KR20100071507A - 실리콘 단결정 제조 장치, 제조 방법 및 실리콘 단결정의 산소 농도 조절 방법 - Google Patents

실리콘 단결정 제조 장치, 제조 방법 및 실리콘 단결정의 산소 농도 조절 방법 Download PDF

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Abstract

쵸크랄스키법에 의한 실리콘 단결정을 성장시키는 실리콘 단결정 제조 장치, 제조 방법 및 실리콘 단결정의 산소 농도 조절 방법이 개시된다. 실리콘 단결정의 산소 농도 조절을 위한 실리콘 단결정 제조 장치는, 실리콘 단결정 인상 시 실리콘 단결정의 직경제어를 위한 PID 제어와 함께 실리콘 단결정에 특정한 주기와 진폭을 가진 진동을 가하여 실리콘 단결정의 인상속도를 변화시킨다. 그 결과, 실리콘 단결정 내 산소의 이상점 발생을 억제하고, 실리콘 단결정의 성장축방향의 산소 농도 분포를 효과적으로 개선할 수 있다.
단결정, 잉곳, PID, 직경, 진동, 인상속도, 산소, 농도

Description

실리콘 단결정 제조 장치, 제조 방법 및 실리콘 단결정의 산소 농도 조절 방법{APPARATUS, METHOD OF MANUFACTURING SILICON SINGLE CRYSTAL AND METHOD OF CONTROLLING OXYGEN DENSITY OF SILICON SINGLE CRYSTAL}
본 발명은 실리콘 단결정에 관한 것으로, 보다 상세하게는 쵸크랄스키 방법에 의한 실리콘 단결정 제조 시 실리콘 단결정의 성장축방향의 산도 농도 분포를 효과적으로 개선할 수 있는 실리콘 단결정 제조 장치, 제조 방법 및 실리콘 단결정의 산소 농도 조절 방법에 관한 것이다.
실리콘 단결정은 반도체 디바이스의 기판 등에 사용되는 소재로서, 현재 전체 단결정 실리콘 생산의 80% 이상이 초크랄스키(Czochralski: CZ) 결정성장법에 의해 이루어지고 있다.
초크랄스키법은 석영유리로 제작된 도가니 내에서 실리콘 다결정을 용융하고, 이 실리콘 용액에 실리콘 단결정의 종자결정(seed crystal)을 침적하여, 도가니를 회전시키면서 종자결정을 천천히 인상하여 종자결정을 핵으로 하여 실리콘 단결정을 성장시키는 방법이다.
한편, 실리콘 단결정은 요구되는 특성에 따라 특정물질을 첨가하여 성장시키 기도 하지만 실리콘 중의 격자간 산소(Oi: Interstitial Oxygen) 원자와 같이 성장과정에서 불가피하게 포함되는 물질도 있다. 일반적으로 단결정 중에 포함된 격자간 산소원자의 분포는 단결정의 성장축방향과 반경방향으로 불균일하며, 보통 단결정의 중심에서의 산소농도가 결정 주변보다 높다.
산소는 고온에서 석영 도가니로부터 실리콘 용융액에 녹아 들어가 단결정 실리콘이 인상 시에 단결정 실리콘 안으로 들어간다. 이때, 단결정 실리콘 안으로 들어가는 산소의 양은, 석영 도가니로부터 실리콘 용융액에 들어가는 산소의 양으로부터 실리콘 용융액 표면으로부터 증발하는 산소의 양을 뺀 양이 된다.
일반적으로, 석영 도가니로부터 실리콘 용융액에 녹아 들어간 산소는 99%가 액상 표면으로 전달되어 그 곳에서 SiO 형태로 증발하고, 남은 1% 정도가 실리콘 단결정 중에 들어간다. 따라서 산소의 농도를 제어하는 방법은 석영 도가니로부터 실리콘 용융액 중에 녹아 들어가는 산소의 용해량과 실리콘 용융액 표면으로부터 증발하는 산소의 증발량의 2 종류의 양으로 제어한다.
여기서, 석영 도가니로부터 산소의 용해량은, 석영 도가니의 회전수, 석영 도가니의 가열온도, 자기장의 세기 등의 파라미터에 의해 정해질 수 있다. 또한, 실리콘 용융액 표면으로부터 증발하는 산소의 증발량은 아르곤 가스의 유량, 노내 압력 등의 파라미터에 의해 정해질 수 있다.
특히, 자기장의 세기와 위치 등을 이용하면 산소 농도를 비교적 쉽게 제어가 가능하지만 수평자기장에서 제어 시 산포가 높게 나타나는 문제점이 있다.
종래의 산소 농도 제어방법 중 자기장의 세기 및 위치 조정을 통한 제어방법 은 비교적 쉽게 산소 농도를 목표값으로 만들 수 있다. 그러나, 수평자장에서는 실리콘 용융액의 대류가 불규칙적으로 이루어지게 되며, 단결정 실리콘의 성장축방향 산소 농도의 분포가 넓은 범위에 걸쳐서 나타나게 된다. 이 때문에 종래의 기술에서는 산소 농도의 분포를 줄이지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 실리콘 단결정 인상 시 실리콘 단결정의 직경제어를 위한 PID 제어와 함께 실리콘 단결정에 특정한 주기와 진폭을 가진 진동을 가하여 실리콘 단결정의 성장축방향의 산도 농도 분포를 효과적으로 개선할 수 있는 실리콘 단결정 제조 장치 및 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기와 같은 실리콘 단결정 제조 장치의 실리콘 단결정 산소 농도 조절 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 단결정 제조 장치는, 챔버, 상기 챔버의 내부에 설치되며 실리콘 용융액을 수용하는 도가니, 상기 챔버의 내부에 설치되며 상기 도가니를 가열하는 히터, 상기 챔버의 상부에 설치되며 상기 실리콘 용융액으로부터 성장되는 실리콘 단결정을 인상하는 인상수단, 및 상기 실리콘 단결정 인상 시 상기 실리콘 단결정에 특정한 주기와 진폭을 가지는 진동을 부여하여 상기 실리콘 단결정의 산소 농도를 조절하도록 상기 인상수단을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 실리콘 단결정의 직경을 제어하면서 상기 실리콘 단결정에 특정한 주기와 진폭을 가진 진동을 가하여 상기 실리콘 단결정의 인상속도를 변화시키도록 상기 인상수단을 제어하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 진동의 주기는 3~60s, 진폭은 0.02~0.15mm/min을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제어부는 상기 실리콘 단결정의 성장축방향의 상기 산소 농도 분포 변동폭차가 2ppma 이하가 되도록 조절하는 것이 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 단결정 제조 방법은, 도가니 내에 다결정 실리콘을 충진하는 단계, 열원을 이용하여 상기 다결정 실리콘을 용융하는 단계, 상기 다결정 실리콘 용융액으로부터 성장되는 실리콘 단결정을 인상하는 단계, 및 상기 실리콘 단결정 인상 시 상기 실리콘 단결정에 특정한 주기와 진폭을 가지는 진동을 부여하여 상기 실리콘 단결정의 산소 농도를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 단결정의 산소 농도 조절 방법은, 쵸크랄스키법에 의해 성장되는 실리콘 단결정 잉곳의 산소 농도 조절 방법에 있어서, 상기 실리콘 단결정 인상 시 상기 실리콘 단결정의 직경 제어와 함께 상기 실리콘 단결정에 특정한 주기 및 진폭을 가진 진동을 가하여 상기 실리콘 단결정의 인상속도를 변화시킴으로써 상기 실리콘 단결정의 성장축방향의 산소 농도 분포를 조절하는 것을 특징으로 한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있 다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실리콘 단결정 제조 장치, 제조 방법 및 실리콘 단결정의 산소 농도 조절 방법에 따르면, 실리콘 단결정 인상 시 실리콘 단결정의 직경제어를 위한 PID 제어와 함께 실리콘 단결정에 특정한 주기와 진폭을 가진 진동을 가하여 실리콘 단결정의 인상속도를 변화시킨다. 그 결과, 실리콘 단결정 내 산소의 이상점 발생을 억제하고, 실리콘 단결정의 성장축방향의 산소 농도 분포를 효과적으로 개선할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 실리콘 단결정 제조 장치, 제조 방법 및 실리콘 단결정의 산소 농도 조절 방법을 상세히 설명하기로 한다. 참고로 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 단결정 제조 장치를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 2는 실리콘 단결정 인상 시 실리콘 단결정에 특정한 주기와 진폭으로 진동을 부여하여 실리콘 단결정의 산소 농도를 조절하는 상태를 도시한 도면이다.
도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 단결정 제조 장치(100)는 챔버(110), 도가니(120), 히터(130), 인상수단(140) 및 제어부(150) 등을 포함할 수 있다.
챔버(110)는 반도체 등의 전자부품 소재로 사용되는 실리콘 웨이퍼(wafer)용 단결정 잉곳(IG)을 성장시키기 위한 소정의 공정들이 수행되는 공간을 제공한다. 여기서, 실리콘 단결정 잉곳(IG) 성장을 위한 대표적인 제조 방법으로는 단결정인 종자결정(seed crystal)(S)을 용융 실리콘에 담근 후 후술할 인상수단(140)에 의해 천천히 끌어 올리면서 결정을 성장시키는 쵸크랄스키(Czochralsk.CZ)법이 있다. 이 방법에 따르면, 먼저, 종자결정(S)으로부터 가늘고 긴 결정을 성장시키는 네킹(necking)공정을 거치고 나면, 결정을 직경방향으로 성장시켜 목표직경으로 만드는 솔더링(shouldering)공정을 거치며, 이후에는 일정한 직경을 갖는 결정으로 성장시키는 바디그로잉(body growing)공정을 거치며, 일정한 길이만큼 바디그로잉이 진행된 후에는 결정의 직경을 서서히 감소시켜 결국 용융 실리콘과 분리하는 테일링(tailing)공정을 거쳐 단결정 성장이 마무리된다.
챔버(110)의 내벽에는 후술할 히터(130)의 열이 챔버(110)의 측벽부로 방출되지 못하도록 복사 단열체(111)가 설치될 수 있다. 또한, 챔버(110) 내에는 실리콘 용융액(SM)으로부터 성장하는 실리콘 단결정 잉곳(IG)으로 복사되는 열을 차단하기 위하여 열차폐부재, 예컨대 열실드(heat shield)(113)가 설치될 수 있다.
최근에는 실리콘 단결정 웨이퍼의 주요 품질 항목으로 산소 농도가 큰 부분을 차지하고 있으며, 이러한 실리콘 단결정 잉곳 성장 시의 산소 농도를 제어하기 위하여 후술할 석영 도가니(120)의 회전 내부의 압력 조건 등 다양한 인자들을 조절하고 있다.
도가니(120)는 실리콘 단결정 잉곳(IG)을 제조하기 위한 실리콘 용융액(SM)을 담을 수 있도록 챔버(110)의 내부, 보다 상세하게는 후술할 히터(130)의 내측에 구비된다. 바람직하게, 도가니(120)는 석영 재질로 이루질 수 있지만 이에 한정되지 않는다.
석영 도가니(120)의 외부에는 석영 도가니(120)를 지지하는 도가니 지지대(121)가 구비될 수 있다. 바람직하게, 도가니 지지대(121)는 흑연 재질로 이루어질 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
도가니 지지대(121)는 회전축(123) 상에 고정 설치되고, 이 회전축(123)은 구동수단(미도시)에 의해 회전되어 석영 도가니(120)를 회전 및 승강 운동시키면서 고액 계면이 동일한 높이를 유지하도록 한다.
히터(130)는 쵸크랄스키법에 의한 실리콘 단결정 제조장치(100)에서 복사열을 제공하는 열원으로 사용된다.
히터(130)는 석영 도가니(120)를 가열하도록 챔버(110)의 내부에 구비된다. 보다 상세하게는, 히터(130)는 석영 도가니(120)를 에워싸는 원통형으로 이루어질 수 있다. 이러한 히터(130)는 석영 도가니(120) 내에 적재된 고순도의 다결정 실리콘 덩어리를 용융시켜 실리콘 용융액(SM)으로 만들게 된다. 여기서, 히터(130)의 열원은 고주파 가열이나 저항가열 등이 될 수 있다.
인상수단(140)은 케이블(141)을 감아 인상(引上)할 수 있도록 챔버(110)의 상부에 설치된다. 이 케이블(141)의 하부에는 석영 도가니(120) 내의 실리콘 용융액(SM)에 접촉되어 인상되면서 단결정 잉곳(IG)을 성장시키는 종자결정(S)이 설치된다. 인상수단(140)은 단결정 잉곳(IG) 성장 시 케이블(141)을 감아 인상하면서 회전 운동하며, 이 때 실리콘 단결정 잉곳(IG)은 석영 도가니(120)의 회전축(123)과 동일한 축을 중심으로 하여 도가니(120)의 회전방향과 반대방향으로 회전시키면서 끌어 올린다. 이러한 인상수단(140)은 공지된 기술로 이해 가능하므로 상세한 설명은 생략한다.
제어부(150)는 실리콘 단결정 인상 시 실리콘 단결정에 특정한 주기와 진폭을 가지는 진동을 부여하여 실리콘 단결정의 산소 농도를 조절하도록 인상수단(140)을 제어한다.
보다 상세하게는, 제어부(150)는 실리콘 단결정 인상 시 실리콘 단결정의 목표직경을 제어하는 PID 제어와 함께 실리콘 단결정에 특정한 주기와 진폭을 가지는 진동을 부여하여 실리콘 단결정을 인상하도록 제어한다.
여기서, 실리콘 용융액(SM)으로부터 성장하는 실리콘 단결정에 가해지는 진동의 주기는 3~60s, 진폭은 0.02~0.15mm/min을 포함하는 것이 바람직하다.
제어부(150)는 실리콘 단결정의 성장축(Z축)방향의 산소 농도 분포 변동폭차가 2ppma 이하가 되도록 조절하는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 단결정의 산소 농도 조절을 위한 실리콘 단결정 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 실리콘 단결정의 산소 농도 조절을 위한 실리콘 단결정 제조방법은 먼저, 석영 도가니(120) 내에 다결정 실리콘을 충진한다(S101). 이러한 다결정 실리콘 충진 단계는 석영 도가니(120) 내에 고순도의 다결정 실리콘을 적층하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 석영 도가니(120) 내에 충진되는 다결정 실리콘의 양은 석영 도가니(120)의 크기에 의해 영향을 받게 된다.
다음으로, 열원, 예컨대 히터(130)를 이용하여 다결정 실리콘을 용융시킨다(S102). 이러한 다결정 실리콘 용융 단계에서 석영 도가니(120)의 내부에 담긴 다결정 실리콘을 가열하는 방법은 고주파 가열이나 열저항법 등을 이용할 수 있다. 또한, 석영 도가니(120)를 회전시키면서 가열 온도가 석영 도가니(120)의 부위에 관계없이 일정하도록 유지시킬 수 있다.
다음으로, 다결정 실리콘 용융액(SM)에 인상수단(140)의 케이블(141) 하단에 연결된 종자결정(S)을 침적(dipping)시킨다(S103).
다음으로, 종자결정(S)을 인상수단(140)에 의해 천천히 끌어 올리면서 실리 콘 단결정을 인상시킨다(S104). 이러한 실리콘 단결정 인상 단계에서는 종자결정(S)을 침적 시에 열충격(thermal shock)에 의한 전위(dislocation)결함을 제거하기 위해 종자결정(S)으로부터 가늘고 긴 결정을 성장시키는 네킹(necking) 공정을 거치게 된다.
네킹 공정 후에는 넥(neck) 직경으로부터 목표하는 결정 직경까지 결정 직경을 성장시키는 숄더링(shoulding) 공정을 거치게 된다.
숄더링 공정에 의해 목표 직경을 갖도록 성장시킨 후에는, 일정한 결정직경을 목표하는 길이까지 유지하는 바디그로잉(body growing) 공정을 거치게 된다.
바디그로잉 공정 후에는 단결정을 잔류하는 융체로부터 이격시킬 때 열충격에 의한 전위 결함 생성을 제어하는 테일링(tailing) 공정과, 그 다음으로 고온상태의 결정을 상온에 가깝게 냉각시키는 쿨다운(cool down) 공정을 거치게 된다.
다음으로, 실리콘 단결정 인상 시 실리콘 단결정에 특정한 주기와 진폭을 가지는 진동을 부여한다(S105). 특히, 본 발명에 따르면 실리콘 단결정의 목표직경을 제어하는 PID(Proportional-Integral-Derivative) 제어와 함께 실리콘 단결정에 특정한 주기와 진폭을 가지는 진동을 부여하도록 실리콘 단결정을 인상하는 인상수단(140)을 제어할 수 있다.
보다 상세하게는, 실리콘 단결정 인상 시 바디그로잉 공정은 실리콘 단결정 잉곳의 목표직경을 맞추기 위하여 인상속도를 계속 변화시키게 된다. 이때, 목표직경을 맞추기 위해 PID 제어가 이루어지게 되는데, 이러한 PID 제어는 비례-적분-미분 제어를 동시에 수행하는 제어방법이다.
여기서, 비례 제어는 기준신호와 현재신호 사이의 오차 신호에 적당한 비례 상수 이득을 곱해서 제어 신호를 생성하고, 적분 제어는 오차 신호를 적분한 후에 적당한 비례 상수 이득을 곱하여 제어 신호를 생성한다. 또한, 미분 제어는 오차 신호를 미분한 후에 적당한 비례 상수 이득을 곱하여 제어 신호를 생성한다.
즉, 본 발명에서는 실리콘 단결정을 인상하는 단계에서 단결정 잉곳의 목표직경을 제어하기 위해 상기의 PID 제어를 사용할 수 있다.
또한, 제어과정은 단결정의 목표직경을 제어하는 PID제어와 함께 실리콘 단결정에 특정한 주기와 진폭을 가지는 진동을 부여하도록 실리콘 단결정을 인상하는 인상수단(140)을 제어할 수 있다. 여기서, 실리콘 단결정의 성장축방향의 산소 농도 분포를 효과적으로 개선하기 위하여 실리콘 용융액으로부터 성장하는 실리콘 단결정에 가해지는 진동의 주기는 3~60s, 진폭은 0.02~0.15mm/min 범위를 포함하는 것이 바람직하다. 이에 반하여 실리콘 단결정에 가해지는 진동의 주기가 3~60s, 진폭은 0.02~0.15mm/min 범위를 포함하지 않는 경우에는 산포가 매우 넓게 분포됨을 알 수 있다.
이렇게 단결정의 목표직경을 제어하는 PID제어와 함께 실리콘 단결정에 특정한 주기와 진폭을 가지는 진동을 가함으로써 실리콘 단결정의 산소 농도를 조절할 수 있게 된다(S106).
여기서, 경계층이론(boundary layer theory)에 따르면 층류(laminar flow)에 비해 난류(turbulent flow)일 때, 유동이 약할 때 보다 강할 때 경계층이 얇아지게 된다. 상기 제어과정에서 단결정의 직경제어를 위한 PID 제어와 함께 특정한 주기 와 진폭을 가진 진동을 가하게 되면, 실리콘 융융액(SM)과 실리콘 단결정의 확산 경계층(diffusion boundary layer)이 얇아지게 되어 고액 계면에서의 Oi(interstitial oxygen)의 유동 또한 원활해지게 된다. 그 결과 실리콘 단결정으로 Oi가 균일하게 유입되게 되고, Oi의 산포가 낮아지게 된다.
즉, 본 발명에 따른 실리콘 단결정의 산소 농도 조절 방법은 쵸크랄스키법에 의해 성장하는 실리콘 단결정 잉곳(IG)의 산소 농도 조절 방법에 있어서, 실리콘 단결정 인상 시 실리콘 단결정의 목표직경을 형성하면서 실리콘 단결정에 특정한 주기와 진폭을 가지는 진동을 부여하여 실리콘 단결정의 산소 농도 분포를 개선할 수 있다.
도 4는 실리콘 단결정 인상 시 적용되는 주기적인 인상속도 변화량을 보여주는 실험 도면이고, 도 5는 실리콘 단결정의 직경 제어와 함께 실리콘 단결정에 특정한 주기와 진폭을 갖는 진동을 부여하는 경우 인상속도 변화를 보여주는 실험 도면이다.
도 4 및 5에 도시된 바와 같이, 실험결과에 따르면, 실리콘 단결정 성장 시 실리콘 단결정의 목표직경을 제어하기 위한 PID 제어를 할 경우, PID 제어와 함께 실리콘 단결정에 특정한 주기와 진폭을 가진 진동을 가하여 실리콘 단결정의 인상속도를 변화시킴으로써, 실리콘 용융액(SM)과 실리콘 단결정의 계면 두께가 얇아지게 되고, 그로 인해 계면에서의 산소의 유동이 원활하게 되어 산소의 이상점 발생을 억제시키는 효과가 발생하였다.
또한, 실리콘 단결정 성장 시에 실리콘 단결정의 직경제어를 위한 PID 제어 와 함께 실리콘 단결정에 특정한 주기와 진폭을 가진 진동을 가하여 인상속도를 변화시킴으로써, 실리콘 단결정의 성장축방향의 산소 농도 분포를 효과적으로 개선하였다.
도 6 및 7은 종래의 실리콘 단결정 산소 농도 분포와, 본 발명에서 적용되는 실리콘 단결정 산소 농도 분포를 비교하여 보여주는 실험 도면이다.
도 6 및 7에 도시된 바와 같이, 실험결과에 따르면, 종래의 실리콘 단결정 인상 시 성장축(Z축)방향의 산소 농도가 제어되지 않아 산포가 매우 넓게 분포됨을 알 수가 있다. 이에 반하여, 본 발명에 따른 실리콘 단결정 인상 시 실리콘 단결정의 직경제어를 위한 PID 제어와 함께 실리콘 단결정에 특정한 주기와 진폭을 가진 진동을 부가한 경우에는 실리콘 단결정의 산소 농도 산포가 단결정의 성장축(Z축)을 중심으로 분포함을 알 수가 있다. 이때, 실리콘 단결정의 성장축(Z축)방향의 산소 농도 분포 변동폭차는 2ppma 이하가 되도록 조절하는 것이 바람직하다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 단결정 제조 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 실리콘 단결정 인상 시 실리콘 단결정에 특정한 주기와 진폭으로 진동을 부여하여 실리콘 단결정의 산소 농도를 조절하는 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 단결정의 산소 농도 조절을 위한 실리콘 단결정 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 실리콘 단결정 인상 시 적용되는 주기적인 인상속도 변화량을 보여주는 도면이다.
도 5는 실리콘 단결정의 직경 제어와 함께 실리콘 단결정에 특정한 주기와 진폭을 갖는 진동을 부여하는 경우 인상속도 변화를 보여주는 도면이다.
도 6 및 7은 종래의 실리콘 단결정 산소 농도 분포와, 본 발명에서 적용되는 실리콘 단결정 산소 농도 분포를 비교하여 보여주는 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 실리콘 단결정 제조장치 110 : 챔버
120 : 도가니 130 : 히터
140 : 인상수단 150 : 제어부

Claims (11)

  1. 챔버;
    상기 챔버의 내부에 설치되며, 실리콘 용융액을 수용하는 도가니;
    상기 챔버의 내부에 설치되며, 상기 도가니를 가열하는 히터;
    상기 챔버의 상부에 설치되며, 상기 실리콘 용융액으로부터 성장되는 실리콘 단결정을 인상하는 인상수단; 및
    상기 실리콘 단결정 인상 시 상기 실리콘 단결정에 특정한 주기 및 진폭을 갖는 진동을 가하여 상기 실리콘 단결정의 산소 농도를 조절하도록 상기 인상수단을 제어하는 제어부를 포함하는 실리콘 단결정 제조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 실리콘 단결정의 직경을 제어하면서 상기 실리콘 단결정에 특정한 주기와 진폭을 가진 진동을 가하여 상기 실리콘 단결정의 인상속도를 변화시키도록 상기 인상수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 진동의 주기는 3~60s, 진폭은 0.02~0.15mm/min을 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 실리콘 단결정의 성장축방향의 상기 산소 농도 분포 변동폭차가 2ppma 이하가 되도록 조절하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조 장치.
  5. (a) 도가니 내에 다결정 실리콘을 충진하는 단계;
    (b) 열원을 이용하여 상기 다결정 실리콘을 용융하는 단계;
    (c) 상기 다결정 실리콘 용융액으로부터 성장되는 실리콘 단결정을 인상하는 단계; 및
    (d) 상기 실리콘 단결정 인상 시 상기 실리콘 단결정에 특정한 주기와 진폭을 가지는 진동을 부여하여 상기 실리콘 단결정의 산소 농도를 조절하는 단계를 포함하는 실리콘 단결정 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 (d)단계는 상기 실리콘 단결정의 직경을 제어하면서 상기 실리콘 단결정에 특정한 주기와 진폭을 가진 진동을 가하여 상기 실리콘 단결정의 인상속도를 변화시키도록 상기 인상수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조 방법.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 (d)단계에서, 상기 진동의 주기는 3~60s, 진폭은 0.02~0.15mm/min을 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조 방법.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 (d)단계는 상기 실리콘 단결정의 성장축방향의 상기 산소 농도 분포의 변동폭차가 2ppma 이하가 되도록 조절하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 제조 방법.
  9. 쵸크랄스키법에 의해 성장되는 실리콘 단결정 잉곳의 산소 농도 조절 방법에 있어서,
    상기 실리콘 단결정 인상 시 상기 실리콘 단결정의 직경 제어와 함께 상기 실리콘 단결정에 특정한 주기 및 진폭을 가진 진동을 가하여 상기 실리콘 단결정의 인상속도를 변화시킴으로써 상기 실리콘 단결정의 성장축방향의 산소 농도 분포를 조절하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 산소 농도 조절 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 진동의 주기는 3~60s, 진폭은 0.02~0.15mm/min을 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 산소 농도 조절 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 실리콘 단결정의 성장축방향의 상기 산소 농도 분포의 변동폭차가 2ppma 이하가 되도록 조절하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정의 산소 농도 조절 방법.
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KR20170081562A (ko) * 2016-01-04 2017-07-12 주식회사 엘지실트론 잉곳 성장 제어장치 및 그 제어방법
KR20200111776A (ko) * 2019-02-27 2020-09-29 가부시키가이샤 사무코 실리콘 융액의 대류 패턴 제어 방법 및, 실리콘 단결정의 제조 방법

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