(57)【要約】【課題】  砒素等の低温で昇華しやすいドーパントをチャンバ内に飛散させることなく、しかも簡単に、ルツボ内のシリコン融液に供給することのできるドーピング装置を備えた単結晶引上装置を提供する。【解決手段】  固体状ドーパントを収容するドーパント収容部２ｂと、前記ドーパント収容部にルツボ内のシリコン融液を導入する導入部２ｅと、前記導入部２ｅからルツボ内のシリコン融液を導入して、前記ドーパント収容部２ｂの固体状ドーパントを融解し、生成されたドーパントとシリコンの混合融液をルツボ内のシリコン融液に供給する放出部２ｄとを有するドーピング装置２を備えている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ルツボ内にシリコン融液を形成し、前記シリコン融液からシリコン単結晶を引き上げる単結晶引上装置において、
固体状ドーパントを収容するドーパント収容部と、前記ドーパント収容部にルツボ内のシリコン融液を導入する導入部と、前記導入部から導入されたシリコン融液によって生成されたドーパントとシリコンとの混合融液をルツボ内のシリコン融液に供給する放出部とを有するドーピング装置を備えていることを特徴とする単結晶引上装置。
【請求項２】
前記ドーピング装置が、ルツボ内のシリコン融液面に対しほぼ垂直に配置される第１直管部と、前記第１直管部の下端に接続され、固体状ドーパントを収容するＵ字状管部と、前記Ｕ字状管部の他端に接続された逆Ｕ字状管部と、前記逆Ｕ字状管部の他端に接続され、前記Ｕ字状管部の底部を越えて下方に延設された第２直管部と、前記第１直管とＵ字状管部の接続部近傍に形成され、シリコン融液を導入する開口とを備えた管構造体からなり、前記開口からＵ字状管部にシリコン融液を導入し、前記Ｕ字状管部においてドーパントとシリコンの混合融液を生成し、前記第２直管部からドーパントとシリコンとの混合融液をルツボ内のシリコン融液に供給することを特徴とする請求項１に記載された単結晶引上装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶引上装置に関し、より詳細には、砒素、アンチモン等の固体状ドーパントをシリコン融液と接触させてドーパント・シリコン混合融液とし、これをルツボ内のシリコン融液に供給するドーピング装置を備えた単結晶引上装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＺ法で引き上げられるシリコン単結晶に所望の抵抗率を与えるために、例えば、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ホウ素（Ｂ）等の不純物（ドーパント）が、シリコン融液にドープされることは広く知られている。
【０００３】
通常、このドーピングは固体状のドーパントをシリコン融液中に直接投入することにより行われる。即ち、ルツボの中に主原料であるポリシリコンと共に固体状のドーパントを予め投入しておき、ポリシリコンと一緒に加熱溶融するのが一般的である。
【０００４】
ところが、ドーパントとして用いる元素がアンチモンや砒素の場合は、その融点や沸点がシリコン（融点１４１０℃、沸点２３６０℃）よりもかなり低く、しかも、強い昇華性を有するため、ポリシリコンと一緒に加熱溶融する方法は適さない。
【０００５】
そのため、ポリシリコンと一緒に加熱溶融する以外の方法として、粒状のドーパントを落下させてシリコン融液中に投入する方法等が提案されている。例えば、特許文献１で提案されている一例を、図４に基づいて説明する。なお、図４は、単結晶引上装置（ドーピング装置）を示す概略図である。
この図４に示すように、ワイヤＷの下端に固着されている円錐状バルブ体１５が下降すると、円錐状バルブ体１５によって閉塞されていた小円筒部１３の下端部と円錐状バルブ体１５の上面との間に隙間が生じ、この隙間からドーパント１６が落下する。この落下したドーパント１６は、大円筒部１２の下部に設けられている漏斗状供給部の上面に落下し、投入口１４から、ルツボ１１内のシリコン融液に投入される。
【０００６】
また、特許文献２で提案されている一例を、図５に基づいて説明する。なお、図５は、単結晶引上装置（ドーピング装置）を示す概略図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）は要部拡大図である。
このドーピング装置にあっては、ルツボ２５内のポリシリコンが溶解した後に、ドープ治具２１を降下させ、該治具２１の先端がシリコン融液中に入った状態で停止させ、ドープ治具２１内のドーパント２４を溶解する。その後、溶解したドーパント２４は、狭隘部２２、開口部２６、細管部２３を通り、ルツボ２５内のシリコン融液に投入される。
【０００７】
また、図示しないが、特許文献３には、ドーパントである固体状砒素を収容した容器に昇華した砒素を容器外に放出する放出管を設け、シリコン融液近傍で輻射熱により固体状砒素を昇華させ、昇華した砒素を該放出管からシリコン融液表面に放出する方法が提案されている。
【０００８】
【特許文献１】特許第２７３２７５０号公報（第３頁段落番号００１８〜同頁段落番号００２６）
【特許文献２】特開昭５９−１５６９９３号公報（特許請求の範囲）
【特許文献３】特開２００１−３４２０９４号公報（第３頁段落番号００１９〜同頁段落番号００２３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、特許文献１に示されたドーピング装置にあっては、ドーパントがシリコン融液、ヒータからの輻射熱で蒸発してしまうのを防ぐため、シリコン融液から離れた場所に貯蔵されている。そのため、投入距離が長くなり、装置が大型化するという課題があった。また、落下中にドーパントが蒸発飛散し、所定量のドーパントがルツボ内に投入されず、所望の抵抗率の結晶が得られないという課題があった。更に、落下したドーパントが飛散し、またドーパントの落下によりシリコン融液が跳ね、これらがルツボ等に付着することがあり、これら付着物が単結晶引き上げ中に剥離し、単結晶化率を低下させるという課題があった。
【００１０】
また、特許文献２に示されたドーピング装置にあっては、固体状のドーパントを一度溶解させ、シリコン融液に没入したドープ管先端からシリコン融液に投入している。
そのため、ドーパントの融点が低い場合には、シリコン融液からかなり離れた場所に貯蔵し、長いドープ管を用いなければならず、ドーピング装置が大型化するという課題があった。また、ドーパントが昇華しやすい場合には、所定量のドーパントを供給できず、所望の抵抗率の結晶が得られないという課題があった。
【００１１】
更に、特許文献３に示されたドーピング装置にあっては、昇華した砒素がチャンバ内に発生するため、ルツボ汚染等によるＤＦ（Dislocation Free）阻害、即ち単結晶化率が低下する虞があった。また、シリコン融液に対して、気体（昇華した砒素）でのドーピングは効率性、確実性に欠けるという課題があった。
【００１２】
本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、砒素等の低温で昇華しやすいドーパントをチャンバ内に飛散させることなく、しかも簡単に、ルツボ内のシリコン融液に供給することのできるドーピング装置を備えた単結晶引上装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、本発明にかかる単結晶引上装置にあっては、ルツボ内にシリコン融液を形成し、前記シリコン融液からシリコン単結晶を引き上げる単結晶引上装置において、固体状ドーパントを収容するドーパント収容部と、前記ドーパント収容部にルツボ内のシリコン融液を導入する導入部と、前記導入部から導入されたシリコン融液によって生成されたドーパントとシリコンとの混合融液をルツボ内のシリコン融液に供給する放出部とを有するドーピング装置を備えていることを特徴としている。
【００１４】
本発明にかかる単結晶引上装置は上記した構成を有するため、シリコンに比べて融点が低く、昇華性を有する砒素、アンチモン等のドーパントを、チャンバ内に飛散させることなく、かつ、目標とするドーパント量を無駄なく正確にルツボ内のシリコン融液に供給することができる。
【００１５】
ここで、前記ドーピング装置が、ルツボ内のシリコン融液面に対しほぼ垂直に配置される第１直管部と、前記第１直管部の下端に接続され、固体状ドーパントを収容するＵ字状管部と、前記Ｕ字状管部の他端に接続された逆Ｕ字状管部と、前記逆Ｕ字状管部の他端に接続され、前記Ｕ字状管部の底部を越えて下方に延設された第２直管部と、前記第１直管とＵ字状管部の接続部近傍に形成され、シリコン融液を導入する開口とを備えた管構造体からなり、前記開口からＵ字状管部にシリコン融液を導入し、前記Ｕ字状管部においてドーパントとシリコンとの混合融液を生成し、前記第２直管部からドーパントとシリコンの混合融液をルツボ内のシリコン融液に供給することが望ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明にかかる単結晶引上装置は、ドーパント収容部にシリコン融液を導入して、収容された固体状ドーパントを融解させ、その混合融液をルツボ内のシリコン融液に供給するドーピング装置を備えているため、例えば砒素のようにシリコンに比べて融点が低く、昇華性を有する固体状ドーパントを効率よく、確実にドープすることができる。
これにより、所望の抵抗率を有する単結晶を容易に形成することができる。また、ドーパントの蒸発飛散が抑制され、またルツボ等へのドーパントあるいはシリコン融液の付着を抑制でき、単結晶化率を向上させることができる。更に、従来装置に比べてチャンバ内の汚染が低減されるため、チャンバ内の清掃時間の短縮化も図ることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の一実施形態を図１乃至図３に基づいて説明する。尚、図１は、本発明にかかる一実施形態の概略構成図、図２は図１の装置で用いられているドーピング装置の断面図、図３は、図２に示したドーピング装置を用いたドーピングの際の操作手順を示した工程図である。
【００１８】
本発明の単結晶引上装置１は、ドーピング装置２以外は、従来と同様な構成を備えている。即ち、図１に示すように、単結晶引上装置１のチャンバ５の内部には、ルツボ６の外側に配置されたヒータ３、前記ヒータ３の外側に設けられた断熱材４、シリコン融液Ａからの輻射熱を遮蔽するためにルツボ６の上方に配設された遮熱板（図示せず）等が収容されている。
また、本発明の特徴あるドーピング装置２は、チャンバ５の頂部上方に位置する引上装置（図示せず）からシリコン融液面Ａに向けて下方に延びるワイヤＷの下端に取り付けられ、ワイヤＷの昇降に応じて上下移動可能に構成されている。
【００１９】
次に、ドーピング装置２について、図２に基づいて詳述する。
図２に示すように、このドーピング装置２は、全体の形状がほぼ横Ｓ字形状の管構造体から構成されている。この横Ｓ字形状の管構造体は、操作時にルツボ６内のシリコン融液面Ａに対して、ほぼ垂直に配置される第１直管部２ａと、前記第１直管部２ａの下端に続くＵ字状管部（以下、溶融部ともいう）２ｂとを備えている。そして、前記第１直管２ａとＵ字状管部２ｂとが接続する部分の近傍に、ルツボのシリコン融液を管内に導入するための開口２ｅ（以下、導入部ともいう）が形成されている。
また、前記横Ｓ字形状の管構造体は、前記Ｕ字状管部２ｂの他端に接続する逆Ｕ字状管部（以下、誘導部ともいう）２ｃと、前記逆Ｕ字状管部２ｃの他端に接続され、前記Ｕ字状管部２ｂの底部を越えて下方に延びる第２直管部（以下、放出部ともいう）２ｄとを備えている。
【００２０】
このドーピング装置（管構造体）２は、石英ガラス、セラミックス等で構成することができるが、高純度石英ガラスで構成されることが、加工性に優れる点及び単結晶を汚染させる危険が少ない点から好ましい。
【００２１】
前記単結晶引上装置１を用いて、砒素やアンチモン等の固体状のドーパントをシリコン融液Ａにドープさせるには、先ず、溶融部２ｂに、粒状砒素等の固体状ドーパントＨを所定量収容する（図３（ａ））。
そして、単結晶引上装置１のワイヤＷの下端にドーピング装置２を吊るし、ドープすべき固体状ドーパントＨが昇華しない所定場所に配置する。なお、このドーピング装置２は、ワイヤＷの駆動モータ等を駆動させることにより上下に移動させることができる。
【００２２】
そして、単結晶引上装置を稼動し、ルツボ６内の原料ポリシリコンを融解した後、このドーピング装置２の開口（導入部）２ｅがルツボ６内のシリコン融液Ａに達するまで高速で下降させ、前記開口（導入部）２ｅからルツボ６内のシリコン融液Ａを溶融部２ｂ内に導入する。
【００２３】
そして、ドーピング装置２を上昇させ、溶融部２ｂ内に導入されたシリコン融液Ａで、
固体状ドーパントを溶解させる（図３（ｂ））。
このとき、放出部２ｄの下端部はルツボ６内のシリコン融液Ａ内部に没入した状態に維持される）。従って、放出部２ｄ内部にはその下端から侵入したシリコン融液が残留しているため、溶融部２ｂ内の混合融液Ｈ１と放出部２ｄ内のシリコン融液の間には密閉された空間が形成される（図３（ｂ））。
【００２４】
そして、溶融部２ｂ内で固体状ドーパントＨの融解が終了した後、ドーピング装置２を上昇させると、ストローを吸引した時のようなサイフォン原理で、溶融部２ｂ内の混合融液Ｈ１が誘導部２ｃ、放出部２ｄを経由して、石英ルツボ６内のシリコン融液Ａに供給される（図３（ｃ））。
【００２５】
このように、砒素等の固体状ドーパントが溶融された混合融液Ｈ１を直接供給するため、ドーピングの効率性と確実性が向上する。
また、導入部２ｅから溶融部２ｂにシリコン融液が導入された際、砒素等の固体状ドーパントＨは若干蒸発飛散するが、飛散場所が溶融部２ｂ内に限定されるため、ドーパントの飛散物がルツボ等へ付着することはなく、単結晶化率を向上させることができる。
【００２６】
また、上記ドーピング装置２において、前記誘導部２ｃの下端２ｆは、溶融部２ｂの上端２ｇより上方に形成されている。前記溶融部２ｂ内のドーパント・シリコン混合融液（ドーピング液）を有効にサイホン効果を働かせてルツボ内に移送するには、前記ドーピング液の表面位置が溶融部上端２ｇと誘導部下端２ｆの間に維持され、かつドーピング液が溶融部２ｂの管内を満たしていることが必要なためである。また、誘導部下端２ｆが溶融部上端部２ｇより上方に位置するように形成することは、シリコン融液導入時等、ドーパント・シリコン混合融液が誘導部２ｃ、放出部２ｄを経由してルツボ内６に流出することを阻止する点からも必要なためである。
【００２７】
また、開口２ｅの下端２ｈが、溶融部の上端２ｇより上方に位置し、かつ前記下端２ｈが、誘導部の下端２ｆと同じ高さあるいは低い位置に設けられていることが好ましい。
仮に、開口２ｅの下端２ｈが溶融部上端２ｇより低く形成した場合には、導入されたシリコン融液あるいはドーピング液が再び開口から逆流して流出する。これを防止するため、開口２ｅの下端２ｈは溶融部上端２ｇより高い位置に形成されている。
また、開口２ｅの下端２ｈが誘導部２ｃの下端２ｆより上部にあると、開口２ｅからシリコン融液を導入した際、シリコン融液が溶融室２ｂ内に止まらず、直接誘導部２ｃ、放出部２ｄを介してルツボ６内のシリコン融液に放出される。これを防ぐため、開口２ｅの下端２ｈは、誘導部下端２ｆより低い位置（又は同一高さ）に形成されている。
【００２８】
更に、前記ドーピング装置２の放出部（第２直管部）２ｄの長さｌ２が、溶融部（Ｕ字状管部）２ｂの外周長ｌ１の１．３倍以上の長さであることが好ましい（図２参照）。
この放出部２ｄの長さｌ２が溶融部の外周長ｌ１より短い場合には、ドーピング液をルツボ６内のシリコン融液にドーピングする途中で、サイフォンが終了し、ドーピング液の全量をドープできなくなる場合が生ずる。これを防止し、サイフォン現象が正確に発現できるようにするためである。
【００２９】
なお、上記実施形態にあっては、ドーピング装置として図２に横Ｓ状管構造体を示したが、必ずしも図２の形態に限定されるものではなく、チャンバ内に配設できると共に固体状ドーパントの収容部を有し、該収容部にシリコン融液を導入して、固体状ドーパントを融解し、ドーパントとシリコンとの混合融液を生成させ、該混合融液をルツボ内のシリコン融液に供給することができる装置であれば、いずれの構造を有する装置であっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明にかかる単結晶引上装置は、半導体素子製造分野において、特にシリコンウエハ製造用のシリコン単結晶インゴットの製造に有効に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本発明にかかる一実施形態の概略構成図である。
【図２】図２は、図１の装置で用いられているドーピング装置の断面図である。
【図３】図３は、図２に示したドーピング装置を用いたドーピングの際の操作手順を示した工程図である。
【図４】図４は、従来の単結晶引上装置（ドーピング装置）を示す概略図である。
【図５】図５は、単結晶引上装置（ドーピング装置）を示す概略図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）は要部拡大図である。
【符号の説明】
【００３２】
１          単結晶引上装置
２          ドーピング装置
２ａ        第１直管部
２ｂ        溶融部（Ｕ字状管部）
２ｃ        誘導部（逆Ｕ字状管部）
２ｄ        放出部（第２直管部）
２ｅ        導入部（開口）
２ｆ        誘導部下端
２ｇ        溶融部上端
２ｈ        開口下端
３          ヒータ
４          断熱材
５          チャンバ
６          ルツボ
Ａ          シリコン融液
Ｈ          固体状ドーパント
ｌ１        溶融部外周長
ｌ２        放出部長
【図１】
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【図２】
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【図３】
2005272265.tif 000005
【図４】
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【図５】
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