JPS5882492A - るつぼ無し帯域溶融用の平形誘導コイル - 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】 結晶棒のるつぼ無し帯域溶融装置の多くは溶ト１櫨室内
に結晶棒端の支持体の外溶融帯域加熱用の４碑加熱コイ
ルを備えている。支持体と誘導加熱コイルの間の相対運
動によりこの溶融帯域が結晶棒内を移動する。誘導加熱
フィルは例えば多巻回の円筒コイルとすることができる
が、単一巻回のものも多い。誘導加熱コイルには高周波
発振器から高周波交流が供給される。

溶融室は高真空としても保護ガスを満たしてもよい。保
護ガスとしては高純度に精製された水素又はアルゴンが
使用され、それによって特に高品質の単結晶棒をるつぼ
無しの帯域溶融によって作ることができる。

多巻同コイルばかりでなく単一巻回のコイルでもるつ＃
ｆ無し帯域溶融に際して放電が発生する傾向がある。こ
の放電は帯域溶融によって作られる結晶棒の品質に悪影
Ｖを及ぼす。放電発生の危険は保論ガスを満たした溶融
室の場合又はコイルに大電力を加えるとき特に大きい。

この発明の目的はこのような放電の発生を阻止すること
である。

この発明は従って結畠棒特に半導体棒のるつぼ無し帯域
溶融装置を対象とし、この装置においては結晶１棒はそ
の端部を支持体に保持されて溶融室内に置かれ、結晶棒
を取巻く誘導加熱コイルによって加熱されて溶融帯域が
作られる。

この種の装置Ｉｔは暁に西独国特許第１９１１８８１号
の対象となっているが、この公知装置では誘導加熱コイ
ルの中央巻回部分と結晶棒とが溶融帯域の通過中等電位
に接続されている。

ｊ−記の発明思想の展開として誘導加熱コイルの中央巻
回部分又は中央の巻回と少くとも一方の俸支持体を互に
導電的に結合する。又誘導加熱コイルに並列に電気的の
対称素子を接続し、その中点タップを少くとも一方の棒
支持体と導電的に結合することができる。

第１図にこの公知装置の一部分を示す。ｌは帯域ｌ＃−
室の外壁でありこの外壁の引込部分２を貫通する軸３に
棒端支持体４がとりつけられている。

引込部分２はパツキン５によって気密結合されている。

軸３と棒支持体４は中心軸の回りに回転すると同時に軸
方向に移動可能である。棒支持体４にはそれぞれ結晶棒
６例えばシリコン棒の一端が１・・＋１定されている。

誘導加熱コイル７によって棒６に溶融帯域８が作られ神
６と誘導加熱コイル７の間の相対運動により棒６に沿っ
て移動する。一部分だけを示した溶融室には例えば高純
度の水素又はアルゴンを満たすことができる。

’ｔｌｊ　４７Ｊρ熱コイル７に並列にコンデンサ１５
が接続され、このコンデンサ１５とコイル７が加熱振動
回路を構成し、冒周波発振器１０から同軸ケーブル９を
通して電気エネルギーがこの振動回路に供給される。従
って同軸ケーブル９と加熱回路（７，１５）は結合コイ
ル１２によって高周波発振器ｌＯのタンク回路の振動コ
イル１１に結合されている。

単巻コイル７の中央部１３又は円筒形コイルの中央巻回
は導線１４によって溶融室壁１に結ばれる。棒支持体４
と神６ならびに誘導加熱コイル７の中央部１３は軸３と
溶融室壁が接地されているため同じ電位に置かれる。従
って誘導加熱コイル７と結晶棒６の間の最大電位差はコ
イル中央部分１３が溶融室壁と結ばれず棒６と等電位に
置かれない場合に比べてその半分に過ぎない。

これによって直径２インチまでの通常のシリコン棒にお
いて放電の発生は認められなくなる。

帯域溶融過程の開始に当って種結晶を溶融しびん首形の
細い部分を引き上げる除加熱コイ・ルと溶　−高い電圧
を導く必要がある。平形溶融コイルの内径が大きい程コ
イル間腹にグロー放電又は火花放１ｖが党生じ易い。こ
の現象は保護カスとしてアルゴンを使用するとき特に顕
著である。この放電は帯域溶融によって作られる結晶の
品質に悪い影響を及ぼす昇高周波コイルｈ導線の損傷を
招く、。

直径３インチ、４インチあるい５は更に太い棒が安水さ
れる最近の傾向はこれらの問題に新しい解決法を必要と
する。

この発明は例えば西独国特許出願公開第２７３７３４２
号公報に記載されている公知の平形コイルをその基本構
想を保持したまま耐電圧特性に関して全く新しい構造と
することである。

この発明の基本となる公知の平形コイルの平面図を第２
図に示す。コイルはだ円断面の環状内部巻回１７とカラ
ー状の外部巻回１８から構成され、これらの巻回１７と
１８は浴接結合されている。

外部巻回１８は墳状の突起１６を持ちこの突起を通して
接地される。コイルの電流導体１９と２０は内部巻回１
７に結合され、同時に矢印２１で示す冷却水の通流路と
なっている。一般に゛コイルの外部巻（ロ）部分１８は
厚肉構造となり銀メッキさｎた銅で作られ、内部巻回部
分１−７は鋼管で構成される。

中空体として作られているが冷却液を減すための貫通孔
を備える巻回によって半導体棒を取巻く平形誘導加熱コ
イルに対してこの発明は加熱コイル１ａ数の部分コイル
に分割し、互に電気的に絶縁された部分を一つの構成ユ
ニットにまとめ、各部分コイルにそれぞれ固有の給電端
子と冷却液接続口を設けることを提案する。

この発明の展開によ、れは部分コイル間に厚さ約。

１乃至３ａｗの間隔保持片が設けられる。この間隔保持
片ｈセラミック、シリコンゴム、シリコン樹喧又はポリ
ビスマレインイミドで作る仁とができる。

部分コイルは内から外に向って例えば円す、い伏に厚さ
を増し、内側は０．５乃至２ａの曲率半径を持ち外側は
１０乃至２０ＩＵの厚さとし、更に中心に向って直径約
２５乃至３５１ＩｊＩの円形孔を形成する形状とするの
が有利である。

コイル全体は一つの機械的に強固なユニットとしてまと
めるか、あるいは中心を通す半導体棒が大きな直径のも
のであるときは部分コイルの外側に部分コイルを機械的
にまとめて保持するための固定部例えばｉ張りを設ける
のが合理的である。

部分コイルの出張りは七うミック製又は耐熱性のクリッ
プでつかみ部分コイルを相互に同定する。

給電端子と冷却液接続口はそれらの軸に沿って移動でき
るようにし、刀口熱装置の内径を可変にすることができ
る。

部分コイルと固定部分の二方又は双方を銅、銀めっき銅
又は銀で作ると有利である。

加熱コイルは原理的には任意個数の部分コイルに分割す
ることができるが、これらの部分コイルは正しい位相関
係を保って接続され溶融半導体棒に対しては単一の非分
割コイルとして作用しなければならないから分割数は２
が最適であり、４″ｆｔ：最大とする。

各部分コイルがその中央部に接続端を持ちこれが地電位
に直力・れるときは二つの部分コイルであつ、ても地電
位を規準とする最大電圧はにになる。

電圧端子は絶縁された棒支持体と同じ電位に置くことが
できる。

部分コイルへの電流供給に対しては高周波電源に電圧分
割手段例えば適当な構造の二次巻？ｒＭを設け、全電圧
を部分コイル数に応じて分割するのが効果的である。

第３・図に示した実施例についてこの発明を更に詳細に
説明する。

第３図には二つの部分コイルに分割“された加熱コイル
を示す。このコイルは二つの牛譲状内巻回部分２２と２
３から成り、カラー形の外巻画部分かこれらの内巻回部
分に接続される。この外巻画部分は図面に示されていな
いが第２図のカラー形巻回１８に対応するものとするこ
とができる。

巻回部分２２．２３は環形の突起２４．２５を持ちこれ
らの突起を通して部分コイルを接地することができる。

第一部分コイルの電流接続部２６と２７および第二部分
・コイルの電流接続部２８と２９は同時に冷却水出入口
となっている。冷却水の流れは矢印３０，３１で示す。

部分コイル間には間隔片３２と３３があり、これらは厚
さ約２−のセラミック製である。

コイルは銅および／又は銀で作り、だ円断面として内側
の曲率牛径１ｄ、外側の犀さ１ｏｄとするのが有利であ
る。ただし部分コイルの形状はこの発明の要旨から逸脱
しない限り目的とするプロセスに適合するように選定す
ることかできる。

加熱コイルは完結したユニットとしてもあるいは組立て
式のコイルとして構成してもよい。最も簡単な例として
は両部分コイルに突出部３４．８５゜３６．８７を設け
これらをセラミック袈のクリップではさんで両部分コイ
ルを結合する。

給電には公知の高周波環電流と共振回路４０が使用され
る。この回路の二次側は例えば１０００Ｖの全電圧を５
００　Ｖずつの二つの等電圧に分けるように構成されて
いる。給電変圧器の端子４１と４２および４３と４４は
高周波ケーブル４５゜４６を通して電流接続端２Ｂ、２
７および２８゜２９に結ばれる。

回路の接続は正しい位相関係をもって実施し、矢印４７
と４８で示すように高周波環電流が流れて半導体棒内に
分割されない単一巻回のコイルの場合と同じ電−場が作
られるようにする。

加熱コイルを二つの部分コイルに分割すると管部分コイ
ルには全電圧の半分の電圧がかかる。更に各部分コイル
の中点を接地すると各部分コイルの電圧は史に二等分さ
れる。従って溶融帯と高周波加熱コイル間の電圧は％に
低下する。加熱コイル電圧を１υ００ｖとすれば問題と
なるコイル個所４９．５０および５１．５２には半碑体
棒溶融帯に対して２５’　ＯＶの電圧がかがる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の対象となる半導体棒帯域＃融装置の
一部を示し％第２図は第１図の装置に使用されている平
形誘導加熱コイルの平匍図、第３図はこの発明の実施例
の平面図である。第３図において２２と２３は半環状内
部巻回部分、３２と３３は部分コイル間の間隔保持片で
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ）加熱コイルが複数のセグメント形部分コイルに分割
   され、互に電気的に絶縁された部分コイルが構造上の一
   つのユニットを構成し、各部分コイルがそれぞれ固有の
   給電端と冷却液接続口をｌｌｌ１えていることｔ−特徴
   とする中空体として作られるか冷却電通流孔を備え半導
   体棒を環状に取り囲む巻（ロ）を持つ半帰体棒のるつば
   無し帯域溶融用の平形誘導コイル。 ２）部分コイルの間に間隔保持片が設けられていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のコイル。 ３）　１１１１１隔片が約１乃至Ｌａの縁さであること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の
   コイル。 ４）１開隔片かセラミック、シリコンゴム、シリコ／樹
   脂又はポリビスマレインイミドで作られていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項の一つに記載
   のコイル。 ５）部分コイルが内から外に向って例えば円すい形に増
   大する厚さを示すことｔ特徴とする特許請求の範囲第１
   項乃至第４項の一つに記載のコイル。 ６）部分コイルがその内側に０．５乃至２」の曲率半径
   を持っていることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃
   至第５項の一つに記載のコイル。 ７）部分コイルの外側の厚さがｌＯ乃至２０．鰭である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至８１！６項
   の一つに記載のコイル。 ８）部分コイルが中心に向って直径約２６乃至８５１１
   １１の円形孔を形成することを特徴とする特許請求の範
   囲Ｍ１項乃至第７項の一つに記載のコイル。 ９）部分コイルがその外側に固定部例えば出張りを持ち
   、この固定部によって機械的に集合保持されることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項乃至第８項の一つに記載
   のコイル。 １０）　　セラミック族のクリップが固定部をつかみ。 そｔによって部分コイルを集合保持すること全％徴とす
   る特許請求の範囲第１項乃至第９項の一つに記載のコイ
   ル。 １１）　部分コイルが銅、銀めっき銅又は銀で作られて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第１０
   項の一つに記載のコイル。 １２）　　固定部が銅、銀めっき鋼又は銀で作られてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第１υ項
   の一つに記載のコイル。 １３）　平形コイルが二つの部分コイルに分割されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第１２項
   の一つに記載のコイル。 １４）各部分コイルがすの中央部分に電圧接続端を持っ
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第１
   ３項の一つに記載のコイル。 １５）　Ｐｋ＠する高周波発振器が部分コイルの数に応
   じて全給電電圧を分割する装置を備えていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項乃至第１４項の一つに記載
   のコイル。 １６）給電変圧器の二次巻線が所定の電圧分割を行なう
   ように構成されていることを特徴とする特許Ｍ求の範囲
   第１項乃至第１５項の一つに記載のコイル。