JP2005272265A - 単結晶引上装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 砒素等の低温で昇華しやすいドーパントをチャンバ内に飛散させることなく、しかも簡単に、ルツボ内のシリコン融液に供給することのできるドーピング装置を備えた単結晶引上装置を提供する。
【解決手段】 固体状ドーパントを収容するドーパント収容部2bと、前記ドーパント収容部にルツボ内のシリコン融液を導入する導入部2eと、前記導入部2eからルツボ内のシリコン融液を導入して、前記ドーパント収容部2bの固体状ドーパントを融解し、生成されたドーパントとシリコンの混合融液をルツボ内のシリコン融液に供給する放出部2dとを有するドーピング装置2を備えている。
【選択図】 図2
【解決手段】 固体状ドーパントを収容するドーパント収容部2bと、前記ドーパント収容部にルツボ内のシリコン融液を導入する導入部2eと、前記導入部2eからルツボ内のシリコン融液を導入して、前記ドーパント収容部2bの固体状ドーパントを融解し、生成されたドーパントとシリコンの混合融液をルツボ内のシリコン融液に供給する放出部2dとを有するドーピング装置2を備えている。
【選択図】 図2
Description
本発明は、単結晶引上装置に関し、より詳細には、砒素、アンチモン等の固体状ドーパントをシリコン融液と接触させてドーパント・シリコン混合融液とし、これをルツボ内のシリコン融液に供給するドーピング装置を備えた単結晶引上装置に関する。
CZ法で引き上げられるシリコン単結晶に所望の抵抗率を与えるために、例えば、リン(P)、砒素(As)、アンチモン(Sb)、ホウ素(B)等の不純物(ドーパント)が、シリコン融液にドープされることは広く知られている。
通常、このドーピングは固体状のドーパントをシリコン融液中に直接投入することにより行われる。即ち、ルツボの中に主原料であるポリシリコンと共に固体状のドーパントを予め投入しておき、ポリシリコンと一緒に加熱溶融するのが一般的である。
ところが、ドーパントとして用いる元素がアンチモンや砒素の場合は、その融点や沸点がシリコン(融点1410℃、沸点2360℃)よりもかなり低く、しかも、強い昇華性を有するため、ポリシリコンと一緒に加熱溶融する方法は適さない。
そのため、ポリシリコンと一緒に加熱溶融する以外の方法として、粒状のドーパントを落下させてシリコン融液中に投入する方法等が提案されている。例えば、特許文献1で提案されている一例を、図4に基づいて説明する。なお、図4は、単結晶引上装置(ドーピング装置)を示す概略図である。
この図4に示すように、ワイヤWの下端に固着されている円錐状バルブ体15が下降すると、円錐状バルブ体15によって閉塞されていた小円筒部13の下端部と円錐状バルブ体15の上面との間に隙間が生じ、この隙間からドーパント16が落下する。この落下したドーパント16は、大円筒部12の下部に設けられている漏斗状供給部の上面に落下し、投入口14から、ルツボ11内のシリコン融液に投入される。
この図4に示すように、ワイヤWの下端に固着されている円錐状バルブ体15が下降すると、円錐状バルブ体15によって閉塞されていた小円筒部13の下端部と円錐状バルブ体15の上面との間に隙間が生じ、この隙間からドーパント16が落下する。この落下したドーパント16は、大円筒部12の下部に設けられている漏斗状供給部の上面に落下し、投入口14から、ルツボ11内のシリコン融液に投入される。
また、特許文献2で提案されている一例を、図5に基づいて説明する。なお、図5は、単結晶引上装置(ドーピング装置)を示す概略図であり、(a)は全体図、(b)は要部拡大図である。
このドーピング装置にあっては、ルツボ25内のポリシリコンが溶解した後に、ドープ治具21を降下させ、該治具21の先端がシリコン融液中に入った状態で停止させ、ドープ治具21内のドーパント24を溶解する。その後、溶解したドーパント24は、狭隘部22、開口部26、細管部23を通り、ルツボ25内のシリコン融液に投入される。
このドーピング装置にあっては、ルツボ25内のポリシリコンが溶解した後に、ドープ治具21を降下させ、該治具21の先端がシリコン融液中に入った状態で停止させ、ドープ治具21内のドーパント24を溶解する。その後、溶解したドーパント24は、狭隘部22、開口部26、細管部23を通り、ルツボ25内のシリコン融液に投入される。
また、図示しないが、特許文献3には、ドーパントである固体状砒素を収容した容器に昇華した砒素を容器外に放出する放出管を設け、シリコン融液近傍で輻射熱により固体状砒素を昇華させ、昇華した砒素を該放出管からシリコン融液表面に放出する方法が提案されている。
ところで、特許文献1に示されたドーピング装置にあっては、ドーパントがシリコン融液、ヒータからの輻射熱で蒸発してしまうのを防ぐため、シリコン融液から離れた場所に貯蔵されている。そのため、投入距離が長くなり、装置が大型化するという課題があった。また、落下中にドーパントが蒸発飛散し、所定量のドーパントがルツボ内に投入されず、所望の抵抗率の結晶が得られないという課題があった。更に、落下したドーパントが飛散し、またドーパントの落下によりシリコン融液が跳ね、これらがルツボ等に付着することがあり、これら付着物が単結晶引き上げ中に剥離し、単結晶化率を低下させるという課題があった。
また、特許文献2に示されたドーピング装置にあっては、固体状のドーパントを一度溶解させ、シリコン融液に没入したドープ管先端からシリコン融液に投入している。
そのため、ドーパントの融点が低い場合には、シリコン融液からかなり離れた場所に貯蔵し、長いドープ管を用いなければならず、ドーピング装置が大型化するという課題があった。また、ドーパントが昇華しやすい場合には、所定量のドーパントを供給できず、所望の抵抗率の結晶が得られないという課題があった。
そのため、ドーパントの融点が低い場合には、シリコン融液からかなり離れた場所に貯蔵し、長いドープ管を用いなければならず、ドーピング装置が大型化するという課題があった。また、ドーパントが昇華しやすい場合には、所定量のドーパントを供給できず、所望の抵抗率の結晶が得られないという課題があった。
更に、特許文献3に示されたドーピング装置にあっては、昇華した砒素がチャンバ内に発生するため、ルツボ汚染等によるDF(Dislocation Free)阻害、即ち単結晶化率が低下する虞があった。また、シリコン融液に対して、気体(昇華した砒素)でのドーピングは効率性、確実性に欠けるという課題があった。
本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、砒素等の低温で昇華しやすいドーパントをチャンバ内に飛散させることなく、しかも簡単に、ルツボ内のシリコン融液に供給することのできるドーピング装置を備えた単結晶引上装置を提供することを目的とする。
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、本発明にかかる単結晶引上装置にあっては、ルツボ内にシリコン融液を形成し、前記シリコン融液からシリコン単結晶を引き上げる単結晶引上装置において、固体状ドーパントを収容するドーパント収容部と、前記ドーパント収容部にルツボ内のシリコン融液を導入する導入部と、前記導入部から導入されたシリコン融液によって生成されたドーパントとシリコンとの混合融液をルツボ内のシリコン融液に供給する放出部とを有するドーピング装置を備えていることを特徴としている。
本発明にかかる単結晶引上装置は上記した構成を有するため、シリコンに比べて融点が低く、昇華性を有する砒素、アンチモン等のドーパントを、チャンバ内に飛散させることなく、かつ、目標とするドーパント量を無駄なく正確にルツボ内のシリコン融液に供給することができる。
ここで、前記ドーピング装置が、ルツボ内のシリコン融液面に対しほぼ垂直に配置される第1直管部と、前記第1直管部の下端に接続され、固体状ドーパントを収容するU字状管部と、前記U字状管部の他端に接続された逆U字状管部と、前記逆U字状管部の他端に接続され、前記U字状管部の底部を越えて下方に延設された第2直管部と、前記第1直管とU字状管部の接続部近傍に形成され、シリコン融液を導入する開口とを備えた管構造体からなり、前記開口からU字状管部にシリコン融液を導入し、前記U字状管部においてドーパントとシリコンとの混合融液を生成し、前記第2直管部からドーパントとシリコンの混合融液をルツボ内のシリコン融液に供給することが望ましい。
本発明にかかる単結晶引上装置は、ドーパント収容部にシリコン融液を導入して、収容された固体状ドーパントを融解させ、その混合融液をルツボ内のシリコン融液に供給するドーピング装置を備えているため、例えば砒素のようにシリコンに比べて融点が低く、昇華性を有する固体状ドーパントを効率よく、確実にドープすることができる。
これにより、所望の抵抗率を有する単結晶を容易に形成することができる。また、ドーパントの蒸発飛散が抑制され、またルツボ等へのドーパントあるいはシリコン融液の付着を抑制でき、単結晶化率を向上させることができる。更に、従来装置に比べてチャンバ内の汚染が低減されるため、チャンバ内の清掃時間の短縮化も図ることもできる。
これにより、所望の抵抗率を有する単結晶を容易に形成することができる。また、ドーパントの蒸発飛散が抑制され、またルツボ等へのドーパントあるいはシリコン融液の付着を抑制でき、単結晶化率を向上させることができる。更に、従来装置に比べてチャンバ内の汚染が低減されるため、チャンバ内の清掃時間の短縮化も図ることもできる。
本発明の一実施形態を図1乃至図3に基づいて説明する。尚、図1は、本発明にかかる一実施形態の概略構成図、図2は図1の装置で用いられているドーピング装置の断面図、図3は、図2に示したドーピング装置を用いたドーピングの際の操作手順を示した工程図である。
本発明の単結晶引上装置1は、ドーピング装置2以外は、従来と同様な構成を備えている。即ち、図1に示すように、単結晶引上装置1のチャンバ5の内部には、ルツボ6の外側に配置されたヒータ3、前記ヒータ3の外側に設けられた断熱材4、シリコン融液Aからの輻射熱を遮蔽するためにルツボ6の上方に配設された遮熱板(図示せず)等が収容されている。
また、本発明の特徴あるドーピング装置2は、チャンバ5の頂部上方に位置する引上装置(図示せず)からシリコン融液面Aに向けて下方に延びるワイヤWの下端に取り付けられ、ワイヤWの昇降に応じて上下移動可能に構成されている。
また、本発明の特徴あるドーピング装置2は、チャンバ5の頂部上方に位置する引上装置(図示せず)からシリコン融液面Aに向けて下方に延びるワイヤWの下端に取り付けられ、ワイヤWの昇降に応じて上下移動可能に構成されている。
次に、ドーピング装置2について、図2に基づいて詳述する。
図2に示すように、このドーピング装置2は、全体の形状がほぼ横S字形状の管構造体から構成されている。この横S字形状の管構造体は、操作時にルツボ6内のシリコン融液面Aに対して、ほぼ垂直に配置される第1直管部2aと、前記第1直管部2aの下端に続くU字状管部(以下、溶融部ともいう)2bとを備えている。そして、前記第1直管2aとU字状管部2bとが接続する部分の近傍に、ルツボのシリコン融液を管内に導入するための開口2e(以下、導入部ともいう)が形成されている。
また、前記横S字形状の管構造体は、前記U字状管部2bの他端に接続する逆U字状管部(以下、誘導部ともいう)2cと、前記逆U字状管部2cの他端に接続され、前記U字状管部2bの底部を越えて下方に延びる第2直管部(以下、放出部ともいう)2dとを備えている。
図2に示すように、このドーピング装置2は、全体の形状がほぼ横S字形状の管構造体から構成されている。この横S字形状の管構造体は、操作時にルツボ6内のシリコン融液面Aに対して、ほぼ垂直に配置される第1直管部2aと、前記第1直管部2aの下端に続くU字状管部(以下、溶融部ともいう)2bとを備えている。そして、前記第1直管2aとU字状管部2bとが接続する部分の近傍に、ルツボのシリコン融液を管内に導入するための開口2e(以下、導入部ともいう)が形成されている。
また、前記横S字形状の管構造体は、前記U字状管部2bの他端に接続する逆U字状管部(以下、誘導部ともいう)2cと、前記逆U字状管部2cの他端に接続され、前記U字状管部2bの底部を越えて下方に延びる第2直管部(以下、放出部ともいう)2dとを備えている。
このドーピング装置(管構造体)2は、石英ガラス、セラミックス等で構成することができるが、高純度石英ガラスで構成されることが、加工性に優れる点及び単結晶を汚染させる危険が少ない点から好ましい。
前記単結晶引上装置1を用いて、砒素やアンチモン等の固体状のドーパントをシリコン融液Aにドープさせるには、先ず、溶融部2bに、粒状砒素等の固体状ドーパントHを所定量収容する(図3(a))。
そして、単結晶引上装置1のワイヤWの下端にドーピング装置2を吊るし、ドープすべき固体状ドーパントHが昇華しない所定場所に配置する。なお、このドーピング装置2は、ワイヤWの駆動モータ等を駆動させることにより上下に移動させることができる。
そして、単結晶引上装置1のワイヤWの下端にドーピング装置2を吊るし、ドープすべき固体状ドーパントHが昇華しない所定場所に配置する。なお、このドーピング装置2は、ワイヤWの駆動モータ等を駆動させることにより上下に移動させることができる。
そして、単結晶引上装置を稼動し、ルツボ6内の原料ポリシリコンを融解した後、このドーピング装置2の開口(導入部)2eがルツボ6内のシリコン融液Aに達するまで高速で下降させ、前記開口(導入部)2eからルツボ6内のシリコン融液Aを溶融部2b内に導入する。
そして、ドーピング装置2を上昇させ、溶融部2b内に導入されたシリコン融液Aで、
固体状ドーパントを溶解させる(図3(b))。
このとき、放出部2dの下端部はルツボ6内のシリコン融液A内部に没入した状態に維持される)。従って、放出部2d内部にはその下端から侵入したシリコン融液が残留しているため、溶融部2b内の混合融液H1と放出部2d内のシリコン融液の間には密閉された空間が形成される(図3(b))。
固体状ドーパントを溶解させる(図3(b))。
このとき、放出部2dの下端部はルツボ6内のシリコン融液A内部に没入した状態に維持される)。従って、放出部2d内部にはその下端から侵入したシリコン融液が残留しているため、溶融部2b内の混合融液H1と放出部2d内のシリコン融液の間には密閉された空間が形成される(図3(b))。
そして、溶融部2b内で固体状ドーパントHの融解が終了した後、ドーピング装置2を上昇させると、ストローを吸引した時のようなサイフォン原理で、溶融部2b内の混合融液H1が誘導部2c、放出部2dを経由して、石英ルツボ6内のシリコン融液Aに供給される(図3(c))。
このように、砒素等の固体状ドーパントが溶融された混合融液H1を直接供給するため、ドーピングの効率性と確実性が向上する。
また、導入部2eから溶融部2bにシリコン融液が導入された際、砒素等の固体状ドーパントHは若干蒸発飛散するが、飛散場所が溶融部2b内に限定されるため、ドーパントの飛散物がルツボ等へ付着することはなく、単結晶化率を向上させることができる。
また、導入部2eから溶融部2bにシリコン融液が導入された際、砒素等の固体状ドーパントHは若干蒸発飛散するが、飛散場所が溶融部2b内に限定されるため、ドーパントの飛散物がルツボ等へ付着することはなく、単結晶化率を向上させることができる。
また、上記ドーピング装置2において、前記誘導部2cの下端2fは、溶融部2bの上端2gより上方に形成されている。前記溶融部2b内のドーパント・シリコン混合融液(ドーピング液)を有効にサイホン効果を働かせてルツボ内に移送するには、前記ドーピング液の表面位置が溶融部上端2gと誘導部下端2fの間に維持され、かつドーピング液が溶融部2bの管内を満たしていることが必要なためである。また、誘導部下端2fが溶融部上端部2gより上方に位置するように形成することは、シリコン融液導入時等、ドーパント・シリコン混合融液が誘導部2c、放出部2dを経由してルツボ内6に流出することを阻止する点からも必要なためである。
また、開口2eの下端2hが、溶融部の上端2gより上方に位置し、かつ前記下端2hが、誘導部の下端2fと同じ高さあるいは低い位置に設けられていることが好ましい。
仮に、開口2eの下端2hが溶融部上端2gより低く形成した場合には、導入されたシリコン融液あるいはドーピング液が再び開口から逆流して流出する。これを防止するため、開口2eの下端2hは溶融部上端2gより高い位置に形成されている。
また、開口2eの下端2hが誘導部2cの下端2fより上部にあると、開口2eからシリコン融液を導入した際、シリコン融液が溶融室2b内に止まらず、直接誘導部2c、放出部2dを介してルツボ6内のシリコン融液に放出される。これを防ぐため、開口2eの下端2hは、誘導部下端2fより低い位置(又は同一高さ)に形成されている。
仮に、開口2eの下端2hが溶融部上端2gより低く形成した場合には、導入されたシリコン融液あるいはドーピング液が再び開口から逆流して流出する。これを防止するため、開口2eの下端2hは溶融部上端2gより高い位置に形成されている。
また、開口2eの下端2hが誘導部2cの下端2fより上部にあると、開口2eからシリコン融液を導入した際、シリコン融液が溶融室2b内に止まらず、直接誘導部2c、放出部2dを介してルツボ6内のシリコン融液に放出される。これを防ぐため、開口2eの下端2hは、誘導部下端2fより低い位置(又は同一高さ)に形成されている。
更に、前記ドーピング装置2の放出部(第2直管部)2dの長さl2が、溶融部(U字状管部)2bの外周長l1の1.3倍以上の長さであることが好ましい(図2参照)。
この放出部2dの長さl2が溶融部の外周長l1より短い場合には、ドーピング液をルツボ6内のシリコン融液にドーピングする途中で、サイフォンが終了し、ドーピング液の全量をドープできなくなる場合が生ずる。これを防止し、サイフォン現象が正確に発現できるようにするためである。
この放出部2dの長さl2が溶融部の外周長l1より短い場合には、ドーピング液をルツボ6内のシリコン融液にドーピングする途中で、サイフォンが終了し、ドーピング液の全量をドープできなくなる場合が生ずる。これを防止し、サイフォン現象が正確に発現できるようにするためである。
なお、上記実施形態にあっては、ドーピング装置として図2に横S状管構造体を示したが、必ずしも図2の形態に限定されるものではなく、チャンバ内に配設できると共に固体状ドーパントの収容部を有し、該収容部にシリコン融液を導入して、固体状ドーパントを融解し、ドーパントとシリコンとの混合融液を生成させ、該混合融液をルツボ内のシリコン融液に供給することができる装置であれば、いずれの構造を有する装置であっても良い。
本発明にかかる単結晶引上装置は、半導体素子製造分野において、特にシリコンウエハ製造用のシリコン単結晶インゴットの製造に有効に使用できる。
1 単結晶引上装置
2 ドーピング装置
2a 第1直管部
2b 溶融部(U字状管部)
2c 誘導部(逆U字状管部)
2d 放出部(第2直管部)
2e 導入部(開口)
2f 誘導部下端
2g 溶融部上端
2h 開口下端
3 ヒータ
4 断熱材
5 チャンバ
6 ルツボ
A シリコン融液
H 固体状ドーパント
l1 溶融部外周長
l2 放出部長
2 ドーピング装置
2a 第1直管部
2b 溶融部(U字状管部)
2c 誘導部(逆U字状管部)
2d 放出部(第2直管部)
2e 導入部(開口)
2f 誘導部下端
2g 溶融部上端
2h 開口下端
3 ヒータ
4 断熱材
5 チャンバ
6 ルツボ
A シリコン融液
H 固体状ドーパント
l1 溶融部外周長
l2 放出部長
Claims (2)
- ルツボ内にシリコン融液を形成し、前記シリコン融液からシリコン単結晶を引き上げる単結晶引上装置において、
固体状ドーパントを収容するドーパント収容部と、前記ドーパント収容部にルツボ内のシリコン融液を導入する導入部と、前記導入部から導入されたシリコン融液によって生成されたドーパントとシリコンとの混合融液をルツボ内のシリコン融液に供給する放出部とを有するドーピング装置を備えていることを特徴とする単結晶引上装置。 - 前記ドーピング装置が、ルツボ内のシリコン融液面に対しほぼ垂直に配置される第1直管部と、前記第1直管部の下端に接続され、固体状ドーパントを収容するU字状管部と、前記U字状管部の他端に接続された逆U字状管部と、前記逆U字状管部の他端に接続され、前記U字状管部の底部を越えて下方に延設された第2直管部と、前記第1直管とU字状管部の接続部近傍に形成され、シリコン融液を導入する開口とを備えた管構造体からなり、前記開口からU字状管部にシリコン融液を導入し、前記U字状管部においてドーパントとシリコンの混合融液を生成し、前記第2直管部からドーパントとシリコンとの混合融液をルツボ内のシリコン融液に供給することを特徴とする請求項1に記載された単結晶引上装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Effective date: 20070711 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 |
|
A072 | Dismissal of procedure |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A072 Effective date: 20071030 |