KR101494532B1 - 잔류 실리콘 멜트를 이용한 마스터 도판트의 제조방법 - Google Patents
잔류 실리콘 멜트를 이용한 마스터 도판트의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 잉곳의 성장시 사용되는 마스터 도판트의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단결정 실리콘 잉곳을 생산한 후 도가니 내에 남겨진 잔류 실리콘 멜트를 이용하여 실리콘이 함유된 마스터 도판트를 제조하는 방법에 관한 것 이다.
본 발명은 도가니 내에 잔류하는 실리콘 멜트를 이용하여 실리콘이 함유된 마스터 도판트를 제조하는 방법에 있어서, 성장이 완료된 잉곳의 무게로부터 도가니에 잔류하는 잔류 실리콘 멜트의 무게를 산출하는 단계; 상기 잔류 실리콘 멜트의 무게로부터 잔류 실리콘 멜트의 평균 비저항을 산출하는 단계; 상기 도가니 측으로 순수한 도판트를 일정량 공급하여 상기 잔류 실리콘 멜트의 평균 비저항을 조절하는 단계; 및 상기 순수한 도판트가 투입된 잔류 실리콘 멜트에 시드 도판트를 디핑한 후 상기 시드 도판트를 서서히 인상시키면서 마스터 도판트로 성장시키는 단계;를 포함하는 잔류 실리콘 멜트를 이용한 마스터 도판트의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 도가니 내에 잔류하는 실리콘 멜트를 이용하여 실리콘이 함유된 마스터 도판트를 제조하는 방법에 있어서, 성장이 완료된 잉곳의 무게로부터 도가니에 잔류하는 잔류 실리콘 멜트의 무게를 산출하는 단계; 상기 잔류 실리콘 멜트의 무게로부터 잔류 실리콘 멜트의 평균 비저항을 산출하는 단계; 상기 도가니 측으로 순수한 도판트를 일정량 공급하여 상기 잔류 실리콘 멜트의 평균 비저항을 조절하는 단계; 및 상기 순수한 도판트가 투입된 잔류 실리콘 멜트에 시드 도판트를 디핑한 후 상기 시드 도판트를 서서히 인상시키면서 마스터 도판트로 성장시키는 단계;를 포함하는 잔류 실리콘 멜트를 이용한 마스터 도판트의 제조방법을 제공한다.
Description
본 발명은 잉곳의 성장시 사용되는 마스터 도판트의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단결정 실리콘 잉곳을 생산한 후 도가니 내에 남겨진 잔류 실리콘 멜트를 이용하여 실리콘이 함유된 마스터 도판트를 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 제조에 사용되는 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)는 적절한 비저항 값을 갖기 위하여, 순수한 실리콘 단결정의 성장공정에서 P-type 또는 N-type의 도판트(dopant)가 첨가된다.
이러한 도판트로서 붕소(B)와 같은 고융점 도판트와, 안티몬(Sb: 631℃), 적인(red phosphorus: 593℃), 게르마늄(Ge: 937℃), 비소(As: 817℃) 등과 같은 저융점 도판트가 많이 사용되고 있다.
통상적으로, 이러한 도판트들은 실리콘 잉곳의 제조시 순수한 물질로 사용되지 않고 생산되는 실리콘 잉곳의 비저항을 용이하게 조절하기 위하여 실리콘이 함유된 도판트들을 사용한다. 이와 같이 실리콘이 함유된 도판트들은 일명 마스터 도판트로 명명된다.
종래에는 이러한 마스터 도판트를 제조하기 위하여 도가니(30) 내에 단결정 실리콘 잉곳의 원료가 되는 순수한 실리콘 원료를 충진한 후 다른 물질이 포함되지 않은 순수한 도판트 물질을 첨가하여 도판트 물질이 소정의 함유량을 갖도록 생산되었다.
이에 따라, 마스터 도판트는 제작 원가가 매우 비싼 문제점이 있었다.
한편, 잉곳 성장 장치(1)를 통하여 단결정 실리콘 잉곳을 생산한 후에는 도가니(30) 내에 소정량의 실리콘 멜트(P)가 남겨진다. 이러한 잔류 실리콘 멜트는 팟 스크랩(potscrap)이라 불리운다. 그러나 이러한 잔류 실리콘 멜트에는 실리콘 잉곳의 성장과정에서 실리콘 원료에 함유된 불순물들이 녹아 있기 때문에 재사용하지 못하고 버려지고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 단결정 실리콘 잉곳을 성장시킨 후 도가니 내에 잔류하는 잔류 실리콘 멜트를 이용하여 실리콘 잉곳의 성장시 사용되는 마스터 도판트를 제조함으로써 생산단가를 줄이고 자원을 재활용할 수 있는 잔류 실리콘 멜트를 이용한 마스터 도판트의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 도가니 내에 잔류하는 실리콘 멜트를 이용하여 실리콘이 함유된 마스터 도판트를 제조하는 방법에 있어서, 성장이 완료된 잉곳의 무게로부터 도가니에 잔류하는 잔류 실리콘 멜트의 무게를 산출하는 단계; 상기 잔류 실리콘 멜트의 무게로부터 잔류 실리콘 멜트의 평균 비저항을 산출하는 단계; 상기 도가니 측으로 순수한 도판트를 일정량 공급하여 상기 잔류 실리콘 멜트의 평균 비저항을 조절하는 단계; 및 상기 순수한 도판트가 투입된 잔류 실리콘 멜트에 시드 도판트를 디핑한 후 상기 시드 도판트를 서서히 인상시키면서 마스터 도판트로 성장시키는 단계;를 포함하는 잔류 실리콘 멜트를 이용한 마스터 도판트의 제조방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 잔류 실리콘 멜트의 무게는 상기 도가니로 투입된 실리콘 원료의 총량 및 마스터 도판트의 총량을 합산한 무게에서 성장이 완료된 잉곳의 무게를 차감하여 산출할 수 있다.
바람직하게는, 상기 잔류 실리콘 멜트의 평균 비저항은 상기 잔류 실리콘 멜트에 남아있는 잔류 도펀트 함유량을 통하여 산출할 수 있다.
바람직하게는, 상기 도가니 측으로 공급되는 순수한 도판트의 공급량은 상기 잔류 실리콘 멜트의 평균 비저항을 기초로 산출할 수 있다.
바람직하게는, 상기 순수한 도판트를 투입하는 단계 후에는 상기 잔류 실리콘 멜트의 온도를 일정하게 유지하는 안정화단계를 추가로 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 안정화단계는 상기 도가니의 외측에 배치된 가열히터의 온/오프 동작을 통하여 수행될 수 있다.
삭제
본 발명에 의하면, 단결정 실리콘 잉곳을 성장시킨 후 도가니 내에 잔류하는 잔류 실리콘 멜트를 이용하여 실리콘 잉곳의 성장시 사용되는 마스터 도판트를 제조함으로써 생산단가를 줄이고 자원을 재활용할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 일반적인 잉곳성장장치를 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 잔류 실리콘 멜트를 이용한 도판트의 제조방법을 나타낸 순서도.
도 2는 본 발명에 따른 잔류 실리콘 멜트를 이용한 도판트의 제조방법을 나타낸 순서도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.
이하에서, 발명의 이해를 돕기 위해 도면부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면에 표시되었다 하더라도 동일한 도면부호를 사용하기로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잔류 실리콘 멜트를 이용한 마스터 도판트의 제조방법은 단결정 실리콘 잉곳을 성장시킨 후 도가니 내에 잔류하는 잔류 실리콘 멜트를 이용하여 실리콘 잉곳의 성장시 사용되는 마스터 도판트를 제조함으로써 생산단가를 줄이고 자원을 재활용할 수 있는 데 기술적 특징이 있다.
통상적으로 실리콘 단결정 잉곳을 성장시킨 후 도가니(30) 내에 잔류하는 잔류 실리콘 멜트(P)를 다시 재사용하기 위해서는 잔류 실리콘 멜트 내에 잔존하는 잔류 도판트의 양을 정확히 파악하는 것이 매우 중요하다. 종래에도 이러한 잔류 실리콘 멜트를 재사용하기 위한 노력이 전개되었으나 잔류 실리콘 멜트의 비저항을 측정하기가 매우 곤란한 문제점이 있었다.
이를 위해, 본 발명에서는 성장이 완료된 잉곳(10)의 무게를 이용하여 잔류 실리콘 멜트의 평균 비저항을 산출하게 된다. 즉, 초크랄스키법을 사용하여 적어도 하나 이상의 단결정 실리콘 잉곳을 성장시킨 후 성장이 완료된 적어도 하나 이상의 단결정 실리콘 잉곳의 무게를 측정한다.
이후, 상기 적어도 하나 이상의 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키기 위하여 투입된 실리콘 원료 및 마스터 도판트의 총량으로부터 성장이 완료된 적어도 하나 이상의 단결정 실리콘 잉곳의 무게를 차감하게 되면 도가니 내에 잔류하는 실리콘 멜트의 무게를 산출할 수 있게 된다.
이와 같이 성장된 실리콘 잉곳의 무게로부터 잔류 실리콘 멜트의 무게를 산출하게 되면 상기 잔류 실리콘 멜트의 무게에 포함된 잔류 도판트의 함유량을 산출할 수 있게 된다. 통상적으로 잉곳이 성장되는 과정에 투입되는 마스터 도판트는 도판트의 종류별로 정해진 분배계수가 존재하며, 상기 분배계수를 통하여 성장된 잉곳에 포함된 마스터 도판트의 양을 계산할 수 있게 된다. 이를 통해, 성장시 투입된 마스터 도판트의 총량에서 성장이 완료된 단결정 실리콘 잉곳에 포함된 마스터 도판트의 양을 차감하게 되면 상기 잔류 실리콘 멜트에 남아있는 잔류 마스터 도판트의 양을 산출할 수 있게 된다. 이에 따라, 본 발명에 의하면 상기 잔류 실리콘 멜트에 남아있는 잔류 마스터 도판트의 양을 정확히 계산할 수 있음으로써 결과적으로 잔류 실리콘 멜트의 평균 비저항을 정확히 산출할 수 있게 된다.
상기와 같은 과정을 통해 잔류 실리콘 멜트의 평균 비저항이 산출되면 정해진 식을 통해 상기 도가니 측에 공급할 순수한 도판트의 양을 결정한 후 결정된 양만큼의 순수한 도판트만을 공급하여 마스터 도판트로서 요구되는 평균 비저항을 맞추도록 한다.
이를 통해, 본 발명에서는 마스터 도판트를 제조하기 위하여 별도의 실리콘 원료를 사용할 필요없이 실리콘 잉곳의 성장 후 도가니 내에 잔류하는 잔류 실리콘 멜트를 사용하여 다시 마스터 도판트를 제조함으로써 폐기될 자원을 재활용함에 따라 마스터 도판트의 생산단가 및 단결정 실리콘 잉곳의 생산단가를 낮출 수 있게 된다.
이와 같이 일정량의 순수한 도판트를 도가니의 내부로 투입하여 잔류 실리콘 멜트의 평균 비저항을 조절한 후 잔류 실리콘 멜트의 온도를 일정하게 유지하는 안정화단계를 수행하게 된다. 이러한 안정화단계는 잉곳 성장 장치(1)에서 도가니(30)의 외측에 배치되는 통상적인 가열히터(20)의 온/오프 제어를 통해 수행된다.
여기서, 상기 도판트는 붕소(B), 안티몬(Sb: 631℃), 적인(red phosphorus: 593℃), 게르마늄(Ge: 937℃), 비소(As: 817℃) 등과 같은 공지의 물질이 사용될 수 있음을 밝혀둔다.
상기 안정화 단계를 통해 잔류 실리콘 멜트의 온도가 일정하게 유지되면 시드 마스터 도판트를 잔류 실리콘 멜트(P)로 디핑한 후 초크랄스키법을 통하여 실리콘 잉곳을 성장시키는 방식과 동일한 방법으로 상기 시드 마스터 도판트를 서서히 인상시킴으로써 마스터 도판트를 성장시키게 된다.
이와 같은 방법으로 마스터 도판트가 완료되면 성장된 마스터 도판트를 적절한 크기로 절단하여 실리콘 잉곳의 성장시 사용할 수 있게 된다.
본 발명에 의하면, 단결정 실리콘 잉곳을 성장시킨 후 도가니 내에 잔류하는 잔류 실리콘 멜트를 이용하여 실리콘 잉곳의 성장시 사용되는 마스터 도판트를 제조함으로써 생산단가를 줄이고 자원을 재활용할 수 있는 장점이 있다.
상기에서 본 발명의 특정 실시예와 관련하여 도면을 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명을 이와 같은 특정구조에 한정하는 것은 아니다. 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상을 벗어나지 않고서도 용이하게 수정 또는 변경할 수 있을 것이다. 그러나 이러한 단순한 설계변형 또는 수정을 통한 등가물, 변형물 및 교체물은 모두 명백하게 본 발명의 권리범위 내에 속함을 미리 밝혀둔다.
1 : 잉곳 성장 장치
10 : 실리콘 잉곳
20 : 가열히터
30 : 도가니
P : 잔류 실리콘 멜트
10 : 실리콘 잉곳
20 : 가열히터
30 : 도가니
P : 잔류 실리콘 멜트
Claims (7)
- 도가니 내에 잔류하는 실리콘 멜트를 이용하여 실리콘이 함유된 마스터 도판트를 제조하는 방법에 있어서,
성장이 완료된 잉곳의 무게로부터 도가니에 잔류하는 잔류 실리콘 멜트의 무게를 산출하는 단계;
상기 잔류 실리콘 멜트의 무게로부터 잔류 실리콘 멜트의 평균 비저항을 산출하는 단계;
상기 도가니 측으로 순수한 도판트를 일정량 공급하여 상기 잔류 실리콘 멜트의 평균 비저항을 조절하는 단계; 및
상기 순수한 도판트가 투입된 잔류 실리콘 멜트에 시드 도판트를 디핑한 후 상기 시드 도판트를 서서히 인상시키면서 마스터 도판트로 성장시키는 단계;를 포함하는 잔류 실리콘 멜트를 이용한 마스터 도판트의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 잔류 실리콘 멜트의 무게는 상기 도가니로 투입된 실리콘 원료의 총량 및 마스터 도판트의 총량을 합산한 무게에서 성장이 완료된 잉곳의 무게를 차감하여 산출하는 것을 특징으로 하는 잔류 실리콘 멜트를 이용한 마스터 도판트의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 잔류 실리콘 멜트의 평균 비저항은 상기 잔류 실리콘 멜트에 남아있는 잔류 도펀트 함유량을 통하여 산출하는 것을 특징으로 하는 잔류 실리콘 멜트를 이용한 마스터 도판트의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 도가니 측으로 공급되는 순수한 도판트의 공급량은 상기 잔류 실리콘 멜트의 평균 비저항을 기초로 산출하는 것을 특징으로 하는 잔류 실리콘 멜트를 이용한 마스터 도판트의 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 순수한 도판트를 투입하는 단계 후에는 상기 잔류 실리콘 멜트의 온도를 일정하게 유지하는 안정화단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 잔류 실리콘 멜트를 이용한 마스터 도판트의 제조방법. - 제 5항에 있어서,
상기 안정화단계는 상기 도가니의 외측에 배치된 가열히터의 온/오프 동작을 통하여 수행되는 것을 특징으로 하는 잔류 실리콘 멜트를 이용한 마스터 도판트의 제조방법. - 삭제
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| KR20130074805A KR101494532B1 (ko) | 2013-06-27 | 2013-06-27 | 잔류 실리콘 멜트를 이용한 마스터 도판트의 제조방법 |
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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Citations (4)
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| US5900055A (en) | 1996-03-27 | 1999-05-04 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Method of manufacturing silicon monocrystal by continuously charged Czochralski method |
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| KR20120037577A (ko) * | 2010-10-12 | 2012-04-20 | 주식회사 엘지실트론 | 태양전지용 잉곳을 제조하는 방법 |
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2013
- 2013-06-27 KR KR20130074805A patent/KR101494532B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
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