JP2885240B1 - 半導体結晶育成装置および育成方法 - Google Patents
半導体結晶育成装置および育成方法Info
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Abstract
よる半導体結晶育成において、育成した半導体結晶中に
ドーパント不純物および酸素以外の不純物を混入させる
ことなく半導体単結晶を育成する。また、融液の回転対
称性を高める。 【解決手段】 磁界中に保持された半導体融液(2)と
成長している半導体単結晶(3)間に電流を通電するた
めに半導体融液に電流を印加するための電極(6)とし
て、育成する半導体単結晶と同一組成の材料からなるも
のを使用する。また、この電極と半導体融液の接触位置
(8)は、半導体融液主表面(7)よりも高い位置とす
る。
Description
装置および育成方法に関し、特に、半導体融液に互いに
直交する磁界と電流を印加して半導体融液を回転させる
結晶育成技術に関するものである。
される半導体結晶ウエハーは、回転している半導体融液
から半導体単結晶をそれと逆方向に回転させながら引き
上げるチョクラルスキー法により育成する。るつぼ内に
保持された半導体融液は、るつぼの周りに設置した円筒
状のヒーターから熱を受けており、融液内の温度分布を
結晶の引き上げ軸に対して完全に軸対称的にするため
に、るつぼを回転させている。融液内の温度分布を軸対
称にするために、るつぼの回転中心とヒーター配置の対
称軸は、結晶の引き上げ軸に一致していることが必要で
ある。従来技術では、るつぼを保持する軸を機械的に回
転させる方法が一般的である。
回転させるには大がかりな装置が必要になるなど、大型
結晶の育成が徐々に困難になってきた。この困難を回避
するために、半導体結晶育成装置において、結晶成長中
の半導体融液への磁界の印加装置と、その磁界と直交す
る電流を半導体融液中に印加する装置とを備え、半導体
融液中に浸入する電極と引き上げ結晶に通電する電極と
を用いた、半導体結晶育成装置および育成方法が提案さ
れ(特願平9―343261)、直径が30cm以上の
ような大口径の半導体結晶の育成に当たっても、装置の
大規模化を最小限に抑え、かつ回転数の正確な制御を可
能とする結晶成長技術が考案されている。
技術では、電極材が半導体融液に溶解し、電極に使用す
る材料が半導体融液および育成結晶以外の材料を含んで
いる場合は、半導体融液および育成結晶の純度の低下や
その他の不純物濃度分布に影響を及ぼすという問題があ
った。また、電極が半導体融液内に浸入するため、半導
体融液の回転が電極によって部分的に遮られ、回転の対
称性が低くなる問題もあった。
のであり、チョクラルスキー法による半導体単結晶育成
装置において、結晶成長中の半導体融液に磁界を印加
し、かつ磁界と直交する電流を半導体融液中に印加する
育成装置を提供する。また、チョクラルスキー法による
半導体単結晶育成方法において、電極から半導体融液お
よび半導体単結晶への汚染不純物の混入がなく、かつ半
導体融液の回転の対称性の低下を招くことのない育成方
法を提供する。
成するため、半導体融液中に磁界を印加する装置と半導
体融液中に電流を通電する装置とを備えた半導体結晶育
成装置において、半導体融液中に電流を印加するための
電極の半導体融液に接触する部分が育成する半導体単結
晶と同一の材料からなることを特徴とする半導体結晶育
成装置を提供する。この場合、半導体融液中に電流を印
加するための電極が育成する半導体単結晶と同一の材料
からなることが好ましい。
加する装置と半導体融液中に電流を通電する装置とを備
えた半導体結晶育成装置を用いて半導体結晶の育成を行
うに当たり、半導体融液中に通電するための電極と半導
体融液とを半導体融液の主たる表面より高い位置で接触
させることを特徴とする半導体結晶育成方法を提供す
る。この場合、半導体融液表面の上下位置変動に対して
も、半導体融液中に通電するための電極と半導体融液と
が常に一定の相対的関係で接触していることが好まし
い。
液と成長中の半導体結晶間に電流を通電する際に、育成
する半導体結晶と同一の材料を電極として使用するため
に、電極から半導体融液中に不純物が混入することが無
く、育成した結晶中にも不要な不純物が混入することが
無くなる。
濡れ性によって半導体融液表面よりも高い位置で接触し
ているために、半導体融液の回転が電極によって遮られ
ることが無く、半導体融液の回転状態に乱れが生じるこ
とが無い。このため、温度分布の軸対称性が高まり、結
晶中に取り込まれるドーパント不純物濃度の半径方向の
分布をより均一にすることができる。さらに、シリコン
単結晶の場合には、酸素濃度分布の半径方向の分布もよ
り均一にすることができる。
る。成長中の半導体結晶と磁界中に保持された半導体融
液間に電流を流す方法を、図1により説明する。図1で
は主要部分を見やすくするために、磁場印加装置、ヒー
ターなどの周辺装置は省略されている。るつぼ(1)内
に保持された半導体融液(2)から半導体単結晶(3)
を、電気伝導性のある材質を用いた引き上げ軸(4)の
先端にセットした種結晶(5)を介して引き上げてい
く。種結晶(5)と引き上げ軸(4)は、通常のチョク
ラルスキー法による結晶成長の場合と同様にして結合さ
せておくが、電気伝導を良好に保つために、種結晶
(5)と引き上げ軸(4)との接触面積を大きくする。
成長中の半導体単結晶(3)と、るつぼ(1)内の半導
体融液(2)との間に電流を通電するための電極(6)
は、育成する半導体単結晶(3)と同一の材料で構成さ
れている。この電極(6)と半導体融液(2)は、図2
に示すように半導体融液主表面(7)よりも高い位置で
互いに接触するようにする。図2において(8)は電極
/半導体融液接触面を示す。
4として、直径7.5cmの石英るつぼ内に0.3Kg
のシリコン融液を作製し、直径0.4cmのシリコン製
の電極棒をシリコン融液表面に接触させ、直径が3cm
のシリコン単結晶を育成した。電極の挿入位置は、図1
に示したように、るつぼ内壁から1cm内側とした。こ
の際、育成したシリコン単結晶が、P型で抵抗率が10
Ωcm、1Ωcm、0.1Ωcm、0.001Ωcmと
なるようにボロンを融液に添加した。
により分析し、本発明の効果を明らかにするために本試
料の不純物混入の有無を確認した。また、広がり抵抗法
(SR法)により、結晶中のドーパント不純物濃度の半
径方向分布を求めた。さらに、走査型赤外線吸収分光法
(FT−IR法)により、結晶中の半径方向の酸素濃度
分布を求めた。結晶育成中には、シリコン製の電極とシ
リコン融液との接触位置を常時炉の側部からX線透視法
により観察し、常にシリコン融液表面とシリコン電極の
相対位置を一定に保った。実施例1から4では、電極と
融液との接触位置は、融液主表面から3mm高い位置と
した。印加した磁界の大きさと電流の大きさ、その他の
結晶育成の条件、および結晶育成した結果を表1にまと
めて示す。ここで、ドーパント濃度および酸素濃度の半
径方向の分布は、下記式による値で表した。[(結晶中
心での濃度―結晶端での濃度)/結晶中心での濃度]×
100
m、1Ωcm、0.1Ωcm、0.01Ωcmで直径が
30cmのシリコン単結晶を、直径70cmの石英るつ
ぼ内に300Kgのシリコン融液を作製し、育成するシ
リコン単結晶と同一の組成で直径0.4cmのシリコン
単結晶電極をシリコン融液表面に接触させて育成した。
これらの実施例では、電極と融液の接触位置を、融液主
表面から3mmの高さに保って育成した。電極の挿入配
置は、図3および図4に示した。印加した磁界の大きさ
と電流の大きさ、その他の結晶育成の条件、および結晶
育成した結果を表2にまとめて示す。
石英るつぼを使用して、抵抗率10Ωcm、1Ωcm、
0.1Ωcm、0.01Ωcmで直径40cmのシリコ
ン単結晶を育成した。実施例9から12では、図3に示
した例と同様に直径0.4mmのシリコン製電極を3
本、シリコン融液表面に接触させ結晶育成をおこなっ
た。これらの実施例の場合にも、電極と融液の接触位置
を、融液主表面から3mmの高に保って育成した。印加
した磁界の大きさと電流の大きさ、その他の結晶育成の
条件、および結晶育成した結果を表3にまとめて示す。
−パント不純物と酸素以外の不純物を含有しないシリコ
ン単結晶を育成できることがわかる。また、本発明によ
る方法で育成したシリコン単結晶中の酸素濃度分布とド
−パント不純物濃度分布の半径方向の不均一性は1%以
下であり、融液中の温度分布が結晶の引き上げ軸に完全
に一致して回転することがわかる。
コン製の電極を使用せずに抵抗率が0.001Ωcmで
直径3.0cm、30.0cm、40.0cmのシリコ
ン単結晶を育成した。電極に使用した材料、育成した結
晶中の不純物の分析結果、ド−パント不純物濃度分布、
および酸素濃度分布の結果を表4にまとめる。表に記載
されていない結晶育成の条件は、電極の配置を含め実施
例1から12までと同様にして行った。なお、比較例で
は、電極材が育成する半導体単結晶と同一の組成のもの
ではなく他の材質であるため、接触位置を融液主表面よ
りも高い位置に保つことが困難であり、したがって電極
と半導体融液の接触は融液主表面よりも3mmから5m
m深い位置で行った。
て育成する半導体単結晶と同一組成の材料を使用しない
場合では、育成したシリコン単結晶中にド−パント不純
物と酸素以外の不純物が混入してしまうことがわかる。
また、電極が融液主表面よりも深い位置にあるため、融
液の回転がこの部分で変形し温度分布の軸対称性も悪く
なってしまうため、結晶中の半径方向の酸素濃度とド−
パント不純物濃度の分布の不均一性が1%以上あり、酸
素濃度とド−パント不純物濃度分布の均一化が困難であ
ることがわかる。
も本発明を適応できることを確かめるために、実施例1
3として、実施例5と同様の電極の配置で直径15cm
のGaAs単結晶を、育成するGaAs単結晶と同一の
組成のGaAs単結晶を電極として使用し、直径30c
mのp−BN(Pyrolytic-Boron Nitride)るつぼから
育成した。この際に、抵抗率が10Ωcmとなるよう
に、ドーパントとしてシリコンを適量添加した。また実
施例14として、直径10cmのInP単結晶を、育成
するInP単結晶と同一の組成のInP単結晶を電極材
として使用して、直径20cmのp−BNるつぼから育
成した。この場合にも結晶の抵抗率が10Ωcmとなる
ように、ドーパントとしてアンチモンを適量添加した。
実施例13、14の結晶育成条件と育成した結晶の結果
を表5に示す。
育成の場合にも、本発明によりド−パント不純物以外の
不純物を含有しない半導体単結晶を育成できることが可
能であることがわかる。また、ド−パント濃度の半径方
向分布が1%以下であるような均一的な半導体結晶を育
成できることが確認された。
て、以上の実施例に限定されることはなく、育成する半
導体結晶と同一の組成の材料を電極として使用する装置
および製法を全て含むものである。本発明はまた、原理
的考察から半導体以外の材料結晶育成においても有効な
技術であることは明らかである。
成した結晶中にド−パント不純物以外の不純物を混入さ
せることなく、半導体単結晶を育成することができる。
また、育成する半導体単結晶と同一の電極材により、電
極と半導体融液との接触位置を半導体融液主表面よりも
高い位置とするので、半導体融液の回転が電極によって
妨げられることがなく、回転の対称性が高まり、ひいて
は融液内の温度分布の対称性が従来技術よりも良くな
り、育成した結晶中のドーパント不純物の半径方向分布
が均一化する。
単結晶を育成する際の、電極の挿入位置を説明するため
の図である。
る半導体単結晶を育成する際の電極と半導体融液の接触
位置を説明するための図である。
単結晶育の実施例として、半導体単結晶を育成した際の
電極の挿入位置を説明するための図(上面図)である。
単結晶育の実施例として、半導体単結晶を育成した際の
電極の挿入位置を説明するための図(側面図)である。
Claims (4)
- 【請求項1】 半導体融液中に磁界を印加する装置と半
導体融液中に電流を通電する装置とを備えた半導体結晶
育成装置において、半導体融液中に電流を印加するため
の電極の半導体融液に接触する部分が育成する半導体単
結晶と同一の材料からなることを特徴とする半導体結晶
育成装置。 - 【請求項2】 半導体融液中に電流を印加するための電
極が育成する半導体単結晶と同一の材料からなる請求項
1に記載の半導体結晶育成装置。 - 【請求項3】 半導体融液中に磁界を印加する装置と半
導体融液中に電流を通電する装置とを備えた半導体結晶
育成装置を用いて半導体結晶の育成を行うに当たり、半
導体融液中に通電するための電極と半導体融液とを半導
体融液の主たる表面より高い位置で接触させることを特
徴とする半導体結晶育成方法。 - 【請求項4】 半導体融液表面の上下位置変動に対して
も、半導体融液中に通電するための電極と半導体融液と
が常に一定の相対的関係で接触していることを特徴とす
る請求項3に記載の半導体結晶育成方法。
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