(57)【要約】  液体ドーパントを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中に導入するためのドーピングシステムは、ドーパントを保持するためのドーパント貯蔵装置および供給管を含む。ドーパント貯蔵装置は、本体と、本体の断面積より小さい断面積を有する開口部を規定するテーパー状端部と、を含む。供給管は、貯蔵装置の開口部から伸びる第１の端部と、第１の端部から遠位の第２の端部と、供給管の第２の端部に配置された傾斜した先端部と、供給管を通過して固体ドーパントが移動することを妨げるための第１の制限と、供給管の第２の端部近傍に配置された、液体ドーパントの流量を制御するための第２の制限と、を含む。
2016501826.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体ドーパントを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中に導入するためのドーピングシステムであって、
本体と、前記本体の断面積より小さい断面積を有する開口部を規定するテーパー状端部と、を含む、ドーパントを保持するためのドーパント貯蔵装置と、
供給管であって、前記貯蔵装置の前記開口部から伸びる第１の端部と、前記第１の端部から遠位の第２の端部と、前記供給管の前記第２の端部に配置された傾斜した先端部と、前記供給管を通過して固体ドーパントが移動することを妨げるための第１の制限と、前記供給管の前記第２の端部近傍に配置された、液体ドーパントの流量を制御するための第２の制限と、を有する供給管と、
を含むドーピングシステム。
【請求項２】
前記第２の制限の直径が、前記第１の制限の直径より大きい請求項１に記載のドーピングシステム。
【請求項３】
前記供給管の外径が、前記開口部における前記テーパー状端部の外径以下である請求項１に記載のドーピングシステム。
【請求項４】
前記第２の制限が、前記供給管の前記第２の端部における第２の開口部を規定する請求項１に記載のドーピングシステム。
【請求項５】
前記貯蔵装置中に配置された粒状のドーパントをさらに含む請求項１に記載のドーピングシステム。
【請求項６】
液体ドーパントを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中に導入する方法であって、
本体と、前記本体の断面積より小さい断面積を有する開口部を規定するテーパー状端部と、を含む、ドーパントを保持するためのドーパント貯蔵装置と、
供給管であって、前記貯蔵装置の前記開口部から伸びる第１の端部と、前記第１の端部から遠位の第２の端部と、前記供給管の前記第２の端部に配置された傾斜した先端部と、を有する供給管と、
前記供給管を通過して固体ドーパントが移動することを妨げるための制限と、
を含むドーピングシステムを、前記融液から離れた第１の位置に位置付ける工程と、
所定量の固体ドーパントを前記ドーピングシステムに加える工程と、
前記固体ドーパントを融解するように、前記ドーピングシステムを、前記融液の表面に十分に近い第２の位置に位置付ける工程と、
前記固体ドーパントが液体ドーパントになるように、前記固体ドーパントを融解する工程と、
前記液体ドーパントを、前記ドーピングシステムの前記供給管を通過させて前記融液中に導入する工程と、
を含む方法。
【請求項７】
前記ドーピングシステムを、前記第１の位置および前記第２の位置に位置付ける工程が、前記ドーピングシステムが吊り下げられたチャックおよびダミーシードを有する引き上げ機構の使用を含む請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ドーピングシステムを、前記第２の位置から、前記融液から離れた第３の位置に移動する工程と、
前記引き上げ機構の前記ダミーシードを、単結晶インゴットの成長に用いる種結晶に置き換える工程と、
をさらに含む請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ドーピングシステムを前記第２の位置に位置付ける工程が、前記傾斜した先端部が前記融液の前記表面に接触するまで、半導体グレード材料またはソーラーグレード材料の前記融液の表面に向かって、前記ドーピングシステムを移動することを含む請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記供給管の前記第２の端部に前記液体ドーパントを制限して、前記液体ドーパントを前記融液中に導入する前に、前記液体ドーパントが前記供給管内部にある間に、前記液体ドーパントをさらに加熱する工程をさらに含む請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
前記ドーピングシステムを前記第２の位置に位置付ける工程が、
前記ドーピングシステムを前記第１の位置から前記第２の位置に移動するための時間内で移動時間を決定することと、
前記ドーピングシステムを前記第１の位置から前記第２の位置に前記移動時間内に移動することと、
を含む請求項６に記載の方法。
【請求項１２】
前記移動時間が、前記固体ドーパントを融解するために必要な時間に基づいている請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記固体ドーパントが、約１４００℃より低い融点を有する元素からなる群から選択される請求項６に記載の方法。
【請求項１４】
前記固体ドーパントが、アンチモンおよびインジウムからなる群から選択される請求項６に記載の方法。
【請求項１５】
結晶引き上げ装置であって、
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と、
前記坩堝を加熱し、前記半導体グレード材料または前記ソーラーグレード材料を溶融するための発熱体と、
液体ドーパントを前記半導体グレード材料または前記ソーラーグレード材料の前記融液中に導入するためのドーピングシステムであって、
本体と、前記本体の断面積より小さい断面積を有する開口部を規定するテーパー状
端部と、を含む、ドーパントを保持するためのドーパント貯蔵装置と、
供給管であって、前記貯蔵装置の前記第１の開口部から伸びる第１の端部と、前記
第１の端部から遠位の第２の端部と、前記供給管の前記第２の端部に配置された傾斜
した先端部と、を有する供給管と、
前記供給管を通過して前記ドーパント貯蔵装置から固体ドーパントが移動すること
を妨げるための第１の制限と、
前記供給管の前記第２の端部近傍に配置された、液体ドーパントの流量を制御する
ための第２の制限と、
を含むドーピングシステムと、
前記ドーピングシステムが吊り下げられたダミーシードを含む、前記ドーピングシステムを前記結晶引き上げ装置内に保持および位置付けるための引き上げ機構と、
を含む結晶引き上げ装置。
【請求項１６】
前記第１の制限が、前記ドーパント貯蔵装置の前記テーパー状端部に配置された請求項１５に記載の結晶引き上げ装置。
【請求項１７】
前記第１の制限が、前記供給管の前記第１の端部内に配置された請求項１５に記載の結晶引き上げ装置。
【請求項１８】
前記第２の制限の直径が、前記第１の制限の直径より大きい請求項１５に記載の結晶引き上げ装置。
【請求項１９】
前記第２の制限が、前記供給管の内側の側壁により規定された請求項１５に記載の結晶引き上げ装置。
【請求項２０】
前記供給管の長さが、液体ドーパントを前記融液中に導入する間、前記ドーピングシステムを前記融液の表面の上部に位置付けることができる既定の高さ、に基づいている請求項１５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液体ドーピングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置および太陽電池セルのような多くの電子部品を組み立てるための出発原料である単結晶材料は、一般的にチョクラルスキー（「Ｃｚ」）法を用いて準備される。簡潔に言うと、チョクラルスキー法は、多結晶シリコン（「ポリシリコン」）のような多結晶原料を坩堝中で溶融してシリコン融液を形成すること、その後融液から単結晶インゴットを引き上げることを含む。
【０００３】
プロセルの間、正確な量のドーパントが溶融原料に加えられて、得られる単結晶構造のベース抵抗を変更する。少なくともｐ型およびｎ型シリコン用のドーパントが、一般的には、固体の形態で溶融原料に加えられる。しかし、固体ドーパントの使用にはいくつかの欠点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一つの欠点は、固体ドーパントと溶融原料との間の温度差に起因する熱衝撃である。この熱衝撃は、溶融原料を固体ドーパントの粉の下に凝固させ、「フローティングボート（ｆｌｏａｔｉｎｇ  ｂｏａｔ）」を形成する。加えて、フローティングボートの形成の間に石英の粒子が形成する場合がある。これらの石英の粒子は、フローティングボートの溶解後長時間、溶融原料中に残存することがあり、最終の単結晶構造中に転位のような結晶欠陥をもたらす。
【０００５】
固体ドーパントを溶融原料に加えることに起因するさらなる欠点は、単結晶成長アセンブリの不純物である。溶融原料の表面における固体ドーパントの衝撃は、坩堝の外、および単結晶成長アセンブリの様々な構成部分の上に溶融原料を跳ねさせ、このことは結晶欠陥またはアセンブリの構成部分への損傷をもたらす。
【０００６】
さらに、固体ドーパント使用の他の欠点は、インジウムのように、多くの固体ドーパントが比較的高い蒸発速度を有することである。溶融前の半導体グレード材料または他のソーラーグレード材料を含む坩堝中にこれらのドーパントを直接置くことは、半導体グレード材料またはソーラーグレード材料の加熱の間に、ドーパントを蒸発させる。失われたドーパントを補うために、多くの場合、追加のドーパントを大量に加えなければならず、ドーパントの非効率な使用をもたらす。加えて、蒸発したドーパントが、成長アセンブリの様々な構成部分に凝縮し、アセンブリの不純物をもたらす。
【０００７】
上述のことを考慮すると、ドーパントを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中に導入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ことが理解できる。
【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、液体ドーパントを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中に導入するためのドーピングシステムが提供される。ドーピングシステムは、ドーパントを保持するためのドーパント貯蔵装置および供給管を含む。ドーパント貯蔵装置は、本体と、本体の断面積より小さい断面積を有する開口部を規定するテーパー状端部と、を含む。供給管は、貯蔵装置の開口部から伸びる第１の端部と、第１の端部から遠位の第２の端部と、供給管の第２の端部に配置された傾斜した先端部と、供給管を通過して固体ドーパントが移動することを妨げるための第１の制限と、液体ドーパントの流量を制御するための第２の制限と、を含む。第２の制限は、供給管の第２の端部近傍に配置される。
【００１０】
その他の態様において、液体ドーパントを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中に導入する方法が示される。本方法は、ドーピングシステムを融液から離れた第１の位置に位置付ける工程と、所定量の固体ドーパントをドーピングシステムに加える工程と、固体ドーパントを融解するように、ドーピングシステムを、融液の表面に十分に近い第２の位置に位置付ける工程と、固体ドーパントが液体ドーパントになるように、固体ドーパントを融解する工程と、液体ドーパントを、ドーピングシステムの供給管を通過させて融液中に導入する工程と、を含む。ドーピングシステムは、ドーパントを保持するためのドーパント貯蔵装置と、供給管と、供給管を通過して固体ドーパントが移動することを妨げるための制限と、を含む。ドーパント貯蔵装置は、本体と、本体の断面積より小さい断面積を有する開口部を規定するテーパー状端部と、を含む。供給管は、貯蔵装置の開口部から伸びる第１の端部と、第１の端部から遠位の第２の端部と、供給管の第２の端部に配置された傾斜した先端部と、を含む。
【００１１】
さらに他の態様において、結晶引き上げ装置が提供される。結晶引き上げ装置は、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と、坩堝を加熱し、半導体グレード材料またはソーラーグレード材料を溶融するための発熱体と、液体ドーパントを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中に導入するためのドーピングシステムと、ドーピングシステムを結晶引き上げ装置内に保持および位置付けるための引き上げ機構と、を含む。ドーピングシステムは、ドーパントを保持するためのドーパント貯蔵装置と、供給管と、供給管を通過してドーパント貯蔵装置から固体ドーパントが移動することを妨げるための第１の制限と、液体ドーパントの流量を制御するための第２の制限と、を含む。引き上げ機構は、ドーピングシステムが吊り下げられたダミーシードを含む。ドーパント貯蔵装置は、本体と、本体の断面積より小さい断面積を有する開口部を規定するテーパー状端部と、を含む。供給管は、貯蔵装置の第１の開口部から伸びる第１の端部と、第１の端部から遠位の第２の端部と、供給管の第２の端部に配置された傾斜した先端部と、を含む。第２の制限は、供給管の第２の端部近傍に配置される。
【００１２】
上述の態様に関して言及された特徴について、様々な改良が存在する。また、さらなる特徴が上述の態様に組み入れられてもよい。これらの改良および追加的な特徴は、独立にまたは任意の組み合わせで存在してよい。例えば、例示的な実施形態のいずれかに関して以下に説明される様々な特徴が、単独または任意の組み合わせで、上述の態様のいずれかに組み入れられてよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、液体ドーパントを融液中に導入するための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、図１のドーピングシステムの断面図である。
【図３】図３は、図２に示されるドーピングシステムの供給管の拡大図である。
【図４】図４は、固体ドーパントで満たされた図１のドーピングシステムの断面図である。
【図５】図５は、融液の表面に向かって下げられている図４のドーピングシステムの断面図である。
【図６】図６は、融液の表面近傍に位置付けられた図４のドーピングシステムの断面図である。
【図７】図７は、ドーピングシステムが取り出された図１の単結晶引き上げ装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
液体ドーパントを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中に導入するためのドーピングシステムを含む結晶引き上げ装置が、図１の１０に概略的に示される。結晶引き上げ装置は、炉１６内に収容されたサセプタ１４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１８を保持するための坩堝１２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２２により囲われた発熱体２０から供給される熱により溶融する。液体ドーパントを融液１８中に導入するためのドーピングシステム（概略的に４０に示される）が、結晶引き上げ装置１０内に位置付けられる。作業時に、ドーピングシステム４０が融液の表面２４近傍に位置付けられ、融液の表面２４（および／または発熱体２０）からの熱が、ドーピングシステム４０内の固体ドーパント（図１に示されない）を融解して下方に流し、ドーピングシステム４０から出て融液１８中に入る。
【００１６】
ドーピングシステム４０は、本明細書に記載のドーピングプロセスの間、ドーピングシステム４０を位置付けるための引き上げ機構３０に取り付けられたダミーシード（ｄｕｍｍｙ  ｓｅｅｄ）２８から、ケーブルまたはワイヤー２６により吊り下げられる。引き上げ機構３０は、ダミーシード２８を引き上げ機構３０に固定するためのチャック（または、シードチャック、ｃｈｕｃｋ）３２と、ドーピングシステム４０を昇降させるための、チャック３２に接続されたシャフトまたは引き上げワイヤー３４とを含む。図１に示される実施形態において、ケーブルまたはワイヤー２６はモリブデンまたはタングステンから作られるが、他の材料がケーブルまたはワイヤー２６に用いられてよい。  ダミーシード２８は、ステンレス鋼から作られる。ダミーシード２８の形状および大きさは、単結晶インゴットを成長させるための結晶引き上げシステムに既に用いられている種結晶（または、種、ｓｅｅｄ）の形状および大きさと同じまたは類似であるため、ドーピングシステム４０は、既に用いられている結晶引き上げシステムに、ほとんど変更なく取り付けることができる。
【００１７】
図２を参照すると、石英のドーピングシステム４０は、ドーパント４４を保持するためのドーパント貯蔵装置４２と、ドーパント貯蔵装置４２の第１または上部の開口部４６から伸びる細長い供給管６０とを含む。石英はドーピングシステム４０からの不純物を最小限に抑えるが、高温用途に適当な他の材料（例えば、耐火性セラミック、モリブデン、タングステンおよびグラファイト）がドーピングシステム４０に用いられてもよい。図２に示される実施形態において、ドーピングシステム４０は単一構造（または、一体構造、単体構造、ｕｎｉｔａｒｙ  ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）を有する。他の実施形態において、ドーピングシステム４０は、別個の部品から組み立てられてよい。ドーパント貯蔵装置４２は、略円柱状の本体５０を規定する石英の側壁４８と、本体５０の断面積より小さい断面積を有する第１の開口部４６を規定するテーパー状端部（または、テーパエンド、ｔａｐｅｒｅｄ  ｅｎｄ）５２とを含む。テーパー状端部５２は、ドーパント貯蔵装置４２の最下点にドーパントを導くために円錐形状を有する。図２に示される実施形態において、テーパー状端部５２の側壁４８は直線的なテーパー状であるが、テーパー状端部５２を規定する側壁４８は、テーパー状端部５２が椀型の形状を有するように内側に湾曲されてもよい。テーパー状端部５２から遠位の本体５０の端部は、本体５０の周縁の周りに等間隔に開けられた穴５４を含み、本明細書に記載のドーピングプロセスの間、ドーピングシステム４０を位置付けるために、穴を通してケーブルまたはワイヤー２６が挿入されて、ドーピングシステム４０を引き上げ機構３０に固定する。図２に示される実施形態は４つの穴５４を有するが、他の実施形態は異なる数の穴５４を有してよい。
【００１８】
図３を参照すると、供給管６０は、上部の開口部４６からＬの長さで伸びる側壁６２と、上部の開口部４６近傍に位置付けられた第１または上部の端部６４と、上部の端部６４から遠位の第２または下部の端部６６とを含み、その中に規定される第２または下部の開口部６８を有する。傾斜した先端部７０が供給管６０の下部の端部６６に配置される。傾斜した先端部７０は、傾斜が無い先端部に比べてより良好な、供給管の下部の端部６６と融液の表面２４との間の接触の可視的表示器を提供する。傾斜した先端部７０はそれ故に、作業者（示されない）が融液１８とドーピングシステム４０との間の接触を最小限に抑えるのに役立つ。
【００１９】
後述により詳しく記載するように、ドーピングプロセスの間、ドーピングシステムは、傾斜した先端部７０が融液の表面２４に接触するまで、融液の表面２４に向かって下げられる。従って、ドーパント貯蔵装置４２は供給管６０の長さＬに略等しい距離で融液の表面２４の上に位置付けられる。供給管の長さＬは、ドーピングの作業の間、ドーパント貯蔵装置が融液の表面２４の上に、ドーパント貯蔵装置内の温度がドーパント４４の融解温度のすぐ上であるような高さＨ（図６に示される）で位置付けられるように選択され、それによりドーパントの蒸発を最小限に抑える。
【００２０】
供給管６０は、供給管６０の内側の側壁７２により規定される内径ｄを有し、内径ｄは、液体ドーパントが供給管６０を通過している際に、供給管６０により囲まれた体積を液体ドーパントが実質的に占めるような大きさである。結果として、液体ドーパントの自由表面は最小化され、それにより液体ドーパントの蒸発を減らす。供給管の内径ｄはまた、毛管現象が液体ドーパントの供給管６０の通過を妨げないような大きさである。液体ドーパントに働く毛管力は、液体ドーパントの温度に反比例しているため、供給管６０の内径ｄは、供給管６０の下部の端部６６に向かって内側に細くなってよい。
【００２１】
供給管６０は、供給管の側壁６２の厚さおよび内径ｄの大きさに基づく外径Ｄも有する。図２に示される実施形態において、供給管６０の外径Ｄは、上部の開口部４６におけるテーパー状端部５２の外径と同じである。
【００２２】
供給管６０の内側の側壁７２は開口部４６近傍で内側に伸び、供給管６０を通過して固体ドーパント４４が移動することを制限するように構成された第１の制限７４を形成する。あるいは、第１の制限７４はテーパー状端部５２の内側の側壁７６から形成されてよく、または第１の制限７４は供給管６０およびテーパー状端部５２に広がってよい。第１の制限７４は、供給管６０を通過して固体ドーパントが移動することを妨げる大きさの直径を有する。図３に示される実施形態において、第１の制限は１ｍｍの内径を有する。
【００２３】
この実施形態の第２の制限７８は、供給管６０の下部の端部６６近傍に形成され、供給管６０を通過する液体ドーパントの流れを妨げ、速度を減らす。液体ドーパントの速度を減らすことにより、融液の表面２４上での液体ドーパントの衝撃が低減され、それにより融液１８の跳ねまたは飛び散りを減らす。さらに、供給管６０の下部の端部６６における液体ドーパントの流れを妨げると、融液１８に導入される前に、液体ドーパントがさらに加熱される。従って、液体ドーパントは、融液１８に導入される前に、融液１８の温度に近い温度に加熱される。このことは、ドーパント４４と融液１８との間の熱衝撃を低減する。加えて、液体ドーパントの温度を上昇させることは液体ドーパントの速度を減らし、それにより、液体ドーパントが導入される際に、融液１８の跳ねまたは飛び散りをさらに減らす。
【００２４】
第２の制限７８はまた、供給管６０に存在する液体ドーパント流の断面積を減らし、融液の表面２４における液体ドーパントの得られる自由表面積を減らす。融液の表面２４における液体ドーパントの自由表面積を減らすことにより、第２の制限７８はさらに液体ドーパントの蒸発を減らす。
【００２５】
図３に示される実施形態において、第２の制限７８は、供給管６０の内側の側壁７２が第２の制限７８を形成する下部の開口部６８近傍で内側に細くなるという点において、第１の制限７４に類似する構成を有する。第２の制限７８は供給管６０の端部に向かって下方に伸び、供給管６０の下部の開口部６８を規定する。第２の制限７８の直径は、供給管６０の内径ｄより小さい大きさであり、供給管６０の内側の側壁７２から液体ドーパントに働く毛管力に液体ドーパントが打ち勝つことを可能にするのに十分に大きい。図３に示される実施形態において、第２の制限の直径は２ｍｍである。
【００２６】
図４〜７を参照して、半導体グレードまたはソーラーグレード材料の融液中に液体ドーパントを導入するドーピングシステム４０の使用方法を説明する。図４に示されるように、所定量のドーパント粒子４４をドーパント貯蔵装置４２の中に導入し、ドーピングシステム４０を融液の表面２４から離して位置付ける。テーパー状端部５２は、ドーパント粒子４４をドーパント貯蔵装置４２の最も低い位置に向かって流す。第１の制限７４は、固体ドーパント粒子４４が供給管６０を通過することを防ぐ。
【００２７】
図５および６に示されるように、ドーパント４４を融液１８の中に導入するために、引き上げ機構３０を介してドーピングシステム４０を融液の表面２４近傍に下げる。供給管６０の傾斜した先端部７０が融液の表面２４に接触するまで、ドーピングシステム４０を下げる。融液の表面２４と供給管６０との間の接触のより良好な可視的表示器を提供することにより、供給管６０の傾斜した先端部７０は、融液の表面２４近傍にドーピングシステム４０を位置付けることを容易にする。従って、ドーピングシステム４０は、融液の表面２４近傍に位置付けられ且つ融液１８との接触（熱衝撃および変形、供給管周囲の溶融材料の凝固、並びに融液１８から蒸発する一酸化ケイ素の供給管の内側の表面における堆積により、ドーピングシステムの緩やかな劣化を引き起こし得る）を最小限に抑えるように構成される。
【００２８】
ドーピングシステム４０を融液の表面２４に向かって下げると、ドーパント貯蔵装置４２の内部の温度が上昇し始める。ドーピングシステム４０を融液の表面２４近傍に位置付ける前にドーパント４４が融解する可能性を低くするために、移動時間は、ドーピングシステム４０を位置付けるための時間内で決定される。移動時間は、固体ドーパント粒子４４を融解するのに必要な時間に基づいており、固体ドーパント粒子４４の温度を融点まで上昇させるのに必要な時間、または
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により見積もることができる。
【００２９】
式中、Ｔｍはドーパントの融解温度であり、Ｔｓはドーピングプロセスの開始時における固体ドーパント粒子４４の温度（通常は室温）であり、ｃｄは固体ドーパント粒子４４の比熱容量であり、ｍｄは固体ドーパント粒子４４の全質量であり、ｃｄｄはドーピングシステム４０の比熱容量であり、ｍｄｄはドーピングシステム４０の質量であり、ｄＥ／ｄｔは、融液１８および結晶引き上げ装置１０の他の構成部品から固体ドーパント粒子４４およびドーピング装置４０へのエネルギー移動の速度である。ドーピングシステム４０を移動時間内に融液の表面２４近傍に位置付けることは、ドーピングシステム４０を融液の表面２４から離して位置付けつつ、液体ドーパントが放出されることを防ぎ、それにより融液の表面２４での液体ドーパントの激しい衝撃を防ぐ。供給管６０の傾斜した先端部７０は、融液の表面２４と供給管６０との間の接触のより良好な目で見える表示を提供するため、ドーピングシステム４０を位置付けるのに必要な時間を減らす。従って、傾斜した先端部７０は、作業者（示されない）がドーピングシステム４０を移動時間内に位置付けるのに役立つ。
【００３０】
一旦、ドーピングシステム４０を融液の表面２４近傍に位置付けると、ドーパント貯蔵装置４２内部の温度は、ドーパント粒子４４の融解温度に向かって上昇する。固体ドーパント粒子４４が液化すると、結果として生じた液体ドーパント８０は、第１の制限７４および供給管６０を通過して流れる。供給管６０の直径ｄの大きさは、液体ドーパント８０が供給管６０を通過して流れる際に、液体ドーパント８０の得られる自由表面を制限し、それにより液体ドーパント８０の蒸発を最小限に抑える。
【００３１】
供給管６０を通過して流れる液体ドーパント８０は、下部の開口部６８を通過して供給管６０から出て融液１８に入る前に、供給管６０の下部の端部６６における第２の制限７８により妨げられる。第２の絞り口７８は、供給管６０を通過する液体ドーパント８０の流れを妨げ、またその速度を減少させ、それにより、融液の表面２４での液体ドーパント８０の衝撃、および融液１８のいかなる跳ねまたは飛び散りをも低減する。さらに、供給管６０の下部の端部６６における液体ドーパントの流れを妨げることは、融液１８に入る前に液体ドーパント８０をさらに加熱する。結果として、融液に入る前に、液体ドーパント８０の温度を融液１８の温度に近い温度に加熱することができ、それにより液体ドーパント８０と融液１８との間の熱衝撃を低減する。加えて、液体ドーパント８０の温度を上昇させることは、液体ドーパント８０の粘度を減少させ、それにより液体ドーパント８０を融液１８の中に導入する際、融液１８の跳ねまたは飛び散りをさらに減らす。
【００３２】
第２の制限７８はまた、供給管６０に存在する液体ドーパント８０の流れの断面積を減少させ、融液の表面２４における液体ドーパント８０の得られる自由表面の面積を減少させる。融液の表面２４における液体ドーパント８０の自由表面積を減少させることにより、第２の制限７８は液体ドーパント８０の蒸発を減少させる。
【００３３】
一旦、ドーパント粒子４４が液化し、および／または所定の時間が経過したら、ドーピングシステム４０を引き上げ機構３０により上昇させ、炉１６から取り出す。その後にドーピングプロセスを繰り返してよく、または後の使用のためにドーピングシステム４０を保管してよい。
【００３４】
ドーパント４４が、比較的低い融点（例えば１４００℃より低い、またはさらに８００℃より低い）を有する場合、上述のドーピングの方法は比較的短い時間で行うことができる。結果として、ドーパント貯蔵装置４２の本体５０の温度は、ドーピングプロセスの直後に、冷却工程の必要なしに、ドーピングシステム４０を炉１６から取り出すことができるように十分に低い。加えて、ダミーシード２８を直ちにチャック３２から取り除くことができ、単結晶インゴットを成長させるのに用いられる図７に示されるような種結晶８２に置き換えることができる。
【００３５】
本明細書に記載の実施形態は、概して、比較的低い融点および／または比較的高い蒸発速度を有する液体ドーパントを、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中に導入するためのステムおよび方法に関する。本明細書に記載の実施形態は、とりわけ、シリコンよりも低い温度で蒸発または昇華するドーパント、例えばインジウム、アンチモン、ガリウムおよびアルミニウムと共に使用するのに適している。
【００３６】
上述のように、本開示のドーピングシステムおよび関連する方法は、既知のドーピングシステムおよび方法を上回る改善を提供する。ドーピングシステムは、固体ドーパントを融液に直接加えることに関連する問題、すなわち蒸発するドーパントの損失、フローティングボート、およびドーパントの粒に起因する跳ねを防ぐ。ドーパントが融液に入る直前まで、ドーパントの温度が融解温度のすぐ上に保たれるため、ドーパントの蒸発をドーピングシステムの使用により減少させる。加えて、ドーピングシステムの構成は、ドーピングシステム内、およびドーパントが融液中に一旦導入された後両方の蒸発に利用される液体ドーパントの自由表面を減少する。
【００３７】
さらに、ドーピングシステムは、システムを融液に浸す必要を最小限に抑えるように設計され、従って、システムの劣化を防ぐ。
【００３８】
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。
【００３９】
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】
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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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【国際調査報告】
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