(57)【要約】【課題】インゴットを製造するための結晶引き上げ装置を提供する。【解決手段】本装置は、炉と気体ドーピングシステムとを含む。炉は融液を保持するための坩堝を含む。気体ドーピングシステムは、供給管と、蒸発容器と、流量制限装置とを含む。供給管は炉内に位置付けられ、少なくとも１つの供給管側壁と、供給管内に導入される固体ドーパントが通過する第１の端部と、炉内に導入される気体ドーパントが通過する、第１の端部と反対側の開口部と、を含む。蒸発容器は、内部でドーパントを蒸発させるように構成され、供給管の開口部近傍に配置される。流量制限装置は、流量制限装置を通過して固体ドーパントが移動することを可能にし、且つ流量制限装置を通過する気体ドーパントの流れを制限するように構成され、供給管内で、第１の端部と蒸発容器との間に配置される。【選択図】図１
2018016543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体グレード材料またはソーラーグレード材料の融液を保持するための坩堝を含む炉と、
ドーパントを前記炉内に導入するための気体ドーピングシステムであって、
前記炉内に位置付けられた供給管であって、少なくとも１つの供給管側壁と、前記供給管内に導入される固体ドーパントが通過する第１の端部と、前記炉内に導入される気体ドーパントが通過する前記第１の端部と反対側の開口部と、を含む供給管と、
内部で前記ドーパントを蒸発させるように構成され、前記供給管の前記開口部近傍に配置された、蒸発容器と、
流量制限装置であって、前記流量制限装置を通過して固体ドーパントが移動することを可能にし、且つ前記流量制限装置を通過する気体ドーパントの流れを制限するように構成され、前記供給管内で、前記第１の端部と前記蒸発容器との間に配置された、流量制限装置と、
を含む気体ドーピングシステムと、
を含む、半導体グレードインゴットまたはソーラーグレードインゴットを製造するための結晶引き上げ装置。
【請求項２】
前記流量制限装置が、底部であって、前記底部を通り抜ける第２の開口部を有する底部と、供給管側壁から前記底部に向かって内部に延在する第２の側壁と、を含む、請求項１に記載の結晶引き上げ装置。
【請求項３】
前記流量制限装置が、前記第２の開口部を通過して固体ドーパントが移動することを可能にし、且つ前記第２の開口部を通過する気体ドーパントの流れを制限するように構成された、請求項２に記載の結晶引き上げ装置。
【請求項４】
前記第２の側壁が、円錐形状の部分を含む、請求項２に記載の結晶引き上げ装置。
【請求項５】
前記蒸発容器が、供給管側壁から内部に延在する底面と、前記底面と隣接し、且つ前記底面から上方に延在する容器側壁と、を含む、請求項１に記載の結晶引き上げ装置。
【請求項６】
前記気体ドーピングシステムが、前記容器側壁と供給管側壁とにより少なくとも部分的に規定された流体流通路をさらに含む、請求項５に記載の結晶引き上げ装置。
【請求項７】
前記供給管が、固体ドーパントを前記供給管内に供給するように構成されたドーパント供給装置に連通連結された、請求項１に記載の結晶引き上げ装置。
【請求項８】
前記供給管が、固体ドーパントを前記供給管内に自動的に供給するように構成された自動ドーパント供給装置に連通連結された、請求項１に記載の結晶引き上げ装置。
【請求項９】
前記気体ドーピングシステムが、前記第１の端部から遠位の第２の端部において、前記供給管に連結された流体分配板をさらに含む、請求項１に記載の結晶引き上げ装置。
【請求項１０】
前記供給管が、前記供給管を上昇および下降させるように構成された位置決めシステムに、スライドするように連結された、請求項１に記載の結晶引き上げ装置。
【請求項１１】
前記供給管の前記開口部が、前記供給管の長手方向軸に対して、約４５°〜約７５°の間の角度で角度が付けられた、請求項１に記載の結晶引き上げ装置。
【請求項１２】
前記供給管が、前記融液の表面に対して、約４５°〜約７５°の間の角度で角度が付けられた、請求項１に記載の結晶引き上げ装置。
【請求項１３】
前記融液からの放射熱が前記蒸発容器内の前記ドーパントを蒸発させるのに十分であるように、前記蒸発容器が前記融液の十分近傍に位置付けられた、請求項１に記載の結晶引き上げ装置。
【請求項１４】
前記蒸発容器が、前記融液の表面の上方に、約１ｃｍ〜約１５ｃｍの間で位置付けられた、請求項１に記載の結晶引き上げ装置。
【請求項１５】
前記供給管が、不活性気体供給部に連通連結された、請求項１に記載の結晶引き上げ装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の結晶引き上げ装置の使用方法であって、
ドーパントを、前記供給管の前記第１の端部を通過させて導入する工程と、
前記蒸発容器内の前記ドーパントを蒸発させる工程と、
不活性ガスを、約１０ノルマルリットル／ｍｉｎより小さい流量で、前記供給管を通過させて流す工程と、
を含む、方法。
【請求項１７】
半導体グレード材料またはソーラーグレード材料の融液を保持するための坩堝を含む炉と、
ドーパントを前記炉内に導入するための気体ドーピングシステムであって、
前記炉内に位置付けられた供給管であって、少なくとも１つの供給管側壁と、前記供給管内に導入される固体ドーパントが通過する第１の端部と、前記炉内に導入される気体ドーパントが通過する、前記第１の端部と反対側の開口部と、を含む供給管と、
内部で前記ドーパントを蒸発させるように構成され、前記供給管の前記開口部近傍に配置され、
供給管側壁から内部に延在する底面と、
前記底面と隣接し、且つ前記底面から上方に延在する容器側壁と、
を含む蒸発容器と、
前記容器側壁と供給管側壁とにより少なくとも部分的に規定された流体流通路と、
を含む気体ドーピングシステムと、
を含む、半導体グレードインゴットまたはソーラーグレードインゴットを製造するための結晶引き上げ装置。
【請求項１８】
気体ドーピングシステムが、流量制限装置であって、前記流量制限装置を通過して固体ドーパントが移動することを可能にし、且つ前記流量制限装置を通過する気体ドーパントの流れを制限するように構成され、前記供給管内で、前記第１の端部と前記蒸発容器との間に配置された流量制限装置をさらに含む、請求項１７に記載の引き上げ装置。
【請求項１９】
前記流量制限装置が、底部であって、前記底部を通り抜ける第２の開口部を有する底部と、供給管側壁から前記底部に向かって内部に延在する第２の側壁と、を含む、請求項１８に記載の結晶引き上げ装置。
【請求項２０】
前記流量制限装置が、前記第２の開口部を通過して固体ドーパントが移動することを可能にし、且つ前記第２の開口部を通過する気体ドーパントの流れを制限するように構成された、請求項１９に記載の結晶引き上げ装置。
【請求項２１】
前記第２の側壁が、円錐形状の部分を含む、請求項１９に記載の結晶引き上げ装置。
【請求項２２】
前記供給管が、固体ドーパントを前記供給管内に供給するように構成されたドーパント供給装置に連通連結された、請求項１７に記載の結晶引き上げ装置。
【請求項２３】
前記供給管が、固体ドーパントを前記供給管内に自動的に供給するように構成された自動ドーパント供給装置に連通連結された、請求項１７に記載の結晶引き上げ装置。
【請求項２４】
前記気体ドーピングシステムが、前記第１の端部から遠位の第２の端部において、前記供給管に連結された流体分配板をさらに含む、請求項１７に記載の結晶引き上げ装置。
【請求項２５】
前記供給管が、前記供給管を上昇および下降させるように構成された位置決めシステムに、スライドするように連結された、請求項１７に記載の結晶引き上げ装置。
【請求項２６】
前記供給管の前記開口部が、前記供給管の長手方向軸に対して、約４５°〜約７５°の間の角度で角度が付けられた、請求項１７に記載の結晶引き上げ装置。
【請求項２７】
前記供給管が、前記融液の表面に対して、約４５°〜約７５°の間の角度で角度が付けられた、請求項１７に記載の結晶引き上げ装置。
【請求項２８】
前記融液からの放射熱が前記蒸発容器内の前記ドーパントを蒸発させるのに十分であるように、前記蒸発容器が前記融液の十分近傍に位置付けられた、請求項１７に記載の結晶引き上げ装置。
【請求項２９】
前記蒸発容器が、前記融液の表面の上方に、約１ｃｍ〜約１５ｃｍの間で位置付けられた、請求項１４に記載の結晶引き上げ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本分野は概して、半導体グレード材料またはソーラーグレード材料の単結晶の準備に関し、より具体的には、半導体グレード材料またはソーラーグレード材料の融液の制御されたドーピングのための気体ドーピングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の電子部品の作製のための大抵のプロセスにおける出発原料である単結晶シリコンは、一般的にいわゆるチョクラルスキー（「Ｃｚ」）法により準備される。この方法では、多結晶シリコン（「ポリシリコン」）を坩堝に装填して溶融し、種結晶を溶融シリコンと接触させ、ゆっくり引き上げることにより単結晶を成長させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
シリコン結晶における望ましい抵抗率を達成するために、所定量のドーパントが融液に加えられる。従来、ドーパントは、シリコン融液面の数フィート上方に位置付けられた供給ホッパーから融液中に供給される。しかし、揮発性ドーパントは制御されずに周囲の環境に蒸発する傾向があり、融液中に入り得る、または成長結晶中に取り込まれ得る酸化物微粒子（すなわち、サブオキサイド）の発生をもたらすため、このアプローチは、そのようなドーパントについては好ましくない。これらの粒子は、不均一な核形成部位として働くことがあり、最終的に結晶引き上げプロセスの失敗をもたらす。
【０００４】
さらに、従来のシステムにおいて，融液表面におけるドーパントの粒の昇華は、周囲のシリコン融液の局所的な温度低下を引き起こすことが多く、ドーパントの粒に隣接した「シリコンボート（silicon boats）」を次々にもたらす。これらのシリコンボートは、融液の表面張力と共に、融液表面に到達するドーパントの粒の多くが融液中に沈むことを妨げ、従って、大気への昇華が起こり得る時間を増加させる。この現象は、気体環境へのドーパントの著しい損失をもたらし、さらに成長チャンバ内の汚染粒子の濃度を増加させる。
【０００５】
いくつかの既知のドーピングシステムは、揮発性ドーパントを気体として成長チャンバ内に導入する。しかし、そのようなシステムは、ドーピング処理が行われるたびに、手動で補充されなければならない。加えて、そのようなシステムは、使用中に補充されることができない。結果として、そのようなシステムは、単一の成長プロセスのための限定されたドーパント最大積載量（または、ペイロード能力、payload capacity）を有する。従って、そのようなシステムは、成長させることができるシリコンインゴットの大きさを限定する。さらに、そのようなシステムは、成長プロセスの間、ドーパントを不均一に供給する傾向があり、それにより、成長したインゴットの長手方向軸に沿ったドーパント濃度の変化を増加させる。
【０００６】
他のドーピングシステムにおいて、不活性気体が、揮発性ドーパントを成長チャンバ内に供給するのに用いられる。しかし、不活性気体の使用は、気体ドーパントを希釈する傾向があり、それによりドーパント濃度を減少させ、蒸発したドーパントを成長チャンバから過度に速くパージする。例えば、ヒ素（０．３）およびリン（０．３５）のような低い偏析係数を有するドーパントは、補償するために、成長結晶中の望ましいドーパント濃度より約３倍高い融液中のドーパント濃度を必要とする。結果として、蒸発したドーパントは、シリコン融液中に拡散するのに十分な時間を持たず、より多くのドーパントが、シリコン融液中の望ましいドーパント濃度を達成するのに必要とされる。
【０００７】
従って、低抵抗率なドープされた単結晶シリコンをチョクラルスキー法により製造するための単純で費用対効果が高い手法についての要求が存在する。
【０００８】
この背景技術のセクションは、以下に記載および／または特許請求の範囲に記載された本開示の様々な態様に関連し得る技術の様々な態様を読み手に紹介することを意図する。この議論は、本開示の様々な態様のより良い理解を容易にする背景情報を読み手に提供するのに役立つと考えられる。従って、これらの記載が、先行技術の自認としてではなく、この観点から解釈できるということが理解されるべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
１つの態様において、半導体グレードインゴットまたはソーラーグレードインゴットを製造するための結晶引き上げ装置が提供される。本装置は、炉と気体ドーピングシステムとを含む。炉は、半導体グレード材料またはソーラーグレード材料の融液を保持するための坩堝を含む。気体ドーピングシステムは、供給管と、蒸発容器と、流量制限装置とを含む。供給管は炉内に位置付けられ、少なくとも１つの供給管側壁と、供給管内に導入される固体ドーパントが通過する第１の端部と、炉内に導入される気体ドーパントが通過する、第１の端部と反対側の開口部と、を含む。蒸発容器は、内部でドーパントを蒸発させるように構成され、供給管の開口部近傍に配置される。流量制限装置は、流量制限装置を通過して固体ドーパントが移動することを可能にし、且つ流量制限装置を通過する気体ドーパントの流れを制限するように構成され、供給管内で、第１の端部と蒸発容器との間に配置される。
【００１０】
他の態様において、半導体グレードインゴットまたはソーラーグレードインゴットを製造するための結晶引き上げ装置が提供される。本装置は、炉と気体ドーピングシステムとを含む。炉は、半導体グレード材料またはソーラーグレード材料の融液を保持するための坩堝を含む。気体ドーピングシステムは、供給管と、蒸発容器と、流体流通路（fluid flow channel）とを含む。供給管は炉内に位置付けられ、少なくとも１つの供給管側壁と、供給管内に導入される固体ドーパントが通過する第１の端部と、炉内に導入される気体ドーパントが通過する、第１の端部と反対側の開口部と、を含む。蒸発容器は、内部でドーパントを蒸発させるように構成され、供給管の開口部近傍に配置される。前記蒸発容器は、供給管側壁から内部に延在する底面と、前記底面と隣接し、且つ前記底面から上方に延在する容器側壁と、を含む。流体流通路は、前記容器側壁と供給管側壁とにより少なくとも部分的に規定される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、気体ドーピングシステムを含む結晶引き上げ装置の断面図である。
【図２】図２は、説明のために様々な特徴が省略された図１に示される気体ドーピングシステムの断面図である。
【図３】図３は、説明のために様々な特徴が省略された代替の気体ドーピングシステムの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
各種図面に用いられた同種の引用符号は、同種の要素を示す。
【００１３】
結晶引き上げ装置が、図１の１００に概略的に示される。結晶引き上げ装置１００は、概して、炉１０８内に収容されたサセプタ１０６により囲われた、シリコンのような半導体グレード材料またはソーラーグレード材料の融液１０４を保持するための坩堝１０２を含む。半導体グレード材料またはソーラーグレード材料は、断熱材１１２により囲われた１つ以上の発熱体１１０から供給される熱により溶融する。
【００１４】
結晶引き上げ装置１００内に、インゴット１１６を成長させ、インゴット１１６を融液１０４の外に引き上げるための引き上げ機構１１４が備えられる。引き上げ機構１１４は、引き上げケーブル１１８と、引き上げケーブル１１８の一端に連結されたシードホルダーまたはシードチャック１２０と、シードホルダーまたはシードチャック１２０に連結された、結晶成長を開始するための種結晶１２２と、を含む。
【００１５】
結晶引き上げ装置１００は、気体ドーパント１３２を融液１０４中に導入するためのドーピングシステム（１３０に概略的に示される）も含む。ドーピングシステム１３０は、供給管１３４と、蒸発容器１３６と、流量制限装置１３８とを含む。この実施形態において、気体ドーピングシステム１３０は、ドーパント供給装置１４０、位置決めシステム１４２、不活性気体供給部（または、供給装置、supply）１４４も含む。概して、気体ドーピングシステムは、融液表面１４６を横切って気体ドーパント１３２を流すように構成される。気体ドーパント１３２は、結晶成長を開始する前、および／または図１に示されるように結晶成長の間に、炉１０８内に導入されてよい。
【００１６】
ヒ素、リン、または本明細書に記載のように気体ドーピングシステムが機能できるようにする適当な低い昇華温度若しくは蒸発温度を有する任意の他の元素若しくは化合物のような、揮発性の固体ドーパント１４８が、作業時に、供給管１３４の第１の端部１５０を通過して供給管１３４内に導入される。固体ドーパント１４８は、供給管１３４を通って下方に落ち、流量制限装置１３８を通過し、蒸発容器１３６内に入る。蒸発容器１３６に供給された熱は、固体ドーパント１４８を蒸発させて気体ドーパント１３２にする。気体ドーパント１３２は膨張するため、流量制限装置１３８は、気体ドーパント１３２が流量制限装置１３８を通過して逆に流れること、および供給管１３４のより冷たい部分に流入すること（「逆流」）を防ぐ。不活性気体供給部１４４により供給された不活性気体１５２は、供給管１３４を通り、流量制限装置１３８を通過して流されてよく、気体ドーパント１３２の逆流をさらに制限する。気体ドーパント１３２は蒸発するため、気体ドーパント１３２は、供給管１３４から外に、融液表面１４６を横切って流れる。固体ドーパント１４８は蒸発により消費されるため、より多くの固体ドーパント１４８が、供給装置１４０により蒸発容器１３６内に供給され得る。固体ドーパント１４８を蒸発容器１３６に連続的または断続的に供給することにより、ドーピングプロセスおよび結晶成長プロセスの間、比較的一定の気体ドーパント１３２濃度が融液表面１４６の上で維持されることができる。さらに、類似のドーパント供給システムと比べて、流量制限装置１３８は、気体ドーパントの逆流を防ぐために、および／または気体ドーパントを融液表面に供給するために必要とされる不活性気体流の量を減らす。結果として、気体ドーピングシステムにおける不活性気体流の使用に関連する悪影響、例えば、気体ドーパント濃度の希釈、および気体ドーパントが炉から過度に速くパージされることも減少される。
【００１７】
図２を参照すると、供給管１３４は、導入される固体ドーパント１４８が通過する第１の端部１５０と、炉１０８内に導入される気体ドーパント１３２が通過する、第１の端部１５０と反対側の開口部１５６と、を有する供給管側壁１５４を含む。図１および２に示される実施形態において、供給管１３４は、石英ガラス（または、溶融石英、fused quartz）から作られた単一の供給管側壁１５４により規定された略円柱形状を有する。他の実施形態において、供給管１３４は、本明細書に記載のように気体ドーピングシステム１３０が機能できるようにする、任意の他の適当な形状および／または任意の数の供給管側壁を有してよい。さらに他の実施形態において、供給管１３４は、タングステン、モリブデン、または本明細書に記載のように気体ドーピングシステム１３０が機能できるようにする、任意の他の適当な非反応性の耐火材料（金属およびセラミックを含む）から作られてよい。
【００１８】
供給管１３４は、炉１０８内に位置付けられ、弁アセンブリ１５８を通って炉１０８の外側に延在する。図１に示す実施形態において、供給管１３４は、位置決めシステム１４２に、スライドするように連結される。位置決めシステム１４２は、供給管１３４を上昇および／または下降させるように構成される。図１に示される実施形態において、位置決めシステム１４２は、レール１６０と、連結部材１６２と、連結部材１６２をレール１６０に沿って移動するように構成されたモーター（示されない）とを含む。レール１６０は、供給管１３４の長手方向軸１６４に対して実質的に平行な方向に延在する。連結部材１６２は、レール１６０に、スライドするように連結され、供給管１３４に取り付けられる。位置決めシステム１４２を用いて、供給管１３４が、炉１０８外に上昇および炉１０８内に下降させられてよい。他の実施形態において。供給管１３４は、全体として炉１０８内に位置付けられてよく、および／または炉１０８に永久的に取り付けられてよい。さらに他の実施形態において、供給管１３４は、本明細書に記載のように気体ドーピングシステム１３０が機能できるようにする任意の形態で、炉１０８内に位置付けられてよく、および／または炉１０８内若しくは炉１０８の外側に固定されてよい。
【００１９】
図１および２に示される実施形態において、供給管１３４は、融液表面１４６に対して角度が付けられ、融液表面１４６を横切る気体ドーパント１３２の分配を容易にする。図１および２に示される実施形態において、供給管１３４は、供給管１３４の長手方向軸１６４が、融液表面１４６に対して、約４５°〜約７５°の間の角度を形成するように、角度が付けられる。開口部１５６は、供給管１３４の長手方向軸１６４に対して角度が付けられてもよく、融液表面１４６を横切る気体ドーパント１３２の分配を容易にする。例えば、図１および２に示される実施形態において、開口部１５６は、開口部１５６が融液表面１４６に対して実質的に平行であり、且つ開口部１５６が供給管１３４の長手方向軸１６４に対して、約４５°〜約７５°の間の角度で角度が付けられるように、角度が付けられる。他の実施形態において、供給管１３４は、供給管１３４の長手方向軸１６４が、融液表面１４６に対して、約９０°の間の角度を形成するように、融液表面１４６に対して実質的に垂直に位置付けられてよい。さらに他の実施形態において、供給管１３４および／または開口部１５６は、本明細書に記載のように気体ドーピングシステム１３０が機能できるようにする、任意の他の適当な構成または方向を有してよい。
【００２０】
この実施形態において、供給管１３４は、不活性気体供給部１４４に連通連結（communicatively coupled）されており、気体ドーパント１３２の逆流を減らす。不活性気体１５２は、不活性気体１５２が開口部１５６に向かって下方に流れるように、所定の流量で、不活性気体供給部１４４から供給管１３４内に導入されてよい。より詳細に後述するように、流量制限装置１３８は、気体ドーパント１３２の逆流を防ぐために、および気体ドーパント１３２を融液表面１４６に供給するために必要とされる不活性気体１５２の流量を減らし、および／または取り除く。例えば、約１０ノルマルリットル／ｍｉｎより小さい、約５ノルマルリットル／ｍｉｎより小さい、またはさらに約２ノルマルリットル／ｍｉｎより小さい不活性気体の流量が、融液表面１４６への気体ドーパントの十分な供給を維持しつつ、気体ドーピングシステム１３０と共に用いられることができる。図１および２に示される実施形態において、不活性気体１５２はアルゴンであるが、本明細書に記載のように気体ドーピングシステム１３０が機能できるようにする、任意の適当な不活性気体が用いられてよい。
【００２１】
この実施形態の供給管１３４は、固体ドーパント１４８を供給管１３４内に供給するように構成されたドーパント供給装置１４０に連通連結される。この実施形態において、ドーパント供給装置１４０は自動化されているが、他の実施形態において、手動で操作されてよく、または部分的にのみ自動化されてよい。供給装置１４０は、１つ以上のユーザー定義パラメータ、および／または環境特定パラメータ（または、環境仕様パラメータ、environment-specific parameter）に基づいて、固体ドーパント１４８を供給管１３４内に自動的に供給するように構成されてよい。例えば、自動供給装置１４０は、以下のパラメータ：成長プロセスの間のプリセットタイム（秒）、ユーザー定義間隔（秒）、供給管１３４および／または蒸発容器１３６内の固体ドーパント１４８の質量、供給管１３４内、蒸発容器１３６内および／または炉１０８内の気体ドーパント１３２の濃度、並びに気体ドーパント１３２および／または不活性気体１５２の体積流量または質量流量、のうちの１つ以上に基づいて、固体ドーパント１４８を供給管１３４内に自動的に供給してよい。蒸発容器１３６への固体ドーパント１４８の連続的および／または断続的な供給は、結晶成長プロセスの間、炉１０８内で比較的一定の気体ドーパント濃度が維持されることを可能にし、成長インゴット中のより均一なドーパント濃度プロファイルをもたらす。
【００２２】
この実施形態の供給装置１４０は、供給装置１４０により供給管１３４内に供給されるドーパント１４８の頻度および／または量を制御するように構成された制御装置１８２に連結される。制御装置１８２は、１つ以上のユーザー定義パラメータ、および／または環境特定パラメータに基づいて、制御装置１８２および／または供給装置１４０に信号を送り、並びに制御装置１８２および／または供給装置１４０から信号を受け取るように構成されたプロセッサ１８４を含む。この実施形態において、制御装置１８２は、プロセッサ１８２に連結されたユーザー・インターフェース１８６、およびプロセッサ１８２に連結されたセンサー１８８を含む。ユーザー・インターフェース１８６は、ユーザー定義パラメータを受け取るように構成され、ユーザー定義パラメータをプロセッサ１８４および／または制御装置１８２に伝達する。センサー１８８は、環境特定パラメータを受け取るおよび／または測定するように構成され、そのような環境特定パラメータをプロセッサ１８４および／または制御装置１８２に伝達する。
【００２３】
蒸発容器１３６は、供給管１３４内で開口部１５６近傍に位置付けられる。蒸発容器１３６は、内部でドーパントを蒸発するように構成される。具体的には、蒸発容器は、ドーパント１４８を保持し、且つ蒸発容器１３６内でドーパントが蒸発するようドーパント１４８に熱を伝えるように構成される。この実施形態において、融液１０４からの放射熱が蒸発容器１３６内のドーパント１４８を蒸発させるのに十分であるように、蒸発容器１３６が、融液１０４の十分近傍に位置付けられてよい。例えば、蒸発容器１３６は、融液表面１４６の上方に、約１ｃｍ〜約１５ｃｍの間で位置付けられてよい。他の実施形態において、別々の発熱体（示されない）が、蒸発のための熱を蒸発容器１３６に供給するのに用いられてよく、蒸発容器１３６内部のドーパント１４８を蒸発する。
【００２４】
図１および２に示される実施形態において、蒸発容器１３６は、供給管側壁１５４から横方向に内部に延在する底面１６６と、底面１６６と隣接し、且つ底面１６６から供給管の長手方向軸１６４に沿って上方に延在する容器側壁１６８とを含む。代替の実施形態において、蒸発容器１３６は、本明細書に記載のように気体ドーピングシステム１３０が機能できるようにする、任意の他の適当な構成を有してよい。図１および２に示される実施形態において、蒸発容器１３６および供給管１３４は、単一の石英ガラスから作られる。蒸発容器を供給管内に統合することは、気体ドーピングシステムの比較的単純な構造を提供し得て、気体ドーピングシステムの全体のサイズを縮小し得る。結果として、位置決めシステム１４２のような位置決めシステムを用いる供給管および炉内の蒸発容器が、より容易に作られることができる。他の実施形態において、蒸発容器１３６は、本明細書に記載のように気体ドーピングシステム１３０が機能できるようにする、任意の適当な材料から作られてよい。さらに他の実施形態において、蒸発容器１３６および供給管１３４は、別々の部品として作られてよい。
【００２５】
この実施形態の流体流通路１７０は、容器側壁１６８および供給管側壁１５４により部分的に規定される。流体流通路１７０は、蒸発容器１３６と、蒸発容器１３６内で蒸発させられる気体ドーパント１３２のための開口部１５６との間の流体連通を提供する。供給管１３４の長手方向軸６４に垂直な流体流通路１７０の断面積は、流体流通路を通過する気体ドーパント１３２の流量を増加または減少させるために、調整されてよい。例えば、流体流通路１７０の断面積は、底面１６６の長さを伸ばすことにより、減少され得る。同様に、流体流通路１７０の長さは、容器側壁１６８の高さを変えることにより、増加または減少され得る。流体流通路１７０の断面積または長さを調整することにより、供給管１３４の外に流れる気体ドーパント１３２の流量が、最高のドーピング効率のために最適化され得る。
【００２６】
流量制限装置１３８は、供給管１３４内で第１の端部１５０と蒸発容器１３６との間に位置付けられる。流量制限装置１３８は、流量制限装置を通過して固体ドーパント１４８が移動することを可能にし、且つ流量制限装置を通過する気体ドーパント１３２の流れを制限するように構成される。それ故に、流量制限装置１３８は、気体ドーピングシステム１３０を介して炉１０８に供給されるドーパントのための一方向弁として働く。
【００２７】
図１および２に示される実施形態において、流量制限装置１３８は、底部を通り抜ける第２の開口部１７４を有する底部１７２と、円錐形の側壁１７６とを含む。円錐形の側壁は、供給管側壁１５４から内部に、且つ底部１７２に向かって下方に延在する。流量制限装置１３８の流体力学的性質は、第２の開口部１７４を通過する気体ドーパント１３２の逆流を減らすまたは防ぎつつ、固体ドーパント１４８が第２の開口部１７４を通過することも可能にする。図１および２に示される実施形態において、円錐形の側壁１７６は、第２の開口部１７４を通過させて、蒸発容器１３６内に、固体ドーパント１４８を入れる。ドーパント１４８が蒸発容器１３６内で蒸発させられる際、円錐形の側壁１７６は、上方に流れる気体ドーパント１３２を第２の開口部１７４から離してわきに向け、それにより気体ドーパント１３２の逆流を制限する。加えて、円錐形の側壁１７６は、第２の開口部１７４（供給管１３４よりも小さい断面積を有する）を通過させて不活性気体１５２を導き、第２の開口部１７４近傍に不活性気体１５２の局所的な高圧の領域を作り出し、それにより第２の開口部１７４を通過する気体ドーパント１３２の逆流を制限する。従って、流量制限装置１３８は、気体ドーパントの逆流を防ぐために、および／または融液表面に気体ドーパントを供給するために、供給管を通過させて不活性気体を流す必要性を、減らすまたは取り除く。結果として、気体ドーピングシステムにおける不活性気体流の使用に関連する悪影響、すなわち、気体ドーパント濃度の希釈、および気体ドーパントが炉から過度に速くパージされることも減少される。
【００２８】
上述のように、図１および２に示される実施形態において、流量制限装置１３８は、底部を通り抜ける第２の開口部１７４を有する底部１７２と、供給管側壁１５４から内部に延在する円錐形の側壁１７６と、を含む。代替の実施形態において、流量制限装置１３８は、本明細書に記載のように気体ドーピングシステム１３０が機能できるようにする、任意の適当な構成を有してよい。図１および２に示される実施形態において、流量制限装置１３８および供給管１３４は、単一の石英ガラスから作られる。言い換えると、流量制限装置１３８および供給管１３４は、一体構造（または、単一構造、one-piece construction）のものである。流量制限装置を供給管内に統合することは、気体ドーピングシステムの全体のサイズを縮小し得る。このことは、位置決めシステム１４２のような位置決めシステムを用いる供給管および炉内の流量制限装置を位置決めすることを容易にし得る。他の実施形態において、流量制限装置および供給管は別々に作られてよく、本明細書に記載のように気体ドーピングシステム１３０が機能できるようにする、任意の適当な材料から作られてよい。
【００２９】
図３を参照すると、気体ドーピングシステム１３０は、融液表面１４６を横切る気体ドーパント１３２を分配するように構成された流体分配板（fluid-distribution plate）１７８を含む。図３に示されるように、流体分配板１７８は、第１の端部１５０から遠位の第２の端部１８０において供給管１３４に連結される。図３に示される実施形態において、流体分配板は半球形状を有する。代替の実施形態において、流体分配板は、円錐形状、長方形状、正方形状、または本明細書に記載のように気体ドーピングシステム１３０が機能できるようにする任意の他の適当な形状を有してよい。
【００３０】
上述のように、本開示の気体ドーピングシステムは、既知のドーピングシステムを上回る改善を提供する。気体ドーピングシステムは、気体ドーパントの逆流を防ぐため、および融液表面に気体ドーパントを供給するための不活性気体流の必要性を減らすことにより、ドーピング効率を向上させる。不活性気体流の必要性を減らすことにより、気体ドーピングシステムは、気体ドーピングシステムにおける不活性気体流の使用に関連する悪影響、すなわち、気体ドーパント濃度の希釈、および気体ドーパントが炉から過度に速くパージされることを減らす。本開示の気体ドーピングシステムは、結晶成長プロセスの間、蒸発容器への連続的および／または断続的な固体ドーパントの供給を可能にすることにより、ドーピング効率を増加させる。固体ドーパントを蒸発容器に連続的または断続的に供給することにより、結晶成長プロセスの間、比較的一定の気体ドーパント濃度が炉内で維持されることができる。本開示の気体ドーピングシステムは、角度が付けられた供給管、角度が付けられた開口部および／または気体ドーパントが供給管を出る供給管の端部における流体分配板、を提供することにより、ドーピング効率を増加させる。角度が付けられた供給管、角度が付けられた開口部および／または流体分配板を提供することにより、融液表面を横切る気体ドーパントの分配が最適化され得て、所定量のドーパントに対して融液の最高のドーピングを可能にする。例えば、本開示のシステムは、１０１９〜１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３と同じくらいのヒ素またはリン濃度で高濃度に（または、高度に、highly）ドープされた結晶の成長を可能にし得る。
【００３１】
本発明またはその実施形態の要素を導入する場合、冠詞「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、「その（ｔｈｅ）」および「前記（ｓａｉｄ）」は、１つ以上の要素が存在することを意味することを意図する。用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は包括的であり、列挙された要素以外の付加的な要素が存在してよいことを意味することが意図される。
【００３２】
本発明の範囲から逸脱することなく、上述の構造または方法おいて様々な変更を行うことができるため、上述に含まれる、または添付の図面に示される全ての事項は例示として解釈されるものとし、限定的な意味に解釈されないことを意図する。
【図１】
2018016543.tif 000003
【図２】
2018016543.tif 000004
【図３】
2018016543.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成29年10月31日(2017.10.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体グレード材料またはソーラーグレード材料の融液を保持するための坩堝を含む炉と、
ドーパントを前記炉内に導入するための気体ドーピングシステムであって、
前記炉内に位置付けられ、且つドーパント供給装置に接続するために炉の外側に延在する供給管であって、少なくとも１つの供給管側壁と、前記供給管内に導入される固体ドーパントが通過する第１の端部と、前記炉内に導入される気体ドーパントが通過する、前記第１の端部と反対側の開口部と、を含む供給管と、
前記供給管と一体であり、且つ内部で前記ドーパントを蒸発させるように構成され、前記供給管の前記開口部近傍に配置され、
前記供給管側壁から内部に延在する底面と、
前記底面と隣接し、且つ前記底面から上方に延在する容器側壁と、
を含む蒸発容器と、
前記容器側壁と前記供給管側壁とにより少なくとも部分的に規定され、且つ前記容器側壁と前記供給管側壁との間に延在する流体流通路と、
を含む気体ドーピングシステムと、
を含む、半導体グレードインゴットまたはソーラーグレードインゴットを製造するための結晶引き上げ装置。
【請求項２】
気体ドーピングシステムが、流量制限装置であって、前記流量制限装置を通過して固体ドーパントが移動することを可能にし、且つ前記流量制限装置を通過する気体ドーパントの流れを制限するように構成され、前記供給管内で、前記第１の端部と前記蒸発容器との間に配置された流量制限装置をさらに含む、請求項１に記載の引き上げ装置。
【請求項３】
前記流量制限装置が、底部であって、前記底部を通り抜ける第２の開口部を有する底部と、供給管側壁から前記底部に向かって内部に延在する第２の側壁と、を含む、請求項２に記載の結晶引き上げ装置。
【請求項４】
前記流量制限装置が、前記第２の開口部を通過して固体ドーパントが移動することを可能にし、且つ前記第２の開口部を通過する気体ドーパントの流れを制限するように構成された、請求項３に記載の結晶引き上げ装置。
【請求項５】
前記供給管が、固体ドーパントを前記供給管内に自動的に供給するように構成された自動ドーパント供給装置に連通連結された、請求項１に記載の結晶引き上げ装置。
【請求項６】
前記気体ドーピングシステムが、前記第１の端部から遠位の第２の端部において、前記供給管に連結された流体分配板をさらに含む、請求項１に記載の結晶引き上げ装置。
【請求項７】
前記供給管が、前記供給管を上昇および下降させるように構成された位置決めシステムに、スライドするように連結された、請求項１に記載の結晶引き上げ装置。
【請求項８】
前記供給管が、前記融液の表面に対して、約４５°〜約７５°の間の角度で角度が付けられた、請求項１に記載の結晶引き上げ装置。
【請求項９】
前記蒸発容器が、前記融液の表面の上方に、約１ｃｍ〜約１５ｃｍの間で位置付けられた、請求項１に記載の結晶引き上げ装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
本発明の範囲から逸脱することなく、上述の構造または方法おいて様々な変更を行うことができるため、上述に含まれる、または添付の図面に示される全ての事項は例示として解釈されるものとし、限定的な意味に解釈されないことを意図する。
本発明の開示内容は、以下の態様を含む。
態様１：
半導体グレード材料またはソーラーグレード材料の融液を保持するための坩堝を含む炉と、
ドーパントを前記炉内に導入するための気体ドーピングシステムであって、
前記炉内に位置付けられた供給管であって、少なくとも１つの供給管側壁と、前記供給管内に導入される固体ドーパントが通過する第１の端部と、前記炉内に導入される気体ドーパントが通過する前記第１の端部と反対側の開口部と、を含む供給管と、
内部で前記ドーパントを蒸発させるように構成され、前記供給管の前記開口部近傍に配置された、蒸発容器と、
流量制限装置であって、前記流量制限装置を通過して固体ドーパントが移動することを可能にし、且つ前記流量制限装置を通過する気体ドーパントの流れを制限するように構成され、前記供給管内で、前記第１の端部と前記蒸発容器との間に配置された、流量制限装置と、
を含む気体ドーピングシステムと、
を含む、半導体グレードインゴットまたはソーラーグレードインゴットを製造するための結晶引き上げ装置。
態様２：
前記流量制限装置が、底部であって、前記底部を通り抜ける第２の開口部を有する底部と、供給管側壁から前記底部に向かって内部に延在する第２の側壁と、を含む、態様１に記載の結晶引き上げ装置。
態様３：
前記流量制限装置が、前記第２の開口部を通過して固体ドーパントが移動することを可能にし、且つ前記第２の開口部を通過する気体ドーパントの流れを制限するように構成された、態様２に記載の結晶引き上げ装置。
態様４：
前記第２の側壁が、円錐形状の部分を含む、態様２に記載の結晶引き上げ装置。
態様５：
前記蒸発容器が、供給管側壁から内部に延在する底面と、前記底面と隣接し、且つ前記底面から上方に延在する容器側壁と、を含む、態様１に記載の結晶引き上げ装置。
態様６：
前記気体ドーピングシステムが、前記容器側壁と供給管側壁とにより少なくとも部分的に規定された流体流通路をさらに含む、態様５に記載の結晶引き上げ装置。
態様７：
前記供給管が、固体ドーパントを前記供給管内に供給するように構成されたドーパント供給装置に連通連結された、態様１に記載の結晶引き上げ装置。
態様８：
前記供給管が、固体ドーパントを前記供給管内に自動的に供給するように構成された自動ドーパント供給装置に連通連結された、態様１に記載の結晶引き上げ装置。
態様９：
前記気体ドーピングシステムが、前記第１の端部から遠位の第２の端部において、前記供給管に連結された流体分配板をさらに含む、態様１に記載の結晶引き上げ装置。
態様１０：
前記供給管が、前記供給管を上昇および下降させるように構成された位置決めシステムに、スライドするように連結された、態様１に記載の結晶引き上げ装置。
態様１１：
前記供給管の前記開口部が、前記供給管の長手方向軸に対して、約４５°〜約７５°の間の角度で角度が付けられた、態様１に記載の結晶引き上げ装置。
態様１２：
前記供給管が、前記融液の表面に対して、約４５°〜約７５°の間の角度で角度が付けられた、態様１に記載の結晶引き上げ装置。
態様１３：
前記融液からの放射熱が前記蒸発容器内の前記ドーパントを蒸発させるのに十分であるように、前記蒸発容器が前記融液の十分近傍に位置付けられた、態様１に記載の結晶引き上げ装置。
態様１４：
前記蒸発容器が、前記融液の表面の上方に、約１ｃｍ〜約１５ｃｍの間で位置付けられた、態様１に記載の結晶引き上げ装置。
態様１５：
前記供給管が、不活性気体供給部に連通連結された、態様１に記載の結晶引き上げ装置。
態様１６：
態様１５に記載の結晶引き上げ装置の使用方法であって、
ドーパントを、前記供給管の前記第１の端部を通過させて導入する工程と、
前記蒸発容器内の前記ドーパントを蒸発させる工程と、
不活性ガスを、約１０ノルマルリットル／ｍｉｎより小さい流量で、前記供給管を通過させて流す工程と、
を含む、方法。
態様１７：
半導体グレード材料またはソーラーグレード材料の融液を保持するための坩堝を含む炉と、
ドーパントを前記炉内に導入するための気体ドーピングシステムであって、
前記炉内に位置付けられた供給管であって、少なくとも１つの供給管側壁と、前記供給管内に導入される固体ドーパントが通過する第１の端部と、前記炉内に導入される気体ドーパントが通過する、前記第１の端部と反対側の開口部と、を含む供給管と、
内部で前記ドーパントを蒸発させるように構成され、前記供給管の前記開口部近傍に配置され、
供給管側壁から内部に延在する底面と、
前記底面と隣接し、且つ前記底面から上方に延在する容器側壁と、
を含む蒸発容器と、
前記容器側壁と供給管側壁とにより少なくとも部分的に規定された流体流通路と、
を含む気体ドーピングシステムと、
を含む、半導体グレードインゴットまたはソーラーグレードインゴットを製造するための結晶引き上げ装置。
態様１８：
気体ドーピングシステムが、流量制限装置であって、前記流量制限装置を通過して固体ドーパントが移動することを可能にし、且つ前記流量制限装置を通過する気体ドーパントの流れを制限するように構成され、前記供給管内で、前記第１の端部と前記蒸発容器との間に配置された流量制限装置をさらに含む、態様１７に記載の引き上げ装置。
態様１９：
前記流量制限装置が、底部であって、前記底部を通り抜ける第２の開口部を有する底部と、供給管側壁から前記底部に向かって内部に延在する第２の側壁と、を含む、態様１８に記載の結晶引き上げ装置。
態様２０：
前記流量制限装置が、前記第２の開口部を通過して固体ドーパントが移動することを可能にし、且つ前記第２の開口部を通過する気体ドーパントの流れを制限するように構成された、態様１９に記載の結晶引き上げ装置。
態様２１：
前記第２の側壁が、円錐形状の部分を含む、態様１９に記載の結晶引き上げ装置。
態様２２：
前記供給管が、固体ドーパントを前記供給管内に供給するように構成されたドーパント供給装置に連通連結された、態様１７に記載の結晶引き上げ装置。
態様２３：
前記供給管が、固体ドーパントを前記供給管内に自動的に供給するように構成された自動ドーパント供給装置に連通連結された、態様１７に記載の結晶引き上げ装置。
態様２４：
前記気体ドーピングシステムが、前記第１の端部から遠位の第２の端部において、前記供給管に連結された流体分配板をさらに含む、態様１７に記載の結晶引き上げ装置。
態様２５：
前記供給管が、前記供給管を上昇および下降させるように構成された位置決めシステムに、スライドするように連結された、態様１７に記載の結晶引き上げ装置。
態様２６：
前記供給管の前記開口部が、前記供給管の長手方向軸に対して、約４５°〜約７５°の間の角度で角度が付けられた、態様１７に記載の結晶引き上げ装置。
態様２７：
前記供給管が、前記融液の表面に対して、約４５°〜約７５°の間の角度で角度が付けられた、態様１７に記載の結晶引き上げ装置。
態様２８：
前記融液からの放射熱が前記蒸発容器内の前記ドーパントを蒸発させるのに十分であるように、前記蒸発容器が前記融液の十分近傍に位置付けられた、態様１７に記載の結晶引き上げ装置。
態様２９：
前記蒸発容器が、前記融液の表面の上方に、約１ｃｍ〜約１５ｃｍの間で位置付けられた、態様１７に記載の結晶引き上げ装置。
【外国語明細書】
2018016543.tif 000006
2018016543.tif 000007
2018016543.tif 000008
2018016543.tif 000009
2018016543.tif 000010
2018016543.tif 000011
2018016543.tif 000012
2018016543.tif 000013
2018016543.tif 000014
2018016543.tif 000015
2018016543.tif 000016
2018016543.tif 000017
2018016543.tif 000018
2018016543.tif 000019
2018016543.tif 000020
2018016543.tif 000021
2018016543.tif 000022
2018016543.tif 000023
2018016543.tif 000024
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