GLOSSARY

種結晶(シードクリスタル)とは

Seed Crystal
最終更新:2026-08-17単結晶製造装置(CZ/FZ引上げ)ウエハ製造装置

種結晶(シードクリスタル)とは?

種結晶とは、単結晶を成長させる際に結晶方位の見本として使う小さな単結晶片です。融液や蒸気から原子が並ぶとき種の格子配列が引き継がれるため、種の方位が成長結晶全体の方位を決めます。CZ法では種付け直後に直径3〜5mmまで細く絞るネッキングを行い、熱衝撃で生じた転位を表面へ逃がして無転位化してから太らせます。

定義・解説

種結晶(シードクリスタル)とは、単結晶を成長させる際に「結晶方位の見本」として使う小さな単結晶片です。融液や蒸気から原子が並ぶとき、種結晶の格子配列がそのまま引き継がれるため、種の方位が成長結晶全体の方位を決定します。CZ法・FZ法・PVT法(SiCの昇華成長)など、単結晶を作るほぼすべての手法で使われます。

シリコンのCZ法では、〈100〉や〈111〉といった特定の結晶方位に切り出した棒状の種結晶を、融液表面にわずかに浸してから回転・引き上げを始めます。デバイス用ウェハの多くが〈100〉方位なのは、MOSトランジスタのSi/SiO₂界面準位密度が低く、しきい値電圧の制御に有利なためです。パワーデバイスやバイポーラ用途では〈111〉が使われることもあります。

種付け直後に行う「ネッキング(ダッシュネック法)」は、結晶品質を左右する重要な操作です。種結晶を融液に触れさせた瞬間の熱衝撃で多数の転位が発生するため、いったん直径3〜5mm程度まで細く絞って引き上げることで、転位を結晶表面へ逃がして消滅させます。この工程を経て初めて無転位の単結晶を太らせることができます。

SiCのPVT法では事情が異なります。2,000℃超で昇華させた原料ガスを、わずかに低温の種結晶上で再結晶させるため、種結晶自体が高温に長時間さらされます。種の品質(マイクロパイプ・転位密度)と、種の裏面の接着状態が、成長結晶の欠陥を直接引き継ぐため、種結晶の準備がSiC基板の歩留まりを大きく左右します。

種結晶は、前の世代の良質な単結晶から切り出して作られます。つまり結晶品質は世代を超えて受け継がれる性質を持ち、初期に無転位化を確立した技術が、その後の量産品質の基盤になっているという意味でも、材料産業の蓄積が効く領域です。

よくある質問(FAQ)

ネッキング(絞り)は何のために行うのですか?
種結晶を融液に触れさせた瞬間の熱衝撃で多数の転位が発生するため、いったん直径3〜5mm程度まで細く絞って引き上げ、転位を結晶表面へ逃がして消滅させるためです。この操作(ダッシュネック法)を経て初めて無転位の単結晶を太らせることができます。
なぜ〈100〉方位のウェハが多いのですか?
MOSトランジスタで重要なSi/SiO₂界面の界面準位密度が〈100〉面で最も低く、しきい値電圧の制御と信頼性に有利だからです。正孔の移動度を優先する設計では〈110〉面が、パワー・バイポーラ用途では〈111〉が選ばれることもあります。

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