JP2013513545A - マイクロピット密度(mpd)が低いゲルマニウムのインゴット/ウェハ、ならびに、その製造システムおよび製造方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】 図1A
Description
本願は、米国特許出願第12/636,778号(出願日:2009年12月13日、公開番号:US2011/___A1)に基づく恩恵/優先権を主張する。当該出願の内容は全て、参照により本願に組み込まれる。
Claims (70)
- 加熱源、複数の加熱ゾーン、アンプル、および、るつぼを備える結晶成長炉で単結晶ゲルマニウム(Ge)結晶を成長させる方法であって、
Ge原材料を前記るつぼに投入する段階と、
前記るつぼおよび容器を封止する段階と、
前記るつぼを、るつぼ支持部を有する前記結晶成長炉に導入する段階と、
前記るつぼにおいて前記Ge原材料を融解させて融液を生成する段階と、
前記融液をシード結晶と接触させつつ前記融液の結晶化温度勾配を制御する段階と、
前記結晶化温度勾配および/または前記るつぼを互いに相対的に移動させることによって、単結晶ゲルマニウムインゴットを形成する段階と、
前記単結晶ゲルマニウムインゴットを冷却する段階と
を備え、
マイクロピット密度(MPD)が約0.025/cm2より大きく約0.51/cm2よりも小さい単結晶ゲルマニウムインゴットを繰り返し製造する方法。 - マイクロピット密度が約0.025/cm2より大きく約0.26/cm2よりも小さい単結晶ゲルマニウムインゴットを製造する請求項1に記載の方法。
- マイクロピット密度が約0.025/cm2より大きく約0.13/cm2よりも小さい単結晶ゲルマニウムインゴットを製造する請求項1に記載の方法。
- マイクロピット密度が約0.13/cm2よりも小さい単結晶ゲルマニウムインゴットを製造する請求項1に記載の方法。
- マイクロピット密度が約0.05/cm2より大きく約0.26/cm2よりも小さい単結晶ゲルマニウムインゴットを製造する請求項1に記載の方法。
- ドーパントとしてヒ素(As)を追加する段階をさらに備える請求項1に記載の方法。
- ドーパントとしてガリウム(Ga)を追加する段階をさらに備える請求項1に記載の方法。
- ドーパントとしてアンチモン(Sb)を追加する段階をさらに備える請求項1に記載の方法。
- 冷却速度を約摂氏0.1度/時から約摂氏10度/時とし、温度勾配を約摂氏0.5度/cmから約摂氏10度/cmとして、垂直温度勾配冷却(VGF)法を用いて、前記結晶を成長させる請求項1に記載の方法。
- 冷却速度を約摂氏0.1度/時から約摂氏10度/時とし、温度勾配を約摂氏0.5度/cmから約摂氏10度/cmとして、垂直ブリッジマン(VB)法を用いて、前記結晶を成長させる請求項1に記載の方法。
- 成長した前記結晶は、冷却プロセスによって、垂直温度勾配冷却(VGF)法および/または垂直ブリッジマン(VB)法によって、前記冷却プロセスの最初の約5時間は冷却速度を約摂氏3度/時とし、前記冷却プロセスの残りの期間については約摂氏30度/時から約摂氏45度/時として、冷却される請求項1に記載の方法。
- 前記結晶成長炉は、移動可能な前記温度勾配を形成する構造を持ち、
前記結晶成長炉にはコントローラが結合されており、前記コントローラは、前記移動可能な温度勾配を制御して、前記るつぼが前記結晶成長炉の内部にある場合に、前記るつぼにおいて結晶成長プロセスを実行する請求項1に記載の方法。 - 前記移動可能な温度勾配は、複数の加熱ゾーンを制御することによって実現される請求項12に記載の方法。
- 前記移動可能な温度勾配は、加熱源、前記るつぼ、前記アンプル、および/または、前記るつぼ支持部のうち1以上を相対的に移動させることによって実現される請求項12に記載の方法。
- 固定加熱源を制御して、前記原材料を融解させて単結晶化合物として形成し直すべく固定されている前記るつぼと相対的に前記結晶化温度勾配を移動させ、結晶成長が所定の長さに到達すると、前記るつぼにおいて、継続して前記原材料を融解させて単結晶化合物として形成し直すべく固定されている前記るつぼと相対的に前記温度勾配を移動させる結晶成長プロセスを実行する請求項12に記載の方法。
- 固定加熱源をさらに備える請求項12に記載の方法。
- 前記結晶成長炉は、約25mmから約50mmのテーパー状結晶成長領域を持つるつぼを保持している請求項12に記載の方法。
- 前記結晶成長炉は、テーパー状結晶成長領域を持つるつぼを保持し、
前記結晶成長の所定の長さは、前記テーパー状結晶成長領域より上に約110mmから約200mmである請求項12または請求項17に記載の方法。 - 前記結晶成長炉は、ボディ・リネージ(ボディ伝達線欠陥、body lineage)欠陥が無い結晶インゴットを製造する請求項1に記載の方法。
- 前記インゴットは、垂直成長プロセスによって成長する請求項1に記載の方法。
- 前記垂直成長プロセスは、VGF法および/またはVB法の一方または両方である請求項20に記載の方法。
- ゲルマニウム結晶を成長させる方法であって、
シードおよび原材料を持つるつぼを有するアンプルを、前記るつぼ内のゲルマニウムに対して移動可能な温度勾配を実現する炉の内部に挿入する段階と、
加熱源および前記るつぼによる前記結晶化温度勾配を互いに相対的に移動させて、前記原材料を融解させて単結晶化合物として形成し直す垂直温度勾配冷却(VGF)法を用いて結晶を成長させる段階と、
結晶成長が所定の長さに到達すると、前記アンプルを、固定されている前記加熱源に対して相対的に移動させて、継続して前記原材料を融解させ単結晶化合物として形成し直しつつ、前記炉の内部の前記アンプル上で垂直ブリッジマン法を用いて前記結晶を成長させる段階と、
を備え、
マイクロピット密度が約0.025/cm2より大きく約0.51/cm2よりも小さい単結晶ゲルマニウムインゴットを繰り返し製造する方法。 - 前記移動可能な温度勾配は、複数の加熱ゾーンを用いて実現される請求項22に記載の方法。
- マイクロピット密度が約0.025/cm2より大きく約0.26/cm2よりも小さい単結晶ゲルマニウムインゴットを製造する請求項22に記載の方法。
- マイクロピット密度が約0.025/cm2より大きく約0.13/cm2よりも小さい単結晶ゲルマニウムインゴットを製造する請求項22に記載の方法。
- マイクロピット密度が約0.13/cm2よりも小さい単結晶ゲルマニウムインゴットを製造する請求項22に記載の方法。
- マイクロピット密度が約0.025/cm2より大きく約0.26/cm2よりも小さい単結晶ゲルマニウムインゴットを製造する請求項22に記載の方法。
- 前記ゲルマニウム結晶にドーパントとしてヒ素(As)を追加する段階をさらに備える
請求項22に記載の方法。 - 前記ゲルマニウム結晶にドーパントとしてガリウム(Ga)を追加する段階をさらに備える請求項22に記載の方法。
- 前記ゲルマニウム結晶にドーパントとしてアンチモン(Sb)を追加する段階をさらに備える請求項22に記載の方法。
- 冷却速度を約摂氏0.1度/時から約摂氏10度/時とし、温度勾配を約摂氏0.5度/cmから約摂氏10度/cmとして、前記垂直温度勾配冷却(VGF)法を用いて、前記結晶を成長させる請求項22に記載の方法。
- 冷却速度を約摂氏0.1度/時から約摂氏10度/時とし、温度勾配を約摂氏0.5度/cmから約摂氏10度/cmとして、前記垂直ブリッジマン(VB)法を用いて、前記結晶を成長させる請求項22に記載の方法。
- 前記結晶成長炉は、移動可能な前記温度勾配を形成する構造を持ち、
前記結晶成長炉にはコントローラが結合されており、前記コントローラは、前記移動可能な温度勾配を制御して、前記るつぼが前記炉の内部にある場合に、前記るつぼにおいて結晶成長プロセスを実行する請求項22に記載の方法。 - 前記移動可能な温度勾配は、複数の加熱ゾーンを制御することによって実現される請求項32に記載の方法。
- 前記移動可能な温度勾配は、加熱源、前記るつぼ、前記アンプル、および/または、前記るつぼ支持部のうち1以上を相対的に移動させることによって実現される請求項32に記載の方法。
- 固定加熱源を制御して、前記原材料を融解させて単結晶化合物として形成し直すべく固定されている前記るつぼと相対的に前記結晶化温度勾配を移動させ、結晶成長が所定の長さに到達すると、前記るつぼにおいて、継続して前記原材料を融解させて単結晶化合物として形成し直すべく固定されている前記るつぼと相対的に前記温度勾配を移動させる結晶成長プロセスを実行する請求項32に記載の方法。
- 固定加熱源をさらに備える請求項32に記載の方法。
- 前記結晶成長炉は、長さが約25mmから約50mmのテーパー状結晶成長領域を持つるつぼを保持している請求項32に記載の方法。
- 前記結晶成長炉は、テーパー状結晶成長領域を持つるつぼを保持し、
前記結晶成長の前記所定の長さは、前記テーパー状結晶成長領域より上に約110mmから約200mmである請求項32または請求項38に記載の方法。 - 前記結晶成長炉は、ボディ・リネージ(ボディ伝達線欠陥、body lineage)欠陥が無い結晶インゴットを製造する請求項22に記載の方法。
- Ge原材料をるつぼに投入する段階と、
前記るつぼを封止する段階と、
前記るつぼを、るつぼ支持部を有する結晶成長炉の内部に導入する段階と、
前記Ge原材料を前記るつぼにおいて融解させて融液を生成する段階と、
前記融液をシード結晶と接触させつつ前記融液の結晶化温度勾配を制御する段階と、
前記結晶化温度勾配および/または前記るつぼを互いに相対的に移動させることによって、単結晶ゲルマニウムインゴットを形成する段階と、
前記単結晶ゲルマニウムインゴットを冷却する段階と
を備えるプロセスによって製造される単結晶ゲルマニウム製品であって、
前記製品は、前記プロセスによって繰り返し生成され、マイクロピット密度(MPD)が約0.025/cm2より大きく約0.51/cm2よりも小さい単結晶ゲルマニウムインゴットから得られるゲルマニウムを含む単結晶ゲルマニウム製品。 - 前記単結晶ゲルマニウムインゴットは、マイクロピット密度が約0.025/cm2より大きく約0.26/cm2よりも小さい請求項41に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
- 前記単結晶ゲルマニウムインゴットは、マイクロピット密度が約0.025/cm2より大きく約0.13/cm2よりも小さい請求項41に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
- 前記単結晶ゲルマニウムインゴットは、マイクロピット密度が約0.13/cm2よりも小さい請求項41に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
- 前記単結晶ゲルマニウムインゴットは、マイクロピット密度が約0.025/cm2より大きく約0.26/cm2よりも小さい請求項41に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
- ドーパントとしてヒ素(As)を利用することによって前記単結晶ゲルマニウムインゴットが形成される請求項41に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
- ドーパントとしてガリウム(Ga)を利用することによって前記単結晶ゲルマニウムインゴットが形成される請求項41に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
- ドーパントとしてアンチモン(Sb)を利用することによって前記単結晶ゲルマニウムインゴットが形成される請求項41に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
- 冷却速度を約摂氏0.1度/時から約摂氏10度/時とし、温度勾配を約摂氏0.5度/cmから約摂氏10度/cmとして、垂直温度勾配冷却(VGF)法を用いて、前記結晶を成長させる請求項41に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
- 冷却速度を約摂氏0.1度/時から約摂氏10度/時とし、温度勾配を約摂氏0.5度/cmから約摂氏10度/cmとして、垂直ブリッジマン(VB)法を用いて、前記結晶を成長させる請求項41に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
- 前記結晶成長炉は、移動可能な前記温度勾配を形成する構造を持ち、
前記結晶成長炉にはコントローラが結合されており、前記コントローラは、前記移動可能な温度勾配を制御して、前記るつぼが前記結晶成長炉の内部にある場合に、前記るつぼにおいて結晶成長プロセスを実行する請求項41に記載の単結晶ゲルマニウム製品。 - 前記移動可能な温度勾配は、複数の加熱ゾーンを制御することによって実現される請求項51に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
- 前記移動可能な温度勾配は、加熱源、前記るつぼ、アンプル、および/または、前記るつぼ支持部のうち1以上を相対的に移動させることによって実現される請求項51に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
- 固定加熱源を制御して、前記原材料を融解させて単結晶化合物として形成し直すべく固定されている前記るつぼと相対的に前記結晶化温度勾配を移動させ、結晶成長が所定の長さに到達すると、前記るつぼにおいて、継続して前記原材料を融解させて単結晶化合物として形成し直すべく固定されている前記るつぼと相対的に前記温度勾配を移動させる結晶成長プロセスを実行する請求項51に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
- 固定加熱源をさらに備える請求項51に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
- 前記結晶成長炉は、テーパー状結晶成長領域を持つるつぼを保持し、
前記結晶成長の所定の長さは、前記テーパー状結晶成長領域より上に約25mmから約50mmである請求項51に記載の単結晶ゲルマニウム製品。 - 前記結晶成長炉は、テーパー状結晶成長領域を持つるつぼを保持し、
前記結晶成長の所定の長さは、前記テーパー状結晶成長領域より上に約150mmから約200mmである請求項51に記載の単結晶ゲルマニウム製品。 - 前記結晶成長炉は、ボディ・リネージュ(ボディ伝達線欠陥、body lineage)欠陥が無い結晶インゴットを製造する請求項41に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
- 前記インゴットは、垂直成長プロセスによって成長する請求項41に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
- 前記垂直成長プロセスは、VGF法および/またはVB法の一方または両方である請求項59に記載の単結晶ゲルマニウム製品。
- ゲルマニウム結晶を成長させる装置であって、
加熱源および複数の加熱ゾーンを有する結晶成長炉と、
投入容器、および、シードウェルを持つるつぼを有し、前記結晶成長炉に投入されるアンプルと、
アンプル支持部と、
前記結晶成長炉および前記アンプル支持部に結合されているコントローラと
を備え、
前記コントローラは、前記加熱源の前記1以上の加熱ゾーンおよび移動可能な前記アンプル支持部を制御して、前記るつぼが前記結晶成長炉の内部にある場合に前記るつぼにおいて垂直温度勾配冷却法を実行し、
前記結晶化温度勾配および/または前記るつぼを互いに相対的に移動させて、原材料を融解させた後、単結晶ゲルマニウムインゴットとして前記原材料を形成し直し、
垂直成長プロセスを前記装置で実行した結果、前記装置は、マイクロピット密度が約0.025/cm2より大きく約0.51/cm2よりも小さいゲルマニウムインゴットを繰り返し製造する装置。 - 前記装置は、少なくとも1つの加熱源を備えており、
前記加熱源を制御して、前記原材料を融解させて単結晶化合物として形成し直すべく固定状態の前記るつぼと相対的に前記結晶化温度勾配を移動させ、結晶成長が所定の長さに到達すると、継続して前記原材料を融解させて単結晶化合物として形成し直すべく固定状態の前記るつぼと相対的に前記結晶化温度勾配を移動させる結晶成長プロセスを前記るつぼで実行する請求項61に記載の装置。 - 前記装置は、インゴット成長温度勾配が、インゴットの1センチメートルの成長に付き約摂氏0.5度から約摂氏10度となるゲルマニウムインゴットを繰り返し製造する請求項61に記載の装置。
- 約摂氏0.1度/時から約摂氏10度/時の速度で、前記ゲルマニウムインゴットを冷却する請求項61に記載の装置。
- 前記結晶成長炉は、5個から7個の加熱ゾーンを有する請求項61に記載の装置。
- 前記結晶成長炉は、6個の加熱ゾーンを有する請求項61に記載の装置。
- 前記るつぼに供給するゲルマニウム原材料の量を増加させるべく、前記るつぼに融解させる投入用のゲルマニウム原材料を含む投入容器をさらに備える請求項61に記載の装置。
- 前記るつぼは、前記結晶化温度勾配を移動させている間、固定されたままである請求項61に記載の装置。
- 前記ゲルマニウムインゴットは、直径が約50mmから約150mmである請求項61に記載の装置。
- 前記ゲルマニウムインゴットは、直径が約150mmである請求項69に記載の装置。
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