KR101395392B1 - Growing Method for Silicon Single Crystal Ingot - Google Patents

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Abstract

실시예는 실리콘 단결정 잉곳의 성장방법에 관한 것이다.
실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳의 성장방법은 도가니에 다결정 실리콘을 용융한 후 단결정 시드(seed)를 이용하여 네킹공정을 진행하는 단계; 상기 시드의 직경방향으로 단결정 잉곳을 성장시키며 소정크기의 직경을 가지도록 숄더링 단계를 진행한 후 바디 성장을 진행하는 바디공정 단계; 및 상기 바디의 직경을 감소시키고 상기 융액으로부터 분리하는 테일링 공정을 진행하는 단계;를 포함하며, 상기 단결정 잉곳의 바디부의 직경은 400mm 이상이며, 상기 테일링 공정 진행 시 멜트갭(melt gap)을 35mm이하로 제어할 수 있다.
The embodiment relates to a method of growing a silicon single crystal ingot.
A method of growing a silicon single crystal ingot according to an embodiment includes melting a polycrystalline silicon in a crucible, conducting a necking process using a single crystal seed, A body processing step of growing a single crystal ingot in the radial direction of the seed and advancing the body after advancing the shoulder so as to have a predetermined diameter; And a tailing process of reducing the diameter of the body and separating the melt from the melt. The diameter of the body of the single crystal ingot is 400 mm or more, and when the tailing process is performed, the melt gap is 35 mm or less .

Description

실리콘 단결정 잉곳의 성장방법{Growing Method for Silicon Single Crystal Ingot}Growing Method for Silicon Single Crystal Ingot

실시예는 실리콘 단결정 잉곳의 성장방법에 대한 것이다.The embodiment relates to a method of growing a silicon monocrystal ingot.

반도체 소자의 제조 시 기판으로 주로 사용되는 실리콘 웨이퍼(wafer)는 일반적으로 고순도 다결정 실리콘을 제조한 후, 쵸크랄스키(Czochralski: CZ) 결정성장법에 따라 다결정 실리콘으로부터 단결정을 성장시켜 단결정 실리콘 봉을 생산하고 이를 얇게 절단하여 실리콘 웨이퍼를 생산하며, 웨이퍼의 일면을 경면 연마(polishing)하고 세정한 후 최종 검사하여 제조한다. Silicon wafers, which are mainly used as substrates in the manufacture of semiconductor devices, generally have high-purity polycrystalline silicon produced, and then monocrystals are grown from polycrystalline silicon according to the Czochralski (CZ) crystal growth method, The wafer is sliced to produce a silicon wafer. The wafer is mirror-polished, cleaned, and finally inspected.

예를 들어, 종래기술에 의한 단결정 잉곳성장방법은 다결정 실리콘을 용융한 용융액에 시드를 침지한 후, 종결정을 빠른 인상속도로 성장하여 네킹 공정을 진행한다. 그리고, 단결정을 시드와 직경방향으로 서서히 성장시키며 소정크기의 직경을 가지면 숄더링 단계를 진행한다. 숄더링 단계 이후에 바디 성장을 진행하며 소정길이 만큼 바디공정 진행후에 바디의 직경을 감소시키고 융액으로부터 분리하는 테일링 공정을 거쳐 단결정 잉곳성장을 완료한다.For example, in the conventional single crystal ingot growing method, after a seed is immersed in a melt in which polycrystalline silicon is melted, the seed crystal is grown at a high pulling rate to proceed the necking process. Then, the single crystal is gradually grown in the radial direction with the seed, and if the seed crystal has a predetermined diameter, the shouldering step is performed. The body growth is performed after the shouldering step, the body is processed for a predetermined length, the diameter of the body is decreased, and the single crystal ingot growth is completed through a tailing process in which the body is separated from the melt.

종래기술에 의하면 대구경 단결정 잉곳, 예를 들어 400mm 이상의 단결정 잉곳의 경우 300mm 단결정 잉곳보다 큰 볼륨(volume)을 가지고 있어 테일링(Tailing) 공정에서의 멜트 레벨(Melt Level)의 하강에 의한 단결정의 냉각구동력 감소로 인하여 고액계면의 높이가 증가함으로 인해 성장 중인 실리콘 단결정 잉곳이 의도하지 않게 실리콘 융액과 분리되는 팝아웃(Pop Out) 현상이 발생할 가능성이 큰 문제가 있다.According to the prior art, since a large-diameter single crystal ingot, for example, a single crystal ingot of 400 mm or more, has a volume larger than that of a 300 mm single crystal ingot, the cooling driving force of the single crystal due to the lowering of the melt level in the tailing process There is a problem that a pop-out phenomenon in which a growing silicon single crystal ingot is inadvertently separated from a silicon melt is likely to occur.

실시예는 대구경 실리콘 단결정잉곳의 생산수율을 향상시킬 수 있는 실리콘 단결정 잉곳의 성장방법을 제공하고자 한다.The present invention provides a method for growing a silicon single crystal ingot which can improve the production yield of large diameter silicon single crystal ingots.

실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳의 성장방법은 도가니에 다결정 실리콘을 용융한 후 단결정 시드(seed)를 이용하여 네킹공정을 진행하는 단계; 상기 시드의 직경방향으로 단결정 잉곳을 성장시키며 소정크기의 직경을 가지도록 숄더링 단계를 진행한 후 바디 성장을 진행하는 바디공정 단계; 및 상기 바디의 직경을 감소시키고 상기 융액으로부터 분리하는 테일링 공정을 진행하는 단계;를 포함하며, 상기 단결정 잉곳의 바디부의 직경은 400mm 이상이며, 상기 테일링 공정 진행 시 멜트갭(melt gap)을 35mm이하로 제어할 수 있다.A method of growing a silicon single crystal ingot according to an embodiment includes melting a polycrystalline silicon in a crucible, conducting a necking process using a single crystal seed, A body processing step of growing a single crystal ingot in the radial direction of the seed and advancing the body after advancing the shoulder so as to have a predetermined diameter; And a tailing process of reducing the diameter of the body and separating the melt from the melt. The diameter of the body of the single crystal ingot is 400 mm or more, and when the tailing process is performed, the melt gap is 35 mm or less .

실시예는 실리콘 단결정 잉곳의 테일링 공정에서 팝 아웃 발생가능성을 감소시켜 대구경 실리콘 단결정잉곳의 생산수율을 향상시킬 수 있는 실리콘 단결정 잉곳의 성장방법을 제공할 수 있다.The embodiment can provide a method of growing a silicon monocrystalline ingot capable of improving the production yield of a large-diameter silicon single crystal ingot by reducing the possibility of pop-out in a tailing process of the silicon single crystal ingot.

도 1은 실시예에 따른 단결정 잉곳의 제조장치의 개괄도.
도 2는 실시예 및 종래기술에서의 단결정 잉곳 성장방법에서 테일부 길이에 따른 멜트갭 변화 예시도.
도 3은 종래기술에 따른 단결정 잉곳에서 테일링 공정 중 팝 아웃된 단결정 잉곳의 예시 사진.
도 4는 실시예에 따른 단결정 잉곳의 제조방법이 적용됨에 따라 성장된 풀 스트력쳐(Full Structure) 단결정 잉곳의 예시 사진.
도 5는 실시예 및 종래기술에서 테일부 길이에 따른 도가니 리프트 변화 예시도.
도 6은 실시예 및 종래기술에서 테일부 길이에 따른 시드 회전 변화 예시도.
도 7은 실시예 및 종래기술에서 테일부 길이에 따른 자기장 변화 예시도.
1 is a schematic view of an apparatus for producing a single crystal ingot according to an embodiment.
Fig. 2 is an example of a change in melt-gap according to the length of the tees in the method of growing a single crystal ingot in the embodiment and the prior art. Fig.
Figure 3 is an exemplary photograph of a monocrystalline ingot popped out during a tailing process in a monocrystalline ingot according to the prior art.
4 is a photograph of an example of a full structure single crystal ingot grown according to the method of manufacturing a single crystal ingot according to an embodiment.
Fig. 5 is an illustration of a crucible lift change according to the length of the tees in the embodiment and the prior art. Fig.
Fig. 6 is an exemplary diagram illustrating the seed rotation change according to the length of the tees in the embodiment and the prior art; Fig.
FIG. 7 is an exemplary diagram showing a change in magnetic field according to a length of a tee in the embodiment and the prior art. FIG.

실시 예의 설명에 있어서, 각 웨이퍼, 장치, 척, 부재, 부, 영역 또는 면 등이 각 웨이퍼, 장치, 척, 부재, 부, 영역 또는 면등의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 "상" 또는 "아래"에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.In the description of the embodiments, each wafer, apparatus, chuck, member, sub-region, or surface is referred to as being "on" or "under" Quot ;, " on "and" under "include both being formed" directly "or" indirectly " In addition, the criteria for "up" or "down" of each component are described with reference to the drawings. The size of each component in the drawings may be exaggerated for the sake of explanation and does not mean the size actually applied.

(실시예)(Example)

도 1은 실시예에 따른 단결정 잉곳의 제조장치의 개괄도이다.1 is a schematic view of an apparatus for producing a single crystal ingot according to an embodiment.

실시예에 따른 실리콘 단결정 성장장치(100)는 챔버(110), 도가니(112), 히터(120), 인상수단(128) 등을 포함할 수 있다.The silicon single crystal growth apparatus 100 according to the embodiment may include a chamber 110, a crucible 112, a heater 120, a lifting means 128, and the like.

예를 들어, 실시예에 따른 단결정 잉곳성장장치(100)는 챔버(110) 내부에 핫존(hot zone) 구조물로서, 실리콘 융액(SM)이 담겨지는 석영 도가니(112) 및 석영 도가니의 외연 하부 일부를 감싸 지지하는 흑연 도가니(114)가 장착되고, 흑연 도가니의 하부에 하중을 지지하기 위한 지지구조체(116)가 놓여지고, 지지 구조체(116)는 미도시된 회전 구동장치에 축합되어 회전 및 승강하는 페데스탈(pedestal)(118)에 결합될 수 있다.For example, the single crystal ingot growing apparatus 100 according to the embodiment includes a quartz crucible 112 in which a silicon melt SM is contained as a hot zone structure in the chamber 110, and a quartz crucible 112 And a support structure 116 for supporting a load is placed on the lower portion of the graphite crucible. The support structure 116 is condensed in a rotation drive device (not shown) (Not shown).

상기 챔버(110)는 반도체 등의 전자부품 소재로 사용되는 실리콘 웨이퍼(wafer)용 단결정 잉곳(Ingot)을 성장시키기 위한 소정의 공정들이 수행되는 공간을 제공할 수 있다.The chamber 110 may provide a space in which predetermined processes for growing a single crystal ingot for a silicon wafer used as an electronic component material such as a semiconductor are performed.

상기 흑연 도가니(114)의 외연에는 단결정 잉곳(IG)성장에 필요한 열에너지를 복사열로 공급하는 열원인 히터(120)가 에워싸고 있고, 히터의 외연으로 히터의 열이 챔버(110) 측면으로 방출되지 않도록 열을 차폐하기 위해 열차폐링(132)과 측면 단열재(134)로 구성되는 측면 단열시스템(radiation shield)(130)가 에워싸고 있다.A heater 120 as a heat source for supplying heat energy required for growing a single crystal ingot IG is surrounded by the outer periphery of the graphite crucible 114 and the heat of the heater is discharged to the side of the chamber 110 by the outer edge of the heater A side shielding system 130 consisting of a heat shield 132 and side insulation 134 is enclosed to shield the heat.

상기 히터(120)의 하부로 히터의 열이 챔버 하부로 방출되지 않도록 열을 차폐하는 차폐판(142)과 하부 단열재(144)로 구성된 하부 단열시스템(140)이 장착될 수 있다.A lower insulation system 140 composed of a shielding plate 142 and a lower insulation member 144 may be mounted to the lower portion of the heater 120 so as to prevent the heat of the heater from being discharged to the lower portion of the chamber.

상기 측면 단열시스템(130)의 상부에는 히터의 열이 챔버 상부로 방출되지 않도록 열을 차폐하는 히터 커버(152)와 상부 단열재(154)로 구성된 상부 단열시스템(150)이 장착될 수 있다.An upper insulation system 150 including a heater cover 152 and an upper insulation 154 may be mounted on the upper side of the side insulation system 130 so as to prevent the heat of the heater from being emitted to the upper portion of the chamber.

그리고, 상부 단열시스템(150)에는 단결정 잉곳(IG)과 석영 도가니(112) 사이에 단결정 잉곳을 에워싸도록 형성되어 실리콘 융액(SM)에서 방출되는 열을 차단하고, 또한 성장된 실리콘 잉곳의 냉각을 위해 실리콘 융액에서 방출되어 실리콘 잉곳으로 전달되는 열을 차단하는 냉각 구동력을 제공하는 히트 쉴드(122)가 장착될 수 있다.In the upper insulating system 150, a single crystal ingot is interposed between the single crystal ingot IG and the quartz crucible 112 to block the heat released from the silicon melt SM, A heat shield 122 may be mounted to provide a cooling drive force to dissipate heat released from the silicon melt and transferred to the silicon ingot.

상기 챔버(110)의 상부에는 실리콘 융액(SM)에 인상수단(128), 예를 들어 케이블로 연결된 종자 결정(Seed: S)을 디핑시키고, 소정의 속도로 회전시키면서 인상시켜 잉곳을 성장시키는 인상 구동(pullup)장치가 설치되고, 챔버의 내부에 아르곤(Ar)또는 네온(Ne) 등의 불활성 가스를 공급하는 가스 공급관(미도시)이 형성될 수 있다.An impression for growing the ingot by dipping the seed crystal S connected to the lifting means 128, for example, a cable, into the silicon melt SM at the upper part of the chamber 110 while rotating it at a predetermined speed, A pullup device is installed and a gas supply pipe (not shown) for supplying an inert gas such as argon (Ar) or neon (Ne) to the inside of the chamber may be formed.

그리고, 챔버(110)의 하부에는 가스 공급관에서 공급된 불활성 가스를 진공으로 펌핑하여 배기시키도록 진공 배기관계에 연결 형성된 진공 배기관(미도시)이 형성될 수 있다.A vacuum exhaust pipe (not shown) may be formed in the lower portion of the chamber 110 and connected to the vacuum exhaust connection to evacuate and exhaust the inert gas supplied from the gas supply pipe.

여기서, 진공 배기관의 진공 펌핑력에 가스 공급관에서 챔버의 내부로 공급되는 불활성 가스는 하향 유동흐름(down flow)을 가지게 된다.Here, the inert gas supplied to the vacuum pumping force of the vacuum exhaust pipe from the gas supply pipe to the inside of the chamber has a down flow.

실시예는 실리콘 단결정 잉곳 성장을 위한 제조방법으로는 단결정인 종자결정(seed crystal)을 실리콘 융액(SM)에 담근 후 천천히 끌어올리면서 결정을 성장시키는 쵸크랄스키(Czochralsk:CZ)법을 채용할 수 있다. As an example of a manufacturing method for a silicon single crystal ingot growing method, a Czochralski (CZ) method of growing a crystal by immersing a seed crystal, which is a single crystal, in a silicon melt (SM) .

이 방법에 따르면, 다결정 실리콘을 용융한 용융액에 시드를 디핑한 후, 종결정을 빠른 인상속도로 성장하여 네킹 공정을 진행한다. 그리고, 단결정을 시드와 직경방향으로 서서히 성장시키며 소정크기의 직경을 가지면 숄더링 단계를 진행한다. 숄더링 단계 이후에 바디 성장을 진행하며 소정길이만큼 바디공정 진행후에 바디의 직경을 감소시키고 융액으로부터 분리하는 테일링 공정을 거쳐 단결정 잉곳을 성장 완료 한다. According to this method, after the seed is dipped in the molten melt of the polycrystalline silicon, the seed crystal is grown at a high pulling rate and the necking process is carried out. Then, the single crystal is gradually grown in the radial direction with the seed, and if the seed crystal has a predetermined diameter, the shouldering step is performed. The body growth is continued after the shoulder ringing step, the body diameter is decreased by a predetermined length, and the body is separated from the melt, and the monocrystalline ingot is grown by a tailing process.

이후, 상기 결정 성장된 단결정 잉곳의 바디부분을 일정크기로 절단하는 크라핑 공정을 진행한 후, 이 봉 형상의 잔류하는 부분이 소정 직경을 갖도록 외부 표면을 가공(grinding) 한다.After the cryoping process for cutting the body portion of the crystal-grown single crystal ingot to a predetermined size, the outer surface is grinded such that the remaining portion of the rod has a predetermined diameter.

종래기술에 의하면 대구경 단결정 잉곳, 예를 들어 400mm 이상의 단결정 잉곳의 경우 300mm 단결정 잉곳보다 큰 볼륨(volume)을 가지고 있어 테일링(Tailing) 공정에서의 멜트 레벨(Melt Level)의 하강에 의한 단결정의 냉각구동력 감소로 인하여 고액계면의 높이가 증가함으로 인해 성장 중인 실리콘 단결정 잉곳이 의도하지 않게 실리콘 융액과 분리되는 팝아웃(Pop Out) 현상이 발생할 가능성이 큰 문제가 있다.According to the prior art, since a large-diameter single crystal ingot, for example, a single crystal ingot of 400 mm or more, has a volume larger than that of a 300 mm single crystal ingot, the cooling driving force of the single crystal due to the lowering of the melt level in the tailing process There is a problem that a pop-out phenomenon in which a growing silicon single crystal ingot is inadvertently separated from a silicon melt is likely to occur.

이에 따라 실시예는 쵸크랄스키(Czochralski)법으로 실리콘 단결정 잉곳 생산 시 테일링(Tailing) 공정에서 성장 중인 실리콘 단결정 잉곳이 의도하지 않게 실리콘 융액과 분리되는 팝 아웃(Pop Out) 현상이 발생하지 않으면서도 전위(Dislocation) 발생이 없이 400mm 이상의 대구경 실리콘 단결정 잉곳 성장방법을 제공하고자 한다.Accordingly, in the embodiment, when a silicon single crystal ingot is produced by the Czochralski method, a pop-out phenomenon in which a silicon single crystal ingot being grown in a tailing process is inadvertently separated from a silicon melt does not occur A large-diameter silicon monocrystal ingot growth method of 400 mm or more without occurrence of dislocation.

도 2는 실시예 및 종래기술에서의 단결정 잉곳 성장방법에서 테일부 길이에 따른 멜트갭 변화 예시도이다.FIG. 2 is a view showing an example of a change in the melt gap according to the length of the tail portion in the single crystal ingot growing method in the embodiment and the prior art.

구체적으로, 도 2에서 R2는 종래기술에서 약 300mm 직경의 실리콘 단결정 잉곳의 성정공정 중 테일링 공정에서 도가니의 상승이 없는 경우(No Cricible Lift up) 테일부의 길이에 따른 멜트 갭의 변화예시도이며, R1은 종래기술에서 약 450mm 직경의 실리콘 단결정 잉곳의 성정공정 중 테일링 공정에서 도가니의 상승이 없는 경우(No Cricible Lift up) 테일부의 길이에 따른 멜트 갭의 변화예시도이다.2, R2 is an example of a change in the melt gap according to the length of the tail portion when the crucible does not rise during the tailing process of the silicon single crystal ingot having a diameter of about 300 mm in the prior art (No Cricible Lift up) R1 is an example of the change of the melt gap according to the length of the tail portion when the crucible does not rise during the tailing process of the silicon single crystal ingot having a diameter of about 450 mm in the prior art (No Cricible Lift up).

반면, P는 실시예에 따른 단결정 잉곳의 제조방법에서 약 450mm 직경의 실리콘 단결정 잉곳의 성정공정 중 테일링 공정에서 도가니의 상승이 있는 경우(Cricible Lift up) 테일부의 길이에 따른 멜트 갭의 변화예시도이다.On the other hand, P is an example of a change in the melt gap according to the length of the tail portion when the crucible rises (Cricible Lift up) during the tailing process of the silicon single crystal ingot having a diameter of about 450 mm in the manufacturing method of the single crystal ingot according to the embodiment to be.

종래기술에 의하면 통상 300mm 이하의 실리콘 단결정 잉곳 성장은 테일링 공정 시 도가니 상승을 정지한 상태(No Crucible Lift up)에서 테일링 공정을 진행한다.According to the prior art, a silicon single crystal ingot growth of not more than 300 mm is generally conducted in a tailing process in a state where crucible rise is stopped during a tailing process (No Crucible Lift up).

한편, 450mm 단결정 잉곳의 경우는 300mm 단결정보다 큰 볼륨(volume)을 가지고 있어 테일링 공정에서의 멜트 레벨(Melt Level)의 하강에 의한 결정의 냉각구동력 감소로 인하여 고액계면의 높이가 증가함으로 인해 성장 중인 실리콘 단결정 잉곳이 의도하지 않게 실리콘 융액과 분리되는 팝 아웃(Pop Out) 현상 발생가능성이 크다.On the other hand, a 450 mm single crystal ingot has a larger volume than a 300 mm single crystal. As a result, the height of the solid-liquid interface is increased due to the cooling driving force of the crystal due to the lowering of the melt level in the tailing process. There is a high possibility that a pop-out phenomenon in which a silicon single crystal ingot is inadvertently separated from a silicon melt.

도 3은 종래기술에 따른 단결정 잉곳에서 테일링 공정 중 팝 아웃된 단결정 잉곳의 예시 사진이다.3 is an exemplary photograph of a monocrystalline ingot popped out during a tailing process in a monocrystalline ingot according to the prior art.

실리콘 단결정 생산 시 바디(Body) 공정에서는 실리콘 융액의 프리서피스(Free Surface)가 동일한 위치에 있도록 하기 위해서 도가니(Crucible)을 상승(Lift-Up)하여 실리콘 단결정이 인상되는 볼륨(Volume)에 의해 하강되는 멜트 프리서피스(Melt Free Surface)의 위치를 보상한다.In the body process in the production of the silicon single crystal, the crucible is lifted up so that the free surface of the silicon melt is at the same position, and the silicon single crystal is lowered Which compensates for the position of the Melt Free Surface.

종래의 300mm 이하의 실리콘 단결정 성장 시에는 테일링(Tailing)공정에서 전위 발생률이 낮아서 테일링 공정은 단지 실리콘 단결정 공정에서 실리콘 융액(Si Melt)과 실리콘 단결정을 분리하기 위한 공정으로만 인식되었고, 통상은 성장하는 단결정 잉곳의 직경의 크기만큼 테일링(Tailing) 공정을 진행한다.Conventionally, when a silicon single crystal of 300 mm or less is grown, the potential generation rate in the tailing process is low. Thus, the tailing process is recognized as a process for separating a silicon melt and a silicon single crystal in a silicon single crystal process, A tailing process is performed as much as the diameter of the single crystal ingot.

그러나 400mm 이상의 대구경 실리콘 단결정 생산에서는 R1 예와 같이 테일링 공정에서 도가니를 상승하지 않고 테일링공정 진행 시 실리콘 단결정이 의도하지 않게 실리콘 융액과 분리되는 팝 아웃(Pop Out) 현상 발생가능성이 크다. However, in the production of large diameter silicon single crystals of 400 mm or more, there is a high probability that a pop-out phenomenon occurs in which the silicon single crystal is inadvertently separated from the silicon melt during the tailing process without raising the crucible in the tailing process.

또한, 팝 아웃(Pop out) 현상을 방지하기 위해서는 테일링 공정 중 실리콘 단결정 인상속도를 낮추어 진행하면 테일링 진행의 목적인 결정의 직경 감소가 용이하게 제어되지 않고, 낮은 결정인상 속도에서 결정 직경 감소를 위해서 온도를 올리게 되면 또다시 팝 아웃(Pop Out) 발생가능성이 커지는 악순환이 일어나게 된다.In order to prevent a pop-out phenomenon, if the silicon single crystal pulling up rate is lowered during the tailing process, the reduction of the diameter of the crystal for the purpose of tailing progress can not be easily controlled. In order to decrease the crystal diameter at a low crystal pulling rate, , A vicious cycle occurs in which the possibility of pop-out is increased again.

고액계면이 높은 상태에서 400mm 이상 대구경 실리콘 단결정 성장 시 팝 아웃이 발생하는 경우 팝 아웃 발생 후 분리된 결정 하단부의 원주부위가 실리콘 멜트(Si Melt)와 다시 접촉하게 될 경우 단결정 잉곳의 냉각(Crystal Cooling) 과정에서 크랙(Crack)이 발생할 가능성이 크게 되며, 따라서 테일링 공정에서의 발생하는 팝 아웃 발생 가능성을 감소하기 위해서는 테일링공정 진행 시 결정의 냉각 구동력 감소를 보완하면서도, 테일링 진행 시 실리콘 단결정과 실리콘 융액 사이의 고액계면의 높이를 낮추는 방법이 고안되어야 한다.If a pop-out occurs during the growth of a large-diameter silicon single crystal with a high liquid interface at a high temperature of 400 mm or more. If the circumferential portion of the bottom of the separated crystal contacts with the silicon melt again after the pop-out, cooling of the single crystal ingot In order to reduce the possibility of pop-out in the tailing process, it is necessary to compensate for the decrease in the cooling power of the crystal during the tailing process, while the silicon single crystal and the silicon melt A method of lowering the height of the interface between the solid and the liquid should be devised.

도 2에서 P는 실시예에 따른 단결정 잉곳의 제조방법에서 약 450mm 직경의 실리콘 단결정 잉곳의 성정공정 중 테일링 공정에서 도가니의 상승이 있는 경우(Cricible Lift up) 테일부의 길이에 따른 멜트 갭의 변화예시도이다.In FIG. 2, P is an example of the change in the melt gap according to the length of the tail portion when the crucible rises (Cricible Lift up) during the tailing process of the silicon single crystal ingot having a diameter of about 450 mm in the manufacturing method of the single crystal ingot according to the embodiment .

실시예에 의하면 약 400mm 직경 이상의 대구경 실리콘 단결정 잉곳의 성정공정 중 테일링 공정에서 멜트갭(melt gap)을 약 35mm이하로 제어함으로써 도 4와 같은 풀 스트력쳐(Full Structure) 단결정 잉곳을 제조할 수 있다.According to the embodiment, a full structure single crystal ingot as shown in FIG. 4 can be manufactured by controlling the melt gap to about 35 mm or less in the tailing process of a large diameter silicon single crystal ingot having a diameter of about 400 mm or more .

실시예에 의하면 약 400mm 직경 이상의 대구경 실리콘 단결정 잉곳의 성정공정 중 테일링 공정에서 멜트갭(melt gap)을 종래기술의 약 50~60mm에서 약 35mm이하, 예를 들어 10mm 이하로 제어(A)함으로써 풀 스트력쳐(Full Structure) 단결정 잉곳을 제조할 수 있다.According to the embodiment, by controlling (A) the melt gap in the tailing process of the large diameter silicon single crystal ingot of about 400 mm in diameter or larger to about 35 mm or less, for example, 10 mm or less in the prior art from about 50 to 60 mm, Full Structure Single crystal ingot can be manufactured.

또한, 실시예에 의하면 450mm 직경의 단결정의 테일링 공정에 있어서 테일부의 길이를 약 420mm 정도까지로 제어할 수 있어 종래기술에 비해 테일링 공정시간을 감소할 수 있어 수율을 향상시킬 수 있다.In addition, according to the embodiment, the length of the tail portion can be controlled to about 420 mm in the tailing process of a single crystal having a diameter of 450 mm, so that the tailing process time can be reduced and the yield can be improved as compared with the prior art.

도 5는 실시예 및 종래기술에서 테일부 길이에 따른 도가니 리프트 변화 예시도이다.Fig. 5 is an exemplary diagram illustrating changes in crucible lift according to the length of the tees in Examples and prior art. Fig.

도 5와 같이 종래기술(RC)에 의하면 바디 공정 후 테일링 공정에서는 도가니 상승을 정지한 상태(Crucible lift ratio=0)에서 테일링 공정을 진행하였다. 반면, 실시예(PC)에 의하면 테일링 공정에서 도가니 상승을 적용함으로써 결정성장 냉각구동력을 향상시켜 멜트갭을 감소시키고, 고액계면의 높이를 감소시켜 테일링 공정에서 팝 아웃 발생가능성을 낮추어서 풀 스트력쳐(Full Structure) 단결정 잉곳을 제조함으로써 대구경 실리콘 단결정의 생산 수율을 증대시킬 수 있다.As shown in FIG. 5, according to the prior art (RC), the tailing process was performed in a state where the crucible lifting was stopped (crucible lift ratio = 0) in the tailing process after the body process. On the other hand, according to the embodiment (PC), by applying the crucible rising in the tailing process, it is possible to improve the crystal growth cooling driving force to reduce the melt gap and reduce the height of the liquid interface to lower the possibility of pop- The production yield of the large diameter silicon single crystal can be increased by manufacturing a single crystal ingot.

도 6은 실시예 및 종래기술에서 테일부 길이에 따른 시드 회전 변화 예시도이다.FIG. 6 is a diagram illustrating an example of seed rotation change according to the length of the tees in the embodiment and the prior art.

도 6와 같이 종래기술(RS)에 의하면 바디 공정 후 테일링 공정에서는 시드 회전율(Seed rotation)을 일정하게 유지시켰으나, 실시예(PS)에 의하면 테일링 공정에서 도가니 상승을 적용과 함께 시드 회전율을 낮추어 멜트갭을 감소 및 고액계면의 높이를 효과적으로 제어함으로써 대구경 실리콘 단결정의 생산 수율을 더욱 증대시킬 수 있다.As shown in FIG. 6, according to the conventional technology (RS), the seed rotation after the body process was kept constant in the tailing process. However, according to the embodiment (PS), the crucible- It is possible to further increase the production yield of the large-diameter silicon single crystal by effectively reducing the gap and effectively controlling the height of the solid-liquid interface.

예를 들어, 실시예에 의하면 상기 테일링 공정 진행 시 고액계면의 높이를 낮추기 위하여 시드 회전율(Seed Rotation)을 점차 감소하여 상기 단경정 잉곳의 회전속도는 상기 테일부의 길이가 100mm 이후에서는 약 5rpm 이하에서 테일링 공정을 진행함으로써 대구경 실리콘 단결정의 생산 수율을 더욱 증대시킬 수 있다.For example, according to the embodiment, in order to lower the height of the solid-liquid interface during the tailing process, the seed rotation rate is gradually decreased so that the rotational speed of the stepped ingot is about 5 rpm or less when the length of the tail portion is 100 mm or more Through the tailing process, the production yield of large-diameter silicon single crystals can be further increased.

도 7은 실시예 및 종래기술에서 테일부 길이에 따른 자기장 변화 예시도이다.FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a change in magnetic field according to a length of a tee in the embodiment and the prior art. FIG.

도 7와 같이 종래기술(RM)에 의하면 바디 공정 후 테일링 공정에서는 자기장(Magnetic field)을 일정하게 유지시켰으나, 실시예(PM)에 의하면 테일링 공정에서 도가니 상승을 적용과 함께 자기장을 점차 감소시켜 멜트갭을 감소 및 고액계면의 높이를 효과적으로 제어함으로써 대구경 실리콘 단결정의 생산 수율을 더욱 증대시킬 수 있다.As shown in FIG. 7, according to the prior art RM, the magnetic field is kept constant in the tailing process after the body process. However, according to the embodiment PM, the magnetic field is gradually reduced by application of the crucible- It is possible to further increase the production yield of the large-diameter silicon single crystal by effectively reducing the gap and effectively controlling the height of the solid-liquid interface.

예를 들어, 실시예에 의하면 상기 테일링 공정 진행 시 고액계면의 높이를 낮추기 위하여 자기장을 점차 감소하여 테일부의 길이가 약 100mm 이후에서는 약 1000 Gauss 이하의 자기장에서 테일링 공정을 진행함으로써 대구경 실리콘 단결정의 생산 수율을 더욱 증대시킬 수 있다.For example, according to the embodiment, in order to lower the height of the solid-liquid interface during the tailing process, the magnetic field is gradually decreased and the tailing process is performed at a magnetic field of about 1000 Gauss or less at a length of the tail portion of about 100 mm or more, The yield can be further increased.

실시예는 테일링 공정에서 도가니 회전속도의 제어, 시드 회전율을 제어 및 자기장 변화의 제어를 통해 실리콘 단결정 잉곳의 테일링 공정에서 팝 아웃 발생가능성을 감소시켜 대구경 실리콘 단결정잉곳의 생산수율을 향상시킬 수 있는 실리콘 단결정 잉곳의 성장방법을 제공할 수 있다.The embodiments are directed to a silicon ingot which can improve the production yield of a large-diameter silicon single crystal ingot by reducing the possibility of pop-out in a tailing process of the silicon single crystal ingot by controlling the crucible rotation speed, controlling the seed turnover rate, A method of growing a single crystal ingot can be provided.

이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The features, structures, effects and the like described in the embodiments are included in at least one embodiment and are not necessarily limited to only one embodiment. Furthermore, the features, structures, effects and the like illustrated in the embodiments can be combined and modified by other persons skilled in the art to which the embodiments belong. Accordingly, the contents of such combinations and modifications should be construed as being included in the scope of the embodiments.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention. It can be seen that the modification and application of branches are possible. For example, each component specifically shown in the embodiments can be modified and implemented. It is to be understood that the present invention may be embodied in many other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof.

100: 단결정 성장장치, 110: 챔버
112: 도가니, 120: 히터, 128: 인상수단
100: single crystal growth apparatus, 110: chamber
112: crucible, 120: heater, 128: lifting means

Claims (7)

도가니에 다결정 실리콘을 용융한 후 용융된 실리콘 융액으로부터 단결정 시드(seed)를 이용하여 네킹공정을 진행하는 단계;
상기 시드의 직경방향으로 단결정 잉곳을 성장시키며 소정크기의 직경을 가지도록 숄더링 단계를 진행한 후 바디 성장을 진행하는 바디공정 단계; 및
상기 바디의 직경을 감소시키고 상기 실리콘 융액으로부터 분리하는 테일링 공정을 진행하는 단계;를 포함하며,
상기 단결정 잉곳의 바디부의 직경은 400mm 이상이며,
상기 테일링 공정 진행 시 멜트갭(melt gap)을 35mm이하로 제어하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장방법.
Melting polycrystalline silicon in a crucible and then conducting a necking process from a molten silicon melt using a single crystal seed;
A body processing step of growing a single crystal ingot in the radial direction of the seed and advancing the body after advancing the shoulder so as to have a predetermined diameter; And
And a tailing process of reducing the diameter of the body and separating the silicon melt from the silicon melt,
The diameter of the body portion of the single crystal ingot is 400 mm or more,
Wherein the melt gap is controlled to 35 mm or less when the tailing process is performed.
제1 항에 있어서,
상기 테일링 공정 진행 시 상기 도가니를 상승하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장방법.
The method according to claim 1,
And growing the crucible upon progressing the tailing process.
제2 항에 있어서,
상기 테일링 공정시 멜트갭이 10 mm 이하가 되도록 제어하는 실리콘 단결정 잉곳 성장방법.
3. The method of claim 2,
And controlling the melt gap to be 10 mm or less in the tailing process.
제2 항에 있어서,
상기 테일링 공정에서 도가니 상승을 적용과 함께 시드 회전속도를 낮추는 실리콘 단결정 잉곳 성장방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the seed rotating speed is lowered while applying a crucible upward in the tailing process.
제4 항에 있어서,
상기 시드 회전속도를 점차 감소하여 상기 테일링 공정에서 성장되는 테일부의 길이가 100mm를 초과한 이후에는 5rpm 이하에서 나머지 테일링 공정을 진행하는 실리콘 단결정 잉곳 성장방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the seed rotating speed is gradually decreased, and after the length of the tail portion grown in the tailing process exceeds 100 mm, the remaining tailing process is performed at 5 rpm or less.
제2 항에 있어서,
상기 테일링 공정에서 도가니 상승을 적용과 함께 자기장을 점차 감소시키는 실리콘 단결정 잉곳 성장방법.
3. The method of claim 2,
And a magnetic field is gradually reduced together with application of a crucible in the tailing process.
제6 항에 있어서,
상기 테일링 공정에서 상기 자기장을 점차 감소하여 테일부의 길이 100mm 이후에서는 1000 Gauss 이하의 자기장에서 테일링 공정을 진행하는 실리콘 단결정 잉곳 성장방법.


The method according to claim 6,
Wherein the magnetic field is gradually decreased in the tailing step, and a tailing process is performed in a magnetic field of 1000 Gauss or less at a length of 100 mm or less after the tail portion.


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