KR20210046562A

KR20210046562A - 반도체 결정 성장 장치

Info

Publication number: KR20210046562A
Application number: KR1020200133308A
Authority: KR
Inventors: 웨이민 쉔; 강 왕; 시안량 덩; 하니이 후앙; 얀 차오
Original assignee: 징 세미콘덕터 코포레이션
Priority date: 2019-10-17
Filing date: 2020-10-15
Publication date: 2021-04-28
Also published as: DE102020127336A1; CN112680793A; TWI761956B; JP7101225B2; DE102020127336B4; TW202117098A; KR102431713B1; US20210140065A1; CN112680793B; JP2021066652A

Abstract

본 발명은 반도체 결정 성장 장치를 제공한다. 이것은: 노 본체; 실리콘 용융물을 수용하기 위해 노 본체 내부에 배치된 도가니; 노 본체의 상단에 배치되고, 실리콘 용융체로부터 실리콘 결정 잉곳을 인출하는데 사용되는 풀링 장치; 배럴 형상이고, 노 내에서 실리콘 용융물 위에 수직 방향으로 배치되는 편향기 - 상기 풀링 장치는 수직 방향으로 편향기를 통과하는 실리콘 결정 잉곳을 풀링함 - ; 및 도가니 내의 실리콘 용융물에 수평 자기장을 인가하기 위한 자기장 인가 장치;를 포함하고, 편향기의 바닥에는 하향으로 볼록한 스텝이 제공되어, 자기장 방향으로 편향기의 바닥과 실리콘 용융액 레벨 사이의 거리가 자기장에 수직인 방향으로 편향기의 바닥과 실리콘 용융액 레벨 사이의 거리보다 작다. 본 발명의 반도체 결정 성장 장치에 따르면, 반도체 결정 성장의 품질이 향상된다.

Description

반도체 결정 성장 장치 {A SEMICONDUCTOR CRYSTAL GROWTH APPARATUS}

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 '반도체 결정 성장 장치'라는 발명의 명칭으로 2019년 10월 17일 중화 인민 공화국의 국가 지식 재산권청(SIPO)에 출원된 P.R.C. 특허 출원 번호 201910990349.7에 대한 우선권을 주장한다.

본 발명은 반도체 기술 분야에 관한 것으로서, 특히 반도체 결정 성장 장치에 관한 것이다.

초크랄스키 공정(CZ) 방법은 반도체 및 태양 에너지용 단결정 실리콘을 제조하는 중요한 방법이다. 도가니에 배치된 고순도 실리콘 재료는 탄소 재료로 구성된 열장에 의해 가열되어 용융되고, 그 후 시드는 용융되고 결정은 용융물에 담겨져 일련의(도입, 숄더, 동일 직경, 마무리, 냉각) 공정을 거쳐 단결정 로드를 얻는다.

CZ 방법을 이용한 반도체 단결정 실리콘 또는 태양광 단결정 실리콘의 성장에 있어서, 결정 및 용융물의 온도 분포는 결정의 품질 및 성장 속도에 직접적인 영향을 미친다. CZ 결정이 성장하는 동안, 용융물에 열 대류가 존재하기 때문에, 미량 불순물의 분포가 고르지 않고, 성장 스트라이프가 형성된다. 따라서, 결정 풀링 공정 동안 용융물의 열 대류 및 온도 변동을 억제하는 방법은 널리 퍼진 관심사가 되었다.

자기장 발생기(MCZ라고 함) 하에서의 결정 성장 기술은 도체로서 실리콘 용융물에 자기장을 인가하고, 용융물에 이동 방향과 반대되는 로렌츠 힘을 가하고, 용융물에서 대류를 막고 용융물의 점도를 높이면 산소, 붕소 및 알루미늄과 같은 불순물이 석영 도가니로부터 용융물로, 그리고 나서 결정으로 감소되어, 성장된 실리콘 결정이 낮은 범위에서 높은 범위까지 제어된 산소 함량을 가질 수 있으므로, 이를 감소시키며 불순물 스트라이프는 반도체 결정 성장 공정에서 널리 사용된다. 전형적인 MCZ 기술은 수평 자기장 결정 성장(HMCZ) 기술로서, 이는 반도체 용융물에 수평 자기장을 인가하고, 크기가 크고 까다로운 반도체 결정의 성장에 널리 사용된다.

수평 자기장 장치(HMCZ) 하의 결정 성장 기술에서, 결정 성장 노, 열장, 도가니, 및 실리콘 결정은 원주 방향으로 가능한 한 대칭이며, 도가니 및 결정 회전은 원주 방향의 온도 분포를 균일하게 만드는 경향이 있다. 그러나, 자기장을 인가하는 동안 인가된 자기장의 자기장 라인은 석영 도가니의 실리콘 용융물의 한쪽 단부로부터 다른 쪽 단부까지 평행하게 통과한다. 회전하는 실리콘 용융물에 의해 생성되는 로렌츠 힘은 원주 방향으로 모든 방향에서 다르므로, 실리콘 용융물 흐름 및 온도 분포가 원주 방향으로 일관되지 않는다.

도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 반도체 결정 성장 장치에서 결정 성장 결정과 용융물 사이의 계면 아래 온도 분포의 개략도가 도시되어 있다. 그 중에서, 도 1a는 도가니에서 실리콘 용융물의 수평 표면에 분포된 측정된 테스트 지점의 그래프를 보여주고, 여기서 한 지점은 용융 액체 레벨 아래 25mm의 거리 및 중심으로부터 L = 250mm의 거리에서 θ = 45°의 각도로 테스트된다. 도 1b는 도 1a의 X 축과 각도(θ)에서 각 지점을 따라 시뮬레이션 계산 및 테스트를 통해 얻은 온도 분포의 곡선이고, 여기서 실선은 시뮬레이션 계산을 통해 얻은 온도 분포 맵을 나타내고, 점선은 측정된 테스트 방법을 채택한 얻어진 온도 분포를 나타낸다. 도 1a에서, 화살표(A)는 도가니의 회전 방향이 반 시계 방향이라는 것을 나타내고, 화살표(B)는 자기장의 방향이 Y 축 방향을 따라 도가니의 직경을 가로지르는 것을 나타낸다. 도 1b에서 알 수 있는 바와 같이, 반도체 결정이 성장하는 동안, 시뮬레이션 계산 결과 및 측정된 테스트 방법 모두 반도체 결정과 실리콘 용융액 레벨의 계면 아래의 원주에서 변동된 온도가 반도체 결정이 성장하는 동안 각도에 따라 변한다는 것을 보여준다.

보론코프 결정 성장 이론에 따르면, 결정과 액체 표면의 계면의 열 평형 방정식은 다음과 같다,

PS * LQ = Kc * Gc-Km * Gm.

그 중에서, LQ는 실리콘 용융에서 실리콘 결정 상 전이로의 포텐셜이고, Kc, Km은 각각 결정 및 용융물의 열전도도를 나타내고; Kc, Km 및 LQ는 실리콘 재료의 물리적 특성이고; PS는 대략 결정의 풀링 속도인 온-풀 신장 방향을 따른 결정 결정화 속도를 나타내고; Gc, Gm은 각각 계면에서 결정 및 용융물의 온도 구배(dT/dZ)이다. 반도체 결정과 용융물의 계면 아래의 온도는 반도체 결정이 성장하는 동안 원주 각도의 변화에 따라 주기적인 변동을 나타내기 때문에, 즉, 결정의 온도 구배(dT/dZ)의 Gc와 계면에 따른 용융물의 온도 구배 Gm은 변동한다. 따라서, 결정의 원주 각도 방향의 결정화 속도(PS)는 주기적으로 변동하여, 결정 성장의 품질을 제어하는데 도움이 되지 않는다.

이러한 이유로, 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 새로운 반도체 결정 성장 장치를 제안할 필요가 있다.

일련의 단순화된 형태의 개념이 발명의 요약 섹션에서 소개되며, 이는 상세한 설명 섹션에서 더 자세히 설명될 것이다. 본 발명의 요약은 청구된 발명의 주요 특징 및 필수적인 기술적 특징을 제한하려는 것이 아니며, 청구된 실시예의 보호 범위를 제한하려는 것이 아니다.

본 발명의 목적은 반도체 결정 성장 장치를 제공하는 것이며, 상기 반도체 결정 성장 장치는:

노 본체;

실리콘 용융물을 포함하도록 노 본체 내부에 배치되는 도가니;

노 본체의 상단에 배치되고, 실리콘 용융물로부터 실리콘 잉곳을 인출하는데 사용되는 풀링 장치;

배럴 형상이고, 노 본체에서 실리콘 용융물 위에 수직 방향으로 배치된 편향기 - 상기 풀링 장치는 수직 방향으로 편향기를 통해 실리콘 잉곳을 풀링함 - ; 및

상기 도가니 내의 실리콘 용융물에 수평 자기장을 인가하기 위한 자기장 인가 장치;를 포함하고,

상기 편향기의 바닥에는 하향으로 볼록한 스텝이 제공되어, 자기장 방향으로 편향기의 바닥과 실리콘 용융액 레벨 사이의 거리가 자기장에 수직인 방향으로 편향기의 바닥과 실리콘 용융액 레벨 사이의 거리보다 작다.

일부 실시예에 따르면, 스텝은 자기장의 방향을 따라 편향기의 대향하는 측면들에 배치된다.

일부 실시예에 따르면, 스텝은 호 형상의 스텝이며, 편향기의 원주 방향을 따라 배치된다.

일부 실시예에 따르면, 호 형상의 스텝에 대응하는 각도는 20° 내지 160°의 범위에 있다.

일부 실시예에 따르면, 스텝의 높이는 2 내지 20mm 범위에 있다.

일부 실시예에 따르면, 편향기는 내부 실린더, 외부 실린더 및 단열 재료를 포함하고; 상기 외부 실린더의 바닥은 내부 실린더의 바닥 아래로 연장되고, 내부 실린더의 바닥에 폐쇄되어, 내부 실린더와 외부 실린더 사이에 캐비티를 형성하고, 단열 재료는 캐비티에 배치된다.

일부 실시예에 따르면, 외부 실린더의 바닥은 편향기의 바닥에서 하향으로 볼록한 스텝을 형성하기 위해 다른 벽 두께를 갖는다.

일부 실시예에 따르면, 편향기는 삽입 부재를 포함하고, 상기 삽입 부재는 돌출 부분 및 삽입 부분을 포함하고, 삽입 부분은 내부 실린더의 바닥 아래로 연장된 외부 실린더의 바닥의 부분과 내부 실린더의 바닥 사이에 삽입되고, 돌출 부분은 연장되어 외부 실린더의 바닥을 덮는다.

일부 실시예에 따르면, 돌출 부분은 자기장의 방향을 따라 편향기의 대향하는 측면들에 배치된 2 개의 섹션을 포함하고, 돌출 부분은 스텝을 구성한다.

일부 실시예에 따르면, 돌출 부분은 링 형상이고, 편향기의 바닥을 덮으며, 스텝은 돌출 부분에 위치된다.

본 발명의 반도체 결정 성장 장치에 따르면, 자기장 방향으로 편향기의 바닥과 실리콘 용융액 레벨 사이의 거리를 자기장에 수직인 방향으로 편향기의 바닥과 실리콘 용융액 레벨 사이의 거리보다 작게 설정함으로써, 자기장 방향으로 실리콘 용융 표면의 방열 속도는 자기장에 수직인 방향으로 실리콘 용융 표면의 방열 속도보다 더 크므로, 실리콘 잉곳 및 실리콘 용융물 계면 아래의 실리콘 용융물의 온도 분포가 효과적으로 튜닝된다. 따라서, 실리콘 잉곳과 실리콘 용융물 사이의 계면 아래에서 실리콘 용융물의 온도 분포가 튜닝되므로, 인가된 자기장으로 인한 반도체 결정과 실리콘 용융물의 액체 레벨 사이의 계면 아래에서 실리콘 용융물의 온도 분포의 변동 문제가 반도체 결정의 성장 중에 튜닝될 수 있고, 실리콘 용융물의 온도 분포의 균일성을 효과적으로 개선하며, 따라서 결정 성장 속도의 균일성과 결정 풀링의 품질이 향상된다.

예시적인 실시예는 첨부된 도면과 함께 읽을 때 다음의 상세한 설명으로부터 더 쉽게 이해될 것이다.
도 1a 및 도 1b는 반도체 결정 성장 장치에서 결정과 용융물 사이의 계면 아래의 온도 분포의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 반도체 결정 성장 장치의 개략적인 구조도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 결정 성장 장치에서 도가니, 편향기 및 실리콘 결정 잉곳의 개략적인 단면 위치 배치이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 도 3에서 각도(α)의 변화에 따른 반도체 결정 성장 장치의 편향기의 바닥과 실리콘 용융물의 액체 표면 사이의 거리의 변화의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 성장 장치에서 편향기의 개략적인 구조도이다.

이하, 본 발명의 실시예를 구체적인 예를 들어 설명하고 있으며, 당업자라면 본 발명의 개시로부터 본 발명의 다른 장점 및 효과를 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 다른 특정 실시예로 구현되거나 적용될 수 있으며, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있다.

다음의 설명에서, 본 발명은 다양한 실시예와 관련하여 설명될 것이지만, 이러한 다양한 실시예는 본 발명을 제한하려는 의도가 아님을 이해할 것이다. 반대로, 본 발명은 청구 범위에 따라 해석되는 본 발명의 범위 내에 포함될 수 있는 대안, 수정 및 등가물을 포함하도록 의도된다. 또한, 본 발명에 따른 다양한 실시예에 대한 다음의 상세한 설명에서, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부 사항이 설명된다. 그러나, 본 발명이 이러한 특정 세부 사항 없이 또는 그 등가물과 함께 실시될 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다. 다른 예에서, 잘 알려진 방법, 절차, 구성 요소 및 회로는 본 발명의 양태들을 불필요하게 모호하게 하지 않기 위해 상세히 설명되지 않았다.

본 발명을 완전히 이해하기 위해, 다음의 설명은 본 발명에 따른 숄더링 공정의 결정 성장 제어 방법을 설명하는 세부 단계를 제공할 것이다. 본 발명의 실행은 반도체 기술 분야의 숙련자에게 친숙한 특정 세부 사항에 제한되지 않음이 명백하다. 바람직한 실시예는 다음과 같이 설명된다. 그러나, 본 발명은 상세한 설명을 넘어서는 추가 실시예를 갖는다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위한 것이며 예시적인 실시예를 제한하려는 의도가 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태 "a", "an" 및 "the"는 문맥 상 명백하게 달리 나타내지 않는 한 복수 형태도 포함하도록 의도된다. 또한, 용어 "포함하다("comprises", "comprising", "includes" 및/또는 "including")"는 본 명세서에서 사용되는 경우 언급된 특징, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 구성 요소의 존재를 지정하지만, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 동작, 요소, 구성 요소 및/또는 그 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다는 것을 이해할 것이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 결정 성장 장치의 개략적인 구조도를 나타낸다. 반도체 결정 성장 장치는 노 본체(1)를 포함하고, 도가니(11)가 노 본체(1) 내에 배치되고, 가열용 도가니(11)의 외측에 히터(12)가 제공된다. 도가니(11)는 실리콘 용융물(13)을 포함한다. 도가니(11)는 흑연 도가니 및 흑연 도가니에 피복된 석영 도가니로 구성된다. 흑연 도가니는 히터에 의해 제공되는 열을 받아 석영 도가니에서 다결정 실리콘 재료를 녹여 실리콘 용융물을 형성한다. 각 석영 도가니는 뱃치 반도체 성장 공정에 사용되며, 각 흑연 도가니는 다중 뱃치 반도체 성장 공정에 사용된다.

풀링 장치(14)는 노 본체(1)의 상단에 제공된다. 풀링 장치(14)에 의해 구동되어, 실리콘 용융물의 액체 레벨로부터 실리콘 잉곳(10)으로부터 시드 결정이 풀링되고 인출될 수 있고, 실리콘 잉곳(10) 주위에 열 차폐 장치가 제공된다. 예를 들어, 열 차폐 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 배럴 형상으로 제공되는 편향기(16)를 포함하며, 결정 성장 공정 동안 석영 도가니를 분리하는 열 차폐 장치 역할을 하며, 결정 표면의 도가니에서 실리콘 용융물에 의해 생성된 열 복사는 잉곳의 냉각 속도와 축 방향 온도 구배를 증가시키고, 결정 성장 횟수를 증가시킨다. 한편, 실리콘 용융물 표면의 열장 분포에 영향을 미치고, 중앙과 에지 사이의 축 방향 온도 구배가 너무 커서 결정 잉곳과 실리콘 용융물의 액체 레벨 사이의 안정적인 성장을 보장하지 않는 것을 방지한다. 이와 동시에, 배플은 또한 결정 성장 노의 상부로부터 유입된 불활성 가스를 유도하여 큰 유속이 실리콘 용융물의 표면을 통과하여 결정의 산소 함량 및 불순물 함량을 제어하는 효과를 얻도록 하는데 사용된다. 풀링 장치(14)에 의해 구동되는 반도체 결정의 성장 동안, 실리콘 잉곳(10)은 편향기(16)를 수직으로 통과한다.

실리콘 잉곳의 안정된 성장을 달성하기 위해, 도가니(11)를 회전 및 상하로 이동시키도록 구동시키는 구동 장치(15)가 노 본체(1)의 바닥에 제공된다. 구동 장치(15)는 실리콘 용융을 감소시키기 위해 도가니(11)를 구동하여 결정 풀링 공정 동안 계속 회전하도록 한다. 본체의 열적 비대칭성으로 인해 실리콘 결정 기둥이 균등하게 성장한다.

실리콘 용융물의 대류를 방해하기 위해, 실리콘 용융물의 점도를 높이고, 산소, 붕소 및 알루미늄과 같은 불순물을 석영 도가니로부터 용융물로 그리고 결정으로 감소시켜, 성장된 실리콘 결정은 낮은 범위 내지 높은 범위의 산소 함량을 제어하여 불순물 줄무늬를 감소시킬 수 있다. 반도체 성장 장치는 도가니 내의 실리콘 용융물에 자기장을 인가하기 위해 노 본체(1) 외부에 위치된 자기장 인가 장치(17)를 더 포함한다.

자기장 인가 장치(17)에 의해 인가된 자기장의 자기장 라인은 도가니에 있는 실리콘 용융물의 한쪽 단부로부터 다른 쪽 단부까지 평행하게 통과하기 때문에(도 2의 점선 화살표 참조), 회전하는 실리콘 용융물에 의해 생성된 로렌츠 힘은 원주에 있다. 방향이 다르기 때문에, 실리콘 용융물의 흐름 및 온도 분포가 원주 방향으로 일치하지 않고, 여기서 자기장의 방향에 따른 온도는 자기장에 수직인 방향의 온도보다 높다. 실리콘 용융물의 흐름과 온도의 불일치는 반도체 결정과 용융물의 계면 아래에서 용융물의 온도가 각도의 변화에 따라 변동하기 때문에 나타나므로, 결정의 결정화 속도(PS)가 변동하여, 반도체 성장 속도가 원주에서 일정하지 않게 보이다. 이러한 불균일성은 반도체 결정 성장의 품질 관리에 적합하지 않다.

이러한 이유로, 본 발명의 반도체 성장 장치에서, 편향기(16)는 실리콘 잉곳의 원주 방향을 따라 배치되고, 편향기의 바닥과 실리콘 용융액 레벨은 상이한 거리를 갖는다.

실리콘 잉곳의 둘레를 따라, 편향기의 바닥과 실리콘 용융액 레벨 사이에 다른 거리가 설정되고, 자기장의 방향으로 편향기의 바닥과 실리콘 용융액 레벨 사이의 거리는 자기장의 방향으로 수직의 거리보다 작다. 자기장 방향으로 편향기의 바닥과 실리콘 용융액 레벨 사이의 거리는 여기서 거리가 더 작고, 실리콘 용융액 표면이 실리콘 잉곳과 편향기 내부에 더 많은 열을 방출한다. 작은 거리에서, 실리콘 용융액 표면으로부터의 열은 실리콘 잉곳과 편향기 내부로 더 많이 방출되므로, 짧은 거리에 있는 실리콘 용융액 표면의 온도는 더 먼 거리에 있는 실리콘 용융물의 온도보다 낮다. 본체 액체 표면의 온도가 훨씬 낮아지고, 자기장 인가 방향의 온도가 실리콘 용융 흐름에 인가된 자기장의 영향으로 인해 자기장 인가 방향에 수직인 온도보다 높다는 문제를 보완한다. 이에 따라, 편향기의 바닥과 실리콘 용융액 레벨 사이의 거리를 설정하여, 실리콘 잉곳과 실리콘 용융물 사이의 계면 아래에서 실리콘 용융물의 온도 분포를 튜닝할 수 있으므로, 인가된 자기장으로 인한 온도 변동을 튜닝할 수 있다. 원주 방향으로 실리콘 용융물의 온도 분포의 변동은 실리콘 용융물의 온도 분포의 균일성을 효과적으로 개선하여, 결정 성장 속도의 균일성과 결정 풀링 품질을 향상시킨다.

한편, 실리콘 잉곳의 원주 방향을 따라, 편향기의 바닥과 실리콘 용융액 레벨 사이의 거리가 다르므로, 더 먼 거리에서, 노 본체의 상단이 압력과 연통하고, 편향기를 통해 역류하는 실리콘 용융액 레벨의 유속이 감소하며, 실리콘 용융액 레벨의 전단력이 증가한다. 작은 거리에서, 노 본체의 상단은 편향기를 통과하고, 실리콘 용융액의 액체 레벨 위치에서의 압력 및 유속이 감소하고, 실리콘 용융액의 액체 레벨의 전단력이 감소한다. 따라서, 편향기의 바닥과 용융액 레벨 사이의 거리를 설정하여, 구조는 원주 방향을 따라 실리콘 용융물의 흐름 상태를 더 균일하게 만들기 위해 추가로 튜닝되고, 이는 결정 성장 속도의 균일성과 결정 풀의 품질을 더욱 향상시킨다. 동시에, 실리콘 용융물의 유동 상태를 변경함으로써, 결정 내 산소 함량 분포의 균일성을 개선할 수 있고, 결정 성장의 결함을 감소시킬 수 있다.

구체적으로, 본 발명에 따르면, 편향기(16)의 바닥에는 하향으로 볼록한 스텝이 제공되어, 자기장 방향으로 편향기의 바닥과 실리콘 용융액 레벨 사이의 거리가 자기장에 수직인 방향으로 편향기의 바닥과 실리콘 용융액 레벨 사이의 거리보다 작아지므로, 기존의 편향기의 구조는 편향기 구조를 재 설계하지 않고 최대한 활용하여, 본 발명의 기술적 효과를 실현할 수 있으며, 생산 비용을 효과적으로 절감할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 스텝은 자기장의 방향을 따라 편향기의 대향하는 측면들에 배치된다. 일부 실시예에 따르면, 스텝은 호 형상의 스텝이고, 편향기의 원주 방향을 따라 배치된다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 결정 성장 장치에서 도가니, 편향기 및 실리콘 잉곳의 개략적인 단면 위치 배치가 도시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 편향기(16)의 바닥은 원형 배럴 형상이고, 따라서 편향기(16)의 바닥은 타원형 링이고, 여기서, 자기장의 인가 방향(도 3에서 화살표(B)로 도시됨)을 따라, 편향기(16)의 대향하는 측면들에는 하향으로 볼록한 스텝(1601 및 1602)이 제공된다. 스텝(1601 및 1602)은 자기장의 방향을 따라 편향기(16)의 바닥의 대향하는 측면들에 배치되고, 스텝(1601 및 1602)은 호 형상이므로, 자기장의 방향을 따라, 편향기(16)의 바닥과 실리콘 용융액 레벨 사이의 거리는 자기장에 수직인 방향으로 편향기(16)의 바닥과 실리콘 용융액 레벨 사이의 거리보다 작으므로, 자기장 방향으로, 실리콘 용융액 표면의 온도가 더 빨리 떨어져서, 수평 자기장의 인가에 의해 야기되는 자기장의 방향을 따라 실리콘 용융물의 온도가 더 높은 결함을 보상하여, 실리콘 용융물의 온도가 편향기의 둘레를 따라 더 균일하게 분포된다.

이 실시예에서, 하향으로 볼록한 스텝은 자기장의 방향을 따라 편향기의 대향하는 측면들에 배치되도록 설정되고, 스텝은 호 형상으로 설정되지만 이는 순전히 예시적인 것이라는 것을 이해해야 하고, 당업자는 편향기의 바닥에 배치된 임의의 스텝이 자기장이 인가된 방향으로 편향기의 바닥과 실리콘 용융액 레벨 사이의 거리를 자기장에 수직인 방향보다 더 작게 만들 수 있고 본 발명의 기술적 효과를 얻을 수 있다는 것을 이해해야 한다.

예시적으로, 호 형상의 스텝에 대응하는 각도는 20° 내지 160°의 범위에 있다.

예시적으로, 스텝의 높이는 2 내지 20mm 범위에 있다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 도 3의 각도(α)의 변화에 따른 반도체 결정 성장 장치의 편향기의 바닥과 실리콘 용융물의 액체 표면 사이의 거리 변화의 개략도가 도시되어 있다. 축은 편향기의 바닥과 실리콘 용융물의 액체 표면 사이의 거리를 나타내고, 수평 축은 도 3에서 각도(α)에 따른 편향기의 바닥의 위치 변화를 나타낸다. α가 90° 및 270° 일 때, 편향기의 바닥과 실리콘 용융물의 액체 표면 사이의 거리는 α가 0° 및 180° 일 때 편향기의 바닥과 실리콘 용융물의 액체 표면 사이의 거리보다 더 작다. α가 90° 및 270° 인 경우, 편향기의 바닥 위치는 자기장 방향(도 3의 화살표(B)로 표시됨)이고, α가 0° 및 180° 인 경우, 편향기의 바닥 위치는 자기장의 방향에 수직이다. 그 중에서, α가 0°이면, 편향기의 바닥과 실리콘 용융물의 액체 표면 사이의 거리 H₀이고, α가 90°이면, 편향기의 바닥과 실리콘 용융물의 액체 표면 사이의 거리 H₀ 및 H₉₀이다. 이들 사이의 차이(h)는 스텝의 높이이며, 범위는 2 내지 20mm이다. 호 형상의 스텝이 원주를 따라 배치되기 때문에, 해당 중심 각도(W)는 20° 내지 160° 범위이다. 편향기의 바닥이 스텝으로 배치되어 있기 때문에, 둥근 모서리가 스텝의 조인트에 적용된다. 예시적으로, 둥근 모서리의 반경은 1 내지 5mm이다.

본 발명의 일 실시예에서, 편향기는 내부 실린더, 외부 실린더 및 단열 재료를 포함하고, 여기서 외부 실린더의 바닥은 내부 실린더의 바닥 아래로 연장되고, 내부 실린더의 바닥과 폐쇄되어, 내부 실린더와 외부 실린더 사이에 캐비티를 형성하며, 단열 재료는 캐비티에 배치된다.

일 실시예에서, 외부 실린더의 바닥은 편향기의 바닥에서 하향으로 볼록한 스텝을 형성하기 위해 다른 벽 두께를 갖는다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 성장 장치에서 편향기의 개략적인 구조도가 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 편향기(16)는 내부 실린더(161), 외부 실린더(162) 및 내부 실린더(161)와 외부 실린더(162) 사이에 배치된 단열 재료(163)를 포함하고, 여기서 외부 실린더(162)의 바닥은 내부 실린더(161)의 바닥 아래로 연장되고, 내부 실린더(161)의 바닥과 폐쇄되어, 내부 실린더(161)와 외부 실린더(162) 사이에 단열 재료(163)를 수용하기 위한 캐비티를 형성한다. 편향기를 내부 실린더, 외부 실린더 및 단열 재료를 포함하는 구조로 설정하면 편향기의 설치를 단순화할 수 있다. 예시적으로, 내부 실린더 및 외부 실린더의 재료는 흑연으로 설정되고, 단열 재료는 유리 섬유, 석면, 암면, 규산염, 에어로젤 펠트, 진공 판 등을 포함한다.

외부 실린더의 바닥을 서로 다른 벽 두께로 설정하여 편향기의 바닥의 하향으로 볼록한 스텝을 형성함으로써, 편향기 스텝의 설정은 외부 실린더의 배치에 의해서만 구현되며, 이는 스텝의 제조 공정을 단순화하고 생산 비용을 절감한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 편향기는 편향기와 실리콘 용융액 레벨 사이의 거리를 튜닝하기 위한 튜닝 장치를 포함한다. 편향기와 실리콘 용융액 레벨 사이의 거리를 변경하는 추가 튜닝 장치를 채택함으로써, 기존 편향기 구조에서 편향기의 제조 공정을 단순화할 수 있다.

계속해서 도 5를 참조하면, 튜닝 장치는 삽입 부재(18)를 포함하고, 삽입 부재(18)는 외부 실린더(162)의 바닥과 내부 실린더(161)의 바닥 및 내부 실린더(161)의 바닥 아래로 연장된 부분 사이에 삽입되도록 제공되는 돌출 부분(181) 및 삽입 부분(182)을 포함한다. 돌출 부분(181)은 외부 실린더(162)의 바닥을 덮도록 연장된다.

기존의 편향기는 일반적으로 원추형 배럴 형상으로 설정되므로, 편향기의 바닥은 일반적으로 원형 단면으로 설정되며, 편향기는 기존 편향기의 구조를 변경하지 않고 내부 실린더와 외부 실린더 사이에 포함되도록 설정되며, 편향기의 바닥의 형상은 편향기와 실리콘 용융액 레벨 사이의 거리를 튜닝하기 위해 기존 편향기의 구조를 변경하지 않고 삽입 부재의 구조 및 모양을 튜닝함으로써 유연하게 튜닝될 수 있다; 기존의 반도체 성장 장치를 변경하지 않고, 삽입 부재로 튜닝 장치를 배치함으로써 본 발명의 효과를 얻을 수 있다. 동시에, 삽입 부재를 모듈 방식으로 제조 및 교체할 수 있어, 다양한 크기의 다양한 반도체 결정 성장 공정에 적응할 수 있으므로, 비용이 절감된다.

삽입 부재는 인서트 형태로 편향기에 설치되,어 편향기를 수정할 필요 없이, 튜닝 장치의 설치가 가능할 수 있으며, 튜닝 장치와 편향기의 제조 및 설치 비용이 더욱 단순화된다. 동시에, 삽입 부재가 외부 실린더의 바닥과 내부 실린더의 바닥 사이에 삽입되는 위치는 외부 실린더로부터 내부 실린더로의 열전도를 효과적으로 감소시키며, 내부 실린더의 온도를 낮추고, 또한 내부 실린더로부터 잉곳으로의 복사열 전달을 효과적으로 감소시킨다. 실리콘 잉곳의 중심과 주변의 축 방향 온도 구배의 차이가 감소되고, 결정 풀링의 품질이 향상된다. 예시적으로, 튜닝 장치는 SiC 세라믹, 석영 등과 같이 열전도율이 낮은 재료를 사용한다.

예시적으로, 튜닝 장치는 자기장의 방향을 따라 편향기 상에 배치된 2 개와 같은 섹션으로 배치될 수 있고, 따라서 돌출 부분은 스텝을 구성한다; 또는 타원형 링과 같은 편향기의 바닥의 둘레를 따라 배치되고, 돌출 부분에 스텝이 배치된다.

섹션 또는 타원형 링으로 튜닝 장치를 설정하는 것은 단지 예시일 뿐이며, 편향기와 실리콘 용융액 레벨 사이의 거리를 튜닝할 수 있는 임의의 튜닝 장치가 본 발명에 적용 가능하는 것을 이해해야 한다.

이상은 본 발명에 따른 반도체 결정 성장 장치에 대한 예시적인 도입이다. 본 발명의 반도체 결정 성장 장치에 따르면, 편향기의 바닥에는 하향으로 볼록한 스텝이 제공되어, 자기장 방향으로 편향기의 바닥과 실리콘 용융액 레벨 사이의 거리를 자기장에 수직인 방향으로 편향기의 바닥과 실리콘 용융액 레벨 사이의 거리보다 작게 할 수 있으므로, 실리콘 잉곳과 실리콘 용융물 사이의 계면 아래에서 실리콘 용융물의 온도 분포가 조절에 역할을 하도록 하여, 인가된 자기장에 의한 원주 방향의 실리콘 용융 온도의 변동을 튜닝할 수 있고, 이는 실리콘 용융 온도 분포의 균일성을 효과적으로 개선하여, 결정 성장 속도의 균일성을 개선하고 결정 풀링 품질을 향상시킨다. 동시에, 실리콘 용융물의 유동 구조는 원주 방향을 따라 실리콘 용융물의 유동 상태를 보다 균일하게 만들도록 튜닝되어, 결정 성장 속도의 균일성을 더욱 향상시키고 결정 성장 결함을 감소시킨다.

개시된 원리에 따른 다양한 실시예가 위에서 설명되었지만, 이들은 단지 예로서 제시된 것이며 제한하는 것이 아님을 이해해야 한다. 따라서, 예시적인 실시예(들)의 폭 및 범위는 전술한 실시예들 중 어느 것에 의해 제한되어서는 안 되며, 본 개시로부터 발행되는 청구 범위 및 그 등가물에 따라서만 정의되어야 한다. 더욱이, 위의 장점 및 특징은 설명된 실시예에서 제공되지만, 위의 장점의 임의의 것 또는 전부를 달성하는 프로세스 및 구조로 그러한 발행된 청구 범위의 적용을 제한하지 않아야 한다.

추가로, 여기의 섹션 표제는 37 C.F.R. 1.77 하의 제안과 일관성을 위해 또는 기타 조직적 단서를 제공하기 위해 제공된다. 이 표제는 본 개시로부터 발행될 수 있는 임의의 청구항에 명시된 발명(들)을 제한하거나 특성화하지 않다. 특히, "배경 기술"의 기술에 대한 설명은 기술이 본 개시의 모든 발명(들)에 대한 선행 기술이라는 인정으로 해석되어서는 안 된다. 더욱이, 본 개시에서 단수로 "발명"에 대한 언급은 본 개시에서 단 하나의 신규성 포인트만이 존재한다고 주장하는 데 사용되어서는 안 된다. 복수의 발명은 본 개시로부터 발행된 복수의 청구 범위의 제한에 따라 설명될 수 있으며, 따라서 그러한 청구 범위는 이에 따라 보호되는 발명(들) 및 그 등가물을 정의한다. 모든 경우에, 그러한 청구 범위의 범위는 본 개시 내용에 비추어 그 자체의 장점으로 고려되어야 하고, 여기의 표제에 의해 제한되어서는 안 된다.

Claims

반도체 결정 성장 장치로서,
노 본체;
실리콘 용융물을 포함하도록 노 본체 내부에 배치되는 도가니;
노 본체의 상단에 배치되고, 실리콘 용융물로부터 실리콘 잉곳 로드를 인출하는데 사용되는 풀링 장치;
배럴 형상이고, 노 본체에서 실리콘 용융물 위에 수직 방향으로 배치된 편향기 - 상기 풀링 장치는 수직 방향으로 편향기를 통해 실리콘 잉곳을 풀링함 - ; 및
상기 도가니 내의 실리콘 용융물에 수평 자기장을 인가하기 위한 자기장 인가 장치;를 포함하고,
상기 편향기의 바닥에는 하향으로 볼록한 스텝이 제공되어, 자기장 방향으로 편향기의 바닥과 실리콘 용융액 레벨 사이의 거리가 자기장에 수직인 방향으로 편향기의 바닥과 실리콘 용융액 레벨 사이의 거리보다 작은, 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 스텝은 자기장의 방향을 따라 편향기의 대향하는 측면들에 배치되는, 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 스텝은 호 형상의 스텝이고, 편향기의 원주 방향을 따라 배치되는, 장치.
제 3 항에 있어서, 상기 호 형상의 스텝에 대응하는 각도는 20° 내지 160°의 범위에 있는, 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 스텝의 높이는 2 내지 20mm 범위인, 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 편향기는 내부 실린더, 외부 실린더 및 단열 재료를 포함하고; 상기 외부 실린더의 바닥은 내부 실린더의 바닥 아래로 연장되고, 내부 실린더의 바닥에 폐쇄되어, 내부 실린더와 외부 실린더 사이에 캐비티를 형성하고, 상기 단열 재료는 캐비티에 배치되는, 장치.
제 6 항에 있어서, 외부 실린더의 바닥은 편향기의 바닥에 하향으로 볼록한 스텝을 형성하기 위해 벽 두께가 다른, 장치.
제 6 항에 있어서, 상기 편향기는 삽입 부재를 포함하고, 상기 삽입 부재는 돌출 부분 및 삽입 부분을 포함하고, 상기 삽입 부분은 내부 실린더의 바닥 아래로 연장된 외부 실린더의 바닥의 부분과 내부 실린더의 바닥 사이에 삽입되고, 상기 돌출 부분은 연장되어 외부 실린더의 바닥을 덮는, 장치.
제 8 항에 있어서, 돌출 부분은 자기장의 방향을 따라 편향기의 대향하는 측면들에 배치된 2 개의 섹션을 포함하고, 상기 돌출 부분은 스텝을 구성하는, 장치.
제 8 항에 있어서, 상기 돌출 부분은 링 형상이고, 편향기의 바닥을 덮으며, 상기 스텝은 돌출 부분에 위치되는, 장치.