JPH05243171A - Semiconductor substrate heat treatment jig - Google Patents

Semiconductor substrate heat treatment jig

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JPH05243171A
JPH05243171A JP4454692A JP4454692A JPH05243171A JP H05243171 A JPH05243171 A JP H05243171A JP 4454692 A JP4454692 A JP 4454692A JP 4454692 A JP4454692 A JP 4454692A JP H05243171 A JPH05243171 A JP H05243171A
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sapphire
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Abstract

PURPOSE:To provide a semiconductor substrate heat jig which is capable of carrying out an RTA process at a high heating speed. CONSTITUTION:A case 1 is made of sapphire. Semiconductor substrates such as GaAs substrates or the like are housed in the room 3 of the case 1. Holes bored in a sapphire lid placed on a side wall 4 which forms the room 3 are fitted to projections 5, 5,... provided onto the side wall 4 to prevent the lid from deviating from the side wall 4. As mentioned above, a semiconductor substrate thermal treatment jig is formed of sapphire which can transmit infrared rays and has almost the same thermal properties with GaAs and heats the GaAs substrates at a high speed and keeps a thermal environment around the GaAs substrates equal, whereby a semiconductor substrate heat jig capable of carrying out an RTA process at a high heating speed can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、半導体基板を熱処理
する際に使用する半導体基板熱処理用治具に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor substrate heat treatment jig used for heat treating a semiconductor substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】化合物半導体、なかでもGaAsはSiに
比較して優れた物理的性質を持っている。そのため、現
在LSI(大規模集積回路)化の研究が活発に行われてい
る。GaAs−LSIは、通常半絶縁性GaAs基板にSi
をイオン注入して作成した金属半導体電界効果型トラン
ジスタを基本デバイスとして用いている。
2. Description of the Related Art Compound semiconductors, especially GaAs, have superior physical properties to Si. Therefore, research into LSI (large-scale integrated circuit) is currently being actively conducted. A GaAs-LSI is usually formed on a semi-insulating GaAs substrate with Si.
A metal semiconductor field effect transistor produced by ion implantation is used as a basic device.

【0003】上述のように、GaAs基板にイオン注入技
術を用いて導電層を形成するためには、上記イオン注入
後のGaAs基板を800℃以上の高温で熱処理すること
によって、注入した不純物を電気的に活性化させる必要
がある。この熱処理工程はGaAs−LSI製造工程の中
でも最も高温を必要とするために、GaAs−LSIの高
性能化/高歩留り化を図るためには最適化された熱処理
技術の確立が重要である。
As described above, in order to form the conductive layer on the GaAs substrate by using the ion implantation technique, the GaAs substrate after the ion implantation is heat-treated at a high temperature of 800 ° C. or higher to electrically remove the implanted impurities. Need to be activated. Since this heat treatment process requires the highest temperature in the GaAs-LSI manufacturing process, it is important to establish an optimized heat treatment technique in order to improve the performance and yield of the GaAs-LSI.

【0004】GaAs−LSI製造において現在広く用い
られている熱処理方法は抵抗加熱式の電気炉を用いる方
法である。この技術は、元来Si基板を用いるプロセス
において培われてきた技術であり、この技術を用いるプ
ロセスは安定性/均一性に優れている。しかしながら、
上述の熱処理方法では、装置の熱容量が大きいために、
制御可能な最短熱処理時間が数分から数10分に限定さ
れてしまう。このような不必要に長い熱処理時間は、注
入不純物の縦方向/横方向の熱拡散や耐熱ゲート金属と
GaAsとの間の相互反応の助長等の原因となり、GaAs
−LSIの高性能化や大規模化を図る上での障害とな
る。
The heat treatment method which is currently widely used in the production of GaAs-LSI is a method using a resistance heating type electric furnace. This technique has been originally cultivated in the process using the Si substrate, and the process using this technique is excellent in stability / uniformity. However,
In the above heat treatment method, since the heat capacity of the device is large,
The controllable minimum heat treatment time is limited to several minutes to several tens of minutes. Such an unnecessarily long heat treatment time causes thermal diffusion in the vertical / horizontal direction of implanted impurities and promotes mutual reaction between the heat-resistant gate metal and GaAs.
-It becomes an obstacle in achieving high performance and large scale of the LSI.

【0005】そこで、上述のような問題を解決するため
に、赤外線ランプを用いた短時間アニール(以下、RT
Aと略称する)法が提案され、注目されている。このR
TA法では、基板加熱用のランプ熱源が高精度の温度制
御系の下で用いられるので、秒単位でのアニール期間制
御が可能である。そのために、電気炉を用いた熱処理に
比べて熱拡散が抑制されて、急峻な不純物分布が得られ
るという優れた特徴がある。したがって、このRTA法
によればGaAs−LSIを高性能化することができるの
である。
Therefore, in order to solve the above problems, short-time annealing using an infrared lamp (hereinafter referred to as RT
The method (abbreviated as A) has been proposed and is drawing attention. This R
In the TA method, the lamp heat source for heating the substrate is used under a highly accurate temperature control system, so that the annealing period can be controlled in seconds. Therefore, there is an excellent feature that thermal diffusion is suppressed and a steep impurity distribution is obtained as compared with the heat treatment using an electric furnace. Therefore, the RTA method can improve the performance of the GaAs-LSI.

【0006】ところが、上記RTA法は、基板温度の急
激な昇温/降温過程を有することを特徴としているため
にGaAs基板と雰囲気ガスの間に熱平行関係が成立せ
ず、基板面内で温度の不均一が生じ易いのである。この
ような基板面内での温度の不均一は、注入不純物の活性
化率をばらつかせるだけでなく、スリップ・ラインや基
板の反り等を発生させる原因ともなる。
However, since the RTA method is characterized by having a rapid temperature rising / falling process of the substrate temperature, a thermal parallel relationship cannot be established between the GaAs substrate and the atmosphere gas, and the temperature within the substrate surface is not maintained. Is likely to occur. Such non-uniformity of temperature within the substrate surface not only causes the activation rate of the implanted impurities to vary, but also causes slip lines and substrate warpage.

【0007】上記GaAs基板内に温度不均一が生ずる原
因としては次のような原因がある。 GaAs基板端からの熱放射 GaAs支持用サセプタ(Si基板等)面内での単位当
たりの熱容量の差 尚、はGaAs基板端からの熱放射によって基板周辺部
の温度が中央部より低くなることによる原因である。一
方、はGaAs基板で覆われたサセプタの中央部と覆わ
れていないサセプタの周辺部とでの熱容量の違いによっ
て、両部に温度差が生ずることによる原因である。
The causes of the nonuniform temperature in the GaAs substrate are as follows. Heat radiation from GaAs substrate edge Difference in heat capacity per unit in GaAs supporting susceptor (Si substrate, etc.) due to heat radiation from GaAs substrate edge lowering the temperature around the substrate than the central portion. Responsible. On the other hand, (1) is the cause of a difference in temperature between the central part of the susceptor covered with the GaAs substrate and the peripheral part of the susceptor not covered by the difference in heat capacity.

【0008】したがって、上記GaAsウエハ周辺の熱的
環境を同じにしてやればスリップ・ラインや基板の反り
等は生じないのである。そこで、例えば、図5に示すよ
うに、SiCで被覆したグラファイトのサセプタ21の
中にGaAsウエハ22を入れてRTAする方法が用いら
れている(例えば、S.J.パートン等“グラファイト・サ
セプタ中におけるGaAsの急速加熱アニーリング − 直
接アニーリングとの比較(Rapid thermal annealing of
GaAsin a graphite susceptor−comparison with pro
ximity annealing)",米国応用物理学会誌(J.Appl.P
hys.)66,no.2,(1989) 等)。
Therefore, if the thermal environment around the GaAs wafer is kept the same, slip lines and warpage of the substrate will not occur. Therefore, for example, as shown in FIG. 5, a method is used in which a GaAs wafer 22 is put in a graphite susceptor 21 coated with SiC and RTA is performed (for example, SJ Parton et al. Rapid Annealing of GaAs in GaAs-Comparison with Direct Annealing (Rapid thermal annealing of
Gaas a graphite susceptor-comparison with pro
ximity annealing) ", American Society of Applied Physics (J. Appl. P
hys.) 66, no.2, (1989) etc.).

【0009】また、上記スリップ・ラインの発生は、図
6に示すように、Si基板31上に支持されたGaAs基
板32をドーナツ状のガードリンク33で囲むことによ
りある程度は制御することができる(例えば、田村等
“イオン注入2インチ高品質ウエハの赤外線急速加熱ア
ニーリング(Infrared Rapid Thermal Annealing of Io
n-Implanted 2-inch GaAs Wafers with Very High Qu
ality)",半絶縁性III-V材料(Semi-insulating III-V
Materials),pp255,1986 等)。
The occurrence of the slip line can be controlled to some extent by surrounding the GaAs substrate 32 supported on the Si substrate 31 with a donut-shaped guard link 33 as shown in FIG. 6 ( For example, Tamura et al. “Infrared Rapid Thermal Annealing of Io 2 inch High Quality Wafer”
n-Implanted 2-inch GaAs Wafers with Very High Qu
”), Semi-insulating III-V material
Materials), pp255, 1986).

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】上述した2つの方法に
はスリップ・ラインの発生を抑制するという効果がある
が、一方では次のような問題点もある。
The above two methods have the effect of suppressing the occurrence of slip lines, but on the other hand, they also have the following problems.

【0011】上記図5に示すグラファイト治具21を用
いる方法には、グラファイト自身が赤外線を吸収するた
め、全体の熱容量が大きくなって余り速い加熱が行えな
いという問題がある。この場合には、図7に示すよう
に、加熱速度は速い方がRTA後のGaAs基板の電気的
特性がよい(中川等“GaAs n型層形成に及ぼす加熱速
度の効果",第36回応用物理学会,3p-V-3/III,1989)
ので、RTAを行うメリットが少なくなるのである。
The method using the graphite jig 21 shown in FIG. 5 has a problem in that the graphite itself absorbs infrared rays, so that the entire heat capacity becomes large and heating cannot be performed very quickly. In this case, as shown in FIG. 7, the faster the heating rate, the better the electrical characteristics of the GaAs substrate after RTA (Nakagawa et al., "Effect of heating rate on GaAs n-type layer formation", 36th application. (The Physical Society of Japan, 3p-V-3 / III, 1989)
Therefore, the merit of performing the RTA is reduced.

【0012】また、図6に示すようなドーナツ状のガー
ドリンク33を用いる方法は、熱の移動を定量的に理解
した上での方法ではなく定性的な理解に基づくスリップ
・ライン発生の解決法であるために再現性に乏しいので
ある。すなわち、最適なガードリングの材質や形状,Ga
As基板との位置関係,アニール条件との対応等の定量的
に明らかにしなければらない諸条件を再現性よく決定で
きないという問題がある。
The method using the donut-shaped guard link 33 as shown in FIG. 6 is not a method for quantitatively understanding heat transfer but a solution for slip line generation based on qualitative understanding. Therefore, the reproducibility is poor. That is, the optimum guard ring material and shape, Ga
There is a problem that various conditions that must be quantitatively clarified, such as the positional relationship with the As substrate and the correspondence with the annealing conditions, cannot be determined with good reproducibility.

【0013】そこで、この発明の目的は、速い加熱速度
によるRTAを可能にする半導体基板熱処理用治具を提
供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a jig for heat treatment of a semiconductor substrate which enables RTA at a high heating rate.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第1の発明の半導体基板熱処理用治具は、半導体基
板を収納する函体と蓋から成り、RTAに用いられる半
導体基板熱処理用治具であって、上記函体および蓋をサ
ファイアで形成したことを特徴としている。
In order to achieve the above object, a jig for semiconductor substrate heat treatment of the first invention comprises a box for housing a semiconductor substrate and a lid, and a semiconductor substrate heat treatment jig used for RTA. A tool, characterized in that the box and lid are made of sapphire.

【0015】また、第2の発明の半導体基板熱処理用治
具は、第1の発明の半導体基板熱処理用治具において、
上記函体における側壁を含む周辺部に単結晶半導体薄膜
を形成したことを特徴としている。
A jig for heat treating a semiconductor substrate according to a second aspect of the present invention is the jig for heat treating a semiconductor substrate according to the first aspect of the present invention.
It is characterized in that a single crystal semiconductor thin film is formed on the peripheral portion including the side wall of the box.

【0016】[0016]

【作用】第1の発明では、半導体基板を収納する函体と
蓋から成る半導体基板熱処理用治具は、GaAsと大略同
じ熱的性質を有して赤外線を透過するサファイアで形成
されている。したがって、この半導体基板熱処理用治具
を用いてRTAを実施する場合には、半導体基板熱処理
用治具を透過した赤外線によって半導体基板が直接加熱
されて急速に昇温される。また、上記半導体基板として
GaAs基板を用いることによって半導体基板の周辺部の
熱的環境が大略同じになる。こうして、RTAがスリッ
プ・ラインの発生がなく容易に実施される。
According to the first aspect of the invention, the jig for heat-treating the semiconductor substrate, which is composed of the box for housing the semiconductor substrate and the lid, is made of sapphire which has substantially the same thermal properties as GaAs and transmits infrared rays. Therefore, when performing RTA using this semiconductor substrate heat treatment jig, the semiconductor substrate is directly heated by the infrared rays that have passed through the semiconductor substrate heat treatment jig, and the temperature is rapidly raised. Further, by using the GaAs substrate as the semiconductor substrate, the thermal environment of the peripheral portion of the semiconductor substrate becomes substantially the same. Thus, RTA is easily implemented without the occurrence of slip lines.

【0017】また、第2の発明では、上記函体における
少なくとも側壁の上面に単結晶半導体薄膜が形成されて
いる。したがって、RTAを実施するに際して、この単
結晶半導体薄膜によって吸収された赤外線によって上記
側壁を含む周辺部が加熱されて、上記周辺部の厚さ方向
の温度分布がなくなる。こうして、半導体基板周辺の熱
的環境がより一層同じになり、更にスリップ・ラインの
発生が抑制される。
Further, in the second invention, the single crystal semiconductor thin film is formed on at least the upper surface of the side wall of the box. Therefore, when RTA is performed, the peripheral portion including the side wall is heated by the infrared rays absorbed by the single crystal semiconductor thin film, so that the temperature distribution in the thickness direction of the peripheral portion disappears. In this way, the thermal environment around the semiconductor substrate becomes more uniform, and the occurrence of slip lines is further suppressed.

【0018】[0018]

【実施例】以下、この発明を図示の実施例により詳細に
説明する。上述した従来の問題点から、GaAsのRTA
用治具の材質として必要な条件として、 1) 赤外線を透過すること 2) 熱的性質がGaAsと大略同じであること が上げられる。
The present invention will be described in detail below with reference to the embodiments shown in the drawings. Due to the above-mentioned conventional problems, RTAs of GaAs
As a necessary condition for the material of the jig for use, 1) the infrared ray is transmitted, and 2) the thermal property is almost the same as GaAs.

【0019】表1にGaAs,サファイア,SiO2(石英)お
よびSiの熱的性質を示す。また、図8にSiO2とサフ
ァイアとの光透過特性を示す。
Table 1 shows the thermal properties of GaAs, sapphire, SiO 2 (quartz) and Si. Further, FIG. 8 shows the light transmission characteristics of SiO 2 and sapphire.

【表1】 [Table 1]

【0020】表1および図8から分かるように、サファ
イアは赤外線を大略石英ガラスなみに透過し、熱的性質
もGaAsと大略等しい。つまり、サファイアは上記Ga
AsのRTA用治具としての上記必要条件を満足してお
り、GaAsのRTA用治具の材料として優れていると言
える。そこで、本実施例においては、GaAsのRTA用
治具としてサファイアを用いるのである。
As can be seen from Table 1 and FIG. 8, sapphire transmits infrared rays almost like quartz glass, and its thermal property is almost equal to GaAs. In other words, sapphire is Ga
It satisfies the above-mentioned requirements for the As RTA jig, and can be said to be excellent as a material for the GaAs RTA jig. Therefore, in this embodiment, sapphire is used as a jig for RTA of GaAs.

【0021】図1および図2は本実施例におけるサファ
イアで形成した半導体基板熱処理用治具(以下、単に治
具と言う)を示す図である。図1は上記治具における半
導体基板を収納する函体を示し、図2は上記治具におけ
る蓋を示す。
1 and 2 are views showing a jig for heat treatment of a semiconductor substrate (hereinafter, simply referred to as a jig) formed of sapphire in this embodiment. FIG. 1 shows a box for accommodating a semiconductor substrate in the jig, and FIG. 2 shows a lid in the jig.

【0022】上記函体は図1(a)の平面図および図1(b)
の断面図に示すように円形を成し、中央に半導体基板を
収納する室3を有している。また、室3を形成する幅d
を有する側壁4の上面には所定の間隔で複数の突起5,
5,…を設けている。上記蓋は図2(a)の平面図および図
2(b)の断面図に示すように円形を成し、周辺部には上
記突起5,5,…と同じ所定の間隔で複数の穴6,6,…を
設けている。この穴6.6.…は、蓋2で函体1を覆った
場合に函体1の突起5.5.…に嵌合して、治具を搬送す
る際に蓋2が函体1からずり落ちないようにする。
The above-mentioned box is a plan view of FIG. 1 (a) and FIG. 1 (b).
As shown in the cross sectional view of FIG. Also, the width d forming the chamber 3
A plurality of protrusions 5, at predetermined intervals on the upper surface of the side wall 4 having
5 is provided. The lid has a circular shape as shown in the plan view of FIG. 2A and the sectional view of FIG. , 6, ... are provided. When the cover 2 covers the box 1, the holes 6.6 ... Fit into the protrusions 5.5 of the box 1 so that the cover 2 can be removed from the box 1 when the jig is transported. Avoid slipping.

【0023】上記治具はサファイアによって構成されて
いる。上述のようにサファイアは赤外線を透過するの
で、赤外線を吸収して昇温する(すなわち、赤外線によ
って直接加熱される)ことがない。したがって、この治
具の室3内にGaAs基板を収納して蓋2をかぶせた状態
で赤外線で加熱した場合には、収納されたGaAs基板の
みが赤外線を吸収して加熱されるのである。つまり、従
来のグラファイト治具の場合のように治具自信が昇温し
てから、治具からの熱伝導によって収納されているGa
As基板が昇温するのではなく、GaAs基板が先に昇温
するのである。
The jig is made of sapphire. Since sapphire transmits infrared rays as described above, it does not absorb infrared rays and rise in temperature (that is, they are not directly heated by infrared rays). Therefore, when a GaAs substrate is stored in the jig chamber 3 and heated with infrared rays with the lid 2 covered, only the stored GaAs substrate absorbs infrared rays and is heated. That is, as in the case of the conventional graphite jig, the Ga self-contained by heat conduction from the jig after the jig has heated up.
The As substrate does not heat up, but the GaAs substrate heats up first.

【0024】このことは、少ない熱量でGaAs基板を急
速加熱できることを意味し、RTA後のGaAs基板の電
気的特性を高めることができるのである。
This means that the GaAs substrate can be rapidly heated with a small amount of heat, and the electrical characteristics of the GaAs substrate after RTA can be improved.

【0025】また、上記治具は、収納されたGaAs基板
が加熱されるに連れて、GaAs基板からの伝導熱で加熱
されて温度が上昇する。その際に、上述のようにGaAs
とサファイアとの熱的性質は大略等しいので、最終的に
はGaAs基板回りの熱的環境はGaAs基板と大略等しく
なるのである。したがって、スリップ・ラインや基板の
反りは生じないのである。
Further, as the housed GaAs substrate is heated, the jig is heated by the conductive heat from the GaAs substrate and its temperature rises. At that time, as described above, GaAs
Since the thermal properties of sapphire and sapphire are almost equal to each other, the thermal environment around the GaAs substrate will eventually be substantially equal to that of the GaAs substrate. Therefore, no slip line or warp of the substrate occurs.

【0026】上記構造を有する治具では赤外線を吸収す
るのはGaAs基板のみである。したがって、治具のうち
昇温するのは、収納されたGaAs基板の端面から放射さ
れる熱を受け易い函体1の側壁4が主である。そのため
に、上記側壁4の幅dの寸法が余りに大きい場合には、
側壁4の半径方向に温度分布が生じてGaAs基板面内に
温度不均一が生じてしまうのである。その場合には、G
aAs基板にスリップ・ラインが生じたり、ひどい場合に
は治具が割れたりする。このような事態を避けるために
は、上記側壁4の幅dを5mm以下にすればよい。
In the jig having the above structure, only the GaAs substrate absorbs infrared rays. Therefore, the temperature of the jig is raised mainly by the side wall 4 of the box 1 which is likely to receive the heat radiated from the end surface of the housed GaAs substrate. Therefore, when the width d of the side wall 4 is too large,
The temperature distribution is generated in the radial direction of the side wall 4, and the temperature nonuniformity occurs in the GaAs substrate surface. In that case, G
Slip lines will occur on the As substrate, and in severe cases, the jig will break. In order to avoid such a situation, the width d of the side wall 4 may be set to 5 mm or less.

【0027】このように、上記実施例においては、Ga
As基板を収納する室3とこの室3を形成する側壁4を
有する函体1とこの函体1を覆う蓋2とから成る半導体
基板熱処理用の治具を赤外線を透過するサファイアで形
成している。したがって、治具に収納されたGaAs基板
は治具を透過した赤外線によって治具に先立って加熱さ
れることになる。つまり、この治具を用いれば加熱速度
の速いRTAの実施が可能になるのである。また、上記
治具はGaAsと大略同じ熱的性質を有するサファイアで
形成している。したがって、治具に収納されたGaAs基
板の周辺の熱的環境を同じにすることができ、スリップ
・ラインの発生やGaAs基板の反りを防止できるのであ
る。
As described above, in the above embodiment, Ga
A jig for heat treatment of a semiconductor substrate, which is composed of a chamber 3 for housing an As substrate, a box 1 having a side wall 4 forming the chamber 3, and a lid 2 for covering the box 1, is formed of sapphire which transmits infrared rays. There is. Therefore, the GaAs substrate housed in the jig is heated prior to the jig by the infrared rays transmitted through the jig. That is, using this jig enables RTA with a high heating rate to be performed. The jig is made of sapphire, which has almost the same thermal properties as GaAs. Therefore, the thermal environment around the GaAs substrate housed in the jig can be made the same, and the occurrence of slip lines and the warp of the GaAs substrate can be prevented.

【0028】上記実施例における治具は、上述のよう
に、函体1の側壁4の幅dが5mmより大きくなるとGa
As基板にスリップ・ラインが生じたり治具が割れたりす
る場合がある。そこで、本実施例における治具は上記問
題点を改良するものである。
As described above, the jig in the above embodiment has Ga when the width d of the side wall 4 of the box 1 is larger than 5 mm.
In some cases, slip lines may occur on the As substrate or the jig may break. Therefore, the jig in this embodiment improves the above problems.

【0029】図3(a)は本実施例に係る治具の函体11
の断面図である。この函体11は基本的には上記実施例
における函体1の側壁4の上面に単結晶半導体薄膜を形
成した構造を有している。すなわち、函体11の中央に
はGaAs基板を収納する室13を有し、室3を形成する
側壁14の上面には単結晶Si薄膜17を成長してい
る。そして、この単結晶Si薄膜17上には所定の間隔
で複数の突起15,15,…を設けている。
FIG. 3A is a box 11 of a jig according to this embodiment.
FIG. This box 11 basically has a structure in which a single crystal semiconductor thin film is formed on the upper surface of the side wall 4 of the box 1 in the above embodiment. That is, a chamber 13 for accommodating a GaAs substrate is provided at the center of the box 11, and a single crystal Si thin film 17 is grown on the upper surface of the side wall 14 forming the chamber 3. A plurality of protrusions 15, 15, ... Are provided on the single crystal Si thin film 17 at predetermined intervals.

【0030】尚、上記単結晶Si薄膜17は所謂シリコ
ン・オン・サファイア(SOS)技術等によって形成され
る。詳しくは、サファイア基板全面に単結晶Siを成長
した後に、レジストマスクとCF4系ガスによるドライ
エッチングによって不必要な部分のSiを除去すること
によって形成する。
The single crystal Si thin film 17 is formed by the so-called silicon-on-sapphire (SOS) technique or the like. Specifically, it is formed by growing a single crystal Si on the entire surface of the sapphire substrate and then removing unnecessary portions of Si by dry etching with a resist mask and CF 4 -based gas.

【0031】図3(b)は、上記治具によって半導体基板
にRTAを行っている際の断面図である。この場合に
は、函体11の側壁14上の単結晶Si薄膜17がサフ
ァイアの蓋12を透過してくる赤外線を吸収して発熱す
る。したがって、上記実施例のように側壁14に半径方
向の温度分布が生じることはなく、さらにGaAs基板1
8周辺の熱的環境を同じにできる。その結果、本実施例
における治具の側壁14の幅を5mm以上にすることが可
能になり、治具の寸法的な規制が少なくなる。また、上
記SOS技術によって単結晶Si薄膜17を形成する際
に、単結晶Siにキャリアを供給し得る不純物(B(ホウ
素),P(リン),As(ヒ素)等)を任意の濃度でドーピング
してもよい。こうした場合には、フリーキャリアの光吸
収による昇温も加味されてGaAs基板はより高速に加熱
されるために、より高速のRTAにも対応可能になる。
FIG. 3B is a cross-sectional view when the semiconductor substrate is subjected to RTA by the jig. In this case, the single crystal Si thin film 17 on the side wall 14 of the box 11 absorbs infrared rays transmitted through the lid 12 of sapphire to generate heat. Therefore, the temperature distribution in the radial direction does not occur on the side wall 14 as in the above embodiment, and the GaAs substrate 1
8. The thermal environment around 8 can be made the same. As a result, the width of the side wall 14 of the jig in this embodiment can be set to 5 mm or more, and the dimensional restriction of the jig is reduced. Further, when the single crystal Si thin film 17 is formed by the SOS technique, impurities (B (boron), P (phosphorus), As (arsenic), etc.) capable of supplying carriers to the single crystal Si are doped at an arbitrary concentration. You may. In such a case, the GaAs substrate is heated at a higher speed in consideration of the temperature rise due to the absorption of light from the free carriers, so that it becomes possible to cope with a higher-speed RTA.

【0032】また、他の実施例においては、図4に示す
ように、図3(a)に示す上記実施例の治具の函体11の
底面周辺にも単結晶半導体薄膜19を成長する。こうす
ることによって、側壁14の深さ方向の温度分布も小さ
くできるのである。さらに、他の実施例においては、図
3(a)あるいは図4における単結晶Si薄膜17,19上
にGaAs薄膜を成長させる。この治具によれば函体の室
の周囲をGaAsで取り囲むことになる。したがって、収
納される半導体基板がGaAs基板である場合には、Ga
As基板の周辺がGaAsで囲まれることになり、更に一
層熱的環境が同じになる。したがって、本実施例によれ
ばGaAs基板をRTAする際に最も適した治具を提供す
ることができる。
In another embodiment, as shown in FIG. 4, a single crystal semiconductor thin film 19 is grown around the bottom surface of the box 11 of the jig of the above embodiment shown in FIG. 3 (a). By doing so, the temperature distribution in the depth direction of the side wall 14 can be reduced. Further, in another embodiment, a GaAs thin film is grown on the single crystal Si thin films 17 and 19 shown in FIG. According to this jig, the periphery of the box chamber is surrounded by GaAs. Therefore, if the semiconductor substrate to be housed is a GaAs substrate,
The periphery of the As substrate will be surrounded by GaAs, and the thermal environment will be the same. Therefore, according to this embodiment, it is possible to provide a jig most suitable for RTA of a GaAs substrate.

【0033】上記各実施例においては、上記治具によっ
て加熱する半導体基板としてGaAs基板を上げている
が、他の半導体基板を加熱しても何等差し支えない。但
し、熱的性質がサファイアに近い半導体基板ほど、スリ
ップ・ラインの発生や基板の反りを防止する効果が発揮
できることが言うまでもない。
In each of the above embodiments, the GaAs substrate is used as the semiconductor substrate to be heated by the jig, but it does not matter if another semiconductor substrate is heated. However, it goes without saying that a semiconductor substrate having a thermal property closer to that of sapphire can exert the effect of preventing the occurrence of slip lines and the warp of the substrate.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上より明らかなように、第1の発明の
半導体基板熱処理用治具は、この半導体基板熱処理用治
具を構成する函体と蓋をサファイアで形成したので、赤
外線ランプからの赤外線を吸収することなく透過する。
したがって、上記函体内に収納された半導体基板が上記
赤外線ランプからの赤外線によって直接加熱される。す
なわち、この発明によれば、速い加熱速度によるRTA
が可能になる。また、上記サファイアはGaAsと大略同
じ熱的性質を有するので、上記RTA対象の半導体基板
としてGaAs基板を用いた場合に半導体基板の熱的環境
を大略同じにでき、スリップ・ラインの発生を抑制でき
る。
As is apparent from the above, in the semiconductor substrate heat treatment jig of the first invention, the box and lid constituting this semiconductor substrate heat treatment jig are formed of sapphire, so that the infrared lamp It transmits infrared rays without absorbing them.
Therefore, the semiconductor substrate housed in the box is directly heated by the infrared rays from the infrared lamp. That is, according to the present invention, the RTA with a high heating rate is used.
Will be possible. Further, since the sapphire has substantially the same thermal properties as GaAs, when the GaAs substrate is used as the semiconductor substrate for the RTA, the thermal environment of the semiconductor substrate can be made substantially the same, and the occurrence of slip lines can be suppressed. ..

【0035】また、第2の発明の半導体基板熱処理用治
具は、上記函体の側壁を含む周辺部に単結晶半導体膜を
形成したので、この単結晶半導体膜が赤外線ランプから
の赤外線を吸収して昇温して上記周辺部の幅方向の温度
分布を無くすことができる。したがって、この発明によ
れば、更に半導体基板の熱的環境を同じにしてスリップ
・ラインの発生をより抑制できる。
In the semiconductor substrate heat treatment jig of the second invention, the single crystal semiconductor film is formed in the peripheral portion including the side wall of the box, so that the single crystal semiconductor film absorbs infrared rays from the infrared lamp. Then, the temperature can be raised to eliminate the temperature distribution in the width direction of the peripheral portion. Therefore, according to the present invention, it is possible to further suppress the occurrence of slip lines by making the thermal environment of the semiconductor substrate the same.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の半導体基板熱処理用治具における一
実施例の函体を示す図である。
FIG. 1 is a view showing a box of an embodiment of a semiconductor substrate heat treatment jig of the present invention.

【図2】図1の函体を覆う蓋を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a lid that covers the box of FIG.

【図3】図1および図2とは異なる実施例の説明図であ
る。
FIG. 3 is an explanatory diagram of an embodiment different from FIGS. 1 and 2.

【図4】図1,図2および図3とは異なる実施例の函体
の断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a box body of an embodiment different from FIGS. 1, 2 and 3.

【図5】グラファイト治具を用いたRTAの説明図であ
る。
FIG. 5 is an explanatory diagram of an RTA using a graphite jig.

【図6】ドーナツ状のガードリンクを用いたRTAの説
明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram of an RTA using a donut-shaped guard link.

【図7】GaAs n型層の電気的特性に対する加熱速度
の影響を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing the effect of heating rate on the electrical characteristics of a GaAs n-type layer.

【図8】サファイアとSiO2の光透過特性を示す図であ
る。
FIG. 8 is a diagram showing light transmission characteristics of sapphire and SiO 2 .

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,11…函体、 2,12…蓋、
3,13…室、 4,14…側
壁、17,19…単結晶Si薄膜。
1,11 ... Box, 2,12 ... Lid,
3, 13 ... Chamber, 4, 14 ... Side wall, 17, 19 ... Single crystal Si thin film.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板を収納する函体と蓋から成
り、赤外線ランプを用いた短時間アニール法に用いられ
る半導体基板熱処理用治具であって、 上記函体および蓋をサファイアで形成したことを特徴と
する半導体基板熱処理用治具。
1. A jig for heat treatment of a semiconductor substrate, comprising a box for housing a semiconductor substrate and a lid, which is used in a short-time annealing method using an infrared lamp, wherein the box and the lid are made of sapphire. A jig for heat treatment of a semiconductor substrate, which is characterized by:
【請求項2】 請求項1に記載の半導体基板熱処理用治
具において、 上記函体における側壁を含む周辺部に単結晶半導体薄膜
を形成したことを特徴とする半導体基板熱処理用治具。
2. The semiconductor substrate heat treatment jig according to claim 1, wherein a single crystal semiconductor thin film is formed on a peripheral portion of the box including a side wall.
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