KR20190108613A - 실리콘 단결정의 제조 방법, 정류 부재 및, 단결정 인상 장치 - Google Patents

실리콘 단결정의 제조 방법, 정류 부재 및, 단결정 인상 장치 Download PDF

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Abstract

실리콘 단결정의 제조 방법은, 열 차폐체(28)의 하방에 있어서 실리콘 단결정(SM)을 둘러싸는 원환판 형상의 본체부(29A)를 구비한 정류 부재를 배치하고, 실리콘 단결정(SM)의 육성 중에, 챔버 내부의 압력을 20㎪ 이상으로 제어하고, 정류 부재를 도펀트 첨가 융액(MD)으로부터 이간시킨 상태를 유지하고, 실리콘 단결정(SM)과 열 차폐체(28)의 사이에 불활성 가스(G)를 도입하여, 불활성 가스(G)를 제1 유통 가스(G1)와, 제2 유통 가스(G2)로 분리한다.

Description

실리콘 단결정의 제조 방법, 정류 부재 및, 단결정 인상 장치
본 발명은, 실리콘 단결정의 제조 방법, 정류 부재(flow regulator) 및, 단결정 인상 장치에 관한 것이다.
종래, 초크랄스키(CZ)법을 이용하여, 실리콘 단결정을 제조하는 방법이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
특허문헌 1의 단결정 인상 장치는, 실리콘 단결정을 동(同)축에 포위하는 관상체(tubular body)와, 이 관상체의 하단에 형성되고, 하방으로 확장되는 절두원추 형상(truncated cone-shaped)의 면을 갖는 가스 정류 부재를 구비하고 있다. 관상체와 가스 정류 부재의 결합부 근방에는, 개구부가 형성되어 있다. 가스 정류 부재의 내경은, 관상체의 내경보다 작게 되어 있다.
안티몬(Sb)을 도펀트(dopant)로 하여 실리콘 단결정을 제조할 때, 100mbar(약 10㎪)의 감압하에 있어서, 하방을 향하는 불활성 가스의 대부분을 개구부로부터 가스 정류 부재의 절두원추 형상의 면을 따라 흐르고, 관상체 내부를 통하여 용융체 표면의 결정 고화부 근방에 도달하는 불활성 가스를 적게 함으로써, SiO나 Sb2O3의 증발을 억제하여, 실리콘 결정 중의 산소 농도를 높게 하고 있다.
일본공개특허공보 평5-238883호
그러나, 특허문헌 1의 방법은, 도펀트 증발의 저감 효과는 충분한 것이 아니었다.
본 발명의 목적은, 도펀트의 증발을 저감 가능한, 실리콘 단결정의 제조 방법, 정류 부재 및, 단결정 인상 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 실리콘 단결정의 제조 방법은, 도가니(crucible)와, 상기 도가니를 승강 및 회전시키는 도가니 구동부와, 상기 도가니를 가열하여 실리콘 융액에 도펀트가 첨가된 도펀트 첨가 융액을 생성하는 가열부와, 종자 결정을 상기 도펀트 첨가 융액에 접촉시킨 후에 인상함으로써, 실리콘 단결정을 육성하는 인상부와, 상기 도가니의 상방에 있어서 상기 실리콘 단결정을 둘러싸도록 형성된 통 형상의 열 차폐체와, 상기 도가니, 상기 가열부 및 상기 열 차폐체를 수용하는 챔버와, 상기 챔버의 상부에 형성되고, 상기 챔버 내부에 불활성 가스를 도입하는 도입부를 구비하는 단결정 인상 장치를 이용한 실리콘 단결정의 제조 방법으로서, 상기 열 차폐체의 하방에 있어서 상기 실리콘 단결정을 둘러싸는 원환판 형상의 본체부를 구비한 정류 부재를 배치하고, 상기 실리콘 단결정의 육성 중에, 상기 챔버 내부의 압력을 20㎪ 이상으로 제어함과 함께, 상기 정류 부재를 상기 도펀트 첨가 융액으로부터 이간시킨 상태를 유지하면서, 상기 실리콘 단결정과 상기 열 차폐체의 사이에 상방으로부터 상기 불활성 가스를 도입하고, 이 불활성 가스를 상기 열 차폐체와 상기 정류 부재의 사이의 제1 유로를 따라 상기 실리콘 단결정으로부터 떨어지는 제1 유통 가스와, 상기 정류 부재와 상기 도펀트 첨가 융액 표면의 사이의 제2 유로를 따라 상기 실리콘 단결정으로부터 떨어지는 제2 유통 가스로 분리하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 챔버 내부의 압력을 20㎪ 이상으로 종래보다도 고압으로 제어함으로써, 챔버 내부에서 휘발하는 도펀트의 분압이 내려가, 도펀트 첨가 융액 표면으로부터의 도펀트의 증발을 저감할 수 있다. 또한, 정류 부재에 의해, 불활성 가스를, 열 차폐체와 정류 부재의 사이를 흐르는 제1 유통 가스와, 정류 부재와 도펀트 첨가 융액 표면의 사이를 흐르는 제2 유통 가스로 분리함으로써, 제2 유통 가스의 유량이 감소하기 때문에, 도펀트 첨가 융액 표면으로부터의 도펀트의 증발을 저감할 수 있다.
본 발명의 실리콘 단결정의 제조 방법은, 상기 본체부의 내경이 상기 열 차폐체의 하단의 내경보다도 작은 상기 정류 부재를 배치하여, 상기 본체부에 있어서의 상기 열 차폐체의 하단보다도 내측에 위치하는 가스 수용부를 형성하고, 상기 불활성 가스를 상기 가스 수용부의 상면을 따라 상기 제1 유로로 유도되는 상기 제1 유통 가스와, 상기 가스 수용부보다도 상기 실리콘 단결정측을 통과하여 상기 제2 유로로 유도되는 상기 제2 유통 가스로 분리하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 본체부에 있어서의 열 차폐체의 하단보다도 내측에 위치하는 가스 수용부를 형성함으로써, 제1 유통 가스의 유량을 증가시킬 수 있다. 그 결과, 제2 유통 가스의 유량이 감소하기 때문에, 도펀트 첨가 융액 표면으로부터의 도펀트의 증발을 더욱 저감할 수 있다.
본 발명의 실리콘 단결정의 제조 방법은, 상기 제1 유로의 높이가 상기 제2 유로의 높이보다도 높은 상태를 유지하면서, 상기 실리콘 단결정을 육성하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 제1 유로의 높이가 제2 유로의 높이보다도 높은 상태를 유지함으로써, 제1 유통 가스의 유량을 증가시킬 수 있다. 그 결과, 제2 유통 가스의 유량이 감소하기 때문에, 도펀트 첨가 융액 표면으로부터의 도펀트의 증발을 더욱 저감할 수 있다.
본 발명의 실리콘 단결정의 제조 방법은, 상기 본체부의 외연으로부터 비스듬한 상방 외측으로 연장 돌출되는 연장 돌출부를 구비하는 상기 정류 부재를 배치하여, 상기 제1 유통 가스를 상기 비스듬한 상방 외측으로 유도하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 연장 돌출부에서 제1 유통 가스를 도펀트 첨가 융액 표면 근방으로부터 멀리 할 수 있어, 도펀트 첨가 융액 표면을 흐르는 불활성 가스를 저감할 수 있다. 그 결과, 도펀트 첨가 융액 표면으로부터의 도펀트의 증발을 더욱 저감할 수 있다. 또한, 정류 부재 전체적으로 본 경우, 그 외측은 상방으로 굴곡되어 있기 때문에, 실리콘 단결정의 육성이 진행되어 도펀트 첨가 융액이 감소해도, 정류 부재의 외측의 연장 돌출부가, 둥근 바닥 등, 저부(底部)를 향하여 지름 축소된 바닥 형상의 도가니의 내면에 접촉하는 일 없이 인상을 속행할 수 있다.
본 발명의 실리콘 단결정의 제조 방법은, 상기 연장 돌출부의 상단(上端)이 상기 열 차폐체의 하단보다도 상측에 위치하도록 상기 정류 부재를 배치하여, 상기 도펀트 첨가 융액, 상기 도가니 및 상기 가열부 중 적어도 1개로부터의 복사열이, 상기 제1 유로를 통하여 상기 실리콘 단결정에 도달하는 것을, 상기 연장 돌출부에서 억제하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 연장 돌출부의 상단이 열 차폐체의 하단보다도 상측에 위치함으로써, 도펀트 첨가 융액, 도가니 및 가열부 중 적어도 1개로부터의 복사열이, 열 차폐체의 하단과 정류 부재의 본체부의 사이의 제1 유로를 통하여, 실리콘 단결정에 도달하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 실리콘 단결정의 인상 방향의 온도 구배를 크게 할 수 있다.
본 발명의 실리콘 단결정의 제조 방법은, 내부에 단열재가 형성된 상기 정류 부재를 배치하여, 상기 도펀트 첨가 융액, 상기 도가니 및 상기 가열부 중 적어도 1개로부터의 복사열이 상기 실리콘 단결정에 도달하는 것을, 상기 단열재에 의해 억제하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 정류 부재 내부에 단열재가 형성되어 있음으로써, 도펀트 첨가 융액, 도가니 및 가열부 중 적어도 1개로부터의 복사열이 실리콘 단결정에 도달하는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
본 발명의 정류 부재는, 도가니와, 상기 도가니를 승강 및 회전시키는 도가니 구동부와, 상기 도가니를 가열하여 실리콘 융액에 도펀트가 첨가된 도펀트 첨가 융액을 생성하는 가열부와, 종자 결정을 상기 도펀트 첨가 융액에 접촉시킨 후에 인상함으로써, 실리콘 단결정을 육성하는 인상부와, 상기 도가니의 상방에 있어서 상기 실리콘 단결정을 둘러싸도록 형성된 통 형상의 열 차폐체와, 상기 도가니, 상기 가열부 및 상기 열 차폐체를 수용하는 챔버와, 상기 챔버의 상부에 형성되고, 상기 챔버 내부에 불활성 가스를 도입하는 도입부를 구비하는 단결정 인상 장치에 부착되는 정류 부재로서, 상기 열 차폐체의 하방에 있어서 상기 실리콘 단결정을 둘러싸는 원환판 형상으로 형성되고, 상기 열 차폐체와의 사이에 제1 유로를 형성함과 함께, 상기 도펀트 첨가 융액 표면과의 사이에 제2 유로를 형성하는 본체부와, 상기 본체부의 외연으로부터 비스듬한 상방 외측으로 연장 돌출되는 연장 돌출부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 정류 부재는, 상기 본체부 및 상기 연장 돌출부 중 적어도 한쪽의 내부에는, 단열재가 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 단결정 인상 장치는, 도가니와, 상기 도가니를 승강 및 회전시키는 도가니 구동부와, 상기 도가니를 가열하여 실리콘 융액에 도펀트가 첨가된 도펀트 첨가 융액을 생성하는 가열부와, 종자 결정을 상기 도펀트 첨가 융액에 접촉시킨 후에 인상함으로써, 실리콘 단결정을 육성하는 인상부와, 상기 도가니의 상방에 있어서 상기 실리콘 단결정을 둘러싸도록 형성된 통 형상의 열 차폐체와, 상기 도가니, 상기 가열부 및 상기 열 차폐체를 수용하는 챔버와, 상기 챔버의 상부에 형성되고, 상기 챔버 내부에 불활성 가스를 도입하는 도입부와, 상기 열 차폐체의 하방에 형성된 전술의 정류 부재를 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 단결정 인상 장치의 단면도이다.
도 2는 상기 단결정 인상 장치의 정류 부재의 확대 단면도이다.
도 3은 도펀트 첨가 융액 감소 시의 도가니 저부에 있어서의 정류 부재 부근의 확대 단면도이다.
도 4는 정류 부재가 연장 돌출부를 구비하지 않는 경우의 도펀트 첨가 융액 표면 근방의 불활성 가스의 흐름을 나타내는 설명도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 있어서의 실험 1의 정류 부재의 유무 및 챔버 내부의 압력과 도펀트 증발량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 있어서의 실험 2의 정류 부재의 유무와 전기 저항률의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 있어서의 실험 3의 정류 부재의 형상과 도펀트 증발량 및 실리콘 단결정의 인상 방향의 온도 구배 비율의 관계를 나타내는 그래프이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
[실시 형태]
이하, 본 발명의 일 실시 형태로서, CZ법에 의한 실리콘 단결정(SM)의 제조 방법에 대해서 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다.
우선, 실리콘 단결정(SM)의 제조 방법에 이용하는 단결정 인상 장치(1)의 구성에 대해서 설명한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 단결정 인상 장치(1)는, 챔버(21)와, 이 챔버(21) 내부에 배치된 도가니(22)와, 도가니 구동부(23)와, 가열부(24)와, 단열통(25)과, 인상부(26)와, 정류통(27)과, 열 차폐체(28)와, 정류 부재(29)를 구비하고 있다.
챔버(21)의 상부에는, 챔버(21) 내부에 Ar 가스 등의 불활성 가스를 도입하는 도입부(21A)가 구비되어 있다. 챔버(21)의 하부에는, 도시하지 않는 진공 펌프의 구동에 의해, 챔버(21) 내부의 기체를 배출하는 배기구(21B)가 형성되어 있다.
챔버(21) 내부에는, 도입부(21A)로부터 불활성 가스가 소정의 가스량으로 도입된다. 그리고, 도입된 불활성 가스가, 챔버(21) 하부의 배기구(21B)로부터 배출됨으로써, 불활성 가스가 챔버(21) 내부의 상방으로부터 하방을 향하여 흐르는 구성으로 되어 있다.
도가니(22)는, 실리콘 단결정(SM)의 원료인 다결정의 실리콘을 융해하여, 실리콘 융액(M)으로 하는 것이다.
도가니 구동부(23)는, 도가니(22)를 소정의 속도로 승강시킴과 함께, 도가니(22)의 하단에 접속된 지지축(23A)을 중심으로 하여 소정의 속도로 회전시킨다.
가열부(24)는, 도가니(22)의 외측에 배치되어 있고, 도가니(22)를 가열하여, 실리콘 융액(M)에 도펀트가 첨가된 도펀트 첨가 융액(MD)을 생성한다.
단열통(25)은, 도가니(22) 및 가열부(24)의 주위를 둘러싸도록 배치되어 있다.
인상부(26)는, 인상 구동부(26A)와, 한끝이 인상 구동부(26A)에 접속된 인상 케이블(26B)을 구비하고 있다. 인상 구동부(26A)는, 인상 케이블(26B)을 소정의 속도로 승강 및 회전시킨다. 인상 케이블(26B)의 다른 한끝에는, 종자 결정을 보유지지(保持)하는 시드 홀더(26C), 또는, 도시하지 않는 도핑 장치가 부착된다. 도핑 장치는, 도펀트를 도가니(22) 내의 실리콘 융액(M)에 도프시켜 도펀트 첨가 융액(MD)을 생성하기 위한 것이다.
정류통(27)은, 실리콘 단결정(SM)을 둘러싸는 원통 형상으로 형성되고, 상방으로부터 흐르는 불활성 가스를 하방으로 유도한다.
열 차폐체(28)는, 도가니(22)의 상방에 있어서 정류통(27)의 하부 및 실리콘 단결정(SM)을 둘러싸는 원추대통(truncated cone) 형상으로 형성되고, 그의 하단이 정류통(27)의 하단에 연결되어 있다. 열 차폐체(28)는, 가열부(24)로부터 상방을 향하여 방사되는 복사열을 차단한다.
정류 부재(29)는, 원환판 형상으로 형성된 본체부(29A)와, 본체부(29A)의 외연으로부터 비스듬한 상방 외측으로 연장 돌출되는 연장 돌출부(29B)와, 본체부(29A)의 내연으로부터 상방으로 돌출된 돌기부(29C)를 구비하고 있다. 본체부(29A)의 내경(D2)은, 열 차폐체(28)의 하단의 내경(D1)보다도 작게 되어 있다. 본체부(29A) 및 연장 돌출부(29B)의 내부에는, 단열재(29D)가 형성되어 있다.
정류 부재(29)는, 지지재(30)를 통하여, 열 차폐체(28)의 하방으로 이간하고, 또한, 실리콘 단결정(SM)을 둘러싸도록 배치되어 있다. 또한 지지재(30)는, 봉 형상의 형상이고, 실리콘 단결정(SM)의 둘레 방향으로 대체로 등간격이 되도록 2∼4개소에서 열 차폐체(28)와 정류 부재(29)를 접속한다. 정류 부재(29)와 열 차폐체(28)가 이들의 중심과 일치하도록 배치됨으로써, 열 차폐체(28)의 하단보다도 내측에, 원환 형상의 가스 수용부(29E)가 형성되어 있다. 여기에서, 가스 수용부(29E)는, 본체부(29A)의 내측 영역의 일부로서, 본체부(29A)의 내주면에서, 도 2의 점선으로 나타낸 정류통(27)의 내면의 연장선과 본체부(29A) 상면의 교선까지의 영역을 말한다. 또한, 정류 부재(29)의 본체부(29A)의 상면, 연장 돌출부(29B)의 상면이, 각각, 열 차폐체(28)의 저면(28A), 열 차폐체(28)의 외주 측면(28B)과 평행이 되도록 배치됨으로써, 이들 사이에 제1 유로(R1)가 형성되어 있다. 또한, 정류 부재(29)와 도펀트 첨가 융액(MD) 표면의 사이에, 제2 유로(R2)가 형성되어 있다. 또한, 정류 부재(29)는, 연장 돌출부(29B)의 상단이 열 차폐체(28)의 저면(28A)보다도 상측에 위치하도록 배치되어 있다.
다음으로, 실리콘 단결정(SM)의 제조 방법에 대해서 설명한다.
또한, 본 실시 형태에서는, 직동부의 설정 직경이 200㎜인 실리콘 단결정(SM)을 제조하는 경우를 예시하지만, 150㎜, 300㎜, 450㎜ 등, 다른 설정 직경의 실리콘 단결정(SM)을 제조해도 좋다.
전기 저항률은, 도펀트가 비소인 경우, 1.2mΩ·㎝ 이상 5.0mΩ·㎝ 이하로 하는 것이 바람직하고, 적린(red phosphorus)인 경우, 0.5mΩ·㎝ 이상 2.0mΩ·㎝ 이하로 하는 것이 바람직하고, 안티몬인 경우, 10mΩ·㎝ 이상 30mΩ·㎝ 이하로 하는 것이 바람직하다.
우선, 단결정 인상 장치(1)에 있어서, 실리콘 단결정(SM)에 요구되는 품질, 예를 들면 전기 저항률, 산소 농도를 만족하기 위한 인상 조건인 불활성 가스의 유량, 챔버(21) 내부의 압력, 도가니(22)나 실리콘 단결정(SM)의 회전수, 가열부(24)의 가열 조건 등을 설정한다.
다음으로, 설정값에 기초하여 가열부(24)를 제어하여, 도가니(22)를 가열함으로써, 당해 도가니(22) 내의 다결정의 실리콘(실리콘 원료) 및 도펀트를 융해시켜, 도펀트 첨가 융액(MD)을 생성한다. 그 후, 도입부(21A)로부터 챔버(21) 내부에 불활성 가스를 소정의 유량으로 도입함과 함께, 챔버(21) 내부의 압력을 20㎪ 이상으로 유지한다. 이 챔버(21) 내부의 압력은, 80㎪ 이하로 하는 것이 바람직하다.
다음으로 인상 케이블(26B)을 하강시킴으로써 종자 결정을 도펀트 첨가 융액(MD)에 침지하여, 도가니(22) 및 인상 케이블(26B)을 소정의 방향으로 회전시키면서, 실리콘 단결정(SM)을 인상하여 육성한다.
실리콘 단결정(SM)의 육성 중, 도 2에 나타내는 바와 같이, 하방을 향하여 흐르는 불활성 가스(G)는, 정류 부재(29)에 의해, 제1 유통 가스(G1)와 제2 유통 가스(G2)로 분리된다.
이때, 불활성 가스(G)는, 가스 수용부(29E)에 의해 제1 유로(R1)에 유도되고, 제1 유통 가스(G1)의 유량이 증가하기 때문에, 제2 유통 가스(G2)의 유량을 감소시킬 수 있다. 이와 같이, 챔버(21) 내부의 압력을 20㎪ 이상으로 종래보다도 고압으로 하여, 도펀트의 분압을 내림과 함께, 제2 유통 가스(G2)의 유량을 감소시킴으로써, 도펀트의 증발을 저감할 수 있다.
또한, 제1 유로(R1)의 높이(H1)가, 제2 유로(R2)의 높이(H2)보다도 높은 상태로 유지되도록, 도펀트 첨가 융액(MD)의 액면이 내려가는 속도에 맞추어 도가니(22)의 상승 속도가 제어되고 있다. 그 때문에, 제1 유통 가스(G1)의 유량이 증가하여, 제2 유통 가스(G2)의 유량을 감소시킬 수 있다.
제1 유통 가스(G1)는, 연장 돌출부(29B)에 의해 더욱 비스듬한 상방 외측으로 유도되고, 도 2의 점선으로 둘러싸인 도펀트 첨가 융액(MD) 표면 근방 영역(P)으로는 흐르기 어려워진다. 이 때문에, 도펀트의 증발을 저감할 수 있다. 이상과 같이, 도펀트의 증발을 억제함으로써, 소망하는 전기 저항률의 실리콘 단결정(SM)을 제조할 수 있다.
또한, 정류 부재(29) 전체적으로 본 경우, 그의 외측은 상방으로 굴곡되어 있기 때문에, 도 3에 나타내는 바와 같이, 실리콘 단결정(SM)의 육성이 진행되어 도펀트 첨가 융액(MD)이 감소해도, 정류 부재(29)의 외측의 연장 돌출부(29B)가, 둥근 바닥 등, 저부를 향하여 지름 축소된 바닥 형상의 도가니(22)의 내면에 접촉하는 일 없이 인상을 속행할 수 있다.
또한, 연장 돌출부(29B)의 상단이 열 차폐체(28)의 저면(28A)보다도 상측에 위치하고 있기 때문에, 도펀트 첨가 융액(MD), 도가니(22) 및 가열부(24) 중 적어도 1개로부터의 복사열이, 제1 유로(R1)를 통하여 실리콘 단결정(SM)에 도달하는 것을, 연장 돌출부(29B)에 의해 억제할 수 있어, 실리콘 단결정(SM)의 인상 방향의 온도 구배를 크게 할 수 있다. 또한, 정류 부재(29) 내부의 단열재(29D)에 의해, 상기의 복사열을 보다 효과적으로 단열할 수 있기 때문에, 실리콘 단결정(SM)의 인상 방향의 온도 구배를 더욱 크게 할 수 있다.
[변형예]
또한, 본 발명은 상기 실시 형태에만 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서 여러 가지의 개량 그리고 설계의 변경 등이 가능하고, 그 외, 본 발명의 실시 시의 구체적인 순서 및, 구조 등은 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위에서 다른 구조 등으로 해도 좋다.
예를 들면, 정류통(27)은 형성하지 않아도, 챔버(21) 내부의 압력을 20㎪ 이상으로 제어하면, 상기 실시 형태와 동일하게, 도펀트의 증발을 저감하여 실리콘 단결정(SM)을 제조할 수 있다.
또한, 본체부(29A)의 내경(D2)은, 열 차폐체(28)의 하단의 내경(D1)과 동일해도 좋고, 내경(D1)보다 커도 좋다. 제1 유로(R1)의 높이(H1)는, 제2 유로(R2)의 높이(H2)와 동일해도 좋고, 높이(H2)보다 낮아도 좋다.
또한, 도 4에 나타내는 바와 같이, 정류 부재(29)에 연장 돌출부(29B)를 형성하지 않아도 좋다. 연장 돌출부(29B)를 형성하는 경우도, 본체부(29A)나, 연장 돌출부(29B)가, 열 차폐체(28)의 저면(28A), 열 차폐체(28)의 외주 측면(28B)과 평행이 되도록 형성하지 않아도 좋고, 연장 돌출부(29B)의 상단이 열 차폐체(28)의 하단과 동일한 높이, 혹은 열 차폐체(28)의 하단보다 낮은 높이로 해도 좋고, 내부에 단열재(29D)를 형성하지 않아도 좋다.
실시예
다음으로, 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 예에 의해 하등 한정되는 것은 아니다.
[실험 1: 정류 부재의 유무 및 챔버 내부의 압력과 도펀트 증발량의 관계 조사]
〔실험예 1〕
도 1에 나타내는 단결정 인상 장치(1)와는, 정류 부재(29)를 형성하지 않는 점만이 상이한 단결정 인상 장치를 준비했다. 또한, 열 차폐체(28)의 하단의 내경(D1)을 280㎜로 했다.
그리고, 챔버(21) 내부의 압력을 80㎪로 하여, 이하의 제조 조건으로, 이하의 특성을 갖는 실리콘 단결정(SM)을 제조하고, 이때의 도펀트의 증발량을 측정했다.
이때의 실리콘 단결정(SM)의 전기 저항률에 기초하여 실리콘 단결정(SM)에 취입된 도펀트 농도를 산출하고, 이 취입된 도펀트 농도에 기초하여 도펀트 첨가 융액(MD)으로부터의 증발량을 산출했다. 이와 같이 산출된 증발량은, 실리콘 단결정(SM)의 전기 저항률이 소망하는 값에 대하여 높아질수록 많아진다.
<제조 조건>
불활성 가스의 유량: 150L/min
열 차폐체(28)의 하단과 도펀트 첨가 융액(MD) 표면의 거리(제조 시 일정): 10㎜
<실리콘 단결정의 특성>
도펀트: 적린
전기 저항률: 0.6mΩ·㎝ 이상 1.2mΩ·㎝ 이하
직동부의 직경: 200㎜
〔실험예 2〕
실험예 1에서 이용한 단결정 인상 장치에, 도 1에 나타내는 바와 같은 정류 부재(29)를 형성한 단결정 인상 장치(1)를 준비했다. 이 단결정 인상 장치(1)의 각 부의 구성을 이하와 같이 설정했다.
<단결정 인상 장치 각 부의 구성>
정류 부재(29)의 본체부(29A)의 내경(D2): 250㎜
제1 유로(R1)의 높이(H1): 10㎜
가스 수용부(29E)의 폭: 15㎜
그리고, 챔버(21) 내부의 압력을 10㎪로 하여, 이하의 제조 조건으로 실험예 1과 동일한 특성을 갖는 실리콘 단결정을 제조하고, 이때의 도펀트의 증발량을 측정했다.
<제조 조건>
불활성 가스의 유량: 150L/min
제2 유로(R2)의 높이(H2)(제조 시 일정): 12.5㎜
〔실험예 3∼5〕
챔버(21) 내부의 압력을 각각 20㎪(실험예 3), 40㎪(실험예 4), 80㎪(실험예 5)로 한 것 이외는, 실험예 2와 동일한 구성, 조건으로 실험예 1과 동일한 특성을 갖는 실리콘 단결정을 제조하고, 이때의 도펀트의 증발량을 측정했다.
〔평가〕
실험예 1의 도펀트 증발량을 100％로 한 경우에 있어서의 실험예 2∼5의 도펀트 증발량 비율을 도 5에 나타낸다.
실험예 1과 실험예 2를 비교하면, 정류 부재(29)를 형성함으로써 도펀트 증발량을 줄일 수 있지만, 그 감소량이 충분하지 않은 것을 알 수 있었다.
실험예 2∼5를 비교하면, 실험예 3에서는 실험예 2와 비교하여 도펀트 증발량을 크게 줄일 수 있고, 실험예 4, 5의 결과로부터, 챔버(21) 내부의 압력이 커질수록, 도펀트 증발량을 크게 줄일 수 있는 것을 알 수 있었다.
이상의 점에서, 단결정 인상 장치(1)에 정류 부재(29)를 형성하고, 실리콘 단결정의 육성 중에, 챔버(21) 내부의 압력을 20㎪ 이상(80㎪ 이하)으로 제어함으로써, 도펀트의 증발을 저감할 수 있는 것을 알 수 있었다.
[실험 2: 정류 부재의 유무와 전기 저항률의 관계 조사]
실험예 1과 실험예 5와 동일한 조건으로 실리콘 단결정을 제조하고, 그의 직동부에 있어서의 각 고화율(solidification rates)의 전기 저항률을 측정했다. 도 6에 측정 결과를 나타낸다. 또한, 직동부의 상단이 고화율 0％이고, 하단이 100％이다.
실험예 5의 전기 저항률은, 실험예 1과 비교하여 전체적으로 낮아져 있는 것을 확인할 수 있었다. 이는, 실험 1에서 설명한 바와 같이, 실험예 5는, 실험예 1과 비교하여 도펀트의 증발이 저감되었기 때문이라고 생각된다.
[실험 3: 정류 부재의 형상과 도펀트 증발량 및 실리콘 단결정의 인상 방향의 온도 구배 비율의 관계 조사]
〔실험예 6〕
도 1에 나타내는 정류 부재(29) 대신에, 도 4에 나타내는 본체부(29A)만으로 구성된 정류 부재를 형성한 것 이외는, 실험예 5와 동일한 단결정 인상 장치를 준비했다. 그리고, 실험예 5와 동일한 구성, 조건으로 실험예 5와 동일한 특성을 갖는 실리콘 단결정을 제조하고, 이때의 도펀트의 증발량을 측정했다. 또한, 실리콘 단결정에 있어서의 인상 방향의 온도 구배를 조사했다.
〔평가〕
실험예 5와 동일한 조건으로 실리콘 단결정을 제조하여, 도펀트 증발량 및 실리콘 단결정에 있어서의 인상 방향의 온도 구배를 조사했다.
실험예 6의 도펀트 증발량을 100％로 한 경우에 있어서의 실험예 5의 도펀트 증발량 비율(막대 그래프)과, 실험예 6의 온도 구배를 100％로 한 경우에 있어서의 실험예 5의 온도 구배 비율(꺾인 선 그래프)을 각각 도 7에 나타낸다. 또한, 온도 구배 비율을 구함에 있어서, 열 전도 해석 소프트(시뮬레이션)에 의해, 실리콘 단결정(SM)의 축심에 있어서의, 도펀트 첨가 융액(MD)과 실리콘 단결정(SM)의 경계면으로부터의 거리와 온도의 관계를 구하고, 그의 기울기를 온도 구배로 했다.
실험예 5의 도펀트 증발량은, 실험예 6의 약 70％로 감소했다. 이 점에서, 정류 부재(29)에 연장 돌출부(29B)를 형성함으로써, 제1 유통 가스(G1)를 비스듬한 상방 외측으로 유도하여, 도펀트의 증발을 저감할 수 있는 것을 알 수 있었다.
또한, 실험예 5의 온도 구배는, 실험예 6의 약 110％로 증가했다. 이 점에서, 정류 부재(29)에 연장 돌출부(29B)를 형성함으로써, 도펀트 첨가 융액(MD), 도가니(22) 및 가열부(24) 중 적어도 1개로부터의 복사열이, 제1 유로(R1)를 통하여 실리콘 단결정에 도달하는 것을 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다.
1 : 단결정 인상 장치
21 : 챔버
22 : 도가니
23 : 도가니 구동부
24 : 가열부
25 : 단열통
26 : 인상부
27 : 정류통
28 : 열 차폐체
29 : 정류 부재
SM : 실리콘 단결정

Claims (9)

  1. 도가니와,
    상기 도가니를 승강 및 회전시키는 도가니 구동부와,
    상기 도가니를 가열하여 실리콘 융액에 도펀트가 첨가된 도펀트 첨가 융액을 생성하는 가열부와,
    종자 결정을 상기 도펀트 첨가 융액에 접촉시킨 후에 인상함으로써, 실리콘 단결정을 육성하는 인상부와,
    상기 도가니의 상방에 있어서 상기 실리콘 단결정을 둘러싸도록 형성된 통 형상의 열 차폐체와,
    상기 도가니, 상기 가열부 및 상기 열 차폐체를 수용하는 챔버와,
    상기 챔버의 상부에 형성되고, 상기 챔버 내부에 불활성 가스를 도입하는 도입부를 구비하는 단결정 인상 장치를 이용한 실리콘 단결정의 제조 방법으로서,
    상기 열 차폐체의 하방에 있어서 상기 실리콘 단결정을 둘러싸는 원환판 형상의 본체부를 구비한 정류 부재를 배치하고,
    상기 실리콘 단결정의 육성 중에, 상기 챔버 내부의 압력을 20㎪ 이상으로 제어함과 함께, 상기 정류 부재를 상기 도펀트 첨가 융액으로부터 이간시킨 상태를 유지하면서, 상기 실리콘 단결정과 상기 열 차폐체의 사이에 상방으로부터 상기 불활성 가스를 도입하고, 이 불활성 가스를 상기 열 차폐체와 상기 정류 부재의 사이의 제1 유로를 따라 상기 실리콘 단결정으로부터 떨어지는 제1 유통 가스와, 상기 정류 부재와 상기 도펀트 첨가 융액 표면의 사이의 제2 유로를 따라 상기 실리콘 단결정으로부터 떨어지는 제2 유통 가스로 분리하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 본체부의 내경이 상기 열 차폐체의 하단의 내경보다도 작은 상기 정류 부재를 배치하여, 상기 본체부에 있어서의 상기 열 차폐체의 하단보다도 내측에 위치하는 가스 수용부를 형성하고, 상기 불활성 가스를 상기 가스 수용부의 상면을 따라 상기 제1 유로로 유도되는 상기 제1 유통 가스와, 상기 가스 수용부보다도 상기 실리콘 단결정측을 통과하여 상기 제2 유로로 유도되는 상기 제2 유통 가스로 분리하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 유로의 높이가 상기 제2 유로의 높이보다도 높은 상태를 유지하면서, 상기 실리콘 단결정을 육성하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 본체부의 외연으로부터 비스듬한 상방 외측으로 연장 돌출되는 연장 돌출부를 구비하는 상기 정류 부재를 배치하여, 상기 제1 유통 가스를 상기 비스듬한 상방 외측으로 유도하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 연장 돌출부의 상단이 상기 열 차폐체의 하단보다도 상측에 위치하도록 상기 정류 부재를 배치하여, 상기 도펀트 첨가 융액, 상기 도가니 및 상기 가열부 중 적어도 1개로부터의 복사열이, 상기 제1 유로를 통하여 상기 실리콘 단결정에 도달하는 것을, 상기 연장 돌출부에서 억제하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    내부에 단열재가 형성된 상기 정류 부재를 배치하여, 상기 도펀트 첨가 융액, 상기 도가니 및 상기 가열부 중 적어도 1개로부터의 복사열이 상기 실리콘 단결정에 도달하는 것을, 상기 단열재에 의해 억제하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조 방법.
  7. 도가니와,
    상기 도가니를 승강 및 회전시키는 도가니 구동부와,
    상기 도가니를 가열하여 실리콘 융액에 도펀트가 첨가된 도펀트 첨가 융액을 생성하는 가열부와,
    종자 결정을 상기 도펀트 첨가 융액에 접촉시킨 후에 인상함으로써, 실리콘 단결정을 육성하는 인상부와,
    상기 도가니의 상방에 있어서 상기 실리콘 단결정을 둘러싸도록 형성된 통 형상의 열 차폐체와,
    상기 도가니, 상기 가열부 및 상기 열 차폐체를 수용하는 챔버와,
    상기 챔버의 상부에 형성되고, 상기 챔버 내부에 불활성 가스를 도입하는 도입부를 구비하는 단결정 인상 장치에 부착되는 정류 부재로서,
    상기 열 차폐체의 하방에 있어서 상기 실리콘 단결정을 둘러싸는 원환판 형상으로 형성되고, 상기 열 차폐체와의 사이에 제1 유로를 형성함과 함께, 상기 도펀트 첨가 융액 표면과의 사이에 제2 유로를 형성하는 본체부와,
    상기 본체부의 외연으로부터 비스듬한 상방 외측으로 연장 돌출되는 연장 돌출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 정류 부재.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 본체부 및 상기 연장 돌출부 중 적어도 한쪽의 내부에는, 단열재가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 정류 부재.
  9. 도가니와,
    상기 도가니를 승강 및 회전시키는 도가니 구동부와,
    상기 도가니를 가열하여 실리콘 융액에 도펀트가 첨가된 도펀트 첨가 융액을 생성하는 가열부와,
    종자 결정을 상기 도펀트 첨가 융액에 접촉시킨 후에 인상함으로써, 실리콘 단결정을 육성하는 인상부와,
    상기 도가니의 상방에 있어서 상기 실리콘 단결정을 둘러싸도록 형성된 통 형상의 열 차폐체와,
    상기 도가니, 상기 가열부 및 상기 열 차폐체를 수용하는 챔버와,
    상기 챔버의 상부에 형성되고, 상기 챔버 내부에 불활성 가스를 도입하는 도입부와,
    상기 열 차폐체의 하방에 형성된 제7항 또는 제8항에 기재된 정류 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 단결정 인상 장치.
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