KR102138121B1 - Apparatus and method for manufacturing silicone single crystal ingot - Google Patents

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Abstract

실시예는 챔버; 상기 챔버의 내부에 구비되고, 실리콘 용융액을 수용하는 도가니; 상기 도가니의 외부 측면에 배치되어, 상기 도가니를 가열하는 제1 열원; 상기 챔버 내에 배치되어 냉각수의 유동 공간을 갖는 수냉관; 및 상기 챔버 내에 배치되는 제2 열원을 더 포함하여 산소석출 핵 형성영역 온도에서의 실리콘 단결정의 체재시간을 조절하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치와 제조 방법을 제공한다.Examples include a chamber; A crucible provided inside the chamber and accommodating a silicon melt; A first heat source disposed on the outer side of the crucible to heat the crucible; A water cooling pipe disposed in the chamber and having a flow space of cooling water; And a second heat source disposed in the chamber to provide a silicon single crystal ingot manufacturing apparatus and a manufacturing method for adjusting the residence time of the silicon single crystal at the temperature of the oxygen precipitation nucleation region.

Description

실리콘 단결정 잉곳 제조 장치 및 제조 방법 {Apparatus and method for manufacturing silicone single crystal ingot} Silicon single crystal ingot manufacturing apparatus and manufacturing method {Apparatus and method for manufacturing silicone single crystal ingot}

본 발명은, 쵸크랄스키법에 따른 실리콘 단결정 잉곳의 제조장치 및 제조방법에 대한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for manufacturing a silicon single crystal ingot according to the Czochralski method.

일반적으로 실리콘 단결정을 제조하는 방법으로서, 플로우팅존 (FZ : Floating Zone)법 또는 초크랄스키(CZ:CZochralski)법이 많이 이용되고 있다. FZ 법을 적용하여 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 경우, 대구경의 실리콘 웨이퍼를 제조하기 어려울 뿐만 아니라 공정 비용이 매우 비싼 문제가 있기 때문에, CZ 법에 의거하여 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 것이 일반화되어 있다.In general, as a method for manufacturing a silicon single crystal, a floating zone (FZ: Floating Zone) method or a CZ: CZochralski (CZ) method is frequently used. When the silicon single crystal ingot is grown by applying the FZ method, it is difficult to manufacture a large-diameter silicon wafer, and there is a problem that a process cost is very high. Therefore, it is common to grow a silicon single crystal ingot based on the CZ method.

CZ 법에 의하면, 석영 도가니에 다결정 실리콘을 장입하고, 흑연 발열체를 가열하여 이를 용융시킨 후, 용융 결과 형성된 실리콘 용융액에 씨드(seed) 결정을 침지시키고, 용융액 계면에서 결정화가 일어나도록 하여 씨드 결정을 회전하면서 인상시킴으로써 단결정 실리콘 잉곳이 육성된다. 이후, 육성된 실리콘 단결정 잉곳을 슬라이싱(slicing), 에칭(etching) 및 연마(polishing) 하여 웨이퍼 형태로 만든다.According to the CZ method, after charging polycrystalline silicon into a quartz crucible and heating the graphite heating element to melt it, the seed crystal is immersed in the formed silicon melt, and crystallization occurs at the interface of the melt. A single crystal silicon ingot is grown by pulling while rotating. Thereafter, the grown silicon single crystal ingot is sliced, etched, and polished to form a wafer.

이와 같은 CZ법에 의한 단결정 제조 장치는 메인 히터가 설치되어 있는 부분, 즉 핫존(Hot zone)의 하부에서는 온도가 높고, 핫존(Hot zone) 상부는 온도가 낮아지기 때문에 실리콘 단결정 잉곳의 인상 방향으로 온도 경사가 존재하게 되며, 이는 성장하는 실리콘 단결정 잉곳에 종축 방향으로 온도 불균일을 일으키게 된다. In the single crystal manufacturing apparatus according to the CZ method, since the temperature is high in the portion where the main heater is installed, that is, in the lower part of the hot zone, and in the upper part of the hot zone, the temperature is lowered, so the temperature in the pulling direction of the silicon single crystal ingot There is an inclination, which causes temperature unevenness in the longitudinal direction of the growing silicon single crystal ingot.

한편, 실리콘 단결정 잉곳 내에 형성되는 산소 석출물인 BMD(Bulk Micro Defect)는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 과정에 있어서의 산소 농도 및 실리콘 단결정 잉곳에 가해지는 온도의 영향을 받으며, 특히 비교적 저온 영역인 850℃ 이하에서의 실리콘 단결정 잉곳의 체재시간에 따라 단결정 내 BMD 밀도의 차이가 나타나게 된다. On the other hand, BMD (Bulk Micro Defect), which is an oxygen precipitate formed in a silicon single crystal ingot, is affected by the oxygen concentration in the growth process of the silicon single crystal ingot and the temperature applied to the silicon single crystal ingot, in particular, a relatively low temperature region of 850°C or less The difference in the BMD density in the single crystal appears depending on the residence time of the silicon single crystal ingot at.

상술한 CZ법에 의한 실리콘 단결정 잉곳의 제조에 있어서도, 잉곳의 성장 방향, 즉 실리콘 단결정 잉곳의 종축 방향으로의 온도 불균형으로 인하여 BMD형성 온도에서의 체재시간의 불균일이 일어나게 되며, 이는 실리콘 단결정 잉곳의 종축 방향으로의 품질에 영향을 미치게 된다. 이 경우 실리콘 단결정 잉곳의 성장 시 잉곳 주변의 산소 농도가 동일한 조건이라면, 상대적으로 실리콘 단결정 잉곳의 길이가 짧은 제조 공정의 초기 단계, 즉 성장된 잉곳의 상부는 산소석출 핵 형성영역에서의 체재시간이 충분하게 되어 BMD의 밀도가 커지게 되나, 실리콘 단결정 잉곳이 이미 어느 정도 성장된 이후에 성장하게 되는 잉곳 하부의 경우에는 산소석출 핵 형성영역에서의 체재시간이 잉곳 상부보다 짧아지게 되어 BMD 밀도가 상부보다 낮아지게 되므로 실리콘 단결정 잉곳 내에서 BMD 밀도의 불균일이라는 문제점이 생기게 된다.Even in the production of the silicon single crystal ingot by the CZ method described above, unevenness of the residence time at the BMD formation temperature occurs due to the temperature imbalance in the growth direction of the ingot, that is, the longitudinal direction of the silicon single crystal ingot, which is caused by the silicon single crystal ingot. It affects the quality in the longitudinal direction. In this case, if the oxygen concentration around the ingot is the same during the growth of the silicon single crystal ingot, the initial stage of the manufacturing process in which the length of the silicon single crystal ingot is relatively short, that is, the upper portion of the grown ingot has a residence time in the oxygen precipitation nucleation region. The density of BMD becomes large enough, but in the case of the lower portion of the ingot that is grown after the silicon single crystal ingot has already grown to some extent, the residence time in the oxygen precipitation nucleation region becomes shorter than the upper portion of the ingot, thereby increasing the BMD density. Since it becomes lower, there is a problem of non-uniformity of BMD density in the silicon single crystal ingot.

이러한 BMD 밀도의 불균일을 개선하기 위한 방법으로 실리콘 단결정 잉곳의 길이가 길어질수록 제조 공정 중 산소 농도를 증가시키는 방법과 실리콘 단결정 잉곳의 제조 공정 이후에 추가로 열처리를 하는 에프터 히트 방법이 제안되고 있으나, 산소 농도를 조절하는 방법의 경우 상부보다 하부의 산소 농도를 높게 유지하는 것은 기술상 구현이 어려워 개선방법으로 사용하는데 제한이 있으며, 에프터 히트 공정을 추가하는 방법이 일반적으로 사용되고 있으나, 이는 단결정 잉곳 제조 공정 이후에 추가 공정을 더 필요로 하게 되므로 조업 시간의 증가로 생산성이 감소되는 문제점이 있다.As a method for improving the non-uniformity of the BMD density, as the length of the silicon single crystal ingot increases, a method of increasing the oxygen concentration in the manufacturing process and an after heat method of additionally heat-treating after the manufacturing process of the silicon single crystal ingot have been proposed. In the case of the method of adjusting the oxygen concentration, maintaining the oxygen concentration at the lower portion than the upper portion is difficult to implement in technology, so it is limited to use as an improvement method, and a method of adding an after-heat process is generally used, but this is a single crystal ingot manufacturing process Since there is a need for additional processes afterwards, there is a problem in that productivity decreases due to an increase in operating time.

아래 표1은 300mm 실리콘 단결정 잉곳 제조 공정에서 단결정의 종축 방향으로의 위치에 대한 산소석출 핵 형성영역에서의 체재시간을 나타낸 것으로서, 초기에 성장한 단결정 잉곳의 상부가 단결정 잉곳의 하부보다 체재 시간이 3~4배 정도 길게 나타나는 것을 알 수 있다. Table 1 below shows the residence time in the oxygen precipitation nucleation region for the position in the longitudinal direction of the single crystal in the 300 mm silicon single crystal ingot manufacturing process, where the upper portion of the initially grown single crystal ingot is 3 times longer than the lower portion of the single crystal ingot. You can see that it appears about 4 times longer.

단결정 위치Single crystal position 단결정 상부Monocrystalline top 단결정 중간부Single crystal middle part 단결정 하부Single crystal bottom 체재 시간 (min)Stay time (min) 448448 352352 133133 비율ratio 1.001.00 0.790.79 0.300.30

실시예는 실리콘 단결정 잉곳의 제조 장치에서 생산되는 단결정 잉곳의 종축방향의 BMD 밀도를 균일하게 하여 잉곳의 품질을 향상시키고자 한다. The embodiment is intended to improve the quality of the ingot by making the BMD density in the longitudinal direction of the single crystal ingot produced in the manufacturing apparatus of the silicon single crystal ingot uniform.

실시예는 챔버; 상기 챔버의 내부에 구비되고, 실리콘 용융액을 수용하는 도가니; 상기 챔버의 내부에 구비되고, 상기 도가니의 외부 측면에 배치되어, 상기 도가니를 가열하는 제1 열원; 상기 챔버 내에 배치되어 냉각수의 유동 공간을 갖는 수냉관; 상기 챔버 내에 배치되어 수냉관 및 성장하는 실리콘 단결정 잉곳의 사이 공간에 위치하는 제2 열원; 및 상기 제2 열원을 조절하여 산소석출 핵 형성영역에서의 체재시간을 조절하도록 하는 제어부를 포함하는 실리콘 단결정 제조 장치를 제공한다.Examples include a chamber; A crucible provided inside the chamber and accommodating a silicon melt; A first heat source provided inside the chamber and disposed on an outer side of the crucible to heat the crucible; A water cooling pipe disposed in the chamber and having a flow space of cooling water; A second heat source disposed in the chamber and positioned in a space between a water cooling tube and a growing silicon single crystal ingot; And it provides a silicon single crystal manufacturing apparatus including a control unit to control the second heat source to adjust the residence time in the oxygen precipitation nucleation region.

상기 제2 열원은 적어도 2개 이상의 분리된 열원으로 구성될 수 있다.The second heat source may consist of at least two separate heat sources.

상기 제어부는 상기 분리된 제2 열원의 파워를 각각 제어하여 산소석출 핵 형성영역에서의 체재시간을 조절할 수 있다.The control unit may control the power of each of the separated second heat sources to adjust the residence time in the oxygen precipitation nucleation region.

다른 실시예는 상기 챔버, 도가니, 제1 열원, 수냉관, 제2 열원 및 제어부로 구성된 실리콘 단결정 제조 장치에서 수행되는 실리콘 단결정 잉곳 제조에 있어서, 제2 열원을 제어하여 산소석출 핵 형성영역에서의 실리콘 단결정 잉곳의 체재시간을 조절하는 실리콘 단결정 잉곳의 제조 방법을 제공한다.In another embodiment, in the production of a silicon single crystal ingot performed in a silicon single crystal manufacturing apparatus consisting of the chamber, a crucible, a first heat source, a water cooling tube, a second heat source, and a control unit, the second heat source is controlled to form oxygen precipitation in the nucleation region. Provided is a method of manufacturing a silicon single crystal ingot that adjusts a residence time of a silicon single crystal ingot.

상기 체재시간을 조절하는 단계는 실리콘 단결정 잉곳 하부의 산소석출 핵 형성영역에서의 제1 체재시간이 제2 열원이 없는 경우의 제2 체재시간에 비하여 1 내지 4배가 되도록 조절하는 단계일 수 있다. The step of adjusting the stay time may be a step of adjusting the first stay time in the oxygen precipitation nucleation region under the silicon single crystal ingot to be 1 to 4 times that of the second stay time when there is no second heat source.

상기 제2 열원은 단결정 실리콘 잉곳의 제조 공정 중 바디 공정에서 동작하도록 제어될 수 있으며, 바디공정 중 성장하는 단결정의 상부와 하부의 산소석출 핵 형성영역에서의 체재시간이 동일하도록 제2 열원을 제어할 수 있다.The second heat source may be controlled to operate in the body process during the manufacturing process of the single crystal silicon ingot, and the second heat source is controlled such that the residence time in the oxygen precipitation nucleation region of the upper and lower portions of the single crystal growing during the body process is the same. can do.

상기 체재시간은 제2 열원의 파워를 조절하여 조절할 수 있으며, 상기 제2 열원의 파워 조절은 시뮬레이션에 의하여 제2 열원의 파워에 따른 산소석출 핵 형성온도 영역에 해당하는 실리콘 단결정 잉곳의 길이를 구하는 단계; 상기 실리콘 단결정 잉곳의 길이를 잉곳의 인상속도로 나누어 산소석출 핵 형성온도 영역에서의 체재시간을 산출하는 단계; 상기 산출된 체재시간이 실리콘 단결정 잉곳의 종축 방향으로 동일하도록 제2 열원의 파워를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.The length of stay can be adjusted by adjusting the power of the second heat source, and the power of the second heat source is calculated to obtain the length of the silicon single crystal ingot corresponding to the nucleation temperature region of oxygen precipitation according to the power of the second heat source. step; Dividing the length of the silicon single crystal ingot by the pulling rate of the ingot to calculate a residence time in the temperature region of oxygen precipitation nucleation; And adjusting the power of the second heat source so that the calculated residence time is the same in the longitudinal direction of the silicon single crystal ingot.

실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치 및 제조 방법에 의하여, 실리콘 단결정 잉곳의 생산 시 종축 방향으로의 산소석출 핵 형성영역에서의 체재시간을 조절할 수 있으며, 길이 방향으로 체재시간이 동일하게 되도록 제어하여 BMD 밀도를 균일하도록 함으로써 실리콘 단결정 잉곳의 품질을 개선할 수 있다.According to the silicon single crystal ingot manufacturing apparatus and manufacturing method according to the embodiment, when the silicon single crystal ingot is produced, the residence time in the oxygen precipitation nucleation region in the longitudinal direction can be adjusted, and the residence time is controlled to be the same in the longitudinal direction. By making the BMD density uniform, the quality of the silicon single crystal ingot can be improved.

도 1은 실리콘 단결정 제조 장치의 일 실시예를 나타낸 도면이고,
도 2는 제2 열원이 복수 개로 배치되는 경우를 나타낸 도면이고,
도 3a 내지 3c는 제2 열원의 형상에 관한 실시예들을 나타낸 도면이고,
도 4a 내지 4b는 제2 열원의 형상에 관한 일 실시예 및 그 배치를 나타낸 도면이고,
도 5a 내지 5b는 제2 열원에서의 발열부의 위치를 나타낸 도면이고,
도 6은 제2 열원의 파워와 산소석출 핵 형성영역에서의 체재시간의 관계를 나타낸 그래프이고,
도 7a 내지 7c는 제2 열원이 도입된 실시예와 비교예에서의 잉곳의 길이방향으로의 온도분포를 나타낸 도면이고,
도 8은 제2 열원이 도입된 실시예와 비교예에서의 차이를 나타낸 그래프이다.1 is a view showing an embodiment of a silicon single crystal manufacturing apparatus,
2 is a view showing a case in which a plurality of second heat sources are arranged,
3A to 3C are views showing embodiments of the shape of the second heat source,
4A to 4B are views showing an embodiment and arrangement of the shape of the second heat source,
5a to 5b are views showing the position of the heating unit in the second heat source,
6 is a graph showing the relationship between the power of the second heat source and the residence time in the oxygen precipitation nucleation region,
7A to 7C are views showing a temperature distribution in the longitudinal direction of an ingot in Examples and Comparative Examples in which a second heat source was introduced,
8 is a graph showing the difference between the example in which the second heat source is introduced and the comparative example.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. Hereinafter, examples will be described to specifically describe the present invention, and the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments according to the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art.

도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.In the drawings, the thickness or size of each layer is exaggerated, omitted, or schematically illustrated for convenience and clarity. Also, the size of each component does not entirely reflect the actual size.

도 1은 일 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치의 단면도를 나타낸 도면이다.1 is a cross-sectional view of a silicon single crystal ingot manufacturing apparatus according to an embodiment.

실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치(100)는 내부에 실리콘(Si) 용융액으로부터 실리콘 단결정 잉곳이 성장하기 위한 공간이 형성되는 챔버(1), 상기 실리콘 용융액이 수용되기 위한 도가니(10), 상기 도가니(10)를 가열하기 위한 제1 열원(20), 상기 실리콘 단결정 잉곳을 냉각하기 위한 수냉관(30), 챔버 내부에 배치되는 제2 열원(40) 및 상기 제2 열원(40)을 제어하는 제어부(50)를 포함할 수 있다. The silicon single crystal ingot manufacturing apparatus 100 according to the embodiment includes a chamber 1 in which a space for growing a silicon single crystal ingot from a silicon (Si) melt is formed, a crucible 10 for receiving the silicon melt, the Controlling a first heat source 20 for heating the crucible 10, a water cooling tube 30 for cooling the silicon single crystal ingot, a second heat source 40 disposed inside the chamber, and the second heat source 40 It may include a control unit 50.

챔버(1)는 내부에 캐비티(cavity)가 형성된 원통 형상일 수 있고, 상기 챔버(1)의 상부에는 풀(Pull) 챔버가 연통하여 배치될 수 있다.The chamber 1 may have a cylindrical shape with a cavity formed therein, and a pull chamber may be disposed in communication with the upper portion of the chamber 1.

도가니(10)는 상기 챔버(1)의 중앙 영역에 배치될 수 있으며, 실리콘 용융액이 수용될 수 있도록 전체적으로 오목한 그릇의 형상일 수 있다. 그리고, 상기 도가니(10)는, 상기 실리콘 용융액과 직접 접촉되는 석영 도가니(11)와, 상기 석영 도가니(11)의 외면을 둘러싸면서 상기 석영 도가니(11)를 지지하는 흑연 도가니(12)로 이루어질 수 있다.The crucible 10 may be disposed in the central region of the chamber 1, and may be in the shape of a concave bowl as a whole to accommodate the silicon melt. In addition, the crucible 10 is made of a quartz crucible 11 in direct contact with the silicon melt and a graphite crucible 12 surrounding the outer surface of the quartz crucible 11 and supporting the quartz crucible 11. Can.

상기 도가니(10)의 측면에는 상기 도가니(10)를 향하여 열을 방출하기 위한 제1 열원(20)이 위치할 수 있다. 상기 제1 열원(20)은 도가니(10)의 외주면과 소정 간격 이격되어 도가니 측부를 에워싸도록 원통형으로 배치될 수 있으며 제1 열원(20)의 소재는 열전도성 및 내열성이 우수하고 열팽창율이 낮아 열에 의해 쉽게 변형되지 않으며 열충격에 강한 소자, 예를 들면, 흑연(GRAPHITE) 재질일 수 있으나 실시예는 이에 국한되지 않는다.A first heat source 20 for discharging heat toward the crucible 10 may be located on a side surface of the crucible 10. The first heat source 20 may be arranged in a cylindrical shape to be spaced apart from the outer circumferential surface of the crucible 10 to surround the crucible side, and the material of the first heat source 20 is excellent in thermal conductivity and heat resistance, and has a thermal expansion rate. It is low and is not easily deformed by heat, and may be a device that is resistant to thermal shock, for example, graphite (GRAPHITE) material, but embodiments are not limited thereto.

수냉관(30)은 전체적으로 상하 방향으로 긴 중공형의 원통 형상일 수 있으며, 실리콘 단결정 잉곳의 상방에 해당하는 상기 챔버(1)의 상면에 고정된다. 그리고, 상기 수냉관(30)의 내부에는, 상기 실리콘 단결정 잉곳의 냉각을 위한 물이 유동하기 위한 유로가 형성된다. 실리콘 단결정 잉곳의 쿨링(cooling) 과정이 수행되는 동안, 상기 실리콘 단결정 잉곳은 상기 수냉관(30)의 내측에 위치되고 수냉관(30)을 통하여 물이 유동하는 방식으로 상기 실리콘 단결정 잉곳이 냉각될 수 있다.The water cooling pipe 30 may have a hollow cylindrical shape that is long in the vertical direction as a whole, and is fixed to the upper surface of the chamber 1 corresponding to the upper side of the silicon single crystal ingot. And, inside the water cooling pipe 30, a flow path is formed through which water for cooling the silicon single crystal ingot flows. While the cooling process of the silicon single crystal ingot is performed, the silicon single crystal ingot is cooled in a manner that the silicon single crystal ingot is located inside the water cooling pipe 30 and water flows through the water cooling pipe 30. Can.

도 1에 도시된 바와 같이 제2 열원(40)은 챔버(1) 내부에 배치되며 수냉관(30)과 실리콘 단결정 잉곳(IG)의 사이 공간에 위치될 수 있다. 상기 제2 열원(40)은 상기 수냉관(30)과 대응하는 높이에 배치될 수 있으며, 보다 상세하게는 수냉관(30)의 상부에 해당하는 위치에 배치될 수 있다.As shown in FIG. 1, the second heat source 40 is disposed inside the chamber 1 and may be located in a space between the water cooling tube 30 and the silicon single crystal ingot (IG). The second heat source 40 may be disposed at a height corresponding to the water cooling pipe 30, and more specifically, may be disposed at a position corresponding to an upper portion of the water cooling pipe 30.

도 2에서 도시된 바와 같이 제2 열원(40)은 적어도 2개 이상의 분리된 열원(40a, 40b)으로 구성될 수 있으며, 상기 2개 이상으로 분리된 제2 열원(40a, 40b)은 수직 방향으로 나란히 배치될 수 있다. As illustrated in FIG. 2, the second heat source 40 may be composed of at least two or more separated heat sources 40a and 40b, and the second heat source 40a and 40b separated by two or more may be vertical. Can be placed side by side.

도 3a 내지 도 3c는 제2 열원(40)의 형태에 대한 실시예를 나타낸 것으로서, 도3a는 제2 열원이 성장하는 실리콘 단결정 잉곳과 이격되어 실리콘 단결정 잉곳의 외주면을 감싸도록 상,하면이 개방된 원통 형상인 경우를 개략적으로 나타낸 것이며, 도 3b 내지 도 3c는 제조하는 실리콘 단결정 잉곳의 직경에 따라 실리콘 단결정 잉곳 및 수냉관 사이에 위치될 수 있게 조절이 가능하도록 원통의 측면이 적어도 두 곳 이상 분리된 형태의 원통 형상을 개략적으로 나타낸 것이다. 3A to 3C show an embodiment of the shape of the second heat source 40, and FIG. 3A is spaced apart from a silicon single crystal ingot where the second heat source grows to open the upper and lower surfaces to surround the outer circumferential surface of the silicon single crystal ingot. Figure 3b to Figure 3c is a schematic view showing the case of the cylindrical shape, at least two sides of the cylinder so that it can be adjusted to be positioned between the silicon single crystal ingot and the water cooling tube according to the diameter of the silicon single crystal ingot to be manufactured It is a schematic representation of a separate cylindrical shape.

도 4a는 제2 열원의 측면이 경사를 가지는 형상을 개략적으로 나타낸 것으로서 개방된 상면의 반지름(r1)이 개방된 하면의 반지름(r2)보다 작은 변형된 형태의 원통 형상일 수 있다. 이는 도 4b에 개략적으로 도시한 바와 같이 실리콘 단결정 잉곳의 외주면을 기준으로 제2 열원의 상부까지의 거리(d1)가 실리콘 단결정 잉곳의 외주면에서 제2 열원의 하부까지의 거리(d2)보다 짧게 되는 형태를 가질 수 있으며, 이러한 변형된 형태의 제2 열원이 배치될 경우 제2 열원의 상부가 성장하는 실리콘 단결정 잉곳에 더 인접하게 되어 단결정 잉곳의 성장 시 상대적으로 상부가 하부에 비하여 빠르게 냉각되어 발생하는 열적 불균형을 개선시킬 수 있다. FIG. 4A schematically shows a shape in which the side surface of the second heat source has an inclination, and may have a cylindrical shape of a modified shape in which the radius r1 of the opened upper surface is smaller than the radius r2 of the opened lower surface. As shown schematically in FIG. 4B, the distance d1 from the outer circumferential surface of the silicon single crystal ingot to the bottom of the second heat source is shorter than the distance d2 from the outer circumferential surface of the silicon single crystal ingot. It may have a shape, and when the second heat source of such a modified shape is disposed, the upper portion of the second heat source is more adjacent to the growing silicon single crystal ingot, so that when the single crystal ingot is grown, the upper portion is cooled faster than the lower portion. To improve the thermal imbalance.

제2 열원(40)은 전류 공급 로드로부터 전류가 제2 열원(40)으로 공급되도록 하여 동작을 제어할 수 있다. 제2 열원(40)은 제1 열원(20)과 같은 형태일 수 있으며, 열전도성이 우수하고 고온에서 내구성인 강한 물질, 예를 들면 텅스텐, 흑연으로 이루어질 수 있다. The second heat source 40 may control operation by allowing current to be supplied from the current supply load to the second heat source 40. The second heat source 40 may have the same shape as the first heat source 20, and may be made of a strong material having excellent thermal conductivity and durability at high temperatures, for example, tungsten, graphite.

상기 제2 열원(40)에서 발열부(41)는 코일 형태로 배치될 수 있으며, 제2 열원(40)의 전면에 고르게 발열부(41)가 배치되거나, 도 5a에서와 같이 제2 열원(40)의 전체 면적 중 일부 영역에 집중될 수 있으며, 도 5b에서와 같이 분할된 영역(41a. 41b)에 각각 배치되도록 하여 독립적으로 발열이 조절될 수 있도록 할 수 있다. 도 5b와 같이 제2 열원(40)의 상면 및 하면과 근접하게 각각 발열부를 배치할 경우 제2 열원의 위치에서 성장하는 실리콘 단결정 잉곳의 상, 하부의 온도를 독립적으로 제어하게 될 수 있다.In the second heat source 40, the heat generating part 41 may be arranged in a coil form, and the heat generating part 41 is evenly disposed on the front surface of the second heat source 40, or as shown in FIG. 5A, the second heat source ( 40) may be concentrated in a part of the entire area, and may be independently controlled to generate heat by being disposed in the divided areas 41a. 41b as shown in FIG. 5B. As shown in FIG. 5B, when the heat generating units are disposed close to the upper and lower surfaces of the second heat source 40, the temperature of the upper and lower portions of the silicon single crystal ingot growing at the position of the second heat source can be independently controlled.

상기 제2 열원(40)은 제어부(50)에 의하여 동작이 조절될 수 있다.The operation of the second heat source 40 may be controlled by the control unit 50.

상기 제어부(50)에 의하여 제어된 제2 열원(40)의 동작으로 단결정 실리콘 잉곳의 제조 공정 중에 성장하는 실리콘 단결정 잉곳의 산소석출 핵 형성온도 영역에서의 체재시간을 조절할 수 있다. 상기 산소석출 핵 형성영역은 400℃ 내지 800℃ 온도범위일 수 있으며, 보다 상세하게는 450℃ 내지 650℃일 수 있다.With the operation of the second heat source 40 controlled by the control unit 50, the residence time in the region of the temperature of the formation of oxygen precipitation nuclei of the silicon single crystal ingot grown during the manufacturing process of the single crystal silicon ingot can be adjusted. The oxygen precipitation nucleation region may be in a temperature range of 400°C to 800°C, and more specifically, 450°C to 650°C.

상기 산속석출 핵 형성영역, 특히 450℃ 내지 650℃의 온도 범위에서의 체재 시간의 차이가 BMD 밀도의 불균일에 영향을 주는 바, 이 온도 영역에서의 체재시간을 조절하여 단결정 실리콘 잉곳 내부의 BMD 밀도를 제어하여 단결정의 품질을 개선할 수 있다.The difference in the residence time in the acid precipitation nucleation region, particularly in the temperature range of 450°C to 650°C, affects the non-uniformity of the BMD density. By adjusting the residence time in this temperature range, the BMD density inside the single crystal silicon ingot By controlling, it is possible to improve the quality of a single crystal.

도 2에서 도시된 복수 개의 분할된 구조를 가지는 제2 열원(40a, 40b)의 경우 실리콘 단결정 잉곳의 길이에 따라 분할된 제2 열원(40a, 40b)의 제어를 각 제어부(50a, 50b)에 의하여 달리할 수 있으며, 이러한 독립적인 제어에 의하여 성장하는 실리콘 단결정 잉곳 내에서 산소 석출 핵 형성영역에서의 체재시간을 동일하게 조절하여 내부에서의 열적 균형을 기대할 수 있다.In the case of the second heat sources 40a and 40b having a plurality of divided structures shown in FIG. 2, the control of the second heat sources 40a and 40b divided according to the length of the silicon single crystal ingot is applied to each control unit 50a and 50b. It can be different, and the thermal balance inside can be expected by adjusting the stay time in the oxygen precipitation nucleation region in the silicon single crystal ingot grown by the independent control.

상기 제어부(50)는 실리콘 단결정 잉곳의 제조 공정에서의 제2 열원(40)의 파워를 입력하는 입력부; 상기 입력된 제2 열원(40)에서의 실리콘 단결정 잉곳의 길이방향으로의 온도 분포를 시뮬레이션하여 산소석출 핵 형성영역에 해당하는 단결정의 구간 내 길이를 구하는 길이 산출부; 상기 산출된 잉곳의 길이를 인상속도로 나누어 해당 단결정 잉곳의 특정 위치에서의 산소석출 핵 형성영역에서의 체재시간을 구하는 체재시간 결정부; 및 상기 단결정 실리콘 잉곳의 종축방향으로의 산소석출 핵 형성영역에서의 체재시간을 동일하게 하기 위하여 제2 열원(40)의 파워를 조절하는 발열조절부를 포함할 수 있다.The control unit 50 includes an input unit for inputting the power of the second heat source 40 in the manufacturing process of the silicon single crystal ingot; A length calculation unit for calculating a length in a section of a single crystal corresponding to an oxygen precipitation nucleation region by simulating a temperature distribution in the longitudinal direction of the silicon single crystal ingot in the input second heat source 40; A stay time determination unit for dividing the calculated length of the ingot by the pulling speed to obtain a stay time in an oxygen precipitation nucleation region at a specific position of the single crystal ingot; And it may include a heating control unit for adjusting the power of the second heat source 40 in order to equal the residence time in the oxygen precipitation nucleation region in the longitudinal direction of the single crystal silicon ingot.

상기 제2 열원(40)은 실리콘 단결정 잉곳의 제조 공정 동안 제어될 수 있다. The second heat source 40 can be controlled during the manufacturing process of a silicon single crystal ingot.

잉곳의 제조 공정이란, 멜팅(Melting) 공정, 안정화(Stabilization) 공정, 네킹(Necking) 공정, 쇼울더(Shoulder) 공정, 바디(Body) 공정 및 테일(Tailing) 공정 중 적어도 하나의 공정을 포함한다. The manufacturing process of the ingot includes at least one of a melting process, a stabilization process, a necking process, a shoulder process, a body process, and a tailing process.

멜팅 공정은 실리콘의 고순도 다결정 원료를 융점 이상의 온도로 가열시켜 실리콘 용융액으로 변환시키는 공정을 의미한다. 상기 멜팅 공정 이후에 안정화 공정이 이어지며, 안정화 공정은 세트(Set)공정 및 딥(Dip)공정을 포함한다. 세트 공정이란, 고순도 다결정 원료를 실리콘 용융액으로 변화시킨 후에 실리콘 용융액 표면의 파동이 잠잠할 때까지 대기하는 공정을 의미하며, 세트 공정과 동시에 또는 세트 공정 이후에 딥 공정을 수행한다. 딥 공정은 인상부에서 인상 와이어를 풀어 실리콘 용융액의 표면의 중심부에 종결정의 선단을 접촉 또는 침지시키는 것이다.Melting process refers to a process of converting a high-purity polycrystalline raw material of silicon to a silicon melt by heating to a temperature above the melting point. After the melting process, a stabilization process is continued, and the stabilization process includes a set process and a dip process. The set process refers to a process in which a high-purity polycrystalline raw material is changed into a silicon melt and then waits until the surface of the silicon melt is quiet, and a dip process is performed simultaneously with or after the set process. In the dip process, the tip of the seed crystal is contacted or immersed in the center of the surface of the silicon melt by releasing the pull wire from the pull.

상기 안정화 공정 이후, 네킹 공정에서는 종결정으로부터 가늘고 긴 잉곳을 성장시키며, 상기 네킹 공정 이후에는 쇼울더 공정을 수행한다. 쇼율더 공정에서는 잉곳을 직경 방향으로 성장시켜 잉곳의 직경을 잉곳 바디의 목표 직경으로 만든다.After the stabilization process, an elongated ingot is grown from a seed crystal in a necking process, and a shoulder process is performed after the necking process. In the Shoulder process, the ingot is grown in the radial direction to make the diameter of the ingot the target diameter of the ingot body.

상기 쇼율더 공정 이후에는 바디 공정을 수행한다. 바디 공정에서는 목표 직경을 갖도록 잉곳의 바디를 성장시켜 육성한다. 상기 바디 공정 이후, 테일 공정을 수행한다. 테일 공정에서, 잉곳의 직경을 서서히 감소시켜 실리콘 용융액과 잉곳을 분리시킨다.After the show rater process, a body process is performed. In the body process, the body of the ingot is grown and grown to have a target diameter. After the body process, a tail process is performed. In the tail process, the diameter of the ingot is gradually reduced to separate the silicon melt from the ingot.

즉, 실시예에서는 멜팅 공정, 안정화 공정, 네킹 공정, 쇼울더 공정, 바디 공정 및 테일 공정이 수행되는 전체 공정 동안 또는 상기 제조 공정 중 적어도 하나의 공정에서 제2 열원을 작동시킬 수 있다. 보다 상세하게는 상기 제조 공정 중 바디공정에서 제2 열원을 제어하여 실리콘 단결정 잉곳 제조시 종축방향으로의 산소석출 핵 형성영역에서의 체재시간을 제어할 수 있다. That is, in the embodiment, the second heat source may be operated during the entire process in which the melting process, the stabilization process, the necking process, the shoulder process, the body process and the tail process are performed, or in at least one of the manufacturing processes. More specifically, during the manufacturing process, the second heat source may be controlled in the body process to control the residence time in the oxygen precipitation nucleation region in the longitudinal direction when manufacturing a silicon single crystal ingot.

실시예의 실리콘 단결정 잉곳 제조장치에서는 제2 열원(40)을 조절하여 잉곳 하부의 산소석출 핵 형성영역에서의 체재시간인 제1 체재시간을 단결정의 종축 방향의 위치에 따라 제2 열원이 없는 경우인 종래의 실리콘 단결정 잉곳 제조장치에서의 체재시간인 제2 체재시간에 대비하여 1 내지 4배의 시간을 가지도록 조절할 수 있다.In the silicon single crystal ingot manufacturing apparatus of the embodiment, by adjusting the second heat source 40, the first residence time, which is the residence time in the oxygen precipitation nucleation region under the ingot, is the case where there is no second heat source depending on the position of the longitudinal direction of the single crystal It can be adjusted to have a time of 1 to 4 times as compared with the second stay time, which is the stay time in the conventional silicon single crystal ingot manufacturing apparatus.

이는 종래의 실리콘 단결정 잉곳의 제조 과정에서 산소석출 핵 형성영역에서의 체재시간이 잉곳의 성장 초기(실리콘 단결정의 상부)가 성장 후기(실리콘 단결정의 하부)에 비하여 3 내지 4배 정도 길게 나타나는 바, 상대적으로 산소석출 핵 형성영역에서의 체재시간이 짧은 실리콘 단결정 잉곳 하부의 산소석출 핵 형성영역에서의 체재시간을 더 추가하여 제어하도록 하는 것이다. This shows that in the process of manufacturing a conventional silicon single crystal ingot, the residence time in the oxygen precipitation nucleation region appears 3 to 4 times longer in the growth period of the ingot (the upper portion of the silicon single crystal) than the late growth stage (the lower portion of the silicon single crystal). It is to further control the residence time in the oxygen precipitation nucleation region below the silicon single crystal ingot, where the residence time in the oxygen precipitation nucleation region is relatively short.

실시예에 따라 실리콘 단결정 잉곳 하부의 산소석출 핵 형성영역에서의 체재시간이 증가되도록 조절함으로써 단결정 실리콘 잉곳의 성장 위치에 관계없이 산소석출 핵 형성영역의 체재시간과 동일하게 할 수 있으므로 단결정의 종축 방향으로의 체재시간의 불균형을 해소하여 BMD밀도를 균일하게 제어할 수 있다. By adjusting the residence time in the oxygen precipitation nucleation region under the silicon single crystal ingot according to an embodiment, the residence time in the oxygen precipitation nucleation region can be the same regardless of the growth location of the single crystal silicon ingot, so the longitudinal direction of the single crystal BMD density can be uniformly controlled by resolving the imbalance in the residence time.

상기의 산소석출 핵 형성영역에서의 체재시간은 컴퓨터 시뮬레이션에 의하여 단결정의 상부와 하부의 온도 분포를 고려하여 적절한 값으로 선택될 수 있으며, 상기 체재시간은 제2 열원(40)의 파워조절로도 제어 가능하다.The staying time in the oxygen precipitation nucleation region may be selected by an appropriate value in consideration of the temperature distribution of the upper and lower portions of the single crystal by computer simulation, and the staying time is also controlled by power control of the second heat source 40. Controllable.

상기 산소석출 핵 형성영역에서의 체재시간(min)은, 제2 열원(40)이 도입되었을 때 산소석출 핵 형성영역의 온도범위에 해당하게 되는 구간의 실리콘 단결정 잉곳의 길이(mm)를 컴퓨터 시뮬레이션 데이터로부터 구하고, 이를 단결정 실리콘 잉곳의 인상속도(mm/min)로 나누어 구할 수 있다. The residence time (min) in the oxygen precipitation nucleation region is a computer simulation of the length (mm) of a silicon single crystal ingot in a section corresponding to the temperature range of the oxygen precipitation nucleation region when the second heat source 40 is introduced. It can be obtained from the data and divided by the pulling speed (mm/min) of the single crystal silicon ingot.

아래 표2는 제2 열원(40)이 추가되었을 경우 제2 열원의 파워 조절에 따른 산소석출 핵 형성영역에서의 체재시간 값을 나타낸 것이다. 산소석출 핵 형성영역에 해당하는 잉곳의 길이에 대한 아래 시뮬레이션 데이타는 CGSim Crystal Growth Simulator 프로그램(STR사)을 사용하여 구하였으며, 직경 300mm의 실리콘 단결정 성장 공정에 있어서, 인상속도를 0.494 mm/min로 유지할 때의 단결정 바디의 하부에 대한 체재시간을 구한 값이다.Table 2 below shows the residence time value in the oxygen precipitation nucleation region according to the power control of the second heat source when the second heat source 40 is added. The following simulation data for the length of the ingot corresponding to the oxygen precipitation nucleation region was obtained using the CGSim Crystal Growth Simulator program (STR), and in the silicon single crystal growth process with a diameter of 300 mm, the pulling rate was 0.494 mm/min. This is a value obtained for the residence time of the lower portion of the single crystal body when holding.

표2에서 추가된 제2 열원에 따른 산소석출 핵 형성영역에서의 체재시간의 관계를 보면, 제1 열원만 있는 경우에서의 체재시간은 362분(min)이며, 추가된 제2 열원의 파워가 10kW일 때는 체재시간이 483분(min)으로 제1 열원만 있는 경우(reference)에 비하여 1.33배 증가되고, 제2 열원의 파워가 20kW까지 증가된 경우는 체재시간이 1919분(min)까지 늘어나 5.3배까지 증가되게 할 수 있음을 알 수 있다.Looking at the relationship between the residence time in the oxygen precipitation nucleation region according to the second heat source added in Table 2, the residence time in the case where there is only the first heat source is 362 minutes (min), and the power of the added second heat source is At 10 kW, the residence time is 483 minutes (min), which is increased by 1.33 times compared to the case where only the first heat source is present (reference), and when the power of the second heat source is increased to 20 kW, the residence time is increased to 1919 minutes (min). It can be seen that it can be increased to 5.3 times.

구분division REFERENCEREFERENCE Low Heater Power
(10 kW)Low Heater Power
(10 kW) High Heater Power
(20 kW)High Heater Power
(20 kW) 산소석출 핵 형성길이 (mm)Oxygen precipitation nucleation length (mm) 179179 239239 948948 인상속도(mm/min)Pull speed (mm/min) 0.4940.494 0.4940.494 0.4940.494 체재시간(min)Stay time (min) 362362 483483 19191919 체재시간의 비율Percentage of stay time 1.001.00 1.331.33 5.305.30

도 6은 추가되는 제2 열원(40)의 파워와 산소석출 핵 형성영역에서의 체제시간의 관계를 나타낸 것이다. 그래프에 도시된 바와 같이 제2 열원(40)의 파워가 증가될수록 산소석출 핵 형성영역에서의 체재시간이 증가되게 되며, 제2 열원(40)의 파워가 10kW인 경우를 기준으로 파워가 큰 경우와 작은 경우의 체재시간이 증가되는 기울기가 달라지게 됨을 알 수 있다. 아래는 도 6의 그래프 데이터로부터 체재시간(td)과 제2 열원의 파워(P)의 관계식을 회귀분석을 통하여 얻은 수학식 1이다.6 shows the relationship between the power of the second heat source 40 to be added and the settling time in the oxygen precipitation nucleation region. As shown in the graph, as the power of the second heat source 40 increases, the residence time in the oxygen precipitation nucleation region increases, and when the power of the second heat source 40 is 10kW, the power is large. It can be seen that the slope in which the staying time increases in the case of and is changed. The following is Equation 1 obtained from the graph data of FIG. 6 by obtaining the relationship between the stay time t d and the power P of the second heat source through regression analysis.

<수학식 1><Equation 1>

td = 5.423P2 - 29.106P + 370.21 t d = 5.423P 2 - 29.106P + 370.21

따라서, 상기의 관계식을 이용하여 목표로 하는 체재시간을 달성하도록 제2 열원(40)의 파워를 제어할 수 있다.Therefore, it is possible to control the power of the second heat source 40 to achieve the target stay time by using the above relationship.

다른 실시예는 챔버(1), 상기 챔버(1)의 내부에 구비되고 실리콘 용융액을 수용하는 도가니(10), 상기 도가니(10)의 외부 측면에 배치되어 상기 도가니를 가열하는 제1 열원(20), 상기 챔버 내에 배치되어 냉각수의 유동 공간을 갖는 수냉관(30), 상기 챔버의 내부에 배치되는 제2 열원(40) 및 상기 제2 열원(40)을 제어하는 제어부(50)를 포함하는 단결정 실리콘 제조 장치에서 수행되는 실리콘 단결정 잉곳 제조 방법에 있어서, 상기 제2 열원(40)의 제어로 산소석출 핵 형성영역에서의 실리콘 단결정 잉곳의 체재시간을 조절하는 단계를 가지는 실리콘 단결정 잉곳 제조 방법을 제공한다.Another embodiment is a chamber (1), a crucible (10) provided inside the chamber (1) to accommodate a silicon melt, a first heat source (20) disposed on the outer side of the crucible (10) to heat the crucible ), a water cooling pipe 30 disposed in the chamber and having a flow space of cooling water, a second heat source 40 disposed inside the chamber, and a control unit 50 for controlling the second heat source 40 In the method for manufacturing a silicon single crystal ingot performed in a single crystal silicon manufacturing apparatus, a method of manufacturing a silicon single crystal ingot having a step of adjusting a residence time of a silicon single crystal ingot in an oxygen precipitation nucleation region under control of the second heat source 40 to provide.

산소석출 핵 형성영역에서의 체재시간을 조절하는 단계는 상술한 실리콘 단결정 잉곳의 제조 공정 중 적어도 하나의 공정에서 수행될 수 있으며, 보다 상세하게는 바디 공정에서 제2 열원(40)을 동작하도록 하여 조절하는 단계일 수 있다.The step of adjusting the residence time in the oxygen precipitation nucleation region may be performed in at least one of the manufacturing processes of the silicon single crystal ingot described above, and more specifically, by operating the second heat source 40 in the body process. It may be a step of adjusting.

제2 열원(40)을 동작하여 산소석출 핵 형성영역에서의 체재시간을 조절하는 단계는 상기 바디공정에서 실리콘 단결정 잉곳의 상부와 하부가 산소석출 핵 형성영역에서의 체재시간이 동일하도록 조절하는 단계일 수 있다. 상기 조절단계에서 제2 열원(40)이 동작하는 경우 실리콘 단결정 잉곳의 하부가 산소석출 핵 형성영역에 체재하게 되는 시간은 제2 열원이 없는 종래의 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치를 이용한 경우에 비하여 증가되게 할 수 있다. The step of adjusting the residence time in the oxygen precipitation nucleation region by operating the second heat source 40 is such that the upper and lower portions of the silicon single crystal ingot in the body process are the same as the residence time in the oxygen precipitation nucleation region. Can be When the second heat source 40 is operated in the adjusting step, the time at which the lower portion of the silicon single crystal ingot stays in the oxygen precipitation nucleation region is increased compared to the case of using the conventional silicon single crystal ingot manufacturing apparatus without the second heat source. can do.

산소석출 핵 형성영역에서의 체재시간을 조절하는 단계는 제2 열원(40)의 파워를 조절하는 것으로 수행될 수 있으며, 상기 제2 열원(40)의 파워 조절은 시뮬레이션에 의하여 제2 열원(40)의 파워에 따른 산소석출 핵 형성온도 영역에 해당하는 단결정 실리콘 잉곳의 길이를 구하는 단계; 시뮬레이션에 의하여 구한 상기 실리콘 단결정 잉곳의 길이를 잉곳의 인상속도로 나누어 산소석출 핵 형성영역에서의 체재시간을 산출하는 단계; 상기 산출된 체재시간이 실리콘 단결정 잉곳의 종축 방향으로 잉곳의 상부와 하부가 동일하게 되도록 제2 열원(40)의 파워를 조절하는 단계로 구성될 수 있다.The step of adjusting the residence time in the oxygen precipitation nucleation region may be performed by adjusting the power of the second heat source 40, and the power of the second heat source 40 is controlled by simulation through the second heat source 40 Obtaining the length of the single crystal silicon ingot corresponding to the oxygen precipitation nucleation temperature region according to the power of ); Dividing the length of the silicon single crystal ingot obtained by simulation by the pulling rate of the ingot to calculate a residence time in an oxygen precipitation nucleation region; The calculated length of stay may be composed of adjusting the power of the second heat source 40 so that the top and bottom of the ingot are the same in the longitudinal direction of the silicon single crystal ingot.

상술한 바와 같이 실리콘 단결정 잉곳 제조 과정에서 단결정 성장의 초기 즉 단결정 상부가 성장의 후기 즉 단결정 하부에 비하여 산소석출 핵 형성영역에서의 체재시간이 3 내지 4배 정도 크게 나타나므로, 상기 실리콘 단결정 잉곳의 제조 방법에서 산소석출 핵 형성영역에서의 체재시간을 조절하는 단계를 포함함으로써 단결정 하부에서의 산소석출 핵 형성영역의 체재시간을 제어하여 그 시간을 단결정 상부의 체재시간과 동일하도록 하여 실리콘 단결정 잉곳의 종축방향에서의 열환경을 균일하게 하여 BMD밀도의 불균형을 해소할 수 있다.As described above, in the process of manufacturing a silicon single crystal ingot, the initial time of single crystal growth, i.e., the upper portion of the single crystal, appears to be 3 to 4 times larger in the oxygen precipitation nucleation region than in the later stage of growth, i.e., the lower portion of the single crystal ingot. In the manufacturing method, by controlling the residence time of the oxygen precipitation nucleation region in the lower part of the single crystal by controlling the residence time in the oxygen precipitation nucleation region, making the time equal to the residence time of the upper portion of the silicon single crystal ingot. The thermal environment in the longitudinal direction can be made uniform to eliminate the imbalance of BMD density.

도 7a 내지 7c는 제2 열원(40)의 도입에 따른 실리콘 단결정 잉곳의 종축 방향의 온도 분포에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸 것으로서 도 7a는 제2 열원(40)이 없는 경우(비교예)의 실리콘 단결정 잉곳의 온도 분포를 나타낸 것이며, 도 7b와 도 7c는 제2 열원(40)이 있는 경우의 온도 분포를 나타낸 것이다. 7A to 7C show simulation results for the temperature distribution in the longitudinal direction of the silicon single crystal ingot according to the introduction of the second heat source 40, and FIG. 7A shows a silicon single crystal in the absence of the second heat source 40 (comparative example) The temperature distribution of the ingot is shown, and FIGS. 7B and 7C show the temperature distribution when the second heat source 40 is present.

도 7a와 도 7b 내지 도 7c를 비교하면 제2 열원의 추가로 인하여, 단결정 잉곳에서 산소석출 핵 형성영역의 온도범위를 가지는 실리콘 단결정의 길이 범위가, 기존 단결정 제조 장치, 즉 제2 열원의 추가가 없는 경우에 비하여 증가되었음을 확인할 수 있다. 또한, 도 7b 및 도 7c에서는 이러한 산소석출 핵 형성영역의 범위는 제2 열원(40)의 파워에 따라 다르게 나타남을 확인할 수 있다.7A and 7B to 7C, due to the addition of the second heat source, the length range of the silicon single crystal having the temperature range of the oxygen precipitation nucleation region in the single crystal ingot is a conventional single crystal manufacturing apparatus, that is, the addition of the second heat source. It can be confirmed that the increase compared to the case without In addition, in FIGS. 7B and 7C, it can be seen that the range of the oxygen precipitation nucleation region is different depending on the power of the second heat source 40.

도 8은 실리콘 단결정 잉곳의 길이에 따른 온도 분포를 그래프로 나타낸 것으로서, 제2 열원(40)이 없는 비교예(reference)에 비하여 제2 열원(40)이 동작한 경우 산소석출 핵 형성영역에 해당하는 구간의 잉곳의 길이가 길게 나타나는 것을 확인할 수 있으며, 제2 열원(40)의 파워에 따른 산소석출 핵 형성영역 해당 구간의 차이도 확인할 수 있다. 8 is a graph showing a temperature distribution along the length of a silicon single crystal ingot, which corresponds to an oxygen precipitation nucleation region when the second heat source 40 is operated compared to a reference without a second heat source 40 It can be seen that the length of the ingot in the section is long, and the difference in the section of the oxygen precipitation nucleation region according to the power of the second heat source 40 can also be confirmed.

실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치 및 제조 방법에 의하여 산소석출 핵 형성영역에서의 체재시간 불균형을 해소함으로써 균일한 BMD 밀도 분포로 인하여 단결정 품질의 균일성을 얻을 수 있으며, 실리콘 단결정 잉곳 제조 공정 중에 제2 열원(40)을 제어하는 단계가 포함되게 하여 단결정 성장 공정 종료 이후에 추가의 에프터 히트 공정이 필요치 않으므로 조업시간 단축으로 인한 생산성 향상을 기대할 수 있다. The uniformity of the single crystal quality can be obtained due to the uniform BMD density distribution by resolving the imbalance of the residence time in the oxygen precipitation nucleation region by the silicon single crystal ingot manufacturing apparatus and manufacturing method according to the embodiment, and during the silicon single crystal ingot manufacturing process Since the step of controlling the second heat source 40 is included, an additional after-heating process is not required after the single crystal growth process is finished, and thus productivity improvement due to shortening of the operation time can be expected.

1 : 챔버 10 : 도가니
11 : 석영 도가니 12 : 흑연 도가니
20 : 제1 열원 30 : 수냉관
40, 40a, 40b : 제2 열원 41, 41a, 41b : 발열부
50, 50a, 50b : 제어부
100 : 단결정 실리콘 잉곳 제조장치1: Chamber 10: Crucible
11: Quartz crucible 12: Graphite crucible
20: first heat source 30: water cooling tube
40, 40a, 40b: second heat source 41, 41a, 41b: heating unit
50, 50a, 50b: control unit
100: single crystal silicon ingot manufacturing apparatus

Claims (9)

챔버;
상기 챔버의 내부에 구비되고 실리콘 용융액을 수용하는 도가니;
상기 챔버의 내부에 구비되고 상기 도가니의 외부 측면에 배치되어 상기 도가니를 가열하는 제1 열원;
상기 챔버 내에 배치되어 냉각수의 유동 공간을 갖는 수냉관;
상기 챔버 내에 배치되어 수냉관 및 성장하는 실리콘 단결정 잉곳의 사이 공간에 위치하는 제2 열원; 및
상기 제2 열원을 조절하여 산소석출 핵 형성영역에서의 체재시간을 조절하도록 하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는,
실리콘 단결정 잉곳의 제조 공정에서의 제2 열원의 파워를 입력하는 입력부,
상기 입력된 제2 열원에서의 실리콘 단결정 잉곳의 길이방향으로의 온도 분포를 시뮬레이션하여 산소석출 핵 형성영역에 해당하는 단결정의 구간 내 길이를 구하는 길이 산출부,
상기 산출된 잉곳의 길이를 인상속도로 나누어 해당 실리콘 단결정 잉곳의 특정 위치에서의 산소석출 핵 형성영역에서의 체재시간을 구하는 체재 시간 결정부, 및
상기 실리콘 단결정 잉곳의 종축방향으로의 산소석출 핵 형성영역에서의 체재시간을 동일하게 하기 위하여 제2 열원의 파워를 조절하는 발열조절부를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치.
chamber;
A crucible provided inside the chamber to receive a silicon melt;
A first heat source provided inside the chamber and disposed on an outer side of the crucible to heat the crucible;
A water cooling pipe disposed in the chamber and having a flow space of cooling water;
A second heat source disposed in the chamber and positioned in a space between a water cooling tube and a growing silicon single crystal ingot; And
It includes a control unit to control the second heat source to adjust the residence time in the oxygen precipitation nucleation region,
The control unit,
Input unit for inputting the power of the second heat source in the manufacturing process of the silicon single crystal ingot,
Length calculation unit to obtain the length in the section of the single crystal corresponding to the oxygen precipitation nucleation region by simulating the temperature distribution in the longitudinal direction of the silicon single crystal ingot in the input second heat source,
A stay time determination unit for dividing the calculated length of the ingot by the pulling rate to obtain a residence time in the oxygen precipitation nucleation region at a specific location of the silicon single crystal ingot, and
A silicon single crystal ingot manufacturing apparatus including a heating control unit that controls the power of a second heat source to equalize the residence time in the oxygen precipitation nucleation region in the longitudinal direction of the silicon single crystal ingot.
제1항에 있어서, 상기 제2 열원은 적어도 2개 이상의 분리된 열원으로 구성된 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치.The apparatus of claim 1, wherein the second heat source is composed of at least two separate heat sources. 제2항에 있어서, 상기 분리된 제2 열원의 파워를 각각 제어하여 상기 산소석출 핵 형성 온도영역에서의 실리콘 단결정 잉곳의 체재시간을 조절하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치.The apparatus for manufacturing a silicon single crystal ingot according to claim 2, wherein the power of the separated second heat source is controlled to control the residence time of the silicon single crystal ingot in the temperature region of the oxygen precipitation nucleus. 삭제delete 챔버, 상기 챔버의 내부에 구비되고 실리콘 용융액을 수용하는 도가니, 상기 도가니의 외부 측면에 배치되어 상기 도가니를 가열하는 제1 열원, 상기 챔버 내에 배치되어 냉각수의 유동 공간을 갖는 수냉관, 상기 챔버의 내부에 배치되는 제2 열원 및 상기 제2 열원을 제어하는 제어부를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치에서 수행되는 실리콘 단결정 잉곳 제조 방법에 있어서,
상기 제2 열원을 제어하여 산소석출 핵 형성영역에서의 실리콘 단결정 잉곳의 체재시간을 조절하는 단계를 포함하고,
상기 실리콘 단결정 잉곳의 체재시간은 바디공정 중 단결정의 상부와 하부가 동일하도록 제2 열원을 제어하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 방법.
A chamber, a crucible provided inside the chamber and accommodating a silicon melt, a first heat source disposed on the outer side of the crucible to heat the crucible, a water cooling tube disposed in the chamber and having a flow space of cooling water, of the chamber In the silicon single crystal ingot manufacturing method performed in the silicon single crystal ingot manufacturing apparatus including a second heat source disposed therein and a control unit for controlling the second heat source,
And controlling the residence time of the silicon single crystal ingot in the oxygen precipitation nucleation region by controlling the second heat source,
A method of manufacturing a silicon single crystal ingot that controls a second heat source so that the residence time of the silicon single crystal ingot is the same as the upper and lower portions of the single crystal during the body process.
제5항에 있어서, 상기 제2 열원은 실리콘 단결정 잉곳의 제조 공정 중 바디 공정에서 동작하도록 하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 방법.
The method of claim 5, wherein the second heat source is operated in a body process during a manufacturing process of a silicon single crystal ingot.
삭제delete 제5항에 있어서, 상기 제2 열원의 파워를 조절하여 상기 실리콘 단결정 잉곳의 체재시간을 조절하는 실리콘 단결정 잉곳 제조 방법.The method according to claim 5, wherein the residence time of the silicon single crystal ingot is controlled by adjusting the power of the second heat source. 제8항에 있어서, 상기 제2 열원의 파워 조절은
시뮬레이션에 의하여 제2 열원의 파워에 따른 산소석출 핵 형성온도 영역에 해당하는 실리콘 단결정 잉곳의 길이를 구하는 단계;
상기 실리콘 단결정 잉곳의 길이를 잉곳의 인상속도로 나누어 산소석출 핵 형성영역에서의 체재시간을 산출하는 단계;
상기 산출된 체재 시간이 실리콘 단결정 잉곳의 종축 방향으로 동일하도록 제2 열원의 파워를 조절하는 단계로 구성되는 실리콘 단결정 잉곳 제조 방법.The method of claim 8, wherein the power adjustment of the second heat source is
Obtaining a length of a silicon single crystal ingot corresponding to an oxygen precipitation nucleation temperature range according to the power of the second heat source by simulation;
Dividing the length of the silicon single crystal ingot by the pulling rate of the ingot to calculate a residence time in an oxygen precipitation nucleation region;
And adjusting the power of the second heat source so that the calculated residence time is the same in the longitudinal direction of the silicon single crystal ingot.
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