JPH0585880A - 単結晶引上装置 - Google Patents
単結晶引上装置Info
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- JPH0585880A JPH0585880A JP3190274A JP19027491A JPH0585880A JP H0585880 A JPH0585880 A JP H0585880A JP 3190274 A JP3190274 A JP 3190274A JP 19027491 A JP19027491 A JP 19027491A JP H0585880 A JPH0585880 A JP H0585880A
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- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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- C30B15/10—Crucibles or containers for supporting the melt
- C30B15/12—Double crucible methods
-
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Abstract
1及び内ルツボ12からなる二重ルツボ5に半導体融液
6を貯留し半導体単結晶23を引き上げる単結晶引上装
置1において、内ルツボ12は単結晶の特性に影響を及
ぼさない無機酸化物からなる支持部材14により支持さ
れる。また、内ルツボ上部の材料を前記無機酸化物とし
てもよい。前記無機酸化物は、アルミナ(Al2O3)ま
たはムライト(3Al2O3・2SiO2)のいずれか1
種であることが好ましい。 【効果】 半導体単結晶の汚染を防止することができ、
該半導体単結晶中の結晶欠陥密度を低減することができ
る。また、万一前記材料がこの半導体単結晶中に固溶し
ても該半導体単結晶の特性に影響を及ぼすことがない。
また、無機酸化物をアルミナまたはムライトとすれば、
支持部材や内ルツボ上部を酸化性雰囲気に対して安定化
させることができる。
Description
晶の炭素汚染や重金属汚染を防止することができ、該半
導体単結晶中の結晶欠陥密度を低減することのできる単
結晶引上装置に関するものである。
(GaAs)等の半導体単結晶を育成する方法の一つ
に、従来のチョクラルスキー法(CZ法)を改良した連
続CZ法がある。
に原料を連続供給することにより長尺の半導体単結晶を
育成するもので、大径かつ長尺の半導体単結晶を得るに
は最も優れた方法の一つである。
置は、不活性ガスが低圧で充填された気密容器と、該気
密容器内に設けられ内ルツボ及び外ルツボからなる石英
(SiO2)製の二重ルツボと、前記内ルツボを該内ル
ツボの上方で支持する高耐熱性の支持部材と、前記二重
ルツボ内に貯留される半導体融液(加熱溶融された半導
体単結晶の原料)を加熱するヒーターとから概略構成さ
れている。
デン系の材料(Mo,W,Nb,Ta等)が好適に用い
られる。
(Si3N4)や炭化ケイ素(SiC)を用いることもあ
り、また、前記支持部材の材料は無定型炭素(グラファ
イト)を用いることもある。
育成するには、まず、二重ルツボ内に半導体原料を所定
量投入し、次に気密容器内にAr等の不活性ガスを導入
し、前記二重ルツボを回転させながら半導体原料を単結
晶成長温度以上の温度まで加熱して完全に融解し、この
半導体融液に種結晶を浸漬し回転させつつ垂直上方に引
き上げ半導体単結晶を成長させる。
晶の成長量(引上量)に応じて半導体原料が連続的に外
ルツボに投入され、この投入された半導体原料は外ルツ
ボ内で融解し内ルツボ内に連続的に供給される。
晶引上装置の支持部材においては、機械加工の容易さや
高耐熱性の点からグラファイトもしくはMo,W等の高
融点金属が多く用いられているが、最近では、これらの
物質が半導体融液や半導体単結晶を汚染する恐れがある
ことがわかり問題になってきている。
る場合においては、グラファイトはSi融液から発生す
る酸化性のSiO蒸気と反応することによりCOを発生
しこのCOがSi融液を汚染することにより、引き上げ
るSi単結晶中に格子欠陥を発生させる(炭素汚染)か
らであり、また、Mo,W等の高融点金属はSi融液か
ら発生する酸化性のSiO蒸気により酸化され、これら
の酸化物がSi単結晶中にとり込まれると積層欠陥と呼
ばれる微小な結晶欠陥が発生する(重金属汚染)からで
ある。
ほとんど問題にされていなかったのであるが、Si単結
晶に対してより高純度かつ均質性の高いものが要求され
るに伴い上記の炭素汚染や重金属汚染によるSi単結晶
の特性への影響が極めて大きくなってきており、今日で
はこれらの汚染の影響が無視できなくなってきているた
めである。
ので、支持部材や内ルツボの材質を半導体単結晶の特性
に影響を及ぼさない材料に替えることにより、引き上げ
る単結晶の炭素汚染や重金属汚染を防止することがで
き、該半導体単結晶中の炭素濃度を低減させ該半導体単
結晶中の結晶欠陥密度を低減させることができる単結晶
引上装置を提供することにある。
に、本発明は次の様な単結晶引上装置を採用した。すな
わち、請求項1記載の単結晶引上装置は、気密容器の内
部に設けられ内ルツボ及び外ルツボからなる二重ルツボ
に半導体融液を貯留し、該半導体融液より半導体単結晶
を引き上げる単結晶引上装置において、前記内ルツボ
は、前記半導体単結晶の特性に影響を及ぼさない無機酸
化物を主成分とする支持部材により支持してなることを
特徴としている。
気密容器の内部に設けられ内ルツボ及び外ルツボからな
る二重ルツボに半導体融液を貯留し、該半導体融液より
半導体単結晶を引き上げる単結晶引上装置において、前
記内ルツボの上部は、前記半導体単結晶の特性に影響を
及ぼさない無機酸化物を主成分とする材料からなること
を特徴としている。
請求項1または2記載の単結晶引上装置において、前記
無機酸化物は、アルミナ(Al2O3)またはムライト
(3Al2O3・2SiO2)のいずれか1種であること
を特徴としている。
2O3)またはムライト(3Al2O3・2SiO2)のい
ずれか1種とした理由を述べる。
定で耐熱衝撃性、耐化学性、耐摩耗性に優れており、機
械的強度が高く、含有するAl元素が半導体単結晶(特
にSi単結晶)中に固溶しても該半導体単結晶の特性に
影響を及ぼすことがないからである。また、酸素は石英
ルツボ中に含まれており、これも直接には結晶晶質を劣
化させない。
O2)は、熱膨張係数が小さく、高温での強度低下が小
さく、耐熱衝撃性、耐化学性、耐摩耗性に優れており、
含有するAl元素が半導体単結晶中に固溶しても該半導
体単結晶の特性に影響を及ぼすことがないからである。
ト(3Al2O3・2SiO2)は、含まれるAl2O3ま
たは3Al2O3・2SiO2の純度が99.99%以上
の高純度品が好ましい。
前記支持部材に前記半導体単結晶の特性に影響を及ぼさ
ない無機酸化物を主成分とする材料を用いることによ
り、引き上げる半導体単結晶が炭素や重金属により汚染
されるのを防止する。また、前記半導体単結晶中に前記
無機酸化物が固溶したとしても、該半導体単結晶の特性
に影響を与えることがない。
は、前記内ルツボの上部に、前記半導体単結晶の特性に
影響を及ぼさない無機酸化物を主成分とする材料を用い
ることにより、引き上げる半導体単結晶が炭素や重金属
により汚染されるのを防止する。また、前記半導体単結
晶中に前記無機酸化物が固溶したとしても、該半導体単
結晶の特性に影響を与えることがない。
は、前記無機酸化物をアルミナ(Al2O3)またはムラ
イト(3Al2O3・2SiO2)のいずれか1種とする
ことにより、前記支持部材または前記内ルツボの上部を
酸化性雰囲気に対して安定化し、引き上げる半導体単結
晶が炭素や重金属により汚染されるのを防止する。ま
た、前記半導体単結晶中にアルミナ(Al2O3)または
ムライト(3Al2O3・2SiO2)が固溶したとして
も、該半導体単結晶の特性に影響を与えることがない。
について説明する。
引上装置の一実施例について図1に基づき説明する。
r)等の不活性ガスが低圧で充填された気密容器2内に
立設され、上下方向の軸線を中心として所定の角速度で
回転するシャフト3と、該シャフト3上に固定された内
面略半球状のグラファイト製のサセプタ4と、該サセプ
タ4の内面に密着して固定された二重ルツボ5と、該二
重ルツボ5内に貯留されているSi融液(半導体融液:
加熱溶融された半導体単結晶の原料)6を加熱するヒー
ター7と、前記二重ルツボ5に半導体単結晶の原料を連
続的に供給する原料供給装置8とから概略構成されてい
る。
(SiO2)製の外ルツボ11と、該外ルツボ11内に
設けられた略円筒状の肉厚の同質の内ルツボ12とから
構成されている。そして、該内ルツボ12の側壁下部に
は、内ルツボ12と外ルツボ11とを連通する連通孔1
3が前記側壁下部の周方向に沿って等間隔に複数個形成
されている。
ルツボ12と略同一径からなる略円筒状の支持部材14
の下端部14aの複数箇所に、ボルト15とナット16
により固定されている。
て該シャフト3と同一の軸線の回りに同一の角速度で回
転するように前記気密容器2に支持されている。
ナット16,… の材料としては、Si融液6の液面か
ら蒸発する酸化性のSiO蒸気に対して安定であり、か
つ、Si単結晶に固溶しても該Si単結晶の特性に悪影
響を与えないものであればよく、アルミナ(Al2O3)
またはムライト(3Al2O3・2SiO2)のいずれか
が好適に用いられる。
まれるAl2O3(または3Al2O3・2SiO2)の純度が9
9.99%以上の高純度品が好適に用いられる。
が良いので、特に精密な加工を要求される場合にはアル
ミナを用いる方がよい。
(半導体単結晶)を引き上げる方法について説明する。
て内ルツボ12を外ルツボ11の垂直上方の位置に引き
上げておく。次に、外ルツボ11内にSi原料を所定量
投入し、気密容器2内を排気し真空状態とする。次に、
該気密容器2内にAr等の不活性ガスを導入し、シャフ
ト3を上下方向の軸線を中心として所定の角速度で回転
させることで前記二重ルツボ5を所定の角速度で回転さ
せながら、ヒーター7に通電し外ルツボ11内のSi原
料を単結晶成長温度以上の温度まで加熱し、Si原料を
完全に融解する。この融解したSi原料はSi融液(半
導体融液)6と呼ばれる。
て内ルツボ12を外ルツボ11の底面に載置し、ヒータ
ー7の電力を調整してSi融液6の中央の液面21付近
を単結晶成長温度に保つ。次に、Si種結晶22をSi
融液6に浸漬し、該Si種結晶22を上下方向の軸線を
中心として回転させながら垂直上方に引き上げSi単結
晶(半導体単結晶)23を成長させる。
は、Si単結晶23の成長量(引上量)に応じてSi原
料が連続的に外ルツボ11に投入され、この投入された
Si原料は外ルツボ11内で融解し連通孔13,… を
通って内ルツボ12内に連続的に供給される。
対して安定であるから、引き上げるSi単結晶23は炭
素や重金属により汚染されることがなく、また、前記支
持部材14の材質はアルミナ(Al2O3)またはムライ
ト(3Al2O3・2SiO2)であるからこれらの物質
がSi単結晶23中に固溶したとしても、該Si単結晶
23の特性に影響を与えることがない.
結晶欠陥密度の低いSi単結晶23を引き上げることが
できる。
引上装置1によれば、支持部材14の材料を、アルミナ
(Al2O3)またはムライト(3Al2O3・2Si
O2)のいずれか1種としたので、支持部材14を酸化
性雰囲気に対して安定化させることができ、Si単結晶
23の汚染を防止することができる。したがって、該S
i単結晶23中の結晶欠陥密度を低減することができ、
このSi単結晶23の品質を向上させることができる。
また、万一前記材料がSi単結晶23中に固溶しても特
性に影響を及ぼすことがない。
結晶欠陥密度の低いSi単結晶23を引き上げることが
できる単結晶引上装置を提供することが可能になる。
係る単結晶引上装置の内ルツボの一実施例を示すもの
で、上述した単結晶引上装置1の内ルツボ12を変形し
たものである。
素以外の要素については上述した単結晶引上装置1の各
構成要素と全く同一であるから、これら同一の構成要素
については説明を省略する。
O2)製の下部材32と、該下部材32と同一径の円筒
状のアルミナ(Al2O3)またはムライト(3Al2O3
・2SiO2)製の上部材33とから構成されている。
部32aの内周面を一周するように雌ネジ部35が形成
されており、前記上部材33の下端部33aには該下端
部33aの外周面を一周するように前記雌ネジ部35と
螺合する雄ネジ部36が形成されている。
雌ネジ部35に螺合することにより、前記上部材33と
下部材32とを一体化した内ルツボ31とすることがで
きる。
ボ31によれば、該内ルツボ31の上部材33の材質を
アルミナ(Al2O3)またはムライト(3Al2O3・2
SiO2)のいずれか1種としたので、この上部材33
を酸化性雰囲気に対して安定化させることができ、Si
単結晶の汚染を防止することができる。したがって、該
Si単結晶中の結晶欠陥密度を低減することができ、こ
のSi単結晶の品質を向上させることができる。また、
万一前記材料がSi単結晶に固溶しても特性に影響を及
ぼすことがない。
引上装置1と同様にSi単結晶の汚染を防止することが
できる単結晶引上装置を提供することが可能になる。
係る単結晶引上装置の内ルツボの他の一実施例を示すも
ので、上述した内ルツボ31を変形したものである。
した各実施例と同様に、この内ルツボ41の構成要素以
外の要素については上述した単結晶引上装置1の各構成
要素と全く同一であるから、これら同一の構成要素につ
いては説明を省略する。
O2)製の下部材42と、該下部材42より拡径された
円筒状のアルミナ(Al2O3)またはムライト(3Al
2O3・2SiO2)製の上部材43とから構成されてい
る。
外方へ突出する一対の突起44,44が前記下部材42
の軸線を中心とする対称の位置に形成されており、これ
らの突起44,44のそれぞれの中央部には径方向外方
へ延びる断面略半円状の溝45が形成されている。
径方法内方へ突出する一対の幅広の円弧版状の係止片4
6,46が形成されている。そして、この上部材43の
側面下方には、この上部材43の係止片46と下部材4
2の突起44とを固定するために用いるピン47を挿入
するための孔48が、この上部材43の軸線を中心とす
る対称の位置にそれぞれ形成されている。
るには、まず、下部材42の突起44,44各々を上部
材43の係止片46,46間各々に垂直下方から挿入
し、次にこの下部材42を軸線を中心として水平面内に
おいて約90゜回転させて係止片46,46各々の上に
突起44,44各々を載置させ、突起44の溝45と孔
48の位置を一致させる。次に、孔48,48各々にピ
ン47を挿入し、このピン47を溝45内に固定する
(図5参照)。
ボ41によれば、該内ルツボ41の上部材43の材質を
アルミナ(Al2O3)またはムライト(3Al2O3・2
SiO2)のいずれか1種としたので、この上部材43
を酸化性雰囲気に対して安定化させることができ、Si
単結晶の汚染を防止することができる。したがって、該
Si単結晶中の結晶欠陥密度を低減することができ、こ
のSi単結晶の品質を向上させることができる。また、
万一前記材料がSi単結晶に固溶しても特性に影響を及
ぼすことがない。
引上装置1と同様にSi単結晶の汚染を防止することが
できる単結晶引上装置を提供することが可能になる。
係る単結晶引上装置の内ルツボの他の一実施例を示すも
ので、上述した内ルツボ31,41を変形したものであ
る。
述した各実施例と同様に、この内ルツボ51の構成要素
以外の要素については上述した単結晶引上装置1の各構
成要素と全く同一であるから、これら同一の構成要素に
ついては説明を省略する。
O2)製の下部材52と、該下部材52より拡径された
円筒状のアルミナ(Al2O3)またはムライト(3Al
2O3・2SiO2)製の上部材53とから構成されてい
る。
外方へ突出する一対の突起54,54が前記下部材52
の軸線を中心とする対称の位置に形成されている。ま
た、前記上部材53の下端部53aの径方向内方には、
下端部53aから垂直上方に略L字型に延び該L字の先
端が垂直上方に延びる係合溝55がこの上部材53の軸
線を中心とする対称の位置にそれぞれ形成されている。
この係合溝55は突起54と係合する構成である。
53の係合溝55,55各々に係合することにより、前
記上部材53と下部材52とを一体化した内ルツボ51
とすることができる。
ボ51によれば、該内ルツボ51の上部材53の材質を
アルミナ(Al2O3)またはムライト(3Al2O3・2
SiO2)のいずれか1種としたので、この上部材53
を酸化性雰囲気に対して安定化させることができ、Si
単結晶の汚染を防止することができる。したがって、該
Si単結晶中の結晶欠陥密度を低減することができ、こ
のSi単結晶の品質を向上させることができる。また、
万一前記材料がSi単結晶に固溶しても特性に影響を及
ぼすことがない。
引上装置1と同様にSi単結晶の汚染を防止することが
できる単結晶引上装置を提供することが可能になる。
明の支持部材14及び内ルツボの上部材33,… のそ
れぞれの構成は、その細部が前記各実施例に限定され
ず、種々の変形が可能である。
載の単結晶引上装置によれば、気密容器の内部に設けら
れ内ルツボ及び外ルツボからなる二重ルツボに半導体融
液を貯留し、該半導体融液より半導体単結晶を引き上げ
る単結晶引上装置において、前記内ルツボは、前記半導
体単結晶の特性に影響を及ぼさない無機酸化物を主成分
とする支持部材により支持してなることとしたので、引
き上げる半導体単結晶の炭素汚染や重金属汚染を防止す
ることができ、したがって、該半導体単結晶中の結晶欠
陥密度を低減することができ、この半導体単結晶の品質
を向上させることができる。また、万一前記材料がこの
半導体単結晶中に固溶しても該半導体単結晶の特性に影
響を及ぼすことがない。
れば、気密容器の内部に設けられ内ルツボ及び外ルツボ
からなる二重ルツボに半導体融液を貯留し、該半導体融
液より半導体単結晶を引き上げる単結晶引上装置におい
て、前記内ルツボの上部は、前記半導体単結晶の特性に
影響を及ぼさない無機酸化物を主成分とする材料からな
ることとしたので、引き上げる半導体単結晶の炭素汚染
や重金属汚染を防止することができ、したがって、該半
導体単結晶中の結晶欠陥密度を低減することができ、こ
の半導体単結晶の品質を向上させることができる。ま
た、万一前記材料がこの半導体単結晶中に固溶しても該
半導体単結晶の特性に影響を及ぼすことがない。
れば、請求項1または2記載の単結晶引上装置におい
て、前記無機酸化物は、アルミナ(Al2O3)またはム
ライト(3Al2O3・2SiO2)のいずれか1種であ
ることとしたので、前記支持部材または前記内ルツボの
上部を酸化性雰囲気に対して安定化させることができ、
半導体単結晶の汚染を防止することができ、したがっ
て、該半導体単結晶中の結晶欠陥密度を低減することが
でき、この半導体単結晶の品質を向上させることができ
る。また、万一前記材料が半導体単結晶中に固溶しても
該半導体単結晶の特性に影響を及ぼすことがない。
素汚染や重金属汚染を防止することができ、該半導体単
結晶中の結晶欠陥密度を低減させることのできる単結晶
引上装置を提供することが可能になる。
略断面図である。
ボを示す概略断面図である。
ボを示す概略断面図である。
ボを示す概略断面図である。
ボを示す概略断面図である。
ボを示す概略断面図である。
ボを示す概略断面図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 気密容器の内部に設けられ内ルツボ及び
外ルツボからなる二重ルツボに半導体融液を貯留し、該
半導体融液より半導体単結晶を引き上げる単結晶引上装
置において、 前記内ルツボは、前記半導体単結晶の特性に影響を及ぼ
さない無機酸化物を主成分とする支持部材により支持し
てなることを特徴とする単結晶引上装置。 - 【請求項2】 気密容器の内部に設けられ内ルツボ及び
外ルツボからなる二重ルツボに半導体融液を貯留し、該
半導体融液より半導体単結晶を引き上げる単結晶引上装
置において、 前記内ルツボの上部は、前記半導体単結晶の特性に影響
を及ぼさない無機酸化物を主成分とする材料からなるこ
とを特徴とする単結晶引上装置。 - 【請求項3】 前記無機酸化物は、アルミナ(Al
2O3)またはムライト(3Al2O3・2SiO2)のい
ずれか1種であることを特徴とする請求項1または2記
載の単結晶引上装置。
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