KR930005016B1

KR930005016B1 - 반도체제조용 용융 석영부재

Info

Publication number: KR930005016B1
Application number: KR1019870007998A
Authority: KR
Inventors: 폴 비후냑 피터; 어네스트 도군크 고든; 두칸 셸리 로버트
Original assignee: 제너럴 일렉트릭 캄파니; 마이클 제이.판툴리아노
Priority date: 1986-07-24
Filing date: 1987-07-23
Publication date: 1993-06-11
Also published as: IT8721109A0; US4911896A; JPS6355190A; IT1205214B; DE3723810A1; KR880002244A; US5308446A

Abstract

내용 없음.

Description

반도체제조용 용융 석영부재

제1도는 본 발명에 따른 수정된 용융 석영 도가니의 형성에 적당한 장치의 개략도.

제2도는 제1도 장치내에 형성된 도가니 부재의 횡단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

18 : 모터 구동 부재 24 : 진공 펌프

25 : 전극 조립체

반도체 등급 실리콘은 보통 용융 석영 용기내에 포함된 폴리실리콘의 용융된 배치(batch)에서 단결정으로 성장된다. 상기 성장을 수행하기 위한 크조크랄스키(Czochralski) 방법은 때때로 1450℃가 넘는 고온에서 용융된 폴리실리콘 덩어리로 부터 단결정 실리콘 로드를 추출하며 이런 과정은 하나의 배치에서 또는 계속되는 방식으로 수행된다. 그러한 방식으로 생산되는 반도체 물질을 만족스럽게 산출하기 위해 여러가지 이유로 작동 온도를 조심해서 제어해야 한다. 예를들면, 전형적인 제작 방법에 있어서, 용해시 축방향과 방사 방향의 온도를 조심해서 제어하기 위해 히터는 열차폐와 함께 사용된다. 상기 방법에서 로드(rod) 인상(pulling)비와 함께 온도를 제어함으로, 성장 결정의 직경이 제어된다. 단결정이 성장 배치형 처리 작동으로 인상되므로, 도가니 용기내 용융 레벨 역시 떨어져서 성장 처리중의 바람직하지 않은 열 변화를 회피하기 위해 상기 도가니의 자동 제어 상승이 일반적으로 사용된다. 따라서 상기 방법에서 온도 분배 제어가 주요 논점임을 알 수 있다.

그와 비슷하게, 도피 성분을 갖는 가스 대기로 고온에서 상술된 단결정 물질을 도핑함으로 실리콘 반도체 소자를 생산할때 주의깊이 온도가 제어된다. 이 통상의 처리에서, 상기 단결정 물질은 도핑성분이 단결정 물질로 열확산되도록 허용된 밀폐된 용융 석영 용기 및 가스 대기에서 가열된다. 보통 사용되는 용융 석영용기는 양단이 밀폐된 속이빈 실린더인데 주변 히터 장치로부터 공급되는 적외선 열 에너지가 침투되도록 광학적으로 투명한 용융 석영으로 제작된다. 바람직하지 않은 온도 변동이 상기 확산 처리중에 여러가지 이유로 생긴 열 손실로 인해 발생될 수 있으므로, 이 장치에서 온도 분배 제어는 역시 중요한 문제이다. 그러므로, 특별한 처리 작동중에 온도 분배를 제어하는 방식으로 반도체 등급 실리콘을 전체적으로 열처리하는 데 사용된 용융 석영 물질을 변경하는 것이 필요해진다.

놀랍게도, 실리콘 금속 결정의 제어된 량은 상기 수정된 물질을 통해 적외선 열 에너지 통로를 차단하기 위해 특별한 방식으로 용융 석영 기반으로 유도될 수 있음이 발견되었다. 특히, 구형의 미세한 크기의 실리콘 금속 입자의 분산상태는 상기 분산상태 영역에서 선택적으로 수정된 동작을 나타내는 합성 용융 석영 부재를 형성하기 위해 선정된 영역에서 분배된다. 예를들면, 도가니 부재는, 상술된 단결정 성장 처리에 사용하기 위해 상기 용기의 상부 벽부로 제한된 선정된 영역을 갖는 상기 수정된 용융 석영 물질로 형성될 수 있다. 이런 방식으로, 상기 처리에 사용된 열에너지는 상기 도가니의 수정되지 않은 용융 석영 영역으로 쉽게 침투하지만 상부벽 영역으로 들어가는 것은 효율적으로 차단된다. 따라서 상기 성장 처리중에 상기 수정된 용융 석영 부재로서 온도를 제어하며 그것에 의해 열 에너지는 주로, 바람직한 작동 상태로 생각되는 다소 차가운 온도로 상기 융용의 상부 영역을 유지하는 동안 폴리실리콘 융용의 중앙 영역으로 공급된다. 상술된 바와같이, 이 성장 처리에서 열 차폐 또는 차폐 장치로서 사용되는 용융 석영 부재는 달리 발생되는 폴리실리콘 용융으로 부터의 열 손실을 감소시키기 위해 동일한 일반적 방식으로 수정될 수 있다.

상술된 열 확산 처리에서 사용하기에 적당한 다른 실시예에서, 상기 용융 석영 용기는, 처리되는 반도체 등급 물질내에서 온도 분배를 제어하기 위해서도 사용되는 본 발명에 따른 적어도 하나의 합성 용융 석영 부재를 포함한다. 예를들면, 현재 보통 사용되는 광학적으로 투명한 용융 석영확산관은, 현재 수정된 합성 용융 석영 물질로 제작된 장치를 사용하기 위해 하나 또는 양쪽의 밀폐된 단부 영역에서 수정될 수 있다. 따라서 상기 합성 물질의 판 또는 디스크는 상기 확산 관에 대한 단부 엔크로져로 사용될 수 있으며 상기 밀폐된 용기의 이 위치에서 발생하는 열 손실을 줄일 수 있다. 그처럼, 상기 단부 엔크로져는, 이 확산 관에서 가스 밀폐용으로 사용된 0링 밀폐 구조물을 보호한다. 속이빈 관 형태의 합성 용융 석영은, 도광(light piping)효과에 의해 광학적으로 투명한 관 벽내에서 세로열 통로로부터 생기는 열 손실을 차단하기 위해 상기 광학적으로 투명한 용융 석영 확산 관의 양단 또는 한쪽에 결합될 수 있다.

전술한 방식으로 사용하기에 적당한 특별한 합성 용융 석영 물질은, 3mm 표본 두께에 대해 약 30% 이하의 실내 온도 값으로 상기 지역의 적외선 광 전송을 감소시키기 위해 사용되는 선정된 지역내 용융 석영 기반을 통해 균일하게 분배된 미세한 크기의 구형 실리콘 금속 결정의 무게에 의해 25ppm에서 2000ppm까지를 포함하는 흡수된 기포를 갖는 용융 석영 또는 투명 기판을 특징으로 한다. 상기 용융 석영 부재내 다른 금속 불순물의 전체 용량은 처리되는 실리콘 반도체 물질의 오염을 피하기 위해 중량이 약 100ppm를 초과하지 않는다. 상기 개선된 합성 용융 석영 물질은 알맞게 수정하여 이미 공지된 수정 제작 과정에 준비될 수 있는데 여기서 입자 크기의 직경이 서브미크론 내지 약 15미크론 범위인 실리콘 금속 결정은, 다른 종래의 수정 제작 과정에 의해 후속 용해를 위한 시작 물질을 형성하기 위해 상기 발표된 중량 비에서 결정 수정 입자와 혼합된다. 상기 수정 용해 단계중에, 일부 화학 반응은 상기 실리콘 금속 결정과 상기 실리콘 결정이 구형이 되도록 하는 수정 입자 사이에서 발생시키며 그때 다른 무색 반투명 용융 석영 기반에서 약간의 변색을 발생한다. 천연 석영 모래 또는 분쇄된 석영 결정이 상기 석영 시작 혼합물로 사용하기 위해 선택될 수 있으며 그후에 본 발명의 양수인에게 양도된 미합중국 특허 제3,764,286호에 발표된 바와같은 화학 처리에 의해 정제될 수 있다. 최종 합성 용융 석영 부재내에 적외선 에너지 통과를 충분히 감소시키기 위해 상기 지정된 25ppm 하부 한계 이하로 상기 시작 혼합물에 실리콘 금속을 추가시키는 것은 발견되지 않았다. 한편, 상기 지정된 2000ppm 이상보다 큰 실리콘 금속 추가는, 과도한 열 에너지가 그러한 혼합물로 적당하게 용융시키기 위해 필요하다는 면에서 바람직하지 않게 생각된다.

전술된 요약 설명으로부터 본 발명은 그 가장 기본적인 형태에서 열적으로 반도체 등급 실리콘을 처리할 때 이용하기 위해 그러한 합성 용융 수지 물질을 사용함이 명백하다. 따라서, 본 발명은, 상승된 온도에서 용해된 폴리실리콘 덩어리로부터 단일 결정 실리콘을 끌어내기 위한 개선된 방법을 제공하기 위해 하나의 양호한 실시에에서 수행되는데 여기에는, (1) 적외선 광학 전송을 선정된 영역을 통해 3mm 표본 두께의 30% 이하의 실내온도 값으로 감소시키기 위해 상기 용융 석여 부재의 선정된 영역내 용융 석영 기반을 통해 균일하게 분배된 미세한 크기의 구형 실리콘 금속 결정의 중량이 25ppm에서 약 2000ppm까지를 포함하는 흡수된 기포를 갖는 적어도 하나의 합성 용융 석영을 상승전 온도에서 사용하는 폴리실리콘 덩어리를 용융하며, 상기 용융 석영 부재는 다른 금속 불순물의 전체 용량이 약 100ppm 중량을 초과하지 않는 것을 특징으로 하며, (2) 상기 용융된 폴리실리콘 덩어리로부터 단결정 실리콘 로드를 추출하며, (3) 상기 용융 석영 부재의 선정된 영역이 상기 인상 처리에서 온도 분배를 제어한다. 이와 비슷하게, 상기 발명은, 상승된 온도에서 도핑 소자를 포함하는 가스대기로 반도체 등급 단결정 실리콘 물질을 도핑함으로 실리콘 반도체 소자를 형성하기 위한 개선된 방법을 제공하기 위해 다른 양호한 실시예에서 수행될 수 있는데 여기에는, (1) 선정된 영역을 통해서 적외선 광학 전송을 3mm의 표본 두께의 약 30% 이하의 실내온도 값으로 감소시키기 위해 상기 용융 석영 기반의 선정된 영역내 용융 석영 기반을 통해 균일하게 분산된 미세한 크기의 구형 실리콘 금속 결정의 무게가 약 25ppm으로 부터 약 2000ppm까지를 포함하는 용융 석영기반을 갖는 적어도 하나의 합성 용융 석영 부재를 포함하는 밀폐된 용기내 반도체 등급 물질을 가열하며, 상기 용융 석영 용기는 다른 금속 불순물의 전체 용량이 100ppm의 중량을 초과하지 않는 것을 특징으로 하며, (2) 도핑 소자가 상기 반도체 등급 물질로 확산되도록 상승된 온도에서 상기 가스 대기가 상기 밀폐된 용융 석영 용기로 들어가게 하며, (3) 상기 용융 용기의 선정된 영역이 취급되는 반도체 등급 물질내에서 온도 분배를 제어한다.

상기 양쪽의 개선된 방법에서, 상기 수정된 합성 용융 수정 부재를 통한 상기 선택 적외선 전송의 감소에 기인하는 주된 이익은 상기 처리 기재내에서 발생하는 열 전달의 증가된 제어이다.

제1도에는 미합중국 특허 제4,416,680호에 더 완벽하게 설명되는 용융 석영 도가니(12)를 형성하기 위해 이미 공지된 장치(10)가 개략적으로 도시된다. 상기 순서에 따라, 결정 석영 입자는 도가니 형태를 형성하기 위해 속이빈 회전 주형으로 먼저 보내지며 그 다음에 전기 아아크로 용융된다. 따라서 속이빈 금속 외부(14)는 용해가 발생하는 수단을 제공하기 위해 굴대(16)상에 돌아가며 장치된다. 모터구동부재(18)는, 원심력에 의해 금속 외부(14)의 내벽에 상기 석영 모래 덩어리를 유지하기 위해 상기 용융 하우징 조립체를 회전시킨다. 상기 도면으로부터 알 수 있는 바와같이, 구멍(20)은 상기 금속 외부의 내벽에 구비되어 형체를 이룬 모래 덩어리는 용융 석영 부재내의 기포 용량을 감소시키기 위해 진공 상태에서 용융될 수 있다. 그러한 진공 작동은 상기 금속 외부로부터 적당한 진공 펌프(24)로 이어지는 공급 도관(22)을 접속함으로 수행된다. 전극 조립체(25)는, 상기 용기에 담긴 석영 모래 상태를 녹이는 적당한 열 소스를 제공하기 위해 상기 금속 외부상에 이동하도록 장치된다. 통상의 작동에서, 상당한 석영 모래는, 도가니 모양의 다공성 형태를 형성하기 위해서 회전되는 금속 회형에 침전된다. 진공 펌프는, 그 후속 용융중에 결합된 전극 조립체에 의해 구비된 전기 아아크를 가지고 다공성 모래 형태로 부터 공기를 소모한다. 상기 전극 조립체는 상기 용융 단계동안 금속 외부내에서 자동으로 내려가도록 프로그램될 수 있 있으며 한편 상기 용융된 석영 용기가 형성된 후에는 원래의 높이로 되돌아 간다. 상기 용융 석영 부재를 포함하는 전체 외부 조립체는 그후에 상기 전극 조립체로부터 분리되며 그에 따라 상기 동일 전극조립체로 다음 용융 작동이 수행되도록 한다.

상술된 용융 처리는, 먼저 속이빈 회전 외부의 하부 영역(26)에는 종래의 석영 모래 배치를 넣고 그 후에 이미 발표된 실리콘 금속 입자를 포함하는 석영 모래 한배치 아직도 회전하는 외부의 상부 영역(28)에 가산함으로 본 발명을 실행하기 위한 양호한 실시예에서 수정될 수 있다. 종래의 방식으로 합성 모래 덩어리의 용융은 투명 입자를 발생하는데 여기서 실리콘 금속 함유 물질은 도가니 부재의 상부 벽 영역으로 제한된다. 그와 비슷하게, 열 차폐로 사용하기 위한 속이 빈 실린더 형태의 합성 용융 석영 부재 조립은 상기 동일한 일반적 방식으로 수행될 수 있다. 상기 실린더 형태를 갖는 회전하는 주형 조립체는 상기 장치내에 구비되며 상술된 2부분의 모래 덩어리는 상기 회전하는 속이빈 형태의 내벽 반대편에 침전된다. 상기 후자의 실시예에서 상기 투명 입자의 양단에 실리콘 금속 입자를 포함하는 미리 선택된 영역을 형성하는 것 또는 상기 부재의 전체 내벽부 상으로 연장되는 그러한 미리 선택된 영역을 제공하는 것이 가능해진다.

상기 양호한 실시예에 설명된 바와같이 형성된 도가니 부재(12)의 횡단면이 제2도에 도시된다.

상기 도면에서 알 수 있는 바와같이, 상기 합성 도가니 부재에 대한 하부 영역(26)은, 상기 유리질 기반을 통해 분산된 미세한 흡수 기포만을 갖는 종래의 투명상태의 물질을 포함한다. 상기 도가니 부재에 대한 상부 영역(28)은, 본 발명에 따라 감소된 적외선 광학 전송에 대한 유리질의 기반을 통해 분배된 분산 상태의 구형 실리콘 금속 결정을 포함한다. 합성 도가니 부재를 통해 분배된 다른 금속 불순물의 전체 용량은 상기 봉쇄된 용기내에서 처리되는 반도체 실리콘 물질(도시되지 않음)의 오염을 방지하기 위해 중량이 100ppm이하로 유지된다. 상기 도면에 도시되지 않았으므로, 표시된 반도체 성장 처리에서 상기 합성 도가니 부재와 작동 결합을 위해 다른 합성 용융 석영 부재가 사용될 수 있다. 예를들면, 현재 수정된 용융 석영 물질로 제작된 상기 도가니에 대한 카바 부재는, 상기 도가니 영역에서 열침입을 다시 감소하므로 상기 성장 처리를 수행할때 제어 온도 분배를 돕는다. 도가니 용량 가열은 종래의 방식으로 하부 도가니 영역에서 가능하다.

전술된 설명으로부터, 일반적으로 사용되는 개선점은 반도체 등급 실리콘 물질을 제어하기 위해 구비되었음이 명백하다. 본 발명의 양호한 실시예가 도시되며 설명되었지만, 제작 방식에 따라 여러가지 다른 실시예가, 본 발명의 진정한 정신 및 범위를 벗어남이 없이 종래 기술에 숙련된 사람에게는 명백해질 것이다. 예를들면, 전술된 설명으로부터, 이미 언급된 미합중국 특허 제3,764,286호에 잘 발표된 바와같은 다른 석영제작기술이 본 발명에 따라 사용하기 위해 어떤 합성 용융 석영 부재 제작에 선택될 수 있음이 명백하다. 따라서, 본 발명의 범위는 다음 특허청구 범위에 의해서만 제한된다.

Claims

상승된 온도에서 용해된 폴리실리콘 덩어리의 단결정을 추출하기 위한 개선된 방법에 있어서, (1) 적외선 광학 전송을 선정된 영역을 통해 3mm 표본 두께의 30% 이하의 실내 온도값으로 감소시키기 위해 상기 용융 석영 부재의 선정된 영역내 용융 석영 기반을 통해 균일하게 분배된 미세한 크기의 구형 실리콘 금속 결정의 중량이 25ppm에서 2000ppm까지를 포함하는 흡수된 기포를 갖는 적어도 하나의 합성 용융 석영을 상승전 온도에서 사용하는 폴리실리콘 덩어리를 용융하며, 상기 용융석영 부재는 다른 금속 불순물의 전체 용량이 약 100ppm중량을 초과하지 않는 것을 특징으로 하며 (2) 상기 용융된 폴리실리콘 덩어리로부터 단결정 실리콘 로드를 추출하며, (3) 상기 용융 석영 부재의 선정된 영역이 상기 추출처리에서 온도 분배를 제어하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 추출 방법.
제1항에 있어서, 상기 용융 석영 부재는 끝이 밀폐된 도가니인 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 추출 방법.
제1항에 있어서, 상기 용융 석영 부재는 열 차폐로서 사용되는 속이빈 실린더 형태인 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 추출 방법.
제1항에 있어서, 1회분의 폴리실리콘이 사용되는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 추출 방법.
제1항에 있어서, 상기 폴리실리콘이 연속 방식으로 용융되는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 추출 방법.
도핑 소자를 포함하는 가스 대기로 고온에서 반도체 등급 단결정 실리콘 물질을 도핑함으로 실리콘 반도체 소자를 형성하기 위한 개선된 방법에 있어서, (1) 선정된 영역을 통해서 적외선 광학 전송을 3mm의 표본 두께의 약 30% 이하의 실내 온도 값으로 감소시키기 위해 상기 용융 석영 기반의 선정된 영역내 용융 석영 기반을 통해 균일하게 분산된 미세한 크기의 구형 실리콘 금속 결정의 무게가 약 25ppm으로부터 약 2000ppm까지를 포함하는 용융 석영기반을 갖는 적어도 하나의 합성 용융 석영 부재를 포함하는 밀폐된 용기내 반도체 등급 물질을 가열하며, 상기 용융 석영 용기는 다른 금속 불순물의 전체 용량이 100ppm의 중량을 초과하지 않는 것을 특징으로 하며, (2) 도핑 소자가 상기 반도체 등급 물질로 확산되도록 고온에서 상기 가스 대기가 상기 밀폐된 용융 석영 용기로 들어가게 하며, (3) 상기 용융 용기의 선정된 영역이 취급되는 반도체 등급 물질내에서 온도 분배를 제어하는 것을 특징으로 하는 실리콘 반도체 소자 형성 방법.
제6항에 있어서, 상기 용융 석영 용기는 끝이 밀폐되며 속이빈 실린더인 것을 특징으로 하는 실리콘 반도체 소자 형성방법.
제7항에 있어서, 상기 용융 석영 용기의 선정된 영역이 상기 밀폐된 단부로 제한되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 형성 방법.
제7항에 있어서, 상기 끝이 밀폐되며 속이빈 실린더의 실린더부가 광학적으로 투명한 용융 석영으로 제작되는 것을 특징으로 하는 실리콘 반도체 소자 형성 방법.
선정된 영역을 통해서 적외선 광학 전송을 3mm의 표본 두께의 약 30% 이하의 실내 온도값으로 감소하기 위해 상기 용융 석영 부재의 선정된 영역에서 용융된 석영 기반을 통해 균일하게 분배된 미세한 크기의 구형 실리콘 금속 결정의 무게가 약 25ppm에서 약 2000ppm까지를 포함하는 흡수된 기포를 갖는 용융 석영 기판을 포함하는 용융된 폴리실리콘 덩어리로부터 고온에서 단결정 실리콘 로드를 추출할때 사용된 합성 용융 석영부재와, 상기 용융 석영 부재는 다른 금속 불순물의 전체 용량이 100ppm의 중량을 초과하지 않으며, 그래서 상기 용융된 석영 부재의 선정된 영역이 상기 추출 처리에서 온도 분배를 제어하는 것을 특징으로 하는 용융 석영 부재.
제10항에 있어서, 끝이 밀폐되며 속이빈 공기의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 용융 석영 부재.
제11항에 있어서, 상기 선정된 영역이 상기 용기의 상부 벽부에 위치하는 것을 특징으로 하는 용융 석영 부재.
제10항에 있어서, 열 차폐로 사용되는 속이빈 실린더 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 용융 석영 부재.
제10항에 있어서, 실린더 디스크 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 용융 석영 부재.
선정된 영역을 통해 적외선 광학 전송을 3mm 표본 두께의 30% 이하의 실내온도 값으로 감소시키기 위해서 상기 합성 용융 석영의 선정된 영역내 용융 석영 기반을 통해 균일하게 분배된 미세한 크기의 구형 실리콘 금속 결정의 중량이 약 25ppm으로부터 약 2000ppm까지를 포함하는 흡수된 기포를 갖는 용융 석영 기반을 갖는 적어도 하나의 합성 용융 석영 부재를 포함하는 밀폐된 용기를 포함하는 도핑 소자를 포함하는 가스 대기로 고온에서 반도체 등급 단결정 실리콘 물질을 도핑함으로 반도체 소자 형성에 사용된 합성 용융 석영 부재와, 상기 합성 용융 석영 부재는 다른 금속 불순물의 전체 용량이 100ppm의 중량을 초과하지 않으며 여기서 상기 용융 석영 용기의 선정된 영역은 취급되는 상기 반도체 물질에서 온도 분배를 제어하는 것을 특징으로 하는 용융 석영 용기.
제15항에 있어서, 끝이 밀폐되며 속이빈 실린더 형태인 것을 특징으로 하는 용융 석영 용기.
제15항에 있어서, 상기 용융된 석영 용기의 선정된 영역은 밀폐된 단부로 제한되는 것을 특징으로 하는 용융 석영 용기.
제16항에 있어서, 상기 끝이 밀폐된 실린더의 중앙부가 광학적으로 투명한 용융 석영을 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 석영 용기.