JPS5933558B2 - Ｇｇｇ単結晶を製造する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＧＧＧ単結晶のボウル後半におけるＩｒ介在物の混入量
の増大を雰囲気コントロールにより抑え、良質結晶長を
増大したチョクラルスキー法にょるＧＧＧ単結晶の製造
方法。

従来チョクラルスキー法によるＧＧＧ単結晶の育成法は
原料タルトを０２０．５〜３％含有するＮ２雰囲気中で
、周知のようにＩｒルツボを高周波加熱し、メルトを１
７００℃ないし１８００℃に保持しつつシードにメルト
を凝固させ、シードを回転させながら引上げ、円形断面
を有する長い単結晶ボウルを製造していた。

この場合雰囲気中に含有される０２量を育成の途中で変
更することは行われなかった。

本方法によるＧＧＧボウルの育成においてはＩｒの介在
物がボウルの後半部において育成長とともに増大するた
め結晶の品質を劣化させ、ある長さを越えた部分は実用
性を有しない。

本発明は上記従来のＧＧＧ単結晶製造における欠点を改
良し、ボウル後半部における育成長増大に伴う介在物の
混入量増大を防止し結晶後半部における品質を向上させ
引上げられたボウル全長に亘り高品質結晶を提供するこ
とを目的とする。

＼ 特開昭４８ 六３１２００等により雰囲気中０２含有量
とＧＧＧ ｍ高中介在物との関係が密であることはよく
知られソ゛℃、・る。

結晶育成途中における雰囲気中０２量の変更により、ボ
ウル後半部における介在物の減少をはかるべく３“φ結
晶につき約２５０ｍｍ長さのボウルを育成し、実験を行
った。

その結果、結晶育成後半において、雰囲気中０２含有量
を初期含有量（０５ないし３％）の１．２倍ないし１．
５倍に増大することが著しく介在物の混入量の減少に効
果があることが判明した。

第２図はこれらの実験結果をまとめたものである。

図において、曲線１は初期雰囲気中０２量（容量％）の
Ｎ２ガス雰囲気と同一雰囲気を育成終了まで維持した場
合の結果、曲線２，３および４は結晶を約半分成長させ
た段階で、それぞれ初期０２含有量の１．２倍および２
倍の０２含有量に置換した場合の結果である。

１育成前半・後半を通して０□含有量
を変化させなかった場合にはボウル最低部のウェファ当
り平均介在物数は０２含有量１〜３％で比較的少ないが
５ないし７ケ／ウエフア混入されている。

育成後半の雰囲気を初期０２量（ボウル育成前半での０
２量）の１．２倍とした場合の効果は顕著であり、初期
０２量１ないし３％であった場合１ケないし２ケ／ウエ
フアに減少している。

初期０２量３．５％以上の場合にはその効果はみられな
い。

この場合、育成後のＩｒルツボの内壁および残留メルト
表面に通常よりも異常に多いＩｒ粉の付着がみられた。

これは雰囲気中０２含有量が多すぎ、逆にＩｒの酸化量
を増大させたことを示していると考えられる。

この結果メルト中にもＩｒの混入量が通常よりも増大し
、逆に結晶後半部における０２含有量増加の効果がマイ
ナスに働いた考えられる。

結晶育成後半における０２含有量を初期含有量の１．５
倍とした場合においても効果は顕著であり、特に初期０
２含有量１ないし２％のときには介在物の含有量は１ケ
／ウエフア以下となる。

この場合も初期０２含有量３．５％以上においては、介
在物の含有量は育成後半における０２含有量を初期含有
量と同一に保持した場合と比較し、むしろ介在物の含有
量は増大している。

この場合も同様に残留メルト表面、Ｉｒルツボ内壁に多
数のＩｒ粉付着が観察され０２含有量過剰により介在物
混入量が増大したものと考えられる。

結晶育成後半における０２含有量を初期のそれの２倍と
した場合にもその効果はみられるが、初期０□含有量が
１％近傍においてのみ効果は著しかった。

初期０２含有量０．２５ないし０．５％においても本発
明の効果は認められたが、この場合には特にボウルのコ
ーン部に介在物が多く、ここで発生した多数の転位が肩
部から結晶前半に亘り結晶外へ抜は切れず多数存在した
ため、結晶前半の結晶品質は低く、実用に適さないもの
であった。

この観点からすれば初期０２含有量１％の場合もボウル
前半における転位が比較的多いためボウル全体としての
良品部は少く実用性にやや欠けていた。

実用面から言えば初期０２量１．５％近傍が良好のよう
であった。

従って、本発明は初期０２含有量０．５ないし３％に対
し、ボウル後半の０２含有量の１．２ないし１．５倍と
した雰囲気でのＧＧＧ単結晶の育成でその効果とともに
実用性があると言える。

゛本実験を通し、初期０２含有量３．５％以上の場合に
は、育成後半における０２含有量を増大しない場合でも
、ボウル中介在物のみならずボウル前半における転位が
極めて多かった。

また、メルト中への０２含有雰囲気の投入は原料がメル
トダウンしてからより、むしろ原料を加熱する段階から
投入した方がボウル中介在物転位が少くなることがわか
った。

本発明において使用された結晶育成チェンバーおよび育
成プロセスの概略を説明する。

第１図において、結晶育成チェンバーが例示されている
。

Ｇｄ Ｇａ Ｏな（・しＧｄ ３．。

５Ｇａ４．ｇ５０．２範囲３ ５ １２ 内の組成に相当する原料の融液（メルト）２がイリジウ
ムルツボ３内に保持されている。

ルツボ３はその側面および底面においてジルコニア製の
断熱耐火物６，７で取囲まれている。

耐火物６の外周に誘導加熱コイル９が配置される。

ルツボ３および耐火物７は台座１０の上に置かれる。

これらは穴１２およびガス導入管１３部を除いて密閉さ
れたチェンバー１１内に配置される。

タルトに対しては、原料を加熱する段階より、雰囲気ガ
ス、例えば２％容積％酸素を伴５Ｎ２がガス導入され、
結晶引上シャフト１４が挿通されるチェンバー１１にと
りつけられた穴１２を通して放出される。

結晶引上シャフトの先端には要求に応じて予め決定され
た結晶方位を引上軸方向に有する単結晶（種結晶）１５
が取付けられている。

メルトは１７００℃から１８００℃に維持される。

種結晶１５はメルト中に浸漬され、メルトを少しづつ種
結晶に凝固させる。

結晶ボウル５は一様な円形断面を有するように引上シャ
フトを回転させながら。

誘導加熱コイル９に投入される高周波電力を自動的にコ
ントロールする周知のチョクラルスキー結晶育成に従っ
て引上げられる。

尚１本発明において採用された雰囲気の置換はいずれの
場合にも、１時間ないし２時間以内に雰囲気目標値の±
５％以内に到達していることが０２ガス分析記録計によ
り確認された。

本発明における具体的実施例を説明する。

使用された結晶育成チェンバーおよびプロセスは前述の
通りであるが実施例の比較が出来るように、いずれの場
合にも育成諸条件を一定とした。

Ｉｒルツボな誘導加熱コイルに流れる高周波電流により
加熱し、原料粉をメルトとして１７００℃ないし１８０
０℃に保持した。

その後、種結晶棒なメルト中に浸漬し、引上シャフトを
回転しながら５０時間でロードセル重量センサ一方式直
径自動制御により単結晶ボウルを引上げた。

最終的に得られたボウルは約８２φ直径Ｘ２５０ｍｍ長
さの一様な円断面を有していた。

このボウルの最底部１０〜１５ｍｍから１０〜１５枚の
７６．２φＸ０．５ｔのウェファをスライスし、鏡面加
工後２分間浸漬し、ウェファ表面に表われる介在物転位
によるエッチピットをノマルスキー顕微鏡で１００倍に
拡大し観察評価した。

第２図により本発明の詳細な説明する。

図から明らかな如く、例えば上記プロセスに従って、初
期０２含有量１．５％のＮ２ガス雰囲気で育成終了まで
同一雰囲気で８２φＸ２５０ｍｍのＧＧＧボウルを育成
した場合、ボウル肩部以降のボウル前半部では全（介在
物は含有されていなかつた。

しかし、ボウル後半部から除々に介在物が増加し、ボウ
ル最底部１５枚のウェファ（７６，２φ）内の平均介在
物数は約６ケであった。

しかし、約１２５ｍｍ育成した段階で初期０２含有量１
．５％の１．２倍１．８％とした場合のボウル最底部分
の平均介在物数は１ケであった。

又約１．２５ ｍｍ育成した段階で初期０２含有量１．
５％の１．５倍２．２５％とした場合のそれは０．３ケ
であり、はとんどのウェファは介在物ゼロであった。

雰囲気ガスの２段切替効果は顕著である。

本発明によりＧＧＧ単結晶ボウルの後半部における介在
物の混入量を従来の％ないし％に減少することが出来、
ＧＧＧ単結晶ボウルの後半部品質をボウル前半部と同一
レベルとすることにより単結晶ボウルの結晶歩留りを大
巾に向上させえた。

【図面の簡単な説明】

第１図はＧＧＧ単結晶育成チェンバーの概略構造図、第
２図は３“φＧＧＧボウル最底部ウェファ１０〜１５枚
の平均介在物数の後半育成雰囲気中０２量をパラメータ
とした初期雰囲気中０２量との相関図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＩＧＧＧ単結晶の育成において、原料のメルトダウン以
   前の加熱時をも含めて結晶ボウル引上げの前半部の雰囲
   気０．５〜３容量パーセントの０２を含むＮ２雰囲気と
   し、結晶ボウル引上げの後半部（ボウルの後半部に相当
   ）雰囲気中０２含有量を前半部のそれの１．２ないし１
   ．５に増大した雰囲気中で育成することを特徴とするチ
   ョクラルスキーＧＧＧ単結晶の製造方法。 ２ ＧＧＧ単結晶の育成において、原料のメルトダウン
   以前の加熱時をも含めて、結晶ボウル引上げの前半部の
   雰囲気を０．５ないし１．５容量パーセントの０□を含
   むＮ２ガス雰囲気とし、結晶ボウル引上げの後半部の雰
   囲気中０２含有量を前半部のそれの２倍とした雰囲気中
   で育成することを特徴とするチョクラルスキーＧＧＧ単
   結晶の製造方法。