KR20210002932A - 실리콘 웨이퍼 제조 방법 - Google Patents

실리콘 웨이퍼 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실리콘 웨이퍼 제조 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 실리콘과 공정점을 형성할 수 있는 이종 물질을 이용하여 실리콘을 결정화하는 것으로 실리콘 웨이퍼를 제조하는 실리콘 웨이퍼 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법은 베이스 기판의 일면에 실리콘 및 이종 물질을 코팅하는 코팅 단계; 상기 베이스 기판의 상기 일면의 국부 면적에 코팅된 상기 실리콘 및 상기 이종 물질이 용융되도록 열원으로 가열하여 상기 실리콘 및 상기 이종 물질이 혼합된 혼합 용융액 상태로 존재하는 용융 영역을 형성하는 용융 단계; 및 상기 베이스 기판 또는 상기 열원을 이동시켜 상기 베이스 기판 상에서 상기 융융 영역이 이동되며, 이동된 상기 용융 영역의 궤적에 실리콘 결정층을 형성하는 실리콘 결정화 단계를 포함하고, 상기 이종 물질과 실리콘은 공정점을 갖는 것일 수 있다.

Description

실리콘 웨이퍼 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING SILICON WAFER}
본 발명은 실리콘 웨이퍼 제조 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 실리콘과 공정점을 형성할 수 있는 이종 물질을 이용하여 실리콘을 결정화하는 것으로 실리콘 웨이퍼를 제조하는 실리콘 웨이퍼 제조 방법에 관한 것이다.
실리콘 웨이퍼는 고순도 결정의 규소를 얇게 잘라 표면을 매끈하게 다듬은 것으로 집적 회로를 구성할 수 있는 평판이다.
태양전지를 비롯한 여타 소자에 반도체 재료로 사용되는 실리콘은 일반적으로 결정 구조가 규칙적으로 배열된 정도에 따라 단결정(single crystalline), 다결정(multi-crystalline) 혹은 비정질(amorphous)로 구분된다.
실리콘 웨이퍼를 이루는 실리콘은 대부분 단결정 또는 다결정이다. 통상 단결정 실리콘 웨이퍼는 재료 특성이 더 양호한 대신 가격이 비싸다. 결정 실리콘은 각 원자가 정해진 위치에 이상적으로 놓여 있는 정돈된 결정구조로 되어 있다. 결정 실리콘은 예상할 수 있는 균일한 거동을 하지만, 제조 공정이 매우 조심스럽고 느리기 때문에 가장 비싼 실리콘이다.
단결정 실리콘 웨이퍼는 통상 그 제조 프로세스에 의해 구분된다. 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 어렵고 제조 단가가 더 비싸다는 문제점이 있다. 높은 비용 때문에 FZ 웨이퍼는 통상 실험용 태양전지나 혹은 상업용 생산에서도 흔하지 않은 용도에만 사용된다.
한국등록특허 제10-1919086호에는 “다결정 실리콘 박막 형성 방법”이 개시되고 있다.
한국등록특허 제10-1919086호
본 발명은 실리콘 웨이퍼 제조 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 실리콘과 공정점을 형성할 수 있는 이종 물질을 이용하여 실리콘을 결정화하는 것으로 실리콘 웨이퍼를 제조하는 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 기판의 일면에 실리콘 및 이종 물질을 코팅하는 코팅 단계; 상기 베이스 기판의 상기 일면의 국부 면적에 코팅된 상기 실리콘 및 상기 이종 물질이 용융되도록 열원으로 가열하여 상기 실리콘 및 상기 이종 물질이 혼합된 혼합 용융액 상태로 존재하는 용융 영역을 형성하는 용융 단계; 및 상기 베이스 기판 또는 상기 열원을 이동시켜 상기 베이스 기판 상에서 상기 융융 영역이 이동되며, 이동된 상기 용융 영역의 궤적에 실리콘 결정층을 형성하는 실리콘 결정화 단계를 포함하고, 상기 이종 물질과 실리콘은 공정점을 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법에서 상기 이종 물질은 Au, Ag, Pt, Al 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법에서 상기 실리콘과 상기 이종 물질이 공정점을 형성하는 상기 실리콘:상기 이종 물질 중량비가 a:b라고 할 때, 상기 용융 영역의 범위 내에서 상기 실리콘의 중량 및 상기 용융 영역의 범위 내에서 상기 이종 금속의 중량의 합을 기준으로 상기 용융 영역의 범위 내에서 상기 실리콘 중량분율이 a/(a+b) 이상인 것일 수 있다.
본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법의 상기 실리콘 결정화 단계에서 상기 용융 영역이 상기 베이스 기판 상에서 상기 이동하는 방향을 제1 방향이라 하고, 상기 실리콘 또는 상기 이종 물질이 코팅된 상기 베이스 기판의 상기 일면에 평행하고, 상기 제1 방향에 수직한 방향을 제2 방향이라 할 때, 상기 용융 영역은 상기 제2 방향으로 연장되는 라인 형상의 영역을 형성하는 것일 수 있다.
본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법에서 상기 열원은 상기 코팅 단계에서 상기 실리콘 또는 이종 물질이 코팅된 상기 베이스 기판의 상기 일면과 대면하도록 위치하며, 상기 열원은 상기 용융 영역과 평행하도록 상기 제2 방향으로 연장되는 것일 수 있다.
본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법에서 상기 코팅 단계는 상기 베이스 기판의 상면에 상기 실리콘을 도포하여 실리콘 코팅층을 형성하는 실리콘 코팅 단계와, 상기 실리콘 코팅층 상면에 상기 이종 물질을 도포하여 이종 물질 코팅층을 형성하는 이종 물질 코팅 단계를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법의 상기 코팅 단계에서 상기 이종 물질 코팅층이 형성되는 영역은 상기 용융 단계에서 형성되는 상기 용융 영역의 범위 내에 마련되고, 상기 실리콘 결정화 단계에서 상기 실리콘 결정층은 균일한 두께로 제조되는 것일 수 있다.
본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법의 상기 코팅 단계에서 상기 실리콘 및 상기 이종 물질은 혼합된 상태로 상기 베이스 기판의 상기 일면에 도포되어 코팅층을 형성하는 것일 수 있다.
본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법에서 상기 실리콘과 상기 이종 물질이 공정점을 형성하는 상기 실리콘:상기 이종 물질 중량비가 a:b라고 할 때, 상기 용융 영역의 범위 내에서 상기 실리콘의 중량 및 상기 베이스 기판에 도포된 상기 이종 금속의 총 중량의 합을 기준으로 상기 용융 영역의 범위 내에서 상기 실리콘 중량분율이 a/(a+b) 이상인 것일 수 있다.
본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법의 상기 용융 단계에서 상기 국부 면적은 상기 실리콘의 녹는점 및 상기 이종 물질의 녹는점 중 더 낮은 온도의 녹는점 이상의 온도로 가열되어 상기 용융 영역이 형성되고, 상기 결정화 단계에서 상기 용융 영역의 온도는 상기 이종 물질과 실리콘의 공정점 이상, 실리콘의 용융 온도 이하로 유지되는 것일 수 있다.
본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법은 실리콘 용융 온도보다 낮은 실리콘과 이종 물질의 공정점에서 실리콘 웨이퍼 제조가 이루어지기 때문에 제조 공정에서 소비되는 에너지를 절감할 수 있다.
본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법은 용융 영역이 베이스 기판을 한번 스캔하는 것으로 실리콘 결정층이 형성되기 때문에 고순도의 실리콘 결정층을 단시간에 형성할 수 있다.
본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법은 이종 물질의 코팅 양 또는 이종 물질의 코팅 범위를 조절하여 실리콘 결정층의 두께를 자유롭게 조절할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법을 나타내는 블록도이다.
도 2a는 코팅 단계 중 실리콘 코팅 단계를 나타내는 개념도이다.
도 2b는 코팅 단계 중 이종 물질 코팅 단계를 나타내는 개념도이다.
도 2c는 코팅 단계 중 이종 물질 코팅 단계의 다른 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 2d는 코팅 단계의 다른 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 3a는 용융 단계를 나타내는 개념도이다.
도 3b 및 3c는 용융 단계의 다른 실시예들을 나타내는 개념도이다.
도 4a는 실리콘 결정화 단계를 나타내는 개념도이다.
도 4b 및 4c는 실리콘 결정화 단계의 다른 실시예들을 나타내는 개념도이다.
도 5는 실리콘 결정화 단계가 완료된 상태를 나타내는 개념도이다.
도 6은 본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법의 일실시예를 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", “일면”, “타면” 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 2a는 코팅 단계(S100) 중 실리콘 코팅 단계(S110)를 나타내는 개념도이다. 도 2b는 코팅 단계(S100) 중 이종 물질 코팅 단계(S120)를 나타내는 개념도이다. 도 2c는 코팅 단계(S100) 중 이종 물질 코팅 단계(S120)의 다른 실시예를 나타내는 개념도이다. 도 2d는 코팅 단계(S100)의 다른 실시예를 나타내는 개념도이다. 도 3a는 용융 단계(S200)를 나타내는 개념도이다. 도 3b 및 3c는 용융 단계(S200)의 다른 실시예들을 나타내는 개념도이다. 도 4a는 실리콘 결정화 단계(S300)를 나타내는 개념도이다. 도 4b 및 4c는 실리콘 결정화 단계(S300)의 다른 실시예들을 나타내는 개념도이다. 도 5는 실리콘 결정화 단계(S300)가 완료된 상태를 나타내는 개념도이다. 도 6은 본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법의 일실시예를 나타내는 개념도이다.
이하, 도 1 내지 도 5를 참고하여, 본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법의 상세한 설명을 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법은 베이스 기판(100)의 일면에 실리콘 및 이종 물질을 코팅하는 코팅 단계(S100), 베이스 기판(100)의 일면의 국부 면적에 코팅된 실리콘 및 이종 물질이 용융되도록 열원(500)으로 가열하여 실리콘 및 이종 물질이 혼합된 혼합 용융액 상태로 존재하는 용융 영역(300)을 형성하는 용융 단계(S200), 및 베이스 기판(100) 또는 열원(500)을 이동시켜 베이스 기판(100) 상에서 용융 영역(300)이 이동되며 이동된 용융 영역(300)의 궤적에 실리콘 결정층(400)을 형성하는 실리콘 결정화 단계(S300)를 포함할 수 있다.
설명을 위해, 실리콘 결정화 단계(S300)에서 용융 영역(300)이 베이스 기판(100) 상에서 이동하는 방향을 제1 방향이라 정의하고, 이종 물질이 코팅된 베이스 기판(100)의 일면에 평행하고 제1 방향에 수직한 방향을 제2 방향이라 정의한다. 제1 방향은 도 2 내지 도 5에 도시된 좌표계에서 x 축 방향일 수 있다. 제1 방향은 도 4a 내지 4c에 도시된 D 방향과 평행한 방향일 수 있다. 제2 방향은 도 2 내지 도 5에 도시된 좌표계에서 y 축 방향일 수 있다.
이종 물질은 실리콘과 공정점을 갖는 물질일 수 있다. 이종 물질은 실리콘이 아닌 물질로, 실리콘과 함께 고용체 형성이 가능한 물질일 수 있다. 실리콘과 이종 물질은 특정 온도에서 공정 반응이 일어나게 되고, 이때의 공정 온도는 실리콘과 이종 물질 각각의 용융 온도보다 낮다. 즉, 혼합 용융액을 형성한 상태에서 공정점(eutectic point)을 가질 수 있으며, 공정점은 실리콘 및 이종 물질 용융 온도보다 낮다. 본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법은 실리콘 용융 온도보다 낮은 실리콘과 이종 물질의 공정점에서 실리콘 웨이퍼 제조가 이루어지기 때문에 실리콘 웨이퍼 제조 공정에서 소비되는 에너지를 절감할 수 있다.
이종 물질은 금속 물질로 Au, Ag, Pt, Al 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다. 상기 금속 물질은 실리콘과 함께 공정계를 형성하여 액체와 고체가 공존하는 상태를 거치지 않고 고체에서 액체로, 또는 액체에서 고체로 상변환이 가능한 물질이다.
베이스 기판(100)은 사각형의 평면을 가지는 기판일 수 있다. 베이스 기판(100)의 형상은 사각형으로 제한되지는 않으나, 본 발명의 제2 방향으로 연장되는 선형의 용융 영역(300)을 제2 방향에 수직한 제1 방향으로 이동시키고, 용융 영역(300)의 궤적에 따라 실리콘 결정층(400)을 형성하기 때문에, 최종적으로 생산되는 실리콘 결정층(400)의 면의 형상은 직사각형일 수 있다. 따라서, 최종 생산되는 실리콘 결정층(400)의 형상을 고려하여 베이스 기판(100)의 형상 또한 사각형이 되는 것이 유리할 수 있다.
베이스 기판(100)은 실리콘 결정층(400)을 형성한 후 분리될 수도 있고, 실리콘 결정층(400)에서 분리하지 않고 실리콘 결정층(400)의 배면으로 결합된 상태로 사용될 수도 있다.
도 2a 및 도 2d에 도시된 바와 같이, 코팅 단계(S100)에서 실리콘 또는 이종 물질은 베이스 기판(100)의 일면에 코팅될 수 있다. 예를 들어, 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 실리콘이 도포된 실리콘 코팅층(210)과 이종 물질이 도포된 이종 물질 코팅층(220)이 베이스 기판(100)에 개별의 코팅층을 형성하며 순차적으로 적층될 수도 있고, 도 2d에 도시된 바와 같이, 실리콘과 이종 물질이 혼합된 상태로 단일의 혼합 코팅층(230)이 베이스 기판(100)에 적층될 수도 있다.
본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법은 실리콘과 이종 물질을 동시에 용융시킨 다음, 이종 물질은 용융 영역(300)에 남겨둔 상태로 실리콘만을 석출하여, 결정질 실리콘을 얻는 것일 수 있다. 따라서, 용융 영역(300)을 형성하는 실리콘과 이종 물질의 혼합 용융액에서 실리콘이 포화되어 실리콘만 석출되어야 한다.
따라서, 실리콘과 이종 물질이 공정점을 형성하는 실리콘:이종 물질의 중량비가 a:b라고 할 때, 용융 영역(300)의 범위 내에서 실리콘의 중량 및 용융 영역(300)의 범위 내에서 이종 금속의 중량의 합을 기준으로 용융 영역(300)의 범위 내에서 실리콘 중량분율이 a/(a+b) 이상인 것일 수 있다. 용융 영역(300)의 범위 내에서 실리콘의 중량분율이 a/(a+b) 미만이 되면, 용융 영역(300)의 이동 궤적에서 이종 물질이 석출될 수 있으며, 이러한 현상은 실리콘의 순도를 저하시킬 수 있다.
일실시예로, 도 2a 내지 2c에 도시된 바와 같이, 코팅 단계(S100)는 베이스 기판(100)의 상면에 실리콘을 도포하여 실리콘 코팅층(210)을 형성하는 실리콘 코팅 단계(S110)와, 실리콘 코팅층(210) 상면에 이종 물질을 도포하여 이종 물질 코팅층(220)을 형성하는 이종 물질 코팅 단계(S120)를 포함할 수 있다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 실리콘 코팅 단계(S110)에서 실리콘은 베이스 기판(100)의 일면 전체에 도포되어 실리콘 코팅층(210)을 형성할 수 있다. 이때의 실리콘 코팅층(210)은 비정질 또는 다공성의 실리콘 코팅층(210)일 수 있다. 실리콘 코팅층(210)은 CVD 방식으로 베이스 기판(100)에 화학기상증착(CVD), 증발(evaporation), 및 스퍼터링(sputtering) 등의 방법으로 형성될 수 있다. 실리콘 코팅 단계(S110)에서 실리콘 코팅층(210)은 비정질 또는 다공성의 상태로 베이스 기판(100)에 적층되기 때문에, 결정질로 실리콘을 베이스 기판(100)에 적층하는 것보다 빠르게 형성될 수 있다.
도 2b 및 2c에 도시된 바와 같이, 실리콘 코팅 단계(S110)가 완료된 후, 이종 물질 코팅 단계(S120)에서 실리콘 코팅층(210)의 상부에 이종 물질을 도포하여 이종 물질 코팅층(220)을 형성할 수 있다. 이종 물질 코팅층(220)은 도 2b에 도시된 바와 같이, 용융 단계(S200)의 용융 영역(300)의 위치 및 크기를 고려하여 용융 영역(300)의 범위 내에만 이종 물질 코팅층(220)을 형성할 수도 있고, 도 2c에 도시된 바와 같이, 실리콘 코팅층(210) 전면에 적층될 수도 있다. 이종 물질의 코팅 범위 및 코팅 양은 최종적으로 생산되는 실리콘 결정층(400)의 두께 및 형상을 고려하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 이종 물질은 실리콘 결정화 단계(S300)에서 실리콘을 따라 이동하기 때문에 이종 물질 코팅층(220)의 면적이 용융 영역(300)보다 크게 되도록 이종 물질 코팅층(220)이 형성되었다면, 실리콘 결정화 단계(S300)에서 용융 영역(300)이 이동하면서 용융 영역(300)에서의 이종 물질의 양은 증가할 수 있다. 다른 예로, 코팅 단계(S100)에서 이종 물질 코팅층(220)이 형성되는 영역이 용융 단계(S200)에서 형성되는 상기 용융 영역(300)의 범위 내에 마련되면, 실리콘 결정화 단계(S300)에서 용융 영역(300)이 이동하더라도 용융 영역(300) 내의 이종 물질의 양은 일정할 수 있다. 즉, 이종 물질 코팅층(220)의 코팅 영역에 따라 용융 영역(300)의 이동에 따른 용융 영역(300) 내의 이종 물질의 변화량을 조절할 수 있다. 예를 들어, 이종 물질 코팅층(220)이 형성되는 영역이 용융 단계(S200)에서 형성되는 용융 영역(300)의 범위 내에 마련되면, 실리콘 결정화 단계(S300)에서 실리콘 결정층(400)을 균일한 두께로 제조하는 것에 유리할 수 있다.
용융 영역(300) 내의 이종 물질의 양은 혼합 용융액에서 실리콘이 석출되는 온도, 혼합 용융액에서 포화될 수 있는 실리콘의 양과 관련되기 때문에, 용융 단계(S200) 및 실리콘 결정화 단계(S300)에서 용융 영역(300)의 온도, 용융 영역(300)의 이동 속도 등의 공정 조건에 따라 코팅 단계(S100)에서 이종 물질의 코팅 양 및 범위는 조절될 수 있다.
다른 실시예로, 도 2b에 도시된 바와 같이, 코팅 단계(S100)에서 실리콘 및 이종 물질은 혼합된 상태로 베이스 기판(100)의 일면에 도포되어 코팅층을 형성할 수 있다.
이종 물질이 용융 영역(300)의 범위보다 넓게 베이스 기판(100) 상에 분포하도록 코팅될 때, 실리콘이 베이스 기판(100)에 도포되는 양은 다음과 같을 수 있다. 실리콘과 이종 물질이 공정점을 형성하는 실리콘:이종 물질 중량비가 a:b라고 할 때, 용융 영역(300)의 범위 내에서 실리콘의 중량 및 베이스 기판(100)에 도포된 이종 금속의 총 중량의 합을 기준으로 용융 영역(300)의 범위 내에서 실리콘 중량분율이 a/(a+b) 이상일 수 있다.
실리콘 결정화 단계(S300)에서 용융 영역(300)이 베이스 기판(100) 상에서 이동하는 방향을 제1 방향이라 하고, 용융 영역(300)이 형성된 베이스 기판(100)의 일면에 평행하고, 제1 방향에 수직한 방향을 제2 방향이라 할 때, 용융 영역(300)은 제2 방향으로 연장되는 라인 형상의 영역으로 형성될 수 있다. 즉, 열원(500)은 베이스 기판(100)의 일면에 제2 방향으로 연장되는 면적에 열 에너지를 공급하며, 열원(500)으로부터 열 에너지를 받은 베이스 기판(100)의 영역에서의 이종 물질 및 실리콘이 용융되어 용융 영역(300)을 형성할 수 있다.
용융 영역(300)의 면적 중 제2 방향 길이와 용융 영역(300)의 제1 방향으로의 이동거리가 실리콘 결정층(400)의 면적을 결정하기 때문에, 용융 영역(300) 형성 단계에서 용융 영역(300)의 면적 중 제2 방향으로의 길이는 최종적으로 완성하고자 하는 웨이퍼의 가로 또는 세로 길이 이상일 수 있다. 따라서, 혼합 용융액이 형성된 용융 영역(300)을 제1 방향으로 한번만 베이스 기판(100) 상에서 스캔하는 것으로, 원하는 크기의 웨이퍼를 제조할 수 있다.
열원(500)은 용융 영역(300)이 형성되는 베이스 기판(100)의 국부 면적을 실리콘 또는 이종 물질의 용융 온도이상으로 가열하여, 실리콘 및 이종 물질을 액체 상태로 만들 수 있다. 열원(500)은 코팅 단계(S100)에서 실리콘 및 이종 물질이 코팅된 베이스 기판(100)의 일면과 대면하도록 위치하며, 열원(500)은 용융 영역(300)의 길이 방향과 평행하도록 제2 방향으로 연장될 수 있다. 즉, 열원(500)은 제2 방향으로 연장되는 라인 형상의 히터로, 베이스 기상 면에 제2 방향으로 연장되는 라인 형상의 면적으로 열을 공급하는 것일 수 있다.
열원(500)은 코일 히터, 램프 히터, 레이저, 및 유도 가열 히터 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 이 분야에 알려진 통상의 기술을 사용할 수 있다. 본 발명의 실리콘 웨이퍼 제조 방법에서 열원(500)은 베이스 기판(100)의 용융 영역(300)이 형성될 국부 면적에 열에너지를 집중시키는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 코일 히터, 램프 히터, 레이저 등을 사용할 경우 렌즈, 반사경 등의 광학 기구를 사용해서 방사되는 복사열을 용융 영역(300)에 수렴시켜 조사할 수 있다. 열원(500)은 용융 영역(300)에 대면하는 위치에 베이스 기판(100)과 이격되어 설치될 수 있다.
도 4a 내지 4c에 도시된 바와 같이, 실리콘 결정화 단계(S300)에서 열원(500) 또는 베이스 기판(100)을 이동시켜 용융 영역(300)의 위치를 베이스 기판(100) 상에서 이동시킬 수 있다. 구체적으로 용융 영역(300)을 베이스 기판(100) 상에서 제1 방향으로 이동 시킬 수 있다. 용융 영역(300)이 베이스 기판(100) 상에서 이동하면서 용융 영역(300)의 궤적에는 석출된 실리콘이 성장하여 결정을 형성하고, 용융 영역(300)이 베이스 기판(100)의 일면을 완전히 훑고 지나가게 되면 베이스 기판(100)의 일면에는 실리콘 결정층(400)이 형성될 수 있다. 도 4a는 코팅 단계(S100)에서 이종 물질이 용융 단계(S200)에서 형성될 용융 영역(300)의 범위 내에만 도포된 경우에 실리콘 결정화 단계(S300)가 적용된 것을 나타내는 것이며, 도 4b는 코팅 단계(S100)에서 이종 물질이 베이스 기판(100) 일면의 전체에 실리콘과 개별 코팅층으로 적층된 경우에 실리콘 결정화 단계(S300)가 적용된 것을 나타내는 것이고, 도 4c는 코팅 단계(S100)에서 실리콘과 이종 물질이 혼합된 상태로 베이스 기판(100)에 도포된 경우에 실리콘 결정화 단계(S300)가 적용된 것을 나타내는 것일 수 있다.
실리콘 결정화 단계(S300)에서 베이스 기판(100)을 기준으로 열원(500)이 제1 방향으로 이동하기 때문에, 용융 영역(300)의 이동하는 방향 측은 열원(500)으로부터 지속적으로 열을 공급받아 공정점 이상을 유지되고, 용융 영역(300)의 지나온 방향 측은 열 공급이 멈춰 공정점 이하로 냉각되기 때문에, 실리콘 석출은 용융 영역(300)의 지나온 방향 측으로 이루어질 수 있다. 이동하는 용융 영역(300)의 궤적에 실리콘 결정층(400)이 형성될 수 있다.
도 4a 내지 4c에 도시된 바와 같이, 선형의 용융 영역(300)이 용융 영역(300)의 길이 방향에 수직한 방향으로 이동하면서 실리콘 결정층(400)이 형성되기 때문에 2 차원인 실리콘 결정층(400)이 제조될 수 있다.
실리콘 결정화 단계(S300)에서 용융 영역(300)의 이동하는 동안에, 용융 영역(300)의 이동 경로에 코팅된 실리콘이 용융 영역(300)의 혼합 용융액에 지속적으로 주입되기 때문에 용융 영역(300)의 궤적에 실리콘이 석출되더라도 혼합 용용액은 실리콘이 항상 포화된 상태일 수 있다.
용융 단계(S200)에서 베이스 기판(100)의 국부 면적은 실리콘의 녹는점 및 이종 물질의 녹는점 중 더 낮은 온도의 녹는점 이상의 온도로 가열되어 용융 영역(300)이 형성되고, 결정화 단계에서 용융 영역(300)의 온도는 이종 물질과 실리콘의 공정점 이상, 실리콘의 용융 온도 이하로 유지될 수 있다.
이하, 도 6을 참조하여, 본 발명의 실리콘 제조 방법을 다시 한번 설명한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 코팅 단계(S100)에서, 베이스 기판(100)의 상측 면에는 실리콘 및 이종 물질이 코팅될 수 있다. 더 구체적으로, 코팅 단계(S100)는 실리콘이 베이스 기판(100)의 상측 면에 코팅되어 실리콘 코팅층(210)을 형성하는 실리콘 코팅 단계(S110)와, 이종 물질이 실리콘 코팅층(210)의 상측 면에 코팅되어 이종 물질 코팅층(220)을 형성하는 이종 물질 코팅 단계(S120)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 베이스 기판(100)은 직사각형 또는 정사각형으로 마련될 수 있고, 실리콘 및 이종 물질은 베이스 기판(100)의 상측 전면에 코팅될 수 있다.
코팅 단계(S100)를 거쳐 베이스 기판(100) 상에 실리콘 코팅층(210) 및 이종 물질 코팅층(220)이 형성되면, 열원(500)으로 베이스 기판(100)의 일부 영역을 용융시켜 실리콘과 이종 물질이 혼합 액체 상태로 존재하는 용융 영역(300)을 형성하는 용융 단계(S200)가 수행될 수 있다. 예를 들어, 용융 영역(300)은 베이스 기판(100)의 4개의 모서리 중 제1 방향과 수직한 제2 방향과 평행하는 일측 모서리에 인접하고, 제2 방향으로 연장되는 직선의 형상으로 형성될 수 있다.
베이스 기판(100) 상에 용융 영역(300)이 형성되면, 베이스 기판 상에서 용융 영역(300)을 이동시켜, 용융 영역(300)의 이동 궤적에 실리콘 결정층(400)을 형성하는 실리콘 결정화 단계(S300)가 수행될 수 있다. 예를 들어, 용융 영역(300)은 용융 단계(S200)에서 베이스 기판(100)의 일측 모서리에 인접하게 형성되고, 실리콘 결정화 단계(S300)에서 베이스 기판(100) 상에서 베이스 기판(100)의 타측 모서리를 향해 이동할 수 있다. 용융 영역(300)의 베이스 가판(100) 상에서의 이동은 열원(500)을 고정한 상태로 베이스 기판(100)을 이동시키거나, 베이스 기판(100)을 고정한 상태로 열원(500)을 이동시키거나, 베이스 기판(100)과 열원(500)을 서로 반대 방향으로 이동시키는 것으로 이루어질 수 있다. 이때, 열원(500)의 이동 방향은 제1 방향이고, 베이스 기판(100)의 이동 방향은 제1 방향의 반대 방향일 수 있다. 이와 같이, 베이스 기판(100)과 열원(500)의 상대적인 위치 변화에 의해서 용융 영역(300)은 베이스 기판(100) 상에서 제1 방향으로 이동할 수 있고, 실리콘 결정층(400)의 실리콘 결정은 도 4a 내지 도 4c에 도시된 D 방향으로 성장할 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.
100...베이스 기판 210...실리콘 코팅층
220...이종 물질 코팅층 230...혼합 코팅층
300...용융 영역 400...실리콘 결정층
500...열원

Claims (10)

  1. 베이스 기판의 일면에 실리콘 및 이종 물질을 코팅하는 코팅 단계;
    상기 베이스 기판의 상기 일면의 국부 면적에 코팅된 상기 실리콘 및 상기 이종 물질이 용융되도록 열원으로 가열하여 상기 실리콘 및 상기 이종 물질이 혼합된 혼합 용융액 상태로 존재하는 용융 영역을 형성하는 용융 단계; 및
    상기 베이스 기판 또는 상기 열원을 이동시켜 상기 베이스 기판 상에서 상기 융융 영역이 이동되며, 이동된 상기 용융 영역의 궤적에 실리콘 결정층을 형성하는 실리콘 결정화 단계를 포함하고,
    상기 이종 물질과 실리콘은 공정점을 갖는 것인 실리콘 웨이퍼 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이종 물질은 Au, Ag, Pt, Al 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것인 실리콘 웨이퍼 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘과 상기 이종 물질이 공정점을 형성하는 상기 실리콘:상기 이종 물질 중량비가 a:b라고 할 때,
    상기 용융 영역의 범위 내에서 상기 실리콘의 중량 및 상기 용융 영역의 범위 내에서 상기 이종 금속의 중량의 합을 기준으로 상기 용융 영역의 범위 내에서 상기 실리콘 중량분율이 a/(a+b) 이상인 것인 실리콘 웨이퍼 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘 결정화 단계에서 상기 용융 영역이 상기 베이스 기판 상에서 상기 이동하는 방향을 제1 방향이라 하고,
    상기 실리콘 또는 상기 이종 물질이 코팅된 상기 베이스 기판의 상기 일면에 평행하고, 상기 제1 방향에 수직한 방향을 제2 방향이라 할 때,
    상기 용융 영역은 상기 제2 방향으로 연장되는 라인 형상의 영역을 형성하는 것인 실리콘 웨이퍼 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 열원은 상기 코팅 단계에서 상기 실리콘 또는 이종 물질이 코팅된 상기 베이스 기판의 상기 일면과 대면하도록 위치하며,
    상기 열원은 상기 용융 영역과 평행하도록 상기 제2 방향으로 연장되는 것인 실리콘 웨이퍼 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 코팅 단계는,
    상기 베이스 기판의 상면에 상기 실리콘을 도포하여 실리콘 코팅층을 형성하는 실리콘 코팅 단계와,
    상기 실리콘 코팅층 상면에 상기 이종 물질을 도포하여 이종 물질 코팅층을 형성하는 이종 물질 코팅 단계를 포함하는 것인 실리콘 웨이퍼 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 코팅 단계에서 상기 이종 물질 코팅층이 형성되는 영역은 상기 용융 단계에서 형성되는 상기 용융 영역의 범위 내에 마련되고,
    상기 실리콘 결정화 단계에서 상기 실리콘 결정층은 균일한 두께로 제조되는 것인 실리콘 웨이퍼 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 코팅 단계에서 상기 실리콘 및 상기 이종 물질은 혼합된 상태로 상기 베이스 기판의 상기 일면에 도포되어 코팅층을 형성하는 것인 실리콘 웨이퍼 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서
    상기 실리콘과 상기 이종 물질이 공정점을 형성하는 상기 실리콘:상기 이종 물질 중량비가 a:b라고 할 때,
    상기 용융 영역의 범위 내에서 상기 실리콘의 중량 및 상기 베이스 기판에 도포된 상기 이종 금속의 총 중량의 합을 기준으로 상기 용융 영역의 범위 내에서 상기 실리콘 중량분율이 a/(a+b) 이상인 것인 실리콘 웨이퍼 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 용융 단계에서 상기 국부 면적은 상기 실리콘의 녹는점 및 상기 이종 물질의 녹는점 중 더 낮은 온도의 녹는점 이상의 온도로 가열되어 상기 용융 영역이 형성되고,
    상기 결정화 단계에서 상기 용융 영역의 온도는 상기 이종 물질과 실리콘의 공정점 이상, 실리콘의 용융 온도 이하로 유지되는 것인 실리콘 웨이퍼 제조 방법.
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