JP2758038B2 - 単結晶製造装置 - Google Patents
単結晶製造装置Info
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- JP2758038B2 JP2758038B2 JP1215943A JP21594389A JP2758038B2 JP 2758038 B2 JP2758038 B2 JP 2758038B2 JP 1215943 A JP1215943 A JP 1215943A JP 21594389 A JP21594389 A JP 21594389A JP 2758038 B2 JP2758038 B2 JP 2758038B2
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- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は単結晶成長装置に係り、特にるつぼ内で融液
をそのまま固化させ単結晶を得る結晶成長法、例えば、
垂直ブリッジマン法において、良質な単結晶を得るため
の温度環境を精度良く形成することを可能とする単結晶
成長装置に関する。
をそのまま固化させ単結晶を得る結晶成長法、例えば、
垂直ブリッジマン法において、良質な単結晶を得るため
の温度環境を精度良く形成することを可能とする単結晶
成長装置に関する。
電界効果トランジスタ、ショットキーバリアダイオー
ド、集積回路（IC）等の各種半導体素子類の基板として
用いられる半導体単結晶の製造法としては融液からの結
晶成長法が主力である。融液からの結晶成長法において
は結晶成長面（固液界面）の形状を結晶成長の開始時か
ら終了時まで精密に制御することが要求される。
ド、集積回路（IC）等の各種半導体素子類の基板として
用いられる半導体単結晶の製造法としては融液からの結
晶成長法が主力である。融液からの結晶成長法において
は結晶成長面（固液界面）の形状を結晶成長の開始時か
ら終了時まで精密に制御することが要求される。
融液からの結晶成長法の１つである引上法ではるつぼ
の回転速度や結晶の回転速度の制御、引上速度の制御等
により結晶成長面の制御を行なっている。
の回転速度や結晶の回転速度の制御、引上速度の制御等
により結晶成長面の制御を行なっている。
他の結晶成長法としては、るつぼ内で融液をそのまま
固化させ、単結晶を得る垂直ボート成長法が有力であ
る。垂直ボート成長法には垂直ブリッジマン法（VB法）
及び温度勾配凝固法（VGF法）がある。前者のVB法は主
ヒーターと、るつぼとの相対的位置を機械的に変化させ
て単結晶を成長させる方法であり、後者のVGF法はヒー
ターと、るつぼの位置関係を変化させずにヒーターの温
度分布を変化させて単結晶を成長させる方法である。こ
の垂直ブリッジマン法あるいはVGF法は大口径円形ウエ
ハの製造に適している。しかしながらこのボート法は、
成長中の結晶を回転させながら融液から引上げ、固化さ
せるという引上法と比べ、静的な状態変化を特徴とする
ため、上記回転速度の制御等による結晶成長面の制御は
不可能であり、ホットゾーン構造の工夫により結晶成長
面の制御を行なっていた。
固化させ、単結晶を得る垂直ボート成長法が有力であ
る。垂直ボート成長法には垂直ブリッジマン法（VB法）
及び温度勾配凝固法（VGF法）がある。前者のVB法は主
ヒーターと、るつぼとの相対的位置を機械的に変化させ
て単結晶を成長させる方法であり、後者のVGF法はヒー
ターと、るつぼの位置関係を変化させずにヒーターの温
度分布を変化させて単結晶を成長させる方法である。こ
の垂直ブリッジマン法あるいはVGF法は大口径円形ウエ
ハの製造に適している。しかしながらこのボート法は、
成長中の結晶を回転させながら融液から引上げ、固化さ
せるという引上法と比べ、静的な状態変化を特徴とする
ため、上記回転速度の制御等による結晶成長面の制御は
不可能であり、ホットゾーン構造の工夫により結晶成長
面の制御を行なっていた。
第４図にその一例を示す（W.A.Gault et.al.J.C.G 74
（1986）491〜506頁）。第４図においてるつぼ3a内に融
液10を作製し、るつぼ底部に収容した種結晶９より上方
に向かって周期律表IIIb族およびVb族元素からなる無機
化合物半導体（以下「III−Ｖ族化合物半導体」とい
う）単結晶を固化させる（結晶10）結晶成長方法（例え
ば垂直ブリッジマン法等）において、るつぼ3aを保持す
るサセプター4aに溝12を形成し、サセプター4a近傍の熱
環境および熱流の制御を試みた例である。第５図
（ａ），（ｂ）中の矢印はそれぞれ結晶成長の初期およ
び後期の熱流を示したものである。溝12を設けたサセプ
ター4aを用いることにより、結晶成長の初期において結
晶からの熱の散逸を制御することができる。すなわち、
サセプターに断熱部となる溝を設けることによりサセプ
ターを通る熱流のうち横方向への熱流を抑制し、結晶の
横方向への熱流を制御し得る。しかしながら、溝を設け
たこのようなサセプターで熱流を制御する方法では、そ
の効果は当然サセプター近傍にかぎられ、サセプターか
ら離れた場所では著しく小さくなる。第５図（ｂ）に示
すように、サセプターから離れた、結晶成長の後期にお
いては、第５図（ａ）と比べ溝を設けたサセプターの効
果はほとんど無く、横方向にも大きな熱流が存在し、結
晶成長の初期と後期で結晶成長面を通る熱流に大きな差
異が生じている。
（1986）491〜506頁）。第４図においてるつぼ3a内に融
液10を作製し、るつぼ底部に収容した種結晶９より上方
に向かって周期律表IIIb族およびVb族元素からなる無機
化合物半導体（以下「III−Ｖ族化合物半導体」とい
う）単結晶を固化させる（結晶10）結晶成長方法（例え
ば垂直ブリッジマン法等）において、るつぼ3aを保持す
るサセプター4aに溝12を形成し、サセプター4a近傍の熱
環境および熱流の制御を試みた例である。第５図
（ａ），（ｂ）中の矢印はそれぞれ結晶成長の初期およ
び後期の熱流を示したものである。溝12を設けたサセプ
ター4aを用いることにより、結晶成長の初期において結
晶からの熱の散逸を制御することができる。すなわち、
サセプターに断熱部となる溝を設けることによりサセプ
ターを通る熱流のうち横方向への熱流を抑制し、結晶の
横方向への熱流を制御し得る。しかしながら、溝を設け
たこのようなサセプターで熱流を制御する方法では、そ
の効果は当然サセプター近傍にかぎられ、サセプターか
ら離れた場所では著しく小さくなる。第５図（ｂ）に示
すように、サセプターから離れた、結晶成長の後期にお
いては、第５図（ａ）と比べ溝を設けたサセプターの効
果はほとんど無く、横方向にも大きな熱流が存在し、結
晶成長の初期と後期で結晶成長面を通る熱流に大きな差
異が生じている。
ところで、融液からの結晶成長において、結晶成長面
の形状は結晶成長面近傍の熱流に大きく依存しており、
結晶成長面の形状を制御するためには、結晶成長全体に
わたって熱流も制御することが必要である。
の形状は結晶成長面近傍の熱流に大きく依存しており、
結晶成長面の形状を制御するためには、結晶成長全体に
わたって熱流も制御することが必要である。
上記方法による結晶成長では結晶成長後期における熱
流の制御が困難であり、結晶の品質向上のため結晶成長
全体にわたった熱流の制御方法が強く望まれている。
流の制御が困難であり、結晶の品質向上のため結晶成長
全体にわたった熱流の制御方法が強く望まれている。
融液からの結晶成長においては、結晶の成長面を結晶
成長全体にわたって精密に制御することが、均一で高品
質な結晶を得るために不可欠であり、そのためには結晶
を通る熱流、特に結晶成長面（固液界面）近傍を通る熱
流を精密に制御することが必要である。
成長全体にわたって精密に制御することが、均一で高品
質な結晶を得るために不可欠であり、そのためには結晶
を通る熱流、特に結晶成長面（固液界面）近傍を通る熱
流を精密に制御することが必要である。
しかしながら従来の方法では上記問題点を解決するの
は困難であった。
は困難であった。
本発明は均一で高品質な単結晶を製造するための単結
晶製造装置を提供することを目的とする。
晶製造装置を提供することを目的とする。
上記課題は、本発明によれば垂直に配置されたるつぼ
の底部に種結晶を収容し、その上方に原料を充填し該原
料を加熱・溶融し、この融液を固化させ単結晶を得る垂
直ブリッジマン法あるいはVGF法を実施するための単結
晶製造装置において、前記原料を加熱・溶融する主発熱
体の内側に該主発熱体に対し独立して発熱量を制御する
ことが可能な補助発熱体を前記原料融液と結晶の界面の
やや下になるように配置し、前記補助発熱体の発熱部と
結晶面との相対的な位置関係を制御することにより結晶
成長開始から終了時まで結晶成長面（固液界面）の形状
を制御する単結晶製造装置、である。
の底部に種結晶を収容し、その上方に原料を充填し該原
料を加熱・溶融し、この融液を固化させ単結晶を得る垂
直ブリッジマン法あるいはVGF法を実施するための単結
晶製造装置において、前記原料を加熱・溶融する主発熱
体の内側に該主発熱体に対し独立して発熱量を制御する
ことが可能な補助発熱体を前記原料融液と結晶の界面の
やや下になるように配置し、前記補助発熱体の発熱部と
結晶面との相対的な位置関係を制御することにより結晶
成長開始から終了時まで結晶成長面（固液界面）の形状
を制御する単結晶製造装置、である。
本発明によればるつぼの周囲に主発熱体の他に補助発
熱体を設けることによって結晶体内の熱流を制御するこ
とができるため歪の少ない単結晶を得ることができる。
熱体を設けることによって結晶体内の熱流を制御するこ
とができるため歪の少ない単結晶を得ることができる。
以下本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。
る。
第１図は本発明の１実施例を示す垂直ブリッジマン法
の単結晶製造装置の縦断面模式図であり、第２図は本発
明に係る結晶成長中の熱流を説明するための模式図であ
る。
の単結晶製造装置の縦断面模式図であり、第２図は本発
明に係る結晶成長中の熱流を説明するための模式図であ
る。
第１図に示すように本発明の単結晶製造装置は公知の
垂直ブリッジマン法にほゞ類似しているが、るつぼ内の
原料を溶融する発熱体の内側にるつぼにより近接した補
助発熱体を設ける点が異なっている。
垂直ブリッジマン法にほゞ類似しているが、るつぼ内の
原料を溶融する発熱体の内側にるつぼにより近接した補
助発熱体を設ける点が異なっている。
本発明の単結晶装置はグラファイトフェルト等の保温
材２を有する気密容器１内に等方性グラファイト製のサ
セプター４内に外径800mm、高さ150mmの石英製のるつぼ
３を載置し、支持軸７によりサセプター４と共にるつぼ
３を上下させる。るつぼ側辺には従来の主発熱体５の他
に補助発熱体６を設けた。
材２を有する気密容器１内に等方性グラファイト製のサ
セプター４内に外径800mm、高さ150mmの石英製のるつぼ
３を載置し、支持軸７によりサセプター４と共にるつぼ
３を上下させる。るつぼ側辺には従来の主発熱体５の他
に補助発熱体６を設けた。
発熱体は等方性グラファイト製で主発熱体５の高さは
20cm、補助発熱体６の高さは4cmのものを使用した。
20cm、補助発熱体６の高さは4cmのものを使用した。
上記ホットゾーンに外径80mm、高さ150mmの石英製の
るつぼを用いて結晶成長を行なった。原料は高純度のGa
As多結晶1.5kg,B2O3300gを用いた。
るつぼを用いて結晶成長を行なった。原料は高純度のGa
As多結晶1.5kg,B2O3300gを用いた。
原料融解後７気圧のアルゴン雰囲気で成長速度3mm/h
で３インチ径の結晶を成長させることができた。
で３インチ径の結晶を成長させることができた。
第１図は結晶育成中の図であり、るつぼ内の下方から
種結晶（GaAs）８、結晶９及び原料融液10であり、そし
てその上に封止材11が配置されている。
種結晶（GaAs）８、結晶９及び原料融液10であり、そし
てその上に封止材11が配置されている。
補助発熱体６は第２図により拡大して示したように原
料融液10と結晶９の界面（固液界面）Ａのやゝ下になる
ように、結晶成長全体にわたってその位置を制御した。
料融液10と結晶９の界面（固液界面）Ａのやゝ下になる
ように、結晶成長全体にわたってその位置を制御した。
第３図は本発明に係る結晶成長での発熱体の発熱量の
変化を示す図であり、 結晶成長が進行すると固化した結晶からの放熱が大き
くなるため、側面からの放熱を打ち消すために、補助発
熱体の発熱量を増加させ、結晶成長面近傍の熱量を制御
し、安定して結晶成長を行うことができた。
変化を示す図であり、 結晶成長が進行すると固化した結晶からの放熱が大き
くなるため、側面からの放熱を打ち消すために、補助発
熱体の発熱量を増加させ、結晶成長面近傍の熱量を制御
し、安定して結晶成長を行うことができた。
結晶性の評価として、（100）面内の転位密度を測定
した。
した。
以上説明したように本発明によれば、得られたGaAs結
晶は（100）面内のエッチピット密度（EPD）が結晶全体
にわたり２×104cm-2を超える領域が減少した。しかも
面内のEPDの平均値は約１×104cm-2であり、従来の引上
法によるGaAs単結晶の1/5以下となり、良好な特性を有
し、歩留りが高い半導体装置の製造に大きく寄与するこ
とが可能となる。
晶は（100）面内のエッチピット密度（EPD）が結晶全体
にわたり２×104cm-2を超える領域が減少した。しかも
面内のEPDの平均値は約１×104cm-2であり、従来の引上
法によるGaAs単結晶の1/5以下となり、良好な特性を有
し、歩留りが高い半導体装置の製造に大きく寄与するこ
とが可能となる。
第１図は本発明の１実施例を示す垂直ブリッジマン法の
単結晶製造装置の縦断面模式図であり、 第２図は本発明による結晶成長中の熱流を説明するため
の模式図であり、 第３図は本発明による結晶成長での発熱体の発熱量の変
化を示す図であり、 第４図は従来例を説明するための縦断面模式図であり、 第５図（ａ）及び（ｂ）は従来のそれぞれ結晶成長の初
期及び後期の熱流を示す模式図である。 １…気密容器、２…保温材、３…るつぼ、４…サセプタ
ー、５…発熱体、６…補助発熱体、７…支持軸、８…種
結晶、９…結晶、10…原料融液、11…封止材、12…溝。
単結晶製造装置の縦断面模式図であり、 第２図は本発明による結晶成長中の熱流を説明するため
の模式図であり、 第３図は本発明による結晶成長での発熱体の発熱量の変
化を示す図であり、 第４図は従来例を説明するための縦断面模式図であり、 第５図（ａ）及び（ｂ）は従来のそれぞれ結晶成長の初
期及び後期の熱流を示す模式図である。 １…気密容器、２…保温材、３…るつぼ、４…サセプタ
ー、５…発熱体、６…補助発熱体、７…支持軸、８…種
結晶、９…結晶、10…原料融液、11…封止材、12…溝。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川端 紳一郎 茨城県牛久市東猯穴町1000番地 三菱モ ンサント化成株式会社筑波工場内 (72)発明者 矢島 文和 茨城県牛久市東猯穴町1000番地 三菱モ ンサント化成株式会社筑波工場内 (56)参考文献 特開 昭63−270379（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−30795（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−83877（ＪＰ，Ｕ)
Claims (1)
- 【請求項１】垂直に配置されたるつぼの底部に種結晶を
収容し、その上方に原料を充填し、該原料を加熱・溶融
し、この融液を固化させ単結晶を得る垂直ボート成長法
を実施するための単結晶製造装置において、前記原料を
加熱・溶融する主発熱体の内側に該主発熱体に対し独立
して発熱量を制御することが可能な補助発熱体を前記原
料融液と結晶の界面のやや下になるように設置し、前記
補助発熱体の発熱部と結晶面との相対的な位置関係を制
御することにより結晶成長開始から終了時まで結晶成長
面（固液界面）の形状を制御することを特徴とする単結
晶製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1215943A JP2758038B2 (ja) | 1989-08-24 | 1989-08-24 | 単結晶製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1215943A JP2758038B2 (ja) | 1989-08-24 | 1989-08-24 | 単結晶製造装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0380181A JPH0380181A (ja) | 1991-04-04 |
| JP2758038B2 true JP2758038B2 (ja) | 1998-05-25 |
Family
ID=16680830
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1215943A Expired - Fee Related JP2758038B2 (ja) | 1989-08-24 | 1989-08-24 | 単結晶製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2758038B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4513638B2 (ja) * | 2005-04-18 | 2010-07-28 | 住友電気工業株式会社 | 化合物半導体結晶の製造装置 |
| FR2979357B1 (fr) * | 2011-08-31 | 2015-04-24 | Commissariat Energie Atomique | Systeme de fabrication d'un materiau cristallin par cristallisation dirigee muni d'une source de chaleur additionnelle laterale |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5930795A (ja) * | 1982-08-10 | 1984-02-18 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 単結晶引上装置 |
| JPS6283877U (ja) * | 1985-10-30 | 1987-05-28 | ||
| JPS63270379A (ja) * | 1987-04-28 | 1988-11-08 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 化合物半導体単結晶の製造方法および装置 |
-
1989
- 1989-08-24 JP JP1215943A patent/JP2758038B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0380181A (ja) | 1991-04-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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