JPH08165189A - 半導体単結晶の製造方法 - Google Patents
半導体単結晶の製造方法Info
- Publication number
- JPH08165189A JPH08165189A JP30676394A JP30676394A JPH08165189A JP H08165189 A JPH08165189 A JP H08165189A JP 30676394 A JP30676394 A JP 30676394A JP 30676394 A JP30676394 A JP 30676394A JP H08165189 A JPH08165189 A JP H08165189A
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- single crystal
- crystal
- semiconductor single
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- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】結晶欠陥の少ない、引上げ法による半導体単結
晶を歩留まりよく製造する。 【構成】添加すべき不純物元素を含む雰囲気ガス中に引
上げ原料の結晶を高温下に保持し、溶融から固化、固化
から溶融のサイクルを必要回数繰り返した後、原料結晶
を溶融して半導体単結晶を引上げ法で成長する。
晶を歩留まりよく製造する。 【構成】添加すべき不純物元素を含む雰囲気ガス中に引
上げ原料の結晶を高温下に保持し、溶融から固化、固化
から溶融のサイクルを必要回数繰り返した後、原料結晶
を溶融して半導体単結晶を引上げ法で成長する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はチョコラルスキー法によ
る半導体単結晶の引上げに関する。
る半導体単結晶の引上げに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、結晶欠陥がデバイス特性に及ぼす
影響が明らかになり、結晶欠陥を減少させることが重要
な問題となっている。例えば、半導体単結晶内の転位密
度が大になると、結晶内に形成されたｐ−ｎ接合の逆方
向リーク電流が増加するなど、半導体素子特性が低下す
るとともに、信頼性にも悪影響を及ぼすことが知られて
いる。最近では、半導体素子の高集積化に伴って半導体
単結晶の転位や微小欠陥の低減化の要求がますます強く
なりつつある。
影響が明らかになり、結晶欠陥を減少させることが重要
な問題となっている。例えば、半導体単結晶内の転位密
度が大になると、結晶内に形成されたｐ−ｎ接合の逆方
向リーク電流が増加するなど、半導体素子特性が低下す
るとともに、信頼性にも悪影響を及ぼすことが知られて
いる。最近では、半導体素子の高集積化に伴って半導体
単結晶の転位や微小欠陥の低減化の要求がますます強く
なりつつある。
【０００３】従来、結晶欠陥低減化の有効な方法として
結晶中で電気的に中性な不純物となる元素を添加する方
法がある。この方法は、添加すべき不純物と、引き上げ
るべき原料とをルツボに入れ、その後、加熱溶融して融
液を形成し、単結晶を引き上げる方法である。例えば、
ＩｎＳｂ結晶においては不純物として窒素、リン、砒素
等のＶ族元素をＩｎＮ（窒化インジウム）、ＩｎＰ（イ
ンジウムリン）、ＩｎＡｓ（インジウム砒素）として添
加すると有効であることが、特開昭５４−１２２６８１
で報告されている。
結晶中で電気的に中性な不純物となる元素を添加する方
法がある。この方法は、添加すべき不純物と、引き上げ
るべき原料とをルツボに入れ、その後、加熱溶融して融
液を形成し、単結晶を引き上げる方法である。例えば、
ＩｎＳｂ結晶においては不純物として窒素、リン、砒素
等のＶ族元素をＩｎＮ（窒化インジウム）、ＩｎＰ（イ
ンジウムリン）、ＩｎＡｓ（インジウム砒素）として添
加すると有効であることが、特開昭５４−１２２６８１
で報告されている。
【０００４】しかし、この方法では次のような問題点が
ある。前記不純物元素は、微量を添加するため、前記の
ようにＩｎＮ、ＩｎＡｓ等のように化合物として添加す
る。この時、融液中での溶融を容易にするため、および
秤量の精度を上げるため、微粉末（例えば、ＩｎＮの場
合、粉末の粒径は約１０μｍ）を用いる。この微粉末は
不活性ガス雰囲気のアンプル中に密封保管されたもので
あるが、バルクにくらべて表面積が大きくなるので、ア
ンプル開封と同時に自然酸化膜が形成されやすい。従っ
て、融液中で前記化合物が分解後、融液面上に酸化物の
スカムが形成される。
ある。前記不純物元素は、微量を添加するため、前記の
ようにＩｎＮ、ＩｎＡｓ等のように化合物として添加す
る。この時、融液中での溶融を容易にするため、および
秤量の精度を上げるため、微粉末（例えば、ＩｎＮの場
合、粉末の粒径は約１０μｍ）を用いる。この微粉末は
不活性ガス雰囲気のアンプル中に密封保管されたもので
あるが、バルクにくらべて表面積が大きくなるので、ア
ンプル開封と同時に自然酸化膜が形成されやすい。従っ
て、融液中で前記化合物が分解後、融液面上に酸化物の
スカムが形成される。
【０００５】融液面上のスカムが単結晶引上げに種々の
悪影響を及ぼすことはよく知られている。例えば、種付
けや、結晶成長を阻害し、また、双晶発生の要因の一つ
でもある。最悪の場合は多結晶となることもある。従っ
て、引上げの障害になるスカムを除去することが重要な
問題である。
悪影響を及ぼすことはよく知られている。例えば、種付
けや、結晶成長を阻害し、また、双晶発生の要因の一つ
でもある。最悪の場合は多結晶となることもある。従っ
て、引上げの障害になるスカムを除去することが重要な
問題である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、結
晶中で電気的に中性になる不純物（粉末状）添加法は結
晶欠陥低減化に有効な方法であるが、融液面上に単結晶
引上げの障害になるスカムが形成される場合が多く、単
結晶引上げが困難になり、単結晶として引上げられる割
合、すなわち単結晶化率が著しく悪くなるという問題点
があった。本発明は上記の欠点を除去するもので、スカ
ムを発生させず、結晶欠陥の少ない単結晶を歩留まりよ
く製造する方法を提供するものである。
晶中で電気的に中性になる不純物（粉末状）添加法は結
晶欠陥低減化に有効な方法であるが、融液面上に単結晶
引上げの障害になるスカムが形成される場合が多く、単
結晶引上げが困難になり、単結晶として引上げられる割
合、すなわち単結晶化率が著しく悪くなるという問題点
があった。本発明は上記の欠点を除去するもので、スカ
ムを発生させず、結晶欠陥の少ない単結晶を歩留まりよ
く製造する方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体単結晶の製造方法では、添加すべき
不純物元素を含む雰囲気ガス中において、引上げの原料
となる結晶を高温下で溶融から固化、固化から溶融のサ
イクルを必要回数繰り返すことにより、前記結晶に目的
の不純物元素を所望濃度ドープし、その後、前記結晶を
溶融して半導体単結晶を引上げるものである。
に、本発明の半導体単結晶の製造方法では、添加すべき
不純物元素を含む雰囲気ガス中において、引上げの原料
となる結晶を高温下で溶融から固化、固化から溶融のサ
イクルを必要回数繰り返すことにより、前記結晶に目的
の不純物元素を所望濃度ドープし、その後、前記結晶を
溶融して半導体単結晶を引上げるものである。
【０００８】
【作用】上記製造方法では、不純物元素の添加方法とし
てガスによるドーピングを行っているため、ドーパント
表面に酸化膜は形成されない。その結果、融液表面に酸
化膜のスカムが発生せず、スカムの影響を受けずに単結
晶の引上げができる。また、ガスによるドーピングを効
率的に実施するため、融点より高い温度に結晶を保持
し、結晶が溶融するまでの時間、添加すべき不純物元素
をドープする（ガスによるドーピングでは結晶が固体状
態でないとドーピングされない。従って結晶が完全に溶
融するまでの間、添加すべき不純物元素がドープされる
ことになる）。結晶が完全に溶融した後、融点以下まで
降温して融液表面を固化させ（この理由は上に述べたと
おり）、その後、再度、結晶を融点より高い温度まで昇
温し、保持する。この融液から固体、固体から融液のサ
イクルを必要回数繰り返すことにより、所望の不純物濃
度が得られる。
てガスによるドーピングを行っているため、ドーパント
表面に酸化膜は形成されない。その結果、融液表面に酸
化膜のスカムが発生せず、スカムの影響を受けずに単結
晶の引上げができる。また、ガスによるドーピングを効
率的に実施するため、融点より高い温度に結晶を保持
し、結晶が溶融するまでの時間、添加すべき不純物元素
をドープする（ガスによるドーピングでは結晶が固体状
態でないとドーピングされない。従って結晶が完全に溶
融するまでの間、添加すべき不純物元素がドープされる
ことになる）。結晶が完全に溶融した後、融点以下まで
降温して融液表面を固化させ（この理由は上に述べたと
おり）、その後、再度、結晶を融点より高い温度まで昇
温し、保持する。この融液から固体、固体から融液のサ
イクルを必要回数繰り返すことにより、所望の不純物濃
度が得られる。
【０００９】なお、結晶を融点直下に保持しても、本発
明の溶融から固化、固化から溶融を繰り返す方法と同等
に近い効果が得られるが、長時間を要するため、実用的
ではない。
明の溶融から固化、固化から溶融を繰り返す方法と同等
に近い効果が得られるが、長時間を要するため、実用的
ではない。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の一つの実施例を図面を参照し
て説明する。本発明は引上げ法による半導体単結晶製造
に広く適用できるが、発明の実施例としてIII −Ｖ族化
合物半導体であるＩｎＳｂ単結晶について図面を参照し
て説明する。
て説明する。本発明は引上げ法による半導体単結晶製造
に広く適用できるが、発明の実施例としてIII −Ｖ族化
合物半導体であるＩｎＳｂ単結晶について図面を参照し
て説明する。
【００１１】図１は本実施例に使用した引上げ装置の断
面図である。ＩｎＳｂ単結晶の引上げに用いる高純度Ｉ
ｎＳｂ多結晶、例えば７００ｇをチャンバ１内の石英ル
ツボ２に入れ、＜２１１＞方位に切り出した種子結晶３
を種子結晶取り付けジグ４に取り付け、チャンバ１で密
封する。次に密封されたチャンバ１内を圧力１０-4 Tor
r まで排気して、高純度Ｎ2 （窒素）ガスで充たし、こ
のガスを一定流量流しておく。続いて上記ルツボ２を取
り囲むヒータ５でＩｎＳｂの融点５２５℃より高い温
度、例えば６００℃まで加熱し、保持する。結晶が溶融
するまでの間、ＩｎＳｂ多結晶は高温のＮ2 ガス中に保
持されることになり、Ｎ2 がＩｎＳｂ多結晶表面と有効
に反応し、その結果、Ｎがドープされる。さらにＮドー
プ量を増やすために融点より低い温度、例えば５２０℃
まで降温して固化させる。固化は融液表面からスタート
する。融液表面が完全に固化した状態で約３０分保持す
る。この間前記と同様にＮがさらにドープされる。次に
結晶を再度ＩｎＳｂの融点５２５℃より高い温度、例え
ば６００℃まで加熱し、固化したＩｎＳｂ多結晶を再び
溶融してＩｎＳｂ融液６を作る。前記融液面上６には、
本発明のガスドーピングを試みているので、酸化物のス
カムは存在していない。その後、図１に示すように例え
ば引上げ速度１０ｍｍ／ｈ、回転数１０ｒｐｍ、融液温
度５５０℃で引上げを行いＩｎＳｂ単結晶７を製造す
る。
面図である。ＩｎＳｂ単結晶の引上げに用いる高純度Ｉ
ｎＳｂ多結晶、例えば７００ｇをチャンバ１内の石英ル
ツボ２に入れ、＜２１１＞方位に切り出した種子結晶３
を種子結晶取り付けジグ４に取り付け、チャンバ１で密
封する。次に密封されたチャンバ１内を圧力１０-4 Tor
r まで排気して、高純度Ｎ2 （窒素）ガスで充たし、こ
のガスを一定流量流しておく。続いて上記ルツボ２を取
り囲むヒータ５でＩｎＳｂの融点５２５℃より高い温
度、例えば６００℃まで加熱し、保持する。結晶が溶融
するまでの間、ＩｎＳｂ多結晶は高温のＮ2 ガス中に保
持されることになり、Ｎ2 がＩｎＳｂ多結晶表面と有効
に反応し、その結果、Ｎがドープされる。さらにＮドー
プ量を増やすために融点より低い温度、例えば５２０℃
まで降温して固化させる。固化は融液表面からスタート
する。融液表面が完全に固化した状態で約３０分保持す
る。この間前記と同様にＮがさらにドープされる。次に
結晶を再度ＩｎＳｂの融点５２５℃より高い温度、例え
ば６００℃まで加熱し、固化したＩｎＳｂ多結晶を再び
溶融してＩｎＳｂ融液６を作る。前記融液面上６には、
本発明のガスドーピングを試みているので、酸化物のス
カムは存在していない。その後、図１に示すように例え
ば引上げ速度１０ｍｍ／ｈ、回転数１０ｒｐｍ、融液温
度５５０℃で引上げを行いＩｎＳｂ単結晶７を製造す
る。
【００１２】本発明では、不純物元素の添加方法とし
て、ガスによるＮドーピングを行っている。このよう
に、ガスによるドーピング方法でも結晶欠陥低減に効果
があるかどうかをチェックするため、本発明法により引
上げたＩｎＳｂ単結晶の結晶欠陥評価を以下の手順で行
った。この評価はエッチング法を用い、まず＜２１１＞
方向に成長させたＩｎＳｂ単結晶インゴットから（１１
１）面のウェハを切り出し、この（１１１）Ｉｎ面を粒
径１６μｍのＡｌ2 Ｏ3 粉末から０．０５μｍに至るま
で順次研磨して鏡面に仕上げた。次に研磨傷を取り除く
ため、組成比がCH3CH(OH)COOH:HNO3 ＝6:1 のエッチン
グ液を用いて２０℃で５分間エッチングした。引き続
き、エッチピット検出のために組成比が４９％ＨＦ：３
５％Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏ＝１：２：２のエッチング液を用
いて２０℃で１分間エッチングした。
て、ガスによるＮドーピングを行っている。このよう
に、ガスによるドーピング方法でも結晶欠陥低減に効果
があるかどうかをチェックするため、本発明法により引
上げたＩｎＳｂ単結晶の結晶欠陥評価を以下の手順で行
った。この評価はエッチング法を用い、まず＜２１１＞
方向に成長させたＩｎＳｂ単結晶インゴットから（１１
１）面のウェハを切り出し、この（１１１）Ｉｎ面を粒
径１６μｍのＡｌ2 Ｏ3 粉末から０．０５μｍに至るま
で順次研磨して鏡面に仕上げた。次に研磨傷を取り除く
ため、組成比がCH3CH(OH)COOH:HNO3 ＝6:1 のエッチン
グ液を用いて２０℃で５分間エッチングした。引き続
き、エッチピット検出のために組成比が４９％ＨＦ：３
５％Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏ＝１：２：２のエッチング液を用
いて２０℃で１分間エッチングした。
【００１３】その結果、転位に対応するＤ−pits(dislo
cation-pits)のみがファセット領域に若干（転位密度は
１桁のオーダ）存在するが、その他の微小欠陥に対応す
るＳ−pits(Saucer-like-pits)、および中心となる部分
に不純物の析出、あるいは欠陥があって、これを中心に
［１１０］方向にＳ−pitsが発生したＰ−pits(punchin
g-out-pits) 等の各種ピットは観察されず、結晶欠陥の
少ないＩｎＳｂ単結晶が得られることがわかった。
cation-pits)のみがファセット領域に若干（転位密度は
１桁のオーダ）存在するが、その他の微小欠陥に対応す
るＳ−pits(Saucer-like-pits)、および中心となる部分
に不純物の析出、あるいは欠陥があって、これを中心に
［１１０］方向にＳ−pitsが発生したＰ−pits(punchin
g-out-pits) 等の各種ピットは観察されず、結晶欠陥の
少ないＩｎＳｂ単結晶が得られることがわかった。
【００１４】上記実施例ではIII −Ｖ族化合物半導体で
あるＩｎＳｂ単結晶に関して本発明を適用する場合につ
いて述べたが、勿論ＩｎＳｂ単結晶に限定する必要はな
く、その他の半導体単結晶引上げにおいて広く適用でき
るものである。また、上記実施例では不純物元素として
窒素ガスを使用する場合について述べたが、窒素ガスに
限定する必要はなく、窒素ガスの代わりに、リンや砒素
など他の不純物元素についても、気相状態にすることに
より適用できるものである。窒素、リン、砒素などはＩ
ｎＳｂに対して電気的に中性であるため、キャリア濃度
に影響を及ぼすことなく、結晶欠陥の少ない単結晶を得
ることができる。
あるＩｎＳｂ単結晶に関して本発明を適用する場合につ
いて述べたが、勿論ＩｎＳｂ単結晶に限定する必要はな
く、その他の半導体単結晶引上げにおいて広く適用でき
るものである。また、上記実施例では不純物元素として
窒素ガスを使用する場合について述べたが、窒素ガスに
限定する必要はなく、窒素ガスの代わりに、リンや砒素
など他の不純物元素についても、気相状態にすることに
より適用できるものである。窒素、リン、砒素などはＩ
ｎＳｂに対して電気的に中性であるため、キャリア濃度
に影響を及ぼすことなく、結晶欠陥の少ない単結晶を得
ることができる。
【００１５】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、結晶
への不純物添加手段としてガスによるドーピング方法を
用いているため、前記多結晶を溶融しても融液面上には
酸化物のスカムは存在せず、種付けや、結晶成長を容易
にするとともに双晶発生や多結晶発生が抑制される。ま
た、前記ドーピングをより効率的に行うため、高温下で
溶融から固化、固化から溶融のサイクルを採用している
ので、所望の不純物濃度が得られる。この結果、低結晶
欠陥の単結晶を歩留まりよく製造することができ、経済
的効果が著しく増大する。
への不純物添加手段としてガスによるドーピング方法を
用いているため、前記多結晶を溶融しても融液面上には
酸化物のスカムは存在せず、種付けや、結晶成長を容易
にするとともに双晶発生や多結晶発生が抑制される。ま
た、前記ドーピングをより効率的に行うため、高温下で
溶融から固化、固化から溶融のサイクルを採用している
ので、所望の不純物濃度が得られる。この結果、低結晶
欠陥の単結晶を歩留まりよく製造することができ、経済
的効果が著しく増大する。
【図１】本発明の実施例を示す単結晶引上げ装置の断面
図である。
図である。
１．チャンバ ２．石英ルツボ ３．種子結晶 ４．種子結晶取付けジグ ５．ヒータ ６．融液 ７．ＩｎＳｂ単結晶
Claims (6)
- 【請求項１】半導体単結晶を引上げ法により製造するに
際し、単結晶成長開始前に、引上げ原料となる結晶を高
温雰囲気ガス中で溶融から凝固、凝固から溶融のサイク
ルを必要回数繰り返すことを特徴とする半導体単結晶の
製造方法。 - 【請求項２】前記雰囲気ガスが結晶中で電気的に中性な
不純物となる雰囲気ガスであることを特徴とする請求項
１記載の半導体単結晶の製造方法。 - 【請求項３】前記結晶がIII-Ｖ族化合物半導体であるこ
とを特徴とする請求項１記載の半導体単結晶の製造方
法。 - 【請求項４】前記結晶がインジウムアンチモン（ＩｎＳ
ｂ）からなることを特徴とする請求項１記載の半導体単
結晶の製造方法。 - 【請求項５】前記雰囲気ガスが窒素（Ｎ2 ）ガスからな
ることを特徴とする請求項１記載の半導体単結晶の製造
方法。 - 【請求項６】前記結晶がインジウムアンチモン（ＩｎＳ
ｂ）からなり、前記雰囲気ガスが窒素（Ｎ2 ）ガスから
なることを特徴とする請求項１記載の半導体単結晶の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30676394A JPH08165189A (ja) | 1994-12-12 | 1994-12-12 | 半導体単結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30676394A JPH08165189A (ja) | 1994-12-12 | 1994-12-12 | 半導体単結晶の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08165189A true JPH08165189A (ja) | 1996-06-25 |
Family
ID=17961001
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30676394A Pending JPH08165189A (ja) | 1994-12-12 | 1994-12-12 | 半導体単結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08165189A (ja) |
-
1994
- 1994-12-12 JP JP30676394A patent/JPH08165189A/ja active Pending
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