KR100509185B1 - An Apparatus For Doping Low- Melting-Point Dopants For Silicon Single Crystal Grower - Google Patents
An Apparatus For Doping Low- Melting-Point Dopants For Silicon Single Crystal Grower Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 실리콘 단결정 성장장치의 도판트 주입장치에 관한 것으로, 특히, 융점이 실리콘보다 낮은 저융점 도판트를 실리콘 융액에 고농도로 주입하는 저융점 도판트 주입 장치에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명의 도판트 주입장치는, 초크랄스키 방법으로 제조하는 실리콘 단결정 성장장치의 저융점 도판트 주입장치로, 하부면에 다수개의 통공이 형성되고, 상면에 도판트공급을 위한 덮개가 설치되며 다른면은 밀폐된 케이싱과; 상기 케이싱의 내부에 상기 케이싱의 하부면과 일정거리를 두고 설치되며, 내부에 저융점 도판트가 적재되며, 측면에 다수의 통공이 형성된 도판트 수용부와; 상기 저융점 도판트 주입장치의 상하이동이 가능하도록 상기 케이싱과 실리콘 단결정 리프터를 연결하는 연결부를 포함하여 구성되어, 상기 케이싱의 하부면이 실리콘융액에 담구어지고 도판트 수용부는 융액 표면에서 이격된 상태에서 도판트가 상기 각 통공을 통하여 실리콘융액에 주입되는 것을 특징으로 한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dopant implantation apparatus for a silicon single crystal growth apparatus, and more particularly, to a low melting point dopant implantation apparatus for injecting a low melting point dopant having a lower melting point than silicon into a silicon melt at a high concentration. To this end, the dopant injector of the present invention is a low melting point dopant injector of a silicon single crystal growth apparatus manufactured by the Czochralski method, and a plurality of holes are formed in the lower surface, and a cover for supplying the dopant is provided on the upper surface. A casing, the other side of which is enclosed; A dopant accommodating part installed in the casing at a predetermined distance from the lower surface of the casing, having a low melting point dopant loaded therein, and having a plurality of holes formed in a side thereof; And a connection part connecting the casing and the silicon single crystal lifter to enable the movement of the low melting point dopant injection device, wherein the lower surface of the casing is immersed in the silicon melt and the dopant receiving part is spaced apart from the melt surface. In the dopant is characterized in that it is injected into the silicon melt through the respective through holes.
Description
본 발명은 실리콘 단결정 성장장치에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 실리콘 융액에 저융점 도판트를 외부로 유출시키는 것 없이 고농도로 첨가시키는 것이 가능한 저융점 도판트 주입장치에 대한 것이다.The present invention relates to a silicon single crystal growth apparatus, and more particularly, to a low melting dopant injector capable of adding a low melting dopant to a silicon melt at a high concentration without flowing out.
일반적으로, 반도체 소자용 기판으로 사용되는 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)는 적절한 비저항 값을 갖기 위하여, 실리콘 단결정의 성장 공정에서 P-type 또는 N-type의 도판트(dopant)가 첨가된다In general, a silicon wafer used as a substrate for a semiconductor device has a P-type or N-type dopant added in a silicon single crystal growth process in order to have an appropriate resistivity value.
또한, P-type 또는 N-type의 도판트는 다시 융점이 실리콘의 융점보다 높은 고융점 도판트와 융점이 실리콘의 융점보다 낮은 저융점 도판트로 구분되는데, 도판트의 종류에 따라서 실리콘 융액에 도판트를 첨가하는 방식이 다르다.In addition, P-type or N-type dopants are further divided into high-melting dopants having a melting point higher than that of silicon and low-melting dopants having a lower melting point than that of silicon, depending on the type of dopant. The method of adding is different.
대표적인 P-type 고융점 도판트로는 붕소(B)를 들 수 있는데, 그 융점이 약 2180℃ 로 실리콘의 융점인 1412℃ 보다 높으므로 실리콘 단결정 성장 준비 단계인 다결정 실리콘을 석영도가니에 적재하는 단계에서 석영도가니 바닥에 다결정 실리콘과 함께 투입하여 용융시킴으로써 실리콘 융액에 도판트를 첨가하는 것이 가능하다.A typical P-type high melting point dopant is boron (B), and its melting point is about 2180 ° C., which is higher than the melting point of silicon 1414 ° C., so that polycrystalline silicon, which is a silicon single crystal growth preparation step, is loaded into a quartz crucible. It is possible to add a dopant to the silicon melt by injecting and melting together with polycrystalline silicon at the bottom of the quartz crucible.
한편, 실리콘에 비해 낮은 융점을 갖는 저융점 도판트로는 안티모니(Sb, m.p.631 ), 적인(Red Phosphorus, m.p. 593 ), 게르마늄(Ge, m.p. 937 ), 비소(As, m.p. 817 ) 등을 들 수 있는데, 이러한 저융점 도판트들은 낮은 융점으로 인하여 단결정 성장 공정 중 최초 다결정 실리콘의 용융 단계에서 다결정 실리콘이 완전히 융해되기 전에 용융·기화된다.Low melting point dopants having lower melting point than silicon include antimony (Sb, mp631), red (Red Phosphorus, mp 593), germanium (Ge, mp 937) and arsenic (As, mp 817). These low melting dopants are melted and vaporized before the polycrystalline silicon is completely melted in the melting stage of the first polycrystalline silicon during the single crystal growth process due to the low melting point.
이렇게 기화된 저융점 도판트는 실리콘 성장로 내의 오염을 유발하는 실리콘 융액으로부터 증발된 실리콘 산화물을 제거하기 위하여 흘려주는 비활성 기체(예 : Ar 등)와 함께 성장로의 외부로 배출ㆍ제거됨으로써 목적하는 비저항값을 갖는 저융점 도판트가 고농도로 첨가된 실리콘 단결정을 생산 할 수 없게 된다. The vaporized low melting point dopant is discharged and removed from the growth furnace outside with the inert gas (eg Ar) to remove the evaporated silicon oxide from the silicon melt causing contamination in the silicon growth furnace. Valued low melting dopants will not be able to produce high concentrations of silicon single crystals.
따라서, 종래에는 저융점 도판트의 고농도 주입을 위하여 다결정 실리콘을 완전히 녹인 후에 분말상의 저융점 도판트를 용융실리콘 표면에 뿌려서 도핑을 실시하여 왔다. 그러나, 이때 실리콘 융액의 온도가 매우 높아서 도판트가 완전히 실리콘 융액 내로 녹아 들어가지 못하고 그중 약 30%는 기화되어 불활성 기체와 함께 단결정 성장장치 외부로 배출·제거된다.Therefore, in the past, doping is performed by spraying powdery low melting point dopant on the surface of molten silicon after completely dissolving polycrystalline silicon for high concentration injection of low melting point dopant. However, at this time, the temperature of the silicon melt is so high that the dopant does not completely melt into the silicon melt, and about 30% of it is vaporized to be discharged and removed outside the single crystal growth apparatus together with the inert gas.
따라서 이 경우에도 저융점 도판트의 주입농도에 대한 제어가 불완전하며, 저융점 도판트의 낭비가 발생하였다. 그리고, 저융점 도판트의 대부분은 유독성의 물질로 성장로의 외부로 배출되었을 때에는 환경오염의 원인이 되는 문제점이 있었다.Therefore, even in this case, the control of the injection concentration of the low melting dopant is incomplete, and waste of the low melting dopant is generated. In addition, most of the low melting point dopants have a problem of causing environmental pollution when discharged to the outside of the growth furnace as a toxic substance.
또한 저융점 도판트 내의 불순물로 인해 산화물이 발생하는데, 이러한 산화물은 실리콘 융액의 표면에 부유하여 파티클 히트(particle hit)의 원인으로 작용하며 실리콘 단결정 성장을 불가능하게 하여 실리콘 단결정 생산성 저하의 치명적인 원인이 되어왔다.Oxides are also generated by impurities in the low melting dopant, which are suspended on the surface of the silicon melt, causing particle hits, and making silicon single crystal growth impossible, which is a fatal cause of reduced silicon single crystal productivity. Has been.
이와 같이 저융점 도판트를 실리콘 융액에 주입하는 과정에서 도판트가 외부로 유출되는 것을 방지하기 위해 많은 연구가 진행되고 있으며, 이러한 해결책으로 저융점 도판트 주입장치 개발에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 도판트 주입장치(15)를 이용한 종래기술로는 대한민국 특허 출원번호 제2002-0062902(저융점 도판트 주입관이 설치된 실리콘 단결정 성장 장치 및 저융점 도판트 주입 방법)가 있다.In order to prevent the dopant from leaking to the outside in the process of injecting a low melting point dopant into the silicon melt, research into the development of a low melting point dopant injector has been actively conducted. . Conventional techniques using the dopant injection device 15 include Korean Patent Application No. 2002-0062902 (a silicon single crystal growth apparatus and a low melting point dopant injection method in which a low melting point dopant injection tube is installed).
그러나, 종래의 저융점 도판트 주입장치(15)는 저융점 도판트 도핑을 위하여 실리콘 융액(SM)에 디핑 시, 실리콘 융액의 높은 온도로 인하여 급격히 공급되는 전도열에 의해 저융점 도판트의 급격한 기화 반응이 일어나게 되어, 그 결과로 저융점 도판트 주입관 내부의 압력이 급격히 상승하는 문제가 발생한다.However, in the conventional low melting point dopant injector 15, when vaporizing into the silicon melt SM for the low melting point dopant doping, the rapid evaporation of the low melting point dopant by the conductive heat rapidly supplied due to the high temperature of the silicon melt. The reaction occurs, and as a result, a problem arises in that the pressure inside the low-melting dopant injection tube rises rapidly.
따라서, 도판트 주입관 내ㆍ외부의 급격한 압력차이로 인해 미처 완전히 용해되지 않는 고상의 도판트(11)가 도판트 주입관 하부면의 통공으로 빠져나가게 되고, 또한 빠져나온 저융점 도판트(11)는 낮은 비중으로 인해 실리콘 융액(SM) 위에 부유하게 되어, 종래의 다결정 실리콘을 완전히 녹인 후에 저융점 도판트를 용융 실리콘 표면에 뿌려서 도핑하는 기존방법의 문제점을 완전히 극복하지 못하는 기술적인 한계가 있었다.Therefore, the solid dopant 11, which is not completely dissolved due to a sudden pressure difference inside and outside the dopant injection tube, exits through the hole in the lower surface of the dopant injection tube, and also the low melting point dopant 11 escaped. ) Is suspended on the silicon melt (SM) due to its low specific gravity, and there is a technical limitation in that it does not completely overcome the problem of the conventional method of spraying a low melting dopant onto a molten silicon surface after completely melting the conventional polycrystalline silicon. .
따라서, 저융점 도판트(11)의 100% 첨가가 불가능해지고, 저융점 도판트(11)의 첨가량의 제어가 어려워지며, 저융점 도판트(11)의 유실문제와 유실된 저융점 도판트(11)에 의한 환경오염 문제가 여전히 잔존하게 된다.Therefore, it is impossible to add 100% of the low melting point dopant 11, and it becomes difficult to control the addition amount of the low melting point dopant 11, and the problem of loss of the low melting point dopant 11 and the lost low melting point dopant ( The environmental pollution problem caused by 11) still remains.
본 발명의 목적은, 저융점 도판트를 손실없이 실리콘 융액에 첨가하는 것이 가능한 실리콘 단결정 성장장치의 저융점 도판트 주입장치를 구현하는 것이다.It is an object of the present invention to implement a low melting point dopant implanter of a silicon single crystal growth apparatus capable of adding a low melting point dopant to a silicon melt without loss.
본 발명의 다른 목적은, 저융점 도판트에 의한 실리콘 융액의 오염을 방지할 수 있는 실리콘 단결정 성장장치의 저융점 도판트 주입장치를 구현하는 것이다.Another object of the present invention is to implement a low melting point dopant injector of a silicon single crystal growth apparatus capable of preventing contamination of a silicon melt by a low melting point dopant.
본 발명의 또 다른 목적은, 저융점 도판트의 주입과정에서 성장장치 외부로 유출되어 발생하는 환경오염 문제를 방지할 수 있는 실리콘 단결정 성장장치의 저융점 도판트 주입장치를 구현하는 것이다.Still another object of the present invention is to implement a low melting point dopant injection device of a silicon single crystal growth device capable of preventing an environmental pollution problem caused by leaking out of the growth device during the injection of the low melting point dopant.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 실리콘 단결정 성장장치의 저융점 도판트 주입장치는, 초크랄스키 방법으로 제조하는 실리콘 단결정 성장장치의 저융점 도판트 주입장치로, 하부면에 다수개의 통공이 형성되고, 상면에 도판트공급을 위한 덮개부가 구비되며, 다른면은 밀폐된 케이싱과; 상기 케이싱의 내부에 상기 케이싱의 하부면과 일정거리를 두고 설치되며, 내부에 저융점 도판트가 적재되며, 측면에 다수의 통공이 형성된 도판트 수용부와; 상기 저융점 도판트 주입장치의 상하이동이 가능하도록 상기 케이싱과 실리콘 단결정 리프터를 연결하는 연결부를 포함하여 구성되어, 상기 도판트 수용부 하면은 융액 표면과 이격된 상태에 놓여지게 상기 케이싱 하부면이 실리콘 융액에 담구어지고 상기 저융점 도판트가 기체상의 상태로 상기 도판트 수용부의 통공을 경유한 후, 상기 케이싱 하부면의 통공을 통하여 실리콘융액에 주입되는 것을 특징으로 한다. The low melting point dopant implantation apparatus of the silicon single crystal growth apparatus according to the present invention for achieving the above object is a low melting point dopant implantation apparatus of the silicon single crystal growth apparatus manufactured by the Czochralski method, and has a plurality of holes in the lower surface thereof. It is formed, the upper surface is provided with a cover portion for the dopant supply, the other side is a closed casing; A dopant accommodating part installed in the casing at a predetermined distance from the lower surface of the casing, having a low melting point dopant loaded therein, and having a plurality of holes formed in a side thereof; And a connection part connecting the casing and the silicon single crystal lifter to enable the movement of the low melting point dopant injection device, wherein the bottom surface of the casing is placed so that the bottom surface of the dopant receiving part is spaced apart from the melt surface. The low melting point dopant is immersed in the melt and is in a gaseous state after passing through the through-hole of the dopant receiving portion, characterized in that it is injected into the silicon melt through the through-hole of the casing lower surface.
상기 도판트 수용부는 상기 케이싱의 상면에서 연장 설치된 도판트 주입관으로, 상기 도판트 수용부의 하부면은 밀폐되고 측면 상부에는 기체상의 저융점 도판트의 자유로운 출입을 위한 다수개의 통공이 형성된 것을 특징으로 한다.The dopant receiving portion is a dopant injection tube extending from an upper surface of the casing, the lower surface of the dopant receiving portion is sealed and a plurality of through holes for free entry of the gaseous low melting point dopant is formed on the upper side do.
상기 케이싱 및 도판트 수용부는 순수 석영유리로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The casing and the dopant accommodating part may be made of pure quartz glass.
상기 케이싱의 덮개부는, 상기 케이싱의 상면을 형성하며 상기 케이싱을 선택적으로 개폐하는 덮개와, 상기 도판트 수용부가 상기 덮개에 선택적으로 결합 설치되도록 상기 도판트 수용부의 상부 및 덮개의 하면에 각각 형성된 주입관 결합부를 포함하는 것을 특징으로 한다.Cover portion of the casing, the upper surface of the casing and the cover for selectively opening and closing the casing, the dopant receiving portion is formed in the upper and lower surface of the lid and the lid so that the dopant receiving portion is selectively coupled to the cover Characterized in that it comprises a pipe coupling.
상기 도판트수용부 바닥에는 적재된 저융점 도판트의 용융·기화되는 속도를 제어하기 위해, 복사열을 차단 제어하기 위한 웨이퍼가 선택적으로 삽입되는 것을 특징으로 한다.In the bottom of the dopant receiving portion, in order to control the rate of melting and vaporization of the loaded low melting point dopant, a wafer for blocking and controlling radiant heat is selectively inserted.
도판트 수용부 및 덮개의 결합부에는 각각 나사산이 형성되며, 상기 도판트 수용부와 덮개는 나사결합에 의해 결합된다.Threads are formed in the coupling portion of the dopant receiving portion and the cover, respectively, and the dopant receiving portion and the cover are coupled by screwing.
덮개부는 상기 케이싱 본체와 나사결합에 의해 결합되어 선택적으로 케이싱을 개폐하는 것을 가능케 한다.The cover part is coupled to the casing main body by screwing to selectively open and close the casing.
케이싱 덮개부의 외측 상면에는 상기 케이싱을 단결정 성장 리프터에 연결시키기 위한 리프터 연결부가 구비된다.The outer upper surface of the casing cover portion is provided with a lifter connecting portion for connecting the casing to a single crystal growth lifter.
본 발명은 상기와 같은 구성에 의해 고체상의 저융점 도판트가 실리콘 융액과 직접 접촉하지 않음과 동시에 기체상의 저융점 도판트가 실리콘 융액 외부로 유출됨이 없이 실리콘 융액 내로 주입시키는 것이 가능하게 된다.According to the above configuration, the solid phase low melting dopant is not in direct contact with the silicon melt and the gas phase low melting dopant can be injected into the silicon melt without flowing out of the silicon melt.
이하 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 실리콘 단결정 성장장치의 저융점 도판트 주입장치의 바람직한 실시예의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a configuration of a preferred embodiment of a low melting point dopant implantation apparatus of a silicon single crystal growth apparatus according to the present invention having the above configuration will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 실시예의 저융점 도판트 주입장치(30)를 예시한 단면도이고, 도 3은 예시 분해단면도이다. 그리고, 도 4는 본 실시예의 도판트 주입장치에 의한 도판트 주입과정을 예시한 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating the low melting dopant injection device 30 of the present embodiment, and FIG. 3 is an exemplary exploded cross-sectional view. And, Figure 4 is a cross-sectional view illustrating a dopant injection process by the dopant injection device of this embodiment.
도시된 바와 같이, 본 실시예의 도판트 주입장치(30)는 하면에 통공(31a)이 형성된 밀폐된 케이싱(31)과, 케이싱(31) 내부에 케이싱(31) 하부면에서 일정거리를 두고 설치되는 도판트 수용부(40)를 포함한다.As shown, the dopant injector 30 of the present embodiment is installed at a certain distance from the lower surface of the casing 31 and the closed casing 31 having a through hole 31a formed in the lower surface of the casing 31. Dopant receiving portion 40 is included.
본 실시예에서는 도판트주입장치(30)에 의한 실리콘융액의 오염을 방지할 수 있도록 상기 케이싱(31) 및 도판트 수용부(40)는 순수 석영유리를 사용하고 있다.In this embodiment, the casing 31 and the dopant accommodating part 40 use pure quartz glass to prevent contamination of the silicon melt by the dopant injection device 30.
본 실시예의 케이싱(31)은, 대략 원통모양을 이루며 하면에는 기체상의 도판트의 출입을 위한 다수개의 통공(31a)이 형성된 케이싱 본체(33)와, 케이싱(31)의 상면을 형성하며 케이싱 본체(33)를 선택 개폐하는 덮개부를 포함한다.The casing 31 of this embodiment has a substantially cylindrical shape and has a casing body 33 having a plurality of through holes 31a formed therein for entering and exiting a gaseous dopant, and a casing body forming an upper surface of the casing 31. The cover part which opens and closes 33 is included.
그리고 본 실시의 덮개부는 케이싱(31)의 상면을 형성하는 덮개(35)와, 덮개가 도판트수용부 및 케이싱과 결합되기 위한 결합부를 포함한다.And the lid portion of the present embodiment includes a lid 35 forming the upper surface of the casing 31, and the coupling portion for the lid is coupled to the dopant receiving portion and the casing.
본 실시예에서 케이싱 덮개부는 케이싱(31) 내부에 도판트 수용부(40)의 설치 및 도판트(11)의 적재가 가능하도록 케이싱(31) 상부를 선택적으로 밀폐시키기 위한 것이다. 본 실시예의 케이싱 덮개(35)는 결합부를 통해 케이싱 본체(33)와 나사결합되며, 본 실시예의 결합부는 이러한 나사결합을 가능하게 하기 위해 덮개(35)의 하단 내측 테두리와 케이싱 본체(33)의 상단부 외측 테두리에 형성된 나사산(33a,35a)을 포함한다.In this embodiment, the casing cover portion is for selectively sealing the upper portion of the casing 31 to enable the installation of the dopant receiving portion 40 and the loading of the dopant 11 in the casing 31. The casing cover 35 of the present embodiment is screwed with the casing body 33 through the engaging portion, and the engaging portion of the present embodiment has a lower inner edge of the cover 35 and the casing body 33 to enable such screwing. Threads 33a and 35a formed on the outer edge of the upper end.
본 실시예의 도판트 수용부(40)는 원통형의 도판트 주입관(40)으로 하부면은 폐쇄되어 있으며, 측면 상반부에는 기체상의 도판트(11)가 출입할 수 있는 다수개의 통공(40a)이 형성된다. 그리고, 도판트 수용부(40)의 상단은 고체상의 도판트(11) 적재가 가능하도록 개구를 이루는데, 이 도판트 수용부(40) 상단은 덮개(35)의 하부면에 선택적으로 결합되어 고정된다.The dopant receiving portion 40 of this embodiment is a cylindrical dopant injection tube 40, the lower surface is closed, the upper half of the side has a plurality of through-hole 40a through which the gaseous dopant 11 can enter and exit Is formed. In addition, an upper end of the dopant receiving part 40 forms an opening to allow a solid dopant 11 to be loaded, and an upper end of the dopant receiving part 40 is selectively coupled to a lower surface of the cover 35. It is fixed.
본 실시예에서 도판트 수용부(40)와 덮개(35)는 나사결합을 하게 되는데, 이를 위해 케이싱 덮개(35)의 하부면에는 원통모양의 단차면(37)이 돌출되고 그 단차면(37)의 외주에는 나사산(35b)이 형성되고, 도판트 수용부(40) 상단에는 이에 대응하는 나사산(40b)이 형성된다.In the present embodiment, the dopant receiving portion 40 and the cover 35 are screwed. For this purpose, a cylindrical stepped surface 37 protrudes from the lower surface of the casing cover 35 and the stepped surface 37 Thread 35b is formed on the outer periphery of the top, and a thread 40b corresponding to the top of the dopant receiving portion 40 is formed.
또한 본 실시예의 덮개(35)의 상면에는 케이싱(31)을 단결정 성장 리프터(50)에 연결시키기 위한 리프터 연결부(39)가 형성되어 있다.In addition, a lifter connecting portion 39 for connecting the casing 31 to the single crystal growth lifter 50 is formed on the upper surface of the lid 35 of the present embodiment.
본 실시예의 케이싱(31) 하단의 통공(31a)과 도판트 수용부(40)에 형성된 통공(40a)은 기체상의 저융점 도판트(11)가 자유로운 출입이 가능하도록 적절한 크기를 이루는 것이 바람직한데, 본 실시예의 통공(31a, 40a)은 5mm 이하로 형성되어 있다.The through hole 31a at the bottom of the casing 31 of the present embodiment and the through hole 40a formed in the dopant receiving portion 40 are preferably sized so that the low melting point dopant 11 in the gas phase can be freely entered. The through holes 31a and 40a of this embodiment are formed to be 5 mm or less.
그리고, 본 실시예의 도판트 수용부(40)는 대략 100 내지 150mm의 직경을 가지는데, 이 크기는 기체상의 도판트(11)가 원활히 실리콘 융액에 첨가될 수 있는 적절한 압력 이하로 제어될 수 있는 적절한 크기이면 되는 것이고 상기 수치에 한정되는 것은 아니다.In addition, the dopant receiving portion 40 of the present embodiment has a diameter of approximately 100 to 150 mm, the size of which can be controlled below an appropriate pressure at which the gaseous dopant 11 can be smoothly added to the silicon melt. It should just be a suitable size, and is not limited to the said numerical value.
그리고, 본 실시예의 도판트 수용부(40)의 하부면은 밀폐되고 측면에는 통공(40a)이 형성되어 있으며, 상기 실리콘 융액(SM)으로부터 방사되어 상기 저융점 도판트(11)로 공급되는 직접적인 복사열의 차단을 위해 도판트 수용부(40) 바닥면에 복사열 차단용 실리콘 웨이퍼(w)를 적층시켜 저융점 도판트의 용융·기화 속도를 제어할 수 있도록 구성되어진다.In addition, the lower surface of the dopant receiving portion 40 of the present embodiment is sealed and a through hole 40a is formed at the side surface, and is directly discharged from the silicon melt SM and supplied to the low melting point dopant 11. In order to block the radiant heat, the silicon wafer (w) for radiant heat blocking is laminated on the bottom surface of the dopant receiving portion 40 so as to control the melting and vaporization rate of the low melting point dopant.
다음은 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 실리콘 단결정 성장장치의 저융점 도판트 주입장치의 작용을 설명한다.The following describes the operation of the low melting point dopant implantation apparatus of the silicon single crystal growth apparatus according to the present invention having the configuration as described above.
본 실시예의 저융점 도판트 주입장치(30)를 이용하여 실리콘 융액(SM)에 저융점 도판트(11)를 주입하고자 하는 경우에는, 다결정 실리콘을 석영도가니(51)에 적재하여 가열함으로써 융해하여 실리콘 융액(SM)을 형성시키는 과정이 선행된다.When the low melting dopant 11 is to be injected into the silicon melt SM using the low melting point dopant injector 30 of the present embodiment, the polycrystalline silicon is loaded into the quartz crucible 51 and heated to melt it. The process of forming the silicon melt SM is preceded.
다음으로 도판트 수용부(40)에 고체상의 저융점 도판트(11)를 적재하고, 도판트 수용부(40)를 케이싱 덮개(35) 하면에 돌출된 단차면(37)에 나사결합시킨다. 도판트 수용부(40)가 케이싱 덮개(35)에 결합된 상태에서 케이싱 본체(33)를 케이싱 덮개(35)에 나사결합시킨다.Next, the solid low melting point dopant 11 is loaded into the dopant receiving portion 40, and the dopant receiving portion 40 is screwed to the step surface 37 protruding from the lower surface of the casing cover 35. The casing body 33 is screwed to the casing cover 35 while the dopant receiving portion 40 is coupled to the casing cover 35.
케이싱(31)의 내부로 도판트(11) 적재 과정이 종료되면, 케이싱 덮개(35) 상면에 있는 리프터 연결부(39)를 단결정 성장 리프터(50)에 연결시킨다.When the loading process of the dopant 11 into the casing 31 is completed, the lifter connecting portion 39 on the upper surface of the casing cover 35 is connected to the single crystal growth lifter 50.
단결정 성장 리프터(50)에 케이싱(31)이 연결되게 되면, 단결정 성장 리프터(50)는 케이싱(31) 하단부가 실리콘 융액(SM)에 담기도록 케이싱(31)을 하강 이동시킨다. 그러나, 본 실시예에서는 도판트 수용부(40)는 실리콘 융액(SM)과 직접 접촉하지 않으며, 실리콘 융액(SM)으로부터 전도가 아닌 복사에 의해 열을 공급받게 된다.When the casing 31 is connected to the single crystal growth lifter 50, the single crystal growth lifter 50 moves the casing 31 downward so that the lower end of the casing 31 is contained in the silicon melt SM. However, in the present embodiment, the dopant receiving portion 40 does not directly contact the silicon melt SM, and receives heat from the silicon melt SM by radiation, not conduction.
실리콘 융액(SM)으로부터 방사된 복사열은 도판트 수용부(40) 하단에 삽입된 복사열 차단용 실리콘 웨이퍼(w)에 의해 열전달 속도가 적절히 제어되며, 따라서 저융점 도판트(11)가 기체상태로 기화되는 속도를 적절히 제어하게 된다. 이렇게 기화된 기체상의 저융점 도판트(11)는 도판트 수용부(40)에 형성된 통공(40a)을 통하여 빠져나가게 되고, 다시 케이싱(31) 하면의 통공(31a)을 통하여 기체상의 저융점 도판트는 실리콘 융액(SM)으로 모두 주입되게 된다.The radiant heat radiated from the silicon melt SM is properly controlled by the radiant heat shielding silicon wafer w inserted in the lower portion of the dopant receiving portion 40, so that the low melting point dopant 11 is in a gaseous state. The rate of vaporization is controlled appropriately. The vaporized gaseous low melting point dopant 11 exits through the through hole 40a formed in the dopant accommodating part 40, and again, the gaseous low melting point dopant through the through hole 31a of the lower surface of the casing 31. The trough is all injected into the silicon melt (SM).
본 실시예의 도판트 주입장치에 의하는 경우는 저융점 도판트(11)가 실리콘융액(SM)과 직접 접촉하는 것이 아니기 때문에 저융점 도판트(11)의 급격한 기화반응을 방지할 수 있으며, 또한 도판트 수용부(40) 바닥에 삽입된 복사열 차단용 실리콘 웨이퍼(w)를 통하여 저융점 도판트(40)의 기화 반응 속도의 적절한 제어가 가능하게 된다.In the case of the dopant injecting apparatus of the present embodiment, since the low melting point dopant 11 is not in direct contact with the silicon melt SM, a rapid vaporization reaction of the low melting point dopant 11 can be prevented. It is possible to appropriately control the vaporization reaction rate of the low-melting-point dopant 40 through the silicon wafer (w) for shielding heat radiation inserted into the bottom of the dopant receiving portion 40.
이렇게 기화된 기체상의 저융점 도판트(11)는 케이싱(31)의 측면부와 상반부가 밀폐되어 있기 때문에 케이싱(31) 외부로 빠져나갈 수 없게 된다.The vaporized gaseous low melting point dopant 11 is prevented from escaping out of the casing 31 because the side and upper half of the casing 31 are sealed.
대신에 기체상태의 저융점 도판트는 케이싱(31) 하면의 통공(31a)을 통하여 실리콘 융액(SM)의 내부로 첨가되게 된다.Instead, the gaseous low melting point dopant is added to the inside of the silicon melt SM through the through hole 31a at the bottom of the casing 31.
이 과정에 의해 저융점 도판트(11)의 유실을 방지할 수 있으며, 도판트 주입장치(30)내의 급격한 압력상승의 위험 없이 안전하게 저융점 도판트(11)를 100% 실리콘 융액(SM)으로 첨가하는 것이 가능하게 된다. By this process, the loss of the low melting point dopant 11 can be prevented, and the low melting point dopant 11 is safely converted into 100% silicon melt (SM) without the risk of sudden pressure increase in the dopant injection device 30. It becomes possible to add.
본 발명의 권리범위는 상기 실시 예에 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 정해지며, 특허청구범위에 기재된 사항과 동일성 범위에서 당업자가 행한 다양한 변형과 개작을 포함함은 자명하다.The scope of the present invention is not limited to the above embodiments, but is determined by the matters described in the claims, and it is obvious that the present invention includes various modifications and adaptations made by those skilled in the art in the same range as the matters described in the claims.
본 발명은 상기와 같은 구성에 의해 저융점 도판트의 주입과정에서 저융점 도판트가 단결정 성장장치 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있으며, 고체상의 저융점 도판트가 실리콘 융액으로 유출되지 않기 때문에 실리콘 융액의 오염을 방지할 수 있게 된다.The present invention can prevent the low-melting dopant from flowing out of the single crystal growth apparatus during the injection of the low-melting point dopant by the above configuration, and because the low-melting dopant in the solid phase does not flow out into the silicon melt, The contamination of the melt can be prevented.
또한 기체상태의 저융점 도판트가 외부로 유출됨으로 인한 환경오염의 문제를 사전에 방지할 수 있으며, 저융점 도판트가 유출되지 않기 때문에 실리콘 융액에 포함되는 저융점 도판트의 양을 미세 조정하는 것이 가능하여 원하는 비저항 값을 갖는 실리콘 단결정을 성장하는 것이 가능하게 된다.In addition, it is possible to prevent the problem of environmental pollution due to the outflow of the low-melting point dopant in the gaseous state, and fine adjustment of the amount of low-melting point dopant included in the silicon melt because the low-melting point dopant is not leaked It is possible to grow a silicon single crystal having a desired resistivity value.
또한 본 실시예에서는 저융점 도판트의 기화 속도를 제어할 수 있기 때문에 급격한 압력상승으로 인하여 발생할 수 있는 문제점을 사전에 방지할 수 있게 된다.In addition, in this embodiment, since the vaporization rate of the low melting point dopant can be controlled, problems that may occur due to a sudden pressure increase can be prevented in advance.
도 1은 종래의 저융점 도판트 주입장치가 장착된 실리콘 단결정 성장장치를 예시한 단면도.1 is a cross-sectional view illustrating a silicon single crystal growth apparatus equipped with a conventional low melting point dopant injector.
도 2는 본 발명에 의한 실리콘 단결정 성장장치의 도판트 주입장치의 바람직한 실시예의 구성을 예시한 단면도.Figure 2 is a cross-sectional view illustrating the configuration of a preferred embodiment of a dopant injection device of the silicon single crystal growth apparatus according to the present invention.
도 3은 본 발명에 의한 실시예의 저융점 도판트 주입장치를 예시한 분해 단면도.Figure 3 is an exploded cross-sectional view illustrating a low melting dopant injection device of the embodiment according to the present invention.
도 4는 본 발명에 의한 실시예의 도판트 주입장치를 이용하여 도판트를 주입하는 상태를 예시한 단면도.Figure 4 is a cross-sectional view illustrating a state in which the dopant is injected using the dopant injection device of the embodiment according to the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
11...........도판트 30...........도판트 주입장치11 ........... dopant 30 ........... dopant injection device
31...........케이싱 31a,40a......통공31 ........... Casing 31a, 40a ...
33...........케이싱본체 35...........케이싱 헤드부33 ........... casing body 35 ........... casing head
39...........리프터 연결부 40...........도판트수용부 39 ........... lifter connection part 40 ........... dopant receiving part
50...........단결정 성장 리프터 51...........석영도가니50 ........... Single Crystal Growth Lifter 51 ........... Quartz Crucible
33a,35a,..... 케이싱 결합부 35b,40b........주입관결합부33a, 35a, ..... Casing joint 35b, 40b ..
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