성할 수 있다.
상술한 바와 같이 하여, 산소 분압을 이용하면 실리콘 융액의 마랑고니의 대류를 자유롭게 컨트롤할 수 있다. 이것은, 금후 400mm 시대를 맞이하는 CZ법에 있어서의 실리콘의 결정 육성에 있어서의 새로운 프로세스 파라미터로서 이용할 수 있을 뿐만 아니라 총합 전열(傳熱) 해석에 있어서의 수치 시뮬레이션 기술에도 이용할 수 있다.
또한, 상술한 예에서는 융액이 Si인 경우에 관하여 설명하였지만, 다른 반도체, 금속 또는 폴리머 등에도 본 발명의 원리가 적용될 수 있고, 재료는 상술한 예에 한정하지 않아도 좋다. 또한, Si 이외의 재료인 경우는 분압을 제어하는 성분은 산소에 한정되지 않는다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 마랑고니 대류 이외의 부력 대류 등이 효과적으로 억제되어, 예를 들면 결정 성장 플로팅 존법(FZ법)에 있어서, 융액 내의 온도 진동이 단일 주기로 되어 온도 진동의 혼란이 없어지기 때문에 균일성이 높은 결정을 생성할 수 있다고 하는 효과가 있다.

Claims (14)

  1. 미리 정해진 분위기중의 융액 상태를 제어할 때에 이용되고, 상기 분위기중의 특정 원소 성분의 상태를 미리 정해진 소정의 상태로 제어하고, 상기 융액에 발생하는 마랑고니 대류를 제어하도록 한 것을 특징으로 하는 융액(融液) 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 융액을 둘러싸는 분위기의 일부는 도가니와 융액 계면 또는 도가니 개구부의 융액 표면인 것을 특징으로 하는 융액 제어 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    융액은 Si 융액인 것을 특징으로 하는 융액 제어 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    특정 원소가 산소인 것을 특징으로 하는 융액 제어 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 도가니와 융액의 계면에서는 산소 농도를 제어하고, 상기 도가니 개구부에서는 융액 표면의 산소 분압을 제어하도록 한 것을 특징으로 하는 융액 제어 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 도가니 개구부의 융액 표면에 있어서의 산소 분압은 융액 표면의 지름 방향으로 변화되는 것을 특징으로 하는 융액 제어 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 도가니 개구부의 융액 표면의 산소 분압의 지름 방향으로의 변화는 상기 도가니의 중심축으로부터 외주를 향하여 고압으로 되는 것을 특징으로 하는 융액 제어 방법.
  8. 제 5 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서,
    융액 표면을 둘러싸는 분위기는 산소 분압을 제어한 아르곤 분위기인 것을 특징으로 하는 융액 제어 방법.
  9. 제 5 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 있어서,
    산소 검출기로 산소 분압을 모니터하여 상기 산소 분압을 조정하도록 한 것을 특징으로 하는 융액 제어 방법.
  10. 제 5 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산소 분압은 1.8E(-5)MPa 이상의 미리 정해진 소정의 상태인 것을 특징으로 하는 융액 제어 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항중 어느 한 항에 있어서,
    마랑고니 대류 이외의 부력 대류를 억제하도록 한 것을 특징으로 하는 융액 제어 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항중 어느 한 항에 기재된 융액 제어 방법을 이용하여 초크랄스키법에 의해 결정 성장을 행하도록 한 것을 특징으로 하는 결정의 성장법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 융액을 둘러싸는 분위기 산소 분압을 제어하고, 더욱이, 육성하는 결정의 산소 농도를 제어하도록 한 것을 특징으로 하는 결정의 성장법.
  14. 제 1 항 내지 제 11 항중 어느 한 항에 기재된 융액 제어 방법을 이용하여 플로팅 존법에 의해 결정 성장을 행하도록 한 것을 특징으로 하는 결정의 성장법.
KR1020017011783A 1999-03-24 2000-03-24 융액 제어 방법 및 결정의 성장법 KR20020002404A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7925099 1999-03-24
JPJP-P-1999-00079250 1999-03-24
PCT/JP2000/001820 WO2000056955A1 (fr) 1999-03-24 2000-03-24 Procede de controle d'une masse en fusion et procede de croissance de cristaux

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20020002404A true KR20020002404A (ko) 2002-01-09

Family

ID=13684620

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020017011783A KR20020002404A (ko) 1999-03-24 2000-03-24 융액 제어 방법 및 결정의 성장법

Country Status (4)

Country Link
KR (1) KR20020002404A (ko)
DE (1) DE10084382T1 (ko)
TW (1) TW548350B (ko)
WO (1) WO2000056955A1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100414519B1 (ko) * 2001-10-26 2004-01-13 학교법인 한양학원 고압산소 하에서의 루틸 단결정 성장방법
KR20030036989A (ko) * 2001-11-01 2003-05-12 주식회사 실트론 단결정 실리콘 잉곳 제조 시스템 및 그 방법
CN110261459A (zh) * 2019-06-17 2019-09-20 北京科技大学 一种用于控制气氛中极低氧含量并测量其氧分压的装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0782075A (ja) * 1993-09-20 1995-03-28 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 酸化物単結晶の育成方法
JPH07291783A (ja) * 1994-04-21 1995-11-07 Sumitomo Metal Ind Ltd シリコン単結晶およびその製造方法
JPH08259380A (ja) * 1995-03-23 1996-10-08 Nec Corp シリコン結晶成長方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE10084382T1 (de) 2002-03-07
TW548350B (en) 2003-08-21
WO2000056955A1 (fr) 2000-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8317919B2 (en) System for continuous growing of monocrystalline silicon
US4659421A (en) System for growth of single crystal materials with extreme uniformity in their structural and electrical properties
US6893499B2 (en) Silicon single crystal wafer and method for manufacturing the same
US20140150713A1 (en) Controlling doping of synthetic diamond material
US4400232A (en) Control of oxygen- and carbon-related crystal defects in silicon processing
KR101385997B1 (ko) 단결정 제조장치 및 단결정 제조방법
US20030021894A1 (en) Method of producing high-purity polycrystallin silicon
WO2000055393A1 (fr) Appareil et procede de production d'un cristal unique de silicium, cristal unique et tranche obtenus selon ce procede
US6086671A (en) Method for growing a silicon single crystal
KR19980024456A (ko) 단결정 실리콘의 쵸크랄스키 성장 동안 산소를 실시간 모니터하고 제어하기 위한 방법 및 시스템
US7235128B2 (en) Process for producing single-crystal semiconductor and apparatus for producing single-crystal semiconductor
US10655242B2 (en) Growing apparatus and single-crystal ingot growing method using the same
US20100126410A1 (en) Apparatus and method for pulling silicon single crystal
KR20020002404A (ko) 융액 제어 방법 및 결정의 성장법
JP2000335995A (ja) 融液制御方法及び結晶の成長法
EP0903427B1 (en) Apparatus and method for producing crystals by the czochralski method and crystals produced by this method
US5843228A (en) Apparatus for preventing heater electrode meltdown in single crystal pulling apparatus
US11541351B2 (en) Apparatus for removing boron
KR101111681B1 (ko) 단결정 실리콘 잉곳 제조장치
WO2014155985A1 (ja) シリコン単結晶製造装置およびこれを用いたシリコン単結晶製造方法
KR102431713B1 (ko) 반도체 결정 성장 장치
JP2009001489A (ja) 単結晶の製造装置及び製造方法
Lunn et al. Growth of cadmium telluride by solvent evaporation
WO1991017288A1 (en) Silicon single crystal manufacturing apparatus
Rosenberger et al. Low-stress physical vapor growth (PVT)

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application