JPH065614A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 全体構成の簡素化とともに、装置及び熱処理
コストの低減を図ることが可能で、しかも、サセプタの
小型化を実現しうる熱処理装置装置を提供する。 【構成】 本発明にかかる熱処理装置は、化合物半導体
基板１１及び高蒸気圧金属１２を収納して閉鎖される収
納空間３が形成されたサセプタ１と、該サセプタ１を加
熱する単一の加熱源２とを備えており、前記サセプタ１
の上側所定箇所には、前記収納空間３に通じる貫通孔４
が形成され、かつ、該貫通孔４を閉鎖するキャップ体５
が押し上げ可能に載置される一方、該キャップ体５は、
前記加熱源２による前記化合物半導体基板１１の熱処理
過程において前記収納空間３の内部圧力が所定値を越え
た際に該内部圧力によって押し上げられて前記貫通孔４
を開放するものであることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体基板の熱
処理を行うに際して使用される熱処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ＧａＡｓＦＥＴなどのような
化合物半導体素子における動作層（活性層）はＳｉなど
のイオン注入によって形成されているのが一般的であ
り、イオン注入後の化合物半導体基板に対しては注入イ
オンを活性化するための熱処理（アニール）を実施する
のが通常の手順となっている。ところが、高温下での熱
処理を行った際には、基板表面における分解や変質が生
じることがあり、素子特性の著しい劣化を招いてしまう
恐れがあった。

【０００３】そこで、このような不都合の発生を防止す
べく、最近では、化合物半導体基板の表面上に予め酸化
Ｓｉ膜などのような保護絶縁膜を形成したうえで熱処理
を実施したり（キャップアニール）、何らの保護絶縁膜
を形成せずに高圧の高蒸気圧雰囲気中で熱処理を実施し
たり（キャップレスアニール）するのが一般的となって
いる。しかしながら、キャップアニールでは、保護絶縁
膜の種類や厚みなどの相違によってイオンの活性化状態
や表面トラップの形成状態などが異なることになりやす
く、素子特性の制御が難しいという別の不都合が生じ
る。また、キャップレスアニールでは、例えば、Ａｓを
含む化合物半導体に対してはＡｓＨｓというような雰囲
気ガスを使用するのであるから、非常な危険を伴うこと
になり、その漏洩を防止するための大掛かりな設備が必
要となる結果、設備コストの増大を招いてしまう。

【０００４】そのため、これらの不都合を回避しうる安
全かつ簡便な方法として、図４で示すようなサセプタ１
０を備えた熱処理装置を用いての熱処理が行われるよう
になってきた。すなわち、この熱処理装置の備えるサセ
プタ１０は、化合物半導体基板であるＧａＡｓ基板１１
と、雰囲気源となる高蒸気圧金属である金属Ａｓ１２と
を収納したうえで閉鎖される収納空間１３が形成された
ものであり、各々の収納部は盛り上がり形成された広幅
の仕切り部１０ａを介して互いに分離されている。

【０００５】そして、このサセプタ１０を備えた熱処理
装置では、まず、ＧａＡｓ基板１１と金属Ａｓ１２とを
サセプタ１０の収納空間１３内にそれぞれ収納した後、
予め２組用意した温度制御可能な加熱源であるヒータ１
４のうちの一方によってＧａＡｓ基板１１をこれ自身が
必要とする熱処理温度まで加熱するとともに、他方のヒ
ータ１４によって金属Ａｓ１２を必要な蒸気圧、すなわ
ち、ＧａＡｓ基板１１の熱処理時に必要となる所定圧力
を有する雰囲気ガスが得られる昇華温度まで加熱する。
すると、収納空間１３内は金属Ａｓ１２からなる雰囲気
ガスによって満たされることになり、ＧａＡｓ基板１１
に対する熱処理が行われることになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来構
成とされたサセプタ１０を用いての熱処理においては、
サセプタ１０の収納空間１３内に収納されたＧａＡｓ基
板１１及び金属Ａｓ１２それぞれの加熱温度が互いに異
なるのであるから、わざわざ２組のヒータ１４を用意し
たうえで各別の温度制御を行いながら加熱しなければな
らない。そのため、この熱処理装置の全体構成が複雑な
ものとなるばかりか、装置及び熱処理コストが高くつく
ことになってしまう。また、互いに異なる温度で加熱さ
れるＧａＡｓ基板１１及び金属Ａｓ１２間の熱的な相互
干渉をできるだけ少なくするため、サセプタ１０の収納
空間１１内における両者の離間間隔を拡げ、かつ、広幅
の仕切り部１０ａを形成しておく必要がある結果、この
サセプタ１０そのものの全体形状が大きくなってしま
う。

【０００７】本発明は、このような不都合に鑑みて創案
されたものであって、全体構成の簡素化とともに、装置
及び熱処理コストの低減を図ることが可能で、しかも、
サセプタの小型化を実現することができる熱処理装置の
提供を目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる熱処理装
置は、このような目的を達成するために、化合物半導体
基板及び高蒸気圧金属を収納して閉鎖される収納空間が
形成されたサセプタと、該サセプタを加熱する単一の加
熱源とを備えており、前記サセプタの上側所定箇所に
は、前記収納空間に通じる貫通孔が形成され、かつ、該
貫通孔を閉鎖するキャップ体が押し上げ可能に載置され
る一方、該キャップ体は、前記加熱源による前記化合物
半導体基板の熱処理過程において前記収納空間の内部圧
力が所定値を越えた際に該内部圧力によって押し上げら
れて前記貫通孔を開放するものであることを特徴として
いる。

【０００９】

【作用】上記構成によれば、サセプタの収納空間内に収
納された化合物半導体基板及び高蒸気圧金属は、ともに
単一の加熱源によって化合物半導体基板の必要とする熱
処理温度まで加熱される。そして、このとき、高蒸気圧
金属の昇華温度は化合物半導体基板の熱処理温度よりも
はるかに低いのであるから、必要以上の高温加熱によっ
て昇華した高蒸気圧金属からなる雰囲気ガスの圧力、す
なわち、この雰囲気ガスによって満たされた収納空間の
内部圧力は化合物半導体基板の熱処理時に必要となる所
定圧力以上にまで高まることになる。

【００１０】ところが、このサセプタには収納空間に通
じる貫通孔が形成され、かつ、この貫通孔は押し上げ可
能なキャップ体によって閉鎖されているのであるから、
この収納空間の内部圧力が所定値を越えると、キャップ
体が内部圧力の作用によって押し上げられることになる
結果、貫通孔は開放されることになる。そこで、サセプ
タの収納空間を満たしていた雰囲気ガスは開放された貫
通孔を通じて外部へ放散させられることになり、収納空
間の内部圧力は化合物半導体基板の熱処理時に必要な所
定圧力まで下がる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１２】図１は本実施例にかかる熱処理装置を簡略
化して示す断面図であり、この熱処理装置は、化合物半
導体基板の熱処理時に使用されるサセプタ１と、これを
加熱するための加熱源であるヒータ２の単一個とを備え
ている。なお、図１において、従来例を示す図４と互い
に同一もしくは相当する部品、部分には同一符号を付し
ている。

【００１３】このサセプタ１には、化合物半導体基板で
あるＧａＡｓ基板１１と高蒸気圧金属である金属Ａｓ１
２とを収納したうえで密閉状に閉鎖される収納空間３が
形成されており、ＧａＡｓ基板１１及び金属Ａｓ１２を
収納する収納部のそれぞれは収納空間３の底面から盛り
上がり形成された細幅の仕切り部１ａを介して分離され
た近接位置に配置されている。そして、このサセプタ１
の上側所定箇所、例えば、ＧａＡｓ基板１１の上面中央
と対面する箇所には、収納空間３に通じる貫通孔４が形
成されている。

【００１４】また、この貫通孔４内には、これを閉鎖し
うるキャップ体５、すなわち、図２で示すような鍔付き
丸棒形状とされたキャップ体５が、押し上げ可能な状態
で差し込み載置されている。そして、このキャップ体５
は収納空間３の内部圧力がＧａＡｓ基板１１の熱処理時
に必要な所定圧力を越えることによって押し上げられる
程度の自重を有しており、その貫通孔４内に差し込まれ
る下端部には圧力に対する感度を高めるための切り落と
し部５ａが形成されている。さらに、サセプタ１の貫通
孔４外側にはこの貫通孔４自身と連続する排ガス管６が
接続されており、この排ガス管６の接続部はキャップ体
５が何らの不都合なく移動しうる程度の太さとされてい
る。

【００１５】つぎに、本実施例にかかる熱処理装置の動
作及び作用について説明する。

【００１６】まず、Ｓｉなどのイオンが注入されたＧａ
Ａｓ基板１１と雰囲気源である金属Ａｓ１２とをサセプ
タ１の収納空間３内に収納し、かつ、この収納空間３を
密閉状に閉鎖した後、ハロゲンランプを用いて構成され
たランプ炉などのような熱処理炉（図示していない）内
にサセプタ１を装入したうえで載置する。すなわち、こ
こでは、熱処理炉がサセプタ１を加熱する単一の加熱源
であるヒータ２としての機能を果たすことになる。その
後、この熱処理炉を運転することにより、サセプタ１の
温度がＧａＡｓ基板１１の必要とする熱処理温度である
８００〜１０００℃程度となるまで加熱する。

【００１７】ところが、このとき、ＧａＡｓ基板１１と
ともに加熱される金属Ａｓ１２は、図３の温度−蒸気圧
線図で示すような特性を有しているのであるから、８０
０℃を越える高温まで加熱される金属Ａｓ１２は激しい
勢いで昇華することになり、この金属Ａｓ１２からなる
雰囲気ガスはＧａＡｓ基板１１の熱処理に適する数Ｔｏ
ｒｒの圧力を大きく越えた後、数１０００Ｔｏｒｒの圧
力をもって収納空間３内を満たすことになる。

【００１８】しかしながら、このサセプタ１には収納空
間３に通じる貫通孔４が形成されており、この貫通孔４
はキャップ体５、すなわち、ＧａＡｓ基板１１の熱処理
時に必要となる所定値を越える圧力の作用によって押し
上げられる程度の自重を有するキャップ体５によって閉
鎖されている。そして、金属Ａｓ１２からなる雰囲気ガ
スの充満に伴って収納空間３の内部圧力が上記所定値を
越えると、キャップ体５は内部圧力の作用によって押し
上げられることになり、貫通孔４は開放されることにな
る。そこで、サセプタ１の収納空間３を満たしていた雰
囲気ガスは開放された貫通孔４及び排ガス管６を通じて
熱処理炉の外部へ放散されることになり、この収納空間
３の内部圧力はＧａＡｓ基板１１に適した数Ｔｏｒｒ程
度まで下がったうえで維持される。なお、このような状
態下におけるＧａＡｓ基板１１の熱処理は、数秒から数
１０分間にわたって行われることになる。

【００１９】ところで、本実施例において使用される雰
囲気ガス、すなわち、金属Ａｓ１２の昇華によって得ら
れた雰囲気ガスは安全性の高いものであり、従来例のよ
うな危険性の高いＡｓＨｓガスを使用しないのであるか
ら、雰囲気ガスの漏洩防止対策などを従来例ほど厳格に
実施する必要はなく、その分だけ設備コストが安くて済
むことになるのは勿論である。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかる熱
処理装置によれば、化合物半導体基板と高蒸気圧金属と
を収納したサセプタを単一の加熱源のみによって加熱し
ながら化合物半導体基板の熱処理を行えることになる結
果、熱処理装置の全体構成を簡略化するとともに、装置
及び熱処理コストの大幅な低減を図ることが可能とな
る。また、化合物半導体基板及び高蒸気圧金属間の熱的
な相互干渉を考慮する必要がなくなる結果、サセプタの
小型化を実現することができるという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例にかかる熱処理装置を簡略化して示す
断面図である。

【図２】キャップ体の概略形状を示す外観斜視図であ
る。

【図３】金属Ａｓの特性を示す温度−蒸気圧線図であ
る。

【図４】従来例にかかる熱処理装置を簡略化して示す断
面図である。

【符号の説明】

１ サセプタ ２ ヒータ（加熱源） ３ 収納空間 ４ 貫通孔 ５ キャップ体 １１ ＧａＡｓ基板（化合物半導体基板） １２ 金属Ａｓ（高蒸気圧金属）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】化合物半導体基板（１１）及び高蒸気圧金
   属（１２）を収納して閉鎖される収納空間（３）が形成
   されたサセプタ（１）と、該サセプタ（１）を加熱する
   単一の加熱源（２）とを備えており、 前記サセプタ（１）の上側所定箇所には、前記収納空間
   （３）に通じる貫通孔（４）が形成され、かつ、該貫通
   孔（４）を閉鎖するキャップ体（５）が押し上げ可能に
   載置される一方、 該キャップ体（５）は、前記加熱源（２）による前記化
   合物半導体基板（１１）の熱処理過程において前記収納
   空間（３）の内部圧力が所定値を越えた際に該内部圧力
   によって押し上げられて前記貫通孔（４）を開放するも
   のであることを特徴とする熱処理装置。