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JPH0328398B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0328398B2
JPH0328398B2 JP58154771A JP15477183A JPH0328398B2 JP H0328398 B2 JPH0328398 B2 JP H0328398B2 JP 58154771 A JP58154771 A JP 58154771A JP 15477183 A JP15477183 A JP 15477183A JP H0328398 B2 JPH0328398 B2 JP H0328398B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
temperature
heater
crystal
single crystal
crucible
Prior art date
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Application number
JP58154771A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS6046998A (ja
Inventor
Kazuhisa Matsumoto
Hiroshi Morishita
Shinichi Akai
Shintaro Myazawa
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp, Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP58154771A priority Critical patent/JPS6046998A/ja
Priority to DE8484305606T priority patent/DE3474842D1/de
Priority to EP84305606A priority patent/EP0140509B1/en
Priority to US06/644,009 priority patent/US4645560A/en
Publication of JPS6046998A publication Critical patent/JPS6046998A/ja
Publication of JPH0328398B2 publication Critical patent/JPH0328398B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/14Heating of the melt or the crystallised materials

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 技術分野 本発明はLEC法(液体封止チヨクラルスキー
法)による単結晶引上げ法の改良、及びそのため
に用いる単結晶引上げ装置に関する。
(ロ) 背景技術 従来のLEC法による単結晶引上装置において、
ルツポのまわりのヒーターとしては、通常の円筒
形等肉厚1ヒーター以外に、1ヒーターで内径、
外径及び肉厚を変化させた形状のもの(特公昭52
−39787号公報)や第1図の如く、ルツボ1を支
持するサセプタ2のまわりに2つのヒーター3を
設置しルツボ1及びサセプター2を上下方向に移
動させながら温度環境を変化させるもの(特開昭
57−11897号公報)が提案されているが、これら
はいずれも結晶成長領域に於て成長に適した温度
環境を実現しようとするものである。ところが、
実際には成長後の冷却領域(上方空間)において
結晶が急激に、しかも不均一に冷却されるため下
記の如き欠点があつた。
(1) 結晶固化後、上方空間で加圧ガス対流等によ
り急激にしかも不均一に冷却されるため、結晶
内に大きな熱応力が発生し、結晶中に転位、リ
ネージなどの結晶欠陥が多い。
(2) 成長領域(固液界面、B2O3中)の温度勾配
をゆるくしても結晶固化後の成長結晶を通して
の熱放散が大きく、結晶表面と内部には温度差
が発生し大きな熱応力は避けられないため、成
長結晶が冷却中や冷却後のスライス加工中に結
晶、ウエハ共、割れやすい。
(ハ) 発明の開示 本発明は上記従来のLEC単結晶引上法におけ
る欠点を改良することを目的とするもので、融液
加熱用第1ヒーター、単結晶成長領域温度環境制
御用第2ヒーターの他に、結晶冷却ゾーン温度制
御用のヒーターまたは保温材からなる第3の温度
制御手段を用いて、該結晶冷却ゾーンを成長結晶
全域にわたりほぼ均一な温度分布もしくはゆるや
かな熱勾配を持たしめた所定の熱環境として成長
結晶を室温まで徐冷することを特徴とする単結晶
引上方法、及び、ルツボ、ルツボを支えるサセプ
ター、その周囲に設けた第1のヒーターおよびル
ツボ内を上下に移動できる回転可能な引上軸から
なるLEC法による単結晶引上装置において、融
液加熱用の第1ヒーター、単結晶成長温度領域温
度環境制御用の第2ヒーター、および結晶冷却ゾ
ーン温度制御用の第3ヒーターを有し、かつ、第
3ヒーターはその上部を内側に張り出した形状を
有することを特徴とする単結晶の引上装置に関す
る。
本発明方法及び装置を第2図を用いて具体的に
説明する。図中、1はルツボ、2はサセプタ、H
1は融液加熱用ヒーター、H2は固液界面、液体
カプセル剤5中及び5表面近傍の温度分布制御用
ヒーター、H3はルツボ内液体カプセル剤上方空
間及びルツボ上方空間の温度をほぼ結晶長全域に
わたつて均一に保つか、または所望の温度分布を
もつた熱環境をつくるためのヒーターである。ヒ
ーターは抵抗ヒーターを用いている。4は単結晶
材料融液、5はB2O3等の液体カプセル剤である。
ヒーターH1,H2は成長温度領域での温度環
境を決定する。たとえばGaAs成長では中心熱上
縦方向温度勾配は第3図に示すように B2O3中…20〜200℃/cm例えば50℃/cm B2O3上方の不活性ガス中…5〜50℃/cm例え
ば10℃/cmである。
第3図の左図に示すように、ヒーターH3は結
晶成長が終了し、冷却される時の熱環境を決定す
るヒーターであり、この領域はほぼ均熱かあるい
は極めてゆるい勾配のついたゾーンとする。この
ような温度環境は主にはヒーターH3により得ら
れるが、ヒーターH2も部分的に冷却ゾーンの温
度環境に影響を与える。このような温度分布を図
示したものが第3図であつて、冷却ゾーンの温度
分布として図示した斜線の部分は許容温度条件の
範囲を示す。
ヒーターH2は特に固液界面、B2O3中及び
B2O3上部空間の温度環境決定に寄与し、また冷
却ゾーン下部温度環境にも影響を与える。冷却ゾ
ーンの温度領域は700℃〜1000℃(例えば850℃)
の間に設定できる。結晶は上記冷却ゾーンまで上
昇した後、上記勾配を保つたまま降温する。
ヒーターH3は内外径とも一定のものでも良い
が、第2図あるいは第3図に示すようにヒーター
上部で径が小さくなつていると、不活性ガス対流
防止の点で更に効果大である。
又このような形状ではヒーターH3に電力を加
えなくても該形状による保温効果があり、同様の
効果を期待できる。
また、第2図あるいは第3図に示すH3のよう
な形状の保温材を比重が融液4のそれよりも小さ
い例えばカーボンの表面をBNでコーテイングし
た外径がルツボ1の内径より小さい大きさとし
て、液体カプセル剤B2O35上に浮かべて常に成
長界面との相対位置を一定に保ち、結晶固化後の
界面上部を常に一定の低温度勾配領域にすること
も可能である。
保温材H3としては表面をBNでコーテイング
したカーボンの他に、カーボン、カーボンフエル
ト、SiO2、Al2O3、BN、Si3N4、PBN
(Pyrolytic BN)等を用いてよい。熱伝導の良い
カーボンを用いると均熱ゾーンが作りやすい。
ヒーター(又は保温材)H3の形状としては第
4図に示すように直円筒型A、屋根張り出し型B
またはC等があるが、後者の方が均熱領域を得や
すい。また上述のように保温材H3の外径を小さ
くしてB2O3上に浮かべる場合にはカーボン方面
にBN、AlN等のコーテイングを施すとカーボン
粉末による汚染がない。
本発明方法、装置を用いて単結晶を引上げた場
合、成長領域上方空間の温度勾配をゆるくするこ
とができ、また成長終了後、結晶全域を均一な温
度領域、またはゆるやかな温度勾配の下で冷却さ
せることが可能なため、結晶内温度差が極めて小
さくなり、熱応力が大幅に減少する。その結果、 (1) 転位、リネージ等の結晶欠陥が減少し、また
転位密度の面内分布が均一になる。
(2) 成長結晶の冷却中ならびに成長結晶の切断加
工中のワレが減少する。
(3) 結晶の熱歪が減少するため、加工時のワレ防
止のための冷却後のアニールが不要になり、工
程を少くできる。
といつた効果が奏せられる。
(ニ) 発明を実施するための最良の形態 例 第2図の装置を用いてGaAs単結晶引上げを下
記の条件で行つた。
GaAsチヤージ量… 4Kg(アンドープ) ルツボ… PBN製、内径6インチ 不活性ガス… 窒素ガス(N2) 結晶成長条件: (1) 3ゾーンヒーターを各々所定の温度に昇温し
て6インチルツボ内に4KgのGaAs融液を生
成、この時チヤンバー内はN2ガスで2〜50気
圧(B2O3の厚さにより厚い場合には例えば3
気圧、一般には15気圧〜20気圧)に加圧されて
いる。このときの昇温方法は次の通り行なう。
() GaAs多結晶原料チヤージの場合 (イ) ヒーターH3,H2,H1共同時に比例
して昇温していき、ヒーターH3はヒータ
ー外側温度測定点で870℃で昇温停止、こ
の時ヒーターH1の外側温度測定点は約
1200℃、ヒーターH2は約1000℃となつて
いる。
(ロ) 更にヒーターH1を昇温続行し、GaAs
多結晶が融解すれば昇温ストツプする、こ
のときヒーターH2は900〜1100℃の間に
設定することにより任意に固液界面、
B2O3中、B2O3表面近傍の温度勾配を決定
することができる。
() Ga、Asチヤージの場合(直接合成引上
げ) ()との相違点は昇温途中でGaとAsの
直合反応が起こることのみである。
(2) 融液生成後30分後シーデイングを行い、引き
続き結晶成長を行つた。成長条件は引上速度4
〜20mm/h(例えば10mm/h)回転数は結晶、
ルツボ共2〜40rpm(例えば結晶10rpm、ルツ
ボ12rpm)である。
(3) 3インチ直径の結晶を成長させた。結晶重量
は3820g、結晶長19cmである。
(4) 成長が完了した後、結晶は引き続き上昇さ
せ、第5図に示すように冷却ゾーン領域にて停
止、この時結晶は850℃±30℃の範囲内にある。
(5) この状態でヒーター電力を調整して室温まで
徐冷した後、クラツクのない結晶を取り出し
た。
なお、(1)のGaAs融液生成に於ては、GaAs多
結晶原料をチヤージ、溶融させても良いし、Ga
とAsをチヤージし直接合成法により高圧下で
GaAs融液を生成後、減圧して(1)記載の状態にし
ても良い。
結晶成長結果: (1) このようにして得られた本発明GaAs単結晶
Aと従来法によるGaAs単結晶Bとについて、
結晶頭部(Head)及び尾部(Tiil)でのEPD
(欠陥格子密度)面内分布を第4図A,Bに示
すが、本発明のEPDが大巾に減少しているこ
とが判る。
(2) 冷却時、加工時に結晶が割れないため、直径
3インチ±1mmの外径研削とオリエンテーシヨ
ンフラツト加工(OF加工)後の歩留りは従来
の35%から60%へと向上した。
(3) 結晶のワレが無いため冷却後のアニールが不
必要となり、工程を少くできた。
(4) 約1019cm-3以上のIn、Sbなどをドープするこ
とにより更に一桁EPDが減少した。
(ホ) 発明の利用分野 本発明方法および装置はLED法により製造さ
れる化合物半導体単結晶、例えばgaAs、GaP、
InP、InAs、GaSbの単結晶引上げに有効に利用
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のLEC法単結晶引上装置の一例
を示す図であり、第2図は本発明の単結晶引上装
置の概略および引上法を説明する図である。第3
図は本発明による他の単結晶引上装置における結
晶成長および冷却のための温度環境を決定する中
心軸上の縦方向温度勾配を示す概略図、第4図
A,B,Cはヒーター又は保温材H3の種々の形
状を示す概略図である。第5図は単結晶を冷却ゾ
ーンに上昇させたときの図である。第6図Aは本
発明方法によるGaAs単結晶EPD面内分布を示す
グラフであり、第6図Bは従来法によるGaAs単
結晶EPD面内分布を示すグラフである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 LEC法による単結晶の引上げ方法において、
    融液加熱用第1ヒーター、単結晶成長領域温度環
    境制御用第2ヒーターの他に、結晶冷却ゾーン温
    度制御用のヒーターまたは保温材からなる第3の
    温度制御手段を用いて、該結晶冷却ゾーンを成長
    結晶全域にわたりほぼ均一な温度分布もしくはゆ
    るやかな熱勾配を持たしめた所定の熱環境として
    成長結晶を室温まで徐冷することを特徴とする単
    結晶引上方法。 2 単結晶がGaAs単結晶であつて、液体カプセ
    ル剤上方の中心軸縦方向温度勾配が5〜50℃/
    cm、第3の温度制御手段によつて制御される結晶
    冷却ゾーンの温度が700〜1000℃でかつ温度勾配
    が0〜20℃/cmに制御される特許請求の範囲第1
    項記載の単結晶引上方法。 3 ルツボ、ルツボを支えるサセプター、その周
    囲に設けた第1のヒーターおよびルツボ内を上下
    に移動できる回転可能な引上軸からなるLEC法
    による単結晶引上装置において、融液加熱用の第
    1ヒーター、単結晶成長温度領域温度環境制御用
    の第2ヒーター、および結晶冷却ゾーン温度制御
    用の第3ヒーターを有し、かつ、第3ヒーターは
    その上部を内側に張り出した形状を有することを
    特徴とする単結晶の引上装置。
JP58154771A 1983-08-26 1983-08-26 単結晶引上方法及びそのための装置 Granted JPS6046998A (ja)

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