KR970007427B1 - 결정성장방법 - Google Patents

Abstract

내용없음.

Description

결정성장방법

제 1 도는 본 발명의 방법의 설명을 위한 결정성장장치의 구성도.

제 2 도는 본 발명의 방법을 실시하는 자장(磁場)발생수단의 전원부의 일 예의 블록도.

제 3 도는 전류맥동율(電流脈動率)에 대한 결정결함밀도의 측정곡선도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 단결정(單結晶)성장장치 2 : 결정성장원료융액(融液)

3 : 결정성장원료융액의 수용용기 4 : 가열수단

7 : 자장발생수단 12 : 필터회로

본 발명은 Si, GaAs 등의 반도체단결정을 육성(育成)하는 결정성장방법, 특히 자장인가하에 결정육성을 행하는 결정성장방법에 관한 것이다.

본 발명은 자장인가하에 원료융액으로부터 결정을 육성하는 결정성장방법에 있어서, 그 자장인가를 위한 전자석에 맥동율이 5% 이하의 직류전류를 공급하도록 하여 결정성이 우수한 결정을 성장하는 것이 가능하게 한다.

자장인가하에서 결정성장을 행하는 방법은 Si, GaAs 결정 등을 얻는 경우에 적용하여 고품질의 결정육성을 행할 수 있으므로 공업적으로 중요한 기술로서 중요시되고 있다.

이 종류의 결정성장방법은, 예를 들면 일본국 특공소 58(1983)-50951호 공보에 개시(開示)되어 있다. 이 결정성장방법을 제 1 도를 참조하여 설명한다. 도면중, (1)은 이 결정성장방법에 적용하는 단결정성장장치를 전체로서 나타낸다. (2)는 원료융액, 예를 들면 실리콘용액이고, (3)은 그 수용용기, 예를 들면 석용도가니를 나타낸다. 이 용기(3)의 외주에는 가열수단(4)이 배치된다. 이 가열수단(4)은 통전히터(5)가 예를 들면 지그재그패턴으로 용기(3)의 외주면에 따르는 원통면형을 이루도록 배치된다. 이 가열수단(4)의 외측에는 수냉(水冷) 등에 의하여 냉각되는 자켓(6)이 배치되며, 그 외측에 자장발생수단(7) 즉 직류자장을 발생하는 전자석, 예를 들면 철심을 가지는 상전도(常電導)전자석 또는 상전도솔레노이드코일에 의한 전자석이 배치된다. (8)은 단결정시드(seed)이고, (9)는 그 인상(引上)처크이다.

이 장치에 의하여 단결정의 인상을 행함에는, 자장발생수단(7)에 의하여 원료융액(2)에 소정 방향의 직류자장을 인가시킨 상태에서, 단결정시드(8)를 원료융액(2)의 융액면에 침지하고, 인상하여 이 단결정시드(8)의 지지부, 구체적으로 처크(9)를 가지는 인상회전축과 도가니(3)화를 상대적으로 회전시키면서 인상함으로써 단결정시드(8)로부터 단결정(10)을 성장육성하는 것이다.

이와 같이, 자장발생수단(7)에 의한 직류자장을 도전성을 가지는 원료융액(2)에 인가하면서 그 결정육성을 행하는 경우, 도전성을 가지는 융액에 자장이 부여됨으로써 자기유체(磁氣流體)효과에 의한 외관상의 점성(粘性)이 높아져서, 그 표면장력이 높아지는 동시에 융액의 대류(對流)가 감소함으로써 융액(2)의 융액면의 온도의 변동이나 진동이 억제되고, 이로써 결정성이 우수한 단결정(10)을 육성할 수 있다든가, 도가니 즉 용기(3)의 구성재료의 투입량을 감소시킬 수 있다든가, 또는 나아가서 인가자장의 장도를 선정함으로써 그 용기(3)의 구성재료, 예를 들면 산소의 투입량을 억제할 수 있는 등의 여러가지의 이점이 있다.

그리고, 상기 공보에 개시된 발명에 있어서는, 또한 그 가열수단(4)의 통전히터(5)에 대한 리플을 4% 이하로 억제하는 것이 양질의 결정을 육성하는데에 중요하다는 것이 개시되어 있다.

그러나, 이와 같은 방법에 의하여도 성장된 단결정중에 적층결함 등의 결정결함이 비교적 고밀도로 발생하는 경우가 있다.

본 발명은 전술한 자장인가하에 결정성장을 행하는 결정성장방법에 있어서의 결정중의 결정결함이 발생하는 문제점의 해소를 도모한다.

즉, 본 발명에 있어서는, 결정결함의 발생이 자장발생수단을 구성하는 전자석에서의 통전전류의 리플 즉 맥동에 의존하는 것, 그리고 이 진동은 자장발생수단의 전자석에의 통전전류의 리플이 큰 경우, 자장강도가 시간적으로 변화하고, 이로써 결정성장장치에 유도전류가 생기며, 융액면에 진동이 생기는 것에 의한 것을 규명하고, 이것에 의거하여 전술한 문제점의 해결을 도모한다.

그리고, 이와 같은 자장발생수단에 있어서의 통전직류전류의 리플에 따라서 자장변동이 발생하지 않도록 하는데는, 그 전자석에 대한 전원으로서 가장 전류변동이 작은 자장을 얻는데는 전원으로서 전지를 사용하면 되지만, 수 킬로와트∼수십 킬로와트, 또는 백 킬로와트를 넘는 자장전원으로서 전지는 부적당하다. 그래서, 이와 같은 자장발생수단으로서의 직류전원에는 정류기를 사용하게 된다. 이 정류기로서, 예를 들면 실리콘정류기를 사용한 경우, 3상전파(全波), 6상반파(半波), 상간(相間)리액터부착 2종성형 등이 있고, 그들의 맥동을 즉 리플은 이론적으로는 4.2%에 한정시킬 수 있다. 그러나, 실제상 이 맥동율은 직류전원의 최대출력부근에서 사용한 경우의 값이며, 이것보다 낮은 곳에서 사용한 경우 출력파형의 왜곡이 커지고, 실제상 그 맥동율은 크게 되어 있다.

본 발명의 결정성장방법은 결정성장원료용액을 수용하는 용기와, 이 용기의 주위에 배치된 가열수단과, 상기 용액에 결정성장원료용액의 대류를 방지하는 방향으로 자장을 인가하는 전자석에 의한 자장발생수단과, 상기 융액으로부터 결정을 인상하는 수단과를 배설하고, 상기 자장발생수단에 맥동율이 5% 이하의 직류전류를 공급하여 결정성장원료융액의 대류를 방지하는 방향으로 자장을 인가시키면서 상기 융액으로부터 결정성장을 행한다.

본 발명의 방법에서는, 자장발생수단에 대한 공급전류를 그 맥동율이 5% 이하로 한정시키는 것이지만, 이때, 육성된 결정중에 있어서의 결정결함밀도를 격감할 수 있었다. 이것은 자장발생수단(7)로부터의 자장강도가 시간적으로 변화하는 것이 억제됨으로써 결정성장장치에 생기는 유도전류의 발생이 회피되고, 이것에 의한 액면진동이 억제된 것에 의한다고 생각된다.

제 3 도의 제 1 도에 설명한 장치에 의하여 실리콘결정을 성장시킨 경우에 있어서, 그 자장발생수단의 전자석에 인가하는 직류전류의 맥동율에 대한 결정결함밀도의 측정결과를 나타낸 것이며, 이것에 의하면 그 맥동율을 5% 이하로 한 본 발명의 방법에 의하면 그 결정결함밀도가 격감되어 있는 것이 명확히 나타나 있다.

다음에, 본 발명의 실시예에 대하여 도면에 따라서 설명한다.

제 1 도에서 설명한 결정성장장치에 있어서, 그 자장발생수단(7)의 전자석에의 통전전류의 전원부를, 예를 들면 제 2 도에 나타내 바와 같이 교류전원 5으로부터의 교류전류를 정류회로(11) 및 인덕턴스 L와 콘덴서 C의 LC회로로 이루어지는 필터회로(12)를 통하여 자장발생수단(7)의 전자석의 코일(13)에 통전한다. 이 경우, LC회로에 의한 필터회로(12)에 의하여 그 맥동율을 0.5∼5%에 한정시킬 수 있었다. 그리고, 제 2 도에 나타낸 필터회로(12)에 있어서는 1단의 LC회로 구성으로 한 경우이지만, 2단 구성으로 하면 0.01∼0.5%의 리플분으로 억제할 수 있고, 다단 구성으로 함으로써 맥동율의 저하를 더욱 도모할 수 있다.

전술한 바와 같이 본 발명에 있어서는, 종래 주목되지 않았던 자장발생수단에 있어서의 자장의 변동과 결정결함과의 인과관계를 규명하고, 이것에 의거하여 자장발생수단에의 직류통전전류의 맥동율을 5% 이하로 한정함으로써, 육성된 결정중의 결함밀도를 격감할 수 있었던 것이며, 이와 같이 함으로써 예를 들면 각종 반도체장치를 반도체단결정으로부터 제조하는 경우에 있어서 특성이 우수한 반도체장치를 높은 수율을 가지고 제조할 수 있으므로, 코스트의 저렴화를 도모할 수 있고, 그 공업적 이익은 큰 것이다.

Claims (1)

1. 결정성장원료융액(融液)을 수용하는 용기와, 이 용기의 주위에 배치된 가열수단과, 상기 융액에 결정성장원료융액의 대류(對流)를 방지하는 방향으로 자장(磁場)을 인가하는 전자석에 의한 자장발생수단과, 상기 융액으로부터 결정을 인상(引相)하는 수단과를 배설하고, 상기 자장발생수단에 맥동율이 5% 이하의 직류전류를 공급하여 결정성장원료용액의 대류를 방지하는 방향으로 자장을 인가시키면서 상기 융액으로부터 결정성장을 행하는 것을 특징으로 하는 결정성장방법.

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