JPS62182189A - 半導体単結晶の製造方法およびその装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体単結晶の製造方法およびその装置に関し
、特に、８１．　　Ｇｅ、　　ＧａムＢ　Ｇａｐ、　　
ＩｎＰ等の半導体単結晶を引上げるときく不純物元素の
濃度分布を均一にする半導体単結晶の製造方法およびそ
の装置に関する。

（従来の技術） 特性のよ込デバイスを高い歩留りで生産するためには、
それに用いられる半導体単結晶が、極めて均一な不純物
濃度分布をもつもので危ければならない。引上げ法にお
いては、原料融液への磁場の印加が対流の抑制効果をも
たらし、原料融液の温度変動、濃度変動を抑制する。そ
のために不純物濃度の均一な単結晶を育成することがで
きると考えられておシ、例えば、第１０図および第１１
図に示したように、炉体外周にマグネットを設置し、原
料融液にほぼ一様な磁場を印加して単結晶の引上げを行
なっていた。

第１０図の半導体単結晶の製造装置では、炉体１に上軸
２と下軸３が回軸昇降自在に設けられており上軸２の下
軸に種結晶を取付け、下軸３の上端にす曳ブタ７とるつ
ぼ８を取付ける。るつぼ８には原料融液９が入れられて
おり、その表面は液体の封止剤１０でおおっている０る
つぼ８の周囲にヒータ１７を設けて原料を溶融する。炉
体１の外側に設けた空心ソレノイドコイル１５は原料融
液９にほぼ一様な磁場を印加し、融液の対流を抑制して
いる。単結晶の育成は、種結晶６を原料融液９に浸した
後、徐々に回転しながら引上げることにより単結晶１１
を製造する。第１１図は第１０図の空心ソレノイド１５
の代りに鉄心ソレノイド１６を採用したもので他に変更
はない。

これらの従来法では、原料融液に対してほぼ一様な磁場
を印加するため、原料融液全体にわたって対流が抑制さ
れ、対流にともなう不純物濃度の変動を小さくすること
ができたｏしかし、対流が融液全体にわたって抑制され
るために熱の応答性が悪くなり、制御性も悪くなる。ま
た、対流による攪拌効果が得られないために、原料融液
中の不純物４度が均一にならず、得られる結晶は局所的
に不純物濃度の異なる不均一なものであった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は従来の、一様に磁場を印加する半導体単結晶の
製造方法およびその装置の欠点を解消し、対流の抑制効
果を融液の中心付近に限定することにより熱の応答性を
向上させ、原料融液の不純物濃度を均一にし、結晶全体
にわたって均一な不純物濃度分布を有する半導体結晶の
製造方法およびその装置を提供しようとするものである
。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、 （り　　原料融液に磁界を印加しながら単結晶を引上げ
る半導体単結晶の製造方法において、原料融液の中心付
近に集中的に磁場を印加することを特徴とする半導体単
結晶の製造方法。

（２）　　炉内に、原料融液を収容するるつぼと、るつ
ぼの周囲に配置するヒータと、るつぼを支持する下軸と
、単結晶を引上げる上軸とを計け、炉外に、上軸、下軸
を回軸・昇降させる装置を設けた半導体単結晶の製造装
置において、前記上軸及び下軸を磁性体とするか上軸、
下軸の周囲に磁性体を配置するなど、原料融液の中心付
近に磁場が集中するように磁性体を配置することを特徴
とする半導体単結晶の製造装置である。

第１図およびｆａ２図は本発明の実施の態様を示す図で
あり、磁場の印加手段を除いて上記の第１０図、＠１１
図と変るところがない〇−第１図は上軸２および下軸３
を強磁性体で構成し炉体１の外側忙伸びる各軸の周囲に
ソレノイドコイル４および５を配置し、これに電流を、
Ｒすことにより各軸を磁化して原料健液９の中心付近に
垂直に集中的に磁場を印加する。このような状態で、上
軸２の先端に取付けた種結晶６を原料−液９に浸した後
、回転させながら徐々に引上げることにより単結晶１１
を成長させる０ 第２図は、上ｌ１ｌ１２および下ｆｌａｉｌ　３に非磁
性体を用い、その周囲に別に磁性体１２および１３を配
置して、第１図と同様に炉外のソレノイド４および５に
通電し原料融液９の中心付近に集中的に磁場を印加する
。

なお、磁極として用いる磁性体は熱の影響を避けるため
に、水冷などにより冷却することが好オし−０ （作用） このように、磁場は原料融液９の中心付近に集中的に印
加される０そのため、原料融液中では、第３図に示した
ような逆Ｕ字形の磁場分布になっている。従って磁場に
よる対流の抑制効果は、融液の中心付近で強く周辺で弱
くなっており融液中心では対流がかなり強く抑えられて
いるが、周辺部、すなわちるつぼ付近では、自然対流、
あるいはるつぼの回転等による強制対流により、融液は
かなりよ＜　４’？拌されている。

第５図に原料融液の温度変化を測定した結果を示す。第
４図は第５図の測定点を示したもので、融液の中心付近
では温度変動が極めてわずかであるのに対し、周辺部で
の温度変動は大きい。これは対流の抑制効果が中心付近
で強いことを示している。

以上のような作用があるため、本発明の方法では、従来
の磁場を融液全体にわたって印加する方法に比べて、熱
の応答性が良く、制御性が非常に良い。また、固液界面
近傍では、対流が抑えられているため不純物４度の微小
な変動が抑えられる。しかも周辺部での攪拌効果により
原料融液中の不純物７５度が均一化され、従来の方法で
育成された結晶に見られるような、局所的な不純物横変
の不均一性はみられず、全体くわたって極めて不純物濃
度の均一な単結晶が得られる。

（実施例） 第１図に示す装置を用いて、ＳｌをドープしたＱａＡθ
単結晶の引上げを実施した。６インチ径のＰＢＮるつぼ
８内に、アンドープｏａａｓ多結晶４０００ｇを入れ、
１１ナイ／の高純度８１１、２６１を添加した。これに
より育成されたＧａＡ３１　　単結晶には４４　ｗｔ　
ｐｐｍの８１がドープされる最後に封止剤としてＢ、０
，８００１を加えた０単結晶の引上げは、３０００ガウ
スの磁場を原料融液７中心に印加し、１０気圧のアルゴ
ンガス中で引上速度ｊ　Ｏｗ　／　ｈｏｕｒ　　で行な
った０引上げ中磁場の強度は一定に保たれた。

以上のような条件で引上げを行なった結果、直径３イン
チ、重さ２．４　ｋｇのＧａム８　単結晶が得られた。

その単結晶について引上げ方向＜１００）とそれに垂直
な方向＜１１０）、　＜０１１）のキャリア４度分布を
調べた。第６図および第７図にその結果を示す。第６図
および第７図には、その他に、従来の方法により原料融
液液面ＶＣ垂直に５０００ガウスの磁場を印加して引上
げられた単結晶について、キャリア濃度分布を示した０ 従来の方法によシ引上げられた単結晶のキャリア１度分
布は、引上げ方向、それに垂直な方向でいずれも局所的
な４度のばらつきをもっているのに対し、本発明の方法
によシ引上げられた単結晶のキャリア濃度分布は、きわ
めて均一である。

第８図は原料融液９周辺の拡大図であり、図中の点１４
は、るつぼの回転軸上で、原料融液液面下５ｆｉの測定
位置を示している。

第９図は、本発明の方法および従来の方法により磁場を
印加しヒータ一温度を変化させた場合の測定点１４の位
置での原料融液の温度変化を示した。測定は結晶成長開
始前に熱電対を用いて行なった。また比較検車する念め
Ｋるつぼ底の温度変化を示した。

るつぼ底の温度変化に対する点１４の位置での原料融液
の温度変化は、従来方法よりも本発明の方法により磁場
を印加したものの方がはるかによい応答を示している。

従って本発明の方法により磁場を印加したものの方が従
来の方法よりもはるか圧制御性が良く、極めて精度良く
しかも再現性良く形状の制御を行なうことができること
を示している。

（発明の効果） 本発明は上記の構成を採用することによシ、単結晶育成
の制御性が大巾に改善され、高い精度で再現性の優れた
形状制御が可能とな９１．結晶全体にわたって極めて均
一なキャリア濃度分布を有する半導体単結晶を裏込歩留
りで渠造することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の実施例である単結晶製造装
置の正面断面図、第３図は第１図の装置を用いて磁場を
印加した時の、原料融液中の半径方向の磁場分布９、第
５図は同じく原料融液の温度の時間＼１ヒを示した図、
第４図は第５図の温度検出の測定点を示した図、第６図
は本発明および従来法によゆ製造された単結晶の引上げ
方向（１００）のキャリア濃度分布図、第７図は同じく
単結晶の半径方向く１１０〉。 く０１１〉のキャリア濃度分布図、第９図は本発明及び
従来法により磁場を印加し、ヒータ温度を変化させて熱
の応答性を調べるために原料融液の温度変化を示した図
、第８図は第９図の温度検出の測定点を示した図、第１
０図及び第１１図は従来の磁場印加法を採用した単結晶
型造装置の正面断面図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）原料融液に磁界を印加しながら単結晶を引上げる
   半導体単結晶の製造方法において、原料融液の中心付近
   に集中的に磁場を印加することを特徴とする半導体単結
   晶の製造方法。
2. （２）炉内に、原料融液を収容するるつぼと、るつぼの
   周囲に配置するヒータと、るつぼを支持する下軸と、単
   結晶を引上げる上軸とを計け、炉外に、上軸、下軸を回
   軸・昇降させる装置を設けた半導体単結晶の製造装置に
   おいて、前記上軸及び下軸を磁性体とするか、上軸、下
   軸の周囲に磁性体を配置するなど、原料融液の中心付近
   に磁場が集中するように磁性体を配置することを特徴と
   する半導体単結晶の製造装置。