WO2016021843A1 - Silicon single crystal growing apparatus and silicon single crystal growing method using same - Google Patents

Silicon single crystal growing apparatus and silicon single crystal growing method using same Download PDF

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WO2016021843A1
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single crystal
heat shield
auxiliary heat
body portion
speed
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PCT/KR2015/007169
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김도연
최일수
안윤하
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주식회사 엘지실트론
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-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
    • C30B15/00Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/20Controlling or regulating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-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
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02Elements
    • C30B29/06Silicon

Definitions

  • Embodiments relate to a silicon single crystal growth apparatus for controlling a crystal defect region in a growing single crystal body portion and a silicon single crystal growth method using the same.
  • a floating zone (FZ) method or a CZochralski (CZ: CZochralski) method is widely used as a method for producing a silicon single crystal.
  • FZ floating zone
  • CZ CZochralski
  • polycrystalline silicon is charged into a quartz crucible, the graphite heating element is heated to melt it, and then seed crystal is immersed in the silicon melt formed as a result of melting, and the seed crystal is caused to crystallize at the melt interface.
  • the monocrystalline silicon ingot is grown by pulling while rotating.
  • Single crystal ingots grown in this way are connected to the seed crystals to form a thin and elongated neck and neck after the necking process, gradually increasing the diameter of the single crystal to grow the shoulders and the shaft while maintaining the increased diameter.
  • the upper part of the crucible is open, so that the heat distribution in the single crystal may not be uniform during the growth process, and the cooling rate between the center and the outer edge of the single crystal cross section may be increased. There will be a difference.
  • the embodiment is to provide a silicon single crystal growth apparatus and a growth method capable of increasing the defect area in the body portion of the single crystal by placing the auxiliary heat shield on the top of the crucible and controlling the pulling speed of the auxiliary heat shield.
  • An embodiment includes a chamber; A crucible disposed within the chamber and containing a silicon melt; A heater disposed outside the crucible to heat the crucible; A heat shield disposed in the chamber; And an auxiliary heat shield disposed above the crucible and capable of vertical movement. It includes, wherein the auxiliary heat shield is disposed on the body portion of the single crystal grown in the silicon melt spaced apart, to provide a silicon single crystal growth apparatus in which the rising speed is controlled to increase the defect area in the single crystal body portion.
  • Another embodiment includes a chamber; A crucible disposed within the chamber and containing a silicon melt; A heater disposed outside the crucible to heat the crucible; A heat shield disposed in the chamber; An auxiliary heat shield disposed above the crucible and capable of vertical movement; A main control unit controlling a pulling rate of the single crystal grown in the silicon melt; An auxiliary control unit controlling a rising speed of the auxiliary heat shield; And an pulling device for pulling up the single crystal and the auxiliary auxiliary heat shield respectively according to the control signals input from the main control unit and the auxiliary control unit.
  • a silicon single crystal growth apparatus comprising a chamber, a crucible disposed within the chamber and containing a silicon melt, a heat shield disposed in the chamber, and an auxiliary heat shield disposed above the crucible and capable of vertical movement.
  • the auxiliary heat shielding portion is maintained at a predetermined distance from the single crystal body portion grown in the silicon melt to control the rising speed of the auxiliary heat shield portion to increase the defect area in the single crystal body portion. It provides a silicon single crystal growth method comprising.
  • Still another embodiment includes a chamber, a crucible disposed within the chamber and containing a silicon melt, a heat shield disposed in the chamber, and an auxiliary heat shield disposed above the crucible and movable up and down;
  • a main control unit controlling a pulling rate of the single crystal grown in the silicon melt;
  • Auxiliary control unit for controlling the rising speed of the auxiliary heat shield;
  • Raising device for pulling up the single crystal and the auxiliary auxiliary heat shield respectively according to the control signal input from the main control unit and the auxiliary control unit:
  • Silicon single crystal growth apparatus comprising a A method for growing a single crystal of silicon, the method comprising: checking a length of a body portion of the grown single crystal; Determining whether the auxiliary heat shield is operated by the auxiliary controller according to the identified body length; It provides a silicon single crystal growth method comprising a.
  • the auxiliary heat shield on the crucible and controlling the rising speed, it is possible to control the defect area in the body part of the single crystal and increase the defect free area.
  • FIG. 1 is a view showing an embodiment of a silicon single crystal growth apparatus
  • 2a to 2b is a view showing an embodiment of the auxiliary heat shield
  • FIG. 3 illustrates a portion of a silicon single crystal growth apparatus of one embodiment
  • 4A to 4B are diagrams showing the distribution of crystal defects in the single crystal body portion
  • FIG. 6 is a view showing a difference in cooling rate in a single crystal cut surface
  • FIG. 7 is a view showing an embodiment of a silicon single crystal growth apparatus
  • FIG. 8 is a block diagram illustrating an embodiment of an auxiliary control unit
  • FIG. 9 is a block diagram illustrating an embodiment of a main controller.
  • FIG. 10 is a flow chart illustrating one embodiment of a silicon single crystal growth method.
  • each layer is exaggerated, omitted, or schematically illustrated for convenience and clarity of description.
  • the size of each component does not necessarily reflect the actual size.
  • FIG. 1 is a view showing an embodiment of a silicon single crystal growth apparatus.
  • the silicon single crystal growth apparatus of the embodiment shown in FIG. 1 may include a chamber 10, a crucible 30 containing a silicon melt, a heater 20 disposed outside the crucible, and a heat shield 40.
  • the chamber 10 may have a cylindrical shape having a cavity formed therein, and a pull chamber (not shown) may be connected to an upper portion of the chamber 10.
  • the crucible 30 containing the silicon melt SM may be disposed in the chamber 10.
  • the crucible 30 may be disposed in a central region within the chamber 10 and may be in the shape of a concave bowl as a whole.
  • the crucible 30 may be formed of a quartz crucible in direct contact with the silicon melt SM and a graphite crucible supporting the quartz crucible while surrounding the outer surface of the quartz crucible.
  • the heater 20 for supplying heat toward the crucible 30 may be disposed on the side of the crucible 30.
  • the heater 20 may be disposed outside the crucible 30 spaced apart from the outer circumferential surface of the crucible 30 by a predetermined interval, and may be disposed in a cylindrical shape to surround the side of the crucible 30.
  • the upper portion of the chamber 10 may further include a water cooling tube 60 for cooling the grown single crystal 50.
  • the heat shield 40 may be disposed to preserve heat of the crucible 30 heated by the heater 20.
  • the heat shield 40 may be included between the heater 20 and the chamber 10, and the upper heat shield and the side heat shield and the crucible 30 disposed on the side of the crucible 30 and the upper heat shield disposed above the crucible 30. But it may include a lower heat shield disposed on the lower side of the heat shield 40 is not limited to this arrangement.
  • the heat shield 40 may be designed in a material and a shape to make an optimal thermal distribution in the heater 20 and the crucible 30 and to utilize the energy without loss as much as possible.
  • the single crystal growth apparatus of the embodiment shown in FIG. 1 may include an auxiliary heat shield 70.
  • the auxiliary heat shield 70 may be disposed above the crucible, and may be moved up and down.
  • FIGS. 2A to 2B are diagrams of an embodiment of the auxiliary heat shield.
  • the auxiliary heat shields 70A and 70B may have cylindrical side surfaces of which upper and lower surfaces are open to be disposed to surround the seed chuck, and the inside of the side may have an empty shape. .
  • the auxiliary heat shields 70A and 70B may have a disk shape as shown in FIG. 2A or a truncated cone shape as shown in FIG. 2B, but are not limited thereto.
  • the auxiliary heat shields 70A and 70B may include graphite or carbon composite material.
  • Lower surfaces of the auxiliary heat shields 70A and 70B may be formed to be flat to maintain a predetermined distance from the body portion of the single crystal.
  • the upper portion of the auxiliary heat shields (70A, 70B) is attached to the wire 72 can be adjusted to enable vertical movement.
  • the wire 72 may be the first wire 72 in the embodiment of the silicon single crystal growth apparatus described later.
  • only two wires 72 connected to the auxiliary heat shields are illustrated in the drawings, but embodiments are not limited thereto, and three or more wires may be connected to the auxiliary heat shields to control the movement of the auxiliary heat shields.
  • FIG 3 shows a portion of a single crystal growth apparatus of one embodiment.
  • the auxiliary heat shield 70 may be disposed above the accommodated silicon melt SM, and spaced apart from the top of the silicon single crystal 50 grown from the silicon melt SM, for example. Can be.
  • auxiliary heat shield 70 may be controlled to increase the speed so that the defect-free area in the body portion (B) of the single crystal growing at a constant interval with the body portion (B) of the single crystal (50).
  • the spaced apart interval of the auxiliary heat shield 70 and the single crystal body portion B may be controlled to change in accordance with the growth process conditions in which the single crystal is produced.
  • the interval between the auxiliary heat shield 70 and the single crystal body B may be adjusted according to the pulling speed of the single crystal, the temperature of the silicon melt in the crucible, or the temperature condition in the chamber.
  • the auxiliary heat shield 70 may be disposed while maintaining a predetermined distance d from the boundary between the shoulder portion S and the body portion B of the growing single crystal 50.
  • the auxiliary heat shield 70 may be disposed above the body portion B, and the distance from the boundary between the shoulder portion S and the body portion B of the ingot which is the starting point of the body portion B is.
  • the speed can be controlled so that (d) is maintained at 150 mm to 300 mm.
  • the auxiliary heat shield 70 may have a rising speed of 0.5 mm / min to 0.7 mm / min to maintain a predetermined distance from the body portion B.
  • the auxiliary heat shield 70 is raised at a speed faster than 0.7 mm / min, the distance d between the growing single crystal 50 and the auxiliary heat shield 70 is increased, so that the temperature at the center and the outside of the single crystal 50 is increased.
  • the difference in the gradient cannot be reduced by the target value, and the risk of contact with the growing single crystal 50 may occur if it is moved at a speed slower than 0,5 mm / min.
  • the rising speed of the auxiliary heat shield 70 may be equal to the pulling speed of the growing single crystal 50.
  • the pulling speeds of the auxiliary heat shielding portion 70 and the single crystal 50 are the same, and the auxiliary heat shielding portion 70 is the body portion 50 and the same. It is possible to increase the defect free area in the crystal formed at the beginning of the body portion B by adjusting the cooling rate in the growing single crystal body portion by maintaining a constant interval.
  • 4A to 4B are diagrams schematically showing crystal defect regions in the body portion B depending on whether or not the auxiliary heat shield 70 is applied.
  • the X axis is the axial length of the single crystal body portion, and the starting point of the body portion B, that is, the boundary point between the shoulder portion S and the body portion B, is 0 mm, and the axis in which the single crystal is grown. Corresponds to the increased length in the direction.
  • the Y axis of the figure shows the pulling speed of the single crystal
  • the solid line in the figure shows the change of the pulling speed according to the length of the single crystal body.
  • the Y-axis direction may correspond to a radial direction at one point in the longitudinal direction in which the body portion grows.
  • the center of the Y-axis region shown in the graph may correspond to the center of the single crystal cross section, and the direction in which the Y-axis value decreases and the direction of increase may correspond to the outer region of the single crystal cross section, respectively.
  • the dotted lines in the figure indicate the distribution of the defect regions of the crystal.
  • the region is an octahedral void region, which is a defect region of vacancy, and 2) the region is an oxygen induced stacking fault (OiSF) region. , 3) represents a defect free area.
  • the defect area included in the single crystal is distributed to a point where the length of the body part becomes 350 mm, and the same type of defect shape is disposed in the radial direction of the body part.
  • the area that includes Octahedral void defects, OiSF defects, and defect-free areas are also displayed.
  • auxiliary heat shield 70 when the auxiliary heat shield 70 is disposed above the silicon melt SM to maintain a predetermined distance from the single crystal, the single crystal growth process is performed, and the auxiliary heat shield 70 is accommodated in the crucible.
  • the heat lost to the top of the system it is possible to prevent rapid cooling at the beginning of the shoulder (S) and body (B) during the growth of single crystals, thereby reducing the area of crystal defects that may occur.
  • the ascending speed of the auxiliary heat shield 70 may be controlled to reduce the temperature difference at the center and the outside of the body cut surface perpendicular to the rising direction of the auxiliary heat shield 70.
  • FIG. 5 is a graph showing a temperature (K) distribution in the single crystal body part depending on whether the auxiliary heat shield 70 is applied.
  • a and B show results of the outer region of the cross section of the single crystal body part, where A is when the auxiliary heat shield is not disposed and B is when the auxiliary heat shield is disposed.
  • C and D are for the central region of the cross section of the body, C is the case where the auxiliary heat shield is not arranged, D corresponds to the case where the auxiliary heat shield is arranged.
  • the temperature difference between the center C and the outer portion A of the body portion increases as the length of the body portion grows. .
  • auxiliary heat shield 70 by arranging the auxiliary heat shield 70 and controlling the rising speed in the single crystal growth apparatus of the embodiment, it is possible to reduce the temperature difference in the cross section of the body part during single crystal growth, thereby making it possible to uniformly distribute the crystal defects.
  • the ascending speed of the auxiliary heat shield 70 may be controlled to reduce the difference in the cooling speed at the center and the outside of the cut surface of the body portion perpendicular to the rising direction of the auxiliary heat shield. .
  • FIG. 6 is a graph showing a temperature gradient (K / cm) in the single crystal body part according to whether the auxiliary heat shield 70 is applied.
  • the temperature gradient may be a cooling speed.
  • a and C represent the outer region and the center of the single crystal cross section, respectively, when the auxiliary heat shield is not disposed
  • B and D are the single crystal growth apparatus of the embodiment in which the speed is controlled by the auxiliary heat shield is disposed.
  • the outer region and the center of the single crystal cross section in the case of using are shown, respectively.
  • the auxiliary heat shield 70 when the auxiliary heat shield 70 is not applied, it can be seen that there is a difference in cooling rate in the center portion C of the single crystal and the outer region A, and the length of the body portion is 100 mm to 200 mm. In the region, it can be seen that the difference in cooling rate, that is, the temperature gradient, is 5 K / cm or more.
  • the single crystal growth apparatus of the embodiment controls the rising speed so that the auxiliary heat shield has a predetermined interval with the growing single crystal body part, so that the cooling speed at the center and the outer side of the cut surface of the body part perpendicular to the rising direction of the auxiliary heat shield is different. It is possible to adjust the crystal defect region and increase the distribution of the defect region in the body portion by reducing the.
  • the difference between the cooling rates at the center (D) and the outer surface (B) of the body portion cut surface may be less than 1K / cm.
  • FIG. 7 is a view showing an embodiment of a silicon single crystal growth apparatus.
  • the pulling speed of the chamber 10, the crucible 30 containing the silicon melt, the heater 20 disposed outside the crucible, the heat shield 40, and the single crystal are shown. It may include a main control unit 140 for controlling and an auxiliary control unit 130 for controlling the rising speed of the auxiliary heat shield.
  • the silicon single crystal growth apparatus of the embodiment is an impression apparatus connected to the water cooling tube 60 and the single crystal and auxiliary heat shields and wires 72 and 52 which extend in the pulling direction of the single crystal from the upper side of the crucible 30 ( 110).
  • the pulling device 110 includes a first pulling unit 114 connected to the upper surface of the auxiliary heat shield 70 and the first wire 72, and a second pulling unit connected to the growing silicon single crystal and the second wire 52 ( 112).
  • the first pulling unit 114 may be a pulling unit connected to the auxiliary heat shield 70 to cause the auxiliary heat shield to rise upward in the crucible.
  • the first pulling unit 114 may be at least one, it may be made of a plurality of auxiliary heat shields 70 to be raised in a balanced manner, and also to connect the auxiliary heat shields 70 and the first pulling unit 114.
  • a plurality of first wires 72 may also be disposed.
  • the second pulling unit 112 may be a pulling unit for moving the growing single crystal to the upper direction of the crucible, and the second pulling unit may be connected to the single crystal seed portion and the second wire 52 at which the single crystal grows. In addition, the second pulling unit 112 may be connected to the seed chuck and the wire 52 connected to the upper end of the single crystal.
  • the auxiliary control unit 130 may receive the position information of the grown single crystal body part and the auxiliary heat shielding part output from the pulling device 110, and the correction value calculated by the auxiliary control unit 130 to the pulling device 110. You can give feedback again. In this case, the feedback value may be transmitted to the second pulling unit 114 that is the auxiliary heat shield lifting device of the pulling device 110.
  • FIG. 8 is a block diagram briefly illustrating a configuration of the auxiliary control unit 130.
  • the auxiliary controller 130 may include a position value sensing unit 132, a gap calculator 134, a correction value generator 136, and a first driver 138.
  • the position value sensing unit 132 may be to acquire the position of the single crystal body portion and the position of the auxiliary heat shield that are identified by the pulling device.
  • the position value of the single crystal body portion may be a position value of a point where the body portion starts in the grown single crystal
  • the position value of the auxiliary heat shield may be a position value of the lower surface of the auxiliary heat shield portion.
  • the gap calculator 134 may extract the spaced distance between the two from the position values of the body portion and the auxiliary heat shield obtained by the position value sensing unit 132.
  • the spaced distance between the body portion and the auxiliary heat shield may be d, which is a distance between the start of the body portion and the bottom surface of the auxiliary heat shield.
  • the start portion of the body portion may correspond to the boundary between the shoulder portion (S) and the body portion (B).
  • the correction value generator 136 may extract a correction value of the rising speed of the auxiliary heat shield corresponding to the gap between the body portion and the auxiliary heat shield calculated by the gap calculator 134.
  • a target value of a gap value of a body part and an auxiliary heat shield may be set, and a correction value of a rising speed may be extracted by comparing the set target distance value with a calculated separation interval value.
  • the rising speed value of the auxiliary heat shield in which the correction value is reflected may be equal to the current rising speed value.
  • the corrected ascending speed may be smaller than the current climbing speed, and when the calculated separation interval value is smaller than the target value, the corrected climbing speed is greater than the current climbing speed. Can be large.
  • the ascending speed auxiliary value may be adjusted such that a distance value between the body part and the auxiliary heat shield is consistent with the target value.
  • the target value may be 150mm to 300mm.
  • the auxiliary controller 130 may include a first driver 138.
  • the first driver 138 may output a signal for causing the auxiliary heat shield to be pulled through the pulling device 110.
  • the first driver 138 may transfer the data of the correction rising speed value generated by the correction value generator 136 to the pulling device 110.
  • the first driver 138 may be a servo motor for controlling and operating a rising speed of the auxiliary heat shield.
  • auxiliary heat shield 70 which is controlled and lifted by the auxiliary controller 130 is controlled to maintain a predetermined distance d from the boundary between the shoulder portion S and the body portion B of the growing single crystal 50. Can be.
  • the spaced apart interval of the auxiliary heat shield 70 and the single crystal body portion B may be controlled to change in accordance with the growth process conditions in which the single crystal is produced.
  • the interval between the auxiliary heat shield 70 and the single crystal body B may be adjusted according to the pulling speed of the single crystal, the temperature of the silicon melt in the crucible, or the temperature condition in the chamber.
  • the auxiliary heat shield 70 may be disposed on the upper portion of the body portion B, and is formed from a boundary between the shoulder portion S and the body portion B of the silicon single crystal ingot which is the starting point of the body portion B.
  • the speed can be controlled so that the interval d of is maintained at 150 mm to 300 mm.
  • the main controller 140 receives a signal obtained from the sensor 141 disposed on the upper side of the chamber and transmits a signal to the pulling device 110 to adjust the pulling speed of the single crystal. Can be.
  • the sensor 141 may detect the growth degree of the single crystal through a view port disposed at one upper side of the chamber.
  • the sensor 141 measures the diameter of the growing single crystal, and various sensors such as an IR sensor, a CCD camera, or a pyrometer may be used.
  • the sensor 141 may be an Automatic Diameter Control (ADC) sensor.
  • ADC Automatic Diameter Control
  • the information sensed by the sensor 210 may be optical information or image information that may infer a change in diameter of the silicon single crystal.
  • Information about the diameter change value of the growing single crystal detected by the sensor may be transmitted to the main controller 140.
  • FIG. 9 is a block diagram briefly illustrating a configuration of the main controller 140.
  • the main controller 140 may include a diameter sensing unit 142, a pulling speed determining unit 144, and a second driving unit 146.
  • the diameter sensing unit 142 may extract a diameter value of the silicon single crystal from information sensed and transmitted by the sensor 141 described above.
  • a change value of the diameter of the silicon single crystal according to the process may be continuously obtained.
  • the diameter value of the silicon single crystal obtained in the diameter sensing unit 142 may be transmitted to the pulling speed determination unit 144.
  • a pulling speed of the single crystal may be determined from the diameter value of the single crystal input from the diameter sensing unit 142.
  • a single crystal pulling speed value may be adjusted when there is a difference between the target value and the measured value by comparing the target diameter value and the measured diameter value detected by the diameter sensing unit 142.
  • the pulling speed may be adjusted faster than the current pulling speed, and if the measured diameter value is smaller than the target diameter value, the pulling speed is slower than the current pulling speed. Can be adjusted.
  • the main controller 140 may include a second driver 146.
  • the second driver 146 may output a signal for pulling the silicon single crystal through the pulling device 110.
  • the second driver 146 may transfer the data of the corrected pulling speed value generated by the pulling speed determiner 144 to the pulling device 110.
  • the second driver 146 may be a servo motor for controlling the pulling speed of the growing single crystal to operate the second pulling unit 112.
  • the single crystal growth apparatus of the embodiment illustrated in FIGS. 7 to 9 has a predetermined distance from the single crystal body portion in which the auxiliary heat shield is grown, including an auxiliary control unit for controlling the auxiliary heat shield and a main control unit for controlling silicon single crystal pulling. Ascending speed can be controlled.
  • auxiliary heat shield and the silicon single crystal body part controlled to maintain a constant distance control the crystal defect area by reducing the difference in the cooling rate at the center and the outer edge of the cut surface of the body perpendicular to the upward direction of the auxiliary heat shield. Can increase the distribution of defect free areas.
  • One embodiment of the silicon single crystal growth method in a silicon single crystal growth apparatus comprising a chamber, a crucible disposed in the chamber to receive the silicon melt, a heat shield disposed in the chamber and an auxiliary heat shield disposed above the crucible and movable up and down
  • a method of growing a silicon single crystal the step of controlling the rising speed of the auxiliary heat shield so that the auxiliary heat shield maintains a constant distance from the body portion of the single crystal growing in the silicon melt to increase the defect free area in the single crystal body portion. It may be a single crystal production method.
  • the rising speed of the auxiliary heat shield may be controlled so as to reduce the temperature difference between the center of the cut surface and the outside of the body portion perpendicular to the rising direction of the auxiliary heat shield.
  • the ascending speed of the auxiliary heat shield may be controlled to reduce the difference between the cooling rate at the center and the outside of the cut surface of the body portion, for example, may be controlled such that the difference in the cooling rate is less than 1K / cm. .
  • the rising speed of the auxiliary heat shield disposed on the top of the crucible is controlled to block the heat lost from the melt when the body of the single crystal grows, and to prevent rapid cooling of the single crystal, thereby preventing the rapid cooling of the single crystal between the center and the outer region of the cross section. It is possible to reduce the temperature difference and the temperature gradient difference in the axial direction.
  • the distribution of defect regions in the radial direction of the single crystal can be made uniform, and a defect free region can be formed from the beginning of the body portion by adjusting the temperature gradient. There is an effect that can increase the proportion of the defect free area in.
  • the auxiliary heat shield may be controlled to have a rising speed so as to have a gap disposed 150 mm to 300 mm above the boundary of the shoulder portion and the body portion of the single crystal ingot.
  • the ascending speed of the auxiliary heat shield can be controlled when the length of the body portion is 400 mm or less.
  • the crystal growth in the body portion is more affected by the water cooling pipe disposed in the upper region of the chamber than the heat insulation effect by the auxiliary heat shield, so that the single crystal using the auxiliary heat shield is determined.
  • Control of the defect area can be more effective when the auxiliary heat shield is located between the surface of the silicon melt and the water cooling tube.
  • the auxiliary heat shield passes through the water cooling tube, the effect of controlling the rising speed of the auxiliary heat shield to adjust the crystal defect region in the single crystal can be reduced.
  • Another embodiment of the silicon single crystal growth method includes a chamber, a crucible disposed within the chamber to receive the silicon melt, a heat shield disposed within the chamber, and an auxiliary heat shield disposed on the top of the crucible and capable of vertically moving up, a single crystal grown from the silicon melt.
  • the method may include determining whether the auxiliary heat shield is operated by the auxiliary controller.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a silicon single crystal growth method according to an embodiment.
  • the flowchart of the silicon single crystal growth method illustrated in FIG. 10 may be a diagram illustrating a step in which the single crystal pulling speed and the rising speed of the auxiliary heat shield are controlled by the main controller and the auxiliary controller.
  • an embodiment of the silicon single crystal growth method may include checking the length of the grown single crystal body portion and determining whether the checked body portion length is 400 mm or less (S1000).
  • the pulling of the single crystal ingot may be controlled by the main controller, and the operation of the auxiliary heat shield may be controlled by the auxiliary controller.
  • the step of controlling the operation of the auxiliary heat shield by the auxiliary control the step of checking the position of the body portion and the location of the auxiliary heat shield and calculates the gap value (Gap) of the body portion and the auxiliary heat shield according to the identified position.
  • Step S1310 determining whether the calculated separation interval value is within a target interval value (S1330), and generating a rising speed correction value when the auxiliary heat shield is out of the range of the separation interval target interval value (S1350). And raising the auxiliary heat shield according to the generated rising speed correction value (S1370).
  • the target spacing value of the body portion and the auxiliary heat shield may be 150mm to 300mm. That is, the distance from the boundary of the shoulder portion and the body portion of the growing single crystal to the lower surface of the auxiliary heat shield may be maintained at a target value of 150 mm to 300 mm.
  • the auxiliary heat shield is raised without changing the current rising speed It may proceed to S1360.
  • step S1000 of checking the length of the grown single crystal body portion and determining whether the checked body portion length is 400 mm or less is greater than 400 mm
  • the rising speed of the auxiliary heat shield is greater than the pulling speed of the single crystal. Can be maintained.
  • the operation of the auxiliary heat shield may include maintaining the pulling speed of the auxiliary heat shield to be higher than the pulling speed of the silicon single crystal (S1210).
  • the rising speed of the auxiliary heat shield can be maintained above the pulling speed of the silicon single crystal to be pulled up regardless of the distance from the body.
  • the pulling speed of the single crystal may be controlled by the main controller.
  • the sensing of the single crystal diameter in the diameter sensing unit S1100
  • calculating an error between the diameter value sensed in the pulling speed determination unit and the target diameter value S1120
  • Generating a correction value of the pulling speed from the calculated error S1140
  • pulling the single crystal at the pulling speed converted according to the correction value S1160
  • the silicon single crystal growth method of the embodiment shown in FIG. 10 may extract the separation distance value of the body portion and the auxiliary heat shield of the single crystal to control the pulling speed of the auxiliary heat shield and the silicon single crystal therefrom.
  • the auxiliary heat shield and the single crystal controlled to maintain a constant interval by the auxiliary control unit controls the crystal defect region by reducing the difference in the cooling rate at the center and the outer edge of the cut surface of the body perpendicular to the upward direction of the auxiliary heat shield. It is possible to increase the distribution of the defect free areas in the body part.
  • the silicon single crystal growth apparatus and growth method according to the embodiment can be used industrially because it can control the defect area in the body portion of the single crystal and increase the defect area by arranging the auxiliary heat shield at the top of the crucible and controlling the rising speed. There is a possibility.

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Abstract

An exemplary embodiment of the present invention provides a silicon single crystal growing apparatus and method. The apparatus comprises: a chamber; a crucible that is disposed in the chamber and receives melted silicon; a heater disposed outside the crucible to heat the crucible; a heat shield part disposed in the chamber; and an auxiliary heat shield part disposed above the crucible to move upward and downward, wherein the auxiliary heat shield part is disposed to be separated from a body part of a single crystal that has grown from the melted silicon, and a rising speed is controlled such that a defect-free zone in the single crystal body part increases. The auxiliary heat shield part can reduce a deviation of a temperature gradient in the body part, thereby increasing the distribution of a defect-free zone in the body part.

Description

실리콘 단결정 성장 장치 및 이를 이용한 실리콘 단결정 성장 방법Silicon single crystal growth apparatus and silicon single crystal growth method using the same
실시예는 성장하는 단결정 몸체부에서의 결정 결함 영역을 조절하는 실리콘 단결정 성장 장치와 이를 이용한 실리콘 단결정 성장 방법에 관한 것이다.Embodiments relate to a silicon single crystal growth apparatus for controlling a crystal defect region in a growing single crystal body portion and a silicon single crystal growth method using the same.
일반적으로 실리콘 단결정을 제조하는 방법으로서, 플로우팅존 (FZ: Floating Zone)법 또는 초크랄스키(CZ:CZochralski)법이 많이 이용되고 있다. FZ 법을 적용하여 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 경우, 대구경의 실리콘 웨이퍼를 제조하기 어려울 뿐만 아니라 공정 비용이 매우 비싼 문제가 있기 때문에, CZ 법에 의하여 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 것이 일반화되어 있다.Generally, a floating zone (FZ) method or a CZochralski (CZ: CZochralski) method is widely used as a method for producing a silicon single crystal. In the case of growing a silicon single crystal ingot by applying the FZ method, it is not only difficult to manufacture a large diameter silicon wafer but also has a very expensive process cost. Therefore, it is common to grow a silicon single crystal ingot by the CZ method.
CZ 법에 의하면, 석영 도가니에 다결정 실리콘을 장입하고, 흑연 발열체를 가열하여 이를 용융시킨 후, 용융 결과 형성된 실리콘 용융액에 시드 결정(Seed Crystal)을 침지시키고, 용융액 계면에서 결정화가 일어나도록 하여 시드 결정을 회전하면서 인상시킴으로써 단결정 실리콘 잉곳이 성장된다.According to the CZ method, polycrystalline silicon is charged into a quartz crucible, the graphite heating element is heated to melt it, and then seed crystal is immersed in the silicon melt formed as a result of melting, and the seed crystal is caused to crystallize at the melt interface. The monocrystalline silicon ingot is grown by pulling while rotating.
이러한 방법으로 성장하는 단결정 잉곳은 시드 결정으로부터 연결되어 가늘고 길게 형성된 목부(Neck), 네킹(Necking) 공정 이후 단결정의 직경을 점차적으로 증가시켜 성장된 어깨부(Shoulder), 증가된 직경을 유지하면서 축 방향으로 성장시켜 형성하는 몸체부(Body) 및 성장하는 결정의 직경을 서서히 감소시켜 용융 실리콘과 분리되어 형성되는 꼬리부(tail)를 포함한다.Single crystal ingots grown in this way are connected to the seed crystals to form a thin and elongated neck and neck after the necking process, gradually increasing the diameter of the single crystal to grow the shoulders and the shaft while maintaining the increased diameter. A body formed by growing in a direction and a tail formed by separating the molten silicon by gradually decreasing the diameter of the growing crystal.
종래의 실리콘 단결정 잉곳 성장장치 및 이를 이용한 단결정 잉곳 성장 방법의 경우 도가니의 상부가 개방되어 있어, 성장 공정 중 단결정 내의 열 분포가 균일하지 않을 수 있으며, 또한 단결정 단면의 중심부와 외곽부 간의 냉각속도의 차이가 발생하게 된다.In the conventional silicon single crystal ingot growth apparatus and single crystal ingot growth method using the same, the upper part of the crucible is open, so that the heat distribution in the single crystal may not be uniform during the growth process, and the cooling rate between the center and the outer edge of the single crystal cross section may be increased. There will be a difference.
이러한 단결정의 반경 방향으로의 온도 구배 차이에 의하여, 인상축 방향으로 동일한 위치의 단결정 잉곳의 절단면에서도 중심과 외곽 영역에서 형성되는 결정 결함의 분포가 다르게 나타나 무결함 결정 영역을 증가시켜 단결정을 성장시키는 것이 어려운 문제가 있다.Due to the difference in temperature gradient in the radial direction of the single crystal, the distribution of crystal defects formed in the center and the outer region is also different in the cut surface of the single crystal ingot at the same position in the impression axis direction, thereby increasing the defect-free crystal region to grow the single crystal. It is a difficult problem.
실시예는 도가니의 상부에 보조 열차폐부를 배치하고 보조 열차폐부의 인상 속도를 제어하여 단결정의 몸체부에서의 무결함 영역을 증가시킬 수 있는 실리콘 단결정 성장 장치 및 성장 방법을 제공하고자 한다.The embodiment is to provide a silicon single crystal growth apparatus and a growth method capable of increasing the defect area in the body portion of the single crystal by placing the auxiliary heat shield on the top of the crucible and controlling the pulling speed of the auxiliary heat shield.
실시예는 챔버; 상기 챔버 내에 배치되고, 실리콘 용융액을 수용하는 도가니; 상기 도가니의 외측에 배치되어 상기 도가니를 가열하는 히터; 상기 챔버 내에 배치되는 열차폐부; 및 상기 도가니의 상부에 배치되고 상하 이동이 가능한 보조 열차폐부; 를 포함하고, 상기 보조 열차폐부는 상기 실리콘 용융액에서 성장한 단결정의 몸체부 상에 이격되어 배치되며, 상기 단결정 몸체부에서의 무결함 영역이 증가되도록 상승 속도가 제어되는 실리콘 단결정 성장 장치를 제공한다.An embodiment includes a chamber; A crucible disposed within the chamber and containing a silicon melt; A heater disposed outside the crucible to heat the crucible; A heat shield disposed in the chamber; And an auxiliary heat shield disposed above the crucible and capable of vertical movement. It includes, wherein the auxiliary heat shield is disposed on the body portion of the single crystal grown in the silicon melt spaced apart, to provide a silicon single crystal growth apparatus in which the rising speed is controlled to increase the defect area in the single crystal body portion.
다른 실시예는 챔버; 상기 챔버 내에 배치되고, 실리콘 용융액을 수용하는 도가니; 상기 도가니의 외측에 배치되어 상기 도가니를 가열하는 히터; 상기 챔버 내에 배치되는 열차폐부; 상기 도가니의 상부에 배치되고 상하 이동이 가능한 보조 열차폐부; 상기 실리콘 용융액에서 성장한 단결정의 인상 속도를 제어하는 주 제어부; 상기 보조 열차폐부의 상승 속도를 제어하는 보조 제어부; 및 상기 주 제어부 및 상기 보조 제어부에서 입력된 제어 신호에 따라 상기 단결정 및 상시 보조 열차폐부를 각각 인상하는 인상 장치: 를 포함하는 실리콘 단결정 성장 장치를 제공한다.Another embodiment includes a chamber; A crucible disposed within the chamber and containing a silicon melt; A heater disposed outside the crucible to heat the crucible; A heat shield disposed in the chamber; An auxiliary heat shield disposed above the crucible and capable of vertical movement; A main control unit controlling a pulling rate of the single crystal grown in the silicon melt; An auxiliary control unit controlling a rising speed of the auxiliary heat shield; And an pulling device for pulling up the single crystal and the auxiliary auxiliary heat shield respectively according to the control signals input from the main control unit and the auxiliary control unit.
다른 실시예는 챔버, 상기 챔버 내에 배치되고 실리콘 용융액을 수용하는 도가니, 상기 챔버 내에 배치되는 열차폐부 및 상기 도가니의 상부에 배치되고 상하 이동이 가능한 보조 열차폐부를 포함하는 실리콘 단결정 성장 장치에서 수행되는 실리콘 단결정 성장 방법에 있어서, 상기 보조 열차폐부가 상기 실리콘 용융액에서 성장한 단결정 몸체부와 일정 간격을 유지하여 상기 단결정 몸체부에서의 무결함 영역이 증가되도록 상기 보조 열차폐부의 상승 속도가 제어되는 단계를 포함하는 실리콘 단결정 성장 방법을 제공한다.Another embodiment is performed in a silicon single crystal growth apparatus comprising a chamber, a crucible disposed within the chamber and containing a silicon melt, a heat shield disposed in the chamber, and an auxiliary heat shield disposed above the crucible and capable of vertical movement. In the silicon single crystal growth method, the auxiliary heat shielding portion is maintained at a predetermined distance from the single crystal body portion grown in the silicon melt to control the rising speed of the auxiliary heat shield portion to increase the defect area in the single crystal body portion. It provides a silicon single crystal growth method comprising.
또 다른 실시예는, 챔버, 상기 챔버 내에 배치되고 실리콘 용융액을 수용하는 도가니, 상기 챔버 내에 배치되는 열차폐부 및 상기 도가니의 상부에 배치되고 상하 이동이 가능한 보조 열차폐부; 상기 실리콘 용융액에서 성장한 단결정의 인상 속도를 제어하는 주 제어부; 상기 보조 열차폐부의 상승 속도를 제어하는 보조 제어부: 및 상기 주 제어부 및 상기 보조 제어부에서 입력된 제어 신호에 따라 상기 단결정 및 상시 보조 열차폐부를 각각 인상하는 인상 장치: 를 를 포함하는 실리콘 단결정 성장 장치에서 수행되는 실리콘 단결정 성장 방법에 있어서, 상기 성장한 단결정의 몸체부 길이를 확인하는 단계; 상기 확인된 몸체부 길이에 따라 상기 보조 제어부에 의한 상기 보조 열차폐부의 동작 여부를 결정하는 단계; 를 포함하는 실리콘 단결정 성장 방법을 제공한다.Still another embodiment includes a chamber, a crucible disposed within the chamber and containing a silicon melt, a heat shield disposed in the chamber, and an auxiliary heat shield disposed above the crucible and movable up and down; A main control unit controlling a pulling rate of the single crystal grown in the silicon melt; Auxiliary control unit for controlling the rising speed of the auxiliary heat shield; and Raising device for pulling up the single crystal and the auxiliary auxiliary heat shield respectively according to the control signal input from the main control unit and the auxiliary control unit: Silicon single crystal growth apparatus comprising a A method for growing a single crystal of silicon, the method comprising: checking a length of a body portion of the grown single crystal; Determining whether the auxiliary heat shield is operated by the auxiliary controller according to the identified body length; It provides a silicon single crystal growth method comprising a.
실시예에 따른 실리콘 단결정 성장 장치 및 성장 방법은 보조 열차폐부를 도가니 상부에 배치하고 상승 속도를 제어함으로써, 단결정의 몸체부에서의 결함 영역을 제어하고 무결함 영역을 증가시킬 수 있다.In the silicon single crystal growth apparatus and the growth method according to the embodiment, by placing the auxiliary heat shield on the crucible and controlling the rising speed, it is possible to control the defect area in the body part of the single crystal and increase the defect free area.
도 1은 실리콘 단결정 성장 장치의 일 실시예를 나타낸 도면이고,1 is a view showing an embodiment of a silicon single crystal growth apparatus,
도 2a 내지 도 2b는 보조 열차폐부의 일 실시예를 나타낸 도면이고,2a to 2b is a view showing an embodiment of the auxiliary heat shield,
도 3은 일 실시예의 실리콘 단결정 성장 장치의 일부분을 나타낸 도면이고,3 illustrates a portion of a silicon single crystal growth apparatus of one embodiment,
도 4a 내지 도 4b는 단결정 몸체부에서의 결정 결함의 분포를 나타낸 도면이고,4A to 4B are diagrams showing the distribution of crystal defects in the single crystal body portion,
도 5는 단결정 절단면에서의 온도 분포를 나타낸 도면이고,5 is a view showing a temperature distribution in a single crystal cut plane,
도 6은 단결정 절단면에서의 냉각 속도의 차이를 나타낸 도면이고,6 is a view showing a difference in cooling rate in a single crystal cut surface,
도 7은 실리콘 단결정 성장 장치의 일 실시예를 나타낸 도면이고,7 is a view showing an embodiment of a silicon single crystal growth apparatus,
도 8은 보조 제어부의 일 실시예를 나타낸 블록도이고,8 is a block diagram illustrating an embodiment of an auxiliary control unit;
도 9는 주 제어부의 일 실시예를 나타낸 블록도이고,9 is a block diagram illustrating an embodiment of a main controller.
도 10은 실리콘 단결정 성장 방법의 일 실시예를 나타낸 플로우 차트이다.10 is a flow chart illustrating one embodiment of a silicon single crystal growth method.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples, and detailed description will be made with reference to the accompanying drawings in order to help understanding of the present invention. However, embodiments according to the present invention can be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art.
본 발명에 따른 실시예의 설명에 있어서, 각 element의 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)(on or under)”으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.In the description of the embodiment according to the present invention, when described as being formed on "on" or "under" of each element, the above (up) or below (on) or under) includes both two elements being directly contacted with each other or one or more other elements are formed indirectly between the two elements. In addition, when expressed as “on” or “under”, it may include the meaning of the downward direction as well as the upward direction based on one element.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.In the drawings, the thickness or size of each layer is exaggerated, omitted, or schematically illustrated for convenience and clarity of description. In addition, the size of each component does not necessarily reflect the actual size.
도 1은 실리콘 단결정 성장 장치의 일 실시예를 나타낸 도면이다.1 is a view showing an embodiment of a silicon single crystal growth apparatus.
도 1에 도시된 실시예의 실리콘 단결정 성장 장치는 챔버(10), 실리콘 용융액을 수용하는 도가니(30), 도가니의 외측에 배치되는 히터(20) 및 열차폐부(40)를 포함할 수 있다.The silicon single crystal growth apparatus of the embodiment shown in FIG. 1 may include a chamber 10, a crucible 30 containing a silicon melt, a heater 20 disposed outside the crucible, and a heat shield 40.
챔버(10)는 내부에 캐비티(cavity)가 형성된 원통 형상일 수 있고, 챔버(10)의 상부에는 풀(Pull) 챔버(미도시)가 연결되어 배치될 수 있다.The chamber 10 may have a cylindrical shape having a cavity formed therein, and a pull chamber (not shown) may be connected to an upper portion of the chamber 10.
챔버(10) 내에는 실리콘 용융액(SM)을 수용하는 도가니(30)가 배치될 수 있다. 도가니(30)는 챔버(10) 내의 중앙 영역에 배치될 수 있으며, 전체적으로 오목한 그릇의 형상일 수 있다. 또한, 상기 도가니(30)는, 상기 실리콘 용융액(SM)과 직접 접촉되는 석영 도가니와, 상기 석영 도가니의 외면을 둘러싸면서 상기 석영 도가니를 지지하는 흑연 도가니로 이루어질 수 있다.The crucible 30 containing the silicon melt SM may be disposed in the chamber 10. The crucible 30 may be disposed in a central region within the chamber 10 and may be in the shape of a concave bowl as a whole. In addition, the crucible 30 may be formed of a quartz crucible in direct contact with the silicon melt SM and a graphite crucible supporting the quartz crucible while surrounding the outer surface of the quartz crucible.
상기 도가니(30)의 측면에는 상기 도가니(30)를 향하여 열을 공급하기 위한 히터(20)가 배치될 수 있다. 히터(20)는 도가니(30)의 외주면과 소정 간격 이격 되어 도가니(30)의 외측에 배치될 수 있으며, 도가니(30)의 측부를 에워싸도록 원통형으로 배치될 수 있다. 또한, 챔버(10)의 상부에는 성장된 단결정(50)의 냉각을 위한 수냉관(60)이 더 포함될 수 있다.The heater 20 for supplying heat toward the crucible 30 may be disposed on the side of the crucible 30. The heater 20 may be disposed outside the crucible 30 spaced apart from the outer circumferential surface of the crucible 30 by a predetermined interval, and may be disposed in a cylindrical shape to surround the side of the crucible 30. In addition, the upper portion of the chamber 10 may further include a water cooling tube 60 for cooling the grown single crystal 50.
단결정 성장 장치의 챔버(10) 내에는 히터(20)로 가열된 도가니(30)의 열을 보존하기 위하여 열차폐부(40)가 배치될 수 있다. 열차폐부(40)는 히터(20)와 챔버(10) 사이에 포함될 수 있으며, 도가니(30)의 상부에 배치되는 상측 열차폐부와 도가니(30)의 측면에 배치되는 측면 열차폐부 및 도가니(30)의 하측에 배치되는 하측 열차폐부를 포함할 수 있으나 열차폐부(40)의 배치는 이에 한정되는 것은 아니다.In the chamber 10 of the single crystal growth apparatus, the heat shield 40 may be disposed to preserve heat of the crucible 30 heated by the heater 20. The heat shield 40 may be included between the heater 20 and the chamber 10, and the upper heat shield and the side heat shield and the crucible 30 disposed on the side of the crucible 30 and the upper heat shield disposed above the crucible 30. But it may include a lower heat shield disposed on the lower side of the heat shield 40 is not limited to this arrangement.
열차폐부(40)는 히터(20) 및 도가니(30)에서 최적의 열적 분포를 내고 그 에너지를 최대한 손실 없이 활용 가능하도록 하는 재질과 형상으로 설계될 수 있다.The heat shield 40 may be designed in a material and a shape to make an optimal thermal distribution in the heater 20 and the crucible 30 and to utilize the energy without loss as much as possible.
도 1에 도시된 실시예의 단결정 성장 장치는 보조 열차폐부(70)를 포함할 수 있다.The single crystal growth apparatus of the embodiment shown in FIG. 1 may include an auxiliary heat shield 70.
보조 열차폐부(70)는 도가니의 상부에 배치될 수 있으며, 상하 이동이 가능할 수 있다.The auxiliary heat shield 70 may be disposed above the crucible, and may be moved up and down.
도 2a 내지 2b는 보조 열차폐부의 일 실시예에 대한 도면이다.2A to 2B are diagrams of an embodiment of the auxiliary heat shield.
도 2a 내지 2b를 참조하면, 보조 열차폐부(70A, 70B)는 시드 척을 감싸며 배치되기 위하여 상부면과 하부면이 개방된 원통형의 측면을 가질 수 있으며, 측면의 내부는 비어 있는 형상일 수 있다.2A to 2B, the auxiliary heat shields 70A and 70B may have cylindrical side surfaces of which upper and lower surfaces are open to be disposed to surround the seed chuck, and the inside of the side may have an empty shape. .
보조 열차폐부(70A, 70B)는 도 2a와 같은 디스크 형상 또는 도 2b와 같은 원뿔대 형상일 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 보조 열차폐부(70A, 70B)는 그라파이트(graphite) 또는 CCM(Carbon composite material) 재질을 포함할 수 있다.The auxiliary heat shields 70A and 70B may have a disk shape as shown in FIG. 2A or a truncated cone shape as shown in FIG. 2B, but are not limited thereto. The auxiliary heat shields 70A and 70B may include graphite or carbon composite material.
보조 열차폐부(70A, 70B)의 하부면은 단결정의 몸체부와 일정간격을 유지하도록 편평(Flat)하게 형성될 수 있다.Lower surfaces of the auxiliary heat shields 70A and 70B may be formed to be flat to maintain a predetermined distance from the body portion of the single crystal.
보조 열차폐부(70A, 70B)의 상부에는 와이어(72)가 부착되어 상하 이동이 가능하도록 조절될 수 있다. 이때, 와이어(72)는 후술하는 실리콘 단결정 성장 장치의 실시예에서 제1 와이어(72)일 수 있다. 또한 도면에서 보조 열차폐부와 연결된 와이어(72)는 두 개만 도시되었으나, 실시예는 이에 한정하지 않으며 세 개 이상의 와이어가 보조 열차폐부와 연결되어 보조 열차폐부의 이동을 조절할 수 있다.The upper portion of the auxiliary heat shields (70A, 70B) is attached to the wire 72 can be adjusted to enable vertical movement. In this case, the wire 72 may be the first wire 72 in the embodiment of the silicon single crystal growth apparatus described later. In addition, only two wires 72 connected to the auxiliary heat shields are illustrated in the drawings, but embodiments are not limited thereto, and three or more wires may be connected to the auxiliary heat shields to control the movement of the auxiliary heat shields.
도 3은 일 실시예의 단결정 성장 장치 중 일부분을 나타낸 도면이다.3 shows a portion of a single crystal growth apparatus of one embodiment.
도 3을 참조하면, 보조 열차폐부(70)는 수용된 실리콘 용융액(SM)의 상부에 배치될 수 있으며, 예를 들어, 실리콘 용융액(SM)으로부터 성장하는 실리콘 단결정(50)의 상부에 이격되어 배치될 수 있다.Referring to FIG. 3, the auxiliary heat shield 70 may be disposed above the accommodated silicon melt SM, and spaced apart from the top of the silicon single crystal 50 grown from the silicon melt SM, for example. Can be.
또한, 보조 열차폐부(70)는 단결정(50)의 몸체부(B)와 일정 간격을 유지하여 성장하는 단결정의 몸체부(B)에서의 무결함 영역이 증가되도록 상승 속도가 제어될 수 있다.In addition, the auxiliary heat shield 70 may be controlled to increase the speed so that the defect-free area in the body portion (B) of the single crystal growing at a constant interval with the body portion (B) of the single crystal (50).
이때, 보조 열차폐부(70)와 단결정 몸체부(B)의 이격된 일정 간격은 단결정이 제조되는 성장 공정 조건에 상응하여 변화되어 제어될 수 있다.At this time, the spaced apart interval of the auxiliary heat shield 70 and the single crystal body portion B may be controlled to change in accordance with the growth process conditions in which the single crystal is produced.
즉, 단결정 성장 공정에서 단결정의 인상 속도, 도가니 내의 실리콘 용융액의 온도 또는 챔버 내의 온도 조건 등에 따라 보조 열차폐부(70)와 단결정 몸체부(B)가 이격된 간격은 조절될 수 있다.That is, in the single crystal growth process, the interval between the auxiliary heat shield 70 and the single crystal body B may be adjusted according to the pulling speed of the single crystal, the temperature of the silicon melt in the crucible, or the temperature condition in the chamber.
보조 열차폐부(70)는 성장하는 단결정(50)의 어깨부(S)와 몸체부(B)의 경계로부터 일정 간격(d)을 유지하여 배치될 수 있다.The auxiliary heat shield 70 may be disposed while maintaining a predetermined distance d from the boundary between the shoulder portion S and the body portion B of the growing single crystal 50.
예를 들어, 보조 열차폐부(70)는 몸체부(B)의 상부에 배치될 수 있으며, 몸체부(B)의 시작점인 잉곳의 어깨부(S)와 몸체부(B)의 경계로부터의 간격(d)이 150mm 내지 300mm 로 유지되도록 속도가 제어될 수 있다.For example, the auxiliary heat shield 70 may be disposed above the body portion B, and the distance from the boundary between the shoulder portion S and the body portion B of the ingot which is the starting point of the body portion B is. The speed can be controlled so that (d) is maintained at 150 mm to 300 mm.
보조 열차폐부(70)는 몸체부(B)와 일정 간격을 유지하기 위하여 0.5mm/min 내지 0.7mm/min의 상승 속도를 가질 수 있다. 0.7mm/min 보다 빠른 속도로 보조 열차폐부(70)를 상승시키게 되면 성장되는 단결정(50)과 보조 열차폐부(70)의 간격(d)이 증가 되어 단결정(50)의 중심과 외곽에서의 온도 구배의 차이를 목표한 값만큼 줄일 수 없으며, 0,5mm/min 보다 느린 속도로 이동될 경우 성장하는 단결정(50)과의 접촉위험이 발생할 수 있다.The auxiliary heat shield 70 may have a rising speed of 0.5 mm / min to 0.7 mm / min to maintain a predetermined distance from the body portion B. When the auxiliary heat shield 70 is raised at a speed faster than 0.7 mm / min, the distance d between the growing single crystal 50 and the auxiliary heat shield 70 is increased, so that the temperature at the center and the outside of the single crystal 50 is increased. The difference in the gradient cannot be reduced by the target value, and the risk of contact with the growing single crystal 50 may occur if it is moved at a speed slower than 0,5 mm / min.
보조 열차폐부(70)의 상승 속도는 성장하는 단결정(50)의 인상 속도(Pulling speed)와 동일할 수 있다.The rising speed of the auxiliary heat shield 70 may be equal to the pulling speed of the growing single crystal 50.
즉, 단결정 성장 공정에서 어깨부(S)와 몸체부(B) 초반에서는 보조 열차폐부(70)와 단결정(50)의 인상 속도를 동일하게 하고 보조 열차폐부(70)가 몸체부(50)와 일정 간격이 유지되도록 하여 성장하는 단결정 몸체부에서의 냉각 속도를 조절함으로써 몸체부(B) 초반에 형성되는 결정에서 무결함 영역을 증가시킬 수 있다.That is, in the single crystal growth process, at the beginning of the shoulder portion S and the body portion B, the pulling speeds of the auxiliary heat shielding portion 70 and the single crystal 50 are the same, and the auxiliary heat shielding portion 70 is the body portion 50 and the same. It is possible to increase the defect free area in the crystal formed at the beginning of the body portion B by adjusting the cooling rate in the growing single crystal body portion by maintaining a constant interval.
도 4a 내지 4b는 보조 열차폐부(70)의 적용 여부에 따른 몸체부(B)에서의 결정 결함 영역을 도식화하여 나타낸 도면이다.4A to 4B are diagrams schematically showing crystal defect regions in the body portion B depending on whether or not the auxiliary heat shield 70 is applied.
도면에서 X축은 단결정 몸체부의 축방향으로의 길이(Axial Length)로, 몸체부(B)의 시작점 즉, 어깨부(S)와 몸체부(B)의 경계지점이 0mm이며, 단결정이 성장되는 축 방향으로 증가되는 길이에 해당한다.In the drawing, the X axis is the axial length of the single crystal body portion, and the starting point of the body portion B, that is, the boundary point between the shoulder portion S and the body portion B, is 0 mm, and the axis in which the single crystal is grown. Corresponds to the increased length in the direction.
도면의 Y축은 단결정의 인상 속도(Pulling speed)를 나타낸 것으로 도면에서 실선으로 표시된 것은 단결정 몸체부의 길이에 따른 인상 속도의 변화를 나타낸 것이다.The Y axis of the figure shows the pulling speed of the single crystal, and the solid line in the figure shows the change of the pulling speed according to the length of the single crystal body.
또한, Y축 방향은 몸체부가 성장하는 길이 방향의 일 지점에서의 반경 방향에 해당할 수 있다. 예를 들어, 그래프에 나타난 Y축 영역에서의 중심은 단결정 단면의 중심부에 해당할 수 있으며, 이를 기준으로 Y축 값이 작아지는 방향과 커지는 방향은 각각 단결정 단면의 외곽영역에 해당할 수 있다.In addition, the Y-axis direction may correspond to a radial direction at one point in the longitudinal direction in which the body portion grows. For example, the center of the Y-axis region shown in the graph may correspond to the center of the single crystal cross section, and the direction in which the Y-axis value decreases and the direction of increase may correspond to the outer region of the single crystal cross section, respectively.
도면에서 점선으로 표시한 것은 결정의 결함 영역의 분포를 구분하여 나타낸 것으로, 1)영역은 베이컨시 결함 영역인 Octahedral void 영역이며, 2)영역은 산소유도 적층 결함(OiSF, Oxidation Induced Stacking fault)영역, 3)영역은 무결함 영역을 나타낸다.The dotted lines in the figure indicate the distribution of the defect regions of the crystal. 1) The region is an octahedral void region, which is a defect region of vacancy, and 2) the region is an oxygen induced stacking fault (OiSF) region. , 3) represents a defect free area.
도 4a는 보조 열차폐부(70)가 적용되지 않은 경우의 단결정 몸체부에서의 결정 결함 분포를 나타낸 것이다.4A shows crystal defect distribution in the single crystal body portion when the auxiliary heat shield 70 is not applied.
도 4a의 도시를 참조하면, 보조 열차폐부가 배치되지 않은 경우 단결정에 포함된 결함 영역은 몸체부의 길이가 350mm가 되는 지점까지 분포되어 있으며, 또한 몸체부의 반경 방향으로 동일한 종류의 결함 형태가 배치되는 영역뿐 아니라 Octahedral void결함, OiSF결함, 무결함 영역이 모두 포함되는 영역도 나타나는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4A, when the auxiliary heat shield is not disposed, the defect area included in the single crystal is distributed to a point where the length of the body part becomes 350 mm, and the same type of defect shape is disposed in the radial direction of the body part. In addition to the area, it can be seen that the area that includes Octahedral void defects, OiSF defects, and defect-free areas are also displayed.
이와 비교하여 도 4b의 보조 열차폐부(70)가 적용된 경우의 결정의 결함 분포에서는 몸체부 길이가 200mm 보다 길어진 경우에서는 결함이 없는 무결함 영역만 분포하며, 몸체부 길이가 200mm 이하인 경우의 결함 분포 영역에서도 몸체부의 반경 방향으로 동일한 결정 결함의 형태가 나타나는 것을 확인할 수 있다.In comparison, in the defect distribution of the crystal when the auxiliary heat shield 70 of FIG. 4B is applied, only a defect free area is distributed when the body length is longer than 200 mm, and the defect distribution when the body length is 200 mm or less. It can be seen that even in the region, the same crystal defects appear in the radial direction of the body portion.
즉, 보조 열차폐부(70)를 실리콘 용융액(SM)의 상부에 배치하여 단결정과 일정 간격을 유지하도록 하여 단결정 성장 공정을 진행하게 되면, 보조 열차폐부(70)가 도가니에 수용된 실리콘 융액(SM)의 상부로 손실되는 열을 차폐하여 단결정 성장이 진행되는 동안 어깨부(S)와 몸체부(B) 초반에서의 급속한 냉각을 방지할 수 있어 이로 인하여 발생할 수 있는 결정 결함 영역을 줄일 수 있는 효과를 가질 수 있다.That is, when the auxiliary heat shield 70 is disposed above the silicon melt SM to maintain a predetermined distance from the single crystal, the single crystal growth process is performed, and the auxiliary heat shield 70 is accommodated in the crucible. By shielding the heat lost to the top of the system, it is possible to prevent rapid cooling at the beginning of the shoulder (S) and body (B) during the growth of single crystals, thereby reducing the area of crystal defects that may occur. Can have
실시예의 단결정 성장 장치에서 보조 열차폐부(70)의 상승 속도는 보조 열차폐부(70)의 상승 방향과 수직하는 몸체부 절단면의 중심과 외곽에서의 온도차를 감소시키도록 제어될 수 있다.In the single crystal growth apparatus of the embodiment, the ascending speed of the auxiliary heat shield 70 may be controlled to reduce the temperature difference at the center and the outside of the body cut surface perpendicular to the rising direction of the auxiliary heat shield 70.
도 5는 보조 열차폐부(70)의 적용 여부에 따른 단결정 몸체부에서의 온도(K) 분포를 나타낸 그래프이다. 도 5의 그래프에서 A와 B는 단결정 몸체부 단면의 외곽영역에 대한 결과를 나타내는 것으로 A는 보조 열차폐부가 배치되지 않은 경우이며, B는 보조 열차폐부가 배치된 경우 이다. 또한, C와 D는 몸체부 단면의 중심 영역에 대한 것으로, C는 보조 열차폐부가 배치되지 않은 경우이며, D는 보조 열차폐부가 배치된 경우에 해당한다.5 is a graph showing a temperature (K) distribution in the single crystal body part depending on whether the auxiliary heat shield 70 is applied. In the graph of FIG. 5, A and B show results of the outer region of the cross section of the single crystal body part, where A is when the auxiliary heat shield is not disposed and B is when the auxiliary heat shield is disposed. In addition, C and D are for the central region of the cross section of the body, C is the case where the auxiliary heat shield is not arranged, D corresponds to the case where the auxiliary heat shield is arranged.
도 5를 참조하면, 보조 열차폐부(70)를 포함하지 않는 단결정 성장 장치에 의하여 성장된 단결정의 경우 몸체부의 중심(C)과 외곽(A)에서의 온도차가 몸체부의 길이가 성장할수록 커지게 된다.Referring to FIG. 5, in the case of a single crystal grown by a single crystal growing apparatus that does not include the auxiliary heat shield 70, the temperature difference between the center C and the outer portion A of the body portion increases as the length of the body portion grows. .
반면, 보조 열차폐부(70)를 포함하며 몸체부와 일정 간격을 유지하도록 보조 열차폐부의 이동 속도가 제어되는 실시예의 단결정 성장 장치에서 성장된 단결정의 경우 몸체부의 길이가 길어져서 400mm까지 성장된 경우에도 몸체부의 중심(D)과 외곽(B)에서의 온도차가 거의 나타나지 않는 것을 알 수 있다.On the other hand, in the case of the single crystal grown in the single crystal growth apparatus of the embodiment including the auxiliary heat shield 70 and the moving speed of the auxiliary heat shield is controlled to maintain a constant distance from the body portion when the length of the body is grown to 400mm It can be seen that the temperature difference in the center (D) and the outer (B) of the body portion is hardly seen.
따라서, 실시예의 단결정 성장 장치에서 보조 열차폐부(70)를 배치하고 상승 속도를 제어함으로써 단결정 성장시 몸체부 단면에서의 온도 차이를 줄여 결정 결함의 분포를 균일하게 할 수 있다.Therefore, by arranging the auxiliary heat shield 70 and controlling the rising speed in the single crystal growth apparatus of the embodiment, it is possible to reduce the temperature difference in the cross section of the body part during single crystal growth, thereby making it possible to uniformly distribute the crystal defects.
실시예의 단결정 성장 장치에서 보조 열차폐부(70)의 상승 속도는 보조 열차폐부의 상승 방향과 수직하는 몸체부의 절단면의 중심과 외곽에서의 냉각 속도(Cooling Speed)의 차이를 감소시키도록 제어될 수 있다.In the single crystal growth apparatus of the embodiment, the ascending speed of the auxiliary heat shield 70 may be controlled to reduce the difference in the cooling speed at the center and the outside of the cut surface of the body portion perpendicular to the rising direction of the auxiliary heat shield. .
도 6은 보조 열차폐부(70) 적용 여부에 따른 단결정 몸체부에서의 온도 구배(Temperature Gradient, K/cm)를 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing a temperature gradient (K / cm) in the single crystal body part according to whether the auxiliary heat shield 70 is applied.
도 6에서 온도 구배(Temperature Gradient)는 냉각 속도(Cooling Speed)일 수 있다. 또한, 도 5와 마찬가지로, A와 C는 보조 열차폐부가 배치되지 않은 경우의 단결정 단면의 외곽 영역과 중심을 각각 나타내며, B와 D는 보조 열차폐부가 배치되어 속도가 제어되는 실시예의 단결정 성장 장치를 사용한 경우에 있어서의 단결정 단면의 외곽 영역과 중심을 각각 나타낸다.In FIG. 6, the temperature gradient may be a cooling speed. In addition, as shown in Fig. 5, A and C represent the outer region and the center of the single crystal cross section, respectively, when the auxiliary heat shield is not disposed, B and D are the single crystal growth apparatus of the embodiment in which the speed is controlled by the auxiliary heat shield is disposed. The outer region and the center of the single crystal cross section in the case of using are shown, respectively.
도 6을 참조하면, 보조 열차폐부(70)가 적용되지 않은 경우 단결정의 몸체부 중심(C)과 외곽 영역(A)에서 냉각 속도의 차이가 있는 것을 확인할 수 있으며, 몸체부의 길이가 100mm ~ 200mm 영역에서는 냉각 속도 즉 온도 구배의 차이가 5 K/cm 이상인 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 6, when the auxiliary heat shield 70 is not applied, it can be seen that there is a difference in cooling rate in the center portion C of the single crystal and the outer region A, and the length of the body portion is 100 mm to 200 mm. In the region, it can be seen that the difference in cooling rate, that is, the temperature gradient, is 5 K / cm or more.
이와 비교하여 보조 열차폐부(70)를 포함하는 실시예의 단결정 성장 장치를 사용한 경우 몸체부의 중심(D)과 외곽(B)에서의 냉각 속도의 차이가 거의 발생하지 않는 것을 확인할 수 있다.In comparison with this, when the single crystal growth apparatus of the embodiment including the auxiliary heat shield 70 is used, it can be confirmed that the difference in the cooling speeds in the center portion D and the outer portion B of the body portion hardly occurs.
따라서, 실시예의 단결정 성장 장치는 보조 열차폐부가 성장하는 단결정 몸체부와 일정 간격을 가지도록 상승 속도를 제어하여 보조 열차폐부의 상승 방향과 수직하는 몸체부의 절단면의 중심과 외곽에서의 냉각 속도의 차이를 감소시킴으로써 결정 결함 영역을 조절하고 몸체부에서의 무결함 영역의 분포를 증가시킬 수 있다.Therefore, the single crystal growth apparatus of the embodiment controls the rising speed so that the auxiliary heat shield has a predetermined interval with the growing single crystal body part, so that the cooling speed at the center and the outer side of the cut surface of the body part perpendicular to the rising direction of the auxiliary heat shield is different. It is possible to adjust the crystal defect region and increase the distribution of the defect region in the body portion by reducing the.
예를 들어 실시예의 경우 몸체부 절단면의 중심(D)과 외곽(B)에서의 냉각 속도의 차이가 1K/cm 미만일 수 있다.For example, in the case of the embodiment, the difference between the cooling rates at the center (D) and the outer surface (B) of the body portion cut surface may be less than 1K / cm.
도 7은 실리콘 단결정 성장 장치의 일 실시예를 나타낸 도면이다.7 is a view showing an embodiment of a silicon single crystal growth apparatus.
이하 도면을 참조하여 설명하는 단결정 성장 장치의 실시예에 대하여는 상술한 단결정 성장 장치의 실시예와 중복되는 내용은 다시 설명하지 않으며, 차이점을 중심으로 설명한다.Embodiments of the single crystal growth apparatus described below with reference to the drawings will not be described again with reference to the above-described embodiments of the single crystal growth apparatus, and the following description will focus on differences.
도 7에 도시된 일 실시예의 실리콘 단결정 성장 장치는 챔버(10), 실리콘 용융액을 수용하는 도가니(30), 도가니의 외측에 배치되는 히터(20), 열차폐부(40), 단결정의 인상 속도를 제어하는 주 제어부(140) 및 보조 열차폐부의 상승 속도를 제어하는 보조 제어부(130)를 포함할 수 있다.In the silicon single crystal growth apparatus of the embodiment shown in FIG. 7, the pulling speed of the chamber 10, the crucible 30 containing the silicon melt, the heater 20 disposed outside the crucible, the heat shield 40, and the single crystal are shown. It may include a main control unit 140 for controlling and an auxiliary control unit 130 for controlling the rising speed of the auxiliary heat shield.
또한, 일 실시예의 실리콘 단결정 성장 장치는 도가니(30)의 상측에서 단결정의 인상 방향으로 연장되어 배치된 수냉관(60)과 단결정 및 보조 열차폐부와 와이어(72, 52)로 연결 된 인상 장치(110)를 포함할 수 있다.In addition, the silicon single crystal growth apparatus of the embodiment is an impression apparatus connected to the water cooling tube 60 and the single crystal and auxiliary heat shields and wires 72 and 52 which extend in the pulling direction of the single crystal from the upper side of the crucible 30 ( 110).
인상 장치(110)는 보조 열차폐부(70)의 상부면과 제1 와이어(72)로 연결된 제1 인상부(114) 및 성장하는 실리콘 단결정과 제2 와이어(52)로 연결된 제2 인상부(112)를 포함할 수 있다.The pulling device 110 includes a first pulling unit 114 connected to the upper surface of the auxiliary heat shield 70 and the first wire 72, and a second pulling unit connected to the growing silicon single crystal and the second wire 52 ( 112).
제1 인상부(114)는 보조 열차폐부(70)와 연결되어 보조 열차폐부를 도가니의 상부 방향으로 상승하게 하는 인상 수단일 수 있다. 제1 인상부(114)는 적어도 하나 이상일 수 있으며, 보조 열차폐부(70)가 균형적으로 상승되도록 복수 개로 이루어질 수 있고, 또한 보조 열차폐부(70)와 제1 인상부(114)를 연결하는 제1 와이어(72)도 복수 개가 배치될 수 있다.The first pulling unit 114 may be a pulling unit connected to the auxiliary heat shield 70 to cause the auxiliary heat shield to rise upward in the crucible. The first pulling unit 114 may be at least one, it may be made of a plurality of auxiliary heat shields 70 to be raised in a balanced manner, and also to connect the auxiliary heat shields 70 and the first pulling unit 114. A plurality of first wires 72 may also be disposed.
제2 인상부(112)는 성장하는 단결정을 도가니의 상부 방향으로 이동시키는 인상 수단일 수 있으며, 제2 인상부는 단결정의 성장이 시작되는 단결정 시드부와 제2 와이어(52)로 연결될 수 있다. 또한, 제2 인상부(112)는 단결정의 상단에 연결된 시드척과 와이어(52)로 연결될 수 있다.The second pulling unit 112 may be a pulling unit for moving the growing single crystal to the upper direction of the crucible, and the second pulling unit may be connected to the single crystal seed portion and the second wire 52 at which the single crystal grows. In addition, the second pulling unit 112 may be connected to the seed chuck and the wire 52 connected to the upper end of the single crystal.
보조 제어부(130)는 인상 장치(110)에서 출력되는 성장된 단결정 몸체부와 보조 열차폐부의 위치 정보를 입력받을 수 있고, 또한 보조 제어부(130)에서 연산된 보정값을 인상 장치(110)로 다시 피드백하여 줄 수 있다. 이때, 피드백된 값은 인상 장치(110)의 보조 열차폐부 인상 장치인 제2 인상부(114)로 전달될 수 있다.The auxiliary control unit 130 may receive the position information of the grown single crystal body part and the auxiliary heat shielding part output from the pulling device 110, and the correction value calculated by the auxiliary control unit 130 to the pulling device 110. You can give feedback again. In this case, the feedback value may be transmitted to the second pulling unit 114 that is the auxiliary heat shield lifting device of the pulling device 110.
도 8은 보조 제어부(130)의 구성을 간략히 나타낸 블록도이다.8 is a block diagram briefly illustrating a configuration of the auxiliary control unit 130.
도 8을 참조하면, 보조 제어부(130)는 위치값 센싱부(132), 갭(GAP) 연산부(134), 보정값 생성부(136) 및 제1 구동부(138)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8, the auxiliary controller 130 may include a position value sensing unit 132, a gap calculator 134, a correction value generator 136, and a first driver 138.
위치값 센싱부(132)는 인상 장치에서 확인되는 단결정 몸체부의 위치와 보조 열차폐부의 위치 값을 취득하는 것일 수 있다.The position value sensing unit 132 may be to acquire the position of the single crystal body portion and the position of the auxiliary heat shield that are identified by the pulling device.
예를 들어, 단졀정 몸체부의 위치 값은 성장된 단결정에서 몸체부가 시작되는 지점의 위치 값일 수 있으며, 보조 열차폐부의 위치 값은 보조 열차폐부의 하부면의 위치 값일 수 있다.For example, the position value of the single crystal body portion may be a position value of a point where the body portion starts in the grown single crystal, and the position value of the auxiliary heat shield may be a position value of the lower surface of the auxiliary heat shield portion.
갭 연산부(134)는 위치값 센싱부(132)에서 획득한 몸체부와 보조 열차폐부의 각각의 위치 값으로부터 둘 사이의 이격된 간격을 추출하는 것일 수 있다.The gap calculator 134 may extract the spaced distance between the two from the position values of the body portion and the auxiliary heat shield obtained by the position value sensing unit 132.
예를 들어, 도 3을 다시 참조하면, 몸체부와 보조 열차폐부의 이격된 간격은 몸체부의 시작 부분과 보조 열차폐부의 하부면 사이의 간격인 d일 수 있다.For example, referring back to FIG. 3, the spaced distance between the body portion and the auxiliary heat shield may be d, which is a distance between the start of the body portion and the bottom surface of the auxiliary heat shield.
이때, 몸체부의 시작 부분은 어깨부(S)와 몸체부(B)의 경계에 해당할 수 있다.At this time, the start portion of the body portion may correspond to the boundary between the shoulder portion (S) and the body portion (B).
보정값 생성부(136)는 갭 연산부(134)에서 연산된 몸체부와 보조 열차폐부의 이격 간격으로부터 이에 상응하는 보조 열차폐부의 상승 속도의 보정값을 추출하는 것일 수 있다.The correction value generator 136 may extract a correction value of the rising speed of the auxiliary heat shield corresponding to the gap between the body portion and the auxiliary heat shield calculated by the gap calculator 134.
이때, 몸체부와 보조 열차폐부의 이격(Gap) 값의 목표값이 설정될 수 있으며, 설정된 목표 이격 값과 연산된 이격 간격 값을 비교하여 상승 속도의 보정값이 추출될 수 있다.In this case, a target value of a gap value of a body part and an auxiliary heat shield may be set, and a correction value of a rising speed may be extracted by comparing the set target distance value with a calculated separation interval value.
예를 들어, 몸체부와 보조 열차폐부의 이격 거리 값이 목표값의 범위일 때, 보정값이 반영된 보조 열차폐부의 상승 속도 값은 현재의 상승 속도 값과 같을 수 있다. 또한, 연산된 이격 간격 값이 목표 값보다 클 경우, 보정된 상승 속도는 현재의 상승 속도보다 작을 수 있으며, 연산된 이격 간격 값이 목표 값보다 작을 경우, 보정된 상승 속도는 현재의 상승 속도보다 클 수 있다.For example, when the separation distance value of the body portion and the auxiliary heat shield is within a target value, the rising speed value of the auxiliary heat shield in which the correction value is reflected may be equal to the current rising speed value. In addition, when the calculated separation interval value is larger than the target value, the corrected ascending speed may be smaller than the current climbing speed, and when the calculated separation interval value is smaller than the target value, the corrected climbing speed is greater than the current climbing speed. Can be large.
즉, 상승 속도 보조값은 몸체부와 보조 열차폐부의 이격 거리 값이 목표값의 범위와 일치되도록 조절될 수 있다.That is, the ascending speed auxiliary value may be adjusted such that a distance value between the body part and the auxiliary heat shield is consistent with the target value.
이때, 목표값은 150mm 내지 300mm일 수 있다.At this time, the target value may be 150mm to 300mm.
보조 제어부(130)는 제1 구동부(138)를 포함할 수 있다.The auxiliary controller 130 may include a first driver 138.
제1 구동부(138)는 보조 열차폐부가 인상 장치(110)를 통하여 인상되도록 하는 신호를 출력하는 것일 수 있다. 제1 구동부(138)는 보정값 생성부(136)에서 생성된 보정 상승 속도 값의 데이터를 인상 장치(110)로 전달할 수 있다.The first driver 138 may output a signal for causing the auxiliary heat shield to be pulled through the pulling device 110. The first driver 138 may transfer the data of the correction rising speed value generated by the correction value generator 136 to the pulling device 110.
제1 구동부(138)는 보조 열차폐부의 상승 속도를 제어하여 동작시키기 위한 서보모터(Servo Motor)일 수 있다.The first driver 138 may be a servo motor for controlling and operating a rising speed of the auxiliary heat shield.
즉, 보조 제어부(130)에 의하여 제어되어 상승 되는 보조 열차폐부(70)는 성장하는 단결정(50)의 어깨부(S)와 몸체부(B)의 경계로부터 일정 간격(d)을 유지하도록 제어될 수 있다.That is, the auxiliary heat shield 70 which is controlled and lifted by the auxiliary controller 130 is controlled to maintain a predetermined distance d from the boundary between the shoulder portion S and the body portion B of the growing single crystal 50. Can be.
이때, 보조 열차폐부(70)와 단결정 몸체부(B)의 이격된 일정 간격은 단결정이 제조되는 성장 공정 조건에 상응하여 변화되어 제어될 수 있다.At this time, the spaced apart interval of the auxiliary heat shield 70 and the single crystal body portion B may be controlled to change in accordance with the growth process conditions in which the single crystal is produced.
즉, 단결정 성장 공정에서 단결정의 인상 속도, 도가니 내의 실리콘 용융액의 온도 또는 챔버 내의 온도 조건 등에 따라 보조 열차폐부(70)와 단결정 몸체부(B)가 이격된 간격은 조절될 수 있다.That is, in the single crystal growth process, the interval between the auxiliary heat shield 70 and the single crystal body B may be adjusted according to the pulling speed of the single crystal, the temperature of the silicon melt in the crucible, or the temperature condition in the chamber.
예를 들어, 보조 열차폐부(70)는 몸체부(B)의 상부에 배치될 수 있으며, 몸체부(B)의 시작점인 실리콘 단결정 잉곳의 어깨부(S)와 몸체부(B)의 경계로부터의 간격(d)이 150mm 내지 300mm 로 유지되도록 속도가 제어될 수 있다.For example, the auxiliary heat shield 70 may be disposed on the upper portion of the body portion B, and is formed from a boundary between the shoulder portion S and the body portion B of the silicon single crystal ingot which is the starting point of the body portion B. The speed can be controlled so that the interval d of is maintained at 150 mm to 300 mm.
다시 도 7을 참조하면, 주 제어부(140)는 챔버의 상부 일측에 배치되는 센서(141)에서 획득한 신호를 입력 받아 단결정의 인상 속도를 조절하도록 인상 장치(110)로 신호를 전달하는 부분일 수 있다.Referring back to FIG. 7, the main controller 140 receives a signal obtained from the sensor 141 disposed on the upper side of the chamber and transmits a signal to the pulling device 110 to adjust the pulling speed of the single crystal. Can be.
도 7에서 센서(141)는 챔버의 상부 일측에 배치되는 뷰 포트(View Port)를 통하여 단결정의 성장 정도를 감지하는 것일 수 있다.In FIG. 7, the sensor 141 may detect the growth degree of the single crystal through a view port disposed at one upper side of the chamber.
센서(141)는 성장하는 단결정의 직경을 측정하는 것으로 적외선 센서(IR sensor), CCD 카메라 또는 고온계(pyrometer) 등 다양한 센서가 사용될 수 있으며, 예를 들어 ADC(Automatic Diameter Control) 센서일 수 있다.The sensor 141 measures the diameter of the growing single crystal, and various sensors such as an IR sensor, a CCD camera, or a pyrometer may be used. For example, the sensor 141 may be an Automatic Diameter Control (ADC) sensor.
센서(210)를 통하여 감지된 정보는 실리콘 단결정의 직경 변화를 유추할 수 있는 광학 정보 또는 영상 정보일 수 있다.The information sensed by the sensor 210 may be optical information or image information that may infer a change in diameter of the silicon single crystal.
센서에서 감지한 성장하는 단결정의 직경 변화 값에 대한 정보는 주 제어부(140)로 전달될 수 있다.Information about the diameter change value of the growing single crystal detected by the sensor may be transmitted to the main controller 140.
도 9는 주 제어부(140)의 구성을 간략히 나타낸 블록도이다.9 is a block diagram briefly illustrating a configuration of the main controller 140.
도 9를 참조하면, 주 제어부(140)는 직경 센싱부(142), 인상 속도 결정부(144) 및 제2 구동부(146)를 포함할 수 있다.9, the main controller 140 may include a diameter sensing unit 142, a pulling speed determining unit 144, and a second driving unit 146.
직경 센싱부(142)는 상술한 센서(141)에서 감지하여 전달된 정보로부터 실리콘 단결정의 직경 값을 추출하는 것일 수 있다.The diameter sensing unit 142 may extract a diameter value of the silicon single crystal from information sensed and transmitted by the sensor 141 described above.
직경 센싱부(142)에서는 공정 진행에 따른 실리콘 단결정의 직경의 변화 값을 연속적으로 얻을 수 있다.In the diameter sensing unit 142, a change value of the diameter of the silicon single crystal according to the process may be continuously obtained.
직경 센싱부(142)에서 획득된 실리콘 단결정의 직경 값은 인상 속도 결정부(144)로 전달될 수 있다.The diameter value of the silicon single crystal obtained in the diameter sensing unit 142 may be transmitted to the pulling speed determination unit 144.
인상 속도 결정부(144)에서는 직경 센싱부(142)로부터 입력되는 단결정의 직경 값으로부터 단결정의 인상 속도(Pulling speed)를 결정할 수 있다.In the pulling speed determining unit 144, a pulling speed of the single crystal may be determined from the diameter value of the single crystal input from the diameter sensing unit 142.
예를 들어, 직경 센싱부(142)로부터 입력된 성장하는 실리콘 단결정 직경에 대한 데이터로부터 단결정의 인상 속도의 조절여부를 판단하고 PID제어를 이용하여 인상 속도를 변경할 수 잇다.For example, it is possible to determine whether to adjust the pulling speed of the single crystal from the data on the diameter of the growing silicon single crystal input from the diameter sensing unit 142, and change the pulling speed by using PID control.
즉, 목표 직경 값과 직경 센싱부(142)에서 감지된 측정 직경 값을 비교하여 목표 값과 측정값의 차이가 있는 경우 단결정 인상 속도값이 조절될 수 있다. That is, a single crystal pulling speed value may be adjusted when there is a difference between the target value and the measured value by comparing the target diameter value and the measured diameter value detected by the diameter sensing unit 142.
예를 들어, 측정된 직경 값이 목표 직경 값보다 클 경우 인상 속도는 현재의 인상 속도보다 빠르게 조절될 수 있으며, 또한 측정된 직경 값이 목표 직경 값보다 작은 경우 인상 속도는 현재의 인상 속도보다 느리게 조절될 수 있다.For example, if the measured diameter value is larger than the target diameter value, the pulling speed may be adjusted faster than the current pulling speed, and if the measured diameter value is smaller than the target diameter value, the pulling speed is slower than the current pulling speed. Can be adjusted.
주 제어부(140)는 제2 구동부(146)를 포함할 수 있다.The main controller 140 may include a second driver 146.
제2 구동부(146)는 실리콘 단결정이 인상 장치(110)를 통하여 인상되도록 하는 신호를 출력하는 것일 수 있다. 제2 구동부(146)는 인상 속도 결정부(144)에서 생성된 보정 인상 속도 값의 데이터를 인상 장치(110)로 전달할 수 있다.The second driver 146 may output a signal for pulling the silicon single crystal through the pulling device 110. The second driver 146 may transfer the data of the corrected pulling speed value generated by the pulling speed determiner 144 to the pulling device 110.
제2 구동부(146)는 성장하는 단결정의 인상 속도를 제어하여 제2 인상부(112)를 동작시키기 위한 서보 모터(Servo Motor)일 수 있다.The second driver 146 may be a servo motor for controlling the pulling speed of the growing single crystal to operate the second pulling unit 112.
따라서, 도 7 내지 도 9에 도시된 실시예의 단결정 성장 장치는 보조 열차폐부를 제어하는 보조 제어부 및 실리콘 단결정 인상을 제어하는 주 제어부를 포함하여 보조 열차폐부가 성장하는 단결정 몸체부와 일정 간격을 가지도록 상승 속도를 제어할 수 있다. Therefore, the single crystal growth apparatus of the embodiment illustrated in FIGS. 7 to 9 has a predetermined distance from the single crystal body portion in which the auxiliary heat shield is grown, including an auxiliary control unit for controlling the auxiliary heat shield and a main control unit for controlling silicon single crystal pulling. Ascending speed can be controlled.
또한 일정 간격이 유지되도록 제어된 보조 열차폐부와 실리콘 단결정 몸체부는 보조 열차폐부의 상승 방향과 수직하는 몸체부의 절단면의 중심과 외곽에서의 냉각 속도의 차이를 감소시킴으로써 결정 결함 영역을 조절하고 몸체부에서의 무결함 영역의 분포를 증가시킬 수 있다.In addition, the auxiliary heat shield and the silicon single crystal body part controlled to maintain a constant distance control the crystal defect area by reducing the difference in the cooling rate at the center and the outer edge of the cut surface of the body perpendicular to the upward direction of the auxiliary heat shield. Can increase the distribution of defect free areas.
이하에서는 상술한 실시예들의 실리콘 단결정 성장 장치를 이용한 실리콘 단결정 성장 방법의 실시예에 대하여 설명한다.Hereinafter, an embodiment of a silicon single crystal growth method using the silicon single crystal growth apparatus of the above-described embodiments will be described.
이하의 실시예에 대한 설명에서는 상술한 단결정 성장 장치의 실시예와 중복되는 내용은 다시 설명하지 않으며, 차이점을 중심으로 설명한다.In the following description of the embodiment, the content overlapping with the above-described embodiment of the single crystal growth apparatus will not be described again, and the description will be mainly focused on differences.
실리콘 단결정 성장 방법의 일 실시예는 챔버, 챔버 내에 배치되고 실리콘 용융액을 수용하는 도가니, 챔버 내에 배치되는 열차폐부 및 도가니의 상부에 배치되고 상하 이동이 가능한 보조 열차폐부를 포함하는 실리콘 단결정 성장 장치에서 수행되는 실리콘 단결정 성장 방법으로, 보조 열차폐부가 실리콘 용융액에서 성장하는 단결정의 몸체부와 일정 간격을 유지하여 단결정 몸체부에서의 무결함 영역이 증가되도록 보조 열차폐부의 상승 속도가 제어되는 단계를 포함하는 단결정 제조 방법일 수 있다.One embodiment of the silicon single crystal growth method in a silicon single crystal growth apparatus comprising a chamber, a crucible disposed in the chamber to receive the silicon melt, a heat shield disposed in the chamber and an auxiliary heat shield disposed above the crucible and movable up and down A method of growing a silicon single crystal, the step of controlling the rising speed of the auxiliary heat shield so that the auxiliary heat shield maintains a constant distance from the body portion of the single crystal growing in the silicon melt to increase the defect free area in the single crystal body portion. It may be a single crystal production method.
실시예의 단결정 성장 공정에서는 보조 열차폐부의 상승 방향과 수직하는 몸체부의 절단면 중심과 외곽에서의 온도 차이를 감소시키도록 보조 열차폐부의 상승 속도가 제어될 수 있다.In the single crystal growth process of the embodiment, the rising speed of the auxiliary heat shield may be controlled so as to reduce the temperature difference between the center of the cut surface and the outside of the body portion perpendicular to the rising direction of the auxiliary heat shield.
또한, 보조 열차폐부의 상승 속도는 몸체부의 절단면의 중심과 외곽에서의 냉각 속도의 차이를 감소시키도록 제어될 수 있으며, 예를 들어, 냉각 속도의 차이가 1K/cm 미만이 되도록 제어될 수 있다.In addition, the ascending speed of the auxiliary heat shield may be controlled to reduce the difference between the cooling rate at the center and the outside of the cut surface of the body portion, for example, may be controlled such that the difference in the cooling rate is less than 1K / cm. .
즉, 실시예의 경우 도가니의 상부에 배치되는 보조 열차폐부의 상승속도를 제어하여 단결정의 몸체부 성장 시 용융액에서 손실되는 열을 차단하고, 단결정의 급속한 냉각을 방지하여 단결정 단면의 중심과 외곽영역 간의 온도 차이 및 축 방향으로의 온도 구배 차이를 줄일 수 있다.That is, in the case of the embodiment, the rising speed of the auxiliary heat shield disposed on the top of the crucible is controlled to block the heat lost from the melt when the body of the single crystal grows, and to prevent rapid cooling of the single crystal, thereby preventing the rapid cooling of the single crystal between the center and the outer region of the cross section. It is possible to reduce the temperature difference and the temperature gradient difference in the axial direction.
따라서, 이렇게 온도 구배의 차이가 감소됨으로 인하여 단결정의 반경 방향으로의 결함 영역의 분포를 균일하게 할 수 있고, 또한 온도 구배의 조절을 통하여 몸체부 초반에서부터 무결함 영역을 형성할 수 있어 몸체부 내에서의 무결함 영역의 비율을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.Therefore, since the difference in the temperature gradient is reduced, the distribution of defect regions in the radial direction of the single crystal can be made uniform, and a defect free region can be formed from the beginning of the body portion by adjusting the temperature gradient. There is an effect that can increase the proportion of the defect free area in.
보조 열차폐부는 단결정 잉곳의 어깨부와 몸체부의 경계로부터 150 mm 내지 300mm 상부에 배치되는 간격을 가지도록 상승 속도가 제어될 수 있다.The auxiliary heat shield may be controlled to have a rising speed so as to have a gap disposed 150 mm to 300 mm above the boundary of the shoulder portion and the body portion of the single crystal ingot.
또한, 보조 열차폐부의 상승 속도는 몸체부의 길이가 400 mm 이하인 경우에서 제어될 수 있다.In addition, the ascending speed of the auxiliary heat shield can be controlled when the length of the body portion is 400 mm or less.
몸체부의 길이가 400mm 보다 크게 성장된 경우에는 몸체부에서의 결정 성장은 보조 열차폐부에 의한 단열 효과보다 챔버 상부 영역에 배치되는 수냉관의 영향을 더 많이 받게 되므로, 보조 열차폐부를 이용한 단결정의 결정 결함 영역의 제어는 보조 열차폐부가 실리콘 용융액의 표면과 수냉관 사이에 위치하는 경우에 더 효과적일 수 있다.When the length of the body portion is larger than 400mm, the crystal growth in the body portion is more affected by the water cooling pipe disposed in the upper region of the chamber than the heat insulation effect by the auxiliary heat shield, so that the single crystal using the auxiliary heat shield is determined. Control of the defect area can be more effective when the auxiliary heat shield is located between the surface of the silicon melt and the water cooling tube.
즉, 보조 열차폐부가 수냉관을 통과할 때부터 보조 열차폐부의 상승 속도를 제어하여 단결정에서의 결정 결함 영역을 조절하는 효과는 감소할 수 있다.That is, since the auxiliary heat shield passes through the water cooling tube, the effect of controlling the rising speed of the auxiliary heat shield to adjust the crystal defect region in the single crystal can be reduced.
실리콘 단결정 성장 방법의 다른 실시예는 챔버, 챔버 내에 배치되고 실리콘 용융액을 수용하는 도가니, 챔버 내에 배치되는 열차폐부 및 도가니의 상부에 배치되고 상하 이동이 가능한 보조 열차폐부, 실리콘 용융액에서 성장한 단결정의 인상 속도를 제어하는 주 제어부 및 보조 열차폐부의 상승 속도를 제어하는 보조 제어부를 포함하는 실리콘 단결정 성장 장치에서 수행되는 실리콘 단결정 성장 방법으로 성장한 단결정의 몸체부 길이를 확인하는 단계 및 확인된 몸체부 길이에 따라 보조 제어부에 의한 보조 열차폐부의 동작 여부를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.Another embodiment of the silicon single crystal growth method includes a chamber, a crucible disposed within the chamber to receive the silicon melt, a heat shield disposed within the chamber, and an auxiliary heat shield disposed on the top of the crucible and capable of vertically moving up, a single crystal grown from the silicon melt. Checking the body length of the single crystal grown by the silicon single crystal growth method performed in the silicon single crystal growth apparatus including the main control unit controlling the speed and the auxiliary control unit controlling the rising speed of the auxiliary heat shield. The method may include determining whether the auxiliary heat shield is operated by the auxiliary controller.
도 10은 일 실시예의 실리콘 단결정 성장 방법을 플로우차트로 나타낸 도면이다.10 is a flowchart illustrating a silicon single crystal growth method according to an embodiment.
예를 들어, 도 10에 도시된 실리콘 단결정 성장 방법의 플로우차트는 주 제어부와 보조 제어부에 의하여 단결정 인상 속도와 보조 열차폐부의 상승 속도가 제어되는 단계를 나타낸 도면일 수 있다.For example, the flowchart of the silicon single crystal growth method illustrated in FIG. 10 may be a diagram illustrating a step in which the single crystal pulling speed and the rising speed of the auxiliary heat shield are controlled by the main controller and the auxiliary controller.
도 10을 참조하면, 실리콘 단결정 성장 방법의 실시예는 성장한 단결정 몸체부 길이를 확인하고 확인한 몸체부 길이가 400mm이하인지 여부를 판단하는 단계(S1000)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 10, an embodiment of the silicon single crystal growth method may include checking the length of the grown single crystal body portion and determining whether the checked body portion length is 400 mm or less (S1000).
몸체부의 길이가 400mm 이하인 경우, 실리콘 단결정 성장 방법에 있어서 단결정 잉곳의 인상은 주 제어부에 의하여 제어되며, 보조 열차폐부의 동작은 보조 제어부에 의하여 제어될 수 있다.When the length of the body portion is 400 mm or less, in the silicon single crystal growth method, the pulling of the single crystal ingot may be controlled by the main controller, and the operation of the auxiliary heat shield may be controlled by the auxiliary controller.
이때, 보조 열차폐부의 동작이 보조 제어부에 의하여 제어되는 단계는, 몸체부의 위치와 보조 열차폐부의 위치를 확인하는 단계와 확인된 위치에 따라 몸체부와 보조 열차폐부의 이격(Gap) 값을 연산하는 단계(S1310), 연산된 이격 간격 값이 목표 간격 값의 범위인지 판단하는 단계(S1330), 이격 간격 목표 간격 값의 범위에서 벗어날 때 보조 열차폐부의 상승 속도 보정값을 생성하는 단계(S1350) 및 생성된 상승 속도 보정값에 따라 보조 열차폐부를 인상하는 단계(S1370)를 포함할 수 있다.At this time, the step of controlling the operation of the auxiliary heat shield by the auxiliary control, the step of checking the position of the body portion and the location of the auxiliary heat shield and calculates the gap value (Gap) of the body portion and the auxiliary heat shield according to the identified position. Step S1310, determining whether the calculated separation interval value is within a target interval value (S1330), and generating a rising speed correction value when the auxiliary heat shield is out of the range of the separation interval target interval value (S1350). And raising the auxiliary heat shield according to the generated rising speed correction value (S1370).
이때, 몸체부와 보조 열차폐부의 목표 간격 값은 150mm 내지 300mm일 수 있다. 즉, 성장하는 단결정의 어깨부와 몸체부의 경계로부터 보조 열차폐부의 하부면까지의 간격은 목표 값인 150mm 내지 300mm로 일정하게 유지될 수 있다.At this time, the target spacing value of the body portion and the auxiliary heat shield may be 150mm to 300mm. That is, the distance from the boundary of the shoulder portion and the body portion of the growing single crystal to the lower surface of the auxiliary heat shield may be maintained at a target value of 150 mm to 300 mm.
또한, 보조 열차폐부의 동작이 보조 제어부에 의하여 제어되는 단계에 있어서, 몸체부와 보조 열차폐부의 이격 간격이 목표 간격 값의 범위 내에 포함될 때는 보조 열차폐부는 현재의 상승 속도의 변화 없이 상승되는 단계(S1360)를 포함하여 진행될 수 있다.In addition, in the step of the operation of the auxiliary heat shield is controlled by the auxiliary control unit, when the separation interval between the body portion and the auxiliary heat shield is included in the range of the target interval value, the auxiliary heat shield is raised without changing the current rising speed It may proceed to S1360.
한편, 성장한 단결정 몸체부 길이를 확인하고 확인한 몸체부 길이가 400mm이하인지 여부를 판단하는 단계(S1000)에서 측정한 몸체부의 길이가 400mm보다 큰 경우에는 보조 열차폐부의 상승 속도는 단결정의 인상 속도 이상으로 유지될 수 있다.On the other hand, if the length of the body portion measured in step S1000 of checking the length of the grown single crystal body portion and determining whether the checked body portion length is 400 mm or less is greater than 400 mm, the rising speed of the auxiliary heat shield is greater than the pulling speed of the single crystal. Can be maintained.
즉, 보조 열차폐부를 동작하는 것은 보조 열차폐부의 인상 속도를 실리콘 단결정의 인상속도 이상으로 유지하는 단계(S1210)를 포함하여 이루어질 수 있다.That is, the operation of the auxiliary heat shield may include maintaining the pulling speed of the auxiliary heat shield to be higher than the pulling speed of the silicon single crystal (S1210).
예를 들어, 몸체부의 길이가 400mm 이상으로 실리콘 단결정이 성장된 이후의 공정에서는, 보조 열차폐부의 상승 속도는 몸체부와의 이격 간격에 관계없이 인상되는 실리콘 단결정의 인상 속도 이상으로 유지될 수 있다.For example, in the process after the silicon single crystal is grown to have a body length of 400 mm or more, the rising speed of the auxiliary heat shield can be maintained above the pulling speed of the silicon single crystal to be pulled up regardless of the distance from the body. .
도 10에 도시된 실리콘 단결정 성장 방법의 실시예에서 단결정의 인상 속도는 주 제어부에 의하여 제어될 수 있다.In the embodiment of the silicon single crystal growth method shown in FIG. 10, the pulling speed of the single crystal may be controlled by the main controller.
단결정의 인상 속도가 주 제어부에 의하여 제어되는 단계는 직경 센싱부에서 단결정 직경을 센싱하는 단계(S1100), 인상 속도 결정부에서 센싱된 직경 값과 목표 직경 값의 오차를 산출하는 단계(S1120), 산출된 오차로부터 인상 속도의 보정값을 생성하는 단계(S1140) 및 보정값에 상응하여 변환된 인상 속도로 단결정을 인상하는 단계(S1160)를 포함할 수 있다.In the controlling of the pulling speed of the single crystal by the main controller, the sensing of the single crystal diameter in the diameter sensing unit (S1100), calculating an error between the diameter value sensed in the pulling speed determination unit and the target diameter value (S1120), Generating a correction value of the pulling speed from the calculated error (S1140) and pulling the single crystal at the pulling speed converted according to the correction value (S1160).
따라서, 도 10에 도시된 실시예의 실리콘 단결정 성장 방법은 단결정의 몸체부와 보조 열차폐부의 이격 간격 값을 추출하여 이로부터 보조 열차폐부와 실리콘 단결정의 인상 속도를 제어할 수 있다.Therefore, the silicon single crystal growth method of the embodiment shown in FIG. 10 may extract the separation distance value of the body portion and the auxiliary heat shield of the single crystal to control the pulling speed of the auxiliary heat shield and the silicon single crystal therefrom.
또한, 보조 제어부에 의하여 일정 간격이 유지되도록 제어된 보조 열차폐부와 단결정은 보조 열차폐부의 상승 방향과 수직하는 몸체부의 절단면의 중심과 외곽에서의 냉각 속도의 차이를 감소시킴으로써 결정 결함 영역을 조절하고 몸체부에서의 무결함 영역의 분포를 증가시킬 수 있다.In addition, the auxiliary heat shield and the single crystal controlled to maintain a constant interval by the auxiliary control unit controls the crystal defect region by reducing the difference in the cooling rate at the center and the outer edge of the cut surface of the body perpendicular to the upward direction of the auxiliary heat shield. It is possible to increase the distribution of the defect free areas in the body part.
상술한 실시예들의 단결정 성장 장치 및 성장 방법의 경우, 보조 열차폐부를 배치함으로써 단결정 몸체부의 초반 성장에 있어서 단열효과를 기대할 수 있다. 또한, 몸체부 성장 초반에서 도가니 상부로 열의 이탈을 최소화하여 몸체부의 중심과 외곽에서의 축 방향 및 반경 방향으로의 온도 구배 차이를 줄어들게 함으로써, 성장하는 결정의 결함 영역을 균일하게 조절하고 무결함 영역의 비율을 증가시킬 수 있다.In the single crystal growth apparatus and the growth method of the above-described embodiments, it is possible to expect a heat insulation effect in the initial growth of the single crystal body portion by arranging the auxiliary heat shield. In addition, by minimizing heat dissipation to the top of the crucible at the beginning of growth of the body, reducing the difference in temperature gradients in the axial and radial directions in the center and the outer part of the body, thereby uniformly controlling defect areas of growing crystals and defect areas. Can increase the ratio.
이상에서 실시예를 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, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Although the above description has been made based on the embodiments, these are merely examples and are not intended to limit the present invention. Those skilled in the art to which the present invention pertains may not have been exemplified above without departing from the essential characteristics of the present embodiments. It will be appreciated that many variations and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiment can be modified. And differences relating to such modifications and applications will have to be construed as being included in the scope of the invention defined in the appended claims.
실시예에 따른 실리콘 단결정 성장 장치 및 성장 방법은 보조 열차폐부를 도가니 상부에 배치하고 상승 속도를 제어함으로써, 단결정의 몸체부에서의 결함 영역을 제어하고 무결함 영역을 증가시킬 수 있으므로, 산업상 이용가능성이 있다.The silicon single crystal growth apparatus and growth method according to the embodiment can be used industrially because it can control the defect area in the body portion of the single crystal and increase the defect area by arranging the auxiliary heat shield at the top of the crucible and controlling the rising speed. There is a possibility.

Claims (26)

  1. 챔버;chamber;
    상기 챔버 내에 배치되고, 실리콘 용융액을 수용하는 도가니; A crucible disposed within the chamber and containing a silicon melt;
    상기 도가니의 외측에 배치되어 상기 도가니를 가열하는 히터;A heater disposed outside the crucible to heat the crucible;
    상기 챔버 내에 배치되는 열차폐부; 및A heat shield disposed in the chamber; And
    상기 도가니의 상부에 배치되고 상하 이동이 가능한 보조 열차폐부; 를 포함하고,An auxiliary heat shield disposed above the crucible and capable of vertical movement; Including,
    상기 보조 열차폐부는 상기 실리콘 용융액에서 성장한 단결정의 몸체부 상에 이격되어 배치되며, 상기 단결정 몸체부에서의 무결함 영역이 증가되도록 상승 속도가 제어되는 실리콘 단결정 성장 장치.The auxiliary heat shield is disposed on the body portion of the single crystal grown in the silicon melt spaced apart, the rising speed is controlled so that the defect area in the single crystal body portion is increased.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 보조 열차폐부는 상기 몸체부 상에 일정 간격 이격되어 배치되며, 상기 일정 간격은 상기 단결정 몸체부의 성장 조건에 상응하여 제어되는 실리콘 단결정 성장 장치.The silicon single crystal growth apparatus of claim 1, wherein the auxiliary heat shield is disposed at a predetermined interval on the body portion, and the predetermined interval is controlled according to growth conditions of the single crystal body portion.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 보조 열차폐부의 상승 속도는 상기 단결정의 인상 속도와 동일한 실리콘 단결정 성장 장치.The silicon single crystal growth apparatus according to claim 1, wherein a rising speed of the auxiliary heat shield is equal to a pulling speed of the single crystal.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 보조 열차폐부의 상승 속도는 상기 보조 열차폐부의 상승 방향과 수직하는 상기 몸체부 절단면의 중심과 외곽에서의 온도차를 감소시키도록 제어되는 실리콘 단결정 성장 장치.The silicon single crystal growth apparatus of claim 1, wherein a rising speed of the auxiliary heat shield is controlled to reduce a temperature difference at the center and the outer edge of the body cut surface perpendicular to the rising direction of the auxiliary heat shield.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 보조 열차폐부의 상승 속도는 상기 보조 열차폐부의 상승 방향과 수직하는 상기 몸체부의 절단면의 중심과 외곽에서의 냉각 속도의 차이를 감소시키도록 제어되는 실리콘 단결정 성장 장치.The silicon single crystal growth apparatus according to claim 1, wherein the ascending speed of the auxiliary heat shield is controlled to reduce a difference in cooling speed at the center and the outer edge of the cut surface of the body portion perpendicular to the rising direction of the auxiliary heat shield.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 냉각 속도의 차이는 1K/cm 미만인 실리콘 단결정 성장 장치.6. The silicon single crystal growth apparatus of claim 5 wherein the difference in cooling rate is less than 1K / cm.
  7. 챔버;chamber;
    상기 챔버 내에 배치되고, 실리콘 용융액을 수용하는 도가니; A crucible disposed within the chamber and containing a silicon melt;
    상기 도가니의 외측에 배치되어 상기 도가니를 가열하는 히터;A heater disposed outside the crucible to heat the crucible;
    상기 챔버 내에 배치되는 열차폐부; A heat shield disposed in the chamber;
    상기 도가니의 상부에 배치되고 상하 이동이 가능한 보조 열차폐부; An auxiliary heat shield disposed above the crucible and capable of vertical movement;
    상기 실리콘 용융액에서 성장한 단결정의 인상 속도를 제어하는 주 제어부; A main control unit controlling a pulling rate of the single crystal grown in the silicon melt;
    상기 보조 열차폐부의 상승 속도를 제어하는 보조 제어부; 및An auxiliary control unit controlling a rising speed of the auxiliary heat shield; And
    상기 주 제어부 및 상기 보조 제어부에서 입력된 제어 신호에 따라 상기 단결정 및 상기 보조 열차폐부를 각각 인상하는 인상 장치; 를 포함하는 실리콘 단결정 성장 장치.A pulling device for pulling up the single crystal and the auxiliary heat shield respectively according to the control signals input from the main control unit and the auxiliary control unit; Silicon single crystal growth apparatus comprising a.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 보조 제어부는 The method of claim 7, wherein the auxiliary control unit
    상기 단결정의 몸체부의 위치와 상기 보조 열차폐부의 위치를 검출하는 위치값 센싱부;A position value sensing unit for detecting a position of the body portion of the single crystal and a position of the auxiliary heat shield portion;
    상기 위치값 센싱부에서 검출한 상기 몸체부와 상기 보조 열차폐부의 이격 간격을 계산하는 갭 연산부;A gap calculator configured to calculate a separation distance between the body part and the auxiliary heat shield detected by the position value sensing part;
    상기 갭 연산부에서 출력한 값에 상응하여 상기 보조 열차폐부의 상승 속도의 보정값을 생성하는 보정값 생성부; 및A correction value generator for generating a correction value of a rising speed of the auxiliary heat shield according to the value output from the gap calculator; And
    상기 생성된 보정값에 상응한 변환 상승 속도값을 출력하여 상기 인상 장치로 전달하는 제1 구동부; 를 포함하는 실리콘 단결정 성장 장치.A first driver for outputting a converted rising speed value corresponding to the generated correction value and transmitting the converted rising speed value to the pulling device; Silicon single crystal growth apparatus comprising a.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 보정값 생성부는 상기 보조 열차폐부가 상기 단결정의 몸체부와 일정 간격을 유지하도록 보정값을 생성하는 실리콘 단결정 성장 장치.The silicon single crystal growth apparatus of claim 8, wherein the correction value generator generates a correction value such that the auxiliary heat shield maintains a predetermined distance from the body portion of the single crystal.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 일정 간격은 상기 단결정의 몸체부의 성장 조건에 상응하여 제어되는 실리콘 단결정 성장 장치.The silicon single crystal growth apparatus of claim 9, wherein the predetermined interval is controlled according to growth conditions of the body portion of the single crystal.
  11. 제 8항에 있어서, 상기 주 제어부는 상기 단결정의 직경을 검출하는 직경 센싱부;The apparatus of claim 8, wherein the main controller comprises: a diameter sensing unit detecting a diameter of the single crystal;
    상기 직경 센싱부에서 검출한 상기 직경 값에 상응하여 상기 단결정의 인상 속도를 결정하는 인상 속도 결정부; 및A pulling speed determining unit which determines a pulling speed of the single crystal corresponding to the diameter value detected by the diameter sensing unit; And
    상기 결정 된 인상 속도 값을 출력하여 상기 인상 장치로 전달하는 제2 구동부; 를 포함하는 실리콘 단결정 성장 장치.A second driver for outputting the determined pulling speed value and transmitting the same to the pulling device; Silicon single crystal growth apparatus comprising a.
  12. 제 7항에 있어서, 상기 인상 장치는8. The device of claim 7, wherein the pulling device is
    상기 보조 열차폐부의 상부면과 제1 와이어로 연결된 제1 인상부: 및A first impression portion connected to an upper surface of the auxiliary heat shield by a first wire; and
    상기 단결정과 제2 와이어로 연결된 제2 인상부; 를 포함하는 실리콘 단결정 성장 장치.A second pulling unit connected to the single crystal by a second wire; Silicon single crystal growth apparatus comprising a.
  13. 제 2항 또는 제 10항에 있어서, 상기 일정 간격은 상기 단결정의 어깨부와 상기 몸체부의 경계로부터 상기 보조 열차폐부가 150mm 내지 300mm 상부에 배치되는 간격인 실리콘 단결정 성장 장치.The silicon single crystal growth apparatus according to claim 2 or 10, wherein the predetermined interval is an interval in which the auxiliary heat shield is disposed 150 mm to 300 mm above the boundary between the shoulder portion and the body portion of the single crystal.
  14. 챔버, 상기 챔버 내에 배치되고 실리콘 용융액을 수용하는 도가니, 상기 챔버 내에 배치되는 열차폐부 및 상기 도가니의 상부에 배치되고 상하 이동이 가능한 보조 열차폐부를 포함하는 실리콘 단결정 성장 장치에서 수행되는 실리콘 단결정 성장 방법에 있어서,A silicon single crystal growth method performed in a silicon single crystal growth apparatus including a chamber, a crucible disposed in the chamber and containing a silicon melt, a heat shield disposed in the chamber, and an auxiliary heat shield disposed above the crucible and capable of vertical movement. To
    상기 보조 열차폐부가 상기 실리콘 용융액에서 성장한 단결정 몸체부와 일정 간격을 유지하여 상기 단결정 몸체부에서의 무결함 영역이 증가되도록 상기 보조 열차폐부의 상승 속도가 제어되는 단계를 포함하는 실리콘 단결정 성장 방법.And controlling the ascending speed of the auxiliary heat shield to increase the defect area of the single crystal body by maintaining a predetermined distance from the single crystal body grown in the silicon melt.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 보조 열차폐부의 상승 속도는 상기 보조 열차폐부의 상승 방향과 수직하는 상기 몸체부의 절단면의 중심과 외곽에서의 온도 차이를 감소시키도록 제어되는 실리콘 단결정 성장 방법.15. The method of claim 14, wherein the ascending speed of the auxiliary heat shield is controlled to reduce a temperature difference at the center and the outside of the cut surface of the body portion perpendicular to the rising direction of the auxiliary heat shield.
  16. 제 14항에 있어서, 상기 보조 열차폐부의 상승 속도는 상기 보조 열차폐부의 상승 방향과 수직하는 상기 몸체부의 절단면의 중심과 외곽에서의 냉각 속도의 차이를 감소시키도록 제어되는 실리콘 단결정 성장 방법.15. The method of claim 14, wherein the ascending speed of the auxiliary heat shield is controlled to reduce a difference in cooling rate at the center and the periphery of the cut surface of the body portion perpendicular to the rising direction of the auxiliary heat shield.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 냉각 속도의 차이는 1K/cm 미만인 실리콘 단결정 성장 방법.The method of claim 16, wherein the difference in cooling rate is less than 1 K / cm.
  18. 제 14항에 있어서, 상기 보조 열차폐부는 상기 잉곳의 어깨부와 상기 몸체부의 경계로부터 150mm 내지 300mm 상부에 배치되도록 상기 상승 속도가 제어되는 실리콘 단결정 성장 방법.The silicon single crystal growth method of claim 14, wherein the auxiliary heat shield is controlled to have a rising speed such that the auxiliary heat shield is disposed 150 mm to 300 mm above a boundary of the shoulder portion and the body portion of the ingot.
  19. 제 14항에 있어서, 상기 보조 열차폐부의 상승 속도는 상기 몸체부의 길이가 400mm 이하인 경우에서 제어되는 실리콘 단결정 성장 방법.15. The method of claim 14, wherein the ascending speed of the auxiliary heat shield is controlled when the length of the body portion is 400 mm or less.
  20. 챔버, 상기 챔버 내에 배치되고 실리콘 용융액을 수용하는 도가니, 상기 챔버 내에 배치되는 열차폐부 및 상기 도가니의 상부에 배치되고 상하 이동이 가능한 보조 열차폐부; 상기 실리콘 용융액에서 성장한 단결정의 인상 속도를 제어하는 주 제어부; 상기 보조 열차폐부의 상승 속도를 제어하는 보조 제어부: 및 상기 주 제어부 및 상기 보조 제어부에서 입력된 제어 신호에 따라 상기 단결정 및 상기 보조 열차폐부를 각각 인상하는 인상 장치; 를 포함하는 실리콘 단결정 성장 장치에서 수행되는 실리콘 단결정 성장 방법에 있어서,A chamber, a crucible disposed within the chamber and containing a silicon melt, a heat shield disposed in the chamber, and an auxiliary heat shield disposed above the crucible and movable up and down; A main control unit controlling a pulling rate of the single crystal grown in the silicon melt; An auxiliary controller for controlling a rising speed of the auxiliary heat shield; and an pulling device for pulling up the single crystal and the auxiliary heat shield respectively according to control signals input from the main control unit and the auxiliary control unit; In the silicon single crystal growth method performed in the silicon single crystal growth apparatus comprising:
    상기 성장한 단결정의 몸체부 길이를 확인하는 단계;Checking the length of the body portion of the grown single crystal;
    상기 확인된 몸체부 길이에 따라 상기 보조 제어부에 의한 상기 보조 열차폐부의 동작 여부를 결정하는 단계; 를 포함하는 실리콘 단결정 성장 방법.Determining whether the auxiliary heat shield is operated by the auxiliary controller according to the identified body length; Silicon single crystal growth method comprising a.
  21. 제 20항에 있어서, 상기 몸체부 길이가 400mm이하일 때, 상기 보조 열차폐부의 동작이 상기 보조 제어부에 의하여 제어되는 단계를 포함하는 실리콘 단결정 성장 방법.21. The method of claim 20, wherein the auxiliary heat shield is controlled by the auxiliary controller when the body length is 400 mm or less.
  22. 제 21항에 있어서, 상기 보조 열차폐부의 동작이 상기 보조 제어부에 의하여 제어되는 단계는The method of claim 21, wherein the operation of the auxiliary heat shield is controlled by the auxiliary controller
    상기 몸체부의 위치와 상기 보조 열차폐부의 위치를 확인하는 단계;Checking the position of the body portion and the position of the auxiliary heat shield;
    상기 확인된 위치로부터 상기 몸체부와 상기 보조 열차폐부의 이격 간격을 연산하는 단계;Calculating a separation distance between the body portion and the auxiliary heat shield from the identified position;
    상기 연산된 이격 간격이 목표 간격 값의 범위인지 판단하는 단계;Determining whether the calculated separation interval is a range of a target interval value;
    상기 이격 간격이 상기 목표 간격 값의 범위에서 벗어날 때, 상기 보조 열차폐부의 상승 속도 보정값을 생성하는 단계; 및Generating an ascending speed correction value of the auxiliary heat shield when the separation interval is out of a range of the target interval value; And
    상기 생성된 상승 속도 보정값에 따라 상기 보조 열차폐부를 인상하는 단계; 를 포함하는 실리콘 단결정 성장 방법.Raising the auxiliary heat shield according to the generated rising speed correction value; Silicon single crystal growth method comprising a.
  23. 제 21항에 있어서, 상기 보조 열차폐부의 동작이 상기 보조 제어부에 의하여 제어되는 단계는The method of claim 21, wherein the operation of the auxiliary heat shield is controlled by the auxiliary controller
    상기 몸체부의 위치와 상기 보조 열차폐부의 위치를 확인하는 단계;Checking the position of the body portion and the position of the auxiliary heat shield;
    상기 확인된 위치에 따라 상기 몸체부와 상기 보조 열차폐부의 이격 간격을 연산하는 단계;Calculating a separation distance between the body part and the auxiliary heat shield according to the identified position;
    상기 연산된 이격 간격이 목표 간격 값의 범위인지 판단하는 단계; 및Determining whether the calculated separation interval is a range of a target interval value; And
    상기 이격 간격이 상기 목표 간격 값의 범위 내에 포함될 때, 상기 보조 열차폐부는 상승 속도의 변화 없이 인상되는 단계; 를 포함하는 실리콘 단결정 성장 방법.When the separation interval is within a range of the target interval value, the auxiliary heat shield is pulled up without a change in the ascending speed; Silicon single crystal growth method comprising a.
  24. 제 20항에 있어서, 상기 몸체부 길이가 400mm보 다 클 때, 상기 보조 열차폐부의 상승 속도는 상기 단결정의 인상 속도 이상으로 유지되는 실리콘 단결정 성장 방법.21. The method of growing silicon single crystal according to claim 20, wherein the rising speed of the auxiliary heat shield is maintained above the pulling speed of the single crystal when the length of the body portion is larger than 400 mm.
  25. 제 20항에 있어서, 상기 단결정의 인상 속도가 상기 주제어부에 의하여 제어되는 단계를 포함하는 실리콘 단결정 성장 방법.21. The method of claim 20, wherein the pulling rate of the single crystal is controlled by the main controller.
  26. 제 20항에 있어서, 상기 단결정의 인상 속도가 상기 주 제어부에 의하여 제어되는 단계는The method of claim 20, wherein the pulling speed of the single crystal is controlled by the main controller.
    상기 직경 센싱부에서 상기 단결정의 직경을 센싱하는 단계;Sensing the diameter of the single crystal in the diameter sensing unit;
    상기 인상 속도 결정부에서 상기 센싱된 직경 값과 목표 직경 값의 오차를 산출하는 단계;Calculating an error between the sensed diameter value and a target diameter value by the pulling speed determiner;
    상기 산출된 오차로부터 상기 인상 속도의 보정값을 생성하는 단계; 및Generating a correction value of the pulling speed from the calculated error; And
    상기 보정값에 상응하여 변환된 인상 속도로 상기 단결정 잉곳을 인상하는 단계; 를 포함하는 실리콘 단결정 성장 방법.Pulling the single crystal ingot at a pulling speed converted corresponding to the correction value; Silicon single crystal growth method comprising a.
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