WO2017111228A1 - 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치 및 성장 방법 - Google Patents

실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치 및 성장 방법 Download PDF

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Abstract

실시예는 챔버; 상기 챔버의 내부에 구비되고, 실리콘 용융액이 수용되는 도가니; 상기 챔버의 내부에 구비되고, 상기 실리콘 용융액을 가열하는 가열부; 상기 도가니의 상부에 배치되고, 상기 실리콘 용융액으로부터 성장되는 단결정 잉곳을 향하는 상기 가열부의 열을 차폐하는 상방 단열부재; 및 상기 상방 단열 부재의 내측에 배치되고, 상기 상방 단열 부재와 이격되어 배치되는 격벽을 포함하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치를 제공한다.

Description

실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치 및 성장 방법
실시예는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 성장되는 실리콘 단결정 잉곳의 불순물을 줄이는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치 및 방법에 관한 것이다.
실리콘 웨이퍼는, 단결정 잉곳(Ingot)을 만들기 위한 단결정 성장 공정과, 단결정 잉곳을 슬라이싱(Slicing)하여 얇은 원판 모양의 웨이퍼를 얻는 슬라이싱 공정과, 상기 슬라이싱 공정에 의해 얻어진 웨이퍼의 깨짐, 일그러짐을 방지하기 위해 그 외주부를 가공하는 그라인딩(Grinding) 공정과, 상기 웨이퍼에 잔존하는 기계적 가공에 의한 손상(Damage)을 제거하는 랩핑(Lapping) 공정과, 상기 웨이퍼를 경면화하는 연마(Polishing) 공정과, 연마된 웨이퍼를 연마하고 웨이퍼에 부착된 연마제나 이물질을 제거하는 세정 공정을 포함하여 이루어진다.
실리콘 단결정 잉곳을 성장시킬 때에는 도가니를 지지하는 축을 회전시키면서 도가니를 상승시켜 고-액 계면이 동일한 높이를 유지하도록 하고, 실리콘 단결정 잉곳은 도가니의 회전축과 동일한 축을 중심으로 하여 도가니의 회전방향과 반대방향으로 회전시키면서 끌어올린다.
이렇게 성장된 실리콘 단결정 잉곳은 상술한 공정을 거쳐서, 반도체 디바이스의 기판으로 사용하게 된다.
실리콘 단결정 잉곳의 성장 공정에서 챔버 내에는 분위기 가스로 아르곤(Ar) 등의 비활성 기체가 공급될 수 있고, 또한 고온의 환경에서 단열 부재 등으로부터 철(Fe) 등의 금속이나 탄소(C) 등의 불순물이 챔버 내부로 방출되어 성장 중인 실리콘 단결정 잉곳에 포함될 수 있다.
상술한 불순물이 반도체 소자의 제조 공정에서 실리콘 웨이퍼의 벌크 내에 존재하면, 반도체 소자의 품질과 전기적인 특성이 악화될 수 있다.
실시예는, 실리콘 단결정 잉곳의 성장 공정에서 실리콘 단결정 잉곳으로 유입되는 불순물의 양을 줄이거나 없애고자 한다.
실시예는 챔버; 상기 챔버의 내부에 구비되고, 실리콘 용융액이 수용되는 도가니; 상기 챔버의 내부에 구비되고, 상기 실리콘 용융액을 가열하는 가열부; 상기 도가니의 상부에 배치되고, 상기 실리콘 용융액으로부터 성장되는 단결정 잉곳을 향하는 상기 가열부의 열을 차폐하는 상방 단열부재; 및 상기 상방 단열 부재의 내측에 배치되고, 상기 상방 단열 부재와 이격되어 배치되는 격벽을 포함하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치를 제공한다.
격벽은 상기 단결정 잉곳의 둘레를 감싸며 배치될 수 있다.
실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치는 격벽과 일체형으로 형성되고, 상기 격벽을 상기 상방 단열 부재의 이격시키는 스페이서(spacer)를 더 포함할 수 있다.
스페이서는, 서로 다른 높이에 적어도 2개가 구비될 수 있다.
스페이서는, 상기 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방향과 교차하는 방향으로 적어도 3개의 영역에 구비될 수 있다.
스페이서는, 상기 상방 단열 부재와 접촉하는 영역이 곡률을 가질 수 있다.
스페이서의 단면이 원형이고, 상기 스페이서의 지름은 15 밀리미터 내지 30 밀리미터일 수 있다.
스페이서 중 상부에 구비되는 스페이서의 두께는 7.5 밀리미터 내지 15 밀리미터일 수 있다.
격벽과 상기 상방 단열 부재와의 거리는, 상기 도가니와 인접한 제1 영역보다 상기 도가니와 이격되는 제2 영역에서 더 클 수 있다.
격벽은, 상기 상방 단열 부재와 동일한 재료로 이루어질 수 있다.
격벽은, 석영, 몰리브덴 및 텅스텐 중 하나를 포함할 수 있다.
상방 단열 부재의 내측면은 적어도 1회 굴곡부를 가지고, 상기 격벽은 상기 상방 단열 부재의 굴곡부와 대응하여 적어도 1회 굴곡부를 가질 수 있다.
격벽의 두께는 5 밀리미터 내지 10 밀리미터일 수 있다.
격벽의 최저점의 높이가 상기 상방 단열 부의 최저점의 높이보다 낮을 수 있다.
격벽의 불순물 농도는 0.1 ppma 이하일 수 있다.
다른 실시예는 챔버 내에서 실리콘 단결정 잉곳을 제조하는 방법에 있어서, 도가니 내에 실리콘 용융액를 준비하는 단계; 상기 실리콘 용융액에 시드를 탐침하는 단계; 상기 도가니에 열을 가하며 상기 시드와 상기 도가니를 회전시키는 단계; 및 상기 실리콘 용융액로부터 성장되는 단결정 잉곳을 인상하는 단계를 포함하고, 상기 잉곳의 성장시에 상기 도가니의 상부에서, 상기 챔버 내의 분위기 기체와 불순물 기체를 다른 경로로 배기하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법을 제공한다.
분위기 기체는 상기 단결정 잉곳과 인접한 제1 경로로 배기되고, 상기 불순물 기체는 상기 제1 경로 둘레의 제2 경로로 배기될 수 있다.
실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치 및 성장 방법에 의하여 성장된 실리콘 단결정 잉곳은 격벽과 스페이서의 작용에 의하여 성장 공정 중에 불순물이 분위기 기체와 다른 경로로 배출되어 불순물이 잉곳으로 확산되지 않을 수 있으며, 특히 바디 영역에서 불순물 함량이 적을 수 있다.
단열 부재로부터 상기 불순물이 방출되고, 상기 격벽이 상기 불순물을 차단할 수 있다.
제2 경로에서 상기 불순물 기체의 배기 속도는, 상기 실리콘 단결정 잉곳과 인접한 영역에서 더 빠를 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 단결정 잉곳의 성장 장치를 나타낸 도면이고,
도 2는 도 1의 상방 단열 부재와 격벽을 상세히 나타낸 도면이고,
도 3a는 도 2의 격벽의 측단면도이고,
도 3b는 도 3의 격벽의 하면도이고,
도 3c는 상방 단열 부재와 스페이서의 접촉 영역을 나타낸 도면이고,
도 4는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치 내에서 격벽의 작용을 나타낸 도면이고,
도 5a는 실리콘 단결정 잉곳의 성장시에 주변의 온도 분포를 나타내고,
도 5b는 성장된 실리콘 단결정 잉곳의 불순물 분포를 나타낸다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명에 따른 실시 예의 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 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.
또한 “상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)”로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2," "상부" 및 "하부" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서만 이용될 수도 있다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 1은 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치를 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 실리콘 단결정의 성장 장치(100)는 고체 실리콘을 녹여서 액체로 만든 후 재결정화하여 실리콘 단결정 잉곳을 성장시킬 수 있다.
실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치(100)는, 내부에 실리콘(Si) 용융액으로부터 실리콘 단결정 잉곳(140)이 성장하기 위한 공간이 형성되는 챔버(100)와, 상기 실리콘 단결정 용융액이 수용되기 위한 도가니(120, 122)와, 상기 도가니(120, 122)를 가열하기 위한 가열부(140)와, 상기 실리콘 단결정 잉곳(140)을 향한 상기 가열부(140)의 열을 차단하기 위하여 상기 도가니(120)의 상방에 위치되는 상방 단열 부재(160)와, 상기 상방 단열 부재(160)의 내측에 배치되고 상기 상방 단열 부재(160)와 이격되는 격벽(200)과, 상기 실리콘 단결정 잉곳(140)의 성장을 위한 시드(미도시)를 고정하기 위한 시드척(180)과, 구동 수단에 의해 회전되어 도가니(122)를 회전시켜 상승시키는 회전축(130)을 포함하여 이루어진다.
챔버(110)는 내부에 캐비티(cavity)가 형성된 원통 형상일 수 있고, 상기 챔버(110)의 중앙 영역에 상기 도가니(120, 122)가 위치된다. 도가니(120, 122)는 실리콘 단결정 용융액이 수용될 수 있도록 전체적으로 오목한 그릇의 형상이고, 텅스텐(W) 또는 몰리브덴(Mo) 등의 재질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고, 도가니는, 상기 실리콘 단결정 용융액과 직접 접촉되는 석영 도가니(120)와, 상기 석영 도가니(120)의 외면을 둘러싸면서 상기 석영 도가니(120)를 지지하는 흑연 도가니(122)로 이루어질 수 있다.
그리고, 성장되는 실리콘 단결정 잉곳(140)의 상부에 수냉관(180)이 구비되어, 실리콘 단결정 잉곳(140)을 냉각시킬 수 있다.
도 2는 도 1의 상방 단열 부재와 격벽을 상세히 나타낸 도면이다.
상방 단열 부재(160)는 도가니(120)의 상부에 배치되고, 상방 단열 부재(160)의 내측면은 적어도 1회의 굴곡부(a)를 가질 수 있다. 도 2에서 굴곡부(a) 아래의 상방 단열 부재(160)의 내측면을 제1 영역(a-1)이라 하고, 굴곡부(a) 위의 상방 단열 부재(160)의 내측면을 제2 영역(a-2)이라고 할 수 있다.
이때, 격벽(200)은 상방 단열 부재(160)의 내측면의 형상과 대응하여 적어도 1회의 굴곡부(b)를 가질 있다. 그리고, 굴곡부(b) 아래의 격벽(200)의 외측면을 제3 영역(b-1)이라 하고, 굴곡부(b) 위의 격벽(200)의 외측면을 제4 영역(b-2)이라고 할 수 있다.
상술한 제4 영역(b-2)에 대응하는 격벽(200)은 도 1에서 잉곳의 성장 방향과 동일한 제1 방향으로 배치되고, 제4 영역(b-1)에 대응하는 격벽(200)은 제1 방향과 경사를 이룰 수 있다.
그리고, 격벽(200)의 외측면의 제3 영역(b-1)과 제4 영역(b-2)은 각각 상방 단열 부재(160)의 내측면의 제1 영역(a-1)과 제2 영역(a-2)과 대응하여 배치될 수 있다.
격벽(200)은 상방 단열 부재(160)와 이격되어 배치되고, 격벽(200)의 제3 영역(b-2)의 외측면에는 스페이서(210)가 구비되어 격벽(200)이 상방 단열 부재(160)와 이격되도록 할 수 있다. 이때, 스페이서(210)는 상방 단열 부재(160)와 접촉할 수 있고, 격벽(200)과 일체형으로 구비될 수 있다.
도 3a는 도 2의 격벽의 측단면도이고, 도 3b는 도 3의 격벽의 하면도이고, 도 3c는 상방 단열 부재와 스페이서의 접촉 영역을 나타낸 도면이다.
격벽(200)은 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 성장되는 실리콘 단결정 잉곳(미도시)의 둘레를 감싸며 배치될 수 있고, 내부에는 홀(hole)이 형성되어 성장되는 실리콘 단결정 잉곳이 상기 홀을 관통하여 성장될 수 있다. 즉, 격벽(200)은 상방 단열 부재(160)와 유사하게 환형으로 형성될 수 있다.
실리콘 단결정 잉곳(미도시)이 화살표 방향으로 성장 내지 인상될 때, 스페이서(210)는 제4 영역(b-2)의 외측면의 서로 다른 높이에 적어도 2개가 구비될 수 있다.
그리고, 스페이서(210)는 상술한 실리콘 단결정 잉곳(140)의 성장 방향과 교차하는 방향으로 적어도 3개의 영역에 구비될 수 있다. 즉, 도 1에서 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방향을 제1 방향이라 하고 제1 방향과 교차하는 방향을 제2 방향이라 할 때, 도 3b에 도시된 바와 같이, 스페이서(210)는 제2 방향으로 격벽(200)의 서로 다른 적어도 3개의 영역(c1, c2, c3)에 구비되어 상방 단열 부재(160)의 내측면에 격벽(200)을 안정적으로 배치할 수 있다. 경우에 따라서는, 스페이서(210)가 4개 이상의 영역에 구비될 수도 있다.
그리고, 도 3a에 도시된 바와 같이 스페이서(210)는 챔버(110) 내에서 제1 방향으로 높이를 달리하여 적어도 2곳에 배치되며, 스페이서(210)의 두께는 일정하지 않을 수 있다.
도 3a에서, 격벽(200)에 배치되는 스페이서(200) 중 상부에 구비되는 스페이서(210a)의 두께(t1)는 하부에 구비되는 스페이서(210b)의 두께(t2)보다 더 클 수 있다. 이러한 스페이서(200)의 두께 편차로 인하여, 상방 단열 부재(160)와 격벽(200)과의 거리가 챔버(110) 내의 상부 영역에서 더 크게 구비되므로, 상방 단열 부재(160)와 격벽(200)의 사이를 통과하는 아르곤(Ar)의 등의 분위기 가스의 플로우(flow)가 챔버(110)의 상부 영역에서보다 하부 영역에서 더 빠르게 형성되어, 분위기 가스의 역류를 방지할 수 있다.
그리고, 격벽(200)의 두께(t0)는 5 밀리미터 내지 10 밀리미터일 수 있다. 격벽(200)의 두께(t0)가 5 밀리미터보다 작으면 격벽(200)의 안정성에 영향을 미칠 수 있고, 10 밀리미터보다 크면 도가니 상부의 열 분포에 영향을 미칠 수 있다.
그리고, 격벽(200)에 배치되는 스페이서(200) 중 상부에 구비되는 스페이서(210a)의 두께(t1)는 7.5 밀리미터 내지 15 밀리미터일 수 있고, 이때 스페이서(210a)의 단면이 원형일 경우 지름은 15 밀리미터 내지 30 밀리미터일 수 있다.
격벽(200)은 상방 단열 부재(160)과 동일한 재료로 이루어질 수 있고, 예를 들면 석영, 몰리브덴 또는 텅스텐 등으로 이루어질 수 있다. 상술한 재료들은 각각 석영이 1414℃, 몰리브덴이 2620℃, 텅스텐이 3380℃의 녹는점을 가져서, 챔버(110) 내의 고온에서도 용융되지 않을 수 있다. 그리고, 격벽(200)의 불순물 농도는 0.1 ppma 이하일 수 있으며, 불순물 농도가 0.1 ppma보다 크게 되면, 성장되는 잉곳에 불순물의 확산이 증가할 수 있다.
그리고, 도 2에 도시된 바와 같이 스페이서(210)는 상방 단열 부재(160)와 접촉하는 영역이 곡률을 가지고, 예를 들면 구면이나 포물면 등의 형상으로 구비되어, 스페이서(210)와 상방 단열 부재(160)의 접촉 영역에 응력이 집중되는 것을 방지할 수 있다.
도 3c에서, 스페이서(210a, 210b)와 상방 단열 부재(160)이 접촉하는 영역이 도시되고 있으며, 스페이서(210a, 210b)의 표면이 곡면을 이루고 있다. 그리고, 상부에 배치된 스페이서(210a)의 인접 영역에서 격벽(200)의 제4 영역(b-2)과 상방 단열 부재(a-2) 사이의 거리(d1)이, 하부에 배치된 스페이서(210b)의 인접 영역에서 격벽(200)의 제4 영역(b-2)과 상방 단열 부재(a-2) 사이의 거리(d2)보다 클 수 있다. 그리고, 스페이서(210)가 형성되지 않은 격벽(200)의 외측면의 제3 영역(b-1)과 상방 단열 부재(160)의 내측면의 제1 영역(a-1) 사이의 거리(d3)는, 하부에 배치된 스페이서(210b)의 인접 영역에서 격벽(200)의 제4 영역(b-2)과 상방 단열 부재(a-2) 사이의 거리(d2)와 같거나 보다 작을 수 있다.
상술한 스페이서(210)가 형성되지 않은 격벽(200)의 외측면의 제3 영역(b-1)과 상방 단열 부재(160)의 내측면의 제1 영역(a-1) 사이의 거리(d3)는 5 밀리미터 내지 10 밀리미터일 수 있다. 상술한 거리(d3)가 5 밀리미터보다 작으면 분위기 기체 등의 배출이 원활하지 않을 수 있고, 10 밀리미터보다 크면 격벽(200) 내부의 홀(hole)의 직경이 너무 작아져서 잉곳이 성장될 공간이 부족할 수 있다.
도 4는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치 내에서 격벽의 작용을 나타낸 도면이다.
좌측에서는 도시된 실시예에서는 격벽(200)이 잉곳(Ingot)과 인접한 상방 단열 부재(160)의 사이에 배치되고 있으며, 제1 경로(path 1)의 둘레에 격벽(200)을 사이에 두고 제2 경로(path 2)가 배치되고 있다. 이러한 구조는 아르곤(Ar) 등의 분위기 기체의 진행 경로를 제1 경로(path 1)와 제2 경로(path 2)로 구분하게 되고, 챔버 내의 고온의 환경에서 상방 단열 부재(160)로부터 불순물이 발생하더라고 제2 경로(path 2)로 유동하는 분위기 기체에 함께 배출되어 상술한 불순물이 잉곳(Ingot)으로 흡수되지 않을 수 있다.
이러한 작용을 위하여 격벽(200)의 최저점(p1)의 높이가 상방 단열 부재(160)의 최저점(p2)의 높이보다 낮게 배치될 수 있다.
그러나, 우측에 도시된 비교예에서는 격벽(200)이 생략되고 있다. 따라서, 고온의 환경에서 상방 단열 부재(160) 등으로부터 방출된 구리(Cu)나 철(Fe) 또는 탄소(C) 등의 불순물(impurity)이 잉곳(Ingot)으로 확산(diffusion)될 수 있다.
이하에서, 상술한 실리콘 단결정의 성장장치를 이용한 실리콘 단결정의 성장의 성장 방법의 일실시 예를 설명한다.
먼저, 도가니(120) 내에 실리콘 용융액(Si)을 채우지고, 시드(seed, 180)를 실리콘 용융액(Si)에 접촉하여 탐침하여 디핑(dipping)시킨다.
그리고, 시드(180)가 고온의 실리콘 용융액(Si)에 잠기면서 시드의 일부가 녹을 수 있다. 이때, 실리콘 용융액(Si)의 일부가 고화되어 시드로부터 시드보다 굵은 목부(neck)가 성장될 수 있다.
목부를 형성하는 공정에서, 시드에 실리콘 용융액(Si)의 일부가 고화되면서 직경이 증가할 수 있고, 이때 시드를 인상시킴에 따라 목부가 형성될 수 있다.
그리고, 실리콘 용융액(Si)이 고화되어 목부의 하부로부터 연속하여 단결정이 성장되어 견부를 이루는데, 본 공정에서 견부는 반경 및 수직 방향으로 성장하여 단결정의 직경이 증가하고 실리콘 용융액 내부로 잠기면서 성장된다.
실리콘 단결정 잉곳의 성장 중에 시드와 도가니는 각각 회전을 하는데, 각각각 시드 회전(seed rotation)과 도가니 회전(crucible rotation)이라 하고, 시드 회전과 도가니 회전의 방향은 서로 다른 방향일 수 있다.
이때, 상술한 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치를 사용하여, 도가니의 상부 영역에서 챔버 내의 분위기 기체와 불순물을 포함하는 기체가 서로 다른 경로로 배치될 수 있다. 즉, 분위기 기체는 단결정 잉곳과 인접한 제1 경로(path 1)로 배기되고, 불순물을 포함하는 기체는 제1 경로보다 둘레에 형성된 제2 경로(path)로 배기될 수 있다. 이때, 제2 경로에서 상기 불순물 기체의 배기 속도는, 상기 실리콘 단결정 잉곳과 인접한 영역 즉 도 4의 하부에서 더 빠를 수 있다.
그리고, 실리콘 용융액(140)이 고화되면서 견부의 하부로부터 연속하여 몸통부가 성장될 수 있다. 그리고, 실리콘 용융액(Si)과 성장되는 실리콘 단결정 잉곳의 경계면을 성장 계면(Crystallization Front)이라고도 한다.
도 5a는 실리콘 단결정 잉곳의 성장시에 주변의 온도 분포를 나타내고, 도 5b는 성장된 실리콘 단결정 잉곳의 불순물 분포를 나타내며, 표 1은 온도 분포에 따른 실리콘 단결정 잉곳 내부로의 철(Fe)의 확산(diffusion) 거리를 나타낸다.
온도(℃) D(cm2/s) Dwelling Time(s) 확산 거리(mm)
700 4.3E-07 6028.5 0.5
800 9.4E-07 4604.9 0.7
900 1.8E-06 4348.2 0.9
1000 3.1E-06 4083.2 1.1
1100 5.0E-06 3328.5 1.3
1200 7.5E-06 3325.5 1.6
1300 1.1E-05 3325.5 1.9
1400 1.5E-05 399.4 0.8
표 1에서 불순물 중 철(Fe)의 실리콘 단결정 잉곳 내부로의 확산을 나타내며, D(cm2/s)는 확산계수이며 초(second) 당 철이 확산되는 면적을 나타내고, Dwelling Time은 해당 온도 대에서 실리콘 단결정 잉곳이 머무는 시간을 나타내고, 확산 거리는 실리콘 단결정 잉곳 내부로 철이 확산된 거리이며, 일 예로 1400도(℃)의 온도에서 철이 실리콘 단결정 잉곳의 내부로 0.8 밀리미터 정도 확산될 수 있다.
도 5a에서 실리콘 단결정 잉곳(Ingot)과 주변의 온도 분포를 나타내며, W1으로 표시된 영역에서 철 등의 불순물이 실리콘 단결정 잉곳으로 침투할 수 있어서, W2로 표시된 영역에서 불순물의 차단이 필요할 수 있다.
도 5b는 성장된 실리콘 단결정 잉곳의 불순물 분포를 나타내며, 실리콘 단결정 잉곳의 가장 자리의 일정 영역(r)에 불순물이 포함될 수 있으며 일정 영역(r)은 예를 들면 10 밀리미터의 크기를 가질 수 있다.
실시예에 따른 장치 및 방법은 상방 단열 부재와 실리콘 단결정 잉곳의 사이에 격벽을 구비하여, 상방 단열 부재로부터 방출된 금속 등의 불순물을 차단하여 성장 공정 중에 불순물이 확산되지 않을 수 있으며, 특히 바디 영역에서 불순물 함량이 비교예에 비하여 적을 수 있다.
이상과 같이 실시예는 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치 및 성장 방법은, 실리콘 단결정 잉곳의 불순물 농도를 줄일 수 있다.

Claims (20)

  1. 챔버;
    상기 챔버의 내부에 구비되고, 실리콘 용융액이 수용되는 도가니;
    상기 챔버의 내부에 구비되고, 상기 실리콘 용융액을 가열하는 가열부;
    상기 도가니의 상부에 배치되고, 상기 실리콘 용융액으로부터 성장되는 단결정 잉곳을 향하는 상기 가열부의 열을 차폐하는 상방 단열부재; 및
    상기 상방 단열 부재의 내측에 배치되고, 상기 상방 단열 부재와 이격되어 배치되는 격벽을 포함하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 격벽은 상기 단결정 잉곳의 둘레를 감싸며 배치되는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 격벽과 일체형으로 형성되고, 상기 격벽을 상기 상방 단열 부재의 이격시키는 스페이서(spacer)를 더 포함하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 스페이서는, 서로 다른 높이에 적어도 2개가 구비되는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 스페이서는, 상기 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방향과 교차하는 방향으로 적어도 3개의 영역에 구비되는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치.
  6. 제3 항에 있어서,
    상기 스페이서는, 상기 상방 단열 부재와 접촉하는 영역이 곡률을 가지는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 스페이서의 단면이 원형이고, 상기 스페이서의 지름은 15 밀리미터 내지 30 밀리미터인 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치.
  8. 제3 항에 있어서,
    상기 스페이서 중 상부에 구비되는 스페이서의 두께는 7.5 밀리미터 내지 15 밀리미터인 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 격벽과 상기 상방 단열 부재와의 거리는, 상기 도가니와 인접한 제1 영역보다 상기 도가니와 이격되는 제2 영역에서 더 큰 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 격벽은, 상기 상방 단열 부재와 동일한 재료로 이루어지는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 격벽은, 석영, 몰리브덴 및 텅스텐 중 하나를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 상방 단열 부재의 내측면은 적어도 1회 굴곡부를 가지는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 격벽은 상기 상방 단열 부재의 굴곡부와 대응하여 적어도 1회 굴곡부를 가지는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 격벽의 두께는 5 밀리미터 내지 10 밀리미터인 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 격벽의 최저점의 높이가 상기 상방 단열 부의 최저점의 높이보다 낮은 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치.
  16. 제1 항에 있어서,
    상기 격벽의 불순물 농도는 0.1 ppma 이하인 실리콘 단결정 잉곳의 성장 장치.
  17. 챔버 내에서 실리콘 단결정 잉곳을 제조하는 방법에 있어서,
    도가니 내에 실리콘 용융액를 준비하는 단계;
    상기 실리콘 용융액에 시드를 탐침하는 단계;
    상기 도가니에 열을 가하며 상기 시드와 상기 도가니를 회전시키는 단계; 및
    상기 실리콘 용융액로부터 성장되는 단결정 잉곳을 인상하는 단계를 포함하고,
    상기 잉곳의 성장시에 상기 도가니의 상부에서, 상기 챔버 내의 분위기 기체와 불순물 기체를 다른 경로로 배기하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 분위기 기체는 상기 단결정 잉곳과 인접한 제1 경로로 배기되고, 상기 불순물 기체는 상기 제1 경로 둘레의 제2 경로로 배기되는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 단열 부재로부터 상기 불순물이 방출되고, 상기 격벽이 상기 불순물을 차단하는 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법.
  20. 제17 항에 있어서,
    상기 제2 경로에서 상기 불순물 기체의 배기 속도는, 상기 실리콘 단결정 잉곳과 인접한 영역에서 더 빠른 실리콘 단결정 잉곳의 성장 방법.
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