KR20140092507A - Ingot grower and method for growing a ingot - Google Patents

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KR20140092507A
KR20140092507A KR1020130000338A KR20130000338A KR20140092507A KR 20140092507 A KR20140092507 A KR 20140092507A KR 1020130000338 A KR1020130000338 A KR 1020130000338A KR 20130000338 A KR20130000338 A KR 20130000338A KR 20140092507 A KR20140092507 A KR 20140092507A
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김수열
최석인
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Abstract

Disclosed are an apparatus and a method for growing an ingot, for growing a flawless ingot for a wafer. The apparatus for growing an ingot according to an embodiment of the present invention includes: a chamber; a crucible arranged inside the chamber while accommodating a melt solution; a heater arranged inside the chamber and around the crucible; and a heat shield for surrounding a silicon single crystal ingot grown from the melt solution. The maximum heat flux (F) satisfies the below formula at the melt-free surface close to a meniscus which is the boundary surface of the melt solution and silicon single crystal. F: maximum heat flux at the melt-free surface close to the meniscus. P: total heat summation applied though the heater inside the chamber. C: constant (0.65-0.75m-2). The method for growing an ingot according to an embodiment has a process condition which satisfies the above formula, wherein the maximum heat flux F at the melt-free surface close to the meniscus which is the boundary surface of the melt solution and silicon single crystal.

Description

잉곳 성장 장치 및 잉곳 성장 방법{INGOT GROWER AND METHOD FOR GROWING A INGOT}TECHNICAL FIELD The present invention relates to an ingot growing apparatus and an ingot growing method,

본 발명은 잉곳 성장 장치 및 잉곳 성장 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저결함 웨이퍼용 잉곳을 제조할 수 있는 잉곳 성장 장치 및 잉곳 성장 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an ingot growing apparatus and an ingot growing method, and more particularly to an ingot growing apparatus and ingot growing method capable of producing an ingot for a low-defect wafer.

반도체 소자의 재료로서 사용되는 실리콘 단결정 웨이퍼는 일반적으로 쵸크랄스키(Czochralski, CZ) 법에 의해 제조된 실리콘 단결정 잉곳을 슬라이싱 공정에 의해 절단하여 제작된다.A silicon single crystal wafer used as a material of a semiconductor device is generally manufactured by cutting a silicon single crystal ingot manufactured by a Czochralski (CZ) method by a slicing process.

쵸크랄스키 법에 의하여 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 방법은, 석영 도가니에 다결정 실리콘과 도펀트를 적층시키고 석영 도가니의 측벽 주위에 설치된 히터에서 복사되는 열을 이용하여 다결정 실리콘과 도펀트를 용융시켜 멜트 융액(Silicon Melt, SM)을 형성하고, 실리콘 단결정 잉곳의 성장 소스인 종자 결정(seed crystal)을 실리콘 융액의 표면에 침지시키고, 종자 결정으로부터 가늘고 긴 결정을 성장시키는 넥킹(necking) 공정과, 결정을 직경 방향으로 성장시켜 목표 직경으로 만드는 숄더링(sholdering) 공정을 거쳐, 이후에는 일정한 직경을 갖는 실리콘 단결정 잉곳을 원하는 길이로 성장시키는 바디 그로잉(body growing) 공정을 거치며, 석영 도가니의 회전을 빠르게 하여 실리콘 단결정 잉곳의 직경을 점점 줄여나가 실리콘 융액과 잉곳을 분리하는 테일링(tailing) 공정을 거쳐서 실리콘 단결정 잉곳의 성장이 완료된다.A method of growing a silicon single crystal ingot by the Czochralski method includes the steps of laminating polycrystalline silicon and a dopant in a quartz crucible and melting the polycrystalline silicon and the dopant by using heat radiated from a heater disposed around the sidewall of the quartz crucible to form a melted melt A necking process in which a seed crystal as a growth source of a silicon single crystal ingot is immersed in a surface of a silicon melt to grow elongated crystals from seed crystals; And then a body growing process is performed to grow a silicon single crystal ingot having a predetermined diameter to a desired length through a sholdering process in which the silicon carbide is grown to a desired diameter and then a rotation of the quartz crucible is accelerated A tail that separates the silicon melt and ingot gradually by reducing the diameter of the silicon single crystal ingot (Tailing) through the process is completed, the growth of the silicon single crystal ingot.

실리콘 단결정 잉곳의 성장시, 챔버 내부의 불순물을 제거하거나 산소 농도를 조절하기 위하여 불활성 가스(예를 들어, Ar 가스)를 챔버의 상부에서 주입시켜 챔버의 하부로 배출시킨다.During the growth of the silicon single crystal ingot, an inert gas (for example, Ar gas) is injected from the upper part of the chamber and discharged to the lower part of the chamber to remove impurities inside the chamber or to control the oxygen concentration.

한편, 바디 그로잉 공정에서는 잉곳의 직경을 제어하기 위하여 CCD 카메라 등으로 메니스커스 상의 어느 한 지점에서의 빛의 세기를 간접적으로 측정하여 잉곳의 직경을 인식하는 방법을 사용한다. 메니스커스란 액체인 멜트 융액과 고체인 실리콘 단결정 잉곳이 접하는 계면을 의미하는 것으로, 도가니 내부에서 결정 성장의 계면을 의미한다.On the other hand, in the body-growing process, a method of indirectly measuring the intensity of light at a certain point on the meniscus by a CCD camera or the like and recognizing the diameter of the ingot is used in order to control the diameter of the ingot. Meniscus refers to the interface between a melt melt of a liquid and a solid silicon single crystal ingot, which means the interface of crystal growth inside the crucible.

메니스커스 상의 빛의 세기는 복사와 대류에 의해 방출되어 나오는 열속(heat flux)과 관련된다. 정상 상태를 가정한 전산 모사를 통해 계산된 열속은 고정된 값으로 나타나지만, 실제 공정에서는 정상 상태에 있을 수 없으므로 계산된 열속의 크기가 증가하는 경우에는 평균적인 열속의 크기와 함께 열속의 변동폭도 증가한다고 볼 수 있다. 열속의 변동폭이 증가하면 해당 지점에서의 온도의 변동폭이 증가하는 것이며, 이는 결과적으로 메니스커스 상의 빛의 세기의 변동으로 나타난다.The intensity of light on the meniscus is related to the heat flux emitted by radiation and convection. Although the heat flux calculated by the computer simulation assuming steady state is shown as a fixed value, it can not be in a normal state in the actual process. Therefore, when the size of the calculated heat increases, . As the fluctuation in the heat increases, the fluctuation of the temperature at the corresponding point increases, resulting in a change in intensity of light on the meniscus.

메니스커스 상의 빛의 세기의 변동은 챔버 내부의 히터 출력의 크기, 핫존(hot zone)의 구조, 잉곳의 인상 속도(pulling rate), Ar 가스의 유량과 유속, 챔버 내부의 압력 등에 영향을 받는다. 잉곳의 결정 품질을 제어하기 위한 목적에서 위의 인자들을 변경하여 적용할 때 메니스커스 상의 빛의 세기가 크게 변동하면 성장 중인 잉곳의 직경에 큰 변화가 없는 상태에서도 직경 변화가 생긴 것으로 감지되는 문제가 있다. 이러한 문제는 직경 제어뿐만 아니라 인상 속도의 변화에도 영향을 주는데, 이는 일정 시간 동안의 평균 인상 속도가 목표치를 만족하도록 하여 결정의 품질을 제어함과 동시에, 순간적인 인상 속도의 증감을 통해 성장 중인 잉곳의 직경의 제어가 이루어지기 때문이다.The variation of light intensity on the meniscus is influenced by the size of the heater output inside the chamber, the structure of the hot zone, the pulling rate of the ingot, the flow rate and flow rate of the Ar gas, and the pressure inside the chamber . For the purpose of controlling the crystal quality of the ingot, when the above factors are changed and applied, when the intensity of light on the meniscus fluctuates greatly, it is perceived that the diameter change occurs even when the diameter of the growing ingot does not change greatly . This problem affects not only the diameter control but also the change of the pulling rate. This is because the average pulling rate during a certain time satisfies the target value and the quality of the crystal is controlled, and at the same time, The control of the diameter of the rotor is performed.

따라서, 메니스커스 상의 빛의 세기의 변동은 잉곳의 직경 감지에 문제를 발생시키고 결과적으로 순간적인 인상 속도의 변동폭의 증가를 야기하여 주기가 짧고 진폭이 큰 인상 속도의 요동을 발생시킨다. 이러한 요동은 항상 존재할 수 밖에 없는 것이나 그 진폭이 일정 이상이 되면 평균 인상 속도가 목표치를 만족하여도 최종 잉곳 제품의 품질 수율 저하가 발생된다. 충분한 VDP(Vacancy Dominant Point defect)/IDP(Interstitial Dominant Point defect) 마진을 얻기 위해서는 정밀한 인상 속도의 제어가 선행되어야 하기 때문이다. 따라서, 잉곳의 성장 과정에서 인상 속도의 변동폭을 제어할 필요가 있다.Therefore, the fluctuation of the light intensity on the meniscus causes a problem in sensing the diameter of the ingot, resulting in an increase in the instantaneous fluctuation speed of the pulling speed, which causes the fluctuation of the pulling speed with a short cycle and a large amplitude. Such fluctuations always exist, but if the amplitude is above a certain level, even if the average pulling rate satisfies the target value, the quality yield of the final ingot product is lowered. This is because precise pulling speed control must be preceded in order to obtain a sufficient VDP (Vacancy Dominant Point defect) / IDP (Interstitial Dominant Point defect) margin. Therefore, it is necessary to control the fluctuation range of the pulling rate in the process of growing the ingot.

본 발명은 저결함 웨이퍼용 잉곳을 제조할 수 있는 잉곳 성장 장치 및 잉곳 성장 방법을 제공하고자 한다.The present invention is intended to provide an ingot growing apparatus and an ingot growing method capable of producing an ingot for a low defect wafer.

실시예에 따른 잉곳 성장 장치는 챔버; 상기 챔버의 내부에 배치되며 멜트 융액을 수용하는 도가니; 상기 챔버의 내부에서 상기 도가니의 주변에 배치된 히터; 및 상기 멜트 융액으로부터 성장된 실리콘 단결정 잉곳을 둘러싸는 열실드;를 포함하고, 상기 멜트 융액과 상기 실리콘 단결정 잉곳의 계면인 메니스커스에 인접한 멜트-프리 표면에서의 최대 열속 F가 아래의 식을 만족한다.An ingot growing apparatus according to an embodiment includes a chamber; A crucible disposed within the chamber and containing a melt melt; A heater disposed around the crucible inside the chamber; And a heat shield surrounding the silicon single crystal ingot grown from the melt melt, wherein a maximum heat flux F at the melt-free surface adjacent to the meniscus at the interface between the melt melt and the silicon single crystal ingot is expressed by the following equation Satisfies.

Figure pat00001
Figure pat00001

F: 메니스커스에 인접한 멜트-프리 표면에서의 최대 열속,F: maximum heat flux on the melt-free surface adjacent to the meniscus,

P: 챔버 내의 히터를 통해 인가되는 총 열량,P is the total amount of heat applied through the heater in the chamber,

C: 상수(0.65~0.75 m-2).C: constant (0.65 to 0.75 m -2 ).

상기 C는 상기 열실드의 구조, 상기 챔버 내부의 Ar 가스의 유량, 상기 챔버의 내부 압력, 상기 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도 중 적어도 어느 하나에 의해 결정될 수 있다.C may be determined by at least one of a structure of the heat shield, a flow rate of Ar gas in the chamber, an internal pressure of the chamber, and a pulling rate of the silicon single crystal ingot.

실시예에 따른 잉곳 성장 방법은 상기 멜트 융액과 상기 실리콘 단결정 잉곳의 계면인 메니스커스에 인접한 멜트-프리 표면에서의 최대 열속 F가 상기 식을 만족하도록 공정 조건이 설정된다.The process conditions are set so that the maximum heat flux F at the melt-free surface adjacent to the meniscus at the interface between the melt melt and the silicon single crystal ingot satisfies the above formula.

실시예에 따르면 잉곳의 결함이나 직경의 변화를 제어하는 인자인 잉곳의 인상 속도의 변동을 제어함으로써 저결함 웨이퍼용 잉곳을 제조할 수 있다.According to the embodiment, the ingot for a low-defect wafer can be manufactured by controlling the fluctuation of the pulling-up speed of the ingot, which is a factor controlling the change of the defect or the diameter of the ingot.

도 1은 실시예에 따른 잉곳 성장 장치를 개략적으로 나타낸 단면도.
도 2는 공정 조건의 변화에 따른 인상 속도의 변동을 나타낸 도면.
도 3은 실리콘 단결정 잉곳의 성장 과정에서 멜트-프리 표면과 Ar 가스의 흐름의 방향을 설명하기 위한 도면.
도 4a는 Ar 가스의 유량을 증감했을 때 그에 따른 멜트-프리 표면에서의 열속의 크기와 Ar 가스의 유속을 나타낸 도면.
도 4b는 Ar 가스의 유량을 감소시켰을 때 인상 속도의 변동을 나타내는 도면.
도 5a는 챔버의 내부 압력을 증감했을 때 그에 따른 멜트-프리 표면에서의 열속의 크기와 Ar 가스의 유속을 나타낸 도면.
도 5b는 챔버의 내부 압력을 증가시켰을 때 인상 속도의 변동을 나타내는 도면.
도 6a는 핫 존의 구조물 중 열실드의 구조의 변화를 나타내는 도면.
도 6b는 핫 존의 구조물 중 열실드의 구조의 변화에 따른 멜트-프리 표면에서의 열속의 크기와 Ar 가스의 유속을 나타낸 도면.
도 6c는 핫 존의 구조물 중 열실드의 구조의 변화에 따른 인상 속도의 변동을 나타내는 도면.1 is a cross-sectional view schematically showing an ingot growing apparatus according to an embodiment.
Fig. 2 is a view showing a variation of a pulling rate with a change in a process condition; Fig.
Fig. 3 is a view for explaining the direction of the flow of the melt-free surface and the Ar gas in the growth process of the silicon single crystal ingot. Fig.
FIG. 4A is a graph showing the size of heat on the melt-free surface and the flow rate of Ar gas when the flow rate of Ar gas is increased or decreased. FIG.
Fig. 4B is a diagram showing the variation of the pulling rate when the flow rate of the Ar gas is decreased. Fig.
Fig. 5A is a graph showing the size of heat in the melt-free surface and the flow rate of Ar gas when the internal pressure of the chamber is increased or decreased. Fig.
Fig. 5B is a view showing variation of the pulling rate when the internal pressure of the chamber is increased. Fig.
6A is a view showing a change in the structure of a heat shield in a structure of a hot zone;
6B is a graph showing the size of heat in the melt-free surface and the flow rate of Ar gas according to the change of the structure of the heat shield in the structure of the hot zone.
6C is a view showing a variation of a pulling rate according to a change in the structure of a heat shield in a structure of a hot zone;

이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 종래와 동일한 구성 요소는 설명의 편의상 동일 명칭 및 동일 부호를 부여하며 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The same components as those in the prior art are denoted by the same reference numerals and symbols, and a detailed description thereof will be omitted.

도 1은 실시예에 따른 잉곳 성장 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing an ingot growing apparatus according to an embodiment.

도 1을 참조하면, 실시예에 따른 잉곳 성장 장치(100)는 실리콘 단결정 잉곳(IG)의 성장이 이루어지는 공간을 제공하는 챔버(110), 상기 챔버(110)의 내부에 설치되며 고온으로 용융된 멜트 융액(SM)이 수용되는 도가니(120), 상기 도가니(120)의 하단에 위치하여 상기 도가니(120)를 회전시키면서 도가니(120)를 상승 또는 하강시키는 도가니 회전 수단(127), 상기 챔버(110)의 내부에 설치되며 상기 도가니(120)의 주변에 설치되어 도가니(120)를 가열하는 히터(130), 상기 히터(130)의 외곽에 설치되어 히터(130)로부터 발생하는 열이 외부로 유출되는 것을 방지하는 단열 수단(140), 종자 결정을 이용하여 상기 도가니(120)에 수용된 멜트 융액(SM)으로부터 실리콘 단결정 잉곳(IG)을 일정 방향으로 회전시키면서 인상하는 인상 수단(150), 실리콘 융액(SM)으로부터 성장되는 실리콘 단결정 잉곳(IG)으로 복사되는 열을 차단하기 위한 열실드(160)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the ingot growing apparatus 100 according to the embodiment includes a chamber 110 for providing a space for growing a silicon single crystal ingot IG, a chamber 110 installed inside the chamber 110, A crucible rotating means 127 which is located at a lower end of the crucible 120 and rotates the crucible 120 while raising or lowering the crucible 120, The heater 130 is disposed inside the crucible 120 and heats the crucible 120. The heat generated from the heater 130 is supplied to the outside of the heater 130, Up means 150 for rotating the silicon single crystal ingot IG from the melt melt SM accommodated in the crucible 120 using a seed crystal while rotating the ingot IG in a predetermined direction, Silicon grown from melt (SM) Determining may include a heat shield 160 for shielding heat is copied to the ingot (IG).

도가니(120)는 석영 도가니(121)와 흑연 도가니(122)를 포함한다. 석영 도가니(121)는 멜트 융액(SM)을 담는 공간이며, 흑연 도가니(122)는 석영 도가니(121)의 외부에 배치되어 석영 도가니(121)를 지지하는 역할을 한다. 흑연 도가니(122)는 식영 도가니(121)가 파손되는 경우 멜트 융액(SM)의 누출을 방지할 수 있다.The crucible 120 includes a quartz crucible 121 and a graphite crucible 122. The quartz crucible 121 is a space for containing the melt melt SM and the graphite crucible 122 is disposed outside the quartz crucible 121 to support the quartz crucible 121. The graphite crucible 122 can prevent leakage of the melt melt SM when the crystallization crucible 121 is broken.

챔버(110)의 외부에는 직경 인식 수단(170)이 배치된다. 직경 인식 수단(170)은 멜트 융액(SM)과 실리콘 단결정 잉곳(IG)의 계면인 메니스커스(meniscus) 상의 어느 한 지점에 초점을 맞추고 해당 지점에서의 빛의 세기를 측정함으로써 간접적으로 실리콘 단결정 잉곳(IG)의 직경을 인식한다. 직경 인식 수단(170)은 예를 들어, 피로미터(pyrometer) 또는 CCD 카메라일 수 있다.Diameter recognition means 170 is disposed outside the chamber 110. The diameter recognizing means 170 focuses on a point on the meniscus which is the interface between the melt melt SM and the silicon single crystal ingot IG and measures the intensity of the light at the point, And recognizes the diameter of the ingot IG. The diameter recognizing means 170 may be, for example, a pyrometer or a CCD camera.

상술한 구성 요소들은 쵸크랄스키(CZ) 법을 이용한 실리콘 단결정 성장 장치의 통상적인 구성 요소들이므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.Since the above-described components are typical components of a silicon single crystal growth apparatus using the Czochralski (CZ) method, detailed description thereof will be omitted.

도 2는 공정 조건의 변화에 따른 인상 속도의 변동을 나타낸 도면이다.Fig. 2 is a diagram showing the variation of the pulling rate with the change of the process condition.

실리콘 단결정 잉곳(IG)의 성장 과정에서, 챔버(110) 내부의 불활성 가스(예를 들어, Ar 가스)의 유량과 유속, 챔버(110)의 내부 압력, 도가니(120)의 회전, 종자 결정의 회전 등의 인자들이, 메니스커스에 인접한 멜트-프리 표면에서의 열속 제어에 이용될 수 있다. 여기서, 멜트-프리 표면(melt-free surface)이란, 멜트 융액(SM)의 표면에서, 성장 중인 실리콘 단결정 잉곳(IG)과 접해 있는 영역을 제외한 나머지 영역을 의미한다.The flow rate and flow rate of an inert gas (for example, Ar gas) in the chamber 110, the internal pressure of the chamber 110, the rotation of the crucible 120, and the flow rate of the seed crystals in the growth process of the silicon single crystal ingot Rotation, etc., can be used to control the heat flux at the melt-free surface adjacent to the meniscus. Here, the melt-free surface means a region other than the region in contact with the growing silicon monocrystalline ingot (IG) on the surface of the melt melt SM.

또한, 위 인자들뿐만 아니라, 핫 존(hot zone)의 구조적인 변경을 통해 메니스커스에 인접한 멜트-프리 표면에서의 열속 제어에 유리한 방향을 선택할 수 있다. 핫 존이란 챔버(110)에서 멜트 융액(SM)과 성장 중인 실리콘 단결정 잉곳(IG)의 접촉 주위의 공간을 구성하는 총체적인 환경을 의미하는 것으로, 도가니(120), 단열 수단(140), 열실드(160) 등을 의미할 수 있다.In addition to the above factors, it is possible to select a favorable direction for controlling the heat flux on the melt-free surface adjacent to the meniscus through a structural modification of the hot zone. The hot zone refers to the total environment constituting the space around the contact between the melt melt SM and the growing silicon single crystal ingot IG in the chamber 110. The hot zone includes the crucible 120, the heat insulating means 140, (160), and the like.

실험 결과, 위 인자들이나 핫 존의 구조적 변경을 통하여 메니스커스에 인접한 멜트-프리 표면에서의 열속을 제어할 때, 인상 속도를 안정적으로 유지하기 위한 최대 열속 F의 크기는 아래의 수학식 1을 만족하는 것을 알아냈다.As a result of experiment, when controlling the heat flux on the melt-free surface adjacent to the meniscus through the structural changes of the above factors or the hot zone, the size of the maximum heat flux F for stably maintaining the pulling rate is expressed by Equation 1 below I found satisfaction.

Figure pat00002
Figure pat00002

F: 메니스커스에 인접한 멜트-프리 표면에서의 최대 열속(heat flux),F: the maximum heat flux at the melt-free surface adjacent to the meniscus,

P: 챔버 내의 히터를 통해 인가되는 총 열량(heater power),P: heater power applied through the heater in the chamber,

C: 상수(0.65~0.75 m-2).C: constant (0.65 to 0.75 m -2 ).

도 3은 실리콘 단결정 잉곳의 성장 과정에서 멜트-프리 표면과 Ar 가스의 흐름의 방향을 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참조하면, Ar 가스가 성장 중인 실리콘 단결정 잉곳(IG)과 열실드(160)의 사이에서부터 하강하여 열실드(160)와 멜트-프리 표면의 사이를 따라 흐르는 것을 알 수 있다.3 is a view for explaining the directions of the flow of the melt-free surface and the Ar gas in the growth process of the silicon single crystal ingot. Referring to FIG. 3, it can be seen that Ar gas flows down between the growing silicon single crystal ingot (IG) and the thermal shield 160 and flows between the heat shield 160 and the melt-free surface.

상기 수학식 1은 인상 속도의 변동에 영향을 주는 인자들을 중심으로 공정의 조건을 변화시키면서, 공정 조건 별 전산 모사를 통해 메니스커스에 인접한 멜트-프리 표면에서의 최대 열속을 확인하는 과정을 통해 도출되었다. 열속이란 단위 시간 당 단위 면적을 통하여 이동한 열 에너지의 양(J/sec?m2, W/m2)을 나타내며, q_gas와 q_rad로 나누어 확인할 수 있다. q_gas는 Ar 가스에 의한 대류(convection)를 통해 이동하는 열 에너지의 양이며, q_rad는 복사(radiation)를 통해 이동하는 열 에너지의 양이다.The above equation (1) is a process of confirming the maximum heat flux on the melt-free surface adjacent to the meniscus by computer simulation according to the process conditions while changing the process conditions around the factors affecting the variation of the pulling rate . Heat flux is an indication of the amount of heat energy transfer (J / sec? M 2, W / m 2) by a unit time per unit area, can be found by dividing the q_gas and q_rad. q_gas is the amount of heat energy traveling through convection by Ar gas, and q_rad is the amount of heat energy traveling through radiation.

상기 수학식 1에서, 상수 C의 범위(0.65~0.75 m-2)는 공정 조건 별 실험에서, 인상 속도의 순간적인 변동이 줄어들었을 때의 조건에서 전산 모사의 결과로부터 도출되었다. 이하에서는 도 4 내지 도 6을 참조하여 수학식 1의 상수 C의 도출 과정을 설명한다.In the above equation (1), the range of the constant C (0.65 to 0.75 m -2 ) was derived from the results of the computer simulation under the condition that the instantaneous fluctuation of the pulling rate was reduced in the experiment by the process condition. Hereinafter, the process of deriving the constant C in Equation (1) will be described with reference to FIGS.

도 4a는 Ar 가스의 유량을 증감했을 때 그에 따른 멜트-프리 표면에서의 열속의 크기와 Ar 가스의 유속을 나타낸 도면이고, 도 4b는 Ar 가스의 유량을 감소시켰을 때 인상 속도의 변동을 나타내는 도면이다.FIG. 4A is a graph showing the size of the heat flux and the flow rate of Ar gas on the melt-free surface when the flow rate of the Ar gas is increased or decreased. FIG. 4B is a graph showing the fluctuation of the pulling rate when the flow rate of Ar gas is decreased. to be.

도 4a를 참조하면, Ar 가스의 유량을 기준 값(Reference)과 비교하여 20%를 감소 및 증가시켰을 때, 메니스커스에 인접한 멜트-프리 표면에서의 열속의 크기를 보면, q_rad 값은 거의 변화가 없으나, q_gas 값은 Ar 가스의 유량의 감소에 따라 감소하는 것을 확인할 수 있다. 결과적으로. Ar 가스의 유량이 감소하면, 메니스커스에 인접한 멜트-프리 표면에서의 열속의 크기가 감소하면서 인상 속도의 변동도 감소할 것이다.Referring to FIG. 4A, when the flow rate of Ar gas is compared with a reference value to reduce and increase 20%, when the magnitude of heat in the melt-free surface adjacent to the meniscus is viewed, However, it can be seen that the q_gas value decreases as the flow rate of Ar gas decreases. As a result. As the flow rate of the Ar gas decreases, the size of the heat in the melt-free surface adjacent to the meniscus will decrease and the variation in the pulling rate will also decrease.

Ar 가스의 유량의 감소에 따라 인상 속도의 변동이 감소하는 것은 도 4b를 통해서도 확인할 수 있으며, A 구간에서 Ar 가스의 유량을 약 10% 감소시켰을 때(도 4b의 아래 그림) 인상 속도의 변동이 감소하는 것을 확인하였다.The decrease in the pulling rate due to the decrease in the flow rate of the Ar gas can be seen from FIG. 4B. When the flow rate of the Ar gas is reduced by about 10% in the region A (the lower graph in FIG. 4B) Respectively.

도 5a는 챔버의 내부 압력을 증감했을 때 그에 따른 멜트-프리 표면에서의 열속의 크기와 Ar 가스의 유속을 나타낸 도면이고, 도 5b는 챔버의 내부 압력을 증가시켰을 때 인상 속도의 변동을 나타내는 도면이다.FIG. 5A is a graph showing the size of heat and the flow rate of Ar gas at the melt-free surface when the internal pressure of the chamber is increased or decreased. FIG. 5B is a graph showing the variation of the pulling rate when the internal pressure of the chamber is increased. to be.

도 5a를 참조하면, 챔버(110)의 내부 압력을 기준 값(Reference)과 비교하여 20%를 감소 및 증가시켰을 때, 메니스커스에 인접한 멜트-프리 표면에서의 열속의 크기를 보면, q_rad 값은 거의 변화가 없으나, q_gas 값은 챔버(110)의 내부 압력의 증가에 따라 증가하는 것을 확인할 수 있다. 결과적으로, 챔버(110)의 내부 압력이 감소하면, 메니스커스에 인접한 멜트-프리 표면에서의 열속의 크기가 감소하면서 인상 속도의 변동도 감소할 것이다. 또한, 챔버(110)의 내부 압력을 높이면 Ar 가스의 밀도가 증가하면서 Ar 가스의 유속은 감소한다.Referring to FIG. 5A, when the internal pressure of the chamber 110 is compared with a reference value to reduce and increase 20%, the magnitude of the heat in the melt-free surface adjacent to the meniscus shows that the q_rad value , The value of q_gas increases with an increase in the internal pressure of the chamber 110. However, As a result, as the internal pressure of the chamber 110 decreases, the variation in the pulling rate will also decrease as the size of the heat in the melt-free surface adjacent to the meniscus decreases. Further, when the internal pressure of the chamber 110 is increased, the Ar gas density increases and the Ar gas flow rate decreases.

챔버(110)의 내부 압력의 증가에 따라 인상 속도의 변동이 증가하는 것은 도 5b를 통해서도 확인할 수 있으며, A 구간에서 챔버(110)의 내부 압력을 약 15% 증가시켰을 때(도 5b의 아래 그림) 인상 속도의 변동이 증가하는 것을 확인하였다.5B that the variation of the pulling rate increases with the increase of the internal pressure of the chamber 110. When the internal pressure of the chamber 110 is increased by about 15% in the section A ) Increase in the pulling rate.

도 6a는 핫 존의 구조물 중 열실드의 구조의 변화를 나타내는 도면이고, 도 6b는 핫 존의 구조물 중 열실드의 구조의 변화에 따른 멜트-프리 표면에서의 열속의 크기와 Ar 가스의 유속을 나타낸 도면이고, 도 6c는 핫 존의 구조물 중 열실드의 구조의 변화에 따른 인상 속도의 변동을 나타내는 도면이다.FIG. 6A is a view showing a change in the structure of the heat shield in the structure of the hot zone, FIG. 6B is a graph showing the relationship between the size of the heat in the melt- And Fig. 6C is a diagram showing the variation of the pulling rate with the change of the structure of the heat shield in the structure of the hot zone.

도 6a를 참조하면, 기준이 되는 열실드의 구조(Reference)와 비교하여 새로운 열실드의 구조(New)는 실리콘 단결정 잉곳(IG)에 가까운 방향에서 열실드(160)와 멜트-프리 표면이 이루는 각도가 커진 것을 알 수 있다.6A, the structure (New) of the new heat shield is compared with the structure of the heat shield 160 in the direction close to the silicon single crystal ingot IG as compared with the structure of the reference heat shield, It can be seen that the angle is increased.

도 6b를 참조하면, 이러한 열실드(160)의 구조의 변화는 Ar 가스의 유속에 큰 영향을 주지 않으며, q_gas의 값 또한 큰 차이가 없는 것으로 보인다. 반면, q_rad의 값은 증가하였는데, 실리콘 단결정 잉곳(IG)에 가까운 방향에서 열실드(160)와 멜트-프리 표면이 이루는 각도가 커지면서 메니스커스에서 더 많은 열이 빠져 나갔기 때문이다. 도 6c를 참조하면, 실리콘 단결정 잉곳(IG)에 가까운 방향에서 열실드(160)와 멜트-프리 표면이 이루는 각도가 커지도록 열실드(160)의 구조를 변경하였을 때 인상 속도의 변동이 심해지는 것(도 6c의 아래 그림)을 확인하였다.Referring to FIG. 6B, the change in the structure of the heat shield 160 does not significantly affect the flow rate of the Ar gas, and the value of q_gas does not appear to be greatly different. On the other hand, the value of q_rad increased because the angle formed by the heat shield 160 and the melt-free surface in the direction close to the silicon single crystal ingot (IG) became larger and more heat was removed from the meniscus. 6C, when the structure of the heat shield 160 is changed so that the angle formed by the heat shield 160 and the melt-free surface increases in the direction close to the silicon single crystal ingot IG, (Fig. 6 (c)).

상기 수학식 1에서 상수 C는 열실드(160)의 구조, 챔버(110) 내부의 Ar 가스의 유량과 유속, 챔버(110)의 내부 압력, 인상 속도 등에 따라 결정될 수 있으며, 위와 같은 실험들을 통하여 상수 C의 범위가 0.65~0.75 m-2인 것을 알아내었다.In Equation 1, the constant C can be determined according to the structure of the thermal shield 160, the flow rate and flow rate of the Ar gas in the chamber 110, the internal pressure of the chamber 110, the pulling rate, and the like. And the range of the constant C is 0.65 to 0.75 m -2 .

따라서, 실리콘 단결정 잉곳의 성장 과정에서 상기 수학식 1의 범위를 만족하도록 핫 존의 구조물을 설계하고 공정 조건들을 설정하면 인상 속도의 변동폭이 제어됨으로써 저결함 웨이퍼용 잉곳을 제조할 수 있다.Therefore, by designing the structure of the hot zone and setting the process conditions so as to satisfy the range of the formula (1) in the growth process of the silicon single crystal ingot, the fluctuation range of the pulling rate is controlled, thereby making it possible to manufacture the ingot for the low defect wafer.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 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 exemplary embodiments, but, on the contrary, Modification is possible.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the embodiments described, but should be determined by the equivalents of the claims, as well as the following claims.

110: 챔버 120: 도가니
130: 히터 140: 단열 수단
150: 인상 수단 160: 열실드110: chamber 120: crucible
130: heater 140:
150: Raising means 160: Heat shield

Claims (3)

챔버;
상기 챔버의 내부에 배치되며 멜트 융액을 수용하는 도가니;
상기 챔버의 내부에서 상기 도가니의 주변에 배치된 히터; 및
상기 멜트 융액으로부터 성장된 실리콘 단결정 잉곳을 둘러싸는 열실드;를 포함하고,
상기 멜트 융액과 상기 실리콘 단결정 잉곳의 계면인 메니스커스에 인접한 멜트-프리 표면에서의 최대 열속 F가 아래의 식을 만족하는 잉곳 성장 장치.
Figure pat00003

F: 메니스커스에 인접한 멜트-프리 표면에서의 최대 열속,
P: 챔버 내의 히터를 통해 인가되는 총 열량,
C: 상수(0.65~0.75 m-2).chamber;
A crucible disposed within the chamber and containing a melt melt;
A heater disposed around the crucible inside the chamber; And
And a heat shield surrounding the silicon single crystal ingot grown from the melt melt,
And the maximum heat flux F at the melt-free surface adjacent to the meniscus at the interface between the melt melt and the silicon single crystal ingot satisfies the following equation.
Figure pat00003

F: maximum heat flux on the melt-free surface adjacent to the meniscus,
P is the total amount of heat applied through the heater in the chamber,
C: constant (0.65 to 0.75 m -2 ). 제 1 항에 있어서,
상기 C는 상기 열실드의 형태, 상기 챔버 내부의 Ar 가스의 유량, 상기 챔버의 내부 압력, 상기 실리콘 단결정 잉곳의 인상 속도, 상기 도가니의 회전 속도 중 적어도 어느 하나에 의해 결정되는 잉곳 성장 장치.The method according to claim 1,
Wherein C is determined by at least one of a shape of the heat shield, a flow rate of Ar gas in the chamber, an internal pressure of the chamber, a pulling speed of the silicon single crystal ingot, and a rotational speed of the crucible. 챔버, 상기 챔버의 내부에 배치되며 멜트 융액을 수용하는 도가니, 상기 챔버의 내부에서 상기 도가니의 주변에 배치된 히터, 상기 멜트 융액으로부터 성장된 실리콘 단결정 잉곳을 둘러싸는 열실드를 포함하는 잉곳 성장 장치를 사용하여 잉곳을 성장시키는 방법에 있어서,
상기 멜트 융액과 상기 실리콘 단결정 잉곳의 계면인 메니스커스에 인접한 멜트-프리 표면에서의 최대 열속 F가 아래의 식을 만족하도록 공정 조건을 설정하는 잉곳 성장 방법.
Figure pat00004

F: 메니스커스에 인접한 멜트-프리 표면에서의 최대 열속,
P: 챔버 내의 히터를 통해 인가되는 총 열량,
C: 상수(0.65~0.75 m-2).A melt chamber disposed within the chamber, a chamber disposed within the chamber, a crucible for receiving the melt melt, a heater disposed around the crucible within the chamber, and a heat shield surrounding the silicon monocrystalline ingot grown from the melt melt, A method for growing an ingot using the same,
Wherein the process conditions are set so that the maximum heat flux F at the melt-free surface adjacent to the meniscus at the interface between the melt melt and the silicon single crystal ingot satisfies the following equation.
Figure pat00004

F: maximum heat flux on the melt-free surface adjacent to the meniscus,
P is the total amount of heat applied through the heater in the chamber,
C: constant (0.65 to 0.75 m -2 ).
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