JPH0380181A - 単結晶製造装置 - 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〕 本発明は単結晶成長装置に係り、特にるつぼ内で融液を
そのまま固化させ単結晶を得る結晶成長法、例えば、垂
直ブリッジマン法において、良質な単結晶を得るための
温度環境を精度良く形成することを可能とする単結晶成
長装置に関する。

〔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。

（２） 他の結晶成長法としては、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、るつぼの位置開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
ウェ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。

第４図にその一例を示す（ＩＩＩ、八、Ｇａｕｌｔ　ｅ
ｔ、　ａｌＪ、Ｃ，Ｇ　７４（１９８６）　４９１〜５
０Ｇ頁）。第４図においてるつぼ３ａ内に融液１０を作
製し、るつぼ底部に収（３） 容した種結晶９より上方に向かって周期律表Ｉｂ族およ
びｖｂ族元素からなる無機化合物半導体（以下ｒｍ−ｖ
族化合物半導体」という）の単結晶を固化させる（結晶
１０１．Ｓ高成長方法（例えば垂直ブリッジマン法等）
において、るつぼ３ａを保持するサセプター４ａに溝１
２を形成し、サセプター４ａ近傍の熱環境および熱流の
制御を試みた例である。第５図（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１２を設けたサセプター４ａ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。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
サセプター近傍にかぎられ、サセプターから離れた場所
では著しく小さくなる。第５図（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、（４
） 第５図（ａ＞と比べ溝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。

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。

〔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（５） とが必要である。

しかしながら従来の方法では上記問題点を解決するのは
困難であった。

本発明は均一で高品質な単結晶を製造するための単結晶
製造装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題は本発明によれば垂直に配置されたるつぼの底
部に種結晶を収容し、その上方に原料を充填し該原料を
加熱・溶融し、この融液を固化させ単結晶を得る垂直ブ
リッジマン法あるいはＶＧＦ法を実施するための単結晶
製造装置において、前記原料を加熱・溶融する主発熱体
の内側に該主発熱体に対し独立して発熱量を制御するこ
とが可能な補助発熱体を設置したことを特徴とする単結
晶製造装置によって解決される。

上記補助発熱体はその発熱部と結晶の成長面との相対的
な位置開係を結晶成長開始時から終了時まで制御するこ
とが可能な機構を有していることが結晶成長面（固液界
面）の形状を制御する上で（６） 好ましい。

〔作　用〕

本発明によればるつぼの周囲に主発熱体の他に補助発熱
体を設けることによって結晶体内の熱流を制御すること
ができるため歪の少ない単結晶を得ることができる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

第１図は本発明の１実施例を示す垂直ブリッジマン法の
単結晶製造装置の縦断面模式図であり、第２図は本発明
に係る結晶成長中の熱流を説明するための模式図である
。

第１図に示すように本発明の単結晶製造装置は公知の垂
直ブリッジマン法にはゾ類似しているが、るつぼ内の原
料を溶融する発熱体の内側にるつぼにより近接した補助
発熱体を設ける点が異なっている。

（７） 本発明の単結晶装置はグラファイトフェルト等の保温材
２を有する気密容器１内に等方性グラファイト製のサセ
プター４内に外径８００ｍｍ、高さ１５０ｍｍの石英製
のるつぼ３を載置し、支持軸７によりサセプター４と共
にるつぼ３を上下させる。

るつぼ側辺には従来の主発熱体５の他に補助発熱体６を
設けた。

発熱体は等方性グラファイト製で主発熱体５の高さは２
０ｃｍ、補助発熱体６の高さは４ｃｍのものを使用した
。

上記ホットゾーンに外径８０ｍｍ、高さ１５０ｍｍの石
英製のるつぼを用いて結晶成長を行なった。原料は高純
度のＧａＡｓ多結晶ＩＬ、　５　ｋｇ　、８２０３３０
０　ｇを用いた。

原料融解後７気圧のアルゴン雰囲気で成長速度３ｍｍ／
ｈで３インチ径の結晶を成長させることができた。

第１図は結晶育成中の図であり、るつぼ内の下方から種
結晶（ＧａＡｓ）　８、結晶９及び原料融液１０であり
、そしてその上に封止材１１が配置されている。

（８） 補助発熱体６は第２図により拡大して示したように原料
融液１０と結晶９の界面（固液界面）Ａのや＼下になる
ように、結晶成長全体にわたってその位置を制御した。

第３図は本発明に係る結晶成長での発熱体の発熱量の変
化を示す図であり、 結晶成長が進行すると固化した結晶からの放熱が大きく
なるため、側面からの放熱を打ち消すために、補助発熱
体の発熱量を増加させ、結晶成長面近傍の熱量を制御し
、安定して結晶成長を行うことができた。

〔発明の効果〕 結晶性の評価として、（１００）面内の転位密度を測定
した。

以上説明したように本発明によれば、得られたＧａＡｓ
結晶は（１００）面内のエッチピット密度（ＢＰＤ）が
結晶全体にわたり２　ＸＩＯ’　ｃｍ−２を超える領域
が減少した。しかも面内のＥＰＤの平均値は約１×１０
’　ｃｍ−２であり、従来の引上法によるＧａＡｓ単結
晶（９） の１１５以下となり、良好な特性を有し、歩留りが高い
半導体装置の製造に大きく寄与することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示す垂直ブリ・フジマン法
の単結晶製造装置の縦断面模式図であり、第２図は本発
明による結晶成長中の熱流を説明するための模式図であ
り、 第３図は本発明による結晶成長での発熱体の発熱量の変
化を示す図であり、 第４図は従来例を説明するための縦断面模式図であり、 第５図（ａ）及び（ｂ）は従来のそれぞれ結晶成長の初
期及び後期の熱流を示す模式図である。 １・・・気密容器、　　　　　２・・・保温材、３・・
・るつぼ、　　　　　　４・・・サセプター５・・・発
熱体、　　　　　　６・・・補助発熱体、７・・・支持
軸、　　　　　８・・・種結晶、９・・・結晶、　　　
　　　１０・・・原料融液、１■・・・封止材、　　　
　　１２・・・溝。 （１０） 第 １ 図 ６・・・補助発熱体 第 図 特開平３ ８０１８１（５）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、垂直に配置されたるつぼの底部に種結晶を収容し、
   その上方に原料を充填し、該原料を加熱・溶融し、この
   融液を固化させ単結晶を得る垂直ボート成長法を実施す
   るための単結晶製造装置において、 前記原料を加熱・溶融する主発熱体の内側に該主発熱体
   に対し独立して発熱量を制御することが可能な補助発熱
   体を設置したことを特徴とする単結晶製造装置。 ２、前記補助発熱体はその発熱部と結晶の成長面との相
   対的な位置開係を結晶成長開始時から終了時まで制御す
   ることが可能な機構を有していることを特徴とする、特
   許請求の範囲第１項記載の単結晶製造装置。