JPS6317289A - 半導体単結晶の製造方法 - 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、８１　、　Ｇｅ　、　ＧａＡａ　、　ＧａＰ
　、工ｎｐ等の半導体単結晶の製造方法に関し、特に、
単結晶中にＥ１１＋　８　、　Ｚｎ　、Ｉｎ、Ｓｂ等の
不純物を均一に分布させた単結晶を製造する方法に関す
る。

〔従来の技術〕

半導体単結晶の製造方法としては、帯域溶融法、ブリッ
ジマン法、引上法等がある。この中で引上法は高純度で
大口径の単結晶を得易いところから、現在最も広く採用
されている。

引上法はヒーターあるいは高周波コイルによって加熱溶
融された原料融液から単結晶を引上げる方法である。原
料は高温に加熱して溶融されるため、原料融液中には激
しい対流が起こ夛、結晶成長界面における温度変動も大
きい。この欠点を解決するために原料融液に磁場を印加
する磁場印加引上法の技術が開発された。この方法は、
例えば第２因に示すような空心ソレノイドコイル型マグ
ネット１０、あるいは第３図に示すような対極鉄心ソレ
ノイドコイル型マグネット１１を設置した引上装置を用
い、原料融液に１０００〜２０００ガウスの磁場を印加
し、単結晶の引上げを行なった。図中、炉体１の中央に
下軸３に支持されたサセプタ５の中のるつぼ６には原料
融液７と液体封止剤８が収容されておシ、ヒーター１５
及びマグネット１０又は１１によシ所定温度に加熱され
る。上軸２の先端に取付けた種結晶４を原料融液７に浸
した後回転しながら徐々に単結晶を引上げた。

その結果、融液の対流が抑制され、成長界面の温度変動
に伴う不純物の不均一分布を減少させることができた。

また、不純物の実効偏析係数ｋｅｆｆが１に近付くため
に、成長軸方向についても不純物濃度を均一にする効果
があることが判明した。

しかし、上記の方法では原料融液に印加する磁界の強さ
は１０００〜２０００ガウスであり、磁場による対流抑
制の効果は十分でなく、融液中に、かなりの温度変動が
残っていた。その結果、成長界面の温度変動により、不
純物を均一にする効果は十分と言えるものではなかった
。

また、不純物の実効偏析係数ｋｅｆｔを１に近付ける効
果も必ずしも犬きくないので、成長軸方向についても、
不純物濃度にかなりの変化を残していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、従来の磁場印加引上法の欠点を解消し、結晶
成長界面の温度変動を実質的になくし、不純物の実効偏
析係数ｋｅｆｆを１に近付けるようにした半導体単結晶
の製造方法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、原料融液に５０００ガウス以上の磁場を印加
しながら、均一な不純物濃度分布を有する半導体単結晶
を製造する方法である。

第１図に本発明を実施するための概略図を示す。炉体１
内は前記した第２図及び第３図と構成が同じであるから
、説明を省略する。炉体の外側には例えば超電導マグネ
ット等の５０００ガウス以上の磁場の印加手段を付設す
る。

〔作用〕

原料融液の対流は融液の粘性に関係しており、粘性が高
い程対流が起こりにくい。半導体単結晶の原料融液の粘
性係数は印加した磁場の強さの２乗に比例して増大する
。従って印加する磁場の強さが大きい程、融液の対流は
起こシにくく、その結果、固液界面における温度変動を
小さくすることができる。

第４図は６インチるつぼに深さ約４．までＧａＡｓ　融
液を満し、磁場を印加して、るつぼの中央で深さ５瓢の
位置の温度変動を磁場の強さに対応させたグラフである
。融液中の温度変動の振幅は１０００ガウス付近から徐
々に減少しているが、低磁場では減少の度合が緩るやか
であるが、４０００〜５０００ガウスにかけて、急激に
減少し、５０００ガウス以上ではほぼ一定となっている
。これは、対流の抑制効果が４０００〜５０００ガウス
で急に大きくなり、５０００ガウスでほぼ飽和に達した
ことを示している。

第５図はＧａＡｓ中の８１の実効偏析係数と印加磁場の
強さを対比したグラフでちる。Ｓｌの実効偏析係数も４
０００〜５０００ガウスでの変化が最も大きく、５００
０ガウス以上ではほぼ一定となっている。

〔実施例〕

第１図の磁場印加引上装置を用いてＳｌ　ドープのＧａ
Ａｓ単結晶の引上げを行なった。６インチ径のＰＢＮる
つぼにアンドープＧａＡｓ多結晶４０００９を入れ、１
１ナインの高純反日１を１、２５　を添加した。（これ
により、４４　Ｗｔｐｐｍの８１をドープしたＧａＡｓ
単結晶が得られる。）最後に封止剤ＢｖＯｓを８００を
加えた。

原料融液に超電導マグネットによって５０００ガウスの
磁場を印加し、１０気圧のアルゴンガス中で、引上げ速
度１０．／ｈで単結晶の引上げを行なった。

その結果、直径３インチ、重さ約２．４ユのＧａＡｓ単
結晶が得られた。

この単結晶について、成長軸方向＜００１＞およびそれ
に垂直な面内でのキャリア濃度分布を調べた。第６図は
、成長軸方向に垂直な面内におけるキャリア濃度分布を
示したものである。

（ａｌは磁場を印加しなかった場合、■）は２０００ガ
ウスの磁場を印加した場合、（Ｃ）は本発明の５０００
ガウスの磁場を印加した場合のキャリア濃度分布図であ
る。（ａｌ及び（′ｂ）が固液界面の温度変動によるキ
ャリア濃度の不均一性が顕著であるが、（Ｃ）では非常
に良い均一性が得られたことがわかる。

第７図には、成長軸方向のキャリア濃度分布を示した。

（ａｌは磁場を印加しなかった場合、（ｂ）は２０００
ガウスの磁場を印加した場合、（ｃｌは本発明の５００
０ガウスの磁場を印加した場合のキャリア濃度分布図で
ある。Ｓｌの実効偏析係数ｋｏｆｆ　＜　１であるため
、（ａｌ及び（′ｂ）では固化率？（最初の原料融液の
重量に対する結晶重量の割合）の増加にともないキャリ
ア濃度が上昇しているが、（Ｃ）では成長軸方向でも、
良い均一性が得られている。

〔発明の効果〕

本発明は上記構成を採用することによって、成長軸に垂
直な面内において均一なキャリア濃度分布を有する単結
晶の育成が可能となり、極めて安定した特性の高品質の
ウェハを得ることができた。また、成長軸方向のキャリ
ア濃度も非常に均一なために、目的とする単結晶の歩留
りが飛薗的に向上させることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明と実施するための引上装置の概略図、
第２図及び第３図は従来装置の概略図、第４図は磁場の
強さと融液中の温度変動の関係を示したグラフ、第５図
は磁場の強さとＧａＡｓ中の８１の実効偏析係数の関係
を示したグラフ、第６図（ａｌ　（ｂｌ　（ｃｌは結晶
成長軸に垂直な面内のキャリア濃度分布について、本発
明の実施例と従来法を対比したグラフ、第７図（ａｌ　
（ｂｌ　（ｃ）は結晶成長軸方向のキャリア濃度分布に
ついて、本発明の実施例と従来法を対比したグラフであ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 原料融液に磁場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、５０００ガウス以上の磁場
   を印加して、均一な不純物濃度分布を有する単結晶を引
   上げることを特徴とする半導体単結晶を製造する方法。