DE112011101731T5

DE112011101731T5 - Behälter aus pyrolytischem Bornitrid zum Wachsen eines Kristalls, und ein Verfahren zum Wachsen eines Halbleiterkristalls unter Verwendung des Behälters

Info

Publication number: DE112011101731T5
Application number: DE112011101731T
Authority: DE
Inventors: Shuuichi Kaneko; Tomohiro Kawase; Syunsuke Fujii; Hidetoshi Takayama; Yoshiaki Hagi
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2010-05-21
Filing date: 2011-05-20
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2031-05-21
Also published as: DE112011101731B4; JPWO2011096597A1; CN102906314A; JP5915178B2; CN102906314B; WO2011096597A1

Abstract

Bereitstellen eines Behälters aus pyrolytischem Bornitrid, dessen Querschnittsform die Form eines perfekten Kreises beibehält, selbst wenn sein Durchmesser vergrößert wird, und der sich durch wiederholten Gebrauch nicht verformt. Der Behälter aus pyrolytischem Bornitrid der vorliegenden Erfindung ist ein Behälter aus pyrolytischem Bornitrid, der für ein Verfahren zum Wachsen eines Halbleiterkristalls verwendet wird, bei dem sich eine Schmelze aus Rohmaterial, die sich in einem länglichen Behälter befindet, von einem Behälterboden in Richtung einer Behälteröffnung verfestigt. Der Behälter aus pyrolytischem Bornitrid umfasst ein Teilstück mit konstantem Durchmesser, dessen Querschnittsfläche im Wesentlichen konstant ist, und einen Stufenabschnitt, der an einer vorbestimmten Position entfernt von der Öffnung vorgesehen ist, und an dem sich ein Innendurchmesser oder ein Außendurchmesser des Behälters ändert. Wenn ein Durchmesser eines perfekten Kreises, der die gleiche Fläche wie eine Innenquerschnittsfläche des Teilstücks mit konstantem Durchmesser aufweist, D ist, und ein Abstand von der Öffnung zu einem oberen Ende des Stufenabschnitts x ist, sind die Relationen D ≥ 54 mm und x ≥ 5 mm erfüllt. Wenn eine Länge von einem unteren Ende des Teilstücks mit konstantem Durchmesser zu der Öffnung 1 ist, ist vorzugsweise die Relation 5 mm ≤ x ≤ L/3 oder 5 mm ≤ x ≤ D erfüllt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Behälter aus pyrolytischem Bornitrid zum Wachsen eines Kristalls, und ein Verfahren zum Wachsen eines Halbleiterkristalls unter Verwendung des Behälters. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Behälter aus pyrolytischem Bornitrid, der verwendet wird für das Wachsen von: Kristallen der Gruppe III–V für Verbindungshalbleiter, wie beispielsweise Galliumarsenid (GaAs), Indiumphosphid (InP), Indiumarsenid (InAs) und Galliumphosphid (GaP); Kristallen der Gruppe II–VI für Verbindungshalbleiter, wie beispielsweise Cadmiumtellurid (CdTe), Zinkselenid (ZeSe), und Zinksulfid (ZnS); und Kristallen der Gruppe IV für Halbleiter, wie beispielsweise Germanium (Ge), Silizium (Si) und eine Germanium-Silizium (GeSi) Verbindung.
Stand der Technik
Halbleiterkristalle, insbesondere Kristalle der Gruppe III–V für Verbindungshalbleiter, wie beispielsweise GaAs und InP, werden mithilfe eines Vertikal-Boot-Verfahrens, wie in etwa ein VB-Verfahren (d. h. ein Vertical-Bridgman-Verfahren) oder ein VGF-Verfahren (d. h. ein Vertical-Gradient-Freeze-Verfahren), gewachsen.
Beispielsweise offenbart das Patentdokument 1 einen Tiegel zum Wachsen eines Einkristalls mit einem Vertikal-Boot-Verfahren. Der Tiegel ist derart aufgebaut, dass die horizontale Querschnittsform eines im Durchmesser zunehmenden Abschnitts am unteren Teil eines Behälters aus pyrolytischem Bornitrid eine Zweifach- oder Dreifachpunktsymmetrie einschließlich einer geraden Linie aufweist, und die horizontale Querschnittsform eines Zylinderkörpers kreisförmig ist.
Indes offenbart das Patentdokument 2 einen Tiegel, der derart aufgebaut ist, dass der Umfang einer Tiegelinnenfläche am oberen Ende eines gewachsenen Einkristalls oder in der Nähe davon einen größeren Durchmesser aufweist. Der Tiegel ist ein Bornitridtiegel mit einer Vertiefung bzw. Einbuchtung von 0,02 Zoll bis 0,04 Zoll in einem Hauptabschnitt (Körperteilstück), der einen Innendurchmesser von 2 Zoll und einer Länge von 8 Zoll aufweist.
Indes offenbart das Patentdokument 3 ein Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls für einen Verbindungshalbleiter mittels eines Wachstumsverfahrens, das einen Behälter aus pyrolytischem Bornitrid verwendet, wie in etwa ein vertikales Bridgman-Verfahren oder ein horizontales Bridgman-Verfahren, bei dem ein Tiegel aus pyrolytischem Bornitrid mit einem spezifischen Gewicht bzw. einer Dichte von 2,0 g/cm³ oder mehr als Aufwachsbehälter verwendet wird, und bei dem ein flüssiger Verkapselungsstoff verwendet wird.
Zitationsliste
Patentdokumente

Patentdokument 1: japanische Offenlegungsschrift mit der Veröffentlichungsnummer 09-110575
Patentdokument 2: japanische Offenlegungsschrift mit der Veröffentlichungsnummer 02-188486
Patentdokument 3: japanische Offenlegungsschrift mit der Veröffentlichungsnummer 11-199362

Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung zugrunde liegende technische Probleme
Der Außenumfang eines in kreisförmige Wafer zu schneidenden Halbleiterkristalls soll nicht die Form einer Ellipse, sondern die Form eines perfekten Kreises aufweisen. Sollte sich der Grad der Abweichung von einem perfekten Kreis erhöhen, treten Defekte auf, wobei der Außendurchmesser des Halbleiterkristalls kleiner wird als der Außendurchmesser eines gewünschten Produkts. Bei der Herstellung eines Halbleiterkristalls mithilfe des zuvor erwähnten Vertikal-Boot-Verfahrens, wird der Außendurchmesser des Halbleiterkristalls in etwa gleich groß wie der Innendurchmesser des Behälters aus pyrolytischem Bornitrid. Demgemäß ist es wünschenswert, dass der Innendurchmesser des Behälters aus pyrolytischem Bornitrid möglichst exakt einem perfekten Kreis entspricht. Des Weiteren wurde der Außendurchmesser des Halbleiterkristalls von 4 Zoll auf 6 Zoll vergrößert, und eine weitere Vergrößerung des Druchmessers ist wünschenswert.
Ferner ist es vom Gesichtspunkt der Kosten aus betrachtet vorteilhaft, dass der Behälter aus pyrolytischem Bornitrid wiederholt verwendbar ist. Jedoch verursacht ein wiederholter Gebrauch des Behälters Schäden, wie beispielsweise das Ablösen der inneren Oberfläche und deren Umgebung, wodurch der Behälter verformt wird. Somit besteht ein Bedarf an einem Behälter aus pyrolytischem Bornitrid, der sich durch wiederholten Gebrauch nicht verformt.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass durch Vergrößern des Durchmessers des Tiegels aus dem Patentdokument 1 der Umfang des Tiegels von einem perfekten Kreis abweicht und aufgrund von inneren Verspannungseinflüssen oder Ähnliches ellipsenförmig wird. Ferner hat sich gezeigt, dass durch den wiederholten Gebrauch die Verformung stärker wird. Im Fall des Tiegels aus dem Patentdokument 2 nimmt die Verformung des Tiegels durch den wiederholten Gebrauch zu und die Querschnittsform weicht in hohem Maße von einem perfekten Kreis ab, wodurch der Außendurchmesser des Kristalls kleiner wird als der Durchmesser eines gewünschten Produkts. Man ist der Ansicht, dass die Verformung des Tiegels durch eine falsche Position und Größe der Einbuchtung, falsche Tiegeldicke und falsches spezifisches Gewicht des pyrolytischen Bornitrids verursacht wird. Das Patentdokument 2 beschreibt jedoch weder die Position der Einbuchtung, noch die Dicke des Tiegels und auch nicht das spezifische Gewicht des pyrolytischen Bornitrids, und es wird auch die Verformung des Tiegels durch wiederholten Gebrauch weder offenbart noch gelehrt. Des Weiteren hat sich gezeigt, dass es schwierig ist, dass die Querschnittsform des Tiegels die Form eines perfekten Kreises beibehält, wenn der Durchmesser des Tiegels aus dem Patentdokument 3, der aus pyrolytischem Bornitrid mit einer derart hohen Dichte besteht, vergrößert wird. Insbesondere hat sich gezeigt, dass die Verformung durch wiederholtes Verwenden beträchtlich zunimmt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Behälter aus pyrolytischem Bornitrid bereitzustellen, dessen Querschnittsform die Form eines perfekten Kreises beibehält, selbst wenn sein Durchmesser vergrößert wird. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Behälter aus pyrolytischem Bornitrid bereitzustellen, der sich durch wiederholten Gebrauch nicht verformt. Da der Außenumfang eines Halbleiterkristalls, der durch Verwenden des Behälters aus pyrolytischem Bornitrid der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, im Wesentlichen einen perfekten Kreis bildet, kann der Fehler vermieden werden, dass der Außendurchmesser des Halbleiterkristalls kleiner wird als der Außendurchmesser eines gewünschten Produkts.
Lösung der technischen Probleme
Die Erfinder führten sorgfältige Untersuchungen durch, um die zuvor erwähnten technischen Probleme zu lösen, und haben infolgedessen einen Behälter aus pyrolytischem Bornitrid entwickelt, der im Folgenden näher beschrieben wird. Der Behälter aus pyrolytischem Bornitrid der vorliegenden Erfindung ist ein Behälter aus pyrolytischem Bornitrid, der für ein Kristallwachstumsverfahren verwendet wird, bei dem sich eine Schmelze aus Rohmaterial, die sich in einem länglichen Behälter befindet, von einem Behälterboden in Richtung einer Behälteröffnung verfestigt. Der Behälter aus pyrolytischem Bornitrid weist ein Teilstück mit konstantem Durchmesser, dessen Querschnittsfläche im Wesentlichen konstant ist, und einen Stufenabschnitt, der an einer vorbestimmten Position beabstandet von der Öffnung vorgesehen ist, und an dem sich ein Innendurchmesser oder ein Außendurchmesser des Behälters ändert, auf. Wenn ein Durchmesser eines perfekten Kreises, der die gleiche Fläche wie eine Innenquerschnittsfläche des Teilstücks mit konstantem Durchmesser aufweist, D ist, und ein Abstand von der Öffnung zu einem oberen Ende des Stufenabschnitts x ist, sind die Relationen D ≥ 54 mm und x ≥ 5 mm erfüllt.
Wenn eine Länge von einem unteren Ende des Teilstücks mit konstantem Durchmesser zu der Öffnung L ist, ist die Relation 5 mm ≤ x ≤ L/3 oder 5 mm ≤ x ≤ D erfüllt. Ferner, wenn ein Durchmesser eines perfekten Kreises, der die gleiche Fläche wie eine Innenquerschnittsfläche des Behälters an der Öffnungsseite bezüglich des Stufenabschnitts aufweist, D' ist, ist vorzugsweise die Relation 3 mm ≤ (D' – D), und noch bevorzugter D ≥ 79 mm, erfüllt.
Wenn eine Dicke des Behälters aus pyrolytischem Bornitrid an der Öffnungsseite bezüglich des Stufenabschnitts t2 ist und eine Dicke des Behälters an der Seite gegenüber der Öffnung t1 ist, sind vorzugsweise die Dicken t1 und t2 nicht kleiner als 0,3 mm, jedoch nicht größer als 3 mm. Ferner, wenn ein durchschnittliches spezifisches Gewicht des Behälters aus pyrolytischem Bornitrid zum Wachsen eines Kristalls ρ ist, ist vorzugsweise die Relation 1,88 g/cm³ ≤ ρ ≤ 2,08 g/cm³ erfüllt.
Vorteile der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Behälter aus pyrolytischem Bornitrid bereitzustellen, dessen Querschnittsform jene eines perfekten Kreises beibehalten kann, selbst wenn sein Durchmesser vergrößert wird. Ferner ist es möglich, einen Behälter aus pyrolytischem Bornitrid bereitzustellen, der sich durch wiederholten Gebrauch nicht verformt. Durch Verwenden des Behälters aus pyrolytischem Bornitrid der vorliegenden Erfindung ist es möglich, kann der Fehler vermieden werden, dass der Außendurchmesser des Halbleiterkristalls kleiner wird als der Außendurchmesser eines gewünschten Produkts.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein schematisches Längsquerschnittsdiagramm eines Behälters aus pyrolytischem Bornitrid gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein schematisches Querschnittsdiagramm, das ein Ausgangsmaterial aus Graphit darstellt, das zur Herstellung eines Behälters aus pyrolytischem Bornitrid verwendet wird.
3 ist ein schematisches Diagramm, das einen Ofen zum Wachsen eines Halbleiterkristalls darstellt, der den Behälter aus pyrolytischem Bornitrid verwendet.
4A ist ein schematisches Querschnittsdiagramm, das einen Stufenabschnitt des Behälters aus pyrolytischem Bornitrid der vorliegenden Erfindung zeigt.
4B ist ein vergrößertes schematisches Querschnittsdiagramm, das eine beispielhafte Form des Stufenabschnitts des Behälters aus pyrolytischem Bornitrid der vorliegenden Erfindung zeigt.
4C ist ein vergrößertes schematisches Querschnittsdiagramm, das eine weitere beispielhafte Form des Stufenabschnitts des Behälters aus pyrolytischem Bornitrid der vorliegenden Erfindung zeigt.
4D ist ein vergrößertes schematisches Querschnittsdiagramm, das eine noch weitere beispielhafte Form des Stufenabschnitts des Behälters aus pyrolytischem Bornitrid der vorliegenden Erfindung zeigt.
4E ist ein vergrößertes schematisches Querschnittsdiagramm, das noch eine weitere beispielhafte Form des Stufenabschnitts des Behälters aus pyrolytischem Bornitrid der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist ein Diagramm, um einen Krümmungsradius des Stufenabschnitts des Behälters aus pyrolytischem Bornitrid der vorliegenden Erfindung zu erläutern.
6 ist ein schematisches Längsquerschnittsdiagramm eines Behälters aus pyrolytischem Bornitrid ohne Stufenabschnitt.
Beschreibung der Ausführungsformen
Wie in der 1 gezeigt, umfasst ein Behälter aus pyrolytischem Bornitrid 1 der vorliegenden Erfindung ein Teilstück mit konstantem Durchmesser 3, dessen Querschnittsfläche im Wesentlichen konstant ist. Ein Stufenabschnitt 2, an dem sich ein Innendurchmesser oder ein Außendurchmesser des Behälters ändert, ist an einer vorbestimmten Position beabstandet von einer Öffnung 4 vorgesehen. Wenn der Durchmesser eines perfekten Kreises, der die gleiche Fläche wie eine Innenquerschnittsfläche des Teilstücks mit konstantem Durchmesser aufweist, D ist, und ein Abstand von der Öffnung zu einem oberen Ende des Stufenabschnitts x ist, dann ist D nicht kleiner als 54 mm und x ist nicht kleiner als 5 mm.
Indem der Stufenabschnitt an einer 5 mm oder mehr von der Öffnung entfernten Position gebildet wird, verformt sich der Behälter aus pyrolytischem Bornitrid nicht und behält die Querschnittsform einen perfekten Kreis bei, selbst wenn der Durchmesser gleich oder größer 54 mm ist oder selbst wenn der Behälter aus pyrolytischem Bornitrid wiederholt verwendet wird. Es zeigt sich, dass die Verformung zunimmt, wenn der Stufenabschnitt an einer weniger als 5 mm von der Öffnung entfernten Position vorgesehen ist, und es ist schwer, dass die Querschnittsform die Form eines perfekten Kreises beibehält. Dies mag daran liegen, dass durch das Vorsehen des Stufenabschnitts an einer 5 mm oder mehr von der Öffnung entfernten Position die Rigidität bzw. Steifigkeit des Behälters aus pyrolytischem Bornitrid zunimmt. Vorzugsweise ist x nicht kleiner als 10 mm, und noch bevorzugter nicht kleiner als 20 mm.
Des Weiteren zeigt sich, dass der Effekt, der durch das Ausbilden des Stufenabschnitts entsteht, verringert wird, und die Verformung zunimmt, wenn x größer als L/3 oder D ist, angenommen die Länge von einem unteren Ende des Teilstücks mit konstantem Durchmesser zu der Öffnung ist L.
Es zeigt sich, dass es möglich ist, die Verformung des Behälters aus pyrolytischem Bornitrid hinreichend zu unterdrücken, wenn eine Differenz zwischen D' und D gleich oder größer 3 mm ist, angenommen der Durchmesser eines perfekten Kreises, der die gleiche Fläche wie eine Innenquerschnittsfläche des Behälters aus pyrolytischem Bornitrid an der Öffnungsseite bezüglich des Stufenabschnitts aufweist, ist D'.
Je größer der Durchmesser des Teilstücks mit konstantem Durchmesser ist, desto größer wird die Verformung. Ist der Durchmesser des Teilstücks mit konstantem Durchmesser jedoch gleich oder größer 79 mm, wird durch den Stufenabschnitt der vorliegenden Erfindung der Verformungseffekt erheblich unterdrückt.
Es zeigt sich, dass sich die Festigkeit des Behälters verringert, wenn die Dicke des Behälters aus pyrolytischem Bornitrid kleiner als 0,3 mm ist, wodurch sich der Behälter leicht verformt. Demgemäß beträgt ein Mindestwert für die Dicke des Behälters aus pyrolytischem Bornitrid vorzugsweise nicht weniger als 0,3 mm, noch bevorzugter nicht weniger als 0,4 mm, und noch bevorzugter nicht weniger als 0,5 mm. Es zeigt sich, dass eine Verspannung in der Nähe des Stufenabschnitts zunimmt, wenn die Dicke des Behälters aus pyrolytischem Bornitrid 3 mm übersteigt, wodurch sich der Behälter leicht verformt. Demgemäß beträgt ein Höchstwert für die Dicke des Behälters aus pyrolytischem Bornitrid vorzugsweise nicht mehr als 3,0 mm, noch bevorzugter nicht mehr als 2,5 mm, und noch bevorzugter nicht mehr als 2,0 mm.
Des Weiteren zeigt sich, dass eine Verspannung in der Nähe des Stufenabschnitts zunimmt, wenn das spezifische Gewicht bzw. die Dichte des Behälters aus pyrolytischem Bornitrid 2,08 g/cm³ übersteigt, wodurch sich der Behälter leicht verformt. Des Weiteren zeigt sich, dass sich die Festigkeit des Behälters aus pyrolytischem Bornitrid verringert, wenn die Dichte kleiner als 1,88 g/cm³ ist, wodurch sich der Behälter ebenfalls leicht verformt.
Wenn, wie zuvor beschrieben, das Teilstück mit konstantem Durchmesser mit dem Stufenabschnitt gebildet wird, zeigt sich andererseits, dass sich aufgrund einer inneren Verspannung des Behälters aus pyrolytischem Bornitrid im Stufenabschnitt Risse bilden.
Bezugnehmend auf die 4A ist in einem Längsquerschnitt, der die Mittelachse des Behälters aus pyrolytischem Bornitrid einschließt, wenn eine Längsrichtung des Behälters die y-Achse ist und eine Radialrichtung des Behälters die x-Achse ist, ein Verlauf des Stufenabschnitts an der Innendurchmesserseite des Behälters durch eine Funktion f(x) dargestellt. Vorzugsweise ist eine Differentiation bzw. eine Ableitung erster Ordnung f'(x) der Funktion f(x) gleich oder größer 0 (d. h. f(x) ist konstant oder steigt mit zunehmendem x). Wenn f'(x) gleich oder größer 0 ist, bilden sich weniger Risse im Stufenabschnitt. Jede der 4B, 4C, 4D und 4E ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des Stufenabschnitts, der in der 4A von einem gestrichelten Kreis umschlossen ist, für den Fall, dass die Relation f'(x) ≥ 0 erfüllt ist. In jeder Figur zeigt ein Abschnitt a1 eine innerste Fläche (wobei x relativ klein ist) mit ansteigendem Kurvenverlauf (d. h., eine Ableitung zweiter Ordnung f''(x) < 0), ein Abschnitt a2 eine Fläche (oder einen Punkt) zwischen dem Abschnitt a1 und einem Abschnitt a3, wobei f''(x) = 0, und der Abschnitt a3 eine äußerste Fläche (wobei x relativ groß ist) mit absteigendem Kurvenverlauf (d. h., f''(x) > 0).
Mit zunehmendem x in dem Stufenabschnitt ändert sich die Ableitung zweiter Ordnung wie folgt: f''(x) < 0 → f''(x) = 0 → f''(x) > 0. In den 4B und 4C ist im Abschnitt a1 f''(x) < 0, im Abschnitt a2 ist f''(x) = 0 und im Abschnitt a3 ist f''(x) > 0. Somit existiert ein Geradebereich, in dem f''(x) = 0, für einen bestimmten Abschnitt. 4B zeigt einen Fall, bei dem in dem Geradebereich die Ableitung erster Ordnung f'(x) = 0 ist, und die 4C zeigt einen Fall, bei dem in dem Geradebereich f'(x) > 0 ist.
In den 4D und 4E ist im Abschnitt a1 f''(x) < 0, im Abschnitt a3 ist f''(x) > 0 und an der Grenze zwischen dem Abschnitt a1 und dem Abschnitt a3 ist f''(x) = 0. 4D zeigt einen Fall, bei dem die Ableitung erster Ordnung f'(x) = 0 ist, wenn f''(x) = 0 ist, und die 4E zeigt einen Fall, bei dem die Ableitung erster Ordnung f'(x) > 0 ist, wenn f''(x) = 0 ist.
Ein Radius eines oskulierenden Kreises bei x, d. h., ein Krümmungsradius R(x) von f(x), wird mit der unternstehenden Gleichung (1) ausgedrückt. [Gleichung 1]
Im Hinblick auf die Form des Stufenabschnitts der vorliegenden Erfindung ist der Mindestwert des Krümmungsradius R(x) vorzugsweise nicht kleiner als 0,5 mm. Wenn der Wert nicht kleiner als 0,5 mm ist, bilden sich keine Risse im Stufenabschnitt. Noch bevorzugter, ist der Wert nicht kleiner als 1,0 mm, und noch bevorzugter nicht kleiner als 1,5 mm.
Wenn der Krümmungsradius R(x) an einem Mittelpunkt 51 von f(x) im Abschnitt a1 R1(mid) ist und der Krümmungsradius R(x) an einem Mittelpunkt 52 von f(x) im Abschnitt a3 R3(mid) ist, ist vorzugsweise die Relation R1(mid) ≥ R3(mid) erfüllt. Wenn R1(mid) ≥ R3(mid) ist, bilden sich keine Risse im Stufenabschnitt. Angenommen ein Startpunkt von Abschnitt a1 ist 53 und ein Endpunkt des Abschnitts a1 ist 54, dann ist der Mittelpunkt 51 so gewählt, dass die Länge zwischen dem Startpunkt 53 und dem Mittelpunkt 51 gleich der Länge zwischen dem Mittelpunkt 51 und dem Endpunkt 54 ist. Angenommen ein Startpunkt des Abschnitts a3 ist 54 (in der 5 sind der Endpunkt des Abschnitts a1 und der Startpunkt des Abschnitts a3 gleich, d. h., sie fallen zusammen) und ein Endpunkt des Abschnitts a3 ist 55, dann ist in ähnlicher Weise der Mittelpunkt 52 so gewählt, dass die Länge zwischen dem Startpunkt 54 und dem Mittelpunkt 52 gleich der Länge zwischen dem Mittelpunkt 52 und dem Endpunkt 55 ist.
Durch die Verwendung des Behälters aus pyrolytischem Bornitrid der vorliegenden Erfindung, der sich nicht verformt, kann ein Halbleiterkristall erhalten werden, dessen Form eine geringere Abweichung von der gewünschten Form aufweist. Somit ist es möglich, das Auftreten eines Defekts zu vermeiden, bei dem der Außendurchmesser des Halbleiterkristalls kleiner wird als der Außendurchmesser des gewünschten Produkts.
[Beispiel 1]
Wie in der 2 gezeigt, wurde ein Ausgangsmaterial aus Graphit bereitgestellt, das einen kreisförmigen Querschnitt in die Richtung orthogonal zur Längsrichtung und das einen Stufenabschnitt an einer vorbestimmten Position entfernt von einem oberen Ende aufweist. Dieses Ausgangsmaterial wurde in einen chemischen Dampfabscheidungsofen gelegt, und ein Heizgerät wurde mit Strom versorgt, um das Ausgangsmaterial auf 1.800°C bis 2.000°C zu erhitzen. Danach sind dem chemischen Dampfabscheidungsofen BCl₃ und Ammoniakgas zugeführt worden und reagierten, um dadurch eine pyrolytische Bornitridschicht, d. h., eine (pBN)-Schicht, auf der Oberfläche des Ausgangsmaterials aus Graphit zu bilden.
Die Steuerung der Dichte des pBN erfolgte über die Steuerung der Temperatur des Ausgangsmaterials und über die Steuerung der Drücke des BCl₃ und des Ammoniakgases, wie beispielsweise im „Journal of Materials Science", Vol. 23 (1988), Fig. 4 auf der Seite 511 beschrieben. Die Steuerung der Dicke der pBN-Schicht erfolgte durch Einstellen der Reaktionszeit. Sobald die pBN-Schicht eine vorbestimmte Dicke erreichte, wurde das Zuführen von Gas beendet und die pBN-Schicht wurde auf Zimmertemperatur gekühlt und dann aus dem chemischen Dampfabscheidungsofen genommen. Danach wurde die auf der Oberfläche des Ausgangsmaterials aus Graphit ausgebildete pBN-Schicht entfernt, um ein pBN Behälter mit einem Stufenabschnitt, wie in der 1 gezeigt, zu erhalten.
Wie in der Tabelle I gezeigt, wurden Behälter aus pyrolytischem Bornitrid (pBN-Behälter) mit unterschiedlichen Abmessungen der entsprechenden Teile hergestellt, und eine Innendurchmesserabweichung eines jeden pBN-Behälters von einem perfekten Kreis wurde gemessen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle I gezeigt.
Ein mit Kohlenstoff dotierter GaAs Kristall wurde gewachsen, indem jeder pBN-Behälter verwednet wurde. Wie in der 3 gezeigt, wurden ein Keimkristall 17, ein GaAs Material mit einer vorbestimmten Menge an Kohlenstoff und ein B₂O₃ Verkapselungsstoff 20, die in dem pBN-Behälter aufbewahrt wurden, in einer Stickstoffatmosphäre erhitzt und geschmolzen, indem ein Heizgerät 14 mit Strom versorgt wurde, und eine untere Welle 15 wurde nach unten bewegt (in Richtung der Niedertemperaturseite), um eine Schmelze aus Rohmaterial 19 von der Keimkristallseite her zu verfestigen, um dadurch einen GaAs-Einkristall 18 zu wachsen.
Anstatt die untere Welle nach unten zu bewegen, kann auch das Heizgerät nach oben bewegt werden, oder die Temperatur des Heizgeräts kann nach und nach verringert werden. Des Weiteren kann der pBN-Behälter vakuumdicht in einer Quartzampulle eingeschlossen sein, um ein Diffusion von Arsen zu verhindern.
Nach dem Abkühlen des GaAs-Einkristalls auf Zimmertemperatur wurde der GaAs-Einkristall aus dem pBN-Behälter genommen und eine Nebenachse und eine Hauptachse des Querschnitts des Teilstücks mit konstantem Durchmesser wurden gemessen. Des Weiteren wurde eine Abweichung des gesamten pBN-Behälters von einem perfekten Kreis gemessen. Tabelle I zeigt die Messergebnisse. In der Tabelle I, gibt die Häufigkeit der Verwendungen an, wie oft ein GaAs-Einkristallwachstum durchgeführt wurde, indem der gleiche pBN-Behälter wiederholt verwendet wurde. In den Vergleichsbeispielen 1 bis 10 wurde ein Behälter aus pyrolytischem Bornitrid ohne Stufenabschnitt, wie in der 6 gezeigt, verwendet.
Tabelle I
Wie aus der Tabelle I ersichtlich, ist die Abweichung von der gewünschten Form klein, wenn D nicht kleiner als 54 mm und x nicht kleiner als 5 mm ist. Ferner verringert sich die Abweichung von der gewünschten Form weiter, wenn x nicht größer als L/3 oder nicht größer als D ist. Wenn x nicht kleiner als 10 mm ist, und ferner nicht kleiner als 20 mm ist, wird die Abweichung weiter verringert. Andererseits zeigt sich, dass eine große Abweichung in jedem der Vergleichsbeispiele ohne Stufenabschnitt auftritt.
Jeder der Kristalle, der unter Verwendung der pBN-Behälter der Beispiele gewachsenen wurde, wobei jeder eine geringere Abweichung von dem perfekten Kreis aufweist, erfüllt die Produktspezifikation an jeder Position des Teilstücks mit konstantem Durchmesser, und es wird ein hoher Ertrag bzw. hohe Produktion erzielt. Andererseits erfüllt jeder Kristalle, der unter Verwendung der pBN-Behälter der Vergleichsbeispiele 5, 6, 8, 9 und 10 gewachsenen wurde, wobei jeder eine große Abweichung von dem perfekten Kreis aufweist, nicht die Produktspezifikation für die Länge der Nebenachse, und konnten somit nicht als Produkte verwendet werden. Durch Verwenden des pBN-Behälters der vorliegenden Erfindung ist es, wie zuvor beschrieben, möglich, einen Kristall mit hoher Reproduzierbarkeit herzustellen, der die gewünschte Querschnittsform aufweist.
[Beispiel 2]
In den Beispielen 1–16 in der Tabelle I wurden gemäß dem [Beispiel 1] pBn-Behälter mit unterschiedlichen Stufenabschnittsformen hergestellt, und es wurde auf gleiche Weise wie im [Beispiel 1] beschrieben mehrmals ein GaAs-Einkristallwachstum durchgeführt. In diesem Fall wiesen einige pBN-Behälter Risse in den Stufenabschnitten auf. Die Parameter für die Formen der Stufenabschnitte und die Häufigkeit der Rissbildung sind in der Tabelle II gezeigt.
[Tabelle II]
Es zeigt sich, dass die Häufigkeit der Rissbildung in dem Stufenabschnitt gering ist, wenn die Ableitung erster Ordnung f'(x) ≥ 0 ist, oder wenn der Mindestwert des Krümmungsradius R(x) nicht kleiner als 0,5 mm ist, oder wenn der Krümmungsradius R1(mid) nicht kleiner als der Krümmungsradius R3(mid) ist.
In der zuvor erwähnten Beschreibung wurde der pBn-Behälter der vorliegenden Erfindung verwendet, um einen mit Kohlenstoff dotierten GaAs-Einkristall herzustellen. Der pBN-Behälter wird zur Herstellung von GaAs-Einkristallen, die eine andere Verunreinigung als Kohlenstoff, wie zum Beispiel Si oder Zn, aufweisen, und zur Herstellung von Einkristallen der Gruppe III–V für Verbindungshalbleiter, die anstelle von GaAs beispielsweise InP, InAs, InSb, GaP oder GaSb aufweisen, verwendet. Des Weiteren ist der pBN Behälter auch verwendbar für die Herstellung von Einkristallen der Gruppe IV für Halbleiter, wie beispielsweise Ge, Si und GeSi, für die Herstellung von Einkistallen der Gruppe II–VI für Verbindungshalbleiter, wie beispielsweise CTe, CdZnTe, CdMnTe, HgCdTe, ZnSe, ZnS und ZnSSe, für die Herstellung von Einkristallen, die Materialien mit geringem Reaktionsvermögen mit pBN umfassen, und für die Herstellung von Polykristallen aus allen zuvor erwähnten Materialien. Bei der Herstellung eines Polykristalls ist es nicht notwendig, einen Keimkristall zu verwenden. Bei der Herstellung eines Materials mit einem niedrigen Gleichgewichtsdampfdruck an einem Schmelzpunkt, wie zum Beispiel Ge, Si oder GeSi, kann ein Verkapselungsstoff, wie in etwa B₂O₃ weggelassen werden.
Industrielle Anwendbarkeit
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Behälter aus pyrolytischem Bornitrid bereitzustellen, dessen Querschnittsform jene eines perfekten Kreises beibehalten kann, selbst wenn sein Durchmesser vergrößert wird. Ferner ist es möglich, einen Behälter aus pyrolytischem Bornitrid bereitzustellen, der sich durch wiederholten Gebrauch nicht verformt. Da der Außenumfang eines Halbleiterkristalls, der durch Verwenden des Behälters aus pyrolytischem Bornitrid der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, im Wesentlichen einen perfekten Kreis bildet, kann der Fehler vermieden werden, dass der Außendurchmesser des Halbleiterkristalls kleiner wird als der Außendurchmesser eines gewünschten Produkts.
Bezugszeichenliste

1: Behälter aus pyrolytischem Bornitrid
2: Stufenabschnitt
3: Teilstück mit konstantem Durchmesser
4: Öffnung
13: Kammer
14: Heizvorrichtung
15: untere Welle
16: Suszeptor
17: Keimkristall
18: GaAs Einkristall
19: GaAs Rohmaterial (Schmelze)
20: B₂O₃ Verkapselungsstoff
51: Mittelpunkt von f(x) im Abschnitt a1
52: Mittelpunkt von f(x) im Abschnitt a3
53: Anfangspunkt des Abschnitts a1
54: Endpunkt des Abschnitts a1 (Anfangspunkt des Abschnitts a3)
55: Endpunkt des Abschnitts a3

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 09-110575 [0006]
JP 02-188486 [0006]
JP 11-199362 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Journal of Materials Science”, Vol. 23 (1988), Fig. 4 auf der Seite 511 [0041]

Claims

Behälter aus pyrolytischem Bornitrid für ein Kristallwachstumsverfahren, bei dem sich eine Schmelze aus Rohmaterial, die sich in einem länglichen Behälter befindet, von einem Behälterboden in Richtung einer Behälteröffnung verfestigt, wobei der Behälter aus pyrolytischem Bornitrid umfasst: ein Teilstück mit konstantem Durchmesser, dessen Querschnittsfläche im Wesentlichen konstant ist; einen Stufenabschnitt, der an einer vorbestimmten Position beabstandet von der Öffnung vorgesehen ist, und an dem sich ein Innendurchmesser oder ein Außendurchmesser des Behälters ändert, wobei, wenn ein Durchmesser eines perfekten Kreises, der die gleiche Fläche wie eine Innenquerschnittsfläche des Teilstücks mit konstantem Durchmesser aufweist, D ist, und ein Abstand von der Öffnung zu einem oberen Ende des Stufenabschnitts x ist, die Relationen D ≥ 54 mm und x ≥ 5 mm erfüllt sind.
Behälter aus pyrolytischem Bornitrid zum Wachsen eines Kristalls nach Anspruch 1, wobei, wenn eine Länge von einem unteren Ende des Teilstücks mit konstantem Durchmesser zu der Öffnung L ist, die Relation 5 mm ≤ x ≤ L/3 oder 5 mm ≤ x ≤ D erfüllt ist.
Behälter aus pyrolytischem Bornitrid zum Wachsen eines Kristalls nach Anspruch 1 oder 2, wobei, wenn ein Durchmesser eines perfekten Kreises, der die gleiche Fläche wie eine Innenquerschnittsfläche des Behälters an der Öffnungsseite bezüglich des Stufenabschnitts aufweist, D' ist, die Relation 3 mm ≤ (D' – D) erfüllt ist.
Behälter aus pyrolytischem Bornitrid zum Wachsen eines Kristalls nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Relation D ≥ 79 mm erfüllt ist.
Behälter aus pyrolytischem Bornitrid zum Wachsen eines Kristalls nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei, wenn eine Dicke des Behälters an der Öffnungsseite bezüglich des Stufenabschnitts t2 ist und eine Dicke des Behälters an der Seite gegenüber der Öffnung t1 ist, die Dicken t1 und t2 nicht kleiner als 0,3 mm, jedoch nicht größer als 3 mm sind.
Behälter aus pyrolytischem Bornitrid zum Wachsen eines Kristalls nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei, wenn ein durchschnittliches spezifisches Gewicht des Behälters aus pyrolytischem Bornitrid zum Wachsen eines Kristalls ρ ist, die Relation 1,88 g/cm³ ≤ ρ ≤ 2,08 g/cm³ erfüllt ist.
Behälter aus pyrolytischem Bornitrid zum Wachsen eines Kristalls nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in einem Längsquerschnitt, der eine Mittelachse des Behälters aus pyrolytischem Bornitrid einschließt, wenn eine Längsrichtung und eine Radialrichtung des Behälters jeweils als y-Achse und x-Achse definiert sind, und ein Verlauf des Stufenabschnitts an der Innendurchmesserseite des Behälters durch eine Funktion f(x) dargestellt ist, eine Ableitung erster Ordnung f'(x) die Relation f'(x) ≥ 0 erfüllt.
Behälter aus pyrolytischem Bornitrid zum Wachsen eines Kristalls nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Mindestwert eines Krümmungsradius R(x) des Stufenabschnitts nicht kleiner als 0,5 mm ist.
Behälter aus pyrolytischem Bornitrid zum Wachsen eines Kristalls nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein Krümmungsradius R1(mid) an einem Mittelpunkt in einem Bereich des Stufenabschnitts, in dem eine Ableitung zweiter Ordnung f''(x) die Relation f''(x) < 0 erfüllt, gleich groß oder größer ist als ein Krümmungsradius R3(mid) an einem Mittelpunkt in einem Bereich des Stufenabschnitts, in dem die Ableitung zweiter Ordnung f''(x) die Relation f''(x) > 0 erfüllt.
Verfahren zum Wachsen eines Halbleiterkristalls, das einen Behälter aus pyrolytischem Bornitrid zum Wachsen eines Kristalls nach einem der Ansprüche 1 bis 9 verwendet.