KR101681129B1 - Method for growing silicon single crystal ingot - Google Patents

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Abstract

본 발명은 (a) 도가니부가 일정한 속도로 회전하고, 수용한 실리콘 용융액을 실리콘의 용융점에 근접하도록 냉각시켜 안정화시키는 단계; (b) 종자결정 로드부가 챔버부에 삽입된 상태로 하강하여, 종자결정을 상기 실리콘 용융액의 표면에 근접하도록 위치시켜 예열하는 단계; (c) 상기 종자결정 로드부가 하강하여 상기 종자결정을 상기 실리콘 용융액의 표면에 접촉시키는 단계; (d) 상기 종자결정 로드부가 상승하여, 상기 종자결정을 상기 실리콘 단결정 잉곳의 넥부 및 숄더부로 성장시키는 단계; (e) 상기 종자결정 로드부가 상승하여 상기 실리콘 단결정 잉곳의 바디부를 성장시키고 상기 도가니부가 증가된 속도로 회전하는 단계; 및 (f) 상기 종자결정 로드부가 상승하여 상기 실리콘 단결정 잉곳의 테일부를 성장시키고 상기 성장된 실리콘 단결정 잉곳을 상기 실리콘 용융액으로부터 분리하여 냉각시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 성장 방법을 개시한다. 상기와 같은 실리콘 단결정 잉곳 성장 방법은 실리콘 단결정 잉곳에 함유된 산소의 농도를 감소시키면서 실리콘 단결정 잉곳의 다결정화를 감소시킬 수 있다.(A) cooling the crucible portion at a constant speed and cooling the received silicon melt to close to the melting point of silicon; (b) placing the seed crystal rod in a state where the seed crystal rod is inserted into the chamber portion and moving the seed crystal close to the surface of the silicon melt; (c) bringing the seed crystal rod down into contact with the surface of the silicon melt; (d) growing the seed crystal rod to a neck and a shoulder of the silicon single crystal ingot by raising the seed crystal rod portion; (e) the seed crystal rod portion is raised to grow a body portion of the silicon single crystal ingot and the crucible is rotated at an increased speed; And (f) growing the tail portion of the silicon single crystal ingot by raising the seed crystal rod portion and separating the grown silicon single crystal ingot from the silicon melt and cooling the grown portion. do. The silicon single crystal ingot growing method as described above can reduce the polycrystallization of the silicon single crystal ingot while reducing the concentration of oxygen contained in the silicon single crystal ingot.

Description

실리콘 단결정 잉곳 성장 방법{METHOD FOR GROWING SILICON SINGLE CRYSTAL INGOT}METHOD FOR GROWING SILICON SINGLE CRYSTAL INGOT}

본 발명은 실리콘 단결정 잉곳 성장 방법에 관한 것으로서, 특히, 성장되는 실리콘 단결정 잉곳의 산소 농도를 감소시키면서 다결정화를 방지할 수 있는 실리콘 단결정 잉곳 성장 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a silicon single crystal ingot growing method, and more particularly, to a silicon single crystal ingot growing method capable of preventing polycrystallization while reducing the oxygen concentration of a silicon single crystal ingot to be grown.

실리콘 단결정 잉곳은 반도체 및 태양전지용 웨이퍼(wafer)를 제조하는 데에 이용된다. 이러한 단결정 잉곳은 챔버, 도가니, 열 쉴드 및 회전 샤프트를 포함하는 실리콘 단결정 잉곳 성장 장치를 통해 제조된다.Silicon monocrystalline ingots are used to manufacture semiconductors and solar cell wafers. Such a single crystal ingot is produced through a silicon single crystal ingot growing apparatus including a chamber, a crucible, a heat shield, and a rotating shaft.

도가니는 일반적으로 석영으로 이루어지고, 챔버의 내부에 위치된다. 도가니의 내부에는 다결정 실리콘이 적재되고, 다결정 실리콘은 용융되어 실리콘 용융액으로 생성된다. 실리콘 용융액의 표면으로부터 실리콘 단결정 잉곳이 생성된다.The crucible is generally made of quartz and is located inside the chamber. The inside of the crucible is loaded with polycrystalline silicon, and the polycrystalline silicon is melted and produced as a silicon melt. A silicon single crystal ingot is produced from the surface of the silicon melt.

실리콘 단결정 잉곳이 성장될 때, 회전 샤프트는 도가니를 지지하면서 회전하고, 도가니를 상승시킨다. 실리콘 용융액의 표면은 동일한 높이로 유지된다. 이때, 실리콘 단결정 잉곳은 지지 샤프트와 동일한 축을 중심으로 하여 도가니의 회전방향과 반대방향으로 회전되면서 상승한다. 또한, 열 쉴드는 실리콘 단결정 잉곳과 도가니 사이에 위치되어, 성장된 실리콘 단결정 잉곳을 둘러싸고, 실리콘 용융액으로부터 발산되는 열을 차단하여 안정적인 실리콘 단결정 잉곳의 냉각을 구현한다.When the silicon single crystal ingot is grown, the rotating shaft rotates while supporting the crucible and raises the crucible. The surface of the silicon melt is maintained at the same height. At this time, the silicon single crystal ingot rises while rotating about the same axis as the support shaft, in the direction opposite to the rotation direction of the crucible. Further, the heat shield is positioned between the silicon single crystal ingot and the crucible, surrounds the grown silicon single crystal ingot, and blocks heat dissipated from the silicon melt to realize stable cooling of the silicon single crystal ingot.

한편, 실리콘 단결정 잉곳은 용융공정 이전에 투입되는 도판트의 종류에 따라 p형과 n형으로 나뉘어진다. 이때, p형은 붕소(B), 갈륨(Ga)과 같은 3족 원소로 인하여 정공이 많고, n형은 인(P), 비소(As)와 같은 5족 원소로 인하여 자유전자가 많다. 이러한 실리콘 단결정 잉곳은 절단되어 웨이퍼로 제조된다. 특히, p형 웨이퍼가 반도체 및 태양전지용으로 주로 사용되고 있다. 하지만, p형 웨이퍼가 태양전지에 적용되는 경우, 광이 p형 웨이퍼에 조사될 때 p형 웨이퍼의 붕소 원자와 산소 원자가 반응하여 전자를 소모하여 태양전지의 광변환효율을 저하시킨다. 즉, LID(light induced degradation) 현상이 발생된다. 이를 회피하기 위하여, 도판트가 n형으로 변경되거나, p형 중에서 붕소를 대신하여 갈륨으로 변경될 수 있다. 하지만, 도판트가 n형으로 변경될 경우에는 반도체 및 태양전지의 제조 공정이 변경되고 이에 따른 비용이 추가되는 단점이 있다. 또한, 갈륨은 단가가 높은 편이고, 낮은 편석계수, 높은 휘발성 등으로 인해 잉곳 및 웨이퍼를 제조하는 데에 어려움이 있다. 따라서, 잉곳의 산소 농도를 감소시키고자 하는 요구가 존재한다.On the other hand, silicon single crystal ingots are divided into p-type and n-type depending on the type of dopant introduced before the melting process. At this time, the p-type has many holes because of the group III elements such as boron (B) and gallium (Ga), and the n-type has many free electrons due to the group 5 elements such as phosphorus (P) and arsenic (As). Such a silicon single crystal ingot is cut into a wafer. Particularly, p-type wafers are mainly used for semiconductors and solar cells. However, when a p-type wafer is applied to a solar cell, when light is irradiated to the p-type wafer, boron atoms of the p-type wafer react with oxygen atoms to consume electrons, thereby lowering the photoconversion efficiency of the solar cell. That is, a light induced degradation (LID) phenomenon occurs. To avoid this, the dopant may be changed to n-type or may be changed to gallium in place of boron in p-type. However, when the dopant is changed to the n-type, there is a disadvantage that the manufacturing process of the semiconductor and the solar cell is changed and the cost is added. In addition, gallium has a high unit cost, and it is difficult to manufacture ingots and wafers due to low segregation coefficient, high volatility, and the like. Therefore, there is a demand to reduce the oxygen concentration of the ingot.

한편, 잉곳의 산소 농도가 감소되는 상태에서 잉곳의 다결정화가 이루어질 수 있다. 다결정화는 잉곳의 재용융이 요구되기에 공정 시간 증가로 인한 생산성 저하를 초래할 수 있다. 따라서, 잉곳의 산소 농도 감소 및 다결정화 방지가 동시에 충족되어야 한다.On the other hand, polycrystallization of the ingot can be achieved in a state where the oxygen concentration of the ingot is reduced. Polycrystallization may lead to a decrease in productivity due to an increase in the processing time since the ingot needs to be re-melted. Therefore, oxygen concentration reduction and polycrystallization prevention of the ingot must be simultaneously satisfied.

본 발명은 성장되는 실리콘 단결정 잉곳에 함유된 산소의 농도를 감소시키는 실리콘 단결정 잉곳 성장 방법을 제공하고자 한다.The present invention seeks to provide a silicon monocrystalline ingot growing method for reducing the concentration of oxygen contained in a silicon monocrystal ingot to be grown.

또한, 성장과정에서 실리콘 단결정 잉곳의 다결정화를 방지할 수 있는 실리콘 단결정 잉곳 성장 방법을 제공하고자 한다.It is another object of the present invention to provide a silicon single crystal ingot growing method capable of preventing polycrystallization of a silicon single crystal ingot during a growth process.

본 발명은 (a) 도가니부가 일정한 속도로 회전하고, 수용한 실리콘 용융액을 실리콘의 용융점에 근접하도록 냉각시켜 안정화시키는 단계; (b) 종자결정 로드부가 챔버부에 삽입된 상태로 하강하여, 종자결정을 상기 실리콘 용융액의 표면에 근접하도록 위치시켜 예열하는 단계; (c) 상기 종자결정 로드부가 하강하여 상기 종자결정을 상기 실리콘 용융액의 표면에 접촉시키는 단계; (d) 상기 종자결정 로드부가 상승하여, 상기 종자결정을 실리콘 단결정 잉곳의 넥부 및 숄더부로 성장시키는 단계; (e) 상기 종자결정 로드부가 상승하여 상기 실리콘 단결정 잉곳의 바디부를 성장시키고 상기 도가니부가 증가된 속도로 회전하는 단계; 및 (f) 상기 종자결정 로드부가 상승하여 상기 실리콘 단결정 잉곳의 테일부를 성장시키고 상기 성장된 실리콘 단결정 잉곳을 상기 실리콘 용융액으로부터 분리하여 냉각시키는 단계를 포함하되, 상기 (a) 단계 내지 상기 (d) 단계에서, 상기 도가니부는 1 rpm 내지 3 rpm의 속도로 회전하며, 상기 도가니부의 상부에 위치한 열 쉴드부와, 상기 도가니부를 둘러싸도록 위치한 가열부를 연결하는 실린더부가 상기 열 쉴드부의 높이를 조절하여 실리콘 용융액의 표면 높이를 조절하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 성장 방법을 개시한다.(A) cooling the crucible portion at a constant speed and cooling the received silicon melt to close to the melting point of silicon; (b) placing the seed crystal rod in a state where the seed crystal rod is inserted into the chamber portion and moving the seed crystal close to the surface of the silicon melt; (c) bringing the seed crystal rod down into contact with the surface of the silicon melt; (d) growing the seed crystal rod to the neck and shoulder portions of the silicon single crystal ingot by raising the seed crystal rod portion; (e) the seed crystal rod portion is raised to grow a body portion of the silicon single crystal ingot and the crucible is rotated at an increased speed; And (f) growing the tail portion of the silicon single crystal ingot by raising the seed crystal rod portion to separate and cool the grown silicon single crystal ingot from the silicon melt, wherein the steps (a) to (d) The crucible portion rotates at a speed of 1 rpm to 3 rpm and a cylinder portion connecting a heat shield portion located at the upper portion of the crucible portion and a heating portion positioned to surround the crucible portion adjusts the height of the heat shield portion, And the surface height of the silicon single crystal ingot is controlled.

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또한, 상기 도가니부는 1 rpm 내지 3 rpm의 속도로 회전하다가 상기 (e) 단계에서 4.5 rpm까지 점차 증가된 후에 4.5 rpm의 속도로 회전되는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 성장 방법을 개시한다.Also, the furnace portion is rotated at a speed of 1 rpm to 3 rpm, gradually increased to 4.5 rpm in the step (e), and then rotated at a speed of 4.5 rpm.

또한, 상기 종자결정 로드부는 상기 (d) 단계에서 일정한 속도로 회전하다가 상기 (e) 단계에서 70% 수준으로 감소된 속도로 회전하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 성장 방법을 개시한다.In addition, the seed crystal rod unit rotates at a constant speed in the step (d) and rotates at a speed reduced to 70% level in the step (e).

또한, 상기 (d) 단계에서 상기 실리콘 단결정 잉곳의 숄더부가 성장될 때, 상기 종자결정 로드부는 0.5 ㎜/분 내지 0.8 ㎜/분의 속도로 상승하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 성장 방법을 개시한다.Also, when the shoulder portion of the silicon single crystal ingot is grown in the step (d), the seed crystal rod portion is raised at a rate of 0.5 mm / min to 0.8 mm / min .

또한, 상기 (a) 단계 내지 상기 (e) 단계에서 상기 챔버부의 내부 압력 및 아르곤 유량은 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 성장 방법을 개시한다.Also, in the steps (a) to (e), the inner pressure of the chamber and the argon flow rate are kept constant.

본 발명에 따른 실리콘 단결정 잉곳 성장 방법은 안정화 단계, 예열 단계, 하강 및 접촉 단계, 상승 및 성장 단계 및 냉각 단계를 포함하여, 실리콘 단결정 성장 잉곳의 성장을 구현한다. 특히, 상승 및 성장 단계에서 실리콘 단결정 잉곳의 넥부 및 숄더부가 성장하는 과정에서 실리콘 용융물을 수용한 도가니부는 1 rpm 내지 3 rpm의 속도로 회전한다. 이때, 도가니부의 원심력이 감소되기에, 도가니부 내의 실리콘 용융액은 낮아진 표면 높이 및 낮아진 표면 속도를 갖는다. 이로 인해, 성장되는 실리콘 단결정 잉곳에서 산소의 농도가 감소될 수 있다. 또한, 실리콘 단결정 잉곳의 바디부가 성장하는 과정에서 도가니부의 회전속도는 1 rpm으로부터 급속하게 4.5 rpm으로 증가된 후에, 4.5 rpm으로 일정하게 유지된다. 이때, 종자결정 로드부의 회전속도는 넥부 및 숄더부의 성장의 경우에 비해, 70% 수준으로 감소되고, 챔버부의 내부 압력 및 아르곤 유량은 적어도 바디부의 상단부의 성장이 완료될 때까지 일정하게 유지된다. 이로 인해, 실리콘 단결정 잉곳의 다결정화 비율이 감소된다. 따라서, 본 발명에 따른 실리콘 단결정 잉곳 성장 방법은 실리콘 단결정 잉곳에 함유된 산소의 농도를 감소시키면서 실리콘 단결정 잉곳의 다결정화를 감소시킬 수 있는 효과를 갖는다.The silicon single crystal ingot growing method according to the present invention realizes the growth of a silicon single crystal growth ingot including a stabilizing step, a preheating step, a descending and contacting step, a rising and growing step and a cooling step. Particularly, in the process of growing the neck portion and the shoulder portion of the silicon single crystal ingot in the rising and growing stages, the crucible portion containing the silicon melt rotates at a speed of 1 rpm to 3 rpm. At this time, since the centrifugal force of the crucible portion is reduced, the silicon melt in the crucible has a reduced surface height and a reduced surface speed. As a result, the concentration of oxygen in the grown silicon monocrystal ingot can be reduced. Further, in the process of growing the body portion of the silicon single crystal ingot, the rotation speed of the crucible portion is rapidly increased from 1 rpm to 4.5 rpm, and then kept constant at 4.5 rpm. At this time, the rotation speed of the seed crystal rod portion is reduced to 70% level as compared with the growth of the neck portion and the shoulder portion, and the internal pressure of the chamber portion and the argon flow amount are kept constant at least until the growth of the upper end portion of the body portion is completed. As a result, the polycrystallization ratio of the silicon single crystal ingot is reduced. Therefore, the silicon single crystal ingot growing method according to the present invention has the effect of reducing the polycrystallization of the silicon single crystal ingot while reducing the concentration of oxygen contained in the silicon single crystal ingot.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳 성장 방법에 이용되는 실리콘 단결정 잉곳 성장 장치를 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 실리콘 단결정 잉곳 성장 장치를 이용하여 성장된 실리콘 단결정 잉곳을 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳 성장 방법을 도시하는 흐름도이다.1 is a view showing a silicon single crystal ingot growing apparatus used in a silicon single crystal ingot growing method according to a preferred embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a view showing a silicon single crystal ingot grown using the silicon single crystal ingot growing apparatus shown in Fig. 1. Fig.
3 is a flow chart illustrating a method for growing a silicon single crystal ingot according to a preferred embodiment of the present invention.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳 성장 방법에 이용되는 실리콘 단결정 잉곳 성장 장치(100)를 도시하는 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 실리콘 단결정 잉곳 성장 장치(100)를 이용하여 성장된 실리콘 단결정 잉곳(10)을 도시하는 도면이다.FIG. 1 is a view showing a silicon single crystal ingot growing apparatus 100 used in a silicon single crystal ingot growing method according to a preferred embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of the silicon single crystal ingot growing apparatus 100 shown in FIG. And the silicon single crystal ingot 10 grown by using the same.

도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳 성장 장치(100)는 챔버부(101), 도가니부(102), 열 쉴드부(103), 회전 샤프트부(104) 및 종자결정 로드부(105)를 포함하여, 실리콘 단결정 잉곳(10)을 성장시키는 데에 이용된다. 특히, 도 2에 도시된 실리콘 단결정 잉곳(10)은 넥부(11; neck part), 숄더부(12; shoulder part), 바디부(13; body part) 및 테일부(14; tail part)로 이루어진다. 넥부(11; neck part)는 실리콘 용융액(SM)과 종자결정(20; seed)이 접촉되면서 3㎜ 내지 4㎜의 일정한 직경으로 일정한 길이만큼 성장되는 부분이고, 숄더부(12; shoulder part)는 넥부(12)의 성장이 완료된 이후에 원하는 규격의 웨이퍼를 위한 직경을 이루도록 횡방향 및 종방향으로 성장되는 부분이다. 또한, 바디부(13; body part)는 숄더부(12)의 성장이 완료된 이후에 웨이퍼의 규격에 상응하는 직경으로 종방향으로만 성장되는 부분이고, 테일부(14; tail part)는 바디부(13)의 성장이 완료된 이후, 즉 원하는 바디부(13)의 길이가 달성된 이후에 열적 충격을 방지하기 위하여 직경이 점점 작아지면 용융액(SM)으로부터 분리되는 부분이다. 또한, 바디부(13)의 상단부는 숄더부(12)로부터 300㎜의 길이를 갖는 바디부(13)의 일부분이다.1 and 2, a silicon single crystal ingot growing apparatus 100 according to a preferred embodiment of the present invention includes a chamber 101, a crucible 102, a heat shield 103, The seed crystal rod section 104 and the seed crystal rod section 105 are used to grow the silicon single crystal ingot 10. Particularly, the silicon single crystal ingot 10 shown in Fig. 2 is composed of a neck part 11, a shoulder part 12, a body part 13 and a tail part 14 . The neck part 11 is a part which is grown by a constant length with a constant diameter of 3 mm to 4 mm while the silicon melt SM is in contact with the seed crystal 20 and the shoulder part 12 Is a portion that grows in the lateral direction and the longitudinal direction so as to form a diameter for a wafer of a desired standard after the growth of the neck portion 12 is completed. The body part 13 is a part that grows only in the longitudinal direction with a diameter corresponding to the size of the wafer after the growth of the shoulder part 12 is completed and the tail part 14 is a part Which is separated from the melt SM after the growth of the body 13 is completed, that is, after the length of the desired body portion 13 is attained, the diameter becomes smaller to prevent thermal shock. The upper end portion of the body portion 13 is a portion of the body portion 13 having a length of 300 mm from the shoulder portion 12.

챔버부(101)는 도가니부(102), 열 쉴드부(103) 및 지지 샤프트부(104)의 일부를 수용하고, 도가니부(102), 열 쉴드부(103) 및 지지 샤프트부(104)의 일부를 외부 환경으로부터 보호한다. 또한, 챔버부(101)의 내부에서 실리콘 단결정 잉곳(10)은 상승하면서 성장한다.The chamber part 101 houses the crucible part 102, the heat shield part 103 and a part of the support shaft part 104 and includes a crucible part 102, a heat shield part 103 and a support shaft part 104. [ To protect the external environment. Further, the silicon monocrystalline ingot 10 grows in the chamber 101 while rising.

도가니부(102)는 챔버(101)의 내부에 수용된다. 도가니부(102)의 내부에는 실리콘 용융액(SM)이 수용된다. 이때, 실리콘 용융액(SM)은 다결정 실리콘이 용융됨으로써 생성된 것이다. 또한, 일반적으로 도가니부(102)는 석영으로 제조된다. 실리콘 단결정 잉곳(10)은 성장함에 따라, 도가니부(102) 내부의 실리콘 용융액(20)의 양은 점점 줄어든다.The furnace portion 102 is accommodated in the chamber 101. A silicon melt (SM) is accommodated in the furnace portion (102). At this time, the silicon melt (SM) is produced by melting polycrystalline silicon. Further, generally, the crucible portion 102 is made of quartz. As the silicon single crystal ingot 10 grows, the amount of the silicon melt 20 in the crucible 102 is gradually reduced.

열 쉴드부(103)는 챔버부(101)의 내부에 수용되고 도가니부(102)의 상측에 위치되어, 성장된 실리콘 단결정 잉곳(10)을 둘러싼다. 열 쉴드부(103)는 실리콘 용융액(SM)으로부터 발산되는 열을 차단하여, 실리콘 단결정 잉곳(10)이 안정적으로 냉각되도록 한다.The heat shield portion 103 is accommodated in the chamber portion 101 and is located on the upper side of the crucible portion 102 and surrounds the grown silicon monocrystalline ingot 10. The heat shield portion 103 blocks heat emitted from the silicon melt SM, thereby allowing the silicon single crystal ingot 10 to be stably cooled.

지지 샤프트부(104)는 챔버부(101)의 하면을 관통하여 도가니부(102)의 하면을 지지한다. 지지 샤프트부(104)는 회전하면서 도가니부(102)를 상승시킨다. 지지 샤프트부(104)는 실리콘 단결정 잉곳(10)이 성장함에 따라 증가하는 열 쉴드부(103)과 도가니부(102) 사이의 거리를 일정한 수준으로 유지할 수 있고, 실리콘 단결정 잉곳(10)은 균일한 상태로 냉각될 수 있다. 한편, 본 실시예의 지지 샤프트부(104)는 도가니부(102)를 1 rpm 내지 4.5 rpm의 속도로 회전시킨다. The support shaft portion 104 passes through the lower surface of the chamber portion 101 to support the lower surface of the crucible portion 102. The support shaft portion 104 is rotated to raise the crucible portion 102. The support shaft portion 104 can maintain the distance between the heat shield portion 103 and the crucible portion 102 which is increased as the silicon single crystal ingot 10 grows at a constant level and the silicon single crystal ingot 10 can maintain uniformity It can be cooled in one state. On the other hand, the support shaft portion 104 of this embodiment rotates the crucible portion 102 at a speed of 1 rpm to 4.5 rpm.

종자결정 로드부(105)는 챔버부(101)의 상면을 통해 열 쉴드부(103)에 삽입되어, 상승하거나 하강한다. 또한, 종자결정 로드부(105)의 하단에는 종자결정(20)이 설치된다. 이로 인해, 종자결정 로드부(105)가 하강하여 종자결정(20)이 실리콘 용융액(SM)에 접촉된 이후에 다시 상승하면, 실리콘 단결정 잉곳(10)의 성장이 이루어진다. 이때, 종자결정 로드부(105)는 도가니부(102)와 반대방향으로 회전한다. 또한, 종자결정 로드부(105)의 상승 속도, 하강 속도 및 회전 속도는 조절가능하다.The seed crystal rod section 105 is inserted into the heat shield section 103 through the upper surface of the chamber section 101 and is raised or lowered. A seed crystal 20 is provided at the lower end of the seed crystal rod section 105. [ As a result, when the seed crystal rod part 105 descends and the seed crystal 20 contacts the silicon melt SM and then rises again, the silicon single crystal ingot 10 is grown. At this time, the seed crystal rod section 105 rotates in the direction opposite to the crucible 102. In addition, the ascending speed, descending speed and rotating speed of the seed crystal rod section 105 can be adjusted.

한편, 본 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳 성장 장치(100)는 도가니 용기부(106), 가열부(107) 및 실린더부(108)를 더 포함하기도 한다. Meanwhile, the silicon single crystal ingot growing apparatus 100 according to the present embodiment may further include a crucible container portion 106, a heating portion 107, and a cylinder portion 108.

도가니 용기부(106)는 챔버부(101)의 내부에 위치되고, 단열재로 이루어진다. 또한, 도가니 용기부(106)의 내부에는 도가니부(102)가 수용된다.The crucible container portion 106 is located inside the chamber portion 101 and is made of a heat insulating material. In addition, the crucible portion 102 is accommodated in the crucible container portion 106.

가열부(107)는 도가니 용기부(106)를 감싸도록 위치되고, 도가니부(102)를 가열하여 도가니부(102)에 수용된 고체 상태의 다결정 실리콘을 실리콘 용융액(SM)으로 생성한다. 또한, 가열부(107)의 출력은 조절가능하고, 다결정 실리콘이 실리콘 용융액(SM)으로 생성되어, 실리콘 용융액(SM)에서 대류 현상이 발생할 때까지 계속해서 증가한다.The heating unit 107 is positioned so as to surround the crucible container unit 106 and generates the silicon melt SM in the solid state polycrystalline silicon accommodated in the crucible unit 102 by heating the crucible unit 102. Further, the output of the heating section 107 is adjustable, and polycrystalline silicon is generated in the silicon melt SM, and continues to increase until a convection phenomenon occurs in the silicon melt SM.

실린더부(108)는 열 쉴드부(103)와 가열부(107)을 연결하면서, 챔버부(101)의 내부에서 열 쉴드부(103)를 둘러싼다. 이때, 실린더부(108)는 열 쉴드부(103)의 높이를 조절하고, 실리콘 용융액(SM)의 표면 높이를 조절하는 데에 이용된다.The cylinder portion 108 surrounds the heat shield portion 103 inside the chamber portion 101 while connecting the heat shield portion 103 and the heating portion 107. [ At this time, the cylinder portion 108 is used to adjust the height of the heat shield portion 103 and adjust the surface height of the silicon melt SM.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳 성장 방법을 도시하는 흐름도이다. 도 3에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳 성장 방법은 상기 실리콘 단결정 잉곳 성장 장치(100)를 이용하여 이루어지기에 이를 이용하여 설명하고자 한다.3 is a flow chart illustrating a method for growing a silicon single crystal ingot according to a preferred embodiment of the present invention. The silicon single crystal ingot growing method according to a preferred embodiment of the present invention shown in FIG. 3 is performed using the silicon single crystal ingot growing apparatus 100, which will be described below.

우선, 도가니부(102)가 일정한 속도로 회전하면서 수용된 실리콘 용융액(SM)을 실리콘의 용융점에 근접하도록 냉각시켜 안정화시키는 단계(S101)가 이루어진다. 이로 인해, 실리콘 용융액(SM)의 온도가 다소 하강하여, 고액 변환이 가능하게 된다. 참고로, 실리콘의 용융점은 1414℃이다.First, a step S101 of cooling and stabilizing the silicon melt SM held close to the melting point of silicon is performed, while the crucible 102 rotates at a constant speed. As a result, the temperature of the silicon melt SM is somewhat lowered, and solid-liquid conversion becomes possible. For reference, the melting point of silicon is 1414 ° C.

또한, 실리콘 용융액(SM)을 수용한 도가니부(102)는 지지 샤프트부(104)에 의해 바람직하게는 1 rpm 내지 3 rpm, 특히 바람직하게는 1 rpm속도로 일정하게 회전된다. Further, the crucible portion 102 containing the silicon melt SM is rotated constantly by the support shaft portion 104 preferably at a speed of 1 rpm to 3 rpm, particularly preferably at 1 rpm.

다음으로, 종자결정 로드부(105)가 챔버부(101)에 삽입된 상태로 하강하여, 종자결정(20)을 실리콘 용융액(SM)의 표면에 근접하도록 위치시켜 예열하는 단계(S102)가 이루어진다. 이때, 실리콘 용융액(SM)은 획득하고자 하는 온도 범위에 도달한 상태이고, 종자결정(20)과 실리콘 용융액(SM)의 온도차로 인한 열적 충격이 방지될 수 있다.Next, the seed crystal rod section 105 is lowered while being inserted into the chamber section 101, and the seed crystal 20 is positioned so as to be close to the surface of the silicon melt SM (step S102) . At this time, the silicon melt SM has reached the temperature range to be obtained, and thermal shock due to the temperature difference between the seed crystal 20 and the silicon melt SM can be prevented.

다음으로, 종자결정 로드부(105)가 하강하여, 종자결정(20)을 실리콘 용융액(SM)의 표면에 접촉시키는 단계(S103)가 이루어진다. 이때, 종자결정 로드부(105)가 상승함으로써, 실리콘 단결정 잉곳(10)의 성장이 시작될 수 있다.Next, the seed crystal rod section 105 is lowered, and the step (S103) of bringing the seed crystal 20 into contact with the surface of the silicon melt SM is performed. At this time, the growth of the silicon single crystal ingot 10 can be started by raising the seed crystal rod section 105.

다음으로, 종자결정 로드부(105)가 상승하여, 종자결정(20)을 실리콘 단결정 잉곳(10)의 넥부(11) 및 숄더부(12)로 성장시키는 단계(S104)가 이루어진다. 이때, 종자결정 로드부(105)는 도가니부(102)와 반대방향으로 회전하면서 상승하고, 실리콘 단결정 잉곳(10)은 넥부(11) 및 숄더부(12)의 순서로 성장한다.Next, the seed crystal rod section 105 is elevated, and the seed crystal 20 is grown to the neck 11 and the shoulder 12 of the silicon single crystal ingot 10 (S104). At this time, the seed crystal rod section 105 rises while rotating in the direction opposite to the crucible 102, and the silicon single crystal ingot 10 grows in the order of the neck 11 and the shoulder 12 in this order.

종자결정 로드부(105)가 상승하면서 넥부(11) 및 숄더부(12)가 성장될 때, 도가니부(102)는 변함없이 일정한 속도로 회전하고, 상승하는 종자결정 로드부(105)도 변함없이 일정한 속도로 회전한다. 특히, 도가니부(102)의 회전 속도가 종래에 비하여 현저하게 감소된 1 rpm 내지 3 rpm, 특히 1 rpm이다. 이로 인해, 도가니부(102)의 원심력이 감소되기에, 도가니부(102) 내에 수용된 실리콘 용융액(SM)은 낮아진 표면 높이 및 낮아진 표면 속도를 갖는다. 따라서, 성장되는 실리콘 단결정 잉곳(10)에서 산소의 농도가 감소될 수 있다. When the seed crystal rod part 105 rises and the neck part 11 and the shoulder part 12 are grown, the crucible part 102 rotates at a constant speed unchanged, and the seed crystal rod part 105 that is rising also changes Without rotation. Particularly, the rotational speed of the crucible portion 102 is 1 rpm to 3 rpm, particularly 1 rpm, which is remarkably reduced compared to the conventional case. As a result, the centrifugal force of the crucible portion 102 is reduced, so that the silicon melt SM contained in the crucible portion 102 has a lower surface height and a lower surface speed. Therefore, the concentration of oxygen in the silicon monocrystal ingot 10 to be grown can be reduced.

예를 들어, S101 단계로부터 S104 단계까지 도가니부(102)의 회전 속도가 종래의 회전 속도의 10% 수준(바디부(13)가 시작되는 경우를 기준으로 하면 종래의 회전 속도의 25% 수준)로 감소되면, 실리콘 단결정 잉곳(10)의 바디부(13)가 시작되는 부분에서 산소농도는 약 3.158ppma 수준으로 감소되었다. 또한, 실린더부(108)의 높이의 감소가 이루어지면, 예를 들어 60㎜의 감소가 이루어지면, 실리콘 단결정 잉곳(10)의 바디부(13)가 시작되는 부분에서 산소농도는 약 3.428ppma 수준으로 감소되었다. 따라서, 본 실시예에 따른 도가니부(102)의 회전 속도는 실리콘 단결정 잉곳(10)의 산소 농도를 감소시킨다.For example, if the rotational speed of the crucible portion 102 is 10% of the conventional rotational speed (25% of the conventional rotational speed based on the case where the body portion 13 is started) from S101 to S104, The oxygen concentration was reduced to about 3.158 ppma at the beginning of the body portion 13 of the silicon single crystal ingot 10. When the height of the cylinder portion 108 is reduced, for example, when a reduction of 60 mm is made, the oxygen concentration in the portion where the body portion 13 of the silicon single crystal ingot 10 starts is about 3.428 ppma level Respectively. Therefore, the rotational speed of the crucible portion 102 according to the present embodiment decreases the oxygen concentration of the silicon single crystal ingot 10.

S104 단계에서 숄더부(12)가 성장될 때 종자결정 로드부(105)의 상승 속도는 넥부(11)가 성장될 때의 74% 수준으로 감소되어 0.5 ㎜/분 내지 0.8 ㎜/분이다. 이로 인해, 넥부(11)가 성장될 때의 종자결정 로드부(105)의 상승속도가 적용될 때에 비하여, 숄더부(12)는 29% 증가된 평균 길이를 갖고, 76% 증가된 평균 성장시간을 갖는다. 이는 실리콘 단결정 잉곳(10)의 생산성이 저하된 것으로 볼 수 있다. 하지만, 이때, 숄더부(12)의 다결정화 비율이 약 37% 정도 감소되어, 이에 따른 재용융 시간이 감소되는 것으로 볼 수 있다.When the shoulder portion 12 is grown in S104, the ascending speed of the seed crystal rod portion 105 is reduced to 74% of that when the neck portion 11 is grown, from 0.5 mm / min to 0.8 mm / min. This causes the shoulder portion 12 to have an average length increased by 29% and increase the average growth time by 76% when the rising speed of the seed crystal rod portion 105 is applied when the neck portion 11 is grown . It can be seen that the productivity of the silicon single crystal ingot 10 is decreased. However, at this time, the polycrystallization ratio of the shoulder portion 12 is reduced by about 37%, and accordingly, the re-melting time is reduced.

다음으로, 종자결정 로드부(105)가 상승하여, 실리콘 단결정 잉곳(10)의 바디부(13)를 성장시키는 단계(S105)가 이루어진다. S105 단계에서 도가니부(102)는 증가된 속도로 회전한다. Next, the seed crystal rod section 105 is elevated to grow the body portion 13 of the silicon single crystal ingot 10 (S105). In step S105, the crucible 102 rotates at an increased speed.

S105 단계에서 도가니부(102)가 1 rpm의 속도로 일정하게 회전되면 바디부(13)의 상단부에서 다결정화가 발생될 가능성이 높아진다. 이로 인해, S105 단계에서 바디부(13)가 성장하기 시작될 때, 도가니부(102)는 1 rpm 내지 3 rpm, 특히 1 rpm으로부터 급속하게 4.5 rpm으로 증가된 속도로 회전된 후에, 4.5 rpm의 속도로 일정하게 회전된다. 또한, 종자결정 로드부(105)의 회전속도는 이전 단계의 회전 속도의 70% 수준으로 감소된다. 또한, S101 단계 내지 S105 단계에서 챔버부(101)의 내부 압력 및 아르곤 유량은 일정하게 유지되는 것이 바람직하다. 상기와 같은 바디부(13)의 성장에 따른 조건은 바디부(13)의 상단부의 성장이 완료될 때까지 유지된다.If the crucible portion 102 is constantly rotated at a speed of 1 rpm in step S105, there is a high possibility that polycrystallization occurs in the upper end portion of the body portion 13. Therefore, when the body portion 13 begins to grow in the step S105, the crucible portion 102 is rotated at an increased rate from 1 rpm to 3 rpm, particularly from 4.5 rpm rapidly from 1 rpm, to 4.5 rpm . In addition, the rotation speed of the seed crystal rod section 105 is reduced to 70% of the rotation speed of the previous stage. Also, it is preferable that the internal pressure of the chamber part 101 and the argon flow rate are kept constant in steps S101 to S105. The condition for the growth of the body part 13 is maintained until the upper part of the body part 13 is completely grown.

상기와 같은 바디부(13)의 성장에 따른 조건으로 인해, 실리콘 단결정 잉곳(10)의 바디부(13)의 상단부의 다결정화 비율은 종래에 비해 30% 정도 감소되었고, 실리콘 단결정 잉곳(10)에서 넥부(11), 숄더부(12) 및 바디부(13)의 상단부에서 다결정화 비율이 50% 정도 감소되었다.The polycrystallization ratio of the upper end portion of the body portion 13 of the silicon single crystal ingot 10 is reduced by about 30% compared with the conventional one due to the condition of the growth of the body portion 13, The polycrystallization ratio in the upper part of the neck 11, the shoulder 12 and the body part 13 was reduced by about 50%.

다음으로, 종자결정 로드부(105)가 상승하여 실리콘 단결정 잉곳(10)의 테일부(14)를 성장시키고 성장된 실리콘 단결정 잉곳(10)을 실리콘 용융액(SM)으로부터 분리하여 냉각시키는 단계(S106)가 이루어진다. S106 단계에서 실리콘 단결정 잉곳(10)은 테일부(14)의 성장까지 이루어지면 원하는 형상으로 이루어진 상태이다. 이때, 실리콘 단결정 잉곳(10)은 종자결정 로드부(105)에 의해 상승하여 실리콘 용융액(SM)으로부터 분리되고, 열 쉴드부(103)의 내부에 위치되어 최종적인 형상으로 이루어진 상태로 냉각된다. 냉각이 완료된 실리콘 단결정 잉곳(10)은 반도체 및 태양전지용 웨이퍼(wafer)를 제조하는 데에 이용될 수 있다.Next, the seed crystal rod section 105 rises to grow the stem portion 14 of the silicon single crystal ingot 10, isolate the grown silicon single crystal ingot 10 from the silicon melt SM and cool it (S106 ). In the step S106, the silicon single crystal ingot 10 is in a desired shape when the stem 14 is grown. At this time, the silicon single crystal ingot 10 is lifted by the seed crystal rod portion 105 and separated from the silicon melt SM, and is positioned inside the heat shield portion 103 to be cooled to a final shape. The cooled silicon monocrystalline ingot 10 can be used for manufacturing semiconductors and solar cell wafers.

따라서, 본 실시예에 따른 실리콘 단결정 잉곳 성장 방법은 특히, S104 단계를 통해 산소 농도가 감소되고 S105 단계를 통해 다결정화 비율이 감소된 성장된 실리콘 단결정 잉곳(10)을 생산하는 데에 이용된다.Accordingly, the silicon single crystal ingot growing method according to the present embodiment is used to produce a grown silicon single crystal ingot 10 in which the oxygen concentration is decreased through step S104 and the polycrystallization ratio is decreased through step S105.

이상, 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다. 또한, 특허청구범위의 기재 중 괄호 내의 기재는 기재의 불명료함을 방지하기 위한 것이며, 특허청구범위의 권리범위는 괄호 내의 기재를 모두 포함하여 해석되어야 한다.While the present invention has been described in connection with certain exemplary embodiments, it will be understood by those skilled in the art that various changes may be made without departing from the scope of the present invention. In addition, the description in parentheses in the description of the claims is intended to prevent obscuration of the description, and the scope of the claims of the claims should be construed to include all the items in parentheses.

100: 실리콘 단결정 잉곳 성장 장치
101: 챔버부
102: 도가니부
103: 열 쉴드부
104: 지지 샤프트부
105: 종자결정 로드부
106: 도가니 용기부
107: 가열부
108: 실린더부100: Silicon single crystal ingot growing apparatus
101: chamber part
102: crucible part
103: Heat shield part
104: Support shaft part
105: seed crystal rod section
106: Crucible container section
107:
108:

Claims (6)

(a) 도가니부가 일정한 속도로 회전하고, 수용한 실리콘 용융액을 실리콘의 용융점에 근접하도록 냉각시켜 안정화시키는 단계;
(b) 종자결정 로드부가 챔버부에 삽입된 상태로 하강하여, 종자결정을 상기 실리콘 용융액의 표면에 근접하도록 위치시켜 예열하는 단계;
(c) 상기 종자결정 로드부가 하강하여 상기 종자결정을 상기 실리콘 용융액의 표면에 접촉시키는 단계;
(d) 상기 종자결정 로드부가 상승하여, 상기 종자결정을 실리콘 단결정 잉곳의 넥부 및 숄더부로 성장시키는 단계;
(e) 상기 종자결정 로드부가 상승하여 상기 실리콘 단결정 잉곳의 바디부를 성장시키고 상기 도가니부가 증가된 속도로 회전하는 단계; 및
(f) 상기 종자결정 로드부가 상승하여 상기 실리콘 단결정 잉곳의 테일부를 성장시키고 상기 성장된 실리콘 단결정 잉곳을 상기 실리콘 용융액으로부터 분리하여 냉각시키는 단계를 포함하되,
상기 (a) 단계 내지 상기 (d) 단계에서, 상기 도가니부는 1 rpm 내지 3 rpm의 속도로 회전하며,
상기 도가니부의 상부에 위치한 열 쉴드부와, 상기 도가니부를 둘러싸도록 위치한 가열부를 연결하는 실린더부가 상기 열 쉴드부의 높이를 조절하여 실리콘 용융액의 표면 높이를 조절하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 성장 방법.
(a) rotating the crucible part at a constant speed and cooling and stabilizing the received silicon melt to be close to the melting point of silicon;
(b) placing the seed crystal rod in a state where the seed crystal rod is inserted into the chamber part, so that the seed crystal is positioned close to the surface of the silicon melt;
(c) bringing the seed crystal rod down into contact with the surface of the silicon melt;
(d) growing the seed crystal rod to the neck and shoulder portions of the silicon single crystal ingot by raising the seed crystal rod portion;
(e) the seed crystal rod portion is raised to grow a body portion of the silicon single crystal ingot and the crucible is rotated at an increased speed; And
(f) growing the tail portion of the silicon single crystal ingot by raising the seed crystal rod portion and separating and cooling the grown silicon single crystal ingot from the silicon melt,
In the steps (a) to (d), the crucible portion rotates at a speed of 1 rpm to 3 rpm,
Wherein the height of the heat shield portion is adjusted to adjust the surface height of the silicon melt by adjusting the height of the heat shield portion to connect the heat shield portion disposed on the upper portion of the crucible portion and the heating portion disposed to surround the crucible portion.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 도가니부는 1 rpm 내지 3 rpm의 속도로 회전하다가 상기 (e) 단계에서 4.5 rpm까지 점차 증가된 후에 4.5 rpm의 속도로 회전되는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 성장 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the crucible portion rotates at a speed of 1 rpm to 3 rpm, gradually increases to 4.5 rpm in the step (e), and then is rotated at a speed of 4.5 rpm.
제 1 항에 있어서,
상기 종자결정 로드부는 상기 (d) 단계에서 일정한 속도로 회전하다가 상기 (e) 단계에서 70% 수준으로 감소된 속도로 회전하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 성장 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the seed crystal rod unit rotates at a constant speed in the step (d) and rotates at a speed reduced to 70% level in the step (e).
제 1 항에 있어서,
상기 (d) 단계에서 상기 실리콘 단결정 잉곳의 숄더부가 성장될 때, 상기 종자결정 로드부는 0.5 ㎜/분 내지 0.8 ㎜/분의 속도로 상승하는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 성장 방법.
The method according to claim 1,
Wherein when the shoulder portion of the silicon single crystal ingot is grown in the step (d), the seed crystal rod portion rises at a rate of 0.5 mm / min to 0.8 mm / min.
제 1 항에 있어서,
상기 (a) 단계 내지 상기 (e) 단계에서 상기 챔버부의 내부 압력 및 아르곤 유량은 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 실리콘 단결정 잉곳 성장 방법.The method according to claim 1,
Wherein the inner pressure of the chamber portion and the argon flow rate are maintained constant in the steps (a) to (e).
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