JPS63291888A - 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、特に半導体棒の浮遊帯
域周囲を囲繞する主誘導加熱コイル上下面の、少なくと
もいずれか一方の側に副誘導加熱コイルを設け、両コイ
ル間の相対移動により前記浮遊帯域囲繞空間を可変する
ように構成した半導体単結晶製造装置に関する。

「従来の技術」 従来より、上軸に棒状半導体多結晶を、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熱源とし
て使用する加熱コイルのと溶融域間を十分接近させて前
記溶融域へ十分且つ集中して加熱エネルギーを供給する
事が望ましく、従って種付けや種絞り工程のように成長
すべき単結晶の直径が小さい部分では前記加熱コイルの
内径も単結晶の直径に応じて小さく、そして前記溶融域
の移動につれ単結晶の直径が増大すれば、これに応じて
加熱コイルの内径も大きくするように構成する事が好ま
しく、且つこのような手段は大口径の単結晶を製造する
上での必須の要件となる。

かかる要請を満足する為に夫々独立した複数巻の主誘導
加熱コイルとリング状の可動補助誘導加熱コイルとを僅
かな間隔を隔てて上下に配置し、前記両コイルの夫々に
高周波電流を供給しつつ、成長させようとする単結晶の
直径に対応して可動補助コイルのみを移動させて、再コ
イルにより形成される浮遊帯域囲繞空間を可変するよう
に構成した技術（特開昭４８−８Ｅｉ０１号）が提案さ
れているが、上下に並列配置した複数のコイルに夫々高
周波電流を供給して誘導加熱を行うと、前記高周波電流
の周波数を同期させなければ夫々のコイル周囲に励起さ
れる磁界同士が反発又は影響し合って均一な磁界形成が
不可能であり、而も前記高周波電流の周波数を同期させ
させる事は実用上極めて困難である。

又前記のように複数のコイルを離隔して上下に配置する
事は、その分形成される磁界幅が拡がる為ミ、狭い浮遊
帯域に集中して磁界を付加する喜が出来ず、加熱速度の
低下により安定した単結晶成長が困難になる。特にこの
事は大口径の無転移単結晶を製造する場合に大きな問題
となる。

かかる欠点を解消する為に、第３図（Ａ）（Ｂ）に示す
ように偏平リング状の主誘導加熱コイル１０１の上面又
は下面に対して電気的に接触し、且つ平行摺動可能な２
個の円弧状−誘導加熱コイル１０２　、１０３を設け、
前記副誘導加熱コイル１０２　、１０３を製造せんとす
る単結晶の各部直径に応じて近接又は離間させる事によ
り、半導体棒１の浮超帯域２の囲繞空間１０４を可変す
るように構成した半導体単結晶製造装置が提案されてい
る（特公昭５Ｂ−１１６７４号） 「発明が解決しようとする問題点」 さて加熱コイルを用いて帯域溶融を行う単結晶製造装置
においては、製造される単結晶の大口径化に対応してそ
の加熱速度を上げる為に、前記加熱コイルに流す誘導電
流を大電流化する必要があるが、このような大電波を流
すと前記両コイル１０１　／１０２，１０３の電気的接
触位置で特に平行摺動時において火花放電が発生し易く
、而も前記小結高製造は一般にアルゴンガス雰囲気下で
行われる為に、前記火花放電の発生頻度は一層増幅され
る。

そしてこのような火花放電は結晶品質にも悪影響を及ぼ
すのみならず、該火花放電により銅又は銀で製作されて
いるジイル１０１　／１０２，１０３同士が溶着してし
まうという危険性が生じる。

又前記従来技術は主誘導加熱コイル１０１内径より小の
円弧直径を有する２個の円弧状−誘導加熱コイル１０２
　、１０３により挟まれる空域内で浮遊帯域囲繞空間１
０４を形成する構成の為に、第３図（Ｂ）で示すよう／
に単結晶直径の増大に応じて該副誘導加熱コイル１０２
　、１０３間を離間すればする程、両副誘導加熱コイル
１０２　、１０３の直線状内縁端１０２ａ　、　１０３
ａ間に形成されるスリット空間１０４ａが大になり、あ
たかも副誘導加熱コイル１０２　、１０３の弧状内縁と
主誘導加熱コイル１０１の内縁との間に段差状の囲繞空
間１０４−１０４ａが形成される事となる為に、その段
差部分１０４ａにおいて不均一磁界が形成され且つ半導
体棒との間での電磁結合も低下する為に、浮遊帯域囲繞
空間１０４−１０４ａの加熱温度不安定化とともに単結
晶の不純物濃度のバラツ゛キが生じ製品不良の原因とも
なる。

本発明は、かかる従来技術の欠点に鑑み、両コイル間に
形成される浮遊帯域囲繞空間を可変可能しつつも、半導
体との間の電磁的結合度の変動を防止し、安定且つ集中
的に前記浮遊帯域を加熱可能に構成した半導体単結晶製
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、■前記主誘
導加熱コイル（以下主コイルｌｏという）の内径１１空
間を跨ぐ如く弧状部位２２を形成した副誘導加熱コイル
（以下副コイル２０という）を設けた点 （匂前記副コイル２０と主コイル１０の対峙面上の所定
部位に配した絶縁部材２１を介して前記両コイル１０．
２０を接触させた点、好ましくは少なくとも前記弧状部
位２２の一の自由端側２２ａを絶縁部材２１を介して、
又他の自由端側２２ｂを直接又は非接触の状態で夫々対
応する主誘導加熱コイルｌＯの周面上に対峙配置させた
点、 ■前記副コイル２０と主コイル１０間を相対移動可能に
構成した点 を必須構成要件とする半導体単結晶製造装置を提案する
。

この場合前記主コイルｌＯは一般に単巻偏平コイルとし
て形成されるが必ずしもこれに限定されない、又前記主
コイルＩＯと副コイル２０間の相対移動は半導体棒１と
直交する方向に沿って両コイルｉ。

、２０が、又は一方のコイル相対移動するように構成す
るのがよい。

又前記絶縁部材２１は弧状部位２２と該弧状部位２２と
対峙する主コイルｌＯ周面間のいずれの側に設けてもよ
いが、該絶縁部材２１は、石英ガラス材その他９耐熱性
部材で形成するのがよい。

更に前記弧状部位内縁２３は、真円、楕円、双曲線、放
物線、その他の曲線形状で形成すればよく、例えば前記
内縁２３を真円弧状に形成した場合は、主コイル１０内
径１１より僅かに大に設定すればよい。

「作用」 かかる技術手段によれば、前記副コイル２０は主コイル
１０と重畳して配置されている為に、前記主コイルＩＯ
に高周波電流を流すと、該主コイル１０による誘導電流
が副コイル２０に流れ、該副コイル２０弧状部位２２側
の誘導電流は主コイル１０と同方向になり、而も前記誘
導電流は最も近道である副コイル２０の弧状部位２２の
内縁２３側に集中して流れる為に、あたかも前記両コイ
ル１０．２０間に形成される内径１１空間と同一内径１
１のワークコイルが存在するかのように作用する事とな
る。

従ってこの状態で前記両コイル１０．２０間を相対移動
させる事により同一ワークコイルの内径１１があたかも
変化したように作用し、前記半導体棒ｌの浮遊帯域２囲
繞空間を可変する事が出来る為に、種絞り（３ｍｍφ）
から大口径の浮遊帯域２が必要な大口径型の半導体棒１
の単結晶成長を安定的に行う事が出来る。

この場合、前記両コイル１０．２０間は絶縁部材２１を
介して接触させている為に、半導体棒１軸方向のコイル
幅を最も挟小幅で形成する事が出来、これにより狭い浮
遊帯域２に集中して磁界が付加され、半導体棒１を大口
径化した場合にも安定して加熱する事が出来、大口径の
無転移単結晶の製造が容易になる。

又前記両コイル１０．２０間は電気的に非導通状態にあ
る為に、製造される単結晶の大口径化に対応して主コイ
ルｌＯに大電流を流した場合においても、前記両コイル
１０．２０の接触位置で火花放電が発生する事なく、該
火花放電から起因する結晶品質の劣化及びコイル同士の
溶着破損の危険性を完全に防止出来る。

更に、前記副コイル２０の弧状部位２２は主コイル１０
の内径１１空間を跨ぐ如く形成されている為に、該副コ
イル２０を中心より接離する方向に相対移動させた場合
にも第１図に示すように、両コイル１０．２０に挟まれ
る内径１１−２３空間に極端な形状変化が生じる事なく
比例的且つ均等に変化させる事が出来る為に、常に均一
な磁界形成とともに半導体棒ｌとの間の電磁結合が変動
する事なく、これにより半導体棒１の加熱温度の安定化
と変動を防止出来、不純物濃度の脈動やバラツキ等の品
質劣化を防ぐ事が出来、高品質の単結晶製造が可能であ
る。

又前記弧状部位２２が主コイルｌＯの内径１１空間を跨
ぐ如く形成されている事は、弧状部位内縁２３と主コイ
ル内径１１との間で容易に、はぼ円状の閉鎖空間が形成
出来、これにより前記副コイル２０は前記従来技術のよ
うに二個設ける事なく一個で足り、その分構成が簡単化
する。

尚、前記弧状部位内縁２３形状は主コイルの内径１１と
同等か僅かに大に形成すればよく５又その半径方向の幅
は特に影響されないが、余りせまいと誘導を受ける面積
が小さくなり効率が落ちるとともに、弧状部位内縁２３
側に集中して誘導電流を流す為には幅広に形成した方が
よい。

又前記副コイル２０の肉厚は出来るだけ薄い方がよい、
けだし副コイル２０肉厚が厚いと、あたかも片側のみが
厚いワークコイルを用いたのと同等になり、形成磁界が
周方向に左右非対称になるとともに、弧状部位２２との
重なり部において形成磁界が上下に分かれ、単位時間当
たりの溶融力の低下とともに溶融力の拡がりにより本来
溶融すべきでない多結晶へ加熱区域まで溶融されてしま
い、好ましくない。

「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１図及び第２図は本発明の実施例に係る半導体単結晶
製造装置の要部構成を示す概略図で、第１図（Ａ）ＣＢ
）は半導体棒の製造順序に従って、コイルの移動状況を
示す平面概略図、第２図（Ａ）（Ｂ）は第１図（Ａ）Ｃ
Ｂ）の夫々のＡ−Ａ　’線、Ｂ−８’線断面図である。

本実施例に用いられるワークコイルは前述したように、
夫々対称に半導体棒１半径方向に移動可部な主コイル１
０と副コイル２０の組み合わせからなる。

前記主コイルｌＯは、銅又は銀で製作された断面略楔状
の偏平体を一周回させてリング状に形成した後スリット
空隙１３を介して対峙している両端部の外壁面上に夫々
給電管１４を設け、該給電管１４を介して前記コイルに
高周波誘導電流が供給されるよう構成している。

そして更に前記主コイル１０の形状について詳細に説明
するに、前記コイル内径１１は原料となるべき半導体棒
多結晶４直径より小に設定するとともに周面方向に幅広
に形成して、加熱せんとする浮遊帯域２に集中して磁界
が付加回部に構成する。

又第２図に示すように前記主コイル１０の外周側内部に
は貫通孔１２が周回して穿孔され給電管１４より導入さ
れた冷却液が循環しながら該主コイル１０を冷却可能に
構成する。そして前記コイル外周端側より内周縁側に向
け一ヒ面を下方に向は傾斜させ、断面先細状に設定する
とともに、下面を水平に延在し、後記する副コイル２０
が摺接移動可使に構成する。

一方、前記副コイル２０は薄肉な偏平板状をなし、図示
しない絶縁部材を介して駆動装置と連結された基端側よ
り半導体棒１中心側に向は直線状に延設した支持部位２
４の先側を徐々にへの字状に拡開しながら、その先側に
偏平略半円弧状の弧状部位２２を形成し、前記駆動装置
により主コイルｌＯの下面に沿って該主コイル１０の移
動方向と対称に半径方向に移動可能に構成する。

尚、副コイル２０は主コイル１０と同−材質例えば銀又
は銅或は高融点耐熱金属、タングステン又はモリブデン
を採用できる。副コイル２０は、主コイル１０と同様水
冷するのが好ましい。

そして前記弧状部位２２は、その内縁２３側形状を、前
記主コイル１０内径１１より僅かに大なる直径をもって
略半円弧状に形成するとともに、該弧状部位２２の両目
出端２２ａ−２２ｂ側先端間の離間距離を主コイル１０
内径１１より大に設定し、常に弧状部位内縁２３が主コ
イルｌＯ内径１１空間を跨ぐ如く構成している。

又前記弧状部位２２の幅は、第１図ＣＢ）に示されるよ
う副コイル２０を移動させて弧状部位２２の内縁２３と
主コイル１０の内周を一致させた際に、中央部を除いて
弧状部位２２の外縁が主コイルｌＯの外周よりはみださ
ないように設定する。

尚、本実施例においては、副コイル２０外周側中央部位
がへの字状に形成されている為に、弧状部位内縁２３側
に比して外縁２５側距離が相当大に形成する事が出来、
これにより内縁２３側に集中して誘導電流を流すように
構成する事が出来る。

又本実施例においては、副コイル２０を薄肉化する為に
副コイル２０を冷却する冷却管を特別に設けなかったが
、必要に応じて副コイル２０外周に冷却管を付設しても
よい。

一方前記弧状部位２２の自由端２２ａ−側の主コイル１
０と対面する上面側に石英ガラスで形成された半円状突
起２１を固着する。

次にかかる実施例の作用を第２図（Ａ）（Ｂ）に基づい
て説明する。

前記副コイル２０の弧状部位２２上面側を、一の自由端
２２ａ側を突起２１を介して接触させるとともに、又他
の自由端２２ｂ側を直接又は非接触状態で夫々主コイル
１０の下側周面上に対峙させた後、前記両コイル１０．
２０を夫々半径方向に近接させて原料多結晶４の種付け
５から種絞り８工程まで行う、［第２図（Ａ）］ そして種絞り６エ程終了後原料多結晶４のコーン部分の
直径変化に対応させて前記両コイル１０，２０を半導体
棒１軸方向に、結晶に対し相対的に上昇させ且つ半径方
向に離間させながら、浮遊帯域２の溶融と単結晶３の成
長を行いながら、前記両コイル１０．２０が原料多結晶
４が定常直径にまで達した後、副コイル２０弧状部位内
縁２３と主コイル１０の内周を一致させた状態で同様に
浮遊帯域２の溶融と単結晶３の成長を行う。

かかる実施例によれば、前記副コイル２０が一の自由端
２２ａ側が突起２１を介して主コイル１０と接触してい
る為に、副コイル２０を電気的絶縁しつつ該副コイル２
０の内縁２３側に前記主コイル１０に流れた誘導電流と
同方向に誘導電流を流す事が出来る。

これにより前記効果を円滑に達成し得るとともに、大口
径の無転位単結晶の製造が可能となる。

「発明の効果」 以上記載の如く本発明によれば、主コイルと副コイル間
に形成される半導体棒の浮遊帯域囲繞空間を可変回走し
つつも、半導体との間の電磁的結合度の変動を防止し、
安定且つ集中的に前記浮遊帯域を加熱可能に構成し、こ
れにより内径の大きなワークコイルを用いて小口径より
大口径の無転位単結晶を容易に製造出来る。

等の種々の著効を有す。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の実施例に係る半導体単結晶
製造装置の要部構成を示す概略図で、第２図（Ａ）（Ｂ
）は半導体棒の製造順序に従って、コイルの移動状況を
示す正面概略図、第１図（Ａ）（Ｂ）は第２図（Ａ）（
Ｂ）の夫々のＡ−Ａ’線、Ｂ−８’線断面図である。第
３図（Ａ）（Ｂ）は従来技術に係るコイルの移動状況を
示す正面概略図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）半導体棒の浮遊帯域周囲を囲繞する主誘導加熱コイ
   ル上下面の、少なくともいずれか一方の側に副誘導加熱
   コイルを設け、両コイル間の相対移動により前記浮遊帯
   域囲繞空間を可変するように構成した半導体単結晶製造
   装置において、前記主誘導加熱コイルの内径空間を跨ぐ
   如く弧状部位を形成した副誘導加熱コイルを設け、該副
   誘導加熱コイルと主誘導加熱コイルの対峙面上の所定部
   位に配した絶縁部材を介して前記両コイルを接触させる
   とともに、該接触状態を維持しながら、前記両コイル間
   を相対移動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）前記弧状部位の一の自由端側を絶縁部材を介して、
   又他の自由端側を直接又は非接触の状態で、夫々対応す
   る主誘導加熱コイルの周面上に対峙配置した事を特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の半導体単結晶製造装置 ３）前記絶縁部材が、副誘導加熱コイル一の自由端側、
   又は主誘導加熱コイルの対応する周面上に固着されてい
   る、石英ガラス材その他の耐熱性部材である特許請求の
   範囲第１項又は第２項記載の半導体単結晶製造装置 ４）前記弧状部位の内縁線が、真円、楕円、双曲線、放
   物線、その他の曲線形状である特許請求の範囲第１項又
   は第２項記載の半導体単結晶製造装置 ５）少なくとも前記副誘導加熱コイルが偏平コイルであ
   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
   記載の半導体単結晶製造装置