JPH02283692A - 単結晶育成用コイル - 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、単結晶育成技術に関するもので、さらに詳し
くは、フローティングゾーン（ＦＺ）法による単結晶育
成の際に使用されるコイルに係わるものである。

［従来の技術］ 単結晶育成方法の１つにフローティングゾーン（Ｆ　Ｚ
）法がある。このフローティングゾーン法は、結晶方位
の定まった種結晶を上部の多結晶棒の下端に高周波誘導
加熱により融体を形成し、この融体と、その下部にほぼ
上記多結晶棒と同軸的に保持した種結晶細棒の先端を相
対的に近接させ、予熱を経て、接触融合させる。次にこ
の融体を上記高周波誘導加熱コイルとともに、多結晶棒
方向へ徐々に径内させ、順次単結晶を育成させるように
したものである。

ところで、このフローティング法による単結晶育成にあ
たっては、例えば、第４図に示すようなコイルが用いら
れている。

このコイル１は、縦断面楔形の円環状単巻きコイルとし
て構成され、当該コイル１の上面（多結晶側の面）が内
向するようにその断面がコイル１の内周端において肉薄
で外周端において肉厚となるように構成されている。

そして、このコイル１によって単結晶を育成する場合に
は、コイル１に高周波電流を流すと共に、その過熱を防
ぐためにコイル１内に冷却媒体を流入させる。これによ
って、コイル１の過熱を防止しつつ多結晶棒２ａに溶融
のためのエネルギーを付与し、多結晶棒２ａを溶融させ
、溶融帯を形成する。そして、この溶融帯を多結晶側に
コイルとともに徐々に移動させることによって、単結晶
棒２ｂが製造される。なお、コイルは銅、銀又は銅の銀
メツキなどで構成されているが、その表面は粗面で仕上
げられている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記コイル１を用いる単結晶育成技術に
あっては下記の問題があった。

即ち、上記コイル１にあっては、コイル１の内端の厚み
が極めて小さくなっておりその内周端面の半導体棒に対
峙する面積が小さいので、半導体棒２の溶融帯ネック部
へのエネルギの供給を挟小部に制限できるが、エネルギ
ーの絶対量も制限される。そのため、半導体棒２の内部
深くまで溶融され難く、したがって、半導体棒２の中心
近くに多結晶の同相がそのまま残ってしまい、その結果
、できあがった単結晶の結晶性が悪くなってしまう場合
がある。多結晶棒は、表面が融液によって覆われていて
も、内部が未溶融で残存し、この残存部は、溶融帯の中
心部近辺まで、下方にいくに従って徐々しこ細くなりな
がら延在する。この残存多結晶部はしばしばその下方の
単結晶化面に接触したり、また近接するために、単結晶
の質を劣化させるものである。またこの残存多結晶部は
溶融帯中の融液流その他に影響を与えて、面内抵抗値の
バラツキの原因となる。殊に、多結晶棒２ａの径が大き
い場合にその傾向が顕著である。

また、半導体棒２の多結晶側の溶融しつつある部分及び
溶融帯の形状はそのネック部から見て拡開した形状とな
っているため、熱が逃げやすく。

そのため多結晶側の溶融開始部位における外側部分が冷
えやすい。その結果、当該部分に氷柱状突起３が形成さ
れる。そして、この突起３が半導体棒２の下降に伴って
コイル１に突き当たり、当該コイル１と近接し放電を起
したり、またその相対的移動を不能にする問題があった
。

本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、結晶性に優
れ且つ面内の抵抗率のバラツキを抑えた単結晶を得るこ
とができ、しかも、単結晶育成の際の操業安定性が高い
コイルを提供することを目的としている。

この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴に
ついては、本明細書の記述および添附図面から明らかに
なるであろう。

［課題を解決するための手段］ 本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を説明すれば、下記のとおりである。

即ち、フローティングゾーン法によって単結晶を育成す
るために用いられる、縦断面が楔形状の円環状単巻きコ
イルであって、当該コイル周回部の多結晶側の面がその
外周において結晶成長軸に直交する面に対し仰角を形成
するようしこ構成されたものにおいて、コイルの内周端
部またはその近傍に、上記多結晶側の面から突出する円
環状突起部を設けたものである。更に当該コイルの多結
晶側の周回部表面を鏡面にする改良も含む。

［作用コ 上記した手段によれば、コイルの内周端部またはその近
傍に円環状突起部を有するので、半導体棒に加えられる
エネルギが大きくなり、それによって、溶融領域内の半
導体未溶融部分が減少し、その結果、結晶性並びに断面
内の抵抗率分布が優れた単結晶を得ることができる。

また１円環状突起部の存在によって、当該円環状突起部
の先端において磁束密度が高くなるので、円環状突起部
の先端近傍の多結晶が溶けやすくなり、その結果、円環
状突起部の上側に位置する多結晶部分の溶融が選択的に
進み、その外側が若干垂れ下がるように多結晶の溶融進
行部分の形状が改良され、全体として、コイル上面に凹
面で対峙するような形となる。その結果、当該部分に熱
が封じ込まれ、外部への熱の放散が抑制され、当該熱が
半導体棒内に効果的に伝達されることとなり、氷柱状突
起の発生が防止される。また、コイル周回部のコイル表
面を鏡面にすることによって、その熱反射により上記加
熱効果は更に促進される。

［実施例コ 以下、本発明に係る単結晶育成用コイルの実施例を図面
に基づいて説明する。

第１図には実施例の単結晶育成用コイルと半導体棒とが
示されている。

同図においてコイル１１は縦断面楔形状の円環状単巻き
コイルとして構成されている。このコイル１１は、当該
コイル１１の周回部の上面（多結晶側の面）がその外周
において結晶成長軸に直交する面に対し仰角を形成する
ようにコイル１１の内端から外端に向けて漸次にその厚
みが増すように構成されている。また、このコイル１１
には、その内周端部にコイル１１の上面から上方に向け
て突呂する円環状突起部１１ａが設けられている。

そして、このコイル１１によって単結晶を育成するにあ
たっては、コイル１１に高周波電流を印加して、半導体
棒１２に渦電流を生じさせ、これによって半導体棒１２
を溶融させて溶融帯を形成し。

この溶融帯を、半導体棒１２の相対的な下降に伴って半
導体棒１２の上方に漸次移行させる。また、このとき、
コイル１１の冷却を行うため、コイル１１内に冷却媒体
を流すようになっている。

なお、コイル１１は銅、銀又は銅の銀メツキなどで構成
されているが、その表面は鏡面として仕上げられている
。

上記のように構成されたコイル１１によれば、下記のよ
うな効果を得ることができる。

即ち、実施例のコイル１１によれば、その内周端に円環
状突起部１１ａが設けられているので、この円環状突起
部１１ａによって大きいエネルギが半導体棒１２に与え
られることとなる。その結果、渦電流が半導体棒１２の
ネック部に高密度にエネルギー集中を行なうことによっ
て、半導体棒１２の奥深くまで効果的に溶融される。そ
れ故、単結晶育成中に半導体棒１２の溶融帯の中央部の
固相部分をなくすことができるので、結晶性に優れた単
結晶を得ることができる。

また、円環状突起部１１ａによって磁力線密度がその先
端において高くなり、多結晶棒１２ａの該部に位置する
部分の溶融が促進され、溶融しつつある多結晶下面部分
がコイル１１の上面に凹面で対峙し、覆いかぶさるよう
になる。その結果、半導体棒１２とコイル１１の上面と
の間に熱が封じ込められることとなる。それ故、熱が半
導体棒１２内に効果的に伝達されることとなり、氷柱状
突起の発生が防止される。

さらに、円環状突起部１１ａによる電磁力によってネッ
ク部の保持力が増大し、その結果、半導体棒１２のネッ
ク部の切れが防止できる。

上述の効果のうち、断面内の抵抗率分布改善の点につい
ての効果を確認するため、下記のような実験を行った。

即ち、従来の単結晶育成用コイルを用いて製造された半
導体基板の面内抵抗率分布と本願の単結晶育成用コイル
を用いて製造された半導体基板の面内抵抗率分布とを比
べてみた。その際の単結晶育成条件およびその結果は下
記のとおりである。

■１条件 結晶方位＜１１１）、Ｎ型の単結晶の育成を、円環状突
起部１１ａを有する単巻き銅製コイル１１と、円環状突
起部を有しない従来の単巻き銅製コイルとで行った。

単結晶の直径は７８．５ｎ＋ｍで、多結晶棒の直径はこ
れにほぼ近いものを使用した。使用コイルは内径４５ｎ
＋＋ｏφ、外径１２０Ｉφの平型単巻きコイルで、本発
明の該コイルの内周端部上に高さ５ｍの円形環状突起部
を設けている。

単結晶育成の際の半導体棒１２の回転速度は５ｒｐｍ、
多結晶棒１２ａと単結晶棒１２ｂとの偏心距離は３Ｉに
設定した。

■、結果 その結果が第２図および第３図に示されている。

このうち、第２図には本願のコイル１１によって製造さ
れた単結晶棒１２ｂから切り出された半導体基板の面内
抵抗値分布が示されている。

また、第３図には従来のコイルによって製造された単結
晶棒から切り出された半導体基板の面内抵抗値分布がそ
れぞれ示されている。

なお、面内抵抗値の測定は、サンプルの直交する直径上
のそれぞれの３７点について行ない、その際測定始点を
外周から３ｍｍとし、該外周から等距離の対応２点の平
均を求めた。

この第２図および第３図からは、第３図に示すもの、つ
まり従来のコイルによって製造された半導体基板の方が
、半導体基板の中央部の抵抗値が低くなっていることが
分かる。これは、従来のものでは、単結晶育成中に結晶
化に近接する溶融領域内部に残存する未溶融部分の影響
によるものと思われる。

巻き銅製コイル１１によって製造された半導体基板の方
が小さくなっていることが分かる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもなし）。

例えば、上記実施例の単結晶育成用コイルでは、その内
端部に円環状突起部を設けるようにしているが、その設
置場所は内周端近傍であっても良い。

［発明の効果］ 本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである
。

即ち、フローティングゾーン法によって単結晶を育成す
るために用いられる、縦断面が楔形状の円環状単巻きコ
イルであって、当該コイル周回部の多結晶側の面がその
外周において結晶成長軸に直交する面に対し仰角を形成
するようにコイルの内端から外端に向けて漸次にその厚
みが増すように構成されたものにおいて、コイルの内端
部またはその近傍に、上記多結晶側の面から突出する円
環状突起部を設けたので、当該円環状突起部の先端にお
いて磁束密度が高くなる。したがって、円環状突起部の
先端近傍の多結晶が溶けやすくなり、その結果、円環状
突起部の上側に位置する多結晶部分は凹部を形成し、コ
イル本体上面を覆うような形となる。その結果、当該部
分からの熱の放散が抑制され、氷柱状突起の発生が防止
される。

また、円環状突起部の存在によって、半導体棒の内側深
くまで渦電流が誘起され、その結果、半導体棒の中心部
も効果的しこ溶融される。その結果、結晶性が良く且つ
断面内抵抗率分布の改善された単結晶を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る単結晶育成用コイルの実施例とそ
れによって処理される半導体棒とを示す一部断面正面図
、 第２図は本願のコイルによって製造されたサンプルにお
ける面内抵抗値分布を示す図。 第３図は従来のコイルによって製造されたサンプルにお
ける面内抵抗値分布を示す図、第４図は、従来の単結晶
育成用コイルとそれによって処理される半導体棒とを示
す一部断面正面図である。 １１・・・・コイル、ｌｌａ・・・・円環状突起部、１
２・・・・半導体装置 第 図 第 図 第４ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、フローティングゾーン法によって単結晶を育成する
   ために用いられる、縦断面が楔形状の円環状単巻きコイ
   ルであって、当該コイル周回部の多結晶側の面がその外
   周において結晶成長軸に直交する面に対し、仰角を形成
   するように構成されたものにおいて、コイルの内周端部
   またはその近傍に、上記多結晶側の面から突出する円環
   状突起部が設けられていることを特徴とする単結晶育成
   用コイル。 ２、少なくとも、上記コイルの多結晶側の面が鏡面とさ
   れていることを特徴とする請求項１記載の単結晶育成用
   コイル。