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JP2014076915A - Semiconductor crystal growth vessel and solar cell produced by using wafer obtained from crystal grown by the same - Google Patents

Semiconductor crystal growth vessel and solar cell produced by using wafer obtained from crystal grown by the same Download PDF

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JP2014076915A
JP2014076915A JP2012225411A JP2012225411A JP2014076915A JP 2014076915 A JP2014076915 A JP 2014076915A JP 2012225411 A JP2012225411 A JP 2012225411A JP 2012225411 A JP2012225411 A JP 2012225411A JP 2014076915 A JP2014076915 A JP 2014076915A
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Japan
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crystal growth
crystal
semiconductor
wafer
vessel
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JP2012225411A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshio Tanaka
利夫 田中
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Electronics & Materials Corp Ltd
Original Assignee
Electronics & Materials Corp Ltd
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Publication date
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Abstract

【課題】従来の結晶成長容器を用いて結晶成長を行う場合、結晶増大部において双晶が発生しやすいという問題があった。また、得られるインゴットは円柱状であるため、それをスライスしたウエハは円形のウエハとなり、四角形の形状である半導体チップのチップ収率が悪いと言う問題も生じていた。
【解決手段】半導体結晶成長容器として、結晶増大部および上記結晶成長部の結晶成長方向に直交する断面形状を四角形とし、結晶増大部の内壁角度が、結晶成長方向に対して35.3°とすることで、双晶の発生を抑えて、閃亜鉛構造等を有する半導体結晶を成長させ、且つ四角形状のウエハが得られる角柱状のインゴットを製造できる。
【選択図】図1
When crystal growth is performed using a conventional crystal growth vessel, there is a problem that twins are likely to be generated in a crystal growth portion. Further, since the obtained ingot is cylindrical, a wafer obtained by slicing the ingot becomes a circular wafer, and there is a problem that the chip yield of the semiconductor chip having a quadrangular shape is poor.
As a semiconductor crystal growth vessel, a cross-sectional shape perpendicular to the crystal growth direction of the crystal growth portion and the crystal growth portion is a quadrangle, and the inner wall angle of the crystal growth portion is 35.3 ° with respect to the crystal growth direction. By doing so, it is possible to manufacture a prismatic ingot that suppresses the generation of twins, grows a semiconductor crystal having a zinc flash structure or the like, and obtains a rectangular wafer.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、結晶成長を行う容器、特に、GaAs、Si、Geといった半導体の結晶成長を行うための容器に関するものである。   The present invention relates to a container for crystal growth, and more particularly to a container for crystal growth of semiconductors such as GaAs, Si, and Ge.

種々の半導体ウエハは、半導体種結晶を結晶成長法により成長させてインゴットを作製し、このインゴットをスライスすることで得られる。
半導体結晶の成長方法としては、縦型ボート法と呼ばれる手法が広く用いられている。この手法においては、結晶成長容器の円筒形状を有する底部(以下、細管部と呼ぶ)に種結晶を設置し、原料溶液である結晶成長ソースを種結晶の上面より徐々に結晶化させて、結晶成長させる。この結晶成長時においては、すでに結晶化した部分は結晶の融点より低い温度に、結晶化していない結晶成長ソース部分は融点より高い温度になるように、温度勾配を与える。
Various semiconductor wafers can be obtained by growing a semiconductor seed crystal by a crystal growth method to produce an ingot and slicing the ingot.
As a method for growing a semiconductor crystal, a technique called a vertical boat method is widely used. In this method, a seed crystal is placed on the bottom of the crystal growth vessel having a cylindrical shape (hereinafter referred to as a narrow tube portion), and a crystal growth source as a raw material solution is gradually crystallized from the top surface of the seed crystal, thereby producing a crystal. Grow. During this crystal growth, a temperature gradient is applied so that the already crystallized portion has a temperature lower than the melting point of the crystal and the non-crystallized crystal growth source portion has a temperature higher than the melting point.

温度勾配の制御の仕方はいろいろな方法が提案されているが、代表的な方法として、垂直温度勾配凝固法(以下、VGF法と呼ぶ)と垂直ブリッジマン法(以下、VB法よ呼ぶ)がある。前者においては、結晶成長方向に対して温度勾配を与え、この温度勾配を一定の傾きに保ちつつ、温度の絶対値を徐々に下げていく。
一方、後者においては、所定の温度勾配を有する空間内において、結晶成長容器を低温方向に移動させる。
Various methods for controlling the temperature gradient have been proposed. As typical methods, a vertical temperature gradient solidification method (hereinafter referred to as VGF method) and a vertical Bridgman method (hereinafter referred to as VB method) are used. is there. In the former, a temperature gradient is given to the crystal growth direction, and the absolute value of the temperature is gradually lowered while keeping this temperature gradient constant.
On the other hand, in the latter, the crystal growth vessel is moved in the low temperature direction in a space having a predetermined temperature gradient.

この縦型ボート法は、結晶成長方向の温度勾配を小さくできるため、特に、InPやGaAs等の化合物半導体の結晶成長において、低転位密度の結晶が容易に得られるという優れた特長を有している。
一方で、結晶増大部において双晶を生じやすいという欠点を有している。
Since this vertical boat method can reduce the temperature gradient in the crystal growth direction, it has an excellent feature that a crystal having a low dislocation density can be easily obtained especially in the crystal growth of a compound semiconductor such as InP or GaAs. Yes.
On the other hand, there is a defect that twins are easily generated in the crystal growth portion.

結晶増大部は、細管部と、より大きな径を有する円筒形状の成長部を繋ぐ部分であり、先端が取れた逆円錐形状を有している。この結晶増大部において、InPやGaAsのような閃亜鉛構造を有する化合物半導体結晶の成長過程では、(111)ファセット面が現れ、このファセット面から双晶が発生することが知られている。成長面である(100)面と(111)面のなす角が54.7°であることから、結晶増大部の内面の角度を水平方向に対して54.7°よりも十分に大きくすることで、(111)ファセット面の発生を抑制することができる。しかし、この場合には結晶増大部の長さが長くなり、生産性が悪くなってしまう。   The crystal increasing portion is a portion connecting the narrow tube portion and a cylindrical growth portion having a larger diameter, and has an inverted conical shape with a tip removed. It is known that a (111) facet plane appears in the growth process of a compound semiconductor crystal having a zinc flash structure such as InP or GaAs, and twins are generated from this facet plane in this crystal growth portion. Since the angle formed by the (100) plane and the (111) plane, which are the growth planes, is 54.7 °, the angle of the inner surface of the crystal growth portion should be sufficiently larger than 54.7 ° with respect to the horizontal direction. Thus, the occurrence of the (111) facet surface can be suppressed. However, in this case, the length of the crystal growth part becomes long, and the productivity is deteriorated.

そこで、結晶増大部の内面の角度を水平方向に対して0°から10°とし、結晶成長方向の温度勾配を1℃/cm以上5℃/cm未満となるように制御することが提案されている(例えば、特許文献1)。   Therefore, it has been proposed to control the angle of the inner surface of the crystal growth portion from 0 ° to 10 ° with respect to the horizontal direction so that the temperature gradient in the crystal growth direction is 1 ° C./cm or more and less than 5 ° C./cm. (For example, Patent Document 1).

特開平10−87392号JP-A-10-87392

しかしながら、この手法においても、結晶増大部における双晶の発生をある程度減少させることができても、十分に抑制することは困難であった。
また、得られるインゴットは円柱状であるため、それをスライスしたウエハは円形のウエハとなる。IC,LEDや太陽電池等の半導体チップは、それぞれ大きさに差異はあるものの、全て四角形の形状である。そのため、円形ウエハ上に形成した四角形の半導体チップをダイシング等により切り出すと、ウエハ周辺部は未使用領域となり、ウエハからのチップ収率が悪いという問題が生じていた。特に、太陽電池等のチップサイズの大きいデバイスの場合には、周辺ロスが極めて大きくなってしまい、チップ収率が極端に悪くなっていた。
However, even in this method, even if the generation of twins in the crystal growth portion can be reduced to some extent, it has been difficult to sufficiently suppress it.
Moreover, since the obtained ingot is cylindrical, the wafer which sliced it becomes a circular wafer. Semiconductor chips such as ICs, LEDs, and solar cells all have a square shape, although their sizes are different. For this reason, when a rectangular semiconductor chip formed on a circular wafer is cut out by dicing or the like, the peripheral portion of the wafer becomes an unused area, resulting in a problem that chip yield from the wafer is poor. In particular, in the case of a device having a large chip size such as a solar cell, the peripheral loss becomes extremely large, and the chip yield is extremely deteriorated.

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、結晶の持つ特有の現象や規則性を考慮した最適な結晶成長容器を提供するものである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an optimal crystal growth vessel that takes into consideration the specific phenomena and regularity of crystals.

本発明に係る縦型ボート法により、閃亜鉛構造またはダイヤモンド構造を有する半導体結晶を成長させるための半導体結晶成長容器は、種結晶を設置する細管部と、上記種結晶を結晶成長軸方向及び当該結晶成長軸方向と垂直な面内で増大させる結晶増大部と、上記結晶増大部において増大させた結晶を、結晶成長軸方向に成長させる直胴部である結晶成長部と、を備え、上記結晶増大部および上記結晶成長部の結晶成長軸方向に直交する断面形状は四角形であり、上記結晶増大部の内壁角度が、結晶成長軸方向に対して35.3°であることを特徴とするものである。   A semiconductor crystal growth vessel for growing a semiconductor crystal having a zinc flash structure or a diamond structure by a vertical boat method according to the present invention includes a narrow tube portion in which a seed crystal is installed, the seed crystal in the crystal growth axis direction, A crystal growth part that is increased in a plane perpendicular to the crystal growth axis direction, and a crystal growth part that is a straight body part for growing the crystal increased in the crystal growth part direction in the crystal growth axis direction. The cross-sectional shape orthogonal to the crystal growth axis direction of the growth part and the crystal growth part is a quadrangle, and the inner wall angle of the crystal growth part is 35.3 ° with respect to the crystal growth axis direction It is.

本発明に係る半導体結晶成長容器は、結晶の持つ特有の現象や規則性を考慮した最適な形状を有することにより、転移や双晶の発生を抑制するとともに、ウエハ利用率が高い四角形形状のウエハを得られる角柱状のインゴットを作製可能とするものである。   The semiconductor crystal growth vessel according to the present invention has an optimal shape that takes into consideration the specific phenomena and regularity of crystals, thereby suppressing the occurrence of transition and twinning, and a rectangular wafer with a high wafer utilization rate. It is possible to produce a prismatic ingot that can be obtained.

本発明に係る半導体結晶成長容器の斜視図である。1 is a perspective view of a semiconductor crystal growth vessel according to the present invention. 本発明に係る半導体結晶成長装置の断面図である。1 is a cross-sectional view of a semiconductor crystal growth apparatus according to the present invention. 本発明に係る半導体結晶成長容器を用いて得られる結晶の面方位を示す図である。It is a figure which shows the surface orientation of the crystal | crystallization obtained using the semiconductor crystal growth container concerning this invention. 本発明に係る半導体結晶成長容器の効果を示す図である。It is a figure which shows the effect of the semiconductor crystal growth container concerning this invention.

実施の形態1.
本発明に係る半導体結晶成長装置、特に半導体結晶成長容器に関して、以下において図を用いて説明する。なお、以下においては良好な一例を示すものであり、結晶容器の寸法等の具体的な構成に関して、本発明は以下に示す一例に限定されるものではない。
Embodiment 1 FIG.
A semiconductor crystal growth apparatus according to the present invention, particularly a semiconductor crystal growth vessel, will be described below with reference to the drawings. In the following, a good example is shown, and the present invention is not limited to the following example with respect to a specific configuration such as the dimensions of the crystal vessel.

まず、図1を用いて、本発明に係る半導体結晶成長容器1の構成について説明する。
半導体結晶成長容器1は、半導体結晶の種結晶を設置する細管部2、種結晶を徐々に太らせるための結晶増大部3、太らせた結晶を一定の形状で成長させるための結晶成長部4を有している。
First, the structure of the semiconductor crystal growth vessel 1 according to the present invention will be described with reference to FIG.
A semiconductor crystal growth vessel 1 includes a narrow tube portion 2 for installing a seed crystal of a semiconductor crystal, a crystal increase portion 3 for gradually thickening the seed crystal, and a crystal growth portion 4 for growing the thickened crystal in a certain shape. have.

細管部2は、種結晶を配置する部位であり、断面が方形の形状を有し、ここでは1辺が10mmの正方形形状としたが、断面形状や深さは、配置する種結晶の大きさによって最適化すれば良い。   The thin tube portion 2 is a part where a seed crystal is arranged, and has a square shape in cross section. Here, a square shape having a side of 10 mm is used, but the cross-sectional shape and depth are the size of the seed crystal to be arranged. Can be optimized.

結晶増大部3は、その内壁が水平方向に対して54.7°の角度を持つ四角推の形状を有している。小さな種結晶は、この結晶増大部において大きな断面を持つ結晶に成長する。   The crystal growth part 3 has a quadrilateral shape whose inner wall has an angle of 54.7 ° with respect to the horizontal direction. The small seed crystal grows into a crystal having a large cross section at the crystal growth portion.

結晶成長部4は、結晶増大部3から垂直に立ち上がった四角柱の形状を有している。ここでは、一片が55mmの正方形の断面を持ち、長さは300mmである。   The crystal growth portion 4 has a quadrangular prism shape rising vertically from the crystal increase portion 3. Here, one piece has a square cross section of 55 mm and the length is 300 mm.

図2は、この半導体結晶成長容器1を備えた半導体結晶成長装置の断面形状であり、結晶成長容器1を取り囲むように環状の複数のヒーター5a、5bおよび5cを有している。環状のヒーターの数は3つに限ることは無く、2つあるいは4つ以上であっても良い。それぞれのヒーターは独立に制御可能であり、複数のヒーターによって、結晶成長方向(a軸方向)に沿って、半導体結晶成長容器1に所望の温度勾配を与えることができる。   FIG. 2 is a cross-sectional shape of a semiconductor crystal growth apparatus provided with the semiconductor crystal growth vessel 1, and has a plurality of annular heaters 5 a, 5 b and 5 c so as to surround the crystal growth vessel 1. The number of annular heaters is not limited to three, and may be two or four or more. Each heater can be controlled independently, and a plurality of heaters can give a desired temperature gradient to the semiconductor crystal growth vessel 1 along the crystal growth direction (a-axis direction).

次に、この半導体結晶成長装置を用いて、縦型ボート法により結晶成長を行う際の具体的な動作について説明する。一例として、GaAs結晶をVGF法およびVB法により、結晶成長させる動作について、以下に説明する。
まず、結晶成長容器の細管部2に(100)面を上面にしたGaAs種結晶を設置し、その上にGaAsの結晶成長ソースを設置する。種結晶及び結晶成長ソースを設置した結晶成長容器に、種結晶がGaAs結晶の融点より低い温度に、また結晶成長ソースが融点より高い温度になるように、環状の複数のヒーター5a、5bおよび5cにより、図2のa軸に沿った温度勾配を与える。
Next, a specific operation when performing crystal growth by the vertical boat method using this semiconductor crystal growth apparatus will be described. As an example, an operation for growing a GaAs crystal by the VGF method and the VB method will be described below.
First, a GaAs seed crystal having a (100) plane as an upper surface is placed on the narrow tube portion 2 of the crystal growth vessel, and a GaAs crystal growth source is placed thereon. A plurality of annular heaters 5a, 5b, and 5c are placed in a crystal growth vessel provided with a seed crystal and a crystal growth source so that the seed crystal is at a temperature lower than the melting point of the GaAs crystal and the crystal growth source is at a temperature higher than the melting point. Gives a temperature gradient along the a-axis of FIG.

この状態から、VGF法の場合には温度勾配を保ったまま、全体の温度をゆっくりと引き下げる。また、VB法の場合は、結晶成長炉をゆっくりと移動する。このようにすることで、GaAs結晶の融点温度となる位置が、徐々にa軸に沿って上昇し、結晶増大部3において、その内壁に沿った形にGaAs結晶を徐々に成長させる。
したがって、本発明に係る結晶成長容器1内で成長した結晶は、結晶増大部3において結晶増大部3の形状で拡大する。そして、結晶成長部4においては、四角柱の形状、すなわち、一定の断面形状で成長する。
From this state, in the case of the VGF method, the entire temperature is slowly lowered while maintaining the temperature gradient. In the case of the VB method, the crystal growth furnace is moved slowly. By doing so, the position of the melting point temperature of the GaAs crystal gradually rises along the a-axis, and the GaAs crystal is gradually grown along the inner wall in the crystal increasing portion 3.
Therefore, the crystal grown in the crystal growth vessel 1 according to the present invention expands in the shape of the crystal increase portion 3 in the crystal increase portion 3. And in the crystal growth part 4, it grows in the shape of a square pillar, ie, a fixed cross-sectional shape.

次に、図3を用いて、結晶が成長する際の面方位について説明する。
まず、(100)面が結晶成長方向であるa軸に垂直となるように、種結晶を細管部2に設置する。この種結晶は結晶増大部3で、(―111)(―1―11)(―1−1−1)及び(―11−1)面を形成しながら四角錐状に成長してゆく。
Next, the plane orientation at the time of crystal growth will be described with reference to FIG.
First, the seed crystal is placed in the thin tube portion 2 so that the (100) plane is perpendicular to the a-axis which is the crystal growth direction. This seed crystal grows in the shape of a quadrangular pyramid while forming the (−111) (−1-11) (−1-1-1) and (−1-1-1) planes at the crystal growth portion 3.

そして、結晶化部分が結晶増大部3と結晶成長部4の境界にまで達すると、結晶成長部4の内壁に沿って垂直に立ち上がる。結晶増大部3で形成された{111}面から、結晶成長部4において垂直に立ち上がった4つの面は、全て{110}面である。すなわち、(−111)面は(011)面に、(−1−11)面は(0−11)面に、(−1−1−1)面は(0−1−1)面に、そして、(−11−1)面は(01−1)面に立ち上がる。この様に、結晶成長部4ではこれら{110}面を側面にし、且つ種結晶の(100)面を成長方向であるa軸に垂直となる面に保ちながら、<100>方向であるa軸方向に沿って四角柱状に成長する。   When the crystallized portion reaches the boundary between the crystal growth portion 3 and the crystal growth portion 4, it rises vertically along the inner wall of the crystal growth portion 4. All four surfaces rising vertically from the {111} plane formed in the crystal growth portion 3 in the crystal growth portion 4 are {110} planes. That is, the (−111) plane is the (011) plane, the (−1-11) plane is the (0-11) plane, the (−1-1-1) plane is the (0-1-1) plane, The (-11-1) plane rises to the (01-1) plane. As described above, in the crystal growth portion 4, the {110} plane is set as the side surface, and the (100) plane of the seed crystal is maintained in a plane perpendicular to the a axis that is the growth direction, while the a axis that is the <100> direction. It grows in the shape of a square column along the direction.

GaAs等の閃亜鉛構造を有する化合物半導体結晶は、(100)面と(111)面が54.7°の角度を持っている。そのため、種結晶の<100>方向を上に向けて設置し、<100>方向に結晶成長させると、種結晶が結晶増大部3の側面に沿って{111}面を形成しながら増大する。この{111}面は、閃亜鉛構造を持つ化合物半導体結晶では他の面に比べて面形成がしやすいと言った特徴がある。   In a compound semiconductor crystal having a zinc flash structure such as GaAs, the (100) plane and the (111) plane have an angle of 54.7 °. Therefore, when the seed crystal is placed with the <100> direction facing upward and the crystal is grown in the <100> direction, the seed crystal increases while forming a {111} plane along the side surface of the crystal increase portion 3. This {111} plane has a feature that it is easier to form a surface in a compound semiconductor crystal having a zinc flash structure than in other planes.

この様に、{111}面は安定して結晶成長面を形成する性質を有している。そのため、結晶増大部3の内壁の角度を水平方向に対して54.7°に、すなわち結晶成長方向であるa軸に対して35.3°にすることで、結晶増大部3においては結晶学的に安定な{111}面を形成しながら、最も自然な形で種結晶を太らせることができる。その結果、従来の断面が円形状の容器に比べて、結晶成長途中での転移や双晶等の発生を抑制することが可能となり、転位密度(EPD)が少なく、且つ単結晶化歩留の良い結晶が得られる。   Thus, the {111} plane has the property of stably forming a crystal growth plane. Therefore, by setting the angle of the inner wall of the crystal growth portion 3 to 54.7 ° with respect to the horizontal direction, that is, 35.3 ° with respect to the a axis that is the crystal growth direction, The seed crystal can be thickened in the most natural form while forming a stable {111} plane. As a result, compared to a conventional vessel having a circular cross section, it is possible to suppress the occurrence of transition and twinning during crystal growth, the dislocation density (EPD) is small, and the single crystallization yield is reduced. Good crystals are obtained.

さらに、{111}面から54.7°の角度で垂直に立ち上がった面は、結晶のへき開面である{110}面を形成する。これら{110}面は他の側面と90°で交差するため、結晶成長部4において形成された四角柱状の結晶の四面は{110}面のヘキ開面を形成する。すなわち、こうして形成された四角柱状の結晶から切り出したウエハは、表面が(100)面であり、側面が{110}面を持つ四角形の形状となる。そのため、このウエハ上に四角形上のチップを形成し、そのチップを切り出す際にも、結晶のへき開方向に沿って切り出すことができるため、ウエハ周辺のロスが少なくチップ収率が高いといった効果も生じる。   Furthermore, the surface rising vertically from the {111} plane at an angle of 54.7 ° forms a {110} plane that is a cleavage plane of the crystal. Since these {110} planes intersect with other side surfaces at 90 °, the four sides of the quadrangular columnar crystal formed in the crystal growth portion 4 form {110} plane cleaved surfaces. That is, the wafer cut out from the square columnar crystal formed in this way has a quadrangular shape having a (100) surface and a {110} surface on the side surface. Therefore, even when a square chip is formed on the wafer and the chip is cut out, the chip can be cut along the cleavage direction of the crystal, so that there is an effect that the chip yield is low and the chip yield is high. .

ここで、本発明に係る半導体結晶容器1を用いて得られる四角形状のウエハを用いて、半導体デバイスを作製した際の効果について、円形形状のウエハを用いた場合と比較して、具体的に説明する。   Here, the effect when a semiconductor device is manufactured using a rectangular wafer obtained by using the semiconductor crystal container 1 according to the present invention is specifically compared with the case where a circular wafer is used. explain.

集積回路やLED,あるいは太陽電池といった半導体チップは、それぞれ大きさに差異があるものの、いずれの半導体チップも四角形のチップ形状を有している。そのため、円形形状のウエハからチップを切り出すと、ウエハ周辺にチップが無い未使用領域が生じ、ウエハからのチップ収率が小さくなるとい問題があった。特に、太陽電池や大型の集積回路等のチップサイズが大きいデバイスの場合、ウエハ周辺部の未使用領域の割合が大きくなり、チップ収率が極端に悪化する。   Although semiconductor chips such as integrated circuits, LEDs, and solar cells have different sizes, each semiconductor chip has a rectangular chip shape. Therefore, when a chip is cut out from a circular wafer, there is a problem that an unused area without a chip is generated around the wafer, and a chip yield from the wafer is reduced. In particular, in the case of a device having a large chip size such as a solar cell or a large integrated circuit, the ratio of the unused area in the peripheral portion of the wafer is increased, and the chip yield is extremely deteriorated.

図4は、チップ収率に関して、(a)四角形状のウエハを用いた場合と、(b)円形形状のウエハを用いた場合とを定量的に比較するための説明図である。
本発明に係る半導体結晶成長容器1を用いて得られるウエハの大きさは、一辺が55mmの正方形である。このウエハ10上に50mm角の太陽電池セル11を形成した場合、チップ収率は、その面積比から82.6%となる。未使用領域12は、ウエハ10の面積に対して、17.4%にすぎない。
FIG. 4 is an explanatory diagram for quantitatively comparing (a) the case of using a rectangular wafer and (b) the case of using a circular wafer regarding the chip yield.
The size of the wafer obtained using the semiconductor crystal growth vessel 1 according to the present invention is a square having a side of 55 mm. When 50 mm square solar cells 11 are formed on the wafer 10, the chip yield is 82.6% from the area ratio. The unused area 12 is only 17.4% of the area of the wafer 10.

一方、従来の結晶成長容器で円柱状に結晶成長したインゴットから切り出した3インチ径の円形形状のウエハ20上に50mm角の太陽電池セル21を形成した場合、チップ収率は、その面積比から54.8%となる。未使用領域22は、ウエハ20の面積に対して、45.2%にも達する。
このように、太陽電池等の大型のチップサイズを有する半導体チップを作製するに際しては、本発明に係る半導体結晶成長容器1を用いて結晶成長を行うことで、チップ収率を大きく向上させることが可能となり、GaAsといった高価な基板を有効に活用できるため、デバイスのコストを大幅に引き下げることができる。
On the other hand, when a 50 mm square solar cell 21 is formed on a 3-inch diameter circular wafer 20 cut out from an ingot crystal-grown in a columnar shape in a conventional crystal growth vessel, the chip yield is calculated from the area ratio. 54.8%. The unused area 22 reaches 45.2% of the area of the wafer 20.
Thus, when producing a semiconductor chip having a large chip size such as a solar cell, the chip yield can be greatly improved by performing crystal growth using the semiconductor crystal growth vessel 1 according to the present invention. This makes it possible to effectively use an expensive substrate such as GaAs, thereby significantly reducing the cost of the device.

なお、本発明の結晶成長容器は、図1等に示すように、容器の角に丸みを付けていないが、容器の大きさにより丸み(R)を付けてもよい。
また、本実施の形態においては、一例としてGaAs結晶について説明したが、本発明に係る結晶成長容器1は、InPやGaP等の閃亜鉛構造を持つ結晶の成長についても同様に適用することができる。
The crystal growth container of the present invention is not rounded at the corners of the container as shown in FIG. 1 and the like, but may be rounded (R) depending on the size of the container.
In the present embodiment, GaAs crystal has been described as an example. However, the crystal growth vessel 1 according to the present invention can be similarly applied to the growth of a crystal having a zinc flash structure such as InP or GaP. .

さらに、構成元素の数に違いがあるが、閃亜鉛構造と同様の構造を持つSiやGeといったダイヤモンド構造の結晶の成長に結晶成長容器1を用いた場合にも、同様の効果を有する。
なお、Si太陽電池に広く用いられている角型多結晶基板は、キャスト法で作られているが、結晶の純度が悪いことや、多結晶の粒径が小さいといった問題がある。本発明による半導体結晶成長容器1を用いて、比較的早い成長速度で結晶成長を行えば、安価でしかもキャスト法より結晶性の良い多結晶角型ウエハを作ることも可能である。
Furthermore, although there are differences in the number of constituent elements, the same effect can be obtained when the crystal growth vessel 1 is used for growing a crystal having a diamond structure such as Si or Ge having the same structure as the zinc flash structure.
In addition, although the square polycrystal substrate widely used for Si solar cells is made by the casting method, there are problems that the purity of the crystal is poor and the grain size of the polycrystal is small. If crystal growth is performed at a relatively high growth rate using the semiconductor crystal growth vessel 1 according to the present invention, it is possible to produce a polycrystalline square wafer that is inexpensive and has better crystallinity than the casting method.

このように、単結晶化歩留の良い結晶が得られるという本発明の特長に敢えて拘らずに、結晶成長速度を早くするなどの方法により、Si太陽電池に適した多結晶の角型ウエハを安価に提供することも可能である。   Thus, regardless of the feature of the present invention that a crystal with a high yield of single crystallization can be obtained, a polycrystalline square wafer suitable for Si solar cells can be obtained by a method such as increasing the crystal growth rate. It is also possible to provide it at low cost.

以上に開示したように、本発明に係る半導体結晶成長容器は、閃亜鉛構造およびダイヤモンド構造を有する結晶の結晶構造や結晶成長の際の特徴を考慮した形状を有することで、以下の効果を有する。
第一に、結晶成長時の双晶の発生を抑制し、転位密度が少なく、且つ単結晶化歩留の良い結晶が得られる。
As disclosed above, the semiconductor crystal growth vessel according to the present invention has the following effects by having a shape that takes into account the crystal structure of the crystal having the zinc flash structure and the diamond structure and the characteristics during crystal growth. .
First, it is possible to suppress the generation of twins during crystal growth, to obtain a crystal having a low dislocation density and a good single crystallization yield.

第二に、四角形状のウエハが得られるため、円形形状のウエハを用いる場合に比較して、半導体チップのチップ収率を大幅に向上することができる。特に、太陽電池等の大型のチップサイズを有するデバイスにおいては、顕著なチップ収率の向上が可能である。
また、チップを切り出す際に、結晶のへき開方向に沿って切り出すことができることも、チップ収率の向上に貢献する。
特に、GaAs等の化合物半導体ウエハは高価であり、チップ収率の向上は、デバイスの大幅なコスト低減効果を生じる。
Second, since a quadrilateral wafer is obtained, the chip yield of semiconductor chips can be greatly improved as compared to the case of using a circular wafer. In particular, in a device having a large chip size such as a solar cell, the chip yield can be remarkably improved.
In addition, the ability to cut the chip along the cleavage direction of the crystal when cutting the chip contributes to the improvement of the chip yield.
In particular, compound semiconductor wafers such as GaAs are expensive, and improvement in chip yield results in a significant cost reduction effect of the device.

第三に、上記第一の効果に拘らずに、結晶成長速度を早くするなどの方法により、Si太陽電池等に適した多結晶の角型ウエハを安価に提供することも可能である。   Thirdly, regardless of the first effect, it is possible to provide a polycrystalline square wafer suitable for Si solar cells and the like at a low cost by a method such as increasing the crystal growth rate.

1 結晶成長容器
2 細管部
3 結晶増大部
4 結晶成長部
5a、5b、5c ヒーター
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Crystal growth container 2 Narrow tube part 3 Crystal increase part 4 Crystal growth part 5a, 5b, 5c Heater

Claims (2)

縦型ボート法により、閃亜鉛構造またはダイヤモンド構造を有する半導体結晶を成長させるための半導体結晶成長容器であって、
種結晶を設置する細管部と、
上記種結晶を結晶成長軸方向及び当該結晶成長軸方向と垂直な面内で増大させる結晶増大部と、
上記結晶増大部において増大させた結晶を、結晶成長軸方向に成長させる直胴部である結晶成長部と、
を備え、
上記結晶増大部および上記結晶成長部の結晶成長軸方向に直交する断面形状は四角形であり、
上記結晶増大部の内壁角度が、結晶成長軸方向に対して35.3°である
ことを特徴とする半導体結晶成長容器。
A semiconductor crystal growth vessel for growing a semiconductor crystal having a zinc flash structure or a diamond structure by a vertical boat method,
A narrow tube section for installing a seed crystal;
A crystal increase part for increasing the seed crystal in a crystal growth axis direction and in a plane perpendicular to the crystal growth axis direction;
A crystal growth part which is a straight body part for growing the crystal increased in the crystal growth part in the crystal growth axis direction;
With
The cross-sectional shape orthogonal to the crystal growth axis direction of the crystal growth part and the crystal growth part is a quadrangle,
The semiconductor crystal growth container, wherein an inner wall angle of the crystal growth part is 35.3 ° with respect to a crystal growth axis direction.
請求項1に記載の半導体結晶成長容器により成長させた閃亜鉛構造またはダイヤモンド構造を有する半導体結晶から得られるウエハを用いて作製したことを特徴とする太陽電池。   A solar cell produced by using a wafer obtained from a semiconductor crystal having a zinc flash structure or a diamond structure grown by the semiconductor crystal growth vessel according to claim 1.
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