KR20200109451A - 실리콘 웨이퍼 제조 방법 - Google Patents

실리콘 웨이퍼 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20200109451A
KR20200109451A KR1020190028481A KR20190028481A KR20200109451A KR 20200109451 A KR20200109451 A KR 20200109451A KR 1020190028481 A KR1020190028481 A KR 1020190028481A KR 20190028481 A KR20190028481 A KR 20190028481A KR 20200109451 A KR20200109451 A KR 20200109451A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
silicon
silicon layer
base substrate
heating
Prior art date
Application number
KR1020190028481A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102677831B1 (ko
Inventor
장은수
김정규
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020190028481A priority Critical patent/KR102677831B1/ko
Publication of KR20200109451A publication Critical patent/KR20200109451A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102677831B1 publication Critical patent/KR102677831B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02123—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02203—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being porous
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02532—Silicon, silicon germanium, germanium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02587—Structure
    • H01L21/0259—Microstructure
    • H01L21/02592—Microstructure amorphous
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02587—Structure
    • H01L21/0259—Microstructure
    • H01L21/02595—Microstructure polycrystalline
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02587—Structure
    • H01L21/0259—Microstructure
    • H01L21/02598—Microstructure monocrystalline
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/324—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/7806—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices involving the separation of the active layers from a substrate

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

본 발명은 태양전지용 실리콘 웨이퍼 제조 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 실리콘 웨이퍼의 생산성을 증대시키면서 실리콘 웨이퍼 결정화를 할 수 있는 실리콘 웨이퍼 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법은 베이스 기판 상부에 다공성 실리콘층을 형성하는 실리콘 증착 단계; 상기 베이스 기판의 증착된 상기 다공성 실리콘층을 가열하여 상기 다공성 실리콘층을 비정질 실리콘 또는 결정질 실리콘을 포함하는 공극 제거층으로 전환하는 1차 가열 단계; 및 상기 베이스 기판의 상부에서 상기 공극 제거층 면적의 일부분을 국부적으로 가열하여 상기 비정질 실리콘을 결정화하여 상기 공극 제거층을 결정질 실리콘층으로 전환하는 결정화 단계를 포함하는 것일 수 있다.

Description

실리콘 웨이퍼 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING SILICON WAFER}
본 발명은 태양전지용 실리콘 웨이퍼 제조 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 실리콘 웨이퍼의 생산성을 증대시키면서 실리콘 웨이퍼 결정화를 할 수 있는 실리콘 웨이퍼 제조 방법에 관한 것이다.
실리콘 웨이퍼는 고순도 결정의 규소를 얇게 잘라 표면을 매끈하게 다듬은 것으로 집적 회로를 구성할 수 있는 평면의 판이다.
태양전지에 사용되는 실리콘 혹은 여타 반도체 재료는 단결정(single crystalline), 다결정(multi-crystalline), 폴리결정(poly-crystalline) 혹은 비정질(amorphous)이다. 이 재료들 사이의 핵심 차이는 반도체 재료에서 결정 구조가 규칙적으로 배열된 정도이고, 따라서 반도체 재료는 재료를 구성하는 결정들의 크기에 따라 분류할 수 있다.
실리콘 웨이퍼로 만드는 실리콘 태양전지의 대부분은 단결정 아니면 다결정 (multi-crystalline)이다. 통상 단결정 웨이퍼는 재료특성이 더 양호하나 값이 더 비싸다. 결정 실리콘은 각 원자가 정해진 위치에 이상적으로 놓여 있는 정돈된 결정구조로 되어 있다. 결정 실리콘은 예상할 수 있는 균일한 거동을 하지만, 제조에 요구되는 프로세스가 매우 조심스럽고 느리기 때문에 가장 비싼 실리콘이다.
단결정 웨이퍼는 통상 그 제조 프로세스에 의해 차이가 난다. Czochralski (Cz) 웨이퍼는 가장 흔한 형태의 단결정 실리콘 웨이퍼이고, 태양전지와 집적회로 제작에 사용된다. Cz 웨이퍼를 제조할 때 사용하는 석영 도가니(quartz crucible) 때문에 실리콘 잉곳에 ppm 단위(1018 cm-3 )의 산소(oxygen)가 유입된다. 산소 그 자체는 비교적 무해하나 붕소 도핑과 복합체(complex)를 형성하여 캐리어 수명을 낮춘다. P(인) 도펀트로 만든 n-형 잉곳은 유사한 농도의 산소를 가지지만, 더 낮은 저항 혹은 Ga 도펀트를 사용한 웨이퍼와 같이 열화 효과(degradation effect)를 나타내지 않는다.
상업용 웨이퍼로 Cz 웨이퍼가 가장 널리 사용되지만, Cz 웨이퍼는 다량의 산소를 포함하고 있기 때문에, 고효율 실험실 태양전지나 틈새시장 (niche market) 태양전지용으로는 여러 가지 단점을 가지고 있다. 산소 불순물은 태양전지에서 소수 캐리어의 수명을 단축시켜 결과적으로는 전압, 전류 및 효율을 낮추게 된다. 게다가 산소와 그리고 다른 원소와 산소와의 복합체가 고온에서 활성화되기 때문에 고온 공정에서 웨이퍼를 매우 민감하게 만든다. 이런 문제를 극복하기 위해 플로트 존(Float Zone: FZ) 웨이퍼를 사용할 수도 있다. 플로트 존 방법은 매우 순도가 높은 단결정 영역을 만들어 준다. 다만, 직경이 큰 잉곳을 만들기 어렵다는 것 때문에 그리고 높은 비용 때문에 FZ 웨이퍼는 통상 실험용 태양전지나 혹은 상업용 생산에서도 흔하지 않은 용도에만 사용된다.
한국등록특허 제10-0171067호에 "단결정 SOI 웨이퍼 제조방법"이 개시되고 있다.
한국등록특허 제10-0171067호
본 발명은 태양전지용 실리콘 웨이퍼 제조 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 실리콘 웨이퍼의 생산성을 증대시키면서 실리콘 웨이퍼 결정화를 할 수 있는 실리콘 웨이퍼 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법은 베이스 기판 상부에 다공성 실리콘층을 형성하는 실리콘 증착 단계; 상기 베이스 기판의 증착된 상기 다공성 실리콘층을 가열하여 상기 다공성 실리콘층을 비정질 실리콘 또는 결정질 실리콘을 포함하는 공극 제거층으로 전환하는 1차 가열 단계; 및 상기 베이스 기판의 상부에서 상기 공극 제거층 면적의 일부분을 국부적으로 가열하여 상기 비정질 실리콘을 결정화하여 상기 공극 제거층을 결정질 실리콘층으로 전환하는 결정화 단계를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법의 상기 실리콘 증착 단계에서 상기 다공성 실리콘층은 CVD, 증발(evaporation) 스퍼터링(sputtering) 및 코팅(coating) 중 하나 이상의 방식으로 형성되는 것일 수 있다.
본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법의 상기 실리콘 증착 단계에서 상기 다공성 실리콘층은 1μm 내지 1000mm 의 두께로 형성되는 것일 수 있다.
본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법의 상기 1차 가열 단계에서 상기 다공성 실리콘층을 가열하는 1차 가열 열원은 상기 다공성 실리콘층의 상부에서 상기 다공성 실리콘층의 상부 면을 가열하는 것일 수 있다.
본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법에서 상기 다공성 실리콘층의 상부가 상기 공극 제거층으로 전환되는 것일 수 있다.
본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법에서 상기 공극 제거층으로 전환되는 층의 두께는 1μm 내지 300μm 이며, 상기 공극 제거층으로 전환되지 않고 상기 다공성 실리콘층으로 남는 층의 두께는 5μm 이상인 것일 수 있다.
본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법의 상기 1차 가열 단계에서 가열 온도는 실리콘의 용융점 이하인 것일 수 있다.
본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법에서 상기 공극 제거층을 가열하기 위한 부분가열 히터는 코일 히터, 램프 히터 및 레이저 중 하나 이상인 것일 수 있다.
본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법에서 상기 공극 제거층을 가열하기 위한 부분가열 히터의 위치를 기준으로 상기 베이스 기판은 상기 베이스 기판 표면에 평행한 방향인 제1 방향으로 상대적으로 이동되는 것일 수 있다.
본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법에서 상기 부분가열 히터는 상기 베이스 기판 표면에 평행하고 상기 제1 방향에 수직한 방향으로 연장되는 것일 수 있다.
본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법에서 상기 부분가열 히터는 상기 공극 제거층을 실리콘의 용융온도 이상에서 가열하는 것일 수 있다.
본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법에서 상기 부분가열 히터의 상부에는 상기 부분가열 히터에서 방사되는 열을 반사시켜 상기 베이스 기판으로 향하도록 하는 반사 수단이 마련되는 것일 수 있다.
본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법은 상기 결정화 단계 이후에, 상기 결정질 실리콘층을 상기 베이스 기판에서 분리하는 분리 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법의 상기 결정화 단계에서 상기 다공성 실리콘층의 상측 일부만을 상기 결정질 실리콘층으로 전환하고, 상기 분리 단계에서 상기 결정질 실리콘층과 상기 베이스 기판 사이에 형성된 상기 다공성 실리콘층을 절단하여 상기 결정질 실리콘층을 분리하는 것일 수 있다.
본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법은 실리콘 증착 단계에서 베이스 기판에 결정질 실리콘층을 바로 형성하는 것이 아닌 다공성 실리콘층을 빠르게 베이스 기판에 형성한 다음 후공정으로 실리콘을 결정화하는 것으로 실리콘 웨이퍼 제조의 생산성을 높일 수 있다.
본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법은 다공성 실리콘층을 절단하여 결정질 실리콘층을 베이스 기판으로 분리하는 것으로, 결정질 실리콘층을 쉽고 안정적으로 베이스 기판에서 분리할 수 있다.
본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법은 결정화 단계에서 불순물이 용융영역을 따라 제거되기 때문에 고순도의 결정질 실리콘층을 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법을 나타내는 개념도이다.
도 3 및 4는 결정화 단계에서 베이스 기판과 부분가열 히터를 나타내는 사시도이다.
도 5는 결정화 단계에서 베이스 기판과 부분가열 히터의 다른 실시예를 나타내는 측면도이다.
도 6은 분리 단계에서 결정질 실리콘층의 분리를 나타내는 개념도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
본 발명의 설명에 있어서, 유의하여야 할 점은 용어 "중심", "상", "하" "좌", "우", "수직", "수평", "내측", "외측" 등이 지시한 방위 또는 위치 관계는 도면에서 나타낸 방위 또는 위치 관계, 또는 평소에 본 발명 제품을 사용할 시 배치하는 방위 또는 위치관계에 기초한 것이고, 본 발명의 설명과 간략한 설명을 위한 것일 뿐, 표시된 장치 또는 소자가 반드시 특정된 방위를 가지고 특정된 방위로 구성되거나 조작되어야 하는 것을 제시 또는 암시하는 것이 아니므로 본 발명을 제한하는 것으로 이해해서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법을 나타내는 블록도이다. 도 2는 본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법을 나타내는 개념도이다. 도 3 및 4는 결정화 단계(S300)에서 베이스 기판(110)과 부분가열 히터(220)를 나타내는 사시도이다. 도 5는 결정화 단계(S300)에서 베이스 기판(110)과 부분가열 히터(220)의 다른 실시예를 나타내는 측면도이다. 도 6은 분리 단계에서 결정질 실리콘층(140)의 분리를 나타내는 개념도이다.
이하, 도 1 내지 6을 참조하며, 본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법에 대한 상세한 설명을 한다.
도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법은 베이스 기판(110) 상부에 다공성 실리콘층(120)을 형성하는 실리콘 증착 단계(S100), 베이스 기판(110)의 증착된 다공성 실리콘층(120)을 가열하여 다공성 실리콘층(120)을 비정질 실리콘 또는 결정질 실리콘을 포함하는 공극 제거층(130)으로 전환하는 1차 가열 단계(S200) 및 베이스 기판(110)의 상부에서 공극 제거층(130) 면적의 일부분을 국부적으로 가열하여 비정질 실리콘을 결정화하여 공극 제거층(130)을 결정질 실리콘층(140)으로 전환하는 결정화 단계(S300)를 포함하는 것일 수 있다.
실리콘 증착 단계(S100)에서 다공성 실리콘층(120)은 CVD, 증발(evaporation), 스퍼터링(sputtering) 및 코팅(coating) 중 하나 이상의 방식으로 형성되는 것일 수 있다. 다공성 실리콘층(120)은 실리콘 전구체를 베이스 기판(110)의 상부 면에 도포함으로써 형성될 수 있다. CVD 방식으로 베이스 기판(110)에 실리콘을 증착할 때, 수μm/min 이상의 속도로 결정을 빠르게 성장시키게 되면 증착된 실리콘층의 결정성이 저하된다. 따라서, 베이스 기판(110)에 바로 결정질 실리콘층(140)을 형성하는 것은 일정 속도 이하로만 가능하게 되며, 이러한 결정 성장 속도의 한계는 생산성 저하로 이어지게 된다.
본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법은 실리콘 증착 단계(S100)에서 베이스 기판(110)에 결정질 실리콘층(140)을 바로 형성하는 것이 아닌 다공성 실리콘층(120)을 빠르게 베이스 기판(110)에 형성한 다음 후공정으로 실리콘을 결정화하는 것으로 실리콘 웨이퍼 제조의 생산성을 높일 수 있다.
실리콘 증착 단계(S100)에서 다공성 실리콘층(120)은 1μm 내지 1000mm 의 두께로 형성되는 것일 수 있다. 결정화 단계(S300) 이후 결정질 실리콘층(140)을 베이스 기판(110)에서 분리하여 웨이퍼로 사용할 수도 있고, 베이스 기판(110)과 결정질 실리콘층(140)이 결합된 상태로 웨이퍼로 사용할 수도 있다. 결정질 실리콘층(140)을 베이스 기판(110)에서 분리하여 웨이퍼로 사용할 경우에, 실리콘 증착 단계(S100)에서 다공성 실리콘층(120)은 6μm 내지 1000mm 의 두께로 형성되는 것이 바람직할 수 있다. 다공성 실리콘층(120)은 공극을 포함하는 실리콘층으로, 결정질 실리콘층(140)보다 강도가 약한 실리콘층일 수 있다.
태양전지에서 요구되는 실리콘 웨이퍼의 두께 얇을수록 좋으나 웨이퍼의 내구성을 고려하여 1μm 이상의 실리콘층 베이스 기판(110)에 형성하는 것이 바람직할 수 있다. 본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법은 다공성 실리콘층(120)의 상층부를 결정질 실리콘층(140)으로 결정화하고, 결정질 실리콘층(140)을 분리한 다음 남은 다공성 실리콘층(120)의 상층부를 다시 결정질 실리콘층(140)으로 결정화하여 분리하며서 반복적으로 공정을 수행할 수 있다. 따라서, 한번에 많은 다공성 실리콘층(120)을 실리콘 증착 단계(S100)에서 형성하는 것이 유리할 수 있으나, 실리콘의 증착되는 시간을 고려하여 한번의 실리콘 증착 단계(S100)에서 1000mm이하로 다공성 실리콘층(120)을 베이스 기판(110)에 증착하는 것이 바람직할 수 있다. 베이스 기판(120)을 분리하지 않고, 베이스 기판(120)을 포함하여 태양 전지 웨이퍼로 사용할 경우에는 실리콘 증착 단계(S100)에서 1μm 내지 300μm의 두께로 다공성 실리콘층(120)이 베이스 기판(120)에 증착될 수 있다.
일실시예로, 본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법에서 실리콘 증착 단계(S100)에서 베이스 기판(110) 상부에 형성된 다공성 실리콘층(120)이 형성되고, 1차 가열단계 및 결정화 단계(S300)에서 다공성 실리콘층(120)의 하부는 다공성 실리콘을 유지한 채 다공성 실리콘층(120)의 상부만 결정질 실리콘층(140)으로 전환되고, 남은 다공성 실리콘층(120)을 절단하여 베이스 기판(110)에서 결정질 실리콘층(140)을 분리할 수 있다. 따라서, 더 바람직하게는 여유분의 다공성 실리콘층(120)을 고려하여, 다공성 실리콘층(120)은 6μm 이상의 두께로 형성될 수 있다.
1차 가열 단계(S200)는 다공성 실리콘층(120)에 열을 가해 실리콘에 형성된 공극을 제거하는 것으로, 다공성 실리콘을 비정질 실리콘 또는 결정질 실리콘으로 전환하는 단계일 수 있다. 즉, 1차 가열 단계(S200)는 다공성 실리콘층(120)에 열을 가해 다공성 실리콘층(120)에 형성된 공극을 제거함으로써, 공극 제거층(130)을 형성하는 단계일 수 있다.
공극 제거층(130)은 비정질 실리콘 및 결정질 실리콘이 부분적으로 영역을 이루며 섞여 있는 층으로, 결정질 실리콘 및 비정질 실리콘 영역 간에 경계를 형성하여 불연속적으로 일부분만 결정이 형성된 상태이다. 공극 제거층(130)의 형성 목적은 면 전체를 완전히 결정화하기 전에 실리콘 내부의 공극 제거를 통해 결정화 시 결정내 결함이 생성되는 것을 억제하기 위한 것일 수 있다.
1차 가열 단계(S200)에서 다공성 실리콘층(120)을 가열하는 1차 가열 열원(210)은 다공성 실리콘층(120)의 상부에서 다공성 실리콘층(120)의 상부 면을 가열하는 것일 수 있다. 본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법에서는 실리콘 증착 단계(S100)에서 증착된 다공성 실리콘층(120) 전체를 결정화하는 것이 아니라 상부로부터 일정 깊이까지만 결정질 실리콘층(140)으로 결정화시키고, 다공성 실리콘층(120)의 하부는 다공성 실리콘으로 유지하여 결정화 단계(S300) 이후에 결정질 실리콘층(140)을 베이스 기판(110)에서 분리하기 위한 절개 면으로 활용될 수 있다. 따라서, 1차 가열 열원(210)은 다공성 실리콘층(120)의 상부 면에 열을 가하는 것이 바람직할 수 있다.
1차 가열 단계(S200)에서 베이스 기판(110)은 전기로 투입되어 1차 가열될 수 있으며, 전기로에 설치되는 1차 가열 열원(210)은 전기로의 상부에 마련될 수 있다.
다공성 실리콘층(120)의 상부가 상기 공극 제거층(130)으로 전환되며, 공극 제거층(130)으로 전환되는 층의 두께는 1μm 내지 300 μm 이며, 공극 제거층(130)으로 전환되지 않고 다공성 실리콘층(120)으로 남는 층의 두께는 5μm 이상인 것일 수 있다.
공극 제거층(130)은 후공정으로 결정화가 되어 결정질 실리콘층(140)으로 변환되고, 최종적으로는 실리콘 웨이퍼가 되는 층이기 때문에 공극 제거층(130)의 두께는 1μm 내지 300 μm가 바람직할 수 있다.
절개면으로 이용되는 다공성 실리콘층(120)이 너무 얇게 되면 결정질 실리콘층(140)을 분리할 때, 결정질 실리콘층(140) 또는 베이스 기판(110)이 손상될 수 있다. 따라서, 1차 가열 단계(S200) 이후 남는 다공성 실리콘층(120)으로 남는 층은 두께는 5μm 이상이 되는 것이 바람직할 수 있다.
1차 가열 단계(S200)에서 가열 온도는 실리콘의 용융점 이하인 것일 수 있다. 바람직하게는 1차 가열 단계(S200)에서 가열 온도는 실리콘의 연화점 이상 및 실리콘의 용융점 이하인 것일 수 있다. 즉, 가열 온도는 1000℃ 내지 1414℃인 것이 바람직할 수 있다. 1차 가열 단계(S200)는 실리콘에 포함되어 있는 공극을 제거하여 연속된 실리콘층을 형성하기 위한 단계이다. 따라서, 연속된 실리콘층이 굴곡이 없는 평면으로 형성될 수 있도록, 용융점 이하의 온도에서 공극을 안정적 제거하는 것이 바람직할 수 있다.
1차 가열 단계(S200)에서 1차 가열 열원(210)은 다공성 실리콘층(120)의 상부면 전체를 균일하게 가열하는 열원일 수 있다. 공극 제거층(130)은 균일한 두께로 형성되는 것이 바람직하며, 따라서, 1차 가열 열원(210)은 동일한 열을 공극 제거층(130)의 표면에서 고르게 공급할 수 있다.
결정화 단계(S300)에서 공극 제거층(130)을 가열하기 위한 부분가열 히터(220)는 코일 히터, 램프 히터 및 레이저 중 하나 이상인 것일 수 있다. 부분가열 히터(220)는 공극 제거층(130) 면적의 일부 영역에 열을 집중하여 공급할 필요가 있을 수 있다. 공극 제거층(130)에 열을 공급하는 방식은 복사전달로 국부영역에 열을 조사하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 부분가열 히터(220)는 복사열을 발생시키기 용이한 열원인 코일 히터, 램프 히터, 레이저 등일 수 있다. 열원장치는 단일 종류의 장치가 사용될 수도 있고, 이종의 장치가 동시에 사용될 수도 있다. 예를 들어, 메인 열원으로 램프 히터 또는 코일 히터를 사용하고, 공극 제거층(130)의 일정 깊이를 안에서 가열이 필요할 시에는 레이저를 보조 열원으로 사용할 수 있다.
결정화 단계(S300)에서 부분가열 히터(220)는 공극 제거층(130)의 상부 면에서 일부의 영역에만 복사열을 전달할 수 있다. 즉, 부분가열 히터(220)는 공극 제거층(130)의 상부 면의 일부분에만 대면 되도록 위치할 수 있다.
도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 결정화 단계(S300)에서 공극 제거층(130)을 가열하기 위한 부분가열 히터(220)의 위치를 기준으로 베이스 기판(110)은 베이스 기판(110) 표면에 평행한 방향인 제1 방향으로 상대적으로 이동되는 것일 수 있다. 구체적으로는, 공극 제거층(130)을 가열하기 위한 부분가열 히터(220)의 위치가 고정된 상태에서 베이스 기판(110)은 베이스 기판(110) 표면에 평행한 방향인 제1 방향으로 이동되거나, 반대로 베이스 기판(110)의 위치가 고정된 상태에서 부분가열 히터(220)가 베이스 기판(110) 표면에 평행한 방향인 제1 방향의 반대 방향으로 이동하는 것일 수 있다.
부분가열 히터(220)는 베이스 기판(110) 표면에 평행하고 제1 방향에 수직한 방향으로 연장되는 것일 수 있다. 부분가열 히터(220)의 길이방향으로의 길이는 제1 방향에 수직한 방향으로의 베이스 기판(110)의 길이보다 더 길 수 있다.
부분가열 히터(220)에서 조사되는 열은 부분가열 히터(220)와 대면하는 공극 제거층(130)의 표면의 영역에 집중될 수 있다. 부분가열 히터(220)는 공극 제거층(130)을 실리콘의 용융온도 이상에서 가열하는 것일 수 있다. 즉, 부분가열 히터(220)는 1414℃ 이상으로 공극 제거층(130)을 가열하고, 부분가열 히터(220)와 대면하는 공극 제거층(130)은 용융되어 용융영역(150)을 형성할 수 있다. 결정화 단계(S300)에서 부분가열 히터(220)로 공극 제거층(130)을 가열하는 것과 동시에 베이스 기판(110)은 제1 방향으로 이동되면서, 부분가열 히터(220)가 공극 제거층(130) 전체를 훑고 지나갈 수 있다. 베이스 기판(110)이 이동함에 따라 부분가열 히터(220)와 대면하는 용융영역(150) 또한 베이스 기판(110) 상에서 이동하게 되고, 용융영역(150)이 지나간 영역은 굳으면서 결정화가 진행되고 결정질 실리콘층(140)으로 형성될 수 있다.
베이스 기판(110) 상에서 용융영역(150)은 베이스 기판(110)의 이동 방향의 반대 방향으로 따라 천천히 이동한다. 용융영역(150)에서의 불순물은 고체화된 영역에 포함되기보다는 용융영역(150)을 따라가기 때문에, 용융영역(150)이 통과된 후에 매우 순도가 높은 단결정 영역을 만들어 진다.
부분가열 히터(220)의 상부에는 부분가열 히터(220)에서 방사되는 열을 반사시켜 베이스 기판(110)으로 향하도록 하는 반사 수단(230)이 마련되는 것일 수 있다. 반사 수단(230)은 부분가열 히터(220)가 방사하는 전자기파의 파장 대를 흡수하지 않고 대부분 반사하는 소재로 제작되는 것이 바람직할 수 있다. 반사 수단(230)에는 오목부가 형성되고, 부분가열 히터(220)는 오목부로 열을 방사하며, 방사된 열은 반사 수단(230)에 의해 반사되어 용융영역(150)으로 수렴될 수 있다.
결정화 단계(S300) 이후에, 결정질 실리콘층(140)을 베이스 기판(110)에서 분리하는 분리 단계를 더 포함할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 결정화 단계(S300)에서 다공성 실리콘층(120)의 상측 일부만을 결정질 실리콘층(140)으로 전환하고, 분리 단계에서 결정질 실리콘층(140)과 베이스 기판(110) 사이에 형성된 다공성 실리콘층(120)을 절단하여 결정질 실리콘층(140)을 분리할 수 있다. 구체적으로는 결정질 실리콘층(140)과 베이스 기판(110) 사이에 형성된 다공성 실리콘층(120)에 양성자 이온을 주입하여 분리할 수 있다. 다공성 실리콘층(120)은 결정질 실리콘층(140)보다 강도가 약하기 때문에 쉽게 분리될 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
110...베이스 기판 120...다공성 실리콘층
130...공극 제거층 140...결정질 실리콘층
150...용융영역 210...1차 가열 열원
220...부분가열 히터 230...반사 수단

Claims (14)

  1. 베이스 기판 상부에 다공성 실리콘층을 형성하는 실리콘 증착 단계;
    상기 베이스 기판의 증착된 상기 다공성 실리콘층을 가열하여 상기 다공성 실리콘층을 비정질 실리콘 또는 결정질 실리콘을 포함하는 공극 제거층으로 전환하는 1차 가열 단계; 및
    상기 베이스 기판의 상부에서 상기 공극 제거층 면적의 일부분을 국부적으로 가열하여 상기 비정질 실리콘을 결정화하여 상기 공극 제거층을 결정질 실리콘층으로 전환하는 결정화 단계를 포함하는 것인 실리콘 웨이퍼 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘 증착 단계에서 상기 다공성 실리콘층은 CVD, 증발(evaporation) 스퍼터링(sputtering) 및 코팅(coating) 중 하나 이상의 방식으로 형성되는 것인 실리콘 웨이퍼 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘 증착 단계에서 상기 다공성 실리콘층은 1μm 내지 1000mm 의 두께로 형성되는 것인 실리콘 웨이퍼 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 1차 가열 단계에서 상기 다공성 실리콘층을 가열하는 1차 가열 열원은 상기 다공성 실리콘층의 상부에서 상기 다공성 실리콘층의 상부 면을 가열하는 것인 실리콘 웨이퍼 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 다공성 실리콘층의 상부가 상기 공극 제거층으로 전환되는 것인 실리콘 웨이퍼 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 공극 제거층으로 전환되는 층의 두께는 1μm 내지 300μm 이며, 상기 공극 제거층으로 전환되지 않고 상기 다공성 실리콘층으로 남는 층의 두께는 5μm 이상인 것인 실리콘 웨이퍼 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 1차 가열 단계에서 가열 온도는 실리콘의 용융점 이하인 것인 실리콘 웨이퍼 제조 방법
  8. 제1항에 있어서,
    상기 결정화 단계에서,
    상기 공극 제거층을 가열하기 위한 부분가열 히터는 코일 히터, 램프 히터 및 레이저 중 하나 이상인 것인 실리콘 웨이퍼 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 결정화 단계에서,
    상기 공극 제거층을 가열하기 위한 부분가열 히터의 위치를 기준으로 상기 베이스 기판은 상기 베이스 기판 표면에 평행한 방향인 제1 방향으로 상대적으로 이동되는 것인 실리콘 웨이퍼 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 부분가열 히터는 상기 베이스 기판 표면에 평행하고 상기 제1 방향에 수직한 방향으로 연장되는 것인 실리콘 웨이퍼 제조 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 부분가열 히터는 상기 공극 제거층을 실리콘의 용융온도 이상에서 가열하는 것인 실리콘 웨이퍼 제조 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 부분가열 히터의 상부에는 상기 부분가열 히터에서 방사되는 열을 반사시켜 상기 베이스 기판으로 향하도록 하는 반사 수단이 마련되는 것인 실리콘 웨이퍼 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 결정화 단계 이후에,
    상기 결정질 실리콘층을 상기 베이스 기판에서 분리하는 분리 단계를 더 포함하는 것인 실리콘 웨이퍼 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 결정화 단계에서 상기 다공성 실리콘층의 상측 일부만을 상기 결정질 실리콘층으로 전환하고,
    상기 분리 단계에서 상기 결정질 실리콘층과 상기 베이스 기판 사이에 형성된 상기 다공성 실리콘층을 절단하여 상기 결정질 실리콘층을 분리하는 것인 실리콘 웨이퍼 제조 방법.
KR1020190028481A 2019-03-13 2019-03-13 실리콘 웨이퍼 제조 방법 KR102677831B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190028481A KR102677831B1 (ko) 2019-03-13 2019-03-13 실리콘 웨이퍼 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190028481A KR102677831B1 (ko) 2019-03-13 2019-03-13 실리콘 웨이퍼 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200109451A true KR20200109451A (ko) 2020-09-23
KR102677831B1 KR102677831B1 (ko) 2024-06-24

Family

ID=72708355

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190028481A KR102677831B1 (ko) 2019-03-13 2019-03-13 실리콘 웨이퍼 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102677831B1 (ko)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR0171067B1 (ko) 1994-12-05 1999-03-30 문정환 단결정 soi웨이퍼 제조방법
JP2931204B2 (ja) * 1994-03-16 1999-08-09 株式会社フジクラ 半導体発光装置の製造方法
KR20000022995A (ko) * 1998-09-04 2000-04-25 미다라이 후지오 반도체기판 및 그 형성방법
JP2001119003A (ja) * 1999-10-22 2001-04-27 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 多結晶半導体膜の製造方法
JP2003100638A (ja) * 2001-07-16 2003-04-04 Seiko Epson Corp 半導体薄膜及び薄膜トランジスタの製造方法、電気光学装置及び電子機器
KR20060081296A (ko) * 2005-01-08 2006-07-12 삼성코닝 주식회사 실리콘 필름의 제조방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2931204B2 (ja) * 1994-03-16 1999-08-09 株式会社フジクラ 半導体発光装置の製造方法
KR0171067B1 (ko) 1994-12-05 1999-03-30 문정환 단결정 soi웨이퍼 제조방법
KR20000022995A (ko) * 1998-09-04 2000-04-25 미다라이 후지오 반도체기판 및 그 형성방법
JP2001119003A (ja) * 1999-10-22 2001-04-27 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 多結晶半導体膜の製造方法
JP2003100638A (ja) * 2001-07-16 2003-04-04 Seiko Epson Corp 半導体薄膜及び薄膜トランジスタの製造方法、電気光学装置及び電子機器
KR20060081296A (ko) * 2005-01-08 2006-07-12 삼성코닝 주식회사 실리콘 필름의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR102677831B1 (ko) 2024-06-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8591851B2 (en) Methods and apparatuses for manufacturing cast silicon from seed crystals
TWI445851B (zh) 用以製備幾何型多晶鑄態矽的方法及裝置及用於光電技術之幾何型多晶鑄態矽體
CN101370970B (zh) 制造单晶铸硅的方法和装置以及用于光电领域的单晶铸硅实体
AU2008279411B2 (en) Methods for manufacturing cast silicon from seed crystals
JPS6289367A (ja) 太陽電池用大面積シリコン結晶体の製造方法
KR102677831B1 (ko) 실리콘 웨이퍼 제조 방법
KR102708283B1 (ko) 실리콘 웨이퍼 제조 방법
KR102601668B1 (ko) 실리콘 웨이퍼 제조 방법
JP2014009115A (ja) 基板製造方法
KR20090046301A (ko) 단결정 기판 제조방법 및 이를 이용한 태양전지 제조방법
JPH04298020A (ja) シリコン薄膜結晶の製造方法
WO2022130651A1 (ja) 薄板状単結晶製造装置および薄板状単結晶製造方法
Eyer et al. Silicon sheets grown from powder layers by a zone melting process
JP2000286209A (ja) 薄膜半導体結晶の溶融再結晶化方法
CN108010832B (zh) SiGe材料及其制备方法
CN109137063B (zh) 一种高质量多晶硅薄膜的制备方法和制备装置
JP2000264618A (ja) 板状シリコン多結晶の製造方法
JP2022094878A (ja) 薄板状単結晶製造装置および薄板状単結晶製造方法
JPH05294791A (ja) 多結晶基板の製造方法および製造装置
JP2007184496A (ja) 結晶半導体粒子の製造方法および光電変換装置
JPS60257123A (ja) 表面層帯溶融結晶成長装置
JPS5946110B2 (ja) シリコンタイヨウデンチノセイゾウホウホウ
JPH06163404A (ja) 多結晶半導体薄膜の製造方法
TWM494790U (zh) 二次長晶結構
JPH0346431B2 (ko)

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant