JPH08133890A - 半導体結晶の製造方法 - Google Patents
半導体結晶の製造方法Info
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- JPH08133890A JPH08133890A JP26657294A JP26657294A JPH08133890A JP H08133890 A JPH08133890 A JP H08133890A JP 26657294 A JP26657294 A JP 26657294A JP 26657294 A JP26657294 A JP 26657294A JP H08133890 A JPH08133890 A JP H08133890A
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- sealing layer
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 重量を検知して直径制御をするＬＥＣ法に関
し，直径制御に及ぼす液体封止層の浮力の影響を少なく
する。 【構成】 融液５上に液体封止層４を備え，重量を検知
して融液５から成長する半導体結晶２の直径制御を行う
チョクラルスキー法を用いた半導体結晶の製造方法にお
いて，結晶２の直径が種結晶１から円筒状の直胴部２ｂ
に至る間にコーン状に広がる肩部２ａを，液体封止層４
の厚さよりも長く形成する。
し，直径制御に及ぼす液体封止層の浮力の影響を少なく
する。 【構成】 融液５上に液体封止層４を備え，重量を検知
して融液５から成長する半導体結晶２の直径制御を行う
チョクラルスキー法を用いた半導体結晶の製造方法にお
いて，結晶２の直径が種結晶１から円筒状の直胴部２ｂ
に至る間にコーン状に広がる肩部２ａを，液体封止層４
の厚さよりも長く形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，液体封止層を備えたチ
ョクラルスキー法（以下「ＬＥＣ」という。）による結
晶欠陥の少ない半導体結晶の製造方法に関し，とくに直
径制御に重量検知法を用いる方法の改善に関する。
ョクラルスキー法（以下「ＬＥＣ」という。）による結
晶欠陥の少ない半導体結晶の製造方法に関し，とくに直
径制御に重量検知法を用いる方法の改善に関する。
【０００２】光半導体素子又は高速半導体素子等の新規
な半導体素子では，基板となる半導体の格子定数，禁制
帯幅等の物性を適切に選択するために，三元以上の混晶
半導体結晶の必要性が強まっている。
な半導体素子では，基板となる半導体の格子定数，禁制
帯幅等の物性を適切に選択するために，三元以上の混晶
半導体結晶の必要性が強まっている。
【０００３】かかる多元の混晶半導体は，重量検知法に
よる直径制御を用いたＬＥＣ法により製造することがで
きる。しかし，ＬＥＣ法により結晶欠陥の少ない半導体
結晶を製造するには，結晶の直径制御を精密にする必要
がある。
よる直径制御を用いたＬＥＣ法により製造することがで
きる。しかし，ＬＥＣ法により結晶欠陥の少ない半導体
結晶を製造するには，結晶の直径制御を精密にする必要
がある。
【０００４】そこで，ＬＥＣ法において，直径制御が容
易に実現される半導体結晶の製造方法が要望されてい
る。
易に実現される半導体結晶の製造方法が要望されてい
る。
【０００５】
【従来の技術】初めに，半導体結晶の従来の製造方法に
ついて説明する。図４は従来例断面工程図であり，チョ
クラルスキー法を用いた結晶成長装置の主要部を表して
いる。
ついて説明する。図４は従来例断面工程図であり，チョ
クラルスキー法を用いた結晶成長装置の主要部を表して
いる。
【０００６】図４（ａ）を参照して，ＬＥＣ法では，る
つぼ３の中に原料融液５を保持し，さらに融液５の上を
覆う液体封止層４が形成される。半導体結晶の成長は，
種結晶１を，封止層４上から貫通して融液５表面に接触
させたのち，通常は回転しつつ垂直に引き上げることに
よりなされる。
つぼ３の中に原料融液５を保持し，さらに融液５の上を
覆う液体封止層４が形成される。半導体結晶の成長は，
種結晶１を，封止層４上から貫通して融液５表面に接触
させたのち，通常は回転しつつ垂直に引き上げることに
よりなされる。
【０００７】成長の最初の段階は，肩部２ａと称される
部分の形成工程である。この工程は，融液５表面に接し
た種結晶１を，低速で引き上げる又は融液温度を低下し
つつ引上げることによりなされる。その結果，後に成長
した部分，即ち結晶の下方で大きな直径を有するコーン
状に成長する。なお，この肩部２ａは，種結晶から次に
説明する直胴部２ｂに至る間に形成される。
部分の形成工程である。この工程は，融液５表面に接し
た種結晶１を，低速で引き上げる又は融液温度を低下し
つつ引上げることによりなされる。その結果，後に成長
した部分，即ち結晶の下方で大きな直径を有するコーン
状に成長する。なお，この肩部２ａは，種結晶から次に
説明する直胴部２ｂに至る間に形成される。
【０００８】成長の次の段階は，図４（ｂ）〜（ｄ）を
参照して，直胴部２ｂと称される一定の直径を有する円
柱状の部分の形成工程である。この工程では，所定の結
晶長に至るまでの間，結晶径は所望の値に保持，制御さ
れる。
参照して，直胴部２ｂと称される一定の直径を有する円
柱状の部分の形成工程である。この工程では，所定の結
晶長に至るまでの間，結晶径は所望の値に保持，制御さ
れる。
【０００９】かかる結晶成長の過程において，結晶の直
径の制御は，成長界面近傍の結晶直径を測定し，その結
果を引上げ速度又は成長温度にフイードバックすること
でなされる。ＬＥＣ法では，結晶重量の変化，又は融液
重量の変化から結晶直径を測定する重量検知法が広く利
用されている。
径の制御は，成長界面近傍の結晶直径を測定し，その結
果を引上げ速度又は成長温度にフイードバックすること
でなされる。ＬＥＣ法では，結晶重量の変化，又は融液
重量の変化から結晶直径を測定する重量検知法が広く利
用されている。
【００１０】この重量検知法では，引上げ中の結晶１の
重量Ｗを測定し，その時間変化ｄＷ／ｄｔから結晶径を
算出する。しかし，ＬＥＣ法では封止層があるため，浮
力，表面張力の影響が複雑に関与し，精密に直径を算出
することは難しい。このため，結晶径の急激な変動が発
生し，その結果，結晶欠陥が導入されて結晶品質の劣化
を招来する。このような結晶径の変動に起因する結晶品
質の劣化は，二元の化合物半導体，例えばＧａＡｓ，Ｉ
ｎＰに較べて，偏析があるため引上げ速度を大きくする
ことができない三元の混晶化合物半導体において著し
い。
重量Ｗを測定し，その時間変化ｄＷ／ｄｔから結晶径を
算出する。しかし，ＬＥＣ法では封止層があるため，浮
力，表面張力の影響が複雑に関与し，精密に直径を算出
することは難しい。このため，結晶径の急激な変動が発
生し，その結果，結晶欠陥が導入されて結晶品質の劣化
を招来する。このような結晶径の変動に起因する結晶品
質の劣化は，二元の化合物半導体，例えばＧａＡｓ，Ｉ
ｎＰに較べて，偏析があるため引上げ速度を大きくする
ことができない三元の混晶化合物半導体において著し
い。
【００１１】かかるＬＥＣ法における重量検知の不正確
さを解消し，直径制御を精密になす方法が，特開昭６３
−７４９９６号公報に開示されている。この方法では，
封止層での浮力の影響，とくに肩部が封止層表面を通過
する際の浮力の影響を算出するため，結晶成長過程の重
量変化から逐次結晶の形状を算出する。
さを解消し，直径制御を精密になす方法が，特開昭６３
−７４９９６号公報に開示されている。この方法では，
封止層での浮力の影響，とくに肩部が封止層表面を通過
する際の浮力の影響を算出するため，結晶成長過程の重
量変化から逐次結晶の形状を算出する。
【００１２】従って，この方法では結晶形状を逐次計算
するための膨大な計算を処理する装置が必要である。さ
らに，必要な計算がなされても，結晶製造装置の制御の
時定数が追随しない場合もある。
するための膨大な計算を処理する装置が必要である。さ
らに，必要な計算がなされても，結晶製造装置の制御の
時定数が追随しない場合もある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】上述したように，重量
検知法を利用したＬＥＣ法による従来の半導体結晶の製
造方法では，封止層の浮力の影響により結晶直径を安定
に制御することが難しい。また，結晶の外形を逐次計算
する方法では，膨大な計算の処理装置を必要とする。
検知法を利用したＬＥＣ法による従来の半導体結晶の製
造方法では，封止層の浮力の影響により結晶直径を安定
に制御することが難しい。また，結晶の外形を逐次計算
する方法では，膨大な計算の処理装置を必要とする。
【００１４】本発明は，結晶の肩部の長さを封止層の厚
さよりも厚くすることにより，肩部が封止層を通過する
際の直径制御に及ぼす浮力の影響を少なくすることで，
直径制御を精密にし，優れた品質の結晶を製造できる半
導体結晶の製造方法を提供することを目的とする。
さよりも厚くすることにより，肩部が封止層を通過する
際の直径制御に及ぼす浮力の影響を少なくすることで，
直径制御を精密にし，優れた品質の結晶を製造できる半
導体結晶の製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】図１は本発明の実施例断
面工程図であり，液体封止層を有するチョクラルスキー
法を用いる半導体結晶製造装置の主要部を表している。
面工程図であり，液体封止層を有するチョクラルスキー
法を用いる半導体結晶製造装置の主要部を表している。
【００１６】上記課題を解決するための本発明の第一の
構成は，図１を参照して，融液５上に液体封止層４を備
え，重量を検知して該融液５から成長する半導体結晶２
の直径制御を行うチョクラルスキー法を用いた半導体結
晶の製造方法において，該結晶２の直径が種結晶１から
円筒状の直胴部２ｂに至る間にコーン状に広がる肩部２
ａを，該封止層４の厚さよりも長く形成することを特徴
として構成し，及び，第二の構成は，第一の構成の半導
体結晶の製造方法において，該半導体結晶２は，Ａｌ，
Ｇａ及びＩｎからなる群から選択された１又は複数の元
素を III族元素とし，Ｐ，Ａｓ及びＳｂからなる群から
選択された１又は複数の元素をV 族元素として構成す
る，３種以上の元素からなるIII-V 化合物混晶であるこ
とを特徴として構成する。
構成は，図１を参照して，融液５上に液体封止層４を備
え，重量を検知して該融液５から成長する半導体結晶２
の直径制御を行うチョクラルスキー法を用いた半導体結
晶の製造方法において，該結晶２の直径が種結晶１から
円筒状の直胴部２ｂに至る間にコーン状に広がる肩部２
ａを，該封止層４の厚さよりも長く形成することを特徴
として構成し，及び，第二の構成は，第一の構成の半導
体結晶の製造方法において，該半導体結晶２は，Ａｌ，
Ｇａ及びＩｎからなる群から選択された１又は複数の元
素を III族元素とし，Ｐ，Ａｓ及びＳｂからなる群から
選択された１又は複数の元素をV 族元素として構成す
る，３種以上の元素からなるIII-V 化合物混晶であるこ
とを特徴として構成する。
【００１７】
【作用】本発明の発明者は，ＬＥＣ法において結晶制御
が困難になる原因が，結晶成長面で直胴部が形成されて
いる途中で，肩部が封止層の表面を通過することにある
ことを明らかにした。以下，その理由を説明する。
が困難になる原因が，結晶成長面で直胴部が形成されて
いる途中で，肩部が封止層の表面を通過することにある
ことを明らかにした。以下，その理由を説明する。
【００１８】重量検知法により直接に観測される結晶重
量Ｗｏは，図１を参照して，真の結晶重量Ｗの他，結晶
２が封止層４を排除することにより生ずる浮力Ｗｂ，そ
の他，表面張力，メニスカスから生ずる重量及びメニス
カスから生ずる浮力に起因する見掛け上の重さＷｖが含
まれ，Ｗｏ＝Ｗ＋Ｗｂ＋Ｗｖと表すことができる。ここ
で，通常は，Ｗｂ≧Ｗｖであるから，浮力Ｗｂの効果の
みを考慮して，Ｗｏ≒Ｗ＋Ｗｂと近似することができ
る。
量Ｗｏは，図１を参照して，真の結晶重量Ｗの他，結晶
２が封止層４を排除することにより生ずる浮力Ｗｂ，そ
の他，表面張力，メニスカスから生ずる重量及びメニス
カスから生ずる浮力に起因する見掛け上の重さＷｖが含
まれ，Ｗｏ＝Ｗ＋Ｗｂ＋Ｗｖと表すことができる。ここ
で，通常は，Ｗｂ≧Ｗｖであるから，浮力Ｗｂの効果の
みを考慮して，Ｗｏ≒Ｗ＋Ｗｂと近似することができ
る。
【００１９】図３は本発明の効果説明図であり，結晶径
の制御性を表している。図３（ａ）は，従来の短い肩部
を有する半導体結晶を形成する場合に，浮力Ｗｂの効果
を無視し，Ｗｏ＝Ｗとして重量検知法による制御がなさ
れたときの，結晶の直径変化を計算した結果である。図
３（ａ）の計算の前提として，液体封止層４として厚さ
２５mmのＢ2 Ｏ3 を用い，直胴部２ｂの直径１５mm，肩
部の長さ３mmのＩｎＧａＡｓ結晶を成長するとした。
の制御性を表している。図３（ａ）は，従来の短い肩部
を有する半導体結晶を形成する場合に，浮力Ｗｂの効果
を無視し，Ｗｏ＝Ｗとして重量検知法による制御がなさ
れたときの，結晶の直径変化を計算した結果である。図
３（ａ）の計算の前提として，液体封止層４として厚さ
２５mmのＢ2 Ｏ3 を用い，直胴部２ｂの直径１５mm，肩
部の長さ３mmのＩｎＧａＡｓ結晶を成長するとした。
【００２０】図３（ａ）を参照して，左端に示す種結晶
１からコーン状に直径が広がる長さ３mmの肩部２ａが形
成された後，直径１５mmに制御された直胴部２ｂが成長
する。しかし，結晶長が２５mmを経過した位置で直胴部
の縮径が生ずる。この縮径は結晶長が５０mmを超える位
置まで続き，５０mmを超えてから所望の１５mmの直径に
回復してほぼ安定する。
１からコーン状に直径が広がる長さ３mmの肩部２ａが形
成された後，直径１５mmに制御された直胴部２ｂが成長
する。しかし，結晶長が２５mmを経過した位置で直胴部
の縮径が生ずる。この縮径は結晶長が５０mmを超える位
置まで続き，５０mmを超えてから所望の１５mmの直径に
回復してほぼ安定する。
【００２１】本発明の発明者は，この直径の変化が，肩
部が液体封止層を通過する際の浮力Ｗｂの変化によるも
のとして説明できることを以下のように明らかにした。
図２は浮力が重量検出に及ぼす効果の説明図であり，結
晶が封止層の液体を排除することにより生ずる浮力Ｗｂ
の結晶成長開始後の時間変化を表している。なお，図２
（ａ）は従来例の場合，図２（ｂ）は本発明の実施例の
場合である。
部が液体封止層を通過する際の浮力Ｗｂの変化によるも
のとして説明できることを以下のように明らかにした。
図２は浮力が重量検出に及ぼす効果の説明図であり，結
晶が封止層の液体を排除することにより生ずる浮力Ｗｂ
の結晶成長開始後の時間変化を表している。なお，図２
（ａ）は従来例の場合，図２（ｂ）は本発明の実施例の
場合である。
【００２２】液体封止層から受ける結晶の浮力Ｗｂは，
固液界面（結晶と融液との界面をいい，結晶の成長面で
ある。）で単位時間当たりに固化した結晶の体積，Ｓｃ
・Δｈ，に相当する浮力，Ｓｃ・Δｈ・ρだけ増加し，
他方，封止層の上表面を単位時間に通過する結晶の体
積，Ｓａ・Δｈに相当する浮力，Ｓａ・Δｈ・ρだけ減
少する。ここで，Ｓｃ，Ｓａは，それぞれ固液界面での
結晶の断面積及び封止層の上表面での結晶の断面積であ
り，Δｈは単位時間当たりの引上げ長，ρは封止層の密
度である。従って，浮力Ｗｂの単位時間当たりの変動分
ΔＷｂは， ΔＷｂ＝Ｓｃ・Δｈ・ρ−Ｓａ・Δｈ・ρ （１） ＝（Ｓｃ−Ｓａ）・Δｈ・ρ （２） と表される。ここで，ρは結晶成長中は一定であり，ま
たΔｈの変動も小さいと見做せる場合は，浮力Ｗｂの時
間的変動はＳｃ及びＳａ，言い換えれば結晶の直径の変
化により決定される。かかる条件は，結晶成長速度が小
さいため，成長速度を一定とし成長温度により直径を制
御する場合に実現され，多元のIII-V 族混晶半導体結晶
の製造においては一般的な条件である。
固液界面（結晶と融液との界面をいい，結晶の成長面で
ある。）で単位時間当たりに固化した結晶の体積，Ｓｃ
・Δｈ，に相当する浮力，Ｓｃ・Δｈ・ρだけ増加し，
他方，封止層の上表面を単位時間に通過する結晶の体
積，Ｓａ・Δｈに相当する浮力，Ｓａ・Δｈ・ρだけ減
少する。ここで，Ｓｃ，Ｓａは，それぞれ固液界面での
結晶の断面積及び封止層の上表面での結晶の断面積であ
り，Δｈは単位時間当たりの引上げ長，ρは封止層の密
度である。従って，浮力Ｗｂの単位時間当たりの変動分
ΔＷｂは， ΔＷｂ＝Ｓｃ・Δｈ・ρ−Ｓａ・Δｈ・ρ （１） ＝（Ｓｃ−Ｓａ）・Δｈ・ρ （２） と表される。ここで，ρは結晶成長中は一定であり，ま
たΔｈの変動も小さいと見做せる場合は，浮力Ｗｂの時
間的変動はＳｃ及びＳａ，言い換えれば結晶の直径の変
化により決定される。かかる条件は，結晶成長速度が小
さいため，成長速度を一定とし成長温度により直径を制
御する場合に実現され，多元のIII-V 族混晶半導体結晶
の製造においては一般的な条件である。
【００２３】図２中のイ，ロは，それぞれ式１の第一項
及び第二項を表し，ハはΔＷｂを表している。図２
（ａ）及び図１（ａ）を参照して，式１の第一項で表さ
れる固液界面での結晶断面積Ｓｃに起因する浮力変動Ｓ
ｃ・Δｈ・ρは，イを参照して，結晶成長の開始時ｈ0
から肩部の形成終了時ｈ1 の間，結晶断面積Ｓｃに比例
して上昇する。なお，本明細書での説明は，特に記述の
ない限り肩部の結晶断面積Ｓｃは成長時間に比例すると
仮定しているが，肩部の形状はこれに限られず一般的形
状の場合にも適用されることは言うまでもない。肩部の
形成終了時ｈ1 ，即ち直胴部２ｂの形成開始時から以後
は，図１（ｂ）を参照して，固液界面での結晶断面積Ｓ
ｃは一定なので浮力変動Ｓｃ・Δｈ・ρは一定値を保持
し続ける。
及び第二項を表し，ハはΔＷｂを表している。図２
（ａ）及び図１（ａ）を参照して，式１の第一項で表さ
れる固液界面での結晶断面積Ｓｃに起因する浮力変動Ｓ
ｃ・Δｈ・ρは，イを参照して，結晶成長の開始時ｈ0
から肩部の形成終了時ｈ1 の間，結晶断面積Ｓｃに比例
して上昇する。なお，本明細書での説明は，特に記述の
ない限り肩部の結晶断面積Ｓｃは成長時間に比例すると
仮定しているが，肩部の形状はこれに限られず一般的形
状の場合にも適用されることは言うまでもない。肩部の
形成終了時ｈ1 ，即ち直胴部２ｂの形成開始時から以後
は，図１（ｂ）を参照して，固液界面での結晶断面積Ｓ
ｃは一定なので浮力変動Ｓｃ・Δｈ・ρは一定値を保持
し続ける。
【００２４】他方，式１の第二項で表される封止層４の
上表面を通過し封止層４から離脱するときの結晶断面積
Ｓａに起因する浮力変動Ｓａ・Δｈ・ρは，図１
（ｃ），図２（ａ）ロを参照して，肩部２ａ上端が封止
層４上表面に到達した時ｈ2 から始まり, 直胴部２ｂが
封止層４上表面に到達する時ｈ3 まで継続する。この第
二項で表される浮力変動は，固液界面で形成された肩部
と同一形状の肩部により引き起こされるため，引上げ速
度が同じならば第一項の浮力変動と同一の経過を辿る。
上表面を通過し封止層４から離脱するときの結晶断面積
Ｓａに起因する浮力変動Ｓａ・Δｈ・ρは，図１
（ｃ），図２（ａ）ロを参照して，肩部２ａ上端が封止
層４上表面に到達した時ｈ2 から始まり, 直胴部２ｂが
封止層４上表面に到達する時ｈ3 まで継続する。この第
二項で表される浮力変動は，固液界面で形成された肩部
と同一形状の肩部により引き起こされるため，引上げ速
度が同じならば第一項の浮力変動と同一の経過を辿る。
【００２５】従って，式２から求めた，観測される浮力
変動ΔＷｂは，図２ハを参照して，肩部が封止層を通過
する間，急速に減少する。重量検知法では，結晶直径変
動を重量の時間微分で求めるから，見掛けの直径は，ｈ
2 からｈ3 までの間，浮力の減少に伴い急速に増大す
る。その結果，図３（ａ）を参照して，肩が封止層に到
達したのち，即ち結晶長が封止層の厚さ２５mmに達した
後，直径が小さくなるのである。特に微分制御におい
て，直径の一時微分をΔＷｂの時間の二次微分から求め
るため，ｈ2 とｈ3 の時点で反対符合の大きな誤差を生
じ，直径制御を擾乱する。なお，図１（ｄ）を参照し
て，直胴部２ｂが封止層４を貫通する状態で成長する場
合は，浮力変動は生じず上述した問題もない。
変動ΔＷｂは，図２ハを参照して，肩部が封止層を通過
する間，急速に減少する。重量検知法では，結晶直径変
動を重量の時間微分で求めるから，見掛けの直径は，ｈ
2 からｈ3 までの間，浮力の減少に伴い急速に増大す
る。その結果，図３（ａ）を参照して，肩が封止層に到
達したのち，即ち結晶長が封止層の厚さ２５mmに達した
後，直径が小さくなるのである。特に微分制御におい
て，直径の一時微分をΔＷｂの時間の二次微分から求め
るため，ｈ2 とｈ3 の時点で反対符合の大きな誤差を生
じ，直径制御を擾乱する。なお，図１（ｄ）を参照し
て，直胴部２ｂが封止層４を貫通する状態で成長する場
合は，浮力変動は生じず上述した問題もない。
【００２６】かかる制御の擾乱要素は，事前に計算して
おき，補正することができる。しかし，実際の結晶製造
工程において，肩部が封止層上表面に到達，通過する時
ｈ2，ｈ3 を予め正確に知ることは難しい。このため，
制御時間のずれを生じ，結晶直径の変動を招くことにな
る。
おき，補正することができる。しかし，実際の結晶製造
工程において，肩部が封止層上表面に到達，通過する時
ｈ2，ｈ3 を予め正確に知ることは難しい。このため，
制御時間のずれを生じ，結晶直径の変動を招くことにな
る。
【００２７】本発明は，上述した考察に基づき考案され
た。本発明の構成では，図１（ｂ）を参照して，肩部２
ａを封止層４よりも長く形成する。この構成では，図２
（ｂ）及び図１（ｂ）を参照して，肩部２ａの上端が封
止層４上表面に到達した時ｈ2 には，固液界面で成長す
る結晶は肩部２ａの形成途中にある。このため，図２
（ｂ）ハを参照して，浮力変動ΔＷｂは，その増加が減
少又は一定値に転ずるものの，従来例の如く大きな減少
に転ずることはない。また，浮力変動の絶対値も，固液
界面の結晶断面積Ｓｃが小さい時点で結晶先端が封止層
上表面を通過するため，固液界面と封止層上表面での結
晶断面積の差，Ｓｃ−Ｓａ，が従来のＳｃより小さい。
従って，重量検知法における見掛けの直径変化が小さ
く，制御が精密になされる。さらに，肩部のように結晶
径を拡幅する場合は, 上述のような結晶径を小さくする
要因を生じても, コーン状の肩部の傾きが一部分変わる
だけで, 殆どの場合において結晶品質に影響を及ぼさな
い。その結果, 結晶先端が封止層に到達した時に生ずる
直径制御の擾乱は, 本発明の構成では直径の大きな変動
, あるいは結晶品質の劣化に繋がらない。
た。本発明の構成では，図１（ｂ）を参照して，肩部２
ａを封止層４よりも長く形成する。この構成では，図２
（ｂ）及び図１（ｂ）を参照して，肩部２ａの上端が封
止層４上表面に到達した時ｈ2 には，固液界面で成長す
る結晶は肩部２ａの形成途中にある。このため，図２
（ｂ）ハを参照して，浮力変動ΔＷｂは，その増加が減
少又は一定値に転ずるものの，従来例の如く大きな減少
に転ずることはない。また，浮力変動の絶対値も，固液
界面の結晶断面積Ｓｃが小さい時点で結晶先端が封止層
上表面を通過するため，固液界面と封止層上表面での結
晶断面積の差，Ｓｃ−Ｓａ，が従来のＳｃより小さい。
従って，重量検知法における見掛けの直径変化が小さ
く，制御が精密になされる。さらに，肩部のように結晶
径を拡幅する場合は, 上述のような結晶径を小さくする
要因を生じても, コーン状の肩部の傾きが一部分変わる
だけで, 殆どの場合において結晶品質に影響を及ぼさな
い。その結果, 結晶先端が封止層に到達した時に生ずる
直径制御の擾乱は, 本発明の構成では直径の大きな変動
, あるいは結晶品質の劣化に繋がらない。
【００２８】次に，図１（ｃ）及び図２（ｂ）ハを参照
して，肩部２ａが形成された時ｈ1から，浮力変動ΔＷ
ｂは減少に転ずる。この減少率は，肩部の傾斜が緩いこ
とから余り大きくない。さらに，微分制御に寄与するΔ
Ｗｂの時間の二次微分について変動が生ずるのは，肩部
から直胴部に移行するときである。この時，制御変数は
大きく変動しており，浮力変動による効果が直径制御に
及ぼす影響は通常は問題とならない。
して，肩部２ａが形成された時ｈ1から，浮力変動ΔＷ
ｂは減少に転ずる。この減少率は，肩部の傾斜が緩いこ
とから余り大きくない。さらに，微分制御に寄与するΔ
Ｗｂの時間の二次微分について変動が生ずるのは，肩部
から直胴部に移行するときである。この時，制御変数は
大きく変動しており，浮力変動による効果が直径制御に
及ぼす影響は通常は問題とならない。
【００２９】上述したように，本発明によれば，浮力変
動が直径制御系に大きな影響を及ぼす時は，常にかかる
制御系の擾乱の影響を受けにくい結晶成長過程にある。
このため，精密な直径制御がなされ，また優れた結晶品
質の半導体結晶を成長することができる。
動が直径制御系に大きな影響を及ぼす時は，常にかかる
制御系の擾乱の影響を受けにくい結晶成長過程にある。
このため，精密な直径制御がなされ，また優れた結晶品
質の半導体結晶を成長することができる。
【００３０】
【実施例】本発明を実施例を参照して説明する。半導体
結晶の製造装置は，通常用いられている結晶製造装置で
ある，重量検知法による直径制御系（ＰＩＤ制御機構を
有する）を備えたＬＥＣ法結晶成長装置を用いた。ま
た，制御系の定数は従来のものと同一としている。
結晶の製造装置は，通常用いられている結晶製造装置で
ある，重量検知法による直径制御系（ＰＩＤ制御機構を
有する）を備えたＬＥＣ法結晶成長装置を用いた。ま
た，制御系の定数は従来のものと同一としている。
【００３１】図１（ａ）を参照して，るつぼ３中に，原
材料としてＩｎＧａＡｓを，液体封止材としてＢ2 Ｏ3
をチャージし，加熱する。Ｂ2 Ｏ3 は厚さ２５mmの封止
層４となり，ＩｎＧａＡｓ融液５の上に浮く。
材料としてＩｎＧａＡｓを，液体封止材としてＢ2 Ｏ3
をチャージし，加熱する。Ｂ2 Ｏ3 は厚さ２５mmの封止
層４となり，ＩｎＧａＡｓ融液５の上に浮く。
【００３２】次いで，種結晶１を封止層４上方から貫通
させてその下端を融液５表面に浸漬し，回転しつつ引上
げる。結晶２は，種結晶１の下端からコーン状に直径が
拡大するように成長し，肩部２ａを形成する。この肩部
２ａの形成は，図１（ｂ）を参照して，結晶２の上端が
封止層４の上表面を通過した時点においても継続され
る。なお，かかる肩部２ａの形成は，例えば，融液温
度，引上げ速度等の成長条件を，予めされたプログラム
に従って制御することによりなされる。このとき，重量
変化から計算された結晶径の変動を融液温度，引上げ速
度等にフィードバックして直径制御の完全を期すことも
できる。
させてその下端を融液５表面に浸漬し，回転しつつ引上
げる。結晶２は，種結晶１の下端からコーン状に直径が
拡大するように成長し，肩部２ａを形成する。この肩部
２ａの形成は，図１（ｂ）を参照して，結晶２の上端が
封止層４の上表面を通過した時点においても継続され
る。なお，かかる肩部２ａの形成は，例えば，融液温
度，引上げ速度等の成長条件を，予めされたプログラム
に従って制御することによりなされる。このとき，重量
変化から計算された結晶径の変動を融液温度，引上げ速
度等にフィードバックして直径制御の完全を期すことも
できる。
【００３３】次いで，図１（ｃ）を参照して，結晶直径
が１５mmに達した時点で，結晶径を一定に制御する。次
いで，図１（ｄ）を参照して，結晶径を一定に保持して
直胴部２ｂを形成する。
が１５mmに達した時点で，結晶径を一定に制御する。次
いで，図１（ｄ）を参照して，結晶径を一定に保持して
直胴部２ｂを形成する。
【００３４】上記の工程により，肩部２ａの長さが，２
６mm及び７０mmの２種のＩｎＧａＡｓ結晶を製造した。
図３（ｂ）は肩部２ａの長さが２６mmの結晶の外形を，
図３（ｃ）は肩部２ａの長さが７０mmの結晶の外形を表
している。なお，図中に種結晶を１，肩部を２ａ，直胴
部を２ｂで表している。
６mm及び７０mmの２種のＩｎＧａＡｓ結晶を製造した。
図３（ｂ）は肩部２ａの長さが２６mmの結晶の外形を，
図３（ｃ）は肩部２ａの長さが７０mmの結晶の外形を表
している。なお，図中に種結晶を１，肩部を２ａ，直胴
部を２ｂで表している。
【００３５】図３（ｂ）を参照して，結晶径は，直胴部
２ｂが形成された直後（結晶長が２６mmの位置）から直
線的に縮径し，結晶長が５０mmを超えた位置から徐々に
１５mmに回復している。しかし，従来例のごとく，結晶
先端が封止層上表面を通過する際に生ずる急激に生ずる
結晶径の変化は認められない。さらに，肩部２ａの長さ
が封止層の略３倍の７０mmの結晶の場合では，図３
（ｃ）を参照して，結晶の縮径はみられない。このよう
に，封止層の存在に起因する結晶径の変動は何ら観察さ
れない。また，製造された結晶の結晶性は良好であっ
た。
２ｂが形成された直後（結晶長が２６mmの位置）から直
線的に縮径し，結晶長が５０mmを超えた位置から徐々に
１５mmに回復している。しかし，従来例のごとく，結晶
先端が封止層上表面を通過する際に生ずる急激に生ずる
結晶径の変化は認められない。さらに，肩部２ａの長さ
が封止層の略３倍の７０mmの結晶の場合では，図３
（ｃ）を参照して，結晶の縮径はみられない。このよう
に，封止層の存在に起因する結晶径の変動は何ら観察さ
れない。また，製造された結晶の結晶性は良好であっ
た。
【００３６】
【発明の効果】上述したように，本発明によれば，結晶
の先端が封止層の上表面を通過する際に生ずる浮力の変
動が直径制御に及ぼす影響を小さくすることができるの
で，精密に直径制御された優れた品質の半導体結晶を製
造することができるので，半導体装置の性能向上に寄与
するところが大きい。
の先端が封止層の上表面を通過する際に生ずる浮力の変
動が直径制御に及ぼす影響を小さくすることができるの
で，精密に直径制御された優れた品質の半導体結晶を製
造することができるので，半導体装置の性能向上に寄与
するところが大きい。
【図１】 本発明の実施例断面工程図
【図２】 浮力が重量検出に及ぼす効果の説明図
【図３】 本発明の効果説明図
【図４】 従来例断面工程図
１ 種結晶 ２ 結晶 ２ａ 肩部 ２ｂ 直胴部 ３ るつぼ ４ 封止層 ５ 融液
Claims (2)
- 【請求項１】 融液上に液体封止層を備え，重量を検知
して該融液から成長する半導体結晶の直径制御を行うチ
ョクラルスキー法を用いた半導体結晶の製造方法におい
て，該結晶の直径が種結晶から円筒状の直胴部に至る間
にコーン状に広がる肩部を，該封止層の厚さよりも長く
形成することを特徴とする半導体結晶の製造方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の半導体結晶の製造方法に
おいて，該半導体結晶は，Ａｌ，Ｇａ及びＩｎからなる
群から選択された１又は複数の元素を III族元素とし，
Ｐ，Ａｓ及びＳｂからなる群から選択された１又は複数
の元素をV 族元素として構成する，３種以上の元素から
なるIII-V 化合物混晶であることを特徴とする半導体結
晶の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26657294A JPH08133890A (ja) | 1994-10-31 | 1994-10-31 | 半導体結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26657294A JPH08133890A (ja) | 1994-10-31 | 1994-10-31 | 半導体結晶の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08133890A true JPH08133890A (ja) | 1996-05-28 |
Family
ID=17432683
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26657294A Withdrawn JPH08133890A (ja) | 1994-10-31 | 1994-10-31 | 半導体結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08133890A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019218255A (ja) * | 2018-06-22 | 2019-12-26 | 住友金属鉱山株式会社 | ニオブ酸リチウム単結晶の製造方法 |
-
1994
- 1994-10-31 JP JP26657294A patent/JPH08133890A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019218255A (ja) * | 2018-06-22 | 2019-12-26 | 住友金属鉱山株式会社 | ニオブ酸リチウム単結晶の製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020115 |