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갈륨, 인듐 및 알루미늄이 첨가된 실리콘 단결정의 제조

전문가 제언: ○ 융액에서 단결정을 육성하는 초크랄스키(Czochralski; CZ)법은 대형 고품질의 Si, GaAs반도체, YAG, LiNbO3 등의 산화물광학결정을 제조하는 기술이다. 현재는 CZ법을 잉곳결정성장에 일반적으로 이용한다. 광학소재의 발전에 크게 기여한 단결정성장의 기본기술이다. 폴란드사람 Jan Czochralski(1885~1953)가 고안하였다.

○ CZ법에 의하여 Si-결정을 성장할 때에는 석영도가니에 다결정 Si-원료를 넣고 원료를 가열한다. 원료를 융점 이상으로 용융하여 종자결정을 융액 표면에서 약간의 깊이로 침전한다. 종자결정을 회전하면서 서서히 끌어올린다. 인상과 동시에 도가니의 온도를 서서히 내리면서 결정의 어깨부분을 형성한 다음 원하는 원통형으로 결정을 성장한다.

○ 단결정성장에 불순물을 첨가하는 이유는 결정체의 물성을 원하는 물성으로 제어하는 데 목적이 있다. 대부분의 단결정성장에는 I족(Li, Cu), II족(Mg, Zn), III족(B, Al, Ga, In), IV족((Si, Ge, Sn), 전이원소(Mn, Fe, Co, Ni) 등을 사용해서 반도체의 물성을 조절한다. 첨가제를 균일하게 부포하는 기술은 분배이론과 일치해야 하기 때문에 매우 복잡하다.

○ 반도체 결정성장에서 Si-성장은 제일 오랜 역사를 가지고 있는 보편화된 기술이다. 우리나라는 LG-Siltron에서 25년 전부터 Si-단결정을 CZ법으로 생산하고 있다. 생산물량과 품질 면에서도 세계상위권에 속한다. 특허에서는 CZ법을 개량한 CCZ법을 사용해서 반도체 불순물(Ga, In, Al)을 Si-결정에 균일하게 첨가하는 새로운 기법을 소개하였다.

저자: Deluca, John P. et al.
자료유형: 특허정보