JPS6317295A - 単結晶育成方法 - Google Patents
単結晶育成方法Info
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- JPS6317295A JPS6317295A JP15871386A JP15871386A JPS6317295A JP S6317295 A JPS6317295 A JP S6317295A JP 15871386 A JP15871386 A JP 15871386A JP 15871386 A JP15871386 A JP 15871386A JP S6317295 A JPS6317295 A JP S6317295A
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Landscapes
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- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
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。
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育成方法に係り、特に液体カプセ
ル法において引上げ単結晶の直径自動制御（Ａ Ｄ Ｃ
）システムによる半導体単結晶の育成方法に関する。
ル法において引上げ単結晶の直径自動制御（Ａ Ｄ Ｃ
）システムによる半導体単結晶の育成方法に関する。
半導体単結晶特に化合物半導体、たとえばＧａＰ、Ｇａ
Ａｓ、 Ｉｎｐ等の単結晶を液体カプセル法により結
晶引上げ法で育成する場合、コンピューターを使用し、
取り込み重量信号を演算処理して成長結晶径値を算出し
予め設定した直径に対する偏差から結晶引上げ操作、た
とえばルツボ底の温度またはヒーター電力等を制御する
方法が一般に行なわれている。それらの事例は、たとえ
ば特開昭５８−１１０４８８号、特開昭５８−１１５０
８８号等に見ることができる。これらＡＤＣシステムの
採用により単結晶インゴット、の直径制御はかなりの精
度で達成可能となった。
Ａｓ、 Ｉｎｐ等の単結晶を液体カプセル法により結
晶引上げ法で育成する場合、コンピューターを使用し、
取り込み重量信号を演算処理して成長結晶径値を算出し
予め設定した直径に対する偏差から結晶引上げ操作、た
とえばルツボ底の温度またはヒーター電力等を制御する
方法が一般に行なわれている。それらの事例は、たとえ
ば特開昭５８−１１０４８８号、特開昭５８−１１５０
８８号等に見ることができる。これらＡＤＣシステムの
採用により単結晶インゴット、の直径制御はかなりの精
度で達成可能となった。
ところで、半導体基板を使用するに際しては転位密度の
低いものが要求される。結晶の低転位化をはかるには、
結晶中に不純物をドープする方法や、成長界面の温度勾
配を下げる等の方法が試みられている。ＬＥＣ法によっ
て成長させた単結晶中の転位は、種結晶から伝わる転位
と成長中の熱応力によって発生するすべり転位に大別さ
れる。
低いものが要求される。結晶の低転位化をはかるには、
結晶中に不純物をドープする方法や、成長界面の温度勾
配を下げる等の方法が試みられている。ＬＥＣ法によっ
て成長させた単結晶中の転位は、種結晶から伝わる転位
と成長中の熱応力によって発生するすべり転位に大別さ
れる。
結晶の直径が増大してくると外周部と内部との熱的条件
の差異が大きくなり、結晶の外周部から転位が発生し易
くなる。そこで低転位化をはかるためには固液界面近傍
の温度勾配を極力小さくすることが有効である。緩やか
な温度勾配を実現する手段としては（１）高圧容器内の
ヒーター構造や保温材の構造などを工夫する。（２）８
２０３層を厚くして成長界面での温度勾配を低くする。
の差異が大きくなり、結晶の外周部から転位が発生し易
くなる。そこで低転位化をはかるためには固液界面近傍
の温度勾配を極力小さくすることが有効である。緩やか
な温度勾配を実現する手段としては（１）高圧容器内の
ヒーター構造や保温材の構造などを工夫する。（２）８
２０３層を厚くして成長界面での温度勾配を低くする。
（３）雰囲気のガス圧を下げ対流によって結晶が冷やさ
れるのを防止する等の手段が採用されている。また、特
開昭５８−２０４８９７号公報にみられるように、ルツ
ボを上下に移動させて、成長界面を常にヒーター内の最
適位置に保つ試みもなされている。
れるのを防止する等の手段が採用されている。また、特
開昭５８−２０４８９７号公報にみられるように、ルツ
ボを上下に移動させて、成長界面を常にヒーター内の最
適位置に保つ試みもなされている。
ルツボ押上げ速度については、設定形状及び引上げ速度
から算出される融液表面のヒーターに対する相対位置を
一定化するように、プログラム制御を行なうことが一般
に行なわれている。しかしながら実際の結晶直径の設定
径からのズレにより、実際には融液表面の位置は一定に
はならない場合がほとんどである。そのために、結晶の
成長界面に対する熱環境は不安定になり、転位密度のイ
ンゴット間のバラツキの出る原因となっている。
から算出される融液表面のヒーターに対する相対位置を
一定化するように、プログラム制御を行なうことが一般
に行なわれている。しかしながら実際の結晶直径の設定
径からのズレにより、実際には融液表面の位置は一定に
はならない場合がほとんどである。そのために、結晶の
成長界面に対する熱環境は不安定になり、転位密度のイ
ンゴット間のバラツキの出る原因となっている。
本発明の目的は上記従来法の欠点を除去し、結晶引上げ
開始から終了までの全時間領域において融液表面、すな
わち成長界面のヒーターに対する相対位置を高精度にて
制御し、安定した転位密度分布を有し、かつ高精度に直
径制御された半導体単結晶育成方法を提供することにあ
る。
開始から終了までの全時間領域において融液表面、すな
わち成長界面のヒーターに対する相対位置を高精度にて
制御し、安定した転位密度分布を有し、かつ高精度に直
径制御された半導体単結晶育成方法を提供することにあ
る。
本発明の方・法に使用する装置の概要を図１に従って説
明する。
明する。
本発明者は先に引上げ結晶の直径制御目的を達成するた
め液体カプセル使用による結晶引上げ法において半導体
単結晶を製造するに際し、引上げ単結晶の時間当り重量
変化を連続的に検出する検出手段７、該重量変化から予
め設定した算式により引上げ単結晶の直径を求める演算
回路８、該演算により求めた結晶直径を予め設定した結
晶直径との偏差を算出する演算回路９および結晶引上げ
条件としてのヒータ一温度を制御する制御回路１０、ル
ツボ回転数を制御する制御回路１１および結晶引上げ速
度を制御する制御回路１２とを備え、前記時間当り重量
変化に基づき種子温度を決定したのち前記直径の偏差を
一定範囲内となるように引上げ条件を制御して所定形状
の単結晶引上げを行う方法を提案した（特願昭５９−１
５１２７７号参照）。
め液体カプセル使用による結晶引上げ法において半導体
単結晶を製造するに際し、引上げ単結晶の時間当り重量
変化を連続的に検出する検出手段７、該重量変化から予
め設定した算式により引上げ単結晶の直径を求める演算
回路８、該演算により求めた結晶直径を予め設定した結
晶直径との偏差を算出する演算回路９および結晶引上げ
条件としてのヒータ一温度を制御する制御回路１０、ル
ツボ回転数を制御する制御回路１１および結晶引上げ速
度を制御する制御回路１２とを備え、前記時間当り重量
変化に基づき種子温度を決定したのち前記直径の偏差を
一定範囲内となるように引上げ条件を制御して所定形状
の単結晶引上げを行う方法を提案した（特願昭５９−１
５１２７７号参照）。
本発明は、さらに前記重量変化からあらかじめ設定した
算式によりルツボ内の融液面低下速度を算出する演算回
路１３と、ルツボ押上げ速度制御回路１４を備え、該融
液面低下速度と同一速度でルツボを押上げることを特徴
とする半導体単結晶育成方法にある。
算式によりルツボ内の融液面低下速度を算出する演算回
路１３と、ルツボ押上げ速度制御回路１４を備え、該融
液面低下速度と同一速度でルツボを押上げることを特徴
とする半導体単結晶育成方法にある。
本発明における引上げ単結晶の時間当り重量変化は熱天
秤法等従来公知の重量法によって連続的に行われ、該時
間当り重量変化ΔＷが検出された場合、このΔＷ値にも
とづき引上げ結晶の直径り値を求める演算には次式が用
いられ、この演算式はコンピュータープログラムに組み
込まれて演算回路を構成する： ここにＫ ＝Ｄ ／（Ｄｃ−ＤＢ）Ｂ ΔＷ＝単位時間当りの結晶重量変化 Δ文＝単位時間当りのシードの垂直方向の位置変移 ρ。＝゛単結晶の比重 ρ８＝８２０３の比重 Ｄｃ＝ルツボの内径 ＤＢ＝８２０３表面における結晶径 ｆ（Ｄ）＝成長直径に依存した補正頂 上式における変数のうちＤＢ値以外は既知あるいは実測
値として得られるものであり、したがってＤ値の演算値
の精度はＤ８値のみに依存することが知られる。尚、ｆ
（Ｄ）は設定径に対する関数とした。
秤法等従来公知の重量法によって連続的に行われ、該時
間当り重量変化ΔＷが検出された場合、このΔＷ値にも
とづき引上げ結晶の直径り値を求める演算には次式が用
いられ、この演算式はコンピュータープログラムに組み
込まれて演算回路を構成する： ここにＫ ＝Ｄ ／（Ｄｃ−ＤＢ）Ｂ ΔＷ＝単位時間当りの結晶重量変化 Δ文＝単位時間当りのシードの垂直方向の位置変移 ρ。＝゛単結晶の比重 ρ８＝８２０３の比重 Ｄｃ＝ルツボの内径 ＤＢ＝８２０３表面における結晶径 ｆ（Ｄ）＝成長直径に依存した補正頂 上式における変数のうちＤＢ値以外は既知あるいは実測
値として得られるものであり、したがってＤ値の演算値
の精度はＤ８値のみに依存することが知られる。尚、ｆ
（Ｄ）は設定径に対する関数とした。
ＤＢ値を決定するにはシード直下からの成長径をメモリ
ーに入力し、炉内の８２０３量とから計算によって求め
る方法もあるが、演算された結晶径りはノイズ等のため
実際径との偏差が生じており、Ｄ値の演算値を不確実に
する原因となる。
ーに入力し、炉内の８２０３量とから計算によって求め
る方法もあるが、演算された結晶径りはノイズ等のため
実際径との偏差が生じており、Ｄ値の演算値を不確実に
する原因となる。
そのため本方法では設定径から計算されるＤＢ値すなわ
ちＫｈ値を予め入力しておくことにより上式に使用され
る変数のゆらぎを抑え、設定径と一致した形状の単結晶
を得ることを可能とした。
ちＫｈ値を予め入力しておくことにより上式に使用され
る変数のゆらぎを抑え、設定径と一致した形状の単結晶
を得ることを可能とした。
また、本発明において、融液面低下速度ΔＬ文は次式に
より算出できる。
より算出できる。
Ｄ２
ｐ文Ｄ０− ρ。Ｄ
ここでρ文＝融液の比重
この演算式により求められる実際の成長結晶径から算出
した融液面低下速度を、ルツボ押上げ速度制御回路にフ
ィードバックしてルツボ押上げ速度を制御することによ
り、融液溶面位置をヒーターに対して一定位置に保持す
ることができる。
した融液面低下速度を、ルツボ押上げ速度制御回路にフ
ィードバックしてルツボ押上げ速度を制御することによ
り、融液溶面位置をヒーターに対して一定位置に保持す
ることができる。
第２図はＬＥＣ法引上げにおける温度分布を説明するた
めの概略図であるが、装置の構造によって定まるルツボ
内の温度分布を曲線Ｔで示しである。半導体融・液の表
面りは第２図に示すごとく、所望の温度帯Ｐに位置する
ように設定する。融液表面りは結晶の成長と共にＬｏに
低下していくが、この低下速度に等しい速度でルツボを
押上げ、常に融液面りが所望の温度帯Ｐに位置するよう
に制御する。このようにヒーターの発熱分布に対して成
長界面位置を一定に保つことにより成長時の温度条件が
一定となり、熱応力に起因する転位密度のバラツキが少
ない均質な単結晶を得ることが可能となる。
めの概略図であるが、装置の構造によって定まるルツボ
内の温度分布を曲線Ｔで示しである。半導体融・液の表
面りは第２図に示すごとく、所望の温度帯Ｐに位置する
ように設定する。融液表面りは結晶の成長と共にＬｏに
低下していくが、この低下速度に等しい速度でルツボを
押上げ、常に融液面りが所望の温度帯Ｐに位置するよう
に制御する。このようにヒーターの発熱分布に対して成
長界面位置を一定に保つことにより成長時の温度条件が
一定となり、熱応力に起因する転位密度のバラツキが少
ない均質な単結晶を得ることが可能となる。
本発明では、引上げ単結晶の時間当りの重量変化を連続
的に検出する手段を使用することから、ルツボ押上げ速
度の制御のみでなく、直径制御と組合わせて使用するこ
とがきわめて有効である。
的に検出する手段を使用することから、ルツボ押上げ速
度の制御のみでなく、直径制御と組合わせて使用するこ
とがきわめて有効である。
その場合、直径制御方法は先に説明した方法のみに限定
されるものではなく、いわゆる重量法が広く応用できる
。
されるものではなく、いわゆる重量法が広く応用できる
。
また、本発明のルツボ押上げ法は単独で使用してもＥＰ
Ｄのバラツキを低く抑える効果を発揮するものである。
Ｄのバラツキを低く抑える効果を発揮するものである。
実施例
第１図に示す単結晶引上げ装置を用いＩｎＰ半導体の単
結晶をＬＥＣ法により製造した。
結晶をＬＥＣ法により製造した。
直径 １００ミリの石英ルツボを使用しＩｎＰ多結晶８
００ ｇおよび８２０３３００ｇを装入し、直胴部直径
を５０ミリに設定して単結晶を引上げた。第１図に示す
本発明方法の演算−制御回路を適用し得られる重量の時
間変化ΔＷ値より引上げ結晶径り値を演算回路によって
求め、予め設定した結晶径Ｄｓｅｔ値との偏差を演算回
路によって求め該偏差をゼロとするように結晶引上げ条
件を制御回路より自動的に変更しながら引上げを行なっ
たところ、結晶径のハンチングのみならず双晶化、多結
晶化の全く無い良質の単結晶を取得することができた。
００ ｇおよび８２０３３００ｇを装入し、直胴部直径
を５０ミリに設定して単結晶を引上げた。第１図に示す
本発明方法の演算−制御回路を適用し得られる重量の時
間変化ΔＷ値より引上げ結晶径り値を演算回路によって
求め、予め設定した結晶径Ｄｓｅｔ値との偏差を演算回
路によって求め該偏差をゼロとするように結晶引上げ条
件を制御回路より自動的に変更しながら引上げを行なっ
たところ、結晶径のハンチングのみならず双晶化、多結
晶化の全く無い良質の単結晶を取得することができた。
この時の直径制御精度は±０．５■であった。この様子
を第３図に示す。
を第３図に示す。
図において、破線は引上げ結晶半径の設定値、実線は引
上げ結晶についての実測値である。
上げ結晶についての実測値である。
また、引上げ結晶径より融液面低下速度ΔＬｌを算出し
、このΔＬｌと同一速度でルツボを押上げた。
、このΔＬｌと同一速度でルツボを押上げた。
この様子を第４図に示す。図において実線は本発明にお
けるルツボ押上げ速度を示し、破線は本発明によるルツ
ボ押上げ速度制御を行わない比較例の場合を示す。
けるルツボ押上げ速度を示し、破線は本発明によるルツ
ボ押上げ速度制御を行わない比較例の場合を示す。
このようにして得られたＩＪＩＰ単結晶インゴットの上
、中、下部からウェハーを切出し、エツチングピット密
度（ＥＰＤ）を測定した。この結果を第５図（ａ）に示
す、参考として本発明によるルツボ押上げ速度制御を行
わない場合の例を第５図（ｂ）に示す、第５図（ａ）お
よび（ｂ）を比較して明らかなとおり、本発明による場
合は単結晶インゴット各部におけるＥＰＤのバラツキは
少くなり、単結晶における転位密度がより均質化してい
ることを示している。
、中、下部からウェハーを切出し、エツチングピット密
度（ＥＰＤ）を測定した。この結果を第５図（ａ）に示
す、参考として本発明によるルツボ押上げ速度制御を行
わない場合の例を第５図（ｂ）に示す、第５図（ａ）お
よび（ｂ）を比較して明らかなとおり、本発明による場
合は単結晶インゴット各部におけるＥＰＤのバラツキは
少くなり、単結晶における転位密度がより均質化してい
ることを示している。
またＷ型性布は単結晶の周辺部と内部との熱応力の差に
起因するものであるが、本発明による場合はＷ型性布も
緩やかになる。
起因するものであるが、本発明による場合はＷ型性布も
緩やかになる。
以上述べた通り本発明によれば、単結晶の直径制御が精
度良くおこなえると同時に結晶内での転位密度の分布を
均一にすることができ、ＡＤＣシステムでの結晶育成中
に何らかの外乱により、成長結晶径の変動がおきた場合
に対しても効果を発揮することができる。
度良くおこなえると同時に結晶内での転位密度の分布を
均一にすることができ、ＡＤＣシステムでの結晶育成中
に何らかの外乱により、成長結晶径の変動がおきた場合
に対しても効果を発揮することができる。
第１図は本発明に使用する装置の構成を説明するブロッ
ク図、第２図はルツボ内の温度分布の融液面との関係を
示す図、第３図は引上げ結晶の半径の変化を示す図、第
４図はルツボ押上げ速度の変化を示す図、第５１１Ｎは
ウェハーのＥＰＤ分布を示す図である。
ク図、第２図はルツボ内の温度分布の融液面との関係を
示す図、第３図は引上げ結晶の半径の変化を示す図、第
４図はルツボ押上げ速度の変化を示す図、第５１１Ｎは
ウェハーのＥＰＤ分布を示す図である。
Claims (1)
- 液体カプセル法により半導体単結晶を製造するに際し、
引上げ単結晶の時間当りの重量変化を連続的に検出する
検出手段と、該重量変化からルツボ内の融液面低下速度
を算出する演算回路と、ルツボ押上げ速度制御回路とを
備え、前記融液面低下速度と同一な速度でルツボを押上
げることを特徴とする半導体の単結晶育成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15871386A JPS6317295A (ja) | 1986-07-08 | 1986-07-08 | 単結晶育成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15871386A JPS6317295A (ja) | 1986-07-08 | 1986-07-08 | 単結晶育成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6317295A true JPS6317295A (ja) | 1988-01-25 |
Family
ID=15677727
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15871386A Pending JPS6317295A (ja) | 1986-07-08 | 1986-07-08 | 単結晶育成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6317295A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0251491A (ja) * | 1988-08-12 | 1990-02-21 | Fuji Electric Co Ltd | 単結晶引上げ装置の制御方法 |
-
1986
- 1986-07-08 JP JP15871386A patent/JPS6317295A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0251491A (ja) * | 1988-08-12 | 1990-02-21 | Fuji Electric Co Ltd | 単結晶引上げ装置の制御方法 |
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