(57)【要約】      （修正有）【課題】主、副のドーパントをドープする、いわゆるコドープにおけるドーパントの注入作業の手間を大幅に軽減することのできるドーピング装置の提供。【解決手段】ドーピング装置４は、上部に開口部４１３Ａが形成され、半導体融液表面近傍で気化する第１ドーパントＤ１が収容される第１ドーパント収容部４１と、半導体融液表面近傍で液化する第２ドーパントＤ２を保持するとともに、液化したドーパントを下方に流す連通孔４２２Ａが形成されたドーパント保持部４２２と、ドーパント保持部４２２の下部に設けられ、連通孔４２２Ａから流れ出した液化したドーパントを半導体融液表面に導く導管４２１とを有する第２ドーパント収容部４２と、下端が開口し、上端が閉塞された筒状体４３１から構成され、第１ドーパント収容部４１及び第２ドーパント収容部４２を収容し、気化した第１ドーパントのドーパントガスを半導体融液表面に案内する案内部４３とを備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体融液中に２種類のドーパントを注入するドーピング装置であって、
常温で固体状であり、前記半導体融液表面近傍で気化する第１ドーパントが収容される第１ドーパント収容部と、
常温で固体状であり、前記半導体融液表面近傍で液化する第２ドーパントが収容される第２ドーパント収容部とを備えていることを特徴とするドーピング装置。
【請求項２】
請求項１に記載のドーピング装置において、
前記第１ドーパント収容部は、有底の筒状体から構成され、上部に開口部が形成されており、
前記第２ドーパント収容部は、液化したドーパントを下方に流す連通孔が形成されたドーパント保持部と、このドーパント保持部に保持された前記第２ドーパントを覆う被覆部とを有し、
下端が開口し、上端が閉塞された筒状体から構成され、前記第１ドーパント収容部及び第２ドーパント収容部を収容し、気化した第１ドーパントのドーパントガスを前記半導体融液表面に案内する案内部を備えていることを特徴とするドーピング装置。
【請求項３】
請求項２に記載のドーピング装置において、
前記連通孔は、長孔状に形成されていることを特徴とするドーピング装置。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載のドーピング装置において、
前記第２ドーパント収容部は、前記ドーパント保持部の下部に設けられ、前記連通孔から流れ出した液化した第２ドーパントを前記半導体融液表面に導く導管を備えていることを特徴とするドーピング装置。
【請求項５】
請求項２乃至請求項４のいずれかに記載のドーピング装置において、
前記第２ドーパント収容部の被覆部の一部には、ガス抜き用の開口部が形成されていることを特徴とするドーピング装置。
【請求項６】
請求項５に記載のドーピング装置において、
前記第２ドーパント収容部は、前記第１ドーパント収容部の下部に配置され、
前記第１ドーパント収容部の底面には、鉤状の係止片が複数設けられ、
前記第２ドーパント収容部の被覆部は、上端が開口した筒状体から構成され、上部近傍外周面には、複数の突起が設けられ、
前記第２ドーパント収容部は、前記複数の係止片に前記複数の突起が係合することで前記第１ドーパント収容部の下部に吊り下げられ、
吊り下げられた状態で、前記第１ドーパント収容部の底面と、前記第２ドーパント収容部の上端面との間に隙間が形成されることを特徴とするドーピング装置。
【請求項７】
半導体融液中に２種類のドーパントを注入した後、結晶を育成し、シリコン単結晶を製造するシリコン単結晶の製造方法であって、
常温で固体状であり、前記半導体融液表面近傍で気化する第１ドーパント、及び、常温で固体状であり、前記半導体融液表面近傍で液化する第２ドーパントを略同時に前記半導体融液中に注入し、
シリコン単結晶を育成することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
【請求項８】
半導体融液中に２種類のドーパントを注入した後、結晶を育成し、シリコン単結晶を製造するシリコン単結晶の製造方法であって、
常温で固体状であり、前記半導体融液表面近傍で液化する第２ドーパントを前記半導体融液に注入後１８時間以内に、
常温で固体状であり、前記半導体融液表面近傍で気化する第１ドーパントを前記半導体融液に注入し、
シリコン単結晶を育成することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドーピング装置及びシリコン単結晶の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＣＺ法による単結晶育成工程においては、赤リン、砒素等の常温では固体だが半導体の融液表面近傍で気化する主ドーパントの他に、ゲルマニウム等の常温では固体だが半導体の融液表面近傍で液化するドーパントを副ドーパントとして注入する、いわゆるコドープが行われている。
コドープを行う際には、まず、副ドーパントを半導体融液中に投入した後、主ドーパントを気化させたドーパントガスを半導体融液に吹き付けることにより行われる。
ここで、副ドーパントを直接投下すると、投下により半導体融液が飛散し、チャンバや炉内に付着したものが引き上げ中に落下し、単結晶化を阻害するという問題がある。
このため、特許文献１では、側壁部及び上部が密閉され、下部に格子状の網が形成された低融点用ドーパント注入管を用い、副ドーパントとしての低融点ドーパントをこれに装填し、これを半導体融液内に浸けこむと、低融点ドーパントが半導体融液の熱で溶融し、半導体融液内部に溶け込ませるという技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１３７１４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記特許文献１に開示された技術では、まず、副ドーパント用のドーピング装置により副ドーパントの注入を行った後、主ドーパント用のドーピング装置に取り替えて主ドーパントの注入を行わなければならず、作業の手間が煩雑になるという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、主ドーパント及び副ドーパントのコドープにおけるドーパントの注入作業の手間を大幅に軽減することのできるドーピング装置、及びシリコン単結晶の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るドーピング装置は、
半導体融液中に２種類のドーパントを注入するドーピング装置であって、
常温で固体状であり、前記半導体融液表面近傍で気化する第１ドーパントが収容される第１ドーパント収容部と、
常温で固体状であり、前記半導体融液表面近傍で液化する第２ドーパントが収容される第２ドーパント収容部とを備えていることを特徴とする。
ここで、第１ドーパントとしては、赤リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）等を例示することができ、第２ドーパントとしてはゲルマニウム（Ｇｅ）を例示することができる。
また、「気化」は、固体から液体、さらに気体に変化する場合だけでなく、固体から直接気体に昇華する場合も含む。
さらに、半導体融液表面近傍とは、半導体融液表面から第１ドーパントが気化する高さ、及び第２ドーパントが液化する高さを意味する。
この発明によれば、ドーピング装置が第１ドーパント収容部及び第２ドーパント収容部を備えているので、このようなドーピング装置を、シリコン単結晶の引き上げ装置内に設置することにより、第１ドーパント及び第２ドーパントを略同時に半導体融液中に拡散させることが可能となる。
【０００７】
本発明では、
前記第１ドーパント収容部は、有底の筒状体から構成され、上部に開口部が形成されており、
前記第２ドーパント収容部は、液化したドーパントを下方に流す連通孔が形成されたドーパント保持部と、このドーパント保持部に保持された前記第２ドーパントを覆う被覆部とを有し、
下端が開口し、上端が閉塞された筒状体から構成され、前記第１ドーパント収容部及び第２ドーパント収容部を収容し、気化した第１ドーパントのドーパントガスを前記半導体融液表面に案内する案内部を備えているのが好ましい。
【０００８】
ここで、第２ドーパント収容部は、連通孔の下部に導管がなくてもよく、あってもよい。
この発明によれば、まず、半導体融液の熱によって第１ドーパント収容部内の第１ドーパントが気化して生じたドーパントガスは、第１ドーパント収容部の上部開口部から案内部内の空間に流れ出す。案内部内に流れ出したドーパントガスは、案内部の上部が閉塞されているため、筒状体内面に沿って下方に流れ、案内部下端の開口から半導体融液中に拡散する。
一方、第２ドーパント収容部内の第２ドーパントは、半導体融液の熱によって液化し、液化したドーパントは、連通孔から半導体融液中に拡散する。
従って、本発明によれば、１台のドーピング装置で２種類のドーパントを略同時に半導体融液に注入することができるので、コドープにおけるドーパントの注入作業の手間を大幅に軽減することができる。
【０００９】
本発明では、前記連通孔は、長孔状に形成されているのが好ましい。
この発明によれば、連通孔が長孔状に形成されているので、液化したドーパントが表面張力等の関係で滞留することを防止して、速やかに半導体融液に液化したドーパントを導くことができる。
【００１０】
本発明では、前記第２ドーパント収容部は、前記ドーパント保持部の下部に設けられ、前記連通孔から流れ出した液化した第２ドーパントを前記半導体融液表面に導く導管を備えているのが好ましい。
ここで、第２ドーパント収容部下端の導管は、第２ドーパントの溶解の際に半導体融液に浸け込まずに、液化したドーパントが下方に流れ出し、ドープする際に浸け込んでもよく、逆に溶解の際に浸け込んでおき、ドープする際に浸け込まないようにしてもよい。さらに、溶解の際、ドープする際のいずれの場合でも浸け込んでもよく、浸け込まなくてもよい。
この発明によれば、第２ドーパント収容部が導管を備えているため、第２ドーパント収容部のドーパント保持部で液化した第２ドーパントを液ハネすることなく半導体融液中に注入することができる。特に、第２ドーパントを液化する際、及びドーピングする際に導管を半導体融液中に浸け込んでおくことにより、確実に液ハネを防止することができる。
【００１１】
本発明では、第２ドーパント収容部の被覆部の一部には、ガス抜き用の開口部が形成されているのが好ましい。
この発明によれば、ドーピング装置の被覆部にガス抜き用の開口部が形成されているため、被覆部で囲まれた内部の空間と外部の空間の圧力が調整され、液化したＧｅが滞留することを防止して、液化したＧｅを連通孔から速やかに半導体融液中にドーピングすることができる。また、開口部によりドーパント保持部のＧｅを覆う被覆部内部の空間が密閉されないので、滴下後に半導体融液がドーピング装置内部に吸い込まれ、ドーピング装置に割れが生じることもない。
【００１２】
本発明では、前記第２ドーパント収容部は、前記第１ドーパント収容部の下部に配置され、
前記第１ドーパント収容部の底面には、鉤状の係止片が複数設けられ、
前記第２ドーパント収容部の被覆部は、上端が開口した筒状体から構成され、上部近傍外周面には、複数の突起が設けられ、
前記第２ドーパント収容部は、前記複数の係止片に前記複数の突起が係合することで前記第１ドーパント収容部の下部に吊り下げられ、
吊り下げられた状態で、前記第１ドーパント収容部の底面と、前記第２ドーパント収容部の上端面との間に隙間が形成されるのが好ましい。
【００１３】
この発明によれば、第２ドーパント収容部の被覆部の上端が開口し、係止片と突起の係合で第２ドーパント収容部を吊り下げた際、第１ドーパント収容部の底面と第２ドーパント収容部の上端面の間に隙間が形成されるため、第２ドーパント収容部の被覆部の内外が連通し、ドーパント保持部に保持された第２ドーパントが液化した際、被覆部内部の圧力状態によって液化したドーパントが連通孔部分で滞留することを防止することができ、速やかに導管を介して液化したドーパントを半導体融液中に拡散させることができる。
【００１４】
さらに、本発明に係るシリコン単結晶の製造方法は、
半導体融液中に２種類のドーパントを注入した後、結晶を育成し、シリコン単結晶を製造するシリコン単結晶の製造方法であって、
常温で固体状であり、前記半導体融液表面近傍で気化する第１ドーパント、及び、常温で固体状であり、前記半導体融液表面近傍で液化する第２ドーパントを略同時に前記半導体融液中に注入し、
シリコン単結晶を育成することを特徴とする。
【００１５】
ここで、「略同時」とは、コドープする際に完全に同時に行う場合のみならず、半導体原料を溶融化した後、長い時間間隔をおかず、連続的にドープするような場合も含む。
また、前記シリコン単結晶の製造方法は、前述したドーピング装置を用いることにより、確実に実施することができ、特に好ましい。
この発明によれば、半導体ウェハの原料である多結晶のシリコンとともに第２ドーパントを融解し、シリコンの融液とした後、所定時間経過後に気化する第１ドーパントを注入した場合と比較して、単結晶化率が高く、引き上げ時におけるインゴットの崩れを少なくすることができる。
【００１６】
また、本発明に係るシリコン単結晶の製造方法は、
半導体融液中に２種類のドーパントを注入した後、結晶を育成し、シリコン単結晶を製造するシリコン単結晶の製造方法であって、
常温で固体状であり、前記半導体融液表面近傍で液化する第２ドーパントを前記半導体融液に注入した後１８時間以内に、
常温で固体状であり、前記半導体融液表面近傍で気化する第１ドーパントを前記半導体融液に注入し、
シリコン単結晶を育成することを特徴とする。
この発明によっても、前述した作用及び効果と同様の作用及び効果を享受することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
〔１〕全体構成
図１には、本発明の実施形態に係る引き上げ装置１が示されている。
引き上げ装置１は、引き上げ装置本体２と、ドーピング装置４とを有する。
引き上げ装置本体２は、チャンバ２０と、このチャンバ２０内に配置された坩堝２１と、この坩堝２１に熱を放射して加熱する加熱部２２と、引き上げ部２３と、シールド２４と、断熱筒２５とを備える。
【００１８】
チャンバ２０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２０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２０内の圧力を、５３３２Ｐａ以上、７９９８０Ｐａ以下とする。
坩堝２１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２１は、有底の円筒形状の石英製の第一坩堝２１１と、この第一坩堝２１１の外側に配置され、第一坩堝２１１を収納する黒鉛製の第二坩堝２１２とを備えている。坩堝２１は、所定の速度で回転する支持軸２６に支持されている。
【００１９】
加熱部２２は、坩堝２１の外側に配置されており、坩堝２１を加熱して、坩堝２１内のシリコンを融解する。
引き上げ部２３は、坩堝２１上部に配置されており、種子結晶又はドーピング装置４が取り付けられる。引き上げ部２３は回転可能に構成されている。
断熱筒２５は、坩堝２１及び加熱部２２の周囲を取り囲むように配置されている。
シールド２４は、加熱部２２からドーピング装置４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２４は、ドーピング装置４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２４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。
【００２０】
〔２〕ドーピング装置４の構造
ドーピング装置４は、図２に示されるように、主ドーパント収容部４１、副ドーパント収容部４２、案内部４３、及び支持部４４を備えて構成され、主ドーパント収容部４１の下に副ドーパント収容部４２が取り付けられ、主ドーパント収容部４１及び副ドーパント収容部４２の外側を覆うように案内部４３が設けられ、案内部４３の上面に支持部４４が設けられ、支持部４４の上端が引き上げ装置１の引き上げ部２３に取り付けられる（図１参照）。
【００２１】
第１ドーパント収容部としての主ドーパント収容部４１は、常温では固体だが半導体融液表面近傍で気化する主ドーパントＤ１を収容する部分であり、有底の円筒状体から構成されている。尚、この主ドーパントＤ１としては、例えば、赤リン、砒素等がある。
より詳細に説明すると、図３に示されるように、主ドーパント収容部４１は、円筒状の胴部４１１と、この胴部４１１の下端面を塞ぐ底部４１２と、胴部４１１の上端面に設けられる蓋部４１３とを備えて構成される。
胴部４１１の上部近傍の外周面には、複数の突起４１４が突出して設けられている。
底部４１２は、胴部４１１の下端面を塞ぎ、収容された主ドーパントＤ１を支持する部分である。この底部４１２の下面周縁には、係止片としての鉤状の爪４１２Ａが複数下方に突出して設けられている。
蓋部４１３は、胴部４１１の上端面を塞ぐように設けられるが、略中央には、主ドーパントＤ１が気化した際、ドーパントガスを下方に導くための開口部４１３Ａが形成されている。
【００２２】
第２ドーパント収容部としての副ドーパント収容部４２は、図４に示されるように、主ドーパント収容部４１の胴部４１１よりも径の小さな筒状体４２１と、この筒状体４２１の内部中間部分に設けられるドーパント保持部４２２とを備えて構成され、筒状体４２１は、ドーパント保持部４２２の下側が導管とされ、上側が副ドーパントＤ２が収容される被覆部とされる。尚、副ドーパントとしては、例えば、ゲルマニウムがある。
筒状体４２１は、上下に開口された円筒状体として構成され、この筒状体４２１の上端外周面には、複数の突起４２１Ａが突出して設けられている。また、この筒状体４２１のドーパント保持部４２２で区画される下側の部分には、筒状体４２１の内外を貫通する孔４２１Ｂが１箇所形成されている。
【００２３】
ドーパント保持部４２２は、２枚の板状体を谷状に組合せた構成を有し、２枚の板状体のなす角は、例えば、略９０度とされる。このドーパント保持部４２２の板状体の下端部分には、隙間が設けられ、この隙間が連通孔４２２Ａとなる。
連通孔４２２Ａは、筒状体４２１の互いに対向する内面間を結ぶ長孔状に形成され、換言すれば、筒状体４２１の円筒の直径方向に沿って延びる長孔として構成されている。尚、この連通孔４２２Ａの幅寸法は、収容される副ドーパントＤ２の粒径よりも小さく設定され、例えば、略３mm程度の幅寸法に設定されている。また、この連通孔４２２Ａの幅寸法が小さすぎると、液化したドーパントの表面張力により、液化したドーパントを完全に坩堝２１内に投入できないことがある。
【００２４】
案内部４３は、引き上げ装置１内で上方から下方に流れる不活性ガスが主ドーパント収容部４１に直接吹き付けられることを防止するとともに、主ドーパントＤ１から気化したドープガスをシリコン融液Ｓに案内するために設けられ、胴部４３１、蓋部４３２とを備えて構成される。
胴部４３１は、主ドーパント収容部４１及び副ドーパント収容部４２を囲む大径の円筒状体として構成され、胴部４３１の上端内面には、係止突起４３３が複数突出して設けられている。
蓋部４３２は、胴部４３１の上面を塞ぐ円板状体から構成され、その外周縁は、胴部４３１の外周面より突出している。また、この蓋部４３２の上面略中心には、前述した支持部４４が突設されている。
【００２５】
このような構造のドーピング装置４を構成する主ドーパント収容部４１、副ドーパント収容部４２、案内部４３は、基本的には、石英部材で構成されるが、主ドーパント収容部４１の複数の突起４１４、及び、案内部４３の係止突起４３３は、石英部材で形成してもよいが、石英部材同士の接触面で欠け等が発生することがあるため、カーボン等で形成してもよい。
一方、主ドーパント収容部４１の爪４１２Ａ、副ドーパント収容部４２の突起４２１Ａは、突起４１４及び係止突起４３３の係合部分に対して、下方に位置し、高温となるため、石英部材で形成するのが好ましい。
【００２６】
〔３〕ドーピング装置４の組立方法
このようなドーピング装置４を組み立てるに際しては、図２に示されるように、まず、案内部４３の係止突起４３３に主ドーパント収容部４１の突起４１４を引っ掛け、さらに、主ドーパント収容部４１の下面の爪４１２Ａに副ドーパント収容部４２の突起４２１Ａを引っ掛け、副ドーパント収容部４２を主ドーパント収容部４１に吊り下げるような状態で組み立てる。
【００２７】
この際、図３に示されるように、主ドーパント収容部４１の爪４１２Ａが設けられていない部分に、図４に示されるように、副ドーパント収容部４２の突起４２１Ａを挿入し、その後、副ドーパント収容部４２を回転させて爪４１２Ａに突起４２１Ａを係合させることができる。
また、このように主ドーパント収容部４１に副ドーパント収容部４２が吊り下げられた状態では、底部４１２の下面と、筒状体４２１の上端面との間に僅かな隙間が形成され、副ドーパント収容部４２の被覆部に相当する部分の内外間の通気が確保されることとなる。
これにより、被覆部内部が密閉されないので、副ドーパントＤ２が液化した際、被覆部内部の圧力状態によって液化した副ドーパントＤ２が連通孔４２２Ａから流れにくくすることを防止できる。
【００２８】
〔４〕ドーピング装置４によるドーパント注入方法
次に、前述した構造の引き上げ装置１によってシリコン融液Ｓ中に主ドーパントＤ１及び副ドーパントＤ２を略同時にコドープする方法について、図５を参照して説明する。
まず、案内部４３を引き上げ装置１の引き上げ部２３に取り付けた後、主ドーパント収容部４１内に主ドーパントＤ１を装填し、案内部４３に主ドーパント収容部４１を装着する。
次に、副ドーパント収容部４２に副ドーパントＤ２を装填し、主ドーパント収容部４１の下部に副ドーパント収容部４２を吊り下げる。
ドーピング装置４の組立が終了したら、装置本体２の引き上げ部２３を降下させ、副ドーパント収容部４２の筒状体４２１の下端をシリコン融液Ｓに浸け込む。尚、案内部４３の胴部４３１の下端は浸け込まなくても浸け込んでもよい。
【００２９】
この際の主ドーパントＤ１の融液面から高さ寸法Ｈ１は、主ドーパントＤ１の気化を促す高さ寸法とするのが好ましく、例えば、赤リンの場合であれば略４００mm程度とするのが好ましい。
一方、副ドーパントＤ２の融液面からの高さ寸法Ｈ２は、副ドーパントＤ２の液化が促進される高さ寸法とするのが好ましく、例えば、略１０〜２０mm程度とするのが好ましい。
【００３０】
ドーピング装置４を上記の位置で保持すると、シリコン融液Ｓの熱によって主ドーパントＤ１が気化してドーパントガスが主ドーパント収容部４１の内部に生成し、蓋部４１３の開口部４１３Ａから外部に放出される。放出されたドーパントガスは、案内部４３の蓋部４３２で反射して、胴部４３１に沿って下方に案内されてシリコン融液Ｓに吹き付けられ、シリコン融液Ｓ内に拡散する。
一方、副ドーパントＤ２は、シリコン融液Ｓの熱によって液化し、液化したドーパントは、ドーパント保持部４２２の連通孔４２２Ａから筒状体４２１の内面を経由して、シリコン融液Ｓ内に拡散する。
【００３１】
〔５〕効果の確認
前述した手順によってシリコン融液Ｓに副ドーパントＤ２であるゲルマニウム（Ｇｅ）及び主ドーパントＤ１である赤リン（Ｐｈｏｓ）を略同時にドープを行い、その後、ドープされたシリコン融液Ｓの引き上げを行ってインゴットを得た。
この際、シリコンのチャージ量２３kgに対して、赤リンのドープ量は１５０ｇ、Ｇｅのドープ量は１５０ｇであった。
【００３２】
引き上げられたインゴットのトップ部分のリン濃度が狙い値に対してどのような値となっているかを確認したところ、図６に示されるような分布であり、狙い値に対して大きなバラツキは認められなかった。
一方、引き上げられたインゴットのトップ部分のＧｅ濃度が狙い値に対してどのような値となっているかを確認したところ、図７に示されるような分布であり、狙い値に対して極めてバラツキの少ないものであった。
これらの結果より、本実施形態のドーピング装置４によって、赤リン及びＧｅを略同時にドーピングすることを確認することができ、狙い抵抗率に対して大きなバラツキを生じることなくドーピングできることが確認された。
【００３３】
次に、前述したドーピング装置４を用いて、赤リン及びゲルマニウムを略同時にコドープする効果を確認するために、ゲルマニウムを初期ドープ（半導体ウェハの原料である多結晶シリコンとともに第２ドーパントを融解する方法）してその後、赤リンを供給し、引き上げを行った場合と、ドーピング装置４を用いて赤リン及びゲルマニウムを略同時にドープした場合とを比較すると、最終の単結晶化率がゲルマニウム初期ドープの場合で８８．０％、略同時にドープした場合で９２．６％となっており、略同時にドープしたの単結晶率が若干であるがよいことが確認された。
【００３４】
次に、ゲルマニウム初期ドープの場合、略同時にドープした場合でインゴットの引き上げを行った際の肩、肩下崩れの調査を行ったところ、図８に示されるように、ゲルマニウム初期ドープはドーパント投入後からの経過時間１０〜１５時間程度でＶ字状に肩崩れが多くなっているのに対して、略同時にドープした場合では、ドーパント投入後からの経過時間に応じて徐々に崩れが多くなる傾向にあり、ゲルマニウム初期ドープの場合のように、特異点状に崩れ現象が多くなる部分がないことが確認された。
【００３５】
これは、ゲルマニウム初期ドープの場合、ゲルマニウムの方が融点が低く、ゲルマニウムが先に溶けてしまい、その後にシリコンが融解するため、シリコン融液や固体がゲルマニウム融液に混ざる際、ガス成分が混ざってしまい、気泡が発生する。ゲルマニウムは表面張力が大きいので、一旦気泡が発生するとなくなりにくい。そのため、全て溶解しても結晶育成時に付着し、単結晶化を阻害しているものと推測される。
これに対して、略同時にドープした場合、大量のシリコン融液にゲルマニウムを少量ずつ混ぜているので、気泡が発生しにくいものと考えられる。
【００３６】
次に、時間経過とともに崩れ回数が増えているが、これは長時間かかることにより引き上げ装置の石英坩堝が劣化するためと考えられ、このため、最終の単結晶化率にも影響していると考えられる。
また、ゲルマニウム初期ドープの場合、特異点状に肩崩れが多くなる部分があるため、長時間経過後に引き上げを行う必要があるが、略同時にドープした場合、このようなことはないので、生産性上も略同時にドープした場合の効果が大きい。
【００３７】
さらに、ゲルマニウム初期ドープの場合、結晶を複数本引き上げる場合、偏析現象から２本目以降ゲルマニウム濃度が減少してくる。そのためにドーパントを補充する必要があるが、ゲルマニウム初期ドープの場合、赤リンのみしかドープできず、ドーパント原子（赤リン）とシリコン基板原子のサイズ（共有結合半径）が異なるため、結晶内に歪みが生じて内部応力が発生することに起因するミスフィット転位を防止する所望のものは作製できない。
これに対して、略同時にドープした場合では、赤リン及びゲルマニウムを略同時にドープしているため、所望の性能のシリコン単結晶を育成することが可能である。
【００３８】
また、ゲルマニウム初期ドープの場合及び略同時にドープした場合におけるゲルマニウムの投入量に対する結晶中のゲルマニウム濃度、すなわちゲルマニウム吸収率を比較すると、ゲルマニウム初期ドープでは、９０％前後にしかならないが、略同時にドープした場合では９８％という高吸収率となることが確認された。
この現象は、原因詳細は不明な点もあるが、おそらく、ゲルマニウムは比重がシリコンに比較して大きいため、石英坩堝中のシリコン融液下部に偏りがあり、これがこのような結果に影響しているのではないかと推測される。
【００３９】
〔６〕実施形態の変形
尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、次に示すような変形をも含むものである。
前述の実施形態では、第２ドーパント収容部としての副ドーパント収容部４２を構成するドーパント保持部４２２に形成された連通孔４２２Ａは、導管の互いに対向する面を結ぶ長孔状に構成されていたが、本発明はこれに限られない。すなわち、連通孔を円形状に形成し、ドーパント保持部４２２を漏斗状に形成してもよい。
また、前述の実施形態では、ドーピング装置４は、主ドーパント収容部３１の下に副ドーパント収容部４２を配置した構成としていたが、これに限られれない。要するに、各ドーパント収容部内に収容されるドーパントが半導体融液Ｓの熱により融解する高さ位置であれば、両ドーパント収容部が同じ高さ位置であってもよく、第１ドーパント収容部及び第２ドーパント収容部の位置関係が逆転してもよい。
【００４０】
さらに、前述の実施形態では、副ドーパントＤ２を液化させる際、ドープする際のいずれにおいても、導管となる筒状体４２１をシリコン融液Ｓに浸け込んでいたが、これに限らず、全く浸け込まずにドーピングを行ってもよく、さらには、液化、ドープのいずれかの時のみで浸け込みを行っても良い。
そして、前述の実施形態では、副ドーパント収容部４２のドーパント保持部４２２が、筒状体４２１の中間部分に設けられ、ドーパント保持部４２２から下側の筒状体４２１の部分を導管としていたが、本発明はこれに限られない。
すなわち、図９に示されるように、ドーパント保持部４２２を筒状体４２１の下端近傍に設け、導管のないドーピング装置５を用いてドーパントの注入を行ってもよい。
その他、本発明の実施の際の具体的な構造及び手順等は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態に係る引き上げ装置の構造を示す模式断面図。
【図２】前記実施形態におけるドーピング装置の構造を表す図。
【図３】前記実施形態におけるドーピング装置を構成する主ドーパント収容部の構造を表す図。
【図４】前記実施形態におけるドーピング装置を構成する副ドーパント収容部の構造を表す図。
【図５】前記実施形態におけるドーピング装置によるドーピング方法を説明するための模式図。
【図６】前記実施形態における効果を説明するためのグラフ。
【図７】前記実施形態における効果を説明するためのグラフ。
【図８】前記実施形態における効果を説明するためのグラフ。
【図９】前記実施形態の変形となるドーピング装置の構造を表す図。
【符号の説明】
【００４２】
１…引き上げ装置、２…装置本体、４、５…ドーピング装置、２０…チャンバ、２１…坩堝、２２…加熱部、２３…引き上げ部、２４…シールド、２５…断熱筒、２６…支持軸、４１…主ドーパント収容部、４２…副ドーパント収容部、４３…案内部、４４…支持部、２１１…第一坩堝、２１２…第二坩堝、４１１…胴部、４１２…底部、４１２Ａ…爪、４１３…蓋部、４１３Ａ…開口部、４１４…突起、４２１…筒状体、４２１Ａ…突起、４２１Ｂ…孔、４２２…ドーパント保持部、４２２Ａ…連通孔、４３１…胴部、４３２…蓋部、４３３…係止突起、Ｄ１…主ドーパント、Ｄ２…副ドーパント、Ｈ１…高さ寸法、Ｈ２…高さ寸法、Ｓ…シリコン融液
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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