JPS5839574B2 - コウジユンドハンドウタイザイリヨウ ノ セイゾウホウホウ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高純度のシリコンあるいは他の半導体材料を
製造する方法に関する。

この場合、半導体材料は、対応する反応ガスから、この
ガス中で析出温度まで加熱された、半導体材料と同一材
料からなる複数個の棒状担体上に析出する。

これら担体を、直列にして加熱用電流源に接続し、直接
通電により析出温度まで加熱するが、析出の開始に先立
って、棒状担体を加熱用電流源より高電圧の補助電圧源
に接続し、この補助電圧源の電流により、担体を予熱し
、担体の直列回路に加熱用電流源を接続したとき、析出
時の加熱のために必要な電流だけを供給できるようにす
る。

このような方法は、フランス国特許第 １１２５２０７号明細書および西ドイツ国特許出願公告
第１２１２９４８号公報に述べられている。

棒状の、特に高純度のシリコンからなる担体を、充分に
高い補助電圧を印加して予熱する方法は、公知の全ての
方法と比べて、１個あるいは複数個の担体の抵抗を、高
い室温抵抗から、相当に低電圧の加熱用電流源により担
体枠の加熱を続行できるような低い値まで引下げること
ができるという利点がある。

補助電圧の値が大きげれば大きい程、短時間で予熱過程
が終了することは明らかである。

補助電圧値に関連して、担体内を先ず僅かな電流が流れ
るが、この電流は周囲への熱損失を補償するだけでなく
、棒の温度を徐々に上昇させるに充分な熱を発生し、こ
れに伴いその抵抗が低下する。

それ故、補助電圧を充分に高く選定するときは、安定状
態といったものは存在せず、温度と電流の連続的な変動
、そしてこれに伴い担体が負の抵抗温度係数を持ってい
ることに基因して電気的抵抗の継続的な低下が起こる。

この結果、相当な低電圧しか供給し得ない加熱用電流源
により、その出力電圧が低いにもかかわらず、担体枠の
加熱を続行するための電流を担体に供給することが可能
となる。

場合によっては、担体枠のこの予熱ないし“点火“を、
担体棒に赤外線を照射することにより助勢することもで
きる。

担体棒の予熱は、一方において相当な高電圧（担体棒１
ｍ当り数ＫＶ）を必要とする。

他方、予熱に必要な電流は、ミリアンペアオーダの僅か
なものである。

加熱電圧は低電圧でよ（・が、数千アンペアの加熱電流
が必要である。

それ故、加熱用電流源として低圧変圧器を、そして補助
電圧源として高圧変圧器を使用することになる。

上記の方法によれば半導体としてシリコンを利用する場
合、商用配電網から給電される加熱用電流源を用いて数
ｍの担体棒を析出温度まで加熱することが可能である。

一本の長い担体棒の代りに同一の反応容器内に配置した
多数の短かい担体棒を直列にして加熱用電流源に接続す
ることもできる。

同様の方法を予熱用の補助電圧源に対し適用すると、非
常に高い電圧が必要になる。

これを避けるために、西ドイツ国特許第１２１２９４８
号明細書によれば、担体棒を個々に低電圧の補助電圧源
を用いて予熱し、担体が充分に予熱されるや否や個々に
加熱用電流源に、これが全負荷状態になるまで接続して
行くことが公知になっている。

しかしながら、このような処置は長時間を要する。

全如体棒を同時に予熱することが望ましく、これが本発
明の目的である。

本発明によればこの目的は、最初に述べた形式の方法に
おいて、補助電圧源としてｎ相の交流電圧源（ｎ〉２、
ｎ−整数）を使用し、その各相を予め直列に接続された
担体棒のｎ個のグループの各１つのグループに接続し、
全担体に補助電圧が加わるようにすることにより達成さ
れる。

本発明の方法を実施するに当り、補助電圧源として例え
ばｎ相の給電網が必要であり、その電圧をｎ相の変圧器
を介して高電圧に昇圧する。

この昇圧された各相の電圧は、次いで一緒に設けられた
ｎグループのそれぞれ１つに印加され、この結果側々の
グループの加熱を同時に行うことができる。

さらに、全担体を、これらが析出処理中加熱用電流源に
接続されるように予め直列にしているので、簡単な単一
のスイッチング操作、即ち担体な加熱用電流源に接続し
、補助電流源を切り離すことだけが必要とされる。

このことは、さらにより詳しく後に述べるように、種々
の方法で実施可能である。

本発明による方法によれば、西ドイツ国特許第１２１２
９４８号明細書に述べられた方法と比べて、所要時間を
大幅に短縮できる。

他の利点として、必要な補助電圧の値を低下できること
があげられる。

すなわち、補助直流電圧源ないし通常の交流電圧源を用
いて、直列接続された全担体を同時に加熱するため、電
圧Ｕが必要である場合、本発明の方法によれば、ｃｏｓ
（φ／ｎ）＜１倍だけ小さな電圧で充分である。

本発明の方法は、主に三相交流を補助電圧源として利用
して実施される。

というのは、この電圧はごく一般の商用配電網から得ら
れるからである。

それ故、以下の説明においては、このようなケースに限
って説明を集めることにする。

しかし、ｎ相の交流に一般化するに当っては、第１図な
いし第３図から明らかなそしてここで各相ごとに設けた
構成要素を、相数に応じて、３倍でなく、ちょうどｎ倍
設けなくてはならないことは明らかである。

加熱用電流源を予熱期間中切り離しておき、総ての棒の
予熱が終了した後接続することが可能である。

これは、第１図に示した場合に該当する。この場合、ス
イッチを動作させ、加熱電圧を担体棒全体に印加する必
要がある。

しかしながらまた、最初から加熱用電流源を担体棒に接
続しておき（この場合−次側は遮断しておく）、ただそ
の動作を先ず加熱用電流源の“短絡“により阻止してお
くこともできる。

予熱過程が終了すると、即ち担体棒の全グループを流れ
る予熱電流が目標値に達すると、この”短絡“が除かれ
、加熱用電流源は担体棒全体に加熱電流を供給する。

加熱用電流源は、少なくともこの場合、単相交流を供給
する電流源（それ故また対応する給電網）に接続された
低圧変圧器の二次側により形成される。

第２図および第３図は加熱用電流源の接続回路を示し、
この回路の場合、電流源は予熱期間中“短絡“されてい
る。

第１図の実施例では、６本のほぼ長さが等しいシリコン
棒１ａないし１ｆを用いている。

これらの棒は例えば０．４〜２ｍの長さを有する。

これらはグループＩ、■および■に分げられている。

グループ■には棒１ａと１ｂが、グループ■には棒１ｃ
と１ｄが、そしてグループ■には捧１ｅと１ｆが属する
。

各棒は、その下端において、垂直の姿勢で、それぞれ析
出用容器５の底部に配置された電極により保持されてお
り、この電極はそれぞれ他の電極に対し電気的に絶縁さ
れている。

棒１ａに電極２ａが、棒１ｂに電極２ｂが、そして最後
に棒１ｆに電極２ｆが対応する。

これら棒状担体は、その上端において互に同一のグルー
プに属するもの同志が、各々導電性のブリッジ、特に棒
と同じ高純度の半導体材料からなるブリッジで互に結合
されている。

他方、電極２ｂと２ｃないし２ｄと２ｅ間に各々中間タ
ップＢないしＣを有する導電結合体４ａないし４ｂが設
げられている電極２ａはタップＡと、電極２ｆはタップ
Ｄと結合されている。

タップＡとＤに接続された電流源は、従って棒状担体の
グループ■、■および■の直列回路を介して直列接続さ
れた担体枠１ａ〜１ｆの全体に電圧を印加し、これに対
しタップＡとＢないしＣとＤ間に接続された電圧源は、
担体枠のグループ■ないし■ないし■の１つにのみ電圧
を印加する。

この結果、本発明の方法においては、加熱用電流源はタ
ップＡとＤに、そして補助電圧源の各相はタップＡとＢ
ないしＢとＣないしＣとＤにそれぞれ接続される。

担体枠１ａ〜１ｆの配列体は、共通の反応容器５内に存
し、その底部に担体枠を保持する電極２ａ〜２ｆが固定
されている。

この底部は、例えば石英ないし金属板からなる。

なお、反応容器は、例えば反応ガス導入のための部品な
どを備えているが、簡単化のため、一点鎖線で単に四角
な形状として示しである。

加熱用電流源は、通常の単相−交流電源に接続された変
圧器６の二次巻線により示されている。

電圧は、例えば商用配電網から得ることができる。

変圧器６の一次回路に、そこを流れる電流の振幅ないし
実効値を一定に保つ手段を設けると有利である。

この点についてはここでは詳しく述べないが、詳細は西
ドイツ国特許出願公開第 ２１３３８６３号および第２１５３５６６号公報に記載
されている。

ここでは、電圧を制御する素子、例えばサイリスクを利
用し、その点弧角を、変圧器６の一次巻線内を流れる電
流が設定された目標値に保たれるよう制御すればよいこ
とのみを述べておく。

変圧器６の二次側に、い（つかのタップを設けてあり、
これに伴いタップＡ、Ｄ間の電圧そしてこれに基づき棒
状担体全体に加わる電圧を種々の値に調整することが可
能である。

すなわち、析出過程の進行に伴って担体枠１ａ〜１ｆの
直径が増大し、これに伴いその抵抗が場合によっては１
桁ないしそれ以上変化することを考慮せねばならないか
らである。

この場合には、これに応じた電圧を印加し、担体枠を析
出に必要な温度に保持するのに必要な電流を供給せねば
ならない。

それ故にスイッチ７を用いて、変圧器６の二次側におい
て得られる種々の電圧値を、個々に、担体全体に印加す
ることが可能である。

第１図に示す装置の場合、スイッチ７は開放状態にあり
、従って担体枠１ａ〜１ｆには加熱用電流源が接続され
ていない。

これに対し、対をなす端子Ｆ、ＧないしＧ、ＨないしＨ
，Ｊを介して、個々に、三相補助電圧源の各相が接続さ
れている。

補助電圧源として、三相−高圧変圧器８の二次側が使用
され、その−次側は充分なエネルギーを供給できる三相
電源、例えば商用三相回路から給電される。

給電用電源の各相が接続される端子をＲｌＳ、Ｔおよび
Ｍｐで示す。

端子対Ｕ、Ｘないし■。ＹないしＷ、ｚには高い二次側
電圧が現われ、この際各相は担体枠の各１つのグループ
Ｉ 、ＩＩ 、Ｈに、第１図に示すように通じている。

それ改変圧器８の設計に当っては、シリコンを担体枠と
して使用する場合、長さ１ｍごとに約５００Ｖの実効電
圧な印加できるように配慮せねばならない。

これに対し、加熱電圧は１ｍ当り約１５０〜２００Ｖが
必要である。

この場合、棒の直径は、４〜６間であると想定している
。

三相変圧器８の二次側の端子対Ｕ、ＸないしＶ。

ＹないしＷ、Ｚは、それぞれ担体枠のグループＩ。

■、■の１つずつに電圧を印加する。

それ故、端子対Ｕ、Ｘは端子対ＡｔＢと、端子対Ｖ、Ｙ
は端子対Ｂ、Ｃとそして端子対Ｗ、Ｚは端子対Ｃ，Ｄと
接続されている。

これらの間に、三相変圧器８から担体枠の各グループＩ
、ｎ、Ｈに供給される予熱電流をある値に、即ち補助電
圧源よりはるかに低電圧の加熱用電流源６が、担体枠１
ａ〜１ｆのその後の加熱を、補助電圧源の補助なしに続
行し、最終的に所望の析出温度に保持できるような値に
制御するための、従って制限するための手段が設けられ
ている。

先ず、補助電圧源８の各相の二次電圧を供給される、そ
して担体棒のグループＩ、ｎ、Ｉｌｌのいずれか１つず
つを含む電流回路の各々に、それぞれこの回路内の電流
を監視するための素子、この例では各１個の変流器９
ａ 、９ ｂ 、９ ｃが設けられる。

各電流回路の監視素子は、逆並列接続されたサイリスク
対１０ａ、１０ｂないし１０ｃ。

１０ｄないし１０ｅ、１０ｆとそれぞれ直列接続されて
いる。

このサイリスタ対を用いて、補助電圧源８の各相の正お
よび負の振幅に関連して点弧角を制御することができる
。

この制御は、各１相に付属する制御回路１１ａないし１
１ｂないし１１ｃを用いて行われる。

この目的のために、変流器９ ａ ＋ ９ ｂおよび９
ｃがそれぞれ対応する制御回路１１ａ、１１ｂそして１
１ｃに信号を与え、これら回路は、既に述べた、後置接
続されたサイリスタ対１０ａ。

１０ｂないし１０ｃ、ｌＯｄないし１０ｅ。

１０ｆと共に、それぞれそれらが属する補助電流回路内
を流れる交流電流の調整器を構成する。

制御回路１１ａ、１１ｂないし１１ｃは、２個のパルス
を発生するパルス発生器、即ち、補助電圧源８の該当す
る相の各周期毎に、それぞれ各１個の正と負の制御パル
スをサイリスタ対１０ａ。

１０ｂないし１０ｃ、１０ｄないし１０ｅ。

１０ｆに供給するパルス発生器を備え、これに伴い各グ
ループＩ、ＩＩおよび■を流れる予熱電流の平均値ない
し実効値を制御できるようになっている。

補助電圧源の各相の電流が、その相毎に定まった最終値
に達すると、制御回路１１ａ、１ ｌｂおよび１１ｃは
予熱電流を一定に保持する働きをする（それ故、熱逸走
は起らない）。

各相が最終的に到達する状態は、該当する相のそれぞれ
に付属する限界値規定回路１２ａｙ１２ｂおよび１２ｃ
により規定される。

補助電圧源８の切り離し、そしてそれに関連した加熱用
電流源６の接続は、全担体棒１ａ〜１ｆが予熱電流の目
標値に達したとき、即ち所定の高い温度に達した瞬間に
行われるようにすると有利である。

即ちこの温度においては、続いて担体棒に加熱用電流源
により給電する際、上記電流源が担体棒をさらに最終的
な析出温度、例えば１１００〜１２００℃まで加熱する
ことができる。

経験的に、予熱電流のこの最終値は、シリコン−担体棒
を利用した場合、析出の開始に当り必要な加熱電流の約
０．５〜０．９倍である。

スイッチ７は、このため、電流容量および耐圧が大きく
なくてはならず、その結果高価である。

加熱用電圧源６を、第２図に示すように、補助スイッチ
１３（このスイッチは、補助電圧源８から供給される比
較内借かな電流を導けばよい）を用いて短絡するように
すれば、スイッチγは耐圧の低い、それ故にまた安価な
ものを使用することができる。

第３図に示す変形例の場合、第２図の補助スイッチ１３
は２個のサイリスク１５ａ。

１５ｂの逆並列回路１４で置換されている。

スイッチ１３は、補助電圧源８を切り離す直前に開かれ
、そしてこの処置により加熱用電流源６から供給される
加熱電流は、直列接続された担体棒１ａ〜１ｆの総てに
与えられる。

第３図に示す変形例の場合、加熱用電流源の短絡の度合
い、従って担体棒への加熱用電流源６０作用の度合いは
任意に制御することができ、この結果、第１図に応じて
構成された装置に第３図に示す素子を付加することによ
り、加熱電流を予熱電流の停止と同期して制御すること
が可能である。

第３図に示す実施例によれば、担体棒の加熱用電流源６
への無段階的な切り換えが原理的に可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の接続図、第２図および第３
図は本発明のそれぞれ異なる実施例を部分的に示す接続
図である。 １ａ〜１ｆ・・・・・・棒状担体、５・・・・・・反応
容器、６・・・・・・加熱用電流源、８・・・・・・補
助電圧源、７・・・・・・スイッチ、１３，１４・・・
・・・補助スイッチ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 高純度の半導体材料を対応する反応ガスから、この
   ガス中で析出温度まで加熱された、上記材料と同一の材
   料からなる複数個の棒状担体上に析出させる方法であっ
   て、これらの担体な直列にして加熱用電流源に接続り直
   接通電により析出温度まで加熱するものにおいて、析出
   開始前に棒状担体を加熱用電流源より高電圧の補助電圧
   源に接続し、この電流により担体を予熱し、担体の直列
   回路に加熱用電流源を接続した際、この電流源が析出を
   行うのに必要な加熱用電流だけを供給できるようにする
   ために、補助電圧源と料てはｎ相（ｎは３以上の整数）
   の交流電圧源を使用し、その各相を予め直列接続された
   担体のｎ個のグループの各１つのグループに接続し、全
   担体に補助電圧が加わるようにしたことを特徴とする高
   純度半導体材料の製造方法。