JPS63291887A - 半導体単結晶製造装置 - 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）による
半導体単結晶の製造装置に係り、特に高周波誘導加熱コ
イルを用いて、原料多結晶を軸方向に順次帯域溶融しな
がら単結晶成長を行う半導体単結晶製造装置に関する。

「従来の技術」 従来より、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、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
装置は公知であり、この種の装置においては、原料多結
晶を挟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し得る事
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析出−成長させるには前
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
より単巻又は複巻状の−の加熱コイルを用いてその内径
、外径、平面及び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とをバランスよく行うよう構成して
いる。

「発明が解決しようとする問題点」 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。

特に前記大口径単結晶の製造装置においては、半導体棒
の挟小域の帯域溶融が容易な点、及び低電圧で大電流が
得られ放電防止の面から有利な点等の面より単巻偏平加
熱コイルが多く用いられるようになってきたが、このよ
うな単巻偏平加熱コイルにおいてより効率的な帯域溶融
を図る為に一層の偏平化と内径を小にして磁界集中を図
れば図る程、該浮遊帯域の下側に位置する単結晶始端側
をバランスよく加熱させるのが困難になる。

又、屡々原料多結晶の前記浮遊帯域と接する下端周辺部
で、未溶融部が発生し、一様に溶融せずに、加熱コイル
に接触し、浮遊帯域の形成を不可能にし、その時点で単
結晶の製造を中止せねばならない事があった。

本発明は、かかる従来技術の欠点に鑑み、前記帯域溶融
と単結晶の成長を効率よく且つ抵抗分布のバラツキを低
減しつつ容易に大口径の且つ高品質の単結晶を製造し得
る半導体単結晶製造装置を提供する事を目的とする。

「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）に示すように、■高周波誘導電源４０と
接続され、同期した高周波誘導電流が流れるように構成
した複数の加熱コイル１０．２０を有する点、 ■前記複数の加熱コイルの内、任意に選択された第１の
加熱コイル１０（以下内側コイル１０という）を原料多
結晶２外径より小なる内径を有する単巻誘導加熱コイル
で形成しつつ、好ましくは該原料多結晶２と同心上に位
置するように配貯した点、 ■前記複数の加熱コイルの内、任意に選択された第２の
加熱コイル２０（以下外側コイル２０という）を前記内
側コイルｌＯ内径より大なる内径をもって形成しつつ、
その内周縁側を前記浮遊帯域３と接する単結晶成長域４
の始端側周縁部４ａに対峙せしめた点、この場合該外側
コイル２０は特に単巻加熱コイルのみならず、複巻コイ
ルを用いて形成する事も出来る。

尚、外側コイル２０内周縁側を単結晶成長域始端側周縁
部４ａに対峙せしめるには、具体的には前記外側コイル
２０を、始端側周縁部４ａを囲繞する外周囲上に位置さ
せてもよく、又前記始端側周縁部４ａ上方の浮遊帯域３
側に位置させてもよいが、好ましい実施例においては前
記外側コイル２０を浮遊帯域３側に位置させるとともに
、その内径を該周縁部４ａ外径と同一か僅かに大に設定
する事により周縁部４ａ　（肩部）に集中して磁界を付
加する事ができ、これにより成長した単結晶を再溶融さ
せる恐れがない。

又、前記内側コイルｌＯと外側コイル２０は同心上に配
置してもよく、又外側コイル２０を内側コイル１０に対
し半径方向に偏心させて配置してもよい。

■前記内側コイルｌＯにより原料多結晶２の帯域溶融を
行うよう構成した点 ■外側コイル２０により単結晶成長域４の始端側周縁部
４ａ周囲を加熱しながらその放熱速度を制御可能に構成
した点 を主要構成とする半導体単結晶製造装置を提案する。

尚、必要に応じて内側コイル１０、外側コイル２０の他
に第３のコイル（以下予熱コイル３Ｇと言う）を前記浮
遊帯域３と接する原料多結晶２の経端周縁２ａに対峙せ
しめてもよく、この場合は、該予熱コイル３０を内側コ
イル１０に対する外側コイル２０の位置関係で、原料多
結晶２径端周縁２ａを予備加熱し、且つその加熱速度を
制御可能に構成するのがよい。

「作用」 かかる技術手段によれば、内側及び外側の夫々のコイル
の役割を分担し、内側コイルｌＧにおいて原料多結晶２
の浮遊帯域３の溶融を行いつつ、一方外側コイル２０に
おいて単結晶成長域４の放熱速度を制御しながら、単結
晶窓側と外周側間の温度変化を極力抑制し、単結晶成長
を行うよう構成している為に、言い変えれば一方は帯域
溶融に最も適した加熱コイル１０を、又他方は単結晶の
成長制御に最も適した加熱コイル２０を夫々選択する事
が出来るとともに、該夫々のコイルｌ０１２０に流れる
誘導電流も個別に制御出来る為に、製造単結晶の大口径
化に容易に対応出来且つ品質も極めて安定化する。

又前記従来技術によれば外側コイル２０により単結晶成
長域４の始端側周縁部４ａを加熱し、該単結晶成長域４
における窓側と外周側間の温度変化を極力抑制しながら
単結晶成長を行う為に、結果として浮遊帯域３と単結晶
成長域４間の成長界面の弯曲程度が浅くなり、結果とし
て該成長界面に沿って形成される不純物分布が平坦に近
すき、該単結晶成長域４における断面内の抵抗分布が良
好になる。

又前記内側コイル１０は帯域３の速やかな溶融を図る為
に外側コイル２０に比して数段大なる大電流を流す必要
があるが、このような大電澄を流すと前記外側コイル２
０との間等で火花放電が生じ、製造単結晶の品質劣化な
生じせしめる場合が多い。

この為本技術手段においては少なくとも内側コイル１０
に単巻加熱コイルを用いる事により低電圧下で大電流を
流す事が出来るようにし、これによりコイル相互間にお
ける火花放電の発生を防止している。

又本発明の好ましい実施例においては、前記外側コイル
２０を内側コイルｌＯに、対し半径方向に偏心させて配
置する事により浮遊帯域３から溶解面に至る距離を長く
採る事が出来、これにより単結晶析出時における抵抗分
布のバラツキを低減と抵抗分布の改善を図る事が出来る
。［第１図（Ｂ）参　　−照］ 又本発明の好ましい実施例においては、前記外側コイル
２０を単巻加熱コイルで形成しつつ、その内径を、単結
晶成長域４の始端側周縁部４ａ外径と同一か僅かに大に
設定する事により、該周縁部に集中磁界を付加する事が
出来、本発明の効果を一層促進し得る。

更に、本発明の好ましい実施例においては、前記夫々の
加熱コイル１０．２０を同一の高周波電源４゜と接続さ
せた為に、同期した高周波誘導電流が夫々のコイル１０
．２０に流れる事となり、該コイル同士を例え近接配置
してもコイル相互間での磁界の乱れが生じる恐れはない
、この場合において内側コイル１０のインピーダンスを
外側コイル２０のインピーダンスより小に設定する事に
より、内側コイル１０側に多くの誘導電流を流す事が出
来本発明の効果を一層促進し得る。

本発明において前記コイル１０．２０を直列に接続する
ことも可能であるが、この場合にはコイル間或いは、半
導体単結晶３或いは原料多結１棒２との間の電位差が大
きくなり好ましくない。

又、このコイル１０．２０は二個に限定されず、３又は
４個用いる事も可能である、例えば前記内側及び外側コ
イル２０に加えて、前記内側コイル１０内径より大なる
内径を有し、その内周縁側に形成される磁界により前記
溶融状態にある帯域３と接する原料多結晶２の終端側周
縁部２ａを加熱可使な第３の単巻誘導加熱コイルを設け
［第１図（Ｃ）参照］、該原料多結晶２の予熱を行う事
により、内側コイル１０での帯域溶融を速やかに且つ安
定的に行い得るとともに、原料多結晶２の前記周縁部２
ａより残存未溶融部分がツララ状に垂下するいわゆる「
導出」現象をも防止出来る。

「実施例」 以イ１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載されている構
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く、単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の単
巻偏平加熱コイル（以下内側コイル１０という）と、該
内側コイル１０と同心状に且つほぼ同一平面上に沿って
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本の給電管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（第１図（Ａ）参照）を連
接し、該導入管４２に導入された冷却液が前記支持体４
１により分岐されて各給電管１１゜２１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４０を接続し、該高周波電源４０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楔状の中空
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上に夫々給電管（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
その先側を水平面上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１Ｇ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ＩＱａ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
能に構成する。

又該内側コイル１Ｇは、リング状の鍔部１５をコイル外
周面上縁部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。

この様に外側コイル２０の内径を小径化することによっ
て、外側コイルの単結晶成長域４の始端周辺部４ａの加
熱を効果的に行うことが出来る。

この結果前記内側コイル１０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ｌＯのスリット空隙１２は必ずしも
第４図（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１０外周囲を囲繞
する如く周回させた、断面便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
部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ｌ
Ｏ下面と同一水平面上に位置せしめ、その外周側に冷却
液導入用の貫通孔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環可能に形成す
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
ｌＯ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が障害となって周方向
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上に夫
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の始端側周縁部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の始端側周縁部４ａに対峙させて配置し得ると共に、
該コイル２０下部間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、結果的に該コイル２０が一層
単結晶始端側周縁部４ａに接近した事となり、該周縁部
４ａとコイル２０間の電磁的結合の強化と、該コイル２
０下部の電磁界の均一化が可濠となる。

しかし、遮閉板２４の厚さや長さを適宜調節する＝ＩＧ
により、部分的に電磁界を強化し、例えば内側コイル１
０を偏芯した場合に、単結晶始端側周縁部４ａの円周上
の電磁界の不均一化を相殺する車が出来る。

以上の様に遮閉板２４は有効に活用出来、単結晶の育成
中の乱れを防止したり、又結晶品質の向上に役立ち得る
。

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１０との電流比が１：１０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」 以上記載の如く本発明によれば、内側及び外側の夫々の
コイルの役割を分担し、内側コイルにおいては原料多結
晶の浮遊帯域の溶融を行い、一方外側コイルにおいて単
結晶成長域の放熱速度を制御し、更に予熱コイルを付加
することにより原料多結晶棒の予熱を制御しながら単結
晶成長を行うよう構成した為に、前記帯域溶融の効率加
熱と抵抗分布のバラツキを低減しつつ安定的に単結晶の
成長を行い得る為に、大口径の且つ高品質の単結晶の製
造が可能となる、等の種々の著効を有す。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）（Ｂ）（Ｃ：）はいずれも本発明の基本構
成を示す概略図である。。 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。 特許出願人：信越半導体株式会社 第３図 第４図 第　５　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）外周囲に囲繞された加熱コイルを用いて、原料多結
   晶を軸方向に順次帯域溶融しながら単結晶成長を行う半
   導体単結晶製造装置において、前記原料多結晶外径より
   小なる内径を有する第１の単巻誘導加熱コイルと、該第
   １のコイル内径より大なる内径を有し少なくともその内
   縁側を単結晶成長域の始端側周縁部に対峙せしめた第２
   の誘導加熱コイルとを含み、前記第１のコイルにより原
   料多結晶の帯域溶融を行いつつ、第２のコイルにより単
   結晶始端側周縁部を加熱しながらその放熱速度を制御可
   能に構成した事を特徴とする半導体単結晶製造装置 ２）前記第１のコイルと第２のコイルが同心上に、位置
   決め保持されている特許請求の範囲第１項記載の特許請
   求の範囲第１項記載の半導体単結晶製造装置 ３）前記第２のコイルが第１のコイルに対し半径方向に
   偏心させて位置決め保持されている特許請求の範囲第１
   項記載の半導体単結晶製造装置 ４）前記第２のコイルを単巻加熱コイルで形成しつつ、
   その内径を、単結晶成長域の始端側周縁部外径と同一か
   僅かに大に設定した特許請求の範囲第１項から第３項ま
   でのいずれか１項記載の半導体単結晶製造装置 ５）前記夫々の加熱コイルが同一の高周波電源と接続し
   ている特許請求の範囲第１項から第４項までのいずれか
   １項記載の半導体単結晶製造装置８）第１のコイルのイ
   ンピーダンスを、第２のコイルのインピーダンスより小
   に設定した特許請求の範囲第１項から第５項までのいず
   れか１項記載の半導体単結晶製造装置 ７）前記第１及び第２のコイルに加えて、前記第１のコ
   イル内径より大なる内径を有し、その内周縁側を前記浮
   遊帯域と接する原料多結晶終端側周縁部に対峙せしめた
   第３の誘導加熱コイルを設けた特許請求の範囲第１項か
   ら第６項までのいずれか１項記載の半導体単結晶製造装
   置