JP2009242143A - シリコン単結晶引上装置及びシリコン単結晶の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】シリコン単結晶の直胴部の前半部までが形成される時間の長短によることなく、昇華性ドーパントが確実に高濃度に添加された、所望の抵抗率を有するシリコン単結晶を成長することができるシリコン単結晶引上装置及びシリコン単結晶の製造方法を提供する。
【解決手段】ドープされたシリコン単結晶をチョクラルスキー法により融液から引上げるシリコン単結晶引上装置1aであって、昇華性ドーパントを収納する収納手段として引上炉2の上部に設置された試料皿20aを用いる。試料皿20aの中には昇華性ドーパントを入れ、駆動手段25aによってヒンジに接続された試料皿20aを斜めに傾けて、昇華性ドーパントを供給管22の一端に接続されたドープ管21aに投入していく。試料皿20aから駆動手段25aを用いて順次供給手段に投入することにより、1バッチの結晶成長において所望のタイミングで高濃度の昇華性ドーパントを供給することができる。
【選択図】図1
【解決手段】ドープされたシリコン単結晶をチョクラルスキー法により融液から引上げるシリコン単結晶引上装置1aであって、昇華性ドーパントを収納する収納手段として引上炉2の上部に設置された試料皿20aを用いる。試料皿20aの中には昇華性ドーパントを入れ、駆動手段25aによってヒンジに接続された試料皿20aを斜めに傾けて、昇華性ドーパントを供給管22の一端に接続されたドープ管21aに投入していく。試料皿20aから駆動手段25aを用いて順次供給手段に投入することにより、1バッチの結晶成長において所望のタイミングで高濃度の昇華性ドーパントを供給することができる。
【選択図】図1
Description
本発明は、シリコン単結晶引上装置及びシリコン単結晶の製造方法に関する。より具体的には、ドープされたシリコン単結晶をチョクラルスキー法により融液から引上げるシリコン単結晶引上装置及びシリコン単結晶の製造方法に関する。
CZ(チョクラルスキー)法は、引上炉内のるつぼに融液を貯留し、この融液からシリコン単結晶を引上げ機構によって引上げて成長させる結晶成長法である。
シリコン単結晶にn型の電気的特性を与えるには、砒素、赤リン、アンチモン等の昇華性ドーパントをシリコン単結晶に添加する必要がある。これら昇華性ドーパントをシリコン結晶に添加する方法としては、昇華性ドーパントが収容されたドープ管を、引上炉内の融液上方の所定位置まで下降させ、融液から輻射される輻射熱によって昇華性ドーパントを加熱して昇華させ、昇華によって気体となった昇華性ドーパントを融液に導入する方法が取られている。
気体となった昇華性ドーパントを融液に導入する方法の一つとしては、特許文献1及び2に示すように、供給管の開口端を融液より上方に配置して、アルゴンガス等の不活性ガスからなるキャリアガスによって搬送される昇華性ドーパントを、供給管から融液に向けて吹き付ける方式が挙げられる。また、他の方式としては、供給管を融液に浸漬し、昇華して気体となった昇華性ドーパントを、供給管を通じて融液に投入する方式が挙げられる。
特許文献1には、引上げ機構と干渉しない位置にドープ管を配置して、ドープ管を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部内の昇華性ドーパントを溶解させ、さらに収容容器を融液に浸漬する位置まで下降させて、ドープ管の開放面から溶解された昇華性ドーパントを融液に投入し、成長軸方向に不連続に異なる比抵抗範囲をもつシリコン単結晶インゴットを引上げ成長させる発明が記載されている。
特許文献2には、中央に供給管の開放上端部を有するシールされた部屋に粒状の昇華性ドーパントを入れ、供給管の開放下端部をシリコン融液に浸漬して昇華性ドーパントを蒸発させ、蒸発した昇華性ドーパントの圧力を用いて昇華性ドーパントを融液に導入するための供給管アセンブリの発明が記載されている。
特開2005−336020号公報
特表2003−532611号公報
ここで、低抵抗率で高濃度のN++型の電気的特性が得られるシリコン単結晶インゴットを得るためには、砒素、赤リン、アンチモン等のN型用の昇華性ドーパントを高濃度にシリコン単結晶に添加する必要がある。ここで、N++型のシリコン単結晶とは、比抵抗値が0.01Ωcmより小さいN型のシリコン単結晶のことを指す。
しかしながら、こうしたN++型のシリコン単結晶の引上げを行う際に、融液に供給しておく昇華性ドーパントの濃度を高濃度にすると、結晶の肩部から直胴部の前半部(概ね直径100mm前後となる部分)の間を成長させる際に、結晶の肩部や肩部の下で結晶が崩れ易い問題点があった。また、肩部の形成前に結晶の径を絞って転位を除去しようとしても、昇華性ドーパントの濃度を高濃度にすると転位の除去が困難になるため、絞りの部分をより細くし、且つ絞りの部分を長尺化する必要があり、結晶の直胴部の前半部までの成長により多くの時間がかかる問題点があった。
そのため、直胴部の前半部が成長するまでは昇華性ドーパントを昇華させずに保持し、直胴部の前半部が成長してから目的の電気抵抗率になるようにドープする必要があるが、結晶の直胴部の前半部までの成長に時間が掛かり過ぎると、直胴部の前半部が形成される前に昇華性ドーパントが昇華してしまい、所望の電気的特性を有するシリコン単結晶の成長が困難になる問題点があった。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、シリコン単結晶の直胴部の前半部までが形成される時間の長短によることなく、昇華性ドーパントが確実に高濃度に添加された、所望の抵抗率を有するシリコン単結晶を成長することができるシリコン単結晶引上装置及びシリコン単結晶の製造方法を提供することにある。
本発明者らは、昇華性ドーパントを高濃度でドープしたシリコン単結晶を引上げるシリコン単結晶引上装置につき種々の検討を行った。その中で、昇華性ドーパントの収納手段が引上炉内に設けられたシリコン単結晶引上装置によれば、引上炉内の高温部で発生する輻射熱が昇華性ドーパントに及ぼす影響が小さくなり、昇華性ドーパントを融液に供給するまでの昇華性ドーパントの気化が抑制されることを見出し、本発明を完成するに至った。
(1) ドープされたシリコン単結晶をチョクラルスキー法により融液から引上げるシリコン単結晶引上装置であって、引上炉内に設けられ且つ昇華性ドーパントを収納する収納手段と、融液に該昇華性ドーパントを供給する供給手段と、該昇華性ドーパントを個別的に該収納手段から該供給手段に供給できるようにする駆動手段と、を含むことを特徴とするシリコン単結晶引上装置。
(1)の発明によれば、昇華性ドーパントを引上炉の内部に設けた収納手段に収納することにより、坩堝、融液、ヒータ等の高温部で発生する輻射熱が昇華性ドーパントに及ぼす影響が小さくなり、駆動機構を駆動させて昇華性ドーパントを融液に供給するまでの昇華性ドーパントの気化が抑制される。そのため、シリコン単結晶の直胴部の前半部までが形成される時間によることなく、昇華性ドーパントが確実に高濃度に添加された、所望の抵抗率を有するシリコン単結晶を成長させることができる。
また、(1)の発明によれば、昇華性ドーパントを引上炉の内部に設けた収納手段に収納し、昇華性ドーパントへの輻射熱の影響を小さくした上で、駆動機構を駆動させて昇華性ドーパントを投入することができるため、昇華性ドーパントをセッティングしてから投入するまでの間、及びシリコン単結晶の直胴部の前半部までが形成されるまでの間のドープを回避しつつ、結晶成長が安定化する結晶の直胴部の成長中に、高濃度の昇華性ドーパントを投入することができる。
さらに、(1)の発明によれば、シリコン単結晶の直胴部の前半部までが形成されるまでの結晶成長が困難な部分へのドープが回避されるため、肩部の形成前における絞りによる転位の除去をより容易にすることができる。そのため、絞り径の大径化が可能になり、絞りの部分がより大きな荷重に耐えられるようになり、N++型のシリコン単結晶をより大型化することができる。
(2) 前記収納手段が試料皿であり、前記駆動手段が該試料皿を駆動することにより載置された前記昇華性ドーパントを前記供給手段に投入するものであることを特徴とする、(1)記載のシリコン単結晶引上装置。
(2)の発明によれば、試料皿に載置された昇華性ドーパントを、駆動手段を用いて試料皿を駆動して供給手段に投入することにより、予め昇華性ドーパントを供給手段に仕込むことなく昇華性ドーパントを投入することができる。
(3) 前記収納手段が、前記昇華性ドーパントを収納可能な収納容器であることを特徴とする(1)記載のシリコン単結晶引上装置。
(3)の発明によれば、昇華性ドーパントを収納容器に収納することにより、シリコン単結晶引上装置において昇華性ドーパントを取扱い易くすることができ、昇華性ドーパントの取付け作業及び交換作業をより簡単に行うことができる。
(4) 前記収納手段に設けられた複数の収納室の各々に収納側開口部が配設されており、前記駆動手段により、少なくとも一の該収納側開口部が該供給手段に接続されるとともに、他の該収納側開口部が覆われることを特徴とする(3)記載のシリコン単結晶引上装置。
(4)の発明によれば、駆動手段を駆動することにより、供給手段と接続する収納側開口部が変化するため、複数の収納側開口部を供給手段に順次接続することができる。そのため、1バッチの結晶成長において昇華性ドーパントを自在に投入することができる。
(5) 前記駆動手段が前記収納容器を駆動するものであり、前記収納容器に配設された収納側開口部と、前記供給手段と、が接続することを特徴とする(3)記載のシリコン単結晶引上装置。
(5)の発明によれば、駆動手段を用いて収納容器を駆動し、収納容器と供給手段とを接続することで、ドープを行っていない収納容器を引上炉から退避させることができ、ドープを行っていない昇華性ドーパントの気化を抑制することができる。
(6) 前記供給手段は融液に浸漬しない位置に配置されており、気化させた昇華性ドーパントを融液に吹き付けるものであることを特徴とする(1)から(5)のいずれか記載のシリコン単結晶引上装置。
(6)の発明によれば、供給手段を通じて昇華性ドーパントを融液に吹き付けることにより、供給手段や昇華性ドーパントを融液に浸漬した時に発生する融液の液振、融液の液温の低下、及び融液の対流の変化による、成長したシリコン単結晶の結晶状態への悪影響を少なくすることができ、成長したシリコン単結晶の結晶崩れを防ぐことができる。
(7) ドープされたシリコン単結晶をチョクラルスキー法により成長させるシリコン単結晶の製造方法であって、引上炉内の収納手段に収納された昇華性ドーパントを、駆動手段を用いて供給手段に供給することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
(7)の発明によれば、昇華性ドーパントを、駆動手段を用いて供給手段に供給することにより、昇華性ドーパントのうち一部をドープさせた後に、駆動手段により所望のタイミングで高濃度の昇華性ドーパントを追加で供給することができるため、理論偏析にかかわらず、ドーピングした結晶位置で成長軸方向の比抵抗プロファイルが急激に変化したシリコン単結晶を成長させることができる。
(8) 前記昇華性ドーパントを供給する前に前記シリコン単結晶の直胴部の前半部までを成長させ、前記昇華性ドーパントの供給を開始した後に前記シリコン単結晶の直胴部の前半部から後を成長させることを特徴とする(7)記載のシリコン単結晶の製造方法。
(8)の発明によれば、結晶の肩部から直胴部の前半部にかけて昇華性ドーパントの添加が抑えられ、直胴部の前半部からテール部にかけて昇華性ドーパントが添加されたシリコン単結晶を製造することができる。結晶の成長が不安定になり易い結晶の肩部から直胴部の前半部にかけて昇華性ドーパントの添加が抑えられることにより、この部分での結晶の成長を安定化させ、より高い歩留りでのシリコン単結晶の製造を可能にする。
(9) 前記昇華性ドーパントが砒素、赤リン及びアンチモンからなる群のうち少なくとも一種であることを特徴とする(7)又は(8)記載のシリコン単結晶の製造方法。
(9)の発明によれば、昇華性ドーパントとして砒素、赤リン及びアンチモンからなる群のうち少なくとも一種を添加することで、N型の電気的特性を有するシリコン単結晶を製造することができる。
(10) 前記昇華性ドーパントを高濃度に添加してN++型シリコン単結晶を製造することを特徴とする(9)記載のシリコン単結晶の製造方法。
(10)の発明によれば、理論偏析以上に昇華性ドーパントを添加することができるため、所望の電気抵抗率を有するN++型シリコン単結晶を製造することができる。
(11) (7)から(10)のいずれか記載のシリコン単結晶の製造方法により製造されたシリコン単結晶インゴット。
(11)の発明によれば、直胴部の前半部からテール部までの間に、引上方向に垂直な方向に向かって比抵抗プロファイルが急激に変化する領域を有し、任意の電気抵抗率を有するシリコン単結晶インゴットを成長することができる。
本発明によれば、昇華性ドーパントを引上炉の内部に設けた収納手段に収納することにより、引上炉内の高温部で発生する輻射熱が昇華性ドーパントに及ぼす影響が小さくなり、昇華性ドーパントを融液に供給するまでの昇華性ドーパントの気化が抑制されるため、シリコン単結晶の直胴部の前半部までが形成される時間の長短によることなく、昇華性ドーパントが確実に添加された、所望の抵抗率を有するシリコン単結晶を融液から引き上げるシリコン単結晶引上装置及びシリコン単結晶の製造方法を提供することができる。
以下、本発明について具体的に説明する。
本発明のシリコン単結晶引上装置及びシリコン単結晶の製造方法は、シリコン単結晶の成長において引上炉内の収納手段に収納された昇華性ドーパントを融液に投入することを特徴とする。
以下、必要に応じて図1〜図7を参照しながら、本発明のシリコン単結晶引上装置及びシリコン単結晶の製造方法の実施形態について詳細に説明するが、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。尚、説明が重複する箇所については、適宜説明を省略する場合があるが、発明の趣旨を限定するものではない。
本実施形態のシリコン単結晶引上装置1aは、CZ法による結晶成長に用いることのできる引上炉(チャンバ)2を備えている。
引上炉2の内部には、昇華性ドーパント23を収納する収納手段と、融液5を収容する坩堝3が設けられている。ここで、引上炉2の内部に収納手段を設け、この収納手段に昇華性ドーパント23を収納することで、昇華性ドーパント23に届く引上炉2の高温部からの輻射熱が小さくなり、融液5に供給するまでの昇華性ドーパント23の気化が抑制される。
坩堝3は、多結晶シリコン(Si)からなる原料を溶融した融液5を収容するものであり、例えば石英で構成されている。坩堝3の周囲には、坩堝3の中にある原料を加熱して溶融するヒータ9が設けられている。このヒータ9と引上炉2の内壁との間には、保温筒13が設けられている。また、坩堝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のその先端にある種結晶ホルダ4bとからなる。この種結晶ホルダ4bによって種結晶が把持される。
ここで、坩堝3の中に原料を入れ、ヒータ9を用いて加熱し、原料を溶融して融液5にする。融液5の溶融状態が安定化したところで、引上げ用ケーブル4aを降下して種結晶ホルダ4bに把持させた種結晶を融液5に浸漬する。種結晶を融液5になじませた後で、引上げ用ケーブル4aを上昇させ、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を引上げて成長させる。シリコン単結晶6を成長させる際、坩堝3を回転軸10によって回転させる。それとともに、引上げ機構4の引上げ用ケーブル4aを、回転軸10の回転方向と同じ方向又は逆の方向に回転させる。ここで、回転軸10は鉛直方向にも駆動することができ、坩堝3を鉛直方向の任意の位置に上下動させることもできる。
このとき、引上炉2の内部は外気を遮断して真空状態(例えば数十Torr程度)に減圧し、不活性ガスとしてアルゴンガス7を供給しつつ、ポンプを用いてアルゴンガス7を排気する。引上炉2の内部にアルゴンガス7を流通させることにより、引上炉2の内部で発生した蒸発物を、アルゴンガス7ととともに引上炉2の外部に除去することができる。このときのアルゴンガス7の供給流量は、結晶成長の各プロセスによって各々設定することができる。
シリコン単結晶6が成長してくると、融液5の減少によって融液5と坩堝3との接触面積が変化し、坩堝3からの酸素溶解量が変化するため、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。そこで、坩堝3の上方及びシリコン単結晶6の周囲に、熱遮蔽板8(ガス整流筒)を設ける。この熱遮蔽板8は、引上炉2の上方より供給されるアルゴンガス7を融液表面5aの中央に導き、さらに融液表面5aを経由して融液表面5aの周縁部に導く作用を有する。そして、アルゴンガス7は、融液5からの蒸発物とともに、引上炉2の下部に設けた排気口から排出される。それにより、液面上のガス流速を安定化させ、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、この熱遮蔽板8は、種結晶及び成長するシリコン単結晶6に対しての、坩堝3、融液5、ヒータ9等の高温部で発生する輻射熱を遮断する作用も有する。また熱遮蔽板8は、引上炉2の中で発生した不純物(例えばシリコン酸化物)等がシリコン単結晶6に付着して単結晶育成が阻害されないようにする作用も有する。ここで、熱遮蔽板8の下端と融液表面5aとの距離Dの大きさは、坩堝3の上下動によって調整してもよく、熱遮蔽板8の昇降装置による上下動によって調整してもよい。
図1から図3に、本発明の好適な実施形態の一例に係る昇華性ドーパント供給機構の詳細を示す。
[試料皿]
本実施例では、昇華性ドーパント23を収納する収納手段として、例えば引上炉2の上部に設置された試料皿20aを用いる。試料皿20aの中には昇華性ドーパント23を入れ、以下に述べる駆動手段25aによって、ヒンジ37に接続された試料皿20aを斜めに傾けて、昇華性ドーパント23を供給手段、例えば供給管22の一端に接続されたドープ管21aに投入していく。試料皿20aから駆動手段25aを用いて順次供給手段に投入することにより、1バッチの結晶成長において所望のタイミングで高濃度の昇華性ドーパント23を供給することができる。
[試料皿]
本実施例では、昇華性ドーパント23を収納する収納手段として、例えば引上炉2の上部に設置された試料皿20aを用いる。試料皿20aの中には昇華性ドーパント23を入れ、以下に述べる駆動手段25aによって、ヒンジ37に接続された試料皿20aを斜めに傾けて、昇華性ドーパント23を供給手段、例えば供給管22の一端に接続されたドープ管21aに投入していく。試料皿20aから駆動手段25aを用いて順次供給手段に投入することにより、1バッチの結晶成長において所望のタイミングで高濃度の昇華性ドーパント23を供給することができる。
ここで、試料皿20aに収容する昇華性ドーパント23としては、シリコン単結晶6にN型の電気的特性を与えることができる、砒素、赤リン及びアンチモンが挙げられる。特に、砒素及び赤リンは、昇華可能であるため、これらを昇華性ドーパント23として用いることにより、比較的低い温度で固相から気相に気化させることができる。
[駆動手段]
駆動手段25aは、昇華性ドーパント23を供給手段に移送するものであり、より具体的には、昇華性ドーパント23を供給管22又はその一端に接続されたドープ管21aに移送するものである。駆動手段25aとしては、ワイヤー昇降ユニットを好ましく用いることができる。ワイヤー昇降ユニットは、ワイヤー26により対象物を昇降させる機構であり、モータにより巻取りドラムを駆動して、ワイヤー26を介して対象物の高さ位置を調節する機構である。
駆動手段25aは、昇華性ドーパント23を供給手段に移送するものであり、より具体的には、昇華性ドーパント23を供給管22又はその一端に接続されたドープ管21aに移送するものである。駆動手段25aとしては、ワイヤー昇降ユニットを好ましく用いることができる。ワイヤー昇降ユニットは、ワイヤー26により対象物を昇降させる機構であり、モータにより巻取りドラムを駆動して、ワイヤー26を介して対象物の高さ位置を調節する機構である。
駆動手段25aは、図1及び図2に示すように、シリコン単結晶6及び引上げ機構4と干渉しない位置に配置する。引上げ機構4と干渉しない位置に配置することにより、シリコン単結晶6を引き上げながら昇華性ドーパント23を投入することができる。
この駆動手段25aは、シリコン単結晶6への昇華性ドーパント23のドープを開始するタイミング、すなわちシリコン単結晶6の肩部から直胴部の前半部まで成長したタイミングで駆動させることが好ましい。これにより、シリコン単結晶6の肩部から直胴部の前半部までは、昇華性ドーパント23の高濃度の添加が抑えられて結晶の崩れが生じにくく、直胴部の前半部以降テール部までは、N型用の昇華性ドーパント23が高濃度に添加された状態となっていて低抵抗率のN++型の電気的特性を有するシリコン単結晶6を製造することができる。
[供給手段]
供給手段は、駆動手段25aによって移送された昇華性ドーパント23を、気化した状態で融液5に供給する手段である。この供給手段としては、以下のような供給管22と、ドープ管21aと、有するものが挙げられる。
供給手段は、駆動手段25aによって移送された昇華性ドーパント23を、気化した状態で融液5に供給する手段である。この供給手段としては、以下のような供給管22と、ドープ管21aと、有するものが挙げられる。
<供給管>
供給管22は、ドープ管21aと接続し、融液5等からの輻射熱が与えられることによって気化した昇華性ドーパント23をドープ管21aから融液5に導くものである。
供給管22は、ドープ管21aと接続し、融液5等からの輻射熱が与えられることによって気化した昇華性ドーパント23をドープ管21aから融液5に導くものである。
供給管22は、図1及び図2に示すように、シリコン単結晶6及び引上げ機構4と干渉せず、融液5に浸漬しない位置に配置する。シリコン単結晶6及び引上げ機構4と干渉しない位置に配置することにより、シリコン単結晶6を引き上げながら、気化した昇華性ドーパント23を融液5に導くことが可能になり、結晶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。また、供給管22を融液5に浸漬しない位置に配置し、気化した昇華性ドーパント23を供給管22から融液5に吹き付けるようにすることで、供給管22や昇華性ドーパント23等を融液5に浸漬することで起こる融液5の液振、融液5の液温の低下、及び融液5の対流の変化を軽減し、育成中の単結晶の結晶化率を安定化させることにより、成長したシリコン単結晶6の結晶状態への悪影響を少なくすることができる。このとき、供給管22は、融液5に昇華性ドーパント23を吹きつけるときに融液5内への昇華性ドーパント23の投入効率が最大となるような位置に配置することが好ましい。
供給管22の材質は、融液5等からの輻射熱による高温に耐えられる材質を用いることができ、具体的には石英を用いることができる。
なお、本実施形態では、吹き付け法により昇華性ドーパント23を融液5に供給するようにしているが、供給管22を融液5に浸漬する浸漬法を用いて昇華性ドーパント23を融液5に供給してもよい。
昇華性ドーパント23は、試料皿20aから駆動手段25aを用いて直接供給管22に移送してもよいが、試料皿20aから駆動手段25aを用いて以下に述べるドープ管21aに移送し、ドープ管21aを介して供給管22に昇華性ドーパント23を送ってもよい。
<ドープ管>
[ドープ管]
ドープ管21aは、試料皿20aから中央寄りに設けられる。そして、駆動手段25aを駆動させて昇華性ドーパント23を傾けた際に、試料皿20aから昇華性ドーパント23が出る位置にその一方の管端を設ける。ドープ管21aの他方の管端は、以下で述べる供給管22に接続し、昇華した昇華性ドーパント23を、ドープ管21aを介して供給管22に送る役割を有する。
[ドープ管]
ドープ管21aは、試料皿20aから中央寄りに設けられる。そして、駆動手段25aを駆動させて昇華性ドーパント23を傾けた際に、試料皿20aから昇華性ドーパント23が出る位置にその一方の管端を設ける。ドープ管21aの他方の管端は、以下で述べる供給管22に接続し、昇華した昇華性ドーパント23を、ドープ管21aを介して供給管22に送る役割を有する。
また、試料皿20aとドープ管21aの間には、融液5からの輻射熱を防ぐために熱反射板31を設けることができる。熱反射板31を設けることで、昇華性ドーパント23をドープ管21aに投入し始めるまでは、引上炉2内の輻射熱が熱反射板31によって試料皿20aに及ばないようにすることができるため、試料皿20aに載置されている昇華性ドーパント23の昇華をより抑制することができる。
ドープ管21aの材質としては、メルト輻射熱による高温に耐えられる材質、具体的には石英を用いることができる。
[その他]
本実施形態のシリコン単結晶引上装置1aでは、必要に応じ、キャリアガス導入管(図示せず)を用いることもできる。キャリアガス導入管は、ドープ管21a又は供給管22に連通するものであり、図示しないガス供給源から供給される、昇華した昇華性ドーパント23の輸送用のキャリアガス17をドープ管21a又は供給管22に導入するものである。キャリアガス17を導入することにより、昇華した昇華性ドーパント23をドープ管21a及び供給管22の内部に滞留させることなく、効率よく供給管22を経て融液5に導くことができる。キャリアガス導入管は、例えば石英から構成される。また、キャリアガス17としては、アルゴンガス等の不活性ガスが用いられる。
本実施形態のシリコン単結晶引上装置1aでは、必要に応じ、キャリアガス導入管(図示せず)を用いることもできる。キャリアガス導入管は、ドープ管21a又は供給管22に連通するものであり、図示しないガス供給源から供給される、昇華した昇華性ドーパント23の輸送用のキャリアガス17をドープ管21a又は供給管22に導入するものである。キャリアガス17を導入することにより、昇華した昇華性ドーパント23をドープ管21a及び供給管22の内部に滞留させることなく、効率よく供給管22を経て融液5に導くことができる。キャリアガス導入管は、例えば石英から構成される。また、キャリアガス17としては、アルゴンガス等の不活性ガスが用いられる。
図4及び図5に、本発明の好適な実施形態の一例に係る昇華性ドーパント供給機構の詳細を示す。
[収納容器]
本実施例では、昇華性ドーパント23を収納する収納手段として、内部に昇華性ドーパント23を収納した収納容器20bを用いる。収納容器20bに収容する昇華性ドーパント23については、上記実施例1と同様である。
本実施例では、昇華性ドーパント23を収納する収納手段として、内部に昇華性ドーパント23を収納した収納容器20bを用いる。収納容器20bに収容する昇華性ドーパント23については、上記実施例1と同様である。
ここで、収納容器20bの材質は、メルト輻射熱による高温に耐えられる材質、具体的には石英を用いることができる。
[駆動手段]
駆動手段25bは、収納容器20bを駆動させて、供給手段に移送するものであり、より具体的には、収納容器20bを供給管22の一端に移送するものである。駆動手段25bとしては、上記実施例1と同様に、ワイヤー昇降ユニットを好ましく用いることができる。
駆動手段25bは、収納容器20bを駆動させて、供給手段に移送するものであり、より具体的には、収納容器20bを供給管22の一端に移送するものである。駆動手段25bとしては、上記実施例1と同様に、ワイヤー昇降ユニットを好ましく用いることができる。
駆動手段25bは、図4に示すように、シリコン単結晶6及び引上げ機構4と干渉しない位置に配置する。引上げ機構4と干渉しない位置に配置することにより、シリコン単結晶6を引き上げながら昇華性ドーパント23を投入することができる。
この駆動手段25bを駆動させるタイミングは、上記実施例1と同様に、シリコン単結晶6に昇華性ドーパント23をドープし始めるタイミング、すなわちシリコン単結晶6の肩部から直胴部の前半部まで成長したタイミングとすることができる。
[昇降レール]
シリコン単結晶引上装置1bには、昇降レール34が設けられる。昇降レール34は、収納容器20bが昇降する位置を規定するものである。昇降レール34を設けることで、収納容器20bをより確実に供給管22に接続し、昇華性ドーパント23をより確実に供給管22に送ることができる。ここで、昇降レール34は、黒鉛材からなることが好ましい。黒鉛材から形成することにより、高い耐熱性を持たせるとともに、昇降レール34の形状に対する制約をより小さくすることができる。
シリコン単結晶引上装置1bには、昇降レール34が設けられる。昇降レール34は、収納容器20bが昇降する位置を規定するものである。昇降レール34を設けることで、収納容器20bをより確実に供給管22に接続し、昇華性ドーパント23をより確実に供給管22に送ることができる。ここで、昇降レール34は、黒鉛材からなることが好ましい。黒鉛材から形成することにより、高い耐熱性を持たせるとともに、昇降レール34の形状に対する制約をより小さくすることができる。
昇降レール34は、図4に示すように、シリコン単結晶6及び引上げ機構4と干渉せず、融液5に浸漬しない位置に配置する。引上げ機構4と干渉しない位置に配置することにより、シリコン単結晶6を引き上げながら昇華性ドーパント23を投入することができる。
ここで、昇華性ドーパント23が収納されている収納容器20bは、昇降レール34上に並列に置かれ、駆動手段25bの駆動によって昇降レール34を伝って降りていく。そして、収納容器20bに配設された収納側開口部321bが、供給管22に配設された供給側開口部322bに接続する。
[供給手段]
供給手段は、収納容器20bに収納された昇華性ドーパント23を融液5に供給する手段であり、供給手段と接続した収納容器20bの昇華性ドーパント23が気化して供給される。この供給手段としては、以下のような供給管22を有するものが挙げられる。
供給手段は、収納容器20bに収納された昇華性ドーパント23を融液5に供給する手段であり、供給手段と接続した収納容器20bの昇華性ドーパント23が気化して供給される。この供給手段としては、以下のような供給管22を有するものが挙げられる。
<供給管>
シリコン単結晶引上装置1bで用いる供給管22は、収納容器20bと接続するものであり、融液5等からの輻射熱によって気化した昇華性ドーパント23を収納容器20bから融液5に導くものである。この供給管22は、上記実施例1と同様に用いることができる。
シリコン単結晶引上装置1bで用いる供給管22は、収納容器20bと接続するものであり、融液5等からの輻射熱によって気化した昇華性ドーパント23を収納容器20bから融液5に導くものである。この供給管22は、上記実施例1と同様に用いることができる。
図6及び図7に、本発明の好適な実施形態の一例に係る昇華性ドーパント供給機構の詳細を示す。
[収納容器]
本実施例では、昇華性ドーパント23を収納する収納手段として、内部に複数の収納室36を有し、複数の収納室36の各々に収納側開口部321cが並列に設けられる収納容器20cを用いる。収納側開口部321cは、ドープ管21cの蓋33の駆動方向に沿って設けられており、必要に応じてドープ管21cに配設された供給側開口部322cに接続する。
本実施例では、昇華性ドーパント23を収納する収納手段として、内部に複数の収納室36を有し、複数の収納室36の各々に収納側開口部321cが並列に設けられる収納容器20cを用いる。収納側開口部321cは、ドープ管21cの蓋33の駆動方向に沿って設けられており、必要に応じてドープ管21cに配設された供給側開口部322cに接続する。
収納容器20cに収容する昇華性ドーパント23としては、上記実施例1と同様のものを用いることができる。ここで、収納容器20cに昇華性ドーパント23を収容する際には、複数の収納室36に昇華性ドーパント23を各々収納するとともに、これらの収納室36を収納容器20cに収容されているようにする。
ここで、収納容器20cの内部に収納された収納室36は、図7のように多層構造であってもよく、複数の直方体形状の収納室36を並列に配するものであってもよい。これらの収納室36には各々少なくとも一つの収納側開口部321cが開けられており、ドープ管21cの蓋33を駆動してこれらの収納側開口部321cの開閉をコントロールすることで、所望の昇華性ドーパント23が収納された収納室36選んで、供給手段の供給管22に接続することができる。
収納室36の材質は、上記実施例1と同様に、メルト輻射熱による高温に耐えられる材質、具体的には石英を用いることができる。
[駆動手段]
駆動手段25cは、収納容器20cの複数の収納側開口部321cの配設される方向に沿って設けられるドープ管21cの蓋33を、収納側開口部321cに沿って駆動するものである。これにより、昇華性ドーパント23の収納された複数の収納室36に設けられた少なくとも一の収納側開口部321cが、ドープ管21cに配設された供給側開口部322cに接続されるとともに、駆動した部材によって他の収納側開口部321cが覆われるため、複数の収納側開口部321cを、供給側開口部322cからドープ管21cを介して供給手段の供給管22に順に接続することができる。それとともに、収納室36そのものを駆動させる場合に比べて駆動手段25cで駆動させる荷重を小さくすることができるため、駆動手段25cをより小型化することができる。駆動手段25cとしては、上記実施例1と同様に、ワイヤー昇降ユニットを好ましく用いることができる。ここで、駆動手段25cとともに、実施例1と同様の方法により収納容器20cそのものを駆動させるモータ25c’を併存させてもよい。なお、本実施例では、ドープ管21cの蓋33を駆動手段25cにより駆動したが、これに限定されるものではなく、ドープ管21cそのものを駆動手段25cにより駆動してもよい。
駆動手段25cは、収納容器20cの複数の収納側開口部321cの配設される方向に沿って設けられるドープ管21cの蓋33を、収納側開口部321cに沿って駆動するものである。これにより、昇華性ドーパント23の収納された複数の収納室36に設けられた少なくとも一の収納側開口部321cが、ドープ管21cに配設された供給側開口部322cに接続されるとともに、駆動した部材によって他の収納側開口部321cが覆われるため、複数の収納側開口部321cを、供給側開口部322cからドープ管21cを介して供給手段の供給管22に順に接続することができる。それとともに、収納室36そのものを駆動させる場合に比べて駆動手段25cで駆動させる荷重を小さくすることができるため、駆動手段25cをより小型化することができる。駆動手段25cとしては、上記実施例1と同様に、ワイヤー昇降ユニットを好ましく用いることができる。ここで、駆動手段25cとともに、実施例1と同様の方法により収納容器20cそのものを駆動させるモータ25c’を併存させてもよい。なお、本実施例では、ドープ管21cの蓋33を駆動手段25cにより駆動したが、これに限定されるものではなく、ドープ管21cそのものを駆動手段25cにより駆動してもよい。
駆動手段25cは、図6に示すように、シリコン単結晶6及び引上げ機構4と干渉しない位置に配置する。引上げ機構4と干渉しない位置に配置することにより、シリコン単結晶6を引き上げながら昇華性ドーパント23を投入することができる。
この駆動手段25cを駆動させるタイミングは、上記実施例1と同様に、シリコン単結晶6に昇華性ドーパント23をドープし始めるタイミング、すなわちシリコン単結晶6の肩部から直胴部の前半部まで成長したタイミングとすることができる。
[供給手段]
供給手段は、収納室36に収納された昇華性ドーパント23を、ドープ管21cを介して融液5に供給する手段であり、駆動手段25cによって蓋33が開放された収納室36の昇華性ドーパント23が気化して供給される。この供給手段としては、以下のような供給管22を有するものが挙げられる。
供給手段は、収納室36に収納された昇華性ドーパント23を、ドープ管21cを介して融液5に供給する手段であり、駆動手段25cによって蓋33が開放された収納室36の昇華性ドーパント23が気化して供給される。この供給手段としては、以下のような供給管22を有するものが挙げられる。
<供給管>
シリコン単結晶引上装置1cで用いる供給管22は、ドープ管21cと接続し、融液5等からの輻射熱が与えられることによって気化した昇華性ドーパント23を収納容器20cから融液5に導くものである。この供給管22は、上記実施例1と同様に用いることができる。
シリコン単結晶引上装置1cで用いる供給管22は、ドープ管21cと接続し、融液5等からの輻射熱が与えられることによって気化した昇華性ドーパント23を収納容器20cから融液5に導くものである。この供給管22は、上記実施例1と同様に用いることができる。
1a〜1c シリコン単結晶引上装置
2 引上炉
3 坩堝
4 引上げ機構
4a 引上げ用ケーブル
4b 種結晶ホルダ
5 融液
5a 融液表面
6 シリコン単結晶
7 アルゴンガス
8 熱遮蔽板
9 ヒータ
10 回転軸
13 保温筒
20a 試料皿
20b〜20c 収納容器
21a、21c ドープ管
22 供給管
23 昇華性ドーパント
25a〜25c 駆動手段
26 ワイヤー
31 熱反射板
321b、321c 収納側開口部
322b、322c 供給側開口部
33 蓋
34 昇降レール
36 収納室
37 ヒンジ
2 引上炉
3 坩堝
4 引上げ機構
4a 引上げ用ケーブル
4b 種結晶ホルダ
5 融液
5a 融液表面
6 シリコン単結晶
7 アルゴンガス
8 熱遮蔽板
9 ヒータ
10 回転軸
13 保温筒
20a 試料皿
20b〜20c 収納容器
21a、21c ドープ管
22 供給管
23 昇華性ドーパント
25a〜25c 駆動手段
26 ワイヤー
31 熱反射板
321b、321c 収納側開口部
322b、322c 供給側開口部
33 蓋
34 昇降レール
36 収納室
37 ヒンジ
Claims (11)
- ドープされたシリコン単結晶をチョクラルスキー法により融液から引上げるシリコン単結晶引上装置であって、
引上炉内に設けられ且つ昇華性ドーパントを収納する収納手段と、
融液に該昇華性ドーパントを供給する供給手段と、
該昇華性ドーパントを個別的に該収納手段から該供給手段に供給できるようにする駆動手段と、
を含むことを特徴とするシリコン単結晶引上装置。 - 前記収納手段が試料皿であり、
前記駆動手段が該試料皿を駆動することにより載置された前記昇華性ドーパントを前記供給手段に投入するものであることを特徴とする、請求項1記載のシリコン単結晶引上装置。 - 前記収納手段が、前記昇華性ドーパントを収納可能な収納容器であることを特徴とする請求項1記載のシリコン単結晶引上装置。
- 前記収納手段に設けられた複数の収納室の各々に収納側開口部が配設されており、
前記駆動手段により、少なくとも一の該収納側開口部が該供給手段に接続されるとともに、他の該収納側開口部が覆われることを特徴とする請求項3記載のシリコン単結晶引上装置。 - 前記駆動手段が前記収納容器を駆動するものであり、
前記収納容器に配設された収納側開口部と、前記供給手段と、が接続することを特徴とする請求項3記載のシリコン単結晶引上装置。 - 前記供給手段は融液に浸漬しない位置に配置されており、気化させた昇華性ドーパントを融液に吹き付けるものであることを特徴とする請求項1から5のいずれか記載のシリコン単結晶引上装置。
- ドープされたシリコン単結晶をチョクラルスキー法により成長させるシリコン単結晶の製造方法であって、
引上炉内の収納手段に収納された昇華性ドーパントを、駆動手段を用いて供給手段に供給することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。 - 前記昇華性ドーパントを供給する前に前記シリコン単結晶の直胴部の前半部までを成長させ、
前記昇華性ドーパントの供給を開始した後に前記シリコン単結晶の直胴部の前半部から後を成長させることを特徴とする請求項7記載のシリコン単結晶の製造方法。 - 前記昇華性ドーパントが砒素、赤リン及びアンチモンからなる群のうち少なくとも一種であることを特徴とする請求項7又は8記載のシリコン単結晶の製造方法。
- 前記昇華性ドーパントを高濃度に添加してN++型シリコン単結晶を製造することを特徴とする請求項9記載のシリコン単結晶の製造方法。
- 請求項7から10のいずれか記載のシリコン単結晶の製造方法により製造されたシリコン単結晶インゴット。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008088844A JP2009242143A (ja) | 2008-03-28 | 2008-03-28 | シリコン単結晶引上装置及びシリコン単結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008088844A JP2009242143A (ja) | 2008-03-28 | 2008-03-28 | シリコン単結晶引上装置及びシリコン単結晶の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2009242143A true JP2009242143A (ja) | 2009-10-22 |
Family
ID=41304515
Family Applications (1)
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JP2008088844A Pending JP2009242143A (ja) | 2008-03-28 | 2008-03-28 | シリコン単結晶引上装置及びシリコン単結晶の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2009242143A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011093770A (ja) * | 2009-11-02 | 2011-05-12 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 抵抗率計算プログラム及び単結晶の製造方法 |
CN103361732A (zh) * | 2013-07-16 | 2013-10-23 | 江西旭阳雷迪高科技股份有限公司 | 一种n型重掺磷母合金硅棒制备工艺 |
-
2008
- 2008-03-28 JP JP2008088844A patent/JP2009242143A/ja active Pending
Cited By (2)
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JP2011093770A (ja) * | 2009-11-02 | 2011-05-12 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 抵抗率計算プログラム及び単結晶の製造方法 |
CN103361732A (zh) * | 2013-07-16 | 2013-10-23 | 江西旭阳雷迪高科技股份有限公司 | 一种n型重掺磷母合金硅棒制备工艺 |
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