JPH09255497A - Method for producing indium antimony single crystal - Google Patents

Method for producing indium antimony single crystal

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JPH09255497A
JPH09255497A JP7179996A JP7179996A JPH09255497A JP H09255497 A JPH09255497 A JP H09255497A JP 7179996 A JP7179996 A JP 7179996A JP 7179996 A JP7179996 A JP 7179996A JP H09255497 A JPH09255497 A JP H09255497A
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JP
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single crystal
indium antimony
pulling
producing
hydrogen
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JP7179996A
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Shinichi Nagata
伸一 永田
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 転位の少ないインジウムアンチモン単結晶を
歩留まりよく製造する方法を提供すること。 【解決手段】 引上げ雰囲気ガスとして、ヘリウムを主
成分とし、体積比で水素10〜20%を含むガスを使用
する。
(57) Abstract: To provide a method for producing an indium antimony single crystal with few dislocations with a high yield. As a pull-up atmosphere gas, a gas containing helium as a main component and containing 10 to 20% by volume of hydrogen is used.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、インジウムアンチ
モン単結晶の製造方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing an indium antimony single crystal.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、結晶中の転位がデバイスの特性に
与える影響が明確になり、転位を減らすことが重要な問
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pn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し、また信頼
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ともない、半導体単結晶の転位な
どの結晶欠陥低減化の要求がますます強くなりつつあ
る。
2. Description of the Related Art In recent years, the influence of dislocations in crystals on device characteristics has become clear, and reducing dislocations has become an important issue. For example, it is known that when the dislocation density in a semiconductor single crystal becomes large, the characteristics of the semiconductor device are deteriorated such that the reverse leakage current of the pn junction formed in the crystal is increased and the reliability is adversely affected. There is. Recently, as semiconductor devices have been highly integrated, demands for reducing crystal defects such as dislocations in semiconductor single crystals have been increasing.

【0003】従来、転位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。インジウムアン
チモン(InSb)結晶においては引上げ雰囲気ガスと
して窒素(N2 )を主成分とするガスを用い、不純物と
してV族元素の窒素を窒化インジウム(InN、粉末
状)として添加すると有効であることが特開昭54−1
22681号公報で報告されている。
Conventionally, as an effective method of reducing dislocations, there is a method of adding an element which becomes an electrically neutral impurity in a crystal. In this method, impurities to be added and raw materials to be pulled are put in a crucible, and then heated and melted to form a melt, and a single crystal is pulled. In an indium antimony (InSb) crystal, it is effective to use a gas containing nitrogen (N 2 ) as a main component as a pulling atmosphere gas and add nitrogen of a group V element as indium nitride (InN, powder) as an impurity. JP-A-54-1
It is reported in Japanese Patent No. 22681.

【0004】しかし、この方法では次のような問題点が
ある。まず、InNの添加はS−pits(Saucer-lik
e-pits)、P−pits(Punching-out-pits )等に対
応する微小欠陥に対しては顕著な低減効果を示す。しか
し、転位に関しては低減効果は全く認められない。
However, this method has the following problems. First, InN is added by S-pits (Saucer-lik
It shows a remarkable reduction effect for minute defects corresponding to e-pits), P-pits (Punching-out-pits), and the like. However, no reduction effect is observed for dislocations.

【0005】ここでS−pitsとは、形状が皿(Sauc
er)に似たピットで、微小欠陥に対応するものである。
P−pitsとは、中心になる部分に不純物の析出又は
欠陥があってこれを中心に[110]方向にS−pit
sが発生したものである。
Here, the S-pits have a shape of Sauc.
er) is a pit that is similar to that of a micro defect.
P-pits means that there are precipitations or defects of impurities in the central portion, and S-pits in the [110] direction around the presence of impurities.
s has occurred.

【0006】次に、前記不純物元素は微量添加のため上
記のようにInN化合物として添加する。そして融液中
での溶融を容易にし秤量の精度を上げるため微粉末を用
いる(例えばInNの場合、粉末の粒径は約10μ
m)。前記微粉末は不活性ガスを封入したアンプル中に
保管されたものであるが、バルクにくらべ表面積が大き
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、融液面に
酸化物のスカム(浮きカス)が形成される。
Next, the impurity element is added as an InN compound as described above because of a slight addition. Then, a fine powder is used to facilitate melting in the melt and improve weighing accuracy (for example, in the case of InN, the particle size of the powder is about 10 μm).
m). The fine powder is stored in an ampoule filled with an inert gas, but since the surface area is larger than that of the bulk, a natural oxide film is likely to be formed simultaneously with opening the ampoule. Therefore, after the compound is decomposed in the melt, oxide scum (floating residue) is formed on the melt surface.

【0007】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、双晶や多結晶の発生原因の
一つでもある。従って引上げの障害となるスカムを除去
することが重要な問題である。
It is well known that scum on the melt surface has various adverse effects on pulling of a single crystal. For example, it impedes seeding and crystal growth, and is one of the causes of twinning and polycrystallization. Therefore, it is an important issue to remove the scum which hinders pulling.

【0008】[0008]

【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を添加する方法は微小欠
陥低減には有効であるが、転位低減には全く効果がな
い。又、この方法は融液面上に単結晶引上げの障害にな
るスカムを形成する場合が多く、単結晶引上げが困難に
なり、単結晶として引き上げることができる割合、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。
As described above, the method of adding an electrically neutral impurity in a crystal is effective in reducing fine defects, but is not effective in reducing dislocations. In addition, this method often forms a scum on the surface of the melt, which is an obstacle to pulling the single crystal, making it difficult to pull the single crystal, that is, the rate at which the single crystal can be pulled, that is, the single crystallization rate is extremely poor. There was a problem that

【0009】本発明は、スカムを発生させず、低転位の
単結晶を歩留まりよく製造するインジウムアンチモン単
結晶の製造方法を提供することを目的とする。
It is an object of the present invention to provide a method for producing an indium antimony single crystal which produces a low dislocation single crystal with good yield without generating scum.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明はインジウムアンチモン単結晶を引上げ法で
製造するインジウムアンチモン単結晶の製造方法におい
て、引上げ雰囲気ガスとしてヘリウムを主成分とするガ
スを用いることを特徴とするインジウムアンチモン単結
晶の製造方法である。
In order to achieve the above object, the present invention provides a method of producing an indium antimony single crystal by pulling an indium antimony single crystal, wherein a gas containing helium as a main component is used as a pulling atmosphere gas. A method for producing an indium antimony single crystal, which is characterized in that it is used.

【0011】また、ヘリウムを主成分とするガスは、ヘ
リウムと水素の混合ガスから成ることを特徴とする。
Further, the gas containing helium as a main component is composed of a mixed gas of helium and hydrogen.

【0012】また、ヘリウムと水素の混合ガスは、体積
比で10%から20%までの水素を含有することを特徴
とする。
The mixed gas of helium and hydrogen is characterized by containing 10% to 20% by volume of hydrogen.

【0013】また、インジウムアンチモン単結晶を<2
11>方位で引き上げることを特徴とする。
Further, the indium antimony single crystal is <2
11> It is characterized by pulling up in the direction.

【0014】また、インジウムアンチモン単結晶をアン
ドープで引き上げることを特徴とする。
Further, it is characterized in that the indium antimony single crystal is pulled undoped.

【0015】一般的に転位を低減する方法として熱歪に
よる転位の発生を抑制するため、引上げ軸方向の温度勾
配を小さくして熱環境の最適化を図るとともに、不純物
の添加によるピンニング効果を利用して転位の伝播を阻
止するという、二段がまえの方法が採られる。ここでピ
ンニング効果の利用とは、不純物とIn原子、不純物と
Sb原子との結合力により転位の伝播を阻止する方法で
ある。
Generally, as a method of reducing dislocations, in order to suppress the generation of dislocations due to thermal strain, the temperature gradient in the pulling axis direction is reduced to optimize the thermal environment, and the pinning effect by the addition of impurities is utilized. Then, the two-stage method is adopted in which the propagation of dislocation is blocked. Here, the use of the pinning effect is a method of preventing the propagation of dislocations by the binding force between impurities and In atoms and between impurities and Sb atoms.

【0016】しかし、本発明では融液面上に単結晶引上
げの障害になるスカムを発生する不純物を添加しなくて
も、引上げ雰囲気ガスを窒素を主成分とするガス(体積
比で水素10〜20%含有)からヘリウムを主成分とす
るガス(体積比で水素10〜20%含有)に変更するこ
とにより低転位化が達成される。この理由はヘリウム
(He)を主成分とするガスは窒素を主成分とするガス
にくらべて引上げ軸方向の温度勾配が2/3に緩和され
たためである。なお、水素(H2 )を体積比で10〜2
0%含有させるのは単結晶表面の酸化を防止するためで
ある。
However, in the present invention, the pulling atmosphere gas containing nitrogen as a main component (hydrogen in a volume ratio of 10 to 10%) is added to the melt surface without adding impurities that generate scum which hinders pulling of the single crystal. Low dislocation is achieved by changing from a gas containing 20%) to a gas containing helium as a main component (containing 10 to 20% by volume of hydrogen). The reason for this is that the gas containing helium (He) as a main component has a temperature gradient in the pulling axial direction reduced to 2/3 as compared with the gas containing nitrogen as a main component. The volume ratio of hydrogen (H 2 ) is 10 to 2
The content of 0% is to prevent the oxidation of the surface of the single crystal.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
を図面を参照して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0018】図1は本実施の形態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InSb多結晶、例えば700gをチャンバ1内の石
英るつぼ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。不純物添加のための固体不純物は添加しな
い。
FIG. 1 is a sectional view of the pulling device used in this embodiment. A high-purity InSb polycrystal used for pulling an InSb single crystal, for example, 700 g, was placed in a quartz crucible 2 in a chamber 1, a seed crystal 3 cut out in a <211> orientation was attached to a seed crystal attachment jig 4, and the chamber 1
Seal with. Solid impurities for impurity addition are not added.

【0019】次に密封されたチャンバ1内を圧力10-4
Torrまで排気して混合ガス(体積比で、90%He
+10%H2 )で満たし、この混合ガスを一定流量流し
ておく。続いて上記るつぼ2を取り囲むヒータ5でIn
Sbの融点525℃より高い温度、例えば600℃まで
加熱し、InSb多結晶を溶融してInSb融液6を作
る。その後、図1に示すように、例えば引上げ速度10
mm/h、シード回転数10rpm、融液温度550℃
で種付けをし、InSb単結晶7を製造する。この場
合、ガスからの不純物ドープもないので、アンドープで
の引上げである。
Next, the pressure in the sealed chamber 1 is reduced to 10 -4.
Evacuated to Torr and mixed gas (volume ratio 90% He
+ 10% H 2 ) and the mixed gas is allowed to flow at a constant flow rate. Then, the heater 5 surrounding the crucible 2
The InSb polycrystal is made by melting the InSb polycrystal by heating to a temperature higher than the melting point of Sb of 525 ° C, for example, 600 ° C. Then, as shown in FIG. 1, for example, a pulling speed of 10
mm / h, seed rotation number 10 rpm, melt temperature 550 ° C.
InSb single crystal 7 is manufactured by seeding with. In this case, since there is no impurity doping from the gas, the pulling is undoped.

【0020】本発明のHeを主成分とするガスが転位低
減に効果があるかどうかをチェックするため、本発明法
により引き上げたInSb単結晶の結晶欠陥評価を以下
の手順で行った。
In order to check whether the gas containing He as the main component of the present invention is effective in reducing dislocations, the crystal defects of InSb single crystals pulled by the method of the present invention were evaluated by the following procedure.

【0021】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(111)面のウェハを切り出し、この(111)I
n面を粒径16μmのAl2 3 粉末から0.05μm
に至るまで順次研磨して鏡面に仕上げた。
This evaluation uses the etching method.
A (111) plane wafer was cut out from an InSb single crystal ingot grown in the 211> direction, and the (111) I
0.05 μm on the n-face from Al 2 O 3 powder with a particle size of 16 μm
It was sequentially polished until it became a mirror surface.

【0022】次に研磨傷を取除くため組成比がCH3
H(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。その後、更
にエッチピット検出のために、組成比が49%HF:3
5%H2 2 :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。
Next, the composition ratio is CH 3 C to remove polishing scratches.
Etching was performed at 20 ° C. for 5 minutes using an etching solution of H (OH) COOH: HNO 3 = 6: 1. After that, the composition ratio is 49% HF: 3 to detect etch pits.
Etching was performed at 20 ° C. for 1 minute using an etching solution of 5% H 2 O 2 : H 2 O = 1: 2: 2.

【0023】その結果、転位に対応するD−pits
(Dislocation-pits)がウェハ周辺部におけるファセッ
ト領域に若干(転位密度は100 cm-2オーダ)存在す
る。しかしウェハの中心から中間領域にかけてはD−p
itsは全く観察されず、従来法(不純物InN添加、
2 を主成分とするガス雰囲気中での引上げ)で引き上
げたInSb単結晶の転位密度103 cm-2オーダに比
較して顕著に減少している。
As a result, D-pits corresponding to dislocations
(Dislocation-pits) is slightly facet region at the wafer peripheral portion (dislocation density 10 0 cm -2 order) are present. However, from the center of the wafer to the intermediate area, Dp
Its was not observed at all, and the conventional method (addition of impurity InN,
The dislocation density of the InSb single crystal pulled up by pulling in a gas atmosphere containing N 2 as a main component) is remarkably reduced as compared with the dislocation density of the order of 10 3 cm −2 .

【0024】この結果、Heを主成分とするガスが低転
位に有効な引上げ雰囲気ガスであることが判明した。こ
こでファセットとは、単結晶インゴット周辺部に見られ
る特定の面方位を持つ小面積の面のことである。
As a result, it was found that the gas containing He as a main component was a pulling atmosphere gas effective for low dislocation. Here, a facet is a surface of a small area having a specific plane orientation that is found around a single crystal ingot.

【0025】上記実施の形態では、引上げ雰囲気ガスと
して体積比で水素10%含有(以下、気体の混合比は体
積比)の場合について述べた。しかし、水素10〜20
%含有の場合でも水素10%と同等の低転位単結晶が得
られる。ただし、20%を超える水素含有の場合は結晶
径の制御が困難になる。一方、水素の含有量が10%未
満の場合は単結晶表面が酸化する。
In the above embodiment, the case where the pulling atmosphere gas contains 10% hydrogen by volume (hereinafter, the mixing ratio of gas is by volume) has been described. However, hydrogen 10-20
%, A low dislocation single crystal equivalent to 10% hydrogen can be obtained. However, when the hydrogen content exceeds 20%, it becomes difficult to control the crystal size. On the other hand, when the hydrogen content is less than 10%, the surface of the single crystal is oxidized.

【0026】以上の結果により本発明では引上げ雰囲気
ガスとして10%水素含有に限定する必要はなく、He
を主成分とするガスとして最大水素20%まで適用でき
る。以上述べたように本発明によれば転位低減化のため
に不純物元素を添加しなくても、Heを主成分とするガ
スを用いることにより容易に低転位化が達成され、転位
密度は従来法の103 cm-2オーダから100 cm-2
ーダと激減する。
From the above results, in the present invention, it is not necessary to limit the atmosphere gas for pulling up to contain 10% hydrogen.
Up to 20% of hydrogen can be applied as a gas containing as a main component. As described above, according to the present invention, even if an impurity element is not added to reduce dislocations, a low dislocation density can be easily achieved by using a gas containing He as a main component, and the dislocation density can be reduced by the conventional method. From 10 3 cm -2 to 10 0 cm -2 .

【0027】また、不純物元素に起因する酸化物のスカ
ムが融液面上に存在しないため、種付けや結晶成長が容
易になり、その結果双晶や多結晶発生が抑制され単結晶
化率が従来の20%から80%へと大幅に向上した。
Further, since the scum of the oxide due to the impurity element does not exist on the melt surface, seeding and crystal growth are facilitated, and as a result, twinning and polycrystal formation are suppressed, and the single crystallization rate is conventionally. From 20% to 80%.

【0028】[0028]

【発明の効果】本発明によれば、スカムを発生させず、
低転位の単結晶を歩留まりよく製造することができるイ
ンジウムアンチモン単結晶の製造方法を実現できる。
According to the present invention, scum is not generated,
A method for producing an indium antimony single crystal capable of producing a low dislocation single crystal with high yield can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施の形態に用いられた単結晶引上げ
装置を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a single crystal pulling apparatus used in an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…チャンバ 2…石英るつぼ 3…種子結晶 4…種子結晶取付けジグ 5…ヒータ 6…InSb融液 7…InSb単結晶 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Chamber 2 ... Quartz crucible 3 ... Seed crystal 4 ... Seed crystal attachment jig 5 ... Heater 6 ... InSb melt 7 ... InSb single crystal

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 インジウムアンチモン単結晶を引上げ法
で製造するインジウムアンチモン単結晶の製造方法にお
いて、引上げ雰囲気ガスとしてヘリウムを主成分とする
ガスを用いることを特徴とするインジウムアンチモン単
結晶の製造方法。
1. A method for producing an indium antimony single crystal, wherein a gas containing helium as a main component is used as a pulling atmosphere gas in the method for producing an indium antimony single crystal by a pulling method.
【請求項2】 前記ヘリウムを主成分とするガスは、ヘ
リウムと水素の混合ガスから成ることを特徴とする請求
項1記載のインジウムアンチモン単結晶の製造方法。
2. The method for producing an indium antimony single crystal according to claim 1, wherein the gas containing helium as a main component comprises a mixed gas of helium and hydrogen.
【請求項3】 前記ヘリウムと水素の混合ガスは、体積
比で10%から20%までの水素を含有することを特徴
とする請求項1記載のインジウムアンチモン単結晶の製
造方法。
3. The method for producing an indium antimony single crystal according to claim 1, wherein the mixed gas of helium and hydrogen contains 10% to 20% by volume of hydrogen.
【請求項4】 前記インジウムアンチモン単結晶を<2
11>方位で引き上げることを特徴とする請求項1記載
のインジウムアンチモン単結晶の製造方法。
4. The indium antimony single crystal is <2.
The method for producing an indium antimony single crystal according to claim 1, wherein the pulling is performed in the 11> direction.
【請求項5】 前記インジウムアンチモン単結晶をアン
ドープで引き上げることを特徴とする請求項1記載のイ
ンジウムアンチモン単結晶の製造方法。
5. The method for producing an indium antimony single crystal according to claim 1, wherein the indium antimony single crystal is pulled undoped.
JP7179996A 1996-03-27 1996-03-27 Method for producing indium antimony single crystal Pending JPH09255497A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115726042A (en) * 2022-11-18 2023-03-03 安徽光智科技有限公司 Indium antimonide crystal and preparation method thereof

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115726042A (en) * 2022-11-18 2023-03-03 安徽光智科技有限公司 Indium antimonide crystal and preparation method thereof

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