JPS60176986A - 半導体単結晶の製造方法 - Google Patents
半導体単結晶の製造方法Info
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- JPS60176986A JPS60176986A JP3017884A JP3017884A JPS60176986A JP S60176986 A JPS60176986 A JP S60176986A JP 3017884 A JP3017884 A JP 3017884A JP 3017884 A JP3017884 A JP 3017884A JP S60176986 A JPS60176986 A JP S60176986A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- crystal
- single crystal
- container
- sealing agent
- shaft
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/14—Heating of the melt or the crystallised materials
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は蒸気圧の高い元素を含む半導体単結晶の製造方
法に係り、特に高品質の単結晶を製造する方法に関する
。
法に係り、特に高品質の単結晶を製造する方法に関する
。
ＧａＡｓ 、 ＧａＰ 、 ＩｎＰ等の蒸気圧の高い元
素を含む半導体単結晶は、オプトエレクトロニクスやマ
イクロエレクトロニクスの重要な材料であり、これらの
高分解性の半導体単結晶の工業的製造法として液体封止
チョクラルスキー法（Ｌｉｑｕｉｄ Ｂｎｃａｐｕａｌ
ａｔｅｃｌＣｚｃｈｏｒａｌｓｈ１ｍｅｔｏｃ＋ ：以
下ＬＥＣ法と略称する）が知られている。
素を含む半導体単結晶は、オプトエレクトロニクスやマ
イクロエレクトロニクスの重要な材料であり、これらの
高分解性の半導体単結晶の工業的製造法として液体封止
チョクラルスキー法（Ｌｉｑｕｉｄ Ｂｎｃａｐｕａｌ
ａｔｅｃｌＣｚｃｈｏｒａｌｓｈ１ｍｅｔｏｃ＋ ：以
下ＬＥＣ法と略称する）が知られている。
このＬＥＣ法を第１図を参照しなからＧａＡａ製造の場
合を例にとって説明する。
合を例にとって説明する。
すなわち高圧チャンバ１内にルツボささえ軸２に保持さ
れた、例えば熱分解ちつ化ボロン（以下ＰＢＮと略す）
か・らなるルツボ３内に結晶原ネ４であるＧａＡｓ ４
、封止剤であるＢ、 ０．５がこのルツボを同軸円筒
状に取り囲むヒータ６によって加熱溶融されている。こ
の際、高圧チャンバ１内は不活性ガス例えばＡｒガスで
加圧されている。このチャンバ内はのぞき窓７によって
内部が観察できる。
れた、例えば熱分解ちつ化ボロン（以下ＰＢＮと略す）
か・らなるルツボ３内に結晶原ネ４であるＧａＡｓ ４
、封止剤であるＢ、 ０．５がこのルツボを同軸円筒
状に取り囲むヒータ６によって加熱溶融されている。こ
の際、高圧チャンバ１内は不活性ガス例えばＡｒガスで
加圧されている。このチャンバ内はのぞき窓７によって
内部が観察できる。
ＧａＡｓ単結晶の作成は、結晶用−Ｌげ軸８の先端につ
けた種結晶９を封止剤のＢ、０８融液５を通過させてＧ
ａＡｓ融液４に接触させた後、この種結晶を回転させな
がら引上げることによって行なわれ、ＧａＡｓ単結晶１
０が得られる。
けた種結晶９を封止剤のＢ、０８融液５を通過させてＧ
ａＡｓ融液４に接触させた後、この種結晶を回転させな
がら引上げることによって行なわれ、ＧａＡｓ単結晶１
０が得られる。
しかしながらＬＥＣ法においては、封止剤のＢ、０゜よ
り上部では高圧ガスの対流などにより厳しい熱環境にあ
り、このＢ！０．と高圧ガスの界面におけるルツボの直
径方向の温度差は非常に大きい。実際にＧａＡｓとＢ、
０．が溶融している状態で、融液のルツボ径方向の温度
勾配を測定すると、第２図に示すように雰囲気ガスとＢ
、０．界面では温度勾配が非常に大きいことがわかる。
り上部では高圧ガスの対流などにより厳しい熱環境にあ
り、このＢ！０．と高圧ガスの界面におけるルツボの直
径方向の温度差は非常に大きい。実際にＧａＡｓとＢ、
０．が溶融している状態で、融液のルツボ径方向の温度
勾配を測定すると、第２図に示すように雰囲気ガスとＢ
、０．界面では温度勾配が非常に大きいことがわかる。
このようにルツボ径方向の温度差が非常に大きいと、作
成された結晶がＢ、０３から出る時に大きな熱応力を受
け、そのために結晶内に大きな熱歪が生じ、それが作成
された結晶の割れとか、また結晶内に転位を増殖させる
。この結晶から取り出される単結晶基板内の転位密度は
〜１０’ｃ１ｒＬ−”台となり、その基板内の転位分布
はＷ型の不均一な分布となる。
成された結晶がＢ、０３から出る時に大きな熱応力を受
け、そのために結晶内に大きな熱歪が生じ、それが作成
された結晶の割れとか、また結晶内に転位を増殖させる
。この結晶から取り出される単結晶基板内の転位密度は
〜１０’ｃ１ｒＬ−”台となり、その基板内の転位分布
はＷ型の不均一な分布となる。
またＧａＡｓ製造の場合、ＧａＡａのＡｓの解離圧は約
１気圧であるが封止剤から出たところでは大きな空間と
対流のために結晶表面近くのＡｓの分圧は１気圧以下と
なり、そのために作成されたＧａＡａ結晶表面からＡａ
が飛散する。これは単結晶が作成されて融液が減少し、
融液位置が下ることによって作成された単結晶が高温領
域にさらされる結晶作成の後半で顕著となり、この人８
の飛びのために結晶内に穴があいたり、また組成のずれ
のために結晶の品質が著しく劣下する。
１気圧であるが封止剤から出たところでは大きな空間と
対流のために結晶表面近くのＡｓの分圧は１気圧以下と
なり、そのために作成されたＧａＡａ結晶表面からＡａ
が飛散する。これは単結晶が作成されて融液が減少し、
融液位置が下ることによって作成された単結晶が高温領
域にさらされる結晶作成の後半で顕著となり、この人８
の飛びのために結晶内に穴があいたり、また組成のずれ
のために結晶の品質が著しく劣下する。
本発明は上記した点に鑑みなされたもので、引上げられ
た結晶の品質を大幅に向上できる単結晶の製造方法を提
供するものである。
た結晶の品質を大幅に向上できる単結晶の製造方法を提
供するものである。
本発明はＩＦｆＣ法において作成された単結晶が封止剤
より出る際に、その単結晶を引上げ軸と同軸状に封止剤
に浮べた上部の閉じた密閉円筒の中へ格納し、その中で
徐冷することを特徴とする単結晶の製造方法である。
より出る際に、その単結晶を引上げ軸と同軸状に封止剤
に浮べた上部の閉じた密閉円筒の中へ格納し、その中で
徐冷することを特徴とする単結晶の製造方法である。
本発明によれば、ガス対流が抑制されるためにＢ、０．
と雰囲気ガス界面とのルツボ径方向の温度差を小さくす
ることができる。また単結晶上部に小さな閉空間をつく
るために、その中のＡｓ圧が高くなり、 Ａｓの飛散も
減少する。これらのことにより、作成された単結晶の品
質を大幅に向上することができる。
と雰囲気ガス界面とのルツボ径方向の温度差を小さくす
ることができる。また単結晶上部に小さな閉空間をつく
るために、その中のＡｓ圧が高くなり、 Ａｓの飛散も
減少する。これらのことにより、作成された単結晶の品
質を大幅に向上することができる。
本発明の実施例を第３図、第４図、第５図及び第６図を
参照して、ＧａＡ ｓ単結晶製造に適用した場合を例に
とって説明する。
参照して、ＧａＡ ｓ単結晶製造に適用した場合を例に
とって説明する。
まず単結晶作成の手順を説明する。第３図は本発明に用
いた格納容器の断面図の一例である。この容器は、本実
施例では石英ガラスでつくられており、下端を１１のよ
うに曲げることにより封止剤上に浮すことのできる構造
となっている。また上部には結晶引上げ軸を通すための
穴１２があけられており、またこの格納容器をチャンバ
外より操作するための治具をとりつけるための取手１３
がつけられている。ここで、この格納容器の内径りは作
成結晶の最大直径よりも大きく、外径Ｖは使用ルツボ内
径より小さく、長さＬは作成結晶の全長と、種の長さと
、種ささえ治具等の長さの和より大きく設計されている
。また、１２の内径ｄは結晶引上げ軸よりも若干大きく
とっである。
いた格納容器の断面図の一例である。この容器は、本実
施例では石英ガラスでつくられており、下端を１１のよ
うに曲げることにより封止剤上に浮すことのできる構造
となっている。また上部には結晶引上げ軸を通すための
穴１２があけられており、またこの格納容器をチャンバ
外より操作するための治具をとりつけるための取手１３
がつけられている。ここで、この格納容器の内径りは作
成結晶の最大直径よりも大きく、外径Ｖは使用ルツボ内
径より小さく、長さＬは作成結晶の全長と、種の長さと
、種ささえ治具等の長さの和より大きく設計されている
。また、１２の内径ｄは結晶引上げ軸よりも若干大きく
とっである。
第４図はこの格納容器を単結晶基板内に装着し、単結晶
作成の初期段階である種づけ時の状態を示したもので、
格納容器１４は上部の穴に引上げ軸を通し、取手１３に
チャンバ外がらの格納容器操作治具１５によって上部に
つり上げられた状態となっている。ここで、１６は格納
容器のおさえ金具である。
作成の初期段階である種づけ時の状態を示したもので、
格納容器１４は上部の穴に引上げ軸を通し、取手１３に
チャンバ外がらの格納容器操作治具１５によって上部に
つり上げられた状態となっている。ここで、１６は格納
容器のおさえ金具である。
このようにこの種づけ段階で格納容器を上部に吊り上げ
ておくのは、種づけの具合、また多結晶。
ておくのは、種づけの具合、また多結晶。
双晶の発生の有無等を確認するためである。
次に結晶の肩部を作成し、第５図に示すように肩口部が
Ｂ、０３より出ようとする時に第５図に示すように格納
容器操作治具によってこの格納容器１４をＢ２０．上に
浮かせる。そしてこのままの状態で一定径の結晶を作成
する。
Ｂ、０３より出ようとする時に第５図に示すように格納
容器操作治具によってこの格納容器１４をＢ２０．上に
浮かせる。そしてこのままの状態で一定径の結晶を作成
する。
単結晶の作成が終了すると、作成した単結晶なり、０３
より引き出し、第６図に示すように格納容器内に納める
。しかし、この時点ではこの格納容器はＢ２０．に浮い
たままの状態であり、この状態で徐冷を開始する。゛そ
してＢ、Ｏｓが固化する温度（約６００℃）に達したと
ころで、結晶引上げ軸を引上げ、６の格納容器おさえ金
具に格納容器をひっかけてＢ、０３面より切り離し、室
温まで徐冷して単結晶を取り出す。
より引き出し、第６図に示すように格納容器内に納める
。しかし、この時点ではこの格納容器はＢ２０．に浮い
たままの状態であり、この状態で徐冷を開始する。゛そ
してＢ、Ｏｓが固化する温度（約６００℃）に達したと
ころで、結晶引上げ軸を引上げ、６の格納容器おさえ金
具に格納容器をひっかけてＢ、０３面より切り離し、室
温まで徐冷して単結晶を取り出す。
次に実際にＧａＡｓ単結晶製造に適用した場合について
説明する。ルツボはＰＢＮ製、内径１００ｍｍ、高さ１
００ｍｍのものを使用し、この中にＧａ約５００．９゜
Ａｓ約５５０９ 、 Ｂ、０．２００ ｇを入れ、加熱
して、ＧａＡｓ単結晶の出発原料とした。また炉内の結
晶作成時の圧力はＡｒガス２０ａｔｍとした。この格納
容器は、石英ガラスＤ＝’５６ａφ、 Ｄ’＝ ７６ｍ
ｍ’ 、 Ｌ ＝ ２５０ｍｍφ。
説明する。ルツボはＰＢＮ製、内径１００ｍｍ、高さ１
００ｍｍのものを使用し、この中にＧａ約５００．９゜
Ａｓ約５５０９ 、 Ｂ、０．２００ ｇを入れ、加熱
して、ＧａＡｓ単結晶の出発原料とした。また炉内の結
晶作成時の圧力はＡｒガス２０ａｔｍとした。この格納
容器は、石英ガラスＤ＝’５６ａφ、 Ｄ’＝ ７６ｍ
ｍ’ 、 Ｌ ＝ ２５０ｍｍφ。
ｄ＝２２ｍｍφとした。第４図に示す状態にして、 Ｂ
、Ｏ。
、Ｏ。
と雰囲気ガスと界面のルツボ径方向の温度を測定したと
ころ、第７図のような結果が得られた。
ころ、第７図のような結果が得られた。
第２図と第７図の結果を比較してみると明らかなように
、この格納容器を用いることによって、Ｂ！０．−雰囲
気ガス界面のルツボ径方向の温度差は結晶中心位置と結
晶端との間で約４０°Ｃあったものが、５℃以下となっ
た。またＢ２Ｏ３中の引上げ軸方向の温度勾配もゆるく
なった。
、この格納容器を用いることによって、Ｂ！０．−雰囲
気ガス界面のルツボ径方向の温度差は結晶中心位置と結
晶端との間で約４０°Ｃあったものが、５℃以下となっ
た。またＢ２Ｏ３中の引上げ軸方向の温度勾配もゆるく
なった。
次に第４図から第６図までの手順に従って直径５２１ｍ
、長さ９０朋の（１００） ＧａＡｓ単結晶を作成した
ところ、その表面は金属光沢があり、□育成結晶からの
Ａｓの飛びは明らかに少なくなっていた。
、長さ９０朋の（１００） ＧａＡｓ単結晶を作成した
ところ、その表面は金属光沢があり、□育成結晶からの
Ａｓの飛びは明らかに少なくなっていた。
このＧａＡｓ単結晶を（１００）ウェハに加工して転位
密度を測定したところ、平均Ｉ Ｘ １０’ｃＩｒＬ＝
、また面内分布も第８図の点線のように平坦化された。
密度を測定したところ、平均Ｉ Ｘ １０’ｃＩｒＬ＝
、また面内分布も第８図の点線のように平坦化された。
ここで第８図の破線は従来の転位分布を示す。従来の方
法による結晶では周辺部では普通は〜１Ｏ１Ｉ台と非常
に転位が発生し、また内面分布もはっきりとしたＷ型を
示して不均一であるが、本発明によって周辺部で３Ｘ１
０４台にまで減少し、また面内分布も弱いＷ型で均一性
が増し、本発明による効果が明らかとなった。
法による結晶では周辺部では普通は〜１Ｏ１Ｉ台と非常
に転位が発生し、また内面分布もはっきりとしたＷ型を
示して不均一であるが、本発明によって周辺部で３Ｘ１
０４台にまで減少し、また面内分布も弱いＷ型で均一性
が増し、本発明による効果が明らかとなった。
本発明の実施例では、格納容器を石英ガラスで作成した
が、融液と反応せず、高温にも耐える均質例えばＰＢＮ
、カーボン、シリコーンカーバイド。
が、融液と反応せず、高温にも耐える均質例えばＰＢＮ
、カーボン、シリコーンカーバイド。
シリコンナイトライド、アルミニウムナイトライド等で
作成しても同様の効果が得られる。
作成しても同様の効果が得られる。
また、適応する単結晶もＧａＡｓだけでなく、ＧａＰ。
ＩｎＰ等、 ＬＢＣ法によって作成される単結晶の製造
にも適用できる。
にも適用できる。
第１図は従来の例を示す構造図、第２図は従来のＬＥＣ
法における温度分布を示す図、第３図は本発明の格納容
器の断面図、第４図〜第６図は、本発明を実際に適用し
た構造図、第７図は本発明の格納容器を用いた場合の温
度分布を示す図、第８図は本発明を適用することによっ
て得られたＧａＡｓ単結晶の転位密度分布を示す図であ
る。 １：高圧チャンバ、２ニルツボささえ軸。 ３：ルツボ、 ４ ： ＧａＡａ剤虫液。 ５ ： Ｂ、Ｏｓ融液、 ６：ヒータ。 ７：のぞき窓、 ８：結晶引上げ軸。 ９：種結晶、 １０： ＧａＡｓ単結晶。 １１：格納容器下端部、１２：引上げ軸曲過穴。 １３：格納容器品り下げ取手。 １４：格納容器、１５：格納容器操作治具。 １６：格納容器おさえ金具。 第 １ 図 ■ （−） 第２図 ル・ソ４て年トｈ句イすＬｌ 第３図 第４図 （〕 第５図 ■ 第６図 ○ 第７図 〕し・ソ・−トネ蚤方作弓イ立望【 第Ｆ ゞ′ρ２１ 鬼 ／ １ ９−ρ。 、ｌ Ｉ １ １ ｓ、１ １１ １ “ト ３ 、 。 μＩ Ｘ ｌ′ ２ 九 ノ ％−／ ・映 刊 ／
法における温度分布を示す図、第３図は本発明の格納容
器の断面図、第４図〜第６図は、本発明を実際に適用し
た構造図、第７図は本発明の格納容器を用いた場合の温
度分布を示す図、第８図は本発明を適用することによっ
て得られたＧａＡｓ単結晶の転位密度分布を示す図であ
る。 １：高圧チャンバ、２ニルツボささえ軸。 ３：ルツボ、 ４ ： ＧａＡａ剤虫液。 ５ ： Ｂ、Ｏｓ融液、 ６：ヒータ。 ７：のぞき窓、 ８：結晶引上げ軸。 ９：種結晶、 １０： ＧａＡｓ単結晶。 １１：格納容器下端部、１２：引上げ軸曲過穴。 １３：格納容器品り下げ取手。 １４：格納容器、１５：格納容器操作治具。 １６：格納容器おさえ金具。 第 １ 図 ■ （−） 第２図 ル・ソ４て年トｈ句イすＬｌ 第３図 第４図 （〕 第５図 ■ 第６図 ○ 第７図 〕し・ソ・−トネ蚤方作弓イ立望【 第Ｆ ゞ′ρ２１ 鬼 ／ １ ９−ρ。 、ｌ Ｉ １ １ ｓ、１ １１ １ “ト ３ 、 。 μＩ Ｘ ｌ′ ２ 九 ノ ％−／ ・映 刊 ／
Claims (1)
- 液体封止チョクラルスキー法を用いて蒸気圧の高い元素
を含む半導体単結晶を製造する際に、液体封止剤に密閉
結晶格納容器を浮かせ、作成した結晶をその容器内に収
納し、除冷することを特徴とする半導体単結晶の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3017884A JPS60176986A (ja) | 1984-02-22 | 1984-02-22 | 半導体単結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3017884A JPS60176986A (ja) | 1984-02-22 | 1984-02-22 | 半導体単結晶の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60176986A true JPS60176986A (ja) | 1985-09-11 |
Family
ID=12296497
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3017884A Pending JPS60176986A (ja) | 1984-02-22 | 1984-02-22 | 半導体単結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60176986A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5588999A (en) * | 1995-01-17 | 1996-12-31 | Eiko Engineering Co., Ltd. | Thin film forming device |
-
1984
- 1984-02-22 JP JP3017884A patent/JPS60176986A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5588999A (en) * | 1995-01-17 | 1996-12-31 | Eiko Engineering Co., Ltd. | Thin film forming device |
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