KR20040045454A - 단결정반도체의 제조장치, 제조방법 및 단결정잉곳 - Google Patents

단결정반도체의 제조장치, 제조방법 및 단결정잉곳 Download PDF

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Abstract

본 발명은 CZ법 등을 이용하여 단결정실리콘 등의 단결정반도체를 인상할 때, 단결정반도체 중의 산소농도를 제어하도록 한 단결정반도체의 제조장치, 그 제조방법, 그 제조방법에 의해 제조된 단결정잉곳에 관한 것이다.
용융액(5)의 각부의 온도를 조정하여 석영도가니(3) 내의 용융액(5) 중의 자연대류(20)를 제어한다. 또한, 상측의 가열수단(9a)에 의한 가열량을 조정하여 단결정반도체(6)를 소망의 직경으로 한다. 또한, 상측의 가열수단(9a)에 의한 가열량과 하측의 가열수단(9b)에 의한 가열량의 비율을 조정함과 함께, 프로세스조건을 변화시킨다. 그 때, 하측의 가열수단(9b)에 의한 가열량을 상대적으로 큰 비율로 조정한다.
본 발명에 의해, 장치의 고비용화, 대형화를 초래하지 않고, 단결정반도체의 축방향 산소농도분포를 제어하고, 또한 단결정반도체의 직경을 제어하고, 또한 축방향의 산소농도의 미소변동을 제어할 수 있다.

Description

단결정반도체의 제조장치, 제조방법 및 단결정잉곳{SINGLE CRYSTAL SEMICONDUCTOR MANUFACTURING APPARATUS AND METHOD, AND SINGLE CRYSTAL INGOT}
도 1은 단결정인상장치(1)의 구성의 일 예를 나타낸다.
단결정인상용 용기(2) 즉 CZ로(2) 내에는 석영도가니(3)가 마련되어 있다. 이 석영도가니(3) 내에서 다결정실리콘(Si)이 가열되어 용융된다. 용융이 안정화되면, 인상기구(4)에 의해 석영도가니(3) 내의 실리콘용융액(5)으로부터 단결정실리콘(6)이 CZ법에 의해 인상된다. 인상 시, 석영도가니(3)는 회전축(10)에 의해 회전한다. 또한 인상기구(4)의 인상축(4a)에 대해서도 회전한다.
단결정인상의 프로세스(1배치)의 사이에서, 용기(2) 내에는 여러 증발물이 발생한다. 그래서 단결정인상용 용기(2)에 아르곤(Ar)가스(7)를 공급하여 용기(2) 외로 증발물과 함께 배기하여 용기(2) 내로부터 증발물을 제거하여 깨끗하게 한다. 아르곤가스(7)의 공급유량은 1배치 중의 각 공정마다 설정한다.
또한 석영도가니(3)의 상방에 있어서 단결정실리콘(6)의 주위에는 단결정인상용 용기(2) 내의 가스(7)를 조정하여 용융액(5)의 표면(5a)으로 안내함과 동시에 단결정실리콘(6)을 열원으로부터 차폐하는 열차폐판(8)(가스정류탑)이 마련되어있다. 열차폐판(8)의 하단과 용융액표면(5a)과의 간격의 거리(이하 D0라고 한다, 도 1참조)는 적절히 설정한다.
인상성장한 단결정실리콘(6) 중에는 산소가 고용되어있다. 산소는 석영도가니(3)로부터 실리콘용용액(5) 중에 녹아 들어가 단결정실리콘(6)의 인상시에 단결정실리콘(6) 중에 들어간다. 단결정실리콘(6) 중의 산소농도는, 소자, 디바이스의 특성에 중대한 영향을 줌과 동시에, 소자, 디바이스의 제조공정에 있어서 그 수율에 중대한 영향을 준다.
도 2는 석영도가니(3)로부터 용융액(5)에 녹아 들어가는 산소의 양과, 용융액(5)의 표면(5a)으로부터 증발하는 산소의 양과, 단결정실리콘(6) 중에 들어가는 산소의 양의 관계를 나타내고 있다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 단결정실리콘(6) 중에 들어가는 산소의 양은, 석영도가니(3)로부터 용융액(5)에 녹아 들어가는 산소의 양으로부터 용융액표면(5a)으로부터 증발하는 산소의 양을 뺀 관계이 있다. 일반적으로 석영도가니(3)로부터 용융액(5)에 녹아 들어간 산소는, 9%정도가 증발하고, 남은 1%정도가 단결정실리콘(6) 중에 들어간다고 생각된다.
따라서, 단결정실리콘(6) 중의 산소농도를 제어하기 위해서는, 석영도가니(3)로부터 용융액(5) 중에 녹아 들어가는 산소의 용해량과, 용융액표면(5a)으로부터 증발하는 산소의 증발량의 2종류의 양을 제어하면 된다.
여기서, 석영도가니(3)로부터의 산소용해량은, 석영도가니(3)의 회전수, 석영도가니(3)의 가열온도 등의 파라미터에 의해 정해진다.
그래서 종래로부터 이들 석영도가니(3)의 회전수 등을 조정함으로써 단결정실리콘(6) 중의 산소농도를 소망농도를 제어하는 발명이 특허출원되어 공지기술이 되어있다(예를 들어, 특개평 10-167881호 공보, 특개평 10-167892호 공보).
또한, 용융액표면(5a)로부터 증발하는 산소의 증발량은 아르곤가스(7)의 유량, 노내압력, D0 등의 파라미터에 의해 정해진다.
그래서, 종래로부터 이들 D0 등을 조정함으로써 단결정실리콘(6) 중의 산소농도를 소망농도로 제어하는 발명이 특허출원되어 공지기술로 되어있다.
석영도가니(3)의 가열온도를 파라미터로서 [산소용해량]을 제어하는 것에 관한 발명에는 이하에 설명하는 것이 있다.
즉, 특허 제 3000923호 공보에는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 석영도가니(3)의 주위에서 석영도가니(3)의 상하방향을 따라서 석영도가니(3)에 대한 가열량을 독립적으로 조정할 수 있는 상하 2단의 히터(9a, 9b)를 마련하고, 전체 히터(9)의 출력에 대한 상단히터(9a)의 출력의 비율을 소정의 값으로 설정함으로써, 산소용해량을 제어하고, 이에 의해 단결정실리콘(6) 중의 산소농도를 목표산소농도이하로 한다는 발명이 기재되어있다.
또한, 특허 제 2681115호 공보에는 석영도가니의 주위와 바닥부 각각에 히터를 마련하고, 이들 히터의 출력을 조정함으로써 산소용해량을 제어하고, 이에 의해 단결정실리콘 중의 산소농도를 제어한다는 발명이 기재되어있다.
그러나, 이들 공보기재의 발명은 [산소용해량]을 제어한다는 것으로서, [산소증발량]을 제어하는 것은 아니다. 이 때문에 단결정실리콘(6) 내의 산소농도범위가 한정되어버리고, 넓은 범위에 걸쳐서 산소농도를 자유롭게 제어할 수 없다. 또한 단결정실리콘(6)의 축방향(결정장방향)의 산소농도의 분포의 분산저감에 한계가 있다는 문제가 있다.
게다가, 특허 제 3000923호 공보에서는 열차폐판(8)이 마련되어있지 않으므로, 오늘의 대경의 단결정실리콘에서 요구되는 산소농도의 제어레벨을 달성할 수가 없으며, 경우에 따라서는 대경의 단결정실리콘을 인상할 수 없는 일이 있다.
본 발명은 CZ법(Czochralski method) 등을 이용하여 실리콘 등의 단결정반도체를 끌어올릴 때에, 단결정반도체 중의 산소농도를 제어하도록 한 단결정반도체의 제조장치, 그 제조방법, 그 제조방법에 의해 제조한 단결정잉곳에 관한 것이다.
도 1은 실시형태의 장치를 나타내는 도이다.
도 2는 산소가 단결정실리콘에 들어가는 과정을 설명하는 도이다.
도 3은 히터의 다른 구성예를 나타내는 도이다.
도 4(a), (b)는 용융액 각부의 온도분포를 비교하여 나타내는 도이다.
도 5는 종래기술을 나타내는 도이다.
도 6은 단결정실리콘의 길이축방향의 산소농도분포를 설명하는 도이다.
도 7(a), (b)는 단결정실리콘의 길이축방향의 산소농도의 변동을 비교하여 나타내는 도이다.
도 8은 단결정실리콘의 길이축방향의 산소농도분포의 목표범위를 나타내는 도이다.
도 9는 도 1의 장치구성으로 행한 실험결과를 나타내는 도이다.
단결정실리콘(6)에 들어가는 산소농도는, 용융액(5) 내에서 발샹하는 대류에도 영향을 받는 것이 당업자 사이에서 경험적으로 알려져 있다.
대류의 발생을 억제하는 기술로서, 자장인가인상법이라고 불리는 기술이 있다. 이는 용융액(5)에 자장의 인가함으로써 용융액(5) 중의 대류를 억제하여 안정한 결정성장을 행하는 방법이 있다.
도 6은 단결정실리콘(6)의 축방향의 산소농도분포를 나타낸다. 도 6의 횡축은 단결정실리콘(6)의 결정길이를 나타내고, 종축은 산소농도를 나타낸다.
자장인가인상법으로 성장시킨 단결정실리콘(6)의 산소농도분포를 L1로 표시하고, 일반적인 CZ법으로 성장시킨 단결정실리콘(6)의 산소농도분포예를 L2, L3로 나타낸다. 이와 같이 자장인가인상법에 의하면, 대류가 억제됨으로써 산소농도는 전체적으로 저하하는 것을 알 수 있다.
따라서, 자장의 강도를 제어함으로써, 단결정실리콘(6)의 산소농도의 제어범위를 넓은 제어범위로 할 수 있고, 그 제어범위 내에서 산소농도분포를 광범위하게 조정할 수 있다.
그러나, 자장인가인상법을 실시하기 위해서는 초전도자석을 포함한 고가이면서 대규모의 설비를 도입하여야 하며, 장치가 고비용화되고 부피가 커지게 된다.
이상과 같이 용융액(5) 내의 대류가 단결정실리콘(6) 중으로의 산소취입량에 영향을 미치는 것이 알려져 있으면서 고비용 등을 초래하는 일없이 대류자체를 정밀하게 제어하는 것에 관한 기술은 확립되어있지 않았다.
또한 상기 공보에는, 상하 2단의 히터를 이용하여 산소농도를 제어하는 발명이 기재되어있지만, 상술한 바와 같이 [산소용해량]만을 제어하는 것일 수밖에 없고, 그 이외의 [대류제어]를 시사하는 기재는 없다.
또한 본 발명자들은 단결정실리콘의 축방향을 따라서 발생하는 산소농도의 미소한 변동(요동)이 대류의 영향을 받는 것을 발견하기에 이르렀다.
그래서 상술한 공보에 따르면, 히터를 이용하여 [산소용해량]을 제어하고, 이에 의해 단결정실리콘(6)의 축방향의 산소농도분포를 제어할 수 있지만, 산소농도의 미소한 변동을 제어하는 것에 관한 개시는 없다.
그래서, 본 발명은 히터 등의 간편한 장치를 이용함으로써 자장인가인상법 도입에 의한 고비용화, 대형화를 초래하는 일없이 용융액에서 발생하는 대류를 정밀하게 제어할 수 있도록 하여 단결정반도체의 산소농도의 제어범위를 넓게 함과 동시에, 결정 중의 축방향을 따라서 발생하는 산소농도의 미소한 변동을 억제하는 것을 제 1 해결과제로 하는 것이다.
또한 히터 등의 간편한 장치를 이용함으로써 자장인가인상법 도입에 의한 고비용화, 대형화를 초래하는 일없이 용융액에서 발생하는 대류를 정밀하게 제어할 수 있도록 하여 결정의 축방향을 따라서 발생하는 산소농도의 미소한 변동을 억제하는 것을 제 2 해결과제로 하는 것이다.
그런데, 종래로부터 상기 공보에 개시된 바와 같이, 히터를 이용하여 [산소용해량]을 제어하고, 이에 의해 단결정실리콘(6) 중의 산소농도를 제어하는 기술이 알려져 있다.
한편으로 히터를 이용하여 단결정실리콘(6)의 직경을 제어하는 기술도 공지기술이 되어있다.
그러나, 히터를 이용하여 단결정실리콘(6) 중의 산소농도를 제어하면서, 이와 동시에 단결정실리콘(6)의 직경을 제어하는 기술은, 아직 확립되어있지 않다.
그래서, 본 발명은 히터 등의 간편한 장치를 이용함으로써 자장인가인상법 도입에 의한 고비용화, 대형화를 초래하는 일없이 단결정반도체의 산소농도의 제어범위를 넓게 함과 동시에, 단결정실리콘(6)의 직경을 제어하는 것을 제 3 해결과제로 하는 것이다.
또한 본 발명은, 히터 등의 간편한 장치를 이용함으로써 자장인가인상법 도입에 의한 고비용화, 대형화를 초래하는 일없이 단결정실리콘(6)의 산소농도의 제어범위를 넓게 하고, 또한 단결정실리콘(6)의 직경을 제어하며, 게다가 단결정반도체의 축방향을 따라서 발생하는 산소농도의 미소한 변동을 제어하는 것을 제 4 해결과제로 하는 것이다.
본 발명자들은 히터를 이용하여 단결정실리콘(6)의 축방향의 산소농도를 제어한 경우, 산소농도의 제어범위는 단결정실리콘(6)의 결정길이(S)에 의존하는 것을 발견하기에 이르렀다. 즉 단결정실리콘(6)의 인상후기에서는 산소농도의 제어범위가 좁아진다.
그래서, 본 발명은 결정길이(S)에 의존하지 않고 항상 넓은 제어범위에서 산소농도를 소망의 농도로 제어할 수 있도록 하는 것을 제 5 해결과제로 하는 것이다.
제 1 발명은, 제 1 해결과제를 달성하기 위해,
단결정인상용 용기 내에 석영도가니를 수용하고, 이 석영도가니 내에서 다결정의 원료를 용융하고, 이 석영도가니 내의 용융액으로부터 단결정반도체를 인상함과 함께, 인상시에 단결정 반도체 중의 산소농도를 제어하도록 한 단결정반도체의 제조장치에 있어서,
석영도가니 내 용융액 각부의 온도를 조정함으로써, 석영도가니 내의 용융액 중의 자연대류를 제어하는 온도조정수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
제 1 발명의 의하면, 도 4(b)에 나타내는 바와 같이, 석영도가니(3) 내의 용융액(5)의 각부의 온도가 조정되어 용융액(5) 중의 자연대류(20)의 발생이 억제된다. 대류가 제어됨으로써 단결정실리콘(6)의 산소농도범위를 넓게 할 수 있으며, 그 넓은 제어범위 내에서 단결정실리콘(6)의 산소농도분포를 광범위하게 조정할 수 있다.
또한, 도 9(b)는 석영도가니(3) 내의 용융액(5)의 각부의 온도가 조정되어,용융액(5) 중의 자연대류(20)의 발생을 촉진시킨 경우의 결과를 나타낸다. 도 9(b)에 예시하는 바와 같이, 대류의 발생을 촉진함으로써, 단결정실리콘(6)의 축방향을 따라서 발생하는 산소농도의 미소한 변동이 억제된다.
이와 같이 제 1 발명에 의하면, 자장인가인상법 도입에 비하여 저비용 그리고 소형의 히터(9) 등의 온도제어수단을 이용함으로써 용융액(5)에서 발생하는 대류(20)를 정밀하게 제어할 수 있도록 하였으므로, 자장인가인상법 도입에 의한 고비용화, 대형화를 초래하지 않고 단결정실리콘(6)의 축방향의 산소농도분포를 넓은 제어범위 내에서 광범위하게 조정할 수 있게 됨과 함께, 결정 중의 축방향을 따라서 발생하는 산소농도의 미소한 변동이 억제된다.
제 2 발명은, 제 1 발명에 있어서,
석영도가니의 저면의 온도가 석영도가니의 측벽상부의 온도보다도 낮아지도록 온도를 조정하여 자연대류의 발생을 억제하는 제어를 하는 것을 특징으로 한다.
제 2 발명에서는, 예를 들어 도 4(b)에 나타내는 바와 같이, 상측의 히터(9a)에 의한 가열량(출력)과 하측의 히터(9b)에 의한 가열량(출력)의 비율을 조정함으로써, 석영도가니(3)의 저면부(31)의 온도가 석영도가니(3)의 저면부(31)의 측벽상부(32)의 온도보다도 낮아지도록 한다. 석영도가니(3)의 저면부(31)의 온도가 석영도가니(3)의 측벽상부(32)의 온도보다도 낮아짐으로써, 도가니(3)의 저면으로부터 도가니(3)의 측벽상방부로 향하는 상승류로서의 자연대류(20)의 발생이 억제된다.
제 3 발명은 제 1 발명에 있어서, 또한 제 4 발명은 제 2 발명에 있어서,
석영도가니의 상방에서, 단결정반도체의 주위에, 단결정인상용기 내의 가스를 정류하여 용융액표면으로 안내함과 함께, 단결정반도체를 열원으로부터 차폐하는 부재를 마련한 것을 특징으로 한다.
도 1에 나타내는 바와 같이 열차폐판(8)(가스정류탑)을 마련함으로써, 용융액(5)로부터의 산소의 증발을 안정화할 수 있고, 단결정실리콘(6)의 축방향의 산소농도의 제어의 정밀도를 높일 수 있다.
제 5 발명은 제 1 발명에 있어서, 또한 제 6 발명은 제 2 발명에 있어서, 또한 제 7 발명은 제 3 발명에 있어서, 또한 제 8 발명은 제 4 발명에 있어서,
석영도가니의 주위에서, 석영도가니의 상하방향을 따라서, 석영도가니에 대한 가열량을 독립적으로 조정할 수 있는 복수의 가열수단을 마련한 것을 특징으로 한다.
제 5 발명 내지 제 8 발명에서는, 도 4(b)에 나타내는 바와 같이, 상측의 히터(9a)에 의한 가열량(출력)과 하측의 히터(9b)에 의한 가열량(출력)을 독립적으로 조정함으로써, 석영도가니(3)의 저면부(31)의 온도를, 석영도가니(3)의 측벽상부(32)의 온도보다도 낮게 하여 도가니(3)의 저면으로부터 도가니(3)의 측벽상방부로 향하는 상승류로서의 자연대류(20)의 발생을 억제한다.
제 9 발명은, 제 3의 해결과제를 달성하기 위하여,
단결정인상용 용기 내에 석영도가니를 수용하고, 이 석영도가니 내에서 다결정의 원료를 용융하고, 이 석영도가니 내의 용융액으로부터 단결정반도체를 인상함과 함께, 인상시에 단결정반도체 중의 산소농도를 제어하도록 한 단결정반도체의제조장치에 있어서,
석영도가니의 주위에서, 석영도가니의 상하방향을 따라서, 석영도가니에 대한 가열량을 독립적으로 조정할 수 있는 복수의 가열수단을 마련하고,
상측의 가열수단에 의한 가열량을 조정함으로써, 단결정반도체의 직경이 소망의 크기가 되도록 제어함과 함께, 하측의 가열수단에 의한 가열량을 조정함으로써, 단결정반도체 중의 산소농도가 소망농도가 되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
제 발명에 의하면, 자장인가인상법 도입에 비하여 저비용 그리고 소형의 히터(9a, 9b)를 이용하여 단결정실리콘(6)의 축방향의 산소농도를 제어하면서, 이와 동시에 단결정실리콘(6)의 직경을 제어할 수 있다.
제 10 발명은 제 1의 해결과제를 달성하기 위하여,
단결정인상용 용기 내에 석영도가니를 수용하고, 이 석영도가니 내에서 다결정의 원료를 용융하고, 이 석영도가니 내의 용융액으로부터 단결정반도체를 인상함과 함께, 인상시에 단결정반도체 중의 산소농도를 제어하도록 한 단결정반도체의 제조장치에 있어서,
석영도가니의 주위에서, 석영도가니의 상하방향을 따라서, 석영도가니에 대한 가열량을 독립적으로 조정할 수 있는 복수의 가열수단을 마련하고,
하측의 가열수단에 의한 가열량을 조정함으로써, 단결정반도체 중의 산소농도가 소망의 농도가 되도록 제어하고,
또한 상측의 가열수단에 의한 가열량과 하측의 가열수단에 의한 가열량의 비율을 조정함으로써, 용융액 중의 자연대류를 제어하여 단결정반도체의 축방향의 산소농도의 변동을 억제하는 것을 특징으로 한다.
제 10 발명에 의하면, 자장인가인상법 도입에 비하여 저비용 그리고 소형의 히터(9a, 9b)를 이용하여 자연대류를 제어하여 단결정실리콘(6) 중의 축방향에서 발생하는 산소농도의 미소한 변동을 억제할 수 있음과 동시에, 단결정실리콘(6)의 축방향의 산소농도도 제어할 수 있다.
제 11 발명은, 제 4의 해결과제를 달성하기 위하여,
단결정인상용 용기 내에 석영도가니를 수용하고, 이 석영도가니 내에서 다결정의 원료를 용융하고, 이 석영도가니 내의 용융액으로부터 단결정반도체를 인상함과 함께, 인상시에 단결정반도체 중의 산소농도를 제어하도록 한 단결정반도체의 제조장치에 있어서,
석영도가니의 주위에서, 석영도가니의 상하방향을 따라서, 석영도가니에 대한 가열량을 독립적으로 조정할 수 있는 복수의 가열수단을 마련하고,
상측의 가열수단에 의한 가열량을 조정함으로써, 단결정반도체의 직경이 소망의 크기가 되도록 제어함과 함께, 하측의 가열수단에 의한 가열량을 조정함으로써, 단결정반도체 중의 산소농도가 소망의 농도가 되도록 제어하고,
또한 상측의 가열수단에 의한 가열량과 하측의 가열수단에 의한 가열량의 비율을 조정함으로써, 용융액 중의 자연대류를 제어하여 단결정반도체의 축방향의 산소농도의 변동을 억제하는 것을 특징으로 한다.
제 11 발명에 의하면, 자장인가인상법 도입에 비하여 저비용 그리고 소형의히터(9a, 9b)를 이용하여 자연대류를 억제하여 단결정실리콘(6) 중의 축방향에서 발생하는 산소농도의 미소한 변동을 억제할 수 있음과 동시에, 단결정실리콘(6) 중의 축방향의 산소농도를 제어하면서, 단결정실리콘(6)의 직경을 제어할 수 있다.
제 12 발명은 제 9 발명에 있어서, 또한 제 13 발명은 제 10 발명에 있어서, 또한 제 14 발명은 제 11 발명에 있어서,
석영도가니의 상방에서, 단결정반도체의 주위에, 단결정인상용기 내의 가스를 정류하여 용융액표면으로 안내함과 함께, 단결정반도체를 열원으로부터 차폐하는 부재를 마련한 것을 특징으로 한다.
제 12 발명 내지 제 14 발명에 의하면, 도 1에 나타내는 열차폐판(8)(가스정류탑)을 마련함으로써 용융액(5)으로부터의 산소의 증발을 안정화할 수 있으며, 제 5, 제 6, 제 7 발명에 의한 단결정실리콘(6)의 축방향의 산소농도의 제어정밀도를 더욱 높일 수 있다.
제 15 발명은 제 1 해결과제를 달성하기 위해,
단결정인상용 용기 내에 석영도가니를 수용하고, 이 석영도가니 내에서 다결정의 원료를 용융하고, 이 석영도가니 내의 용융액으로부터 단결정반도체를 인상함과 함께, 인상시에 단결정반도체 중의 산소농도를 제어하도록 한 단결정반도체의 제조방법에 있어서,
석영도가니 내 용융액 각부의 온도를 조정함으로써 석영도가니 내의 용융액 중의 자연대류를 제어하는 것을 특징으로 한다.
제 15 발명은 제 1 발명의 제조장치의 발명을 제조방법의 발명으로 치환한것이다.
제 16 발명은 제 3의 해결과제를 달성하기 위해,
단결정인상용 용기 내에 석영도가니를 수용하고, 이 석영도가니 내에서 다결정의 원료를 용융하고, 이 석영도가니 내의 용융액으로부터 단결정반도체를 인상함과 함께, 인상시에 단결정반도체 중의 산소농도를 제어하도록 한 단결정반도체의 제조방법에 있어서,
석영도가니의 상측에 대한 가열량을 조정함으로써 단결정반도체의 직경이 소망의 크기가 되도록 제어함과 함께,
석영도가니의 하측에 대한 가열량을 조정함으로써 단결정반도체 중의 산소농도가 소망의 농도가 되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
제 16 발명은, 제 9 발명의 제조장치의 발명을, 제조방법의 발명으로 치환한 것이다.
제 17 발명은 제 5의 해결과제를 달성하기 위하여,
단결정인상용 용기 내에 석영도가니를 수용하고, 이 석영도가니 내에서 다결정의 원료를 용융하고, 이 석영도가니 내의 용융액으로부터 단결정반도체를 인상함과 함께, 인상시에 단결정반도체 중의 산소농도를 제어하도록 한 단결정반도체의 제조장치에 있어서,
석영도가니의 주위에서, 석영도가니의 상하방향을 따라서, 석영도가니에 대한 가열량을 독립적으로 조정할 수 있는 복수의 가열수단을 마련하고,
상측의 가열수단에 의한 가열량과 하측의 가열수단에 의한 가열량의 비율을조정함과 함께 프로세스조건을 변화시킴으로써, 단결정반도체의 축방향의 산소농도의 분포가 소망의 분포가 되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
도 8에 나타내는 Cr1은 히터(9a, 9b)의 출력비율(전력비)을 조정하는 것만으로 변동할 수 있는 단결정실리콘(6)이 산소농도의 제어범위를 나타내며, 단결정실리콘(6)의 결정길이(S)에 의존한다. 즉 단결정실리콘(6)의 인상후기에서는 산소농도의 제어범위가 좁아지게 된다.
그래서, 하측히터(9b)가 출력을 상대적으로 크게 하는 출력비율로 조정함과 함께, 석영도가니(3)의 회전수를 증가시키는 등 프로세서조건을 변화시킨다. 이에 의해 제어범위의 상한이 L6로부터 L7로 변화하고, 적어도 단결정실리콘(6)의 인상후기에서의 산소농도가 고산소측으로 이행한다. 혹은 하측히터(9b)의 출력을 상대적으로 작게 하는 출력비율로 조정함과 함께, CZ로(2) 내의 압력을 증가시키는 등 프로세스조건을 변화시킨다. 이에 의해 제어범위의 하한이 L8로부터 L9로 변화하며, 적어도 단결정실리콘(6)의 인상후기에서의 산소농도가 저산소측으로 이행한다.
이렇게 하여 단결정실리콘(6)의 인상후기에서이 산소농도의 제어범위가 넓어진다. 이 때문에 인상후기에서의 산소농도제어범위가 인상전기에서의 제어범위와 동등한 넓이가 되며, 결정길이(S)에 의존하지 않고 항상 넓은 제어범위에서 산소농도를 소망의 농도로 제어할 수 있게 된다. 즉 단결정실리콘(6)의 축방향의 산소농도를 목표범위(Ar0)의 상한치 일정하게 제어할 수도 있으며, 목표범위(Ar0)의 하한치 일정하게 제어할 수도 있다. 또한 목표범위(Ar0) 내에서 임의의 값으로 일정하게 제어할 수도 있다. 또한 목표범위(Ar0) 내에서 산소농도의 프로파일을 임의의프로파일로 설정할 수 있다.
제 18 발명은 제 17 발명에 있어서,
상측의 가열수단에 의한 가열량과 하측의 가열수단에 의한 가열량의 비율을, 하측의 가열수단에 의한 가열량을 상대적으로 크게 하는 비율로 조정함과 함께, 석영도가니로부터 용융액에 녹아 들어가는 산소의 용해량을 증가시킴으로써, 적어도 단결정반도체의 인상후기의 산소농도를 고산소측으로 이행시키는 것을 특징으로 한다.
제 18 발명에서는, 하측히터(9b)의 출력을 상대적으로 크게 하는 출력비율로 조정함과 함께, 석영도가니(3)의 회전수를 증가시키는 등 석영도가니(3)로의 산소용해량을 증가시킴으로써, 제어범위의 상한을 L6으로부터 L7로 하고, 적어도 단결정실리콘(6)의 인상후기에서의 산소농도를 고산소측으로 이행시킨다.
제 19 발명은 제 17 발명에 있어서,
상측의 가열수단에 의한 가열량과 하측의 가열수단에 의한 가열량의 비율을, 하측의 가열수단에 의한 가열량을 상대적으로 크게 하는 비율로 조정함과 함께, 석영도가니의 회전수를 증가시킴으로써, 적어도 단결정반도체의 인상후기의 산소농도를 고산소측으로 이행시키는 것을 특징으로 한다.
제 19 발명에서는, 하측히터(9b)의 출력을 상대적으로 크게 하는 출력비율로 조정함과 함께, 석영도가니(3)의 회전수를 증가시킴으로써, 제어범위의 상한은 L6으로부터 L7로 하고, 적어도 단결정실리콘(6)의 인상후기에서의 산소농도를 고산소측으로 이행시킨다.
제 20 발명은 제 17 발명에 있어서,
상측의 가열수단에 의한 가열량과 하측의 가열수단에 의한 가열량의 비율을, 하측의 가열수단에 의한 가열량을 상대적으로 작게 하는 비율로 조정함과 함께, 용융액표면으로부터 증발하는 산소의 증발량을 감소시킴으로써, 적어도 단결정반도체의 인상후기의 산소농도를 저산소측으로 이행시키는 것을 특징으로 한다.
제 20 발명에서는, 하측히터(9b)의 출력을 상대적으로 작게 하는 출력비율로 조정함과 함께, CZ로(2) 내의 출력을 증가시키는 등 용융액표면(5a)으로부터의 산소증발량을 감소시킴으로써, 제어범위의 하한을 L8로부터 L9로 하고, 적어도 단결정실리콘(6)의 인상후기에서의 산소농도를 저산소측으로 이행시킨다.
제 21 발명은 제 17 발명에 있어서,
상측의 가열수단에 의한 가열량과 하측의 가열수단에 의한 가열량의 비율을, 하측의 가열수단에 의한 가열량을 상대적으로 작게 하는 비율로 조정함과 함께, 단결정인상용 용기 내의 압력을 증가시킴으로써, 적어도 단결정반도체의 인상후기의 산소농도를 저산소측으로 이행시키는 것을 특징으로 한다.
제 21 발명에서는, 하측히터(9b)의 출력을 상대적으로 작게 하는 출력비율로 조정함과 함께, CZ로(2) 내의 압력을 증가시킴으로써, 제어범위의 하한을 L8로부터 L9로 하고, 적어도 단결정실리콘(6)의 인상후기에서의 산소농도를 저산소측으로 이행시킨다.
제 22 발명은 제 2 의 해결과제를 달성하기 위해,
단결정인상용 용기 내에 석영도가니를 수용하고, 이 석영도가니 내에서 다결정의 원료를 용융하고, 이 석영도가니 내의 용융액으로부터 단결정반도체를 인상함과 함께, 인상시에 단결정반도체 중의 산소농도를 제어하도록 한 단결정반도체의 제조장치에 있어서,
석영도가니의 주위에서, 석영도가니의 상하방향을 따라서, 석영도가니에 대한 가열량을 독립적으로 조정할 수 있는 복수의 가열수단을 마련하고,
상측의 가열수단에 의한 가열량과 하측의 가열수단에 의한 가열량의 비율을, 하측의 가열수단에 의한 가열량을 상대적으로 크게 하는 비율로 조정함으로써, 단결정반도체의 축방향 산소농도의 변동을 억제하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
제 22 발명에 의하면, 도 9(b)에 나타내는 바와 같이, 하측히터(9b)의 출력을 상대적으로 크게 하는 출력비율로 함으로써, 단결정실리콘(6)의 축방향의 산소농도의 미소변동(요동)을 억제할 수 있다.
이와 같이 자장인가인상법 도입에 비하여 저비용 그리고 소형의 히터(9)를 이용하여 결정(6)의 축방향을 따라서 발생하는 산소농도의 미소한 변동을 억제할 수 있다.
제 23 발명은,
석영도가니 내의 용융액으로부터 인상되어 제조된 단결정잉곳으로서,
석영도가니 내의 용융액 각부의 온도가 조정됨에 의해 용융액 중의 자연대류가 억제되면서 인상되어 제조된 단결정잉곳인 것을 특징으로 한다.
제 23 발명은, 제 15 발명의 제조방법에 의해 제조된 단결정잉곳이다. 제 24 발명은, 석영도가니 내의 용융액으로부터 인상되어 제조된 단결정잉곳으로서,석영도가니의 상측에 대한 가열량이 조정됨으로써 직경과 소망의 직경으로 되며, 또한 석영도가니의 하측에 대한 가열량이 조정됨으로써 산소농도가 소망의 농도로 되어 이루어지는 단결정잉곳인 것을 특징으로 한다. 제 24 발명은 제 16 발명의 제조방법에 의해 제조된 단결정잉곳이다.
이하 도면을 참조하여 실시형태의 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 실시형태의 구성을 측면에서 본 도이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 실시형태의 단결정인상장치(1)는 단결정인상용용기로서의 CZ로(챔버)(2)를 갖추고 있다.
CZ로(2) 내에는 다결정실리콘의 원료를 용융하여 용융액(5)으로서 수용하는 석영도가니(3)가 마련되어있다. 석영도가니(3)는 그 외측이 흑연도가니에 의해 덮여져있다. 도가니(3)의 주위에는 도가니(3) 내의 다결정실리콘원료를 가열하여 용융하는 히터(9)가 마련되어있다.
히터(9)는 석영도가니(3)의 주위에서 석영도가니(3)의 상하방향을 따라서 상하 2단의 히터(9a, 9b)로 분할되어있다. 히터(9a, 9b)는 석영도가니(3)에 대한 가열량, 즉 출력을 독립적으로 조정할 수 있다. 실시형태장치(1)에서는 히터(9)를 2단으로 분할하였지만, 3개 이상으로 분할하여도 된다.
히터(9)와 CZ로(2)의 내벽의 사이에는, 보온통(13)이 마련되어있다.
도가니(3)의 상방에는 인상기구(4)가 마련되어있다. 인상기구(4)는 인상축(4a)과 종결정(4b)을 포함한다.
도가니(3) 내에서의 용융이 안정화되면, 인상축(4a)이 연직방향으로 이동하여 종결정(4b)가 용융액(5)에 침지되어 용융액(5)으로부터 단결정실리콘의 잉곳(6)이 CZ법에 의해 인상된다. 인상시, 석영도가니(3)는 회전축(10)에 의해 회전한다. 또한 회전축(10)은 연직방향으로 구동할 수 있으며, 석영도가니(3)를 상하이동시켜 임의의 위치로 위치시킬 수 있다.
CZ로(2)내와 외기로 차단함으로써 로(2)내는 진공(10 - 50Torr정도)으로 유지된다. 즉, CZ로(2)에는 불활성가스로서의 아르곤가스(7)가 공급되며, CZ로(2)의 배기구로부터 펌프에 의해 배기된다. 이에 의해 CZ로(2) 내는 소정의 저압으로 감압된다.
단결정인상의 프로세스(1배치)의 사이에서, CZ로(2) 내에는 여러 가지 증발물이 발생한다. 그래서 CZ로(2)에 아르곤가스(7)를 공급하여 CZ로(2) 외로 증발물과 함께 배기하여 CZ로(2) 내로부터 증발물을 제거하여 깨끗하게 한다. 아르곤가스(7)의 공급유량은 1배치 중의 각 공정마다 설정한다.
단결정실리콘(6)의 인상에 따라서 실리콘용융액(5)이 감소한다. 실리콘용융액(5)의 감소에 따라서 용융액(5)과 석영도가니(3)의 접촉면적이 변화하여 석영도가니(3)로부터의 산소용해량이 변화한다. 이 변화가, 인상되는 단결정실리콘(6) 중의 산소농도분포에 영향을 준다. 그래서 이를 방지하기 위해, 용융액(5)이 감소한 석영도가니(3) 내에 다결정실리콘원료를 추가 공급하여도 된다.
석영도가니(3)의 상방에서 단결정실리콘(6)의 주위에는 대략 역원추대 형상의 열차폐판(8)(가스정류탐)이 마련되어 있다. 열차폐판(8)은 보온통(13)에 지지되어 있다. 열차폐판(8)은 CZ로(2) 내에 상방으로부터 공급되는 캐리어가스로서의 아르곤가스(7)를 용융액표면(5a)의 중앙으로 안내하고, 게다가 용융액표면(5a)을 통과시켜서 용융액표면(5a)의 주연부로 안내한다. 그리고, 아르곤가스(7)는 용융액(5)으로부터 증발한 가스와 함께 CZ로(2)의 하부에 마련한 배기구로부터 배출된다. 이 때문에 용융액(5)으로부터 증발되는 산소를 안정하게 유지하고 액면 상의 가스유속을 안정화할 수 있다.
또한, 열차폐판(8)은 단결정실리콘(6)을 도가니(3), 용융액(5), 히터(9) 등의 열원에서 발생하는 복사열로부터 단열, 차폐한다. 또한 열차폐판(8)은 단결정실리콘(6)에 노 내에서 발생한 불순물(예를 들어, 실리콘산화물) 등이 부착하여 단결정 육성을 저해하는 것을 방지한다. 열차폐판(8)의 하단과 용융액표면(5a)의 간격의 거리(D0)의 크기는 회전축(10)을 상승 하강시키고 도가니(3)의 상하방향 위치를 변화시킴으로써 조정할 수 있다.
인상성장한 단결정실리콘(6) 중에는 산소가 고용되어있다. 산소는 석영도가니(3)로부터 실리콘용용액(5) 중에 녹아 들어가 단결정실리콘(6)의 인상시에 단결정실리콘(6) 중에 들어간다. 단결정실리콘(6) 중의 산소농도는, 소자, 디바이스의 특성에 중대한 영향을 줌과 동시에, 소자, 디바이스의 제조공정에 있어서 그 수율에 중대한 영향을 준다.
도 2는 석영도가니(3)로부터 용융액(5)에 녹아 들어가는 산소의 양과, 용융액(5)의 표면(5a)으로부터 증발하는 산소의 양과, 단결정실리콘(6) 중에 들어가는 산소의 양의 관계를 나타내고 있다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 단결정실리콘(6) 중에 들어가는 산소의 양(이하, 산소취입량이라고 한다)은, 석영도가니(3)로부터 용융액(5)에 녹아 들어가는 산소의 양(이하, 산소용해량이라고 한다)으로부터 용융액표면(5a)으로부터 증발하는 산소의 양을 뺀 관계에 있다. 일반적으로 석영도가니(3)로부터 용융액(5)에 녹아 들어간 산소는, 9%정도가 증발하고, 남은 1%정도가 단결정실리콘(6) 중에 들어간다고 생각된다.
따라서, 단결정실리콘(6) 중의 산소농도를 제어하기 위해서는, 석영도가니(3)로부터 용융액(5) 중에 녹아 들어가는 산소의 용해량과, 용융액표면(5a)으로부터 증발하는 산소의 증발량의 2종류의 양을 제어하면 된다.
여기서, [산소용해량]은 석영도가니(3)의 회전수(ω), 석영도가니(3)의 가열온도 등의 파라미터에 의해 정해진다.
또한, [산소증발량]은 아르곤가스(7)의 유량, CZ로(2) 내의 압력, D0 등의 파라미터에 의해 정해진다.
이하 상술한 실시형태장치(1)의 동작에 대하여 설명한다.
(참고예)
도 6은 단결정실리콘(6)의 길이축방향의 산소농도분포를 나타낸다. 도 6의 횡축은 단결정실리콘(6)의 결정길이(S)(용융액(5)의 잔탕량에 대략 반비례)를 나타내고, 종축은 산소농도를 나타낸다. 여기서 단결정실리콘(6)의 결정길이(6)의 결정길이(S)는 용융액(5)의 잔탕량에 대략 반비례한다.
실리콘용융액(5)의 산소농도는 단결정인상 개시시에는 높고, 이후 단결정의 인상에 따라서 석영도가니(3)와 용융액(5) 사이의 접촉면적이 감소해가고, 용융액(5) 중의 산소농도가 감소하므로, 도 6의 L1에 나타내는 바와 같이, 성장 후에 얻어지는 단결정실리콘(6)의 산소농도는 인상초기에 산소농도가 높고, 인상후기로 향함에 따라서 산소농도가 낮아지는 경향을 나타낸다.
그래서, 본 참고예에서는 이하에 설명하는 1)의 산소용해량의 제어와, 2)의 산소증발량의 제어를 조합하여 실시함으로써 단결정실리콘(6)의 축방향의 산소농도분포가 그 길이축방향으로 균일하게 되도록 제어한다.
1) 산소용해량의 제어
미리 단결정실리콘(6)의 결정길이(S) 즉 용융액(5)의 잔탕량을 변수로 하고,도가니회전수(ω)를 함수치로 하는 함수가 준비된다. 이 함수는 단결정실리콘(6)의 축방향으 산소농도분포가 목표농도분포가 되도록 설정되어있다. 그래서, 용융액(5)의 잔탕량이 계측되고 이 계측한 잔탕량에 대응하는 도가니회전수(ω)가 상기 함수로부터 구해진다. 그리고 이 도가니회전수(ω)가 얻어지도록 회전축(10)을 회전시킨다. 이와 같이, 용융액(5)의 잔탕량 즉 단결정실리콘(6)의 결정길이(S)에 따라서 도가니(3)의 회전수(ω)를 조정함으로써 단결정실리콘(6)이 축방향의 산소농도분포를 소망의 농도분포로 제어한다.
2) 산소증발량의 제어
미리, 단결정실리콘(6)의 결정길이(S) 즉 용융액(5)의 잔탕량을 변수로 하고, D0을 함수치로 하는 함수가 준비된다. 이 함수는 단결정실리콘(6)의 축방향의 산소농도붙포가 목표농도분포가 되도록 설정되어있다. 그래서 용융액(5)의 잔탕량이 계측되고, 이 계측한 잔탕량에 대응하는 D0이 상기 함수로부터 구해진다. 그리고 이 D0이 얻어지도록 회전축(10)을 연직방향으로 이동시킨다. 이와 같이 용융액(5)의 잔탕량 즉 단결정실리콘(6)의 결정길이(S)에 따라서 D0을 조정함으로써, 단결정실리콘(6)의 축방향의 산소농도분포를 소망하는 농도분포로 제어한다. 또한 용융액(5)의 잔탕량 즉 단결정실리콘(6)의 결정길이(S)의 크기에 관계없이 D0을 일정하게 되도록 조정하여 단결정실리콘(6)의 축방향의 산소농도분포를 제어하여도 된다. 아르곤가스(7)의 유량, CZ로(2) 내의 압력에 대해서도 마찬가지이다.
상술한 1)의 산소용해량의 제어와, 2)의 산소증발량의 제어를 조합한 제어를 실시한 결과, 단결정실리콘(6)의 축방향의 산소농도분포는 도 6에 L2, L3로 나타내는 분포가 되었다. 산소농도분포(L2)는 목표산소농도를 높게 설정한 경우를 나타내고, 산소농도분포(L3)는 목표산소농도를 낮게 설정한 경우를 나타낸다.
도 6에서, 목표범위(Ar)는 근래 요구되고있는 단결정실리콘(6)의 산소농도분포의 목표범위의 일 예를 나타낸다.
산소농도분포(L2, L3)는 이 목표범위(Ar)로부터 삐져 나와있다.
이하에 설명하는 실시예에서는, 단결정실리콘(6)의 산소농도의 제어범위를 넓게 하여 단결정실리콘(6)의 축방향의 산소농도분포를 목표범위(Ar)로 걷어들이도록 한다.
(실시예 1; 용융액(5)에서 발생하는 자연대류의 제어를 조합한 제어)
본 실시예는 상술한 1)의 산소용량의 제어와, 2)의 산소증발양의 제어를 합쳐서 실시한 것을 제안한다.
본 실시예에서는 또한 용융액(5)에서 발생하는 자연대류의 제어(이하, 대류제어라고 한다)를 조합하여 실시함으로써, 단결정실리콘(6)의 산소농도의 제어범위를 넓게 하여 단결정실리콘(6)의 축방향의 산소농도분포를 목표범위(Ar)로 걷어들임과 함께 단결정실리콘(6) 중의 축방향으로 발생하는 산소농도의 미소변동(요동)을 억제할 수 있다.
여기서, 도 4를 참조하여 대류발생의 메카니즘에 대하여 설명한다.
즉, 도 4(a)는 석영도가니(3)의 주위에 비분할의 히터(9')를 마련하여 가열한 경우의 용융액(5) 각부의 온도분포를 나타낸다. 도 4(a)에 나타내는 바와 같이, 용융액표면(5a)으로부터 도가니(3)의 저면 부근까지의 넓은 범위(B1)에 걸쳐서고온이되며 도가니 저면 주연(3a, 3b)에서 최고온도가 된다. 이 때문에 도 4(a)에 나타내는 바와 같이, 석영도가니(3)의 저면부(31)의 온도가 석영도가니(3)의 측벽상부(32)의 온도보다도 높아지며, 도가니(3)의 저면으로부터 도가니(3)의 측벽상방부로 향하는 상승류로서의 자연대류(20)가 발생한다.
그래서, 본 실시예에서는 이 자연대류(2)의 발생을 제어할 하기 3)의 대류제어를 실시한다.
3) 대류제어
대류제어에는, 대류의 발생을 억제하는 대류억제제어와 대류의 발생을 촉진하는 대류촉진제어가 있다.
3-1) 대류억제제어
석영도가니(3) 내의 용융액(5)의 각부 중에서, 용융액(5) 중의 자연대류(20)의 발생이 억제되도록 용융액(5)의 각부의 온도를 조정한다. 구체적으로는, 상측의 히터(9a)에 의한 가열량(출력)과 하측의 히터(9b)에 의한 가열량(출력)의 비율을 조정함에 의해 도 4(b)의 온도분포에 나타내는 바와 같이, 석영도가니(3)의 저면부(31)의 온도가 석영도가니(3)의 측벽상부(32)의 온도보다도 낮아지도록 한다. 즉 도 4(b)에 나타내는 바와 같이, 고온이 되는 영역(B2)은 용융표면(5a) 부근의 좁은 범위(B2)에 멈추고, 도가니측벽상방(3c, 3d)에서 최고온도가 된다. 이 때문에 도 4(b)에 나타내는 바와 같이, 석영도가니(3)의 저면부(31)의 온도가 석영도가니(3)의 측벽상부(32)의 온도보다도 낮아지며, 도가니(3)의 저면으로부터 도가니(3)의 측벽상방부로 향하는 상승류로서의 자연대류(20)의 발생이 억제된다.
또한, 이 대류억제제어를 실시할 때, 용융액표면(5a)이 상측히터(9a)의 대략 중심위치에 일치하는 것이 바람직하다. 그래서, 용융액(5)의 감소에 따라서 회전축(5)을 구동하여 석영도가니(3)의 상하방향위치를 조정하여 용융액표면(5a)을 상측히터(9a)의 대략 중심위치에 일치시킨다.
본 실시예에 따르면, 다음과 같은 효과가 얻어진다.
즉, 도 6에에서의 L1은 자장인가인상법으로 성장시킨 단결정실리콘(6)의 산소농도분포를 나타낸다. 자장인가인상법에 따르면 대류가 억제되므로 그 산소농도분포(L1)는 참고예에서 설명한 일반적인 CZ법으로 성장시킨 단결정실리콘(6)의 산소농도분포(L2, L3)에 비하여 전체적으로 산소농도는 낮은 것이 된다. 따라서, 상측히터(9a, 9b)의 가열량을 조정하여 대류의 억제정도를 제어하면, 단결정실리콘(6)의 산소농도의 제어범위는 하방으로 넓어진다. 이 때문에 넓어진 제어범이 내에서 산소농도를 제어함으로써, 산소농도분포(L2, L3)가 보정되어 산소농도분포를 목표범위(Ar) 내로 걷어들일 수 있다.
3-2) 대류촉진제어
도 7(b)는 도 4(a)의 장치구성에서의 시뮬레이션결과를 나타내고, 비분할히터(9')에 의해 석영도가니(3)를 가열한 경우의 단결정실리콘(6)의 축방향의 산소농도의 변동(L4)을 나타낸다. 도 7(b)의 횡축은 단결정실리콘(6)의 축방향위치인 결정길이(S)를 나타낸다. 도 7(b)의 종축은 인상 중의 단결정실리콘(6)의 용융액(5)와의 경계부(6a)에서의 산소농도의 편차이다.
도 7(a)는 도 4(b)의 장치구성으로 상술한 3-1)의 대류억제제어를 실시한 경우의 시뮬레이션결과를 나타내며, 분할히터(9a, 9b)에 의해 석영도가니(3)를 가열한 경우의 단결정실리콘(6)의 축방향의 산소농도의 변동(L5)을 나타낸다. 도 7(a)의 횡축의 결정길이(S), 종축의 산소농도편차는 도 7(b)의 횡축, 종축에 각각 대응한다.
이들 L4, L5에 나타내는 바와 같이, 단결정실리콘(6)의 전체 인상시간에 비하여 짧은 주기로 산소농도가 변동하는 것을 알 수 있다. 즉 단결정실리콘(6)의 경계부(6a)에서 산소농도의 요동이 발생하고, 이 것이 단결정실리콘(6) 중에 들어가 축방향의 산소농도의 미소변동이 되어 나타나는 것을 알 수 있다. 이와 같은 산소농도의 축방향을 따라서의 미소변동은 단결정실리콘(6)의 품질을 열화시킨다.
도 9(a), (b)는 도 1의 장치구성으로 실제로 실험을 한 결과를 나타낸다. 도 9(a), (b)의 횡축의 결정길이(S), 종축의 산소농도편차는 도 7(a), (b)의 횡축, 종축에 각각 대응한다.
도 9(a)는 상측히터(9a), 하측히터(9b)의 가열량(출력)의 비율을 1 : 0.5로 하여 자연대류를 억제한 경우의 단결정실리콘(6)의 축방향의 산소농도의 변동(L10)을 나타낸다. 구체적으로는 상측히터(9a), 하측히터(9b)에 인가하는 전력의 비율을 1 : 0.5로 하여 자연대류의 발생을 억제하였다.
도 9(b)는 상측히터(9a), 하측히터(9b)의 가열량(출력)의 비율을 1 : 2로 하여 자연대류를 촉진시킨 경우의 단결정실리콘(6)의 축방향의 산소농도의 변동(L11)을 나타낸다. 구체적으로는 상측히터(9a), 하측히터(9b)에 인가하는 전력의 비율을 1 : 2로 하여 자연대류의 발생을 촉진시켰다.
이들 도 9(a), (b)로부터, 자연대류의 발생을 촉진시킨 경우의 산소농도의 변동(L11)은 자연대류의 발생을 억제한 경우의 산소농도의 변동(L10)에 비하여 작아진 것을 알 수 있다.
따라서 실험결과로부터 대류촉진제어를 실시하면, 도 9(b)의 L11에 나타내는 바와 같이 경계부(6a)에서의 산소농도의 요동이 억제되며, 단결정실리콘(6)의 축방향의 산소농도의 변동이 억제된다. 이에 의해 단결정실리콘(6)의 축방향을 따라서 안정한 산소농도의 분포를 얻을 수 있고 단결정실리콘(6)의 품질이 향상된다.
또한 본 실시예에서는, 고비용이고 대형화를 초래하는 자장인가인상법을 도입하지 않고 간편한 히터(9a, 9b)를 사용함으로써 대류를 제어할 수 있으므로, 장치의 비용을 저감할 수 있으며 대형화를 꾀할 수 있다.
또한 본 실시형태에서는 히터(9a, 9b)에 의해 도가니(3)를 외부로부터 가열하고있지만, 가열수단으로서는 히터에 한정되는 것은 아니다. 용융액(5)의 각 부의 온도를 조정하여 자연대류(20)를 제어할 수 있는 것이라면 어떤 가열수단을 사용하여도 된다. 예를 들어 전자가열에 의한 방법, 레이저조사에 의한 가열을 채용하여도 된다.
(실시예 2 ; 히터에 의한 산소농도제어과 직경제어를 조합한 제어)
본 실시에에서는 도 1에 나타내는 히터(9a, 9b)의 출력을 조정함으로써, 단결정실리콘(6)의 축방향의 산소농도분포를 희망하는 산소농도분포가 되도록 제어함과(이하, 히터에 의한 산소농도제어) 동시에 단결정실리콘(6)의 직경의 크기를 소망의 직경이 되도록 제어하는(이하, 히터에 의한 직경제어) 것이다.
즉 석영도가니(3)로부터 용출하는 산소는 도가니(3)의 하부의 온도의 영향을 보다 크게 받는다. 이는 도가니(3)의 하부측이, 도가니(3)가 용융액(5)에 접촉하는 면적이 크기 때문이다.
이에 반하여 단결정실리콘(6)의 직경(D)과, 단결정실리콘(6)의 경계부(6a)에서의 응고속도(V)와, 단결정실리콘(6)의 인상량(S)(결정길이)의 사이에는 하기의 (1)식에 나타내는 관계가 있다.
직경(D) x 응고속도(V) = 인상량(S) --- (1)
따라서 인상량(S)을 일정하게 하면, 경계부(6a)에서의 응고속도(V)에 의해 단결정실리콘(6)의 직경(D)이 정해진다.
경계부(6a)에서의 응고속도(V)는, 도가니(3)의 상부의 온도, 하부의 온도를 비교하였을 때, 도가니(3)의 상부의 온도환경(예를 들어 결정 중의 온도구배, 용융액표면의 직경방향의 온도구배)의 영향을 보다 크게 받는다.
상기 착안점을 감안하여 본 실시예에서는 이하의 4)의 히터에 의한 산소농도제어와 5)의 히터에 의한 직경제어가 조합되어 실시된다.
4) 히터에 의한 산소농도제어
미리, 단결정실리콘(6)의 결정길이(S) 즉 용융액(5)의 잔탕량을 변수로 하고, 하측히터(9b)의 출력(가열량)을 함수치로 하는 함수가 준비된다. 이 함수는 단결정실리콘(6)의 축방향의 산소농도분포가 목표농도분포가 되도록 설정되어있다. 그래서, 용융액(5)의 잔탕량이 계측되고, 이 계측한 잔탕량에 대응하는 하측히터(9b)의 출력이 상기 함수로부터 구해진다. 그리고, 이 하측히터(9b)의 출력이 얻어지도록 하측히터(9b)에 제어지령을 준다. 이와 같이, 용융액(5)의 잔탕량 즉 단결정실리콘(6)의 결정길이(S)에 따라서 하측히터(9b)를 조정함으로써, 단결정실리콘(6)의 축방향의 산소농도분포를 소망하는 농도분포로 제어한다.
5) 히터에 의한 직경제어
직경제어의 예로서 다음의 두 개의 방법이 있다. 즉
5-1) 인상에 따라서 결정의 직경을 일정하게 유지하기 위하여 필요한 히터의 출력을 미리 예측하고, 그 예측치를 지령치로서 상측히터출력을 제어하는 방법.
5-2) 인상 중에 결정의 직경을 항시 계측하고, 결정의 직경과 목표직경의 편차에 따라서 상측히터출력, 혹은 인상속도, 또는 이들의 양방을 조절하고, 직경을 일정하게 되도록 제어하는 방법.
을 생각할 수 있다.
상기 5-1)의 제어방법의 구체적 방법은 하기와 같다.
즉, 미리 단결정실리콘(6)의 결정길이(S) 즉 용융액(5)의 잔탕량을 변수로 하고, 상측히터(9a)의 출력(가열량)을 함수치로 하는 함수가 준비된다. 이 함수는 단결정실리콘(6)의 축방향 각부의 직경이 목표직경이 되도록 설정되어있다. 그래서, 용융액(5)의 잔탕량이 계측되고, 이 계측한 잔탕량에 대응하는 상측히터(9a)의 출력이 상기 함수로부터 구해진다. 그리고 이 상측히터(9a)의 출력이 얻어지도록 상측히터(9a)에 제어지령을 부여한다. 이와 같이, 용융액(5)의 잔탕량 즉 단결정실리콘(6)의 결정길이(S)에 따라서 상측히터(9a)를 조정함으로써, 단결정실리콘(6)의 축방향 각부의 직경을 소망하는 직경으로 제어한다.
상기 5-2)의 제어방법의 구체적 방법은 하기와 같다.
즉, 인상 중에 단결정시리콘(6)의 직경을 계측하는 계측기르 준비한다. 계측기로서는, 광학적으로 직경을 계측하는 장치, 직경에 관한 파라미터로서 인상한 단결정실리콘(6)의 총중량을 계측하는 장치 등을 생각할 수 있다. 계측기로 계측되는 단결정실리콘(6)의 직경과 목표직경을 비교하고, 그 편차가 없어지도록 상측히터(9a)의 출력 혹은 인상속도, 또는 이들 양방을 조절하여 직경을 소망하는 직경으로 일치시킨다. 또한 이 직경제어를 실현하기 위하여 PID제어 등의 일반적인 제어방법을 받아들일 수 있다.
이상과 같이, 본 실시예에 따르면, 히터(9a, 9b)를 이용하여 단결정실리콘(6)의 축방향의 산소농도분포를 제어하면서, 이와 동시에 단결정실리콘(6)의 직경을 제어할 수 있다.
또한, 상술한 1)의 산소용해량제어, 2)의 산소증발량제어를 더 조합시켜서 실시해도 된다.
(실시예 3 ; 히터에 의한 산소농도제어와, 대류제어를 조합시킨 제어)
본 실시예에서는, 상술한 3)의 대류제어와, 4)의 히터에 의한 산소농도제어가 조합시켜 실시된다. 또한 상술한 1)의 산소용해량제어, 2)의 산소증발량제어를 더 조합시켜서 실시하여도 된다.
본 실시예에 따르면, 자장인가인상법에 비교하여 간편하고 저비용 그리고 소형의 히터(9a, 9b)를 이용하여, 단결정실리콘(6)의 축방향의 산소농도분포를 제어하면서 단결정실리콘(6)의 축방향에서 발생하는 산소농도의 미소변동을 억제할 수있다.
(실시예 4 ; 히터에 의한 산소농도제어와, 직경제어와, 대류제어를 조합시킨 제어)
본 실시예에서는, 상술한 3)의 대류제어와, 4)의 히터에 의한 산소농도제어와, 5)의 히터에 의한 직경제어가 조합시켜서 실시된다. 또한, 상술한 1)의 산소용해량제어, 2)의 산소증발량제어를 더 조합시켜서 실시해도 된다.
본 실시예에 따르면, 동일하게 자장인상법에 비교하여 간편한 히터(9a, 9b)를 이용하여 단결정실리콘(6) 중의 축방향의 산소농도분포를 제어하면서, 단결정실리콘(6)의 직경을 제어하고, 게다가 단결정실리콘(6)의 축방향에서 발생하는 산소농도의 변동을 억제할 수 있다.
(실시예 5 ; 히터와 프로세스조건에 의한 산소농도제어)
도 8은 도 6에 대응하는 도이며, 횡축은 고화율을 나타내며, 종축은 산소농도를 나타낸다. 여기서 고화율이란 석영도가니 내에서 용융한 다결정의 원료의 중량을 W로 하고, 인상 중의 단결정의 중량을 x로 하였을 때에 x/W로 주어지는 값이며, 도 6의 횡축의 결정길이(S)와는 거의 비례관계에 있다.
도 8에서 목표범위(Ar0)는 근래 요구되는 단결정실리콘(6)의 산소농도분포의 목표범위의 일 예를 나타내며, 도 6의 목표범위(Ar)에 대응하는 것이다.
도 8에 사선으로 나타내는 Cr1은 히터(9a, 9b)의 출력비율(전력비)을 조정하는 것만으로 변동할 수 있는 산소농도의 제어범위이며, 이 제어범위(Cr1) 내에서 단결정실리콘(6)의 축방향의 산소농도를 소망농도로 제어할 수 있다.제어범위(Cr1)는 단결정실리콘(6)의 결정길이(S)에 의존하는 것을 알 수 있다. 제어범위(Cr1)의 상한은 L6으로 표시되며 상한(L6)은 고화율이 커짐에 따라서 낮아진다. 또한 제어범위(Cr1)의 하한은 L8로 표시되며 하한(L8)은 고화율이 커짐에 따라서 높아진다. 즉 단결정실리콘(6)의 인상후기에서는 산소농도의 제어범위가 좁아진다. 히터(9a, 9b)의 조정만으로는 인상후기에서 목표범위(Ar0) 중에 극히 좁은 범위 내에서밖에 산소농도를 제어할 수 없게 된다.
상측히터(9a), 하측히터(9b)의 가열량(출력)의 비율을 1 : 3.5로 하였을 때 제어범위(Cr1)의 상한으로 표시되는 산소농도분포(L6)가 되었다. 구체적으로는 상측히터(9a), 하측히터(9b)에 인가하는 전력의 비율을 1 : 3.5로 하여 산소농도분포(L6)를 얻었다.
또한 상측히터(9a), 하측히터(9b)의 가열량(출력)의 비율을 1 : 0.7로 하였을 때 제어범위(Cr1)의 하한으로 표시되는 산소농도분포(L8)가되었다. 구체적으로는 상측히터(9a), 하측히터(9b)에 인가하는 전력의 비율을 1 : 0.7로 하여 산소농도분포(L8)를 얻었다.
이와 같이 하측히터(9b)의 출력을 상대적으로 크게 하는 출력비율로 조정함으로써 산소농도분포를 제어범위(Cr1) 내에서 고산소측으로 이행시킬 수 있으며, 하측히터(9b)의 출력을 상대적으로 작게 하는 출력비율로 조정함으로써 산소농도분포를 제어범위(Cr1) 내에서 저산소측으로 이행할 수 있다.
본 실시예(5)에서는, 하측히터(9b)의 출력을 상대적으로 크게 하는 출력비율로 조정함과 함께, 석영도가니(3)의 회전수를 증가시키는 제어가 행해진다. 이에의해 제어범위의 상한은 L6으로부터 L7로 변화하고, 적어도 단결정실리콘(6)의 인상후기에서의 산소농도가 보다 고산소측으로 이행된다. 구체적으로는 상측히터(9a), 하측히터(9b)에 인가하는 전력의 비율을 1 : 3.5로 하고 하측히터(9b)의 출력을 상대적으로 크게 한 출력비율의 상태에서 석영도가니(3)의 회전수(ω)를 4rpm으로부터 12rpm으로 증가시킴으로써, 제어범위의 상한이 L6으로부터 L7로 고산소측으로 이행하였다.
또한 하측히터(9b)의 출력을 상대적으로 작게 하는 출력비율로 조정함과 함께, CZ로(2) 내의 압력을 증가시키는 제어가 행해진다. 이에 의해 제어범위의 하한은 L8로부터 L9로 변화하고, 적어도 단결정실리콘(6)의 인상후기에서의 산소농도가 보다 저산소측으로 이행된다. 구체적으로는 상측히터(9a), 하측히터(9b)에 인가하는 전력의 비율을 1 : 0.7로 하고 하측히터(9b)의 출력을 상대적으로 작게 한 출력비율의 상태에서 인상후기의 CZ로(2) 내의 압력을 인상전기의 값의 1.5배로 증가시킴으로써, 제어범위의 하한이 L8로부터 L9로 저산소측으로 이행하였다.
이 때문에 단결정실리콘(6)의 인상후기에서의 산소농도의 제어범위가 넓어지고, 인상후기에서의 제어범위와 동등한 넓이로 되었다. 이에 의해 인상후기에서도 인상전기와 마찬가지로 목표범위(Ar0) 내에서 산소농도를 제어할 수 있게 되며, 결정길이(S)에 의존하지 않고 한시 넓은 제어범위로 산소농도를 소망의 농도로 제어할 수 있다. 예를 들어 단결정실리콘(6)의 축방향의 산소농도분포를 목표범위(Ar0)의 상한치 일정하게 제어할 수도 있으며, 목표범위(Ar0)의 하한치 일정히 제어할 수도 있다. 또한 목표범위(Ar0) 내에서 임의의 값으로 일정하게 제어할 수도 있다. 또한 목표범위(Ar0) 내에서 산소농도의 프로파일을 임의의 프로파일로 설정할 수도 있다.
본 실시예에서는 석영도가니(3)의 회전수를 증가시킴으로써, 제어범위의 상한을 보다 고산소측으로 이행시키도록 하지만, 석영도가니(3)의 회전수를 증가시키는 것 외에 석영도가니(3)로의 산소용해량을 증가시킴으로써, 마찬가지로 제어범위의 상한을 보다 고산소측으로 이행시킬 수 있다. 예를 들어 석영도가니(3)의 가열온도를 증가시킴으로써, 제어범위의 상한을 보다 고산소측으로 이행시킬 수 있다. 또한 다른 프로세스조건을 변화시킴으로써, 제어범위의 상한을 보다 고산소측으로 이행시켜도 된다.
또한 본 실시예에서는, CZ로(2)의 압력을 증가시킴으로써, 제어범위의 하한을 보다 저산소측으로 이행시키도록 하지만, CZ로(2)의 압력을 증가시키는 것 외에 용융액표면(5a)으로부터의 산소증발량의 감소시킴으로써, 마찬가지로 제어범위의 하한을 보다 저산소측으로 이행시킬 수 있다. 예를 들어 아르곤가스(7)의 유량, 열차폐판(8)과 용융액표면(5a)과의 거리(D0)를 변화시킴으로써 제어범위의 하한을 보다 저산소측으로 이행시킬 수 있다. 또한 다른 프로세스조건을 변화시킴으로써 제어범위의 하한을 보다 저산소측으로 이행시켜도 된다.
(실시예 6 ; 대류억제제어)
상술한 3-1)의 대류억제제어를 단독으로 행하는 실시도 가능하다.
즉 도 9(b)에 나타내는 바와 같이, 상측히터(9a), 하측히터(9b)의 가열량(출력)의 비율을 1 : 2로 하고, 하측히터(9b)의 출력을 상대적으로 크게 하는 출력비율로 함으로써, 단결정실리콘(6)의 축방향의 산소농도의 미소변동(요동)이 억제된다.
이와 같이 자장인가인상법 도입에 비하여 저비용이고 소형의 히터(9)를 이용하여 결정(6)의 축방향을 따라서 발생하는 산소농도의 미소한 변동을 억제할 수 있다.
이상 설명한 각 실시예에 의해 제조된 단결정실리콘잉곳은 목표범위(Ar) 혹은 (Ar0) 내에서 산소농도프로파일이 소망의 프로파일로 벗어남 없이 정밀하게 걷어들여진다. 이 때문에 그 후의 검사공정의 간편화를 꾀함과 함께 물류시스템의 간편화를 꾀할 수 있다.
단결정실리콘을 인상하는 경우뿐만 아니라 단결정실리콘 이외의 반도체를 인상하는 경우에 적용할 수 있다.

Claims (24)

  1. 단결정인상용 용기 내에 석영도가니를 수용하고, 이 석영도가니 내에서 다결정의 원료를 용융하고, 이 석영도가니 내의 용융액으로부터 단결정반도체를 인상함과 함께, 인상시에 단결정 반도체 중의 산소농도를 제어하도록 한 단결정반도체의 제조장치에 있어서,
    석영도가니 내 용융액 각부의 온도를 조정함으로써, 석영도가니 내의 용융액 중의 자연대류를 제어하는 온도조정수단을 구비한 것을 특징으로 하는 단결정반도체의 제조장치.
  2. 제 1항에 있어서, 석영도가니의 저면의 온도가 석영도가니의 측벽상부의 온도보다도 낮아지도록 온도를 조정하여 자연대류의 발생을 억제하는 제어를 하는 것을 특징으로 하는 단결정반도체의 제조장치.
  3. 제 1항에 있어서, 석영도가니의 상방에서, 단결정반도체의 주위에, 단결정인상용기 내의 가스를 정류하여 용융액표면으로 안내함과 함께, 단결정반도체를 열원으로부터 차폐하는 부재를 마련한 것을 특징으로 하는 단결정반도체의 제조장치.
  4. 제 2항에 있어서, 석영도가니의 상방에서, 단결정반도체의 주위에, 단결정인상용기 내의 가스를 정류하여 용융액표면으로 안내함과 함께, 단결정반도체를 열원으로부터 차폐하는 부재를 마련한 것을 특징으로 하는 단결정반도체의 제조장치.
  5. 제 1항에 있어서, 석영도가니의 주위에서, 석영도가니의 상하방향을 따라서, 석영도가니에 대한 가열량을 독립적으로 조정할 수 있는 복수의 가열수단을 마련한 것을 특징으로 하는 단결정반도체의 제조장치.
  6. 제 2항에 있어서, 석영도가니의 주위에서, 석영도가니의 상하방향을 따라서, 석영도가니에 대한 가열량을 독립적으로 조정할 수 있는 복수의 가열수단을 마련한 것을 특징으로 하는 단결정반도체의 제조장치.
  7. 제 3항에 있어서, 석영도가니의 주위에서, 석영도가니의 상하방향을 따라서, 석영도가니에 대한 가열량을 독립적으로 조정할 수 있는 복수의 가열수단을 마련한 것을 특징으로 하는 단결정반도체의 제조장치.
  8. 제 4항에 있어서, 석영도가니의 주위에서, 석영도가니의 상하방향을 따라서, 석영도가니에 대한 가열량을 독립적으로 조정할 수 있는 복수의 가열수단을 마련한 것을 특징으로 하는 단결정반도체의 제조장치.
  9. 단결정인상용 용기 내에 석영도가니를 수용하고, 이 석영도가니 내에서 다결정의 원료를 용융하고, 이 석영도가니 내의 용융액으로부터 단결정반도체를 인상함과 함께, 인상시에 단결정반도체 중의 산소농도를 제어하도록 한 단결정반도체의 제조장치에 있어서,
    석영도가니의 주위에서, 석영도가니의 상하방향을 따라서, 석영도가니에 대한 가열량을 독립적으로 조정할 수 있는 복수의 가열수단을 마련하고,
    상측의 가열수단에 의한 가열량을 조정함으로써, 단결정반도체의 직경이 소망의 크기가 되도록 제어함과 함께, 하측의 가열수단에 의한 가열량을 조정함으로써, 단결정반도체 중의 산소농도가 소망농도가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 단결정반도체의 제조장치.
  10. 단결정인상용 용기 내에 석영도가니를 수용하고, 이 석영도가니 내에서 다결정의 원료를 용융하고, 이 석영도가니 내의 용융액으로부터 단결정반도체를 인상함과 함께, 인상시에 단결정반도체 중의 산소농도를 제어하도록 한 단결정반도체의 제조장치에 있어서,
    석영도가니의 주위에서, 석영도가니의 상하방향을 따라서, 석영도가니에 대한 가열량을 독립적으로 조정할 수 있는 복수의 가열수단을 마련하고,
    하측의 가열수단에 의한 가열량을 조정함으로써, 단결정반도체 중의 산소농도가 소망의 농도가 되도록 제어하고,
    또한 상측의 가열수단에 의한 가열량과 하측의 가열수단에 의한 가열량의 비율을 조정함으로써, 용융액 중의 자연대류를 제어하여 단결정반도체의 축방향의 산소농도의 변동을 억제하는 것을 특징으로 하는 단결정반도체의 제조장치.
  11. 단결정인상용 용기 내에 석영도가니를 수용하고, 이 석영도가니 내에서 다결정의 원료를 용융하고, 이 석영도가니 내의 용융액으로부터 단결정반도체를 인상함과 함께, 인상시에 단결정반도체 중의 산소농도를 제어하도록 한 단결정반도체의 제조장치에 있어서,
    석영도가니의 주위에서, 석영도가니의 상하방향을 따라서, 석영도가니에 대한 가열량을 독립적으로 조정할 수 있는 복수의 가열수단을 마련하고,
    상측의 가열수단에 의한 가열량을 조정함으로써, 단결정반도체의 직경이 소망의 크기가 되도록 제어함과 함께, 하측의 가열수단에 의한 가열량을 조정함으로써, 단결정반도체 중의 산소농도가 소망의 농도가 되도록 제어하고,
    또한 상측의 가열수단에 의한 가열량과 하측의 가열수단에 의한 가열량의 비율을 조정함으로써, 용융액 중의 자연대류를 제어하여 단결정반도체의 축방향의 산소농도의 변동을 억제하는 것을 특징으로 하는 단결정반도체의 제조장치.
  12. 제 9항에 있어서, 석영도가니의 상방에서, 단결정반도체의 주위에, 단결정인상용기 내의 가스를 정류하여 용융액표면으로 안내함과 함께, 단결정반도체를 열원으로부터 차폐하는 부재를 마련한 것을 특징으로 하는 단결정반도체의 제조장치.
  13. 제 10항에 있어서, 석영도가니의 상방에서, 단결정반도체의 주위에, 단결정인상용기 내의 가스를 정류하여 용융액표면으로 안내함과 함께, 단결정반도체를 열원으로부터 차폐하는 부재를 마련한 것을 특징으로 하는 단결정반도체의 제조장치.
  14. 제 11항에 있어서, 석영도가니의 상방에서, 단결정반도체의 주위에, 단결정인상용기 내의 가스를 정류하여 용융액표면으로 안내함과 함께, 단결정반도체를 열원으로부터 차폐하는 부재를 마련한 것을 특징으로 하는 단결정반도체의 제조장치.
  15. 단결정인상용 용기 내에 석영도가니를 수용하고, 이 석영도가니 내에서 다결정의 원료를 용융하고, 이 석영도가니 내의 용융액으로부터 단결정반도체를 인상함과 함께, 인상시에 단결정반도체 중의 산소농도를 제어하도록 한 단결정반도체의 제조방법에 있어서,
    석영도가니 내 용융액 각부의 온도를 조정함으로써 석영도가니 내의 용융액 중의 자연대류를 제어하는 것을 특징으로 하는 단결정반도체의 제조방법.
  16. 단결정인상용 용기 내에 석영도가니를 수용하고, 이 석영도가니 내에서 다결정의 원료를 용융하고, 이 석영도가니 내의 용융액으로부터 단결정반도체를 인상함과 함께, 인상시에 단결정반도체 중의 산소농도를 제어하도록 한 단결정반도체의 제조방법에 있어서,
    석영도가니의 상측에 대한 가열량을 조정함으로써 단결정반도체의 직경이 소망의 크기가 되도록 제어함과 함께,
    석영도가니의 하측에 대한 가열량을 조정함으로써 단결정반도체 중의 산소농도가 소망의 농도가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 단결정반도체의 제조방법.
  17. 단결정인상용 용기 내에 석영도가니를 수용하고, 이 석영도가니 내에서 다결정의 원료를 용융하고, 이 석영도가니 내의 용융액으로부터 단결정반도체를 인상함과 함께, 인상시에 단결정반도체 중의 산소농도를 제어하도록 한 단결정반도체의 제조장치에 있어서,
    석영도가니의 주위에서, 석영도가니의 상하방향을 따라서, 석영도가니에 대한 가열량을 독립적으로 조정할 수 있는 복수의 가열수단을 마련하고,
    상측의 가열수단에 의한 가열량과 하측의 가열수단에 의한 가열량의 비율을 조정함과 함께 프로세스조건을 변화시킴으로써, 단결정반도체의 축방향의 산소농도의 분포가 소망의 분포가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 단결정반도체의 제조장치.
  18. 제 17항에 있어서, 상측의 가열수단에 의한 가열량과 하측의 가열수단에 의한 가열량의 비율을, 하측의 가열수단에 의한 가열량을 상대적으로 크게 하는 비율로 조정함과 함께, 석영도가니로부터 용융액에 녹아 들어가는 산소의 용해량을 증가시킴으로써, 적어도 단결정반도체의 인상후기의 산소농도를 고산소측으로 이행시키는 것을 특징으로 하는 단결정반도체의 제조장치.
  19. 제 17항에 있어서, 상측의 가열수단에 의한 가열량과 하측의 가열수단에 의한 가열량의 비율을, 하측의 가열수단에 의한 가열량을 상대적으로 크게 하는 비율로 조정함과 함께, 석영도가니의 회전수를 증가시킴으로써, 적어도 단결정반도체의 인상후기의 산소농도를 고산소측으로 이행시키는 것을 특징으로 하는 단결정반도체의 제조장치.
  20. 제 17항에 있어서, 상측의 가열수단에 의한 가열량과 하측의 가열수단에 의한 가열량의 비율을, 하측의 가열수단에 의한 가열량을 상대적으로 작게 하는 비율로 조정함과 함께, 용융액표면으로부터 증발하는 산소의 증발량을 감소시킴으로써, 적어도 단결정반도체의 인상후기의 산소농도를 저산소측으로 이행시키는 것을 특징으로 하는 단결정반도체의 제조장치.
  21. 제 17항에 있어서, 상측의 가열수단에 의한 가열량과 하측의 가열수단에 의한 가열량의 비율을, 하측의 가열수단에 의한 가열량을 상대적으로 작게 하는 비율로 조정함과 함께, 단결정인상용 용기 내의 압력을 증가시킴으로써, 적어도 단결정반도체의 인상후기의 산소농도를 저산소측으로 이행시키는 것을 특징으로 하는 단결정반도체의 제조장치.
  22. 단결정인상용 용기 내에 석영도가니를 수용하고, 이 석영도가니 내에서 다결정의 원료를 용융하고, 이 석영도가니 내의 용융액으로부터 단결정반도체를 인상함과 함께, 인상시에 단결정반도체 중의 산소농도를 제어하도록 한 단결정반도체의 제조장치에 있어서,
    석영도가니의 주위에서, 석영도가니의 상하방향을 따라서, 석영도가니에 대한 가열량을 독립적으로 조정할 수 있는 복수의 가열수단을 마련하고,
    상측의 가열수단에 의한 가열량과 하측의 가열수단에 의한 가열량의 비율을, 하측의 가열수단에 의한 가열량을 상대적으로 크게 하는 비율로 조정함으로써, 단결정반도체의 축방향 산소농도의 변동을 억제하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 단결정반도체의 제조장치.
  23. 석영도가니 내의 용융액으로부터 인상되어 제조된 단결정잉곳으로서,
    석영도가니 내의 용융액 각부의 온도가 조정됨에 의해 용융액 중의 자연대류가 억제되면서 인상되어 제조된 단결정잉곳.
  24. 석영도가니 내의 용융액으로부터 인상되어 제조된 단결정잉곳으로서,
    석영도가니의 상측에 대한 가열량이 조정됨으로써 직경과 소망의 직경으로 되며, 또한 석영도가니의 하측에 대한 가열량이 조정됨으로써 산소농도가 소망의 농도로 되어 이루어지는 단결정잉곳.
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