KR20210127182A

KR20210127182A - 반도체 결정 성장 장치

Info

Publication number: KR20210127182A
Application number: KR1020217027936A
Authority: KR
Inventors: 웨이민 쉔; 강 왕; 시안리앙 덩
Original assignee: 징 세미콘덕터 코포레이션
Priority date: 2019-02-01
Filing date: 2020-01-16
Publication date: 2021-10-21
Also published as: US20220106703A1; CN111519241A; TW202030384A; JP2022518858A; CN111519241B; KR102505546B1; JP7295252B2; DE112020000646T5; TWI730594B; WO2020156213A1

Abstract

반도체 결정 성장 장치는, 노체(1); 상기 노체(1)의 내부에 배치되어 실리콘 용융체(13)를 수용하는 도가니 (11); 상기 노체(1)의 상부에 배치되며 상기 실리콘 용융체(13) 내로부터 실리콘 잉곳(10)을 풀링하는 풀링 장치(14); 및 배럴 형상으로 상기 실리콘 잉곳(10)의 주위를 포위하도록 설치되며, 상기 노체(1)의 상부에서 유입되는 아르곤 가스를 정류하고 상기 실리콘 잉곳(10)과 상기 실리콘 용융체(13)의 액면 사이의 열 필드 분포를 조절하는 가이드 실린더(16)를 포함하는 열 스크린 장치;를 포함하며, 상기 열 스크린 장치는 상기 가이드 실린더(16)의 하단 내측에 설치된 조정 장치(17)를 더 구비하여, 상기 열 스크린 장치와 상기 실리콘 잉곳(10) 사이의 최소 거리(Drc)를 조정한다. 가이드 실린더(16)의 하단 내측에 조정 장치(17)를 설치함으로써, 가이드 실린더의 형상, 위치를 변경하지 않는 상황에서, 실리콘 잉곳(10) 및 잉곳과 가장 가까운 열 스크린 장치 사이의 거리(Drc)를 조절하여 결정 성장 속도와 퀄리티를 향상시킬 수 있다.

Description

반도체 결정 성장 장치

본 발명은 반도체 제조 분야에 관한 것으로, 구체적으로 반도체 결정 성장 장치에 관한 것이다.

초크랄스키법(Cz)은 반도체 및 태양 에너지용 실리콘 단결정을 제조하는 중요한 방법으로, 도가니에 배치된 고순도 실리콘 재료를 탄소 재료로 구성된 열 필드를 통하여 가열하여 용융하며, 이어서 시드 결정을 용융체에 침지시키고 일련의 공정(결정 인입, 숄더, 동일 직경화, 마무리, 쿨링)을 통하여 최종적으로 단결정 잉곳을 획득한다.

잉곳 풀링 공정에서, 생성된 실리콘 잉곳의 주위에 열 스크린 장치, 예를 들어 가이드 실린더(또는 반사 스크린)가 종종 제공되어, 한편으로 결정 성장 공정에서 석영 도가니 및 도가니 내의 실리콘 용융체가 결정 표면에 대하여 생성하는 복사열을 격리함으로써 결정 잉곳의 축 방향의 온도 구배가 증가되도록 하고 반경 방향의 온도 분포가 균형을 이루도록 하며, 잉곳의 성장 속도가 적절한 범위에서 제어하도록 하는 동시에 결정의 내부 결함 등을 제어한다. 다른 한편으로, 결정 성장 노의 상부로부터 유입되는 불활성 가스를 가이드하여 이를 비교적 큰 유속으로 실리콘 용융체의 표면을 통과하도록 함으로써, 실리콘 잉곳 결정 내의 산소 함유량과 불순물 함유량을 제어하는 효과를 달성한다.

반도체 결정 성장 장치의 설계 공정에서, 열 스크린 장치와 실리콘 용융체의 액면 및 잉곳 사이의 거리를 고려하여 잉곳의 축 방향의 온도 구배 및 반경 방향의 온도 분포를 종종 제어하여야 한다. 구체적으로, 설계 공정에서 열 스크린 장치와 액면의 최소 거리(이하 액면 거리 Drm이라 함) 및 열 스크린 장치와 잉곳 사이의 최소 거리(이하 잉곳 거리 Drc라 함), 이 두 가지를 중요 파라미터로 종종 고려하여야 한다. 여기서, Drm은 잉곳 풀링 액면 사이에서 실리콘 결정의 안정적인 성장을 제어하며, Drc는 실리콘 잉곳의 축 방향의 온도 구배를 제어한다. 실리콘 잉곳과 실리콘 용융체의 액면 사이의 실리콘 결정의 안정적인 성장을 이루기 위해, 도가니의 상승 속도를 종종 제어함으로써 Drm이 적절한 범위에서 안정되도록 한다. 예를 들어, 출원번호가 JP2000160405인 일본 특허는 반도체 결정의 성장 방법 및 장치를 개시하며, 이는 단결정 실리콘의 주위에 열 차폐 장치를 배치하며, 열 차폐 장치의 지표면에서 실리콘 용융체의 표면까지의 거리 및 단결정 실리콘이 풀링될 때의 풀링 속도를 한정함으로써, 단결정 실리콘이 풀링될 때 단결정 실리콘 중의 결함 결정 영역의 형성을 제어한다. 그렇지만, 열 스크린 장치가 고정된 상황에서 가이드 실린더의 형상 및 위치는 고정되며, 실리콘 잉곳의 직경이 일정한 상황에서 Drc를 더 감소하여 실리콘 결정의 비교적 큰 온도 구배를 실현할 수 있지만 열 스크린 장치 자체의 제어를 통한 실현은 매우 어렵다.

따라서, 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여, 새로운 반도체 결정 성장 장치의 제안이 필요하다.

[발명의 내용] 섹션에 간단한 형식의 일련의 개념들을 도입하였으며, 이는 [발명을 실시하기 위한 구체적인 내용] 섹션에 더 상세한 설명을 할 것이다. 본 발명의 [발명의 내용] 섹션에는 보호를 청구하는 기술 방안의 주요 특징 및 필수적인 기술특징을 한정하려는 의미는 결코 없으며, 보호를 청구하는 기술 방안의 보호 범위를 확정하고자 하는 것도 아니다.

본 발명은 반도체 결정 성장 장치를 제공하며, 상기 장치는:

노체;

상기 노체의 내부에 배치되어 실리콘 용융체를 수용하는 도가니;

상기 노체의 상부에 배치되며 상기 실리콘 용융체 내로부터 실리콘 잉곳을 풀링하는 풀링 장치; 및

배럴 형상으로 상기 실리콘 잉곳의 주위를 포위하도록 설치되며, 상기 노체의 상부에서 유입되는 아르곤 가스를 정류하고 상기 실리콘 잉곳과 상기 실리콘 용융체의 액면 사이의 열 필드 분포를 조절하는 가이드 실린더를 포함하는 열 스크린 장치;를 포함하며, 상기 열 스크린 장치는 상기 가이드 실린더의 하단 내측에 설치된 조정 장치를 더 구비하여, 상기 열 스크린 장치와 상기 실리콘 잉곳 사이의 최소 거리를 조정한다.

예시적으로, 상기 조정 장치는 상기 가이드 실린더 내측을 둘러싸도록 설치되는 환형 장치를 포함한다.

예시적으로, 상기 환형 장치는 적어도 두 개의 아크형 부재가 연접하여 형성된다.

예시적으로, 상기 조정 장치는 상기 가이드 실린더와 탈착 가능하게 연결된다.

예시적으로, 상기 가이드 실린더는 내측 실린더, 외측 실린더 및 단열재를 포함하며, 상기 외측 실린더의 저부는 상기 내측 실린더의 저부 하방으로 연장되며 상기 내측 실린더의 저부와 폐색되어 내측 실린더 및 외측 실린더 사이에 캐비티가 형성되며, 상기 단열재는 상기 캐비티의 내부에 배치된다.

예시적으로, 상기 조정 장치는 삽입부와 돌출부를 포함하며, 상기 삽입부는 상기 외측 실린더의 저부가 상기 내측 실린더의 저부 하방에 연장된 부분과 상기 내측 실린더의 저부 사이의 위치에 삽입된다.

예시적으로, 상기 조정 장치의 단면은 역 L자 형상 또는 반 시계 방향으로 90˚회전한 T자 형상을 나타낸다.

예시적으로, 상기 돌출부는 역 삼각형 또는 상기 실리콘 잉곳의 일측을 향하여 돌출된 형상으로 설치된다.

예시적으로, 상기 돌출부는 하부 방향으로 연장되어 상기 가이드 실린더의 저부의 더 아래로 돌출된다.

예시적으로, 하부 방향으로 연장되어 상기 가이드 실린더의 저부의 더 아래로 돌출되는 상기 돌출부의 형상은 요홈형 곡면 또는 돌출형 곡면을 포함한다.

예시적으로, 상기 조정 장치의 재료는 저열전도 계수의 재료를 포함한다.

예시적으로, 상기 조정 장치의 재료는 단결정 실리콘, 그라파이트, 석영, 고용융점 금속 또는 전술한 재료의 조합을 포함한다.

예시적으로, 상기 실리콘 잉곳과 대향하는 상기 돌출부의 일측은 저복사열 계수층으로 설치되어 상기 조정 장치와 상기 실리콘 잉곳의 표면 사이의 복사 전달열이 더 변화된다.

본 발명의 반도체 결정 성장 장치에 따르면, 열 스크린 장치의 설계에 있어서, 가이드 실린더의 하단 내측에 조정 장치를 배치함으로써 가이드 실린더의 형상, 위치를 변경하지 않는 상황에서 열 스크린 장치와 잉곳 사이의 최소 거리를 감소하고, 실리콘 잉곳의 축 방향의 온도 구배를 제고함으로써 결정 성장 속도를 상승시킬 수 있다. 이와 동시에, 잉곳의 중심과 에지의 축 방향의 온도 구배의 차이가 감소하며, 결정의 안정적인 성장에 유리하다. 동시에 조정 장치는 열 스크린 장치와 잉곳 사이의 최소 거리 Drc로 가이드 실린더를 통한 실리콘 용융체의 액면으로의 방향 및 실리콘 용융체의 액면에서 반경 방향으로 확산되는 아르곤 가스의 기체 유속을 변경하고, 결정의 산소 함유량을 조절하며 잉곳 풀링 퀄리티를 더 향상시킬 수 있다.

본 발명의 아래 첨부 도면은 여기에서 본 발명의 일부분으로서 본 발명을 이해하는데 사용될 수 있다. 첨부 도면에서 나타낸 본 발명의 실시예 및 그 설명은 본 발명의 원리를 해석하는데 사용된다.
도면에서:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 결정 성장 장치의 구조 설명도이며,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드 실린더에 설치된 조정 장치의 구조 설명도이며,
도 3A-도3C 각각은 본 발명의 일 실시예에 따른 조정 장치의 구조 설명도이다.

아래의 서술에서, 대량의 구체적인 상세 설명을 하여 본 발명에 대하여 더욱 철저하게 이해시키고자 한다. 그렇지만, 본 영역의 당업자에게 본 발명은 하나 또는 복수와 같은 상세 설명이 없어도 실시에 이를 수 있음이 명확하다. 기타 실시예에서, 본 발명과의 혼돈이 발생하는 것을 피하기 위해 본 영역에서 공지된 일부의 기술특징은 서술하지 않는다.

본 발명의 철저한 이해를 위하여, 아래의 서술 중에서 제기한 상세한 서술을 통하여 본 발명의 반도체 결정 성장 장치를 설명한다. 본 발명의 실시는 반도체 영역의 당업자가 숙지하는 특수한 상세 설명에 결코 제한되는 것이 아님은 명확하다. 본 발명의 비교적 바람직한 실시예의 상세한 서술은 아래와 같지만, 이 상세한 서술 이외에 본 발명은 기타 실시 방식을 가질 수도 있다.

여기에 사용된 용어는 구체적인 실시예를 서술하기 위해 사용한 것일 뿐, 본 발명에 따른 예시적인 실시예를 제한하고자 하는 의도는 아님을 주의하여야 한다. 여기에 사용된 것과 같이, 상하의 문장에서 명확하게 지적한 것이 아니라면 단수 형식도 복수 형식을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 용어, "포함하다"를 사용하였을 때, 이는 상술한 특징, 완전체, 단계, 조작, 요소 및/또는 부품에 존재하는 것을 명확하게 나타내지만, 하나 또는 복수의 다른 특징, 완전체, 단계, 조작, 요소, 부품 및/또는 그들의 조합에 존재하거나 부가되는 것을 배제하지 않음을 이해하여야 한다.

지금부터, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 예시적인 실시예를 더 상세하게 설명한다. 그렇지만, 여기의 예시적인 실시예는 여러 다른 형식으로 실시할 수 있으며, 여기에 진술된 실시예로 제한적으로 해석되어서는 안된다. 이 실시예들은 본 발명의 공개를 철저하고 완전하게 하며, 예시적인 이 실시예들의 사상을 본 기술영역의 보통의 당업자들이 충분하게 전달하고자 제공된 것임을 이해하여야 한다. 첨부 도면에서, 명확하게 볼 수 있도록 층과 영역의 두께를 과장하였고, 동일한 첨부 도면 부호를 사용하여 동일한 요소에 사용하였으므로 그들의 설명을 생략한다.

종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 반도체 결정 성장 장치는,

노체;

아래의 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에서 제안한 반도체 결정 성장장치를 예시적으로 설명하면, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 성장 장치의 구조 설명도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드 실린더에 설치된 조정 장치의 구조 설명도이며, 도 3A-도3C 각각은 본 발명의 일 실시예에 따른 조정 장치의 구조 설명도이다.

초크랄스키법(Cz)은 반도체 및 태양 에너지용 실리콘 단결정을 제조하는 중요한 방법으로, 도가니에 배치된 고순도 실리콘 재료를 탄소 재료로 구성된 열 필드를 통하여 가열하여 용융하며, 이어서 시드 결정을 용융체에 침지시키고 일련의 공정(결정 인입, 숄더, 동일 직경화, 마무리, 쿨링)을 통하여 최종 단결정 잉곳을 획득한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 결정 성장 장치가 개시된다. 반도체 결정 성장 장치는 노체(1), 노체(1) 내에 배치된 도가니(11), 도가니(11) 외측에 배치되어 이를 가열하는 가열기(12), 도가니(11) 내에 수용된 실리콘 용융체(13)를 포함한다.

풀링 장치(14)가 노체(1)의 상부에 제공되며, 풀링 장치(14)의 구동 하에서, 시드 결정이 실리콘 용융체의 액면으로부터 실리콘 잉곳(10)을 풀링하여 나오게 하며, 동시에 실리콘 잉곳(10)의 주위를 포위하도록 열 스크린 장치가 설치되며, 예시적으로 도 1에 도시된 바와 같이, 열 스크린 장치에는 가이드 실린더(16)가 포함되며, 가이드 실린더(16)는 원추 배럴형으로 설치되며, 이는 열 스크린 장치로서, 한편으로 결정 성장 과정에서 석영 도가니 및 도가니 내의 실리콘 용융체가 결정 표면에 대해 발생한 복사열을 격리시켜, 잉곳의 냉각 속도 및 축 방향의 온도 구배를 상승시키고 결정 성장 수량을 증가시킨다. 다른 한편으로 실리콘 용융체의 표면의 열 필드 분포에 영향을 미쳐 잉곳의 중심과 에지의 축 방향의 온도 구배의 차이가 과다하게 되는 것을 피하여, 잉곳이 실리콘 용융체의 액면과의 사이에서 안정적으로 성장하는 것을 보증할 수 있다. 동시에 가이드 실린더는 결정 성장 노의 상부로부터 유입되는 불활성 기체를 가이드함으로써, 불활성 기체가 비교적 큰 유속으로 실리콘 용융체의 표면을 통과하도록 하여 결정 내의 산소 함유량 및 불순물 함유량을 제어하는 효과를 달성한다. 계속하여 도 1을 참조하면, 가이드 실린더(16)의 저부와 실리콘 용융체(13)의 액면 사이의 최소 거리는 열 스크린 장치와 실리콘 용융체 사이의 최소 거리가 되며, 액면 거리라 부르며, Drm으로 표시한다. 가이드 실린더(16)가 실리콘 잉곳(10)과 가장 가까운 곳에서 실리콘 잉곳과 떨어진 최소 거리는 열 스크린 장치와 실리콘 잉곳 사이의 최소 거리가 되며, 잉곳 거리로 부르며, Drc로 표시한다.

실리콘 잉곳의 안정적인 성장을 위하여, 노체(1)의 저부에 도가니(11)의 회전 및 상하 이동을 구동하는 구동 장치(15)가 설치되며, 구동 장치(15)가 잉곳 풀링 과정에서 도가니(11)의 회전을 유지하도록 구동하는 것은 실리콘 용융체의 열의 비대칭성을 감소시키기 위한 것으로, 실리콘 결정 기둥을 동일 직경으로 성장시킨다. 구동 장치(15)가 도가니의 상하 이동을 구동하는 것은 액면 거리 Drm이 합리적인 범위에서 제어되도록 하는 것으로, 실리콘 용융체의 액면의 복사열의 안정성을 유지하여 실리콘 잉곳의 안정적인 성장 요구를 만족시킨다. 예시적으로, 구동 장치(15)는 도가니의 상하 이동을 구동하여 액면 거리 Drm을 20mm 내지 80mm 사이에서 제어한다.

그러나 열 스크린 장치가 고정된 상황에서 가이드 실린더의 형상 및 위치가 고정되고, 실리콘 잉곳의 형상이 일정한 상황에서 Drc를 더 감소시킴으로써 실리콘 잉곳의 비교적 큰 축 방향의 온도 구배는 실현되지만 장치 자체의 제어를 통해 실현하는 것은 매우 어렵다.

이 때문에, 도 2를 참조하면, 본 발명의 반도체 결정 성장 장치에서, 가이드 실런더(16)의 하단에 조정 장치(17)가 설치되며, 조정 장치(17)는 가이드 실린더(16)와 함께 열 스크린 장치로서 실리콘 용융체의 액면과 잉곳 사이의 열 필드 분포를 조정하도록 한다. 구체적으로 가이드 실린더의 하단 내측에 조정 장치가 설치되며, 가이드 실린더의 사이즈와 위치가 조정되지 않은 상황에서, 조정 장치가 미설치된 상황과 서로 비교하면, 열 스크린 장치와 실리콘 잉곳 사이의 최소 거리 Drc가 초기의 가이드 실린더와 잉곳 사이의 최소 거리에서 조정장치와 잉곳 사이의 최소 거리로 변경되어, 열 스크린 장치와 잉곳 사이의 최소 거리 Drc가 감소하게 하며, 열 스크린 장치가 실리콘 잉곳과 열 스크린 장치의 사이를 새롭게 하여, 열 스크린 장치와 실리콘 용융체의 액면 사이의 복사 에너지를 조정하고, 나아가 결정 표면의 열 유속 강도 및 분포를 조정하며, 실리콘 잉곳의 중심과 에지의 축 방향의 온도 구배를 증가시켜 효과적으로 결정의 성장 속도를 높인다. 이와 동시에 중심과 에지의 축 방향의 온도 구배의 차이가 감소하여, 결정이 실리콘 용융체의 액면에서 안정적으로 성장하는 데 유리하다. 동시에 조정 장치는 가이드 실린더를 통해 실리콘 용융체의 액면을 향하는 아르곤 가스의 통로 사이즈도 감소하여, 실리콘 용융체의 액면에서 반경 방향으로 확산하는 아르곤 가스의 기체 유속을 조정하며, 성장하는 결정의 산소 함유량을 조절하고, 잉곳 풀링의 퀄리티를 향상시킨다.

나아가, 조정 장치가 설치된 상황에서, 열 스크린 장치와 실리콘 잉곳 사이의 최소 거리 Drc를 감소시킬 수 있으며, 잉곳을 향한 실리콘 용융체의 액면의 복사열 전달을 감소시킬 수 있으며, 잉곳의 축 방향의 온도 구배를 증가시키며 결정의 성장 속도의 상승에 유리하다. 이와 동시에 결정 성장을 위한 가열기의 소비 전력을 더 줄일 수 있다. 가이드 실린더와 잉곳 사이에 조정 장치가 설치되어 잉곳을 향한 가이드 실린더의 복사열 전달을 더 감소시킬 수 있기 때문에 잉곳의 중심 및 에지의 축 방향의 온도 구배의 차이를 감소시키고, 결정 성장의 공정 윈도우(풀링 속도 범위)를 넓히고 제품의 수율을 향상시킬 수 있다.

상기 가이드 실린더는 배럴 형상으로, 상기 실리콘 잉곳의 주위를 포위하도록 설치되며, 예시적으로 상기 조정 장치(17)가 상기 가이드 실린더의 내측을 둘러싸는 환형 장치로 설치된다.

또한, 예시적으로, 상기 환형 장치는 두 개의 아크형 부재가 연접하여 형성된다. 잉곳 풀링 공정이 고온 환경에 처해져 있기 때문에, 조정 장치가 고온 환경에서 팽창하여 가이드 실린더와 설치 조화 불안정으로 이어지는 것을 피하기 위하여, 환형의 조정 장치를 복수의 아크 형상으로 설치되도록 하며, 복수의 아크 형상 사이의 간극은 팽창으로 인해 조정 장치와 가이드 실린더의 설치 조화 불안정의 문제를 효과적으로 회피할 수 있다. 동시에 환형의 조정 장치를 복수의 아크 형상으로 설치하는 것도 조정 장치를 가이드 실린더 상에 설치하는 공정을 더 간단화할 수 있다.

계속하여 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 일 실시예에 따라, 가이드 실린더(16)는 내측 실린더(161), 외측 실린더(162) 및 내측 실린더(161)와 외측 실린더(162) 사이에 배치되는 단열재를 포함하며, 여기서, 외측 실린더(162)의 저부는 내측 실린더(161)의 저부 하방에 연장되며 내측 실린더(161)의 저부와 폐색되어 내측 실린더(161) 및 외측 실린더(162) 사이에 캐비티가 형성된다. 가이드 실린더를 내측 실린더, 외측 실린더 및 단열재를 포함하는 구조로 설치하여 가이드 실린더의 설치를 간단화할 수 있다. 예시적으로, 내측 실린더 및 외측 실린더의 재료는 그라파이트로 설치되며, 단열재료는 유리섬유, 석면, 락커튼, 규산염, 에어로겔펠트, 진공판 등을 포함한다.

계속하여 도 2를 참조하면, 가이드 실린더(16)가 내측 실린더(161), 외측 실린더(162) 및 내측 실린더(161) 및 외측 실린더(162) 사이에 설치된 단열재(163)를 포함하도록 설치된 상황 하에서, 조정 장치(17)는 돌출부(171)와 삽입부(172)를 포함하며, 상기 삽입부(172)는 외측 실린더(162)의 저부가 내측 실린더(161)의 저부 하방에 연장된 부분과 내측 실린더(161)의 저부 사이의 위치에 삽입되도록 설치된다. 조정 장치를 삽입하는 형식으로 가이드 실린더에 설치하여, 가이드 실린더를 개조할 필요없이 곧 조정 장치를 설치할 수 있으며, 나아가 조정 장치와 가이드 실린더의 제조를 간단화하여 제조 및 설치비용을 줄일 수 있다. 동시에 삽입부가 외측 실린더의 저부 및 내측 실린더의 저부 사이의 위치에 삽입되어 외측 실린더에서 내측 실린더로의 열전도를 효과적으로 감소시킬 수 있고, 내측 실린더의 온도를 감소시키고, 나아가 내측 실린더에서 잉곳으로의 복사열전달을 감소시키고, 실리콘 잉곳의 중심 및 외주의 축 방향의 온도 구배의 차이를 효과적으로 감소시키고 잉곳 풀링 퀄리티를 향상시킨다.

예시적으로 상기 조정 장치는 저열전도 계수의 재료로 설치될 수 있다. 나아가 예시적인 상기 저열전도 계수의 재료는 열전도 계수가 5-10W/m*K인 재료를 포함한다. 예시적으로, 상기 조정 장치의 재료는 SiC 세라믹, 석영, 단결정 실리콘, 그라파이트, 석영, 고용융점 금속 또는 전술한 재료의 조합 등으로 설정된다.

본 실시예에서 조정 장치를 가이드 실린더에 탈착 가능하게 설치되는 것은, 한편으로 양자 사이의 설치 및 분리 제조, 제조 공정의 간소화, 제조비용의 감소를 실현하는 것이며, 다른 한편으로는 조정 장치를 별도로 교체할 수 있고, 조정 장치를 소모품으로 가공 및 사용함으로써 조정 장치를 계열화된 제품으로 형성하고, 연구개발 주기를 단축하고, 개발 비용을 낮출 수 있는 것임을 이해하여야 한다. 본 기술영역의 당업자는 조정 장치를 가이드 실린더와 내측 실린더를 일체로 제조하도록 설치하는 것 또한 본 발명에 적용되는 것으로 이해하여야 한다.

예시적으로, 상기 조정 장치의 단면은 역 L자 형상 또는 반 시계 방향으로 90˚ 회전한 T자 형상을 나타낸다. 계속하여 도 2를 참조하면, 조정 장치(17)의 단면은 반 시계 방향으로 90˚ 회전한 T자 형상이며, 여기서 삽입부(172)는 외측 실린더(162)의 저부가 내측 실린더(161)의 저부의 하방에 연장된 부분과 내측 실린더(161)의 저부 사이의 위치에 삽입되며, 돌출부(171)는 역 삼각형을 나타내어 잉곳과 열 스크린 장치 사이의 최소 거리를 감소시킨다.

돌출부가 역 삼각형으로 설치되는 것은 예시적인 것일 뿐으로, 이는 실리콘 잉곳의 일측을 향하여 돌출된 어떠한 형상으로 설치될 수 있으며, 잉곳과 열 스크린 장치 사이의 최소 거리를 감소시키는 어떠한 형상 설치는 모두 본 발명에 적용될 수 있는 것임을 이해하여야 한다.

도 3A-도 3C를 참조하면, 여기서는 잉곳의 일측으로 돌출된 돌출부(171)의 형상이 개시된다. 도 3A-도 3C에 도시된 바와 같이, 돌출부(171)는 하부 방향으로 연장되어 상기 가이드 실린더의 저부의 더 아래로 돌출되며, 도면에 화살표 P로 표시된 부분과 같다. 도 2에 도시된 것과 같이, 돌출부는 하부 방향으로 가이드 실린더의 저부로 연장되어 나오며, 가이드 실린더의 사이즈와 위치가 변화하지 않는 상황에서, 열 스크린 장치와 실리콘 용융체의 액면 사이의 최소 거리 Drm은 가이드 실린더의 저부와 실리콘 용융체의 액면 사이의 최소 거리에서 조정 장치의 돌출부 하단과 실리콘 용융체의 액면 사이의 최소 거리로 변함으로써, 열 스크린 장치와 실리콘 용융체의 액면 사이의 최소 거리 Drm을 감소시키고, 가이드 실린더를 통하여 실리콘 용융체의 액면으로의 방향 및 실리콘 용융체의 액면에서 반경 방향으로 확산하는 아르곤 가스의 기체 유속을 변경시키며, 실리콘 결정의 주변 부근의 실리콘 용융체 내부의 산소 농도를 제어하고, 결정의 산소 함유량을 조절하고, 나아가 잉곳 풀링 퀄리티를 상승시킨다.

예시적으로, 하부 방향으로 연장되어 상기 가이드 실린더의 저부의 더 아래로 돌출된 상기 돌출부(171)의 형상은 요홈형 곡면(도 3B 도시) 또는 돌출형 곡면(도 3C 도시)을 포함한다. 하부 방향으로 연장되어 상기 가이드 실린더의 저부의 더 아래로 돌출된 돌출부의 형상이 요홈부 곡면 또는 돌출부 곡면으로 설정되고, 조정 장치와 실리콘 용융체의 액면 사이의 상대적인 형상을 통하여 실리콘 잉곳의 표면, 실리콘 용융체의 액면 및 조정 장치 사이의 복사열 전달을 더 조절할 수 있고, 축 방향을 따른 결정 표면의 방향, 외부로 방출되는 결정의 열유속의 변화를 조절함으로써, 중심과 에지의 축 방향의 온도 구배의 차이를 감소시킬 수 있어서 결정과 용융체 사이의 계면 형상이 더욱 평탄하게 하고, 결정의 반경 방향의 차이를 감소시키는 효과를 달성한다.

예시적으로, 실리콘 잉곳의 일측과 대향하는 상기 돌출부의 일측은 저복사열 계수(고반사 계수)층으로 배치되어, 가이드 실린더와 실리콘 잉곳 표면의 복사열 전달이 더 감소된다. 상기 복사열 계수 e는 0-1 사이(반사계수p＝1-e) 있다. 예시적으로, 상기 저복사열 계수의 재료의 복사열 계수, e＜0.5이다. 일 실시예에서, 상기 돌출부는 연마된 스테인리스강을 사용하며, 여기서, 연마된 스테인리스 강 표면의 복사열 계수, e = 0.2-0.3이다.

예시적으로, 상기 조정 장치의 재료는 그라파이트로 설정되고, 상기 그라파이트의 표면에 표면 처리하여 SiC 코팅층 및/또는 열분해 탄소 코팅층을 형성하고, 그 코팅층의 두께는 10μm-100μm 사이이며, 여기서 열분해 탄소 코팅층의 표면은 치밀도가 높고, 고온에서의 열반사 계수가 비교적 높으며, 표면 처리 방법은 화학기상증착법을 포함한다.

예시적으로, 상기 조정 장치의 돌출부의 형상 및 표면에 코팅층 처리하여, 표면에 고반사 계수(저복사열 계수)층을 형성하고, 실리콘 잉곳의 표면, 액면 및 조정 장치 사이의 복사열 전달을 변화시키며, 축 방향을 따른 결정 표면의 방향, 외부로 방출되는 결정의 열 유속의 변화를 조절함으로써, 중심과 에지의 축 방향의 온도 구배의 차이를 감소시킬 수 있어서, 결정과 용융체 사이의 계면 형상이 더욱 평탄하게 하고, 결정의 반경 방향의 차이를 감소시키는 효과를 달성한다.

이상에서는 본 발명에 따른 반도체 결정 성장 장치를 예시적으로 소개하였으며, 본 실시예의 반도체 결정 성장 장치에서 조정 장치의 형상, 실장 방법, 재료 등에 대한 제한은 단지 예시적인 것이며, 잉곳과 열 스크린 장치 사이의 최소 거리를 감소시킬 수 있는 어떠한 조정 장치는 모두 본 발명에 적용될 수 있음을 이해하여야 한다.

요약하면, 본 발명의 반도체 결정 성장 장치에 따르면, 조정 장치가 가이드 실린더의 하단 내측에 배치되도록 하여, 가이드 실린더의 형상 및 위치의 변화가 없는 상황 하에서, 열 스크린 장치와 잉곳 사이의 최소 거리가 감소되고 실리콘 잉곳의 축 방향 온도 구배가 높아져서, 결정 성장 속도를 증가시킨다. 이와 동시에, 중심과 에지의 축 방향의 온도 구배 차이를 줄여 결정의 안정적인 성장에 유리하다. 동시에, 조정 장치는 열 스크린 장치와 잉곳 사이의 최소 거리를 통하여 가이드 실린더로부터 실리콘 용융체의 액면으로의 향하는 아르곤 가스의 통로 사이즈가 감소되어, 가이드 실린더를 통한 실리콘 용융체의 액면으로의 방향 및 실리콘 용융체의 액면에서 반경 방향으로 확산하는 아르곤 가스의 기체 유속을 변경할 수 있어서, 실리콘 결정 주변 부근의 실리콘 용융체 내부의 산소 농도를 제어하고 결정의 산소 함유량을 조절하며, 잉곳 풀링 퀄리티를 더 향상시킨다.

본 발명은 상술한 실시예를 통해 이미 설명되었으나, 상술한 실시예는 단지 열거 및 설명을 위한 것으로, 본 발명을 설명한 실시예의 범주로 한정하려는 의도가 아님을 이해하여야 한다. 또한, 본 기술 분야의 당업자는 본 발명이 상술한 실시예에 결코 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 교시에 따라 더 많은 변형 및 수정이 이루어질 수 있음을 이해할 수 있으며, 이러한 변형 및 수정은 모두 본 발명의 보호받고자 하는 범위에 있다. 본 발명의 보호 범위는 첨부된 청구범위 및 그 균등 범위로 정해진다.

Claims

노체;
상기 노체의 내부에 배치되어 실리콘 용융체를 수용하는 도가니;
상기 노체의 상부에 배치되며 상기 실리콘 용융체 내로부터 실리콘 잉곳을 풀링하는 풀링 장치; 및
배럴 형상으로 상기 실리콘 잉곳의 주위를 포위하도록 설치되며, 상기 노체의 상부에서 유입되는 아르곤 가스를 정류하고 상기 실리콘 잉곳과 상기 실리콘 용융체 액면 사이의 열 필드 분포를 조절하는 가이드 실린더를 포함하는 열 스크린 장치;를 포함하며,
상기 열 스크린 장치는 상기 가이드 실린더의 하단 내측에 설치된 조정 장치를 더 구비하여, 상기 열 스크린 장치와 상기 실리콘 잉곳 사이의 최소 거리를 조정하는 것을 특징으로 하는 반도체 결정 성장 장치.
제1항에 있어서,
상기 조정 장치는 상기 가이드 실린더 내측을 둘러싸도록 설치되는 환형 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 결정 성장 장치.
제2항에 있어서,
상기 환형 장치는 적어도 두 개의 아크형 부재가 연접하여 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 결정 성장 장치.
제1항에 있어서,
상기 조정 장치는 상기 가이드 실린더와 탈착 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 반도체 결정 성장 장치.
제1항에 있어서,
상기 가이드 실린더는 내측 실린더, 외측 실린더 및 단열재를 포함하며,
상기 외측 실린더의 저부는 상기 내측 실린더의 저부 하방에 연장되며 상기 내측 실린더의 저부와 폐색되어 내측 실린더 및 외측 실린더 사이에 캐비티가 형성되며, 상기 단열재는 상기 캐비티의 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 결정 성장 장치.
제5항에 있어서,
상기 조정 장치는 삽입부와 돌출부를 포함하며, 상기 삽입부는 상기 외측 실린더의 저부가 상기 내측 실린더의 저부 하방에 연장된 부분과 상기 내측 실린더의 저부 사이의 위치에 삽입되는 것을 특징으로 하는 반도체 결정 성장 장치.
제6항에 있어서,
상기 조정 장치의 단면은 역 L자 형상 또는 반 시계 방향으로 90˚회전한 T자 형상을 나타내는 것을 특징으로 하는 반도체 결정 성장 장치.
제6항에 있어서,
상기 돌출부는 역 삼각형 또는 상기 실리콘 잉곳의 일측을 향하여 돌출된 형상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 결정 성장 장치.
제8항에 있어서,
상기 돌출부는 하부 방향으로 연장되어 상기 가이드 실린더의 저부의 더 아래로 돌출되는 것을 특징으로 하는 반도체 결정 성장 장치.
제8항에 있어서,
하부 방향으로 연장되어 상기 가이드 실린더의 저부의 더 아래로 돌출되는 상기 돌출부의 형상은 요홈형 곡면 또는 돌출형 곡면을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 결정 성장 장치.
제1항에 있어서,
상기 조정 장치의 재료는 저열전도 계수의 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 결정 성장 장치.
제10항에 있어서,
상기 조정 장치의 재료는 단결정 실리콘, 그라파이트, 석영, 고용융점 금속 또는 전술한 재료의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 결정 성장 장치.
제9항에 있어서,
상기 실리콘 잉곳과 대향하는 돌출부의 일측은 저복사열 계수층으로 배치되어 상기 조정 장치와 상기 실리콘 잉곳의 표면 사이의 복사열전달이 더 변화되는 것을 특징으로 하는 반도체 결정 성장 장치.