JPH0432532B2 - - Google Patents

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JPH0432532B2
JPH0432532B2 JP57111131A JP11113182A JPH0432532B2 JP H0432532 B2 JPH0432532 B2 JP H0432532B2 JP 57111131 A JP57111131 A JP 57111131A JP 11113182 A JP11113182 A JP 11113182A JP H0432532 B2 JPH0432532 B2 JP H0432532B2
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    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/52—Controlling or regulating the coating process
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は半導体ウエハー上にＰ型半導体層やＮ
型半導体層などの層を成長させて形成させる半導
体気相成長装置に関するものである。
〔発明の技術的背景〕
半導体気相成長装置は半導体、例えば単結晶シ
リコンのウエハーを反応ガスである水素ガスとキ
ヤリアガスである四塩化シリコンガス及び不純物
用のドーパントガスとの混合気中に置き、1200℃
程度に加熱して化学反応を生ぜしめ、ウエハー上
にシリコン層を成長させるものである。
即ち、反応ガスである水素H2とキヤリアガス
である塩化シリコンSiCl4は 2H2＋SiClSi＋4HCl なる反応を生じて塩化水素とシリコンとに分離す
る。混合気中には不純物としてＰ形或いはＮ形の
シリコン層とするため目的に合うドーパントガス
が混在しているため、ウエハー上に成長するシリ
コン層に不純物として混入してＰ形或いはＮ形の
シリコン層となる。
ウエハーは単結晶のシリコン基板であるため導
電性が極めて低いからこのウエハー上にＰ形，Ｎ
形など交互に異なるチヤンネルのシリコン層を形
成したウエハーを得る。そして、このウエハーに
集積回路のパターンを形成して集積回路チツプと
する。
ここで、半導体気相成長装置の具体的な構成に
ついて第１図にしておく。
図において、１１は高周波数発生装置などによ
る加熱源、１２，１３は前述の気相成長を行うた
めの反応炉Ｒ１，Ｒ２を備えた気相成長装置本体
である。１２Ａ，１３Ａは気相成長装置本体１
２，１３に設けられた反応炉Ｒ１，Ｒ２の開閉等
の操作を行うための操作盤、１４は前記反応炉Ｒ
１，Ｒ２に対するガス流量制御や各炉内温度等の
各種制御を司る制御部、１４Ａはこの制御部１４
の操作パネルである。
第２図は反応炉Ｒ１またはＲ２の詳細な構造を
示す断面図であり、図中２１は反応炉の底板、２
２はこの底板２１上に設けられる椀形の天井蓋で
ある。
底板２１の中央下方には炉内において気相成長
に供されるガスの導入口２３が設けられており、
このガスは底板２１の中央を貫通して上方に伸び
る管路２４内を上昇して頂部より炉内に導かれる
構成となつている。更に底板２１には前記管路２
４の外周側にこの管路２４と同軸的に且つ回転自
在に筒状の回転軸２５が設けられ、この回転軸２
５の上部には中央に孔を設けた円板上のサセプタ
２６が取り付けられる。回転軸２５の下部側には
減速機付のモータ２７が設けられており、これに
よつて回転軸２５が回転されてサセプタ２６が炉
内で回転駆動される。
また、炉内には前記サセプタ２６の下方にカバ
ー２８を介して誘導加熱用のコイル２９が配され
ている。３０はコイル２９を重量支えを兼ねた絶
縁板であつて、ボルト３１により底板２１の上方
に固定される。３２，３３は底板２１を貫通して
外部へ導出された前記コイル２９との接続用のコ
ネクタ部分である。尚、コイル２９内にはコイル
２９に流れる高周波数電流により生ずる熱がコイ
ル自身を損傷するのを防ぐために内部に冷却用の
水を流すことができるようにしてある。
前記天井蓋２２は三層構造のもので、内側から
石英層３４、第１ステンレス層３５、第２ステン
レス層３６の順にそれぞれ間隙を介して配されて
構成される。また、天井蓋２２にはその外側に前
記第２，第１ステンレス層３６，３５を貫通して
サセプタ２６上のウエハ３７を監視できるように
炉内監視窓３８が設けられ、また同様に炉内の加
熱により生ずる光を検知して炉内温度を測定する
温度センサＴ・Ｓを取り付けるための温度検出窓
３９が設けてある。
４０はクランプ部材、４１はエアシリンダ装置
であり、このエアシリンダ装置４１の駆動により
クランプ部材４０を駆動させて天井蓋２２に突設
した鍔４２と係脱させ、天井蓋２２の着脱を行
う。
４３は天井蓋２２と一体的に構成されたブラケ
ツトであり、図示しないシリンダのピストンと結
合されて上下に移動できるようになつており、例
えばサセプタ２６上のウエハー３７を取り換える
場合などに天井蓋２２を上方へ移動させるように
する。
４４は底板２１に取り付けられた炉内のガスを
排気するための排気管である。
このような構成において、反応炉Ｒ１，Ｒ２の
ウエハーを交換する場合には交換しようとする炉
の属する気相成長装置本体１２，１３の操作盤１
２Ａ，１３Ａを操作して天井蓋２２を開く。そし
てサセプタ２６上のウエハー３７を新たなものと
交換し、再び操作盤１２Ａ，１３Ａを操作して天
井蓋２２を閉じる。
この状態では天井蓋２２は底板２１と密着して
炉内は気密状態となる。次に制御部１４を作動さ
せ、気相成長に入るが、制御部１４はまず前述の
ガスの供給を行うと共に加熱源１１を制御して前
記コイル２９に対して供給する高周波電流値を調
整する。
これにより、反応炉内には管路２４を通してガ
スが供給され、またコイル２９は供給された電流
値に対応した高周波磁界を発生し、これによりサ
セプタ２６は誘導加熱されてサセプタ２６上のウ
エハー３７は加熱される。また、これにより炉内
の温度も上昇し、炉内に供給されたガスが前述の
反応を起してウエハー３７上にＮ形もしくはＰ形
のシリコン層が気相成長される。
ガスの反応により炉内のガスの成分が変化する
ので前記排気管４４より炉内のガスを常に排気
し、これによつて炉内は常に新しいガスが充満す
るようにしてある。また、サセプタ２６はモータ
２７により回転駆動され、サセプタ２６上のどの
位置にあるウエハー３７でも皆条件が同じになる
ようにして気相成長されたシリコン層が同じ厚み
になるようにする。
ところで、炉の加熱に当つては反応させる温度
が1200℃であるため、常温から1200℃まで炉内温
度上昇させることになる。
しかし、ウエハーは急激に温度変化させると、
割れなどのいわゆるスリツプと云われる現象が生
ずる危険がある。そこで、第３図に示す如く昇降
温に際してはリニアな温度変化となるよう加熱源
１１の出力Ｖを制御する。
この制御は制御部１４により行うが、従来にお
いては制御部１４としてはシーケンスコントロー
ラを用いて次のように制御を行うようにしてい
た。
即ち、シーケンスコントローラは予め設定され
た順番に従つて決められた制御を決められた制御
ずつ行つてゆくもので、例えば第４図の如き構成
としてある。
図においてＡはマトリツクス状に構成されたピ
ンボードスイツチパネルであり、ピンボードスイ
ツチパネルＡは行方向及び列方向にそれぞれ所定
間隔を置いて複数本、バスラインが配され、各バ
スラインには行・列の交点位置にその交点を短絡
するためのピン挿入用の挿入部が設けられてい
る。図では列方向にシーケンスの順番をとり、行
方向には実行すべき内容（プロセスシーケンスの
種類）を対応させてある。
即ち、図ではシーケンスの実行順番をStep，
Stepで示し、プロセスシーケンスの種類はPP
１，〜PP１７で示してある。またStep，〜
Stepの各々について実行時間を指定できるよ
うになつている。従つて、Step，〜Stepの
各々について行わせるべきシーケンスの種類を
PP１，〜PP１７の中から選択して所望の種類の
位置にピンを挿入し、設定を行う。図では黒丸が
ピン挿入による設定位置である。
Ｂはリレーラダー回路であり、シーケンスの種
類に対応した制御が成せるようリレー回路が組ま
れている。従つてリレーラダー回路Ｂはピンボー
ドスイツチパネルＡ側より与えられるシーケンス
の種類に応じた制御出力を出すことができる。
このような構成において、第４図の如くピンが
設定されているとすると、制御部１４はまず
Stepにおいてどのシーケンスの種類が設定さ
れているかを検索する。即ち、Stepの対応バ
スラインとピンによつてつながる行方向のバスラ
インを検索する。StepではPP２がピンにより
つながつているので、PP２のバスラインが検索
された際、これが検知できる。
検知された情報はリレーラダー回路Ｂに送ら
れ、リレーラダー回路Ｂは送られて来たPP２の
情報につて、PP２に対応する制御を行うための
リレー回路を作動させる。その際、ピンボールス
イツチパネルＡより制御を実行する時間情報も同
時に与えられるため、その時間情報対応の時間だ
け制御を実行する。時間情報対応の時間が経過す
ると次にStepについて同様のことが成され、
PP３なる情報が与えられてPP３対応の制御を行
うリレー回路の動作をさせる。以下同様の動作が
各step毎に行われ、その結果、PP２→PP３→PP
１→PP４→PP６→PP５→PP７と云つた順にプ
ロセスシーケンスが実行されることになる。
しかし、この装置による制御内容は単にプロセ
スシーケンスの種類に応じて半導体気相成長装置
の各種ガス弁や冷却水弁の開閉制御や加熱源出力
の断続など対応する対象物への制御信号を与える
もので、具体的には弁の開閉や高周波電流印加の
断続である。
しかも実際には最も重要なガスの流量や炉内温
度は可変抵抗器などによる設定器で予め設定して
おくもので、前述の開閉制御とその制御時間を主
とする制御形態であつた。
例えば特に重要な炉内温度制御は設定器により
第３図に示すような加熱源出力変化とするための
傾きθを設定し、加熱源の出力を時間径過ととも
にこのθなる傾きで第３図のように上昇させるよ
うな制御を加熱源自身に行わせ、加熱時間のみを
シーケンスコントローラにより制御する方式で行
つていた。
しかし、ウエハー３７を載置したサセプタ３６
の実際の温度上昇はサセプタ自身の熱容量のため
第５図の如きとなり、前述の傾きθに追従しな
い。
即ち、図からわかるように初期においては温度
上昇が鈍く、途中より急激に上昇する。
従つて、ウエハー３７はサセプタ３６上に載置
されているため、サセプタ３６の温度変化をまと
もに受けることになり、急激な温度変化によるウ
エハーのスリツプの危険を常にはらむことにな
る。
そのため、従来ではサセプタの厚みを厚くして
温度変化をゆるくしたり、長時間かけて温度上昇
させるようにするが、いずれも気相成長に要する
時間が長くなり生産性が悪くなつてウエハーのコ
スト高につながる。
そこでこれらの欠点を除く他の手法として汎用
の温度コントローラ用いる方法がある。この方法
は先に示した可変抵抗器による設定器により前記
傾きθを設定する方法の欠点を補うより改善され
た方法である。
即ち、第６図にす如くサセプタ３６の温度特性
を考慮して1200℃到達までの加熱時間をP1，P2，
…Poと云う具合に細分化し、その各時間帯毎に
変化率を設定してサセプタ３６の温度上昇率が低
い時間帯では加熱源１１の出力上昇変化率が大き
くなるようにし、またサセプタ３６の温度上昇率
が高い時間帯では加熱源１１の出力上昇変化率が
小さくなるようにこの温度コントローラで制御す
るものである。
この方法によればサセプタ３６をリニアな温度
変化で制御できるが、多数点についてそれぞれ変
化率の設定を行わなければならず、また、その設
定にあたつては予め使用するサセプタの温度特性
を実測してそれを参照しなければならないと云う
煩わしさがあり、これはサセプタ３６を交換する
毎にその都度つきまとうと云う欠点があつた。
更に一つのプロセス内において昇温、降温の繰
り返えしのシーケンスを伴うような場合で、しか
も、それぞれ目標とする前記傾きθが異なるよう
な場合、そのシーケンス数に対応した温度コント
ローラを要し、コスト的にも高くなる欠点があ
る。
〔発明の目的〕
本発明は上記事情に鑑みて成されたもので、操
作が容易で短時間で不良品を生ずることなく能率
的に気相成長させることができるようにした半導
体気相成長装置を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
即ち、本発明は上記目的を達成させるため、反
応炉内に半導体ウエハーを配し、この半導体ウエ
ハーを加熱する加熱源出力温度及び反応炉に供給
されるキヤリアガス、反応ガス、ドーパントガス
の各流量を所定の各シーケンスに従つて順次制御
する制御部により制御して前記反応炉の各ガスを
反応させ、半導体ウエハー上に所要の半導体層を
気相成長させる半導体気相成長装置において、前
記反応炉内の半導体ウエハーの温度を検出する温
度検出手段と、与えられる基準値に従つて前記加
熱源の出力を制御する出力制御手段とを設け、ま
た前記制御部は各シーケンスの実行手順及び前記
半導体ウエハーの昇温、降温シーケンス実行時、
前記半導体ウエハー部分の温度を基点とし、該シ
ーケンスの割当てられた時間より短かい予め設定
された時間間隔毎に予め設定した温度変化量分ず
つ補正した温度基準値を求め、その値が該シーケ
ンスでの最終目標温度の基準値に達するまで該シ
ーケンス実行時間終了までの間、順次求めた温度
基準値を、また、該シーケンス終了時には前記最
終目標温度を基準値として前記出力制御基準に与
える手順を記憶させた記憶手段及びこの記憶手段
に記憶させた前記手順を実行する処理手段とより
構成し、昇温、降温シーケンス実行時にはそのシ
ーケンスに実行開始時の半導体ウエハー温度を基
点に該シーケンスにおける最終目標温度まで小刻
みに温度基準を変更させつつ温度追従制御させる
ようにしてリニアな温度勾配で温度制御させるよ
うにする。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例について、第７図〜第
１３図を参照しながら説明する。
本発明装置は基本的構成においては第１図、第
２図に示したものと同じであり、制御部１４のみ
が異なるものであるので、ここでは主として制御
部１４について説明を進める。
第７図は制御部１４の概念的な構成図であり、
図中１４Ａ−１はキー等による入力部、１５は制
御部のソースプログラム等を入力するための磁気
記憶装置、１７はスイツチ類による入力部、１４
−１は制御部の中枢であるマイクロコンピユータ
等による中央処理装置で、この中央処理装置１４
−１は各入力部１４Ａ−１，１７及び磁気記憶装
置１５からプログラムや各種コマンド或いはデー
タ等を得てそれらの実行や処理等を行う。１４Ａ
−２はCRT（陰極線管）表示装置で、中央処理装
置１４−１の入出力情報や処理結果或いは各種の
メツセージなどを表示するものである。１６は中
央処理装置１４−１により制御される機器駆動部
で、ソレノイドやリレーなどで構成されていて中
央処理装置１４−１のプログラム実行により得ら
れるガス供給オン−オフや加熱源の供給制御など
気相成長装置本体１２，１３の各部の制御を実行
する。１２Ａ，１３Ａは気相成長装置本体１２，
１３の操作盤である。
第８図に制御部１４の更に詳しい構成を示して
おく。
図において、CPUはマイクロプロセツサ等に
よる中央処理部、DBはこの中央処理部CPUのデ
ータバスである。ROM１はデータバスDBを介
して中央処理部CPUに接続された続出し専用の
メモリであり、制御プログラム等が格納されてい
る。RAMはデータバスDBを介して中央処理部
CPUに接続されたランダムアクセスメモリで外
部からのデータの一時格納や中央処理部CPUの
ワーキング用或いはその他、必要なデータやプロ
グラム等の格納に用いられる。ROM２はデータ
バスDBを介して中央処理部CPUに接続された続
出し専用のメモリであり、昇温或いは降温時など
のランプ特性、即ち温度変化させるべき目標とな
る温度変化特性の傾きのデータテーブルやその他
CRT表示装置用の各種メツセージ或いは各種サ
ブルーチン等を格納してある。
IBは中央処理部CPUの入出力バスであり、
CIFはこの入出力バスIBに接続されたCRTイン
ターフエースである。CRTインターフエースCIF
はこの入出力バスIBを介して中央処理部CPUよ
り与えられる表示データをCRT表示装置CRTに
与えてその表示を行わせる。IM１は入出力バス
IBに接続されたキーボード出力用の入力モジユ
ール、KBはキーボードで、入力バスIM１はこの
キーボードKBより入力された情報を中央処理部
CPUに与えるものである。IM２は入出力は入出
力バスIBに接続された入力モジユール、SWは圧
力スイツチなどのスイツチ類であり、入力モジユ
ールIM２はこのスイツチ類SWのオン・オフ状態
を中央処理部CPUに知らせる機能を有する。
OMは入出力バスIBは接続された出力モジユー
ル、OSはこの出力モジユールOMの出力によつ
て動作するランプやリレー、バルブなどの出力対
象でリレー出力などにより最終的にはモータ等の
機器をも制御することになる。
Ｄ／Ａは入出力バスIBに接続されたデイジタ
ル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換モジ
ユールであり、CRはガスの流量制御器やPID制
御（比例−積分−微分動作）を行う温度調節用の
デジタル指示調節計など各種制御器を含む制御機
器であつて中央処理部CPUから与えられる温度
や流量などに対するデイジタル指定値をＤ／Ａ変
換モジユールＤ／Ａに与えてアナログ量化し、流
量に対する指定値であればＤ／Ａ変換モジユール
Ｄ／Ａはそのアナログ変換値を流量制御器に、ま
た、温度指定値であればデイジタル指示調節計に
与えることになる。Ｈは高周波による加熱源でデ
イジタル指示調節計の出力に対応して制御されて
高周波電流出力を発生するもので、第１図の１１
に相当するものである。
Ａ／Ｄは入出力バスIBに接続されたアナログ
量をデイジタル量に変換するＡ／Ｄ変換モジユー
ル、CUはガスの流量検出器や反応炉の炉内温度
検出用の温度センサＴ・Ｓの出力を直線性を持つ
よう温度センサＴ・Ｓの出力特性に合わせてレベ
ル補正するリニアライザなどの変換器類であり、
これらの出力をＡ／Ｄ変換モジユールＡ／Ｄを介
して中央処理部CPUに与えるものである。
基本的には以上のような構成であり、その動作
は次の如くとなる。
本発明装置における反応炉のシーケンスは第９
図の如くPPNOはシーケンス番号、TIMEは各シ
ーケンスにおける実行時間、GAS FLOWは流す
べきガスの種類でN2（ちつ素）、H2（水素）、DN
（ドーパントＮガス）、Dp（ドーパントＰガス）、
SiCl4（四塩化シリコン）、HCl（塩化水素）を対象
とする。θ℃は各シーケンスの炉内温度である。
このようなシーケンスを考えた場合、まず
PPNO１では炉内に３分間、N2ガスを流量FN１
ｌで送り、炉内を清浄なN2ガスで浄化する。
PPNO２では炉内にH2ガスを流量FH２ｌで
PPNO１６のシーケンス終了まで流し続ける。そ
の間、PPNO３の時点で炉内温度をθ１まで上昇
させ、PPNO４では炉内温度をθ２まで上昇させ
る。このθ２なる温度の保持はPPNO７のシーケ
ンス終了まで続けられ、PPNO８のシーケンスに
移ると今度はPPNO１４の終了まで温度をθ３に
保つ。
一方、PPNO５からPPNO６の間ではHClガス
を反応ガスとして流量FHCLで炉内に送り、ま
た、PPNO９からPPNO１０にかけてはＰ形のド
ーパントガスであるドーパントＰガスDPを流量
FDP１で、またキヤリアガスであるSiCl4を流量
FS１で送り、また、PPNO１２からPPNO１３
にかけてはドーパントＰガスDpを流量FDP２で、
またSiCl4ガスを流量FS２で送る。PPNO１７で
はN2ガスを流量FN１７ｌで炉内に３分間送り、
炉内を浄化した後にシーケンスを終了させる。
この間における各シーケンスの温度変化を示す
と第１０図の如くである。
このようなシーケンス内容をROM１にプログ
ラムしておき、各条件等はキーボードKB等によ
り入力する。炉の運転を開始するには中央処理部
CPUがまずROM１の炉制御のプログラムを実行
し、各シーケンス毎に出力モジユールOM，Ｄ／
Ａ変換モジユールＤ／Ａに対しガス供給制御用の
バルブやサセプタの回転駆動用モータなどに対す
る制御指令やガス流量の制御器及び温度指定のた
めの情報などを与え、制御を行う。これによりガ
ス流量情報は流量制御器に、また温度指定情報は
デイジタル指示調節計に与えられてガス流量や温
度に対する制御が行われる。
一方、ガス流量の検出値や炉内温度の情報が
Ａ／Ｄ変換モジユールＡ／Ｄを介して中央処理部
CPUに与えられ、これらの検出情報を参照しな
がら中央処理部CPUは制御に対し可能な範囲の
修正を加えるなどして各シーケンスの実行を行つ
てゆく。
ところで、本発明の主たる目的は気相成長にお
けるサセプタ上のウエハーの温度制御であり、特
に昇温時のウエハーのスリツプを防ぎつつできる
だけ短時間に気相成長に最適な1200℃まで上昇さ
せることにある。
そのために本発明では制御プログラムを次のよ
うに構成して中央処理部CPUによりこれを実行
し、温度制御を行うようにする。
特に本発明ではウエハーのスリツプを引き起こ
す温度が1000℃近傍であることを考えて、800℃
〜1200℃程度の間の温度範囲について温度制御を
するが精度を保つため１回分のランピング時間を
短かい時間とし、シーケンス時間内に温度基準を
小刻みに変えつつ繰り返えしランピングを行いリ
ニアに温度を変化させるようにする。
尚、以下第９図のシーケンスに対応させて制御
の手法を説明する。
第１１図はランプ（昇降温）制御情報を入力す
るフローチヤートを示す。尚ここでではシーケン
ス番号PPNO４とPPNO１５のシーケンスのみ昇
温，降温の二例について説明する。
高精度のランピングを行う場合の情報としては
温度勾配とランピング時間の指定があれば良い。
一方、ランピングを行うシーケンスに対してラ
ンピングを行うか否か、行う場合にはその内容を
予めセツトする必要があり、第１１図のフローチ
ヤートはかかる作業を行うためのものである。
即ち、制御部におけるプログラムの実行が開始
されるとまずランプ制御情報入力のルーチンに入
り、第１のステツプStep１を実行する。
ここでは昇降温のためシーケンスがPPNO４と
PPNO１５であるとしてまず、PPNO４における
ランプアツプ即ち昇温を行うか否かを聞く。これ
はCRTにメツセージを出すなどして行う。ウエ
ハーの処理内容によつてはランプアツプを行わな
い場合もあるので、昇温する場合は昇温する旨、
キーボードKBなどより入力するとその情報は入
力モジユールIM２を介し中央処理部CPUに入力
されCPUではStep1を実行してYESと判定し、第
２のステツプStep2に移る。そして、ここで
PPNO４シーケンスにおけるランプ制御フラグを
セツトし、第３のステツプStep3に移る。Step3
はPPNO４における予め登録された昇温制御時間
表示のルーチンであるから、CPUはこれを実行
することにより登録された１回分ランピング時間
である昇温制御時間を読み出してCRTに与え、
その内容を表示させる。そして第４のステツプ
Step4に移り、時間を修正する必要があるのか否
か、修正するならばその値がいくつであるかを問
うべくその旨CRTにメツセージを出力する。
修正する必要があるならばキーボードKBより
YESを、不要ならばNOを入力するとCUPは
Step4においてYES，NOの判定を行い、YESの
ときは第５のステツプStep5に移り、キーボード
KBより入力される新しい昇温量制御時間をメモ
リRAMに登録する。そして第６のステツプ
Step6に移る。また、修正不要のときStep4より
Step6に移る。Step6では登録された１回分のラ
ンピング時間内での温度昇温量を表示するべくプ
ログラムの実行が行われ、CRTにその表示を行
つた後、第７のステツプStep7に移つて昇温量を
修正するか否か、修正するならばその値はどの位
かをたずねる。そのメツセージはCPUによつて
CRTに表示されるのでキーボードKBを操作して
応答する。
その結果、YESならば第８のステツプStep8に
移つて入力された新しい昇温量をメモリRAMに
登録し、第10のステツプStep10に移る。NOであ
るときはStep7よりStep10に移る。
また、Step1においてNOである場合には第９
のステツプStep9を実行してPPNO４のシーケン
スにおけるランプ制御フラグをクリアし、
Step10に移る。ランプ制御フラグがクリアされ
ているときはランプ制御は行われない。
Step10はPPNO１５シーケンスにおいてラン
プダウン（降温）制御を行うか否かの判定を行う
ルーチンで、この質問もCRTに表示されるので
キーボードKBより質問に答える。
NOの場合は第11のステツプStep11に移り、
PPNO１５シーケンスにおけるランプ制御フラグ
をクリアし、ランプ制御しない旨登録してランプ
制御情報に関するルーチンを終了する。
Step10においてYESである場合には第12のス
テツプStep12に移り、PPNO１５シーケンスに
おけるランプ制御フラグをセツトする。そして第
13のステツプStep13に移り、PPNO１５シーケ
ンスの登録された１回分のランピング時間である
降温量制御時間を読み出してCRTに表示する。
そして、第14のステツプStep14に移り、該制御
時間を修正するか否か修正するならばその値はい
くつかなどを質問する。この質問もCRTに表示
されるのでキーボードKBにより質問に答ええ
る。
そして、YESならば第15のステツプStep15に
移り、入力された値を新しい降温量制御時間とし
てメモリRAMに登録し、第16のステツプStep16
に移る。
NOである場合にはそのままStep14からStep16
に移る。
Step16においてはPPNO１５シーケンスにお
ける登録された１回分のランピング時間内での温
度降温量を読み出し、CRTに表示させる。そし
て第17のステツプStep17に移り、降温量を修正
するか否か、修正するとするならばその値はどの
位かなどを質問する。この質問もCRTに表示さ
れるので、キーボードKBを用いて質問に答え
る。
その結果、NOであれば第19のステツプStep19
に移る。また、YESであれば第18のステツプ
Step18に移り、入力値をPPNO１５シーケンス
における新しい温度降温量として登録し、
Step19に移る。
Step19はPPNO１５シーケンスの登録降温終
了温度の表示ルーチンであり、ここでは該シーケ
ンスの登録降温終了温度を読み出してCRTに表
示する。そして第20のステツプStep20に移り、
降温終了時間は修正するか否か、修正するならば
その値はいくつかなどを質問する。この質問は
CRTに表示されるので、キーボードKBによりこ
の質問に答える。そして、その結果、NOであれ
ばランプ制御情報入力のルーチンを終了する。
また、YESのときは第21のステツプStep21を
実行し、入力された新しい降温終了温度を登録し
ランプ制御情報入力のルーチンを終了する。
以上のルーチンを実行した結果、PPNO４，
PPNO１５におけるランピングの実施、不実施、
温度勾配、ランピング時間などの登録が終了す
る。
このランプ制御情報入力ルーチンが終了すると
次に第９図のシーケンス内容を持つメインプログ
ラムが実行されるが、PPNO４のシーケンスに入
ると第１２図に示すランプ制御ルーチンに移り、
ランプ制御を行う。
即ち、ランプ制御ルーチンにおいてはまず、第
22のステツプStep22が実行され、ここで昇温シ
ーケンスであるか否かが判別される。
現在のシーケンスがPPNO４であるならば、昇
温シーケンスであることが、またPPNO１５であ
るならば降温シーケンスであることがメインプロ
グラム中にプログラミングされているので、
Step22において昇温シーケンスならば第23のス
テツプStep23へ、また降温シーケンスならば第
36のステツプStep36へ移る。Step23ではStep2ま
たはStep9によりランピングを行うか否かのフラ
グを設定しているのでこのフラグを見てランプ制
御を行うか否か判断を行う。その結果、ランプ制
御する場合には第24のステツプStep24へ、また
しない場合には第25のステツプStep25へ移る。
Step24ではランプ開始か或いはランプをすでに
行つているかを判別し、開始即ちスタート時点で
あれば第26のステツプStep26へ移る。そして、
ここで温度センサＴ・Ｓの検出出力をリニアライ
ザ及びＡ／Ｄ変換モジユールを介して読み取り、
これを現在の被加熱物の温度情報としてこれを前
回出力制御量の項目に登録し、第27のステツプ
Step27へ移る。Step24においてランプをすでに
行つていた場合にはStep27に移る。Step27では
ランプ制御ルーチンに入ると同時に計時されてい
たPPNO４シーケンスの残存時間のデータをもと
にPPNO４シーケンスに予め割当てられていた１
回分のランピング時間を比較し、残在時間の方が
大きい場合には第28ステツプStep28に移り、小
さい場合には残存時間が少なすぎるわけであるか
らStep25へ移る。
Step25ではランプ制御は行わないので、この
PPNO４シーケンスにおける設定された最終目標
温度の値を出力する。そして、この値はＤ／Ａ変
換モジユールを介してデイジタル指示調節計に与
えられ、加熱源を制御して炉内の温度をこの最終
目標温度に保つ。
Step28に移つた場合は即ち、残りシーケンス
時間内にランピングを所定時間実施可能な場合に
は、前回出力制御量に予め設定した１回分のラン
ピング時間内での温度昇温量を加算して今回のラ
ンピング時間での目標温度である昇温制御量を求
め、第29のステツプStep29へ移る。Step29では
昇温制御量がPPNO４シーケンスにおける最終目
標温度である温度制御量の値を超えないように大
小比較して超えていないときには第30のステツプ
Step30に移り、超えているときは最終目標の温
度を超えることになるのでStep25に移つて最終
目標温度に保つ。
Step30に移ると昇温制御量を出力してその値
をデイジタル指示調節計に与え、昇温制御量の示
す炉内温度となるように加熱源を制御する。
Step30において昇温制御量を出力すると第31の
ステツプStep31に移り、１回分のランピング時
間である昇温量制御時間（例えば３秒，６秒な
ど）を設定する。そして、秒処理プログラムに移
り、１回分のランピング時間を管理する。
秒処理プログラムは第１３図に示す如きもの
で、登録された昇温制御時間が零であるか否か第
32のステツプStep32で判断し、零でなければ第
34のステツプStep34へ移り、昇温制御時間をデ
クリメントする。そして、第33のステツプ
Step33に移り、降温の場合の秒処理ルーチンを
実行する。
このルーチンはStep32，Step34とほぼ同じ内
容であり、Step33では登録された降温制御時間
即ち、１回分のランピング時間が零であるか否か
を比較し、零でなければStep35に移つて降温制
御時間をテクリメントする。
この処理は一秒間隔で行われ、やがて昇温量制
御時間が零になるとランプ制御ルーチンを実行
し、また同様に降温量制御時間が零になると同様
にランプ制御ルーチンを実行する。
この秒処理プログラムにおいて昇温、降温量の
制御時間管理を各別に行うのは二つの反応炉Ｒ
１，Ｒ２が各別に交互に制御されるためで、この
場合に支障が生じないようにするためであり、問
題が生じないときや単一の炉であるようなときは
重複部分をまとめても良い。
秒処理プログラムにより１回分のランピング時
間が経過すると再びランプ制御ルーチンに入り、
前述の動作を行う。
その際Step24ではNOと判断してStep26を飛ば
し、また、Step28では前回の昇温制御量を前回
出力制御量として計算する。
これはランピング開始時の加熱物温度が最初の
段階でセツトされてしまつていたのので、起点と
なる温度は決まつてしまい、あとは単に１回分の
ランピング時間毎に温度昇温量を与えてゆけばほ
ぼこの温度昇温量分ずつ上昇するかたちで温度制
御が成されると考えても良いためで、もちろん現
在温度を毎回登録するようにしても良い。
このようにして昇温制御が進み、やがてシーケ
ンスの残存時間が少なくるか、昇温制御量が最終
目標温度（温度制御量）より大きくなればあとは
Step25において最終目標温度の値をデイジタル
指示調節計に与えてこの値となるように加熱源を
制御させ、PPNO４のシーケンス時間が来るメイ
ンのプログラムは次のシーケンスと実行を移す。
もちろんStep25に移つた時点で最終目標温度
と加熱物の温度差がスリツプの危険のある程、大
きな差であるならば温度昇温量や、前段までのシ
ーケンスでの温度設定に問題があるわけであるか
ら、このようなことのないように最適な設定を行
うようにすることは云うまでもない。
次にメインプログラムが降温シーケンスである
PPNO１５シーケンスに入るとランプ制御のルー
チンを再び実行する。
そして、Step22で昇温シーケンスでないと判
断してStep36へ移り、ここで降温シーケンスで
あるか否かを判断する。NOであればメインプロ
グラムに戻り、YESであれば第37のステツプ
Step37に移つて、ランプ制御を行うか否かを判
断する。これはStep11，Step12においてフラグ
の設定が成されているのでそのフラグを見て行
う。その結果、NOであれば第43のステツプ
Step43へ移り、加熱源への制御出力を断ち、加
熱を停止させる。
YESの場合には第38のステツプStep38に移り、
ここでは別途管理しているPPNO１５の残存シー
ケンス時間と予め設定してある１回分のランピン
グ時間とを比較してその大小により、残りシーケ
ンス内にランピングが終るか否かを判断する。
そして、その結果、NOであるならばStep43へ
移り、YESならば第39のステツプStep39へ移る。
そして、ここで被加熱物の温度を温度センサ
Ｔ・Ｓの検出より得、この検出温度を前回出力制
御量として登録する。即ち、昇降温制御しない限
りは炉内温度は前回までの温度制御基準である出
力制御量の対応温度に制御されているので、前記
検出温度を前回出力制御量とすれば良い。この前
回出力制御量より予め設定した１回分のランピン
グ時間内での降温量を差し引き、その値を温度制
御基準である降温制御量として求める。
そして、第40のステツプStep40に移り、予め
設定した最終目標温度である降温終了温度と比較
し、降温終了温度より高いときは第41のステツプ
Step41に移つて降温制御量を出し、Ｄ／Ａ変換
モジユールを介してデイジタル指示調節計にこれ
を与える。これにより降温制御量対応の温度にな
るよう加熱源は出力を制御される。
Step41において降温制御量を出力すると次に
第42のステツプStep42に移り、ここで、予め設
定されている前記１回分のランピング時間である
降温量制御時間（例えば６秒）を登録する。そし
て、次に秒処理プログラムを実行し、登録時間が
経過すると再びランプ制御ルーチンを実行して降
温制御を行う。これにより該登録時間毎に新たな
降温制御量までランピングされてゆくことにな
る。
そして、残存シーケンス時間が１回分のランピ
ング時間に満たなくなるか、降温制御量が降温終
了温度より小さくなるとStep43へ移り、降温シ
ーケンスを終了する。
そして、メインプログラムに戻り、次のシーケ
ンスを実行してゆく。
このようにランピングの必要なシーケンスでは
そのシーケンスに割当てられた実行時間内に短か
い時間に設定されたランピング時間単位で且つ前
記シーケンスの実行時間内に最終目標温度に到達
するに最適な予め設定された各ランピング時間当
りの昇、降温量分、ランピング制御を繰り返えす
ようにしたことにより細かい時間単位で細かくラ
ンピング制御してゆくことができるので、ランピ
ング制御そのものが目的とする温度勾配となるか
らこの温度勾配がスリツプの生じないような勾配
でしかもランピングが最も短時間で行えるような
勾配に設定しておけば安全且つ短時間で炉のラン
ピングを行うことができ、高能率で気相成長を行
うことができるようになる。しかもプログラムに
よる制御であるから正確且つ容易にこれを実施で
きる。
〔発明の効果〕
以上詳述したように本発明は反応炉内に半導体
ウエハーを配し、この半導体ウエハーを加熱する
加熱源出力温度及び反応炉に供給されるキヤリア
ガス、反応ガス、ドーパントガスの各流量を所定
の各シーケンスに従つて順次制御する制御部によ
り制御して前記反応炉の各ガスを反応させ、半導
体ウエハー上に所要の半導体層を気相成長させる
半導体気相成長装置において、前記反応炉内の半
導体ウエハー部分の温度を検出する温度検出手段
と、与えられる基準値に従つて前記加熱源の出力
を制御する出力制御手段とを設け、また前記制御
部は各シーケンスの実行手順及び前記半導体ウエ
ハーの昇温、降温シーケンス実行時、前記半導体
ウエハー部分の温度を基準とし、該シーケンスの
割当てられた時間を細分化した予定の単位時間毎
にそのシーケンスにおける最終目標温度に到達す
るに最適な該単位時間当りの予め設定した温度変
化量分ずつ補正した温度基準値を求め、その値が
該シーケンスでの最終目標温度の基準値に達する
まで該シーケンス実行時間終了までの間、順次求
めた温度基準値を、また該シーケンス終了時には
前記最終目標温度を基準値として前記出力制御手
段に与える各手順を記憶させた記憶手段及びこの
記憶手段に記憶させた前記手順を実行する処理手
段とより構成し、昇温、降温シーケンス実行時に
はそのシーケンス実行開始時の反応炉内半導体ウ
エハー部分の温度を基点に該シーケンスにおける
最終目標温度まで小刻みに温度基準を変更させつ
つ温度を追従させるようにしたので、昇温，降温
シーケンスでは目標温度までリニアに温度変化さ
せることができるからウエハーのスリツプの生ず
る温度領域においても急激な温度変化は無く、従
つてウエハーに熱衝激が加らないので安全に気相
成長処理を実行でき、不良品発生を抑制できる
他、リニアな温度変化が可能であるために温度勾
配を最大限に設定することができるから、気相成
長を短時間で行うことができるようになり、生産
性を著しく向上させることができるなど、優れた
特徴を有する半導体気相成長装置を提供すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は半導体気相成長装置の概要を説明する
ための図、第２図はその反応炉部分の構造を説明
するための断面図、第３図は理想的な加熱特性を
示す図、第４図は従来の制御部の構成例を示す
図、第５図は昇温時におけるサセプタ上の温度変
化特性図、第６図はサセプタ上の温度を主体とし
た加熱制御例を説明するため図、第７図は本発明
装置における制御部の概念的な構成図、第８図は
本発明装置のより詳細な構成を示す図、第９図は
本装置で行うシーケンスの一例を説明するための
図、第１０図はその温度制御目標値の推移を示す
図、第１１図は本発明装置におけるランプ制御情
報の入力ルーチンを示すフローチヤート、第１２
図はランプ制御ルーチンを示すフローチヤート、
第１３図は秒処理プログラムを示すフローチヤー
トである。 Ｒ１，Ｒ２……反応炉、１１，Ｈ……加熱源、
１４……制御部、２６……サセプタ、２９……コ
イル、３７……ウエハー、CPU……中央処理部、
ROM１，ROM２，RAM……メモリ、KB……
キーボード、IM１，IM２……入力モジユール、
Ｄ／Ａ……Ｄ／Ａ変換モジユール、Ｔ・Ｓ……温
度センサ、Ａ／Ｄ……Ａ／Ｄ変換モジユール、
CR……制御機器、CU……変換器類。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 反応炉内に半導体ウエハーを配し、この半導
    体ウエハーを加熱する加熱源の出力温度及び反応
    炉内に供給される半導体気相成長のための各種ガ
    スの各流量を所定の各シーケンスに従つて順次制
    御する制御部により制御して前記ガスを反応させ
    半導体ウエハー上に所要の半導体層を気相成長さ
    せる半導体気相成長装置において、前記反応炉内
    の半導体ウエハー部分の温度を検出する温度検出
    手段と、与えられる基準値に従つて前記加熱源の
    出力を制御する出力制御手段とを設け、また前記
    制御部は各シーケンスの実行手順及び前記半導体
    ウエハーの昇温、降温シーケンス実行時、反応炉
    の前記半導体ウエハー部分の温度を基準とし、該
    シーケンスの割当てられた時間を細分化した予定
    の単位時間毎にそのシーケンスにおける最終目標
    温度に到達するに最適な該単位時間間隔当りの予
    め設定された温度変化量分ずつ補正した温度基準
    値を求め、その値が該シーケンスでの最終目標温
    度の基準値に達するまで該シーケンス実行時間終
    了までの間、順次求めた前記温度基準値を、ま
    た、該シーケンス終了時には前記最終目標温度を
    それぞれ基準値とし前記出力制御手段に与える手
    順を記憶させた記憶手段及びこの記憶手段に記憶
    させた前記手順を実行する処理手段とより構成
    し、昇温、降温シーケンス実行時にはそのシーケ
    ンスにおける最終目標温度まで小刻みに温度基準
    を変更させつつ温度を追従させるようにしたこと
    を特徴とする半導体気相成長装置。
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