JPS6249710B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 結晶棒のるつぼ無し帯域溶融装置の多くは溶融
室内に結晶棒端の支持体の外溶融帯域加熱用の誘
導加熱コイルを備えている。支持体と誘導加熱コ
イルの間の相対運動によりこの溶融帯域が結晶棒
内を移動する。誘導加熱コイルは例えば多巻回の
円筒コイルとすることができるが、単一巻回のも
のも多い。誘導加熱コイルには高周波発振器から
高周波交流が供給される。

溶融室は高真空としても保護ガスを満たしても
よい。保護ガスとしては高純度に精製された水素
またはアルゴンが使用され、それによつて特に高
品質の単結晶棒をるつぼ無しの帯域溶融によつて
作ることができる。

多巻回コイルばかりでなく単一巻回のコイルで
もるつぼ無し帯域溶融に際して放電が発生する傾
向がある。この放電は帯域溶融によつて作られる
結晶棒の品質に悪影響を及ぼす。放電発生の危険
は保護ガスを満たした溶融室の場合又はコイルに
大電力を加えるとき特に大きい。この発明の目的
はこのような放電の発生を阻止することである。

この発明は従つて結晶棒特に半導体棒のるつぼ
無し帯域溶融装置を対象とし、この装置において
は結晶棒はその端部を支持体に保持されて溶融室
内に置かれ、結晶棒を取巻く誘導加熱コイルによ
つて加熱されて溶融帯域が作られる。

この種の装置は既に西独国特許第1913881号の
対象となつているが、この公知装置では誘導加熱
コイルの中央巻回部分と結晶棒とが溶融帯域の通
過中等電位に接続されている。

上記の発明思想の展開として誘導加熱コイルの
中央巻回部分又は中央の巻回と少くとも一方の棒
支持体を互に導電的に結合する。又誘導加熱コイ
ルに並列に電気的の対称素子を接続し、その中点
タツプを少くとも一方の棒支持体と導電的に結合
することができる。

第１図にこの公知装置の一部分を示す。１は帯
域溶融室の外壁でありこの外壁の引込部分２を貫
通する軸３に棒端支持体４がとりつけられてい
る。引込部分はパツキン５によつて気密結合され
ている。軸３と棒支持体４は中心軸の回りに回転
すると同時に軸方向に移動可能である。棒支持体
４にはそれぞれ結晶棒６例えばシリコン棒の一端
が固定されている。誘導加熱コイル７によつて棒
６に溶融帯域８が作られ棒６と誘導加熱コイル７
の間の相対運動により棒６に沿つて移動する。一
部分だけを示した溶融室には例えば高純度の水素
又はアルゴンを満たすことができる。

誘導加熱コイル７に並列にコンデンサ１５が接
続され、このコンデンサ１５とコイル７が加熱振
動回路を構成し、高周波発振器１０から同軸ケー
ブル９を通して電気エネルギーがこの振動回路に
供給される。従つて同軸ケーブル９と加熱回路
７，１５は結合コイル１２によつて高周波発振器
１０のタンク回路の振動コイル１１に結合されて
いる。

単巻コイル７の中央部１３又は円筒形コイルの
中央巻回は導線１４によつて溶融室壁１に結ばれ
る。棒支持体４と棒６ならびに誘導加熱コイル７
の中央部１３は軸３と溶融室壁が接地されている
ため同じ電位に置かれる。従つて誘導加熱コイル
７と結晶棒６の間の最大電位差はコイル中央部分
１３が溶誘室壁と結ばれず棒６と等電位に置かれ
ない場合に比べてその半分に過ぎない。

これによつて直径２インチまでの通常のシリコ
ン棒において放電の発生は認められなくなる。

帯域溶融過程の開始に当つて種結晶を溶融しび
ん首形の細い部分を引き上げる際加熱コイルと溶
融帯域の間の結合が弱いため溶融コイルに比較的
高い電圧を導く必要がある。平形溶融コイルの内
径が大きい程コイル間隙にグロー放電又は火花放
電が発生し易い。この現象は保護ガスとしてアル
ゴンを使用するとき特に顕著である。この放電は
帯域溶融によつて作られる結晶の品質に悪い影響
を及ぼす外高周波コイルと導線の損傷を招く。

直径３インチ、４インチあるいは更に太い棒が
要求される最近の傾向はこれらの問題に新しい解
決法を必要とする。

この発明は例えば西独国特許出願公開第
2737342号公報に記載されている公知の平形コイ
ルをその基本構想を保持したまま耐電圧特性に関
して全く新しい構造とすることである。

この発明の基本となる公知の平形コイルの平面
図を第２図に示す。コイルはだ円断面の環状内部
巻回１７とカラー状の外部巻回１８から構成さ
れ、これらの巻回１７と１８は溶接結合されてい
る。外部巻回１８は環状の突起１６を持ちこの突
起を通して接地される。コイルの電流導体１９と
２０は内部巻回１７に結合され、同時に矢印２１
で示す冷却水の通流路となつている。一般にコイ
ルの外部巻回部分１８は厚肉構造となり銀メツキ
された銅で作られ、内部巻回部分１７は銅管で構
成される。

半導体棒を環状に取巻く巻回が中空体となつて
いるか冷却液通流孔を備えている平形誘導コイル
はこの発明による新しい改良形態として半導体棒
に向つたコイル巻回内側部分に互に絶縁された複
数のセグメントに分割されたエネルギー集中体が
設けられる。このエネルギー集中体のセグメント
は総て同じ寸法とするのが有利である。エネルギ
ー集中体のセグメント数は例えば２、３、４又は
６とする。

エネルギー集中体は加熱コイルから１−２mmの
間隔を保つてそれから電気的に絶縁し、コイル面
内に設けると効果的である。

この構成の基本的な考え方はコイルを一次回路
と二次回路に分割し、コイルの電場をセグメント
分割によつて数分割し、交流磁場の方はそのまま
保持することである。

この発明の展開においてはエネルギー集中体セ
グメントが中心に向つて凹みを持ち、この凹みが
集つて半導体棒を通す円形孔を形成し、この円形
孔の直径は約25−35mmとなつている。

エネルギー集中体の各セグメントは中空体とす
るかあるいは冷却液通流孔を備えるものとする。

コイルの耐電圧性の点ではエネルギー集中体の
各セグメントの中央部分に接地端子を設けること
が特に重要である。エネルギー集中体のセグメン
トは絶縁された棒支持体と等電位に置くことも可
能である。

この発明の有利な実施形態では加熱コイルとエ
ネルギー集中体が構造的に結合され、セグメント
は内から外に向つて例えば円すい形に増大する厚
さを持ち、外側に切り目がありこの切り目に加熱
コイルがはめ込まれる。セグメントの切り目とそ
こにはめ込まれた加熱コイルの間の空間には耐熱
絶縁材料がつめられる。この絶縁材料としてはセ
ラミツク、シリコンゴム、シリコン樹脂又はポリ
ビスマレインイミドが適している。

別の実施形態では中心に向つて細くなつている
セグメントが内側に0.5乃至２mmの曲率半径を持
ち、外側の厚さが約10乃至30mmであり、セグメン
トに作られた切り目の深さは約20mmである。この
場合加熱コイルの外径は約100乃至200mmとなる。

加熱コイルおよびセグメントはそれぞれ所定の
要求に対応して銅、銀で被覆された銅又は銀で作
られる。大きい直径の半導体棒を帯域溶融するた
めには誘導加熱コイルを分解可能の構造とし、コ
イルとセグメントを別の構成部品として作り冷却
液用のパツキンを使用してねじ結合により組立て
ることも可能である。

更に電流導体と冷却剤導管をその軸方向に移動
可能としこれによつて加熱装置の内径を変えられ
るようにすることも可能である。

その他の詳細は実施例を示した第３図と第４図
について説明する。

第３図に示した誘導加熱コイルは単一巻回の平
形コイル２２からなりその端部２３と２４に例え
ば1000Vの高周波電圧が加えられる。コイルには
矢印２５で示した冷却水が流れる。コイルの半導
体棒に向つた内側にはエネルギー集中体が例えば
１mmの間隔２６を保つて設けられる。エネルギー
集中体は６個のセグメント２７乃至３２から構成
される。間隔２６はコイル２２をこれらのセグメ
ントから絶縁するためのもので例えば耐熱性のシ
リコンゴムがつめられる。例えばシリコンゴムで
互に絶縁されたセグメントはそれぞれ接地用の中
央端子３３を備える。最も簡単な構造としてはセ
グメントを銅の中空体とし、冷却導管系に簡単に
接続できるようにする。

第３図の実施例では各セグメント相互が導管３
４によつて連結され矢印３５で示すように冷却水
が直列に貫流する。

冷却水を並列流とすること、あるいは群に分け
て流すことも当然可能である。

実際上は加熱コイルを円形とし、エネルギー集
中体のセグメントによつて形成される中心孔の直
径を32mmとし、加熱コイルの外径を150mmとする
と効果的である。

技術的にすつきりした解決法は第４図に示すよ
うにセグメント２７乃至３２が内から外に向つて
増大する厚さを持つようにし、その外側に切り込
みを入れて加熱コイル２５をこの切り込みにはめ
込むことである。間隙２６は耐熱性のシリコンゴ
ムで埋める。セグメントの冷却は水を流す通孔３
６による。

セグメントの外側の厚さが約20mmであり内側の
曲率半径が１mmであると、加熱コイルを入れる孔
３６があつてもセグメントの切り込みの深さは20
mmとすることができる。

互に絶縁されたセグメントの数は原理上無制限
であり、機械的に要求される強度の点だけで限定
される。加熱コイルの印加電圧が1000Vのときエ
ネルギー集中体は６セグメントとするのが耐電圧
に関しては最適であるが、セグメント数が増す程
製作に手がかかることを考えれば実採上それが最
高となる。６セグメントとすれば各セグントには
全電圧の1/6がかかる。更に各セグメントの中点
接地を実施すれば各セグメントにかかる電圧は一
端接地の場合の1/2になる。従つて溶融体と加熱
コイルの間の臨界電圧はコイル電圧の1/12に低下
する。コイル電圧が1000Vであれば例えばセグメ
ント２７の角３７と３８においての電位は溶融帯
域に対して85V以下となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の対象となる半導体棒帯域溶
融装置の一部を示し、第２図は第１図の装置に使
用されている平形誘導加熱コイルの平面図、第３
図はこの発明の実施例の平面図、第４図はこの発
明の平形コイルに使用されるエネルギー集中体の
セグメントの平面図である。第３図において２２
は平形加熱コイル、２７乃至３２はエネルギー集
中体セグメントである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶融させる半導体棒に向つた巻回内面側に互
   に電気的に分離されたセグメントに分割されてい
   るエネルギー集中体が設けられていることを特徴
   とする中空体として構成されるか冷却液通流孔を
   持ち半導体棒を取巻く巻回を持つ半導体棒のるつ
   ぼ無し帯域溶融用の平形誘導コイル。 ２ エネルギー集中体が２、３、４又は６個のセ
   グメントに分割されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のコイル。 ３ エネルギー集中体が平形コイル面内に設けら
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   または第２項記載のコイル。 ４ エネルギー集中体が加熱コイルに対して電気
   的に絶縁されていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項乃至第３項の一つに記載のコイル。 ５ 絶縁体として耐熱性の絶縁材料が使用されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至
   第４項の一つに記載のコイル。 ６ エネルギー集中体のセグメントと加熱コイル
   の間の間隔が約１乃至２mmであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項乃至第５項の一つに記載
   のコイル。 ７ セグメントが中心に向つて凹みを持ち、この
   凹みが集つて半導体棒を通す円形孔を形成するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第６項
   の一つに記載のコイル。 ８ セグメントが形成する孔の直径が約25乃至35
   mmであることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   乃至第７項の一つに記載のコイル。 ９ エネルギー集中体の各セグメントが中空体と
   して構成されるか冷却液通流用の孔を持つことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第８項の一
   つに記載のコイル。 １０ 各セグメントがその中央部分に電圧接続端
   を持つていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項乃至第９項の一つに記載のコイル。 １１ セグメントが内から外に向つて増大する厚
   さを持つことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   乃至第１０項の一つに記載のコイル。 １２ セグメントがその外側に切り目を持ち、こ
   の切り目に加熱コイルがはめ込まれることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項乃至第１１項の一つ
   に記載のコイル。 １３ セグメントの切り目とそれにはめ込まれた
   加熱コイルの間の間隙が耐熱絶縁材で埋められて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至
   第１２項の一つに記載のコイル。 １４ 耐熱絶縁材としてセラミツク、シリコンゴ
   ム、シリコン樹脂又はポリビスマレインイミドが
   使用されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項、第５項および第１３項の一つに記載のコ
   イル。 １５ 中心に向つて細くなつているセグメントの
   内側の曲率半径が0.5乃至２mmであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項乃至第１４項の一つ
   に記載のコイル。 １６ セグメントの外側の厚さが約10乃至30mmで
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至
   第１４項の一つに記載のコイル。 １７ セグメントの切り込みの深さが約20mmであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第
   １６項の一つに記載のコイル。 １８ コイルの外径が約100乃至200mmであること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第１７項
   の一つに記載のコイル。 １９ 加熱コイルが銅、銀で被覆された銅又は銀
   で作られていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項乃至第１８項の一つに記載のコイル。 ２０ セグメントが銅、銀で被覆された銅又は銀
   で作られていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項乃至第１８項の一つに記載のコイル。