JPH0360500A - 熱処理装置および熱処理方法 - 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］ 本発明は、熱処理装置に係り、特に化合物半導体単結晶
からなる被熱処理物をアニールする際に用いる熱処理装
置に関する。

［従来の技術］ 一般に、化合物半導体単結晶は、ＬＥＤ、ＬＤ。

受光素子等の光素子やＦＥＴ等の基板の高速デバイスと
して用いられ、また光素子およびＦＥＴを共に形成する
○ＥＩＣ等にも用いられるようになってきた。かかる化
合物半導体単結晶の製造方法としては、液体封止チョク
ラルスキー法ＣＬＥＣ法）のように、結晶の原料融液に
種結晶を浸漬し、これを引き上げて単結晶を育成する方
法や、徐冷法（ＧＦ）、水平ブリッジマン法（ＨＢ法）
、垂直ブリッジマン法（ＶＢ法）のように、結晶の原料
融液を徐々に固化させて単結晶を育成する方法がある。

このような各種の化合物半導体単結晶の製造方法は、そ
れぞれ差異はあるものの、基本的には、成長結晶と原料
融液との間に温度勾配を生じさせ、原料融液から結晶を
固化させるものであり、結晶成長が行なわれている固液
界面は融点にあるが、既に結晶が成長じた部分は、常に
融点よりも低温下に晒されている点で共通している。し
たがって、上記化合物半導体単結晶の製造方法では、い
ずれも成長結晶内の特性が不均一になっていた。このた
め、これら化合物半導体単結晶を用いたデバイスでは、
ウェハ内でのデバイス特性のバラツキが大きく、特にデ
ィスクリートの高周波ＦＥＴやディジタルＩＣ等では、
そのバラツキを原因として、歩留りが悪くなってしまい
、化合物半導体デバイスの普及が妨げられていた。

従来、デバイス特性のバラツキを改善するために、種々
の方法が提案されている。例えば、第５図に示すような
装置を用いて、成長結晶のインゴット、円筒研削後のブ
ロック、ウェハ等を熱処理する方法も行なわれていた。

第５図において、１は抵抗加熱炉における石英製または
アルミナ製の炉芯管で、炉芯管１の両端には、ステンレ
ス製の端板２ａ、２ｂが固着されている。被熱処理物３
を収納する熱処理容器４は、石英製アンプルからなって
おり、被熱処理物３は、例えば５　Ｘ　１０−’Ｔｏｒ
ｒ程度の高真空に排気した熱処理容器４内に封入されて
いる。熱処理容器４内にＡｓ等の■族元素も同時に封入
されている場合もある。熱処理容器４は、炉芯管１内の
所定位置に配置され、炉芯管１の外側には、熱処理容器
４を囲繞可能なヒータ５が炉芯管１の軸方向に沿って移
動可能に配設されている。

第５図に示す熱処理装置によるアニールでは。

熱処理容器４に封入された被熱処理物３を、ヒータ５に
よって結晶の融点より低い所定温度まで加熱し所定時間
保持した後、ヒータの給電を停止し第５図において仮想
線で示すように、ヒータ５を移動させ、冷却していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記従来の熱処理装置においては、ヒータを停
止したのち自然放熱で結晶を冷却しているため、冷却速
度をそれほど速くすることができないとともに、温度が
高いうちは冷却速度が速いが温度が下がると遅くなって
しまい、一定の速度で冷却するのが困難であった。しか
るに、本発明者らは、熱処理における冷却速度と結晶基
板の特性との間には相関があり、冷却速度を制御するこ
とにより、さらに結晶特性の均一性を向上させ、転位密
度（ＥＰＤ）や転位の移動によるスリップラインの発生
を低減できることを見出した。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので
、冷却速度を自由にコントロールし、もって結晶特性の
均一化を図ることができるとともに、転位密度の増加や
スリップラインの発生を抑制できる熱処理装置を提供す
ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明は、熱処理装置を構
成する炉芯管の一端にガス導入口を、また他端にガス排
出口を設けるとともに、炉芯管とその外側のヒータを相
対移動可能に構成し、加熱終了後にヒータを移動させる
とともに、炉芯管内に不活性ガスを導入してこのガスに
より被熱処理物を強制的に冷却できるようにするもので
ある。

［作用］ 上記構成の熱処理装置を用いると、加熱終了後にヒータ
のパワーを調節することで自然放熱よりもゆっくりと冷
却させることができるのはもちろん、ヒータの移動量を
調節して自然放熱のスピードを制御することができると
共に、炉芯管内にガスを流すことで自然放熱よりも速い
スピードで冷却することができ、炉内温度にかかわらず
自由に冷却速度をコントロールできるようになる。

［実施例］ 以下、ＬＥＣ法により育成したＧ　ａ、　Ａ　ｓ単結晶
をアニールする場合を例にとって説明する。第１図は、
本発明を適用した熱処理装置の一実施例を示すもので、
従来と同一部分については第５図と同一符号をもって示
し、説明を省略する。

第１図の熱処理装置では、炉芯管１の側面を覆う一方の
端板２ａに、排気管６ａが接続されており、図示しない
真空ポンプにより炉芯管１内を高真空に排気できるよう
になっている。また、他方の端板２ｂにはガス導入管６
ｂが接続されており、ガス導入管６ｂの始端にはガスボ
ンベ７が接続され途中に設けられたバルブ８を調節する
ことで炉芯管１内にガスを流し、その流量を制御できる
ようになっている。

さらに、この実施例では炉芯管１の周囲に２つのヒータ
５ａ、５ｂが配置され、各々モータ９ａ。

９ｂによって軸方向に沿って左右に移動可能に構成され
ている。

上記のように構成された熱処理装置における熱処理は次
のようにして行なう。

すなわち、先ず炉芯管１の側面の端板２ａまたは２ｂの
一方を外して、熱処理するＧ　ａ　Ａ　ｓ単結晶を封入
したアンプル４を炉芯管１のほぼ中央に設置する。次に
、真空ポンプを作動させて排気管６ａより排気して炉芯
管ｌ内を真空にした後、ヒータ５ａ、５ｂを第１図のよ
うに中央に移動させた状態でヒータに給電し、１１００
℃のような高温まで上昇させる。そして、この温度を数
時間維持した後、ヒータ５ａ、５ｂへの給電を停止し、
加熱を終了する。

それから、冷却に移行するわけであるが、このとき、ヒ
ータ５ａ、５ｂを移動さ、せずに給電のみ停止させれば
、第４図に符号ａで示すように、例えば３℃／ｗｉｎの
ようなゆっくりとした速度で冷却させることができる。

ヒータへの給電を完全に停止せず、パワーを制御するこ
とでさらにゆっくすとした冷却を行なったり、炉内温度
が下がって冷却速度が遅くなってきたことを熱電対のよ
うな温度センサ１０で検出したならヒータへの給電を停
止したり、ヒータを移動させることで冷却速度を一定に
保つこともできる。

一方、被熱処理物の入ったアンプル４を３℃／ｍｉｎよ
りも早い例えば２０　’Ｃ／　Ｉｉｎのような速度で冷
却したい場合には、加熱終了後にヒータ５ａ。

５ｂの給電を停止し、モータ９ａ、９ｂを邪動して第２
図のようにヒータ５ａ、５ｂを左右に移動させる。この
とき、ヒータ５ａ、５ｂの移動量を適当に調節すれば冷
却速度を制御することができる。加熱終了後にヒータ５
ａ、、５ｂを移動させることにより第４図に符号すで示
すように高速で冷却させることができるが、それだけで
は炉内温度が下がるに従って冷却速度が遅くなる。そこ
で、途中でバルブ８を開いて炉芯管ｌ内にＮ２ガスのよ
うな不活性ガスを流してガスにより直接アンプル４を冷
却する。これによって、第４図に符号Ｃで示すように冷
却速度を一定に保つことができる。

アンプルを２０℃／ｍｉｎよりも更に速い速度で冷却し
たい場合には、加熱終了後にヒータ５ａ、５ｂを左右に
移動させるとともにバルブ８を開いてガス導入管６ｂよ
り炉内にガスを流し、真空ポンプで排気管６ａよりガス
を排気するようにすればよい。

第３図には本発明に係る熱処理装置の第２の実施例を示
す。

この実施例では、移動可能なヒータ５を一つだけ設ける
とともに、炉芯管１内にはアンプル４を熱伝導率の高い
材質からなる円筒状の均熱カバー１１内に入れて設置し
、熱処理を施すようにしている。

均熱カバー］、１を形成する高熱伝導率の材質としては
、例えば単一の素材としてはグラファイト。

ｐＢＮ、ＳｉＣ，Ｍｏ等が適しており、複合の素材では
ヒートパイプ等が適している。一方、アルミナ、石英（
不透明）等のように熱伝導率の低いものは不適当である
。また、均熱カバー１１は、アンプルの内側、外側のい
ずれに設けてもよいが、特に両端開口部を筒部と同じ材
質の端板で閉塞し、軸方向への熱の流出を防止するのが
好ましい。

このように均熱カバー１１を用いてアニールを行なえば
、冷却過程における輻射冷却が防止され、冷却はもっば
ら熱伝導によることになるので、被熱処理物の温度分布
が均一化され、熱応力を著しく低減させることができる
。

なお、上記実施例では、ヒータ５を炉芯管１の軸方向に
沿って移動させるように構成したが、ヒータを固定し炉
芯管を移動可能に構成してもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明は、熱処理装置を構成す
る炉芯管の一端にガス導入口を、また他端にガス排出口
を設けるとともに、炉芯管とその外側のヒータを相対移
動可能に構成し、加熱終了後にヒータを移動させるとと
もに、炉芯管内に不活性ガスを導入してこのガスにより
被熱処理物を強制的に冷却できるようにしたので、加熱
終了後にヒータのパワーを調節することで自然放熱より
もゆっくりと冷却させることができるのはもちろん、ヒ
ータと移動量を調節して自然放熱のスピードを制御する
ことができるとともに、炉芯管内にガスを流すことで自
然放熱よりも速いスピードで冷却することができ、炉内
温度にかかわらず自由に冷却速度をコントロールでき、
これを用いて半導体単結晶の熱処理を行なえば結晶特性
の均一化を図ることができるとともに、転位密度の増加
やスリップラインの発生を抑制できるという効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る熱処理装置の一実施例を示す正面
図、 第２図は第１図の実施例の熱処理装置の冷却時の一状態
を示す一部破断正面図、 第３図は本発明に係る熱処理装置の第２の実施例を示す
一部破断正面図、 第４図は本発明の熱処理装置による冷却時の温度プロフ
ァイルを示すグラフ、 第５図は従来の熱処理装置の一例を示す一部破断正面図
である。 ３・・・・被熱処理物、４・・・・アンプル、５ａ、５
ｂ・・・・ヒータ、６ａ・・・・排気管、６ｂ・・・・
ガス導入管。 第 ３ 図 第 図 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被熱処理物が収納される炉芯管の周囲に、軸方向
   に沿って相対移動可能に加熱手段を配設するとともに炉
   芯管の端面にはガス導入口および排出口を設け、ガスに
   より炉芯管内の被熱処理物を強制冷却可能にしたことを
   特徴とする熱処理装置。
2. （２）上記加熱手段が２つに分割され、各々駆動手段を
   有し、軸方向に沿ってそれぞれ移動可能に構成されてい
   ることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。