JPH11189486A - Ｆｚ法による半導体単結晶の製造方法 - Google Patents
Ｆｚ法による半導体単結晶の製造方法Info
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- JPH11189486A JPH11189486A JP9367044A JP36704497A JPH11189486A JP H11189486 A JPH11189486 A JP H11189486A JP 9367044 A JP9367044 A JP 9367044A JP 36704497 A JP36704497 A JP 36704497A JP H11189486 A JPH11189486 A JP H11189486A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 効率的な結晶成長を行うことができるＦＺ半
導体成長方法を提供する。 【解決手段】 ＦＺ法により半導体単結晶を製造する方
法において、半導体原料棒の溶出界面と溶融帯の形状と
半導体単結晶の晶出界面とを自動制御のために検出する
際に、前記絞り部分の無転位化工程及び前記円錐状移行
部分の形成初期工程では半導体原料棒と扁平誘導加熱コ
イルとの間隙を通して斜めから検出し、その後の円錐状
移行部分及び直胴部分の形成工程では扁平誘導加熱コイ
ルに対して真横の位置から検出することを特徴とする。
導体成長方法を提供する。 【解決手段】 ＦＺ法により半導体単結晶を製造する方
法において、半導体原料棒の溶出界面と溶融帯の形状と
半導体単結晶の晶出界面とを自動制御のために検出する
際に、前記絞り部分の無転位化工程及び前記円錐状移行
部分の形成初期工程では半導体原料棒と扁平誘導加熱コ
イルとの間隙を通して斜めから検出し、その後の円錐状
移行部分及び直胴部分の形成工程では扁平誘導加熱コイ
ルに対して真横の位置から検出することを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＦＺ法（フロート
ゾーン法又は浮遊帯域溶融法）により半導体単結晶を成
長させる方法に関する。さらに詳しくは、ＦＺ法による
半導体単結晶の製造を自動化する方法に関する。
ゾーン法又は浮遊帯域溶融法）により半導体単結晶を成
長させる方法に関する。さらに詳しくは、ＦＺ法による
半導体単結晶の製造を自動化する方法に関する。
【０００２】
【発明の背景技術】ＦＺ法により半導体単結晶を製造す
る場合は、半導体多結晶からなる原料棒の一端部を誘導
加熱コイルからなる加熱装置により溶融して、目的結晶
方位を有する種結晶に融着した後、種絞りしつつ無転位
化しながら種結晶と一体化し、原料棒を加熱装置に対し
て相対的に回転させながら軸線方向に相対移動させると
同時に、溶融部を融着部から原料棒の他端部に向けて徐
々に移動させることにより単結晶化して、棒状の半導体
単結晶を得る。
る場合は、半導体多結晶からなる原料棒の一端部を誘導
加熱コイルからなる加熱装置により溶融して、目的結晶
方位を有する種結晶に融着した後、種絞りしつつ無転位
化しながら種結晶と一体化し、原料棒を加熱装置に対し
て相対的に回転させながら軸線方向に相対移動させると
同時に、溶融部を融着部から原料棒の他端部に向けて徐
々に移動させることにより単結晶化して、棒状の半導体
単結晶を得る。
【０００３】図６及び図７は、原料棒を種結晶に融着
（種付け）してから絞り代形成、種絞り、コーン部形
成、そして目的直径の単結晶（直胴部）形成に至るまで
の工程の一例を示す。以下、各工程の概要を説明する。
（種付け）してから絞り代形成、種絞り、コーン部形
成、そして目的直径の単結晶（直胴部）形成に至るまで
の工程の一例を示す。以下、各工程の概要を説明する。
【０００４】図において、まず、先細り状に形成した原
料棒１０の先端部を誘導加熱コイル１４により加熱溶融
して溶融帯１１を形成し（図６（ａ））、種結晶１６と
融着する（図６（ｂ））。次に、種絞りをするための絞
り代２４を原料棒１０側に形成し（図６（ｃ））、その
後、直径約３ｍｍの無転位化を行うための絞り部分１３
を形成する（図６（ｄ））。続いて、原料棒１０を徐々
に下方に移動させながら、直径を徐々に拡大して単結晶
化したコーン部１２の形成を開始する（図７（ｅ））。
そして、コーン部１２の直径をさらに拡大し（図７
（ｆ））、その最大直径部分が目的直径に達したら、そ
の直径を維持しながらさらに単結晶２７の成長を続け、
目的長さを有する単結晶棒を形成する（図７（ｇ））。
料棒１０の先端部を誘導加熱コイル１４により加熱溶融
して溶融帯１１を形成し（図６（ａ））、種結晶１６と
融着する（図６（ｂ））。次に、種絞りをするための絞
り代２４を原料棒１０側に形成し（図６（ｃ））、その
後、直径約３ｍｍの無転位化を行うための絞り部分１３
を形成する（図６（ｄ））。続いて、原料棒１０を徐々
に下方に移動させながら、直径を徐々に拡大して単結晶
化したコーン部１２の形成を開始する（図７（ｅ））。
そして、コーン部１２の直径をさらに拡大し（図７
（ｆ））、その最大直径部分が目的直径に達したら、そ
の直径を維持しながらさらに単結晶２７の成長を続け、
目的長さを有する単結晶棒を形成する（図７（ｇ））。
【０００５】従来、上記のような種付け、種絞り、さら
にコーン部の最大直径が３０ｍｍ程度になるまでの工程
においては、溶融帯の様子を肉眼で観察しながら、手動
で原料棒の移動速度や誘導加熱コイルの加熱出力を調節
する手動制御が行われ、コーン部の最大直径が３０ｍｍ
程度に達した後のコーン部形成工程及び直胴部成長工程
では、テレビカメラ等の監視器による監視をしながら、
その画像データに基づいて原料棒の移動速度や誘導加熱
コイルの加熱出力を自動制御していた。
にコーン部の最大直径が３０ｍｍ程度になるまでの工程
においては、溶融帯の様子を肉眼で観察しながら、手動
で原料棒の移動速度や誘導加熱コイルの加熱出力を調節
する手動制御が行われ、コーン部の最大直径が３０ｍｍ
程度に達した後のコーン部形成工程及び直胴部成長工程
では、テレビカメラ等の監視器による監視をしながら、
その画像データに基づいて原料棒の移動速度や誘導加熱
コイルの加熱出力を自動制御していた。
【０００６】コーン部の直径が３０ｍｍ程度になるまで
の工程についての自動化がなされていない理由は、コー
ン部の直径が３０ｍｍに満たない状態では小さな溶融帯
が誘導加熱コイルの陰に隠れてしまい、水平方向からの
監視ができないためである。従って、この間の工程は、
作業者が斜め上方から溶融部を観察し、その形状等から
判断して原料棒の移動速度や誘導加熱コイルの加熱出力
を手動で調節していた。しかし、斜め上方から溶融部を
観察する場合は、水平方向からの観察に比べて位置関係
にズレが生じるので、その調節をうまく行うことができ
るようになるまでには多くの経験を要していた。
の工程についての自動化がなされていない理由は、コー
ン部の直径が３０ｍｍに満たない状態では小さな溶融帯
が誘導加熱コイルの陰に隠れてしまい、水平方向からの
監視ができないためである。従って、この間の工程は、
作業者が斜め上方から溶融部を観察し、その形状等から
判断して原料棒の移動速度や誘導加熱コイルの加熱出力
を手動で調節していた。しかし、斜め上方から溶融部を
観察する場合は、水平方向からの観察に比べて位置関係
にズレが生じるので、その調節をうまく行うことができ
るようになるまでには多くの経験を要していた。
【０００７】コーン部直径が３０ｍｍ以上となると、溶
融部と原料棒又は単結晶棒との界面が水平方向からテレ
ビカメラ等の監視器により観察可能になるので、自動制
御に切り替えることができた。
融部と原料棒又は単結晶棒との界面が水平方向からテレ
ビカメラ等の監視器により観察可能になるので、自動制
御に切り替えることができた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、種付
け、種絞り、さらにコーン部の最大直径が３０ｍｍ程度
になるまでの工程は、手動制御により行われていたの
で、この間の工程は作業者の熟練に頼る外はなく、作業
効率も低かった。また、この間の工程を自動化するには
テレビカメラ等による観察が不可欠であるが、小さな溶
融帯が誘導加熱コイルの陰に隠れて水平方向からの観察
が困難であるため、テレビカメラ等の画像を通しての自
動制御を行うことができず、生産性の向上を阻む要因と
なっていた。
け、種絞り、さらにコーン部の最大直径が３０ｍｍ程度
になるまでの工程は、手動制御により行われていたの
で、この間の工程は作業者の熟練に頼る外はなく、作業
効率も低かった。また、この間の工程を自動化するには
テレビカメラ等による観察が不可欠であるが、小さな溶
融帯が誘導加熱コイルの陰に隠れて水平方向からの観察
が困難であるため、テレビカメラ等の画像を通しての自
動制御を行うことができず、生産性の向上を阻む要因と
なっていた。
【０００９】そこで本発明は、自動化工程をさらに種絞
りからコーン部形成工程に至るまでの一連の工程にまで
進め、効率的に結晶成長を行うことができる、ＦＺ法に
よる半導体単結晶の製造方法を提供することを目的とす
る。
りからコーン部形成工程に至るまでの一連の工程にまで
進め、効率的に結晶成長を行うことができる、ＦＺ法に
よる半導体単結晶の製造方法を提供することを目的とす
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体原料棒
の一端部を加熱溶融して種結晶に融着した後に、扁平誘
導加熱コイルの一面側で半導体原料棒を狭小域で加熱溶
融しつつ、前記扁平誘導加熱コイルの他面側で溶融帯を
徐々に冷却して、結晶を無転位化するための小径の絞り
部分と、結晶の直径を徐々に拡大するための円錐状移行
部分と、結晶の直径を一定に維持した直胴部分とを順次
形成することにより半導体単結晶を製造する方法におい
て、半導体原料棒の溶出界面と溶融帯の形状と半導体単
結晶の晶出界面とを自動制御のために検出する際に、前
記絞り部分の無転位化工程及び前記円錐状移行部分の形
成初期工程では半導体原料棒と扁平誘導加熱コイルとの
間隙を通して斜めから検出し、その後の円錐状移行部分
及び直胴部分の形成工程では扁平誘導加熱コイルに対し
て真横の位置から検出するようにしたものである。
の一端部を加熱溶融して種結晶に融着した後に、扁平誘
導加熱コイルの一面側で半導体原料棒を狭小域で加熱溶
融しつつ、前記扁平誘導加熱コイルの他面側で溶融帯を
徐々に冷却して、結晶を無転位化するための小径の絞り
部分と、結晶の直径を徐々に拡大するための円錐状移行
部分と、結晶の直径を一定に維持した直胴部分とを順次
形成することにより半導体単結晶を製造する方法におい
て、半導体原料棒の溶出界面と溶融帯の形状と半導体単
結晶の晶出界面とを自動制御のために検出する際に、前
記絞り部分の無転位化工程及び前記円錐状移行部分の形
成初期工程では半導体原料棒と扁平誘導加熱コイルとの
間隙を通して斜めから検出し、その後の円錐状移行部分
及び直胴部分の形成工程では扁平誘導加熱コイルに対し
て真横の位置から検出するようにしたものである。
【００１１】前記絞り部分の無転位化工程においては、
前記晶出界面から溶融帯側に内寄せした位置の直径に基
づいて半導体原料棒の供給速度を調節し、溶融帯の高さ
に基づいて扁平誘導加熱コイルの加熱出力を調節するこ
とが好ましい。
前記晶出界面から溶融帯側に内寄せした位置の直径に基
づいて半導体原料棒の供給速度を調節し、溶融帯の高さ
に基づいて扁平誘導加熱コイルの加熱出力を調節するこ
とが好ましい。
【００１２】また、前記円錐状移行部分の形成初期工程
においては、溶融帯の略中間位置の溶融帯直径に基づい
て半導体原料棒の供給速度を調節し、前記半導体単結晶
の晶出界面位置に基づいて扁平誘導加熱コイルの加熱出
力を調節することが好ましい。
においては、溶融帯の略中間位置の溶融帯直径に基づい
て半導体原料棒の供給速度を調節し、前記半導体単結晶
の晶出界面位置に基づいて扁平誘導加熱コイルの加熱出
力を調節することが好ましい。
【００１３】例えば、前記半導体原料棒はシリコン多結
晶棒であり、前記半導体単結晶はシリコン単結晶であ
る。
晶棒であり、前記半導体単結晶はシリコン単結晶であ
る。
【００１４】本発明は、また、シリコン多結晶棒の一端
部を加熱溶融して種結晶に融着した後に、扁平誘導加熱
コイルの一面側でシリコン多結晶棒を狭小域で加熱溶融
しつつ、前記扁平誘導加熱コイルの他面側で溶融帯を徐
々に冷却して、結晶を無転位化するための小径の絞り部
分と、結晶の直径を徐々に拡大するための円錐状移行部
分と、結晶の直径を一定に維持した直胴部分とを順次形
成することによりシリコン単結晶を製造する方法におい
て、シリコン多結晶棒の溶出界面と溶融帯の形状とシリ
コン単結晶の晶出界面とを自動制御のために検出する際
に、前記絞り部分の無転位化工程及び前記円錐状移行部
分の形成初期工程ではシリコン多結晶棒と扁平誘導加熱
コイルとの間隙を通して斜めから検出し、その後の円錐
状移行部分及び直胴部分の形成工程では扁平誘導加熱コ
イルに対して真横の位置から検出し、前記絞り部分の無
転位化工程においては、前記晶出界面から溶融帯側に内
寄せした位置の直径に基づいてシリコン多結晶棒の供給
速度を調節し、溶融帯の高さに基づいて扁平誘導加熱コ
イルの加熱出力を調節し、前記円錐状移行部分の形成初
期工程においては、溶融帯の略中間位置の溶融帯直径に
基づいてシリコン多結晶棒の供給速度を調節し、前記シ
リコン単結晶の晶出界面位置に基づいて扁平誘導加熱コ
イルの加熱出力を調節するようにしたものである。
部を加熱溶融して種結晶に融着した後に、扁平誘導加熱
コイルの一面側でシリコン多結晶棒を狭小域で加熱溶融
しつつ、前記扁平誘導加熱コイルの他面側で溶融帯を徐
々に冷却して、結晶を無転位化するための小径の絞り部
分と、結晶の直径を徐々に拡大するための円錐状移行部
分と、結晶の直径を一定に維持した直胴部分とを順次形
成することによりシリコン単結晶を製造する方法におい
て、シリコン多結晶棒の溶出界面と溶融帯の形状とシリ
コン単結晶の晶出界面とを自動制御のために検出する際
に、前記絞り部分の無転位化工程及び前記円錐状移行部
分の形成初期工程ではシリコン多結晶棒と扁平誘導加熱
コイルとの間隙を通して斜めから検出し、その後の円錐
状移行部分及び直胴部分の形成工程では扁平誘導加熱コ
イルに対して真横の位置から検出し、前記絞り部分の無
転位化工程においては、前記晶出界面から溶融帯側に内
寄せした位置の直径に基づいてシリコン多結晶棒の供給
速度を調節し、溶融帯の高さに基づいて扁平誘導加熱コ
イルの加熱出力を調節し、前記円錐状移行部分の形成初
期工程においては、溶融帯の略中間位置の溶融帯直径に
基づいてシリコン多結晶棒の供給速度を調節し、前記シ
リコン単結晶の晶出界面位置に基づいて扁平誘導加熱コ
イルの加熱出力を調節するようにしたものである。
【００１５】前記絞り部分の無転位化工程及び前記円錐
状移行部分の形成初期工程においては、前記シリコン多
結晶棒の溶出界面と前記溶融帯の形状とシリコン単結晶
の晶出界面とを、水平面より斜め上方５°〜６０°から
検出することが好ましい。
状移行部分の形成初期工程においては、前記シリコン多
結晶棒の溶出界面と前記溶融帯の形状とシリコン単結晶
の晶出界面とを、水平面より斜め上方５°〜６０°から
検出することが好ましい。
【００１６】本発明は、さらに具体的には、シリコン多
結晶棒の一部を断面が楔形の扁平誘導加熱コイルにより
加熱溶融して溶融帯を形成した後、該溶融帯に種結晶を
融着し、該種結晶と前記溶融帯との間に小径の絞り部分
を形成して無転位化しつつ種絞りを行った後、前記シリ
コン多結晶棒を扁平誘導加熱コイルに対し縦軸方向に相
対的に移動させて前記溶融帯を前記絞り部分直上部から
上方へ徐々に移動させ、前記絞り部分に引き続いて直径
を徐々に拡大しつつ単結晶を成長させて円錐状移行部分
を形成し、さらに該円錐状移行部分の最大直径が目的直
径に達した後は該目的直径を維持しながらシリコン単結
晶を形成するＦＺ法による半導体単結晶の製造方法にお
いて、前記絞り部分の無転位化工程及び直径が少なくと
も３０ｍｍに達するまでの前記円錐状移行部分の形成初
期においては前記溶融帯付近の形状を４５°斜め上方か
ら監視器により検出し、前記絞り部分の無転位化工程に
おいては、前記シリコン多結晶棒側の溶出界面（以下
「上界面」と言う。）位置ｈH及び前記シリコン単結晶
側の晶出界面（以下「下界面」と言う。）位置ｈLを前
記監視器の画像より求め、両界面位置の距離で規定され
る溶融帯の縦軸方向長さが設定値を保つように扁平誘導
加熱コイルの加熱出力を調節するとともに、前記下界面
位置ｈLにおける前記絞り部分の直径ＤLを前記監視器の
画像より求め、前記下界面位置ｈLよりＤL×０．２だけ
溶融帯側に内寄せした位置ｈSDにおける直径（以下「シ
ングルダイア」と言う。）ＤSDを設定し、該シングルダ
イアＤSDが設定値を保つように前記シリコン多結晶棒の
移動速度を調節し、円錐状移行部分の形成初期において
は、前記下界面位置ｈLを前記監視器の画像より求め、
該下界面位置ｈLが設定値を保つように扁平誘導加熱コ
イルの加熱能力を調節するとともに、前記下界面位置ｈ
Lにおける前記絞り部分の直径ＤLを測定し、前記下界面
位置ｈLよりＤL×０．４７だけ上方位置ｈMDにおける直
径（以下「メルトダイア」と言う。）ＤMDを測定し、該
メルトダイアＤMDが設定値を保つように前記シリコン多
結晶棒の移動速度を調節するようにしたものである。
結晶棒の一部を断面が楔形の扁平誘導加熱コイルにより
加熱溶融して溶融帯を形成した後、該溶融帯に種結晶を
融着し、該種結晶と前記溶融帯との間に小径の絞り部分
を形成して無転位化しつつ種絞りを行った後、前記シリ
コン多結晶棒を扁平誘導加熱コイルに対し縦軸方向に相
対的に移動させて前記溶融帯を前記絞り部分直上部から
上方へ徐々に移動させ、前記絞り部分に引き続いて直径
を徐々に拡大しつつ単結晶を成長させて円錐状移行部分
を形成し、さらに該円錐状移行部分の最大直径が目的直
径に達した後は該目的直径を維持しながらシリコン単結
晶を形成するＦＺ法による半導体単結晶の製造方法にお
いて、前記絞り部分の無転位化工程及び直径が少なくと
も３０ｍｍに達するまでの前記円錐状移行部分の形成初
期においては前記溶融帯付近の形状を４５°斜め上方か
ら監視器により検出し、前記絞り部分の無転位化工程に
おいては、前記シリコン多結晶棒側の溶出界面（以下
「上界面」と言う。）位置ｈH及び前記シリコン単結晶
側の晶出界面（以下「下界面」と言う。）位置ｈLを前
記監視器の画像より求め、両界面位置の距離で規定され
る溶融帯の縦軸方向長さが設定値を保つように扁平誘導
加熱コイルの加熱出力を調節するとともに、前記下界面
位置ｈLにおける前記絞り部分の直径ＤLを前記監視器の
画像より求め、前記下界面位置ｈLよりＤL×０．２だけ
溶融帯側に内寄せした位置ｈSDにおける直径（以下「シ
ングルダイア」と言う。）ＤSDを設定し、該シングルダ
イアＤSDが設定値を保つように前記シリコン多結晶棒の
移動速度を調節し、円錐状移行部分の形成初期において
は、前記下界面位置ｈLを前記監視器の画像より求め、
該下界面位置ｈLが設定値を保つように扁平誘導加熱コ
イルの加熱能力を調節するとともに、前記下界面位置ｈ
Lにおける前記絞り部分の直径ＤLを測定し、前記下界面
位置ｈLよりＤL×０．４７だけ上方位置ｈMDにおける直
径（以下「メルトダイア」と言う。）ＤMDを測定し、該
メルトダイアＤMDが設定値を保つように前記シリコン多
結晶棒の移動速度を調節するようにしたものである。
【００１７】本発明においては、溶融帯が誘導加熱コイ
ルの陰に隠れてテレビカメラ等の監視器による水平観察
が困難であった、種絞り工程時及び最大直径が３０ｍｍ
以下の円錐状移行部分（以下、「コーン部」と言うこと
がある。）形成工程時に、原料棒と扁平誘導加熱コイル
との間隙を通して溶融帯付近を５°〜６０°斜めからテ
レビカメラ等の監視器により観察することにより、監視
器の画像に基づく自動制御を可能にした。
ルの陰に隠れてテレビカメラ等の監視器による水平観察
が困難であった、種絞り工程時及び最大直径が３０ｍｍ
以下の円錐状移行部分（以下、「コーン部」と言うこと
がある。）形成工程時に、原料棒と扁平誘導加熱コイル
との間隙を通して溶融帯付近を５°〜６０°斜めからテ
レビカメラ等の監視器により観察することにより、監視
器の画像に基づく自動制御を可能にした。
【００１８】例えば、図２において、溶融帯付近を水平
面より４５°斜め上方から観察すると、下界面位置ｈL
における見かけの絞り直径ＤLあるいは溶融帯の直径
は、水平方向から観察した場合よりも下方位置で観察さ
れることになり、これらの値をそのまま用いて自動制御
を行うことはできない。本発明では、溶融帯付近を斜め
から観察することにより生じる位置関係のズレを補正し
た位置で測定し、これらの値に基づいて自動制御を行う
ようにした。
面より４５°斜め上方から観察すると、下界面位置ｈL
における見かけの絞り直径ＤLあるいは溶融帯の直径
は、水平方向から観察した場合よりも下方位置で観察さ
れることになり、これらの値をそのまま用いて自動制御
を行うことはできない。本発明では、溶融帯付近を斜め
から観察することにより生じる位置関係のズレを補正し
た位置で測定し、これらの値に基づいて自動制御を行う
ようにした。
【００１９】絞り部分の無転位化工程においては、溶融
帯付近を水平面より４５°斜め上方から観察する場合、
観察した下界面位置ｈLにおける直径ＤLを測定した後、
この位置よりＤL×０．２だけ上方の位置ｈSDにおける
直径（シングルダイア）ＤSDを測定する。このシングル
ダイアＤSDは、水平方向から観察した下界面位置ｈLに
おける絞り部分直径とよく符合する。また、ゾーン長Ｌ
は、観察した上界面位置ｈHと下界面位置ｈLとの距離で
把握される。この値は水平方向から観察した結果よりも
短くなるが、これは定数を掛けることにより容易に補正
することができる。
帯付近を水平面より４５°斜め上方から観察する場合、
観察した下界面位置ｈLにおける直径ＤLを測定した後、
この位置よりＤL×０．２だけ上方の位置ｈSDにおける
直径（シングルダイア）ＤSDを測定する。このシングル
ダイアＤSDは、水平方向から観察した下界面位置ｈLに
おける絞り部分直径とよく符合する。また、ゾーン長Ｌ
は、観察した上界面位置ｈHと下界面位置ｈLとの距離で
把握される。この値は水平方向から観察した結果よりも
短くなるが、これは定数を掛けることにより容易に補正
することができる。
【００２０】コーン部形成時においては、溶融帯付近を
水平面より４５°斜め上方から観察する場合、観察した
下界面位置ｈLにおける直径ＤLを測定した後、この位置
よりＤL×０．４７だけ上方の位置ｈMDにおける直径
（メルトダイア）ＤMDを測定する。このメルトダイアＤ
MDは、水平方向から観察した下界面位置ｈLにおける絞
り直径とよく符合する。
水平面より４５°斜め上方から観察する場合、観察した
下界面位置ｈLにおける直径ＤLを測定した後、この位置
よりＤL×０．４７だけ上方の位置ｈMDにおける直径
（メルトダイア）ＤMDを測定する。このメルトダイアＤ
MDは、水平方向から観察した下界面位置ｈLにおける絞
り直径とよく符合する。
【００２１】
【発明の実施の形態】本発明の実施例を、直径１０５ｍ
ｍのシリコン単結晶を製造する場合について、図面に基
づいて説明する。
ｍのシリコン単結晶を製造する場合について、図面に基
づいて説明する。
【００２２】図１は、本発明の一実施例を示す構成図で
ある。図において、既に示した図６及び図７と同一符合
で示した部分は同一又は相当部分を示すのでその説明を
省略する。本実施例においては、テレビカメラ１７は原
料棒１０と扁平誘導加熱コイル１４との間隙を通して溶
融帯１１付近を水平面より４５°斜め上方からテレビカ
メラにより観察できる位置に設置されている。このテレ
ビカメラ１７により観察された溶融帯１１付近の画像か
ら各種長さが測定される。
ある。図において、既に示した図６及び図７と同一符合
で示した部分は同一又は相当部分を示すのでその説明を
省略する。本実施例においては、テレビカメラ１７は原
料棒１０と扁平誘導加熱コイル１４との間隙を通して溶
融帯１１付近を水平面より４５°斜め上方からテレビカ
メラにより観察できる位置に設置されている。このテレ
ビカメラ１７により観察された溶融帯１１付近の画像か
ら各種長さが測定される。
【００２３】テレビカメラ１７の角度は、具体的には水
平面より斜め上方５°〜６０°の範囲で調節可能であ
る。テレビカメラ１７の傾け角度を５°より小さくする
と、断面が楔形の扁平誘導加熱コイル１４の一面１４ａ
により視界が遮られてしまうので、好ましくない。一
方、テレビカメラ１７の傾け角度を６０°より大きくす
ると、シリコン多結晶棒１０の先細り部１０ａにより視
界が遮られてしまい、やはり好ましくない。
平面より斜め上方５°〜６０°の範囲で調節可能であ
る。テレビカメラ１７の傾け角度を５°より小さくする
と、断面が楔形の扁平誘導加熱コイル１４の一面１４ａ
により視界が遮られてしまうので、好ましくない。一
方、テレビカメラ１７の傾け角度を６０°より大きくす
ると、シリコン多結晶棒１０の先細り部１０ａにより視
界が遮られてしまい、やはり好ましくない。
【００２４】ゾーン長Ｌ及びシングルダイアＤSD又はメ
ルトダイアＤMDは後述の方法により求められ、それぞれ
の測定結果に対応した信号が差動増幅器２０及び２１に
入力され、設定値と比較・増幅されて、それの結果がＰ
ＩＤ演算器２２及び２３に入力される。ＰＩＤ演算器２
２の出力はモータ１５に供給され、原料棒１０の軸方向
への移動速度を制御する。ＰＩＤ演算器２３の出力は発
振器１８に入力され、発振器の陽極電圧を調節すること
により誘導加熱コイル１４の加熱出力を制御する。
ルトダイアＤMDは後述の方法により求められ、それぞれ
の測定結果に対応した信号が差動増幅器２０及び２１に
入力され、設定値と比較・増幅されて、それの結果がＰ
ＩＤ演算器２２及び２３に入力される。ＰＩＤ演算器２
２の出力はモータ１５に供給され、原料棒１０の軸方向
への移動速度を制御する。ＰＩＤ演算器２３の出力は発
振器１８に入力され、発振器の陽極電圧を調節すること
により誘導加熱コイル１４の加熱出力を制御する。
【００２５】次に、本実施例における種付け、絞り代形
成、種絞り及びコーン部形成までの工程を説明する。種
付け及び絞り代形成工程は、従来と同様に手動で行わ
れ、図６（ａ）〜（ｃ）で既に示したように、原料棒１
０の先端を誘導加熱コイル１４により加熱溶融して溶融
部１１を形成し、種結晶１６と融着した後、種絞りの絞
り代２４を原料棒１０側に形成する。
成、種絞り及びコーン部形成までの工程を説明する。種
付け及び絞り代形成工程は、従来と同様に手動で行わ
れ、図６（ａ）〜（ｃ）で既に示したように、原料棒１
０の先端を誘導加熱コイル１４により加熱溶融して溶融
部１１を形成し、種結晶１６と融着した後、種絞りの絞
り代２４を原料棒１０側に形成する。
【００２６】種絞り以降の工程は自動制御により行われ
る。図２は種絞り工程時のテレビカメラ１７による画像
を示し、図３は各制御のブロックダイヤグラムを示す。
前述のようにテレビカメラ１７は４５°上方から溶融帯
１１付近を観察するので、各部分の見かけの寸法は水平
方向から観察した場合と必ずしも一致しない。例えば、
下界面位置ｈL（下界面２６との水平接線上）は、実際
に水平方向から見た下界面２６よりも下方の位置を示す
ものである。これを補正するために、図３のブロックダ
イヤグラムに従って補正制御される。
る。図２は種絞り工程時のテレビカメラ１７による画像
を示し、図３は各制御のブロックダイヤグラムを示す。
前述のようにテレビカメラ１７は４５°上方から溶融帯
１１付近を観察するので、各部分の見かけの寸法は水平
方向から観察した場合と必ずしも一致しない。例えば、
下界面位置ｈL（下界面２６との水平接線上）は、実際
に水平方向から見た下界面２６よりも下方の位置を示す
ものである。これを補正するために、図３のブロックダ
イヤグラムに従って補正制御される。
【００２７】絞り部分の無転位化工程において、シング
ルダイアＤSDの制御を行うために、まず下界面位置ｈL
をテレビカメラ１７の画像から検出し、下界面位置ｈL
における直径ＤLを測定する。次に、下界面位置ｈLより
ＤL×０．２だけ上方の位置ｈSDを求め、この位置にお
ける溶融帯１１と絞り部１３との界面領域の直径として
定義されるシングルダイアＤSDを測定する。
ルダイアＤSDの制御を行うために、まず下界面位置ｈL
をテレビカメラ１７の画像から検出し、下界面位置ｈL
における直径ＤLを測定する。次に、下界面位置ｈLより
ＤL×０．２だけ上方の位置ｈSDを求め、この位置にお
ける溶融帯１１と絞り部１３との界面領域の直径として
定義されるシングルダイアＤSDを測定する。
【００２８】シングルダイアＤSDを求めるために設定さ
れた係数０．２は、テレビカメラ１７の傾け角度が４５
°の時に用いられる。この係数は、テレビカメラ１７の
傾け角度が小さい時には０．２より小さい値が用いら
れ、傾け角度が大きくなるに従い大きな係数を設定して
いく。ただし、この係数の変化率は、テレビカメラ１７
の傾け角度が大きくなるにつれてしだいに小さくしてい
くと良い。
れた係数０．２は、テレビカメラ１７の傾け角度が４５
°の時に用いられる。この係数は、テレビカメラ１７の
傾け角度が小さい時には０．２より小さい値が用いら
れ、傾け角度が大きくなるに従い大きな係数を設定して
いく。ただし、この係数の変化率は、テレビカメラ１７
の傾け角度が大きくなるにつれてしだいに小さくしてい
くと良い。
【００２９】そして、この値を測定信号３０として差動
増幅器２０に入力する。差動増幅器２０は、設定値出力
部１９から出力されるシングルダイア設定信号３２を入
力し、シングルダイア設定信号３２と測定信号３０との
差を増幅してＰＩＤ演算器２２を介してモータ１５へ回
転数制御信号３４を出力し、モータ１５の回転数が調節
される。シングルダイアＤSDが設定値より小さい場合は
モータ１５の回転数が大きくなるように制御し、この結
果、原料棒１０の下降移動速度が大きくなり、シングル
ダイアＤSDが大きくなる。シングルダイアＤSDが設定値
より大きい場合は逆の制御を行う。
増幅器２０に入力する。差動増幅器２０は、設定値出力
部１９から出力されるシングルダイア設定信号３２を入
力し、シングルダイア設定信号３２と測定信号３０との
差を増幅してＰＩＤ演算器２２を介してモータ１５へ回
転数制御信号３４を出力し、モータ１５の回転数が調節
される。シングルダイアＤSDが設定値より小さい場合は
モータ１５の回転数が大きくなるように制御し、この結
果、原料棒１０の下降移動速度が大きくなり、シングル
ダイアＤSDが大きくなる。シングルダイアＤSDが設定値
より大きい場合は逆の制御を行う。
【００３０】絞り部分の無転位化工程におけるゾーン長
Ｌの制御については、テレビカメラ１７の画像から上界
面２５位置ｈHと下界面２６位置ｈLとの距離を測定して
ゾーン長Ｌを求める。テレビカメラ１７の映像上の両者
の距離は実際の垂直距離の１／√２となるが、この関係
は一定であるので補正処理を行うことにより制御を行う
ことができる。ゾーン長Ｌの値は測定信号３１として差
動増幅器２１に入力され、設定値出力部１９から出力さ
れるゾーン長設定信号３３との差が増幅され、ＰＩＤ演
算器２３を介して発振器１８へ加熱出力制御信号３５が
出力され、これにより誘導加熱コイル１４へ供給される
高周波電流の大きさが制御されて誘導加熱コイル１４の
加熱能力が調節される。ゾーン長Ｌが設定値より小さい
場合は高周波電流が大きくなるよう制御し、この結果誘
導加熱コイル１４の加熱出力が増加してゾーン長Ｌが大
きくなる。ゾーン長Ｌが設定値より大きい場合は逆の制
御を行う。
Ｌの制御については、テレビカメラ１７の画像から上界
面２５位置ｈHと下界面２６位置ｈLとの距離を測定して
ゾーン長Ｌを求める。テレビカメラ１７の映像上の両者
の距離は実際の垂直距離の１／√２となるが、この関係
は一定であるので補正処理を行うことにより制御を行う
ことができる。ゾーン長Ｌの値は測定信号３１として差
動増幅器２１に入力され、設定値出力部１９から出力さ
れるゾーン長設定信号３３との差が増幅され、ＰＩＤ演
算器２３を介して発振器１８へ加熱出力制御信号３５が
出力され、これにより誘導加熱コイル１４へ供給される
高周波電流の大きさが制御されて誘導加熱コイル１４の
加熱能力が調節される。ゾーン長Ｌが設定値より小さい
場合は高周波電流が大きくなるよう制御し、この結果誘
導加熱コイル１４の加熱出力が増加してゾーン長Ｌが大
きくなる。ゾーン長Ｌが設定値より大きい場合は逆の制
御を行う。
【００３１】図４はコーン部（最大直径部分３０ｍｍ以
下）形成工程時のテレビカメラ１７の画像を示し、図５
は各制御のブロックダイヤグラムを示す。
下）形成工程時のテレビカメラ１７の画像を示し、図５
は各制御のブロックダイヤグラムを示す。
【００３２】メルトダイアＤMDの制御については、まず
下界面位置ｈLをテレビカメラ１７の画像から検出し、
下界面位置ｈLにおける直径ＤLを測定する。次に、下界
面位置ｈLよりＤL×０．４７だけ上方の位置ｈMDを求
め、この位置における直径として定義されるメルトダイ
アＤMDを測定し、この値を測定信号３０として差動増幅
器２０に入力する。
下界面位置ｈLをテレビカメラ１７の画像から検出し、
下界面位置ｈLにおける直径ＤLを測定する。次に、下界
面位置ｈLよりＤL×０．４７だけ上方の位置ｈMDを求
め、この位置における直径として定義されるメルトダイ
アＤMDを測定し、この値を測定信号３０として差動増幅
器２０に入力する。
【００３３】メルトダイアＤMDを求めるために設定され
た係数０．４７は、テレビカメラ１７の傾け角度が４５
°の時に用いられる。この係数は、テレビカメラ１７の
傾け角度が小さい時には０．４７より小さい値が用いら
れ、傾け角度が大きくなるに従い大きな係数を設定して
いく。ただし、この係数の変化率は、テレビカメラ１７
の傾け角度が大きくなるにつれてしだいに小さくしてい
くと良い。
た係数０．４７は、テレビカメラ１７の傾け角度が４５
°の時に用いられる。この係数は、テレビカメラ１７の
傾け角度が小さい時には０．４７より小さい値が用いら
れ、傾け角度が大きくなるに従い大きな係数を設定して
いく。ただし、この係数の変化率は、テレビカメラ１７
の傾け角度が大きくなるにつれてしだいに小さくしてい
くと良い。
【００３４】差動増幅器２０は、設定値出力部１９から
出力されるメルトダイア設定信号３２を入力し、メルト
ダイア設定信号３２と測定信号３０との差を増幅してＰ
ＩＤ演算器２２を介してモータ１５へ回転数制御信号３
４を出力することによりモータ１５の回転数が調節され
る。メルトダイアＤMDが設定値より小さい場合はモータ
１５の回転数が大きくなるよう制御し、この結果原料棒
１０の下降移動速度が大きくなり、メルトダイアＤMDが
大きくなる。メルトダイアＤMDが設定値より大きい場合
は逆の制御を行う。
出力されるメルトダイア設定信号３２を入力し、メルト
ダイア設定信号３２と測定信号３０との差を増幅してＰ
ＩＤ演算器２２を介してモータ１５へ回転数制御信号３
４を出力することによりモータ１５の回転数が調節され
る。メルトダイアＤMDが設定値より小さい場合はモータ
１５の回転数が大きくなるよう制御し、この結果原料棒
１０の下降移動速度が大きくなり、メルトダイアＤMDが
大きくなる。メルトダイアＤMDが設定値より大きい場合
は逆の制御を行う。
【００３５】下界面位置ｈLの制御については、まず下
界面位置ｈLをテレビカメラ１７の画像から検出する。
この値は測定信号３１として差動増幅器２１に入力さ
れ、設定値出力部１９から出力される下界面位置設定信
号３３との差が増幅され、ＰＩＤ演算器２３を介して発
振器１８へ加熱出力制御信号３５が出力され、これによ
り誘導加熱コイル１４へ供給される高周波電流の大きさ
が制御されて誘導加熱コイル１４の加熱出力が調節され
る。ゾーン長Ｌが設定値より小さい場合は高周波電流が
大きくなるよう制御し、この結果誘導加熱コイル１４の
加熱出力が増加してゾーン長Ｌが大きくなる。ゾーン長
Ｌが設定値より大きい場合は逆の制御を行う。
界面位置ｈLをテレビカメラ１７の画像から検出する。
この値は測定信号３１として差動増幅器２１に入力さ
れ、設定値出力部１９から出力される下界面位置設定信
号３３との差が増幅され、ＰＩＤ演算器２３を介して発
振器１８へ加熱出力制御信号３５が出力され、これによ
り誘導加熱コイル１４へ供給される高周波電流の大きさ
が制御されて誘導加熱コイル１４の加熱出力が調節され
る。ゾーン長Ｌが設定値より小さい場合は高周波電流が
大きくなるよう制御し、この結果誘導加熱コイル１４の
加熱出力が増加してゾーン長Ｌが大きくなる。ゾーン長
Ｌが設定値より大きい場合は逆の制御を行う。
【００３６】コーン部１２の最大直径部分（下界面位
置）直径が３０ｍｍを超えたら、溶融帯１１の水平方向
に設置された図示しないテレビカメラにより観察を行
い、従来から行われている方法により制御を行う。
置）直径が３０ｍｍを超えたら、溶融帯１１の水平方向
に設置された図示しないテレビカメラにより観察を行
い、従来から行われている方法により制御を行う。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、Ｆ
Ｚ半導体成長方法における自動化工程をさらに種絞りか
らコーン部形成工程に至るまでの一連の工程にまで進
め、効率的な結晶成長を行うことができる。
Ｚ半導体成長方法における自動化工程をさらに種絞りか
らコーン部形成工程に至るまでの一連の工程にまで進
め、効率的な結晶成長を行うことができる。
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】テレビカメラ１７で観察した種絞り工程時の溶
融帯１１付近を示す概略図である。
融帯１１付近を示す概略図である。
【図３】種絞り工程時におけるブロックダイヤグラムを
示す。
示す。
【図４】テレビカメラ１７で観察したコーン部形成工程
時の溶融帯１１付近を示す概略図である。
時の溶融帯１１付近を示す概略図である。
【図５】コーン部形成工程時におけるブロックダイヤグ
ラムを示す。
ラムを示す。
【図６】種絞り工程を示す工程図である。
【図７】コーン部形成工程を示す工程図である。
１０ 原料棒 １１ 溶融帯 １２ コーン部 １３ 絞り部 １４ 誘導加熱コイル １５ モータ １６ 種結晶 １７ テレビカメラ １８ 発振器 １９ 設定値出力部 ２０，２１ 差動増幅器 ２２，２３ ＰＩＤ演算器 ２４ 絞り代 ２５ 上界面 ２６ 下界面 ２７ 単結晶 ３０，３１ 測定信号 ３２ シングルダイア（メルトダイア）設定信号 ３３ ゾーン長（下界面位置）設定信号 ３４ 回転数制御信号 ３５ 加熱出力制御信号
Claims (7)
- 【請求項１】 半導体原料棒の一端部を加熱溶融して種
結晶に融着した後に、扁平誘導加熱コイルの一面側で半
導体原料棒を狭小域で加熱溶融しつつ、前記扁平誘導加
熱コイルの他面側で溶融帯を徐々に冷却して、結晶を無
転位化するための小径の絞り部分と、結晶の直径を徐々
に拡大するための円錐状移行部分と、結晶の直径を一定
に維持した直胴部分とを順次形成することにより半導体
単結晶を製造する方法において、 半導体原料棒の溶出界面と溶融帯の形状と半導体単結晶
の晶出界面とを自動制御のために検出する際に、前記絞
り部分の無転位化工程及び前記円錐状移行部分の形成初
期工程では半導体原料棒と扁平誘導加熱コイルとの間隙
を通して斜めから検出し、その後の円錐状移行部分及び
直胴部分の形成工程では扁平誘導加熱コイルに対して真
横の位置から検出することを特徴とするＦＺ法による半
導体単結晶の製造方法。 - 【請求項２】 前記絞り部分の無転位化工程において
は、前記晶出界面から溶融帯側に内寄せした位置の直径
に基づいて半導体原料棒の供給速度を調節し、溶融帯の
高さに基づいて扁平誘導加熱コイルの加熱出力を調節す
ることを特徴とする請求項１に記載のＦＺ法による半導
体単結晶の製造方法。 - 【請求項３】 前記円錐状移行部分の形成初期工程にお
いては、溶融帯の略中間位置の溶融帯直径に基づいて半
導体原料棒の供給速度を調節し、前記半導体単結晶の晶
出界面位置に基づいて扁平誘導加熱コイルの加熱出力を
調節することを特徴とする請求項１に記載のＦＺ法によ
る半導体単結晶の製造方法。 - 【請求項４】 前記半導体原料棒はシリコン多結晶棒で
あり、前記半導体単結晶はシリコン単結晶であることを
特徴とする請求項１ないし３に記載のＦＺ法による半導
体単結晶の製造方法。 - 【請求項５】 シリコン多結晶棒の一端部を加熱溶融し
て種結晶に融着した後に、扁平誘導加熱コイルの一面側
でシリコン多結晶棒を狭小域で加熱溶融しつつ、前記扁
平誘導加熱コイルの他面側で溶融帯を徐々に冷却して、
結晶を無転位化するための小径の絞り部分と、結晶の直
径を徐々に拡大するための円錐状移行部分と、結晶の直
径を一定に維持した直胴部分とを順次形成することによ
りシリコン単結晶を製造する方法において、 シリコン多結晶棒の溶出界面と溶融帯の形状とシリコン
単結晶の晶出界面とを自動制御のために検出する際に、
前記絞り部分の無転位化工程及び前記円錐状移行部分の
形成初期工程ではシリコン多結晶棒と扁平誘導加熱コイ
ルとの間隙を通して斜めから検出し、その後の円錐状移
行部分及び直胴部分の形成工程では扁平誘導加熱コイル
に対して真横の位置から検出し、 前記絞り部分の無転位化工程においては、前記晶出界面
から溶融帯側に内寄せした位置の直径に基づいてシリコ
ン多結晶棒の供給速度を調節し、溶融帯の高さに基づい
て扁平誘導加熱コイルの加熱出力を調節し、 前記円錐状移行部分の形成初期工程においては、溶融帯
の略中間位置の溶融帯直径に基づいてシリコン多結晶棒
の供給速度を調節し、前記シリコン単結晶の晶出界面位
置に基づいて扁平誘導加熱コイルの加熱出力を調節する
ことを特徴とするＦＺ法による半導体単結晶の製造方
法。 - 【請求項６】 前記絞り部分の無転位化工程及び前記円
錐状移行部分の形成初期工程において、前記シリコン多
結晶棒の溶出界面と前記溶融帯の形状とシリコン単結晶
の晶出界面とを、水平面より斜め上方５°〜６０°から
検出することを特徴とする請求項５記載のＦＺ法による
半導体単結晶の製造方法。 - 【請求項７】 シリコン多結晶棒の一部を断面が楔形の
扁平誘導加熱コイルにより加熱溶融して溶融帯を形成し
た後、該溶融帯に種結晶を融着し、該種結晶と前記溶融
帯との間に小径の絞り部分を形成して無転位化しつつ種
絞りを行った後、前記シリコン多結晶棒を扁平誘導加熱
コイルに対し縦軸方向に相対的に移動させて前記溶融帯
を前記絞り部分直上部から上方へ徐々に移動させ、前記
絞り部分に引き続いて直径を徐々に拡大しつつ単結晶を
成長させて円錐状移行部分を形成し、さらに該円錐状移
行部分の最大直径が目的直径に達した後は該目的直径を
維持しながらシリコン単結晶を形成するＦＺ法による半
導体単結晶の製造方法において、 前記絞り部分の無転位化工程及び直径が少なくとも３０
ｍｍに達するまでの前記円錐状移行部分の形成初期にお
いては前記溶融帯付近の形状を４５°斜め上方から監視
器により検出し、 前記絞り部分の無転位化工程においては、前記シリコン
多結晶棒側の溶出界面（以下「上界面」と言う。）位置
ｈH及び前記シリコン単結晶側の晶出界面（以下「下界
面」と言う。）位置ｈLを前記監視器の画像より求め、
両界面位置の距離で規定される溶融帯の縦軸方向長さが
設定値を保つように扁平誘導加熱コイルの加熱出力を調
節するとともに、前記下界面位置ｈLにおける前記絞り
部分の直径ＤLを前記監視器の画像より求め、前記下界
面位置ｈLよりＤL×０．２だけ溶融帯側に内寄せした位
置ｈSDにおける直径（以下「シングルダイア」と言
う。）ＤSDを測定し、該シングルダイアＤSDが設定値を
保つように前記シリコン多結晶棒の移動速度を調節し、 円錐状移行部分の形成初期においては、前記下界面位置
ｈLを前記監視器の画像より求め、該下界面位置ｈLが設
定値を保つように扁平誘導加熱コイルの加熱能力を調節
するとともに、前記下界面位置ｈLにおける前記絞り部
分の直径ＤLを測定し、前記下界面位置ｈLよりＤL×
０．４７だけ上方位置ｈMDにおける直径（以下「メルト
ダイア」と言う。）ＤMDを測定し、該メルトダイアＤMD
が設定値を保つように前記シリコン多結晶棒の移動速度
を調節することを特徴とする、ＦＺ法による半導体単結
晶の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36704497A JP3601280B2 (ja) | 1997-12-25 | 1997-12-25 | Ｆｚ法による半導体単結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36704497A JP3601280B2 (ja) | 1997-12-25 | 1997-12-25 | Ｆｚ法による半導体単結晶の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11189486A true JPH11189486A (ja) | 1999-07-13 |
| JP3601280B2 JP3601280B2 (ja) | 2004-12-15 |
Family
ID=18488326
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP36704497A Expired - Fee Related JP3601280B2 (ja) | 1997-12-25 | 1997-12-25 | Ｆｚ法による半導体単結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3601280B2 (ja) |
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- 1997-12-25 JP JP36704497A patent/JP3601280B2/ja not_active Expired - Fee Related
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