JPH0565476B1 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、浮遊帯域溶融法（以下FZ法という）
による半導体単結晶の製造装置に係り、特に半導
体棒の浮遊帯域周囲を囲繞する主誘導加熱コイル
上下面の、少なくともいずれか一方の側に副誘導
加熱コイルを設け、両コイル間の相対移動により
前記浮遊帯域囲繞空間を可変するように構成した
半導体単結晶製造装置に関する。

「従来の技術」 従来より、上軸に棒状半導体多結晶を、下軸に
直径の小さい単結晶の種を保持し、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
溶融させながら棒状半導体単結晶を製造する装置
は公知であり、この種の装置においては熱源とし
て使用する加熱コイルのと溶融域間を十分接近さ
せて前記溶融域へ十分且つ集中して加熱エネルギ
ーを供給する事が望ましく、従つて種付けや種絞
り工程のように成長すべき単結晶の直径が小さい
部分では前記加熱コイルの内径も単結晶の直径に
応じて小さく、そして前記溶融域の移動につれ単
結晶の直径が増大すれば、これに応じて加熱コイ
ルの内径も大きくするように構成する事が好まし
く、且つこのような手段は大口径の単結晶を製造
する上での必須の要件となる。

かかる要請を満足する為に夫々独立した複数巻
の主誘導加熱コイルとリング状の可動補助誘導加
熱コイルとを僅かな間隔を隔てて上下に配置し、
前記両コイルの夫々に高周波電流を供給しつつ、
成長させようとする単結晶の直径に対応して可動
補助コイルのみを移動させて、両コイルにより形
成される浮遊帯域囲繞空間を可変するように構成
した技術（特開昭48−8601号）が提案されている
が、上下に並列配置した複数のコイルに夫々高周
波電流を供給して誘導加熱を行うと、前記高周波
電流の周波数を同期させなければ夫々のコイル周
囲に励起される磁界同士が反発又は影響し合つて
均一な磁界形成が不可能であり、而も前記高周波
電流の周波数を同期させさせる事は実用上極めて
困難である。

又前記のように複数のコイルを離隔して上下に
配置する事は、その分形成される磁界幅が拡がる
為に、狭い浮遊帯域に集中して磁界を付加する事
が出来ず、加熱速度の低下により安定した単結晶
成長が困難になる。特にこの事は大口径の無転移
単結晶を製造する場合に大きな問題となる。

かかる欠点を解消する為に、第３図Ａ，Ｂに示
すように偏平リング状の主誘導加熱コイル１０１
の上面又は下面に対して電気的に接触し、且つ平
行摺動可能な２個の円弧状副誘導加熱コイル１０
２，１０３を設け、前記副誘導加熱コイル１０
２，１０３を製造せんとする単結晶の各部直径に
応じて近接又は離間させる事により、半導体棒１
の浮遊帯域２の囲繞空間１０４を可変するように
構成した半導体単結晶製造装置が提案されている
（特公昭56−11674号） 「発明が解決しようとする問題点」 さて加熱コイルを用いて帯域溶融を行う単結晶
製造装置においては、製造される単結晶の大口径
化に対応してその加熱速度を上げる為に、前記加
熱コイルに流す誘導電流を大電流化する必要があ
るが、このような大電流を流すと前記両コイル１
０１／１０２，１０３の電気的接触位置で特に平
行摺動時において火花放電が発生し易く、而も前
記単結晶製造は一般にアルゴンガス雰囲気下で行
われる為に、前記火花放電の発生頻度は一層増幅
される。

そしてこのような火花放電は結晶品質にも悪影
響を及ぼすのみならず、該火花放電により銅又は
銀で製作されているコイル１０１／１０２，１０
３同士が溶着してしまうという危険性が生じる。

又前記従来技術は主誘導加熱コイル１０１内径
より小の円弧直径を有する２個の円弧状副誘導加
熱コイル１０２，１０３により挟まれる空域内で
浮遊帯域囲繞空間１０４を形成する構成の為に、
第３図Ｂで示すように単結晶直径の増大に応じて
該副誘導加熱コイル１０２，１０３間を離間すれ
ばする程、両副誘導加熱コイル１０２，１０３の
直線状内縁端１０２ａ，１０３ａ間に形成される
スリツト空間１０４ａが大になり、あたかも副誘
導加熱コイル１０２，１０３の弧状内縁と主誘導
加熱コイル１０１の内縁との間に段差状の囲繞空
間１０４−１０４ａが形成される事となる為に、
その段差部分１０４ａにおいて不均一磁界が形成
され且つ半導体棒との間での電磁結合も低下する
為に、浮遊帯域囲繞空間１０４−１０４ａの加熱
温度不安定化とともに単結晶の不純物濃度のバラ
ツキが生じ製品不良の原因ともなる。

本発明は、かかる従来技術の欠点に鑑み、両コ
イル間に形成される浮遊帯域囲繞空間を可変可能
しつつも、半導体との間の電磁的結合度の変動を
防止し、安定且つ集中的に前記浮遊帯域を加熱可
能に構成した半導体単結晶製造装置を提供する事
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、 前記主誘導加熱コイル（以下主コイル１０と
いう）の内径１１空間を跨ぐ如く先側内縁２３
を弧状に形成した弧状部位２２を有する副誘導
加熱コイル（以下副コイル２０という）を設け
た点 前記副コイル２０と主コイル１０の対峙面上
の所定部位に配した絶縁部材２１を介して前記
副コイル２０の弧状部位２２と主コイル１０を
接触させた点、好ましくは少なくとも前記弧状
部位２２の一の自由端側２２ａを絶縁部材２１
を介して、又他の自由端側２２ｂを接触又は非
接触の状態で夫々対応する主誘導加熱コイル１
０の周面上に対峙配置させた点、 前記副コイル２０と主コイル１０間を相対移
動可能に構成した点 を必須構成要件とする半導体単結晶製造装置を提
案する。

この場合前記主コイル１０は一般に単巻偏平コ
イルとして形成されるが必ずしもこれに限定され
ない。又前記主コイル１０と副コイル２０間の相
対移動は半導体棒１と直交する方向に沿つて両コ
イル１０，２０が、又は一方のコイル相対移動す
るように構成するのがよい。

又前記絶縁部材２１は弧状部位２２と該弧状部
位２２と対峙する主コイル１０周面間のいずれの
側に設けてもよいが、該絶縁部材２１は、石英ガ
ラス材その他の耐熱性部材で形成するのがよい。

更に前記弧状部位内縁２３は、真円、楕円、双
曲線、放物線、その他の曲線形状で形成すればよ
く、例えば前記内縁２３を真円弧状に形成した場
合は、主コイル１０内径１１より僅かに大に設定
すればよい。

「作用」 かかる技術手段によれば、前記副コイル２０は
主コイル１０と重畳して配置されている為に、前
記主コイル１０に高周波電流を流すと、該主コイ
ル１０による誘導電流が副コイル２０に流れ、該
副コイル２０弧状部位２２側の誘導電流は主コイ
ル１０と同方向になり、而も前記誘導電流は最も
近道である副コイル２０の弧状部位２２の内縁２
３側に集中して流れる為に、あたかも前記両コイ
ル１０，２０間に形成される内径１１空間と同一
内径１１のワークコイルが存在するかのように作
用する事となる。

従つてこの状態で前記両コイル１０，２０間を
相対移動させる事により同一ワークコイルの内径
１１があたかも変化したように作用し、前記半導
体棒１の浮遊帯域２囲繞空間を可変する事が出来
る為に、種絞り（３mm）から大口径の浮遊帯域
２が必要な大口径型の半導体棒１の単結晶成長を
安定的に行う事が出来る。

この場合、前記両コイル１０，２０間は絶縁部
材２１を介して接触させている為に、半導体棒１
軸方向のコイル幅も最も狭小幅で形成する事が出
来、これにより狭い浮遊帯域２に集中して磁界が
付加され、半導体棒１を大口径化した場合にも安
定して加熱する事が出来、大口径の無転移単結晶
の製造が容易になる。

又前記両コイル１０，２０間は電気的に非導通
状態にある為に、製造される単結晶の大口径化に
対応して主コイル１０に大電流を流した場合にお
いても、前記両コイル１０，２０の接触位置で火
花放電が発生する事なく、該火花放電から起因す
る結晶品質の劣化及びコイル同士の溶着破損の危
険性を完全に防止出来る。

更に、前記副コイル２０の弧状部位２２は主コ
イル１０の内径１１空間を跨ぐ如く形成されてい
る為に、該副コイル２０を中心より接離する方向
に相対移動させた場合にも第１図に示すように、
両コイル１０，２０に挟まれる内径１１−２３空
間に極端な形状変化が生じる事なく比例的且つ均
等に変化させる事が出来る為に、常に均一な磁界
形成とともに半導体棒１との間の電磁結合が変動
する事なく、これにより半導体棒１の加熱温度の
安定化と変動を防止出来、不純物濃度の脈動やバ
ラツキ等の品質劣化を防ぐ事が出来、高品質の単
結晶製造が可能である。

又前記弧状部位２２が主コイル１０の内径１１
空間を跨ぐ如く形成されている事は、弧状部位内
縁２３と主コイル内径１１との間で容易に、ほぼ
円状の閉鎖空間が形成出来、これにより前記副コ
イル２０は前記従来技術のように二個設ける事な
く一個で足り、その分構成が簡単化する。

尚、前記弧状部位内縁２３形状は主コイルの内
径１１と同等か僅かに大に形成すればよく、又そ
の半径方向の幅は特に影響されないが、余りせま
いと誘導を受ける面積が小さくなり効率が落ちる
とともに、弧状部位内縁２３側に集中して誘導電
流を流す為には幅広に形成した方がよい。

又前記副コイル２０の肉厚は出来るだけ薄い方
がよい、けだし副コイル２０肉厚が厚いと、あた
かも片側のみが厚いワークコイルを用いたのと同
等になり、形成磁界が周方向に左右非対称になる
とともに、弧状部位２２との重なり部において形
成磁界が上下に分かれ、単位時間当たりの溶融力
の低下とともに溶融力の拡がりにより本来溶融す
べきでない多結晶４加熱区域まで溶融されてしま
い、好ましくない。

「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に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１図及び第２図は本発明の実施例に係る半導
体単結晶製造装置の要部構成を示す概略図で、第
１図Ａ，Ｂは半導体棒の製造順序に従つて、コイ
ルの移動状況を示す平面概略図、第２図Ａ，Ｂは
第１図Ａ，Ｂの夫々のＡ−A′線、Ｂ−B′線断面
図である。

本実施例に用いられるワークコイルは前述した
ように、夫々対称に半導体棒１半径方向に移動可
能な主コイル１０と副コイル２０の組み合わせか
らなる。

前記主コイル１０は、銅又は銀で製作された断
面略楔状の偏平体を一周回させてリング状に形成
した後スリツト空隙１３を介して対峙している両
端部の外壁面上に夫々給電管１４を設け、該給電
管１４を介して前記コイルに高周波誘導電流が供
給されるように構成している。

そして更に前記主コイル１０の形状について詳
細に説明するに、前記コイル内径１１は原料とな
るべき半導体棒多結晶４直径より小に設定すると
ともに周面方向に幅広に形成して、加熱せんとす
る浮遊帯域２に集中して磁界が付加可能に構成す
る。

又第２図に示すように前記主コイル１０の外周
側内部には貫通孔１２が周回して穿孔され給電管
１４より導入された冷却液が循環しながら該主コ
イル１０を冷却可能に構成する。そして前記コイ
ル外周端側より内周縁側に向け上面を下方に向け
傾斜させ、断面先細状に設定するとともに、下面
を水平に延在し、後記する副コイル２０が摺接移
動可能に構成する。

一方、前記副コイル２０は薄肉な偏平板状をな
し、図示しない絶縁部材を介して駆動装置と連結
された基端側より半導体棒１中心側に向け直線状
に延設した支持部位２４の先側を徐々に八の字状
に拡開しながら、その先側に偏平略半円弧状の弧
状部位２２を形成し、前記駆動装置により主コイ
ル１０の下面に沿つて該主コイル１０の移動方向
と対称に半径方向に移動可能に構成する。

尚、副コイル２０は主コイル１０と同一材質例
えば銀又は銅或は高融点耐熱金属、タングステン
又はモリブデンを採用できる。副コイル２０は、
主コイル１０と同様水冷するのが好ましい。

そして前記弧状部位２２は、その内縁２３側形
状を、前記主コイル１０内径１１より僅かに大な
る直径をもつて略半円弧状に形成するとともに、
該弧状部位２２の両自由端２２ａ−２２ｂ側先端
間の離間距離を主コイル１０内径１１より大に設
定し、常に弧状部位内縁２３が主コイル１０内径
１１空間を跨ぐ如く構成している。

又前記弧状部位２２の幅は、第１図Ｂに示され
るよう副コイル２０を移動させて弧状部位２２の
内縁２３と主コイル１０の内周を一致させた際
に、中央部を除いて弧状部位２２の外縁が主コイ
ル１０の外周よりはみださないように設定する。

尚、本実施例においては、副コイル２０外周側
中央部位が八の字状に形成されている為に、弧状
部位内縁２３側に比して外縁２５側距離が相当大
に形成する事が出来、これにより内縁２３側に集
中して誘導電流を流すように構成する事が出来
る。

又本実施例においては、副コイル２０を薄肉化
する為に副コイル２０を冷却する冷却管を特別に
設けなかつたが、必要に応じて副コイル２０外周
に冷却管を付設してもよい。

一方前記弧状部位２２の自由端２２ａ一側の主
コイル１０と体面する上面側に石英ガラスで形成
された半円状突起２１を固着する。

次にかかる実施例の作用を第２図Ａ，Ｂに基づ
いて説明する。

前記副コイル２０の弧状部位２２上面側を、一
の自由端２２ａ側を突起２１を介して接触させる
とともに、又他の自由端２２ｂ側を直接又は非接
触状態で夫々主コイル１０の下側周面上に対峙さ
せた後、前記両コイル１０，２０を夫々半径方向
に近接させて原料多結晶４の種付け５から種絞り
６工程まで行う。［第２図Ａ］ そして種絞り６工程終了後原料多結晶４のコー
ン部分の直径変化に対応させて前記両コイル１
０，２０を半導体棒１軸方向に、結晶に対し相対
的に上昇させ且つ半径方向に離間させながら、浮
遊帯域２の溶融と単結晶３の成長を行いながら、
前記両コイル１０，２０が原料多結晶４が定常直
径にまで達した後、副コイル２０弧状部位内縁２
３と主コイル１０の内周を一致させた状態で同様
に浮遊帯域２の溶融と単結晶３の成長を行う。

かかる実施例によれば、前記副コイル２０が一
の自由端２２ａ側が突起２１を介して主コイル１
０と接触している為に、副コイル２０を電気的絶
縁しつつ該副コイル２０の内縁２３側に前記主コ
イル１０に流れた誘導電流と同方向に誘導電流を
流す事が出来る。

これにより前記効果を円滑に達成し得るととも
に、大口径の無転位単結晶の製造が可能となる。

「発明の効果」 以上記載の如く本発明によれば、主コイルと副
コイル間に形成される半導体棒の浮遊帯域囲繞空
間を可変可能しつつも、半導体との間の電磁的結
合度の変動を防止し、安定且つ集中的に前記浮遊
帯域を加熱可能に構成し、これにより内径の大き
なワークコイルを用いて小口径より大口径の無転
位単結晶を容易に製造出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の実施例に係る半導
体単結晶製造装置の要部構成を示す概略図で、第
２図Ａ，Ｂは半導体棒の製造順序に従つて、コイ
ルの移動状況を示す正面概略図、第１図Ａ，Ｂは
第２図Ａ，Ｂの夫々のＡ−A′線、Ｂ−B′線断面
図である。第３図Ａ，Ｂは従来技術に係るコイル
の移動状況を示す正面概略図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体棒の浮遊帯域周囲を囲繞する主誘導加
   熱コイル上下面の、少なくともいずれか一方の側
   に副誘導加熱コイルを設け、両コイル間の相対移
   動により前記浮遊帯域囲繞空間を可変するように
   構成した半導体単結晶製造装置において、 前記主誘導加熱コイルの閉鎖内径空間を跨ぐ如
   く、先側内縁を弧状に形成した弧状部位を有する
   副誘導加熱コイルを設け、 該副誘導加熱コイルと主誘導加熱コイルの対峙
   面上の所定部位に配した絶縁部材を介して前記副
   誘導加熱コイルの弧状部位と主誘導加熱コイルを
   接触させるとともに、該接触状態を維持しなが
   ら、該両コイル間を相対移動可能に構成した事を
   特徴とする半導体単結晶製造装置。 ２ 前記弧状部位の一の自由端側を絶縁部材を介
   して、又他の自由端側を接触又は非接触の状態
   で、夫々対応する主誘導加熱コイルの周面上に対
   峙配置した事を特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の半導体単結晶製造装置。 ３ 前記絶縁部材が、副誘導加熱コイル一の自由
   端側、又は主誘導加熱コイルの対応する周面上に
   固着されている、石英ガラス材その他の耐熱性部
   材である特許請求の範囲第１項記載の半導体単結
   晶製造装置。 ４ 前記弧状部位の内縁線が、真円、楕円、双曲
   線、放物線、その他の曲線形状である特許請求の
   範囲第１項記載の半導体単結晶製造装置。 ５ 少なくとも前記副誘導加熱コイルが偏平コイ
   ルである特許請求の範囲第１項記載の半導体単結
   晶製造装置。