KR20200110389A - 실리콘 단결정의 제조 방법 및 실리콘 단결정의 인상 장치 - Google Patents

Abstract

챔버 내에 불활성 가스를 흐르게 하고, 또한 석영 도가니 내의 실리콘 융액에 수평 자장을 인가하여, 실리콘 단결정을 인상하는 실리콘 단결정의 제조 방법은, 열 차폐체의 하단부 및 석영 도가니 내의 실리콘 융액의 표면의 사이를 흐르는 불활성 가스의 흐름에, 인상 장치의 결정 인상축 및 수평 자장의 인가 방향을 포함하는 평면에 대하여 비면대칭이고, 또한 결정 인상축에 대하여 비회전대칭인 유동 분포를 형성하는 공정(S1)과, 형성된 비면대칭 또한 비회전대칭인 유동 분포를, 석영 도가니 내의 실리콘 원료가 모두 용융될 때까지, 무자장으로 유지하는 공정(S2)과, 실리콘 원료가 모두 용융된 후에, 수평 자장을 인가하여 실리콘 단결정의 인상을 개시하는 공정(S3)을 실시한다.

Description

실리콘 단결정의 제조 방법 및 실리콘 단결정의 인상 장치

본 발명은, 실리콘 단결정의 제조 방법 및 실리콘 단결정의 인상 장치에 관한 것이다.

종래, 초크랄스키법에 의한 실리콘 단결정의 인상에 있어서, 인상 시에 수평 자장을 인가함에 있어서, 일부의 자장을 차폐하여, 자력선 밀도를 불균일하게 하거나, 석영 도가니의 회전 중심에 대하여, 실리콘 단결정의 결정 인상축을 어긋나게 하여 실리콘 단결정의 인상을 행하는 기술이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

일본공개특허공보 2004-196655호

그런데, 최근, 수평 자장을 인가한 초크랄스키법에 의한 실리콘 단결정의 인상에 있어서는, 동일한 인상 장치를 이용하여, 동일한 인상 조건으로 실리콘 단결정을 인상해도, 인상된 실리콘 단결정의 품질, 특히 실리콘 단결정 중의 산소 농도가 2극화하는 것이 알려지게 되었다.

그러나, 상기 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 이러한 과제가 발생하고 있는 것에 대해서 전혀 인식도 되어 있지 않기 때문에, 상기 특허문헌 1에 기재된 기술에 의해 2극화의 과제를 해결할 수 없다.

본 발명의 목적은, 실리콘 단결정의 산소 농도의 2극화를 방지하여, 동일한 품질의 실리콘 단결정을 제조할 수 있는 실리콘 단결정의 제조 방법 및, 실리콘 단결정의 인상 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 실리콘 단결정의 제조 방법은, 챔버와, 상기 챔버 내 배치되는 석영 도가니와, 상기 석영 도가니의 상부를 덮는 열 차폐체를 구비한 인상 장치를 이용하여, 상기 챔버 내에 불활성 가스를 흐르게 하고, 또한 상기 석영 도가니 내의 실리콘 융액에 수평 자장을 인가하여, 실리콘 단결정을 인상하는 실리콘 단결정의 제조 방법으로서, 상기 열 차폐체의 하단부 및 상기 석영 도가니 내의 실리콘 융액의 표면의 사이를 흐르는 상기 불활성 가스의 흐름에, 상기 인상 장치의 결정 인상축 및 상기 수평 자장의 인가 방향을 포함하는 평면에 대하여 비(非)면대칭이고, 또한 상기 결정 인상축에 대하여 비(非)회전대칭인 유동 분포를 형성하는 공정과, 형성된 비면대칭 또한 비회전대칭인 유동 분포를, 상기 석영 도가니 내의 실리콘 원료가 모두 용융될 때까지, 무자장으로 유지하는 공정과, 상기 실리콘 원료가 모두 용융된 후에, 상기 수평 자장을 인가하여 상기 실리콘 단결정의 인상을 개시하는 공정을 실시하는 것을 특징으로 한다.

열 차폐체의 하단 및 실리콘 융액의 표면의 사이의 불활성 가스의 흐름에, 비면대칭 또한 비회전대칭의 유동 분포를 형성함으로써, 실리콘 융액 내의 대류를, 수평 자장의 방향을 중심으로 하여 우회전으로 할지, 좌회전으로 할지로 제어할 수 있다. 따라서, 이 상태를 유지함으로써, 실리콘 융액 내의 대류가 좌회전인지 또는 우회전인지를 판정할 수 있다. 그리고, 이 상태에서 수평 자장을 인가함으로써, 실리콘 융액의 대류를 고정하여, 실리콘 단결정의 인상을 행할 수 있다. 따라서, 인상된 실리콘 단결정의 산소 농도의 2극화를 발생시키는 일 없이, 안정된 품질의 실리콘 단결정의 인상을 행할 수 있다.

본 발명에서는, 상기 실리콘 단결정의 인상을 개시하는 공정의 후, 상기 실리콘 단결정의 인상 종료까지, 상기 수평 자장의 강도를 일정값 이하로 내리지 않고 상기 실리콘 단결정의 인상을 행하는 공정을 실시하는 것이 바람직하다.

실리콘 단결정의 인상 종료까지, 수평 자장의 강도를 일정값 이하로 내리지 않으면, 실리콘 융액 내부의 대류를 구속한 상태에서 실리콘 단결정의 인상을 행할 수 있다. 따라서, 실리콘 융액 내부의 대류를 일정한 상태를 유지한 채로, 실리콘 단결정의 인상을 행하여, 2극화가 발생하는 일이 없는 안정된 품질의 실리콘 단결정을 인상할 수 있다.

본 발명의 인상 장치는, 전술한 실리콘 단결정의 제조 방법을 실시하는 실리콘 단결정의 인상 장치로서, 상기 인상 장치를 구성하는 상기 열 차폐체가, 상기 결정 인상축 및 자장 인가 방향을 포함하는 면에 대하여, 비면대칭 또한 상기 결정 인상축에 대하여 비회전대칭 구조인 것을 특징으로 한다.

결정 인상축 및 자장 인가 방향을 포함하는 평면에 대하여, 열 차폐판을 비면대칭 또한 결정 인상축에 대하여 비회전대칭 구조로 함으로써, 비면대칭 또한 결정 인상축에 대하여 비회전대칭으로 되는 부분과, 그 이외의 부분에 있어서의 불활성 가스의 유동 분포를, 비면대칭 또한 결정 인상축에 대하여 비회전대칭인 것으로 할 수 있다. 따라서, 인상 장치의 구조를 변경하는 것만으로 본 발명의 실리콘 단결정의 제조 방법을 실시할 수 있다.

본 발명에서는, 상기 인상 장치는, 상기 불활성 가스를 배기하는 배기구를 구비하고, 상기 배기구의 형상이, 상기 결정 인상축을 중심으로 하여 비대칭 구조로 되는 것이 고려된다.

배기구의 형상을, 결정 인상축을 중심으로 하여 비대칭 구조로 함으로써, 열 차폐체의 하단 및 실리콘 융액의 표면의 사이의 불활성 가스의 흐름의 유동 분포를, 비면대칭 또한 비회전대칭인 것으로 할 수 있다. 따라서, 이에 의해서도 간소한 구조로 본 발명의 실리콘 단결정의 제조 방법을 실시할 수 있다.

도 1은 본 발명에 이르는 배경을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태의 실리콘 단결정의 인상 장치의 개략 단면도이다.
도 3은 상기 실시 형태의 인상 장치의 개략 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실리콘 단결정의 제조 방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 형태의 실리콘 단결정의 인상 장치의 열 차폐체의 구조를 나타내는 개략 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시 형태의 실리콘 단결정의 인상 장치의 개략 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시 형태의 실리콘 단결정의 인상 장치의 개략 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실험예에 있어서의 절결 형성 위치를 나타내는 개략 평면도이다.
도 9는 본 발명의 실험예에 있어서의 배기구 위치를 나타내는 개략 평면도이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.

[1] 본 발명에 이르는 배경

본 발명자들은, 동일한 인상 장치를 이용하여, 동일한 인상 조건으로 인상을 행해도, 인상된 실리콘 단결정의 산소 농도가 높은 경우와, 산소 농도가 낮은 경우가 있는 것을 알고 있었다. 종래, 이를 해소하기 위해, 인상 조건 등을 중점적으로 조사해 왔지만, 확고한 해결 방법이 발견되지 않았다.

그 후, 조사를 진행시켜 가는 사이에, 본 발명자들은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 석영 도가니(3A) 중에 고체의 폴리 실리콘 원료를 투입하여, 용해한 후, 수평 자장을 인가하여 실리콘 단결정(10)을 인상하는 공정에 있어서, 수평 자장의 자력선을 축으로 하여 석영 도가니(3A)의 저부로부터 실리콘 융액의 표면을 향하여 회전하는 대류가 있는 것을 인식했다. 그 대류의 회전 방향은, 좌회전이 우세해지는 경우와, 좌회전이 우세해지는 경우의 2개의 대류 패턴이었다.

이러한 현상의 발생은, 발명자들은, 이하의 메커니즘에 의한 것이라고 추측했다.

우선, 도 1(A)에 나타내는 바와 같이, 수평 자장을 인가하지 않고, 석영 도가니(3A)를 회전시키지 않는 상태에서는, 석영 도가니(3A)의 외주 근방에서 실리콘 융액(9)이 가열되기 때문에, 실리콘 융액(9)의 저부로부터 표면을 향하는 상승 방향의 대류가 발생하고 있다. 상승한 실리콘 융액(9)은, 실리콘 융액(9)의 표면에서 냉각되고, 석영 도가니(3A)의 중심에서 석영 도가니(3A)의 저부로 되돌아와, 하강 방향의 대류가 발생한다.

외주 부분에서 상승하고, 중앙 부분에서 하강하는 대류가 발생한 상태에서는, 도 1(A) 열대류에 의한 불안정성에 의해 하강류의 위치는 무질서하게 이동하고, 중심으로부터 어긋난다.

도 1(A)의 상태에서 수평 자장을 인가하면, 석영 도가니(3A)의 상방으로부터 보았을 때의 하강류의 회전이 서서히 구속되고, 도 1(B)에 나타내는 바와 같이, 수평 자장의 중심의 자력선의 위치로부터 떨어진 위치에 구속된다.

이 상태를 계속하여 수평 자장의 강도를 크게 하면, 도 1(C)에 나타내는 바와 같이, 하강류의 우측과 좌측에 있어서의 상승 방향의 대류의 크기가 변화하고, 도 1(C)이면, 하강류의 좌측의 상승 방향의 대류가 우세해진다.

마지막으로, 도 1(D)에 나타내는 바와 같이, 하강류의 우측의 상승 방향의 대류가 소거되어, 좌측이 상승 방향의 대류, 우측이 하강 방향의 대류가 되고, 우회전의 대류가 된다.

한편, 도 1(A)의 최초의 하강류의 위치를 석영 도가니(3A)의 회전 방향으로 180도 위상을 어긋나게 하면, 하강류는, 도 1(C)와는 위상이 180도 어긋난 좌측의 위치에서 구속되어, 좌회전의 대류가 된다.

석영 도가니로부터 용출한 산소는, 융액 대류에 의해 성장 중인 고액 계면에 운반되어, 결정에 취입된다. 여기에서 인상 장치 내의 열 환경이 완전하게 축대칭이고, 또한 프로세스 조건이 동일하면, 우 소용돌이 좌 소용돌이에 관계없이, 결정에 취입되는 산소량은 동일해진다.

그런데 실제로는, 로(爐) 구조물의 형태가 비(非)축대칭인 것이나, 가령 설계상은 축대칭이라도, 각 부재의 설치 위치 어긋남 등에 기인한 열 환경의 불균일성으로부터, 우 소용돌이와 좌 소용돌이에서 운반되는 산소 플럭스량이 상이하다.

그 결과, 우 소용돌이, 좌 소용돌이에서 산소 농도가 상이한 실리콘 단결정이 육성된다. 동일한 인상 장치에서 동일한 프로세스 조건으로 육성했음에도 불구하고, 대류 모드의 차이에 의해 산소 농도가 상이한 결정이 육성되기 때문에, 산소 제어성에 악영향을 미쳐, 결정의 수율을 크게 저하시킨다.

따라서, 결정 육성 전에 2개 있는 대류 모드 중 어느 한쪽 목표의 대류 모드로 하고, 그 상태를 보존유지(保持)하면서 결정 육성을 행하면 좋다.

인상 중인 대류 모드의 거동을 방사 온도계로 확인한 결과, 대류 모드는 자장 인가 시에 결정되고, 한 번 결정된 대류 모드는 자장을 끊지 않는 한 다른 한쪽으로 전이하는 일은 없고, 실리콘 단결정의 테일부의 최종까지 계속되는 것이 분명하게 되었다. 따라서, 자장 인가 시에 뭔가의 방법으로 대류 모드를 선택할 수 있으면, 그 후의 인상 중인 모드는 모두 고정되고, 결정 품질도 그 모드에 따른 것으로 된다.

이상의 인식을 바탕으로 하여, 본 발명자들은, 인상 장치에 의도적으로 비대칭 구조를 형성해 두고, 비대칭 구조에 의해 발생하는 실리콘 융액 표면의 불활성 가스의 흐름의 분포(유동 분포)에 치우침을 갖게 함으로써, 실리콘 단결정 중의 산소 농도가 일정해지도록, 제어하는 것으로 했다.

[2] 제1 실시 형태

도 2 및 도 3에는, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 실리콘 단결정(10)의 제조 방법을 적용할 수 있는 실리콘 단결정의 인상 장치(1)의 구조의 일 예를 나타내는 개략도가 나타나 있다. 인상 장치(1)는, 초크랄스키법에 의해 실리콘 단결정(10)을 인상하는 장치이고, 외곽을 구성하는 챔버(2)와, 챔버(2)의 중심부에 배치되는 도가니(3)를 구비한다.

도가니(3)는, 내측의 석영 도가니(3A)와, 외측의 흑연 도가니(3B)로 구성되는 2중 구조이고, 회전 및 승강이 가능한 지지축(4)의 상단부에 고정되어 있다.

도가니(3)의 외측에는, 도가니(3)를 둘러싸는 저항 가열식의 히터(5)가 형성되고, 그의 외측에는, 챔버(2)의 내면을 따라 단열재(6)가 형성되어 있다.

도가니(3)의 상방에는, 지지축(4)과 동축상에서 역방향 또는 동일 방향으로 소정의 속도로 회전하는 와이어 등의 결정 인상축(7)이 형성되어 있다. 이 결정 인상축(7)의 하단에는 종 결정(8)이 부착되어 있다.

열 차폐체(12)는, 육성 중인 실리콘 단결정(10)에 대하여, 도가니(3) 내의 실리콘 융액(9)이나 히터(5)나 도가니(3)의 측벽으로부터의 고온의 복사열을 차단함과 함께, 결정 성장 계면인 고액 계면의 근방에 대해서는, 외부로의 열의 확산을 억제하고, 단결정 중심부 및 단결정 외주부의 인상축 방향의 온도 구배를 제어하는 역할을 담당한다.

또한, 열 차폐체(12)는, 실리콘 융액(9)으로부터의 증발물을 로 상방으로부터 도입한 불활성 가스에 의해, 로 외로 배기하는 정류통으로서의 기능도 있다.

챔버(2)의 상부에는, 아르곤 가스(이하, Ar 가스라고도 함) 등의 불활성 가스를 챔버(2) 내에 도입하는 가스 도입구(13)가 형성되어 있다. 챔버(2)의 하부에는, 도시하지 않는 진공 펌프의 구동에 의해, 챔버(2) 내의 기체를 흡인하여 배출하는 배기구(14)가 형성되어 있다.

가스 도입구(13)로부터 챔버(2) 내에 도입된 불활성 가스는, 육성 중인 실리콘 단결정(10)과 열 차폐체(12)와의 사이를 하강하여, 열 차폐체(12)의 하단과 실리콘 융액(9)의 액면과의 극간을 거친 후, 열 차폐체(12)의 외측, 추가로 도가니(3)의 외측을 향하여 흐르고, 그 후에 도가니(3)의 외측을 하강하여, 배기구(14)로부터 배출된다.

인상 장치(1)에는, 수평 자장이 인가된다. 수평 자장의 자력선은, 도 2에 있어서, 지면 직교 방향으로 흐른다. 열 차폐체(12)에는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 결정 인상축(7) 및 수평 자장의 인가 방향을 포함하는 면(S)에 대하여 비면대칭으로 되고, 또한 결정 인상축(7)에 대하여 비회전대칭 구조로 되는 절결부(121)가 형성되어 있다. 즉, 열 차폐체(12)에 절결부(121)를 형성함으로써, 열 차폐체(12)의 하단부 및 석영 도가니(3A) 내의 실리콘 융액(9)의 표면의 사이를 흐르는 불활성 가스의 흐름에, 비면대칭, 또한 결정 인상축(7)에 대하여, 비회전대칭인 유동 분포를 형성할 수 있다.

또한, 도 2에 나타내는 바와 같이, 챔버(2)의 상부의 절결부(121)의 바로 위에는, 방사 온도계(15)가 배치되고, 도 3에 나타내는 바와 같이, 절결부(121)의 근방이 되는 측정점(P)에 있어서의 실리콘 융액(9)의 표면 온도를 비접촉으로 측정할 수 있도록 되어 있다.

가스 도입구(13)로부터 공급되는 Ar 가스는, 실리콘 융액(9)의 표면에 공급되고, 액면을 따라 석영 도가니(3A)의 외측을 향하여 흐른다. 이 때, 절결부(121)의 부분을 흐르는 Ar 가스의 유속은, 절결부(121)에 의해 극간이 커지고 있는 만큼, 다량의 Ar 가스의 흐름이 발생하여, 다른 부분보다도 유량이 커진다. 한편, 절결부가 형성되어 있지 않은 부분의 Ar 가스의 유량은, 극간이 작은 상태로 유지되는 만큼, 작아진다.

이러한 인상 장치(1)를 이용하여 실리콘 단결정(10)을 제조하는 경우의 실리콘 단결정의 제조 방법에 대해서, 도 4에 나타내는 플로우차트에 기초하여 설명한다.

우선, 무자장의 상태에서 실리콘 단결정(10)의 대류를 발생시키고, 석영 도가니(3A)를 회전시킴으로써, 상하 방향의 대류를 결정 인상축(7) 둘레로 회전시킨다(공정 S1: 도 1(A)의 상태).

이 상태를 모든 실리콘 원료가 용융될 때까지 유지한다(공정 S2).

모든 실리콘 원료가 용융되면, 수평 자장을 인가하여, 대류의 움직임을 구속하고, 도 2에 나타내는 바와 같이, 실리콘 융액(9) 내의 좌회전의 대류를 절결부(121)의 형성 위치에 맞추어, 실리콘 단결정(10)의 인상을 개시한다(공정 S3: 도 1(D)의 상태).

실리콘 단결정(10)의 육성 중은, 수평 자장의 강도를 그대로, 적어도 0.2T 이상을 유지하고, 실리콘 단결정(10)의 직동부의 인상을 계속한다(공정 S4).

실리콘 단결정(10)의 인상이 테일부까지 도달하면, 수평 자장의 인가를 정지하고, 인상을 종료한다(공정 S5).

이러한 본 실시 형태에 의하면, 이하의 효과가 있다.

열 차폐체(12)의 하단 및 실리콘 융액(9)의 표면의 사이의 Ar 가스의 흐름에, 결정 인상축(7) 및 수평 자장의 인가 방향을 포함하는 평면을 중심으로 하여 비면대칭, 또한 결정 인상축(7)을 중심으로 하여 비회전대칭의 유동 분포를 형성함으로써, 실리콘 융액(9) 내의 대류를, 수평 자장의 방향을 중심으로 하여 우회전으로 할지, 좌회전으로 할지로 제어할 수 있다. 따라서, 이 상태를 유지함으로써, 실리콘 융액(9) 내의 대류가 좌회전인지 또는 우회전인지를 판정할 수 있다. 그리고, 이 상태에서 수평 자장을 인가함으로써, 실리콘 융액의 대류를 고정하여, 실리콘 단결정의 인상을 행할 수 있다. 따라서, 인상된 실리콘 단결정의 산소 농도의 2극화를 발생시키는 일 없이, 실리콘 단결정의 인상을 행할 수 있다.

실리콘 단결정(10)의 인상 종료까지, 수평 자장의 강도를 일정값 이하로 내리지 않으면, 실리콘 융액(10) 내부의 대류를 구속한 상태에서 실리콘 단결정(10)의 인상을 행할 수 있다. 따라서, 실리콘 융액 내부의 대류를 일정한 상태를 유지한 채로, 실리콘 단결정의 인상을 행하여, 2극화가 발생하는 일이 없는 실리콘 단결정을 인상할 수 있다.

열 차폐체(12)를, 결정 인상축(7) 및 자장 인가 방향을 포함하는 면에 대하여 비면대칭, 또한 결정축(7)에 대하여 비회전대칭 구조로 함으로써, 비면대칭으로 되는 부분과, 그 이외의 부분에 있어서의 Ar 가스의 유동 분포를, 비면대칭 또한 결정 인상축(7)에 대하여 비회전대칭인 것으로 할 수 있다. 따라서, 인상 장치(1)의 구조를 변경하는 것만으로, 본 발명의 실리콘 단결정의 제조 방법을 실시할 수 있다.

또한, 본 발명은 이에 한정하지 않고, 예를 들면, 실리콘 융액(9)의 표면과 열 차폐체의 하단의 거리를 일부 변경함으로써, Ar 가스의 유동 분포를, 결정 인상축(7) 및 수평 자장의 인가 방향을 포함하는 면에 비면대칭으로 하고, 또한 결정 인상축(7)을 중심으로 하여 비회전대칭으로 해도 좋다.

이에 따라, 실리콘 융액(9)의 표면과 열 차폐체의 하단의 거리가 커지는 부분에서는, Ar 가스의 유량이 커지고, 작아지는 부분에서는, Ar 가스의 유량이 작아지기 때문에, 전술한 제1 실시 형태와 동일한 작용 및 효과를 가져올 수 있다.

[3] 제2 실시 형태

다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해서 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는, 이미 설명한 부분과 동일한 부분에 대해서는, 동일 부호를 붙여 설명을 생략한다.

전술의 제1 실시 형태에서는, 열 차폐체(12)에 절결부(121)를 형성함으로써, 결정 인상축(7) 및 수평 자장의 인가 방향을 포함하는 면(S)에 대하여, 열 차폐체(12)를 비면대칭, 또한 결정 인상축(7)을 중심으로 하여 비회전대칭의 구조로 하고 있었다.

이에 대하여, 본 실시 형태에 있어서의 비면대칭 구조는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 열 차폐체(16)의 실리콘 단결정을 끌어 통과시키는 구멍(161)이, 편심한 타원 형상으로 형성되어 있는 점이 상위하다. 구멍(161)은, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 수평 자장의 인가 방향과, 결정 인상축(7)을 포함하는 면에 대하여, 좌측의 영역의 면적이 커지고 있고, 또한 결정 인상축(7)에 대하여 비회전대칭인 형상을 갖고 있다.

이러한 본 실시 형태에 의해서도, 전술한 제1 실시 형태와 동일한 작용 및 효과를 가져올 수 있다.

[4] 제3 실시 형태

전술한 제1 실시 형태에서는, 수평 자장의 인가 방향과 결정 인상축을 포함하는 면에 대하여, 열 차폐체(12)를 비면대칭으로 하고 있었다.

이에 대하여, 제3 실시 형태에서는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 인상 장치(1A)의 챔버(2)의 하부에, 결정 인상축(7) 및 수평 자장의 인가 방향을 포함하는 면에 대하여, 대칭으로 2개의 배기구(17A, 17B)가 형성되어 있지만, 배기구(17A)의 배기 면적보다도, 배기구(17B)의 배기 면적의 쪽이 커지고 있는 점이 상위하다.

이에 따라, 배기구(17B)로부터의 배기량을 크게 할 수 있기 때문에, Ar 가스의 유동 분포가, 결정 인상축(7) 및 수평 자장의 인가 방향을 포함하는 면에 대하여, 비면대칭으로 되고, 또한 결정 인상축(7)을 중심으로 하여 비회전대칭으로 된다. 따라서, 전술한 제1 실시 형태와 동일한 작용 및 효과를 향수할 수 있다.

[5] 제4 실시 형태

전술한 제3 실시 형태에서는, 인상 장치(1A)의 챔버(2)의 하부에 2개소의 배기구(17A)가 형성되어 있었다.

이에 대하여, 제4 실시 형태에서는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 인상 장치(1B)의 챔버(2)의 하부의 편측 1개소에 배기구(18)가 형성되어 있는 점이 상위하다.

편측의 배기구(18)로부터만의 배기로 함으로써, 배기구(18)가 형성된 측의 Ar 가스의 배기량이 커지고, 그의 반대측의 Ar 가스의 배기량이 적어진다.

이러한 본 실시 형태에 의해서도, Ar 가스의 유동 분포가, 결정 인상축(7) 및 수평 자장의 인가 방향을 포함하는 면에 대하여 비면대칭으로 되고, 또한 결정 인상축(7)을 중심으로 하여 비회전대칭으로 된다. 따라서, 전술한 제1 실시 형태와 동일한 작용 및 효과를 향수할 수 있다.

실시예

다음으로, 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다. 또한, 본 발명은, 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

32인치의 석영 도가니(3A)에, 실리콘 원료 400㎏을 충전시키고, 전체 용융시켰다. 그 후, 실리콘 융액(9)의 표면과 열 차폐체(12)의 하단과의 사이의 거리가 30㎜가 되도록 석영 도가니 보존유지대를 연직 방향 상하로 이동시키고, 도가니 회전을 정지하고, 아르곤의 유량을 150L/min으로 설정했다. 그 상태로 1시간 보존유지한 후에 자장을 인가시키고, 수평 자장의 인가 후의 대류 모드가 우 소용돌이인지, 좌 소용돌이인지를 확인했다.

시험은 열 차폐체(12)의 형상과, 설치 위치를 바꾼 복수의 조건으로 각각 10회씩 시행했다. 조건 A는 축대칭 형상의 열 차폐체이다. 조건 B는, 조건 A의 열 차폐체(12)에 절결 형상을 더하고, 도 8에 나타내는 바와 같이 절결부(121)의 위치가, 수평 자장의 인가 방향과 동일한 방향이 되도록 설치했다. 조건 C, 조건 D는, 조건 B의 열 차폐체를, 절결 위치가 수평 자장의 인가 방향을 향했을 때에 각각 좌측 90도, 우측 90도가 되도록 설치했다. 조건 E, 조건 F는, 도 8에 나타내는 바와 같이 수평 자장의 인가 방향을 향했을 때에, 각각 좌측 45도, 좌측 135도가 되도록 설치했다. 표 1에 조건 A 내지 조건 F에 있어서의 좌 소용돌이, 모의 소용돌이의 발생률을 나타낸다.

조건 A 및, 조건 B에서는 좌 소용돌이와 우 소용돌이가 반반의 확률로 발생하고 있고, 어느 쪽의 대류 모드가 발생할지는 실질 랜덤이다. 즉, 종래 조건의 조건 A 및, 면대칭 형상의 조건 B에서는 대류 모드를 제어하지 못하고 있다.

이에 대하여, 조건 C에서는 100％로 좌 소용돌이 모드이고, 또한 조건 D에서는 100％로 우 소용돌이 모드이다. 조건 E 및 조건 F에서는 90％로 높은 확률로 좌 소용돌이로 되어 있다. 즉, 열 차폐체(12)에 절결부(121)와 같은 비면대칭 또한 비회전대칭 형상을 부여함으로써, 좌 소용돌이 모드와 우 소용돌이 모드를 자유롭게 선택할 수 있는 것이 확인되었다. 또한, 목표의 대류 모드가 되는 확률은, 비면대칭성이 높을수록 높아지는 것이 확인되었다.

[실시예 2]

다음으로, 실시예 1의 조건 A에서 이용한 열 차폐체(12)를 구비한 로에서, 실시예 1과 동일한 방법으로, 로체 측벽에 복수 존재하는 배기구(14)의 형상, 위치, 개수를 바꾸어 시험을 행했다. 본 시험을 실시한 로체에는, 도 9에 나타내는 로체벽의 4개소에 원통 형상의 [배기구 1] 내지 [배기구 4]가 부착되어 있다. 표 2에 나타내는 바와 같이, 각각의 배기구(14)의 내경을 변화시켰다. 또한 표 중의 제로는 배기구(14)를 제거한 것을 의미한다.

조건 A는 4개소 모두 직경 20㎜이고, 실시예 1의 조건 A와 동일하다. 조건 G, H, 조건 I, 조건 J는, 각각 [배기구 1], [배기구 2], [배기구 3], [배기구 4]만을 직경 10㎜로 하고, 배기량을 작게 했다. 조건 K, 조건 L은, 각각 [배기구 1], [배기구 3]만을 남기고, 그 이외의 3개의 배기구(14)를 제거했다. 표 3에 각각의 조건에 있어서의 좌 소용돌이, 우 소용돌이의 발생률을 나타낸다.

조건 A, 조건 H, 조건 J에서는 좌 소용돌이와 우 소용돌이가 반반의 확률로 발생하고 있고, 어느 쪽의 대류 모드가 발생할지는 실질 랜덤이다. 즉, 종래 조건의 조건 A 및, 면대칭 형상의 조건 H, 조건 J에서는 대류 모드를 제어하지 못하고 있다.

이에 대하여 조건 G는 약간이기는 하지만 좌 소용돌이의 발생률이 높고, 조건 I에서는 우 소용돌이의 발생률이 높다. 또한, 조건 K에서는 100％로 우 소용돌이이고, 조건 L에서는 100％로 좌 소용돌이이다. 즉, 배기 구조를 비축대칭으로 하고, 열 차폐체와 실리콘 융액 간을 흐르는 아르곤의 유속을 비축대칭으로 함으로써도, 좌 소용돌이 모드와 우 소용돌이 모드를 자유롭게 선택할 수 있는 것이 확인되었다.

1 : 인상 장치
1A : 인상 장치
1B : 인상 장치
2 : 챔버
3 : 도가니
3A : 석영 도가니
3B : 흑연 도가니
4 : 지지축
5 : 히터
6 : 단열재
7 : 결정 인상축
8 : 종 결정
9 : 실리콘 융액
10 : 실리콘 단결정
12 : 열 차폐체
13 : 가스 도입구
14 : 배기구
15 : 방사 온도계
16 : 열 차폐체
17A : 배기구
17B : 배기구
18 : 배기구
121 : 절결부
161 : 구멍
P : 측정점
S : 결정 인상축 및 수평 자장의 인가 방향을 포함하는 면
S1 : 공정
S2 : 공정
S3 : 공정
S4 : 공정
S5 : 공정

Claims (4)

1. 챔버와, 상기 챔버 내에 배치되는 석영 도가니와, 상기 석영 도가니의 상부를 덮는 열 차폐체를 구비한 인상 장치를 이용하여, 상기 챔버 내에 불활성 가스를 흐르게 하고, 또한 상기 석영 도가니 내의 실리콘 융액에 수평 자장을 인가하여, 실리콘 단결정을 인상하는 실리콘 단결정의 제조 방법으로서,
   상기 열 차폐체의 하단부 및 상기 석영 도가니 내의 실리콘 융액의 표면의 사이를 흐르는 상기 불활성 가스의 흐름에, 상기 인상 장치의 결정 인상축 및 상기 수평 자장의 인가 방향을 포함하는 평면에 대하여 비(非)면대칭이고, 또한 상기 결정 인상축에 대하여 비(非)회전대칭인 유동 분포를 형성하는 공정과,
   형성된 비면대칭 또한 비회전대칭인 유동 분포를, 상기 석영 도가니 내의 실리콘 원료가 모두 용융될 때까지, 무자장으로 유지하는 공정과,
   상기 실리콘 원료가 모두 용융된 후에, 상기 수평 자장을 인가하여 상기 실리콘 단결정의 인상을 개시하는 공정
   을 실시하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 실리콘 단결정의 인상을 개시하는 공정의 후, 상기 실리콘 단결정의 인상 종료까지, 상기 수평 자장의 강도를 일정값 이하로 내리지 않고 상기 실리콘 단결정의 인상을 행하는 공정
   을 실시하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 제조 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 기재된 실리콘 단결정의 제조 방법을 실시하는 실리콘 단결정의 인상 장치로서,
   상기 인상 장치를 구성하는 상기 열 차폐체가, 상기 결정 인상축 및 자장 인가 방향을 포함하는 평면에 대하여, 비면대칭 또한 상기 결정 인상축에 대하여 비회전대칭 구조인 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 인상 장치.
4. 제1항 또는 제2항에 기재된 실리콘 단결정의 제조 방법을 실시하는 실리콘 단결정의 인상 장치로서,
   상기 인상 장치는, 상기 불활성 가스를 배기하는 배기구를 구비하고,
   상기 배기구의 형상이, 상기 결정 인상축을 중심으로 하여 비대칭 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 인상 장치.

Images