JPS6081094A - 化合物半導体単結晶の引上方法と装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （ア）　技　術　分　野 この発明は、液体カプセル剤で覆われた原料融液から単
結晶を引上げる液体カプセル引上法、いわゆるＬＥＣ法
の改良方法及び装置に関する。

（イ）従来技術とその問題点 ＬＥＣ法によって製造される化合物半導体には、砒化ガ
リウム（ＧａＡｓ　）、隣化ガリウム（ＧａＰ　）、燐
化インジウム（ＩｎＰ　）、砒化インジウム（ＩｎＡｓ
　）、アンチモン化ガリウム（Ｇａｒｂ　）などのｌ！
　ｖ族化合物半導体やテルル （Ｐｂ５ｅ）、テルル ＬＥＣ法の利点は釧管を用いないで、比較的簡単な装置
により単結晶を引上げることができる、という事にある
。

第９図は従来例に係るＬＥＣ結晶引」二装置１／のわ〔
断面図である。この装置の全体は耐圧容器の中に収容さ
れている。耐圧容器（図示せず）のため、内部圧力を電
圧から１００気圧程度まで必要に応じて制御する事がで
きる。

−１−面の開口したるつぼ２は、この外側に設けられる
ザセブタ−３によって支持される。るつぼ２、ザセブク
−３の周囲にはヒーター４が設ｉｉ（ｔされる。

下７４Ｉｔ，駆動輔５けサセプ′ｌｌ−３を支持し、回
転、」１下運動を与える事ができるようになっている。

−１一部駆動軸６の下端には種結晶７が取イ」けられ、
これも上下移動、回転運動ができるようになっている。

種結晶７の下端から、成長結晶８が成長してゆく。るつ
ぼ２には融液９と、これをシールするだめの液体のカプ
セル剤１０が収容されている。

るつぼ２は、石英、ＢＮ，　Ａ４Ｎ．、ＰＢＮ　（パイ
ロリティックＢＮ）、Ｓｉ３Ｎ４（窒化ケイ素）、Ａ４
　”３などの利賀のものが使われる。

カプセル剤は、Ｂ２０３、Ｎａ．Ｃｌ　／　ＫＣβ共晶
などが用いられる。

このようなＬＥＣ結晶成長成長上次のような欠点があっ
た。

（１）成長結晶の冷却中、及び成長結晶の加工中に結晶
及びウェハが割れやすい。

（２）　結晶中に転位、リネージなどの格子欠陥が多い
。

その耶山は以下のようである。

結晶１ｍｌ化後、カプセル剤１０の中で冷却されるが、
例えばＢ２０３をカプセル剤とする場合、平均温度勾配
は１００〜２００°Ｃ　／　ｏｎである。きつい温度勾
配の中で結晶が冷却されるため、結晶内に温度の不均一
を生ずる。この結果、大きい熱応力を発４．ｌ＝する。

Ｂ２０３中の温度勾配を５０〜１００°Ｃ　／　ｏｎと
少なくすると、カプセル剤の中での熱応力の発生を、成
る程度抑える事ができる。

しかし、引上げがさらに進行すると、成長結晶８を通し
ての熱放散が大きくなる。このだめ、結晶表面と内部に
温度差が発生するから、熱応力をやはり小さくする沖は
できない。

ＬＥＣ法に於て、直径制御のため、カプセル剤の中へ浮
き輸１１／を入れたもの（第１０図に示す）も実施され
ている。

θ７き輸１１／は底のない門型断面の部利で、カプセル
剤中 の円錐状の内面が成長結晶８の下端部に接触し、直径を
制御することができる。

浮き輸１　１’は例えば、Ｓｉ３Ｎ４製である。これは
、カプセル剤（Ｂ２　”３）の中の温度勾配を僅かに減
少させる沖が期待できる。しかし、ｆｊｉＪ述のような
欠点を殆ど解決できない。

（つ）　本発明の化合物半導体単結晶引上げ方法と装置
本発明は、このような欠点を解決することを目的とする
。成長結晶内部に生ずる温度勾配を小さくするため、成
長結晶を囲むように、円筒形のフロートリングを融液、
カプセル剤の中に浮かべることとした。

本発明の化合物半導体単結晶用」二げ方法は、液体カプ
セル剤で覆われた原料融液から単結晶を引上げるＬＥＣ
法に於て、塾長導体よりなる円筒形のフロートリングを
、るつぼ内のカプセル剤中、あるいは融液中に浮かべ、
フロートリングの中空部を通して結晶引上げ及び冷却を
行う、ところに特徴がある。

本発明の化合物半導体引上げ装置は、原料融液及び液体
カプセル剤を収容するるつぼと、るつぼを支持し上下移
動及び回転運動させる下部駆動機構と、種結晶を下端に
取イづけ成長結晶を回転運動させながら引」二げる上部
駆動機構と、るつぼの周囲に設置されたヒーターとより
なるＬＥＣ単結晶引上げ装置に於て、成長結晶を囲み融
Ｒダ中又はカプセル剤中に浮く円筒状のフロートリング
を設けた、というところに特徴がある。

以下、図面によって説明する。

第１図は本発明の単結晶引上げ装置の縦断１白ｊ図であ
る。

ＬＥＣ結晶引」二げ装置１は、原料高（腋９、液体カプ
セル剤１０を収容するるつは２と、るっぽ２を囲むサセ
プター３、るつぼ２、サセプタ−３を囲むヒーター４な
どを４Ｒｆｔえる。下部駆動軸５はサセプター３を支持
する。下部駆動軸５ば、るっぽ２を回転運動させ、かつ
上下移動させる事ができる。」二部駆動軸６には、種結
晶７が取付けられ、回転運動、」ユニ移動が可能となっ
ている。

以上の構成は、第９図のものと同一である。異なる点け
、円筒形のフロートリング１１を、成長結晶８の外側に
設けた、という事である。

フロートリング１１は熱伝導の良い利賀で作る。

フロートリング１１は、原料融液中、又はカプセル剤中
に下端が位置するよう液体中に浮いている４１が必“冴
である。フロートリング１１の下方で、原料融液が連通
ずるためである。

フロートリングの外径はるつぼ内径にごく近いものとす
る。

成長結晶８は、フロートリング１１の中空部を通って引
上げられ、冷却されてゆく。フロートリング１１は結晶
成長が進行するに従って、液面とともに下降してゆく。

第１図の例では、フロートリング１１の下端は−［液９
の中にある。しかし、）■コートリング１１の下端は、
融液９の中に存在しなくても良い。第２図の例では、フ
ロートリング１１のＦ端はカブセ／Ｉ／斉］の中にある
。

フロートリングの利賀は熱伝導性のよい、例えばカーボ
ンなどを用いる事ができる。フロートリンクによって、
原料融液が汚染されてはならないので、フロートリング
１１には表面をコーティングにすると良い。コーテイン
グ材としては、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＢＮ　、ＰＢＮ
　（パイロリティックＢＮ）、Ａ４２０、ＡＩＮなどが
適当である。特に、ＰＢＮ　、Ａ７Ｎが最も望ましい。

フロートリング１１は、成長結晶の周囲にあって、結晶
中に、急峻な温度勾配の生ずるのを防ぐものである。ま
た、原料融液の流通を妨げないよう、フロートリング１
１は浮いていなければならない。

フロートリングの寸法、形状は、目的によって任、０°
に決定できる。第１図のフロートリングは、単純な円筒
形状である。第２図は、フロートリングの内部が中空に
なっている。

原料融液、カプセル剤の比重、フロートリングの４才質
によシ、フロートリングを浮かせるだめ、中空にする必
要がある。その他、形状は、第３図に示すように、段イ
」き円筒でも良いし、第４図のように上手部をテーパ状
にして開１」部を広くする場合もある。第５図のように
、上手部を逆テーパ状にして、開口部をより狭くするこ
ともできる。

このように、結晶の保温環境や引上条件との整合をとる
ため、フロートリングの形状、寸法は任舒に変更するこ
とができる。利賀は、複数の物質を組合せた複合利とし
ても良い。

このように、フロートリングの寸法は、多様であるが、
」１限と下限は、以下のように与えられる。

フロートリングの内径をｄｌ、外径をｄ２、高さをｈと
する。るつぼの内径をＤ１高さをＨとする。

フロートリングの寸法は、 ０゜９Ｄ＜ｄ２〈Ｄ（１） ０−４　Ｄ　＜　ｄｌ＜　０−９　Ｄ　（２）０．４Ｈ
＜ｈ＜１゜５Ｈ（３） の範囲内にある。

に）実施例 実施例としてＧａＡｓ単結晶引上けを説明する。

（１）るつホＰＢＮ　（パイロリティックＢＮ　）（２
）フロートリング　カーボン、ＢＮコーＩ−（３）　Ｇ
ａＡｓチャージ量　４　ｋｔｉ　（７７１’−）結晶）
（４）紀１品直径　７９晶φ±２ （５）結晶重量　３７６０　ｇ 第６図に示す各部の寸法は以下のようである。

るつぼの高さ　Ｈ２ＳＯ順 るつぼの内径　Ｄ１５０腑φ 高さ 外怪 フｏ−ｌ・リンクの形状は円筒状で、中空部を大きく設
けたものである。結晶の直胴成長時に、フｏ　ｌ□　Ｉ
Ｊソング下端とＧａＡｓ融液表面９′との距離ｋが５　
ｍｍになるように、フロートリングの形状を工大しであ
る。

フロ−トリンクを用いて、ＧａＡｓ単結晶を引」二けた
。フロートリングを用いない場合（他の条件は全て同じ
）と比１咬して、次の効果があった。

（１）引」二げられた唱結晶のＥ　Ｐ　Ｄ　（Ｅｔｃｈ
　Ｐｉｔ　Ｄｅｎ−ｓｉｔｙ　）が著しく低い。中心か
ら表面へかけて半径方向の変動も少い。さらに、結晶の
部位によるＥＰＤの変動も少い。ＥＰＤが低く、シかも
一様である。

第７図、第８図に引」二げられた単結晶の頭部（種結晶
に近い方）（ａ）と尾部（種結晶から遠い方）（ｂ）に
於けるＥＰＤの半径方向分布の測定結果を示す。単結晶
をスライスしてウェハーにしてからＥＰＤを４川定した
。

第７図は従来法で、フロートリングを用いない。第８図
は本発明によるもので、フロートリングを用いる。

縦軸はＥ　Ｐ　Ｄ　（Ｃ＋＋＋　”）、横軸は中点がウ
エノ・−中心に対応し、中心からの距１４１１；　ｒを
左右にとっている。両端がウェハ一端に対応する。

いずれの場合も、尾部（ｂ）の方が、頭部（ａ）より欠
陥が多く、ＥＰＤが高い。中心と端部とでＥＰＤが高く
、その中間部でＥＰＤは低い。

本発明によるものは、従来法に比して、著しくＥＰＤが
低い。尾部（ｂ）の中心で、従来法によるもののＥＰＤ
は２　Ｘ　ＩＱ５ｏｎ　−２、本発明によるもののＥＰ
Ｄは３×１０４Ｃノ？！−２程度である。ｌ／１０に減
少している。Ｕｉ部（ａ）に於ても、本発明の方がＥＰ
Ｄが低い。

さらに、従来法は同一ウエノｈ−でも、中心からの距離
ｒによってＥＰＤが大きく変る。本発明によって得られ
た単結晶から切９出したウエノ１−に於て、半径方向の
距離ｒによるＥＰＤの変動が少い。

頭部（ａ）、尾部（ｂ）の中間部のＥＰＤは、グー）　
７　（ａ）、（ｂ）で挾捷れた領域にある。従来法によ
る単結晶は成長軸の方向に関する変動幅が大きい。本発
明によるものは、頭部と尾部とのＥＰＤの比が２倍程度
で、変動幅が小さい。

このように本発明の引」二げ法によって作った単結晶は
、格子欠陥の数が少く、また成長軸方向、これと直角な
方向に関し、欠陥の数の変動が少ない。均一性が良い。

良質の単結晶を得る事ができる。

（２）　歩留りが向上する。

本発明による単結晶は、冷却時、加工時に割れる、とい
う司」が殆どない。従来歩留りが３７％であったものが
、本発明によって６２％へと向」ニした。

（３）　冷却後アニールを行わなくても、加工時に割れ
ない。従来法では、必ずアニールしなければならなかっ
たが、本発明ではアニールしなくても良い。工程を少な
くする事ができ、能率が上る。

（４）単結晶の外径制御精度が向上した。このだめ、ウ
ェハ加工前の結晶外周研磨ロスが７．４％から、２．４
％へと減少した。

（５）　約ｔｏ　ｏｎ　以上ノＩｎ、Ｓｂなどをドープ
することにより、さらに１桁ＥＰＤが減少した。

０う　発明の効果 （１）冷却中、加工中のワレが減少する。フロートリン
グで成長結晶（カプセル剤中又はカプセル剤より上方で
）を囲むので、温度勾配の低い状態で結晶が冷却される
。このだめ、結晶内で発生する熱応力が大幅に減少する
。

さらに、上方のみから冷却されるため、結晶の冷却が均
一に行われる。

（２）転位、リネージなどの格子欠陥が減少する。

転位密度の面内分布（ウェハーにしたとき）が均一にな
る。結晶が長い時間をかけて冷却されるので、欠陥が減
少する。

（３）直径制御が容易になる。このため、ウェハに加工
する前の結晶外周Ｏｆ磨ロスが減少する。

フロー１−リングの熱容量が大きく、温度分布が安定す
る。固液界面での温度変動が減少するので、直径制御が
容易になる。また液体カプセル剤の層を厚くする事がで
きる。ａり体カプセル剤の層が厚くなれば、さらに温度
勾配は減少する。

従来法では、カプセル剤の層を厚くすると、結晶成長時
の直径制御が難しくなったが、本発明では、そのような
困難がない。

１、’Ｊ）　用　途 本発明の単結晶引上げ方法及び装置は、ＬＥＣ法によシ
製造される化合物半導体単結晶の全てに利用する沖がで
きる。

例えば、ＧａＡｓ　ＸＧａＰ　、　ＩｎＰ　％　ＩｎＡ
ｓ　、　ＧａＳｂなどの単結晶成長に用いる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の化合物半導体中結晶の引」二装置の縦
断面図。フロートリング下端は厚相θｉＪ１液中にある
。 第２図はフロートリング下端が液体カプセル剤の中にあ
る本発明の装置の例を示す縦断面図。ヒーター、」ユニ
駆動軸は図示するのを略した。 第３図は段つき円筒状のフロー１−リングの一例を示す
縦断面図。 第４図は広い」二部開口を有するフロー１−リングの一
例を示す縦断面図。 第５図は縮径した上部開口を有するフロートリンクの一
例を示す縦断面図。 第６図はＧａＡｓ単結晶をＬＥＣ法で引上げる実施例を
示す縦断面図。 Ｈばるつぼの高さ、Ｄはるつばの内径、ｈはフロー１−
リンクの高さ、ｄｌ、ｄ２はフロー１−リンクの内、外
径を示す。ｋは原料融液の表面とフロートリング下端と
の距離。Ｈ＝　１５０馴、Ｄ＝１５ＣＭ＋都、ｈ　：”
　２００　”　Ｘｄ＋　＝　１０２　ＴＩＭφ、ｄ２　
＝　１４９　ｒａｗφ、ｋ＝　５ｎｍである。 第７図はフロートリンクを用いない従来のＬｇＣ法によ
り　ＧａＡｓ単結晶を引上げ、ウェハーに加工し、半径
方向のＥＰＤ　（エッチピット密度）を測定した結果を
示すグラフ。横軸の中点は、ウェハー中心、両端はウェ
ハ一端面を示す。縦軸はＥＰＤ（ｏｎ）である。 第８図は第６図に示す実施例の装置によＩ）　ＧａＡｓ
単結晶を引上げ、ウェハーに加工し、半径方向のＥＰＤ
を測定した結果を示すグラフ。縦軸はＥＰＤ（ｏｎ　’
）　、横軸は中心から周縁にかけての半径方向距＾ｉＩ
ｒである。（ａ）は頭部、（ｂ）は尾部のグラフを示す
。 第９図は従来のＬＥＣ法引コニげ装置の縦断面図。 第１０図は浮き輪を直径制御用に使った従来のＬＥＣ結
晶引上げ装置テ１の縦断面図。 １　・・・・・・・・−・・　ＬＥＣ結晶引上げ装置２
・・−・−・−・・・・るつぼ ３　・・−・・・−・・　サセプター ４　・・−・・・・・・・・　ヒーター・５　・−・・
・・−・　下部駆動軸 ６　・・・・−・−・−・・　上部駆動軸γ　・・−−
・−−・　種　結　晶 ８　・・・・−・−・・　１戊長結晶 ９　・・・・・・・・・・・　原料融液１０　・・・・
・・・・・・　カプセル剤１２　・・−・−−−・・　
コーティング第２図 ↑ 第７図 第８図 ＝７　中心　゛− 第９図 第１０図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　液体カプセル剤で似われだ原料融液から単結晶
   を引」＝げるＬＥｐ法に於て、熱良導体よりなる円筒形
   のフロー！・リングを、るつぼ内のカプセル剤中あるい
   は原料融液中に浮かべ、フロー１−　ＩＪソング中空部
   を通して、結晶引上げ及び冷却を行う事を特徴とする化
   合物半導体中結晶の引上方法。
2. （２）原料融液及び液体カプセル剤を収容するるつぼと
   、るつぼを支持し上下移動及び回転運動させる下部駆動
   機構と、棹結晶を下端に収イ４け成長結晶を回転運動さ
   せなから引」二げる上部駆動機構と、るつぼの周囲に設
   置されたヒーターとよりなるＬＥＣ単結晶引上げ装置に
   於て、成長結晶を囲み融液中又はカプセル剤中に浮く円
   筒状のフロートリングを設けた・」工を特徴とする化合
   物半導体単結晶の引上装置。
3. （３）　フロートリングの内径ｄ１、外径をｄ２、高さ
   −をｈとし、るつぼの内径をＤ１高さをＨとするとき、
   フロー１゛リングの寸法を Ｏ０９Ｄ　（ｄ、、（Ｄ Ｏ０４Ｄ＜ｄｌ＜０゜９Ｄ Ｏ０４Ｈ（ｈ（ｌ。５Ｈ の範囲に定めた特許請求の範囲第（２）項記載の化合物
   半導体単結晶の引」二装置。