KR20100040042A - Heater and manufacturing apparatus for silicon crystal having the same - Google Patents

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조현정
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신승호
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Abstract

PURPOSE: A heater and an apparatus for manufacturing a silicon mono-crystalline including the same are provided to improve the growth rate of a mono-crystalline ingot by including a high temperature heater unit and a low temperature heater unit. CONSTITUTION: The heater in an apparatus for manufacturing a mono-crystalline manufactures the mono-crystalline using a czochralski method including a cylindrical shape of a heater unit(300). The heater unit includes a first slit(310) and a second slit(320). The first slit and the second slit are alternately arranged to form a zig-zag shape. The first slit expands from the lower side of the heater to the upper side of the heater. The second slit expands from the upper side of the heater to the lower side of the heater. The heater unit includes a low temperature heater unit(200) and a high temperature heater unit(100).

Description

히터 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 제조 장치{HEATER AND MANUFACTURING APPARATUS FOR SILICON CRYSTAL HAVING THE SAME}HEATER AND MANUFACTURING APPARATUS FOR SILICON CRYSTAL HAVING THE SAME

본 발명은 히터 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수평자기장을 이용하는 초크랄스키법에 의해 단결정을 제조하는 단결정 제조 장치에서 고발열부와 저발열부를 구비하되, 실리콘 융액의 수평 대류를 이용하여 고온을 열을 효과적으로 전달하도록, 수평자기장의 방향과 고발열부에서 제공되는 열을 방향을 평행하거나 또는 일정 각도 이하로 유지하여 고액계면에서의 온도구배를 향상시킴으로써, 단결정 잉곳의 성장 속도를 증가시키기 위한 히터 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 제조장치에 관한 것이다.The present invention relates to a heater and a silicon single crystal manufacturing apparatus including the same, and more particularly, in the single crystal manufacturing apparatus for producing a single crystal by the Czochralski method using a horizontal magnetic field, having a high heat generating portion and a low heat generating portion, The growth of the single crystal ingot by improving the temperature gradient at the liquid-liquid interface by maintaining the direction of the horizontal magnetic field and the heat provided from the high heat generating portion in parallel or below a certain angle so as to efficiently transmit heat at high temperature by using horizontal convection. The present invention relates to a heater for increasing the speed and a silicon single crystal manufacturing apparatus including the same.

일반적으로 반도체 디바이스 제조용 기판으로 이용되는 실리콘 단결정은 쵸크랄스키법(Czochralski method, 이하 Cz)으로 제조된다. 상기 Cz법은 석영도가니에 다결정 실리콘을 넣고, 발열체에 전기를 흘려 도가니를 가열하여 용융시킨 후 종자 단결정을 용액에 접촉시킨 후 회전하면서 서서히 끌어올리면서 액체를 고체로 응고시키면서 단결정으로 성장시키는 방법이다.Generally, the silicon single crystal used as a substrate for semiconductor device manufacturing is manufactured by the Czochralski method (hereinafter Cz). The Cz method is a method in which polycrystalline silicon is placed in a quartz crucible, electricity is supplied to a heating element, and the crucible is heated to melt. .

대부분 결정제조 장치는 강철 재질로 원형을 이루고 있으며, 내부에는 열을 차단하기 위한 단열재와 실리콘을 용융시키기 위한 발열체, 석영도가니를 감싸는 흑연도가니, 이를 지지하는 지지축 등으로 구성되며 이를 내부 구조물들을 핫존(Hot zone)이라 명한다. 상기 핫존(Hot zone)의 대부분은 탄소로 구성되어 있으며, 발열체, 흑연도가니, 지지축 등이 흑연(Graphite)으로 제조되고, 구성성분은 특성 및 제조사에 따라 다르게 나타난다. Most crystal manufacturing devices are circular in steel and consist of a heat insulating material for blocking heat, a heating element for melting silicon, a graphite crucible surrounding a quartz crucible, and a support shaft for supporting the internal structure. It is called a (hot zone). Most of the hot zone is composed of carbon, and a heating element, a graphite crucible, a support shaft, and the like are made of graphite, and components are different depending on characteristics and manufacturers.

반도체 디바이스 제조에 있어서 수율의 증대를 위해 단결정 웨이퍼의 대구경화가 이루어지고, 이에 다결정 실리콘의 석영도가니에 충진량이 상승함에 따라 효과적인 제어를 위해서 자기장 인가가 필수적으로 수반되었다. 자기장의 자기력선 분포에 따라 cusp 자기장, 수평자기장, 수직자기장으로 구분되며, 300mm 대구경 단결정에서는 효과적인 실리콘 용액의 대류제어와 석영도가니로부터 용출되어 나오는 산소농도를 감소시키기 위해 주로 수평자기장 방식을 이용한다. 자기장은 전도성을 띠는 실리콘 용융액과 작용하여 로렌츠 force에 의해 점성이 낮아져 유동을 억제된다.In semiconductor device manufacturing, large diameters of single crystal wafers are increased to increase yields, and as the filling amount of the quartz crucible of polycrystalline silicon increases, application of a magnetic field is essential for effective control. It is divided into cusp magnetic field, horizontal magnetic field and vertical magnetic field according to the magnetic force line distribution of the magnetic field. In the 300mm large diameter single crystal, the horizontal magnetic field method is mainly used to control the convection of silicon solution and to reduce the oxygen concentration eluted from quartz crucible. The magnetic field acts with the conductive silicon melt and becomes less viscous by the Lorentz force, thus suppressing the flow.

여기서, 종래의 일반적인 단결정 제조 장치의 모습을 설명하면 다음과 같다. 도 1은 종래의 단결정 제조 장치를 간략히 도시한 단면도이다.Here, the state of the conventional general single crystal manufacturing apparatus is demonstrated as follows. 1 is a cross-sectional view schematically showing a conventional single crystal manufacturing apparatus.

이에 도시된 바와 같이, 상기 단결정 제조 장치는 석영도가니(12), 흑연도가니(14), 자기장 발생장치(16), 단열재(18) 및 히터(11)를 포함하고, 상술한 바와 같이, 상기 석영도가니(12) 내부에 실리콘을 수용하고, 상기 히터(11)에서 열을 가함으로써, 실리콘 융액(SM)으로 용융시킨다. 이후, 상기 실리콘 융액(SM)을 단결정 잉곳(IG)으로 성장시킨다.As shown therein, the single crystal manufacturing apparatus includes a quartz crucible 12, a graphite crucible 14, a magnetic field generating device 16, a heat insulating material 18 and a heater 11, and as described above, the quartz The silicon is accommodated in the crucible 12 and melted by the silicon melt SM by applying heat from the heater 11. Thereafter, the silicon melt SM is grown into a single crystal ingot IG.

이와 같은 Cz 법으로 제조된 단결정은 결정성장 조건에 따라 결정결함이 결정된다. 이와 관련하여 보론코프(V. Voronkov)는 결정결함을 결정하는 중요한 인자로 결정성장속도 V와 고액계면부근에서의 온도구배 G를 제시하여 설명하고 있다. 즉, 단결정을 성장시킬 때의 결정 인상속도 V(mm/min)와 고액계면 근방의 온도구배 G(℃/mm)의 비인 V/G(mm2/℃min)라고 하는 파라미터에 의해 그 도입량이 결정되는 것으로 알려져 있다(V.V.Voronkov, Journal of Crystal Growth, 59(1982), 625~643참조). 이를 나타내는 수학식 1은 다음과 같다.The single crystal produced by such a Cz method has a crystal defect determined by the crystal growth conditions. In this regard, V. Voronkov describes the crystal growth rate V and the temperature gradient G near the liquid-liquid interface as important factors for determining crystal defects. That is, the introduction amount is determined by a parameter called V / G (mm 2 / ° C.), which is a ratio between the crystal pulling rate V (mm / min) and the temperature gradient G (° C./mm) near the solid-liquid interface when growing a single crystal. (VVVoronkov, Journal of Crystal Growth, 59 (1982), 625-643). Equation 1 representing this is as follows.

Figure 112008070472967-PAT00001
Figure 112008070472967-PAT00001

이다.to be.

이에 제시된 바와 같이, 상기 단결정 인상 속도 V와 고액계면에서의 온도구배 G 값의 비와 상기 파라미터(ξ)와의 비교 우위에 따라 상기 실리콘 단결정의 영역을 구분할 수 있음을 나타낸다. 좀 더 상세히 설명하기 위하여 도 2를 제시한다. 도 2는 단결정의 인상속도에 따른 결정영역의 구분을 간략히 도시한 그래프이다. As shown here, the single crystal pulling rate V and the ratio of the temperature gradient G value in the liquid-liquid interface and the comparative advantage of the parameter (ξ) can be distinguished from the region of the silicon single crystal. 2 is described in more detail. 2 is a graph briefly illustrating the division of the crystal regions according to the pulling speed of the single crystal.

수학식 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 단결정 성장속도 V가 큰 경우, 즉, V/G 값이 상기 파라미터(ξ) 값 이상이면, 베이컨시(vacancy)들이 결정으로 다량 혼입되고, 결합된 보이드(void)에 의해 형성되는 FPD(flow pattern defect)의 결정결함이 발생하고, V-rich 영역으로 불리고 있다. 그리고, 성장속도를 낮추어 V/G 값이 상기 파라미터(ξ) 값 미만이 되면 침입형 Si 원자가 결정으로 혼입되어 실리콘 격자 사이에 위치한다. 상기 침입형 Si가 서로 응집되면 LDP(large dislocation Pit)라는 점 결합으로 나타나고 이 영역을 I-rich 영역으로 정의한다.As shown in Equations 1 and 2, when the single crystal growth rate V is large, that is, when the V / G value is greater than or equal to the parameter (ξ), vacancys are incorporated into the crystals in large quantities and are combined. Crystal defects of the flow pattern defects (FPD) formed by the formed voids occur, and are called V-rich regions. When the growth rate is lowered and the V / G value is less than the parameter (ξ), interstitial Si atoms are incorporated into crystals and are located between the silicon lattice. When the invasive Si aggregates with each other, it appears as a point bond called a large dislocation pit (LDP) and this region is defined as an I-rich region.

이 때, 상기 V-rich 영역과 상기 I-rich 영역 사이에는 OiSF(oxygen induced stacking fault) 결함이 발생하는 P-band 영역이 V-rich 영역에 인접해 있고, 그 바깥쪽으로는 FPD와 LDP 같은 점 결함이 존재하지 않는 Pure 영역이 형성되어 있다. Pure 영역은 V-rich 에 인접한 Pv 영역과 I-rich에 인접한 PI 영역으로 나뉘어진다.At this time, a P-band region in which an oxygen induced stacking fault (OiSF) defect occurs between the V-rich region and the I-rich region is adjacent to the V-rich region, and outwardly there are points such as FPD and LDP. Pure regions where no defects exist are formed. Pure region is divided into Pv region adjacent to V-rich and PI region adjacent to I-rich.

상술한 COP, FPD 및 LDP와 같은 결정 성장에서 기인한 점결함들은 반도체 선폭이 점점 감소하면서 전류 특성 중 하나인 누설전류(leakage current)를 발생시켜 반도체 공정에서 수율을 저하시키는 원인으로 작용한다. 따라서, 반도체 디바이스 제조사는 점 결함이 존재하지 않는 Pure 영역으로 이루어진 단결정으로 만들어진 웨이퍼를 요구하고 있다. 보론코프(Voronkov)가 제시한 이론과 같이 Pure 영역으로 이루어진 단결정을 생산하기 위해서는 일정한 온도구배를 형성하는 제조 장치에서 성장속도 V를 일정범위 내에서 제어하여 단결정을 성장시켜야 한다. Point defects resulting from crystal growth such as COP, FPD, and LDP described above cause a decrease in the semiconductor process by generating a leakage current, which is one of current characteristics, as the semiconductor line width gradually decreases. Accordingly, semiconductor device manufacturers are demanding wafers made of single crystals made of pure regions where point defects do not exist. In order to produce a single crystal composed of pure regions, as in the theory presented by Voronkov, it is necessary to grow a single crystal by controlling the growth rate V within a certain range in a manufacturing apparatus forming a constant temperature gradient.

실리콘 단결정의 제조에 있어 생산성을 증대시키는 방법 중의 하나는 단결정을 빠른 시간에 많이 생산함으로써 제조원가를 낮추는 것이다. 이를 위해서는 단결 정 생산공정 중에서 많이 비중을 차지하는 잉곳의 바디(body) 제조 공정의 시간을 단축시켜야 하고, 결국, 단결정 성장속도를 증가시켜 전체 공정시간을 감소시킬 수 있다.One of the ways to increase the productivity in the production of silicon single crystal is to reduce the production cost by producing a large number of single crystals in a short time. To this end, it is necessary to shorten the time of the body manufacturing process of the ingot, which takes up a large portion of the single crystal production process, and eventually increase the single crystal growth rate, thereby reducing the overall processing time.

또한, 상기 온도구배 값을 향상시키는 방법을 제안하고 있으며, 예를 들면, 제조 장치 내 단열재의 구조나 재질을 변경하는 법, 별도 냉각장치를 설치하는 법 등이 있다. In addition, there is proposed a method of improving the temperature gradient value, for example, a method of changing the structure or material of the heat insulating material in the manufacturing apparatus, a method of installing a separate cooling device, and the like.

그러나, 종래의 단결정 성장 속도를 증가시키기 위한 방법 및 단결정 제조 장치는 몇 가지 문제점이 있다.However, conventional methods and methods for increasing single crystal growth have several problems.

첫 번째로, 점 결함이 없는 Pure 영역으로 이루어진 단결정을 생산하기 위해서는 일정범위의 성장속도로 성장시켜야 하므로 시간 단축이 어려운 문제점이 있다.First, in order to produce a single crystal consisting of a pure region having no point defects, it is necessary to grow at a certain range of growth speeds, which makes it difficult to shorten the time.

두 번째로, 이를 위하여 온도 구배를 향상시키는 방법을 제안하고 있으나, 이를 위해 상술한 방법들은 별도의 장비를 설치하거나 또는 재질을 변경하게 되므로, 비용의 낭비를 초래할 수 있는 문제점이 있다.Secondly, a method of improving the temperature gradient is proposed for this purpose, but the above-described methods have a problem that may cause a waste of cost because the above-described methods are to install a separate equipment or change the material.

세 번째로, 상부와 하부의 발열분포를 다르게 하여 도가니의 바닥으로부터 용액 표면까지의 종방향 대류를 더욱 나선형이 되게 촉진하여, 계면을 위로 볼록하게 만들어 계면근방의 온도구배를 상승시키는 방법의 경우에는, 수평 자기장을 이용한 초크랄스키법 단결정 제조 장치에서는 종방향의 대류가 상대적으로 작게 나타나는 문제점 있다.Third, in the case of a method of increasing the temperature gradient near the interface by making the upper and lower heat distributions different, promoting the longitudinal convection from the bottom of the crucible to the surface of the solution to become more spiral. In the Czochralski method single crystal production apparatus using a horizontal magnetic field, the longitudinal convection is relatively small.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 목적은 점 결함이 없는 Pure 영역으로 이루어진 단결정을 생산하는 단결정 잉곳의 성장 속도를 향상시킬 수 있는 히터 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 제조장치를 제공함에 있다.One object of the present invention for solving the above problems is to provide a heater capable of improving the growth rate of a single crystal ingot for producing a single crystal composed of a pure region having no point defects, and a silicon single crystal manufacturing apparatus including the same.

본 발명의 다른 목적은, 별도의 장비를 설치하거나 또는 재질을 변경하지 않고 고액계면의 온도구배를 향상시켜 비용을 낭비를 방지할 수 있는 히터 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 제조장치를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a heater and a silicon single crystal manufacturing apparatus including the same, which can prevent waste by improving the temperature gradient of the liquid-liquid interface without installing additional equipment or changing materials.

본 발명의 또 다른 목적은, 고액계면의 온도구배를 향상시키기 위하여 수평 자기장을 이용한 초크랄스키법 단결정 제조 장치에 적용 가능한 히터 및 이를 포함하는 실리콘 단결정 제조장치를 제공함에 있다.Still another object of the present invention is to provide a heater applicable to a Czochralski method single crystal production apparatus using a horizontal magnetic field and a silicon single crystal production apparatus including the same in order to improve the temperature gradient of the solid-liquid interface.

상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 수평자기장을 이용한 쵸크랄스키법에 의해 단결정을 제조하는 단결정 제조 장치의 히터는 전류가 공급되는 전류공급부 및 상기 전류의 흐름에 의한 전기 저항에 의해 열을 발생시키는 원통 형상의 발열부를 포함한다. 이 때, 상기 발열부의 전개 형상은 일정 간격 이격되어 상기 히터의 하부에서 상부측으로 연장된 제 1슬릿과 상부측에서 하부측으로 연장 형성되되, 상기 제 1슬릿과 교번적으로 형성되는 제 2슬릿에 의해 지그 재그(zig-zag)형상의 전류 통로로 형성되며, 상기 발열부는 상대적으로 상기 전류 통로의 너비가 넓은 저발열부 및 상기 저발열부에 비해 상기 전류 통로의 상대적으로 너비가 좁은 고발열부를 포함하고, 상기 고발열부는 상기 히터의 원주를 중심으로 대향되는 방향에 배치된다.According to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object of the present invention, the heater of the single crystal manufacturing apparatus for producing a single crystal by the Czochralski method using a horizontal magnetic field is the current supply unit and the flow of the current is supplied It includes a cylindrical heat generating portion for generating heat by the electrical resistance by. At this time, the evolving shape of the heat generating unit is spaced apart by a predetermined interval and is formed extending from the lower side of the heater to the upper side and the upper side from the upper side to the lower side, by the second slit alternately formed with the first slit It is formed of a zig-zag-shaped current passage, wherein the heat generating portion includes a low heat generating portion having a relatively wide width of the current passage and a high heat generating portion having a relatively narrow width of the current passage compared to the low heat generating portion; The high heat generating portion is disposed in a direction opposite to the circumference of the heater.

이 때, 상기 히터에 수평자기장 자기력선을 제공하는 자기장 발생부를 더 포함하는 것이 바람직하며, 상기 히터의 원주 방향에 대해 상기 고발열부가 차지하는 원주각은 45도 내지 130도인 것이 더욱 바람직하다.At this time, it is preferable to further include a magnetic field generating unit for providing a horizontal magnetic field lines of magnetic force to the heater, the circumferential angle occupied by the high heat generating portion with respect to the circumferential direction of the heater is more preferably 45 degrees to 130 degrees.

또한, 상기 대향되는 상기 고발열부의 중심을 잇는 직선은 상기 수평 자기장 자기력선의 방향과 평행인 것이 바람직하며, 상기 대향되는 상기 고발열부의 중심을 지나는 직선은 상기 수평 자기장의 자기력선 분포의 중심축에 대해 -15도 내지 15도의 각도를 이루는 것도 가능하다.Further, the straight line connecting the center of the opposed high heat generating portion is preferably parallel to the direction of the horizontal magnetic field lines of magnetic force, and the straight line passing through the center of the opposed high heat generating portion is with respect to the central axis of the magnetic field line distribution of the horizontal magnetic field. It is also possible to achieve an angle of -15 degrees to 15 degrees.

더불어, 상기 발열부를 형성하는 상기 저발열부의 폭과 상기 고발열부의 폭의 비율은 1 대 0.5 내지 1 대 0.9인 것이 바람직하다.In addition, the ratio of the width of the low heat generating portion and the width of the high heat generating portion forming the heat generating portion is preferably 1 to 0.5 to 1 to 0.9.

또한, 상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 실리콘 단결정 제조 장치는 챔버, 상기 챔버의 내부에 설치되고 실리콘 융액을 담고 있는 도가니 및 상기 도가니를 가열하도록 상기 도가니를 에워싸는 형상으로 형성되는 원통형의 발열부를 포함하는 히터를 포함하고, 상기 히터는 서로 대향되는 방향에 배치되어 상대적으로 고온의 열을 발생하는 고발열부 및 상기 고발열부에 비하여 상대적으로 저온의 열을 발생하되, 상기 고발열부 사이에 배치되는 저발열부를 포함한다.In addition, according to another preferred embodiment of the present invention for achieving the above object of the present invention, the silicon single crystal manufacturing apparatus is a chamber, a crucible installed inside the chamber and containing the silicon melt and the crucible to heat the crucible Comprising a heater comprising a cylindrical heating portion formed in a shape surrounding the, wherein the heater is disposed in a direction facing each other and generates a relatively low heat compared to the high heat generating portion and the high heat generating portion However, it includes a low heat generating portion disposed between the high heat generating portion.

이 때, 상기 실리콘 단결정 제조 장치는 수평 자기장을 발생시켜 상기 히터에 자기력선을 제공하는 자기장 발생부를 더 포함하고, 상기 수평 자기장의 자기력 선 분포의 중심축과 상기 대향되는 고발열부의 중심을 이은 직선은 -15도 내지 15도의 각도를 유지하는 것이 바람직하다.At this time, the silicon single crystal manufacturing apparatus further comprises a magnetic field generating unit for generating a magnetic field line to the heater by generating a horizontal magnetic field, the straight line connecting the central axis of the magnetic force line distribution of the horizontal magnetic field and the center of the high heat generating unit It is desirable to maintain an angle of -15 degrees to 15 degrees.

또한, 상기 히터는 전류이동 매체를 따라 나선형으로 배치된 슬릿에 의해 형성되는 발열부에 전류를 제공하여 전기 저항으로 열을 발생하도록 구비되고, 상기 저발열부와 상기 고발열부를 형성하는 상기 슬릿의 각각의 폭 비율은 1 대 0.5 내지 1 대 0.9인 것이 더욱 바람직하다.In addition, the heater is provided to provide a current to the heat generating portion formed by the slits disposed spirally along the current moving medium to generate heat with an electrical resistance, each of the slits forming the low heat generating portion and the high heat generating portion The width ratio of is more preferably 1 to 0.5 to 1 to 0.9.

그리고, 상기 고발열부가 상기 히터의 원주 방향에 대해 차지하는 각도는 45도 내지 130도 인 것이 바람직하며, 상기 히터에서 차지하는 상기 고발열부와 상기 저발열부의 비율은 1 대 2 내지 1대 7인 것이 더욱 바람직하다.The angle of the high heat generating unit with respect to the circumferential direction of the heater is preferably 45 degrees to 130 degrees, and the ratio of the high heat generating unit and the low heat generating unit occupied by the heater is more preferably 1 to 2 to 1 to 7. Do.

본 발명에 따르면, 고발열부와 저발열부를 구비하되, 수평자기장의 자기력선 방향과 고발열부에서 제공되는 열을 방향을 평행하거나 또는 일정 각도 이하로 유지하여, 수평 대류를 이용하여 열을 효과적으로 전달함으로써, 고액계면에서의 온도구배를 향상시켜, 점 결함이 없는 Pure 영역으로 이루어진 단결정을 생산하는 단결정 잉곳의 성장 속도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, provided with a high heat generating portion and a low heat generating portion, by maintaining the direction provided in the direction of the magnetic force line of the horizontal magnetic field and the high heat generating portion in parallel or below a certain angle, by effectively transferring heat using horizontal convection, By improving the temperature gradient in the solid-liquid interface, there is an effect that can increase the growth rate of the single crystal ingot to produce a single crystal consisting of a pure region without point defects.

또한, 별도의 장비를 설치하거나 또는 재질을 변경하지 않으면서도, 간단한 구조 변경을 통해 고액계면의 온도구배를 향상시켜 비용을 낭비를 방지할 수 있는 이점이 있다.In addition, there is an advantage that it is possible to prevent the waste cost by improving the temperature gradient of the liquid-liquid interface through a simple structural change without installing a separate equipment or changing the material.

또한, 실리콘 융액의 수평 대류를 이용하여 고액계면의 온도구배를 향상시키는 방법을 도입함으로써 수평 자기장을 이용한 초크랄스키법 단결정 제조 장치에 적용 가능한 이점이 있다.In addition, there is an advantage that can be applied to the Czochralski method single crystal manufacturing apparatus using a horizontal magnetic field by introducing a method of improving the temperature gradient of the solid-liquid interface by using the horizontal convection of the silicon melt.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 이하 설명에서는 구성 및 기능이 거의 동일하여 동일하게 취급될 수 있는 요소는 동일한 참조번호로 특정될 수 있다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited or limited by the embodiments. For reference, in the following description, elements that can be treated identically in terms of configuration and function are almost the same and can be specified by the same reference numerals.

제 1실시예First embodiment

본 발명의 제 1실시예에 따른 히터를 설명하면 다음과 같다. 도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 히터를 모식적으로 도시한 전개도이고, 도 4는 본 발명의 제 1실시예에 따른 히터의 단면을 도시한 단면도이다. 참고로, 설명의 편의를 위하여 일반적인 단결정 제조 장치에 대한 내용은 도 1을 참조하여 설명하기로 한다.Referring to the heater according to the first embodiment of the present invention is as follows. 3 is a developed view schematically showing a heater according to a first embodiment of the present invention, Figure 4 is a cross-sectional view showing a cross section of the heater according to the first embodiment of the present invention. For reference, a general single crystal manufacturing apparatus will be described with reference to FIG. 1 for convenience of description.

이에 도시된 바와 같이, 상기 히터는 전류가 공급되는 전류공급부(302) 및 상기 전류의 흐름에 의한 전기 저항에 의해 열을 발생시키는 원통 형상의 발열부(300)를 포함한다.As shown in the drawing, the heater includes a current supply unit 302 to which current is supplied, and a heat generating unit 300 having a cylindrical shape to generate heat by electric resistance caused by the flow of the current.

이 때, 상기 발열부(300)의 전개 형상은 일정 간격 이격되어 상기 히터의 하부에서 상부측으로 연장된 제 1슬릿(310)과 상부측에서 하부측으로 연장 형성되되, 상기 제 1슬릿(310)과 교번적으로 형성되는 제 2슬릿(320)에 의해 지그 재그(zig-zag)형상으로 형성된다.At this time, the development shape of the heating unit 300 is spaced apart a predetermined interval is formed extending from the upper side to the lower side and the first slit 310 and the upper side, the first slit 310 and The second slits 320 are alternately formed to form a zig-zag shape.

즉, 상기 제 1슬릿(310)과 상기 제 2슬릿(320)에 의해 전류가 유통되는 전류 통로(301)가 형성되고, 상기 전류 통로(301)에 상기 전류가 흐름으로써, 전기 저항에 의해 열을 발생시키게 된다.That is, the current passage 301 through which the current flows is formed by the first slit 310 and the second slit 320, and the current flows in the current passage 301, whereby heat is generated by electrical resistance. Will be generated.

일반적으로 전열히터는 전기저항에 의해 발열되며 저항에 의해 발열크기가 결정되고, 저항은 전류의 이동거리와 단면적에 의해 결정된다. 따라서 발열크기를 조절하기 위해서는 전류이동 매체의 이동거리와 단면적으로 조절할 수 있다. 즉, 상기 전류 통로(301)의 너비를 조절함으로써 발열 크기를 조절할 수 있다.In general, an electric heater generates heat by an electric resistance, and a heat generation size is determined by a resistance, and a resistance is determined by a moving distance and a cross-sectional area of a current. Therefore, in order to adjust the heating size, the moving distance and the cross-sectional area of the current moving medium can be adjusted. That is, the heat generation size may be adjusted by adjusting the width of the current passage 301.

이 때, 상기 발열부(300)는 저발열부(200) 및 고발열부(100)를 포함한다. 상술한 바와 같이, 상기 저발열부(200)는 상기 전류 통로(301)의 너비(W1)가 상대적으로 넓도록 구비되는 구간이며, 상기 고발열부(100)는 상기 전류 통로(301)의 너비(W2)가 상기 저발열부(200) 구간을 형성하는 상기 전류 통로(301)의 너비(W1)보다 상대적으로 좁은 형상으로 형성되는 구간이다. 이 때, 상기 고발열부(100)는 상기 히터의 원주 방향에 대해 서로 대향되는 위치에 쌍으로 배치된다.In this case, the heat generating unit 300 includes a low heat generating unit 200 and a high heat generating unit 100. As described above, the low heat generating unit 200 is a section in which the width W 1 of the current passage 301 is relatively wide, and the high heat generating unit 100 is the width of the current passage 301. (W 2 ) is a section formed in a shape relatively narrower than the width W 1 of the current passage 301 forming the section of the low heat generating portion 200. At this time, the high heat generating unit 100 is disposed in pairs at positions opposite to each other with respect to the circumferential direction of the heater.

여기서, 상기 저발열부(200)는 상기 전류가 통과하는 전류 통로(301)의 너비(W1)가 상대적으로 넓게 구비되므로, 상대적으로 낮은 열을 발생시키게 되고, 상기 고발열부(100)는 상기 전류가 통과하는 상기 전류 통로(301)의 너비(W2)가 상대적으로 좁게 구비되어, 상대적으로 높은 열을 발생시키게 된다.Here, since the low heat generating portion 200 is provided with a relatively wide width (W 1 ) of the current passage 301 through which the current passes, generates a relatively low heat, the high heat generating portion 100 The width W 2 of the current passage 301 through which the current passes is provided relatively narrow, thereby generating relatively high heat.

이 때, 상기 고발열부(100)가 원형의 상기 히터의 원주 방향에 대해 차지하는 원주각(θ1)은 45도 내지 130도로 구비된다. 즉, 상기 고발열부(100)는 상기 발 열부(300)가 형성하는 전체 원주 중에 대략 12.5% 내지 33.3%의 비중을 차지하게 구비되는 것이 바람직하다.At this time, the circumferential angle θ 1 occupied by the high heat generating part 100 with respect to the circumferential direction of the circular heater is provided at 45 degrees to 130 degrees. That is, the high heat generating unit 100 is preferably provided to occupy a specific gravity of approximately 12.5% to 33.3% of the entire circumference formed by the heat generating unit 300.

또한, 상기 히터에 수평자기장 자기력선을 제공하는 자기장 발생부가 구비되는 것도 가능하며, 이를 좀 더 상세히 설명하기 위하여 도 5를 제시한다. 도 5는 본 발명의 제 1실시예에 따른 히터에 자기력선을 제공하는 자기장 발생부를 더 포함한 것을 도시한 단면도이다.In addition, it is also possible to be provided with a magnetic field generating unit for providing a horizontal magnetic field lines of magnetic force in the heater, it is shown in Figure 5 to explain in more detail. FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a magnetic field generating unit that provides a magnetic force line to a heater according to a first embodiment of the present invention.

이에 도시된 바와 같이, 상기 히터에 수평자기장 자기력선(410)을 제공하는 자기장 발생부(400)가 구비되고, 상기 자기력선(410)은 상기 고발열부(100)의 중심을 잇는 직선(110)과 서로 평행하게 배치된다.As shown therein, a magnetic field generating unit 400 is provided to provide a horizontal magnetic field magnetic force line 410 to the heater, and the magnetic force line 410 is a straight line 110 connecting the center of the high heat generating unit 100 with each other. Arranged in parallel.

이 때, 본 실시예에서는 상기 자기력선(410)과 상기 직선이 서로 평행한 것으로 제시하였지만, 이에 한정되거나, 제한되는 것은 아니며, 예를 들면, 상기 대향되는 상기 고발열부(100)의 중심을 잇는 직선과 상기 수평 자기장의 자기력선(410) 분포의 중심축과 이루는 각도(θ2)는 -15도 내지 15도의 각도를 이루도록 구비되는 것도 가능하다.At this time, in the present embodiment, the magnetic force line 410 and the straight line is presented as parallel to each other, but is not limited thereto, for example, for example, a straight line connecting the center of the opposed high heat generating portion 100 And an angle θ 2 formed with the central axis of the distribution of the magnetic force lines 410 of the horizontal magnetic field may be provided to form an angle of −15 degrees to 15 degrees.

이 때, 상기 저발열부(200) 및 상기 고발열부(100)가 상기 히터에서 차지하는 폭의 비율은 1대 0.5 내지 1 대 0.9인 것이 바람직하다.At this time, the ratio of the width of the low heat generating portion 200 and the high heat generating portion 100 in the heater is preferably from 0.5 to 1 to 0.9.

여기서, 비교예를 제시하여, 본 발명의 제 1실시예에 따른 히터와의 발열분포 및 상술한 단결정 잉곳의 인상속도를 비교하면 다음과 같다. 도 6은 비교예에 따른 히터를 모식적으로 나타낸 전개도이며, 도 7은 비교예에 따른 히터의 단면을 도시한 단면도이고, 도 8은 본 발명의 제 1실시예에 따른 히터와 비교예에 따른 히터의 Pure 영역과 인상속도와의 관계를 나타내는 그래프이다.Here, a comparative example is presented, and the heat generation distribution with the heater according to the first embodiment of the present invention and the pulling speed of the above-described single crystal ingot are compared as follows. 6 is a developed view schematically showing a heater according to a comparative example, Figure 7 is a cross-sectional view showing a cross section of the heater according to a comparative example, Figure 8 is a heater and a comparative example according to a first embodiment of the present invention This graph shows the relationship between the pure area of the heater and the pulling speed.

이에 도시된 바와 같이, 상기 비교예에 따른 히터의 발열부(30)는 상술한 전류통로의 너비(W3)가 일정하게 구비된다. 즉, 상기 히터의 상 하부에 배치된 슬릿이 일정 간격 이격되어 형성되되, 각각 동일한 너비로 구비되어, 상기 전류통로의 너비(W3)가 일정하게 형성되도록 한다.As shown in the drawing, the heater 30 of the heater according to the comparative example is provided with a constant width W 3 of the above-described current path. That is, the slits disposed above and below the heater are formed to be spaced apart from each other by a predetermined interval, and are provided with the same width, respectively, so that the width W 3 of the current passage is constant.

이에 따라, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 비교예에 따른 히터의 상기 발열부(30)는 상기 히터의 원주 방향에 대해 동일한 발열 크기를 나타낸다.Accordingly, as shown in FIG. 7, the heat generating unit 30 of the heater according to the comparative example shows the same heat generation size with respect to the circumferential direction of the heater.

이에 비하여, 도 5에 도시된 본 발명의 제 1실시예에 따른 히터의 발열부(300)는 상기 히터의 원주 방향에 대해 상술한 고발열부(100)에서 상대적으로 높은 발열 크기를 보임을 알 수 있다.On the contrary, it can be seen that the heat generating part 300 of the heater according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 5 shows a relatively high heat generating size in the high heat generating part 100 described above with respect to the circumferential direction of the heater. have.

여기서, 비교예에 대해 좀 더 상세히 설명하면, 300mm 단결정 성장장치에서 수평자기장을 인가한 후 단결정을 성장시켰다. 정확한 pure 영역의 마진을 확인하기 위해 단결정 성장속도를 성장 초 0.57mm/min부터 점점 감소시켜 후반에는 0.37mm/min까지 낮추면서 성장시켰다. 성장된 단결정은 250mm 크기로 블록을 절단한 후 점결함을 분포를 관찰하기 위해 성장축 방향으로 다시 2mm 두께의 절단하여 직사각형의 샘플을 제작하였다. 제작된 샘플은 XRD 및 MCLT MAP을 측정하여 결함분포를 나타내었다.Herein, the comparative example will be described in more detail. After the application of a horizontal magnetic field in a 300 mm single crystal growth apparatus, single crystals were grown. In order to confirm the exact margin of pure region, the growth rate of single crystal was gradually decreased from 0.57mm / min at the beginning of growth and lowered to 0.37mm / min in the second half. The grown single crystal was cut into blocks having a size of 250 mm and then cut into a thickness of 2 mm in the direction of the growth axis in order to observe the distribution of point defects. The prepared sample showed defect distribution by measuring XRD and MCLT MAP.

이에 도 8에 도시된 결과를 살펴보면, 비교예에 따른 결함분포(B)와 본 발명 의 제 1실시예에 따른 결함분포(A)를 비교한 바와 같이, 상술한 Pure 영역이 형성되는 지점의 인상속도(Pull Speed)가 증가하는 것을 확인할 수 있다.Referring to the result shown in FIG. 8, as compared with the defect distribution B according to the comparative example and the defect distribution A according to the first embodiment of the present invention, the impression of the point where the pure region is formed is described. It can be seen that the speed increases.

일반적으로 실리콘 용융액의 표면부근에 자기장의 방향에 따라 대류가 형성된다. 도 9는 자기장의 방향에 따른 실리콘 용융액의 대류 현상을 도시한 도면이다. 즉, 도 9에 도시되고 있는 바와 같이, 상기 자기장의 방향, 즉, 상술한 상기 자기력선(410)의 방향에 따라, 상기 실리콘 융액(SM)에는 대류 현상이 발생하고, 상기 대류의 방향(C)은 상기 자기력선(410)의 방향과 대략 일치하는 것으로 나타난다.In general, convection is formed along the direction of the magnetic field near the surface of the silicon melt. 9 is a view showing the convection phenomenon of the silicon melt in the direction of the magnetic field. That is, as shown in FIG. 9, according to the direction of the magnetic field, that is, the direction of the magnetic force line 410 described above, convection occurs in the silicon melt SM, and the direction C of the convection. Appears to substantially coincide with the direction of the magnetic force line 410.

따라서, 상기 대류를 이용하여, 상기 히터로부터 전달된 열을 상기 고액계면으로 전달시키면, 용이하게 온도구배를 상승시킬 수 있다.Therefore, by using the convection, if the heat transferred from the heater to the solid-liquid interface, the temperature gradient can be easily increased.

즉, 상기 고발열부(100)를 상기 자기력선(410)과 평행하거나, 일정 각도 이하의 각도를 이루도록 함으로써, 상기 대류를 통해 상기 고발열부(100)에서 전달되는 열을 효과적으로 상기 고액계면으로 전달할 수 있으며, 이에 따라, 상기 단결정 잉곳(IG)의 인상속도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.That is, by making the high heat generating portion 100 parallel to the magnetic force line 410 or to form an angle of less than a predetermined angle, the heat transmitted from the high heat generating portion 100 through the convection can be effectively transmitted to the solid-liquid interface. Thus, the pulling speed of the single crystal ingot IG can be improved.

또한, 별도를 장비를 설치하거나, 재질을 변경하지 않으면서도, 간단히 구조 변경을 통하여 고액계면에서의 온도 구배를 향상시킬 수 있으므로, 비용의 낭비를 방지할 수 있는 이점이 있다.In addition, since it is possible to improve the temperature gradient in the liquid-liquid interface simply by changing the structure without installing equipment or changing materials, there is an advantage of preventing waste of cost.

제 2실시예Second embodiment

본 발명의 제 2실시예에 따른 실리콘 단결정 제조 장치를 설명하면 다음과 같다. 도 10은 본 발명의 제 2실시예에 따른 실리콘 단결정 제조 장치를 모식적으로 나타낸 단면도이다.Referring to the silicon single crystal manufacturing apparatus according to the second embodiment of the present invention. 10 is a cross-sectional view schematically showing a silicon single crystal manufacturing apparatus according to a second embodiment of the present invention.

이에 도시된 바와 같이, 상기 실리콘 단결정 제조 장치는 챔버(10), 도가니(20), 단열부재(45), 열실드(50) 및 히터(500)를 포함한다.As shown herein, the silicon single crystal manufacturing apparatus includes a chamber 10, a crucible 20, a heat insulating member 45, a heat shield 50, and a heater 500.

여기서, 상기 실리콘 단결정 제조 장치에 대해 간략히 설명하면, 상기 챔버(10) 내에는 실리콘 융액(SM)을 담는 도가니(20)가 설치되며, 이 도가니(20)의 외부에는 흑연으로 이루어진 도가니 지지대(25)가 도가니(20)를 에워싸도록 설치된다.Here, the silicon single crystal manufacturing apparatus will be briefly described. In the chamber 10, a crucible 20 containing silicon melt SM is installed, and a crucible support 25 made of graphite is formed outside the crucible 20. ) Is installed to surround the crucible 20.

도가니 지지대(25)는 회전축(30) 상에 고정 설치되고, 이 회전축(30)은 구동 수단(미도시)에 의해 회전되어 도가니(20)를 회전시키면서 상승시켜 고-액 계면이 동일한 높이를 유지하도록 한다. 도가니 지지대(25)는 소정 간격을 두고 원통형의 히터(500)에 에워싸여지며, 이 히터(500)는 단열부재(45)에 의해 에워싸여진다.The crucible support 25 is fixedly installed on the rotation shaft 30, which is rotated by a driving means (not shown) to raise the crucible 20 while rotating, so that the solid-liquid interface maintains the same height. Do it. The crucible support 25 is surrounded by a cylindrical heater 500 at predetermined intervals, and the heater 500 is surrounded by a heat insulating member 45.

즉, 히터(500)는 도가니(25)의 측방에 설치되어 도가니(20) 내에 적재된 고순도의 다결정실리콘 덩어리를 용융하여 실리콘 융액(SM)으로 만들며, 단열부재(45)은 히터(500)에서 발산되는 열이 챔버(10)의 벽 쪽으로 확산되는 것을 방지하여 열효율을 향상시킨다.That is, the heater 500 is installed on the side of the crucible 25 to melt a high-purity polysilicon mass loaded in the crucible 20 to form a silicon melt SM, and the heat insulating member 45 is formed at the heater 500. Heat dissipation is prevented from spreading toward the wall of the chamber 10 to improve thermal efficiency.

상기 챔버(10)의 상부에는 케이블을 감아 인상(引上)하는 인상 수단(미도시)이 설치되며, 이 케이블의 하부에 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.An upper portion of the chamber 10 is provided with an pulling means (not shown) for winding up and pulling a cable. The lower portion of the chamber 10 is in contact with the silicon melt SM in the crucible 20 and is 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.

이 때, 상기 도가니(20) 내부에 수용된 상기 실리콘 융액(SM)의 대류를 조절하기 위하여, 상기 챔버(10)의 외측에는 상기 실리콘 융액(SM)에 수평 자기장을 제공하는 자기장 발생부(400)가 배치된다.At this time, in order to control the convection of the silicon melt (SM) accommodated in the crucible 20, the magnetic field generating unit 400 for providing a horizontal magnetic field to the silicon melt (SM) outside the chamber 10 Is placed.

여기서, 상기 히터(500) 및 상기 자기장 발생부(400)에 대해 좀 더 상세히 설명하기 위하여 도 11을 제시한다. 도 11은 도 10의 실리콘 단결정 제조 장치에 구비된 히터 및 자기장 발생부를 모식적으로 도시한 사시도이다.Here, FIG. 11 is provided to describe the heater 500 and the magnetic field generator 400 in more detail. FIG. 11 is a perspective view schematically illustrating a heater and a magnetic field generating unit included in the silicon single crystal manufacturing apparatus of FIG. 10.

이에 도시된 바와 같이, 상기 히터(500)는 원통형의 전류이동 매체의 높이 방향을 따라 나선형으로 배치된 슬릿(510)에 의해 형성되는 발열부에 전류를 제공하여 전기 저항으로 열을 발생하도록 하는 전기히터로 구비된다.As shown in the drawing, the heater 500 supplies electricity to a heat generating portion formed by the slits 510 arranged spirally along the height direction of the cylindrical current moving medium to generate heat with an electrical resistance. It is provided with a heater.

이 때, 상기 히터(500)는 서로 대향되는 방향에 배치되어 상대적으로 고온의 열을 발생하는 고발열부(600) 및 상기 고발열부(600)에 비하여 상대적으로 저온의 열을 발생하되, 상기 고발열부(600) 사이에 배치되는 저발열부(700)를 포함한다.In this case, the heater 500 is disposed in a direction opposite to each other and generates a relatively low temperature heat than the high heat generating portion 600 and the high heat generating portion 600 that generates relatively high heat, the high heat generating portion It includes a low heat generating portion 700 disposed between the 600.

여기서, 상기 자기장 발생부(400)에서 제공되는 상기 수평 자기장의 자기력선(410) 분포의 중심축과 대향되는 상기 고발열부(600)의 중심을 지나는 직선이 이루는 각도(θ3)는 -15도 내지 15도의 각도를 유지하도록 구비된다.Here, the angle θ 3 of the straight line passing through the center of the high heat generating unit 600 opposite to the central axis of the distribution of the magnetic force line 410 of the horizontal magnetic field provided by the magnetic field generating unit 400 is -15 degrees to It is provided to maintain an angle of 15 degrees.

즉, 제 1실시예에서 상술한 바와 같이, 상기 고발열부(600)의 상기 히터(500)에서의 배치 위치가 상기 자기력선(410)의 방향과 대략 평행하도록 배치 함으로써, 상기 도가니(20) 내부에 수용된 상기 실리콘 융액(SM)의 대류를 이용해 상기 고발열부(600)에서 전달된 열이 상기 실리콘 융액(SM)과 상기 단결정 잉곳(IG) 사이로 효과적으로 전달되도록 할 수 있고, 이에 따라, 고액계면에서의 온도구배를 향상시킬 수 있다.That is, as described above in the first embodiment, the arrangement position of the high heat generating part 600 in the heater 500 is disposed so as to be substantially parallel to the direction of the magnetic force line 410, so that the inside of the crucible 20 is located. By using the convection of the silicon melt SM received, the heat transferred from the high heat generating part 600 may be effectively transferred between the silicon melt SM and the single crystal ingot IG, and thus, at the liquid-liquid interface The temperature gradient can be improved.

그리고, 상기 고발열부(600)가 상기 히터(500)의 원주 방향에 대해 차지하는 각도(θ4)는 45도 내지 130도를 유지하도록 구비된다.In addition, the angle θ 4 occupied by the high heat generating part 600 with respect to the circumferential direction of the heater 500 is provided to maintain 45 to 130 degrees.

또한, 상기 히터(500)의 상기 고발열부(600) 및 상기 저발열부(700)는 상기 슬릿(510)의 너비에 의해 발열 크기가 결정되므로, 상기 슬릿(510)의 너비를 조절하여 상기 고발열부(600) 및 상기 저발열부(700)를 조절하는 것이 가능하며, 이를 좀 더 상세히 설명하기 위하여 도 12를 제시한다. 도 12는 본 발명의 제 2실시예에 따른 실리콘 단결정 제조 장치에 구비된 히터를 모식화하여 전개한 전개도이다.In addition, since the heat generating size of the high heat generating unit 600 and the low heat generating unit 700 of the heater 500 is determined by the width of the slit 510, the width of the slit 510 is adjusted so It is possible to adjust the heat unit 600 and the low heat generating unit 700, which is shown in Figure 12 to explain in more detail. 12 is a developed view schematically illustrating a heater provided in the silicon single crystal production apparatus according to the second embodiment of the present invention.

이에 도시된 바와 같이, 상기 고발열부(600)를 형성하는 상기 슬릿(510)의 너비(W5)는 상기 저발열부(700)를 형성하는 상기 슬릿(510)의 너비(W4)보다 상대적으로 더 넓게 구비된다. 즉, 상기 고발열부(600)를 형성하는 상기 전류이동 매체의 너비가 상기 저발열부(700)를 형성하는 상기 전류이동 매체의 너비가 상대적으로 더 좁게 형성되어, 상술한 바와 같이, 저항을 높임으로써, 발열 크기를 증가시키도록 구비된다.As shown therein, the width W 5 of the slit 510 forming the high heat generating part 600 is relative to the width W 4 of the slit 510 forming the low heat generating part 700. More widely provided. That is, the width of the current moving medium forming the high heat generating portion 600 is formed to be relatively narrower the width of the current moving medium forming the low heat generating portion 700, as described above, to increase the resistance As such, it is provided to increase the exothermic size.

이 때, 상기 저발열부(700)를 형성하는 상기 슬릿(510)의 너비(W4)와 상기 고발열부(600)를 형성하는 상기 슬릿(510)의 너비(W5)의 비는 1 대 0.5 내지 1 대 0.9 인 것이 바람직하다.At this time, the ratio of the width (W 5) of the slit 510 to form a width (W 4) with the charges yeolbu 600 of the slit 510 which forms the lower heating portion 700 is one-to- It is preferable that it is 0.5-1 to 0.9.

더불어, 상기 히터(500)의 원주 방향으로 차지하는 원주각을 중심으로 상기 고발열부(600) 및 상기 저발열부(700)의 비율은 1 대 2 내지 1 대 7로 유지된다.In addition, the ratio of the high heat generating part 600 and the low heat generating part 700 is maintained at 1 to 2 to 1 to 7 based on the circumferential angle occupying in the circumferential direction of the heater 500.

따라서, 상기 수평자기장의 자기력선(410)과 상기 고발열부(600)에서 제공되는 열의 방향을 평행하게 유지함으로써, 상기 실리콘 융액(SM)의 대류를 이용하여 상기 고액계면에서의 온도구배를 향상시키고, 이로 인하여 상기 단결정 잉곳(IG)의 인상속도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.Therefore, by maintaining the direction of the heat provided from the magnetic force line 410 of the horizontal magnetic field and the high heat generating portion 600 in parallel, by using the convection of the silicon melt (SM) to improve the temperature gradient in the solid-liquid interface, This has the advantage of improving the pulling speed of the single crystal ingot (IG).

또한, 이에 따라, 결함이 없는 Pure 영역으로 이루어진 단결정을 생산하기 위한 상기 단결정 잉곳(IG)의 성장 속도, 즉, 인상속도를 증가시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, according to this, there is an effect that can increase the growth rate, that is, the pulling speed of the single crystal ingot (IG) for producing a single crystal consisting of a pure region free of defects.

또한, 수평 자기장을 이용한 초크랄스키법 단결정 제조 장치에서는 상기 실리콘 융액의 수평 대류를 이용하여 열을 효과적으로 전달할 수 있으므로, 용이하게 고액계면에서 온도구배를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.In addition, in the Czochralski method single crystal manufacturing apparatus using a horizontal magnetic field, since the heat can be effectively transferred using the horizontal convection of the silicon melt, there is an advantage that the temperature gradient can be easily improved at the solid-liquid interface.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, although described with reference to the preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art various modifications and variations of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.

도 1은 종래의 단결정 제조 장치를 간략히 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing a conventional single crystal manufacturing apparatus.

도 2는 단결정의 인상속도에 따른 결정영역의 구분을 간략히 도시한 그래프이다. 2 is a graph briefly illustrating the division of the crystal regions according to the pulling speed of the single crystal.

도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 히터를 모식적으로 도시한 전개도이다.3 is a developed view schematically showing a heater according to a first embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 제 1실시예에 따른 히터의 단면을 도시한 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing a cross section of the heater according to the first embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 제 1실시예에 따른 히터에 자기력선을 제공하는 자기장 발생부를 더 포함한 것을 도시한 단면도이다.FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a magnetic field generating unit that provides a magnetic force line to a heater according to a first embodiment of the present invention.

도 6은 비교예에 따른 히터를 모식적으로 나타낸 전개도이다.6 is a developed view schematically showing a heater according to a comparative example.

도 7은 비교예에 따른 히터의 단면을 도시한 단면도이다.7 is a cross-sectional view showing a cross section of a heater according to a comparative example.

도 8은 본 발명의 제 1실시예에 따른 히터와 비교예에 따른 히터의 Pure 영역과 인상속도와의 관계를 나타내는 그래프이다.8 is a graph showing the relationship between the pure area and the pulling speed of the heater according to the first embodiment of the present invention and the heater according to the comparative example.

도 9는 자기장의 방향에 따른 실리콘 용융액의 대류 현상을 도시한 도면이다.9 is a view showing the convection phenomenon of the silicon melt in the direction of the magnetic field.

도 10은 본 발명의 제 2실시예에 따른 실리콘 단결정 제조 장치를 모식적으로 나타낸 단면도이다.10 is a cross-sectional view schematically showing a silicon single crystal manufacturing apparatus according to a second embodiment of the present invention.

도 11은 도 10의 실리콘 단결정 제조 장치에 구비된 히터 및 자기장 발생부를 모식적으로 도시한 사시도이다.FIG. 11 is a perspective view schematically illustrating a heater and a magnetic field generating unit included in the silicon single crystal manufacturing apparatus of FIG. 10.

도 12는 본 발명의 제 2실시예에 따른 실리콘 단결정 제조 장치에 구비된 히터를 모식화하여 전개한 전개도이다.12 is a developed view schematically illustrating a heater provided in the silicon single crystal production apparatus according to the second embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명> <Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10: 챔버 20: 도가니10: chamber 20: crucible

45: 단열부재 50: 열실드45: heat insulation member 50: heat shield

100: 고발열부 200: 저발열부100: high heat generating unit 200: low heat generating unit

300: 발열부 301: 전류 통로300: heat generating unit 301: current path

302: 전류공급부 310: 제 1슬릿302: current supply unit 310: first slit

320: 제 2슬릿 400: 자기장 발생부320: second slit 400: magnetic field generating unit

410: 자기력선 500: 히터410: magnetic field lines 500: heater

Claims (11)

전류가 공급되는 전류공급부 및 상기 전류의 흐름에 의한 전기 저항에 의해 열을 발생시키는 원통 형상의 발열부를 포함하는 쵸크랄스키법에 의해 단결정을 제조하는 단결정 제조 장치의 히터에 있어서,In the heater of the single crystal manufacturing apparatus which manufactures a single crystal by the Czochralski method containing the current supply part to which electric current is supplied and the heat generating part of the cylindrical shape which generate | occur | produces heat by the electric resistance by the flow of the said electric current, 상기 발열부의 전개 형상은 일정 간격 이격되어 상기 히터의 하부에서 상부측으로 연장된 제 1슬릿과 상부측에서 하부측으로 연장 형성되되, 상기 제 1슬릿과 교번적으로 형성되는 제 2슬릿에 의해 지그 재그(zig-zag)형상으로 형성되며, 상기 발열부는,The evolving shape of the heating unit is spaced at a predetermined interval and is formed to extend from the lower side to the upper side of the first slit and from the upper side to the lower side, and the zigzag by the second slit alternately formed with the first slit ( zig-zag) shape, the heat generating portion, 상대적으로 발열부의 너비가 넓은 저발열부; 및A relatively low heat generating portion having a relatively wide width of the heat generating portion; And 상기 저발열부에 비해 상대적으로 너비가 좁은 고발열부;A high heat generating portion having a narrower width than the low heat generating portion; 를 포함하고, 상기 고발열부는 상기 히터의 원주를 중심으로 대향되는 방향에 배치되는 것을 특징으로 하는 히터.Includes, wherein the high heat generating portion, characterized in that disposed in a direction opposite to the circumference of the heater. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 히터에 수평자기장 자기력선을 제공하는 자기장 발생부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히터.And a magnetic field generator for providing a horizontal magnetic field line with the heater. 제 2항에 있어서,3. The method of claim 2, 상기 히터의 원주 방향에 대해 상기 고발열부가 차지하는 원주각은 45도 내 지 130도인 것을 특징으로 하는 히터.The circumferential angle occupied by the high heat generating unit with respect to the circumferential direction of the heater is a heater, characterized in that 45 to 130 degrees. 제 2항에 있어서,3. The method of claim 2, 상기 대향되는 상기 고발열부의 중심을 잇는 직선은 상기 수평 자기장의 자기력선 방향과 평행인 것을 특징으로 하는 히터.And a straight line connecting the center of the opposed high heat generating portion is parallel to the direction of the magnetic force line of the horizontal magnetic field. 제 2항에 있어서,3. The method of claim 2, 상기 대향되는 상기 고발열부의 중심을 지나는 직선은 상기 수평 자기장의 자기력선 분포의 중심축에 대해 -15도 내지 15도의 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 히터.And a straight line passing through the center of the opposed high heat generating part forms an angle of -15 degrees to 15 degrees with respect to the central axis of the magnetic field line distribution of the horizontal magnetic field. 제 2항에 있어서,3. The method of claim 2, 상기 발열부를 형성하는 상기 저발열부의 폭과 상기 고발열부의 폭의 비율은 1 대 0.5 내지 1 대 0.9인 것을 특징으로 하는 히터.The ratio of the width of the low heat generating portion and the width of the high heat generating portion forming the heat generating portion is a heater, characterized in that 1 to 0.5 to 1 to 0.9. 챔버;chamber; 상기 챔버의 내부에 설치되고 실리콘 융액을 담고 있는 도가니; 및A crucible installed inside the chamber and containing a silicon melt; And 상기 도가니를 가열하도록 상기 도가니를 에워싸는 형상으로 형성되는 원통형의 발열부를 포함하는 히터;A heater including a cylindrical heating part formed in a shape surrounding the crucible so as to heat the crucible; 를 포함하고, 상기 히터는To include, the heater is 서로 대향되는 방향에 배치되어 상대적으로 고온의 열을 발생하는 고발열부; 및A high heat generating portion disposed in a direction facing each other to generate relatively high temperature heat; And 상기 고발열부에 비하여 상대적으로 저온의 열을 발생하되, 상기 고발열부 사이에 배치되는 저발열부;A low heat generation unit which generates heat at a relatively low temperature as compared with the high heat generation unit, and is disposed between the high heat generation units; 를 포함하는 실리콘 단결정 제조 장치.Silicon single crystal manufacturing apparatus comprising a. 제 7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 수평 자기장을 발생시켜 상기 히터에 자기력선을 제공하는 자기장 발생부를 더 포함하고, 상기 수평 자기장의 자기력선 분포의 중심축과 상기 대향되는 고발열부의 중심을 이은 직선은 -15도 내지 15도의 각도를 유지하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조 장치.And a magnetic field generating unit generating a horizontal magnetic field to provide a magnetic force line to the heater, wherein a straight line connecting the central axis of the magnetic force line distribution of the horizontal magnetic field and the center of the opposed high heat generating portion maintains an angle of -15 degrees to 15 degrees. Silicon single crystal production apparatus, characterized in that. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 히터는 전류이동 매체의 상, 하부 측에서 이에 대응되는 하, 상부 측으로 교번적으로 연장 형성된 슬릿에 의해 형성되는 발열부에 전류를 제공하여 전기 저항으로 열을 발생하도록 구비되고, 상기 저발열부와 상기 고발열부를 형성하는 상기 슬릿의 각각의 폭 비율은 1 대 0.5 내지 1 대 0.9인 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조 장치.The heater is provided to generate a heat with an electrical resistance by providing a current to the heating portion formed by the slits formed alternately extending from the upper side, the lower side to the lower side, the upper side corresponding to the current moving medium, the low heat generating unit And the width ratio of each of the slits forming the high heat generating portion is 1 to 0.5 to 1 to 0.9. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 고발열부가 상기 히터의 원주 방향에 대해 차지하는 각도는 45도 내지 130도 인 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조 장치.The angle of the high heat generating unit with respect to the circumferential direction of the heater is a silicon single crystal manufacturing apparatus, characterized in that 45 degrees to 130 degrees. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 히터에서 차지하는 상기 고발열부와 상기 저발열부의 비율은 1 대 2 내지 1대 7인 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조 장치.The ratio of the high heat generating portion and the low heat generating portion occupied by the heater is 1 to 2 to 1 silicon manufacturing apparatus, characterized in that.
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