JP2004238225A - Semiconductor crystal manufacturing apparatus - Google Patents

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JP2004238225A JP2003026777A JP2003026777A JP2004238225A JP 2004238225 A JP2004238225 A JP 2004238225A JP 2003026777 A JP2003026777 A JP 2003026777A JP 2003026777 A JP2003026777 A JP 2003026777A JP 2004238225 A JP2004238225 A JP 2004238225A
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seed crystal
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heat
semiconductor
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Takahiro Minagawa
貴裕 皆川
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Hitachi Cable Ltd
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Hitachi Cable Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor crystal manufacturing apparatus in which the dissipation of heat from a member for fixing a seed crystal is performed efficiently even in the initial stage of crystal growth and thereby the conversion of a single crystal into polycrystal can be inhibited. <P>SOLUTION: The semiconductor crystal manufacturing apparatus 13 has a seed crystal 36 for growing the semiconductor crystal 33, a seed crystal fixing adapter 37 for fixing the seed crystal 36, and a pulling shaft 35 for pulling the seed crystal 36, which is connected to the seed crystal fixing adapter 37, and is characterized in that a tool 38 for heat exchange is attached to the seed crystal fixing adapter 37. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体結晶製造装置に係り、特に液体封止チョクラルスキー法により半導体結晶を成長させるものに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の半導体結晶製造装置には、液体封止チョクラルスキー法(Liquid Encapsulated Czochralski process:以下、LEC法という。)を用いたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。LEC法とは、多結晶原料及びB等の封止剤を収容した熱分解窒化ホウ素(Pyrolitic Boron Nitride:以下、PBNという。)製容器を不活性ガスで充填した耐圧容器内に配置し、PBN製容器を加熱して多結晶原料を原料融液とし、種結晶を原料融液に接触させつつ種結晶とPBN製容器とを相対的に移動させて単結晶を成長させる方法である。
【0003】
図5は、単結晶引上げ時の界面状態及び熱流状態を模式的に示している。図5に示すように、引上軸1には、種結晶固定アダプタ3が取り付けられ、さらにこの種結晶固定アダプタ3には、種結晶5が取り付けられている。引上軸1や種結晶固定アダプタ3は不活性ガス中に置かれている。また、種結晶5は、原料融液7を引き上げているが、この原料融液7の上層には、封止剤が溶融したB融液8の層が形成されている。
【0004】
【特許文献1】
特開平7−2594号公報(第2頁、第6図)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の半導体結晶製造装置では、単結晶11が成長する過程において、熱歪みに起因して結晶格子がずれ、転位が発生していた。転位が集積すると多結晶化し良質の単結晶が得られなくなる。転位は固液界面9に対して垂直に伝播して行くため、転位が固液界面9の複数箇所で発生しても単結晶11の中心に集積せず結晶外に出て行くような固液界面9の形状、すなわち原料融液7側に大きく凸化させることが必要となる。
【0006】
そこで、固液界面9を大きく凸化させるために単結晶11内の熱を種結晶固定アダプタ3に効率良く伝達させることが必要になる。しかしながら、結晶成長の初期段階では単結晶11の先端側がB融液8より露出していないことから、単結晶11の先端側が不活性ガスに覆われている場合に比べ、原料融液7から単結晶11の先端側への熱伝導が促進されず、結晶頭部からの放熱が十分に行われないという問題があった。その結果、固液界面9が部分的に凹化し、単結晶11が多結晶化してしまう場合があった。
【0007】
本発明は、上記事情を考慮し、結晶成長の初期段階においても、種結晶固定部材から効率的に放熱が行われ、単結晶の多結晶化を抑止することができる半導体結晶製造装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の半導体結晶製造装置は、半導体結晶を成長させるための種結晶と、この種結晶を固定する種結晶固定部材と、この種結晶固定部材と連結され前記種結晶を引き上げるための引上軸とを有する半導体結晶製造装置であって、前記種結晶固定部材に放熱部材を取り付けたことを特徴とする。
【0009】
請求項1に記載の発明によれば、種結晶固定部材に放熱部材を取り付けたので、種結晶中の温度勾配が大きくなり、引上げ中の半導体結晶からの熱が効率良く種結晶固定部材に伝達され、この伝達された熱は種結晶固定部材と当接した放熱部材から雰囲気中に放熱される。そのため、半導体結晶と原料融液との固液界面を原料融液側に向けて大きく凸化させることが可能で、結晶成長の初期段階に発生しやすい半導体結晶の多結晶化を抑止することができる。
【0010】
請求項2に記載の半導体結晶製造装置は、半導体結晶を成長させるための種結晶と、この種結晶を固定する種結晶固定部材と、この種結晶固定部材と連結され前記種結晶を引き上げるための引上軸とを有する半導体結晶製造装置であって、前記種結晶固定部材に放熱部を形成したことを特徴とする。
【0011】
請求項2に記載の発明によれば、種結晶固定部材に放熱部を形成したので、引上げ中の半導体結晶からの熱が効率良く種結晶固定部材に伝達され、この伝達された熱は種結晶固定部材に形成された放熱部から雰囲気中に放熱される。そのため、半導体結晶と原料融液との固液界面を原料融液側に向けて大きく凸化させることが可能で、結晶成長の初期段階に発生しやすい半導体結晶の多結晶化を抑止することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【0013】
図1は、本発明の半導体結晶製造装置の一実施形態を示す説明図である。この一実施形態の半導体結晶製造装置13は、円筒状のチャンバー15を有している。このチャンバー15内には、カップ状のPBN製容器17が設けられ、このPBN製容器17には多結晶原料及び封止剤が収容されている。ここでは、多結晶原料としてGaAsが約7kg、液体封止剤としてBが約300mg装填されている。GaAsは、他の半導体材料と比べ熱伝導率が高い傾向にある。例えば、常温では54W/(m・K)の熱伝導率を示す。これは、炭素鋼と同程度の値である。これに比べて、例えば常温において、ZnSeは19W/(m・K)、ZnTeは18W/(m・K)、CdTeは20W/(m・K)、InSbは17W/(m・K)、CdTeは7.5W/(m・K)の熱伝導率を示す。
【0014】
PBN製容器17の開口端には、耐熱性の高い材料であるモリブデン鋼製の支持部材21が設けられている。この支持部材21の先端側には、グラファイト製の熱遮蔽板23が設けられ、さらにこの熱遮蔽板23には、モリブデン製の円筒状の熱反射板25が設けられている。
【0015】
また、チャンバー15内には、PBN製容器17を電磁誘導加熱するためのコイル部27と、このコイル部27を覆うように配置されコイル部27を保護する保護部材29が設けられている。
【0016】
PBN製容器17の底部中央には、PBN製容器17を回転させPBN製容器17内の多結晶原料や封止剤の状態を周方向に均一にするための回転軸31が連結されている。また、チャンバー15の上方からは、半導体結晶33を引き上げるための引上軸35が挿入され、この引上軸35の先端側には、種結晶36が取り付けられた種結晶固定アダプタ37が設けられている。種結晶36は、半導体結晶33を成長させ始めるために上下方向に(100)の面方位を有している。種結晶固定アダプタ37の周囲には、放熱部材である熱交換用治具38が設けられている。
【0017】
次に、図2を用いて熱交換用治具38について詳細に説明する。熱交換用治具38は、半裁分割された分割部40A及び分割部40Bと、この分割部40Aと分割部40Bとを締結するための4本の六角ボルト42及び4個のナット44と、を有している。
【0018】
分割部40Aは、筒状の本体部40aと、この本体部40aの外周に設けられた一対二組の輪環状の放熱フィン40bと、六角ボルト42を挿通させるための貫通孔40cが形成された4枚の締結板部40dとを有している。この締結板部40dは、分割部40Aのほぼ開口端に位置している。また、本体部40aの内壁40eには、3箇所に突条部40fが形成されている。この突条部40fの内周面40gは、種結晶固定アダプタ37の外周面を押圧し、種結晶固定アダプタ37を保持する役割を果たす。
【0019】
また、分割部40Bも分割部40Aと同一形状に形成されている。なお、分割部40A,40Bの材料としては耐熱性や耐食性に優れたモリブデン鋼が用いられている。モリブデン鋼の熱伝導率は300Kで138W/(m・K)であり、600Kで126W/(m・K)である。すなわち、半導体結晶33の材料であるGaAsよりも熱伝導率が高く、放熱フィン40bからの放熱を効果的に行うことができる。反対に、例えば分割部40A,40Bに熱伝導率の低い材料を用いた場合には、結晶成長の初期段階において半導体結晶33からの熱を十分に放熱できず、固液界面49(図4参照)を凸化させることができない。
【0020】
次に、熱交換用治具38を種結晶固定アダプタ37に取り付ける方法について説明する。熱交換用治具38を種結晶固定アダプタ37に取り付けるにあたっては、先ず、片方の手で分割部40Aをつかみ、もう片方の手で分割部40Bをつかんで、それぞれの締結板部40dを向かい合わせ、その内側に種結晶固定アダプタ37が位置するようにする。次いで、分割部40Aと分割部40Bとを当接させて突条部40fと種結晶固定アダプタ37とを当接させる。
【0021】
次いで、この状態を片方の手で分割部40A,40Bを把持しながら維持し、4箇所の貫通孔40cのそれぞれに六角ボルト42を挿通する。すると、分割部40Aと分割部40Bとは仮止めされた状態になるので、分割部40A,40Bから手を離し、両方の手を使いながら六角ボルト42とナット44とを締結させる。最後に、4箇所の六角ボルト42とナット44とが確実に締結されていることを確認し、熱交換用治具38の取付けを終了する。
【0022】
また、図3に示したような熱交換用治具38Aも考えられる。熱交換用治具38Aにおいては、図2に示した熱交換用治具38のように六角ボルトとナットで種結晶固定アダプタ37に取り付けるのではなく、凹部40hにタングステンワイヤーを巻き付けることにより種結晶固定アダプタ37に取り付ける。六角ボルトとナットで固定した場合、熱やチャンバー中の飛散物の付着によりネジ切り部が潰れてしまうことがありうるが、タングステンワイヤーで固定することにより、このような不都合を解消することができる。
【0023】
次に、半導体結晶製造装置13の使用方法について説明する。半導体結晶製造装置13を使用するにあたっては、先ず、PBN製容器17に多結晶原料としてGaAs及びBを収容し、チャンバー15内の残留気体を不図示のポンプにより吸引し、チャンバー15内を真空状態にする。次いで、Arガス等の不活性ガスをチャンバー15内に導入して、約6kg/cmに加圧する。次いで、コイル部27に周波数5kHzの高周波電流を通電し、GaAsの溶融速度を速めるためにチャンバー15内に設けられた不図示のカーボンリングを電磁誘導加熱する。すると、PBN製容器17内に収容された固体状のGaAs及びBは溶融し始め、この溶融状態となったGaAs自身、高周波誘導に十分な電気伝導度を有するようになることにより、直接電磁誘導加熱される。なお、GaAs及びBは高融点材料であり、GaAsの融点は約1500Kである。
【0024】
次いで、GaAs及びBの多結晶原料が全て溶融した後、不図示の回転制御装置を作動させて回転軸31を回転させる。これにより、PBN製容器17内の融液の状態が周方向に均一にされ、良好な半導体結晶33が得られる。次いで、コイル部27を用いた電磁誘導加熱のパワーを半導体結晶33の製造に適したパワーに落とす。
【0025】
次いで、引上軸35を下降させることにより種結晶固定アダプタ37を下降させ、種結晶36をGaAs融液39に接触させる。最後に、引上軸35を所定の速度で引き上げ、半導体結晶33を形成する。なお、引上軸35の上昇速度は、例えば20mm/hr程度とする。以下に、引上速度の算出式を示す。
【0026】
V=(1/ρH)×(KS×(dTS/dZ)−KL×(dTL/dZ))
V:引上速度
ρ:単結晶の密度
H:凝固潜熱
KS:単結晶の熱伝導率
KL:融液の熱伝導率
TS:単結晶の温度
TL:融液の温度
Z:引上軸方向の距離
図4は、GaAs単結晶引上げ時の界面状態及び熱流状態を示している。図に示すように、引上軸35には、種結晶固定アダプタ37が取り付けられ、さらにこの種結晶固定アダプタ37には種結晶36が取り付けられている。また、種結晶固定アダプタ37の外周には、熱交換用治具38が設けられている。引上軸35の周囲は不活性ガス空間47により覆われている。また、種結晶36は、原料融液43を引き上げているが、この原料融液43の上層には、封止剤が溶融したB融液45の層が形成されている。
【0027】
また、単結晶33を引上げ中の原料融液43は、B融液45により断熱され、不活性ガス空間47との温度差が数百Kに達している。また、B融液45は、揮発性の高い原料融液43中のAsが揮発するのを抑止している。
【0028】
次に、熱交換用治具38を設けたことによる半導体結晶33内の作用について説明する。本実施形態では、種結晶固定アダプタ37に熱交換用治具38を設けたので、半導体結晶33から種結晶固定アダプタ37を介して不活性ガス空間47に放熱される放熱量が多くなる。そのため、結晶底部33aから結晶頭部33bへの熱流が強くなり、固液界面49がこの熱流の向きに対して垂直に形成されることから、結晶底部33aの凸化が顕著になる。熱歪みにより発生した転位は界面形状に対して垂直に伝播するため、結晶底部33aの凸化が顕著になると、転位の集中が低減される。そのため、結晶底部33aが凹化した場合に発生する固液界面49での応力集中や転位密度の増加が抑止される。
【0029】
以上述べたように本発明の一実施形態によれば、種結晶固定アダプタ37に熱交換用治具38を取り付けたので、引上げ中の半導体結晶33からの熱が効率良く種結晶固定アダプタ37に伝達され、さらに熱交換用治具38に伝達され、主にこの熱交換用治具38の放熱フィン40bから雰囲気中に放熱される。そのため、半導体結晶33と原料融液43との固液界面49を原料融液43側に向けて大きく凸化させることが可能であり、結晶成長の初期段階に発生しやすい半導体結晶33の多結晶化を抑止することができる。
【0030】
また、本発明の一実施形態によれば、半導体結晶33の材料に半導体としては比較的熱伝導率が高いGaAsを用いたので、放熱フィン40bからの放熱も促進され、固液界面49を大きく凸化させることができる。
【0031】
なお、上述した一実施形態では、種結晶固定アダプタ37に、放熱フィン40bが形成された熱交換用治具38を取り付けた例について説明したが、種結晶固定アダプタ37に直接放熱部を形成するようにしても良い。
【0032】
また、上述した一実施形態では、電磁誘導加熱の原理を用いてGaAsを溶融した例について説明したが、ヒーターからの輻射熱により加熱するようにしても良い。
【0033】
さらに、上述した一実施形態では、GaAsの半導体結晶33を作製した例について説明したが、本発明はこれに限定されない。ただし、半導体結晶になったときに熱伝導率が高い材料程、凸化を促進させることができる。
【0034】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、種結晶固定部材に放熱部材を取り付けたので、引上げ中の半導体結晶からの熱が効率良く種結晶固定部材に伝達され、半導体結晶と原料融液との固液界面を原料融液側に向けて大きく凸化させることが可能であり、結晶成長の初期段階に発生しやすい半導体結晶の多結晶化を抑止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体結晶製造装置の一実施形態を示す説明図である。
【図2】図1の熱交換用治具の詳細を示す説明図である。
【図3】図1の熱交換用治具の詳細を示す他の説明図である。
【図4】図1の半導体結晶製造装置による半導体結晶引上げ時の界面形状及び熱流状態を示す説明図である。
【図5】従来の半導体結晶製造装置による半導体結晶引上げ時の界面形状及び熱流状態を示す説明図である。
【符号の説明】
13 半導体結晶製造装置
33 半導体結晶
36 種結晶
37 種結晶固定アダプタ
35 引上軸
38 熱交換用治具
38A 熱交換用治具
40b 放熱フィン
40h 凹部
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor crystal manufacturing apparatus, and more particularly to an apparatus for growing a semiconductor crystal by a liquid-sealed Czochralski method.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art A conventional semiconductor crystal manufacturing apparatus using a liquid-encapsulated Czochralski process (hereinafter, referred to as an LEC method) is known (for example, see Patent Document 1). The LEC method means that a container made of pyrolytic boron nitride (PBN) containing a polycrystalline raw material and a sealant such as B 2 O 3 is placed in a pressure-resistant container filled with an inert gas. Then, the PBN container is heated to turn the polycrystalline raw material into the raw material melt, and the seed crystal is brought into contact with the raw material melt, and the seed crystal and the PBN container are relatively moved to grow a single crystal. .
[0003]
FIG. 5 schematically shows an interface state and a heat flow state at the time of pulling a single crystal. As shown in FIG. 5, a seed crystal fixing adapter 3 is attached to the pulling shaft 1, and a seed crystal 5 is attached to the seed crystal fixing adapter 3. The pulling shaft 1 and the seed crystal fixing adapter 3 are placed in an inert gas. The seed crystal 5 pulls up the raw material melt 7, and a layer of the B 2 O 3 melt 8 in which the sealing agent is melted is formed on the upper layer of the raw material melt 7.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-7-2594 (page 2, FIG. 6)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional semiconductor crystal manufacturing apparatus, in the process of growing the single crystal 11, the crystal lattice is shifted due to thermal strain, and dislocation has occurred. When dislocations accumulate, polycrystallization occurs, and a high-quality single crystal cannot be obtained. Since the dislocation propagates perpendicularly to the solid-liquid interface 9, even if the dislocation occurs at a plurality of locations on the solid-liquid interface 9, the solid-liquid does not accumulate at the center of the single crystal 11 and goes out of the crystal. It is necessary to make the shape of the interface 9, that is, a large convex to the raw material melt 7 side.
[0006]
Therefore, it is necessary to efficiently transfer the heat in the single crystal 11 to the seed crystal fixing adapter 3 in order to greatly raise the solid-liquid interface 9. However, in the initial stage of the crystal growth, since the tip side of the single crystal 11 is not exposed from the B 2 O 3 melt 8, compared with the case where the tip side of the single crystal 11 is covered with the inert gas, There is a problem that heat conduction from 7 to the tip side of single crystal 11 is not promoted, and heat radiation from the crystal head is not sufficiently performed. As a result, the solid-liquid interface 9 may be partially concave, and the single crystal 11 may be polycrystallized.
[0007]
In view of the above circumstances, the present invention provides a semiconductor crystal manufacturing apparatus capable of efficiently dissipating heat from a seed crystal fixing member even in the initial stage of crystal growth and suppressing polycrystallization of a single crystal. The purpose is to:
[0008]
[Means for Solving the Problems]
A semiconductor crystal manufacturing apparatus according to claim 1, wherein a seed crystal for growing the semiconductor crystal, a seed crystal fixing member for fixing the seed crystal, and a seed crystal fixed to the seed crystal fixing member for pulling up the seed crystal. A semiconductor crystal manufacturing apparatus having a pulling shaft, wherein a heat radiating member is attached to the seed crystal fixing member.
[0009]
According to the first aspect of the present invention, since the heat radiating member is attached to the seed crystal fixing member, the temperature gradient in the seed crystal becomes large, and heat from the semiconductor crystal during pulling is efficiently transmitted to the seed crystal fixing member. The transferred heat is radiated into the atmosphere from the heat radiating member in contact with the seed crystal fixing member. Therefore, the solid-liquid interface between the semiconductor crystal and the raw material melt can be greatly raised toward the raw material melt, and polycrystallization of the semiconductor crystal, which tends to occur in the initial stage of crystal growth, can be suppressed. it can.
[0010]
A semiconductor crystal manufacturing apparatus according to claim 2, wherein a seed crystal for growing the semiconductor crystal, a seed crystal fixing member for fixing the seed crystal, and a seed crystal connected to the seed crystal fixing member for pulling up the seed crystal. A semiconductor crystal manufacturing apparatus having a pulling shaft, wherein a heat radiating portion is formed on the seed crystal fixing member.
[0011]
According to the second aspect of the present invention, since the heat radiating portion is formed on the seed crystal fixing member, heat from the semiconductor crystal being pulled is efficiently transmitted to the seed crystal fixing member, and the transmitted heat is transmitted to the seed crystal fixing member. The heat is radiated into the atmosphere from the heat radiating portion formed on the fixing member. Therefore, the solid-liquid interface between the semiconductor crystal and the raw material melt can be greatly raised toward the raw material melt, and polycrystallization of the semiconductor crystal, which tends to occur in the initial stage of crystal growth, can be suppressed. it can.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0013]
FIG. 1 is an explanatory view showing one embodiment of a semiconductor crystal manufacturing apparatus of the present invention. The semiconductor crystal manufacturing apparatus 13 of this embodiment has a cylindrical chamber 15. A cup-shaped PBN container 17 is provided in the chamber 15, and the PBN container 17 contains a polycrystalline raw material and a sealant. Here, about 7 kg of GaAs is loaded as a polycrystalline raw material, and about 300 mg of B 2 O 3 is loaded as a liquid sealant. GaAs tends to have higher thermal conductivity than other semiconductor materials. For example, at room temperature, it exhibits a thermal conductivity of 54 W / (m · K). This is about the same value as carbon steel. On the other hand, for example, at room temperature, ZnSe is 19 W / (m · K), ZnTe is 18 W / (m · K), CdTe is 20 W / (m · K), InSb is 17 W / (m · K), and CdTe. Indicates a thermal conductivity of 7.5 W / (m · K).
[0014]
At the open end of the PBN container 17, a support member 21 made of molybdenum steel, which is a material having high heat resistance, is provided. A heat shield plate 23 made of graphite is provided on the distal end side of the support member 21, and a cylindrical heat reflection plate 25 made of molybdenum is provided on the heat shield plate 23.
[0015]
Further, in the chamber 15, a coil portion 27 for electromagnetically heating the PBN container 17 and a protection member 29 arranged to cover the coil portion 27 and protect the coil portion 27 are provided.
[0016]
A rotation shaft 31 is connected to the center of the bottom of the PBN container 17 for rotating the PBN container 17 to make the state of the polycrystalline raw material and the sealant in the PBN container 17 uniform in the circumferential direction. A pulling shaft 35 for pulling up the semiconductor crystal 33 is inserted from above the chamber 15, and a seed crystal fixing adapter 37 to which a seed crystal 36 is attached is provided at the tip of the pulling shaft 35. ing. Seed crystal 36 has a (100) plane orientation in the vertical direction in order to start growing semiconductor crystal 33. A heat exchange jig 38 as a heat radiating member is provided around the seed crystal fixing adapter 37.
[0017]
Next, the heat exchange jig 38 will be described in detail with reference to FIG. The heat exchange jig 38 includes a half-divided divided portion 40A and a divided portion 40B, and four hexagon bolts 42 and four nuts 44 for fastening the divided portion 40A and the divided portion 40B. Have.
[0018]
The divided portion 40A is formed with a cylindrical main body 40a, a pair of annular heat radiation fins 40b provided on the outer periphery of the main body 40a, and a through hole 40c through which the hexagon bolt 42 is inserted. And four fastening plate portions 40d. The fastening plate portion 40d is located substantially at the opening end of the divided portion 40A. Also, on the inner wall 40e of the main body 40a, ridges 40f are formed at three places. The inner peripheral surface 40g of the ridge portion 40f presses the outer peripheral surface of the seed crystal fixing adapter 37 and plays a role of holding the seed crystal fixing adapter 37.
[0019]
Further, the dividing portion 40B is also formed in the same shape as the dividing portion 40A. Note that molybdenum steel having excellent heat resistance and corrosion resistance is used as a material of the divided portions 40A and 40B. The thermal conductivity of molybdenum steel is 138 W / (m · K) at 300 K and 126 W / (m · K) at 600 K. That is, the thermal conductivity is higher than that of GaAs, which is the material of the semiconductor crystal 33, and the heat radiation from the heat radiation fins 40b can be effectively performed. Conversely, if a material having a low thermal conductivity is used for the divided portions 40A and 40B, for example, heat from the semiconductor crystal 33 cannot be sufficiently dissipated in the initial stage of crystal growth, and the solid-liquid interface 49 (see FIG. 4) ) Cannot be made convex.
[0020]
Next, a method of attaching the heat exchange jig 38 to the seed crystal fixing adapter 37 will be described. In attaching the heat exchange jig 38 to the seed crystal fixing adapter 37, first, the division part 40A is grasped with one hand, the division part 40B is grasped with the other hand, and the respective fastening plate parts 40d face each other. , So that the seed crystal fixing adapter 37 is located inside. Next, the divided portion 40A and the divided portion 40B are brought into contact with each other, and the ridge portion 40f is brought into contact with the seed crystal fixing adapter 37.
[0021]
Next, this state is maintained while holding the divisions 40A and 40B with one hand, and the hexagon bolt 42 is inserted into each of the four through holes 40c. Then, since the divided portion 40A and the divided portion 40B are temporarily fixed, the hand is released from the divided portions 40A and 40B, and the hexagonal bolt 42 and the nut 44 are fastened while using both hands. Finally, it is confirmed that the four hexagonal bolts 42 and the nuts 44 are securely fastened, and the attachment of the heat exchange jig 38 is completed.
[0022]
Further, a heat exchange jig 38A as shown in FIG. 3 is also conceivable. In the heat exchange jig 38A, instead of being attached to the seed crystal fixing adapter 37 with hexagon bolts and nuts as in the heat exchange jig 38 shown in FIG. Attach it to the fixed adapter 37. When fixing with a hexagonal bolt and nut, the threaded portion may be crushed due to heat or adhesion of scattered matter in the chamber, but such inconvenience can be solved by fixing with a tungsten wire. .
[0023]
Next, a method of using the semiconductor crystal manufacturing apparatus 13 will be described. In using the semiconductor crystal manufacturing apparatus 13, first, GaAs and B 2 O 3 are stored as polycrystalline materials in a PBN container 17, and residual gas in the chamber 15 is sucked by a pump (not shown). Is evacuated. Next, an inert gas such as an Ar gas is introduced into the chamber 15 and pressurized to about 6 kg / cm 2 . Next, a high-frequency current having a frequency of 5 kHz is applied to the coil portion 27, and a carbon ring (not shown) provided in the chamber 15 is heated by electromagnetic induction in order to increase the melting speed of GaAs. Then, the solid GaAs and B 2 O 3 contained in the PBN container 17 begin to melt, and the molten GaAs itself has sufficient electric conductivity for high-frequency induction. Directly heated by electromagnetic induction. GaAs and B 2 O 3 are high melting point materials, and the melting point of GaAs is about 1500K.
[0024]
Next, after the GaAs and B 2 O 3 polycrystalline raw materials are all melted, the rotation shaft 31 is rotated by operating a rotation control device (not shown). Thereby, the state of the melt in the PBN container 17 is made uniform in the circumferential direction, and a good semiconductor crystal 33 is obtained. Next, the power of the electromagnetic induction heating using the coil unit 27 is reduced to a power suitable for manufacturing the semiconductor crystal 33.
[0025]
Next, the seed crystal fixing adapter 37 is lowered by lowering the pulling shaft 35, and the seed crystal 36 is brought into contact with the GaAs melt 39. Finally, the pulling shaft 35 is pulled up at a predetermined speed to form the semiconductor crystal 33. The lifting speed of the pulling shaft 35 is, for example, about 20 mm / hr. The formula for calculating the lifting speed is shown below.
[0026]
V = (1 / ρH) × (KS × (dTS / dZ) −KL × (dTL / dZ))
V: pulling speed ρ: density of single crystal H: latent heat of solidification KS: thermal conductivity of single crystal KL: thermal conductivity of melt TS: temperature of single crystal TL: temperature of melt Z: temperature of pulling axis FIG. 4 shows an interface state and a heat flow state at the time of pulling a GaAs single crystal. As shown in the figure, a seed crystal fixing adapter 37 is attached to the pulling shaft 35, and a seed crystal 36 is attached to the seed crystal fixing adapter 37. A heat exchange jig 38 is provided on the outer periphery of the seed crystal fixing adapter 37. The periphery of the pulling shaft 35 is covered with an inert gas space 47. The seed crystal 36 pulls up the raw material melt 43, and a layer of a B 2 O 3 melt 45 in which a sealant is melted is formed on the upper layer of the raw material melt 43.
[0027]
Further, the raw material melt 43 during the pulling of the single crystal 33 is insulated by the B 2 O 3 melt 45, and the temperature difference with the inert gas space 47 reaches several hundred K. Further, the B 2 O 3 melt 45 suppresses the volatilization of As in the highly volatile raw material melt 43.
[0028]
Next, the operation in the semiconductor crystal 33 due to the provision of the heat exchange jig 38 will be described. In this embodiment, since the heat exchange jig 38 is provided on the seed crystal fixing adapter 37, the amount of heat radiated from the semiconductor crystal 33 to the inert gas space 47 via the seed crystal fixing adapter 37 increases. Therefore, the heat flow from the crystal bottom 33a to the crystal head 33b becomes stronger, and the solid-liquid interface 49 is formed perpendicular to the direction of the heat flow, so that the crystal bottom 33a becomes more prominent. Since the dislocations generated by the thermal strain propagate perpendicular to the interface shape, the concentration of the dislocations is reduced when the convexity of the crystal bottom 33a becomes remarkable. Therefore, stress concentration and increase in dislocation density at the solid-liquid interface 49, which occur when the crystal bottom 33a is depressed, are suppressed.
[0029]
As described above, according to one embodiment of the present invention, since the heat exchange jig 38 is attached to the seed crystal fixing adapter 37, heat from the semiconductor crystal 33 during pulling is efficiently transferred to the seed crystal fixing adapter 37. The heat is transmitted to the heat exchange jig 38, and is mainly radiated to the atmosphere from the radiation fins 40b of the heat exchange jig 38. Therefore, the solid-liquid interface 49 between the semiconductor crystal 33 and the raw material melt 43 can be largely convex toward the raw material melt 43 side, and the polycrystal of the semiconductor crystal 33 which is likely to be generated in the initial stage of crystal growth. Can be suppressed.
[0030]
Further, according to the embodiment of the present invention, since GaAs having a relatively high thermal conductivity is used as the semiconductor for the material of the semiconductor crystal 33, heat radiation from the heat radiation fins 40b is also promoted, and the solid-liquid interface 49 is enlarged. Can be convex.
[0031]
In the above-described embodiment, an example is described in which the heat exchange jig 38 having the radiating fins 40b is attached to the seed crystal fixing adapter 37, but the heat radiating portion is formed directly on the seed crystal fixing adapter 37. You may do it.
[0032]
Further, in the above-described embodiment, an example has been described in which GaAs is melted using the principle of electromagnetic induction heating, but heating may be performed by radiant heat from a heater.
[0033]
Furthermore, in the above-described embodiment, an example in which the GaAs semiconductor crystal 33 is manufactured has been described, but the present invention is not limited to this. However, the higher the thermal conductivity of the material when it becomes a semiconductor crystal, the more the convexity can be promoted.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the heat radiating member is attached to the seed crystal fixing member, heat from the semiconductor crystal during pulling is efficiently transmitted to the seed crystal fixing member, and the semiconductor crystal and the raw material melt Can be greatly convex toward the raw material melt side, and polycrystallization of a semiconductor crystal, which tends to occur in an initial stage of crystal growth, can be suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing one embodiment of a semiconductor crystal manufacturing apparatus of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing details of the heat exchange jig of FIG. 1;
FIG. 3 is another explanatory view showing details of the heat exchange jig of FIG. 1;
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an interface shape and a heat flow state when pulling a semiconductor crystal by the semiconductor crystal manufacturing apparatus of FIG. 1;
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an interface shape and a heat flow state when a semiconductor crystal is pulled by a conventional semiconductor crystal manufacturing apparatus.
[Explanation of symbols]
13 Semiconductor crystal manufacturing apparatus 33 Semiconductor crystal 36 Seed crystal 37 Seed crystal fixing adapter 35 Pull-up shaft 38 Heat exchange jig 38A Heat exchange jig 40b Radiation fin 40h Recess

Claims (2)

半導体結晶を成長させるための種結晶と、
この種結晶を固定する種結晶固定部材と、
この種結晶固定部材と連結され前記種結晶を引き上げるための引上軸と、
を有する半導体結晶製造装置であって、
前記種結晶固定部材に放熱部材を取り付けたことを特徴とする半導体結晶製造装置。
A seed crystal for growing a semiconductor crystal;
A seed crystal fixing member for fixing the seed crystal,
A pulling shaft connected to the seed crystal fixing member for pulling the seed crystal,
A semiconductor crystal manufacturing apparatus having
A semiconductor crystal manufacturing apparatus, wherein a heat radiation member is attached to the seed crystal fixing member.
半導体結晶を成長させるための種結晶と、
この種結晶を固定する種結晶固定部材と、
この種結晶固定部材と連結され前記種結晶を引き上げるための引上軸と、
を有する半導体結晶製造装置であって、
前記種結晶固定部材に放熱部を形成したことを特徴とする半導体結晶製造装置。
A seed crystal for growing a semiconductor crystal;
A seed crystal fixing member for fixing the seed crystal,
A pulling shaft connected to the seed crystal fixing member for pulling the seed crystal,
A semiconductor crystal manufacturing apparatus having
A semiconductor crystal manufacturing apparatus, wherein a heat radiating portion is formed on the seed crystal fixing member.
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