KR102366166B1 - 단결정 및 다결정 로드에 의해 도가니 내부에 산소 배출 통로를 형성하는 다결정 실리콘 잉곳 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단결정 및 다결정 로드에 의해 도가니 내부에 산소 배출 통로를 형성하는 다결정 실리콘 잉곳 제조방법에 관한 것으로서, 실리콘 사각기둥을 제조하는 단계; 단결정 또는 다결정 사각기둥을 도가니 형상에 따라 도가니 내주면에 인접시켜 배치함으로써 단결정 또는 다결정 사각기둥들에 둘러싸인 공간 내부에 청크를 장입할 수 있는 공간부를 형성하고, 단결정 또는 다결정 사각기둥의 일면과 도가니의 내측면 사이에 산소 배출공이 형성되도록 실리콘 사각기둥을 도가니 내부에 장입 배치하는 단계; 단결정 또는 다결정 사각기둥 내부의 청크를 장입할 수 있는 공간부에 실리콘 정크를 도가니 내부에 장입하는 단계; 및 청크의 용융 및 결정화 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하므로, 다결정 실리콘결정화 과정에서 단결정, 다결정 사각기둥과 도가니 내벽면 사이의 산소 배출 통로를 통하여 도가니의 바닥면과 측면에서 발생하는 산소(O2)가 원활하게 도가니 상부로 배출되므로 잉곳이 부분적으로 파손되거나, 잉곳의 표면에 잉곳의 내부 방향으로 다양한 크기의 홈 형상의 기포 배출 홈의 형성을 최소화할 수 있다는 이점이 있다.

Description

단결정 및 다결정 로드에 의해 도가니 내부에 산소 배출 통로를 형성하는 다결정 실리콘 잉곳 제조방법{Manufacturing Method of Polycrystalline Silicon Ingot in which an Oxygen Exhaust Passage is Formed inside a Crucible by Single Crystal and Polycrystalline Rod}
본 발명은 단결정 및 다결정 로드에 의해 도가니 내부에 산소 배출 통로를 형성하는 다결정 실리콘 잉곳 제조방법에 관한 것이다.
다결정 실리콘 잉곳은 태양 전지용 기판의 소재로서 이용되고 있다.
즉, 다결정 실리콘 잉곳을 소정 두께로 슬라이스하여 다결정 실리콘 웨이퍼를 제조하고, 이 다결정 실리콘 웨이퍼를 가공하여 태양 전지용 기판을 제조한다.
잉곳을 제조하는 공정은 태양전지용 기판 등과 같은 반도체 소자의 생산에 매우 중요한 핵심공정 중 하나이다.
특히, 실리카제 도가니 내에 실리콘 융액을 저류시켰을 경우 도가니를 구성하는 실리카로부터 실리콘 융액으로 산소가 혼입되고, 실리콘 융액 내의 산소는 SiO 가스로서 액면으로부터 방출된다.
응고 개시시에는 도가니의 바닥면 및 측면으로부터 산소가 혼입되기 때문에 응고 개시 시점에서는 실리콘 융액 내의 산소량이 높아지고 응고 개시 부분인 바닥부에서의 산소량이 높아진다.
도가니 바닥면 측에서의 응고가 진행되어 고액 계면이 상승되면 측면으로부터만 산소가 혼입되기 때문에 서서히 실리콘 융액에 혼입되는 산소량은 저감되어 간다.
이와 같이, 다결정 실리콘 결정화 과정에서 실리콘 용융액 내에 생성되거나 도가니로부터 유입된 산소 등의 불순물이 외부 표면으로 방출되면서 잉곳이 부분적으로 파손되거나, 잉곳의 표면에 잉곳의 내부 방향으로 다양한 크기의 홈 형상의 기포 배출홈이 형성된다.
이로 인하여 사용가능한 잉곳의 면적이 줄어들어 잉곳에서의 웨이퍼 생산 수율을 저감시키는 원인 및 잉곳 생산 효율에 악영향을 미치게 된다.
전술한 바와 같이, 다결정 실리콘 잉곳 생산과정에서 실리콘 용융액 내에 생성되거나 도가니로부터 유입된 산소 등의 불순물이 외부 표면으로 방출되면서 잉곳이 부분적으로 파손되거나, 잉곳의 표면에 잉곳의 내부 방향으로 다양한 크기의 홈 형상의 기포 배출 홈이 발생되는 현상을 최소화하기 위하여 한국공개특허 제10-2012-0135284호 등에서는 실리카 도가니 내부에 Si3N4(Silicon Nitride) 코팅층과 실리카(SiO, silica) 다층 코팅층을 형성하여 제조하는 방법이 나타나 있다.
이하에서, 한국공개특허 제10-2012-0135284호에 개시된 다결정 실리콘 잉곳 제조방법을 개략적으로 기술한다.
먼저, 한국공개특허 10-2012-0135284호에 개시된 다결정 실리콘 잉곳 제조를 위하여 활용되는 다결정 실리콘 잉곳 장치는 다음과 같다.
도 1에 도시된 다결정 실리콘 잉곳 제조장치(10)는, 실리콘 융액(L)이 저류되는 도가니(20)와, 이 도가니(20)가 재치되는 틸플레이트(12)와, 이 틸플레이트(12)를 하방으로부터 지지하는 상하(床下)히터(13)와, 도가니(20)의 상방에 배치 형성된 천정 히터(14)를 구비하고 있다.
또, 도가니(20)의 주위에는 단열재(15)가 형성되어 있다.
상기 틸플레이트(12)는 중공 구조로 되어 있고, 공급 파이프(16)를 통하여 내부에 Ar 가스가 공급되는 구성으로 되어 있다.
상기 도가니(20)는 수평 단면 형상이 각형(사각형)또는 환형(원형)으로 이루어질 수 있다.
상기 도가니(20)는, 도 2와 도 3에 나타내는 바와 같이, 실리카로 이루어지는 도가니 본체(21)와, 이 도가니 본체(21)의 측벽 내측에 형성된 Si3N4코팅층(22)과, 도가니 본체(21)의 바닥면(20a)에 형성된 실리카 다층코팅층(27)을 구비하고 있다.
Si3N4 코팅층(22)은, 0.2~4.0 ㎛의 Si3N4 분말(24)과 나트륨을 10~6000ppm 함유하는 실리카(25)로 이루어지는 혼합체 소지(素地)내에 50~300 ㎛의 미세 용융 실리카 모래(26)가 분산된 구조로 되어 있다.
그리고, Si3N4 코팅층(22)의 최표면에는 Si3N4 분말(24)과 나트륨 함유 실리카(25)로 이루어지는 혼합체 소지가 배치(노출)되어 있다.
실리카 다층 코팅층(27)은, 슬러리층(28)과 스터코층(29)이 적층 배치된 다층 구조로 되어 있다.
이 실리카 다층 코팅층(27)은, 슬러리층(28)및 스터코층(29)이 합계로 3층 이상 4층 이하 적층 배치되어 있다.
여기서, 슬러리층(28)은, 입도 10 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하의 필러와 콜로이달 실리카의 수분산액을 혼합한 슬러리를 도포함으로써 형성된다.
또, 스터코층(29)은, 입도 0.3 ㎜ 이상, 3 ㎜ 이하의 실리카 입자를 산포함(칠함)으로써 형성된다.
전술한 실리콘 잉곳 제조장치(10)를 활용하여 다결정 실리콘 잉곳의 제조 과정을 살펴보면, 먼저 측벽 내면에 Si3N4 코팅층(22)이 형성되고, 바닥면에 실리카 다층 코팅층(27)이 형성된 도가니(20) 내에 실리콘 원료를 장입한다.
여기서, 실리콘 원료로는, 11 N(순도 99.999999999)의 고순도 실리콘을 분쇄하여 얻어진 「청크」라고 불리는 괴상의 것이 사용된다.
이 괴상의 실리콘 원료의 입경은, 예를 들어 30㎜ 내지 100 ㎜ 로 되어 있다.
이 실리콘 원료를 천정 히터(14)와 상하 히터(13)에 통전시켜 가열한다.
이로써, 도가니(20)내에는 실리콘 융액(L)이 저류된다.
다음으로, 상하 히터(13)에 대한 통전을 정지시키고 틸플레이트(12)의 내부에 공급 파이프(16)를 통하여 Ar 가스를 공급한다.
이로써, 도가니(20)의 바닥부를 냉각시킨다.
또한, 천정 히터(14)에 대한 통전을 서서히 감소시킴으로써, 도가니(20)내의 실리콘 융액(L)은, 도가니(20)의 바닥부로부터 냉각되고 바닥부로부터 상방을 향하여 일방향 응고된다.
이때, 틸플레이트(12)로의 Ar 가스의 공급량 및 천정 히터(14)에 대한 통전량을 제어함으로써, 도가니(20) 내의 실리콘 융액(L)의 응고 속도, 즉 고액 계면의 상방으로의 이동 속도를 조정한다.
그리고, 도가니(20) 내의 실리콘 융액(L)의 응고 과정을 도 2에 나타난 바와 같이 3 개의 영역으로 구분하고, 각각의 영역마다 응고 속도를 설정하고 있다.
상세히 서술하면, 도가니(20) 내에 있어서의 응고 과정을, 도가니(20)의 바닥면(20a)을 기준으로 하여, 0 ㎜에서 높이 X까지의 제 1 영역(A1)과, 높이 X에서 높이 Y까지의 제 2 영역(A2)과, 높이 Y 이상의 제 3 영역(A3)으로 구분하고, 높이 X 를 10 ㎜ ≤ X ＜ 30 ㎜, 높이 Y 를 30 ㎜ ≤ Y ＜ 100 ㎜ 의 범위 내가 되도록 설정하고 있다.
또, 제 2 영역(A2)의 높이 Y-X 가, 10 ㎜ ≤ Y-X ≤ 40 ㎜ 의 범위 내가 되도록 설정하고 있다.
예컨대, X = 20 ㎜, Y = 40 ㎜로 하고, 제 2 영역(A2)의 높이 Y-X 를 20 ㎜로 할 수 있다.
각각의 영역에 있어서의 응고 속도는 다음과 같이 설정되어 있다.
제 1 영역(A1)에 있어서의 응고 속도 V1은 10 ㎜/h ≤ V1 ≤ 20 ㎜/h 의 범위 내로 설정되어 있다.
제 2 영역(A2)에 있어서의 응고 속도 V2는 1 ㎜/h ≤ V2 ≤ 5 ㎜/h 의 범위 내로 설정되어 있다.
제 3 영역(A3)에 있어서의 응고 속도 V3은 5㎜/h ≤ V3 ≤ 30 ㎜/h 의 범위 내로 설정되어 있다.
그러나, 전술한 바와 같은 다결정 실리콘 잉곳 제조장치와 제조방법에 의하여 다결정 실리콘 잉곳을 제조한다 하더라도, 다결정 실리콘 결정화 과정에서 도가니로부터 유입되거나 실리콘용액 내부에서 발생하는 산소 등의 불순물이 외부 표면으로 방출되면서 잉곳이 부분적으로 파손되거나, 잉곳의 표면에 잉곳의 내부 방향으로 다양한 크기의 홈 형상의 기포 배출 홈이 형성된다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다결정 실리콘결정화 과정에서 도가니로부터 유입되거나 실리콘용액 내부에서 발생하는 산소 등의 불순물이 외부 표면으로 방출되면서 잉곳이 부분적으로 파손되거나, 잉곳의 표면에 잉곳의 내부 방향으로 다양한 크기의 홈 형상의 기포 배출 홈의 형성을 최소화하기 위한 단결정 및 다결정 로드에 의해 도가니 내부에 산소 배출 통로를 형성하는 다결정 실리콘 잉곳 제조방법을 제공하는데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 단결정 및 다결정 로드에 의해 도가니 내부에 산소 배출 통로를 형성하는 다결정 실리콘 잉곳 제조방법은,
실리콘 사각기둥을 제조하는 단계;
단결정 또는 다결정 사각기둥을 도가니 형상에 따라 도가니 내주면에 인접 시켜 배치함으로써 단결정 또는 다결정 사각기둥들에 둘러싸인 공간 내부에 청크를 장입할 수 있는 공간부를 형성하고, 단결정 또는 다결정 사각기둥의 일면과 도가니의 내측면 사이에 산소 배출공이 형성되도록 실리콘 사각기둥을 도가니 내부에 장입 배치하는 단계;
단결정 또는 다결정 사각기둥 내부의 청크를 장입할 수 있는 공간부에 실리콘 정크를 도가니 내부에 장입하는 단계; 및
청크의 용융 및 결정화 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
단결정 또는 다결정 사각기둥은 사다리꼴 형상(
Figure 112021095122714-pat00001
)의 기둥 또는 직사각형의 한면에 오목부가 형성된 일변 오목사각 형상(
Figure 112021095122714-pat00002
)의 기둥 중 어느 하나인 것 특징으로 한다.
상기 단결정 또는 다결정 사각기둥이 사다리꼴 형상의 기둥인 경우, 단변이 도가니 내면을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 단결정 또는 다결정 사각기둥이 일변 오목사각 형상인 경우, 기둥의 오목부가 도가니 내면을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 구성의 본발명에 따르면, 다결정 실리콘결정화 과정에서 단결정, 다결정 사각기둥과 도가니 내벽면 사이의 산소 배출 통로를 통하여 도가니의 바닥면과 측면에서 발생하는 산소(O2)가 원활하게 도가니 상부로 배출되므로 잉곳이 부분적으로 파손되거나, 잉곳의 표면에 잉곳의 내부 방향으로 다양한 크기의 홈 형상의 기포 배출 홈의 형성을 최소화할 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 단결정 및 다결정 로드에 의해 도가니 내부에 산소 배출 통로를 형성하는 다결정 실리콘 잉곳 제조장치를 나타내는 측단면도이다.
도 2는 도 1의 다결정 실리콘 잉곳 제조 장치에서 도가니 내의 실리콘 융액의 응고 과정을 3개의 영역으로 구분하여 도시한 측단면도이다.
도 3은 도 1의 다결정 실리콘 잉곳 제조 장치에서 사용되는 도가니의 개략 설명도이다.
도 4a는 본 발명에 따른 실리콘 잉곳 제조장치에서 도가니의 내주면에 단결정 또는 다결정의 실리콘 로드를 일변 오목 사각기둥 형상으로 하여 배치한 구성예를 나타내는 평면도 및 측단면도이다.
도 4b는 본 발명에 따른 실리콘 잉곳 제조장치에서 도가니의 내주면에 단결정 또는 다결정의 실리콘 로드를 사다리꼴 형상으로 하여 배치한 구성예를 나타내는 평면도 및 측단면도이다.
도 5의 (a)는 일변 오목 사각기둥 형상의 실리콘 로드를 나타내는 사시도이고, (b)는 사다리꼴 형상의 실리콘 로드를 나타내는 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에서 상기한 종래기술 등에 개시된 다결정 실리콘 잉곳 제조장치를 그대로 활용할 수 있다.
즉, 본 발명의 단결정 및 다결정 로드에 의해 도가니 내부에 산소 배출 통로를 형성하는 다결정 실리콘 잉곳 제조방법을 실현하기 위한 실리콘 잉곳 제조장치로서 도 1과 같은 제조장치를 동일하게 사용할 수 있다.
도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 단결정 및 다결정 로드에 의해 도가니 내부에 산소 배출 통로를 형성하는 다결정 실리콘 잉곳 제조방법을 실현하기 위한 실리콘 잉곳 제조장치(10)는, 실리콘 융액(L)이 저류되는 도가니(20)와, 이 도가니(20)가 재치되는 틸플레이트(12)와, 이 틸플레이트(12)를 하방으로부터 지지하는 상하(床下)히터(13)와, 도가니(20)의 상방에 배치 형성된 천정 히터(14)를 구비하고 있다.
또한, 상기 도가니(20)의 주위에는 단열재(15)가 형성되어 있다.
상기 틸플레이트(12)는 중공 구조로 되어 있고 공급 파이프(16)를 통하여 내부에 Ar 가스가 공급되는 구성으로 되어 있다.
상기 도가니(20)는, 수평 단면 형상이 각형(사각형)또는 환형(원형)으로 되어 있고, 본 실시형태에서는 원형으로 되어 있다.
이 도가니(20)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 실리카로 이루어지는 도가니 본체(21)와, 이 도가니 본체(21)의 측벽 내측 및 도가니 본체(21)의 바닥면(20a)에는 SiN₄코팅 후 SiO₂코팅, 또는 SiO₂코팅 후 SiN₄코팅, 또는 SiO₂코팅 또는 Y2O3 코팅 또는 ZrO₂코팅 또는 상기한 한국 공개특허 제2012-0135284호 나타난 동일한 구조의 코팅을 한 것이다.
본 발명에서의 실리콘 잉곳 제조장치를 상기와 같이 설시하였으나 이는 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것이며, 본 분야에서 공지되거나 상업용으로 활용되는 다양한 실리콘 잉곳 제조장치를 활용할 수 있다.
이하에서는 상기한 실리콘 잉곳 제조장치를 활용한 본 발명의 단결정 및 다결정 로드에 의해 도가니 내부에 산소 배출 통로를 형성하는 다결정 실리콘 잉곳 제조방법에 대하여 설명한다.
상기한 실리콘 잉곳 제조장치에 활용되는 도가니는 실리카(SiO) 재질이어서 실리콘 원료(청크)를 장입 후 가열에 의하여 청크를 용액화하는 과정에서 도가니에서 발생하는 산소 및 도가니의 코팅제에서 발생되는 산소가 실리콘 용탕 내로 유입되게 되고, 유입된 산소는 결정화 과정에서 외부로 배출되며 상기한 바와 같은 잉곳의 파손 및 표면에 요홈 등이 발생하게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 잉곳 제조공정을 기술하면 다음과 같다.
먼저, 제1단계는 실리콘 사각 기둥 제조단계이다.
이를 구체적으로 기술하면, 실리콘 잉곳 제조장치(10)의 도가니(20)의 내주면에 배치할 단결정 또는 다결정의 실리콘 로드를 사다리꼴 형상(
Figure 112021095122714-pat00003
, 도 4b 참조), 또는 직사각형의 한면에 오목부가 형성된 일변 오목사각 형상(
Figure 112021095122714-pat00004
, 도 4a 참조)의 기둥모양으로 가공한다.
예컨대, 원형 도가니가 적용될 경우 가공된 사각기둥의 폭은 다음과 같다.
상기 단결정 또는 다결정의 실리콘 로드가 일변 오목사각 형상(도 4a)인 경우, 원형 도가니의 원주면 방향으로의 각도가 10도의 크기, 즉 도가니의 원 둘레가 3600 mm인 경우 사각기둥의 폭은 100mm 이며, 그 두께는 10mm이고 오목부의 중심 깊이가 3mm 정도의 원호 형상이다.
또한, 상기 단결정 또는 다결정의 실리콘 로드가 사다리꼴 형상(도 4b)인 경우, 장변의 길이가 100mm 이고 단변의 길이는 70mm이며 도가니 두께는 10mm로 가공한다.
사각기둥의 높이는 사용하는 도가니의 높이와 같거나 작다.
그러나, 사각기둥의 크기는 설명을 위하여 제시한 것에 불과할 뿐, 잉곳 제조장치에서의 도가니의 크기 및 형상에 따라 당업자가 단순 설계 변경을 통하여 크기를 조절할 수 있다.
또한, 설명의 편의를 위하여 사각기둥을 중심으로 설명하였으나 실리콘 용해 시 도가니 측벽에 배치하여 용해시 배출되는 산소가 배출될 수 있는 구조의 형상으로 변경할 수 있음은 물론이다.
상기와 같은 사각기둥의 제조는 단결정 또는 다결정 잉곳을 절단하거나 연마하는 등 본 분야의 공지기술을 활용할 수 있다.
제2단계는 실리콘 사각기둥을 도가니 내부에 장입 배치하는 단계이다.
이를 구체적으로 기술하면, 전술한 복수의 단결정 또는 다결정 사각기둥을 도가니의 내주면을 따라 서로 인접시켜 배치함으로서 단결정 또는 다결정 사각기둥들에 둘러싸인 공간 내부에 청크를 장입할 수 있는 공간부가 형성된다.
이 경우, 도 4a와 도 4b에 도시된 바와 같이, 복수의 단결정 또는 다결정 사각기둥을 도가니의 내주면에 인접하여 세워서 배치한다.
도가니인 경우에는, 도가니 내면을 따라 단결정 또는 다결정의 사다리꼴 형상(도 5b) 또는 일변 오목사각 형상(도 5a)의 단결정 또는 다결정 사각기둥이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예인 사다리꼴 형상(도 5b)의 단결정 또는 다결정 사각기둥일 경우 도가니의 내측면을 향하도록 사다리꼴 형상의 단변이 배치(도 4b)되도록 하며, 일변 오목사각 형상(도 5a)의 단결정 또는 다결정 사각기둥일 경우 원형의 도가니의 내측면을 향하도록 오목사각 형상의 오목부가 배치(도 4a)되도록 한다.
이에 따라, 단결정 또는 다결정 사각기둥이 원형 도가니에 배치된 후 청크를 장입한 상태에서 산소 배출공이 적절히 형성됨을 알 수 있다(도 4a, 도 4b 참조).
원형 도가니 또는 사각형 도가니에 단결정 또는 다결정의 사다리꼴 형상(도 4b 및 도 5b), 일변 오목사각 형상(도 4a 및 도 5a)의 단결정 또는 다결정 사각기둥이 설치된 경우에도 상기한 바와 같이 산소 배출공이 적절히 형성됨은 자명함로 구체적 설명은 생략하도록 한다.
제3단계는 실리콘 청크를 도가니 내부에 장입하는 단계이다.
이를 구체적으로 기술하면, 상기한 제2단계에서 사각형 도가니에 단결정 또는 다결정의 사다리꼴 형상(도 4b), 일변 오목사각형상(도 4a)의 단결정 또는 다결정 사각기둥이 설치된 내부 공간에 실리콘 청크를 장입한 것이다.
이때, 삽입되는 청크는 본 분야에서 공지된 다결정 실리콘 잉곳 제조에 활용되는 청크와 동일하므로 그 설명을 생략한다.
다음은 제4단계로 청크의 용융 및 결정화 단계이다.
구체적으로, 청크의 용융 및 결정화 단계는, 상기 제3단계에서 도가니 내부에 단결정 또는 다결정 사각기둥과 청크를 장입한 상태에서 한국 공개특허 제2012-0135284호등에 나타난 잉곳 제조 공정을 활용하거나, 본 기술분야에서 활용되는 실리콘 잉곳 제조장치의 상하부 히터를 가열하여 용융하며, 상하부 히터의 온도를 제어하는 등의 일련의 과정을 통하여 실리콘을 결정화시켜서 잉곳을 제조하는 키로풀러스법(Kyropoulos Method, 이하 'KY'법이라 함), 초크랄스키법(Czochralski Method, 이하 'CZ'법이라 함), EFG(Edge-defined Film-fed Growth)법, 열교환법(Heat Exchange Method), 수직수평온도구배법(Vertical Horizontal Gradient Freezing) 등을 활용하는 본 기술분야의 공지된 기술이므로 그 구체적인 설명은 생략한다.
도가니 내부에 산소 배출 통로가 형성되지 아니한 경우에는, 실리카(SiO) 도가니 내에 청크 실리콘을 용융시켰을 때에, 코팅제의 O2 성분이나 실리카(SiO) 도가니에서 유입될 수 있는 O2 성분이 용해된 실리콘 융액으로 혼입되고, 실리콘 융액 내의 산소는 O2 가스로서 공기 방울 형태로 바닥면에서 상부면으로 상승하여 방출된다.
실리콘 용액이 응고하기 시작하면 다결정 실리콘 잉곳으로 일방성 성장시 실리카 도가니의 바닥면 및 측면의 코팅체의 산소가 혼입되기 때문에 실리콘 융액 내의 산소량이 높아진다.
그리고, 실리콘 결정 성장의 특성으로 실리콘 내부의 불순물를 외부측으로 밀어내는 현상이 발생하면서 다결정 실리콘 잉곳의 바닥면과 측면으로 산소가 집중 혼입되게 된다
그러나, 단결정 및 다결정 로드에 의해 도가니 내부에 산소 배출 통로를 형성하는 다결정 실리콘 잉곳 제조방법에 따르면, 단결정, 다결정 사각기둥과 도가니 내벽면 사이의 산소 배출 통로를 통하여 도가니의 바닥면과 측면에서 발생하는 산소(O2)를 원활히 도가니 상부로 배출된다.
이로 인하여, 다결정 잉곳에 산소(O2)의 혼입이 억제되며 잉곳의 파손 및 표면에 요홈 등의 발생을 억제하게 된다.
본 발명자가 본 발명에 의한 잉곳제조방법에 다른 잉곳의 파손 및 표면에 요홈 등의 발생을 억제하기 위한 효과를 판단하기 위하여 자체 시험한 결과는 다음 과 같다.
먼저, 시험조건은 동일한 재료와 동일한 공정조건, 및 동일한 제조장비로 하였으며 비교대상 제조방법은 다결정 실리콘 사각기둥에 의한 산소배출 통로를 형성하지 아니한 것이다.
다음 표에 나타난 바와 같이, 그 결과를 보면 비교대상 제조방법에 비하여 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 실리콘 잉곳의 표면이 기포 현황, 기포 수량, 및 기포 사이즈 등에서 축소됨을 알 수 있다.
Figure 112021095122714-pat00005
10... 다결정 실리콘 잉곳 제조장치
12... 틸플레이트
13... 상하 히터
14... 천정 히터
15... 단열재
16... 공급 파이프
20... 도가니
21... 도가니 본체
20a... 바닥면

Claims (4)

  1. 실리콘 사각기둥을 제조하는 단계;
    복수의 단결정 또는 다결정 사각기둥을 도가니의 내주면을 따라 서로 인접시켜 배치함으로써 단결정 또는 다결정 사각기둥들에 둘러싸인 공간 내부에 청크를 장입할 수 있는 공간부를 형성하고, 단결정 또는 다결정 사각기둥의 일면과 도가니의 내측면 사이에 산소 배출공이 형성되도록 실리콘 사각기둥을 도가니의 내주면에 인접하여 세워서 배치하는 단계;
    단결정 또는 다결정 사각기둥 내부의 청크를 장입할 수 있는 공간부에 실리콘 정크를 도가니 내부에 장입하는 단계; 및
    청크의 용융 및 결정화 단계;
    를 포함하되,
    상기 단결정 또는 다결정 사각기둥은 상기 도가니의 바닥으로부터 도가니의 상단까지 이르고,
    단결정 또는 다결정 사각기둥의 단면의 형상은 사다리꼴 형상(
    Figure 112021149393499-pat00015
    )의 기둥 또는 직사각형의 한면에 오목부가 형성된 일변 오목사각 형상(
    Figure 112021149393499-pat00016
    )의 기둥 중 어느 하나이며,
    상기 단결정 또는 다결정 사각기둥이 사다리꼴 형상의 기둥인 경우, 단변이 도가니 내면을 향하도록 배치되고,
    상기 단결정 또는 다결정 사각기둥이 일변 오목사각 형상인 경우, 상기 오목부가 도가니 내면을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 단결정 및 다결정 로드에 의해 도가니 내부에 산소 배출 통로를 형성하는 다결정 실리콘 잉곳 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
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