JP2008087981A

JP2008087981A - Method for injecting dopant and n-type silicon single crystal

Info

Publication number: JP2008087981A
Application number: JP2006267264A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Kawazoe; 真一川添; Yasuto Narushima; 康人鳴嶋; Toshimichi Kubota; 利通久保田
Original assignee: Sumco Techxiv Corp
Current assignee: Sumco Techxiv Corp
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2008-04-17

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for injecting a dopant which allows the manufacture of a semiconductor wafer having a desired resistance value. SOLUTION: In a method for injecting a dopant where a volatile dopant is injected into a semiconductor melt, a doping apparatus 2 equipped with a stocking part 221 which stocks a solid dopant and a tubular part 222 which receives the gas emitted from the stocking part 221 and introduces the gas into the melt by opening its lower end face is used, and the sublimation rate of the dopant in the stocking part 221 is regulated to be 10-50 g/min. As the flow rate of the evaporated dopant gas is controlled by regulating the sublimation rate of the dopant in the stocking part 221 to be 10-50 g/min, blow-off of the melt is avoided when the gas is blown into the melt. COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、ドーパントの注入方法及びＮ型シリコン単結晶に関する。 The present invention relates to a dopant implantation method and an N-type silicon single crystal.

従来から、半導体シリコンウェハの抵抗値を調整するために、Ｎ型シリコン単結晶の成長工程において、リンや、砒素等の微量元素（ドーパント）がドーピングされている。
チョクラルスキー法によって製造されるシリコン単結晶に対するドーピングは、微量元素が揮発したガスをシリコン融液に吹き付ける方法（例えば、特許文献１参照）や、固体状態の微量元素をシリコン融液に直接投入する方法（例えば、特許文献２参照）で行なわれている。
微量元素のガスをシリコン融液に吹き付ける方法では、ドーピング装置の収容部内に固体状態の微量元素を収容し、この固体状態の微量元素を引き上げ装置のチャンバ内の高温雰囲気下で気化させて、微量元素のガスをシリコン融液の液面に吹き付けている。
また、固体状態の微量元素をシリコン融液に直接投入する方法は、上部及び側部が密閉され、下部に格子状の網部が形成されたドーピング装置である注入管の中に固体状態の微量元素を入れ、注入管の下部をシリコン融液に浸漬させて、シリコン融液の温度により、微量元素を気化させるものである。 Conventionally, in order to adjust the resistance value of a semiconductor silicon wafer, a trace element (dopant) such as phosphorus or arsenic is doped in the growth process of an N-type silicon single crystal.
Doping on a silicon single crystal produced by the Czochralski method can be performed by spraying a gas in which trace elements have been volatilized onto the silicon melt (see, for example, Patent Document 1), or by directly putting a trace element in a solid state into the silicon melt. (For example, refer to Patent Document 2).
In the method of spraying a trace element gas onto the silicon melt, a trace element in a solid state is accommodated in the accommodating portion of the doping apparatus, and the trace element in the solid state is vaporized in a high-temperature atmosphere in the chamber of the pulling apparatus, Elemental gas is sprayed onto the surface of the silicon melt.
In addition, a method of directly feeding a trace element in a solid state into a silicon melt is a method in which a trace amount in a solid state is placed in an injection tube which is a doping apparatus in which an upper part and a side part are sealed and a lattice-like net part is formed in a lower part. An element is put, the lower part of the injection tube is immersed in a silicon melt, and trace elements are vaporized depending on the temperature of the silicon melt.

特開２００１−３４２０９４号公報（第３〜第６頁、図１，２）JP 2001-342094 A (3rd to 6th pages, FIGS. 1 and 2) 特開２００４−１３７１４０号公報（第５〜７頁、図４）JP 2004-137140 A (pages 5-7, FIG. 4)

しかしながら、前述した何れのドーパントの注入方法においても、所望の抵抗値を有する半導体ウェハを製造することが困難であるという問題がある。 However, any of the dopant implantation methods described above has a problem that it is difficult to manufacture a semiconductor wafer having a desired resistance value.

本発明の目的は、所望の抵抗値を有する半導体ウェハを製造することが可能なドーパントの注入方法及びこのドーパントの注入方法によって製造されたＮ型シリコン単結晶を提供することである。 An object of the present invention is to provide a dopant injection method capable of manufacturing a semiconductor wafer having a desired resistance value, and an N-type silicon single crystal manufactured by this dopant injection method.

本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、上述したドーパントの注入方法では、シリコン融液の熱が微量元素の昇華温度よりも非常に大きいため、微量元素が一気に昇華し、微量元素のガスがシリコン融液に勢いよく吹き付けられることとなると推測される。微量元素のガスの吹き付け流量が非常に多く、吹き付け圧力が非常に高くなるため、勢いよくドーパントガスが出過ぎて、ドーパントが融液に溶解する時間的な余裕がなくなり、投入したドーパントの中のわずかな量しか融液にとけ込まず、吸収率が悪化してしまう。さらに吹き飛ばしたシリコンが単結晶化を阻害し、所望の抵抗値を有する半導体ウェハを製造することが困難となるという問題がある。
本発明はこのような知見に基づいて案出されたものである。
本発明のドーパントの注入方法は、半導体融液中に、揮発性ドーパントを注入するドーパントの注入方法であって、固体状態のドーパントを収容する収容部と、前記収容部から排出されたガスが導入されるとともに、下端面が開口しており、前記ガスを融液に導く筒状部とを備えたドーピング装置を使用して行なわれ、前記収容部内のドーパントの昇華速度が１０ｇ／min以上、５０ｇ／min以下であることを特徴とする。 As a result of extensive research by the present inventors, in the dopant injection method described above, the heat of the silicon melt is much higher than the sublimation temperature of the trace element, so the trace element sublimates all at once, and the trace element gas is generated. It is estimated that the silicon melt will be sprayed vigorously. Since the flow rate of the trace element gas is very large and the spray pressure becomes very high, the dopant gas is excessively discharged, and there is no time for the dopant to dissolve in the melt. Only a small amount is absorbed into the melt, and the absorption rate is deteriorated. Further, there is a problem that the blown silicon hinders single crystallization, and it becomes difficult to manufacture a semiconductor wafer having a desired resistance value.
The present invention has been devised based on such knowledge.
The dopant injection method of the present invention is a dopant injection method for injecting a volatile dopant into a semiconductor melt, wherein a storage part for storing a solid state dopant and a gas discharged from the storage part are introduced. And a lower end face is opened, and a doping apparatus having a cylindrical portion for guiding the gas to the melt is used. The sublimation rate of the dopant in the accommodating portion is 10 g / min or more and 50 g. / Min or less.

ここで、本発明では、ドーピング装置の筒状部を融液に浸漬させてドーピングしてもよく、また、筒状部を浸漬させずに、ドーピングしてもよい。
このような本発明によれば、収容部内のドーパントガスの昇華速度を１０ｇ／min以上、５０ｇ／min以下としており、揮発したドーパントガスの流量を制御しているため、ガスを融液に吹き付けた際に、融液が吹き飛んでしまうことがない。
また、勢いよくドーパントガスが出過ぎて、ドーパントが融液に溶解する時間的な余裕がなくなることもなく、融液にドーパントを十分にとけ込ませることができるため、吸収率が悪化することもない。さらに、吹き飛ばされたシリコンが単結晶化を阻害し、所望の抵抗値を有する半導体ウェハを製造することが困難となるということもない。 Here, in the present invention, doping may be performed by immersing the cylindrical portion of the doping apparatus in the melt, or doping without immersing the cylindrical portion.
According to the present invention, since the sublimation rate of the dopant gas in the accommodating portion is set to 10 g / min or more and 50 g / min or less and the flow rate of the volatilized dopant gas is controlled, the gas is sprayed on the melt. At this time, the melt does not blow off.
In addition, the dopant gas is vigorously emitted and the time for the dopant to dissolve in the melt is not lost, and the dopant can be sufficiently absorbed into the melt, so that the absorption rate does not deteriorate. . Further, the blown silicon does not hinder single crystallization, and it does not become difficult to manufacture a semiconductor wafer having a desired resistance value.

この際、本発明では、前記半導体融液はシリコンの融液であり、前記ドーピング装置は、前記収容部の上方に設けられ、収容部の上方から下方に向かって流れる不活性ガスが前記収容部に直接吹き付けられるのを防止する吹き付け防止部材を有するとともに、前記融液が入った坩堝を収容した引き上げ装置のチャンバ内に配置されており、ドーパントを注入する際に、以下の（Ａ）〜（Ｃ）の条件を満たすことが好ましい。
（Ａ）前記融液の温度が、シリコンの融点以上、融点＋６０℃以下
（Ｂ）前記ドーピング装置の収容部の上方から下方に向かって流れる不活性ガスの流量が５０Ｌ／min以上、４００Ｌ／min以下
（Ｃ）チャンバ内の圧力が５３３２Ｐａ（４０Torrを換算した値）以上、７９９８０Ｐａ（６００Torrを換算した値）以下 In this case, in the present invention, the semiconductor melt is a silicon melt, the doping apparatus is provided above the housing portion, and an inert gas that flows downward from above the housing portion is supplied to the housing portion. And a spray preventing member that prevents direct spraying on the material, and is disposed in a chamber of a lifting device that accommodates the crucible containing the melt, and when the dopant is implanted, the following (A) to ( It is preferable to satisfy the condition of C).
(A) The temperature of the melt is not less than the melting point of silicon and not more than the melting point + 60 ° C. (B) The flow rate of the inert gas flowing from the upper side to the lower side of the accommodating portion of the doping apparatus is 50 L / min or more and 400 L / min. (C) The pressure in the chamber is 5332 Pa (value converted to 40 Torr) or more and 79980 Pa (value converted to 600 Torr) or less.

融液の温度をシリコンの融点未満とした場合には、ドーパントガスが吸収されにくくなる可能性がある。一方で、融液の温度を融点＋６０℃を超えるものとした場合には、融液が沸騰してしまうおそれがある。また、融液に吸収されたドーパントガスの蒸発を促進することとなり、ドーパントの吸収効率が低下する可能性がある。 When the temperature of the melt is lower than the melting point of silicon, the dopant gas may be difficult to be absorbed. On the other hand, when the temperature of the melt exceeds the melting point + 60 ° C., the melt may be boiled. Further, evaporation of the dopant gas absorbed in the melt is promoted, and the dopant absorption efficiency may be reduced.

また、チャンバ内の圧力を５３３２Ｐａ（４０Torrを換算した値）未満とした場合には、融液に溶解したドーパントが揮発しやすくなる可能性がある。
一方で、チャンバ内の圧力を７９９８０Ｐａ（６００Torrを換算した値）を超えるものとした場合には、チャンバを高い耐圧性、耐熱性を有するものとしなければならず、コストがかかる。
さらに、ドーピング装置の収容部の上方から下方に向かって流れる不活性ガスの流量を５０Ｌ／min以上、４００Ｌ／min以下とすることで、収容部を不活性ガスにより冷却することが可能となり、収容部内のドーパントの昇華速度を調整することができる。
なお、不活性ガスの流量を４００Ｌ／minを超えるものとした場合には、収容部が冷却されすぎて、ドーパントが揮発しなくなる可能性がある。 Further, when the pressure in the chamber is less than 5332 Pa (a value obtained by converting 40 Torr), the dopant dissolved in the melt may easily volatilize.
On the other hand, if the pressure in the chamber exceeds 79980 Pa (value obtained by converting 600 Torr), the chamber must have high pressure resistance and heat resistance, which is costly.
Furthermore, by setting the flow rate of the inert gas flowing from the upper part to the lower part of the doping part of the doping apparatus to 50 L / min or more and 400 L / min or less, the container part can be cooled by the inert gas, and The sublimation speed of the dopant in the part can be adjusted.
In addition, when the flow rate of the inert gas is set to exceed 400 L / min, there is a possibility that the accommodating part is cooled too much and the dopant does not volatilize.

また、本発明では、前記半導体融液はシリコンの融液であり、前記ドーピング装置は、前記収容部の上方に設けられ、収容部の上方から下方に向かって流れる不活性ガスが前記収容部に直接吹き付けられるのを防止する吹き付け防止部材を有するとともに、前記融液が入った坩堝を収容した引き上げ装置のチャンバ内に配置されており、ドーパントを注入する際に、以下の（Ｄ）〜（Ｆ）の条件を満たすことが好ましい。
（Ｄ）前記融液の温度が、シリコンの融点以上、融点＋６０℃以下
（Ｅ）前記ドーピング装置の収容部の上方から下方に向かって流れる不活性ガスの流量が５０Ｌ／min以上、４００Ｌ／min以下
（Ｆ）チャンバ入口の不活性ガスの流速が、０．０５m/s以上、０．２m/s以下
ここで、チャンバ入口とは、チャンバ３０及び引き上げチャンバとの境界部分を意味する。
このような本発明によれば、チャンバ入口の流速を上記のようにコントロールすることにより、ドーパントの昇華速度を適切な範囲とすることができるため、融液が吹き飛んでしまうことがない。 In the present invention, the semiconductor melt is a silicon melt, and the doping apparatus is provided above the housing portion, and an inert gas that flows downward from above the housing portion is supplied to the housing portion. While having a spray preventing member which prevents direct spraying, it is arrange | positioned in the chamber of the raising apparatus which accommodated the crucible containing the said melt, and when inject | pouring a dopant, the following (D)-(F It is preferable that the condition of
(D) The temperature of the melt is not lower than the melting point of silicon and not higher than the melting point + 60 ° C. (E) The flow rate of the inert gas flowing from the upper side to the lower side of the accommodating portion of the doping apparatus is 50 L / min or more and 400 L / min. Hereinafter, (F) the flow rate of the inert gas at the chamber inlet is 0.05 m / s or more and 0.2 m / s or less. Here, the chamber inlet means a boundary portion between the chamber 30 and the pulling chamber.
According to the present invention, the flow rate at the inlet of the chamber is controlled as described above, so that the dopant sublimation rate can be within an appropriate range, so that the melt does not blow off.

本発明では、前記筒状部の前記開口の径が２０ｍｍ以上であることが好ましい。
筒状部の前記開口、すなわち、ガスの排出口の径を２０ｍｍ以上とすることで、前記収容部内のドーパントの昇華速度が１０ｇ／min以上、５０ｇ／min以下とした場合に、ドーパントの揮発したガスが融液に勢い良く吹き付けられることを確実に防止することができ、融液の吹き飛びをより確実に防止することができる。 In this invention, it is preferable that the diameter of the said opening of the said cylindrical part is 20 mm or more.
When the diameter of the opening of the cylindrical portion, that is, the gas discharge port is 20 mm or more, the dopant is volatilized when the sublimation rate of the dopant in the housing portion is 10 g / min or more and 50 g / min or less. It is possible to surely prevent the gas from being blown to the melt vigorously, and it is possible to more reliably prevent the melt from being blown off.

さらに、本発明では、例えば、前記ドーピング装置の収容部内に収容されたドーパントの位置が融液の表面から３００ｍｍ以上上方であることが好ましい。
ドーピングする際に、ドーパントの位置を融液の表面から、非常に近い位置に設置した場合には、融液の熱により温まって、度が高くなった雰囲気中にドーパントを設置することとなり、ドーパントの昇華速度の制御が難しくなる可能性がある。
本実施形態では、ドーパントの位置を融液の表面から３００ｍｍ以上上方とすることで、ドーパントの昇華速度を確実に制御することができる。 Furthermore, in the present invention, for example, the position of the dopant accommodated in the accommodating portion of the doping apparatus is preferably 300 mm or more above the surface of the melt.
When doping, if the position of the dopant is set very close to the surface of the melt, the dopant is placed in an atmosphere heated by the heat of the melt and increased in degree. It may be difficult to control the sublimation speed.
In this embodiment, the sublimation speed of the dopant can be reliably controlled by setting the position of the dopant to be 300 mm or more above the surface of the melt.

本発明では、前記融液のドーパントガスが吹き付けられる部分を攪拌しながら、前記ドーパントガスを注入することが好ましい。
このような本発明では、融液のうち、ドーパントガスが吹き付けられる部分を攪拌しながら、ドーパントガスを注入しているため、ガスが接触する融液が常に同じものではなく、常時更新されることとなる。そのため、ガスが溶解していない融液にガスを効率よく接触させることができ、ドーピング効率を向上させることができる。 In this invention, it is preferable to inject | pour the said dopant gas, stirring the part to which the dopant gas of the said melt is sprayed.
In the present invention, since the dopant gas is injected while stirring the portion of the melt to which the dopant gas is sprayed, the melt in contact with the gas is not always the same and is constantly updated. It becomes. Therefore, the gas can be efficiently contacted with the melt in which the gas is not dissolved, and the doping efficiency can be improved.

本発明では、前記ドーピング装置は、前記収容部の下方を覆い、前記融液からの輻射熱を遮断する複数の熱遮蔽部材を備え、前記複数の熱遮蔽部材の位置及び枚数を調整してドーパントの注入が行われるのが好ましい。
このような本発明では、熱遮蔽部材の位置及び枚数を調整することにより、収容部内のドーパントの昇華速度を調整できるため、ドーパントを所望の昇華速度に設定することができる。 In the present invention, the doping apparatus includes a plurality of heat shielding members that cover a lower portion of the housing portion and shield radiant heat from the melt, and adjust the positions and the number of the plurality of heat shielding members to adjust the amount of dopant. An injection is preferably performed.
In such this invention, since the sublimation speed of the dopant in an accommodating part can be adjusted by adjusting the position and number of heat shielding members, a dopant can be set to a desired sublimation speed.

さらに、本発明では、前記ドーピング装置は、前記収容部及び前記筒状部を備える内管と、前記内管を収容するとともに、下端面が開口し、この開口と対向配置された上面部、及びこの上面部の周縁から融液側に延びる筒状の側面部を有する外管とを備え、前記外管の下端部は、前記内管の筒状部の下端部よりも融液側に突出するとともに、貫通孔が形成され、前記内管の筒状部を融液に浸漬させずに、前記外管の側面部の下端部を融液に浸漬し、前記ドーピング装置及び／又は融液が入った坩堝を駆動することで、前記貫通孔を介して前記融液が前記外管内側に向かって導入され、或いは、前記貫通孔を介して前記外管内側から融液が排出され、前記融液のドーパントガスが吹き付けられる部分が攪拌されることが好ましい。 Furthermore, in the present invention, the doping apparatus includes an inner tube including the accommodating portion and the cylindrical portion, an upper surface portion that accommodates the inner tube, has an open lower end surface, and is opposed to the opening, and An outer tube having a cylindrical side surface portion extending from the peripheral edge of the upper surface portion to the melt side, and a lower end portion of the outer tube protrudes more toward the melt side than a lower end portion of the cylindrical portion of the inner tube. In addition, a through-hole is formed, and the lower end portion of the side portion of the outer tube is immersed in the melt without immersing the cylindrical portion of the inner tube in the melt, and the doping apparatus and / or the melt enters. By driving the crucible, the melt is introduced toward the inner side of the outer tube through the through-hole, or the melt is discharged from the inner side of the outer tube through the through-hole. It is preferable that the portion to which the dopant gas is sprayed is stirred.

このような本発明では、ドーピング装置の内管よりも融液側に突出した外管を備えており、内管の筒状部から排出されたガスは、外管に導入されることとなる。この外管に貫通孔が形成されており、ドーピング装置及び／又は融液が入った坩堝を駆動することで、貫通孔を介して融液が外管内側に向かって導入或いは外管内側から排出されて融液が攪拌されるため、筒状部内側の融液（ガスと接触する融液）が攪拌により入れ替わることとなる。
そのため、外管内のガスが融液に溶解しやすくなり、ドーピング効率を向上させることができる。 In the present invention as described above, an outer tube protruding from the inner tube of the doping apparatus to the melt side is provided, and the gas discharged from the cylindrical portion of the inner tube is introduced into the outer tube. A through hole is formed in the outer tube, and by driving a doping apparatus and / or a crucible containing the melt, the melt is introduced into or discharged from the outer tube through the through hole. Since the melt is stirred, the melt inside the cylindrical portion (the melt in contact with the gas) is replaced by stirring.
Therefore, the gas in the outer tube is easily dissolved in the melt, and the doping efficiency can be improved.

また、本発明は、前述したいずれかのドーパントの注入方法によって製造された抵抗率３ｍΩ・ｃｍ以下のＮ型シリコン単結晶であることを特徴とする。
このような本発明によれば、前述したドーパントの注入方法により、シリコン単結晶を製造することにより、抵抗率３ｍΩ・ｃｍ以下のＮ型シリコン単結晶という低抵抗率のシリコン単結晶を安定して製造することができる。 In addition, the present invention is characterized in that it is an N-type silicon single crystal having a resistivity of 3 mΩ · cm or less manufactured by any of the aforementioned dopant implantation methods.
According to the present invention, by manufacturing the silicon single crystal by the dopant injection method described above, a low resistivity silicon single crystal having a resistivity of 3 mΩ · cm or less can be stably obtained. Can be manufactured.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
[1．第一実施形態]
図１〜図２を参照して、第一実施形態を説明する。
図１には、本実施形態の引き上げ装置が開示されている。図２には、前記引き上げ装置のドーピング装置の断面図が開示されている。
引き上げ装置１は、引き上げ装置本体３と、ドーピング装置２とを有する。
引き上げ装置本体３は、チャンバ３０と、このチャンバ３０内に配置された坩堝３１と、この坩堝３１に熱を放射して加熱する加熱部３２と、引き上げ部３３と、シールド３４と、断熱筒３５とを備える。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[1. First embodiment]
The first embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 discloses a lifting device according to the present embodiment. FIG. 2 discloses a cross-sectional view of a doping apparatus of the pulling apparatus.
The pulling device 1 includes a pulling device main body 3 and a doping device 2.
The lifting device main body 3 includes a chamber 30, a crucible 31 disposed in the chamber 30, a heating unit 32 that radiates and heats the crucible 31, a lifting unit 33, a shield 34, and a heat insulating cylinder 35. With.

チャンバ３０内には上方から下方に向かって不活性ガス、例えば、アルゴンガスが導入される。不活性ガスは、チャンバ３０の上部の引き上げ部３３で囲まれた引き上げチャンバから供給され、以下の説明でチャンバ入口とは、チャンバ３０及び引き上げチャンバの境界部分を意味する。
また、チャンバ３０内の圧力は制御可能となっている。ドーピングを行なう際には、チャンバ３０内の不活性ガスの流速を０．０５m/s以上、０．２m/s以下、圧力を、５３３２Ｐａ（４０Torrを換算した値）以上、７９９８０Ｐａ（６００Torrを換算した値）以下とする。
坩堝３１は、半導体ウェハの原料である多結晶のシリコンを融解し、シリコンの融液とするものである。坩堝３１は、有底の円筒形状の石英製の第一坩堝３１１と、この第一坩堝３１１の外側に配置され、第一坩堝３１１を収納する黒鉛製の第二坩堝３１２とを備えている。坩堝３１は、所定の速度で回転する支持軸３６に支持されている。
加熱部３２は、坩堝３１の外側に配置されており、坩堝３１を加熱して、坩堝３１内のシリコンを融解する。
引き上げ部３３は、坩堝３１上部に配置されており、種子結晶又はドーピング装置２が取り付けられる。引き上げ部３３は回転可能に構成されている。
断熱筒３５は、坩堝３１及び加熱部３２の周囲を取り囲むように配置されている。
シールド３４は、加熱部３２からドーピング装置２に向かって放射される輻射熱を遮断する熱遮蔽用シールドである。このシールド３４は、ドーピング装置２の周囲を取り巻くように配置されており、融液の表面を覆うように設置されている。このシールド３４は、下端側の開口部が上端側の開口部より小さくなった円錐形状となっている。 An inert gas such as argon gas is introduced into the chamber 30 from the top to the bottom. The inert gas is supplied from a pulling chamber surrounded by a pulling portion 33 at the upper part of the chamber 30. In the following description, the chamber inlet means a boundary portion between the chamber 30 and the pulling chamber.
Further, the pressure in the chamber 30 can be controlled. When doping is performed, the flow rate of the inert gas in the chamber 30 is 0.05 m / s or more and 0.2 m / s or less, the pressure is 5332 Pa (a value obtained by converting 40 Torr) or more, and 79980 Pa (600 Torr is converted). Value) or less.
The crucible 31 melts polycrystalline silicon, which is a raw material of a semiconductor wafer, to form a silicon melt. The crucible 31 includes a bottomed cylindrical quartz-made first crucible 311 and a graphite-made second crucible 312 which is disposed outside the first crucible 311 and accommodates the first crucible 311. The crucible 31 is supported by a support shaft 36 that rotates at a predetermined speed.
The heating unit 32 is disposed outside the crucible 31 and heats the crucible 31 to melt the silicon in the crucible 31.
The pulling unit 33 is disposed on the upper part of the crucible 31 and the seed crystal or the doping apparatus 2 is attached thereto. The pulling portion 33 is configured to be rotatable.
The heat insulating cylinder 35 is disposed so as to surround the crucible 31 and the heating unit 32.
The shield 34 is a heat shielding shield that blocks radiant heat radiated from the heating unit 32 toward the doping apparatus 2. The shield 34 is disposed so as to surround the periphery of the doping apparatus 2 and is disposed so as to cover the surface of the melt. The shield 34 has a conical shape in which the opening on the lower end side is smaller than the opening on the upper end side.

ドーピング装置２は、固体状態のドーパントを揮発させて、坩堝３１内のシリコンの融液にドープさせるためのものである。
ここで、ドーパントとしては、例えば、赤燐、砒素等があげられる。
このドーピング装置２は、外管２１と、外管２１内部に配置される内管２２と、熱遮蔽部材２３とを備える。
外管２１は、下端面が開口し、上端面が閉鎖された有底の筒型形状であり、上端面を構成する上面部２１１と、この上面部２１１の外周縁から下方に延びる側面部２１２とを備えている。本実施形態では、外管２１の側面部２１２は、円柱状となっている。この外管２１の材質としては、例えば、透明石英が挙げられる。
外管２１の高さ寸法Ｔは、例えば、４５０ｍｍである。また、外管２１の側面部２１２の径Ｒは、１００ｍｍ以上、引き上げ結晶径の１．３倍以下であることが好ましく、例えば１５０ｍｍである。
外管２１の上面部２１１には、上面部２１１から上方に突出した支持部２４が設けられており、この支持部２４を引き上げ装置１の引き上げ部３３に取り付けることで、外管２１が引き上げ装置１に保持されることとなる。
また、この外管２１の上面部２１１は、後述する内管２２の収容部２２１の上方を覆うものである。この上面部２１１は、チャンバ３０内を上方から下方に向かって、換言すると、収容部２２１の上方から下方に向かって流れる前述した不活性ガスが収容部２２１に直接吹き付けられるのを防止する吹き付け防止部材としての役割を果たす。 The doping apparatus 2 is for volatilizing a dopant in a solid state and doping the silicon melt in the crucible 31.
Here, examples of the dopant include red phosphorus and arsenic.
The doping apparatus 2 includes an outer tube 21, an inner tube 22 disposed inside the outer tube 21, and a heat shielding member 23.
The outer tube 21 has a bottomed cylindrical shape with an open lower end surface and a closed upper end surface, and an upper surface portion 211 constituting the upper end surface and a side surface portion 212 extending downward from the outer peripheral edge of the upper surface portion 211. And. In the present embodiment, the side surface portion 212 of the outer tube 21 has a cylindrical shape. Examples of the material of the outer tube 21 include transparent quartz.
The height dimension T of the outer tube 21 is, for example, 450 mm. Further, the diameter R of the side surface portion 212 of the outer tube 21 is preferably 100 mm or more and 1.3 times or less of the pulled crystal diameter, for example, 150 mm.
The upper surface portion 211 of the outer tube 21 is provided with a support portion 24 that protrudes upward from the upper surface portion 211. By attaching the support portion 24 to the lifting portion 33 of the lifting device 1, the outer tube 21 is lifted. 1 will be held.
Further, the upper surface portion 211 of the outer tube 21 covers the upper portion of the accommodating portion 221 of the inner tube 22 described later. The upper surface portion 211 prevents the above-described inert gas flowing from the upper side to the lower side of the housing portion 221 from being directly blown to the housing portion 221 in the chamber 30 from the upper side to the lower side. It plays a role as a member.

内管２２は、収容部２２１と、この収容部２２１に接続され、収容部２２１に連通する筒状部２２２とを備える。
内管２２の材質としては、例えば、透明石英があげられる。
収容部２２１は、固体状態のドーパントを収容する部分であり、中空の円柱形状となっている。この収容部２２１は、平面略円形形状の上面部２２１Ａ、この上面部２２１Ａに対向配置される底面部２２１Ｂ、上面部２２１Ａ及び底面部２２１Ｂの外周縁間に配置される側面部２２１Ｃを有する。
底面部２２１Ｂの中央には、開口が形成されており、この開口の周囲の底面部２２１Ｂ上に固体状態のドーパントが配置される。そして、固体状態のドーパントが揮発すると、ドーパントガスが前記開口から排出されることとなる。なお、前記開口の周囲には固体状態のドーパントが落下するのを防止するための落下防止壁２２１Ｂ１が形成されている。
また、この収容部２２１に収容されたドーパントの位置は、融液の表面から例えば、３００ｍｍ以上上方となる。
側面部２２１Ｃには、収容部２２１外方に向かって突出した断面略Ｔ字形状の支持片２２１Ｃ１が形成されている。この支持片２２１Ｃ１を外管２１の内周面に形成された支持部２１２Ａに載置することで、内管２２が外管２１に支持されることとなる。 The inner tube 22 includes a housing portion 221 and a cylindrical portion 222 that is connected to the housing portion 221 and communicates with the housing portion 221.
An example of the material of the inner tube 22 is transparent quartz.
The accommodating part 221 is a part which accommodates the solid state dopant, and has a hollow cylindrical shape. The accommodating portion 221 has a top surface portion 221A having a substantially circular plane shape, a bottom surface portion 221B disposed opposite to the upper surface portion 221A, and a side surface portion 221C disposed between outer peripheral edges of the upper surface portion 221A and the bottom surface portion 221B.
An opening is formed at the center of the bottom surface portion 221B, and a solid state dopant is disposed on the bottom surface portion 221B around the opening. And if a dopant of a solid state volatilizes, dopant gas will be discharged | emitted from the said opening. A fall prevention wall 221B1 is formed around the opening to prevent the solid dopant from falling.
Moreover, the position of the dopant accommodated in the accommodating portion 221 is, for example, 300 mm or more above the surface of the melt.
A support piece 221 C 1 having a substantially T-shaped cross section protruding outward from the housing portion 221 is formed on the side surface portion 221 C. By placing the support piece 221 C 1 on the support portion 212 A formed on the inner peripheral surface of the outer tube 21, the inner tube 22 is supported by the outer tube 21.

筒状部２２２は、上端面及び下端面が開口した円柱状の部材であり、上端部は、収容部２２１の底面部２２１Ｂの開口に接続されている。
筒状部２２２の径は、外管２１の径よりも小さくなっており、筒状部２２２の外周面と、外管２１の内周面との間には、隙間が形成される。
本実施形態では、筒状部２２２は、収容部２２１の開口に接続される第一筒状部２２２Ａと、この第一筒状部２２２Ａに接続され、下方に延びる第二筒状部２２２Ｂとを備える。
第一筒状部２２２Ａは、収容部２２１と一体的に構成されており、第一筒状部２２２Ａと第二筒状部２２２Ｂとは別体となっている。
第一筒状部２２２Ａには、第一筒状部２２２Ａの周方向に沿ってリング状の複数の溝２２２Ａ１が形成されている。本実施形態では３つの溝２２２Ａ１が形成されている。この溝２２２Ａ１は、後述する熱遮蔽部材２３の熱遮蔽板２３１を支持するためのものである。
第二筒状部２２２Ｂは、径が２０ｍｍ以上、１５０ｍｍ以下である。本実施形態の第二筒状部２２２Ｂは円筒形状であるため、ドーパントガスの排出口の径も２０ｍｍ以上、１５０ｍｍ以下となる。内管２２を外管２１に保持させた際に、外管２１の下端部先端は、第二筒状部２２２Ｂの下端部先端よりも下方（融液側）に突出する。 The cylindrical portion 222 is a columnar member having an upper end surface and a lower end surface opened, and the upper end portion is connected to the opening of the bottom surface portion 221 B of the housing portion 221.
The diameter of the cylindrical portion 222 is smaller than the diameter of the outer tube 21, and a gap is formed between the outer peripheral surface of the cylindrical portion 222 and the inner peripheral surface of the outer tube 21.
In the present embodiment, the cylindrical part 222 includes a first cylindrical part 222A connected to the opening of the accommodating part 221 and a second cylindrical part 222B connected to the first cylindrical part 222A and extending downward. Prepare.
The first cylindrical portion 222A is configured integrally with the accommodating portion 221, and the first cylindrical portion 222A and the second cylindrical portion 222B are separate bodies.
The first cylindrical portion 222A is formed with a plurality of ring-shaped grooves 222A1 along the circumferential direction of the first cylindrical portion 222A. In the present embodiment, three grooves 222A1 are formed. The groove 222A1 is for supporting a heat shield plate 231 of the heat shield member 23 described later.
The second cylindrical portion 222B has a diameter of 20 mm or more and 150 mm or less. Since the 2nd cylindrical part 222B of this embodiment is cylindrical shape, the diameter of the discharge port of dopant gas will also be 20 mm or more and 150 mm or less. When the inner tube 22 is held by the outer tube 21, the lower end tip of the outer tube 21 protrudes downward (melt side) from the lower end tip of the second cylindrical part 222B.

熱遮蔽部材２３は、収容部２２１の下方を覆い、融液からの輻射熱を遮断するためのものである。熱遮蔽部材２３は、複数枚（例えば、５枚）の平面略円形形状の熱遮蔽板２３１を有している。
ここで、熱遮蔽板２３１の枚数は、融液に吹き付けられるドーパントガスの流量が３〜１５Ｌ／minとなるように適宜設定すればよい。筒状部２２２の下端から流れ出るガスの流量は、融液から蒸発するドーパントガスの流量よりも多くなっている。
また、収容部２２１に収納されたドーパントの昇華速度が、１０〜５０ｇ／minとなるように熱遮蔽板２３１の枚数及び位置を適宜設定するのがよい。
熱遮蔽板２３１は、外管２１の内径と略同じ外径を有し、中央には、筒状部２２２を挿入するための孔２３１１が形成されている。この熱遮蔽板２３１は、内管２２の筒状部２２２と、外管２１との間の隙間を遮蔽するように略水平に配置され、各熱遮蔽板２３１は互いに略平行となっている。 The heat shielding member 23 covers the lower part of the housing portion 221 and blocks radiant heat from the melt. The heat shielding member 23 has a plurality of (for example, five) heat shielding plates 231 having a substantially circular planar shape.
Here, the number of the heat shielding plates 231 may be set as appropriate so that the flow rate of the dopant gas sprayed on the melt is 3 to 15 L / min. The flow rate of the gas flowing out from the lower end of the cylindrical portion 222 is larger than the flow rate of the dopant gas evaporating from the melt.
In addition, it is preferable to appropriately set the number and position of the heat shielding plates 231 so that the sublimation rate of the dopant stored in the storage unit 221 is 10 to 50 g / min.
The heat shielding plate 231 has substantially the same outer diameter as the inner diameter of the outer tube 21, and a hole 2311 for inserting the cylindrical portion 222 is formed in the center. The heat shield plate 231 is arranged substantially horizontally so as to shield the gap between the cylindrical portion 222 of the inner tube 22 and the outer tube 21, and the heat shield plates 231 are substantially parallel to each other.

本実施形態では、５枚の熱遮蔽板２３１のうち、融液側に近い２枚の熱遮蔽板２３１Ａは、黒鉛部材によって構成され、収容部２２１に近い３枚の熱遮蔽板２３１Ｂは、石英部材によって構成されている。 In the present embodiment, of the five heat shield plates 231, two heat shield plates 231 A close to the melt side are made of a graphite member, and the three heat shield plates 231 B close to the housing portion 221 are made of quartz. It is comprised by the member.

これらの複数枚の熱遮蔽板２３１は、筒状部２２２の下端部側から、２枚の熱遮蔽板２３１Ａ、３枚の熱遮蔽板２３１Ｂの順で配置される。
熱遮蔽板２３１Ａは、その外周縁が外管２１の内側に形成された突起２１２Ｂに支持される。融液に最も近い熱遮蔽板２３１Ａ（２３１Ａ１）は、筒状部２２２の下端部先端から、例えば、８０ｍｍ程度上方に設置される。
また、熱遮蔽板２３１Ａ１の上方の熱遮蔽板２３１Ａ２は、筒状部２２２の下端部先端から例えば、１７０ｍｍ程度上方に設置される。従って、熱遮蔽板２３１Ａ１と、熱遮蔽板２３１Ａ２との間には、９０ｍｍ程度の隙間が形成される。 The plurality of heat shielding plates 231 are arranged in the order of two heat shielding plates 231A and three heat shielding plates 231B from the lower end side of the cylindrical portion 222.
The outer peripheral edge of the heat shielding plate 231 A is supported by a protrusion 212 B formed inside the outer tube 21. The heat shielding plate 231 A (231 A 1) closest to the melt is installed, for example, about 80 mm above the tip of the lower end of the cylindrical portion 222.
Further, the heat shield plate 231A2 above the heat shield plate 231A1 is installed, for example, about 170 mm above the tip of the lower end of the cylindrical portion 222. Therefore, a gap of about 90 mm is formed between the heat shielding plate 231A1 and the heat shielding plate 231A2.

一方、熱遮蔽板２３１Ｂは、孔２３１１の周縁部が、内管２２の筒状部２２２の第一筒状部２２２Ａの溝２２２Ａ１に支持される。
３枚の熱遮蔽板２３１Ｂのうち、最も融液に近い位置に配置された熱遮蔽板２３１Ｂ１は、例えば、筒状部２２２の下端部先端から２５０ｍｍ程度上方に設置される。
熱遮蔽板２３１Ｂ１の上方に設置される熱遮蔽板２３１Ｂ２は、熱遮蔽板２３１Ｂ１から１０ｍｍ上方に配置される。
さらに、熱遮蔽板２３１Ｂ１上に設置される熱遮蔽板２３１Ｂ３は、熱遮蔽板２３１Ｂ２から１０ｍｍ上方に配置される。すなわち、各熱遮蔽板２３１Ｂ間には、所定間隔の隙間が形成されている。
なお、熱遮蔽板２３１Ｂ１と、収容部２２１との距離は、例えば３０ｍｍである。 On the other hand, in the heat shielding plate 231B, the peripheral portion of the hole 2311 is supported by the groove 222A1 of the first tubular portion 222A of the tubular portion 222 of the inner tube 22.
Of the three heat shielding plates 231 B, the heat shielding plate 231 B 1 disposed at a position closest to the melt is, for example, installed approximately 250 mm above the tip of the lower end of the cylindrical portion 222.
The heat shielding plate 231B2 installed above the heat shielding plate 231B1 is disposed 10 mm above the heat shielding plate 231B1.
Furthermore, the heat shielding plate 231B3 installed on the heat shielding plate 231B1 is disposed 10 mm above the heat shielding plate 231B2. That is, a gap having a predetermined interval is formed between the heat shielding plates 231B.
The distance between the heat shielding plate 231B1 and the housing portion 221 is, for example, 30 mm.

以上のような構造のドーピング装置２は、以下のようにして組み立てられる。
まず、内管２２の収容部２２１内に固体状態のドーパントを挿入する。
次に、収容部２２１と一体成形されている筒状部２２２の第一筒状部２２２Ａに熱遮蔽板２３１Ｂを取り付ける。具体的には、各熱遮蔽板２３１Ｂの中央の孔２３１１に、第一筒状部２２２Ａを通し、第一筒状部２２２Ａの各溝２２２Ａ１に各熱遮蔽板２３１Ｂの孔２３１１の周縁部を引っ掛ける。
その後、収容部２２１、第一筒状部２２２Ａ及び熱遮蔽板２３１Ｂを外管２１の中に挿入し、収容部２２１の支持片２２１Ｃ１を外管２１に形成された支持部２１２Ａ上に設置する。
次に、熱遮蔽板２３１Ａを外管２１内部に挿入し、熱遮蔽板２３１Ａの外周部を外管２１の突起２１２Ｂで支持する。
そして、最後に、内管２２の筒状部２２２の第二筒状部２２２Ｂを外管２１内に挿入する。具体的には、外管２１に支持された熱遮蔽板２３１Ａの中央の孔２３１１に第二筒状部２２２Ｂを通し、さらに、第二筒状部２２２Ｂの上端部と、第一筒状部２２２Ａの下端部とを接続する。
これにより、ドーピング装置２が組み立てられる。 The doping apparatus 2 having the above structure is assembled as follows.
First, a solid state dopant is inserted into the accommodating portion 221 of the inner tube 22.
Next, the heat shielding plate 231 B is attached to the first tubular portion 222 A of the tubular portion 222 that is integrally formed with the housing portion 221. Specifically, the first cylindrical portion 222A is passed through the central hole 2311 of each heat shielding plate 231B, and the peripheral portion of the hole 2311 of each heat shielding plate 231B is hooked in each groove 222A1 of the first cylindrical portion 222A. .
Thereafter, the accommodating portion 221, the first cylindrical portion 222 A, and the heat shielding plate 231 B are inserted into the outer tube 21, and the support piece 221 C 1 of the accommodating portion 221 is installed on the supporting portion 212 A formed on the outer tube 21.
Next, the heat shielding plate 231A is inserted into the outer tube 21, and the outer periphery of the heat shielding plate 231A is supported by the protrusion 212B of the outer tube 21.
Finally, the second tubular portion 222B of the tubular portion 222 of the inner tube 22 is inserted into the outer tube 21. Specifically, the second cylindrical portion 222B is passed through the central hole 2311 of the heat shielding plate 231A supported by the outer tube 21, and the upper end portion of the second cylindrical portion 222B and the first cylindrical portion 222A are further passed. Connect the bottom end of the.
Thereby, the doping apparatus 2 is assembled.

そして、この組み立てられたドーピング装置２を使用する際には、ドーピング装置２の外管２１上に設けられた支持部２４を引き上げ装置１の引き上げ部３３に取り付ける。
次に、引き上げ装置１の上方から融液に向かって不活性ガスを流す。この不活性ガスは、融液表面に沿って流れる。
不活性ガスは、ドーピングを行なう間及び成長結晶を引き上げる間中、流し続ける。この不活性ガスの流量は、５０Ｌ／min以上、４００Ｌ／min以下とし、チャンバ３０の入口における不活性ガスの流速は、０．０５ｍ／ｓ以上、０．２ｍ／ｓ以下とする。不活性ガスの流量を４００Ｌ／minを超えるものとした場合には、収容部２２１が冷却されすぎて、ドーパントが揮発しなくなる、若しくは昇華したドーパントが固着されてしまう可能性がある。
次に、外管２１の下端部を融液に浸漬させる。この際、内管２２の筒状部２２２の下端部は、融液に接触しないようにする。
ドーピング装置２の収容部２２１内に設置されたドーパントは、融液の熱により徐々に昇華し、ガスとなってドーピング装置２の筒状部２２２から排出され、融液に溶解することとなる。
なお、ドーピングする際の坩堝３１内の融液の温度は、融液の原料の融点以上、融点＋６０℃以下とする。本実施形態では、融液の原料シリコンであるため、融液の温度を１４１２℃上、１４７２℃以下とする。
ガスが融液に溶解したら、引き上げ装置１の引き上げ部３３からドーピング装置２を取り外し、引き上げ部３３に種子結晶を取り付ける。そして、成長結晶の引き上げを開始する。 Then, when using the assembled doping device 2, the support portion 24 provided on the outer tube 21 of the doping device 2 is attached to the lifting portion 33 of the lifting device 1.
Next, an inert gas is allowed to flow from above the pulling device 1 toward the melt. This inert gas flows along the melt surface.
The inert gas continues to flow during doping and while pulling the growth crystal. The flow rate of the inert gas is 50 L / min or more and 400 L / min or less, and the flow rate of the inert gas at the inlet of the chamber 30 is 0.05 m / s or more and 0.2 m / s or less. When the flow rate of the inert gas exceeds 400 L / min, the accommodating portion 221 is cooled too much, and the dopant may not volatilize or the sublimated dopant may be fixed.
Next, the lower end portion of the outer tube 21 is immersed in the melt. At this time, the lower end portion of the cylindrical portion 222 of the inner tube 22 is prevented from coming into contact with the melt.
The dopant installed in the accommodating portion 221 of the doping apparatus 2 is gradually sublimated by the heat of the melt, becomes a gas, is discharged from the cylindrical portion 222 of the doping apparatus 2, and is dissolved in the melt.
In addition, the temperature of the melt in the crucible 31 at the time of doping shall be more than melting | fusing point of melting | fusing material, and melting | fusing point +60 degrees C or less. In this embodiment, since it is the raw material silicon of the melt, the temperature of the melt is set to 1412 ° C. and 1472 ° C. or less.
When the gas is dissolved in the melt, the doping device 2 is removed from the pulling unit 33 of the pulling device 1 and a seed crystal is attached to the pulling unit 33. Then, the pulling of the grown crystal is started.

従って、本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（1-1）引き上げ装置１にシールド３４が設けられており、このシールド３４は、ドーピング装置２の周囲を取り巻くように配置され、融液の表面を覆うように設置されている。これに加えて、ドーピング装置２は、融液からの熱線の透過を遮断する熱遮蔽板２３１を備えており、この熱遮蔽板２３１をドーパントを収容する収容部２２１の下方を覆うように配置している。
従って、シールド３４及び熱遮蔽板２３１により、融液の輻射熱の収容部２２１への伝達を確実に防止することができ、収容部２２１内のドーパントの昇華速度を１０ｇ／min以上、５０ｇ／minとし、従来のドーピング装置における昇華速度に比べ、低下させることができる。
そのため、ドーパントが一気に揮発することがなく、ドーパントガスの融液への吹き付け圧力を低下させることが可能となる。
また、勢いよくドーパントガスが出過ぎて、ドーパントが融液に溶解する時間的な余裕がなくなることもなく、融液にドーパントを十分にとけ込ませることができるため、吸収率が悪化することもない。さらに、吹き飛ばされたシリコンが単結晶化を阻害し、所望の抵抗値を有する半導体ウェハを製造することが困難となるということもない。 Therefore, according to this embodiment, the following effects can be produced.
(1-1) The pulling device 1 is provided with a shield 34. The shield 34 is disposed so as to surround the periphery of the doping device 2, and is disposed so as to cover the surface of the melt. In addition, the doping apparatus 2 includes a heat shielding plate 231 that blocks transmission of heat rays from the melt, and the heat shielding plate 231 is disposed so as to cover the lower portion of the accommodating portion 221 that accommodates the dopant. ing.
Therefore, the shield 34 and the heat shielding plate 231 can reliably prevent the radiant heat of the melt from being transmitted to the housing portion 221, and the sublimation rate of the dopant in the housing portion 221 is 10 g / min or more and 50 g / min. Compared with the sublimation speed in the conventional doping apparatus, it can be lowered.
Therefore, the dopant does not volatilize all at once, and the pressure for spraying the dopant gas to the melt can be reduced.
In addition, the dopant gas is vigorously emitted and the time for the dopant to dissolve in the melt is not lost, and the dopant can be sufficiently absorbed into the melt, so that the absorption rate does not deteriorate. . Further, the blown silicon does not hinder single crystallization, and it does not become difficult to manufacture a semiconductor wafer having a desired resistance value.

（1-2）本実施形態では、ドーピングする際の融液の温度をシリコンの融点以上、融点＋６０℃以下としている。
融液の温度をシリコンの融点未満とした場合には、ドーピング時に融液温度が低いとドープ管を漬けたり、ガス吹き付け時にシリコンの温度が下がり、表面が固化してしまう可能性があり、ガスが吸収されにくくなる可能性がある。
一方で、融液の温度を融点＋６０℃を超えるものとした場合には、融液が沸騰してしまうおそれがある。また、融液の温度を融点＋６０℃を超えるものとした場合には、融液に吸収されたドーパントガスの蒸発を促進することとなり、ドーパントの吸収効率が低下する可能性がある。
本実施形態では、融液の温度をシリコンの融点以上、融点＋６０℃以下としているので、このような問題が生じることがない。 (1-2) In this embodiment, the temperature of the melt at the time of doping is set to the melting point of silicon or higher and the melting point + 60 ° C. or lower.
If the melt temperature is lower than the melting point of silicon, if the melt temperature is low at the time of doping, the dope tube may be immersed, or the temperature of the silicon may be lowered at the time of gas blowing, causing the surface to solidify. May be difficult to absorb.
On the other hand, when the temperature of the melt exceeds the melting point + 60 ° C., the melt may be boiled. Further, when the temperature of the melt exceeds the melting point + 60 ° C., evaporation of the dopant gas absorbed in the melt is promoted, and the absorption efficiency of the dopant may be reduced.
In this embodiment, since the temperature of the melt is set to the melting point of silicon or higher and the melting point + 60 ° C. or lower, such a problem does not occur.

（1-3）ドーピングする際に、チャンバ３０内の圧力を５３３２Ｐａ（４０Torrを換算した値）未満とした場合には、融液に溶解したドーパントが揮発しやすくなる可能性がある。
一方で、チャンバ３０内の圧力を７９９８０Ｐａ（６００Torrを換算した値）を超えるものとした場合には、融液からのドーパントの揮発を抑えることができるものの、チャンバ３０を高い耐圧性、耐熱性を有するものとしなければならず、コストがかかる。
本実施形態では、ドーピングする際に、チャンバ３０内の圧力を上記の範囲内としているので、このような問題が生じない。 (1-3) When doping, if the pressure in the chamber 30 is less than 5332 Pa (a value obtained by converting 40 Torr), the dopant dissolved in the melt may easily volatilize.
On the other hand, when the pressure in the chamber 30 exceeds 79980 Pa (value converted to 600 Torr), the vaporization of the dopant from the melt can be suppressed, but the chamber 30 has high pressure resistance and heat resistance. Must have and cost.
In the present embodiment, such a problem does not occur because the pressure in the chamber 30 is within the above range during doping.

（1-4）ドーピング装置２の収容部２２１の上方から下方に向かって流れる不活性ガスの流量を５０Ｌ／min以上、４００Ｌ／min以下とし、チャンバ３０の入口における不活性ガスの流速を０．０５ｍ／ｓ以上、０．２ｍ／ｓ以下とすることで、収容部２２１を不活性ガスにより冷却することが可能となり、収容部２２１内のドーパントの昇華速度を調整することができる。
（1-5）内管２２の第二筒状部２２２Ｂのガスの排出口の径を２０ｍｍ以上とすることで、ドーパントの揮発したガスが融液に勢い良く吹き付けられることを防止することができ、融液の吹き飛びを確実に防止することができる。
（1-6）ドーピングする際に、ドーパントの位置を融液の表面から、非常に近い位置に設置した場合には、融液の熱により温度が高くなった雰囲気中にドーパントを設置することとなり、ドーパントの昇華速度の制御が難しくなる可能性がある。
本実施形態では、ドーパントの位置を融液の表面から３００ｍｍ以上上方とすることで、ドーパントの昇華速度を確実に制御することができる。 (1-4) The flow rate of the inert gas flowing from the upper side to the lower side of the accommodating portion 221 of the doping apparatus 2 is set to 50 L / min to 400 L / min, and the flow rate of the inert gas at the inlet of the chamber 30 is set to 0. By setting it to 05 m / s or more and 0.2 m / s or less, it becomes possible to cool the accommodating part 221 with an inert gas, and the sublimation speed of the dopant in the accommodating part 221 can be adjusted.
(1-5) By setting the diameter of the gas outlet of the second cylindrical portion 222B of the inner tube 22 to 20 mm or more, it is possible to prevent the gas in which the dopant is volatilized from being blown to the melt vigorously. It is possible to reliably prevent the melt from being blown off.
(1-6) If doping is performed at a position very close to the surface of the melt when doping, the dopant will be placed in an atmosphere whose temperature has been increased by the heat of the melt. The control of the sublimation rate of the dopant may be difficult.
In this embodiment, the sublimation speed of the dopant can be reliably controlled by setting the position of the dopant to be 300 mm or more above the surface of the melt.

（1-7）ドーピング装置２は、収容部２２１に上端部が連通し、揮発したドーパントガスを融液まで導く筒状部２２２を有している。このような筒状部２２２を設けることで、揮発したドーパントガスを融液まで確実に導くことができ、融液へのドーピング効率を向上させることが可能となる。 (1-7) The doping apparatus 2 has a cylindrical portion 222 that communicates with the accommodating portion 221 at the upper end and guides the volatilized dopant gas to the melt. By providing such a cylindrical portion 222, the volatilized dopant gas can be reliably guided to the melt, and the doping efficiency into the melt can be improved.

（1-8）さらに、本実施形態のドーピング装置２は、収容部２２１及び前記筒状部２２２を備える内管２２を収容し、下端面が開口した筒状の外管２１を有している。ドーピングする際に、融液の上方から融液表面に向かって不活性ガスを流すが、ドーピング装置２は、内管２２を収容する外管２１を有するため、不活性ガスが内管２２に直接吹き付けられることがない。従って、内管２２が不活性ガスにより冷えてしまい、ドーパントの気化温度未満になってしまうことを防止することができる。 (1-8) Further, the doping apparatus 2 according to the present embodiment accommodates the inner tube 22 including the housing portion 221 and the tubular portion 222, and includes the tubular outer tube 21 having an open lower end surface. . When doping, an inert gas is allowed to flow from above the melt toward the surface of the melt. However, since the doping apparatus 2 includes an outer tube 21 that accommodates the inner tube 22, the inert gas directly flows into the inner tube 22. It is not sprayed. Accordingly, it is possible to prevent the inner tube 22 from being cooled by the inert gas and becoming lower than the vaporization temperature of the dopant.

（1-9）また、本実施形態では、ドーピング装置２の外管２１の下端部を内管２２の筒状部２２２の下端部よりも融液側に突出させることで、外管２１の下端部のみを融液に浸漬させて、ドーピングしている。
これにより、内管２２の筒状部２２２から噴出されたガスのうち、融液に溶解しなかったガスがあったとしても、ガスは内管２２の筒状部２２２と、外管２１と、熱遮蔽板２３１とで形成される空間内に留まることとなり、ドーピング装置２の外方に排気されてしまうことがないので、ドーピング効率を向上させることができる。 (1-9) Further, in the present embodiment, the lower end of the outer tube 21 of the doping apparatus 2 is protruded more toward the melt side than the lower end of the cylindrical portion 222 of the inner tube 22. Only the part is immersed in the melt for doping.
Thereby, even if there is a gas that has not been dissolved in the melt out of the gas ejected from the cylindrical portion 222 of the inner tube 22, the gas is the cylindrical portion 222 of the inner tube 22, the outer tube 21, Since it stays in the space formed by the heat shielding plate 231 and is not exhausted outside the doping apparatus 2, doping efficiency can be improved.

（1-10）ドーピングを行なう際に、内管２２の筒状部２２２の下端部を融液に浸漬させず、外管２１の下端部のみを浸漬させているので、融液の熱が内管２２に直接伝達してしまうことがない。従って、内管２２に融液の熱が直接伝達され、これにより、収容部２２１の温度が上がってしまうことがない。従って、収容部２２１内のドーパントの昇華速度の上昇を防止することができる。 (1-10) At the time of doping, the lower end portion of the cylindrical portion 222 of the inner tube 22 is not immersed in the melt, but only the lower end portion of the outer tube 21 is immersed, so that the heat of the melt is increased. There is no direct transmission to the tube 22. Therefore, the heat of the melt is directly transmitted to the inner tube 22, thereby preventing the temperature of the housing portion 221 from rising. Therefore, an increase in the sublimation rate of the dopant in the housing portion 221 can be prevented.

（1-11）本実施形態では、外管２１と内管２２との間に配置され、内管２２の収容部２２１の下方を覆う熱遮蔽板２３１を複数枚設けている。これにより、確実に融液からの熱線を遮ることができ、収容部２２１内のドーパントの昇華速度を低下させることができる。 (1-11) In this embodiment, a plurality of heat shielding plates 231 are provided between the outer tube 21 and the inner tube 22 and cover the lower part of the housing portion 221 of the inner tube 22. Thereby, the heat ray from a melt can be blocked | interrupted reliably and the sublimation rate of the dopant in the accommodating part 221 can be reduced.

（1-12）ドーピング装置２の内管２２の収容部２２１に最も近い位置に配置される熱遮蔽板２３１（２３１Ｂ）の熱伝導率を比較的高いものとすることで、収容部２２１に近い位置に配置される熱遮蔽板２３１Ｂに熱が溜まってしまうことがない。従って、熱遮蔽板２３１Ｂに蓄積された熱により、収容部２２１が加熱されてしまうことがないので、熱遮蔽板２３１Ｂにより、収容部２２１内のドーパントの昇華速度が、加速されてしまうことがない。
また、最も融液に近い位置に配置される熱遮蔽板２３１Ａの熱伝導率を比較的低いものとすることで、融液からの熱の伝導を収容部２２１から離れた位置で阻止することができ、これによっても、収容部２２１内のドーパントの昇華速度の上昇を防止することができる。
（1-13）また、複数の熱遮蔽板２３１を所定の間隔を空けて配置しているので、熱遮蔽板２３１を重ねて配置する場合にくらべ、各熱遮蔽板２３１に熱が蓄積されにくくなる。 (1-12) By making the thermal conductivity of the heat shielding plate 231 (231B) disposed at the position closest to the housing portion 221 of the inner tube 22 of the doping apparatus 2 relatively close to the housing portion 221 Heat does not accumulate in the heat shielding plate 231B disposed at the position. Therefore, since the housing part 221 is not heated by the heat accumulated in the heat shielding plate 231B, the sublimation rate of the dopant in the housing part 221 is not accelerated by the heat shielding plate 231B. .
Moreover, heat conduction from the melt can be prevented at a position away from the housing portion 221 by making the thermal conductivity of the heat shielding plate 231A disposed at a position closest to the melt relatively low. This can also prevent an increase in the sublimation rate of the dopant in the accommodating portion 221.
(1-13) Further, since the plurality of heat shielding plates 231 are arranged at a predetermined interval, heat is less likely to be accumulated in each heat shielding plate 231 than when the heat shielding plates 231 are stacked. Become.

［２.第二実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下の説明では、既に説明した部分と同一の部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
図３及び図４に示すように、本実施形態のドーピング装置４は、前記実施形態と同様の内管２２と、この内管２２の周囲を覆う外管４１とを備える。すなわち、本実施形態のドーピング装置４と、前記実施形態のドーピング装置２とは、外管の構造のみが異なっている。
外管４１は、下端面が開口し、上端面が閉鎖された有底の筒型形状であり、上面部２１１と、この上面部２１１の外周縁から下方に延びる側面部４１２とを備えている。本実施形態では、外管４１の側面部４１２は、円柱状となっている。外管４１の材質としては、前記実施形態と同様、例えば、透明石英が挙げられる。また、外管４１の高さ寸法、径寸法は、前記実施形態の外管２１と同じである。
側面部４１２は、内管２２の筒状部２２２の下端部よりも、融液側に突出しており、下端部は融液に浸漬される。
この側面部４１２の下端部（融液に浸漬する部分）には、その周方向に沿って複数個の貫通孔４１２Ａが等間隔に形成されている。
また、この貫通孔４１２Ａに隣接して、側面部４１２の外周面には、複数の羽根部４１３が設けられている。
羽根部４１３は、その羽根面がドーピング装置４の外管４１の軸に沿うように配置されている。また、詳しくは後述するがドーピングする際に、ドーピング装置４を外管４１の中心軸を回転軸として回転駆動させるが、羽根部４１３は、外管４１の回転方向後端側に設けられている（図５参照）。 [2. Second embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the following description, the same parts as those already described are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.
As shown in FIGS. 3 and 4, the doping apparatus 4 of the present embodiment includes an inner tube 22 similar to that of the above embodiment, and an outer tube 41 that covers the periphery of the inner tube 22. That is, the doping apparatus 4 of the present embodiment is different from the doping apparatus 2 of the embodiment only in the structure of the outer tube.
The outer tube 41 has a bottomed cylindrical shape with an open lower end surface and a closed upper end surface, and includes an upper surface portion 211 and a side surface portion 412 extending downward from the outer peripheral edge of the upper surface portion 211. . In the present embodiment, the side surface portion 412 of the outer tube 41 has a cylindrical shape. The material of the outer tube 41 is, for example, transparent quartz, as in the above embodiment. The height and diameter of the outer tube 41 are the same as those of the outer tube 21 of the above embodiment.
The side surface portion 412 protrudes more toward the melt side than the lower end portion of the cylindrical portion 222 of the inner tube 22, and the lower end portion is immersed in the melt.
A plurality of through holes 412 A are formed at equal intervals along the circumferential direction in the lower end portion (portion immersed in the melt) of the side surface portion 412.
A plurality of blade portions 413 are provided on the outer peripheral surface of the side surface portion 412 adjacent to the through hole 412A.
The blade portion 413 is arranged so that its blade surface is along the axis of the outer tube 41 of the doping apparatus 4. In addition, as will be described in detail later, when doping is performed, the doping device 4 is rotationally driven with the central axis of the outer tube 41 as a rotation axis. The blade portion 413 is provided on the rear end side in the rotation direction of the outer tube 41. (See FIG. 5).

このような本実施形態では、ドーピング装置４を利用して、以下のようにドーピングを行なう。なお、ドーピングを行なう際のチャンバ３０内の圧力、不活性ガスの流量及び流速、融液の温度、ドーパントの融液表面からの位置、融液に吹き付けられるドーパントガスの昇華速度の条件は、前記実施形態と同じである。
まず、予め坩堝３１を回転駆動させた状態で、外管４１の下端部を融液に浸漬させる。この際、内管２２の筒状部２２２の下端部は、融液に接触しないようにする。
また、図５に示すように、前記坩堝３１の回転方向とは逆回転となるように、外管４１の中心軸を回転軸として、ドーピング装置４を回転駆動する。図５において、矢印Ｙ１は、坩堝３１の回転方向を示し、矢印Ｙ２は、ドーピング装置４の回転方向を示す。
このとき、ドーピング装置４の収容部２２１内のドーパントは、融液の熱により、徐々に昇華し、ガスとなってドーピング装置２の筒状部２２２から排出される。
ドーピング装置４及び坩堝３１を回転駆動することで、図５の矢印Ｙ３に示すように、外管４１の外側の融液が外管４１に設けられた羽根部４１３に当たり、貫通孔４１２Ａを介して、外管４１内部に導入されることとなる。外管４１内部の融液は、徐々に外管４１の下方から排出されることとなり、図３に示す矢印Ｙ４方向の流れが形成されることとなる。すなわち、内管２２の筒状部２２２から排出されるガスが吹き付けられる融液表面が攪拌されることとなり、ガスは、常に新しい融液表面に吹き付けられることとなる。また、ガスを溶解した融液は、外管４１の下端面の開口から排出されることとなる。 In this embodiment, doping is performed as follows using the doping apparatus 4. The conditions of the pressure in the chamber 30 during doping, the flow rate and flow rate of the inert gas, the temperature of the melt, the position of the dopant from the melt surface, and the sublimation rate of the dopant gas sprayed on the melt are as described above. This is the same as the embodiment.
First, the lower end portion of the outer tube 41 is immersed in the melt while the crucible 31 is rotationally driven in advance. At this time, the lower end portion of the cylindrical portion 222 of the inner tube 22 is prevented from coming into contact with the melt.
Further, as shown in FIG. 5, the doping apparatus 4 is rotationally driven with the central axis of the outer tube 41 as the rotational axis so as to be reverse to the rotational direction of the crucible 31. In FIG. 5, the arrow Y 1 indicates the rotation direction of the crucible 31, and the arrow Y 2 indicates the rotation direction of the doping apparatus 4.
At this time, the dopant in the accommodating part 221 of the doping apparatus 4 is gradually sublimated by the heat of the melt, and is discharged as a gas from the cylindrical part 222 of the doping apparatus 2.
By rotating and driving the doping device 4 and the crucible 31, the melt outside the outer tube 41 hits the blade portion 413 provided in the outer tube 41 as shown by an arrow Y3 in FIG. 5, and passes through the through hole 412A. Then, it will be introduced into the outer tube 41. The melt inside the outer tube 41 is gradually discharged from below the outer tube 41, and a flow in the direction of arrow Y4 shown in FIG. 3 is formed. That is, the melt surface to which the gas discharged from the cylindrical portion 222 of the inner tube 22 is blown is stirred, and the gas is always blown to the new melt surface. Further, the melt in which the gas is dissolved is discharged from the opening at the lower end surface of the outer tube 41.

従って、本実施形態によれば、第一実施形態の（1-1）〜（1-13）と同様の効果を奏することができるうえ、以下の効果を奏することができる。
（2-1）ドーピング装置４は、融液に浸漬する部分に貫通孔４１２Ａが形成された外管４１を有しており、ドーピングを行なう際には、ドーピング装置４及び坩堝３１を逆回転させながらドーピングを行なっている。ドーピング装置４及び坩堝３１を回転駆動することで、外管４１の外側の融液が外管４１に設けられた羽根部４１３に当たり、貫通孔４１２Ａを介して、外管４１内部に導入され、ドーパントガスが吹き付けられる。そして、ガスが吹き付けられた融液は、徐々に外管４１の下端面の開口から排出される。
このように、本実施形態では、外管４１内部の内管２２からのガスが吹き付けられる部分に、新たな融液が随時導入されることとなるので、ドーパントガスの吸収効率を高めることが可能となる。 Therefore, according to this embodiment, the same effects as (1-1) to (1-13) of the first embodiment can be obtained, and the following effects can be obtained.
(2-1) The doping apparatus 4 has an outer tube 41 having a through-hole 412A formed in a portion immersed in the melt. When doping is performed, the doping apparatus 4 and the crucible 31 are rotated in reverse. While doping. By rotating and driving the doping apparatus 4 and the crucible 31, the melt outside the outer tube 41 hits the blade portion 413 provided in the outer tube 41 and is introduced into the outer tube 41 through the through hole 412 A. Gas is blown. The melt sprayed with the gas is gradually discharged from the opening at the lower end surface of the outer tube 41.
Thus, in this embodiment, since a new melt is introduced at any time into the portion where the gas from the inner tube 22 inside the outer tube 41 is sprayed, it is possible to increase the absorption efficiency of the dopant gas. It becomes.

（2-2）また、ドーパントガスを溶解した融液は、外管４１の下端面の開口から排出されるので、ドーパントを含有したガスが融液の表面に存在しなくなり、融液からのドーパントの蒸発を抑えることができる。これにより、ドーピング効率をより一層高めることができる。 (2-2) Further, since the melt in which the dopant gas is dissolved is discharged from the opening at the lower end surface of the outer tube 41, the gas containing the dopant does not exist on the surface of the melt, and the dopant from the melt Can be prevented from evaporating. Thereby, doping efficiency can be improved further.

［３.第三実施形態］
次に、図６を参照して、第三実施形態について説明する。
本実施形態のドーピング装置５は、第一実施形態と同様の内管２２と、支持部２４と、熱遮蔽部材２３と、外管５１と、外管５１及び内管２２の間に配置される管５５を有する。
外管５１は、第一実施形態の外管２１と略同様の構造であるが、下端部先端内側に外管５１内側に向かって延びる複数の突起５１２Ａが形成されている。外管５１の他の点は、第一実施形態の外管２１と同じである。
管５５は上端面及び下端面が開口したものであり、その径は、外管５１よりも小さく、また、内管２２の筒状部２２２よりも大きい。この管５５は前記突起５１２Ａ上に配置され、外管５１と内管２２との間に位置する。外管５１の側面部２１２の内周面と管５５の外周面との間には隙間が形成され、管５５の内周面と内管２２の筒状部２２２との間にも隙間が形成されている。
管５５の高さ寸法は、外管５１の下端部先端から、最も融液に近い位置に配置された熱遮蔽板２３１Ａ（２３１Ａ１）までの距離よりも小さくなっており、管５５と熱遮蔽板２３１Ａ（２３１Ａ１）との間には隙間が形成されている。 [3. Third embodiment]
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG.
The doping apparatus 5 of the present embodiment is disposed between the inner tube 22, the support 24, the heat shielding member 23, the outer tube 51, and the outer tube 51 and the inner tube 22 similar to those in the first embodiment. It has a tube 55.
The outer tube 51 has substantially the same structure as the outer tube 21 of the first embodiment, but a plurality of protrusions 512A extending toward the inner side of the outer tube 51 are formed on the inner end of the lower end portion. Other points of the outer tube 51 are the same as those of the outer tube 21 of the first embodiment.
The tube 55 has an upper end surface and a lower end surface opened, and has a diameter smaller than that of the outer tube 51 and larger than that of the cylindrical portion 222 of the inner tube 22. The tube 55 is disposed on the protrusion 512 A and is located between the outer tube 51 and the inner tube 22. A gap is formed between the inner peripheral surface of the side surface portion 212 of the outer tube 51 and the outer peripheral surface of the tube 55, and a gap is also formed between the inner peripheral surface of the tube 55 and the cylindrical portion 222 of the inner tube 22. Has been.
The height dimension of the tube 55 is smaller than the distance from the tip of the lower end portion of the outer tube 51 to the heat shielding plate 231A (231A1) disposed closest to the melt. A gap is formed between 231A (231A1).

このような本実施形態では、ドーピング装置５を利用して、以下のようにドーピングを行なう。なお、ドーピングを行なう際のチャンバ３０内の圧力、不活性ガスの流量及び流速、融液の温度、ドーパントの融液表面からの位置、融液に吹き付けられるドーパントの昇華速度の条件は、前記各実施形態と同じである。
予め坩堝３１を回転駆動させた状態で、外管５１の下端部を融液に浸漬させる。この際、内管２２の筒状部２２２の下端部及び管５５の下端部が、融液に接触しないようにする。
ドーピング装置５の収容部２２１内に設置されたドーパントは、融液の熱により徐々に昇華し、ガスとなってドーピング装置５の筒状部２２２から排出され、融液に溶解することとなる。
このとき、筒状部２２２から排出されたガスのうち、融液に溶解せずに、筒状部２２２の外側に逃げるガスがある。また、融液に溶解せずに、融液の表面で反射されてしまうガスがある。これらのガスは、筒状部２２２の外周面下端部と管５５の内周面との間の隙間を通り、上方に上がった後、熱遮蔽板２３１により折り返され、筒状部２２２と管５５の側面部２１２の外周面との間に導入される。そして、融液表面に導かれる（図６の矢印Ｙ５参照）。
すなわち、筒状部２２２の下端部外周面と管５５の内周面との間の隙間、外管５１の内周面と管５５の外周面との間の隙間がガスを融液表面に導くための経路となっている。 In this embodiment, doping is performed as follows using the doping apparatus 5. The conditions of the pressure in the chamber 30 during doping, the flow rate and flow rate of the inert gas, the temperature of the melt, the position of the dopant from the melt surface, and the sublimation rate of the dopant sprayed on the melt are as described above. This is the same as the embodiment.
The lower end portion of the outer tube 51 is immersed in the melt while the crucible 31 is rotationally driven in advance. At this time, the lower end portion of the cylindrical portion 222 of the inner tube 22 and the lower end portion of the tube 55 are prevented from coming into contact with the melt.
The dopant installed in the accommodating part 221 of the doping apparatus 5 gradually sublimates due to the heat of the melt, becomes a gas, is discharged from the cylindrical part 222 of the doping apparatus 5, and is dissolved in the melt.
At this time, among the gases discharged from the cylindrical portion 222, there is a gas that escapes outside the cylindrical portion 222 without being dissolved in the melt. In addition, there is a gas that does not dissolve in the melt and is reflected on the surface of the melt. These gases pass through a gap between the lower end portion of the outer peripheral surface of the cylindrical portion 222 and the inner peripheral surface of the tube 55, rise upward, and then are folded back by the heat shielding plate 231, so that the cylindrical portion 222 and the tube 55 are It is introduced between the outer peripheral surface of the side surface portion 212 of the second side portion 212. And it is guide | induced to the melt surface (refer arrow Y5 of FIG. 6).
That is, the gap between the outer peripheral surface of the lower end portion of the cylindrical portion 222 and the inner peripheral surface of the tube 55 and the gap between the inner peripheral surface of the outer tube 51 and the outer peripheral surface of the tube 55 guide the gas to the melt surface. It has become a route for.

従って、本実施形態によれば、第一実施形態の（1-1）〜（1-13）と同様の効果を奏することができるうえ、以下の効果を奏することができる。
（3-1）ドーピング装置５は、外管５１及び内管２２の間に配置される管５５を有しており、筒状部２２２から排出されたガスのうち、融液に溶解しなかったガスは、筒状部２２２の外周面下端部と管５５の内周面との間の隙間を通り、上方に上がった後、熱遮蔽板２３１により折り返され、外管５１の内周面と管５５の外周面との間に導入される。そして、融液表面に再度導かれることとなる。融液に溶解しなかったガスを再度、融液表面に導くことができるので、ドーピング効率を向上させることができる。 Therefore, according to this embodiment, the same effects as (1-1) to (1-13) of the first embodiment can be obtained, and the following effects can be obtained.
(3-1) The doping apparatus 5 has a pipe 55 disposed between the outer pipe 51 and the inner pipe 22 and did not dissolve in the melt out of the gas discharged from the cylindrical portion 222. The gas passes through a gap between the lower end portion of the outer peripheral surface of the cylindrical portion 222 and the inner peripheral surface of the tube 55, rises upward, and then is folded by the heat shielding plate 231, so that the inner peripheral surface of the outer tube 51 and the tube It introduce | transduces between 55 outer peripheral surfaces. And it will be guide | induced to the melt surface again. Since the gas that has not been dissolved in the melt can be guided again to the melt surface, the doping efficiency can be improved.

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記各実施形態では、ドーピング装置２，４，５は、外管２１，４１，５１を備えるものであるとしたが、これに限らず、外管はなくてもよい。例えば、図７に示すように、外管のかわりに、内管２２の収容部２２１へのガスの吹き付けを防止する吹き付け防止板６４を収容部２２１の上方に設けてもよい。このように外管を有しないドーピング装置６を使用する際には内管２２に全ての熱遮蔽板２３１を固定すればよい。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
For example, in each of the embodiments described above, the doping apparatuses 2, 4, and 5 include the outer tubes 21, 41, and 51. However, the present invention is not limited thereto, and the outer tube may not be provided. For example, as shown in FIG. 7, instead of the outer tube, a blowing prevention plate 64 that prevents gas from being blown onto the housing portion 221 of the inner tube 22 may be provided above the housing portion 221. In this way, when using the doping apparatus 6 having no outer tube, all the heat shielding plates 231 may be fixed to the inner tube 22.

また、図８に示すように、外管を有しないドーピング装置７において、融液を攪拌する際には、内管７２に貫通孔２２２Ｂ１を形成し、さらに貫通孔２２２Ｂ１に隣接して羽根部４１３を設ければよい。この内管７２は、貫通孔２２２Ｂ１、羽根部４１３が形成されている点以外は、第一実施形態の内管２２と同じ構造である。
前記各実施形態では、ドーピング装置２，４，５の外管２１，４１，５１の下端部は、内管２２の下端部よりも融液側に突出しているとしたが、これに限らず、内管２２の下端部と、外管の下端部とが融液に対し同じ位置となっていてもよい。
さらに、前記各実施形態では、ドーピング装置２，４，５は、内管２２の収容部２２１の下方を覆う熱遮蔽板２３１を有するとしたが、これに限らず、収容部２２１の下方に加え、側面部２２１Ｃを覆うような熱遮蔽部材を設けてもよい。例えば、収容部２２１の側面部２２１Ｃ及び底面部２２１Ｂに断熱材を巻きつけてもよい。このようにすることで、より確実に融液からの輻射熱の収容部２２１への伝達を防止することができる。 Further, as shown in FIG. 8, in the doping apparatus 7 having no outer tube, when the melt is stirred, a through hole 222B1 is formed in the inner tube 72, and a blade portion 413 is adjacent to the through hole 222B1. May be provided. The inner tube 72 has the same structure as the inner tube 22 of the first embodiment except that a through hole 222B1 and a blade portion 413 are formed.
In each of the above embodiments, the lower ends of the outer tubes 21, 41, 51 of the doping devices 2, 4, 5 protrude from the lower end of the inner tube 22 toward the melt side. The lower end of the inner tube 22 and the lower end of the outer tube may be at the same position with respect to the melt.
Further, in each of the embodiments described above, the doping devices 2, 4, and 5 have the heat shielding plate 231 that covers the lower part of the housing part 221 of the inner tube 22. A heat shielding member that covers the side surface portion 221C may be provided. For example, a heat insulating material may be wound around the side surface portion 221C and the bottom surface portion 221B of the housing portion 221. By doing in this way, transmission of the radiant heat from a melt to the accommodating part 221 can be prevented more reliably.

また、第二実施形態では、ドーピングする際に、ドーピング装置４を回転駆動し、図３に示す矢印Ｙ４方向の流れを形成して、ドーピング効率を高めたが、これに限らず、例えば、図９に示すように、側面部８１２の下端部に貫通孔８１２Ａが形成された外管８１を有するドーピング装置８を上下方向（矢印Ｙ５方向）に駆動して、融液を攪拌してもよい。このドーピング装置８は、外管８１が貫通孔８１２Ａが形成された側面部８１２を有する点以外は、第一実施形態のドーピング装置２と同様の構成である。
ドーピング装置８を上下に駆動することで、融液の攪拌を行なうことができるとともに、内管２２の収容部２２１の温度を調整することができ、ドーパントの昇華速度の調整を行なうことも可能となる。
さらに、前記各実施形態では、熱遮蔽部材２３と、シールド３４とにより、収容部２２１への融液の輻射熱の照射を防止していたが、これに限らず、例えば、図１０に示すように、ドーピング装置２’の外管２１の側面部２１２に熱遮蔽板２５を設け、この熱遮蔽板２５と、熱遮蔽部材２３と、シールド３４とにより、収容部２２１への融液の輻射熱の照射を防止してもよい。なお、図１０のドーピング装置２’は、熱遮蔽板２５を備える点以外は、第一実施形態のドーピング装置２と同じ構成である。
第二実施形態では、ドーピング装置４を回転駆動し、融液を攪拌することで、ドーピング効率を向上させていたが、第二実施形態のドーピング装置４に第三実施形態の管５５を設けてもよい。このようにすることで、融液に溶解しかなったガスを再度融液に導く経路が形成されるため、より一層、ドーピング効率を高めることが可能となる。 In the second embodiment, when doping is performed, the doping apparatus 4 is rotationally driven to form a flow in the direction of the arrow Y4 shown in FIG. 3 to increase the doping efficiency. As shown in FIG. 9, the melt may be stirred by driving the doping apparatus 8 having the outer tube 81 in which the through hole 812 A is formed in the lower end portion of the side surface portion 812 in the vertical direction (arrow Y 5 direction). The doping apparatus 8 has the same configuration as the doping apparatus 2 of the first embodiment except that the outer tube 81 has a side surface portion 812 in which a through hole 812A is formed.
By driving the doping apparatus 8 up and down, the melt can be stirred, the temperature of the accommodating portion 221 of the inner tube 22 can be adjusted, and the sublimation rate of the dopant can be adjusted. Become.
Furthermore, in each said embodiment, irradiation of the radiant heat of the melt to the accommodating part 221 was prevented by the heat shielding member 23 and the shield 34, but it is not restricted to this, For example, as shown in FIG. The heat shielding plate 25 is provided on the side surface portion 212 of the outer tube 21 of the doping apparatus 2 ′. The heat shielding plate 25, the heat shielding member 23, and the shield 34 irradiate the housing portion 221 with the radiant heat of the melt. May be prevented. Note that the doping apparatus 2 ′ of FIG. 10 has the same configuration as the doping apparatus 2 of the first embodiment, except that the thermal shielding plate 25 is provided.
In the second embodiment, the doping efficiency is improved by rotating the doping device 4 and stirring the melt. However, the doping device 4 of the second embodiment is provided with the tube 55 of the third embodiment. Also good. By doing so, a path for guiding the gas dissolved only in the melt to the melt is formed again, so that the doping efficiency can be further improved.

また、前記各実施形態では、ドーピングを行う際に、融液の温度を、シリコンの融点以上、融点＋６０℃以下とし、ドーピング装置の収容部２２１の上方から下方に向かって流れる不活性ガスの流量を５０Ｌ／min以上、４００Ｌ／min以下とし、さらに、チャンバ３０内の圧力が５３３２Ｐａ以上、７９９８０Ｐａ以下としたが、これらの範囲外の条件でドーピングを行なってもよい。 In each of the above embodiments, when doping is performed, the temperature of the melt is set to the melting point of silicon or higher and the melting point + 60 ° C. or lower, and the flow rate of the inert gas flowing from the upper side to the lower side of the doping unit housing 221. Is set to 50 L / min to 400 L / min, and the pressure in the chamber 30 is set to 5332 Pa to 79980 Pa, but doping may be performed under conditions outside these ranges.

次に、本発明の実施例について説明する。
前記第一実施形態と同様の引き上げ装置を使用して、ドーピングを行ない、ＣＺ法により成長結晶を引き上げた。 Next, examples of the present invention will be described.
Doping was performed using the same pulling apparatus as in the first embodiment, and the grown crystal was pulled by the CZ method.

（実施例１〜６）
１．ドーピング条件
（１）ドーピング装置
径が１５０ｍｍの外管を使用した。内管の第二筒状部の径を２０ｍｍとした。熱遮蔽部材としては、５枚の熱遮蔽板を使用し、筒状部の下端部側から、２枚の黒鉛部材の熱遮蔽板、３枚の不透明石英製の熱遮蔽板の順で配置した。
（２）その他の条件
他の条件を表１，２に示す。なお、坩堝内の融液はシリコンの融液であり、ドーパントとしては、砒素を３００ｇ使用した。 (Examples 1-6)
1. Doping conditions (1) Doping apparatus An outer tube having a diameter of 150 mm was used. The diameter of the second cylindrical part of the inner tube was 20 mm. As the heat shield member, five heat shield plates are used, and arranged from the lower end side of the cylindrical portion in the order of two graphite member heat shield plates and three opaque quartz heat shield plates. .
(2) Other conditions Tables 1 and 2 show other conditions. The melt in the crucible was a silicon melt, and 300 g of arsenic was used as a dopant.

（比較例１）
熱遮蔽板のないドーピング装置を使用してドーピングを行なった。熱遮蔽板がない点以外は、実施例１〜６で使用したドーピング装置の構成と同じである。また、ドーピング条件は以下の表３の通りである。 (Comparative Example 1)
Doping was performed using a doping apparatus without a heat shield. Except for the absence of the heat shielding plate, it is the same as the configuration of the doping apparatus used in Examples 1-6. The doping conditions are as shown in Table 3 below.

さらに、ドーピングが終了した後、成長結晶の引き上げを行なった。成長結晶の引き上げ条件は実施例１〜６と同じである。 Further, after the doping was completed, the grown crystal was pulled up. The pulling conditions for the grown crystal are the same as in Examples 1-6.

２．結果
表１乃至表３中、チャンバ流速（チャンバ入口のガス流速）は、
Ｖ（m/s）＝（流量(L/min)）*0.001/60*101300/（チャンバ内圧力(Pa)）/3.14/（半径(m)）^２
で求め、（半径(m)）は、不活性ガスのチャンバ入口の径、ドーパント流速はドーパントドープ管２２２の出口の径で求めている。
実施例１〜６における昇華速度と吸収率の関係を見ると、図１１に示されるように、ドーパントの昇華速度が遅いほど、ドープ効率が上昇し、かつバラツキが小さくなることが確認された。
また、チャンバ入口のガス流速に関しては、チャンバ流速を０．０５〜０．２m/sの範囲とするとドーパントの昇華速度を低く抑えることができるが、０．２m/sを超えるとドーパントの昇華速度が高くなり、適切なドーピングを行うことはできない。ドーパントの昇華速度が１０〜５０ｇ／min、チャンバ流速０．０５〜０．２m/sが効果的であることが確認された。
これに対して比較例１では実施例１〜６と比較すると、昇華速度が速く、ドープ効率のバラツキが大きい。 2. Results In Tables 1 to 3, the chamber flow rate (the gas flow rate at the chamber inlet) is
V (m / s) = (flow rate (L / min)) * 0.001 / 60 * 101300 / (pressure in chamber (Pa)) / 3.14 / (radius (m)) ²
(Radius (m)) is the diameter of the inert gas chamber inlet, and the dopant flow rate is the diameter of the dopant doped tube 222 outlet.
Looking at the relationship between the sublimation rate and the absorption rate in Examples 1 to 6, as shown in FIG. 11, it was confirmed that the slower the dopant sublimation rate, the higher the doping efficiency and the smaller the variation.
As for the gas flow rate at the chamber inlet, the sublimation rate of the dopant can be kept low if the chamber flow rate is in the range of 0.05 to 0.2 m / s, but if it exceeds 0.2 m / s, the sublimation rate of the dopant And the appropriate doping cannot be performed. It was confirmed that a dopant sublimation rate of 10 to 50 g / min and a chamber flow rate of 0.05 to 0.2 m / s were effective.
On the other hand, compared with Examples 1-6, the comparative example 1 has a quick sublimation rate and a large variation in dope efficiency.

また、実施例５及び比較例１の各方法について固化率と抵抗率との関係を調べたところ、実施例５では、すべて３．０ｍΩ・ｃｍ以下となっていることが確認された。これに対して、比較例１ではばらつきが大きく、固化率０〜２０％の部分では３．０ｍΩ・ｃｍを超えるものがあり、安定して３ｍΩ・ｃｍ以下のインゴットを製造できないことが確認された。
本発明に係るドーピングの注入方法を使わずに大量にドーパントを投入すれば低抵抗の結晶を作れるかというと、大量にドーピングすると単結晶化させることが難しくなり、歩留まりが悪化してしまう。また、吸収率の悪い投入方法で大量投入すると非常に効率が悪く、ドーパントを不要に浪費し、製造コストが上昇してしまう。さらに、大量にドーパントを投入すると、大量の蒸発物が排気されるため、引き上げ装置の排気系に蒸発物が付着し、メンテナンス回数等を増やさなければならず、この点でも著しく効率が悪くなる。 Moreover, when the relationship between a solidification rate and a resistivity was investigated about each method of Example 5 and the comparative example 1, in Example 5, it was confirmed that all are 3.0 m (ohm) * cm or less. On the other hand, the variation in Comparative Example 1 was large, and in the portion where the solidification rate was 0 to 20%, there were some exceeding 3.0 mΩ · cm, and it was confirmed that an ingot of 3 mΩ · cm or less could not be produced stably. .
If a large amount of dopant is added without using the doping implantation method according to the present invention, a low-resistance crystal can be formed. If a large amount of doping is performed, it becomes difficult to make a single crystal, and the yield deteriorates. In addition, if a large amount is charged by a charging method having a low absorption rate, the efficiency is very low, and the dopant is unnecessarily wasted, resulting in an increase in manufacturing cost. Furthermore, when a large amount of dopant is added, a large amount of evaporate is exhausted, so that the evaporate adheres to the exhaust system of the lifting device, and the number of maintenances and the like must be increased.

本発明は、融液にドーパントガスを注入する注入方法に利用することができる。 The present invention can be used in an injection method for injecting a dopant gas into a melt.

本発明の第一実施形態にかかる引き上げ装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the raising apparatus concerning 1st embodiment of this invention. 前記引き上げ装置のドーピング装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the doping apparatus of the said raising apparatus. 本発明の第二実施形態にかかる引き上げ装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the raising apparatus concerning 2nd embodiment of this invention. 第二実施形態のドーピング装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the doping apparatus of 2nd embodiment. 第二実施形態のドーピング装置を使用して、ドーピングしている状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state which has doped using the doping apparatus of 2nd embodiment. 本発明の第三実施形態にかかるドーピング装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the doping apparatus concerning 3rd embodiment of this invention. 本発明の変形例にかかるドーピング装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the doping apparatus concerning the modification of this invention. 本発明の他の変形例にかかるドーピング装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the doping apparatus concerning the other modification of this invention. 本発明の変形例にかかる引き上げ装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the raising apparatus concerning the modification of this invention. 本発明の他の変形例にかかるドーピング装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the doping apparatus concerning the other modification of this invention. 本発明の実施例及び比較例によって得られた昇華速度及びドーピング効率の関係を表すグラフである。It is a graph showing the relationship between the sublimation speed and doping efficiency obtained by the Example and comparative example of this invention. 前記実施例及び比較例によて得られたインゴットの抵抗率分布を表すグラフである。It is a graph showing the resistivity distribution of the ingot obtained by the said Example and the comparative example.

Explanation of symbols

１…引き上げ装置、２，４，５，６，７，８…ドーピング装置、２１，４１，５１，８１…外管、２２，７２…内管、２３…熱遮蔽部材、３０…チャンバ、３１…坩堝、３４…シールド、６４…吹き付け防止板（吹き付け防止部材）、２１１…上面部（吹き付け防止部材）、２３１…熱遮蔽板、２３１Ａ，２３１Ａ１，２３１Ａ２…熱遮蔽板、２３１Ｂ，２３１Ｂ１，２３１Ｂ２，２３１Ｂ３…熱遮蔽板、４１２Ａ…貫通孔 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Lifting device, 2, 4, 5, 6, 7, 8 ... Doping device, 21, 41, 51, 81 ... Outer tube, 22, 72 ... Inner tube, 23 ... Heat shielding member, 30 ... Chamber, 31 ... Crucible, 34 ... shield, 64 ... anti-spray plate (anti-spray member), 211 ... top surface portion (anti-spray member), 231 ... heat shield plate, 231A, 231A1, 231A2 ... heat shield plate, 231B, 231B1, 231B2, 231B3 ... Heat shield plate, 412A ... Through hole

Claims

A dopant injection method for injecting a volatile dopant into a semiconductor melt,
Using a doping apparatus comprising: a storage unit that stores a dopant in a solid state; and a cylindrical portion that introduces a gas discharged from the storage unit and that has an open lower end surface and guides the gas to a melt. Done,
The dopant implantation method, wherein a sublimation rate of the dopant in the housing portion is 10 g / min or more and 50 g / min or less.

The dopant implantation method according to claim 1,
The semiconductor melt is a silicon melt,
The doping apparatus includes a spray preventing member that is provided above the housing portion and prevents the inert gas flowing from the top to the bottom of the housing portion from being sprayed directly onto the housing portion. It is arranged in the chamber of the lifting device that contains the crucible that has entered,
A dopant injection method characterized by satisfying the following conditions (A) to (C) when implanting a dopant.
(A) The temperature of the melt is not less than the melting point of silicon and not more than the melting point + 60 ° C. (B) The flow rate of the inert gas flowing from the upper side to the lower side of the accommodating portion of the doping apparatus is 50 L / min or more and 400 L / min. (C) The pressure in the chamber is 5332 Pa (value converted to 40 Torr) or more and 79980 Pa (value converted to 600 Torr) or less.

The dopant implantation method according to claim 1,
The semiconductor melt is a silicon melt,
The doping apparatus includes a spray preventing member that is provided above the housing portion and prevents the inert gas flowing from the top to the bottom of the housing portion from being sprayed directly onto the housing portion. It is arranged in the chamber of the lifting device that contains the crucible that has entered,
A dopant injection method characterized by satisfying the following conditions (D) to (F) when implanting a dopant.
(D) The temperature of the melt is not lower than the melting point of silicon and not higher than the melting point + 60 ° C. (F) The flow rate of the inert gas at the chamber inlet is 0.05 m / s or more and 0.2 m / s or less.

The dopant implantation method according to any one of claims 1 to 3,
The dopant injection method, wherein a diameter of the opening of the cylindrical portion is 20 mm or more.

In the dopant implantation method according to any one of claims 1 to 4,
The dopant implantation method, wherein the position of the dopant accommodated in the accommodating portion of the dopant device is 300 mm or more above the surface of the melt.

In the dopant implantation method according to any one of claims 1 to 4,
The dopant injection method, wherein the dopant gas is injected while stirring a portion of the melt to which the dopant gas is sprayed.

The dopant implantation method according to any one of claims 1 to 6,
The doping apparatus includes a plurality of heat shielding members that cover a lower portion of the housing portion and shield radiant heat from the melt,
Dopant implantation is performed by adjusting the position and the number of the plurality of heat shielding members.

An N-type silicon single crystal having a resistivity of 3 mΩ · cm or less, which is manufactured by the dopant injection method according to claim 1.