단결정 성장

단결정 성장 방법

실리콘은 주로 규석이나 규산염의 형태로 존재하는데, 규석을 코크(Coak or Coal)와 같은 환원제와 함께 전기로에 넣어서 용융 후에 화학 처리를 해 분말형태의 순도 99%의 실리콘이 정제된다.

분말 실리콘을 가스 형태로의 실리콘으로 바꿔 열처리를 하면 고순도 99.999999999%의 다결정 실리콘을 얻게 되는데, 웨이퍼로 사용되는 Si 기판은 단결정 실리콘이어야 하므로 물리적인 정제 방법을 통해 다결정 실리콘을 다결정 실리콘으로 변환시켜야 한다.

 

초크랄스키 방법(Czochralski Method)

용융된 실리콘 용액으로부터 단결정(Single Crystal) 실리콘을 성장시키는 방법이다.

결정을 끌어올리면서 성장시켜 인상법이라고 부르기도 한다.

 

1) 도가니 속에 다결정 실리콘 덩어리들을 넣고 가열하여 용융시킨다.

2) 용융된 초고순도 실리콘 용융액에 단결정 씨결졍(Seed Crystal) 을 담근다.

3) 씨결정봉과 도가니는 서로 반대 방향으로 회전시킨다.

4) 씨결정봉을 천천히 끌어 올리면서 냉각시키면 씨결정과 동일한 단결정이 성장되어진다.

 

성장되어지는 원통 모양의 단결정 봉을 잉곳(Ingot)이라고 하며 잉곳의 모양과 성질은 회전봉의 회전속도, 인상속도, 온도가 주요한 영향을 미친다.

잉곳이 형성되어질 때 잉곳 내부와 외부의 회전속도가 상대적으로 다르고 냉각속도, 표면장력 등의 영향으로 결함(Defect, Void, Dis lacation)이 없이 균일한 단결정을 성장시키는데 정밀한 제어가 필요하다.