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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-01-24
(45)【発行日】2023-02-01
(54)【発明の名称】シリコン単結晶の育成方法およびシリコン単結晶の引き上げ装置
(51)【国際特許分類】
C30B 29/06 20060101AFI20230125BHJP
C30B 15/04 20060101ALI20230125BHJP
【ＦＩ】
C30B29/06 502G
C30B15/04
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2019162971
(22)【出願日】2019-09-06
(65)【公開番号】P2021042086
(43)【公開日】2021-03-18
【審査請求日】2021-09-14
(73)【特許権者】
【識別番号】302006854
【氏名又は名称】株式会社ＳＵＭＣＯ
(74)【代理人】
【識別番号】110000637
【氏名又は名称】弁理士法人樹之下知的財産事務所
(72)【発明者】
【氏名】深津 宣人
(72)【発明者】
【氏名】横山 竜介
【審査官】山本 一郎
(56)【参考文献】
【文献】特開平０９－１８３６８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－０３０８６０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－２２１０６２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－０３７６７８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ３０Ｂ ２９／０６
Ｃ３０Ｂ １５／０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の育成方法であって、前記シリコン単結晶を回転させながら引き上げる引き上げ工程と、
前記シリコン単結晶の直胴部の引き上げ中に粒状ドーパントをシリコン融液の液面上に投下するドーパント投下工程と、を有し、
前記ドーパント投下工程では、前記粒状ドーパントの投下位置を、前記シリコン融液の液面において前記直胴部から離れる流れが支配的な領域上に設定することを特徴とするシリコン単結晶の育成方法。
【請求項2】
前記シリコン融液に水平磁場を印加する磁場印加工程を有し、前記ドーパント投下工程では、
前記シリコン融液の液面の中心を原点、鉛直方向の上方をＺ軸の正方向、水平磁場印加方向をＹ軸の正方向とした右手系のＸＹＺ直交座標系において、前記原点を含み前記水平磁場印加方向に直交する磁場直交断面上で、Ｙ軸の正方向を向いて時計回りまたは反時計回りの回転方向を有する対流が存在する状態において、
鉛直方向上方から見た前記シリコン単結晶の回転方向および前記対流の回転方向に基づいて前記粒状ドーパントの投下位置を設定することを特徴とする請求項１に記載のシリコン単結晶の育成方法。
【請求項3】
前記ドーパント投下工程では、前記対流の回転方向が時計回りであり、かつ、前記シリコン単結晶の回転方向が時計回りである場合に、前記投下位置を前記Ｘ軸と前記Ｙ軸で構成される座標平面の第四象限とし、
前記対流の回転方向が反時計回りであり、かつ、前記シリコン単結晶の回転方向が反時計回りである場合に、前記投下位置を前記座標平面の第一象限とし、
前記対流の回転方向が反時計回りであり、かつ、前記シリコン単結晶の回転方向が時計回りである場合に、前記投下位置を前記座標平面の第二象限とし、
前記対流の回転方向が時計回りであり、かつ、前記シリコン単結晶の回転方向が反時計回りである場合に、前記投下位置を前記座標平面の第三象限とすることを特徴とする請求項２に記載のシリコン単結晶の育成方法。
【請求項4】
前記投下位置が、前記Ｘ軸と前記Ｙ軸で構成される座標平面の第一象限、第二象限、第三象限、および第四象限のうちひとつであるシリコン単結晶の引き上げ装置を用いるシリコン単結晶の育成方法であって、前記磁場印加工程では、前記投下位置が、前記シリコン融液の液面において前記直胴部から離れる流れが支配的な領域上となるまで、前記水平磁場の印加を繰り返すことを特徴とする請求項２に記載のシリコン単結晶の育成方法。
【請求項5】
前記直胴部の直径をＲＳ、前記投下位置のＹ軸座標の絶対値をＹａとすると、前記投下位置は、Ｙａ＜ＲＳを満たすように設定されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載のシリコン単結晶の育成方法。
【請求項6】
チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の引き上げ装置であって、石英ルツボと、
前記石英ルツボ内のシリコン融液を加熱する加熱装置と、
前記シリコン単結晶を回転可能に引き上げる引き上げ軸と、
前記シリコン融液に対して水平磁場を印加する磁場印加装置と、
前記シリコン融液の液面の中心を原点、鉛直方向の上方をＺ軸の正方向、水平磁場印加方向をＹ軸の正方向とした右手系のＸＹＺ直交座標系において、前記Ｘ軸と前記Ｙ軸で構
成される座標平面の第一象限、第二象限、第三象限および第四象限のそれぞれに粒状ドーパントを投下するドーパント投下装置と、を備えることを特徴とするシリコン単結晶の引き上げ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、シリコン単結晶の育成方法およびシリコン単結晶の引き上げ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
シリコン単結晶の製造にはチョクラルスキー法（以下、ＣＺ法という）と呼ばれる方法が使われる。ＣＺ法を用いた製造方法においては、シリコン単結晶の抵抗率は、シリコン融液に添加されるドーパントによって調節される。シリコン融液にドーパントを添加する方法として、シリコン単結晶の引き上げ中に粒状ドーパントを投下することによって、結晶中のドーパント濃度を一定に保つ技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開平３－２４７５８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、従来の技術では、例えば、導管を介してシリコン融液に投下される粒状ドーパントが溶融することなくシリコン単結晶に付着して、有転位化することがあるという課題があった。
【0005】
本発明は、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を育成する際に、投下した粒状ドーパントが溶融前に単結晶に付着して有転位化することを防止することができるシリコン単結晶の育成方法およびシリコン単結晶の引き上げ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】
【0006】
本発明のシリコン単結晶の育成方法は、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の育成方法であって、前記シリコン単結晶を回転させながら引き上げる引き上げ工程と、前記シリコン単結晶の直胴部の引き上げ中に粒状ドーパントをシリコン融液の液面上に投下するドーパント投下工程と、を有し、前記粒状ドーパントの投下位置を、前記シリコン融液の液面において前記直胴部から離れる流れが支配的な領域上に設定することを特徴とする。
【0007】
上記シリコン単結晶の育成方法において、前記シリコン融液に水平磁場を印加する磁場印加工程を有し、前記ドーパント投下工程では、前記シリコン融液の液面の中心を原点、鉛直方向の上方をＺ軸の正方向、水平磁場印加方向をＹ軸の正方向とした右手系のＸＹＺ直交座標系において、前記原点を含み前記水平磁場印加方向に直交する磁場直交断面上に、Ｙ軸の正方向を向いて時計回りまたは反時計回りの回転方向を有する対流が存在する状態において、鉛直方向上方から見た前記シリコン単結晶の回転方向および前記対流の回転方向に基づいて前記粒状ドーパントの投下位置を設定することが好ましい。
【0008】
上記シリコン単結晶の育成方法において、前記ドーパント投下工程では、前記対流の回転方向が時計回りであり、かつ、前記シリコン単結晶の回転方向が時計回りである場合に、前記投下位置を前記Ｘ軸と前記Ｙ軸で構成される座標平面の第四象限とし、前記対流の回転方向が反時計回りであり、かつ、前記シリコン単結晶の回転方向が反時計回りである場合に、前記投下位置を前記座標平面の第一象限とし、前記対流の回転方向が反時計回りであり、かつ、前記シリコン単結晶の回転方向が時計回りである場合に、前記投下位置を前記座標平面の第二象限とし、前記対流の回転方向が時計回りであり、かつ、前記シリコン単結晶の回転方向が反時計回りである場合に、前記投下位置を前記座標平面の第三象限とすることが好ましい。
【0009】
上記シリコン単結晶の育成方法において、前記投下位置が、前記Ｘ軸と前記Ｙ軸で構成される座標平面の第一象限、第二象限、第三象限、および第四象限のうちひとつであるシリコン単結晶の引き上げ装置を用いるシリコン単結晶の育成方法であって、前記磁場印加工程では、前記投下位置が、前記シリコン融液の液面において前記直胴部から離れる流れが支配的な領域上となるまで、前記水平磁場の印加を繰り返すことが好ましい。
【0010】
上記シリコン単結晶の育成方法において、前記直胴部の直径をＲＳ、前記投下位置のＹ軸座標の絶対値をＹａとすると、前記投下位置は、Ｙａ＜ＲＳを満たすように設定されていることが好ましい。
【0011】
本発明のシリコン単結晶の引き上げ装置は、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の引き上げ装置であって、石英ルツボと、前記石英ルツボ内のシリコン融液を加熱する加熱装置と、前記シリコン単結晶を回転可能に引き上げる引き上げ軸と、前記シリコン融液に対して水平磁場を印加する磁場印加装置と、前記シリコン融液の液面の中心を原点、鉛直方向の上方をＺ軸の正方向、水平磁場印加方向をＹ軸の正方向とした右手系のＸＹＺ直交座標系において、前記Ｘ軸と前記Ｙ軸で構成される座標平面の第一象限、第二象限、第三象限および第四象限のそれぞれに粒状ドーパントを投下するドーパント投下装置と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、投下された粒状ドーパントが溶融する前にシリコン単結晶に付着して有転位化することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の実施形態に係る引き上げ装置の概略断面図である。
【図3】本発明の実施形態に係る温度測定装置の配置状態を示す模式図である。
【図4】対流の回転方向、シリコン単結晶の回転方向を説明する模式図である。
【図5】本発明の実施形態における水平磁場の印加方向とシリコン融液の対流の方向との関係を示す模式図である。
【図6】本発明の実施形態におけるシリコン融液の対流の変化を示す模式図である。
【図7】対流の回転方向が反時計回りであり、シリコン単結晶の回転方向が時計回りである場合の投下位置を示す図である。
【図8】対流の回転方向が反時計回りである場合のシリコン融液の液面における流れを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
〔引き上げ装置〕
図１は、本発明の実施形態に係る引き上げ装置１の概略断面図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面における要部の断面図である。図２では、簡略化のため、主にルツボ３と磁場印加装置５のみを示している。また、図中には、構造の理解の容易化のため、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を示す（他の図においても同様とする。）。Ｘ軸およびＹ軸は水平方向に対応し、Ｚ軸は鉛直方向に対応する。
なお、図１は、Ｙ軸の負方向から正方向に向かう方向から見た引き上げ装置１の概略断面図であり、以下、「Ｙ軸の負方向から正方向に向かう方向」を単に「Ｙ軸の正方向」といい、その反対の方向を「Ｙ軸の負方向」という。他の軸（Ｘ軸、Ｚ軸）においても同様とする。
〔引き上げ装置〕
図１は、本発明の実施形態に係る引き上げ装置１の概略断面図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面における要部の断面図である。図２では、簡略化のため、主にルツボ３と磁場印加装置５のみを示している。また、図中には、構造の理解の容易化のため、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を示す（他の図においても同様とする。）。Ｘ軸およびＹ軸は水平方向に対応し、Ｚ軸は鉛直方向に対応する。
なお、図１は、Ｙ軸の負方向から正方向に向かう方向から見た引き上げ装置１の概略断面図であり、以下、「Ｙ軸の負方向から正方向に向かう方向」を単に「Ｙ軸の正方向」といい、その反対の方向を「Ｙ軸の負方向」という。他の軸（Ｘ軸、Ｚ軸）においても同様とする。
【0015】
引き上げ装置１は、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶Ｓを引き上げ、育成を行う装置である。図１および図２に示されるように、引き上げ装置１は、外郭を構成するチャンバ２と、チャンバ２の中心部に配置されるルツボ３と、ヒーター４と、磁場印加装置５と、ドーパント投下装置１５と、制御装置１８と、を備える。
【0016】
ルツボ３は、鉛直方向上方から見て（Ｚ軸の負方向を向いて）円形をなす、シリコン融液Ｍが貯留される容器である。ルツボ３は、内側の石英ルツボ３Ａと、外側の黒鉛ルツボ３Ｂとから構成される二重構造である。ルツボ３は、回転および昇降が可能でＺ軸に沿って延びる支持軸６の上端部に固定されている。
【0017】
ヒーター４は、ルツボ３内のシリコン融液Ｍを加熱する加熱装置である。ヒーター４は、円筒形状をなし、ルツボ３の外側においてルツボ３の中心軸Ａと同軸状に配置されている。ヒーター４は、抵抗加熱式の所謂カーボンヒーターである。ヒーター４の外側には、チャンバ２の内面に沿って断熱材７が設けられている。
【0018】
磁場印加装置５は、ルツボ３内のシリコン融液Ｍに対して水平磁場を印加する装置である。本実施形態の磁場印加装置５は、水平磁場印加方向（以下、磁場方向ＭＤと呼ぶ。）がＹ軸の正方向となるように構成されている。水平磁場の磁場強度は例えば０．１８テスラ～０．３２テスラである。
磁場印加装置５は、それぞれ電磁コイルで構成された第１の磁性体５Ａおよび第２の磁性体５Ｂを備える。第１の磁性体５Ａおよび第２の磁性体５Ｂは、チャンバ２の外側においてルツボ３を挟んで対向するように設けられている。
磁場印加装置５は、それぞれ電磁コイルで構成された第１の磁性体５Ａおよび第２の磁性体５Ｂを備える。第１の磁性体５Ａおよび第２の磁性体５Ｂは、チャンバ２の外側においてルツボ３を挟んで対向するように設けられている。
【0019】
ルツボ３の上方には、支持軸６と同軸上に引き上げ軸８が配置されている。引き上げ軸８は、ワイヤなどによって形成されている。引き上げ軸８は、軸回りに時計回り（ＣＷ）または反時計回り（ＣＣＷ）に所定の速度で回転する。引き上げ軸８の下端には種結晶ＳＣが取り付けられている。引き上げ軸８は、種結晶ＳＣ（シリコン単結晶Ｓ）を、鉛直方向上方から見て（Ｚ軸の負方向を向いて）時計回りまたは反時計回りに回転させる。
【0020】
チャンバ２内には、熱遮蔽体９が配置されている。熱遮蔽体９は、筒状をなし、ルツボ３内のシリコン融液Ｍの上方で育成中のシリコン単結晶Ｓを囲む。
熱遮蔽体９は、育成中のシリコン単結晶Ｓに対して、ルツボ３内のシリコン融液Ｍやヒーター４やルツボ３の側壁からの高温の輻射熱を遮断する。熱遮蔽体９は、結晶成長界面である固液界面ＳＩの近傍に対しては、外部への熱の拡散を抑制し、単結晶中心部および単結晶外周部の引き上げ軸方向の温度勾配を制御する役割を担う。
熱遮蔽体９は、育成中のシリコン単結晶Ｓに対して、ルツボ３内のシリコン融液Ｍやヒーター４やルツボ３の側壁からの高温の輻射熱を遮断する。熱遮蔽体９は、結晶成長界面である固液界面ＳＩの近傍に対しては、外部への熱の拡散を抑制し、単結晶中心部および単結晶外周部の引き上げ軸方向の温度勾配を制御する役割を担う。
【0021】
チャンバ２の上部には、ガス導入口１０が設けられている。ガス導入口１０は、アルゴンガスなどの不活性ガスＧをチャンバ２内に導入する。チャンバ２の下部には、排気口１１が設けられている。排気口１１は、図示しない真空ポンプの駆動により、チャンバ２内の気体を吸引して排出する。ガス導入口１０からチャンバ２内に導入された不活性ガスＧは、育成中のシリコン単結晶Ｓと熱遮蔽体９との間を下降する。次いで、不活性ガスＧは、熱遮蔽体９の下端とシリコン融液Ｍの液面との隙間を経た後、熱遮蔽体９の外側、さらにルツボ３の外側に向けて流れる。その後、不活性ガスＧは、ルツボ３の外側を下降し、排気口１１から排出される。
【0022】
ドーパント投下装置１５は、ルツボ３内のシリコン融液Ｍ中に、粒状ドーパントを投下する装置である。粒状ドーパントは、シリコン単結晶Ｓにドープされるドーパントであって、個体のドーパントを粒状に形成した添加物である。ドーパントの種類としては、製造されるシリコン半導体が、ｎ型半導体であれば、リン（Ｐ）、アンチモン（Ｓｂ）、ヒ素（Ａｓ）が挙げられ、ｐ型半導体であれば、ホウ素（Ｂ）が挙げられる。
【0023】
ドーパント投下装置１５は、ドーパント収容部１５Ａと、複数の導管１６と、を有している。本実施形態のドーパント投下装置１５は４本の導管１６を有している（図１には、２本の導管１６のみ示す。）。
ドーパント収容部１５Ａは、その内部に粒状ドーパントを収容する容器である。ドーパント収容部１５Ａは、例えば、チャンバ２の上方に図示しないブラケットを介して配置することができる。
ドーパント収容部１５Ａは、その内部に粒状ドーパントを収容する容器である。ドーパント収容部１５Ａは、例えば、チャンバ２の上方に図示しないブラケットを介して配置することができる。
【0024】
導管１６は、ドーパント収容部１５Ａ内の粒状ドーパントをシリコン融液Ｍに導く管状の部材である。各々の導管１６は、その上端が投下位置選択装置１７を介してドーパント収容部１５Ａに接続され、その下端１６Ｂがシリコン融液Ｍの上方で開口されている。ドーパント収容部１５Ａに収容されている粒状ドーパントは、導管１６を通ってシリコン融液Ｍに投下される。粒状ドーパントの投下位置は、導管１６の下端１６Ｂの位置である。
【0025】
投下位置選択装置１７は、ドーパント収容部１５Ａから供給される粒状ドーパントを少なくとも一つの導管１６に導入する機能を有している。投下位置選択装置１７は、制御装置１８によって制御可能であり、例えば、複数の電磁バルブによって構成することができる。
【0026】
次に、各々の導管１６の下端１６Ｂの位置（粒状ドーパントの投下位置）について説明する。
図２に示すように、４本の導管１６のうち、第１の導管１６１は、シリコン融液Ｍの液面ＭＡの中心を原点、鉛直方向の上方をＺ軸の正方向、磁場方向ＭＤをＹ軸の正方向とした右手系のＸＹＺ直交座標系のＸ軸とＹ軸で構成される座標平面において、シリコン融液Ｍの液面ＭＡの第一象限に粒状ドーパントを投下するように形成されている。
第一象限は、Ｘ軸とＹ軸で構成される座標平面においてＸもＹも共に正の値を取る領域であり、第二象限は、Ｘ軸とＹ軸で構成される座標平面においてＸは負の値、Ｙは正の値を取る領域であり、第三象限は、Ｘ軸とＹ軸で構成される座標平面においてＸもＹも共に負の値を取る領域であり、第四象限は、Ｘ軸とＹ軸で構成される座標平面においてＸは正の値、Ｙは負の値を取る領域である。
図２に示すように、４本の導管１６のうち、第１の導管１６１は、シリコン融液Ｍの液面ＭＡの中心を原点、鉛直方向の上方をＺ軸の正方向、磁場方向ＭＤをＹ軸の正方向とした右手系のＸＹＺ直交座標系のＸ軸とＹ軸で構成される座標平面において、シリコン融液Ｍの液面ＭＡの第一象限に粒状ドーパントを投下するように形成されている。
第一象限は、Ｘ軸とＹ軸で構成される座標平面においてＸもＹも共に正の値を取る領域であり、第二象限は、Ｘ軸とＹ軸で構成される座標平面においてＸは負の値、Ｙは正の値を取る領域であり、第三象限は、Ｘ軸とＹ軸で構成される座標平面においてＸもＹも共に負の値を取る領域であり、第四象限は、Ｘ軸とＹ軸で構成される座標平面においてＸは正の値、Ｙは負の値を取る領域である。
【0027】
より具体的には、第１の導管１６１の下端１６Ｂ１は、上方から見て（Ｚ軸の負方向を向いて）、シリコン融液Ｍの液面ＭＡの第一象限の領域内であって、Ｙ軸座標の絶対値が、引き上げ中のシリコン単結晶Ｓの直胴部の半径ＲＳを超えない領域に配置されている。
換言すれば、第１の導管１６１による粒状ドーパントの投下位置は、シリコン単結晶Ｓの直胴部の半径をＲＳ、投下位置のＹ軸座標の絶対値をＹａとすると、Ｙａ＜ＲＳを満たすように設定されている。
換言すれば、第１の導管１６１による粒状ドーパントの投下位置は、シリコン単結晶Ｓの直胴部の半径をＲＳ、投下位置のＹ軸座標の絶対値をＹａとすると、Ｙａ＜ＲＳを満たすように設定されている。
【0028】
さらに、石英ルツボ３Ａの内周面とシリコン単結晶Ｓの外周面との距離をＬとすると、第１の導管１６１の下端１６Ｂ１は、上方から見て、Ｘ軸とＹ軸で構成される座標平面において、原点を中心とした半径ＲＳ＋Ｌ／２の円よりも外側に配置されている。
【0029】
すなわち、第１の導管１６１による粒状ドーパントの投下位置は、Ｘ軸とＹ軸で構成される座標平面の第一象限内であって、Ｙ軸座標の絶対値が引き上げ中のシリコン単結晶Ｓの直胴部の半径ＲＳを超えない領域、かつ、Ｘ軸とＹ軸で構成される座標平面において、原点を中心とした半径ＲＳ＋Ｌ／２の円よりも外側の領域Ｔ１に設定されている。
【0030】
同様に、第２の導管１６２による粒状ドーパントの投下位置（第２の導管１６２の下端１６Ｂ２）は、Ｘ軸とＹ軸で構成される座標平面の第二象限内であって、Ｙ軸座標の絶対値Ｙａが引き上げ中のシリコン単結晶Ｓの直胴部の半径ＲＳを超えない領域、かつ、Ｘ軸とＹ軸で構成される座標平面において、原点を中心とした半径ＲＳ＋Ｌ／２の円よりも外側の領域Ｔ２に設定されている。
第３の導管１６３による粒状ドーパントの投下位置（第３の導管１６３の下端１６Ｂ３）は、Ｘ軸とＹ軸で構成される座標平面の第三象限内であって、Ｙ軸座標の絶対値Ｙａが引き上げ中のシリコン単結晶Ｓの直胴部の半径ＲＳを超えない領域、かつ、Ｘ軸とＹ軸で構成される座標平面において、原点を中心とした半径ＲＳ＋Ｌ／２の円よりも外側の領域Ｔ３に設定されている。
第４の導管１６４による粒状ドーパントの投下位置（第４の導管１６４の下端１６Ｂ４）は、Ｘ軸とＹ軸で構成される座標平面の第四象限内であって、Ｙ軸座標の絶対値Ｙａが引き上げ中のシリコン単結晶Ｓの直胴部の半径ＲＳを超えない領域、かつ、Ｘ軸とＹ軸で構成される座標平面において、原点を中心とした半径ＲＳ＋Ｌ／２の円よりも外側の領域Ｔ４に設定されている。
第３の導管１６３による粒状ドーパントの投下位置（第３の導管１６３の下端１６Ｂ３）は、Ｘ軸とＹ軸で構成される座標平面の第三象限内であって、Ｙ軸座標の絶対値Ｙａが引き上げ中のシリコン単結晶Ｓの直胴部の半径ＲＳを超えない領域、かつ、Ｘ軸とＹ軸で構成される座標平面において、原点を中心とした半径ＲＳ＋Ｌ／２の円よりも外側の領域Ｔ３に設定されている。
第４の導管１６４による粒状ドーパントの投下位置（第４の導管１６４の下端１６Ｂ４）は、Ｘ軸とＹ軸で構成される座標平面の第四象限内であって、Ｙ軸座標の絶対値Ｙａが引き上げ中のシリコン単結晶Ｓの直胴部の半径ＲＳを超えない領域、かつ、Ｘ軸とＹ軸で構成される座標平面において、原点を中心とした半径ＲＳ＋Ｌ／２の円よりも外側の領域Ｔ４に設定されている。
【0031】
制御装置１８は、投下位置選択装置１７と電気的に接続されており、ドーパント収容部１５Ａから供給される粒状ドーパントを、４本の導管１６のうち少なくとも１本の導管１６に導くように、投下位置選択装置１７を制御する。
【0032】
引き上げ装置１は、シリコン融液Ｍの液面ＭＡの温度を測定する温度測定装置１２を備える。温度測定装置１２は、図１、図３に示すように、シリコン融液Ｍの液面ＭＡ上の２箇所の測定点Ｐ１，Ｐ２（Ｐ）を測定するために、２つの反射部１３および２つの放射温度計１４を有する。温度測定装置１２は制御装置１８と電気的に接続されている。
【0033】
反射部１３は、チャンバ２内部に設置されている。反射部１３は、図３に示すように、その下端からシリコン融液Ｍの液面ＭＡまでの距離（高さ）Ｋが６００ｍｍ以上５０００ｍｍ以下となるように設置されていることが好ましい。また、反射部１３は、反射面１３Ａと水平面Ｆとのなす角度θｆが４０°以上５０°以下となるように設置されていることが好ましい。このような構成によって、第１，第２の測定点Ｐ１，Ｐ２から、重力方向の反対方向にそれぞれ出射する輻射光ＲＬの入射角θ１および反射角θ２の和が、８０°以上１００°以下となる。
【0034】
反射部１３としては、耐熱性の観点から、一面を鏡面研磨して反射面１３Ａとしたシリコンミラーを用いることが好ましい。
放射温度計１４は、チャンバ２外部に設置されている。放射温度計１４は、チャンバ２に設けられた石英窓２Ａを介して入射される輻射光ＲＬを受光して、測定点Ｐの温度を非接触で測定する。
放射温度計１４は、チャンバ２外部に設置されている。放射温度計１４は、チャンバ２に設けられた石英窓２Ａを介して入射される輻射光ＲＬを受光して、測定点Ｐの温度を非接触で測定する。
【0035】
なお、詳述はしないが、制御装置１８は、ヒーター４、磁場印加装置５、支持軸６などに接続され、それぞれを制御している。
【0036】
図２に示すように、第１の測定点Ｐ１および第２の測定点Ｐ２は、ルツボ３の中心軸Ａを含み、かつ、磁場方向ＭＤと直交する仮想面Ｆ１上に設定されている。第１の測定点Ｐ１と第２の測定点Ｐ２とは、中心軸Ａに対して対称をなす位置に設定されている。
温度測定装置１２は、中心軸Ａから第１の測定点Ｐ１までの距離をＲ１、中心軸Ａから第２の測定点Ｐ２までの距離をＲ２、石英ルツボ３Ａの内径の半径をＲＣとした場合、第１の測定点Ｐ１は以下の式（１）を、第２の測定点Ｐ２は以下の式（２）を満たす位置に設定することが好ましい。
０．３７５≦Ｒ１／ＲＣ＜１ … （１）
０．３７５≦Ｒ２／ＲＣ＜１ … （２）
Ｒ１／ＲＣの値と、Ｒ２／ＲＣの値とは同じであってもよいし、異なっていてもよい。
温度測定装置１２は、中心軸Ａから第１の測定点Ｐ１までの距離をＲ１、中心軸Ａから第２の測定点Ｐ２までの距離をＲ２、石英ルツボ３Ａの内径の半径をＲＣとした場合、第１の測定点Ｐ１は以下の式（１）を、第２の測定点Ｐ２は以下の式（２）を満たす位置に設定することが好ましい。
０．３７５≦Ｒ１／ＲＣ＜１ … （１）
０．３７５≦Ｒ２／ＲＣ＜１ … （２）
Ｒ１／ＲＣの値と、Ｒ２／ＲＣの値とは同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【0037】
〔対流の回転方向〕
本発明者らは、図４および図５に示すように、石英ルツボ３Ａ中に固体の多結晶シリコン原料を投入して、融解した後、水平磁場を印加すると、シリコン融液Ｍ中に対流ＣＦが生じることを知見した。以下、対流ＣＦのメカニズムについて説明する。図４は、シリコン単結晶Ｓの回転方向および対流ＣＦの回転方向を説明する模式図である。
本発明者らは、図４および図５に示すように、石英ルツボ３Ａ中に固体の多結晶シリコン原料を投入して、融解した後、水平磁場を印加すると、シリコン融液Ｍ中に対流ＣＦが生じることを知見した。以下、対流ＣＦのメカニズムについて説明する。図４は、シリコン単結晶Ｓの回転方向および対流ＣＦの回転方向を説明する模式図である。
【0038】
対流ＣＦは、シリコン融液Ｍの液面ＭＡとルツボ３の底面との中間で、磁場方向ＭＤに延びる仮想軸線Ｖを中心にシリコン融液Ｍが仮想軸線Ｖ回りに流動するロール状の流れである。シリコン融液Ｍは、対流ＣＦが生じることによって安定状態となる。
対流ＣＦの回転方向は、図４および図５（Ａ）に示すように、ＸＹＺ直交座標系において、原点を含み磁場方向ＭＤに直交する磁場直交断面上で、Ｙ軸の正方向を向いて時計回り（ＣＷ）が優勢となる場合と、図４および図５（Ｂ）に示すように、反時計回り（ＣＣＷ）が優勢となる場合の２つのパターンがあった。
対流ＣＦの回転方向は、図４および図５（Ａ）に示すように、ＸＹＺ直交座標系において、原点を含み磁場方向ＭＤに直交する磁場直交断面上で、Ｙ軸の正方向を向いて時計回り（ＣＷ）が優勢となる場合と、図４および図５（Ｂ）に示すように、反時計回り（ＣＣＷ）が優勢となる場合の２つのパターンがあった。
【0039】
このような現象の発生は、発明者らは、以下のメカニズムによるものであると推測した。
まず、水平磁場を印加せず、石英ルツボ３Ａを回転させない状態では、石英ルツボ３Ａの外周近傍でシリコン融液Ｍが加熱されるため、シリコン融液Ｍの底部から液面ＭＡに向かう上昇方向の流れが生じる。上昇したシリコン融液Ｍは、シリコン融液Ｍの液面ＭＡで冷却され、石英ルツボ３Ａの中心で石英ルツボ３Ａの底部に戻り、下降方向の流れが生じる。
まず、水平磁場を印加せず、石英ルツボ３Ａを回転させない状態では、石英ルツボ３Ａの外周近傍でシリコン融液Ｍが加熱されるため、シリコン融液Ｍの底部から液面ＭＡに向かう上昇方向の流れが生じる。上昇したシリコン融液Ｍは、シリコン融液Ｍの液面ＭＡで冷却され、石英ルツボ３Ａの中心で石英ルツボ３Ａの底部に戻り、下降方向の流れが生じる。
【0040】
外周部分で上昇し、中央部分で下降する流れが生じた状態では、熱対流による不安定性により下降流の位置は無秩序に移動し、中心からずれる。このような下降流は、シリコン融液Ｍの液面ＭＡにおける下降流に対応する部分の温度が最も低く、液面ＭＡの外側に向かうにしたがって温度が徐々に高くなる温度分布によって発生する。
例えば、図６（Ａ）の状態では、中心が石英ルツボ３Ａの回転中心からずれた第１の領域Ａ１の温度が最も低く、その外側に位置する第２の領域Ａ２、第３の領域Ａ３、第４の領域Ａ４、第５の領域Ａ５の順に温度が高くなっている。
例えば、図６（Ａ）の状態では、中心が石英ルツボ３Ａの回転中心からずれた第１の領域Ａ１の温度が最も低く、その外側に位置する第２の領域Ａ２、第３の領域Ａ３、第４の領域Ａ４、第５の領域Ａ５の順に温度が高くなっている。
【0041】
そして、図６（Ａ）の状態で、水平磁場を磁場方向ＭＤに印加すると、石英ルツボ３Ａの上方から見たときの下降流ＤＦの回転が徐々に拘束され、図６（Ｂ）に示すように、磁場方向ＭＤと直交する水平方向にオフセットした位置に拘束される。
なお、下降流ＤＦの回転が拘束されるのは、シリコン融液Ｍに作用する水平磁場の強度が特定強度よりも大きくなってからと考えられる。このため、下降流ＤＦの回転は、水平磁場の印加開始直後には拘束されず、印加開始から所定時間経過後に拘束される。
なお、下降流ＤＦの回転が拘束されるのは、シリコン融液Ｍに作用する水平磁場の強度が特定強度よりも大きくなってからと考えられる。このため、下降流ＤＦの回転は、水平磁場の印加開始直後には拘束されず、印加開始から所定時間経過後に拘束される。
【0042】
一般に磁場印加によるシリコン融液Ｍ内部の流動変化は、以下の式（３）で得られる無次元数であるMagnetic Number Mで表されることが報告されている（Jpn. J. Appl. Phys., Vol.33(1994) Part.2 No.4A, pp.L487-490）。
【0043】
【数1】
【0044】
式（３）において、σはシリコン融液Ｍの電気伝導度、Ｂ０は印加した磁束密度、ｈはシリコン融液Ｍの深さ、ρはシリコン融液Ｍの密度、ｖ０は無磁場でのシリコン融液Ｍの平均流速である。
本実施形態において、下降流ＤＦの回転が拘束される水平磁場の特定強度の最小値は、０．０１テスラであることがわかった。０．０１テスラでのMagnetic Numberは１．９０４である。本実施の形態とは異なるシリコン融液Ｍの量や石英ルツボ３Ａの径においても、Magnetic Numberが１．９０４となる磁場強度（磁束密度）から、磁場による下降流ＤＦの拘束効果（制動効果）が発生すると考えられる。
本実施形態において、下降流ＤＦの回転が拘束される水平磁場の特定強度の最小値は、０．０１テスラであることがわかった。０．０１テスラでのMagnetic Numberは１．９０４である。本実施の形態とは異なるシリコン融液Ｍの量や石英ルツボ３Ａの径においても、Magnetic Numberが１．９０４となる磁場強度（磁束密度）から、磁場による下降流ＤＦの拘束効果（制動効果）が発生すると考えられる。
【0045】
図６（Ｂ）に示す状態から水平磁場の強度をさらに大きくすると、図６（Ｃ）に示すように、下降流ＤＦの右側と左側における上昇方向の流れの大きさが変化し、図６（Ｃ）であれば、下降流ＤＦの左側の上昇方向の流れが優勢になる。
最後に、磁場強度が０．２テスラになると、図６（Ｄ）に示すように、下降流ＤＦの右側の上昇方向の流れが消え去り、左側が上昇方向の流れ、右側が下降方向の流れとなり、時計回り（ＣＷ）の対流ＣＦとなる。時計回りの対流ＣＦの状態では、図５（Ａ）に示すように、磁場直交断面において、シリコン融液Ｍにおける右側領域ＲＲから左側領域ＬＲに向かうにしたがって、温度が徐々に高くなっている。
一方、図６（Ａ）の最初の下降流ＤＦの位置を石英ルツボ３Ａの回転方向に１８０°ずらせば、下降流ＤＦは、図６（Ｃ）とは位相が１８０°ずれた左側の位置で拘束され、反時計回り（ＣＣＷ）の対流ＣＦとなる。反時計回りの対流ＣＦの状態では、図５（Ｂ）に示すように、シリコン融液Ｍにおける右側領域ＲＲから左側領域ＬＲに向かうにしたがって、温度が徐々に低くなっている。
このような時計回りや反時計回りのシリコン融液Ｍの対流ＣＦは、水平磁場の強度を０．２テスラ未満にしない限り、維持される。
最後に、磁場強度が０．２テスラになると、図６（Ｄ）に示すように、下降流ＤＦの右側の上昇方向の流れが消え去り、左側が上昇方向の流れ、右側が下降方向の流れとなり、時計回り（ＣＷ）の対流ＣＦとなる。時計回りの対流ＣＦの状態では、図５（Ａ）に示すように、磁場直交断面において、シリコン融液Ｍにおける右側領域ＲＲから左側領域ＬＲに向かうにしたがって、温度が徐々に高くなっている。
一方、図６（Ａ）の最初の下降流ＤＦの位置を石英ルツボ３Ａの回転方向に１８０°ずらせば、下降流ＤＦは、図６（Ｃ）とは位相が１８０°ずれた左側の位置で拘束され、反時計回り（ＣＣＷ）の対流ＣＦとなる。反時計回りの対流ＣＦの状態では、図５（Ｂ）に示すように、シリコン融液Ｍにおける右側領域ＲＲから左側領域ＬＲに向かうにしたがって、温度が徐々に低くなっている。
このような時計回りや反時計回りのシリコン融液Ｍの対流ＣＦは、水平磁場の強度を０．２テスラ未満にしない限り、維持される。
【0046】
〔シリコン単結晶の育成方法〕
次に、本実施形態のシリコン単結晶の引き上げ装置１を用いたシリコン単結晶の育成方法について説明する。本実施形態のシリコン単結晶の育成方法は、粒状ドーパントの投下位置を考慮して行われるものである。
シリコン単結晶の育成方法は、加熱工程と、引き上げ工程と、磁場印加工程と、温度測定工程と、対流回転方向推定工程と、ドーパント投下工程と、をこの順序で有する。なお、工程の順序については、適宜変更してもよい。
次に、本実施形態のシリコン単結晶の引き上げ装置１を用いたシリコン単結晶の育成方法について説明する。本実施形態のシリコン単結晶の育成方法は、粒状ドーパントの投下位置を考慮して行われるものである。
シリコン単結晶の育成方法は、加熱工程と、引き上げ工程と、磁場印加工程と、温度測定工程と、対流回転方向推定工程と、ドーパント投下工程と、をこの順序で有する。なお、工程の順序については、適宜変更してもよい。
【0047】
加熱工程は、チャンバ２内を減圧下の不活性ガス雰囲気に維持した状態で、ルツボ３を回転させるとともに、無磁場状態でルツボ３内のシリコン原料を溶融するとともに、シリコン融液Ｍを加熱する工程である。
引き上げ工程は、シリコン単結晶Ｓを回転させながら引き上げる工程である。
磁場印加工程は、シリコン融液Ｍの温度を保持しながら磁場印加装置５を制御して、回転している石英ルツボ３Ａ内のシリコン融液Ｍに対して水平磁場を印加する工程である。
水平磁場が印加されることによって、シリコン融液Ｍに、図５（Ａ）に示すような磁場直交断面で時計回り（ＣＷ）の対流ＣＦ、または、図５（Ｂ）に示すような反時計回り（ＣＣＷ）の対流ＣＦが発生する。
引き上げ工程は、シリコン単結晶Ｓを回転させながら引き上げる工程である。
磁場印加工程は、シリコン融液Ｍの温度を保持しながら磁場印加装置５を制御して、回転している石英ルツボ３Ａ内のシリコン融液Ｍに対して水平磁場を印加する工程である。
水平磁場が印加されることによって、シリコン融液Ｍに、図５（Ａ）に示すような磁場直交断面で時計回り（ＣＷ）の対流ＣＦ、または、図５（Ｂ）に示すような反時計回り（ＣＣＷ）の対流ＣＦが発生する。
【0048】
温度測定工程は、図３および図５に示すように、対流ＣＦの回転方向が固定された後、温度測定装置１２によってシリコン融液Ｍの液面ＭＡの温度を測定する工程である。なお、対流ＣＦの回転方向が固定されたことは、例えば、水平磁場の印加開始からの経過時間に基づいて判断することができる。
【0049】
対流回転方向推定工程は、温度測定装置１２によって測定された温度に基づいて、対流ＣＦの回転方向を推定する工程である。
制御装置１８は、第１の測定点Ｐ１の温度が第２の測定点Ｐ２の温度よりも高い場合、磁場直交断面で時計回り（ＣＷ）の対流ＣＦが発生していると推定し、第１の測定点Ｐ１の温度が第２の測定点Ｐ２の温度よりも低い場合、磁場直交断面で反時計回り（ＣＣＷ）の対流ＣＦが発生していると推定する。
制御装置１８は、第１の測定点Ｐ１の温度が第２の測定点Ｐ２の温度よりも高い場合、磁場直交断面で時計回り（ＣＷ）の対流ＣＦが発生していると推定し、第１の測定点Ｐ１の温度が第２の測定点Ｐ２の温度よりも低い場合、磁場直交断面で反時計回り（ＣＣＷ）の対流ＣＦが発生していると推定する。
【0050】
ドーパント投下工程は、シリコン単結晶Ｓの直胴部の引き上げ中にシリコン融液Ｍ中に粒状ドーパントを投下する工程である。ドーパント投下工程では、粒状ドーパントの投下位置を、シリコン融液Ｍの液面ＭＡにおいてシリコン単結晶Ｓの直胴部から離れる流れが支配的な領域上に設定する。具体的には、ドーパント投下工程では、シリコン単結晶Ｓの回転方向および対流ＣＦの回転方向に基づいて、以下の表１に示すようなルールで粒状ドーパントの投下位置を設定する。
【0051】
【表1】
【0052】
すなわち、制御装置１８は、対流ＣＦの回転方向が時計回りであり、かつ、シリコン単結晶Ｓの回転方向が時計回りである場合に、第４の導管１６４に粒状ドーパントを導入するように投下位置選択装置１７を制御する。これにより、粒状ドーパントの投下位置は、Ｘ軸とＹ軸で構成される座標平面の第四象限内であって、Ｙ軸座標の絶対値が引き上げ中のシリコン単結晶Ｓの直胴部の半径ＲＳを超えない領域、かつ、Ｘ軸とＹ軸で構成される座標平面において、原点を中心とした半径ＲＳ＋Ｌ／２の円よりも外側の領域Ｔ４に設定される。
【0053】
制御装置１８は、対流ＣＦの回転方向が反時計回りであり、かつ、シリコン単結晶Ｓの回転方向が反時計回りである場合に、第１の導管１６１に粒状ドーパントを導入するように投下位置選択装置１７を制御する。これにより、粒状ドーパントの投下位置は、Ｘ軸とＹ軸で構成される座標平面の第一象限内であって、Ｙ軸座標の絶対値が引き上げ中のシリコン単結晶Ｓの直胴部の半径ＲＳを超えない領域、かつ、Ｘ軸とＹ軸で構成される座標平面において、原点を中心とした半径ＲＳ＋Ｌ／２の円よりも外側の領域Ｔ１に設定される。
【0054】
制御装置１８は、対流ＣＦの回転方向が反時計回りであり、かつ、シリコン単結晶Ｓの回転方向が時計回りである場合に、第２の導管１６２に粒状ドーパントを導入するように投下位置選択装置１７を制御する。これにより、粒状ドーパントの投下位置は、Ｘ軸とＹ軸で構成される座標平面の第二象限内であって、Ｙ軸座標の絶対値が引き上げ中のシリコン単結晶Ｓの直胴部の半径ＲＳを超えない領域、かつ、Ｘ軸とＹ軸で構成される座標平面において、原点を中心とした半径ＲＳ＋Ｌ／２の円よりも外側の領域Ｔ２に設定される。
【0055】
制御装置１８は、前記対流ＣＦの回転方向が時計回りであり、かつ、シリコン単結晶Ｓの回転方向が反時計回りである場合に、第３の導管１６３に粒状ドーパントを導入するように投下位置選択装置１７を制御する。これにより、粒状ドーパントの投下位置は、Ｘ軸とＹ軸で構成される座標平面の第三象限内であって、Ｙ軸座標の絶対値が引き上げ中のシリコン単結晶Ｓの直胴部の半径ＲＳを超えない領域、かつ、Ｘ軸とＹ軸で構成される座標平面において、原点を中心とした半径ＲＳ＋Ｌ／２の円よりも外側の領域Ｔ３に設定される。
【0056】
次いで、設定された投下位置（導管１６）より粒状ドーパントが投下され、シリコン融液Ｍにドーパントが添加される。
【0057】
次に、上記実施形態の効果について説明する。以下の説明では、図７に示すように、対流ＣＦの回転方向が反時計回り（ＣＣＷ）であり、かつ、シリコン単結晶Ｓの回転方向ＲＤが時計回り（ＣＷ）である場合に、投下位置を領域Ｔ２とすることによる効果について説明する。
対流ＣＦの回転方向が反時計回りであるとすると、シリコン融液Ｍの液面ＭＡにおいては、図８の矢印ＦＬ１～ＦＬ３で示すような流れが生じる。このうち、矢印ＦＬ２で示す流れは、シリコン単結晶Ｓに向かう流れであり、矢印ＦＬ３で示す流れは、シリコン単結晶Ｓから離れる流れである。
対流ＣＦの回転方向が反時計回りであるとすると、シリコン融液Ｍの液面ＭＡにおいては、図８の矢印ＦＬ１～ＦＬ３で示すような流れが生じる。このうち、矢印ＦＬ２で示す流れは、シリコン単結晶Ｓに向かう流れであり、矢印ＦＬ３で示す流れは、シリコン単結晶Ｓから離れる流れである。
【0058】
ここで、矢印ＦＬ２で示す流れの中に粒状ドーパントを投下した場合、粒状ドーパントが溶融する前に、シリコン単結晶Ｓに到達することがある。粒状ドーパントが溶融することなくシリコン単結晶Ｓに到達すると、有転位化の原因となる。
一方、矢印ＦＬ３で示す流れの中に粒状ドーパントを投下すると、粒状ドーパントは、シリコン単結晶Ｓに向かうことなく、ルツボ３内壁面に向かって流れた後、ルツボ３の底面に向かって潜り込むように流れる。これにより、粒状ドーパントが溶融することなくシリコン単結晶Ｓに到達することを防止することができる。
一方、矢印ＦＬ３で示す流れの中に粒状ドーパントを投下すると、粒状ドーパントは、シリコン単結晶Ｓに向かうことなく、ルツボ３内壁面に向かって流れた後、ルツボ３の底面に向かって潜り込むように流れる。これにより、粒状ドーパントが溶融することなくシリコン単結晶Ｓに到達することを防止することができる。
【0059】
また、鉛直方向上方から見たシリコン単結晶Ｓの回転方向ＲＤが時計回りであるとすると、粒状ドーパントの投下位置は、第二象限とすることが好ましい。第二象限に粒状ドーパントを投下すると、粒状ドーパントが、シリコン単結晶Ｓの回転に伴う流れに乗って、シリコン単結晶Ｓから離れる方向に流されるからである。
【0060】
さらに、粒状ドーパントの投下位置は、シリコン単結晶Ｓの外周面から離隔していることが好ましい。粒状ドーパントの投入位置がシリコン単結晶Ｓに近いと、溶融前の粒状ドーパントがシリコン単結晶Ｓに到達する恐れがあるからである。
よって、図７に示すように、領域Ｔ２が原点を中心とした半径ＲＳ＋Ｌ／２の円よりも外側に設定されていることによっても粒状ドーパントが溶融することなくシリコン単結晶Ｓに到達することを防止することができる。
よって、図７に示すように、領域Ｔ２が原点を中心とした半径ＲＳ＋Ｌ／２の円よりも外側に設定されていることによっても粒状ドーパントが溶融することなくシリコン単結晶Ｓに到達することを防止することができる。
【0061】
なお、投下位置は、図７に示す領域Ｔ２に限ることはない。すなわち、シリコン融液Ｍの液面ＭＡにおいてシリコン単結晶Ｓの直胴部から離れる流れが支配的な領域上であれば、領域は適宜変更してもよい。例えば、図７に示す領域Ｔ２よりもシリコン単結晶Ｓに近い位置に粒状ドーパントを投下してもよい。
【0062】
また、本実施形態の引き上げ装置１は、導管１６が４本あることによって、投下位置をより確実にシリコン融液Ｍの流れ方向が直胴部から離れる流れが支配的な領域とすることができる。
【0063】
〔他の実施形態〕
なお、上記実施形態では、ドーパント投下装置１５として、複数の導管１６を有し、第一象限から第四象限まで、全ての象限に粒状ドーパントを投下可能な装置を用いたがこれに限ることはない。
ドーパント投下装置１５を、例えば、２本の導管１６を有する装置とし、対流ＣＦの回転方向のみに基づいて粒状ドーパントの投下位置を設定する構成としてもよい。換言すれば、第一象限から第四象限まで、全ての象限に粒状ドーパントを投下可能な装置とする必要はない。
なお、上記実施形態では、ドーパント投下装置１５として、複数の導管１６を有し、第一象限から第四象限まで、全ての象限に粒状ドーパントを投下可能な装置を用いたがこれに限ることはない。
ドーパント投下装置１５を、例えば、２本の導管１６を有する装置とし、対流ＣＦの回転方向のみに基づいて粒状ドーパントの投下位置を設定する構成としてもよい。換言すれば、第一象限から第四象限まで、全ての象限に粒状ドーパントを投下可能な装置とする必要はない。
【0064】
また、１本の導管１６を移動可能に設け、導管１６を所望の象限位置に移動させる構成としてもよい。
また、ドーパント投下装置１５を、例えば、１本の導管１６を有し、第一象限から第四象限のうち一つの象限のみに粒状ドーパントを投入する装置としてもよい。
このような形態の引き上げ装置を用いてシリコン単結晶Ｓの引き上げ中に粒状ドーパントを投下する場合、投下位置がシリコン融液Ｍの液面ＭＡにおいてシリコン単結晶Ｓの直胴部から離れる流れが支配的な領域上となるまで、磁場印加装置５による水平磁場の印加を繰り返せばよい。
また、ドーパント投下装置１５を、例えば、１本の導管１６を有し、第一象限から第四象限のうち一つの象限のみに粒状ドーパントを投入する装置としてもよい。
このような形態の引き上げ装置を用いてシリコン単結晶Ｓの引き上げ中に粒状ドーパントを投下する場合、投下位置がシリコン融液Ｍの液面ＭＡにおいてシリコン単結晶Ｓの直胴部から離れる流れが支配的な領域上となるまで、磁場印加装置５による水平磁場の印加を繰り返せばよい。
【実施例】
【0065】
次に、本発明の実施例および比較例について説明する。なお、本発明は実施例に限定されるものではない。
実施例および比較例では、図１に示すような引き上げ装置１を用いて、直径３００ｍｍのシリコン単結晶Ｓを引き上げ中に、ドーパント投下装置１５を用いてシリコン融液Ｍ中に粒状ドーパントを投下し、シリコン単結晶Ｓの有転位化率を比較した。
実施例および比較例では、図１に示すような引き上げ装置１を用いて、直径３００ｍｍのシリコン単結晶Ｓを引き上げ中に、ドーパント投下装置１５を用いてシリコン融液Ｍ中に粒状ドーパントを投下し、シリコン単結晶Ｓの有転位化率を比較した。
【0066】
〔実施例１～４／比較例１～４〕
実施例１～４では、粒状ドーパントの投下位置を実施形態と同様とした。
比較例１～４では、粒状ドーパントの投下位置を実施形態と異なるものとした。一例として、実施例１では、対流ＣＦの回転方向が時計回りであり、かつ、シリコン単結晶Ｓの回転方向が時計回りである場合に、第四象限に粒状ドーパントを投下しているが、比較例１では、第三象限に粒状ドーパントを投下した。
また、実施例１～４、比較例１～４では、投下位置のＹ軸座標の絶対値がシリコン単結晶Ｓの半径より大きくなるように設定した。すなわち、実施例１～４、比較例１～４では、図８の矢印ＦＬ１で示す流れの中に粒状ドーパントを投下した。
実施例１～４では、粒状ドーパントの投下位置を実施形態と同様とした。
比較例１～４では、粒状ドーパントの投下位置を実施形態と異なるものとした。一例として、実施例１では、対流ＣＦの回転方向が時計回りであり、かつ、シリコン単結晶Ｓの回転方向が時計回りである場合に、第四象限に粒状ドーパントを投下しているが、比較例１では、第三象限に粒状ドーパントを投下した。
また、実施例１～４、比較例１～４では、投下位置のＹ軸座標の絶対値がシリコン単結晶Ｓの半径より大きくなるように設定した。すなわち、実施例１～４、比較例１～４では、図８の矢印ＦＬ１で示す流れの中に粒状ドーパントを投下した。
【0067】
〔評価〕
本発明の実施形態と同様に、対流ＣＦの回転方向およびシリコン単結晶Ｓの回転方向を考慮して粒状ドーパントの投下位置を設定した実施例１～４は、対流ＣＦの回転方向およびシリコン単結晶Ｓの回転方向を考慮することなく粒状ドーパントの投下位置を設定した比較例１～４と比較して、有転位化率が著しく低くなった。
以上のことから、対流ＣＦの回転方向およびシリコン単結晶Ｓの回転方向を考慮して、粒状ドーパントの投下位置を、シリコン融液Ｍの液面ＭＡにおいてシリコン単結晶Ｓの直胴部から離れる流れが支配的な領域上に設定することによって、有転位化率を低くすることができることが確認できた。
本発明の実施形態と同様に、対流ＣＦの回転方向およびシリコン単結晶Ｓの回転方向を考慮して粒状ドーパントの投下位置を設定した実施例１～４は、対流ＣＦの回転方向およびシリコン単結晶Ｓの回転方向を考慮することなく粒状ドーパントの投下位置を設定した比較例１～４と比較して、有転位化率が著しく低くなった。
以上のことから、対流ＣＦの回転方向およびシリコン単結晶Ｓの回転方向を考慮して、粒状ドーパントの投下位置を、シリコン融液Ｍの液面ＭＡにおいてシリコン単結晶Ｓの直胴部から離れる流れが支配的な領域上に設定することによって、有転位化率を低くすることができることが確認できた。
【0068】
【表2】
【0069】
〔実施例５～８／比較例５～８〕
実施例５～８では、粒状ドーパントの投下位置を実施形態と同様とした。
比較例５～８では、粒状ドーパントの投下位置を実施形態と異なるものとした。
また、実施例５～８、比較例５～８では、投入位置を、投下位置のＹ軸座標の絶対値がシリコン単結晶Ｓの半径を超えないように設定した。すなわち、実施例５～８、比較例５～８では、図８の矢印ＦＬ２、ＦＬ３で示す流れの中に粒状ドーパントを投下した。
実施例５～８では、粒状ドーパントの投下位置を実施形態と同様とした。
比較例５～８では、粒状ドーパントの投下位置を実施形態と異なるものとした。
また、実施例５～８、比較例５～８では、投入位置を、投下位置のＹ軸座標の絶対値がシリコン単結晶Ｓの半径を超えないように設定した。すなわち、実施例５～８、比較例５～８では、図８の矢印ＦＬ２、ＦＬ３で示す流れの中に粒状ドーパントを投下した。
【0070】
〔評価〕
実施例１～４／比較例１～４と同様に、対流ＣＦの回転方向およびシリコン単結晶Ｓの回転方向を考慮することで、有転位化率が低くなった。また、投入位置を、投下位置のＹ軸座標の絶対値がシリコン単結晶Ｓの半径を超えないように設定することで、さらに有転位化率を低くすることができた。
実施例１～４／比較例１～４と同様に、対流ＣＦの回転方向およびシリコン単結晶Ｓの回転方向を考慮することで、有転位化率が低くなった。また、投入位置を、投下位置のＹ軸座標の絶対値がシリコン単結晶Ｓの半径を超えないように設定することで、さらに有転位化率を低くすることができた。
【0071】
【表3】
【符号の説明】
【0072】
１…引き上げ装置、２…チャンバ、３…ルツボ、４…ヒーター、５…磁場印加装置、１２…温度測定装置、１５…ドーパント投下装置、１６…導管、１７…投下位置選択装置、１８…制御装置、ＣＦ…対流、Ｍ…シリコン融液、ＭＤ…磁場方向、Ｓ…シリコン単結晶、Ｔ１～Ｔ４…領域。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】