KR100486877B1 - 저융점 도판트 주입관이 설치된 실리콘 단결정 성장 장치및 저융점 도판트 주입 방법 - Google Patents

저융점 도판트 주입관이 설치된 실리콘 단결정 성장 장치및 저융점 도판트 주입 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실리콘 단결정 성장 장치 및 도판트 주입 방법에 관한 것으로, 특히, 녹는점(융점)이 실리콘보다 낮은 저융점 도판트를 고농도로 주입하기 위한 장치가 설치된 실리콘 단결정 성장 장치 및 저융점 도판트의 주입 방법에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명인 저융점 도판트 주입관을 설치한 실리콘 단결정 성장 장치는 다결정 실리콘을 적재ㆍ용융하는 석영 도가니와, 상기 석영 도가니로 열을 방사하여 공급하는 발열부와, 상기 석영 도가니에 용융되어 있는 용융 실리콘으로부터 실리콘 단결정을 인상시키는 실리콘 단결정 리프터(lifter)를 포함하는 실리콘 단결정 성장 장치에 있어서, 측벽부와 상부가 밀폐되고, 개방된 하부에 격자 형태 구조의 하부망(net)이 형성되어, 저융점 도판트(dopant)를 내부에 적재하되, 상기 하부망과 상기 저융점 도판트(dopant) 사이에 실리콘웨이퍼가 삽입되는 저융점 도판트 주입관을 포함하여 이루어진다.
또한, 본 발명인 저융점 도판트의 주입 방법은 상기 저융점 도판트 주입관의 하부면을 석영 도가니의 내부에 용융된 용융 실리콘에 디핑(dipping)함으로서, 상기 용융 실리콘의 열에 의하여 상기 저융점 도판트가 용융ㆍ기화하여, 상기 저융점 도판트 주입관 하부망을 통하여 상기 용융 실리콘에 도핑(dopping) 시킴으로써, 원하는 비저항 값을 갖는 실리콘 단결정을 성장시킨다.

Description

저융점 도판트 주입관이 설치된 실리콘 단결정 성장 장치 및 저융점 도판트 주입 방법{A silicon single crystal grower with an apparatus for doping the dopants of low melting point and a method for doping the dopants of low melting point}
본 발명은 실리콘 단결정 성장 장치 및 도판트 주입 방법에 관한 것으로, 특히, 융점이 낮은 저융점 도판트를 고농도로 주입하기 위한 장치가 설치된 실리콘 단결정 성장 장치 및 저융점 도판트의 주입 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 제조에 사용되는 실리콘웨이퍼(silicon wafer)는 적절한 비저항 값을 갖기 위하여, 순수한 실리콘 단결정의 성장 공정에서 P-type 또는 N-type의 도판트(dopant)가 첨가된다. 이 때, P-type 실리콘웨이퍼 제조를 위하여 주입되는 붕소(B)는 그 융점이 약 2180℃로서, 실리콘의 융점인 1412℃보다 높기 때문에 다결정 실리콘을 석영 도가니에 적재 시 석영 도가니 바닥에 다결정 실리콘과 함께 투입하여 용융시킴으로써 용융 실리콘에 도판트가 도핑(dopping) 되도록 한다. 이처럼 실리콘의 융점(1412℃)보다 높은 융점을 가지는 도판트를 고융점 도판트라고 한다.
한편, 실리콘의 융점(1412℃)에 비하여 낮은 융점을 가지는 도판트를 저융점 도판트라고 하며, 이러한 저융점 도판트에는 안티모니(Sb : 631℃), 적인(Red Phosphorus : 593℃), 게르마늄(Ge : 937℃), 비소(As : 817℃) 등이 있다. 이러한 저융점 도판트를 고농도로 첨가시키기 위하며, 붕소 등의 고융점 도판트 첨가 시 사용하는 방법을 이용할 경우에는 최초 다결정 실리콘의 용해 시 다결정 실리콘이 완전 용해되기 전에, 저융점 도판트가 모두 용융ㆍ기화되어 실리콘 성장로 내의 오염을 유발하는 실리콘 용액으로부터 증발된 실리콘 산화물을 제거하기 위하여 흘려주는 불활성 기체(예 : Ar 등)와 함께 성장로의 외부로 배출ㆍ제거됨으로써 목적하는 비저항값을 갖는 실리콘 단결정을 생산 할 수 없다. 또한 저융점 도판트가 기화되어 배출되는 것을 방지하기 위하여 성장로 내에 불활성 기체를 흘리지 않고 밀폐하게 되면 실리콘 산화물(SiOx)이 성장로 내를 오염시켜, 의도하지 않는 탄소 및 금속 불순물이 실리콘 용액을 오염시키는 문제점이 있으며, 또한 성장로 내벽에 실리콘 산화물(SiOx)이 증착되어 실리콘 단결정 봉 생산시 실리콘 융액 표면에 성장로 내벽에 증착되었던 실리콘 산화물(SiOx)이 낙하하여 실리콘 단결정의 성장을 불가능하게 함으로써 실리콘 단결정의 생산성 저하의 원인이 되었다.
따라서 종래에는 저융점 도판트의 고농도 주입을 위하여 다결정 실리콘을 완전히 녹인 후에 순수 저융점 도판트를 용융 실리콘의 표면에 뿌려서 도핑을 실시하여 왔다. 그러나 이 경우 도핑된 도판트가 완전히 실리콘 융액 내로 녹아 들어가지 못하고 약 30%는 기화되어 불활성 기체와 함께 성장로 외부로 배출ㆍ제거된다. 따라서 도판트의 주입 농도에 대한 제어가 불완전하며, 저융점 도판트의 낭비가 발생하였다. 또한 저융점 도판트의 대부분은 유독성의 물질로 성장로의 외부로 배출되었을 때에는 환경 오염의 원인이 되는 문제점이 있는 것이다.
또한 첨가되는 저융점 도판트의 도핑 시 순수 저융점 도판트 내의 불순물로 인한 산화물이 발생하여 실리콘 융액의 표면에 부유함으로 인해 파티클 히트(particled hit)의 근원으로 작용하여 실리콘 단결정 생산성 저하의 치명적인 원인이 되어 왔다.
이러한 산화물을 제거하기 위한 종래의 방법은 첫째로 산화물이 석영 도가니의 외벽에 접촉하게 되면 표면장력으로 인하여 석영 도가니 내벽에 고착되어 실리콘 단결정이 성장되는 고/액 계면으로부터 산화물을 공간적으로 분리할 수 있는 방법이 있으나, 이 방법은 한 두개의 산화물 조각을 제거하는데 사용할 수 있는 방법으로 저융점 도판트의 도핑 시 발생하는 많은 수의 산화물을 제거하는데는 효과적이지 못한 것이다. 그리고, 또 다른 방법은 산화물을 실리콘 융액에 용해시키는 방법으로서, 산화물의 융점은 대체로 실리콘의 융액의 융점 보다 매우 높으나, 어떤 온도에서 안정한 고체가 액상의 다른 물질내로 용해되는 현상과 동일한 메커니즘으로 실리콘 융액에 산화물이 용해될 수 있다. 그러나 산화물의 실리콘 융액 내로 녹는 속도가 매우 느림으로 인해 산화물을 완전히 실리콘 융액에 용해시키기 위해서는 약 30 시간 이상 소요된다. 따라서 실리콘 단결정 생산 시 심각한 생산성 저하를 발생시키게 되며, 이보다 더욱 심각한 문제는 산화물을 녹이는 동안 석영 도가니의 열화로 인한 부식으로 인하여 본래 목적하는 실리콘 단결정의 생산 시 실리콘 단결정 생산 수율이 심각히 저하되는 문제점이 있었던 것이다.
본 발명은 저융점 도판트의 고농도 도핑 시에 있어서, 상술한 문제점인 성장로 내의 오염을 발생시키지 아니하고, 저융점 도판트 주입 농도의 제어가 가능하며, 저융점 도판트의 낭비를 최소화시키면서, 도핑 시 발생하는 산화물에 의한 실리콘 단결정 생산에의 악영향을 제거한 실리콘 단결정 성장 장치 및 저융점 도판트의 주입 방법을 제공하려는 것이다.
이를 위한 본 발명인 저융점 도판트 주입관을 설치한 실리콘 단결정 성장 장치는 다결정 실리콘을 적재ㆍ용융하는 석영 도가니와, 상기 석영 도가니로 열을 방사하여 공급하는 발열부와, 상기 석영 도가니에 용융되어 있는 용융 실리콘으로부터 실리콘 단결정을 인상시키는 실리콘 단결정 리프터(lifter)를 포함하는 실리콘 단결정 성장 장치에 있어서, 측벽부와 상부가 밀폐되고, 개방된 하부에 격자 형태 구조의 하부망(net)이 형성되어, 저융점 도판트(dopant)를 내부에 적재하되, 상기 하부망과 상기 저융점 도판트(dopant) 사이에 실리콘웨이퍼가 삽입되는 저융점 도판트 주입관을 포함하여 이루어진다. 그리고, 상기 저융점 도판트 주입관은 고순도 석영 유리로 형성된 것이 바람직하며, 특히, 상기 저융점 도판트의 주입관의 내부에 저융점 도판트를 적재할 때, 상기 저융점 도판트 주입관의 하부망과 상기 저융점 도판트(dopant) 사이에 실리콘웨이퍼를 삽입하는 것이 더욱 바람직하다. 그리고, 상기 저융점 도판트 주입관은 상기 실리콘 단결정 리프터의 시드 척(seed chuck)에 결합되는 결합부가 형성되어 있고, 상기 저융점 도판트 주입관의 결합부가 상기 시드 척(seed chuck)에 결합ㆍ분리되는 것이 바람직하며, 상기 실리콘 단결정 리프터의 하강 중 상기 저융점 도판트 주입관 내부의 도판트가 상기 석영 도가니 내부의 용융 실리콘에 디핑(dipping)되기 전에, 상기 용융 실리콘의 표면과 상기 발열부로부터 상기 저융점 도판트 주입관으로 방사되는 복사열을 차단하는 열 실드(heat shield)를 추가로 포함하거나, 또는, 상기 실리콘 단결정 리프터의 하강 중 상기 저융점 도판트 주입관 내부의 도판트가 상기 석영 도가니 내부의 용융 실리콘에 디핑(dipping)되기 전에, 상기 발열부로부터 상기 저융점 도판트 주입관으로 방사되는 열을 차단하도록, 상기 석영 도가니 내부의 용융 실리콘의 상부면으로부터 일정 거리 이격되고 내부에 냉각수가 순환되는 냉각 장치가 상기 실리콘 단결정 성장로의 상부에 추가로 설치된 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명인 저융점 도판트의 주입 방법은 저융점 도판트(dopant)를 측벽부와 상부가 밀폐되고, 개방된 하부에 격자 형태의 하부망(net)이 형성되어 있는 저융점 도판트 주입관의 내부에 적재하고, 상기 저융점 도판트 주입관의 하부면을 석영 도가니의 내부에 용융된 용융 실리콘에 디핑(dipping)함으로써, 상기 용융 실리콘의 열에 의하여 상기 저융점 도판트를 용융ㆍ기화시켜, 상기 용융ㆍ기화된 저용점 도판트를 상기 저융점 도판트 주입관의 하부망을 통하여 상기 용융 실리콘으로 도핑(dopping)시키는 것이 특징이다. 그리고, 상기 저융점 도판트 주입관에 저융점 도판트를 적재할 때, 상기 저융점 도판트와 상기 저융점 도판트 주입관의 하부망 사이에 실리콘웨이퍼를 삽입하는 것이 바람직하며, 상기 저융점 도판트 주입관의 내부에 저융점 도판트를 적재한 후에, 상기 저융점 도판트 주입관을 실리콘 단결정 리프터의 시드 척에 결합하고, 상기 실리콘 단결정 리프터를 하강함으로서 상기 저융점 도판트 주입관의 하부를 상기 용융 실리콘에 디핑(dipping)하여 상기 저융점 도판트를 도핑(dopping)하고, 상기 도핑(dopping)이 완료된 후에는 상기 실리콘 단결정 리프터를 상승시켜 상기 저융점 도판트 주입관을 분리한 후 실리콘 종자 결정을 설치함으로써 단결정 성장의 후속 공정을 진행하는 것이 더욱 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명인 저융점 도판트 주입관을 설치한 실리콘 단결정 성장 장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, 다결정 실리콘을 적재ㆍ용융하는 석영 도가니(10)와, 상기 석영 도가니로 열을 방사하여 공급하는 발열부(20)와, 상기 석영 도가니에 용융되어 있는 용융 실리콘으로부터 실리콘 단결정을 인상시키는 실리콘 단결정 리프터(lifter)(40)를 포함하는 실리콘 단결정 성장 장치에 있어서, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같은, 측벽부(102)와 상부(101)가 밀폐되고, 개방된 하부에 격자 형태의 하부망(net)(103)이 형성되어, 저융점 도판트(dopant)(D)를 내부에 적재하는 저융점 도판트 주입관(100)을 포함하여 이루어진다.
따라서, 안티모니(Sb : 631℃), 적인(Red Phosphorus : 593℃), 게르마늄(Ge : 937℃), 비소(As : 817℃), 등의 저융점 도판트(D)를, 도 1a에 도시된 바와 같이, 저융점 도판트 주입관(100) 내에 적재하여, 도 1d에 도시된 바와 같이, 하부망(103)이 형성되어 있는 주입관(100)의 하단부를 용융 실리콘(S)에 디핑(dipping)함으로서, 용융 실리콘(S)의 온도(약 1450℃)에 의하여 저융점 도판트(D)가 용융ㆍ기화 되도록 한다. 즉, 저융점 도판트(D)의 융점점은 실리콘의 융점보다 훨씬 낮으므로, 용융 실리콘(S) 자체의 온도에 의하여 용융ㆍ기화되며, 이렇게 용융ㆍ기화된 저융점 도판트(D)는 저융점 도판트 주입관(100)의 하부망(103)을 통하여서만 용융 실리콘(S)에 도핑(dopping)된다. 이 때, 저융점 도판트 주입관(100)의 상부(101)와 측벽부(102)는 완전히 밀폐되어 있으므로, 저융점 도판트(D)가 기화되더라도 용융 실리콘(S)에 도핑되는 이외에 성장로 내부로 배출되지 않는 것이다. 또한, 밀폐된 공간에서 기화된 저융점 도판트는 주입관(100) 내의 증기압을 높이게 되고, 이렇게 기화된 저융점 도판트는 높은 증기압으로 인하여 주입관(100) 내에 존재하는 것 보다 용융 실리콘(S)에 녹아 들어가는 것이 열역학적으로 훨씬 안정하므로 용융 실리콘으로 100% 주입되고, 이로 인하여 용융 실리콘(S)에 도핑될 도판트의 농도를 정량적으로 제어할 수 있는 것이다.
그리고, 주입되는 순수 저융점 도판트(D)의 순도가 실리콘 단결정 성장 공정에서 사용되는 다결정 실리콘의 순도에 비해 매우 낮은 경우 도판트 내에 존재하는 불순물로 인해 도판트 주입 과정에서 산화물이 발생하여 실리콘 융액 표면에 부유하게 되는데, 도 1d에 도시된 바와 같이, 이러한 도판트의 산화물(O)은 저융점 도판트 주입관(100)의 내부에서 부유하면서 저융점 도판트 주입관(100) 외부의 용융 실리콘의 표면과 공간적으로 완전히 분리되게 되는 것이다. 또한 저융점 도판트(D)를 용융시켜 용융 실리콘(S)에 완전히 도핑(dopping)시킨 후에, 저융점 도판트 주입관(100)을 용융 실리콘(S)의 표면으로부터 제거할 때에는 산화물(O)의 표면 장력에 의하여 저융점 도판트 주입관(100)의 측벽부(102)에 접착이 되거나, 저융점 도판트 주입관(100)의 하부에 형성된 하부망(103)에 접착되어 용융 실리콘(S)에서 제거될 수 있는 것이다. 특히, 저융점 도판트 주입관(100)의 하부를 격자 형태의 하부망(103)으로 형성하여 격자 형태의 하부망의 표면적이 넓게 형성되어 있으므로, 산화물(O)이 더욱 용이하게 저융점 도판트 하부망(103)에 접착되어 저융점 도판트 주입관(100)을 용융 실리콘(100)으로부터 제거한 후에는 용융 실리콘의 표면에 산화물(O)이 잔류하지 않도록 할 수 있는 것이다.
그리고, 저융점 도판트 주입관(100)은 석영 도가니 내의 용융 실리콘(S)의 온도(약 1450℃)에서도 녹지 않고, 저융점 도판트(D)가 완전히 도핑이 되는 동안에도 부식 등이 발생하지 않아야 하므로, 고순도 석영 유리로 형성하는 것이 바람직하다.
그리고, 저융점 도판트 주입관(100)의 하부를 용융 실리콘(S)에 디핑하는 과정에서 저융점 도판트 주입관(100)을 용융 실리콘(S)에 디핑하기 전에 용융 실리콘(S)의 표면에서 방사되는 복사열이나, 발열부(20)로부터 방사되는 열이 직접적으로 저융점 도판트 주입관(100)에 가하여져서, 내부에 적재되어 있는 저융점 도판트(D)가 용융 또는 기화되어 실리콘 단결정 성장로 내부로 배출되는 것을 방지하기 위하여, 도 1c에 도시된 바와 같이, 저융점 도판트 주입관(100)의 내부에 저융점 도판트(D)를 적재할 때, 저융점 도판트 주입관(100)의 하부망(103)과 저융점 도판트(D) 사이에 실리콘웨이퍼를 삽입하는 것이 바람직하다.
따라서, 용융 실리콘(S)의 표면이나, 발열부(20)로부터의 열이 저융점 도판트 주입관(100)으로 가하여지더라도 하부의 실리콘웨이퍼(W)에 의하여 저융점 도판트(D)에 직접 열이 전달되는 것을 방지 할 수 있다. 그리고, 실리콘웨이퍼(W)를 통하여 열이 전달되어 저융점 도판트(D)가 용융ㆍ기화된다 하더라도, 실리콘웨이퍼(W)의 융점은 약 1412℃로 매우 높기 때문에 저융점 도판트 주입관(100)의 디핑되기 전의 짧은 시간 동안에는 실리콘웨이퍼(W)가 녹지 않으므로, 주입관(100) 내부에서 저융점 도판트(D)가 용융ㆍ기화되어 있더라도, 주입관(100)의 하부망(103)을 통하여 주입관(100)의 외부로 배출되지 못하는 것이다. 그리고, 저융점 도판트 주입관(100)이 용융 실리콘(S)에 디핑(dipping) 된 후에는, 도 1d에 도시된 바와 같이, 용융 실리콘(S)의 온도(약 1450℃)와 발열부(20)의 열에 의하여 실리콘웨이퍼(W)가 녹게 되고, 주입관(100) 내부의 저융점 도판트(D)가 주입관(100)의 하부망(103)을 통하여 용융 실리콘(S)으로 도핑(dopping)되는 것이다.
그리고, 도 2에 도시된 바와 같이, 저융점 도판트 주입관(100)은 실리콘 단결정 리프터(40)의 시드 척(seed chuck)(41)에 결합되는 결합부(104)가 형성되어 있고, 저융점 도판트 주입관(100)의 결합부(104)는 시드 척(seed chuck)(41)에 결합ㆍ분리되는 것이 바람직하다. 즉, 저융점 도판트 주입관(100)에 저융점 도판트(D)를 적재한 후에는 저융점 도판트 주입관(100)을 실리콘 단결정 리프터(40)의 시드 척(41)에 결합하여, 실리콘 단결정 리프터(40)를 하강시켜 저융점 도판트 주입관(100)의 하부를 용융 실리콘(S)에 디핑(dipping)할 수 있으며, 저융점 도판트의 도핑(dopping)이 완료된 후에는 실리콘 단결정 리프터(40)를 상승시켜 시드 척(41)으로부터 저융점 도판트 주입관(100)을 분리하고, 시드 척(41)에 종자 결정(seed)을 결합시켜 종자 결정의 디핑(seed dipping) 등의 후속 공정을 진행 할 수 있는 것이다.
그리고, 도 2에 도시된 바와 같이, 저융점 도판트 주입관(100)을 실리콘 단결정 리프터(40)의 시드 척(41)에 결합시켜, 실리콘 단결정 리프터(40)의 하강 중 저융점 도판트 주입관(100) 내부의 도판트(D)가 석영 도가니(10) 내부의 용융 실리콘(S)에 디핑(dipping)되기 전에, 용융 실리콘(S)의 표면과 발열부(20)로부터 저융점 도판트 주입관(100)으로 방사되는 복사열을 차단하는 열 실드(heat shield)(50)를 추가로 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 도 2에 도시된 바와 같이, 저융점 도판트 주입관(100)을 실리콘 단결정 리프터(40)의 시드 척(41)에 결합시켜, 실리콘 단결정 리프터(40)의 하강 중 저융점 도판트 주입관(100) 내부의 도판트(D)가 석영 도가니(10) 내부의 용융 실리콘(S)에 디핑(dipping)되기 전에, 발열부(20)로부터 저융점 도판트 주입관(100)으로 방사되는 복사열을 차단하도록, 석영 도가니(10) 내부의 용융 실리콘(S)의 상부면으로부터 일정 거리 이격되고, 내부에 냉각수가 순환되는 냉각 장치(60)가 상기 실리콘 단결정 성장로 상부(30)에 추가로 설치되는 것이 바람직하다.
그리고, 저융점 도판트 주입관(100)이 설치된 실리콘 단결정 성장 장치는 상기 열 실드(50)와 냉각 장치(60)가 동시에 설치되는 것이 더욱 바람직하다.
따라서, 저융점 도판트(D)가 적재된 저융점 도판트 주입관(100)이 실리콘 단결정 리프터(40)에 결합되어, 실리콘 단결정 리프터(40)가 하강 중, 용융 실리콘(S)에 디핑(dipping) 되기 전에 저융점 도판트(D)가 저융점 도판트 주입관(100)의 내부에서 용융ㆍ기화되는 것을 방지 할 수 있는 것이다. 특히, 저융점 도판트 중 녹는점이 631℃인 안티모니(Sb)나, 녹는점이 593℃인 적인(Red Phosphorus) 등은 융점이 극히 낮으므로, 용융 실리콘(S)의 표면 또는 발열부(20)로부터의 방사되는 복사열에 의하여 저융점 도판트 주입관(100)의 내부에서 용융ㆍ기화되어, 저융저 도판트 주입관(100) 내의 증기압을 높혀 저융점 도판트 주입관(100)이 파괴될 위험성도 있으므로, 상술한 열 실드(50) 또는 냉각 장치(60)에 의하여 이러한 위험성을 제거 할 수 있는 것이다.
이하에서는, 본 발명인 저융점 도판트의 주입 방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명인 저융점 도판트의 주입 방법은 도 1a에 도시된 바와 같이, 저융점 도판트(D)를 측벽부(102)와 상부(101)가 밀폐되고, 개방된 하부에 격자 형태의 망(net)(103)이 형성되어 있는 저융점 도판트 주입관(100)의 내부에 적재하고, 저융점 도판트 주입관(100)의 하부면(103)을 석영 도가니(10)의 내부에 용융된 용융 실리콘(S)에 디핑(dipping)함으로서, 용융 실리콘(S)의 열에 의하여 저융점 도판트(D)를 용융ㆍ기화시켜, 용융ㆍ기화된 저용점 도판트(D)를 저융점 도판트 주입관(100)의 하부망(103)을 통하여 용융 실리콘(S)으로 도핑(dopping)시키는 것이 특징이다. 이 때, 저융점 도판트 주입관(100)에 저융점 도판트(D)를 적재할 때, 저융점 도판트(D)와 저융점 도판트 주입관(100)의 하부망(103) 사이에 실리콘웨이퍼(W)를 삽입하는 것이 바람직하다. 저융점 도판트 주입관(100)을 통하여 용융 실리콘(S)으로 저융점 도판트(D)가 주입되는 원리는 본 발명인 저융점 도판트 주입관(100)이 설치된 실리콘 단결정 성장 장치의 실시예에서 설명한 바와 같다.
그리고, 저융점 도판트 주입관을 이용하여 저융점 도판트를 용융 실리콘에 주입하는 본 발명에서, 저융점 도판트 주입관(100)의 내부에 저융점 도판트(D)를 적재한 후에, 저융점 도판트 주입관(100)을 실리콘 단결정 리프터(40)의 시드 척(41)에 결합하고, 실리콘 단결정 리프터(40)를 하강함으로서 저융점 도판트 주입관(100)의 하부를 용융 실리콘(S)에 디핑(dipping)하여 저융점 도판트(D)를 도핑(dopping)하고, 도핑(dopping)이 완료된 후에는 실리콘 단결정 리프터(40)를 상승시켜 저융점 도판트 주입관(100)을 분리한 후, 실리콘 종자 결정을 설치함으로써 실리콘 단결정 성장의 후속 공정을 진행하는 것이 더욱 바람직하다. 즉, 다결정 실리콘을 석영 도가니(10)에 적재하여, 용융시킨 후, 시드(seed) 디핑(dipping) 공정 전에, 실리콘 단결정 리프터(40)의 시드 척(41)에 저융점 도판트 주입관(100)을 결합시켜 저융점 도판트(D)를 용융 실리콘(S)에 도핑(dopping)시키는 것이다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
본 발명은 상술한 구성을 포함함으로서, 순수 저융점 도판트의 고농도 도핑 시에 성장로 내의 오염을 발생시키지 아니하고, 저융점 도판트 주입 농도의 제어가 가능하며, 도판트의 낭비를 최소화시키면서, 도핑 시 발생하는 산화물에 의한 실리콘 단결정 생산성 저하의 악영향을 제거한 저융점 도판트 주입관이 설치된 실리콘 단결정 성장 장치 및 저융점 도판트의 주입 방법을 제공하였다.
도 1a는 본 발명의 주요 구성 요소인 저융점 도판트 주입관의 종단면도.
도 1b는 본 발명의 주요 구성 요소인 저융점 도판트 주입관의 하면도.
도 1c는 본 발명의 주요 구성 요소인 저융점 도판트 주입관에 실리콘웨이퍼를 삽입한 종단면도.
도 1d는 본 발명에서 저융점 도판트가 도핑(dopping)되는 과정을 도시한 구성도.
도 2는 본 발명인 저융점 도판트 주입관이 설치된 실리콘 단결정 성장 장치의 개략적인 종단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 도면 부호의 설명 *
10 : 석영 도가니 20 : 발열부
30 : 실리콘 단결정 성장로 상부 40 : 실리콘 단결정 리프터(lifter)
41 : 시드 척(seed chuck) 50 : 열 실드(heat shield)
60 : 냉각 장치 S : 용융 실리콘
100 : 저융점 도판트 주입관 101 : 상면부
102 : 측벽부 103 : 하부망
104 : 결합부 D : 저융점 도판트
W : 실리콘웨이퍼

Claims (9)

  1. 다결정 실리콘을 적재ㆍ용융하는 석영 도가니와, 상기 석영 도가니로 열을 방사하여 공급하는 발열부와, 상기 석영 도가니에 용융되어 있는 용융 실리콘으로부터 실리콘 단결정을 인상시키는 실리콘 단결정 리프터(lifter)를 포함하는 실리콘 단결정 성장 장치에 있어서,
    측벽부와 상부가 밀폐되고, 개방된 하부에 격자 형태 구조의 하부망(net)이 형성되어, 저융점 도판트(dopant)를 내부에 적재하되, 상기 하부망과 상기 저융점 도판트(dopant) 사이에 실리콘웨이퍼가 삽입되는 저융점 도판트 주입관을 포함하는 것이 특징인 저융점 도판트 주입관이 설치된 실리콘 단결정 성장 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 저융점 도판트 주입관은 고순도 석영 유리로 형성된 것이 특징인 저융점 도판트 주입관이 설치된 실리콘 단결정 성장 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1항 또는 제 2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저융점 도판트 주입관은 상기 실리콘 단결정 리프터의 시드 척(seed chuck)에 결합되는 결합부가 형성되어 있고, 상기 저융점 도판트 주입관의 결합부가 상기 시드 척(seed chuck)에 결합ㆍ분리되는 것이 특징인 저융점 도판트 주입관이 설치된 실리콘 단결정 성장 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 실리콘 단결정 리프터의 하강 중 상기 저융점 도판트 주입관 내부의 도판트가 상기 석영 도가니 내부의 용융 실리콘에 디핑(dipping)되기 전에, 상기 용융 실리콘의 표면과 상기 발열부로부터 상기 저융점 도판트 주입관으로 방사되는 복사열을 차단하는 열 실드(heat shield)를 추가로 포함하는 것이 특징인 저융점 도판트 주입관이 설치된 실리콘 단결정 성장 장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 실리콘 단결정 리프터의 하강 중 상기 저융점 도판트 주입관 내부의 도판트가 상기 석영 도가니 내부의 용융 실리콘에 디핑(dipping)되기 전에, 상기 발열부로부터 상기 저융점 도판트 주입관으로 방사되는 열을 차단하도록, 상기 석영 도가니 내부의 용융 실리콘의 상부면으로부터 일정 거리 이격되고, 내부에 냉각수가 순환되는 냉각 장치가 상기 실리콘 단결정 성장로 상부에 추가로 설치된 것이 특징인 저융점 도판트 주입관이 설치된 실리콘 단결정 성장 장치.
  7. 저융점 도판트(dopant)를 측벽부와 상부가 밀폐되고, 개방된 하부에 격자 형태의 하부망(net)이 형성되어 있는 저융점 도판트 주입관의 내부에 적재하고,
    상기 저융점 도판트 주입관의 하부면을 석영 도가니의 내부에 용융된 용융 실리콘에 디핑(dipping)함으로서, 상기 용융 실리콘의 열에 의하여 상기 저융점 도판트를 용융ㆍ기화시켜, 상기 용융ㆍ기화된 저융점 도판트를 상기 저융점 도판트 주입관의 하부망을 통하여 상기 용융 실리콘으로 도핑(dopping)시키는 것이 특징인 저융점 도판트의 주입 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 저융점 도판트 주입관에 저융점 도판트를 적재할 때, 상기 저융점 도판트와 상기 저융점 도판트 주입관의 하부망 사이에 실리콘웨이퍼를 삽입하는 것이 특징인 저융점 도판트의 주입 방법.
  9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 저융점 도판트 주입관의 내부에 저융점 도판트를 적재한 후에, 상기 저융점 도판트 주입관을 실리콘 단결정 리프터의 시드 척에 결합하고,
    상기 실리콘 단결정 리프터를 하강함으로써, 상기 저융점 도판트 주입관의 하부를 상기 용융 실리콘에 디핑(dipping)하여 상기 저융점 도판트를 도핑(dopping)하고,
    상기 도핑(dopping)이 완료된 후에는 상기 실리콘 단결정 리프터를 상승시켜 상기 저융점 도판트 주입관을 분리하는 것이 특징인 저융점 도판트의 주입 방법.
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