KR20230124725A - 단결정 실리콘 잉곳들의 성장 중의 버퍼 부재들의 사용 - Google Patents

단결정 실리콘 잉곳들의 성장 중의 버퍼 부재들의 사용 Download PDF

Info

Publication number
KR20230124725A
KR20230124725A KR1020237025636A KR20237025636A KR20230124725A KR 20230124725 A KR20230124725 A KR 20230124725A KR 1020237025636 A KR1020237025636 A KR 1020237025636A KR 20237025636 A KR20237025636 A KR 20237025636A KR 20230124725 A KR20230124725 A KR 20230124725A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
melt
ingot
buffer members
silicon ingot
weir
Prior art date
Application number
KR1020237025636A
Other languages
English (en)
Inventor
마테오 파노치아
프란체스카 마르케세
제임스 호와이 킷
Original Assignee
글로벌웨이퍼스 씨오., 엘티디.
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 글로벌웨이퍼스 씨오., 엘티디. filed Critical 글로벌웨이퍼스 씨오., 엘티디.
Publication of KR20230124725A publication Critical patent/KR20230124725A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/002—Continuous growth
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/02—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method adding crystallising materials or reactants forming it in situ to the melt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/10—Crucibles or containers for supporting the melt
    • C30B15/12—Double crucible methods
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/20—Controlling or regulating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

연속 초크랄스키(CCz)에 의해 단결정 실리콘 잉곳들을 생산하는 방법들이 개시된다. 잉곳의 메인 바디가 성장되기 전에 버퍼 부재들의 배치(예컨대, 석영 컬렛들)가 도가니 조립체의 외부 용융 구역에 추가된다. 일부 실시예들에서, 용융물에 추가된 버퍼 부재들의 배치의 질량(M)과 버퍼 부재들의 배치를 용융물에 추가한 것과 잉곳 메인 바디가 성장하기 시작할 때 사이의 시간의 비율은 M/T 비율이 임계 M/T보다 크도록 제어된다.

Description

단결정 실리콘 잉곳들의 성장 중의 버퍼 부재들의 사용
관련 출원들에 대한 교차 참조
본 출원은 2020년 12월 31일자로 출원된 미국 가특허 출원 제63/132,712호와, 2020년 12월 31일자로 출원된 미국 가특허 출원 제63/132,713호를 우선권 주장한다. 양 출원들은 그 전부가 참조로 본 개시에 포함된다.
본 개시의 분야는 연속 초크랄스키(Continuous Czochralski, CCz)에 의해 단결정 실리콘 잉곳들을 생산하는 방법들에 관한 것이고, 특히, 버퍼 부재들이 도가니 조립체의 외부 용융 구역에 추가되는 방법들에 관한 것이다.
연속 초크랄스키(CCz)는 비소 또는 인이 비교적 고도로 도핑된 잉곳들과 같은 300 ㎜ 또는 200 ㎜ 직경 단결정 실리콘 잉곳들을 형성하는데 매우 적합하다. 연속 초크랄스키 법들은 잉곳이 성장되는 동안 용융물을 보충하기 위해 용융물에 고체 다결정 실리콘을 지속적으로 또는 간헐적으로 추가하는 동안 실리콘의 용융물로부터 단결정 실리콘 잉곳을 형성하는 것을 수반한다. 그 방법들은 핫 존이 어떤 온도에 남아 있는 동안 동일한 용융물로부터 다수의 잉곳들을 형성하는 (즉, 복수의 잉곳들이 성장되는 동안 용융물이 도가니 조립체에 지속적으로 존재하는) 것을 수반할 수 있다.
연속 초크랄스키 법들에 의해 성장된 잉곳들로부터 슬라이스된 웨이퍼들이 200 ㎜ 및 300 ㎜ 잉곳들 모두에 대해 낮은 보이드 카운트(예컨대, 웨이퍼당 30개 미만의 결함들)를 가지는 것을 고객들이 점점 더 구체적으로 특정한다. 연속 초크랄스키 법들은 물리적 장벽들에 의해 분리되는 적어도 두 개와 종종 세 개의 용융 구역 ― 고체 다결정 실리콘이 피드되는 외부 용융 구역, 용융물이 안정화되는 중간 용융 구역, 및 실리콘 잉곳이 인상되는 내부 용융 구역 ― 을 포함하는 도가니 조립체를 수반할 수 있다. 고체 다결정 실리콘의 용융물에의 추가는 불활성 기체 거품들(예컨대, 아르곤 거품들)이 용융물 안에 형성되어 보이드 카운트에 영향을 미치게 한다.
잉곳으로부터 슬라이스된 실리콘 웨이퍼들에서 결함 카운트를 줄이는 및/또는 용융물 안의 불활성 기체 거품 형성이 감소되거나 또는 불활성 기체 거품들의 소멸을 촉진하는 실리콘 잉곳들을 형성하는 방법들에 대한 필요가 존재한다.
이 섹션은 아래에서 설명 및/또는 청구되는 본 개시의 다양한 양태들에 관련될 수 있는 다양한 기술 양태들을 독자에게 소개하도록 의도된다. 이 논의는 본 개시의 다양한 양태들의 더 나은 이해를 용이하게 하기 위한 배경 정보를 독자에게 제공함에 있어서 도움이 될 것이라 생각된다. 따라서, 이들 서술들은 이러한 관점에서 읽혀져야 하고, 선행 기술의 인정이라는 관점에서 읽히지 않아야 한다는 것이 이해되어야 한다.
본 개시의 하나의 양태는 연속 초크랄스키 프로세스에서 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키는 방법에 관한 것이다. 실리콘의 용융물이 도가니 조립체 안에 형성된다. 버퍼 부재들의 배치(batch of buffer members)가 용융물에 추가된다. 그 배치는 질량(M)을 가진다. 용융물의 표면이 시드 결정과 접촉한다. 단결정 실리콘 잉곳이 용융물로부터 인출된다. 단결정 실리콘 잉곳은 메인 바디를 포함한다. 버퍼 부재들의 배치를 용융물에 추가하는 것과 메인 바디의 성장 시작 사이에 시간(T)이 있다. 단결정 실리콘 잉곳으로부터 슬라이스된 웨이퍼들에서 보이드 카운트 수를 줄이기 위해 M/T 비율은 임계 M/T보다 크도록 제어된다. 고체 다결정 실리콘 공급원료는 용융물을 보충하기 위해 단결정 실리콘 잉곳을 인출하는 동안 도가니에 추가된다.
본 개시의 하나의 양태는 연속 초크랄스키 프로세스에서 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키는 임계 M/T 비율을 결정하는 방법에 관한 것이다. 연속 초크랄스키 프로세스는 도가니 조립체 안에 실리콘의 용융물을 형성하는 단계, 용융물에 질량(M)을 갖는 버퍼 부재들의 배치를 추가하는 단계, 용융물의 표면을 시드 결정과 접촉시키는 단계, 용융물로부터 단결정 실리콘 잉곳 ― 단결정 실리콘 잉곳은 메인 바디를 포함하며, 버퍼 부재들의 배치를 용융물에 추가하는 것과 메인 바디의 성장 시작 사이에 시간(T)이 있음 ― 을 인출하는 단계, 및 용융물을 보충하기 위해 단결정 실리콘 잉곳을 인출하는 동안 도가니 조립체에 고체 다결정 실리콘 공급원료를 추가하는 단계를 포함한다. 임계 M/T 비율을 결정하는 방법은 잉곳들 중 상이한 M/T 비율들로 성장되는 적어도 두 개의 잉곳으로 복수의 단결정 실리콘 잉곳들을 성장시키는 단계를 포함한다. 복수의 단결정 실리콘 잉곳들로부터 슬라이스된 하나 이상의 웨이퍼에서의 결함 카운트가 측정된다. 임계 결함 카운트 미만의 결함 카운트를 갖는 웨이퍼들이 슬라이스되었던 단결정 실리콘 잉곳들에 대한 M/T 비율이 결정된다.
본 개시의 위에서 언급된 양태들에 관하여 논의된 특징들의 다양한 리파인먼트들이 존재한다. 추가의 특징들은 본 개시의 위에서 언급된 양태들에도 또한 통합될 수 있다. 이들 리파인먼트들 및 추가의 특징들은 개별적으로 또는 임의의 조합으로 존재할 수 있다. 예를 들면, 본 개시의 예시된 실시예들 중 임의의 것에 관하여 아래에서 논의되는 다양한 특징들은 본 개시의 위에서 설명된 양태들 중 임의의 것에, 단독으로 또는 임의의 조합으로 포함될 수 있다.
도 1은 고체 다결정 실리콘 충전물이 내부에 배치되는 예시적인 잉곳 풀러 장치의 단면도이며;
도 2는 용융물 내에 버퍼 부재들이 있는 용융물을 갖는 잉곳 풀러 장치의 단면도이며;
도 3은 실리콘 잉곳이 실리콘 용융물로부터 인상됨을 도시하는 잉곳 풀러 장치의 단면도이며;
도 4는 M/T가 임계 M/T 미만이었던 잉곳들로부터 슬라이스된 웨이퍼들에서 보이드 카운트 수를 도시하는 박스 그림이며;
도 5는 M/T가 임계 M/T를 초과했던 잉곳들로부터 슬라이스된 웨이퍼들에서 보이드 카운트 수를 도시하는 박스 그림이며;
도 6은 M/T의 함수로서 결함 카운트 수를 도시하는 산점도(scatter plot)이며;
도 7은 M/T가 임계 M/T 미만이었던 잉곳으로부터 슬라이스된 웨이퍼들의 박스 그림이며;
도 8은 M/T가 임계 M/T를 초과했던 잉곳으로부터 슬라이스된 웨이퍼들의 박스 그림이며; 및
도 9는 다른 잉곳 풀러 장치에 대한 M/T의 함수로서 결함 카운트 수를 도시하는 산점도이다.
해당 참조 부호들이 도면들의 전체에 걸쳐 해당 부분들을 나타낸다.
본 개시의 제공들은 연속 초크랄스키(CCz) 프로세스에서 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키는 방법들에 관한 것이다. 버퍼 부재들(예컨대, 석영 컬렛(cullet)들)이 잉곳의 메인 바디의 형성 전에 실리콘의 용융물에 추가된다. 버퍼 부재들의 추가와 잉곳의 메인 바디의 성장의 시작 사이의 시간(T)에 대한 추가되는 버퍼 부재들의 질량(M)의 비율은 임계 M/T보다 크도록 제어된다. 잉곳 메인 바디가 성장하기 시작할 때까지의 시간에 대한 버퍼 부재들의 질량의 비율(M/T)을 임계 M/T보다 크도록 제어함으로써, 결과적인 실리콘 웨이퍼들에서의 결함들의 양은 감소될 수 있다.
연속 초크랄스키 프로세스에 의해 잉곳(60)을 생산하기 위한 예시적인 잉곳 풀러 장치(5)가 도 3에서 도시된다. 잉곳 풀러 장치(5)는 반도체 또는 태양 등급(solar grade) 실리콘 재료의 용융물(6)을 포함하는 도가니 조립체(10)를 포함한다. 서셉터(13)는 도가니 조립체(10)를 지지한다. 도가니 조립체(10)는 측벽(40)과, 용융물을 상이한 용융 구역들로 분리하는 하나 이상의 유체 장벽(20, 30) 또는 "둑(weir)들"을 가진다. 예시된 실시예에서, 도가니 조립체(10)는 제1 둑(20)을 포함한다. 제1 둑(20)과 측벽(40)은 실리콘 용융물의 외부 용융 구역(42)을 정의한다. 도가니 조립체(10)는 제1 둑(20)에 대해 방사상 안쪽으로 제2 둑(30)을 포함하며 제2 둑은 실리콘 용융물의 내부 용융 구역(22)을 정의한다. 내부 용융 구역(22)은 단결정 실리콘 잉곳(60)이 성장되는 성장 영역이다. 제1 둑(20)과 제2 둑(30)은 용융물(6)이 내부 용융 구역(22)을 향해 이동함에 따라 안정화될 수 있는 실리콘 용융물의 중간 용융 구역(32)을 정의한다. 제1 및 제2 둑들(20, 30) 각각은 용융된 실리콘이 내부 용융 구역(22)의 성장 영역을 향해 방사상 안쪽으로 흐르는 것을 허용하도록 내부에 정의되는 적어도 하나의 개구부를 가진다.
예시된 실시예에서, 제1 둑(20), 제2 둑(30) 및 측벽(40) 각각은 일반적으로 환형 형상을 가진다. 제1 둑(20), 제2 둑(30) 및 측벽(40)은 도가니 조립체(10)의 하단 또는 바닥(45)에서 결합되는 세 개의 네스트된 도가니의 일부일 수 있다(즉, 제1 및 제2 둑들(20, 30)은 더 큰 도가니 내에 네스트된 두 개의 도가니의 측벽들이다). 도 1 내지 도 3에서 묘사되는 도가니 조립체 구성은 예시적이다. 다른 실시예들에서, 도가니 조립체(10)는 둑들이 바닥(45)에서부터 위쪽으로 연장하는 단층 바닥을 가진다(즉, 네스트된 도가니들을 가지지 않는다). 옵션적으로, 바닥(45)은 곡선형이 아니라 평평할 수 있으며 그리고/또는 둑들(20, 30) 및/또는 측벽(40)은 직선형일 수 있다. 게다가, 예시된 도가니 조립체(10)가 두 개의 둑을 갖는 것으로 도시되지만, 다른 실시예들에서 도가니 조립체는 단일 둑을 가질 수 있거나 또는 심지어 둑들을 갖지 않을 수 있다.
피딩 튜브(46)가, 예를 들어, 과립상, 청크, 또는 과립상 및 청크의 조합일 수 있는 다결정 실리콘을 외부 용융 구역(42) 속으로, 잉곳(60)의 성장 동안 실질적으로 일정한 용융 고도 수준 및 볼륨을 유지하기에 충분한 레이트로 피드한다.
일반적으로, 잉곳(60)이 인발되는 용융물(6)은 초기 실리콘 충전물(27)(도 1)을 형성하기 위해 다결정 실리콘을 도가니 속으로 적재함으로써 형성된다. 일반적으로, 초기 충전물이 약 10 킬로그램과 약 200 킬로그램 사이의 다결정 실리콘이며, 이는 과립상, 청크, 또는 과립상 및 청크의 조합일 수 있다. 초기 충전물들의 질량은 원하는 결정 직경 및 핫 존 설계에 따라 다르다. 초기 충전물은 잉곳 결정의 길이를 반영하지 않는데, 다결정 실리콘이 결정 성장 동안 지속적으로 피드되기 때문이다.
예를 들어, 유동층(fluidized bed) 반응기에서의 실란 또는 할로실란의 열 분해에 의해 생산되는 과립상 다결정 실리콘 또는 지멘스(Siemens) 반응기에서 생산되는 다결정 실리콘을 포함하여 다결정 실리콘의 다양한 소스들이 사용될 수 있다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 일정한 양의 버퍼 부재들이 다결정 실리콘의 초기 충전물(27)을 용융하기 전에 또는 그러한 초기 충전물을 용융하는 동안 도가니 조립체(10)의 외부 용융 구역(42)에서 다결정 실리콘의 초기 충전물(27)에 추가될 수 있다.
일단 다결정 실리콘(과 옵션적으로 버퍼 부재들)이 도가니 조립체(10)에 추가되어 충전물(27)을 형성하면, 충전물(27)은 충전물을 용융시키기 위해 대략 실리콘의 용융 온도(예컨대, 약 1412℃) 위의 온도로 가열됨으로써, 용융된 실리콘을 포함하는 실리콘 용융물(6)(도 2)을 형성한다. 실리콘 용융물(6)은 용융된 실리콘의 초기 볼륨을 가지고 초기 용융물 고도 수준을 가지고, 이들 파라미터들 초기 충전물(27)의 사이즈에 의해 결정된다. 일부 실시예들에서, 실리콘 용융물(6)을 포함하는 도가니 조립체(10)는 적어도 약 1425℃, 적어도 약 1450℃ 또는 심지어 적어도 약 1500℃의 온도로 가열된다.
잉곳 인상 장치(5)는 내부 용융 구역(22) 내의 용융물로부터 잉곳(60)을 성장 및 인상하기 위한 인상 기구(114)(도 3)를 포함한다. 인상 기구(114)는 인상 케이블(118), 인상 케이블(118)의 하나의 단부에 커플링되는 시드 홀더 또는 척(chuck)(120), 및 시드 홀더 또는 척(120)에 커플링되어 결정 성장을 개시하기 위한 시드 결정(122)을 포함한다. 인상 케이블(118)의 하나의 단부는 승강 기구(예컨대, 구동 풀리 또는 드럼, 또는 임의의 다른 적합한 유형의 승강 기구)에 연결되고 다른 단부는 시드 결정(122)을 보유하는 척(120)에 연결된다. 작동 시, 시드 결정(122)은 내부 용융 구역(22)에서 용융물(6)과 접촉하도록 하강된다. 인상 기구(114)는 시드 결정(122)이 인상 축(A)을 따라 상승하도록 작동된다. 이는 단결정 잉곳(60)이 용융물(6)로부터 인상되게 한다.
일단 다결정 실리콘의 충전물(27)(도 1)이 액화되어 용융된 실리콘을 포함하는 실리콘 용융물(6)(도 2)을 형성하면, 실리콘 시드 결정(122)(도 3)은 내부 용융 구역(22) 내에서 용융물(6)과 접촉하도록 하강된다. 실리콘 시드 결정(122)는 그 다음에 실리콘이 부착된 용융물(6)로부터 넥(52)을 형성하도록 인출됨으로써 용융물(6)의 표면 근처나 그 표면에서 용융물-고체 계면을 형성한다.
인상 기구(114)는 시드 결정(122)과 이것에 연결되는 잉곳(60)을 회전시킬 수 있다. 도가니 구동 유닛(44)은 서셉터(13)와 도가니 조립체(10)를 회전시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 실리콘 시드 결정(122)과 도가니 조립체(10)는 반대 방향들로 회전되며, 즉, 대향 회전한다. 대향 회전은 실리콘 용융물(6) 안에 대류를 성취한다. 시드 결정(122)의 회전은 대칭 온도 프로파일을 제공하며, 불순물들의 각도 변화를 억제하는데, 그리고 또한 결정 용융물 계면 형상을 제어하는데 주로 사용된다.
넥(52)의 형성 후, 넥(52)에 인접한 외향 돌출(outwardly flaring) 시드-원추 부분(54)(또는 "크라운")가 성장된다. 일반적으로, 인상 레이트는 넥 부분 인상 레이트로부터 외향 돌출 시드-원추 부분(54)을 성장하기에 적합한 레이트로 감소된다. 일단 시드-원추 부분이 타깃 직경에 도달하면, 잉곳(60)의 매니 바디(56) 또는 "일정 직경 부분"이 성장된다. 일부 실시예들에서, 잉곳(60)의 메인 바디(56)는 약 150 ㎜, 적어도 약 150 ㎜, 약 200 ㎜, 적어도 약 200 ㎜, 약 300 ㎜, 적어도 약 300 ㎜, 약 450 ㎜, 또는 심지어 적어도 약 450 ㎜의 직경을 가진다.
잉곳(60)이 용융물(6)로부터 인상되는 동안, 고체 폴리실리콘 공급원료는 잉곳 성장 장치(5)에서 용융물(6)을 보충하기 위해 튜브(46) 또는 다른 채널을 통해 외부 용융 구역(42)에 추가된다. 고체 다결정 실리콘은 다결정 실리콘 피드 시스템(66)으로부터 추가될 수 있고 용융물 수준을 유지하기 위해 잉곳 풀러 장치(5)에 지속적으로 또는 간헐적으로 추가될 수 있다. 일반적으로, 다결정 실리콘은 본 기술분야의 통상의 기술자에게 이용 가능한 임의의 방법에 의해 잉곳 풀러 장치(5) 속으로 계량될 수 있다.
일부 실시예들에서, 도펀트는 잉곳 성장 동안 용융물(6)에 또한 추가된다. 도펀트는 도펀트 피드 시스템(72)으로부터 도입될 수 있다. 도펀트는 기체 또는 고체로서 추가될 수 있고 외부 용융 구역(42)에 추가될 수 있다.
장치(5)는 성장 잉곳(60)이 용융물(6)로부터 자신의 응고 잠열과 열 플럭스를 방출하는 것을 허용하기 위해 잉곳(60) 주위에 배치된 열 차폐부(116)를 포함할 수 있다. 열 차폐부(116)는 형상이 적어도 부분적으로 원뿔일 수 있고 잉곳(60)이 배치되는 환형 개구부를 생성하기 위한 각도로 아래쪽으로 비스듬하다. 아르곤과 같은 불활성 기체의 흐름이 성장 결정의 길이를 따라 전형적으로 제공된다. 잉곳(60)은 주위의 분위기로부터 밀봉되는 성장 챔버(78)를 통해 인상된다.
복수의 독립 제어 환형 하단 히터들(70)이 도가니 조립체(10) 밑에서 방사상 패턴으로 배치될 수 있다. 환형 하단 히터들(70)은 도가니 조립체(10)의 전체 기초 표면 영역에 걸쳐 비교적 제어된 분포로 열을 인가한다. 환형 하단 히터들(70)은 미국 특허 제7,635,414호에서 설명된 바와 같이 개별적으로 제어되는 평면 저항성 가열 엘리먼트들일 수 있으며, 이 공보는 모든 관련되고 일관된 목적들을 위해 참조로 본 개시에 포함된다. 장치(5)는 용융물(6)을 통해 온도 분포를 제어하기 위해 도가니 조립체(10)에 대해 방사상으로 바깥쪽에 배치되는 하나 이상의 측면 히터(74)를 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 3에 도시되고 본 개시에서 설명되는 잉곳 성장 장치(5)는 예시적이고 일반적으로 결정 잉곳이 연속 초크랄스키 법에 의해 준비되는 임의의 시스템은 달리 언급되지 않는 한 사용될 수 있다.
본 개시의 실시예들에 따라, 잉곳(60)이 성장되기 전에, 배치(31)(도 2)의 버퍼 부재들(35) (예컨대, 석영 컬렛들)이 실리콘 용융물(6)에, 특히, 외부 용융 구역(42)에 추가된다. 버퍼 부재들(35)은 버퍼 부재들(35)이 용융물(6) 내에서 부유하도록(즉, 일부가 용융물(6)의 표면 상에 배치되도록) 실리콘의 용융물(6)보다 덜 조밀할 수 있다. 외부 용융 구역(42)에 추가될 수 있는 적합한 버퍼 부재들(35)은, 예를 들어, 피딩 튜브(46)를 통해 추가된 폴리실리콘이 용융물(6)에 직접 들어가는 것을 방지하는 및/또는 불활성 기체 거품들의 소멸을 위한 표면 영역을 제공하는 고체 재료들을 포함한다. 버퍼 부재들(35)은 버퍼 부재들(35) 사이에 갭들을 형성할 수 있다. 버퍼 부재들(35)은 (예컨대, 다결정 공급원료를 낙하시킴으로써 충돌될 때) 자유롭게 이동될 수 있다. 일부 실시예들에서, 버퍼 부재들(35)은 석영 컬렛들과 같은 석영을 포함한다. 석영 컬렛들이 사용될 때, 컬렛들은 임의의 적합한 형상(예컨대, 실린더형)과 임의의 적합한 사이즈(예컨대, 실린더형 컬렛들이 사용될 때 직경 약 1 ㎜ 내지 10 ㎜ 및/또는 길이 약 1 ㎜ 내지 약 10 ㎜)를 가질 수 있다.
버퍼 부재들(35)의 배치(31)가 용융물(6)에 추가된 후, 잉곳(60)은 용융물(6)로부터 인상된다. 본 개시의 실시예들에 따라서, 용융물(6)에 추가된 버퍼 부재들(35)의 배치(31)의 질량(M) 대 버퍼 부재들(35)의 배치(31)를 용융물(6)에 추가한 것과 잉곳 메인 바디(56)(도 3)가 성장하기 시작할 때 사이의 시간(T)의 비율은, 단결정 실리콘 잉곳으로부터 슬라이스된 웨이퍼들에서 보이드 카운트 수를 줄이기 위해 M/T 비율이 임계 M/T 비율보다 크도록 제어된다. 일반적으로, 시간(T)은 버퍼 부재들(35)의 배치(31)가 완전히 추가된 시간과 잉곳 메인 바디(56)가 성장하기 시작하는 때에 해당한다.
일부 실시예들에서, 단결정 실리콘 잉곳으로부터 슬라이스된 웨이퍼들이 0.2 ㎛ 또는 그 이상의 사이즈의 30개 미만의 결함들의 보이드 카운트를 가지도록 또는 심지어 0.2 ㎛ 또는 그 이상의 사이즈의 20개 미만의 결함들의 보이드 카운트를 가지도록 M/T 비율은 임계 M/T보다 크도록 제어된다. 임계 M/T는 잉곳 풀러 장치의 핫 존 설계에 의존하여 가변할 수 있다. 임계 M/T를 결정하기 위해, 임계 결함 카운트(예컨대, 0.2 ㎛ 또는 그 이상의 사이즈의 30개 미만 결함들, 20개 미만 결함 또는 10개 미만 결함들과 같은 제조업자 및/또는 고객에 의해 요망되는 최대 결함 카운트)가 확립된다. 복수의 단결정 실리콘 잉곳들은 성장되는데 적어도 두 개의 잉곳(예컨대, 2, 3, 5, 10, 25, 100개 잉곳들)이 상이한 M/T 비율들로 성장된다. 복수의 단결정 실리콘 잉곳들로부터 슬라이스된 하나 이상의 웨이퍼에서의 결함 카운트는 (예컨대, SP1 검사 도구로) 측정된다. 임계 결함 카운트 미만의 결함 카운트를 가지는 웨이퍼들이 슬라이스되었던 단결정 실리콘 잉곳들에 대한 M/T 비율은 측정된 결함 카운트 수에 기초하여 결정된다(즉, 임계 M/T는 결함 카운트가 결함 임계 카운트에 있거나 또는 결함 임계 카운트 미만에 있는 M/T 값들에 기초하여 결정된다).
일부 실시예들에서, M/T가 더 크도록 제어되는 임계 M/T는 시간당 40 그램이다. 다른 실시예들에서, 임계 M/T는 시간당 50 그램 또는 심지어 시간당 55 그램이다. 일부 실시예들에서, M/T가 더 크도록 제어되는 임계 M/T는 시간당 60 그램이다. 또 다른 실시예들에서, M/T가 더 크도록 제어되는 임계 M/T는 시간당 70 그램이다. 임계 M/T(와 잉곳을 성장시키기 위해 잉곳 풀러 장치에서 사용되는 실제 M/T)는 (예컨대, 고체 폴리실리콘이 버퍼 부재들의 상단에 쌓이기 시작할 때와 같이 고체 폴리실리콘 잉곳 용융물의 흐름을 억제하는 일 없이) 잉곳 성장 프로세스의 실제 제한들에 의해 경계가 정해질 수 있다. 예를 들어, M/T는 위에서 나열된 임계 M/T 위이고 시간당 500 그램 미만 또는 심지어 시간당 250 그램 미만이 되도록 제어될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 그리고 본 개시의 일부 실시예들에 따라, 버퍼 부재들(35)의 배치(31)는 버퍼 부재들(35)이 도가니 조립체(10)의 측벽(40)에서부터 제1 둑(20)까지 계속해서 연장하도록 충분히 클 수 있다.
이와 관련하여, 버퍼 부재들(35)(예컨대, 석영 컬렛들)의 배치(31)의 질량(M)은 일반적으로 초기 충전물(27)(도 1)이 용융되기 전에 추가되었던 임의의 버퍼 부재들을 제외한다(즉, 고체 다결정 충전물에 추가되는 버퍼 부재들의 초기 충전물을 제외한다).
M/T 비율이 임계 M/T보다 크도록 M/T 비율을 제어하기 위해, 외부 용융 구역(42)에 추가되는 버퍼 부재들(35)의 배치(31)의 질량(M)이 증가될 수 있거나 또는 버퍼 부재들의 추가와 잉곳(60)의 메인 바디(56)의 성장 사이의 시간(T)은 (예컨대, 즉 잉곳 메인 바디(56)가 성장을 시작할 때에 더 가까운 나중에, 버퍼 부재들을 추가함으로써) 감소될 수 있다. M/T를 임계 M/T"보다 크"도록 제어하는 것은 최소 M/T가 잉곳 성장 프로세스에서의 사용을 위해 선택 또는 확립되는 임의의 방법을 일반적으로 포함한다(즉, 잉곳 성장 프로세스의 M/T가 최소"와 동일" 또는 최소보다 큰 또는, 다르게 말하면, 임계 M/T가 M/T가 임계값보다 크도록 선택되는 최소 M/T 미만의 단위인 실시예들을 포함한다)는 것에 주의해야 한다.
잉곳(60)이 용융물(6)로부터 인출됨에 따라, 고체 다결정 실리콘 공급원료는 용융물(6)을 보충하기 위해 단결정 실리콘 잉곳(60)을 인출하는 동안 도가니 조립체(10)에 추가된다. 일부 실시예들에서, 버퍼 부재들(35)은 잉곳(예컨대, 넥, 크라운 및/또는 메인 바디)이 성장되는 동안 용융물에 추가되지 않는다. 버퍼 부재들이 본 개시의 다른 실시예들에서와 같이 넥(52) 및/또는 크라운(54)의 성장 동안 추가되면, 버퍼 부재들(35)의 배치(31)의 질량(M)은 시드 결정(122)(도 3)이 하강되는 동안 추가되는 및/또는 잉곳(60)의 넥(52) 및 크라운(54)의 성장 동안 추가되는 임의의 버퍼 부재들(35), 뿐만 아니라 시드 결정(122)의 하강 전에 (그리고, 만약 있다면, 고체 다결정 실리콘의 충전물을 용융하는 것에 후속하여 및/또는 이전의 잉곳의 성장의 종료에 후속하여) 추가된 임의의 버퍼 부재들을 포함할 수 있다. 본 개시의 일부 실시예들에서, 버퍼 부재들(35)은 잉곳 메인 바디(56)가 용융물(6)로부터 인상되는 동안 추가되지 않는다. 버퍼 부재들(35)이 잉곳 메인 바디(56)의 성장 동안 추가되면, 이러한 버퍼 부재들(35)은 잉곳(60)의 메인 바디(56)의 성장 전에 추가된 배치(31)의 일부인 것으로 간주되지 않는다(즉, 배치(31)의 질량(M)의 일부가 아니다).
일부 연속 초크랄스키 프로세스들에서, 하나를 초과하는 잉곳은 핫 존(즉, 장치(5)의 하부 이를테면 도가니 조립체(10) 및 서셉터(13))이 도가니 조립체(10) 내에서 계속해서 존재하는 실리콘 용융물(6)로 가열된 채로 남아있는 동안 성장된다. 이러한 방법들에서, 제1 잉곳은 목표 길이로 성장되고 성장이 종료되며, 그 잉곳은 잉곳 풀러로부터 제거되고, 시드 결정이 그 다음에 (즉, 제1 잉곳이 인출되었던 동일한 용융물을 사용하여) 제2 단결정 실리콘 잉곳의 성장을 개시하기 위해 용융물 속으로 하강된다. 후속 잉곳들은 (예컨대, 도가니 조립체가 저하된 컴포넌트의 냉각 및 교체를 요구하는 것과 같이 핫 존의 하나 이상의 컴포넌트가 저하되기까지) 온전한 핫 존으로 그리고 실리콘의 연속적인 용융물이 도가니 조립체(10) 내에 있는 온도에서 성장될 수 있다. 예를 들어, 적어도 1, 2, 3, 4, 5, 6, 10, 또는 20 또는 그 이상의 잉곳들이 성장될 수 있다.
제1 잉곳(60)의 성장이 종료되고 잉곳이 제거된 (예컨대, 잉곳 풀러 장치(10)의 인상 챔버로부터 제거된) 후, 버퍼 부재들의 제2 배치는 제1 잉곳이 제거된 후 남아있는 용융물에 추가될 수 있다. 시드 결정(122)(즉, 제1 잉곳 또는 상이한 시드 결정을 인상하는데 사용되는 동일한 시드 결정)이 용융물과 접촉하도록 하강된다. 본 개시의 실시예들에 따라, 용융물에 추가된 버퍼 부재들의 제2 배치의 질량(M2) 대 버퍼 부재들의 제2 배치의 추가와 잉곳의 메인 바디의 성장의 시작 사이의 시간(T2)의 비율은 제2 단결정 실리콘 잉곳으로부터 슬라이스된 웨이퍼들에서 보이드 카운트 수를 줄이기 위해 임계 M/T(즉, 위에서 참조된 임계 M/T)보다 크도록 제어된다. 이와 관련하여, 제2 배치가 추가될 때 용융물에 여전히 남아있는 버퍼 부재들의 제1 배치의 양이 있을 수 있다. 제1 배치의 수량(또는 전체 수량)이 실리콘 용융물 내의 용해로 인해 고갈될 수 있다. 용융물에 남아있는 제1 배치는 일반적으로 제2 배치의 질량(M2)의 일부가 아니다.
잉곳 풀러 장치(5)는 버퍼 부재들(35)의 배치들을 외부 용융 구역(42)에 추가하기 위한 버퍼 부재 피드 시스템(55)(도 2)을 포함할 수 있다. 버퍼 시스템(55)은 버퍼 부재(35)의 자동 추가를 위해 또는 수동 추가를 위해 구성될 수 있다. 예를 들어, 버퍼 부재 피드 시스템(55)은 버퍼 부재들(예컨대, 석영 컬렛들)을 포함하는 저장 베셀과 계량 디바이스(예컨대, 계량 호퍼들, 계량 휠들 등)를 포함할 수 있다. 버퍼 부재 피드 시스템(55)은 폴리실리콘이 추가되는 동일한 튜브(46)일 수 있거나 또는 may be 별도의 튜브일 수 있는 버퍼 부재 피딩 튜브를 포함할 수 있다. 버퍼 부재들(35)은 오퍼레이터에 의해 계량될 수 있거나 또는 버퍼 부재 피드 시스템(55)에 의해 튜브에 자동으로 피드될 수 있다.
연속 초크랄스키(CCz) 프로세스에서 단결정 실리콘 잉곳들을 성장시키는 기존의 방법들과 비교하여, 본 개시의 방법들은 여러 장점들을 가진다. 용융물에 추가되는 버퍼 부재들의 배치의 질량(M) 대 버퍼 부재들의 배치를 용융물에 추가하는 것과 단결정 실리콘 잉곳의 메인 바디가 성장하기 시작할 때 사이의 시간(T)의 비율을 M/T의 임계 값보다 크도록 제어함으로써, 이러한 연속 초크랄스키 법들에서 성장된 잉곳들로부터 슬라이스된 웨이퍼들의 보이드 카운트는 감소될 수 있다. 예를 들어, 이러한 웨이퍼들은 (사이즈 0.2 ㎛ 또는 그 이상이고 SP1 검사 도구에 의해 측정되는) 웨이퍼당 30개 미만 결함들을 가질 수 있다. 임의의 특정 이론에 의해 구애됨 없이, 다결정 실리콘의 도가니 조립체의 외부 용융 구역에의 추가는 거품들이 고체-용융물 계면에 도달하는 것을 허용하는 각각의 둑 내의 개구부들을 통해 용융물에 의해 운반될 수 있는 불활성 기체(예컨대, 아르곤)의 상대적으로 작은 거품들(예컨대, 10 ㎛ 미만)을 생성한다고 여겨진다. 버퍼 부재들은 다결정 공급원료를 용융물 속으로 직접 덤핑하는 것을 방지함으로써 불활성 기체의 용융물 속으로의 포획을 방지하는 역할을 할 수 있다. 버퍼 부재들은 불활성 기체 거품들이 집성될 표면 영역 및 핵생성 지점들을 또한 제공함으로써, 거품들이 부력이 있게 되는 것을 허용하도록 거품들의 사이즈를 증가시킬 수 있다. 용융물에 추가되는 버퍼 부재들의 배치의 질량(M) 대 버퍼 부재들의 배치를 용융물에 추가하는 것과 잉곳 메인 바디 성장의 시작 사이의 시간(T)의 비율을 적어도 60 그램/시간이 되도록 증가시킴으로써, 불활성 기체 충돌 및/또는 불활성 기체 거품들의 소멸을 감소시킬 시의 버퍼 부재들의 효율은 증가한다.
예들
본 개시의 프로세스들은 다음의 예들에 의해 추가로 예시된다. 이들 예들은 제한하는 의미로 보지 않아야 한다.
예 1: M/T가 M/T의 임계 값 미만인 잉곳들로부터 성장된 웨이퍼들에서의 보이드들의 수
단결정 실리콘 잉곳들은 도 3에 도시된 장치와 유사한 잉곳 풀러 장치에서 연속 초크랄스키 법으로 성장되었다. 실리콘 잉곳들은 300 ㎜ 메인 바디 부분으로 성장되었고 적인(red phosphorous)으로 도핑되었다. 다결정 실리콘의 초기 충전물이 외부 용융 구역, 중간 용융 구역 및 내부 용융 구역에 추가되었다. 석영 큐렛들(4 kg)은 외부 용융 구역에서 다결정 공급원료의 상단에 추가되었다. 충전물이 용융된 후, 초기 충전물이 완전히 형성되기까지 추가적인 다결정 실리콘이 다결정 실리콘 피드 시스템을 통해 추가되었다. 석영 컬렛들의 배치(1 kg)가 용융물에 추가되었다. 시드 결정이 하강되었고 단결정 실리콘 잉곳이 용융물로부터 성장되었다. 후속 잉곳들이 (즉, 핫 존을 냉각시키는 일 없이 동일한 용융물로부터) 핫 존을 온도에서 유지하면서 성장되었다. 버퍼 부재들(석영 컬렛들)의 배치(1.5 kg)가 각각의 후속 잉곳의 성장 전에 외부 용융 구역에 추가되었다. 잉곳들의 첫 번째 실행은 임계 M/T 미만(이 경우 60 그램/시간 미만)인, 용융물에 추가된 버퍼 부재들의 배치의 질량(M) 대 버퍼 부재들의 배치를 용융물에 추가하는 것과 잉곳 메인 바디의 성장의 시작 사이의 시간(T)의 비율로 성장되었다. 잉곳들의 두 번째 실행은 임계 M/T보다 큰 (즉, 60 그램/시간 이상의) M/T 비율로 첫 번째 실행 후에 성장되었다. 나타낸 바와 같이, 두 번째 실행에서의 하나의 잉곳은 효과의 확인을 위해 임계 M/T 미만의 M/T로 성장되었다.
첫 번째 실행의 잉곳들(임계 M/T 미만의 M/T)로부터 슬라이스된 웨이퍼들에서의 결함 카운트 수 및 두 번째 실행의 잉곳들(임계 M/T보다 큰 M/T)로부터 슬라이스된 웨이퍼들에서의 결함 카운트 수는 각각 도 4 및 5에서 도시된다. 도면들의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이, M/T를 임계 M/T로 증가시키는 것은 웨이퍼들의 결함 성장을 30개 결함/웨이퍼 미만으로 감소시킴으로써, 고객 사양 내에 있는 웨이퍼들의 양을 증가시켰다. 도 6은 (적인 잉곳들 및 비소가 도핑된 다른 잉곳 실행들 모두에 대해) M/T 비율의 함수로서 결함 카운트 수를 도시하는 산점도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 결함 카운트 수는 M/T가 임계 M/T보다 큰 모든 실행들에 대해 30개 결함/웨이퍼 미만이었다.
예 2: 결함 카운트 수의 축방향 추세
도 7은 M/T가 약 27 그램/시간이었던 예 1의 프로세스에 의해 성장된 잉곳의 축을 따라 슬라이스된 웨이퍼들의 결함 카운트 수를 도시한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 잉곳의 전체 축에 걸친 결함 카운트 수는 30개 결함/웨이퍼보다 컸었다. 도 8은 M/T가 약 70 그램/시간인 예 1의 프로세스에 의해 성장된 잉곳의 축을 따라 슬라이스된 웨이퍼들의 결함 카운트 수를 도시한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 잉곳의 전체 축에 걸친 결함 카운트 수는 30 개 미만이었다. 양 조건들 하에 성장된 잉곳들은 결함들에서 축방향 균일성을 나타내었다. 이는 버퍼 부재들이 잉곳 메인 바디의 성장 중에 추가될 필요가 없다는 것을 입증한다.
예 3: 잉곳 풀러 장치를 위한 임계 M/T의 결정
도 9는 도 3에 도시된 장치와 유사한 단결정 실리콘 잉곳들로부터 슬라이스된 웨이퍼들에 대한 M/T 비율의 함수로서 결함 카운트 수를 도시하는 산점도이다. 잉곳 풀러 장치는 예 1 내지 예 2에서 사용되는 장치들과는 상이한 장치였다. 도 9에 도시된 바와 같이, 70 그램/시간의 M/T의 최소 임계 값이, M/T가 임계 M/T보다 큰 모든 실행들에 대해 30개 결함/웨이퍼 미만의 결함 카운트 수를 초래하였다. 잉곳 풀러 장치를 위한 임계 M/T(즉, 최소)는 약 70 그램/시간이 되도록 결정되었다.
본 개시에서 사용되는 바와 같이, "약", "실질적으로", "본질적으로" 및 "대략적으로"라는 용어들은 치수들, 농도들, 온도들 또는 다른 물리적 또는 화학적 성질들 또는 특성들의 범위들과 연계하여 사용될 때 예를 들어, 반올림, 측정 수법 또는 다른 통계적 변동으로 인한 변동들을 포함하여 성질들 또는 특성들의 범위들의 상한 및/또는 하한에 존재할 수 있는 변동들을 포함하기 위한 것이다.
본 개시 또는 그 실시예(들)의 엘리먼트들을 도입할 때, "a", "an", "the"의 사용에 해당하는 표현과 "상기"는 하나 이상의 엘리먼트가 존재함을 의미하도록 의도된다. "포함하는", "구비하는", "담고 있는" 및 "가지는"이란 용어들은 열거된 엘리먼트들 외의 추가의 엘리먼트들이 있을 수 있음을 의미하고 이를 포함하는 것으로 의도된다. 특정 배향(예컨대, "상단", "하단", "측면" 등)을 나타내는 용어들의 사용은 설명의 편의를 위한 것이고 설명되는 항목의 임의의 특정 배향을 요구하지는 않는다.
다양한 변경들이 본 개시의 범위로부터 벗어남 없이 위의 구성들 및 방법들에서 이루어질 수 있으므로, 위의 설명에 포함되고 첨부 도면(들)에서 도시된 모든 사항들은 예시적인 것이지만 제한하는 의미는 아닌 것으로 해석되는 것으로 의도된다.

Claims (26)

  1. 연속 초크랄스키 프로세스에서 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키는 방법으로서,
    도가니 조립체 안에 실리콘의 용융물을 형성하는 단계;
    상기 용융물에 버퍼 부재들의 배치 ― 상기 배치는 질량(M)을 가짐 ― 를 추가하는 단계;
    상기 용융물의 표면을 시드 결정과 접촉시키는 단계;
    상기 용융물로부터 단결정 실리콘 잉곳 ― 상기 단결정 실리콘 잉곳은 메인 바디를 포함하며, 상기 버퍼 부재들의 배치를 상기 용융물에 추가하는 것과 상기 메인 바디의 성장 시작 사이에 시간(T)이 있음 ― 을 인출하는 단계;
    상기 단결정 실리콘 잉곳으로부터 슬라이스된 웨이퍼들에서 보이드 카운트 수를 줄이기 위해 M/T 비율이 임계 M/T보다 크도록 제어하는 단계; 및
    상기 용융물을 보충하기 위해 상기 단결정 실리콘 잉곳을 인출하는 동안 상기 도가니 조립체에 고체 다결정 실리콘 공급원료를 추가하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단결정 실리콘 잉곳으로부터 슬라이스된 웨이퍼들이 0.2 ㎛ 또는 그 이상의 사이즈의 30개 미만의 결함들의 보이드 카운트를 가지도록 상기 M/T 비율은 임계 M/T보다 크도록 제어되는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 단결정 실리콘 잉곳으로부터 슬라이스된 웨이퍼들이 0.2 ㎛ 또는 그 이상의 사이즈의 20개 미만의 결함들의 보이드 카운트를 가지도록 상기 M/T 비율은 임계 M/T보다 크도록 제어되는, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 잉곳들 중 상이한 M/T 비율들로 성장되는 적어도 두 개의 잉곳으로 복수의 단결정 실리콘 잉곳들을 성장시키는 단계;
    상기 복수의 단결정 실리콘 잉곳들로부터 슬라이스된 하나 이상의 웨이퍼에서 결함 카운트를 측정하는 단계; 및
    임계 결함 카운트 미만의 결함 카운트를 갖는 웨이퍼들이 슬라이스되었던 단결정 실리콘 잉곳들에 대한 상기 M/T 비율을 결정하는 단계
    에 의해 상기 임계 M/T를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 임계 결함 카운트는 0.2 ㎛ 또는 그 이상의 사이즈의 30개 결함들인, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 임계 M/T는 시간당 40 그램, 시간당 50 그램 또는 시간당 55 그램인, 방법.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 임계 M/T는 시간당 60 그램인, 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 임계 M/T는 시간당 250 그램 미만인, 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단결정 실리콘 잉곳의 상기 메인 바디는 약 150 ㎜, 적어도 약 150 ㎜, 약 200 ㎜, 적어도 약 200 ㎜, 약 300 ㎜, 적어도 약 300 ㎜, 약 450 ㎜, 또는 심지어 적어도 약 450 ㎜의 직경을 가지는, 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 버퍼 부재들은 석영으로 이루어지는, 방법.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 버퍼 부재들은 석영 컬렛들인, 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 버퍼 부재들의 배치는 제1 배치이고 상기 단결정 실리콘 잉곳은 제1 결정 실리콘 잉곳이며,
    상기 방법은,
    상기 제1 단결정 실리콘 잉곳의 성장을 종료시키는 단계;
    상기 용융물에 버퍼 부재들의 제2 배치 ― 상기 제2 배치는 질량(M2)을 가짐 ― 를 추가하는 단계;
    상기 용융물의 표면을 시드 결정과 접촉시키는 단계; 및
    상기 용융물로부터 제2 단결정 실리콘 잉곳 ― 상기 제2 단결정 실리콘 잉곳은 메인 바디를 포함하며, 상기 버퍼 부재들의 제2 배치를 상기 용융물에 추가하는 것과 상기 메인 바디의 성장 시작 사이에 시간(T2)이 있으며, 상기 M2/T2 비율은 상기 제2 단결정 실리콘 잉곳으로부터 슬라이스된 웨이퍼들에서 보이드 카운트 수를 줄이기 위해 상기 임계 M/T보다 크도록 제어됨 ― 을 인출하는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도가니 조립체는 둑 및 측벽 - 상기 둑 및 측벽은 상기 둑과 상기 측벽 사이에 외부 용융 구역을 정의함 -을 포함하며, 상기 버퍼 부재들의 배치는 상기 외부 용융 구역에 추가되는, 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 둑은 제1 둑이며, 상기 도가니 조립체는 상기 제1 둑에 대해 방사상 안쪽으로 제2 둑을 포함하며, 상기 제1 둑과 제2 둑은 상기 제1 둑과 상기 제2 둑 사이에 중간 용융 구역을 정의하며, 상기 제2 둑은 상기 제2 둑 내에 내부 용융 구역을 정의하는, 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도가니 조립체에서 상기 실리콘의 용융물은 상기 도가니 조립체에 고체 다결정 실리콘의 초기 충전물을 추가함으로써 형성되며,
    상기 방법은,
    상기 고체 다결정 실리콘의 초기 충전물에 버퍼 부재들의 배치를 추가하는 단계; 및
    버퍼 부재들이 내부에 배치되는 상기 고체 다결정 실리콘의 초기 충전물을 용융하는 단계를 포함하는, 방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 버퍼 부재들이 상기 용융물 내에 부유하도록 상기 버퍼 부재들은 상기 실리콘의 용융물보다 덜 조밀한, 방법.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단결정 실리콘 잉곳은 상기 도가니 조립체에서 상기 실리콘의 용융물이 형성된 후 상기 용융물로부터 인출된 첫 번째 잉곳인, 방법.
  18. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단결정 실리콘 잉곳은 상기 용융물로부터 인출된 제1 단결정 실리콘 잉곳에 후속하여 성장된 단결정 실리콘 잉곳인, 방법.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단결정 실리콘 잉곳의 상기 메인 바디가 상기 용융물로부터 인출되는 동안 버퍼 부재들은 추가되지 않는, 방법.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단결정 실리콘 잉곳의 넥 및/또는 크라운이 상기 용융물로부터 인출되는 동안 버퍼 부재들은 추가되지 않는, 방법.
  21. 도가니 조립체 안에 실리콘의 용융물을 형성하는 단계, 상기 용융물에 질량(M)을 갖는 버퍼 부재들의 배치를 추가하는 단계, 상기 용융물의 표면을 시드 결정과 접촉시키는 단계, 상기 용융물로부터 단결정 실리콘 잉곳 ― 상기 단결정 실리콘 잉곳은 메인 바디를 포함하며, 상기 버퍼 부재들의 배치를 상기 용융물에 추가하는 것과 상기 메인 바디의 성장 시작 사이에 시간(T)이 있음 ― 을 인출하는 단계, 및 상기 용융물을 보충하기 위해 상기 단결정 실리콘 잉곳을 인출하는 동안 상기 도가니 조립체에 고체 다결정 실리콘 공급원료를 추가하는 단계를 포함하는, 연속 초크랄스키 프로세스에서 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키는 임계 M/T 비율을 결정하는 방법으로서,
    상기 잉곳들 중 상이한 M/T 비율들로 성장되는 적어도 두 개의 잉곳으로 복수의 단결정 실리콘 잉곳들을 성장시키는 단계;
    상기 복수의 단결정 실리콘 잉곳들로부터 슬라이스된 하나 이상의 웨이퍼에서 결함 카운트를 측정하는 단계; 및
    임계 결함 카운트 미만의 결함 카운트를 갖는 웨이퍼들이 슬라이스되었던 단결정 실리콘 잉곳들에 대한 상기 M/T 비율을 결정하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 임계 결함 카운트는 0.2 ㎛ 또는 그 이상의 사이즈의 20개 결함들인, 방법.
  23. 제21항에 있어서, 상기 임계 결함 카운트는 0.2 ㎛ 또는 그 이상의 사이즈의 30개 결함들인, 방법.
  24. 제21항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 버퍼 부재들은 석영으로 이루어지는, 방법.
  25. 제21항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 버퍼 부재들은 석영 컬렛들인, 방법.
  26. 제21항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 단결정 실리콘 잉곳들로부터 슬라이스된 하나 이상의 웨이퍼에서 상기 결함 카운트를 측정하는 단계는, 상기 웨이퍼의 표면에 광을 진행시키는 단계와 상기 표면으로부터 반사된 광을 검출하는 단계를 포함하는, 방법.
KR1020237025636A 2020-12-31 2021-12-29 단결정 실리콘 잉곳들의 성장 중의 버퍼 부재들의 사용 KR20230124725A (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202063132712P 2020-12-31 2020-12-31
US202063132713P 2020-12-31 2020-12-31
US63/132,712 2020-12-31
US63/132,713 2020-12-31
PCT/EP2021/087786 WO2022144387A1 (en) 2020-12-31 2021-12-29 Use of buffer members during growth of single crystal silicon ingots

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230124725A true KR20230124725A (ko) 2023-08-25

Family

ID=80001458

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237025636A KR20230124725A (ko) 2020-12-31 2021-12-29 단결정 실리콘 잉곳들의 성장 중의 버퍼 부재들의 사용

Country Status (6)

Country Link
US (2) US11767610B2 (ko)
EP (1) EP4271862A1 (ko)
JP (1) JP2024501567A (ko)
KR (1) KR20230124725A (ko)
TW (1) TW202231942A (ko)
WO (1) WO2022144387A1 (ko)

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6663708B1 (en) * 2000-09-22 2003-12-16 Mitsubishi Materials Silicon Corporation Silicon wafer, and manufacturing method and heat treatment method of the same
JP3624827B2 (ja) * 2000-12-20 2005-03-02 三菱住友シリコン株式会社 シリコン単結晶の製造方法
DE10250822B4 (de) * 2002-10-31 2006-09-28 Siltronic Ag Verfahren zur Herstellung eines mit leichtflüchtigem Fremdstoff dotierten Einkristalls aus Silicium
US7635414B2 (en) 2003-11-03 2009-12-22 Solaicx, Inc. System for continuous growing of monocrystalline silicon
JP2011054821A (ja) * 2009-09-03 2011-03-17 Sumco Corp エピタキシャルウェーハの製造方法及びエピタキシャルウェーハ
US20180291524A1 (en) * 2015-05-01 2018-10-11 Corner Star Limited Methods for producing single crystal ingots doped with volatile dopants
US10221500B2 (en) * 2017-01-04 2019-03-05 Corner Star Limited System for forming an ingot including crucible and conditioning members
US10407797B2 (en) 2017-05-04 2019-09-10 Corner Start Limited Crystal pulling system and method including crucible and barrier

Also Published As

Publication number Publication date
US20230142420A1 (en) 2023-05-11
TW202231942A (zh) 2022-08-16
WO2022144387A1 (en) 2022-07-07
US20220205129A1 (en) 2022-06-30
JP2024501567A (ja) 2024-01-12
US11767610B2 (en) 2023-09-26
EP4271862A1 (en) 2023-11-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0170856B1 (en) Process for growing monocrystals of semiconductor materials from shallow crucibles by czochralski technique
EP2705178B1 (en) Growth of a uniformly doped silicon ingot by doping only the initial charge
KR102658843B1 (ko) 연속 쵸크랄스키 방법을 사용하여 질소 도핑된 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키기 위한 방법들 및 이 방법에 의해 성장되는 단결정 실리콘 잉곳
US8840721B2 (en) Method of manufacturing silicon single crystal
EP0219966B1 (en) Process for pulling a crystal
US5932002A (en) Seed crystals for pulling a single crystal and methods using the same
KR102576552B1 (ko) 연속 쵸크랄스키 방법을 사용하여 단결정 실리콘 잉곳을 성장시키기 위한 방법들
US11767610B2 (en) Use of buffer members during growth of single crystal silicon ingots
CN116783333A (zh) 在单晶硅锭生长期间使用缓冲剂
US20220389609A1 (en) Use of quartz plates during growth of single crystal silicon ingots
US20230142194A1 (en) Use of arrays of quartz particles during single crystal silicon ingot production
JP2024520171A (ja) 単結晶シリコンインゴットの成長中の石英プレートの使用
US11866845B2 (en) Methods for growing single crystal silicon ingots that involve silicon feed tube inert gas control
TWI831613B (zh) 製造單晶矽鑄碇之方法
US20230212779A1 (en) Ingot puller apparatus having a flange that extends from the funnel or from the silicon feed tube
TW202328509A (zh) 用於涉及矽進料管之惰性氣體控制之單晶矽錠生長之方法
US20230078325A1 (en) Crystal pulling systems having composite polycrystalline silicon feed tubes, methods for preparing such tubes, and methods for forming a single crystal silicon ingot
JP7052912B1 (ja) 単結晶引上げ装置
JP2023135234A (ja) シリコン単結晶の製造方法