JP2001080998A - Lec法化合物半導体単結晶の製造方法 - Google Patents

Lec法化合物半導体単結晶の製造方法

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JP2001080998A
JP2001080998A JP25506099A JP25506099A JP2001080998A JP 2001080998 A JP2001080998 A JP 2001080998A JP 25506099 A JP25506099 A JP 25506099A JP 25506099 A JP25506099 A JP 25506099A JP 2001080998 A JP2001080998 A JP 2001080998A
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single crystal
compound semiconductor
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crystal
semiconductor single
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JP25506099A
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Koji Taiho
幸司 大宝
Michinori Wachi
三千則 和地
Shinji Yabuki
伸司 矢吹
Seiji Mizuniwa
清治 水庭
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Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】結晶にクラックやスリップ等の結晶欠陥を誘起
させる度合を低減しつつ、熱処理時間の短縮を図った熱
処理方法によるLEC法化合物半導体単結晶の製造方法
を提供すること。 【解決手段】LEC法により製造した化合物半導体単結
晶を再度昇温加熱し、熱処理を行ない、内部歪みを取り
除いてから加工工程へ流す化合物半導体単結晶の製造方
法において、前記熱処理として、200℃/h以下の速
度で昇温し、750℃以上900℃以下の温度で30分
以上保持し、100℃/h以下の速度で室温まで冷却す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、LEC法(液体封
止チョクラルスキー法)による化合物半導体単結晶の製
造方法、特にGaAs単結晶の結晶成長後に行なう歪取
りアニール方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半絶縁性GaAs単結晶は、FET(電
界効果トランジスタ)やLSI(大規模集積回路)等の
高速高周波デバイスやホール素子等の磁電変換素子の基
板材料として広い用途に利用されている。これらの素子
に用いられる半絶縁性GaAs単結晶の製造方法として
液体封止剤(B2 3 )を用いる引上げ法、すなわち液
体封止チョクラルスキー法(LEC法)が一般に知られ
ている。
【0003】LEC法により製造されたGaAs単結晶
は、結晶成長後、そのまま円筒研削・スライス等の加工
を実施するのが一般的である。
【0004】LEC法の利点として大口径、長尺化が可
能であり、高純度結晶を得ることが挙げられるが、LE
C法の欠点として、結晶の引上げ軸方向における組成の
ずれ及び結晶成長中における結晶の受ける熱履歴の違い
により、電気特性の不均一を招くことが挙げられる。そ
こで、熱処理(アニール)を行い電気的特性を均一化す
ることが行われている。
【0005】熱処理方法としては、単結晶ブロックを熱
処理する方法と単結晶ウェハを熱処理する方法とがあ
る。このうち単結晶ブロックを熱処理する方法は、単結
晶ブロックと若干のAsとを石英アンプルに挿入し、石
英アンプル内を真空引きした後封止切りとし、外部から
熱を加え単結晶を1000℃を超える温度まで上昇さ
せ、その温度で数時間〜数十時間保持した後、ある勾配
で降温するか又は1000℃を超える温度で数時間〜数
十時間保持した後、数ステップで降温、昇温、保持を繰
り返すことが一般に知られている(インゴットアニー
ル)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、LEC
法により製造したGaAs単結晶は、インゴットアニー
ルなしに急激に冷却されると結晶内に内部歪みが残り、
加工工程(円筒研削・スライス等)でのクラックの発
生、エピタキシャル工程でのスリップ(滑り転位)の発
生の原因となる。特に、直径φ4インチサイズ以上の単
結晶で結晶長200mm以上のクラスになると、クラック
の発生が顕著になる。
【0007】また、前述した従来のインゴットアニール
技術では、単結晶ブロックを熱処理する場合、電気的均
一性を向上させるために必要な高温保持時間は、単結晶
ブロック中央部まで均一に熱処理させる必要から10時
間以上が一般的であり、昇温、降温及びその繰り返しを
入れた所用時間は丸二日以上にも及ぶ。さらに、結晶の
状態で昇温、降温速度を大きく設定しているために、昇
温、降温によって誘起される熱歪みが緩和される際に、
結晶にクラックを生じさせたり、結晶内にスリップ(滑
り転位)等の結晶欠陥を誘起してしまう。
【0008】そこで、本発明の目的は、前記した従来技
術の問題点を解決し、結晶にクラックやスリップ等の結
晶欠陥を誘起させる度合を低減しつつ、熱処理時間の短
縮を図った熱処理方法によるLEC法化合物半導体単結
晶の製造方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、LEC法により製造した化合物半導体単
結晶を再度昇温加熱し、熱処理を行ない、内部歪みを取
り除いてから加工工程へ流す化合物半導体単結晶の製造
方法において、前記熱処理として、200℃/h以下の
速度で昇温し、750℃以上900℃以下の温度で30
分以上保持し、100℃/h以下の速度で室温まで冷却
するものである(請求項1)。
【0010】上記の手段を取った理由は下記の表1の通
りである。
【0011】
【表1】
【0012】即ち、200℃/h以下の速度で昇温する
こととしたのは、200℃/hを超える速度で昇温する
と結晶内温度分布の不均一が顕著となるためである。
【0013】また、750℃以上900℃以下の温度で
30分以上保持することとしたのは、750℃未満の保
持では歪みの除去が不完全となり、900℃を超える温
度での保持ではGaAs単結晶中のAsが揮発し、そし
て30分未満の保持では保持温度が不安定となるためで
ある。
【0014】さらに100℃/h以下の速度で室温まで
冷却することとしたのは、100℃/hを超える速度で
の徐冷では、結晶内温度分布の不均一が顕著となるため
である。
【0015】本発明の要点は、LEC法により製造した
化合物半導体単結晶において、結晶の内部歪みを取り除
くための熱処理を、上記表1の条件で行なうことにあ
る。特に好ましいのは、前記熱処理として、100℃/
hの速度で昇温し、800℃で1時間保持し、80℃/
hの速度で室温まで冷却する方法である(請求項2)。
【0016】上記した請求項1又は2の製造方法によれ
ば、前記化合物半導体単結晶が、直径φ4インチ以上で
結晶長200mm以上のGaAs単結晶である場合(請求
項3)でも、クラックやスリップの発生を抑えることが
できる。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を実施例
により説明する。
【0018】(実施例)通常のLEC法の高圧炉を用
い、ガリウム10,000g、砒素10,500g及び
封止剤である酸化硼素1,600gをPBNルツボ内に
収納し、融点温度でGaAs融液を形成した後、単結晶
の引上育成を行ない、直径約115mmで重量約17,0
00gのGaAs単結晶を作製した。
【0019】得られたGaAs単結晶は、冷却後、その
まま歪取りアニール炉に入れ真空封入し、熱処理(アニ
ール)を行なった。熱処理方法は、図1に示すように、
100℃/hの速度で昇温し、800℃で1時間保持
し、80℃/hの速度で室温まで冷却した。その後に、
この熱処理を行ったGaAs単結晶を加工工程へ流し
た。
【0020】以上の条件で10本の結晶をアニールした
結果、クラックやスリップの発生は1本もなかった。こ
の結果を表2に示す。
【0021】
【表2】
【0022】表2は、上記実施例を比較例1〜6と対比
させて示したものである。
【0023】(比較例1)比較例1は、アニールを実施
しなかったもので、10ロット中にクラックが3本、ス
リップが4本発生した。
【0024】(比較例2)比較例2は、アニールの保持
温度を650℃としたもので、結晶内の内部歪みを完全
に除去できず、10ロット中にクラックが2本、スリッ
プが2本が発生した。
【0025】(比較例3)比較例3は、保持温度を95
0℃としたもので、GaAs単結晶中のAsが揮発し、
10ロット中にスリップが5本発生した。
【0026】(比較例4)比較例4は、アニールの保持
時間を10分にしたもので、結晶内の温度分布が均一に
保持される前に冷却され、歪みの除去が不完全となり、
10ロット中にクラックが2本、スリップが2本発生し
た。
【0027】(比較例5)比較例5は、昇温時の温度勾
配を300℃/hとしたもので、結晶内の温度差による
応力により、10ロット中にスリップが3本発生した。
【0028】(比較例6)比較例6は、冷却時の温度勾
配を−200℃/hとしたもので、結晶内の温度差によ
る応力により、10ロット中にクラックが3本発生し
た。
【0029】上記表2中の試作例の比較結果から、加工
時のクラックの発生とエピタキシャル工程のウェハにお
けるスリップの発生に関し、本発明の実施例の内容が最
適条件であることが判る。
【0030】上記の実施例では、LEC法により製造さ
れたGaAs単結晶のついてのみ述べたが、本発明の製
造方法はGaP、InP等の全ての化合物半導体に適用
することが可能である。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、次
のような優れた効果が得られる。
【0032】(1)請求項1に記載の発明によれば、前
記熱処理として、200℃/h以下の速度で昇温し、7
50℃以上900℃以下の温度で30分以上保持し、1
00℃/h以下の速度で室温まで冷却することとしたの
で、加工時(円筒研削・スライス等)の結晶のクラック
発生を抑制することが可能であると共にエピタキシャル
工程においてウェハ内にスリップが発生することを防ぐ
ことができる。また、保持時間が30分以上の分又は時
間を単位とする保持時間であって、従来の日を単位とす
る保持時間より短いので、結晶にクラックやスリップ等
の結晶欠陥を誘起させる度合を低減しつつ、熱処理時間
の短縮を図ることができる。
【0033】(2)特に、請求項2に記載の発明によれ
ば、前記熱処理として、100℃/hの速度で昇温し、
800℃で1時間保持し、80℃/hの速度で室温まで
冷却することしたので、加工時の結晶のクラック発生率
をゼロとし、かつ、エピタキシャル工程におけるウェハ
内のスリップ発生率をゼロとすることができる。
【0034】(3)上記請求項1又は2記載の本発明に
よるLEC法化合物半導体単結晶の製造方法は、直径φ
4インチ以上で結晶長200mm以上のGaAs単結晶を
得る場合の歪取りアニールとしてに特に有効であり、結
晶にクラックやスリップ等の結晶欠陥を誘起させる度合
を低減しつつ、熱処理時間の短縮を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のLEC法化合物半導体単結晶の製造方
法における歪取りアニールの温度プログラムの一例を示
した図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水庭 清治 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日立 電線株式会社日高工場内 Fターム(参考) 4G077 AA02 BE46 FE11 FE13 HA12 5F053 AA26 BB04 BB12 BB35 DD03 DD07 DD11 FF04 GG01 JJ10 LL10 RR03 RR13

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】LEC法により製造した化合物半導体単結
    晶を再度昇温加熱し、熱処理を行ない、内部歪みを取り
    除いてから加工工程へ流す化合物半導体単結晶の製造方
    法において、前記熱処理として、200℃/h以下の速
    度で昇温し、750℃以上900℃以下の温度で30分
    以上保持し、100℃/h以下の速度で室温まで冷却す
    ることを特徴とするLEC法化合物半導体単結晶の製造
    方法。
  2. 【請求項2】請求項1記載のLEC法化合物半導体単結
    晶の製造方法において、前記熱処理として、100℃/
    hの速度で昇温し、800℃で1時間保持し、80℃/
    hの速度で室温まで冷却することを特徴とするLEC法
    化合物半導体単結晶の製造方法。
  3. 【請求項3】請求項1又は2記載のLEC法化合物半導
    体単結晶の製造方法において、前記化合物半導体単結晶
    が、直径φ4インチ以上で結晶長200mm以上のGaA
    s単結晶であることを特徴とするLEC法化合物半導体
    単結晶の製造方法。
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