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JP5437565B2 - Semiconductor single crystal manufacturing equipment - Google Patents
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JP5437565B2 - Semiconductor single crystal manufacturing equipment - Google Patents

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真弘 色川
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Description

本発明は、CZ法(チョクラルスキー法)などを用いてシリコン単結晶などの単結晶半
導体を引き上げる単結晶引上げ装置および単結晶製造方法に関するものである。
The present invention relates to a single crystal pulling apparatus and a single crystal manufacturing method for pulling a single crystal semiconductor such as a silicon single crystal using a CZ method (Czochralski method) or the like.

(従来の実施技術)
CZ法(チョクラルスキー法)は、CZ炉内のるつぼに融液を貯留し、この融液にドー
パントを供給し、融液からドーパントを添加されたシリコン単結晶を、引上げ機構によっ
て引き上げ、成長させるというものである。
(Conventional technology)
In the CZ method (Czochralski method), a melt is stored in a crucible in a CZ furnace, a dopant is supplied to the melt, and a silicon single crystal to which the dopant is added is pulled from the melt by a pulling mechanism and grown. It is to let you.

シリコン単結晶にN型の電気的特性を与えるためには、砒素As、燐P、アンチモンS
bなどのN型用のドーパント(不純物)がシリコン単結晶に添加される。これらドーパン
トのうち、砒素As、燐Pは、昇華可能なドーパントであり、比較的低い温度で固相から
気相に昇華する。そこで、これら昇華可能なドーパントが収容された収容室を、CZ炉の
上方から、融液上方の所定位置まで下降させて、融液から輻射される輻射熱により収容室
内のドーパントを加熱して昇華させ、昇華されて気体となったドーパントを収容室から融
液に投入することで、ドーパントをシリコン結晶に添加するというドーパント供給方法が
従来より実施されている。こうしたドーパント投入方式の1つに、供給管の開口端を融液
よりも上方の所定位置に位置させ、アルゴンガスなどの不活性ガスを輸送用のキャリアガ
スとして使用して、供給管から融液に向けてキャリアガスを吹き付けることで、キャリア
ガスによりドーパントを融液に投入するという吹き付け方式がある。また、他の投入方
式として、供給管を融液に浸漬して、供給管から、昇華されて気体となってドーパントを
融液に投入するという浸漬方式がある。
In order to give N-type electrical characteristics to a silicon single crystal, arsenic As, phosphorus P, antimony S
An n-type dopant (impurity) such as b is added to the silicon single crystal. Among these dopants, arsenic As and phosphorus P are sublimable dopants and sublimate from the solid phase to the gas phase at a relatively low temperature. Therefore, the containment chamber containing the sublimable dopant is lowered from above the CZ furnace to a predetermined position above the melt, and the dopant in the containment chamber is heated and sublimated by radiant heat radiated from the melt. Conventionally, a dopant supply method of adding a dopant to a silicon crystal by introducing a dopant that has been sublimated into a gas into a melt from a storage chamber has been conventionally performed. In one of these dopant charging methods, the opening end of the supply pipe is positioned at a predetermined position above the melt, and an inert gas such as argon gas is used as a carrier gas for transport, and the melt is supplied from the supply pipe. There is a spraying method in which a dopant is introduced into a melt by a carrier gas by spraying a carrier gas toward the surface. As another charging method, there is a dipping method in which a supply pipe is immersed in the melt, and the dopant is sublimated from the supply pipe into a gas and charged into the melt.

(特許文献1にみられる従来技術)
特許文献1では、引上げ機構のシードチャックに不純物供給管アッセンブリを取り付け
て、引上げ機構によって不純物供給管アッセンブリのドーパント収容部が融液の液面から
約285mm上方に位置するまで、不純物供給管アッセンブリを下降させて、その位置で
融液から輻射される輻射熱によって収容部内の砒素を加熱して昇華させるようにしている。
(Prior art found in Patent Document 1)
In Patent Document 1, the impurity supply pipe assembly is attached to the seed chuck of the pulling mechanism, and the impurity supply pipe assembly is moved until the dopant containing portion of the impurity supply pipe assembly is positioned approximately 285 mm above the melt surface by the pulling mechanism. The arsenic in the container is heated and sublimated by radiant heat radiated from the melt at that position.

そして、更に引き上げ機構によって不純物供給管アッセンブリの供給管が融液に接触する
位置まで、不純物供給管アッセンブリを下降させて、供給管より砒素蒸気を融液に投入す
るようにしている。ここで、ドーパントを昇華させる位置(融液の液面から約285mm
上方の位置)は、予め熱モデルの解析結果から得られる。
Further, the impurity supply pipe assembly is lowered to a position where the supply pipe of the impurity supply pipe assembly contacts the melt by a pulling mechanism, and arsenic vapor is introduced into the melt from the supply pipe. Here, the position for sublimating the dopant (about 285 mm from the melt surface)
The upper position is obtained in advance from the analysis result of the thermal model.

(特許文献2にみられる従来技術)
特許文献2では、引上げ機構と干渉しない位置にドーパント収納容器を配置して、収容
容器をCZ炉上方から石英るつぼの上面よりも上となる位置まで下降させて、その位置で
融液から輻射される輻射熱によって収容容器内のドーパントを溶解させるようにしている。
(Prior art found in Patent Document 2)
In Patent Document 2, the dopant storage container is arranged at a position where it does not interfere with the pulling mechanism, the storage container is lowered from above the CZ furnace to a position above the upper surface of the quartz crucible, and radiated from the melt at that position. The dopant in the container is dissolved by the radiant heat.

そして、更に収容容器を融液に浸漬する位置まで下降させて、収納容器の開放面から溶解
されたドーパントを融液に投入するようにしている。
特表2003-532611号公報 特開2005-336020号公報
Then, the container is further lowered to a position where the container is immersed in the melt, and the dissolved dopant is introduced into the melt from the open surface of the container.
Japanese translation of PCT publication No. 2003-532611 JP 2005-336020 A

ドーパントの融液への投入効率(吸収効率)は、ドーパントが昇華する速度によって決
まる。最適な昇華速度にすると、投入効率が最大となり、ドーパントの損失を最小に抑え
ることができる。
The efficiency of the introduction of the dopant into the melt (absorption efficiency) is determined by the rate at which the dopant is sublimated. The optimum sublimation rate maximizes the input efficiency and minimizes dopant loss.

また昇華速度は、ドーパントに与える熱量によって決まる。このため最適な熱量でドー
パントを加熱すれば投入効率を最大にすることができる。
The sublimation rate is determined by the amount of heat given to the dopant. Therefore, the charging efficiency can be maximized by heating the dopant with an optimal amount of heat.

上述した従来の実施技術、特許文献1にみられる技術によれば、ドーパント収容部を融
液の上方のどの程度の位置まで下降させるかによってドーパントに与えられる輻射熱が変
動し、それに応じて昇華速度が変動する。ドーパント収容部が融液から遠ければ昇華速度
が遅くなるか、昇華そのものが困難となる。逆に ドーパント収容部が融液に近ければ昇
華速度が速くなる。昇華速度が変動すると、ドーパントの融液への投入効率、投入量が変
動し、シリコン単結晶のドーパント濃度、抵抗値に影響を与える。したがって昇華速度が
ばらつくと、ねらいとおりのドーパント濃度、抵抗値にすることができない。
According to the conventional implementation technique described above and the technique shown in Patent Document 1, the radiant heat given to the dopant varies depending on the position of the dopant containing portion lowered above the melt, and the sublimation speed is accordingly changed. Fluctuates. If the dopant accommodating portion is far from the melt, the sublimation speed becomes slow or the sublimation itself becomes difficult. On the other hand, if the dopant accommodating part is close to the melt, the sublimation speed is increased. When the sublimation speed fluctuates, the efficiency and amount of the dopant introduced into the melt fluctuate, which affects the dopant concentration and resistance value of the silicon single crystal. Therefore, if the sublimation speed varies, the intended dopant concentration and resistance cannot be achieved.

しかし、ドーパント収容部を最適な位置まで下降させて、最適な輻射熱の熱量をドーパ
ントに加え、昇華速度を最適にし投入効率を最大にし、シリコン単結晶のドーパント濃度、
抵抗値を所望の値にすることは容易なことではない。
However, the dopant containing part is lowered to the optimum position, the optimum amount of radiant heat is added to the dopant, the sublimation rate is optimized and the charging efficiency is maximized, the dopant concentration of the silicon single crystal,
It is not easy to set the resistance value to a desired value.

すなわち、特許文献1にみられるように、予めシミュレーションや実験結果から、最適
な下降位置を求めたとしても、CZ炉内の熱環境の経時変化、つまり炉内部品の経時変化、
部品劣化などによって、その下降位置が最適なものではなくなって昇華速度が変動するこ
とがある。たとえば石英るつぼを加熱するためのヒータは、カーボン材で構成されている
が、カーボン材は経時変化によって劣化する。こうしたヒータの経時変化が生じると、ド
ーパント収容部を同じ位置まで下降させたとしても、時間の経過とともにドーパントが吸
収する輻射熱の熱量が変動して、昇華速度が変動してしまう。
このように輻射熱による昇華は、炉内部品(ホットゾーン)の経時変化の影響を受け易
く、昇華速度の制御は、極めて困難である。
That is, as seen in Patent Document 1, even if the optimal lowering position is obtained in advance from simulations and experimental results, the temporal change of the thermal environment in the CZ furnace, that is, the temporal change of the in-furnace parts,
Due to component deterioration or the like, the lowered position may not be optimal and the sublimation speed may fluctuate. For example, a heater for heating a quartz crucible is made of a carbon material, but the carbon material deteriorates with time. When such a change with time of the heater occurs, even if the dopant accommodating portion is lowered to the same position, the amount of radiant heat absorbed by the dopant fluctuates with time and the sublimation rate fluctuates.
As described above, sublimation due to radiant heat is easily affected by changes over time in the in-furnace parts (hot zone), and it is extremely difficult to control the sublimation speed.

またシリコン単結晶にドーパントを高濃度に添加して低抵抗率のN++型のシリコン単結
晶を引上げ成長させるときには、結晶の崩れが生じやすいことが本発明者により明らかに
なった。結晶の崩れを生じさせないようにするには、シリコン単結晶にN型の電気的特性
を与える砒素As、燐Pといった昇華可能なドーパントの昇華速度を正確に制御して、シ
リコン単結晶中のドーパント濃度を正確に制御する必要がある。
Further, the present inventors have found that when an N ++ type silicon single crystal having a low resistivity is pulled up and grown by adding a dopant to the silicon single crystal at a high concentration, the crystal tends to collapse. In order not to cause crystal breakage, the sublimation rate of a sublimable dopant such as arsenic As and phosphorus P, which gives N-type electrical characteristics to the silicon single crystal, is accurately controlled, so that the dopant in the silicon single crystal It is necessary to control the concentration accurately.

本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであり、炉内の熱的環境の経時変化の影
響を受けることなくドーパントの昇華速度を正確に制御できるようにすることを解決課題
とするものである。
The present invention has been made in view of such circumstances, and it is an object of the present invention to make it possible to accurately control the sublimation rate of the dopant without being affected by the temporal change of the thermal environment in the furnace. is there.

第1発明は、炉内のるつぼに貯留された融液にドーパントを供給し、融液からドーパン
トが添加された半導体単結晶を、引上げ機構によって引き上げて半導体単結晶を成長させ
る半導体単結晶の製造装置において、
昇華可能なドーパントが収容された収容室と、この収容室内のドーパントが昇華された
場合に昇華されたドーパントを融液に導く供給管とを含むドーパント供給装置と、
ドーパント供給装置の収容室内のドーパントを加熱する加熱手段と、
所望の昇華速度でドーパントが昇華されるように加熱手段による加熱量を制御する制御手
段と
を備えたことを特徴とする。
The first invention provides a semiconductor single crystal in which a dopant is supplied to a melt stored in a crucible in a furnace, and the semiconductor single crystal to which the dopant is added from the melt is pulled up by a pulling mechanism to grow the semiconductor single crystal. In the device
A dopant supply device including a storage chamber containing a sublimable dopant, and a supply pipe for guiding the sublimated dopant to the melt when the dopant in the storage chamber is sublimated;
Heating means for heating the dopant in the accommodation chamber of the dopant supply device;
And a control means for controlling the amount of heating by the heating means so that the dopant is sublimated at a desired sublimation rate.

第2発明は、第1発明において、
ドーパント供給装置は、半導体単結晶および引上げ機構と干渉しない
位置に、配置されていること
を特徴とする。
The second invention is the first invention,
The dopant supply device is characterized in that it is disposed at a position that does not interfere with the semiconductor single crystal and the pulling mechanism.

第3発明は、第1発明または第2発明において、
ドーパント供給装置は、供給管が融液に浸漬しない位置に配置され、
供給管より、昇華されたドーパントを融液に吹き付けることで、昇華されたドーパントを
融液に導くものであること
を特徴とする。
The third invention is the first invention or the second invention,
The dopant supply device is disposed at a position where the supply pipe is not immersed in the melt,
The sublimated dopant is blown onto the melt from the supply pipe to guide the sublimated dopant into the melt.

第4発明は、第1発明または第2発明または第3発明において、
前記制御手段は、ドーパント供給中にドーパントの実際の昇華速度をフィードバックし、
実際の昇華速度が目標昇華速度に一致するように、加熱量を制御すること
を特徴とする。
4th invention is 1st invention or 2nd invention or 3rd invention,
The control means feeds back the actual sublimation rate of the dopant during the dopant supply,
The heating amount is controlled so that the actual sublimation speed matches the target sublimation speed.

第5発明は、第1発明または第2発明または第3発明において、
前記制御手段は、前回のバッチにおける昇華速度と加熱量に応じて、今回のバッチにおけ
る加熱量を制御すること
を特徴とする。
The fifth invention is the first invention, the second invention or the third invention,
The said control means controls the heating amount in this batch according to the sublimation speed and heating amount in the last batch.

第6発明は、第1発明または第2発明または第3発明において、
予め昇華速度と加熱量の関係を求めておき、前記制御手段は、この予め求められた関係に
したがって加熱量を制御すること
を特徴とする。
The sixth invention is the first invention, the second invention or the third invention,
A relationship between the sublimation speed and the heating amount is obtained in advance, and the control means controls the heating amount according to the previously obtained relationship.

第7発明は、
炉内のるつぼに貯留された融液にドーパントを供給し、融液からドーパントが添加された
半導体単結晶を、引き上げて半導体単結晶を成長させる半導体単結晶の製造方法において、
昇華可能なドーパントを加熱手段によって加熱することで、所望の昇華速度で昇華させ
て、昇華されたドーパントを融液に導くこと
を特徴とする。
The seventh invention
In the method for producing a semiconductor single crystal, the dopant is supplied to the melt stored in the crucible in the furnace, and the semiconductor single crystal to which the dopant is added from the melt is pulled to grow the semiconductor single crystal.
The sublimable dopant is heated by a heating means to be sublimated at a desired sublimation rate, and the sublimated dopant is led to the melt.

第8発明は、第7発明において、
半導体単結晶を引き上げながら、昇華されたドーパントを融液に導くこと
を特徴とする。
In an eighth aspect based on the seventh aspect,
It is characterized in that the sublimated dopant is introduced into the melt while pulling up the semiconductor single crystal.

第1発明によれば、図1に示すように、収容室21と供給管22を備えたドーパント供
給装置20が設けられる。収容室21には、昇華可能なドーパント23が収容されている。
According to the first invention, as shown in FIG. 1, a dopant supply device 20 including a storage chamber 21 and a supply pipe 22 is provided. In the storage chamber 21, a sublimable dopant 23 is stored.

供給管22は、収容室21内のドーパント23が昇華された場合に昇華されたドーパント
23を融液5に導く。加熱手段30は、ドーパント供給装置20の収容室21内のドーパ
ント23を加熱する。制御手段40は、所望の昇華速度でドーパント23が昇華されるよ
うに加熱手段30による加熱量を制御する。
The supply pipe 22 guides the sublimated dopant 23 to the melt 5 when the dopant 23 in the storage chamber 21 is sublimated. The heating means 30 heats the dopant 23 in the accommodation chamber 21 of the dopant supply device 20. The control means 40 controls the heating amount by the heating means 30 so that the dopant 23 is sublimated at a desired sublimation rate.

このため加熱手段30による加熱量が制御されて、収容室21内のドーパント23が所
望の昇華速度で昇華される。収容室21内のドーパント23が昇華されると、昇華された
ドーパント23が供給管22を介して融液5に導かれ、融液5に投入される。
For this reason, the heating amount by the heating means 30 is controlled, and the dopant 23 in the storage chamber 21 is sublimated at a desired sublimation rate. When the dopant 23 in the storage chamber 21 is sublimated, the sublimated dopant 23 is guided to the melt 5 through the supply pipe 22 and is introduced into the melt 5.

本発明によれば、融液5からの輻射熱ではなくて、加熱手段30により調整され制御手
段40により制御された熱がドーパント23に与えられてドーパント23が昇華する。よ
って、輻射熱による昇華のように、炉内部品(ホットゾーン)の経時変化の影響を受ける
ことがない。これにより昇華速度を極めて正確に制御することができる。したがって、ば
らつきなく常に安定した最適な熱量をドーパント23に加えることができるようになるた
め、昇華速度が最適なものとなり融液5へのドーパント投入効率が最大となり、シリコン
単結晶のドーパント濃度、抵抗値を所望の値に精度よく制御することができるようになる。
According to the present invention, not the radiant heat from the melt 5 but the heat adjusted by the heating means 30 and controlled by the control means 40 is given to the dopant 23 and the dopant 23 is sublimated. Therefore, unlike sublimation due to radiant heat, it is not affected by changes over time in the furnace components (hot zones). This makes it possible to control the sublimation speed very accurately. Therefore, since it becomes possible to apply a stable and optimum amount of heat to the dopant 23 without any variation, the sublimation rate is optimized, the efficiency of introducing the dopant into the melt 5 is maximized, and the dopant concentration and resistance of the silicon single crystal are maximized. The value can be accurately controlled to a desired value.

また、前述したようにシリコン単結晶にドーパントを高濃度に添加して低抵抗率のN++
型のシリコン単結晶を引上げ成長させるときには、結晶の崩れが生じやすいが、本発明に
よれば、シリコン単結晶にN型の電気的特性を与える砒素As、燐Pといった昇華可能な
ドーパントの昇華速度を正確に制御してシリコン単結晶中のドーパント濃度を正確に制御
することが可能となったため、結晶の崩れを生じさせないように精度よく調整することが
できる。なお、本明細書において「低抵抗率のN++型のシリコン単結晶」とは、0.01
Ω・cmよりも小さい比抵抗値のN型のシリコン単結晶をいうものとする。
Also, as described above, a low resistivity N ++ by adding a high concentration of dopant to a silicon single crystal.
When pulling and growing a single-type silicon crystal, the crystal is likely to collapse. However, according to the present invention, the sublimation rate of a sublimable dopant such as arsenic As or phosphorus P that gives N-type electrical characteristics to the silicon single crystal. Therefore, it is possible to accurately control the dopant concentration in the silicon single crystal, so that the crystal can be accurately adjusted so as not to cause crystal collapse. In this specification, “low resistivity N ++ type silicon single crystal” means 0.01
An N-type silicon single crystal having a specific resistance value smaller than Ω · cm is assumed.

第2発明では、図1に示すように、ドーパント供給装置20は、半導体単結晶6および
引上げ機構4と干渉しない位置に、配置されている。これにより、半導体単結晶6を引き
上げながら、昇華されたドーパント23を融液5に導くことが可能となり、追加ドープを
行う場合など、引上げ中のドーピングを極めて精度よく行うことができるようになる。
In the second invention, as shown in FIG. 1, the dopant supply device 20 is disposed at a position where it does not interfere with the semiconductor single crystal 6 and the pulling mechanism 4. This makes it possible to guide the sublimated dopant 23 to the melt 5 while pulling up the semiconductor single crystal 6, and to perform doping during the pulling with extremely high accuracy when performing additional doping.

第3発明では、ドーパント供給装置20は、供給管22が融液5に浸漬しない位置に配
置され、供給管22より、昇華されたドーパント23が融液5に吹き付けられることで、
昇華されたドーパント23が融液5に導かれる。第3発明によれば、前述の吹き付け方式
によりドーパント23が融液5に投入される。
In the third invention, the dopant supply device 20 is arranged at a position where the supply pipe 22 is not immersed in the melt 5, and the sublimated dopant 23 is sprayed from the supply pipe 22 onto the melt 5.
The sublimated dopant 23 is guided to the melt 5. According to the third invention, the dopant 23 is introduced into the melt 5 by the above-mentioned spraying method.

第4発明では、図1に示すように、制御手段40は、ドーパント供給中にドーパント2
3の実際の昇華速度(ドーパント23の重量変化量)をフィードバックし、実際の昇華速
度が目標昇華速度に一致するように、加熱量を制御する。
In the fourth invention, as shown in FIG. 1, the control means 40 controls the dopant 2 during the dopant supply.
3 is fed back, and the heating amount is controlled so that the actual sublimation speed matches the target sublimation speed.

第5発明では、図3に示すように、制御手段40は、前回のバッチにおける昇華速度と
加熱量に応じて、今回のバッチにおける加熱量を制御する。
In the fifth invention, as shown in FIG. 3, the control means 40 controls the heating amount in the current batch according to the sublimation speed and the heating amount in the previous batch.

第6発明では、図4に示すように、予め昇華速度と加熱量の関係を求めておき、制御手
段40は、この予め求められた関係にしたがって加熱量を制御する。
In the sixth invention, as shown in FIG. 4, the relationship between the sublimation speed and the heating amount is obtained in advance, and the control means 40 controls the heating amount according to this previously obtained relationship.

第7発明は、第1発明の装置発明に相当する方法の発明である。また第8発明は、第2
発明の装置発明に相当する方法の発明である。
The seventh invention is a method invention corresponding to the device invention of the first invention. The eighth invention is the second invention.
It is a method invention corresponding to the device invention of the invention.

以下図面を参照して実施形態の装置について説明する。   Hereinafter, an apparatus according to an embodiment will be described with reference to the drawings.

(第1実施例)
図1は、第1実施例の装置の構成を側面からみた図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a side view of the configuration of the apparatus according to the first embodiment.

同図1に示すように、第1実施例の単結晶引上げ装置1は、単結晶引上げ用容器として
のCZ炉(チャンバ)2を備えている。
As shown in FIG. 1, a single crystal pulling apparatus 1 of the first embodiment includes a CZ furnace (chamber) 2 as a single crystal pulling vessel.

CZ炉2内には、多結晶シリコン(Si)の原料を溶融して融液5として収容するるつぼ
3が設けられている。るつぼ3は、たとえば石英で構成されている。るつぼ3の周囲には、
るつぼ3内の原料を加熱して溶融するヒータ9が設けられている。
In the CZ furnace 2, a crucible 3 for melting a polycrystalline silicon (Si) raw material and storing it as a melt 5 is provided. The crucible 3 is made of quartz, for example. Around the crucible 3,
A heater 9 for heating and melting the raw material in the crucible 3 is provided.

ヒータ9とCZ炉2の内壁との間には、保温筒13が設けられている。   A heat insulating cylinder 13 is provided between the heater 9 and the inner wall of the CZ furnace 2.

るつぼ3の上方には、引上げ機構4が設けられている。引上げ機構4は、引上げ用ケー
ブル4aと、引上げ用ケーブル4aの先端の種結晶ホルダ4bとからなる。種結晶ホルダ
4bによって種結晶が把持される。
A pulling mechanism 4 is provided above the crucible 3. The pulling mechanism 4 includes a pulling cable 4a and a seed crystal holder 4b at the tip of the pulling cable 4a. The seed crystal is gripped by the seed crystal holder 4b.

るつぼ3内で原料が加熱され溶融される。溶融が安定化すると、引上げ機構4が動作し
て融液5からシリコン単結晶(シリコン単結晶インゴット)6がCZ法により引き上げら
れる。すなわち、引上げ用ケーブル4aが降下され引上げ用ケーブル4aの先端の種結晶
ホルダ4bに把持された種結晶が融液5に浸漬される。種結晶を融液5になじま
せた後引上げ用ケーブル4aが上昇する。種結晶ホルダ4bに把持された種結晶が上
昇するに応じてシリコン単結晶6が成長する。引上げの際、るつぼ3は回転軸10によっ
て回転する。また引上げ機構4の引上げ用ケーブル4aは回転軸10と逆方向にあるいは
同方向に回転する。また回転軸10は鉛直方向に駆動することができ、るつぼ3を上下動
させ任意の上方方向位置に位置させることができる。
The raw material is heated and melted in the crucible 3. When the melting is stabilized, the pulling mechanism 4 operates and the silicon single crystal (silicon single crystal ingot) 6 is pulled from the melt 5 by the CZ method. That is, the pulling cable 4 a is lowered and the seed crystal held by the seed crystal holder 4 b at the tip of the pulling cable 4 a is immersed in the melt 5. After the seed crystal is adjusted to the melt 5, the pulling cable 4a rises. As the seed crystal held by the seed crystal holder 4b rises, the silicon single crystal 6 grows. When pulling up, the crucible 3 is rotated by the rotary shaft 10. The pulling cable 4a of the pulling mechanism 4 rotates in the opposite direction or the same direction as the rotating shaft 10. Further, the rotary shaft 10 can be driven in the vertical direction, and the crucible 3 can be moved up and down to be positioned at an arbitrary upward position.

CZ炉2内と外気を遮断することで炉2内は真空(たとえば数十Torr程度)に維持され
る。すなわちCZ炉2には不活性ガスとしてのアルゴンガス7が供給され、CZ炉2の排
気口からポンプによって排気される。これにより炉2内は所定の圧力に減圧される。
By shutting off the outside air from the CZ furnace 2, the inside of the furnace 2 is maintained in a vacuum (for example, about several tens of Torr). That is, argon gas 7 as an inert gas is supplied to the CZ furnace 2 and is exhausted from the exhaust port of the CZ furnace 2 by a pump. Thereby, the inside of the furnace 2 is depressurized to a predetermined pressure.

単結晶引上げのプロセス(1バッチ)の間で、CZ炉2内には種々の蒸発物が発生する。   Various evaporants are generated in the CZ furnace 2 during the single crystal pulling process (one batch).

そこでCZ炉2にアルゴンガス7を供給してCZ炉2外に蒸発物とともに排気してCZ炉
2内から蒸発物を除去しクリーンにしている。アルゴンガス7の供給流量は1バッチ中の
各工程ごとに設定する。
Therefore, the argon gas 7 is supplied to the CZ furnace 2 and exhausted together with the evaporated substance outside the CZ furnace 2 to remove the evaporated substance from the CZ furnace 2 and clean it. The supply flow rate of the argon gas 7 is set for each process in one batch.

シリコン単結晶6の引上げに伴い融液5が減少する。融液5の減少に伴い融液5とるつ
ぼ3との接触面積が変化しるつぼ3からの酸素溶解量が変化する。この変化が、引き上げ
られるシリコン単結晶6中の酸素濃度分布に影響を与える。
As the silicon single crystal 6 is pulled up, the melt 5 decreases. As the melt 5 decreases, the area of contact between the melt 5 and the crucible 3 changes, and the amount of oxygen dissolved from the crucible 3 changes. This change affects the oxygen concentration distribution in the pulled silicon single crystal 6.

るつぼ3の上方にあって、シリコン単結晶6の周囲には、熱遮蔽板8(ガス整流筒)が
設けられている。熱遮蔽板8は、CZ炉2内に上方より供給されるキャリアガスとしての
アルゴンガス7を、融液表面5aの中央に導き、さらに融液表面5aを通過させて融液表
面5aの周縁部に導く。そして、アルゴンガス7は、融液5から蒸発したガスとともに、
CZ炉2の下部に設けた排気口から排出される。このため液面上のガス流速を安定化する
ことができ、融液5から蒸発する酸素を安定な状態に保つことができる。
A heat shielding plate 8 (gas rectifying cylinder) is provided above the crucible 3 and around the silicon single crystal 6. The heat shielding plate 8 guides an argon gas 7 as a carrier gas supplied from above into the CZ furnace 2 to the center of the melt surface 5a, and further passes through the melt surface 5a so that the peripheral portion of the melt surface 5a. Lead to. And the argon gas 7 together with the gas evaporated from the melt 5,
It is discharged from an exhaust port provided in the lower part of the CZ furnace 2. For this reason, the gas flow rate on the liquid surface can be stabilized, and the oxygen evaporated from the melt 5 can be maintained in a stable state.

また熱遮蔽板8は、種結晶および種結晶により成長されるシリコン単結晶6を、
るつぼ3、融液5、ヒータ9などの高温部で発生する輻射熱から、断熱、遮蔽する。また
熱遮蔽板8は、シリコン単結晶6に、炉内で発生した不純物(たとえばシリコン酸化物)
等が付着して単結晶育成が阻害されることを防止する。熱遮蔽板8の下端と融液表面5a
との距離Dの大きさは、回転軸10を上昇下降させ、るつぼ3の上下方向位置を変化させ
ることで調整することができる。また熱遮蔽板8を昇降装置により上下方向に移動させて
距離Dを調整してもよい。
Further, the heat shielding plate 8 is composed of a seed crystal and a silicon single crystal 6 grown by the seed crystal.
Heat insulation and shielding are performed from radiant heat generated in high-temperature parts such as the crucible 3, the melt 5 and the heater 9. Further, the heat shield plate 8 is formed of impurities (for example, silicon oxide) generated in the silicon single crystal 6 in the furnace.
And the like to prevent the single crystal growth from being hindered. The lower end of the heat shielding plate 8 and the melt surface 5a
The distance D can be adjusted by raising and lowering the rotary shaft 10 and changing the vertical position of the crucible 3. Further, the distance D may be adjusted by moving the heat shielding plate 8 in the vertical direction by the lifting device.

つぎに、本実施例装置のドーパント供給装置の構成について説明する。 Next, the configuration of the dopant supply apparatus of the apparatus of this embodiment will be described.

本実施例では、シリコン単結晶6にN型の電気的特性を与えるために、砒素Asまたは
燐Pが、N型用のドーパント(不純物)としてシリコン単結晶6に添加される。これらド
ーパント砒素As、燐Pは、昇華可能なドーパントであり、比較的低い温度で固相から気
相に昇華する。
In this embodiment, arsenic As or phosphorus P is added to the silicon single crystal 6 as an N-type dopant (impurity) in order to give the silicon single crystal 6 N-type electrical characteristics. These dopants arsenic As and phosphorus P are sublimable dopants, and sublimate from the solid phase to the gas phase at a relatively low temperature.

図1に示すように、ドーパント供給装置20は、収容室21と供給管22とキャリアガ
ス導入管24と流量調整装置25を備えている。収容室21には、昇華可能なドーパント
23が収容されている。供給管22は、収容室21に連通しており、収容室21内のドー
パント23が昇華された場合に昇華されたドーパント23を融液5に導く。導入管24は、
収容室21に連通しており、図示しないガス供給源から供給されるドーパント輸送用のキ
ャリアガス17を収容室21に導入する。キャリアガス17は、昇華されたドーパント2
3が収容室21内に滞留されるのを抑止して、昇華されたドーパント23を効率よく供給
管22を経て融液5に導く。
As shown in FIG. 1, the dopant supply apparatus 20 includes a storage chamber 21, a supply pipe 22, a carrier gas introduction pipe 24, and a flow rate adjustment apparatus 25. In the storage chamber 21, a sublimable dopant 23 is stored. The supply pipe 22 communicates with the storage chamber 21, and guides the sublimated dopant 23 to the melt 5 when the dopant 23 in the storage chamber 21 is sublimated. The introduction pipe 24 is
A carrier gas 17 for transporting dopants, which is in communication with the storage chamber 21 and is supplied from a gas supply source (not shown), is introduced into the storage chamber 21. The carrier gas 17 is a sublimated dopant 2
3 is prevented from staying in the storage chamber 21, and the sublimated dopant 23 is efficiently guided to the melt 5 through the supply pipe 22.

ドーパント供給装置20の収容室21と供給管22とキャリアガス導入管24は、たと
えば石英で構成されている。
The accommodation chamber 21, the supply pipe 22, and the carrier gas introduction pipe 24 of the dopant supply device 20 are made of, for example, quartz.

流量調整装置25は、導入管24を通過し収容室21に導入され、供給管22を融液5
に向かうキャリアガス17の流量(質量流量)を調整する。流量調整は、弁の開口面積を
調節することで行われる。キャリアガス17は、アルゴンガスなどの不活性ガスが使用さ
れる。
The flow rate adjusting device 25 passes through the introduction pipe 24 and is introduced into the storage chamber 21, and the supply pipe 22 is connected to the melt 5
The flow rate (mass flow rate) of the carrier gas 17 heading toward is adjusted. The flow rate is adjusted by adjusting the opening area of the valve. The carrier gas 17 is an inert gas such as argon gas.

図2は、図1に示すドーパント供給装置20の収容室21のA-A断面図を示している。 FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of the storage chamber 21 of the dopant supply apparatus 20 shown in FIG.

加熱手段としてのヒータ30は、収容室21に周囲を取り囲むように円環状に形成されて
おり、収容室21内のドーパント23を加熱する。ヒータ30は、たとえば抵抗加熱式の
ヒータが使用される。
The heater 30 as a heating means is formed in an annular shape so as to surround the housing chamber 21, and heats the dopant 23 in the housing chamber 21. As the heater 30, for example, a resistance heating type heater is used.

収容室21には、ドーパント23の重量を検出する重量計としてのロードセル26が設
けられている。ドーパント23の昇華速度は、ドーパント23が蒸発することで変化する
収容室21内のドーパント23の重量変化量として捕らえることができる。このためロー
ドセル26の検出結果から昇華速度が計測される。
The storage chamber 21 is provided with a load cell 26 as a scale for detecting the weight of the dopant 23. The sublimation speed of the dopant 23 can be captured as a change in the weight of the dopant 23 in the storage chamber 21 that changes as the dopant 23 evaporates. For this reason, the sublimation speed is measured from the detection result of the load cell 26.

制御手段としてのコントローラ40は、所望の昇華速度でドーパント23が昇華される
ようにヒータ30による加熱量を制御する。
The controller 40 as a control means controls the heating amount by the heater 30 so that the dopant 23 is sublimated at a desired sublimation speed.

コントローラ40は、融液5へ昇華されたドーパント23が供給されている間中、ロー
ドセル26で検出される収容室21内のドーパント23の重量をモニタし、そのドーパン
ト重量変化量をドーパント23の実際の昇華速度としてフィードバックし、フィードバッ
クされた実際の昇華速度が目標昇華速度に一致するように、ヒータ30に印加する電力を
調整して、ヒータ30によるドーパント加熱量を制御するとともに、流量調整装置25の
弁の開口面積を調整することでキャリアガス17の流量を制御する。収容室21内のドー
パント23の重量変化が大きくなるほどヒータ30に加える電力が小さくなりキャリアガ
ス17の流量が小さくなるように制御される。なお、キャリアガス17の流量は一定値に
保持してもよい。
While the sublimated dopant 23 is supplied to the melt 5, the controller 40 monitors the weight of the dopant 23 in the storage chamber 21 detected by the load cell 26, and the amount of change in the dopant weight is actually measured for the dopant 23. The sublimation speed of the heater 30 is fed back, and the electric power applied to the heater 30 is adjusted so that the actual sublimation speed fed back matches the target sublimation speed to control the amount of dopant heating by the heater 30, and the flow rate adjustment device 25 The flow rate of the carrier gas 17 is controlled by adjusting the opening area of the valve. Control is performed so that the power applied to the heater 30 is reduced and the flow rate of the carrier gas 17 is reduced as the weight change of the dopant 23 in the storage chamber 21 is increased. The flow rate of the carrier gas 17 may be maintained at a constant value.

図1に示すように、ドーパント供給装置20は、シリコン単結晶6および引上げ機構4
と干渉しない位置に、配置されている。このため、これにより、シリコン単結晶6を引き
上げながら、昇華されたドーパント23を融液5に導くことが可能となっている。
As shown in FIG. 1, the dopant supply device 20 includes a silicon single crystal 6 and a pulling mechanism 4.
It is arranged at a position where it does not interfere with. For this reason, it is possible to guide the sublimated dopant 23 to the melt 5 while pulling up the silicon single crystal 6.

ドーパント供給装置20は、供給管22が融液5に浸漬しない位置に配置されている。 The dopant supply device 20 is disposed at a position where the supply pipe 22 is not immersed in the melt 5.

このため供給管22より、昇華されたドーパント23が融液5に吹き付けられることで、
昇華されたドーパント23が融液5に導かれる。すなわち、本実施例では、前述の吹き付
け方式によりドーパント23が融液5に投入される。
For this reason, the sublimated dopant 23 is sprayed from the supply pipe 22 onto the melt 5.
The sublimated dopant 23 is guided to the melt 5. That is, in this embodiment, the dopant 23 is introduced into the melt 5 by the above-described spraying method.

ドーパント供給装置20は、CZ炉2内において、収容室21内のドーパント23が融
液5などからの輻射熱の影響を受けず、また、供給管22から融液5にドーパント23を
吹きつけるときに融液5内へのドーパント投入効率が最大となる位置に、配置される。供
給管22の開口端22aと融液5との距離は、10mm以下にすることが望ましい。
In the CZ furnace 2, the dopant supply device 20 is configured so that the dopant 23 in the storage chamber 21 is not affected by radiant heat from the melt 5 or the like, and the dopant 23 is blown from the supply pipe 22 to the melt 5. It arrange | positions in the position where the dopant injection | throwing-in efficiency in the melt 5 becomes the maximum. The distance between the open end 22a of the supply pipe 22 and the melt 5 is desirably 10 mm or less.

以下、シリコン単結晶6の成長開始から成長終了までのドーパント供給量の制御内容に
ついて説明する。
Hereinafter, the control content of the dopant supply amount from the growth start to the growth end of the silicon single crystal 6 will be described.

(融液5への初期ドーピング)
本実施例では、たとえばシリコン単結晶6にドーパント23を高濃度に添加して低抵抗
率のN++型のシリコン単結晶を引上げ成長させる場合を想定している。
(Initial doping into melt 5)
In the present embodiment, it is assumed that, for example, a dopant 23 is added to the silicon single crystal 6 in a high concentration to grow a low resistivity N ++ type silicon single crystal.

シリコン単結晶6にドーパント23を高濃度に添加して低抵抗率のN++型のシリコン単
結晶を引上げ成長させようとするときに、高濃度にするために必要な大量のドーパント2
3を融液5に投入してから結晶を引き上げると、結晶の崩れが生じやすいことが本発明者
により明らかになった。結晶の崩れを生じさせないようにするには、シリコン単結晶6の
直胴部の前半部が形成されるまでは、ドーパント23が低濃度に添加された状態か、ドー
パント23が無添加の状態とし、シリコン単結晶6の直胴部の前半部が形成された以降は、
ドーパント23が所望する高濃度に添加された状態となるように、融液にドーパントを供
給すればよいことが本発明者によって明らかになった。これは、結晶育成前に融液5に大
量にドーパント23を投入することで、融液5内の局所的なドーパント濃度のばらつきに
より異常成長が生じたためであると考えられている。
When dopant 23 is added to silicon single crystal 6 at a high concentration and an N ++ type silicon single crystal having a low resistivity is to be pulled and grown, a large amount of dopant 2 necessary for the high concentration is obtained.
It has been clarified by the present inventors that when the crystal is pulled up after 3 is introduced into the melt 5, the crystal is liable to collapse. In order not to cause crystal collapse, the dopant 23 is added at a low concentration or the dopant 23 is not added until the first half of the straight body portion of the silicon single crystal 6 is formed. After the first half of the straight body of the silicon single crystal 6 is formed,
It has been clarified by the present inventor that the dopant may be supplied to the melt so that the dopant 23 is added at a desired high concentration. This is considered to be because abnormal growth occurred due to local variations in dopant concentration in the melt 5 by introducing a large amount of dopant 23 into the melt 5 before crystal growth.

そこで、本実施例では、シリコン単結晶6の引上げ前に予め、融液5に低濃度のドーパ
ント23が添加しておかれる。シリコン単結晶6の引上げ前に行うドーパント23の融液
5への添加の方法は、本実施例のドーパント供給装置20を使用しない従前の添加方法で
あってもよく、本実施例のドーパント供給装置20を用いた方法であってもよい。
Therefore, in this embodiment, a low concentration dopant 23 is added to the melt 5 in advance before the silicon single crystal 6 is pulled up. The addition method of the dopant 23 to the melt 5 performed before the silicon single crystal 6 is pulled may be a conventional addition method that does not use the dopant supply device 20 of the present embodiment, and the dopant supply device of the present embodiment. 20 may be used.

ここで、低濃度とは、シリコン単結晶6中のドーパント23の濃度が1.6E19atoms/
cm3以下となる濃度であって、シリコン単結晶6の比抵抗値で4mΩ-cm以下となる濃
度をいうものとする。
Here, the low concentration means that the concentration of the dopant 23 in the silicon single crystal 6 is 1.6E19 atoms /
The concentration is equal to or lower than cm 3, and the specific resistance value of the silicon single crystal 6 is equal to or lower than 4 mΩ-cm.

このように融液5に低濃度のドーパント23をドーピングしておき、シリコン単結晶6
の引上げを行うと、シリコン単結晶6の直胴部の前半部が形成されるまでのドーパント濃
度は、低濃度となる。
In this way, the melt 5 is doped with the low-concentration dopant 23, and the silicon single crystal 6
Is pulled, the dopant concentration until the first half of the straight body portion of the silicon single crystal 6 is formed becomes low.

(融液5への後半ドーピング)
シリコン単結晶6の直胴部の前半部が形成されると、それ以降は、ドーパント23が所
望する高濃度に添加された状態となるように、本実施例のドーパント供給装置20を用い
て融液5に昇華されたドーパント23が追加ドープされる。
(Second half doping to melt 5)
When the first half of the straight body portion of the silicon single crystal 6 is formed, it is melted by using the dopant supply device 20 of this embodiment so that the dopant 23 is added at a desired high concentration thereafter. The dopant 23 sublimated in the liquid 5 is further doped.

コントローラ40は、シリコン単結晶6の引き上げ途中から融液5にドーパント23が
追加ドープされるように、ヒータ30および流量調整装置25の制御を引き上げ途中から
開始する。
The controller 40 starts control of the heater 30 and the flow rate adjusting device 25 from the middle of the pulling so that the dopant 23 is additionally doped into the melt 5 from the middle of the pulling of the silicon single crystal 6.

コントローラ40から電力指令がヒータ30に与えられると、ヒータ30には電力指令
に応じた電力が供給されて発熱する。ヒータ30が発熱すると、収容室21内のドーパン
ト23に熱が吸収されて、収容室21内のドーパント23が昇華されて蒸発する。
When a power command is given to the heater 30 from the controller 40, the heater 30 is supplied with power according to the power command and generates heat. When the heater 30 generates heat, the dopant 23 in the storage chamber 21 absorbs heat, and the dopant 23 in the storage chamber 21 is sublimated and evaporated.

コントローラ40から流量指令が流量調整装置25に与えられると、キャリアガス17
が流量指令に応じた流量で導入管24から収容室21を経て供給管22を流れ、供給管2
2から融液5に向けてキャリアガス17が吹き付けられる。
When a flow rate command is given from the controller 40 to the flow rate adjusting device 25, the carrier gas 17
Flows from the introduction pipe 24 through the storage chamber 21 through the supply pipe 22 at a flow rate corresponding to the flow rate command, and the supply pipe 2
A carrier gas 17 is sprayed from 2 toward the melt 5.

このため収容室21にて昇華された気体のドーパント23がキャリアガス17によって
搬送されて供給管22から融液に向けて吹き付けられ、ドーパント23が融液5に投入さ
れる。
For this reason, the gaseous dopant 23 sublimated in the storage chamber 21 is conveyed by the carrier gas 17 and sprayed from the supply pipe 22 toward the melt, and the dopant 23 is introduced into the melt 5.

コントローラ40は、融液5へドーパント23が供給されている間中、ロードセル26
で検出されるドーパント23の重量をモニタし、そのドーパント重量変化量をドーパント
23の実際の昇華速度としてフィードバックし、フィードバックされた実際の昇華速度が
目標昇華速度に一致するように、ヒータ30に印加する電力を調整して、ヒータ30によ
るドーパント加熱量を制御するとともに、流量調整装置25の弁の開口面積を調整するこ
とでキャリアガス17の流量を制御する。
While the dopant 23 is being supplied to the melt 5, the controller 40 loads the load cell 26.
The weight of the dopant 23 detected in step S1 is monitored, the amount of change in the dopant weight is fed back as the actual sublimation speed of the dopant 23, and applied to the heater 30 so that the actual sublimation speed fed back matches the target sublimation speed. The flow rate of the carrier gas 17 is controlled by adjusting the electric power to be controlled to control the dopant heating amount by the heater 30 and adjusting the opening area of the valve of the flow rate adjusting device 25.

このようにしてドーパント23が所望の昇華速度で昇華され、所望する濃度のドーパン
ト23が融液5へ追加ドープされる。これにより、シリコン単結晶6の直胴部の前半部が
形成された以降の結晶各部は、ドーパント23が所望する高濃度に添加された状態となる。
In this way, the dopant 23 is sublimated at a desired sublimation rate, and a desired concentration of the dopant 23 is further doped into the melt 5. Thereby, each part of the crystal after the first half part of the straight body part of the silicon single crystal 6 is formed is in a state in which the dopant 23 is added at a desired high concentration.

以上のように本実施例によれば、融液5などからの輻射熱ではなくて、ヒータ30によ
り調整されコントローラ40により制御された熱が収容室21内のドーパント23に与え
られてドーパント23が昇華する。よって、輻射熱による昇華のように、炉内部品(ホッ
トゾーン)の経時変化の影響を受けることがない。これにより昇華速度を極めて正確に制
御することができる。したがって、ばらつきなく常に安定した最適な熱量をドーパント2
3に加えることができるようになるため、昇華速度が最適なものとなり融液5へのドーパ
ント投入効率が最大となり、シリコン単結晶6のドーパント濃度、抵抗値を所望の高濃度、
低抵抗値に精度よく制御することができるようになる。
As described above, according to this embodiment, not the radiant heat from the melt 5 or the like, but the heat adjusted by the heater 30 and controlled by the controller 40 is given to the dopant 23 in the storage chamber 21, and the dopant 23 is sublimated. To do. Therefore, unlike sublimation due to radiant heat, it is not affected by changes over time in the furnace components (hot zones). This makes it possible to control the sublimation speed very accurately. Therefore, the optimum amount of heat that is always stable without variation is provided.
3, the sublimation rate is optimized, the efficiency of introducing the dopant into the melt 5 is maximized, and the dopant concentration and resistance value of the silicon single crystal 6 are set to a desired high concentration,
It becomes possible to accurately control the low resistance value.

また、シリコン単結晶6にドーパントを高濃度に添加して低抵抗率のN++型のシリコン
単結晶6を引上げ成長させるときには、結晶の崩れが生じやすいが、本実施例によれば、
シリコン単結晶6にN型の電気的特性を与える砒素As、燐Pといった昇華可能なドーパ
ント23の昇華速度を正確に制御してシリコン単結晶6中のドーパント濃度を正確に制御
することが可能となったため、結晶の崩れを生じさせないように精度よく調整することが
できる。
Further, when the N ++ type silicon single crystal 6 having a low resistivity is added to the silicon single crystal 6 at a high concentration to cause the crystal to break up, the crystal is likely to collapse.
It is possible to accurately control the concentration of the dopant in the silicon single crystal 6 by accurately controlling the sublimation rate of the sublimable dopant 23 such as arsenic As and phosphorus P that gives the silicon single crystal 6 N-type electrical characteristics. Therefore, it can be adjusted accurately so as not to cause crystal collapse.

また、ドーパント供給装置20は、シリコン単結晶6および引上げ機構4と干渉しない
位置に、配置されている。これにより、シリコン単結晶6を引き上げながら、昇華された
ドーパント23を融液5に導くことが可能となり、追加ドープを行う際に引上げ中のドー
ピングを極めて精度よく行うことができるようになる。
Further, the dopant supply device 20 is arranged at a position where it does not interfere with the silicon single crystal 6 and the pulling mechanism 4. This makes it possible to guide the sublimated dopant 23 to the melt 5 while pulling up the silicon single crystal 6, and to perform doping during pulling with extremely high accuracy when performing additional doping.

また、本実施例では、ドーパント供給装置20は、供給管22が融液5に浸漬しない位
置に配置され、供給管22より、昇華されたドーパント23が融液5に吹き付けられるこ
とで、昇華されたドーパント23が融液5に導かれるようにしている。かかる吹き付け方
式は、浸漬方式と比較して、結晶崩れを生じさせにくく安定して単結晶を育成することが
できる。これは、供給管22が融液5に浸漬するときに融液5に液振が発生したり、液温
が低下したり、融液5の対流の変化が発生してしまい、育成中の単結晶の単結晶化率を阻
害し、安定的に単結晶を育成することが困難になるためであると考えられている。このた
め吹き付け方式は、浸漬方式と比較して、そもそも結晶崩れを起こし易い、高濃度、低抵
抗率のN++型のシリコン単結晶6を引上げ成長させるときに、適用して好適である。
In this embodiment, the dopant supply device 20 is disposed at a position where the supply pipe 22 is not immersed in the melt 5, and the sublimated dopant 23 is sprayed from the supply pipe 22 onto the melt 5, thereby being sublimated. The dopant 23 is guided to the melt 5. Such a spraying method is less likely to cause crystal collapse than a dipping method and can stably grow a single crystal. This is because when the supply pipe 22 is immersed in the melt 5, liquid vibration occurs in the melt 5, the liquid temperature decreases, or a change in the convection of the melt 5 occurs. This is thought to be because it becomes difficult to inhibit the single crystallization rate of the crystal and to stably grow the single crystal. Therefore, the spraying method is suitable for application when pulling and growing a high-concentration, low-resistivity N ++ type silicon single crystal 6 that is prone to crystal collapse in the first place as compared with the dipping method.

(第2実施例)
上述の第1実施例では、ドーパント供給中にドーパント23の実際の昇華速度(ドーパ
ント23の重量変化量)をフィードバックし、実際の昇華速度が目標昇華速度に一致する
ように、ヒータ30による加熱量を制御しているが、この制御は一例であり、図3に示す
ような他の制御装置を用いて構成してもよい。
(Second embodiment)
In the first embodiment described above, the actual sublimation rate of the dopant 23 (the amount of change in the weight of the dopant 23) is fed back during the supply of the dopant, and the heating amount by the heater 30 so that the actual sublimation rate matches the target sublimation rate. However, this control is only an example, and another control device as shown in FIG. 3 may be used.

以下、第1実施例と同じ構成要素については適宜説明を省略し異なる構成要素について
説明する。
Hereinafter, description of the same components as those in the first embodiment will be omitted as appropriate, and different components will be described.

この図3に示す制御装置では、コントローラ40は、前回のバッチにおける昇華速度と
加熱量に応じて、今回のバッチにおける加熱量を調整する。
In the control device shown in FIG. 3, the controller 40 adjusts the heating amount in the current batch according to the sublimation speed and the heating amount in the previous batch.

すなわち、予め実験が行われ、ヒータ30に加える電力(加熱量)と昇華速度との関係
が記憶装置41に記憶されておかれる。
That is, an experiment is performed in advance, and the relationship between the electric power (heating amount) applied to the heater 30 and the sublimation speed is stored in the storage device 41.

コントローラ40は、記憶装置41に記憶されたデータを読み出し、1バッチの間、所
望する昇華速度に対応する電力が得られるようにヒータ30に電力指令を与えて、ヒータ
30に印加する電力を調整する。なお、1バッチの間、キャリアガス17の流量は一定値
に保持される。1バッチの間、ドーパント23の重量がロードセル26にてモニタされ、
1バッチ間の実際の昇華速度が記憶装置42に記憶されるとともに、ヒータ30に加えた
実際の電力(加熱量)が記憶装置42に記憶される。
The controller 40 reads out the data stored in the storage device 41 and gives a power command to the heater 30 so as to obtain a power corresponding to a desired sublimation speed for one batch, and adjusts the power applied to the heater 30. To do. Note that the flow rate of the carrier gas 17 is maintained at a constant value during one batch. During one batch, the weight of dopant 23 is monitored at load cell 26,
The actual sublimation speed for one batch is stored in the storage device 42, and the actual power (heating amount) applied to the heater 30 is stored in the storage device 42.

次回のバッチでは、コントローラ40は、記憶装置42に記憶された前回のバッチにお
ける実際の昇華速度と実際の電力(加熱量)を読み出し、これらと記憶装置41に記憶さ
れた昇華速度と電力(加熱量)との対応関係とを対比して、ヒータ30に加える電力を補
正して補正した電力をヒータ30に印加する。今回のバッチにおける実際の昇華速度が前
回のバッチにおける実際の昇華速度よりも速ければ、その分ヒータ30に加える電力を下
げる。
In the next batch, the controller 40 reads the actual sublimation speed and the actual power (heating amount) in the previous batch stored in the storage device 42, and these and the sublimation speed and power (heating) stored in the storage device 41. The power applied to the heater 30 is corrected by comparing the corresponding relationship with the amount), and the corrected power is applied to the heater 30. If the actual sublimation speed in the current batch is faster than the actual sublimation speed in the previous batch, the electric power applied to the heater 30 is decreased accordingly.

このようにしてドーパント23が所望の昇華速度で昇華され、所望する濃度のドーパン
ト23が融液5へ追加ドープされる。
In this way, the dopant 23 is sublimated at a desired sublimation rate, and a desired concentration of the dopant 23 is further doped into the melt 5.

(第3実施例)
上述の第2実施例では、前回のバッチの実際の昇華速度を今回のバッチにフィードバッ
クしてヒータ30に加える電力を制御するようにしているが、予め実験で得られた昇華速
度とヒータ電力値との対応関係に基づき、所望する昇華速度に対応する固定した電力をヒ
ータ30に加えるように制御してもよい。
(Third embodiment)
In the second embodiment described above, the actual sublimation speed of the previous batch is fed back to the current batch to control the power applied to the heater 30, but the sublimation speed and the heater power value obtained in advance in the experiment are controlled. May be controlled so that a fixed electric power corresponding to a desired sublimation speed is applied to the heater 30.

以下、第1実施例、第2実施例と同じ構成要素については適宜説明を省略し異なる構成
要素について説明する。
Hereinafter, the same components as those in the first embodiment and the second embodiment will not be described as appropriate, and different components will be described.

この図4に示す制御装置では、コントローラ40は、予め昇華速度と加熱量(電力)の
関係を求めておき、この予め求められた関係にしたがって加熱量(電力)を制御する。
In the control device shown in FIG. 4, the controller 40 obtains the relationship between the sublimation speed and the heating amount (electric power) in advance, and controls the heating amount (electric power) according to the previously obtained relationship.

すなわち、予め実験が行われ、ヒータ30に加える電力(加熱量)と昇華速度との関係
が記憶装置41に記憶されておかれる。
That is, an experiment is performed in advance, and the relationship between the electric power (heating amount) applied to the heater 30 and the sublimation speed is stored in the storage device 41.

コントローラ40は、記憶装置41に記憶されたデータを読み出し、1バッチの間、所
望する昇華速度に対応する電力が得られるようにヒータ30に電力指令を与えて、ヒータ
30に印加する電力を調整する。なお、1バッチの間、キャリアガス17の流量は一定値
に保持される。
The controller 40 reads out the data stored in the storage device 41 and gives a power command to the heater 30 so as to obtain a power corresponding to a desired sublimation speed for one batch, and adjusts the power applied to the heater 30. To do. Note that the flow rate of the carrier gas 17 is maintained at a constant value during one batch.

このようにしてドーパント23が所望の昇華速度で昇華され、所望する濃度のドーパン
ト23が融液5へ追加ドープされる。
In this way, the dopant 23 is sublimated at a desired sublimation rate, and a desired concentration of the dopant 23 is further doped into the melt 5.

なお、上述した各実施例では、吹き付け法によりドーパント23を融液5に供給するよ
うにしているが、浸漬法を用いてドーパント23を融液5に供給してもよい。浸漬法を使
用する場合でも、収容室21は、融液5からの輻射熱の影響を受けにくい位置に配置する
ことが必要となる。
In each of the above-described embodiments, the dopant 23 is supplied to the melt 5 by a spraying method, but the dopant 23 may be supplied to the melt 5 using an immersion method. Even when the dipping method is used, the accommodation chamber 21 needs to be arranged at a position that is not easily affected by the radiant heat from the melt 5.

また、本実施形態では、ドーパント供給装置20を、シリコン単結晶6および引上げ機
構4と干渉しない位置に、配置させ、追加ドープを行う際にシリコン単結晶6を引き上げ
ながら、昇華されたドーパント23を融液5に導くようにしているが、ドーパント供給装
置20を、シリコン単結晶6および引上げ機構4が配置される位置に、配置させてもよい。
Further, in the present embodiment, the dopant supply device 20 is disposed at a position where it does not interfere with the silicon single crystal 6 and the pulling mechanism 4, and the sublimated dopant 23 is added while pulling up the silicon single crystal 6 when performing additional doping. Although it guide | induces to the melt 5, you may arrange | position the dopant supply apparatus 20 in the position where the silicon single crystal 6 and the pulling mechanism 4 are arrange | positioned.

たとえば、結晶育成前に、引上げ機構4が配置される場所に、ドーパント供給装置20を
配置させてこのドーパント供給装置20によりドーパント23を融液5に投入しておき、
その後、ドーパント供給装置20を外してドーパント供給装置20が配置されていた場所
に引上げ機構4を配置させてシリコン単結晶6を引上げ成長させる実施も可能である。
For example, before the crystal growth, the dopant supply device 20 is arranged at the place where the pulling mechanism 4 is arranged, and the dopant 23 is introduced into the melt 5 by the dopant supply device 20.
Thereafter, it is possible to remove the dopant supply device 20 and place the pulling mechanism 4 at the place where the dopant supply device 20 is arranged to pull up and grow the silicon single crystal 6.

また、本実施形態では、シリコン単結晶6を引き上げる場合を想定し半導体元素として
シリコンを想定しているが、引き上げられる半導体単結晶は、シリコン単結晶以外の半導
体単結晶であってもよい。
Further, in the present embodiment, silicon is assumed as the semiconductor element assuming that the silicon single crystal 6 is pulled up, but the semiconductor single crystal to be pulled up may be a semiconductor single crystal other than the silicon single crystal.

図1は、第1実施例の装置構成を示す側面図である。FIG. 1 is a side view showing the apparatus configuration of the first embodiment. 図2は、図1に示すドーパント供給装置の断面を示す断面図である。2 is a cross-sectional view showing a cross section of the dopant supply apparatus shown in FIG. 図3は、第2実施例の装置構成を示す側面図である。FIG. 3 is a side view showing the apparatus configuration of the second embodiment. 図4は、第3実施例の装置構成を示す側面図である。FIG. 4 is a side view showing a device configuration of the third embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 単結晶引上げ装置、2 CZ炉、3 るつぼ、5 融液、20 ドーパント供給装
置、23 ドーパント、30 ヒータ、40 コントローラ
1 Single crystal pulling device, 2 CZ furnace, 3 crucible, 5 melt, 20 dopant supply device, 23 dopant, 30 heater, 40 controller

Claims (6)

炉内のるつぼに貯留された融液にドーパントを供給し、融液からドーパントが添加された半導体単結晶を、引上げ機構によって引き上げて半導体単結晶を成長させる半導体単結晶の製造装置において、
昇華可能なドーパントが収容された収容室と、この収容室内のドーパントが昇華された場合に昇華されたドーパントを融液に導く供給管とを含むドーパント供給装置と、
ドーパント供給装置の収容室内のドーパントを加熱する加熱手段と、
所望の昇華速度でドーパントが昇華されるように加熱手段による加熱量を制御する制御手段と
を備え、
前記制御手段は、ドーパント供給中にドーパントの実際の昇華速度をフィードバックし、実際の昇華速度が目標昇華速度に一致するように、加熱量を制御すること
を特徴とする半導体単結晶の製造装置。
In a semiconductor single crystal manufacturing apparatus in which a dopant is supplied to a melt stored in a crucible in a furnace, and a semiconductor single crystal to which a dopant is added from the melt is pulled by a pulling mechanism to grow a semiconductor single crystal.
A dopant supply device including a storage chamber containing a sublimable dopant, and a supply pipe for guiding the sublimated dopant to the melt when the dopant in the storage chamber is sublimated;
Heating means for heating the dopant in the accommodation chamber of the dopant supply device;
A control means for controlling the heating amount by the heating means so that the dopant is sublimated at a desired sublimation rate,
The control means feeds back the actual sublimation rate of the dopant during the supply of the dopant, and controls the heating amount so that the actual sublimation rate matches the target sublimation rate.
ドーパント供給装置は、半導体単結晶および引上げ機構と干渉しない位置に、配置されていることを特徴とする請求項1記載の半導体単結晶の製造装置。 2. The apparatus for producing a semiconductor single crystal according to claim 1, wherein the dopant supply device is arranged at a position where the dopant supply device does not interfere with the semiconductor single crystal and the pulling mechanism. ドーパント供給装置は、供給管が融液に浸漬しない位置に配置され、
供給管より、昇華されたドーパントを融液に吹き付けることで、昇華されたドーパントを融液に導くものであること
を特徴とする請求項1または2記載の半導体単結晶の製造装置。
The dopant supply device is disposed at a position where the supply pipe is not immersed in the melt,
The apparatus for producing a semiconductor single crystal according to claim 1 or 2, wherein the sublimated dopant is guided to the melt by spraying the sublimated dopant from the supply pipe onto the melt.
炉内のるつぼに貯留された融液にドーパントを供給し、融液からドーパントが添加された半導体単結晶を、引上げ機構によって引き上げて半導体単結晶を成長させる半導体単結晶の製造装置において、
昇華可能なドーパントが収容された収容室と、この収容室内のドーパントが昇華された場合に昇華されたドーパントを融液に導く供給管とを含むドーパント供給装置と、
ドーパント供給装置の収容室内のドーパントを加熱する加熱手段と、
所望の昇華速度でドーパントが昇華されるように加熱手段による加熱量を制御する制御手段と
を備え、
予め所望する昇華速度と加熱量の対応関係を求めておき、
各バッチ毎に、実際の昇華速度と実際の加熱量を計測し、
前記制御手段は、今回のバッチにおいて、所望する昇華速度を得るに際して、前回のバッチで計測された昇華速度および加熱量と、予め求められた所望する昇華速度と加熱量の対応関係とを対比することで、今回のバッチにおける所望する昇華速度に対応する加熱量を補正して、補正した加熱量が得られるように制御すること
を特徴とする半導体単結晶の製造装置。
In a semiconductor single crystal manufacturing apparatus in which a dopant is supplied to a melt stored in a crucible in a furnace, and a semiconductor single crystal to which a dopant is added from the melt is pulled by a pulling mechanism to grow a semiconductor single crystal.
A dopant supply device including a storage chamber containing a sublimable dopant, and a supply pipe for guiding the sublimated dopant to the melt when the dopant in the storage chamber is sublimated;
Heating means for heating the dopant in the accommodation chamber of the dopant supply device;
Control means for controlling the heating amount by the heating means so that the dopant is sublimated at a desired sublimation rate,
Find the correspondence between the desired sublimation speed and heating amount in advance,
For each batch, measure the actual sublimation rate and the actual heating amount,
When obtaining the desired sublimation speed in the current batch, the control means compares the sublimation speed and the heating amount measured in the previous batch with the correspondence relationship between the desired sublimation speed and the heating amount obtained in advance. Thus, the semiconductor single crystal manufacturing apparatus is characterized by correcting the heating amount corresponding to the desired sublimation rate in the current batch and controlling to obtain the corrected heating amount.
ドーパント供給装置は、半導体単結晶および引上げ機構と干渉しない位置に、配置されていること
を特徴とする請求項4記載の半導体単結晶の製造装置。
5. The apparatus for producing a semiconductor single crystal according to claim 4, wherein the dopant supply device is arranged at a position that does not interfere with the semiconductor single crystal and the pulling mechanism.
ドーパント供給装置は、供給管が融液に浸漬しない位置に配置され、供給管より、昇華されたドーパントを融液に吹き付けることで、昇華されたドーパントを融液に導くものであること
を特徴とする請求項4または5記載の半導体単結晶の製造装置。
The dopant supply device is disposed at a position where the supply pipe is not immersed in the melt, and the sublimated dopant is blown to the melt from the supply pipe to guide the sublimated dopant to the melt. The apparatus for producing a semiconductor single crystal according to claim 4 or 5.
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