WO2013081378A1 - 잉곳 성장 장치 및 잉곳 성장 방법 - Google Patents

잉곳 성장 장치 및 잉곳 성장 방법 Download PDF

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Abstract

본 실시예에 따른 잉곳 성장 장치는, 실리콘 융액이 수용되는 도가니; 상기 도가니 상측에서 위치하여 상하로 이동이 가능한 인상 기구; 및 상기 인상 기구에 연결되고, 상기 실리콘 융액에 도펀트를 제공하기 위한 도펀트 제공부;를 포함하고, 상기 도펀트 제공부는 적어도 하나 이상의 홀들이 형성된 바닥면과 측면을 포함한다.

Description

잉곳 성장 장치 및 잉곳 성장 방법
본 기재는 잉곳 성장 장치 및 잉곳 성장 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자를 제조하기 위한 웨이퍼를 제조하는 공정은 실리콘 단결정 잉곳을 슬라이싱(slicing)하는 절단 공정, 슬라이싱된 웨이퍼의 에지를 라운딩 처리하는 에지 연삭 공정, 절단 공정으로 인한 웨이퍼의 거친 표면을 평탄화 하는 래핑 공정, 에지 연삭 또는 래핑 공정 중에 웨이퍼 표면에 부착된 파티클을 비롯한 각종 오염 물질을 제거하는 세정 공정, 후공정에 적합한 형상 및 표면을 확보하기 위한 표면 연삭 공정 및 웨이퍼 에지에 대한 에지 연마 공정을 포함할 수 있다.
실리콘 단결정 잉곳은 쵸크랄스키(czochralski, CZ)법 또는 플로팅 존(floating zone, FZ)법 등을 통해 성장할 수 있다. 일반적으로는 대구경의 실리콘 단결정 잉곳을 제조할 수 있고 공정비용이 저렴한 쵸크랄스키법을 사용하여 성장된다.
이러한 쵸크랄스키법은, 실리콘 융액에 종자정(seed crystal)을 담그고 이를 저속으로 인상하면서 이루어질 수 있다.
상기 웨이퍼의 사용 목적에 따라 상기 잉곳을 도핑시키는데, 이러한 도핑 시 실리콘 융액 표면에 도펀트를 투하시켜 녹이는 방식을 사용하고 있다. 이러한 방식에서는 투하시킨 도펀트 전체가 실리콘 융액 내부에 녹아 들어가지 못하고, 일부는 휘발이 일어나게 되는데 이 경우 불필요한 도펀트의 사용량이 증가할 뿐만 아니라, 잉곳 성장 장치 내부에 오염을 증가시킬 수 있다. 이로 인해, 잉곳의 수율을 감소시킬 수 있다는 문제가 있다.
특히, 안티몬(Sb)의 경우 융점이 낮아 상변이가 급격히 일어나므로 도핑 시 실리콘 융액의 표면에서의 증기압 차이로 인한 폭발과 같은 위험이 있다. 따라서, 임의로 도펀트를 재가공하여 실리콘 융액 내부에서 녹여야 하는 등 추가적인 공정이 필요하고 이는 공정 시간 및 공정 비용을 증가시킨다.
본 실시예는 실리콘 융액으로 도펀트를 보다 효율적으로 제공하여 고품질의 실리콘 잉곳을 성장할 수 있도록 한다.
본 실시예에 따른 잉곳 성장 장치는, 실리콘 융액이 수용되는 도가니; 상기 도가니 상측에서 위치하여 상하로 이동이 가능한 인상 기구; 및 상기 인상 기구에 연결되고, 상기 실리콘 융액에 도펀트를 제공하기 위한 도펀트 제공부;를 포함하고, 상기 도펀트 제공부는 적어도 하나 이상의 홀들이 형성된 바닥면과 측면을 포함한다.
본 실시예에 따른 잉곳 성장 방법은, 실리콘 융액이 준비되는 단계; 상기 실리콘 융액에 도펀트를 제공하기 위하여, 상기 도펀트가 수용된 도펀트 제공부가 상기 실리콘 융액 내에 침지되는 단계; 상기 도펀트 제공부의 바닥면과 측면에 형성된 복수의 홀들을 통하여 상기 실리콘 융액이 상기 도펀트 제공부 내로 유입됨으로써, 상기 도펀트가 상기 실리콘 융액에 제공되는 단계; 상기 도펀트 제공부가 인상되는 단계; 및 상기 실리콘 융액으로부터 잉곳이 성장되는 단계;를 포함한다.
본 실시예의 도펀트 제공부를 통해 상기 도펀트와 상기 실리콘 융액이 접촉할 경우 상기 도펀트의 휘발로 인한 잉곳 성장 장치 내부의 오염을 방지할 수 있다. 또한, 상기 도펀트의 실리콘 융액 표면에서의 증기압 차이로 인한 폭발과 같은 위험을 방지할 수 있다. 따라서, 실리콘 융액으로부터 성장하는 잉곳의 수율을 향상할 수 있다. 또한, 고가의 도펀트 사용량을 줄이면서도 고농도로 도핑된 실리콘 융액을 제공할 수 있다.
상기 도펀트 제공부의 바닥면 및 측면 각각에 제1 홀 및 제2 홀을 포함한다. 상기 제1 홀 및 상기 제2 홀은 상기 도펀트 제공부의 내부를 외부로 노출시킴으로써, 상기 도펀트 제공부의 내부에 상기 실리콘 융액의 유입 및 유출이 가능하다. 즉, 상기 도펀트와 상기 실리콘 융액의 접촉이 가능하다. 특히, 상기 제1 홀 및 상기 제2 홀을 폐쇄할 수 있는 별도의 장치 없이도 상기 도펀트 제공부 내부에 수용되어 있는 도펀트가 유실되지 않을 수 있다.
상기 도펀트 제공부에 수용되는 도펀트는 스틱(stick) 형태를 가질 수 있다. 이를 통해, 상기 제1 홀 및 상기 제2 홀로부터 유실되지 않고 도핑이 이루어질 수 있다. 또한, 기존에 사용하던 그래뉼(granule) 형태의 도펀트에 비해 추가적인 가공 공정을 생략할 수 있어 공정 시간 및 공정 비용을 줄일 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 잉곳 성장 장치의 단면도이다.
도 2는 실시예에 따른 잉곳 성장 장치에 포함되는 도펀트 제공부의 분해 사시도이다.
도 3은 실시예에 따른 잉곳 성장 장치에 포함되는 도펀트 제공부의 배면도이다.
도 4는 도펀트의 사시도이다.
도 5 및 도 6은 실시예에 따른 잉곳 성장 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 7은 실시예와 비교예의 비저항을 비교한 그래프이다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 “상/위(on)”에 또는 “하/아래(under)”에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들의 두께나 크기는 설명의 명확성 및 편의를 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 실시예의 잉곳 성장 장치에 대해서 첨부되는 도면을 참조하여 상세히 설명하여 본다.
도 1은 실시예에 따른 잉곳 성장 장치의 단면도이다. 도 2는 실시예에 따른 잉곳 성장 장치에 포함되는 도펀트 제공부의 분해 사시도이다. 도 3은 실시예에 따른 잉곳 성장 장치에 포함되는 도펀트 제공부의 배면도이다. 도 4는 도펀트의 사시도이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치는, 실리콘 웨이퍼를 제조하는 방법 중에서 쵸크랄스키(czochralski, CZ)법에 사용되는 제조 장치가 될 수 있다.
실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳 제조 장치는, 챔버(10), 실리콘 융액 (silicon melt, SM)을 담을 수 있는 석영 도가니(20), 도가니 지지대(22), 도가니 회전축(24), 도펀트 제공부(50), 도펀트 제공부(50)를 인상하는 인상 기구(30), 열을 차단하는 열실드(40) 및 저항 히터(70), 단열재(80) 및 자기장 발생 장치(90)를 포함한다.
이를 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
상기 챔버(10) 내부에 상기 석영 도가니(20)가 설치되고, 상기 석영 도가니(20)를 지지하는 도가니 지지대(22)가 설치될 수 있다. 상기 석영 도가니(20)내에는 실리콘 융액(SM)이 수용된다. 상기 석영 도가니(20)는 석영을 포함할 수 있고, 상기 도가니 지지대(22)는 흑연을 포함할 수 있다.
상기 석영 도가니(20)는 상기 도가니 회전축(24)에 의해 시계 또는 반시계 방향으로 회전할 수 있다.
상기 도펀트 제공부(50)는 고휘발의 도펀트를 안정적으로 공급하기 위한 구성요소로서, 상기 석영 도가니(20)에 인접하여 위치할 수 있다. 그리고, 상기 도펀트 제공부(50)를 상하방향으로 승강시키기 위한 구조로서, 인상 기구(30)가 상기 도펀트 제공부(50)의 상부면에 연결될 수 있다.
상기 인상 기구(30)의 상하 승강 운동에 의해, 상기 인상 기구(30)와 연결된 도펀트 제공부(50)가 상하 방향으로 이동할 수 있게 된다.
상기 도펀트 제공부(50)에 대한 구성을 보다 상세히 설명하기 위하여, 도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 도펀트 제공부(50)는 도펀트(55)를 수용할 수 있는 원통형의 형상으로 이루어질 수 있으며, 상기 도펀트 제공부(50)의 형상은 다양하게 변형하여 실시할 수 있을 것이다.
상기 도펀트 제공부(50)는 산화규소(SiO2)로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 석영으로 이루어질 수 있다.
상기 도펀트 제공부(50)에는 다수 개의 홀이 형성될 수 있다. 즉, 상기 도펀트 제공부(50)는 바닥면 및 상기 바닥면을 둘러싸는 측면을 포함하고, 상기 바닥면 및 상기 측면에 홀이 위치할 수 있다. 상기 바닥면에는 다수 개의 제1 홀(h1)이 위치할 수 있다. 상기 측면에는 다수개의 제2 홀(h2)이 위치할 수 있다.
상기 제1 홀(h1) 및 상기 제2 홀(h2)에 의하여 상기 도펀트 제공부(50)의 내부와 외부가 소통될 수 있으며, 상기 도펀트 제공부(50)의 내부에 상기 실리콘 융액(SM)의 유입 및 유출이 가능하다. 즉, 상기 도펀트(55)와 상기 실리콘 융액(SM)의 접촉이 가능하다.
그리고, 상기 제1 홀(h1)의 직경(D1)(홀의 형상이 원이 아닐 경우에는 가로길이 또는 세로 길이가 될 수 있음) 및 상기 제2 홀(h2)의 직경(D2)(홀의 형상이 원이 아닐 경우에는 가로길이 또는 세로 길이가 될 수 있음)은 도펀트(55)들의 직경(D3, 도 4 참조)보다는 작게 이루어지도록 하여, 상기 도펀트들(55)이 상기 제 1 홀과 제 2 홀을 통하여 도펀트 제공부(50) 밖으로 빠져나가지 않도록 한다.
또한, 상기 제1 홀(h1) 및 상기 제2 홀(h2)을 폐쇄할 수 있는 별도의 장치 없이도 상기 도펀트 제공부(50) 내부에 수용되어 있는 도펀트(55)가 유실되지 않을 수 있다. 즉, 상기 도펀트(55)가 상기 제1 홀(h1) 또는 상기 제2 홀(h2)을 통해 흘러내리지 않으므로 상기 제1 홀(h1) 및 상기 제2 홀(h2)을 폐쇄시킬 필요가 없다. 구체적으로, 상기 제1 홀(h1)의 직경(D1)은 5 mm 내지 13 mm 범위가 될 수 있으며, 상기 제1 홀(h1)의 직경(D1)이 10 mm 일 때, 상기 제1 홀(h1)의 개수가 32개 일 수 있다. 또한, 상기 제2 홀(h2)의 직경(D2)은 상기 제1 홀(h1)의 직경과 동일하고, 상기 제2 홀(h2)의 개수는 16개 일 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 도펀트 제공부(50)의 바닥면에서 상기 다수 개의 제1 홀(h1)들이 차지하는 면적은 40 % 내지 80 % 일 수 있다. 상기 제1 홀(h1)의 면적이 상기 바닥면의 면적에 대해 40 % 미만일 경우, 상기 도펀트(55)가 상기 실리콘 융액(SM)으로 용융되어 도핑되는 시간이 오래 걸릴 수 있다. 또한, 상기 제1 홀(h1)의 면적이 상기 바닥면의 면적에 대해 80 % 를 초과할 경우, 상기 도펀트 제공부(50)의 물리적 강도가 약해질 수 있다.
한편, 상기 제 1 홀(h1)들이 차지하는 면적의 합보다 상기 제 2 홀(h2)들이 차지하는 면적의 합이 더 작도록 한다. 이것은 상기 측면에 위치하는 상기 제2 홀(h2)의 면적이 너무 넓을 경우, 상기 도펀트(55)의 휘발로 인해 기체가 빠져나갈 수 있기 때문이다.
도 4를 참조하면, 상기 도펀트(55)는 원통 형상으로 이루어질 수 있으며, 원통 외주면이 굴곡된 형상을 갖을 수 있다. 상기 도펀트(55)의 직경(D3)(도펀트의 상부면 또는 하부면이 원형상이 아닐 경우에 D3는 가로 길이 또는 세로 길이라 할 수 있음)은 15 mm 내지 20 mm 범위가 될 수 있으며, 상기 도펀트(55)의 높이(H)는 40 mm 내지 50 mm 범위가 될 수 있다.
즉, 상기 도펀트(55)가 스틱(stick) 형태를 가짐으로써, 상기 제1 홀(h1) 및 상기 제2 홀(h2)로부터 유실되지 않고 도핑이 이루어질 수 있다. 또한, 기존에 사용하던 그래뉼(granule) 형태의 도펀트(55)에 비해 추가적인 가공 공정을 생략할 수 있어 공정 시간 및 공정 비용을 줄일 수 있다.
상기 도펀트(55)는 상기 실리콘 융액(SM)을 도핑할 수 있다. 이를 통해, 잉곳으로부터 제조되는 웨이퍼의 전기적 특성을 조절할 수 있다. 상기 도펀트(55)는 제조되는 웨이퍼의 타입에 따라 달라진다. 일 예로, 웨이퍼가 N 타입인 경우 상기 도펀트(55)는 인(Phosphorous)일수 있다. 다른 예로, 웨이퍼가 P 타입인 경우 상기 도펀트(55)는 보론(Boron)일 수 있다.
한편, 상기 도펀트 제공부(50)는 수용부(52) 및 밀폐부(54)를 포함할 수 있다. 상기 수용부(52)에는 상기 도펀트(55)들이 수용되며, 상기 밀폐부(54)는 상기 수용부(52)의 상부면에 결합 및 분리가 될 수 있다. 따라서, 상기 밀폐부(54)의 착탈에 의하여 상기 수용부(52)의 상부면이 밀폐되거나 개방될 수 있다.
상기 수용부(52)는 상기 밀폐부(54)와 체결할 수 있도록 돌출부(52a)를 포함할 수 있다. 상기 밀폐부(54)는 상기 돌출부(52a)와 결합될 수 있는 체결홈(54a)을 포함할 수 있다. 상기 돌출부(52a) 및 상기 체결홈(54a)을 통해서 상기 밀폐부(54)는 상기 수용부(52)를 밀폐할 수 있다. 그러나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 수용부(52) 및 밀폐부(54)는 체결될 수 있는 다양한 구조를 포함할 수 있다. 또한, 상기 수용부(52) 및 상기 밀폐부(54)가 일체로 형성될 수도 있다.
상기 도펀트 제공부(50)를 통해 상기 도펀트(55)와 상기 실리콘 융액(SM)이 접촉할 경우 상기 도펀트(55)의 휘발로 인한 잉곳 성장 장치 내부의 오염을 방지할 수 있다. 또한, 상기 도펀트(55)의 실리콘 융액(SM) 표면에서의 증기압 차이로 인한 폭발과 같은 위험을 방지할 수 있다.
즉, 도펀트를 석영 재질의 도펀트 제공부(50) 내에 수용하고, 상기 도펀트 제공부(50)가 실리콘 융액 내부에 넣어지는 경우에, 도펀트와 실리콘 융액이 접할 때에 발생하는 휘발로 인한 성장 장치 내부 오염은 상부면이 밀폐된 도펀트 제공부(50)에 의해 억제되고, 또한 도펀트의 튀는 현상들오 도펀트 제공부(50)의 외측면들에 의하여 억제시킬 수 있게 된다.
한편, 상기 도가니 지지대(22)에 인접하여 석영 도가니(20)에 열을 가하는 저항 히터(70)가 위치할 수 있다. 이러한 저항 히터(70)의 바깥쪽에 단열재(80)가 위치할 수 있다. 저항 히터(70)는 폴리 실리콘을 녹여 실리콘 융액(SM)을 만드는데 필요한 열을 공급하고, 제조 공정 중에서도 실리콘 융액(SM)에 계속적으로 열을 공급한다.
한편, 석영 도가니(20)에 담긴 실리콘 융액(SM)은 고온으로, 실리콘 융액(SM)의 계면에서 열을 방출하게 된다. 이때 많은 열이 방출되면 실리콘 단결정 잉곳을 성장하는데 필요한 실리콘 융액(SM)의 적정 온도를 유지하기가 어렵다. 따라서, 계면에서 방출되는 열을 최소화하고, 방출된 열이 실리콘 단결정 잉곳의 상부에 전달되지 않도록 해야 한다. 이를 위해, 실리콘 융액(SM) 및 실리콘 융액(SM)의 계면이 고온의 온도환경을 유지할 수 있도록 열실드(40)가 설치된다.
열실드(40)는 열적 환경을 원하는 상태로 유지시켜 안정된 결정 성장이 이루어지도록 하기 위해 다양한 형상을 가질 수 있다. 일례로, 열실드(40)는 실리콘 단결정 잉곳의 주위를 감싸도록 내부가 빈 원통형의 형상일 수 있다. 이러한 열실드(40)는 일례로, 흑연, 흑연펠트 또는 몰리브덴 등을 포함할 수 있다.
챔버(10)의 외부에는 실리콘 융액(SM)에 자기장을 인가하여 실리콘 융액(SM)의 대류를 제어할 수 있는 자기장 발생 장치(90)가 위치할 수 있다. 이러한 자기장 발생 장치(90)은 실리콘 단결정 잉곳의 결정 성장축에 수직인 방향 즉, 수평 자기장(magnet field, MF)을 발생시키는 장치일 수 있다.
이하, 도 5 및 도 6을 참조하여, 실시예에 따른 잉곳 성장 방법을 설명한다. 명확하고 간략한 설명을 위해 앞서 설명한 부분과 동일 또는 유사한 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
도 5 및 도 6은 실시예에 따른 잉곳 성장 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
실시예에 따른 잉곳 성장 방법은, 실리콘 융액(SM)을 준비하는 단계, 도펀트 제공부(50)를 침지시키는 단계, 도펀트(55)를 제공하는 단계, 도펀트 제공부(50)를 인상시키는 단계 및 잉곳을 성장시키는 단계를 포함한다.
상기 실리콘 융액(SM)을 준비하는 단계에서는, 챔버 내부에 설치되는 석영 도가니에 실리콘 융액(SM)을 준비할 수 있다.
이어서, 상기 도펀트 제공부(50)를 침지시키는 단계에서는 상기 실리콘 융액(SM) 내에 도펀트 제공부(50)를 침지시킬 수 있다. 상기 도펀트 제공부(50)는 도펀트(55)를 수용하고, 상기 도펀트 제공부(50)가 상기 실리콘 융액(SM) 내에 침지됨으로써, 상기 도펀트(55)가 상기 실리콘 융액(SM)과 접촉하여 도핑될 수 있다. 도 5를 참조하면, 상기 도펀트 제공부(50)가 상기 실리콘 융액(SM) 내에 완전히 잠기도록 위치할 수 있다.
상기 도펀트 제공부(50)를 침지시키는 단계에서 상기 도펀트 제공부(50)의 하강 속도는 900 mm/min 내지 1100 mm/min 일 수 있다. 상기 도펀트 제공부(50)의 하강 속도가 900 mm/min 미만일 경우, 상기 도펀트 제공부(50)의 측면에 위치하는 제2 홀(h2)을 통해 상기 도펀트(55)가 휘발할 수 있다. 또한, 상기 도펀트 제공부(50)의 하강 속도가 1100 mm/min를 초과할 경우, 공정 상 불안을 초래하고 상기 도펀트 제공부(50)가 상기 실리콘 융액(SM) 내에 완전히 잠기지 못하고 들뜨게되는 현상이 발생할 수 있다.
이어서, 상기 도펀트(55)를 제공하는 단계에서는 상기 도펀트(55)가 실리콘 융액(SM) 내에 용융될 수 있다. 상기 도펀트(55)가 상기 도펀트 제공부(50) 내에 위치함으로써, 상기 도펀트(55)의 휘발이나 증기압 차이로 인한 폭발 현상을 방지할 수 있다. 또한, 잉곳 성장 장치내부의 오염을 방지하여 수율을 향상시킬 수 있다.
이어서, 상기 도펀트 제공부(50)를 인상시키는 단계에서는 상기 도펀트 제공부(50)를 상기 실리콘 융액(SM)으로부터 상승시킬 수 있다.
이어서, 도 6을 참조하면, 상기 잉곳을 성장시키는 단계에서는 실리콘 융액(SM)으로부터 잉곳을 성장시킬 수 있다.
이때, 상기 석영 도가니(20) 상부에는 종자정(seed crystal)(S)이 부착되어 이를 인상하는 인상 기구(30)가 위치하며, 상기 인상 기구(30)는 상기 도가니 회전축(24)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전할 수 있다. 이를 통해, 잉곳이 성장할 수 있다.
상술한 실시예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
실시예
도가니에 실리콘 융액을 준비하고, 석영을 포함하는 도펀트 제공부에 도펀트 690 g을 준비하였다. 이후, 상기 도펀트 제공부를 실리콘 융액에 침지시켜 실리콘 융액을 도핑시켰다.
비교예
직육면체 모양의 종자정에 도펀트 860 g을 부착하였다. 이후, 상기 도펀트를 상기 실리콘 융액에 투입시켜 실리콘 융액을 도핑시켰다.
상기 실시예와 비교예에 따라 성장된 잉곳의 비저항값은 다음 표 1과 같았다.
표 1
도펀트 투입량(g) 비저항값(mΩ·㎝)
실시예 690g 18.5
비교예 860g 18.3
상기 표1에서 보는 바와 같이 비교예에서는 860g의 도펀트를 투입해야 18 mΩcm의 비저항값을 맞출 수 있으나, 실시예에서는 690g의 도펀트만 투입하여도 18 mΩcm의 비저항값을 얻을 수 있었다. 즉, 170g의 휘발되는 도펀트의 양을 줄일 수 있었다.
표 2
재시도 횟수(회) 단결정 수율(%)
실시예 1.5 90
비교예 2.7 78
상기 표 2에서 보는 바와 같이 타겟 비저항값을 맞추기 위한 고농도 도핑으로 인한 휘발량 차이 때문에 비교예의 경우 높은 재시도 횟수와 낮은 단결정 수율을 보였다. 여기서 재시도 횟수란, 잉곳의 로스(loss)로 인해 잉곳을 재멜팅하고 잉곳을 재성장한 횟수를 말한다. 그러나 실시예에서는 비교예에 비해 낮은 재시도 횟수 및 높은 단결정 수율을 보였다.
이어서, 도 7을 참조하여, 실시예와 비교예의 고화율에 따른 잉곳의 비저항값을 비교하여 보면, 실시예에는 비교예에 비해 도펀트 양이 적었음에도 낮은 비저항값을 나타낼 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 고가의 도펀트 사용을 줄일 수 있다.
본 발명의 실시예는 잉곳 성장 장치에서 실시가능하므로, 그 산업상 이용가능성이 있다.

Claims (14)

  1. 실리콘 융액이 수용되는 도가니;
    상기 도가니 상측에서 위치하여 상하로 이동이 가능한 인상 기구; 및
    상기 인상 기구에 연결되고, 상기 실리콘 융액에 도펀트를 제공하기 위한 도펀트 제공부;를 포함하고,
    상기 도펀트 제공부는 적어도 하나 이상의 홀들이 형성된 바닥면과 측면을 포함하는 잉곳 성장 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 도펀트 제공부는, 상기 바닥면과 측면을 포함하는 수용부와, 상기 수용부의 상측을 선택적으로 폐쇄할 수 있는 밀폐부를 포함하는 잉곳 성장 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 도펀트 제공부 내에 수용되는 도펀트의 크기는,
    상기 수용부의 바닥면에 형성된 제 1 홀들과, 측면에 형성된 제 2 홀들의 크기보다 더 크게 이루어지는 잉곳 성장 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 도펀트는 원통 형상 또는 절곡된 형상이고,
    상기 도펀트의 상부면 또는 하부면의 크기는 상기 제 1 홀과 제 2 홀의 크기보다 더 크게 이루어지는 잉곳 성장 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 도펀트의 상부면 또는 하부면의 직경이나 길이는 15mm 내지 20mm의 범위로 이루어지고, 상기 도펀트의 높이는 40mm 내지 50mm 범위로 이루어지는 잉곳 성장 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 수용부의 바닥면에 형성된 복수의 제 1 홀들의 면적은 상기 바닥면의 면적에 대하여 40% 내지 80%의 범위로 이루어지는 잉곳 성장 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 복수의 제 2 홀들의 면적은 상기 제 1 홀들의 면적보다 작게 이루어지는 잉곳 성장 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 홀의 직경 또는 길이는 제 2 홀의 직경 또는 길이보가 더 작게 이루어지는 잉곳 성장 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 홀의 직경 또는 길이는 5mm 내지 13mm 범위로 이루어지는 잉곳 성장 장치.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 밀폐부가 상기 수용부의 상부면과 선택적으로 체결되기 위한 구조로서, 상기 수용부의 측면에 형성된 적어도 하나 이상의 돌출부와, 상기 돌출부에 체결가능하도록 상기 밀폐부의 측면에 형성된 체결홈이 형성되는 잉곳 성장 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 도펀트 제공부는 산화규소로 이루어지는 잉곳 성장 장치.
  12. 실리콘 융액이 준비되는 단계;
    상기 실리콘 융액에 도펀트를 제공하기 위하여, 상기 도펀트가 수용된 도펀트 제공부가 상기 실리콘 융액 내에 침지되는 단계;
    상기 도펀트 제공부의 바닥면과 측면에 형성된 복수의 홀들을 통하여 상기 실리콘 융액이 상기 도펀트 제공부 내로 유입됨으로써, 상기 도펀트가 상기 실리콘 융액에 제공되는 단계;
    상기 도펀트 제공부가 인상되는 단계; 및
    상기 실리콘 융액으로부터 잉곳이 성장되는 단계;를 포함하는 잉곳 성장 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 도펀트가 상기 실리콘 융액에 제공되는 단계는,
    상기 도펀트 제공부에 형성된 복수의 홀들의 사이즈보다 상기 도펀트의 직경 또는 크기가 더 크게 이루어져, 상기 도펀트 제공부 내부에서 상기 도펀트가 실리콘 융액으로 제공되는 잉곳 성장 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 도펀트 제공부가 상기 실리콘 융액 내에 침지되는 단계는, 상기 도펀트 제공부가 900mm/min 내지 1100mmm/min 의 범위 내의 속도로 하강하는 잉곳 성장 방법.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101443489B1 (ko) * 2013-01-23 2014-09-22 주식회사 엘지실트론 단결정 제조장비의 도펀트 주입장치
JP6569485B2 (ja) * 2015-11-09 2019-09-04 株式会社Sumco 原料のリチャージ又は単結晶引上げに用いられる蓋付容器
KR101725690B1 (ko) * 2015-12-17 2017-04-10 주식회사 엘지실트론 단결정 성장장치
CN116200808A (zh) * 2021-11-30 2023-06-02 Tcl中环新能源科技股份有限公司 一种用于单晶硅合金补掺的工装及补掺方法
CN115449895A (zh) * 2022-08-31 2022-12-09 双良硅材料(包头)有限公司 一种补掺母合金装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001253791A (ja) * 2000-02-17 2001-09-18 Wacker Siltronic G Fuer Halbleitermaterialien Ag 溶融液のドーピングのための方法及び装置
KR20040033681A (ko) * 2002-10-15 2004-04-28 주식회사 실트론 저융점 도판트 주입관이 설치된 실리콘 단결정 성장 장치및 저융점 도판트 주입 방법
US7132091B2 (en) * 2001-09-28 2006-11-07 Memc Electronic Materials, Inc. Single crystal silicon ingot having a high arsenic concentration

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6294918A (ja) * 1985-10-22 1987-05-01 Mitsubishi Electric Corp 薄膜形成装置
JPH0345587A (ja) * 1989-07-14 1991-02-27 Toshiba Corp 半導体結晶棒の製造方法
JPH085737B2 (ja) * 1990-10-17 1996-01-24 コマツ電子金属株式会社 半導体単結晶製造装置
JPH04305089A (ja) * 1991-04-02 1992-10-28 Fujitsu Ltd 半導体の製造方法及び装置
JPH0840794A (ja) * 1994-08-03 1996-02-13 Hitachi Ltd 単結晶シリコン製造工程におけるリチャージ方法
US6179914B1 (en) * 1999-02-02 2001-01-30 Seh America, Inc. Dopant delivery system and method
KR100509185B1 (ko) * 2003-12-01 2005-08-17 주식회사 실트론 실리콘 단결정 성장장치의 저융점 도판트 주입장치
JP2006266813A (ja) * 2005-03-23 2006-10-05 Komatsu Electronic Metals Co Ltd 融液採取治具及びこの融液採取治具を用いたインゴット製造装置
JP5074826B2 (ja) * 2007-05-31 2012-11-14 Ｓｕｍｃｏ Ｔｅｃｈｘｉｖ株式会社 ドーパントの注入方法、及びドーピング装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001253791A (ja) * 2000-02-17 2001-09-18 Wacker Siltronic G Fuer Halbleitermaterialien Ag 溶融液のドーピングのための方法及び装置
US7132091B2 (en) * 2001-09-28 2006-11-07 Memc Electronic Materials, Inc. Single crystal silicon ingot having a high arsenic concentration
KR20040033681A (ko) * 2002-10-15 2004-04-28 주식회사 실트론 저융점 도판트 주입관이 설치된 실리콘 단결정 성장 장치및 저융점 도판트 주입 방법

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