KR20150086468A - 연속적인 초크랄스키 방법 및 장치 - Google Patents

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KR20150086468A
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웨이동 후앙
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지티 어드밴스드 씨제트 엘엘씨
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Abstract

본 발명은 초크랄스키 성장장치 및 방법에 관한 것이며, 바람직하게는 잉곳 성장과정 동안에 운반장치로부터 제공된 고체원료가 도가니의 성장영역으로 들어가는 것이 실질적으로 방지되는 연속적인 초크랄스키 성장장치 및 방법에 관한 것이다. 이러한 방식에 있어서, 매우 일관된 특성을 갖는 잉곳이 생산된다.

Description

연속적인 초크랄스키 방법 및 장치{CONTINUOUS CZOCHRALSKI METHOD AND APPARATUS}
관련출원의 상호참조
본 출원은 2012년 9월 10일자로 출원된 미국 임시특허출원 제 61/699,004 호의 우선권을 주장한다. 상기 미국출원의 전체내용은 여기에서는 참조로서 통합된다.
본 발명은 연속적인 초크랄스키 성장방법을 사용하여 실리콘 잉곳과 같은 잉곳을 준비하는 것 뿐만아니라 이 방법에 의해서 잉곳을 준비하기 위한 장치에 관한 것이다.
집적회로 및 태양광 태양전지용 제조재료로서 사용하기 위해 실리콘 잉곳을 준비하기 위한 가장 효율적이고 경제적인 방법들 중 하나가 초크랄스키(Czochralski; CZ)법이다. 통상적인 CZ 공정에 있어서, 실리콘 장입물이 도가니 내에 위치하여 약 1416℃의 온도에서 액체상태로 용융된다. 소정의 결정배향의 작은 결정 실리콘 시드가 용융물의 표면에 접촉하도록 하강하고 그 다음에는 점진적으로 철수된다. 온도의 적절한 제어를 통해서, 액체 실리콘은 시드의 배향과 동일한 배향으로 결정 시드 상에서 응고된다. 다음에는, 1미터 이상의 최종 길이 및 수백 밀리미터의 직경을 갖는 실리콘의 성장 결정 잉곳을 형성하도록 시드는 용융물로부터 천천히 들어올려진다. 2가지 형식의 CZ 기술들이 알려져 있는데, 이것은 일괄(batch) 초크랄스키법 및 연속적인 초크랄스키법으로 자주 불리워진다.
일괄 CZ에 있어서, 실리콘 잉곳을 성장시키는데 필요한 장입재료의 전체 양은 가열된 도가니에서 공정의 초기에 용융되고, 도가니를 실질적으로 고갈시키도록 하나의 잉곳이 추출된다. 그러면 도가니는 하나의 잉곳 후에 폐기된다. 이에 비해서, 연속적인 초크랄스키(CCZ) 성장에 있어서, 장입된 재료는 성장 공정 동안에 연속적으로 또는 주기적으로 보충되고, 그 결과 다중의 잉곳들이 성장과정 동안에 보충되는 단일 도가니로부터 끌어당겨질 수 있다. 몇몇 잉곳 사이클들 후에 도가니는 단지 폐기되고 새로운 도가니와 교체된다.
CCZ 공정을 수행하기 위해서, 성장하는 잉곳의 특성들에 부정적인 영향을 끼침이 없이 연속적인 또는 반-연속적인 방식으로 용융물로 추가적인 장입물질을 공급하기 위한 수단을 포함하도록 전통적인 초크랄스키 성장 장치를 변경하는 것이 필요하다.
동시 결정성장시에 이러한 보충 활동의 부정적인 영향을 줄이기 위해서, 통상적인 석영 도가니는 실리콘 잉곳이 당겨지는 내부 성장영역을 따라서 추가 재료가 운반되는 외부 또는 환형 용융 영역을 제공하도록 자주 변경된다. 이러한 영역들은 서로 유체 연결된다. 이들 및 다른 공지된 변형들은 CCZ로 하여금 양호한 전체 특성들을 갖는 실리콘 잉곳들을 준비하는데 사용될 수 있게 하지만, 잉곳이 끌어당겨지는 동안에 도가니를 보충하는 것에 의해서 야기되는 영향들을 최소화하거나 제거하는 개선된 CCZ 방법 및 장치들을 개발할 필요성이 관련산업분야에 여전히 존재하고 있다.
본 발명은 초크랄스키 성장장치에 관한 것이며, 바람직하게는 내부 성장영역과 외부 공급영역을 분리하는 적어도 하나의 벽을 갖는 도가니를 포함하고 이때 상기 벽은 상기 내부 성장영역과 상기 외부 공급영역 사이에 제한된 유체연결을 제공하는 적어도 하나의 개구부를 갖는 연속적인 초크랄스키 성장장치에 관한 것이다.
상기 장치는 상기 도가니의 상기 외부 공급영역으로 튀어나온 운반 포인트를 갖는 공급기를 포함하며 실리콘을 함유한 고체원료를 운반하는 고체원료 운반장치, 및 상기 고체원료가 상기 도가니의 상기 내부 성장영역으로 들어가는 것을 실질적으로 방지하는 적어도 하나의 입자 차단장치를 더 포함한다. 일 실시 예에 있어서, 상기 장치는 상기 도가니의 상기 내부 성장영역 위로 위치한 단열 차폐를 더 포함한다. 바람직하게는, 상기 단열 차폐와 상기 벽은 간격에 의해서 분리되고, 상기 입자 차단장치는 상기 고체원료가 상기 간격을 통과하는 것을 실질적으로 방지한다. 상기 입자 차단장치는 상기 도가니의 상기 내부 성장영역을 적어도 부분적으로 커버하는 입자 차폐가 될 수 있다. 예를 들면, 입자 차폐는 상기 내부 성장영역 내로 돌출하는 상기 도가니의 벽 상에 위치할 수 있다. 이와는 달리 또는 추가적으로, 상기 입자 차단장치는 그것의 외부 바닥 테두리 주위와 같이 상기 단열 차폐 주위로 원주상으로 위치한 단열 하우징이 될 수 있다. 또한, 이와는 달리, 입자 차단장치는 특히 상기 공급기와 함께 위치한 슬리이브와 같이 공급기의 운반 포인트 주위로 고체원료 운반장치의 적어도 주위나 그 내부에 위치한 입자 차폐가 될 수 있다.
본 발명은 초크랄스키 성장방법에 관한 것이며, 바람직하게는 실리콘 잉곳의 초크랄스키 성장방법으로서, 내부 성장영역과 외부 공급영역을 분리하는 적어도 하나의 벽을 갖는 초크랄스키 성장장치에 도가니를 제공하는 단계; 실리콘을 함유한 고체 충전물을 상기 도가니의 상기 내부 성장영역 및 상기 외부 공급영역 내로 제공하는 단계; 상기 내부 성장영역과 상기 외부 공급영역에서 상기 고체 충전물을 용융시키는 단계; 상기 실리콘 잉곳의 성장을 개시하는 단계; 그리고 결과로서 생성된 실리콘 잉곳을 상기 장치로부터 제거하는 단계를 포함하는 실리콘 잉곳의 초크랄스키 성장방법에 관한 것이다. 상기 실리콘 잉곳이 성장하는 동안에 고체원료가 실리콘 운반장치로부터 상기 도가니의 상기 외부 공급영역으로 운반된다. 또한, 상기 초크랄스키 성장장치는 상기 고체 실리콘이 상기 도가니의 상기 내부 성장영역으로 들어가는 것을 실질적으로 방지하는 적어도 하나의 입자 차단장치를 포함한다. 바람직하게는, 본 발명이 방법에서 사용된 초크랄스키 성장장치는 본 발명의 장치이다.
상기한 일반적인 설명과 다음의 상세한 설명은 예시적인 것이고, 특허청구범위에서 청구한 바와 같이 본 발명이 추가적인 설명을 제공하기 위해서 단지 설명의 목적으로 제공된 것이다.
본 발명은 연속적인 초크랄스키 성장방법을 사용하여 실리콘 잉곳과 같은 잉곳을 준비하는 것 뿐만아니라 이 방법에 의해서 잉곳을 준비하기 위한 장치를 제공한다.
도 1, 도 2 및 도 3은 본 발명의 초크랄스키 성장장치 및 방법의 실시 예들의 개략도들이다.
본 발명은 실리콘 잉곳의 초크랄스키 성장 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 초크랄스키 성장장치는 도가니, 고체원료 운반장치, 및 실리콘 잉곳과 같은 잉곳이 생성되는 성장챔버 내에 각각 포함되는 적어도 하나의 입자 차단장치를 포함한다. 성장챔버는 도가니가 제공되는 가열가능한 공간을 형성하는 측벽 및 상부벽을 포함한다. 도가니는 실리콘을 포함하는 충전물을 포함하는데, 이것은 성장챔버 내에 있는 도가니에서 용융된다. 하나 또는 그 이상의 받침대에 의해서 아래로부터 지지될 수 있는 도가니는 고체 및 액체물질, 특히 고체 및 액체 실리콘 모두를 포함할 수 있고 결정성장에서 사용하기 위하여 해당 기술분야에 알려진 것이 될 수 있다. 예를 들면, 도가니는 석영 도가니가 될 수 있거나 또는 석영 내부 라이너를 포함하는 흑연 도가니가 될 수도 있다. 도가니는 예를 들어 결정성장장치의 기하학에 의존하지만 통상적으로는 원형의 단면형상인 단면형상을 가질 수 있다.
도가니는 적어도 2개의 영역들을 포함하며, 각각의 영역은 노치, 구멍 또는 파이프와 같은 적어도 하나의 개구부를 갖는 벽이나 다른 분리수단에 의해서 각각 분리된는데, 이것은 상기 영역들 사이에서 제한된 유체연결을 제공한다. 예를 들면, 도가니는 여기에서는 내부 성장영역으로서 언급되는 내부영역과, 여기에서는 외부 공급영역으로서 언급되는 외부영역의 2개의 영역으로 분할되는 벽을 포함할 수 있다. 이러한 영역들은 서로 유체 연결된다. 내부영역은 잉곳의 성장이 개시되고 이곳으로부터 잉곳이 성장하며, 반면에 외부영역은 잉곳이 성장함에 따라서 내부영역으로 추가적인 재료를 내부영역에 공급한다. 그러므로, 결정화 공정에 의해서 재료가 내부 성장영역으로부터 제거됨에 따라서, 신선한 재료가 외부 공급영역으로부터 들어갈 수 있다. 바람직하게는, 내부 성장영역 및/또는 외부 공급영역은 실리콘을 함유하며 용융될 고체 충전물을 포함하고, 예를 들어 인, 붕소, 갈륨, 인듐, 알루미늄, 비소 또는 안티몬을 포함하는 적어도 하나의 도판트 재료를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 초크랄스키 성장장치의 고체원료 운반장치는 결정 잉곳이 성장하고 추출되기 전, 또는 바람직하게는 그 동안에 도가니로 고체원료를 제공한다. 그러므로, 바람직하게는, 고체원료 운반장치는 도가니가 가열되는 동안에 도가니로 고체형태의 재료를 운반할 수 있다. 고체원료는 잉곳 성장을 통해서 연속적으로 또는 일괄(반-연속적으로) 제공될 것이다. 바람직하게는, 원료는 금속급 실리콘이나 솔라급 실리콘을 포함한 실리콘을 포함하고, 인, 붕소, 갈륨, 인듐, 알루미늄, 비소 또는 안티몬과 같은 적어도 하나의 도판트 재료를 더 포함할 수 있다.
고체 재료를 도가니로 운반하기 위한 다양한 수단이 사용될 수 있다. 예를 들면, 고체원료 운반장치는 조절된 양의 고체 실리콘이 도가니로 제공될 수 있는 트로프 시스템과 같은 공급기를 포함할 수 있다. 공급기는 도가니로 튀어나온 적어도 하나의 운반 포인트를 포함할 수 있다. 도가니가 내부 성장영역과 외부 공급영역을 포함하는 경우에, 바람직하게는 고체원료 운반장치는 결정 잉곳이 성장하거나 당겨지는 용융 실리콘의 장애를 최소화하기 위해서 도가니의 외부 공급영역으로 재료를 제공한다. 본 발명이 초크랄스키 성장장치에서 사용될 수 있는 적당한 고체원료 운반장치의 특정 예가 미국 특허출원 제 13/446,414 호에 개시되어 있으며, 상기 미국특허문헌은 여기에서는 참조로서 통합된 것이다. 그러므로, 결정화 공정에 의해서 재료가 내부 성장영역으로부터 제거되고 신선한 재료가 외부 공급영역으로부터 내부 성장영역으로 들어가며, 추가적인 고체원료가 운반장치에 의해서 외부 공급영역으로 제공되고, 이에 의해서 결정 잉곳의 연속적인 성장을 위해서 용융 물질의 비교적 일정한 공급원이 유지된다.
본 발명의 초크랄스키 성장장치는 도가니 위로, 바람직하게는 도가니의 내부 성장영역 위로 위치된 단열 차폐를 더 포함할 것이다. 차폐는 용융된 장입물이 도가니에서 유지됨에 따라서 성장하는 잉곳이 과도하게 과열되는 것을 보호하며, 그러므로 이것은 성장장치 내에서 고온을 견디거나 그러한 조건을 견딜 수 있는 저 열전도도를 갖는 재료로 제조되거나 이것을 포함한다. 다양한 형태의 단열 차폐가 해당 기술분야에 알려지고, 이들중 어느 것은 본 발명의 장치에서 사용될 수 있다. 크기 및 형상은 성장장치의 기하학에 의존할 것이다. 예를 들면, 원형 단면형상을 가지며 일반적으로 원형 단면형상을 갖는 실리콘 잉곳을 형성하도록 사용되는 도가니에 대하여, 단열 차폐는 또한 원형 단면형상을 가지며, 기하학적으로 원통형이나 원추형상을 갖는다. 보다 바람직하게는, 단열 차폐는 역 원추형상을 가지며, 차폐의 바닥에서 보다는 차폐의 상부에서 큰 단면영역을 가지며, 바닥의 직경은 성장하는 잉곳이 통과하기에 충분하게 크다.
본 발명의 초크랄스키 성장장치는 결정 잉곳의 성장이 개시될 수 있는 적어도 하나의 장치를 더 포함한다. 예를 들면, 상기 장치는 실리콘 결정과 같이 작은 결정 시드가 지지되는 철수가능한 케이블을 포함하는 끌어당김 기구를 더 포함할 수 있다. 이 기구를 사용하여, 소정의 결정배향을 갖는 시드는 도가니 내에 포함된 용융물질과 접촉하도록 하강할 수 있고, 다음에는 점진적으로 철수하게 된다. 온도의 적당한 제어를 통해서, 액체물질은 시드의 배향과 동일한 배향으로 결정 시드 상에서 얼고, 이에 의해서 결정 잉곳의 성장이 개시된다. 그러면, 시드는 원하는 최종 길이와 직경을 갖는 성장하는 결정 잉곳을 형성하도록 용융물로부터 멀어지도록 천천히 상승된다. 고체원료 운반장치로부터 성장장치 내로 공급원료의 공급을 활성화시키기 위하여 부하 셀들에 대해 반응하여 제어수단과 함께 끌어당김 기구를 지지하는 하나 또는 그 이상의 부하 셀들이 또한 사용될 수 있다.
상기한 바와 같이, 도가니는 바람직하게 내부 성장영역과 외부 공급영역을 가지며, 고체원료 운반장치는 도가니의 외부 공급영역에 매달히는 운반 포인트를 갖는 공급기를 포함하는데, 이것은 잉곳이 철수함에 따라서 내부 성장영역에서 용융 실리콘의 장애를 최소화한다. 그러나, 도가니의 외부 공급영역 위로 위치된 운반 포인트를 포함하는 공급기에 있어서, 고체원료 입자들은 내부 성장영역 내로 여전히 부주의하게 들어갈 수 있고, 성장하는 잉곳의 결정구조에 부정적인 영향을 끼칠 수 있다. 예를 들면, 실리콘 잉곳들은 불활성 분위기하에서 초크랄스키 성장공정에 의해서 통상적으로 준비되고, 실리콘 공급원료 운반장치로부터 제공되는 고체 실리콘의 입자들을 내부 성장영역으로 운반하기 위한 가스로부터 대류 흐름이 발견된다. 또한, 입자들은 의도하지않은 입자 되튐현상과 외부 공급영역에 포함된 용융 실리콘의 비등(boiling)을 통해서 성장영역으로 들어갈 수 있다.
이러한 이유로, 본 발명의 초크랄스키 성장장치는 고체원료가 도가니의 내부 성장영역으로 들어가는 것을 실질적으로 방지하는 적어도 하나의 차단장치를 더 포함한다. 입자 물질을 차단할 수 있는 장치가 사용될 수 있다. 예를 들면, 장치는 단단한 방벽 또는 입자들의 실질적인 통과없이 기체상 분위기의 유동을 허용하기 위하여 스크린이나 메쉬와 같이 다수의 구멍이나 공간들을 가질 수 있다. 다중 장치들이 성장장치에서 또한 사용될 수 있다. 이 장치는 고체 물질의 충격을 견딜 수 있고 성장장치의 전체 열적인 프로파일의 실질적인 영향을 끼침이 없이 상기 성장장치 내에서 고온 및 상태를 견딜 수 있는 재료로 제조될 수 있다. 바람직하게는, 입차 차단장치는 석영, 흑연, 실리콘 카바이드 피복 흑연, 또는 실리콘 카바이드를 포함할 수 있다. 보다 바람직하게는, 장치는 석영으로 제조된다.
입자 차단장치는 잉곳의 성장에 실질적으로 부정적인 영향을 끼치지 않는한 초크랄스키 성장장치 내에서 다양한 위치들에 위치할 수 있다. 예를 들면, 입자 차단장치는 내부 성장영역의 표면에 걸쳐서 위치하는 스크린과 같이 도가니의 내부 성장영역에 적어도 부분적으로 걸쳐서 위치한 입자 차폐가 될 수 있다. 또한, 입자 차단장치는 내부 성장영역과 외부 공급영역을 분리하는 도가니의 벽 상에 위치한 입자 차폐가 될 수 있다. 이 차폐는 내부 성장영역에 걸쳐서 벽으로부터 상방향으로 또는 내부로 연장될 수 있다. 바람직하게는, 입자 차폐는 고체원료 운반장치가 도가니의 외부 공급영역 내로 고체원료를 제공하는 위치에 인접하여 위치한다.
다른 예에서와 같이, 입자 차단장치는 도가니의 벽에 있는 개구부에 위치한 입자 차폐가 될 수 있다. 이러한 방식에 있어서, 도가니의 외부 공급영역 내에 포함된 용융물로 운반된 고체원료는 입자 차폐에 의해서 상기 개구부를 통과하고 상기 내부 성장영역으로 들어가는 것이 방지된다. 특히, 입자 차폐는 벽에 있는 개구부를 가로질러서 설치된 입자 스크린, 또는 개구부의 전방이나 내부에 위치한 석영펠렛들의 층이 될 수 있다.
일 예로서, 입자 차단장치는 고체원료 운반장치 주위나 내부에, 특히 운반장치의 공급기의 운반 포인트 주위에 적어도 부분적으로 위치한 입자 차폐가 될 수 있다. 고체원료가 상기 운반 포인트 주위로부터 빠져나가서 도가니의 외부 공급영역으로 들어간다. 예를 들면, 입자 차폐는 고체원료 운반장치의 공급기 내에 위치한 슬리이브가 될 수 있다. 슬리이브는 외부 공급영역 내에 위치한 하부 테두리를 갖는 공급기의 운반 포인트 아래, 보다 바람직하게는 도가니의 벽 아래로 적어도 부분적으로 연장되고, 이에 의해서 공급원료의 어느 방황 입자들이 내부 성장영역으로 들어가는 것이 방지된다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 초크랄스키 성장장치는 도가니의 내부 성장영역 위로 위치한 단열 차폐나 콘(cone)을 더 포함한다. 이것은 도가니의 단열 차폐와 벽 사이에 간격을 만들 수 있다. 그러한 장치에 있어서, 입자 차단장치는 고체원료가 이러한 간격을 통과하여 내부 성장영역으로 들어가는 것을 방지한다. 예를 들면, 입자 차단장치는 도가니의 벽 상에 위치하고 단열 차폐에 인접한 위치로 연장되는 입자 차폐가 될 수 있고, 이에 의해 고체물질이 상기 간격을 완전치 차단함이 없이 상기 간격을 통과하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 이와는 달리, 또는 추가적으로, 입자 차단장치는 단열 차폐 주위로 원주상으로 위치하고 고체물질이 상기 간격으로 들어가는 것을 방지하기에 충분한 크기와 형상을 갖는 단열 하우징이 될 수 있다.
단열 하우징은 외부 공급영역 위로 적어도 부분적으로 위치할 수 있고, 상기 공급기로부터 이러한 영역으로 들어가는 고체 물질을 위한 편향기로서 작용하고, 상기 내부 성장영역 위로 적어도 부분적으로 위치할 수 있고 고체물질이 상기 간격을 통과하는 것을 효과적으로 방지한다. 바람직하게는, 단열 차폐는 내부 성장영역 내에 위치하고, 상기 도가니에서 상기 영역들을 분리하는 벽의 상부 테두리 아래에 잇는 하부 테두리를 가지며, 상기 단열 하우징은 상기 하부 테두리에서 단열 차폐의 외면 주위로 원주상으로 위치한다.
본 발명의 초크랄스키 성장장치의 특별한 실시 예 및 부품들이 도 1, 도 2 및 도 3에 도시되어 있고 아래에서 설명된다. 그러나, 이것들은 단지 설명을 위한 것으로서 단지 예로서 제공된 것으로 본 발명을 제한하는 것은 아님을 해당 기술분야의 숙련된 당업자에게는 명백할 것이다. 다수의 변형 및 다른 실시 예들은 해당 기술분야의 숙련된 당업자의 영역 내에 있고 본 발명의 영역 내에서 고려된다. 또한, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 상기 특정한 구성들이 예시적인 것이고 실질적인 구성은 특정한 장치에 의존하게 됨을 이해할 수 있을 것이다. 해당 기술분야의 숙련된 당업자들은 여기에서 개시한 특정 요소들에 대한 등가물들을 단지 일상적인 실험을 사용하여 구별해 낼 수 있을 것이다.
연속적인 초크랄스키 (CCZ) 성장장치(100)의 실시 예가 도 1에 개략적으로 도시되어 있고, 도가니(110)를 내부 성장영역(112)와 외부 공급영역(113)으로 나누는 벽(11)을 갖는 도가니(110)를 포함한다. 벽(111)은 내부 성장영역(112)과 외부 공급영역(113) 사이에 제한된 유체 연결을 제공하는 노치 또는 구멍(도시되지 않음)과 같은 적어도 하나의 개구부를 갖는다. 도가니(110)는 히터(114)에 의해서 둘러싸이는데, 히터는 융융물(115)를 형성하기 위해서 기충전물을 가열한다. CCZ 성장장치(100)는 상기 도가니(110)의 외부 공급영역(113) 위로 위치한 운반 포인트(119)를 갖는 공급기(118)를 포함하는 고체원료 운반장치(117) 뿐만아니라, 역 원추 기하학을 갖는 단열 차폐(116)를 더 포함한다. 단열 차폐(116)는 단열 차폐(116)와 벽(111) 사이에 간격(120)을 형성하는 내부 성장영역(112) 위로 위치한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 연속적인 초크랄스키 성장장치(100)는 고체원료 운반장치(117)에 의해서 제공된 고체원료가 내부 성장영역(112)으로 들어가는 것을 실질적으로 방지하는 적어도 하나의 입자 차단장치를 더 포함한다. 특히, 상기 장치는 벽(111)에 위치하고 그것의 전체 외주부를 에워싸는 입자 차폐(121)를 포함한다. 입자 차폐(121)는 내부 성장영역(112)을 부분적으로 커버하는 수평 세그멘트(122) 및 벽(111)에 위치한 수직 세그멘트(123)를 가지며, 각각은 단열 차폐(116)에 인접한 위치로 연장된다. 이러한 방식에 있어서, 입자 차폐(121)는 고체원료 운반장치(117)에 의해서 제공된 고체원료가 간격(120)을 통과하여 내부 성장영역(112)으로 들어가는 것을 효과적으로 방지한다. 또한, CCZ 성장장치(100)는 벽(111)의 상부 테두리 아래에 있는 단열 차폐(116)의 외부 표면의 하부 테두리 주위로 원주상으로 위치된 단열 하우징(124)을 더 포함하며, 이에 의해서 내부 성장영역(112)으로 들어가는 입자들에 대한 추가적인 보호를 제공한다.
본 발명의 초크랄스키 성장장치의 다른 실시 예가 도 2에 도시되어 있는데, 이것은 다른 입자 차단장치를 제외하고는 도 1에 도시된 것과 유사하다. 특히, 연속적인 초크랄스키 성장장치(200)는 고체원료 운반장치(117)의 공급기(218)의 운반 포인트(219) 근처에에서 벽(211)에 위치한 입자 차폐(221)를 구비한다. 단열된 하우징(224)은 단열 차폐(216)의 외부면의 하부 테두리(벽(211)의 상부 테두리 아래에 있고 또한 포함됨) 주위로 원주상으로 위치한다. 이러한 방식에 있어서, CCZ 성장장치(200)의 입자 운반장치는 고체원료 입자들이 도가니의 내부 성장영역으로 들어가는 것을 방지할 수 있고, 상기 장치의 전체 열적 프로필에 영향을 덜 끼치게 된다.
본 발명의 초크랄스키 성장장치의 다른 실시 예가 도 3에 도시되어 있는데, 이것은 다른 도가니와 다른 입자 차단장치를 구비한 것을 제외하고는 도 2에 도시된 것과 유사하다. 특히, 연속적인 초크랄스키 성장장치(300)는 2개의 벽(311a,311b)을 갖는 도가니(310)를 포함하는데, 상기 벽은 도가니(310)를 내부 성장영역(312)과 2개의 외부 공급영역(313a,313b)로 나눈다. CCZ 성장장치(300)는 도가니(310)의 외부 공급영역(313a) 위로 위치한 운반 포인트(319)를 갖는 공급기(318)를 구비한 고체원료 운반장치(317) 뿐만아니라 역 원추 기하학을 갖는 단열 차폐(316)를 더 포함한다. 단열 차폐(316)는 단열 차폐(316)와 벽(311a) 사이에서 간격(320)을 형성하는 내부 성장영역(312) 위로 위치한다. 도 2에 도시된 실시 예와 유사하게, CCZ 성장장치(300)는 벽(311a)의 상부 테두리 아래에 있는 단열 차폐(316)의 외면의 하부 테두리 주위로 원주상으로 위치한 단열 하우징(324)을 따라서 운반 포인트(319) 근처에서 벽(311a) 상에 위치한 입자 차폐(321)를 구비한다. 또한, 슬리이브(330)이 공급기(318) 내에 제공되어 운반 포인트(319) 아래와 벽(311a) 아래로 연장되는데, 이것은 고체원료를 외부 공급영역(313a)으로 직접 향하게 하고, 입자들이 내부 성장영역(312)으로 들어가는 것을 방지한다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명은 실리콘 잉곳의 초크랄스키 성장방법에 관한 것이다. 바람직하게는, 상기 방법은 연속적인 초크랄스키 성장방법이다. 상기 방법은 내부 성장영역과 외부 공급영역을 분리하는 적어도 하나의 벽을 갖는 초크랄스키 성장장치에 도가니를 제공하는 단계 - 상기 벽은 상기 내부 성장영역과 상기 외부 공급영역 사이에 제한된 유체연결을 제공하는 적어도 하나의 개구부를 가짐 -;와, 실리콘을 함유한 고체원 충전물을 상기 도가니의 상기 내부 성장영역 및 상기 외부 공급영역 내로 제공하는 단계;를 제공한다. 이러한 단계들은 순서에 관계하여 진행될 수 있다. 그러므로, 도가니는 장치 내로 위치하기 전이나 위치한 후에 장입될 수 있다. 도가니는 상기한 것들중 하나가 될 수 있다.
부수적으로, 내부 성장영역과 외부 공급영역에서 고체 기충전물은 융융물을 형성하도록 가열되고, 실리콘 잉곳의 성장은 내부 성장영역으로부터 개시된다. 본 발명의 방법에 있어서 실리콘 잉곳을 성장시키는 동안에 실리콘을 함유한 고체원료는 실리콘 운반장치로부터 외부 공급영역으로 운반된다. 실리콘 운반장치는 도가니의 외부 공급영역으로 튀어나온 운반 포인트를 가지며 그안에 있는 고체 실리콘을 운반하는 공급기를 포함하며, 상기한 것들중 어느 것이 될 수 있다. 결과로서 생긴 실리콘 잉곳은 초크랄스키 성장장치로부터 제거된다.
본 발명의 방법에 있어서, 초크랄스키 성장장치는 고체 실리콘이 도가니의 내부 성장영역으로 들어가는 것을 실질적으로 방지하는 적어도 하나의 입자 차단장치를 포함한다. 상기 입자 차단장치는 상기한 것들중 어느 것이 될 수 있다. 그러므로, 바람직하게는, 본 발명의 초크랄스키 성장방법은 본 발명의 초크랄스키 성장장치를 이용한다. 결과로서 생긴 실리콘 잉곳은 도가니의 내부 성장영역으로부터 고체원료의 특별한 배척으로 인해 예외 속성, 특히 균등도를 갖는 것으로 밝혀졌다. 그러므로, 본 발명은 본 발명의 방법에 의해서 및/또는 본 발명의 초크랄스키 성장장치를 사용하여 생성된 실리콘 잉곳에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 실시 예들의 상기 설명은 설명을 목적으로 주어진 것이다. 본 발명을 위에서 설명한 정확한 형태로 한정하도록 의도된 것은 아니다. 상기한 가르침의 견지에서 변형 및 수정이 가능하거나 또는 본 발명의 실행으로부터 얻을 수 있다. 실시 예들은 본 발명의 원리들을 설명하기 위해서 선택되고 설명되었으며, 그것의 실질적인 응용은 해당 기술분야의 숙련된 당업자로 하여금 본 발명을 다양한 실시 예들에서 이용할 수 있게 하며 특별한 용도에 대하여 다양한 변형이 이루어질 수 있다. 본 발명의 영역은 여기에 첨부된 특허청구범위에 의해서 한정되고, 본 발명은 본 발명의 방법에 의해서 및/또는 본 발명의 초크랄스키 성장장치를 사용하여 생성되는 실리콘 잉곳에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명은 설명을 목적으로 제공된 것이다. 이것은 본 발명을 개시된 정확한 형태로 제한하도록 의도하지는 않는다. 변경 및 수정이 상기 가르침의 견지에서 가능하거나, 본 발명의 실행으로부터 얻어질 수 있다. 실시 예들은 본 발명의 원리를 설명하기 위해서 선택되고 서술된 것이며, 실제적인 응용은 해당 기술분야의 숙련된 당업자로 하여금 다양한 실시 예들에서 본 발명을 이용할 수 있게 하고 다양한 변형들이 특별한 용도로서 적합하게 이루어질 수 있다. 본 발명의 영역은 여기에 첨부된 특허청구범위에 의해서 그리고 그것의 등가물로 한정된다.

Claims (43)

  1. 초크랄스키 성장장치로서,
    내부 성장영역과 외부 공급영역을 분리하는 적어도 하나의 벽을 갖는 도가니 - 상기 벽은 상기 내부 성장영역과 상기 외부 공급영역 사이에 제한된 유체연결을 제공하는 적어도 하나의 개구부를 가짐 -;
    상기 도가니의 상기 외부 공급영역으로 튀어나온 운반 포인트를 갖는 공급기를 포함하며, 실리콘을 함유한 고체원료를 운반하는 고체원료 운반장치; 및
    상기 고체원료가 상기 도가니의 상기 내부 성장영역으로 들어가는 것을 실질적으로 방지하는 적어도 하나의 입자 차단장치;
    를 포함하는 초크랄스키 성장장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 입자 차단장치는 상기 도가니의 상기 내부 성장영역을 적어도 부분적으로 커버하는 입자 차폐인 초크랄스키 성장장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 입자 차단장치는 상기 내부 성장영역 내로 돌출하는 상기 도가니의 벽 상에 위치한 입자 차폐인 초크랄스키 성장장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 입자 차단장치는 상기 도가니의 벽의 개구부에 위치한 입자 차폐인 초크랄스키 성장장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 입자 차단장치는 상기 공급기의 상기 운반 포인트를 적어도 부분적으로 둘러싸거나 그 내부에 위치하는 입자 차폐인 초크랄스키 성장장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 입자 차단장치는 상기 공급기 내에 위치한 슬리이브이며, 상기 슬리이브는 상기 공급기의 상기 운반 포인트 아래로 적어도 부분적으로 연장되고 상기 도가니의 상기 외부 공급영역 내에 위치한 하부 테두리를 갖는 초크랄스키 성장장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 장치는 상기 도가니의 상기 내부 성장영역 위로 위치한 단열 차폐를 더 포함하는 초크랄스키 성장장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 단열 차폐와 상기 벽은 간격에 의해서 분리되고, 상기 입자 차단장치는 상기 고체원료가 상기 간격을 통과하는 것을 실질적으로 방지하는 초크랄스키 성장장치.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 입자 차단장치는 상기 단열 차폐에 인접한 위치로 연장되는 상기 내부 성장영역 내로 돌출하는 상기 도가니의 벽 상에 위치한 입자 차폐인 초크랄스키 성장장치.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 단열 차폐는 역 원추형상을 갖는 초크랄스키 성장장치.
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 입자 차단장치는 상기 단열 차폐 주위로 원주상으로 위치한 단열 하우징인 초크랄스키 성장장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 단열 하우징은 적어도 부분적으로 상기 외부 공급영역 위로 위치한 초크랄스키 성장장치.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 단열 하우징은 적어도 부분적으로 상기 내부 성장영역 위로 위치한 초크랄스키 성장장치.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 단열 하우징은 상기 단열 차폐 주위로 외부적으로위치한 초크랄스키 성장장치.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 단열 차폐는 상기 벽의 상부 테두리 아래에서 상기 내부 성장영역 내에 위치한 하부 테두리를 가지며, 상기 단열 하우징은 상기 단열 차폐의 상기 하부 테두리 주위로 위치한 초크랄스키 성장장치.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 입자 차단장치는 석영, 흑연, 실리콘 카바이드 피복된 흑연 또는 실리콘 카바이드를 함유하는 초크랄스키 성장장치.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 고체원료는 적어도 하나의 도판트 재료를 더 포함하는 초크랄스키 성장장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 도판트 물질은 인, 붕소, 갈륨, 인듐, 알루미늄, 비소 또는 안티몬인 초크랄스키 성장장치.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 내부 성장영역 및 상기 외부 공급영역은 내부에서 용융될 실리콘을 함유하는 고체 충전물을 포함하는 초크랄스키 성장장치.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 내부 성장영역, 상기 외부 공급영역 또는 이들 모두에서 상기 고체 충전물은 적어도 하나의 도판트 물질을 더 포함하는 초크랄스키 성장장치.
  21. 제 1 항에 있어서, 상기 초크랄스키 성장장치는 연속적인 초크랄스키 성장장치인 초크랄스키 성장장치.
  22. 실리콘 잉곳의 초크랄스키 성장방법으로서,
    i) 내부 성장영역과 외부 공급영역을 분리하는 적어도 하나의 벽을 갖는 초크랄스키 성장장치에 도가니를 제공하는 단계 - 상기 벽은 상기 내부 성장영역과 상기 외부 공급영역 사이에 제한된 유체연결을 제공하는 적어도 하나의 개구부를 가짐 -;
    ii) 실리콘을 함유한 고체원 충전물을 상기 도가니의 상기 내부 성장영역 및 상기 외부 공급영역 내로 제공하는 단계;
    iii) 상기 내부 성장영역과 상기 외부 공급영역에서 상기 고체 충전물을 용융시키는 단계;
    iv) 상기 내부 성장영역으로부터 상기 실리콘 잉곳의 성장을 개시하는 단계;
    v) 상기 실리콘 잉곳이 성장하는 동안에 실리콘 운반장치로부터 제공된 실리콘을 함유하는 고체원료를 상기 외부 공급영역으로 운반하는 단계 - 상기 실리콘 운반장치는 상기 도가니의 상기 외부 공급영역으로 튀어나온 운반 포인트를 가지며 고체 실리콘을 운반하는 공급기를 포함함 -; 그리고
    vi) 상기 초크랄스키 성장장치로부터 상기 실리콘 잉곳을 제공하는 단계;를 포함하며,
    상기 초크랄스키 성장장치는 상기 고체 실리콘이 상기 도가니의 상기 내부 성장영역으로 들어가는 것을 실질적으로 방지하는 적어도 하나의 입자 차단장치를 포함하는 실리콘 잉곳의 초크랄스키 성장방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 입자 차단장치는 상기 도가니의 상기 내부 성장영역을 적어도 부분적으로 커버하는 입자 차폐인 실리콘 잉곳의 초크랄스키 성장방법.
  24. 제 22 항에 있어서, 상기 입자 차단장치는 상기 내부 성장영역 내로 돌출하는 상기 도가니의 벽 상에 위치한 실리콘 잉곳의 초크랄스키 성장방법.
  25. 제 22 항에 있어서, 상기 입자 차단장치는 상기 도가니의 벽의 개구부에 위치한 입자 차폐인 실리콘 잉곳의 초크랄스키 성장방법.
  26. 제 22 항에 있어서, 상기 입자 차단장치는 상기 공급기의 상기 운반 포인트를 적어도 부분적으로 주위에 또는 그 내부에 위치하는 입자 차폐인 실리콘 잉곳의 초크랄스키 성장방법.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 입자 차단장치는 상기 공급기 내에 위치한 슬리이브이며, 상기 슬리이브는 상기 공급기의 상기 운반 포인트 아래로 적어도 부분적으로 연장되고 상기 도가니의 상기 외부 공급영역 내에 위치한 하부 테두리를 갖는 실리콘 잉곳의 초크랄스키 성장방법.
  28. 제 22 항에 있어서, 상기 초크랄스키 성장장치는 상기 도가니의 상기 내부 성장영역 위로 위치한 단열 차폐를 더 포함하는 실리콘 잉곳의 초크랄스키 성장방법.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 단열 차폐와 상기 벽은 간격에 의해서 분리되고, 상기 입자 차단장치는 상기 고체원료가 상기 간격을 통과하는 것을 실질적으로 방지하는 실리콘 잉곳의 초크랄스키 성장방법.
  30. 제 28 항에 있어서, 상기 입자 차단장치는 상기 단열 차폐에 인접한 위치로 연장되는 상기 내부 성장영역 내로 돌출하는 상기 도가니의 벽 상에 위치한 입자 차폐인 실리콘 잉곳의 초크랄스키 성장방법.
  31. 제 28 항에 있어서, 상기 단열 차폐는 역 원추형상을 갖는 실리콘 잉곳의 초크랄스키 성장방법.
  32. 제 28 항에 있어서, 상기 입자 차단장치는 상기 단열 차폐 주위로 원주상으로 위치한 단열 하우징인 실리콘 잉곳의 초크랄스키 성장방법.
  33. 제 32 항에 있어서, 상기 단열 하우징은 적어도 부분적으로 상기 외부 공급영역 위로 위치한 실리콘 잉곳의 초크랄스키 성장방법.
  34. 제 32 항에 있어서, 상기 단열 하우징은 적어도 부분적으로 상기 내부 성장영역 위로 위치한 실리콘 잉곳의 초크랄스키 성장방법.
  35. 제 32 항에 있어서, 상기 단열 하우징은 상기 단열 차폐 주위로 외부적으로위치한 실리콘 잉곳의 초크랄스키 성장방법.
  36. 제 32 항에 있어서, 상기 단열 차폐는 상기 벽의 상부 테두리 아래에서 상기 내부 성장영역 내에 위치한 하부 테두리를 가지며, 상기 단열 하우징은 상기 단열 차폐의 상기 하부 테두리 주위로 위치한 실리콘 잉곳의 초크랄스키 성장방법.
  37. 제 22 항에 있어서, 상기 입자 차단장치는 석영, 흑연, 실리콘 카바이드 피복된 흑연 또는 실리콘 카바이드를 함유하는 실리콘 잉곳의 초크랄스키 성장방법.
  38. 제 22 항에 있어서, 상기 고체원료는 적어도 하나의 도판트 재료를 더 포함하는 실리콘 잉곳의 초크랄스키 성장방법.
  39. 제 38 항에 있어서, 상기 도판트 물질은 인, 붕소, 갈륨, 인듐, 알루미늄, 비소 또는 안티몬인 실리콘 잉곳의 초크랄스키 성장방법.
  40. 제 22 항에 있어서, 상기 내부 성장영역 및 상기 외부 공급영역은 내부에서 용융될 실리콘을 함유하는 고체 충전물을 포함하는 실리콘 잉곳의 초크랄스키 성장방법.
  41. 제 40 항에 있어서, 상기 내부 성장영역, 상기 외부 공급영역 또는 이들 모두에서 상기 고체 충전물은 적어도 하나의 도판트 물질을 더 포함하는 실리콘 잉곳의 초크랄스키 성장방법.
  42. 제 1 항에 있어서, 상기 초크랄스키 성장장치는 연속적인 초크랄스키 성장장치인 실리콘 잉곳의 초크랄스키 성장방법.
  43. 제 21 항의 방법을 사용하여 성장시킨 실리콘 잉곳.
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