KR101115708B1 - 단결정 성장용 앰플 및 이를 포함하는 단결정 성장장치 - Google Patents

Abstract

단결정 균일성을 확보할 수 있는 단결정 성장용 앰플 및 이를 포함하는 단결정 성장장치가 개시된다. 개시된 본 발명에 의한 단결정 성장장치는, 단결정 시료가 장착되는 앰플, 앰플을 가열하는 히터 및, 앰플 또는 히터를 상기 단결정 시료가 성장되는 방향으로 승하강시키는 구동부를 포함하며, 앰플은 단결정 성장방향으로 상호 적층되는 복수의 앰플 몸체를 포함한다. 이러한 구성에 의하면, 단결정 성장방향으로 긴 단결정 잉곳을 성장시킬 경우 발생되었던 원소비의 변화를 방지할 수 있어, 단결정의 균일성을 확보할 수 있게 된다.

Description

단결정 성장용 앰플 및 이를 포함하는 단결정 성장장치{AMPULE FOR GROWING SINGLE CRYSTAL AND SINGLE CRYSTAL GROWING APPARATUS HAVING THE SAME}

본 발명은 단결정 성장장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 단결정 성장 중의 원소비 변화를 방지할 수 있어 균일성을 향상시킬 수 있는 단결정 성장용 앰플 및 이를 포함하는 단결정 성장장치에 관한 것이다.

하이브리드 자동차, 고속 전철, 풍력 및 태양광 발전소 등과 같이 광범위하게 사용되는 반도체를 제조하기 위해서는 단결정 실리콘 박판인 웨이퍼의 제조가 우선이다. 이러한 웨이퍼 제조는 성장된 단결정 실리콘 잉곳(Iingot)을 절단하여 제조된다. 여기서, 상기 단결정 실리콘 잉곳은 쵸크랄스키법(Czochralski method) 또는, 브릿지만법(Bridgman method)에 의해 성장되어 제조된다.

상기와 같은 단결정 실리콘 잉곳 제조법 중, 상기 브릿지만법은 일방향성 응고(directional solidification: DS)를 기본 원리로 하여, 하나의 단결정 성장로에서 용융과 방향성 응고를 차례로 실시하는 기술이다. 이때, 상기 브릿지만법은 앰플(Ampule)에 대상 시료를 장착하고 밀봉한 후, 상기 단결정 성장로에 상기 앰플을 장착한다. 그 후, 상기 단결정 성장로 내에서 상기 앰플 내의 시료가 화합결합에 의해 액상이 지점에서 상기 앰플 또는 히터를 이동시켜 성장한다.

한편, 상기 단결정 성장로에서 성장되는 단결정의 성능 향상을 위해, 3가지 이상의 원소로 이루어진 화합물이 반도체 단결정 성장과정에 참여하는 경우도 있다. 참고로, 3가지 이상의 원소로 이루어진 화합물은 일반적으로, 2가지 정도의 원소가 화합물 반도체 구성에 대부분을 차지하고, 나머지 원소는 미량으로 화합물에 첨가되어 성능 향상에 기여한다.

상기 3가지 이상의 원소로 이루어진 대표적인 일 예로, CZT(Cadmium Zinc Telluride) 화합물이 있다. 여기서, 상기 CZT화합물은 카드뮴(Cadmium)과 텔루리움(Telluride)이 화합물의 구성의 대부분을 차지하여, 아연(Zinc)은 일반적으로 5% 미만의 미량으로 포함된다. 또한, 상기 CZT 화합물로 성장되는 단결정의 성능 향상을 위해서는 In, Cl 등이 불순물(Dopant)로 첨가된다.

한편, 상기와 같은 단결정을 상기 브릿지만법이 적용되는 성장로로 성장시킬 경우, 단결정 성장방향으로 미소 성분 원소의 비가 변하는 현상이 야기되어 단결정 품질 저하의 원인이 된다. 이러한 원소비가 변하는 현상은 한 번의 단결정 성장과정으로 길이가 긴 단결정을 성장시킬 경우 더욱 많이 발생됨에 따라, 단결정 성장 효율 저하의 원인도 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 균일성능을 가지는 단결정 잉곳을 성장시킬 수 있는 단결정 성장용 앰플을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 성장효율 향상을 기대할 수 있는 단결정 성장용 앰플을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 목적이 달성된 단결정 성장용 앰플을 포함하는 단결정 성장장치를 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 단결정 성장용 앰플은, 단결정 성장에 채용되어 대상 시료가 장착되는 것으로서, 상기 시료가 단결정으로 성장되는 방향에 나란하게 다층 적층되어 연속 다체형을 형성시키는 복수의 앰플 몸체를 포함한다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 상기 복수의 앰플 몸체에는 동일한 시료가 장착되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 복수의 앰플 몸체는 석영(Quartz)으로 형성되는 것이 좋다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 단결정 성장장치는, 단결정 시료가 장착되는 앰플, 상기 앰플을 가열하는 히터 및, 상기 앰플 또는 히터를 상기 단결정 시료가 성장되는 방향으로 승하강시키는 구동부를 포함하며, 상기 앰플은 상기 단결정 성장방향으로 복수개가 적층되는 복수의 앰플 몸체를 포함한다.

상기 히터는 상호 온도차를 가지는 상부 및 하부 히터로 구획되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 앰플을 단결정 성장방향에 나란하게 상호 적층된 연속 다체형을 형성시키는 복수의 앰플 몸체를 포함함으로써, 단결정 성장방향으로 길이가 길수록 발생되었던 미소 성분 원소비 변화를 방지할 수 있게 된다. 그로 인해, 성장된 단결정 잉곳의 품질을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 한번의 단결정 성장공정으로 균일한 단결정 잉곳을 성장시킬 수 있음에 따라, 단결정 성장효율도 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 단결정 성장용 앰플을 개략적으로 도시한 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 앰플을 포함하는 단결정 성장장치를 개략적으로 도시한 단면도, 그리고,
도 3은 도 2의 단결정 성장장치에 의해 단결정 잉곳이 성장된 상태를 개략적으로 도시한 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 설명한다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 단결정 성장용 앰플(1)은 내부에 단결정 잉곳(I)(도 3 참고)으로 성장될 시료(L)가 장착되는 복수의 앰플 몸체(2)로 구성된다.

보다 구체적으로, 상기 앰플(1)은 상기 시료(L)가 단결정 잉곳(I)으로 성장되는 방향(G)(이하, 단결정 성장방향으로 지칭함)에 나란하게 적층된 복수의 앰플 몸체(2)를 포함한다. 여기서, 상기 복수의 앰플 몸체(2) 각각은 역원뿔 형상을 가지는 하부로부터 측면이 연장되어 상부에 개구가 마련되는 도가니 형상을 가진다. 또한, 상기 앰플 몸체(2)는 석영(Quartz)으로 형성되어, 후술하는 단결정 성장장치(10)에 채용되어 가열될 때, 장착된 시료(L)의 급열에도 견고함과 아울러, 타 원소가 섞여 들어감을 방지한다.

이러한 구성을 가지는 앰플(1)은 상호 적층되어 연결되는 연속 다체형의 앰플 몸체(2)를 구비하며, 상기 복수의 앰플 몸체(2)에는 동일 시료(L)가 장착된다. 그로 인해, 상기 복수의 앰플 몸체(2)에 장착된 동일 시료(L)는 상호 동일한 단결정 잉곳(I)으로 성장된다.

이하에서는 상기와 같은 구성을 가지는 앰플(1)을 포함하는 단결정 성장장치(10)를 도 2 및 도 3을 참고하여 설명한다.

도 2의 도시와 같이, 본 발명에 의한 단결정 성장장치(10)는 앰플(1), 히터(20) 및 구동부(30)를 포함한다.

상기 앰플(1)은 도 1에서 설명한 것과 동일 구성을 가지므로, 자세한 설명은 생략한다. 즉, 상기 앰플(1)은 상기 단결정 성장방향(G)으로 복수의 앰플 몸체(2)가 적층되는 연속 다체형 구조를 가진다. 한편, 상기 앰플(1)은 하부를 지지하는 지지대(3)에 의해 직립 가능하도록 지지된다.

상기 히터(20)는 상기 앰플(1) 즉, 연속 다체형인 앰플 몸체(2)를 가열한다. 이러한 히터(20)는 자세히 도시되지 않았으나, 외부로부터 전원을 인가받아 발열하는 발열체로써, 상부와 하부 히터(21)(22)로 구분된다. 여기서, 상기 상부 및 하부 히터(21)(22)의 발열 온도는 상호 상이할 수도 있다. 구체적으로, 상기 상부 히터(21)는 상기 시료(L)의 용융점 이상의 고온을 유지하고, 상기 하부 히터(22)는 용융점 이하의 저온을 유지함으로써, 상기 단결정 성장방향(G)인 수직방향으로 상부 고온, 하부 저온의 온도 분포를 형성시킬 수 있는 것이다.

상기 구동부(30)는 상기 앰플(1) 또는 히터(20)를 상기 단결정 성장방향(G)으로 승하강시킨다. 본 실시예에서는 상기 구동부(30)가 도 2 및 도 3의 도시와 같이, 상기 앰플(1)을 승하강시키는 것으로 예시한다. 구체적으로, 상기 구동부(30)는 상기 앰플(1)을 지지하는 지지대(3)를 상기 단결정 성장방향(G)으로 승하강시킴으로써, 상기 앰플(1)을 가동시킨다. 이때, 상기 앰플(1)은 상기 복수의 앰플 몸체(2)가 연속적으로 적층된 연속 다체형으로 구성되어도 상호 맞물려 연결되어 있음으로 인해, 승하강에도 유동되지 않는다. 참고로, 상기 구동부(30)는 자세히 도시되지 않았으나, 구동력을 발생시키는 구동원과, 상기 구동력을 상기 히터(20)로 전달하는 전달수단을 구비하며, 이러한 구성은 공지된 기술로부터 이해 가능하므로 자세한 설명 및 도시는 생략한다. 한편, 상기 구동부(30)는 상기 지지대(3)를 가동시켜 상기 앰플(1)을 승하강시킬 뿐만 아니라, 앰플(1)을 회전시킬 수도 있다.

한편, 본 실시예에서는 상기 구동부(30)가 상기 앰플(1)을 구동시키는 것으로 도시하였으나, 상기 앰플(1)을 가열하는 히터(20) 즉, 상부 및 하부히터(21)(22)를 승하강시키는 변형예도 가능하다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 단결정 성장장치(10)의 성장과정을 도 2 및 도 3을 참고하여 설명한다.

도 2의 도시와 같이, 상기 복수의 앰플 몸체(2)가 상호 적층된 상태로 복수의 앰플 몸체(2) 각각에 시료(L)가 장착되면, 상기 구동부(30)에 의해 상기 앰플(1)이 단결정 성장방향(G)을 하강한다. 그러면, 상기 앰플(1)이 상기 히터(20) 중, 상부 히터(21)에 의해 가열됨에 따라, 상기 앰플(1)의 내부에서 화학변화에 의해 액상으로 상태가 전환된 시료(L)는 고체인 단결정 잉곳(I)으로 점차적으로 성장하게 된다. 즉, 상기 히터(20)에 의해 가열되는 시료(L)가 점차적으로 단결정 잉곳(I)으로 고화되면서 성장되는 것이다. 이렇게 단결정 잉곳(I)으로의 성장은, 도 3의 도시와 같이, 앰플(1)이 계속 하방향 즉, 단결정 성장방향(G)으로 이동함에 연동하여, 하부 히터(22)를 경유함으로써, 완료된다.

참고로, 상기 성장된 단결정 잉곳(I)은 원하는 두께로 슬라이싱되어 반도체 제조를 위한 웨이퍼로 제조된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1: 앰플 2: 앰플 몸체
10: 단결정 성장장치 20: 히터
21: 상부 히터 22: 하부 히터
30: 구동부

Claims (6)

1. 단결정 성장에 채용되어 대상 시료가 장착되는 단결정 성장용 앰플에 있어서,
   상기 시료가 단결정으로 성장되는 방향에 나란하게 다층 적층되어 연속 다체형을 형성시키는 복수의 앰플 몸체;
   를 포함하는 단결정 성장용 앰플.
2. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 앰플 몸체에는 동일한 시료가 장착되는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 앰플.
3. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 앰플 몸체는 석영(Quartz)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 앰플.
4. 단결정 시료가 장착되는 앰플;
   상기 앰플을 가열하는 히터; 및
   상기 앰플 또는 히터를 상기 단결정 시료가 성장되는 방향으로 승하강시키는 구동부;
   를 포함하며,
   상기 앰플은 상기 단결정 성장방향으로 상호 적층되는 복수의 앰플 몸체를 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 앰플 몸체는 석영(Quartz)으로 형성되며, 내부에 동일성분의 시료가 장착되는 것을 특징으로 하는 단결정 성장장치.
6. 제4항에 있어서,
   상기 히터는 상호 온도차를 가지는 상부 및 하부 히터로 구획되는 것을 특징으로 하는 단결정 성장장치.

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