KR101265154B1 - 재사용이 가능한 실리콘 용융용 이중 도가니를 구비하는 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치 - Google Patents

재사용이 가능한 실리콘 용융용 이중 도가니를 구비하는 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101265154B1
KR101265154B1 KR1020110044753A KR20110044753A KR101265154B1 KR 101265154 B1 KR101265154 B1 KR 101265154B1 KR 1020110044753 A KR1020110044753 A KR 1020110044753A KR 20110044753 A KR20110044753 A KR 20110044753A KR 101265154 B1 KR101265154 B1 KR 101265154B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
crucible
silicon
melting
double
single crystal
Prior art date
Application number
KR1020110044753A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120126731A (ko
Inventor
이진석
장보윤
안영수
Original Assignee
한국에너지기술연구원
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 한국에너지기술연구원 filed Critical 한국에너지기술연구원
Priority to KR1020110044753A priority Critical patent/KR101265154B1/ko
Priority to US13/267,490 priority patent/US9040010B2/en
Priority to JP2011228231A priority patent/JP5425858B2/ja
Publication of KR20120126731A publication Critical patent/KR20120126731A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101265154B1 publication Critical patent/KR101265154B1/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
    • C30B15/12—Double crucible methods
    • 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
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/52—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite
    • 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
    • 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
    • C30B15/30—Mechanisms for rotating or moving either the melt or the crystal
    • 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
    • C30B35/00—Apparatus not otherwise provided for, specially adapted for the growth, production or after-treatment of single crystals or of a homogeneous polycrystalline material with defined structure
    • C30B35/002—Crucibles or containers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T117/00—Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
    • Y10T117/10—Apparatus
    • Y10T117/1024—Apparatus for crystallization from liquid or supercritical state
    • Y10T117/1032—Seed pulling
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T117/00—Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
    • Y10T117/10—Apparatus
    • Y10T117/1024—Apparatus for crystallization from liquid or supercritical state
    • Y10T117/1032—Seed pulling
    • Y10T117/1068—Seed pulling including heating or cooling details [e.g., shield configuration]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T117/00—Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
    • Y10T117/10—Apparatus
    • Y10T117/1024—Apparatus for crystallization from liquid or supercritical state
    • Y10T117/1032—Seed pulling
    • Y10T117/1072—Seed pulling including details of means providing product movement [e.g., shaft guides, servo means]

Landscapes

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

Abstract

이중 도가니 구조의 도입으로 1회성이 아닌 재사용이 가능한 실리콘 용융용 이중 도가니를 구비하는 실리콘 잉곳 성장 장치에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 실리콘 용융용 이중 도가니를 구비하는 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치는 실리콘 원료가 장입되는 실리콘 용융용 이중 도가니; 상기 실리콘 원료를 용융시켜 실리콘 용탕이 형성되도록 상기 실리콘 용융용 이중 도가니를 가열하는 도가니 가열부; 상기 실리콘 용융용 이중 도가니의 회전 및 승강 운동을 제어하는 도가니 구동부; 및 상기 실리콘 용융용 이중 도가니의 상측에 배치되며, 상기 실리콘 용탕에 딥핑된 씨드 결정을 인상하여 실리콘 잉곳을 성장시키는 인상 구동부;를 포함하되, 상기 실리콘 용융용 이중 도가니는 상측이 개방되는 용기 형태로 이루어지며, 내부 바닥면과 내벽을 연결하는 경사면을 구비하는 흑연 도가니 및 상기 흑연 도가니의 내측에 끼움 결합되며, 내부에 상기 실리콘 원료가 장입되는 쿼츠 도가니를 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

재사용이 가능한 실리콘 용융용 이중 도가니를 구비하는 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치{MANUFACTURING APPARATUS OF SINGLE CRYSTAL SILICON INGOT HAVING DUAL CRUCIBLE FOR SILICON MELTING WHICH CAN RECYCLE}
본 발명은 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이중 도가니 구조의 도입으로 흑연 도가니로부터의 탄소 불순물이 실리콘 용탕으로 유입되는 것을 방지하고, 재사용할 수 있는 실리콘 용융용 이중 도가니를 구비하는 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치에 관한 것이다.
실리콘 잉곳(silicon ingot)은 도가니에 폴리 실리콘(poly silicon)과 불순물을 용융시켜 형성된 실리콘 용탕에 인상 구동 장치를 사용하여 씨드 결정을 디핑(dipping)시킨 후, 씨드 결정과 도가니를 서로 반대 방향으로 회전시키면서 서서히 씨드 결정을 인상(pulling up)시킴으로써 성장되도록 하여 제조된다.
이러한 실리콘 잉곳을 제조하기 위해서는 실리콘 원료를 용융하는 공정을 반드시 수반하게 되는데, 이 경우 사용하는 흑연 도가니는 탄소 및 금속 불순물의 혼입을 야기하기 때문에, 흑연 도가니의 내부에 쿼츠 도가니를 삽입한 이중 도가니 구조의 형태를 사용하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다.
그러나, 이중 도가니를 이용하여 실리콘 용융 공정을 진행할 경우, 실리콘 용융 공정 후 이중 도가니 내에 잔류하는 실리콘 용탕이 응고될 때 부피 팽창을 하기 때문에 쿼츠 도가니의 파괴를 유발하는 문제가 있다. 따라서, 고가의 쿼츠 도가니를 1회성으로 밖에 사용할 수 없는 문제로 이중 도가니 구조를 적용하는 데 어려움이 따르고 있다.
본 발명의 목적은 고가의 쿼츠 도가니를 적어도 2회 이상 재사용할 수 있는 실리콘 용융용 이중 도가니를 구비하는 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 재사용이 가능한 실리콘 용융용 이중 도가니를 구비하는 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치는 실리콘 원료가 장입되는 실리콘 용융용 이중 도가니; 상기 실리콘 원료를 용융시켜 실리콘 용탕이 형성되도록 상기 실리콘 용융용 이중 도가니를 가열하는 도가니 가열부; 상기 실리콘 용융용 이중 도가니의 회전 및 승강 운동을 제어하는 도가니 구동부; 및 상기 실리콘 용융용 이중 도가니의 상측에 배치되며, 상기 실리콘 용탕에 딥핑된 씨드 결정을 인상하여 실리콘 잉곳을 성장시키는 인상 구동부;를 포함하되, 상기 실리콘 용융용 이중 도가니는 상측이 개방되는 용기 형태로 이루어지며, 내부 바닥면과 내벽을 연결하는 경사면을 구비하는 흑연 도가니 및 상기 흑연 도가니의 내측에 끼움 결합되며, 내부에 상기 실리콘 원료가 장입되는 쿼츠 도가니를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 실리콘 용융용 이중 도가니는 내부 바닥면과 내벽을 연결하는 경사면이 3°이상의 기울기를 갖도록 설계하는 것을 통하여 이중 도가니의 내부에 실리콘 용탕이 잔류하지 않고 토출구로 전부 토출되도록 하여 단결정 실리콘 잉곳 제조 공정을 완료한 후 간단한 세척 공정으로 세척함으로써 내부의 쿼츠 도가니를 적어도 2회 이상 재사용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실리콘 용융용 이중 도가니를 구비하는 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치를 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1의 실리콘 용융용 이중 도가니를 확대하여 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ' 선을 따라 절취한 절단면을 나타낸 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 재사용이 가능한 실리콘 용융용 이중 도가니를 구비하는 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실리콘 용융용 이중 도가니를 구비하는 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 도시된 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치(100)는 실리콘 용융용 이중 도가니(120), 도가니 가열부(140), 도가니 구동부(160) 및 인상 구동부(180)를 포함한다.
실리콘 용융용 이중 도가니(120)는 도시하지 않은 실리콘 원료 저장부(미도시)로부터 정해진 양의 실리콘 원료를 공급받는다.
이러한 실리콘 용융용 이중 도가니(120)는 흑연 도가니(122)와 상기 흑연 도가니(122)의 내부에 끼움 결합되는 쿼츠 도가니(124)로 이루어질 수 있다. 상기 흑연 도가니(122)는 내부 바닥면에 토출구(126)가 형성되고 상측이 개방되는 용기 형태로 이루어지며, 내부 바닥면과 내벽을 연결하는 경사면을 구비할 수 있다. 한편, 쿼츠 도가니(124)는 흑연 도가니(122)의 내부에 끼움 결합되며, 내부에 실리콘 원료가 장입된다. 이러한 실리콘 용융용 이중 도가니(120)의 구조에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.
도가니 가열부(140)는 실리콘 원료를 용융시켜 실리콘 용탕(L)이 형성되도록 실리콘 용융용 이중 도가니(120)를 가열한다. 상기 도가니 가열부(140)는 실리콘 용융용 이중 도가니(120)의 외벽을 둘러싸는 코일(142)을 구비하며, 이러한 코일(142)을 이용하여 실리콘 원료가 장입된 실리콘 용융용 이중 도가니(120)를 가열하게 된다. 이러한 코일(142)은 유도가열 방식, 저항가열 방식 등 다양한 방식으로 실리콘 용융용 이중 도가니(120)를 가열할 수 있으며, 이하에서는 유도가열 방식을 일 예로 설명하도록 한다.
상기 실리콘 용융용 이중 도가니(120) 내에서 유도 가열되는 실리콘 용탕(L)의 표면 온도는 1300 ~ 1500℃로 유지될 수 있다. 이때, 실리콘의 경우, 금속과 달리 대략 700℃ 이하의 온도에서는 전기전도도가 낮아 전자기 유도에 의한 직접 가열이 어렵다. 따라서, 실리콘 원료는 이중 도가니(120)의 열에 의한 간접 용융 방식으로 용융될 수 있다. 실리콘 용융용 이중 도가니(120)의 외측에 배치되는 흑연 도가니(122)의 재질인 흑연의 경우, 비금속 재질임에도 전기전도도 및 열전도도가 매우 높아 전자기 유도에 의해 쉽게 가열이 이루어질 수 있다.
도가니 구동부(160)는 실리콘 용융용 이중 도가니(120)의 회전 및 승강 운동을 제어한다.
도가니 구동부(160)는 실리콘 용융용 이중 도가니(120)의 하측을 지지하는 지지 척(162)과 상기 지지 척(162)의 회전 및 승강 운동을 제어하는 지지 척 구동 유닛(164)을 포함할 수 있다.
이러한 도가니 구동부(160)는 실리콘 용탕(L)으로부터 실리콘 잉곳(G)을 성장시키는 과정 중, 지지 척(162)과 지지 척(162)에 의하여 지지되는 실리콘 용융용 이중 도가니(120)를 지지 척 구동 유닛(164)을 이용하여 제1 방향으로 회전 운동시키게 된다.
이때, 도가니 구동부(160)는 지지 척(162)과 지지 척 구동 유닛(164)의 내부를 관통하도록 가공된 토출홀(166)을 구비할 수 있다. 이러한 토출홀(166)에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.
인상 구동부(180)는 실리콘 용융용 이중 도가니(120)의 상측에 배치되며, 유도 가열에 의하여 용융되는 실리콘 용탕(L)에 씨드 결정(D)을 딥핑시킨 후 인상하는 것을 통하여 실리콘 잉곳(G)을 성장시킨다.
인상 구동부(180)는 하측 단부에 씨드 결정(D)을 고정시키도록 설치되는 씨드 결정 고정 축(182)과 상기 씨드 결정 고정 축(182)과 연결되어 상기 씨드 결정 고정 축(184)의 회전 및 승강 운동을 제어하는 고정 축 구동 유닛(184)을 포함할 수 있다.
씨드 결정(D)은 실리콘 용탕(L)으로부터 실리콘 잉곳(G)을 성장시키기 위한 씨드의 역할을 한다. 이때, 씨드 결정 고정 축(182)은 씨드 결정(D)을 고정시키며, 고정 척 구동 유닛(184)에 의하여 회전 및 승강 운동이 제어된다.
이때, 실리콘 잉곳을 성장시키는 과정은 유도 가열에 의하여 실리콘 원료가 적정 수준으로 용융되어 실리콘 용탕을 형성하게 되면, 씨드 결정 고정 축(182)에 고정되는 씨드 결정(S)을 이들과 연동되는 고정 축 구동 유닛(184)을 이용하여 실리콘 용탕(L)에 디핑(dipping)시킨 후, 상기 씨드 결정(D)을 서서히 인상하여 씨드 결정(D)의 단부에서부터 실리콘 단결정이 성장하도록 함으로써 실리콘 잉곳(G)을 제조할 수 있게 된다. 이때, 씨드 결정 고정 축(182)은 실리콘 잉곳(G)의 하중을 지탱하는 부분으로, 그 재질로는 탄성체를 이용하는 것이 바람직하다.
이러한 실리콘 잉곳 성장 과정시, 인상 구동부(180)는 실리콘 잉곳(G)을 인상시키는 인상 작동과 함께 제1 방향과 상반되는 제2 방향으로의 회전 운동을 하게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 실리콘 잉곳 성장 장치(100)는 게이트 바(190)를 더 포함할 수 있다. 게이트 바(190)는 위치 운동이 가능하도록 설계되어 실리콘 용융용 이중 도가니(120)의 토출구(126)를 개폐하는 역할을 한다. 이 경우, 게이트 바(190)는 상하 및 좌우 방향으로의 위치 운동이 가능하도록 설계될 수 있다.
이때, 게이트 바(190)는 단결정 실리콘 잉곳 성장 과정시, 실리콘 용융용 이중 도가니(120)로부터 실리콘 용탕(L)이 흘러내리지 못하도록 토출구(126)를 폐쇄하게 된다. 이 경우, 게이트 바(190)는 지지 척(162)과 실리콘 용융용 이중 도가니(120) 사이에 배치되며, 지지 척 구동 유닛(164)에 의하여 지지 척(162) 및 실리콘 용융용 이중 도가니(120)와 함께 회전 운동하게 된다.
이때, 지지 척(162)과 지지 척 구동 유닛(164)의 내부를 관통하도록 가공된 토출홀(166)은 실리콘 용융용 이중 도가니(120)의 토출구(166)와 대응되는 위치에 설계하는 것이 바람직하다.
즉, 이러한 게이트 바(190)는 단결정 실리콘 잉곳 성장 과정시 실리콘 용융용 이중 도가니(120)로부터 실리콘 용탕(L)이 흘러내리지 못하도록 토출구(126)를 폐쇄하게 된다. 반대로, 단결정 실리콘 잉곳 성장 과정이 완료된 후에는 실리콘 용융용 이중 도가니(120)의 재사용을 위해 게이트 바(190)를 이용하여 토출구(126)를 개방시켜, 이중 도가니(120) 내부에 잔류하는 실리콘 용탕(L)을 토출구(126)와 토출홀(166)을 통해 도가니 구동부(160)의 하부로 모두 토출시킬 수 있게 된다. 실리콘 용탕(L)이 거의 남아있지 않은 이중 도가니(120)는 간단한 세척 작업으로 재사용할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 실리콘 용융용 이중 도가니에 대하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 2는 도 1의 실리콘 용융용 이중 도가니를 확대하여 나타낸 사시도이고, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ' 선을 따라 절취한 절단면을 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 도시된 실리콘 용융용 이중 도가니(120)는 흑연 도가니(122) 및 쿼츠 도가니(124)를 포함한다.
흑연 도가니(122)는 상측이 개방되며, 내부의 바닥면(B)과 내벽(I)을 연결하는 경사면(S)을 구비한다. 이러한 흑연 도가니(122)는 상측이 개방되는 용기 형태를 가질 수 있다. 이 경우, 흑연 도가니(122)는, 평면상으로 볼 때, 다각형, 원형, 타원형 등 다양한 형태로 설계될 수 있다.
이때, 흑연 도가니(122)는 벽면의 일부가 종 방향으로 절개된 복수의 슬릿(128)을 구비할 수 있다. 이러한 슬릿(128)은 외벽(O)과 내벽(I)을 절개하는 형태로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 흑연 도가니(122)는 복수의 슬릿(128)에 의해 각각의 세그먼트(129)로 분할된다.
또한, 흑연 도가니(122)는 내부 바닥면(B)을 관통하는 토출구(126)를 구비할 수 있다.
쿼츠 도가니(124)는 흑연 도가니(122)의 내측에 끼움 결합되며, 내부에 실리콘 원료가 장입된다. 이때, 쿼츠 도가니(124)는 흑연 도가니(122)와 유사한 형태로 가공된다. 이러한 쿼츠 도가니(124)의 재질인 쿼츠는 흑연에 비하여 내열성이 우수하고, 열팽창이 적으며, 화학적으로 안정한 특성을 갖는다.
이와 같이, 흑연 도가니(122)의 내측에 쿼츠 도가니(124)가 삽입되는 실리콘 용융용 이중 도가니(120)는 유도 가열에 의하여 실리콘 원료가 대략 1412℃ 이상의 온도로 가열되더라도 흑연 도가니(122)의 내측에 삽입되는 쿼츠 도가니(124)가 흑연 도가니(122)로부터의 탄소 및 금속 불순물이 실리콘 용탕으로 유입되는 것을 차단하는 차단막의 역할을 하여 실리콘 용탕이 오염되는 것을 방지할 수 있게 된다.
특히, 쿼츠 도가니(124)는 흑연 도가니(122)와 대응되는 표면적을 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같이 설계할 경우, 흑연 도가니(122)로부터의 탄소 불순물이 실리콘 용탕에 유입되는 것을 원천적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.
한편, 상기 경사면(S)은 흑연 도가니(122)의 내부 바닥면(B)에 대하여 3°이상의 기울기(θ)를 갖도록 설계하는 것이 바람직하다. 이 경우, 기울기(θ)의 상한은 한정될 필요는 없으나, 내부 바닥면(B)과 내벽(I)의 최대 기울기가 90°인 것을 감안할 때 90°미만으로 설계하는 것이 바람직하다.
만일, 경사면(S)의 기울기(θ)가 3°미만으로 설계될 경우에는 실리콘 용탕이 토출구(126)로 이동하는 구동력이 크지 않아 실리콘 용탕의 일부가 이중 도가니(120) 내에 잔류하는 문제를 야기할 수 있다.
이와 같이, 3°이상의 기울기(θ)를 갖도록 경사면(S)을 형성할 경우, 중력에 의해 실리콘 용탕이 토출구(126)로 이동하는 구동력이 증가하여 쿼츠 도가니(124)의 내부에 실리콘 용탕이 잔류하는 것 없이 토출구(126)를 통하여 모두 토출될 수 있게 된다.
따라서, 실리콘 박판 제조 공정 후, 실리콘 용융용 이중 도가니의 내부에는 실리콘 용탕이 잔류하지 않고 토출구로 전부 토출되므로 간단한 세척 공정으로 세척함으로써 내부의 쿼츠 도가니를 적어도 2회 이상 재사용할 수 있는 효과가 있다.
이 결과, 실리콘 용융용 이중 도가니를 포함하는 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치를 이용하여 제조되는 실리콘 잉곳을 슬라이싱(slicing)하여 형성되는 실리콘 웨이퍼는 실리콘 용융용 이중 도가니의 재사용 횟수와 무관하게 80 ~ 200 Ω/square 의 면저항을 가질 수 있다. 이에 대해서는 하기의 표 1을 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
표 1은 실시예 1 ~ 7 및 비교예 1에 따라 제조되는 단결정 실리콘 웨이퍼의 면저항 및 표준편차를 각각 측정하여 나타낸 것이다. 이때, 실시예 1 ~ 7은 재사용 횟수가 1 ~ 7회인 실리콘 용융용 이중 도가니가 장착된 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치를 이용하여 단결정 실리콘 잉곳을 각각 제조한 후, 각각의 단결정 실리콘 잉곳을 0.3mm의 두께로 슬라이싱하여 단결정 실리콘 웨이퍼를 제조하였다. 또한, 비교예 1은 흑연 도가니만이 장착된 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치를 이용하여 단결정 실리콘 잉곳을 제조한 후, 단결정 실리콘 잉곳을 0.3mm의 두께로 슬라이싱하여 단결정 실리콘 웨이퍼를 제조하였다.
[표 1]
Figure 112011035224934-pat00001
표 1을 참조하면, 실시예 1 ~ 7의 경우, 재사용 횟수와 무관하게 면저항이 수백 Ω/square로 각각 측정되는 것을 확인할 수 있다. 실시예 1 ~ 7의 표준편차는 1.4, 1.6, 1.1, 2.1, 1.4, 1.2, 2.5%이었고, 비교예 1의 표준편차는 0.1%이었다.
반면, 비교예 1과 같이 쿼츠 도가니를 사용하는 것 없이 흑연 도가니만을 사용할 경우, 단결정 실리콘 웨이퍼의 면저항이 수 Ω/square, 구체적으로는 3 Ω/square로 급격히 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 이는 흑연 도가니로부터의 탄소 및 금속 불순물이 실리콘 용탕에 혼입되어 단결정 실리콘 웨이퍼가 오염된 데 기인한 것이라 볼 수 있다.
그러나, 실시예 1 ~ 7의 경우 재사용 횟수와 무관하게 면저항이 유사한 수준으로 측정되는 바, 실리콘 용융용 이중 도가니의 쿼츠 도가니를 재사용하는 데 아무런 문제가 없다는 것을 알 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
100 : 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치 120 : 실리콘 용융용 이중 도가니
122 : 흑연 도가니 124 : 쿼츠 도가니
126 : 토출구 128 : 슬릿
129 : 세그먼트 140 : 도가니 가열부
142 : 코일 160 : 도가니 구동부
162 : 지지척 164 : 지지 척 구동 유닛
166 : 토출홀 180 : 인상 구동부
182 : 씨드 결정 고정 축 184 : 고정 축 구동 유닛
190 : 게이트 바

Claims (11)

  1. 실리콘 원료가 장입되는 실리콘 용융용 이중 도가니;
    상기 실리콘 원료를 용융시켜 실리콘 용탕이 형성되도록 상기 실리콘 용융용 이중 도가니를 가열하는 도가니 가열부;
    상기 실리콘 용융용 이중 도가니의 회전 및 승강 운동을 제어하는 도가니 구동부; 및
    상기 실리콘 용융용 이중 도가니의 상측에 배치되며, 상기 실리콘 용탕에 딥핑된 씨드 결정을 인상하여 실리콘 잉곳을 성장시키는 인상 구동부;를 포함하되,
    상기 실리콘 용융용 이중 도가니는 상측이 개방되는 용기 형태로 이루어지며, 내부 바닥면과 내벽을 연결하는 경사면을 구비하는 흑연 도가니 및 상기 흑연 도가니의 내측에 끼움 결합되며, 내부에 상기 실리콘 원료가 장입되는 쿼츠 도가니를 갖는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도가니 가열부는
    상기 실리콘 용융용 이중 도가니의 외벽을 둘러싸는 코일을 갖는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 인상 구동부는
    씨드 결정을 고정시키는 씨드 결정 고정 축과,
    상기 씨드 결정 고정 축과 연결되어 상기 씨드 결정 고정 축의 회전 및 승강 운동을 제어하는 고정 축 구동 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 도가니 구동부는
    상기 실리콘 용융용 이중 도가니의 하측을 지지하는 지지 척과,
    상기 지지 척의 회전 및 승강 운동을 제어하는 지지 척 구동 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 흑연 도가니는
    벽면의 일부가 종 방향으로 절개된 복수의 슬릿을 구비하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 흑연 도가니는
    내부 바닥면을 관통하는 토출구를 구비하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 흑연 도가니의 경사면은
    흑연 도가니의 내부 바닥면에 대하여 3°이상의 기울기를 갖는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 쿼츠 도가니는
    적어도 2회 이상 재사용되는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 쿼츠 도가니는
    흑연 도가니와 실리콘 원료가 접촉되는 것이 차단되도록 상기 흑연 도가니와 대응되는 표면적을 갖는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 실리콘 잉곳 성장 장치는
    상기 실리콘 용융용 이중 도가니와 도가니 구동부 사이에 배치되어 상기 토출구를 개폐하는 게이트 바를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치를 이용하여 제조되는 단결정 실리콘 잉곳을 슬라이싱(slicing)하여 형성되되,
    상기 실리콘 용융용 이중 도가니의 재사용 횟수와 무관하게 비교적 균일한 면저항을 갖는 단결정 실리콘 웨이퍼.
KR1020110044753A 2011-05-12 2011-05-12 재사용이 가능한 실리콘 용융용 이중 도가니를 구비하는 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치 KR101265154B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110044753A KR101265154B1 (ko) 2011-05-12 2011-05-12 재사용이 가능한 실리콘 용융용 이중 도가니를 구비하는 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치
US13/267,490 US9040010B2 (en) 2011-05-12 2011-10-06 Apparatus for manufacturing single crystal silicon ingot having reusable dual crucible for silicon melting
JP2011228231A JP5425858B2 (ja) 2011-05-12 2011-10-17 再使用が可能なシリコン溶融用二重坩堝を備える単結晶シリコンインゴット成長装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110044753A KR101265154B1 (ko) 2011-05-12 2011-05-12 재사용이 가능한 실리콘 용융용 이중 도가니를 구비하는 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120126731A KR20120126731A (ko) 2012-11-21
KR101265154B1 true KR101265154B1 (ko) 2013-05-27

Family

ID=47142008

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110044753A KR101265154B1 (ko) 2011-05-12 2011-05-12 재사용이 가능한 실리콘 용융용 이중 도가니를 구비하는 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9040010B2 (ko)
JP (1) JP5425858B2 (ko)
KR (1) KR101265154B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160121051A (ko) * 2015-04-09 2016-10-19 주식회사 사파이어테크놀로지 사파이어 단결정 성장용 도가니 및 이를 이용한 단결정 성장장치

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101428626B1 (ko) * 2013-01-31 2014-08-13 한국에너지기술연구원 고화 방지 효과가 우수한 실리콘 용융용 도가니
KR101455851B1 (ko) * 2013-04-24 2014-10-28 한국생산기술연구원 이중 도가니를 포함하는 용해로 시스템

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002154892A (ja) 2000-11-10 2002-05-28 Ibiden Co Ltd シリコン単結晶引上用ルツボ
JP2011057471A (ja) 2009-09-07 2011-03-24 Mitsubishi Materials Techno Corp 残存シリコン融液の除去方法、単結晶シリコンの製造方法、単結晶シリコンの製造装置及び残存シリコン融液吸引器

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5910960B2 (ja) 1978-03-22 1984-03-12 三菱マテリアル株式会社 連続引上式単結晶製造法および装置
JPS6287489A (ja) 1985-10-12 1987-04-21 Sumitomo Electric Ind Ltd るつぼの回収方法及び装置
JPH0345587A (ja) 1989-07-14 1991-02-27 Toshiba Corp 半導体結晶棒の製造方法
JP3508877B2 (ja) 1994-08-09 2004-03-22 住友チタニウム株式会社 シリコン溶解装置
JP2005225718A (ja) 2004-02-13 2005-08-25 Shin Etsu Handotai Co Ltd 黒鉛ルツボ及び黒鉛ルツボの管理方法
US7465351B2 (en) * 2004-06-18 2008-12-16 Memc Electronic Materials, Inc. Melter assembly and method for charging a crystal forming apparatus with molten source material
JP2006273666A (ja) 2005-03-29 2006-10-12 Kyocera Corp シリコン融解坩堝及びこれを用いたシリコン鋳造装置並びに多結晶シリコンインゴットの鋳造方法
JP2006275426A (ja) 2005-03-29 2006-10-12 Kyocera Corp 坩堝および半導体インゴットの製造方法
JP2011057469A (ja) 2009-09-07 2011-03-24 Mitsubishi Materials Techno Corp 坩堝開口部保持部材、単結晶シリコンの製造方法及び単結晶シリコンの製造装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002154892A (ja) 2000-11-10 2002-05-28 Ibiden Co Ltd シリコン単結晶引上用ルツボ
JP2011057471A (ja) 2009-09-07 2011-03-24 Mitsubishi Materials Techno Corp 残存シリコン融液の除去方法、単結晶シリコンの製造方法、単結晶シリコンの製造装置及び残存シリコン融液吸引器

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160121051A (ko) * 2015-04-09 2016-10-19 주식회사 사파이어테크놀로지 사파이어 단결정 성장용 도가니 및 이를 이용한 단결정 성장장치
KR101683646B1 (ko) 2015-04-09 2016-12-08 주식회사 사파이어테크놀로지 사파이어 단결정 성장용 도가니 및 이를 이용한 단결정 성장장치

Also Published As

Publication number Publication date
JP5425858B2 (ja) 2014-02-26
US20120288432A1 (en) 2012-11-15
US9040010B2 (en) 2015-05-26
KR20120126731A (ko) 2012-11-21
JP2012236755A (ja) 2012-12-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101708131B1 (ko) SiC 단결정 잉곳 및 그 제조 방법
US8591648B2 (en) Crystal growing system having multiple rotatable crucibles and using a temperature gradient method
TW201250072A (en) Method for producing sic single crystals and production device
JP6467056B2 (ja) シリコン単結晶インゴットの成長装置
KR20180120076A (ko) SiC 단결정의 제조 방법 및 제조 장치
TW200844272A (en) Single crystal pulling apparatus
KR101265154B1 (ko) 재사용이 가능한 실리콘 용융용 이중 도가니를 구비하는 단결정 실리콘 잉곳 성장 장치
CN108779577A (zh) 单晶硅的制造方法
TW202223173A (zh) 晶體生產方法
JP3598972B2 (ja) シリコン単結晶の製造方法
JP5782323B2 (ja) 単結晶引上方法
US20120000416A1 (en) Single crystal cooling apparatus and single crystal grower including the same
JP2005336020A (ja) シリコン単結晶引上装置およびシリコン単結晶の製造方法
JP2015205793A (ja) 単結晶引き上げ方法
KR101690245B1 (ko) 원료 공급장치
JP5004881B2 (ja) 単結晶育成装置用坩堝、単結晶育成方法、および単結晶育成装置
JP6834493B2 (ja) 酸化物単結晶の育成装置及び育成方法
CN107532329B (zh) SiC单晶的制造方法
KR102479334B1 (ko) 실리콘카바이드 단결정의 제조 장치 및 제조 방법
JP2018510839A5 (ko)
KR20170081499A (ko) 단결정 잉곳 성장장치 및 이에 적용된 진동 방지판
KR101186751B1 (ko) 멜트갭 제어장치, 이를 포함하는 단결정 성장장치
JP2017088441A (ja) 原料のリチャージ方法及び単結晶引上げ方法並びにその方法に用いられる蓋付容器
RU2007112010A (ru) Способ выращивания полых цилиндрических монокристаллов кремния на основе способа чохральского и устройство для его осуществления
KR101446717B1 (ko) 단결정 잉곳, 그 잉곳의 제조 장치 및 방법

Legal Events

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

Payment date: 20160509

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170308

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180416

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200309

Year of fee payment: 8