KR101057100B1 - 혼합 효율이 개선된 내부 도가니 및 이를 포함하는 단결정 실리콘 잉곳 제조장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내부 도가니 및 이를 포함하는 연속성장형 쵸크랄스키법(CCZ) 단결정 실리콘 잉곳 제조장치에 관한 것으로, 상기 단결정 실리콘 잉곳 제조장치는 챔버, 상기 챔버 내부에 설치된 도가니, 도가니 내부에는 폴리실리콘 용융액 및 도판트의 용이한 혼합을 위한 내부 도가니, 상기 도가니를 둘러싸는 서셉터, 상기 도가니를 가열하는 히터, 상기 히터의 열이 방출되는 것을 방지하는 인슐레이터로 구성된 단결정 실리콘 제조장치에 있어서, 상기 내부 도가니는 중공을 갖으며 하부 둘레에 외부와 연통되는 경로부를 수개의 분할로 개구시켜, 경로부 형성에 의해 내부도가니와 일체로 형성된 격벽의 양 측단면이 일정한 기울기를 갖는 내부 도가니 및 이를 포함하는 혼합 효율이 개선된 단결정 실리콘 잉곳 제조장치를 제공한다.

Description

혼합 효율이 개선된 내부 도가니 및 이를 포함하는 단결정 실리콘 잉곳 제조장치 {APPARATUS OF CONTINUOUS CZOCHALSKI SINGLE CRYSTAL SILICON INGOT GROWER WITH INNER CRUCIBLE OF IMPROVED MIXING EFFICIENCY}
본 발명은 내부 도가니 및 이를 포함하는 단결정 실리콘 잉곳 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연속성장형 쵸크랄스키(CCZ: Continuous CZochralski)법에 사용되는 장치에서 챔버의 도가니 내에서 실리콘용융액내 도판트의 혼합 효율을 개선시킨 단결정 실리콘 잉곳 제조장치에 사용되는 내부 도가니 및 이를 포함하는 단결정 실리콘 잉곳 제조장치에 관한 것이다.
단결정 실리콘은 실제로 모든 반도체 부품의 기본소재로서 사용되는 데, 이들 물질은 높은 순도를 가진 완벽한 단결정체로 제조된다. 이러한 제조에 전통적으로 사용되는 방법이 쵸크랄스키법이다.
이러한 쵸크랄스키법에 의해 사용되는 일반적인 장치는 챔버, 상기 챔버 내부에 설치된 도가니, 상기 도가니를 지지하는 서셉터, 상기 서셉터를 지지하며 도가니를 상승, 하강, 회전시키는 페데스탈(Pedestal), 챔버 내벽에 설치된 히터, 히트쉴드 히터의 열이 챔버의 외부로 방출되는 것을 최소화하기 위한 인슐레이터 등으로 구성되어 있다. 또한, 아르곤 가스가 노내의 불순물을 제거하기 위하여 챔버내부에 공급되는 데, 상기 아르곤 가스는 챔버 상부에서 공급되어 하부로 진행되어 배출되는 것이 일반적이다.
상기 쵸크랄스키법에서는 단결정 실리콘의 종자결정이 실리콘 용융액표면에 접촉했다가 서서히 인상되면서 성장하게 되어 단결정 실리콘의 원통형 불(boule)을 형성한다. 상기 불은 도가니의 회전방향과 반대방향으로 회전하여 실리콘 용융액내 도판트의 혼합효율을 높임으로써 단결정 실리콘 잉곳 내의 도판트의 농도분포가 균일하게 되어 단결정 실리콘 잉곳의 품질특성이 균일하게 된다.
연속성장형 쵸크랄스키법(CCZ)과 관련하여 개시된 본 발명자의 특허로는 미국등록특허 제5,314,667호, 미국등록특허 제5580171호, 미국공개특허 제2007/0056504호 등이 있다. 미국등록특허 제5,314,667호 "Method and apparatus for single crystal silicon production" 에서는 실리콘 단결정체의 성장을 위해서 개선된 방법을 실시하였는데, 폴리 실리콘 입자와 도판트가 연속으로 공급되고 연속으로 잉곳이 성장되는 연속성장형 쵸크랄스키법(CCZ)을 명시하였다. 이에 따르면 도가니를 원료공급영역과 결정성장영역으로 구분하여 열균형을 효율적으로 조절할 수 있도록 고안된 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키는 방법이 명시되었다.
또한, 미국등록특허 제5580171호 "Solids mixing, storing and conveying system for use with a furnace for single crystal silicon production"에서는 폴리 실리콘 입자를 도가니 내에 공급함에 있어서 폴리실리콘 입자와 도판트를 균질하게 혼합하여 공급하기 위한 수단을 제안하였다.
또한, 미국공개특허 제2007/0056504호 "Method and apparatus to produce single crystal ingot of uniform axial resistivity"에서는 폴리실리콘 입자의 공급과 별도의 관을 통하여 도판트를 공급할 수 있는 장치를 설치하여 폴리실리콘 입자와 도판트가 일정하게 혼합되어 도가니에 공급됨으로써 전기 저항성이 일정한 잉곳을 제조할 수 있는 단결정 실리콘 잉곳 제조장치를 제안하였다.
또한, 단결정 실리콘 잉곳제조장치와 관련하여 대한민국 공개특허 제2006-0128033호에서는 예비용융챔버를 개별적으로 두어 폴리 실리콘을 도가니에 제공함에 있어 용융상태로 만든 후에 도가니에 제공하는 특징이 있다. 그러나 상기 특허방법에서는 예비용융 챔버에서의 SiO2의 용융에 기인하는 산소불순물이 잉곳내 함량이 증가하고, 도판트의 농도제어가 어려워 잉곳의 품질편차가 크게 되는 문제점이 발생한다.
상기에서 살펴본 특허뿐 아니라 연속성장형 쵸크랄스키법(CCZ)에서는 일반적으로 단결정 실리콘 잉곳 제조시에 사용되는 도가니는 내부에 격벽을 설치하여 내부도가니와 도가니를 형성하는 이중도가니의 구조를 가지는데, 도가니에서는 폴리실리콘 입자의 용융이 일어나고 내부도가니에서는 단결정 실리콘 잉곳이 성장된다. 일반적인 내부도가니는 실리콘 용융액이 도가니로부터 내부도가니로 유입되는 경로부와 내부 및 도가니를 경계 지을 수 있는 격벽이 존재하는 데, 상기 격벽의 측면형상은 외주연의 접선과 직각으로 이루어져 있다.
이 경우에 문제점은 실리콘 용융액이 도가니에서 내부도가니로 들어가는 과정에서 실리콘 용융액 및 도판트의 혼합되는 효율이 떨어지는 문제점이 발생한다. 이로 인해 생산된 단결정 실리콘 잉곳은 전체적으로 도판트의 분포가 균일하지 못한 문제점이 있었다.
따라서, 내부 도가니 내에서 실리콘 용융액의 혼합 및 도판트와의 혼합 효율을 향상시켜 균질의 실리콘 잉곳을 제조할 수 있는 단결정 실리콘 잉곳 제조장치의 개발이 요구되어 왔다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 목적은 도가니 내에서 실리콘 용융액 및 도판트의 혼합이 효율적으로 이루어질 수 있는 내부 도가니 및 이를 포함하는 단결정 실리콘 잉곳 제조장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 단결정 실리콘 잉곳과 실리콘 용융액 사이의 결정계면에서 폴리 실리콘과 도판트의 성분비가 일정하게 유지되게 하여 균일한 전기 저항성을 가진 단결정 실리콘 잉곳을 제조할 수 있는 단결정 실리콘 잉곳 제조장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 중공을 갖는 내부 도가니 하부 둘레에 도가니와 연통되는 경로부를 수개의 분할로 개구시켜, 경로부 형성에 의해 내부 도가니와 일체로 형성된 격벽의 양 측단면이 일정한 기울기를 갖는 혼합 효율이 개선된 내부 도가니를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 경로부가 수개의 등분할로 개구시키는 것을 특징으로 하는 혼합 효율이 개선된 내부 도가니를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 격벽의 일 측단면이 인접하는 다른 격벽의 일 측단면과 평행한 것을 특징으로 혼합 효율이 개선된 내부 도가니를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 격벽이 양 측단면의 기울기가 상호 대칭되게 구성한 것을 특징으로 하는 혼합 효율이 개선된 내부 도가니를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 격벽의 양 측단면이 임펠러 날개의 배열구조인 것을 특징으로 하는 혼합 효율이 개선된 내부 도가니를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 양 측단면의 기울기가 이루는 각은 격벽 외주연 모서리에서 이루는 접선과 30∼60°또는 120∼150°인 것을 특징으로 하는 혼합 효율이 개선된 내부 도가니를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 내부 도가니의 재질이 SiC, Si3N4 및 세라믹 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 혼합 효율이 개선된 내부 도가니를 제공한다.
또한 본 발명은 챔버, 상기 챔버 내부에 설치된 도가니, 상기 도가니 내부에 위치한 내부 도가니, 상기 도가니를 둘러싸는 서셉터, 상기 도가니를 가열하는 히터, 상기 히터의 열이 방출되는 것을 방지하는 인슐레이터로 구성된 단결정 실리콘 잉곳 제조장치에 있어서, 상기 내부 도가니는 중공을 갖으며 하부 둘레에 도가니와 연통되는 경로부를 수개의 분할로 개구시켜, 경로부 형성에 의해 내부도가니와 일체로 형성된 격벽의 양 측단면이 일정한 기울기를 갖는 내부 도가니를 포함하는 혼합 효율이 개선된 단결정 실리콘 잉곳 제조장치를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 경로부가 수개의 등분할로 개구시키는 것을 특징으로 하는 혼합 효율이 개선된 단결정 실리콘 잉곳 제조장치를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 격벽의 일 측단면은 인접하는 다른 격벽의 일 측단면과 평행한 것을 특징으로 혼합 효율이 개선된 단결정 실리콘 잉곳 제조장치를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 격벽이 양 측단면의 기울기가 상호 대칭되게 구성한 것을 특징으로 하는 혼합 효율이 개선된 단결정 실리콘 잉곳 제조장치를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 격벽의 양 측단면이 임펠러 날개의 배열구조인 것을 특징으로 하는 혼합 효율이 개선된 단결정 실리콘 잉곳 제조장치를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 양 측단면의 기울기가 이루는 각은 격벽 외주연 모서리에서 이루는 접선과 30∼60°또는 120∼150°인 것을 특징으로 하는 혼합 효율이 개선된 단결정 실리콘 잉곳 제조장치를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 내부 도가니의 재질은 SiC, Si3N4 및 세라믹 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 혼합 효율이 개선된 단결정 실리콘 잉곳 제조장치를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 히터가 하부히터 및 측면히터가 분리되어 별도로 제어되는 것을 특징으로 하는 혼합 효율이 개선된 단결정 실리콘 잉곳 제조장치를 제공한다.
본 발명에 따른 내부 도가니를 포함하는 단결정 실리콘 잉곳 제조장치는 실리콘 용융액이 경로부를 통해 용이하게 도가니로부터 내부도가니 안으로 들어오며, 상기 경로부를 통해 들어온 경로부를 통해 들어온 실리콘 용융액은 서로 혼합이 잘 이루어지며, 첨가된 도판트의 혼합효율도 개선되어 단결정 실리콘 잉곳과 실리콘 용융액 사이의 계면에서 실리콘과 도판트의 성분비가 일정하게 유지되는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 내부 도가니를 포함하는 단결정 실리콘 잉곳 제조장치는 혼합효율의 개선으로 내부도가니내 실리콘 용융액의 열 분포도가 일정해져 균질한 품질의 단결정 실리콘 잉곳을 제조할 수 있는 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 잉곳 제조장치의 단면도를 나타낸 것이다.
도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 내부 도가니의 사시도를 나타낸 것이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 내부 도가니의 하부 단면도를 나타낸 것이다.
도 7 또는 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 단결정 실리콘 잉곳 제조장치를 구성하는 히터의 사시도를 나타낸 것이다.
이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본 발명은 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키는 연속 성장형 단결정 실리콘 잉곳 제조장치에 관한 것으로, 상기 단결정 실리콘 잉곳 제조장치는 챔버, 상기 챔버 내부에 설치된 도가니, 도가니 내부에는 실리콘 용융액 및 도판트의 용이한 혼합을 위한 내부 도가니, 상기 도가니를 둘러싸는 서셉터, 상기 도가니를 가열하는 히터, 상기 히터의 열이 방출되는 것을 방지하는 인슐레이터로 구성된 단결정 실리콘 잉곳 제조장치에 있어서, 상기 내부 도가니는 중공을 가지며 하부 둘레에 도가니와 연통되는 경로부를 수개의 분할로 개구시켜, 경로부 형성에 의해 내부도가니와 일체로 형성된 격벽의 양 측단면이 일정한 기울기를 갖는 내부 도가니를 포함하는 혼합 효율이 개선된 단결정 실리콘 잉곳 제조장치인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 연속성장형 쵸크랄스키법(CCZ)에 의한 단결정 실리콘 잉곳 제조장치에 비제한적으로 적용될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단결정 실리콘 잉곳 제조장치에 대하여 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 단결정 실리콘 잉곳 제조장치의 단면도를 나타낸 것이다. 본 발명은 도가니가 회전 또는 도가니가 회전하지 않는 단결정 실리콘 잉곳 제조장치에 제한없이 적용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 연속성장형 쵸크랄스키법(CCZ)에 의한 단결정 실리콘 잉곳 제조장치에서 도가니의 회전이 이루어지면서 잉곳이 제조되는 것으로, 도가니 110, 내부도가니 200, 서셉터 120, 히터 130, 인슐레이터 140, 피더(feeder) 150, 아르곤 가스의 흐름을 인도하는 콘 160, 페데스탈 180, 샤프트(Shaft) 190 등을 구비한다. 상기 서셉터 120를 비롯한 도가니 110는 샤프트 190에 의해 회전되고, 단결정 실리콘 잉곳은 샤프트 190의 회전방향과 반대방향으로 회전하면서 단결정 실리콘 잉곳이 생성된다.
상기 연속성장형 쵸크랄스키법(CCZ)에 의한 공정은 소량의 폴리 실리콘을 도가니에 충진함으로써 시작되는 데 일정한 저항성을 조절하기 위해 도판트를 첨가하여 용융한다. 상기 도판트(dopant)는 잉곳의 전기 저항성을 위해 첨가하는 물질로 그 예로는 붕소(B), 인(P), 안티몬(Sb) 등이 있다.
챔버는 피더(feeder) 150을 포함하고 있어서 상기 피더 150을 통해 폴리 실리콘과 도판트(dopant)가 도가니 110에 공급될 수 있는 데, 내부 도가니 200의 외부에 위치하는 도가니에 공급된다. 공급된 폴리 실리콘을 용융시키기 위해서 도가니 110을 가열하는 데, 가열을 위해서 도가니 110 주변에 히터 130이 설치된다. 상기 히터 130은 전원 인가시 도가니 110을 가열하여 도가니 110 내부에 존재하는 폴리실리콘을 용융하는 역할을 한다. 상기 도판트는 폴리 실리콘에 혼합되어 공급되거나 별도로 공급될 수 있다.
상기 내부 도가니 200이 차지하는 영역 외의 도가니 110 부분은 공급된 폴리 실리콘이 용융되기 위한 장소로서 상기 부분으로 피더 150으로부터 고체상의 폴리실리콘이 공급된다. 상기 폴리실리콘은 히터에 의해 가열되어 약 1420℃ 이상의 온도에서 용융되어 내부 도가니 200으로 들어가게 된다.
이때, 내부 도가니 200의 경로부를 통해 용융된 폴리 실리콘이 이동하는 데, 이동된 폴리실리콘 용융액은 내부 도가니 200 영역내에서 냉각되면서 단결정 실리콘 잉곳을 제조하게 된다.
상기 도가니 110은 일반적으로 석영(SiO2)이나 세라믹을 사용할 수 있으며, 상기 도가니 110은 샤프트 190에 의해 회전하게 되고 내부 도가니 200 중간에 위치한 실리콘 잉곳은 도가니의 회전방향과 반대방향으로 회전하게 된다. 이처럼 실리콘 잉곳이 회전하면서 상기 잉곳 주변에 있는 폴리실리콘 용융액이 유동하여 혼합을 촉진하게 된다.
실리콘 잉곳 및 실리콘 용융액 사이의 계면에서 폴리실리콘과 도판트의 성분비가 일정하게 유지되어 균질의 단결정 실리콘 잉곳을 제조하는 것이 중요하다. 용융된 폴리실리콘이 결정화될 때, 도판트의 일부만이 잉곳내로 포함되고 나머지는 용융액에 남게 되어 도판트의 농도는 운전이 계속됨에 따라 증가하여 후에 결정된 잉곳에는 도판트의 농도가 증가하여 결과적으로 전기 저항이 감소되는 문제점이 발생한다. 따라서, 폴리실리콘이 결정화되는 동안 공급되는 폴리실리콘과 도판트가 잘 혼합되어 도판트의 농도가 일정하게 유지되어야 한다.
따라서, 전체적으로 균질의 단결정 실리콘 잉곳을 제조하기 위해서는 용융된 폴리 실리콘의 혼합이 잘 이루어지며, 첨가된 도판트와도 혼합이 잘 이루어져야 한다. 또한 내부 도가니 내의 열분포도도 일정하게 분포되어야 한다.
도 3 내지 도 6는 본 발명의 일실시예에 따른 내부 도가니의 사시도 및 하부 단면도를 나타낸 것이다.
상기 내부 도가니 200은 중공을 갖는 것으로 상기 내부 도가니 200 하부 둘레에 도가니와 연통되는 경로부 210를 수개의 분할로 개구시켜, 경로부 210 형성에 의해 내부 도가니 200과 일체로 형성된 격벽 220의 양 측단면 221이 일정한 기울기를 갖는 것이 특징이다. 상기 수개의 분할로 이루어진 경로부 210는 등분할로 된 것이 바람직하다. 상기 등분할로 이루어졌을 때 여러 방향에서 폴리실리콘 용융액이 골고루 유입되어 잉곳의 성장이 균일하게 이루어질 수 있으며, 상기 양 측단면 221이 일정한 기울기로 인해 용융된 폴리 실리콘의 혼합 및 첨가된 도판트와의 혼합이 잘 이루어져서 폴리 실리콘이 결정화되면서 도판트의 농도가 일정하게 유지될 수 있게 된다.
도 4 내지 도 6을 참조할 때, 상기 양 측단면 221이 일정한 기울기를 갖는 데, 상기 기울기는 격벽 220 모서리가 이루는 각을 말한다. 즉 격벽 220 외주연 끝에서 이루어지는 접선이 격벽의 측단면 221과 이루는 각(도면에서 α와 β의 각)을 말한다.
또한, 상기 양 측단면 221의 기울기는 격벽 220 외주연 모서리에서 이루는 접선과 30∼60°또는 120∼150°인 것이 바람직하다. 상기 범위로 격벽 220의 양 측단면 221이 이루어지는 경우 내부 도가니 200 바깥에 있던 실리콘 용융액이 경로부 210를 통해 용이하게 내부 도가니 200 안으로 유입될 수 있다. 또한 상기 경로부 210를 통해 들어온 실리콘 용융액은 서로 혼합이 잘 이루어지며, 첨가된 붕소(B), 인(P), 안티몬(Sb) 등의 도판트와도 혼합효율이 개선되는 장점이 있다. 또한 혼합효율의 개선으로 내부 도가니 200 내의 열분포도가 일정해지는 장점이 있다.
이러한 격벽 220의 양 측단면 221의 기울기를 부여하는 것으로 여러 가지 실시예를 들 수 있다.
도 4를 참조하면 상기 격벽 220의 일 측단면 221은 인접하는 다른 격벽 220의 일 측단면 221과 평행하게 이루어질 수 있다. α와 β의 각은 각각 다른 격벽 220의 α와 β의 각과 동일하거나 동일하지 않을 수 있는 데, 형성되는 각의 범위는 30∼60°또는 120∼150°인 것이 바람직하다.
또한, 도 5를 참조하면, 상기 격벽 220의 양 측단면 221 기울기가 상호 대칭되게 구성할 수 있다. 즉 격벽 220의 중간을 중심으로 선대칭하였을 때 격벽 220의 양 측단면 221이 이루는 기울기가 상호 동일하게 구현될 수 있다. 이 경우에도 일 측단면의 기울기는 격벽 220 외주연 모서리에서 이루는 접선과 30∼60°또는 120∼150°이다.
또한, 도 6을 참조하면, 상기 격벽 220의 양 측단면 221은 임펠러 날개의 배열구조로 이루어질 수 있다. 이 경우 도가니의 회전은 시계 반대방향으로 회전하는 것이 바람직하다. 시계 반대 방향으로 회전할 경우 폴리실리콘 용융액이 내부 도가니 200내로 도가니에서 유입되는데 유리할 수 있다. 상기 임펠러 날개의 배열 구조에서 양 측단면 221의 기울기는 상호 다를 수 있다. 즉 α와 β의 각은 서로 동일하거나 동일하지 않을 수 있으며, 다른 격벽 220의 α와 β의 각과도 동일하거나 동일하지 않을 수 있다. 상기 α와 β의 각은 30∼60°또는 120∼150°인 것이 바람직하다.
도 2의 경우에는 단결정 실리콘 잉곳 제조장치에서 도가니 110가 회전이 이루어지지 않으면서 잉곳이 제조되는 것으로 서셉터 120, 히터 130, 인슐레이터 140를 구비하되, 페데스탈 180 및 샤프트(Shaft) 190을 구성하지 않으며, 단결정 실리콘 잉곳만이 회전하면서 생성된다.
도 2의 경우에도 도 1의 단결정 잉곳 제조장치에서 설명한 도가니가 회전하는 경우와 동일하며 표현될 수 있으면 내부 도가니 200의 역할이 페데스탈 180 및 샤프트(Shaft) 190을 구성하지 않는 경우와 동일하다.
즉, 도 4 내지 도 6에의 실시예들로 표현된 바와 같이 상기 격벽 220의 양 측단면 221이 일정한 기울기를 갖으며, 상기 격벽 220은 일 측단면은 인접하는 다른 격벽 220의 일 측단면과 평행하거나, 또는 양 측단면의 기울기가 상호 대칭되게 구성되거나, 또는 상기 격벽 220의 양 측단면이 임펠러 날개의 배열구조로 형성될 수 있다.
한편, 내부 도가니 200으로 사용될 수 있는 재질로는 SiC, Si3N4 및 세라믹 등으로 이루어진 것이 바람직하다. 상기 내부 도가니 200의 재질로는 SiC 또는 Si3N4을 사용함으로써 SiO가 생성되지 않으며 그 외의 불순물 형성을 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 7 또는 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 잉곳 제조장치를 구성하는 히터를 나타낸 것이다.
도 7은 히터의 다른 형태로 측면히터 131와 하부히터(132, 133)가 분리되어 별도로 제어될 수 있다. 상기 하부히터는 또한 외부하부히터 132 및 내부하부히터133로 이루어져 있으며 분리되어 별도로 제어될 수 있다. 하부히터 중 내부하부히터 133 부위는 도가니 110 내에서 잉곳이 제조되는 장소의 하부에 위치한 것으로 용융된 폴리 실리콘이 냉각되어 단결정 실리콘 잉곳으로 제조된다. 이를 위해서는 약 1420℃ 미만에서 냉각이 이루어지게 되므로 내부하부히터 133은 외부하부히터 132보다 적은 열이 공급되어야 한다. 반면에 외부하부히터 132는 폴리 실리콘을 용융시키는 위치에 있게 되므로 도가니 110 내에서 약 1420℃ 이상을 유지시켜야 하므로 내부하부히터 133 보다 상대적으로 많은 열을 공급시켜야 한다.
한편, 측면히터 131은 도가니 110의 측면부위를 가열하기 위한 것으로 도가니 110의 측면부는 실리콘이 용이하게 용융될 수 있어야 하므로 고온의 열이 필요하다.
도 8을 참조하면 히터는 측면히터 131' 및 내부하부히터 133로 이루어져 있는 데, 상기 측면히터 131' 와 내부하부히터 133은 분리되어 별도로 제어된다.
상기 측면히터 131'은 고온의 열이 발생시키도록 설계된 것으로 도 7의 외부하부히터 132 및 측면히터 131가 일체로 되도록 설계한 것이다. 상기 측면히터 131'은 고온의 열을 발생시켜 피더 150에서 공급한 폴리 실리콘을 1420℃ 이상이 되도록 하여 용이하게 용융할 수 있도록 한다. 이에 반해 내부하부히터 133은 도가니 110 내에서 잉곳이 제조되는 부위의 위쪽에 위치하므로 상대적으로 적은 열이 공급되어 전체적으로 용이한 용융 및 용이한 냉각이 이루어지도록 할 수 있다.
한편, 상기 인슐레이터 140은 히터 130에서 발산되는 열이 챔버의 내벽 쪽으로 확산되는 것을 방지하여 열효율을 향상시키며, 고온의 복사열로부터 챔버의 내벽을 보호하는 역할을 한다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

Claims (15)

  1. 챔버, 상기 챔버 내부에 설치된 도가니,상기 도가니를 둘러싸는 서셉터, 상기 도가니를 가열하는 히터, 상기 히터의 열이 방출되는 것을 방지하는 인슐레이터로 구성된 연속성장형 쵸크랄스키법(CCZ) 단결정 실리콘 잉곳 제조장치에 포함되는 도가니 내부에 폴리실리콘 용융액 및 도판트의 혼합을 위한 내부도가니에 있어서,
    상기 내부 도가니는 중공을 갖으며 하부 둘레에 도가니와 연통되는 경로부를 수개의 분할로 개구시켜, 경로부 형성에 의해 내부도가니와 일체로 형성된 격벽을 포함하되, 상기 격벽은 양 측단면이 일정한 기울기를 갖는 내부 도가니.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 경로부는 수개의 등분할로 개구시키는 것을 특징으로 하는 혼합 효율이 개선된 내부 도가니.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 격벽은 일 측단면이 인접하는 다른 격벽의 일 측단면과 평행한 것을 특징으로 혼합 효율이 개선된 내부 도가니.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 격벽은 양 측단면의 기울기가 상호 대칭되게 구성한 것을 특징으로 하는 혼합 효율이 개선된 내부 도가니.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 격벽은 양 측단면이 임펠러 날개의 배열구조인 것을 특징으로 하는 혼합 효율이 개선된 내부 도가니.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 양 측단면의 기울기가 이루는 각은 격벽 외주연 모서리에서 이루는 접선과 30∼60°또는 120∼150°인 것을 특징으로 하는 혼합 효율이 개선된 내부 도가니.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 내부 도가니의 재질은 SiC, Si3N4 및 세라믹 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 혼합 효율이 개선된 내부 도가니.
  8. 챔버, 상기 챔버 내부에 설치된 도가니, 상기 도가니 내부에 위치한 내부 도가니, 상기 도가니를 둘러싸는 서셉터, 상기 도가니를 가열하는 히터, 상기 히터의 열이 방출되는 것을 방지하는 인슐레이터로 구성된 단결정 실리콘 제조장치에 있어서,
    상기 내부 도가니는 중공을 갖으며 하부 둘레에 도가니와 연통되는 경로부를 수개의 분할로 개구시켜, 경로부 형성에 의해 내부도가니와 일체로 형성된 격벽을 포함하되, 상기 격벽은 양 측단면이 일정한 기울기를 갖는 내부 도가니를 포함하는 혼합 효율이 개선된 단결정 실리콘 잉곳 제조장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 경로부는 수개의 등분할로 개구시키는 것을 특징으로 하는 혼합 효율이 개선된 단결정 실리콘 잉곳 제조장치.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 격벽은 일 측단면이 인접하는 다른 격벽의 일 측단면과 평행한 것을 특징으로 혼합 효율이 개선된 단결정 실리콘 잉곳 제조장치.
  11. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 격벽은 양 측단면의 기울기가 상호 대칭되게 구성한 것을 특징으로 하는 혼합 효율이 개선된 단결정 실리콘 잉곳 제조장치.
  12. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 격벽은 양 측단면이 임펠러 날개의 배열구조인 것을 특징으로 하는 혼합 효율이 개선된 단결정 실리콘 잉곳 제조장치.
  13. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 양 측단면의 기울기가 이루는 각은 격벽 외주연 모서리에서 이루는 접선과 30∼60°또는 120∼150°인 것을 특징으로 하는 혼합 효율이 개선된 단결정 실리콘 잉곳 제조장치.
  14. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 내부 도가니의 재질은 SiC, Si3N4 및 세라믹 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 혼합 효율이 개선된 단결정 실리콘 잉곳 제조장치.
  15. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 히터는 하부히터 및 측면히터가 분리되어 별도로 제어되는 것을 특징으로 하는 혼합 효율이 개선된 단결정 실리콘 잉곳 제조장치.
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