JP2008266094A - 半導体単結晶の製造装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 炉内の熱的環境の経時変化の影響を受けることなくドーパントの昇華速度
を正確に制御できるようにする。
【解決手段】 収容室２１と供給管２２を備えたドーパント供給装置２０が設けられる。
収容室２１には、昇華可能なドーパント２３が収容されている。供給管２２は、収容室２
１内のドーパント２３が昇華された場合に昇華されたドーパント２３を融液５に導く。
加熱手段３０は、ドーパント供給装置２０の収容室２１内のドーパント２３を加熱する。
制御手段４０は、所望の昇華速度でドーパント２３が昇華されるように加熱手段３０によ
る加熱量を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＣＺ法（チョクラルスキー法）などを用いてシリコン単結晶などの単結晶半
導体を引き上げる単結晶引上げ装置および単結晶製造方法に関するものである。

（従来の実施技術）
ＣＺ法（チョクラルスキー法）は、ＣＺ炉内のるつぼに融液を貯留し、この融液にドー
パントを供給し、融液からドーパントを添加されたシリコン単結晶を、引上げ機構によっ
て引き上げ、成長させるというものである。

シリコン単結晶にＮ型の電気的特性を与えるためには、砒素Ａｓ、燐Ｐ、アンチモンＳ
ｂなどのＮ型用のドーパント（不純物）がシリコン単結晶に添加される。これらドーパン
トのうち、砒素Ａｓ、燐Ｐは、昇華可能なドーパントであり、比較的低い温度で固相から
気相に昇華する。そこで、これら昇華可能なドーパントが収容された収容室を、ＣＺ炉の
上方から、融液上方の所定位置まで下降させて、融液から輻射される輻射熱により収容室
内のドーパントを加熱して昇華させ、昇華されて気体となったドーパントを収容室から融
液に投入することで、ドーパントをシリコン結晶に添加するというドーパント供給方法が
従来より実施されている。こうしたドーパント投入方式の１つに、供給管の開口端を融液
よりも上方の所定位置に位置させ、アルゴンガスなどの不活性ガスを輸送用のキャリアガ
スとして使用して、供給管から融液に向けてキャリアガスを吹き付けることで、キャリア
ガスによりドーパントを融液に投入するという吹き付け方式がある。また、他の投入方
式として、供給管を融液に浸漬して、供給管から、昇華されて気体となってドーパントを
融液に投入するという浸漬方式がある。

（特許文献１にみられる従来技術）
特許文献１では、引上げ機構のシードチャックに不純物供給管アッセンブリを取り付け
て、引上げ機構によって不純物供給管アッセンブリのドーパント収容部が融液の液面から
約２８５ｍｍ上方に位置するまで、不純物供給管アッセンブリを下降させて、その位置で
融液から輻射される輻射熱によって収容部内の砒素を加熱して昇華させるようにしている。

そして、更に引き上げ機構によって不純物供給管アッセンブリの供給管が融液に接触する
位置まで、不純物供給管アッセンブリを下降させて、供給管より砒素蒸気を融液に投入す
るようにしている。ここで、ドーパントを昇華させる位置（融液の液面から約２８５ｍｍ
上方の位置）は、予め熱モデルの解析結果から得られる。

（特許文献２にみられる従来技術）
特許文献２では、引上げ機構と干渉しない位置にドーパント収納容器を配置して、収容
容器をＣＺ炉上方から石英るつぼの上面よりも上となる位置まで下降させて、その位置で
融液から輻射される輻射熱によって収容容器内のドーパントを溶解させるようにしている。

そして、更に収容容器を融液に浸漬する位置まで下降させて、収納容器の開放面から溶解
されたドーパントを融液に投入するようにしている。
特表２００３-５３２６１１号公報 特開２００５-３３６０２０号公報

ドーパントの融液への投入効率（吸収効率）は、ドーパントが昇華する速度によって決
まる。最適な昇華速度にすると、投入効率が最大となり、ドーパントの損失を最小に抑え
ることができる。

また昇華速度は、ドーパントに与える熱量によって決まる。このため最適な熱量でドー
パントを加熱すれば投入効率を最大にすることができる。

上述した従来の実施技術、特許文献１にみられる技術によれば、ドーパント収容部を融
液の上方のどの程度の位置まで下降させるかによってドーパントに与えられる輻射熱が変
動し、それに応じて昇華速度が変動する。ドーパント収容部が融液から遠ければ昇華速度
が遅くなるか、昇華そのものが困難となる。逆に ドーパント収容部が融液に近ければ昇
華速度が速くなる。昇華速度が変動すると、ドーパントの融液への投入効率、投入量が変
動し、シリコン単結晶のドーパント濃度、抵抗値に影響を与える。したがって昇華速度が
ばらつくと、ねらいとおりのドーパント濃度、抵抗値にすることができない。

しかし、ドーパント収容部を最適な位置まで下降させて、最適な輻射熱の熱量をドーパ
ントに加え、昇華速度を最適にし投入効率を最大にし、シリコン単結晶のドーパント濃度、
抵抗値を所望の値にすることは容易なことではない。

すなわち、特許文献１にみられるように、予めシミュレーションや実験結果から、最適
な下降位置を求めたとしても、ＣＺ炉内の熱環境の経時変化、つまり炉内部品の経時変化、
部品劣化などによって、その下降位置が最適なものではなくなって昇華速度が変動するこ
とがある。たとえば石英るつぼを加熱するためのヒータは、カーボン材で構成されている
が、カーボン材は経時変化によって劣化する。こうしたヒータの経時変化が生じると、ド
ーパント収容部を同じ位置まで下降させたとしても、時間の経過とともにドーパントが吸
収する輻射熱の熱量が変動して、昇華速度が変動してしまう。
このように輻射熱による昇華は、炉内部品（ホットゾーン）の経時変化の影響を受け易
く、昇華速度の制御は、極めて困難である。

またシリコン単結晶にドーパントを高濃度に添加して低抵抗率のＮ++型のシリコン単結
晶を引上げ成長させるときには、結晶の崩れが生じやすいことが本発明者により明らかに
なった。結晶の崩れを生じさせないようにするには、シリコン単結晶にＮ型の電気的特性
を与える砒素Ａｓ、燐Ｐといった昇華可能なドーパントの昇華速度を正確に制御して、シ
リコン単結晶中のドーパント濃度を正確に制御する必要がある。

本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであり、炉内の熱的環境の経時変化の影
響を受けることなくドーパントの昇華速度を正確に制御できるようにすることを解決課題
とするものである。

第１発明は、炉内のるつぼに貯留された融液にドーパントを供給し、融液からドーパン
トが添加された半導体単結晶を、引上げ機構によって引き上げて半導体単結晶を成長させ
る半導体単結晶の製造装置において、
昇華可能なドーパントが収容された収容室と、この収容室内のドーパントが昇華された
場合に昇華されたドーパントを融液に導く供給管とを含むドーパント供給装置と、
ドーパント供給装置の収容室内のドーパントを加熱する加熱手段と、
所望の昇華速度でドーパントが昇華されるように加熱手段による加熱量を制御する制御手
段と
を備えたことを特徴とする。

第２発明は、第１発明において、
ドーパント供給装置は、半導体単結晶および引上げ機構と干渉しない
位置に、配置されていること
を特徴とする。

第３発明は、第１発明または第２発明において、
ドーパント供給装置は、供給管が融液に浸漬しない位置に配置され、
供給管より、昇華されたドーパントを融液に吹き付けることで、昇華されたドーパントを
融液に導くものであること
を特徴とする。

第４発明は、第１発明または第２発明または第３発明において、
前記制御手段は、ドーパント供給中にドーパントの実際の昇華速度をフィードバックし、
実際の昇華速度が目標昇華速度に一致するように、加熱量を制御すること
を特徴とする。

第５発明は、第１発明または第２発明または第３発明において、
前記制御手段は、前回のバッチにおける昇華速度と加熱量に応じて、今回のバッチにおけ
る加熱量を制御すること
を特徴とする。

第６発明は、第１発明または第２発明または第３発明において、
予め昇華速度と加熱量の関係を求めておき、前記制御手段は、この予め求められた関係に
したがって加熱量を制御すること
を特徴とする。

第７発明は、
炉内のるつぼに貯留された融液にドーパントを供給し、融液からドーパントが添加された
半導体単結晶を、引き上げて半導体単結晶を成長させる半導体単結晶の製造方法において、
昇華可能なドーパントを加熱手段によって加熱することで、所望の昇華速度で昇華させ
て、昇華されたドーパントを融液に導くこと
を特徴とする。

第８発明は、第７発明において、
半導体単結晶を引き上げながら、昇華されたドーパントを融液に導くこと
を特徴とする。

第１発明によれば、図１に示すように、収容室２１と供給管２２を備えたドーパント供
給装置２０が設けられる。収容室２１には、昇華可能なドーパント２３が収容されている。

供給管２２は、収容室２１内のドーパント２３が昇華された場合に昇華されたドーパント
２３を融液５に導く。加熱手段３０は、ドーパント供給装置２０の収容室２１内のドーパ
ント２３を加熱する。制御手段４０は、所望の昇華速度でドーパント２３が昇華されるよ
うに加熱手段３０による加熱量を制御する。

このため加熱手段３０による加熱量が制御されて、収容室２１内のドーパント２３が所
望の昇華速度で昇華される。収容室２１内のドーパント２３が昇華されると、昇華された
ドーパント２３が供給管２２を介して融液５に導かれ、融液５に投入される。

本発明によれば、融液５からの輻射熱ではなくて、加熱手段３０により調整され制御手
段４０により制御された熱がドーパント２３に与えられてドーパント２３が昇華する。よ
って、輻射熱による昇華のように、炉内部品（ホットゾーン）の経時変化の影響を受ける
ことがない。これにより昇華速度を極めて正確に制御することができる。したがって、ば
らつきなく常に安定した最適な熱量をドーパント２３に加えることができるようになるた
め、昇華速度が最適なものとなり融液５へのドーパント投入効率が最大となり、シリコン
単結晶のドーパント濃度、抵抗値を所望の値に精度よく制御することができるようになる。

また、前述したようにシリコン単結晶にドーパントを高濃度に添加して低抵抗率のＮ++
型のシリコン単結晶を引上げ成長させるときには、結晶の崩れが生じやすいが、本発明に
よれば、シリコン単結晶にＮ型の電気的特性を与える砒素Ａｓ、燐Ｐといった昇華可能な
ドーパントの昇華速度を正確に制御してシリコン単結晶中のドーパント濃度を正確に制御
することが可能となったため、結晶の崩れを生じさせないように精度よく調整することが
できる。なお、本明細書において「低抵抗率のＮ++型のシリコン単結晶」とは、０．０１
Ω・ｃｍよりも小さい比抵抗値のＮ型のシリコン単結晶をいうものとする。

第２発明では、図１に示すように、ドーパント供給装置２０は、半導体単結晶６および
引上げ機構４と干渉しない位置に、配置されている。これにより、半導体単結晶６を引き
上げながら、昇華されたドーパント２３を融液５に導くことが可能となり、追加ドープを
行う場合など、引上げ中のドーピングを極めて精度よく行うことができるようになる。

第３発明では、ドーパント供給装置２０は、供給管２２が融液５に浸漬しない位置に配
置され、供給管２２より、昇華されたドーパント２３が融液５に吹き付けられることで、
昇華されたドーパント２３が融液５に導かれる。第３発明によれば、前述の吹き付け方式
によりドーパント２３が融液５に投入される。

第４発明では、図１に示すように、制御手段４０は、ドーパント供給中にドーパント２
３の実際の昇華速度（ドーパント２３の重量変化量）をフィードバックし、実際の昇華速
度が目標昇華速度に一致するように、加熱量を制御する。

第５発明では、図３に示すように、制御手段４０は、前回のバッチにおける昇華速度と
加熱量に応じて、今回のバッチにおける加熱量を制御する。

第６発明では、図４に示すように、予め昇華速度と加熱量の関係を求めておき、制御手
段４０は、この予め求められた関係にしたがって加熱量を制御する。

第７発明は、第１発明の装置発明に相当する方法の発明である。また第８発明は、第２
発明の装置発明に相当する方法の発明である。

以下図面を参照して実施形態の装置について説明する。

（第１実施例）
図１は、第１実施例の装置の構成を側面からみた図である。

同図１に示すように、第１実施例の単結晶引上げ装置１は、単結晶引上げ用容器として
のＣＺ炉（チャンバ）２を備えている。

ＣＺ炉２内には、多結晶シリコン（Ｓi）の原料を溶融して融液５として収容するるつぼ
３が設けられている。るつぼ３は、たとえば石英で構成されている。るつぼ３の周囲には、
るつぼ３内の原料を加熱して溶融するヒータ９が設けられている。

ヒータ９とＣＺ炉２の内壁との間には、保温筒１３が設けられている。

るつぼ３の上方には、引上げ機構４が設けられている。引上げ機構４は、引上げ用ケー
ブル４ａと、引上げ用ケーブル４ａの先端の種結晶ホルダ４ｂとからなる。種結晶ホルダ
４ｂによって種結晶が把持される。

るつぼ３内で原料が加熱され溶融される。溶融が安定化すると、引上げ機構４が動作し
て融液５からシリコン単結晶（シリコン単結晶インゴット）６がＣＺ法により引き上げら
れる。すなわち、引上げ用ケーブル４ａが降下され引上げ用ケーブル４ａの先端の種結晶
ホルダ４ｂに把持された種結晶が融液５に浸漬される。種結晶を融液５になじま
せた後引上げ用ケーブル４ａが上昇する。種結晶ホルダ４ｂに把持された種結晶が上
昇するに応じてシリコン単結晶６が成長する。引上げの際、るつぼ３は回転軸１０によっ
て回転する。また引上げ機構４の引上げ用ケーブル４ａは回転軸１０と逆方向にあるいは
同方向に回転する。また回転軸１０は鉛直方向に駆動することができ、るつぼ３を上下動
させ任意の上方方向位置に位置させることができる。

ＣＺ炉２内と外気を遮断することで炉２内は真空（たとえば数十Torr程度）に維持され
る。すなわちＣＺ炉２には不活性ガスとしてのアルゴンガス７が供給され、ＣＺ炉２の排
気口からポンプによって排気される。これにより炉２内は所定の圧力に減圧される。

単結晶引上げのプロセス（１バッチ）の間で、ＣＺ炉２内には種々の蒸発物が発生する。

そこでＣＺ炉２にアルゴンガス７を供給してＣＺ炉２外に蒸発物とともに排気してＣＺ炉
２内から蒸発物を除去しクリーンにしている。アルゴンガス７の供給流量は１バッチ中の
各工程ごとに設定する。

シリコン単結晶６の引上げに伴い融液５が減少する。融液５の減少に伴い融液５とるつ
ぼ３との接触面積が変化しるつぼ３からの酸素溶解量が変化する。この変化が、引き上げ
られるシリコン単結晶６中の酸素濃度分布に影響を与える。

るつぼ３の上方にあって、シリコン単結晶６の周囲には、熱遮蔽板８（ガス整流筒）が
設けられている。熱遮蔽板８は、ＣＺ炉２内に上方より供給されるキャリアガスとしての
アルゴンガス７を、融液表面５ａの中央に導き、さらに融液表面５ａを通過させて融液表
面５ａの周縁部に導く。そして、アルゴンガス７は、融液５から蒸発したガスとともに、
ＣＺ炉２の下部に設けた排気口から排出される。このため液面上のガス流速を安定化する
ことができ、融液５から蒸発する酸素を安定な状態に保つことができる。

また熱遮蔽板８は、種結晶および種結晶により成長されるシリコン単結晶６を、
るつぼ３、融液５、ヒータ９などの高温部で発生する輻射熱から、断熱、遮蔽する。また
熱遮蔽板８は、シリコン単結晶６に、炉内で発生した不純物（たとえばシリコン酸化物）
等が付着して単結晶育成が阻害されることを防止する。熱遮蔽板８の下端と融液表面５ａ
との距離Ｄの大きさは、回転軸１０を上昇下降させ、るつぼ３の上下方向位置を変化させ
ることで調整することができる。また熱遮蔽板８を昇降装置により上下方向に移動させて
距離Ｄを調整してもよい。

つぎに、本実施例装置のドーパント供給装置の構成について説明する。

本実施例では、シリコン単結晶６にＮ型の電気的特性を与えるために、砒素Ａｓまたは
燐Ｐが、Ｎ型用のドーパント（不純物）としてシリコン単結晶６に添加される。これらド
ーパント砒素Ａｓ、燐Ｐは、昇華可能なドーパントであり、比較的低い温度で固相から気
相に昇華する。

図１に示すように、ドーパント供給装置２０は、収容室２１と供給管２２とキャリアガ
ス導入管２４と流量調整装置２５を備えている。収容室２１には、昇華可能なドーパント
２３が収容されている。供給管２２は、収容室２１に連通しており、収容室２１内のドー
パント２３が昇華された場合に昇華されたドーパント２３を融液５に導く。導入管２４は、
収容室２１に連通しており、図示しないガス供給源から供給されるドーパント輸送用のキ
ャリアガス１７を収容室２１に導入する。キャリアガス１７は、昇華されたドーパント２
３が収容室２１内に滞留されるのを抑止して、昇華されたドーパント２３を効率よく供給
管２２を経て融液５に導く。

ドーパント供給装置２０の収容室２１と供給管２２とキャリアガス導入管２４は、たと
えば石英で構成されている。

流量調整装置２５は、導入管２４を通過し収容室２１に導入され、供給管２２を融液５
に向かうキャリアガス１７の流量（質量流量）を調整する。流量調整は、弁の開口面積を
調節することで行われる。キャリアガス１７は、アルゴンガスなどの不活性ガスが使用さ
れる。

図２は、図１に示すドーパント供給装置２０の収容室２１のＡ-Ａ断面図を示している。

加熱手段としてのヒータ３０は、収容室２１に周囲を取り囲むように円環状に形成されて
おり、収容室２１内のドーパント２３を加熱する。ヒータ３０は、たとえば抵抗加熱式の
ヒータが使用される。

収容室２１には、ドーパント２３の重量を検出する重量計としてのロードセル２６が設
けられている。ドーパント２３の昇華速度は、ドーパント２３が蒸発することで変化する
収容室２１内のドーパント２３の重量変化量として捕らえることができる。このためロー
ドセル２６の検出結果から昇華速度が計測される。

制御手段としてのコントローラ４０は、所望の昇華速度でドーパント２３が昇華される
ようにヒータ３０による加熱量を制御する。

コントローラ４０は、融液５へ昇華されたドーパント２３が供給されている間中、ロー
ドセル２６で検出される収容室２１内のドーパント２３の重量をモニタし、そのドーパン
ト重量変化量をドーパント２３の実際の昇華速度としてフィードバックし、フィードバッ
クされた実際の昇華速度が目標昇華速度に一致するように、ヒータ３０に印加する電力を
調整して、ヒータ３０によるドーパント加熱量を制御するとともに、流量調整装置２５の
弁の開口面積を調整することでキャリアガス１７の流量を制御する。収容室２１内のドー
パント２３の重量変化が大きくなるほどヒータ３０に加える電力が小さくなりキャリアガ
ス１７の流量が小さくなるように制御される。なお、キャリアガス１７の流量は一定値に
保持してもよい。

図１に示すように、ドーパント供給装置２０は、シリコン単結晶６および引上げ機構４
と干渉しない位置に、配置されている。このため、これにより、シリコン単結晶６を引き
上げながら、昇華されたドーパント２３を融液５に導くことが可能となっている。

ドーパント供給装置２０は、供給管２２が融液５に浸漬しない位置に配置されている。

このため供給管２２より、昇華されたドーパント２３が融液５に吹き付けられることで、
昇華されたドーパント２３が融液５に導かれる。すなわち、本実施例では、前述の吹き付
け方式によりドーパント２３が融液５に投入される。

ドーパント供給装置２０は、ＣＺ炉２内において、収容室２１内のドーパント２３が融
液５などからの輻射熱の影響を受けず、また、供給管２２から融液５にドーパント２３を
吹きつけるときに融液５内へのドーパント投入効率が最大となる位置に、配置される。供
給管２２の開口端２２ａと融液５との距離は、１０ｍｍ以下にすることが望ましい。

以下、シリコン単結晶６の成長開始から成長終了までのドーパント供給量の制御内容に
ついて説明する。

（融液５への初期ドーピング）
本実施例では、たとえばシリコン単結晶６にドーパント２３を高濃度に添加して低抵抗
率のＮ++型のシリコン単結晶を引上げ成長させる場合を想定している。

シリコン単結晶６にドーパント２３を高濃度に添加して低抵抗率のＮ++型のシリコン単
結晶を引上げ成長させようとするときに、高濃度にするために必要な大量のドーパント２
３を融液５に投入してから結晶を引き上げると、結晶の崩れが生じやすいことが本発明者
により明らかになった。結晶の崩れを生じさせないようにするには、シリコン単結晶６の
直胴部の前半部が形成されるまでは、ドーパント２３が低濃度に添加された状態か、ドー
パント２３が無添加の状態とし、シリコン単結晶６の直胴部の前半部が形成された以降は、
ドーパント２３が所望する高濃度に添加された状態となるように、融液にドーパントを供
給すればよいことが本発明者によって明らかになった。これは、結晶育成前に融液５に大
量にドーパント２３を投入することで、融液５内の局所的なドーパント濃度のばらつきに
より異常成長が生じたためであると考えられている。

そこで、本実施例では、シリコン単結晶６の引上げ前に予め、融液５に低濃度のドーパ
ント２３が添加しておかれる。シリコン単結晶６の引上げ前に行うドーパント２３の融液
５への添加の方法は、本実施例のドーパント供給装置２０を使用しない従前の添加方法で
あってもよく、本実施例のドーパント供給装置２０を用いた方法であってもよい。

ここで、低濃度とは、シリコン単結晶６中のドーパント２３の濃度が１．６E１９atoms/
ｃｍ3以下となる濃度であって、シリコン単結晶６の比抵抗値で４ｍΩ-ｃｍ以下となる濃
度をいうものとする。

このように融液５に低濃度のドーパント２３をドーピングしておき、シリコン単結晶６
の引上げを行うと、シリコン単結晶６の直胴部の前半部が形成されるまでのドーパント濃
度は、低濃度となる。

（融液５への後半ドーピング）
シリコン単結晶６の直胴部の前半部が形成されると、それ以降は、ドーパント２３が所
望する高濃度に添加された状態となるように、本実施例のドーパント供給装置２０を用い
て融液５に昇華されたドーパント２３が追加ドープされる。

コントローラ４０は、シリコン単結晶６の引き上げ途中から融液５にドーパント２３が
追加ドープされるように、ヒータ３０および流量調整装置２５の制御を引き上げ途中から
開始する。

コントローラ４０から電力指令がヒータ３０に与えられると、ヒータ３０には電力指令
に応じた電力が供給されて発熱する。ヒータ３０が発熱すると、収容室２１内のドーパン
ト２３に熱が吸収されて、収容室２１内のドーパント２３が昇華されて蒸発する。

コントローラ４０から流量指令が流量調整装置２５に与えられると、キャリアガス１７
が流量指令に応じた流量で導入管２４から収容室２１を経て供給管２２を流れ、供給管２
２から融液５に向けてキャリアガス１７が吹き付けられる。

このため収容室２１にて昇華された気体のドーパント２３がキャリアガス１７によって
搬送されて供給管２２から融液に向けて吹き付けられ、ドーパント２３が融液５に投入さ
れる。

コントローラ４０は、融液５へドーパント２３が供給されている間中、ロードセル２６
で検出されるドーパント２３の重量をモニタし、そのドーパント重量変化量をドーパント
２３の実際の昇華速度としてフィードバックし、フィードバックされた実際の昇華速度が
目標昇華速度に一致するように、ヒータ３０に印加する電力を調整して、ヒータ３０によ
るドーパント加熱量を制御するとともに、流量調整装置２５の弁の開口面積を調整するこ
とでキャリアガス１７の流量を制御する。

このようにしてドーパント２３が所望の昇華速度で昇華され、所望する濃度のドーパン
ト２３が融液５へ追加ドープされる。これにより、シリコン単結晶６の直胴部の前半部が
形成された以降の結晶各部は、ドーパント２３が所望する高濃度に添加された状態となる。

以上のように本実施例によれば、融液５などからの輻射熱ではなくて、ヒータ３０によ
り調整されコントローラ４０により制御された熱が収容室２１内のドーパント２３に与え
られてドーパント２３が昇華する。よって、輻射熱による昇華のように、炉内部品（ホッ
トゾーン）の経時変化の影響を受けることがない。これにより昇華速度を極めて正確に制
御することができる。したがって、ばらつきなく常に安定した最適な熱量をドーパント２
３に加えることができるようになるため、昇華速度が最適なものとなり融液５へのドーパ
ント投入効率が最大となり、シリコン単結晶６のドーパント濃度、抵抗値を所望の高濃度、
低抵抗値に精度よく制御することができるようになる。

また、シリコン単結晶６にドーパントを高濃度に添加して低抵抗率のＮ++型のシリコン
単結晶６を引上げ成長させるときには、結晶の崩れが生じやすいが、本実施例によれば、
シリコン単結晶６にＮ型の電気的特性を与える砒素Ａｓ、燐Ｐといった昇華可能なドーパ
ント２３の昇華速度を正確に制御してシリコン単結晶６中のドーパント濃度を正確に制御
することが可能となったため、結晶の崩れを生じさせないように精度よく調整することが
できる。

また、ドーパント供給装置２０は、シリコン単結晶６および引上げ機構４と干渉しない
位置に、配置されている。これにより、シリコン単結晶６を引き上げながら、昇華された
ドーパント２３を融液５に導くことが可能となり、追加ドープを行う際に引上げ中のドー
ピングを極めて精度よく行うことができるようになる。

また、本実施例では、ドーパント供給装置２０は、供給管２２が融液５に浸漬しない位
置に配置され、供給管２２より、昇華されたドーパント２３が融液５に吹き付けられるこ
とで、昇華されたドーパント２３が融液５に導かれるようにしている。かかる吹き付け方
式は、浸漬方式と比較して、結晶崩れを生じさせにくく安定して単結晶を育成することが
できる。これは、供給管２２が融液５に浸漬するときに融液５に液振が発生したり、液温
が低下したり、融液５の対流の変化が発生してしまい、育成中の単結晶の単結晶化率を阻
害し、安定的に単結晶を育成することが困難になるためであると考えられている。このた
め吹き付け方式は、浸漬方式と比較して、そもそも結晶崩れを起こし易い、高濃度、低抵
抗率のＮ++型のシリコン単結晶６を引上げ成長させるときに、適用して好適である。

（第２実施例）
上述の第１実施例では、ドーパント供給中にドーパント２３の実際の昇華速度（ドーパ
ント２３の重量変化量）をフィードバックし、実際の昇華速度が目標昇華速度に一致する
ように、ヒータ３０による加熱量を制御しているが、この制御は一例であり、図３に示す
ような他の制御装置を用いて構成してもよい。

以下、第１実施例と同じ構成要素については適宜説明を省略し異なる構成要素について
説明する。

この図３に示す制御装置では、コントローラ４０は、前回のバッチにおける昇華速度と
加熱量に応じて、今回のバッチにおける加熱量を調整する。

すなわち、予め実験が行われ、ヒータ３０に加える電力（加熱量）と昇華速度との関係
が記憶装置４１に記憶されておかれる。

コントローラ４０は、記憶装置４１に記憶されたデータを読み出し、１バッチの間、所
望する昇華速度に対応する電力が得られるようにヒータ３０に電力指令を与えて、ヒータ
３０に印加する電力を調整する。なお、１バッチの間、キャリアガス１７の流量は一定値
に保持される。１バッチの間、ドーパント２３の重量がロードセル２６にてモニタされ、
１バッチ間の実際の昇華速度が記憶装置４２に記憶されるとともに、ヒータ３０に加えた
実際の電力（加熱量）が記憶装置４２に記憶される。

次回のバッチでは、コントローラ４０は、記憶装置４２に記憶された前回のバッチにお
ける実際の昇華速度と実際の電力（加熱量）を読み出し、これらと記憶装置４１に記憶さ
れた昇華速度と電力（加熱量）との対応関係とを対比して、ヒータ３０に加える電力を補
正して補正した電力をヒータ３０に印加する。今回のバッチにおける実際の昇華速度が前
回のバッチにおける実際の昇華速度よりも速ければ、その分ヒータ３０に加える電力を下
げる。

このようにしてドーパント２３が所望の昇華速度で昇華され、所望する濃度のドーパン
ト２３が融液５へ追加ドープされる。

（第３実施例）
上述の第２実施例では、前回のバッチの実際の昇華速度を今回のバッチにフィードバッ
クしてヒータ３０に加える電力を制御するようにしているが、予め実験で得られた昇華速
度とヒータ電力値との対応関係に基づき、所望する昇華速度に対応する固定した電力をヒ
ータ３０に加えるように制御してもよい。

以下、第１実施例、第２実施例と同じ構成要素については適宜説明を省略し異なる構成
要素について説明する。

この図４に示す制御装置では、コントローラ４０は、予め昇華速度と加熱量（電力）の
関係を求めておき、この予め求められた関係にしたがって加熱量（電力）を制御する。

すなわち、予め実験が行われ、ヒータ３０に加える電力（加熱量）と昇華速度との関係
が記憶装置４１に記憶されておかれる。

コントローラ４０は、記憶装置４１に記憶されたデータを読み出し、１バッチの間、所
望する昇華速度に対応する電力が得られるようにヒータ３０に電力指令を与えて、ヒータ
３０に印加する電力を調整する。なお、１バッチの間、キャリアガス１７の流量は一定値
に保持される。

このようにしてドーパント２３が所望の昇華速度で昇華され、所望する濃度のドーパン
ト２３が融液５へ追加ドープされる。

なお、上述した各実施例では、吹き付け法によりドーパント２３を融液５に供給するよ
うにしているが、浸漬法を用いてドーパント２３を融液５に供給してもよい。浸漬法を使
用する場合でも、収容室２１は、融液５からの輻射熱の影響を受けにくい位置に配置する
ことが必要となる。

また、本実施形態では、ドーパント供給装置２０を、シリコン単結晶６および引上げ機
構４と干渉しない位置に、配置させ、追加ドープを行う際にシリコン単結晶６を引き上げ
ながら、昇華されたドーパント２３を融液５に導くようにしているが、ドーパント供給装
置２０を、シリコン単結晶６および引上げ機構４が配置される位置に、配置させてもよい。

たとえば、結晶育成前に、引上げ機構４が配置される場所に、ドーパント供給装置２０を
配置させてこのドーパント供給装置２０によりドーパント２３を融液５に投入しておき、
その後、ドーパント供給装置２０を外してドーパント供給装置２０が配置されていた場所
に引上げ機構４を配置させてシリコン単結晶６を引上げ成長させる実施も可能である。

また、本実施形態では、シリコン単結晶６を引き上げる場合を想定し半導体元素として
シリコンを想定しているが、引き上げられる半導体単結晶は、シリコン単結晶以外の半導
体単結晶であってもよい。

図１は、第１実施例の装置構成を示す側面図である。 図２は、図１に示すドーパント供給装置の断面を示す断面図である。 図３は、第２実施例の装置構成を示す側面図である。 図４は、第３実施例の装置構成を示す側面図である。

符号の説明

１ 単結晶引上げ装置、２ ＣＺ炉、３ るつぼ、５ 融液、２０ ドーパント供給装
置、２３ ドーパント、３０ ヒータ、４０ コントローラ

Claims (8)

1. 炉内のるつぼに貯留された融液にドーパントを供給し、融液からド
   ーパントが添加された半導体単結晶を、引上げ機構によって引き上げて半導体単結晶を成
   長させる半導体単結晶の製造装置において、
   昇華可能なドーパントが収容された収容室と、この収容室内のドーパントが昇華された
   場合に昇華されたドーパントを融液に導く供給管とを含むドーパント供給装置と、
   ドーパント供給装置の収容室内のドーパントを加熱する加熱手段と、
   所望の昇華速度でドーパントが昇華されるように加熱手段による加熱量を制御する制御
   手段と
   を備えたことを特徴とする半導体単結晶の製造装置。
2. ドーパント供給装置は、半導体単結晶および引上げ機構と干渉しない
   位置に、配置されていること
   を特徴とする請求項１記載の半導体単結晶の製造装置。
3. ドーパント供給装置は、供給管が融液に浸漬しない位置に配置され、
   供給管より、昇華されたドーパントを融液に吹き付けることで、昇華されたドーパントを
   融液に導くものであること
   を特徴とする請求項１または２記載の半導体単結晶の製造装置。
4. 前記制御手段は、ドーパント供給中にドーパントの実際の昇華速度を
   フィードバックし、実際の昇華速度が目標昇華速度に一致するように、加熱量を制御する
   こと
   を特徴とする請求項１または２または３記載の半導体単結晶の製造装置。
5. 前記制御手段は、前回のバッチにおける昇華速度と加熱量に応じて、
   今回のバッチにおける加熱量を制御すること
   を特徴とする請求項１または２または３記載の半導体単結晶の製造装置。
6. 予め昇華速度と加熱量の関係を求めておき、前記制御手段は、この予
   め求められた関係にしたがって加熱量を制御すること
   を特徴とする請求項１または２または３記載の半導体単結晶の製造装置。
7. 炉内のるつぼに貯留された融液にドーパントを供給し、融液からドー
   パントが添加された半導体単結晶を、引き上げて半導体単結晶を成長させる半導体単結晶
   の製造方法において、
   昇華可能なドーパントを加熱手段によって加熱することで、所望の昇華速度で昇華させ
   て、昇華されたドーパントを融液に導くこと
   を特徴とする半導体単結晶の製造方法。
8. 半導体単結晶を引き上げながら、昇華されたドーパントを融液に導く
   こと
   を特徴とする請求項７記載の半導体単結晶の製造方法。

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