JPH04123263U - 化合物半導体単結晶製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】石英ボートの熱変形を防止して単結晶を安定に
成長させる化合物半導体単結晶製造装置を提供する。 【構成】原料融液の入った石英ボートを密閉された石英
アンプル内に配置し原料融液を徐々に固化させて単結晶
を育成する化合物半導体単結晶製造装置において、石英
ボートの外側に窒化物の膜をコーティングし、結晶成長
工程において石英ボートの熱変形を抑止させた。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、化合物半導体単結晶製造装置、特に砒化ガリウム（ＧａＡｓ）の単 結晶を製造するのに有利な、装置の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来、ＧａＡｓ等の化合物半導体の単結晶を製造する場合は、密閉した石英ア ンプルを用い、その中に、原料融液と種結晶の入った石英ボート、並びに揮発性 元素を夫々別々に配置して、定められた温度制御を行いながら、固液界面を移動 させて単結晶を成長させる、いわゆる水平ブリッジマン（ＨＢ方式）等が用いら れていた。

【０００３】 このように化合物半導体の製造時には、石英ガラスを使用する製造技術が多い が、これは石英ガラスの純度が高く、又、耐熱性及び強度に優れている点による ものである。

【０００４】 しかしながら、ＧａＡｓ単結晶を製造する場合のように、石英ガラスの徐冷点 １１８０℃に対して、ＧａＡｓの融点が１２３８℃と高温となる場合は、石英ガ ラスに膨張又は収縮等の熱変形が生ずる欠点があった。

【０００５】 特に、ＧａＡｓ融液の入った石英ボートは、ＧａＡｓの重量もあり大きな熱変 形が生ずる。熱変形が著しい場合は、このＧａＡｓ融液が石英ボートから落下す ることもある。

【０００６】 また、熱変形が発生した石英ボートから得られた単結晶インゴットは高さが低 くなるため、規定寸法のウェーハが得られない。

【０００７】

【考案の効果】 即ち図３に示すように、石英ボート２の熱変形が発生すると、ボート幅Ｗ₁ が 広がりＷ₂ となるとともに融液３の高さＨ₁ は、Ｈ₂ と低くなる。

【０００８】 図４に示すように、得られたＧａＡｓ単結晶を、斜めに切断して直径５０mmの円 形ウェハを取得しようとしても、切断する角度は結晶面方位から一定のため高さ が低くなったぶん切断したウェーハの長さも小さくなり（ｌ₂ ＜ｌ₁ ）、ｌ₂ は ５０mm以下となってしまうものである。

【０００９】

【考案の目的】

本考案の目的は、前記した従来技術の欠点を解消し、石英ボートの熱変形を防 止して単結晶を安定に成長させることのできる化合物半導体単結晶製造装置を提 供することにある。

【００１０】

【考案の要点】

即ち本考案は、原料融液の入った石英ボートを、密閉された石英アンプル内に 配置し、原料融液を徐々に固化させて単結晶を育成する、化合物半導体単結晶製 造装置において、石英ボートの外側に窒化物の膜をコーティングし、結晶成長工 程において石英ボートの熱変形を抑止させたものである。

【００１１】 本考案に於て用いられる窒化物の種類としては、窒化硼素（以下ＢＮと言う） 、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）等が好ましい。

【００１２】 即ち、窒化物は高温に耐える素材として半導体用材料にも利用されているのも ので、中でも窒化硼素（Boror Nitride ）は耐熱性が約3000℃と極めて高く電気 絶縁性、化学安定性にも優れ、無毒である事から応用範囲が広い。

【００１３】 また、石英ガラスが軟化し始める徐冷点1180℃付近においても強度が強く変形 することはないためである。

【００１４】 石英ボートにＢＮをコーティングするためには、常圧で1000℃以下のＣＶＤ反 応で生成できるアモルファスＢＮ（以下αＢＮと言う）が適している。

【００１５】 原料ガスはＢ₂ Ｈ₆ とＮＨ₃ を用い、次の反応条件で生成する。

【００１６】

【数１】

【００１７】 熱変形を抑止するためのＢＮ膜の厚さは、石英ボートの肉厚にも依存するが１ mm〜４mmの範囲が経済性から考えて適当である。

【００１８】

【実施例】

図１は、化合物半導体単結晶製造装置の一実施例を示す要部断面図である。図 において、１は石英アンプルであり、内部には、一方に石英ボート２が配置され 、他方にはＡｓ５が置かれている。石英ボート２にはＧａＡｓ融液３が充填され 、先端に種結晶４が配置されている。石英ボート２とＡｓ５の間は拡散障壁６で 仕切られている。

【００１９】 本考案は、図１のＡ−Ａ´線断面である図２に示すように、石英ボート２の外 面に、窒化硼素７をコーティグしたことを特徴とするものである。

【００２０】 この状態で石英アンプル１内の圧力を５×１０^-6Torr以下に真空排気して封じ 切りこれを高低二連式の電気炉にセットして石英ボート２の部分を１２００℃以 上、Ａｓ側を６１０℃として石英ボート２の長さ方向に１℃／cmの温度傾斜を与 えながら、種結晶４近辺の温度を１２３８℃に調整し、種結晶４を若干溶解させ た後、１℃／時の速度で降温してＧａＡｓ単結晶を成長させた。ついで全体を固 化させ、更に１００℃／時の速度で室温まで冷却してＧａＡｓ単結晶の製造を完 了した。

【００２１】 このようにしてＧａＡｓ単結晶の製造を行ったが製造時における、石英ボート ２の熱変形は極めて僅少で、窒化硼素コーティングによる効果を確認することが できた。

【００２２】

【考案の効果】

以上説明したように本考案は次の効果を有するものであり、その実用価値は大 なるものである。

【００２３】 (1) 石英ボートの熱変形を防止することができるので結晶成長を安定化させ、 品質の向上を図ることができる。

【００２４】 (2) 変形防止により石英ボートの再利用が可能となり経済的に有利となる。

【００２５】 (3) 原料融液の落下が防止され、無駄作業を排除することができる。

【００２６】 (4) 石英ボートの熱変形防止により、所定のウェーハ形状を確保することがで きるため量産化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】化合物半導体単結晶製造装置の一実施例を示す
要部断面図。

【図２】本考案の特徴である石英ボートに窒化硼素コー
ティングを施した一実施例を示す横断面図（図１のＡ−
Ａ´線断面）。

【図３】石英ボートの熱変形例を示す説明図。

【図４】結晶成長後に得られた単結晶からウェーハを切
断する実施例（ａ）、（ｂ）及び切断して得られたウエ
ーハ（ｃ）、（ｄ）を示す。

【符号の説明】

１ 石英アンプル ２ 石英ボート ３ ＧａＡｓ融液 ４ ＧａＡｓ種結晶 ５ Ａｓ（硼素） ６ 拡散障壁 ７ 窒化硼素コーティング ８ ＧａＡｓ単結晶インゴット ９ 切断したＧａＡｓウェハ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】原料融液の入った石英ボートを、密閉され
   た石英アンプル内に配置し、該原料融液をその一端側か
   ら徐々に固化させて、半導体単結晶を育成する、化合物
   半導体単結晶製造装置において、前記石英ボートの外面
   に、窒化物の膜をコーティングして構成されたことを特
   徴とする、化合物半導体単結晶製造装置。