JPH05881A

JPH05881A - 化合物半導体結晶の製造装置及び製造方法

Info

Publication number: JPH05881A
Application number: JP17718491A
Authority: JP
Inventors: Koichi Murata; 浩一村田; Tomoyuki Ishihara; 知幸石原; Makoto Sato; 佐藤　　誠
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1991-06-21
Filing date: 1991-06-21
Publication date: 1993-01-08

Abstract

(57)【要約】【目的】再利用回数が多いボートを用いて、不純物無添
加の高抵抗の化合物半導体結晶を歩留良く製造する。【構成】ｐＢＮ製のボート１はＢ１−Ｂ２断面の径に比
べてＡ１−Ａ２の径を大きくし、その間の直胴部にｔａ
ｎθが１／１００のテーパーを設けてある。＜１００＞
方向がボート長手方向になるように加工したＧａＡｓ種
結晶３を、ボート１の所定の位置にセットしボート内に
ＧａとＢ₂ Ｏ₃ をいれる。その後テール部キャップ２を
所定の位置にはめ込む。このボートを用いて単結晶を育
成し、育成後ボートのキャップを取り外し、その開放部
より結晶を取り出すことができる。得られた結晶は双晶
欠陥もなく、ＥＰＤが２０００／ｃｍ² 以下の無添加半
絶縁性であった。この単結晶をスライスして、加工ロス
がなく（１００）円形ウエハを得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水平ブリッジマン法
（ＨＢ法）や温度傾斜法（ＧＦ法）等のボート法による
化合物半導体結晶の製造装置及び製造方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、化合物半導体をボート法で育成す
る場合には、使用するボートの長手方向に垂直な断面形
状は図７〜１０に示すような形状であった。

【０００３】図７〜９の断面形状は、それぞれ半円、Ｕ
型、角型になっている。これらの特徴は、育成した結晶
がボートから上方に簡単に取り出せるように、ボート上
方が結晶の最大径より大きく開口されていることであ
る。これらの形状のボートから育成した単結晶をスライ
スして得られるウエハ形状もＤ型や角型となる。従っ
て、これらの単結晶から円形ウエハを製造する場合に
は、円形に切削する必要があった。この場合、加工のロ
スが非常に多く結晶のコストアップを招いていた。

【０００４】前記問題点を解決するために、実開平２−
１１１６５号などが提案されている。この提案は、図１
０のように断面形状を円形にし、結晶を円形に切削する
ロスを小さくするものである。しかし、断面形状の大部
分を円形にすることで、結晶育成時に結晶を観察する窓
がないか、あるいはあっても観察に充分な大きさではな
かった。このため、結晶育成時に双晶などの結晶歩留を
著しく低下させる結晶欠陥が発生しても、結晶育成時に
は観察ができず、結晶育成中にメルトバックなどのフィ
ードバックをかけることが不可能であった。このため、
結晶育成の歩留の低下を招いていた。

【０００５】これら図１０の様な構造のボートでは、１
回結晶を育成するとその結晶を取り出すためにボートを
破壊するしか方法がなく、ボートの再利用は困難であっ
た。これは特にボート材質に高価なパイロリティックボ
ロンナイトライド（以下ｐＢＮとする）を用いた場合に
は、コストアップを招き大きな問題となっていた。

【０００６】その対策の一つとして、ボート長手方向の
少なくとも一端を開放可能とすることにより、育成した
結晶をボートを破壊することなく取り出すことができる
ことが考えられる。しかしこの方法でも、結晶を取り出
す際にボートと結晶がこすれてボートを破損することが
しばしばあった。また、キャップとボートの隙間から融
液が流れ出さないように、ボート内径とキャップの外径
の加工精度が高く要求され、ボート作製のコストアップ
を招いていた。

【０００７】ｐＢＮボートを用い結晶やキャップを取り
はずす際に、ボート表面のｐＢＮが層状に剥離すること
があるために、ボートを複数回使用するにつれて、ボー
トとキャップとのはめ合わせ隙間が大きなる。また、結
晶の育成中に原料融液が流れ出すことがあり、結晶育成
に支障を与えるだけではなく、結晶育成用電気炉そのも
のを破損する危険があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は従来技
術が有していた前述の問題点を解消するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の問題点
を解決すべくなされたものであり、化合物半導体結晶を
ボート法により製造するための製造装置において、結晶
育成用ボートの長手方向に垂直な断面の形状が、底部で
狭く中央部で広く上部で再度狭くなっている形状であ
り、前記ボートの上部には中央部の最大幅より小さい幅
の開口が設けられ、ボート長手方向の少なくとも１端が
開放可能となっており、前記ボートの直胴部の直径が種
結晶側とテール側で異なっていることを特徴とする化合
物半導体製造装置、および、化合物半導体結晶をボート
法により製造する製造方法において、結晶育成用ボート
の長手方向に垂直な断面の形状が、底部で狭く中央部で
広く上部で再度狭くなっている形状であり、前記ボート
の上部には中央部の最大幅より小さい幅の開口が設けら
れ、ボート長手方向の少なくとも１端が開放可能となっ
ており、前記ボートの直胴部の直径が種結晶側とテール
側で異なっており、前記ボートの材質がパイロリティッ
クボロンナイトライドであるボートを用いて、そのボー
ト内に結晶育成用の原料とともにＢ₂ Ｏ₃ を添加して結
晶を育成することを特徴とする化合物半導体結晶の製造
方法を提供するものである。

【００１０】ボート長手方向の開放部の少なくとも一つ
は、育成した結晶を取り出すことのできる大きさが必要
である。また結晶育成中にボートから原料融液が流れ出
ないように何らかの工夫が必要で、それにはいくつかの
方法がある。その代表的なものとして、ボートの種結晶
と対向する側のテール部に設けた開放部に取り外し可能
なキャップを用いること、あるいは結晶の種結晶側に開
放部を設けその開放部に、種結晶を設置することが可能
で、しかもボートから取り外し可能なキャップを設ける
ことができる。また、ボート長手方向の両端を開放と
し、その開放部にそれぞれキャップを取り付けることも
可能である。

【００１１】ボート長手方向に垂直な断面形状としては
円弧あるいは楕円弧を用いる。この円弧あるいは楕円弧
の径を、結晶取り出し用の開放部側が大きくなるよう
に、直胴部全体もしくは一部にテーパーをつける。キャ
ップを用いるときにはキャップにもボート本体と同様の
テーパーをつけることが好ましい。

【００１２】このテーパーの角度が大きくなると、育成
後ボートから結晶は取り出し易くなるが、ボート内径の
小さい部分と大きな部分で作成可能なウエハ径が大きく
異り加工ロスが大きくなる。このため適当なテーパー角
度θとしては、そのｔａｎθ＝１／３０〜１／３００程
度が好ましい。

【００１３】また、ボート長手方向に垂直な断面形状は
円弧状あるいは楕円弧状が好ましく、結晶成長方位と作
製しようとする円形ウエハの面方位の関係によって、そ
の楕円の偏平率を設計する。この偏平率は得ようとする
円形ウエハの面方位で結晶をスライスしたときの断面形
状が、より円形に近い形になるように設計するのが好ま
しい。このことによって結晶の加工ロスが低減できる。
また、断面形状は円弧状あるいは楕円弧状の他に、多角
形状、長円等の中央部の幅が広くなっているものであれ
ば使用できる。

【００１４】また、ボートの材質としてｐＢＮを用いる
ことにより、石英ガラスに比べ弾性に富むのでキャップ
の着脱を簡単に行うことができ、しかも結晶徐冷中に結
晶に与えるストレスも小さく低転位の結晶が得られる。
また、石英ガラスボートでは避けることのできないＳｉ
などの微量不純物による結晶の汚染がｐＢＮを用いるこ
とにより防止でき、無添加の高抵抗単結晶を育成するこ
とができる。

【００１５】さらに、ｐＢＮボートを用いボート内に原
料とともにＢ₂ Ｏ₃ を添加することにより、ｐＢＮボー
トと結晶の直接のヌレを防ぐことができる。このため、
転位などの結晶欠陥を低減でき、歩留の向上がなされ
る。これらの理由からボート材質としては、ｐＢＮを用
いることが望ましい。

【００１６】また、（１００）円形ウエハを作成する場
合の結晶成長方位としては、＜１００＞方向を採用する
ことにより、円形（１００）ウエハを切り出す際の加工
ロスが小さくできる理由で好ましい。

【００１７】本発明の化合物半導体結晶としてはＧａＡ
ｓ、ＩｎＰ等の３−５族化合物半導体結晶、ＺｎＳｅ等
の２−６族化合物半導体結晶が用いられる。また本発明
装置及び方法は化合物半導体の単結晶のみならず多結晶
にも応用できる。

【００１８】

【作用】本発明においては、ボート上部に結晶観察用と
してスリット等の開口が設けてあるので、結晶育成中に
結晶を観察しながら育成することが可能である。前記開
口の幅は、ボートの長手方向に垂直な断面の中央部の最
大幅より小さく、好ましくは前記最大幅の１０％以上の
幅であればよい。またボートの長手方向に垂直な断面の
形状が円弧もしくは楕円弧であるので、得ようとする円
形ウエハの面方位で結晶をスライスした場合、その断面
形状をより円形に近い形にできる。

【００１９】ボートの少なくとも一端を開放部にし、ボ
ート長手方向断面の円弧あるいは楕円弧の径を、結晶を
取り出す側の開放部が大きくなるようにし、直胴部全体
もしくは一部にテーパーをつける。その結果、前記開放
部よりボートを破壊することなく育成した結晶を取り出
すことができ、ボートを複数回使用できる。

【００２０】また、ボートの材質としてｐＢＮを用いる
ことにより、石英ガラスボートでは避けることのできな
いＳｉなどの微量不純物による結晶の汚染を防ぐことが
でき、無添加の高抵抗単結晶を育成することができる。
さらに、ｐＢＮボートを用いボート内に原料とともにＢ
₂ Ｏ₃ を添加することにより、ｐＢＮボートと結晶の直
接のヌレを防ぐことができ、転位などの結晶欠陥を低減
できるため、歩留よく無添加の高抵抗単結晶を育成する
ことができる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例について図を用いて説
明する。図１及び図２は本発明の化合物半導体結晶の製
造装置において、テール部を開放端にしたボートにテー
ル部キャップと種結晶を設けた上面図と側面図をそれぞ
れ示す。図３は、図１のボートのＡ１−Ａ２及びＢ１−
Ｂ２の断面図、図４は両端開放ボートに種結晶取付可能
なキャップとテール部キャップを用いた場合の上面図、
図５は図４のボートのＡ１−Ａ２の断面図、図６は図１
のボートを用いてＧａＡｓ単結晶を製造する場合の反応
容器の長手方向の断面図である。

【００２２】これらの図において１はテール部開放ボー
ト、２はテール部キャップ、３は種結晶、４はスリッ
ト、５は両端開放ボート、６は種結晶設置可能なキャッ
プ、７は原料Ｇａ、８はＢ₂ Ｏ₃ 、９は反応容器、１０
はＡｓを示す。

【００２３】（実施例１）ＧａＡｓの単結晶を図１のｐ
ＢＮボートを用いた場合について説明する。ボート１
は、Ｂ１−Ｂ２断面の径に比べてＡ１−Ａ２の径を大き
くし、その間の直胴部にｔａｎθが１／１００のテーパ
ーを設けてある。＜１００＞方向がボート長手方向にな
るように加工したＧａＡｓ種結晶３を、ボート１の所定
の位置にセットし、ボート内に図６のようにＧａ７を２
１００ｇと、Ｂ₂ Ｏ₃ ８を１００ｇをいれる。その後テ
ール部キャップ２を所定の位置にはめ込む。反応容器９
の他端にＡｓ１０を２３００ｇ入れ反応容器９内に原料
を入れたボートを設置し、真空状態に減圧し反応容器９
を封じきる。

【００２４】次に反応容器９を結晶育成炉にいれ、反応
容器９内のＡｓを６００℃に加熱し反応容器９内のＡｓ
蒸気圧を１ａｔｍに維持し、反応容器９内ボート部を１
２００℃とし、ＧａとＡｓ蒸気を反応させＧａＡｓを合
成する。その後、さらに昇温し種結晶温度を１２３８
℃、ＧａＡｓ融液中の温度勾配を０．５℃／ｃｍ程度に
し、種結晶とＧａＡｓ融液を接触させる。その後、融液
の温度を徐々に下げて冷却し結晶の育成を行う。結晶育
成中に結晶の観察は容易にボート上方からでき、双晶欠
陥が発生した場合には、その部分をメルトバックし再度
融液温度を徐々に下げ結晶育成を続ける。

【００２５】完全に固化後さらに温度を室温まで下げ
て、ボートのキャップを取り外し、その開放部より結晶
を取り出すことによりＧａＡｓ単結晶４４５０ｇを得る
ことができた。ｐＢＮが層状構造をしているため、結晶
取り出し時にボート内面が層状に剥離する場合がしばし
ばあり、複数回同じボートを使用するとボートの内径が
大きくなる。しかし、ボートにテーパーが付いているた
めテール部キャップをより深く押し込むことにより、ボ
ートとキャップの間の嵌め合わせの不整合が無く再利用
することができる。

【００２６】得られた結晶は双晶欠陥もなく良好なもの
で、その特性はＥＰＤが２０００／ｃｍ² 以下の無添加
半絶縁性であった。得られた単結晶から（１００）面円
形ウエハを製造する場合は、この単結晶を結晶長手方向
と垂直な（１００）面でスライスし切削することによ
り、加工ロスがほとんどなく（１００）円形ウエハを得
ることができる。

【００２７】（実施例２）ＧａＡｓの単結晶を、図４の
両端が開放となっているｐＢＮボート５を用いた場合に
ついて説明する。実施例１と同様に、ボートの直胴部は
テール側の直径が種結晶側の直径より大きくなるように
ｔａｎθが１／１００のテーパーを設けてある。まず、
ｐＢＮボート５にｐＢＮ製の種結晶設置可能なキャップ
６をテール側より挿入し、Ｇａを２１００ｇとＢ₂ Ｏ₃
を１００ｇ入れ、テール部キャップを挿入する。実施例
１で示した方位に切り出したＧａＡｓ種結晶をキャップ
６の所定の位置にセットする。

【００２８】反応容器９の他端にＡｓを２３００ｇ入
れ、ボートを反応容器９内に設置し、反応容器９内を真
空状態に減圧し反応容器９を封じきる。次に反応容器９
を結晶育成炉にいれ、実施例１と同様の操作で結晶を観
察しながら結晶育成を行う。育成後テール部キャップを
取り外し、種結晶側キャップ６をテール側に押し出すこ
とにより、テール側開放部より結晶を取り出すことがで
きる。このようにしてＧａＡｓ単結晶４４５０ｇを得る
ことができた。

【００２９】実施例１と同様に、ボートの使用回数が増
えることによりボートの内径が大きくなっても、キャッ
プの位置を調整することによりボートとキャップの間の
嵌め合わせの不整合が無く再利用することができる。

【００３０】得られた結晶は双晶欠陥もなく良好なもの
で、その特性はＥＰＤが２０００／ｃｍ² 以下の良好な
半絶縁性結晶であった。ウエハの加工は実施例１と同様
に行うことができる。

【００３１】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、次の
ような優れた効果がある。

【００３２】（１）ボート上部に中央部の最大幅より小
さい幅を有するスリット等の開口をもつボートを用い、
ボートの少なくとも一端を開放部にし、直胴部にテーパ
ーを設けることにより、ボートを破壊することなく育成
した結晶をボートから取り出すことができる。また、ボ
ートを複数回使用することができる。これは特に、石英
ボートに比べ高価なｐＢＮボートを使用する際に有効で
ある。

【００３３】（２）ボートにテーパーを付けることによ
り、ボート本体の内径とキャップの外径の加工精度が悪
い場合でも、ボート本体にキャップを挿入する位置を調
整することで、隙間から原料融液が流れ出さないように
することが可能である。このため、ボートとキャップの
作製コストの低減がはかれる。

【００３４】（３）ｐＢＮが層状構造をしているため、
結晶取り出し時にボート内面の一層が剥離する場合がし
ばしばあり、複数回同じボートを使用するとボートの内
径が大きくなる。しかし、ボートにテーパーを付けたこ
とにより、キャップを挿入する位置を調整することで、
ボートとキャップの間の隙間を無くすことができる。こ
のため、ボートの再利用回数が多くなる。

【００３５】（４）ボートの材質としてｐＢＮを用いる
ことにより、石英ガラスボートでは避けることのできな
いＳｉなどの微量不純物による結晶の汚染を防ぐことが
でき、無添加の高抵抗単結晶を育成することができる。

【００３６】（５）ｐＢＮボートを用いボート内に原料
とともにＢ₂ Ｏ₃ を添加することにより、ｐＢＮボート
と結晶の直接のヌレを防ぐことができ、転位などの結晶
欠陥を低減できるため、歩留よく無添加の高抵抗単結晶
を育成できる。

【００３７】（６）結晶育成用ボートの長手方向に垂直
な断面の形状が円弧もしくは楕円弧等の中央部の幅が最
も大きい形状であることにより、得ようとする円形ウエ
ハの面方位で結晶をスライスしたときの断面形状が、よ
り円形に近い形になるために結晶の加工ロスが低減でき
経済的効果が大きい。

【００３８】（７）ボート上部に観察用スリット等の開
口を設けることにより、そのスリットを窓として結晶育
成炉上部から結晶育成時に結晶を観察することができ
る。このため、結晶育成時に双晶などの結晶歩留を著し
く低下させる結晶欠陥の発生が観測された場合には、メ
ルトバックなどを行うことにより、結晶育成中にフィー
ドバックをかけることが可能であり、結果的に歩留の向
上が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】テール部を開放端にしたボートにテール部キャ
ップと種結晶を取り付けた場合の上面図

【図２】図１のテール部を開放端にしたボートにテール
部キャップと種結晶を取り付けた場合の側面図

【図３】図１のボートのＡ１−Ａ２及びＢ１−Ｂ２の断
面図

【図４】両端開放ボートに種結晶取付可能なキャップと
テール部キャップを取り付けた場合の上面図

【図５】図４のボートのＡ１−Ａ２の断面図

【図６】図１のボートを用いてＧａＡｓ単結晶を製造す
る場合の反応容器の長手方向の断面図

【図７】半円型断面形状ボートの断面図

【図８】Ｕ型断面形状ボートの断面図

【図９】角型断面形状ボートの断面図

【図１０】円型断面形状ボートの断面図

【符号の説明】

１テール部開放ボート２テール部キャップ３種結晶４スリット５両端開放ボート６種結晶設置可能なキャップ７原料Ｇａ８Ｂ₂ Ｏ₃ ９反応容器１０Ａｓ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】化合物半導体結晶をボート法により製造す
るための製造装置において、結晶育成用ボートの長手方
向に垂直な断面の形状が、底部で狭く中央部で広く上部
で再度狭くなっている形状であり、前記ボートの上部に
は中央部の最大幅より小さい幅の開口が設けられ、ボー
ト長手方向の少なくとも１端が開放可能となっており、
前記ボートの直胴部の最大幅が種結晶側とテール側で異
なっていることを特徴とする化合物半導体結晶の製造装
置。
【請求項２】前記ボート開放部に取り外し可能なキャッ
プを設ける請求項１の化合物半導体結晶の製造装置。
【請求項３】前記ボートの材質がパイロリティックボロ
ンナイトライドである請求項１の化合物半導体結晶の製
造装置。
【請求項４】前記ボートの直胴部の最大幅が種結晶側よ
りもテール側で大きくなっている請求項１の化合物半導
体結晶の製造装置。
【請求項５】化合物半導体結晶をボート法により製造す
る製造方法において、結晶育成用ボートの長手方向に垂
直な断面の形状が、底部で狭く中央部で広く上部で再度
狭くなっている形状であり、前記ボートの上部には中央
部の最大幅より小さい幅の開口が設けられ、ボート長手
方向の少なくとも１端が開放可能となっており、前記ボ
ートの直胴部の最大幅が種結晶側とテール側で異なって
おり、前記ボートの材質がパイロリティックボロンナイ
トライドであるボートを用いて、そのボート内に結晶育
成用の原料とともにＢ₂ Ｏ₃ を添加して結晶を育成する
ことを特徴とする化合物半導体結晶の製造方法。