JP4478666B2 - ドーピング装置及び引き上げ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ドーピング装置及び引き上げ装置に関する。

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、シリコン単結晶の成長工程において、リンや、砒素等の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Ｎ型シリコン単結晶に対するドーピングは、ドーパントを気化させ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、固体状態のドーパント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。
ドーパント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ドーパントを収容し、この固体状態のドーパント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、ドーパントガスをシリコン融液の液面に吹き付けている。
また、固体状態のドーパント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ドーパントを入れ、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、ドーパントを気化させるものである。

特開２００１−３４２０９４号公報（第３〜第６頁、図１，２） 特開２００４−１３７１４０号公報（第５〜７頁、図４）

しかしながら、シリコン融液の熱を利用して、固体状態のドーパントを気化させて、ドーパントガスをシリコン融液に吹き付ける方法では、シリコン融液による雰囲気温度がドーパントの昇華温度よりも非常に高く、ドーパントが一気に昇華し、収容部内の気圧が、収容部外部よりも非常に高くなるため、ドーパント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。ドーパントガスの吹き付け圧力が非常に高いものとなるので、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。
また、ガスが吹き付けられたシリコン融液が吹き飛ばされてしまうため、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問題がある。
さらに、シリコン融液の熱を利用して、シリコン融液中でドーパントを気化させる方法においても、前記と同様の問題が生じ、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できるドーピング装置、及びこのドーピング装置を備えた引き上げ装置を提供することである。

本発明のドーピング装置は、半導体融液中に、揮発性ドーパントを注入する際に使用されるドーピング装置であって、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と、上端面及び下端面が開口しており、前記収容部と上端側の前記開口とが連通し、揮発したドーパントガスを前記融液まで導く筒状部と、前記収容部の少なくとも下方を覆い、前記融液から前記収容部への輻射熱を遮る熱遮蔽部材とを備え、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、下端面が開口しており、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、前記外管の上面部は、前記吹き付け防止部材を構成し、前記熱遮蔽部材は、前記内管の筒状部と、外管の側面部の内周面との間をふさぐように配置されることを特徴とする。

本発明のドーピング装置を使用してドーピングする際には、筒状部の下端部を半導体ウェハの融液に浸漬させて、揮発性ドーパントを融液に注入してもよく、また、筒状部の下端部を半導体融液から離間させて、揮発したドーパントガスを融液に吹き付けることで、融液にドーパントを注入してもよい。

このような本発明によれば、ドーパントが収容された収容部の少なくとも下方を覆い、融液から収容部への輻射熱を遮る熱遮蔽部材を備えているので、融液の輻射熱が、収容部の下方に伝達されにくくなっており、収容部内のドーパントの揮発速度を、従来のドーピング装置における揮発速度に比べ、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。従って、ガスによるシリコン融液の吹き飛ばしを低減することができる
これにより、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。また、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。
さらに、本発明のドーピング装置は、収容部に上端の開口が連通し、揮発したドーパントガスを融液まで導く筒状部を有している。このような筒状部を有し、揮発したドーパントガスを融液まで導く経路を形成することで、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。
また、引き上げ装置内では、収容部の上方から下方に向かってアルゴンガス等の不活性ガスを流すが、本発明のドーピング装置は、前記ガスが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備えているので、ガスの吹き付けにより収容部の温度が必要以上に冷えてしまい、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。

また、本発明では、ドーピング装置は、収容部及び筒状部を有する内管を収容する外管を有するため、アルゴンガス等の不活性ガスが内管に直接吹き付けられることを確実に防止することができる。

さらに、本発明では、前記外管の側面部の下端部は、前記内管の筒状部の下端部よりも融液側に突出していることが好ましい。
外管の下端部を内管の筒状部の下端部よりも融液側に突出させることで、外管の下端部のみを融液に浸漬させて、ドーピングすることが可能となる。
このようにすることで、内管の筒状部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、前記ガスは内管の筒状部と、外管と、熱遮蔽部材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。
さらに、内管の筒状部の下端部を融液に浸漬させず、外管の下端部のみを浸漬させることができるので、融液の熱が内管に直接伝達してしまうことがない。従って、内管に融液の熱が直接伝達されることにより、収容部の温度が上がってしまうことがなく、収容部内のドーパントの揮発速度の上昇を防止することができる。

また、本発明では、前記内管の筒状部と外管との間には、前記内管の下端部から融液表面に向かって吹き付けられたドーパントガスのうち、前記融液表面に溶解しなかったガスを、再度、前記融液表面に導くための経路が形成されていることが好ましい。
このような本発明によれば、内管の筒状部と外管との間には、内管の下端部から融液表面に向かって吹き付けられたドーパントガスのうち、融液表面に接触しなかったガスを、融液表面に導くための経路が形成されているので、ドーピング効率を向上させることができる。

さらに、本発明では、前記熱遮蔽部材は、前記内管の筒状部の外周面と、外管の側面部の内周面との間をふさぐように配置される複数の熱遮蔽板を有しており、前記複数枚の熱遮蔽板のうち、前記内管の収容部に最も近い位置に配置される熱遮蔽板は不透明石英で構成され、最も融液に近い位置に配置される熱遮蔽板は黒鉛部材で構成されるのが好ましい。

ドーピング装置の内管の収容部に最も近い位置に配置される熱遮蔽板を不透明石英で構成し、熱伝導率が大きいものを使用することで、収容部に近い位置に配置される熱遮蔽板に熱が溜まってしまうことがない。従って、熱遮蔽板に蓄積された熱により、収容部が加熱されてしまうことがないので、熱遮蔽板により、収容部内のドーパントの揮発速度が、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を黒鉛部材で構成し、熱伝導率が小さいものを使用することで、融液からの熱伝導を収容部から離れた位置で阻止することができ、これによっても、収容部内のドーパントの揮発速度の上昇を防止することができる。

本発明の引き上げ装置は、上述した何れかのドーピング装置と、融液が収納された坩堝と、坩堝内の前記融液の表面を覆うように設けられるとともに、前記ドーピング装置の周囲を取り囲む熱遮蔽用シールドとを備えたことを特徴とする。
このような引き上げ装置では、上述したドーピング装置を備えるため、所望の抵抗値を有する半導体ウェハを製造することができる。

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。

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。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。

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倍以下とするのが好ましい。
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。

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、収容部２２１が融液に近いと高温に晒されて断熱効果が小さくなるので、ドーパントの昇華温度付近となる位置が好ましい。ここでは、例えば、融液の表面から３００ｍｍ程度としている。
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。

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。

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３〜１５ＮＬ／min（標準状態における流量を表す）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、融液から蒸発する蒸発物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は、１０〜５０ｇ／minである。
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。

本実施形態では、５枚の熱遮蔽板２３１のうち、融液側に配置される熱遮蔽板２３１Ａは、例えば、カーボン断熱材で構成されたものを採用することができる。カーボン断熱材は、例えば、炭素繊維を熱可塑性樹脂等に含浸させ、これを加熱硬化させた後、真空下又は不活性ガス雰囲気下で焼成したものである。このような熱遮蔽板２３１Ａの熱伝導率としては、例えば、１４１２℃で２０Ｗ／ｍ・℃以上の材料のものを採用することができる。
また、５枚の熱遮蔽板２３１のうち、収容部２２１側配置される３枚の熱遮蔽板２３１Ｂは、不透明石英からなるものを採用することができる。不透明石英は、例えば、石英ガラス中に微細な泡を多数包含させたものである。このような熱遮蔽板２３１Ｂの熱伝導率としては、例えば、１４１２℃で８Ｗ／ｍ・℃以下の材料のものを採用することができる。

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。

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。

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。

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、５０ＮＬ／min以上、４００ＮＬ／min以下とする。不活性ガスの流量を４００ＮＬ／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℃以上、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。

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内のドーパントの揮発速度を、従来のドーピング装置における揮発速度に比べ、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、ドーパントの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。本実施形態では、ドーピング装置２から排出されて融液に吹き付けられるドーパントガスの流量を３ＮＬ／min以上、１５ＮＬ／min以下としており、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。
これにより、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。

（1-2）ドーピング装置２は、収容部２２１に上端部が連通し、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のドーピング効率を向上させることが可能となる。

（1-3）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。

（1-4）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内のドーパントの揮発速度を低下させることができる。

（1-5）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）を、例えば、不透明石英のような熱伝導率の大き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内のドーパントの揮発速度が、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を、例えば、カーボン断熱材のような熱伝導率の小さ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内のドーパントの揮発速度の上昇を防止することができる。
（1-6）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。

（1-7）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。

（1-8）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としているので、このような問題が生じない。

（1-9）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５０ＮＬ／min以上、４００ＮＬ／min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内のドーパントの揮発速度を調整することができる。
（1-10）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、ドーパントガスの流量を３ＮＬ／min以上、１５ＮＬ／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、融液の吹き飛びを確実に防止することができる。
（1-11）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、ドーパントの揮発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、ドーパントの揮発速度を確実に制御することができる。

［２.第二実施形態］
次に、図３を参照して、第二実施形態について説明する。尚、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。
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。

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、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流量、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。
管５５の下端部を融液に浸漬させる。この際、内管２２の筒状部２２２の下端部及び外管５１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、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、融液表面に導かれる（図３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。

従って、本実施形態によれば、第一実施形態の（1-1）〜（1-11）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。

［３．実施形態の変形］
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２，５は、外管２１，５１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４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。

また、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５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５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。

次に、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
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。
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枚のカーボン断熱材の熱遮蔽板、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。

（比較例１）
実施例１の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、ドーピング条件も実施例１と同じとした。
次に、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と同じである。

２．考察
実施例１のドーパントの昇華速度は、５０ｇ／分であり、ドーピング装置から吐き出されるドーパントガスの流量は１５Ｌ／分であった。そして、実施例１では、ドーピングする際に、融液が飛散することはなかった。
これに対し、比較例１のドーパントの昇華速度は、１００ｇ／分であり、ドーピング装置から吐き出されるドーパントガスの流量は２５Ｌ／分であった。比較例１では、ドーピングする際に、融液が飛散してしまった。
実施例１では、融液の飛散を防止することができ、所望の抵抗値を有する半導体ウェハを製造することができることが確認された。

実施例１及び比較例１の方法でドーピングを行った後、引き上げられたインゴットのトップ部分の抵抗率の時間依存性を対比すると、図６に示されるように、実施例１では吹き飛ばしがなく、かつ、吹き付け速度を制御したことによりドープ効率が上昇し、比較例１よりも抵抗率が低くなっていることが確認された。また、比較例１のドーパントの吸収効率が５４％であるのに対して、実施例１のドーパントの吸収効率が６２％となっており、本発明によりドーパントの吸収効率が向上していることが確認された。

本発明は、融液にドーパントを注入するドーピング装置に利用することができる。

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。 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。 本発明の第二実施形態にかかるドーピング装置を示す断面図である。 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。 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。 本発明の実施例及び比較例によって得られたインゴットの抵抗率の時間依存性の対比を表すグラフである。

符号の説明

１…引き上げ装置、２，２’，５，６…ドーピング装置、２１，５１…外管、２２…内管、２３…熱遮蔽部材、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

Claims (5)

1. 半導体融液中に、揮発性ドーパントを注入する際に使用されるドーピング装置であって、
   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と、
   上端面及び下端面が開口しており、前記収容部と上端側の前記開口とが連通し、揮発したドーパントガスを前記融液まで導く筒状部と、
   前記収容部の少なくとも下方を覆い、前記融液から前記収容部への輻射熱を遮る熱遮蔽部材とを備え、
   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、下端面が開口しており、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、
   前記外管の上面部は、前記吹き付け防止部材を構成し、
   前記熱遮蔽部材は、前記内管の筒状部と、外管の側面部の内周面との間をふさぐように配置されることを特徴とするドーピング装置。
2. 請求項１に記載のドーピング装置において、
   前記外管の側面部の下端部は、前記内管の筒状部の下端部よりも融液側に突出していることを特徴とするドーピング装置。
3. 請求項２に記載のドーピング装置において、
   前記内管の筒状部と外管との間には、前記内管の下端部から融液表面に向かって吹き付けられたドーパントガスのうち、前記融液表面に溶解しなかったガスを、再度、前記融液表面に導くための経路が形成されていることを特徴とするドーピング装置。
4. 請求項１から請求項３の何れかに記載のドーピング装置において、
   前記熱遮蔽部材は、前記内管の筒状部の外周面と、外管の側面部の内周面との間をふさぐように配置される複数の熱遮蔽板を有しており、
   前記複数枚の熱遮蔽板のうち、前記内管の収容部に最も近い位置に配置される熱遮蔽板は不透明石英で構成され、
   最も融液に近い位置に配置される熱遮蔽板は黒鉛部材で構成されていることを特徴とするドーピング装置。
5. 請求項１から請求項４の何れかに記載のドーピング装置と、融液が収納された坩堝と、坩堝内の前記融液の表面を覆うように設けられるとともに、前記ドーピング装置の周囲を取り囲む熱遮蔽用シールドとを備えたことを特徴とする引き上げ装置。

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