JPH02175692A

JPH02175692A - 単結晶成長方法及び装置

Info

Publication number: JPH02175692A
Application number: JP33159188A
Authority: JP
Inventors: Fumio Orito; 文夫折戸; Shinichiro Kawabata; 紳一郎川端; Chiku Katano; 片野　築; Yusaku Higuchi; 樋口　祐作; Fumikazu Yajima; 矢島　文和
Original assignee: Mitsubishi Kasei Corp; Mitsubishi Monsanto Chemical Co
Current assignee: Mitsubishi Kasei Polytec Co; Mitsubishi Kasei Corp
Priority date: 1988-12-28
Filing date: 1988-12-28
Publication date: 1990-07-06
Anticipated expiration: 2012-08-06
Also published as: JP2637210B2

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〕本発明は均一性に優れた単結晶を収率良く製造する単結
晶成長方法及び装置に関するものである。

〔従来の技術〕

周期律表第ｍｂ族、及び第ｖｂ族元素からなる無機化合
物（以下ｒｍ−ｖ族化合物」と言う。）の単結晶、特に
ひ化ガリウム、りん化ガリウムの単結晶は、電界効果ト
ランジスタ、ショットキ・バリア・ダイオード、集積回
路（ＩＣ）等の各種半導体素子類の製造に広く用いられ
ている。

これらの半導体素子の製造に用いられる単結晶は結晶中
の原子配列の乱れである転位が少ないことが必要とされ
ている。

従来、集積回路の基板に用いる■−Ｖ族化合物、特にひ
化ガリウムの単結晶は三酸化二はう素を封止剤として用
い、第ｖｂ族成分の蒸発を防止する液体封止引き上げ法
、所謂ＬＥＣ法により成長させるものが使用されていた
。これは、ＬＥＣ法によれば不純物の混入が少ないので
、高純度の結晶が得られるからである。しかしながら、
ＬＥＣ法では引き上げ装置の器壁の冷却、容器内部への
高圧の不活性ガスの充填により装置内部に大きい温度勾
配が発生し、液体封止剤中、及び液体封止剤と雰囲気不
活性ガスの界面において単結晶内部に熱応力が生じ、得
られた単結晶の転位密度が高くなるという問題があった
。特に、結晶外周部の転位密度が高い領域は基板面内に
専有する面積が大きいため、外周部における転位密度の
低減化は重要である。

転位密度は、一般に単結晶から切り出したウェハ面を溶
融水酸化カリウム等でエツチングして得られるエッチピ
ットの密度で評価されるが、−船釣な用途には５×１０
４ｃｍ−２以下であることが要求されている。

第３図は従来の単結晶成長方法を説明するための図で、
不活性ガスを充填した気密容器１００内において、原料
融液１０４を液体封止剤１０５で封止してルツボ１０１
に入れ、液体封止剤１０５と原料融液１０４を熱遮蔽板
１０９で覆ったヒタ１０８により加熱して結晶成長を行
っている。

また、転位密度の少ない■−■族化合物単結晶を得るた
めの方法として、ルツボ内の液体封止剤が存在している
位置に相当する位置にヒータを設けて封止剤の加熱温度
を高め、結晶原料融液と封止剤との界面を低温度勾配領
域にして結晶成長を行う方法（特開昭５９−１１６１９
４号公報）も提案されている。

さらに、長尺のルツボを使用し、種結晶直下に熱線を反
射する反射面を有するリフレクタを水平に取りつけるこ
とにより、成長単結晶の温度勾配を低くする方法（特開
昭６０−８１０８９号公報）も提案されている。

〔発明が解決しようとす・る課題〕

しかしながら、かかる従来の方法では得られた単結晶か
ら切り出したウェハ面内において、平均的な転位密度は
減少するものの、結晶外周部において転位密度の高い領
域が存在し、無添加のひ化ガリウムの結晶におい゛て、
１×１０５ｃｍ−２以上の値を示す領域がしばしば認め
られた。特にリネージ構造と呼ばれる転位の増殖した領
域がしばしば認められた。この領域はウェハ表面に形成
した電気的な活性層の特性変動の原因となり、ウェハ上
に作成した半導体素子の歩留まりの低下をもたらしてい
た。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、単結晶外
周部の転位の発生を防止してウェハ面内の均一性を向上
させることを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者等は、鋭意研究を重ねた結果、ルツボ内に熱反
射板を設置すると共に、その位置に応じてサセプタにヒ
ータからの輻射効率を高めるように窓を設けることによ
り上記問題点を解決できることを見出して本発明に到達
したものである。

本発明の上記目的は、ルツボ内に結晶表面、融液表面、
ルツボ内壁からの輻射は反射し、反射板の上下で温度差
を設けることができる熱反射板を設置すると共に、熱反
射板の水平部に相当する位置より下方の位置において、
ルツボを支持している治具のルツボ側壁に接している部
分にヒータからの輻射効率を高めるように窓を設けるこ
とにより達成される。■−■族化合物としては、ひ化ガ
リウム、りん化ガリウム、りん化インジウム、ひ化イン
ジウム、アンチモン化ガリウム、アンチモン化インジウ
ム等が挙げられる。

第１図は本発明の単結晶の製造を説明するための図、第
２図はサセプタの斜視図である。図中、１０１はルツボ
、１０２はサセプタ、１０２ａ〜１０２ｃは窓、１０３
は支持棒、１０４は原料融液、１０５は液体封止剤、１
０６は成長結晶、１０７は引き上げ棒、１０８はヒータ
、１０９は熱遮蔽板、１１０は支持アーム、１１１は熱
反射板である。なお、図では第３図で説明した気密容器
は省略している。

図において、内部に原料融液１０４．８２０３等からな
る液体封止剤１０５を収容するルツボ１０１、ルツボ加
熱用ヒータ１０８、熱遮蔽板１０９等は、不活性ガスを
充満させた図示しない気密容器に収納されている。気密
容器の器壁には冷却のため冷却水の配管またはジャケッ
ト（図示せず）が設けられている。熱遮蔽板１０９はル
ツボ加熱用ヒータの輻射に直接気密容器の器壁が曝され
るのを防止し、かつルツボ及び単結晶の廻りの温度勾配
を緩やかにするために設けられる。ルツボ１０１には■
−Ｖ族化合物多結晶、単結晶の原料、及び三酸化二はう
素等を収容し、サセプタ１０２により支持している。サ
セプタ１０２はルツボ１０１を保持するとともに、移動
及び回転を行うための治具であり、通常グラファイトで
形成されている。このため、カーボンルツボと呼称され
る場合もある。その周囲には円筒状のヒータ１０８が設
けられている。熱反射板１１１はドーナツ状に形成され
、液体封止剤の表面より上方に配置されるか、或いは液
体封止剤表面近傍または液体封止剤中に没した状態で支
持アームで支持されて浮かべて使用され、石英またはＢ
Ｎ等不活性な物質で形成する。熱反射板１１１と成長結
晶１０６間の間隔が大きいと、この部分からの熱放出が
生ずるので、熱反射板１１１の開口径りは、成長結晶１
０６の径ｄに対してＤ−ｄ＜２５ｍｍを満足することが
望ましい。サセプタ１０２のルツボ側壁と接する部分に
は、第２図に示すように窓１０２ａ〜１０２ｃが設けら
れる。窓は、例えば熱反射板１１１より下方位置で、原
料融液１０４と液体封止剤１０５の境界にまたがるよう
に設けられることが好ましい。

このようにルツボ側壁部分に対応した位置においてサセ
プタに窓を設けているので、ヒータとルツボ外壁との直
接対面輻射によりルツボ側壁の温度が上昇し、熱反射板
による保温作用との相乗的効果により結晶が保温され、
結晶内部に発生する熱応力が低減化される。さらに、熱
反射板より上方においては融液面からの輻射が遮蔽され
るため、結晶成長に必要な固化潜熱の放出が助長され、
安定した結晶成長が可能となる。即ち、熱反射板及びサ
セプタの開口部の位置の最適化により結晶内に発生する
熱応力を抑制した安定した結晶成長が可能となる。熱反
射板の設置位置は、その下端がＢ２Ｏ３中に浸る位置が
望ましく、好ましくはＢ２Ｏ３層の中間部に位置する場
合が効果的である。

〔作用〕

本発明は、ルツボを支持するサセプタに窓を開け、その
周囲に配置されたヒータからの輻射熱が有効にルツボに
伝えられるようにして輻射効率をあげ、またこの窓を原
料融液と液体封止剤の境界にまたがるように設けること
により、境界における温度勾配を低減化し、さらに熱反
射板による保温を行わせることにより、ヒータによる直
接加熱と熱反射板による保温作用との相乗的効果により
結晶が保温され、結晶内部に発生する熱応力が低減化さ
れる。

〔実施例］以下、本発明の実施例を比較例と対仕して具体的に説明
する。

以下に示す実施例、及び比較例において、単結晶回転引
き上げ装置としては第３図に示す構造の気密装置を用い
た。ルツボはＰＢＮ製の外径１５ｃｍ、高さ１４ｃｍの
ものを用い、原料は高純度のＧａＡｓ多結晶５　Ｋｇ１
Ｂ２０＋　６００　ｇを用いた。

原料融解後２０　ａ　ｔｍのＡｒ雰囲気で６＋ｎ＋ｎ／
ｈの引き上げ速度で３インチ径の結晶を成長させた。

素子特性の均一性評価はホール素子用の電極を５００μ
ｍのピッチで形成し、オートプローバによりシート抵抗
値の測定を行った。ホール素子用の動作層の形成は、基
板を鏡面研磨した後、２１＋３１＋イオンを注入エネル
ギ６０ｋｅｖ、注入量５ｘｌＱ１２個／　ｃｎｌの条件
で注入し、０．４％（体積比）のΔｓＨ，＋を含む水素
雰囲気中で８２０ｔ’、１０分間加熱することにより行
った。以下でシート抵抗値が小さい場合は注入した２９
Ｓｌ＋イオンの活性化率が向上していることを示してい
る。

〔実施例１〕熱反射板を８２０．表面に設置し、その内径を１００陥
、成長結晶の直径を７８〜ｂサセプタ開口部を３２０３に相当する位置に設けた。そ
の結果、固化率ｇ＝０．１のとき、面内平均でエッチピ
ット密度（ＥＰＤ）　−１，９Ｘ１０４ｃｍ−２、リネ
ージ（線状結晶欠陥）無し、シート抵抗Ｒｓ＝９５０Ω
、面内平均でシート抵抗標準偏差σＲｓ＝４５であった
。また固化率ｇ＝０゜８のとき、ＥＰＤ＝２．６Ｘ１０
’　ｃｍ−２、リネシ無し、Ｒｓ＝９８０Ω、ｃｒＲｓ
＝５０であった。

〔実施例２〕熱反射板を８２０３表面から５ｍｍ下に設置し、その内
径を１１０ｍｍ、成長結晶の直径を７８〜８３ｍｍとし
、サセプタ開口部を反射板より下のＢ２Ｏ３に相当する
位置に設けた。その結果、固化率ｇ＝０．１のとき、Ｅ
ＰＤ＝２．　　Ｉ　Ｘ　１０’　ｃｍ−２リネージ無し
、Ｒｓ＝９７０Ω、σＲｓ＝４６であった。また固化率
ｇ＝０．８のとき、ＥＰＤ２、　３Ｘ１０’　ｃ＋ｎ−
２、リネージ無し、Ｒｓ＝９７２Ω、σＲｓ＝５２であ
った。

〔比較例１〕熱反射板を８２０３表面に設置し、その内径を１００ｍ
ｎ＋、成長結晶の直径を７８〜８３ｍｍとし、サセプタ
には開口部を設けなかった。その結果、固化率ｇ＝０．
１のとき、ＥＰＤ＝５．６Ｘ１０４　ｃｍ−２、リネー
ジ有り、Ｒｓ＝１００１Ω、ａＲ８−８５であった。ま
た固化率ｇ＝０．８のとき、多結晶化が生じ、Ｒｓ、σ
Ｒｓとも測定不能であった。

〔比較例２〕熱反射板を設けず、成長結晶の直径を７８〜８３ｍとし
、サセプタ開口部をＢ２Ｏ３に相当する位置に設けた。

その結果、固化率ｇ＝０．１のとき、ＥＰＤ＝６．４Ｘ
１０’　ｃｍ−２、リネージ有り、Ｒｓ＝１０３３Ω、
σＲｓ＝８５であった。また固化率ｇ＝０．８のとき、
多結晶化が生じ、Ｒｓ、σＲｓとも測定不能であった。

〔比較例３〕熱反射板、サセプタ開口部とも設けなかった。

その結果、固化率ｇ＝０．１のとき、ＥＰＤ＝７゜６Ｘ
１０’ｃｍ−２、リネージ顕著、Ｒｓ＝１１００Ω、σ
Ｒｓ＝１１０であった。また固化率ｇ−０゜８のとき、
多結晶化が生じ、Ｒｓ、σＲｓとも測定不能であった。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、（１）外周部における転位密度が低減化され、リネージ
構造の形成を防止できた。

（２〕面内の転位密度がｌＸＩＯ３／ｃｎｆを超える領
域が減少し、面内のほぼ全域にわたって５Ｘ１０’／ｃ
ｌＩｆ以下の転位密度が実現された。面内の転位密度の
平均値は３Ｘ１０’／ｃｎｆ以下となり、従来の約半分
に低減化された。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による単結晶成長を説明するための図、
第２図はサセプタの斜視図、第３図は従来の単結晶成長
方法を説明するための図である。１０１・・・ルツボ、１０２・・・サセプタ、１０２ａ
〜１０２ｃ・・・窓、１０３・・・支持棒、１０４・・
・原料融液、１０５・・・液体封止剤、１０６・・・成
長結晶、１０７・・・引き上げ棒、１０８はヒータ、１
０９・・熱遮蔽板、１１０・・・支持アーム、１１１・
・・熱反射板。出　願　人　　三菱モンサント化成株式会社（外１名）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）不活性ガスを充填した気密容器内でサセプタによ
り支持したルツボ内に原料融液、液体封止剤を収納し、
周囲から加熱して単結晶を成長させる方法において、サ
セプタに窓を設けて周囲からのルツボに対する輻射効率
を高めると共に、液体封止剤からの熱放射を熱反射板に
より防止するようにしたことを特徴とする単結晶成長方
法。
（２）前記窓は、熱反射板より下方の位置で原料融液と
液体封止剤との境界にまたがって設けられている請求項
１記載の単結晶成長方法。
（３）不活性ガスを充填した気密容器内で原料融液及び
液体封止剤を収納したルツボを支持するサセプタと、サ
セプタの周囲に設けられ、ルツボを加熱する加熱手段と
、加熱手段の周囲に設けられた熱遮蔽板と、結晶の周囲
に設けられた熱反射板とを備え、前記サセプタに窓を設
けて加熱手段からのルツボに対する輻射効率を高めたこ
とを特徴とする単結晶成長装置。
（４）熱反射板は、中心部に結晶を通過させる開口を有
し、該開口の直径Ｄが、結晶の直径ｄに対してＤ−ｄ＜
２５ｍｍである請求項３記載の単結晶成長装置。