JPS61266391A - 半導体結晶の引き上げ成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、半導体結晶の引き上げ成長装置に関するも
のであシ、更に詳しくは結晶の引き上げ方向の熱履歴を
制御して特性の均質な半導体結晶を引き上げ成長させる
装置に関するものである。

（従来の技術） 半導体結晶の引き上げ成長法は大口径の半導体結晶ウェ
ハーを得るに適した方法として広く行なわれておシ、ま
た揮発性を有する化合物半導体結晶を引き上げ法で成長
させる場合には、るつぼ内の融液をＢ、０３等の液体封
止剤であらかじめ封止した状態にして結晶を一定方向に
引き上げる所謂ＬＥＣ法が採用されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、従来これ勢の半導体結晶の引き上げ成長方法に
おいては結晶の引き上げ方向に均一に加熱することは引
き上げ中の環境変化が大きいため、極めて困難である。

このため、引き上げ中の結晶の引き上げ方向に対する熱
履歴が大きく、結晶の特性が結晶の肩部から尾部にかけ
て変わったものとなシ、引き上げられたインゴットから
ウェハーを切り出した場合、切シ出した部分によシ特性
が異なシ、均質々ウェハーが得られなかった。

この発明は上記実情に鑑み、引き上げ方向に対する結晶
の熱履歴を一様にすることができるような半導体結晶の
引き上げ成長装置を提案することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 以上の問題点を解決するため、この発明ではるつば内の
融液表面及び引き上げ中の結晶の熱画像を得る熱画像撮
像手段を含む撮像部と、該撮像部の熱画像から引き上げ
中の結晶の前記引き上げ方向に沿う二次的温度分布を描
出する画像処理部と、前記るつぼの周辺に、前記引き上
げ方向に沿って配置された１又は２以上のヒータとから
なり、該ヒータは前記画像処理部から送られた前記温度
分布を表わす信号によって制御するようにした半導体結
晶の引き上げ成長装置を提案するものである。

（作用） 即ち、この発明によればるつぼ内の融液がら結晶を一定
方向に引き上げて半導体結晶を成長させる過程において
融液表面及び引き上げ中の結晶の熱画像を撮像部で撮像
し、この熱画像を画像処理部で処理して結晶の引き上げ
方向に沿う二次元的な温度分布を描出し、更にこの温度
分布を表わす信号によって前記るっほの周辺Ｋ、前記結
晶の引き上げ方向に沿って配置された複数個のヒータを
制御するものである。

したがって、この発明によれば結晶の引き上げ方向の温
度分布が一様になり、熱履歴がなく結晶の肩部から尾部
にかけて均一な品質のものが得られる。

なお、撮像部は熱画像撮像手段の他に、前記結晶の光学
像を撮像する光学画像撮像手段を備えるようにし、該光
学画像撮像手段からの画像を熱画像に重ね合わせるよう
にすればよシ鮮明な熱画像を得ることができる。

（実施例） 以下、この発明を図示の実施例に基いて説明すると、第
１図はこの発明に係る半導体結晶の引き上げ成長装置の
一例を示すもので、装置は高圧容器ｉｏ内にるつぼ／／
を設け、るりぼ／／中には例えばガリウム砒素（ＧｃＡ
ａ）の融液／Ｊが貯えられ、融液／２の表面はＢ、０．
融液／３によって封止され、を九融液ｌコ中には引き上
げ棒ｌｌＩの先端に設けられた種結晶ｌ！が挿入され、
引き上げ棒／Ｊを回転しながら融液／コからＧａ劾結晶
／Ａを垂直方向に引き上げ成長させるようにしである。

一方、るつぼ／／の外周には第１ヒータｌりが配置され
、また融液／コ内には熱電対等で構成される温度センサ
ー／１が挿入され、温度センサー／１と第１ヒータ／７
とは第１温度制御装置ｌ？を介して接続され、るつぼ／
／内の融液／コの温度は第１温度制御装置／デによシ制
御及び監視されている。

更に第１ヒータ／りの上部にはＧＧＡＪ結晶ｌ乙の引き
上げ方向に沿ってＧａＡｓ結晶／６の周辺に第２ヒータ
ー０を配置し、また引き上げ中の［有］劾結晶１６を監
視するために画像撮像部コｌを設ける。

画像撮像部２１はＧａＡｓ結晶／６の熱画像を撮像する
熱画像カメラココと噛結晶／６の可視像を撮像する可視
像カメラコ３とを備えている。この画像撮像部コｌは高
圧容器ｉｏ内部に取付けたす７アイヤロツド等の赤外線
、可視光線透過材評及びハーフミラ−２３等によって構
成される光学系を通してＧａＡ、結晶／６を融液／コの
表面に対して約４５゜の角度から監視している。光学系
の透過材コダとしてこの実施例ではサファイヤロッドを
使用するが、これは赤外線の吸収を防止し、鮮明な熱画
像を得るためである。

熱画像カメラ２−にはサファイヤロッド２４Ｉ及びハー
フミラ−２！を透過した赤外線が入射し、融液１２の表
面温度分布釜びに引き上げ中のＧａＡｓ結晶ｌ結晶ｌ面
像が撮像される。厳密に言えば、ＧａＡｓ融液／Ｊ及び
ＧａＡｓ結晶１６の表面は８１０３融液／３によって覆
われているため、得られた熱画像はＢ、０．融液／３の
温度分布を表わしているが、Ｂ１０１融液１３の温度分
布はＧａＡｓ融液／、２の温度分布を反映しているため
、熱画像カメラココからの熱画像を画像処理したものは
ＧａＡａ融液／融液／塵分布として捉えることができる
。

なお、熱画像カメラココからの熱画像だけではＧａＡｓ
融液／コと０６Ｍ結晶１６の表面とを十分に区別するこ
とができない。

このため、この実施例では赤外線とともに透過材−ダを
通過した可視光線を・・−フばラーコｊで反射させて可
視像カメラコ３に入射させ、上記熱画像と同一領域から
可視像を抽出し、この可視像を熱画像とともに画像処理
装置コロに送シ出すようにしである。

画像処理装置コロでは送られてきた熱画像及び可視像と
から、ＧａＡｓ結晶１６の熱画像を切シ分け、ＧＬＡＪ
結晶１６の引き上げ方向及び径方向の温度分布を検出す
るとともに１検出された温度分布に基き、この温度分布
を一様にするような制御信号Ｃｆを第２温度制御装置２
６に送出す。第２温度制御装置コアは第２ヒーターＯに
接続されており、第２ヒータコθは制御信号Ｃｆによ多
制御され、その結果Ｇａ〜結晶１６の温度分布は引き上
げ方向並びに径方向に一様になる。

なお、との実施例では画像処理装置コロは第１温度制御
装置１９にも接続され、第１ヒータｌりも信号Ｃ／によ
多制御するようにしである。したがって、Ｇ５Ａｊ融液
１２の温度がＧａＡ、結晶１６の熱画像を参照して制御
されるので、第１ヒータｌりの異状加熱に基ず〈噛結晶
／６の熱履歴をなくすことができる。

なお、従来法とこの発明におけるＧａＡｓ結晶／６の引
き上げ方向の温度分布の一例を第２図に示す。

第２図はＧａＡｓ結晶ｌ結晶ｌ色上げ方向の温度分布を
熱電対で測定した結果を示すもので、これによれば従来
法の場合、ＧａＡｓ融液面からＢ、０．融液面までの間
に大きな温度勾配があ夛、またＢ、Ｏｓ融液面からはこ
れよシや＼緩やかな２５０℃／副の温度勾配がある（第
２図のＡ曲線参照）。

これに対してこの発明の方法では温度勾配７φ伝という
小さな温度勾配で、ＧａＡｓ融液面から略々一様に温度
上昇している（第２図のＢ曲線参照）。

次に、上記従来法によシ製造されたＧｉｚＡａ化合物半
導体単結晶とこの発明によシ製造されたＧａＡｓ化合物
半導体単結晶の結晶特性の一例を、第３図及び第４図に
示す。

これによれば従来法では結晶の引き上げ方向に対する熱
履歴が異なるため、結晶に導入される熱歪が異なシ、そ
の結果として発生する転位密度Ｅ、Ｐ、Ｄ（ＥｔｃｈＰ
ｉｔ　Ｄａｎｓｉｔν）分布が不均一になり、且つ結晶
の肩部と尾部の間には差が生じ（第３図α）、更に電気
的特性、例えば抵抗率分布も不均一になシ、且つ結晶の
肩部との間ぺも差が生じる（第４図α）。

これに対してこの発明によシ得られたＧａＡｓ化合物半
導体単結晶では結晶の受ける熱履歴が一様になるように
制御されるため、転位密度分布（第３図ｂ）、更に抵抗
率分布（第４図ｂ）が同一になシ、インゴットの全域に
亘って均質な特性を有する単結晶を得ることができる。

なお、以上の実施例では第２ヒータコ０として１つのヒ
ータを使用する場合について説明したが、２以上の一２
ヒーター０を引き上げ方向に分散させて配置するように
してもよい。

更に１第１ヒータ／り及び第２ヒータ２０はＧａＡｓ結
晶／６の引き上げ方向酸は径方向に所望の温度弁、布を
得るために、可動できるようにしてもよい。

（発明の効果） 以上要するに、この発明によれば結晶の引き上げ方向に
対する熱履歴を一様にすることができ、その結果結晶の
肩部から尾部に至る迄、均質な半導体結晶を得ることが
できる。

なお、上記実施例ではＬＥＣ法によるＧａＡｓ化合物半
導体単結晶の製造例について説明したが、この発明はＬ
ＥＣ法に限定されず、またＧａＡａ等の化合物半導体結
晶の製造にも限定されるものでなく、引き上げ法による
他の半導体結晶の製造にも適用される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示す半導体結晶の引き
上げ成長装置の概略図、第２図は従来法と本発明におけ
るＧ（ＩＪ４化合物半導体結晶の引き上げ位置とこの位
置における温度（熱電対出力電圧）の関係図、第３図は
同上のＧａＡｓ化合物半導体結晶の肩部と尾部の径方向
における転位密度Ｅ、Ｐ、Ｄを示すもので、第３図←）
は従来法によシ得られたＧａＡｓ化合物半導体結晶、第
３図（６）は本発明によシ得られたＧａ）ｈａ化合物半
導体結晶を示す、第４図は同上のＧ山化合物半導体結晶
の肩部と尾部の径方向における抵抗率分布を示すもので
、第４図←）は従来法によシ得られたＧａ）ｈａ化合物
半導体結晶、第４図（ｂ）は本発明によシ得られ九らＭ
化合物半導体結晶を示す。 図中、ｌｌはるつぼ、／コは融液、／りは引き上げ棒、
ｉｓは種結晶、１６はＧａＡａ結晶、コ０は第２ヒータ
、コｌは画像撮像部、ココは熱画像カメラ、コＪは可視
像カメラ、評はサファイヤロッド、コロは画像処理装置
、コアは第２温度制御装置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）るつぼ内の融液から結晶を一定方向に引き上げて
   半導体結晶を製造する半導体結晶の引き上げ成長装置に
   おいて、 融液表面及び引き上げ中の結晶の熱画像を 得る熱画像撮像手段を含む撮像部と、該撮像部の熱画像
   から引き上げ中の結晶の前記引き上げ方向に沿う二次元
   的温度分布を描出する画像処理部と、前記るつぼの周辺
   に、前記引き上げ方向に沿つて配置された１又は２以上
   のヒータとからなり、該ヒータは前記画像処理部から送
   られた温度分布を表わす信号によつて制御するようにし
   たことを特徴とする半導体結晶の引き上げ成長装置。
2. （２）撮像部は熱画像撮像手段の他に、前記結晶の光学
   像を撮像する光学画像撮像手段を含む特許請求の範囲第
   １項記載の半導体結晶の引き上げ成長装置。