JPS6071594A - 電子産業用材料の結晶製造方法 - 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 この発明は単結晶化装置の付加装置を用いて電子産業用
材料の結晶を製造する方法に関する。

技術背景 この発明は電子産業用材料、特に、■族−■族化合物半
導体の単結晶化に適用すると非常に有効であり、また、
電子産業への適用、例えばソリコン単結晶体製造用のチ
ョクラルスキー法にｊ−って製造される他の材料の製造
にも適用できる。

■族−■族化合物の適用範囲は非常に広く、可視光線お
Ｊユび赤外線の両者の発光ダイオード、ガンタイオード
、高周波発生器、半導体レーザー、レーザー光変調器、
種々の集積度のコンポーネントお、１び電子機器等への
応用が含まれる。

」−述したことに関連して、電子産業用の所定の標ハ１
「０品質の中結晶体容積の増大化およびこれと同時に製
造コストの低廉化が益々要望されている。

一連の゛Ｉ′−導体＋Ａ　ＩＳＩの結晶製造法を通じて
、主たる作用は周知常用のチョクラルスキー法によって
行なわれ、即ち、液相からの引き」二げにより結晶を成
長さＵる方法である。単結晶化工程の装入材１６１、　
ｉＪ合成工ｆ７で製造された多結晶体である。半導体飼
料の合成は、勾配凝固あるいはゾーン誘導加熱ブリッジ
マンθ、により個別の装置により行なわれろ。これ等の
方法は以下の理由から効果および経済性が低い： 中結晶体製ノｓの複合ザイクルにおいて２つの個別の装
置を必要とすること。

多結晶体の包被率並びに固相および液相での比重の差異
に起因して単結晶化用るつぼの容量を部分的に使用する
に過ぎないこと。

英国特許明細書第１３３０９１４号には、以下の方法に
より■族−Ｖ族半導体化合物と■族−■族半尋体化合物
とを合成できることが開示されている・ 一１１ｉ結晶化加圧装置の石英るつぼ内に合成しようと
する飼料を置くとともに該材料を封止材料、例えば、酸
化ボロンＢ２Ｏ３で被覆する。

−当該装置を閉じて高圧および当該化合物温度を越えた
温度条件下でこれ等の月利を溶融する。

−封止飼料層下に原材料の均質な融液を得た後、η’Ｊ
ｉ’Ｉ晶化工秤を実行する。

ボーランド国特許明細書第６７５８／Ｉ号には、英国１
、旨′１明細凹第１３３０９１４号に開示されたものと
は異なり単結晶化装置におけろ半導体化合物の合成方法
が開示されており、該方法は以下のことから成るニ ー単結晶化用石英るつぼ内に金属性の第１成分を封止Ｉ
／ｌ利、例えばＢ２０３と一緒に置く。

−上記るつぼ上方のアンプルに合成条件の高圧気化状態
とされた第２成分を置く。

−’１１１１’ｉ品化装置のチャンバを閉じ、その排気
を行い、４活性プＪス、例えば、アルゴンを充満さ且、
ろつは内て封止４Ｗ１′、−１と一緒に該成分を溶融オ
ろ。

−ろつ（Ｊにおいて各成分を所望に溶融した後、該ろっ
（Ｊにおいて封止（Ａｉ−１の液層下の融液中に１−記
石英アンプルのノズルを浸漬させるとメもに、その中に
上記成分の蒸気を射出する。

−両成分の合成工程完了後、るつぼからアンプルを除去
し、単結晶化処理工程を実行する。

」二連した公知の合成方法は電子産業用材料製造技術の
分野において著しい進歩を遂げたけれども、満足な最終
結果、即し、電子産業においてさらに応用製品を得ろこ
とがてきろようなｊオ料の内部構造において均質なＱｊ
　１，１．品体を得るのに不都合であて］こ。

上述した電子用祠１１′１を得る方法の不都合なこと（
」合成過程において生成される固体が異性体形態の不純
物であることであり、それは結晶体の内部を通過する際
に良好な単結晶体の代イっりに多結晶体が形成されるこ
とによるものである。

チョクラルスキー法よる電子産業用飼料のｉｌｊ結晶化
装置は構造および技術的に、概略、作用チャンバと、電
力駆動部と、真空ガス部と、工程制御部上から成る。

機器の設計上改良されたものの代表例は英国特許明細舎
弟１３２２５’８２号に開示される機器である。チャン
バの下方部に加熱るつぼが設置され、該るつぼ内に単結
晶化材ｔ１が入れられる。チャンバにおいて、その軸方
向に垂直に」二方引き」二げロッドを移動させてそのボ
ルダ−」二でそれに単Ｉｉ！ｉ晶種が接触させられる。

るつぼおよび」二方引き」−げ「ｌラドは外部からの制
御により垂直運動および回転運動させられる。上記種の
端部に所定かつ有限の全長寸法の結晶が形成される。単
結晶化処理後、チャンバ内の温度を下げるとともに、圧
力を外部の気圧値に下げ、該結晶体を取り出して次工程
の／こめの予（４ｆｔ処理が行なわれる。

英国特許明細書第１３２２８５２号に引用されている方
法は労力およびエネルギーを消費し、よ。

て不１（詩的てある。

解決５．１一つと４゛ろ課題 この発明の目的は、合成と同時的に単結晶化をおこなう
工程の利点を打効に利用して種々の不都合点および欠点
を除去することができ、工程操作の鋒だ性を著・シ＜改
善するとともに単結晶化装置のイｉｆ（＋ｉｉ１運転期
間を制限し、即ち、単結晶化処理の所要亭備期間を最大
限に短縮し得る単結晶化方法を提供することである。

この発明の原理的なことは単結晶化装置のヂャンハ内に
設置した１つ又は複数の単結晶種（シート）を用いて１
つの結晶化工程を複合化し、単結晶化チャンバの内側領
域において外部から制御されるマニピュレータを用いて
各種の配置および各甲結晶体あるいは装入材料の溶融段
階において生成された不純物被着体のつり下げ位置の変
更を行なうようにしたことである。

この発明の方法は単結晶化処理段階の開始後、当詠構造
体収集が城退した場合に装入材料表面の段階的な冷却を
強制的に行ない、これにより不純物を捕捉する平坦状の
被着体が形成され、次いで種がチャンバの中立領域に上
記被着体と一緒に運ばれる。次ぎに二番目の種により単
結晶体の引き出しが行なわれ、該単結晶体を得た後、チ
ャンバの中立領域に移動される。その後、次の種により
次の単結晶化工程が開始され、このようにして！ｌｉ結
晶結晶化付人材料面から付着物を除去した後に残る単結
晶種の数に応じて多くの単結晶体が得られる。

この発明の方法はるつぼ内の同一の装入材ｌ：ｆからそ
れ等を完全に使い尽くす、即ち、単結晶固体状態にして
しまうまで複合式単結晶化が行なわれる。

この発明の方法を用いる利点は溶融された装入材料の液
面から不純物を収集することにより異物によって単結晶
構造を破壊することな１１結晶化を行い得ることであり
、また、典型的な装置において標準単結晶化用るつぼを
より強力に封止させあるいはるつぼ容量を増大させるこ
とができ、１回の原飼料装入に、にり連続して単一の単
結晶体を作ることかでき、このことにより電子産業用材
料の弔結晶製造中価を低減させる。

この発明の弔結晶製造方法は単結晶化チャンバ内領域で
外部から制御される付加機器のチャンバ内マニピュレー
タの付加機器を介して実行される。

宋Ｊ虻鮮 この発明を実行するための付加機器のチャンバ内マニピ
コレータが添付図面に示される。

第１図において、加圧チャンバ１内に軸方向に上方引き
」〕げロッド２が設置され、該上方引き上げロッドは外
部から制御されて平面回転運動を行う。この引き上げロ
ッド２の一端部に主結晶５製造用の核あるいは種４を備
えた上方ホルダー３が設けられろ。」二記チャンバｌ内
に２つのマニビ。

レータ６および７が引き」；げロッド２の軸に対して直
角に設けられて外部から制御されるようになっている。

マニピュレータ６および７の押し込みロッドは往復運動
を行う。そして両マニピュレータ６お、）；び７の腕部
は円弧に沿って運動を行う。マニピュレータ７は不純物
被着体を中立空間に移動させる一方、マニピュレータ６
は付加的な単結晶化処理を行わせるようになっている。

当該単結晶化工程の初期に種９を備えたもう１つのホル
ダー８が主ホルダー３に吊り下げられる。マユピコレー
タ６の腕部にもう１つの結晶体を製造するための核１１
を取りイ」けたホルダー１０が装着される。

マニピュレータ７の腕部は自由状態にされる。両マニピ
ュレータの腕部は最」二位置に引き出されている。るつ
ぼにおいて装入材料を溶融した後、−に万引き一ヒげロ
ッド２は下降し、当該シードの端部に不純物が平坦な形
態の被着体１２に集積される。

次に、被着体１２を備えた上方引き」二げロッド２は上
昇する。マニピュレータ７の腕部は下降し、不純物を含
む被着体１２は種９ともう１つのボルダ−８と一緒に集
められ、これ等は中立位置に引き出される。次いで、マ
ニピュレータ６の腕部が下降するとともに」二万引き上
げロッド２のホルダー３に結晶体製造用マニピュレータ
６の種１１を（ｌｉｊｉえたもう１つのロッドｌＯが吊
り下げられる。

マニピュレータ６の腕部を引き出した後、上方引き１；
げロッド２か下降するときもにマニピュレータ６から移
動さｌられた種ＩＩにもう１つの結晶体１３が生成され
る。この上方引き上げロッド２もう１つの結晶体１３と
一緒に上昇するとともにマニピュレータ６の腕部が下降
して種１１と一緒にもう１つの結晶体１３ともう１つの
ホルダー１１とを集め、これ等は中立位置に引き出され
る。

当該工程の最終段階において上方引き上げロッド２が下
降し、主結晶体５が製造される。当該装置のチャンバｌ
内に特殊な掛は止め具Ｉ４が設けられ、そこにはそれ自
体に対応する核を備えた両付加ホルダーが吊り下げられ
、同様に核および不純物を担う被着体を担うイマ１加ホ
ルダー、あるいは種および付加結晶体を担う（ｉ加ホル
ダーが吊り下げられる。チャンバ内に１つまたは複数の
チャンバ内マニコビュレータが設置される。各マニピュ
レータの腕部は主引き上げロッドに設置された主ホルダ
ーお、にび力１山：チ・トンバ１内の中立領域に配置さ
れた掛は止め具１４の両者からの種および付随各付加ホ
ルダーの吊り下げあるいは収集を行う。

艮本咋 単結晶化用装置のチャンバ内に単結晶成長用の３つの種
と単結晶成長開始材料の溶融用るつぼとを設置してこの
発明の方法を実行した。るつぼ内にガリュウム８１０ｇ
、ひ素８９０ｇおよび酸化ホロン１８’５ｇが置かれた
。チャンバを閉じた後、排気して不活性ガス、たとえば
アルゴンを充満させて約４０気圧に加圧し、出発材料を
溶融してガリュウムひ素ＧａＡｓの合成を行った。溶融
したＢ、０３の層の下に溶融多結晶体を得るときに温度
および加圧条件並びに単結晶成長工程の特性が確立され
）こ。主引き上げロッドに′帛°り下げた種を下降して
装入材料に接触させ、次いで数段階で皮相的に過冷却し
た。温度を低下させることにより形成されたＧａＡＳ含
有体は養成処理後に残留している非溶融異物を捕捉する
。次に、クイックシャフトを介してＢ、Ｏ，の表面上に
重量約、１０〜１５ｇのＧａＡｓ含有体と一緒に上記種
を持ち上げて該るっｉＪの表面か゛ら取り去った。該る
つぼには約１６８５〜１６９０ｇの溶融多結晶体が残留
した。温度および圧力条件並びに単結晶化工程の特性条
件を保存した後、当該装置の」二万引き上げロッドに吊
り下げた第２のシードを用いながら単結晶化工程を導入
”した。直径４０〜４５ｍｍの単結晶体が重量約７００
ｇに達した時に、該単結晶体を円錐状に終端さ什るとと
もに３２０３層上に持ち上げた後にチャンバの中立空間
へ取り去った。上記るつぼには約９８０ｇの多結晶体が
残った。上記装置の上方引き上げロッドに吊り下げた第
３の種を用いて、次の１１′１結晶化工程を導入し、直
径４０〜４．５ｍｍ。

重量約９６０ｇで円錐状に終端した単結晶体を得た。る
つぼ内に余分の装入材料が重量約２０ｇ残った。このよ
うに上記工程を実行することにより付加機器、即ち、こ
の発明の木質的部分による電子産業用結晶体を得ろたぬ
の方法を実行できるチャンバ内マニピュレータを適用し
て１以上のＧａＡｓ？１１結晶体を製ｊ告することがで
きる。単結晶化チャンバ内に設置した多数のシードお３
にび出発ｖＩ利溶融用のるつぼの容量に応じて１つの単
結晶了し工ｆｌｉｉにおいて２以上の多数の単結晶体を
得ることができる。

この発明による電子産業用結晶体の製造方法は非常に電
力を節約し、単結晶化工程の最終生成物の製造所要時間
を大幅に限定し、かつ電子付和製造工程における生産率
を増大させることができる。

この発明は電子産業において広い適用範囲をｌｉ″し、
どのような電子用単結晶の製造にも用いられる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の方法を実行するだめのマニピュレー
タを備えた単結晶化用チャンバを示す図、第２図は上方
引き上げロッドに直角に配置した各マニピュレータの操
作方法を示す図、第３図は往復および回転運動を行うマ
ニピュレータ操作を示す図である。 １・・・加圧チャンバ、２・・・」二万引き上げロッド
、３・・・主ホルダー、４・・・種（シード）、５・・
・主結晶体、６・・・マニピール−夕、７・・・操作マ
ニピコレータ、８・・・付加ポルター、９・・・不純物
収集用種、ｌＯ・・・（；Ｉ加ポルター、ＩＩ・・・種
、１２・・・不純物被着体、１３．１４・・・掛は止め
具。 特許出願人　インステイテユト・テフノロギイ・マチリ
アラフ・エレクトロニチニフ 代理　人　弁理士　青　山　葆　他１名第１頁の続き ＠発明者　アンジジエイ・プロニ エヴイチ ＠発明者　ヨアンナ命ステンプニ エブスカーヤジエンブ ス力 ＠発明者　チェスワフ・イニルシ イψトカルスキ ボーランド国ピアスツフ、ウリツア・シエンキエヴイー
チャ　３０ア一番 ボーランド国ワルシャワ、ウリツア・プロミカ３エム、
３４番 ボーランド国ワルシャワ、ウリ゛ンア争コロチニスキエ
コ２１エム、３７番

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （＋）出発材料を装入したるつぼ内で熱作用により形成
   された液相から種を垂直方向に機械的に運動させつつ生
   長■しめて結晶の増大化およびその均質性を確実に得ろ
   ようにしたチョクラルスキー法に、Ｊ−り電子産業用材
   料の結晶を製造するにあたり、 １つの技術的単結晶化工程を複合化し、マニピュレータ
   を介して主引き上げロッドに固定操作されろ各ホルダー
   につり下げた複数の単結晶種のうちの１つを用いるよう
   にする一方、加圧チャンバのるつぼ内で装入材料を溶融
   するとともに該装入材料液の表面から各種に付着する不
   純物を除去した後、これ等の各種を−に記マニピュレー
   タを介して掛け＋１Ｍ具に移動せしめ、任意の１つの種
   を単結晶化処理して単結晶体を生成するとともに該単結
   晶体を」−足掛は止め具に移動せしめ、続いて上記種の
   任意６１つを上記主引き上げロッドにつり下げて単結晶
   体を得ることを特徴とする電子産業用４ＡＦｌの結晶製
   造方法。 （２）結晶化チャンバの内方領域において外部から制御
   されるマニュピレータを介して、単結晶種を備える各ホ
   ルダーのつり下げ位置の変更、柱状結晶化不純物被着体
   および生成単結晶体の掛ｔｔ　、＋Ｉ：、め具からの取
   り外し、該掛は止め具へのつり下げを行う特許請求の範
   囲第１項に記載の方法。