JPH01131094A - Ｆｚ用高周波誘導加熱コイル及び該コイルを用いた半導体単結晶製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、ＦＺ用高周波誘導加熱コイル及び該コイルを
用いた半導体単結晶製造方法に関する。

「従来の技術」 従来より、上軸に棒状原料多結晶を、下軸に直径の小さ
い単結晶の種を保持し、前記原料多結晶先端周囲に囲繞
した高周波誘導加熱コイルにより多結晶の一端を溶融し
前記種結晶に融着して種付けした後、種絞りにより無転
移化しつつ前記コイルと多結晶を相対的に回転且つ軸線
方向に相対移動させながら前記半導体棒を帯域溶融させ
て棒状半導体単結晶の製造を行う単結晶製造方法は公知
であり、この種の製造方法において高品質で且つ大口径
の単結晶を製造するには、加熱コイルより発生する磁界
を挟小城に集中して作用させて、前記棒状原料多結晶の
溶融すべき帯域を軸方向に狭幅溶融させる事が必要であ
り、又一方帯域溶融後の半導体を不純物のバラツキ等が
なく安定して単結晶に成長させるには前記浮遊帯域と接
する単結晶成長界面近傍に作用させる磁界の強度を制御
して、該界面近傍領域の温度勾配を緩やかになる様調節
することが要請される。

かかる相反する要請を満足する為に従来より前記高周波
誘導加熱コイルの内径、外径、断面形状等を種々選択さ
せていた。

しかしながら、近年のように製造すべき単結晶の大口径
化が進むに連れ、前記棒状原料多結晶の溶融帯域の溶融
時間を圧縮させるために、前記単巻ＦＺ用高周波誘導加
熱コイルの偏平化と小内径化を図り、前記浮遊帯域への
磁界集中性を一層向上させているが、このようにコイル
の偏平化と小内径化を図れば図る程、該浮遊帯域の下側
に位置する単結晶化始端側に付加すべき磁界の分布をバ
ランスよ〈制御させるのが困難になってきた。

更に前記のように前記単巻ＦＺ用高周波誘導加熱コイル
においては、第３図に示すようにその形状の特性からし
て浮遊帯域芯体側ＩＡＩに多くの磁界が集中し、該芯体
側ＩＡＩに比較してその周縁側、言い変えれば加熱コイ
ル上面１０Ａ側に位置する多結晶加熱域肩部ＩＡ２付近
の加熱溶融力が低下し、これは前記コイル１０の一層の
偏平化と小内径化を図れば図る程著しく、前記多結晶加
熱域肩部ＩＡ２　とともに単結晶化始端側の加熱につい
ても局部的に行われて結晶品質が低下したり、又加熱力
の弱い多結晶加熱域の肩部ＩＡ２に局部的な未溶融が突
起状に出来る場合がある。

そしてこのような、未溶融突部が一度出来るとアルゴン
ガス等の保護ガスの巻き込み対流により局部的に冷却さ
れて、時間の経過と共に「つらら」状に取残され、いわ
ゆる「鼻当１ａＪが発生することになる。

そしてこのような「鼻当１ａＪが生じると、前記加熱コ
イル１０はその内径を原料多結晶ＩＢ外径より小に形成
している為に、単結晶化工程の進行に伴ない前記コイル
１０を半導体棒の多結晶加熱域側に相対移動させた場合
前記加熱コイル１０が「奔出１ａＪ先端に衝突し該コイ
ル１０を通過させるのが不可能になったり、又、「奔出
１ａＪ先端にコイル１０が接近した際両者間に好ましく
ない放電現象が起され、結果としてその位置で製造を中
止せざるを得ないという問題が生じる。

本発明は、かかる従来技術の欠点に鑑み、コイル表面に
おける高温領域からの輻射熱の反射効果を有効に利用し
て大口径化の単結晶を製造する場合においても、前記「
鼻当」を防止し浮遊帯域の加熱溶融と単結晶の育成成長
がバランスよく行われるようしたＦＺ用高周波誘導加熱
コイル及び該コイルを用いた半導体単結晶製造方法を提
供する事を目的とする。

「問題点を解決する為の手段」 本発明はかかる技術的課題を達成する為に、偏平状に形
成したコイル内径を溶解すべき原料多結晶ＩＢ直径より
小径にした点、及び例えば前記コイル二つの主面の内−
の主面１０Ａを鏡面状態に、他の主面１０Ｂ（以下前者
をコイル上面１０Ａ、後者をコイル下面１０Ｂという）
を非鏡面状態に形成して該コイル１０の二つの主面の熱
反射率を異ならした点、を構成要件とするＦＺ用高周波
誘導加熱コイル１０を提案する。

この場合、前記鏡面状態のコイル上面１０Ａの表面粗さ
は小さい方がよく、好ましくはＲｍａｘ５０　ｇ　ｒｓ
ｍ以下設定された研磨度とするのがよい。

又コイル下面１０Ｂを非鏡面状態にするには、例えば前
記コイル１０両主面を鏡面仕上げをした後、片面のみに
酸化被膜を施してもよく、又前記コイル１０両面を異な
る研磨手段にて研磨し、好ましくはコイル下面１０Ｂ　
（７）みをＲｍａ！５ｏ１１．１１以上、好ましくは７
０ｐｍ以上２００　ｐ、ｍ以下に設定する事により非鏡
面状態に形成してもよく、いずれの場合にも本発明の効
果が円滑に達成される。

尚、コイル下面１０Ｂの表面粗さをＲｍａｘ７０　ｐ、
　ｙａｍ以上設定した理由は、Ｒｍａｘ７０ＩＬｍ以上
に設定する事により鏡面状態にあるコイル上面１０Ａと
の間で有意差をもって低反射率に設定出来、半導体の単
結晶ＩＣ生成城との境界付近に不必要な加熱力が印加さ
れる事なく、該始端側ＩＡ３を緩やかに加熱させる事が
可能となり、一方コイル下面１０Ｂの表面粗さを２００
　ｐ、ｍ以上に設定すると、コイル１ｏに供給される高
周波電流はその特性からして表層付近に多く流れる為に
、表面粗さが２００　ｐ−ｍ以上では該コイル１０周方
向に流れる高周波電流の見掛は上の抵抗の変化度合いが
相当大になり、単結晶１ｃ生成域との境界付近に安定し
て高周波磁界を付勢する事が困難になる。

第２発明は、かかるコイルｌＯを用いた半導体単結晶の
製造方法を提案し、その特徴とする所は、原料多結晶Ｉ
Ｂ溶解側と対面するコイル上面１０Ａの熱反射効果を高
度に維持した状態で帯域溶融を行いつつ、一方結晶生成
側と対面するコイル下面１０Ｂに熱反射効果を低く維持
した状態で単結晶育成を行うようにした事にある。

尚、前記コイル上面１０Ａの熱反射効果を高度に維持す
るには例えばコイル上面１０Ａを鏡面仕上げを行い、又
熱反射効果を低く維持する手　段　とは、例えばコイル
下面１０Ｂに酸化被膜を付着せしめればよく、これによ
り熱反射効果の変動をも防止しながら単結晶育成を行う
事が出来、これにより一層高品質の単結晶の製造が可能
である。

「作用」 例えば前記第１発明によるコイル１ｏを用いて、浮遊帯
域溶融により半導体単結晶を製造する場合において、前
記コイル１０はコイル内径が原料多結晶ＩＢより小径に
形成されている為に、偏平状のコイル二つの主面が夫々
、原料多結晶ＩＢ溶解側と単結晶ＩＣ生成側に対面する
事になる。

そしてこの状態で前記コイル１０と多結晶ＩＢを相対的
に回転且つ軸線方向に相対移動させながら帯域溶融を行
うと、第１図に示すように浮遊帯域芯体側ＩＡＩに多く
の磁界２が集中し、該磁界２の電磁誘導効果により芯体
側ＩＡＩが十分加熱され、該帯域ＩＡが集中的に芯まで
溶融されるとともに、コイル１０原料多結晶ＩＢ溶解側
と対面するコイル上面１０Ａ側が鏡面状態にある為に、
十分加熱されている芯体側ＩＡＩの輻射熱３が前記コイ
ル上面１０Ａで反射して該加熱コイル上面１０Ａ側に位
置する多結晶加熱域肩部ＩＡ２付近に熱反射し、該熱反
射と磁気的効果の協同作用により加熱溶融力の低下を防
ぎ、局部的な未溶融部分の発生を防ぎ「奔出」の発生を
防止出来る。

一方結晶生成側と対面するコイル下面１０Ｂ側は、前記
コイル上面１０Ａ側に比して反射効果を大幅に低下させ
ている為に、帯域ＩＡ溶融後の半導体の単結晶ＩＣ生成
城との境界付近（単結晶１ｃ成長域の始端側ＩＡ３）に
不必要な加熱力が印加される事なく、該始端側ＩＡ３を
緩やかに加熱させる事をか可能となり、不純物のバラツ
キ等がなく安定して単結晶ＩＣを成長させるが出来、−
層の結晶品質の向上を図る事が出来る。

尚前記コイル１０を流れる高周波電流は、導体中の抵抗
の低い所、特にコイル１０表層側に多く流れるという性
質を有する為に、特に原料多結晶ＩＢ溶解側と対面する
側のコイル上面１０Ａを平滑化し、好ましくはその面粗
度を５０ＪＬ１１以下に設定する事により溶融すべき帯
域ＩＡへ付与される磁界強度が一層向上し、集中的に芯
体側ＩＡＩまで加熱溶融させる事が出来る。

「実施例」 以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に
詳しく説明する。ただしこの実施例に記載されている構
成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特
定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれのみに
限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

第２図は本発明の実施例に係る銅製の偏平加熱コイル装
置で、該装置は公知のように半径方向に沿うスリット空
隙１２を介してリング状に形成したコイル１０と、前記
スリット空隙１２を介して対峙している両端部外周壁上
に接続させた一対の給電管１１よりなり、そして前記コ
イル１０の内周径を溶融すべき原料多結晶ＩＢより小径
に形成し、且ら内周側に向は断面先細状に形成し、中心
側に向は磁界２が集中可使に形成するとともに、コイル
上面１０Ａを内周側に向は所定角度傾斜して形成し、後
記する浮遊帯域ＩＡ芯体側ＩＡＩで発生した輻射熱３が
前記コイル上面１０Ａ側で反射して該加熱コイル上面１
０Ａ側に位置する多結晶加熱域肩部ＩＡ２付近を加熱可
能に構成する。又該コイル１０の外周側断面内には前記
給電管１１と連通する空胴部１４が設けられており、該
空洞部内に給電管１１より導入された冷却液がコイル１
０周方向に循環可能に構成されている。

そしてこのようにして形成したコイルｌＯは板金加工、
溶接などの工程を経て製作される為に、表面に望ましく
ない異物が付着したり、又表面の変質が生じたり更には
部分的な面荒れが発生し、これを矯正する必要があるの
で、これを３５％の塩酸洗怖にてロー付は等で付着した
フラックス等を除去した後、粗粒の研磨材を用いてコイ
ル１０両面をパフ研磨により表面粗さＲｍａｘ７０〜２
００　ｐ、　ｍの非鏡面状態に仕上げた後、その後コイ
ル１０上面１０側Ａのみを再度細粒の研磨材を用いて表
面粗さＲｍａｘ５０ｐ、ｍ以下好ましくはＲｍａｘ２０
　ＩＬｍ以下にパフ研磨し、鏡面仕上げを行う。

尚、前記コイル１０は表面粗さＲｍａｘ？Ｏ〜２００　
ｐ、　ｍの非鏡面仕上げを行わずに、表面粗さＲｍａｘ
５０　ｇ　ｍ以下好ましくはＲｍａｘ２０　ｐ、　ｍ以
下に直接パフ研磨し、空気中で両面を加熱酸化処理して
酸化被膜１５を形成し、コイル１０上面ＩＯ側Ａのみを
化学研磨及び／又は再度パフ研磨仕」−げを行ってもよ
い。

次に前記コイル１０を夫々純水とアルコールにて順次洗
浄した後、クリーンルームにて自然乾燥を行う。

次にこのようにして形成したコイル１０両面における輻
射熱３の熱吸収率を測定した所、コイル上面１０Ａ側の
鏡面仕上げ面の吸収率が０．０５であるのに対し、コイ
ル１０裏面１０Ｂの酸化被膜１５形成面では吸収率が０
．６と、コイル上面１０Ａ側の反射効果が極めて大であ
る事が確認された。

次に公知のように上軸に棒状原料多結晶を、下軸に直径
の小さい単結晶の種を保持し、前記加熱コイル１０を原
料多結晶先端周囲に囲繞した状態で、該加熱コイル１０
に高周波電流を流しながら多結晶の一端を溶融し前記種
結晶に融着して種付けした後、種絞りにより無転移化し
つつ前記コイル１０と多結晶を相対的に回転且つ軸線方
向に相対移動させて、第１図に示すように前記半導体棒
を帯域溶融させながら半導体単結晶の製造を行った。

かかる製造状態を外部より目視で確認していると、前記
偏平状のコイル１０は内周径が原料多結晶ＩＢより小径
に形成されている為に、該コイル１０両主面が夫々、原
料多結晶ＩＢ溶解側と単結晶生成側に対面しながら帯域
溶融されるとともに、特に第１図に示すようにコイル１
０内周側に位置する浮遊帯域芯体側ＩＡＩに多くの磁界
２が集中し、該磁気的効果により芯体側ＩＡＩが集中的
に芯まで溶融されるのが確認出来た。モして該芯体側Ｉ
ＡＩで発生した輻射熱３は鏡面状態にある前記コイル上
面１０Ａで反射して該加熱コイル上面１０Ａ側に位置す
る多結晶加熱域肩部ＩＡ２付近に熱反射し、該熱反射と
コイル１０より発振されている磁気的加熱力の協同作用
により加熱溶融力の低下を防いでいる為に、局部的な未
溶融部分の発生が生じる事なく、従って当然に製造上の
最も障害となる「島田１ａＪの発生も見られなかった。

一方結晶生成側と対面するコイル１０裏面１０Ｂにおけ
る熱反射率の変動を調べる為に、前記単結晶ＩＣｔｉ４
を後のコイル１０両面をエチルアルコール等の有機溶剤
で洗浄した後、その熱吸収率を測定した所、コイル上面
１０Ａ側の鏡面仕上げ面の吸収率が０．１６と、製造前
に比較して吸収率が低下しているのに対し、コイル１０
裏面１０Ｂの酸化被膜１５形成面では吸収率が０．８と
、製造前における吸収率とほぼ同様の結果が得られ、反
射効果が変動していない事が判明された。

そしてかかるコイル１０を一製造工程終了の都度、コイ
ル上面１０Ａ側のみを鏡面仕上げを行いながら半導体単
結晶を製造した所、各製造工程における半導体棒の先側
と末端側間においても、又各製造工程間においてもいず
れも品質上のバラツキがなく、安定した且つ均一な品質
を有する単結晶が製造されるとともに、該単結晶を用い
て製造したウェハ表面においてもミクロの抵抗の偏在の
ない高品質のものが製造出来た。

「発明の効果」 以上記載した如く本発明によれば、コイル上面における
輻射熱の反射効果と磁界２集中性を有効に利用して、Ｆ
Ｚ法に基づく単結晶を製造する事が可能である為に、該
単結晶を大口径化した場合においても、浮遊帯域の加熱
溶融と該溶融後の単結晶の育成成長がバランスよく行わ
れ、高品質で且つ単一製造工程中及び製造工程間でバラ
ツキのない単結晶の製造が可能となる。

又本発明によれば、コイル上面に位置する多結晶加熱域
周縁部も効率よく加熱する事が出来る為に、局部的な未
溶融部分の発生を防ぐ事が出来、いわゆる「連出」の発
生から起因する製造中断等の重大な事故を完全に防止出
来る。

等の種々の著効を有す。

【図面の簡単な説明】

第２図は本発明の実施例に係る単巻偏平加熱コイルを示
す斜視図、第１図は該加熱コイルを用いた半導体単結晶
製造状態を示す概略断面図、第３図は従来技術に係る加
熱コイルを用いた半導体単結晶製造状態を示す概略断面
図である。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）原料多結晶棒より小径の偏平コイルの二つの主面
   の熱反射率を異ならせ、一方を高反射率を、他方を低反
   射率を示すように構成した事を特徴とするＦＺ用高周波
   誘導加熱コイル
2. （２）前記コイル二つの主面の一方を鏡面状態に他方を
   非鏡面状態に調整したことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のＦＺ用高周波誘導加熱コイル
3. （３）前記コイルの一方の主面が、表面粗さＲｍａｘ５
   ０μｍ以下の鏡面状態に設定したことを特徴とする特許
   請求の範囲第２項記載のＦＺ用高周波誘導加熱コイル
4. （４）前記コイルの他方の主面が、表面粗さＲｍａｘ７
   ０〜２００μｍの非鏡面状態に設定したことを特徴とす
   る特許請求の範囲第２項記載のＦＺ用高周波誘導加熱コ
   イル
5. （５）前記コイルの他方の主面が、金属酸化被膜を付着
   せしめた非鏡面状態に設定したことを特徴とする特許請
   求の範囲第２項記載のＦＺ用高周波誘導加熱コイル
6. （６）偏平状の高周波誘導加熱コイルを用いて原料多結
   晶を帯域溶融しながら半導体単結晶を製造する方法にお
   いて、少なくとも該多結晶溶融側と対峙するコイル表面
   が高熱反射率を示しながら、一方単結晶化側に対峙する
   コイル表面が低熱反射率を示しながら帯域溶融を行うこ
   とを特徴とする半導体単結晶製造方法
7. （７）単結晶化側に対峙するコイル表面に熱反射効果の
   変動を防止する手段を施しながら帯域溶融を行うことを
   特徴とする特許請求の範囲第６項記載の半導体単結晶製
   造方法
8. （８）前記熱反射効果の変動を防止する手段が酸化被膜
   である特許請求の範囲第７項記載の半導体単結晶製造方
   法