KR100901449B1 - 도가니로부터 결정성장 후 남은 실리콘을 분리하는 방법 - Google Patents

도가니로부터 결정성장 후 남은 실리콘을 분리하는 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100901449B1
KR100901449B1 KR1020070065148A KR20070065148A KR100901449B1 KR 100901449 B1 KR100901449 B1 KR 100901449B1 KR 1020070065148 A KR1020070065148 A KR 1020070065148A KR 20070065148 A KR20070065148 A KR 20070065148A KR 100901449 B1 KR100901449 B1 KR 100901449B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
silicon
crucible
remaining
liquid nitrogen
crystal growth
Prior art date
Application number
KR1020070065148A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20090001065A (ko
Inventor
정세영
박성균
조채용
박상언
Original Assignee
부산대학교 산학협력단
한국기초과학지원연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 부산대학교 산학협력단, 한국기초과학지원연구원 filed Critical 부산대학교 산학협력단
Priority to KR1020070065148A priority Critical patent/KR100901449B1/ko
Publication of KR20090001065A publication Critical patent/KR20090001065A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100901449B1 publication Critical patent/KR100901449B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/10—Crucibles or containers for supporting the melt

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

본 발명은 실리콘 단결정 제조공정에서 사용되는 도가니 내부에 잔류된 실리콘 결정을 분리시키기 위한 방법에 관한 것으로서, 특히 초크랄스키방법에 의해 실리콘 단결정 성장을 완료시킨 후, 내부에 실리콘이 잔류되어 있는 도가니로부터 실리콘을 분리하기 위한 방법에 있어서, 상기 실리콘이 잔류되어 있는 도가니 및 도가니에 잔류된 실리콘에 액체질소를 접촉시켜, 도가니 및 실리콘에 열적 스트레스를 인가시키는 단계와; 상기 도가니 및 실리콘의 접촉계면에 물리적 스트레스를 인가시키는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 도가니로부터 결정성장 후 남은 실리콘을 분리하는 방법을 기술적 요지로 한다. 이에 따라, 실리콘 단결정 성장이 완료되어 내부에 실리콘이 잔류되어 있는 도가니에서 액체질소를 통한 실리콘과 도가니의 열팽창계수의 차이를 이용하여 도가니 내부에 잔류된 실리콘을 신속하고 용이하게 분리시킴으로써, 불순물이 거의 없는 고순도의 실리콘을 얻어 자원을 효율적으로 재활용할 수 있을 뿐만 아니라 실리콘 단결정 성장 과정에서 비효율적인 업무를 개선시켜 인건비 등의 비용을 절감시키고, 공정 시간을 획기적으로 단축시키는 이점이 있다.
도가니 실리콘 분리 액체질소 열팽창계수 스트레스

Description

도가니로부터 결정성장 후 남은 실리콘을 분리하는 방법{silicon separating method from crucible}
도 1 - 종래의 도가니로부터 결정성장 후 남은 실리콘을 분리하는 방법에 대한 모식도.
도 2 - 본 발명의 제1실시예에 따른 도가니로부터 결정성장 후 남은 실리콘을 분리하는 방법에 대한 모식도.
도 3 - 본 발명의 제2실시예에 따른 도가니로부터 결정성장 후 남은 실리콘을 분리하는 방법에 대한 모식도.
도 4 - 본 발명의 제3실시예에 따른 도가니로부터 결정성장 후 남은 실리콘을 분리하는 방법에 대한 모식도.
도 5 - 본 발명의 제4실시예에 따른 도가니로부터 결정성장 후 남은 실리콘을 분리하는 방법에 대한 모식도.
<도면에 사용된 주요부호에 대한 설명>
100 : 도가니 110 : 도가니 조각
200 : 실리콘 300 : 도구
400 : 액체질소 500 : 액체질소 용기
600 : 세척용액 700 : 세척용액 용기
800 : 그라인딩 휠(SiC grinding wheel)이나 연마기
본 발명은 실리콘 단결정 제조공정에서 사용되는 도가니 내부에 잔류된 실리콘 결정을 분리시키기 위한 방법에 관한 것으로서, 특히 액체질소를 통한 도가니와 실리콘의 열팽창계수의 차에 따라 신속하고 용이한 분리가 가능한 도가니로부터 실리콘 결정을 분리하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 재료로 사용되는 실리콘 단결정의 제조방법으로 초크랄스키법이 널리 사용되고 있다. 이러한 초크랄스키법을 이용한 실리콘 단결정을 제조하기 위한 단결정육성장치는, 챔버 내부에 실리콘 원료가 용융된 용융액이 수용되고 상하이동이 가능한 도가니와, 상기 도가니 주변에 배치된 히터가 형성되어 있으며, 상기 챔버 상측에는 육성된 단결정을 꺼내기 위한 인상챔버가 설치되어 있다.
이러한 단결정육성장치에 특정 방향으로 성장된 실리콘 시드결정을 도가니 내부의 원료 용융액에 담그고 일정 속도로 회전시키면서 인상하면 시드결정과 용융액 사이의 표면장력에 의해 상기 시드결정을 따라 용융액 표면의 고액계면으로 끌려나온 용융액은 냉각되면서 결정의 성장이 시작되게 된다. 상기 용융액은 시드결정 주변에서 점차적으로 냉각 고화되면서 연속적이면서 특정 방향으로 성장된 단결정으로 응고되게 된다.
이러한 단결정육성장치에서, 상기 도가니는 단결정이 성장되는 동안 열적 스 트레스에 노출되어 있으며, 특히 실리콘을 용융시키기 위한 실리콘 용융온도인 1400℃ 이상으로 가열되어야 하므로, 이러한 온도 자극에 의한 도가니 내부의 원료 용융액의 물성에 영향을 미치지 않을 정도로 도가니의 물성이 안정되어야 한다.
따라서, 일반적으로 이러한 외부 자극에도 물성 변화가 거의 없는 세라믹 도가니 그 중에서도 석영(석영유리)도가니가 널리 사용되고 있으나, 소정 단결정 육성 후에는 다결정 실리콘 등의 불순물이 잔류하거나 높은 온도에서의 열적 스트레스에 의한 이력이 남아 대부분이 재사용되지 못하고 버려지고 있는 실정이다.
그러나, 석영 도가니와는 달리 석영 도가니에 잔류한 실리콘은 석영 도가니로부터 분리되어 재활용될 수 있으며, 이러한 실리콘의 재활용을 위해서 일반적으로 공장에서는 온전한 또는 열적 스트레스(실리콘과의 열팽창계수의 차이)에 의해 깨어진 석영 도가니로부터 실리콘을 분리하는 작업이 수행되고 있다.
종래에는 이러한 석영 도가니(10)로부터 실리콘(20)의 분리공정은 도 1에 도시된 바와 같이, 인위적으로 망치와 같은 도구(30)를 이용하여 부수면서 분리시켜왔으며, 이러한 작업은 인건비 등의 비용을 상승시키는 요인이 되고 있으며, 분리되는 결과물이 석영 도가니 조각 또는 가루(11)와 실리콘 조각 등이 섞여 있어서 비경제적, 비효율적인 업무의 반복이 되고 있으며, 이에 따라 공정 시간의 지연 및 생산비용이 증가되는 문제점이 있어 왔다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 실리콘 단결정 성장이 완료되어 내부에 실리콘이 잔류되어 있는 도가니를 액체질소를 통한 실리콘과 도가니의 열팽창계수의 차이를 이용하여 도가니 내부에 잔류된 실리콘을 신속하고 용이하게 분리시키는 도가니로부터 결정성장 후 남은 실리콘을 분리하는 방법의 제공을 그 목적으로 한다.
상술한 바와 같은 목적 달성을 위해 본 발명은, 초크랄스키방법에 의해 실리콘 단결정 성장을 완료시킨 후, 내부에 실리콘이 잔류되어 있는 도가니로부터 실리콘을 분리하기 위한 방법에 있어서, 상기 실리콘이 잔류되어 있는 도가니 및 도가니에 잔류된 실리콘에 액체질소를 접촉시켜, 도가니 및 실리콘에 열적 스트레스를 인가시키는 단계와; 상기 도가니 및 실리콘의 접촉계면에 물리적 스트레스를 인가시키는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 도가니로부터 결정성장 후 남은 실리콘을 분리하는 방법을 기술적 요지로 한다.
또한, 상기 열적 스트레스를 인가시키는 단계 이전에, 상기 실리콘이 잔류되어 있는 도가니를 거꾸로 뒤집은 다음 도가니를 가열하여 실리콘을 흘러내리게 하는 단계가 더 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 물리적 스트레스를 인가시키는 단계 다음에, 상기 실리콘의 표면에 잔존하는 부착물을 그라인딩시켜 제거시키는 단계가 더 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 초크랄스키방법에 의해 실리콘 단결정 성장을 완료시킨 후, 실리콘이 잔류되어 있는 도가니가 조각난 경우에는, 상기 열적 스트레스를 인가시키는 단계는, 액체질소가 담겨진 용기에 실리콘이 잔류되어 있는 도가니 조각을 침지시키는 것이 바람직하며, 또한, 실리콘이 잔류되어 있는 도가니의 형태가 보존된 경우에는, 상기 열적 스트레스를 인가시키는 단계는, 상기 도가니 내부에 액체질소를 투입시키는 것이 바람직하다.
여기에서, 상기 물리적 스트레스를 인가시키는 단계는, 망치를 이용하여 접촉계면에 평행한 방향으로 물리적 타격을 가하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 열적 스트레스를 인가시키는 단계는 액체질소가 담겨진 액체질소 용기에 실리콘이 잔류되어 있는 도가니 조각을 침지시키는 것이고, 상기 물리적 스트레스를 인가시키는 단계는 상기 액체질소에 침지된 실리콘이 잔류되어 있는 도가니 조각을 꺼내어 세척용액에 재침지시키는 것이 바람직하다.
여기에서, 상기 물리적 스트레스를 인가시키는 단계에서의 세척용액은 증류수, 알코올 및 아세톤 중에 어느 하나를 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.
이에 따라, 실리콘 단결정 성장이 완료되어 내부에 실리콘이 잔류되어 있는 도가니에서 액체질소를 통한 실리콘과 도가니의 열팽창계수의 차이를 이용하여 도가니 내부에 잔류된 실리콘을 신속하고 용이하게 분리시킴으로써, 불순물이 거의 없는 고순도의 실리콘을 얻어 자원을 효율적으로 재활용할 수 있을 뿐만 아니라 실리콘 단결정 성장 과정에서 비효율적인 업무를 개선시켜 인건비 등의 비용을 절감시키고, 공정 시간을 획기적으로 단축시키는 이점이 있다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.
<제1실시예>
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 도가니로부터 실리콘을 분리하는 방법에 대한 모식도를 나타낸 것이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 제1실시예는 초크랄스키방법에 의해 실리콘(200) 단결정 성장을 완료시킨 후, 내부에 실리콘(200)이 잔류되어 있는 석영 도가니(100)로부터 실리콘(200)을 분리하기 위한 방법에 관한 것으로서, 특히 석영 도가니(100)를 사용하여, 실리콘(200) 단결정 성장 후 석영 도가니(100)가 깨어져 조각난 경우이다.
먼저, 실리콘(200) 단결정의 성장이 완료되고 나면 히터에 의해 가열된 석영 도가니(100)는 서서히 냉각되게 되며, 석영 도가니(100) 내부에는 실리콘(200) 단결정의 성장을 완료시키고 남은 용융액이 고화되면서 석영 도가니(100) 내부에 잔류되게 된다. 석영 도가니(100) 내부에 잔류되어 고화된 실리콘(200)은 다결정성을 띄게 된다.
실리콘 단결정의 성장 후 석영 도가니(100)가 냉각되면서 단결정 성장 과정에서 석영 도가니에 작용되었던 여러 열적, 화학적, 기계적 스트레스가 제거되면서 석영 도가니(100)는 깨어져 조각이 나게 된다. 이때 깨어진 석영 도가니(100)에는 단결정 성장 후 잔류된 다결정의 실리콘(200)이 잔류되게 된다.
그리고, 액체질소발생기를 이용하여 생성된 액체질소(400)를 액체질소 용기(500)에 일정량 담아두어, 실리콘(200)이 잔류되어 있는 석영 도가니 조각(110)을 액체질소(400)가 담겨져 있는 액체질소 용기(500)에 수 분동안 침지시킨다.
이 과정에서 실리콘(200)과 석영 도가니(100)는 극저온(~77K)에서 급격한 열적 스트레스를 받게 되며, 열팽창계수가 서로 다른 실리콘(200)과 석영 도가니(100)는 각각의 열팽창계수에 따라 변형되게 된다. 공지된 실리콘(200)의 열팽창계수는 3.9x10-6/K, 석영은 0.5x10-6/K 로써, 실리콘(200)과 석영의 열팽창계수는 동일한 조건에서 온도가 1K 변함에 따라 7~8배 정도의 차이가 나며, 이는 극저온인 액체질소(400)에 담겨져 있는 동안 더욱 더 많은 차이가 나게 된다.
이러한 열적 스트레스에 의한 열팽창계수의 차이에 의해 실리콘(200)과 석영 도가니(100)의 접촉계면에서의 결합력이 현저히 떨어지게 되면, 외부에서의 약간의 물리적 스트레스만 인가하면 실리콘(200)과 석영 도가니(100)는 접촉계면에서 깨끗하게 분리되게 되는 것이다.
여기에서 물리적 스트레스를 인가하기 위해서 망치 등의 도구(300)를 이용하여 접촉계면에 평행한 방향으로 약간의 물리적 타격을 가하게 되면 실리콘(200)과 석영 도가니 조각(110)은 순간적으로 분리되게 되며, 실리콘(200) 및 석영 도가니(100)에는 서로에 의한 불순물이 거의 혼입되지 않아, 순수한 실리콘(200)을 얻을 수 있게 되는 것이다. 이렇게 얻어진 실리콘(200)은 불순물이 거의 혼입되지 않아 별도의 처리과정 없이 용이하게 재활용이 가능하게 되는 것이다.
<제2실시예>
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 석영 도가니로부터 결정성장 후 남은 실 리콘을 분리하는 방법에 대한 모식도를 나타낸 것이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 제2실시예는 초크랄스키방법에 의해 실리콘(200) 단결정 성장을 완료시킨 후, 내부에 실리콘(200)이 잔류되어 있는 석영 도가니(100)로부터 실리콘(200)을 분리하기 위한 방법에 관한 것으로서, 특히 석영 도가니(100)를 사용하여, 실리콘(200) 단결정 성장 후 석영 도가니(100)가 깨어져 조각난 경우이다.
먼저, 실리콘(200) 단결정의 성장이 완료되고 나면 히터에 의해 가열된 석영 도가니는 서서히 냉각되게 되며, 석영 도가니(100) 내부에는 실리콘(200) 단결정의 성장을 완료시키고 남은 용융액이 고화되면서 석영 도가니(100) 내부에 잔류되게 된다. 석영 도가니(100) 내부에 잔류되어 고화된 실리콘(200)은 다결정성을 띄게 된다.
실리콘 단결정의 성장 후 석영 도가니(100)가 냉각되면, 상기 실리콘(200)이 잔류되어 있는 석영 도가니(100)를 거꾸로 뒤집은 다음 석영 도가니를 가열하여 실리콘을 흘러내리게 한다. 이에 의해 도가니에 잔류된 실리콘을 거의 다 제거하게 되며 흘러내린 실리콘은 따로 용기에 보관한다.
그리고, 상기 단결정 성장 과정에서 석영 도가니에 작용되었던 여러 열적, 화학적, 기계적 스트레스가 제거되면서 석영 도가니(100)는 깨어져 조각이 나게 된다. 이때 깨어진 석영 도가니(100)에는 상기의 과정에서 실리콘을 가열하여 제거했음에도 불구하고, 다결정의 실리콘(200)이 여전히 잔류되어 있는 상태이다.
그 다음, 액체질소발생기를 이용하여 생성된 액체질소(400)를 액체질소 용 기(500)에 일정량 담아두어, 실리콘(200)이 잔류되어 있는 석영 도가니 조각(110)을 액체질소(400)가 담겨져 있는 액체질소 용기(500)에 수 분동안 침지시킨다. 침지시키는 방법은 석영 도가니 조각과 실리콘 일체를 담그거나, 석영 도가니 조각과 실리콘의 접촉계면까지 담그거나, 실리콘과 석영 도가니의 접촉계면까지 담글 수도 있다.
이 과정에서 실리콘(200)과 석영 도가니(100)는 극저온(~77K)에서 급격한 열적 스트레스를 받게 되며, 열팽창계수가 서로 다른 실리콘(200)과 석영 도가니(100)는 각각의 열팽창계수에 따라 변형되게 된다. 공지된 실리콘(200)의 열팽창계수는 3.9x10-6/K, 석영은 0.5x10-6/K 로써, 실리콘(200)과 석영의 열팽창계수는 동일한 조건에서 온도가 1K 변함에 따라 7~8배 정도의 차이가 나며, 이는 극저온인 액체질소(400)에 담겨져 있는 동안 더욱 더 많은 차이가 나게 된다.
이러한 열적 스트레스에 의한 열팽창계수의 차이에 의해 실리콘(200)과 석영 도가니(100)의 접촉계면에서의 결합력이 현저히 떨어지게 되면, 외부에서의 약간의 물리적 스트레스만 인가하면 실리콘(200)과 석영 도가니(100)는 접촉계면에서 깨끗하게 분리되게 되는 것이다.
여기에서 물리적 스트레스를 인가하기 위해서 망치 등의 도구(300)를 이용하여 접촉계면에 평행한 방향으로 약간의 물리적 타격을 가하게 되면 실리콘(200)과 석영 도가니 조각(110)은 순간적으로 분리되게 된다.
그리고, 상기 물리적 스트레스를 인가하여 실리콘(200)과 석영 도가니 조 각(110)을 분리시킨 후에, 실리콘의 표면 또는 석영 도가니 조각과의 사이의 접촉계면을 이루는 표면상에 잔존하는 부착물을 제거시킨다. 상기 부착물은 실리콘옥사이드(SiO2)나 결정성 석영 도가니 조각일 수도 있으며, 기타 실리콘에 의한 반응물질일 수도 있다.
상기 부착물의 제거는 그라인딩 작업에 의해 실현되게 되는데, 실리콘카바이드 그라인딩 휠(SiC grinding wheel)이나 연마기(800)를 이용하여 실리콘 표면으로부터 부착물인 실리콘옥사이드 또는 결정성 석영 도가니 조각 등을 완전히 제거한다. 그라인딩 작업은 집진기가 부착된 작업공정에서 수행하며, 분리된 실리콘옥사이드 등의 최종 불순물을 집진기함에 별도로 수거한다.
이에 의해 실리콘(200) 및 석영 도가니(100)에는 서로에 의한 불순물이 거의 혼입되지 않게 순수한 실리콘(200)을 얻을 수 있게 되는 것이다. 이렇게 얻어진 실리콘(200)은 불순물이 거의 혼입되지 않아 불산(HF)과 유사한 Si에칭용액으로 산화막을 없애는 것으로 용이하게 재활용이 가능하게 되는 것이다.
<제3실시예>
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 석영 도가니로부터 결정성장 후 남은 실리콘을 분리하는 방법에 대한 모식도를 나타낸 것이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 제3실시예는 초크랄스키방법에 의해 실리콘(200) 단결정 성장을 완료시킨 후, 내부에 실리콘(200)이 잔류되어 있는 석영 도 가니(100)로부터 실리콘(200)을 분리하기 위한 방법에 관한 것으로서, 특히 실리콘(200) 단결정 성장과정에서 석영 도가니(100)에 열적, 기계적, 화학적 스트레스가 거의 인가되지 않아 단결정 성장 작업이 완료된 후에도 석영 도가니(100)의 형태가 그대로 보존된 경우이다. 본 발명의 제3실시예는 상기 제2실시예에서 중복된 설명은 생략하기로 한다.
이 경우에는 형태가 보존된 석영 도가니(100) 내부에 그대로 실리콘(200) 단결정의 성장을 완료시키고 남은 용융액이 고화되어 있는 상태가 되는 것이다.
본 발명의 제3실시예는 이 경우에 석영 도가니(100)와 실리콘(200)을 분리시키기 위한 과정으로써 석영 도가니(100) 내부에 액체질소(400)를 투입시키는 것이다. 석영 도가니(100) 내부에 투입된 액체질소(400)는 석영 도가니(100) 및 석영 도가니(100)에 잔류된 실리콘(200)에 액체질소(400)가 접촉됨으로써, 실리콘(200)과 석영 도가니(100)는 극저온(~77K)에서 동시에 급격한 열적 스트레스를 받게 되며, 열팽창계수가 서로 다른 실리콘(200)과 석영 도가니(100)는 각각의 열팽창계수에 따라 변형되게 된다.
이러한 열적 스트레스에 의한 열팽창계수의 차이에 의해 실리콘(200)과 석영 도가니(100)의 접촉계면에서의 결합력이 현저히 떨어지게 되면, 외부에서의 약간의 물리적 스트레스만 인가하면 실리콘(200)과 석영 도가니(100)는 접촉계면에서 깨끗하게 분리되게 되는 것이다.
여기에서 물리적 스트레스를 인가하기 위해서 망치 등의 도구(300)를 이용하여 접촉계면에 평행한 방향으로 약간의 물리적 타격을 가하게 되면 실리콘(200)과 형태가 보존된 석영 도가니(100)는 순간적으로 분리되게 된다.
그리고, 상기 물리적 스트레스를 인가하여 실리콘(200)과 석영 도가니 조각(110)을 분리시킨 후에, 실리콘의 표면 또는 석영 도가니 조각과의 사이의 접촉계면을 이루는 표면상에 잔존하는 부착물을 제거시킨다. 상기 부착물은 실리콘옥사이드(SiO2)나 결정성 석영 도가니 조각일 수도 있으며, 기타 실리콘에 의한 반응물질일 수도 있다.
상기 부착물의 제거는 그라인딩 작업에 의해 실현되게 되는데, 실리콘카바이드 그라인딩 휠(SiC grinding wheel)을 이용하여 실리콘 표면으로부터 부착물인 실리콘옥사이드 또는 결정성 석영 도가니 조각 등을 완전히 제거한다. 그라인딩 작업은 집진기가 부착된 작업공정에서 수행하며, 분리된 실리콘옥사이드 등의 최종 불순물을 집진기함에 별도로 수거한다.
이에 의해 실리콘(200) 및 석영 도가니(100)에는 서로에 의한 불순물이 거의 혼입되지 않아, 순수한 실리콘(200) 및 형태가 보존된 석영 도가니(100)를 얻을 수 있게 되는 것이다. 이렇게 얻어진 실리콘(200) 및 석영 도가니(100)는 불순물이 거의 혼입되지 않아 불산(HF)과 유사한 Si에칭용액으로 산화막을 없애는 것으로 용이하게 재활용이 가능하게 되는 것이다.
<제4실시예>
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 석영 도가니로부터 결정성장 후 남은 실 리콘을 분리하는 방법에 대한 모식도를 나타낸 것이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 제4실시예는 초크랄스키방법에 의해 실리콘(200) 단결정 성장을 완료시킨 후, 내부에 실리콘(200)이 잔류되어 있는 석영 도가니(100) 또는 석영 도가니 조각(110)으로부터 실리콘(200)을 분리하기 위한 방법에 관한 것으로, 액체질소(400)에 침지하여 열적 스트레스를 인가 후 다시 세척용액에 침지하여 물리적 스트레스를 인가시키는 경우이다. 본 발명의 제4실시예에서 상기 제2실시예에서 중복된 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 제4실시예는 실리콘(200)이 잔류된 형태가 보존된 석영 도가니(100)든 깨어진 석영 도가니 조각(110)이든 이를 액체질소(400)가 담겨져 있는 액체질소 용기(500)에 침지하여 열적 스트레스를 인가한 후, 이를 꺼내어 세척용액(600)이 담겨져 있는 세척용액 용기(700)에 투입하여 세척용액(600)에 재침지시키는 것이다. 여기에서는 깨어진 석영 도가니 조각(110)을 세척용액(600)에 침지시킨 경우에 대해 살펴보고자 한다.
이에 의해 액체질소(400)는 석영 도가니 조각(110) 및 석영 도가니 조각(110)에 잔류된 실리콘(200)에 액체질소(400)가 접촉됨으로써, 실리콘(200)과 석영 도가니 조각(110)은 극저온(~77K)에서 동시에 급격한 열적 스트레스를 받게 되며, 열팽창계수가 서로 다른 실리콘(200)과 석영 도가니 조각(110)은 각각의 열팽창계수에 따라 변형되게 된다.
이러한 열적 스트레스에 의한 열팽창계수의 차이에 의해 실리콘(200)과 석영 도가니 조각(110)의 접촉계면에서의 결합력이 현저히 떨어지게 되는데, 외부에서의 약간의 물리적 스트레스만 인가하면 실리콘(200)과 석영 도가니 조각(110)은 접촉계면에서 깨끗하게 분리되게 되는 것이다.
여기에서 물리적 스트레스를 인가하기 위해서 실리콘(200)이 잔류되어 있는 석영 도가니 조각(110)을 세척용액(600)에 침지시키는 과정을 거치게 된다. 상기에서 액체질소에 의한 열적 스트레스에 의해 실리콘(200)과 석영 도가니 조각(110) 사이의 접촉계면에서의 결합력이 떨어져 결합계면에서의 미세한 틈이 생기게 된다. 이러한 미세한 결합계면에서의 틈으로 세척용액(600)이 물리적으로 침투되어 석영 도가니 조각(110)과 실리콘(200)과의 결합력이 더욱 약해지게 되며, 이에 의해 석영 도가니 조각으로부터 실리콘이 분리될 수 있게 되는 것이다.
상기 세척용액(600)은 실리콘 및 석영 도가니 표면에서의 산화물 등의 불순물을 어느 정도 제거하는 역할을 하게 되므로 열적 스트레스에 의해 발생된 결합계면에서의 미세한 틈을 더욱 넓히는 역할을 하게 되는 것으로써, 불순물 제거에 효과적인 뜨거운(50~60℃ 정도) 증류수, 알코올, 아세톤 및 불산(HF) 등의 에칭용액 중에 하나를 선택하여 사용할 수 있는 것이다.
이에 의해 세척용액 용기 내부에서 실리콘과 석영 도가니 조각은 완전히 분리되게 되며, 실리콘에는 불순물이 거의 혼입되지 않아, 순수한 실리콘을 얻을 수 있게 되는 것이다. 이 경우에 세척용액 용기를 약간 흔들어줌으로써 실리콘과 석영 도가니 조각은 더욱 신속하게 분리가 되게 된다. 이렇게 얻어진 실리콘은 불순물이 거의 혼입되지 않아 불산(HF)과 유사한 Si에칭용액으로 산화막을 없애는 것으로 용이하게 재활용이 가능하게 되는 것이다.
상기 구성에 의한 본 발명은, 실리콘 단결정 성장이 완료되어 내부에 실리콘이 잔류되어 있는 도가니에서 액체질소를 통한 실리콘과 도가니의 열팽창계수의 차이를 이용하여 도가니 내부에 잔류된 실리콘을 신속하고 용이하게 분리시킴으로써, 불순물이 거의 없는 고순도의 실리콘을 얻어 자원을 효율적으로 재활용할 수 있을 뿐만 아니라 실리콘 단결정 성장 과정에서 비효율적인 업무를 개선시켜 인건비 등의 비용을 절감시키고, 공정 시간을 획기적으로 단축시키는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 초크랄스키방법에 의해 실리콘(200) 단결정 성장을 완료시킨 후, 내부에 실리콘(200)이 잔류되어 있는 도가니(100)로부터 실리콘(200)을 분리하기 위한 방법에 있어서,
    상기 실리콘(200)이 잔류되어 있는 도가니(100)를 거꾸로 뒤집은 다음 도가니를 가열하여 실리콘을 흘러내리게 하고, 상기 실리콘(200)이 잔류되어 있는 도가니(100) 및 도가니(100)에 잔류된 실리콘(200)에 액체질소(400)를 접촉시켜, 도가니(100) 및 실리콘(200)에 열적 스트레스를 인가시키는 단계와;
    상기 도가니(100) 및 실리콘(200)의 접촉계면에 물리적 스트레스를 인가시키는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 도가니로부터 결정성장 후 남은 실리콘을 분리하는 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 물리적 스트레스를 인가시키는 단계 다음에,
    상기 실리콘의 표면에 잔존하는 부착물을 그라인딩시켜 제거시키는 단계가 더 이루어지는 것을 특징으로 하는 도가니로부터 결정성장 후 남은 실리콘을 분리 하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 초크랄스키방법에 의해 실리콘(200) 단결정 성장을 완료시킨 후, 실리콘(200)이 잔류되어 있는 도가니(100)가 조각난 경우에는,
    상기 열적 스트레스를 인가시키는 단계는, 액체질소(400)가 담겨진 액체질소 용기(500)에 실리콘(200)이 잔류되어 있는 도가니 조각(110)을 침지시키는 것을 특징으로 하는 도가니로부터 결정성장 후 남은 실리콘을 분리하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 초크랄스키방법에 의해 실리콘(200) 단결정 성장을 완료시킨 후, 실리콘(200)이 잔류되어 있는 도가니(100)의 형태가 보존된 경우에는,
    상기 열적 스트레스를 인가시키는 단계는, 상기 도가니(100) 내부에 액체질소(400)를 투입시키는 것을 특징으로 하는 도가니로부터 결정성장 후 남은 실리콘을 분리하는 방법.
  6. 제 1항 또는 제 3항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 물리적 스트레스를 인가시키는 단계는,
    망치를 이용하여 접촉계면에 평행한 방향으로 물리적 타격을 가하는 것을 특징으로 하는 도가니로부터 결정성장 후 남은 실리콘을 분리하는 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 열적 스트레스를 인가시키는 단계는 액체질소(400)가 담겨진 액체질소 용기(500)에 실리콘이 잔류되어 있는 도가니(100) 또는 도가니 조각(110)을 침지시키는 것이고,
    상기 물리적 스트레스를 인가시키는 단계는 상기 액체질소(400)에 침지된 실리콘이 잔류되어 있는 도가니(100) 또는 도가니 조각(110)을 꺼내어 세척용액(600)에 재침지시키는 것을 특징으로 하는 도가니로부터 결정성장 후 남은 실리콘을 분리하는 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 물리적 스트레스를 인가시키는 단계에서의 세척용액(400)은 증류수, 알코올, 아세톤 및 불산(HF) 중에 어느 하나를 선택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 도가니로부터 결정성장 후 남은 실리콘을 분리하는 방법.
KR1020070065148A 2007-06-29 2007-06-29 도가니로부터 결정성장 후 남은 실리콘을 분리하는 방법 KR100901449B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070065148A KR100901449B1 (ko) 2007-06-29 2007-06-29 도가니로부터 결정성장 후 남은 실리콘을 분리하는 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070065148A KR100901449B1 (ko) 2007-06-29 2007-06-29 도가니로부터 결정성장 후 남은 실리콘을 분리하는 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090001065A KR20090001065A (ko) 2009-01-08
KR100901449B1 true KR100901449B1 (ko) 2009-06-08

Family

ID=40484179

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070065148A KR100901449B1 (ko) 2007-06-29 2007-06-29 도가니로부터 결정성장 후 남은 실리콘을 분리하는 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100901449B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002037617A (ja) * 2000-07-28 2002-02-06 Kawasaki Steel Corp シリコンに付着した石英除去方法及び除去装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002037617A (ja) * 2000-07-28 2002-02-06 Kawasaki Steel Corp シリコンに付着した石英除去方法及び除去装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20090001065A (ko) 2009-01-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4166241B2 (ja) シリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボ及びその製造方法
Lan et al. Engineering silicon crystals for photovoltaics
CN101307500B (zh) 含有掺杂剂的磷化铟单晶及其制造方法
CS199607B2 (en) Semiconductor table silikon crystals for solar cells and method their manufacture
US7601618B2 (en) Method for producing semi-conditioning material wafers by moulding and directional crystallization
JP3156382B2 (ja) 化合物半導体単結晶およびその成長方法
CN101724888B (zh) 硅单晶提拉用石英玻璃坩埚的制造方法
JP2015505800A (ja) 単結晶シリコンの作製
US4410395A (en) Method of removing bulk impurities from semiconductor wafers
JP4803784B2 (ja) シリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボの製造方法
US6302957B1 (en) Quartz crucible reproducing method
KR100901449B1 (ko) 도가니로부터 결정성장 후 남은 실리콘을 분리하는 방법
JPH0653634B2 (ja) シリコン単結晶引上げ用石英ルツボの再生方法
JPS59213697A (ja) 単結晶半導体引上装置
JP2006213556A (ja) シリコン単結晶引上げ用石英ガラスルツボとその製造方法、および取り出し方法
Mishinov et al. Adhesion mechanism of destruction of silica-glass surface during the preparation and treatment of optical glassy arsenic chalcogenides
CN113430648B (zh) 一种利用全回料生长磷化铟单晶的工艺
Grabmaier Silicon
KR100839829B1 (ko) 폐 실리콘을 이용한 태양전지용 잉곳 제조방법 및 장치
CN107954427B (zh) 多晶硅块、多晶硅棒及单晶硅的制造方法
Depuydt et al. Germanium materials
JP3596435B2 (ja) 石英ルツボの改質方法
EP1085112A2 (en) Method of fabricating a single crystal
CN111902573B (zh) 砷化镓单晶和砷化镓单晶基板
CN100372059C (zh) 形成半导体材料晶片的方法及其结构

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
N231 Notification of change of applicant
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120604

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130604

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee