KR20120033632A - 단결정 성장용 도핑시스템 및 이를 구비하는 단결정 잉곳 성장장치 - Google Patents

단결정 성장용 도핑시스템 및 이를 구비하는 단결정 잉곳 성장장치 Download PDF

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Abstract

실시예는 단결정 잉곳 제조방법 및 단결정 잉곳에 관한 것이다.
실시예에 따른 단결정 성장용 도핑시스템은 단결정 성장챔버의 포트(port)에 일단이 결합되는 게이트 밸브(gate valve); 및 상기 게이트 밸브의 타단에 결합되는 도핑툴(doping tool);을 포함한다.

Description

단결정 성장용 도핑시스템 및 이를 구비하는 단결정 잉곳 성장장치{Doping System for Growing a Single Crystal and Single Crystal Ingot Grower including the same}
실시예는 단결정 성장용 도핑시스템 및 이를 구비하는 단결정 잉곳 성장장치에 관한 것이다.
반도체를 제조하기 위해서는 웨이퍼를 제조해야하고, 웨이퍼의 제조를 위해서는 먼저 단결정 실리콘을 잉곳(ingot) 형태로 성장시켜야 하는데, 이를 위해 초크랄스키(czochralski, CZ) 법이 적용될 수 있다.
단결정 성장 장치로 특정한 제품군을 생산하기 위해서는 도펀트(Dopant)를 사용하며, 제품군에 따라 도펀트의 종류와 양은 다르다.
보편적으로 사용하는 도펀트인 인(Phosporous)이나 보론(Boron)의 경우 유입 시점은 폴리실리콘(Poly Silicon)과 같이 넣어서 녹인다.
한편, 적인(Red Phosporous)은 인화성과 휘발성이 강해서 기존의 방법으로 도핑(Doping)할 수 없으며 도핑 툴(Doping Tool)을 이용한다.
종래기술에서 도핑 툴을 이용하여 도핑 시 도펀트(Dopant)가 석영 튜브(Quarz Tube)를 따라 흐를 때 발생하는 마찰열 때문에 미세한 양의 산소에도 발화할 수 있는 위험이 있으며, 미세한 양의 산소 유입 여부를 판단할 수 있는 리크(Leak) 확인이 안되는 문제가 있다.
또한, 종래기술에서 도핑 툴은 챔버(Chamber)와 도핑 툴간 차단이 안 되는 한계가 있고, 챔버 내부는 고온이므로 발화의 위험이 있으며 챔버 내부 플로우(Flow) 제어에 어려움이 있다.
실시예는 적인(Red Phosporous) 등 고휘발성의 도펀트에 대한 도핑툴( Doping Tool)을 챔버로 부터 차단할 수 있는 단결정 성장용 도핑시스템 및 이를 구비하는 단결정 잉곳 성장장치를 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 고휘발성의 도펀트에 대한 도핑 툴의 자체적인 리크(Leak) 확인이 가능하며, 또한 도핑 툴의 내부 압력 조절이 가능한 단결정 성장용 도핑시스템 및 이를 구비하는 단결정 잉곳 성장장치를 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 고휘발성의 도펀트가 발화할 수 있는 조건과 공정에 영향을 줄 수 있는 조건을 최대한 제어하여 공정 사고를 방지할 수 있는 단결정 성장용 도핑시스템 및 이를 구비하는 단결정 잉곳 성장장치를 제공하고자 한다.
실시예에 따른 단결정 성장용 도핑시스템은 단결정 성장챔버의 포트(port)에 일단이 결합되는 게이트 밸브(gate valve); 및 상기 게이트 밸브의 타단에 결합되는 도핑툴(doping tool);을 포함한다.
또한, 실시예에 따른 단결정 잉곳 성장장치는 단결정 성장챔버; 및 단결정 성장용 도핑시스템;을 포함하고, 상기 단결정 성장용 도핑시스템은 상기 단결정 성장챔버의 포트(port)에 일단이 결합되는 게이트 밸브(gate valve); 및 상기 게이트 밸브의 타단에 결합되는 도핑툴(doping tool);을 포함한다.
실시예에 따른 단결정 성장용 도핑시스템 및 이를 구비하는 단결정 잉곳 성장장치에 의하면, 챔버(Chamber)와 도핑 툴(Doping Tool)의 공간적인 단절이 가능하며, 도핑 툴의 리크 체크(Leak Check)가 가능하며, 도핑 툴의 내부 압력 조절이 가능하다.
또한, 종래 도핑 툴은 수동으로만 도핑이 가능하였지만, 실시예에 의하면 고휘발성 도펀트를 매뉴얼(Manual) 또는 자동(Auto)으로 도핑이 가능하다.
또한, 적인(Red Phosporous) 등 고휘발성 도펀트는 발화성과 인화성이 강한 도펀트여서 기존의 방법으로는 도핑이 불가능하였지만, 실시예에에 따른 도핑 시스템을 이용하여 폴리 실리콘(Poly Silicon)이 녹은 후에 도핑(Doping)할 수 있으며, 이로 인해 새로운 제품 제조가 가능하다.
도 1은 실시예에 따른 단결정 성장용 도핑시스템을 구비하는 단결정 잉곳 성장장치의 예시도.
도 2은 실시예에 따른 단결정 성장용 도핑시스템을 구비하는 단결정 잉곳 성장장치에서 단결정 잉곳 성장장치 예시도.
도 3은 실시예에 따른 단결정 성장용 도핑시스템 중 게이트 밸브와 도핑 툴에 대한 부분 확대도.
도 4는 실시예에 따른 단결정 성장용 도핑시스템 중 도핑 툴 및 압력 게이지에 대한 부분 확대도.
도 5는 실시예에 따른 단결정 성장용 도핑시스템 중 도핑 툴, 도핑 카세트와 밸브에 대한 부분 확대도.
실시 예의 설명에 있어서, 각 웨이퍼, 장치, 척, 부재, 부, 영역 또는 면 등이 각 웨이퍼, 장치, 척, 부재, 부, 영역 또는 면등의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 "상" 또는 "아래"에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
(실시예)
도 1은 실시예에 따른 단결정 성장용 도핑시스템(200)을 구비하는 단결정 잉곳 성장장치에서 단결정 잉곳 성장장치 예시도이다.
실시예에 따른 단결정 성장용 도핑시스템을 구비하는 단결정 잉곳 성장장치는 단결정 성장챔버(110)와, 상기 단결정 성장챔버(110)의 포트(port)(115)에 일단이 결합되는 게이트 밸브(gate valve)(210) 및 상기 게이트 밸브(210)의 타단에 결합되는 도핑툴(doping tool)(220)을 포함할 수 있다.
우선, 도 2를 참조하여 단결정 잉곳 성장장치(100)를 설명한다.
실시예에 따른 실리콘 단결정 성장장치(100)는 챔버(110), 도가니(112), 히터(120), 인상수단(미도시) 등을 포함할 수 있다.
예를 들어, 실시예에 따른 단결정 잉곳성장장치는 챔버(110) 내부에 핫존(hot zone) 구조물로서, 실리콘 융액(SM)이 담겨지는 석영 도가니(112) 및 석영 도가니의 외연 하부 일부를 감싸 지지하는 흑연 도가니(114)가 장착되고, 흑연 도가니의 하부에 하중을 지지하기 위한 지지구조체(116)가 놓여지고, 지지 구조체는 미도시된 회전 구동장치에 축합되어 회전 및 승강하는 페데스탈(pedestal)(118)에 결합될 수 있다.
상기 챔버(110)는 반도체 등의 전자부품 소재로 사용되는 실리콘 웨이퍼(wafer)용 단결정 잉곳(Ingot)을 성장시키기 위한 소정의 공정들이 수행되는 공간을 제공한다.
상기 흑연 도가니(114)의 외연에는 단결정 잉곳(IG)성장에 필요한 열에너지를 복사열로 공급하는 열원인 히터(120)가 에워싸고 있고, 히터의 외연으로 히터의 열이 챔버(110) 측면으로 방출되지 않도록 열을 차폐하기 위해 열차폐링(132)과 측면 단열재(134)로 구성되는 측면 단열시스템(radiation shield)(130)가 에워싸고 있다.
상기 히터(120)의 하부로 히터의 열이 챔버 하부로 방출되지 않도록 열을 차폐하는 차폐판(142)과 하부 단열재(144)로 구성된 하부 단열시스템(140)이 장착될 수 있다.
상기 측면 단열시스템(130)의 상부에는 히터의 열이 챔버 상부로 방출되지 않도록 열을 차폐하는 히터 커버(152)와 상부 단열재(154)로 구성된 상부 단열시스템(150)이 장착될 수 있다.
그리고, 상부 단열시스템(150)에는 단결정 잉곳(IG)과 석영 도가니(112)사이에 단결정 잉곳을 에워싸도록 형성되어 실리콘 융액(SM)에서 방출되는 열을 차단하고, 또한 성장된 실리콘 잉곳의 냉각을 위해 실리콘 융액에서 방출되어 실리콘 잉곳으로 전달되는 열을 차단하는 냉각 구동력을 제공하는 열 쉴드(122)가 장착될 수 있다.
상기 챔버(110)의 상부에는 실리콘 융액(SM)에 케이블(미도시)로 연결된 종자 결정을 디핑시키고, 소정의 속도로 회전시키면서 인상시켜 잉곳을 성장시키는 인상 구동(pullup)장치가 설치되고, 챔버의 내부에 아르곤(Ar)또는 네온(Ne) 등의 불활성 가스를 공급하는 가스 공급관(미도시)이 형성될 수 있다.
그리고, 챔버(110)의 하부에는 가스 공급관(미도시)에서 공급된 불활성 가스를 진공으로 펌핑하여 배기시키도록 도시되지 않은 진공 배기관계에 연결 형성된 진공 배기관(미도시)이 형성될 수 있다.
여기서, 진공 배기관(126)의 진공 펌핑력에 가스 공급관(124)에서 챔버의 내부로 공급되는 불활성 가스는 하향 유동흐름(down flow)을 가지게 된다.
실시예에서 챔버(110)의 상측 일부에는 실시예에 따른 도핑 시스템과 체결하기 위한 포트(port)(115)를 구비할 수 있다.
실시예는 실리콘 단결정 잉곳 성장을 위한 제조방법으로는 단결정인 종자결정(seed crystal)을 실리콘 융액(SM)에 담근 후 천천히 끌어올리면서 결정을 성장시키는 쵸크랄스키(Czochralsk:CZ)법을 채용할 수 있다.
이 방법에 따르면, 먼저, 종자결정으로부터 가늘고 긴 결정을 성장시키는 네킹(necking)공정을 거치고 나면, 결정을 직경방향으로 성장시켜 목표직경으로 만드는 숄더링(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.
도 3은 실시예에 따른 단결정 성장용 도핑시스템 중 게이트 밸브와 도핑 툴에 대한 부분 확대도이다.
실시예는 적인(Red Phosporous) 등 고휘발성의 도펀트에 대한 도핑툴( Doping Tool)을 챔버로 부터 차단할 수 있는 단결정 성장용 도핑시스템 및 이를 구비하는 단결정 잉곳 성장장치를 제공하고자 한다.
실시예에 따른 단결정 성장용 도핑시스템(200)은 단결정 성장챔버의 포트(port)(115)에 일단이 결합되는 게이트 밸브(gate valve)(210) 및 상기 게이트 밸브(210)의 타단에 결합되는 도핑툴(doping tool)(220)을 포함할 수 있다.
실시예에 의하면 챔버(110), 예를 들어 돔 챔버(Dome Chamber)에 도핑 툴(Doping Tool) 용 포트(port)(115)를 만들고, 게이트 밸브(gate valve)(210)를 설치할 수 있다.
상기 게이트 밸브(210)는 챔버(Chamber)(110)와 도핑툴(doping tool)(220)을 공간적으로 분리하기 위한 용도이며, 게이트 밸브(210) 타단에 도핑툴(doping tool)(220)이 결합된다.
실시예에 따른 단결정 성장용 도핑시스템 및 이를 구비하는 단결정 잉곳 성장장치에 의하면, 고휘발성의 도펀트에 대한 도핑툴( Doping Tool)을 챔버로 부터 공간적인 단절이 가능하며, 게이트 밸브는 챔버 내부의 압력 등의 조정 후 오픈됨에 따라 고온의 챔버 내부의 플로우(Flow)를 제어할 수 있다.
도 4는 실시예에 따른 단결정 성장용 도핑시스템 중 도핑 툴 및 압력 게이지에 대한 부분 확대도이다.
실시예는 고휘발성의 도펀트에 대한 도핑 툴의 자체적인 리크(Leak) 확인이 가능하며, 또한 도핑 툴의 내부 압력 조절이 가능한 단결정 성장용 도핑시스템 및 이를 구비하는 단결정 잉곳 성장장치를 제공하고자 한다.
실시예에서 상기 압력 게이지(230)는 리크(leak) 확인용 제1 압력 게이지(231), 도핑시 압력확인용 제2 압력 게이지(232) 및 상기 도핑툴(220) 내부의 압력확인용 제3 압력 게이지(233) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 압력 게이지(230)에는 1 Torr 제1 압력 게이지(231), 압력 조절용 1000 Torr 제2 압력 게이지(232), 아날로그(Analog) 제3 압력 게이지(233)를 장착할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 1 Torr 제1 압력 게이지(231)는 리크(Leak)의 확인용, 1000 Torr 제2 압력 게이지(232)는 도핑(Doping) 시 압력 확인용, 아날로그 제3 압력 게이지(233)는 작업자가 도핑툴(220)의 내부의 압력을 확인용일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 따른 단결정 성장용 도핑시스템 및 이를 구비하는 단결정 잉곳 성장장치에 의하면, 도핑 툴의 리크 체크(Leak Check)가 가능하며, 도핑 툴의 내부 압력 조절이 가능하다.
도 5는 실시예에 따른 단결정 성장용 도핑시스템 중 도핑 툴(220), 도핑 카세트(250)와 밸브(240)에 대한 부분 확대도이다.
상기 도핑툴(220)은 석영 튜브(Quarts Tube)(222), 리드 스크루(Lead screw)(224), 모터 체결부(226) 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 실시예에서 도핑툴(doping tool)(220)에 진공을 생성하기 위한 진공 라인(미도시)과 압력 조절을 위한 아르곤 라인(Ar Line)(미도시)이 설치될 수 있다.
또한, 실시예는 고휘발성의 도펀트가 발화할 수 있는 조건과 공정에 영향을 줄 수 있는 조건을 최대한 제어하여 공정 사고를 방지할 수 있는 단결정 성장용 도핑시스템 및 이를 구비하는 단결정 잉곳 성장장치를 제공하고자 한다.
실시예는 상기 도핑툴(220) 상단에 결합되는 도핑 카세트(doping cassette)(250)를 더 포함할 수 있다.
또한, 실시예는 상기 도핑 카세트(250)와 상기 도핑툴(220) 사이에 수동밸브 또는 솔레노이드 밸브(240)를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 실시예는 도펀트(Dopant)가 들어가는 도핑 카세트(Doping Cassette)(250)는 도핑툴(220)의 최상단에 위치할 수 있으며, 수동밸브 및/또는 솔레노이드 밸브(Solenoid Valve)(240)를 설치하여 자동 및/또는 수동으로 도핑(Doping)이 가능하다.
종래 도핑 툴은 수동으로만 도핑이 가능하였지만, 실시예에 의하면 고휘발성 도펀트를 매뉴얼(Manual) 또는 자동(Auto)으로 도핑이 가능하다.
또한, 적인(Red Phosporous) 등 고휘발성 도펀트는 발화성과 인화성이 강한 도펀트여서 기존의 방법으로는 도핑이 불가능하였지만, 실시예에에 따른 도핑 시스템을 이용하여 폴리 실리콘(Poly Silicon)이 녹은 후에 도핑(Doping)할 수 있으며, 이로 인해 새로운 제품 제조가 가능하다.
실시예에서, 도핑 툴(Doping Tool)의 리크 체크(Leak Check), 압력 조절, 석영 튜브(Quartz Tube)의 이동과 같은 제어적인 부분은 PLC 프로그램(Program)을 통해 구현할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 따른 단결정 성장용 도핑시스템 및 이를 구비하는 단결정 잉곳 성장장치에 의하면, 챔버(Chamber)와 도핑 툴(Doping Tool)의 공간적인 단절이 가능하며, 도핑 툴의 리크 체크(Leak Check)가 가능하며, 도핑 툴의 내부 압력 조절이 가능하다.
또한, 종래 도핑 툴은 수동으로만 도핑이 가능하였지만, 실시예에 의하면 고휘발성 도펀트를 매뉴얼(Manual) 또는 자동(Auto)으로 도핑이 가능하다.
또한, 적인(Red Phosporous) 등 고휘발성 도펀트는 발화성과 인화성이 강한 도펀트여서 기존의 방법으로는 도핑이 불가능하였지만, 실시예에에 따른 도핑 시스템을 이용하여 폴리 실리콘(Poly Silicon)이 녹은 후에 도핑(Doping)할 수 있으며, 이로 인해 새로운 제품 제조가 가능하다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 단결정 성장챔버의 포트(port)에 일단이 결합되는 게이트 밸브(gate valve); 및
    상기 게이트 밸브의 타단에 결합되는 도핑툴(doping tool);을 포함하는 단결정 성장용 도핑시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 도핑툴은,
    리크(leak) 확인용 제1 압력 게이지, 도핑시 압력확인용 제2 압력 게이지 및 상기 도핑툴 내부의 압력확인용 제3 압력 게이지 중 어느 하나 이상을 포함하는 단결정 성장용 도핑시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 도핑툴 상단에 결합되는 도핑 카세트(doping cassette)를 더 포함하는 단결정 성장용 도핑시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 도핑 카세트와 상기 도핑툴 사이에 수동밸브 또는 솔레노이드 밸브를 더 포함하는 단결정 성장용 도핑시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 도핑툴 일측에 구비된 진공라인과 압력 라인을 더 구비하는 단결정 성장용 도핑시스템.
  6. 단결정 성장챔버; 및
    상기 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 단결정 성장용 도핑시스템;을 포함하는 단결정 성장장치.
KR1020100095253A 2010-09-30 2010-09-30 단결정 성장용 도핑시스템 및 이를 구비하는 단결정 잉곳 성장장치 KR101261689B1 (ko)

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