JPH07291777A - 半導体単結晶製造装置及び製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 楕円柱形状の半導体単結晶を製造することの
できる半導体単結晶製造装置及び製造方法を提供する。 【構成】 単結晶育成用のルツボ８の外側を覆ってルツ
ボウォール９が設けられている。ルツボウォール９の外
方には、ルツボウォール９外側面から一定間隔を置いて
円筒形ヒータが配設され、これらルツボ８、ルツボウォ
ール９及びヒータ２は全体として高圧容器によって覆わ
れている。ルツボ８の直胴部における横断面は、楕円形
をなしている。一方、ルツボ８の直胴部を覆うルツボウ
ォール９の横断面は、その外面が円形をなしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体単結晶の製造装
置及び製造方法に係り、とりわけ楕円柱形状の半導体単
結晶を製造することができる製造装置及び製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体基板を作成するための
半導体単結晶を製造する装置としては、水平ブリッジマ
ン法（ＨＢ法）、液体封止引上げ法（ＬＥＣ法）、液体
封止垂直ブリッジマン法（ＬＥ−ＶＢ法）、液体封止垂
直温度勾配凝固法（ＬＥ−ＶＧＦ法）等の様々な方法に
よる製造装置がある。

【０００３】これらの半導体単結晶製造装置のうち、液
体封止垂直ブリッジマン法や液体封止垂直温度勾配凝固
法による装置では、通常円筒形の半導体単結晶が製造さ
れる。この円筒形の半導体単結晶から円板状の傾斜基板
を作成する場合、まず単結晶を水平断面に対して傾斜し
た断面で切り出して楕円盤状の基板を作り、さらにこれ
を削って円盤状の傾斜基板を作成している。

【０００４】また、水平ブリッジマン法や液体封止引上
げ法により製造した半導体単結晶から傾斜基板を作成す
る場合は、予め単結晶の外周を削って基板の直径に対応
した円筒形にする工程（センタレス）が必要となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
半導体製造装置で製造した単結晶から傾斜基板を作成す
る場合、切削部分が大きいため材料が無駄になり、加工
時間も長くなることが避けられない。このような場合、
始めから楕円柱形状の半導体単結晶が得られれば、これ
を楕円短軸方向に傾斜した断面で切り出し、側端面を微
修正するだけで円板形状の傾斜基板を作成することがで
き、切削による材料の無駄や加工時間を大幅に減らすこ
とが可能となる。

【０００６】本発明は、このような点を考慮してなされ
たものであり、楕円柱形状の半導体単結晶を製造するこ
とのできる半導体単結晶製造装置及び製造方法を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
楕円筒形の側壁を有する単結晶育成用のルツボと、この
ルツボの外側を覆って設けられるとともに、前記ルツボ
と同芯に配置された円筒形外側面を有するルツボウォー
ルと、このルツボウォールの外側面から外方に一定間隔
を置いて配設されたヒータとを備えたことを特徴とする
半導体単結晶製造装置である。

【０００８】請求項３記載の発明は、楕円筒形の側壁を
有する単結晶育成用のルツボ内に半導体原料を充填する
工程と、半導体原料全体を加熱溶融させる工程と、前記
ルツボの側壁の温度を周方向で均一に保ちながら、溶融
した半導体原料を前記ルツボの下方から上方へ向かって
緩やかに冷却凝固させてゆく工程とを備えたことを特徴
とする半導体単結晶製造方法である。

【０００９】

【作用】本発明によれば、まず楕円筒形の側壁を有する
単結晶育成用のルツボ内に半導体原料を充填し、ルツボ
の外側を覆うルツボウォールの外方からヒータによる加
熱を行ってルツボ内の半導体原料全体を溶融させる。し
かる後、ルツボ内の溶融した半導体原料を下方から上方
へ向かって緩やかに冷却凝固させ、単結晶に育成してゆ
く。

【００１０】この過程において、ルツボウォールの外側
面は円筒形であるため周方向で均一な熱の吸収・放射が
行われ、またルツボウォール内部は熱伝導により全体の
温度を均一に保とうとするため、このルツボウォールに
覆われたルツボ側壁の温度も周方向で均一に保たれる。

【００１１】このため、ルツボ内の半導体原料の温度分
布が、断面の楕円長軸方向と短軸方向とでアンバランス
になることが防止され、このようなアンバランスに起因
する単結晶育成上の障害（双晶、ポリ結晶、転位状のス
リップ等）の発生を抑制して確実に楕円柱形状の半導体
単結晶を製造することができる。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例につ
いて説明する。図１乃至図３は、本発明による半導体単
結晶製造装置の一実施例の概略を示す図である。図１乃
至図３に示す本実施例の装置は、液体封止垂直ブリッジ
マン法（ＬＥ−ＶＢ法）または液体封止垂直温度勾配凝
固法（ＬＥ−ＶＧＦ法）による半導体単結晶製造装置で
あり、以下のように構成されている。

【００１３】図１において、半導体単結晶製造装置は単
結晶育成用のルツボ８を備え、ルツボ８の外側を覆って
ルツボウォール９が設けられている。ルツボウォール９
の外方には、ルツボウォール９外側面から一定間隔を置
いて円筒形ヒータ２が配設され、これらルツボ８、ルツ
ボウォール９及びヒータ２は、全体として高圧容器１に
よって覆われている。

【００１４】次に、図２及び図３を参照して、ルツボ８
及びルツボウォール９について詳細に説明する。図２に
示すように、ルツボ８は筒形の直胴部１０と、その下方
に同芯に配設された細管１２と、直胴部１０の下端部と
細管１２上端部とを連結する漏斗状部分１１よりなり、
上端が開放された中空容器状となっている。このような
ルツボ８の開放された上端を除いた全体が、ルツボウォ
ール９によって覆われている。このルツボウォール９の
肉厚は、縦断面において略一定となっている（図２参
照）。

【００１５】また図３に示すように、ルツボ８の直胴部
１０における横断面は、楕円形をなしている。一方、ル
ツボ８の直胴部１０を覆うルツボウォール９の横断面
は、その外面が円形をなしている。従って、ルツボウォ
ール９の横断面における肉厚は、ルツボ８の楕円形状に
対応して周方向で変化している。

【００１６】なお、ルツボ８の材質は例えば化合物半導
体製造用のルツボに一般的に用いられるＰＢＮ（Ｐｙｒ
ｏｌｙｔｉｃ Ｂｏｒｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ（熱分解窒
化ホウ素））となっており、ルツボウォール９の材質は
例えばカーボンとなっている。

【００１７】また図１に示すように、ルツボウォール９
の下端部には、ルツボ８及びルツボウォール９を軸回り
に回転させるためのルツボ軸３が同芯に連結され、下方
の駆動手段（図示せず）へ延びている。

【００１８】図１に示すように、ルツボウォール９外方
の円筒形ヒータ２は軸方向に３分割され、各々ルツボウ
ォール９の上部、中央部、下部に対応して配置されてお
り、これらの発熱量を異ならせることによって、ルツボ
ウォール９に対する軸方向の加熱量を変化させることが
できるようになっている。

【００１９】次に、このような構成よりなる本実施例の
作用について説明する。まず、図２に示すように、予め
ルツボ８の細管１２内に半導体種子結晶７が充填され、
この半導体種子結晶７の上からルツボ８内に半導体原料
（例えばＧａＡｓポリ結晶）と封止剤（例えばＢ
₂ Ｏ₃ ）が充填される。

【００２０】次に、ヒータ２によりルツボウォール９及
びルツボ８を介して半導体原料を加熱し、半導体原料全
体を溶融状態（半導体融液５）にしておく。この際、ル
ツボ８内の半導体融液５の上方に液状の封止剤の層６が
形成され、半導体融液５の蒸散を防止する（図１参
照）。

【００２１】その後、ルツボ軸３によりルツボウォール
９及びルツボ８を回転させながら、３分割されたヒータ
２を下方から順次その発熱量を落としていくことによっ
て、ルツボ８内の半導体融液５を下方から上方へ向かっ
て緩やかに冷却していく。

【００２２】このように、ルツボ８内の半導体融液５が
種子結晶７に隣接する部分から上方へ順次緩やかに冷却
すると、半導体融液５が凝固し半導体単結晶４が育成さ
れていく。

【００２３】この過程において、ルツボウォール９の外
側面は円筒形であり、この外側面から一定間隔を置いて
円筒形ヒータ２が配設され、しかもルツボウォール９は
軸回りに回転しているため、ルツボウォール９の外側面
においては周方向で均一な熱の吸収・放射が行われる。
また、ルツボウォール９の内部は熱伝導により全体の温
度を均一に保とうとするため、このルツボウォール９に
覆われたルツボ８側壁の温度も周方向でほぼ均一に保た
れる。

【００２４】このため、ルツボ８内の半導体融液５の温
度分布が、その断面の楕円長軸方向と短軸方向とでアン
バランスになることが防止され、このようなアンバラン
スに起因する単結晶育成上の障害（双晶、ポリ結晶、転
位状のスリップ等）の発生を抑制して確実に楕円柱形状
の半導体単結晶４を製造することができる。

【００２５】具体例 次に、表１を参照して本発明の具体例について説明す
る。本発明による半導体単結晶製造装置において、ルツ
ボ８の直胴部１０内面における断面の楕円長軸長が５２
ｍｍ、短軸長が各々５０．２ｍｍ，４５．０ｍｍ，３
６．８ｍｍ，２６．０ｍｍの４種類のものを用意した。
これらの４種類の装置は全て、直胴部１０外側のルツボ
ウォール９の外径が９２ｍｍであり、従ってルツボウォ
ール９断面の楕円長軸方向の肉厚は２０ｍｍとなる。な
お、ルツボ８はＰＢＮ製のものを用い、またルツボウォ
ール９はカーボン製のものを用い、その他の構成は上記
実施例で説明した通りである。

【００２６】また、本発明と比較するための参考例とし
て、本発明と同様の４種類のルツボ８を有し、直胴部１
０外側のルツボウォール９の外形を各々のルツボ８の形
状に対応して楕円柱形状とした装置を用意した。これら
のルツボウォール９は全て、断面の楕円長軸長が９２ｍ
ｍであり、肉厚は断面全周で２０ｍｍとなっている。す
なわち、断面の楕円短軸長は各々５０．２＋２０×２＝
９０．２ｍｍ，４５．０＋２０×２＝８５．０ｍｍ，３
６．８＋２０×２＝７６．８ｍｍ，２６．０＋２０×２
＝６６．０ｍｍとなる。その他の構成は、全て上述した
本発明の具体例と同一である。

【００２７】以上のような本発明及び参考例の単結晶製
造装置各４種類を用いて、ＧａＡｓ原料ポリ結晶約２．
３Ｋｇ及びＢ₂ Ｏ₃ 封止剤４００ｇを使用したＧａＡｓ
単結晶製造を各々３回づつ試みたところ、下記表１のよ
うな結果が得られた。

【００２８】

【表１】

【００２９】表１において、「短軸長」はルツボ８の直
胴部１０内面における断面の楕円短軸長を示し、「軸長
比」は同じく短軸長の長軸長に対する比率（短軸長／長
軸長）を示し、「単結晶の得られた割合」は３回の試み
のうち最終的に単結晶が何回得られたかを示し、「スリ
ップ長」は結晶育成の過程で発生した転位状のスリップ
の長さがどの程度の範囲か（表１下欄の記号説明参照）
を示している。

【００３０】表１によれば、本発明による半導体単結晶
製造装置は参考例に比べて明らかに単結晶の得られる割
合が高く、転位状のスリップの発生も抑制されているこ
とが分かる。また、本発明による半導体単結晶製造装置
では、特に軸長比が約０．７より大きい範囲で実用上十
分な結果が得られている。

【００３１】なお、本具体例では断面の楕円長軸長が５
２ｍｍの単結晶を製造する場合について述べたが、これ
に限らず、本発明よる半導体単結晶製造装置をさらに大
口径あるいは小口径の単結晶製造に適用することもでき
る。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、楕
円形断面のルツボを用い、しかもルツボ内の半導体原料
の温度分布が楕円長軸方向と短軸方向とでアンバランス
になることを防止するので、このようなアンバランスに
起因する単結晶育成上の障害（双晶、ポリ結晶、転位状
のスリップ等）の発生を防ぎ、確実かつ精度良く楕円柱
形状の半導体単結晶を製造することができる。このた
め、この楕円柱形状の半導体単結晶を楕円短軸に対して
傾斜した断面で切り出すだけで略円板形状の傾斜基板を
製造することができ、円柱形状の半導体単結晶を用いる
場合に比べて切削ロスや加工時間を大幅に減らすことが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による半導体単結晶製造装置の一実施例
の概略を示す縦断面図。

【図２】図１に示す半導体単結晶製造装置のルツボ及び
ルツボウオールの形状を示す横断面図。

【図３】図１に示す半導体単結晶製造装置のルツボ及び
ルツボウオールの形状を示す縦断面図。

【符号の説明】

２ ヒータ ４ 半導体単結晶 ８ ルツボ ９ ルツボウォール

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】楕円筒形の側壁を有する単結晶育成用のル
   ツボと、 このルツボの外側を覆って設けられるとともに、前記ル
   ツボと同芯に配置された円筒形外側面を有するルツボウ
   ォールと、 このルツボウォールの外側面から外方に一定間隔を置い
   て配設されたヒータと、を備えたことを特徴とする半導
   体単結晶製造装置。
2. 【請求項２】前記ルツボは、その断面の楕円の長軸長に
   対する短軸長の比が０．７より大きいことを特徴とする
   請求項１記載の半導体単結晶製造装置。
3. 【請求項３】楕円筒形の側壁を有する単結晶育成用のル
   ツボ内に半導体原料を充填する工程と、 半導体原料全体を加熱溶融させる工程と、 前記ルツボの側壁の温度を周方向で均一に保ちながら、
   溶融した半導体原料を前記ルツボの下方から上方へ向か
   って緩やかに冷却凝固させてゆく工程と、を備えたこと
   を特徴とする半導体単結晶製造方法。