JPH062636B2 - 半導体棒のルツボなしゾーン引上げ法および該方法を実施するための誘導加熱コイル - Google Patents
半導体棒のルツボなしゾーン引上げ法および該方法を実施するための誘導加熱コイルInfo
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- JPH062636B2 JPH062636B2 JP1002166A JP216689A JPH062636B2 JP H062636 B2 JPH062636 B2 JP H062636B2 JP 1002166 A JP1002166 A JP 1002166A JP 216689 A JP216689 A JP 216689A JP H062636 B2 JPH062636 B2 JP H062636B2
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- heating coil
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- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B13/00—Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting
- C30B13/16—Heating of the molten zone
- C30B13/20—Heating of the molten zone by induction, e.g. hot wire technique
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B13/00—Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting
- C30B13/28—Controlling or regulating
- C30B13/30—Stabilisation or shape controlling of the molten zone, e.g. by concentrators, by electromagnetic fields; Controlling the section of the crystal
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- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
- H05B6/02—Induction heating
- H05B6/22—Furnaces without an endless core
- H05B6/30—Arrangements for remelting or zone melting
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- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
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- Y10T117/10—Apparatus
- Y10T117/1024—Apparatus for crystallization from liquid or supercritical state
- Y10T117/1076—Apparatus for crystallization from liquid or supercritical state having means for producing a moving solid-liquid-solid zone
- Y10T117/1084—Apparatus for crystallization from liquid or supercritical state having means for producing a moving solid-liquid-solid zone having details of a stabilizing feature
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、貯蔵棒を、コイルスリットによって互いに分
離されたコイル端部を有する円形誘導加熱コイルにより
発生された、結晶化前面を円頂状で重ねた溶融帯域を介
して、回転運動が行なわれている製品棒に変えることに
より、半導体棒をルツボなしゾーン引上げする方法に関
する。
離されたコイル端部を有する円形誘導加熱コイルにより
発生された、結晶化前面を円頂状で重ねた溶融帯域を介
して、回転運動が行なわれている製品棒に変えることに
より、半導体棒をルツボなしゾーン引上げする方法に関
する。
ルツボなしゾーン引上げ法を用いて無転位の単結晶半導
体棒を製造することは、このような方法の場合に使用す
ることのできる多数の誘導加熱コイルと全く同様に久し
く公知である。この場合、大抵の場合には、一定の組成
の作業雰囲気に調節することができる容器中に、例えば
気相析出によって得られた高純度シリコンからなる、一
般に多結晶性の貯蔵棒が垂直に固定され、かつこの貯蔵
棒の下端から場合によっては回転下に、溶融帯域を中心
で包囲する誘導加熱コイルを用いて溶融される。このコ
イルの下方には、多くの場合に同様に回転されかつ一般
的な場合に単結晶である製品棒が存在し、この製造棒
は、上端が溶融材料によって円頂状に被覆されておりか
つこの溶融材料の結晶化が進行することによって成長す
る。原則的にこの種の方法は、例えば“クリスタルズ(C
rystals)”、第５巻（１９８１年）、シュプリンガー社
（ベルリン−ハイデルベルク−ニューヨーク在）刊、中
のディーツェ(W.Dietze)、ケラー(W.Keller)、ミュール
バウアー(A.Muhlbauer)共著“フロート・ゾーン・グロ
ウン・シリコン(Float zonegrown silicon)”に記載さ
れている。
体棒を製造することは、このような方法の場合に使用す
ることのできる多数の誘導加熱コイルと全く同様に久し
く公知である。この場合、大抵の場合には、一定の組成
の作業雰囲気に調節することができる容器中に、例えば
気相析出によって得られた高純度シリコンからなる、一
般に多結晶性の貯蔵棒が垂直に固定され、かつこの貯蔵
棒の下端から場合によっては回転下に、溶融帯域を中心
で包囲する誘導加熱コイルを用いて溶融される。このコ
イルの下方には、多くの場合に同様に回転されかつ一般
的な場合に単結晶である製品棒が存在し、この製造棒
は、上端が溶融材料によって円頂状に被覆されておりか
つこの溶融材料の結晶化が進行することによって成長す
る。原則的にこの種の方法は、例えば“クリスタルズ(C
rystals)”、第５巻（１９８１年）、シュプリンガー社
（ベルリン−ハイデルベルク−ニューヨーク在）刊、中
のディーツェ(W.Dietze)、ケラー(W.Keller)、ミュール
バウアー(A.Muhlbauer)共著“フロート・ゾーン・グロ
ウン・シリコン(Float zonegrown silicon)”に記載さ
れている。
しかし、公知のゾーン引上げ法は、電子構成素子または
出力構成素子の製造の際にますます頻繁に使用されてい
るように大きい直径、すなわち１０〜１５cm以上の直径
を有する結晶棒を製造することが問題となる場合には、
限界に突き当たる。すなわち、このような棒直径の場合
には、より小さい棒を引張る際になお無視しなければな
らない幾つかの効果がますます顕著に目立つようにな
り、このことは、製品棒を重畳する溶融円頂部中に相応
する大きい量の溶融材料が存在し、この大きい量を発生
させるこめに相応して高い出力も必要とされることと屡
々関連している。例えば、高周波電磁界の従来のコイル
形状寸法によって惹起される不均一性に基づき、不規則
な溶融挙動および結晶他挙動が生じる。すなわち、コイ
ルスリットの範囲内には、屡々再溶融が起こり、製品棒
は、溶融円頂部の不規則な構成のために、“卵形化(Eie
rn)”、すなわち偏心的成長の傾向を有し、かつドーピ
ング剤分布の半径方向への変動を示す。このドーピング
剤分布の半径方向への変動の効果は、既に棒半径が小さ
い場合には不快なことに認めることができる。従って、
１０cm以上の直径を有する棒を申し分のないように精製
することは、従来の精製法を用いて満足で経済的に認容
できる収率で入念に作業した場合であっても不可能であ
る。
出力構成素子の製造の際にますます頻繁に使用されてい
るように大きい直径、すなわち１０〜１５cm以上の直径
を有する結晶棒を製造することが問題となる場合には、
限界に突き当たる。すなわち、このような棒直径の場合
には、より小さい棒を引張る際になお無視しなければな
らない幾つかの効果がますます顕著に目立つようにな
り、このことは、製品棒を重畳する溶融円頂部中に相応
する大きい量の溶融材料が存在し、この大きい量を発生
させるこめに相応して高い出力も必要とされることと屡
々関連している。例えば、高周波電磁界の従来のコイル
形状寸法によって惹起される不均一性に基づき、不規則
な溶融挙動および結晶他挙動が生じる。すなわち、コイ
ルスリットの範囲内には、屡々再溶融が起こり、製品棒
は、溶融円頂部の不規則な構成のために、“卵形化(Eie
rn)”、すなわち偏心的成長の傾向を有し、かつドーピ
ング剤分布の半径方向への変動を示す。このドーピング
剤分布の半径方向への変動の効果は、既に棒半径が小さ
い場合には不快なことに認めることができる。従って、
１０cm以上の直径を有する棒を申し分のないように精製
することは、従来の精製法を用いて満足で経済的に認容
できる収率で入念に作業した場合であっても不可能であ
る。
従って、本発明の課題は、前記欠点を精製過程の間に回
避させ、かつ装置にかかる費用を従来法に比して許容で
きない程に高めることなしに、殊に１０cm以上の直径を
有する棒を申し分のないように製造することができる、
確実で良好な収率を可能ならしめるルツボなしゾーン引
上げ法を提供することにある。更に、前記方法を実施す
るための誘導加熱コイルを提供することである。
避させ、かつ装置にかかる費用を従来法に比して許容で
きない程に高めることなしに、殊に１０cm以上の直径を
有する棒を申し分のないように製造することができる、
確実で良好な収率を可能ならしめるルツボなしゾーン引
上げ法を提供することにある。更に、前記方法を実施す
るための誘導加熱コイルを提供することである。
この課題は、溶融円頂部を辺縁部でコイルスリットに向
かい合った、棒円周の最高で３／４を包囲する環状帯域
中で電磁力を用いて内向きに押圧することを特徴とする
方法によって解決される。
かい合った、棒円周の最高で３／４を包囲する環状帯域
中で電磁力を用いて内向きに押圧することを特徴とする
方法によって解決される。
前記方法を実施するための誘導加熱コイルは、この誘導
加熱コイルが溶融円頂部に面した平らなコイル面と、こ
の面から突出し溶融円頂部の辺縁部の上方で包囲する、
外向きに増大する厚さを有する１個以上の環状セグメン
トとを有し、このセグメントがコイルスリットに向かい
合った、コイル円周の３／４までを占有する領域内に配
置されていることを特徴とする。
加熱コイルが溶融円頂部に面した平らなコイル面と、こ
の面から突出し溶融円頂部の辺縁部の上方で包囲する、
外向きに増大する厚さを有する１個以上の環状セグメン
トとを有し、このセグメントがコイルスリットに向かい
合った、コイル円周の３／４までを占有する領域内に配
置されていることを特徴とする。
第１図および第２図には、このような誘導加熱コイルの
１つの可能な実施例が表わされている。次に、これらの
図面につき本発明による方法および該方法を実施するた
めの誘導加熱コイルを詳説する。互いに相応する部材
は、２つの図面中で同じ参照符号を有している。
１つの可能な実施例が表わされている。次に、これらの
図面につき本発明による方法および該方法を実施するた
めの誘導加熱コイルを詳説する。互いに相応する部材
は、２つの図面中で同じ参照符号を有している。
第１図に相当する装置は、例えば気相析出によって得ら
れた多結晶生の高純度シリコンからなる貯蔵棒１を示
し、この貯蔵棒は、一般に精製過程に間に、長手方向の
軸線を中心に回転運動を実施する。この貯蔵棒の下側
は、誘導加熱コイル２を用いて溶融され、その際溶融材
料は、細長い溶融柱体３の形でコイル開口４中を通過
し、製品棒５、例えば単結晶シリコン棒には、穹窿状溶
融円頂部６が重なっている。供給線７により必要な出力
が供給される誘導加熱コイル２は、コイル下面で、例え
ば楔形横断面を有する環状セグメント８を支持し、この
セグメントは、コイルスリットに向かい合った、コイル
円周の約２／３を占有する領域内に配置されており、か
つこの領域内で溶融円頂部６の辺縁部の上に拡張されて
いる。
れた多結晶生の高純度シリコンからなる貯蔵棒１を示
し、この貯蔵棒は、一般に精製過程に間に、長手方向の
軸線を中心に回転運動を実施する。この貯蔵棒の下側
は、誘導加熱コイル２を用いて溶融され、その際溶融材
料は、細長い溶融柱体３の形でコイル開口４中を通過
し、製品棒５、例えば単結晶シリコン棒には、穹窿状溶
融円頂部６が重なっている。供給線７により必要な出力
が供給される誘導加熱コイル２は、コイル下面で、例え
ば楔形横断面を有する環状セグメント８を支持し、この
セグメントは、コイルスリットに向かい合った、コイル
円周の約２／３を占有する領域内に配置されており、か
つこの領域内で溶融円頂部６の辺縁部の上に拡張されて
いる。
中間空間によって分離された２個またはそれ以上の個々
のセグメントの形で存在することもできるセグメント８
は、このセグメントの領域内で、コイルから出発する電
磁界のパターンを生ぜしめ、このパターンによって溶融
円頂部は、辺縁部でコイルスリット、すなわち最高の電
磁界強度を有する領域に対して内向きに押圧される。こ
の内向きの方向に向けられた力の作用は、溶融液がセグ
メント８に接近すればするほど、すなわち溶融円頂部が
外向きに湾曲すればするほど、ますます著しく顕著にな
るので、最終的にこの系は、自動的に溶融円頂部の最適
な位置に調節され、この位置で半径方向に溶融液に作用
する力は、従来のコイルと比較してかなり同等のもので
ある。
のセグメントの形で存在することもできるセグメント８
は、このセグメントの領域内で、コイルから出発する電
磁界のパターンを生ぜしめ、このパターンによって溶融
円頂部は、辺縁部でコイルスリット、すなわち最高の電
磁界強度を有する領域に対して内向きに押圧される。こ
の内向きの方向に向けられた力の作用は、溶融液がセグ
メント８に接近すればするほど、すなわち溶融円頂部が
外向きに湾曲すればするほど、ますます著しく顕著にな
るので、最終的にこの系は、自動的に溶融円頂部の最適
な位置に調節され、この位置で半径方向に溶融液に作用
する力は、従来のコイルと比較してかなり同等のもので
ある。
第２図に図示された誘導加熱コイル２の平面図は、供給
線７ないしは導出線９、コイル端部間で走るコイルスリ
ット１０およびコイル開口４を有するコイル下面を示
す。この場合に例えば楔形横断面を有するセグメント８
は、コイルスリットに向かい合う相応する領域のコイル
円周の約２／３内にある。しかし、この領域の大きさ
は、変えることができ；セグメントがコイル円周の１／
４〜３／４に相当する領域内に配置されているようなコ
イルは、有利であることが判明した。このことは、セグ
メント８が多数の個々のセグメントから構成されてお
り、これらのセグメント間に、例えばドーピング剤のた
めの供給管またはアースが設けられいてもよいような場
合についても云える。以下、簡略化を理由になおセグメ
ント８についてのみ詳説するが；しかし、詳説した記載
は、個々のセグメントの前記種類の群につていも同様の
ことが当てはまる。
線７ないしは導出線９、コイル端部間で走るコイルスリ
ット１０およびコイル開口４を有するコイル下面を示
す。この場合に例えば楔形横断面を有するセグメント８
は、コイルスリットに向かい合う相応する領域のコイル
円周の約２／３内にある。しかし、この領域の大きさ
は、変えることができ；セグメントがコイル円周の１／
４〜３／４に相当する領域内に配置されているようなコ
イルは、有利であることが判明した。このことは、セグ
メント８が多数の個々のセグメントから構成されてお
り、これらのセグメント間に、例えばドーピング剤のた
めの供給管またはアースが設けられいてもよいような場
合についても云える。以下、簡略化を理由になおセグメ
ント８についてのみ詳説するが；しかし、詳説した記載
は、個々のセグメントの前記種類の群につていも同様の
ことが当てはまる。
セグメント８の内側半径および外側半径は、有利には製
品棒の半径に応じて選択される。好ましくは、内側半径
は、この値の少なくとも０．５倍に相当し、外側半径
は、この値の最高で１．５倍に相当する。外側半径と、
内側半径との間の差は、棒半径の少なくとも０．１倍、
有利に０．３〜０．８倍に相当するのが好ましい。セグ
メント８の外周が固有のコイル下面から突出する高さ１
１は、最大コイル厚の０．１〜２倍であるのが好まし
い。
品棒の半径に応じて選択される。好ましくは、内側半径
は、この値の少なくとも０．５倍に相当し、外側半径
は、この値の最高で１．５倍に相当する。外側半径と、
内側半径との間の差は、棒半径の少なくとも０．１倍、
有利に０．３〜０．８倍に相当するのが好ましい。セグ
メント８の外周が固有のコイル下面から突出する高さ１
１は、最大コイル厚の０．１〜２倍であるのが好まし
い。
溶融円頂部に面した表面は、有利には平らに、すなわち
円錐台の外面の形に構成され、この場合この外面の傾斜
は、棒の軸線に対して特に５０〜８０°、殊に６０〜７
０°であり、したがってセグメントは、最終的に楔形横
断面を有する。しかし、同様にこの表面は、凹面状また
は凸面状に湾曲されていてもよい。
円錐台の外面の形に構成され、この場合この外面の傾斜
は、棒の軸線に対して特に５０〜８０°、殊に６０〜７
０°であり、したがってセグメントは、最終的に楔形横
断面を有する。しかし、同様にこの表面は、凹面状また
は凸面状に湾曲されていてもよい。
セグメント８に関しては、コイル基体をも完成させてい
るのと同じ材料、すなわち第１に銀、銅または銀メッキ
された金属を使用するのが有利であり、これらの材料か
ら誘導加熱コイルは、常法で完成される。多くの場合、
コイル基体およびセグメントは、差当たり別個に製造さ
れ、次いで例えば溶接によって相互に結合される。こう
して、平らな下面を有する従来のコイルは、事後にこの
種のコイルを備えることもできる。しかし、またコイル
基体と、セグメントとを唯１つの工作物から完成させる
ことは排除されていない。この場合、本発明は、一目瞭
然であることの理由から図面に示された１回巻きのコイ
ルのみに制限されるだけではなく、同様に数回巻きのコ
イルの場合にも使用することができる。
るのと同じ材料、すなわち第１に銀、銅または銀メッキ
された金属を使用するのが有利であり、これらの材料か
ら誘導加熱コイルは、常法で完成される。多くの場合、
コイル基体およびセグメントは、差当たり別個に製造さ
れ、次いで例えば溶接によって相互に結合される。こう
して、平らな下面を有する従来のコイルは、事後にこの
種のコイルを備えることもできる。しかし、またコイル
基体と、セグメントとを唯１つの工作物から完成させる
ことは排除されていない。この場合、本発明は、一目瞭
然であることの理由から図面に示された１回巻きのコイ
ルのみに制限されるだけではなく、同様に数回巻きのコ
イルの場合にも使用することができる。
元来のルツボなしゾーン引上げ法は、例えば棒の回転、
作業雰囲気または貯蔵棒の準備のような処理パラメータ
ーに関連して、原則的に公知の、例えば首記した刊行物
に記載の方法で実施することができる。しかし、特に良
好な結果は、製品棒の回転を回転方向に変えて実施する
ことにより得られる。このことは、殊に改善された半径
方向でのドーピング剤の分布に関連して既に約７．５cm
以上の棒直径についても云える。この場合、回転方向を
そのつど製品棒を０．１ないし２０回転させた後に変え
ることは、有利であることが判明した。この反転は、反
転点が精製過程の進行中に統計的に棒の周囲に亘って分
布するように変化させるのが特に有利である。しかし、
また原則的に同一方向での棒の回転、速度変化を有する
棒回転または周期的な停止が行なわれる他の変法は、排
除されてはいない。
作業雰囲気または貯蔵棒の準備のような処理パラメータ
ーに関連して、原則的に公知の、例えば首記した刊行物
に記載の方法で実施することができる。しかし、特に良
好な結果は、製品棒の回転を回転方向に変えて実施する
ことにより得られる。このことは、殊に改善された半径
方向でのドーピング剤の分布に関連して既に約７．５cm
以上の棒直径についても云える。この場合、回転方向を
そのつど製品棒を０．１ないし２０回転させた後に変え
ることは、有利であることが判明した。この反転は、反
転点が精製過程の進行中に統計的に棒の周囲に亘って分
布するように変化させるのが特に有利である。しかし、
また原則的に同一方向での棒の回転、速度変化を有する
棒回転または周期的な停止が行なわれる他の変法は、排
除されてはいない。
なかんずく、約１０cm以上の大きい棒直径の場合にコイ
ルスリット中の電磁界が不均一であることによって惹起
される不利な効果、例えば再溶融、棒の“卵形化(Eier
n)”または半径方向のドーピング剤の変動は、殊に製品
棒の回転方向を変える精製法に関連して本発明による誘
導加熱コイルにより明らかに減少される。それというの
も、溶融円頂部は、電磁力によって内向きに押圧され、
したがってこの溶融円頂部の支障のある外向きの湾曲
は、阻止されるからである。約７．５〜１０cmの小さい
棒直径を有する、成長挙動の点で殆ど臨界的でない棒の
場合には、半径方向のドーピング剤分布は、明らかにい
っそう均一となる。すなわち、最終的にルツボなしゾー
ン引上げ法の場合には、棒の精製挙動は改善され、ひい
ては申し分のない棒の収率は向上されおよび／またはこ
の棒の品質は高められる。
ルスリット中の電磁界が不均一であることによって惹起
される不利な効果、例えば再溶融、棒の“卵形化(Eier
n)”または半径方向のドーピング剤の変動は、殊に製品
棒の回転方向を変える精製法に関連して本発明による誘
導加熱コイルにより明らかに減少される。それというの
も、溶融円頂部は、電磁力によって内向きに押圧され、
したがってこの溶融円頂部の支障のある外向きの湾曲
は、阻止されるからである。約７．５〜１０cmの小さい
棒直径を有する、成長挙動の点で殆ど臨界的でない棒の
場合には、半径方向のドーピング剤分布は、明らかにい
っそう均一となる。すなわち、最終的にルツボなしゾー
ン引上げ法の場合には、棒の精製挙動は改善され、ひい
ては申し分のない棒の収率は向上されおよび／またはこ
の棒の品質は高められる。
次に、本発明を実施例につき詳説する： 〔実施例〕 例１ 常用のゾーン引上げ装置〔これに関しては、例えばケラ
ー(W.Keller)、ミュールバウアー(A.Muhlbauer)著、
“フローティング・ゾーン・シリコン(Floating-zone s
ilicon”、マーセル・デッカー社(Marcel Dekker,In
c.、ニューヨークおよびバーゼル在）刊、（１９８
１）、第４４頁〜第６５頁参照〕中で、従来の精製条件
下でシリコン単結晶（直径約７．５cm、１−１−１−配
向、精製速度約２．５mm／ｍｉｎ）を精製した。容器中
には、約２バールのアルゴン過圧が調節されており；シ
リコンは、燐でドーピングされていた（比抵抗約３Ωc
m）。多結晶性貯蔵棒の直径は、約７．５cmであった。
誘導加熱コイルとしては、フライス削りされた冷却通路
を有する、固体銀から巻かれた１回巻きのフラットコイ
ルが使用され、このフラットコイルの内孔直径は、約１
７０mmの外径の場合に約３６mmであった。平らなコイル
下面中には、コイルスリットに向かい合っている、コイ
ル円周の約２／３を占有する領域内で外向きに楔形に増
大する断面積を有する環状セグメントが組込まれてい
た。このセグメントの内側半径は、約３０cmで製品棒半
径の約０．８倍に相当し、外側半径は、約４５cmで製品
棒半径の約１．２倍に相当した。このセグメントは、外
周端縁で最大コイル厚の約０．５倍に相当する、元来の
コイル下面に対して約０．６cmの高さを有していた。
ー(W.Keller)、ミュールバウアー(A.Muhlbauer)著、
“フローティング・ゾーン・シリコン(Floating-zone s
ilicon”、マーセル・デッカー社(Marcel Dekker,In
c.、ニューヨークおよびバーゼル在）刊、（１９８
１）、第４４頁〜第６５頁参照〕中で、従来の精製条件
下でシリコン単結晶（直径約７．５cm、１−１−１−配
向、精製速度約２．５mm／ｍｉｎ）を精製した。容器中
には、約２バールのアルゴン過圧が調節されており；シ
リコンは、燐でドーピングされていた（比抵抗約３Ωc
m）。多結晶性貯蔵棒の直径は、約７．５cmであった。
誘導加熱コイルとしては、フライス削りされた冷却通路
を有する、固体銀から巻かれた１回巻きのフラットコイ
ルが使用され、このフラットコイルの内孔直径は、約１
７０mmの外径の場合に約３６mmであった。平らなコイル
下面中には、コイルスリットに向かい合っている、コイ
ル円周の約２／３を占有する領域内で外向きに楔形に増
大する断面積を有する環状セグメントが組込まれてい
た。このセグメントの内側半径は、約３０cmで製品棒半
径の約０．８倍に相当し、外側半径は、約４５cmで製品
棒半径の約１．２倍に相当した。このセグメントは、外
周端縁で最大コイル厚の約０．５倍に相当する、元来の
コイル下面に対して約０．６cmの高さを有していた。
精製過程の間、貯蔵棒は、１ｒｐｍの速度で一定に回転
させ、製品棒は、交互の回転方向を有する回転周期を実
施した。この場合には、この製品棒を差当たり１６ｒｐ
ｍの最大速度で貯蔵棒と反対方向に７秒間回転させ、停
止させ、さらに７秒間１８ｒｐｍの最大速度で貯蔵棒と
一緒に回転させ、再び停止させ、回転方向の反転下に１
５ｒｐｍの最大速度で７秒間回転させ、最後にさらに逆
転を１７ｒｐｍの最大速度で７秒間行なった。その後
に、さらにこの作業周期を再び最初から実施し、したが
って精製過程の進行中に棒円周全体に亘り反転点の統計
的分布を達成した。１０００mmの棒長さの場合、精製過
程を終結させ、得られた棒を取出した。
させ、製品棒は、交互の回転方向を有する回転周期を実
施した。この場合には、この製品棒を差当たり１６ｒｐ
ｍの最大速度で貯蔵棒と反対方向に７秒間回転させ、停
止させ、さらに７秒間１８ｒｐｍの最大速度で貯蔵棒と
一緒に回転させ、再び停止させ、回転方向の反転下に１
５ｒｐｍの最大速度で７秒間回転させ、最後にさらに逆
転を１７ｒｐｍの最大速度で７秒間行なった。その後
に、さらにこの作業周期を再び最初から実施し、したが
って精製過程の進行中に棒円周全体に亘り反転点の統計
的分布を達成した。１０００mmの棒長さの場合、精製過
程を終結させ、得られた棒を取出した。
引続き、この棒を内孔付鋸を用いて約３５０μｍの厚さ
の円板に鋸引きした。ところで、得られた材料の品質に
関する重要なデータとして、それぞれ１０cmの距離をお
いて取出された９個の円板の場合に半径方向の抵抗変動
の大きさを測定し、この変動の大きさからドーピング剤
分布の半径方向の変動を推論することができる。このこ
とは、ＡＳＴＭ規定Ｆ５２５（１９７７年）により“広
がり抵抗(spreading resistance)”法を用いて測定され
た広がり抵抗の分布につき行なわれた〔これに関して
は、例えばクリスタルズ、グロウス、プロパティーズ・
アンド・アプリケーションズ(Crystals,Growth,Propert
ies and Applications)、第５巻、第３４頁〜第３６
頁、シュプリンガー社(Springer、ベルリン、ハイデル
ベルク在）刊、中のディーツェ(W.Dietze)、ケラー(W.K
eller)およびミュールバウアー(A.Muhlbauer)著、“フ
ロート−ゾーン・グロウン・シリコン(Float-zone Grow
n Silicon)”参照〕。
の円板に鋸引きした。ところで、得られた材料の品質に
関する重要なデータとして、それぞれ１０cmの距離をお
いて取出された９個の円板の場合に半径方向の抵抗変動
の大きさを測定し、この変動の大きさからドーピング剤
分布の半径方向の変動を推論することができる。このこ
とは、ＡＳＴＭ規定Ｆ５２５（１９７７年）により“広
がり抵抗(spreading resistance)”法を用いて測定され
た広がり抵抗の分布につき行なわれた〔これに関して
は、例えばクリスタルズ、グロウス、プロパティーズ・
アンド・アプリケーションズ(Crystals,Growth,Propert
ies and Applications)、第５巻、第３４頁〜第３６
頁、シュプリンガー社(Springer、ベルリン、ハイデル
ベルク在）刊、中のディーツェ(W.Dietze)、ケラー(W.K
eller)およびミュールバウアー(A.Muhlbauer)著、“フ
ロート−ゾーン・グロウン・シリコン(Float-zone Grow
n Silicon)”参照〕。
測定された分布から、この抵抗がそれぞれの平均値から
２０％よりも多く変動した円板は１つもないことを認め
ることができた。
２０％よりも多く変動した円板は１つもないことを認め
ることができた。
比較試験の場合には、もう１つの棒を全く同じ条件下で
精製したが、この場合には、本発明による誘導加熱コイ
ルの代わりに、ともかく同じ寸法で、外向きに増大する
厚さを有する環状セグメントなしの完全に平らな下面を
有するコイルを使用したので、溶融円頂部をこの範囲内
で電磁力を用いて内向きに押圧することはできなかっ
た。
精製したが、この場合には、本発明による誘導加熱コイ
ルの代わりに、ともかく同じ寸法で、外向きに増大する
厚さを有する環状セグメントなしの完全に平らな下面を
有するコイルを使用したので、溶融円頂部をこの範囲内
で電磁力を用いて内向きに押圧することはできなかっ
た。
得られた棒を同様に円板に鋸引きした。同じ位置から、
これらの円板の９個を取出し、かつ測定した。これらの
円板のそれぞれの場合に、測定された広がり抵抗は、そ
れぞれの平均値から上下に３０％までだけ変動した。
これらの円板の９個を取出し、かつ測定した。これらの
円板のそれぞれの場合に、測定された広がり抵抗は、そ
れぞれの平均値から上下に３０％までだけ変動した。
例２ 市販のゾーン引下げ装置には、１回巻きの誘導加熱コイ
ル（内孔半径約２０mm、外側半径約９０mm，材料銀、最
大コイル厚約１５mm）が装備されており、このコイルの
平らな下面上には、コイルスリットに向かい合った、コ
イル円周の約３／５を取囲む領域内で楔形に外向きに増
大する厚さを有する環状に包囲するセグメントが同心的
に溶接されていた。このセグメントの内側半径は４５mm
であり、外側半径は７５mmであり、外周端縁での厚さ
は、１０mmであった。従って、溶融円頂部に面したセグ
メント表面は、棒軸線に対して約７１°の角度をなして
いた。
ル（内孔半径約２０mm、外側半径約９０mm，材料銀、最
大コイル厚約１５mm）が装備されており、このコイルの
平らな下面上には、コイルスリットに向かい合った、コ
イル円周の約３／５を取囲む領域内で楔形に外向きに増
大する厚さを有する環状に包囲するセグメントが同心的
に溶接されていた。このセグメントの内側半径は４５mm
であり、外側半径は７５mmであり、外周端縁での厚さ
は、１０mmであった。従って、溶融円頂部に面したセグ
メント表面は、棒軸線に対して約７１°の角度をなして
いた。
ところで、前記装置中で約１２．５cmの直径を有する多
結晶性貯蔵棒から、約１２．５cmの直径を有する単結晶
性シリコン棒を精製した。この場合には、貯蔵棒を約１
ｒｐｍで回転させ、製品棒に、例１に記載の方法と同様
にして交互の回転方向を有する作業周期を実施した。全
精製過程の間、この棒は申し分のない成長挙動を示し、
溶融円頂部の範囲内で再溶融および／または突出は全く
確認されなかった。７５cmの棒の場合、精製過程を終結
させ、棒を取出した。
結晶性貯蔵棒から、約１２．５cmの直径を有する単結晶
性シリコン棒を精製した。この場合には、貯蔵棒を約１
ｒｐｍで回転させ、製品棒に、例１に記載の方法と同様
にして交互の回転方向を有する作業周期を実施した。全
精製過程の間、この棒は申し分のない成長挙動を示し、
溶融円頂部の範囲内で再溶融および／または突出は全く
確認されなかった。７５cmの棒の場合、精製過程を終結
させ、棒を取出した。
ところで、比較試験の場合には、同じ条件下で精製過程
を繰返し、その際ともかく同一のコイルを使用したが、
しかしこのコイルの下面上には、楔形横断面を有する環
状セグメントが備えられていなかった。既に１０cmの棒
の長さで、コイルスリットの範囲内には明らかな再溶融
が起こり、この再溶融は、向かい合った範囲内で再び溶
融円頂部の突出をますます大きくさせ、この突出それ自
体は、凝固の際に同心的位置からの製品棒のずれをます
ます顕著にした。約２０mmの棒の長さの場合、精製過程
は中断しなければならなかった。
を繰返し、その際ともかく同一のコイルを使用したが、
しかしこのコイルの下面上には、楔形横断面を有する環
状セグメントが備えられていなかった。既に１０cmの棒
の長さで、コイルスリットの範囲内には明らかな再溶融
が起こり、この再溶融は、向かい合った範囲内で再び溶
融円頂部の突出をますます大きくさせ、この突出それ自
体は、凝固の際に同心的位置からの製品棒のずれをます
ます顕著にした。約２０mmの棒の長さの場合、精製過程
は中断しなければならなかった。
図面は、半導体棒のルツボなしゾーン引上げ法を実施す
るための本発明による誘導加熱コイルの１実施例を示
し、第１図は、帯域精製装置からの１区間を示す部分的
略示横断面図であり、第２図は、コイル下面を示す部分
的略示平面図である。 １…貯蔵棒、２…誘導加熱コイル、３…溶融柱体、４…
コイル開口、５…製品棒、６…溶融円頂部、７…供給
線、８…セグメント、９…導出線、１０…コイルスリッ
ト、１１…高さ
るための本発明による誘導加熱コイルの１実施例を示
し、第１図は、帯域精製装置からの１区間を示す部分的
略示横断面図であり、第２図は、コイル下面を示す部分
的略示平面図である。 １…貯蔵棒、２…誘導加熱コイル、３…溶融柱体、４…
コイル開口、５…製品棒、６…溶融円頂部、７…供給
線、８…セグメント、９…導出線、１０…コイルスリッ
ト、１１…高さ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハインツ・クリンゲル ドイツ連邦共和国 アルテッチング、ホル ツハウザーシュトラーセ 23 (56)参考文献 特開 昭49−62301（ＪＰ，Ａ) 特公 昭61−24791（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (10)
- 【請求項１】貯蔵棒を、コイルスリットによって互いに
分離されたコイル端部を有する円形誘導加熱コイルによ
り発生した、結晶化前面を円頂状で重ねた溶融帯域を介
して、回転運動が行なわれている製品棒に変えることに
より、半導体棒をルツボなしゾーン引上げする方法にお
いて、溶融円頂部を辺縁部でコイルスリットに向かい合
った、棒円周の最高で３／４を包囲する環状帯域中で電
磁力を用いて内向きに押圧することを特徴とする、半導
体棒のルツボなしゾーン引上げ法。 - 【請求項２】製品棒の回転運動を、回転方向を換えて実
施する、請求項１記載の方法。 - 【請求項３】回転運動の回転方向を製品棒の０．１〜２
０回転後に反転させる、請求項１または２に記載の方
法。 - 【請求項４】溶融円頂部の辺縁部を内向きに押圧する電
磁力を、コイル円周の１／４〜３／４を包囲する領域中
で作用させる、請求項１から３までのいずれか１項に記
載の方法。 - 【請求項５】請求項１から４までのいずれか１項に記載
の方法を実施するための誘導加熱コイルにおいて、該誘
導加熱コイルが溶融円頂部に面した平らなコイル面と、
この面から突出し溶融円頂部の辺縁部の上方で包囲す
る、外向きに増大する厚さを有する環状セグメントとを
有し、該セグメントがコイルスリットに向かい合った、
コイル円周の３／４までを占有する領域内に配置されて
いること特徴とする、誘導加熱コイル。 - 【請求項６】環状セグメントが製品棒半径の少なくとも
０．５倍の内側半径および製品棒半径の最高で１．５倍
の外側半径を有する、請求項５記載の誘導加熱コイル。 - 【請求項７】内側半径と外側半径との間の差が０．３〜
０．８倍の製品棒半径に相当する、請求項６記載の誘導
加熱コイル。 - 【請求項８】環状セグメントがその外周端縁で最大コイ
ル厚の０．２〜２倍に相当する高さを有する、請求項５
から７までのいずれか１項に記載の誘導加熱コイル。 - 【請求項９】セグメントが楔形横断面を有する、請求項
５から８までのいずれか１項に記載の誘導加熱コイル。 - 【請求項１０】セグメントの溶融円頂部に面した表面が
棒軸線に対して５０／８０°の角度をなす、請求項５か
ら９までのいずれか１項に記載の誘導加熱コイル。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3805118A DE3805118A1 (de) | 1988-02-18 | 1988-02-18 | Verfahren zum tiegelfreien zonenziehen von halbleiterstaeben und induktionsheizspule zu seiner durchfuehrung |
| DE3805118.4 | 1988-02-18 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01252596A JPH01252596A (ja) | 1989-10-09 |
| JPH062636B2 true JPH062636B2 (ja) | 1994-01-12 |
Family
ID=6347687
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1002166A Expired - Lifetime JPH062636B2 (ja) | 1988-02-18 | 1989-01-10 | 半導体棒のルツボなしゾーン引上げ法および該方法を実施するための誘導加熱コイル |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4851628A (ja) |
| JP (1) | JPH062636B2 (ja) |
| DE (1) | DE3805118A1 (ja) |
| DK (1) | DK169355B1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013168345A (ja) * | 2012-02-17 | 2013-08-29 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 誘導加熱コイル及び該コイルを使用した単結晶の製造方法 |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0699218B2 (ja) * | 1989-04-26 | 1994-12-07 | 信越半導体株式会社 | 単結晶育成用コイル |
| US5217565A (en) * | 1991-11-13 | 1993-06-08 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Contactless heater floating zone refining and crystal growth |
| JP2002249393A (ja) * | 2001-02-15 | 2002-09-06 | Komatsu Electronic Metals Co Ltd | Ｆｚ法半導体単結晶成長方法 |
| DE10137857B4 (de) * | 2001-08-02 | 2006-11-16 | Siltronic Ag | Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls |
| DE10137856B4 (de) * | 2001-08-02 | 2007-12-13 | Siltronic Ag | Durch tiegelloses Zonenziehen hergestellter Einkristall aus Silicium |
| EA017453B1 (ru) * | 2007-04-13 | 2012-12-28 | Топсил Семикондактор Материалз А/С | Способ и устройство для получения монокристалла |
| JP5313354B2 (ja) * | 2008-11-25 | 2013-10-09 | ルオヤン ジンヌオ メカニカル エンジニアリング カンパニー リミテッド | 複数のシリコン芯を製造する高周波コイル引き孔の配置 |
| JP4831203B2 (ja) * | 2009-04-24 | 2011-12-07 | 信越半導体株式会社 | 半導体単結晶の製造方法および半導体単結晶の製造装置 |
| JP5234148B2 (ja) * | 2011-08-04 | 2013-07-10 | 信越半導体株式会社 | 半導体単結晶の製造方法および半導体単結晶の製造装置 |
| CN103114325A (zh) * | 2013-02-25 | 2013-05-22 | 天津市环欧半导体材料技术有限公司 | 气相掺杂区熔硅单晶的生产方法 |
| DE102014226419A1 (de) * | 2014-12-18 | 2016-06-23 | Siltronic Ag | Verfahren zum Züchten eines Einkristalls durch Kristallisieren des Einkristalls aus einer Fließzone |
| CN111748842B (zh) * | 2020-07-09 | 2022-02-22 | 泉州市依科达半导体致冷科技有限公司 | 用于半导体晶棒拉晶的区熔炉及拉晶区域熔炼方法 |
| EP4144894A1 (de) | 2021-09-07 | 2023-03-08 | Siltronic AG | Verfahren zum herstellen eines einkristalls aus silicium |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3096158A (en) * | 1959-09-25 | 1963-07-02 | Gerthart K Gaule | Apparatus for pulling single crystals in the form of long flat strips from a melt |
| CH472236A (de) * | 1968-05-30 | 1969-05-15 | Siemens Ag | Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines kristallinen Stabes, insbesondere Halbleiterstabes |
| DE1802524B1 (de) * | 1968-10-11 | 1970-06-04 | Siemens Ag | Vorrichtung zum tiegelfreien Zonenschmelzen eines kristallinen Stabes,insbesondere Halbleiterstabes |
| US4220839A (en) * | 1978-01-05 | 1980-09-02 | Topsil A/S | Induction heating coil for float zone melting of semiconductor rods |
| DE2812216A1 (de) * | 1978-03-20 | 1979-10-11 | Siemens Ag | Verfahren zum besseren aufschmelzen des vorratsstabes beim tiegelfreien zonenschmelzen |
| DE3600531A1 (de) * | 1986-01-10 | 1987-07-16 | Siemens Ag | Vorrichtung zum herstellen von einkristallinem halbleitermaterial |
| DE3603766A1 (de) * | 1986-02-06 | 1987-08-13 | Wacker Chemitronic | Induktionsheizspule fuer das tiegelfreie zonenziehen von kristallstaeben |
| DE3625669A1 (de) * | 1986-07-29 | 1988-02-04 | Siemens Ag | Induktionsheizer zum tiegelfreien zonenschmelzen |
-
1988
- 1988-02-18 DE DE3805118A patent/DE3805118A1/de active Granted
- 1988-12-08 US US07/281,499 patent/US4851628A/en not_active Expired - Fee Related
-
1989
- 1989-01-10 JP JP1002166A patent/JPH062636B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1989-02-17 DK DK074689A patent/DK169355B1/da not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013168345A (ja) * | 2012-02-17 | 2013-08-29 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 誘導加熱コイル及び該コイルを使用した単結晶の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3805118C2 (ja) | 1992-04-30 |
| DK74689A (da) | 1989-08-19 |
| DK169355B1 (da) | 1994-10-10 |
| DE3805118A1 (de) | 1989-08-24 |
| US4851628A (en) | 1989-07-25 |
| JPH01252596A (ja) | 1989-10-09 |
| DK74689D0 (da) | 1989-02-17 |
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