JPS638290A - 半導体単結晶製造装置 - 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］ この発明は、融液タンクに貯留されている半導体素材融
液の上層から結晶引上げを行なう半導体単結晶製造装置
に関する。

［従来の技術］ 一般に、この種の製造装置、例えばＧａＡｓなとの化合
物半導体の単結晶製造装置は、第２図に示すように気密
容器１１を有している。容器１１内には融液タンク１２
が設けられ、その外側壁には、タンク１２に充填された
半導体素材を高温で溶かして融液（半導体素材融液）２
１とす５電気ヒータ２２が設けられている。融液２１は
、タンク１２の下部に貯留され、その上方には融液２１
のガス化を防止するカバー液２３が貯留されている。

第２図の装置は、更に回転軸２４．２５を有している。

回転軸２４は容器１１底部を軸シール機構２６を介して
貫通しており、その上端は融液タンク１２底部に固定さ
れている。また回転軸（引上軸）２５は容器１１上部を
軸シール機構２７を介して貫通している。

この回転軸２５は、その下端に凝固付着した半導体結晶
２８が繋がり同結晶２８の先端が融液２１の液面２９の
中央部、即ち凝固進行部３０上面と接触する状態で、低
速度で上方に移動しながら回転する。この結果、融液２
１の液面２９からはその融液２１が徐々に引上られて冷
却され、結晶化していく。

［発明が解決しようとする問題点］ 第２図の単結晶製造装置で製造される半導体結晶２８に
は、縞状組織が若干みられる。この縞は不純物などに起
因する濃度むらであり、したがって、この種の縞状組織
を有する半導体結晶２８は電気的均一性の点で問題があ
った。本発明者は、上記の縞状組織の発生が、融液タン
ク１２内での融液２１の対流現象により凝固進行部３０
およびその近傍での液温の不均一性或は変動を招くこと
に起因することをＨＨするに至った。更に本発明者は、
上記の対流現象が融液２１の温度分布の不均一性に起因
することも認識するに至った。即ち第２図の装置では、
融液２１の温度は、融液タンク１２の側壁近傍で高い。

したがって電気ヒータ２２で加熱された（融液タンク１
２側壁近傍の）融液２１は、融液タンク１２内側壁に沿
って上昇する。そして、融液タンク１２の内側壁に沿う
上昇流は、融液２１上層部では融液タンク１２の中心軸
３１に向かう半径方向の流れとなり、この半径方向の流
れは中心軸３１ｉ傍では下降流となる。この結果、融液
タンク１２内では、第２図に破線で示すような対流が発
生する。

したがって、この発明においては、少なくとも凝固進行
部およびその近傍での半導体素材融液の対流発生が防止
でき、もって電気的均一性の良好な半導体単結晶が製造
できるようにすることを解決すべき技術的課題とする。

ｃ問題点を解決するための手段］ この発明は、融液タンクに貯留されている半導体素材融
液のうち、少なくとも凝固進行部並びにその近傍に磁場
を発生する磁場発生装置を設けたものである。

［作用］ 上記の磁場発生装置からの磁場発生により、少なくとも
凝固進行部付近の局部的な対流発生が防止でき、凝固進
行部並びにその近傍での融液の移動は無く、融液上層の
温度の均一化が図れる。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例に係る半導体単結晶製造装
置を示すもので、４１は気密容器である。

容器４１の内部の圧力は数十Ｋｌ　／　ｃｉ　９程度に
保持される。容器４１内には有底円筒状の融液タンク４
２が設けられている。融液タンク４２の外側壁には、同
タンク４２内に充填された半導体素材を高温で溶かして
融液（半導体素材融液）５１とする電気ヒータ５２が融
液タンク４２を包囲するように設けられている。融液５
１は融液タンク４２の下部に貯留され、その上方には融
液５１のガス化を防止する低融点ガラス液などのカバー
液５３が貯留される。

５４、５５は回転軸である。回転軸５４は、容器４１底
部を軸シール数構５６を介して貫通しており、その上端
は融液タンク４２底部に固定され、下端は図示せぬ回転
軸駆動機構に結合されている。一方、回転軸５５は容器
４１上部を軸シール機構５７を介して貫通しており、そ
の上端は図示せぬ回転軸層ＯＲ溝に結合されている。こ
の回転軸５５は、その下端に半導体結晶５８を成長させ
同結晶５８を融液５１の液面５９より引上げるための引
上軸として用いられる。

なお、融液５１が次第に凝固して半導体結晶５８に遷移
していく融液５１上層中央部はで固進行部６０と呼ばれ
る。

６１は凝固進行部６０近傍並びに半導体結晶５８を包囲
する如く融液タンク４２内に設けられる環状タンクであ
る。したがって、環状タンク６１下部は融液５１に浸漬
される。環状タンク６１内の下方部位には、凝固進行部
６０およびその近傍に磁場を発生するための磁場発生装
置、例えば電磁石６２が、凝固進行部６０を包囲するよ
うに設けられ、電磁石６２の内側には同電磁石６２と対
向し且つ凝固進行部６０を包囲するように電気ヒータ６
３が設けられている。

さて、融液５１の液面５９は、半導体結晶５８の成長に
よる融液５１の液量減少に伴って徐々に降下する。

そこで、この実施例では、環状タンク６１は、融液５１
の液面降下に追従して徐降して、融液５１の液面５９と
の相対位置がほぼ一定となるように駆動制御されるよう
になっている。このためには、環状タンク６１を上下方
向に移動可能な構造とし、その移動聞をプログラムによ
り、または液面５９位置検出に応じて制御する手段等を
適用すればよいが、液面降下に追従して移動可能とする
この種の手段は周知であるため、詳細な説明は省略する
。なお、融液タンク４２の径が半導体結晶５８の径より
も十分に大きく、液面降下凹が僅かな装置では、環状タ
ンクＳ１を液面降下に追従して移動可能とする必要はな
い。

次に、第１図の構成の動作を説明する。この実施例では
、回転軸５５を低速度で上方に移動しながら回転させる
ことにより融液５１の凝固進行部６０から半導体結晶５
８を引上成長させていく結晶製造期間は、電磁石６２に
通電して凝固進行部６０およびその近傍に磁場を発生さ
せるようにしている。この磁場発生により、その磁場内
の融液５１において、即ち凝固進行部６０並びにその近
傍において、融液５１の温度分布の不均一性に起因する
密度差で局部的に対流が発生することを抑止できる。ま
た、たとえ対流が発生しても微弱である。このため、凝
固進行部６０およびその近傍での液温の不均一性或は変
動が抑えられ、縞状組織の無い電気的均一性の良好な半
導体結晶５８を製造できる。

さて、環状タンク６１は、その一部（下部）が融液５１
に浸漬するように融液タンク４２内に設けられており、
この環状タンク６１の融液５１内浸漬部分により凝固進
行部６０およびその近傍が包囲されている。このため、
環状タンク６１の融液５１内浸漬部分は凝固進行部６０
およびその近傍に対する一種の防波堤として作用するの
で、融液５１下方で対流が発生してもその影響が凝固進
行部６０およびその近傍に及ぶ恐れはなく、凝固進行部
６０付近での一層の対流発生防止が図れる。

また、この実施例では、上記の結晶製造期間中は、環状
タンク６１内に収容されている電気ヒータ６３に通電し
て凝固進行部６０およびその近傍の液温を［１整しつつ
一定に保つようにしている。これにより、凝固進行部６
０およびその近傍の液温の不均一性および変動が一層減
少する。

なお、融液５１の温度分布の不均一性に起因する密度差
などによる対流発生を！ｉｔｌ場により抑制することを
主旨とするこの発明では、電気ヒータ６３は必ずしも必
要でない。また電磁石６２は必ずしも環状タンク６１に
収容されている必要はなく、例えば融液タンク４２を包
囲するように同タンク４２の外部に設けられていてもよ
い。この場合、融液タンク４２内の融液５１全体に亙る
対流の発生防止が図れる。

但し、強Ｆ！ｉ場が発生可能な大規模磁石を必要とする
。

［発明の効果コ この発明によれば、半導体素材融液の温度分布の不均一
性に起因する密度差などによる対流発生が、磁場発生装
置からの磁場によって少なくとも凝固進行部付近では抑
制できるので、この部分での温度分布の不均一性または
変動が低減でき、縞状組織の無い電気的均一性の良好な
半導体結晶を製造することができる。

置を示す図である。

４２・・・融液タンク、５１・・・融液（半導体素材融
液）、５２、６３・・・電気ヒータ、５４．５５・・・
回転軸、５８・・・半導体結晶、６０・・・凝固進行部
、６１・・・環状タンク、６２・・・電磁石（磁場発生
装置）。

出願人復代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 融液タンクに貯留されている半導体素材融液の上層から
   結晶引上げを行なう半導体単結晶製造装置において、少
   なくとも上記融液が半導体結晶に遷移していく凝固進行
   部並びにその近傍に磁場を発生する磁場発生装置を設け
   たことを特徴とする半導体単結晶製造装置。