JP3042168B2 - 単結晶製造装置 - Google Patents
単結晶製造装置Info
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- JP3042168B2 JP3042168B2 JP4128889A JP12888992A JP3042168B2 JP 3042168 B2 JP3042168 B2 JP 3042168B2 JP 4128889 A JP4128889 A JP 4128889A JP 12888992 A JP12888992 A JP 12888992A JP 3042168 B2 JP3042168 B2 JP 3042168B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、単結晶を製造する装置
に関し、より詳しくはブリッジマン法を用いた半導体製
造に好適な単結晶を製造する装置に関する。
に関し、より詳しくはブリッジマン法を用いた半導体製
造に好適な単結晶を製造する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電界効果トランジスタ、ショットキーバ
リアダイオード、集積回路（ＩＣ）等の各種半導体素子
類の基板として用いられる半導体単結晶の製造法として
は融液からの結晶成長法が主力である。融液からの結晶
成長法においては結晶成長面（固液界面）の形状を結晶
成長の開始時から終了時まで精密に制御することが要求
される。融液からの結晶成長法の１つである引上法では
るつぼの回転速度や結晶の回転速度の制御、引上速度の
制御等により結晶成長面の制御を行なっている。しか
し、このような引上法では、温度勾配が大きく転位密度
が低減できない。
リアダイオード、集積回路（ＩＣ）等の各種半導体素子
類の基板として用いられる半導体単結晶の製造法として
は融液からの結晶成長法が主力である。融液からの結晶
成長法においては結晶成長面（固液界面）の形状を結晶
成長の開始時から終了時まで精密に制御することが要求
される。融液からの結晶成長法の１つである引上法では
るつぼの回転速度や結晶の回転速度の制御、引上速度の
制御等により結晶成長面の制御を行なっている。しか
し、このような引上法では、温度勾配が大きく転位密度
が低減できない。
【０００３】低温度勾配下で定径な低転位密度結晶作成
法としては直径制御不要なボート法が適している。ボー
ト法には横型と縦型とあるが、大口径化にはるつぼ内で
融液をそのまま固化させ、単結晶を得る垂直ボート成長
法が有力である。垂直ボート成長法には垂直ブリッジマ
ン法（ＶＢ法）及び温度勾配凝固法（ＶＧＦ法）があ
る。前者のＶＢ法は主ヒーターと、るつぼとの相対的位
置を機械的に変化させて単結晶を成長させる方法であ
り、後者のＶＧＦ法はヒーターと、るつぼの位置関係を
変化させずにヒーターの温度分布を変化させて単結晶を
成長させる方法である。この垂直ブリッジマン法あるい
はＶＧＦ法は大口径円形ウエハの製造に適している。し
かしながらこのボート法は、成長中の結晶を回転させな
がら融液から引上げ、固化させるという引上法と比べ、
静的な状態変化を特徴とするため、上記回転速度の制御
等による結晶成長面の制御は不可能であり、ホットゾー
ン構造の工夫により結晶成長面の制御を行なっていた。
法としては直径制御不要なボート法が適している。ボー
ト法には横型と縦型とあるが、大口径化にはるつぼ内で
融液をそのまま固化させ、単結晶を得る垂直ボート成長
法が有力である。垂直ボート成長法には垂直ブリッジマ
ン法（ＶＢ法）及び温度勾配凝固法（ＶＧＦ法）があ
る。前者のＶＢ法は主ヒーターと、るつぼとの相対的位
置を機械的に変化させて単結晶を成長させる方法であ
り、後者のＶＧＦ法はヒーターと、るつぼの位置関係を
変化させずにヒーターの温度分布を変化させて単結晶を
成長させる方法である。この垂直ブリッジマン法あるい
はＶＧＦ法は大口径円形ウエハの製造に適している。し
かしながらこのボート法は、成長中の結晶を回転させな
がら融液から引上げ、固化させるという引上法と比べ、
静的な状態変化を特徴とするため、上記回転速度の制御
等による結晶成長面の制御は不可能であり、ホットゾー
ン構造の工夫により結晶成長面の制御を行なっていた。
【０００４】図３にその一例を示す（Ｗ．Ａ．Ｇａｕｌ
ｔ ｅｔ．ａｌ．Ｊ．Ｃ．Ｇ ７４（１９８６）４９１
〜５０６頁）。図３においてるつぼ３内に原料融液８を
作製し、るつぼ底部に収容した種結晶６より上方に向か
って周期律表III ｂ族およびＶｂ族元素からなる無機化
合物半導体（以下「III −Ｖ族化合物半導体」という）
の単結晶を固化させる（結晶７）結晶成長方法（例えば
垂直ブリッジマン法等）において、るつぼ３を保持する
サセプター４に溝１４を形成し、サセプター４近傍の熱
環境および熱流の制御を試みた例である。図４（ａ）、
（ｂ）中の矢印はそれぞれ結晶成長の初期および後期の
熱流を示したものである。溝１４を設けたサセプター４
を用いることにより、結晶成長の初期において結晶から
の熱の散逸を制御することができる。
ｔ ｅｔ．ａｌ．Ｊ．Ｃ．Ｇ ７４（１９８６）４９１
〜５０６頁）。図３においてるつぼ３内に原料融液８を
作製し、るつぼ底部に収容した種結晶６より上方に向か
って周期律表III ｂ族およびＶｂ族元素からなる無機化
合物半導体（以下「III −Ｖ族化合物半導体」という）
の単結晶を固化させる（結晶７）結晶成長方法（例えば
垂直ブリッジマン法等）において、るつぼ３を保持する
サセプター４に溝１４を形成し、サセプター４近傍の熱
環境および熱流の制御を試みた例である。図４（ａ）、
（ｂ）中の矢印はそれぞれ結晶成長の初期および後期の
熱流を示したものである。溝１４を設けたサセプター４
を用いることにより、結晶成長の初期において結晶から
の熱の散逸を制御することができる。
【０００５】すなわち、サセプターに断熱部となる溝を
設けることによりサセプターを通る熱流のうち横方向へ
の熱流を抑制し、結晶の横方向への熱流を制御し得る。
しかしながら、溝を設けたこのようなサセプターで熱流
を制御する方法では、その効果は当然サセプター近傍に
限られ、サセプターから離れた場所では著しく小さくな
る。図４（ｂ）に示すように、サセプターから離れた、
結晶成長の後期においては、図４（ａ）と比べ溝１４を
設けたサセプターの効果はほとんど無く、横方向にも大
きな熱流が存在し、結晶成長の初期と後期で結晶成長面
を通る熱流に大きな差異が生じている。
設けることによりサセプターを通る熱流のうち横方向へ
の熱流を抑制し、結晶の横方向への熱流を制御し得る。
しかしながら、溝を設けたこのようなサセプターで熱流
を制御する方法では、その効果は当然サセプター近傍に
限られ、サセプターから離れた場所では著しく小さくな
る。図４（ｂ）に示すように、サセプターから離れた、
結晶成長の後期においては、図４（ａ）と比べ溝１４を
設けたサセプターの効果はほとんど無く、横方向にも大
きな熱流が存在し、結晶成長の初期と後期で結晶成長面
を通る熱流に大きな差異が生じている。
【０００６】ところで、融液からの結晶成長において、
結晶成長面の形状は結晶成長面近傍の熱流に大きく依存
しており、結晶成長面の形状を制御するためには、結晶
成長全体にわたって熱流も制御することが必要である。
上記方法による結晶成長では結晶成長後期における熱流
の制御が困難であり、結晶の品質向上のため結晶成長全
体にわたった熱流の制御方法が強く望まれている。そし
てかかる課題を解決すべく、特開平３−８０１８１号公
報では、補助発熱体を用いることも記載されているが、
エネルギー効率等を考えると無駄の多い方法であった。
結晶成長面の形状は結晶成長面近傍の熱流に大きく依存
しており、結晶成長面の形状を制御するためには、結晶
成長全体にわたって熱流も制御することが必要である。
上記方法による結晶成長では結晶成長後期における熱流
の制御が困難であり、結晶の品質向上のため結晶成長全
体にわたった熱流の制御方法が強く望まれている。そし
てかかる課題を解決すべく、特開平３−８０１８１号公
報では、補助発熱体を用いることも記載されているが、
エネルギー効率等を考えると無駄の多い方法であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】融液からの結晶成長に
おいては、結晶の成長面を結晶成長全体にわたって精密
に制御することが、均一で高品質な結晶を得るために不
可欠であり、そのためには結晶を通る熱流、特に結晶成
長面（固液界面）近傍を通る熱流を精密に制御すること
が必要である。
おいては、結晶の成長面を結晶成長全体にわたって精密
に制御することが、均一で高品質な結晶を得るために不
可欠であり、そのためには結晶を通る熱流、特に結晶成
長面（固液界面）近傍を通る熱流を精密に制御すること
が必要である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】そこで本発明者らは、か
かる課題を解決すべく鋭意検討の結果、サセプターウォ
ールの固液界面近傍にヒーターの輻射熱をとりこむため
の断熱率を減じた部分を設けることにより、かかる課題
が解決することを見出し、本発明に到達した。すなわち
本発明の目的は結晶成長中の熱の流れを、新たにエネル
ギーを用いることなく制御しうる方法を提供することに
あり、かかる目的は、垂直に配置されたるつぼの一端に
単結晶である種結晶を配置し、るつぼ内部に原料を充填
し、該原料を加熱、溶融し、固化して該種結晶を成長さ
せ、単結晶を得る単結晶製造装置において、固液界面近
傍のサセプターウォールの断熱率を減じてあることを特
徴とする単結晶製造装置、により容易に達成される。
かる課題を解決すべく鋭意検討の結果、サセプターウォ
ールの固液界面近傍にヒーターの輻射熱をとりこむため
の断熱率を減じた部分を設けることにより、かかる課題
が解決することを見出し、本発明に到達した。すなわち
本発明の目的は結晶成長中の熱の流れを、新たにエネル
ギーを用いることなく制御しうる方法を提供することに
あり、かかる目的は、垂直に配置されたるつぼの一端に
単結晶である種結晶を配置し、るつぼ内部に原料を充填
し、該原料を加熱、溶融し、固化して該種結晶を成長さ
せ、単結晶を得る単結晶製造装置において、固液界面近
傍のサセプターウォールの断熱率を減じてあることを特
徴とする単結晶製造装置、により容易に達成される。
【０００９】以下本発明をより詳細に説明する。図１は
本発明の一実施態様を示す図である。装置の基本的な構
造は従来用いられているものを用いればよい。装置全体
の簡単な説明をすると、単結晶製造装置は気密容器１の
中に入っており、そのすぐ内側には保温材２がある。そ
してその内側には発熱体３がサセプター４に保持された
るつぼ５の周囲を囲んで配置されている。るつぼ５の内
部には種結晶６、種結晶６より成長した単結晶７、原料
融液８、そして封止剤９が入れられている。固液界面は
１０である。サセプターベース４は支持棒１１に接続さ
れ、この支持棒１１を上下動させることにより、固液界
面１０を一定の位置に保つ。サセプターウォール１３
は、保温材２又は気密容器１に固定されるつぼ５が移動
しても移動しない構造になっている。かかる装置は従来
用いられている単結晶製造装置をそのまま用いればよ
い。
本発明の一実施態様を示す図である。装置の基本的な構
造は従来用いられているものを用いればよい。装置全体
の簡単な説明をすると、単結晶製造装置は気密容器１の
中に入っており、そのすぐ内側には保温材２がある。そ
してその内側には発熱体３がサセプター４に保持された
るつぼ５の周囲を囲んで配置されている。るつぼ５の内
部には種結晶６、種結晶６より成長した単結晶７、原料
融液８、そして封止剤９が入れられている。固液界面は
１０である。サセプターベース４は支持棒１１に接続さ
れ、この支持棒１１を上下動させることにより、固液界
面１０を一定の位置に保つ。サセプターウォール１３
は、保温材２又は気密容器１に固定されるつぼ５が移動
しても移動しない構造になっている。かかる装置は従来
用いられている単結晶製造装置をそのまま用いればよ
い。
【００１０】本発明の特徴はサセプターウォール１３の
固液界面１０付近に相当する側面の断熱率を減じた部分
１２を設けたことにある。この部分を以下、便宜上減厚
部１２と称する。この減厚部１２を設けたことにより、
るつぼ内壁付近の融液からの固化が発生しにくくなり単
結晶の乱れが生じ難くなる。この減厚部１２の面積及び
減じる厚さは、成長中の単結晶の直径、材質による潜熱
の量と、その熱の流れやすさ、ヒーターの出力、断熱材
の熱伝導率等を考慮し、当業者が任意に設定してよい。
又減厚部１２の形状は、単純に減厚部１２全体を薄くし
てもよいが例えば固液界面に相当する部分で最も厚さが
薄くなり、あとは連続的に厚さを変化させる等の工夫を
行うのがより好ましい。又、断熱材の種類を変えること
によって断熱率を下げてもよく、更には例えば断熱材に
小さな穴を設けてもよい。窓を開けてしまうという方法
も考えられる。この中で最も好ましいのは簡単に実施し
うる断熱材に窓を開ける方法である。
固液界面１０付近に相当する側面の断熱率を減じた部分
１２を設けたことにある。この部分を以下、便宜上減厚
部１２と称する。この減厚部１２を設けたことにより、
るつぼ内壁付近の融液からの固化が発生しにくくなり単
結晶の乱れが生じ難くなる。この減厚部１２の面積及び
減じる厚さは、成長中の単結晶の直径、材質による潜熱
の量と、その熱の流れやすさ、ヒーターの出力、断熱材
の熱伝導率等を考慮し、当業者が任意に設定してよい。
又減厚部１２の形状は、単純に減厚部１２全体を薄くし
てもよいが例えば固液界面に相当する部分で最も厚さが
薄くなり、あとは連続的に厚さを変化させる等の工夫を
行うのがより好ましい。又、断熱材の種類を変えること
によって断熱率を下げてもよく、更には例えば断熱材に
小さな穴を設けてもよい。窓を開けてしまうという方法
も考えられる。この中で最も好ましいのは簡単に実施し
うる断熱材に窓を開ける方法である。
【００１１】
【実施例】以下本発明の実施例をＧａＡｓ単結晶の場合
を例にして説明する。φ３インチのＢＮるつぼにＧａＡ
ｓ多結晶１５００ｇ、Ｂ2 Ｏ3 ４００ｇを原料としてチ
ャージした。種結晶は＜１００＞方位を使用した。雰囲
気ガスは窒素で７気圧である。サセプターウォールの固
液近傍に高さ２５mm、幅２４mmの穴を開けた。るつぼ回
転数は３rpm とした。
を例にして説明する。φ３インチのＢＮるつぼにＧａＡ
ｓ多結晶１５００ｇ、Ｂ2 Ｏ3 ４００ｇを原料としてチ
ャージした。種結晶は＜１００＞方位を使用した。雰囲
気ガスは窒素で７気圧である。サセプターウォールの固
液近傍に高さ２５mm、幅２４mmの穴を開けた。るつぼ回
転数は３rpm とした。
【００１２】長さ８cmにわたって単結晶が作成できた。
得られた単結晶を引上げ軸に垂直に（１００）で切断し
て３９０℃、１０分間ＫＯＨエッチング行った。この結
果を図２に示す。比較のため窓あき加工を行っていない
従来のサセプターウォールを用いて行った結果を示す。
従来法では平均ＥＰＤが１１０００／cm 2 と高く、特に
周辺部で増加していた。一方本発明による方法では平均
ＥＰＤ６７００／cm2 と低く、また、結晶周辺部でＥＰ
Ｄが著しく増加することがなかった。さらにリネージも
全くなかった。
得られた単結晶を引上げ軸に垂直に（１００）で切断し
て３９０℃、１０分間ＫＯＨエッチング行った。この結
果を図２に示す。比較のため窓あき加工を行っていない
従来のサセプターウォールを用いて行った結果を示す。
従来法では平均ＥＰＤが１１０００／cm 2 と高く、特に
周辺部で増加していた。一方本発明による方法では平均
ＥＰＤ６７００／cm2 と低く、また、結晶周辺部でＥＰ
Ｄが著しく増加することがなかった。さらにリネージも
全くなかった。
【００１３】
【発明の効果】本発明によれば、るつぼ壁からの半導体
融液の固化が発生しにくくなるため、単結晶成長が順調
に行なわれる。また、ＥＰＤの均一化がはかられる。さ
らに多結晶化を阻止することが可能となり、生産性の向
上が実現できる。
融液の固化が発生しにくくなるため、単結晶成長が順調
に行なわれる。また、ＥＰＤの均一化がはかられる。さ
らに多結晶化を阻止することが可能となり、生産性の向
上が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の単結晶製造装置の一例を示す
説明図である。
説明図である。
【図２】図２は、本発明の単結晶製造装置と従来型の単
結晶製造装置により製造した単結晶の結晶欠陥の密度
を、ＥＰＤを用いて比較した図である。
結晶製造装置により製造した単結晶の結晶欠陥の密度
を、ＥＰＤを用いて比較した図である。
【図３】図３は、従来結晶成長面の形状改善のために用
いられていた単結晶製造装置の一例を示す説明図であ
る。
いられていた単結晶製造装置の一例を示す説明図であ
る。
【図４】図４は、従来型の単結晶製造装置における単結
晶成長中の熱の流れを示した説明図である。
晶成長中の熱の流れを示した説明図である。
１ 気密容器 ２ 保温材 ３ 発熱体 ４ サセプター ５ るつぼ ６ 種結晶 ７ 単結晶 ８ 原料融液 ９ 封止材 １０ 固液界面 １１ 支持棒 １２ 減厚部 １３ サセプターウォール １４ 溝
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−80180（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−2290（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C30B 1/00 - 35/00
Claims (1)
- 【請求項１】 垂直に配置されたるつぼの一端に単結晶
である種結晶を配置し、るつぼ内部に原料を充填し、該
原料を加熱、溶融し、固化して該種結晶を成長させ、単
結晶を得る単結晶製造装置において、固液界面近傍のサ
セプターウォールの断熱率を減じてあることを特徴とす
る単結晶製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4128889A JP3042168B2 (ja) | 1992-05-21 | 1992-05-21 | 単結晶製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4128889A JP3042168B2 (ja) | 1992-05-21 | 1992-05-21 | 単結晶製造装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05319972A JPH05319972A (ja) | 1993-12-03 |
| JP3042168B2 true JP3042168B2 (ja) | 2000-05-15 |
Family
ID=14995861
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4128889A Expired - Fee Related JP3042168B2 (ja) | 1992-05-21 | 1992-05-21 | 単結晶製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3042168B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07291777A (ja) * | 1994-04-21 | 1995-11-07 | Toshiba Corp | 半導体単結晶製造装置及び製造方法 |
-
1992
- 1992-05-21 JP JP4128889A patent/JP3042168B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05319972A (ja) | 1993-12-03 |
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|---|---|---|---|
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