JP2010037189A - Apparatus and method for growing crystal - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は結晶成長装置および結晶成長方法に関し、たとえば窒化アルミニウム(AlN)の結晶成長装置および結晶成長方法に関する。 The present invention relates to a crystal growth apparatus and a crystal growth method, for example, an aluminum nitride (AlN) crystal growth apparatus and a crystal growth method.
窒化アルミニウム(AlN)結晶は、6.2eVの広いエネルギバンドギャップ、約3.3WK-1cm-1の高い熱伝導率および高い電気抵抗を有しているため、光デバイスや電子デバイスなどの半導体デバイス用の基板材料として注目されている。 Aluminum nitride (AlN) crystal has a wide energy band gap of 6.2 eV, a high thermal conductivity of about 3.3 WK −1 cm −1 , and a high electrical resistance, so that it is a semiconductor such as an optical device or an electronic device. It is attracting attention as a substrate material for devices.
このようなAlN結晶の成長方法には、たとえば気相成長法の昇華法が用いられる。昇華法によるAlN結晶の成長は、たとえば以下の工程によって実施される。すなわち、るつぼの下部の原料収容部にAlN結晶原料が設置され、るつぼの上部の種基板配置部に種基板がAlN結晶原料と互いに向かい合うよう設置される。そして、AlN結晶原料が昇華する温度までAlN結晶原料が加熱される。この加熱により、AlN結晶原料が昇華して昇華ガスが生成され、AlN結晶原料よりも低温に設置されている種基板の表面にAlN単結晶が成長する。 As such an AlN crystal growth method, for example, a vapor phase sublimation method is used. The growth of the AlN crystal by the sublimation method is performed by the following steps, for example. That is, the AlN crystal raw material is installed in the raw material container in the lower part of the crucible, and the seed substrate is installed in the seed substrate arrangement part in the upper part of the crucible so as to face the AlN crystal raw material. Then, the AlN crystal raw material is heated to a temperature at which the AlN crystal raw material sublimes. By this heating, the AlN crystal raw material is sublimated to generate sublimation gas, and an AlN single crystal grows on the surface of the seed substrate placed at a lower temperature than the AlN crystal raw material.
このような昇華法に用いられる結晶成長装置として、たとえば特開2000−219594号公報(特許文献1)には、複数の種基板を配置する種基板配置部と、1つの原料収容部とを含む1つのるつぼを備えた結晶成長装置が開示されている。この特許文献1では、1つのるつぼ内で、複数の種基板から複数の結晶を成長させている。 As a crystal growth apparatus used for such a sublimation method, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-219594 (Patent Document 1) includes a seed substrate placement portion for placing a plurality of seed substrates and one raw material storage portion. A crystal growth apparatus with one crucible is disclosed. In Patent Document 1, a plurality of crystals are grown from a plurality of seed substrates in one crucible.
また、特開2000−327499号公報(特許文献2)には、1つの原料収容部と、1枚の種基板を配置する種基板配置部と、種基板から結晶成長する方向に延びる複数の細管とを含む1つのるつぼを備えた結晶成長装置が開示されている。この特許文献2では、1つのるつぼの複数の細管内に、1枚の種基板から、複数のII−IV族半導体結晶を成長させている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-327499 (Patent Document 2) discloses a single raw material container, a seed substrate placement part for placing one seed substrate, and a plurality of capillaries extending in the direction of crystal growth from the seed substrate. A crystal growth apparatus having one crucible including the following is disclosed. In Patent Document 2, a plurality of II-IV group semiconductor crystals are grown from a single seed substrate in a plurality of thin tubes of one crucible.
また、特開2002−53395号公報(特許文献3)には、1つの原料収容部と、1枚の種基板を配置する種基板配置部とを含むるつぼを複数備えた結晶成長装置が開示されている。この特許文献3では、複数のるつぼ内で、1枚の種基板から1つの結晶をそれぞれ成長させている。 Japanese Patent Laying-Open No. 2002-53395 (Patent Document 3) discloses a crystal growth apparatus provided with a plurality of crucibles including one raw material container and a seed substrate placement part for placing one seed substrate. ing. In Patent Document 3, one crystal is grown from one seed substrate in each of a plurality of crucibles.
また、特開2004−47658号公報(特許文献4)には、3枚の種基板配置部と、原料収容部と、3枚の種基板の間にそれぞれ配置されているスペーサとを含む1つのるつぼを備えた結晶成長装置が開示されている。またこのるつぼは支持台の上に配置され、この支持台は上下移動回転機構によって上下に移動または回転できる。この特許文献4では、1つのるつぼ内で、3枚の種基板から3個の結晶を成長させている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-47658 (Patent Document 4) includes one seed substrate placement unit, a raw material storage unit, and a spacer that is disposed between each of the three seed substrates. A crystal growth apparatus with a crucible is disclosed. The crucible is disposed on a support base, and the support base can be moved up and down by a vertical movement rotation mechanism. In Patent Document 4, three crystals are grown from three seed substrates in one crucible.
しかしながら、上記特許文献1に開示の結晶成長装置では、1つのるつぼ内で同じ原料を用いて複数の結晶を成長させている。このため、すべての結晶の結晶性は原料の雰囲気に依存し、原料に不良なものが含まれていれば、すべての結晶に欠陥が生じる。したがって、良好な結晶性の結晶を成長させるための歩留まりが悪いという問題がある。 However, in the crystal growth apparatus disclosed in Patent Document 1, a plurality of crystals are grown using the same raw material in one crucible. For this reason, the crystallinity of all the crystals depends on the atmosphere of the raw material, and if the raw material contains a defective one, all the crystals are defective. Therefore, there is a problem that the yield for growing a good crystalline crystal is poor.
また、上記特許文献2〜4に開示の結晶成長装置では、細管、るつぼまたはスペーサにより仕切られた領域内で複数の結晶を成長している。この結晶成長させる複数の領域において、加熱部に近い領域では加熱量が相対的に多く、加熱部に遠い領域では加熱量が相対的に少なくなる。このため、これらの領域内において、加熱量にばらつきが生じるので、成長した1つの結晶における厚みのばらつき、すなわち面内膜厚分布が生じるという問題があった。 Moreover, in the crystal growth apparatus disclosed in Patent Documents 2 to 4, a plurality of crystals are grown in a region partitioned by a thin tube, a crucible, or a spacer. In the plurality of regions for crystal growth, the heating amount is relatively large in the region close to the heating unit, and the heating amount is relatively small in the region far from the heating unit. For this reason, there is a variation in the amount of heating in these regions, which causes a problem of variation in thickness in one grown crystal, that is, in-plane film thickness distribution.
図11は、上記特許文献2に開示の結晶成長装置で結晶成長した状態を示す図である。たとえば、図11を参照して、上記特許文献2に開示の結晶成長装置を用いて成長した結晶の厚みにばらつきが生じる理由を説明する。加熱部が結晶装置の外周に配置されている場合には、外周に位置する細管は中心に位置する細管よりも高温に加熱される。このため、図11に示すように、細管内の1つの結晶において、たとえば外周側の厚みは内周側の厚みよりも大きくなる。 FIG. 11 is a diagram showing a state in which crystals are grown by the crystal growth apparatus disclosed in Patent Document 2. For example, with reference to FIG. 11, the reason why variation occurs in the thickness of a crystal grown using the crystal growth apparatus disclosed in Patent Document 2 will be described. When the heating unit is arranged on the outer periphery of the crystal device, the thin tube located on the outer periphery is heated to a higher temperature than the thin tube located on the center. For this reason, as shown in FIG. 11, in one crystal in the narrow tube, for example, the thickness on the outer peripheral side is larger than the thickness on the inner peripheral side.
図12は、上記特許文献4に開示の結晶成長装置で結晶成長した状態を示す図である。たとえば、図12を参照して、上記特許文献4に開示の結晶成長装置で成長した結晶の厚みにばらつきが生じる理由を説明する。上記特許文献4では、中心に加熱部215が密集しているので、るつぼ203内部において中心が外周よりも高温に加熱される。また複数の種基板212を内部に収容したるつぼ203を支持台204に配置しているが、支持台204を上下移動回転機構206により回転させた場合であっても、種基板212は加熱状態が同じ領域のみを通る。このため、成長した結晶において、たとえば中心側の厚みは外周側の厚みよりも大きくなる。
FIG. 12 is a diagram showing a state in which crystals are grown by the crystal growth apparatus disclosed in Patent Document 4. For example, with reference to FIG. 12, the reason why the thickness of the crystal grown by the crystal growth apparatus disclosed in Patent Document 4 varies will be described. In Patent Document 4, since the
また、上記特許文献4は、スペーサ213で結晶成長させる領域が仕切られているだけなので、上記特許文献1と同様に歩留まりが悪いという問題もある。
In addition, since the above-mentioned Patent Document 4 only has a region for crystal growth partitioned by the
したがって、本発明は、結晶性の良好な結晶を成長させる歩留まりを向上するとともに、成長させる結晶の厚みのばらつきを抑制する、結晶成長装置および結晶成長方法を提供することである。 Accordingly, the present invention is to provide a crystal growth apparatus and a crystal growth method that improve the yield for growing a crystal with good crystallinity and suppress variation in the thickness of the crystal to be grown.
本発明の結晶成長装置は、チャンバと、複数の回転部と、るつぼとを備えている。複数の回転部は、チャンバ内に配置されている。るつぼは、各々の回転部上に配置されている。 The crystal growth apparatus of the present invention includes a chamber, a plurality of rotating parts, and a crucible. The plurality of rotating parts are arranged in the chamber. The crucible is arranged on each rotating part.
本発明の結晶成長装置によれば、複数のるつぼのそれぞれに1枚の種基板を配置することにより、るつぼ毎に独立して、種基板上に結晶をそれぞれ成長させることができる。このため、他のるつぼの原料の雰囲気などによる影響を低減して、複数の結晶を同時に成長することができる。したがって、結晶性の良好な結晶を成長させる歩留まりを向上することができる。 According to the crystal growth apparatus of the present invention, by arranging one seed substrate in each of a plurality of crucibles, it is possible to grow crystals on the seed substrate independently for each crucible. For this reason, the influence by the atmosphere of the raw material of another crucible, etc. can be reduced, and a plurality of crystals can be grown simultaneously. Therefore, the yield for growing crystals with good crystallinity can be improved.
また、各々の回転部上にるつぼが配置されているため、回転部により、回転部上の各々のるつぼを回転させることができる。このため、結晶を成長させるために加熱すると、各々のるつぼ内での温度差が緩和される。結晶の成長速度は加熱温度に依存するので、種基板上に成長させる結晶の厚みのばらつき(面内膜厚分布)を抑制することができる。 Moreover, since the crucible is arrange | positioned on each rotation part, each crucible on a rotation part can be rotated by a rotation part. For this reason, when heating is performed to grow a crystal, the temperature difference in each crucible is relaxed. Since the crystal growth rate depends on the heating temperature, variations in the thickness of the crystal grown on the seed substrate (in-plane film thickness distribution) can be suppressed.
以上より、結晶性の良好な結晶を成長させる歩留まりを向上するとともに、成長させる結晶の厚みのばらつきを抑制することができる。 As described above, it is possible to improve the yield of growing a crystal with good crystallinity and to suppress variation in the thickness of the crystal to be grown.
上記結晶成長装置において好ましくは、チャンバの外周を覆うように配置された加熱部をさらに備え、加熱部から各々の回転部までの距離が同じである。 Preferably, the crystal growth apparatus further includes a heating unit disposed so as to cover the outer periphery of the chamber, and the distance from the heating unit to each rotating unit is the same.
これにより、加熱部から複数のるつぼまでの各々の距離が同じになるので、複数のるつぼに加えられる熱量のばらつきを抑制することができる。このため、るつぼ毎に成長させた複数の結晶間の厚みのばらつきを抑制することができる。 Thereby, since each distance from a heating part to several crucibles becomes the same, the dispersion | variation in the calorie | heat amount added to several crucibles can be suppressed. For this reason, the dispersion | variation in the thickness between the some crystals grown for every crucible can be suppressed.
本発明の結晶成長方法は、上記いずれかの結晶成長装置を用いて複数の結晶を成長させる方法であって、以下の工程を備えている。まず、各々のるつぼの内部に1枚の種基板が配置される。そして、各々のるつぼを回転させながら、昇華法により種基板上に結晶が成長される。 The crystal growth method of the present invention is a method for growing a plurality of crystals using any of the crystal growth apparatuses described above, and includes the following steps. First, one seed substrate is placed inside each crucible. Then, while rotating each crucible, a crystal is grown on the seed substrate by the sublimation method.
本発明の結晶成長方法によれば、上記結晶成長装置を用いているので、他のるつぼの原料の雰囲気などによる影響を低減して、るつぼ毎に独立して同時に種基板上に結晶を同時に成長させることができる。したがって、結晶性の良好な結晶を成長させる歩留まりを向上することができる。 According to the crystal growth method of the present invention, since the above crystal growth apparatus is used, the influence of the atmosphere of other crucible raw materials is reduced, and crystals are simultaneously grown on the seed substrate at the same time independently for each crucible. Can be made. Therefore, the yield for growing crystals with good crystallinity can be improved.
また、各々のるつぼを回転させながら結晶成長させるため、各々のるつぼ内での温度差が緩和される。したがって、種基板上に成長させる結晶の厚みのばらつきを抑制することができる。 In addition, since the crystal is grown while rotating each crucible, the temperature difference in each crucible is alleviated. Therefore, variation in the thickness of the crystal grown on the seed substrate can be suppressed.
上記結晶成長方法において好ましくは、上記成長させる工程では、窒化アルミニウム(AlN)結晶を成長させる。 Preferably, in the crystal growth method, an aluminum nitride (AlN) crystal is grown in the growing step.
AlN結晶を成長させるためには、各々のるつぼを高温に加熱する必要がある。高温に加熱することで結晶成長させる場合には、複数のるつぼ内での温度分布が大きくなる。しかし、本発明の結晶成長方法によれば、各々のるつぼを回転させるので、るつぼ内での温度差を小さくすることができる。したがって、本発明の結晶成長方法は、高温で成長させるAlN結晶の成長方法に好適に用いられる。 In order to grow AlN crystals, it is necessary to heat each crucible to a high temperature. When crystal growth is performed by heating to a high temperature, the temperature distribution in the plurality of crucibles becomes large. However, according to the crystal growth method of the present invention, since each crucible is rotated, the temperature difference in the crucible can be reduced. Therefore, the crystal growth method of the present invention is suitably used for the growth method of AlN crystal grown at a high temperature.
上記結晶成長方法において好ましくは、上記成長させる工程では、1mm以上の厚みを有する結晶を成長させる。 In the crystal growth method, preferably, in the growing step, a crystal having a thickness of 1 mm or more is grown.
一般的に、1mm以上の大きな大きな厚みを有する結晶を成長させる場合には、成長させる結晶の厚みのばらつきが大きくなる。しかし、本発明の結晶成長方法によれば、るつぼ毎に回転することができるので、るつぼ内の温度差を小さくすることができる。したがって、本発明の結晶成長方法は、大きな厚みの結晶の成長方法に好適に用いられる。 Generally, when a crystal having a large thickness of 1 mm or more is grown, the thickness variation of the crystal to be grown becomes large. However, according to the crystal growth method of the present invention, each crucible can be rotated, so that the temperature difference in the crucible can be reduced. Therefore, the crystal growth method of the present invention is suitably used for a crystal growth method with a large thickness.
本発明の結晶成長方法および結晶成長装置によれば、結晶性の良好な結晶を成長させる歩留まりを向上するとともに、成長させる結晶の厚みのばらつきを抑制することができる。 According to the crystal growth method and the crystal growth apparatus of the present invention, it is possible to improve the yield for growing a crystal with good crystallinity and to suppress the variation in the thickness of the crystal to be grown.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態および実施例を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments and examples of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
(実施の形態1)
図1は、本実施の形態における結晶成長装置を概略的に示す断面図である。図2は、図1においてII−II線から見たときの状態を概略的に示す模式図である。図3は、図1においてIII−III線から見たときの状態を概略的に示す模式図である。図4は、本実施の形態におけるるつぼを含む反応容器を概略的に示す断面図である。図1〜図4を参照して、本実施の形態における結晶成長装置100aについて説明する。結晶成長装置100aは、昇華法により結晶を成長させるための装置である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a crystal growth apparatus in the present embodiment. FIG. 2 is a schematic diagram schematically showing a state when viewed from line II-II in FIG. FIG. 3 is a schematic diagram schematically showing a state when viewed from the line III-III in FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a reaction vessel including a crucible in the present embodiment. With reference to FIGS. 1-4, the
図1〜図4に示すように、結晶成長装置100aは、チャンバ101と、複数のるつぼ115を含む反応容器110a〜110fと、複数の回転部103a〜103fと、加熱部105と、放射温度計107とを主に備えている。
As shown in FIGS. 1 to 4, the
チャンバ101は、るつぼ115内へたとえば窒素ガスなどのキャリアガスを流すための導入部101aと、チャンバ101の外部へキャリアガスを排出するための排出部101bとを有している。チャンバ101の平面形状は、たとえば円形である。
The
このチャンバ101内には、複数の回転部103a〜103fが配置されている。本実施の形態の回転部103a〜103fは、チャンバ101内部において、中央部よりも外周側に配置され、中央部には配置されていない。これらの回転部103a〜103fは、たとえば互いに5mm以上の間隔を隔ててそれぞれ配置される。この場合、回転部103a〜103f上のるつぼ115内での結晶成長の影響を互いにより受けにくくなる。
In this
回転部103a〜103fは、反応容器110a〜110fを載置するための載置部(たとえば載置部103aA)と、載置部と接続された支持部(たとえば支持部103aB)とを有している。回転部103a〜103fは、支持部を中心に(たとえば図1において矢印の方向に)回転可能である。回転部103a〜103fは、支持部(たとえば支持部103aB)を回転させるための機構(図示せず)をさらに有していてもよい。
The
回転部103a〜103f上には、反応容器110a〜110fがそれぞれ配置されている。反応容器110a〜110fの平面形状は、回転部103a〜103fの載置面とほぼ同一である。
反応容器110aは、図4に示すように、被加熱機能を有するるつぼ115と、断熱材119とを含んでいる。るつぼ115は、排気部115aを有している。このるつぼ115の周りには、るつぼ115の内部と外部との通気を確保するように断熱材119が設けられている。断熱材119は、るつぼ115内へたとえば窒素ガスなどのキャリアガスを流すための導入部119aと、チャンバ101の外部へキャリアガスを排出するための排出部119bとを有している。
As shown in FIG. 4, the
チャンバ101の外周を覆うように加熱部105が配置されている。本実施の形態における加熱部105は、るつぼ115の外側の中央部に配置されており、この外側の中央部の全周を覆っている。この加熱部105は、たとえば、るつぼ115を加熱するための高周波加熱コイルなどが用いられる。
A
図2および図3に示すように、加熱部105から各々の回転部103a〜103fまでの距離L103a〜L103fが同じであることが好ましい。なお、この距離L103a〜L103fとは、加熱部105と、各々の回転部103a〜103fの中心とを結ぶ距離である。言い換えると、距離L103a〜L103fとは、各々の回転部103a〜103fの中心から加熱部105への最短の距離である。
As shown in FIGS. 2 and 3, it is preferable that the distances L103a to L103f from the
またチャンバ101の上部および下部には、るつぼ115の上方および下方の温度を測定するための放射温度計107が設けられている。本実施の形態では、図1中上方の放射温度計107は、るつぼ115の上方の温度、つまり種基板11の温度を測定している。図1中下方の放射温度計107は、るつぼ115の下方の温度、つまり原料15の温度を測定している。
A
このような結晶成長装置100aは、AlN結晶を成長させる場合に好適に用いられる。また結晶成長装置100aは、1mm以上の厚みを有する結晶を成長させる場合に好適に用いられる。
Such a
続いて、図1〜図5を参照して、本実施の形態における結晶成長方法について説明する。なお、図5は、本実施の形態における結晶成長方法を示すフローチャートである。本実施の形態における結晶成長方法は、上記結晶成長装置100aを用いて複数の結晶を成長させる方法である。
Next, the crystal growth method in the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a flowchart showing the crystal growth method in the present embodiment. The crystal growth method in the present embodiment is a method for growing a plurality of crystals using the
図1〜図5に示すように、まず、各々のるつぼ115の内部に、1枚の種基板11を配置する(ステップS1)。種基板11は、特に限定されないが、AlN結晶を成長させる場合には、結晶性の良好にする観点から、AlN基板、SiC(炭化珪素)基板などを用いることが好ましい。
As shown in FIGS. 1-5, first, the
次に、各々のるつぼ115の内部に、種基板11と互いに向かい合うように原料15を配置する(ステップS2)。AlN結晶を成長させる場合には、たとえばAlN粉末、AlNの成形体、AlNの焼成体などのAlN多結晶体が用いられる。
Next, the
次に、各々のるつぼ115を回転させながら、昇華法により種基板11上に結晶13を成長させる(ステップS3)。このステップS3では、たとえば以下のように行なう。
Next, the crystal 13 is grown on the
回転部103a〜103fを回転させることにより、回転部103a〜103f上に配置された反応容器110a〜110f内のるつぼ115を、回転部103a〜103fの支持部(たとえば支持部103aB)を中心として回転させる。この状態で、反応容器110a〜110f内の各々のるつぼ115において、加熱部105により原料15を昇華させて、昇華ガスを生成し、原料15よりも低温に設置されている種基板11にこの昇華ガスを送る。この昇華ガスを種基板11上に再結晶化させることで、結晶13が成長する。
By rotating the
この成長させるステップS3では、結晶13として、AlN結晶を成長させることが好ましい。AlN結晶を成長させる場合には、原料15をたとえば2000℃以上2300℃以下に加熱し、種基板11をたとえば1800℃以上2000℃以下の原料15の加熱温度より低い温度に加熱する。
In this growth step S3, it is preferable to grow an AlN crystal as the crystal 13. When growing the AlN crystal, the
また、この成長させるステップS3では、1mm以上の厚みを有する結晶13を成長させることが好ましい。これにより、いわゆるインゴットを成長することができる。 Further, in this growing step S3, it is preferable to grow the crystal 13 having a thickness of 1 mm or more. Thereby, what is called an ingot can be grown.
上記ステップS1〜S3により、結晶13を成長させることができる。なお、本実施の形態では、すべてのるつぼ115で結晶13を成長させる場合について説明したが特にこれに限定されず、2個以上のるつぼ115で結晶13を成長させればよい。
The crystal 13 can be grown by the above steps S1 to S3. Note that although the case where the crystal 13 is grown in all the
以上説明したように、本実施の形態では、チャンバ101内に配置された複数の回転部103a〜103fと、各々の回転部103a〜103f上に配置されたるつぼ115とを備えた結晶成長装置100aを用いて、結晶13を成長している。
As described above, in the present embodiment, the
これにより、反応容器110a〜110fの各々のるつぼ115内においてそれぞれ独立して結晶13を成長させることができる。このため、少なくとも1つのるつぼ115内で成長した結晶13に原料15により欠陥が生じたり、多結晶になった場合であっても、他のるつぼ115内の結晶13に与える影響を低減することができる。したがって、他のるつぼ115の原料15の雰囲気などに影響されずに、複数の結晶13を同時に成長することができる。したがって、結晶性の良好な結晶13を成長させる歩留まりを向上することができる。
Thereby, the crystal 13 can be grown independently in each
なお、加熱部105として高周波加熱コイルを用いた場合には、各々のるつぼ115が回転することにより、るつぼ115が受けることで発生する電流分布を拡散することができる。このため、るつぼ115の局所的な劣化を抑制することができるので、るつぼ115の劣化により成長させる結晶13の結晶性の劣化を抑制することができる。
When a high-frequency heating coil is used as the
また、加熱部105はチャンバ101の外周を覆うように配置されているので、チャンバ101の中心から外周側に向けて温度が高くなるような温度分布ができる。本実施の形態では、回転部103a〜103fにより、反応容器110a〜110f内のるつぼ115を、回転部103a〜103fの支持部(たとえば支持部103aB)を中心として回転させている。このため、るつぼ115は、チャンバ101の温度分布の高い領域と低い領域とを通ることになるので、種基板11内において加熱される温度の差が緩和される。したがって、各々のるつぼ内において、種基板11と原料15との温度差のばらつきを抑制することができるので、成長速度のばらつきを抑制することができる。その結果、反応容器110a〜110f内の各々のるつぼ115内において、種基板11上に成長する結晶13の厚みのばらつきを抑制することができる。つまり、結晶13の面内の膜厚のばらつきを抑制できる。
In addition, since the
なお、上記るつぼ115の大きさは、結晶13を成長させることができればよい。この場合、1つのるつぼ内で複数の種基板を配置して、複数の結晶を成長させる場合と比較して、るつぼ115を大きくする必要がない。このため、るつぼの大口径化による対流を抑制することができるので、成長させる結晶13の厚みのばらつきを効果的に抑制することができる。
The size of the
さらに、本実施の形態では、加熱部105から各々の回転部103a〜103fまでの距離L103a〜L103fが同じである。つまり、反応容器110a〜110f内のるつぼ115の中心から、加熱部105までの距離が同じである。このため、回転部103a〜103f上のるつぼ115内の種基板11および原料15の加熱状態が同じである。したがって、各々のるつぼ115の内部に成長させる結晶13の厚みのばらつきも抑制することができる。つまり、結晶13間の膜厚のばらつきを抑制できる。
Furthermore, in the present embodiment, the distances L103a to L103f from the
このように、結晶成長装置100aおよび結晶成長方法により成長された結晶13は、結晶性の良好な結晶13を成長させる歩留まりを向上するとともに、成長させる結晶13の厚みのばらつきを抑制することができる。このため、結晶13がAlN結晶などの半導体結晶の場合には、たとえば発光ダイオード、レーザダイオードなどの発光素子、整流器、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、HEMTなどの電子素子、温度センサ、圧力センサ、放射線センサ、可視−紫外光検出器などの半導体センサ、SAWデバイスなどに好適に用いることができる。
As described above, the crystal 13 grown by the
(実施の形態2)
図6は、本実施の形態における結晶成長装置を概略的に示す模式図である。図6は、図1においてII−II線から見たときの状態を示している。図6を参照して、本実施の形態における結晶成長装置100bを説明する。
(Embodiment 2)
FIG. 6 is a schematic diagram schematically showing a crystal growth apparatus in the present embodiment. FIG. 6 shows a state when viewed from the line II-II in FIG. With reference to FIG. 6, the
図6に示すように、本実施の形態における結晶成長装置100bは、基本的には実施の形態1の結晶成長装置100aと同様の構成を備えているが、チャンバ101の中心に、るつぼを含む反応容器109をさらに備えている点において異なっている。反応容器109は、図4に示す反応容器110aと同様である。
As shown in FIG. 6, the
この反応容器109は、成長条件が一定であるかを測定するためのものであり、結晶性が良好で、かつ厚みのばらつきを抑制した結晶を成長させるためのものではない。つまり、反応容器109のるつぼ115は、チャンバ101の中心に位置しているので、加熱状態がほぼ一定である。このため、この反応容器109のるつぼの温度を放射温度計107で測定することにより、反応容器110a〜110fのるつぼ115内での結晶成長が終了した後、再び反応容器110a〜110fのるつぼ115内での結晶成長をする時に同一の条件にすることができる。したがって、反応容器110a〜110fのるつぼ115において、結晶性が良好で、かつ厚みのばらつきを抑制した結晶13を成長させることができる。よって、本実施の形態によれば、結晶成長装置100bを用いて複数回の結晶成長を行なう場合、結晶13を多く製造する場合などに、有利である。
This
(実施の形態3)
図7は、本実施の形態における結晶成長装置を概略的に示す模式図である。図7は、図1においてII−II線から見たときの状態を示している。図7を参照して、本実施の形態における結晶成長装置100cを説明する。
(Embodiment 3)
FIG. 7 is a schematic diagram schematically showing a crystal growth apparatus in the present embodiment. FIG. 7 shows a state when viewed from the line II-II in FIG. With reference to FIG. 7, the
本実施の形態における結晶成長装置100cは、基本的には実施の形態1における結晶成長装置100aと同様の構成を備えているが、チャンバ101の形状と、回転部および反応容器110a〜110dの配置とが異なっている。
The
チャンバ101は、断面形状が矩形である。このチャンバ101内において中心よりも外周側に位置するように、複数の回転部が配置されている。この複数の回転部上にるつぼ115を含む複数の反応容器110a〜110dが配置されている。
The
(実施の形態4)
図8は、本実施の形態における結晶成長装置を概略的に示す断面図である。図9は、図8におけるIX−IXから見た状態を概略的に示す模式図である。図8および図9を参照して、本実施の形態における結晶成長装置100dについて説明する。
(Embodiment 4)
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a crystal growth apparatus in the present embodiment. FIG. 9 is a schematic diagram schematically showing a state seen from IX-IX in FIG. With reference to FIG. 8 and FIG. 9, the
図8および図9に示すように、本実施の形態における結晶成長装置100dは、基本的には実施の形態1における結晶成長装置100aと同様の構成を備えているが、回転部103a〜103f上に複数のるつぼがそれぞれ配置されている点および少なくとも1つのるつぼの温度を測定するための温測用部材(図示せず)が回転部103a〜103fの少なくとも1つの上に配置されている点において異なる。
As shown in FIG. 8 and FIG. 9, the
具体的には、回転部103a〜103f上には、るつぼを含む反応容器110a1〜110a4、110b1〜110b4、110c1〜110c4、110d1〜110d4、110e1〜110e4、110f1〜110f4がそれぞれ配置されている。これらの反応容器は、実施の形態1で説明した図4に示す反応容器110aよりも小さい点を除き、同様の構成である。
Specifically, reaction vessels 110a1 to 110a4, 110b1 to 110b4, 110c1 to 110c4, 110d1 to 110d4, 110e1 to 110e4, 110f1 to 110f4 including crucibles are arranged on the
また、回転部103a〜103f上に配置されたるつぼは、回転部103a〜103f内に均等に間隔を隔てて位置している。これらの各々のるつぼと、回転部103a〜103fとの間には、各々のるつぼを回転するための回転部をさらに備えている。たとえば、図8に示すように、反応容器110a1、110a4を回転させるために反応容器110a1、110a4の下にそれぞれ回転部103a1、103a4が配置されている。これにより、回転部103a1、103a4などにより、反応容器110a1〜110a4の各々が、反応容器110a1〜110a4の中心を軸として回転する。さらに、回転部103aにより、反応容器110a1〜110a4全体としても、回転部103aの中心を軸として回転する。このため、反応容器110a1〜110a4のるつぼ内の温度差を緩和することができる。したがって、このるつぼ内で成長する結晶13の各々は、面内膜厚分布を緩和することができる。
In addition, the crucibles arranged on the
本実施の形態における結晶成長装置100dは、1つの回転部103a〜103fに複数のるつぼを配置することにより、小口径の結晶を多く成長させることができる。
The
(実施の形態5)
図10は、本実施の形態における結晶成長装置を概略的に示す断面図である。図10を参照して、本実施の形態における結晶成長装置100eについて説明する。
(Embodiment 5)
FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing a crystal growth apparatus in the present embodiment. With reference to FIG. 10, the
図10に示すように、本実施の形態における結晶成長装置100eは、基本的には実施の形態1における結晶成長装置100aと同様の構成を備えているが、加熱部105が抵抗加熱である点において異なる。このため、加熱部105、断熱材119の配置が異なっている。
As shown in FIG. 10, the
具体的には、チャンバ101内に抵抗加熱である加熱部105が配置されている。加熱部105の外周には断熱材119が配置されている。つまり、断熱材119は、るつぼの外周を覆うように配置されていない。
Specifically, a
なお、加熱部105は、実施の形態1のように高周波加熱コイルのような高周波加熱方式であってもよく、本実施の形態のように抵抗加熱方式であってもよく、他の加熱方式であってもよい。
Note that the
なお、本発明は、実施の形態1〜5におけるチャンバ101の形状、回転部103a〜103fおよび反応容器110a〜110fのるつぼの配置、形状、数などに特に限定されない。
The present invention is not particularly limited to the shape of
本実施例では、チャンバ内に配置された複数の回転部と、各々の回転部上に配置されたるつぼとを備えた結晶成長装置により結晶成長させることの効果について調べた。 In this example, the effect of crystal growth using a crystal growth apparatus provided with a plurality of rotating parts arranged in the chamber and a crucible arranged on each rotating part was examined.
具体的には、図4に示するつぼを含む反応容器110aを6個準備し、図1〜図3に示すように、複数の回転部103a〜103f上にるつぼを各々配置した。この結晶成長装置100aを用いて、6個のAlN結晶を成長させた。
Specifically, six
まず、各々のるつぼの内部に1枚の種基板11を配置した(ステップS1)。種基板11として、2インチの直径を有し、かつ(0002)面の主表面を有する6H−SiC基板を用いた。
First, one
次に、原料15を各々のるつぼに配置した(ステップS2)。本実施例では、原料15としてAlN焼結体を用いた。
Next, the
次に、各々のるつぼを回転させながら、昇華法により種基板11上に結晶13を成長させた(ステップS3)。回転部103a〜103fにより、各々のるつぼの回転速度を5rpmとした。この状態で、チャンバ101内に窒素ガスを流しながら、加熱部105を用いてるつぼ内の温度を上昇させた。そして、種基板11の温度を1800℃、原料15の温度を2000℃にして原料15を昇華させ、種基板11の主表面上で再結晶化させて、成長時間を100時間として、種基板11上にAlN結晶である結晶13を成長させた。
Next, a crystal 13 was grown on the
なお、ステップS3のAlN結晶の成長中においては、チャンバ101内に窒素ガスを流し続け、チャンバ101内のガス分圧が50kPaになるように、窒素ガスの排気量を制御した。
Note that during the growth of the AlN crystal in step S3, the nitrogen gas was kept flowing in the
以上のステップS1〜S3を実施することにより、各々のるつぼ内で、6個のAlN結晶を成長させた。 By performing the above steps S1 to S3, six AlN crystals were grown in each crucible.
この6個のAlN結晶は、5.0〜5.5mmの厚みを有していた。結晶間の厚みのばらつきは、6個のAlN結晶のうち最も大きい厚みと最も小さい厚みとの差を、最も小さい厚みで割ることにより算出した。その結果、結晶間の厚みのばらつきは、10%であった。 The six AlN crystals had a thickness of 5.0 to 5.5 mm. The thickness variation between the crystals was calculated by dividing the difference between the largest thickness and the smallest thickness among the six AlN crystals by the smallest thickness. As a result, the variation in thickness between crystals was 10%.
また、この6個のAlN結晶について、それぞれ面内膜厚分布を測定した。面内膜厚分布は、AlN結晶において最も大きい厚みと最も小さい厚みとの差を、最も小さい厚みで割ることにより算出した。その結果、6個のAlN結晶の面内膜厚分布は、すべて5%未満であった。 The in-plane film thickness distribution was measured for each of the six AlN crystals. The in-plane film thickness distribution was calculated by dividing the difference between the largest thickness and the smallest thickness in the AlN crystal by the smallest thickness. As a result, the in-plane film thickness distributions of the six AlN crystals were all less than 5%.
さらに、6個のAlN結晶について、欠陥密度を以下のようにウエットエッチング(EPD)法により測定した。すなわち、6個のAlN結晶をそれぞれ400μmの厚みを有するAlNウエハにスライスした。その後、それぞれのAlNウエハをKOH(水酸化ガリウム)とNaOH(水酸化ナトリウム)とを250℃で混合した融液に1時間浸した。このウエットエッチングによりできるピットの個数を数えて、単位面積で割ることにより算出した。その結果、1個のAlN結晶において、種基板11側には1×106cm-2の欠陥密度があったが、他のすべてのAlN結晶において、成長面側には1×104cm-2以下の低い欠陥密度であった。つまり、1個のAlN結晶において生じた種基板11側の欠陥は、他の5個のAlN結晶には影響がなかった。
Further, the defect density of six AlN crystals was measured by a wet etching (EPD) method as follows. That is, six AlN crystals were sliced into AlN wafers each having a thickness of 400 μm. Thereafter, each AlN wafer was immersed in a melt obtained by mixing KOH (gallium hydroxide) and NaOH (sodium hydroxide) at 250 ° C. for 1 hour. It was calculated by counting the number of pits formed by this wet etching and dividing by the unit area. As a result, in one AlN crystal, there was a defect density of 1 × 10 6 cm −2 on the
以上より、本実施例によれば、チャンバ内に配置された複数の回転部と、各々の回転部上に配置されたるつぼとを備えた結晶成長装置により結晶成長させることにより、面内膜厚分布を低減でき、結晶性の良好な結晶を成長させる歩留まりを向上でき、さらに結晶間の膜厚のばらつきを抑制することが確認できた。 As described above, according to this embodiment, the in-plane film thickness is obtained by crystal growth using a crystal growth apparatus including a plurality of rotating parts arranged in the chamber and a crucible arranged on each rotating part. It was confirmed that the distribution can be reduced, the yield for growing crystals with good crystallinity can be improved, and the variation in film thickness between crystals can be suppressed.
本実施例では、図9に示すように各々の回転部にそれぞれ4つの反応容器を載置し、AlN結晶を成長させた。つまり、全部で24個のるつぼを準備し、24個のAlN結晶を成長させた。 In this example, as shown in FIG. 9, four reaction vessels were placed on each rotating part, and an AlN crystal was grown. That is, a total of 24 crucibles were prepared and 24 AlN crystals were grown.
まず、各々のるつぼの内部に1枚の種基板11を配置した(ステップS1)。種基板11として、1インチの直径を有し、かつ(0002)面の主表面を有する4H−SiC基板を用いた。
First, one
次に、原料15を各々のるつぼに配置した(ステップS2)。本実施例では、原料15としてAlN焼結体を用いた。
Next, the
次に、各々のるつぼを回転させながら、昇華法により種基板11上に結晶13を成長させた(ステップS3)。回転部の回転速度は10rpmとした。この状態で、チャンバ101内に窒素ガスを流しながら、加熱部105を用いてるつぼ内の温度を上昇させた。そして、種基板11の温度を1800℃、原料15の温度を2100℃にして原料15を昇華させ、種基板11の主表面上で再結晶化させて、成長時間を150時間として、種基板11上にAlN結晶である結晶13を成長させた。
Next, a crystal 13 was grown on the
なお、ステップS3のAlN結晶の成長中においては、チャンバ101内に窒素ガスを500sccm流し、チャンバ101内のガス分圧が60kPaとなるように、圧力を調整した。
During the growth of the AlN crystal in step S3, nitrogen gas was flowed in the
以上のステップS1〜S3を実施することにより、各々のるつぼ内で、合計24個のAlN結晶を成長させた。 By performing the above steps S1 to S3, a total of 24 AlN crystals were grown in each crucible.
これにより得られた24個のAlN結晶は10.0〜10.5mmの厚みを有していた。実施例1と同様に結晶間の厚みのばらつきを測定した結果、結晶間の厚みのばらつきは10%であった。 The 24 AlN crystals thus obtained had a thickness of 10.0 to 10.5 mm. As a result of measuring the thickness variation between the crystals in the same manner as in Example 1, the thickness variation between the crystals was 10%.
以上より、本実施例によれば、1つの回転部に複数のるつぼを配置した場合であっても、実施例1と同様に結晶間の厚みのばらつきを抑制することが確認できた。 As described above, according to this example, it was confirmed that even when a plurality of crucibles were arranged in one rotating part, the variation in thickness between crystals was suppressed as in Example 1.
本実施例は、図10に示すように各々の回転部に1つの反応容器を載置し、AlN結晶を成長させた。つまり、全部で4個のるつぼを準備し、4個のAlN結晶を成長させた。また、本実施例での加熱方式は、抵抗加熱方式とした。 In this example, as shown in FIG. 10, one reaction vessel was placed on each rotating part, and an AlN crystal was grown. That is, a total of four crucibles were prepared and four AlN crystals were grown. Further, the heating method in this example was a resistance heating method.
まず、各々のるつぼの内部に1枚の種基板11を配置した(ステップS1)。種基板11として、2インチの直径を有し、かつ(0002)面の主表面を有するAlN単結晶基板を用いた。
First, one
次に、原料15を各々のるつぼに配置した(ステップS2)。本実施例では、原料15としてAlN焼結体を用いた。
Next, the
次に、各々のるつぼを回転させながら、昇華法により種基板11上に結晶13を成長させた(ステップS3)。回転部の回転速度は5rpmとした。この状態で、チャンバ101内に窒素ガスを流しながら、加熱部105を用いてるつぼ内の温度を上昇させた。そして、種基板11の温度を2000℃、原料15の温度を2200℃にして原料15を昇華させ、種基板11の主表面上で再結晶化させて、成長時間を100時間として、種基板11上にAlN結晶である結晶13を成長させた。
Next, a crystal 13 was grown on the
なお、ステップS3のAlN結晶の成長中においては、チャンバ101内に窒素ガスを300sccm流し、チャンバ101内のガス分圧が90kPaとなるように、圧力を調整した。
During the growth of the AlN crystal in step S3, nitrogen gas was flowed through the
以上のステップS1〜S3を実施することにより、各々のるつぼ内で、合計4個のAlN結晶を成長させた。 By performing the above steps S1 to S3, a total of four AlN crystals were grown in each crucible.
これにより得られた4個のAlN結晶は20.2〜21.3mmの厚みを有していた。実施例1と同様に結晶間の厚みのばらつきを測定した結果、結晶間の厚みのばらつきは5%であった。 The four AlN crystals thus obtained had a thickness of 20.2 to 21.3 mm. As a result of measuring the thickness variation between the crystals in the same manner as in Example 1, the thickness variation between the crystals was 5%.
以上より、本実施例によれば、加熱部の方式および配置によらずに、実施例1と同様に結晶間の厚みのばらつきを抑制することが確認できた。 As described above, according to this example, it was confirmed that variation in thickness between crystals was suppressed similarly to Example 1 regardless of the method and arrangement of the heating unit.
以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、各実施の形態および実施例の特徴を適宜組み合わせることも当初から予定している。また、今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 Although the embodiments and examples of the present invention have been described above, it is also planned from the beginning to appropriately combine the features of the embodiments and examples. The embodiments and examples disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the embodiments and examples described above but by the scope of claims for patent, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.
11 種基板、13 結晶、15 原料、100a,100b,100c,100d,100e 結晶成長装置、101 チャンバ、101a 導入部、101b,119b 排出部、103a,103a1,103a2,103a3,103a4,103b,103b1,103b2,103b3,103b4,103c,103c1,103c2,103c3,103c4,103d,103d1,103d2,103d3,103d4,103e,103e1,103e2,103e3,103e4,103f,103f1,103f2,103f3,103f4 回転部、103aA 載置部、103aB 支持部、105 加熱部、107 放射温度計、109,110a,110a1,110a2,110a3,110a4,110b,110b1,110b2,110b3,110b4,110c,110c1,110c2,110c3,110c4,110d,110d1,110d2,110d3,110d4,110e,110e1,110e2,110e3,110e4,110f,110f1,110f2,110f3,110f4 反応容器、115 るつぼ、115a 排気部、119 断熱材、119a 導入部。 11 seed substrate, 13 crystal, 15 raw material, 100a, 100b, 100c, 100d, 100e crystal growth apparatus, 101 chamber, 101a introduction part, 101b, 119b discharge part, 103a, 103a1, 103a2, 103a3, 103a4, 103b, 103b1, 103b2, 103b3, 103b4, 103c, 103c1, 103c2, 103c3, 103c4, 103d, 103d1, 103d2, 103d3, 103d4, 103e, 103e1, 103e2, 103e3, 103e4, 103f, 103f1, 103f2, 103f3, 103f4 Rotating part, 103aA Placement unit, 103aB support unit, 105 heating unit, 107 radiation thermometer, 109, 110a, 110a1, 110a2, 110a3, 110a4, 110b, 10b1, 110b2, 110b3, 110b4, 110c, 110c1, 110c2, 110c3, 110c4, 110d, 110d1, 110d2, 110d3, 110d4, 110e, 110e1, 110e2, 110e3, 110e4, 110f, 110f1, 110f2, 110f3, 110f4 reaction vessels, 115 crucible, 115a exhaust part, 119 heat insulating material, 119a introduction part.
Claims (5)
前記チャンバ内に配置された複数の回転部と、
各々の前記回転部上に配置されたるつぼとを備えた、結晶成長装置。 A chamber;
A plurality of rotating parts disposed in the chamber;
A crystal growth apparatus comprising a crucible disposed on each of the rotating parts.
前記加熱部から各々の前記回転部までの距離が同じである、請求項1に記載の結晶成長装置。 A heating unit disposed to cover the outer periphery of the chamber;
The crystal growth apparatus according to claim 1, wherein a distance from the heating unit to each of the rotating units is the same.
各々の前記るつぼの内部に1枚の種基板を配置する工程と、
各々の前記るつぼを回転させながら、昇華法により前記種基板上に前記結晶を成長させる工程とを備えた、結晶成長方法。 A method for growing a plurality of crystals using the crystal growth apparatus according to claim 1, comprising:
Disposing one seed substrate inside each crucible;
And a step of growing the crystal on the seed substrate by a sublimation method while rotating each crucible.
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