JP2007081372A - Ｉｉｉ−ｖ族ウェーハの加熱装置およびプロセス、ならびにアニールｉｉｉ−ｖ族半導体単結晶ウェーハ - Google Patents

Abstract

【解決手段】温度を上昇させてＩＩＩ−Ｖ族半導体材料から成るウェーハを熱処理（アニーリング）する装置に関し、少なくとも一つのウェーハサポートユニット１０を備え、そのユニットは、ウェーハをそのサポート上に載置したとき、ウェーハの表面上に、離間することなくまたは最大２ｍｍ離間してカバーが設けられるような寸法で形成し、装置内に載置されたウェーハの正面がカバーの載置により大きさが決まる空間に面するよう配置する。
【効果】本装置においてアニールされたＳＩ ＧａＡｓウェーハは、少なくとも２５％増の破壊強度特性（ワイブル分布）と、改善されたマクロスコピックおよびメゾスコピックな半径方向の均質性と、機械化学的に研磨された表面の改善された品質を有する。破壊強度特性は１９００ＭＰａより高くできる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族ウェーハ（基板とも呼ばれる）の熱処理（アニーリングとも呼ばれる）用の装置およびプロセス、ならびにアニールウェーハまたは基板に関する。本発明は特に、ＧａＡｓ半導体材料、とりわけ半単離（ｓｅｍｉ−ｉｓｏｌａｔｉｎｇ：ＳＩ）ＧａＡｓウェーハ、およびＶＧＦ法とＶＢ法に従って生成されたＧａＡｓウェーハに基づく上述の装置、プロセスおよびウェーハに関する。電気的、電子的および他の物理的特性を調整できる、そのようにアニールされるウェーハは、ＩＩＩ−Ｖ族半導体に基づく有効な微小電子デバイスの製造に特に適している。

融液からの結晶成長プロセスにおいて、固化させた材料は、その位置とは無関係に、熱履歴を有する。すなわち、平衡または補正プロセス（たとえば、残留応力の緩和、均質化など）が可能な一定の温度範囲における有効な維持時間が、種々の結晶部分について変わる。したがって、成長装置内、または好ましくは別個の加熱炉内で、結晶成長プロセスの終了後に、単結晶に補正熱処理を行うことは、一般的な手法である。ＧａＡｓ単結晶のアニーリングは、ドーピングされていない半絶縁性ＬＥＣ−ＧａＡｓ単結晶の歪緩和と電気的特性の均質化のために、RUMSBY et al.(D.Rumsby、R.M.Wafer、B.Smith、M.Tyjberg、M.R.Brozel、E.J.Foulkes:Tch.Dig.GaAs IC Symp.、New York、IEEE、1983、34)により先ず適用された。それ以来、結晶アニーリングプロセスは、特に適用とオペレータ面に関して体系的に最適化されてきた。均質化のほかに、そのプロセスは、欠陥部位の調整にも役立つ。ＧａＡｓの結晶アニーリングについての概要は、とりわけ、ODA et al.(O.Oda、H.Yamamoto、K.Kainosho、T.Imaizumi、H.Okazaki:Recent developments of bulk ＩＩＩ−Ｖ materials:annealingand defect control、Inst.Phys.Conf.Ser.No 135、pp 285-293、1993)により示される。

それぞれの熱処理についての基本的な物理学的機構は、フェルミ準位および転位のような予想される要因を考慮した固有欠陥部位と不純物の拡散であり、それは拡散性（「パイプ拡散」）を増加し、またそれと、点欠陥が反応することがある（偏析）。たとえＧａＡｓの融点に近くても、固有で多くの外因性拡散係数が小さいので、それにより影響される補正プロセスは、メゾスコピックで一次元的な寸法（Ｏ（１００μｍ））へ限定される。特に、結晶成長中にドーパントと不純物の巨視的偏析により形成されている軸方向と半径方向の濃度不均質性の均質化は、結晶アニーリングによっては、実施不能である。

具体的には、ＧａＡｓは、少なくとも砒素分の多い側に難溶解性である理論組成物が含まれる均質性領域を有する（H. Wenzl, W.A. Oates, K. Mika: Defect thermodynamics and phase diagrams in compound crystal growth processes, in: D.T. J. Hurle(ed.): Handbook of Crystal Growth, vol 1A, North-Holland, Amsterdam, 1993）。難溶解性の影響は、冷却工程中に固相線を越えるときにＡｓ沈着物が形成され、ＧａＡｓの固有欠陥平衡（「構造的点欠陥」）における変化に関連がある。それは、それぞれの均質および不均質な種形成により、異なったサイズ分布を有するマトリックス析出物とデコレーション析出物との間で区別される。デコレーション析出物（ＤＰ）のサイズ分布は、材料の転位密度にさらに左右される。転位密度が低いほど、析出物の平均サイズは大きくなる。すなわち、ＶＧＦ／ＶＢ−ＧａＡｓ、特にＳＩ特性を有するものは、ＬＥＣ−ＧａＡｓに比べて高いＤＰを有する。他方で、ＬＥＣ−ＧａＡｓは、小さいＤＰを有するが、ほぼ１×１０^４ｃｍ^−２を超える相対的に高い転位密度を有する。均質領域において保持ステップにより沈着物を溶解し、規定された冷却プロセスの手段により過剰の砒素を再析出することは、沈着した砒素の分布と量を考慮しながら、結晶アニーリングの手法により、欠陥平衡だけではなく砒素沈着も制御できることを表している。しかしながら、一定の転位密度にするもしくは破壊を避けるために、熱歪を一定限度未満にするならば、大きい寸法の単結晶に対する熱処理は、ＧａＡｓの物理熱的特性に鑑みて、実現可能な加熱速度および冷却速度に厳しい制限が生ずることになる。

ウェーハの機械化学的研磨中、Ａｓ沈着物により、表面にピット状欠陥がエッチングされる。その欠陥は、所謂ＣＯＰｓ（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ）として光散乱法により検出可能であり、かつサイズに応じて分類され、またそれは、用途と使用者の仕様に合っていなければならない。ＣＯＰｓのサイズ分布は、とりわけ、それぞれの研磨工程に左右されるが、基本的には、Ａｓ沈着物のサイズ分布に比例する。すなわち、平均的に、ＣＯＰｓは、ＶＧＦ／ＶＢ−ＧａＡｓにおいて、ＬＥＣ材料におけるよりも大きい。ＣＯＰｓは、エピタキシアル成長を阻害し、かつデバイス素子の製造において積層に許容できない「粗さ」を生じさせることがある。さらに、Ａｓ沈着物が、イオン注入により生成されるＦＥＴｓの回路挙動に影響することが知られている（ＵＳ ５，２１９，６３２）。

結晶全体（インゴット）のアニーリングを実施する一般的手法に加えて、単一のウェーハの熱処理、所謂ウェーハアニーリングが知られている。それでは、ＧａＡｓ（および他のＩＩＩ−Ｖ族化合物）の場合、結晶アニーリングとは異なり、同じ蒸発温度以上では、砒素（すなわちＶ族化合物）が、ガリウム（すなわちＩＩＩ化合物）よりも高い蒸発圧を有するという事実が利用されている。これにより、少なくとも原理的には、外部から加えることができるＡｓ分圧の手段により（たとえば、固体砒素を蒸発させることにより、または他の手段により）、ウェーハの表面近くの領域においてＧａＡｓの組成の調整を試みることができる（O. Oda, H. Yamamoto, K. Kainosho, T. Imaizumi, H. Okazaki: Recent developments of ＩＩＩ−Ｖ materials: annealing and defect control, Inst. Phys. Conf. Ser. No 135, pp 285-293, 1993を参照）。

ウェーハアニーリングの他の既知の変形は、イオン注入後の熱処理である。それは、注入されたドーパントを活性化するのに役立ち、そこにおいて、選択的なＡｓ蒸発が、活性化温度に対応するＡｓ分圧により、もしくはＳｉ_３Ｎ_４、ＡｌＮの拡散遮断部または他の被覆層により、抑制される。

１ステップウェーハアニーリング工程（ＵＳ５，２１９，６３２）から開始して、２ステップ工程（ＪＰ０１−１５３４８１Ａ、ＵＳ５，０４７，３７０）および最後に３ステップ工程（ＪＰ０４−２１５４３９Ａ、ＵＳ５，１３７，８４７）が、ウェーハアニーリングにおいて、メゾスコピック均質性をさらに改良するために案出された。

これらの案出は、石英アンプルにてＴ＞１１００℃かつｔ＞３０ｍｉｎとする第１の（ＵＳ５，２１９，６３２においては唯一の）アニーリングステップにおいて、ＳＩ ＬＥＣ ＧａＡｓにおける典型的な５×１０^５ｃｍ^−２の所謂微小欠陥の密度を、選択的Ａｓ蒸発を避けるために、さらに規定されないＡｓ分圧の下で１〜３０ Ｋ／ｍｉｎにて室温まで引続き冷却して、５×１０^３ｃｍ^−３以下まで減少させる。微小欠陥の場合、既知のＡＢエッチングにより検出できる不純物の沈着物またはＡｓ沈着物は、ウェーハ表面上の楕円形のエッチピットを意味する。好ましくは、ラップ仕上げまたは純度エッチングされたウェーハは、任意選択的には成長するままの状態で、使用される。アニールされたウェーハの両面エッチング後に、７５０℃〜１１００℃（好ましくは９００℃〜１０００℃）での第２のアニーリングが、少なくとも２０分実施される。再び、それは石英アンプル内でアニールされるが、ここでは、特に規定されていない圧力、例えば、Ｎ_２、Ｈ_２、ＡｒまたはＡｓＨ_３のような非酸化性雰囲気下において実施される。すなわち、Ａｓポテンシャル無しでその結果から得られる最適条件の下での従来にない手法、または代わりに、表面の劣化を抑制するためにＡｓ分圧を使用する従来の手法でアニーリングが実施される。したがって、プロセスガスに関する指標には相反するものがある。しかしながら、この操作方法では、ウェーハがエッチングされる限り、アニーリング後の予備的もしくは最終的な研磨が予定されているので、表面に近い領域において予想される組成変化は重要ではない。

ＪＰ０８−２５５７９９Ａ、ＪＰ０８−２５９３９６ＡおよびＪＰ０９−１９４３００Ａでは、８００℃〜１０００℃のＴ範囲における第２のアニーリングが、Ａｓ分圧の下で実施され、その分圧は、対応する温度において化学量論的ＧａＡｓを超える圧力の少なくとも１．４〜２倍である。それにより、化学量論的不平衡、およびそれに付随するＥＬ２濃度は、表面に近い領域において増加する。それらの公報には、この熱処理中のＡｓ沈着物の挙動については記載されていない。

ＵＳ５，１３７，８４７またはＪＰ０４−２１５４３９Ａに記載される３ステップウェーハアニーリングにおいて、別のアニーリングが、Ａｓ分圧の下で５２０〜７３０℃で実施される。この文献において、３ステップアニーリングは、均質化および微小欠陥の減少に関して最適であるとして示されている。

第１のアニーリングステップ後に要求される高い冷却速度は、不利な点であるとともに許容されないものである。なぜなら、高い確率で、高すぎる熱歪が生じ、転位の増大をもたらす（スリップライン形成）からである。これは、加熱と冷却の速度を２００Ｋ／ｈ以下または１００Ｋ／ｈ以下に限定する特開２００２−２７４９９９号に合致し、両方の加熱と冷却の温度が温度Ｔに応じて変化する一定の温度体系に関するＪＰ２００１−１３５５９０Ａにも一致する。しかしながら、転位の増大を避けるための加熱と冷却の臨界速度が、ＬＥＣ−ＧａＡｓとＶＧＦ−ＧａＡｓとでは、それぞれ異なることが記載されていない。さらに、材料と労働の量は、アニーリングステップ数と共に大幅に増加する。

ＪＰ０９−１９９５０８Ａにおいて、アニールされるＧａＡｓウェーハを互いに重ねること、規定された圧力の下で弾性エレメントを経て互いにウェーハを押付けること、および８００〜１０００℃の温度範囲において、容器内で非酸化性雰囲気（Ｎ_２、Ａｒ、Ｈ_２、ＡｓＨ_２）の下、ウェーハをアニールすることが開示されている。

ＪＰ０５−０８２５７Ａは、垂直配置のウェーハをアニールする装置を開示する。その装置は、対応するウェーハを受容するために規定された間隙で切欠きを有する３個の方位的に変位されるサポートロッドから構成される。サポートロッドは、円錐フランジへ固定される。それらのロッドは、中空状に形成され、１個以上の熱エレメントを受容でき、また冷却ガスの供給を受けることができる。この装置は、対応する円錐切欠きを有する垂直に配置された石英アンプル中に挿入される。そのアンプルは、金属砒素を受容するために、その下部末端において伸張部分を有する。その伸張部分は、別個の加熱器中に突出し、その温度は、アンプル内のＡｓ分圧を制御し、それにより、ウェーハの劣化を避ける。ウェーハは、幾つかの別個の加熱器を有する炉により加熱され、その加熱器は、ウェーハの挿入長さ全体を通して一定の温度を維持できるように、内部熱エレメント手段により制御される。アンプルを減圧排気できる。中に挿入されたウェーハを有するアンプルは、円錐切欠きを通して閉止できるか、または同様に溶融体で封止できる。

それぞれの床面に１個のウェーハの代わりに、２枚の裏側が接触したＧａＡｓウェーハも、ＪＰ２０００−２９４５６１に従って挿入できる。

ＪＰ０６−３０２５３２Ａ、同様に、ＪＰ１０−２８７５００ＡおよびＪＰ１０−２８９８８３Ａによれば、ウェーハは、ｐＢＮ、黒鉛、シリコン、タングステン、モリブデンのような耐熱材料から成るサポート上に載置され、これらのサポートは垂直または水平に積重ねられて、アニーリングアンプル中に挿入される。サポート上のウェーハの水平保管において、ウェーハサポート間の穴あけは、プロセスガスとの好適な交換に役立つ（ＪＰ１０−３２１５４０Ａ参照）。

ＥＰ０ ３ ９９ ６６２ Ａは、Ａ_３Ｂ_５（ＩＩＩ−Ｖ族）型およびＡ_２Ｂ_６（ＩＩ−ＶＩ族）型の半導体をアニールするプロセスを記載し、そこにおいて、表面がガラス封入薄膜により封入されている半導体は、イオン注入により生じた欠陥をアニールするために、急速な熱アニーリング（ＲＴＡ）を受ける。処理装置において、カバー１２が、スペーサリング１１を通して約５００μｍの厚さを有するウェーハ１上に設けられ、そのリングは、典型的に６００〜９００μｍの高さを有するので、ウェーハが膨張でき、かつウェーハへの均質な熱伝達を可能とする、少なくとも１００μｍの自由空間が形成される。封入薄膜は、ウェーハの半導体材料と自由空間との間の接触が不可能なように、ウェーハ表面上に遮断部を意図的に形成する。

ＵＳ ５，２１９，６３２ ＪＰ ０１−１５３４８１ Ａ （ＵＳ ５，０４７，３７０） ＪＰ ０４−２１５４３９ Ａ （ＵＳ ５，１３７，８４７） ＪＰ ０８−２５５７９９ Ａ ＪＰ ０８−２５９３９６ Ａ ＪＰ ０９−１９４３００ Ａ 特開２００２−２７４９９９号公報 ＪＰ ２００１−１３５５９０ Ａ ＪＰ ０９−１９９５０８ Ａ ＪＰ ０５−０８２５２７ Ａ ＪＰ ２０００−２９４５６１ ＪＰ ０６−３０２５３２ Ａ ＪＰ １０−２８７５００ Ａ ＪＰ １０−２８９８８３ Ａ ＪＰ １０−３２１５４０ Ａ ＥＰ ０ ３９９ ６６２ Ａ D. Rumsby, R.M. Wafer, B. Smith, M. Tyjberg, M.R. Brozel, E.J. Foulkes: Tech. Dig. GaAsIC Symp., New York, IEEE, 1983, 34 O. Oda, H. Yamamoto, K. Kainosho, T. Imaizumi, H. Okazaki: Recent developments of bulk III-V materials: annealing and defect control, Inst. Phys. Conf. Ser. No 135, pp 285-293, 1993 H. Wenzl, W.A. Oates, K. Mika: Defect thermodynamics and phase diagrams in compound crystal growth processes, in: D.T. J. Hurle (ed.): Handbook of Crystal Growth, vol 1A, North-Holland, Amsterdam, 1993 DIN 51110/part 3 EN843-5(draft) W. Timischl: Qualitatssicherung, Carl Hanser Verlag Munchen Wien, 1996, ISBN 3-446-18591-1 Th. Bunger, D. Behr, St. Eichler, T. Flade, W. Fliegel, M. Jurisch, A. Kleinwechter, U. Kretzer, Th. Steinegger, B. Weinert in Mat. Sci. Technol. B80 (2001), 5 M. Naumann, J. Donecker, M. Neubert: Laser scattering experiments in VCz GaAs, J. Cryst. Growth 210 (2000) 203 P. Silverberg, P. Omeling, L. Samuelson: Appl. Phys. Lett. 52(1988)1689 R. Stibal, J. Windscheif, W. Jantz: Contactless evaluation of semi-insulating GaAs wafer resistivity using the time dependent charge measurement, Semicond. Sci. Technol. 6 (1991)995-1001 M. Wickert: "Physikalische Mechanismen der Homogenisierung elektrischer Eigenschaften von GaAs-Substraten" ("Physical Mechanisms of the Homogenization of Electric Properties of GaAs Substrates"), Dissertation, Albert-Ludwigs-Universitat Freiburg im Breisgau, 1998) M. Schaper, M. Jurisch, H.-J. Klaus, H. Balke, F. Bergner, R. Hammer, M. Winkler: Fracture Strength of GaAsWafers, in B. Michel, T. Winkler, M. Werner, H. Fecht(Eds.): Proceedings 3rd Internat. Conf. MicroMat 2000, April 17-19, 2000, Berlin F. Duderstadt: "Anwendung der von Karman'schen Plattentheorie und der Hertz'schen Pressung fur die Spannungsanalysezur Biegung von GaAs-Wafern im modifizierten Doppelringtest" ("application of the Karman plate theory and the Hertz pressing for the tension analysis for the bending of GaAswafers in the modified double ring test"), PhD thesis, TU Berlin, 2003

本発明の課題は、ＩＩＩ−Ｖ族ウェーハ、好ましくはＧａＡｓ単結晶、特にＶＧＦ／ＶＢ生成ウェーハを経済的に生産する装置とプロセスを提供し、ならびに電気的かつ物理的な特性の良好な均質性、および改良された表面品質を有するウェーハを提供することである。

この課題は、本発明において、請求項１に係る装置により、請求項１３または１４に係るプロセスにより、および請求項２６または２７に係るＧａＡｓ単結晶ウェーハにより、本発明に従って解決される。好ましい実施態様が、従属請求項に記載される。

（１）請求項１に係る装置は、少なくともアニールされる表面にＩＩＩ−Ｖ族半導体材を含むウェーハを、温度を上昇させて熱処理する装置であって、ウェーハをサポート上に載置したとき、ウェーハの前記表面上に、離間することなくまたは最大で２ｍｍ離間してカバーが設けられるような寸法で形成されたウェーハサポートユニットを少なくとも１個有していることを特徴とする。

（２）請求項２に係る装置は、請求項１に記載の熱処理装置において、前記ウェーハサポートユニットは、ウェーハが平坦に載置されるとともに、離間することなくまたは指定されたように離間して設けられる前記カバーによって微小容積部を形成する連続的な底部を含むことを特徴とする。

（３）請求項３に係る装置は、請求項１に記載の熱処理装置において、前記ウェーハサポートユニットは、アニールされる前記ウェーハ表面とその上に載置されるカバーとの距離が０．０５〜０．７５ｍｍとなるような寸法で、形成されていることを特徴とする。

（４）請求項４に係る装置は、請求項１に記載の熱処理装置において、前記ウェーハサポートユニットは、さらに、空間径がウェーハ径と同等またはアニールされるウェーハの径の最大１１０％となるような寸法で、形成されていることを特徴とする。

（５）請求項５に係る装置は、請求項１に記載の熱処理装置において、前記ウェーハサポートユニットは、前記ウェーハ表面に対して妨害されずに自由にガスが出入りすることは不可能であるが、ウェーハサポートユニット外部に対して限定されたガス交換が可能なウェーハ収容空間を、前記カバーとともに形成することを特徴とする。

（６）請求項６に係る装置は、請求項１に記載の熱処理装置において、ウェーハサポートユニットが、第１（ｎ番目の）ウェーハ用の支持底部を含み、第２（（ｎ＋１）番目の）ウェーハを置くためにその上に積み重ねられるウェーハサポートユニットが、第１（ｎ番目の）ウェーハの空間のための高さを制限する完全なカバーを形成するように、カセット形態で積載可能な複数のウェーハサポートユニットを備えていることを特徴とする。

（７）請求項７に係る装置は、請求項１に記載の熱処理装置において、前記ウェーハサポートユニットは、少なくとも一部分または全体が、ガス透過性および／または多孔質材料で作られていることを特徴とする。

（８）請求項８に係る装置は、請求項１に記載の熱処理装置において、前記カバーが、ガス透過性および／または多孔質材料で作られていることを特徴とする。

（９）請求項９に係る装置は、請求項７または８に記載の熱処理装置において、前記材料が、黒鉛粒子を圧縮することにより得られるガス透過性または微多孔質材料から成ることを特徴とする。

（１０）請求項１０に係る装置は、請求項１に記載の熱処理装置において、前記ウェーハを支持するサポートおよび／または前記カバーの材料は、高熱伝導率および高平面度を有するものであることを特徴とする。

（１１）請求項１１に係る装置は、請求項１に記載の熱処理装置において、前記ウェーハサポートユニットが、閉空間を形成するとともに、前記閉空間により形成される微小容積部と外部とを閉止する拡散遮断部を備えることを特徴とする。

（１２）請求項１２に係る装置は、請求項１に記載の熱処理装置において、融解されたシリカまたは石英ガラスから成る構成物を含まないことを特徴とする。

（１３）請求項１３に係るプロセスは、直径１００ｍｍ以上のａｓ−ｇｒｏｗｎのＩＩＩ−Ｖ族単結晶から分離されて調製されるとともに、少なくとも表面にＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を含むウェーハを、温度を上昇させて熱処理するプロセスであって、ウェーハの前記表面が、ガス透過性および／または多孔質材料により直接覆われている状態、またはウェーハの前記表面の上方に０ｍｍを超えて最大で２ｍｍの距離にて、ガス透過性および／または多孔質あるいはそうでない材料により覆われている状態で、前記ウェーハが熱処理されることを特徴とする。

（１４）請求項１４に係るプロセスは、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を含むウェーハを、温度を上昇させて熱処理するプロセスであって、直径１００ｍｍ以上のａｓ−ｇｒｏｗｎのＩＩＩ−Ｖ族単結晶から分離されて調製されたウェーハが、精製およびエッチング工程以降かつ縁部研削工程前に、少なくとも１個のウェーハサポートを備える石英を含まない熱処理装置により熱処理されることを特徴とする。

（１５）請求項１５に係るプロセスは、請求項１３又は１４に記載の熱処理プロセスにおいて、カバーの載置により寸法が定まる空間にウェーハの正面側が面するように、前記ウェーハが請求項１に記載の装置内に配置されることを特徴とする。

（１６）請求項１６に係るプロセスは、請求項１３又は１４に記載の熱処理プロセスにおいて、ＧａＡｓ単結晶を含むウェーハが使用されることを特徴とする。

（１７）請求項１５に係るプロセスは、請求項１３又は１４に記載の熱処理プロセスにおいて、ＶＧＦ法またはＶＢ法により成長させた単結晶によってウェーハが調製されていることを特徴とする。

（１８）請求項１８に係るプロセスは、請求項１３又は１４に記載の熱処理プロセスにおいて、１段階の工程のみにおいてウェーハがアニーリングされることを特徴とする。

（１９）請求項１９に係るプロセスは、請求項１３又は１４に記載の熱処理プロセスにおいて、水素含有量が少なくとも０．５体積％で全圧が１０〜２０ｂａｒである不活性ガス雰囲気下、７５０℃〜１１００℃の温度範囲にて、ウェーハの熱処理が実施されることを特徴とする。

（２０）請求項２０に係るプロセスは、請求項１３又は１４に記載の熱処理プロセスにおいて、固体砒素が蒸発することあるいは他のいかなる手段によっても、ウェーハサポートユニットの外側でＡｓ分圧が生じないことを特徴とする。

（２１）請求項２１に係るプロセスは、請求項１３又は１４に記載の熱処理プロセスにおいて、熱処理装置が、温度一定空間を供する容器または加熱炉内に配置されることを特徴とする。

（２２）請求項２２に係るプロセスは、請求項１３又は１４に記載の熱処理プロセスにおいて、アニーリング温度の維持時間が、Ａｓ抽出深さが少なくとも２０μｍとなるように定められていることを特徴とする。

（２３）請求項２３に係るプロセスは、請求項１３又は１４に記載の熱処理プロセスにおいて、平均Ａｓ抽出深さＬ_ｅｆｆが（数３）式またはその計算結果により、もしくは近似的に（数４）式により定められるように、アニーリング温度の維持時間が決定されることを特徴とする。
（数３）式において、Ｄ（Ｔ）は砒素の移動係数であり、Ｔ（ｔ）はアニーリングの温度／時間プロファイルであり、ｔ_０は合計時間である。
（数４）式において、Ｄ（Ｔ）はアニーリング温度Ｔにおける温度係数であり、ｔはアニーリング温度Ｔにおける維持時間である。

（２４）請求項２４に係るプロセスは、請求項１３又は１４に記載の熱処理プロセスにおいて、４００℃と公称温度との温度範囲において、加熱速度を３０〜４０Ｋ／ｍｉｎから０まで減少させ、冷却速度を０から３０〜４０Ｋ／ｍｉｎまで増加させることを特徴とする。

（２５）請求項２５に係るプロセスは、請求項１３又は１４に記載の熱処理プロセスにおいて、転位密度が１ｘ１０^４ｃｍ^−２以下であるａｓ−ｇｒｏｗｎのＶＢ／ＶＧＦウェーハのＥＬ２^０濃度が、少なくとも３０％増加されることを特徴とする。

（２６）請求項２６に係るＧａＡｓ半導体単結晶ウェーハは、直径１００ｍｍ以上で転位密度が１ｘ１０^４ｃｍ^−２以下のＧａＡｓ半導体単結晶ウェーハであって、
ウェーハの６３．２％（ワイブル分布）が損傷する破壊強度特性が、結晶アニールされた材料から得られるＳＩ ＧａＡｓウェーハと比較して、少なくとも２５％高いことを特徴とする。

（２７）請求項２７に係るＧａＡｓ半導体単結晶ウェーハは、直径１００ｍｍ以上で転位密度が１ｘ１０^４ｃｍ^−２以下のＧａＡｓ半導体単結晶ウェーハであって、
ウェーハの６３．２％（ワイブル分布）が損傷する破壊強度特性が、１９００ＭＰａよりも高いことを特徴とする。

（２８）請求項２８に係るＧａＡｓ半導体単結晶ウェーハは、請求項２６又は２７に記載のＧａＡｓ半導体単結晶ウェーハにおいて、炭素および硼素以外の全不純物の濃度が５ｘ１０^１４ｃｍ^−３以下、｜Δ[ＥＬ２^０]／[ＥＬ２^０]｜が７．５％以下およびσ_{ｍｅｓｏｓ}が６％以下、Ｉｐｄ（０．３〜２．０μｍ）が０．３ｃｍ^−２未満であるという特徴を少なくとも１つ有することを特徴とする。

（２９）請求項２９に係るＧａＡｓ半導体単結晶ウェーハは、請求項２６又は２７に記載のＧａＡｓ半導体単結晶ウェーハであって、請求項１３又は１４に記載するプロセスにより得られることを特徴とする。

本発明およびその利点と好ましい実施態様を、下記にさらに詳細に説明するが、本発明は、それに限定されない。

少なくともアニールされる表面にＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を含むウェーハを、温度を上昇させて熱処理（アニーリング）する装置では、１個のウェーハサポートユニットを備え、そのユニットは、アニールされるウェーハをそのサポート上に載置したとき、ウェーハ表面上に、離間することなくまたは最大２ｍｍ離間してカバーが設けられるような寸法で、形成されている。

アニールされるウェーハの全面に広がる被覆材によってカバーが形成される場合に、本発明により特に優れた効果が得られる。

ウェーハサポートユニットは、サポートユニット毎に単一ウェーハの圧力を受けないサポート、たとえば、その静荷重だけを受けるサポートにすることができる。

ウェーハサポートの底面および／またはカバー、好ましくは底面とカバーの両方が、たとえば、全体または部分的に、特にウェーハに面する表面部位においてだけ、多孔質、特に微多孔質構造によって、ガス透過性を有するのがよい。サポートの底面および／またはカバーのガス透過性材料は、高い熱伝導率および高い平面度を有することが好ましい。適切なガス透過性材料としては、たとえば、妥当な多孔度を有する黒鉛、Ａｌ_２Ｏ_３のようなセラミック、あるいはサーメットである。多孔度は、使用される材料および所望の条件（ウェーハ材料、アニーリング温度、サポートの底面からカバーまでの距離など）に応じ、当業者に知られている方法で調整でき、その際、好ましくはウェーハサポートの底面および／またはカバーは、少なくともウェーハ表面に面する表面に開孔を有する必要がある。ウェーハサポートの底面および／またはカバーのための多孔質材料の多孔度は、２０体積％以下、好ましくは１５体積％以下、より好ましくは１０体積％以下が適切である。ウェーハサポートの底面および／またはカバーの一部分だけを多孔質またはガス透過性にすることもでき、その部分は、挿入されたウェーハを取囲む一方、残りの部分は、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）、ＳｉＯ_２結合ＺｒＯ_２またはＳｉＣのような高い熱伝導率を有する気密材料により被覆される。ウェーハサポートの下面とカバーを形成し、拡散遮断部の領域（以下で詳細に説明する）すなわち積重ねられたカセットが互いに接触する周囲を除いて気密になっているＳｉＣ被覆黒鉛カセットでも、良好な効果が得られる。ウェーハサポートの下面および／またはカバー用の材料は、黒鉛を圧縮して製造されたものが好ましく、高純度黒鉛粒子から構成されるのがより好ましい。なぜなら、高純度黒鉛粒子により特に高い熱伝導率と高い平面度を達成できるからである。しかしながら、多孔質が残るまで強く圧縮できる他の超純粋材料または材料の混合物も好ましい。カバーは、サポート下面と同一のガス透過性多孔質材料から製造されているのが好ましい。これは、たとえば、以下で詳細に説明するカセットの実施態様により実現できる。

また、限定した距離を設けること、および／または細穴構造を設けることにより、微小容積部が形成される。アニールされる表面を備えるＩＩＩ−Ｖ族半導体は、他の材料により封止または被覆されない。むしろ、この表面は、カバーまでの限定距離および／またはカバー材料の多孔質性のために、上述の微小容積部に接触することになる。これにより、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料とＩＩＩ−Ｖ族半導体に含まれる表面上方に形成される微小容積部との間で、物質交換を生じさせることができる。特に、好都合には、たとえば、ＡｓまたはＰのようなＶ族化合物の移動および／または交換を生じさせることが可能である。その一方、Ｇａ粒子の形成による表面劣化を確実に排除でき、また、改善された使用特性を有するウェーハを、それにより特に効率的な方法で調製できる。ＣＯＰｓを減少することにより、改善された表面品質を達成できると共に、アニールされたウェーハの特有の破壊強度を大幅に向上できる。アニールされたウェーハの表面領域における特に良好な均質化は、微小容積部により生じるものと考えられる。ウェーハサポートユニットが、支持されるウェーハ表面とその上端に載置されるカバーまたは被覆材との間の距離が約０．０５〜０．７５ｍｍ、さらに好ましくは約０．２〜０．５ｍｍ、特に約０．３〜０．４ｍｍとなって微小容積部が形成されるような寸法で構成されるならば、その効果が顕著である。たとえば、本発明はそれに限定するものではないが、約０．５〜１ｍｍの典型的なウェーハ厚さの場合、サポートの底面と対応するウェーハサポートユニットのカバーとの間の距離は、少なくとも約０．５ｍｍ（すなわち、０．５ｍｍ厚さのウェーハを使用したときにウェーハ上に隙間なくカバーが置かれる）であり、最大で約３ｍｍ（すなわち、１ｍｍ厚さのウェーハを使用したときにウェーハからカバーまでの最大距離２ｍｍを加えた）まで変化する。ウェーハサポートユニットは、容積部の径が、たとえば、処理されるウェーハの径の最大１１０％、好ましくは最大１０５％、さらに好ましくは最大１０１％のように、処理されるウェーハの径よりも大きく、特に僅かだけ大きくなるような寸法で構成されるのがさらに好ましい。

本発明の特定の実施態様において、ウェーハサポートユニットに、ウェーハ表面に対する妨害されない自由なガスの出入りが減少し好ましくは不可能になる限定されたウェーハ受容空間を形成することができる。一方、サポートユニットによるウェーハの気密封止は、望ましくない。したがって、微小容積部内の大気とウェーハサポートユニット外の大気との間に、一定のガス交換速度があるのが好ましいが、そのガス交換速度は、制限のないガス交換と比較して、かなり低下する。その技術的実現について、適切な拡散遮断部を参照して以下に詳細に説明する。

ウェーハサポートユニットは好ましくは、ウェーハの下面全体の支持が、連続的かつ水平で平坦になされるように設計する。支持をできるだけ均一にするために、サポート底部には穴あけが設けられていない。ウェーハの支持が、水平でも連続して均一でもない場合、特に個別の箇所で支持されている場合、アニールされた材料内の重力荷重が降伏応力（温度に左右される）を超えて、転位および受入れできないスリットラインが形成されるため、アニーリング処理中にウェーハの静荷重の影響により歪みが生じると思われるが、本発明により、このような歪みを避けることができる。ＧａＡｓでは、比較的密度が高いため、この影響が特に著しい。

別の利点は、加熱中と冷却中、および温度保持中において、均質な（半径方向の）温度分布となることである。その結果、ウェーハにおいて熱による歪の発生を回避でき、さらには、ウェーハの形状の全体的な変化（アニーリング前の状態と比較して、たとえば、「そり」の劣化）、およびウェーハとプロセスガスとの間の相互作用の局所的変化を回避できる。加熱と冷却の速度は、有利な温度可変方法で制御すればよい。

本発明によれば、プロセスガスとウェーハ表面との間の相互作用を均一にでき、全体的な形状品質およびウェーハの物理化学的表面状態から無関係にさせることができる。

好ましくはウェーハサポートユニット毎に単一のウェーハだけを支持することにより、ウェーハ相互の共焼結を避けることができる。ここでは、ウェーハは他のウェーハにより覆われない。

本発明に係る装置は、複数のウェーハサポートユニットを備えることが特に好ましく、そこにおいては、ウェーハサポートユニットが、第１（ｎ番目の）ウェーハ用の支持底部を含み、第２（（ｎ＋１）番目の）ウェーハを置くためにその上に積み重ねられるウェーハサポートユニットが、第１（ｎ番目の）ウェーハの空間のための高さを制限する完全なカバーを形成するように、それらのユニットをカセット形態で積重ねることができる。

ウェーハサポートユニットは、その単一の形態、またはその複数の積重ねられたカセット形態において、適切な外周部を含み、その外周部は、処理されるウェーハの円形縁部の周りに形成され、その外側で微小容積部を閉止する。外周部は好ましくは、外部と微小容積部との間における制御されたまたは限定されたガス交換を可能とするために、ガス拡散遮断部を含む。これは、適切な構造形態、および／または隣接するウェーハサポートユニットの接触領域、特にそれらの間の接触面における材料選択により、好適に具体化される。適切な手段は、たとえば、隣接するウェーハサポートユニット間において、上端に載置されるウェーハサポートユニットの底部の内周が、下方に載置されるウェーハサポートユニットの外周内で係合される場合、および／または表面粗さや他の拡散を抑制する形状構造が設けられる場合に、ガス交換を気密的に排除しないカバー／サポート構造体である。代替または追加の拡散遮断部は、隣接するウェーハサポートユニットの円形縁部の接触面においてＳｉ_３Ｎ_４やＡｌＮなどの拡散遮断層材料を形成することにより実現可能である。特に単純で有効な拡散遮断部は、ウェーハサポートユニットの周囲に設けられた１個以上の三角形状の突起により形成され、それらの突起は、隣接するウェーハサポートユニットの対応する断面の溝に係合する。積重ねられた実施態様において、最下部のウェーハサポートユニットの底部サポートと上端のウェーハサポートユニットのカバーを含んだ、上述のサポート底部および／またはカバーにおける細穴構造は、ガス拡散遮断部として、外部との高度に限定されたガス交換にも寄与できる。

アニーリングプロセスのために、ウェーハは、後にウェーハの機能面となる正面が微小容積部に面するように、装置内に挿入される。改善された特性を有する大形ウェーハを得るためには、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料から成るウェーハが、先ず、たとえばワイヤラッピングやインホールソーイングにより、円筒形研削された後、約１００ｍｍ超、任意選択的には約１５０ｍｍ超または２００ｍｍ超の径を有するＡｓ−ｇｒｏｗｎのＩＩＩ−Ｖ族単結晶から分離され、引続いて精製とエッチングの工程を経て、ついで縁部研削の工程が実施される以前に、石英アンプルのような融解されたシリカまたは石英ガラスを全く使用せずに操作される熱処理装置にて熱処理されるのがよい。上述のウェーハサポートユニットは、このようなウェーハ処理プロセスに使用するのが特に好適である。なぜなら、そのユニットは、融解されたシリカまたは石英ガラスを用いない熱処理装置に使用されるからである。石英のない環境下でのアニーリングは、Ｃｕなどによる汚染のリスクを減少するのに役立つ。その結果、たとえば、炭素と硼素以外のすべての不純物の濃度を、好ましくは多くて約５ｘ１０^１４ｃｍ^−３、さらに好ましくは多くて約２ｘ１０^１４ｃｍ^−３までに制御することができる。また、そのプロセスは、一層容易かつ低コストで実施できる。さらに、上述したプロセスステップの順序により、表面領域における均一な抽出とウェーハの均質化を、特に優れた方法で実現できる。アニーリング後に引き続いて行われるウェーハの処理は、結晶アニールされたウェーハの工程に類して実施される。縁部研削は、好都合には、単一ウェーハのアニーリング後に実施され、それにより、なお存在していることがある、ウェーハ周囲縁部における不均質部または欠陥をなくすことができる。

本発明の着想により、１００ｍｍ径以上のａｓ−ｇｒｏｗｎのＩＩＩ−Ｖ族単結晶から分離されて準備され、少なくとも表面にＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を含むウェーハに対する熱処理プロセスをさらに設けることができる。そのプロセスにおいて、上述のウェーハは、温度上昇中に下記のように熱処理される。すなわち、ウェーハの表面を、ガス透過性および／または多孔質材料により直接被覆する、あるいは０ｍｍ超最大で約２ｍｍの距離を設けて、ウェーハ表面上にガス透過性および／または多孔質材料あるいはそうでない材料で被覆する。
これらの代替手段により、微小容積部が、処理されるＩＩＩ−Ｖ半導体の表面上に形成され、その微小容積部により、微小ガス空間中への、または微小ガス空間からのＡｓまたはＰのようなＶ族構成成分の移動および／または交換が実現される。
被覆材料、すなわち、ガス透過性形態や多孔質形態、およびバルク形態の材料は、固体であり、かつ耐熱性を有する。好ましい材料は、黒鉛、Ａｌ_２Ｏ_３のようなセラミック、および上述のサーメットである。ガス透過性形態または多孔質形態が選択されるならば、たとえば、上述の対応する出発材料を特定の形態、たとえば、黒鉛粒子を圧縮することにより、適切な多孔度を調整して得ることができる。好ましくは、処理されるウェーハの縁部および底面は、上述の材料により、直接または上述の距離で取囲まれる。

上述の実施態様における本発明のプロセスにより、複数ステップのアニーリング方式の代わりに、単一ステップのアニーリングが可能になる。それにより、熱処理のコストが減少する。

アニーリングは、約７５０〜１１５０℃、さらには約８００〜１０５０℃の温度範囲で実施されるのが好ましい。雰囲気は、たとえば、窒素またはアルゴンによる不活性ガス、特に少なくとも約０．５体積％および約１０〜２０ｂａｒ（約１ｘ１０^６〜２ｘ１０^６Ｐａ）の全圧を有する不活性ガスから形成されるのが好ましい。たとえば、ＧａＡｓウェーハを調製する場合、Ａｓ分圧を規定することなくａｓ−ｇｒｏｗｎのウェーハに対するアニーリングを有効に実施することができる。本発明の装置を単独で使用することにより、制御されたウェーハ表面からのＡｓ抽出、および／または微小容積部に面するウェーハの表面領域におけるＡｓ分布の調整を効果的なものにするために好ましいＡｓ雰囲気が、上述の微小容積部において発生すると考えられる。ＩｎＰウェーハのようなウェーハを調製する場合、微小容積部に面するウェーハの表面領域中への拡散、および／または表面領域におけるＰ分布の調整を効果的なものにするために規定されたＰ分圧下で、ａｓ−ｇｒｏｗｍのウェーハに対するアニーリングを実施することは、他の方法では好都合である。

特に操作が容易なために、上述の本発明のアニーリング処理装置は、温度一定空間に単に載置することができる。使用される炉としては、複数の加熱器組立体が好ましい。たとえば、その炉は、１個のジャケット加熱器および２個（床面上に１個および上端に１個）のカバー加熱器を備えているのが好ましい。アニーリング炉におけるＡｓ分圧の調整は、不要であり、またアニーリングを容易かつ効果的なものにするために省略されることもある。

アニーリング温度を維持する期間を、意図される用途に応じて、レーザ散乱トモグラフィー（ＬＳＴ）等により求めることができるＶ族構成成分の抽出（たとえば、Ａｓの）や内方拡散（たとえば、Ｐの）、および／または分布調整の所望の有効深さを得るまで、延長することができる。

Ａｓ抽出またはＰの内方拡散、および／またはＶ族構成成分の濃度調整の好ましい深さは、少なくとも４０μｍである。しかしながら、その深さに限界はないし、その深さをウェーハの全体厚さ範囲内で延ばすことさえもできる。

アニーリング温度の所望の維持時間と平均Ａｓ抽出深さＬ_ｅｆｆとの関係は、下記の式により示される。
ここで、Ｄ（Ｔ）は、Ａｓの移動係数（以下の図６も参照）であり、Ｔ（ｔ）は、アニーリングの温度／時間プロファイル（たとえば、以下の図４を参照）を指し、合計期間は、ｔ_０により示される。概算の場合には、下記の式、すなわち
が適用される。ここで、Ｄ（Ｔ）は、アニーリング温度Ｔにおける移動係数であり、ｔは、この温度における維持時間である。これにより、アニーリングスキームの加熱期間および冷却期間を考慮しないで済む。

このプロセスのさらに特定の利点は、加熱と冷却の速度それぞれを、温度依存性により可変的に調整可能であることから生じる。これにより、４００℃と公称アニーリング温度との温度範囲において、加熱速度と冷却速度を３０〜４０Ｋ／ｍｉｎから０まで増減することが効果的である。

別の利点は、必要に応じて、転位密度が約１ｘ１０^４ｃｍ^−２未満であるａｓ−ｇｒｏｗｎのＶＢ／ＶＧＦウェーハのＥＬ２^０濃度を、少なくとも約３０％だけ増加させることである。さらに、ＥＬ２^０濃度とメゾスコピック抵抗の両方について、｜Δ[ＥＬ２^０]／[ＥＬ２^０]｜を約７．５％以下かつσ_{ｍｅｓｏｓ}を約６％以下、さらには｜Δ[ＥＬ２^０]／[ＥＬ２^０]｜を約５％以下かつσ_{ｍｅｓｏｓ}を約５％以下にまで、有益に均質化することができる。表面品質も大幅に改善される。それは、特に、大きく減少したｌｐｄ（輝点欠陥）に現れている。たとえば、ｌｐｄ（０．３〜２．０μｍ）が約０．３ｃｍ^−２未満となる。

本発明のプロセスの上述した有利な実施態様により、アニーリング処理を、ウェーハ製造プロセスにおける技術的順序に、問題のなく組込むことが可能となる。

本発明の装置とプロセスにより得ることができるＩＩＩ−Ｖ族半導体ウェーハ、特にＳｉ ＧａＡｓ 単結晶ウェーハは、半導体デバイス製造に有益な高められた破壊強度を有する。さらに、これらのウェーハでは、半径方向におけるミクロスコピック均質性とメゾスコピック均質性が改善され、また機械化学的に研磨された表面の品質も改善される。特性が改善された理由は、化学構成成分、特に化学量論的組成を超えるＡｓ量（ＧａＡｓの場合）またはＰ量（ＩｎＰの場合）のようなＩＩＩ−Ｖ族半導体化合物中のＶ族構成成分の濃度調整、および／またはＥＬ２濃度分布のような物理的パラメータの均質化が、本発明の装置またはプロセスにより達成できるからであると考えられる。微小容積部を形成すること、およびガス雰囲気の構成成分と圧力のようなプロセスパラメータを選択的に調整することにより、ＧａＡｓにおけるＡｓの場合のようなＶ族構成成分の制御された抽出、またはＩｎＰにおけるＰの場合のようなＶ族構成成分の制御された内方拡散を、本発明のウェーハアニーリングユニットとアニーリングカセットによって探求することができる。本発明の装置とプロセスの両方は、液体封入チョクラルスキー法（ＬＥＣ）と比べ三次元温度領域における非線形性がかなり小さい、垂直ブリッジマン法（ＶＢ）およびその変形法（たとえば、垂直勾配凍結法、ＶＧＦ）により成長させた単結晶から生成したＳｉ ＧａＡｓウェーハの熱処理に適用することが好ましい。ＶＢ／ＶＧＦ法で成長させたＩＩＩ−Ｖ族結晶、およびそれから生成されるウェーハ、特に、１００ｍｍ以上さらには１５０ｍｍ以上のような大径のＳｉ ＧａＡｓウェーハでは、１ｘ１０^４ｃｍ^−２未満の転位密度を示し、また、ウェーハの６３．２％（ワイブル分布）が損傷する強度である破壊強度により規定される破壊強度特性が、結晶アニールされた材料から得られるＳｉ ＧａＡｓウェーハのものと比較して、少なくとも約２５％だけ増加する。この破壊強度特性は、±２００ＭＰａ未満の信頼間隙で、約１９００好ましくは約２０００ＭＰａよりも高い。この破壊強度特性は、たとえば、ＤＩＮ ５１１１０／ｐａｒｔ ３またはＥＮ８４３−５ （ｄｒａｆｔ）に記載されている標準方法、もしくはW.Timischi:Qualitatssicherung,Carl Hanser Verlag Munchen Wien,1996,ISBN 3-446-18591-1により測定することができる。この特性値を求めるために、２パラメータワイブル分布を適用すればよい。

本発明のプロセスにより、特に、独自の特徴の組合せを有するＩＩＩ−Ｖ族半導体単結晶を得ることができる。その特徴の組合せは、約１００ｍｍ好ましくは約１５０ｍｍ以上のウェーハ径、約１ｘ１０^４ｃｍ^−２未満の転位密度、約５ｘ１０^１４ｃｍ^−３好ましくは約２ｘ１０^１４ｃｍ^−３以下の炭素と硼素以外の全不純物の濃度、｜Δ[ＥＬ２^０]／[ＥＬ２^０]｜が約７．５％好ましくは約５％以下となるＥＬ２^０濃度の均質化、かつσ_{ｍｅｓｏｓ}が約６％好ましくは約５％以下となるメゾスコピック均質化、および約０．３ｃｍ^−２未満のＩｐｄ（０．３〜２．０μｍ）のようなパラメータの１つ以上好ましくはすべてにより定められる。

本発明、およびその好ましい実施態様を、添付図面に従って詳細に説明する。

図１に、またさらに詳細について図２に、本発明の実施形態における複数の個別のウェーハサポートユニット１０を備える積重ねられたアニーリングカセットが、概略示されている。それぞれのウェーハサポートユニット１０は、対応するウェーハ（図示されない）を受容できる。ウェーハは裏側で、それぞれのカセットの床面または底面に載置される。そのカセットは、たとえば、高い温度伝導率を有し高密度ではあるがガス透過性のある黒鉛から製造され、可能なかぎり最高の平面度を有する。それぞれが同一である個別のカセットは、周縁部において直接接触して積重ねることができる。そして、重なるカセットユニットの底面が、下にあるカセットユニットのカバー閉止部材をなし、空間（ウェーハ厚さｄに適合されて図示される合計高さＨを有する）が、ウェーハを受容するように残される。好ましくは、別の空き容積部が確保される。微小容積部は、ウェーハサポート自体の開放細穴構造により形成される。そして、好ましい実施形態では、カバーとウェーハ表面との間に距離（Ｈ−ｄ）が形成されると、微小容積部は、この選択された距離に従って付加的に形成される空き容積部により形成される。後者の場合、空き容積部は、最大で２ｍｍ、好ましくは０．５〜０．７５ｍｍ、より好ましくは０．２〜０．５ｍｍ、特に０．３〜０．４ｍｍの高さのウェーハ表面（図示されない）までの距離と、処理されるウェーハの径よりも大きいウェーハサポートの径２Ｒ_Ｔ、たとえば、処理されるウェーハの径の最大で１１０％、好ましくは最大で１０５％、より好ましくは最大で１０１％の径とにより与えられる。空き容積部は、周囲縁部においてカバー／底面係合構造１５により外側に対して閉止される。別のガス拡散遮断部が、ウェーハサポートユニットの支持縁部上に付加的に設けられている。そのガス拡散遮断部は、好ましくは、下にあるウェーハサポートユニット上に円形縁部１６により形成される。そして、円形縁部は、上に重なる被覆ウェーハサポートユニットの対応する溝または窪み１７内に係合されている（図２参照）。アニーリングカセット全体の上端カバーとしては、ウェハで占有されていない又はダミーウェーハで占有されたウェーハサポートユニット、もしくは専有カバーを設けることができる（図示されない）。

このようにして、たとえば、ＪＰ０９−１９９５０６Ａに記載されるような、個別のウェーハの不都合な直接接触が避けられる。使用可能なカセット（ウェーハサポートユニット）数は、使用されるアニーリング炉の温度一定ゾーンの長さに左右され、ここで例示される実施形態においては、その数は９０個であった。たとえば、２箇所の円弧三角状縁部と溝（図２参照）から形成される拡散遮断部は、主にアニーリング中に生じる微小容積部からのＡｓ損失を、微小多孔質黒鉛を通した拡散移動の量までに減少する。したがって、微小容積部を有するカセットは、たとえば、ウェーハ表面への自由なガスの出入りを可能にするＪＰ０５−０８２５２７ＡおよびＪＰ０６−３０２５３２Ａ等の従来技術に記載されるウェーハサポートユニットとは基本的に異なる。さらに、各箇所または特定の各領域におけるサポートに関する上述した問題（特に、ＪＰ０５−０８２５２７Ａ）は、本発明のウェーハサポートユニットのウェーハ主表面全体でのサポートにより、確実に避けられる。さらにまた、アニーリング温度までの加熱、およびその温度からの冷却の両方を促進でき、それにより、温度保持期間中におけるウェーハ上の温度不均質化が減少する。

使用されるウェーハの厚さは、従来の製造プロセスにおけるような切断された厚さに対応する。すなわち、本発明のウェーハアニーリングは、ウェーハ製造プロセスの寸法連鎖の修正が要求されない。

図３に概略示されるように、ウェーハをカセット内に載置した後、カセットの外径に適合する黒鉛チューブが、温度領域を均質化するために、カセット積重ね層を取囲むように配置される。次いで、黒鉛チューブは、黒鉛プレートにより両端部で閉じられる。このようにして形成されたアニーリング組立体（図３において、参照符号１００により示される）が、垂直低温壁アニーリング炉の温度一定ゾーン中に挿入される。その炉は、複数の加熱器の組立体を備えるか、または図３に示されるように、１個のジャケット加熱器２００と２個（床面と上端）の加熱器３００を含み、水冷式で減圧排気圧力の容器（図３では図示されない）内に収容される。その結果、従来では、石英アンプル内に通常適用されたアニーリング炉内のＡｓ分圧が不要となる。

上述した構成では、石英から成る構成部材を含まないので、石英から生じる汚染が排除される。

ウェーハの熱処理は、１体積％以下の水素を添加した液体ガスからそれぞれ放出される純窒素または純アルゴンの下で実施される。ガス圧を加える前、その圧力容器は交互に、１０^−３ｍｂａｒまで減圧排気され、純窒素で洗浄される。かくして、工数を要しかつ煩雑なＡｓ分圧下でのアニーリングを不要にできる。ウェーハの熱処理は、８００〜１０５０℃の温度範囲でアニールされ、プロセスガスの全圧は、１０〜１５ｂａｒ（１ｘ１０^６〜１．５ｘ１０^６Ｐａ）である。アニーリング時間は、所望の抽出深さに左右され、一例を以下の実施例１においてさらに詳細に説明する。特有の温度／時間プロファイルを図４に示す。それにより、加熱速度と冷却速度は、温度依存の仕方で調整できることが分かる。

下記の実施例により、本発明の詳細についてさらに知ることができる。

（実施例１）
目標径１００ｍｍのＳＩ ＶＧＦ ＧａＡｓ結晶を、ＶＧＦ法により成長させた。そのプロセスは、Th. Bunger, D. Behr, St. Eichler, T. Flade, W. Fliegel, M. Jurisch, A. Kleinwechter, U. Kretzer, Th. Steinegger, B. Weinert in Mat. Sci. Technol. B80 (2001), 5に詳細に説明されている。その結晶は、初期状態の特徴化のために、熱処理、クロッピング、円筒形研削、平坦化および試料採取をした後に、標準厚さｄ_０（７２５±８）μｍのウェーハを、インホールソーイングにより得るようにさらに加工した。そのウェーハは、標準技術により、縁部研削、清浄エッチング、洗浄、および乾燥を行い、非酸化性雰囲気（Ｎ_２）の下で使用するまで保管した。

本発明のカセット（約１００ｍｍ径）中へのウェーハの組込みを、層流ボックス内で実施した。装置の全てのカセットには、ウェーハ（特にダミーウェーハ）が充填された。ウェーハ上方の空き空間は、０．３ｍｍであった。

積重ねられたカセットを、上述の方法でアニーリング組立体になるように完成させ、ついで垂直方向に、３個の個別に制御できる加熱器を有するアニーリング炉中に載置した。その圧力容器は、３回交互に減圧排気（各々の最終真空度は１０^−３ｍｂａｒ以下）し、引続いて、１３ｂａｒの圧力（対応するアニーリング温度における）までの超純粋窒素を充填した。その最終充填は、超純粋窒素で実施され、その窒素へ１体積％のＨ_２が加えられた。アニーリングは、それぞれ５時間の維持時間で、９５０、１０００、１０５０、および１１４０℃の公称温度で各々実施した。加熱速度は、４００℃までは４０Ｋ／ｍｉｎであり、それを超える温度での加熱速度は、公称温度に達するとき０Ｋ／ｍｉｎに近づく速度まで、その公称温度までの時間と共に線形に減少させた。室温までの冷却は、対応する反対の方法で実施した。

水素の添加により、酸化物層の形成、ひいては熱処理中に任意に起こりうるＡｓ脱離の抑制が弱められる。水素により表面拡散が強まるため、過剰なガリウム粒子への凝集が無くされる。アニーリング後のウェーハ表面の粗度は、切断／エッチングされた表面のものと比較して大幅に小さくなる。

アニールされたウェーハは、引続いて、標準技術、すなわち縁部研削を行わずに、レーザラベリング、損傷エッチング、両面予備研磨および片面（正面側）最終研磨により加工した。これにより、それぞれ除去された表面平行層の厚さが決まる。

ウェーハアニーリング後のＡｓ沈着物のサイズ分布は、既知の方法である、レーザ散乱トモグラフィー（ＬＳＴ、これに関しては、M. Naumann, J. Donecker, M. Neubert: Laser scattering experiments in VCz GaAs, J. Cryst. Growth 210 (2000) 203を参照）により、所謂縁部観察で調べた。すなわち、ウェーハ表面の縁部に近い領域を照射して、破損縁部から放出される散乱光を測定した。図５において、ウェーハ領域における例を、マトリックス析出物（左側）とデコレーション析出物（右側）とに関して図示する。ウェーハの正面側は、上端に面する。

ウェーハ表面は、破線により示される。表面に平行な領域Δにおいて、マトリックス析出物は見出されない。ほぼ同一厚さの領域Δに対応する領域において、デコレーション析出物の散乱強度が、同様に大幅に減少している。Ａｓ沈着物が、熱処理によりＡｓ抽出と共に溶解していること、またはそれらのサイズ分布が、より小さい寸法に移行していることがわかる。それらの相関において、ウェーハ表面上のＣＯＰｓ数は、初期状態と比べて大幅に減少している。

Ａｓ抽出を特徴づける移動係数は、Ａｓの沈着のない領域の容易に測定可能な深さから予測した。図６において、移動係数が、相互のアニーリング温度に対してプロットされる。規定された温度における所望の抽出深さを得るために必要な維持時間を、それにより予測できる。それは、容易に適用できる計算式に関する上述の説明が参照される。たとえば、必要な維持時間は、９８０℃における７０μｍの平均抽出深さの場合に４時間である。Ａｓ沈着物の平均サイズは、平均抽出深さよりも大きいウェーハ表面からの距離においてアニールされないウェーハに典型的なサイズまで急速に増加する。

アニールされたウェーハのウエッジエッチングされた試料により、アニールされたウェーハの表面に近く位置し、Ａｓ沈着物の減少されたサイズを有する平均抽出深さに左右される層は、ＥＬ２濃度の減少によりｐ型導電性を有することが確定された。７０μｍの平均抽出深さでは、ｐ型層の厚さは約２０μｍである。Ａｓ抽出により依然影響される、アニールされたウェーハ中にさらに延びる厚さ領域は、半単離（ＳＩ）の状態のままである。ｐ型層は、アニールされたウェーハの損傷エッチングおよび先行研磨により確実に除去される。

転位エッチピット密度、伸張光学的手法で求められる残留歪レベル、および二重結晶ロッキングカーブマッピングにより求められた半幅値によって、アニールされたウェーハの構造的完全性を評価したところ、結晶アニールされたウェーハの場合に対応する結果に対し相違がないことが明らかになった。

（実施例２）
アニールされていない円筒形に研磨されて切欠きされた１５２ｍｍ径のＳＩ ＶＧＦ ＧａＡｓ単結晶を、ワイヤラッピングにより、（７７４±８）μｍの平均厚さを有するウェーハに加工した。そのウェーハは、清浄エッチングおよび損傷エッチングがなされ、第１の実施例で述べたように、約１５３ｍｍの内径を有している。そして、そのウェーハを、ウェーハの上方に０．４ｍｍの空き空間高さを備えた本発明のカセット中に載置した。熱処理は、４時間の維持時間で、９８０℃において実施した。加熱と冷却の速度は、第１の実施例で述べた値と同一であった。公称温度におけるＮ_２／Ｈ_２プロセスガスの作動圧力は、１２ｂａｒであり、その水素含有量は、１体積％であった。

同一の結晶から生じる比較対象のウェーハと同様にアニールされたウェーハに対して、縁部研削、レーザラベリング、損傷エッチング、および両面予備研磨と片面最終研磨を行い、最終浄化した。ウェーハの最終厚さは、（６９０±５）μｍとなり、１５０ｍｍ径のウェーハの許容上限であった。引続いて、標準手順により、Ｓｕｒｆｓｃａｎ６４２０（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ）を使用することによる所謂「輝点欠陥」（ｌｐｄ）の判断を通して、（０．２〜２．０）μｍと（０．３〜２．０）μｍの分類されたサイズ範囲におけるＣＯＰｓ数、およびＳＵＰＥＲＳＯＲＴ^ＴＭを使用することによるウェーハの形状パラメータを測定した。

表１において、ウェーハアニーリング後のＣＯＰｓの平均数が、従来の結晶アニーリングがなされた比較対象ウェーハのものと比較される。ウェーハアニーリングにより、ＣＯＰｓ数は、対応するサイズ分布において１桁以上減少されたことが明らかである。比較対象材料と比較すると、頻度分布は、本発明のウェーハアニーリング後は狭く、Ａｓ沈着物制御用の、本発明の抽出プロセスが非常に良好な再現性と信頼性を有していることが示される。

アニールされたウェーハは、２度目の両面予備研磨と片面最終研磨が行われ、再び測定された。ここで厚さは、（６５５±５）μｍの許容下限の範囲内であった。ウェーハ表面上のＣＯＰｓ数は、第１の研磨ステップ後よりも高かったが、仕様限界よりも依然低かった。抽出深さを選択することにより、それぞれの仕様限界より低いウェーハの許容厚さ範囲全体において、ＣＯＰｓ数を減少させることが可能である。

ウェーハの形状パラメータの測定結果を表２に示すが、大幅な相違はない。かくして、本発明のカセットにおけるアニーリングは、従来の手順操作と比べてウェーハの形状パラメータの劣化をもたらさない。

デバイスエレメントに関連する特性の均質性を評価するために、アニールされたウェーハのＥＬ２^０濃度を、＜１１０＞方向のウェーハ半径（０〜Ｒ_Ｗ）に沿う７．５ｍｍ幅のセクターにおいて、そのセクターに直交する約３０μｍかつそれに平行な２７０μｍの横方向解像度で、表示させて測定した。その測定は、Silverberg et al.(P. Silverberg, P. Omeling, L. Samuelson: Appl. Phys. Lett. 52(1988)1689)による光イオン化断面を使用する、既知であるλ＝１０６４ｎｍの近赤外線吸収法により実施した。さらに、１．０ｎｍの解像度での電気抵抗率の全体ウェーハマッピングを、R.Stibal et al.(R. Stibal, J. Windscheif, W. Jantz: Contactless evaluation of semi-insulating GaAs wafer resistivityusing the time dependent charge measurement, Semicond. Sci. Technol. 6 (1991)995-1001)のＴＤＣＭ法により測定した。

本発明のウェーハアニーリングにより、ウェーハの平均ＥＬ２^０濃度が、標準的な結晶アニーリング後の結晶から生じるウェーハと比較して、１．４ｘ１０^１６ｃｍ^−３まで約３０％増加した。表３から明らかになるように、平均ＥＬ２^０濃度の相対的標準偏差が、ウェーハアニーリング後に１２〜１６％から４〜５％まで減少している。ＥＬ２^０分布のメゾスコピック均質性（M. Wickert: "Physikalische Mechanismen der Homogenisierung elektrischer Eigenschaften von GaAs-Substraten" ("Physical Mechanisms of the Homogenization of Electric Properties of GaAsSubstrates"), Dissertation, Albert-Ludwigs-Universitat Freiburg im Breisgau, 1998を参照）は、結晶アニーリング後に約９％であったが、ウェーハアニーリングの手段により約４％まで改善された。ＥＬ２^０濃度の増加に対応して、ウェーハの平均抵抗率が減少した。改善されたＥＬ２^０均質性に類似して、アニールされたウェーハは、抵抗率のマクロスコピック均質性およびメゾスコピック均質性が改善された。

アニールされたウェーハの構造的に優れた特性を評価するために、転位エッチピット密度を、標準的なＫＯＨエッチングを行って全体のウェーハマッピングを測定することにより求め、また、＜１１０＞ロッキング軸および１×２ｍｍ^２測定スポットサイズと同様の１×１ｍｍ^２ステップ幅を使用して｛００４｝−Ｃｕ−Ｋα二重結晶ロッキングカーブマッピングの平均半幅値を求めた。これらの評価結果を、表４に示す。

結晶アニールされたウェーハの対応する結果との著しい相違は見出されなかった。すなわち、アニールされたウェーハの構造的に優れた特性は、本発明のアニーリング装置における本発明の熱処理により影響を受けない。

（実施例３）
それぞれの目標径が１５０ｍｍである３個のアニールされていないＳＩ ＶＧＦ ＧａＡｓ単結晶と３個の結晶アニールされたＳＩ ＶＧＦ ＧａＡｓ単結晶とを、クロッピングと円筒形研削後に、ワイヤラッピングの手段により平均厚さ（７７０±８）μｍのウェーハに加工した。そのウェーハに対して、清浄エッチングと損傷エッチングとをなし、ついで第１の実施例で述べたように、約１５３ｍｍの内径と０．４ｍｍの空き空間高さを有する本発明のカセット中に載置した。熱処理は４時間の維持時間で、９８０℃において実施した。加熱と冷却の速度は、第１の実施例で述べた値と同一であった。公称温度におけるＮ_２／Ｈ_２プロセスガスの作動圧力は、１１〜１３ｂａｒであり、その水素含有量は、１体積％であった。

アニールされたウェーハに対し、標準手順に従って縁部研削、レーザラベリング、損傷エッチング、および両面予備研磨と片面最終研磨を行い、最終研磨した。ウェーハの一部分は、２度目の両面予備研磨と片面最終研磨を行った。

これらのウェーハを用いて、破壊強度を、ＣＯＰｓ数を求めた後に測定した。その測定は、ＳＣＨＡＰＥＲ ｅｔ ａｌ．により詳細に説明されている改訂二重リング検査（M. Schaper, M. Jurisch, H.-J. Klaus, H. Balke, F. Bergner, R. Hammer, M. Winkler: Fracture Strength of GaAs Wafers, in B. Michel, T. Winkler, M. Werner, H. Fecht (Eds.): Proceedings 3^rd Internat. Conf. MicroMat2000, April 17-19, 2000, Berlin）を使用して実施した。内径１４２ｍｍのサポートリングはＰＴＦＥ製であり、荷重を１／８インチ径のステンレス鋼球によりウェーハの中心へ加えた。最終研磨されたウェーハ正面側それぞれは、張力を受けた。荷重／曲げカーブを、破壊まで記録した。試験結果は、破壊荷重／最大曲げ（Ｆ_ｍａｘ、ｆ）の対比から構成される。測定結果は、６７５μｍの均一なウェーハ厚さまで標準化した。この標準化、および破壊荷重に基づく破壊強度の計算は、Ｆ．ＤＵＤＥＲＳＴＡＤＴによる破壊検査（F. Duderstadt: "Anwendung der von Karman'schen Plattentheorie und der Hertz'schen Pressung fur die Spannungsanalyse zur Biegung von GaAs-Wafern im modifizierten Doppelringtest" ("application of the Karmanplate theory and the Hertz pressing for the tension analysis for the bending of GaAs wafers in the modified double ring test"), PhD thesis, TU Berlin, 2003）の理論分析に基づいて実施した。

結晶アニールされたＳＩ ＶＧＦ ＧａＡｓ単結晶のウェーハでの結果と比較して、ウェーハアニーリング後のウェーハの特徴的な破壊強度を、表５に示す。

アニールされたウェーハの特徴的な破壊強度は、結晶アニールされたウェーハのものよりも、かなり高い。この相違の理由は、表面に近い領域においてウェーハアニーリングによってＡｓ沈着物の平均サイズが減少したこと、および結晶アニールされた材料と比較してそこから生じるウェーハ表面上のＣＯＰｓの平均サイズが小さいことに基づくと考えられる。明らかに、ＣＯＰｓは、破壊プロセスを開始する種として作用する。

比較対象ウェーハ

比較対象のために取り上げたウェーハは、結晶アニーリング後のＳＩ ＶＧＦ ＧａＡｓ単結晶から製造された。アニーリングは、１０時間の維持時間で、８００℃において１ｂａｒのＡｓ分圧の下で石英アンプル内で実施した。加熱と冷却の速度は、４００℃を超える温度では０．５Ｋ／ｍｉｎであった。

本発明は、特定の実施例に限定されないし、これらの実施例は、本来もっぱら説明上のものであり、かつ説明用として役立つものである。種々の実施形態と実施例を、適宜、必要に応じて組合せることができる。さらに、当業者は、ここに説明される実施形態の種々の変更態様および変形態様を、付属クレームにより明示される本発明の要旨と範囲内で実施できることが分かるであろう。

本発明の複数の単一ウェーハサポートユニットを備える積重ねられたアニーリングカセットの実施形態の断面を概略的に示す図である。 図１における実施形態をさらに詳細に示す図であり、付加的な拡散遮断部の実施態様の概略を示す。 複数のウェーハサポートユニットの積重ねが載置されるアニーリング炉を断面で概略的に示す図である。 本発明の１ステップウェーハアニーリングの場合における温度／時間プロファイルの一例を示す図である。 マトリックス析出物（左図）とデコレーション析出物（右図）とに関して、断面縁部図で示されるアニールされたウェーハのＬＳＴマッピングを示す図である。 抽出ウェーハアニーリングの場合における有効移動係数の温度依存性を示す図である。

符号の説明

１０ ウェーハサポートユニット
１５ カバー／底部係合構造部材
１６ 円形縁部
１７ 窪み
１００ 参照符号
２００ ジャケット加熱器
３００ 加熱器

Claims (29)

1. 少なくともアニールされる表面にＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を含むウェーハを、温度を上昇させて熱処理する装置であって、
   ウェーハをサポート上に載置したとき、ウェーハの前記表面上に、離間することなくまたは最大で２ｍｍ離間してカバーが設けられるような寸法で形成されたウェーハサポートユニットを少なくとも１個有していることを特徴とする熱処理装置。
2. 前記ウェーハサポートユニットは、ウェーハが平坦に載置されるとともに、離間することなくまたは指定されたように離間して設けられる前記カバーによって微小容積部を形成する連続的な底部を含むことを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
3. 前記ウェーハサポートユニットは、アニールされる前記ウェーハ表面とその上に載置されるカバーとの距離が０．０５〜０．７５ｍｍとなるような寸法で、形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
4. 前記ウェーハサポートユニットは、さらに、空間径がウェーハ径と同等またはアニールされるウェーハの径の最大１１０％となるような寸法で、形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
5. 前記ウェーハサポートユニットは、前記ウェーハ表面に対して妨害されずに自由にガスが出入りすることは不可能であるが、ウェーハサポートユニット外部に対して限定されたガス交換が可能なウェーハ収容空間を、前記カバーとともに形成することを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
6. ウェーハサポートユニットが、第１（ｎ番目の）ウェーハ用の支持底部を含み、第２（（ｎ＋１）番目の）ウェーハを置くためにその上に積み重ねられるウェーハサポートユニットが、第１（ｎ番目の）ウェーハの空間のための高さを制限する完全なカバーを形成するように、カセット形態で積載可能な複数のウェーハサポートユニットを備えていることを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
7. 前記ウェーハサポートユニットは、少なくとも一部分または全体が、ガス透過性および／または多孔質材料で作られていることを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
8. 前記カバーが、ガス透過性および／または多孔質材料で作られていることを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
9. 前記材料が、黒鉛粒子を圧縮することにより得られるガス透過性または微多孔質材料から成ることを特徴とする請求項７または８に記載の熱処理装置。
10. 前記ウェーハを支持するサポートおよび／または前記カバーの材料は、高熱伝導率および高平面度を有するものであることを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
11. 前記ウェーハサポートユニットが、閉空間を形成するとともに、前記閉空間により形成される微小容積部と外部とを閉止する拡散遮断部を備えることを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
12. 融解されたシリカまたは石英ガラスから成る構成物を含まないことを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
13. 直径１００ｍｍ以上のａｓ−ｇｒｏｗｎのＩＩＩ−Ｖ族単結晶から分離されて調製されるとともに、少なくとも表面にＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を含むウェーハを、温度を上昇させて熱処理するプロセスであって、
    ウェーハの前記表面が、ガス透過性および／または多孔質材料により直接覆われている状態、またはウェーハの前記表面の上方に０ｍｍを超えて最大で２ｍｍの距離にて、ガス透過性および／または多孔質あるいはそうでない材料により覆われている状態で、前記ウェーハが熱処理されることを特徴とする熱処理プロセス。
14. ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を含むウェーハを、温度を上昇させて熱処理するプロセスであって、
    直径１００ｍｍ以上のａｓ−ｇｒｏｗｎのＩＩＩ−Ｖ族単結晶から分離されて調製されたウェーハが、精製およびエッチング工程以降かつ縁部研削工程前に、少なくとも１個のウェーハサポートを備える石英を含まない熱処理装置により熱処理されることを特徴とする熱処理プロセス。
15. カバーの載置により寸法が定まる空間にウェーハの正面側が面するように、前記ウェーハが請求項１に記載の装置内に配置されることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の熱処理プロセス。
16. ＧａＡｓ単結晶を含むウェーハが使用されることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の熱処理プロセス。
17. ＶＧＦ法またはＶＢ法により成長させた単結晶によってウェーハが調製されていることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の熱処理プロセス。
18. １段階の工程のみにおいてウェーハがアニーリングされることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の熱処理プロセス。
19. 水素含有量が少なくとも０．５体積％で全圧が１０〜２０ｂａｒである不活性ガス雰囲気下、７５０℃〜１１００℃の温度範囲にて、ウェーハの熱処理が実施されることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の熱処理プロセス。
20. 固体砒素が蒸発することあるいは他のいかなる手段によっても、ウェーハサポートユニットの外側でＡｓ分圧が生じないことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の熱処理プロセス。
21. 熱処理装置が、温度一定空間を供する容器または加熱炉内に配置されることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の熱処理プロセス。
22. アニーリング温度の維持時間が、Ａｓ抽出深さが少なくとも２０μｍとなるように定められていることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の熱処理プロセス。
23. 平均Ａｓ抽出深さＬ_ｅｆｆが、（数１式）またはその計算結果より、もしくは近似的に（数２式）により定められるように、アニーリング温度の維持時間が決定されることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の熱処理プロセス。
    （数１）式において、Ｄ（Ｔ）は砒素の移動係数であり、Ｔ（ｔ）はアニーリングの温度／時間プロファイルであり、ｔ_０は合計時間である。
    （数２）式において、Ｄ（Ｔ）はアニーリング温度Ｔにおける温度係数であり、ｔはアニーリング温度Ｔにおける維持時間である。
24. ４００℃と公称温度との温度範囲において、加熱速度を３０〜４０Ｋ／ｍｉｎから０まで減少させ、冷却速度を０から３０〜４０Ｋ／ｍｉｎまで増加させることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の熱処理プロセス。
25. 転位密度が１ｘ１０^４ｃｍ^−２以下であるａｓ−ｇｒｏｗｎのＶＢ／ＶＧＦウェーハのＥＬ２^０濃度が、少なくとも３０％増加されることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の熱処理プロセス。
26. 直径１００ｍｍ以上で転位密度が１ｘ１０^４ｃｍ^−２以下のＧａＡｓ半導体単結晶ウェーハであって、
    ウェーハの６３．２％（ワイブル分布）が損傷する破壊強度特性が、結晶アニールされた材料から得られるＳＩ ＧａＡｓウェーハと比較して、少なくとも２５％高いことを特徴とするＧａＡｓ半導体単結晶ウェーハ。
27. 直径１００ｍｍ以上で転位密度が１ｘ１０^４ｃｍ^−２以下のＧａＡｓ半導体単結晶ウェーハであって、
    ウェーハの６３．２％（ワイブル分布）が損傷する破壊強度特性が、１９００ＭＰａよりも高いことを特徴とするＧａＡｓ半導体単結晶ウェーハ。
28. 炭素および硼素以外の全不純物の濃度が５ｘ１０^１４ｃｍ^−３以下、
    ｜Δ[ＥＬ２^０]／[ＥＬ２^０]｜が７．５％以下およびσ_{ｍｅｓｏｓ}が６％以下、
    Ｉｐｄ（０．３〜２．０μｍ）が０．３ｃｍ^−２未満
    であるという特徴の少なくとも１つを有することを特徴とする請求項２６又は２７に記載のＧａＡｓ半導体単結晶ウェーハ。
29. 請求項１３又は１４に記載するプロセスにより得られることを特徴とする請求項２６又は２７に記載のＧａＡｓ半導体単結晶ウェーハ。