KR20150013299A - 용융 영역에서의 단결정의 결정화에 의한 상기 단결정의 제조 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 용융 영역에서 단결정을 결정화시킴으로써 상기 단결정을 제조하는 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 하우징, 용융 영역에서 열을 생성시키는 인덕터, 결정화할 단결정을 둘러싸고 열방사를 적용하는 재가열기를 포함하고, 또한 재가열기의 하단부 상에서 하향 방식으로 재가열기와 하우징 벽 사이의 중간 공간을 한정하는 분리된 베이스를 포함한다.
Description
본 발명은 용융 구역에서 단결정을 결정화함으로써 단결정을 제조하는 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 규소 단결정의 제조에 특히 적당하다.
DE 30 07 377 A1에는 그러한 장치의 공지된 구체예, 및 구역 용융법 또는 FZ법으로 지칭되는 방법이 기술된다. 상기 구체예는 인상 샤프트(pulling shaft) 및 인덕터(inductor)를 수용하는 하우징을 포함한다. 인상 샤프트의 상단부에 시드 결정이 존재하고, 여기서 용융된 규소가 결정화되어 초기에 직경이 좁은 섹션을 형성하고 이어서 단결정을 형성한다. 인덕터, 즉 평면 코일로서 형성된 RF 유도 가열 코일은, 막대의 하단부에서 다결정 규소의 용융을 유발하고 용융 구역을 생성하고 안정화시키며, 성장을 위해 단결정이 필요로 하는 재료를 전달한다. 다결정 막대 및 단결정이 낮아져서, 단결정의 연속 성장을 허용한다.
FZ(부유 구역)법의 변법인 GFZ(과립 부유 구역)법이, 예를 들어 US 2011/0095018 A1에 기술되어 있다. GFZ법에서는, 다결정 과립이 원료로서 막대 대신에 사용된다. 더하여, 2종의 유도 가열 코일이 제공되는데, 제1 코일은 과립을 용융시키는 용도이고 제2 코일은 용융 구역에서 열을 발생시킴으로써 용융 구역을 안정화시키는 용도이다.
용융 구역 및 냉각된 단결정, 특히 결정화 경계 영역에서의 온도장은, 가능한 한 정확하게 제어되어야 한다. 특히, 열적 응력을 유발하고 심지어 균열에 의해 단결정을 파괴하는 정도로 전위 형성의 기원이 될 수 있는 가파른 온도 구배는 막아야 할 필요가 있다. 온도장을 제어하기 위해, 성장하는 단결정을 둘러싸고 그 위에서 열방사를 반사하는 반사장치를 제공하는 것이 유리한 것으로 밝혀졌다.
반사장치의 사용 이외에, CN 10232191 A에는 용융 구역에서 온도의 변동을 억제하기 위한 직교자기장의 사용이 제안되어 있다.
본 발명의 목적은, 특히 결정화 경계 영역에서, 반사장치 사용에 의해 또는 자기장 생성에 의해 제거될 수 없는 온도장의 혼란(disruption)을 방지하는 것이다.
상기 목적은 용융 구역에서 단결정을 결정화함으로써 단결정을 제조하는 장치로서, 하우징, 용융 구역에서 열을 발생시키는 인덕터, 결정화할 단결정을 둘러싸고 여기에 열방사를 적용하는 재열기, 및 재열기 하단부에서 하방으로 재열기와 하우징 벽 사이의 중간 공간을 한정하는 분리 바닥부를 포함하는 장치에 의해 실현된다.
재열기는 바람직하게는 반사장치 또는 활성 방사 가열기, 예컨대 발열 저항기이다.
온도장의 혼란은 하우징에서 보호 가스, 예컨대 아르곤의 열팽창에 의해 야기되며, 이의 결과로서 결정화할 단결정 및 용융 구역으로부터 제어되지 않는 방식으로 열이 반출된다. 이차 반응을 막기 위해 그리고 인덕터에서 또는 이의 전기 리드에서의 전기 스파크를 방지하기 위해 보호 가스의 정압을 하우징에 적용하고 결정화할 단결정 주변에 반사장치를 배치하는 것과 같은 기존의 수단은 보호 가스의 열팽창에 의해 자극되는 대류 생성을 촉진하는 것이다. 결정화할 단결정과 반사장치 사이의 중간 공간은 이에 따라 보호 가스의 열팽창을 촉진하는 배기구(vent)로서 작용한다.
본 발명의 목적은 보호 가스의 혼란성 열팽창을 실질적으로 방지하는 것이다. 이러한 목적은 배리어로서 유동 보호 가스의 방해가 되는 분리 바닥부에 의해 실현된다. 분리 바닥부는, 재열기와 하우징 벽 사이의 중간 공간이 재열기의 하단부에서 하방으로 이에 의해 한정되도록 하우징 내에 배치된다.
재열기와 분리 바닥부 사이 및 하우징 벽과 분리 바닥부 사이에 존재할 수 있는 간극은, 보호 가스의 열팽창을 방해하고 더욱 더 강력하게 또는 완전하게 이를 차단하는 배리어에 의해 단축되거나 폐쇄되는 것이 더욱 바람직하다. 적당한 배리어는, 예를 들면 간극을 커버하는 금속 고리, 예컨대 강철, 은 또는 석영 유리 등이다. 하우징 벽과 분리 바닥부 사이의 간극은 강철 고리로 커버되는 것이 바람직하고, 재열기와 분리 바닥부 사이의 간극은 은 고리 또는 석영 유리 고리로 커버되는 것이 바람직하다.
분리 바닥부의 배치는 보호 가스가 제어되지 않는 방식으로 용융 구역 및 결정화할 단결정으로부터 열을 반출하는 것을 방지하고, 이에 따라 생성된 온도장의 혼란으로 인해 발생할 수 있는 간접 손해도 방지한다. 더하여, 열 추출의 결여는 추가의 장점을 갖는다. 인덕터의 발열량(heating power)이 감소될 수 있어서, 인덕터 또는 이의 전기 리드에서 전기 스파크와 같은 사건이 일어날 가능성이 적어지고 결정화할 단결정에서 열적 응력이 감소된다.
재열기의 상부 가장자리는 바람직하게는 결정화 경계의 삼중점 수준에서 놓인다. 재열기는 축방향 길이가 제조하고자 하는 단결정의 직경의 1.5배 이하인 것이 바람직하다. 단결정과 재열기 사이의 방사상 거리는 바람직하게는 30 mm 이하이고, 10 mm∼20 mm의 방사상 거리가 특히 바람직하다.
본 발명은 바람직하게는 150 mm 이상의 비교적 큰 직경을 갖는 규소 단결정의 제조에 사용된다. FZ법 및 GFZ법 둘다 제조 방법으로서 고려될 수 있다.
본 발명은 도면을 사용하여 하기 더욱 상세하게 설명된다.
도 1은 종래 기술을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 개략도이다.
도 1에는 용융 구역에서 단결정을 결정화함으로써 단결정을 제조하는 장치의 단면도가 도시된다. 이 장치는 종래 기술에 동일시될 수 있다. 본 발명의 설명에 기여하는 특징부만이 도시되어 있다. 단결정(1)은 인덕터(3)에 의해 열을 공급받는 용융 구역(2)에서 성장한다. 삼중점 ETP 수준에 배치된 반사장치(4)는 축방향 길이가 제조되는 단결정의 길이보다 짧고 결정화할 단결정을 둘러싼다. 반사장치(4)는 하우징의 내부를 결정화할 단결정(1)과 반사장치(4) 사이의 중간 공간 및 반사장치(4)와 하우징 벽(5) 사이의 중간 공간으로 나눈다. 블록 화살표는 열팽창에 의해 야기되는, 하우징에 함유된 보호 가스 유동의 폐쇄 경로를 나타낸다.
도 2에는 도 1에 따른 장치 및 본 발명의 추가적 특징부가 도시된다. 동일 유형의 것인 특징부에는 동일 참조 번호가 제공된다. 본 발명에 따른 장치는 하방으로 반사장치(4)와 하우징 벽(5) 사이의 중간 공간을 한정하는 분리 바닥부(6)를 특징으로 한다. 반사장치(4)는 활성 방사 가열기로 대체될 수 있다. 도 1과 비교하여 더 얇게 표시된 블록 화살표는 열팽창에 의해 야기되며 분리 바닥부(6)의 배치로 인해 상당히 방해되는 가스 유동을 나타낸다. 가스 유동은, 바람직하게는 반사장치(4)와 분리 바닥부(6) 사이 및 분리 바닥부(6)와 하우징 벽(5) 사이의 간극을 단축 또는 폐쇄시키는 배리어(7)를 분리 바닥부(6)의 외측 상에 배치함으로써 완전한 차단의 정도까지 더욱 더 강력하게 방해될 수 있다.
Claims (4)
- 용융 구역에서 단결정을 결정화시킴으로써 단결정을 제조하는 장치로서, 하우징, 용융 구역에서 열을 발생시키는 인덕터(inductor), 결정화할 단결정을 둘러싸고 상기 결정에 열방사를 적용하는 재열기, 및 재열기의 하단부에서 하방으로 재열기와 하우징 벽 사이의 중간 공간을 한정하는 분리 바닥부를 포함하는 장치.
- 제1항에 있어서, 재열기는 반사장치인 것을 특징으로 하는 장치.
- 제1항에 있어서, 재열기는 활성 방사 가열기인 것을 특징으로 하는 장치.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 분리 바닥부의 외측 상에 배치되고 재열기와 분리 바닥부 사이 및 분리 바닥부와 하우징 벽 사이의 간극을 단축 또는 폐쇄시키는 배리어를 특징으로 하는 장치.
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