JPS6126590A - 化合物半導体単結晶の引上方法及び装置 - 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】 （７）　　技　　術　　分　　野 この発明は単結晶引上方法とその装置に関する。

化合物半導体単結晶は、ＧａＡｓ　、　ＩｎＰ　、　Ｉ
ｎＡｓ　。

ＧａＰ、ＩｎＳｂ・・・・・・・・・など多様な組合わ
せがある。この内、■族元素は解離圧が高いので、スト
イキオメ）　ＩＪの単結晶を引上げる事が難しい。

そこで、化合物半導体の引上のためには、ＬＥＣ法（液
体封止チョクラルスキー法）が、最もよく用いられる。

ＬＥＣ法は、化合物半導体の原料融液の上へ液体のカプ
セル剤を存在させ、不活性気体により、数ａｔｍ〜数十
ａｔｍの圧力をかけて、■族元素の逃げを防止するもの
である。

液体カフセルは、ＧａＡｓ　（７）場合はＢ２Ｏ３、Ｇ
ａＳｂの場合はＮａＣ＃　＋　ＫＣＩＩを用いる。

ＬＥＣ法は、円形ウェハが得られ、半絶縁性の単結晶を
成長させる事ができるので、工業的に優れた方法である
。

（イ）　ＬＥＣ法の欠点 ＬＥＣ法は、液体カプセルによりＶ族元素の原料融液か
らの逃げを防ぐ事ができる。

引上げられた結晶は、液体カプセル剤からさらに上方へ
推移してゆく時に、強い不活性気体の対流にさらされ、
強く冷却される。液体カフセル剤より上方の温度勾配は
大きく、結晶は急速に冷却されるので、熱歪みが起こり
易い。

このため、格子欠陥が多数発生する。この単結晶をスラ
イスしてウェハとし、エツチングして、エッチピット密
度（ＥＰＤ）を測定すると、ＥＰＤは１万／ＣＩｎ２〜
十万／ａ　にも達する。

ＥＰＤはもちろん少い方が良い。従来のＬＥＣ法では、
これ以上ＥＰＤを小さくする事は難しい。

液体カプセルは、Ｖ族元素を原料融液に封じこめる機能
を持つが、その他に、高い断熱性を有するので、カプセ
ル中の単結晶の急激な冷却を防ぐ、という作用も持って
いる。

引上げられた単結晶が急激に冷却されるのが、高ＥＰＤ
の原因となるのであるから、液体カプセルを厚くすれば
良い筈である。

（つｌ　　ＬＥＫ法の提案 ヤコブは、ＧａＡＳ単結晶の格子欠陥を減少させるため
の方法について、いくつかの提案をしている。

Ｇ、　Ｊａｃｏｂ　％％　Ｈｏｗ　ｔｏ　Ｄｅｃｒｅａ
ｓｅ　Ｄｅｆｅｃｔ　Ｄａｎｓｉｔｉｅｓ　ｉｎ　ＬＥ
ＣＳ　ｌＧａＡｓ　ａｎｄ　ＩｎＰ　Ｃｒｙｓｔａｌｓ
　”　（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ　’１ｒｔｉ　Ｉｎｔｅ
ｒｍｔｉｏｎａｌＣｃｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｓａｎ
ｉ−Ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ　ｌ−Ｖ艶甲肩山、　Ｅｖｉ
ａｎ。

ヤコブは、この論文に於て、Ｌｉｑｕｉｄ膓雫ｐｓｕＬ
ａｔｅｄＫｙｒｏｐｏｕｌｏｓ　（ＬｇＫ法と略記）法
を新しく提案している。

これは、大口径のるつぼを用い、るつぼの中に比較的厚
い液体カプセルを形成し、引上げた単結晶は、常に液体
カプセルの中にあるようにするものである。単結晶を上
方のガスの中へ引上げて冷却するのではないから、結晶
中の温度分布はほぼ一様で、熱歪みも殆ど発生しない。

このためＥＰＤの少い単結晶を引上げる事ができる、と
ヤコブは主張する。

ＬＥＣ法で作ったインゴットは、縦長の円柱状の形状を
しておシ、軸に対し直角にスライスすると、同じ直径の
ウェハを何十枚もとる事ができる。

しかし、ＬＥＫ法で作ったインゴットは、直径が大きく
、長さは短いから、扁平な、円盤状である。ヤコプが実
際に、ＬＥＫ法で作ったというＧａＡｓ単結晶は、中心
の張り出しだ円盤状で、直径がｔｏ　ａｎ、長さく厚さ
）が３　ａｍのものである。

このようなインゴットを軸に対し垂直に切断しても、長
さが足りないので、インゴット当シから得られるウェハ
の数が少い。このため、工業的には優れた方法とは言え
ない。

長さが短いのは、液体カプセル層が薄いからである。液
体カプセルを厚くすれば、それだけ長いインゴットが得
られるはずである。

しかし、液体カプセルは粘性が大きく、又単結晶が回転
するので、液体カプセルから強い摩擦力を受ける。ＬＥ
Ｋ法のように大直径のインゴットが、しかも長いインゴ
ットが液体カプセル内で回転するとすれば、粘性抵抗が
大きく、インゴットを回転させて、直径制御を行う事が
難しくなる。

さらに、口径の大きいるつぼで、厚い液体カブ七ル層を
形成しようとすれば、大量の液体カプセル剤が必要とな
る。これは、無駄の多い方法である。

に）　３温度ＬＥＣ法 温度勾配が強くなシすぎるから、熱歪みが生ずるわけで
ある。

そこで、ヒータを複数個使って、るつぼ上方の空間の温
度勾配を小さくしたＬＥＣ法を、本発明者が開発した（
特願昭５８−１５４７７１昭和５８年８月２６日）。

これは、原料融液を加熱する下部ヒータと、液体カプセ
ルより僅かに上方へ引上げられた結晶を加熱する中間ヒ
ータと、さらに、るつぼから離れて上方へ引上げられ産
単結晶を加熱し、冷却速度を緩和し、さらに対流を抑え
るための上部ヒータ又は上部保温筒を用いる。

このような方法は、引上げた単結晶内部での熱歪みの発
生を有効に抑制する事ができるが、新たに次のような問
題が現われる。

単結晶の表面が十分冷却されないので、表面から、解離
圧の高いＡｓが抜は吊す。このため、表面近くにｖｏｉ
ｄができたシ、Ｇａがふき出たりする。

ひどい時には、結晶表面が溶は落ちる事がある。

Ａｓ抜けを防止する方策が必要である。

（３）　円筒包囲ＬＥＣ法 アフターヒーティングを行う事によって生じた新だな困
難を解決するだめに、引上げるべき単結晶と同じ成分よ
りなる円筒、又は同じ成分の物質を内面にコーティング
した円筒により、単結晶を包囲して、Ａｓ抜けを防ぎな
がら、単結晶を引上げる方体が提案された。

特開昭５８−１８５４９４　（昭和５８年１０月２９日
公開）がこれであ、る。

ＧａＡｓ多結晶よりなる円筒の下端が液体カプセル剤の
中にあるようにし、円筒の上方は開口している。

円筒の内壁面と、引上げられつつある単結晶の外周面と
の間隙が狭ければ狭い程良い。この明細書によると、す
きまは０．５闘〜５問程度にするとある。５闘以上であ
ると、間隙にガスが入ってきて、Ａｓが逃げるので効果
がない、とある。

円筒包囲ＬＥＣ法は、円筒からＡｓが抜けて、狭い間隙
を高いＡｓ分圧によって満すから、単結晶からのＡｓ抜
けを防ぎうる、というわけである。

しかし、この方法は、円筒と単結晶の間隙を狭く保持し
なければならないので、実際には実行困難である。

単結晶の直径制御を、引上げ速度、回転数、ヒータ温度
などを調節して行うが、厳密に同一の直径で、完全な円
柱状の単結晶が引上げられるわけではない。

半径にして数ｆ１ｍ程度の凹凸め発生は多くの場合、避
は難い。もしも、間隙以上の凸部が生じた場合、単結晶
が円筒に接触して、引上げがこれ以上実行できないよう
になってしまう。

ψ）目的 本発明は、少い液体カプセル剤を用いて、しかも、液体
カプセルによって成長結晶の表面が常に覆われるように
した新規なＬＥＣ単結晶成長法と装置を与える事を目的
とする。

結晶が常に液体カプセル中にある点は、ＬｇＫ法に似て
いる。しかし、ＬＥＫ法のように扁平なインゴットでは
なく、縦長円柱状のインゴットを作る事を目的としてお
り、しかも液体カプセル剤を大量に必要としない。

（キ）構　成 本発明は、単結晶を包囲する円筒を用いる。円筒の下端
は原料融液の中まで浸漬しである。このため、円筒の内
外の液体力プセｌし剤は、互に゛流通する事ができない
。この点で、前記の円筒包囲ＬＥＣ法と異なる。

単結晶の直径りと、円筒の直径ｄの差は僅かであるよう
にする。すると単結晶が原料融液から引上げられてゆく
に従って、液体カプセル剤の液面は、円筒内に於て高ま
ってゆき、単結晶の表面を覆う事に々る。

液体カプセル剤の量は少いが、単結晶の外周と円筒の内
周の狭い空間を満すだけであるから、単結晶のかなシ上
方まで覆いつくす事ができる。

第５図によって説明する。これはルツボの中の液体カブ
″ｔ！／し６．５、原料融液４、円筒７、単結晶８を簡
単化して示している。

円筒７の内部断面積をＴ、単結晶８の断面積をＳとする
。液体カプセル６と原料融液４の円筒内部の界面Ｑを原
点とする。

界面Ｑからの、単結晶８の高さをＸ、液体力デセ）ｖ　
５の高さをｙとする。

単結晶引上げの前に、液体カプセル剤の厚みがαだけあ
ったとすると、 液体カプセル剤の容積の保存から、 ｙ≧Ｘの時 ＴＣＶ−ｘ）＋（’ｒ−Ｓ）ｘ　　＝　　Ｔα　　（１
）という式が成立する。これをｙに関して解くと、単結
晶の引上げ高さＸの函数として、液体力デ七ｐの高さｙ
が求められる。

ｙ　　＝　　α　　＋　　−Ｘ　　　　　　　　　　（
２）である。

この式は、第５図のように、単結晶が、液体カプセル剤
の中にある場合にのみ成立する。

単結晶がさらに引上げられ、上面が液体カプセル剤表面
に一致した時、ｙ＝＝Ｘとなる。これまで、液体カプセ
ルは、単結晶成長とともに液表面が隆起し続ける。ｙ＝
ｘとなった以後は、ｙは一定値βをとる。βはｙの最大
値であって、（２）式でＸ＝ｙと置いて得られる。

β　＝ｓ（３） である。結局、液体カプセルの高さｙば、（Ｉ）０≦Ｘ
〈βのとき ｙ−α＋−ｘ　　　（４） （１１）　　β５ｘのとき ｙ＝β　　　　　　　（５） となる。第６図に、単結晶高さＸを横軸として、液体カ
プセルの高さｙをグラフによって示す。

線分ＡＢが（４）式に対応し、半直線Ｂ　Ｘ　、６ｊ　
（５）式に対応する。

（３）、（５）式はもともとαの高さしかなかった液体
カプセル剤が実効的にβの高さのものとして、機能する
、という事を意味する。

β／αを乗数という。

乗数は、円筒の内断面積と、単結晶の断面積のみによる
のであって、液体カプセル剤の密度、原料融液の密度に
は全くよらない。

（１）〜（５）式は、液体カプセルと原料融液の界面Ｑ
を原点として、Ｘに対するｙの関係を求めた。

次に、ルツボの底面を基準にして、これからの界面Ｑの
変動、及び円筒外での原料融液４の表面の高さＺの変動
を求める。

最初、原料融液のルツボ底面からの高さをＺ。とする。

単結晶を引上げてゆくと、円筒外での表面高さＺ、及び
円筒内での表面高さＣ１（Ｑ点のｌレツボ底からの距離
）も、ともに減少してゆく。

簡単のため、単結晶と、原料融液の密度を同一であると
する。ルツボの断面積をＵとする。

原料融液と単結晶に引上げられた分の和は保存されるの
で、 （Ｕ−’ｒ）Ｚ　　＋　　Ｔｑ　＋　　Ｓｘ　　＝　　
ＵＺｏ（６）という式が成立する。右辺は最初の融液量
である。

左辺第１項は円筒の延長によってルツボを仕切った場合
の円筒外にある融液量である。左辺第２項は円筒内の融
液量である。左辺第３項は結晶化した部分の量である。

液体カプセル剤の密度をρ、原料融液の密度をρ。とす
る。

界面Ｑにおける円筒内外の、液体の圧力は等しいから、 ｙρ＝（Ｚ−ｑ）ρ。＋　αρ　　　（７）という式が
成立する。左辺は円筒内の液体カプセルによる圧力であ
る。右辺は円筒外で、第１項が原料融液による圧力、第
２項が液体カプセルによる圧力である。

（６）、（７）からｑを消去し、Ｚを、Ｘとｙの函数と
して求めると、 ρ ｑ＝ｚ−−（ｙ−α）（８） ρ０ である。（４）、（５）から、 （１）０≦Ｘ≦βの時 （１１）　　β≦Ｘの時 である。

第６図に、Ｘの函数としてのＺ、ｑをグラフにして示し
た。ＣＤＨ，ＣＥＧである。

Ｘが０からβまで変化する範囲内で、Ｚ、ｑともにＸに
比例して減少するが、ｑの方が速く減少する（ＣＤとＧ
Ｅ）。

Ｘがβよシ大きくなると、Ｚの減少速度は速くなり、ｑ
の減少速度は遅くなる。両者の減少速度は等しくなるか
ら、この部分で平行線となる（ＤＨとＥＧ）。

以」二の計算はルツボが完全な有底円筒体とし、断面積
Ｕがｚ＝ｏｔで一定である事を前提にしているかに見え
る。

しかし、そうではなく、断面積Ｕが一定である範囲で正
しい式であって、底部形状は、Ｚｏに含めて考えれば、
なんら結果に影響しないのである。

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装置の縦断面図であり、こ
れは引上途中の状態を示している。

１はルツボである。例えばパイロリティックポロンナイ
トライド（ＰＢＮ）などが用いられる。

２はルツボ１を支持するだめのサセプタである。

これば、例えばグツファイトによって製作できる。

下軸３は、ルツボ１、サセプタ２を回転昇降自在に支持
する。

原料融液４ば、化合物半導体の多結晶を融かすか、又は
構成要素の単体から直接合成する事によって得られる。

５ば、原料高Ｍ４の上方を覆う液体カプセル剤である。

筒状隔壁７の存在が、本発明にとって特徴的な事である
。これは、単結晶８を内部に含み、下端は原料融液４の
中まで浸漬しである。このため、液体カプセル剤は、筒
状隔壁７の内外に分離され、互に流通する事がない。

第２図では、液体カプセル剤が筒状隔壁７の外側と内側
に分けられている。外液体カプセル剤５も、内液体カプ
セル剤１５も同じ高さａを持っている。

９は種結晶で、１１は種結晶を下端に固着した昇降回転
自在の上軸である。

上軸１１の途中には、筒状隔壁７を上方へ持上げるため
のフック１０が設けである。

筒状隔壁７の上方には、土壁が一体となって形成されて
いるが、この中央には、上軸を通すだめの通し穴２０が
開口している。フック１０は通し穴２０を通らないから
、上軸１１を成る程度以上に−ヒげてゆくと、フック１
０に引掛って、筒状隔壁７が持上げられる。

チャンバ１３は高圧に耐える容器で、これら装置の全体
を覆っている。この中には、不活性ガス、窒素ガスなど
が充填される。

チャンバ１３の斜め上方から覗き窓１２が設けてあり、
ルツボ１の内部、引上った単結晶を観察できるようにな
っている。

加熱保温機構に関しては、この発明は任意である。

この例では、２つのヒータＨ１、Ｈ２、と保温筒Ｈ３を
使っている。

下部ヒータＨ１は、原料融液４を主に加熱する。

中間ヒータＨ２は、液体カプセル剤５．１５と引上げら
れつつある単結晶８を加熱する。

保温筒Ｈ３は、ルツボ上方の空間を包囲しておシ、この
空間から熱が散逸するのを防ぎ、温度勾配を小さくして
いる。引上げられた単結晶８は、この空間で冷却される
が、保温筒Ｈ３により、急激な冷却が防止できるので、
熱応力の発生も小さい。

保温筒Ｈ３はヒータにする事もできる。

ヒータのパワーを適当に制御することにより任意の温度
環境を形成することができる。

本発明の特徴は、単結晶８を包囲する筒状隔壁７を用い
、単結晶８が成長するに従って、液体カプセルの液面が
上昇するようにし、単結晶の表面を、少い液体カプセル
剤によって覆うところにある。ヒータの多段構造は、本
発明にとって必ずしも必須の要件ではガい。１段ヒータ
のＬＥＣ装置にも本発明を適用する事ができる。

筒状隔壁は、例えば透明石英の表面にＡ４Ｎ　、　ＢＮ
をコーチイブした材質から作ることができる。

り）作　用 ルツボ１の中に、原料融液を作るべき原料と、液体カプ
セル剤を入れる。原料は、■族、Ｖ族の単体元素と、適
当なドーパント元素であってもよい。この場合は、■−
Ｖ族化合物をルツボ中で直接合成する。また原料は化合
物の多結晶であってもよい。

容器内に、不活性ガス又は窒素ガスを充填し、高圧に保
つ。ヒータに通電し、ルツボ１内の液体カプセル剤と、
原料を融かす。上軸１１を下げてゆき、筒状隔壁７をル
ツボ１の中へ浸漬する。筒状隔壁７の下端がルツボ１の
下底に当シ、筒状隔壁７はルツボ１の中に立つようにな
る。フック１０と筒状隔壁γの上壁とが離れる。上軸１
１の下端に予め取付けられた種結晶９を、ルツボ１内の
原料融液４の中に濱けて、上軸１１を回転させながら引
上げると、種結晶９に続いて単結晶が引上げられる。

第２図は、筒状隔壁７をルツボ１内へ降した状態を示す
。

液体カプセルは、外液体カプセル剤５と内液体カプセル
剤１５とに分けられるが、高さは同一でαである。

単結晶８の直径りが、筒状隔壁７の内径ｄに近い値にな
るよう直径制御する。

すると、第５図に示したように、筒状隔壁７で囲まれた
部分の液体カプセル剤が単結晶８によって、上方へ押上
げられる。

単結晶の高さＸに比例して、液体カプセルの高さｙも上
昇してゆき、単結晶の表面を常に覆うようになる。

単結晶の高さＸが、もとの液体力プセｌしの高さαに、
乗数を掛けた高さβに達した時、液体カプセルの上昇が
停止し、同時に、液体カプセルの上面から、単結晶の肩
部が露呈してくる。

単結晶８が引上げられるとともに、原料融液４の液面Ｚ
が下降してくる。原料融液は、筒状隔壁７の外から内側
へ、下端近くの流通口１４を経て流入する。

このように、原料融液は流通できるが、液体カプセル剤
は、筒状隔壁７によって遮断されている。

筒状隔壁７の下端を通って原料融液が流入できるならば
、流通口１４は不要である。

この後、液体力プセｌし剤６から、単結晶の上方の部分
が徐々に抜は出てゆくことになる。しかし、この時は、
既に単結晶の温度が十分に下っているから、Ａｓ抜け、
Ｐ抜けなどの現象は起らない。

さらに上軸１１を回転させながら引上げてゆくと、フッ
ク１０が筒状隔壁７の上壁に尚たり、これを上方へ持上
げてゆく。第１図はこの途中の状態を示しているのであ
る。

さらに、単結晶を引上げてゆくと、筒状隔壁７の流通口
１４が、内液体カプセル剤６の中へ入る。

すると、内液体カプセル剤６は、外側へ流れ出し、高さ
が低くなる。しかし、外液体カプセル剤５の表面まで低
くなるわけではない。

内外の原料融液と液体カプセル剤の界面の差ｈｃ＜ｚ−
ｑ）に等しい）の定数倍Ｈだけ、内液体カプセル剤６の
方が高い。Ｈは、 ρ によって学えられる。

ＧａＡｓの場合、原料融液の密度ρ０を５，３、Ｂ２Ｏ
３の密度を１．６として、 Ｈ：　　２．８ｈ　　　　　　　　　　　（１５）であ
る。

さらに、単結晶を引上げると、下端が、原料融液４、及
び液体カプセル剤６から離れる。

ルツボの上方へ持上げられた状態で冷却されるから、液
体カプセル剤が耐着したままで冷えるという心配はない
。

Ｂ２Ｏ３がついだまま冷えると、結晶を圧迫し結晶にク
ラックが入りやすい。

閃実施例１ ＧａＡｓの単結晶引上を例として説明する。

（１）　　　基本的温度条件 １（１、Ｈ２は抵抗加熱式ヒータ（カーボンヒータ）と
する。ヒータＨ１の外側温度は１２００℃、ヒータＨ２
の外側温度は１０００℃とした。

Ｈ３はヒータにしてもよいし、保温材にしても良い。

液体カプセルはＢ２Ｏ３である。

Ｂ２Ｏ３中の温度勾配は２０〜２００　’Ｃ／　Ｃｍで
ある。

最も良いのは５０℃／’ＣＭである。

液体力ブセ／Ｖ上方の不活性気体中の温度勾配は５〜５
０　’Ｃ／　ｃｍとする。好ましくは、ＩＱｔＣ／ｆｆ
である。

結晶冷却ゾーンの温度は７００Ｃ〜１０００℃とし、Ｈ
３によシ制御する。好ましくは８５０℃とする温度勾配
ば０〜ｂ （２）基本成長条件 ルツボの内径は６インチ（１５２７ｆｆ睦）とする。

チャージ量は、最高級ＧａＡｓ多結晶を４　ｋｇ　チャ
ージする。但し、ＧａとＡｓから直接合成しても良い。

窒素ガス圧は２〜５０気圧である。例えば５気圧で良い
。

通常のＬＥＣ法では、ガス圧力が１０気圧以下では、Ａ
ｓ抜けが著しく、１５〜２０気圧以上にしなければなら
ないが、本発明では、ゆるい温度勾配であっても、Ａｓ
抜けは殆ど起らない。このため２気圧でも十分である。

引上速度　　　２〜１５闘／Ｈ 好ましくは　１０闘／Ｈ 上軸回転数　　２〜４Ｑ　ｒｐｍ 好ましくは　ＩＱｒｐｍ 下軸回転数　　２〜’４０　ｒｐｍ 好ましくは　１２　ｒｐｍ （３）　　原料、液体カプセル、ルツボ原料Ｊｄ　Ｇａ
Ａｓ多結晶　　　４０００　ｇ不純物として　Ｉｎ　　
　　　６０　ｇ（これはＩｎの偏析係数を帆１とした場
合結晶肩部のＩｎ濃度が５　Ｘ　ＩＱ”ｃｙｎ　となる
量である） 液体カプセルＢ、、０３５５０　ｇ （これは融溶した時、このルツボでの平均厚さが１８Ｍ
灰になる量である） 筒状隔壁の、内径　ｄ　　　　　８８１１＃成長結晶の
直径　Ｄ　　　　　７９　＋、ｌ　ｙｎ彰これらから断
面積Ｔ、Ｓ、Ｕなどを求めると、筒状隔壁　Ｔ　　　　
６１ｚ２ 単結晶　５４９ｃｎｌ ルツ　　　ボ　　　Ｕ　　　　　　　　１８１ｃ７１１
である。密度は ρ。　＝　　５．３　　ｇ　／　ｃｍ３（ＧａＡｓ　）
ｐ　　　＝＝　　１．６　　ｇ／Ｃ）Ｂ”　（ＢｚＯｓ
）である。液体カプセルの厚さαは α　　＝　　　　１．８ｃｍ （３）で決捷る乗数は、５．１である。

内液体カプセルの液面高さの最大値βはβ　＝　、　９
．１　ｃｙｎ で学えられる。

つまり、単結晶はその高さＸが、この値に達する寸では
、完全に液体カプセルに覆われている、という事である
。Ｘがβを越えても、下部のβの長さだけは液体カプセ
ルに覆われている。

このような条件で、７９±１−のＧａＡｓ単結晶を引北
げた。

Ｉｎの偏析による組成的過冷却を避けるために、引上速
度は、第３図に示すような、速度プログラムを採用した
。

横軸は種づけ後の成長時間で縦軸は引上速度である。単
調減少する曲線で、最初ＩＱ＊ｍ／Ｈであるが、１０時
間後には、５朋／Ｈに減少している。

このようにして、長さが１５αのＧａＡｓ単結晶を引上
げた。重量は８８２０　ｇであった。

こうして得られたインゴットの肩部及び中央部を切断し
、ＥＰＤを測定した。いずれも、周辺部１０　ｙｔｔｐ
ｔとウェハ中心部とを除いて、ＥＰＤは１ｏｏｏｃｍ以
下であった。

捷だ、５気圧という低い圧力で成長させたにもかかわら
ず、結晶表面のｔｈｅｒｍａｌ　ｄａｍａｇｅは無視し
うる程度であった。

（財）　　実　　施　　例　　Ｈ 筒状隔壁７を有底の筒体とし、原料面２４の流通の自由
度を制限し、不純物濃度のゆらぎを抑えることもできる
。

これは、浮きルツボ法と本発明者が呼んでいるが、本出
願人による特開昭５８−１７２２９１　（昭和５８年１
０月１１日公開）によって始めて明らかにされたもので
ある。

浮きルツボ法と、本発明とを組合わせたものを、第４図
に示す。

筒状隔壁７の底板１６には、微細な流通口１７がある。

この流通ｆコ１７は、原料融液を少しずつ通すが、微細
であるので、内、久に於て濃度分布が平衡１〜ないよう
になっている。

外側の原料融液４には、純粋なＧａＡｓだけを入れる。

内側の原料融液１８には、ＧａＡｓと、Ｉｎを１．５ｗ
痛だけ添加する。

Ｉｎの偏析係数は０．１ＴあつＣ１１より小さいが、こ
のようにすると、Ｉｎの濃度が引上げとともに上昇する
ということはない。

反対に、Ｉｎ（７）’ａ度は低下してゆくが、偏析係数
が小さいので、この変動は少い。

内側の原料融液が単結晶になって減少すると、外側の原
料面ｇ１４から、ＧａＡ　ｓだけが入ってくるがらＩｎ
の濃縮が起らないのである。

このため、Ｉｎの濃度の均一な単結晶が得られる。

最後に、筒状隔壁７を引上げると、流通口から、原料融
液１８、液体カプセル剤６が流れ落ちる。

冷却時に、結晶が液体カプセルから圧縮応力を受けない
。

この点を簡単に説明する。

融液中の不純物重量をｍ、融液重量をり、、ｉ結晶重量
をＧ、不純物の偏析係数をｋとする。

第１図、第２図のような場合は、固液界面でという式が
成立する。Ｌは変数である。

第４図の場合は、浮きルツボ内、ここでは筒状隔壁内の
融液の重量、ｆ：ｌ、外の融液重量をＬとすると、 ｄＧ　　　　　　β 、という式が成立する。ｌは定数である。

いずれの方法であっても、単結晶重量Ｇと、融液車量り
の和は一定であるから、 ａｃ　　　＋　　ａＬ　　　＝　　　ｏ　　　　　　　
　　　　　　　　　　（１８）である。

第１図、第２図の通常のＬＥＣ法の場合、（１６）、（
１８）から、不純物濃度Ｃは ｇ　　””　　−（２Ｑ） Ｌ。

によって定義される。ｃｏ、Ｌｏは最初の不純物濃度、
融液車量である。

第４図の浮きルツボＬＥＣ法の場合、（１７）、（１８
）から、 である。

ｋ　＝　０．１とし、例えば固化率ｇを０．９とすると
、（１９）式による濃度変化は、約８倍である。著しく
増大する。

例えばり。／ｌを７とし、ｇ　＝　０．９とすると、（
２１）式による濃度変化は、約０．５である。

少し減少するが、変動は少い。

（コ）　　考　　　察 第６図に於て、単結晶の引上げ量Ｘの函数として、内液
体カプセルの高さｙ、外の原料融液のルツボ底からの高
さＺ、内の原料融液のルツボ底からの高さｑなどをグラ
フに示しである。

Ｘ＝βは、単結晶の肩部が液体カプセルの上面から露出
しはじめる高さである。βは液体カプセルの最終的な高
さであシ、単結晶の下方から長さβだけは、必ず液体カ
プセルによって覆われる。

単結晶の直径りと、筒状隔壁の直径ｄの比が乗数β／２
を決定する。

Ｓ　　−−Ｄ２’　　　　　（２２） である。乗数は１／（１−３／Ｔ　）で学えられるが、
とれは２以上あることが望捷しい。先程の実施例では、
５が乗数であった。

従って、 である。結晶と隔壁の隙間は、結晶の直径変動がありう
るので、ｌ　ｍｕ以」二あることが望ましい。従って、 ｄ　≧　Ｄ　　＋０．２　　　　　　　　　　（２５）
ゆえに、 となる。

引上げるべき単結晶の長さＬｃは、この方法では１０ａ
ｎ以上ある時に特に有効である。

βが１０ｃＩｎ程度あれば、単結晶を殆ど常に液体カプ
セルによって覆うことができる。

この場合 である。

フック１０の設定について説、明する。

単結晶の高さＸがγに達した時、フック１ｏが筒状隔壁
７の上壁に当ってこれを持上げはじめるとする。

筒状隔壁７はこれ以後、Ｘと同一の速さで上昇する。そ
こで隔壁１の下端とルツボ底との距離をＷとする。Ｘが
γに達するまでＷ＝Ｑである。

Ｘどｒのとき ｗ＝ｘ　−γ　　　　　　　　　（２８）である。

第６図に筒状隔壁７の上昇量Ｗも書きこんである。ＦＧ
Ｈの直線がＷであるつ直線Ｗと、ｑ、Ｚどの交点をＧ、
Ｈとしている。

筒状隔壁７の下端に流通口１４がなければ、交点Ｇに於
て、筒状隔壁７の下端が液体カプセルと原料融液の界面
Ｑに対する。この直後に、内液体カプセル剤６が筒状隔
壁７の下端を通って外部へ流出し始める。つまり内液体
カプセル剤の高さが減少し始める。

もしも、これ以後も単結晶用」二げを続行したとすると
、Ｈ点で、内外の液体カプセル剤６．５の表面高さの差
がなくなる（　ｙ＝ａ　）。

破線によって、内液体カプセル剤６の高さｙの、ＧＨ間
に対応する変化を示す。

従って、本発明による引上げはＧ点に対応するＸ＝δ点
で中止すべきなのである。

Ｇ点が一結晶最大固化率ｇを決定する。

高い固化率ｇ（ｇ−１）まで結晶成長を接続させたいと
するならば、γを大きくする必要がある。

つまり、筒状隔壁の高さを大きくして、単結晶引上げの
終期の近くに、フックｌｏがこれを吊上げるようにする
とよい。

筒状隔壁の上昇による最大固化率の制限を外すために、
筒状隔壁７が全く上軸１１によって吊り上げられないよ
うにしてもよい。この場合、常にＩレツポ底に筒状隔壁
が接触していることになる。

（９）効　果 （１）引上げられた単結晶は、液体カプセルによって表
面が覆われるから、温度が高くても表面から、Ｖ族元素
が抜ける、という事はない。

（２）縦長の円柱形単結晶を得るので、デバイス加工す
る際に、形状的に有利である。

（３）単結晶の直径りと、隔壁の内径ｄの差は小さい方
がよい。これは、乗数を大きくするためである。しかし
、間隙には液体カブ七ルが充填されておシ、これによっ
て■族元素の抜けを防ぐものであるから、先に述べた円
筒包囲°ＬＥＣ法のように、ガスの流通を防ぐため、間
隙を狭くする、という困難から免れている。

（４）液体カブ七ル剤がもとの高さαの何倍もの高さに
なって単結晶を覆うので、液体カプセル剤の実効的な分
量が増加したのと同じことになる。このため、液体カプ
セル剤の量を節減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の単結晶引上装置の縦断面図で、引上の
途中の状態を示している。 第２ばは単結晶引上装置の縦断面図で、種結晶を浸漬す
る前の状態を示している。 第３図は種づけ後の引上げ速度プログラムのグラフ。 第４図は他の実施例に係る単結晶引上装置の縦断面図。 第５１２１はルツボ中の原料融液、液体カプセル・円筒
、単結晶の高さの関係を説明するだめの断面図。 第６図は単結晶の引上げ高さＸを横軸とし、縦軸に液体
カプセルの高さｙ、円筒内の原料融液のＩレッポ底より
の高さ９１円筒外の原料融液のルツボ底よりの高さＺ、
筒状隔壁のルツボ底からの距離Ｗなどを示したグラフ。 １　　　　・・・・・・・・・・　　ル　ッ　ポ２　・
・・・・・・・サセプタ ３・・・・・・・・・・下　軸 ４．１８　　・・・・原料融液 ５．６．１５・・液体カプセル剤 ７　・・・・・・・・・・筒状隔壁 ８　・・・・・・・・・・　引上げられた単結晶９　・
・・・・・・・　種結晶 １０・・・・・・・・・・　フック １１・・・・・・・・・・上　軸 １２・・・・・・・・・・覗き窓 １３・・・・・・・・・・チャンバ １４．１７・・・・　流通口 １６・・・・・・・・・・筒状隔壁の底板発明者　　　
　盛　岡　幹　雄 清　　水　　　　　　敦

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）ルツボ１の中に原料融液４及び液体カプセル剤５
   を入れ、種結晶９を浸漬して単結晶８を引上げるＬＥＣ
   法による単結晶引上げに於て、成長すべき単結晶８の直
   径Ｄより僅かに大きい内径ｄを有する筒状隔壁７を、液
   体カプセル剤５を通して原料融液４の中に浸漬し、該筒
   状隔壁７の中空部を通して単結晶８を引上げる事により
   、筒状隔壁７の内部の液体カプセル剤６の高さｙを筒状
   隔壁７の外部の液体カプセル剤５の厚さαより著しく厚
   くした事を特徴とする化合物半導体単結晶の引上方法。
2. （２）単結晶８の肩部が液体カプセル剤６から露出した
   時の単結晶引上げ中の筒状隔壁７の内部の液体カプセル
   剤６の上面が筒状隔壁７の外部の液体カプセル剤５の上
   面より、少くとも３ｃｍ以上高く設定される特許請求の
   範囲第（１）項記載の化合物半導体単結晶の引上方法。
3. （３）筒状隔壁７の内部の液体カプセル剤６の界面から
   の高さの最大値βが、外部の液体カプセル剤５の界面か
   らの高さαの２倍以上である特許請求の範囲第（１）項
   記載の化合物半導体単結晶の引上方法。
4. （４）原料融液４、及び液体カプセル剤５、６、１５を
   収容するルツボ１、ルツボ１を支持する下軸３、下軸３
   を上下移動及び回転運動させる下部駆動機構、種結晶９
   を下端に取付け単結晶８を引上げる上軸１１、上軸１１
   を回転運動及び上下移動させる上部駆動機構、及びルツ
   ボ１の周囲に配置された１又は複数のヒータよりなるＬ
   ＥＣ単結晶引上げ装置において、成長すべき単結晶８の
   直径Ｄよりわずかに大きい内径ｄを有する筒状隔壁７を
   上軸１１に脱着並びに回転自在に取付けた度を特徴とす
   る化合物半導体単結晶の引上装置。
5. （５）筒状隔壁７の内径をｄｃｍ、長さをＬｃｍ、成長
   すべき単結晶の直径をＤｃｍとする時、筒状隔壁７の寸
   法を ▲数式、化学式、表等があります▼ Ｌ≧１０ の範囲に定めた特許請求の範囲第（４）項記載の化合物
   半導体単結晶の引上装置。
6. （６）筒状隔壁７の下端に原料融液の流通口１４を設け
   た特許請求の範囲第（４）項記載の化合物半導体単結晶
   の引上装置。
7. （７）筒状隔壁７が下端に原料融液の流通する微小な流
   通口１７を有する底板１６を備えた特許請求の範囲第（
   ４）項記載の化合物半導体単結晶の引上装置。
8. （８）筒状隔壁７が透明石英の表面にＡｌＮ又はＢＮを
   コーティングした材質からなる特許請求の範囲第（４）
   項記載の化合物半導体単結晶の引上装置。