JPH11314993A - 浮遊帯域溶融法における半導体単結晶の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 浮遊帯域溶融法による半導体単結晶の製造に
おいて、高精度に晶出結晶径を自動制御し、単結晶の品
位を向上させる。 【解決手段】 半導体単結晶を所定の形状に形成するた
めの、浮遊帯域溶融法による半導体単結晶の製造方法に
おいて、素材８又は晶出される単結晶１１の少なくとも
いずれか一方の形状に基づいて、誘導加熱コイル２に印
加されるコイル印加電圧Ｖを決定し、このコイル印加電
圧Ｖを印加した際の、高周波発振器１内の真空管９Ａの
グリッド電流Ｇを検出するとともに、この電流値Ｇm と
所定の目標電流値との差ΔＧに基づいて前記コイル印加
電圧Ｖを補正し、晶出される単結晶１１の形状を制御す
る。特に、単結晶１１のトップ１１Ａを形成する際に
は、素材８の溶融状態に応じて、前記コイル印加電圧Ｖ
の決定方法を変更することにより、トップ１１Ａの形状
を正確に制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、浮遊帯域溶融法に
よる半導体単結晶の製造において、誘導加熱コイルに印
加する電圧を制御して晶出された単結晶を所定の形状に
制御する、単結晶の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、浮遊帯域溶融法による半導体
単結晶の製造方法において、素材である多結晶や形成さ
れる単結晶の形状に基づいて、誘導加熱コイルに印加さ
れる電圧を制御する方法が知られている。

【０００３】図９は、本願出願人が特開平９−７７５８
８号公報に開示した技術の一例であり、浮遊帯域溶融法
により半導体単結晶を製造する製造装置の説明図であ
る。この製造装置は、高周波発振器１、誘導加熱コイル
２、上軸駆動機構３及び下軸駆動機構４を備えており、
誘導加熱コイル２に、制御器７よりの指令に基づいて前
記高周波発振器１から発振電圧を印加して多結晶の素材
８を溶融させ、その下部に単結晶１１を晶出させる。上
軸駆動機構３及び下軸駆動機構４は、制御器７よりの指
令に基づいてそれぞれ素材８及び単結晶１１を駆動して
おり、単結晶１１を所定の形状に形成する。また、前記
誘導加熱コイル２の近傍にはＣＣＤカメラ５が設置さ
れ、ＣＣＤカメラ５で撮像された画像は画像処理装置６
を経て制御装置７に入力される。また、制御装置７の信
号は、高周波発振器１に出力される。

【０００４】この製造装置を用いて単結晶１１を製造す
る際に、晶出された単結晶１１に結晶の欠陥が生じた
り、メルトダウンを起こして単結晶１１が溶け崩れたり
するのを防ぐために、単結晶１１を所定の形状に形成す
る必要がある。そのため、前記従来技術では、素材８及
び晶出された単結晶１１の形状をＣＣＤカメラ５で撮像
し、その画像を画像処理装置６によって画像処理し、単
結晶１１が所定の形状となるように、高周波発振器１の
前記発振電圧を制御するようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開平９−７７５８８号公報に開示された従来技術には、
次に述べるような問題点がある。

【０００６】即ち、前記高周波発振器１から誘導加熱コ
イル２に印加される発振電圧を制御しているにも拘ら
ず、誘導加熱コイル２に流れる電流値が変動することが
ある。この結果、素材８に加えられる熱量が変動して、
晶出された単結晶１１の形状が所定の形状に形成され
ず、単結晶１１に結晶の欠陥が生じたり、前記メルトダ
ウンを起こしたりして、その生産性が劣化する。

【０００７】本発明は、上記の問題点に着目してなされ
たものであり、晶出される単結晶を正確に所定の形状に
形成し、その生産性を向上させることのできる半導体単
結晶の製造方法を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段、作用及び効果】上記の目
的を達成するために、第１方法の発明は、高周波発振器
から誘導加熱コイルに印加されるコイル印加電圧を制御
して晶出される単結晶の棒を所定の形状に製造する、浮
遊帯域溶融法による半導体単結晶の製造方法において、
前記コイル印加電圧を印加したときの、高周波発振器内
の真空管のグリッド電流を検出するとともに、このグリ
ッド電流の検出値に基づいて、前記コイル印加電圧を補
正している。

【０００９】第１方法に記載の発明によれば、コイル印
加電圧を印加した際の、高周波発振器内の真空管のグリ
ッド電流を検出するとともに、このグリッド電流の検出
値に基づいて、前記コイル印加電圧を補正している。こ
れにより、グリッド電流が変化して誘導加熱コイルに流
れる電流の量が変化しても、その変化を正確に補正する
ことができるので、単結晶を正確に所定の形状に形成す
ることができる。

【００１０】また、第２方法の発明は、第１方法記載の
半導体単結晶の製造方法において、前記コイル印加電圧
を、素材又は晶出される単結晶の少なくともいずれか一
方の形状に基づいて決定するようにしている。

【００１１】第２方法記載の発明によれば、前記コイル
印加電圧を、素材又は晶出される単結晶の少なくともい
ずれか一方の形状に基づいて決定するようにしている。
これにより、コイル印加電圧を正確に制御できるので、
単結晶の形状を正確に所定の形状に形成することができ
る。

【００１２】また、第３方法の発明は、第２方法記載の
半導体単結晶の製造方法において、単結晶のトップ形成
時に、素材が溶融を起こす直前の部位の径である素材径
が一定径に達しているか否かを判別し、素材径が一定径
以上であれば晶出した単結晶の結晶長に、また一定径に
達していなければ前記素材径にそれぞれ基づいて、前記
コイル印加電圧を決定するようにしている。

【００１３】第３方法記載の発明によれば、単結晶のト
ップ形成時に素材径が一定径に達しているか否かを判別
し、素材径が一定径以上であれば晶出した単結晶の結晶
長に、また一定径に達していなければ前記素材径にそれ
ぞれ基づいて、前記コイル印加電圧を決定するようにし
ている。これにより、形状が複雑であるトップの形成時
に、より細やかな制御が可能であり、トップをより正確
に所定の形状に形成することができるので、前記メルト
ダウンや結晶の欠陥の発生が少なくなり、単結晶の生産
性を向上させることができる。

【００１４】また、第４方法の発明は、第２方法記載の
半導体単結晶の製造方法において、単結晶の直胴部形成
時に、素材の一定径に基づいて前記コイル印加電圧を決
定するようにしている。

【００１５】第４方法記載の発明によれば、単結晶の直
胴部形成時に、前記少なくともいずれか一方の形状を、
素材の径一定部の径である一定径としている。これによ
り、直胴部形成時には複雑な画像処理や制御を行なうこ
となくコイル印加電圧を決定できるので、複雑な制御プ
ログラムを必要とせずに単結晶を製造可能である。

【００１６】

【発明の実施の形態及び実施例】以下、図を参照しなが
ら、本発明に係わる実施形態を詳細に説明する。なお、
前記図９と同一要素には同一符号を付し、重複説明は省
略する。

【００１７】まず、図１〜図６に基づいて、第１の実施
形態を説明する。図１は、第１の実施形態に係わる単結
晶製造装置の構成図である。製造装置は、高周波発振器
１と誘導加熱コイル２、上軸駆動機構３、下軸駆動機構
４、視覚センサ５、画像処理装置６及び制御装置７を備
えている。高周波発振器１は、真空管９Ａを含む発振回
路９を備えており、制御器７よりの指令に基づき、誘導
加熱コイル２にコイル印加電圧Ｖ（従来技術の発振電圧
に相当する）を印加して素材８を溶融させ、その下部に
単結晶１１を晶出させる。

【００１８】また、前記上軸駆動機構３及び下軸駆動機
構４は、それぞれ素材８及び単結晶１１を駆動し、単結
晶１１を所定の形状に形成する。上軸駆動機構３又は下
軸駆動機構４には、駆動距離をカウントするカウンタ１
２が備えられており、晶出された単結晶１１の長さ（以
下、結晶長と呼ぶ）を検出して制御器に出力している。
このとき、前記誘導加熱コイル２の近傍には視覚センサ
５（従来技術のＣＣＤカメラ５に相当する）が設置さ
れ、素材８又は単結晶１１の少なくともいずれか一方の
形状を撮像している。視覚センサ５で撮像された画像は
画像処理装置６を経て制御装置７に入力され、制御装置
７はこの画像に基づいて前記コイル印加電圧Ｖを制御し
ている。また、高周波発振器１は、真空管９Ａのグリッ
ド９Ｂに流れるグリッド電流Ｇを検出する電流検出器１
３を備えており、この電流値Ｇm を制御器７に出力して
いる。

【００１９】図２は、誘導加熱コイル２に前記画像に基
づいて決定されたコイル印加電圧Ｖを印加した場合の、
前記グリッド電流Ｇの値を示す説明図である。コイル印
加電圧Ｖとグリッド電流Ｇとの関係を以下Ｖ−Ｇ曲線と
呼び、高周波発振器１内の回路や真空管９Ａ、誘導加熱
コイル２等の特性によって決定される。このＶ−Ｇ曲線
を実線で表し、本来のＶ−Ｇ曲線と呼ぶ。ところが同図
に点線で表すように、このＶ−Ｇ曲線が、製造装置の周
囲温度や高周波発振器１に入力される電源電圧の変動等
の原因によって変化することがある。そのため、コイル
印加電圧値Ｖを電圧値Ｖt としているにも拘らず、グリ
ッド電流Ｇが目標電流値Ｇt から電流値Ｇm に変化して
しまい、誘導加熱コイル２を流れる電流が変動して溶融
される素材８の温度が変動し、晶出された単結晶１１が
所定の形状に形成されなくなる。本実施形態では、グリ
ッド電流Ｇの変動をモニターし、目標電流値Ｇt と電流
値Ｇm との差ΔＧに基づいて電圧値Ｖt を補正すること
によって、晶出された単結晶１１を所定の形状に形成し
ている。

【００２０】以下、図３〜図６に基づいて、本実施形態
に係わる単結晶のトップ１１Ａを形成するための手順を
説明する。まず図３に、素材８の形状の一例の模式図を
示す。同図において、素材８はテーパを有するテーパ部
８Ａと、一定径Ｄc を有する径一定部８Ｂとで構成され
ている。また、図４に、晶出された単結晶１１の形状の
一例の模式図を示す。同図において、単結晶１１は結晶
径が連続的に増加するトップ１１Ａ（先端部）、径が等
しい円筒形の直胴部１１Ｂ、及び径が連続的に減少する
ボトム１１Ｃから構成されている。図５に、単結晶１１
のトップ１１Ａ形成時の、誘導加熱コイル２周辺の模式
図を示す。同図において、トップ１１Ａを形成するに
は、まず素材のテーパ部８Ａを溶融させ、その後径一定
部８Ｂを溶融させて形成する。このとき、誘導加熱コイ
ル２近傍の素材８が溶融を起こし始める直前の部位の径
を素材径Ｄm 、晶出された単結晶１１の長さを結晶長Ｌ
m とする。

【００２１】図６に、単結晶のトップ１１Ａを形成する
ための手順の一例をフローチャートで示す。なお、ここ
では各ステップ番号にＳを付して表している。まず、視
覚センサ５で素材８の誘導加熱コイル２近傍の画像を撮
像し（Ｓ１）、その画像を画像処理して素材８の前記素
材径Ｄm を検出し（Ｓ２）、この素材径Ｄm が所定の値
である一定径Ｄc に達したか否かを判断する（Ｓ３）。
このとき、素材径Ｄmが一定径Ｄc に達していない場合
は、予め設定された関数式或いはテーブルを参照し、素
材径Ｄm に基づいてトップ１１Ａ形成時のコイル印加電
圧の電圧値Ｖtを算出する（Ｓ５）。そして、高周波発
振器１内の回路や真空管９Ａ、誘導加熱コイル２等の特
性から求められた前記本来のＶ−Ｇ曲線を参照し、電圧
値Ｖt に基づいて目標電流値Ｇt を算出する（Ｓ８）。
また、素材径Ｄm が一定径Ｄc に達している場合には、
前記カウンタによって晶出された単結晶１１の結晶長Ｌ
mを検出し（Ｓ６）、予め設定された関数式或いはテー
ブルを参照し、この結晶長Ｌm に基づいて前記電圧値Ｖ
t を算出し（Ｓ７）、Ｓ８に移行する。なお、本実施形
態では素材径Ｄm 又は結晶長Ｌm に基づいて電圧値Ｖt
を算出するように説明しているが、例えば誘導加熱コイ
ル２と素材８の溶融面との距離や、晶出された単結晶１
１のトップ１１Ａの径など、素材８又は単結晶１１の少
なくともいずれか一方の形状に基づいて決定されるもの
であればよい。

【００２２】そして、前記電圧値Ｖt を誘導加熱コイル
２に印加し（Ｓ９）、このときのグリッド電流Ｇの電流
値Ｇm を検出し（Ｓ１１）、前記目標電流値Ｇt と電流
値Ｇm との差ΔＧt を算出する（Ｓ１２）。そして、予
め定められた関数式又はテーブルを参照し、前記差ΔＧ
t に基づいてコイル印加電圧Ｖの補正値ΔＶt を算出し
（Ｓ１３）、電圧値Ｖt にこの補正値ΔＶt を加えて、
誘導加熱コイル２に印加される補正電圧Ｖh を算出する
（Ｓ１４）。そして、この補正電圧Ｖh を誘導加熱コイ
ル２に印加して（Ｓ１６）、Ｓ１に戻るようにしてい
る。以上の方法は、ボトム１１Ｃを形成する場合にも同
様である。

【００２３】以上説明したように本実施形態によれば、
単結晶１１の形成時に、コイル印加電圧を印加した際の
高周波発振器１内の真空管９Ａのグリッド電流Ｇを検出
し、この電流値Ｇm と所定の目標電流値との差ΔＧに基
づいて、前記コイル印加電圧Ｖを補正している。これに
より、グリッド電流Ｇが変化して誘導加熱コイル２に流
れる電流の量が変化しても、その変化を正確に補正する
ことができるので、単結晶１１を正確に所定の形状に形
成することができる。

【００２４】また、前記コイル印加電圧Ｖを、素材８又
は晶出される単結晶１１の少なくともいずれか一方の形
状に基づいて決定するようにしている。これにより、コ
イル印加電圧Ｖを正確に制御できるので、単結晶１１の
形状を正確に所定の形状に形成することができる。

【００２５】また、単結晶１１のトップ１１Ａ形成時
に、素材径Ｄm が一定径Ｄc に達しているか否かを判別
し、その各々の場合に応じて、前記コイル印加電圧Ｖを
決定するようにしている。これにより、形状が複雑であ
るトップ１１Ａの形成時に、より細かな制御が可能であ
り、トップ１１Ａをより正確に所定の形状に形成するこ
とができるので、メルトダウンや結晶の欠陥が起きにく
くなり、単結晶１１の生産性を向上させることができ
る。

【００２６】次に、図７、図８に基づいて、第２の実施
形態を説明する。第２の実施形態は、単結晶１１の前記
直胴部１１Ｂを形成するための方法の一例である。図７
に、第２の実施形態に係わる単結晶１１の直胴部形成時
の、誘導加熱コイル２周辺の模式図を示す。同図におい
て、直胴部１１Ｂは、素材の径一定部８Ｂを溶融させる
ことによって形成される。

【００２７】図８に、単結晶の直胴部１１Ｂを形成する
ための手順の一例をフローチャートで示す。まず、予め
設定された関数式或いはテーブルを参照し、素材の一定
径Ｄc に基づいて直胴部１１Ｂ形成時のコイル印加電圧
の電圧値Ｖp を算出する（Ｓ２１）。そして、高周波発
振器１内の回路や真空管９Ａ、誘導加熱コイル２等の特
性から求められた本来のＶ−Ｇ曲線を参照し、前記電圧
値Ｖp に基づいて目標電流値Ｇp を算出し（Ｓ２２）、
電圧値Ｖp を誘導加熱コイル２に印加する（Ｓ２４）。

【００２８】次に、このときのグリッド電流Ｇの電流値
Ｇm を検出し（Ｓ２５）、前記目標電流値Ｇp と電流値
Ｇm との差ΔＧp を算出する（Ｓ２６）。そして、予め
定められた関数式又はテーブルを参照し、前記差ΔＧp
に基づいてコイル印加電圧Ｖの補正値ΔＶp を算出し
（Ｓ２８）、電圧値Ｖp にこの補正値ΔＶp を加えて、
誘導加熱コイル２に印加される補正電圧Ｖj を算出する
（Ｓ２９）。そして、この補正電圧Ｖj を誘導加熱コイ
ル２に印加して（Ｓ３０）、Ｓ２５に戻るようにしてい
る。なお、前記電圧値Ｖp を決定するに当たっては、素
材８又は単結晶１１の少なくともいずれか一方の形状に
基づいて決定すればよく、例えば誘導加熱コイル２と素
材８の溶融面との距離などに基づいていてもよい。

【００２９】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、単結晶１１の直胴部１１Ｂ形成時に、コイル印加電
圧Ｖを印加した際の、高周波発振器１内の真空管９Ａの
グリッド電流Ｇを検出し、このグリッド電流Ｇの電流値
Ｇm と所定の目標電流値Ｇp との差ΔＧに基づいて前記
コイル印加電圧Ｖを補正している。これにより、グリッ
ド電流Ｇが変化して誘導加熱コイル２に流れる電流の量
が変化しても、その変化を正確に補正することができる
ので、単結晶１１の直胴部１１Ｂを正確に所定の形状に
形成することができる。

【００３０】また、単結晶１１の直胴部１１Ｂ形成時
に、素材の一定径Ｄc に基づいて前記コイル印加電圧Ｖ
p を決定している。これにより、コイル印加電圧Ｖp は
常に一定となるので、直胴部１１Ｂ形成時に、複雑な画
像処理や制御を行なうことなくコイル印加電圧Ｖp を決
定でき、複雑な制御プログラムを必要とせずに単結晶１
１を製造可能である。

【００３１】なお、前記製造装置が、素材のトップ１１
Ａを形成しているか直胴部１１Ｂを形成しているかの判
別は、例えば視覚センサ５によって撮像された画像を画
像処理して行なえばよい。或いは、前記カウンタ１２の
値によって判断してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係わる、単結晶製造装
置の構成図。

【図２】コイル印加電圧とグリッド電流との説明図。

【図３】素材の模式図。

【図４】単結晶の模式図。

【図５】誘導加熱コイル周辺の模式図。

【図６】単結晶のトップを形成するための手順の一例を
示すフローチャート。

【図７】第２実施形態に係わる誘導加熱コイル周辺の模
式図。

【図８】単結晶の直胴部を形成するための手順の一例を
示すフローチャート。

【図９】従来技術による、単結晶製造装置の説明図。

【符号の説明】

１…高周波発振器、２…誘導加熱コイル、３…上軸駆動
機構、４…下軸駆動機構、５…視覚センサ、６…画像処
理装置、７…制御装置、８…素材、８Ａ…テーパ部、８
Ｂ…径一定部、９…発振回路、９Ａ…真空管、９Ｂ…グ
リッド、１１…単結晶、１１Ａ…トップ、１１Ｂ…直胴
部、１１Ｃ…ボトム、１２…カウンタ、１３…電流検出
器。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高周波発振器(1) から誘導加熱コイル
   (2) に印加されるコイル印加電圧Ｖを制御して晶出され
   る単結晶(11)の棒を所定の形状に製造する、浮遊帯域溶
   融法による半導体単結晶の製造方法において、 前記コイル印加電圧Ｖを印加したときの、高周波発振器
   (1) 内の真空管(9A)のグリッド電流Ｇの電流値Ｇm を検
   出するとともに、この電流値Ｇm と所定の目標電流値と
   の差ΔＧに基づいて前記コイル印加電圧Ｖを補正するこ
   とを特徴とする半導体単結晶の製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体単結晶の製造方法
   において、 前記コイル印加電圧Ｖを、素材(8) 又は晶出される単結
   晶(11)の少なくともいずれか一方の形状に基づいて決定
   したことを特徴とする半導体単結晶の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項２記載の半導体単結晶の製造方法
   において、 単結晶(11)のトップ(11A) 形成時に、素材(8) が溶融を
   起こす直前の部位の径である素材径Ｄm が一定径Ｄc に
   達しているか否かを判別し、 素材径Ｄm が一定径Ｄc 以上であれば結晶長Ｌm に、ま
   た一定径Ｄc に達していなければ前記素材径Ｄm にそれ
   ぞれ基づいて、前記コイル印加電圧Ｖt を決定したこと
   を特徴とする半導体単結晶の製造方法。
4. 【請求項４】 請求項２記載の半導体単結晶の製造方法
   において、 単結晶(11)の直胴部(11B) 形成時に、素材の一定径Ｄc
   に基づいて前記コイル印加電圧Ｖp を決定したことを特
   徴とする半導体単結晶の製造方法。