KR101509343B1 - Doping Tool and Doping Method for Single Crystal Growth - Google Patents

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문철규
이상준
최윤환
공정현
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주식회사 엘지실트론
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Abstract

A doping apparatus for single crystal growth according to an embodiment of the present invention is for growing silicon single crystal from a silicon melt based on the Czochralski method, and comprises a lid unit disposed on an upper part of the central portion of a silicon melt and connected to an upper part of a chamber; and a dopant loading unit coupled to an outer circumferential surface of the lid unit, wherein the lid unit includes a disc-shaped cover unit, and an inclined part having an inclined surface in the center direction from an outer circumferential portion of the cover unit; and the dopant loading unit includes a cylindrical outer portion coupled to the outer circumferential portion of the cover unit, a cylindrical inner portion formed inside the cylindrical outer portion to have a height and a diameter smaller than those of the cylindrical outer portion, and a ring-shaped bottom portion connecting the cylindrical outer portion with a lower end of the cylindrical inner portion.

Description

단결정 성장을 위한 도핑 장치 및 도핑 방법{Doping Tool and Doping Method for Single Crystal Growth}[0001] The present invention relates to a doping apparatus and a doping method for single crystal growth,

본 발명은 실리콘 단결정 성장 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실리콘 융액에 대해 균일한 도핑 공정을 실시하여 실리콘 단결정 잉곳을 원하는 품질로 제조하기 위한 도핑 장치 및 도핑 방법에 대한 것이다. The present invention relates to a silicon single crystal growth apparatus, and more particularly, to a doping apparatus and a doping method for producing a silicon single crystal ingot with desired quality by performing a uniform doping process on a silicon melt.

일반적으로 쵸크랄스키법(Czochralski)에 따른 실리콘 단결정을 성장시키는 방법에서는 석영 도가니의 내부에 다결정 실리콘을 적재하고 히터로부터 복사되는 열로 다결정 실리콘을 용융시켜 실리콘 융액으로 만든 다음, 실리콘 융액의 표면으로부터 실리콘 단결정을 성장시킨다.Generally, in the method of growing a silicon single crystal according to the Czochralski method, polycrystalline silicon is loaded in a quartz crucible, the polycrystalline silicon is melted as heat radiated from the heater to form a silicon melt, Single crystals are grown.

반도체 소자용 기판으로 사용되는 실리콘 웨이퍼는 적절한 비저항 값을 갖기 위하여, 실리콘 단결정 성장 공정에서 P-type 또는 N-type의 도펀트가 첨가된다. 또한, P-type 또는 N-type의 도펀트는 다시 융점이 실리콘 융점보다 높은 고융점 도펀트와 실리콘의 융점보다 낮은 저융점 도펀트로 구분되며, 도펀트의 종류에 따라서 실리콘 융액에 도펀트를 첨가하는 방식이 달라진다.Silicon wafers used as substrates for semiconductor devices are doped with P-type or N-type dopants in a silicon single crystal growth process to have appropriate resistivity values. The P-type or N-type dopant is further classified into a high-melting-point dopant whose melting point is higher than the melting point of silicon and a low-melting-point dopant which is lower than the melting point of silicon, and a dopant is added to the silicon melt depending on the kind of the dopant .

대표적인 P-type 고융점 도펀트로는 붕소(B)를 들 수 있는데, 그 융점이 약 2180℃로 실리콘의 융점인 1412℃보다 높으므로 실리콘 단결정 성장 준비 단계인 다결정 실리콘을 석영도가니에 적재하는 단계에서 석영도가니 바닥에 다결정 실리콘과 함께 투입하여 용융시킴으로써 실리콘 융액에 도펀트를 첨가하는 것이 가능하다. As a typical P-type high melting point dopant, boron (B) can be used. Since its melting point is about 2180 ° C, which is higher than the melting point of silicon of 1412 ° C, the step of loading polycrystalline silicon as a preparation step for growing silicon single crystal on a quartz crucible It is possible to add a dopant to the silicon melt by charging it with the polysilicon on the bottom of the quartz crucible and melting it.

한편, 실리콘에 비해 낮은 융점을 갖는 저융점 도펀트로는 안티모니(Sb), 적인(Red Phosphorus), 게르마늄(Ge), 비소(As) 등을 들 수 있는데, 이러한 저융점 도펀트들은 낮은 융점으로 인하여 단결정 성장 공정 중 최초 다결정 실리콘의 용융 단계에서 다결정 실리콘이 완전히 융해되기 전에 용융, 기화된다.On the other hand, low melting point dopants having a melting point lower than that of silicon include antimony (Sb), red phosphorus, germanium (Ge) and arsenic (As). These low melting point dopants The polycrystalline silicon is melted and vaporized before the polycrystalline silicon is completely melted in the melting step of the first polycrystalline silicon in the single crystal growth process.

이렇게 기화된 저융점 도펀트는 실리콘 성장로 내의 오염을 유발하는 실리콘 융액으로부터 증발된 실리콘 산화물을 제거하기 위하여 흘려주는 Ar 등과 같은 비활성 기체와 함께 챔버의 외부로 배출, 제거됨으로써 타겟으로 하는 비저항값을 갖는 저융점 도펀트가 고농도로 첨가된 실리콘 단결정을 생산할 수 없게 된다. The vaporized low melting point dopant is discharged to the outside of the chamber together with an inert gas such as Ar or the like which flows to remove the silicon oxide evaporated from the silicon melt causing contamination in the silicon growth furnace, A silicon single crystal to which a low melting point dopant is added at a high concentration can not be produced.

종래에는 저융점 도펀트의 고농도 주입을 위하여 다결정 실리콘을 완전히 녹인 후에 분말상의 저융점 도펀트를 용융실리콘 표면에 뿌려서 도핑을 실시하여 왔으나, 실리콘 융액의 온도가 매우 높아서 도펀트가 완전히 실리콘 융액 내로 녹아 들어가지 못하고 그 중 약 30%는 기화되어 불활성 기체와 함께 단결정 성장장치 외부로 배출, 제거된다. Conventionally, in order to inject a high concentration of the low melting point dopant, the polycrystalline silicon is completely melted and then a low melting point dopant in powder form is sprayed on the surface of the molten silicon. However, since the temperature of the silicon melt is very high, the dopant can not completely melt into the silicon melt About 30% of which is vaporized and discharged together with an inert gas to the outside of the single crystal growth apparatus.

이에, 실리콘 융액 상부에 구비되는 도핑 장치를 통해 실리콘 융액에 균일한 도핑을 실시함과 동시에 기화된 도펀트가 실리콘 융액에 완전히 녹아들어 원하는 비저항값을 갖는 실리콘 단결정 잉곳을 제조하는 방법이 중요한 이슈로 부각되고 있다. Therefore, a method of uniformly doping a silicon melt through a doping device provided on a silicon melt and completely evaporating the vaporized dopant into a silicon melt, thereby producing a silicon single crystal ingot having a desired specific resistance value is an important issue .

종래의 도핑 장치는 석영관의 일단이 챔버 상부에 지지되고, 소정의 커브면을 갖도록 형성된 석영관의 타단이 실리콘 용융액에 디핑되어 도핑을 실시하였다. 이러한 방법은 실리콘 용융액과 실리콘 용융액에 디핑되는 석영관의 물성 및 상태 차이에 의하여 석영관 표면에 결빙이 발생하며 이로 인해, 크랙(crack), 갈라짐 현상이 발생하기 쉬우며, 이에 실리콘 용융액 내에 금속 산화물과 같은 불순물이 잔존하게 된다. 이러한 산화물은 실리콘 융액 표면에 부유하여 파티클 히트의 원인으로 작용하며 실리콘 단결정 생산성 저하의 원인이 된다. In the conventional doping apparatus, one end of the quartz tube is supported on the upper part of the chamber, and the other end of the quartz tube formed to have a predetermined curved surface is dipped in the silicon melt to perform doping. In this method, freezing occurs on the surface of the quartz tube due to differences in physical properties and states of the quartz tube dipped in the silicon melt and the silicon melt. As a result, cracks and cracks are likely to occur, And the like. These oxides float on the surface of the silicon melt and act as a cause of particle heat and cause a decrease in productivity of the silicon single crystal.

또한, 종래의 도핑 장치는 비대칭 형태로 구성되어 상부에서 분사되는 비활성 가스에 의한 흔들림이 많아 도핑의 안정성이 떨어지고, 실리콘 융액에 대한 균일한 도핑이 어렵다. 도펀트가 담겨있는 부분이 온도 의존성이 크기 때문에, 원할한 도핑이 어렵고 도펀트가 잔존하기 쉬운 구조이기 때문에, 정량적인 도핑이 용이하지 않으며 이에, 사용자가 원하는 타겟의 비저항을 갖는 실리콘 잉곳을 제조하기 어려운 문제점이 있다.
In addition, since the conventional doping apparatus is formed in an asymmetric shape, the fluctuation due to the inert gas injected from the upper portion is large, and the stability of the doping is deteriorated, and it is difficult to uniformly dope the silicon melt. Since the portion containing the dopant is highly temperature dependent, it is difficult to carry out the quantitative doping because the doping is difficult and the dopant remains easily. Therefore, it is difficult to manufacture a silicon ingot having a desired target specific resistance .

본 발명은 사용자가 원하는 비저항을 갖는 실리콘 잉곳을 제조하기 위해 실리콘 용융액에 균일한 도핑을 실시하는 방법을 제공하는 것을 목표로 한다. The present invention aims at providing a method of uniformly doping a silicon melt to produce a silicon ingot having a desired resistivity.

본 발명은 실리콘 용융액에 도핑 장치 내에 잔존하는 도펀트 및 비활성 가스를 최소화하여 정량의 도핑을 실시하는 방법을 제공하는 것을 목표로 한다. It is an object of the present invention to provide a method for minimizing dopant and inert gas remaining in a doping apparatus in a silicon melt to perform a predetermined amount of doping.

본 발명의 실시예에 따른 실리콘 단결정 성장용 도핑 장치는, 쵸크랄스키법에 따라 실리콘 융액으로부터 실리콘 단결정을 성장시키기 위한 도핑 장치로서, 실리콘 융액 중심부의 상부에 위치하고, 챔버 상부와 연결되는 뚜껑부; 및 상기 뚜껑부의 외주면과 결합되는 도펀트 로딩부;를 포함하고, 상기 뚜껑부는 원판 형상의 덮개부와, 상기 덮개부의 외주부에서 중심 방향으로 경사면을 갖는 경사부를 포함하고, 상기 도펀트 로딩부는 상기 덮개부 외주부와 체결되는 원통 형상의 외측부와, 상기 외측부 내측에 상기 외측부보다 높이와 직경이 작게 형성되는 원통 형상의 내측부와, 상기 외측부와 내측부의 하단을 연결하는 링 형상의 바닥부를 포함하는 것을 특징으로 한다. A doping apparatus for growing a silicon single crystal from a silicon melt according to a Czochralski method, the doping apparatus for growing a silicon single crystal according to an embodiment of the present invention includes: a lid part located at an upper portion of a center of a silicon melt and connected to an upper part of the chamber; And a dopant loading part coupled to an outer circumferential surface of the lid part, wherein the lid part includes a disk-like lid part and an inclined part having an inclined surface in the center direction at the outer peripheral part of the lid part, And a ring-shaped bottom portion connecting a lower end of the inner portion and a cylindrical inner portion formed inside the outer portion to be smaller in height and diameter than the outer portion, and a ring-shaped bottom portion connecting the outer portion and the lower end of the inner portion.

본 발명의 실시예에 따르면, 실리콘 단결정 성장 장치에 구비된 도핑 장치는 대칭형으로 형성되어 도핑 장치의 흔들림에 의한 영향이 감소되어 안정적인 도핑 을 실시할 수 있다. According to the embodiment of the present invention, the doping apparatus provided in the silicon single crystal growing apparatus is formed in a symmetrical shape, so that the influence of shaking of the doping apparatus is reduced, and stable doping can be performed.

본 발명의 실시예에 따르면, 도핑 장치에 상부에서 주입되는 비활성 가스가 상기 도핑 장치를 통해 라미나 플로워를 형성하기 때문에 실리콘 용융액으로 도펀트가 균일하게 도핑될 수 있다. According to the embodiment of the present invention, the dopant can be uniformly doped into the silicon melt since the inert gas injected from the top of the doping apparatus forms the lamina via through the doping apparatus.

또한, 실리콘 융액과 도핑 장치가 직접 접촉하지 않기 때문에 실리콘 융액의 오염을 최소화할 수 있고, 이로 인해 단결정 성장 수율을 향상시킬 수 있다. Further, since the silicon melt and the doping device are not in direct contact with each other, the contamination of the silicon melt can be minimized, thereby improving the single crystal growth yield.

그리고, 비활성 가스의 라미나 플로우를 이용하여 도핑 시간을 단축시킬 수 있고, 정량의 도핑이 가능하여 사용자가 원하는 비저항을 갖는 실리콘 단결정 잉곳을 제조하는데 유리한 효과가 있다.
In addition, the doping time can be shortened by using the laminar flow of the inert gas, and a quantitative doping can be performed, which is advantageous in manufacturing a silicon single crystal ingot having a desired resistivity.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 단결정 잉곳 성장장치를 나타낸 단면도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 도핑 장치의 사시도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도핑 장치의 단면도1 is a cross-sectional view illustrating a single crystal ingot growing apparatus according to an embodiment of the present invention;
2 is a perspective view of a doping apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of a doping apparatus according to an embodiment of the present invention

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 첨부되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 구성요소의 부가, 변경, 삭제 및 추가 등에 의해서 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다. Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the inventions. It will be appreciated that this is also included within the scope of the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 단결정 잉곳 성장장치의 개략적인 단면도를 나타낸 것이다. 1 is a schematic cross-sectional view of a single crystal ingot growing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치는 챔버(100) 내부에 핫존(hot zone) 구조물로서, 실리콘 융액(SM)이 담겨지는 도가니(105)가 장착되고, 상기 도가니(105)의 하부에 하중을 지지하기 위한 지지 구조체(미도시)가 놓여지고, 지지 구조체는 회전 구동 장치(미도시)에 결합되어 회전 및 승강하는 페데스탈(pedestal,160)에 결합된다.1, a conventional silicon single crystal ingot growing apparatus includes a crucible 105 in which a silicon melt SM is contained as a hot zone structure in a chamber 100, A support structure (not shown) for supporting a load is placed on a lower portion of the support structure 105, and the support structure is coupled to a pedestal 160 which is coupled to the rotation driving device (not shown) and rotates and elevates.

그리고, 도가니(105)의 외연에는 폴리 실리콘을 용융하고, 실리콘 단결정 잉곳(INGOT)의 성장에 필요한 열에너지를 복사열로 공급하는 열원으로서의 히터(140)가 에워싸고 있다. 그리고, 히터(140)의 외연으로 히터(140)의 열이 챔버(100)측면으로 방출되지 않도록 제 1 열차폐부(Radiation shield,130)가 에워싸고 있다.The outer periphery of the crucible 105 surrounds the heater 140 as a heat source which melts the polysilicon and supplies heat energy required for growth of the silicon single crystal ingot INOT as radiation heat. A first heat shield 130 is surrounded by the outer edge of the heater 140 so that the heat of the heater 140 is not emitted to the side of the chamber 100.

히터(140)의 하부에는 히터(140)의 열이 챔버(100) 하부로 방출되지 않도록 챔버(100)의 바닥면에 제2 열차폐부(spill tray,150)가 설치된다. 또, 제1 열차폐부(130)의 상부에는 히터(140)의 열이 챔버(100) 상부로 방출되지 않도록 히터(140)의 상부를 덮는 제3 열차폐부(upper ring, 120)가 설치된다.A spill tray 150 is installed on a bottom surface of the chamber 100 so that the heat of the heater 140 is not discharged to the lower portion of the chamber 100. An upper ring 120 covering the upper portion of the heater 140 is installed on the upper part of the first thermal shutdown part 130 so that the heat of the heater 140 is not emitted to the upper part of the chamber 100.

그리고, 제3 열차폐부(120)는 단결정 잉곳(INGOT)과 석영 도가니(105)사이에서 단결정 잉곳을 에워싸도록 형성되어 실리콘 융액(SM)에서 방출되는 열을 차단하고, 실리콘 단결정 잉곳의 측면으로부터의 열을 차단하여 실리콘 단결정 잉곳을 냉각시키기 위한 열 쉴드(미도시)가 장착된다.The third heat shielding portion 120 is formed so as to surround the single crystal ingot between the single crystal ingot INGOT and the quartz crucible 105 so as to block the heat released from the silicon melt SM, A heat shield (not shown) for cooling the silicon single crystal ingot is mounted.

그리고, 챔버(100)의 하부에는 가스 공급관(미도시)에서 공급된 불활성 가스를 진공으로 펌핑하여 배기시키도록 진공 배기관(미도시)이 형성된다. 진공 배기관을 통한 진공 펌핑력에 의하여 가스 공급관(미도시)에서 챔버(100)의 내부로 공급되는 불활성 가스가 하향 유동 흐름(down flow)을 가지게 되는 것이다. A vacuum exhaust pipe (not shown) is formed in the lower portion of the chamber 100 to evacuate and exhaust the inert gas supplied from the gas supply pipe (not shown). The inert gas supplied from the gas supply pipe (not shown) to the inside of the chamber 100 has a down flow due to the vacuum pumping force through the vacuum exhaust pipe.

즉, 실리콘 단결정 잉곳(IG)을 성장시키는 도중 챔버(100)의 상부에서는 가스 공급관(미도시)을 통해 계속적으로 불활성 가스가 공급되고, 챔버(100)의 하부에서는 계속적으로 진공 배기관을 통해 진공 펌핑함으로서, 챔버(100) 내부에서 일정한 형태의 가스 유동을 발생시키게 되며, 이러한 가스 유동에 의하여 실리콘 단결정 잉곳의 성장 도중 실리콘 융액(Melt)에서 발생되는 산화물(oxide gas)을 챔버(100)의 외부로 배기시키게 된다.That is, inert gas is continuously supplied through a gas supply pipe (not shown) at an upper portion of the chamber 100 during the growth of the silicon single crystal ingot IG, and vacuum pumping is continuously performed at a lower portion of the chamber 100 through a vacuum exhaust pipe The silicon oxide melt generated from the silicon melt during the growth of the silicon single crystal ingot is discharged to the outside of the chamber 100 by the gas flow, And exhausted.

본 발명은 구체적으로 실리콘 잉곳을 성장시키기 전, 비소 등과 같은 도펀트를 실리콘 융액에 주입하여 사용자가 원하는 비저항을 갖는 실리콘 잉곳으로 성장시키기 위한 도핑 공정에 해당하는 것이며, 도핑 공정을 실시하기 위한 도핑 장치에 대하여 제안한다. Specifically, the present invention corresponds to a doping process for growing a silicon ingot having a specific resistivity desired by a user by injecting a dopant such as arsenic into a silicon melt before growing the silicon ingot. The doping process for doping .

실시예에 따른 도핑 장치(110)는 실리콘 용융액(Melt)과 접촉되지 않으면서, 실리콘 용융액과 소정의 거리를 유지하며 챔버(100) 상부에 지지된다. 상기 도핑 장치(110)는 그 중심이 도가니(105)의 중심과 일치하도록 배치될 수 있으며, 도가니의 중심을 기준으로 대칭을 이루는 원통형의 구조물로 형성될 수 있다. The doping device 110 according to the embodiment is not contacted with the silicon melt but is supported on the chamber 100 at a predetermined distance from the silicon melt. The center of the doping device 110 may be aligned with the center of the crucible 105 and may be formed as a cylindrical structure symmetrical with respect to the center of the crucible.

도핑 장치(110)의 상부에는 상기 도핑 장치(110)를 지지하기 위한 뚜껑부(111)가 구비되고, 상기 뚜껑부(111) 하부에는 도펀트가 충진되기 위한 도펀트 로딩부(113)가 체결될 수 있다. 상기 뚜껑부(111)의 중심에는 상기 도핑 장치(110)를 지지하기 위한 지지부(114)가 마련되고, 상기 지지대(114)와 챔버(100) 상부를 연결하는 연결축(115)에 의해 상기 도핑 장치(110)가 실리콘 용융액 상부에 지지될 수 있다. 이하의 도면에서 상기 도핑 장치(110)의 구성을 더욱 상세히 살펴보기로 한다. A lid part 111 for supporting the doping device 110 is provided on the upper part of the doping device 110 and a dopant loading part 113 for filling the dopant is fastened to the lower part of the lid part 111 have. A support portion 114 for supporting the doping device 110 is provided at the center of the lid portion 111 and a connection shaft 115 connecting the support portion 114 and the upper portion of the chamber 100, The device 110 may be supported on top of the silicon melt. Hereinafter, the configuration of the doping device 110 will be described in more detail.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 단결정 성장 장치 중 도핑 장치만을 나타낸 사시도이다. 2 is a perspective view showing only a doping apparatus among single crystal growing apparatuses according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 실시예에 따른 도핑 장치(110)는 도펀트가 충진되기 위한 공간이 형성되는 도펀트 로딩부(113)과 상기 도펀트 로딩부(113)가 결합되어 지지되기 위한 뚜껑부(111) 및 상기 뚜껑부(111)와 결합된 지지대(114)를 포함할 수 있다. 2, the doping apparatus 110 according to the embodiment includes a dopant loading unit 113 in which a space for filling a dopant is formed, a lid unit 111 for supporting the dopant loading unit 113, And a support 114 coupled to the lid 111.

상기 뚜껑부(111)는 원판 형상의 덮개부(111a)와 상기 덮개부(111a)의 외주부분과 연결되어 하부방향으로 경사지는 경사부(111b)를 포함할 수 있다. 상기 덮개부(111a)의 중심에는 지지대(114)가 고정될 수 있으며, 덮개부(111a)와의 견고한 고정을 위해 가로 세로 방향으로 직교하는 십자 모양의 지지 프레임(116)이 배치될 수 있다. The lid part 111 may include a disk-like lid part 111a and an inclined part 111b connected to the outer peripheral part of the lid part 111a and inclined downward. A support base 114 may be fixed to the center of the lid unit 111a and a cross support frame 116 may be disposed orthogonal to the longitudinal and lateral directions for firm fixation with the lid unit 111a.

그리고, 상기 덮개부(111a)에는 소정의 크기의 개구부를 갖는 복수개의 관통홀(117)이 형성될 수 있다. 상기 관통홀(117)은 챔버 상부에서 투입되는 비활성 가스(Ar)를 통과시키기 위해 형성되는 것으로서, 이후의 도면에서 더욱 상세히 살펴보기로 한다. The lid portion 111a may have a plurality of through holes 117 having openings of a predetermined size. The through hole 117 is formed to pass the inert gas Ar injected from the top of the chamber, and will be described in more detail in the following drawings.

그리고, 상기 경사부(111b)는 원판 형상의 덮개부(111a)의 외주부를 따라 하나로 이어진 경사면이며 하단부가 관통된 깔대기 형상일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 상기 경사부(111b)는 상기 덮개부(111a)에 대해 소정의 각도로 경사지며, 하단부가 소정의 영역만큼 관통될 수 있다. 따라서, 상부에서 투입되는 불활성 가스는 관통홀(117)을 통해 투입되어 경사부(111b)를 따라 흘러내리고, 경사부(111b) 하단부의 관통된 영역은 불활성 가스가 흘러내리는 통로의 역할을 할 수 있다. The inclined portion 111b may be a sloped surface extending along the outer periphery of the disk-shaped lid portion 111a, and may be in the form of a funnel having a lower end penetrated, but is not limited thereto. The inclined portion 111b may be inclined at a predetermined angle with respect to the lid portion 111a, and the lower end may be penetrated by a predetermined area. Accordingly, the inert gas injected from the upper portion flows through the through hole 117 and flows down along the inclined portion 111b, and the penetrated region of the lower end of the inclined portion 111b serves as a passage through which the inert gas flows have.

한편, 상기 뚜껑부(111)의 하부에는 도펀트가 충진되기 위한 소정의 영역이 마련되는 도펀트 로딩부(113)가 결합될 수 있다. 상기 도펀트 로딩부(113)는 덮개부(111a)의 외주면을 따라 아래로 확장되는 원통형상의 외측부(113a)와 상기 외측부(113a)의 하단에서 내부로 연장되는 링 형상의 바닥부(113b), 그리고 상기 링 형상의 바닥부(113b)의 내주부에서 상부로 확장되는 원통 형상의 내측부(113c)를 포함할 수 있다. 즉, 반경 및 폭이 다른 두개의 원통 형상의 부재가 내측 및 외측에 배치되고, 각각의 하단부가 링 형상의 부재로 연결되어 있는 구조로 형성될 수 있다. Meanwhile, a dopant loading unit 113 may be coupled to the lower portion of the lid 111 to provide a predetermined region for filling the dopant. The dopant loading part 113 includes a cylindrical outer side part 113a extending downward along the outer peripheral surface of the lid part 111a and a ring shaped bottom part 113b extending inward from the lower end of the outer side part 113a, And a cylindrical inner portion 113c extending upward from the inner peripheral portion of the ring-shaped bottom portion 113b. That is, a structure in which two cylindrical members having different radii and widths are arranged on the inner side and the outer side, and the lower ends of the cylindrical members are connected by a ring-shaped member.

상기 외측부(113a), 내측부(113c) 및 바닥부(113b)의 결합에 따라 상기 외측부(113a)와 내측부(113c)의 사이 공간에는 도펀트가 로딩되기 위한 공간이 마련될 수 있다. 또한, 내측부(113c)는 경사부(111b)와 소정의 공간만큼 이격되도록 형성될 수 있으며, 상기 공간을 통해 도핑 공정에서 기화된 도펀트가 빠져나오는 통로가 될 수 있다. 이후의 도면에서 이러한 기화된 도펀트의 흐름에 대해 살펴보기로 한다. A space may be provided in the space between the outer side part 113a and the inner side part 113c in accordance with the coupling of the outer side part 113a, the inner side part 113c and the bottom part 113b. In addition, the inner side portion 113c may be spaced apart from the inclined portion 111b by a predetermined space, and may be a passage through which the vaporized dopant escapes through the space. Hereinafter, the flow of such a vaporized dopant will be described.

그리고, 상기 도펀트 로딩부(113)는 뚜껑부(111)와 탈착 가능하도록 제조되며, 도펀트를 상기 도펀트 로딩부(113)에 충진한 후에 상기 도펀트 로딩부(113)를 상기 뚜껑부(111)에 체결할 수 있다. 도면에 도시되진 않았으나, 뚜껑부(111)의 외주면에는 나선형의 홈부가 형성되고, 도펀트 로딩부(113)의 상부면에는 나선형의 돌출홈이 형성됨으로써 상기 도펀트 로딩부(113)를 회전시켜 뚜껑부(111)와의 체결을 실시할 수 있다. The dopant loading part 113 is made detachable from the lid part 111. The dopant loading part 113 is filled with a dopant and then the dopant loading part 113 is attached to the lid part 111 Can be concluded. Although not shown in the drawing, a spiral groove portion is formed on the outer peripheral surface of the lid portion 111, and a spiral protruding groove is formed on the upper surface of the dopant loading portion 113 to rotate the dopant loading portion 113, (111) can be performed.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도핑 장치의 단면도를 나타낸 것이다. 3 is a cross-sectional view of a doping apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하여, 본 발명의 실시예의 도핑 장치에 따라 실리콘 융액에 도핑이 실시되는 과정에 대해 살펴본다. Referring to FIG. 3, the process of doping the silicon melt according to the doping apparatus of the embodiment of the present invention will be described.

우선, 챔버 상부에서 주입되는 불활성 가스(Ar)는 덮개부(111a)의 관통홀을 통해 도핑 장치(110) 내부로 투입되며, 투입된 불활성 가스는 경사부(111b)를 따라 흘러내리고, 내측부(113c)의 내주부에 형성된 공간을 통과하게 된다. 그리고, 실리콘 융액의 온도에 따라 고체상태의 도펀트, 예를 들면 비소(As)는 약 613℃에서 기체로 상태가 변하게 되고, 내측부(113c)와 경사부(111b) 사이의 공간을 통해 흘러나오게 된다. First, the inert gas Ar injected from the upper part of the chamber is introduced into the doping device 110 through the through hole of the lid part 111a. The injected inert gas flows down along the inclined part 111b, Through the space formed in the inner peripheral portion of the inner wall. Depending on the temperature of the silicon melt, the dopant in a solid state, for example, arsenic (As) changes state to a gas at about 613 DEG C and flows out through a space between the inner side portion 113c and the slope portion 111b .

즉, 불활성 가스(Ar)는 A의 방향을 따라 실리콘 융액의 중심부로 하강하게 되며, 내측부(113c)와 경사부(111b) 사이의 공간을 통해 흘러나온 기체상태의 도펀트는 B의 방향을 따라 이동하여 불활성 가스의 하강 흐름과 만나게 된다. 기체상태의 도펀트는 불활성 가스의 흐름에 따라 실리콘 융액의 중심부로 흘러들어가며, 실리콘 융액을 받치고 있는 석영 도가니가 회전을 함으로써, 그 원심력에 의해 기체상태의 도펀트는 실리콘 융액의 전 표면에 걸쳐 균일하게 도핑될 수 있다. That is, the inert gas Ar descends to the central portion of the silicon melt along the direction A, and the gaseous dopant flowing through the space between the inner side portion 113c and the slope portion 111b moves along the direction of B So as to meet the descending flow of the inert gas. The dopant in the gaseous state flows into the center of the silicon melt according to the flow of the inert gas and the quartz crucible supporting the silicon melt rotates so that the gaseous dopant is uniformly doped over the entire surface of the silicon melt by the centrifugal force .

본 발명의 실시예에 따른 도핑 장치는, 불활성 가스가 도핑 장치(110)의 중심부를 통해 집중적으로 흐르는 하강 흐름이 발생하게 되고, 상기 하강 흐름과 합류한 기화된 도펀트는 실리콘 융액의 중심부에서 외곽으로 퍼지게 된다. 이 때, 도핑 장치를 통과한 불활성 가스는 흐트러지지 않고 움직이는 상태인 층류(Laminar Flow)를 형성하기 때문에, 실리콘 융액 내부로 고루 유입될 수 있는 것이다. In the doping apparatus according to the embodiment of the present invention, a descending flow in which the inert gas flows intensively through the center portion of the doping device 110 is generated, and the vaporized dopant joining with the descending flow passes from the center portion of the silicon melt to the outer portion . At this time, since the inert gas passing through the doping device forms a laminar flow in a moving state without being disturbed, it can be uniformly introduced into the silicon melt.

종래 기술의 경우에는 기화된 도펀트가 대류를 통해 실리콘 융액 상부를 이동하다가 난류에 따라 실리콘 융액으로 유입되지 못하고, 챔버 외부로 배출되는 도펀트량이 많았으나, 본 발명에서는 불활성 가스의 흐름을 따라서 실리콘 융액으로 도펀트가 유입되는 양을 향상시킬 수 있다. 또한, 불활성 가스의 흐름에 따라 기화된 도펀트가 난류에 의해 챔버 외부로 배출되지 않기 때문에, 사용자가 원하는 도펀트의 양을 조절하여 정량의 도핑이 가능하며, 타겟으로 하는 비저항을 갖는 실리콘 잉곳을 성장시킬 수 있는 장점이 있다. 그리고, 도핑 장치를 통과하여 실리콘 융액으로 하강한 기화된 도펀트는 불활성 가스와 함께 층류를 형성하기 때문에 실리콘 융액 전 표면에 걸쳐 균일한 도핑을 실시할 수 있다. In the case of the prior art, the vaporized dopant travels over the silicon melt through the convection, but can not flow into the silicon melt due to turbulent flow, and the amount of dopant discharged to the outside of the chamber is large. In the present invention, It is possible to improve the amount of the dopant introduced. In addition, since the vaporized dopant is not discharged to the outside of the chamber due to the turbulent flow according to the flow of the inert gas, the amount of the dopant desired by the user can be controlled so that a predetermined amount of doping can be performed, and a silicon ingot having a specific resistivity to be grown is grown There are advantages to be able to. The vaporized dopant which has passed through the doping device and descended into the silicon melt forms a laminar flow together with the inert gas, so that uniform doping can be performed over the entire surface of the silicon melt.

이하에서는, 본 발명의 도핑 장치(110)를 사용하여 실리콘 융액에 도핑을 실시하는 방법에 대하여 설명한다. Hereinafter, a method of doping the silicon melt using the doping apparatus 110 of the present invention will be described.

도 1 및 2를 참조하여 설명하면, 우선 챔버(100) 내부의 도가니(105)에 실리콘을 넣고 도가니(105)를 가열하여 실리콘을 용융시킨다. 실리콘 용융액은 약 1420℃의 온도로 승온되며, 사용자는 도핑 장치(110)의 뚜껑부(111)와 도펀트 로딩부(113)를 분리하여, 상기 도펀트 로딩부(113)에 원하는 비저항값을 갖기 위한 도펀트를 충진시킨 후, 뚜껑부(111)와 도펀트 로딩부(113)를 체결한다. 그리고, 실리콘 용융액의 상부에 도펀트를 주입하기 위한 도핑 장치(110)가 연결축(115)에 의해 챔버(100) 상단에 지지되도록 배치되며, 상기 도핑 장치의 바닥부(113b)는 실리콘 용융액과 바람직하게 3㎝ 이하의 거리로 이격될 수 있다. 1 and 2, first, silicon is put into a crucible 105 inside a chamber 100, and crucible 105 is heated to melt silicon. The silicon melt is heated to a temperature of about 1420 DEG C and the user separates the lid portion 111 and the dopant loading portion 113 of the doping device 110 to obtain a desired specific resistance value for the dopant loading portion 113 After the dopant is filled, the lid part 111 and the dopant loading part 113 are tightened. A doping device 110 for injecting a dopant into the upper portion of the silicon melt is disposed to be supported at the upper end of the chamber 100 by a connecting shaft 115. The bottom portion 113b of the doping device is preferably formed of a silicon melt To a distance of 3 cm or less.

이어서, 챔버(100) 상부에 형성된 가스 주입관을 통해 주입된 불활성 가스, 예를 들면 아르곤(Ar) 가스는 도핑 장치(110)의 관통홀(117)들을 통해 도핑 장치 내부로 투입된다. 투입된 아르곤 가스는 뚜껑부(111)의 경사부(111b)를 타고 흘러내려, 도펀트 로딩부(113)의 내측면(113c) 안쪽으로 마련된 공간을 통해 실리콘 융액으로 하강하게 된다. 한편, 실리콘 융액의 온도에 따라서 도펀트, 예를 들면 비소(As)는 약 613℃에서 기체상태가 되어 도펀트 로딩부(113)를 빠져나오게 된다. Then, an inert gas such as argon (Ar) gas injected through the gas injection tube formed on the chamber 100 is introduced into the doping device through the through holes 117 of the doping device 110. The introduced argon gas flows down the inclined portion 111b of the lid portion 111 and descends through the space formed inside the inner side surface 113c of the dopant loading portion 113 with the silicon melt. On the other hand, depending on the temperature of the silicon melt, the dopant, for example, arsenic (As) becomes gaseous at about 613 ° C and exits the dopant loading section 113.

즉, 기화된 도펀트는 뚜껑부(111)의 경사부(111b)와 도펀트 로딩부(113)의 내측부(113b) 사이의 틈을 통해 도핑 장치의 중심부로 빠져나오게 되며, 이 때 하강하는 아르곤 가스의 흐름에 따라 실리콘 용융액의 중심부로 이동하게 된다. That is, the vaporized dopant is discharged through the gap between the inclined portion 111b of the lid portion 111 and the inner side portion 113b of the dopant loading portion 113 to the center portion of the doping device. At this time, And moves to the center portion of the silicon melt according to the flow.

도핑 장치의 중심부를 따라 흘러내린 아르곤 가스 및 기화된 도펀트는 실리콘 용융액의 중심을 기준으로 층류를 형성하게 되며, 석영 도가니의 회전에 따라 확산되어, 기화된 도펀트는 실리콘 융액 전 표면에 걸쳐 실리콘 융액 내부로 균일하게 도핑될 수 있다. The argon gas and the vaporized dopant flowing along the center of the doping device form a laminar flow with respect to the center of the silicon melt and diffuse in accordance with the rotation of the quartz crucible so that the vaporized dopant is injected into the silicon melt Lt; / RTI >

사용자는 기설정된 시간만큼 실리콘 융액에 대한 도핑을 실시하거나, 도핑 장치의 무게를 측정하여 초기 도핑장치의 무게와 비교함으로써, 잔존하는 도펀트가 없을 때까지 도핑을 실시할 수 있다.  The user can perform the doping until the remaining dopant is absent by performing doping with respect to the silicon melt by a predetermined time, or by measuring the weight of the doping apparatus with the weight of the initial doping apparatus.

이어서, 종자 단결정을 실리콘 용융액에 접촉시킨 상태에서 회전하면서 서서히 끌어올리면서 종자 단결정 표면에서 용융액을 고체로 응고시킴에 따라 소정의 지름과 비저항을 갖는 단결정 잉곳을 성장시킬 수 있다. Then, a single crystal ingot having a predetermined diameter and resistivity can be grown by solidifying the melt on the surface of the seed crystal while slowly rotating the seed crystal in contact with the silicon melt.

본 발명의 실시예에 따른 도핑 장치를 이용한 도핑 방법에 의하면, 도핑 장치에 상부에서 주입되는 비활성 가스가 상기 도핑 장치를 통해 라미나 플로워를 형성하기 때문에 실리콘 용융액으로 도펀트가 균일하게 도핑될 수 있다. According to the doping method using the doping apparatus according to the embodiment of the present invention, the dopant can be uniformly doped into the silicon melt because the inert gas injected from the top of the doping apparatus forms the laminate through the doping apparatus.

또한, 실리콘 융액과 도핑 장치가 직접 접촉하지 않기 때문에 실리콘 융액의 오염을 최소화할 수 있고, 이로 인해 단결정 성장 수율을 향상시킬 수 있다. Further, since the silicon melt and the doping device are not in direct contact with each other, the contamination of the silicon melt can be minimized, thereby improving the single crystal growth yield.

그리고, 비활성 가스의 라미나 플로우를 이용하여 도핑 시간을 단축시킬 수 있고, 정량의 도핑이 가능하여 사용자가 원하는 비저항을 갖는 실리콘 단결정 잉곳을 제조하는데 유리한 효과가 있다. In addition, the doping time can be shortened by using the laminar flow of the inert gas, and a quantitative doping can be performed, which is advantageous in manufacturing a silicon single crystal ingot having a desired resistivity.

이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood that various modifications and applications other than those described above are possible. For example, each component specifically shown in the embodiments of the present invention can be modified and implemented. It is to be understood that all changes and modifications that come within the meaning and range of equivalency of the claims are therefore intended to be embraced therein.

100 : 챔버 111 : 뚜껑부
105 : 도가니 111a : 덮개부
110 : 도핑 장치 111b : 경사부
120 : 제3 열차폐부 113 : 도펀트 로딩부
130 : 제1 열차폐부 114 : 지지부
140 : 히터 115 : 연결축
150 : 제2 열차폐부 116 : 도펀트
160 : 페데스탈100: chamber 111: lid part
105: Crucible 111a:
110: Doping unit 111b:
120: third train closing part 113: dopant loading part
130: first train closing part 114: support part
140: heater 115: connection shaft
150: second train closing part 116: dopant
160: pedestal

Claims (13)

쵸크랄스키법에 따라 실리콘 융액으로부터 실리콘 단결정을 성장시키기 위한 도핑 장치로서,
실리콘 융액 중심부의 상부에 위치하고, 챔버 상부와 연결되는 뚜껑부; 및
상기 뚜껑부의 외주면과 결합되는 도펀트 로딩부;를 포함하고,
상기 뚜껑부는,
원판 형상의 덮개부와, 상기 덮개부의 외주부에서 중심 방향으로 경사면을 갖는 경사부를 포함하고,
상기 도펀트 로딩부는,
상기 덮개부 외주부와 체결되는 원통 형상의 외측부와, 상기 외측부 내측에 상기 외측부보다 높이와 직경이 작게 형성되는 원통 형상의 내측부와, 상기 외측부와 내측부의 하단을 연결하는 링 형상의 바닥부를 포함하는 단결정 성장용 도핑 장치. 1. A doping apparatus for growing a silicon single crystal from a silicon melt according to a Czochralski method,
A lid part located at the upper part of the center of the silicon melt and connected to the upper part of the chamber; And
And a dopant loading unit coupled to an outer circumferential surface of the lid unit,
The lid part
And an inclined portion having an inclined surface in the center direction on the outer peripheral portion of the lid portion,
The dopant-
And a ring-shaped bottom portion connecting the outer side portion and the lower end of the inner side portion, wherein the inner side portion is formed in the inner side portion of the outer side portion so as to be smaller in height and diameter than the outer side portion, Doping apparatus for growth. 제 1항에 있어서,
상기 덮개부에는 챔버 상부에서 주입되는 불활성 가스가 투입되기 위한 소정의 반경을 갖는 복수개의 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 단결정 성장 장치.The method according to claim 1,
Wherein a plurality of through holes having a predetermined radius for introducing an inert gas injected from an upper portion of the chamber are formed in the lid part. 제 1항에 있어서,
상기 경사부는 상기 덮개부에 대해 소정의 각도를 가지면서 하방으로 확장되고, 상기 경사부의 하단 중심부는 소정의 영역만큼 관통된 것을 특징으로 하는 단결정 성장 장치.The method according to claim 1,
Wherein the inclined portion extends downward at a predetermined angle with respect to the lid portion, and the lower end central portion of the inclined portion penetrates by a predetermined region. 제 1항에 있어서,
상기 내측부의 높이는 실리콘 융액에 의해 기화된 도펀트가 빠져나올 수 있도록 상기 경사부와 소정의 거리만큼 이격되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 도핑 장치. The method according to claim 1,
Wherein the height of the inner side portion is spaced apart from the slope portion by a predetermined distance so that the vaporized dopant can escape by the silicon melt. 제 1항에 있어서,
상기 도펀트 로딩부의 바닥부를 따라 상기 도펀트 로딩부의 가장자리에 도펀트가 충진되는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 도핑 장치.The method according to claim 1,
And a dopant is filled in the edge of the dopant loading part along the bottom of the dopant loading part. 제 1항에 있어서,
상기 뚜껑부를 통과한 불활성 가스는 상기 도펀트 로딩부를 통해 실리콘 융액의 중심부로 흐르고, 도가니의 회전에 따라 실리콘 융액의 수평 방향으로 확산되는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 도핑 장치.The method according to claim 1,
Wherein the inert gas having passed through the lid flows to the center of the silicon melt through the dopant loading part and is diffused in the horizontal direction of the silicon melt according to the rotation of the crucible. 제 6항에 있어서,
실리콘 융액의 온도에 의해 기화된 도펀트는 도펀트 로딩부를 빠져나와, 상기 불활성 가스의 흐름에 따라 이동하여 실리콘 융액에 도핑되는 것을 특징으로 하는 단결정 성장용 도핑 장치.The method according to claim 6,
Wherein the dopant vaporized by the temperature of the silicon melt flows out of the dopant loading portion and moves according to the flow of the inert gas to be doped into the silicon melt. 실리콘 융액이 수용된 도가니를 포함하는 챔버;
상기 도가니를 지지하면서, 상기 도가니를 회전 및 승강시키는 페데스탈;
상기 도가니의 측방향에 마련되어, 상기 도가니를 가열시키는 히터;
상기 도가니를 둘러싸도록 형성되는 열 차폐부재; 및
상기 실리콘 융액의 중심과 소정의 거리만큼 이격되며, 상기 챔버에 지지되는 도핑 장치;를 포함하고,
상기 도핑 장치는 실리콘 융액의 중심을 기준으로 대칭으로 이루어진 원통 형상이며, 상기 도핑 장치의 가장자리 영역에는 도펀트가 충진되기 위한 영역이 마련되고, 상기 도핑 장치의 중심부는 관통되어 있으며,
상기 도핑 장치의 상면에는 소정의 크기로 형성된 복수개의 관통홀이 마련되는 단결정 성장 장치.A chamber including a crucible containing a silicon melt;
A pedestal for supporting and rotating the crucible while supporting the crucible;
A heater provided in a lateral direction of the crucible for heating the crucible;
A heat shielding member formed to surround the crucible; And
And a doping device spaced apart from the center of the silicon melt by a predetermined distance and supported by the chamber,
Wherein the doping device has a cylindrical shape symmetrical with respect to the center of the silicon melt, an edge region of the doping device is provided with a region for doping the dopant, a central portion of the doping device is penetrated,
And a plurality of through holes formed in a predetermined size on the upper surface of the doping device. 삭제delete 제 8항에 있어서,
상기 관통홀의 상부에는 챔버 내부로 아르곤 가스를 투입하기 위한 가스 분사구가 마련되는 것을 특징으로 하는 단결정 성장 장치.9. The method of claim 8,
And a gas injection port for injecting argon gas into the chamber is provided on the upper portion of the through hole. 제 10항에 있어서, 상기 아르곤 가스는 상기 관통홀을 통과하여 도핑 장치의 중심부를 통해 하강 흐름을 갖는 것을 특징으로 하는 단결정 성장 장치. 11. The single crystal growth apparatus of claim 10, wherein the argon gas has a downward flow through the through hole and through the center of the doping apparatus. 제 11항에 있어서,
상기 아르곤 가스와 실리콘 융액에 의해 기화된 도펀트가 실리콘 융액 중심으로 흘러내려, 도가니의 회전에 따라 실리콘 융액의 수평 방향으로 확산하면서 상기 실리콘 융액에 도핑되는 것을 특징으로 하는 단결정 성장 장치. 12. The method of claim 11,
The dopant vaporized by the argon gas and the silicon melt flows down to the center of the silicon melt and is doped into the silicon melt while diffusing in the horizontal direction of the silicon melt along with the rotation of the crucible. 제 8항에 있어서,
상기 챔버 하부에는 실리콘 산화물을 배출시키기 위한 진공 배기관이 마련되는 것을 특징으로 하는 단결정 성장 장치.





9. The method of claim 8,
And a vacuum exhaust pipe for exhausting silicon oxide is provided in the lower portion of the chamber.





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