JPH08752B2

JPH08752B2 - 単結晶引き上げ方法

Info

Publication number: JPH08752B2
Application number: JP2801688A
Authority: JP
Inventors: 友久北野
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1988-02-08
Filing date: 1988-02-08
Publication date: 1996-01-10
Anticipated expiration: 2011-01-10
Also published as: JPH01203286A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、単結晶引き上げ方法に関し、特に転位の少
ない単結晶を作製することのできる単結晶引き上げ方法
に関する。

（従来の技術およびその問題点）単結晶とりわけ、Si,GaAsに代表される半導体結晶
は、半導体産業にとってきわめて重要な材料である。こ
れら単結晶融液から種結晶を用いて単結晶引き出すいわ
ゆる引き上げ法により作製する際に発生する転位や点欠
陥等の格子欠陥はデバイス特性に悪影響を及ぼすことが
よく知られている。特にGaAs単結晶では、転位が多く発
生しやすくFETのしきい値電圧のバラツキに影響を及ぼ
すことが懸念される。

転位の発生を抑制するためには、融液から単結晶引き
上げる時に、結晶が受ける熱応力を減少する必要があ
る。その方法として、従来よりInを添加したり、成長速
度を遅くして熱応力の影響を受けにくい条件にしたり、
B₂O₃の成分を持つ厚い液体封止剤を融液上におおい、引
き上がった単結晶を液体封止剤中で冷却する方法が行な
われている。

しかしながら、成長速度を遅くするには限度があり、
またIn不純物原子を添加した単結晶引き上げでは、成長
速度を遅くすることによってIn原子の析出が生じやすく
なり、単結晶の長尺化や生産効率といった問題が生じ
る。一方、液体封止剤中で冷却する方法では、長尺の単
結晶を引き上げるには、大きな厚さを持った液体封止剤
が必要となり、引き上げ炉が巨大化する問題が生じる。

本発明は、このような従来の問題点を解決するために
なされたものであり、転位の発生を支配する熱応力の影
響を最も受けにくい結晶方位を持つ種結晶を用いて、単
結晶成長中での転位の発生を抑制するための方法を提供
することにある。

（問題を解決するための手段）本発明はダイヤモンド構造、せん亜鉛構造または面心
立方構造の単結晶の引き上げ方法において＜870＞方位
の種結晶を用い、種結晶の（870）面を単結晶の成長面
とし、＜870＞方向に種結晶を引き上げることを特徴と
する単結晶引き上げ方法を提供するものである。

（作用）以下、本発明の作用について、図面を参照にして詳細
に説明する。

第１図は、本発明による単結晶引き上げ方法の概念を
示す図である。単結晶を引き上げる際、結晶の受ける熱
応力は、極座標表示によって、結晶の接線方向の成分δ
_θ、半径方向の成分δ_ｘ、軸方向の成分δ_ｚに分類でき
る。この３つの成分のうち、接線方向の成分δ_θが単結
晶を引き上げる際に、単結晶表面からのすべり転位の発
生に、大きな影響を及ぼす。一方、ダイヤモンド構造や
せん亜鉛構造さらには面心立方構造の原子構造を持つSi
やGaAs,InP等の単結晶でのすべり転位は４つの（111）
面をすべり面とし、各すべり面に対して各々３つの＜11
0＞方向のすべり方向を有する12のすべり系によって支
配されている。すべり転位の発生は、ある臨界せん断応
力τ_ｃを越えた時に前述した12のすべり系に支配されて
生じる。今、単結晶引き上げ時に生じる熱応力をτとす
ると、τ_ｃとτは、次の関係式によって結ばれている。
τ_ｃ＝τcosα cosβ ここでαは熱応力τが働く方向とすべり面のなす角、
βは、熱応力τが働く方向とすべり方向のなす角であ
り、cosα cosβはシュミット因子と呼ばれるものであ
る。

成長速度等を改良することによってτを減少すること
ができるということを従来技術およびその問題点の所で
述べたが、それにも限度がある。そこで、ある一定の熱
応力τが働いた時に、その影響を最も受けにくい引き上
げ方位の考察を行なった。

第１図は、各引き上げ結晶方位におけるその結晶方位
と垂直な方位に熱応力が作用した時の12のすべり系にわ
たっての最大シュミット因子の大きさを（001）ステレ
オ透影図上（ａ）図に示したものである。シュミット因
子は、最大値として0.5をとるので各結晶方位で、最大
シュミット因子が0.5という条件を設定すると、（ｂ）
図に示すように、（001）ステレオ透影図上の全部の結
晶方位がこの条件を満足する。ここで、結晶面の次数と
しては、８次まで考慮している。最大シュミット因子の
制限を0.49とし、すべり転位の発生を抑止する効果を強
める結晶方位を考察してみると、この条件を満足してい
る結晶方位は（ｃ）図に示したものである。（ｃ）図に
おいて上来より活発に行なわれている＜100＞引き上げ
方位は、除外されてしまう。最大シュミット因子の制限
を0.48さらには、0.47とし、すべり転位発生を抑止する
効果を強める結晶方位を考察していくと、この条件を満
足する方位は、（ｄ），（ｅ）図に示された結晶方位の
みに限定されてしまう。（ｅ）図においては＜100＞引
き上げと同様によく用いられている＜111＞引き上げ方
位も除外されてしまう。

最終的には、最大シュミット因子0.45361で＜870＞の
方位がすべり転位の発生を抑止する効果を強める結晶方
位と断定できる。

（実施例）まず実施例１としてGaAs結晶を例にとって本発明を説
明する。GaAs単結晶の引き上げは液体封止チョクラルス
キー法によって作製した。種結晶の方位は＜870＞で引
き上げ速度は、４〜6mm/hr、融液の温度は1300℃であ
る。その結果、アンドープGaAs結晶においては、通常、
４×10⁴/cm²以上の転位密度が約半分の１〜２×10⁴/cm³
に低減した。またInを添加した結晶においては、無転位
結晶を得るのには通常行われている＜100＞方位の種結
晶を用いたときは〜５×10¹⁹/cm³以上のIn濃度を必要と
するが、約〜10¹⁹/cm³の濃度でも無転位結晶を得ること
ができる。

次に実施例２として＜870＞方位のInP種結晶を用いて
InPの単結晶を液体封止チョクラルスキー法により引き
上げた。引き上げ速度は５〜8mm/hr、融液の温度は1500
℃であった。その結果アンドープInP単結晶においては
従来行われていた＜100＞方位の種結晶を用いた場合の
〜10⁵/cm²の転位密度に対して４×10⁴/cm²という低い値
が得られた。

実施例３としてダイヤモンド構造を有するSi＜870＞
方位のSi種結晶を用いてチョクラルスキー法により引き
上げた。無転位の単結晶がティルからトップにわたって
きわめて再現性良く得られた。

以上の実施例においてはGaAs,InP及びSiの単結晶を引
き上げた例を示したが、本発明はダイヤモンド構造、せ
ん亜鉛構造及び面心立方構造を有する単結晶であれば適
用できる。

また、本発明の効果は引上げ速度や、引上げ時の温度
などの引上げ条件に本質的に依存するものではない。

（発明の効果）本発明によれば、転位の発生を支配している熱応力の
影響を最も受けにくく、単結晶成長中での転位の発生を
抑止することが可能である。

【図面の簡単な説明】第１図は、本発明による概念を計算した結晶方位を示す
図で、（ａ）は（001）ステレオ透影図、（ｂ）は最大
シュミット因子0.5を満足する結晶方位、（ｃ）は最大
シュミット因子0.49を満足する結晶方位、（ｄ）は最大
シュミット因子0.48を満足する結晶方位、（ｅ）は最大
シュミット因子0.47を満足する結晶方位、（ｆ）は最大
シュミット因子0.45361を満足する結晶方位を示す図で
ある。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ダイヤモンド構造、せん亜鉛構造または面
心立方構造を各々持つ単結晶の引き上げ方法において、
＜870＞方位の種結晶を用い、前記種結晶の（870）面を
前記単結晶の成長面とし、前記＜870＞方向に前記種結
晶を引き上げることを特徴とする単結晶引き上げ方法。