特開 2024-49350 シリンダ状シリコンインゴット製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024049350

(43)【公開日】2024-04-09

(54)【発明の名称】シリンダ状シリコンインゴット製造方法

(51)【国際特許分類】

   C30B 29/06 20060101AFI20240402BHJP

【ＦＩ】

C30B29/06 502F

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023148782

(22)【出願日】2023-09-13

(31)【優先権主張番号】10-2022-0123325

(32)【優先日】2022-09-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(71)【出願人】

【識別番号】522220496

【氏名又は名称】ビーシーエンシー カンパニー・リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＢＣｎＣ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．

【住所又は居所原語表記】２５， Ｍａｓｏ－ｒｏ ５７ｂｅｏｎ－ｇｉｌ， Ｓｉｎｄｕｎ－ｍｙｅｏｎ， Ｉｃｈｅｏｎ－ｓｉ， Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ， Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ

(74)【代理人】

【識別番号】110001139

【氏名又は名称】ＳＫ弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100130328

【弁理士】

【氏名又は名称】奥野 彰彦

(74)【代理人】

【識別番号】100130672

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 寛之

(72)【発明者】

【氏名】ソル、クァンヒ

(72)【発明者】

【氏名】イ、ソファン

【テーマコード（参考）】

4G077

【Ｆターム（参考）】

4G077AA02

4G077BA04

4G077CF02

4G077ED01

4G077EG11

4G077EG12

4G077HA20

4G077NF01

4G077PF35

4G077PG01

4G077PJ04

(57)【要約】      （修正有）

【解決手段】シリンダ状シリコンインゴット３０製造方法であって、坩堝１００の内部にシリコン原料１０を供給し坩堝を加熱してシリコン原料を溶融させる段階；一端が種子軸２１に締結された種子結晶２０を坩堝の内部に供給する段階；および坩堝が種子軸を基準として一方向に回転し、種子軸が他方向に回転しながら上昇することによって種子結晶を坩堝の下部から上部に移動させる段階；を含む。
【効果】リング状の種子結晶を成長させるため、シリンダ状シリコンインゴットを製造することができ、内径を有するシリンダ状シリコンインゴットが形成されるためコアリング作業なしにインゴットからウェハリテーナーリングを製造することができ、これに伴い、坩堝に投入される原材料の量を節減して原価を節減することができ、作業者の傷害を最小化し工程段階を減らして工程速度と効率を向上させ、不良率を最小化するだけでなく、製作費用を節減することができる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

坩堝（Ｃｒｕｃｉｂｌｅ）の内部にシリコン原料を供給し、前記坩堝を加熱して前記シリコン原料を溶融させる溶融段階（Ｓ１００）；
断面がリング状である種子結晶の一端を種子軸（ｓｅｅｄ ｓｈａｆｔ）に締結して前記坩堝の内部に供給する供給段階（Ｓ２００）；および
前記坩堝が前記種子軸を基準として一方向に回転し、前記種子軸が他方向に回転しながら上昇することによって前記種子結晶を前記坩堝の下部から上部に移動させる成長段階（Ｓ３００）；
を含むことを特徴とする、シリンダ状インゴット製造方法。

【請求項2】

前記成長段階（Ｓ３００）は、
前記種子結晶が予め設定された形状通りにインゴットを形成するように、
種子軸が前記他方向に回転する速度を調節する第１速度調節段階（Ｓ３１０）；および
前記種子軸が前記坩堝の下部から上部に移動する速度を調節する第２速度調節段階（Ｓ３２０）；
をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のシリンダ状インゴット製造方法。

【請求項3】

前記種子軸が前記他方向に回転する速度の範囲は１０～３０ｒｐｍであり、
前記種子軸が前記坩堝の下部から上部に移動する速度の範囲は０．３～０．８ｍｍ／ｍｉｎであることを特徴とする、請求項１に記載のシリンダ状インゴット製造方法。

【請求項4】

前記種子結晶の下面は、
２７０～２９０ｍｍ範囲の内径；および
３５０～６００ｍｍ範囲の外径；
を有することを特徴とする、請求項１に記載のシリンダ状インゴット製造方法。

【請求項5】

前記種子結晶は、
周面を貫通する一つ以上の中空を有することを特徴とする、請求項１に記載のシリンダ状インゴット製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はインゴット製造方法に関する。より詳しくは、シリンダ状シリコンインゴットを製造する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体素子の基本材料となるウェハを製造するためのシリコンインゴット製造技術は半導体産業と共にその命脈を維持しており、１２ｉｎウェハ製作と共にウェハリテーナーリング、シャワーヘッドなどの製造に使われている。

【0003】

生産されたシリコンインゴットの殆どはウェハで使われ、ウェハはシリコン（Ｓｉ）またはガリウムアーセナイド（ＧａＡｓ）等をチョクラルスキー成長法（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ ｍｅｔｈｏｄ）等で成長させて製造した単結晶柱（インゴット、Ｉｎｇｏｔ）をワイヤ工程を通じて薄く切り、ポリッシング工程を経てチップを製造するための基板として使われる。

【0004】

シャワーヘッドはウェハよりは厚く製造され、縁を除いた全面に微細な貫通ホールが形成されて半導体製造時にガスが流れることができるようにする。

【0005】

このようにウェハおよびシャワーヘッドは内径がない柱状で製造され、外径と厚さの大きさのみを有する。

【0006】

しかし、従来のシリコンインゴット製造技術で製造した柱状のインゴットを利用して内径を有するウェハリテーナーリングを製造するためには、内部コア（Ｃｏｒｅ）を除去しなければならない追加工程による多様な問題点があった。具体的には、ウェハリテーナーリングの内径を形成するために内部コア（Ｃｏｒｅ）を除去するコアリング（Ｃｏｒｉｎｇ）作業を遂行する前、インゴットの長さをコアリング（Ｃｏｒｉｎｇ）作業に適合するように減らす追加のカッティング（Ｃｕｔｔｉｎｇ）工程が要求され、コアリング（Ｃｏｒｉｎｇ）作業時にコア（Ｃｏｒｅ）のホールカップ（Ｈｏｌｅ ｃｕｐ）がインゴットを貫通する過程で垂直を維持できない場合、内径のサイズに不良が発生する問題が発生する。これを解決するために、インゴットの上下をひっくり返してコアリング（Ｃｏｒｉｎｇ）工程を２回進行する場合、工程段階が一段階さらに追加されなければならず、これを追加しても正確な面を合わせるのが容易でないのが実情である。すなわち、インゴットのコアリング（Ｃｏｒｉｎｇ）作業時に不良率が高くなる危険性がある。また、コアリング（Ｃｏｒｉｎｇ）工程以後に除去される内部素材は、大きさ上使用できる分野が多くないため全量が廃棄されており、原料の浪費が非常に大きいという問題がある。

【0007】

前記のような不合理な問題点を解決するために、本発明ではシリンダ状シリコンインゴットを製造するための方法を提供しようとする。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】大韓民国登録特許第１０－１６３１３６８号（２０１６．０６．１０．登録）

【特許文献2】大韓民国登録特許第１０－１７１４７５１号（２０１７．０３．０３．登録）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明の技術的課題は、コアリング作業なしに内径を有するウェハリテーナーリングを製造できるシリンダ状インゴット製造方法を提供することである。

【0010】

本発明の他の技術的課題は、リング状の種子結晶を成長させてシリンダ状インゴットを製造する方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

前記の課題を解決するために、本発明は坩堝の内部にシリコン原料を供給し坩堝を加熱してシリコン原料を溶融させる段階；断面がリング状である種子結晶の一端を種子軸に締結して坩堝の内部に供給する段階；および坩堝が種子軸を基準として一方向に回転し、種子軸が他方向に回転しながら上昇することによって種子結晶を坩堝の下部から上部に移動させる段階；を含むことを特徴とするインゴット製造方法を提供する。

【発明の効果】

【0012】

本発明によると、リング状の種子結晶を成長させるため、シリンダ状シリコンインゴットを製造することができる。

【0013】

本発明によると、内径を有するシリンダ状シリコンインゴットが形成されるため、コアリング作業なしにインゴットからウェハリテーナーリングを製造することができる。

【0014】

本発明によると、シリンダ状インゴットからウェハリテーナーリングを製造するため、坩堝に投入される原材料の量を節減して原価を節減できる。

【0015】

本発明によると、少ない原材料の量でシリンダ状インゴットを製造することにより坩堝の大きさが縮小され、これに伴い、坩堝を囲んでいる耐火材およびヒーターの大きさも縮小されるため、製造設備の構築費用を最小化することができる。

【0016】

本発明によると、内径を有するシリンダ状シリコンインゴットが形成されるため、コアリング作業が不要となって作業者の傷害を最小化し、工程段階を減らして工程速度と効率を向上させ、不良率を最小化するだけでなく、製作費用を節減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】従来技術に係る円柱状インゴット製造方法のフローチャートである。

【図2】本発明の一実施例に係るシリンダ状インゴット製造方法のフローチャートである。

【図3】本発明の一実施例に係る種子結晶の斜視図および断面図である。

【図4】従来技術および本発明の一実施例により製造されたインゴットの斜視図である。

【図5】本発明の一実施例に係るシリンダ状インゴット製造方法の段階図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本発明の目的および効果は下記の詳細な説明を通じてより明らかとなるであろうが、下記の記載のみに本発明の目的および効果が制限されるものではない。また、本発明の説明において本発明に関連した公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を不要に曖昧にさせ得る恐れがあると判断される場合にはその詳細な説明を省略することにする。

【0019】

一般的に単結晶（ｓｉｎｇｌｅ ｃｒｙｓｔａｌ）成長は、単結晶種子（種子、ｓｅｅｄ）を利用して多結晶が溶融した溶液と接触して結晶を成長させる方法からなる。

【0020】

この時、使われる種子により単結晶の特性が形成され、これに基づいて単位結晶を形成することになる。

【0021】

種子は一般的に横、縦１０ｍｍおよび長さ１００ｍｍを有する四角棒の形態で備えられ、この種子を坩堝（Ｃｒｕｃｉｂｌｅ）の上部回転軸に連結して溶融した溶液と接触させて成長させることによってインゴット（Ｉｎｇｏｔ）を形成することになる。

【0022】

本発明は前記のように一般的な四角棒状の種子ではなく、断面が内径を有するリング状で備えられた種子を利用して結晶を成長させることによって、シリンダ状のインゴットを製造することになる。

【0023】

また、本発明は多結晶溶融溶液を成長させることに限定されず、シリコン原料であれば単結晶や多結晶などの性質に制約されずに実施することができる。

【0024】

具体的には、種子が締結された種子軸（Ｓｅｅｄ ｓｈａｆｔ）と溶融物が入れられた坩堝を支える坩堝軸（Ｃｒｕｃｉｂｌｅ ｓｈａｆｔ）が互いに反対方向に回転し、種子軸が上方向に引っ張られることによって単結晶インゴットを形成することになる。

【0025】

この時、インゴットの場合、毛細管効果によって互いに大きくなることになると内径がなくなって下部は内径がない棒の形態となり得るが、これは種子軸の回転速度と引き上げ速度を調節することによって防止することができる。

【0026】

また、本発明に係るインゴット製造方法はリング状の種子結晶を利用するので、これに伴う効果で回転速度と引き上げ速度が従来製造方法対比１０～４０％増加した速度でインゴットが成長することになり、内径がなくなる形状を防止することができる。

【0027】

以下、図面を参照して本発明の一実施例に係るシリンダ状インゴット製造方法についてより詳細に説明することにする。

【0028】

図面において、本発明を明確に開示するために本発明にかかわらない部分は省略したし、図面で同一または類似する符号は同一または類似する構成要素を示す。

【0029】

また、本発明は種々の異なる形態で具現され得、以下で開示される実施例に限定されない。

【0030】

図１は従来技術に係る円柱状インゴット製造方法のフローチャートであり、図４は従来技術および本発明の一実施例により製造されたインゴットの斜視図である。

【0031】

図１を参照すると、従来技術に係る円柱状インゴット製造方法も本発明の一実施例に係るインゴット製造方法と同一に、溶融段階（Ｓ１００）、供給段階（Ｓ２００）および成長段階（Ｓ３００）で構成される。

【0032】

しかし、従来技術は四角棒状の種子結晶２０'を利用するため、内径ｄ３を有するシリンダ状ではなく外径である第１直径ｄ１のみを有する円柱状のインゴット３０'を生成することになる。

【0033】

具体的には、図４の＜Ａ＞を参照すると、従来技術に係るインゴット製造方法によって製造されたインゴット３０'は第１直径ｄ１を有する円柱状で製造される。

【0034】

反面、図４の＜Ｂ＞を参照すると、本発明の一実施例に係るインゴット製造方法によって製造されたインゴット３０は第２直径ｄ２および内径ｄ３を有するシリンダ状で製造される。

【0035】

通常、１２ｉｎウェハ製造工程に使われるウェハリテーナーリングは内径が２９６ｍｍであるので、本発明の一実施例に係るインゴット製造方法によって製造されたインゴット３０も内径ｄ３が２９６ｍｍとなるように形成されることが好ましいであろう。

【0036】

また、第２直径ｄ２は３５０ｍｍの値を有するように形成されることが好ましいであろう。

【0037】

以下、図２、図３および図５を参照して、前記のようなシリンダ状インゴットを製造するための本発明の一実施例に係る種子結晶の形状およびインゴット製造方法について詳細に説明することにする。

【0038】

図２は本発明の一実施例に係るシリンダ状インゴット製造方法のフローチャートであり、図３は本発明の一実施例に係る種子結晶の斜視図および断面図であり、図５は本発明の一実施例に係るシリンダ状インゴット製造方法の段階図である。

【0039】

まず図５を参照すると、本発明の一実施例に係るシリンダ状インゴット製造方法は溶融段階（Ｓ１００）、供給段階（Ｓ２００）および成長段階（Ｓ３００）で構成され、成長段階（Ｓ１００）は第１速度調節段階（Ｓ３１０）および第２速度調節段階（Ｓ３２０）を含んで実施され得る。

【0040】

溶融段階（Ｓ１００）は坩堝１００の内部にシリコン原料１０を供給し坩堝１００を加熱してシリコン原料１０を溶融させる段階であり、供給段階（Ｓ２００）は一端が種子軸２１に締結された種子結晶２０を坩堝の内部に供給する段階である。

【0041】

この時、種子結晶２０は断面がリング状で備えられ、下面が２７０～２９０ｍｍ範囲の内径および３５０～６００ｍｍ範囲の外径を有するように備えられることが好ましいであろう。

【0042】

具体的な種子結晶２０の形状については、図３を参照して後述することにする。

【0043】

成長段階（Ｓ３００）は坩堝１００が種子軸２１を基準として一方向に回転し、種子軸２１が他方向に回転しながら上昇することによって種子結晶２０を坩堝１００の下部から上部に移動させる段階である。

【0044】

好ましい実施例として、成長段階（Ｓ３００）は種子結晶２０が予め設定された形状通りにインゴットを形成するように種子軸２１が他方向に回転する速度を調節する第１速度調節段階（Ｓ３１０）および種子軸２１が坩堝１００の下部から上部に移動する速度を調節する第２速度調節段階（Ｓ３２０）をさらに含むように実施され得る。

【0045】

この時、回転速度の範囲は１０～３０ｒｐｍであり、引き上げ速度の範囲は０．３～０．８ｍｍ／ｍｉｎの値となるように実施されることが好ましいであろう。

【0046】

このように、第１速度調節段階（Ｓ３１０）および第２速度調節段階（Ｓ３２０）が備えられることによって、成長段階（Ｓ３００）で成長するインゴット３０が毛細管効果によって互いに大きくなることになって内径がなくなる現象を防止して、予め設定された形状通りにインゴット３０が形成されるようにすることができる。

【0047】

このように内径を有するシリンダ状のインゴット３０を形成するために、本発明の一実施例に係る種子結晶２０は断面がリング状を有するように備えられる。

【0048】

具体的には、種子軸２１の長さ方向と垂直に切断した断面がリング状を有するように備えられる。

【0049】

より詳細には、種子結晶２０は図３の＜Ａ＞に図示されたように、上面が平たい半球状の外形を有するように実施されるか、図３の＜Ｂ＞に図示されたように、円錐台状の外形を有するように実施され得、図３の＜Ｃ＞に図示されたように、円柱状の外形を有するように実施され得る。

【0050】

このように、本発明に係る種子結晶２０はその外形に制限されずに、単に内部に空洞が形成されて種子軸２１の長さ方向と垂直に切断した断面がリング状を有するように備えられればよいであろう。

【0051】

ひいては、種子軸２１が回転運動するので、種子結晶２０の断面はリング状で具備されずとも内部に空洞が形成されて断面が外径と内径を有するように形成されればよいであろう。

【0052】

また、種子結晶２０は周面または上面のうち少なくとも一つを貫通する一つ以上の中空Ｈを有するように備えられることが好ましいであろう。

【0053】

具体的には、種子結晶２０が図３の＜Ａ＞および＜Ｂ＞に図示されたように半球または円錐台状の外形を有する場合、中空Ｈは種子結晶２０の周面を貫通するように形成され、種子結晶２０が図３の＜Ｃ＞に図示されたように円柱状の外形を有する場合、中空Ｈは種子結晶２０の上面を貫通するように形成されることが好ましいであろう。

【0054】

しかし、これに限定されず、中空Ｈは中空Ｈが形成されることによって、インゴット成長時に発生するガスを中空Ｈを通じて排出して形成されるインゴット内部の真空雰囲気を維持し、インゴットの表面に気泡が発生することを防止できるようになる。

【0055】

この時、中空Ｈはピンホール（ｐｉｎ ｈｏｌｅ）のように形成され得るが、これに限定されず、多様な形態と直径を有するように形成され得る。

【0056】

また、中空Ｈはインゴット成長のための工程段階で、種子結晶がバランスを維持しながら回転し、均一な形状のインゴットを形成できるように、種子結晶の中心を基準として左右対称となる位置に形成されるように備えられることが好ましいであろう。

【0057】

前述した本発明の好ましい実施例は例示の目的で開示されたもので、本発明に対して通常の知識を有する当業者であれば、本発明の思想と範囲内で多様な修正、変更および付加が可能であろうし、このような修正、変更および付加は前記の特許請求の範囲に属するものと理解されるべきである。

【0058】

また、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で多様な置換、変形および変更が可能であるため、本発明は前述した実施例および添付された図面によって限定されるものではない。

【0059】

前述した例示的なシステムで、方法は一連の段階またはブロックでフローチャートに基づいて説明されているが、本発明は段階の順序に限定されるものではなく、或る段階は前述したものとは異なる段階と異なる順序で、または同時に発生し得る。また、当業者であればフローチャートに示した段階が排他的でなく、他の段階が含まれるかフローチャートの一つまたはそれ以上の段階が本発明の範囲に影響を及ぼさずに削除され得ることが理解できるであろう。

【符号の説明】

【0060】

１００：坩堝
１０：シリコン原料
２０：種子結晶
２１：種子軸
３０：インゴット
ｄ１：第１直径
ｄ２：第２直径
ｄ３：内径
Ｈ：中空

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】