JPH03252127A

JPH03252127A - 気相成長装置の温度制御方法

Info

Publication number: JPH03252127A
Application number: JP5029590A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Matsuda; 松田　正彦
Original assignee: KYUSHU ELECTRON METAL CO Ltd; Osaka Titanium Co Ltd
Current assignee: KYUSHU ELECTRON METAL CO Ltd; Osaka Titanium Co Ltd
Priority date: 1990-02-28
Filing date: 1990-02-28
Publication date: 1991-11-11

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】利用産業分野この発明は、半導体基板上に気相成長を行ない薄膜を成
長させる気相成長装置のサセプターの加熱温度の制御方
法に係り、半導体基板を支持しまたは加熱するサセプタ
ーに熱電対を埋め込み、これを直接温度計測して加熱源
を調整し、温度分布を均一にして、同一装置内および装
置間のウェーハの温度更正を正確に制御する気相成長装
置の温度制御方法に関する。

従来の技術今日、半導体基板にエピタキシャル成長させる気相成長
装置には、横型炉、縦型炉、バレル型炉が代表的であり
、加熱源には抵抗体、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成長
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。

サセプターは、カーボン基材に炭化硅素をコートしたも
のが主に用いられ、前記加熱源により直接あるいは輻射
熱で加熱する。

気相成長には反応室内の温度分布、特に、サセプター内
の温度分布を均一にすることが要求され、サセプターの
温度は反応室を取り巻くメタルチャンバーに装着された
放射温度針で測定され、加熱源への出力調整などを行い
反応温度の制御を行なっている。

また、サセプターの回りにサセプターと同じ材質からな
る温度測定用の基材を設けて該基材の温度を熱電対によ
って測定し、サセプターの温度を制御するなどの手段が
採られていた。

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。

上記のように放射温度計を用いてサセプターの温度を測
定し、制御する方法では、反応容器の外側から計測して
いるため、反応容器が汚れて光の透過率が低下すればす
るほど測定誤差が大きくなったり、また、反応装置内の
光の外乱により、正確な計測が困難になる問題がある。

さらに、放射温度計では室温から十数百度までの温度領
域を正確に計測することができない。

サセプターの回りに設けた温度計測用の基材の温度を測
定する方法では、実際のサセプターの温度とは異なる温
度を測定しており、半導体基板の支持されているサセプ
ター上の温度分布を測定できず、サセプター内の温度分
布を高精度で均一化できない。

従って、各基板内温度分布の不均一性に起因してスリッ
プが発生したり、同一サセプター上での温度分布の不均
一性からウェーハ間に薄膜の品質差を生じたり、あるい
は気相成長装置間の温度更正が取れないなどの問題があ
った。

この発明は、気相成長装置において、サセプター上の温
度分布の不均一性を高精度で是正でき、同一気相成長装
置内および他装置間のウェーハの温度更正を正確に制御
できる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、サセプター上の温度分布の不均一性を高精
度で是正できる温度制御方法を目的に、温度測定方法と
加熱源の制御について種々検討した結果、サセプターの
中へ絶縁体で密閉された熱電対を埋め込み、サセプター
内の温度分布を直接測定し、これを加熱源の発熱量制御
にフィードバックさせることにより、気相成長する半導
体基板に最も近い部分で温度を測定できるため、高精度
の温度制御が可能になり、同一装置内および装置間のウ
ェーハの温度更正を正確に制御できることを知見し、こ
の発明を完成した。

すなわち、この発明は、半導体基板をランプにて加熱して気相成長を行なう横型
炉、縦型炉、バレル型炉の気相成長装置において、半導体基板を支持もしくは加熱を行なうサセプターに絶
縁体で密閉された熱電対を埋め込み、サセプター内の温
度分布を測定し、加熱源の多数のランプを予め所要数の群に分割設定し、
測定した温度分布に従い、各群のランプの発熱量を変え
てサセプター内の温度分布を均一化することを特徴とす
る気相成長装置の温度制御方法である。

また、この発明は、回転テーブル型のサセプターの裏面側に高周波誘導コイ
ルを配設して半導体基板を加熱し気相成長を行なう縦型
気相成長装置において、前記サセプターの中へ絶縁体で密閉された熱電対を埋め
込み、サセプター内の温度分布を測定し、複数の高周波
誘導コイルを個別にサセプターに近接離反可能にし、測
定した温度分布に従い、各コイルとサセプター間の距離
を変えてサセプター内の温度分布を均一化することを特
徴とする縦型気相成長装置の温度制御方法である。

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気相成長装置の概略説
明図であり、第２図はサセプターの要部縦断説明図であ
る。

第３図はこの発明を適用したバレル型気相成長装置の概
略説明図である。

傳屋１縦型気相成長装置は、第１図に示す如く、ドーム型の反
応容器（１）内に半導体基板（３）を載置するテーブル
型のサセプター（２）を回転可能に配置し、サセプター
（２）の下方に加熱用の高周波発振コイル（４）を設け
、サセプター（２）の中央に貫通配置した半導体ガスの
噴射ノズル（５）より半導体ガスが導入噴出され、基板
（３）上で気相成長反応が行なわれた後、反応ガスは下
方に設けられたガス排気口（６）より排出される構成か
らなる。

サセプター（２）には、第２図に示す如く、複数個の熱
電対（１０）が絶縁体（１１）にて密閉されて埋設しで
ある。

熱電対（１０）の個数や埋設箇所は、サセプター（２）
の形状寸法や半導体基板（３）の載置箇所に応じて適宜
選定され、埋設に際して、例えば熱電対（１０）の接点
部を除く配線部を絶縁管で被覆し、さらに全体をチュー
ブ状の絶縁体（１１）で密閉し、外部の雰囲気ノ影響を
受けないようにしてこれを埋設する。

サセプター（２）は回転するため、熱電対（１０）と外
部の計測器や演算器との電気的接続は、密閉されたロー
タリージヨイントで行う。

一方、サセプター（２）の下方に設けた高周波発振コイ
ル（４）は、図示しないが、複数のコイルの各々が個別
に上下動可能に構成してあり、サセプター（２）に近接
離反させて対向間隔を任意に調整できる。

作用効果半導体基板（３）は、サセプター（２）に支持されて高
周波発振コイル（４）により、サセプターごと加熱され
る。気相成長中、サセプター（２）に埋設した複数個の
熱電対（１０）がサセプター（２）内の温度を測定し、
計測信号が制御演算器に入力され、常時、サセプター（
２）内の温度分布が把握される。

得られたサセプター（２）内の温度分布に基ツＩ／１て
、サセプター（２）の所要域の加熱、冷却を決定し、こ
れに従い加熱すべき部位の近傍の高周波発振コイル（４
）をサセプター（２）に近接させ、逆に冷却すべき部位
から高周波発振コイル（４）を離反させることにより、
サセプター（２）内の温度分布を均一化できる。

気相成長時の所定温度に保持する際も、温度上昇中、降
温中のいずれにおいても、サセプター（２）内の温度均
一性を１〜３℃の偏差に保つことができる。

惺屋λ 第３図に示すバレル型気相成長装置は、円筒状の反応室
（２０）内に、多数の半導体基板（２１）を載置して回
転させる例えば、略多角錐状のサセプター（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成であり、反応室
（２０）の円筒部外周に赤外線ランプ（２３）を層配置
し、サセプター（２２）を輻射加熱する。

サセプター（２２）の外周面に、温度センサーとして熱
電対（２４）を絶縁体で密閉して埋設してあり、ここで
はサセプター（２２）の上部、中部、下部の各部に埋設
しである。

加熱源の赤外線ランプ（２３）は、予め所要数の群に分
割設定し、例えば、各群毎にランプドライバーを電圧制
御または電流制御して加熱ランプの出力制御可能に構成
しである。

作用効果構成１と同様にζ埋設した熱電対（２４）により、常時
、サセプター（２２）内の温度分布が把握される。

該温度分布に基づいて、サセプター（２２）の所要域の
加熱、冷却を決定し、加熱を要する部位に対向している
加熱ランプへの出力を増大させ、又、冷却を要する部位
に対向している加熱ランプへの出力を減少させることに
より、サセプター（２２）内の温度分布を均一化できる
。

発明の効果この発明の温度制御方法によれば、従来の放射温度計の
如き装置内の光の外乱や、反応容器の汚れ等によって、
測定温度が不正確になることがなく、加熱の初期から定
常温度まで温度を監視することもできる。

また、気相成長を行なう半導体基板の近傍の分布が正確
にわかるため、温度分布による成長の制御が容易にでき
る。

さらに、同一気相成長装置内および装置間のウェーハの
温度更正を正確に制御できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を適用した縦型気相成長装置の概略説
明図であり、第２図はサセプターの要部縦断説明図であ
る。第３図はこの発明を適用したバレル型気相成長装置の概
略説明図である。１・・・反応容器、２・・・サセプター、３・・・半導
体基板、４・・・高周波発振コイル、５・・・噴射ノズ
ル、６・・・ガス排気口、１０・・・熱電対、１１・・
・絶縁体、２０・・・反応室、２１・・・半導体基板、
２２・・・サセプター２３・・・赤外線ランプ、２４・
・・熱電対。

Claims

【特許請求の範囲】１半導体基板をランプにて加熱して気相成長を行なう気相
成長装置において、半導体基板を支持もしくは加熱を行なうサセプターに絶
縁体で密閉された熱電対を埋め込み、サセプター内の温
度分布を測定し、加熱源の多数のランプを予め所要数の群に分割設定し、
測定した温度分布に従い、各群のランプの発熱量を変え
てサセプター内の温度分布を均一化することを特徴とす
る気相成長装置の温度制御方法。２回転テーブル型のサセプターの裏面側に高周波誘導コイ
ルを配設して半導体基板を加熱し気相成長を行なう縦型
気相成長装置において、前記サセプターの中へ絶縁体で密閉された熱電対を埋め
込み、サセプター内の温度分布を測定し、複数の高周波
誘導コイルを個別にサセプターに近接離反可能にし、測
定した温度分布に従い、各コイルとサセプター間の距離
を変えてサセプター内の温度分布を均一化することを特
徴とする縦型気相成長装置の温度制御方法。