JP5152128B2 - Method for producing compound semiconductor crystal - Google Patents
Method for producing compound semiconductor crystalInfo
- Publication number
- JP5152128B2 JP5152128B2 JP2009197756A JP2009197756A JP5152128B2 JP 5152128 B2 JP5152128 B2 JP 5152128B2 JP 2009197756 A JP2009197756 A JP 2009197756A JP 2009197756 A JP2009197756 A JP 2009197756A JP 5152128 B2 JP5152128 B2 JP 5152128B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- crucible
- crystal
- compound semiconductor
- thickness
- semiconductor crystal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
本発明は、化合物半導体結晶の製造方法に関し、特に、LEC法にて結晶成長させる化合物半導体結晶の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a compound semiconductor crystal, and more particularly to a method for producing a compound semiconductor crystal in which crystals are grown by the LEC method.
ICやLSI等の基板のような半導体材料は、化合物半導体結晶から薄く切り出すことなどにより作製される。この化合物半導体結晶の製造方法としては種々の方法があるが、よく用いられている方法としてはLEC法が知られている(例えば、特許文献1参照)。 A semiconductor material such as a substrate such as an IC or LSI is manufactured by thinly cutting a compound semiconductor crystal. There are various methods for producing this compound semiconductor crystal, and the LEC method is known as a commonly used method (see, for example, Patent Document 1).
ここでいうLEC法とは、簡単に言うと、ルツボ内に原料および液体封止剤を入れてこれらを融解させ、この原料融液に種結晶を接触させ、液体封止剤にて原料成分の流出を封止しつつ、この種結晶を引き上げることにより結晶成長した単結晶の化合物半導体結晶を得る方法である。 The LEC method referred to here simply puts a raw material and a liquid sealant in a crucible, melts them, contacts a seed crystal with this raw material melt, In this method, a single crystal compound semiconductor crystal is obtained by pulling up the seed crystal while sealing outflow.
このLEC法は、化合物半導体結晶の製造方法としては確かによく用いられている方法であるが、化合物半導体結晶の製造工程において、原料融液の温度などのような結晶成長条件が結晶成長間に変動するという問題が生ずることもある。 This LEC method is certainly used as a method for producing a compound semiconductor crystal. However, in the production process of a compound semiconductor crystal, crystal growth conditions such as the temperature of the raw material melt vary between crystal growths. The problem of fluctuating may arise.
例えば、結晶成長が進行すると、ルツボの中の融液の残量が減少し、結晶成長界面が原料融液中に張り出してきてルツボの底に接触し、成長が続行できなくなったり、結晶成長の進行に伴い発生する温度ゆらぎが少しであっても、融液全体が凝固して、結晶とルツボが固着してしまったりという問題がある。 For example, as the crystal growth progresses, the remaining amount of the melt in the crucible decreases, the crystal growth interface protrudes into the raw material melt and comes into contact with the bottom of the crucible, and the growth cannot be continued. Even if the temperature fluctuation generated with the progress is small, there is a problem that the whole melt is solidified and the crystal and the crucible are fixed.
本出願人はこの問題を解決すべく、ルツボとこのルツボを支えるサセプタとの間に介在物を設け、原料の融解の際に介在物に蓄えられた熱を利用して原料融液の温度ゆらぎを抑制する技術を開発している(例えば、特許文献2参照)。 In order to solve this problem, the present applicant provides an inclusion between the crucible and the susceptor that supports the crucible, and uses the heat stored in the inclusion during melting of the raw material to cause temperature fluctuations in the raw material melt. Has been developed (for example, see Patent Document 2).
一方、結晶成長条件が結晶成長間に変動する要因は上述した内容以外にも考えられ、例えば、ルツボの肉厚の変化によるルツボの熱伝導性の変化が挙げられる。 On the other hand, factors that cause the crystal growth conditions to fluctuate between crystal growths are considered in addition to those described above, and examples include a change in the thermal conductivity of the crucible due to a change in the crucible wall thickness.
ルツボの材質としては一般にpBN(pyrolitic Boron Nitride)が使用されているが、液体封止剤として一般に使用される三酸化硼素とpBNからなるルツボとの間の濡れ性は良好であるため、三酸化硼素がルツボ内周面に固着しやすくなってしまう。この固着によりルツボ内周面が損耗してしまい、さらに、化合物半導体結晶の製造にこのルツボを使用する度に、この損耗が発生するため、結果としてルツボの肉厚が次第に薄くなってしまう。 As a material for the crucible, pBN (pyrolytic Boron Nitride) is generally used. However, since the wettability between boron trioxide generally used as a liquid sealant and the crucible made of pBN is good, trioxide is used. Boron tends to adhere to the inner peripheral surface of the crucible. Due to this fixing, the inner peripheral surface of the crucible is worn out. Further, every time this crucible is used for manufacturing a compound semiconductor crystal, this wear occurs, and as a result, the thickness of the crucible gradually becomes thinner.
ルツボの肉厚が薄くなることにより、原料を融解するためのヒータの熱に対する熱伝導性が大きくなり、ルツボを使用する度に結晶成長条件が変動することになる。さらに、ルツボの内周面が損耗してしまうため、結晶成長を行う前の原料融液と三酸化硼素との界面
位置が変動することにより、熱伝導性以外にも、熱流も変動することになる。これらの変動により、原料融液内の温度分布の再現性が得られなくなるおそれがある。
By reducing the thickness of the crucible, the thermal conductivity of the heater for melting the raw material is increased, and the crystal growth conditions fluctuate each time the crucible is used. Furthermore, since the inner peripheral surface of the crucible is worn, the interface position between the raw material melt and boron trioxide before crystal growth fluctuates, so that the heat flow fluctuates in addition to the thermal conductivity. Become. Due to these fluctuations, the reproducibility of the temperature distribution in the raw material melt may not be obtained.
特に、化合物半導体結晶を製造した後、製造された化合物半導体結晶についての性能を測定し、次の化合物半導体結晶の製造工程で得られる化合物半導体結晶との偏差が小さくなるように製造工程に修正を加える制御方法(以降、Run−to−Runともいう)を用いる場合、前記偏差を小さくするためにも化合物半導体結晶の製造工程の再現性が重要になる。再現性が重要であるにもかかわらず、上述のようにルツボの肉厚が薄くなることにより、ルツボの熱伝導性および熱流が変動することになり、原料融液内の温度分布の再現性が得られなくなるおそれがある。その結果、Run−to−Runによって単結晶を再現性良く得ることが難しくなり、安定した単結晶歩留まりを得ることが困難となるおそれがある。 In particular, after manufacturing a compound semiconductor crystal, the performance of the manufactured compound semiconductor crystal is measured, and the manufacturing process is modified so that the deviation from the compound semiconductor crystal obtained in the manufacturing process of the next compound semiconductor crystal is small. When a control method to be added (hereinafter also referred to as Run-to-Run) is used, the reproducibility of the compound semiconductor crystal manufacturing process is important in order to reduce the deviation. In spite of the importance of reproducibility, the crucible wall thickness is reduced as described above, so that the thermal conductivity and heat flow of the crucible fluctuate, and the reproducibility of the temperature distribution in the raw material melt is reduced. There is a risk that it will not be obtained. As a result, it becomes difficult to obtain a single crystal with good reproducibility by Run-to-Run, and it may be difficult to obtain a stable single crystal yield.
本発明の目的は、結晶成長条件の再現性を確保し、安定した単結晶歩留まりを得る化合物半導体結晶の製造方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a method for producing a compound semiconductor crystal that ensures reproducibility of crystal growth conditions and obtains a stable single crystal yield.
本発明の第一の態様は、サセプタによって支持されるルツボ内に原料及び液体封止剤を収容する収容工程と、前記ルツボを加熱し、前記原料及び液体封止剤を融解する融解工程と、前記ルツボ内の原料融液に種結晶を接触させ、前記種結晶を引き上げて結晶成長させて化合物半導体結晶を得る結晶成長工程と、前記結晶成長工程の前に前記ルツボと前記サセプタとの間に予め設けておいた熱量調整部の肉厚を、ルツボ内周面の損耗量に応じて厚くするように補正する補正工程と、を有することを特徴とする。 The first aspect of the present invention includes a housing step of storing a raw material and a liquid sealant in a crucible supported by a susceptor, a melting step of heating the crucible and melting the raw material and the liquid sealant, A crystal growth step of bringing a seed crystal into contact with the raw material melt in the crucible, pulling up the seed crystal and growing the crystal to obtain a compound semiconductor crystal, and between the crucible and the susceptor before the crystal growth step And a correction step of correcting the thickness of the heat amount adjusting portion provided in advance so as to increase the thickness according to the amount of wear on the inner peripheral surface of the crucible.
本発明の第二の態様は、第一の態様に記載の発明において、前記補正工程前後の熱量調整部を前記ルツボと同じ材質とすることを特徴とする。 A second aspect of the present invention is characterized in that, in the invention described in the first aspect, the heat amount adjusting portion before and after the correction step is made of the same material as the crucible.
本発明の第三の態様は、第一または第二の態様に記載の発明において、前記補正工程前後の熱量調整部を前記ルツボ底部形と相似、または同一形状とすることを特徴とする。 A third aspect of the present invention is characterized in that, in the invention described in the first or second aspect, the calorific value adjustment part before and after the correction step is similar or identical to the crucible bottom shape.
本発明の第四の態様は、第一ないし第三のいずれかの態様に記載の発明において、前記補正工程前後の熱量調整部を円筒形状としたとき、前記補正工程前後の熱量調整部の外径を、前記ルツボ外径と同じとすることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, when the heat quantity adjustment part before and after the correction process is cylindrical, the heat quantity adjustment part before and after the correction process is outside of the heat quantity adjustment part. The diameter is the same as the outer diameter of the crucible.
本発明の第五の態様は、第一ないし第四のいずれかの態様に記載の発明において、前記補正工程前後の熱量調整部の肉厚を、前記ルツボ底部肉厚よりも厚くすることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to fourth aspects, the thickness of the calorific value adjusting part before and after the correction step is made thicker than the crucible bottom part thickness. And
本発明の第六の態様は、第二に記載の化合物半導体結晶の製造方法を繰り返すことにより、前記熱量調整部の肉厚と前記ルツボ底部の肉厚との和を、少なくとも各々の補正工程において一定とすることを特徴とする。
A sixth aspect of the invention, Ri by the repeating compound manufacturing method of a semiconductor crystal according to the second, the sum of the wall thickness of the thick and the crucible bottom of the heat adjuster, at least each of the correction It is characterized by being constant in the process.
本発明によれば、結晶成長条件の再現性を確保し、安定した単結晶歩留まりを得る化合物半導体結晶の製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the compound semiconductor crystal which ensures the reproducibility of crystal growth conditions and obtains the stable single crystal yield can be provided.
本発明者らは、製造工程の再現性を確保することができる化合物半導体結晶の製造方法について種々検討した。
その結果、発明者らは、サセプタとルツボとの間に前もって熱量調整部を設けておき、ルツボの肉厚が薄くなっても、ルツボ内周面の損耗量に応じて前記熱量調整部の肉厚を補正すればルツボの熱伝導性を維持することができることを見出した。
The present inventors have studied various methods for producing a compound semiconductor crystal that can ensure the reproducibility of the production process.
As a result, the inventors have previously provided a heat amount adjusting portion between the susceptor and the crucible, and even if the crucible wall thickness is reduced, the heat amount adjusting portion according to the amount of wear on the inner peripheral surface of the crucible. It was found that the thermal conductivity of the crucible can be maintained if the thickness is corrected.
以下に、本発明の一実施形態に係る半導体結晶の製造方法およびその製造装置について説明する。なお、本実施形態においては、化合物半導体結晶の製造方法の1つであるLEC法(Liquid Encapsulated Czochralski法)でGaAs単結晶を製造する際の製造装置及びその製造方法について説明する。 Below, the manufacturing method and the manufacturing apparatus of the semiconductor crystal which concern on one Embodiment of this invention are demonstrated. In the present embodiment, a manufacturing apparatus and a manufacturing method for manufacturing a GaAs single crystal by the LEC method (Liquid Encapsulated Czochralski method), which is one of manufacturing methods of a compound semiconductor crystal, will be described.
図1は、本発明の一実施形態における化合物半導体結晶の製造装置を示す概略断面図である。
図1に示すように、圧力容器からなる成長炉100には、単結晶を引上げる為の引上げ軸1が設けられ、引上げ軸1の先端に、種結晶2が取り付けられる。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a compound semiconductor crystal manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, a
前記引上げ軸1は、成長炉100の上方から炉内に挿入され、炉内に設置されているルツボ3に対峙される。そしてこのルツボ3は、サセプタ4を介して回転及び昇降自在なペデスタル5に支持される。
The pulling shaft 1 is inserted into the furnace from above the
前記ルツボ3内には、単結晶の原料6と、液体封止材7とが収容される。なお、この原料6としては例えばIII族原料やV族原料が挙げられ、液体封止材7としては例えば三酸化硼素(B2O3)が挙げられる。後述するように、原料6および液体封止材7はルツボ3内にて融解される。
A single crystal raw material 6 and a liquid sealing
前記ルツボ3の材質は、化合物半導体結晶の製造に用いることができるものであればよく、例えばpBNやシリコン、またはこれらを含有したものなどが挙げられるが、本実施形態においてはルツボがpBNからなる場合について説明する。
The
また、前記ルツボ3の形状としては、通常のルツボと同様の形状、すなわち上方が開口し、底部33および側部34を有する形状であればよい。前記側部34の形状としては円
筒形状であってもよいし、複数のプレートを組み合わせたものからなる形状であっても良い。前記底部33の形状としては、所定の曲率を有する球面形状であってもよいし、平面形状であってもよいが、温度分布を均一にするという観点から球面形状であることが好ましい。さらに、前記底部33において、原料6と液体封止剤7とを収容する内周面(以降、ルツボ底部上面331ともいう)と、サセプタ4によって支持される外周面(以降、ルツボ底部下面332ともいう)とが相似形状または同一形状であってもよいし、異なる形状であっても良い。例えば、ルツボ底部上面331が球面形状で、ルツボ底部下面332が平面形状であってもよいし、その逆であってもよい。
Further, the shape of the
ここで、本実施形態においては、前記種結晶2から単結晶を成長させる工程の前に、前記ルツボ3と前記サセプタ4との間に、後で詳述する熱量調整部11を設けておく。この熱量調整部11の肉厚を、後述するルツボ損耗量に応じて補正することになる。
Here, in this embodiment, before the step of growing a single crystal from the
前記サセプタ4は、前記ルツボ3と同じ材質であることが好ましい。本実施形態の場合、ルツボ3の材質をpBNとしていることから、サセプタ4の材質もpBNとすることが好ましい。後で詳述するが、Run−to−Runを行いながら複数の化合物半導体結晶を各々製造する際に、熱伝導性を一定にしやすくなるためである。
The
また、前記サセプタ4の形状としては、化合物半導体結晶の製造に用いられるサセプタ4と同様の形状、すなわちルツボ底部下面332を支持する形状であればよいが、後述する熱量調整部11、そしてさらに熱量調整部11により支持されるルツボ3全体を収納できる形状であることが好ましい。具体的には、ルツボ3が円筒形状であり、熱量調整部11の外径とルツボ3外径とが略同一である場合、ルツボ3外径とサセプタ4内径とを略一致させた形状であり、熱量調整部11および熱量調整部11により支持されるルツボ3全体を収納できることが望ましい。熱伝導性を一定にしやすくなり、原料6を融解したときの原料融液の温度分布を一定にすることができるためである。本実施形態では、ルツボ3およびサセプタ4を円筒形状とし、かつルツボ底部上面331および下面332ならびにサセプタ4上面を球面形状とした場合について説明する。
The shape of the
前記ペデスタル5は、引上げ軸1と同心としながら成長炉100の下方より成長炉100内に挿入され、前記サセプタ4はこのペデスタル5の上端に固定される。
また、前記ペデスタル5および前記引上げ軸1は、それぞれ別個に設けられた回転装置(図示せず)により回転され、昇降装置(図示せず)により昇降される。
The
Further, the
また、成長炉100には、原料6及び液体封止材7を融解する加熱手段として、ヒータ8と、ヒータ8の温度を制御する温度コントローラ(図示せず)とが設けられている。さらに、ルツボ3内の原料6及び液体封止材7の温度を検出するための温度検出手段として熱電対9が設けられる。
Further, the
前記ヒータ8は、サセプタ4と同心としながら、円筒形状のサセプタ4の外周に沿ってサセプタ4を包囲するように炉内に設置される。また、前記熱電対9はペデスタル5の軸内の上端部に設置される。
The
以上が化合物半導体結晶の製造装置の構成である。次に、化合物半導体結晶の製造方法について説明する。 The above is the configuration of the compound semiconductor crystal manufacturing apparatus. Next, a method for producing a compound semiconductor crystal will be described.
(収容工程)
まず、サセプタ4によって支持されるルツボ3内に原料6及び液体封止剤7を収容する。このとき、炉内を所定圧の不活性ガス雰囲気に保持する。この不活性ガスの圧力は、原料6としてIII族、V族原料をルツボ3内に収容した場合に、原料6からV族原料が解
離するのを防止する程度の圧力に設定される。
(Containment process)
First, the raw material 6 and the
(融解工程)
次に、温度コントローラによりヒータ8が加熱される。このヒータ8の加熱によりルツボ3を加熱し、ルツボ内の原料6及び液体封止剤7を融解する。
具体的には、まず、ルツボ3の温度をヒータ8の加熱により液体封止材7の溶融温度に到達させ、液体封止材7を融解する。原料の融解前に液体封止剤が融解することで、液体封止剤がルツボ内周面の底部側に接触する。さらに、ヒータ8の温度を原料6の溶融温度に到達させ、原料6を融解する。このとき、液体封止材7の比重よりも原料6の融液の比重が大きいので、液体封止材7により原料融液の表面が覆われる。これにより、原料6の融液からのV族元素の解離を防止することができる。
(Melting process)
Next, the
Specifically, first, the temperature of the
(結晶成長工程)
原料6および液体封止剤7を融解した後、引上げ軸1の先端に固定された種結晶2を前記昇降装置により降ろし、液体封止剤7を貫いて原料6の融液に接触させる。そして、温度コントローラのフィードバック制御によってヒータ8の温度を徐々に低下させつつ、この状態のまま引上げ軸1を種結晶2とともに前記昇降装置によりゆっくりと引上げていく。こうすることで結晶が成長し、単結晶である成長結晶10が液体封止材7を貫いて引上げられていく。
(Crystal growth process)
After melting the raw material 6 and the
このような成長結晶10の引上げの際に、引上げ軸1及びペデスタル5は、いずれも前記回転装置により相対的に回転される。また、成長結晶10の外径を一定に制御するため、成長結晶10の単位時間当たりの重量増加量を検出し、これから結晶外径を算出して成長結晶10の外径が目標の外径となるように、ヒータ8が温度コントローラによりフィードバック制御される。
When the grown
また、結晶外径の成長の進行に伴ってルツボ3内の融液が減少すると、必然的に液面位置が下がることになる。液面位置が下がると、ヒータ8と結晶成長界面との位置関係が変化し、融液を効率良く加熱することが難しくなる。このため、結晶の成長量から液面の低下量を算出して、この算出結果に基づいて昇降装置を制御する。具体的には、液面の低下に応じて、ペデスタル5を徐々に上昇させてルツボ3の位置を調整し、ヒータ8の発熱帯に対して融液の液面を常に一定の位置に調節する制御が実行される。
Further, if the melt in the
(損耗測定工程)
前記結晶成長工程の後、必要があれば、液体封止剤7と接触していたルツボ内周面31の損耗量を測定する。
先にも述べたように、液体封止剤7がルツボ内周面31に固着することにより、ルツボ内周面31が損耗してしまう。この損耗に起因してルツボ3の肉厚が薄くなることにより、原料6を融解するためのヒータ8の熱に対する熱伝導性が大きくなり、原料融液内の温度分布の再現性が崩れ、ルツボ3を使用する度に結晶成長条件が変動することになる。その結果、単結晶を再現性良く得ることが難しくなってしまう。また、この損耗に起因する再現性の崩れは、特に、ルツボ底部での損耗が影響する。
(Wear measurement process)
After the crystal growth step, if necessary, the amount of wear on the inner
As described above, the
そこで、本実施形態においては、後述の補正工程にて、ルツボ内周面31の損耗による熱伝導性の変化が生じないようにするための下準備として、ルツボ内周面31の損耗量を測定する。測定方法としては損耗量を調べることができる既存の方法を用いればよく、例えば、測定物中を超音波が往復する時間により厚さを測定する超音波厚さ計を用いてもよい。
なお本工程は、ルツボ内周面31の損耗量が予測できる手法を用いる場合は行わなくともよい。例えば炉内圧力、原料融液量、ヒータ8の設定温度、結晶成長工程に費やす時間
、ルツボの材質、外径・内径および肉厚等から損耗量を予め計算してもよい。
Therefore, in the present embodiment, the amount of wear of the crucible inner
In addition, this process does not need to be performed when using the method in which the amount of wear of the crucible inner
(補正工程)
そして、本実施形態においては、結晶成長工程の前にルツボ3とサセプタ4との間に予め設けておいた熱量調整部11の肉厚を、予測された損耗量または前記損耗測定工程で得られた損耗量に応じて補正する。つまり、結晶成長工程によるルツボ3の損耗分を補うように、熱量調整部11の肉厚を補正する。これにより、結晶成長工程前すなわちルツボ3が損耗する前の熱伝導性と、化合物半導体結晶を製造した後に新たに化合物半導体結晶を製造する際の結晶成長工程における熱伝導性とを同等とすることができ、ひいては原料融液内の温度分布の再現性を確保することができる。その結果、化学半導体結晶の製造工程において、安定した単結晶歩留まりを得ることができる。
(Correction process)
In the present embodiment, the thickness of the calorific
なお、上述の構成は、化合物半導体結晶の製造を繰り返す際において、化合物半導体結晶の製造工程の再現性が重要になるRun−to−Runを用いる場合、原料融液内の温度分布の良好な再現性が得られ、その結果、複数の化合物半導体結晶間の偏差を小さくでき、さらに有効である。 In the above-described configuration, when the production of the compound semiconductor crystal is repeated, when using Run-to-Run, in which the reproducibility of the production process of the compound semiconductor crystal is important, the temperature distribution in the raw material melt is well reproduced. As a result, the deviation between a plurality of compound semiconductor crystals can be reduced, which is more effective.
前記補正工程にて行う具体的な補正方法であるが、一つには、結晶成長工程の前に予め設けておいた熱量調整部11の少なくとも一部を、予測された損耗量または前記損耗測定工程で得られた損耗量に応じた肉厚が加えられた熱量調整部の少なくとも一部と置換して、新たな熱量調整部とすることにより補正する方法が挙げられる。例えば、ルツボ3の損耗量に応じた肉厚(例えば、ルツボ底部上面331において削れた肉厚分を加えた肉厚)を有する新たな熱量調整部と、補正前の熱量調整部11全体を交換してもよい。
A specific correction method performed in the correction step is, for example, that at least a part of the heat
この際、図2に示すように、ルツボ底部上面331において削れた肉厚分を加えた肉厚のみならず、ルツボ内周面31の側部34において削れた肉厚分を加えた肉厚を有する新たな熱量調整部と、補正前の熱量調整部全体を交換してもよい。
At this time, as shown in FIG. 2, not only the thickness obtained by adding the shaved thickness on the crucible bottom
また、図3に示すように、熱量調整部11の一部111を、ルツボ側熱量調整部11aおよびサセプタ側熱量調整部11bに対して着脱自在としておき、その一部111のみを、ルツボ底部上面331において削れた肉厚分が反映された熱量調整部の一部と置換して、結晶成長工程前のルツボ3と熱量調整部11との肉厚の和と、補正工程後のルツボ3と新たな熱量調整部との肉厚の和とを同じとするように構成してもよい。なおこのとき、ルツボ側熱量調整部11aおよびサセプタ側熱量調整部11bを、ルツボ3およびサセプタ4と一体となるように固定していてもよい。
Further, as shown in FIG. 3, a
このように熱量調整部11の少なくとも一部を、肉厚が調節された熱量調整部の一部すなわち損耗量分の肉厚が加えられた熱量調整部の一部と交換することにより、熱量調整部11全体を交換するよりも容易に補正工程を行うことができる。さらに、種々の肉厚を有する、熱量調整部11の一部を予め準備しておけば、半導体結晶の製造の度に熱量調整部11を容易に補正することができる。
By exchanging at least a part of the
好適な例を挙げると、円筒形状の熱量調整部11においてルツボ側熱量調整部11a,サセプタ側熱量調整部11bをルツボ3,サセプタ4に対して着脱自在とし、これらの部分以外の部分111を円板形状の部分としてもよい。この方法ならば、補正工程の際に、損耗量に応じた肉厚を有する円板形状の部分を、ルツボ3及びサセプタと接する部分の間に挟み込まれた部分111のみと交換すれば、熱量調整部11を容易に補正することができる。
As a preferred example, in the cylindrical heat
また、具体的な補正方法としてもう一つには、結晶成長工程の前に予め設けておいた熱
量調整部11に、予測された損耗量または前記損耗測定工程で得られた損耗量に応じた肉厚を有する円板形状をなした熱量調整部の一部112を、置換するのではなく、加えることにより、新たな熱量調整部として補正する方法が挙げられる。図4に示すように、熱量調整部11においてルツボ3及びサセプタ4と接する部分11a,11bをルツボ3,サセプタ4に対して着脱自在とし、これらの部分以外の部分111,112を本実施形態においては円板形状の部分とする。この方法ならば、補正工程の際に、損耗量に応じた肉厚を有する円板形状の部分112を、ルツボ側熱量調整部11aとサセプタ側熱量調整部11bとの間に挟み込むことにより、熱量調整部11を容易に補正することができる。
なお、この方法を、上述の具体的な一つ目の補正方法と組み合わせてもよい。つまり、熱量調整部11の一部を置換しつつ、所定の肉厚を有する円板形状の部分を、ルツボ側熱量調整部11aとサセプタ側熱量調整部11bとの間に挟み込んでもよい。
Further, as another specific correction method, the calorific
Note that this method may be combined with the specific first correction method described above. That is, a disc-shaped portion having a predetermined thickness may be sandwiched between the crucible side heat
ここで、前記補正工程前後の熱量調整部11においては、ルツボ3と同じ材質とすることが好ましい。先にも述べたように、結晶成長工程前後のルツボ3の熱伝導性の変化を抑制することが求められることから、前記熱量調整部11がルツボ3と同じ材質であるならば、ルツボ3が損耗したとしても、熱量調整部11とルツボ3との材質の違いによる熱伝導性の差を考慮することなく、損耗量に応じて熱量調整部11を補正することができるためである。
Here, in the calorie | heat
さらに、熱量調整部11をルツボ3と同じ材質にすると同時に、熱量調整部11をサセプタ4と同じ材質にすることも望ましい。先にも述べたように、ヒータ8の温度制御の元となる原料融液温度検出のための熱電対9は、サセプタ4の下面を支えるペデスタル5の軸内上部に設けられているためサセプタ4と接しており、ルツボ4、熱量調整部11およびサセプタ4が同材質ならば、これらの肉厚の合計値一定にすることにより、ルツボ4、熱量調整部11およびサセプタ4との材質の違いによる熱伝導性の差を考慮することなく熱伝導性をほぼ一定に保つことができるためである。
Furthermore, it is desirable that the heat
また、熱量調整部11の形状については、全体形状としては、ルツボ3およびサセプタ4の形状に合わせたものであればよく、円筒形状であっても良いし、直方体形状であっても良い。一方、上面および下面の形状としては、平面形状や平面形状を一部変形させた形状であっても球状であってもよいが、図1に示すように、前記補正工程前後の熱量調整部11を前記ルツボ3に対して密着自在な形状とすることも好ましい。このような形状にすれば、ルツボ3と熱量調整部11との間に隙間を無くすことができ、熱量調整部11とルツボ3との肉厚の差による熱伝導性の変動を抑えることができるためである。
Moreover, about the shape of the calorie | heat
同様に、前記補正工程前後の熱量調整部11を前記サセプタ4に対して密着自在な形状とすることも好ましい。両者の間に隙間を無くすことができ、ルツボ3、熱量調整部11およびサセプタ4における結晶成長工程前後の熱伝導性の変動を抑えることができるためである。
Similarly, it is also preferable that the heat
特に、これらの好ましい形状をまとめて、前記補正工程前後の熱量調整部11を前記ルツボ底部33形状と相似、または同一形状とすると、より好ましい。このような形状にすると、熱量調整部11とルツボ3及びサセプタ4間に、隙間がほとんどなくなるため、熱伝導性をより一定に維持することができるためである。
In particular, it is more preferable that these preferable shapes are put together to make the heat
先にも述べたように、本実施形態においてはルツボ底部上面331及び下面332が球面形状をなしているものについて挙げているが、具体的にはルツボ3の底部上面332の曲率半径と、前記補正工程前後の熱量調整部11の上面の曲率半径を同じとすることが好ましい。これに加えて、サセプタ上面41の曲率半径と、前記補正工程前後の熱量調整部11の下面の曲率半径を同じとすることも好ましい。このような形状にすると、熱量調整
部11とルツボ3及びサセプタ4間に隙間がほとんどなくなるため、熱伝導性をより一定に維持することができるためである。
As described above, in this embodiment, the crucible bottom
また、前記補正工程前後の熱量調整部11の外径を、ルツボ外周面32の外径と同じとしてもよい。このような構成を採用することにより、熱量調整部がルツボ底部下面332全体を支持することになり、熱伝導性の変動を抑制することができるためである。さらに、両者の外径が同じであるため、一定の内径を有するサセプタに両者を収納することができ、製造工程が容易になる。
Further, the outer diameter of the heat
また、熱量調整部11の肉厚を、ルツボ底部33の肉厚よりも厚くすることも好ましい。このような構成を採用することにより、熱伝導性においては熱量調整部11の肉厚による影響の方が支配的になるため、ルツボ底部33の肉厚が削れて薄くなったとしても、熱伝導性の変動を抑制することができるためである。
また、熱量調整部11全体としての肉厚は、上下方向に一定でなくとも良いが、熱伝導性を一定に保ち、かつ補正工程を容易にするという観点からは一定である方が好ましい。
Moreover, it is also preferable to make the thickness of the heat
Further, the thickness of the heat
また、化合物半導体結晶の製造方法を繰り返すことにより複数の化合物半導体結晶を製造するとき、前記熱量調整部11の肉厚と前記ルツボ底部33の肉厚との和を、少なくとも各々の補正工程において一定とすることが好ましい。化合物半導体結晶の製造工程の再現性が重要になるRun−to−Runを用いる場合、前記熱量調整部11の肉厚と前記ルツボ底部33の肉厚との和を一定にすることにより、熱伝導性の変動を抑制することができるためである。
In addition, when a plurality of compound semiconductor crystals are manufactured by repeating the method of manufacturing a compound semiconductor crystal, the sum of the thickness of the calorific
なお、ルツボ底部上面331において削れた肉厚分を加えた肉厚のみならず、ルツボ内周面31において削れた肉厚分を考慮して、ルツボ底部33と同様の上記補正を、ルツボ側部34に対して行ってもよい。
The above correction similar to that of the crucible bottom 33 is performed in consideration of the thickness of the crucible inner
上述の通り、本実施形態によれば、結晶成長条件の再現性を確保し、安定した単結晶歩留まりを得る化合物半導体結晶の製造方法を提供することができる。本実施形態によって製造された化合物半導体結晶は、ICやLSIなどの半導体材料を用いた半導体装置に好適である。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a compound semiconductor crystal manufacturing method that ensures reproducibility of crystal growth conditions and obtains a stable single crystal yield. The compound semiconductor crystal manufactured according to this embodiment is suitable for a semiconductor device using a semiconductor material such as IC or LSI.
なお、本実施形態においては、成長結晶10がGaAs単結晶の場合を挙げたが、シリコン単結晶などであってもよい。また、ルツボ3の材料がpBNの場合を挙げたが、シリコンなどの他の材料であっても、ルツボ3内周面の損耗が発生する場合には、上述のような技術的思想を適用しうる。また、本実施形態においては予め熱量調整部11を設けていたが、結晶成長工程後にルツボ損耗量に応じた肉厚を有する熱量調整部11を設けてもよい。
In the present embodiment, the
以下に、本発明の実施例を、LEC法結晶成長炉の概略断面図である図1を用いて説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1 which is a schematic cross-sectional view of an LEC crystal growth furnace.
(実施例1)
直径300mmかつ底肉厚4mmのpBN製のルツボ3内に、GaAs多結晶原料40kgと、液体封止材7である三酸化硼素を3kg充填し、圧力容器である成長炉100内に設置した。
Example 1
A
原料6を収容したpBN製のルツボ3は、グラファイト製のサセプタ4に収納した。このとき、サセプタ4とルツボ3の間には、肉厚5mmのpBN製の熱量調整部11を収容
し、ルツボ底部33の肉厚4mmと合計して、pBNの合計肉厚を9mmとした。
なお、このpBN製の熱量調整部11はルツボ3の外径および底部形状と同一とし、さらにその上面においてはルツボ底部下面332との曲面形状を同一とし、下面においてはサセプタ上面41との曲面形状を同一とした。
The
The pBN heat
これらを収容したサセプタ4を、回転、昇降自在なグラファイト製のペデスタル5上に載置した。
The
ルツボ3に原料6および液体封止剤7をチャージした後は、成長炉100内雰囲気を真空引きにより排気した後、不活性ガスを充填した。
After charging the raw material 6 and the
次に、ルツボ3内をGaAsの融点である1238℃以上まで昇温させ、原料6であるGaAs多結晶原料を融解させた。このとき、炉内の圧力は、0.5MPaとした。
Next, the temperature in the
次に、引上げ軸1を降ろし、種結晶2の先端を原料融液6に接触させ、温度を十分なじませた後、温度コントローラによりヒータ8の設定温度を3℃/hの割合で下げながら、種結晶2を8〜12mm/hの速度でと引上げた。結晶成長時は、引上げ軸1及びペデスタル5により種結晶2とルツボ3とを回転させた。このとき、種結晶2の回転数は時計まわりに5rpm、ルツボ3の回転数は反時計まわりに20rpmとした。
Next, the pulling shaft 1 is lowered, the tip of the
結晶肩部の成長が終了し、直径が約160mmになったところで、外径制御コントローラにより成長結晶10の外径の自動制御を開始した。これは、成長した結晶の重量を、引上げ軸1に設置したロードセル(図示せず)でリアルタイムに計測し、単位時間当たりの重量の増加分と引上げ軸1の移動量から結晶の外径をモニタし、外径が設定した値になるように、ヒータ8の温度制御を行う温度コントローラにフィードバックを行うものである。実施の形態において説明したように、結晶成長中においては、結晶成長量の増加に伴い融液量が徐々に減少し、液面位置が低下していく。これを補正すべく、前記ロードセル出力から液面の低下量を計算し、常に液面がヒータ8に対して定位置に来るように、ルツボ3を自動で上昇させる制御を行った。
When the growth of the crystal shoulder was completed and the diameter became about 160 mm, automatic control of the outer diameter of the grown
チャージした原料6が所定の重量含まれるまで成長させた結晶を引上げた時点でヒータ8の温度を上昇させ、結晶の尾部形状を形成した後、結晶を原料融液から切り離し、室温まで冷却した。
The temperature of the
この一連の結晶成長過程を経て成長炉100から取り出したpBN製のルツボ3は、三酸化硼素7と接触しかつ三酸化硼素7が固着することによってルツボ内周面31がほぼ均一に剥がれた為、ルツボ3の肉厚が、0.1mm減少した。新たな別の化合物半導体結晶を製造、すなわち2回目の結晶成長を行うために、この肉厚が減少したルツボ3を再び使用した。この際に、損耗量である削れた肉厚0.1mm分を補正する為、pBN製の熱量調整部11を肉厚5.0mmのものから5.1mmに変更して、ルツボ3と熱量調整部11との合計肉厚が9.0mmとなるように配置した。この熱量調整部11の変更以外は、最初と同じ製造条件で2回目の結晶成長を行った。その結果、2本目も単結晶を得ることができた。
The
同様に3回目以降もpBN製のルツボ3の肉厚減少分、熱量調整部11の肉厚を厚くし、連続して20回の結晶成長を行った。その結果、全て結晶成長において単結晶が得られた。
Similarly, after the third time, the thickness of the
さらに、ルツボ3の肉厚を変化させて上記の実験を行ったところ、以下の条件の場合、結晶成長において単結晶が安定して得られた。
・ルツボ底部の肉厚と熱量調整部の肉厚との合計が5mm以上とする。
・ルツボ底部の肉厚を1mm以上とし、結晶成長を連続して行う場合、ルツボ底部の肉厚が1mmを下回ったらルツボを交換する。
・ルツボ底部の肉厚に対する熱量調整部の肉厚を1〜10倍の範囲内とする。
Furthermore, when the above experiment was conducted while changing the thickness of the
-The sum of the thickness of the bottom of the crucible and the thickness of the calorie adjusting portion is 5 mm or more.
-When the thickness of the bottom of the crucible is 1 mm or more and crystal growth is continuously performed, the crucible is replaced when the thickness of the bottom of the crucible falls below 1 mm.
-The thickness of the calorie adjustment part with respect to the thickness of the bottom part of the crucible is set within a range of 1 to 10 times.
なお、本実施例のように、ルツボ底部33に対応する箇所に熱量調整部を設ければ、所望の単結晶を得ることができたが、さらに再現性よく結晶を成長させる場合には、ルツボ側部34においても熱量調整部を形成するのが好ましい。
It should be noted that a desired single crystal could be obtained by providing a calorific value adjusting portion at a location corresponding to the crucible bottom 33 as in the present embodiment. However, in the case of growing a crystal with higher reproducibility, It is preferable to form a calorie adjusting portion also in the
また、本実施例では結晶成長工程ごとに補正工程を実施したが、求められる結晶成長の再現性・単結晶の質によっては、所定の厚さが減少するごとに補正工程を実施してもよい。これにより、補正工程の回数を減らすことができ、生産性を向上させることができる。 In this embodiment, the correction process is performed for each crystal growth process. However, depending on the reproducibility of crystal growth required and the quality of the single crystal, the correction process may be performed every time the predetermined thickness decreases. . Thereby, the frequency | count of a correction | amendment process can be reduced and productivity can be improved.
(比較例)
以下、図5に示すように、熱量調整部を設けずに、LEC法成長炉100を用いてGaAsの結晶成長を行った比較例について説明する。
比較例においては、成長炉100を図5に示したものに変えた以外、すなわち本実施例における熱量調整部を設けなかったこと以外は、前述の実施例と全く同じ条件で結晶成長を10回行った。最初の4回の結晶成長では単結晶が得られたものの、5〜6回日では直胴部の途中から多結晶が発生してしまっており、単結晶を得ることができなかった。
さらに、7〜10回目の成長では、肩部を形成する段階で多結晶が発生してしまい、全長に亘って単結晶を得ることができなかった。結果として、全10回の結晶成長のうち、単結晶は4本しか得られなかった。
(Comparative example)
Hereinafter, as shown in FIG. 5, a comparative example in which GaAs crystal growth is performed using the
In the comparative example, the crystal growth was performed 10 times under exactly the same conditions as in the previous example, except that the
Furthermore, in the 7th to 10th growth, polycrystals were generated at the stage of forming the shoulder, and a single crystal could not be obtained over the entire length. As a result, only four single crystals were obtained out of the total 10 crystal growths.
1 引上げ軸
2 種結晶
3 pBNルツボ
31 ルツボ内周面
32 ルツボ外周面
33 ルツボ底部
331 ルツボ底部上面
332 ルツボ底部下面
34 ルツボ側部
4 サセプタ
41 サセプタ上面
5 ペデスタル
6 原料
7 液体封止剤
8 ヒータ
9 熱電対
10 成長結晶
11 熱量調整部
11a ルツボ側熱量調整部
11b サセプタ側熱量調整部
111 着脱可能な熱量調整部の一部
112 加えられる熱量調整部の一部
1 Pulling
Claims (6)
前記結晶成長工程の前に前記ルツボと前記サセプタとの間に予め設けておいた熱量調整部の肉厚を、ルツボ内周面の損耗量に応じて厚くするように補正する補正工程と、を有することを特徴とする化合物半導体結晶の製造方法。 An accommodating step for accommodating the raw material and the liquid sealant in the crucible supported by the susceptor; a melting step for heating the crucible to melt the raw material and the liquid sealant; and a seed for the raw material melt in the crucible A crystal growth step of bringing a crystal into contact and pulling up the seed crystal to grow a crystal to obtain a compound semiconductor crystal;
A correction step of correcting the thickness of the heat amount adjusting portion provided in advance between the crucible and the susceptor before the crystal growth step so as to increase in accordance with the amount of wear on the inner peripheral surface of the crucible. A method for producing a compound semiconductor crystal, comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009197756A JP5152128B2 (en) | 2009-08-28 | 2009-08-28 | Method for producing compound semiconductor crystal |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009197756A JP5152128B2 (en) | 2009-08-28 | 2009-08-28 | Method for producing compound semiconductor crystal |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011046573A JP2011046573A (en) | 2011-03-10 |
JP5152128B2 true JP5152128B2 (en) | 2013-02-27 |
Family
ID=43833316
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009197756A Expired - Fee Related JP5152128B2 (en) | 2009-08-28 | 2009-08-28 | Method for producing compound semiconductor crystal |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5152128B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017128507A (en) * | 2017-03-02 | 2017-07-27 | 株式会社Sumco | Method for pulling silicon single crystal |
JP2017124972A (en) * | 2017-03-02 | 2017-07-20 | 株式会社Sumco | Silicon single crystal pull-up method |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0266680U (en) * | 1988-11-10 | 1990-05-21 | ||
JP2006327879A (en) * | 2005-05-26 | 2006-12-07 | Hitachi Cable Ltd | Method for manufacturing compound semiconductor single crystal |
JP5029184B2 (en) * | 2007-07-19 | 2012-09-19 | 日立電線株式会社 | Semiconductor crystal manufacturing method and manufacturing apparatus thereof |
-
2009
- 2009-08-28 JP JP2009197756A patent/JP5152128B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2011046573A (en) | 2011-03-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101997608B1 (en) | Silicon single crystal growing apparatus and silicon single crystal growing method | |
JP2011042560A (en) | Method and equipment for producing sapphire single crystal | |
CN110408988A (en) | The growing method of SiC single crystal grower and SiC single crystal | |
JP4830312B2 (en) | Compound semiconductor single crystal and manufacturing method thereof | |
CN104651938A (en) | Method for producing SiC single crystal | |
EP1757716B1 (en) | Method and apparatus for preparing crystal | |
US20060260536A1 (en) | Vessel for growing a compound semiconductor single crystal, compound semiconductor single crystal, and process for fabricating the same | |
JP5152128B2 (en) | Method for producing compound semiconductor crystal | |
JP6869077B2 (en) | Method for manufacturing silicon carbide single crystal ingot | |
TWI287592B (en) | InP single crystal wafer and InP single crystal manufacturing method | |
JP2010260747A (en) | Method for producing semiconductor crystal | |
JP7398702B2 (en) | Single crystal growth equipment and single crystal growth equipment protection method | |
KR101571958B1 (en) | Apparatus and method for growing ingot | |
JP5029184B2 (en) | Semiconductor crystal manufacturing method and manufacturing apparatus thereof | |
KR102479334B1 (en) | Manufacturing apparatus for silicon carbide single crystal and manufacturing method of silicon carbide single crystal | |
JP2704032B2 (en) | Method for manufacturing compound semiconductor single crystal | |
JP2013256424A (en) | Apparatus for growing sapphire single crystal | |
JP2012006802A (en) | Method and apparatus for producing silicon single crystal | |
JP2009190914A (en) | Method for producing semiconductor crystal | |
JP2019043787A (en) | Crystal growth apparatus and method of manufacturing single crystal | |
JPH01317188A (en) | Production of single crystal of semiconductor and device therefor | |
WO2020241541A1 (en) | METHOD FOR PRODUCING SiC SINGLE CRYSTAL INGOT AND METHOD FOR PRODUCING SiC MODIFIED SEED | |
JP2014156373A (en) | Manufacturing apparatus for sapphire single crystal | |
JP2013193942A (en) | Single crystal manufacturing apparatus and method for manufacturing single crystal using the same | |
JP2016132599A (en) | Sapphire single crystal production device and sapphire single crystal production method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110826 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120720 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120731 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120928 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20121106 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20121119 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151214 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |