JPS63291388A - 浮遊帯域溶融法に用いる単巻誘導加熱コイル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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）に用い
る中巻誘導加熱コイルに係り、特に外周側に囲繞された
コイルその他の存在により外周径が制約を受けるコイル
の場合でも、任意な外周径を選択出来、これにより浮離
帯域に付加すべき磁界集中性を容易に制御可能な単巻誘
導加熱コイルに関する。

「従来の技術」 従来よりＦＺ法を利用して半導体単結晶の製造、半導体
多結晶の精製、化合物寥導体の製造等を行う装置は公知
であり、この種の装置は、例えば半導体単結晶製造装置
において、上軸に棒状原料多結晶を、下軸に直径の小さ
い単結晶の種を保持し、前記原料多結晶周囲に囲繞した
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よう構成している。

従ってこの種の装置においては、原料多結晶を）火小域
において短時間に芯まで溶融させる必要から、半導体棒
の帯域溶融域に集中して磁界を付加１、得る事が必要で
あり、一方帯域溶融後の半導体を不純物のバラツキ等が
なく安定して単結晶に成Ｕさせるには前記浮遊帯域と接
する単結晶成長域の始端側を緩やかに放熱させる必要が
あり、かかる要請を満足する為に、従来より単巻偏平の
加熱コイルを用いつつその内径、外径、断面形状等を種
々選択して前記帯域の加熱と単結晶の成長をバランスよ
く行うよう構成している。

しかしながら製造単結晶の大口径化が進むに連れ、前記
帯域の溶融はより狭域部分に集中して加熱させる必要が
あり、又単結晶の成長は窓側と周縁側の温度変化を避け
る為により一層緩やかにバランスよく放熱を行う必要が
あり、このような二律背反的な加熱作用を単一の加熱コ
イルで満足させる事はもはや困難になってきた。

そこで本発明者は同時出願における特許願（１）におい
て、例えば第６図で示すように、浮遊帯域３の周囲に囲
繞した溶融を行なう第１の単巻加熱コイルｌＯ゛（以下
内側コイルという）の外周囲に、第２の加熱コイル２０
（以下外側コイルという）を設け、内側コイル１０°に
より浮遊帯域３を溶融しつつ外側コイル２０により単結
晶始端側周縁側４ａを加熱しながら、単結晶４芯側と外
周側間の温度変化を極力抑制し、安定した単結晶成長を
行うように構成した技術を提案している。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、前記技術においては、狭小の帯域を加熱
する必要性等より前記内側コイル１０°　と外側コイル
２０を実質的にほぼ同一水平面上に配置しなければなら
ない為に、内側コイル１０’の外径が外側コイルの内径
に制約を受け、所定幅量りに幅広、言い変えれば偏平に
する事が出来ない、この基は内側コイルｌＯ°の浮遊帯
域３に付加すべき磁界集中性が制約を受ける事となり、
製造単結晶のに口径化に対応し得ないという問題が生じ
る。

又前記ＦＺ法による半導体単結晶の製造は、一般にアル
ゴンガスその他の保護ガス雰囲気下で行われる為に、半
導体棒１の帯状溶融域３近傍で前記保護ガスの巻き込み
対流５が生じ、一方前記従来技術のように内側コイルｌ
Ｏ゛　と外側コイル２０を実質的にほぼ同一水平面上に
配置する構成では、外側コイル内周２０と内側コイルｌ
Ｏ°外周間に隙間が発生し、前記巻き込み対流５が前記
隙間を通過して多結晶２終端周縁側２ａに直接ぶつかり
、この結果該衝突部分が局部的に冷却されて未溶融が出
来る場合がある。

そして前記ＦＺ法においては、内側コイルの一相対回転
毎に順次リング状に帯状溶融域３を形成する構成を採る
為に、前記ような未溶融部分が発生すると、前記−加熱
溶融サイクル毎に順次未溶融部分が取残されてつらら状
のいわゆる「発出」６が発生する事となる。

そしてこのような「発出」６が生じると、前記コイル群
ｌＯ°、２０を多結晶加熱域４側に相対移動させた場合
前記コイル群１０°、２０が「発出」８先端に衝突し該
コイル群１０’　、２０を通過させるのが不可能になり
、結果としてその位置で製造を中＋卜せざるを得ないと
いう問題が生じる。

本発明は、かかる欠点を解消する為に、外周側に囲繞さ
れたコイルその他の存在により外周径が制約を受けるコ
イルの場合でも、任意な外周径を選択出来、これにより
浮遊帯域に付加すべき磁界集中性を容易に制御可能な単
巻誘導加熱コイルを提供する事を目的とする。

本発明の他の目的とする所は、複数のコイルをほぼ同心
上に配置した場合における「発出」の発生、磁界の乱れ
等の種々の不都合を解消し得る、単巻形の内側加熱コイ
ルを提供する巷にある。

更に本発明の他の目的とする所は、後述するように単巻
コイルの外周側にリング状の鍔部を設けた場合にｌトし
る種々の欠点を解消し得る単巻誘導加熱コイルを提供す
る事にある。

「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、第１図（Ａ
）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）に示すように、（０単Ｗ、ｄ導加
熱コイル１０外周面の、上下いずれかの縁側にリング状
の鍔部１５．１６を囲繞連接した点 く（２）前記鍔部１５．１６の周径方向の両端面をスリ
ット空隙１５ａ、ｌｅａを介して対峙させた点を必須構
成要件とするＦＺ法に用いる単巻誘導加熱コイルを提案
する。

この場合、前記両端面間のスリット空隙１５ａ、ＩＥｉ
ａは、第１図（Ａ）に示すように半径方向に延在して形
成してもよく、又第１図（Ｃ）に示すように、周径方向
に向は傾斜させて延在させてもよい。

「作用」 かかる技術手段によれば、例えば前記ｐイル１０の外周
側に位置する外側コイル２０の存在により前記内側コイ
ルｌＯ外周径が制約を受ける場合でも、内側コイルｌＯ
の外周面縁側より外側コイル２０の上下いずれかの周面
−ヒに沿ってリング状鍔部１５．１６を延在させる事が
出来る為に内側コイルｌＯのみかけ状の外径の増大、言
い換えれば内側コイル１０の偏平程度を容易に大又は調
整する事が出来、これにより浮遊帯域３に付加すべき磁
界集中性が増し、単位時間当たりの溶融速度が増す為に
製造中結晶の大口径化に容易に対応出来る。

更に本発明の好ましい実施例によれば前記鍔部１５．１
６外径を、溶融をすべき原料多結晶２外径より大にする
事により、原料多結晶２周縁部で形成される磁界が、多
結晶軸方向に拡がる事なく鍔部１５．１６周面に沿って
ほぼ平行な磁界分布となる為に、原料多結晶終端用縁部
２ａ　（肩部）近傍のみを加熱させる事が出来、これに
より多結晶肩部２ａを規則正しく溶融させる事が出来る
とともに、いわゆる前記した「発出」θ防止にもつなが
る。

更に又、本発明の好ましい実施例によれば前記鍔部１５
．１Ｂ外径を、内側コイルＩＯ外周側に囲繞された第２
のコイル２０内径より大にする事により、両コイル１０
．２０間に形成される隙間を遮断する事が出来、これに
より前記巻き込み対流５が多結晶終端周縁側２ａに直接
ぶつかるのを防１ト出来、前記した「発出」６を防ＩＦ
する事が出来る。

尚本発明に類似する技術として、例えば第７図に示オよ
うに管状単巻コイル５０の外周囲の頂部５０ａ周径方向
にリング状の鍔部５１を設けた技術（特開昭５８−８２
４９２号）が開示されているが、かかる従来技術におい
ては、前記リング状鍔部５１をコイル外周頂部５０ａに
連接した為に、該コイル５０の両端より外方に延在する
給電管５２が障害となって、前記鍔部５１両端面５１ａ
を近接させる事が出来ず、必然的に鍔部両端面５１ａ間
の給電管５２延在部分に不均一磁界が発生し且つ電磁的
結合度も弱まる為に１、該コイル５０を用いて原料多結
晶の帯域溶融を行った場合、製造された単結晶のマクロ
的及びミクロ的抵抗分布にバラツキが生じ、高品質の単
結晶が製造し得ない。

而も前記リング状鍔部５１をコイル外周囲頂部５０ａに
連接する構成では、該コイル５０の外周側に外側コイル
が存在する場合、該外側コイルの存在により前記鍔部５
１を拡径させる事が出来ず、前述した本発明の作用効果
を全く達成し得ない。

−力木技術手段によれば、前述した作用効果に加えて前
記給電管の延在位置を避けてコイル外周面の、上下いず
れかの縁側にリング状の鍔部を囲繞連接した為に、前記
給電管１１が障害となる事なく、鍔部１５．１６両端面
間を近接配置させる事が可能となり、前記不均一磁界の
発生やＴＬ電磁的結合度低下を防ぐ事が出来る。

この場合前記鍔部１５．１８両端面間を、第１図（Ａ）
のように半径方向に延設して形成する場合より、第１図
（Ｃ）に示すように周径方向に傾斜させて形成した方が
一層均一磁界が形成されるのは言うまでもない。

「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犠されている構
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のみに限定する趣旨ではな？、巾
なる説明例に過ぎない。

第２図乃至第５図は本発明の実施例に係る半導体単結晶
製造装置に使用される、複数の加熱コイルからなる加熱
機構を示し、第２図は平面図、第３図は底面図、第４図
は第２図のＡ−Ａ’線断面図、第５図は製造状態におけ
る半導体棒との位置関係を示す第２図のＢ−８’線断面
図である。

本加熱機構は、原料多結晶２の帯域溶融を行う第１の中
巻偏平加熱コイル（以下内側コイルｌＯという）と、該
内側コイルｌＯと同心状にＬつほぼ同−千面トに沿って
その外周囲を囲繞する如く周回して配置された第２の単
巻偏平加熱コイル（以下外側コイル２０という）とを有
し、これらのコイルはいずれも外壁面より平行に外方に
延設する各２木の給電管１１．２１を介して支持体４１
に一体的に連結され、前記両コイル１０．２０間の間隔
保持を行っている。

次にこれらの各種部材の構成について説明する。

前記支持体４１は前記コイル１０．２０及び給電管１１
．２１と同様な銅、銀又はこれらを含む導体で形成され
、前記給電管１１．２１を固着した反対側の壁面に、前
記給電管１１．２１と連通する開口（図示せず）を設け
、該開口に冷却液導入管４２を連接し、該導入管に導入
された冷却液が前記支持体４１により分岐されて各給電
管ＩＬ２１側に導出させるよう構成するとともに、前記
導入管４２の基端側に高周波電源（図示せず）を接続し
、該高周波電源より、冷却液導入管４２−支持体４１−
給電管１１．２１を介して前記内側及び外側コイル１０
．２０に、夫々同一周波数の高周波電流を流すように構
成している。

さて、前記内側コイル１０は、半径方向に沿うスリット
空隙１２を介してリング状に形成した断面略模状の中空
偏平体から形成され、該スリット空隙１２を介して対峙
している両端部外周壁土に夫々給電管（以下内側給電管
という）　１１を連接し、該内側給電管１１を半径方向
に沿って外側コイル２０外周近傍まで延伸させるととも
にその先側を水平面ヒに沿ってへの字状に拡開させた後
その終端を支持体４１に取付ける。

そして前記内側コイル１０の形状について第５図に基ず
いて説明するに、該コイル内径１０ａは原料多結晶２直
径より小に設定するとともに、下面側の水平状態を維持
して内径側に向は断面先細状に形成しつつその内部の空
洞部１３内に給電管１１より導入された冷却液が循環可
衡に構成する。

ソ該内側コイルｌＯは、リング状の鍔部１５をコイル外
周面ヒ縁側に水平に囲繞連接してみかけ状の外周径を大
にするとともに、外周面下縁端を面取りし、後記外側コ
イル２０内径の小径化を可能にする。尚前記リング状の
鍔部１５の周方向両端面は、内側コイル１０のスリット
空隙１２の延長線上の位置まで近接させて、スリット空
隙１５ａを介して対峙させるように構成し、これにより
、外方に延在する給電管１１の電磁遮閉を行うとともに
、該スリット空隙１５ａ部分の不均一磁界の発生を防止
している。

この結果前記内側コイルｌＯは内径側に向は断面先細状
に而も前記鍔部１５により周面方向に幅広に形成する事
が出来る為に偏平化し、これによりコイル１０内径側の
加熱せんとする浮遊帯域３への磁界集中性と、該帯域３
における単位時間当たりの溶融速度が増し、原料多結晶
２を大口径化した場合においても浮遊帯域３の溶融を安
定且つすみやかに行う事が出来る。

尚、前記内側コイル１０のスリット空隙１２は必ずしも
第４間（Ａ）に示すように垂直に形成する必要はなく、
該４図（Ｂ）に示すように周方向に斜めに傾斜させて形
成する事も出来、これによりスリット空隙１２周辺で発
生する不均一磁界を低減する事が可能となる。

又一方外側コイル２０は、内側コイルｌＯ外周囲を囲繞
する如く周回させた、断面楔状のリング体で形成され、
その周方向両端部を内側給電管１１周面に近接して配置
する。そして前記コイル両端部の外壁面上には、前記内
側給電管１１との外側に沿って平行にへの字状に延伸さ
せた外側給電管２１を設け、そのその終端を前記支持体
４１に嵌設する。

そして該外側コイル２０は第５図に示すように、その内
径を浮遊帯域３と隣接する単結晶成長域４の始端側周縁
側４ａ外径と同一か僅かに大に設定するとともに、内径
側に向は断面先細状に形成しつつ下面側を内側コイル外
壁面と同一水平面上に位置せしめ、その外周側に冷却液
導入用のａ通孔２２を穿孔周回させ、該貫通孔２２内に
給電管２１より導入された冷却液が循頌可能に形成する
。尚本外側コイル２０の外周径は特に限定されないが内
径側への磁界集中を図る為に幅広に形成し偏平化を図る
必要がある。

又前記外側コイル２０は、中心側に位置する内側コイル
１０と同一平面上に配置したが故に、該内側コイル１０
外壁より延設する内側給電管１１が障害となって開方向
両端部の空隙を接近させる事が出来ず、この為該空隙部
分２３に磁界の乱れが生じ易い。

そこで本実施例においては前記両端側の底側周面トに夫
々、外径側に向は傾斜させた弧状遮閉板２４を貼着し、
該遮閉板により前記空隙部分２３を電磁的に遮閉し、単
結晶成長域４の始端側周縁側４ａに付加される磁界の乱
れを防止している。

この結果、前記外側コイル２０の内縁側を単結晶成長域
４の始端側周縁側４ａに対峙させて配置し得るとともに
、該コイル２０下部周面側には外径側に傾斜させた遮閉
板２４が貼着している為に、該コイルが一層単結晶始端
側周縁側４ａに接近し、該周縁側４ａとコイル２０間の
電磁的結合がつよくなり、その加熱制御が容易になる為
に結晶成長効果の増進とともに浮遊帯域３との間で形成
される溶解面の浅くする事が出来、マクロの抵抗分布が
向上する。。

尚、前記外側コイル２０はその外内径及び形状を任意に
選択して、内側コイルｌＯとの電流比が１：ｌＯになる
ように、そのインピーダンス値を設定するのがよい。

かかる実施例によれば、前記した本発明の作用効果が円
滑に達成し得るとともに、内側コイル１０と外側コイル
２０を同一平面上に配置しつつ該内側コイル１０偏平拡
径化を可能にした為に、製造単結晶の大口径化に対応さ
せて浮遊帯域３をより一層挟小化する事が出来る。

「発明の効果」 以ヒ記載の如く本発明によれば、外周側に囲繞されたコ
イルその他の存在により外周径が制約を受けるコイルの
場合でも、任意な外周径を選択出来、これにより浮遊帯
域に付加すべき磁界集中性を容易に制御する事が出来る
とともに、かかる複数のコイルをほぼ同心上に配置した
場合における「＃出」の発生、磁界の乱れ等の種々の不
都合を解消し得る。

更にコイル外壁面から外方に延在する給電管が障害とな
る事なく、リング状鍔部両端面間を近接配置させる事が
可能となる為に、該給電管延在部位における不均一磁界
の発生や電磁的結合度の低下を防ぐ・Ｋが出来る。

等の種々の著効を有す。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ’）（Ｂ）は本発明の基本構成を示す概略図
で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はその正面断面図を示す。 又第１図（Ｃ）（Ｄ）は本発明の基本構成を示す他の変
形例で、（Ｃ）は平面図、（Ｄ）はその正面断面図を示
す。 第２図乃至第５図は本発明の実施例に係る半導体単結晶
製造装置に使用される、複数の加熱コイ第５図は製造状
態における半導体棒との位置関係を示す第２図のＢ−８
’線断面図である。 第６図は本発明が解決すべき問題点を開示した加熱機構
を示す概略図、第７図は従来技術に係る加熱コイルを示
す平面図である。 第１ＦＡ （Ｂ） １１：１ （Ａ） 第１図　　　　（Ｃ） （Ｄ） 第３！１１ 第４１！η 第５！１ 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）浮遊帯域溶融法に用いる単巻誘導加熱コイルにおい
   て、コイル外周面の、上下いずれかの縁側にリング状の
   鍔部を囲繞連接するとともに、該鍔部の周径方向の両端
   面をスリット空隙を介して対峙させた事を特徴とする単
   巻誘導加熱コイル ２）前記鍔部外径を、帯域溶融をすべき原料多結晶外径
   より大に設定した特許請求の範囲第１項記載の単巻誘導
   加熱コイル ３）前記鍔部外径を、前記コイル外周側に囲繞された第
   ２のコイル内径より大に設定した特許請求の範囲第１項
   又は第２項記載の単巻誘導加熱コイル ４）前記鍔部両端面間のスリット空隙が半径方向に延在
   している特許請求の範囲第１項から第３項までのいずれ
   か１項記載の単巻誘導加熱コイル ５）スリット空隙が、周径方向に傾斜させて延在してい
   る特許請求の範囲第１項から第３項までのいずれか１項
   記載の単巻誘導加熱コイル ６）前記スリット空隙が交差している鍔部両端面間に存
   在している特許請求の範囲第１項から第３項までのいず
   れか１項記載の単巻誘導加熱コイル