KR20240039036A - 단결정 실리콘 로드를 제조하기 위한 디바이스 및 방법 - Google Patents
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Abstract
초크랄스키법에 따른 결정의 제조를 위한 디바이스 및 방법이 제공된다. 상기 디바이스는, 표면을 포함하는 인발 샤프트, 결정 인상 동안에 결정 시드를 유지하기에 적합한 시드 홀더, 및 개구부를 구축하는, 중공 절두형 원뿔 형태의 디쉬로서, 상부 반경(R 2 ), 높이(h), 재료 두께(b), 그리고 반경(R 1 ), 및 직경(d)을 갖는 구경(bore)을 갖는 베이스 플레이트를 포함하는 디쉬를 포함하고, 여기서 디쉬는 시드 홀더와 인발 샤프트 사이에, 개구부가 인발 샤프트를 향하도록 고정된다.
Description
본 발명의 목적은, 보다 높은 무전위 수율로 초크랄스키법에 의한 단결정 실리콘 로드의 제조를 가능하게 하는 디바이스를 제공하는 것이다.
대부분의 반도체 전자 디바이스 제조 공정의 출발 재료인 단결정 실리콘은, 소위 초크랄스키("CZ") 방법에 의해 제조되는 것이 통상적이다. 이 방법에서는, 다결정 실리콘("폴리실리콘")을 도가니에 넣어 용융시키고, 용융된 실리콘과 시드 결정을 접촉시키며, 저속 추출에 의해 단결정이 성장된다.
결정 성장 동안에 생성되고 용융물에 진입하는 입자들은, 성장된 결정을 전위시켜 원하는 품질의 결정의 손실을 초래할 수 있다. 이는 상당한 수율 손실로 이어져 비용을 증가시킨다.
따라서, 결정 성장 시스템으로부터의 입자들이 용융물 또는 결정-용융물 계면과 접촉하는 것은 방지되어야 한다.
특허 출원 WO 2020 074 285 A1에서, 기체상으로부터의 입자들이 용융물 상으로 낙하함으로써 성장하는 결정에 결함을 발생시키는 것을 방지하기 위해서, 특수 열 차폐부가 제안된다.
본 발명자들은, 그러한 초치가 도움은 되지만 원하는 수율을 달성하는 데 충분하지 않다는 것을 인지하였다.
따라서, 본 발명의 과제는, 인발 장비에서 분진 및 입자의 전술한 부정적인 효과를 겪지 않으면서 단결정 로드를 제조할 수 있게 하는 디바이스를 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구범위에 기술한 디바이스에 의해 해결된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시양태를 도시한다. 시드 홀더(102)는 스레드(103)에 의해 인발 샤프트(100)의 하부에 장착되고, 디쉬(101)(도 2에 도시됨)는 시드 홀더와 인발 샤프트 사이에 클램핑된다. 작동시, 결정 시드는 유지 수단(104)에 의해 시드 홀더 내로 클램핑될 수 있다.
도 2는 도 1에서 사용된 디쉬(200)의 바람직한 실시양태를 도시한다. 디쉬는, 1 mm 초과 5 mm 미만의 재료 두께(b)를 갖는 탄소 섬유 강화 카본(carbon fiber reinforced carbon: CFC)으로 제조되는 것이 바람직하다.
디쉬의 형상은 바람직하게는, 높이(h)를 갖고, 상부 반경(R 2 ) 및 하부 반경(R 1 )을 갖는 베이스 플레이트(201)를 갖는 중공 절두형 원뿔 형태를 갖는다. 베이스 플레이트는 구경(bore) 직경(d)을 갖는 구경(202)를 포함한다.
도 2는 도 1에서 사용된 디쉬(200)의 바람직한 실시양태를 도시한다. 디쉬는, 1 mm 초과 5 mm 미만의 재료 두께(b)를 갖는 탄소 섬유 강화 카본(carbon fiber reinforced carbon: CFC)으로 제조되는 것이 바람직하다.
디쉬의 형상은 바람직하게는, 높이(h)를 갖고, 상부 반경(R 2 ) 및 하부 반경(R 1 )을 갖는 베이스 플레이트(201)를 갖는 중공 절두형 원뿔 형태를 갖는다. 베이스 플레이트는 구경(bore) 직경(d)을 갖는 구경(202)를 포함한다.
약어
100: 인발 샤프트
101: 디쉬
102: 시드 홀더
103: 스레드
104: 시드 결정을 위한 유지 수단
200: 디쉬
201: 베이스 플레이트
202: 베이스 플레이트 내의 구경
R1: 반경
R2: 반경
h: 높이
d: 구경의 직경
b: 사용된 재료의 두께
발명의 상세한 설명
CZ 인상 공정 동안에, 입자(P, Sb, As, SiO, SiC2, Si 등과 같은 도펀트)가 초크랄스키 시스템의 수냉식 인발 샤프트 상에 침착된다. 이러한 입자들은 탈리되고 용융물 측으로 낙하하며, 결정에서 전위를 야기할 수 있다.
본 발명은 초크랄스키에 따른 결정의 인상을 위한 디바이스를 포함하며, 이 디바이스는 인상된 결정의 완전성에 대해 입자가 미치는 부정적인 영향을 최소화할 수 있게 한다. 특히, 이것은 입자로 인해 성장 동안에 결정이 전위를 형성할 가능성을 감소시킨다.
바람직한 디바이스는, 결정을 직립 위치로 유지하고 결정을 회전시키고 인상하기 위해서, 결정 성장 동안에 사용되는 인발 샤프트를 포함한다. 인발 샤프트의 용도는, 예를 들어 WO 2020 074 285 A1에 제시되어 있다.
변형된 인발 샤프트가 WO 18 142 541 A1에 제시되어 있다. 변형된 인발 샤프트는 또한 본 발명에 이용될 수 있다.
바람직한 디바이스는 또한, 결정 인상 동안에 결정 시드를 유지하기에 적합한 시드 홀더를 포함한다. 적합한 시드 홀더의 예는, 예를 들어 WO 2020 074 285 A1에 제시되어 있다.
바람직한 디바이스는 또한, 중공 절두형 원뿔 형태인 디쉬를 포함한다. 이 디바이스의 바람직한 실시양태가 도 2에 도시되어 있다.
보다 바람직하게는, 디쉬는 1 mm 초과 5 mm 미만의 재료 두께(b)를 갖는 탄소 섬유 강화 카본(CFC)으로 제조된다.
바람직하게는, 디쉬의 형상은, 높이(h), 그리고 상부 반경(R 2 ) 및 하부 반경(R 1 )을 갖는 베이스 플레이트(201)를 갖는 중공 절두형 원뿔 형태를 갖는다. 베이스 플레이트는 구경 직경(d)을 갖는 구경(202)를 포함한다.
가장 바람직하게는, 높이(h)는 반경(R 2 )과 반경(R 1 )의 차이보다 작다.
디쉬의 베이스 플레이트의 구경은, 인발 샤프트와 시드 홀더 사이에 그것을 고정하는 데 사용된다. 도 1은 바람직한 실시양태의 그래픽 도식을 나타낸다.
바람직한 실시양태에서, 디쉬는 도 2에 도시된 바와 같이 스레드를 사용하여 시드 홀더와 인발 샤프트 사이에 고정된다.
본 발명자들은, 디쉬의 개구부가 인발 샤프트를 향하는 경우에 최상의 효과가 달성된다는 것을 인지하였다. 따라서, 디쉬의 개구부를 인발 샤프트를 향해 고정하는 것이 바람직하다.
본 발명자들은, 입자들이 용융물 내로 낙하하는 것을 방지하기 위해서, 인발 샤프트를 오일로 습윤화하는 것이 추가로 매우 유리하다는 것을 인지하였다. 바람직하게는, 진공 펌프 오일이 사용된다. 인발 샤프트의 코팅된 표면은 입자들에 대해 끈적한 표면을 제공하므로, 그들이 낙하하는 것을 방지하고 그들의 부정적인 거동을 막는 것으로 생각된다.
수행된 실험에서, 유형 S2 R100의 진공 펌프 오일(쉘(Shell) 제조)을 사용하였다. 그러나, 이 오일은 고온(100℃ 초과)용으로 지정된 것이 아니며 인발 샤프트는 600℃ 초과를 직면하며, 이러한 설정으로 성장한 결정은 보다 낮은 전위율을 나타낸다. 그럼에도 불구하고, 그 효과를 매우 명확하게 볼 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 오일을 사용하여 추가로 디쉬를 완전히 습윤화하는 것이 매우 바람직하다.
추가로, 본 발명은 초크랄스키에 따른 실리콘 결정을 인상하는 방법을 포함한다. 바람직하게는, 상기 방법은
(a) 초크랄스키 결정 인상 장치에서 인발 샤프트에 시드 홀더를 설치하는 단계로서, 시드 홀더와 인발 샤프트 사이에 중공 절두형 원뿔 형태의 디쉬를, 디쉬의 개구부가 인발 샤프트를 마주보도록 고정하는 것인 단계,
(b) 시드 홀더 내에 결정 시드를 장착하는 단계,
(c) 도가니에서 다결정 실리콘을 용융시키는 단계,
(d) 결정 시드가 용융물과 접촉할 때까지 인발 샤프트를 하강시키는 단계, 및
(e) 결정을 인상하는 단계
를 포함한다.
더 바람직하게는, 상기 방법은 인발 샤프트 및 디쉬를 오일로 습윤화하는 단계를 포함한다. 가장 바람직하게는, 진공 펌프 오일로서 적합한 오일이 사용된다.
이상의 예시적인 실시양태들에 대한 설명은 예시적인 것으로 이해되어야 한다. 한편, 본 개시내용은 당업자가 본 발명 및 그와 관련된 이점을 이해할 수 있게 하고, 다른 한편으로는 당업자의 이해 하에서, 기재된 구조 및 방법의 명백한 변경 및 변형도 또한 포함한다. 따라서, 그러한 모든 변경 및 변형뿐만 아니라 균등 내용은 청구범위의 보호 범위에 의해 포괄될 것이다.
Claims (5)
- 초크랄스키법에 따른 실리콘 결정의 제조를 위한 디바이스로서,
표면을 포함하는 인발 샤프트,
결정 인상 동안에 결정 시드를 유지하기에 적합한 시드 홀더, 및
개구부를 구축하는, 중공 절두형 원뿔 형태의 디쉬로서,
상부 반경(R 2 ), 높이(h),
재료 두께(b), 그리고
반경(R 1 ), 및 직경(d)을 갖는 구경(bore)을 갖는 베이스 플레이트
를 포함하는 디쉬
를 포함하고, 디쉬는 시드 홀더와 인발 샤프트 사이에, 개구부가 인발 샤프트를 향하도록 고정되며, 인발 샤프트의 표면이 오일로 완전히 습윤화되고, 디쉬가 오일로 완전히 습윤화되는 것을 특징으로 하는 것인 디바이스. - 제1항에 있어서, 두께(b)는 1 mm 이상 5 mm 이하인 것을 특징으로 하는 디바이스.
- 제1항에 있어서, 디쉬는 탄소 섬유 강화 카본(carbon fiber reinforced carbon: CFC)으로 제조된 것을 특징으로 하는 디바이스.
- 제1항에 있어서, 높이(h)는 반경(R 2 )과 반경(R 1 )의 차이보다 작은 것을 특징으로 하는 디바이스.
- 단결정을 인상하는 방법으로서,
초크랄스키 결정 인상 장치에서 인발 샤프트에 시드 홀더를 설치하는 단계로서, 시드 홀더와 인발 샤프트 사이에 중공 절두형 원뿔 형태의 디쉬를, 디쉬의 개구부가 인발 샤프트를 마주보도록 고정하는 것인 단계,
시드 홀더 내에 결정 시드를 장착하는 단계,
도가니에서 다결정 실리콘을 용융시키는 단계,
결정 시드가 용융물과 접촉할 때까지 인발 샤프트를 하강시키는 단계, 및
결정을 인상하는 단계
를 포함하고, 인발 샤프트 및 디쉬는 오일로 습윤화되는 것을 특징으로 하는 방법.
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