KR20030058714A - Thermal shield in Apparatus of growing a single crystalline silicon ingot and method for fabricating single crystalline silicon ingot using thereof - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A heat shield of a silicon single crystal ingot growing apparatus and a method for manufacturing a silicon single crystal ingot using the same are provided to be capable of reducing the generation of growth defect by increasing the gradient of mean vertical temperature and effectively removing the defect due to oxygen precipitation. CONSTITUTION: A heat shield(104) is provided with a housing(104a) located in a silicon growing apparatus for surrounding a silicon single crystal ingot(106) and heat insulating material(104b) filled in the housing. The housing has the first tilt surface(108a) opposite to the silicon single crystal ingot, the horizontal surface(108b) opposite to a silicon melted solution(102), and the second tilt surface(108c) having a slope of 90-120 degree from the horizontal surface.

Description

실리콘 단결정 잉곳 성장장치의 열실드 및 그를 이용한 실리콘 단결정 잉곳 제조방법{Thermal shield in Apparatus of growing a single crystalline silicon ingot and method for fabricating single crystalline silicon ingot using thereof}Thermal shield in Apparatus of growing a single crystalline silicon ingot and method for fabricating single crystalline silicon ingot using according to the present invention.

본 발명은 실리콘 단결정 잉곳 성장장치의 열실드 및 그를 이용한 실리콘 단결정 잉곳의 제조방법에 관한 것으로, 특히 실리콘 단결정 잉곳의 인상속도를 증가시켜 산소적층결함 핵의 형성을 억제하여 실리콘 웨이퍼에 존재하는 산소적층결함의 밀도를 최소화하고, 생산성을 향상하기 위한 것이다.The present invention relates to a heat shield of a silicon single crystal ingot growth apparatus and a method for manufacturing a silicon single crystal ingot using the same, in particular, by increasing the pulling speed of the silicon single crystal ingot to suppress the formation of the oxygen lamination defect nucleus and thereby depositing oxygen on the silicon wafer. To minimize the density of defects and to improve productivity.

실리콘 단결정 잉곳은 다결정 실리콘을 액상으로 용융시킨 후 쵸크랄스키(Czochralski method: 이하 초크랄스키)결정성장법으로 결정을 성장시켜 제조한다.Silicon single crystal ingots are prepared by melting polycrystalline silicon in a liquid phase and then growing the crystals by Czochralski (hereinafter, referred to as Czochralski) crystal growth method.

실리콘 단결정 잉곳을 초크랄스키방법에 의해 결정 성장시키는데 있어서 실리콘 단결정 잉곳 내 결함특성은 결정의 인상속도 및 냉각등의 성장 조건에 크게 의존한다. 따라서 성장 계면 근처의 열 환경을 조절함으로써 결정 결함의 종류 및 분포를 제어하고자 하는 많은 노력이 진행되고 있다.In crystal growth of a silicon single crystal ingot by the Czochralski method, the defect characteristics in the silicon single crystal ingot largely depend on the growth rate of crystal pulling and cooling. Therefore, many efforts have been made to control the type and distribution of crystal defects by controlling the thermal environment near the growth interface.

실리콘 융액이 고체 결정화되면서 베이컨시 타입(vacancy type)과 인터스티셜 타입(interstitial type)의 점 결함(point defect)이 평형농도 이상으로 혼입되어 냉각중에 이 점 결함들이 응집되어 성장된 결정 결함으로 발전하게 된다. V.V.Voronkov 가 발표한 (The mechanism of swirl defects formation in silicon"(Journal of crystal growth.Vol. 59(1982년).P,625.,)에 따르면, 이러한결함의 형성은 V.G비와 밀접한 관계를 갖는다. 여기서 V는 잉곳의 인상 속도이며 G는 성장계면 근처의 결정 내 수직 온도 기울기이다.As the silicon melt is solid crystallized, point defects of vacancy type and interstitial type are mixed above the equilibrium concentration, and these defects aggregate and grow during cooling. Done. According to VVVoronkov (The mechanism of swirl defects formation in silicon "(Journal of crystal growth. Vol. 59 (1982). P, 625.,), the formation of these defects is closely related to the VG ratio. Where V is the pulling rate of the ingot and G is the vertical temperature gradient in the crystal near the growth interface.

상기에서 V.G의 비가 어떤 임계치를 초과하면 베이컨시 타입의 결정 결함이 발생되고, 그 이하에서는 인터스티셜 타입의 결정 결함이 발생된다. 따라서, 단결정 잉곳의 제조장치를 이용하여 결정을 성장시킬 때 소정의 핫존(hot zone)의 일정한 성장 조건에서는 인상 속도에 의하여 결정 내에 존재하는 결함의 종류, 크기 및 밀도등이 영향을 받게 된다.In the above, when the ratio of V.G exceeds a certain threshold, a vacancy type crystal defect is generated, and below that, an interstitial type crystal defect is generated. Therefore, when growing a crystal using the apparatus for producing a single crystal ingot, under certain growth conditions of a predetermined hot zone, the kind, size and density of defects present in the crystal are affected by the pulling speed.

일반적으로 결정 내 수직온도 기울기는(G)는 잉곳의 중심에서 가장 작고 가장자리로 갈수록 반경 방향으로 증가한다. 그러므로, 잉곳의 중심부에는 베이컨시 타입의 결정 결함영역의 형성이 용이하고 외주부에는 인터스티셜 타입의 결정 결함영역의 형성이 용이하여진다. 이러한 결함등은 후속공정시 COP, LDP, OSF 등의 결함이 관찰된다.In general, the vertical temperature gradient (G) in the crystal is the smallest at the center of the ingot and increases radially toward the edge. Therefore, it is easy to form a vacancy-type crystal defect region in the center of the ingot, and the formation of an interstitial crystal defect region in the outer peripheral portion. These defects, such as COP, LDP, OSF is observed in the subsequent process.

따라서 결정 성장시 중심부에서 베이컨시 타입 결정 결함의 발생을 억제하고 외주부에서 인터스티셜 타입 결정 결함의 발생을 억제하기 위해 단결정 잉곳의 결정 반경 방향으로의 수직온도 기울기 편차(G), 즉, 단결정 잉곳 중심부의 수직온도 기울기와 외주부의 수직온도 기울기의 차를 줄이고 성장 계면에서 평균적인 수직온도 기울기를 향상시켜야 한다.Therefore, in order to suppress the occurrence of baconic type crystal defects at the center of crystal growth and interstitial type crystal defects at the outer periphery, the vertical temperature gradient deviation (G) of the single crystal ingot in the crystal radial direction, that is, the single crystal ingot The difference between the vertical temperature slope at the center and the vertical temperature slope at the outer periphery should be reduced and the average vertical temperature slope at the growth interface should be improved.

상기에서 단결정 잉곳의 결정 반경 방향으로의 수직온도 기울기 편차(G)를 줄이기 위해서는 중심부의 수직온도(Gc) 기울기를 높이거나 외주부의 수직온도(Ge) 기울기를 낮추어야 한다.In order to reduce the vertical temperature gradient deviation (G) in the crystal radial direction of the single crystal ingot, it is necessary to increase the vertical temperature (Gc) slope of the center portion or lower the vertical temperature (Ge) slope of the outer peripheral portion.

그러나 외주부의 수직온도(Ge) 기울기를 낮추어 수직온도 기울기 편차를 줄이면 단결정 잉곳 성장 계면의 평균적인 수직온도 기울기가 감소되므로 단결정 잉곳의 성장 속도(V)가 저하된다.However, decreasing the vertical temperature gradient deviation by lowering the vertical temperature (Ge) slope of the outer peripheral portion decreases the average vertical temperature slope of the single crystal ingot growth interface, thereby decreasing the growth rate (V) of the single crystal ingot.

그러므로, 결정 결함의 발생이 저하되고 성장 속도를 향상시키기 위한 단결정 잉곳 제조장치 특히 성장계면의 열 환경에 직접적으로 영향을 미치는 열실드의 개발에 많은 노력이 집중되고 있다.Therefore, much effort has been focused on the development of a single crystal ingot manufacturing apparatus for reducing the occurrence of crystal defects and improving the growth rate, particularly a heat shield directly affecting the thermal environment of the growth interface.

도1은 종래 기술에 따른 단결정 잉곳의 제조장치의 개략 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of an apparatus for producing a single crystal ingot according to the prior art.

종래기술에 따른 단결정 잉곳의 제조장치는 챔버(10)내에 실리콘 융액(12)을 담는 석영 도가니(14)가 설치된다. 석영 도가니(14)는 외부가 흑연으로 이루어진 도가니 지지대(16)로 지지된다. 이 도가니 지지대(16)는 회전축(18)상에 고정 설치되며, 회전축(18)은 구동수단(도시되지 않은)에 의해 회전되어 석영 도가니(14)를 회전시킨다.The apparatus for manufacturing a single crystal ingot according to the prior art is provided with a quartz crucible 14 containing a silicon melt 12 in a chamber 10. The quartz crucible 14 is supported by a crucible support 16 made of graphite outside. The crucible support 16 is fixedly installed on the rotating shaft 18, and the rotating shaft 18 is rotated by a driving means (not shown) to rotate the quartz crucible 14.

도가니 지지대(16)는 소정 간격을 두고 원통형의 히터(20)에 에워 싸여지며, 이 히터(20)는 보온통(22)에 의해 에워 싸여진다. 상기의 히터(20)는 석영 도가니(14)내의 고순도의 다결정 실리콘 덩어리를 용융하여 실리콘 융액(12)을 만든다.The crucible support 16 is enclosed by a cylindrical heater 20 at predetermined intervals, and the heater 20 is enclosed by a thermos 22. The heater 20 melts a high purity polycrystalline silicon mass in the quartz crucible 14 to form a silicon melt 12.

챔버(10)의 상부에 케이블(24)을 감아 인상하는 인상수단(도시되지 않음)이 설치되며, 이 인상 수단은 회전된다. 케이블(24)이 하부에 석영 도가니(14) 내의 실리콘 융액(12)에 접촉되어 인상되면서 실리콘 단결정 잉곳(28)을 성장시키는 종결정(26)이 설치된다.A pulling means (not shown) for winding up the cable 24 is provided on the upper portion of the chamber 10, and the pulling means is rotated. A seed crystal 26 is provided below the cable 24 to grow in contact with the silicon melt 12 in the quartz crucible 14 to grow the silicon single crystal ingot 28.

성장되는 실리콘 단결정 잉곳(28)과 석영도가니 사이에 열실드(30)가 설치된다. 열실드(30)는 석영 도가니(14)에 담겨진 실리콘 융액(12)이 고온으로 실리콘 융액(12)의 계면에서 열을 방출할 때 많은 열이 방출되면 잉곳이 성장하는데 필요한 실리콘 융액의 적정 온도를 유지하기가 어렵기 때문에 단열을 위해 형성된다.A heat shield 30 is provided between the silicon single crystal ingot 28 and the quartz crucible to be grown. The heat shield 30 is a silicon melt 12 contained in the quartz crucible 14 at a high temperature to release the heat at the interface of the silicon melt 12 when a large amount of heat is released, the temperature of the silicon melt required for ingot growth It is formed for thermal insulation because it is difficult to maintain.

상기 열실드(30)의 일측은 실리콘 단결정 성장장치내의 차폐부(22)에 고정되어 있으며 열실드의 타측은 실리콘 융액(12)의 계면과 근접하도록 형성한다.One side of the heat shield 30 is fixed to the shield 22 in the silicon single crystal growth apparatus, and the other side of the heat shield is formed to be close to the interface of the silicon melt 12.

상기 차폐부(22)의 일측은 열실드(30)와 연결되어 열실드를 고정하며 차폐부(22)의 타측은 보온통(22)과 연결되어 고정된다.One side of the shielding part 22 is connected to the heat shield 30 to fix the heat shield, and the other side of the shielding part 22 is connected to and fixed to the thermos 22.

도2는 종래 기술에 따른 실리콘 단결정 잉곳 성장장치의 열이력 분포를 도시한 도면으로 도2에 도시된 바와같은 실리콘 단결정 잉곳 성장장치를 이용하여 실리콘 단결정 잉곳을 성장시킬 경우 산소적층결함이 형성되는 온도인 1,073 ∼ 1,343K에서의 수직 온도 기울기(Gc, Ge)가 표1에서와 같이 작게 나타난다.FIG. 2 is a diagram illustrating a distribution of thermal history of a silicon single crystal ingot growth apparatus according to the prior art. When a silicon single crystal ingot is grown using a silicon single crystal ingot growth apparatus as shown in FIG. 2, an oxygen stacking defect is formed at a temperature. The vertical temperature gradients Gc and Ge at 1073 to 1,343 K are small as shown in Table 1.

그리고 실리콘 단결정 잉곳의 인상속도는 통상의 인상속도인 0.9mm/min의 속도로 인상하였을 때 도3에 도시된 바와같이 산소적층결함의 밀도가 200∼10,000개/cm2이상으로 높은 문제점이 있었다.In addition, when the pulling speed of the silicon single crystal ingot was pulled at a speed of 0.9 mm / min, which is a normal pulling speed, as shown in FIG. 3, the density of oxygen lamination defects was high, such as 200 to 10,000 pieces / cm 2 or more.

표1Table 1

(K/cm)(K / cm)

(G2 : 1,073 ∼ 1,343K영역의 온도기울기)(G2: Temperature gradient in the range of 1,073-1,343K)

이와 같은 산소적층결함을 줄이기 위한 다른 방법으로 이미 공지된 일본 특개평 출원번호 5-58800에서 산소적층결함을 제어하기 위해 실리콘 단결정 잉곳을 성장시킨 후 10일 이내에 2mm이하로 절단하거나, 243K이하의 저온에서 저장하는 방법을 제시하였다.As another method for reducing such oxygen lamination defects, in order to control oxygen lamination defects in Japanese Patent Application Laid-open No. 5-58800, which is already known, silicon single crystal ingots are grown to less than 2 mm within 10 days or a low temperature of 243 K or less. Suggested storage method.

그러나 이와같은 방법은 근본적으로 산소적층결함의 발생원인인 산소적층결함 핵을 제거하는 것이 아니고, 이미 성장된 핵의 성장을 방해하는 것으로 근본적인 해결방안이 될 수 없는 문제점이 있었다.However, such a method does not remove the oxygen lamination defect core, which is the cause of the oxygen lamination defect, but has a problem that cannot be a fundamental solution by preventing the growth of the already grown nucleus.

또한, 실리콘 단결정 잉곳을 243K이하의 저온으로 저장하기 위해서는 고가의 저온 저장고가 필요하고, 이를 유지하기 위해 많은 유지비용이 발생되며, 저장된 실리콘 단결정 잉곳을 10일 이내에 절단하여야 하는 시간적 문제점이 있었다.In addition, in order to store the silicon single crystal ingot at a low temperature of less than 243K, an expensive low temperature storage is required, and a large maintenance cost is generated to maintain it, and there is a time problem of cutting the stored silicon single crystal ingot within 10 days.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해결하고자 제안된 것으로, 성장된 실리콘 단결정 잉곳의 평균적인 수직온도 기울기를 크게 하여 성장결함의 발생을 감소시키는 단결정 잉곳의 제조장치와 실리콘 단결정 잉곳의 보관기간 및 보관온도에 의존하지 않아도 산소적층결함을 효과적으로 제거한 실리콘 단결정 잉곳을 제조가능한 실리콘 단결정 잉곳 성장 장치의 열실드 및 그를 이용한 실리콘 단결정 잉곳 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.Therefore, the present invention has been proposed to solve the above problems, the storage period and storage temperature of the silicon single crystal ingot manufacturing apparatus and the silicon single crystal ingot manufacturing apparatus for reducing the occurrence of growth defects by increasing the average vertical temperature gradient of the grown silicon single crystal ingot It is an object of the present invention to provide a heat shield of a silicon single crystal ingot growth apparatus capable of producing a silicon single crystal ingot effectively removing oxygen lamination defects without resorting to the above, and a method of manufacturing a silicon single crystal ingot using the same.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 열실드는 종축을 구비하며 결정화 경계면에서 성장하는 실리콘 단결정 잉곳을 포위하게 실리콘 성장 장치 내에 장착된하우징과, 상기 하우징 내부에 충전된 단열재를 포함하여 이루어진 실리콘 단결정 잉곳성장장치의 열실드에 있어서, 상기 하우징은 실리콘 단결정잉곳과 대향되며 일정각도로 경사진 제1경사면과, 실리콘 융액과 대향되는 수평면과, 상기 수평면의 일단과 연결되어 일정각도로 경사진 제2경사면으로 구성된 것을 특징으로 한다.The heat shield according to the present invention for achieving the above object has a longitudinal axis and comprises a housing mounted in the silicon growth apparatus to surround the silicon single crystal ingot growing at the crystallization interface, and a silicon made of a heat insulating material filled in the housing In the heat shield of a single crystal ingot growth apparatus, the housing is a first inclined surface facing the silicon single crystal ingot and inclined at a predetermined angle, a horizontal surface facing the silicon melt, and a first inclined at a predetermined angle connected to one end of the horizontal surface. It is characterized by consisting of two inclined surfaces.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 실리콘 단결정 잉곳 제조방법은 초크랄스키 방법으로 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 방법에 있어서, 실리콘 단결정 잉곳 성장장치내의 온도기울기 중 1,073 ∼ 1,343K의 온도구간에서 18~25K/cm의 온도기울기를 유지하고, 실리콘 단결정 잉곳의 인상속도를 1.2~1.3mm/min으로 유지하여 실리콘 단결정 잉곳을 성장시킨다.In addition, the method for producing a silicon single crystal ingot for achieving the above object is a method for growing a silicon single crystal ingot by the Czochralski method, which is 18 to 25K at a temperature range of 1,073 to 1,343K in the temperature gradient in the silicon single crystal ingot growth apparatus. The temperature gradient of / cm is maintained, and the silicon single crystal ingot is grown by maintaining the pulling speed of the silicon single crystal ingot at 1.2 ~ 1.3mm / min.

상기 실리콘 단결정 잉곳의 온도기울기는 제1경사면, 수평면 및 제2경사면으로 이루어져 실리콘 단결정 잉곳의 성장장치 내부에 설치된 열실드에 의해 조정되는 것이 바람직하다.The temperature gradient of the silicon single crystal ingot is preferably adjusted by a heat shield provided inside the growth device of the silicon single crystal ingot, which consists of a first inclined plane, a horizontal plane, and a second inclined plane.

도1은 종래 기술에 따른 실리콘 단결정 잉곳 성장장치를 개략적으로 도시한 단면도.1 is a cross-sectional view schematically showing a silicon single crystal ingot growth apparatus according to the prior art.

도2는 종래 기술에 따른 실리콘 단결정 잉곳 성장장치의 열이력 분포를 도시한 도면.Figure 2 shows the thermal history distribution of the silicon single crystal ingot growth apparatus according to the prior art.

도3은 종래 기술에 따른 산소적층결함을 측정한 광학현미경 사진.Figure 3 is an optical microscope photograph of the oxygen lamination defect according to the prior art.

도4는 본 발명에 따른 실리콘 단결정 잉곳 성장장치의 열실드를 개략적으로 도시한 단면도.4 is a cross-sectional view schematically showing a heat shield of a silicon single crystal ingot growth apparatus according to the present invention.

도5는 본 발명에 따른 실리콘 단결정 잉곳 성장장치의 열이력 분포를 도시한 도면.5 is a diagram showing a thermal history distribution of a silicon single crystal ingot growth apparatus according to the present invention.

도6은 본 발명에 따른 산소적층결함을 측정한 광학현미경 사진.Figure 6 is an optical microscope photograph of the oxygen lamination defects according to the present invention.

※도면의 주요부분에 대한 설명※※ Description of main parts of drawing ※

100 : 석영도가니 102 : 실리콘 융액100: quartz crucible 102: silicon melt

104a : 하우징 104b : 단열재104a: housing 104b: insulation

104 : 열실드 106 : 실리콘 단결정 잉곳104: heat shield 106: silicon single crystal ingot

108a : 제1경사면 108b : 수평면108a: first inclined plane 108b: horizontal plane

108c : 제2경사면108c: second slope

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 본 발명에 필요한 특징만을 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도4는 실리콘 단결정 잉곳의 종단면의 개략도를 나타내며, 실리콘 단결정 잉곳의 종축(longitudinal axis)방향에 대해 대칭으로 구성되어 있어 우측방향의 반 부분만을 나타낸다.Fig. 4 shows a schematic view of the longitudinal cross section of the silicon single crystal ingot, which is symmetrical with respect to the longitudinal axis direction of the silicon single crystal ingot, showing only half of the right side.

본 발명에 따른 실리콘 단결정 잉곳 성장장치의 열실드는 종축을 구비하며 결정화 경계면에서 성장하는 실리콘 단결정 잉곳을 포위하게 실리콘 성장 장치 내에 장착된 하우징(104a)과, 상기 하우징(104a) 내부에 충진된 단열재(104b)를 포함하여 이루어진 실리콘 단결정 잉곳성장장치의 열실드(104)에 있어서, 상기 하우징(104)은 실리콘 단결정잉곳과 대향되며 일정각도로 경사진 제1경사면(108a)과, 실리콘 융액과 대향되는 수평면(108b)과, 상기 수평면의 일단과 연결되어 일정각도로 경사진 제2경사면(108c)으로 구성된다.The heat shield of the silicon single crystal ingot growth apparatus according to the present invention has a longitudinal axis and includes a housing 104a mounted in the silicon growth apparatus to surround the silicon single crystal ingot growing at the crystallization interface, and a heat insulating material filled in the housing 104a. In the heat shield 104 of a silicon single crystal ingot growth apparatus comprising a 104b, the housing 104 is opposed to a silicon single crystal ingot and inclined at an angle to the first inclined surface 108a and to the silicon melt. And a second inclined surface 108c connected to one end of the horizontal plane and inclined at a predetermined angle.

좀더 구체적으로 설명하면, 상기 제1경사면(108a)은 실리콘 융액의 계면에서 실리콘 단결정 잉곳의 성장상태를 관찰하기 위해서 챔버 외부에 설치된 카메라가 정확하게 관찰하기 위한 경로를 제공하기 위해서 실리콘 단결정 잉곳의 종축으로부터 일정 각(a)인 20∼30도로 경사지게 형성된다.More specifically, the first inclined plane 108a is formed from the longitudinal axis of the silicon single crystal ingot so as to provide a path for the camera accurately installed outside the chamber to observe the growth state of the silicon single crystal ingot at the interface of the silicon melt. It is formed to be inclined at 20 to 30 degrees which is a certain angle (a).

그리고 상기 수평면(10b)은 실리콘 융액(102)과 최대한 근접하게 형성하여 단열효과를 최대화하도록 형성하되 바람직하게는 20∼30mm 의 높이에 위치된다.The horizontal surface 10b is formed to be as close as possible to the silicon melt 102 to maximize the thermal insulation effect, but is preferably located at a height of 20 to 30 mm.

제2경사면(108c)은 수평면(108b)과 맞닿아 형성되는 각(b)이 150도 이상이 되도록 형성한다. 이보다 각(b)이 적게 형성된다면 실리콘 융액으로부터 방출되는 열을 단열하는 효과가 감소된다.The second inclined surface 108c is formed such that the angle b formed in contact with the horizontal surface 108b is 150 degrees or more. If the angle (b) is formed smaller than this, the effect of insulating heat released from the silicon melt is reduced.

또한, 상기 제2경사면(108c)과 단열재(104b)까지의 거리(T1)와 수평면(108b)과 단열재(104b)까지의 거리(T2)는 단열효과를 극대화할 수 있도록 형성하되 바람직하게는 10∼42mm 로 형성한다.In addition, the distance T1 between the second inclined surface 108c and the heat insulator 104b and the distance T2 between the horizontal plane 108b and the heat insulator 104b may be formed to maximize the thermal insulation effect, but preferably 10 It is formed at -42 mm.

그러나 상기 제1경사면(108a)과 단열재(104b)까지의 거리(T3)는 카메라의 관찰경로를 제공해야하기 때문에 제2경사면(108c)과 수평면(108b)에 좁게 형성된다.However, the distance T3 between the first slope 108a and the heat insulator 104b is narrowly formed on the second slope 108c and the horizontal plane 108b because the distance T3 between the first slope 108a and the heat insulator 104b must be provided.

그리고 하우징(104a)은 흑연으로 형성하고, 단열재(104b)는 저밀도의 탄소 섬유를사용하는 것이 바람직하다.The housing 104a is preferably made of graphite, and the heat insulating material 104b preferably uses low density carbon fiber.

더욱 바람직하게는 하우징(104a)은 열전도도가 30∼50W/m.K이고 밀도가 1.5∼2.0g/cm3인 흑연으로 형성하고, 단열재(104b)는 열전도도가 1,273K에서 0.15∼0.6이고 1,773K에서 0.2∼0.8이며 밀도가 0.12∼0.25g/cm3인 것을 사용하는 것이 바람직하다.More preferably, the housing 104a is formed of graphite having a thermal conductivity of 30 to 50 W / mK and a density of 1.5 to 2.0 g / cm 3 , and the heat insulating material 104b has a thermal conductivity of 0.15 to 0.6 at 1,273 K and 1,773 K. Is preferably from 0.2 to 0.8 and the density is from 0.12 to 0.25 g / cm 3 .

이후 본 발명에 따른 열실드가 포함된 실리콘 단결정 잉곳 성장장치를 이용하여 실리콘 단결정 잉곳을 제조하기 위해서 우선 본 발명에 따른 열실드가 포함된 실리콘 단결정 잉곳 성장장치의 열이력 및 온도기울기를 전산모사로 확인한다.Then, in order to manufacture the silicon single crystal ingot using the silicon single crystal ingot growth apparatus including the heat shield according to the present invention, first, the thermal history and temperature gradient of the silicon single crystal ingot growth apparatus including the heat shield according to the present invention are simulated. Check it.

표2는 산소적층결함 핵 성장 온도 영역(1,073 ∼ 1,343K)에서의 온도기울기 전산모사 데이터를 도시한 표이고, 표3은 고액계면에서 가로축에 도시된 온도까지의 거리를 나타낸 표이고, 표4는 G1∼G9까지의 각 온도 구간에서의 온도기울기를 나타낸 표이다.Table 2 is a table showing the temperature gradient computer simulation data in the oxygen deposition defect nucleus growth temperature range (1,073-1,343K), Table 3 is the table showing the distance from the solid-liquid interface to the temperature shown on the horizontal axis, Table 4 Is a table which shows the temperature gradient in each temperature range from G1 to G9.

표2Table 2

(K/cm)(K / cm)

표2에 도시된 바와같이 실리콘 단결정 잉곳의 에지부와 센터부의 온도기울기가 18K/cm이상으로 종래의 평균 온도기울기 15K/cm에 비해 확실히 커진 것을 확인 할수 있다.As shown in Table 2, it can be seen that the temperature gradients of the edge portion and the center portion of the silicon single crystal ingot are significantly larger than the average temperature gradient of 15K / cm above 18K / cm.

표3Table 3

(cm)(cm)

표4Table 4

(K/cm)(K / cm)

G1 : 1,412∼1,400(K) G2 : 1,400∼1,300(K)G1: 1,412-1,400 (K) G2: 1,400-1,300 (K)

G3 : 1,300∼1,200(K) G4 : 1,200∼1,100(K)G3: 1,300-1,200 (K) G4: 1,200-1,100 (K)

G5 : 1,100∼1,000(K) G6 : 1,000∼900(K)G5: 1,100 to 1,000 (K) G6: 1,000 to 900 (K)

G7 : 900∼800(K) G8 : 800∼700(K)G7: 900 to 800 (K) G8: 800 to 700 (K)

G9 : 700∼600(K)G9: 700 to 600 (K)

상기에 기술된 전산모사 데이터를 참조하여 실리콘 단결정 잉곳 성장장치의 열이력 분포를 도5에 도시하였다.The thermal history distribution of the silicon single crystal ingot growth apparatus is shown in FIG. 5 with reference to the computer simulation data described above.

도5에 도시된 바와같이 산소적층결함이 형성되는 온도 영역에 속하는 1,073 ∼ 1,343K사이의 등고선의 간격이 도2의 종래기술에 따른 열이력 분포에 비해 좁게 나타났다. 등고선이 좁은 것은 온도기울기가 크다는 것을 의미한다.As shown in FIG. 5, the interval of the contour lines between 1,073 and 1,343K belonging to the temperature range where the oxygen deposition defects are formed is narrower than that of the thermal history distribution according to the related art of FIG. Narrow contours mean a larger temperature gradient.

그리고, 상기에 기술된 열이력 및 온도기울기가 가능한 본 발명에 따른 실리콘 단결정 잉곳 성장장치에서 실리콘 단결정 잉곳을 초크랄스키 방법으로 성장시킨다.Then, the silicon single crystal ingot is grown by the Czochralski method in the silicon single crystal ingot growth apparatus according to the present invention capable of thermal history and temperature gradient described above.

이때 산소적층결함이 형성되는 온도범위의 온도기울기는 18~25K/min으로 유지가 가능하므로, 실리콘 단결정 잉곳의 인상속도는 1.2mm/min이상으로 종래의 0.9mm/min보다 상향된 인상속도로 인상이 가능하였다.At this time, the temperature gradient in the temperature range in which the oxygen lamination defects are formed can be maintained at 18 to 25 K / min. Thus, the pulling speed of the silicon single crystal ingot is increased to 1.2 mm / min or higher than the conventional 0.9 mm / min. This was possible.

바람직하게는 1.2∼1.3mm/min 의 범위에서 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 것이 가장 바람직하다.Preferably, it is most preferable to grow a silicon single crystal ingot in the range of 1.2 to 1.3 mm / min.

도6은 본 발명에 따른 실리콘 단결정 잉곳 성장장치에서 1.2∼1.3mm/min의 인상속도로 성장된 실리콘 단결정 잉곳을 실리콘 웨이퍼로 가공한 후, 산소적층결함 측정을 위한 열처리를 실시한 후 표면에 형성된 산소적층결함을 측정한 광학현미경 사진이다.Figure 6 is a silicon single crystal ingot growth apparatus according to the present invention after processing the silicon single crystal ingot grown at a pulling speed of 1.2 ~ 1.3mm / min with a silicon wafer, the oxygen formed on the surface after the heat treatment for measuring the oxygen deposition defects It is an optical microscope photograph of lamination defects.

이때의 열처리는 1,373K에서 120분간 실시하였다.The heat treatment at this time was performed at 1,373K for 120 minutes.

도6에 도시된 바와같이 종래의 200∼10,000개/cm2에 비해 훨씬 감소된 산소적층결함의 밀도가 10개/cm2이하로 나타난 것을 확인 할 수 있다.As shown in Figure 6 it can be seen that the density of the oxygen stacking defect much reduced compared to the conventional 200 ~ 10,000 pieces / cm 2 appeared to 10 / cm 2 or less.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 실리콘 단결정 잉곳 성장장치의 열실드의 구조를 변경하여 산소적층결함의 형성온도 구간인 1,073~1,343K의 온도기울기를 18K/cm이상으로 유지할 수 있으므로 실리콘 단결정 잉곳의 인상속도를 증가시킬 수있다. 따라서 실리콘 단결정 잉곳의 생산성도 향상시킨다.As described above, the present invention can change the structure of the heat shield of the silicon single crystal ingot growth apparatus to maintain a temperature gradient of 1,073 to 1,343K, which is the formation temperature range of the oxygen lamination defect, to 18 K / cm or more. Can increase the speed of hike. Therefore, the productivity of the silicon single crystal ingot is also improved.

또한 실리콘 단결정 잉곳 내부에 형성되는 산소적층결함의 밀도를 현저히 감소시켜 보관형태, 보관온도, 보관기간등의 외부영향에 의존하지 않고 실리콘 단결정 잉곳 또는 블록을 장시간 보관할 수 있다.In addition, the density of oxygen lamination defects formed in the silicon single crystal ingot can be significantly reduced, so that the silicon single crystal ingot or block can be stored for a long time without depending on external influences such as storage type, storage temperature, and storage period.

그리고 종래의 보관에 따른 추가비용이 발생하지 않아 생산비용을 감소시킬 수 있다.And since the additional costs do not occur according to the conventional storage can reduce the production cost.

Claims (9)

종축을 구비하며 결정화 경계면에서 성장하는 실리콘 단결정 잉곳을 포위하게 실리콘 성장 장치 내에 장착된 하우징과, 상기 하우징 내부에 충전된 단열재를 포함하여 이루어진 실리콘 단결정 잉곳성장장치의 열실드에 있어서,A heat shield of a silicon single crystal ingot growth apparatus, comprising a housing mounted in a silicon growth apparatus and having a longitudinal axis and surrounding a silicon single crystal ingot growing at a crystallization interface, and an insulating material filled in the housing. 상기 하우징은 실리콘 단결정잉곳과 대향되며 일정각도로 경사진 제1경사면과,The housing and the first inclined surface facing the silicon single crystal ingot and inclined at an angle, 실리콘 융액과 대향되는 수평면과,With the horizontal plane opposite the silicon melt, 상기 수평면의 일단과 연결되어 일정각도로 경사진 제2경사면으로 구성되는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 성장장치의 열실드.The heat shield of the silicon single crystal ingot growth apparatus, characterized in that the second inclined surface is inclined at a predetermined angle connected to one end of the horizontal plane. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1경사면의 일단과 수평면의 일단이 만나는 일점과 상기 실리콘 단결정 잉곳의 외주연사이의 거리(D)는 20~30mm인 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 성장장치의 열실드.The heat shield of the silicon single crystal ingot growth apparatus, wherein the distance (D) between one point where one end of the first inclined plane and one end of the horizontal plane meet and the outer circumferential edge of the silicon single crystal ingot is 20 to 30 mm. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제2경사면과 단열재 사이의 거리(T1) 및 수평면과 단열재 사이의 거리(T2)는 10∼42mm 인 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 성장장치의 열실드.The distance (T1) between the second inclined plane and the heat insulator and the distance (T2) between the horizontal plane and the heat insulator is 10 to 42mm, the heat shield of the silicon single crystal ingot growth apparatus. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1경사면은 상기 실리콘 단결정 잉곳의 종축으로부터 20∼30도 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 성장장치의 열실드.The first inclined surface is a heat shield of the silicon single crystal ingot growth apparatus, characterized in that formed inclined 20 to 30 degrees from the longitudinal axis of the silicon single crystal ingot. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제2경사면은 수평면과 90∼120도의 각도로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 성장장치의 열실드.And the second inclined surface is inclined at an angle of 90 to 120 degrees with a horizontal plane. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 수평면은 실리콘 융액으로부터 20∼30mm 의 높이(H)에 위치하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 성장장치의 열실드.And said horizontal plane is located at a height (H) of 20 to 30 mm from the silicon melt. 제1항에 있어서The method of claim 1 상기 하우징은 흑연으로 형성되고, 상기 단열재는 탄소 섬유로 이루어진 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 성장 장치의 열실드.The housing is formed of graphite, the heat insulating material is a heat shield of the silicon single crystal ingot growth apparatus, characterized in that the carbon fiber. 종축을 구비하며 결정화 경계면에서 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 초크랄스키 방법을 사용한 실리콘 단결정 잉곳의 제조방법에 있어서,In the method for producing a silicon single crystal ingot having a longitudinal axis and using the Czochralski method for growing a silicon single crystal ingot at the crystallization interface, 실리콘 단결정 잉곳 성장장치내의 온도기울기 중 1,073 ∼ 1,343K의 온도구간에서 18~25K/cm의 온도기울기를 유지하고, 실리콘 단결정 잉곳의 인상속도를 1.2~1.3mm/min으로 유지하여 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 것을 특징으로 하는실리콘 단결정 잉곳의 제조방법.Among the temperature gradients in the silicon single crystal ingot growth apparatus, the temperature gradient of 18 to 25 K / cm is maintained at the temperature range of 1,073 to 1,343 K, and the silicon single crystal ingot is grown by maintaining the pulling speed of the silicon single crystal ingot at 1.2 to 1.3 mm / min. Method for producing a silicon single crystal ingot, characterized in that. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 실리콘 단결정 잉곳의 온도기울기는 제1경사면, 수평면 및 제2경사면으로 이루어져 실리콘 단결정 잉곳의 성장장치 내부에 설치된 열실드에 의해 조정되는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳의 제조방법.The temperature gradient of the silicon single crystal ingot consists of a first inclined plane, a horizontal plane and a second inclined plane is a silicon single crystal ingot manufacturing method characterized in that it is adjusted by a heat shield installed inside the growth apparatus.
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