JPS6186492A - 結晶引上方法 - 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】 産業上の利用分野 本発明はチョクラルスキー法にて単結晶引上げを行うに
際し、均一な混晶組成あるいは均一な不純物濃度の単結
晶インゴットを得る方法に関する。

従来技術 化合物半導体単結晶は従来ＬＥＣ法（ＬｉｑｕｉｄＥｒ
＋ｃａｐｓｕｌａＬｅｄ　Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ　：
液体封止加圧引上げ）を用いて引−ヒげることか一般に
行なわれている。

結晶引上げは良質な単結晶を得る為にメルトを充分に撹
拌し、ゆっくりと成長させている。

その際結晶内に入れる為にメルトに添加された不純物は
、メルトから結晶へ析出する際の偏析係数が１．！：ｆ
ｆなる為に、結晶が成長するに従って、偏析係数が１よ
り小さい場合はメルト内に濃縮され、逆に１より大きい
場合は結晶内に取り込まれる方が多くメルト内では個渇
し、結晶が成長するにつれメルト中の不純物濃度は大き
く変化する。そのｈ′１果成長結晶内の不純物濃度は大
きく変化し、均一な不純物濃度の単結晶は得られなくな
る。また、混晶結晶では均一組成の単結晶は得られない
。

発明が解決しようとする問題点 単結晶を引上げるに際し、偏析係数の違いによるメルト
内の組成変化に対して何も対策を講じていない場合には
、引上げ単結晶の組成が変動するのは当然である。これ
を防止するために通常利用しているルツボ内に対流抑制
板を用いる方法（例へば、特開昭５６−１１４８９４、
特開昭５７−１０６５９７公報参照）の場合でも、抑制
板を固定、若しくはルツボ外から機械的に動かす為に、
抑制板上の引上げメルトＴｄを少量でしかも一定早化す
ることが出来ないことと、対流抑制板の主たる１」的が
温度変動を抑制する為であり、孔の大きさが大きく、抑
制板を通しての多ｈ１．のメルトの出入りがあり、結晶
育成が進むにつれ抑制板より下のメルトの組成が結果と
して大幅に変動し、抑制板」−のメルト組成もそれにつ
れて変動し、均質なＭ４成の単結晶は得られなくなる。

問題点を解決するための手段 本発明は上記の事情に鑑み、上記の欠点をすべて解消し
た均一組成の単結晶を引上げる方法を提供するものであ
る。

その要旨はチョクラルスキー法にて結晶を引上げるに際
して小丘げメルト上に容器を浮ベニ屯容器としてメルト
の移動を制限し、浮遊容器の底に設けた孔から少しづつ
流入してきたメルトより結晶を引上げることにより、メ
ルト組成の変化を無視し得る範囲に抑制し、実質的に均
一な組成の結晶を得るものである。

作　　　　　用 即ち、結晶成長開始後には構成元素又は不純物の偏析係
数がｌと異なる為に、成長した結晶内のＡＩ成は時１１
１１的に変化の無い一定組成と異なる。結晶成長が進む
につれてメルト中の元素は偏析係数に応じてｌより小さ
いものは濃縮し１より大きいものは涸渇していくが、メ
ルト中に容器を浮かべ該浮遊容器の底部に小孔をあけて
おくと、浮遊容器底より流入してくるメルトの組成は常
に一定であるが為に通常、成長開始から浮遊容器容量の
３倍の体積分の結晶が成長したときには浮遊容器内メル
ト組成は１質的に偏析無しの一定組成となり、その結実
質量保存の法則により、浮遊容器外へ出ていくメルト、
即ち成長結晶の組成は浮遊容器底より流入してくるメル
トの組成と等しくなるものである。

従って成長結晶の大部分は、最初に構成したメルトの組
成に等しくなる。このことは結晶組成或いは、不純物濃
度を偏析係数に関係なくルツボ内に最初に投入する原料
の秤量値で決定出来ることを、α味している。このとき
に大・１１なことは、！７＆容器構造をとっていること
により浮遊容器内のメル）　：ＩＸ、は、何らの操作を
加えることなく、畠に一定着となることである。

また浮遊容器底の孔を充分小さくすることにより、孔を
通してのメルトの移動を浮遊容器内への流入だけに限り
、浮遊容器外メルトの組成を畠に一定（最初に秤・”１
′Ｌシた組成）に保つことである。

ｒ’！Ｍｔ容器を構成する材料としてはメルトと反応し
ないものであればよ〈１例えばｍ−ｖ族結晶引上げの場
合、容器材料としてはメルトよりも比重の軽いカーボン
、窒化　素、窒化珪素、炭化珪素を用いればよい、また
、メルトと反応しなければ比重の屯い金属、　ＴＡ、　
ｌｒ等でもよくその場合は身請にし１７カを持たせてメ
ルトに浮へる構造とする。

＋′ｙ、Ｍ容器底の孔の作り方は充分に注意を要する点
で、結晶引上げ時にはルツボ回転、結晶回転等に起因す
る様々な１１を動があること、またメルト内の対流に起
因して、孔にはメルトの押し込み、吸引の力が働くので
、孔を複数個設けた場合、一方から流入し、他方から流
出するということになり易い。

浮遊容器内のメルト組成は浮遊容器外のメルト組成と大
きく異なっている場合が殆んどなので、一定組成の結晶
を引上げるには流入メルトは速やかに拡散させる必要が
あり、その為には小孔を複数個設けることが好ましい、
その場合にはメルト内の対流を考慮し、押し込み、吸引
に関し等しい圧力の位置に小孔を配置する。また、対流
が生じないようにメルト内温度分布が均一であればそれ
に越したことはないし、小孔を中心部にｌコだけ配置し
てもよいが、その場合には拡散が充分なされてから結晶
に達するよう浮遊容器内メルトの深さを比較的深くする
必要がある。

小孔は径を出来るだけ細くｌｌｌ１１φ以下程度にし、
ｋざを１ｍｌ以１−出来る丈長くすることが適昌であり
　その向き等はルツボ回転、結晶回転による遠心力の影
響を受けないようにする必要がある。

孔をあける代りに空隙率の大きい多孔板を用いても良い
。

）γ遊容器の容積に関しては、結晶組成のズレを最終組
成の±１０％以内に納めるには実用的には全メルト量の
１〜２０％とすることが必要である。

浮遊容器の容積が小さい方が最終組成に速く近付くが、
引上げに関与するメルト星が小さ過ぎると僅かな温度変
動で浮遊容器内メルトが全部固化する等の困難を生じる
ので、全メルトｉの５％前後が最適である。

結晶引上げに際しては構成元素の偏析により、浮遊容器
内の引上げメルトの融点は原料メルトの融点と異なって
くる０通常は浮遊容器内の引上げメルトの融点の方が浮
遊容器外の原料メルトの融点よりも低下するので浮遊容
器外の原料メルトの温度を一定に保ったまま、浮遊容器
内の引上げメルＩ・の温度を組成に応じた融点が必要で
ある。

次に実施例をあげて本発明の詳細な説明する。

実施例 第１図は未発ＩＪ１の実施に用いた結晶引上ＡＡ置の概
要を示す断面因である３図において原料メルト８は黒鉛
サセプター３に内装された石英ルツボ４内に保持されて
おり、原料メルト８の表面には本発明の特徴である浮遊
容器ｌＯが浮べである。浮が容器ｌＯの内部は容器底部
の小孔１１から流入してきた引−Ｌげメルト９で満たさ
れており。

その上部を封止剤（Ｂ２０３　）７の溶液で覆っている
。引上単結晶１２は種結晶１３をもとに、引上メルト９
から引上げる。メルト８および９はヒーター２によって
所定の温度に保ち、メルト内の組成および編成分布を均
一にするため、ルツボ回転軸５と結晶回転軸６を使用し
て回転させながら引上げる。ヒーター２は分割構造とし
メルト８と引上げメルト９上部温度を独立してコントロ
ールできるようにしである。

第１図の引上装置を使用し直径２インチのシリコ／（Ｓ
　ｉ）をドープしたＧａＡｓ単結晶を引上げた。原料メ
ルトはＧａＡｓメタル２に、に対しＳｌを０．０５ｇ添
加したものを使用した。浮遊容器は窒化珪讃（Ｓｉ２Ｎ
）製のものを使用し、内容積は３０　ｃ　ｍ’、底部の
小孔は直径１ｍｍ、長さ５ｍａｔのものを容器底の中央
に１個設けたものを使用した。

その他の引上条件は通常のＧａＡ　ｓ単結晶のＬＥＣ法
に従って引上げた。得られたＧａＡｓ単結晶について不
純物ドナー濃度を測定した。この結果を第２図に曲線Ａ
で示す。

また、比較のため浮遊容器を使用せずにＳｉを０．４ｇ
添加して原料メルト８から直接引上げた従来法による単
結晶の不純物トナー濃度のプロファイルを第２図曲線Ｂ
で示す。

第２図曲線Ａから明らかなように本発明による場合は結
晶が浮遊容器の容積の約３倍の体積である９　０　ｃ　
ｍ’成長した後は、不純物ドナー濃度は１ＸｌＯｃｍ　
　±１０％の範囲内に納まっており、実質的に均一な不
純物分布を有する単結晶ということができる。

−・方、従来法の場合は第２図曲線Ｂに示されるとおり
、結晶のＴｏｐ部で不純物ドナー濃度は約ＳＸＩＯｃ層
　であるのに対し、結晶のＢｏｔｔｏｍに向うに従って
単調増加し、メルトの約８′ＥＡの量を引上げた時点で
は約２　Ｘ　１０１１０１８ａとなり、　Ｂａｔｔｏｍ
テは１０　　ｃ＋ｓ　　を越えたものとなっている。

発明の効果 このように従来法では成長結晶の不純物濃度が一定でな
いため、半導体ディバイスを作成した場合に特性を一定
に維持することは困難であるが、本発明によれば浮遊容
器内の引上げメルトの容積を、引上単結晶の＾、１部体
積のは（＋／３になるよう選択すれば、１゛１を結晶の
直胴部体積全体にわたってはＣ均一な不純物濃度分布を
有する結晶を得ることが１ｆ（能となり、この単結晶を
使用した半導体ディバイスの品質安定化に寄与するとこ
ろはきわめて大きい。

なお、　＋ｉｉｉ記実施例では不純物濃度分布について
示したが本発明を混晶組成の結晶について適用すれば　
均一組成の結晶を得ることかでざる。

４１図面のｉ！ｉ　；’Ｉｔ説明 第１図は本発明に使用する装置６の一例を示す説明図、
第２図は結晶中のドナー濃度分布を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）チョクラルスキー法にて結晶を引上げるに際し、底
   部に小孔を有する浮遊容器によって引上げメルトを区分
   けし、浮遊容器内のメルトから結晶を引上げることを特
   徴とする結晶引上方法。 ２）浮遊容器内のメルト容積が全メルト容積の１〜２０
   ％であることを特徴とする特許請求範囲第１項記載の結
   晶引上方法。