KR102660564B1 - Ingot growth device for edge defined film fed growth method - Google Patents
Ingot growth device for edge defined film fed growth method Download PDFInfo
- Publication number
- KR102660564B1 KR102660564B1 KR1020210190949A KR20210190949A KR102660564B1 KR 102660564 B1 KR102660564 B1 KR 102660564B1 KR 1020210190949 A KR1020210190949 A KR 1020210190949A KR 20210190949 A KR20210190949 A KR 20210190949A KR 102660564 B1 KR102660564 B1 KR 102660564B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- slit
- crucible
- efg
- melt
- hole
- Prior art date
Links
- 238000005231 Edge Defined Film Fed Growth Methods 0.000 title description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 9
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims abstract description 54
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 38
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims abstract description 29
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 17
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 229910005191 Ga 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 7
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 abstract description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 23
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 11
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 9
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 9
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- 239000000306 component Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000008358 core component Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 1
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/34—Edge-defined film-fed crystal-growth using dies or slits
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/10—Crucibles or containers for supporting the melt
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/02—Elements
- C30B29/06—Silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/16—Oxides
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
본 발명은 EFG용 잉곳 성장장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따르면 가열되어 내부에서 반도체 원료를 용융하는 밀폐구조의 도가니; 및 상하로 관통된 관통구를 구비하고, 상기 도가니의 상부를 관통하며, 상기 반도체 원료의 용융액에 하단이 잠기는 슬릿을 포함하며, 상기 슬릿으로 상승하는 상기 용융액의 모세관력으로 인한 상승 높이 대 상기 관통구의 수평방향 단면의 넓이의 비가 2.97:1 이상 3.37:1 이하의 범위인 EFG용 잉곳 성장장치를 제공한다.The present invention relates to an ingot growth device for EFG. According to one aspect of the present invention, a crucible with a sealed structure that is heated to melt a semiconductor raw material therein; and a through hole penetrating upward and downward, penetrating through an upper part of the crucible, and including a slit whose lower end is immersed in the melt of the semiconductor raw material, where the height of rise due to the capillary force of the melt rising into the slit versus the penetration is An ingot growth device for EFG is provided in which the ratio of the area of the horizontal cross section of the sphere is in the range of 2.97:1 to 3.37:1.
Description
본 발명은 EFG용 잉곳 성장장치에 대한 것으로, 보다 상세하게는, 잉곳 제조에 적합한 슬릿 형상에 특징이 있는 EFG용 잉곳 성장장치에 관한 것이다.The present invention relates to an ingot growing device for EFG, and more specifically, to an ingot growing device for EFG characterized by a slit shape suitable for ingot production.
단결정을 성장하는 방법으로서 쵸크랄스키(CZ:Czochralski) 법, 열교환법(HEM:Heat Exchanger Method), 베르누이법, EFG법(EFG:Edge-defined film fed Growth) 등이 있다.Methods for growing a single crystal include the Czochralski (CZ) method, the Heat Exchanger Method (HEM), the Bernoulli method, and the Edge-defined film fed growth (EFG) method.
상술한 방법들은 단결정 성장을 위해 원료를 용융시키기 위한 도가니를 사용한다. 그러나, 고온에 견딜 수 있는 고가의 소재로 도가니를 만들 경우 가열시 도가니의 증발 등으로 인한 소모가 많은 단점이 있다. EFG법은 도가니의 상부가 밀폐된 형태를 가지고 있으므로, 도가니의 증발로 인한 소모를 막을 수 있어서 특히 고가의 소재로 제작된 도가니를 사용할 때, 경제적인 장점이 있다.The above-described methods use a crucible to melt raw materials for single crystal growth. However, when making a crucible using expensive materials that can withstand high temperatures, there is a disadvantage in that it consumes a lot of money due to evaporation of the crucible when heated. The EFG method has an economical advantage because the top of the crucible is sealed, preventing consumption due to evaporation of the crucible, especially when using crucibles made of expensive materials.
EFG잉곳 성장장치는 도가니와 밀폐된 도가니를 관통하는 슬릿이 구비된 구조를 가진다. 슬릿은 도가니 내부의 용융액을 모세관 현상을 통해 도가니 상부까지 이동시키도록 구성되고, 슬릿 상단에서 시드를 용융액에 접합하여 인상하는 방법으로 잉곳이 제조된다.The EFG ingot growth device has a structure equipped with a crucible and a slit penetrating the sealed crucible. The slit is configured to move the melt inside the crucible to the top of the crucible through capillary action, and an ingot is manufactured by attaching a seed to the melt at the top of the slit and pulling it up.
따라서, EFG법에 있어서, 잉곳의 크기 및 두께를 결정하는 데에, 슬릿의 크기는 결정적인 요소이다. Therefore, in the EFG method, the size of the slit is a critical factor in determining the size and thickness of the ingot.
그러나, 슬릿의 크기에 따라 용융물이 상단까지 슬릿을 타고 올라오지 못하거나, 성장시 온도, 상승량 등의 구배 제어가 어려운 문제가 있다.However, depending on the size of the slit, there is a problem in that the melt cannot rise up the slit to the top, or it is difficult to control gradients such as temperature and rise amount during growth.
이에, 슬릿의 크기에 상관없이 단결정 잉곳을 안정적으로 성장시킬 수 있고, 공정 제어가 용이한 EFG 잉곳 성장장치의 기술개발이 요구된다. Accordingly, there is a need for technological development of an EFG ingot growth device that can stably grow a single crystal ingot regardless of the size of the slit and has easy process control.
한편, 전술한 배경기술은 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.Meanwhile, the above-mentioned background technology cannot necessarily be said to be known technology disclosed to the general public before the application for the present invention.
본 발명의 일 실시예는 슬릿의 크기 및 간격에 대한 비율을 정량화하여 용융물이 상단까지 슬릿을 타고 올라오면서, 성장시 온도, 상승량 등의 구배제어가 용이한 비율을 가진 EFG용 잉곳 성장장치를 제공하는 데에 목적이 있다.One embodiment of the present invention provides an ingot growth device for EFG that quantifies the ratio of the size and spacing of the slit so that the melt rises through the slit to the top, and has a ratio that allows easy control of gradients such as temperature and rise amount during growth. There is a purpose to do this.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 측면에 따르면 본 발명에 따른 EFG용 잉곳 성장장치는 가열되어 내부에서 반도체 원료를 용융하는 밀폐구조의 도가니; 및 상하로 관통된 관통구를 구비하고, 상기 도가니의 상부를 관통하며, 상기 반도체 원료의 용융액에 하단이 잠기는 슬릿을 포함하며, 상기 슬릿으로 상승하는 상기 용융액의 모세관력으로 인한 상승 높이 대 상기 관통구의 수평방향 단면의 넓이의 비가 2.97:1 이상 3.37:1 이하의 범위일 수 있다.As a technical means for achieving the above-described technical problem, according to one aspect of the present invention, an ingot growth device for EFG according to the present invention includes a crucible with a closed structure that is heated to melt the semiconductor raw material therein; and a through hole penetrating upward and downward, penetrating through an upper part of the crucible, and including a slit whose lower end is immersed in the melt of the semiconductor raw material, where the height of rise due to the capillary force of the melt rising into the slit versus the penetration is The ratio of the area of the horizontal cross section of the sphere may be in the range of 2.97:1 or more and 3.37:1 or less.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 반도체 원료는 Ga2O3일 수 있다.According to one aspect of the present invention, the semiconductor raw material may be Ga 2 O 3 .
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 도가니는 이리듐으로 만들 수 있다.According to one aspect of the present invention, the crucible may be made of iridium.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 상승 높이와 상기 관통구의 수평방향 단면의 넓이의 비가 2.97:1 이상 3.13:1 이하의 범위일 수 있다.According to one aspect of the present invention, the ratio between the rising height and the area of the horizontal cross-section of the through hole may be in the range of 2.97:1 or more and 3.13:1 or less.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 반도체 원료는 Si일 수 있다.According to one aspect of the present invention, the semiconductor raw material may be Si.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 도가니는 그라파이트로 만들 수 있다.According to one aspect of the present invention, the crucible may be made of graphite.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 도가니의 지름은 102mm이상이고 높이는 48mm이상 53mm이하이며 장입된 상기 Si의 양은 406g이하일 수 있다.According to one aspect of the present invention, the diameter of the crucible may be 102 mm or more, the height may be 48 mm or more or 53 mm or less, and the amount of Si charged may be 406 g or less.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 슬릿의 높이는 56mm이하일 수 있다.According to one aspect of the present invention, the height of the slit may be 56 mm or less.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 관통구는 직육면체 구조일 수 있다.According to one aspect of the present invention, the through hole may have a rectangular parallelepiped structure.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 관통구의 안측 너비를 w, 상기 관통구의 안측 두께를 t라고 할 때, w와 t의 관계식은 하기 [수학식 4]와 같을 수 있다.According to one aspect of the present invention, when the inner width of the through hole is w and the inner thickness of the through hole is t, the relationship between w and t may be as shown in [Equation 4] below.
[수학식 4][Equation 4]
단, 여기서 σ는 용융액의 표면장력, w는 관통구 단면인 직사각형의 너비, t는 관통구 단면인 직사각형의 두께, 
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 슬릿은 상기 도가니의 중심에 위치할 수 있다.According to one aspect of the present invention, the slit may be located at the center of the crucible.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 관통구는 상기 도가니의 용융액과 통공될 수 있다.According to one aspect of the present invention, the through hole may pass through the melt of the crucible.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 슬릿의 너비는 2인치일 수 있다.According to one aspect of the present invention, the width of the slit may be 2 inches.
본 발명에 따르면, 모세관력에 따른 용융액의 최대 상승 높이와 슬릿 관통구의 단면적의 비가 2.97 이상 3.37이하의 범위인 슬릿을 도가니에 사용함으로써, 단결정 잉곳의 성장 성공률을 극대화할 수 있다.According to the present invention, the success rate of growing a single crystal ingot can be maximized by using a slit in a crucible where the ratio of the maximum rising height of the melt according to capillary force and the cross-sectional area of the slit through hole is in the range of 2.97 to 3.37.
본 발명에 따르면, 실리콘을 성장시킬 때, 용융액의 최대 상승 높이와 슬릿 관통구의 단면적의 비가 2.97이상 3.37이하로 한정되는 슬릿을 사용함으로써, 단결정 잉곳의 성장 성공률을 극대화할 수 있다.According to the present invention, when growing silicon, the success rate of growing a single crystal ingot can be maximized by using a slit in which the ratio of the maximum rising height of the melt and the cross-sectional area of the slit through hole is limited to 2.97 or more and 3.37 or less.
또한, 본 발명에 따르면, 실리콘을 성장시킬 때, 용융액의 최대 상승 높이와 슬릿 관통구의 단면적의 비가 2.97이상 3.37이하로 한정되는 슬릿을 사용함으로써, 최적의 원료 장입량으로 단결정 잉곳의 성장을 유도할 수 있다. In addition, according to the present invention, when growing silicon, by using a slit in which the ratio between the maximum rising height of the melt and the cross-sectional area of the slit through hole is limited to 2.97 or more and 3.37 or less, the growth of a single crystal ingot can be induced with an optimal amount of raw material input. there is.
본 발명에 따르면, Ga2O3를 성장시킬 때, 용융액의 최대 상승 높이와 슬릿 관통구의 단면적의 비가 2.97이상 3.13이하로 한정되는 슬릿을 사용함으로써, 단결정 잉곳의 성장 성공률을 극대화할 수 있다.According to the present invention, when growing Ga 2 O 3 , the growth success rate of a single crystal ingot can be maximized by using a slit in which the ratio between the maximum rising height of the melt and the cross-sectional area of the slit through hole is limited to 2.97 or more and 3.13 or less.
또한, 본 발명에 따르면, Ga2O3를 성장시킬 때, 용융액의 최대 상승 높이와 슬릿 관통구의 단면적의 비가 2.97이상 3.13이하로 한정되는 슬릿을 사용함으로써, 최적의 원료 장입량으로 단결정 잉곳의 성장을 유도할 수 있다.In addition, according to the present invention, when growing Ga 2 O 3 , by using a slit in which the ratio between the maximum rising height of the melt and the cross-sectional area of the slit through hole is limited to 2.97 or more and 3.13 or less, single crystal ingots can be grown with an optimal raw material loading amount. It can be induced.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉곳 성장시 EFG용 잉곳 성장장치의 모습을 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬릿의 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬릿이 조립된 도가니의 내부 모습을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 도가니에 원료를 장입한 모습을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 도가니에 리드를 덮은 모습을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 EFG용 잉곳 성장장치로 Si을 성장시킨 실시예와 비교예의 실험 결과를 나타낸 표이다.
도 7은 도 6의 표를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 EFG용 잉곳 성장장치로 Ga2O3을 성장시킨 실시예와 비교예의 실험결과를 나타낸 표이다.
도 9는 도 8의 표를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 Si 원료 장입량과 비교예의 Si 원료 장입량을 비교한 표이다.Figure 1 is a cross-sectional view showing an ingot growth device for EFG during ingot growth according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is an exploded perspective view of a slit according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a view showing the interior of a crucible in which slits are assembled according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a diagram showing the charging of raw materials into the crucible of Figure 3.
Figure 5 is a view showing the lid covered in the crucible of Figure 4.
Figure 6 is a table showing experimental results of examples and comparative examples in which Si was grown using an ingot growth device for EFG according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a graph showing the table in Figure 6.
Figure 8 is a table showing experimental results of examples and comparative examples in which Ga 2 O 3 was grown using an ingot growth device for EFG according to an embodiment of the present invention.
Figure 9 is a graph showing the table in Figure 8.
Figure 10 is a table comparing the Si raw material charge amount according to an embodiment of the present invention and the Si raw material charge amount of the comparative example.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Below, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts unrelated to the description are omitted, and similar parts are given similar reference numerals throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected" to another part, this includes not only the case where it is "directly connected," but also the case where it is "indirectly connected" with another element in between. . Additionally, when a part "includes" a certain component, this means that it may further include other components rather than excluding other components, unless specifically stated to the contrary.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
본 발명의 기본 구성 및 개념을 도 1 내지 3을 참조하여 설명한다.The basic structure and concept of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉곳 성장시 EFG용 잉곳 성장장치의 모습을 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬릿의 분해사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬릿이 조립된 도가니의 내부 모습을 나타낸 도면이다.Figure 1 is a cross-sectional view showing the ingot growth device for EFG during ingot growth according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is an exploded perspective view of a slit according to an embodiment of the present invention, and Figure 3 is an embodiment of the present invention This is a diagram showing the interior of a crucible in which slits according to an embodiment are assembled.
본 발명에 따른 EFG용 잉곳 성장장치는 가열되어 내부에서 반도체 원료를 용융하는 밀폐구조의 도가니(120) 및 상하로 관통된 관통구(213)를 구비하고, 상기 도가니(120)의 상부를 관통하며, 상기 반도체 원료의 용융액(140)에 하단이 잠기는 슬릿(110)을 포함하며, 상기 슬릿(110)으로 상승하는 상기 용융액(140)의 모세관력으로 인한 상승가능한 최대 높이 대 상기 관통구(213)의 수평방향 단면의 넓이의 비(이하 '높이 대 넓이의 비')가 2.97:1 이상 3.37:1 이하의 범위인 것을 특징으로 한다. 이 슬릿(110)으로 올라온 용융액(140)을 시드(150)와 접합한 후 시드(150)를 인상하는 방법으로 잉곳을 성장시킨다.The ingot growth device for EFG according to the present invention has a sealed
도가니(120)는 도가니(120)의 상부를 막아 밀폐구조를 형성하는 리드(lid)를 포함할 수 있다.The
반도체 원료는 승화 정도가 낮은 물질일 수 있다. 반도체 원료는 Si, Ga2O3, Al2O3 중 어느 하나 수 있다.Semiconductor raw materials may be materials with a low degree of sublimation. The semiconductor raw material may be any one of Si, Ga 2 O 3 , and Al 2 O 3 .
도가니(120)는 용융액(140)의 용융점에 따라 다른 재질로 만들어질 수 있다. Si의 경우 용융점이 낮으므로 그라파이트로 된 도가니(120)를 사용할 수 있다. 또한 Ga2O3와 같이 높은 용융점을 가진 반도체의 경우 이리듐으로 된 도가니(120)를 사용할 수 있다.The
도가니(120)는 유도가열기를 사용하여 가열될 수 있다. 이리듐이나 그라파이트는 전도성이 있으므로 용이하게 2000℃ 이상 가열될 수 있다.The
도 2를 참조하여 슬릿을 설명한다.The slit will be described with reference to Figure 2.
도가니(120)는 내부에 슬릿(110)을 포함한다. 슬릿(110)은 상하로 관통된 관통구(213)를 구비하고, 도가니(120)의 상부를 이루는 리드를 관통하여 외부로 돌출된다. 슬릿(110)은 두 조각의 마주보는 판형 구조로 구성될 수 있다. 관통구(213)는 직육면체 구조로서, 수평방향으로 자른 단면이 직사각형 구조일 수 있다. 슬릿(110)의 상부에서 단면에 시드(150)를 접하고 인상하는 방법으로 잉곳을 성장시킨다. 따라서, 슬릿(110)을 수평방향으로 자른 단면이 연장된 구조로 잉곳이 형성된다. 슬릿(110)은 두 조각의 마주보는 슬릿조각(211)이 결합된 판형이며, 중심에 직육면체의 공간인 관통구(213)를 구비한다. 따라서, 슬릿조각(211)은 슬릿 가장자리(216)가 슬릿조각(211)의 중심에 비해 튀어나와서 중심이 凹모양으로 들어간 구조일 수 있다. 두 조각의 슬릿조각(211)이 결합되면 중앙에 관통구(213)가 형성된다.The
본 발명의 핵심적인 구성인 슬릿(110)은 도가니(120)의 중심에 위치하는 것이 바람직하다. 중심은 도가니(120)에서 대칭성을 만족하는 지점으로서, 온도구배 등 제어에 용이하기 때문이다.The
슬릿(110)은 중심에 상하방향으로 관통구(213)를 가진다. 관통구(213)는 어떤 형태도 관계없으나, 기판으로 잉곳을 가공해야 하므로 직육면체 모양의 관통구(213)가 바람직하다.The
관통구(213)는 하단에 융액 유입구(218)를 구비하여 용융액(140)이 유입될 수 있다. 융액 유입구(218)는 슬릿(110)의 하부로부터 용융액(140)을 흡수하여 모세관을 통해 위로 올릴 수 있다.The through
모세관력으로 인한 상승 높이H는 관통구(213)가 직사각형인 슬릿(110)에 대하여 수학식 1과 같이 계산된다.The rising height H due to capillary force is calculated as shown in
여기서 H는 모세관력으로 상승할 수 있는 최대 높이, σ는 표면장력, w는 관통구 단면인 직사각형의 너비, t는 관통구 단면인 직사각형의 두께, θ는 융액과 슬릿의 평형 접촉각, ρ는 용융액의 밀도, g는 중력 가속도이다.Here, H is the maximum height that can be raised by capillary force, σ is the surface tension, w is the width of the rectangle that is the through-hole cross-section, t is the thickness of the rectangle that is the through-hole cross-section, θ is the equilibrium contact angle between the melt and the slit, and ρ is the melt. The density, g is the acceleration of gravity.
도 3에 도시된 바와 같이 슬릿(110)은 도가니(120)에서 수직으로 세워지며, 이때, 관통구(213)의 형태가 직육면체 모양이라면 단면의 너비(w)와 두께(t)가 정의된다.As shown in FIG. 3, the
슬릿(110)은 도가니(120) 내부에 도 1과 같이 h'의 높이로 세워질 수 있다. 이때, 모세관력으로 인하여 상승하는 용융액(140)의 높이는 용융액(140)의 수면에서 슬릿(110)의 첨단까지의 거리인 h이다.The
용융액(140)이 올라갈 수 있는 최대 높이는 모세관력으로 상승할 수 있는 최대높이H일 수 있으며, H가 h보다 작다면 성장은 이루어지지 않는다. 반면, H가 h보다 크거나 같다면, 성장은 이루어질 수 있다. 그러나, H가 h보다 크다고 하여 항상 성장이 일어나는 것은 아니다. 지나치게 모세관력이 높으면, 단결정 잉곳이 균일한 두께로 성장되기 어려워져서 성공적으로 성장될 수 없을 수 있다.The maximum height that the
따라서, 용융액(140)이 충분히 올라가지만, 용융액이 과잉공급되지 않는 모세관력을 형성하는 것이 중요하다. 슬릿(110)으로 상승하는 상기 용융액(140)의 모세관력으로 인한 상승 높이 대 관통구(213)의 수평방향 단면의 넓이의 비를 2.97:1 이상 3.37:1 이하의 범위로 제어하는 방법으로 단결정 잉곳의 성장 성공에 적합한 모세관력을 형성할 수 있다.Accordingly, it is important to form a capillary force that allows the
도가니(120)는 2인치 기판용 단결정 잉곳을 성장시키기 위하여 준비될 수 있다. 슬릿(110)의 너비는 잉곳의 너비와 같고, 잉곳의 너비는 기판의 크기에 대응할 수 있으므로 슬릿(110)의 너비(w)는 2인치일 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 슬릿(110)은 도가니(120) 내에 위치되므로, 도가니(120)의 지름은 슬릿(110)의 너비(w)보다는 커야 한다. 따라서, 도가니(120)는 지름이 102mm보다 크다. 도가니(120)의 높이는 장입량을 최대화할 수 있는 높이인 48mm이상 53mm이하일 수 있다. The
슬릿(110)의 높이는 도가니(120)의 높이보다 10mm내외의 크기만큼 클 수 있다. 예를 들어, 슬릿(110)의 높이는 56mm이하일 수 있다. 슬릿(110)의 첨단은 용융액(140)의 응고가 일어나는 곳이므로 도가니(120)의 상부에서 멀리 떨어질 수 없다. 도가니(120)에서 벗어날수록 온도가 급격히 떨어져서, 특히 고온에서 용융되는 용융액(140)은 응고가 일어나기 때문이다. 따라서, 슬릿(110)의 높이는 도가니(120)의 높이보다 10mm내외의 크기만큼 클 수 있다.The height of the
도 4는 도 3의 도가니에 원료를 장입한 모습을 나타낸 도면이다.Figure 4 is a diagram showing the charging of raw materials into the crucible of Figure 3.
도 3과 같이 슬릿(110)이 내부에 구비된 도가니(120)에 원료(345)를 장입될 수 있다. 장입된 원료(345)는 공극을 가지므로 도가니(120) 내부를 모두 채울 수는 없다. 장입된 원료(345)가 도가니(120) 내부를 100% 채운 경우 충진률은 도가니(120)의 41.6%에 해당한다. Si는 102mm지름에 48mm높이인 도가니(120)에 가득 채워진 경우 406g 만큼 채울 수 있다. 따라서, 도가니(120)에 Si의 경우 406g이하만큼 장입할 수 있다.As shown in FIG. 3 , the
도 5는 도 4의 도가니에 리드를 덮은 모습을 나타낸 도면이다.Figure 5 is a view showing the lid covered in the crucible of Figure 4.
도가니(120)에 원료가 장입된 후 상부에 리드(360)를 덮어서 내부를 밀폐한다. 리드(360)는 중심에 슬릿(110)이 돌출될 수 있는 공간을 구비하여 슬릿(110)의 첨단이 외부와 접촉할 수 있는 구조를 갖는다. 리드(360)는 가열초기 내부의 공기가 빠져나올 수 있도록 틈을 구비할 수 있다. 리드(360)는 충분히 가열된 후 틈을 막는 구조일 수 있다.After the raw materials are charged into the
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 EFG용 잉곳 성장장치로 Si을 성장시킨 실시예와 비교예의 실험 결과를 나타낸 표이고, 도 7은 도 6의 표를 나타낸 그래프이다.Figure 6 is a table showing experimental results of Examples and Comparative Examples of growing Si with an ingot growth apparatus for EFG according to an embodiment of the present invention, and Figure 7 is a graph showing the table of Figure 6.
EFG법에 의해 성장시키는 경우 모세관력을 일정하게 유지하는 것이 매우 중요하다. 또한, 모세관력은 관통구의 단면적의 크기가 커질수록 급격히 떨어지는 문제가 있다. 따라서, 높이 대 슬릿 관통구 단면적의 넓이의 비 간의 관계식을 통해 EFG법에 따른 최적의 슬릿 형상을 설계할 수 있다.When growing by the EFG method, it is very important to keep the capillary force constant. Additionally, there is a problem in that the capillary force drops rapidly as the cross-sectional area of the through hole increases. Therefore, the optimal slit shape according to the EFG method can be designed through the relationship between the ratio of the height to the area of the cross-sectional area of the slit through hole.
본 발명의 발명자들은 모세관 상승 높이와 슬릿 관통구의 단면적의 비가 특정 범위에 있을 때에 Si 단결정 잉곳의 성장이 성공적으로 일어난다는 점을 발견하였다.The inventors of the present invention have found that the growth of Si single crystal ingots occurs successfully when the ratio of the capillary rise height and the cross-sectional area of the slit through hole is within a certain range.
본 발명의 발명자들은 도 6에 도시된 바와 같이, 슬릿의 관통구의 너비(w) 및 두께(t)가 상이한 16가지의 슬릿을 제조하여 Si 단결정 잉곳을 EFG법으로 성장하는 실험을 수행하였으며, Si 단결정 잉곳의 성장 성공률을 극대화할 수 있는 모세관력에 의한 상승 높이(H) 대 슬릿 관통구의 단면적 비를 확인하였다. As shown in FIG. 6, the inventors of the present invention performed an experiment to grow a Si single crystal ingot by the EFG method by manufacturing 16 different slits with different width (w) and thickness (t) of the through hole of the slit, and Si The ratio of the rising height (H) due to capillary force to the cross-sectional area of the slit through hole, which can maximize the growth success rate of single crystal ingots, was confirmed.
구체적으로, 본 실험에서 사용된 도가니의 지름은 102mm이고, 높이는 48mm이었다. Specifically, the diameter of the crucible used in this experiment was 102 mm and the height was 48 mm.
16개의 슬릿은 슬릿 관통구 단면적의 너비 및 두께의 크기는 도 6의 표와 같이 제조되었으며, 16개의 슬릿의 높이는 모두 56mm이었다.The 16 slits were manufactured as shown in the table in FIG. 6 with the width and thickness of the cross-sectional area of the slit through hole, and the height of all 16 slits was 56 mm.
단결정 잉곳의 상승 높이(H)는 상기 [수학식 1]에 의해 계산되었고, 여기서 σ는 Si의 용융점에서의 표면장력 0.81J/m2, θ는 Si과 탄소의 평형 접촉각30°이며, ρ는 용융점에서의 Si 밀도인 2530kg/m3이다. 중력가속도는 9.81m/s2을 대입하였다.The rising height (H) of the single crystal ingot was calculated by the above [Equation 1], where σ is the surface tension at the melting point of Si, 0.81J/m 2 , θ is the equilibrium contact angle of Si and carbon of 30°, and ρ is The density of Si at the melting point is 2530 kg/m 3 . The gravitational acceleration was set to 9.81m/ s2 .
본 실험에서 용융액이 슬릿의 첨단까지 상승하지 않아서 성장이 일어나지 않거나, 성장되었어도, 성장된 측면의 표면이 고르지 않아서, 잉곳으로서 상품성이 없는 경우 실패로 판단하였고, 직육면체 형태의 결함이 적은 잉곳으로 성장한 경우 성공으로 판단하였다. In this experiment, if growth did not occur because the melt did not rise to the tip of the slit, or even if growth did occur, the surface of the grown side was uneven, making it unmarketable as an ingot, it was judged to be a failure, and if it grew into a rectangular-shaped ingot with few defects It was judged to be a success.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 H/면적이 2.97이상 3.37이하에 해당하는 경우에만 성공적으로 Si 잉곳의 성장이 일어난다.As shown in Figures 6 and 7, successful growth of the Si ingot occurs only when H/area is 2.97 or more and 3.37 or less.
비율이 이보다 낮은 경우에는 모세관 상승이 충분히 일어나지 않기 때문에 성장이 일어나지 않거나 성장이 일어나는 도중에 끊어지는 현상이 발생한다.(비교예 1,2,3) 또한, 비율이 이를 월등히 초과한다면, 과잉 상승하여 조건 제어가 불가능하여 균일한 두께의 잉곳을 성장시키기 어렵다.(비교예 15,16)If the ratio is lower than this, capillary rise does not occur sufficiently, so growth does not occur or the phenomenon of breakage occurs during growth (Comparative Examples 1, 2, and 3). Additionally, if the ratio significantly exceeds this, it rises excessively and the conditions are broken. Because control is impossible, it is difficult to grow an ingot of uniform thickness (Comparative Examples 15 and 16).
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 EFG용 잉곳 성장장치로 Ga2O3을 성장시킨 실시예와 비교예의 실험결과를 나타낸 표이고, 도 9는 도 8의 표를 나타낸 그래프이다.Figure 8 is a table showing experimental results of examples and comparative examples of growing Ga 2 O 3 using an ingot growth device for EFG according to an embodiment of the present invention, and Figure 9 is a graph showing the table of Figure 8.
본 발명의 발명자들은 도 8에 도시된 바와 같이, 슬릿의 관통구의 너비(w) 및 두께(t)가 상이한 16가지의 슬릿을 제조하여, Ga2O3단결정 잉곳을 EFG법으로 성장하여 Ga2O3단결정 잉곳의 성장 성공률을 극대화할 수 있는 모세관력에 의한 상승 높이(H) 대 슬릿 관통구의 단면적 비를 확인하였다. As shown in FIG. 8, the inventors of the present invention manufactured 16 types of slits with different widths (w) and thicknesses (t) of the through holes of the slits, and grew Ga 2 O 3 single crystal ingots by the EFG method to form Ga 2 The ratio of the rising height (H) due to capillary force to the cross-sectional area of the slit through hole, which can maximize the growth success rate of the O 3 single crystal ingot, was confirmed.
구체적으로, 이 실험에서 사용된 도가니의 지름은 94mm이고, 높이는 32mm이었다. Specifically, the diameter of the crucible used in this experiment was 94 mm and the height was 32 mm.
또한, 16개의 슬릿은 슬릿 관통구 단면적의 너비 및 두께의 크기는 도 8의 표와 같이 제조되었으며, 16개의 슬릿의 높이는 모두 36mm이었다.In addition, the size of the width and thickness of the cross-sectional area of the slit through hole for the 16 slits was manufactured as shown in the table in FIG. 8, and the height of the 16 slits was all 36 mm.
단결정 잉곳의 상승 높이(H)는 상기 [수학식 1]에 의해 계산되었고, 여기서 σ는 Ga2O3의 용융점에서의 표면장력 0.65J/m2, θ는 Ga2O3와 이리듐의 평형 접촉각17°이며, ρ는 용융점에서의 Ga2O3밀도인 4837kg/m3이다. 중력가속도는 9.81m/s2을 대입하였다.The rising height (H) of the single crystal ingot was calculated by the above [Equation 1], where σ is the surface tension at the melting point of Ga 2 O 3 0.65J/m 2 , and θ is the equilibrium contact angle between Ga 2 O 3 and iridium. It is 17°, and ρ is 4837kg/m 3 , which is the density of Ga 2 O 3 at the melting point. The gravitational acceleration was set to 9.81m/ s2 .
본 실험에서 용융액이 슬릿의 첨단까지 상승하지 않아서 성장이 일어나지 않거나, 성장되었어도, 성장된 측면의 표면이 고르지 않아서, 잉곳으로서 상품성이 없는 경우 실패로 판단하였다. 직육면체 형태의 결함이 적은 잉곳으로 성장한 경우 성공으로 판단하였다. In this experiment, if growth did not occur because the melt did not rise to the tip of the slit, or even if growth occurred, the surface of the grown side was uneven, making it unmarketable as an ingot, it was judged to be a failure. It was judged successful if it grew into a rectangular-shaped ingot with few defects.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 H/면적이 2.97이상 3.13이하에 해당하는 경우에만 성공적으로 Ga2O3 잉곳의 성장이 일어난다.As shown in Figures 8 and 9, growth of the Ga 2 O 3 ingot occurs successfully only when H/area is 2.97 or more and 3.13 or less.
비율이 이보다 낮은 경우에는 모세관 상승이 충분히 일어나지 않기 때문에 성장이 일어나지 않거나 성장이 일어나는 도중에 끊어지는 현상이 발생한다. 또한, 성장정도에 비하여 장입량이 추가되어야하는 단점이 있다.(비교예1,2,3)If the ratio is lower than this, capillary rise does not occur sufficiently, so growth does not occur or a phenomenon in which growth occurs is interrupted. In addition, there is a disadvantage that the charging amount must be added compared to the degree of growth (Comparative Examples 1, 2, and 3).
반면에 비율이 이를 월등히 초과한다면, 과잉 상승하여 슬릿의 첨단에서 냉각 조건 제어가 불가능하여 균일한 두께의 잉곳을 성장시키기 어렵다.(비교예 15,16) 따라서, H/면적의 값은 2.97 이상 3.37이하의 값이어야 한다.On the other hand, if the ratio greatly exceeds this, it rises excessively and it is impossible to control the cooling conditions at the tip of the slit, making it difficult to grow an ingot of uniform thickness (Comparative Examples 15 and 16). Therefore, the value of H/area is 2.97 or more and 3.37. It must be the following value.
위의 두 물질은 표면장력, 슬릿과의 평형 접촉각, 용융점에서의 밀도가 상이함에도 모세관력에 의한 최대 상승 높이와 슬릿의 단면적의 비가 2.97 이상 3.37이하의 범위를 만족하는 슬릿에 대하여 선택적으로 단결정 성장이 일어났다. 따라서, 모세관을 이용한 잉곳 성장방법인 EFG법에 있어서, 다양한 표면장력, 슬릿과의 평형 접촉각, 용융점에서의 밀도가 상이한 물질이라도, 모세관력에 의한 최대 상승 높이와 슬릿의 단면적의 비가 2.97이상 3.37이하인 경우 잉곳 성장이 가능하다. 특히, Ga2O3의 경우 2.97:1이상 3.31:1이하의 범위인 경우에 잉곳 성장이 가능하다.Although the above two materials have different surface tension, equilibrium contact angle with the slit, and density at the melting point, single crystals are selectively grown for slits where the ratio of the maximum elevation height due to capillary force and the cross-sectional area of the slit satisfies the range of 2.97 to 3.37. This happened. Therefore, in the EFG method, which is an ingot growth method using a capillary tube, even if the material has different surface tension, equilibrium contact angle with the slit, and density at the melting point, the ratio of the maximum rising height due to capillary force and the cross-sectional area of the slit is 2.97 or more and 3.37 or less. In this case, ingot growth is possible. In particular, in the case of Ga 2 O 3 , ingot growth is possible when the ratio is in the range of 2.97:1 or more and 3.31:1 or less.
본 발명에 따른 모세관력에 따라 슬릿을 타고 올라오는 용융액의 최대 상승 높이 h를 슬릿의 단면적으로 나눈 파라미터 P는 [수학식 2]와 같이 나타낼 수 있다.The parameter P obtained by dividing the maximum rising height h of the melt rising up the slit according to the capillary force according to the present invention by the cross-sectional area of the slit can be expressed as [Equation 2].
수학식 2를 w에 대하여 풀면, 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.If
P는 2.97이상 3.37이하의 값을 가질 수 있으므로, EFG법으로 성장시킬 수 있는 일반적인 반도체 물질에 대한 w와 t의 관계는 [수학식 4]과 같다.Since P can have a value between 2.97 and 3.37, the relationship between w and t for general semiconductor materials that can be grown by the EFG method is as in [Equation 4].
수학식 2내지 4에서 P는 용융액의 최대 상승 높이를 슬릿의 단면적으로 나눈 파라미터, σ는 표면장력, w는 관통구 단면인 직사각형의 너비, t는 관통구 단면인 직사각형의 두께, θ는 융액과 슬릿의 평형 접촉각, ρ는 용융액의 밀도, g는 중력 가속도이다.In
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 Si 원료 장입량과 비교예의 Si 원료 장입량을 비교한 표이다.Figure 10 is a table comparing the Si raw material charge amount according to an embodiment of the present invention and the Si raw material charge amount of the comparative example.
본 발명에서 모세관 높이를 슬릿의 단면적으로 나눈 값이 기설정된 값보다 낮으면, 성장이 일어나지 않을 뿐만 아니라, 장입되는 원료의 양이 늘어나는 문제가 있다.In the present invention, if the value divided by the capillary height by the cross-sectional area of the slit is lower than the preset value, not only does growth not occur, but there is a problem that the amount of charged raw material increases.
좌측의 실시예는 Si에 대한 실험인 도 6 및 7의 실시예고, 우측의 비교예는 좌측의 실시예에서 두께를 1mm로 고정시켰을 때의 필요원료 장입량을 나타낸 표이다.The example on the left is the example of FIGS. 6 and 7, which is an experiment on Si, and the comparative example on the right is a table showing the required amount of raw materials charged when the thickness is fixed at 1 mm in the example on the left.
잉곳을 성장시킬 때에는 원형 기판을 제작해야 하므로, 성장시킨 높이와 슬릿의 너비의 길이가 같아야 한다.When growing an ingot, a circular substrate must be manufactured, so the grown height and the width of the slit must be the same.
원료 장입량G는 1회 성장시 잉곳의 부피, 도가니에 성장이 끊기기 시작하는 최소 장입높이 20mm를 적용하여 원료 장입량을 계산하였다. 이때, 슬릿에 삽입되는 용융액의 부피는 1회 성장시 잉곳의 부피와 같다고 근사하였고, 도가니의 지름은 102mm 높이는 48mm인 도가니로 가정하였다. 이 조건에서 원료 장입량을 계산하면 [수학식 5]와 같다.The raw material charge amount G was calculated by applying the volume of the ingot during one growth and the minimum charge height of 20 mm at which growth begins to stop in the crucible. At this time, the volume of the melt inserted into the slit was approximated to be the same as the volume of the ingot during one growth, and the crucible was assumed to have a diameter of 102 mm and a height of 48 mm. Under these conditions, the amount of raw material charged is calculated as [Equation 5].
여기서 ρ는 원료의 밀도, h는 도가니의 최소 성장 높이인 20mm, r은 도가니의 반경인 51mm, A는 슬릿의 너비, B는 기판의 높이, C는 슬릿의 두께이다.Here, ρ is the density of the raw material, h is the minimum growth height of the crucible, 20 mm, r is the radius of the crucible, 51 mm, A is the width of the slit, B is the height of the substrate, and C is the thickness of the slit.
표의 실시예의 실험에서 두께를 확대하여 비율을 3.3보다 낮게 떨어뜨린 경우 비율이 떨어지면 떨어질수록 원료 장입량이 증대되는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 원료의 장입량을 최소화하기 위해서 모세관력에 의한 용융액의 최대 상승 높이와 슬릿의 단면적의 비를 정확히 필요한 수준에서 유지하는 것이 효과적이다.In the experiments of the examples in the table, it can be seen that when the ratio is lowered below 3.3 by expanding the thickness, the amount of raw material charged increases as the ratio drops. Therefore, in order to minimize the amount of raw material charged, it is effective to maintain the ratio between the maximum rising height of the melt due to capillary force and the cross-sectional area of the slit at exactly the required level.
본 발명에 따르면, 모세관력에 따른 용융액의 최대 상승 높이와 슬릿의 단면적의 비가 2.97 이상 3.37이하의 범위인 슬릿을 도가니에 사용함으로써, 단결정 잉곳의 성장 성공률을 극대화할 수 있다.According to the present invention, the success rate of growing a single crystal ingot can be maximized by using a slit in a crucible in which the ratio between the maximum rising height of the melt according to capillary force and the cross-sectional area of the slit is in the range of 2.97 to 3.37.
본 발명에 따르면, 실리콘을 성장시킬 때, 용융액의 최대 상승 높이와 슬릿의 단면적의 비가 2.97이상 3.37이하로 한정되는 슬릿을 사용함으로써, 단결정 잉곳의 성장 성공률을 극대화할 수 있다.According to the present invention, when growing silicon, the success rate of growing a single crystal ingot can be maximized by using a slit in which the ratio between the maximum rising height of the melt and the cross-sectional area of the slit is limited to 2.97 or more and 3.37 or less.
또한, 본 발명에 따르면, 실리콘을 성장시킬 때, 용융액의 최대 상승 높이와 슬릿의 단면적의 비가 2.97이상 3.37이하로 한정되는 슬릿을 사용함으로써, 최적의 원료 장입량으로 단결정 잉곳의 성장을 유도할 수 있다. In addition, according to the present invention, when growing silicon, by using a slit in which the ratio between the maximum rising height of the melt and the cross-sectional area of the slit is limited to 2.97 or more and 3.37 or less, the growth of a single crystal ingot can be induced with an optimal raw material loading amount. .
본 발명에 따르면, Ga2O3를 성장시킬 때, 용융액의 최대 상승 높이와 슬릿의 단면적의 비가 2.97이상 3.13이하로 한정되는 슬릿을 사용함으로써, 단결정 잉곳의 성장 성공률을 극대화할 수 있다.According to the present invention, when growing Ga 2 O 3 , the growth success rate of a single crystal ingot can be maximized by using a slit in which the ratio between the maximum rising height of the melt and the cross-sectional area of the slit is limited to 2.97 or more and 3.13 or less.
또한, 본 발명에 따르면, Ga2O3를 성장시킬 때, 용융액의 최대 상승 높이와 슬릿의 단면적의 비가 2.97이상 3.13이하로 한정되는 슬릿을 사용함으로써, 최적의 원료 장입량으로 단결정 잉곳의 성장을 유도할 수 있다. In addition, according to the present invention, when growing Ga 2 O 3 , by using a slit in which the ratio between the maximum rising height of the melt and the cross-sectional area of the slit is limited to 2.97 or more and 3.13 or less, growth of a single crystal ingot is induced with an optimal raw material loading amount. can do.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the claims described below rather than the detailed description above, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
110: 슬릿 120: 도가니
130: 유도가열기 140: 용융액
150: 시드 211: 슬릿조각
213: 관통구 216: 슬릿 가장자리
218: 융액 유입구 345: 원료
360: 리드110: slit 120: crucible
130: induction heater 140: melt
150: Seed 211: Slit Piece
213: through hole 216: slit edge
218: melt inlet 345: raw material
360: lead
Claims (13)
상하로 관통된 관통구를 구비하고, 상기 도가니의 상부를 관통하며, 상기 반도체 원료의 용융액에 하단이 잠기는 슬릿을 포함하며,
상기 반도체 원료는 Ga2O3 및 실리콘 중 어느 하나인 것을 특징으로 하고,
상기 슬릿으로 상승하는 상기 용융액의 모세관력으로 인한 상승 높이 대 상기 관통구의 수평방향 단면의 넓이의 비가 2.97:1 이상 3.37:1 이하의 범위인 것을 특징으로 하는 EFG용 잉곳 성장장치A sealed crucible that is heated to melt semiconductor raw materials inside; and
It has a through hole penetrating up and down, penetrates the upper part of the crucible, and includes a slit whose lower end is immersed in the molten liquid of the semiconductor raw material,
The semiconductor raw material is characterized in that it is one of Ga 2 O 3 and silicon,
An ingot growth device for EFG, characterized in that the ratio of the rising height due to the capillary force of the melt rising into the slit to the area of the horizontal cross-section of the through hole is in the range of 2.97:1 or more and 3.37:1 or less.
상기 반도체 원료는 Ga2O3인 것을 특징으로 하는 EFG용 잉곳 성장장치According to paragraph 1,
Ingot growth device for EFG, characterized in that the semiconductor raw material is Ga 2 O 3
상기 도가니는 이리듐으로 만든 것을 특징으로 하는 EFG용 잉곳 성장장치According to paragraph 2,
Ingot growth device for EFG, characterized in that the crucible is made of iridium
상기 상승 높이와 상기 관통구의 수평방향 단면의 넓이의 비가 2.97:1 이상 3.13:1 이하의 범위인 것을 특징으로 하는 EFG용 잉곳 성장장치According to paragraph 3,
An ingot growth device for EFG, characterized in that the ratio between the rising height and the area of the horizontal cross-section of the through hole is in the range of 2.97:1 or more and 3.13:1 or less.
상기 반도체 원료는 실리콘인 것을 특징으로 하는 EFG용 잉곳 성장장치According to paragraph 1,
Ingot growth device for EFG, characterized in that the semiconductor raw material is silicon
상기 도가니는 그라파이트로 만든 것을 특징으로 하는 EFG용 잉곳 성장장치According to clause 5,
Ingot growth device for EFG, characterized in that the crucible is made of graphite
상기 도가니의 지름은 102mm이상이고 높이는 48mm이상 53mm이하이며 장입된 상기 실리콘의 양은 406g이하인 것을 특징으로 하는 EFG용 잉곳 성장장치According to clause 5,
An ingot growth device for EFG, characterized in that the diameter of the crucible is 102 mm or more, the height is 48 mm or more and 53 mm or less, and the amount of silicon charged is 406 g or less.
상기 슬릿의 높이는 56mm이하인 것을특징으로 하는 EFG용 잉곳 성장장치According to clause 5,
Ingot growth device for EFG, characterized in that the height of the slit is 56 mm or less.
상기 관통구는 직육면체 구조인 것을 특징으로 하는 EFG용 잉곳 성장장치According to paragraph 1,
Ingot growth device for EFG, characterized in that the through hole has a rectangular parallelepiped structure.
상기 관통구의 안측 너비를 w, 상기 관통구의 안측 두께를 t라고 할 때, w와 t의 관계식은 하기 [수학식 4]와 같은 것을 특징으로 하는 EFG용 잉곳 성장장치
[수학식 4]
단, 여기서 σ는 용융액의 표면장력, w는 관통구 단면인 직사각형의 너비, t는 관통구 단면인 직사각형의 두께, θ는 용융액과 슬릿의 평형 접촉각, ρ는 용융액의 밀도, g는 중력 가속도이다.According to clause 9,
When the inner width of the through hole is w and the inner thickness of the through hole is t, the relationship between w and t is as follows [Equation 4]. Ingot growth device for EFG
[Equation 4]
However, here, σ is the surface tension of the melt, w is the width of the rectangle that is the cross-section of the through-hole, t is the thickness of the rectangle that is the cross-section of the through-hole, θ is the equilibrium contact angle between the melt and the slit, ρ is the density of the melt, and g is the gravitational acceleration. .
상기 슬릿은 상기 도가니의 중심에 위치한 것을 특징으로 하는 EFG용 잉곳 성장장치According to paragraph 1,
The slit is an ingot growth device for EFG, characterized in that it is located in the center of the crucible.
상기 관통구는 상기 도가니의 용융액과 통공되는 것을 특징으로 하는 EFG용 잉곳 성장장치According to paragraph 1,
An ingot growth device for EFG, characterized in that the through hole is perforated with the melt of the crucible.
상기 슬릿의 너비는 2인치인 것을 특징으로 하는 EFG용 잉곳 성장장치According to paragraph 1,
Ingot growth device for EFG, characterized in that the width of the slit is 2 inches.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210190949A KR102660564B1 (en) | 2021-12-29 | 2021-12-29 | Ingot growth device for edge defined film fed growth method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210190949A KR102660564B1 (en) | 2021-12-29 | 2021-12-29 | Ingot growth device for edge defined film fed growth method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230101984A KR20230101984A (en) | 2023-07-07 |
| KR102660564B1 true KR102660564B1 (en) | 2024-04-25 |
Family
ID=87154480
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210190949A KR102660564B1 (en) | 2021-12-29 | 2021-12-29 | Ingot growth device for edge defined film fed growth method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102660564B1 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100232537B1 (en) * | 1991-05-30 | 1999-12-01 | 하네타 유이치 | Rutile single crystals and their growth processes |
| JP5788925B2 (en) * | 2013-04-04 | 2015-10-07 | 株式会社タムラ製作所 | Method for growing β-Ga 2 O 3 single crystal |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5788925U (en) | 1980-11-21 | 1982-06-01 |
-
2021
- 2021-12-29 KR KR1020210190949A patent/KR102660564B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100232537B1 (en) * | 1991-05-30 | 1999-12-01 | 하네타 유이치 | Rutile single crystals and their growth processes |
| JP5788925B2 (en) * | 2013-04-04 | 2015-10-07 | 株式会社タムラ製作所 | Method for growing β-Ga 2 O 3 single crystal |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20230101984A (en) | 2023-07-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5919303A (en) | Process for preparing a silicon melt from a polysilicon charge | |
| KR930001895B1 (en) | Method and equipment for manufacturing silicon single crystal | |
| KR102490405B1 (en) | Crystal pulling system and method with crucible and manipulating member | |
| US7608146B2 (en) | Method and apparatus for the production of crystalline silicon substrates | |
| JPH02133389A (en) | Production device of silicon single crystal | |
| KR101323901B1 (en) | Method for producing a single crystal composed of silicon using molten granules | |
| WO2003027362A1 (en) | Process for preparing an arsenic-doped single crystal silicon using a submersed dopant feeder | |
| US5370078A (en) | Method and apparatus for crystal growth with shape and segregation control | |
| US20050160966A1 (en) | Method for producing silicon single crystal and, silicon single crystal and silicon wafer | |
| US4322263A (en) | Method for horizontal ribbon crystal growth | |
| US3701636A (en) | Crystal growing apparatus | |
| KR102660564B1 (en) | Ingot growth device for edge defined film fed growth method | |
| US20140109825A1 (en) | Equipment and method for producing crystal by vertical boat method | |
| US20230332332A1 (en) | Continuous replenishment crystal growth | |
| TWI481750B (en) | Removing a sheet from the surface of a melt using elasticity and buoyancy | |
| US20160024686A1 (en) | Method of designing a passage through a weir for allowing dilutions of impurities | |
| KR102014927B1 (en) | Silicon feeding unit, growing apparatus and method for silicon single srystal including the same | |
| EP0210439B1 (en) | Method for growing single crystals of dissociative compound semiconductor | |
| JP3812573B2 (en) | Semiconductor crystal growth method | |
| RU2791643C1 (en) | Method for growing germanium or silicon single crystals and a device for its implementation | |
| JPH01317188A (en) | Production of single crystal of semiconductor and device therefor | |
| JP3569954B2 (en) | Semiconductor crystal growth method | |
| JPH0412085A (en) | Apparatus for producting silicon single crystal | |
| JPH03265593A (en) | Crystal growing device | |
| JPH0259494A (en) | Production of silicon single crystal and apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |