JPH03160716A - サセプターの温度制御方法 - 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 この発明は、半導体基板にエビタキシャル成長させる気
相或長装置において、複数の基板を載置するサセプター
を均一加熱するための温度制御方法に係り、加熱源の多
数のランプを複数群に分割し、かつ各ランプの発熱量を
個別に調整可能にした出力制御手段を介在させ、少数の
温度センサーにていずれのヒートパターンでも該センサ
ー間の検知温度差を極小に維持するようランプの出力を
変化させて均一加熱を実現し、特に温度上昇中及び降温
中の均熱性を向上させスリップの発生を防止したサセプ
ターの温度制御方法に関する。

従来の技術 今日、半導体基板にエビタキシャル成長させる気相成長
装置には、縦型炉、バレル型炉が代表的であり、加熱源
には高周波コイル、赤外線ランプ等が使用されている。

例えば、赤外線ランプを加熱源とした縦型炉の気相或長
装置は、ドーム型反応室内に半導体基板を載置して回転
させる円板状のサセプターを配置する構成で、ドーム外
面に沿って配置された赤外線ランプで反応室内のサセプ
ター全体を輻射加熱する。

サセブタ−面内を均一加熱する目的で、通常、十数本の
ランプを用いて、サセプターの面積以上をオーバハング
して加熱を行なうよう構成する。

また、第５図に示すごとく回転するサセプタ−（１）の
外周に固定配置されている外周リング（２）に熱電対（
３）等の温度センサーを埋め込み、設定温度になるよう
に各ランプ（５）の発熱量を調整し、所要のエピタキシ
ャル成長時の設定温度を所要時間保持できるよう、予め
ランプ数と各ランプの配段位置とその発熱量を設定して
、多数のランプ間に所定の出力差を設けている。すなわ
ち、１台の温度コントローラ（４）に複数のランプ（５
）を接続し、一度に調整するようになっている。

この時、各加熱ランプ間のオフセット、すなわち、出力
微調整は半固定抵抗によって設定するもので、気相成長
中の定常状態でサセプター中の温度が最も均一になるよ
う調整していた。従って、温度上昇中及び降温中も、気
相成長中と全く同一の設定である。

上述の構成からなる縦型炉の気相成長装置は、サセプタ
ーに載置する半導体基板が一枚あるいは小径の基板が数
枚の場合など、サセプター直径が比較的小さいと、設定
温度まで昇温しでこれを保持したのち所要冷却速度で降
温させても、反応室内各部の温度差は比較的少なく、所
要のヒートパターンを維持することができる。

しかし、要求される半導体基板上の薄膜の特性が高い場
合には、反応室内の温度の均一性に高精度が要求される
が、従来方法では対応が困難であった。

すなわち現状の制御方法では、最良にオフセットを調整
した状態で気相成長時２〜３℃、温度上昇中及び降温中
は約１０℃の温度差があった。

さらに、載置する半導体基板枚数が多くなったり、大径
の基板を複数枚載置するなど、サセプター直径が大きく
なると、ランプ数を増して前記方法でランプ間の出力差
を設定することにより、設定温度に保持することがはで
きるが、温度上昇中及び降温中の均熱性がさらに悪くな
り、エビタキシャル成長過程での結晶欠陥の一つである
スリップが発生する問題がある。

例えば、温度センサーと加熱ランプの数を同一にすると
、前述の如くランプの照射範囲がオーバーラップしてい
るため加熱ランプの干渉により制御できなくなるという
不都合が生じる。

従って、温度センサーの数とランプの数とを同一にはで
きず、通常、ランプの数がセンサーよりもはるかに多く
、特にサセプターの径が大きければ大きい程その傾向は
著しい。

発明の目的 この発明は、加熱源にランプを用いた気相成長装置にお
いて、エビタキシャル成長過程中のサセプターの均熱性
は良好であっても、温度上昇中及び降温中の均熱性はエ
ビタキシャル成長過程中に比べ著しく悪化し、サセプタ
ーの径が大きく熱容量が大きい程その度合は大きく、ま
た、一般にエビタキシャル成長過程での結晶欠陥の一つ
であるスリップ発生はプロセス中の基板内温度分布の不
均一性にあると言われ、エビタキシャルプロセス中のデ
ボ中のみ均一加熱することにその力点が注がれていた現
状に鑑み、温度上昇中及び降温中の均熱性向上を図るこ
とができ、スリップの発生を防止したサセプターの温度
制御方法の提供を目的としている。

発明の概要 この発明は、加熱源の赤外線ランプ間の出力差調整をエ
ビタキシャル或長プロセス中、同一にしておかずに該成
長のシーケンスに合せて、温度上昇中、デポ中、降温中
でそれぞれ最適値に変更して、常にサセプターの温度均
一性を保持することを要旨としている。

すなわち、この発明は、 加熱源にランプを用いた気相或長装置で、複数の基板を
載置するサセプターの温度を制御する方法において、 所要気相成長工程におけるサセプターの予め設定したヒ
ートパターンモデルに従い、サセプター温度を所要温度
まで上昇、保持、下降させる際に、加熱源の多数のラン
プを予め所要数の群に分割設定し、かつサセプターに複
数の温度センサーを対向配設して、温度センサーの検知
信号に従い加熱ランプ群の各ランプの発熱量を個別に調
整可能にした出力制御手段を介在させて各加熱ランプ群
をいずれかの温度センサーと接続し、 各温度センサー間の検知温度差に従って、所要加熱ラン
プ群あるいは所要加熱ランプ群のいずれかのランプの出
力を変化させ、前記検知温度差を減少させることを特徴
とするサセプターの温度制御方法である。

さらに、この発明は、前記構戒において、サセプター温
度を所要温度で保持できるように加熱源の各ランプ間に
予め設定した出力差を設け、サセプター温度の上昇、下
降時に、各温度センサー間の検知温度差に従ってランプ
の出力を変化させることを特徴とするサセプターの温度
制御方法である。

発明の構成 この発明は、加熱源にランプを用いた気相成長装置であ
れば、公知のいずれの構戒の装置にも適用でき、同様の
作用効果を奏する。

この発明において、加熱ランプの出力制御手段には、ラ
ンプドライバーを電圧制御または電流制御するため、可
変抵抗器を適宜自動制御したり、プロセス毎に予め設定
した複数の固定抵抗をプロセス毎に選択接続するほか、
各ランプ毎の電源を直接制御するなど、加熱ランプの発
熱量を所要値に制御できれば、どのような構威でもよい
。

また、この発明において、加熱源の多数のランプを予め
所要数の群に分割設定するが、ランプの組合せや各加熱
ランプ群をいずれの温度センサーと接続するかは、気相
成長装置の構戒、反応ガスの流体的条件、サセブタ一寸
法や載置した半導体基板の数や寸法、その載置位置、あ
るいはランプの性能、その配設位置などの諸条件を考慮
し、また所要の経験則などから予め設定される。

従って、加熱ランプ群のいずれかのランプが、当該群の
出力制御に際してもその出力変更を全く要しない場合や
、他のランプに対して常に一定の出力差でよい場合など
、常に全加熱ランプの制御を要するとは限らない。

また、サセプター温度を所要温度で保持できるように加
熱源の各ランプ間に予め設定した出力差を設けておき、
サセプター温度の上昇、下降時に、各温度センサー間の
検知温度差に従ってランブの出力を変化させる制御方法
も、サセプター温度制御には極めて有効である。

この発明の制御は、ヒートパターンモデルに従い、サセ
プター温度を所要温度まで上昇、保持、下降させる際に
、各温度センサー間の検知温度差、あるいは該検知温度
差に基づいてに予め設定したバターシに従って、加熱ラ
ンプ群を選定しあるいは所要加熱ランプ群のいずれのラ
ンプかを選定しその出力を変化させ、前記検知温度差を
所要値に減少させるか、あるいは差を解消させて、サセ
プター温度を均一にする。

発明の図面に基づく開示 第１図はこの発明を適用した縦型炉の気相成長装置の概
略説明図であり、第２図はその加熱源の赤外線ランプの
制御系を示すブロック図である。

第３図はこの発明を適用したバレル型炉の気相成長装置
の概略説明図であり、第４図はその加熱源の赤外線ラン
プの制御系を示すブロック図である。

構戒１ ？型炉の気相成長装置にこの発明を適用した例を説明す
る。

第１図に示す赤外線ランプ（１４）を加熱源とした気相
成長装置は、ドーム型反応室（１０）内に、４〜６枚の
半導体基板（１１）を載置して回転させる大径のサセプ
ター（１２）を配置する構成で、ドーム型反応室（１０
）外面に沿って配置された多数の赤外線ランプ（１４）
で反応室（１０）内のサセプタ−（１２）全体を輻射加
熱する。

サセブタ−（１２）の外周に固定配置されている外周リ
ング（１３）に、温度センサーとして熱電対（１５■〜
１５５）を埋め込んであり、ここでは外周リング（１３
）の４箇所とサセブタ−（１２）の裏面側の１箇所の計
５箇所に配設してある。

温度制御器（１６１〜１６５）は、ここでは各々５本の
赤外線ランプ（１４）の出力を個別に制御する構成で、
所定の熱電対（１５１〜１５５）と接続して測定された
温度信号が入力され、さらに各温度制御器（１６１〜１
６５）同志も接続してあり、各熱電対（１５１〜１５５
）間の温度差信号も入力される。

２５本の赤外線ランプ（工４）がどの群に分けられ、い
ずれの各熱電対（１５１〜１５５）と温度制御器（１６
１〜１６５）に接続されるかは、気相或長装置の構成や
サセプター（１２）寸法、ランプの性能、配設位置など
の諸条件を考慮し、また所要の経験則などから予め設定
される。

各温度制御器（１６１〜１６５）は、出力変更器（１７
）を介して赤外線ランプ（１４）のランプドライバー（
１８）を制御する。

出力変更器（１７）はここでは、各赤外線ランプ（１４
）の所要プロセス時に最適の出力が得られるよう予め設
定した半固定抵抗器を所要数内蔵して切替え可能にかつ
任意に変更可能な可変抵抗器とを内蔵して切替え制御す
る構威からなる。

なお、図示しないが出力変更器のうち、予め設定した固
定抵抗器のみを有するものもある。

佳里熱玉 所要ヒートパターンモデルに従い、サセプター温度を所
要温度まで上昇させる際に、各温度制御器（１６１〜１
６５）は、出力変更器（１７）を介して所要プロセス時
に最適の出力が得られるよう予め設定した半固定抵抗器
をそれぞれ選択接続し、赤外線ランプ（１４）のランプ
ドライバー（１８）を制御する。また、所要温度に保持
する場合、あるいは所要温度勾配で下降させる場合も同
様に制御され・る。

各温度制御器（１６１〜１６５）は、例えば昇温時に、
熱電対（１５１〜１５５）間に温度差を生じた場合、該
検知温度差に基づいてに予め設定したパターンに従って
、出力変更を要する加熱ランプ群を選定し、あるいは所
要加熱ランプ群のいずれか所定のランプを選定しその出
力を変化させ、前記検知温度差を所要値に減少させる。

かかる制御によって、サセプター温度は温度昇降中でも
１〜３℃の偏差に保つことができる。すなわち温度上昇
中、降温中のサセプター内の温度均一性が、所定温度に
保持する気相成長時の均一性と同等になることにより、
スリップ発生が抑制され、Ｔｅｓ　ｐｅの分布が改善さ
れる。

惺基４ バレル型炉の気相成長装置にこの発明を適用した例を説
明する。

第３図に示す気相成長装置は、円筒状の反応室（２０）
内に、１５枚の半導体基板（２１）を載置して回転させ
る略五角錐状のサセプタ−（２２）を垂架して収納し、
反応ガスを反応室（２０）の上部円周側から導入して下
部中央から導出する構或であり、反応室（２０）の円筒
部外周に赤外線ランプ（２３）を周配置し、サセブタ−
（２２）を輻射加熱する。

サセブタ−（２２）の外周面に、温度センサーとして熱
電対（２４１〜２４３）を対向配置してあり、ここでは
サセブタ−（２２）の上部、中部、下部の各部に対向す
る３箇所に配設してある。

上部の熱電対（２４１）に接続される温度制御器（２５
１）は、ここでは発熱量の大きな４本の赤外線ランプ（
２３）の出力を個別に制御し、中部の熱電対（２４２）
に接続される温度制御器（２５２）は、比較的発熱量の
小さな６本の赤外線ランプ（２３）の出力を個別に制御
し、下部の熱電対（２４３）に接続される温度制御器（
２５３）は、発熱量の大きな４本の赤外線ランプ（２３
）の出力を個別に制御する構或で、測定された温度信号
が入力され、さらに各温度制御器（２５１〜２５３）同
志も接続してあり、各熱電対間の温度差信号も人力され
る。

赤外線ランプ（２３）のランプドライバー（２７）を制
御するための出力変更器（２６）はここでは、任意に変
更可能な可変抵抗器を内蔵して所要値に制御する構或か
らなる。

作用効果 所要ヒートパターンモデル並びに反応ガスの導入出制御
モデル等に従い、サセプター温度を所要温度まで上昇さ
せる際に、各温度制御器（２５１〜２５３）は、出力変
更器（２６）の抵抗値を所要プロセス時に最適の出力が
得られるよう予め設定した所要値に変更し、赤外線ラン
プ（２３）のランプドライバー（２７）を制御する。ま
た、所要温度に保持する場合、あるいは所要温度勾配で
下降させる場合も同様に制御される。

各温度制御器（２５１〜２５３）は、例えば昇温時に、
熱電対（２４１〜２４３）間に温度差を生じた場合、該
検知温度差に基づいて予め設定したパターンに従って、
出力変更を要する加熱ランプ群を選定し、あるいは所要
加熱ランプ群のいずれか所定のランプを選定しその出力
を変化させ、前記検知温度差を所要値に減少させる。

かかる制御によって、サセプター温度は温度昇降中でも
１〜３℃の偏差に保つことができる。すなわち、温度上
昇中、降温中のサセプター内の温度均一性が、所定温度
に保持する気相成長時の均一性と同等になることにより
、スリップ発生が抑制され、Ｔｅ，　ｐｅの分布が改善
される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を適用した縦型炉の気相成長装置の概
略説明図であり、第２図はその加熱源の赤外線ランプの
制御系を示すブロック図である。 第３図はこの発明を適用したバレル型炉の気相成長装置
の概略説明図であり、第４図はその加熱源の赤外線ラン
プの制御系を示すブロソク図である。 第５図は従来の縦型炉の赤外線ランプの制御系を示すブ
ロック図である。 １０・・・ドーム型反応室、ｌ１・・・半導体基板、１
２・・・サセプター、１３・・・外周リング、１４・・
・赤外線ランプ、１５１〜１５５・・・熱電対、１６１
〜１６５・・・温度制御器、１７・・・出力変更器、ｌ
８・・・ランプドライバー、２０・・・反応室、２１・
・・半導体基板、２２・・・サセプター２３・・・赤外
線ランプ、２４１〜２４３・・・熱電対、２５１〜２５
３・・・温度制御器、２６・・・出力変更器、２７・・
・ランプドライバー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、 加熱源にランプを用いた気相成長装置で、複数の基板を
   載置するサセプターの温度を制御する方法において、 所要気相成長工程におけるサセプターの予め設定したヒ
   ートパターンモデルに従い、サセプター温度を所要温度
   まで上昇、保持、下降させる際に、加熱源の多数のラン
   プを予め所要数の群に分割設定し、かつサセプターに複
   数の温度センサーを対向配設して、温度センサーの検知
   信号に従い加熱ラップ群の各ランプの発熱量を個別に調
   整可能にした出力制御手段を介在させて各加熱ランプ群
   をいずれかの温度センサーと接続し、 各温度センサー間の検知温度差に従って、所要加熱ラン
   プ群あるいは所要加熱ランプ群のいずれかのランプの出
   力を変化させ、前記検知温度差を減少させることを特徴
   とするサセプターの温度制御方法。 ２、 サセプター温度を所要温度で保持できるように加熱源の
   各ランプ間に予め設定した出力差を設け、サセプター温
   度の上昇、下降時に、各温度センサー間の検知温度差に
   従ってランプの出力を変化させることを特徴とする請求
   項１記載のサセプターの温度制御方法。