JPH0656582A - ＧａＡｓ単結晶及びその製造方法並びにＧａＡｓウェハのイオン打込み制御方法 - Google Patents
ＧａＡｓ単結晶及びその製造方法並びにＧａＡｓウェハのイオン打込み制御方法Info
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- JPH0656582A JPH0656582A JP21277992A JP21277992A JPH0656582A JP H0656582 A JPH0656582 A JP H0656582A JP 21277992 A JP21277992 A JP 21277992A JP 21277992 A JP21277992 A JP 21277992A JP H0656582 A JPH0656582 A JP H0656582A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】結晶中の炭素濃度分布に一定の規則性をもた
せ、結晶両端の特性を評価しただけで内部の炭素濃度分
布を正確に把握できるようにし、ウェハにイオンを打ち
込んで熱処理を加えた際の活性化率のばらつきを小さく
して、素子の製造歩留りを向上させる。 【構成】結晶成長容器１内に設置したルツボ１１内にＧ
ａＡｓ融液５を形成する。融液形成後、ガス導入配管８
を通じて、容器１内に一酸化炭素を混合したアルゴンガ
スを導入し、結晶成長前は、容器１内一酸化炭素濃度が
３０００ｐｐｍになるように設定する。結晶成長中は、
容器１内一酸化炭素濃度は、ガス採集配管７を通じて採
集した容器内雰囲気ガスを一酸化炭素濃度検出器１０を
用いて検出し、３０００ｐｐｍから４０００ｐｐｍまで
単調に増加するように、マスフローコントローラ９を通
じて容器１内のガスを一定速度で置換する。
せ、結晶両端の特性を評価しただけで内部の炭素濃度分
布を正確に把握できるようにし、ウェハにイオンを打ち
込んで熱処理を加えた際の活性化率のばらつきを小さく
して、素子の製造歩留りを向上させる。 【構成】結晶成長容器１内に設置したルツボ１１内にＧ
ａＡｓ融液５を形成する。融液形成後、ガス導入配管８
を通じて、容器１内に一酸化炭素を混合したアルゴンガ
スを導入し、結晶成長前は、容器１内一酸化炭素濃度が
３０００ｐｐｍになるように設定する。結晶成長中は、
容器１内一酸化炭素濃度は、ガス採集配管７を通じて採
集した容器内雰囲気ガスを一酸化炭素濃度検出器１０を
用いて検出し、３０００ｐｐｍから４０００ｐｐｍまで
単調に増加するように、マスフローコントローラ９を通
じて容器１内のガスを一定速度で置換する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、液体封止引上法で成長
したＧａＡｓ単結晶及びその製造方法並びにＧａＡｓウ
ェハのイオン打込み制御方法に係り、特に結晶中の炭素
濃度制御に関するものである。
したＧａＡｓ単結晶及びその製造方法並びにＧａＡｓウ
ェハのイオン打込み制御方法に係り、特に結晶中の炭素
濃度制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＡｓ単結晶は、ＩＣ、ＬＳＩ等の基
板として、広く使用されている。このＧａＡｓ単結晶の
製造方法の一つに液体封止引上法（以下、ＬＥＣ法とい
う）がある。このＬＥＣ法によるＧａＡｓ単結晶の製造
方法を述べる。ｐＢＮ製ルツボ内に原料のＧａＡｓ融液
と液体封止材としてのＢ2 Ｏ3 を収容して、これを不活
性ガスを満たした圧力容器内に置く。ＧａＡｓ融液の温
度をルツボの外周部に配したヒータで調節しながら融液
にＧａＡｓの種結晶を接触させ、回転させながら徐々に
種結晶を引き上げる。種結晶に続いて成長する結晶の直
径を所定の値に制御しながら引き上げていくことにより
ＧａＡｓ単結晶を得る。
板として、広く使用されている。このＧａＡｓ単結晶の
製造方法の一つに液体封止引上法（以下、ＬＥＣ法とい
う）がある。このＬＥＣ法によるＧａＡｓ単結晶の製造
方法を述べる。ｐＢＮ製ルツボ内に原料のＧａＡｓ融液
と液体封止材としてのＢ2 Ｏ3 を収容して、これを不活
性ガスを満たした圧力容器内に置く。ＧａＡｓ融液の温
度をルツボの外周部に配したヒータで調節しながら融液
にＧａＡｓの種結晶を接触させ、回転させながら徐々に
種結晶を引き上げる。種結晶に続いて成長する結晶の直
径を所定の値に制御しながら引き上げていくことにより
ＧａＡｓ単結晶を得る。
【０００３】ＬＥＣ法で製造したＧａＡｓ単結晶には、
不純物として炭素が含まれている。ＧａＡｓ結晶中の炭
素は、浅いアクセプタとなり、結晶の電気特性に大きな
影響を及ぼす。ＧａＡｓ結晶に要求される炭素の含有量
は、結晶基板の使用目的によって異なっており、一慨に
少なければ良いわけではない。従ってＧａＡｓ単結晶の
製造には所定濃度の炭素を結晶内で均一に分布させる技
術が求められている。
不純物として炭素が含まれている。ＧａＡｓ結晶中の炭
素は、浅いアクセプタとなり、結晶の電気特性に大きな
影響を及ぼす。ＧａＡｓ結晶に要求される炭素の含有量
は、結晶基板の使用目的によって異なっており、一慨に
少なければ良いわけではない。従ってＧａＡｓ単結晶の
製造には所定濃度の炭素を結晶内で均一に分布させる技
術が求められている。
【０００４】ＬＥＣ法で製造したＧａＡｓ単結晶に混入
する炭素は、雰囲気ガス中の一酸化炭素から供給され、
この一酸化炭素は、圧力容器内のグラファイト部材から
発生していることが下記の文献１に述べられている。
する炭素は、雰囲気ガス中の一酸化炭素から供給され、
この一酸化炭素は、圧力容器内のグラファイト部材から
発生していることが下記の文献１に述べられている。
【０００５】文献１：”Carbon in Undoped LEC Semi-i
nsulating GaAs;Origin and MeltComposition Dependen
ce":T.Kikuta et.al., J.Crystal Growth 76(1986)517-
520 また、結晶成長中の圧力容器内の一酸化炭素濃度を故意
に制御して、結晶中の炭素濃度が変わることを確認した
実験が下記の文献２に述べられている。
nsulating GaAs;Origin and MeltComposition Dependen
ce":T.Kikuta et.al., J.Crystal Growth 76(1986)517-
520 また、結晶成長中の圧力容器内の一酸化炭素濃度を故意
に制御して、結晶中の炭素濃度が変わることを確認した
実験が下記の文献２に述べられている。
【０００６】文献２：”Growth of Semi-insulating Ga
As Crystals with Low CarbonConcentration Using Pyr
olytic Boron Niteride Coated Graphite":T.Inada et.
al., Applied Physics Letter 50(3),19 Jan. 1987 最近では、結晶成長中の圧力容器内の一酸化炭素濃度を
所定の範囲内に制御すべく、圧力容器内の不活性ガスに
二酸化炭素、一酸化炭素を所定量混合してＧａＡｓ単結
晶を成長する方法（文献３）、圧力容器内のガスを純粋
な不活性ガスまたは一酸化炭素と不活性ガスの混合ガス
と置換しながらＧａＡｓ単結晶を成長する方法（文献
４）も行われている。
As Crystals with Low CarbonConcentration Using Pyr
olytic Boron Niteride Coated Graphite":T.Inada et.
al., Applied Physics Letter 50(3),19 Jan. 1987 最近では、結晶成長中の圧力容器内の一酸化炭素濃度を
所定の範囲内に制御すべく、圧力容器内の不活性ガスに
二酸化炭素、一酸化炭素を所定量混合してＧａＡｓ単結
晶を成長する方法（文献３）、圧力容器内のガスを純粋
な不活性ガスまたは一酸化炭素と不活性ガスの混合ガス
と置換しながらＧａＡｓ単結晶を成長する方法（文献
４）も行われている。
【０００７】文献３：特開平１−１９２７９３号公報 文献４：The Carbon and Boron Concentration Control
in Crystals Grownby Liquid Encapsulated Czochrals
ki Method":N.Sato et. al., Semi-insulating III-V M
aterials, 1990 Chapter3 p.211
in Crystals Grownby Liquid Encapsulated Czochrals
ki Method":N.Sato et. al., Semi-insulating III-V M
aterials, 1990 Chapter3 p.211
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ＧａＡｓＩＣやＬＳＩ
は、ウェハにイオンを打ち込み、熱処理を加えて打ち込
んだイオンを活性化することで、その能動層を形成して
いる。ウェハの活性化率は、結晶中の不純物濃度、特に
炭素濃度に大きく左右される。結晶中の炭素濃度は、結
晶中に一定濃度で均一に分布しているのが良いことは言
うまでもない。上述した圧力容器内のガスに二酸化炭素
等を混合し、又圧力容器内のガスを置換しながらＧａＡ
ｓ単結晶を成長する方法（文献３、文献４）の開発によ
り、結晶中の炭素濃度を、所定の範囲内に制御すること
が可能になったとはいうものの、依然として結晶内部で
分布にばらつきがある。このため、イオン打ち込みの際
には、事前にイオンを打ち込む結晶の両端（頭部および
尾部）に位置するウェハで炭素濃度またはこれを反映し
ている比抵抗等の電気特性を測定し、結晶中の炭素濃度
分布を推定して、イオンの打ち込み条件を調整してい
る。
は、ウェハにイオンを打ち込み、熱処理を加えて打ち込
んだイオンを活性化することで、その能動層を形成して
いる。ウェハの活性化率は、結晶中の不純物濃度、特に
炭素濃度に大きく左右される。結晶中の炭素濃度は、結
晶中に一定濃度で均一に分布しているのが良いことは言
うまでもない。上述した圧力容器内のガスに二酸化炭素
等を混合し、又圧力容器内のガスを置換しながらＧａＡ
ｓ単結晶を成長する方法（文献３、文献４）の開発によ
り、結晶中の炭素濃度を、所定の範囲内に制御すること
が可能になったとはいうものの、依然として結晶内部で
分布にばらつきがある。このため、イオン打ち込みの際
には、事前にイオンを打ち込む結晶の両端（頭部および
尾部）に位置するウェハで炭素濃度またはこれを反映し
ている比抵抗等の電気特性を測定し、結晶中の炭素濃度
分布を推定して、イオンの打ち込み条件を調整してい
る。
【０００９】しかしながら、従来の文献３、文献４によ
るＧａＡｓ結晶成長方法では、容器内の一酸化炭素濃度
を一定値に保つべく、容器内に二酸化炭素、一酸化炭素
を所定量混合するか、容器内のガスを置換する制御を行
っているため、結晶成長中の容器内一酸化炭素濃度は増
減している。このため、結晶中の炭素濃度はある濃度を
中心値にばらついており、その分布に一定の規則性がな
く、結晶の両端の特性を評価しただけでは内部の炭素濃
度分布を正確に把握することが困難であった。その結
果、イオンを打ち込んで熱処理を加えた際の活性化率の
ばらつきが大きく、素子の製造歩留りを低下させる原因
となっていた。
るＧａＡｓ結晶成長方法では、容器内の一酸化炭素濃度
を一定値に保つべく、容器内に二酸化炭素、一酸化炭素
を所定量混合するか、容器内のガスを置換する制御を行
っているため、結晶成長中の容器内一酸化炭素濃度は増
減している。このため、結晶中の炭素濃度はある濃度を
中心値にばらついており、その分布に一定の規則性がな
く、結晶の両端の特性を評価しただけでは内部の炭素濃
度分布を正確に把握することが困難であった。その結
果、イオンを打ち込んで熱処理を加えた際の活性化率の
ばらつきが大きく、素子の製造歩留りを低下させる原因
となっていた。
【００１０】本発明の目的は、前記した従来技術の欠点
を解消し、ＧａＡｓ結晶の両端の炭素濃度またはこれを
反映している電気特性等を測定することにより、その間
の結晶中の炭素濃度分布を容易に推定することが可能な
ＧａＡｓ単結晶を提供することにある。
を解消し、ＧａＡｓ結晶の両端の炭素濃度またはこれを
反映している電気特性等を測定することにより、その間
の結晶中の炭素濃度分布を容易に推定することが可能な
ＧａＡｓ単結晶を提供することにある。
【００１１】また本発明の目的は、結晶中の炭素濃度の
分布が結晶の頭部から尾部にかけて単調に増加または減
少しているＧａＡｓ単結晶を容易に製造することが可能
なＧａＡｓ単結晶の製造方法を提供することにある。
分布が結晶の頭部から尾部にかけて単調に増加または減
少しているＧａＡｓ単結晶を容易に製造することが可能
なＧａＡｓ単結晶の製造方法を提供することにある。
【００１２】また本発明の目的は、結晶の頭部から尾部
にかけて切り出した一連のウェハの電気的特性を均一に
することが可能なＧａＡｓウェハのイオン打込み制御方
法を提供することにある。
にかけて切り出した一連のウェハの電気的特性を均一に
することが可能なＧａＡｓウェハのイオン打込み制御方
法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明のＧａＡｓ単結晶
は、結晶中に炭素を不純物として含有する半絶縁性Ｇａ
Ａｓ単結晶において、ＧａＡｓ結晶中の炭素濃度を、結
晶の頭部から尾部にかけて単調に増加または減少するよ
うに分布させたものであり、それによって結晶内部の炭
素濃度の分布を容易に把握できるようにしたものであ
る。
は、結晶中に炭素を不純物として含有する半絶縁性Ｇａ
Ａｓ単結晶において、ＧａＡｓ結晶中の炭素濃度を、結
晶の頭部から尾部にかけて単調に増加または減少するよ
うに分布させたものであり、それによって結晶内部の炭
素濃度の分布を容易に把握できるようにしたものであ
る。
【００１４】また、本発明のＧａＡｓ単結晶の製造方法
は、不活性ガスで満たした容器内にＧａＡｓ融液と該融
液の上面を覆う液体封止材を収納したルツボを設置し、
種結晶をＧａＡｓ融液上面に接触させて回転させながら
引き上げることによりＧａＡｓ単結晶を製造する方法に
おいて、結晶成長前は、容器内の不活性ガスに、一酸化
炭素または容器内で一酸化炭素を生ずる二酸化炭素等の
ガスを導入し、容器内の一酸化炭素濃度を所定の値に設
定し、しかる後に結晶成長を開始し、結晶成長中は、容
器内のガスを、純粋な不活性ガス、一酸化炭素または容
器内で一酸化炭素を生ずる二酸化炭素等のガス、または
これらの混合ガスを用いて置換し、不活性ガス中の一酸
化炭素濃度を単調に増加または減少させながら単結晶を
成長させるようにしたものである。なお、容器内に導入
するガスとしては、一酸化炭素または二酸化炭素の他
に、一酸化炭素及び二酸化炭素の混合ガスやメタンガ
ス、エタンガス等がある。
は、不活性ガスで満たした容器内にＧａＡｓ融液と該融
液の上面を覆う液体封止材を収納したルツボを設置し、
種結晶をＧａＡｓ融液上面に接触させて回転させながら
引き上げることによりＧａＡｓ単結晶を製造する方法に
おいて、結晶成長前は、容器内の不活性ガスに、一酸化
炭素または容器内で一酸化炭素を生ずる二酸化炭素等の
ガスを導入し、容器内の一酸化炭素濃度を所定の値に設
定し、しかる後に結晶成長を開始し、結晶成長中は、容
器内のガスを、純粋な不活性ガス、一酸化炭素または容
器内で一酸化炭素を生ずる二酸化炭素等のガス、または
これらの混合ガスを用いて置換し、不活性ガス中の一酸
化炭素濃度を単調に増加または減少させながら単結晶を
成長させるようにしたものである。なお、容器内に導入
するガスとしては、一酸化炭素または二酸化炭素の他
に、一酸化炭素及び二酸化炭素の混合ガスやメタンガ
ス、エタンガス等がある。
【００１５】また、本発明のＧａＡｓウェハのイオン打
込み制御方法は、ＧａＡｓ結晶中の炭素濃度を、結晶の
頭部から尾部にかけて単調に増加または減少するように
分布させたＧａＡｓ単結晶において、その頭部から尾部
にわたってウェハを切り出し、切り出した各ウェハの炭
素濃度［Ｃ］を次式から求め、 ［Ｃ］＝（［ＣT ］−［ＣS ］）×ｍ／Ｌ＋［ＣS ］ ただし、［ＣT ］は結晶の尾部で測定した結晶中の炭素
濃度 ［ＣS ］は結晶の頭部で測定した結晶中の炭素濃度 ｍは炭素濃度を測定した試料を採取した結晶の頭部から
の距離 Ｌは炭素濃度を測定した試料を採取した結晶の頭部から
尾部間の距離 これより各ウェハ毎に求めた［Ｃ］を用いた次式からイ
オン打込みのドーズ量φを求め、 φ＝φ0 ＋（［Ｃ］−［ＣS ］）×ａ ただし、φ0 は基準となるドーズ量 ａは打込み条件によって決まる係数 このドーズ量のイオンを該当するウェハに打ち込むよう
にしたものである。
込み制御方法は、ＧａＡｓ結晶中の炭素濃度を、結晶の
頭部から尾部にかけて単調に増加または減少するように
分布させたＧａＡｓ単結晶において、その頭部から尾部
にわたってウェハを切り出し、切り出した各ウェハの炭
素濃度［Ｃ］を次式から求め、 ［Ｃ］＝（［ＣT ］−［ＣS ］）×ｍ／Ｌ＋［ＣS ］ ただし、［ＣT ］は結晶の尾部で測定した結晶中の炭素
濃度 ［ＣS ］は結晶の頭部で測定した結晶中の炭素濃度 ｍは炭素濃度を測定した試料を採取した結晶の頭部から
の距離 Ｌは炭素濃度を測定した試料を採取した結晶の頭部から
尾部間の距離 これより各ウェハ毎に求めた［Ｃ］を用いた次式からイ
オン打込みのドーズ量φを求め、 φ＝φ0 ＋（［Ｃ］−［ＣS ］）×ａ ただし、φ0 は基準となるドーズ量 ａは打込み条件によって決まる係数 このドーズ量のイオンを該当するウェハに打ち込むよう
にしたものである。
【００１６】
【作用】ＧａＡｓ結晶に要求される炭素濃度は、製造す
る素子の種類、製造条件等によって異なっており、一概
に規定することはできない。ＧａＡｓ結晶中の炭素濃度
と結晶成長中の容器内一酸化炭素濃度との相関は、容器
や結晶の大きさ、結晶成長条件等によって大幅に変わる
ものであり、容器内の一酸化炭素濃度を規定することも
できない。
る素子の種類、製造条件等によって異なっており、一概
に規定することはできない。ＧａＡｓ結晶中の炭素濃度
と結晶成長中の容器内一酸化炭素濃度との相関は、容器
や結晶の大きさ、結晶成長条件等によって大幅に変わる
ものであり、容器内の一酸化炭素濃度を規定することも
できない。
【００１７】結晶中の炭素濃度は、一般にＬＶＭ法（Lo
cal Vibration Mode法）で赤外線の吸収係数を測定する
ことによって求められ、その際の測定誤差は、±５×１
０14ｃｍ-3程度ある。本発明でいう、結晶中の炭素濃度
分布が単調に増加または減少している結晶においても、
各測定点における炭素濃度は±５×１０14ｃｍ-3程度の
測定誤差を持っていることを考慮する必要がある。すな
わち、任意の２点で測定した炭素濃度が、測定誤差によ
り最大１×１０15ｃｍ-3の範囲で増加傾向または減少傾
向と逆転しているように現れる可能性がある。したがっ
て、本発明でいう、結晶中の炭素濃度分布が単調に増加
または減少しているとは、このような誤差による増減を
含まない真の増加または減少をいう。
cal Vibration Mode法）で赤外線の吸収係数を測定する
ことによって求められ、その際の測定誤差は、±５×１
０14ｃｍ-3程度ある。本発明でいう、結晶中の炭素濃度
分布が単調に増加または減少している結晶においても、
各測定点における炭素濃度は±５×１０14ｃｍ-3程度の
測定誤差を持っていることを考慮する必要がある。すな
わち、任意の２点で測定した炭素濃度が、測定誤差によ
り最大１×１０15ｃｍ-3の範囲で増加傾向または減少傾
向と逆転しているように現れる可能性がある。したがっ
て、本発明でいう、結晶中の炭素濃度分布が単調に増加
または減少しているとは、このような誤差による増減を
含まない真の増加または減少をいう。
【００１８】
（実施例１）図１のような構成のＧａＡｓ結晶引上げ装
置を用いて、不活性ガス中の一酸化炭素濃度を単調に増
加させる容器内一酸化炭素濃度制御方法でＧａＡｓ単結
晶を成長した。
置を用いて、不活性ガス中の一酸化炭素濃度を単調に増
加させる容器内一酸化炭素濃度制御方法でＧａＡｓ単結
晶を成長した。
【００１９】ｐＢＮ製のルツボ１１に、ＧａＡｓ多結晶
原料４０００ｇと、液体封止剤４として含有水分量２０
０ｐｐｍのＢ2 Ｏ3 を７００ｇ入れ、結晶成長容器１内
に設置した。これを、アルゴンガス２０ｋｇ／ｃｍ2 の
雰囲気下でヒータ２を用いて融解し、ＧａＡｓ融液５を
形成した。融液形成後、Ｂ2 Ｏ3 中の気泡を抜くために
容器内圧力を３ｋｇ／ｃｍ2 まで減圧して１時間放置し
た。そして、再び２０ｋｇ／ｃｍ2 まで加圧する際に、
ガス導入配管８を通じて、容器１内に一酸化炭素を混合
したアルゴンガスを導入し、結晶成長前は、容器１内の
一酸化炭素が３０００ｐｐｍになるように設定した。そ
の後、上軸１２の下端に取り付けたＧａＡｓの種結晶１
３をＧａＡｓ融液５の表面に接触させ、種結晶１３と下
軸１４の上端に取り付けたルツボ１１をそれぞれ逆方向
に相対速度２０ｒｐｍで回転させながら、種結晶１３を
１０ｍｍ／ｈｒの速度で引き上げ、直径３インチのＧａ
Ａｓ単結晶３を成長した。
原料４０００ｇと、液体封止剤４として含有水分量２０
０ｐｐｍのＢ2 Ｏ3 を７００ｇ入れ、結晶成長容器１内
に設置した。これを、アルゴンガス２０ｋｇ／ｃｍ2 の
雰囲気下でヒータ２を用いて融解し、ＧａＡｓ融液５を
形成した。融液形成後、Ｂ2 Ｏ3 中の気泡を抜くために
容器内圧力を３ｋｇ／ｃｍ2 まで減圧して１時間放置し
た。そして、再び２０ｋｇ／ｃｍ2 まで加圧する際に、
ガス導入配管８を通じて、容器１内に一酸化炭素を混合
したアルゴンガスを導入し、結晶成長前は、容器１内の
一酸化炭素が３０００ｐｐｍになるように設定した。そ
の後、上軸１２の下端に取り付けたＧａＡｓの種結晶１
３をＧａＡｓ融液５の表面に接触させ、種結晶１３と下
軸１４の上端に取り付けたルツボ１１をそれぞれ逆方向
に相対速度２０ｒｐｍで回転させながら、種結晶１３を
１０ｍｍ／ｈｒの速度で引き上げ、直径３インチのＧａ
Ａｓ単結晶３を成長した。
【００２０】結晶成長中の容器内一酸化炭素濃度は、ガ
ス採集配管７を通じて採集した容器内雰囲気ガスを、一
酸化炭素濃度検出器１０を用いて検出し、検出した一酸
化炭素濃度が３０００ｐｐｍから４０００ｐｐｍまで単
調に増加するように、ガス導入配管８の純アルゴンガス
の導入側に設置したマスフローコントローラ９、一酸化
炭素混合アルゴンガスの導入側に設置したマスフローコ
ントローラ９、およびガス排気配管６に設置したマスフ
ローコントローラ９を通じて容器１内のガスを一定速度
で置換するようにした。
ス採集配管７を通じて採集した容器内雰囲気ガスを、一
酸化炭素濃度検出器１０を用いて検出し、検出した一酸
化炭素濃度が３０００ｐｐｍから４０００ｐｐｍまで単
調に増加するように、ガス導入配管８の純アルゴンガス
の導入側に設置したマスフローコントローラ９、一酸化
炭素混合アルゴンガスの導入側に設置したマスフローコ
ントローラ９、およびガス排気配管６に設置したマスフ
ローコントローラ９を通じて容器１内のガスを一定速度
で置換するようにした。
【００２１】こうして得られた結晶中の炭素濃度を、Ｆ
ＴＩＲ（フーリエ変換型赤外分光器）により、常温で５
１８ｃｍ-1の吸収係数を測定し、換算係数１．１８×１
０16ｃｍ-3を乗じて求めた。求めた結晶中の炭素濃度の
分布を図２に示す。結晶中の炭素濃度は、頭部の６．１
×１０15ｃｍ-3から尾部の８．５×１０15ｃｍ-3まで単
調に推移しており、結晶両端の炭素濃度を測定しただけ
で結晶中の炭素濃度を容易に推定することができる。
ＴＩＲ（フーリエ変換型赤外分光器）により、常温で５
１８ｃｍ-1の吸収係数を測定し、換算係数１．１８×１
０16ｃｍ-3を乗じて求めた。求めた結晶中の炭素濃度の
分布を図２に示す。結晶中の炭素濃度は、頭部の６．１
×１０15ｃｍ-3から尾部の８．５×１０15ｃｍ-3まで単
調に推移しており、結晶両端の炭素濃度を測定しただけ
で結晶中の炭素濃度を容易に推定することができる。
【００２２】この結晶からウェハを一連に採取し、Ｓｉ
イオンを打ち込み、活性化してシートキャリア濃度を測
定した。この際、結晶の頭部と尾部で測定された炭素濃
度から結晶中の炭素濃度を推定し、活性化したときのシ
ートキャリア濃度が等しくなるように打ち込むイオンの
ドーズ量を変化させた。すなわち、シードからｍｃｍの
距離から採取したウェハの炭素濃度［Ｃ］は、 ［Ｃ］＝（［ＣT ］−［ＣS ］）× ｍ／Ｌ＋［ＣS ］ ……… (1) という式で推定することができる。ここで［ＣS ］、
［ＣT ］はそれぞれ結晶の頭部および尾部で測定した結
晶中の炭素濃度、Ｌは炭素濃度を測定した試料を採取し
た結晶の頭部〜尾部間の距離である。
イオンを打ち込み、活性化してシートキャリア濃度を測
定した。この際、結晶の頭部と尾部で測定された炭素濃
度から結晶中の炭素濃度を推定し、活性化したときのシ
ートキャリア濃度が等しくなるように打ち込むイオンの
ドーズ量を変化させた。すなわち、シードからｍｃｍの
距離から採取したウェハの炭素濃度［Ｃ］は、 ［Ｃ］＝（［ＣT ］−［ＣS ］）× ｍ／Ｌ＋［ＣS ］ ……… (1) という式で推定することができる。ここで［ＣS ］、
［ＣT ］はそれぞれ結晶の頭部および尾部で測定した結
晶中の炭素濃度、Ｌは炭素濃度を測定した試料を採取し
た結晶の頭部〜尾部間の距離である。
【００２３】この式で求めた［Ｃ］を用いて、ドーズ量
φは、 φ＝φ0 ＋（［Ｃ］−［ＣS ］）×ａ ……… (2) で計算することができる。φ0 は基準となるドーズ量、
ａは打ち込み条件によって決まる係数であり、ここでは
φ0 ＝２．０×１０12ｃｍ-1、ａ＝０．０５とした。な
お、打込みエネルギは全ウェハとも１５０ＫｅＶと一定
とした。イオンを打ち込んだウェハは、アルシンガス１
％、８５０°Ｃの雰囲気で、３０分間熱処理を施し、イ
オンを活性化させた。シートキャリア濃度はＨａｌｌ測
定により求めた。測定結果を図４に示す。シートキャリ
ア濃度は結晶の全長にわたって５．９±０．１×１０15
ｃｍ-3範囲内で均一に分布させることができた。
φは、 φ＝φ0 ＋（［Ｃ］−［ＣS ］）×ａ ……… (2) で計算することができる。φ0 は基準となるドーズ量、
ａは打ち込み条件によって決まる係数であり、ここでは
φ0 ＝２．０×１０12ｃｍ-1、ａ＝０．０５とした。な
お、打込みエネルギは全ウェハとも１５０ＫｅＶと一定
とした。イオンを打ち込んだウェハは、アルシンガス１
％、８５０°Ｃの雰囲気で、３０分間熱処理を施し、イ
オンを活性化させた。シートキャリア濃度はＨａｌｌ測
定により求めた。測定結果を図４に示す。シートキャリ
ア濃度は結晶の全長にわたって５．９±０．１×１０15
ｃｍ-3範囲内で均一に分布させることができた。
【００２４】（実施例２）実施例１と同様の手法で、結
晶成長中の容器内一酸化炭素濃度を３０００ｐｐｍから
２０００ｐｐｍまで単調に減少させてＧａＡｓ単結晶を
製造した。この結晶の頭部と尾部で炭素濃度を測定した
ところ、それぞれ６．２×１０15ｃｍ-3、４．１×１０
15ｃｍ-3であった。この測定結果から、実施例１と同様
の手法で結晶中の炭素濃度を推定し、それに合わせてド
ーズ量を変えてＳｉイオンを打ち込み、活性化してシー
トキャリア濃度を測定したところ、実施例１と同程度に
均一な結果を得ることに成功した。
晶成長中の容器内一酸化炭素濃度を３０００ｐｐｍから
２０００ｐｐｍまで単調に減少させてＧａＡｓ単結晶を
製造した。この結晶の頭部と尾部で炭素濃度を測定した
ところ、それぞれ６．２×１０15ｃｍ-3、４．１×１０
15ｃｍ-3であった。この測定結果から、実施例１と同様
の手法で結晶中の炭素濃度を推定し、それに合わせてド
ーズ量を変えてＳｉイオンを打ち込み、活性化してシー
トキャリア濃度を測定したところ、実施例１と同程度に
均一な結果を得ることに成功した。
【００２５】（比較例１）従来の容器内一酸化炭素濃度
制御方法でＧａＡｓ単結晶を成長した。すなわち、実施
例１と同じ条件で、結晶中の容器内一酸化炭素濃度が３
０００ｐｐｍになるように設定し、結晶を育成した。結
晶成長中の容器内一酸化炭素濃度は、ガス採集配管７を
通じて採集した容器内雰囲気ガスを、一酸化炭素濃度検
出器１０を用いて検出し、検出した一酸化炭素濃度が３
０００ｐｐｍを越えた場合に、ガス導入配管８の純アル
ゴンガスの導入側に設置したマスフローコントローラ９
及びガス排気配管６に設置したマスフローコントローラ
９を通じて容器内のガスを純粋なガスと置換して３００
０ｐｐｍ以下まで希釈するようにした。
制御方法でＧａＡｓ単結晶を成長した。すなわち、実施
例１と同じ条件で、結晶中の容器内一酸化炭素濃度が３
０００ｐｐｍになるように設定し、結晶を育成した。結
晶成長中の容器内一酸化炭素濃度は、ガス採集配管７を
通じて採集した容器内雰囲気ガスを、一酸化炭素濃度検
出器１０を用いて検出し、検出した一酸化炭素濃度が３
０００ｐｐｍを越えた場合に、ガス導入配管８の純アル
ゴンガスの導入側に設置したマスフローコントローラ９
及びガス排気配管６に設置したマスフローコントローラ
９を通じて容器内のガスを純粋なガスと置換して３００
０ｐｐｍ以下まで希釈するようにした。
【００２６】こうして得られた結晶中の炭素濃度分布を
図３に示す。結晶中の炭素濃度は、はじめ増加し、その
後減少してまた増加するという傾向を示していた。結晶
の頭部と尾部の炭素濃度測定値だけを見ると、ほとんど
差がなく、結晶中の炭素濃度が非常に均一に制御された
良い結晶であるかのように誤った判断をすることにな
る。
図３に示す。結晶中の炭素濃度は、はじめ増加し、その
後減少してまた増加するという傾向を示していた。結晶
の頭部と尾部の炭素濃度測定値だけを見ると、ほとんど
差がなく、結晶中の炭素濃度が非常に均一に制御された
良い結晶であるかのように誤った判断をすることにな
る。
【００２７】この結晶から採取したウェハにＳｉイオン
を打込み、活性化してシートキャリア濃度を測定した。
結晶の頭部と尾部の炭素濃度測定値だけがわかってお
り、その結果、結晶中の炭素濃度はほぼ均一に分布して
いるものと推定したと仮定して、イオンの打ち込み条件
は、全ウェハとも打ち込みエネルギー１５０ｋｅＶ、ド
ーズ量２．０×１０12ｃｍ-2の一定とした。活性化のた
めの熱処理条件および、シートキャリア濃度の測定方法
は、実施例１と同じである。測定結果を図５に示す。シ
ートキャリア濃度は、結晶中の炭素濃度の分布と逆の相
関をもっており、そのばらつきは５．０５〜６．４５×
１０11ｃｍ-2と非常に大きかった。
を打込み、活性化してシートキャリア濃度を測定した。
結晶の頭部と尾部の炭素濃度測定値だけがわかってお
り、その結果、結晶中の炭素濃度はほぼ均一に分布して
いるものと推定したと仮定して、イオンの打ち込み条件
は、全ウェハとも打ち込みエネルギー１５０ｋｅＶ、ド
ーズ量２．０×１０12ｃｍ-2の一定とした。活性化のた
めの熱処理条件および、シートキャリア濃度の測定方法
は、実施例１と同じである。測定結果を図５に示す。シ
ートキャリア濃度は、結晶中の炭素濃度の分布と逆の相
関をもっており、そのばらつきは５．０５〜６．４５×
１０11ｃｍ-2と非常に大きかった。
【００２８】（他の実施例）結晶中に取り込まれる炭素
濃度と、成長容器内の一酸化炭素濃度との相関は、容器
毎に、また成長の進み具合いによってまちまちである。
容器内の一酸化炭素濃度を故意に制御しない場合、容器
によっては一酸化炭素濃度が自然増加するものもあり、
またこれと逆の挙動を示すものもある。結晶中の炭素濃
度を制御する場合、これらの容器毎の特性を知ったうえ
で、積極的に利用すれば、容器内のガス置換を行うこと
なしに、本発明に係る所望の結晶を製造することも可能
である。
濃度と、成長容器内の一酸化炭素濃度との相関は、容器
毎に、また成長の進み具合いによってまちまちである。
容器内の一酸化炭素濃度を故意に制御しない場合、容器
によっては一酸化炭素濃度が自然増加するものもあり、
またこれと逆の挙動を示すものもある。結晶中の炭素濃
度を制御する場合、これらの容器毎の特性を知ったうえ
で、積極的に利用すれば、容器内のガス置換を行うこと
なしに、本発明に係る所望の結晶を製造することも可能
である。
【００２９】
（１）請求項１に記載のＧａＡｓ単結晶によれば、結晶
中の炭素濃度が頭部から尾部にかけて単調に推移してい
るため、結晶の両端の炭素濃度又はこれを反映している
電気特性等を測定しただけで、その間の結晶中の炭素濃
度分布を容易に推定することができる。
中の炭素濃度が頭部から尾部にかけて単調に推移してい
るため、結晶の両端の炭素濃度又はこれを反映している
電気特性等を測定しただけで、その間の結晶中の炭素濃
度分布を容易に推定することができる。
【００３０】（２）請求項２に記載のＧａＡｓ単結晶の
製造方法によれば、従来用いられてきた結晶製造装置に
なんら手を加えることなく、結晶中の炭素濃度の分布が
結晶の頭部から尾部にかけて単調に増加または減少して
いるＧａＡｓ単結晶を容易に製造することができる。
製造方法によれば、従来用いられてきた結晶製造装置に
なんら手を加えることなく、結晶中の炭素濃度の分布が
結晶の頭部から尾部にかけて単調に増加または減少して
いるＧａＡｓ単結晶を容易に製造することができる。
【００３１】（３）請求項３に記載のＧａＡｓウェハの
イオン打込み制御方法によれば、炭素濃度が頭部から尾
部にかけて単調に推移している結晶から一連に切り出し
たウェハを対象とするため、結晶の両端の炭素濃度を測
定しただけで容易に結晶中の炭素濃度分布を推定するこ
とができる。したがって、ウェハにイオンを打ち込んで
能動層を形成する場合の、イオンの打ち込み条件を結晶
中の炭素濃度に合わせて最適に調整することが可能とな
り、活性化率のばらつきを大幅に低減してウェハの電気
的特性を均一にすることができる。その結果、ＧａＡｓ
ＩＣ等の素子を安定に製造できるようになり、歩留りの
向上、製造コストの低減が図れる。
イオン打込み制御方法によれば、炭素濃度が頭部から尾
部にかけて単調に推移している結晶から一連に切り出し
たウェハを対象とするため、結晶の両端の炭素濃度を測
定しただけで容易に結晶中の炭素濃度分布を推定するこ
とができる。したがって、ウェハにイオンを打ち込んで
能動層を形成する場合の、イオンの打ち込み条件を結晶
中の炭素濃度に合わせて最適に調整することが可能とな
り、活性化率のばらつきを大幅に低減してウェハの電気
的特性を均一にすることができる。その結果、ＧａＡｓ
ＩＣ等の素子を安定に製造できるようになり、歩留りの
向上、製造コストの低減が図れる。
【図１】本発明のＧａＡｓ単結晶の製造方法を実施する
ための一酸化炭素濃度を制御しながらＧａＡｓ単結晶を
引き上げる装置の概略構成図。
ための一酸化炭素濃度を制御しながらＧａＡｓ単結晶を
引き上げる装置の概略構成図。
【図２】本発明の実施例による結晶中の炭素濃度分布の
一例を示す特性図。
一例を示す特性図。
【図３】従来の結晶中の炭素濃度分布の一例を示す特性
図。
図。
【図４】本発明の実施例による結晶にイオンを打ち込
み、活性化した時のシートキャリア濃度の分布を示す特
性図。
み、活性化した時のシートキャリア濃度の分布を示す特
性図。
【図５】従来の結晶にイオンを打ち込み、活性化した時
のシートキャリア濃度の分布を示す特性図。
のシートキャリア濃度の分布を示す特性図。
１ 結晶成長容器 ２ ヒータ ３ ＧａＡｓ結晶 ４ 液体封止剤 ５ ＧａＡｓ融液 ６ ＧａＡｓ排気配管 ７ ＧａＡｓ採集配管 ８ ＧａＡｓ導入配管 ９ マスフローコントローラ １０ 一酸化炭素濃度検出器 １１ ルツボ １２ 上軸 １３ 種結晶 １４ 下軸
Claims (3)
- 【請求項１】結晶中に炭素を不純物として含有する半絶
縁性ＧａＡｓ単結晶において、結晶中の炭素濃度の分布
が、結晶の頭部から尾部にかけて単調に増加または減少
していることを特徴とするＧａＡｓ単結晶。 - 【請求項２】不活性ガスで満たした容器内にＧａＡｓ融
液と該融液の上面を覆う液体封止材を収納したルツボを
設置し、種結晶をＧａＡｓ融液上面に接触させて回転さ
せながら引き上げることによりＧａＡｓ単結晶を製造す
る方法において、結晶成長前は、容器内の不活性ガス
に、一酸化炭素または容器内で一酸化炭素を生ずる二酸
化炭素等のガスを導入し、容器内の一酸化炭素濃度を所
定の値に設定し、しかる後に結晶成長を開始し、結晶成
長中は、容器内のガスを、純粋な不活性ガス、一酸化炭
素または容器内で一酸化炭素を生ずる二酸化炭素等のガ
ス、またはこれらの混合ガスを用いて置換し、不活性ガ
ス中の一酸化炭素濃度を単調に増加または減少させなが
ら単結晶を成長させることを特徴とするＧａＡｓ単結晶
の製造方法。 - 【請求項３】請求項１に記載のＧａＡｓ単結晶におい
て、その頭部から尾部にわたってウェハを切り出し、切
り出した各ウェハの炭素濃度［Ｃ］を式（１）から求
め、 ［Ｃ］＝（［ＣT ］−［ＣS ］）×ｍ／Ｌ＋［ＣS ］ ……… (1) ただし、［ＣT ］は結晶の尾部で測定した結晶中の炭素
濃度 ［ＣS ］は結晶の頭部で測定した結晶中の炭素濃度 ｍは炭素濃度を測定した試料を採取した結晶の頭部から
の距離 Ｌは炭素濃度を測定した試料を採取した結晶の頭部から
尾部間の距離 これより各ウェハ毎に求めた［Ｃ］を用いた式（２）か
らイオン打込みのドーズ量φを求め、 φ＝φ0 ＋（［Ｃ］−［ＣS ］）×ａ ……… (2) ただし、φ0 は基準となるドーズ量 ａは打込み条件によって決まる係数 このドーズ量のイオンを該当するウェハに打ち込むよう
にしたことを特徴とするＧａＡｓウェハのイオン打込み
制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4212779A JP3018763B2 (ja) | 1992-08-10 | 1992-08-10 | ＧａＡｓ単結晶及びその製造方法並びにＧａＡｓウェハのイオン打込み制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4212779A JP3018763B2 (ja) | 1992-08-10 | 1992-08-10 | ＧａＡｓ単結晶及びその製造方法並びにＧａＡｓウェハのイオン打込み制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0656582A true JPH0656582A (ja) | 1994-03-01 |
| JP3018763B2 JP3018763B2 (ja) | 2000-03-13 |
Family
ID=16628256
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4212779A Expired - Lifetime JP3018763B2 (ja) | 1992-08-10 | 1992-08-10 | ＧａＡｓ単結晶及びその製造方法並びにＧａＡｓウェハのイオン打込み制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3018763B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008056562A (ja) * | 2007-09-14 | 2008-03-13 | Dowa Holdings Co Ltd | ＧａＡｓ単結晶及びその製造方法並びにその製造装置 |
-
1992
- 1992-08-10 JP JP4212779A patent/JP3018763B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008056562A (ja) * | 2007-09-14 | 2008-03-13 | Dowa Holdings Co Ltd | ＧａＡｓ単結晶及びその製造方法並びにその製造装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3018763B2 (ja) | 2000-03-13 |
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