半導体単結晶製造装置及び半導体単結晶の製造方法
【課題】 副誘導加熱コイルの絶縁部材が主誘導加熱コイルの溝に入り込み、両コイルの絶縁が弱くなるか又は無くなり火花放電の発生、また副誘導加熱コイルとの接触における誘導加熱コイルの電流回路の異常による誘導加熱コイルと浮遊帯域への火花放電が発生するという問題が生じた。
【解決手段】 半導体棒の浮遊帯域周辺を囲繞するように配置され、コイル１巻きごとの間に溝を有する主誘導加熱コイルと、浮遊帯域を囲繞する内径空間を跨ぐように弧状部位を形成した副誘導加熱コイルとを有し、両コイルが内径空間の中心に向かって相対的に前後動することにより、浮遊帯域の内径空間が可変するように構成された半導体単結晶製造装置において、両コイルの間に絶縁部材が設けられ、該絶縁部材は板状であるかまたは２以上具備されることによって、常に全ての絶縁部材が溝の位置に同時にくることが無いように設けられたものであることを特徴とする半導体単結晶製造装置。
【解決手段】 半導体棒の浮遊帯域周辺を囲繞するように配置され、コイル１巻きごとの間に溝を有する主誘導加熱コイルと、浮遊帯域を囲繞する内径空間を跨ぐように弧状部位を形成した副誘導加熱コイルとを有し、両コイルが内径空間の中心に向かって相対的に前後動することにより、浮遊帯域の内径空間が可変するように構成された半導体単結晶製造装置において、両コイルの間に絶縁部材が設けられ、該絶縁部材は板状であるかまたは２以上具備されることによって、常に全ての絶縁部材が溝の位置に同時にくることが無いように設けられたものであることを特徴とする半導体単結晶製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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取り囲んでいる主誘導加熱コイル上下面の、少なくともどちら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を取り囲んでいる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。
【背景技術】
【０００２】
図５はＦＺ法による従来の単結晶製造装置を模式的に示した図である。この単結晶製造装置１３０を用いて、単結晶を製造する方法について説明する。
まず、原料結晶棒１０１を、チャンバー１１２内に設置された上軸１０３の上部保持治具１０４に保持する。一方、種結晶１０８を、原料結晶棒１０１の下方に位置する下軸１０５の下部保持治具１０６に保持する。次に、図８のように主誘導加熱コイル１０７´と、浮遊帯域１１０を囲繞する主誘導加熱コイルの内径空間１１６を跨ぐように弧状部位１１５を形成した副誘導加熱コイル１１１を相対移動させ、見かけ上のコイルの内径を小さくした状態で原料結晶棒１０１を溶融して、種結晶１０８に融着させる（特許文献１）。
【０００３】
その後、種絞りにより絞り部１０９を形成して無転位化する。そして、上軸１０３と下軸１０５を回転させながら原料結晶棒１０１と単結晶棒１０２を下降させることで浮遊帯域１１０を原料結晶棒１０１と単結晶棒１０２の間に形成し、前記浮遊帯域１１０を原料結晶棒１０１の上端まで移動させてゾーニングし、単結晶棒１０２を成長させる。単結晶棒成長に伴い、図９のように主誘導加熱コイル１０７´と副誘導加熱コイル１１１を相対移動させ、見かけ上のコイル内径を大きくしていき、最終的には副誘導加熱コイル１１１は主誘導加熱コイル１０７´から抜き去る。図８、図９は、主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルが相対移動をする一例を示した図である。
【０００４】
なお、この単結晶成長は、不活性ガス雰囲気中で行われ、また、ｎ型ＦＺ単結晶またはｐ型ＦＺ単結晶を製造するために、ドープノズル１２０により、製造する導電型、抵抗率に応じた量のドープガスを流す。
【０００５】
前記主誘導加熱コイルとしては、図７に示すような冷却用の水を流通させた複巻の誘導加熱コイル１０７または図６に示すような電気誘導体からなる単巻の誘導加熱コイル１０７´が用いられている。前記副誘導加熱コイルとしては、電気誘導体からなり、冷却用の水を流通させているものが用いられている。図６は従来の単巻の主誘導加熱コイルを示した図、図７は従来の複巻の主誘導加熱コイルを示した図である。
【０００６】
単結晶の大口径化が進む中、単結晶の芯側と周縁側の温度変化を小さくするために単巻の誘導加熱コイル１０７´（図６）から特許文献２に示されるような複巻の誘導加熱コイル１０７の使用が主力となっている（図７）。
しかし、主誘導加熱コイルが単巻から複巻になったときに、副誘導加熱コイルが主誘導加熱コイルの内側コイルから外側コイルにかけて移動する際に、副誘導加熱コイルの絶縁部材１１３が主誘導加熱コイルの内側コイルと外側コイルの溝１１４に入り込み、主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルの絶縁が弱くなるか又は無くなり、主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルの間に火花放電の発生、また副誘導加熱コイルとの接触における誘導加熱コイルの電流回路の異常による誘導加熱コイルと浮遊帯域１１０への火花放電が発生するという問題が生じた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６３−２９１８８８号公報
【特許文献２】特開昭６３−２９１８８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、こういった問題を解消するため主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルの絶縁方法を変更することで、複巻主誘導加熱コイルにおいても絶縁を確実に行うことができ、副誘導加熱コイルと主誘導加熱コイルでの火花放電の発生、または主誘導加熱コイルと溶融帯域での火花放電の発生を無くし、安定した単結晶成長を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、半導体棒の浮遊帯域周辺を囲繞するように配置され、コイル１巻きごとの間に溝を有する２回巻き以上の主誘導加熱コイルと、該主誘導加熱コイルの上下面の少なくともいずれか一方の面に対向して配置され、前記主誘導加熱コイルの前記浮遊帯域を囲繞する内径空間を跨ぐように弧状部位を形成した副誘導加熱コイルとを有し、前記主誘導加熱コイルと前記副誘導加熱コイルが前記内径空間の中心に向かって相対的に前後動することにより、前記主誘導加熱コイルと前記副誘導加熱コイルとで囲繞する浮遊帯域の内径空間が可変するように構成され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と前記副誘導加熱コイルの間に両コイルと接触する絶縁部材が設けられ、該絶縁部材は板状であるかまたは２以上具備されることによって、常に全ての絶縁部材が前記溝の位置にくることが無いように設けられたものであることを特徴とする半導体単結晶製造装置を提供する。
【００１０】
このように、主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルの間に両コイルと接触する絶縁部材が設けられ、該絶縁部材が板状であるかまたは２以上具備されることによって、常に全ての絶縁部材が溝の位置にくることが無いように設けられたものであれば、副誘導加熱コイルが主誘導加熱コイルの内側から外側にかけて移動する際に、絶縁部材が主誘導加熱コイルの１巻きごとの間の溝に入り込み、主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルの絶縁が弱くなるか又は無くなることによって、主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルの間に火花放電が発生することを防止することができ、単結晶製造を安全かつ効率的に行うことができる。
【００１１】
またこのとき、前記絶縁部材が板状であって、前記副誘導加熱コイルと相似形状であることが好ましい。
【００１２】
このような、前記絶縁部材の形状であれば、副誘導加熱コイルの、主誘導加熱コイルと向かい合う側の表面の大部分が絶縁部材によって覆われるため、より確実に主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルを絶縁することができる。
【００１３】
またこのとき、前記絶縁部材が、前記主誘導加熱コイルまたは前記副誘導加熱コイルに接着されたものであることが好ましい。
【００１４】
このように、絶縁部材はどちらの誘導加熱コイルに接着するか状況に応じて選択することができ、より効率的に単結晶を製造することができる。
【００１５】
またこのとき、前記絶縁部材の抵抗率が１×１０６Ωｃｍ以上であることが好ましい。
【００１６】
また、前記絶縁部材が窒化珪素、酸化アルミニウム、酸化珪素のいずれか一種の材料からなるものであることが好ましい。
【００１７】
このようなものであれば、より確実に主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルを絶縁することができる。
【００１８】
またこのとき、前記絶縁材料で隔たれている前記主誘導加熱コイルと前記副誘導加熱コイルの間隔が、０．２ｍｍ〜５ｍｍであることが好ましい。
【００１９】
このような間隔であれば、両コイルの間隔が狭すぎて火花放電が発生してしまうことや、両コイルの間隔が広すぎて結晶の溶融に支障をきたし、絞り部を形成することが困難になってしまうことが起こらないため、より安全かつ効率的に単結晶製造を行うことができる。
【００２０】
また、原料結晶棒を誘導加熱コイルで加熱溶融して浮遊帯域を形成し、該浮遊帯域を下方から上方に移動する事で単結晶棒を育成するフローティングゾーン法による半導体単結晶の製造方法であって、前記本発明に記載の半導体単結晶製造装置を用いて半導体単結晶を製造することを特徴とする半導体単結晶の製造方法を提供する。
【００２１】
このように、本発明の半導体単結晶製造装置を用いた半導体単結晶の製造方法によれば、主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイル間の絶縁が単結晶の製造中に弱くなるか又は無くなることがないため、火花放電の発生を防止して単結晶製造における有転位化の発生率をより低下させながら単結晶製造を行うことができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように、本発明によれば、主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルの間に両コイルと接触する絶縁部材を設け、該絶縁部材を板状とするかまたは２以上具備することによって、常に全ての絶縁部材が溝の位置にくることが無いように設けることとすれば、全ての絶縁部材が同時に主誘導加熱コイルの１巻きごとの間の溝に入り込み、主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルの絶縁が弱くなるか又は無くなることによって、両コイルの間に火花放電が発生することを防止することができ、単結晶製造を安全かつ効率的に行うことができる。
また、本発明の半導体単結晶製造装置を用いた半導体単結晶の製造方法によれば、溝を有する主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイル間の絶縁が単結晶の製造中に弱くなるか又は無くなることがないため、火花放電の発生を防止して単結晶製造における歩留まり、生産性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ＦＺ法により単結晶を製造する際に、本発明の半導体単結晶製造装置を用いた場合の断面構成例を模式的に示した図である。
【図２】本発明の半導体単結晶製造装置において、絶縁部材を配置する一例として、絶縁部材を副誘導加熱コイルの３点に配置したものの下面図及び断面図の模式図である。
【図３】本発明の半導体単結晶製造装置において、絶縁部材を配置する一例として、板状であって副誘導加熱コイルと相似形状である絶縁部材を副誘導加熱コイルに接着したものの下面図及び断面図の模式図である。
【図４】本発明の半導体単結晶製造装置において、絶縁部材を配置する一例として、板状の絶縁部材を主誘導加熱コイルに配置したものの下面図及び断面図の模式図である。
【図５】ＦＺ法により単結晶を製造する際に、従来の単結晶製造装置を用いた場合の断面構成例を模式的に示した図である。
【図６】従来の単巻きの主誘導加熱コイルを模式的に示した図である。
【図７】従来の複巻きの主誘導加熱コイルを模式的に示した図である。
【図８】主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルの、主誘導加熱コイルの内径空間の中心に向かう相互移動を示した図である。
【図９】主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルの、主誘導加熱コイルの内径空間の中心から遠ざかる相互移動を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明についてより具体的に説明する。
前述のように、従来、主誘導加熱コイルが単巻から複巻になったときに、副誘導加熱コイルが主誘導加熱コイルの内側コイルから外側コイルにかけて移動する際に、副誘導加熱コイルの絶縁部材が主誘導加熱コイル１巻きごとの間にある溝に入り込み、主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルの絶縁が弱くなるか又は無くなり、主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルの間に火花放電の発生、また副誘導加熱コイルとの接触における誘導加熱コイルの電流回路の異常による誘導加熱コイルと浮遊帯域への火花放電が発生するという問題があった。
【００２５】
本発明者らが鋭意検討した結果、主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルの間に両コイルと接触する絶縁部材を設け、該絶縁部材を板状とするかまたは２以上具備することによって、常に全ての絶縁部材が同時に溝の位置にくることが無いように設けることとすれば、全ての絶縁部材が主誘導加熱コイルの１巻きごとの間の溝に同時に入り込み、主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルの絶縁が弱くなるか又は無くなることによって、両コイルの間に火花放電が発生することを防止することができることを見出し、本発明を完成させた。
【００２６】
即ち、本発明は、半導体棒の浮遊帯域周辺を囲繞するように配置され、コイル１巻きごとの間に溝を有する２回巻き以上の主誘導加熱コイルと、該主誘導加熱コイルの上下面の少なくともいずれか一方の面に対向して配置され、前記主誘導加熱コイルの前記浮遊帯域を囲繞する内径空間を跨ぐように弧状部位を形成した副誘導加熱コイルとを有し、前記主誘導加熱コイルと前記副誘導加熱コイルが前記内径空間の中心に向かって相対的に前後動することにより、前記主誘導加熱コイルと前記副誘導加熱コイルとで囲繞する浮遊帯域の内径空間が可変するように構成され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と前記副誘導加熱コイルの間に両コイルと接触する絶縁部材が設けられ、該絶縁部材は板状であるかまたは２以上具備されることによって、常に全ての絶縁部材が前記溝の位置にくることが無いように設けられたものであることを特徴とする半導体単結晶製造装置である。
【００２７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図１は、本発明の半導体単結晶製造装置を模式的に示した図である。この半導体単結晶製造装置３０は、チャンバー１２内に設置され、原料結晶棒１を保持する上部保持治具４と、種結晶８を保持する下部保持治具６と、１巻きごとの間に溝１４を有する主誘導加熱コイル７と、図２のように浮遊帯域１０を囲繞する主誘導加熱コイルの内径空間１６を跨ぐように弧状部位１５を形成した副誘導加熱コイル１１と、主誘導加熱コイル７または副誘導加熱コイル１１に接着され、板状であるか２以上具備されることによって、常に全てが溝１４の位置にくることが無いように設けられた絶縁部材１３を有する。
【００２８】
前記絶縁部材１３は、抵抗率が１×１０６Ωｃｍ以上のものが好ましく、例えば窒化珪素、酸化アルミニウム、酸化珪素のいずれかの材料からなるものとすることができる。このような絶縁部材であれば、より確実に主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルとを絶縁することができる。
また、主誘導加熱コイル７と副誘導加熱コイル１１との間隔が０．２〜５ｍｍとなるように、前記絶縁部材１３を直径０．２〜５ｍｍの球状か、厚さが０．２〜５ｍｍの板状とすることができる。主誘導加熱コイル７と副誘導加熱コイル１１の間隔が０．２ｍｍより少ない場合は、火花放電を起こす可能性が高くなり、また、５ｍｍを超える場合は結晶の溶融がうまくいかず単結晶の有転位化が発生し易くなるという問題があるが、このような絶縁部材であれば、上記問題を発生させずにより確実に主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルとを絶縁することができる。
【００２９】
前記絶縁部材１３の配置方法としては、図２に示すように、副誘導加熱コイル１１の弧状部位１５の両先端部に２つと、弧状部位中心部近傍１つ、計３つの絶縁部材１３を接着し、配置することができる。具体的には、例えば弧状部位中心部近傍の絶縁部材１３が主誘導加熱コイルの溝１４の位置にあるときは、弧状部位１５の両先端部の絶縁部材１３が主誘導加熱コイルの溝１４の内側にあるように配置され、３つの絶縁部材１３が同時に溝１４の位置にくることが無いように配置されている。尚、図２は絶縁部材を配置する一例として、絶縁部材を副誘導加熱コイルの３点に配置したものの下面図及び断面図の模式図である。
配置された絶縁部材全てが同時に溝の位置にくることが無いように配置されていれば、上記形態に限らず、例えば絶縁部材を２つ、あるいは４つ以上配置しても良いし、３つの絶縁体が三角形の各頂点の位置に来るように配置しても良い。
【００３０】
また、図３に示すように、副誘導加熱コイル１１に厚さ０．２〜５ｍｍの板状絶縁部材１３´を接着することができる。この板状絶縁部材１３´は、例えば図３のように副誘導加熱コイル１１と相似形状とすれば、副誘導加熱コイルの、主誘導加熱コイルと向かい合う側の表面の大部分が絶縁部材によって覆われることにより、より確実に主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルを絶縁することができるために好ましいが、形状はこれに限らず、相対移動方向の幅が主誘導加熱コイルの溝１４の幅よりも大きければ良い。尚、図３は絶縁部材を配置する一例として、板状であって副誘導加熱コイルと相似形状である絶縁部材を副誘導加熱コイルに接着したものの下面図及び断面図の模式図である。
【００３１】
また、図４に示すように、主誘導加熱コイル７に厚さ０．２〜５ｍｍの板状絶縁部材１３″を接着することができる。この板状絶縁部材１３″は、例えば図４のように主誘導加熱コイル７の溝１４の内側に２枚、外側に２枚接着すれば、より確実に主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルを絶縁することができるために好ましいが、形状はこれに限らず、主誘導加熱コイル７の径方向に１枚ずつ接着するようにしても良いし、主誘導加熱コイル７と相似形状としても良い。尚、図４は絶縁部材を配置する一例として、板状の絶縁部材を主誘導加熱コイルに配置したものの下面図及び断面図の模式図である。
このような構造の副誘導加熱コイルであれば、副誘導加熱コイルを移動させる間、主誘導加熱コイルの溝の位置に全ての絶縁部材がくることは無いため、絶縁が弱くなるか又は無くなることなく火花放電を防止することができる。
尚、上記では副誘導加熱コイルを主誘導加熱コイルの下面側に設けた例を挙げて説明したが、副誘導加熱コイルを上面側に配置しても良い。
【００３２】
次にこれらの半導体単結晶製造装置を用いて半導体単結晶を製造する方法を以下に説明する。
まず、原料結晶棒１の溶融を開始する部分をコーン形状に加工し、加工歪みを除去するために表面のエッチングを行う。その後、図１に示すＦＺ法による単結晶製造装置３０のチャンバー１２内に原料結晶棒１を収容し、チャンバー１２内に設置された上軸３の上部保持治具４にネジ等で固定する。一方、下軸５の下部保持治具６には種結晶８を取り付ける。
不図示の高周波発振機に、コイル１巻きごとの間に溝１４を有する複巻の主誘導加熱コイル７を固定し、その直下に、弧状部位１５を有する副誘導加熱コイル１１を設置する。ここでは、本発明の図２〜図４に示す様に絶縁部材１３を配置したコイルを使用する。
【００３３】
次に原料結晶棒１のコーン部分の下端を不図示のカーボンリングで予備加熱する。その後、チャンバー１２の下部から不活性ガスを供給し、チャンバー上部より排気する。この不活性ガスは、これに限定されるわけではないが、例えばＡｒまたはＮ２、０．１ＭＰａ〜０．２ＭＰａ、流量２０〜５０Ｌ／ｍｉｎとすることができる。
【００３４】
そして、主誘導加熱コイル７と副誘導加熱コイル１１を、内径空間１６の中心に向かって相対移動させ、見かけ上のコイルの内径を小さくした状態で原料結晶棒１を溶融して、種結晶８に融着させる。その後、種絞りにより絞り部９を形成して無転位化し、上軸３と下軸５を回転させながら原料結晶棒１と育成単結晶棒２を、これに限定されるわけではないが、例えば１〜５ｍｍ／ｍｉｎの速度で下降させることで浮遊帯域１０を原料結晶棒１上端まで移動させてゾーニングし、単結晶棒２を成長させる。
この時、単結晶育成中にある程度単結晶径が大きくなるまで主誘導加熱コイル７と副誘導加熱コイル１１を、内径空間１６の中心から遠ざかるように相対移動させる。
【００３５】
また、ｎ型ＦＺ単結晶またはｐ型ＦＺ単結晶を製造するために、ドープノズル２０により、製造する導電型、抵抗率に応じた量のドープガスを、これに限定されるわけではないが、例えばＡｒ、Ｎ２ベースのＰＨ３又はＢ２Ｈ６を流す。
このとき、育成する際に原料結晶棒１の回転中心となる上軸３と、単結晶化の際に育成単結晶棒２の回転中心となる下軸５を偏芯させて単結晶を育成することができる。このように両中心軸をずらすことにより、単結晶化の際に溶融部を撹拌させ、製造する単結晶の品質を均一化させることができる。尚、偏芯量は単結晶の直径に応じて設定すればよい。
【実施例】
【００３６】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
抵抗率１０００Ωｃｍ以上の直径１５０ｍｍのＣＺシリコン単結晶を原料結晶棒として、ＦＺ法によりゾーニングを行い、直径２０５ｍｍのシリコン単結晶を製造した。
このシリコン単結晶の製造の際には図１に示す本発明の単結晶製造装置を用いた。誘導加熱コイルは内側の第一加熱コイルの外径を１６０ｍｍ、外側の第二加熱コイルの外径を２８０ｍｍのパラレルコイルを主誘導加熱コイルとし、図２に示すような弧状部位の両先端と弧状部位中心付近に、材料を窒化珪素とした直径１ｍｍ、抵抗率１×１０６Ωｃｍの球状の絶縁部材を３つ接着した、冷却用の水を流通させている本発明の副誘導加熱コイルを使用した。絶縁材料で隔たれている主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルの間隔を０．５ｍｍとした。チャンバー内圧を０．１９ＭＰａ、不活性ガスをＡｒとして流量５０Ｌ／ｍｉｎ、成長速度を２．０ｍｍ／ｍｉｎ、偏芯量を１２ｍｍとした。また、ドープは行わず、ノンドープシリコン単結晶の製造を行った。
以上の条件でシリコン単結晶の引上げを３９回行ったときの火花放電の発生は０回であった。このときの結果を下記表１に示す。
【００３７】
（実施例２）
図３に示すような、副誘導加熱コイルと相似形状であって、材料を窒化珪素とした厚さ１ｍｍ、抵抗率１×１０６Ωｃｍの板状絶縁部材を接着した副誘導加熱コイルを装着した半導体単結晶製造装置を用いて、その他は実施例１と同じ条件でノンドープシリコン単結晶の製造を行った。
以上の条件でシリコン単結晶の引上げを４０回行ったときの火花放電の発生は０回であった。このときの結果を下記表１に示す。
【００３８】
（実施例３）
図４に示すような、材料を窒化珪素とした幅５ｍｍで厚さ１ｍｍ、抵抗率１×１０６Ωｃｍの板状絶縁部材を、溝の内側と外側に２枚ずつ接着した主誘導加熱コイルを装着した半導体単結晶製造装置を用いて、その他は実施例１と同じ条件でノンドープシリコン単結晶の製造を行った。
以上の条件でシリコン単結晶の引上げを４０回行ったときの火花放電の発生は０回であった。このときの結果を下記表１に示す。
【００３９】
（比較例）
抵抗率１０００Ωｃｍ以上の直径１５０ｍｍのＣＺシリコン単結晶を原料結晶棒として、ＦＺ法によりゾーニングを行い、直径２０５ｍｍのシリコン単結晶を製造した。
このシリコン単結晶の製造の際には、図５に示す従来の単結晶製造装置を用いた。誘導加熱コイルは内側の第一加熱コイルの外径を１６０ｍｍ、外側の第二加熱コイルの外径を２８０ｍｍのパラレルコイルを主誘導加熱コイルとし、図７に示すような弧状部位の一の自由端側に、直径１．０ｍｍ、抵抗率１×１０６Ωｃｍ球状の絶縁部材１つを介した状態の冷却用の水を流通させている副誘導加熱コイルを使用した。炉内圧を０．１９ＭＰａ、不活性ガスをＡｒとして流量５０Ｌ／ｍｉｎ、成長速度を２．０ｍｍ／ｍｉｎ、偏芯量を１２ｍｍとした。また、ドープは行わず、ノンドープシリコン単結晶の製造を行った。
以上の条件でシリコン単結晶の引上げを２３５回行ったときの火花放電の発生は２３回であった。このときの結果を下記表１に示す。
【００４０】
【表１】
【００４１】
このように、従来技術では主誘導加熱コイルが複巻であるときは、絶縁部材が主誘導加熱コイルの溝に入り込み、主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルの絶縁が弱くなるか又は無くなり、主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルの間に火花放電の発生、また副誘導加熱コイルとの接触における誘導加熱コイルの電流回路の異常による誘導加熱コイルと浮遊帯域への火花放電が発生する可能性があるが、本発明の半導体単結晶成長装置であれば、火花放電を発生させることなく半導体単結晶の製造を行うことができることがわかる。
【００４２】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載した技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【００４３】
１、１０１…原料結晶棒、 ２、１０２…単結晶棒、 ３、１０３…上軸、
４、１０４…上部保持治具、 ５、１０５…下軸、 ６、１０６…下部保持治具、
７、１０７…主誘導加熱コイル（複巻）、 １０７´…主誘導加熱コイル（単巻）、
８、１０８…種結晶、 ９、１０９…絞り部、 １０、１１０…浮遊帯域、
１１、１１１…副誘導加熱コイル、 １２、１１２…チャンバー、
１３、１１３…絶縁部材（球状）、 １３´、１３″…絶縁部材（板状）、
１４、１１４…溝、 １５、１１５…弧状部位、 １６、１１６…内径空間、
２０、１２０…ドープノズル、 ３０、１３０…半導体単結晶製造装置。
【技術分野】
【０００１】
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取り囲んでいる主誘導加熱コイル上下面の、少なくともどちら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を取り囲んでいる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。
【背景技術】
【０００２】
図５はＦＺ法による従来の単結晶製造装置を模式的に示した図である。この単結晶製造装置１３０を用いて、単結晶を製造する方法について説明する。
まず、原料結晶棒１０１を、チャンバー１１２内に設置された上軸１０３の上部保持治具１０４に保持する。一方、種結晶１０８を、原料結晶棒１０１の下方に位置する下軸１０５の下部保持治具１０６に保持する。次に、図８のように主誘導加熱コイル１０７´と、浮遊帯域１１０を囲繞する主誘導加熱コイルの内径空間１１６を跨ぐように弧状部位１１５を形成した副誘導加熱コイル１１１を相対移動させ、見かけ上のコイルの内径を小さくした状態で原料結晶棒１０１を溶融して、種結晶１０８に融着させる（特許文献１）。
【０００３】
その後、種絞りにより絞り部１０９を形成して無転位化する。そして、上軸１０３と下軸１０５を回転させながら原料結晶棒１０１と単結晶棒１０２を下降させることで浮遊帯域１１０を原料結晶棒１０１と単結晶棒１０２の間に形成し、前記浮遊帯域１１０を原料結晶棒１０１の上端まで移動させてゾーニングし、単結晶棒１０２を成長させる。単結晶棒成長に伴い、図９のように主誘導加熱コイル１０７´と副誘導加熱コイル１１１を相対移動させ、見かけ上のコイル内径を大きくしていき、最終的には副誘導加熱コイル１１１は主誘導加熱コイル１０７´から抜き去る。図８、図９は、主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルが相対移動をする一例を示した図である。
【０００４】
なお、この単結晶成長は、不活性ガス雰囲気中で行われ、また、ｎ型ＦＺ単結晶またはｐ型ＦＺ単結晶を製造するために、ドープノズル１２０により、製造する導電型、抵抗率に応じた量のドープガスを流す。
【０００５】
前記主誘導加熱コイルとしては、図７に示すような冷却用の水を流通させた複巻の誘導加熱コイル１０７または図６に示すような電気誘導体からなる単巻の誘導加熱コイル１０７´が用いられている。前記副誘導加熱コイルとしては、電気誘導体からなり、冷却用の水を流通させているものが用いられている。図６は従来の単巻の主誘導加熱コイルを示した図、図７は従来の複巻の主誘導加熱コイルを示した図である。
【０００６】
単結晶の大口径化が進む中、単結晶の芯側と周縁側の温度変化を小さくするために単巻の誘導加熱コイル１０７´（図６）から特許文献２に示されるような複巻の誘導加熱コイル１０７の使用が主力となっている（図７）。
しかし、主誘導加熱コイルが単巻から複巻になったときに、副誘導加熱コイルが主誘導加熱コイルの内側コイルから外側コイルにかけて移動する際に、副誘導加熱コイルの絶縁部材１１３が主誘導加熱コイルの内側コイルと外側コイルの溝１１４に入り込み、主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルの絶縁が弱くなるか又は無くなり、主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルの間に火花放電の発生、また副誘導加熱コイルとの接触における誘導加熱コイルの電流回路の異常による誘導加熱コイルと浮遊帯域１１０への火花放電が発生するという問題が生じた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６３−２９１８８８号公報
【特許文献２】特開昭６３−２９１８８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、こういった問題を解消するため主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルの絶縁方法を変更することで、複巻主誘導加熱コイルにおいても絶縁を確実に行うことができ、副誘導加熱コイルと主誘導加熱コイルでの火花放電の発生、または主誘導加熱コイルと溶融帯域での火花放電の発生を無くし、安定した単結晶成長を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、半導体棒の浮遊帯域周辺を囲繞するように配置され、コイル１巻きごとの間に溝を有する２回巻き以上の主誘導加熱コイルと、該主誘導加熱コイルの上下面の少なくともいずれか一方の面に対向して配置され、前記主誘導加熱コイルの前記浮遊帯域を囲繞する内径空間を跨ぐように弧状部位を形成した副誘導加熱コイルとを有し、前記主誘導加熱コイルと前記副誘導加熱コイルが前記内径空間の中心に向かって相対的に前後動することにより、前記主誘導加熱コイルと前記副誘導加熱コイルとで囲繞する浮遊帯域の内径空間が可変するように構成され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と前記副誘導加熱コイルの間に両コイルと接触する絶縁部材が設けられ、該絶縁部材は板状であるかまたは２以上具備されることによって、常に全ての絶縁部材が前記溝の位置にくることが無いように設けられたものであることを特徴とする半導体単結晶製造装置を提供する。
【００１０】
このように、主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルの間に両コイルと接触する絶縁部材が設けられ、該絶縁部材が板状であるかまたは２以上具備されることによって、常に全ての絶縁部材が溝の位置にくることが無いように設けられたものであれば、副誘導加熱コイルが主誘導加熱コイルの内側から外側にかけて移動する際に、絶縁部材が主誘導加熱コイルの１巻きごとの間の溝に入り込み、主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルの絶縁が弱くなるか又は無くなることによって、主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルの間に火花放電が発生することを防止することができ、単結晶製造を安全かつ効率的に行うことができる。
【００１１】
またこのとき、前記絶縁部材が板状であって、前記副誘導加熱コイルと相似形状であることが好ましい。
【００１２】
このような、前記絶縁部材の形状であれば、副誘導加熱コイルの、主誘導加熱コイルと向かい合う側の表面の大部分が絶縁部材によって覆われるため、より確実に主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルを絶縁することができる。
【００１３】
またこのとき、前記絶縁部材が、前記主誘導加熱コイルまたは前記副誘導加熱コイルに接着されたものであることが好ましい。
【００１４】
このように、絶縁部材はどちらの誘導加熱コイルに接着するか状況に応じて選択することができ、より効率的に単結晶を製造することができる。
【００１５】
またこのとき、前記絶縁部材の抵抗率が１×１０６Ωｃｍ以上であることが好ましい。
【００１６】
また、前記絶縁部材が窒化珪素、酸化アルミニウム、酸化珪素のいずれか一種の材料からなるものであることが好ましい。
【００１７】
このようなものであれば、より確実に主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルを絶縁することができる。
【００１８】
またこのとき、前記絶縁材料で隔たれている前記主誘導加熱コイルと前記副誘導加熱コイルの間隔が、０．２ｍｍ〜５ｍｍであることが好ましい。
【００１９】
このような間隔であれば、両コイルの間隔が狭すぎて火花放電が発生してしまうことや、両コイルの間隔が広すぎて結晶の溶融に支障をきたし、絞り部を形成することが困難になってしまうことが起こらないため、より安全かつ効率的に単結晶製造を行うことができる。
【００２０】
また、原料結晶棒を誘導加熱コイルで加熱溶融して浮遊帯域を形成し、該浮遊帯域を下方から上方に移動する事で単結晶棒を育成するフローティングゾーン法による半導体単結晶の製造方法であって、前記本発明に記載の半導体単結晶製造装置を用いて半導体単結晶を製造することを特徴とする半導体単結晶の製造方法を提供する。
【００２１】
このように、本発明の半導体単結晶製造装置を用いた半導体単結晶の製造方法によれば、主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイル間の絶縁が単結晶の製造中に弱くなるか又は無くなることがないため、火花放電の発生を防止して単結晶製造における有転位化の発生率をより低下させながら単結晶製造を行うことができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように、本発明によれば、主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルの間に両コイルと接触する絶縁部材を設け、該絶縁部材を板状とするかまたは２以上具備することによって、常に全ての絶縁部材が溝の位置にくることが無いように設けることとすれば、全ての絶縁部材が同時に主誘導加熱コイルの１巻きごとの間の溝に入り込み、主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルの絶縁が弱くなるか又は無くなることによって、両コイルの間に火花放電が発生することを防止することができ、単結晶製造を安全かつ効率的に行うことができる。
また、本発明の半導体単結晶製造装置を用いた半導体単結晶の製造方法によれば、溝を有する主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイル間の絶縁が単結晶の製造中に弱くなるか又は無くなることがないため、火花放電の発生を防止して単結晶製造における歩留まり、生産性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ＦＺ法により単結晶を製造する際に、本発明の半導体単結晶製造装置を用いた場合の断面構成例を模式的に示した図である。
【図２】本発明の半導体単結晶製造装置において、絶縁部材を配置する一例として、絶縁部材を副誘導加熱コイルの３点に配置したものの下面図及び断面図の模式図である。
【図３】本発明の半導体単結晶製造装置において、絶縁部材を配置する一例として、板状であって副誘導加熱コイルと相似形状である絶縁部材を副誘導加熱コイルに接着したものの下面図及び断面図の模式図である。
【図４】本発明の半導体単結晶製造装置において、絶縁部材を配置する一例として、板状の絶縁部材を主誘導加熱コイルに配置したものの下面図及び断面図の模式図である。
【図５】ＦＺ法により単結晶を製造する際に、従来の単結晶製造装置を用いた場合の断面構成例を模式的に示した図である。
【図６】従来の単巻きの主誘導加熱コイルを模式的に示した図である。
【図７】従来の複巻きの主誘導加熱コイルを模式的に示した図である。
【図８】主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルの、主誘導加熱コイルの内径空間の中心に向かう相互移動を示した図である。
【図９】主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルの、主誘導加熱コイルの内径空間の中心から遠ざかる相互移動を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明についてより具体的に説明する。
前述のように、従来、主誘導加熱コイルが単巻から複巻になったときに、副誘導加熱コイルが主誘導加熱コイルの内側コイルから外側コイルにかけて移動する際に、副誘導加熱コイルの絶縁部材が主誘導加熱コイル１巻きごとの間にある溝に入り込み、主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルの絶縁が弱くなるか又は無くなり、主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルの間に火花放電の発生、また副誘導加熱コイルとの接触における誘導加熱コイルの電流回路の異常による誘導加熱コイルと浮遊帯域への火花放電が発生するという問題があった。
【００２５】
本発明者らが鋭意検討した結果、主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルの間に両コイルと接触する絶縁部材を設け、該絶縁部材を板状とするかまたは２以上具備することによって、常に全ての絶縁部材が同時に溝の位置にくることが無いように設けることとすれば、全ての絶縁部材が主誘導加熱コイルの１巻きごとの間の溝に同時に入り込み、主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルの絶縁が弱くなるか又は無くなることによって、両コイルの間に火花放電が発生することを防止することができることを見出し、本発明を完成させた。
【００２６】
即ち、本発明は、半導体棒の浮遊帯域周辺を囲繞するように配置され、コイル１巻きごとの間に溝を有する２回巻き以上の主誘導加熱コイルと、該主誘導加熱コイルの上下面の少なくともいずれか一方の面に対向して配置され、前記主誘導加熱コイルの前記浮遊帯域を囲繞する内径空間を跨ぐように弧状部位を形成した副誘導加熱コイルとを有し、前記主誘導加熱コイルと前記副誘導加熱コイルが前記内径空間の中心に向かって相対的に前後動することにより、前記主誘導加熱コイルと前記副誘導加熱コイルとで囲繞する浮遊帯域の内径空間が可変するように構成され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と前記副誘導加熱コイルの間に両コイルと接触する絶縁部材が設けられ、該絶縁部材は板状であるかまたは２以上具備されることによって、常に全ての絶縁部材が前記溝の位置にくることが無いように設けられたものであることを特徴とする半導体単結晶製造装置である。
【００２７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図１は、本発明の半導体単結晶製造装置を模式的に示した図である。この半導体単結晶製造装置３０は、チャンバー１２内に設置され、原料結晶棒１を保持する上部保持治具４と、種結晶８を保持する下部保持治具６と、１巻きごとの間に溝１４を有する主誘導加熱コイル７と、図２のように浮遊帯域１０を囲繞する主誘導加熱コイルの内径空間１６を跨ぐように弧状部位１５を形成した副誘導加熱コイル１１と、主誘導加熱コイル７または副誘導加熱コイル１１に接着され、板状であるか２以上具備されることによって、常に全てが溝１４の位置にくることが無いように設けられた絶縁部材１３を有する。
【００２８】
前記絶縁部材１３は、抵抗率が１×１０６Ωｃｍ以上のものが好ましく、例えば窒化珪素、酸化アルミニウム、酸化珪素のいずれかの材料からなるものとすることができる。このような絶縁部材であれば、より確実に主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルとを絶縁することができる。
また、主誘導加熱コイル７と副誘導加熱コイル１１との間隔が０．２〜５ｍｍとなるように、前記絶縁部材１３を直径０．２〜５ｍｍの球状か、厚さが０．２〜５ｍｍの板状とすることができる。主誘導加熱コイル７と副誘導加熱コイル１１の間隔が０．２ｍｍより少ない場合は、火花放電を起こす可能性が高くなり、また、５ｍｍを超える場合は結晶の溶融がうまくいかず単結晶の有転位化が発生し易くなるという問題があるが、このような絶縁部材であれば、上記問題を発生させずにより確実に主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルとを絶縁することができる。
【００２９】
前記絶縁部材１３の配置方法としては、図２に示すように、副誘導加熱コイル１１の弧状部位１５の両先端部に２つと、弧状部位中心部近傍１つ、計３つの絶縁部材１３を接着し、配置することができる。具体的には、例えば弧状部位中心部近傍の絶縁部材１３が主誘導加熱コイルの溝１４の位置にあるときは、弧状部位１５の両先端部の絶縁部材１３が主誘導加熱コイルの溝１４の内側にあるように配置され、３つの絶縁部材１３が同時に溝１４の位置にくることが無いように配置されている。尚、図２は絶縁部材を配置する一例として、絶縁部材を副誘導加熱コイルの３点に配置したものの下面図及び断面図の模式図である。
配置された絶縁部材全てが同時に溝の位置にくることが無いように配置されていれば、上記形態に限らず、例えば絶縁部材を２つ、あるいは４つ以上配置しても良いし、３つの絶縁体が三角形の各頂点の位置に来るように配置しても良い。
【００３０】
また、図３に示すように、副誘導加熱コイル１１に厚さ０．２〜５ｍｍの板状絶縁部材１３´を接着することができる。この板状絶縁部材１３´は、例えば図３のように副誘導加熱コイル１１と相似形状とすれば、副誘導加熱コイルの、主誘導加熱コイルと向かい合う側の表面の大部分が絶縁部材によって覆われることにより、より確実に主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルを絶縁することができるために好ましいが、形状はこれに限らず、相対移動方向の幅が主誘導加熱コイルの溝１４の幅よりも大きければ良い。尚、図３は絶縁部材を配置する一例として、板状であって副誘導加熱コイルと相似形状である絶縁部材を副誘導加熱コイルに接着したものの下面図及び断面図の模式図である。
【００３１】
また、図４に示すように、主誘導加熱コイル７に厚さ０．２〜５ｍｍの板状絶縁部材１３″を接着することができる。この板状絶縁部材１３″は、例えば図４のように主誘導加熱コイル７の溝１４の内側に２枚、外側に２枚接着すれば、より確実に主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルを絶縁することができるために好ましいが、形状はこれに限らず、主誘導加熱コイル７の径方向に１枚ずつ接着するようにしても良いし、主誘導加熱コイル７と相似形状としても良い。尚、図４は絶縁部材を配置する一例として、板状の絶縁部材を主誘導加熱コイルに配置したものの下面図及び断面図の模式図である。
このような構造の副誘導加熱コイルであれば、副誘導加熱コイルを移動させる間、主誘導加熱コイルの溝の位置に全ての絶縁部材がくることは無いため、絶縁が弱くなるか又は無くなることなく火花放電を防止することができる。
尚、上記では副誘導加熱コイルを主誘導加熱コイルの下面側に設けた例を挙げて説明したが、副誘導加熱コイルを上面側に配置しても良い。
【００３２】
次にこれらの半導体単結晶製造装置を用いて半導体単結晶を製造する方法を以下に説明する。
まず、原料結晶棒１の溶融を開始する部分をコーン形状に加工し、加工歪みを除去するために表面のエッチングを行う。その後、図１に示すＦＺ法による単結晶製造装置３０のチャンバー１２内に原料結晶棒１を収容し、チャンバー１２内に設置された上軸３の上部保持治具４にネジ等で固定する。一方、下軸５の下部保持治具６には種結晶８を取り付ける。
不図示の高周波発振機に、コイル１巻きごとの間に溝１４を有する複巻の主誘導加熱コイル７を固定し、その直下に、弧状部位１５を有する副誘導加熱コイル１１を設置する。ここでは、本発明の図２〜図４に示す様に絶縁部材１３を配置したコイルを使用する。
【００３３】
次に原料結晶棒１のコーン部分の下端を不図示のカーボンリングで予備加熱する。その後、チャンバー１２の下部から不活性ガスを供給し、チャンバー上部より排気する。この不活性ガスは、これに限定されるわけではないが、例えばＡｒまたはＮ２、０．１ＭＰａ〜０．２ＭＰａ、流量２０〜５０Ｌ／ｍｉｎとすることができる。
【００３４】
そして、主誘導加熱コイル７と副誘導加熱コイル１１を、内径空間１６の中心に向かって相対移動させ、見かけ上のコイルの内径を小さくした状態で原料結晶棒１を溶融して、種結晶８に融着させる。その後、種絞りにより絞り部９を形成して無転位化し、上軸３と下軸５を回転させながら原料結晶棒１と育成単結晶棒２を、これに限定されるわけではないが、例えば１〜５ｍｍ／ｍｉｎの速度で下降させることで浮遊帯域１０を原料結晶棒１上端まで移動させてゾーニングし、単結晶棒２を成長させる。
この時、単結晶育成中にある程度単結晶径が大きくなるまで主誘導加熱コイル７と副誘導加熱コイル１１を、内径空間１６の中心から遠ざかるように相対移動させる。
【００３５】
また、ｎ型ＦＺ単結晶またはｐ型ＦＺ単結晶を製造するために、ドープノズル２０により、製造する導電型、抵抗率に応じた量のドープガスを、これに限定されるわけではないが、例えばＡｒ、Ｎ２ベースのＰＨ３又はＢ２Ｈ６を流す。
このとき、育成する際に原料結晶棒１の回転中心となる上軸３と、単結晶化の際に育成単結晶棒２の回転中心となる下軸５を偏芯させて単結晶を育成することができる。このように両中心軸をずらすことにより、単結晶化の際に溶融部を撹拌させ、製造する単結晶の品質を均一化させることができる。尚、偏芯量は単結晶の直径に応じて設定すればよい。
【実施例】
【００３６】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
抵抗率１０００Ωｃｍ以上の直径１５０ｍｍのＣＺシリコン単結晶を原料結晶棒として、ＦＺ法によりゾーニングを行い、直径２０５ｍｍのシリコン単結晶を製造した。
このシリコン単結晶の製造の際には図１に示す本発明の単結晶製造装置を用いた。誘導加熱コイルは内側の第一加熱コイルの外径を１６０ｍｍ、外側の第二加熱コイルの外径を２８０ｍｍのパラレルコイルを主誘導加熱コイルとし、図２に示すような弧状部位の両先端と弧状部位中心付近に、材料を窒化珪素とした直径１ｍｍ、抵抗率１×１０６Ωｃｍの球状の絶縁部材を３つ接着した、冷却用の水を流通させている本発明の副誘導加熱コイルを使用した。絶縁材料で隔たれている主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルの間隔を０．５ｍｍとした。チャンバー内圧を０．１９ＭＰａ、不活性ガスをＡｒとして流量５０Ｌ／ｍｉｎ、成長速度を２．０ｍｍ／ｍｉｎ、偏芯量を１２ｍｍとした。また、ドープは行わず、ノンドープシリコン単結晶の製造を行った。
以上の条件でシリコン単結晶の引上げを３９回行ったときの火花放電の発生は０回であった。このときの結果を下記表１に示す。
【００３７】
（実施例２）
図３に示すような、副誘導加熱コイルと相似形状であって、材料を窒化珪素とした厚さ１ｍｍ、抵抗率１×１０６Ωｃｍの板状絶縁部材を接着した副誘導加熱コイルを装着した半導体単結晶製造装置を用いて、その他は実施例１と同じ条件でノンドープシリコン単結晶の製造を行った。
以上の条件でシリコン単結晶の引上げを４０回行ったときの火花放電の発生は０回であった。このときの結果を下記表１に示す。
【００３８】
（実施例３）
図４に示すような、材料を窒化珪素とした幅５ｍｍで厚さ１ｍｍ、抵抗率１×１０６Ωｃｍの板状絶縁部材を、溝の内側と外側に２枚ずつ接着した主誘導加熱コイルを装着した半導体単結晶製造装置を用いて、その他は実施例１と同じ条件でノンドープシリコン単結晶の製造を行った。
以上の条件でシリコン単結晶の引上げを４０回行ったときの火花放電の発生は０回であった。このときの結果を下記表１に示す。
【００３９】
（比較例）
抵抗率１０００Ωｃｍ以上の直径１５０ｍｍのＣＺシリコン単結晶を原料結晶棒として、ＦＺ法によりゾーニングを行い、直径２０５ｍｍのシリコン単結晶を製造した。
このシリコン単結晶の製造の際には、図５に示す従来の単結晶製造装置を用いた。誘導加熱コイルは内側の第一加熱コイルの外径を１６０ｍｍ、外側の第二加熱コイルの外径を２８０ｍｍのパラレルコイルを主誘導加熱コイルとし、図７に示すような弧状部位の一の自由端側に、直径１．０ｍｍ、抵抗率１×１０６Ωｃｍ球状の絶縁部材１つを介した状態の冷却用の水を流通させている副誘導加熱コイルを使用した。炉内圧を０．１９ＭＰａ、不活性ガスをＡｒとして流量５０Ｌ／ｍｉｎ、成長速度を２．０ｍｍ／ｍｉｎ、偏芯量を１２ｍｍとした。また、ドープは行わず、ノンドープシリコン単結晶の製造を行った。
以上の条件でシリコン単結晶の引上げを２３５回行ったときの火花放電の発生は２３回であった。このときの結果を下記表１に示す。
【００４０】
【表１】
【００４１】
このように、従来技術では主誘導加熱コイルが複巻であるときは、絶縁部材が主誘導加熱コイルの溝に入り込み、主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルの絶縁が弱くなるか又は無くなり、主誘導加熱コイルと副誘導加熱コイルの間に火花放電の発生、また副誘導加熱コイルとの接触における誘導加熱コイルの電流回路の異常による誘導加熱コイルと浮遊帯域への火花放電が発生する可能性があるが、本発明の半導体単結晶成長装置であれば、火花放電を発生させることなく半導体単結晶の製造を行うことができることがわかる。
【００４２】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載した技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【００４３】
１、１０１…原料結晶棒、 ２、１０２…単結晶棒、 ３、１０３…上軸、
４、１０４…上部保持治具、 ５、１０５…下軸、 ６、１０６…下部保持治具、
７、１０７…主誘導加熱コイル（複巻）、 １０７´…主誘導加熱コイル（単巻）、
８、１０８…種結晶、 ９、１０９…絞り部、 １０、１１０…浮遊帯域、
１１、１１１…副誘導加熱コイル、 １２、１１２…チャンバー、
１３、１１３…絶縁部材（球状）、 １３´、１３″…絶縁部材（板状）、
１４、１１４…溝、 １５、１１５…弧状部位、 １６、１１６…内径空間、
２０、１２０…ドープノズル、 ３０、１３０…半導体単結晶製造装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体棒の浮遊帯域周辺を囲繞するように配置され、コイル１巻きごとの間に溝を有する２回巻き以上の主誘導加熱コイルと、該主誘導加熱コイルの上下面の少なくともいずれか一方の面に対向して配置され、前記主誘導加熱コイルの前記浮遊帯域を囲繞する内径空間を跨ぐように弧状部位を形成した副誘導加熱コイルとを有し、前記主誘導加熱コイルと前記副誘導加熱コイルが前記内径空間の中心に向かって相対的に前後動することにより、前記主誘導加熱コイルと前記副誘導加熱コイルとで囲繞する浮遊帯域の内径空間が可変するように構成され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と前記副誘導加熱コイルの間に両コイルと接触する絶縁部材が設けられ、該絶縁部材は板状であるかまたは２以上具備されることによって、常に全ての絶縁部材が前記溝の位置にくることが無いように設けられたものであることを特徴とする半導体単結晶製造装置。
【請求項２】
前記絶縁部材が板状であって、前記副誘導加熱コイルと相似形状であることを特徴とする請求項１に記載の半導体単結晶製造装置。
【請求項３】
前記絶縁部材が、前記主誘導加熱コイルまたは前記副誘導加熱コイルに接着されたものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体単結晶製造装置。
【請求項４】
前記絶縁部材の抵抗率が１×１０６Ωｃｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の半導体単結晶製造装置。
【請求項５】
前記絶縁部材が窒化珪素、酸化アルミニウム、酸化珪素のいずれか一種の材料からなるものであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の半導体単結晶製造装置。
【請求項６】
前記絶縁材料で隔たれている前記主誘導加熱コイルと前記副誘導加熱コイルの間隔が、０．２ｍｍ〜５ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の半導体単結晶製造装置。
【請求項７】
原料結晶棒を誘導加熱コイルで加熱溶融して浮遊帯域を形成し、該浮遊帯域を下方から上方に移動する事で単結晶棒を育成するフローティングゾーン法による半導体単結晶の製造方法であって、前記請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の半導体単結晶製造装置を用いて半導体単結晶を製造することを特徴とする半導体単結晶の製造方法。
【請求項１】
半導体棒の浮遊帯域周辺を囲繞するように配置され、コイル１巻きごとの間に溝を有する２回巻き以上の主誘導加熱コイルと、該主誘導加熱コイルの上下面の少なくともいずれか一方の面に対向して配置され、前記主誘導加熱コイルの前記浮遊帯域を囲繞する内径空間を跨ぐように弧状部位を形成した副誘導加熱コイルとを有し、前記主誘導加熱コイルと前記副誘導加熱コイルが前記内径空間の中心に向かって相対的に前後動することにより、前記主誘導加熱コイルと前記副誘導加熱コイルとで囲繞する浮遊帯域の内径空間が可変するように構成され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と前記副誘導加熱コイルの間に両コイルと接触する絶縁部材が設けられ、該絶縁部材は板状であるかまたは２以上具備されることによって、常に全ての絶縁部材が前記溝の位置にくることが無いように設けられたものであることを特徴とする半導体単結晶製造装置。
【請求項２】
前記絶縁部材が板状であって、前記副誘導加熱コイルと相似形状であることを特徴とする請求項１に記載の半導体単結晶製造装置。
【請求項３】
前記絶縁部材が、前記主誘導加熱コイルまたは前記副誘導加熱コイルに接着されたものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体単結晶製造装置。
【請求項４】
前記絶縁部材の抵抗率が１×１０６Ωｃｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の半導体単結晶製造装置。
【請求項５】
前記絶縁部材が窒化珪素、酸化アルミニウム、酸化珪素のいずれか一種の材料からなるものであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の半導体単結晶製造装置。
【請求項６】
前記絶縁材料で隔たれている前記主誘導加熱コイルと前記副誘導加熱コイルの間隔が、０．２ｍｍ〜５ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の半導体単結晶製造装置。
【請求項７】
原料結晶棒を誘導加熱コイルで加熱溶融して浮遊帯域を形成し、該浮遊帯域を下方から上方に移動する事で単結晶棒を育成するフローティングゾーン法による半導体単結晶の製造方法であって、前記請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の半導体単結晶製造装置を用いて半導体単結晶を製造することを特徴とする半導体単結晶の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１２６５９３（Ｐ２０１２−１２６５９３Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７８４７６（Ｐ２０１０−２７８４７６）
【出願日】平成２２年１２月１４日（２０１０．１２．１４）
【出願人】（０００１９０１４９）信越半導体株式会社 (867)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１４日（２０１０．１２．１４）
【出願人】（０００１９０１４９）信越半導体株式会社 (867)
【Ｆターム（参考）】
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