JPH01239088A

JPH01239088A - 化合物半導体単結晶の製造方法

Info

Publication number: JPH01239088A
Application number: JP6383988A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Inoue; 孝行井上; Hiromasa Yamamoto; 山本　裕正; Osamu Oda; 修小田
Original assignee: Nippon Mining Co Ltd
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 1988-03-16
Filing date: 1988-03-16
Publication date: 1989-09-25
Anticipated expiration: 2009-12-07
Also published as: JPH0699235B2

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】［産業上の利用分野コ本発明は、液体封止チョクラルスキー法（以下、ｒＬＥ
Ｃ法」という）による化合物半導体単結晶の製造方法に
関する。

［従来の技術］一般に、Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　、　　Ｉ　ｎ　Ｐ　、　Ｇ　
ａ　Ｐ　、　　Ｉ　ｎ　Ａ　ｓ等のｍ−ｖ族化合物半導
体単結晶の製造方法としては、ＬＥＣ法が工業的に利用
されている。このＬＥＣ法は、原料をるつぼ内に入れる
とともに、この原料をＢ２０１等の液体封止剤で封止し
、これをＮ２ガスや不活性ガス等の高圧ガス雰囲気とし
た高圧容器内で加圧し、ＡｓやＰの飛散を防止しながら
、原料を抵抗加熱または高周波加熱で加熱して融解し、
融液（溶融原料）に種結晶を浸漬し、るつぼと種結晶を
相対的に回転させながら、種結晶を一定速度で引き上げ
ることにより、一定直径の結晶を製造するものであり、
結晶育成終了後は、単結晶引上げ炉全体の温度を下げ、
炉内が室温になった後、成長結晶体（結晶インゴット）
を取出す。

このようにして育成した単結晶の比抵抗や移動度は、通
常、結晶内での均一性が極めて悪い。従って、この成長
結晶体から鏡面研磨ウェハを作成してＦＥＴ等のデバイ
スを製造しても、面内での電気的特性（しきい値電圧、
抵抗率等）が不均一となり、歩留りが悪い。また、上記
ウェハ上でＩＣ等を作成しても同様である。

ｍ−ｖ族化合物半導体単結晶、特にＧ　ａ　Ａ　ｓは、
結晶内での電気的特性がより均一であることが要求され
ており、上記問題点を解決することが望まれていた。

そこで、従来は、電気的特性の均一な結晶を得る方法と
して、例えば特開昭６１−２８６３００号公報に開示さ
れるように、単結晶引上げ炉から取出した成長結晶体（
結晶インゴット）を石英アンプルに封入し、これを所定
温度で所定時間アニールする、いわゆるインゴットアニ
ール法が行なわれていた。

［発明が解決しようとする課題］しかし、上記従来のインゴットアニール法では、電気的
特性の均一化にある程度の効果はあるものの、十分では
なかった。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので
、結晶内での電気的特性の均一性が優れた化合物半導体
単結晶の製造方法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するために、本発明は、液体封止チョク
ラルスキー法によって化合物半導体単結晶を製造するに
あたり、成長結晶体を液体封止剤から切離した後、単結
晶引上げ炉内においてその成長結晶体全体を均一に６０
０℃〜９５０℃の温度範囲の所定温度で２時間以上４０
時間以下保持し、その後冷却を行なうこととした。

ここで、上記温度範囲は、好ましくは７５０　’Ｃ〜８
５０℃である。また、保持する時間は、好ましくは４〜
１０時間である。

成長結晶体の引上げ終了直後、成長結晶体の上部及び下
部は上記所定温度より高温または低温となっているので
、冷却または加熱を行ない、成長結晶体全体が上記所定
温度となるようにする。なお、上記所定温度まで冷却ま
たは加熱を行なう際の冷却速度または加熱速度は、１〜
１０°Ｃ／分が好ましい。この際、成長結晶体全体がで
きるだけ均一な温度となるようにする。すなわち、成長
結晶体の引上げ終了直後は、引上げ炉内には成長軸方向
に温度分布があって成長結晶体の上部は下部よりも低温
となっており、上下で温度差があると成長軸方向での電
気的特性の均一化が図れないからである。

成長結晶体の上下の温度差をなくすには、成長結晶体の
上部を補助ヒータを用いて加熱するか、または保温筒を
用いる等の適宜手段が用いられる。

また、この際、成長結晶体の引上げ終了直後は、通常、
引上げ炉内は１０〜２０気圧の高圧ガスが印加されてい
るが、この炉内圧力を１〜５気圧まで降圧すると、成長
結晶体の上下の温度差をなくすのにより効果的である。

さらに、成長結晶体を所定温度で所定時間保持した後、
引上げ炉全体を冷却する場合の冷却速度は、０．５〜ｂ ’Ｃ／　ｈ　ｒが最適である。

［作用］かかる構成の化合物半導体単結晶の製造方法によれば、
結晶内での電気的特性の均一性が著しく向上し、特別に
ウェハ面内における抵抗率および移動度の均一性の向上
が顕著となる。

［実施例］第１図は、本発明の一実施例において使用する単結晶引
上げ炉（成長結晶体引上げ直後）を示すもので、密閉型
の高圧容器からなる引上げ炉１内には、略円筒状のヒー
タ２が配設されており、このヒータ２の中央には、石英
ガラス裏のるっぽ３が配置されている。そして、このる
つぼ３中には、ＧａＡｓの融液４が入れられており、融
液４の上面はＢ、Ｏ，からなる液体封止剤５で覆力れて
いる。

また、るつぼ３は、その下端に固着された支持軸６によ
り回転かつ上下動可能に支持されている。

７は支持軸６の下端に設けられた支持軸の回転・上下駆
動機構である。また、８はヒータ２の外周を囲繞するよ
うに配置された断熱部材である。さらに、ヒータ２の上
方には、略円筒状の補助ヒータ９が配設されている。

一方、るつぼ３の上方からは、引上げ炉１内に結晶引上
げ軸１０が回転かつ上下動可能に垂下されており、この
結晶引上げ軸１０によって種結晶を保持し、るつぼ３中
の融液４の表面に接触させることができるようになって
いる。１１は結晶引上げ軸受１０の上端に設けられた引
上げ軸の回転・上下即動機構である。また、１２は結晶
引上げ軸１１によって引き上げられている成長結晶体で
ある。

さらに、引上げ炉１の側壁上部には、高圧の窒素ガスを
導入するためのガス導入管１３が接続され、側壁下部に
は、その窒素ガスを引上げ炉４外部へ排出するガス排出
管１４が接続されている。

これらガス導入管１３およびガス排出管１４を介して引
上げ炉１内を加圧、減圧して内部圧力を所定圧力とする
ことができるようになっている。

上記構成の単結晶引上げ炉において、ＬＥＣ法（炉内圧
力２０　ｋｇ／ａｊ）によって、直径７５ｍｍ、長さ１
６０ｍ、引上げ方向を〔１００〕としてＧａ　Ａ　ｓ単
結晶を育成した。その後、成長結晶体１２を以下に示す
方法で冷却した。

先ず、成長結晶体１２を液体封止剤５から徐々に引抜き
、第１図示すように、成長結晶体１２の底部と液体封止
剤５の上面との間が約５Ｃ１ｍとなるまで引上げを行な
った。

次に、炉内圧力を２０気圧から徐々に減圧し、３０分か
けて５気圧とした。また、この減圧開始と同時に、３℃
／分の速度で冷却を開始し、炉内温度を８００℃とした
。この際、成長結晶体１２における上下の温度差ができ
るだけ小さくなるように、補助ヒータ９により成長結晶
体１２の上部を加熱した。なお、この補助ヒータ９の加
熱温度は、設定保持温度で成長結晶体１２の上下の温度
差が最小（２０℃程度）となるように、炉内温度分布測
定を行なって補助ヒータ９の入力電力を予め決定してお
いた。

炉内圧力５気圧、炉内温度８００℃を６時間保持した後
、ヒータ２および補助ヒータ９の降温速度をそれぞれ１
．８℃／分および２．２℃／分に調節し、成長結晶体１
２の上下の温度差が２０℃である状態を維持しつつ、２
℃／分の速度で冷却し、室温となるまで冷却した。

このようにして得られた結晶体の頭部（トップ）、中央
部（ミドル）および尾部（テイル）のそれぞれから（１
００）面ウェハを切出し、各ウェハ面内での電気的特性
（抵抗率、移動度）の均一性を評価した。第２図（Ａ）
、（Ｂ）および第３図（Ａ）、（Ｂ）に、頭部と尾部に
おける抵抗率および移動度の測定結果を示す。なお、抵
抗率はＶａｎ　　ｄｅｒ　　Ｐａｕｌ法により測定し、
移動度はＨａｌｌ係数の測定によった。また、比較のた
めに、成長結晶体１２を単結晶引上げ炉内でアニールせ
ずに、室温まで冷却し、これを引上げ炉から取出して、
石英アンプル内で成長結晶体の上下の温度差を約１５０
℃とし、中心温度８１０℃で１０時間保持した後、３〜
ｂ温まで冷却する従来法で得た結晶体についても、上記実
施例と同様の測定を行ない、その測定結果を第２図（Ａ
）、（Ｂ）および第３図（Ａ）。

（Ｂ）に併記した。また、測定値を表に示す。

第２図（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ横軸にウェハの
径方向距離、縦軸に抵抗率をとったもので、第２図（Ａ
）は結晶体頭部におけるウェハの測定結果を示し、第２
図（Ｂ）は結晶体足部における測定結果を示す。第２図
（Ａ）中、実線１５は上記実施例によるもの、実線１６
は従来法によるものの結果を示す。また、第２図（Ｂ）
中、実線１７は上記実施例によるもの、実ｌｌＡ１８は
従来法によるものの結果を示す。

表及び第２図（Ａ、）、（Ｂ）から分かるように、本実
施例により得た結晶体から切出したウェハは、頭部、尾
部から切出したいずれにあっても、従来法によるものよ
り、面内の抵抗率特性が著しく均一化されており、頭部
と尾部とを比較しても抵抗率特性の均一化が図られてい
た。

第３図（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ横軸にウェハの
径方向距踵、縦軸に移動度をとったもので、第３図（Ａ
）は結晶体頭部におけるウェハの測定結果を示し、第３
図（Ｂ）は結晶体連部における測定結果を示す。第３図
（Ａ）中、実線１９は上記実施例によるもの、実線２０
は従来法によるものの結果を示す。また、第３図中、実
線２１は上記実施例によるもの、実線２２は従来法によ
るものの結果を示す。

表及び第３図（Ａ）、（Ｂ）から判るように、本実施例
により得た結晶体から切出したウェハは、頭部、尾部か
ら切出したいずれにあっても、従来法によるものより、
面内の移動度特性が著しく均一化されており、頭部と尾
部とを比較しても移動度特性の均一化が図られていた。

また、結晶体中央部から切出したウェハにあっても、頭
部および尾部から切出したウェハとほぼ同様の結果を得
た。

なお、上記実施例においては、成長結晶体１２の上下の
温度差を２０’Ｃとなるように補助ヒータ９を作動させ
たが、本発明はかかる実施例に限定されるものではなく
、所定温度で所定時間保持する際の成長結晶体の温度は
、その上下の温度差が０〜５０’Ｃとなるように全体が
均一化されていればよい。

［発明の効果］以上のように、本発明の化合物半導体単結晶の製造方法
によれば、液体封止チョクラルスキー法によって化合物
半導体単結晶を製造するにあたり、成長結晶体を液体封
止剤から切離した後、単結晶引上げ炉内においてその成
長結晶体全体を均一に６００℃〜９５０℃の温度範囲の
所定温度で２時間以上４０時間以下保持し、その後冷却
を行なうこととしたので、結晶体の成長軸方向および径
方向で結晶内欠陥濃度や不純物濃度の分布が均一化され
、結晶体全体で電気的特性の均一化を図ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例において使用した単結晶引上
げ炉の縦断面図、第２図（Ａ）および（Ｂ）はそれぞれ本発明の一実施例
で得た結晶体から切出したウェハの抵抗率特性を示すも
ので、第２図（Ａ）は結晶体頭部におけるウェハの特性図、第２図（Ｂ）は結晶体連部におけるウェハの特性図、第３図（Ａ）および（Ｂ）はそれぞれ本発明の一実施例
で得た結晶体から切出したウェハの移動度特性を示すも
ので、第３図（Ａ）は結晶体頭部におけるウェハの特性図、第３図（Ｂ）は結晶体連部におけるウェハの特性図であ
る。１・・・・引上げ炉、２・・・・ヒータ、３・・・・る
つぼ、４・・・・融液、５・・・・液体封止剤、９・・
・・補助ヒータ、１２・・・・成長結晶体。第１図第３図（Ａ）径尤勾躊皺（ｍｍ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）液体封止チョクラルスキー法によって化合物半導
体単結晶を製造するにあたり、成長結晶体を液体封止剤
から切離した後、単結晶引上げ炉内においてその成長結
晶体全体を均一に６００℃〜９５０℃の温度範囲の所定
温度で２時間以上４０時間以下保持し、その後冷却を行
なうことを特徴とする化合物半導体単結晶の製造方法。