JPS61286300A - Preparation of compound semiconductor single crystal having uniform characteristic - Google Patents

Preparation of compound semiconductor single crystal having uniform characteristic

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JPS61286300A
JPS61286300A JP12930485A JP12930485A JPS61286300A JP S61286300 A JPS61286300 A JP S61286300A JP 12930485 A JP12930485 A JP 12930485A JP 12930485 A JP12930485 A JP 12930485A JP S61286300 A JPS61286300 A JP S61286300A
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横川 正道
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士郎 西根
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Keiichiro Fujita
藤田 慶一郎
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Abstract

PURPOSE:To make electric characteristics uniform not only in the direction of crystal face but also in the axial direction of the single crystal by cooling an ingot of a compound semiconductor single crystal after completing crystal growth in a device for the crystal growth to a specified temp. then subjecting to annealing in inert gas or in vacuum. CONSTITUTION:An ingot of a compound semiconductor single crystal is cooled after completing crystal growth temporarily to a temp. by 600-900 deg.C lower temp. than its m.p. in a crystal growth device. Then, it is heated-treated at 700-1,000 deg.C for 6-60hr in inert gas or an vacuum. By introducing, as described above, a step to cool by 600-900 deg.C lower temp. than the m.p. temporarily without cooling to room temp., the effect as described above is obtd.

Description

【発明の詳細な説明】 (2)技術分野 この発明は、GaAs5InP、 InGaAsなど化
合物半導体単結晶インゴットの軸方向特性の均一性を向
上させ、これをインゴット間で再現性良く行う方法に関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (2) Technical Field The present invention relates to a method for improving the uniformity of axial properties of single crystal ingots of compound semiconductors such as GaAs5InP and InGaAs, and achieving this with good reproducibility between ingots.

(イ)従来技術 化合物半導体単結晶は、水平ブリッジマン法(HB )
又は液体カプセル法(LEC)で製造される事が多い。
(a) Conventional technology Compound semiconductor single crystals are manufactured using the horizontal Bridgman method (HB).
Alternatively, it is often manufactured using the liquid capsule method (LEC).

製造された単結晶インゴットには、多数の結晶欠陥が含
まれている。
The manufactured single crystal ingot contains many crystal defects.

欠陥の評価はエッチピット密度(EPD)によってなさ
れる事が多い。インゴットをスライスしてクエハとし、
これをエツチングして表面に現われたエッチピットを計
数し、単結晶に含まれる欠陥の程度を評価する。エッチ
ピットは転位がクエハ切断面に現われたものであるから
格子欠陥の尺度となる。
Defects are often evaluated based on etch pit density (EPD). Slice the ingot to make queha,
This is etched and the etch pits that appear on the surface are counted to evaluate the degree of defects contained in the single crystal. Etch pits are dislocations that appear on the Quafer cut surface, and are therefore a measure of lattice defects.

LEC法、HB法などは工業的に優れた方法ではあるが
、これらの方法で作った単結晶はなお多くの欠陥を持っ
ている事が多い。例えばLEC法で作られた直径50f
fz以上のGaAs単結晶の場合、EPDは10’ c
In−2〜5 X 105cm−2の範囲にある。
Although the LEC method and the HB method are industrially excellent methods, single crystals produced by these methods often still have many defects. For example, a diameter of 50 f made using the LEC method
For GaAs single crystals with fz or higher, the EPD is 10' c
It is in the range of In-2 to 5 x 105 cm-2.

しかもエッチピットは不均一に分布している。Furthermore, the etch pits are unevenly distributed.

クエハ面内で見ても、外周部で最も多く、中心部でもこ
れに次いで多い。中心から少し離れた位置でエッチピッ
トは少なくなる。W型の分布をしている。これは面内の
エッチピット分布の問題である。
Even within the surface of the square, it is most common in the outer periphery, and the second largest in the center. Etch pits become fewer at positions a little further from the center. It has a W-shaped distribution. This is a problem with the in-plane etch pit distribution.

これに加えて、インゴットの軸方向の不均一性がある。Added to this is the axial non-uniformity of the ingot.

LEC法で作った単結晶の場合、種結晶に近いフロント
部でのEPDは比較的低いが、種結晶から遠くなるに従
ってEPDは増えてゆく。
In the case of a single crystal made by the LEC method, the EPD at the front near the seed crystal is relatively low, but the EPD increases as the distance from the seed crystal increases.

GaAs単結晶クエハりら電界効果トランジスタ(FE
T)を作る事ができる。この場合、スイッチングのオン
・オフを決める閾値電圧Vthが重要なバラメータとな
る。Vthは一定である事が望ましいカ、クエハの中で
もパラついているのが通常である。
GaAs single crystal quartz field effect transistor (FE)
T) can be made. In this case, the threshold voltage Vth, which determines whether switching is turned on or off, becomes an important parameter. Although it is desirable that Vth be constant, it is normal for it to fluctuate even among quadrants.

閾値電圧Vthの不均一性とEPDの分布とが、強い相
関を持つという事が指摘されている。例えば、宮澤らの
応用物理第52巻第3号(1988年)227ページK
、Vth トEPDの相関について述べである。
It has been pointed out that the non-uniformity of threshold voltage Vth and the distribution of EPD have a strong correlation. For example, Miyazawa et al. Applied Physics Vol. 52 No. 3 (1988) p. 227 K
, Vth and EPD.

vthの不均一性も、EPDと同じく、クエハ面内の不
均一性と、クエハを越えてインゴットの軸方向の不均一
性とがある。
As with EPD, the non-uniformity of vth includes non-uniformity within the wafer plane and non-uniformity across the wafer in the axial direction of the ingot.

転位を減らすということが、Vthのバラツキを減らす
という事と全く等価であるわけではないが、転位を減す
ることによって均一性を高め、閾値電圧vthのバラツ
キを減する事はできる。
Although reducing dislocations is not completely equivalent to reducing variations in Vth, it is possible to improve uniformity and reduce variations in threshold voltage vth by reducing dislocations.

結晶の均一性を高めるために、アニーリングをする、と
いう事が試みられる。
Annealing has been attempted to improve the uniformity of the crystal.

クエハにしてからアニールする場合もある。これはクエ
ハアニールと呼ぶ。
In some cases, the material is made into a quefer and then annealed. This is called Kuehaanir.

インゴットのままアニールする場合もある。これをイン
ゴットアニールと呼ぶ。
In some cases, the ingot is annealed. This is called ingot annealing.

■−v族化合物半導体単結晶はV族元素が高温で解離し
やすいので、アニール時ては、V族元素の逃げを防ぐ工
夫が必要である。このため、クエハ、インゴットに膜を
付け、この状餓でアニールする事がある。
(2) In group V compound semiconductor single crystals, group V elements are likely to dissociate at high temperatures, so it is necessary to take measures to prevent group V elements from escaping during annealing. For this reason, a film is sometimes attached to the quefer or ingot and annealed in this state.

V放気体中でアニールし、V族気体の分圧を平衡させて
V族元素の揮散を防ぐこともある。また、窒素ガスなど
で高圧を掛けてアニールすることもある。
Annealing may be performed in a V gas release to balance the partial pressure of the V group gas and prevent volatilization of the V group elements. Alternatively, annealing may be performed by applying high pressure with nitrogen gas or the like.

クエハアニールによって、クエハ面内のvthのバラツ
キが低減した、という報告がある。インゴットアニール
にしても、ウェハ面における均一性の向上が、直接の目
的である。
There is a report that the variation in vth within the Quafer plane is reduced by Quafer annealing. Even in ingot annealing, the direct objective is to improve uniformity on the wafer surface.

クエハの上に多数の集積回路を作るが、この単位となる
集積回路の特性値のバラつきが問題になることが多かっ
たからである。したがってインゴットアニールの場合で
も、インゴット軸方向の均一性の向上、という事を目的
にはしていなかった。
This is because a large number of integrated circuits are manufactured on a wafer, and variations in the characteristic values of the unit integrated circuits often pose a problem. Therefore, even in the case of ingot annealing, the aim was not to improve the uniformity in the axial direction of the ingot.

そのため、インゴットアニールの場合、引上げた結晶を
そのままの大きさでアニールするのではなく、小さく輪
切りにしてアニールすることが多い。アニールのための
容器のサイズの制限もあり、被膜を表面に付けることも
あって、インゴットサイズが小さく、形状のそろってい
るものの方が取扱い易いからである。
Therefore, in the case of ingot annealing, the pulled crystal is not annealed in its original size, but is often cut into small rounds and annealed. This is because there are restrictions on the size of the container for annealing, and because a film is attached to the surface, ingots that are smaller in size and have a uniform shape are easier to handle.

ここで軸方向という言葉について定義する。I、EC法
で成長させた結晶の場合、上軸、下軸が鉛直方向にあり
、結晶も鉛直方向に伸びる。結晶の成長してゆく方向が
軸方向である。
Here, we will define the term axial direction. In the case of a crystal grown by the I,EC method, the upper and lower axes are in the vertical direction, and the crystal also extends in the vertical direction. The direction in which the crystal grows is the axial direction.

インゴットを軸に垂直にスライスしてクエハとする場合
、ウェハ面は軸方向と直角になる。しかし、クエハは必
ずしも軸に対して直角に切断するとは限らない。この場
合、ウェハ面の分布と、軸方向の分布というのは直交軸
間の分布ではない。
When an ingot is sliced perpendicularly to the axis to form a wafer, the wafer surface is perpendicular to the axis. However, the quefer is not necessarily cut at right angles to the axis. In this case, the distribution on the wafer surface and the distribution in the axial direction are not distributions between orthogonal axes.

しかし、クエハは必ず軸を切るようにスライスするので
あるから、面方向と、軸方向というのは必ず区別するこ
とができる。
However, since quefers are always sliced along the axis, it is always possible to distinguish between the planar direction and the axial direction.

HB法で作ったインゴットの場合、軸方向というのは、
ポートに沿う方向である。クエハは軸に対して斜めに切
る事が多いので、クエハ面方向と軸方向は直角でないこ
とが多い。しかし、いずれにしても区別する事ができる
In the case of ingots made by the HB method, the axial direction is
The direction is along the port. Since kueha is often cut diagonally to the axis, the direction of the kueha surface and the axial direction are often not perpendicular. However, in any case, a distinction can be made.

軸方向の場所を特定するために、種結晶に近い方を70
ント部、種結晶と反対側をパック部という。中間は中間
部ということにする。
To identify the axial location, place the one closest to the seed crystal at 70
The side opposite to the seed crystal is called the pack part. The middle part will be called the middle part.

また、インゴットをある方向に切断してはじめて面が現
われるのであるから、インゴットを切断する前に面は存
在しない。インゴットのままアニールする場合、面方向
というのは未だ存在しない面について述べる事になる。
Furthermore, since the surfaces appear only after the ingot is cut in a certain direction, the surfaces do not exist before the ingot is cut. When annealing is performed as an ingot, the plane direction refers to a plane that does not yet exist.

しかし切断すべき面の方位は分っているのであるから、
面方向という言葉自体は十分に定義できる。
However, since the direction of the plane to be cut is known,
The term plane direction itself can be sufficiently defined.

そこで、本発明の記述に於て、インゴットの状態であっ
ても、面方向という言葉を使うが、これは、この面が既
にどこかに存在している、という事を意味しない。
Therefore, in the description of the present invention, the term surface direction is used even in the ingot state, but this does not mean that this surface already exists somewhere.

(!7)   目    的 化合物半導体単結晶のアニーリング法であって、単結晶
の面方向だけでなく、軸方向にも電気的特性が均一な単
結晶を製造する方法を与えることが本発明の目的である
(!7) Purpose An object of the present invention is to provide a method for annealing a compound semiconductor single crystal, which produces a single crystal with uniform electrical properties not only in the plane direction but also in the axial direction. It is.

に)本発明の方法 半絶縁性アンドープLEC法GaAsを例にとって説明
する。これはFETの基板として用いるためのものであ
る。
(b) The method of the present invention will be explained by taking semi-insulating undoped LEC method GaAs as an example. This is for use as a FET substrate.

GaAs単結晶の中には、“EL2”と呼ばれる深い不
純物準位と、浅い不純物単位(ドナー準位であることも
アクセプク準位であることもある)がある。
A GaAs single crystal has a deep impurity level called "EL2" and a shallow impurity unit (which may be a donor level or an acceptor level).

これら2つの不純物単位の微視的、および巨視的な分布
の均一性が、GaAs単結晶の電気的均一性を支配して
いる。
The uniformity of the microscopic and macroscopic distribution of these two impurity units governs the electrical uniformity of the GaAs single crystal.

巨視的に見れば、“EL2”単位の濃度はクエハ面内で
、W型分布をしており、4回対称性を持っている。これ
は、結晶欠陥の一種である転位のマクロな密度分布とよ
く対応している。このため、比抵抗、キャリヤ移動度な
どの電気的特性の分布も、巨視的には、W型分布(或は
逆W型分布)で4回対称性を示す。
Macroscopically, the concentration of "EL2" units has a W-shaped distribution within the Quaha plane, and has four-fold symmetry. This corresponds well to the macroscopic density distribution of dislocations, which are a type of crystal defect. Therefore, macroscopically, the distribution of electrical properties such as specific resistance and carrier mobility also exhibits four-fold symmetry with a W-shaped distribution (or inverse W-shaped distribution).

このような事は、D、 E、 Holmes et a
t。
This is what D.E. Holmes et a.
t.

“Contour maps of EL2 deep
 1evel in 1iquid −encapsu
lated Czochralski GaAs ” 
 J、Appl、Phya。
“Contour maps of EL2 deep
1 level in 1quid-encapsu
rated Czochralski GaAs”
J., Appl., Phya.

55 (1984) pp 8588 に記述がある。55 (1984) pp. 8588.

“EL2”濃度は、インゴット軸方向、面方向にバラツ
キをもっている。また、インゴット間の濃度、分布のバ
ラツキも大きい。EL2濃度のバラツキが、電気的特性
の不均一性の原因となっている。
The "EL2" concentration has variations in the axial direction and surface direction of the ingot. Furthermore, there are large variations in concentration and distribution between ingots. Variations in EL2 concentration cause non-uniformity in electrical characteristics.

一方、転位の発生は、その結晶が成長中に、あるいは冷
却中に受けた熱環境に依存している。つまり、転位密度
分布は、結晶が受けた熱ヒステリシスを表わしている、
と考えられる。
On the other hand, the occurrence of dislocations depends on the thermal environment that the crystal receives during growth or cooling. In other words, the dislocation density distribution represents the thermal hysteresis experienced by the crystal.
it is conceivable that.

“EL2”の起源としては、rAsの集合体J  (E
L2Family)説が有力になってきた。これは、M
、Taniguchi  et  al、” 5pec
tral  distributionof  pho
toquenching  rate  and mu
ltistable  5tatesfor midg
ap electron  traps  (EL2f
amily )  1nGaAs″App1. Phy
s、Lett、 45.69(1984)に述べられて
いる。
The origin of “EL2” is the rAs aggregate J (E
L2Family) theory has become popular. This is M
, Taniguchi et al.” 5pec
tral distribution of pho
toquenching rate and mu
ltistable 5tatesfor midg
ap electron traps (EL2f
amily ) 1nGaAs″App1. Phy
S., Lett, 45.69 (1984).

EL2の起源について未だ確定的な説はなく、酸素原子
が作るレベルという説もちり 、 GaサイトをAsで
置換したことによってできるレベルという説もある。し
かし、rAsの集合体」説が有力であるように思われる
There is still no definitive theory regarding the origin of EL2, with some theories saying that it is created by oxygen atoms, and others that it is created by replacing Ga sites with As. However, the theory of "aggregation of rAs" seems to be the prevailing theory.

インゴットアニールによシ、”EL2″の数は減少しな
いが、分布が一様になる、という事が報告されている。
It has been reported that after ingot annealing, the number of "EL2" does not decrease, but the distribution becomes uniform.

D、 Rum5by et al、 ” IMPROV
EDUNIFORMITY OF LECUNDOPE
D GALLIUM−AR5ENIDE PRODUC
ED BY HIGHTEMPERATUREANNE
AL ING″GaAs  ICSymposium 
(1988) IEEEp、34〜p、37 これによると、700℃〜1000℃の温度範囲で6〜
60時間GaAsインゴットをアニールすると、 EL
2濃度が均一になり、12 X 10”m−3程度にな
るという事である。
D. Rum5by et al, “IMPROV
EDUNIFORMITY OF LECUNDOPE
D GALLIUM-AR5ENIDE PRODUC
ED BY HIGHTEMPERATUREANNE
AL ING″GaAs ICSymposium
(1988) IEEEp, 34-p, 37 According to this, in the temperature range of 700°C to 1000°C, 6 to
When a GaAs ingot is annealed for 60 hours, EL
2 density becomes uniform and becomes about 12 x 10''m-3.

転位とEL2の関係は簡単ではない。The relationship between dislocation and EL2 is not simple.

無転位結晶の場合、EL29度は均一でしかも低く 4
 X 10” cIn−3程度である。
In the case of dislocation-free crystals, the EL29 degree is uniform and low 4
It is approximately X 10” cIn-3.

ブリッジマン決で作ったEPDが10’crn−2程度
のGaAsは、LEC法GaAsと同じ(12X 10
15cIn−3程度のEL2濃度を持っている。
GaAs with an EPD of about 10'crn-2 made by Bridgman is the same as LEC GaAs (12X 10
It has an EL2 concentration of about 15cIn-3.

つまり、転位の量とEL2の濃度は比例していない。し
かし、無転位(InドープLEC)  GaAsでは、
EL2の濃度が約りになっている。
In other words, the amount of dislocations and the concentration of EL2 are not proportional. However, in dislocation-free (In-doped LEC) GaAs,
The concentration of EL2 is approximately.

これらのインゴットを不活性ガス中で、前記の条件でア
ニールすると、EL2の分布は均一になる。
When these ingots are annealed in an inert gas under the above conditions, the distribution of EL2 becomes uniform.

しかも濃度が12X1015cm−3になる。無転位G
aAs結晶についていえば、これはEL2濃度がアニー
ルによって、3倍に増えている、という事を意味する。
Moreover, the concentration becomes 12X1015 cm-3. No dislocation G
For aAs crystals, this means that the EL2 concentration is increased three times by annealing.

LECGaAs、 HB GaAsともに、アニール前
はEL2濃度がW分布をし、4回対称性をもっている。
In both LEC GaAs and HB GaAs, the EL2 concentration has a W distribution before annealing, and has 4-fold symmetry.

Inドープ無転位GaAsでは、EL2濃度は低く均一
である。
In In-doped dislocation-free GaAs, the EL2 concentration is low and uniform.

これらのインゴットをアニールすると、EL2濃度は、
いずれのインゴットに於ても均一化する。
When these ingots are annealed, the EL2 concentration is
All ingots are made uniform.

W分布が消失し、4回対称性もみられなくなる、しかも
、EL2濃度がどのようなインゴットについてもほぼ同
じ値12X10’σ−3になる。
The W distribution disappears, the 4-fold symmetry is no longer observed, and the EL2 concentration becomes approximately the same value 12×10′σ−3 for any ingot.

しかし、アニールによって転位は不変である。However, dislocations are unchanged by annealing.

転位は消失、減少しないし、増加もしない。Dislocations do not disappear, decrease, or increase.

FETの電気的特性を決定する閾値電圧vthの値ばE
L2の分布による、という事は既にのべた。EL2の分
布だけによるのではないが、これが有力な相関を持って
いるらしい。
The value of the threshold voltage vth that determines the electrical characteristics of the FET is E
I already mentioned that it depends on the distribution of L2. Although this is not solely due to the distribution of EL2, it seems that this has a strong correlation.

EL2の濃度の大小はたいして重要でなく、濃度のゆら
ぎが問題なのである。
The magnitude of the concentration of EL2 is not very important, but the fluctuation of the concentration is the problem.

インゴットは面方向にも軸方向にも転位密度が変化する
。同様にEL2分布も面方向、軸方向に変動している。
The dislocation density of an ingot changes both in the planar and axial directions. Similarly, the EL2 distribution also fluctuates in the planar and axial directions.

もしも、インゴットが無転位部分を含むとすれば、EL
2濃度の平均値も軸方向に関して、変動している事にな
る。EL2濃度がFETにした場合の閾値電圧に強い関
係を持っているから、そのようなインゴットから切υ出
したクエハの上にFETを作った場合、閾値電圧が、ク
エハ面内だけでなく、クエハ間でもバラツクことになる
。インゴットのフロント部分から取ったクエハと、パッ
ク部分から取ったクエハでは、閾値電圧のクエハ面内の
分布の全体が上下に喰い違うことになる。
If the ingot contains a dislocation-free part, the EL
The average value of the two concentrations also fluctuates in the axial direction. Since the EL2 concentration has a strong relationship with the threshold voltage when fabricated into an FET, when an FET is made on a wafer cut from such an ingot, the threshold voltage is There will be variations between them. The entire distribution of the threshold voltage within the quadrature plane differs vertically between the quadrature taken from the front portion of the ingot and the quadrature taken from the pack portion.

ところが、前述のように、GaAsインゴットをアニー
ルすると、EL2濃度の分布が平坦になり、しかも、ア
ニール前のEPDの高下に拘わらず、EL2濃度の平均
直はほぼ一定になる、という事が報告されている。
However, as mentioned above, it has been reported that when a GaAs ingot is annealed, the distribution of the EL2 concentration becomes flat, and the average straightness of the EL2 concentration remains almost constant regardless of the height or fall of the EPD before annealing. has been done.

これは不思議な事である。This is strange.

アニールによってEPDは減少しない。またエッチビッ
トは4回対称性をもっている。この対称性はアニールに
よっても失われない。
Annealing does not reduce EPD. Furthermore, the etch bit has four-fold symmetry. This symmetry is not lost by annealing.

EL2濃度はアニール前に、エッチピットと同じW型分
布をし、4回対称性がある。ところが、インゴットアニ
ールによってEL2濃度だけは、W型分布を失い、4回
対称性もなくなる、というのである。
Before annealing, the EL2 concentration has a W-shaped distribution similar to that of the etch pits, and has 4-fold symmetry. However, due to ingot annealing, only the EL2 concentration loses its W-shaped distribution and also loses its 4-fold symmetry.

この実験は、データの数が少いので、必ずしも信頼でき
るものではない。しかしながら、EL2濃度とEPD濃
度に直接の関係はないという事をよυ明確にしているよ
うである。EL2濃度の測定は既に述べたように、多く
の研究者によってなされており、起源についても多様な
説がある。
This experiment is not necessarily reliable because the amount of data is small. However, it seems to be clear that there is no direct relationship between EL2 concentration and EPD concentration. As mentioned above, measurement of EL2 concentration has been carried out by many researchers, and there are various theories regarding its origin.

rAsの集合体」説が有力である、と思われるが、これ
も決定的ではない。
The theory of "aggregation of rAs" seems to be the most likely, but this is also not conclusive.

そこで、本発明者は、結晶成長を終った単結晶を室温ま
で冷却する事なく、融点より600℃〜900℃低い温
度に一時的に冷却し、この後、不活性ガス、或は真空中
で700℃〜1000℃の温度範囲で6時間〜60時間
熱処理する、という方法を思いついた。
Therefore, the present inventor temporarily cooled the single crystal after crystal growth to a temperature 600°C to 900°C lower than the melting point without cooling it to room temperature, and then heated it in an inert gas or vacuum. We came up with a method of heat treatment at a temperature range of 700°C to 1000°C for 6 hours to 60 hours.

後半のアニーリングについては公知であって、雰囲気、
温度、時間ともに既に試みられた事がある。
The second half of the annealing is well known, and the atmosphere,
Both temperature and time have already been tried.

前段の処理は新規である。The first stage of processing is new.

これは、深い不純物単位である“EL2”を結晶インゴ
ットの全体にわたって形成するためである。
This is to form "EL2" which is a deep impurity unit throughout the crystal ingot.

LEC法であっても、HB法であっても、単結晶を育吠
した後は、徐々に冷却してゆき、室温にして、炉の外部
へ取り出す。つまり、いったん室温になるわけである。
Regardless of the LEC method or the HB method, after the single crystal is grown, it is gradually cooled down to room temperature and taken out of the furnace. In other words, once it reaches room temperature.

こうしなければ、必要な加工をする事ができない。If you don't do this, you won't be able to perform the necessary processing.

インゴットアニールと言っても、インゴット全体をアニ
ールするわけではな°い。容器の制約も強いから、数個
だ輪切シにし、これをカプセルに入れて、真空中、又は
窒素、アルゴンガス雰囲気中で加熱する。
Even though it is called ingot annealing, it does not mean that the entire ingot is annealed. Since the container is very restrictive, it is cut into several pieces, placed in a capsule, and heated in a vacuum or in a nitrogen or argon gas atmosphere.

ところが、このようにすると必ずいったん室温に下さな
ければならない。
However, if you do this, you will have to bring it down to room temperature.

本発明者は、この時に、EL2分布がインゴット軸方向
に関し不均一に発生するのだろうと考えた。
The inventor thought that at this time, the EL2 distribution would occur non-uniformly in the ingot axial direction.

炉内での冷却過程中での温度分布は軸方向に一様ではな
い。ヒーターの位置関係から、インゴットの内最初に固
化した部分が低温で、最後に固化した部分が高温になっ
ている。
The temperature distribution during the cooling process in the furnace is not uniform in the axial direction. Due to the location of the heaters, the first part of the ingot to solidify is at a low temperature, and the last part to solidify is at a high temperature.

このような不均一温度の中で降温してゆくので、発生す
るEL2単位の量が軸方向に放て、大きく異なることに
なる。
Since the temperature decreases in such a non-uniform temperature, the amount of generated EL2 units is radiated in the axial direction and varies greatly.

本発明では、室温まで下降せず、途中で冷却を中止し、
同じ炉内でアニールすることにより、EL2準位の発生
を最初からより均一にする事にねらいがある。同じ炉内
でアニールするから、この炉は結晶成長炉とアニーリン
グ装置とを兼ねているのである。
In the present invention, cooling is stopped midway through without lowering to room temperature,
By annealing in the same furnace, the aim is to make the generation of the EL2 level more uniform from the beginning. Since the annealing is performed in the same furnace, this furnace doubles as a crystal growth furnace and an annealing device.

温度下降を融点以下600℃〜900℃の範囲【するの
は、ここでEL2単位を発生させるためである。
The temperature is lowered below the melting point in the range of 600°C to 900°C in order to generate EL2 units.

次にアニールするのは、こうしてできたEL2準位を再
分布させて均一にするためである。
The purpose of annealing next is to redistribute the EL2 levels thus created and make them uniform.

温度範囲が融点から600℃〜900℃というのは、G
a As単結晶でいえば738℃〜438℃ということ
である。900℃以下に下げると、EL2の不均等な発
生が起るので望ましくない。不均等な、というのは、面
方向ではなく軸方向にという事である、この点が従来の
方法のように、いったん室温に下げるものと異なる。
The temperature range is from 600℃ to 900℃ from the melting point.
a For an As single crystal, this means 738°C to 438°C. If the temperature is lowered to 900° C. or lower, EL2 will be generated unevenly, which is not desirable. By non-uniform, I mean in the axial direction rather than in the planar direction, which is different from the conventional method, which is once cooled to room temperature.

融点より600″C以下に下げないと、EL2単位が結
晶中に形成されない。EL2準位が結晶中になければ、
アニーリングによって、これを再分布させる、という事
ができない。
EL2 units cannot be formed in the crystal unless the temperature is lowered to below 600"C below the melting point.If the EL2 level is not in the crystal,
This cannot be redistributed by annealing.

アニール温度についていえば、1000°C以上にする
と結晶表面からのV族元素の解離が激しくおこり、結晶
の特性を劣化させる。また700℃以下であると、EL
2準位の再分布は起らない。
Regarding the annealing temperature, when the annealing temperature is set to 1000° C. or higher, group V elements are violently dissociated from the crystal surface, which deteriorates the characteristics of the crystal. Also, if the temperature is 700℃ or less, EL
No redistribution of the two levels occurs.

(イ)実施例 LEC法によって成長させた低クロムドープ半絶縁性G
aAs結晶について本発明の方法を適用した。
(B) Example low chromium doped semi-insulating G grown by LEC method
The method of the invention was applied to aAs crystals.

比較のため、本発明の方法を適用しないGaAs結晶も
作った。ひとつのインゴットの軸方向の電気的特性と、
これに加えて、インゴット間の電気的特性の差異を調べ
る必要がある。このため、それぞれ7つのインゴットを
作り、特性を比較した。
For comparison, a GaAs crystal to which the method of the present invention was not applied was also produced. The axial electrical characteristics of one ingot,
In addition to this, it is necessary to investigate differences in electrical properties between ingots. For this reason, seven ingots were made and their properties were compared.

閾値電圧vthのバラツキを比較するのであるから、イ
ンゴットをクエハにし、ここへnWUfAを作り、電極
を付けて、C−V特性を測定して、ピンチオフ電圧Vp
を求めた。
Since we are comparing the variation in the threshold voltage vth, we turn the ingot into a wafer, make nWUfA there, attach electrodes, measure the C-V characteristics, and calculate the pinch-off voltage Vp.
I asked for

本発明の方法を適用したGaAs単結晶は、まず冷却に
ついて、450℃〜550℃まで冷却した。これはLE
C装置の中で行なう。冷却中の結晶の温度は上下でかな
り値が異なるが、冷却ゾーンを囲むように断熱筒を設け
るか、アフターヒーティング用のヒータを用いれば、上
下方向の温げ差を少なくできる。
The GaAs single crystal to which the method of the present invention was applied was first cooled to 450°C to 550°C. This is LE
This is done in the C device. The temperature of the crystal during cooling differs considerably between the top and bottom, but the difference in temperature between the top and bottom can be reduced by providing an insulating tube surrounding the cooling zone or by using an after-heating heater.

7つのインゴットをTh 1.〜阻7.とする。Th 7 ingots 1. ~Suppression 7. shall be.

(1) NIIL 1と11h2は700℃で 6時間
アニーリング(2) Fkx 8と阻4は700℃で1
2時間アニーリング(3)1虹5とl!lL6は800
℃で 6時間アニーリング(4)lh7は800°Cで
12時間アニーリングというように温度と時間を設定し
た。これはLEC装置で行うのであるから、結晶を引上
げて冷却する位置、またはそれよυ上に、別のアニーリ
ング用ヒータを設けて、これによって結晶を加熱する。
(1) NIIL 1 and 11h2 were annealed at 700℃ for 6 hours (2) Fkx 8 and 11h2 were annealed at 700℃ for 1
2 hours annealing (3) 1 rainbow 5 and l! lL6 is 800
Annealing at 800°C for 6 hours (4) lh7 was annealed at 800°C for 12 hours. Since this is carried out using an LEC device, another annealing heater is provided at the position where the crystal is pulled up and cooled, or above it, and the crystal is heated by this.

これは前記のアフターヒータと兼用できる。この場合、
結晶は上下に長いが、上下の温度が同一になるように、
ヒータの長さ、位置或は飲を設定する。
This can also be used as the above-mentioned after-heater. in this case,
The crystal is long vertically, but so that the temperature at the top and bottom is the same,
Set the length, position, or height of the heater.

このような熱処理をした7木のインゴットと、熱処理を
していない他の7木のインゴットについてピンチオフ電
圧vpを測定する。これを測定する手順は公知であって
、全て同じ手順である。
The pinch-off voltage vp is measured for the 7-wood ingot that has been heat-treated in this way and the other 7-wood ingots that have not been heat-treated. The procedure for measuring this is well known and all procedures are the same.

インゴットをLEC装置から、取り出す。フロント部で
1枚、パック部で1枚をサンプルとして取り出す。イン
ゴットは全て直径が55m(55±3朋)で、長さは約
50Mである。フロント部のサンプルは結晶の上端から
10wItの位置で切り出している。パック部のサンプ
ルは上端から40朋(下端から10請の位置)で切り出
している。
Take out the ingot from the LEC device. Take out one sample from the front section and one sample from the pack section. All ingots have a diameter of 55 m (55±3 h) and a length of approximately 50 m. The front sample was cut out at a position 10wIt from the top of the crystal. A sample of the pack part was cut out at 40 mm from the top edge (10 mm from the bottom edge).

スライスしたクエかは、通常の処理を施し、ミラークエ
ハとす−る。すなわち、ベベリング、エツチング、ラッ
ピング、エツチング、ポリッシングの工程を経て鏡面と
する。
The sliced kuehaya is subjected to normal processing to become a mirror kuehaya. That is, it is made into a mirror surface through the processes of beveling, etching, wrapping, etching, and polishing.

このクエハは半絶縁性であるが、Siイオンを180K
eVで加速し、8 x 1012cm−2の密度でイオ
ン注入し、n型層を形成した。
This quefer is semi-insulating, but Si ions can be heated at 180K.
Ions were implanted at a density of 8 x 1012 cm-2 at an acceleration of eV to form an n-type layer.

さらに、SiO□膜をCVD法により、2000〜30
0o^付着させ、窒素雰囲気中で820°Cl2O分の
アニールを行った。これは、注入不純物の活性化と、格
子構造を回復するためである。イオン注入後必ず行われ
るものであって、インゴットアニールのように、電気的
特性のバラツキを減少させるものではなく、時間も短い
Furthermore, the SiO□ film was deposited with a
0°C was deposited, and annealing was performed at 820°C for Cl2O in a nitrogen atmosphere. This is to activate the implanted impurities and restore the lattice structure. This is always performed after ion implantation, and unlike ingot annealing, it does not reduce variations in electrical characteristics and takes a short time.

この後5i02膜を除去する。金を蒸着し、直径200
μmφのショトキ−電極を動作層の上に多数形成した。
After this, the 5i02 film is removed. Deposited gold, diameter 200
A large number of Schottky electrodes of μmφ were formed on the active layer.

この電極を用いて、C−■測定を行った。第2図に示す
ようなC−7曲線が得られる。CのVに対する勾配が大
きくなる電圧Vpをピンチオフ電圧V、としだ。
Using this electrode, C-■ measurement was performed. A C-7 curve as shown in FIG. 2 is obtained. The voltage Vp at which the slope of C with respect to V becomes large is defined as the pinch-off voltage V.

このようなデータはウェハ上の多くの点について求めた
。この電圧の平均値を、このウェハのピンチオフ電圧V
pとする。
Such data was obtained for many points on the wafer. The average value of this voltage is the pinch-off voltage V of this wafer.
Let it be p.

7つのインゴットについてフロント部(S)とバンク部
(1)のウェハを切り出している。このピンチオフ電圧
のウェハ上での平均値を第1図(a)に示す。
Wafers of the front part (S) and the bank part (1) are cut out from seven ingots. The average value of this pinch-off voltage on the wafer is shown in FIG. 1(a).

横軸はクエハ阻である。Sはフロント、Tはバンクより
取ったウェハに対応している。縦軸はピンチオフ電圧V
pである。第1図(a)は本発明による冷却、アニール
処理を受けたインゴットから取ったウェハに対するピン
チオフ電圧の平均値を白丸で示している。簡単に対応関
係を示すため、その直下にアニーリング温度、アニーリ
ング時間を記した。ピンチオフ電圧は−41〜−5,4
vの間にある。
The horizontal axis is Kueha-Ki. S corresponds to the wafer taken from the front, and T corresponds to the wafer taken from the bank. The vertical axis is the pinch-off voltage V
It is p. FIG. 1(a) shows the average value of the pinch-off voltage for wafers taken from ingots that have undergone the cooling and annealing process according to the present invention as white circles. In order to easily show the correspondence, the annealing temperature and annealing time are written directly below it. Pinch-off voltage is -41 to -5,4
It is between v.

比較のために、本発明の方法を適用しなかった7つのイ
ンゴット阻8〜阻14についても同様にミラーウェハに
し、Siをドープして動作層を作り、ピンチオフ電圧を
測定した。
For comparison, seven ingots No. 8 to No. 14 to which the method of the present invention was not applied were similarly made into mirror wafers, doped with Si to form active layers, and the pinch-off voltages were measured.

この結果を第1図(b)に示している。Sはフロント、
Tはパンクから切シ出したウェハである。同様に、ウェ
ハにおける多数の測定点でピンチオフ電圧Vpを測定し
、この平均値を求めている。これを黒丸で示しているが
、ピンチオフ電圧は−3,8v〜−6,48Vの間にあ
る。
The results are shown in FIG. 1(b). S is for front;
T is the wafer cut out from the puncture. Similarly, the pinch-off voltage Vp is measured at a large number of measurement points on the wafer, and the average value is calculated. This is shown by a black circle, and the pinch-off voltage is between -3.8V and -6.48V.

本発明の方法によって改良されたインゴットから作られ
たn層のピンチオフ電圧V9の方が、バラツキが少ない
という事が分る。
It can be seen that the pinch-off voltage V9 of the n-layer made from the ingot improved by the method of the present invention has less variation.

Ml 1.、lk 5.、+4a 6.などから、vp
のフロントとバックの差が減る、という傾向が明らかに
なる。
Ml 1. , lk 5. , +4a 6. From etc., vp
It becomes clear that the difference between the front and back of the image is decreasing.

もつと驚くべきことは、インゴット間のVpの差が小さ
くなる、という事である。
What is surprising is that the difference in Vp between ingots becomes smaller.

本発明の方法を適用しなかった阻9と磁11とでは、約
2.6vのピンチオフ電圧の差がある。これに対し、本
発明を適用したものの中では、亀2と阻7で最大の差が
あるが、それでも1.3vにすぎない。
There is a difference in pinch-off voltage of about 2.6 V between the magnet 9 and the magnet 11 to which the method of the present invention was not applied. On the other hand, among those to which the present invention is applied, the largest difference is between Kame 2 and Kame 7, but it is still only 1.3V.

Φ)効 果 (1)  インゴットの軸方向に電気的特性の一様な単
結晶を作る事ができる。
Φ) Effects (1) A single crystal with uniform electrical properties can be created in the axial direction of the ingot.

(2)異なるインゴット間で、電気的特性がほぼ一様に
なるようにする事ができる。インゴット対インゴットで
電気的特性が安定するので、再現性よ(FET基板材料
を作ることができる。
(2) Electrical characteristics can be made substantially uniform between different ingots. Since the electrical characteristics are stable from ingot to ingot, it is possible to make FET substrate materials with good reproducibility.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図(a)は本発明の方法で作ったCrドープ。 GaAsインゴットのフロント部(S)、パック部(1
)に於けるピンチオフ電圧の平均値を白丸で記した図。 インゴットは7本あって、N11.〜隘7.の番号を附
した。下にアニーリング条件を記しである。 第1図(b)は従来法で作った7本のCrドープGaA
sインゴットのフロント部(S)、パック部(1)に於
けるピンチオフ電圧の平均値を黒丸で示した図である。 インゴットには隘8〜阻14の番号を附した。 第2図はC−7曲線からピンチオフ電圧Vpを求める方
法を説明するグラフ。 発明者  横用正道 西根士部 松本相欠 森下博史 藤  1) 慶一部 特許出願人  住友電気工業株式会社 第1 (a) (v)          本発明によるもの(b) 4北1
FIG. 1(a) shows a Cr-doped film made by the method of the present invention. Front part (S) and pack part (1) of GaAs ingot
) The average value of the pinch-off voltage at ) is marked with a white circle. There are 7 ingots, N11. ~Number 7. numbered. The annealing conditions are listed below. Figure 1(b) shows seven Cr-doped GaA films made using the conventional method.
It is a diagram showing the average value of the pinch-off voltage in the front part (S) and the pack part (1) of the S ingot with black circles. The ingots were numbered 8 to 14. FIG. 2 is a graph illustrating a method for determining the pinch-off voltage Vp from the C-7 curve. Inventor Masamichi Yokoyo Nishine Shibe Matsumoto Aikachi Hiroshi Morishita 1) Keiichi Part Patent Applicant Sumitomo Electric Industries, Ltd. No. 1 (a) (v) According to the present invention (b) 4 Kita 1

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 結晶成長後の化合物半導体単結晶インゴットを結晶成長
装置内に於てその融点よりも600℃〜900℃低い温
度に冷却し、この後不活性ガス雰囲気中あるいは真空中
で700℃〜1000℃の温度範囲に於て6時間以上6
0時間以下熱処理することを特徴とする均一な特性を有
する化合物半導体単結晶の製造方法。
After crystal growth, the compound semiconductor single crystal ingot is cooled in a crystal growth apparatus to a temperature 600 to 900 degrees Celsius lower than its melting point, and then cooled to a temperature of 700 to 1000 degrees Celsius in an inert gas atmosphere or in vacuum. 6 hours or more in the range 6
1. A method for producing a compound semiconductor single crystal having uniform characteristics, the method comprising heat-treating for 0 hours or less.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6445126A (en) * 1987-08-13 1989-02-17 Furukawa Electric Co Ltd Manufacture of gaas compound semiconductor substrate
JPH01239088A (en) * 1988-03-16 1989-09-25 Nippon Mining Co Ltd Production of compound semiconductor single crystal
JPH03193699A (en) * 1989-12-21 1991-08-23 Sumitomo Metal Mining Co Ltd Pretreating for cutting out wafer of gallium phosphide single crystal

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JPH03193699A (en) * 1989-12-21 1991-08-23 Sumitomo Metal Mining Co Ltd Pretreating for cutting out wafer of gallium phosphide single crystal

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