JP6569485B2

JP6569485B2 - 原料のリチャージ又は単結晶引上げに用いられる蓋付容器

Info

Publication number: JP6569485B2
Application number: JP2015219242A
Authority: JP
Inventors: 黒坂　昇栄; 昇栄黒坂
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2015-11-09
Filing date: 2015-11-09
Publication date: 2019-09-04
Anticipated expiration: 2035-11-09
Also published as: JP2017088441A

Description

本発明は、１つのルツボでシリコン単結晶を複数本引上げるときに、ドーパントを単結晶にドープするために用いられる蓋付容器に関するものである。

従来、種結晶の先端にドーパントを収容したシリコン容器を取付け、シリコン融液に先端を浸け、ドーパントを収容したシリコン容器を溶融させることによりドーパントを融液中に添加するドーパントの添加方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。このドーパントの添加方法では、シリコン容器と種結晶にそれぞれ外側部より切込みを入れ、シリコン容器の切込みと種結晶の切込みとに嵌挿するようにシリコン板を差し込むことにより、種結晶にシリコンの容器が取付けられる。

このように構成されたドーパントの添加方法では、種結晶の先端にドーパントを収容したシリコン容器を取付け、これをゆっくりと降下させ融液中に沈めて溶融することにより融液中にドーパントを添加するので、有転位化の原因となる融液のはねやドーパントのはねを起こさない。この結果、引上げられる単結晶の有転位化を防止できるので、製品の歩留まりの向上や生産性の向上に寄与することができる。

特開平５−２０１７９０号公報（請求項１及び２、段落［００２１］、図１〜図３）

しかし、上記従来の特許文献１に示されたドーパントの添加方法では、シリコン容器の切込みと種結晶の切込みとに嵌挿するようにシリコン板を差し込んでいるため、シリコン容器のドーパント収容部がシリコン板により完全に塞がれておらず、比較的大きな隙間が形成されているため、この隙間からシリコン融液が流入すると、シリコン容器のドーパント収容部に収容されたドーパントがシリコン融液に接触して、ドーパントが弾け飛ぶおそれがある。

本発明の目的は、ルツボ内の融液にドーパントを供給するとき、ドーパントが融液に接触して弾け飛ぶのを確実に防止できる、原料のリチャージ又は単結晶引上げに用いられる蓋付容器を提供することにある。

本発明者は、従来、マルチ引上げ法により引上げられる複数本の単結晶のうち最後に引上げられる単結晶では、単結晶の全長に対して抵抗率仕様が所定の高抵抗率の範囲を外れる長さの割合が大きくなり、歩留まりが低下していたことに鑑み、最後の単結晶を引上げる前に、高濃度のドーパントを原料とともにルツボに供給して溶融させることにより、最後に引上げられる単結晶の全長に対する抵抗率仕様が所定の低抵抗率の範囲内に収まる長さの割合を大きくして歩留まりの低下を防止できることを知見し、本発明をなすに至った。

本発明の第１の観点は、原料のリチャージ又は単結晶引上げに用いられ、単結晶のドーパントを融液に添加するために原料と同一材質により形成された蓋付容器であって、ドーパントを収容する容器本体と、この容器本体の開口部を開放可能に閉止する蓋と、蓋が容器本体から離脱するのを阻止する離脱阻止機構とを備え、容器本体が円筒状に形成され、蓋が容器本体に遊挿可能な円板状にそれぞれ形成された第１及び第２蓋体を有し、離脱阻止機構が、容器本体の開口部内周面に形成された突起と、第１及び第２蓋体の外周面に突起に相応する形状にそれぞれ形成された第１及び第２凹部とを有することを特徴とする。

本発明の第２の観点は、原料のリチャージ又は単結晶引上げに用いられ、単結晶のドーパントを融液に添加するために原料と同一材質により形成された蓋付容器であって、ドーパントを収容する容器本体と、この容器本体の開口部を開放可能に閉止する蓋と、蓋が容器本体から離脱するのを阻止する離脱阻止機構とを備え、容器本体が円筒状に形成され、蓋が容器本体に遊嵌可能な円筒状に形成され、離脱阻止機構が、容器本体の外周面に形成された突起と、蓋の外周面に形成され突起に遊嵌可能なＬ字状溝とを有し、Ｌ字状溝が、容器本体の軸線方向に延びる縦溝と、容器本体の円周方向に延びる横溝とからなることを特徴とする。

本発明の第３の観点は、原料のリチャージ又は単結晶引上げに用いられ、単結晶のドーパントを融液に添加するために原料と同一材質により形成された蓋付容器であって、ドーパントを収容する容器本体と、この容器本体の開口部を開放可能に閉止する蓋と、蓋が容器本体から離脱するのを阻止する離脱阻止機構とを備え、容器本体が四角筒状に形成され、容器本体の開口部近傍の互いに対向する側面に一対の第１長孔がそれぞれ形成され、蓋が、容器本体に遊挿可能な四角板状の中蓋と、容器本体の一対の第１長孔に挿通可能に形成され基端に第１長孔に挿通不能な頭部が形成された外蓋とを有し、離脱阻止機構が、外蓋の第１長孔から突出した先端近傍に形成された第２長孔と、この第２長孔に挿通可能な抜止め板とを有することを特徴とする。

本発明の第４の観点は、原料のリチャージ又は単結晶引上げに用いられ、単結晶のドーパントを融液に添加するために原料と同一材質により形成された蓋付容器であって、ドーパントを収容する容器本体と、この容器本体の開口部を開放可能に閉止する蓋と、蓋が容器本体から離脱するのを阻止する離脱阻止機構とを備え、容器本体が円筒状に形成され、蓋が容器本体に遊嵌可能な円筒状に形成され、離脱阻止機構が、容器本体の開口部近傍の周面に形成された第１係止孔と、蓋の周面に形成され蓋の容器本体への遊嵌時に第１係止孔に連通する第２係止孔と、第２係止孔及び第１係止孔に圧入されてこれらの係止孔に係止可能なテーパピンとを有することを特徴とする。

本発明の第１の観点の蓋付容器では、原料のリチャージ又は単結晶引上げに用いられる蓋付容器を原料と同一材質により形成し、離脱阻止機構が蓋の容器本体からの離脱を阻止するので、ドーパントの収容された蓋付容器を原料供給管又はルツボ内の融液に供給するときに、蓋が容器本体から外れない。この結果、ドーパントが蓋付容器に収容されたまま融液中に沈み、蓋付容器が融液中で溶解した後にドーパントが融液中で融液に接触して融液に添加されるので、ドーパントが弾け飛ぶのを確実に防止できる。従って、蓋付容器内のドーパントを全て融液に添加でき、正確な量のドーパントを融液に添加できる。

また、本発明の第１の観点の蓋付容器では、先ず、容器本体にドーパントを収容した後に、容器本体の突起に第１蓋体の第１凹部を合せて第１蓋体を容器本体内に挿入し、第１凹部が突起に合わなくなるように第１蓋体を回転させる。次に、容器本体の突起に第２蓋体の第２凹部を合せて第２蓋体を容器本体内に挿入し、第２凹部が第１凹部に合わなくなるように第２蓋体を回転させる。この結果、第１及び第２蓋体が容器本体から離脱するのを突起が阻止する。また、第１凹部と第２凹部とが合わずにずれて配置されるので、容器本体内のドーパントが容器本体から飛び出すことはない。

本発明の第２の観点の蓋付容器では、先ず、容器本体にドーパントを収容した後に、容器本体に蓋を被せる。次に、容器本体の突起に蓋のＬ字状溝の縦溝を遊嵌して、Ｌ字状溝の横溝が突起に臨む位置まで蓋を容器本体に対し軸方向にスライドさせる。更に、蓋を容器本体に対して円周方向に回転させ、突起にＬ字状溝の横溝を遊嵌して、横溝の端部が突起に当接するまで回転させる。この結果、突起にＬ字状溝の横溝が係合するので、蓋の容器本体からの離脱が阻止される。また、容器本体の開口部は蓋の上面により塞がれ、蓋のＬ字状溝は容器本体の周面により塞がれるので、容器本体内のドーパントが容器本体から飛び出すことはない。

本発明の第３の観点の蓋付容器では、先ず、容器本体にドーパントを収容した後に、中蓋を容器本体に遊挿する。次に、容器本体の一対の第１長孔に外蓋を挿通した後に、第１長孔から容器本体外に突出した外蓋の第２長孔に係止板を挿通する。この結果、外蓋が容器本体の一対の第１長孔から抜けるのを抜止め板が阻止するので、蓋の容器本体からの離脱が阻止される。また、容器本体の開口部は中蓋及び外蓋により塞がれるので、容器本体内のドーパントが容器本体から飛び出すことはない。

本発明の第４の観点の蓋付容器では、先ず、容器本体にドーパントを収容した後に、容器本体の第１係止孔に蓋の第２係止孔が一致するように蓋を被せる。次に、第２係止孔から第１係止孔にかけてテーパピンを打込む。この結果、テーパピンが蓋を容器本体に固定するので、蓋の容器本体からの離脱が阻止される。また、容器本体の開口部は蓋の上面により塞がれるので、容器本体内のドーパントが容器本体から飛び出すことはない。

本発明第１実施形態の原料のリチャージ方法を示しドーパントを原料とともに原料供給管に収容した状態を示す単結晶引上げ装置の縦断面構成図である。その原料供給管に収容されたドーパントを原料とともにルツボ内のシリコン融液に供給している状態を示す単結晶引上げ装置の縦断面構成図である。その原料のリチャージ方法に用いられる蓋付容器にドーパントを収容して蓋を取付ける手順を示す斜視図である。図５のＡ−Ａ線断面図である。図４のＢ矢視図である。本発明第２実施形態の蓋付容器にドーパントを収容して蓋を取付ける手順を示す斜視図である。本発明第３実施形態の蓋付容器の分解斜視図である。その蓋付容器にドーパントを収容して蓋を取付ける手順を示す縦断面図である。本発明第４実施形態の蓋付容器にドーパントを収容して蓋を取付ける手順を示す斜視図である。参考例１の抵抗率仕様が８〜１２Ω・ｃｍを想定してシリコン融液の初期チャージ質量に対し固化率９０％強の引上げを行ったときの抵抗率プロファイルを示す図である。参考例２の抵抗率仕様が１．５〜２．０Ω・ｃｍを想定してシリコン融液の初期チャージ質量に対し固化率９０％強の引上げを行ったときの抵抗率プロファイルを示す図である。実施例１の抵抗率仕様が０．０１０〜０．０２０Ω・ｃｍを想定してシリコン融液の初期チャージ質量に対し固化率９０％強の引上げを行ったときの抵抗率プロファイルを示す図である。実施例２の抵抗率仕様が０．００５〜０．０１０Ω・ｃｍを想定してシリコン融液の初期チャージ質量に対し固化率９０％強の引上げを行ったときの抵抗率プロファイルを示す図である。

次に本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。

＜第１の実施の形態＞
図１及び図２に示す引上げ装置１０により引上げられる単結晶は、この実施の形態ではシリコン単結晶である。このシリコン単結晶の引上げ装置１０は、内部を真空可能に構成されたメインチャンバ１２と、このチャンバ１２内の中央に設けられたルツボ１３とを備える。メインチャンバ１２は円筒状の真空容器である。またルツボ１３は、石英により形成されシリコン融液１４が貯留される有底円筒状の内層容器１３ａと、黒鉛により形成され上記内層容器１３ａの外側に嵌合された有底円筒状の外層容器１３ｂとからなる。外層容器１３ｂの底部にはシャフト１６の上端が接続され、このシャフト１６の下端にはシャフト１６を介してルツボ１３を回転させかつ昇降させるルツボ駆動手段１７が設けられる。更にルツボ１３の外周面は円筒状のヒータ１８によりルツボ１３の外周面から所定の間隔をあけて包囲され、このヒータ１８の外周面は円筒状の保温筒１９によりヒータ１８の外周面から所定の間隔をあけて包囲される。

図１及び図２に示すように、メインチャンバ１２にはシリコン原料２１をルツボ１３内のシリコン融液１４に供給するための原料供給管２２が挿入される。具体的には、後述する引上げ軸３４の下端に取付けられたシードチャック３３に、原料供給管２２が吊下げられる。この原料供給管２２は１つのルツボ１３から複数本のシリコン単結晶を引上げるマルチ引上げ法に用いられる。このマルチ引上げ法では、ルツボ１３に貯留されたシリコン融液１４からシリコン単結晶を引上げた後であって、このシリコン単結晶を引上げたルツボ１３内のシリコン融液１４から新たに別のシリコン単結晶を引上げる前に、原料供給管２２からルツボ１３内にシリコン原料２１を供給して溶融させる。シリコン原料２１は、この実施の形態では、シリコン単結晶又はシリコン多結晶の塊からなる。また、上記原料供給管２２は両端が開放された円筒状に形成され、この原料供給管２２にはその下端を開閉可能な開閉弁２３が設けられる。この開閉弁２３は、円錐状の弁本体２３ａと、下端が弁本体２３ａの頂部に接続され原料供給管２２内を通って上端がシードチャック３３に連結された操作棒２３ｂとを有し、シードチャック３３は引上げ軸３４の下端に連結軸３６を介して接続される。また、原料供給管２２の上端部には拡径部２２ａが形成され、プルチャンバ３１の下端部内面にはストッパ３１ａが突設される。原料供給管２２は縮径部３１ａ内に挿通され、その拡径部２２ａはプルチャンバ３１のストッパ３１ａに載るように構成される。シリコン原料２１を充填した原料供給管２２は、引上げ軸３４に吊り下げられ（図１）、引上げ軸３４の操作によって炉内を下方に移動し、原料供給管２２の拡径部２２ａがプルチャンバ３１のストッパ３１ａに載ると（図２）、原料供給管２２が停止した状態で操作棒２３ｂが下降し、これにより開閉弁２３が開いて、原料供給管２２に収容されているシリコン原料２１がルツボ１３に供給されるようになっている。

この実施の形態では、シリコン単結晶にドープするためのドーパント２４を、シリコン原料２１と同一材質の蓋付容器２６であって蓋２８の離脱阻止機構２９を有する蓋付容器２６に収容するドーパント収容工程と、このドーパント２４を収容した蓋付容器２６をシリコン原料２１とともにルツボ１３内のシリコン融液１４に供給するドーパント供給工程とを含む。上記ドーパント２４は、シリコン単結晶にドープするためにシリコン融液１４に添加されるボロン（Ｂ）、カーボン（Ｃ）等であり、シリコン原料２１と同一材質の蓋付容器２６に収容される（図３（ａ）及び図４）。

上記蓋付容器２６は、この実施の形態では、純度９９．９９９９９９９９９％以上の高純度のシリコン単結晶又はシリコン多結晶により、外径及び高さがそれぞれ３０〜５０ｍｍ及び３０〜５０ｍｍ程度である円筒状に形成される（図３〜図５）。ここで、蓋付容器２６の純度を上記範囲に限定したのは、蓋付容器２６がシリコン融液１４に溶解した後にシリコン単結晶の一部となって引上げられても、シリコン単結晶の品質が低下するのを防止するためである。また、蓋付容器２６は、ドーパント２４を収容する容器本体２７と、この容器本体２７の開口部を開放可能に閉止する蓋２８と、この蓋２８が容器本体２７から離脱するのを阻止する離脱阻止機構２９とを備える。上記容器本体２７は円筒状に形成される。蓋２８は容器本体２７に遊挿可能な円板状にそれぞれ形成された第１及び第２蓋体２８ａ，２８ｂを有する。第１及び第２蓋体２８ａ，２８ｂは同一形状に形成される。また、離脱阻止機構２９は、容器本体２７の開口部内周面に形成された突起２９ａと、第１及び第２蓋体２８ａ，２８ｂの外周面に突起２９ａに相応する形状にそれぞれ形成された第１及び第２凹部２９ｂ，２９ｃとを有する。突起２９ａは容器本体２７の軸を中心として互いに対向する位置にそれぞれ１つずつ合計２つ形成される。第１凹部２９ｂは円板状の第１蓋体２８ａの軸を中心として互いに対向する位置にそれぞれ１つずつ合計２つ形成され、第２凹部２９ｃは円板状の第２蓋体２８ｂの軸を中心として互いに対向する位置にそれぞれ１つずつ合計２つ形成される。上記突起２９ａは三角板状に形成され、第１及び第２突起２９ｂ，２９ｃは三角形状に形成される。この離脱阻止機構２９は、シリコン原料２１とともに蓋付容器２６に収容されたドーパント２４をルツボ１３内に供給するときに、蓋付容器２６の蓋２８が容器本体２７から離脱するのを阻止する機能を有する。更に、上記蓋付容器２６は、その機械加工後に、硝酸（ＨＮＯ₃）とフッ酸（ＨＦ）の混合液をエッチング液としてエッチングされることが好ましい。ここで、蓋付容器２６をエッチングするのは、機械加工時に蓋付容器２６に付着した不純物を除去し、蓋付容器２６を高純度のまま保ち、シリコン単結晶の品質の低下を防止するためである。

一方、メインチャンバ１２の上端には、内部が連通するようにメインチャンバ１２より小径の円筒状のプルチャンバ３１が接続される（図１及び図２）。このプルチャンバ３１の上端には引上げ回転手段３２が設けられる。この引上げ回転手段３２は、下端にシードチャック３３が取付けられた引上げ軸３４を昇降させるとともに、この引上げ軸３４をその軸線を中心に回転させるように構成される。また上記シードチャック３３には種結晶３６が着脱可能に装着される。この種結晶３６の下端をシリコン融液１４中に浸漬した後、種結晶３６を引上げ回転手段３２により回転させかつ引上げるとともに、ルツボ１３をルツボ駆動手段１７により回転させかつ上昇させることにより、種結晶３６の下端からシリコン単結晶を引上げて引上げるように構成される。

メインチャンバ１２内にはアルゴンガス等の不活性ガスが流通される（図１及び図２）。プルチャンバ３１の側面にはガス供給パイプ３７の一端が接続され、このガス供給パイプ３７の他端は不活性ガスを貯留するタンク（図示せず）に接続される。またメインチャンバ１２の下面にはガス排出パイプ３８の一端が接続され、このガス排出パイプ３８の他端は真空ポンプ３９の吸入口に接続される。タンク内の不活性ガスは、ガス供給パイプ３７を通ってプルチャンバ３１内に導入され、メインチャンバ１２内を通った後、ガス排出パイプ３８を通ってメインチャンバ１２から排出されるように構成される。なお、ガス供給パイプ３７及び排出パイプ３８にはこれらのパイプを流れる不活性ガスの流量を調整する第１及び第２流量調整弁４１，４２がそれぞれ設けられる。

またメインチャンバ１２内には、シリコン単結晶外周面へのヒータ１８の輻射熱の照射を遮るとともに、上記不活性ガスを整流するための熱遮蔽体４３が設けられる（図１及び図２）。この熱遮蔽体４３は、下方に向うに従って直径が次第に小さくなりかつシリコン融液１４から引上げられるシリコン単結晶の外周面をこの外周面から所定の間隔をあけて包囲する円錐台状の筒体４３ａと、この筒体４３ａの上縁に連設され外方に略水平方向に張り出すフランジ部４３ｂとを有する。熱遮蔽体４３は、フランジ部４３ｂを保温筒１９上にリング板４３ｃを介して載置することにより、筒体４３ａの下縁がシリコン融液１４表面から所定のギャップをあけて上方に位置するようにメインチャンバ１２内に固定される。

このように構成されたシリコン単結晶の引上げ装置１０を用いてマルチ引上げ法によりシリコン単結晶を引上げる方法を説明する。ルツボ１３に貯留されたシリコン融液１４からシリコン単結晶を引上げた後であって、このシリコン単結晶を引上げたルツボ１３内のシリコン融液１４から新たに別のシリコン単結晶を引上げる前に、原料供給管２２からルツボ１３内にシリコン原料２１を供給して溶融させる。上記ルツボ１３を用いて新たに引上げる別のシリコン単結晶が最後（ｎ番目）のシリコン単結晶でないとき、即ち上記ルツボ１３を用いて新たに引上げる別のシリコン単結晶が１番目から（ｎ−１）番目のシリコン単結晶であるとき、この１番目から（ｎ−１）番目のシリコン単結晶のいずれかを引上げる前に、シリコン原料２１を原料供給管２２からルツボ１３に供給する。具体的には、先ず、シリコン単結晶を取出した後の引上げ軸３４に、シリコン原料２１と低濃度のドーパント（シリコンと合金化したドーパント）とを収容した原料供給管２２を吊す（原料収容工程）。このときルツボ１３には、各シリコン単結晶の引上げ初期の約半分のシリコン融液１４が残されている。次に、引上げ軸３４を徐々に下降させていくと、原料供給管２２の拡径部２２ａがプルチャンバ３１のストッパ３１ａに載る。その後、原料供給管２２が停止した状態で操作棒２３ｂが下降して、弁本体２３ａが原料供給管２２の下端から離れて開閉弁２３が開くので、原料供給管２２の開放された下端からシリコン原料２１及び低濃度のドーパントがルツボ１３に供給される（原料供給工程）。上記原料収容工程と上記原料供給工程とを複数回繰り返してルツボ１３に所定量のシリコン原料２１及び低濃度のドーパントを投入する。なお、上記低濃度のドーパントは、ボロン等の不純物とシリコンとの合金であるため、シリコン融液の表面と直接接触しても弾け飛ばない。更に、ルツボ１３に貯留されたシリコン融液１４にシリコン種結晶３６を浸して、シリコン単結晶を引上げる。このようなマルチ引上げ法により引上げられるシリコン単結晶は抵抗率の仕様幅がせまいものに適用されるのが大方であって、実施例に記載した参考例１及び２のように、ルツボ１３内のシリコン融液１４のチャージ量の概ね５０％程度の長さの短いシリコン単結晶が製造される。

一方、上記ルツボ１３を用いて新たに引上げるシリコン単結晶が最後（ｎ番目）のシリコン単結晶であるときは、その引上げ部分の全域が抵抗率仕様に合致できる製品、主に低抵抗品であれば、歩留まりロスがなく理想的であるので、シリコン原料２１とともに多くのドーパント２４を供給する必要がある。この最後のシリコン単結晶を引上げる前に、シリコン原料２１とともにドーパント２４をルツボ１３内に供給する。具体的には、先ず、所定量のドーパント２４を蓋付容器２６に収容した後に（図３（ａ））、容器本体２７の突起２９ａに第１蓋体２８ａの第１凹部２９ｂを合せて第１蓋体２８ａを容器本体２７内に挿入し（図３（ｂ））、第１凹部２９ｂが突起２９ａに合わなくなるように第１蓋体２８ａを所定の角度だけ回転させる（図３（ｃ））。次いで、容器本体２７の突起２９ａに第２蓋体２８ｂの第２凹部２９ｃを合せて第２蓋体２８ｂを容器本体２７内に挿入し（図３（ｅ））、第２凹部２９ｃが第１凹部２９ｂに合わなくなるように第２蓋体２８ｂを所定の角度だけ回転させる（図３（ｆ））。これにより第１及び第２蓋体２８ａ，２８ｂが容器本体２７から離脱するのを突起２９ａが阻止する、即ち蓋２８が容器本体２７から離脱するのを離脱阻止機構２９が阻止する。また、第１凹部２９ｂと第２凹部２９ｃとが合わずにずれて配置されるので（図４及び図５）、容器本体２７内のドーパント２４が容器本体２７から飛び出すことはない。

次に、１番目から（ｎ−１）番目のシリコン単結晶を引上げるときと同様に、原料収容工程と原料供給工程とを複数回繰り返してルツボ１３に所定量のシリコン原料２１を投入する。但し、上記複数回の原料収容工程のいずれかの工程において、ドーパント２４が収容された蓋付容器２６を原料供給管２２の下端に配置する。このとき蓋付容器２６の蓋２８が容器本体２７から離脱するのを離脱阻止機構２９が阻止するので、ドーパント２４の収容された蓋付容器２６が原料供給管２２内を落下している間に、蓋２８が容器本体２７から容易に外れず、蓋付容器２６内のドーパント２４が原料供給管２２内に流出することはない。この状態で開閉弁２３を開き原料供給管２２の下端を開放して、ドーパント２４を収容した蓋付容器２６をシリコン原料２１とともにルツボ１３内に供給する。このとき蓋付容器２６の蓋２８が容器本体２７から離脱するのを離脱阻止機構２９が阻止するので、ドーパント２４の収容された蓋付容器２６がシリコン融液１４表面に落下して蓋付容器２６に衝撃荷重が作用しても、蓋２８が容器本体２７から外れず、またドーパント２４の収容された蓋付容器２６がシリコン融液１４中を下降している間に、蓋２８が容器本体２７から外れない。

そして、ドーパント２４が収容された蓋付容器２６はルツボ１３の底又は底近傍に達し、その上にシリコン原料１４が積み重なるので、ドーパント２４が収容された蓋付容器２６はルツボ１３の底又は底近傍に位置した状態で徐々に溶解して、蓋付容器２６内のドーパント２４がルツボ１３の底又は底近傍でシリコン融液１４に添加される。この結果、ドーパント２４がシリコン融液１４の表面と直接接触する機会がないため、ドーパントが弾け飛ぶのを確実に防止できるので、蓋付容器２６内のドーパント２４を全てシリコン融液１４に添加でき、正確な量のドーパント２４をシリコン融液１４に添加できる。従って、上記シリコン融液１４から引上げられるシリコン単結晶は、ほぼ全長にわたって抵抗率仕様が所定の低抵抗率の範囲内に収まるシリコン単結晶となるので、シリコン単結晶の歩留まりの低下を防止できる。

なお、この実施の形態では、マルチ引上げ法により１つのルツボを用いて、抵抗率仕様が所定の高抵抗率の範囲内に収まる複数本のシリコン単結晶を引上げ、最後のシリコン単結晶を引上げる前に、シリコン原料とともにドーパントをルツボ内に供給して、抵抗率仕様が所定の低抵抗率の範囲内に収まるシリコン単結晶を引上げたが、マルチ引上げ法により引上げられる複数のシリコン単結晶の抵抗率仕様が全て所定の低抵抗率の範囲内に収まるシリコン単結晶にも、本発明の原料のリチャージ方法、又は本発明の単結晶の引上げ方法を適用できる。

＜第２の実施の形態＞
図６は本発明の第２の実施の形態を示す。この実施の形態では、蓋付容器６６の容器本体６７が円筒状に形成され、蓋６８が容器本体６７に遊嵌可能な円筒状に形成される。容器本体６７の下面は閉止され、容器本体６７の上面は開放される。また、蓋６８の上面は閉止され、蓋６８の下面は開放される。一方、離脱阻止機構６９は、容器本体６７の外周面に形成された突起６９ａと、蓋６８の外周面に形成され突起６９ａに遊嵌可能なＬ字状溝６９ｂとを有する。上記突起６９ａは円柱状に形成され、容器本体６７の軸方向の略中央に突設される。また、Ｌ字状溝６９ｂは、容器本体６７の軸線方向に延びる縦溝６９ｃと、容器本体６７の円周方向に延びる横溝６９ｄとからなる。縦溝６９ｃは蓋６８の下端から軸方向の中央まで延びて設けられ、横溝６９ｄの一端は縦溝６９ｃの上端に連通接続される。更に、蓋６８の中心から横溝６９ｄの一端に向って延びる直線と、蓋６８の中心から横溝６９ｄの他端に向って延びる直線とのなす角度は、９０〜１８０度程度であることが好ましい。上記蓋付容器６６以外は第１の実施の形態と同一に構成される。

このように構成された蓋付容器６６の容器本体６７にドーパント２４を収容して蓋６８をする方法を説明する。先ず、容器本体６７にドーパント２４を収容した後に（図６（ａ））、容器本体６７に蓋６８を被せる。次に、容器本体６７の突起６９ａに蓋６８のＬ字状溝６９ｂの縦溝６９ｃを遊嵌して、Ｌ字状溝６９ｂの横溝６９ｄが突起６９ａに臨む位置まで蓋６８を容器本体６７に対し軸方向にスライドさせる（図６（ｂ））。更に、蓋６８を容器本体６７に対して円周方向に回転させ、突起６９ａにＬ字状溝６９ｂの横溝６９ｄを遊嵌して、横溝６９ｄの他端が突起６９ａに当接するまで回転させる（図６（ｃ））。この結果、突起６９ａにＬ字状溝６９ｂの横溝６９ｄが係合するので、蓋６８の容器本体６７からの離脱が阻止される。また、容器本体６７の開口部は蓋６８の上面により塞がれ、蓋６８のＬ字状溝６９ｂは容器本体６７の周面により塞がれるので、容器本体６７内のドーパント２４が容器本体６７から飛び出すことはない。上記以外のシリコン単結晶の引上げ方法、即ちシリコン単結晶の引上げ装置を用いてマルチ引上げ法によりシリコン単結晶を引上げる方法は、第１の実施の形態と略同様であるので、繰返しの説明を省略する。

＜第３の実施の形態＞
図７及び図８は本発明の第３の実施の形態を示す。この実施の形態では、蓋付容器７６の容器本体７７が四角筒状に形成され、容器本体７７の開口部近傍の互いに対向する側面に一対の第１長孔７７ａ，７７ａがそれぞれ形成される。容器本体７７の下面は閉止され、容器本体７７の上面は開放される。上記一対の第１長孔７７ａ，７７ａは容器本体７７の上部に水平方向に延びてそれぞれ形成される。また、蓋７８は、容器本体７７に遊挿可能な四角板状の中蓋７８ａと、容器本体７７の一対の第１長孔７７ａ，７７ａに挿通可能に形成され基端に第１長孔７７ａに挿通不能な頭部７８ｃが形成された外蓋７８ｂとを有する。上記中蓋７８ａは落とし蓋として機能を有する。また、外蓋７８ｂの基端には、この外蓋７８ｂの一方の面に突出することにより第１長孔７７ａに挿通不能な頭部７８ｃが形成される、即ち外蓋７８ｂは側面視略Ｌ字状に形成される。更に、離脱阻止機構７９は、外蓋７８ｂのうち容器本体７７の第１長孔７７ａから容器本体７７の外方に突出した先端近傍に形成された第２長孔７９ａと、この第２長孔７９ａに挿通可能な抜止め板７９ｂとを有する。抜止め板７９ｂの基端には、この抜止め板７９ｂの一方の面に突出することにより第２長孔７９ａに挿通不能な頭部７９ｃが形成される、即ち抜止め板７９ｂは側面視略Ｌ字状に形成される。上記蓋付容器７６以外は第１の実施の形態と同一に構成される。

このように構成された蓋付容器７６の容器本体７７にドーパント２４を収容して蓋７８をする方法を説明する。先ず、容器本体７７にドーパント２４を収容した後に（図８（ａ））、中蓋７８ａを容器本体７７に遊挿する（図８（ｂ））。次に、容器本体７７の一対の第１長孔７７ａ，７７ａに外蓋７８ｂを挿通した後に（図８（ｃ））、第１長孔７７ａから容器本体７７の外方に突出した外蓋７８ｂの第２長孔７９ａに抜止め板７９ｂを挿通する（図８（ｄ））。この結果、外蓋７８ｂが容器本体７７の一対の第１長孔７７ａ，７７ａから抜けるのを抜止め板７９ｂが阻止するので、蓋７８の容器本体７７からの離脱が阻止される。また、容器本体７７の開口部は中蓋７８ａ及び外蓋７８ｂにより塞がれるので、容器本体７７内のドーパント２４が容器本体７７から飛び出すことはない。上記以外のシリコン単結晶の引上げ方法、即ちシリコン単結晶の引上げ装置を用いてマルチ引上げ法によりシリコン単結晶を引上げる方法は、第１の実施の形態と略同様であるので、繰返しの説明を省略する。

＜第４の実施の形態＞
図９は本発明の第４の実施の形態を示す。この実施の形態では、蓋付容器８６の容器本体８７が円筒状に形成され、蓋８８が容器本体８７に遊嵌可能な円筒状に形成される。円筒状の容器本体８７の下面は閉止され、上面は開放される。また、円筒状の蓋８８の上面は閉止され、下面は開放される。一方、離脱阻止機構８９は、容器本体８７の開口部近傍の周面に形成された第１係止孔８９ａと、蓋８８の周面に形成され蓋８８の容器本体８７への遊嵌時に第１係止孔８９ａに連通する第２係止孔８９ｂと、第２係止孔８９ｂ及び第１係止孔８９ａに圧入されてこれらの係止孔８９ｂ，８９ａに係止可能なテーパピン８９ｃとを有する。第１及び第２係止孔８９ａ，８９ｂは円形にそれぞれ形成され、テーパピン８９ｃの大径部は第１及び第２係止孔８９ａ，８９ｂの孔径より僅かに大きく形成され、テーパピン８９ｃの小径部は第１及び第２係止孔８９ａ，８９ｂの孔径より僅かに小さく形成される。上記蓋付容器以外は第１の実施の形態と同一に構成される。

このように構成された蓋付容器８６の容器本体８７にドーパント２４を収容して蓋８９をする方法を説明する。先ず、容器本体８７にドーパント２４を収容した後に（図９（ａ））、容器本体８７の第１係止孔８９ａに蓋８９の第２係止孔８９ｂが一致するように蓋８９を被せる（図９（ｂ））。次に、第２係止孔８９ｂから第１係止孔８９ａにかけてテーパピン８９ｃを打込む（図９（ｃ）及び図９（ｄ））。この結果、テーパピン８９ｃが蓋８８を容器本体８７に固定するので、蓋８８の容器本体８７からの離脱が阻止される。また、容器本体８７の開口部は蓋８８の上面により塞がれるので、容器本体８７内のドーパント２４が容器本体８７から飛び出すことはない。上記以外のシリコン単結晶の引上げ方法、即ちシリコン単結晶の引上げ装置を用いてマルチ引上げ法によりシリコン単結晶を引上げる方法は、第１の実施の形態と略同様であるので、繰返しの説明を省略する。

なお、第１の実施の形態では、容器本体の開口部内周面に突起を２つ形成し、第１蓋体の外周面に第１凹部を２つ形成し、第２蓋体の外周面に第２凹部を２つ形成したが、容器本体の開口部内周面に突起を１つ形成し、第１蓋体の外周面に第１凹部を１つ形成し、第２蓋体の外周面に第２凹部を１つ形成してもよい。また、上記第１の実施の形態では、開閉弁を閉じた状態で原料供給管にシリコン原料を収容するときに、ドーパントが収容された蓋付容器を原料供給管の下端に配置させたが、ドーパントが収容された蓋付容器を原料供給管の下端近傍に配置させてもよい。

次に本発明の実施例を参考例とともに詳しく説明する。

＜参考例１及び実施例１＞
図１及び図２に示すシリコン単結晶の引上げ装置を用いて、抵抗率仕様を８〜１２Ω・ｃｍと高抵抗率の範囲内に想定した直径約２００ｍｍの２本のシリコン単結晶を１つのルツボから引上げた。上記ルツボを用いて引上げるシリコン単結晶が１番目のシリコン単結晶であるとき、この１番目のシリコン単結晶を引上げる前に、シリコン原料を原料供給管からルツボに供給した。具体的には、先ず、開閉弁を閉じた状態で原料供給管に一定量の原料及び低濃度のドーパント（シリコンとボロンの合金）を収容した（原料収容工程）。このとき、ドーパントが収容された蓋付容器は原料供給管に収容しなかった。次に、開閉弁を開いて原料供給管の開放された下端からシリコン原料及び低濃度のドーパントをルツボに供給した（原料供給工程）。上記原料収容工程と上記原料供給工程とを３回繰り返してルツボに所定量のシリコン原料及び低濃度のドーパントを投入した。更に、ルツボに貯留されたシリコン融液にシリコン種結晶を浸して、シリコン単結晶を引上げた。このシリコン単結晶を参考例１とした。

上記ルツボを用いて引上げるシリコン単結晶が最後（３番目）のシリコン単結晶であるとき、このシリコン単結晶の抵抗率仕様を０．０１０〜０．０２０Ω・ｃｍと低抵抗率の範囲内に想定した。このため、最後のシリコン単結晶を引上げる前に、シリコン原料とともにドーパントとして所定量のボロン（Ｂ）をルツボ内に供給した。具体的には、先ず、所定量のドーパントを蓋付容器に収容した後に（図３（ａ））、容器本体の突起に第１蓋体の第１凹部を合せて第１蓋体を容器本体内に挿入し（図３（ｂ））、第１凹部が突起に合わなくなるように第１蓋体を所定の角度だけ回転させた（図３（ｃ））。次いで、容器本体の突起に第２蓋体の第２凹部を合せて第２蓋体を容器本体内に挿入し（図３（ｅ））、第２凹部が第１凹部に合わなくなるように第２蓋体を所定の角度だけ回転させた（図３（ｆ））。次に、１番目のシリコン単結晶を引上げるときと同様に、原料収容工程と原料供給工程とを３回繰り返してルツボに所定量のシリコン原料を投入した。但し、上記３回の原料収容工程のうちの１回目の原料収容工程において、ドーパントが収容された蓋付容器を原料供給管の下端に配置した。この状態で開閉弁を開き原料供給管の下端を開放して、ドーパントを収容した蓋付容器をシリコン原料とともにルツボ内に供給した。そして、ドーパントが収容された蓋付容器はルツボの底に達し、その上にシリコン原料が積み重なった。更に、ドーパントが収容された蓋付容器はルツボの底に位置した状態で徐々に溶解して、蓋付容器内のドーパントがルツボの底でシリコン融液に添加された。このルツボ内のドーパント（ボロン（Ｂ））が添加されたシリコン融液にシリコン種結晶を浸して、シリコン単結晶を引上げた。このシリコン単結晶を実施例１とした。

＜参考例２及び実施例２＞
図１及び図２に示すシリコン単結晶の引上げ装置を用いて、抵抗率仕様を１．５〜２．０Ω・ｃｍと高抵抗率の範囲内に想定した直径約２００ｍｍの２本のシリコン単結晶を１つのルツボから順次引上げた。上記ルツボを用いて引上げるシリコン単結晶が１番目のシリコン単結晶であるとき、参考例１と同様にして原料収容工程と原料供給工程とを３回繰返してルツボに所定量のシリコン原料を投入した。更に、ルツボに貯留されたシリコン融液にシリコン種結晶を浸して、シリコン単結晶を引上げた。このシリコン単結晶を参考例２とした。

上記ルツボを用いて引上げるシリコン単結晶が最後（３番目）のシリコン単結晶であるとき、このシリコン単結晶の抵抗率仕様を０．００５〜０．０１０Ω・ｃｍと低抵抗率の範囲内に想定した。このため、最後のシリコン単結晶を引上げる前に、シリコン原料とともに所定量のドーパントとしてボロン（Ｂ）をルツボ内に供給した。そして、実施例１と同様に、蓋付容器の容器本体に所定量のドーパントを収容して蓋をした後に、原料収容工程と原料供給工程とを３回繰り返してルツボに所定量のシリコン原料を投入した。但し、上記３回の原料収容工程のうちの１回目の原料収容工程において、ドーパントが収容された蓋付容器を原料供給管の下端に配置した。この状態で開閉弁を開き原料供給管の下端を開放して、ドーパントを収容した蓋付容器をシリコン原料とともにルツボ内に供給した。更に、ドーパントが収容された蓋付容器はルツボの底に位置した状態で徐々に溶解して、蓋付容器内のドーパントがルツボの底でシリコン融液に添加された。このルツボ内のドーパント（ボロン（Ｂ））が添加されたシリコン融液にシリコン種結晶を浸して、シリコン単結晶を引上げた。このシリコン単結晶を実施例２とした。

＜比較試験１及び評価＞
参考例１及び２と実施例１及び２のシリコン単結晶を所定の幅で切断して複数の輪切り体を作製し、この輪切り体の抵抗率をLoresta-GP MCP-T610（三菱化学アナリテック社製）によりそれぞれ測定した。その結果を図１０〜図１３に示す。なお、図１０〜１３において、固化率とは、ルツボに貯留されたシリコン融液の初期チャージ質量に対するシリコン単結晶の引上げ質量の割合をいう。また、図１０には、抵抗率仕様が８〜１２Ω・ｃｍを想定してシリコン融液の初期チャージ質量に対し固化率９０％強の引上げを行ったときの抵抗率プロファイルを示し、図１１には、抵抗率仕様が１．５〜２．０Ω・ｃｍを想定してシリコン融液の初期チャージ質量に対し固化率９０％強の引上げを行ったときの抵抗率プロファイルを示す。更に、図１２には、抵抗率仕様が０．０１０〜０．０２０Ω・ｃｍを想定してシリコン融液の初期チャージ質量に対し固化率９０％強の引上げを行ったときの抵抗率プロファイルを示し、図１３には、抵抗率仕様が０．００５〜０．０１０Ω・ｃｍを想定してシリコン融液の初期チャージ質量に対し固化率９０％強の引上げを行ったときの抵抗率プロファイルを示す。

図１０から明らかなように、抵抗率仕様を８〜１２Ω・ｃｍと高抵抗率の範囲内に想定した参考例１のシリコン単結晶では、固化率が約０．８５のときに抵抗率が抵抗率仕様の下限値の８Ω・ｃｍとなり、斜線領域の破線部が抵抗率仕様に合致せず製品化できない部分となってしまうので、シリコン単結晶の引上げは５０％程度の固化率で行った。また、図１１から明らかなように、抵抗率仕様を１．５〜２．０Ω・ｃｍと高抵抗率の範囲内に想定した参考例２のシリコン単結晶では、固化率が約０．７３のときに抵抗率が抵抗率仕様の下限値である１．５Ω・ｃｍとなり、斜線領域の破線部が抵抗率仕様に合致せず製品化できない部分となってしまうので、参考例１の１番目及び２番目のシリコン単結晶の引上げと同様に、参考例２の１番目及び２番目のシリコン単結晶の引上げは、それぞれ５０％程度の固化率で行った。

一方、図１２から明らかなように、抵抗率仕様を０．０１０〜０．０２０Ω・ｃｍと低抵抗率の範囲内に想定した実施例１のシリコン単結晶では、全ての固化率領域で抵抗率仕様に合致し、製品化できない部分は発生しなかった。また、図１３から明らかなように、抵抗率仕様を０．００５〜０．０１０Ω・ｃｍと低抵抗率の範囲内に想定した実施例２のシリコン単結晶では、全ての固化率領域で抵抗率仕様に合致し、製品化できない部分は発生しなかった。

上述のことから、マルチ引上げ法により引上げられる複数本のシリコン単結晶のうち最後に引上げられるシリコン単結晶では、シリコン単結晶の全長に対して抵抗率仕様が所定の高抵抗率の範囲を外れる長さの割合が大きくなり、歩留まりが低下したけれども（参考例１及び２）、最後のシリコン単結晶を引上げる前に、高濃度のドーパントを原料とともにルツボに供給して溶融させることにより、最後に引上げられるシリコン単結晶の全長に対する抵抗率仕様が所定の低抵抗率の範囲内に収めることができるので、歩留まりの低下を防止できることが分かった（実施例１及び２）。なお、実施例１及び２に記載の低抵抗結晶（Ｐ型抵抗率：０．００５〜０．０２０Ω・ｃｍ程度）を得るには、高濃度のドーパント（ボロン：１０¹⁸〜１０²⁰／ｃｍ³程度）を引上げ単結晶に添加する必要があるため、ドーパントとして通常は金属ボロンを用いる。一方、参考例１及び２に記載の高抵抗結晶（Ｐ型抵抗率：１〜２０Ω・ｃｍ程度）を得るには、低濃度のドーパント（ボロン：１０¹⁵〜１０¹⁶／ｃｍ³程度）を引上げ単結晶に添加すればよいので、ドーパントとして通常はシリコンに微量のボロンが添加されたシリコン−ボロン合金を用いる。金属ボロンはシリコン融液の表面に接触すると弾け飛ぶことがあるけれども、シリコン−ボロン合金は大部分がシリコン融液と同じシリコンであるので弾け飛ぶことはない。

１３ルツボ
１４シリコン融液
２１シリコン原料
２２原料供給管
２３開閉弁
２４ドーパント
２６，６６，７６，８６蓋付容器
２７，６７，７７，８７容器本体
２８，６８，７８，８８蓋
２８ａ第１蓋体
２８ｂ第２蓋体
２９離脱阻止機構
２９ａ，６９ａ突起
２９ｂ第１凹部
２９ｃ第２凹部
６９ｂＬ字状溝
６９ｃ縦溝
６９ｄ横溝
７７ａ第１長孔
７８ａ中蓋
７８ｂ外蓋
７８ｃ外蓋の頭部
７９ａ第２長孔
７９ｂ抜止め板
８９ａ第１係止孔
８９ｂ第２係止孔
８９ｃテーパピン

Claims

原料のリチャージ又は単結晶引上げに用いられ、単結晶のドーパントを融液に添加するために原料と同一材質により形成された蓋付容器であって、
ドーパントを収容する容器本体と、
この容器本体の開口部を開放可能に閉止する蓋と、
前記蓋が前記容器本体から離脱するのを阻止する離脱阻止機構と
を備え、
前記容器本体が円筒状に形成され、前記蓋が前記容器本体に遊挿可能な円板状にそれぞれ形成された第１及び第２蓋体を有し、前記離脱阻止機構が、前記容器本体の開口部内周面に形成された突起と、前記第１及び第２蓋体の外周面に前記突起に相応する形状にそれぞれ形成された第１及び第２凹部とを有することを特徴とする蓋付容器。
原料のリチャージ又は単結晶引上げに用いられ、単結晶のドーパントを融液に添加するために原料と同一材質により形成された蓋付容器であって、
ドーパントを収容する容器本体と、
この容器本体の開口部を開放可能に閉止する蓋と、
前記蓋が前記容器本体から離脱するのを阻止する離脱阻止機構と
を備え、
前記容器本体が円筒状に形成され、前記蓋が前記容器本体に遊嵌可能な円筒状に形成され、前記離脱阻止機構が、前記容器本体の外周面に形成された突起と、前記蓋の外周面に形成され前記突起に遊嵌可能なＬ字状溝とを有し、前記Ｌ字状溝が、前記容器本体の軸線方向に延びる縦溝と、前記容器本体の円周方向に延びる横溝とからなることを特徴とする蓋付容器。
原料のリチャージ又は単結晶引上げに用いられ、単結晶のドーパントを融液に添加するために原料と同一材質により形成された蓋付容器であって、
ドーパントを収容する容器本体と、
この容器本体の開口部を開放可能に閉止する蓋と、
前記蓋が前記容器本体から離脱するのを阻止する離脱阻止機構と
を備え、
前記容器本体が四角筒状に形成され、前記容器本体の開口部近傍の互いに対向する側面に一対の第１長孔がそれぞれ形成され、前記蓋が、前記容器本体に遊挿可能な四角板状の中蓋と、前記容器本体の一対の第１長孔に挿通可能に形成され基端に前記第１長孔に挿通不能な頭部が形成された外蓋とを有し、前記離脱阻止機構が、前記外蓋の前記第１長孔から突出した先端近傍に形成された第２長孔と、前記第２長孔に挿通可能な抜止め板とを有することを特徴とする蓋付容器。
原料のリチャージ又は単結晶引上げに用いられ、単結晶のドーパントを融液に添加するために原料と同一材質により形成された蓋付容器であって、
ドーパントを収容する容器本体と、
この容器本体の開口部を開放可能に閉止する蓋と、
前記蓋が前記容器本体から離脱するのを阻止する離脱阻止機構と
を備え、
前記容器本体が円筒状に形成され、前記蓋が前記容器本体に遊嵌可能な円筒状に形成され、前記離脱阻止機構が、前記容器本体の開口部近傍の周面に形成された第１係止孔と、前記蓋の周面に形成され前記蓋の前記容器本体への遊嵌時に前記第１係止孔に連通する第２係止孔と、前記第２係止孔及び前記第１係止孔に圧入されてこれらの係止孔に係止可能なテーパピンとを有することを特徴とする蓋付容器。