KR20130080171A - Apparatus for growing silicon single crystal ingot - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An apparatus for growing a silicon single crystal ingot is provided to improve the quality of the silicon single crystal ingot by smoothly inducing an Ar gas flow between a heat shielding member and the silicon single crystal ingot and between the heat shielding member and a crucible. CONSTITUTION: A crucible (60) is formed in a chamber and receives silicon. A heating unit is formed in the chamber and heats the silicon. An upper adiabatic part shields heat from the heating unit to a single crystal ingot. A curvature is 45 to 55 on the edge of the upper adiabatic part. A first surface is connected to a second surface by the edge of the upper adiabatic part. The first surface is parallel to a sidewall of the crucible and the second surface is vertical to the first surface. [Reference numerals] (AA) Heat shielding member; (BB) Ingot

Description

실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치{APPARATUS FOR GROWING SILICON SINGLE CRYSTAL INGOT}Growth device for silicon single crystal ingot {APPARATUS FOR GROWING SILICON SINGLE CRYSTAL INGOT}

실시예는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치에 관한 것이다.Embodiments relate to an apparatus for growing silicon single crystal ingots.

반도체 소자의 재료로서 사용되는 실리콘 웨이퍼는, 단결정 실리콘 잉곳을 웨이퍼 단위로 얇게 절단하는 슬라이싱 공정(slicing), 원하는 웨이퍼의 두께로 연마하면서 평탄도를 개선하는 래핑 공정(lapping), 웨이퍼의 손상(damage) 제거를 위한 에칭 공정(etching), 표면 경면화 및 평탄도를 향상시키기 위한 연마 공정(polishing), 웨이퍼 표면의 오염 물질을 제거하기 위한 세정 공정(cleaning) 등의 단계를 거쳐 생산된다.Silicon wafers used as materials for semiconductor devices include slicing slicing a single crystal silicon ingot thinly on a wafer basis, lapping improving flatness while polishing to a desired wafer thickness, (Polishing) to improve surface flatness and flatness, and a cleaning process to remove contaminants on the surface of the wafer.

실리콘 단결정은 쵸크랄스키법으로 성장시킬 수 있는데, 성장된 실리콘 단결정의 품질 내지 결함특성은 실리콘 단결정의 인상속도 및 냉각 등의 성장 조건에 좌우된다.The silicon single crystal can be grown by the Czochralski method, and the quality or defect characteristics of the grown silicon single crystal depend on growth conditions such as pulling rate and cooling of the silicon single crystal.

도 1은 실리콘 단결정 잉곳의 성장을 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에서 아르곤의 흐름을 나타낸 도면이다.1 is a view showing the growth of silicon single crystal ingot, Figure 2 is a view showing the flow of argon in FIG.

종래의 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치는, 면, 종래기술에 따른 단결정 잉곳 성장 장치는 챔버 내의 도가니에 폴리 실리콘(Si)을 가열하고, 실리콘 용융액으로부터 잉곳이 성장된다. 그리고, 도가니의 상부에는 열차폐재가 배치되어 챔버 내부의 공간을 실리콘 용융액이 가열되고 실리콘 용융액으로부터 단결정 잉곳이 성장되는 공간과, 성장된 단결정 잉곳이 냉각되는 공간으로 나눌 수 있다.In the conventional silicon single crystal ingot growth apparatus, the single crystal ingot growth apparatus according to the prior art heats polysilicon (Si) in a crucible in a chamber, and an ingot is grown from a silicon melt. In addition, a heat shield is disposed on the upper portion of the crucible so that the space inside the chamber may be divided into a space in which the silicon melt is heated and a single crystal ingot is grown from the silicon melt, and a space in which the grown single crystal ingot is cooled.

여기서, 실리콘 단결정 잉곳의 성장 계면 근처에서의 열 환경에 따라 결정 결함의 종류 및 분포가 좌우될 수 있으며, 열차폐재(Heat Shield)가 상술한 열 환경에 직접적으로 영향을 미칠 수 있다.Here, the type and distribution of crystal defects may depend on the thermal environment near the growth interface of the silicon single crystal ingot, and a heat shield may directly affect the thermal environment described above.

열차폐재는 성장되는 단결정 잉곳과 도가니 사이에 단결정 잉곳을 에워싸고, 열차폐재 하부의 실리콘 용융액에서 방출되는 고온의 복사열이 외부로 전달되는 것을 방지하여 단결정 잉곳의 온도 구배를 높여서 고품질의 단결정 성장 속도를 상승시킬 수 있다.The heat shield encloses the single crystal ingot between the growing single crystal ingot and the crucible, and prevents the high temperature radiant heat emitted from the silicon melt under the heat shield from being transferred to the outside, thereby increasing the temperature gradient of the single crystal ingot to increase the quality of the single crystal ingot. Can be raised.

열차폐재는 흑연(Graphite)로 구성되며 내부에는 열전달을 방지하기 위한 단열재가 포함될 수도 있으며, 열차폐재의 모양에 따라 단결정 잉곳의 성장 계면 근처의 열환경을 조절할 수 있다.The heat shield is composed of graphite and may include a heat insulating material to prevent heat transfer. The heat shield may control a thermal environment near the growth interface of the single crystal ingot according to the shape of the heat shield.

도 2에서 챔버 내부의 아르곤(Ar) 기체의 이동 경로가 화살표로 도시되어 있으며, 아르곤 기체는 (a) 경로를 지나 (b) 경로를 이동하는데 (b) 경로가 상대적으로 좁기 때문에 열차폐재 하부에서 터뷸런스(tubulence)가 발생하여 아르곤 가스의 이동이 지체되고 아르곤 기체가 열차폐재 하부에서 지체되면 실리콘 단결정 잉곳의 가장 자리의 냉각 효과가 저하되어, 잉곳의 품질이 특히 가장자리에서 저하될 수 있다.In FIG. 2, the moving path of argon (Ar) gas inside the chamber is shown by an arrow, and the argon gas moves through the path (a) and (b) while moving the path (b) because the path is relatively narrow, If turbulence occurs and the movement of argon gas is delayed and the argon gas is delayed at the bottom of the heat shield, the cooling effect of the edge of the silicon single crystal ingot may be deteriorated, and the quality of the ingot may be particularly deteriorated.

실시예는 쵸크랄스키법에 의한 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치에서 열차폐재와 실리콘 단결정 및 도가니 사이에서 아르곤 기체의 유동을 원활히 하여 성장된 실리콘 단결정 잉곳의 품질을 향상시키고자 한다.The embodiment aims to improve the quality of the grown silicon single crystal ingot by smoothly flowing argon gas between the heat shield and the silicon single crystal and the crucible in the apparatus for growing a silicon single crystal ingot by the Czochralski method.

실시예는 챔버; 상기 챔버의 내부에 구비되고, 실리콘이 수용되는 도가니; 상기 챔버의 내부에 구비되고, 상기 실리콘을 가열하는 가열부; 및 상기 도가니의 상부에 배치되고, 상기 실리콘으로부터 성장되는 단결정 잉곳을 향하는 상기 가열부의 열을 차폐하며, 가장 자리의 곡률이 45 내지 55인 열차폐재를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치를 제공한다.An embodiment includes a chamber; A crucible provided in the chamber and containing silicon; A heating unit provided inside the chamber and heating the silicon; And a heat shield disposed on top of the crucible and shielding heat of the heating portion facing the single crystal ingot grown from the silicon, and including a heat shield having an edge curvature of 45 to 55.

열차폐재의 가장 자리는, 상기 도가니의 측벽과 나란한 제1 면과 상기 제1 면에 수직한 제2 면을 연결할 수 있다.An edge of the heat shield may connect a first surface parallel to the sidewall of the crucible and a second surface perpendicular to the first surface.

열차폐재의 가장 자리와 마주보는 영역에서 상기 도가니의 두께는 20 내지 30 밀리미터일 수 있다.The thickness of the crucible in the region facing the edge of the heat shield may be 20 to 30 millimeters.

열차폐재의 가장 자리와 비중첩되는 영역에서 상기 도가니의 두께는 22 내지 27 밀리미터일 수 있다.The crucible may have a thickness of 22 to 27 millimeters in the region that is not overlapped with the edge of the heat shield.

열차폐재의 가장 자리와 마주보는 영역에서 상기 도가니의 곡률은 160 내지 180일 수 있다.The curvature of the crucible in the region facing the edge of the heat shield may be 160 to 180.

열차폐재의 가장 자리와 비중첩되는 영역에서 상기 도가니의 바닥면의 곡률은 900 내지 930일 수 있다.The curvature of the bottom surface of the crucible may be 900 to 930 in the non-overlapping region of the heat shield.

실시예에 따른 열차폐재를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치는, 열차폐재가 서로 수직인 제1 면과 제2 면 사이에서 곡률이 45 내지 55인 곡면을 이루어, 아르곤 기체의 유동이 원활하여 실리콘 단결정 잉곳의 중앙 영역과 가장 자리 영역에서 모두 품질이 개선될 수 있다.In the growth apparatus of the silicon single crystal ingot including the heat shield according to the embodiment, the heat shield has a curved surface having a curvature of 45 to 55 between the first and second surfaces perpendicular to each other, so that the argon gas flows smoothly to the silicon. The quality can be improved both in the central region and the edge region of the single crystal ingot.

도 1은 실리콘 단결정 잉곳의 성장을 나타낸 도면이고,
도 2는 도 1에서 아르곤의 흐름을 나타낸 도면이고,
도 3은 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 4a 내지 도 4e는 도 3의 단열부의 곡률을 나타낸 도면이고,
도 5는 도 3의 도가니의 곡률을 나타낸 도면이고,
도 6은 도 3의 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치에서의 아르곤의 배출 경로를 나타낸 도면이고,
도 7은 단열부의 곡률에 따른 실리콘의 대류 및 온도 분포를 나타낸 도면이고,
도 8은 단열부의 곡률에 따른 계면의 높이 변화를 나타낸 도면이고,
도 9는 단열부의 곡률에 따른 냉각 속도의 변화를 나타낸 도면이고,
도 10은 단열부의 곡률에 따른 중심 영역과 가장 자리 영역의 G값 차이를 나타낸 도면이고,
도 11a 내지 도 11c는 단열부의 곡률에 따른 GOI와 Magics를 나타낸 도면이다.1 is a view showing the growth of a silicon single crystal ingot,
2 is a view showing the flow of argon in FIG.
3 is a view showing an embodiment of a silicon single crystal ingot growing apparatus,
4A to 4E are diagrams showing curvature of the heat insulating part of FIG. 3,
5 is a view showing the curvature of the crucible of FIG.
6 is a view showing a discharge path of argon in the growth apparatus of the silicon single crystal ingot of FIG.
7 is a view showing the convection and temperature distribution of silicon according to the curvature of the thermal insulation,
8 is a view showing the height change of the interface according to the curvature of the thermal insulation,
9 is a view showing a change in cooling rate according to the curvature of the thermal insulation,
10 is a view showing the difference between the G value of the center region and the edge region according to the curvature of the thermal insulation;
11A to 11C are views illustrating GOI and Magics according to the curvature of the heat insulating part.

이하 첨부한 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다.Embodiments will now be described with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 실시예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)(on or under)”으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.In the description of embodiments according to the present invention, in the case of being described as being formed "on or under" of each element, the upper (upper) or lower (lower) or under are all such that two elements are in direct contact with each other or one or more other elements are indirectly formed between the two elements. Also, when expressed as "on or under", it may include not only an upward direction but also a downward direction with respect to one element.

도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.The thickness and size of each layer in the drawings are exaggerated, omitted, or schematically shown for convenience and clarity of explanation. In addition, the size of each component does not necessarily reflect the actual size.

도 3은 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치를 나타낸 도면이다.3 is a view showing a growth apparatus of a silicon single crystal ingot.

본 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치(100)는, 내부에 실리콘(Si) 용융액으로부터 실리콘 단결정 잉곳이 성장하기 위한 공간이 형성되는 챔버(10)와, 상기 실리콘 용융액이 수용되기 위한 도가니(60, 65)와, 상기 도가니(60, 65)를 가열하기 위한 가열부(20)와, 상기 실리콘 단결정 잉곳을 향한 상기 가열부(20)의 열을 차단하기 위하여 상기 도가니(60, 65)의 상방에 위치되는 열차폐재(200)와, 상기 실리콘 단결정 잉곳(45)의 성장을 위한 시드(미도시)를 고정하기 위한 시드척(미도시)과 상기 실리콘 단결정 잉곳(45)을 상방으로 이동시키는 이동 수단(미도시)을 포함한다.The apparatus for growing a silicon single crystal ingot according to the present embodiment includes a chamber 10 in which a space for growing a silicon single crystal ingot is formed from a silicon (Si) melt and a crucible for accommodating the silicon melt ( 60, 65, a heating unit 20 for heating the crucibles 60, 65, and a crucible 60, 65 of the crucible 60, 65 to block heat from the heating unit 20 toward the silicon single crystal ingot. Moving the heat shield 200 located above, the seed chuck (not shown) for fixing the seed (not shown) for growth of the silicon single crystal ingot 45 and the silicon single crystal ingot 45 upwards. A means of transportation (not shown).

그리고, 상기 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치(100)는, 상기 도가니(60, 65)를 지지하고 회전 및 상승시키기 위한 지지 수단(50)과, 상기 챔버(10)의 내벽을 향한 상기 가열부(20)의 열을 차단하기 위한 측방 단열부(31)와, 상기 실리콘 단결정 잉곳의 상태를 감지하기 위한 감지부(미도시)와, 상기 실리콘 단결정 잉곳을 냉각하기 위한 냉각관(70)을 더 포함한다.The silicon single crystal ingot growth apparatus 100 includes support means 50 for supporting, rotating and raising the crucibles 60 and 65 and the heating part 20 facing the inner wall of the chamber 10. Side insulation portion 31 for blocking heat of the), a sensing unit (not shown) for detecting the state of the silicon single crystal ingot, and a cooling tube 70 for cooling the silicon single crystal ingot is further included. .

상기 챔버(10)는 내부에 캐비티(cavity)가 형성된 원통 형상일 수 있고, 상기 챔버(10)의 중앙 영역에 상기 도가니가 위치된다. 상기 도가니는, 상기 실리콘 용융액이 수용될 수 있도록 전체적으로 오목한 그릇의 형상이다. 그리고, 상기 도가니는, 상기 실리콘 용융액(Si)과 직접 접촉되는 석영 도가니(60)와, 상기 석영 도가니(60)의 외면을 둘러싸면서 상기 석영 도가니(60)를 지지하는 흑연 도가니(65)로 이루어질 수 있다.The chamber 10 may have a cylindrical shape having a cavity formed therein, and the crucible is located in a central region of the chamber 10. The crucible is in the shape of a concave bowl as a whole so that the silicon melt can be accommodated. The crucible includes a quartz crucible 60 in direct contact with the silicon melt Si and a graphite crucible 65 supporting the quartz crucible 60 while surrounding the outer surface of the quartz crucible 60. Can be.

상기 도가니의 측면에는 상기 도가니를 향하여 열을 방출하기 위한 가열부(20)가 배치되하고, 상기 측방 단열부(31)는 상기 가열부(20)와 상기 챔버(10)의 내벽 사이에 구비된다.A heating part 20 for dissipating heat toward the crucible is disposed on the side of the crucible, and the side heat insulating part 31 is provided between the heating part 20 and the inner wall of the chamber 10. .

열차폐재(200)는, 챔버(10)의 내벽으로부터 상기 실리콘 용융액과 상기 실리콘 용융액으로부터 성장된 단결정 잉곳의 경계면을 향하여 전달된다. 그리고, 열차폐재(200)의 단부와 경계면 사이를 통하여 아르곤 기체가 유동할 수 있도록, 상기 열차폐재(200)의 단부가 상기 경계면과 이격되는 범위 내에서 연장되는데, 열차폐재(200)의 구체적인 형상은 도 4a 내지 도 4e를 참조하여 후술한다.The heat shield 200 is transferred from the inner wall of the chamber 10 toward the interface between the silicon melt and the single crystal ingot grown from the silicon melt. In addition, an end portion of the heat shield 200 extends within a range spaced from the boundary surface so that argon gas flows between an end portion and a boundary surface of the heat shield 200, and a specific shape of the heat shield 200 Will be described later with reference to FIGS. 4A-4E.

열차폐재(200)의 단부는 성장 중인 잉곳(45)을 둘러싸며 배치될 수 있다. 즉, 열차폐재(200)는 챔버(10)의 내부 공간을, 상기 실리콘 용융액이 가열되고 실리콘 용융액으로부터 단결정 잉곳이 성장되는 가열 챔버(13)와, 단결정 잉곳이 냉각되는 냉각 챔버(14)로 구획한다.An end of the heat shield 200 may be disposed surrounding the growing ingot 45. That is, the heat shield 200 divides the internal space of the chamber 10 into a heating chamber 13 in which the silicon melt is heated and a single crystal ingot is grown from the silicon melt, and a cooling chamber 14 in which the single crystal ingot is cooled. do.

그리고, 실리콘 단결정 잉곳의 이동 수단은 단열 부재(600를 이동시킬 수도 있다. 도시된 바와 같이 이동 수단은 시드 케이블(42)과, 단결정 잉곳(45)을 상승시키기 위한 동력을 제공하는 구동모터(미도시)를 포함한다. 구동 모터에 의하여 상기 시드 케이블(42)이 당겨짐으로써, 시드척(미도시)과 시드척에서 성장 중인 단결정 잉곳(45)이 함께 당겨질 수 있다.In addition, the moving means of the silicon single crystal ingot may move the heat insulating member 600. As shown, the moving means may drive a seed cable 42 and a driving motor that provides power for raising the single crystal ingot 45 (not shown). By pulling the seed cable 42 by a drive motor, the seed chuck (not shown) and the single crystal ingot 45 growing on the seed chuck can be pulled together.

또한, 지지수단(50)은, 상기 도가니를 지지하는 지지부와, 상기 도가니를 회전 및 승강시키기 위한 동력을 제공하는 구동모터(미도시)를 포함한다. 상기 지지부는 도가니의 하방에서 도가니의 저면을 지지하고, 상기 구동모터는 상기 지지부를 회전 및 승강시킴으로써 상기 도가니가 회전 및 승강되도록 할 수 있다.In addition, the support means 50 includes a support for supporting the crucible, and a drive motor (not shown) for providing power for rotating and elevating the crucible. The support may support the bottom of the crucible from below the crucible, and the driving motor may allow the crucible to rotate and lift by rotating and lifting the support.

그리고, 냉각관(70)은 전체적으로 상/하 방향으로 긴 중공형의 원통 형상이다. 그리고, 냉각관(70)은 상기 단결정 잉곳의 상방에 해당하는 상기 챔버(10)의 상면에 고정된다.The cooling tube 70 has a hollow cylindrical shape that is long in the vertical direction. The cooling tube 70 is fixed to an upper surface of the chamber 10 corresponding to the upper side of the single crystal ingot.

그리고, 상기 냉각관(70)의 내부에는, 상기 단결정 잉곳의 냉각을 위한 물이 유동하기 위한 유로가 형성된다. 상기 단결정 잉곳의 쿨링(cooling) 과정이 수행되는 동안, 상기 단결정 잉곳은 상기 냉각관(70)의 내측에 위치되고 상기 냉각관(70)을 통하여 물이 유동하는 방식으로 상기 단결정 잉곳이 냉각될 수 있다.In the cooling tube 70, a flow channel for flowing water for cooling the single crystal ingot is formed. While the cooling process of the single crystal ingot is performed, the single crystal ingot may be located inside the cooling tube 70 and the single crystal ingot may be cooled in such a manner that water flows through the cooling tube 70. have.

도 4a 내지 도 4e는 도 3의 단열부의 곡률을 나타낸 도면이고, 도 5는 도 3의 도가니의 곡률을 나타낸 도면이다.4A to 4E are views showing the curvature of the heat insulating part of FIG. 3, and FIG. 5 is a view showing the curvature of the crucible of FIG. 3.

열차폐재의 단면은 도가니의 측벽과 나란한 제1 면(S1)과, 제1 면(S1)에 수직한 제2 면(S2)와, 제1 면(S1)과 제2 면(S2)를 연결하는 가장 자리를 포함하여 이루어진다. 가장 자리는 도 4a 내지 도 4e에 도시된 바와 같이 곡률이 각각 60, 55, 50, 45, 40일 수 있다. 즉, 도가니의 측벽과 나란한 제1 면(S1)과, 제1 면(S1)에 수직한 제2 면(S2)의 사이를 곡면인 R60 내지 R40이 연결하며 배치될 수 있다. 이러한 구성은 도가니와 도가니 내부에 수용된 실리콘 용융액과, 열차폐재의 사이에서 아르곤 기체의 유동을 원활하게 할 수 있다.The cross section of the heat shielding material connects the first surface S1 parallel to the sidewall of the crucible, the second surface S2 perpendicular to the first surface S1, and the first surface S1 and the second surface S2. To be done including the edge. The edges may have curvatures of 60, 55, 50, 45, and 40, respectively, as shown in FIGS. 4A-4E. That is, the curved surfaces R60 to R40 may be disposed between the first surface S1 parallel to the sidewall of the crucible and the second surface S2 perpendicular to the first surface S1. Such a configuration can facilitate the flow of argon gas between the crucible and the silicon melt contained in the crucible and the heat shield.

도 5에서 독니(60)는 바닥면과 측벽을 연결하는 가장 자리, 즉 도 5에서 좌주의 가장 자리가 라운드 가공되는데, 라운드 가공된 부분은 열차폐재의 가장 자리와 마주보는 영역이며, 두께(t2)는 20 내지 30 밀리미터일 수 있고, 다른 영역에서 도가니(60)의 두께(t1)는 22 내지 27 밀리미터일 수 있다. 도가니(60)의 가장 자리가 더 두꺼운 것은, 실리콘의 용융과 잉곳의 성장 등의 공정에서 도가니의 라운드 가공된 가장자리가 가장 많이 식각되고 손상되어 크랙(crack)이 발생할 수 있기 때문이다.In FIG. 5, the dog 60 is rounded at the edge connecting the bottom surface and the side wall, that is, at the edge of the left column in FIG. 5, and the rounded part is an area facing the edge of the heat shield, and the thickness t 2 ) may be 20 to 30 millimeters, and in other regions the thickness t 1 of the crucible 60 may be 22 to 27 millimeters. The edge of the crucible 60 is thicker because the rounded edges of the crucible may be etched and damaged the most in a process such as melting of silicon and ingot growth.

도가니(60)의 바닥면은 전체적으로 라운드 가공되어 있으며 곡률(R1)은 900 내지 930일 수 있는데, 본 영역은 열차폐재의 가장 자리와 도가니(60)가 비중첩되는 영역이며, 상술한 열차폐재의 가장 자리와 마주보며 라운드 가공된 영역은 곡률(R2)이 160 내지 180일 수 있다.The bottom surface of the crucible 60 is generally rounded and the curvature R 1 may be 900 to 930. This area is an area where the edge of the heat shield and the crucible 60 are non-overlapping. The round processed area facing the edge of may have a curvature R 2 of 160 to 180.

도 6은 도 3의 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치에서의 아르곤의 배출 경로를 나타낸 도면이다. 이하에서, 도 6을 참조하여 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장용에 대하여 설명한다.FIG. 6 is a view showing a discharge path of argon in the growth apparatus of the silicon single crystal ingot of FIG. 3. Hereinafter, the growth enteric of the silicon single crystal ingot according to the embodiment will be described with reference to FIG. 6.

도가니(60) 내에 실리콘을 주입하고 가열부(20)를 작동시켜, 도가니(60)에 수용되는 실리콘(Si)을 가열한다. 이때, 가열부(20)로부터 방출된 열이 도가니(60)에 집중되고, 실리콘의 용융 과정에서 아르곤 기체가 냉각 챔버(14)로부터 가열 챔버(13)를 향하여 이동한다.Silicon is injected into the crucible 60 and the heating unit 20 is operated to heat the silicon Si accommodated in the crucible 60. At this time, heat emitted from the heating unit 20 is concentrated in the crucible 60, and argon gas moves from the cooling chamber 14 toward the heating chamber 13 in the melting process of silicon.

아르곤 기체는 단결정 잉곳의 측면과 열차폐재로부터 인도되어, 실리콘 용융액과 열차폐재의 제2 면 사이의 제1 경로(P1)와, 도가니(60)의 측벽과 열차폐재의 가장 자리의 곡면 사이의 제2 경로(P2)와, 도가니(60)의 측벽과 열차폐재의 제1 면 사이의 제3 경로(P3)를 유동하게 된다.Argon gas is guided from the sides of the single crystal ingot and the heat shield, between the first path P 1 between the silicon melt and the second face of the heat shield and between the sidewall of the crucible 60 and the curved surface of the edge of the heat shield. The second path P 2 and the third path P 3 between the side wall of the crucible 60 and the first surface of the heat shield are allowed to flow.

열차폐재의 상술한 곡면의 곡률에 따라서 열차폐재와 도가니의 측벽 및 실리콘 용융액 사이를 유동하는 아르곤 기체의 유속에도 차이가 있을 수 있으며, 아르곤 기체의 유속이 너무 느리면 실리콘 단결정 잉곳의 가장 자리의 냉각 효과가 저하되어 잉곳의 품질이 특히 가장 자리에서 저하될 수 있다.Depending on the curvature of the above-mentioned curved surface of the heat shield, there may be a difference in the flow rate of the argon gas flowing between the heat shield and the sidewall of the crucible and the silicon melt, and if the flow rate of the argon gas is too slow, the cooling effect of the edge of the silicon single crystal ingot The quality of the ingot can be degraded, especially at the edges.

도 7은 단열부의 곡률에 따른 실리콘의 대류 및 온도 분포를 나타낸 도면이다.7 is a view showing the convection and temperature distribution of silicon according to the curvature of the thermal insulation.

도 7에서 실리콘 용융액의 고액 계면의 오도는 열차폐재의 곡면의 곡률이 50일 때의 온도가 60일 때의 온도보다 상승하고 있으며, 특히 실리콘 용융액의 표면 중 가장 자리의 온도 차이가 더 크다.In FIG. 7, the misleadingness of the solid-liquid interface of the silicon melt is higher than the temperature when the curvature of the curved surface of the heat shield is 50 is 60, and the temperature difference between the edges of the surface of the silicon melt is greater.

도 8은 단열부의 곡률에 따른 계면의 높이 변화를 나타낸 도면이고, 도 9는 단열부의 곡률에 따른 냉각 속도의 변화를 나타낸 도면이고, 도 10은 단열부의 곡률에 따른 중심 영역과 가장 자리 영역의 G값 차이를 나타낸 도면이다.8 is a view showing a change in the height of the interface according to the curvature of the thermal insulation, Figure 9 is a view showing a change in the cooling rate according to the curvature of the thermal insulation, Figure 10 is a G of the center region and the edge region according to the curvature of the thermal insulation It is a figure which shows the value difference.

도 8과 도 9에서, 열차폐재의 곡면 부분의 곡률이 작아질수록 실리콘 용융액의 가장 자리의 냉각 속도는 개선되나, 중앙 영역의 냉각 속도 및 계면 형상의 변형이 발생할 수 있고, 특히 곡률이 40인 경우에는 중앙 영역의 실리콘 용융액의 품질의 저하가 발생할 수 있다8 and 9, as the curvature of the curved portion of the heat shield decreases, the cooling rate of the edge of the silicon melt is improved, but the cooling rate of the central region and the deformation of the interface shape may occur, in particular, the curvature is 40 In this case, degradation of the quality of the silicon melt in the central region may occur.

도 10에서 상술한 5개의 열차폐재의 G값을 확인하였는데, 곡률이 감소할수록 실리콘 단결정의 가장 자리 영역(도 10에서 300 밀리미터의 직경의 실리콘 단결정 잉곳의 경우 반경 150 밀리미터 영역)에서 품질은 향상되고 잇으며, 곡률이 40인 경우에는 중앙 영역의 실리콘 단결정의 품질이 저하되고 있다.The G values of the five heat shields described above in FIG. 10 were confirmed. As the curvature decreases, the quality is improved in the edge region of the silicon single crystal (150 mm radius in the case of a silicon single crystal ingot 300 mm in diameter in FIG. 10). In the case where the curvature is 40, the quality of the silicon single crystal in the center region is deteriorated.

도 11a 내지 도 11c는 단열부의 곡률에 따른 GOI와 Magics를 나타낸 도면이다.11A to 11C are views illustrating GOI and Magics according to the curvature of the heat insulating part.

도 11a에서 곡면 부분의 곡률이 60인 열차폐재를 사용하였을 때 실리콘 단결정 잉곳의 가장 자리 영역의 품질이 저하되고 있으며, 도 11c에서 곡면 부분의 곡률이 40인 열차폐재를 사용하였을 때 실리콘 단결정 잉곳의 중앙 영역과 가장 자리 영역의 품질이 모두 저하되어 결정 결함이 발생되고 있다.In FIG. 11A, the quality of the edge region of the silicon single crystal ingot is deteriorated when the heat shield having the curvature of the curved portion is 60, and the silicon single crystal ingot is used when the heat shield with the curvature of the curved portion is 40 in FIG. 11C. The quality of both the center region and the edge region is deteriorated, resulting in crystal defects.

상술한 바와 같이, 열차폐재의 서로 수직한 직선 부분인 제1 면과 제2 면 사이를 곡면으로 형성하고, 곡면의 곡률이 45 내지 55로 하였을 때, 실리콘 단결정의 가장 자리와 중앙 영역의 품질이 모두 향상되고 있다.As described above, when the first surface and the second surface, which are straight portions perpendicular to each other, are formed in a curved surface, and the curvature of the curved surface is 45 to 55, the quality of the edge and center region of the silicon single crystal is improved. All are improving.

이상과 같이 실시예는 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, This is possible.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the claims below but also by the equivalents of the claims.

10: 챔버 60, 65: 도가니
13: 가열 챔버 14: 냉각 챔버
20: 가열부 31: 측방 단열부
32: 상방 단열부
42: 케이블 50: 지지 수단
60: 단열 부재 61: 단열재
62a: 단열부 62b: 단열 몸체
62c: 결합무 63: 결합홈
64: 열반사층 70: 냉각관
100: 실리콘 단결정 잉곳 제조장치
200: 열차폐재10: chamber 60, 65: crucible
13: heating chamber 14: cooling chamber
20: heating part 31: lateral insulation
32: upper insulation
42: cable 50: support means
60: heat insulating member 61: heat insulating material
62a: insulation 62b: insulation body
62c: binding draw 63: coupling groove
64: heat reflection layer 70: cooling tube
100: silicon single crystal ingot making machine
200: heat shield

Claims (6)

챔버;
상기 챔버의 내부에 구비되고, 실리콘이 수용되는 도가니;
상기 챔버의 내부에 구비되고, 상기 실리콘을 가열하는 가열부; 및
상기 도가니의 상부에 배치되고, 상기 실리콘으로부터 성장되는 단결정 잉곳을 향하는 상기 가열부의 열을 차폐하며, 가장 자리의 곡률이 45 내지 55인 상방 단열부를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치.chamber;
A crucible provided in the chamber and containing silicon;
A heating unit provided inside the chamber and heating the silicon; And
An apparatus for growing a silicon single crystal ingot disposed above the crucible and shielding the heat of the heating portion facing the single crystal ingot grown from the silicon, and including an upper heat insulating part having an edge curvature of 45 to 55. 제1 항에 있어서,
상기 상방 단열부의 가장 자리는, 상기 도가니의 측벽과 나란한 제1 면과 상기 제1 면에 수직한 제2 면을 연결하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치.The method according to claim 1,
An edge of the upper heat insulating part is a silicon single crystal ingot growth apparatus that connects a first surface parallel to the side wall of the crucible and a second surface perpendicular to the first surface. 제1 항에 있어서,
상기 상방 단열부의 가장 자리와 마주보는 영역에서 상기 도가니의 두께는 20 내지 30 밀리미터인 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치.The method according to claim 1,
In the region facing the edge of the upper heat insulating portion, the crucible has a thickness of 20 to 30 millimeters of silicon single crystal ingot growth apparatus. 제3 항에 있어서,
상기 상방 단열부의 가장 자리와 비중첩되는 영역에서 상기 도가니의 두께는 22 내지 27 밀리미터인 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치.The method of claim 3,
And a crucible having a thickness of 22 to 27 millimeters in a region not overlapping with an edge of the upper insulator. 제1 항에 있어서,
상기 상방 단열부의 가장 자리와 마주보는 영역에서 상기 도가니의 곡률은 160 내지 180인 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치.The method according to claim 1,
The apparatus for growing a silicon single crystal ingot having a curvature of the crucible in a region facing the edge of the upper insulator. 제5 항에 있어서,
상기 상방 단열부의 가장 자리와 비중첩되는 영역에서 상기 도가니의 바닥면의 곡률은 900 내지 930인 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치.6. The method of claim 5,
The apparatus for growing a silicon single crystal ingot, wherein a curvature of the bottom surface of the crucible is 900 to 930 in a region not overlapped with an edge of the upper insulator.
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