KR20190088653A - 실리콘 단결정 성장 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

실시예는 단결정의 숄더가 수직방향으로 성장하는 (a) 단계 상기 수직 성장 이후, 상기 숄더가 수평 성장하는 (b) 단계; 상기 숄더가 수평 성장 이후, 상기 숄더가 하부로 볼록한 형태로 성장하는 (c)단계;를 포함하고, 상기 숄더는 상기 숄더의 최종 직경 및 상기 (b)와(c) 단계에 따른 숄더성장 높이에 기초하여, 기 설정된 비율로 성장하는 실리콘 단결정 성장 방법을 제공한다.

Description

실리콘 단결정 성장 방법 및 장치{Method and apparatus for silicon single crystal growth}
실시예는 단결정 잉곳의 안정한 산소농도를 제어할 수 있는 실리콘 단결정 성장 방법 및 장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
일반적으로 단결정실리콘을 제조하는 방법으로서, 플로우팅존(FZ: Floating Zone)법 또는 초크랄스키(CZ:CZochralski)법이 많이 이용되고 있다. FZ 법을 적용하여 단결정 잉곳을 성장시키는 경우, 대구경의 실리콘 웨이퍼를 제조하기 어려울 뿐만 아니라 공정 비용이 매우 비싼 문제가 있기 때문에, CZ 법에 의하여 단결정 잉곳을 성장시키는 것이 일반화되어 있다.
CZ 법에 의하면, 석영 도가니에 폴리실리콘(poly silicon)을 장입하고, 흑연 히터를 가열하여 이를 용융시킨 후, 용융 결과 형성된 실리콘 융액에 시드 결정(Seed Crystal)을 침지시키고, 실리콘 융액 계면에서 결정화가 일어나도록 하여 시드 결정을 회전하면서 인상시킴으로써 단결정 잉곳이 성장된다.
도 1은 종래 발명에 따른 숄더 직경과 산소 농도의 관계를 도시한 도면이다.
도1을 참조하면, 상기 산소농도는 실리콘 융액 표면에서 밖으로 휘발하면서 감소된다. 그러나, 숄더가 성장할수록, 증가하는 숄더의 직경은 실리콘 융액 표면을 덮어 주어 산소가 휘발할 수 있는 면적을 감소시키기 때문에 휘발되지 않은 산소는 숄더가 성장할수록 숄더에 유입되어 숄더 성장 시, 산소 농도가 증가할 수 있다.
종래의 기술에 따른 실리콘 단결정 성장 방법 및 장치는 숄더의 직경 증가에 따른 실리콘 융액의 산소 휘발이 고려되지 않아, 실리콘 잉곳의 직경부의 초기 산소농도는 제어 가능하여도 면내방향 산소농도 제어가 고려되지 않은 문제점이 있다.
실시예는 단결정 성장 시, 안정한 산소농도를 제어할 수 있도록, 단결정 숄더의 최종 직경 및 상기 숄더의 수평 성장 시작 부분과 상기 숄더의 성장 완료 시점까지의 높이가 기 설정된 비율이 되도록 상기 인상수단의 인상속도를 제어하는 실리콘 단결정 성장 방법에 관한 것이다.
실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
실시예에 따른 실리콘 단결정 성장 방법은 단결정의 숄더가 수직방향으로 성장하는 (a) 단계; 상기 수직 성장 이후, 상기 숄더가 수평 성장하는 (b) 단계; 상기 숄더가 수평 성장 이후, 상기 숄더가 하부로 볼록한 형태로 성장하는 (c)단계;를 포함하고, 상기 숄더는 상기 숄더의 최종 직경 및 상기 (b)와(c) 단계에 따른 숄더의 성장 높이에 기초하여, 기 설정된 비율로 성장할 수 있다.
실시예에 따라 상기 (a) 단계는 제1 인상속도로 성장하고, 상기 (b)와 (c)단계는 제2 인상속도로 성장할 수 있다.
실시예에 따라 상기 제1 인상속도는 상기 숄더의 최종 높이의 70%까지 도달하는 평균 인상 속도로 성장할 수 있다.
실시예에 따라 상기 제2 인상속도는 상기 제1 인상 속도의 1.125~1.375배 일 수 있다.
실시예에 따라 상기 (b) 구간의 숄더의 높이는 상기 (c) 구간의 숄더의 높이 보다 높을 수 있다.
실시예에 따라 상기 숄더 최종 직경과 상기 (b) 구간의 숄더의 높이 간의 비율은 0.3 이상일 수 있다.
실시예에 따라 상기 (b)구간의 높이는 90mm 이상일 수 있다.
실시예에 따른 실리콘 단결정 성장 장치는 실리콘 융액을 수용하는 도가니; 상기 도가니에 수용된 실리콘 융액으로부터 단결정을 인상하는 인상수단; 상기 단결정의 인상속도를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 단결정의 숄더가 수직방향으로 성장하고, 상기 수직 성장 이후, 상기 숄더가 수평 성장하고, 상기 숄더가 수평 성장 이후, 상기 숄더가 하부로 볼록한 형태로 성장하도록 상기 인상수단을 제어할 수 있다.
실시예에 따라 상기 제어부는 상기 숄더의 최종 직경 및 상기 숄더의 수평 성장 시작 부분과 상기 숄더의 성장 완료 시점까지의 높이가 기 설정된 비율이 되도록 상기 인상수단의 인상속도를 제어할 수 있다.
상기 본 발명의 양태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.
본 발명에 일 실시예에 따른 실리콘 단결정 성장 방법에 대한 효과를 설명하면 다음과 같다.
실시예의 실리콘 단결정 성장 방법에 따르면, 단결정 잉곳의 바디 시작부의 산소농도 수준을 결정하고, 바디 시작부의 산소농도의 방사 구배를 결정하여 양품의 품질을 구현할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명에 대한 실시예들을 제공한다. 다만, 본 발명의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시예로 구성될 수 있다.
도 1은 종래 발명에 따른 숄더 직경과 산소 농도의 관계를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 단결정 성장 장치를 도시한 도면이다
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정의 숄더를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 따른 일 실시예 따른 제1 내지 제3 숄더의 형태 도시한 도면이다.
도 5는 상기 도4의 도시된 실시예에 따른 실리콘 단결정 성장 방법에서 상술한 (b) 구간 및 (c)구간의 높이의 관계를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 숄더의 (b)구간의 높이에 따른 산소구배의 관계를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 (b) 구간의 높이, 최종 직경 및 산소구배의 관계를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
그러나, 본 발명에 일 실시예에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2," "상부" 및 "하부" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서만 이용될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 단결정 성장 장치를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 단결정 잉곳 성장 장치(100)는 챔버(110), 도가니(120), 도가니 지지부(130), 히터(140), 열실드(150), 단열재(160), 인상 수단(170), 및 제어부(180)를 포함할 수 있다.
챔버(110)는 결합하는 위치에 따라 몸체 챔버(body chamber, 111), 돔 챔버(dome chamber, 112), 및 풀 챔버(pull chamber, 113)를 포함할 수 있다.
몸체 챔버(111) 내에는 도가니(120)가 설치될 수 있고, 돔 챔버(112)는 몸체 챔버(111)의 상단에서 덮개부를 형성할 수 있다. 몸체 챔버(111)와 돔 챔버(112)는 다결정 실리콘을 실리콘 단결정 잉곳으로 성장시키기 위한 환경을 제공하는 곳으로, 내부에 수용 공간을 갖는 원통일 수 있다. 풀 챔버(113)는 돔 챔버(112) 상단에 위치하고, 성장된 실리콘 단결정 잉곳을 인상하기 위한 공간일 수 있다.
도가니(120)는 몸체 챔버(111) 내부에 배치될 수 있고, 석영으로 이루어질 수 있다. 도가니 지지부(130)는 도가니(120) 하부에 위치하고, 도가니(120)를 지지할 수 있고, 도가니(120)를 회전시킬 수 있으며, 흑연으로 이루어질 수 있다.
히터(140)는 도가니(120)의 외주면과 이격되도록 몸체 챔버(111) 내에 배치될 수 있으며, 도가니(120)를 가열할 수 있다.
열실드(150)는 도가니(120) 상부에 배치되며, 실리콘 융액(5)으로부터 실리콘 단결정(70)으로 복사되는 열을 차단하고, 히터(140)로부터 발생하는 불순물이 실리콘 단결정(70)으로 침투하는 것을 방지할 수 있다.
열실드(150)는 제1면(151), 제2면(153) 및 제3면(155)을 포함할 할 수 있다. 제1면(151)은 상기 실리콘 융액(5)의 상에 배치되어, 상기 단결정 잉곳(70)의 회전 축과 수직한 방향의 면으로 형성될 수 있다. 제2면(153)은 제1면(151)에서 연장 형성되고, 일정한 곡률반경을 지닌 곡면으로 형성될 수 있다. 제 3면(155)은 제2면(153)의 상기 제1면(151)과 연결되지 않는 단부에서 연장 형성되어 일정한 각도를 지니며 경사진 면으로 형성될 수 있다.
단열재(160)는 히터(140)와 몸체 챔버(111)의 내벽 사이에 설치될 수 있다. 단열재(160)는 히터(140)의 열이 몸체 챔버(111) 외부로 누출되는 것을 차단할 수 있다. 단열재(160)는 측부 단열재, 및 하부 단열재를 포함할 수 있다.
인상 수단(170)은 대상물을 고정하는 고정부(172) 및 대상물을 상승 또는 하강시키는 인상부(174)를 포함할 수 있다. 고정부(172)는 케이블 타입(cable type) 또는 샤프트(shaft type)일 수 있다. 인상부(174)는 모터 등을 이용하여 고정부(172)를 상승 또는 하강시킬 수 있으며, 일정 방향으로 고정부(172)를 회전시킬 수 있다. 즉 인상 수단(170)은 성장하는 단결정 잉곳(10)을 회전시킬 수 있다.
제어부(180) 상기 단결정의 숄더(200)가 수직방향으로 성장하고, 상기 수직 성장 이후, 상기 숄더(200)가 수평 성장하고, 상기 숄더(200)가 수평 성장 이후, 상기 숄더(200)가 하부로 볼록한 형태로 성장하도록 상기 인상수단(170)을 제어할 수 있다.
제어부(180)는 숄더(200)의 최종 직경 및 상기 숄더(200)의 수평 성장 시작 부분과 상기 숄더(200)의 성장 완료 시점까지의 높이가 기 설정된 비율이 되도록 상기 인상수단의 인상속도를 제어할 수 있다.
제어부(180)는 단결정의 숄더(200)의 최종 직경과 숄더의 수평 성장 시작 부분의 높이간의 비율이 0.3이 되도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부(180)는 상기 수평 숄더의 상부의 높이는 90mm 이상이 되도록 제어할 수 있다.
제어부(180)는 상기 숄더의 성장을 위한 단결정의 인상 속도가 상기 단결정의 수직 성장을 위한 단결정의 평균 인상 속도의 1.125~1.375배가 되도록 제어할 수 있다. 이때 상기 평균 이상 속도는 상기 숄더의 최종 높이의 70% 높이까지 성장하는 속도의 평균일수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정의 숄더를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 단결정 성장 공정은 단결정의 숄더가 수직방향으로 성장하는 (a) 단계. 상기 수직 성장 이후, 상기 숄더가 수평 성장하는 (b) 단계; 상기 숄더가 수평 성장 이후, 상기 숄더가 하부로 볼록한 형태로 성장하는 (c)단계;를 포함할 수 있다.
(b) 구간에서는 단결정의 숄더가 원하는 직경에 도달될 때까지 인상 속도를 조절하여 성장 결정의 직경을 확대시킬 수 있다. 숄더 수평 성장에 따른 직경의 증가되는 부분은 이러한 부분은 테이퍼 또는 크라운으로 불린다. 테이퍼가 원하는 직경까지 증가됨에 따라, 결정은 숄더(shoulder)의 상부를 형성할 수 있다.
(c) 구간에서는 단결정의 숄더의 직경이 점차로 감소되어 대체로 숄더의 성장방향으로 볼록한 원추형상일 수 있다.
이때, 상기 숄더(200)에서 수직 성장과 수평 성장의 경계 구간 이후 수평 성장 부분의 시작 부에서 숄더 성장 숄더 성장이 완료되었을 때까지의 높이는 (b)구간과 (c)구간의 합일 일 수 있다.
도 4는 본 발명의 따른 일 실시예 따른 제1 내지 제3 숄더의 형태 도시한 도면이다.
도 4a를 참조하면, 제1 실시예는 제1 숄더(210)의 (b) 구간이 위로 볼록한 형태이다. 또한, 제1 숄더(210)의 (b) 구간은 길이는 제1 숄더(210)의 (c) 구간의 높이보다 길 수 있다.
도 4b를 참조하면, 제2 실시예는 상기 제1 실시예에 비해 제2 숄더(220)의 (b) 구간의 높이가 더 낮은 형태일수 있다. 이때, 상기 제2 숄더(220)의 (c) 구간의 높이는 상기 제1 실시예의 제1 숄더(210)의 (c) 구간의 높이보다 더 높을 수 있다.
도 4c를 참조하면, 제3 실시예는 상기 제2 실시예에 비해 제3 숄더(230)의 (b) 구간의 높이가 더 낮은 형태일수 있다. 이때, 상기 제3 숄더의(230) (c) 구간의 높이는 상기 제2 실시예의 제2 숄더의(220)의 (c) 구간의 높이보다 더 높을 수 있다.
상기 제1 내지 제3 실시예의 숄더(210,220,230)의 모양에 따르면, 숄더(200)의 (b) 구간의 높이가 감소할수록 (c) 구간의 높이는 증가할 수 있다.
숄더(200)의 (b) 구간의 높이가 감소한다는 것은 숄더(200) 의 수평성장이 매우 빨리 진행된 것일 수 있다. 또한 (b) 구간이 평평해 질수록 열의 방출이 잘 되어. (c) 구간은 아래로 더 볼록한 형태가 될 수 있다.
(c) 구간이 아래로 볼록할수록 단결정의 중심부와 가장자리 간의 GAP은 더 커질 수 있다. 이에 따라서, 단결정의 중심부와 가장자리의 산소농도 차이는 증가될 수 있다.
하기 표1은 상기 제1 내지 제3 실시예에 따른 산소구배를 표시하였다.
Case 1 Case 2 Case 3
(b) 높이 90mm 80mm 50mm
(c) 높이 50mm 60mm 80mm
산소구배 0.3 0.5 0.9
상기 표1에 따르면, 제1 실시예는 (b) 구간의 높이 가 90mm일 수 있다. 이때, (c) 구간의 높이가 50mm일 수 있다. 이때, 산소구배는 0.3 일수 있다. 이때 상기 산소구배는 Oi.c과 Oi.e 차이 일 수 있다. 상기 Oi. c 는 웨이퍼의 중심부에서의 산소 농도 일 수 있다. 상기 Oi.e는 웨이퍼의 가장자리에서의 산소 농도 일 수 있다.
상기 산소구배는 웨이퍼의 중심부의 산소농도와 웨이퍼의 가장자리의 산소농도의 차이 일 수 있다.
제 2 실시예는 (b) 구간의 높이가 80mm일 수 있다. (c) 구간의 높이가 60mm일 수 있다. 이때 산소구배는 0.5 일 수 있다.
제 3 실시예는 (b) 구간의 높이가 50mm일 수 있다. (c) 구간 의 높이가 80mm일 수 있다. 이때 산소구배는 0.9 일 수 있다.
도 5는 상기 도4의 도시된 실시예에 따른 실리콘 단결정 성장 방법에서 상술한 (b) 구간 및 (c)구간의 높이의 관계를 나타낸다. 도4에 도시된 그래프의 x축은 (b) 구간의 높이이고, y축은 (c) 구간의 높이를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 숄더(200)의 (b) 구간의 높이가 커질수록, (c) 구간의 높이는 작아지는 것을 알 수 있다. 또한, (c) 구간의 높이가 커질수록, (b) 구간의 높이는 작아지는 것을 알 수 있다, 따라서, 상기 (c) 구간의 높이가 증가할수록 산소구배가 증가하므로, 웨이퍼 면내의 산소구배를 감소시키기 위해 (c) 구간의 높이 길이를 감소시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 숄더의 (b)구간의 높이에 따른 산소구배의 관계를 도시한 도면이다.
도 6에 도시된 그래프의 X축은 (b) 구간의 높이이고, y축은 산소구배를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 숄더(200)의 (b) 구간의 높이가 증가할수록 산소구배는 낮아 질 수 있다. 이때, (b) 구간의 높이가 90mm 이상인 경우, 산소구배가 안정적인 수준을 나타내고, (b) 구간의 높이가 90mm 이하인 경우, 산소구배가 값이 급격하게 커질 수 있다. 산소구배의 값이 클수록 웨이퍼 면내방향 산소농도 악화되고, 산소구배의 값이 낮을 수록 양호한 품질을 얻을 수 있다.
따라서, (b) 구간의 높이는 90 mm이상으로 하는 숄더를 성장시켜 양호한 품질의 단결정을 얻을 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 (b) 구간의 높이, 최종 직경 및 산소구배의 관계를 도시한 도면이다.
도 7의 그래프의 x축은 (b) 구간의 높이를 숄더 최종 직경으로 나눈 값이고, 그래프의 y축은 산소구배를 나타낸다.
도 6의 실시예에 따른 실리콘 단결정 성장 방법에 (b) 구간의 높이, 최종 직경 및 산소구배의 관계는 하기 표2에서 나타낼 수 낼 수 있다.
(b) 구간의 높이/최종 직경 산소구배
0.29 0.3
0.26 0.5
0.17 0.9
0.32 0.28
0.22 0.85
0.38 0.2
상기 표2를 참조하면, 상술한 숄더(200)의 (b) 구간의 높이/최종 직경의 값이 0.29인 겨우, 산소구배는 0.3일 수 있다. (b) 구간의 높이/최종 직경의 값이 0.26인 겨우, 산소구배는 0.5일 수 있다. (b) 구간의 높이/최종 직경의 값이 0.17인 겨우, 산소구배는 0.9일 수 있다. (b) 구간의 높이/최종 직경의 값이 0.32인 겨우, 산소구배는 0.28일 수 있다. (b) 구간의 높이/최종 직경의 값이 0.22인 겨우, 산소구배는 0.85일 수 있다. (b) 구간의 높이/최종 직경의 값이 0.38인 겨우, 산소구배는 0.2일 수 있다.
따라서, 본원 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 단결정 성장 방법은 단결정의 숄더 최종 직경과 (b) 구간의 높이 간의 비율을 0.3 이상으로 숄더(200)를 성장시킬 수 있다. 이에 실리콘 단결정 성장 방법에 따른 웨이퍼의 면내의 산소 농도는 안정적으로 제어될 수 있다.
실시예에 따른 실리콘 단결정 성장 방법은, 단결정의 숄더(200)가 수직 성장할 시, 상기 수직 성장 단계에 따른 숄더(200)의 높이에서 70%까지의 평균 인상속도 계산할 수 있다. 상기 평균 이상속도는 제1 인상속도 일 수 있다.
이에 따라, 실리콘 단결정 성장 방법은 숄더 성장 구간에서 상기 제1 이상속도에 대응하는 제2 인상속도로 상기 숄더(200)를 성장시킬 수 있다.
예를 들어, 제어부(180)는 (b) 구간의 높이를 90mm 이상으로 유지하도록 상기 제2 인상속도를 제어할 수 있다.
실시예의 실리콘 단결정 성장 방법에 따른 제1 인상속도, 및 제2 이상속도와 (b) 구간의 높이 관계를 하기 표3 나타낼 수 낼 수 있다.
제1 P/S 제2P/S 배율(제2 P/S/제1 P/S) (b) 구간의 높이
0.8 0.7 0.875 52
0.8 0.75 0.9375 54
0.8 0.8 1 69
0.8 0.85 1.0625 82
0.8 0.9 1.125 91
0.8 1 1.25 99
0.8 1.1 1.375 118
상기 표3에 따르면, 수직 성장 구간의 제1 인상속도가 0.8으로 고정이고, 수평 성장구간의 인사속도가 0.9인 경우, 제2 인상속도는 제1 인상속도에 비해 1.125배로 숄더를 성장시키고, 이때, (b) 구간의 높이는 91mm일 수 있다.
수직 성장 구간의 제1 인상속도가 0.8으로 고정이고, 수평 성장구간의 인사속도가 1인 경우, 제2 인상속도는 제1 인상속도에 비해 1.25배로 숄더를 성장시키고, 이때, (b) 구간의 높이는 99mm일 수 있다.
수직 성장 구간의 제1 인상속도가 0.8으로 고정이고, 수평 성장구간의 인사속도가 1.1인 경우, 제2 인상속도는 제1 인상속도에 비해 1.375배로 숄더를 성장시키고, 이때, (b) 구간의 높이는 118mm일 수 있다.
즉, 본원 발명의 일 실시예에 따른 상기 제2 인상속도는 상기 제1 인상 속도의 1.125~1.375배일 수 있다.
따라서, 본원 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 단결정 성장 방법은 단결정의 수직성장 구간의 제1 성장 속도와 단결정의 수평성장 구간의 제2 성장 속도에 기초하여 단결정의 면 방향 산소농도 구배를 0.3이하로 성장시킬 수 있다.
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.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110: 챔버 120: 도가니
130: 도가니 지지부 140: 발열체
150: 열실드 160: 단열재
170: 인상 수단 180: 제어부
200: 숄더 210: 제1 숄더
220: 제2 숄더 230: 제3 숄더

Claims (9)

  1. 단결정의 숄더가 수직방향으로 성장하는 (a) 단계;
    상기 수직 성장 이후, 상기 숄더가 수평 성장하는 (b) 단계; 및
    상기 숄더가 수평 성장 이후, 상기 숄더가 하부로 볼록한 형태로 성장하는 (c)단계;를 포함하고,
    상기 숄더는 상기 숄더의 최종 직경 및 상기 (b)와(c) 단계에 따른 숄더의 성장 높이에 기초하여, 기 설정된 비율로 성장하는 실리콘 단결정 성장 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 (a) 단계는 제1 인상속도로 성장하고,
    상기 (b)와 (c)단계는 제2 인상속도로 성장하는 실리콘 단결정 성장 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1 인상속도는
    상기 숄더의 최종 높이의 70%까지 도달하는 평균 인상 속도로 성장하는 실리콘 단결정 성장 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제2 인상속도는
    상기 제1 인상 속도의 1.125~1.375배인 실리콘 단결정 성장 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 (b) 구간의 숄더의 높이는
    상기 (c) 구간의 숄더의 높이보다 높은 실리콘 단결정 성장 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 숄더 최종 직경과 상기 (b) 구간의 숄더의 높이 간의 비율은 0.3 이상인 실리콘 단결정 성장 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 (b)구간의 높이는 90mm 이상인 실리콘 단결정 성장 방법.
  8. 실리콘 융액을 수용하는 도가니;
    상기 도가니에 수용된 실리콘 융액으로부터 단결정을 인상하는 인상수단;
    상기 단결정의 인상속도를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 단결정의 숄더가 수직방향으로 성장하고,
    상기 수직 성장 이후, 상기 숄더가 수평 성장하고,
    상기 숄더가 수평 성장 이후, 상기 숄더가 하부로 볼록한 형태로 성장하도록 상기 인상수단을 제어하는 실리콘 단결정 성장 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 숄더의 최종 직경 및 상기 숄더의 수평 성장 시작 부분과 상기 숄더의 성장 완료 시점까지의 높이가 기 설정된 비율이 되도록 상기 인상수단의 인상속도를 제어하는 실리콘 단결정 성장 장치.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112553684A (zh) * 2020-12-14 2021-03-26 新美光(苏州)半导体科技有限公司 超大尺寸半导体单晶硅棒生长方法及单晶硅棒

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11322492A (ja) * 1998-05-20 1999-11-24 Shin Etsu Handotai Co Ltd シリコン単結晶の製造方法
KR20090014957A (ko) * 2007-08-07 2009-02-11 코바렌트 마테리얼 가부시키가이샤 실리콘 단결정의 인상 방법
KR20090078234A (ko) * 2008-01-14 2009-07-17 주식회사 실트론 숄더부 형상이 제어된 단결정 잉곳 및 그 제조방법
KR101193653B1 (ko) * 2010-02-04 2012-10-22 주식회사 엘지실트론 단결정 성장방법
KR20160084987A (ko) * 2015-01-07 2016-07-15 주식회사 엘지실트론 실리콘 단결정 잉곳 제조 방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 실리콘 단결정 잉곳

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10139584A (ja) 1996-11-11 1998-05-26 Sumitomo Sitix Corp 単結晶引上方法およびその装置
JPH11180793A (ja) 1997-12-18 1999-07-06 Sumitomo Sitix Corp 単結晶の引上速度制御方法
US6869477B2 (en) * 2000-02-22 2005-03-22 Memc Electronic Materials, Inc. Controlled neck growth process for single crystal silicon
JP4569103B2 (ja) 2003-12-25 2010-10-27 信越半導体株式会社 単結晶の製造方法
JP5296992B2 (ja) * 2007-01-31 2013-09-25 Ｓｕｍｃｏ Ｔｅｃｈｘｉｖ株式会社 シリコン結晶素材及びその製造方法
US20090038537A1 (en) 2007-08-07 2009-02-12 Covalent Materials Corporation Method of pulling up silicon single crystal
JP2009292662A (ja) 2008-06-03 2009-12-17 Sumco Corp シリコン単結晶育成における肩形成方法
JP5018670B2 (ja) 2008-07-02 2012-09-05 株式会社Ｓｕｍｃｏ 単結晶の育成方法
KR20130119583A (ko) 2012-04-24 2013-11-01 주식회사 케이씨씨 단결정 성장 방법
CN103060900B (zh) 2013-01-24 2016-02-24 天通控股股份有限公司 一种cz法蓝宝石长晶锥形尾部长度的控制方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11322492A (ja) * 1998-05-20 1999-11-24 Shin Etsu Handotai Co Ltd シリコン単結晶の製造方法
KR20090014957A (ko) * 2007-08-07 2009-02-11 코바렌트 마테리얼 가부시키가이샤 실리콘 단결정의 인상 방법
KR20090078234A (ko) * 2008-01-14 2009-07-17 주식회사 실트론 숄더부 형상이 제어된 단결정 잉곳 및 그 제조방법
KR101193653B1 (ko) * 2010-02-04 2012-10-22 주식회사 엘지실트론 단결정 성장방법
KR20160084987A (ko) * 2015-01-07 2016-07-15 주식회사 엘지실트론 실리콘 단결정 잉곳 제조 방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 실리콘 단결정 잉곳

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