JPH05259082A - エピタキシャル成長装置およびエピタキシャル成長方法 - Google Patents

エピタキシャル成長装置およびエピタキシャル成長方法

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JPH05259082A
JPH05259082A JP5186292A JP5186292A JPH05259082A JP H05259082 A JPH05259082 A JP H05259082A JP 5186292 A JP5186292 A JP 5186292A JP 5186292 A JP5186292 A JP 5186292A JP H05259082 A JPH05259082 A JP H05259082A
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JP
Japan
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epitaxial growth
substrate
processed
temperature
susceptor
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JP5186292A
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English (en)
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Nozomi Ochi
望 越智
Kazuhiko Hino
和彦 日野
Shinji Marutani
新治 丸谷
Hiroki Kato
浩樹 加藤
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Sumco Techxiv Corp
Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
Komatsu Electronic Metals Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、均一かつ信頼性の高いエピタキシ
ャル成長膜を得ることのできるエピタキシャル成長装置
およびエピタキシャル成長方法を提供することを目的と
する。 【構成】 本発明では、サセプタの裏面近傍に設置され
た集光部とこれに連設された光ファイバと、前記光ファ
イバの他端に接続され熱輻射を光学的に検出するセンサ
部とから構成され、前記サセプタの裏面近傍の温度を測
定する温度測定手段とを具備し、被処理基板表面にエピ
タキシャル成長を行うようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はエピタキシャル成長装置
およびエピタキシャル成長方法に係り、特に基板温度の
測定に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から用いられているエピタキシャル
成長装置には、図５に示すように、ウェハ１０１を載置
するサセプタ１０２を高周波コイル１０４を用いて加熱
し、これによりウェハを間接的に加熱しつつ、反応性ガ
スを導入することによりウェハ表面にエピタキシャル成
長膜を形成する縦型炉方式のものと、図６に示すよう
に、筒型のサセプタ１１２にウェハ１１１を載置し、チ
ャンバー１１３の外側に配設した赤外線ランプ１１４を
用いて加熱するシリンダー炉形式のものと、図７に示す
ように角型の石英管からなるチャンバー１２３内に設置
された平板状のサセプタ１２２にウェハ１２１を載置
し、チャンバー１２３の外側に設けられた赤外線ランプ
１２４を用いて加熱するようにし、ウェハを１枚づつ処
理する枚葉式炉とがある。
【０００３】これらの装置で形成されるエピタキシャル
成長膜は製品間で性能のばらつきが生じないように膜厚
比抵抗分布の均一性が要求される。このために膜の成長
条件が一様でなければならず、ガス供給の均一性と共に
基板温度の均一性が重要な問題となる。
【０００４】そこでこの種のエピタキシャル成長装置に
おいては種々の方法で基板の温度分布を制御するための
試みがなされている。
【０００５】例えば縦型炉方式のものでは、図５に示す
ように、ベルジャ１０３にビューボートと呼ばれるのぞ
き穴１０８を設け、自己補償型狭帯域放射温度計１０９
を用いて該のぞき穴１０８から基板１０１の表面温度を
測定し、高周波加熱コイル１０４を制御している。
【０００６】また、シリンダー炉形式のものは、１度に
多数のウェハ処理を行うことができるが、図６に示すよ
うに筒型サセプタ１１２の回転中心軸にシリコンフォト
ダイオード放射温度計１１９を複数個設置して、サセプ
タ裏面の温度分布を検知し、赤外線ランプ１１４の作動
を制御している。ここで１１５はランプからの輻射熱を
効率よくウェハに導くための反射鏡である。
【０００７】枚葉式炉は、図７に示したように、角型の
石英管からなるチャンバー１２３内に設置された平板状
のサセプタ１２２にウェハ１２１を載置し、チャンバー
１２３の外側に設けられた赤外線ランプ１２４を用いて
加熱するようになっており、サセプタ１２２の周囲に設
けられたガイドリング１２８に熱電対１２９を埋め込ん
で温度を測定し赤外線ランプ１２４の出力を制御するよ
うにしている。
【０００８】また、近年シリコンウェハの大口径化に伴
い、ウェハ中での膜厚の不均一性が顕在化し、ウェハを
１枚づつ処理する枚葉式炉が再び注目されてきている。
この方式では、熱源からの距離を一定にし、ウェハ温度
を一定にすることができるため、スループット（単位時
間当たりの処理枚数）が悪くなるという問題はあるもの
の均一でかつ比抵抗のばらつきの小さい膜を形成するこ
とができる。
【０００９】しかしながらさらなる半導体装置の高集積
化に伴い素子の微細化は進む一方であり、エピタキシャ
ル成長層の膜厚および膜質への要求は極めて高度なもの
となってきている。
【００１０】そこでエピタキシャル成長装置における基
板温度が極めて重要な要素となるが、枚葉式炉の場合、
赤外線ランプによる上下輻射加熱を行っているため、基
板の熱輻射と赤外線ランプの熱輻射の両方を分離するこ
とはできず、また基板のみの熱輻射を検知することがで
きないため、縦型エピタキシャル成長装置で用いられて
いる自己補償型狭帯域放射温度計や、シリンダー炉で用
いられているシリコンフォトダイオード放射温度計は採
用できない。このため図７に示したように、基板の回転
中心に熱電対をセットするとともに、基板が載置されて
いるサセプタの周囲にガイドリングを設け、このリング
上の適当な位置に熱電対を埋め込むことにより、温度を
測定するという方法が用いられている。
【００１１】この方法では、サセプタの中心部と周縁部
の中間位置の温度を正確に測定することができず、温度
分布を的確に検知することができないという問題があっ
た。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】このようにエピタキシ
ャル成長装置、特に枚葉式のものにおいては、サセプタ
の温度が膜質および膜厚の制御に極めて重要な影響を与
えるが、従来のエピタキシャル成長装置ではサセプタの
中心部と周縁部の中間位置の温度を正確に測定すること
ができず、温度分布を正確に検知することができないと
いう問題があった。 本発明は、前記実情に鑑みてなさ
れたもので、均一かつ信頼性の高いエピタキシャル成長
膜を得ることのできるエピタキシャル成長装置およびエ
ピタキシャル成長方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】そこで本発明の第１で
は、サセプタの裏面近傍に設置された集光部とこれに連
設された光ファイバと、前記光ファイバの他端に接続さ
れ熱輻射を光学的に検出するセンサ部とから構成され、
前記サセプタの裏面近傍の温度を測定する温度測定手段
とを具備し、被処理基板表面にエピタキシャル成長を行
うようにしている。
【００１４】また望ましくは、加熱手段を、反応室の外
部に所定の間隔で配列された複数のランプで構成し、輻
射熱によって被処理基板を加熱するとともに、これらラ
ンプの間隙にランプよりも反応室により近接して集光部
が設置された温度測定手段を具備するようにしている。
【００１５】さらに望ましくは、温度測定手段の集光部
はサセプタの回転中心を通る線上に設置されるように構
成している。
【００１６】また望ましくは、サセプタは、集光部の位
置に対応して透光性の窓を具備するようにしている。
【００１７】望ましくは、加熱手段を、反応室の外部に
所定の間隔で配列された複数のランプで構成し、輻射熱
によって被処理基板を加熱するようにし、さらにこのラ
ンプの間隙にランプよりも反応室により近接して集光部
が設置されるように複数の温度測定手段を設置し、この
温度測定手段の出力に応じて各ランプの作動を調整すべ
くフィードバックするようにしている。
【００１８】また本発明の第２では、被処理基板の温度
をサセプタの裏面近傍に集光部を設置して、熱輻射を光
学的に検出する温度センサによって検出し、被処理基板
の加熱手段にフィードバックさせながらエピタキシャル
成長を行うようにしている。
【００１９】
【作用】上記第１の構成によれば、サセプタの裏面近傍
に設置された集光部とこれに連設された光ファイバと、
光ファイバの他端に接続され熱輻射を光学的に検出する
センサ部とから構成され、サセプタの裏面近傍の温度を
測定するようにしているため、集光部をサセプタにより
近接して設置することができ、高精度の温度検出を行う
ことができる。
【００２０】また、上記構成において、加熱手段を、反
応室の外部に所定の間隔で配列された複数のランプで構
成し、輻射熱によって被処理基板を加熱するとともに、
これらランプの間隙にランプよりも反応室により近接し
て温度測定手段の集光部を設置するようにすれば、ラン
プからの直接光を受けることなくサセプタ上の温度分布
を高精度に検出することができる。
【００２１】さらに望ましくは、温度測定手段の集光部
をサセプタの回転中心を通る線上に設置するようにすれ
ば、回転に左右されずに高精度の温度検出を行うことが
できる。
【００２２】また望ましくは、サセプタは、集光部の位
置に対応して透光性の窓を具備するようにすれば、被処
理基板そのものの温度をより高精度に検出することがで
きる。
【００２３】望ましくは、加熱手段を、反応室の外部に
所定の間隔で配列された複数のランプで構成し、輻射熱
によって被処理基板を加熱するようにし、さらにこのラ
ンプの間隙にランプよりも反応室により近接して集光部
が設置されるように複数の温度測定手段を設置し、この
温度測定手段の出力に応じて各ランプの作動を調整すべ
くフィードバックするようにしているため、高精度に温
度制御を行うことができる。
【００２４】また本発明の第２では、被処理基板の温度
をサセプタの裏面近傍に集光部を設置して、熱輻射を光
学的に検出する温度センサによって検出し、被処理基板
の加熱手段にフィードバックさせながらエピタキシャル
成長を行うようにしているため、より信頼性の高いエピ
タキシャル成長膜を得ることができる。
【００２５】
【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しつつ詳細に説明する。
【００２６】図１は、本発明実施例のエピタキシャル成
長装置の概略構成図である。
【００２７】このエピタキシャル成長装置は、光ファイ
バーを用いたファイバセンサ９の集光部９ａを反応室３
の底面に近接して設置し、これにより基板温度を検出す
るようにしたことを特徴とするものである。
【００２８】すなわち、この装置は、断面矩形の石英製
の反応室３の底面に、回転可能なサセプタ２を水平に設
置し、この反応室３の上面および底面に相対向して基板
加熱用の赤外線ランプ４ａ，４ｂが、所定の間隔で１０
本づつ互いに平行に配列され、サセプタ２上に設置され
た被処理基板１の表面にエピタキシャル成長膜を形成す
るように構成されている。そしてこれら赤外線ランプ４
ａ，４ｂは上面側と底面側とで互いに直交する方向に配
列されており、図２に平面説明図を示すように、ランプ
の間隙にファイバセンサ９の集光部９ａが１３個設置さ
れている。この集光部９ａはサファイアロッドで形成さ
れた直径１．２７mm、長さ３０cm程度の円筒状体で構成
されており、反応室３に非接触で近接せしめられてい
る。ここで被処理基板１裏面からの熱輻射は、各集光部
９ａで集光せしめられ、光ファイバ９ｂを介してセンサ
部９ｓに導かれて、温度検出がなされ、この温度に基づ
いて加熱制御装置１０により、赤外線ランプの出力がゾ
ーン毎に制御されるようになっている。５は熱効率を高
めるために設けられ内壁を金めっきしたリフレクタであ
る。ここでセンサ部９ｓはシリコン基板の不透明領域で
ある９５０nmの熱輻射を検知しているため、シリコン基
板１上部の赤外線ランプ４ａの熱輻射による影響はまっ
たく受けない。
【００２９】ここで６はソースガスを供給するガス供給
部、７はガスを排出するガス排出部また、反応室３は、
光学研磨され、互いに所定の間隔を隔てて平行に設置さ
れた２枚の楕円形の石英プレート、これらを挟持しこの
周りを覆うように設置されたステンレス製の側壁プレー
トとで構成されている。そしてこの側壁プレートは、ア
モルファスタンタルでコーティングされており、外側が
水冷構造になっている。さらにこの２枚の楕円形の石英
プレートは水冷式ステンレスカバーによってＯリングで
シールされ側壁プレートにとりつけられている。
【００３０】そしてこの反応室３内に配設されたサセプ
タ２に、被処理基板１が載置され、エピタキシャル成長
がおこなわれるようになっている。
【００３１】さらにこのサセプタ２は、ウェハ載置部に
ざくりを形成してなる、表面をＳｉＣコーティングされ
た高純度グラファイトからなり、石英プレートに設けら
れた回転筒８を具備した回転手段１１の回転軸上に設置
されている。またこの回転筒内にも、光ファイバーセン
サ９が設置され、ウェハ裏面中心の温度をモニターする
ことができるようになっている。
【００３２】ここで光ファイバーセンサ９は反応室３の
外部に設けられているため、ソースガスあるいはキャリ
アガスの流れを乱すことはない。
【００３３】このようにして光ファイバーセンサ９によ
って得られた温度分布情報に基づいて制御部１０により
赤外線ランプの出力が制御され、サセプタ温度が高精度
に制御され、結晶転位の発生もなく高品質のエピタキシ
ャル層を得ることができ、膜厚分布、比抵抗分布も均一
となる。
【００３４】ここでウェハ温度は８５０〜１２００℃に
設定される。
【００３５】次に、このエピタキシャル成長装置を用い
たエピタキシャル成長方法について説明する。
【００３６】まず、シリコン基板１をサセプタ２に載置
し、回転手段１１を介してサセプタ２を１０ｒｐｍで回
転する。
【００３７】この後ガス導入部６から窒素Ｎ2 ガスを供
給して反応室３内をＮ2 でパージする。
【００３８】続いてガス導入部６から水素Ｈ2 ガスを供
給して反応室３内をＨ2 でパージし、Ｈ2 雰囲気中で測
定間隔０．１sec で光ファイバーセンサにより温度検出
を行いながら、赤外線ランプ４ａ，４ｂの出力を制御し
シリコン基板をエピタキシャル成長温度（９００〜１０
５０℃）まで加熱する。
【００３９】そして成長温度に到達すると、それぞれガ
ス導入部６からは、水素Ｈ2 ガスまたは塩化水素ＨＣｌ
を添加したＨ2 ガス、Ｈ2 で希釈されたＳｉＨ4 が供給
される。そして、シリコン基板表面にシリコンエピタキ
シャル成長膜を形成する。
【００４０】このようにして得られたエピタキシャル成
長膜はスリップフリーで極めて結晶性の良好な膜となっ
ている。
【００４１】なお、この例では０．１sec 毎に温度検出
を行い赤外線ランプにフィードバックするようにした
が、必ずしもフィードバックする必要はなく、成長に先
立ち温度制御を行っておき、温度分布を安定化し、成長
を行うようにすればよい。
【００４２】また、前記実施例の構造に加え、サセプタ
２の回転中心に小孔１２を設け、この部分にも光ファイ
バセンサ９の集光部９ａを設置するようにしてもよい。
【００４３】これにより、被処理基板１裏面からの熱輻
射を直接集光部で集光でき、より高精度の温度検出を行
うことが可能になる。
【００４４】また、図４に示すように、この小孔１２に
透光性を有しかつ熱伝導性の良好な充填物１３を充填す
るようにすれば、サセプタ面上の熱の均一性を維持する
ことができる。
【００４５】さらに、この小孔１２は中心のみならず、
すべてのセンサ設置領域に形成するようにしてもよい。
【００４６】また、ドーピングを行う場合にはソースガ
スに、ＰＨ3 などのドーピングガスを添加して用いても
良い。
【００４７】また、前記実施例では常圧ＣＶＤ装置につ
いて説明したが、減圧ＣＶＤ装置、さらにはエッチング
装置等にも適用可能であることはいうまでもない。
【００４８】さらに選択的エピタキシャル成長において
選択性の極めて高い薄膜形成を行うことができることも
いうまでもない。
【００４９】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、均一で信頼性の高いエピタキシャル成長膜を形成す
ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例のエピタキシャル成長装置を示す
図。
【図２】同装置の要部説明図。
【図３】本発明の他の実施例のエピタキシャル成長装置
を示す図。
【図４】同装置の要部説明図。
【図５】従来例のエピタキシャル成長装置を示す図。
【図６】従来例のエピタキシャル成長装置を示す図。
【図７】従来例のエピタキシャル成長装置を示す図。
【符号の説明】
１ 被処理基板 ２ サセプタ ３ 反応室 ４ 赤外線ランプ ５ リフレクタ ６ ガス供給部 ７ ガス排出部 ９ 光ファイバセンサ ９ａ 集光部 ９ｂ ファイバ ９ｓ センサ部 １０ 加熱制御装置 １１ 回転手段 １２ 小孔 １３ 充填物
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丸谷 新治 神奈川県平塚市山下726番地５ー401 (72)発明者 加藤 浩樹 神奈川県横浜市港北区日吉６ー３ー37ー 101

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 反応室と、 前記反応室内に設置され、被処理基板を支持する回転可
    能なサセプタと、 反応性ガスを、前記反応室内に供給するガス供給手段
    と、 前記被処理基板を加熱する加熱手段と前記サセプタの裏
    面近傍に設置された集光部とこれに連設された光ファイ
    バと、前記光ファイバの他端に接続され熱輻射を光学的
    に検出するセンサ部とから構成され、前記サセプタの裏
    面近傍の温度を測定する温度測定手段とを具備し、 被処理基板表面にエピタキシャル成長を行うようにした
    ことを特徴とするエピタキシャル成長装置。
  2. 【請求項２】 前記加熱手段は、反応室の外部に所定の
    間隔で配列された複数のランプで構成され、輻射熱によ
    って被処理基板を加熱するものであり、 前記温度測定手段は前記ランプの間隙に前記ランプより
    も反応室により近接して集光部が設置されるように構成
    したことを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャル
    成長装置。
  3. 【請求項３】 前記温度測定手段は前記サセプタの回転
    中心を通る線上に集光部が設置されるように構成したこ
    とを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャル成長装
    置。
  4. 【請求項４】 前記サセプタは、前記集光部の位置に対
    応して透光性の窓を具備してなることを特徴とする請求
    項１乃至３のいずれかに記載のエピタキシャル成長装
    置。
  5. 【請求項５】 前記加熱手段は、反応室の外部に所定の
    間隔で配列された複数のランプで構成され、輻射熱によ
    って被処理基板を加熱するものであり、 前記温度測定手段は、前記ランプの間隙に、前記ランプ
    よりも反応室により近接して集光部が設置せしめられた
    複数の温度測定手段から構成され、 さらに前記ランプの発熱量を調整する温度制御手段とを
    具備し、 前記温度測定手段の出力に応
    じて前記ランプの作動を調整すべくフィードバックする
    ように構成したことを特徴とする請求項１に記載のエピ
    タキシャル成長装置。
  6. 【請求項６】 反応室内に被処理基板を設置する被処理
    基板設置工程と、 前記被処理基板を回転させながら、反応性ガスを、前記
    被処理基板の表面に沿って供給し、前記被処理基板表面
    にエピタキシャル成長層を形成するエピタキシャル成長
    工程とを含み、 前記被処理基板の温度をサセプタの裏面近傍に集光部を
    設置して、熱輻射を光学的に検出する温度センサによっ
    て検出し、前記被処理基板の加熱手段にフィードバック
    させながらエピタキシャル成長を行うようにしたことを
    特徴とするエピタキシャル成長方法。
JP5186292A 1992-03-10 1992-03-10 エピタキシャル成長装置およびエピタキシャル成長方法 Pending JPH05259082A (ja)

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