JPH08295591A - ドーピング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＣＺ法により製造する半導体単結晶にドーパ
ントを添加するに当たり、ドープ管に入れたドーパント
が炉内の輻射熱により軟化した場合でも、融液にドーパ
ントを確実に投入することができるようにする。 【構成】 単結晶製造装置の引き上げ軸２に掛止部材１
とストッパ３とを取り付け、シードチャック９に石英シ
ャフト６を固定する。上下両端が開口した石英ドープ管
４をワイヤ５により前記掛止部材１に釣支し、下側開口
部を前記石英シャフト６に固着した底蓋７で閉鎖した
後、石英ドープ管４にドーパント１０を入れ、引き上げ
軸２を下降させる。掛止部材１のアーム１ｂがプルチャ
ンバに掛止された後、更に引き上げ軸２を下降させる
と、ドーパント１０が軟化して石英ドープ管４と底蓋７
との合わせ目に付着していても、前記底蓋７は石英ドー
プ管４の開口部から強制的に引き離され、ドーバント１
０は前記開口部から融液に落下する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＣＺ法による半導体単
結晶製造において、るつぼ内の融液にドーパントを投入
する際に用いられるドーピング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の基板には主として高純度の
単結晶シリコンが用いられているが、前記単結晶シリコ
ンの製造方法の一つとして、るつぼ内の原料融液から円
柱状の単結晶シリコンを引き上げるＣＺ法が知られてい
る。ＣＺ法においては、単結晶製造装置のメインチャン
バ内に設置したるつぼに原料である多結晶シリコンを充
填し、前記るつぼの周囲に設けたヒータによって原料を
加熱溶解した上、シードチャックに取り付けた種結晶を
融液に浸漬し、シードチャックおよびるつぼを互いに同
方向または逆方向に回転しつつシードチャックを引き上
げて単結晶シリコンを成長させる。

【０００３】育成する単結晶シリコンを目的に応じてｐ
型あるいはｎ型の半導体とするため、融液に微量のホウ
素、リン、アンチモンなどをドーパントとして添加して
いる。ＣＺ法を用いて所定の濃度のドーパントを含む単
結晶シリコンを製造する場合、一般的には、ドーパント
を多結晶シリコンとともにるつぼ内に入れて低圧下で加
熱、溶解するか、多結晶シリコンの融液に粒状のドーパ
ントを投入する方法がとられている。

【０００４】アンチモンは融点が６３０℃と低く、特に
低圧下では蒸発しやすいため、単結晶シリコンに所定の
ドーパント濃度を与えることが困難である。この問題を
解決するため、上下両端が開口したドープ管と、吊り下
げ用ワイヤと、ワイヤ下端に取り付けられ、前記ドープ
管下端開口部を開閉する底蓋と、前記ドープ管の上端開
口部に取り付けたキャップと、前記ドープ管またはキャ
ップに突設した掛止部材とを備えたドーピング装置が特
公平６−８８８６５号公報で開示されている。このドー
ピング装置は、単結晶製造装置の引き上げ軸を下降させ
て掛止部材をるつぼ上方の所定の位置に掛止させ、更に
引き上げ軸を下降させることによって吊り下げ用ワイヤ
および底蓋が下降するとドープ管下端開口部が開いてド
ーパントを融液に投入する構造となっている。ドーパン
トは、前記キャップに設けた通気孔からドープ管内に流
入する不活性ガスによって比較的低温に保持され、融液
への投入前に蒸発することを防止している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
公平６−８８８６５号公報によるドーピング装置はワイ
ヤの下端に底蓋を吊り下げているため、ドープ管に入れ
たドーパントが輻射熱により軟化してその一部がドープ
管下端開口部と底蓋との合わせ目に付着すると、引き上
げ軸を下降させても前記ワイヤがドープ管内でたるんで
しまい、底蓋を開けることができない。従って、融液へ
のドーパント投入は不可能となる。

【０００６】本発明は上記従来の問題点に着目してなさ
れたもので、ドープ管に入れたドーパントが炉内の輻射
熱により軟化した場合でも、融液にドーパントを確実に
投入することができるドーピング装置を提供することを
目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係るドーピング装置は、ドーパントを入れ
たドープ管をるつぼの上方に掛止する掛止手段を備えた
ドーピング装置において、単結晶製造装置の引き上げ軸
に滑動自在に取り付けられ、るつぼ上方の所定位置に掛
止するためのアームを有する掛止部材と、前記引き上げ
軸に取着され、引き上げ軸から前記掛止部材が脱落する
ことを防止するストッパと、前記掛止部材にワイヤを用
いて吊り下げられ、上下両端が開口した石英ドープ管
と、シードチャックに取り付けられ、下端に前記石英ド
ープ管の下側開口部を開閉する底蓋を備えた石英シャフ
トとからなる構成とした。そして、前記掛止部材がるつ
ぼ上方の所定位置に掛止されるまでの間は、石英シャフ
トに取着した底蓋が石英ドープ管の下側開口部を閉鎖す
ることによって石英ドープ管を担持し、掛止部材がるつ
ぼ上方の所定位置に掛止された後は、掛止部材がワイヤ
を介して石英ドープ管を釣支することを特徴としてい
る。

【０００８】

【作用】上記構成によれば、石英ドープ管の下側開口部
を開閉する底蓋を石英シャフトに取着したので、掛止部
材がるつぼ上方の所定位置に掛止された後、更に引き上
げ軸を下降させると、シードチャックに取り付けた石英
シャフトとともに底蓋も下降する。融点の低いドーパン
トが炉内の輻射熱により軟化してドープ管と底蓋との合
わせ目に付着した場合でも、前記底蓋は剛性のある石英
シャフトの下降によってドープ管から強制的に引き離さ
れるので、融液へのドーパント投入を確実に行うことが
できる。

【０００９】

【実施例】以下に、本発明に係るドーピング装置の実施
例について図面を参照して説明する。図１は、単結晶製
造装置の引き上げ軸に取り付けたドーピング装置の断面
図である。１は掛止部材で、この掛止部材はリング１ａ
と、リング１ａの外周に固着した２個のアーム１ｂおよ
びフック１ｃとで構成され、いずれもステンレス鋼から
なる。板状のアーム１ｂはリング１ａの上端に水平に、
かつ、互いに反対方向に突出し、これらのアーム１ｂの
下側にそれぞれフック１ｃが上向きに固着されている。
前記リング１ａの内径は、単結晶製造装置の引き上げ軸
２に対して適度の隙間を有し、引き上げ軸２はリング内
を滑動することができる。また、３はステンレス鋼から
なるストッパで、引き上げ軸２に固定され、前記掛止部
材１が引き上げ軸２から脱落することを防止している。

【００１０】４は高純度石英ガラスからなる石英ドープ
管で、上部の小径管と下部の大径管とを接続したもので
ある。小径管の下端は円錐状に広がり、大径管の上端か
ら内部に入り込んでいる。石英ドープ管４の上端には高
純度石英ガラスからなる２個のフック４ａがそれぞれ下
向きに固着されている。５はタングステン製のワイヤ
で、その両端は前記フック１ｃおよびフック４ａに掛止
される。６は高純度石英ガラスからなる石英シャフト
で、このシャフト６の下部には前記石英ドープ管４の小
径管下端を閉鎖する円錐状の底蓋７が固着されている。
また、石英シャフト６のほぼ中央部には、水平方向に四
方に突出する高純度石英ガラスからなる揺れ止め８が固
着されている。前記石英シャフト６の上端はシードチャ
ック９に取り付けられる。１０は石英ドープ管４に収容
された粒状のドーパントである。

【００１１】次に、本実施例のドーピング装置の動作に
ついて図１および図２を参照して説明する。図２はＣＺ
法による単結晶製造装置の部分断面図で、メインチャン
バ１１の中心に設けられたるつぼ軸１２の上端に黒鉛る
つぼ１３が載置され、融液１４を貯留する石英るつぼ１
５は前記黒鉛るつぼ１３の中に収容されている。ヒータ
１６および断熱筒１７は前記黒鉛るつぼ１３の周囲を取
り巻くように同心円状に設けられている。単結晶は石英
るつぼ１５の中心から引き上げられる。前記メインチャ
ンバ１１の上部はゲートバルブ１８を介してプルチャン
バ１９に接続している。

【００１２】メインチャンバ１１の内部を減圧し、ヒー
タ１６により石英るつぼ１５に充填した多結晶シリコン
を溶解して融液１４とした後、ゲートバルブ１８を閉じ
てプルチャンバ１９内を常圧に戻す。次に、プルチャン
バ１９のフロントドア（図示せず）を開き、図１に示し
たドーピング装置を引き上げ軸２に装着する。すなわ
ち、石英シャフト６の上端をシードチャック９に固定
し、リング１ａとストッパ３とを引き上げ軸２に挿嵌し
た上、ストッパ３を引き上げ軸２の所定位置に固定す
る。ワイヤ５は、ドーピング装置を引き上げ軸２に装着
した後にフック１ｃとフック４ａとに掛止してもよい。

【００１３】引き上げ軸２に装着されたドーピング装置
の石英ドープ管４は、石英シャフト６に取着された底蓋
７によって担持され、ワイヤ５は図１に示すように適度
にたるんでいる。引き上げ軸２にドーピング装置を取り
付けた後、石英ドープ管４の上端開口部から所定量のド
ーパント１０を入れる。

【００１４】プルチャンバ１９の内部を減圧した後ゲー
トバルブ１８を開き、プルチャンバ１９の上方から不活
性ガスを導入しながら引き上げ軸２を下降させる。掛止
部材１のアーム１ｂがプルチャンバ１９の下端に当接す
ると、掛止部材１はプルチャンバ１９に掛止される。引
き上げ軸２はリング１ａ内を滑動して引き続き下降し、
図２に示すようにワイヤ５によって石英ドープ管４が釣
支された後、底蓋７が石英ドープ管４の下側開口部から
離脱する。そして、石英ドープ管４の下側開口部からド
ーパント１０が落下して融液１４に供給される。ドーパ
ントの投入終了後、引き上げ軸２を上昇させ、ドーピン
グ装置をプルチャンバ１９内に引き上げ、ゲートバルブ
１８を閉じたる。引き上げ軸２からドーピング装置を取
り外し、シードチャック９に種結晶を取り付けて単結晶
の引き上げを開始する。

【００１５】本実施例のドーピング装置は、引き上げ軸
２と、引き上げ軸２の下端のシードチャック９に取着さ
れた石英シャフト６とによって固定された状態でプルチ
ャンバ１９内を下降するので、水平方向の位置ずれを起
こさずにプルチャンバ１９の下端に掛止される。また、
掛止部材１がプルチャンバ１９に掛止された後、石英ド
ープ管４はワイヤ５によって掛止部材１に吊り下げられ
るため、石英シャフト６に固着された底蓋７の中心と石
英ドープ管４の下側開口部の中心とが一致しやすい。更
に、石英シャフト６に設けた揺れ止め８は石英ドープ管
４の揺れを抑制するので、底蓋７に対する石英ドープ管
４の下側開口部のずれは極めて微小となる。

【００１６】石英ドープ管４の上端開口部から流入する
不活性ガスによりドーパント１０は冷却されているが、
炉内の輻射熱によってドーパント１０が軟化し、石英ド
ープ管４の下側開口部と底蓋７との合わせ目に付着した
場合でも、本実施例のドーピング装置は石英シャフト６
が底蓋７を強制的に押し下げることができるので、底蓋
７は容易に開き、ドーパント１０は確実に融液１４に投
入される。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ド
ーパントを入れた石英ドープ管の下側開口部を開閉する
底蓋を石英シャフトに取着し、融点の低いドーパントが
炉内の輻射熱により軟化して前記石英ドープ管と底蓋と
の合わせ目に付着した場合でも、剛性のある石英シャフ
トの下降によって石英ドープ管から底蓋を強制的に離脱
させる構造としたので、ドーパントは確実に融液に供給
され、所望のドーパント濃度を有する単結晶を引き上げ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】単結晶製造装置の引き上げ軸に取り付けたドー
ピング装置の断面図である。

【図２】ＣＺ法による単結晶製造装置の部分断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 掛止部材 １ｂ アーム ２ 引き上げ軸 ３ ストッパ ４ 石英ドープ管 ５ ワイヤ ６ 石英シャフト ７ 底蓋 ９ シードチャック １０ ドーパント １５ 石英るつぼ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ドーパントを入れたドープ管をるつぼの
   上方に掛止する掛止手段を備えたドーピング装置におい
   て、単結晶製造装置の引き上げ軸に滑動自在に取り付け
   られ、るつぼ上方の所定位置に掛止するためのアームを
   有する掛止部材と、前記引き上げ軸に取着され、引き上
   げ軸から前記掛止部材が脱落することを防止するストッ
   パと、前記掛止部材にワイヤを用いて吊り下げられ、上
   下両端が開口した石英ドープ管と、シードチャックに取
   り付けられ、下端に前記石英ドープ管の下側開口部を開
   閉する底蓋を備えた石英シャフトとからなることを特徴
   とするドーピング装置。
2. 【請求項２】 掛止部材がるつぼ上方の所定位置に掛止
   されるまでの間は、石英シャフトに取着した底蓋が石英
   ドープ管の下側開口部を閉鎖することによって石英ドー
   プ管を担持し、掛止部材がるつぼ上方の所定位置に掛止
   された後は、掛止部材がワイヤを介して石英ドープ管を
   釣支することを特徴とする請求項１記載のドーピング装
   置。