KR920009563B1 - 반도체 결정의 인상 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

반도체 결정의 인상 방법

제1도는 본 발명에 따른 결정인상 장치의 단면도.

제2도는 제1도 장치의 일체형 이중도가니의 평면도.

제3도는 본 발명의 방법에서 사용된 다른 일체형 이중도가니의 종단면도.

제4a도 내지 4c도는 제3도 도가니의 탈착이 자유로운 고정 상태를 나타낸 일체형 이중도가니의 종단면도.

제4d도와 같이 그 위치가 결정된 막대(24a)를 외부도가니(11b)의 상부 가장자리에 설치하고, 동일한 방법으로 고정시킨 것을 나타낸 도.

제4e도와 같이 위치가 결정된 막대(24d)를 외부도가니(11c)의 상부 가장자리에 세워진 가이드 막대(11d)에 설치하여서, 고정시킨 것을 나타낸 도.

제5도는 및 제6도는 본 발명에 따른 연통관의 작용을 설명하는 그래프.

제7a도 및 7b도는 본 발명의 방법에 있어서 용융액 온도의 선택에 관한 설명도.

제8도는 실시예 1의 효과를 설명하는 그래프.

제9도 및 제10도는 실시예 2의 효과를 설명하는 그래프,

제11도는 실시예 3에서 사용된 결정인상 장치의 주요부분을 나타낸 단면도.

제12도는 실시예 3의 효과를 설명하는 그래프.

제13a도 및 13b도는 본 발명의 방법에서 사용되는 또 다른 일체형 이중도가니의 종단면도.

제14도는 종래의 부유형 이중도가니 인상 장치의 주요 부분을 나타낸 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 도가니 본체 12 : 격리벽

15 : 작은구멍 16, 41, 42 : 연통관

20, 21 : 용융액 6, 17, 32 : 반도체 결정

24 : 내부도가니 34 : 언도우프 원료 투입기구

35 : 도우프제투입기구

본 발명은 반도체 결정의 인상 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 내실과 외실로 구분된 일체형 이중구조 도가니를 이용하여 비저항 및 그 밖의 결정특성을 제어하게 되는 실리콘등의 반도체결정을 인상하는 방법에 관한 것이다.

종래의 방법으로서 초크랄승키법(CA법)을 이용하여 도가니의 용융액 중에서 봉상(棒狀)의 반도체 단결정을 성장시킬 경우, 공지되어 있는 바와 같이, 성장된 단결정의 길이 방향에 따른 불순물 농도 분포C는 다음식으로 나타낼 수 있다

여기서, 는 도펀트의 편석(偏析)계수이고, Co는 용융액의 초기 불순물 농도이며, G는 고화율이다.

따라서, 길이방향에 따른 불순물 농도 분포는, 특히 K가 작을 때 변화가 커지게 되어, 필요한 불순물 농도범위(이 불순물이 전기적으로 활성적인 물질, 즉 전도성 불순물인 경우에는 비저항 범위)를 갖는 단결정의 수율을 크게 저하시키게 된다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 내부도가니의 안에 있는 액면을 일정하게 유지하게 하는 부유형 이중 도가니법이 제안되어 있는바, 이방법은 게르마늄이나 실리콘의 단결정을 성장시키는데 적용되어 왓다. 이 방법을 제14도를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 제14도에서 외주도가니(1)의 내부의 내부도가니(2)가 부유된 상태로 배치되어 있고, 내부도가니(2)의 바닥에는 작은 구멍(3)이 뚫려져 있다. 내부도가니(2)안에 있는 용융액(4)으로부터 결정(6)을 인상시킬때, 내부도가니(2)의 부력과 중력과의 균열을 이용하거나, 고정된 내부도가니(2)에 대해 외부도가니(1)를 상승시킴으로써, 외부도가니(1)내에 있는 용유액(5)을 작은 구멍(3)을 통해 공급하여서, 내부도가니(2)안에 있는 용융액(4)의 높이 n를 일정하게 한다. 이렇게 내부도가니(2)안에 있는 액면의 높이 h를 일정하게 하면서 내부도가니(2)안에 있는 용융액(4)으로부터 결정(6)을 인상시키게 되면, 외부도가u(1)안에 있는 용융액(5)중의 불순물 농도를 Co로 하고 내부도가니(2)안에 있는 용융액(4)중의 불순물 농도를 Co/k(여기서, k는 불순물 편석계수)로 할때, 인상된 결정(6)에 모아진 불순물 농도는 Co가 되어, 결정인상에 사용된 것과 같은 량의 용융액(순수한 실리콘이나 게르마늄)과 불순물은 항상 외부도가니(1)안에 있는 용융액(5)으로부터 내부도가니(2)안에 있는 용융액(4)으로 공급된다. 따라서 내부도가니(2)안에 있는 용융액(4)의 불순물의 농도는 일정한 값 Co/k로 유지되고, 그 결과 인상된 결정(6)의 불순물 농도도 일정한 값Co로 유지되게 된다.

그러나, 인상시킴에 따라 용유액이 소비되어, 내부도가니(2)의 바닥이 외부도가니(1)의 바닥에 닿게된 후에는, 이러한 불순물 농도의 일정한 관계는 성립되지 않게 되고, 결정(6)중의 불순물 농도도 고화율과 함께 변화(농축)된다. 즉, 고화율 G가 다음과 같을 때,

여기서, H는 외부도가니안에 있는 용융액의 초기높이이고, h는 인상시 일정하게 유지시켜야 할 내부도가니 안에 있는 용융액 액면의 높이이다.

상기 고화율의 범위 밖에서는 불순물의 농도가 일정한 결정을 얻을 수 없게 된다. 따라서, 공여체 또는 수여체가 된 불순물을 이용하여, 길이 방향으로 비저항이 균일한 결정을 육성하고자 하여도, 이는 고화율이 고작 0.6~0.7까지로, 그 이후에는 비저항이 급격히 변화하게 되는 단점이 있다.

한편, 다른 단결정 육성방법으로서 플로팅존법(FZ법)이 있는바, 이 방법에 의하면 봉상인 하나의 단결정의 길이방향으로 분술물 농도가 균일한 단결정을 육성하는 것이 가능하다. 그러나, 법에 의한 단결정은 일반적으로 도펀트불순물의 결정직경 방향 단면내의 분포가 CZ법 단결정에 비해 상당히 나쁘다는 것을 알 수 있다. 예컨대 5＂의 (111) Si단결정 웨이퍼의 경우, 4단계의 비저항측정에 의한 비저항 P'의 면내분포는, CZ법에서 △P'가 Si6~15%; 것에 비해 FZ법에서 △P' 20~50%에 달한다. 여기서, △P'=(P_max-p_min)/p_min이다. 또한, 광범위 저항측정에 위한 면내저항 변화분 △P_SR은, CZ결정에서 10~20%인 것에 비해 FZ결정에서는 30~50%에 달한다.

또한, 실리콘 단결정으로 한정하여 말하자면, CZ법에서는 용융액을 수용하는 석영도가니에서 산소가 결정중에 1×10¹⁸atoms/cc 정도가 혼입되지만, FZ에서는 도가니와 접촉이 일어나지 않으므로 산소의 혼입이 적다. 그런데, 이 실리콘 결정중의 산소는 웨이퍼를 귿게 하는 성질이 있으므로, FZ법 웨이퍼는 CZ법 웨이퍼에 비해 열처리 중에서 웨이퍼가 변화되기 쉬우며, 슬립(Slip)이 발생되기 쉬운 등의 단점이 있다.

이에 본 발명자들은, 상기 CZ법, 부유형 이중도가니법, FZ법의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 이미 신규한 일체형 이중도가니를 갖는 결정인상장치를 제안한 바 있다(일본특허 공잭 소 61-221896호 관련출원으로는 일본특허출원 소61-238034호, 일본특허출원 소62-200839호, 일본특허출원 소62-229632호이다. 본원 발명은 상기와 같은 이미 제안된 발명들을 개량하고 발전시킨 것이다.

본 발명의 목적은 육성된 반도체 단결정에서의 내면 비저항값이 비교적 균일하게 되도록 하면서 결정의 길이방향에서의 비저항을 또는 비저항과 함께 다른 특성을 제어하는 반도체 결정의 인상 방법을 제공하는데 있으며, 또한 다른 목적은 상기 특성일 바람직한 범위 안에 있는 단결정을 고수율로 육성하는 반도체 결정 인상 방법을 제공하는데 있다.

이하 본 발명은 상세히 설명하면 다음과 같다 .

본 발명은 일체형 이중도가니를 이용하여 반도체 결정을 인상하는 것으로서, 반도체 원료 용융액이 체워진 도가니안에 도가니와 동심(同心)으로 원통형의 격리벽을 설치하여 도가니 안을 내실과 외실로 구분하고, 그 격리벽의 옆벽면에 작은 구멍과 그 작은 구멍에 연결된 파이프통로와 같은 내실과 외실을 연통하는 연통관을 통해 외실안에 수용되어 있는 원료 용융액을 내실안으로 공급하면서 외실안의 원료 용융액의 불순물조성과는 달리 제어된 불순물 조성의 내실안 용융액으로부터 결정을 인상시키는 것이다.

따라서 이 일체형 이중도가니에 있어서의 연통관은, 용융액을 외실에서 내실로 용이하게 이동시킬 수 있음과 동시에, 실제로 불순물이 내실에서 외실로 유출되지 않도록 하여야 한다.

본 발명은, 이러한 연통관으로서, (1) 상기 연통관의 내경을 a로 하고 상기 내실의 내면 원주를 b로 했을때, 상기 연통관의 길이 L은 b＞L≥4a로 하는 것임을 특징으로 한다. L≥4a 조건을 만족시켜 주게 되면 연통관 내경 a에 관계없이 또는 도가니의 회전등에 의존하지 않고 불순물의 제어효과가 현저하게 향상되며, b＞L이면 용융액의 이동이 용이해지게 된다. 연통관의 단면 형상은 장방형이나 타원형이어도 문제되지 않으며, 이 경우 단경을 내경으로 간주한다. 또한, 실리콘 단결정을 인상시킬때, (2)연통관 내경 a를 a≥2mm로 하면 용융액이 쉽게 이동되어질 수 있고, 30mm＞a로 하면 불순물의 유출이 없으며, 더우기(3) 격리벽 바깥쪽 부근에서의 내실안 용융액의 온도보다 적어도 15℃이상높게 하게 되면 용융액 표면에서의 결정석출 이상을 방지할 수 있게 된다.

또한, 내실에 도우프 용융액을 수용하고 외실에는 언도우프 용융액을 수용하며, 상기 (1)의 조건을 만족시킴과 동시에, (4) 도가니 본체의 내경을 2R이라 하고 이와 동심의 원통형 격리벽의 내경을 2r이라 했을때, 식 k_eff=(R/r)²k로 나타내어지는 외관의 편선계수 k_eff가 1의 값을 갖도록 r/R을 선택하게 되면, 단결정의 길이방향에 따른 그의 불순물 농도는, 고화율과는 관계없이, 이론상으로 또한 실용상으로도 일정해진다. 또한 외관의 편석계수가 1에 가깝도록 r/R을 선택하게 되면, 비저항과 함께 그 밖의 특성에 대해서도 바람직한 범위로 제어할 수 있게 된다.

이하 본 발명을 첨부된 도면에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 제1도는 본 발명에서 사용된 반도체 결정의 인상장치를 나타낸 것이다. 여기서는 도면을 간단히 하기 위해 하트 존(hot zore)을 수용하는 용기, 보온통, 히타(heater)등은 생략하였다.

제1도에에 있어서, 부호 12는 상하이동 및 회전이 가능한 도가니축(13)dnl에 고정되어 있는 흑연도가니이고, 부호 11은 gmr연도가니(12)의 내면에 밀착되게 설치된 석영제원통형 용기인 외부도가니로서, 상기 외부도가니(11)는 흑연도가니(12)에 의해 지지되어 있다. 외부도가니(11)안에는, 도면에 도시한 바와 같이 격리벽을 관통하게 되는 구멍(15)과 여기에 연결된 석영제의 파이프상 연통관(16)을 갖는 석영제의 원통형 격리벽(14)이 설치되어 있다. 원통형의 격리벽(14)은 외부도가니(11)의 안쪽 바닥면에 융착가공되어 있어서, 격리벽(14)의 안쪽은 용융액(20)을 수용하는 내실을 구성하게 되며 격리벽(14)의 바깥쪽과 외부 도가니(11)와의 사이에는 용융액(21)을 수용하게 되는 외실 형성되게 된다.

한편, 제2도는 격리벽을 융착가공시킨 제1도의 장치에 있어서 도가니의 평면도를 나타낸 것이다. 연통관(16)은 격리벽(14)에 형성된 작은 구멍(15)의 안쪽으로부터 내실쪽으로 연결해도 좋으나, 본 구현예에서는 연통관(16)을 작은 구멍(15)의 바깔쪽으로부터 외실쪽으로 연결하였는 바, 원통형 격리벽(14)의 바깥면에 감겨진 형태로 융착가공시켰다. 또한, 격리벽(14)은 제1도 및 제2도에 나타낸 바와 같이 원통형으로 하는 것도 좋으나, 제3도에 나타낸 바와 같이 원통용기형의 내부도가니(24)를 외부도가니(11)안에다 융착시킬 수도 있다.

또한, 제3도의 내부도가니(24)의 내경 r과 외부도가니(11)의 내경 R과의 비율 r/R을 변화시켜 주면서 사용하는 경우도 많기 때문에, 내부도가니(24)를 외부도가니 (11)에 융착시키지 않고, 받침기구등을 이용하여 동일축으로 바닥부분을 접촉시켜서 탈착이 가능하도록 고정시킬 수도 있다. 예를 들면, 제4a도에 표시된 바와 같이 선단이 내부도가니 안쪽벽에 접하도록 상부 가장자리에 3줄기 이상으로 방사형태로 돌출되는 부분을 형성하고, 막대(24a)를 이용하여 내부도가니(24b)와 제4b도에 표시된 외부도가니(11a)을 제4도와 같이 조합시킨 양도가니(11a, 24b)를 동일축으로 바닥부분을 접합시켜서 탈착이 가능하도록 고정시킨 것, 제4d도와 같이 그 위치가 결정된 막대(24a)를 외부도가니(11b)의 상부 가장자리에 설치하고, 동일한 방법으로 고정시킨 것, 제4e도와 같이 위치가 결정된 막대(24d)를 외부도가니(11c)의 상부 가장자리에 세워진 가이드 막대(11d)에 설치하여서, 고정시킨 것등을 들 수 있다.

제5도에는 연통관의 내경 a및 L(제2도 참조)를 변화시켰을때의 불순물의 유출억제효과가 나타나 있다. 이 실험은 외부도가니 14'ø, 내부도가니8＂ø, 실리콘원료를 20kg부하하고, 도가니의 회전수가 8rpm인 도가니에서, 멜트(melt)완료후, 내부도가니에서 P(인)를 도우프하여 2시간동안 계속 회전시킨 다음, 내부도가니의 용융액중 P의 농도 C_in와 외부도가니의 용융액농도 C_out을 조사한 것이다. 제5도에는, 상기 조건에서, 내경a를 2mm, 3mm, 6mm로 하고 L/a를 1∼32(가로축)로 했을때의 C_out/C_in비 (세로축)를 나타내었다.

또한, 제6도에는, 제5도에서와 같은 도가니와 용융액 및 도우프양에서, 내경 a가 6mm인 조건에서 도가니의 회전수를 0rpm, 3rpm, 8rpm으로 했을때와, 회전수를 0rpm으로 하고 3000가우스(gauss)의 자장을 인가했을때, 2시간 경과후의 C_out/C_in을 나타내었다.

제6도의 결과를 고찰하여 보면 다음과 같다. 일반적으로, 도가니 안의 용융액에는 도가니 회전에 의한 강제대류나 열대류가 존재한다 .또한, 실리콘 용융액은 강자류체이므로, 강자기장이 인가될때는 대류가 현저하게 억제된다 .따라서, 제6도의 4가지 조건중에서, 대류가 가장 약한 것은 도가니회전수 0rpm에서 300가우스의 자장을 인가한 경우이며, 그 다음으로는 0rpm, 3rpm, 8rpm의 순으로 강해지게 된다. 이렇게 보면, 내실의 안쪽에 있는 용융액중의 불순물의 유출은, 이 도가니안의 대류, 즉 연통관의 출입구 부근에서 발생하게 되는 과류, 활류등에 의해 연통관을 통과하여 용융액이 직접적으로 교환되기 때문이며, 단순 확산에 의한 불순물의 전파에 주로 지배되는 (Leverton, W. F(1958), J. Appl. Phys.,29, 1241, Blackewell, G. R(1961), J. Electronics and Controll, 10, 459 참조)것이 아니다. 이러한 용융액의 직접적인 교환을 억제하려면, 제5도 및 제6도의 실험에서 나타난 바와 같이 L/a를 4이상, 바람직하게는 10이상으로 하는 것이 좋다는 결론에 도달한다.

또한, 실리콘 단결정을 인상시킬때, 연통관의 내경a을 1mm로 하면 석영재가 연화, 변형됨에 따라 구멍이 메꾸어질 수 있으며, 2mm로 하면 간신히 공급할 수 있는 정도이고, 3mm이상이 되어야 안정적으로 공급할 수 있다. 내경이 30mm을 초과 할 경우에는 L/a을 4이상으로 하여도 불순물의 유출을 억제하는 효과가 그다지 나타나지 않게 된다.

제7a도는 실리콘 단결정을 인상시킬때 외실과 내실의 실리콘 용융액 표면온도의 분포를 나타낸 것으로서, 격리벽 부근의 외실안쪽 용융액과 내실안쪽 용융액과의 온도차 △T가 작을 경우에는 제7b도에서와 같이 격리벽(14)으로부터 장출된 결정(20a)이 성정한다. △T가 5℃일 경우 5회중에 2회는 장출되었고 3회는 장출되지 않았으며, 20℃일 경우에는 5회중에 1회는 장출되었고 4회는 장출되지 않았으며, 30℃이상일 경우에는 전혀 장출되지 않았다. 그러므로, 격리벽(14)부근의 외실에 있는 용융액의 온도를 내실에 있는 용융액의 온도보다 적어도 15℃이상 높게 함으로써, 실리콘 단결정를 순조롭게 인상시킬 수 있다.

본 발명의, 일체형 이중도가니에서 원료 용융액을 수용하는 실(室)의 수는, 제1도 내지 제3도에서 본 바와 같이, 종래의 CZ법에서와 같은 1실이 아니라, 종래의 부유형 이중도가니와 같이 2실이다. 그러나, 부유형 이중도가니에는 상하로 배치된 내부도가니와 외부도가니의 2실인 것에 비해, 제1도 내지 제3도에 따른 일체형 이중도가니는 실제로 동일한 레벨로 배치된 내실과 외실의 2실이다. 그리고 부유형 이중도가니에서는 전술한 바와 같이 내부도가니의 액면의 높이가 일정하나, 제1도 내지 제3도에 나타낸 일체형 이중도가니에서는 인상 중의 내실안 용융액 액면 높이와 외실안 용융액 액면 높이와는 연통관으로 인해 실질적으로 같아지며, 또한 인상원료용융액인 내실안 용융액의 액면 높이는 점차로 저하되므로 일정하지 않다. 그러나, 본 발명에 있어서 일체형 이중도가니의 본질은 내실과 외실 2실이 동심의 원통형 격리벽에 의해 구분되는 것과 불순물의 유출을 억제하는 연통관을 설치한다는 이 두가지 점에 있으며, 제1도 내지 제3도에서와 같이 내실안 용유액과 외실안 용융액의 액면 높이를 같게 하는 것이나 인상중에 내실안 용융액의 액면 높이를 일정하게 하는 것과는 관계가 없다 .

[실시예 1]

본 실시예에 의거하여, 결정의 길이 방향에 있어서 공여체나 수용체의 불순물 농도를 제어하는 것에 대해 설명하면 다음과 같다.

제1도와 같은 형태로 이루어지는 결정인상 장치에 있어서, 도가기의 외실 안쪽에 용융액(21)을 언도우프로 하고, 외부도가니(11)의 내경을 R, 격리벽(14)의 내경을 r로 했을때, 내실 안쪽에 있는 도우푸용융액(20)에서 인상된 결정(17)내의 불순물의 편석은, 다음 식으로 표시되는 외관의 편석계수 k_eff에 따르게 된다.

일반적인 불순물의 경우 편석계수는 k는 1보다 작으므로 (P, B, Sb의 k는 각각 0.35, 0.80, 0.20이다), 격리벽(14)의 내경 r을 적당하게 선택함으로써 k_eff를 1로 하거나 1에 근접하도록 할 수 있다. k_eff가 1이라는 것은, 결국 인상되어진 결정의 길이방향에 따른 불순물 농도(저항이 낮은 경우는 비저항값)가 균일하다는 것을 의미한다.

인상된 결정중의 길이 방향에 따른 불순물 농도 분포를 균일하게 제어하는 경우의 본 발명의 조건으로서, 외실 안쪽에 있는 용융액을 항상 언도우프로 유지하지 않으면 안된다. 따라서, 특히 멜트나 넥킹(nedcing)과 같이, 내실과 외실 사이에서 용융액의 양적 이동이 거의 없는 경우에서도, 내실안 용융액(20)으로부터 외실안 용융액(21)으로 불순물이 유출되지 않는, 제5도 및 제6도에서 설명한 연통관(16)중 하나를 선택하였다. 즉, 연통관(16)의 내경 a를 4mm, 길이를 50mm로 하였다. 도가니로는 실리콘 투입량 14kg의 12'ø의 외부도가니를 이용하며, 원통형 격리벽의 내경r을

(P의 편셕계수 k=0.35이므로 하고, 불순물로서 P를 도우프시킨 내실의 원료 용융액으로부터 비저항 5~6Ω·cm의 4＂ø(111) 실리콘 단결정을 CZ법과 동일한 방법으로 성장시켰다.

제8도는 본 실시예에서 얻어진 단결정의 고화율(가로)축과 비저항값(세로)축의 관계(●표)를 나타낸 것이고, 비교를 위해 종래의 부유형 이중도가니법(○표)과 CZ법(△표)에 의한 것도 함께 나타내었다. 이와 같이 좁은 비저항 범위의 웨이퍼를 얻으려면, 종래의 CZ법에서는 30%이하, 종래의 부유형 이중도가니법에서는 60%정도(1-h/H의 고화율에서)인 것에 비해, 본 발명의 방법에서는 단결정의 길이방향 모두가 그 범위에 들어 있다.

본 실시예에서는 얻어진 웨이퍼의 비저항면내분포는 △ρ가 6∼15%로서, FZ법 웨이퍼의 △ρ15∼5%보다 우수하며, 통상의 CZ법 웨이퍼와 거의 동등한 분포를 보이는 것을 확인하였다.

[실시예 2]

결정의 품질의 높이기 위한 요구조건으로서는 비저항값 뿐만 아니라, 예를 들면, 산소농도가 있다. 본 실시예에서는 P 도우프 비저항을 7.5∼12Ω·cm의 범위로, 산소농도를 1.45∼1.80×10¹⁸atoms/cc의 범위로, 전도불순물P와 산소의 양농도를 제어한 것을 나타내고 있다 .

일반적으로 작은 도가니에서 비교적 큰 결정을 인상시킬때 산소농도가 높아지게 된다. 그러므로 r/R비를 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0(이 중에서 r/R비가 1.0일 경우는 통상의 CZ법에 해당한다)으로 하여 고화율에 대한 비저항값(제9도) 및 산소농도(제10도)를 얻는다. 비저항값에 대한 보유(步留)를 사용된(스파크 양품중량)/(스파크프리가능중량)의 유효재로 보유로 표시하여 다음 표 1에 나타내었다.

[표 1]

제9도와 제10도의 결과로 부터, 비저항 값이 길이 방향으로 균일해지는 것은 실시예 1과 같이 r/R=0.6의 조건에서이지만, 비저항값과 산소농도 모두가 바람직한 범위에 있는 것은 r/P=0.7의 조건(유효재로 보유는 90.7%)인 것을 알 수 있다 .

이와 같이, r/P을 적절히 선택하여 외관의 편식계수 k_eff를 가능한 1에 가깝도록 함으로써, 비저항과 산소농도를 적당히 비율로 바람직한 범위내에 넣을 수 있다(r/P=0.67로하는 것이 가능 좋으며 이 경우 보유는 것의 100%가 된다).

r/P의 선택은, 효소와 같은 도펀트 이외의 불순물에 관계될 뿐 아니라, 결정육성 조건에서도 적용된다. 결정육성 결정의 지름에 대해 가능한한 큰 지름의 도가니(부이상인 것이 좋다)를 사용하는 것이 용이하다. 따라서, 요구되는 비저항 값에 어느 정도의 변화폭이 있을 때에는 그러한 변화폭에 대응하는 k_eff의 범위내에서 가능한한 큰 r값을 선택하게되면 결정육성이 보다 용이해진다.

[실시예 3]

본 실시예는, 결정의 흠집이 생겼을때 원료 용융액을 초기상태로 되돌려 재인상시키는 것에 관한 것이다. 이 경우에도 내실로부터 외실로의 불순물 유출을 억제할 수 있는 연통관을 갖는 일체형 이중도가니의 효과가 발휘된다(종래 기술은 일본특허공개 소55-47300화, 소61-261288호, 소56-104779호, 소62-56399호 참조).

제11도는, 본 실시예에서 사용한 장치를 개략적으로 나타낸 것이다. 제11도에 있어서, 부호 31은 35kg의 용융액을 수용하는 16'ø의 도가니에 10＂ø원통형 격리벽(P도우프에 있어서 10＂/16＂)의 값은 P의 편석계수 k의 개평(開平)에 근접하도록 한 것이다)과 내경 6mm길이 100mm의 연통간을 갖는 일체형 이중도가니이고, 부호 32는 전위가 도입된 결정이며, 부호 33은 게이트밸브(gate valve)(33a)로 격리될 수 있는 풀챔버(pull chamber)이며, 부호 34는 언드우프 원료의 투입기구이며, 부호 5는 도우프제의 투입기구이다.

내실용융액의 P불순물 농도를 Co로하고, 외실용융액을 언도우프로 하여 인상시키는데 있어서, 5＂ø의 결정Wkg(51kg)을 인상시키는데 전위가 도입되었으므로 인상을 중지하고 결정을 풀챔버(33)에 받아, 게이트 밸브(33a)를 닫고 결정(32)을 제거하고, 중결정을 다시 셋트(set)한다. 그 다음 언도우프 원료 Wkg을 투입기구(34)로부터 도가니(31)의 외실에 투입하여 용해시킨 후, 제거결정(32)내의 도판트양(K C_oW/ρ, 단 ρ는 고체 Si의 비중)에 상당하는 1×10¹⁹atoms/cc 농도의 도우프제624mg을 투입기구(35)로부터 외실로 투입하여, 도가니(31)내의 용융액 상태를 초기 상태로 되돌려 인상을 재개시켜, 31kg의 5＂ø무전위 결정을 얻었다. 전위결정(32)의 인상중지 회수후, 인상재개까지 5시간이 요구된다. 비교를 위해, 재인상을 하지않은 일체형 이중도가니의 인상(일발법) 및 일체형 이중도가니의 멜트백법(5)의 불량결정을 되돌려 용해시켜서 재인상시킴) 인상을 다른 조건은 이 실시예와 동일하게 하여 수행하였다.

제12도에 이러한 고화율에 대한 비저항값을 나타내었다. 제12도에 나타낸 결과로부터, 체형 이중도가니에서는 재인상을 위해 장시간 조작하여도, L/D＞10이상의 연통관에서는 불순물 유출억제작용이 충분히 발휘되었으며, 재인상을 하지 않은 일발법의 경우와 거의 동등하게 비저항균일성이 유지되었다. 또한 일체형 이중도가니의 인상에서는, 종래의 CZ법에서 자주 이용되는 멜트백법을 행할 경우, 멜트백에 의해 내실안용융액이 외실로 유출되므로, 결정의 길이방향에 따른 비저항을 균일하게 할 수 없다 .

이상 본 발명을 실시예에 의거하여 서술하였으나, 본 발명에 있어서 불순물 유출을 방지하는 연통관 또는 k_eff가 1이나 1에 근접하도록 r/R을선택하는 기술적 사상은, 상기 실시예 이외에도 변형이 가능하다. 연통관은 그 위치와 형상이 자유로우며, 제13a도에서와 같이, 도가니의 바닥면 내부에 연통관(41)을 마련하거나, 제13b도에서와 같이 도가니의 바깥쪽에 연통관(42)을 설치하여도 좋다. 도가니나 격리벽 또는 연통관의 재질은, 석영재 이외에도 내열성 물질로 만들어진 것이나 또는 코팅시킨 것이어도 좋다. 연통관인 작은 구멍과 파이프상 통로는 복수개 설치될 수 있다. 또한 k_eff가 1 또는 1에 근접하도록 r/R을 선택하는 본 발명의 기술적 사상에 일치한다면, 당업자가 생각이 미치는 연통관 이외의 기구를 적용할 수도 있다 .

본 발명에 의하면, 일체형 이중도가니법에 있어서 연통관은 (1) 내지 (4)에 따라 구성되었는바, 내실로부터 외실로의 불순물 유출이 확실히 억제되고, 또한 실용상으로 유효한 일체형 이중도가u를 이용한 결정인상 방법이 제공한다. 더우기, 내실에는 도우프시킨 용융액을 수용하고 외실에는 언도우프시킨 용융액을 수용하여, 이를 (4) k_eff가 1에 근접하도록 r/R을 선택하여 상기 (1)의 연통관으로 연통시킴으로써, 비저항을 제어하여 100%에 가깝도록 인상결정의 비저항보유를 향상시키거나, 혹은 비저항과 기타 특성도 함께 억제하여 이러한 보유를 현저히 증대시킬 수 있다.

Claims (6)

1. 반도체 결정인상용 도가니안에 동심의 원통형 격리벽을 설치하여 상기 도가니안을 내실과 외실로 구분시킴과 동싱에, 상기 내실과 상기 외실과의 사이에 설치된 연통관을 통해 외실안에 수용되어 있는 원료 용융액을 내실안으로 공급하면서 내실안의 원료 용융액으로부터 반도체 결정을 인상시키되, 상기 연통관의 내경을 a라 하고 상기 내실의 내면 원주를 b라 했을때 상기 연통관의 길이 L을 b＞L≥4a로 하여서 됨을 특징으로 하는 반도체 결정의 인상 방법.
2. 제1항에 있어서, 원료 용융액 및 반도체 결정은 실리콘이고, 격리벽의 재질은 석영이며, 연통관의 내경 a는 30mm＞a≥2mm로 하여서 됨을 특징으로 하는 반도체 결정의 인상 방법.
3. 제1항에 있어서, 격리벽의 바깥쪽 부근에 있는 외실안의 용융액 온도가 격리벽의 안쪽 부근에 있는 내실안의 용융액 온도보다 15℃ 이상 높게 하여서 됨을 특징으로 하는 반도체 결정의 인상 방법.
4. 제1항에 있어서, 도가니의 본체의 그 내부에 도가니 본체와 거의 유사한 형태의 내부도가니가 수납되어 있으면서, 도가니 본체에 대해 동일축으로 바닥부분을 접촉시켜서 탈착이 가능하도록 고정되어 있고, 상기 내측도가니의 측벽을 격리벽으로 하여서 됨을 특징으로 하는 반도체 결정의 인상 방법.
5. 반도체 결정인상용 도가니 안에 동심의 원통형 격리벽을 설치하여 상기 도가니안을 내실과 외실로 구분하고, 상기 내실에는 편석계수 k의 도펀트에 따라 도우프시킨 용융액을 수용함과 동시에 상기 외실에는 언도우프시킨 용융액을 수용하고, 상기 내실과 상기 외실의 사이에 설치한 연통관을 통해 외실안의 언도우프 용융액을 내실안으로 공급하면서, 내실안의 도우프 용융액으로부터 반도체 결정은 일상시키되, 상기 연통관의 내경을 a라 하고 상기 내실의 내면 원주를 b라 했을때 상기 연통관의 길이 L을 b＞L≥4a로 하고, 도가니 본체의 내경을 2R이라 하고 동심의 원통형 격리벽의 내경을 2r이라 했을때 외관의 편석계수 k_eff가 1 또는 1에 근접하도록 r/R을 선택하여서 됨을 특징으로 하는 반도체 결정의 인상 방법.
6. 제5항에 있어서, 반도체결정의 인상은, 이미 형성된 결정을 제거한 후, 내실에 도우프제를 추가 투입하고 외실에 언도우프 원료를 추가 용해시켜서 초기 상태를 설정한 다음 반도체 결정을 재인상시켜서 됨을 특징으로 하는 반도체 결정의 인상 방법.

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