KR920003612B1

KR920003612B1 - 실리콘 단결정 성장(Pulling-up)장치

Info

Publication number: KR920003612B1
Application number: KR1019870015145A
Authority: KR
Inventors: 스이쯔 마쯔오; 가즈오 이또; 마사유끼 사이또
Original assignee: 도시바 세라믹스 가부시끼가이샤; 히요시 준이찌
Priority date: 1986-12-26
Filing date: 1987-12-26
Publication date: 1992-05-04
Also published as: KR880008412A; DE3743880A1; JPS63166790A; DE3743880C2

Abstract

내용 없음.

Description

실리콘 단결정 성장(Pulling-up)장치

제1도는 본 발명에 따른 실리콘 단결정 성장 장치의 한 실시예의 단면도.

제2도는 본 발명에 따른 장치에서 사용되는 도가니 지지체의 다른 실시예의 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

3 : 회전축 4 : 도가니 지지체

5 : 도가니 6 : 실린더

본 발명은 실리콘 단결정 성장(Pulling-up)장치에 관한 것이다.

반도체 장치용 기재 물질로서 사용되는 실리콘의 단결정은 주로 챔버내에 도가니를 회전가능하도록 지지하고, 이 도가니 내에서 실리콘 물질을 용융시키며, 상부에 회전가능하도록 매어단 씨결정(Seed crystal)을 이 용융 실리콘 표면에 침지시켜 씨결정을 끌어올려 실리콘의 단결정 잉고트를 제조하는 초크랄스키법(CZ process; CZochralski process)으로 제조한다.

종래의 실리콘 단결정 성장 장치의 도가니 지지체는 챔버의 하부개구부로부터 챔버내로 연장된 회전축과 이 회전축 상단에 고착된 등방성 탄소의 도가니 형태의 보안기(Protector; 소위 탄소도가니)로 구성되어 있다. 실리카 유리제의 도가니가 이 보안기내에 수용되어 있다. 탄소도가니는 이 도가니의 열적 변형을 방지하기 위하여 그 두께가 충분히 두꺼워야 하였다.

종래의 탄소도가니는 동일한 물질로 실리카 유리 도가니 전체를 감싸고 있기 때문에, 이들 물질의 열팽창 계수가 서로 유사할 필요가 있다. 따라서, 특정의 물리적 성질을 갖는 등방성 탄소만이 사용 가능하게되어 선정 가능한 물질의 종류에 있어서 제한을 받아왔다. 종래의 탄소도가니는 등방성의 탄소블럭을 드릴링하여 제조되기 때문에 비용이 많이든다. 이밖에, 이같은 등방성 탄소블럭은 블럭기공으로부터 다량의 폐색가스(occluded gas)가 방출되어 실리콘 단결정을 오염시키며, 또 이 실리콘 단결정의 물리적성질에 나쁜 영향을 미친다.

이 탄소도가니는 그 파손을 방지하기 위한 수단, 예를 들어, 그 몸체를 3부분으로 분할하여 응력집중을 방지하는 수단을 구비하고 있다. 그러나, 그 사용수명이 반드시 길지만은 않으며, 이 도가니는 약 20회 사용한 후에는 교한해야만 하기 때문에 운전비용이 고가로 된다.

실리카 유리 도가니는 두꺼운 두께의 탄소도가니로 덮여있기 때문에, 가열기 출력변화에 대한 열적 응답이 느리고, 용융실리콘의 온도를 신속히 조절하기가 어렵게 된다. 이같은 문제점은 도가니의 직경이 증가할 수록 크게 된다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것이다. 본 발명의 목적은 운전비용을 줄일 수 있는 실리콘 단결정 성장 장치를 제공하는데 있다.

본 발명에 따라, 전술한 목적은 용융 실리콘 물질을 담기위한 실리카 유리 도가니; 이 도가니의 실린더형 부위의 외측 표면을 덮는 실린더; 이 도가니를 회전시키기위한 회전축; 이 실린더와 분리 설치되어 도가니와 실린더를 지지하도록 회전축 상단에 고착된 도가니 지지체로 구성되는 실리콘 단결정 성장 장치로 성취될 수 있다.

본 발명에 따른 실리콘 단결정 성장 장치에서는, 실린더형 몸체나 도가니 지지체중 1개만이 파손된 경우에는 이 파손된 부분만 교환하면 되는 관계로 운전비용이 절감된다.

본 발명에 따른 실린더는 예를 들어 탄소 또는 실리콘 카바이드섬유를 실린더에 감아 수지에 합침시킨 후 소결해서 구성되는 탄소 복합재이다.

이같은 탄소복합재로 제조한 실린더는 그 제조비용이 절감되고 또 파손되기 어려울 정도의 충분한 기계적 강도를 갖는다. 이 실린더는 폐색가스를 거의 방출하지 않으며, 실리콘 단결정의 물리적 성질에 대한 악 영향을 감소시킨다. 이 밖에도, 이 실린더는 주로 도가니의 변형을 방지해주기 때문에 도가니 지지체와 도가니간의 열팽창계수 차이에 대해서도 큰 주의를 기울일 필요도 없게 된다. 이 실린더는 등방성 탄소 뿐만아니라 소결된 니트리드 또는 실리콘 니트리드 필름으로 피복된 소결 실리콘 카바이드로도 제조할 수 있다. 이 실린더는 그 열적 응답이 빠르도록 두께를 상당히 얇게 제조할 수 있어, 탄소 가열기의 출력변화에 따라 용융실리콘의 신속한 온도 조절이 가능하다.

본 발명에 따른 도가니 지지체 물질은 등방성 탄소, 소결된 실리콘 니트리드 또는 실리콘 니트리드 필름으로 피복한 소결된 실리콘 카바이드가 바람직하며 이를 사용해서 도가니 지지체 내의 폐색가스방출을 더 줄일 수가 있다.

이밖에 본 발명에 따른 실린더는 도가니 지지체보다 두께가 얇은 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 장치의 실시예를 도면에 따라 다음게 기술하였다. 다음에 기술되는 실시예는 단지 본 발명을 명확히 이해시키기 위한 수단에 불과하다. 본 기술 분야에 숙련된자라면, 특허청구의 범위에 명확히 정의된 본 발명 범위를 벗어나지 않은 상태에서 각종 변경과 수정을 가하는 것이 가능하다.

제1도에서 챔버(1)는 그 상단에 당김 챔버(2)를 갖고 있다. 회전축(3)은 챔버(1)의 하부 개구를 통해 챔버(1)내로 연장되며, 또 그 상단에는 등방성 탄소로된 도가니 지지체(4)가 고착되어 있다. 이 지지체(4)위에는 실리카유리 도가니(5)와 이 도가니(5)의 실린더부위의 외측 표면을 감싸주는 실린더(6)가 놓여지게 된다. 실린더(6)는 탄소 섬유를 실린더에 감아서 수지에 합침시켜 태워 구성된 탄소복합재로 제조된다. 이 실린더(6)의 두께는 도가니 지지체(4)보다 더 얇다. 이 실린더(6)는 챔버(1) 바닥을 통해 연장된 전극(8)과 연결된 실린더형 탄소가열기(7)로 둘러싸이게 된다. 이 가열기(7)은 다시 실린더형 열절연체(9)로서 둘러싸여 있다. 이 열절연체(9)와 챔버(1)사이에는 가열기(7)의 열효율을 개선하기 위하여 열절연체, 예를 들어 탄소질 세라믹 형태의 열절연체 또는 실린더상으로 배치된 다수의 직립 실리카 유리관을 구비하는 것이 바람직하다.

전술한 실리콘 성장 장치를 사용해서 실리콘 단결정 잉고트의 성장을 다음과 같이 행할 수 있다. 다결정 실리콘 물질을 도가니(5)내에 채우고, 가열기(7)에 전원을 연결시켜서 도가니(5)내의 물질을 용융시키고, 또 끌어올림축(11)의 하단에서 시드척(12 : Seed chuck)에 고정된 씨결정(13)을 당김챔버(2) 상부에 매달아 용융실리콘(10)에 침지하여 끌어 올려 실리콘 단결정 잉고트(14)를 제조한다.

이 장치에서, 도가니(5)의 실린더형 부분을 둘러싼 실린더(6)는 수평권취된 탄소섬유의 탄소복합재등으로 제조되며, 따라서 실린더(6)의 제조비용은 저렴하다. 이 실린더(6)는 깨지기 어려울 정도의 충분한 기계적 강도를 갖는다. 실린더(6) 또는 도가니 지지체(4)중 1개만 파괴된 경우, 그 파괴된 부위만 교환하면 되기때문에 운전비용 또한 저렴하다. 이 실린더는 폐색가스(Occluded gas)를 전혀 방출시키지 않는다. 폐색가스 문제를 유발시키는 등방성 탄소는 단지 도가니 지지체(4)를 구성하는데만 사용되기 때문에 실리콘 단결정의 물리적 성질에 미치는 나쁜 영향이 감소하게 된다. 또한 도가니 지지체(4)와 도가니(5)사이에서의 열팽창계수 차이에 큰 주의를 기울일 필요도 없다. 이 도가니 지지체(4)는 소결된 실리콘 니트리드 또는 실리콘 니트리드 필름으로 피복한 소결된 실리콘 카바이드로 제조해서 폐색가스의 방출을 줄일 수도 있다.

도가니(5)의 실린더형 부분을 감싸고 있는 이 실린더(6)는 두께가 얇기 때문에, 그 열적 응답이 아주 빨라 가열기(7)의 출력 변화에 대하여 용융실리콘(10)의 신속한 온도조절이 가능하다. 따라서, 실리콘 단결정의 특성이 개선된다.

제2도에 도시한 바와 같이, 도가니(5)의 실린더형 부분의 외측 표면을 감싸고 있는 실린더(6)는 그 하단을 도가니 지지체(4)내부로 매몰시킬 수도 있다.

도가니(5)는 각종 형태를 취할수 있으며 제1도 및 제2도에 도시한 형태로 제한하는 것은 아니다. 또한 도가니는 상방향으로 갈수록 점차 벌어지는 테이퍼형의 도가니를 사용할 수도 있다. 이 경우에, 실린더(6)는 도가니(5)형태에 상응하는 형을 취할 수도 있다.

Claims

용융 실리콘 물질을 담기위한 실리카 유리 도가니; 이 도가니의 실린더형 부위의 외측 표면을 덮는 실린더; 이 도가니를 회전시키기 위한 회전축; 이 실린더와는 분리설치되고 도가니와 실린더를 지지하기 위하여 회전축 상단에 고정된 도가니 지지체로 구성된 실리콘 단결정 성장 장치.
제1항에 있어서, 상기 도가니 지지체가 등방성 탄소, 소결된 실리콘 니트리드 또는 실리콘 니트리드 필름으로 피복하여 소결시킨 실리콘 카바이드로 제조된 실리콘 단결정 성장 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 실린더가 실린더에 권취하여 수지에 함침시킨 후 태워준 탄소 섬유 또는 실리콘 카바이드 섬유로 구성되는 실린더형 탄소 복합재로 제조된 실리콘 단결정 성장 장치.
제1항 또는 제2항 있어서, 실린더 두께가 도나기지지체 두께보다 작은 실리콘 단결정 성장 장치.