JPH0699218B2 - 単結晶育成用コイル - Google Patents

単結晶育成用コイル

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JPH0699218B2
JPH0699218B2 JP1107980A JP10798089A JPH0699218B2 JP H0699218 B2 JPH0699218 B2 JP H0699218B2 JP 1107980 A JP1107980 A JP 1107980A JP 10798089 A JP10798089 A JP 10798089A JP H0699218 B2 JPH0699218 B2 JP H0699218B2
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    • C30B13/16—Heating of the molten zone
    • C30B13/20—Heating of the molten zone by induction, e.g. hot wire technique
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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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(FZ)法
がある。このフロテーィングゾーン法は、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
へ徐々に移向させ、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、銀又は銅の銀メッキ
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狭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
近くに多結晶の固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に細くなりな
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] 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、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] 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
内周端部にはコイル11の上面から上方に向けて突出する
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の冷却を行なうため、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、銀又は銅の銀メッキなどで構成さ
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。
I.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78.5mm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45mmφ、外径12
0mmφ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5mm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3mmに設定した。
II.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図には本願書のコイル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成っていること
が分かる。これは、従来のものでは、単結晶育成中の結
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。
また、 つまりRRGの値も円環状突起部11aを有する本願の単巻き
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い。
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
も効果的に溶融される。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、11a……円環状突起ぬ、12……半導体
棒。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−21596(JP,A) 特開 昭64−48391(JP,A) 特開 平1−131094(JP,A) 特公 昭46−23685(JP,B1)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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. 【請求項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。
JP1107980A 1989-04-26 1989-04-26 単結晶育成用コイル Expired - Lifetime JPH0699218B2 (ja)

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