JPS61132585A

JPS61132585A - ド−プ剤添加装置

Info

Publication number: JPS61132585A
Application number: JP20448085A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Yamato; 充博大和; Nagateru Uyama; 宇山　長輝; Takayoshi Higuchi; 樋口　孝良
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1985-09-18
Filing date: 1985-09-18
Publication date: 1986-06-20
Anticipated expiration: 2009-02-16
Also published as: JPH0611680B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産　　　の　１　　′ この発明は半導体単結晶の引き上げの際に使用するドー
プ剤添加装置に関するものである。

従」１匹１」１シリコン等の半導体結晶の育成において、石英製のルツ
ボを用いて、このルツボの中で単結晶原料を溶融し、種
結晶を単結晶原料の溶融液面に接すると同時に回転させ
ながら引き上げていって、半導体単結晶を形成するこ−
とはよく知られている。このような半導体単結晶の引き
上げによれば、円柱状の単結晶が形成される。

従来の半導体単結晶の引き上げ方法において、所望の比
抵抗を得るために所定量のドープ剤を投入することが行
われていた。従来は、ルツボ内で単結晶原料を加熱する
前に一定量のドープ剤を投入していた。

しかし、単結晶原料をルツボにセットした時に、ドープ
剤を一緒にルツボ内に入れていると、単結晶原料を昇温
させていく際にドープ剤が多量に蒸発してしまう欠点が
あった。

つまり、単結晶の引上げを開始する前に、すでに相当量
のドープ剤が蒸発してしまうのである。さらに、単結晶
の引上げの間始侵にも、単結晶を引き上げていくにつれ
て、ドープ剤が蒸発していき、ドーパント濃度が徐々に
希釈されていく。その結果、収率の低下が見られた。

そこで、ルツボ内に原料のみを投入して予め溶融した後
、投入管からドープ剤を溶融シリコン中に投入すること
が提案された。

゛しようと　　。

しかし、投入管を用いた場合には以下のような問題点が
ある。

（１）ドープ剤の投入時にドープ剤が投入管の管壁に融
着し易く、所定量のドープ剤を添加するのが困難である
。

（２）溶融シリコンとルツボとの反応により生成したＳ
ｉＯが投入管の管壁に付着して蓄積されると、シリコン
単結晶の成長界面に落下し、シリコン単結晶に転移が発
生し易くなる。

Ｒ」Ｂ欠亘」Ｌこの発明の目的は、前述のような従来技術の欠点を解消
して、ドーパント濃度の精密な制御を可能とするドープ
剤添加装置を提供することである。

及Ｕこのような目的を達成するための本発明の要旨とすると
ころは、引上法による半導体単結晶の製造装置において
、炉の上方部に投入管を設け、その投入管の中に弁座を
形成し、その弁座に弁を配置し、その弁に操作棒の一端
を固定し、操作棒の他端を投入管の外側に出し、かつ、
投入管と炉との間をシール構造にするとともに、投入管
と操作棒との間をシール構造にし、しかｂ投入管を炉に
対して相対的に移動可能に構成したことを特徴とするド
ープ剤添加装置にある。

、を　゛　るためのシリコン等の半導体結晶を引き上げ法により形成するも
のであって、炉１内においてルツボ５内の単結晶原料６
を溶融した後にドープ剤１５を投入する。すなわち、単
結晶原料６の溶融液にドープ剤１５を投入して添加する
のである。したがって、ドープ剤１５を投入する際には
単結晶原料６は相当程度に昇温されて溶融液の状態にな
っている。

炉１の上方部に投入管８を設け、その投入管８の中に弁
座９を形成し、その弁座９に弁１０を配置し、その弁１
０に操作棒１１の一端を固定し、操作棒１１の他端を投
入管８の外側に出し、投入管８と炉１および操作棒１１
との間をシール構造にして気密を保つようにしている。

しかも、投入管８を炉１に対して相対的に移動可能にし
である。

単結晶原料６が溶融液の状態になってからドープ剤１５
を投入できるので、単結晶原料６が溶融液の状態に至る
まで加熱される間にドープ剤１５が蒸発することが完全
に回避される。したがって、単結晶原料６が溶融してい
く際にドーパント濃度が低下することは絶対に起こらな
い。その際に、投入管８を最下位置にしてからドープ剤
１５を投入し、そのあと投入管８を最上位置に移動する
ことができるので、能率的な操作が可能となる。しかも
任意のタイミングでドープ剤の再投入を行うことができ
、正確なコントロールが可能であるばかりでなく、必要
に応じて２つの相違する比抵抗ＮＡ１部分を所望の長さ
に形成することができる。

大ＪＵＬ以下、図面を参照して、この発明の詳細な説明する。

第１図において、符号１は炉の全体の概略を示しており
、上室２と下室３とにより構成されている。下室３には
従来と同様にヒーター４の内側にルツボ５が回転可能に
配置されている。そのルツボ５の中に単結晶原料６が入
れられて、ヒーター４により加熱されている。

ドープ剤添加装置７は、大径部８ａと小径部８ｂを有し
、炉１の上方部に設けられている。

第２図に概念図が示されているように、投入管８の中に
は大径部８ａと小径部８ｂの間に弁座９が形成されてい
る。弁座９には弁１０が配置しである。その弁１０には
操作棒１１の一端が固定しである。操作棒１１は大径部
８ａの中を延びて、他端が投入管８の外側に出ており、
図示例では１字状に曲っている。

また、投入管８の小径部８ｂと炉１との間には複数の０
リング１３が配置してあり、気密にシールされている。

さらに、投入管８の大径部８ａと操作棒１１との闇には
栓１４が設けである。この栓１４はゴム製であり、投入
管８と操作棒１１との間が気密にシールされている。

投入管８の大径部８ａの内部スペースにドープ剤１５を
入れて必要に応じて操作棒１１　、をその軸方向に動か
すことにより弁１０を開いて、ドープ剤１５を投入管８
の先端部８Ｇからルツボ５内の単結晶原料６の溶融液に
投入することができるようになっている。

投入管８は石英ガラスで作り、操作棒１１はステンレス
で作るのが好ましい。炉１の内部は従来と同様に真空ま
たは減圧あるいは不活性ガスの状態に保持できるように
なっている。そして、第２図のような状態で操作棒１１
を操作する時、炉１の内部は所定の真空等の状態に維持
できるようになっている。

投入管８は炉１に対してその軸方向に小径部８ｂの範囲
にわたって移動できるようになっており、その際にも、
０リング１３により気密状態が保持できるようになって
いる。

第４図は第２図に概念的に概略が示されたドープ剤添加
装置７の具体例の１つを詳細に示している。投入管８の
外側に保護管２１が設けてあり、その保護管２１の外側
に更に蛇腹２２が設けである。蛇腹２２の両端にはそれ
ぞれドーナツ状の上方プレート２３と下方プレート２４
が固定しである。下方プレート２４は矩形の管状で水冷
方式になっている。

下方プレート２４と炉１との間にＯリング１３が設けで
ある。保護管２１の上部２１ａと上方プレート２３との
間に０リング２５が設けである。また、投入管８の大径
部８ａに対応して保持管２６が設けである。保持管２６
は内部壁と外部壁とにより二重構造になっており、内部
壁と投入管８の小径部８ｂとの間にテフロン部材２７と
Ｏリング２８とが交互に複数組配置してあり、両者間を
シールしている。保持管２６の外部壁の上部には蓋３０
がシール状態にネジ止めしである。蓋３０の中心部には
穴が形成してあり、そこに操作棒１１が通っている。栓
１４はＯリング３１でシールして投入管８の大径部８ａ
の上部に着脱自在に設定しである。また、保持管２６の
下方部と保護管２１の上方部２１ａとの間にはＯリング
３２が設けである。蓋３０と栓１４の間にはスペー（Ｊ
−３５が設けてあり、操作捧１１に沿ってワッシ１−と
Ｏリングが配置しである。

第４図の例から明らかなように投入管８はシールを維持
しつつ炉１に対して相対的に移動可能となっている。そ
の際、蛇腹２２が伸縮し、投入管８と保護管２１と保持
管２６等が一緒に移動するようになっている。また、ガ
イド３３は、下方プレート２４に上向きに固定されてい
て、上方プレート２３、保護管２１の上部２１ａ、保持
管２６の下方部を貫通しており、それにより保護管２１
や投入管８等の移動コースを案内するものである。

前述の実施例の作用について説明すれば、まずルツボ、
５の中に単結晶原料６を入れる。

他方、投入管８に対して操作棒１１を動かして弁１０を
閉じた状態にした上で所定量のドープ剤１５を投入管８
の中に入れて、栓１４を閉じる。

炉１および投入管８を気密状態に保持した後、ルツボ５
内の単結晶原料６をヒーター４により加熱する。他方、
炉１の内部を真空や不活性ガスの状態にする。

一ルツボ５内の単結晶原料６が昇温して溶融液の状態に
なったとき、投入管８を炉内に移動させ、小径部８ｂの
先端を溶融液に接触させるか、または接触させずに所望
のタイミングで操作棒１１を操作して弁１０を開いてド
ープ剤１５を投入管８から単結晶原料６の溶融液に投入
する。

また、複数の比抵抗規格にしたがって１本の単結晶を作
りたいときには、ドープ剤１５をルツボ５内の単結晶原
料溶融液６に所望の時間を隔てて複数回投入する。たと
えば、炉１に複数の投入管８を予め設けておき、所定の
タイミングで所定量のドープ剤１５を単結晶原料溶融液
６ｐに投入することもできる。

第３図は２つの比抵抗規格を満足する１本の単結晶１９
を作った例を示している。縦軸に比抵抗を示し、横軸に
単結晶の長さを示している。ルツボ５内の単結晶原料６
を所定温度に昇温させて完全に溶融したのちに、第１番
目の投入管８から所定量のドープ剤１５を単結晶原料６
の溶融液に投入して、曲線１７により示された第１の比
抵抗規格にしたがって、単結晶１９を引き上げる。その
引上げ途中のポイントＤで第２の投入管８からドープ剤
１５を投入して添加することにより、その侵曲線１８に
よって示された第２の比抵抗規格にしたがって単結晶１
９を引き上げる。その結果、１本の単結晶１９であるに
もかかわらず２つの比抵抗規格を満たすことになる。

たとえば、第３図の例のように、第１の比抵抗規格を１
０〜８０Ｃｌとし、第２の比抵抗規格を３〜２Ωｃｎ＋
とすることができる。

このようなやり方で実際に単結晶の引き上げを行ったと
ころ、表１のような結果が得られた。

Ｒ」Ｌ久３１この発明によれば、単結晶原料６が所定の温度に昇温さ
れて溶融液となった後に、ドープ剤１５を投入して添加
できるので、単結晶原料６をルツボにセットした時に一
緒にドープ剤１５を投入して両者を同時に加熱昇温する
従来のやり方に比べて、ドープ剤１５の蒸発量が非常に
少なくなる。また、ドープ剤１５の投入時に投入管８を
移動することができるので、投入管８は比較的低温であ
り、ドープ剤１５が管壁に融着することがない。その結
果、ドーパント濃度の制御が精密に行えるようになった
。収率の大幅な増加ができるようになったのである。

また、単結晶の引き上げの途中であっても、任意にドー
プ剤を再投入できるので、引上げ途中に徐々にドーパン
ト濃度が希釈されることを防止でき、それによってドー
パント濃度を精密に制御することができる。

なお、本発明はダブルドープ法のみでなく、ヘビイドー
プ法等にも適用できるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるドープ剤添加装置を備えた半導
体単結晶製造装置の概略を示す断面図、第２因は第１図
に示したドープ剤添加装置を示す概略断面図、第３図は
この発明によるドープ剤添加の一例を示すグラフ、第４
図はドープ添加装置を示す拡大図である。１・・・炉４・・・ヒーター５・・・ルツボ６・・・単結晶原料７・・・ドープ剤添加装置８・・・投入管９・・・弁座１０・・・弁１１・・・操作棒１３・・・Ｏリング１４・・・栓１５・・・ドープ剤１９・・・単結晶・　第１図第２図Ｏ６♂：Ｑ−び

Claims

【特許請求の範囲】

（１）引上法による半導体単結晶の製造装置において、
炉の上方部に投入管を設け、その投入管の中に弁座を形
成し、その弁座に弁を配置し、その弁に操作棒の一端を
固定し、操作棒の他端を投入管の外側に出し、かつ、投
入管と炉との間をシール構造にするとともに、投入管と
操作棒との間をシール構造にし、しかも投入管を炉に対
して相対的に移動可能に構成したことを特徴とするドー
プ剤添加装置。