KR101014600B1 - 결정제조용 히터 및 결정제조장치와 결정제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 적어도, 전류가 공급되는 단자부와, 저항가열에 의한 발열부 등이 설치되고, 원료융액을 수용하는 포트를 둘러싸도록 배치되고, 초크랄스키법에 의해 결정을 제조하는 경우에 사용되는 히터로서, 상기 히터는 결정제조에서의 사용 시에 히터형상이 변형한 후에 원료융액에 대하여 균일한 발열분포를 가지는 것을 특징으로 하는 결정제조용 히터이다. 이것에 의해, 결정제조에서의 사용 시에, 히터의 발열부의 형상이 변형함으로써, 원료융액내의 온도가 불균일하게 되고, 단결정화가 저해되고, 결정의 품질이 불안정하게 되는 것을 방지하는 것이 가능하다.

결정제조용 히터, 포트, 발열부, 발열 슬릿부, 단자부

Description

결정제조용 히터 및 결정제조장치와 결정제조방법{HEATER FOR CRYSTAL FORMATION, APPARATUS FOR FORMING CRYSTAL AND METHOD FOR FORMING CRYSTAL}

본 발명은, 초크랄스키법에 의해 결정을 육성하는 경우에 사용하는 결정제조용 히터 및 그것을 사용한 결정제조장치와 결정제조방법에 관한 것으로, 특히 직경 8인치 이상의 대구경의 결정을 자장을 인가하면서 제조하는 것에 적당한 결정제조용 히터 및 그것을 이용한 결정제조장치와 결정제조방법에 관한 것이다.

반도체 디바이스(device)의 기판으로 사용되는 결정은, 예를 들면, 실리콘단결정이 있고, 주로 쵸크랄스키법(Czochralski method, 이하 CZ법으로 약칭한다)에 의해 제조되고 있다.

CZ법에 의해 결정을 제조하는 경우에는, 예를 들면 제 4도에 표시하는 바와 같은 결정제조장치를 사용하여 제조된다. 이 결정제조장치는, 예를 들면, 실리콘과 같은 원료 다결정을 용융하기 위한 부재와, 단결정화한 실리콘을 인상(引上)하는 기구 등을 가지고 있고, 이들은 메인 챔버(Main Chamber) 11 내에 수용되어 있다.메인 챔버 11의 천정부로 부터는 위로 신장하는 인상챔버 12가 연접되어 있고, 이 상부에 결정 4을 와이어 10로 인상하는 기구(미도시)가 설치되어 있다.

메인 챔버 11 내에는, 용융된 원료융액 6을 수용하는 포트(pot) 5가 배치되고, 그 포트 5는 구동기구(미도시)에 의해 회전승강자재로 샤프트(shaft) 9에 지지되어 있다. 이 포트 5의 구동기구는 결정 4의 인상에 수반하는 원료융액 6의 액면저하를 보상하도록, 포트 5를 액면저하분 만큼 상승시키도록 되어 있다.

그리고, 포트 5를 둘러싸는 모양으로 원료를 용융시키기 위한 히터 7가 배치되어 있다. 이 히터 7의 외측에는 히터 7로 부터의 열이 메인 챔버 11에 직접 복사되는 것을 방지하기 위해서, 단열부재 8가 주위를 둘러싸도록 설치되어 있다.

이와 같은 결정제조장치 내에 배치된 포트 5에 원료괴(原料塊)를 수용하고, 이 포트 5를 히터 7에 의해 가열하여, 포트 5 내의 원료괴를 용융시킨다. 이와 같이 원료괴를 용융시킨 것인 원료융액 6에 와이어 10로 접속되어 있는 종 홀더 1에 고정된 종결정(種結晶) 2을 착액시키고, 그 후 종결정 2을 인상하는 것에 의해, 종결정 2의 하방에 소망의 직경과 품질을 가지는 결정 4을 육성한다. 이 경우, 종결정 2을 원료융액 6에 착액시킨 후에, 직경을 3mm 정도로 일단 가늘게 하여 목(絞)부 3를 형성하는, 이른바 종목(種絞)(necking)을 행하고, 다음으로, 소망하는 구경으로 되기까지 커지도록 하여, 무전위의 결정을 인상하고 있다.

최근에는, CZ법을 개량한, 소위 MCZ법(Magneticfield applied Czochralski Method)도 알려져 있다. 이 MCZ법은 원료융액에 자장을 인가한 것에 의해 원료융액의 열대류를 억제하여 결정을 제조한다. 근래, 실리콘 단결정은 직경 8인치 이상의 대구경의 것이 요구되고 있지만, 이와 같은 대구경의 실리콘 단결정을 제조하는 경우에는 원료융액의 열대류가 억제될 수 있는 MCZ법을 사용하는 것이 효과적이다.

여기서, 상기 CZ법 및 MCZ법에서 사용되는 결정제조용의 히터 7의 형상은, 제 1도에 표시하는 바와 같이 원통형상이고, 주로 등방성 흑연으로 할 수 있다. 현재 주류인 직류방식은 단자부 7b를 2본(本) 배치하고, 그 단자부 7b에 히터 7를 지지하는 구조로 되어 있다. 히터 7의 발열부 7a는 보다 효율적으로 발열할 수 있도록, 슬릿(slit) 7c가 수개소에서 수십개소 구분되어 있다. 또한, 이 히터 7은 발열부 7a의 내부, 특히, 위에서 부터 연장하는 슬릿의 하단과 아래로 부터 연장하는 슬릿의 상단 간의 부분인 각 발열 슬릿부 7d에서 주로 발열한다.

근래 요구되고 있는 대구경 결정을 저(低)코스트(cost)로 제작하기 위해서는, 필연적으로 포트를 대형화하지 않으면 안된다. 이 포트의 대형화에 수반하여, 포트 주변의 히터 등의 구조물의 사이즈도 대형화하고 있다. 히터의 대형화에 의해, 히터 자중 및 발열시의 분포의 불균일성, 나아가서는, MCZ법의 경우에, 자장을 인가한 조업(操業)의 경우는 자장, 전류의 상호작용에 의해, 결정제조에서의 사용 시에 히터형상이 변형하는 것이 문제로 되고 있다. 결정제조에서의 사용 시에 히터형상이 변형하는 것에 의해, 히터의 발열부와, 결정 혹은 용액과의 거리가 변하고, 열의 분포가 변화하는 것에 의해, 원료융액 내의 온도가 불균일하게 되고, 제조하는 결정의 단결정화가 저해되기도 하고, 품질이 불안정하게 되는 등의 폐해가 생기고 있다.

그 대책으로서, 히터에 2개의 단자부 이외에 더미(dummy) 단자를 부착하고, 그에 의해, 3본 이상의 부분에서 히터를 지지하는 방법이 일반적으로 행하여지고 있다.(예를 들면, 특공평7-72116호 공보). 히터를 단자부만으로 지지하는 경우, 2개소에서 지지하는 것으로 되고, 단자가 없는 부분은 용이하게 변형되어 버린다. 이 변형은 히터 상부에서, 단자부가 있는 부분은 지름이 확대되고, 단자가 없는 부분의 지름이 축소하는 모양으로 발생한다. 단자가 부존재하는 부분에 더미 단자를 지지하여서 설치하는 이 방법은, 이와 같은 히터의 변형을 방지하는 것에 어느 정도 효과가 있는 방법이었다.

하지만, 단자와 더미의 단자를 설치한 것 만으로는, 히터가 슬릿에 의해 분할되어 있기 때문에, 완전히 변형을 방지하는 것이 가능하지 않고, 특히 히터의 직경과 높이가 크게 된 경우는 변형을 억제하는 것이 곤란하다. 또, 더미의 단자부분에서 부터의 열 로스(loss)와, 나아가서는 기계구조의 복잡화 등의 문제가 있다.

나아가, 전류자장을 인가하면서 대구경 결정을 제조하는 MCZ법에 있어서는, 변형의 원인으로서, 히터의 자중, 열팽창에 더하여 히터전류와 자장과의 상호작용으로 발생하는 전자력이 있다. 이 전자력은 상당히 강하고, 가령, 히터를 하단 전체로 지지했더라도, 히터의 변형을 방지하는 것은 곤란하다.

이에 대하여, MCZ법에 있어서, 히터를 슬릿을 넣은 내측 히터와, 슬릿을 넣은 외측 히터의 2중구조로 하고, 각각에 다른 방향의 직류전류를 흘려 보내는 것에 의해, 히터 전류와 자장과의 상호작용으로 부터 발생하는 전자력을 억제하여 변형을 방지하는 방법이 제안되어 있다(예를 들면, 특개평 9-208371호 공보). 하지만, 상기 방법은 전자력에 의한 변형을 방지하는 것에는 일정의 효과가 있는 것이지만, 기계구조의 복잡화에 의해, 명백한 비용상승(cost up)을 초래하고, 자중에 의한 변형이 일어나 크게 되어지는 등의 문제가 있었다.

또 히터의 재질을 등방성 흑연으로 부터, 보다 고강도로 경량한, 예를 들면, 카본컴퍼지트(carbon composit)의 경우와 같은 재질로 변경한다는 것이 시행되고 있다. 그러나, 이 방법에는 발열이 불안정하게 되는 것, 히터 재료의 비용상승을 초래하는 것, 나아가서는 제조되는 결정의 순도가 저하되는 것 등의 문제가 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 감안하여 이루어지게 된 것으로, 결정제조에서의 사용 시에 히터의 발열부의 형상이 변형하는 것으로서 원료융액 내의 온도가 불균일하게 되고, 단결정화가 저해되고, 결정의 품질이 불안정하게 되는 것을 방지하는 것을, 가령, 직경 8인치이상의 대구경 결정을 제조하는 경우라도, 값싸게, 게다가, 간단하고 확실하게 할 수 있는 결정제조용 히터 및 결정제조장치와 결정제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명에 의하면, 적어도, 전류가 공급되는 단자부와, 저항가열에 의한 발열부 등이 설치되고, 원료융액을 수용하는 포트를 둘러싸도록 배치되는, CZ법에 의해 결정을 제조하는 경우에 사용되는 히터에 있어서, 당해 히터는 결정제조에서의 사용 시에 히터형상이 변형한 후에, 원료융액에 대해서 균일한 발열분포를 가지는 것을 특징으로 하는 결정제조용 히터가 제공된다.

이와 같이, 히터가 결정제조에서의 사용 시에 히터형상이 변형한 후에 원료융액에 대한 균일한 발열분포를 가지는 것으로서, 변형 후에 원료융액 내의 온도 구배를 작게 할 수 있기 때문에, 결정인상 중의 유전위화를 억제할 수 있고, 고품질의 결정을 저렴한 가격으로, 게다가, 간단하면서 확실하게 얻는 것이 가능하다.

또한, 여기서 원료융액에 대한 균일한 발열분포로는 히터에서부터의 열이 원료융액으로 향하여 동심원상에 방사하고 있는 것을 나타내고 있다.

또, 본 발명에 의하면, 적어도, 전류가 공급되는 단자부와 저항가열에 의한 발열부 등이 설치되고, 원료융액을 수용하는 포트를 둘러싸도록 배치되는, 초크랄스키법에 의해 결정을 제조하는 경우에 사용되는 히터로서, 당해 히터의 발열부의 수평단면의 형상이 타원형상이고, 결정제조에서의 사용 시에 히터형상이 변형되어 상기 발열부의 수평단면형상이 원형상으로 되는 것을 특징으로 하는 결정제조용 히터가 제공된다.

이와 같이 히터의 발열부의 수평단면의 형상이 타원형상이고, 결정제조에서의 사용 시에 히터형상이 변형하여, 상기 발열부의 수평단면형상이 원형상으로 되는 것으로서, 변형 후에 원료융액에 대한 발열분포를 균일화하는 것이 가능하다. 그 때문에, 결정인상 중의 유전위화를 억제할 수 있고, 고품질의 결정을 싼값으로, 게다가 간단하면서도 확실하게 얻는 것이 가능하다.

이 경우, 상기 발열부의 수평단면의 타원형상은 결정제조에서의 사용 시의 히터형상의 변형에 의해 지름이 확대하는 방향으로는 미리 지름을 작게 하고, 역으로, 지름이 축소하는 방향으로는 미리 지름을 크게 하는 것이 바람직하다. 또, 상기 발열부의 수평단면의 타원형상은 장경을 D1으로 하고, 단경을 D2로 한 때, D1/D2의 값이 1.01이상 1.20이하의 범위에 있는 것이 바람직하다.

이와 같이, 발열부의 수평단면의 타원형상은 결정제조에서의 사용 시의 히터형상의 변형에 의해 지름이 학대하는 방향으로는 미리 지름을 작게 하고, 역으로, 지름이 축소하는 방향으로는 미리 지름을 크게 하는 것으로서, 변형 후의 원료융액에 대한 발열을 확실하게 균일화시키는 것이 가능하다. 또, 히터의 가공성, 비용, 강도의 점에서부터 타원형상의 장경과 단경의 비는 1.01~1.20의 범위로 하는 것이 좋다.

나아가 본 발명에서는 적어도, 전류가 공급되는 단자부와, 저항가열에 의한 발열부 등이 설치되고, 원료융액을 수용하는 포트를 둘러싸도록 배치되는, 초크랄스키법에 의해 결정을 제조하는 경우에 사용되는 히터로서, 당해 히터의 발열부는 전기저항에 분포를 가지게 하는 것을 특징으로 하는 결정제조용 히터가 제공된다.

이와 같이, 히터의 발열부는 전기저항에 분포를 가지는 것으로서, 변형 후의 원료융액에 대한 발열을 균일화하는 것이 가능하다. 그 때문에, 결정인상 중의 유전위화를 억제할 수 있고, 고품질의 결정을 싼값으로, 게다가 간단하면서도 확실하게 얻는 것이 가능하다.

이 경우, 상기 발열부의 전기저항의 분포는, 결정제조에서의 사용 시의 히터형상의 변형에 의해, 지름이 확대하는 방향에서는 미리 전기저항을 크게 하고, 역으로, 지름이 축소하는 방향에서는 미리 전기저항을 작게 분포시킨 것이 바람직하다.

이와 같이, 상기 발열부의 전기저항의 분포는 결정제조에서의 사용 시의 히터 형상의 변형에 의해, 지름이 확대하는 방향으로는 미리 전기저항을 크게 하고, 역으로 지름이 축소하는 방향으로는 미리 전기저항을 작게 분포시키는 것으로서, 변형 후의 원료 융액에 대한 발열분포를 균일화시키는 것이 가능하다.

이 경우, 상기 발열부의 전기저항의 분포는, 발열 슬릿부의 두께, 발열슬릿부의 폭, 또는 발열 슬릿부의 길이의 어느 것 중 1이상을 변경하는 것에 의해 조정하는 것이 바람직하다.

이 경우에, 발열부의 전기저항의 분포는 발열슬릿부의 두께, 발열슬릿부의 폭, 또는 발열 슬릿부의 길이 중 어느 하나 이상을 변경하는 것에 의해, 조정하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 발열부의 전기 저항의 분포는 발열 슬릿부의 두께, 발열 슬릿부의 폭, 또는 발열 슬릿부의 깊이 중 어느 하나 이상을 변경함으로써 용이하게 조정할 수 있다.

또, 상기 발열부의 전기저항의 분포는, 결정제조에서의 사용 시의 히터형상의 변형에 의해 지름이 확대하는 방향으로의 전기저항을 R1로 하고, 지름이 축소하는 방향으로의 전기저항을 R2로 한 때, R1/R2의 값이, 1.01이상 1.10이하의 범위에서 분포시킨 것임이 바람직하다.

이와 같이 상기 발열부의 전기저항의 분포를 결정제조에서의 사용 시의 히터형상의 변형에 의해 지름이 확대하는 방향으로의 전기저항을 R1로 하고, 지름이 축소하는 방향으로의 전기저항을 R2로 한 때, R1/R2의 값이 1.01이상 1.10이하의 범위에서 분포시킨 것이어서, 히터 가공 상, 히터강도 등에 있어서 큰 문제를 생기게 하지 않고 변형 후의 원료 융액에 대한 발열을 확실하게 균일화시키는 것이 가능하다.

나아가, 본 발명의 결정제조용 히터는, 당해 히터의 발열부 수평단면의 형상이 타원형상이고, 결정제조에서의 사용 시에 히터형상이 변형하여, 상기 발열부의 수평단면의 형상이 원형상으로 되는 것에 더하여, 상기 발열부는 전기저항에 분포를 가지게 한 것일 수 있다.

이와 같이, 히터의 발열부 수평단면의 형상이 타원형상이고, 결정제조에서의 사용 시에 히터형상이 변형하여, 상기 발열부의 수평단면의 형상이 원형상으로 되는 경우에 더하여, 상기 발열부는, 전기저항에 분포를 가지게 한 것으로서, 변형 후의 원료 융액에 대한 발열을 세밀하게 미세조정이 가능하게 되고, 보다 확실하게 발열분포를 균일화시키는 것이 가능하다.

나아가, 상기 히터가 사용되는 CZ법은 MCZ법인 것이 가능하다.

이와 같이, 본 발명의 결정제조용 히터는 MCZ법에 의해 결정을 제조하는 것에 사용하는 경우에, 특히 유효하다. MCZ법은 특히 대구경결정의 제조에 사용되게 하고, 전류와 자장의 상호작용에 의해, 히터가 보다 변형하기 쉽기 때문이다.

나아가, 상기 제조하는 결정은 실리콘 단결정인 것으로 하는 것이 가능하다.

이와 같이, 본 발명의 결정제조용 히터는, 근래 특히 대구경화가 현저하고, 히터도 대형화하고 있는 실리콘 단결정을 제조하는 히터에 적용하는 것이 가능하다.

나아가, 본 발명은 상기의 결정제조용 히터를 구비하는 결정제조장치를 제공하고, 또, 그 결정제조장치를 사용하여 CZ법에 의해 결정을 제조하는 결정제조방법을 제공한다.

이와 같은 본 발명의 결정제조용 히터를 구비하는 결정제조장치를 사용하여 CZ법에 의해 결정을 제조하면, 고품질의 결정을, 값싸고, 게다가 간단하면서, 확실히 얻는 것이 가능하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, CZ법에 따라 결정을 제조하는 경 우에 사용되는 히터가, 발열부의 형상이 결정제조로서의 사용 시에 변형한 후에, 원료융액에 대하여 균일한 발열분포를 가지는 것이어서, 단결정 제조에 있어서, 결정의 무전위화율을 향상하고, 고품질의 결정을 안정하게 제조하는 것을 싼값으로, 게다가 간단하면서 확실히 달성할 수 있다.

제 1도는, 결정제조용 히터를 나타내는 개략사시도이다.

제 2도는, 본 발명의 타원형인 결정제조용 히터의 변형전과 변형후의 발열부의 수평단면의 형상을 나타내는 개략도이다.

(a) 변형 전, (b) 변형 후.

제 3도는 종래의 원형상인 결정제조용 히터의 변형 전과 변형 후의 발열부의 수평단면의 형상을 나타내는 개략도이다.

(a) 변형 전, (b) 변형 후.

제 4도는, CZ법에 의한 결정 제조 장치를 나타내는 개략도이다.

이하, 본 발명의 실시의 형태에 관하여 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.

특히, 대구경결정을 제조하기 위한 히터가 대형화된 현재에 있어서는, 결정제조에서의 사용 시에 히터의 형상이 변형하는 것을 완전히 방지하는 것은 곤란하다. 그와 같은 히터형상의 변형을 방지하기 위한 방법으로 히터를 분할하는 등의 방법이 고려되지만, 그 경우, 로내 구조의 복잡화, 및 로내 구조물의 비용 업 등의 문제가 발생하는 것이 고려된다. 나아가, 자장을 인가한 MCZ법에 있어서는, 더욱더 히터형상의 변형방지는 곤란하고, 결과로서 원료융액내의 온도불균일을 방지하는 것이 곤란했다. 그래서, 본 발명자들은 히터의 변형을 방지하는 것이 아니고, 히터는 변형하는 것이기 때문에, 미리 히터형상의 변형을 예상하여 히터를 설계하고, 변형 후에 원료융액에 대하여, 균일한 발열분포를 가지는 것으로 하면, 원료융액 내의 온도가 불균일하게 되는 것을 방지할 수 있음에 도달하여, 본 발명을 완성시킨 것이다.

즉, 본 발명은 결정제조에서의 사용 시에 히터형상이 변형한 때에, 원료융액에 대하여 균일한 발열분포를 가지는 것으로 하기 위해, 이하에 2개의 방책을 제안한다.

제 1의 방책은, 히터형상이 결정제조에서의 사용 시에 변형하는 것을 예측하고, 발열부의 수평단면의 형상을 미리 원 형상으로 하지 않고, 타원형상으로 하는 것이다.

여기서, 제 3도는 종래의 히터의 변형 전 (a)과 변형 후(b)의 발열부의 수평단면 의 형상을 표시하는 개략도이다. 제 3도에서 나타내는 바와 같이, 종래의 원형상의 발열부는, 원래 원형상인 것이 사용 시에는 변형되어, 단자부 7b끼리를 연결한 방향에서는 변형 후에 지름이 확대하고, 역으로, 각각의 단자부 7b로부터 90도 떨어진 부분간을 연결하는 방향에서는 변형 후에 지름이 축소하여, 타원형상으로 된다.

그래서, 본 발명에는 제 2도에서 나타내는 바와 같이, 히터형상의 변형에 의 해 지름이 확대하는 방향으로는 미리 지름을 작게 하고, 역으로 변형하여 지름이 축소하는 방향으로는 미리 지름을 크게 한 타원형상(a)으로 되어 있다. 이와 같이 하는 것으로서, 사용 시에 자중 등으로 변형된 때에, 히터의 발열부의 수평단면의 형상이 원형상(b)으로 되고, 결과적으로, 변형 후에 원료융액에 대한 발열을 균일화할 수 있다.

한편, 이와 같이 히터의 발열부의 수평단면의 형상을 타원형상으로 하는 경우에, 히터발열부의 상부와 하부에는, 지름이 축소하는 장소와 지름이 확대하는 장소가 교체된다. 따라서 상부와 하부에서도 지름을 변화시키는 것이 가장 바람직하다. 그러나 그와 같은 히터는 발열부의 형상이 복잡하게 되고, 제작이 곤란하기 때문에, 실제로는 발열 슬릿부의 변형을 주로 고려하여 형상을 결정하는 것이 가장 효율적이다.

또한, 이와 같이 히터의 발열부의 수평면의 형상을 타원형상으로 하는 경우, 장경을 D1로 하고 단경을 D2로 한 때, D1/D2의 값이 1.01 이상 1.20 이하의 범위에 있는 것이 바람직하다. 나아가 D1/D2의 값이 1.03 이상 1.10 이하의 범위에 있는 것이 보다 바람직하다.

1.01 이상으로 하지 않는다면, 대부분 히터 변형부를 상쇄하는 효과가 얻어질 수 없다. 또, 1.20을 초과하여 타원형상으로 한다면, 가공 비용이 높게 되고, 히터의 강도상으로도, 이값 이하로 하는 것이 바람직하다.

제 2의 방책은, 히터의 형상이 결정제조에서의 사용 시에 변형하는 것을 예측하여, 미리 발열부의 전기저항에 분포를 가지게 하는 것이다. 이때, 히터형상의 변형에 의해, 지름이 확대하는 방향에서는 미리 발열부의 전기저항을 크게 하고, 변형하여 지름이 축소하는 방향으로는 미리 발열부의 전기저항을 작게 한 것으로 한다. 이와 같이 하는 것으로서, 변형한 때에, 원료융액에서 보다 먼 부분의 발열이 크고, 원료융액에서 보다 가까운 부분의 발열이 작게 되고, 결과적으로, 변형 후에 원료융액에 대한 발열을 균일화할 수 있다.

발열부의 전기 저항의 분포는, 예를 들면, ①발열슬릿부의 두께(제 1도의 부호 α)를 변경하는 경우, ②발열 슬릿부의 폭(제 1도의 부호β)을 변경하는 경우, 또는 ③발열 슬릿부의 길이(제 1도의 부호 γ)를 변경하는 경우 중 어느 하나 이상을 행하는 것에 의해 조정하는 것이 가능하다.

또한, 이와 같이 발열부의 전기저항에 분포를 가지게 한 경우, 결정제조에서의 사용 시의 히터형상의 변형에 의해 지름이 확대하는 방향으로의 전기저항을 R1로 하고, 지름이 축소하는 방향으로의 전기저항을 R2로 한 때, R1/R2의 값이 1.01이상 1.10이하의 범위에서 분포시킨 경우가 바람직하다. 나아가, R1/R2의 값이 1.01이상 1.05이하의 범위에서 분포시킨 경우가 보다 바람직하다.

이것은, R1/R2을 1.01이상으로 하지 않으면 효과가 적게 되고, 1.10을 초과하도록 두께 등을 변경하게 되면 가공상 어렵게 되고, 히터 강도도 문제로 될 수 있기 때문이다.

한편, 상기 2개의 방책을 조합한 히터를 사용하는 것도 가능하다. 이와 같이 하는 경우에, 원료융액에 대한 발열을 균일화시키기 위한 미세조정이 가능하게 된다. 즉, 히터 발열부의 수평단면을 타원형상으로 하는 것과 함께, 전기저항에 분포를 갖도록 한다. 이렇게 함에 의해, 히터의 어떠한 변형에 대하여도 대응하는 것이 가능하고, 극히 미세하게 온도분포를 균일하게 조정할 수 있다. 또, 가공하는 히터형상의 변형의 정도를 작게 하는 것이 가능하고, 히터 강도상으로도 바람직한 결과로 되었다.

상기한 바와 같은 본 발명의 결정제조용 히터는 MCZ법에 의해 결정을 제조하는 것에 사용하는 경우에 특히, 유효하다. 또, 본 발명의 결정제조용 히터는 실리콘단결정을 제조하는 것에 사용하는 것이 가능하다.

본 발명의 히터를 MCZ법으로 사용하는 것은, MCZ법은 특히, 대구경결정의 제조에 사용되어지고, 전류와 자장의 상호작용에 의해, 히터가 보다 변형이 쉽기 때문이다. 또 실리콘단결정을 제조하는 것에 사용하는 것은, 실리콘단결정은 근래 특히 대구경화가 현저하고, 그 제조를 위해서 히터도 대형화하고 있기 때문이다.

나아가 본 발명은, 상기 결정제조용 히터를 구비하는 결정제조 장치를 제공하고, 또, 그 결정제조장치를 사용하여 CZ법에 의해 결정을 제조하는 결정제조방법을 제공한다. 본 발명은, 상기한 바와 같은 특성을 가지는 히터를 종래의 로내 구조를 가지는 결정제조장치에 세트하는 것 만으로, 단결정화율을 대폭으로 개선하는 것이 가능하고, 기존의 장치의 설계변경 등이 불필요하고, 상당히 간단하면서, 저렴한 값으로 구성할 수 있다.

본 발명에 의해 제공되는 결정제조용 히터를 사용한 경우, 그 발열부의 형상이 결정제조에서의 사용 시에 변형된 후에, 원료융액에 대해서 균일한 발열분포를 가지는 것이어서, 단결정제조에 있어서, 결정의 무전위화율을 향상시키고, 고품질 의 결정을 안정하게 제조하는 것이 가능하다. 게다가, 로내 구조를 복잡하게 하지 않고, 또, 비교적 저렴한 가격으로, 한편, 확실하게 원료융액에 대한 발열분포의 균일화를 달성할 수 있다.

이하, 실시예를 나타내고, 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 하기의 실시예에 한정되는 것이 아니다.

실시예 1

횡방향의 자장을 인가한 MCZ법에 의해 실리콘단결정을 제조하였다. 직경 32인치(800mm)의 포트에, 원료 실리콘 300kg을 챠지(charge)하고, 직경 12인치(305mm)의 실리콘단결정을 인상하였다. 이때, 히터의 발열부의 형상이 장경 D1이 925mm이고, 단경 D2(단자측)가 915mm인 타원형상이고(D1/D2=1.01), 전기저항이 발열부 내에서 균일한 히터를 사용하였다. 이 히터를 사용하여 결정을 제조하였는 바, 특별하게 문제없이 최후까지 결정의 성장을 행하는 것이 가능했다.

또한, 이 조건에서 20회 실리콘단결정을 인상한 때의 무전위화율을 표 1에 나타낸다.

실시예 2

실시예 1과 동일하게, 횡방향의 자장을 인가한 MCZ법에 의해 실리콘단결정을 제조하였다. 직경 32인치(800mm)의 포트에 원료 실리콘 300kg을 챠지 하고, 직경 12인치(305mm)의 실리콘단결정을 인상하였다. 이때, 히터의 발열부의 형상이 직경 920mm의 원형상이고, 결정제조에서의 사용 시의 히터형상의 변형에 의해 지름이 확대하여 장경으로 되는 방향(단자측)의 발열슬릿부의 전기저항을 R1로 하고, 지름이 축소하여 단경으로 되는 방향의 발열슬릿부의 전기저항을 R2로 한 때, R1/R2=1.10인 히터를 사용하였다. 발열슬릿부의 전기저항은 단경으로 되는 부분의 발열슬릿부의 두께를 33mm로 하고, 장경으로 되는 부분의 발열슬릿부의 두께를 30mm로 하여 분포를 가지게 하였다. 이 히터를 사용하여 결정을 제조하였는 바, 특별하게 문제없이 최후까지 결정의 성장을 행하는 것이 가능하였다.

또한, 이 조건에서 20회 실리콘단결정을 인상한 때의 무전위화율을 표 1에 나타낸다.

비교예 1

실시예1과 동일하게, 횡방향의 자장을 인가한 MCZ법에 의해 실리콘단결정을 제조하였다. 직경 32인치(800mm)의 포트에 원료 실리콘 300kg을 챠지 하고, 직경 12인치(305mm)의 실리콘단결정을 인상하였다. 이때, 히터의 발열부의 형상은 직경920mm의 원형상이고(D1/D2=1.00), 전기저항이 발열부 내에서 균일한(R1/R2=1.00) 히터를 사용하였다. 그러나, 이 히터는 상온에서 결정제조장치 내에 장착된 단계에서 자중에 의해, 장경이 930mm이고, 단경이 910mm의 타원형상으로 변형하고 있는 것이 확인되었다. 이 히터를 사용하여 결정을 어느 정도 제조하였는 바, 발열부가 장경으로 된 방향에서 원료융액 표면에 고화가 관측되고, 결정제조를 중단하지 않을 수 없는 경우가 있었다.

또한, 이 조건에서 20회 실리콘단결정을 인상한 때의 무전위화율을 표 1에 나타낸다.

	실시례 1	실시례 2	비교례 1
무전위화율 (%)	85	85	50

표 1로 부터 명확한 바와 같이, 육성결정의 무전위화율은, 비교예 1의 히터를 사용하여 결정을 육성한 때에 비해, 실시예 1 및 실시예 2의 히터를 사용하여 결정을 육성한 때의 것이 높고, 큰 폭으로 개선될 수 있는 것을 알 수 있다..

또한, 본 발명은, 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는, 예시이고, 본 발명의 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 가지고, 동일한 작용효과를 갖는 것은 어떠한 것에 있어서도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

예를 들면, 본 발명의 실시예는 주로 실리콘단결정의 인상 시의 자장을 인가하는 MCZ법에 관해서 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 자장을 인가하지 않는 통상의 CZ법에도 적용될 수 있다.

또, 인상결정도 실리콘에 한정되는 것이 아니고, 화합물반도체와 산화물단결정 등의 성장에도 적용할 수 있는 것은 말할 필요가 없다.

본 발명은, 초크랄스키법에 의해 결정을 육성하는 경우에 사용하는 결정제조용 히터 및 그것을 사용한 결정제조장치와 결정제조방법에 관한 것이다.

Claims (36)

1. 적어도, 전류가 공급되는 단자부와 저항가열에 의한 발열부가 설치되고, 원료융액을 수용하는 포트를 둘러싸도록 배치되는, 초크랄스키법에 의해 결정을 제조하는 경우에 사용되는 히터로서, 상기 히터는, 결정제조에서의 사용 시에 히터형상이 변형한 후에, 원료융액에 대하여 균일한 발열분포를 가지는 것임을 특징으로 하는 결정제조용 히터.
2. 적어도, 전류가 공급되는 단자부와 저항가열에 의한 발열부가 설치되고, 원료융액을 수용하는 포트를 둘러싸도록 배치되는, 초크랄스키법에 의해 결정을 제조하는 경우에 사용되는 히터로서, 상기 히터의 발열부의 수평단면의 형상이, 타원형상이고, 결정제조에서의 사용 시에 히터 형상이 변형하여, 상기 발열부의 수평단면형상이 원형상으로 되는 것임을 특징으로 하는 결정제조용 히터.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 발열부의 수평단면의 타원형상은 결정제조에서의 사용 시의 히터형상의 변형에 의해 지름이 확대하는 방향으로는 미리 지름을 작게 하고, 역으로, 지름이 축소하는 방향으로는 미리 지름을 크게 한 것을 특징으로 하는 결정제조용 히터
4. 제 2항에 있어서,

   상기 발열부의 수평단면의 타원형상은, 장경을 D1로 하고, 단경을 D2로 한 때, D1/D2의 값이 1.01 이상 1.20 이하의 범위인 것을 특징으로 하는 결정제조용 히터.
5. 제 3항에 있어서,

   상기 발열부의 수평단면의 타원형상은, 장경을 D1로 하고, 단경을 D2로 한 때, D1/D2의 값이 1.01 이상 1.20 이하의 범위인 것을 특징으로 하는 결정제조용 히터.
6. 적어도, 전류가 공급되는 단자부와, 저항가열에 의한 발열부가 설치되고, 원료융액을 수용하는 포트를 둘러싸도록 배치되는, 초크랄스키법에 의해 결정을 제조하는 경우에 사용되는 히터에 있어서, 상기 히터의 발열부는 전기저항에 분포를 가지게 한 것을 특징으로 하는 결정제조용 히터.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 발열부의 전기저항의 분포는 결정제조에서의 사용 시의 히터 형상의 변형에 의해, 지름이 확대하는 방향으로는 미리 전기저항을 크게 하고, 역으로, 지름이 축소하는 방향으로는 미리 전기저항을 작게 분포시킨 것임을 특징으로 하는 결정제조용 히터.
8. 제 6항에 있어서,

   상기 발열부의 전기저항의 분포는, 발열슬릿부의 두께, 발열슬릿부의 폭, 또는 발열슬릿부의 길이 중 어느 하나 이상을 변경하는 것에 의해 조정된 것임을 특징으로 하는 결정제조용 히터.
9. 제 7항에 있어서,

   상기 발열부의 전기저항의 분포는, 발열슬릿부의 두께, 발열슬릿부의 폭, 또는 발열슬릿부의 길이 중 어느 하나 이상을 변경하는 것에 의해 조정된 것임을 특징으로 하는 결정제조용 히터.
10. 제 6항에 있어서,

    상기 발열부의 전기저항의 분포는 결정제조에서의 사용 시의 히터 형상의 변형에 의해 지름이 확대하는 방향으로의 전기저항을 R1로 하고, 지름이 축소하는 방향으로의 전기저항을 R2로 한 때, R1/R2의 값이 1.01이상 1.10이하의 범위에서 분포시킨 것임을 특징으로 하는 결정제조용 히터.
11. 제 7항에 있어서,

    상기 발열부의 전기저항의 분포는 결정제조에서의 사용 시의 히터 형상의 변형에 의해 지름이 확대하는 방향으로의 전기저항을 R1로 하고, 지름이 축소하는 방향으로의 전기저항을 R2로 한 때, R1/R2의 값이 1.01이상 1.10이하의 범위에서 분포시킨 것임을 특징으로 하는 결정제조용 히터.
12. 제 8항에 있어서,

    상기 발열부의 전기저항의 분포는 결정제조에서의 사용 시의 히터형상의 변형에 의해 지름이 확대하는 방향으로의 전기저항을 R1로 하고, 지름이 축소하는 방향으로의 전기저항을 R2로 한 때, R1/R2의 값이 1.01이상 1.10이하의 범위에서 분포시킨 것임을 특징으로 하는 결정제조용 히터.
13. 제 9항에 있어서,

    상기 발열부의 전기저항의 분포는 결정제조에서의 사용 시의 히터형상의 변형에 의해 지름이 확대하는 방향으로의 전기저항을 R1로 하고, 지름이 축소하는 방향으로의 전기저항을 R2로 한 때, R1/R2의 값이 1.01이상 1.10이하의 범위에서 분포시킨 것임을 특징으로 하는 결정제조용 히터.
14. 제 2항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 히터는 제 6항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재된 히터인 것을 특징으로 하는 결정제조용 히터.
15. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 히터가 사용되는 초크랄스키법은, MCZ법인 것을 특징으로 하는 결정제조용 히터.
16. 제 14항에 있어서,

    상기 히터가 사용되는 초크랄스키법은, MCZ법인 것을 특징으로 하는 결정제조용 히터.
17. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제조하는 결정은, 실리콘 단결정인 것을 특징으로 하는 결정제조용 히터.
18. 제 14항에 있어서,

    상기 제조하는 결정은, 실리콘 단결정인 것을 특징으로 하는 결정제조용 히터.
19. 제 15항에 있어서,

    상기 제조하는 결정은, 실리콘 단결정인 것을 특징으로 하는 결정제조용 히터.
20. 제 16항에 있어서,

    상기 제조하는 결정은, 실리콘 단결정인 것을 특징으로 하는 결정제조용 히터.
21. 적어도, 제 1항 내지 제 13항중 어느 한 항에 기재된 결정제조용 히터를 구비하는 것을 특징으로 하는 결정제조장치.
22. 적어도, 제 14항에 기제된 결정제조용 히터를 구비하는 것을 특징으로 하는 결정제조장치.
23. 적어도, 제 15항에 기재된 결정제조용 히터를 구비하는 것을 특징으로 하는 결정제조장치.
24. 적어도, 제 16항에 기재된 결정제조용 히터를 구비하는 것을 특징으로 하는 결정제조장치.
25. 적어도, 제 17항에 기재된 결정제조용 히터를 구비하는 것을 특징으로 하는 결정제조장치.
26. 적어도, 제 18항에 기재된 결정제조용 히터를 구비하는 것을 특징으로 하는 결정제조장치.
27. 적어도, 제 19항에 기재된 결정제조용 히터를 구비하는 것을 특징으로 하는 결정제조장치.
28. 적어도, 제 20항에 기재된 결정제조용 히터를 구비하는 것을 특징으로 하는 결정제조장치.
29. 제 21항에 기재된 결정제조장치를 사용하여 초크랄스키법에 의해 결정을 제조하는 것을 특징으로 하는 결정제조방법.
30. 제 22항에 기재된 결정제조장치를 사용하여 초크랄스키법에 의해 결정을 제조하는 것을 특징으로 하는 결정제조방법.
31. 제 23항에 기재된 결정제조장치를 사용하여 초크랄스키법에 의해 결정을 제조하는 것을 특징으로 하는 결정제조방법.
32. 제 24항에 기재된 결정제조장치를 사용하여 초크랄스키법에 의해 결정을 제조하는 것을 특징으로 하는 결정제조방법.
33. 제 25항에 기재된 결정제조장치를 사용하여 초크랄스키법에 의해 결정을 제조하는 것을 특징으로 하는 결정제조방법.
34. 제 26항에 기재된 결정제조장치를 사용하여 초크랄스키법에 의해 결정을 제조하는 것을 특징으로 하는 결정제조방법.
35. 제 27항에 기재된 결정제조장치를 사용하여 초크랄스키법에 의해 결정을 제조하는 것을 특징으로 하는 결정제조방법.
36. 제 28항에 기재된 결정제조장치를 사용하여 초크랄스키법에 의해 결정을 제조하는 것을 특징으로 하는 결정제조방법.

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