JPH01215794A - 液体封止引上法による単結晶製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、液体封止引上（Ｌｉｇｕｉｄ　Ｅｎｃａｐｇ
ｕｌａｔｅｄ　Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ　：　ＬＥＣ）
法による単結晶の製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 一般に、化合物半導体のバルク結晶成長法として、水平
ブリッジマン法と引上げ法とがあるが、工程が簡単で比
較的大直径の単結晶を得ることができることから、液体
封止引上法が広く用いられている。この液体封止引上法
は、るつぼ中に収容した原料融液を液体封止剤で覆いつ
つ、これを低圧又は高圧の不活性雰囲気ガスで加圧して
揮発性成分の揮散を防止し、この状態で加熱溶融した原
料から単結晶を引上げて成長させるものである。

この液体封止引上法による従来の製造方法を、ＧａＡＳ
　（ガリウム砒素）単結晶を例にして説明する。

第４図に示す単結晶引上げ装器は、ＧａＡｓ原料融液２
を収容するるつぼ４と、回転及び上下移動する結晶引上
軸８と、るつぼ４に対するカーボン製のるつぼライナー
５を支持して回転及び上下移動するるつぼ支持軸９とを
有し、るつぼ４の外側にカーボン製の抵抗加熱ヒータ６
を設けて、るつぼ４内における原料を加熱溶融するホッ
トゾーンを構成している。１１はカーボン製の熱シール
ド材を示す、ＧａＡｓではＡｓ（砒素）の蒸気圧が高く
蒸発し易いので、ＧａＡｓ原料融液２の表面をＢ２０３
等の液体封止剤３で覆い、更に炉内を高圧の不活性ガス
雰囲気にしてＡｓの蒸発を押え、加熱溶融する。このＧ
ａＡｓ原料融液２に液体封止剤３の層を貫通してシード
結晶１２を浸して馴染ませ、抵抗加熱ヒーター６の加熱
温度を調整しながら引上げて１円柱状の単結晶１を成長
させる。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、従来のように、るつぼ４の外側部に設けた抵抗
加熱ヒーター６の加熱温度を調整することによって成長
結晶の直径を制御し１円柱状の単結晶を成長させた場合
、引上げられた円柱状の結晶１の外周部に第２図（ｂ）
に示すような多結晶２１の発生がおこり易く、長尺の単
結晶は得難い、この多結晶化は、引上げ結晶ｌの長さが
直径の１−１．５倍程度になったところで、結晶外周部
の固液界面が液に向って凹面化するに対応しておこる。

この固液界面の凹面化を防げば、多結晶の発生を抑制で
きると考えられる。これには、例えばるつぼ４の内部に
補助ヒーターを付加して引上げ結晶ｌを加熱するなどの
方法も有効であるが、ＧａＡｓ結晶を高温にすると、そ
の表面からＡｓが揮散してＧａが析出し、このＧａが液
滴となって流下し、単結晶の成長が妨げられる。このた
め、従来のホットゾーンにより、炉の上下方向の温度分
布を変更するような手段では、実際上、長尺の単結晶を
安定して成長させることは困難である。

本発明の目的は、ト記従来技術の問題点に鑑みてなされ
たもので、固液界面の凹面化を防ぎ、長尺の単結晶を安
定に成長させることができる単結晶製造方法を提供する
ことにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、るつぼ内の液体刃ＩＦ剤で覆われた原料融液
から単結晶を引上げるに当り、液体封止剤中に配置した
環状の発熱体により、液体対１Ｆ剤中における引上げ結
晶の原料融液面に接近した部分の外周部を、局所的に加
熱しながら結晶を引上げるものである。

［作用］ 引上げ中の結晶は、その液体封止剤中に存在する部分、
特に原料融液面に接近した部分の外周部が１発熱体によ
り局所的に加熱される。このため、結晶表面からＡｓが
揮散する副作用をおこさせることなしに、引上げ結晶の
固液界面の凹面化（液に向って）が防止されて、固液界
面形状が平坦化し、低転位化ひいては多結晶の発生が抑
制される。よって、大直径長尺の単結晶を安定して成長
させることが可能となる。

但し、このような補助加熱を原料融液面に接近した結晶
外周部に加えることにより、固液界面全体が凸面化（液
に向って）し易いので、るつぼ内原料融液の加熱を相対
的に少なくする必要がある。このため、本発明の方法を
実施する場合の前提となるホットゾーンは、従来に比べ
るつぼ底部がより高温になる温度分布のものが適する。

上記局所的な加熱を加える環状の発熱体は、引上げ結晶
の外周部に近接するようその直径を小さく形成すること
により、結晶外周と外周近傍の原料融液の液面とを直接
的に加熱゛することができる。

また環状の発熱体の直径をるつぼ内径に近づくように大
きくすることによって、るつぼ外側部のるつぼライナー
の液体封止剤層部分を帯状に高温に加熱し、この高温る
つぼライナーからの間接加熱により、引上げ結晶の外周
部を局所加熱することができる。

［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。

実施例１ 第１図は１本発明の局所加熱用の環状の発熱体を組込ん
だ単結晶引上げ装置内部を示す、ｌは引上げられた単結
、晶、２はＧａＡｓ原料融液、３は液体封止剤（Ｂ２０
３）、４は熱分解窒化ポロンＰ　Ｂ　Ｎ　（Ｐｙｒｏｌ
ｉｔｉｃ　Ｂａｒｏｎ　Ｎ１ｔｒｉｄｅ　）から成る有
底筒体状のるつぼ、５はカーボン製のるつぼライナー、
６はホットゾーンを形成するためるつぼライナー５の外
側を包囲するように設けたカーボン製の抵抗加熱ヒータ
ーである。７は高量波誘導加熱コイル、７ａはその高周
波誘導加熱コイルのフィーダーであり、高周波誘導加熱
コイル７は引上げ結晶１の液体封止剤３中に在る外周部
を局所的に加熱する環状の発熱体として機能する。８は
回転及び上下移動する結晶引上げ軸、９はるつぼライナ
ー５から下方に延在させたるつぼ支持軸であり１回転及
び上下移動可能になっている。

るつぼ４の直径は１９０ｍｍφで、これにＧａＡｓ８Ｋ
ｇ、液体封止剤Ｂ２０３　１．Ｉ　Ｋｇを入れて溶融し
、原料融液２を得る。この原料融液２の表面は、透明で
高粘性のＬ記液体封止剤３で覆われる。圧力容器内は２
０Ｋｇ／ｃｒｎ’のアルゴンガスで高圧に維持し、この
雰囲気下で、原料融液２の表面にシード結晶１２を浸漬
させて、るつぼ側とシード結晶側とを相互に逆回転させ
つつシード結晶１２を上方へ引上げ、大口径８４ｍｍφ
の単結晶１を徐々に成長させる。

その際、内径１１０＋ｍφの高周波誘導加熱コイル７を
、引上げ軸８と同軸に且つコイル面が水平となるように
して、液体封止剤３の層中における原料融液２の液面に
接近した所定位置に、結晶外周部を取り巻くように設首
する。この実施例では、初期溶融時で２５ｍｍの厚さ・
計有する液体封止剤３中において、高周波誘導加熱コイ
ル７の下部が原料融液２の液面上８ｍｍとなる位置に来
るように設定し、この高周波誘導加熱コイル７に高周波
゛単流を通電しながら引上げる。

この高周波誘導加熱コイル７の原料融液２の液面に対す
る位置設定は、るつぼ４の移動によって行う、具体的に
は、初期には、るつぼ４を原料と高周波誘導加熱コイル
７とが接触しない位置まで降下させておき、原料溶解後
に所定の位置まで上昇させる。また、結晶引上げ開始後
は、引上量に対応するＧａＡｓ原料融液２の液面低下を
、これに対応してるつぼ４を上昇させることで補償して
、原料融液２の液面位置、つまり高周波誘導加熱コイル
７と液面間の距離を一定に保つ。

本実施例における液体封止剤（Ｂ２０３　）３の層の厚
さは、初期の溶融時で２５ｍｍ、結晶の直胴部引上げ時
で３１ｍｍであり、高周波誘導加熱コイル７は液体封止
剤Ｂ２０３層中に沈んだ状態になる。

また、高周波誘導加熱コイル７に対する高周波電流の周
波数は２　ＭＨｚで１発振機の陽極出力で６ＫＷの通電
加熱をして、長さ約２５０ｍｍの単結晶を成長した。引
上げ条件は、結晶引上げ速度８１／時間、結晶回転速度
６ｒｐｍ、るつぼ回転速度１８　ｒｐｍである。

第２図（ａ）は本実施例によって得た単結晶の外形を示
したもので、右半分はこれを縦割すしてストリエーショ
ンによって観測した固液界面形状のスケッチである。第
２図（ｂ）は従来の製造方法により引上げた結晶の同様
なスケッチであり、２０は晶癖線を、２１は多結晶の部
分を示す０本実施例によって得た第２図（ａ）の単結晶
を、第２図（ｂ）の従来の結晶と比較すると、結晶表面
のＡｓ揮散によるＧａ液滴流下には殆ど差が認められな
いが、本実施例によって得た第２図（ａ）の単結晶には
、従来の第２図（ｂ）の結晶のような外周部での固液界
面の凹面化がなく、従って長尺の単結晶成長が可能にな
ったと認められる。

実施例２ 実施例１と同一の条件で、局所加熱用の高周波誘導加熱
コイル７の加熱電力を、結晶中りげ長さに対応して変化
させて、単結晶を成長した。高周波誘導加熱コイル７に
対する通電電力は、引とげ開始時は２ＫＷとし、引上げ
長さ１００ｍｍまでは３０Ｗ／ａｍの速度で５ＫＷまで
増加し、それ以後は６　、６　Ｗ／ｒａｔｓの速度で約
６ＫＷまで増加させた。

この実施例２により製造した場合も、長さ２５０ｍｍの
全長単結晶になり、しかもこの結晶では、第２図（ａ）
にみられる結晶肩部から下５０ｍｍ程度の部分での固液
界面の大きな凸面化（液に向って）が減少した。このよ
うに補助加熱量を引とげ長さに対して変化させる手法は
、特に結晶頭部での固液界面の凸面化の抑制に有効であ
り、細かく条件を選べば、より平坦な界面とすることが
できる。

実施例３ 本実施例３は、前記の実施例１．２が引上結晶ｌの外周
及びその近傍の原料融液の液面を直接誘導加熱するのに
対し、液体封止剤３のＢ２０３層部分においてるつぼ外
側のるつぼライナー５を局所加熱し一高温るつぼライナ
ー５からの間接加熱によって、固液界面の凹面化を抑制
するものである。実施例１．２では、引上結晶への熱応
力を調整するため、高周波誘導加熱コイル７の形状の工
夫とその位置設定の正確さが必要であるが、本実施例で
は、この点にあまり厳密さを要しない反面、るつぼ４の
壁からの加熱なので、引上げ結晶ｌとるつぼ４の壁との
距離が大きく影響し、使用するるつぼ径が制約される。

第３図はこの実施例３に使用した単結晶引上げ装置内部
の模式断面図であり、チャージ量はＧａＡｓが８Ｋｇ、
Ｂ２Ｏ３がＯ，ｉ３　Ｋｇで、その他の引上げ条件は実
施例１の場合と同じである。るつぼ４の径は１５０ｍｍ
であり、高周波誘導加熱コイル７は外径１４４騰膣φ、
内径１３６ｍｍφとしてるつぼ４の内径に近づけると共
に、その高周波誘導加熱コイル下部が液面１約２０　ｍ
−ｍの位置に来るように設置した。ｌＯは上部がカーボ
ン材で下部にＰＨ８筒を取付けて成る筒状の熱遮蔽体で
ある。

るつぼ４の壁からの副射熱により、液体封止剤Ｂ２０３
から抜は出た結晶１の表面を加熱して、Ａｓの揮散やＧ
ａの析出を防止する。熱遮蔽体ｌＯ上下部ＰＨ８筒の内
径は１００ｍｍφで、この下端５ｍｍが液体封止剤３の
Ｂ２０３層中に入る位置に設置した。この引上げ装置で
、高周波加熱の電力を、引上げ開始時４ＫＷとし、引上
げ長さ１００ｍ＋ａまでに約８ＫＷ、引上げ長さ２５０
　ａｍまでに９ＫＷに増加したところ、全長単結晶にな
った。

Ｅ記実施例では、高周波誘導加熱ヒーターを使用して、
引上げ結晶の液体封止剤中に在する部分の外周部を、直
接或いは間接に局所加熱したが、加熱手段は環状の発熱
体であれば必ずしも高周波誘導加熱ヒーターである必要
はなく、環状の抵抗加熱ヒーター等を用いることもでき
る。

また、実施例３の変形例として、液面封止剤層の部分の
るつぼライナー５を、内側からではなく外側から高周波
誘導加熱ヒーターあるいは抵抗加熱ヒーターで局所加熱
することもでき、これには、Ｂ２０３層部が特に高温に
なる温度分布のヒーターを用いる方法や、Ｂ２Ｏ３層部
を加熱する補助ヒーターを付加する方法を採用すること
ができる。

また実施例では高圧炉の場合を例にして説明したが、低
圧炉に適用した場合にも同様の多結晶化抑制効果を得る
ことができる。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明では、液体封止剤中に配置し
た環状の発熱体により、液体封止剤中に在る原料融液面
に近接した引上げ結晶外周部に局所的な加熱を加えなが
ら、結晶を引上げる方法であるため、結晶表面からＡｓ
が揮散する副作用をおこさせることなしに、固液界面の
凹面化（液に向って）を防いで平坦化し、低転位化ひい
ては多結晶の発生を抑制することができる・従って、従
来困難であった長尺の単結晶の引上げが可能になり、単
結晶製造費用が大幅に低減される。

また、従来の単結晶製造方法では、引と結晶径の　１．
５倍程度の長さの成長結晶となった場合、その頭部と足
部とは、成長時の熱的条件が違うので、特性が変り易く
、特性の均一なウェハの取得枚数が僅かであったが、上
記固液界面形状の平坦化制御により、長尺の成長及び結
晶の高品質化が可能になったことから、取得枚数が増す
と共にロフト内ウェハの特性の均一性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造方法の一実施例における単結晶引
上げ装置内部の模式断面図、第２図（ａ）（ｂ）はそれ
ぞれ本発明により引上げた結晶と従来の方法により引上
げた結晶の外形と固液界面形状を示した図、第３図は本
発明の他の実施例における単結晶引上げ装置内部の模式
断面図、第４図は従来の製造方法における単結晶引上げ
装置の模式断面図である。 図中、ｌは引上げ結晶、２は原料融液、３は液体封止剤
、４はるつぼ、５はるつぼライナー、６は抵抗加熱ヒー
ター、７は高周波誘導加熱コイル、８は結晶用−ヒげ軸
、９はるつぼ支持軸を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、るつぼ内の液体封止剤で覆われた原料融液から単結
   晶を引上げるに当り、液体封止剤中に配置した環状の発
   熱体により、液体封止剤中における引上げ結晶の原料融
   液面に接近した部分の外周部を、局所的に加熱しながら
   結晶を引上げることを特徴とする液体封止引上法による
   単結晶製造方法。