DE112011101177B4

DE112011101177B4 - Verfahren zum Fertigen eines Halbleiter-Einkristalls

Info

Publication number: DE112011101177B4
Application number: DE112011101177.6T
Authority: DE
Inventors: Takashi Sakurada; Tomohiro Kawase; Yoshiaki Hagi
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2011-03-28
Publication date: 2020-09-03
Anticipated expiration: 2031-03-29
Also published as: CN102859050B; US20130008370A1; WO2011122570A1; US10533265B2; US20180010262A1; JP5768809B2; JPWO2011122570A1; CN102859050A; DE112011101177T5; US9797068B2

Abstract

Verfahren zum Fertigen eines Halbleiter-Einkristalls, das die folgenden Schritte umfasst:Ausbilden eines Boroxidfilms (31) auf einer inneren Wand eines Züchtungsbehälters (10), der einen unteren Abschnitt und einen Hauptteilabschnitt aufweist, der mit dem unteren Abschnitt zusammenhängend ist,Inkontaktbringen des Boroxidfilms (31) mit einer Siliziumoxid enthaltenden Boroxidschmelze (33), um einen Siliziumoxid enthaltenden Boroxidfilm (32) auf der inneren Wand des Züchtungsbehälters (10) auszubilden,Anordnen einer Ausgangsmaterialschmelze (34) in dem Züchtungsbehälter (10) und oberhalb eines in dem unteren Abschnitt platzierten Impfkristalls (20), undVerfestigen der Ausgangsmaterialschmelze (34) von der Seite des Impfkristalls (20) aus, um einen Halbleiter-Einkristall zu züchten,wobei es sich bei dem Siliziumoxid, das in dem festen, Siliziumoxid enthaltenden Boroxid (23) enthalten ist, um Siliziumdioxid handelt,wobei eine Konzentration des Siliziumdioxids in dem festen, Siliziumoxid enthaltenden Boroxid (23) höher als oder gleich 1 mol% und geringer als oder gleich 12 mol% ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Fertigen eines Halbleiter-Einkristalls. Im Besonderen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Fertigen eines Halbleiter-Einkristalls, bei dem die Erzeugung eines Baufehlers in dem Halbleiter-Einkristall unterdrückt wird.
Hintergrund der Technik
Herkömmlich sind verschiedene Züchtungsverfahren als Verfahren zum Züchten eines Halbleiter-Einkristalls wie zum Beispiel des Verbindungshalbleiter-Einkristalls der Gruppe III-V, der GaAs, GaP, GaSb, InP, InAs und InSb beinhaltet, sowie des Verbindungshalbleiter-Einkristalls der Gruppe II-VI, der CdTe, CdMnTe, CdZnTe, HgCdTe, ZnSe, ZnSSe und dergleichen beinhaltet, vorgeschlagen worden.
Typische Verfahren zum Züchten eines Halbleiter-Einkristalls umfassen das Czochralski-Verfahren, das horizontale Bridgman-Verfahren wie auch das vertikale Schiffchenverfahren (vertical boat method) wie zum Beispiel das vertikale Bridgman-Verfahren (VB-Verfahren) und das vertikale Gradienteneinfrierverfahren (vertical gradient freeze method, VGF-Verfahren). Derartige Verfahren zum Züchten von Halbleiter-Einkristallen beinhalten die Schritte des Platzierens eines Impfkristalls und einer Ausgangsmaterialschmelze in einem Tiegel und des Verfestigens der Ausgangsmaterialschmelze von der Seite des Impfkristalls aus, um einen Halbleiter-Einkristall zu züchten.
Um zu verhindern, dass die Gruppe V und die Gruppe VI, bei denen es sich um flüchtige Bestandteile handelt, bei den oben genannten Verfahren zum Fertigen eines Halbleiter-Einkristalls aus dem aufwachsenden Halbleiter-Einkristall entweichen, wird im Allgemeinen ein Dichtstoff eingesetzt. Als Dichtstoff ist Boroxid (B₂O₃) bekannt, wie beispielsweise in der Patentliteratur 1 (japanische Patent-Offenlegungsschrift JP H06-219900 A beschrieben wird. Falls B₂O₃ als Dichtstoff verwendet wird, nimmt das B₂O₃ jedoch Si auf, wenn ein dotierter Typ eines Halbleiter-Einkristalls wie zum Beispiel ein Halbleiter-Einkristall, der Silizium (Si) als Dotierstoff beinhaltet, gezüchtet werden soll, was den Nachteil zur Folge hat, dass die Si-Konzentration des Halbleiter-Einkristalls nicht gleichmäßig ist. Des Weiteren entstehen bei der Verwendung von B₂O₃ als Dichtstoff tendenziell Rückstände wie zum Beispiel Bor-Arsen (B₁₃As₂) aufgrund der Reduktion von B₂O₃ zu Si. In diesem Fall haften die entstandenen Rückstände an dem aufwachsenden Halbleiter-Einkristall. Infolgedessen weist der hergestellte Kristall einen Baufehler wie zum Beispiel Zwillingsbildung und Polykristallisation auf.
Angesichts solcher Baufehler schlagen beispielsweise die Patentliteratur 2 (japanische Patent-Offenlegungsschrift JP H03-57079 B2 ) und die Patentliteratur 3 (japanische Offenlegungsschrift JP H08-151290 A den Ansatz der Verwendung von B₂O₃, das Siliziumdioxid (SiO₂) (im Folgenden als „SiO₂-B₂O₃“ bezeichnet) enthält, als Dichtstoff vor. Durch die Verwendung von SiO₂-B₂O₃ als Dichtstoff können die Aufnahme von Si und die Entstehung von Rückständen unterdrückt werden.
SiO₂-B₂O₃ ist außerdem dafür bekannt, dass es zusätzlich zu seiner Funktion als Dichtstoff die Benetzung zwischen dem Tiegel und der Ausgangsmaterialschmelze durch Beschichten der inneren Fläche des Tiegels verhindert. Dadurch, dass das Benetzen zwischen dem Tiegel und der Ausgangsmaterialschmelze verhindert wird, können Baufehler wie zum Beispiel Zwillingsbildung und Polykristallisation erfolgreich verhindert werden. Die Patentliteratur 4 (japanische Patent-Offenlegungsschrift JP H08-133882 A legt zum Beispiel das Verfahren zum Ausbilden eines SiO₂-B₂O₃-Films auf der inneren Wand eines Tiegels, der aus pyrolytischem Bornitrid (PBN) besteht, mithilfe des sogenannten Sol-Gel-Verfahrens offen.
Liste der Zitate
Patentliteratur

PTL 1: Japanische Patent-Offenlegungsschrift JP H06-219900 A
PTL 2: Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. JP H03-57079 B2
PTL 3: Japanische Patent-Offenlegungsschrift JP H08-151290 A
PTL 4: Japanische Patent-Offenlegungsschrift JP H08-133882 A

Übersicht über die Erfindung
Technisches Problem
Aufgrund der hohen Viskosität der SiO₂-B₂O₃-Schmelze war es schwierig, einen gleichmäßigen und dünnen SiO₂-BO₃-Film direkt in dem Tiegel mithilfe der Schmelze auszubilden. Wenn ein SiO₂-BO₃-Film durch das Sol-Gel-Verfahren ausgebildet wird, war es aufgrund der geringen Benetzbarkeit zwischen dem Beschichtungsausgangsmaterial und dem Tiegel schwierig, einen SiO₂-BO₃-Film gleichmäßig auszubilden. Es bestand außerdem das Problem, dass sich der ausgebildete SiO₂-B₂O₃-Film aufgrund der starken Filmschrumpfung während der Ausbildung des SiO₂-B₂O₃-Films leicht ablöst, wenn das Sol-Gel-Verfahren eingesetzt wird. Daher ist ein gleichmäßiges Ausbilden eines SiO₂-B₂O₃-Films in einem Tiegel noch nicht erreicht worden. Das Problem der Erzeugung eines Baufehlers in dem Halbleiter-Einkristall ist noch nicht gelöst worden.
Angesichts der oben dargelegten Probleme ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Fertigen eines Halbleiter-Einkristalls bereitzustellen, bei dem die Erzeugung eines Baufehlers in dem Halbleiter-Einkristall unterdrückt wird.
Lösung des Problems
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Fertigen eines Halbleiter-Einkristalls, das die Schritte des Ausbildens eines Boroxidfilms auf einer inneren Wand eines Züchtungsbehälters, der einen unteren Abschnitt und einen Hauptteilabschnitt aufweist, der mit dem unteren Abschnitt zusammenhängend ist, des Inkontaktbringens des Boroxidfilms mit einer Boroxidschmelze, die Siliziumoxid enthält, um einen Siliziumoxid enthaltenden Boroxidfilm auf der inneren Wand des Züchtungsbehälters auszubilden, des Anordnens einer Ausgangsmaterialschmelze oberhalb eines im Inneren platzierten Impfkristalls und in dem unteren Abschnitt des Züchtungsbehälters und des Verfestigens der Ausgangsmaterialschmelze von der Seite des Impfkristalls aus, um einen Halbleiter-Einkristall zu züchten, umfasst.
Bei dem oben dargelegten Verfahren zum Fertigen eines Halbleiterkristalls beinhaltet der Schritt des Ausbildens eines Siliziumoxid enthaltenden Boroxidfilms bevorzugt die Schritte des Anordnens einer Siliziumoxid enthaltenden Boroxidschmelze in dem Züchtungsbehälter und das Aufrechterhalten des Zustands, in dem die Siliziumoxid enthaltende Boroxidschmelze mit dem auf der inneren Wand des Züchtungsbehälters ausgebildeten Boroxidfilm über einen vorgegebenen Zeitraum hinweg bei einer vorgegebenen Temperatur in Kontakt bleibt.
Bei dem oben dargelegten Verfahren zum Fertigen eines Halbleiterkristalls wird die Siliziumoxid enthaltende Boroxidschmelze bevorzugt in dem Züchtungsbehälter angeordnet, indem der Züchtungsbehälter erwärmt wird, um das feste, Siliziumoxid enthaltende Boroxid, das in dem Züchtungsbehälter angeordnet ist, zu schmelzen.
Bei dem oben dargelegten Verfahren zum Fertigen eines Halbleiterkristalls handelt es sich bei dem Siliziumoxid in dem festen, Siliziumoxid enthaltenden Boroxid um Siliziumdioxid.
Bei dem oben dargelegten Verfahren zum Fertigen eines Halbleiterkristalls ist die Konzentration des Siliziumdioxids in dem festen, Siliziumoxid enthaltenden Boroxid höher als oder gleich 1 mol% und geringer als oder gleich 12 mol%.
Bei dem oben dargelegten Verfahren zum Fertigen eines Halbleiterkristalls besteht der Züchtungsbehälter bevorzugt aus Bornitrid, pyrolytischem Bornitrid, pyrolytischem Graphit, Graphit, Glaskohlenstoff, Siliziumkarbid, Aluminium, Zirkoniumdioxid, Siliziumnitrid oder Quarz.
Bei dem oben dargelegten Verfahren zum Fertigen eines Halbleiterkristalls wird der Impfkristall bevorzugt vor der Ausbildung des Boroxidfilms in dem Züchtungsbehälter platziert.
Bei dem oben dargelegten Verfahren zum Fertigen eines Halbleiterkristalls wird der Impfkristall bevorzugt vor der Ausbildung eines Siliziumoxid enthaltenden Boroxidfilms in dem Züchtungsbehälter platziert, in dem ein Boroxidfilm ausgebildet ist.
Bei dem oben dargelegten Verfahren zum Fertigen eines Halbleiterkristalls beinhaltet der Schritt zum Ausbilden eines Boroxidfilms bevorzugt den Schritt des Ausbildens eines Bornitrid enthaltenden Films auf der inneren Wand des Züchtungsbehälters und den Schritt, den Bornitrid enthaltenden Film einer Wärmebehandlung unter einer Sauerstoffgasatmosphäre oder einer Mischgasatmosphäre, die Sauerstoffgas enthält, zu unterziehen, um einen Boroxidfilm auf der inneren Wand des Züchtungsbehälters auszubilden.
Bei dem oben dargelegten Verfahren zum Fertigen eines Halbleiterkristalls wird der Bornitrid enthaltende Film bevorzugt durch Kathodenzerstäubung oder Gasphasenabscheidung auf der inneren Wand des Züchtungsbehälters ausgebildet.
Bei dem oben dargelegten Verfahren zum Fertigen eines Halbleiterkristalls wird der Bornitrid enthaltende Film bevorzugt durch Aufsprühen oder Auftragen einer Flüssigkeit, bei der es sich um eine Mischung aus Bornitridpulver und einem Lösungsmittel handelt, auf der inneren Wand des Züchtungsbehälters ausgebildet.
Bei dem oben dargelegten Verfahren zum Fertigen eines Halbleiterkristalls beinhaltet der Schritt des Ausbildens eines Boroxidfilms bevorzugt den Schritt des Ausbildens eines Boroxid oder Borsäure enthaltenden Films auf der inneren Wand des Züchtungsbehälters und den Schritt, den Boroxid oder Borsäure enthaltenden Film einer Wärmebehandlung zu unterziehen, um einen Boroxidfilm auf der inneren Wand des Züchtungsbehälters auszubilden.
Bei dem oben dargelegten Verfahren zum Fertigen eines Halbleiterkristalls wird der Boroxid oder Borsäure enthaltende Film bevorzugt durch Kathodenzerstäubung oder Gasphasenabscheidung auf der inneren Wand des Züchtungsbehälters ausgebildet.
Bei dem oben dargelegten Verfahren zum Fertigen eines Halbleiterkristalls wird der Boroxid oder Borsäure enthaltende Film bevorzugt durch Aufsprühen oder Auftragen einer Flüssigkeit, bei der es sich um eine Mischung aus Boroxidpulver oder Borsäurepulver und einem Lösungsmittel handelt, auf der inneren Wand des Züchtungsbehälters ausgebildet.
Bei dem oben dargelegten Verfahren zum Fertigen eines Halbleiterkristalls besteht der Züchtungsbehälter aus Bornitrid oder pyrolytischem Bornitrid, und der Schritt des Ausbildens eines Boroxidfilms beinhaltet bevorzugt den Schritt, die innere Wand des Züchtungsbehälters einer Oxidation zu unterziehen, um den Boroxidfilm auf der inneren Wand des Züchtungsbehälters auszubilden.
Bei dem oben dargelegten Verfahren zum Fertigen eines Halbleiterkristalls wird die Ausgangsmaterialschmelze bevorzugt durch Schmelzen eines festen Ausgangsmaterials oberhalb des Impfkristalls angeordnet, und das feste Ausgangsmaterial beinhaltet bevorzugt einen Verbindungshalbleiter, der den Halbleiter-Einkristall bildet, und einen Dotierstoff, mit dem der Halbleiter-Einkristall dotiert ist.
Bei dem oben dargelegten Verfahren zum Fertigen eines Halbleiterkristalls ist die vorgegebene Temperatur bevorzugt höher als oder gleich 600 °C und niedriger als der Schmelzpunkt des Halbleiters, der den Halbleiterkristall bildet.
Bei dem oben dargelegten Verfahren zum Fertigen eines Halbleiterkristalls ist der vorgegebene Zeitraum bevorzugt länger als oder gleich 1 Stunde.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Verfahren zum Fertigen eines Halbleiter-Einkristalls bereitgestellt werden, bei dem die Erzeugung eines Baufehlers in dem Halbleiter-Einkristall unterdrückt wird.
Figurenliste

1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Fertigungseinrichtung, die bei einer ersten Ausführungsform eingesetzt wird.
2 stellt einen Zustand in einem Züchtungsbehälter in jedem Schritt in einem Fertigungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform dar.
3 stellt einen Zustand in einem Züchtungsbehälter in jedem Schritt in einem Fertigungsverfahren gemäß einer zweiten Ausführungsform dar.
4 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Fertigungseinrichtung, die bei einer dritten Ausführungsform eingesetzt wird.
5 stellt einen Zustand in einem Züchtungsbehälter in jedem Schritt in einem Fertigungsverfahren gemäß der dritten Ausführungsform dar.
6 stellt einen Zustand in einem Züchtungsbehälter in jedem Schritt in einem Fertigungsverfahren gemäß Beispiel 1 dar.
7 stellt einen an den Züchtungsbehälter angelegten Temperaturgradienten schematisch dar.
8 stellt einen Zustand in einem Züchtungsbehälter in jedem Schritt in einem Fertigungsverfahren gemäß Beispiel 10 dar.
9 stellt einen Zustand in einem Züchtungsbehälter in jedem Schritt in einem Fertigungsverfahren gemäß Beispiel 13 dar.
10 ist ein Schaubild, das ein Verfahren zum Fertigen eines Halbleiter-Einkristalls gemäß einem Vergleichsbeispiel 1 beschreibt.
11 ist ein Schaubild, das ein Verfahren zum Fertigen eines Halbleiter-Einkristalls gemäß einem Vergleichsbeispiel 2 und einem Vergleichsbeispiel 3 beschreibt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen genau beschrieben. Bei den unten dargelegten Ausführungsformen sind denselben oder gleichartigen Elementen dieselben Bezugszeichen zugewiesen, und deren Beschreibung wird nicht wiederholt.
Erste Ausführungsform
Gestaltung einer Fertigungseinrichtung
1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Fertigungseinrichtung, die bei der ersten Ausführungsform eingesetzt wird. Zunächst wird auf der Grundlage von 1 eine Gestaltung einer Fertigungseinrichtung beschrieben, die bei der vorliegenden Ausführungsform eingesetzt wird.
Unter Bezugnahme auf 1 beinhaltet eine Einrichtung 100 zur Fertigung eines Halbleiter-Einkristalls einen vertikalen Tiegel 10, der als Züchtungsbehälter geeignet ist, eine Ampulle 11, eine Tiegelhalterung 14, einen Schaft 15, eine Erwärmungseinrichtung 16, einen Wärmeisolator 17 und eine luftdichte Kammer 18.
Der Tiegel 10 beinhaltet einen unteren Abschnitt, in dem ein Impfkristall 20 platziert wird, und einen Hauptteilabschnitt, der mit dem unteren Abschnitt zusammenhängend ist und einen größeren Durchmesser als das vordere Ende aufweist. Der untere Abschnitt bildet ein geschlossenes Ende des Tiegels 10. Der Hauptteilabschnitt bildet eine Seitenfläche des Tiegels 10 und ein sich öffnendes Ende des Tiegels 10. Als Material des Tiegels 10 können Bornitrid (BN), pyrolytisches Bornitrid (PBN), pyrolytischer Graphit, Graphit, Glaskohlenstoff, Siliziumkarbid, Aluminium, Zirkoniumdioxid, Siliziumnitrid oder Quarz genannt werden.
In dem Bereich des Hauptteilabschnitts in der Nähe des unteren Abschnitts, wo der Impfkristall 20 in dem Tiegel 10 platziert wird, wird festes Boroxid 21 angeordnet. Oberhalb des Boroxids 21 werden ein Verbundausgangsmaterial 22, bei dem es sich um ein festes Ausgangsmaterial handelt, und ein Dotierstoff 24 angeordnet. Des Weiteren wird Siliziumoxid enthaltendes Boroxid 23 (im Folgenden als „Siliziumoxid-Boroxid“ bezeichnet) oberhalb des Verbundausgangsmaterials 22 angeordnet.
Die Anordnung des Boroxids 21, des Verbundausgangsmaterials 22, des Siliziumoxid-Boroxids 23 und des Dotierstoffs 24 ist nicht auf die in 1 dargestellte beschränkt. Jede Anordnung ist zulässig, sofern das Boroxid 21 und das Siliziumoxid-Boroxid 23 im Tiegel 10 zumindest unterschiedlichen Temperaturbedingungen ausgesetzt werden können. In dem Fall, in dem das Verbundausgangsmaterial 22 zwischen dem Siliziumoxid-Boroxid 23 und dem Dotierstoff 24 angeordnet ist, wie in 1 dargestellt, dient das dazwischen angeordnete Ausgangsmaterial 22 dazu zu verhindern, dass der Dotierstoff 24 in Kontakt mit der Schmelze des Siliziumoxid-Boroxids 23 gebracht wird, da der Schmelzpunkt des Verbundausgangsmaterials 22 höher als der Schmelzpunkt des Siliziumoxid-Boroxids 23 ist. Dementsprechend kann eine unnötige Reaktion der Schmelze des Siliziumoxid-Boroxids 23 verhindert werden.
Als Verbundausgangsmaterial 22 können das Verbundmaterial der Gruppe III-V wie zum Beispiel GaAs, InAs, InP, GaP, GaSb und InSb und das Verbundmaterial der Gruppe II-VI wie zum Beispiel CdTe und ZnSe genannt werden. Beispielsweise kann ein Polykristall auf der Grundlage dieser Ausgangsmaterialien verwendet werden. Als Dotierstoff 24 können Si, Te oder dergleichen genannt werden.
Das Siliziumoxid-Boroxid 23 beruht auf einer Verbindung, bei der Boroxid mit Siliziumoxid dotiert wird. Als Verfahren zum Fertigen des Siliziumoxid-Boroxids 23 werden koexistentes Borsäurepulver (H₃BO₃) und Siliziumdioxidpulver (SiO₂ ) erwärmt, um SiO₂-dotiertes Boroxid zu fertigen. Als weiteres Verfahren werden koexistentes pulverförmiges oder festes B₂O₃ und pulverförmiges oder festes SiO₂ erwärmt, um SiO₂-dotiertes Boroxid zu fertigen.
Der Tiegel 10, in dem die oben dargelegten Materialien angeordnet werden, wird in einem Behältnis 12 einer Ampulle 11 untergebracht, wobei das sich öffnende Ende, das den Hauptteilabschnitt bildet, nach oben ausgerichtet ist. Die Ampulle 11 kann den Tiegel 10 abdichten, indem ein Deckel 13 auf dem sich öffnenden Ende des Behältnisses 12 platziert wird, in dem sich der Tiegel 10 befindet.
Die Ampulle 11, in der der Tiegel 10 untergebracht ist, wird an einer Tiegelhalterung 14 angebracht. Die Tiegelhalterung 14 wird durch den Schaft 15 gestützt. Der Schaft 15 ist in der vertikalen Richtung in der Zeichnung durch ein nicht dargestelltes Antriebsmittel aufwärts und abwärts beweglich. Der Schaft 15 kann drehbar sein, wobei die vertikale Richtung in der Zeichnung die Mittelachse ist.
Die Ampulle 11 ist von der Erwärmungseinrichtung 16 umgeben. Die Erwärmungseinrichtung 16 kann unter der Steuerung durch ein nicht dargestelltes Steuermittel einen Temperaturgradienten in der vertikalen Richtung in der Zeichnung an die Ampulle 11 anlegen. Da die Ampulle 11 durch den Schaft 15 gestützt wird, der sich in der vertikalen Richtung in der Zeichnung aufwärts und abwärts bewegen kann, kann der Temperaturgradient an der Ampulle 11, d. h. der Temperaturgradient in dem Tiegel 10 entsprechend der Aufwärts-/Abwärtsbewegung des Schafts 15 variiert werden.
Die Erwärmungseinrichtung 16 ist von dem Wärmeisolator 17 umgeben. Die Ampulle 11, die Erwärmungseinrichtung 16 und der Wärmeisolator 17 sind in der luftdichten Kammer 18 untergebracht. Die luftdichte Kammer 18 kann ihr Inneres luftdicht halten. Die luftdichte Kammer 18 kann eine Druckeinstelleinrichtung beinhalten, um den Druck im Inneren einzustellen.
Verfahren zum Fertigen eines Halbleiter-Einkristalls
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 1 und 2 ein Verfahren zum Fertigen eines Halbleiter-Einkristalls gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. 2 stellt einen Zustand im Inneren des Züchtungsbehälters in jedem Schritt in dem Fertigungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform dar.
Boroxidfilm-Ausbildungsschritt
Zunächst wird in einem Boroxidfilm-Ausbildungsschritt ein Boroxidfilm 31 auf der inneren Wand des Tiegels 10 ausgebildet, der einen unteren Abschnitt und einen Hauptteil aufweist, der mit dem unteren Abschnitt zusammenhängend ist.
In dem vorliegenden Schritt wird, wie in 2 (a) dargestellt, der Impfkristall 20 vor der Ausbildung eines Boroxidfilms in dem unteren Abschnitt in dem Tiegel 10 platziert. In dem Bereich des Hauptteilabschnitts, der mit dem unteren Abschnitt zusammenhängend ist, wird festes Boroxid 21 angrenzend oberhalb des Impfkristalls 20 platziert. Das Verbundausgangsmaterial 22, das die Form eines zylinderförmigen Feststoffs annimmt, befindet sich angrenzend oberhalb des Boroxids 21. Des Weiteren wird der feste Dotierstoff 24 um die Mitte oberhalb des zylinderförmigen Verbundausgangsmaterials 22 angeordnet. Das Verbundausgangsmaterial 22 mit einer beliebigen Form wird so angeordnet, dass es den Dotierstoff 24 umgibt. Des Weiteren wird das feste Siliziumoxid-Boroxid 23 oberhalb des zylinderförmigen Verbundausgangsmaterials 22 in einem Zustand angeordnet, in dem es von dem Dotierstoff 24 durch das feste Verbundausgangsmaterial 22 mit einer beliebigen Form getrennt ist.
Die Anordnung des Boroxids 21, des Verbundausgangsmaterials 22, des Siliziumoxid-Boroxids 23 und des Dotierstoffs 24 ist nicht auf die in 1 dargestellte beschränkt. Jede Anordnung ist zulässig, sofern das Boroxid 21 und das Siliziumoxid-Boroxid 23 im Tiegel 10 zumindest unterschiedlichen Temperaturbedingungen ausgesetzt werden können. Des Weiteren ist die Form des Verbundausgangsmaterials 22 nicht auf die oben dargelegte beschränkt.
Die Erwärmungseinrichtung 16 erwärmt den Tiegel 10, in dem die jeweiligen Materialien angeordnet sind, so, dass ein Bereich A in 2 (a) eine Temperatur erreicht, die höher als oder gleich hoch wie der Schmelzpunkt des Boroxids 21 und niedriger als der Schmelzpunkt des Verbundausgangsmaterials 22 ist. Das Erwärmen des Bereichs A auf eine solche Temperatur führt dazu, dass das Boroxid 21 schmilzt. Infolgedessen befindet sich eine Boroxidschmelze 30 oberhalb des Impfkristalls 20, wie in 2 (b) dargestellt. Indem der Bereich A durchgehend auf einer Temperatur gehalten wird, die größer als oder gleich hoch wie der Schmelzpunkt des Boroxids 21 und niedriger als der Schmelzpunkt des Verbundausgangsmaterials 22 ist, wird ein Boroxidfilm 31 auf der inneren Wand des Tiegels 10 im Bereich A ausgebildet. Der Bereich A befindet sich dort, wo ein Halbleiter-Einkristall, der im Folgenden beschrieben wird, gezüchtet wird, und er wird je nach der Größe des Halbleiter-Einkristalls, der gefertigt werden soll, entsprechend modifiziert.
Durch Erwärmen des Bereichs A auf eine hohe Temperatur im vorliegenden Schritt kann ein Boroxidfilm 31 schnell ausgebildet werden. Wenngleich es wünschenswert ist, den Bereich A auf eine höchstmögliche Temperatur zu bringen, führt daher eine Temperatur in dem Bereich A, die höher als oder gleich hoch wie der Schmelzpunkt des Verbundausgangsmaterials 22 ist, dazu, dass nicht nur das Boroxid 21, sondern auch das Verbundausgangsmaterial 22 schmilzt, wodurch eine erfolgreiche Ausbildung des Boroxidfilms 31 erschwert wird. Daher ist es wünschenswert, dass die Erwärmungseinrichtung 16 in dem vorliegenden Schritt den Bereich A auf eine höchstmögliche, aber niedrigere Temperatur als den Schmelzpunkt des Verbundausgangsmaterials 22 erwärmt. Die Erwärmungseinrichtung 16 erwärmt den Bereich A bevorzugt zumindest auf eine Temperatur, die höher als oder gleich 600 °C ist.
In dem vorliegenden Schritt wird der Bereich A bevorzugt eine Stunde lang oder länger auf einer Temperatur gehalten, die höher als oder gleich hoch wie der Schmelzpunkt des Boroxids 21 und niedriger als der Schmelzpunkt des Verbundausgangsmaterials 22 ist. In dem vorliegenden Schritt kann der Tiegel 10 durch eine Drehung des Schafts 15 gedreht werden. Dementsprechend kann sich die Boroxidschmelze 30 zuverlässig bis zu dem oberen Ende des Bereichs A erstrecken, wodurch die Ausbildung eines gleichmäßigen Boroxidfilm 31 ermöglicht wird.
Eine geringe Verunreinigungskonzentration und eine hohe Reinheit des Boroxids 21 verbessern die Abdeckung durch den Boroxidfilm 31 in Richtung des Tiegels 10. Daher enthält das Boroxid 21 bevorzugt keine Verunreinigung, und seine Reinheit ist bevorzugt größer als oder gleich 99 atm%. Wenn der Wassergehalt des Boroxids 21 höher als oder gleich 60 ppm ist, kann die Abdeckung durch den Boroxidfilm 31 in Richtung des Tiegels 10 weiter verbessert werden. Der Wassergehalt des Boroxids 21 ist bevorzugt höher als oder gleich 80 ppm und noch bevorzugter höher als oder gleich 100 ppm.
Siliziumoxid-Boroxidfilm-Ausbildungsschritt
Als Siliziumoxid-Boroxidfilm-Ausbildungsschritt wird der Boroxidfilm 31 mit einer Siliziumoxid enthaltenden Boroxidschmelze in Kontakt gebracht, um einen Siliziumoxid-Boroxidfilm 32 auf der inneren Wand des Tiegels 10 auszubilden.
In dem vorliegenden Schritt erwärmt die Erwärmungseinrichtung 16 den Tiegel 10 so, dass die Gesamtheit des Tiegels 10 einschließlich des Bereichs A von 2 (b) und des Bereichs, in dem das Siliziumoxid-Boroxid 23 angeordnet ist, eine Temperatur erreicht, die höher als oder gleich hoch wie der Schmelzpunkt des Siliziumoxid-Boroxids 23 und niedriger als der Schmelzpunkt des Verbundausgangsmaterials 22 ist. Die Gesamtheit des Tiegels 10 bezieht zumindest den Bereich A und den Bereich ein, in dem das Siliziumoxid-Boroxid 23 angeordnet ist. Falls der Tiegel 10 beispielsweise lang ist und sich der Hauptteilabschnitt des Tiegels 10 über den Bereich, in dem das Siliziumoxid-Boroxid 23 angeordnet ist, hinaus erstreckt, braucht der sich erstreckende Bereich nicht in die oben genannte Gesamtheit des Bereichs des Tiegels 10 einbezogen zu werden.
Das Erwärmen der Gesamtheit des Tiegels 10 auf eine Temperatur, die höher als oder gleich hoch wie der Schmelzpunkt des Siliziumoxid-Boroxids 23 und niedriger als der Schmelzpunkt des Verbundausgangsmaterials 22 ist, führt dazu, dass das Siliziumoxid-Boroxid 23 schmilzt. Die Schmelze fließt entlang der inneren Wand des Tiegels 10 und bewegt sich so in Richtung des unteren Abschnitts des Tiegels 10. Die Siliziumoxid-Boroxidschmelze, die über den Boroxidfilm 31 fließt, bleibt daran haften, wodurch ein Siliziumoxid-Boroxidfilm auf dem Boroxidfilm 31 ausgebildet wird. Der restliche Teil der Siliziumoxid-Boroxidschmelze, der nicht an dem Boroxidfilm 31 haften bleibt, erreicht den unteren Abschnitt des Tiegels 10. Infolgedessen wird eine Siliziumoxid-Boroxidschmelze 33 in dem Tiegel 10 angeordnet, wie in 2 (c) dargestellt. Bei dieser Siliziumoxid-Boroxidschmelze 33 handelt es sich um eine Mischung aus der Boroxidschmelze 30 und der Siliziumoxid-Boroxidschmelze, die durch das Schmelzen des Siliziumoxid-Boroxids 23 erzeugt worden ist.
In dieser Phase wird, wie in 2 (b) dargestellt, das Siliziumoxid-Boroxid 23 bevorzugt an einer Position angeordnet, die gleich hoch oder höher als das obere Ende des Bereichs A liegt. Falls das Siliziumoxid-Boroxid 23 an einer solchen Position angeordnet wird, kann die Siliziumoxid-Boroxidschmelze, die aus dem Siliziumoxid-Boroxid 23 ausgebildet worden ist, gleichmäßig von der oberen Seite in Richtung der unteren Seite über den Boroxidfilm 31 in dem Bereich A herabfließen.
Indem die Gesamtheit des Tiegels 10 über einen vorgegebenen Zeitraum hinweg durchgehend auf einer Temperatur gehalten wird, die höher als oder so hoch wie der Schmelzpunkt des Siliziumoxid-Boroxids 23 und niedriger als der Schmelzpunkt des Verbundausgangsmaterials 22 ist, wird dann das Siliziumoxid in dem Siliziumoxid-Boroxidfilm, der auf dem Boroxidfilm 31 ausgebildet worden ist, ausreichend in den Boroxidfilm 31 eindiffundiert. Infolgedessen wird ein gleichmäßiger Siliziumoxid-Boroxidfilm 32 auf der inneren Wand des Tiegels 10 in dem Bereich A ausgebildet.
Die Ausbildung des Siliziumoxid-Boroxidfilms 32 auf der inneren Wand des Tiegels 10 kann zum Beispiel bestätigt werden, indem eine Probe des Materials, das auf der inneren Wand des Tiegels 10 ausgebildet worden ist, entnommen wird und diese Probe einer chemischen Analyse unterzogen wird. Des Weiteren kann die Gleichmäßigkeit des Siliziumoxid-Boroxidfilms 32 bestätigt werden, indem ein Probe von einer Vielzahl von Stellen an der inneren Wand des Tiegels 10 entnommen wird und diese einer ähnlichen Analyse unterzogen wird.
In dem vorliegenden Schritt kann bewirkt werden, dass das Siliziumoxid gleichmäßig und erfolgreich in den Boroxidfilm 31 eindiffundiert, indem die Gesamtheit des Tiegels 10 über einen vorgegebenen Zeitraum hinweg, zum Beispiel zumindest eine Stunde lang, noch bevorzugter zumindest drei Stunden lang, auf einer Temperatur gehalten wird, die höher als oder gleich hoch wie der Schmelzpunkt des Siliziumoxid-Boroxids 23 und niedriger als der Schmelzpunkt des Verbundausgangsmaterials 22 ist. Wenngleich die Viskosität der Siliziumoxid enthaltenden Boroxidschmelze so hoch ist, dass es schwierig ist, einen Film daraus gleichmäßig in dem Tiegel 10 auszubilden, ermöglicht der vorliegende Schritt aufgrund der Diffusion des Siliziumoxids in den Boroxidfilm 31 letztendlich die Ausbildung eines gleichmäßigen Siliziumoxid-Boroxidfilms 32.
In dem vorliegenden Schritt ermöglicht das Erwärmen des Bereichs A auf eine hohe Temperatur eine schnelle Diffusion des Siliziumoxids in den Boroxidfilm 31. Wenngleich es wünschenswert ist, den Bereich A einer höchstmöglichen Temperatur auszusetzen, führt eine Temperatur in dem Bereich A, die höher als der Schmelzpunkt des Verbundausgangsmaterials 22 ist, dazu, dass nicht nur das Siliziumoxid-Boroxid 23, sondern auch das Verbundausgangsmaterial 22 schmilzt. Dadurch wird eine erfolgreiche Ausbildung eines Siliziumoxid-Boroxidfilms 32 erschwert. Daher erwärmt die Erwärmungseinrichtung 16 in dem vorliegenden Schritt den Bereich A bevorzugt auf eine höchstmögliche, aber niedrigere Temperatur als den Schmelzpunkt des Verbundausgangsmaterials 22. Die Erwärmungseinrichtung 16 erwärmt den Bereich A bevorzugt zumindest auf eine Temperatur, die höher als oder gleich 600 °C ist.
In dem vorliegenden Schritt handelt es sich bei dem in dem Siliziumoxid-Boroxid 23 enthaltenen Siliziumoxid um SiO₂. In diesem Fall kann ein SiO₂-BO₃-Film erfolgreicher auf der inneren Wand des Tiegels 10 ausgebildet werden. Die Konzentration des in dem Siliziumoxid-Boroxid 23 enthaltenen SiO₂ ist unter dem Gesichtspunkt des ausreichenden Eindiffundierens von SiO₂höher oder gleich 1 mol% und unter dem Gesichtspunkt des Anpassens der Viskosität der Siliziumoxid-Boroxidschmelze niedriger als oder gleich 12 mol%, um ein ausreichendes Fließen über den Boroxidfilm 31 zu erleichtern.
Falls der Dotierstoff 24 und das Siliziumoxid-Boroxid 23 in dem vorliegenden Schritt getrennt angeordnet sind und sich das Verbundausgangsmaterial 22 dazwischen befindet, wie in 2 dargestellt, kann der Kontakt zwischen dem Dotierstoff 24 und der Schmelze des Siliziumoxid-Boroxids 23 verhindert werden. Dementsprechend kann eine unnötige Reaktion der Schmelze des Siliziumoxid-Boroxids 23 verhindert werden.
In dem vorliegenden Schritt kann der Tiegel 10 durch die Drehung des Schafts 15 gedreht werden. Die Drehung des Tiegels 10 ermöglicht, dass die Siliziumoxid-Boroxidschmelze, die aus dem Siliziumoxid-Boroxid 23 gewonnen wurde, von der oberen Seite in Richtung der unteren Seite fließt und sich dabei gleichmäßig über den Boroxidfilm 31 auf der inneren Wand des Tiegels 10 verteilt. Da der Boroxidfilm 31 und die Siliziumoxid-Boroxidschmelze erfolgreich in Kontakt gebracht werden können, kann des Weiteren ein Siliziumoxid-Boroxidfilm gleichmäßig ausgebildet werden. Dies erleichtert die Diffusion des Siliziumoxids, das in dem Siliziumoxid-Boroxidfilm vorhanden ist, in den Boroxidfilm. Infolgedessen wird ein gleichmäßiger Siliziumoxid-Boroxidfilm 32 auf der inneren Wand des Tiegels 10 in dem Bereich A ausgebildet.
Ausgangsmaterialschmelze-Ausbildungsschritt
Als Ausgangsmaterialschmelze-Ausbildungsschritt wird eine Ausgangsmaterialschmelze oberhalb des auf dem unteren Abschnitt des Tiegels 10 platzierten Impfkristalls 20 angeordnet.
In dem vorliegenden Schritt erwärmt die Erwärmungseinrichtung 16 den Tiegel 10 so, dass die Gesamtheit des Tiegels 10 einschließlich des Bereichs A von 2 (c) und des Bereichs, in dem das Verbundausgangsmaterial 22 und der Dotierstoff 24 angeordnet sind, eine Temperatur erreicht, die höher als oder gleich hoch wie der Schmelzpunkt des Verbundausgangsmaterials 22 ist. Ein solches Erwärmen des Tiegels 10 auf diese Temperatur führt dazu, dass das Verbundausgangsmaterial 22 schmilzt. Auf diese Weise wird eine Ausgangsmaterialschmelze 34, die den Dotierstoff 24 beinhaltet, oberhalb des Impfkristalls 20 angeordnet, wie in 2 (d) dargestellt.
In dem vorliegenden Schritt steigt der Flüssigkeitsstand der Ausgangsmaterialschmelze 34 von der unteren Seite in Richtung der oberen Seite in dem Tiegel 10 an, während das Volumen der Ausgangsmaterialschmelze 34 (die erzeugte Menge) zunimmt. In Reaktion auf den Anstieg des Flüssigkeitsstandes wird die Siliziumoxid-Boroxidschmelze 33 von der Position von 2 (c) auf die Position von 2 (d) angehoben. Der Anstieg der Siliziumoxid-Boroxidschmelze 33 von der unteren Seite in Richtung der oberen Seite in dem Tiegel gewährleistet, dass die innere Fläche des Tiegels 10 mit der Siliziumoxid-Boroxidschmelze 33 bedeckt wird. Die Ausgangsmaterialschmelze 34 entspricht der durch das Schmelzen des Verbundausgangsmaterials 22 hergestellten Verbundausgangsmaterialschmelze, in der der Dotierstoff 24 gelöst ist. Die Siliziumoxid-Boroxidschmelze 33 dient als Dichtstoff für die Ausgangsmaterialschmelze 34.
Halbleiter-Einkristall-Züchtungsschritt
Als Nächstes wird als Halbleiter-Einkristall-Züchtungsschritt ein Halbleiter-Einkristall gezüchtet, indem die Ausgangsmaterialschmelze 34 von der Seite des Impfkristalls 20 aus verfestigt wird.
In dem vorliegenden Schritt bewegt sich der Tiegel 10 relativ zu dem Temperaturgradienten, der durch die Erwärmungseinrichtung 16 in der vertikalen Richtung des Tiegels 10 angelegt worden ist, gemäß dem bekannten Verfahren zum Züchten eines Halbleiter-Einkristalls in 1 abwärts. Dementsprechend wird die Ausgangsmaterialschmelze 34 von der Seite des Impfkristalls 20 aus beginnend verfestigt, was das Aufwachsen eines Verbindungshalbleiter-Einkristalls verursacht, der den Dotierstoff beinhaltet.
Durch den Boroxidfilm-Ausbildungsschritt und den Siliziumoxid-Boroxidfilm-Ausbildungsschritt gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann der Siliziumoxid-Boroxidfilm 32 auf der inneren Wand des Tiegels 10 zumindest in dem Bereich A gleichmäßig ausgebildet werden, in dem ein Halbleiter-Einkristall gezüchtet werden soll. Dementsprechend kann das Benetzen zwischen der inneren Wand des Tiegels 10 und dem Verbundausgangsmaterial 34 in dem Halbleiter-Einkristall-Züchtungsschritt unterdrückt werden, und eine Reaktion zwischen dem Dotierstoff, der in der Ausgangsmaterialschmelze gelöst ist, und dem Boroxidfilm auf der inneren Wand des Tiegels wird verhindert. Daher kann die Erzeugung eines Baufehlers wie zum Beispiel Zwillingsbildung und Polykristallisation unterdrückt werden. Somit kann die Ausbeute bei der Fertigung von Halbleiter-Einkristallen verbessert werden. Des Weiteren kann die Entstehung von Rückständen wie zum Beispiel Bor-Arsen unterdrückt werden, da die Siliziumoxid-Boroxidschmelze 33 als Dichtstoff eingesetzt wird.
Zweite Ausführungsform
Gestaltung einer Fertigungseinrichtung
Die Gestaltung einer in der vorliegenden Ausführungsform eingesetzten Fertigungseinrichtung ähnelt derjenigen der Fertigungseinrichtung von 1. Daher wird deren Beschreibung nicht wiederholt.
Verfahren zum Fertigen eines Halbleiter-Einkristalls
Unter Bezugnahme auf 1 und 3 wird ein Verfahren zum Fertigen eines Halbleiter-Einkristalls gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. 3 stellt einen Zustand in dem Züchtungsbehälter in jedem Schritt in einem Fertigungsverfahren gemäß der zweiten Ausführungsform dar.
Boroxidfilm-Ausbildungsschritt
Zunächst wird als Boroxidfilm-Ausbildungsschritt ein Boroxidfilm 31 auf der inneren Wand des Tiegels 10 ausgebildet, der einen unteren Abschnitt und einen Hauptteil aufweist, der mit dem unteren Abschnitt zusammenhängend ist.
In dem vorliegenden Schritt wird der Boroxidfilm 31 auf der inneren Wand eines leeren Tiegels 10 ausgebildet, bevor verschiedene Substanzen wie zum Beispiel der Impfkristall 20 angeordnet werden. Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform kann das Verfahren zum Ausbilden des Boroxidfilms 31 das Verfahren zum Bewirken des Schmelzens eines festen Boroxids in dem Tiegel 10 gefolgt von einem Erwärmen beinhalten. Falls der Tiegel 10 aus BN oder aus PBN besteht, kann der Boroxidfilm 31 durch Erwärmen des Tiegels 10 zur Oxidation unter einer Sauerstoffatmosphäre ausgebildet werden.
Alternativ kann der Boroxidfilm 31 ausgebildet werden, indem ein Bornitrid enthaltender Film durch Kathodenzerstäubung oder Gasphasenabscheidung auf der inneren Wand des Tiegels 10 ausgebildet wird und der Bornitrid enthaltende Film einer Wärmebehandlung unter einer Sauerstoffgasatmosphäre oder unter einer Mischgasatmosphäre, die Sauerstoffgas enthält, unterzogen wird. Alternativ kann der Boroxidfilm 31 durch die Schritte des Mischens eines Bornitridpulvers mit einem Lösungsmittel wie zum Beispiel Wasser, Alkohol oder Aceton, des Aufsprühens oder Auftragens der Mischungsflüssigkeit an oder auf die innere Wand des Tiegels 10 und des Anwendens einer Wärmebehandlung auf den Bornitrid enthaltenden Film unter einer Sauerstoffgasatmosphäre oder unter einer Mischgasatmosphäre, die Sauerstoffgas enthält, ausgebildet werden.
Alternativ wird ein Boroxid oder Borsäure enthaltender Film durch Kathodenzerstäubung oder Gasphasenabscheidung auf der inneren Wand des Tiegels 10 ausgebildet, worauf eine Wärmebehandlung folgt, um den Boroxidfilm 31 auszubilden. Des Weiteren kann der Boroxidfilm 31 alternativ durch die Schritte des Mischens eines Boroxidpulvers oder eines Borsäurepulvers mit einem Lösungsmittel wie zum Beispiel Wasser, Alkohol, Aceton oder dergleichen, Aufsprühen oder Auftragen der Mischungsflüssigkeit an oder auf die innere Wand des Tiegels 10 und Anwenden einer Wärmebehandlung ausgebildet werden.
Siliziumoxid-Boroxidfilm-Ausbildungsschritt
Als Siliziumoxid-Boroxidfilm-Ausbildungsschritt wird der Boroxidfilm 31 mit der Siliziumoxid-Boroxidschmelze 33 in Kontakt gebracht, um einen Siliziumoxid-Boroxidfilm 32 auf der inneren Wand des Tiegels 10 auszubilden.
In dem vorliegenden Schritt werden der Impfkristall 20, das Verbundausgangsmaterial 22, das Siliziumoxid-Boroxid 23 und der Dotierstoff 24 in dem Tiegel 10 platziert, in dem der Boroxidfilm 31 ausgebildet worden ist. Wenngleich die Anordnung der Substanzen nicht im Besonderen beschränkt ist, wird das Siliziumoxid-Boroxid 23 bevorzugt an einer Position auf gleicher Höhe oder höher als das obere Ende des Bereichs A angeordnet, wie in 3 (b) dargestellt. Falls das Siliziumoxid-Boroxid 23 an einer solchen Position angeordnet wird, kann die Siliziumoxid-Boroxidschmelze, die aus dem Siliziumoxid-Boroxid 23 erzeugt worden ist, gleichmäßig von der oberen Seite in Richtung der unteren Seite über den Boroxidfilm 31 in dem Bereich A fließen. Des Weiteren werden, wie in 3 (b) dargestellt, der Dotierstoff 24 und das Siliziumoxid-Boroxid 23 bevorzugt getrennt voneinander angeordnet. Dementsprechend kann eine unnötige Reaktion der Schmelze des Siliziumoxid-Boroxids 23 verhindert werden.
Anschließend erwärmt die Erwärmungseinrichtung 16 den Tiegel 10 so, dass die Gesamtheit des Tiegels 10 einschließlich des Bereichs A von 3 (b) und des Bereichs, in dem das Siliziumoxid-Boroxid 23 angeordnet ist, eine Temperatur erreicht, die höher als oder gleich hoch wie der Schmelzpunkt des Siliziumoxid-Boroxids 23 und niedriger als der Schmelzpunkt des Verbundausgangsmaterials 22 ist. Durch Erwärmen des Tiegels 10 auf eine solche Temperatur schmilzt das Siliziumoxid-Boroxid 23. Die Schmelze fließt entlang der inneren Wand des Tiegels 10 in Richtung des unteren Abschnitts des Tiegels 10. Die Siliziumoxid-Boroxidschmelze, die über den Boroxidfilm 31 fließt, bleibt daran haften, wodurch ein Siliziumoxid-Boroxidfilm auf dem Boroxidfilm 31 ausgebildet wird. Der restliche Teil der Siliziumoxid-Boroxidschmelze, der nicht an dem Boroxidfilm 31 haften bleibt, erreicht anschließend den unteren Abschnitt des Tiegels 10. Auf diese Weise wird die Siliziumoxid-Boroxidschmelze 33 in dem Tiegel 10 angeordnet, wie in 3 (c) dargestellt.
Indem die Gesamtheit des Tiegels 10 über einen vorgegebenen Zeitraum hinweg durchgehend auf einer Temperatur gehalten wird, die höher als oder gleich hoch wie der Schmelzpunkt des Siliziumoxid-Boroxids 23 und niedriger als der Schmelzpunkt des Verbundausgangsmaterials 22 ist, diffundiert dann das in dem Siliziumoxid-Boroxidfilm, der auf dem Boroxidfilm 31 ausgebildet worden ist, vorhandene Siliziumoxid ausreichend in den Boroxidfilm 31 ein. Infolgedessen wird ein gleichmäßiger Siliziumoxid-Boroxidfilm 32 auf der inneren Wand des Tiegels 10 in dem Bereich A ausgebildet.
Indem die Gesamtheit des Tiegels 10 über einen vorgegebenen Zeitraum, zum Beispiel zumindest eine Stunde lang, noch bevorzugter zumindest 3 Stunden lang, in dem vorliegenden Schritt auf einer Temperatur gehalten wird, die höher als oder gleich hoch wie der Schmelzpunkt des Siliziumoxid-Boroxids 23 und niedriger als der Schmelzpunkt des Verbundausgangsmaterials 22 ist, kann bewirkt werden, dass das Siliziumoxid gleichmäßig und erfolgreich in den Boroxidfilm 31 eindiffundiert. Durch Erwärmen des Bereichs A auf eine hohe Temperatur, die zumindest höher als oder gleich 600 °C ist, wird eine schnelle Diffusion des Siliziumoxids in den Boroxidfilm 31 ermöglicht.
Falls der Dotierstoff 24 und das Siliziumoxid-Boroxid 23 in dem vorliegenden Schritt getrennt angeordnet sind und sich das Verbundausgangsmaterial 22 dazwischen befindet, wie in 3 (b) dargestellt, kann der Kontakt zwischen dem Dotierstoff 24 und der Schmelze des Siliziumoxid-Boroxids 23 verhindert werden. Infolgedessen kann eine unnötige Reaktion der Schmelze des Siliziumoxid-Boroxids 23 verhindert werden.
In dem vorliegenden Schritt kann der Tiegel 10 durch die Drehung des Schafts 15 gedreht werden. Die Drehung des Tiegels 10 ermöglicht, dass die Siliziumoxid-Boroxidschmelze, die aus dem Siliziumoxid-Boroxid 23 gewonnen wurde, von der oberen Seite in Richtung der unteren Seite fließt und sich dabei gleichmäßig über den Boroxidfilm 31 auf der inneren Wand des Tiegels 10 verteilt. Da die Siliziumoxid-Boroxidschmelze erfolgreich in Kontakt mit dem Boroxidfilm 31 gebracht werden kann, kann des Weiteren ein Siliziumoxid-Boroxidfilm gleichmäßig ausgebildet werden. Dementsprechend wird eine Diffusion des Siliziumoxids, das in dem Siliziumoxid-Boroxidfilm vorhanden ist, in den Boroxidfilm erleichtert. Infolgedessen kann ein gleichmäßiger Siliziumoxid-Boroxidfilm 32 auf der inneren Wand des Tiegels 10 in dem Bereich A ausgebildet werden.
Ausgangsmaterialschmelze-Ausbildungsschritt
Der vorliegende Schritt ähnelt dem Ausgangsmaterialschmelze-Ausbildungsschritt der ersten Ausbildungsform. Daher wird dessen Beschreibung nicht wiederholt (siehe 3d).
Halbleiter-Einkristall-Züchtungsschritt
Der vorliegende Schritt ähnelt dem Halbleiter-Einkristall-Züchtungsschritt der ersten Ausbildungsform. Daher wird dessen Beschreibung nicht wiederholt.
Durch den Boroxidfilm-Ausbildungsschritt und den Siliziumoxid-Boroxidfilm-Ausbildungsschritt gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann der Siliziumoxid-Boroxidfilm 32 gleichmäßig auf der inneren Wand des Tiegels 10 zumindest in dem Bereich A ausgebildet werden, in dem ein Halbleiter-Einkristall gezüchtet werden soll. Dementsprechend kann das Benetzen zwischen der inneren Wand des Tiegels 10 und dem Verbundausgangsmaterial 34 in dem Halbleiter-Einkristall-Züchtungsschritt unterdrückt werden, und eine Reaktion zwischen dem Dotierstoff, der in der Ausgangsmaterialschmelze gelöst ist, und dem Boroxidfilm auf der inneren Wand des Tiegels wird verhindert. Daher kann die Erzeugung eines Baufehlers wie zum Beispiel Zwillingsbildung und Polykristallisation unterdrückt werden. Auf diese Weise kann die Ausbeute bei der Fertigung von Halbleiter-Einkristallen verbessert werden. Des Weiteren kann die Entstehung von Rückständen wie zum Beispiel Bor-Arsen unterdrückt werden, da die Siliziumoxid-Boroxidschmelze 33 als Dichtstoff eingesetzt wird.
Dritte Ausführungsform
Gestaltung einer Fertigungseinrichtung
4 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Fertigungseinrichtung, die bei der dritten Ausführungsform eingesetzt wird. Unter Bezugnahme auf 4 wird eine Gestaltung der Fertigungseinrichtung beschrieben, die bei der vorliegenden Ausführungsform eingesetzt wird. Es wird nur die Gestaltung beschrieben, die sich von derjenigen der in 1 dargestellten Fertigungseinrichtung unterscheidet.
Unter Bezugnahme auf 4 beinhaltet eine Fertigungseinrichtung 200 einen Behälter 40, in dem das Verbundausgangsmaterial 22 und der Dotierstoff 24 untergebracht werden, und eine Halteeinheit 41 zum Halten des Behälters 40. Bei dem Behälter 40 sind der obere Abschnitt und der untere Abschnitt teilweise geöffnet, und er nimmt das Verbundausgangsmaterial 22 und den Dotierstoff 24 auf. Die Anordnung des Verbundausgangsmaterials 22 und des Dotierstoffs 24 ist nicht auf die in 4 dargestellte beschränkt.
Die Halteeinheit 41 beinhaltet einen Gehäuseabschnitt 41a, um den Behälter 40 einzuschließen, und einen mit dem Gehäuseabschnitt 41a verbundenen Halteabschnitt 41b, um den Gehäuseabschnitt 41a von oben in Richtung des Tiegels 10 hängenzulassen. Die Halteeinheit 41 kann sich in der vertikalen Richtung in der Zeichnung durch ein Antriebsmittel aufwärts und abwärts bewegen. Das feste Siliziumoxid-Boroxid 23 wird zwischen der Endseitenfläche des Gehäuseabschnitts 41a der Halteeinheit 41 und der inneren Wand des Tiegels 10 angeordnet. Wenn die Fertigungseinrichtung 200 den in 4 dargestellten Zustand erreicht, wird der Boroxidfilm 31 vorab auf der inneren Wand des Tiegels 10 ausgebildet, bevor ein Halbleiter-Einkristall gefertigt wird.
Verfahren zum Fertigen eines Halbleiter-Einkristalls
Unter Bezugnahme auf 4 und 5 wird ein Verfahren zum Fertigen eines Halbleiter-Einkristalls gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. 5 stellt einen Zustand in dem Züchtungsbehälter in jedem Schritt des Fertigungsverfahrens gemäß der dritten Ausführungsform dar.
Boroxidfilm-Ausbildungsschritt
Der vorliegende Schritt ähnelt dem Boroxidfilm-Ausbildungsschritt der zweiten Ausbildungsform. Daher wird dessen Beschreibung nicht wiederholt.
Siliziumoxid-Boroxidfilm-Ausbildungsschritt
Als Siliziumoxid-Boroxidfilm-Ausbildungsschritt wird der in 5 (a) dargestellte Boroxidfilm 31 mit der Siliziumoxid-Boroxidschmelze 33 in Kontakt gebracht, wodurch ein Siliziumoxid-Boroxidfilm 32 auf der inneren Wand des Tiegels 10 ausgebildet wird.
Um den in 5 (b) dargestellten Zustand in dem vorliegenden Schritt zu erreichen, wird der erste Impfkristall 20 in dem unteren Abschnitt in dem Tiegel 10 platziert, und das Verbundausgangsmaterial 22 wird angrenzend darüber angeordnet. Anschließend wird der Behälter 40, in dem sich das Verbundausgangsmaterial 22 und der Dotierstoff 24 befinden, in der Halteeinheit 41 eingeschlossen. Die Halteeinheit 41 wird von oberhalb des Tiegels 10 in Richtung der inneren Seite des Tiegels 10 hängen gelassen, so dass das offene Ende des Gehäuseabschnitts 41a der Halteeinheit 41 in den Tiegel 10 eingeführt wird. Dann wird das Siliziumoxid-Boroxid 23 in dem Zwischenraum zwischen der Endseitenfläche des Gehäuseabschnitts 41a und der inneren Wand des Tiegels 10 angeordnet, auf der der Boroxidfilm 31 ausgebildet worden ist. Auf diese Weise werden die jeweiligen Materialien und Elemente entsprechend dem in 5 (b) dargestellten Zustand angeordnet.
Anschließend erwärmt die Erwärmungseinrichtung 16 den Tiegel 10 so, dass zumindest der Bereich A, in dem ein Halbleiter-Einkristall gezüchtet werden soll, eine Temperatur erreicht, die höher als oder gleich hoch wie der Schmelzpunkt des Siliziumoxid-Boroxids 23 und niedriger als der Schmelzpunkt des Verbundausgangsmaterials 22 ist. Dementsprechend schmilzt das Siliziumoxid-Boroxid 23, das in dem Bereich A angeordnet ist. Die Schmelze fließt entlang der inneren Wand des Tiegels 10 abwärts zu dem unteren Abschnitt des Tiegels 10. Die Siliziumoxid-Boroxidschmelze, die über den Boroxidfilm 31 fließt, bleibt daran haften, wodurch ein Siliziumoxid-Boroxidfilm auf dem Boroxidfilm 31 ausgebildet wird. Der restliche Teil der Siliziumoxid-Boroxidschmelze, der nicht an dem Boroxidfilm 31 haften bleibt, erreicht den unteren Abschnitt des Tiegels 10. Auf diese Weise wird die Siliziumoxid-Boroxidschmelze 33 in dem Tiegel 10 angeordnet, wie in 5 (c) dargestellt.
Durch Verkleinern des Zwischenraums zwischen der Endseitenfläche des Gehäuseabschnitts 41a und der inneren Wand des Tiegels 10, die den Boroxidfilm 31 aufweist, kann die Siliziumoxid-Boroxidschmelze durch Einwirkung einer Oberflächenspannung gleichmäßig an dem Boroxidfilm 31 haften gelassen werden, wodurch die Ausbildung eines noch gleichmäßigeren Siliziumoxid-Boroxidfilms 32 ermöglicht wird.
Indem die Gesamtheit des Tiegels 10 durchgehend auf der Temperatur gehalten wird, die höher als oder gleich hoch wie die des Siliziumoxid-Boroxids 23 und niedriger als der Schmelzpunkt des Verbundausgangsmaterials 22 ist, diffundiert das in dem Siliziumoxid-Boroxidfilm, der auf dem Boroxidfilm 31 ausgebildet worden ist, vorhandene Siliziumoxid ausreichend in den Boroxidfilm 31 ein. Infolgedessen wird ein gleichmäßiger Siliziumoxid-Boroxidfilm 32 auf der inneren Wand des Tiegels 10 in dem Bereich A ausgebildet.
Indem die Gesamtheit des Tiegels 10 über einen vorgegebenen Zeitraum, zum Beispiel zumindest eine Stunde lang, noch bevorzugter zumindest 3 Stunden lang, in dem vorliegenden Schritt auf einer Temperatur gehalten wird, die höher als oder gleich hoch wie der Schmelzpunkt des Siliziumoxid-Boroxids 23 und niedriger als der Schmelzpunkt des Verbundausgangsmaterials 22 ist, kann bewirkt werden, dass das Siliziumoxid gleichmäßig und erfolgreich in den Boroxidfilm 31 eindiffundiert. Durch Erwärmen des Bereichs A auf eine hohe Temperatur, die zumindest höher als oder gleich 600 °C ist, wird zudem eine schnelle Diffusion des Siliziumoxids in den Boroxidfilm 31 ermöglicht.
Falls in dem vorliegenden Schritt der Dotierstoff 24 zusammen mit dem Verbundausgangsmaterial 22 in dem Behälter 40, der in der Halteeinheit 41 eingeschlossen ist, untergebracht wird, wie in 5 (b) dargestellt, kann der Kontakt zwischen dem Dotierstoff 24 und der Schmelze des Siliziumoxid-Boroxids 23 verhindert werden. Dementsprechend kann eine unnötige Reaktion der Schmelze des Siliziumoxid-Boroxids 23 verhindert werden.
In dem vorliegenden Schritt kann der Tiegel 10 durch die Drehung des Schafts 15 gedreht werden. Die Drehung des Tiegels 10 ermöglicht, dass die Siliziumoxid-Boroxidschmelze, die aus dem Siliziumoxid-Boroxid 23 gewonnen wurde, von der oberen Seite in Richtung der unteren Seite fließt und sich dabei gleichmäßig über den Boroxidfilm 31 auf der inneren Wand des Tiegels 10 verteilt. Da die Siliziumoxid-Boroxidschmelze erfolgreich in Kontakt mit dem Boroxidfilm 31 gebracht werden kann, kann des Weiteren ein Siliziumoxid-Boroxidfilm gleichmäßig ausgebildet werden. Dementsprechend wird eine Diffusion des Siliziumoxids, das in dem Siliziumoxid-Boroxidfilm vorhanden ist, in den Boroxidfilm erleichtert. Infolgedessen kann ein gleichmäßiger Siliziumoxid-Boroxidfilm 32 auf der inneren Wand des Tiegels 10 in dem Bereich A ausgebildet werden.
Ausgangsmaterialschmelze-Ausbildungsschritt
Als Ausgangsmaterialschmelze-Ausbildungsschritt wird eine Ausgangsmaterialschmelze oberhalb des Impfkristalls 20 bereitgestellt, der sich in dem unteren Abschnitt des Tiegels 10 befindet.
In dem vorliegenden Schritt erwärmt die Erwärmungseinrichtung 16 den Tiegel 10 so, dass die Gesamtheit des Tiegels 10 einschließlich des Bereichs A von 5 (c) und des Bereichs, in dem sich das Verbundausgangsmaterial 22 und der Dotierstoff 24, die in dem Behälter 40 untergebracht sind, befinden, erwärmt wird. Falls sich das Verbundausgangsmaterial 22 und der Dotierstoff 24, die in dem Behälter 40 untergebracht sind, höher als der Tiegel 10 befinden, soll die Erwärmungseinrichtung 16 eine Erwärmung in der Weise bewirken, dass nicht nur die Gesamtheit des Tiegels 10, sondern auch die Gesamtheit des Behälters 40 dieselbe Temperatur erreicht. Die Erwärmungseinrichtung 16 braucht nur zumindest den Bereich A und das untere Ende an der Stelle zu erwärmen, an der sich das Verbundausgangsmaterial 22 befindet, das in dem Behälter 40 untergebracht ist.
Das Erwärmen des Tiegels 10 durch die oben dargelegte Temperatur bewirkt, dass das Verbundausgangsmaterial 22 in dem Tiegel 10 und das Verbundausgangsmaterial 22 in dem Behälter 40 schmilzt, wodurch die Schmelze des Verbundausgangsmaterials 22 und des Dotierstoffs 24 in dem Behälter 40 in Tröpfchen von der oberen Öffnung des Behälters 40 hinunter auf den Impfkristall 20 fällt, der sich darunter befindet. In dieser Phase kann der Tiegel 10 durch die Anordnung der Halteeinheit 41 an der in 5 (c) dargestellten Position abgedichtet werden. Daher kann die Schmelze des Verbundausgangsmaterials 22 daran gehindert werden, sich zu verflüchtigen. Wie in 5 (d) dargestellt, wird, nachdem die Schmelze des Verbundausgangsmaterials 22 und des Dotierstoffs 24 in dem Behälter 40 vollständig in Tröpfchen in den Tiegel 10 hinuntergefallen ist, anschließend die Halteeinheit 41 in der Zeichnung aufwärts gezogen. Die Ausgangsmaterialschmelze 34 in 5 (d) entspricht der durch das Schmelzen des Verbundausgangsmaterials 22 hergestellten Verbundausgangsmaterialschmelze, in der der Dotierstoff 24 gelöst ist. Die Terminierung zum Heraufziehen des Behälters 40 ist nicht auf die oben beschriebene beschränkt. Beispielsweise kann der Behälter 40 nach und nach entsprechend dem Anstieg des Flüssigkeitsstandes der Ausgangsmaterialschmelze 34 heraufgezogen werden.
In dem vorliegenden Schritt steigt der Flüssigkeitsstand der Ausgangsmaterialschmelze 34 von der unteren Seite in Richtung der oberen Seite in dem Tiegel 10 an, während das Volumen der Ausgangsmaterialschmelze 34 (die erzeugte Menge) zunimmt. In Reaktion auf den Anstieg des Flüssigkeitsstandes wird die Siliziumoxid-Boroxidschmelze 33 von der Position von 5 (c) auf die Position von 5 (d) angehoben. Der Anstieg der Siliziumoxid-Boroxidschmelze 33 von der unteren Seite in Richtung der oberen Seite in dem Tiegel gewährleistet des Weiteren, dass die innere Fläche des Tiegels 10 mit der Siliziumoxid-Boroxidschmelze 33 bedeckt wird. Die Siliziumoxid-Boroxidschmelze 33 dient als Dichtstoff für die Ausgangsmaterialschmelze 34.
Halbleiter-Einkristall-Züchtungsschritt
Der vorliegende Schritt ähnelt dem Halbleiter-Einkristall-Züchtungsschritt der ersten Ausbildungsform. Daher wird dessen Beschreibung nicht wiederholt.
Durch den Boroxidfilm-Ausbildungsschritt und den Siliziumoxid-Boroxidfilm-Ausbildungsschritt gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann der Siliziumoxid-Boroxidfilm 32 gleichmäßig auf der inneren Wand des Tiegels 10 zumindest in dem Bereich A ausgebildet werden, in dem ein Halbleiter-Einkristall gezüchtet werden soll. Dementsprechend kann das Benetzen zwischen der inneren Wand des Tiegels 10 und dem Verbundausgangsmaterial 34 in dem Halbleiter-Einkristall-Züchtungsschritt unterdrückt werden, und eine Reaktion zwischen dem Dotierstoff, der in der Ausgangsmaterialschmelze gelöst ist, und dem Boroxidfilm auf der inneren Wand des Tiegels wird verhindert. Daher kann die Erzeugung eines Baufehlers wie zum Beispiel Zwillingsbildung und Polykristallisation unterdrückt werden. Auf diese Weise kann die Ausbeute bei der Fertigung von Halbleiter-Einkristallen verbessert werden. Des Weiteren kann die Entstehung von Rückständen wie zum Beispiel Bor-Arsen unterdrückt werden, da die Siliziumoxid-Boroxidschmelze 33 als Dichtstoff eingesetzt wird.
Beispiele
Beispiel 1
Unter Verwendung der Fertigungseinrichtung 100 von 1 wurde ein GaAs-Einkristall, der Si als Dotierstoff enthält (im Folgenden als „Si-GaAs-Einkristall“ bezeichnet), durch ein im Folgenden dargelegtes Fertigungsverfahren gefertigt. Als Tiegel 10 wurde ein Tiegel aus PBN mit einem Innendurchmesser von 105 mm (4 Zoll) eingesetzt. Als Ampulle 11 wurde eine Ampulle aus Quarz eingesetzt. Zum besseren Verständnis wird das vorliegende Beispiel im Folgenden unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
Fertigungsverfahren
Boroxidfilm-Ausbildungsschritt
Zunächst wurden ein GaAs-Einkristall 60 als Impfkristall, 100 g B₂O₃ 61, polykristallines GaAs 62 mit einem Gesamtgewicht von 5.000 g, 100 g SiO₂-B₂O₃ 63 und 1.400 mg Si 64 in dem Tiegel 10 platziert, wobei die in 6 (a) dargestellte Anordnung übernommen wurde. 2.000 mg As zum Anpassen des Innendrucks wurden zusammen mit dem Si 64 bereitgestellt. Der Wassergehalt des B₂O₃ 61 betrug 60 ppm. Dem B₂O₃ 61 wurden keine Verunreinigungen beigefügt, und seine Reinheit war größer als oder gleich 99 atm%.
Als polykristallines GaAs 62 wurden in der Nähe des B₂O₃ 61 angeordnetes, zylinderförmiges polykristallines GaAs und oberhalb des zylinderförmigen polykristallinen GaAs angeordnetes, ringförmiges polykristallines GaAs eingesetzt. Als SiO₂-B₂O₃ 63 wurde mit 12 mol% SiO₂ dotiertes B₂O₃ eingesetzt.
Nachdem jede der oben dargelegten Substanzen in dem Tiegel 10 platziert worden war, um die in 6 (a) dargestellte Anordnung zu erzielen, wurde der Tiegel 10 in einer Quarzampulle platziert, bei der es sich um das Behältnis 12 der Ampulle 11 handelt. Anschließend wurde das Innere einer Quarzampulle evakuiert, und es wurde eine Quarzabdeckung angebracht, die als Deckel 13 gekennzeichnet ist. Der Tiegel 10 wurde in der Ampulle 11 vakuumdicht verschlossen.
Die Ampulle 11 wurde durch die Erwärmungseinrichtung 16 so erwärmt, dass der Bereich A von 6 (a) 600°C erreichte, um das B₂O₃ 61 zu schmelzen. Auf diese Weise wurde eine B₂O₃-Schmelze 70 in dem Tiegel 10 angeordnet. Der Bereich A wurde eine Stunde lang auf der Temperatur von 600 °C gehalten, wodurch ein B₂O₃-Film 71 in dem Bereich in dem Tiegel 10 ausgebildet wurde, der dem Bereich A entspricht, wie in 6 (b) dargestellt. In dem vorliegenden Schritt wurde die Temperatur in dem Bereich, in dem das SiO₂-B₂O₃ 63 angeordnet war, auf 300 °C gehalten, um einen zu starken Anstieg der Temperatur in diesem Bereich zu verhindern, während der Bereich A auf 600 °C erwärmt wurde.
Siliziumoxid-Boroxidfilm-Ausbildungsschritt
Anschließend wurde die Ampulle 11 durch die Erwärmungseinrichtung 16 so erwärmt, dass die Gesamtheit des Tiegels 10 600 °C erreichte, um das SiO₂-B₂O₃ 63 zu schmelzen. Wie in 6 (c) dargestellt, wurde die SiO₂-B₂O₃-Schmelze 73 in dem Tiegel 10 angeordnet. Bei dieser SiO₂-B₂O₃-Schmelze 73 handelt es sich um eine Mischung aus der B₂O₃-Schmelze 70 und der Schmelze des SiO₂-B₂O₃ 63. Die Gesamtheit des Tiegels 10 wurde 3 Stunden lang auf der Temperatur von 600 °C gehalten, um eine Ausbildung eines SiO₂-B₂O₃-Films 72 in dem Tiegel 10 zu bewirken.
Ausgangsmaterialschmelze-Ausbildungsschritt
Die Erwärmungseinrichtung 16 erwärmte die Ampulle 11 so, dass die Gesamtheit des Tiegels 10 abgesehen von dem Bereich, in dem der GaAs-Einkristall 60 angeordnet war, 1.240 °C erreichte, um das polykristalline GaAs 62 zu schmelzen. Wie in 6 (d) dargestellt, wurde eine GaAs-Schmelze 74, der Si beigemischt war (im Folgenden als „Si-GaAs-Schmelze“ bezeichnet), in dem Tiegel 10 angeordnet.
Halbleiter-Einkristall-Züchtungsschritt
Anschließend an das Impfen des GaAs-Einkristalls 60 in Bezug auf die Si-GaAs-Schmelze 74 wurde der in 7 dargestellte Temperaturgradient an die Ampulle 11 in vertikaler Richtung unter Steuerung durch die Erwärmungseinrichtung 16 angelegt. In 7 stellt die vertikale Achse die vertikale Richtung der Ampulle 11 dar, während die horizontale Achse die Temperatur darstellt. Der Bereich in 7, in dem die Temperatur niedriger als oder gleich niedrig wie der Schmelzpunkt des GaAs ist, entspricht dem Bereich, in dem der in 6 (d) dargestellte GaAs-Einkristall 60 angeordnet ist.
Durch Herabsenken des Schafts 15 mit einer Geschwindigkeit von 5 mm/h wurde die Ampulle 11 in Bezug auf den Temperaturgradienten von 7 mit der Geschwindigkeit von 5 mm/h abwärts bewegt. Entsprechend dieser Bewegung wurde die an die Si-GaAs-Schmelze 74 angelegte Temperatur mit einer Rate von 20 °C/cm von der Seite des GaAs-Einkristalls 60 aus gesenkt. Dementsprechend wurde die Si-GaAs-Schmelze 74 von der Seite des GaAs-Einkristalls aus verfestigt, um einen Si-GaAs-Einkristall zu züchten.
Der aufgewachsene Si-GaAs-Einkristall wurde aus dem Tiegel 10 entnommen. In Bezug auf einen zylinderförmigen Abschnitt des entnommenen Si-GaAs-Einkristalls, der einen Durchmesser von 105 mm und eine Länge von 100 mm aufwies, wurden die Oberfläche und das Erscheinungsbild des Inneren des Kristalls betrachtet, das freigelegt wurde, wenn der Kristall in gleichmäßigen Abständen in Scheiben geschnitten wurde. Auf der Oberfläche und im Inneren des Si-GaAs-Einkristalls wurden keine Zwillingsbildung und Polykristallisation festgestellt. Eine Ausfällung von Bor-Arsen auf der Oberfläche des Kristalls wurde an 6 Stellen festgestellt.
Beispiel 2
Ein Si-GaAs-Einkristall wurde durch ein ähnliches Verfahren wie dasjenige von Beispiel 1 gezüchtet, abgesehen davon, dass mit 4 × 10^-5 mol% Si dotiertes GaAs als polykristallines GaAs 62 eingesetzt wurde. Das Erscheinungsbild des Kristalls in dem aufgewachsenen Si-GaAs-Einkristall wurde in ähnlicher Weise wie in der in Beispiel 1 betrachtet. Zwillingsbildung und Polykristallisation wurden auf der Oberfläche und im Inneren des Si-GaAs-Einkristalls nicht festgestellt. Des Weiteren wurde eine Ausfällung von Bor-Arsen auf der Oberfläche des Kristalls an 7 Stellen festgestellt.
Beispiel 3
Ein Si-GaAs-Einkristall wurde durch ein ähnliches Verfahren wie dasjenige von Beispiel 1 gezüchtet, abgesehen davon, dass die Erwärmungstemperatur der Gesamtheit des Tiegels 10 in dem Siliziumoxid-Boroxidfilm-Ausbildungsschritt 900 °C betrug. Das Erscheinungsbild des Kristalls in dem aufgewachsenen Si-GaAs-Einkristall wurde in ähnlicher Weise wie in der in Beispiel 1 betrachtet. Zwillingsbildung und Polykristallisation wurden auf der Oberfläche und im Inneren des Si-GaAs-Einkristalls nicht festgestellt. Des Weiteren wurde keine Ausfällung von Bor-Arsen auf der Oberfläche des Kristalls festgestellt.
Beispiel 4
Ein Si-GaAs-Einkristall wurde durch ein ähnliches Verfahren wie dasjenige von Beispiel 1 gezüchtet, abgesehen davon, dass die Erwärmungstemperatur der Gesamtheit des Tiegels 10 in dem Siliziumoxid-Boroxidfilm-Ausbildungsschritt 200 °C betrug. Das Erscheinungsbild des Kristalls in dem aufgewachsenen Si-GaAs-Einkristall wurde in ähnlicher Weise wie in der in Beispiel 1 betrachtet. Zwillingsbildung und Polykristallisation wurden auf der Oberfläche und im Inneren des Si-GaAs-Einkristalls nicht festgestellt. Des Weiteren wurde keine Ausfällung von Bor-Arsen auf der Oberfläche des Kristalls festgestellt.
Beispiel 5
Ein Si-GaAs-Einkristall wurde durch ein ähnliches Verfahren wie dasjenige von Beispiel 1 gezüchtet, abgesehen davon, dass als SiO₂-B₂O₃ 63 100 g mit 1 mol% SiO₂ dotiertes B₂O₃ eingesetzt wurden. Das Erscheinungsbild des Kristalls in dem aufgewachsenen Si-GaAs-Einkristall wurde in ähnlicher Weise wie in der in Beispiel 1 betrachtet. Zwillingsbildung und Polykristallisation wurden auf der Oberfläche und im Inneren des Si-GaAs-Einkristalls nicht festgestellt. Des Weiteren wurde eine Ausfällung von Bor-Arsen auf der Oberfläche des Kristalls an 12 Stellen festgestellt.
Beispiel 6
Ein Si-GaAs-Einkristall wurde durch ein ähnliches Verfahren wie dasjenige von Beispiel 5 gezüchtet, abgesehen davon, dass die Erwärmungstemperatur der Gesamtheit des Tiegels 10 in dem Siliziumoxid-Boroxidfilm-Ausbildungsschritt 900 °C betrug. Das Erscheinungsbild des Kristalls in dem aufgewachsenen Si-GaAs-Einkristall wurde in ähnlicher Weise wie in der in Beispiel 1 betrachtet. Zwillingsbildung und Polykristallisation wurden auf der Oberfläche und im Inneren des Si-GaAs-Einkristalls nicht festgestellt. Des Weiteren wurde eine Ausfällung von Bor-Arsen auf der Oberfläche des Kristalls an 3 Stellen festgestellt.
Beispiel 7
Ein Si-GaAs-Einkristall wurde durch ein ähnliches Verfahren wie dasjenige von Beispiel 5 gezüchtet, abgesehen davon, dass in dem Siliziumoxid-Boroxidfilm-Ausbildungsschritt die Gesamtheit des Tiegels 10 eine Stunde lang auf 600 °C gehalten wurde, nachdem die SiO₂-B₂O₃-Schmelze 73 in dem Tiegel 10 angeordnet worden war. Das Erscheinungsbild des Kristalls in dem aufgewachsenen Si-GaAs-Einkristall wurde in ähnlicher Weise wie in der in Beispiel 1 betrachtet. Zwillingsbildung und Polykristallisation wurden auf der Oberfläche und im Inneren des Si-GaAs-Einkristalls nicht festgestellt. Des Weiteren wurde eine Ausfällung von Bor-Arsen auf der Oberfläche des Kristalls an 16 Stellen festgestellt.
Beispiel 8
Ein Si-GaAs-Einkristall wurde durch ein ähnliches Verfahren wie dasjenige von Beispiel 5 gezüchtet, abgesehen davon, dass in dem Siliziumoxid-Boroxidfilm-Ausbildungsschritt die Gesamtheit des Tiegels 10 5 Stunden lang auf 600 °C gehalten wurde, nachdem die SiO₂-B₂O₃-Schmelze 73 in dem Tiegel 10 angeordnet worden war. Das Erscheinungsbild des Kristalls in dem aufgewachsenen Si-GaAs-Einkristall wurde in ähnlicher Weise wie in der in Beispiel 1 betrachtet. Zwillingsbildung und Polykristallisation wurden auf der Oberfläche und im Inneren des Si-GaAs-Einkristalls nicht festgestellt. Des Weiteren wurde eine Ausfällung von Bor-Arsen auf der Oberfläche des Kristalls an 5 Stellen festgestellt.
Beispiel 9
Ein Si-GaAs-Einkristall wurde durch ein ähnliches Verfahren wie dasjenige von Beispiel 7 gezüchtet, abgesehen davon, dass der Tiegel 10 in dem Siliziumoxid-Boroxidfilm-Ausbildungsschritt mit 10 1/min gedreht wurde. Das Erscheinungsbild des Kristalls in dem aufgewachsenen Si-GaAs-Einkristall wurde in ähnlicher Weise wie in der in Beispiel 1 betrachtet. Zwillingsbildung und Polykristallisation wurden auf der Oberfläche und im Inneren des Si-GaAs-Einkristalls nicht festgestellt. Des Weiteren wurde keine Ausfällung von Bor-Arsen auf der Oberfläche des Kristalls festgestellt.
Beispiel 10
Mithilfe der Fertigungseinrichtung 100 von 1 wurde ein Si-GaAs-Einkristall durch ein unten dargelegtes Fertigungsverfahren gefertigt. Als Tiegel 10 wurde ein Tiegel aus PBN mit einem Innendurchmesser von 105 mm (4 Zoll) eingesetzt. Als Ampulle 11 wurde eine Ampulle aus Quarz eingesetzt. Zum besseren Verständnis wird das vorliegende Beispiel im Folgenden unter Bezugnahme auf 8 beschrieben.
Fertigungsverfahren
Boroxidfilm-Ausbildungsschritt
Auf die innere Wand des leeren Tiegels 10 wurde vor der Anordnung verschiedener Substanzen wie zum Beispiel des GaAs-Einkristalls 60 mithilfe eines Zerstäubers eine Lösung aufgesprüht, die in Methylalkohol gelöste Orthoborsäure enthielt, um eine Sättigungskonzentration zu erzielen. Ein Strom eines trockenen Stickstoffgases wurde in Richtung der inneren Wand des Tiegels 10 gelenkt, auf die die Lösung durch Aufsprühen aufgetragen worden war, um das Trocknen des Methylalkohols zu erleichtern. Dieser Aufsprüh- und Trocknungsvorgang wurde wiederholt, um einen Orthoborsäurefilm mit einer Dicke von etwa 100 µm auf der inneren Wand des Tiegels 10 auszubilden.
Der Tiegel 10, an dem eine Orthoborsäure ausgebildet worden war, wurde in einen Ofen überführt. Der Tiegel 10 in dem Ofen wurde zwei Stunden lang bei 800 °C erwärmt, während das Stickstoffgas mit der Durchflussmenge von 1 l/min in den Ofen eingeleitet wurde. Wie in 8 (a) dargestellt, wurde ein B₂O₃-Film 71 mit einer Dicke von etwa 50 µm auf der inneren Wand des Tiegels 10 ausgebildet.
Siliziumoxid-Boroxidfilm-Ausbildungsschritt
Anschließend wurde der Tiegel 10, an dem der B₂O₃-Film 71 ausgebildet worden war, in der Ampulle 11 platziert. In dem Tiegel 10 wurden ein GaAs-Einkristall 60 als Impfkristall, polykristallines GaAs 62 mit einem Gesamtgewicht von 5.000 g, 150 g SiO₂-B₂O₃ 63 und 1.400 mg Si 64 platziert, wobei die in 8 (b) dargestellte Anordnung übernommen wurde. 2.000 mg As zum Anpassen des Innendrucks wurden zusammen mit dem Si 64 bereitgestellt. Ähnlich wie im Beispiel 1 wurde mit 12 mol% SiO₂ dotiertes B₂O₃ als SiO₂-B₂O₃ 63 eingesetzt.
Nachdem jede der oben dargelegten Substanzen in dem Tiegel 10 platziert worden war, um die in 8 (b) dargestellte Anordnung zu erzielen, wurde der Tiegel 10 in einer Quarzampulle platziert, bei der es sich um das Behältnis 12 der Ampulle 11 handelt. Anschließend wurde das Innere der Quarzampulle evakuiert, und es wurde eine Quarzabdeckung angebracht, die als Deckel 13 gekennzeichnet ist. Der Tiegel 10 wurde in der Ampulle 11 vakuumdicht verschlossen.
Anschließend wurde die Ampulle 11 durch die Erwärmungseinrichtung 16 so erwärmt, dass die Gesamtheit des Tiegels 10 600 °C erreichte, um das SiO₂-B₂O₃ 63 zu schmelzen. Auf diese Weise wurde die SiO₂-B₂O₃-Schmelze 73 in dem Tiegel 10 angeordnet, wie in 8 (c) dargestellt. Die Gesamtheit des Tiegels 10 wurde 3 Stunden lang auf der Temperatur von 600 °C gehalten, wodurch der SiO₂-BO₃-Film 72 in dem Tiegel 10 ausgebildet wurde.
Des Weiteren wurde durch Ausführen eines ähnlichen Schrittes wie der Ausgangsmaterialschmelze-Ausbildungsschritt von Beispiel 1 die Si-GaAs-Schmelze 74 hergestellt, wie in 8 (d) dargestellt. Durch Ausführen eines ähnlichen Schrittes wie der Halbleiter-Einkristall-Züchtungsschritt von Beispiel 1 wurde ein Si-GaAs-Einkristall gezüchtet.
Das Erscheinungsbild des Kristalls in dem aufgewachsenen Si-GaAs-Einkristall wurde in ähnlicher Weise wie in der in Beispiel 1 betrachtet. Zwillingsbildung und Polykristallisation wurden auf der Oberfläche und im Inneren des Si-GaAs-Einkristalls nicht festgestellt. Des Weiteren wurde eine Ausfällung von Bor-Arsen auf der Oberfläche des Kristalls an 8 Stellen festgestellt.
Beispiel 11
Ein Si-GaAs-Einkristall wurde entsprechend einem Verfahren gezüchtet, das demjenigen von Beispiel 10 ähnelt, abgesehen davon, dass eine Fertigungseinrichtung 100 mit einem Quarztiegel 10 eingesetzt wurde und der B₂O₃-Film 71 durch Gasphasenabscheidung in dem Boroxidfilm-Ausbildungsschritt ausgebildet wurde. Die Gasphasenabscheidung wurde gemäß der im Folgenden dargelegten Vorgehensweise durchgeführt.
Zunächst wurde ein leerer Tiegel 10 in einer Gasphasenabscheideeinrichtung befestigt. Festes Bornitrid wurde an einem Halter in der Gasphasenabscheideeinrichtung platziert. Nachdem das Innere der Gasphasenabscheideeinrichtung evakuiert und abgedichtet worden war, wurde ein Elektronenstrahl auf das Bornitrid gelenkt, um einen Bornitridfilm auf der inneren Wand des Tiegels 10 auszubilden. Anschließend wurde der Tiegel 10, an dem ein Bornitridfilm ausgebildet worden war, in einen Ofen überführt. Der Tiegel 10 wurde 10 Stunden lang bei 1.000°C unter einer Sauerstoffgasatmosphäre erwärmt, um einen B₂O₃-Film 71 mit einer Dicke von etwa 50 µm auf der inneren Wand des Tiegels 10 auszubilden.
Das Erscheinungsbild des Kristalls in dem aufgewachsenen Si-GaAs-Einkristall wurde in ähnlicher Weise wie in der in Beispiel 1 betrachtet. Zwillingsbildung und Polykristallisation wurden auf der Oberfläche und im Inneren des Si-GaAs-Einkristalls nicht festgestellt. Des Weiteren wurde eine Ausfällung von Bor-Arsen auf der Oberfläche des Kristalls an 9 Stellen festgestellt.
Beispiel 12
Ein Si-GaAs-Einkristall wurde durch ein ähnliches Verfahren wie dasjenige von Beispiel 10 gezüchtet, abgesehen davon, dass die innere Wand des Tiegels 10 aus PBN einer Oxidation unterzogen wurde, um den B₂O₃-Film 71 in dem Boroxidfilm-Ausbildungsschritt auszubilden. Die Oxidation wurde gemäß der im Folgenden dargelegten Vorgehensweise durchgeführt.
Zunächst wurde der Tiegel 10 aus PBN in einem Ofen platziert. In dem Ofen wurde der Tiegel 10 50 Stunden lang bei 1.100 °C erwärmt, während das Sauerstoffgas mit der Durchflussmenge von 1 l/min in den Tiegel 10 eingeleitet wurde, um einen B₂O₃-Film 71 mit einer Dicke von etwa 60 µm auf der inneren Wand des Tiegels 10 auszubilden.
Das Erscheinungsbild des Kristalls in dem aufgewachsenen Si-GaAs-Einkristall wurde in ähnlicher Weise wie in der in Beispiel 1 betrachtet. Zwillingsbildung und Polykristallisation wurden auf der Oberfläche und im Inneren des Si-GaAs-Einkristalls nicht festgestellt. Des Weiteren wurde eine Ausfällung von Bor-Arsen auf der Oberfläche des Kristalls an 7 Stellen festgestellt.
Beispiel 13
Mithilfe der Fertigungseinrichtung 200 von 4 wurde ein Si-GaAs-Einkristall durch ein unten dargelegtes Fertigungsverfahren gefertigt. Als Tiegel 10 wurde ein Tiegel aus PBN mit einem Innendurchmesser von 105 mm (4 Zoll) eingesetzt. Es wurden ein Behälter 40 aus Quarz und eine Halteeinheit 41 aus Quarz verwendet. Der Außendurchmesser des Gehäuseabschnitts 41 a der Halteeinheit 41 betrug 80 mm. Zum besseren Verständnis wird das vorliegende Beispiel im Folgenden unter Bezugnahme auf 9 beschrieben.
Fertigungsverfahren
Boroxidfilm-Ausbildungsschritt
Durch ein ähnliches Verfahren wie dasjenige von Beispiel 12 wurde ein B₂O₃ Film 71 mit einer Dicke von 60 µm auf der inneren Wand des Tiegels 10 ausgebildet, wie in 9 (a) dargestellt.
Siliziumoxid-Boroxidfilm-Ausbildungsschritt
Anschließend wurde der Tiegel 10, auf dem der B₂O₃-Film 71 ausgebildet worden war, an der Tiegelhalterung 14 angebracht. Der GaAs-Einkristall 60, bei dem es sich um den Impfkristall handelt, wurde auf dem unteren Abschnitt des Tiegels 10 platziert, und 500 g polykristallines GaAs 62 wurden in der Nähe darüber angeordnet, wobei die in 9 (b) dargestellte Anordnung übernommen wurde. In dem Behälter 40 wurde polykristallines GaAs 62 mit einem Gesamtgewicht von 4.500 g und beliebiger Form platziert. Oberhalb des polykristallinen GaAs 62 wurden 1.400 mg Si 64 angeordnet. Des Weiteren wurden 2.000 mg As zum Anpassen des Innendrucks zusammen mit dem Si 64 angeordnet.
Der Behälter 40, in dem die oben dargelegten Substanzen untergebracht worden waren, wurde in der Halteeinheit 41 eingeschlossen. Die Halteeinheit 41 wurde in den Tiegel 10 eingeführt, in dem der GaAs-Einkristall 60 untergebracht war. Des Weiteren wurden 150 g SiO₂-B₂O₃ 63 in dem Zwischenraum zwischen der Halteeinheit 41 und der inneren Wand des Tiegels 10 angeordnet. Als SiO₂-B₂O₃ wurde mit 12 mol% Si02 dotiertes B₂O₃ verwendet, das durch Erwärmen im Anschluss an die Koexistenz von H₃BO₃-Pulver und SiO₂-Pulver ähnlich wie bei Beispiel 1 ausgebildet wurde.
Anschließend wurde durch Erwärmen des Tiegels 10 durch die Erwärmungseinrichtung 16 in einer solchen Weise, dass der Bereich A von 9 (b) 600 °C erreichte, um das SiO₂-B₂O₃ 63 zu schmelzen, die SiO₂-B₂O₃-Schmelze 73 in dem Tiegel 10 angeordnet, wie in 9 (c) dargestellt. Anschließend wurde die Gesamtheit des Tiegels 10 3 Stunden lang auf der Temperatur von 600 °C gehalten, um den SiO₂-BO₃-Film 72 in dem Tiegel 10 auszubilden.
Ausgangsmaterialschmelze-Ausbildungsschritt
Dann wurde die Gesamtheit des Tiegels 10 abgesehen von dem Bereich, in dem der GaAs-Einkristall 60 angeordnet war, und die Gesamtheit des Behälters 40 durch die Erwärmungseinrichtung 16 erwärmt, um die Temperatur von 1.240 °C zu erreichen, wodurch das polykristalline GaAs 62 in dem Tiegel 10 geschmolzen wurde und das polykristalline GaAs 62 in dem Behälter 40 geschmolzen wurde, was dazu führte, dass Tröpfchen zusammen mit dem Si 64 hinunter in den Tiegel 10 fielen, der sich unterhalb des Behälters 40 befand. Auf diese Weise wurde die Si-GaAs-Schmelze 74, dadurch, dass die gesamte Schmelze in Tröpfchen hinunterfiel, oberhalb des GaAs-Einkristalls 60 in dem Tiegel 10 angeordnet.
Halbleiter-Einkristall-Züchtungsschritt
Wie in 9 (d) dargestellt, wurde die Halteeinheit 41 so angehoben, dass sich das untere Ende davon nicht in dem Bereich A befand, in dem ein Halbleiter-Einkristall gezüchtet werden soll. Anschließend wurde ein Si-GaAs-Einkristall gemäß einem Verfahren gezüchtet, das dem Halbleiter-Einkristall-Züchtungsverfahren von Beispiel 1 ähnelt.
Das Erscheinungsbild des Kristalls in dem aufgewachsenen Si-GaAs-Einkristall wurde in ähnlicher Weise wie in der in Beispiel 1 betrachtet. Zwillingsbildung und Polykristallisation wurden auf der Oberfläche und im Inneren des Si-GaAs-Einkristalls nicht festgestellt. Des Weiteren wurde eine Ausfällung von Bor-Arsen auf der Oberfläche des Kristalls an 6 Stellen festgestellt.
Vergleichsbeispiel 1
Mithilfe einer Fertigungseinrichtung, die derjenigen von Beispiel 1 ähnelt, wurde ein Si-GaAs-Einkristall durch das unten dargelegte Verfahren gefertigt.
Zunächst wurden der GaAs-Einkristall 60 als Impfkristall, 150 g B₂O₃ 61, 5.000 g polykristallines GaAs 62 und 1.400 mg Si 64 in dem Tiegel 10 platziert, wobei die in 10 dargestellte Anordnung übernommen wurde. 2.000 mg As zum Anpassen des Innendrucks wurden zusammen mit dem Si 64 bereitgestellt. Der Wassergehalt des B₂O₃ 61 betrug 40 ppm. Dem B₂O₃ 61 wurden keine Verunreinigungen beigefügt, und seine Reinheit war größer oder gleich 99 atm%.
Nachdem jede der oben dargelegten Substanzen in dem Tiegel 10 platziert worden war, um die in 10 dargestellte Anordnung zu erzielen, wurde der Tiegel 10 in einer Quarzampulle platziert, bei der es sich um das Behältnis 12 der Ampulle 11 handelt. Anschließend wurde das Innere einer Quarzampulle evakuiert, und es wurde eine Quarzabdeckung angebracht, die als Deckel 13 gekennzeichnet ist. Auf diese Weise wurde der Tiegel 10 in der Ampulle 11 vakuumdicht verschlossen.
Anschließend erwärmte die Erwärmungseinrichtung 16 die Ampulle 11 so, dass die Gesamtheit des Tiegels 10 abgesehen von dem Bereich, in dem der GaAs-Einkristall 60 angeordnet war, 1.240 °C erreichte, um das polykristalline GaAs 62 zu schmelzen. Die Si-GaAs-Schmelze 74 wurde oberhalb des GaAs-Einkristalls 60 angeordnet. Ein Si-GaAs-Einkristall wurde in ähnlicher Weise wie in dem Halbleiter-Einkristall-Züchtungsschritt von Beispiel 1 gezüchtet.
Das Erscheinungsbild des Kristalls in dem aufgewachsenen Si-GaAs-Einkristall wurde in ähnlicher Weise wie in der in Beispiel 1 betrachtet. Es wurde eine Zwillingsbildung auf der Oberfläche und im Inneren des Si-GaAs-Einkristalls festgestellt. Des Weiteren wurde eine Ausfällung von Bor-Arsen an der Position der Zwillingsbildung und auf der Oberfläche des Kristalls an 82 Stellen festgestellt.
Vergleichsbeispiel 2
Ein Si-GaAs-Einkristall wurde in einer Weise gezüchtet, die derjenigen von Beispiel 1 ähnelt, abgesehen davon, dass, wie in 11 dargestellt, das B₂O₃ 61 nicht in dem Tiegel 10 angeordnet wurde, 150 g mit 12 mol% Si02 dotiertes B₂O₃ als SiO₂-B₂O₃ 63 angeordnet wurde, kein Boroxidfilm-Ausbildungsschritt durchgeführt wurde und die Gesamtheit des Tiegels 10 in dem Siliziumoxid-Boroxidfilm-Ausbildungsschritt eine Stunde lang auf der Temperatur von 600 °C gehalten wurde.
Das Erscheinungsbild des Kristalls in dem aufgewachsenen Si-GaAs-Einkristall wurde in ähnlicher Weise wie in der in Beispiel 1 betrachtet. Es wurde eine Zwillingsbildung auf der Oberfläche und im Inneren des Si-GaAs-Einkristalls festgestellt. Des Weiteren wurde eine Ausfällung von Bor-Arsen an der Position der Zwillingsbildung und auf der Oberfläche des Kristalls an 26 Stellen festgestellt.
Vergleichsbeispiel 3
Ein Si-GaAs-Einkristall wurde in einer Weise gezüchtet, die derjenigen des Vergleichsbeispiels 2 ähnelt, abgesehen davon, dass, wie in 11 dargestellt, mit 15 mol% SiO₂ dotiertes B₂O₃ als SiO₂-B₂O₃ 63 verwendet wurde und die Gesamtheit des Tiegels 10 in dem Siliziumoxid-Boroxidfilm-Ausbildungsschritt drei Stunden lang auf der Temperatur von 600 °C gehalten wurde.
Das Erscheinungsbild des Kristalls in dem aufgewachsenen Si-GaAs-Einkristall wurde in ähnlicher Weise wie in der in Beispiel 1 betrachtet. Es wurde eine Zwillingsbildung auf der Oberfläche und im Inneren des Si-GaAs-Einkristalls festgestellt. Des Weiteren wurde eine Ausfällung von Bor-Arsen an der Position der Zwillingsbildung und auf der Oberfläche des Kristalls an 24 Stellen festgestellt.

Um den Vergleich der Beispiele 1 bis 13 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 3, die oben dargelegt wurden, zu erleichtern, werden die Unterschiede in den Substanzen, die bei jedem Beispiel und jedem Vergleichsbeispiel eingesetzt wurden, in Tabelle 1 zusammengefasst. Die Unterschiede in dem Schritt, der in jedem Beispiel und in jedem Vergleichsbeispiel durchgeführt wurde, wie auch in der Art des Kristalls in dem Si-GaAs-Einkristall werden in Tabelle 2 zusammengefasst. [Tabelle 1]

	B₂O₃	SiO₂-B₂O₃		Polykristallines GaAs		Tieqel
	Gesamtgewicht (g)	Gesamtgewicht (g)	SiO₂-Konzentration (mol%)	Gesamtgewicht (g)	Si-Konzentration (mol%)	Material
Beispiel 1	100	100	12	5.000	-	PBN
Beispiel 2	100	100	12	5.000	4 × 10^-5	PBN
Beispiel 3	100	100	12	5.000	-	PBN
Beispiel 4	100	100	12	5.000	-	PBN
Beispiel 5	100	100	1	5.000	-	PBN
Beispiel 6	100	100	1	5.000	-	PBN
Beispiel 7	100	100	1	5.000	-	PBN
Beispiel 8	100	100	1	5.000	-	PBN
Beispiel 9	100	100	1	5.000	-	PBN
Beispiel 10	-	150	12	5.000	-	PBN
Beispiel 11	-	150	12	5.000	-	Quarz
Beispiel 12	-	150	12	5.000	-	PBN
Beispiel 13	-	150	12	5.000	-	PBN
Vergleichsbe ispiel 1	150	-	-	5.000	-	PBN
Vergleichsbe ispiel 2	-	150	12	5.000	-	PBN
Vergleichsbe ispiel 3	-	150	15	5.000	-	PBN

[Tabelle 2]

	B₂O₃-Film -Ausbildungsschritt	SiO₂-B₂O₃-Film-Ausbildungsschritt	Art des Si-GaAs-Einkristalls
	B₂O₃-Film -Ausbildungsschritt	SiO₂-B₂O₃-Film-Ausbildungsschritt	Kristallbaufehler	Ausfällung von Bor-Arsen
Beispiel 1	1 Stunde lang Erwärmen auf 600 ℃	3 Stunden lang Erwärmen auf 600 °C	keine	6 Stellen
Beispiel 2	1 Stunde lang Erwärmen auf 600 ℃	3 Stunden lang Erwärmen auf 600 °C	keine	7 Stellen
Beispiel 3	1 Stunde lang Erwärmen auf 600 ℃	3 Stunden lang Erwärmen auf 900 °C	keine	0 Stellen
Beispiel 4	1 Stunde lang Erwärmen auf 600 ℃	3 Stunden lang Erwärmen auf 1.200 °C	keine	0 Stellen
Beispiel 5	1 Stunde lang Erwärmen auf 600 ℃	3 Stunden lang Erwärmen auf 600 °C	keine	12 Stellen
Beispiel 6	1 Stunde lang Erwärmen auf 600 ℃	3 Stunden lang Erwärmen auf 900 °C	keine	3 Stellen
Beispiel 7	1 Stunde lang Erwärmen auf 600 ℃	1 Stunde lang Erwärmen auf 600 °C	keine	16 Stellen
Beispiel 8	1 Stunde lang Erwärmen auf 600 ℃	5 Stunden lang Erwärmen auf 600 °C	keine	5 Stellen
Beispiel 9	1 Stunde lang Erwärmen auf 600 ℃	5 Stunden lang Erwärmen auf 600 °C + Drehung	keine	0 Stellen
Beispiel 10	Aufsprühen	3 Stunden lang Erwärmen auf 600 °C	keine	8 Stellen
Beispiel 11	Gasphasenabscheidung	3 Stunden lang Erwärmen auf 600 °C	keine	9 Stellen
Beispiel 12	Oxidation	3 Stunden lang Erwärmen auf 600 °C	keine	7 Stellen
Beispiel 13	Oxidation	3 Stunden lang Erwärmen auf 600 °C	keine	6 Stellen
Vergleichsbeispiel 1	-	-	Zwillingskristall vorhanden	82 Stellen
Vergleichsbeispiel 2	-	1 Stunde lang Erwärmen auf 600 °C	Zwillingskristall vorhanden	26 Stellen
Vergleichsbeispiel 3	-	3 Stunden lang Erwärmen auf 600 °C	Zwillingskristall vorhanden	24 Stellen

Aus den Ergebnissen von Beispiel 1 ergibt sich, dass, wenn SiO₂-B₂O₃ mit einer Dotierung von 12 mol% SiO₂ eingesetzt wird, ein Si-GaAs-Einkristall ohne Kristallbaufehler gefertigt werden kann, indem in dem Siliziumoxid-Boroxidfilm-Ausbildungsschritt über 3 Stunden hinweg eine Erwärmung auf 600 °C erfolgt. Aus den Ergebnissen der Beispiele 1 bis 4 ergab sich außerdem, dass eine höhere Erwärmungstemperatur ohne Überschreiten des Schmelzpunktes von GaAs insofern vorteilhaft ist, als nicht nur die Erzeugung von Kristallbaufehlern unterdrückt wird, sondern auch die Ausfällung von Bor-Arsen unterdrückt wurde.
Des Weiteren ergab sich aus den Ergebnissen der Beispiele 5 bis 9, dass in dem Fall, in dem mit 1 mol% SiO₂ dotiertes SiO₂-B₂O₃ eingesetzt wurde, ein Si-GaAs-Einkristall ohne Kristallbaufehler gefertigt werden kann, indem in dem Siliziumoxid-Boroxidfilm-Ausbildungsschritt über eine Stunde hinweg eine Erwärmung auf 600 °C erfolgt. Bei einem Vergleich zwischen Beispiel 1 und Beispiel 5 ergab sich jedoch, dass eine Ausfällung von Bor-Arsen zunimmt, wenn die SiO₂-Konzentration des SiO₂-B₂O₃ niedrig ist. Durch den Vergleich der Beispiele 5 bis 9 ergab sich, dass eine Ausfällung von Bor-Arsen beseitigt werden könnte, indem in dem Siliziumoxid-Boroxidfilm-Ausbildungsschritt die Erwärmungstemperatur erhöht wird, die Erwärmungsdauer verlängert wird oder indem eine Erwärmung erfolgt, während der Tiegel gedreht wird.
Es ergab sich außerdem aus den Ergebnissen der Beispiele 10 bis 13, dass ein Si-GaAs-Einkristall ohne Kristallbaufehler gefertigt werden kann, wenn zuvor ein B₂O₃-Film an dem Tiegel ausgebildet wurde.
Im Gegensatz zu den Beispielen 1 bis 13 zeigte das Vergleichsbeispiel 1 das Auftreten einer Zwillingsbildung an dem gefertigten Si-GaAs-Einkristall. Der Grund dafür besteht vermutlich in der Tatsache, dass kein SiO₂-BO₃-Film auf der inneren Wand des Tiegels ausgebildet wurde. Wenngleich eine Zwillingsbildung bei dem Einkristall-Si-GaAs auftrat, der in den Vergleichsbeispielen 2 und 3 gefertigt wurde, besteht der Grund des Weiteren vermutlich in der Tatsache, dass ein Film nicht ohne Weiteres nur dadurch gleichmäßig auf der inneren Wand des Tiegels ausgebildet werden kann, dass die SiO₂-B₂O₃-Schmelze über eine hohe Viskosität verfügt.
Die Erfindung ist zwar auf der Grundlage von Ausführungsformen und Beispielen in der bevorzugten Form beschrieben worden, die Merkmale der Ausführungsformen und Beispiele sollen jedoch in geeigneter Weise kombiniert werden können. Des Weiteren versteht es sich, dass die hierin offengelegten Ausführungsformen und Beispiele in jeder Hinsicht zur Veranschaulichung dienen und nicht einschränkend sind. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird durch den Inhalt der Ansprüche und nicht durch die obige Beschreibung definiert und soll jegliche Modifizierungen innerhalb des Umfangs und jede Bedeutung beinhalten, die dem Inhalt der Ansprüche gleichartig ist.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Da gemäß der vorliegenden Erfindung ein Halbleiter-Einkristall ohne Baufehler gefertigt werden kann, eignet sich die vorliegende Erfindung zur Fertigung eines Substrats, das bei einer lichtemittierenden Diode (LED) und einer Laserdiode (LD) angewendet werden kann.
Bezugszeichenliste

10: Tiegel;
11: Ampulle;
12: Behältnis;
13: Deckel;
14: Tiegelhalterung;
15: Schaft;
16: Erwärmungseinrichtung;
17: Wärmeisolator;
18: luftdichte Kammer;
20: Impfkristall;
21: Boroxid;
22,25: Verbundausgangsmaterial;
23: Siliziumoxid enthaltendes Boroxid;
24: Dotierstoff;
30: Boroxidschmelze;
31: Boroxidfilm;
32: Siliziumoxid-Boroxidfilm;
33: Siliziumoxid-Boroxidschmelze;
34: Ausgangsmaterialschmelze;
40: Behälter;
41: Halteeinheit;
41a: Gehäuseabschnitt;
41b: Halteabschnitt.

Claims

Verfahren zum Fertigen eines Halbleiter-Einkristalls, das die folgenden Schritte umfasst: Ausbilden eines Boroxidfilms (31) auf einer inneren Wand eines Züchtungsbehälters (10), der einen unteren Abschnitt und einen Hauptteilabschnitt aufweist, der mit dem unteren Abschnitt zusammenhängend ist, Inkontaktbringen des Boroxidfilms (31) mit einer Siliziumoxid enthaltenden Boroxidschmelze (33), um einen Siliziumoxid enthaltenden Boroxidfilm (32) auf der inneren Wand des Züchtungsbehälters (10) auszubilden, Anordnen einer Ausgangsmaterialschmelze (34) in dem Züchtungsbehälter (10) und oberhalb eines in dem unteren Abschnitt platzierten Impfkristalls (20), und Verfestigen der Ausgangsmaterialschmelze (34) von der Seite des Impfkristalls (20) aus, um einen Halbleiter-Einkristall zu züchten, wobei es sich bei dem Siliziumoxid, das in dem festen, Siliziumoxid enthaltenden Boroxid (23) enthalten ist, um Siliziumdioxid handelt, wobei eine Konzentration des Siliziumdioxids in dem festen, Siliziumoxid enthaltenden Boroxid (23) höher als oder gleich 1 mol% und geringer als oder gleich 12 mol% ist.
Verfahren zum Fertigen eines Halbleiter-Einkristalls nach Anspruch 1, wobei der Schritt zum Ausbilden eines Siliziumoxid enthaltenden Boroxidfilms (32) die folgenden Schritte umfasst: Anordnen der Siliziumoxid enthaltenden Boroxidschmelze (33) in dem Züchtungsbehälter (10), und Aufrechterhalten eines Zustands der Siliziumoxid enthaltenden Boroxidschmelze (33), in dem diese für 1 Stunde oder länger hinweg bei einer Temperatur von höher als oder gleich 600 °C und niedriger als ein Schmelzpunkt eines Halbleiters ist, der den Halbleiter-Einkristall bildet, mit dem auf der inneren Wand des Züchtungsbehälters (10) ausgebildeten Boroxidfilm (31) in Kontakt ist.
Verfahren zum Fertigen eines Halbleiter-Einkristalls nach Anspruch1, wobei die Siliziumoxid enthaltende Boroxidschmelze (33) in dem Züchtungsbehälter (10) angeordnet wird, indem der Züchtungsbehälter (10) erwärmt wird, um ein festes, Siliziumoxid enthaltendes Boroxid (23), das in dem Züchtungsbehälter (10) angeordnet ist, zu schmelzen.
Verfahren zum Fertigen eines Halbleiter-Einkristalls nach Anspruch 1, wobei der Züchtungsbehälter (10) aus Bornitrid, pyrolytischem Bornitrid, pyrolytischem Graphit, Graphit, Glaskohlenstoff, Siliciumkarbid, Aluminium, Zirkoniumdioxid, Siliciumnitrid oder Quarz besteht.
Verfahren zum Fertigen eines Halbleiter-Einkristalls nach Anspruch 1, wobei der Impfkristall (20) in dem Züchtungsbehälter (10) platziert wird, bevor der Boroxidfilm (31) ausgebildet wird.
Verfahren zum Fertigen eines Halbleiter-Einkristalls nach Anspruch 1, wobei der Impfkristall (20) vor einer Ausbildung eines Siliziumoxid enthaltenden Boroxidfilms (32) in dem Züchtungsbehälter (10) platziert wird, in dem der Boroxidfilm (31) ausgebildet worden ist.
Verfahren zum Fertigen eines Halbleiter-Einkristalls nach Anspruch 6, wobei in dem Schritt zum Ausbilden eines Boroxidfilms (31) der Boroxidfilm (31) auf der inneren Wand des Züchtungsbehälters (10) ausgebildet wird, indem ein Bornitrid enthaltender Film auf der inneren Wand des Züchtungsbehälters (10) ausgebildet wird und der Bornitrid enthaltende Film einer Wärmebehandlung unter einer Sauerstoffgasatmosphäre oder unter einer Sauerstoffgas enthaltenden Mischgasatmosphäre unterzogen wird.
Verfahren zum Fertigen eines Halbleiter-Einkristalls nach Anspruch 7, wobei der Bornitrid enthaltende Film durch Kathodenzerstäubung oder Gasphasenabscheidung auf der inneren Wand des Züchtungsbehälters (10) ausgebildet wird.
Verfahren zum Fertigen eines Halbleiter-Einkristalls nach Anspruch 7, wobei der Bornitrid enthaltende Film durch Aufsprühen oder Auftragen einer Flüssigkeit, bei der es sich um eine Mischung aus Bornitridpulver und einem Lösungsmittel handelt, auf der inneren Wand des Züchtungsbehälters (10) ausgebildet wird.
Verfahren zum Fertigen eines Halbleiter-Einkristalls nach Anspruch 6, wobei in dem Schritt zum Ausbilden eines Boroxidfilms (31) der Boroxidfilm (31) auf der inneren Wand des Züchtungsbehälters (10) ausgebildet wird, indem ein Boroxid oder Borsäure enthaltender Film auf der inneren Wand des Züchtungsbehälters (10) ausgebildet wird und der Boroxid oder Borsäure enthaltende Film einer Wärmebehandlung unterzogen wird.
Verfahren zum Fertigen eines Halbleiter-Einkristalls nach Anspruch 10, wobei der Boroxid oder Borsäure enthaltende Film durch Kathodenzerstäubung oder Gasphasenabscheidung auf der inneren Wand des Züchtungsbehälters (10) ausgebildet wird.
Verfahren zum Fertigen eines Halbleiter-Einkristalls nach Anspruch 10, wobei der Boroxid oder Borsäure enthaltende Film durch Aufsprühen oder Auftragen einer Flüssigkeit, bei der es sich um eine Mischung aus Boroxidpulver oder Borsäurepulver und einem Lösungsmittel handelt, auf der inneren Wand des Züchtungsbehälters (10) ausgebildet wird.
Verfahren zum Fertigen eines Halbleiter-Einkristalls nach Anspruch 6, wobei der Züchtungsbehälter (10) aus Bornitrid oder pyrolytischem Bornitrid besteht und der Schritt zum Ausbilden eines Boroxidfilms (31) den Schritt beinhaltet, die innere Wand des Züchtungsbehälters (10) einer Oxidation zu unterziehen, um den Boroxidfilm (31) auf der inneren Wand des Züchtungsbehälters (10) auszubilden.
Verfahren zum Fertigen eines Halbleiter-Einkristalls nach Anspruch 1, wobei die Ausgangsmaterialschmelze (34) durch Schmelzen eines festen Ausgangsmaterials (22) oberhalb des Impfkristalls (20) angeordnet wird und das feste Ausgangsmaterial (22) einen Verbindungshalbleiter, der den Halbleiter-Einkristall bildet, und einen Dotierstoff (24) beinhaltet, mit dem der Halbleiter-Einkristall dotiert ist.