KR20050053101A - An apparatus of manufacturing silicon single crystal ingot, a method of manufacturing using the apparatus, silicon single crystal ingots and silicon wafers using the apparatus - Google Patents

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Abstract

본 발명은 쵸크랄스키 법에 따라 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 장치에 관한 것으로, 그 목적은 실리콘 웨이퍼의 면내 균일한 품질을 달성함과 동시에 잉곳 성장 속도를 향상시킬 수 있는 단결정 잉곳의 제조 장치를 제공하는 것이다. 이를 위해 본 발명에서는 챔버; 챔버의 내부에 설치되고, 실리콘 융액을 담고 있는 도가니; 도가니를 가열하는 히터; 실리콘 단결정 잉곳을 에워싸도록 실리콘 단결정 잉곳과 도가니 사이에 설치되어 실리콘 융액 및 잉곳으로부터 방사되는 열을 차단하는 열실드; 및 열실드에서 실리콘 단결정 잉곳과의 최인접부에 부착되고, 실리콘 단결정 잉곳을 에워싸는 원통형의 열차폐부를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳의 제조 장치를 제공한다.The present invention relates to a device for growing a silicon single crystal ingot according to the Czochralski method, and its object is to provide a device for producing a single crystal ingot capable of improving ingot growth rate while achieving uniform quality in-plane of a silicon wafer. It is. In the present invention for this purpose; A crucible installed inside the chamber and containing the silicon melt; A heater for heating the crucible; A heat shield disposed between the silicon single crystal ingot and the crucible so as to surround the silicon single crystal ingot to block heat radiated from the silicon melt and the ingot; And a cylindrical heat shield attached to the closest portion with the silicon single crystal ingot in the heat shield, and surrounding the silicon single crystal ingot.

Description

실리콘 단결정 잉곳의 제조 장치, 그 장치를 이용한 제조 방법, 그로부터 제조된 실리콘 단결정 잉곳 및 실리콘 웨이퍼 {An apparatus of manufacturing silicon single crystal ingot, a method of manufacturing using the apparatus, silicon single crystal ingots and silicon wafers using the apparatus}A device of manufacturing silicon single crystal ingot, a method of manufacturing using the apparatus, silicon single crystal ingots and silicon wafers using the apparatus}

본 발명은 쵸크랄스키 법에 따라 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 실리콘 웨이퍼의 면내 균일한 품질을 달성함과 동시에 잉곳 성장속도를 증대시키는 실리콘 단결정 잉곳 성장 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for growing a silicon single crystal ingot according to the Czochralski method, and more particularly, to a silicon single crystal ingot growth apparatus for achieving in-plane uniform quality of a silicon wafer and increasing ingot growth speed. will be.

실리콘 웨이퍼용 단결정 잉곳을 제조하는 대표적인 방법인 쵸크랄스키법에 의해 단결정이 성장될 때, 단결정 내 결정 품질 특성은 결정의 인상 속도 및 냉각 조건에 크게 의존한다. 따라서 성장계면 근처의 열 환경을 조절함으로써 결정 품질을 제어하고자 하는 많은 노력이 진행되어 왔다. When the single crystal is grown by the Czochralski method, which is a typical method for producing a single crystal ingot for a silicon wafer, the crystal quality characteristics in the single crystal largely depend on the pulling rate and cooling conditions of the crystal. Therefore, many efforts have been made to control the crystal quality by controlling the thermal environment near the growth interface.

실리콘 융액이 고체 결정화하면서 베이컨시와 인터스티셜 점 결함이 평형농도 이상으로 혼입되고 냉각 중에 점 결함들은 응집하여 성장 결함으로 발전하게 된다. 보론코프씨에 의하면, 이러한 결함의 형성은 V/G 값과 밀접한 관계를 가지는데, 여기서 V는 성장속도이며 G는 성장계면 근처의 결정 내 수직온도기울기이다. As the silicon melt is solid crystallized, vacancy and interstitial point defects are mixed above the equilibrium concentration, and during cooling, the point defects aggregate and develop into growth defects. According to Boronkov, the formation of these defects is closely related to the V / G values, where V is the growth rate and G is the vertical temperature gradient in the crystal near the growth interface.

보론코프의 이론에 따르면, V/G 값이 어떤 임계치를 초과하면 베이컨시 타입(vacancy type)이 그리고 그 임계치 이하에서는 인터스티셜 타입(interstitial type)의 점 결함이 우세하게 된다. 따라서, 주어진 핫존에서 결정을 성장시킬 때는 인상 속도에 의하여 결정 내에 존재하는 점 결함의 종류, 밀도 등이 영향을 받게 된다. According to Voronkov's theory, if the V / G value exceeds a certain threshold, then the vacancy type and the interstitial type point defects prevail below that threshold. Therefore, when growing a crystal in a given hot zone, the kind and density of point defects existing in the crystal are affected by the pulling speed.

일반적으로는 잉곳의 표면에서 열방출이 자유로와 잉곳의 중심부에 비해 외주부에서 결정 내 수직온도 기울기(G)가 크다. 즉, 잉곳의 반경방향을 따라서, 중심부에서부터 외주부로 갈수록 G값이 증가하기 때문에, 중심부에는 베이컨시 우세 영역이 형성되고, 상대적으로 외주부에는 인터스티셜 우세 영역이 형성된다.Generally, the heat dissipation at the surface of the ingot is free and the vertical temperature gradient (G) in the crystal is larger at the outer periphery than at the center of the ingot. That is, since the G value increases from the center to the outer circumference along the radial direction of the ingot, the baconsie dominant region is formed at the central portion, and the interstitial dominant region is formed at the outer peripheral portion.

그런데, 웨이퍼가 면내에서 특성이 균질할 것이 요구되는 추세에 따라, 결정 반경방향으로의 수직온도기울기의 편차를 줄이기 위해 다양한 핫존이 설계되었으며, 그 대표적인 예로는 한국 특허출원 2000-71000 및 일본 특허공개 2000-247776에서 제안된 열실드들이 있다.However, in accordance with the trend that the wafers are required to have uniform in-plane characteristics, various hot zones have been designed to reduce the deviation of the vertical temperature gradient in the crystal radial direction, and examples thereof include Korean Patent Application 2000-71000 and Japanese Patent Publication. There are heat shields proposed in 2000-247776.

그러나 이러한 기존의 열실드들은 수직온도기울기의 반경방향 편차를 줄이는 데는 효과가 있었지만 여전히 결정 외주부의 수직온도기울기는 중심보다 높은 잉곳 성장환경을 제공한다. 특히 수직온도기울기 자체가 두드러지게 향상되지 않음으로써 실리콘 단결정 잉곳의 생산성이 낮은 문제점이 있다.However, these conventional heat shields have been effective in reducing the radial deviation of the vertical temperature gradient, but the vertical temperature gradient of the crystal outer periphery still provides a higher ingot growth environment than the center. In particular, the vertical temperature gradient itself is not significantly improved, there is a problem that the productivity of the silicon single crystal ingot is low.

그리고, 결정성장 계면 근처에서의 열 전달이 상부 방향으로 용이하기 때문에 지속적인 융액(melt) 상태 유지를 위하여 운용 전력이 상승되며, 이로써 잉곳 제조 비용이 상승되는 문제점이 있다.In addition, since heat transfer in the vicinity of the crystal growth interface is easy, the operating power is increased to maintain a continuous melt state, thereby increasing the cost of manufacturing the ingot.

뿐만 아니라 계면 근처의 잉곳과 열실드와의 아르곤 유동 단면적이 넓어짐으로써 결정의 품질 지표 중 하나인 초기 산소농도가 상승하는 문제점을 안고 있다.In addition, the argon flow cross section between the ingot and the heat shield near the interface has a problem that the initial oxygen concentration, which is one of the quality indicators of the crystal, increases.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 성장 중인 단결정 잉곳의 중심부의 수직 온도 기울기가 외주부의 수직 온도 기울기와 크거나 같게 함으로써 반경 방향 품질 편차를 최소화하는 것이다. The present invention has been made to solve the above problems, and its object is to minimize the radial quality deviation by making the vertical temperature slope of the center of the growing single crystal ingot equal to or greater than the vertical temperature slope of the outer periphery.

본 발명의 다른 목적은 실리콘 단결정 잉곳 성장 속도를 향상시킬 수 있는 단결정 잉곳의 제조 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an apparatus for producing a single crystal ingot which can improve the silicon single crystal ingot growth rate.

본 발명의 또 다른 목적은 성장계면 근처에서의 열을 보존하여 운용전력을 절감하고 아르곤 유동 최적화에 의한 초기 산소농도의 효과적인 제어를 제공함에 있다. It is another object of the present invention to save operating power near the growth interface to reduce operating power and to provide effective control of initial oxygen concentration by argon flow optimization.

이에 따라, 본 발명에서는 쵸크랄스키 법에 의한 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치에서 열실드에 실리콘 단결정 잉곳을 에워싸는 원통형의 열차폐부를 설치하는 것을 특징으로 한다.Accordingly, the present invention is characterized by providing a cylindrical heat shield surrounding the silicon single crystal ingot in the heat shield in the apparatus for producing a silicon single crystal ingot by the Czochralski method.

즉, 본 발명에 따른 실리콘 단결정 잉곳의 제조 장치는 챔버; 챔버의 내부에 설치되고, 실리콘 융액을 담고 있는 도가니; 도가니를 가열하는 히터; 실리콘 단결정 잉곳을 에워싸도록 실리콘 단결정 잉곳과 도가니 사이에 설치되어 실리콘 융액 및 잉곳으로부터 방사되는 열을 차단하는 열실드; 및 열실드에서 실리콘 단결정 잉곳과의 최인접부에 부착되고, 실리콘 단결정 잉곳을 에워싸는 원통형의 열차폐부를 포함하는 구성이다.That is, the apparatus for producing a silicon single crystal ingot according to the present invention comprises a chamber; A crucible installed inside the chamber and containing the silicon melt; A heater for heating the crucible; A heat shield disposed between the silicon single crystal ingot and the crucible so as to surround the silicon single crystal ingot to block heat radiated from the silicon melt and the ingot; And a cylindrical heat shield attached to the closest portion with the silicon single crystal ingot in the heat shield and surrounding the silicon single crystal ingot.

여기서, 열차폐부는 실리콘 단결정 잉곳과의 이격거리가 잉곳의 길이 방향을 따라서 변화하도록 원통형의 반경이 변화할 수 있다. Here, the heat shield may be changed in the radius of the cylinder so that the separation distance with the silicon single crystal ingot changes along the longitudinal direction of the ingot.

상술한 바와 같이 열차폐부의 원통형 반경이 변화할 때 열차폐부와 실리콘 단결정 잉곳의 길이 방향 축이 이루는 각이 -20도 내지 20도 범위 내에서 변화하는 것이 바람직하다. As described above, when the cylindrical radius of the heat shield is changed, the angle formed by the longitudinal axis of the heat shield and the silicon single crystal ingot is preferably changed within a range of -20 degrees to 20 degrees.

열차폐부 원통형의 높이는 20 mm 이상인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 30 mm 이상이다. The height of the heat shield cylindrical is preferably 20 mm or more, more preferably 30 mm or more.

열차폐부에는 홀이 형성되어 불활성 가스의 흐름을 제어할 수 있다. A hole is formed in the heat shield to control the flow of inert gas.

열차폐부 원통형의 하면은 요철 형상을 가질 수도 있다. The lower surface of the heat shield cylindrical may have a concave-convex shape.

열차폐부의 재질은 흑연, 비정질 석영, 몰리브덴 중의 어느 하나일 수 있고, 열차폐부의 표면에는 실리콘카바이드(SiC)가 코팅될 수 있다. The material of the heat shield may be any one of graphite, amorphous quartz, and molybdenum, and silicon carbide (SiC) may be coated on the surface of the heat shield.

상술한 바와 같은 본 발명의 장치를 이용하면, 실리콘 단결정 잉곳의 중심부에서의 수직온도기울기가 잉곳의 외주부에서의 수직온도기울기에 비해 크거나 같은 상태에서, 또는 중심부에서의 수직온도기울기가 외주부에서의 수직온도기울기에 비해 0.56 도K/cm 이하로 작거나 같은 상태에서 실리콘 단결정 잉곳을 성장시킬 수 있다.Using the apparatus of the present invention as described above, the vertical temperature gradient at the center of the silicon single crystal ingot is larger than or equal to the vertical temperature gradient at the outer periphery of the ingot, or the vertical temperature gradient at the center is Silicon single crystal ingots can be grown at or below 0.56 degrees K / cm compared to the vertical temperature gradient.

그 결과 실리콘 단결정 잉곳 내부의 산소 농도가 목적하는 값을 가지도록 제어된 실리콘 단결정 잉곳 및 실리콘 웨이퍼를 제조할 수 있으며, 특히 내부의 산소 농도가 9 내지 12 ppma 범위 내에서 제어된 실리콘 단결정 잉곳 및 실리콘 웨이퍼를 제조할 수 있다. As a result, it is possible to produce silicon single crystal ingots and silicon wafers in which the oxygen concentration inside the silicon single crystal ingot has a desired value, in particular, the silicon single crystal ingot and silicon controlled within the range of 9 to 12 ppma. Wafers can be manufactured.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

일반적으로 실리콘 단결정을 쵸크랄스키(CZ)법에 의하여 성장시키는데 있어서 단결정 잉곳의 성장 및 냉각조건을 반경방향으로 균일하게 하고 성장 중인 단결정을 특정한 범위의 속도로 인상하여 웨이퍼 형태로 가공하면, 웨이퍼 전면적의 90% 이상이 동일한 품질의 영역이 되며 그 특정한 품질을 구현하는 인상속도 또한 향상된다.In general, in growing silicon single crystals by Czochralski (CZ) method, the growth and cooling conditions of the single crystal ingots are uniformly radially, and the growing single crystals are processed at the speed of a specific range to form wafers. Over 90% of the area is the same quality area, and the speed of realizing that particular quality is also improved.

따라서, 본 발명에서는 반경방향으로의 결정 품질 특성이 균일한 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키기 위한 장치 및 방법을 제공하며, 따라서 균일한 품질을 구현하는 인상속도를 향상시키고자 한다.Accordingly, the present invention provides an apparatus and a method for growing a silicon single crystal ingot having a uniform crystal quality characteristic in the radial direction, and thus aims to improve the pulling speed for achieving a uniform quality.

본 발명에서는 쵸크랄스키 법에 따라 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키며 도 1에 도시된 바와 같은 실리콘 단결정 잉곳 성장 장치를 이용한다. 도 1은 본 발명에 따른 실리콘 단결정 잉곳 성장 장치의 내부를 도시한 단면도이다.In the present invention, a silicon single crystal ingot is grown according to the Czochralski method and a silicon single crystal ingot growth apparatus as shown in FIG. 1 is used. 1 is a cross-sectional view showing the inside of a silicon single crystal ingot growth apparatus according to the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 실리콘 단결정 잉곳의 제조장치는 챔버(10)를 포함하며, 챔버(10)의 내부에서 실리콘 단결정 잉곳의 성장이 이루어진다.As shown in FIG. 1, the apparatus for manufacturing a silicon single crystal ingot according to the present invention includes a chamber 10, and growth of the silicon single crystal ingot is performed in the chamber 10.

챔버(10) 내에는 실리콘 융액(SM)을 담는 석영 도가니(20)가 설치되며, 이 석영 도가니(20)의 외부에는 흑연으로 이루어진 도가니 지지대(25)가 석영 도가니(20)를 에워싸도록 설치된다.The quartz crucible 20 containing the silicon melt SM is installed in the chamber 10, and the crucible support 25 made of graphite is installed outside the quartz crucible 20 so as to surround the quartz crucible 20. do.

도가니 지지대(25)는 회전축(30) 상에 고정 설치되고, 이 회전축(30)은 구동 수단(미도시)에 의해 회전되어 석영 도가니(25)를 회전시키면서 상승시켜 고-액 계면이 동일한 높이를 유지하도록 한다. 도가니 지지대(25)는 소정 간격을 두고 원통형의 히터(40)에 에워싸여지며, 이 히터(40)는 보온통(45)에 의해 에워싸여진다. The crucible support 25 is fixedly installed on the rotating shaft 30, which is rotated by a driving means (not shown) to raise the crucible 25 while rotating the quartz-liquid interface to have the same height. Keep it. The crucible support 25 is surrounded by a cylindrical heater 40 at predetermined intervals, and the heater 40 is surrounded by a thermos 45.

히터(40)는 석영 도가니(20) 내에 적재된 고순도의 다결정실리콘 덩어리를 용융하여 실리콘 융액(SM)으로 만들며, 보온통(45)은 히터(40)에서 발산되는 열이 챔버(10)의 벽 쪽으로 확산되는 것을 방지하여 열 효율을 향상시킨다.The heater 40 melts a high-purity polysilicon mass loaded in the quartz crucible 20 to form a silicon melt SM. The thermostat 45 has heat from the heater 40 toward the wall of the chamber 10. Prevents diffusion and improves thermal efficiency.

챔버(10)의 상부에는 케이블을 감아 인상(引上)하는 인상 수단(미도시)이 설치되며, 이 케이블의 하부에 석영 도가니(20) 내의 실리콘 융액(SM)에 접촉되어 인상하면서 단결정 잉곳(IG)을 성장시키는 종결정이 설치된다. 인상 수단은 단결정 잉곳(IG) 성장 시 케이블을 감아 인상하면서 회전 운동하며, 이 때 실리콘 단결정 잉곳(IG)은 도가니(20)의 회전축(30)과 동일한 축을 중심으로 하여 도가니(20)의 회전방향과 반대방향으로 회전시키면서 끌어 올리도록 한다.In the upper part of the chamber 10, a pulling means (not shown) for winding and pulling a cable is provided. The lower part of the cable 10 is in contact with the silicon melt SM in the quartz crucible 20 and pulled up to form a single crystal ingot ( A seed crystal for growing IG) is installed. The pulling means rotates while pulling up the cable during the growth of the single crystal ingot IG, wherein the silicon single crystal ingot IG is rotated about the same axis as the rotation axis 30 of the crucible 20. Rotate in the opposite direction to the direction of pulling up.

챔버(10)의 상부로는, 성장되는 단결정 잉곳(IG)과 실리콘 융액(SM)에 아르곤(Ar), 네온(Ne) 및 질소(N) 등의 불활성 가스를 공급하고, 사용된 불활성 가스는 챔버(10)의 하부를 통해 배출시킨다.In the upper portion of the chamber 10, an inert gas such as argon (Ar), neon (Ne), and nitrogen (N) is supplied to the grown single crystal ingot (IG) and the silicon melt (SM). Discharge through the bottom of the chamber (10).

실리콘 단결정 잉곳(IG)과 도가니(20) 사이에는 잉곳(IG)을 에워싸도록 열실드(50)가 설치되어 잉곳으로부터 방사되는 열을 차단하며, 열실드(50)에서 잉곳(IG)과의 최인접부에는 열차폐부(60)를 부착 설치하여 열 흐름을 더욱 차단하여 열을 보존한다.A heat shield 50 is installed between the silicon single crystal ingot IG and the crucible 20 so as to surround the ingot IG to block heat radiated from the ingot, and the heat shield 50 with the ingot IG. The heat shield 60 is attached to the closest part to further block heat flow to preserve heat.

열실드(50)는 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 탄소(C) 또는 SiC가 코팅된 흑연으로 이루어지고 다양한 형상으로 제작될 수 있다.The heat shield 50 is made of molybdenum (Mo), tungsten (W), carbon (C) or SiC coated graphite and can be manufactured in various shapes.

예를 들면, 열실드(50)는 잉곳(IG)과 도가니(20) 사이에 설치된 원통 형상의 제 1 차폐부와, 제 1 차폐부의 상부와 연결되어 보온통(45) 상부에 고정되는 플랜지 형상의 제 2 차폐부와, 제 1 차폐부의 하부와 연결되어 상기 단결정 잉곳 쪽으로 돌출되게 형성된 제 3 차폐부로 이루어질 수도 있다.For example, the heat shield 50 has a cylindrical first shield portion provided between the ingot IG and the crucible 20, and a flange shape connected to the upper portion of the first shield portion and fixed to the upper portion of the thermal insulation tube 45. It may be composed of a second shield and a third shield formed to protrude toward the single crystal ingot connected to the lower portion of the first shield.

그러나 열실드(50)의 형상은 상술한 구조로 한정되지 않고, 본 발명에서는 어떠한 형상의 열실드라도 가능하다.However, the shape of the heat shield 50 is not limited to the above-described structure, and the heat shield of any shape may be used in the present invention.

열실드의 형상에 제한되지 않고 어떠한 형상이든 열실드(50) 중에서 잉곳(IG)과의 최인접부에 본 발명의 열차폐부(60)가 설치된다. 또는 열실드와 일체형으로 제작될 수도 있다.The heat shield 60 of the present invention is provided at the closest portion of the heat shield 50 with the ingot IG in any shape without being limited to the shape of the heat shield. Alternatively, the heat shield may be integrated with the heat shield.

열차폐부(60)는 잉곳(IG)을 에워싸는 원통형의 형상을 가지며, 원통형의 열차폐부(60)는 기본 목적대로 열을 보존시켜 성장계면 근처의 온도와 잉곳 상부와의 온도 차이를 극대화하도록 설계된다.The heat shield 60 has a cylindrical shape surrounding the ingot IG, and the cylindrical heat shield 60 is designed to maximize the temperature difference between the temperature near the growth interface and the top of the ingot by preserving heat for a basic purpose. .

열차폐부(60)의 원통형은 잉곳(IG)의 길이방향을 따라서 잉곳과 평행하도록 수직면을 가질 수도 있고, 잉곳(IG)과의 이격거리가 잉곳(IG)의 길이 방향을 따라서 변화하도록 원통형의 반경이 변화하는 경사면을 가질 수도 있다.The cylindrical shape of the heat shield 60 may have a vertical plane parallel to the ingot along the longitudinal direction of the ingot IG, and the radius of the cylindrical shape so that the separation distance from the ingot IG varies along the longitudinal direction of the ingot IG. It may have this changing slope.

도 2는 원통형의 반경이 잉곳(IG)의 길이 방향으로 따라서 변화하는 열차폐부(60)를 도시한 단면도이며, 이와 같이 열차폐부(60)의 원통형 반경이 잉곳(IG)의 길이 방향을 따라서 변화할 때, 열차폐부(60)와 잉곳(IG)의 길이 방향 축이 이루는 각(θ)은 -20도 내지 20도인 것이 바람직하다. 2 is a cross-sectional view showing the heat shield 60 in which the radius of the cylinder changes along the longitudinal direction of the ingot IG, and thus the cylindrical radius of the heat shield 60 changes along the longitudinal direction of the ingot IG. In this case, the angle θ formed between the heat shield 60 and the longitudinal axis of the ingot IG is preferably -20 to 20 degrees.

열차폐부(60) 원통형의 높이(H)는 20 mm 보다 크거나 같은 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 30 mm 보다 크거나 같다. 이 때 열차폐부(60) 원통형의 높이는 클수록 열차폐부의 역할을 보다 더 효과적으로 수행하므로 바람직하나, 실리콘 융액(SM)에 닿지 않을 조건과 기 설치된 열실드의 높이 조건을 만족시키는 것에 의해 제한되어 높이(H)의 상한치가 결정된다.The height H of the heat shield 60 cylindrical shape is preferably greater than or equal to 20 mm, more preferably greater than or equal to 30 mm. At this time, the larger the height of the heat shield 60 cylindrical shape is more effective to perform the role of the heat shield more effectively, but is limited by satisfying the condition that does not touch the silicon melt (SM) and the height condition of the heat shield is already installed height ( The upper limit of H) is determined.

열차폐부(60)의 원통형 판 두께는 특별한 제한이 없으며 단결정 잉곳 성장 시의 열충격에 깨지지 않을 정도의 두께이면 가능하다. The thickness of the cylindrical plate of the heat shield 60 is not particularly limited and may be a thickness that is not broken by thermal shock during single crystal ingot growth.

또한, 열차폐부(60)에는 홀(65)이 형성되어 아르곤 등의 불활성 가스의 유동을 원활하게 할 수도 있고, 열차폐부(60) 원통형의 하면을 요철 형상으로 제작하여 요부(凹部)를 통해 불활성 가스의 유동을 원활하게 할 수도 있다. In addition, the heat shield 60 may be provided with a hole 65 to facilitate the flow of inert gas such as argon, and the bottom surface of the heat shield 60 may be formed in an uneven shape to be inert through the recess. It is also possible to smooth the flow of gas.

도 3a 및 3b는 열차폐부(60)를 도시한 사시도이다. 도 3a에는 다수개의 홀(65)이 형성된 열차폐부(60)가 도시되어 있는데, 홀(65)의 개수 및 배열 형태 등은 맬트갭(melt-gap : 반경방향으로의 가스 유동 단면적) 및 잉곳갭(ingot-gap : 수직방향으로의 가스 유동 단면적)을 고려하여 다양하게 변경가능하다. 3A and 3B are perspective views of the heat shield 60. 3A shows a heat shield 60 in which a plurality of holes 65 are formed, and the number and arrangement of the holes 65 include a melt gap (a radial gas flow cross-sectional area) and an ingot gap. It can be variously changed in consideration of (ingot-gap: gas flow cross-sectional area in the vertical direction).

도 3b에는 하면이 요철 형상을 가지는 열차폐부(60)가 도시되어 있으며, 이러한 열차폐부(60)에서는 불활성 가스가 요철 형상을 통과하면서 와류를 형성하여 보다 원활한 SiO 기체의 증발이 이루어질 수 있다.3B illustrates a heat shield 60 having a concave-convex shape on a lower surface thereof, and in this heat shield 60, an inert gas forms a vortex while passing through the concave-convex shape, so that a smoother evaporation of SiO gas may be achieved.

이러한 열차폐부(60)는 흑연, 비정질 석영, 몰리브덴 중의 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 방사율 및 투과율 등을 고려하여 목적에 따라 적절한 재질로 선택하여 사용할 수 있다. 또한, 열차폐부의 표면에는 실리콘카바이드(SiC)가 코팅될 수도 있다. The heat shield 60 may be made of any one of graphite, amorphous quartz, and molybdenum, and may be selected and used as an appropriate material according to the purpose in consideration of emissivity and transmittance. In addition, silicon carbide (SiC) may be coated on the surface of the heat shield.

상술한 바와 같이 열차폐부를 설치하면 맬트갭 내 열밀도가 증가함으로써 성장계면 근처의 온도는 상승하고 잉곳 상부의 온도는 감소하게 된다. 따라서 수직온도기울기(G)가 상승하게 되며, 특히 열차폐부의 원통형 면적만큼 열차폐부와 잉곳이 인접하는 영역이 넓어짐으로써 잉곳 중심부 수직온도기울기가 외주부와 거의 같거나 오히려 외주부 보다 높아진다.As described above, when the heat shield is installed, the heat density in the malt gap increases, thereby increasing the temperature near the growth interface and decreasing the temperature of the upper part of the ingot. Therefore, the vertical temperature gradient G rises, and in particular, the area in which the heat shield and the ingot are adjacent to each other increases as much as the cylindrical area of the heat shield, so that the vertical temperature gradient of the ingot center is almost the same as the outer circumference, or rather, the outer circumference.

본 발명에 따라 열차폐부를 설치한 실시예 1 내지 3과, 열차폐부를 설치하지 않은 비교예(종래) 경우에 대해, 각각 수직온도기울기 및 반경방향으로의 온도기울기를 측정하고 그 결과를 다음의 표 1에 나타내었다. For Examples 1 to 3 with a heat shield according to the present invention and a comparative example (conventional) without a heat shield, the vertical temperature gradient and the temperature gradient in the radial direction are respectively measured and the results are as follows. Table 1 shows.

실시예 1 내지 3은 열차폐부에서 홀이 차지하는 면적 비율에 따라 구분된 것으로서, 구체적으로는 실시예 1에서는 열차폐부에서 홀이 차지하는 면적이 18% 이고, 실시예 2에서는 6%, 실시예 3에서는 3%로 하였다.Examples 1 to 3 are classified according to the area ratio of the holes in the heat shield, and specifically, in Example 1, the area of the holes in the heat shield is 18%, in Example 2, 6%, and in Example 3 3% was set.

G/GoG / Go ΔG (K/cm)ΔG (K / cm) 실시예 1Example 1 1.121.12 -0.56-0.56 실시예 2Example 2 1.171.17 -0.31-0.31 실시예 3Example 3 1.181.18 0.150.15 비교예Comparative example 1One 0.650.65

표 1에서 G는 실시예 1 내지 3에서 실제 실험을 통해 측정한 수직온도기울기를 의미하고, Go는 종래와 같이 열차폐부를 설치하지 않은 경우의 수직온도기울기를 의미한다. 따라서 비교예에서는 G/Go가 1을 나타내고, 실시예 1 내지 3에서는 G/Go가 모두 1보다 큰 값을 나타내었다. 이것은 본 발명의 실시예 1 내지 3에 따르면 종래에 비해 성장계면 근처에서의 수직온도기울기가 더욱 증가함을 의미하는 것이다.In Table 1, G means a vertical temperature gradient measured through actual experiments in Examples 1 to 3, and Go means a vertical temperature gradient when no heat shield is installed as in the prior art. Therefore, in the comparative example, G / Go was 1, and in Examples 1 to 3, G / Go was all greater than 1. This means that according to Examples 1 to 3 of the present invention, the vertical temperature gradient near the growth interface is further increased as compared with the prior art.

또한, 표 1에서 델타(Δ)G는 잉곳 외주부에서의 수직온도기울기에서 잉곳 중심부에서의 수직온도기울기를 뺀 값을 의미하는데, 실시예 1 및 2에서는 ΔG 값이 마이너스(-)로서 잉곳 중심부 수직온도기울기가 잉곳 외주부 수직온도기울기보다 오히려 더 높은 결과를 보여주었다. 실시예 3에서는 ΔG 값이 0.15 K/cm 로서 중심부와 외주부의 수직온도기울기가 거의 비슷하였고 이는 비교예의 0.65 K/cm에 비해 월등히 낮은 값임을 확인할 수 있었다.In addition, in Table 1, delta (Δ) G means the value obtained by subtracting the vertical temperature gradient at the ingot center from the vertical temperature gradient at the outer periphery of the ingot. In Examples 1 and 2, the ΔG value is negative (-) and the vertical ingot center is vertical. The temperature gradient was higher than the vertical temperature gradient at the outer periphery of the ingot. In Example 3, the ΔG value was 0.15 K / cm, and the vertical temperature gradients of the center and the outer circumference were almost similar, which were much lower than those of the comparative example of 0.65 K / cm.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면 열차폐부는 실리콘 융액의 복사열을 맬트갭 내에 충진함으로써 열차폐부의 온도를 상승시키게 되고 열차폐부와 인접하는 잉곳의 냉각 속도를 비슷하게 유지한다. 따라서 잉곳의 외주부와 중심부의 냉각 속도가 비슷해지므로 수직온도기울기가 전체적으로 증가되면서 외주부와 중심부에서의 편차는 최소화되며, 이로써 반경 방향으로 균일한 품질을 구현하는 인상속도를 향상시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, the heat shield increases the temperature of the heat shield by filling radiant heat of the silicon melt in the malt gap, and maintains a similar cooling rate of the ingot adjacent to the heat shield. Therefore, since the cooling speeds of the outer periphery and the center of the ingot are similar, the vertical temperature gradient is increased as a whole, thereby minimizing the deviation in the outer periphery and the center, thereby improving the pulling speed to realize uniform quality in the radial direction.

또한, 열차폐부가 실리콘 융액의 복사열을 맬트갭 내에 충진하기 때문에 실리콘 융액의 멜트 상태를 유지하기 위한 히터의 운용 전력을 감소시킬 수 있다.In addition, since the heat shield fills the radiant heat of the silicon melt in the melt gap, the operating power of the heater for maintaining the melt state of the silicon melt can be reduced.

한편, 열차폐부가 불활성 가스의 가이드 역할을 함으로써 유동속도의 감소를 방지하여 성장계면 부근의 SiO 기체를 충분히 제거하게 된다. 따라서 결정 잉곳 내로 혼입되는 산소 농도가 감소하게 된다.On the other hand, the heat shield serves to guide the inert gas to prevent a decrease in the flow rate to sufficiently remove the SiO gas near the growth interface. Thus, the oxygen concentration incorporated into the crystal ingot is reduced.

상술한 실시예 1 내지 3 및 비교예에 대해 산소 농도 및 운용 전력을 측정하였으며 그 결과를 다음의 표 2에 나타내었다.Oxygen concentration and operating power were measured for Examples 1 to 3 and Comparative Examples described above, and the results are shown in Table 2 below.

산소농도 (ppma)Oxygen concentration (ppma) 운용 전력 비(P/Po)Operating power ratio (P / Po) 실시예 1Example 1 10.810.8 0.9480.948 실시예 2Example 2 10.910.9 0.9520.952 실시예 3Example 3 11.311.3 0.9540.954 비교예Comparative example 12.512.5 1One

표 2에서 P는 실시예 1 내지 3에서 실제 실험을 통해 측정한 운용 전력을 의미하고, Po는 종래와 같이 열차폐부를 설치하지 않은 경우의 운용 전력을 의미한다. 따라서 비교예에서는 P/Po가 1을 나타내고, 실시예 1 내지 3에서는 P/Po가 모두 1보다 작은 값을 나타냄으로써 비용 절감을 확인할 수 있었다.In Table 2, P means the operating power measured through the actual experiment in Examples 1 to 3, Po means the operating power when the heat shield is not installed as in the prior art. Therefore, in the comparative example, P / Po is 1, and in Examples 1 to 3, all of the P / Pos are smaller than 1, thereby confirming the cost reduction.

표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 3의 경우 모두 산소농도가 비교예에 비해 낮았으며, 운용전력 역시 비교예에 비해 낮음을 확인할 수 있었다. As shown in Table 2, in the case of Examples 1 to 3 of the present invention, the oxygen concentration was lower than that of the comparative example, and the operating power was also lower than that of the comparative example.

또한, 홀이 차지하는 면적 비율이 증가할수록 열은 충분히 보존하면서 원활한 가스 유동을 형성시킴으로써 산소농도 절감이 효과적으로 이루어지는 것을 확인할 수 있다. In addition, as the area ratio occupied by the holes increases, oxygen concentration can be effectively reduced by forming a smooth gas flow while preserving heat sufficiently.

이 결과로부터 열차폐부의 홀 점유 면적을 변경하는 것에 의해 산소농도를 목적하는 값으로 제어할 수 있음을 알 수 있었다. 이 때 산소농도를 제어하는 공정 변수는 홀 점유 면적으로 한정되지 않고, 홀의 위치, 또는 열차폐부의 높이, 형상 등을 변경하는 것에 의해 산소농도를 목적하는 값으로 제어할 수도 있다. This result shows that the oxygen concentration can be controlled to a desired value by changing the hole occupancy area of the heat shield. At this time, the process variable for controlling the oxygen concentration is not limited to the hole occupancy area, and the oxygen concentration can be controlled to a desired value by changing the position of the hole, the height, the shape, or the like of the heat shield.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the claims It belongs to the scope of the present invention.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 쵸크랄스키 법에 따라 실리콘 단결정 잉곳을 제조하는 장치에서 열실드에 열차폐부를 설치하여 실리콘 단결정 잉곳의 중심부에서의 수직온도기울기가 외주부에서의 수직온도기울기보다 크거나 거의 같은 상태에서 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 효과가 있다.As described above, in the present invention, in the apparatus for producing a silicon single crystal ingot according to the Czochralski method, the heat shield is installed in the heat shield so that the vertical temperature gradient at the center of the silicon single crystal ingot is larger than the vertical temperature gradient at the outer periphery. It has the effect of growing a silicon single crystal ingot in about the same state.

즉, 본 발명에서는 열차폐부의 설치로 인해 잉곳 중심부와 외주부 간의 수직온도기울기 편차를 줄이고, 따라서 실리콘 단결정 잉곳의 방경 방향 품질 편차를 감소시킴과 동시에 실리콘 단결정 잉곳 성장 속도를 향상시키는 효과가 있다. That is, in the present invention, due to the installation of the heat shield, the vertical temperature gradient deviation between the center of the ingot and the outer periphery is reduced, thus reducing the radial quality deviation of the silicon single crystal ingot and improving the silicon single crystal ingot growth rate.

또한, 본 발명에서는 열차폐부를 설치하여 성장계면 근처에서의 열을 보존하므로 운용전력을 절감하는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of reducing the operating power by installing heat shields to preserve heat near the growth interface.

그리고, 불활성 가스의 유동을 최적화하여 성장계면 부근의 SiO 기체를 충분히 제거하기 때문에 잉곳 내로 혼입되는 산소농도를 감소시킬 수 있으며, 특히 목적하는 산소농도 값을 가지도록 제어할 수 있는 효과가 있다. In addition, since the SiO gas in the vicinity of the growth interface is sufficiently removed by optimizing the flow of the inert gas, the oxygen concentration introduced into the ingot can be reduced, and in particular, the oxygen concentration can be controlled to have a desired oxygen concentration value.

도 1은 본 발명에 따른 실리콘 단결정 잉곳 성장 장치의 내부를 도시한 단면도이고, 1 is a cross-sectional view showing the inside of a silicon single crystal ingot growth apparatus according to the present invention,

도 2는 본 발명에 따른 실리콘 단결정 잉곳 성장 장치에서 원통형의 반경이 잉곳(IG)의 길이 방향으로 따라서 변화하는 열차폐부(60)를 도시한 단면도이며,2 is a cross-sectional view showing the heat shield 60 in which the radius of the cylindrical cylinder changes in the longitudinal direction of the ingot IG in the silicon single crystal ingot growth apparatus according to the present invention.

도 3a 및 3b는 본 발명에 따른 실리콘 단결정 잉곳 성장 장치에서 열차폐부를 도시한 사시도이다. 3A and 3B are perspective views illustrating a heat shield in the silicon single crystal ingot growth apparatus according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

10 : 챔버 20 : 도가니 10 chamber 20 crucible

25 : 도가니 지지대 30 : 회전축25: crucible support 30: rotating shaft

40 : 히터 45 : 보온통40: heater 45: thermos

50 : 열실드 60 : 열차폐부50: heat shield 60: heat shield

65 : 홀65: hall

IG : 실리콘 단결정 잉곳 SM : 실리콘 융액IG: silicon single crystal ingot SM: silicon melt

Claims (13)

쵸크랄스키 법에 의해 실리콘 단결정 잉곳을 제조하는 장치에 있어서, In the apparatus for producing a silicon single crystal ingot by the Czochralski method, 챔버;chamber; 상기 챔버의 내부에 설치되고, 실리콘 융액을 담고 있는 도가니;A crucible installed inside the chamber and containing a silicon melt; 상기 도가니를 가열하는 히터;A heater for heating the crucible; 실리콘 단결정 잉곳을 에워싸도록 상기 실리콘 단결정 잉곳과 상기 도가니 사이에 설치되어 상기 잉곳으로부터 방사되는 열을 차단하는 열실드; 및A heat shield disposed between the silicon single crystal ingot and the crucible so as to enclose a silicon single crystal ingot to block heat radiated from the ingot; And 상기 열실드에서 상기 실리콘 단결정 잉곳과의 최인접부에 부착되고, 상기 실리콘 단결정 잉곳을 에워싸는 원통형의 열차폐부 A cylindrical heat shield attached to the closest portion of the heat shield with the silicon single crystal ingot and surrounding the silicon single crystal ingot. 를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳의 제조 장치.Silicon single crystal ingot manufacturing apparatus comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 열차폐부는 상기 실리콘 단결정 잉곳과의 이격거리가 상기 잉곳의 길이 방향을 따라서 변화하도록 상기 원통형의 반경이 변화하는 실리콘 단결정 잉곳의 제조 장치.And the heat shield is a silicon single crystal ingot manufacturing apparatus in which the radius of the cylinder is changed such that a distance from the silicon single crystal ingot varies along the longitudinal direction of the ingot. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 열차폐부와 상기 실리콘 단결정 잉곳의 길이 방향 축이 이루는 각이 -20도 내지 20도인 실리콘 단결정 잉곳의 제조 장치.An apparatus for producing a silicon single crystal ingot, wherein an angle formed between the heat shield and the longitudinal axis of the silicon single crystal ingot is -20 degrees to 20 degrees. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 열차폐부 원통형의 높이는 20 mm 이상인 실리콘 단결정 잉곳의 제조 장치.An apparatus for producing a silicon single crystal ingot, wherein the heat shield cylindrical portion has a height of 20 mm or more. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 열차폐부 원통형의 높이는 30 mm 이상인 실리콘 단결정 잉곳의 제조 장치.An apparatus for producing a silicon single crystal ingot, wherein the heat shield cylindrical portion has a height of 30 mm or more. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 열차폐부에는 홀이 형성되어 있는 실리콘 단결정 잉곳의 제조 장치.A device for manufacturing a silicon single crystal ingot, wherein a hole is formed in the heat shield. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 열차폐부 원통형의 하면은 요철 형상을 가지는 실리콘 단결정 잉곳의 제조 장치.An apparatus for producing a silicon single crystal ingot having a bottom surface of the heat shield cylindrical having an uneven shape. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 열차폐부의 재질은 흑연, 비정질 석영, 몰리브덴 중의 어느 하나인 실리콘 단결정 잉곳의 제조 장치.The material of the heat shield is a silicon single crystal ingot manufacturing apparatus of any one of graphite, amorphous quartz, molybdenum. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 열차폐부의 표면에는 실리콘카바이드(SiC)가 코팅되어 있는 실리콘 단결정 잉곳의 제조 장치.Silicon single crystal ingot manufacturing apparatus is coated with silicon carbide (SiC) on the surface of the heat shield. 제1항의 장치를 이용하여, 실리콘 단결정 잉곳의 중심부에서의 수직온도기울기가 상기 잉곳의 외주부에서의 수직온도기울기에 비해 크거나 같고, 또는 상기 중심부에서의 수직온도기울기가 상기 외주부에서의 수직온도기울기에 비해 0.5 도K/cm 이하로 작거나 같은 상태에서 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 실리콘 단결정 잉곳의 제조 방법. Using the apparatus of claim 1, the vertical temperature gradient at the center of the silicon single crystal ingot is greater than or equal to the vertical temperature gradient at the outer periphery of the ingot, or the vertical temperature gradient at the center is perpendicular to the vertical temperature gradient at the outer periphery. A method for producing a silicon single crystal ingot, wherein the silicon single crystal ingot is grown in a state of less than or equal to 0.5 degrees K / cm or less. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 실리콘 단결정 잉곳 내부의 산소 농도를 9 내지 12 ppma 범위 내에서 제어하는 실리콘 단결정 잉곳의 제조 방법. Method of producing a silicon single crystal ingot to control the oxygen concentration in the silicon single crystal ingot within the range of 9 to 12 ppma. 제1항의 장치를 이용하여 제조되어, 내부의 산소 농도가 9 내지 12 ppma 범위 내의 값을 가지도록 제어된 실리콘 단결정 잉곳. A silicon single crystal ingot manufactured using the apparatus of claim 1 and controlled to have an internal oxygen concentration in the range of 9 to 12 ppma. 제1항의 장치를 이용하여 제조되어, 내부의 산소 농도가 9 내지 12 ppma 범위 내의 값을 가지도록 제어된 실리콘 웨이퍼.A silicon wafer manufactured using the apparatus of claim 1 and controlled to have an oxygen concentration therein within a range of 9 to 12 ppma.
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