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QUERVERWEIS AUF ZUSAMMENHÄNGENDE ANMELDUNGEN
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Der gesamte Inhalt der am 21. November 2014 eingereichten
Patentanmeldung Nr. 103140562 aus Taiwan , aus der die vorliegende Erfindung Priorität geltend macht, ist zur Bezugnahme hierin enthalten.
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Hintergrund der Erfindung
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1. Umfeld der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ablagerungssystem und eine Methode zum Regeln der Temperatur der Halbleiterkristallscheibe und der auf dieser Halbleiterkristallscheibe gebildeten Dünnschicht.
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2. Beschreibung der bekannten Ausführungsform
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Die metallorganische chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD) ist ein Prozess, bei dem sich eine Halbleiterdünnschicht auf einer Oberfläche ablagert. Mit einem Trägergas werden Reaktionsgase und/oder Vorstufengase in eine Kammer mit einer Halbleiterkristallscheibe geführt. Ein unter der Halbleiterkristallscheibe angeordneter Suszeptor wärmt diese Halbleiterkristallscheibe auf eine bestimmte Art auf, so dass das Reaktionsgas oder das Vorstufengas, welches sich der Halbleiterkristallscheibe nähert, auf eine erhöhte Temperatur erwärmt wird. Diese erhöhte Temperatur wird eine oder mehrere chemische Reaktionen des Reaktionsgases oder des Vorstufengases verursachen, die dann in Feststoffe umgewandelt werden und sich auf der Oberfläche der Halbleiterkristallscheibe ablagern.
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Der Temperaturregler spielt für die Halbleiterkristallscheibe während dem MOCVD-Vorgang eine wichtige Rolle. Die US-Patentanmeldung US2013/0343426 beschreibt eine Methode und ein System eines Temperaturreglers zum Erzeugen von auf GaN basierten Materialien. Dieser funktioniert mit einem berührungsfreien Pyrometer 70, der in einem ersten Wellenlängenband und zweiten Wellenlängenband strahlungsempfindlich ist, um so je die Temperatur des Suszeptors und die Oberflächentemperatur der Halbleiterkristallscheibe zu messen. Weiter wird zum Messen der Temperatur der Dünnschicht während dem MOCVD-Vorgang ein halbleiterkristallscheibes Temperaturmeßinstrument 80, beispielsweise einem Kurzwellenpyrometer oder einem auf der Absorptionsverschiebung basiertes Instrument, das in einem bestimmten Wellenlängenband strahlungsempfindlich ist, verwendet. Nach Ansicht des Erfinders der vorliegenden Erfindung weist die Methode der bekannten Ausführungsform ein zu behebendes Problem auf. Während der Ablagerung können sich Partikel auf der Oberfläche der Halbleiterkristallscheibe ablagern, mit denen das Lichtsignal des Temperaturmeßinstruments abgeschwächt wird. Dies führt dazu, dass die gemessene Temperatur eines Gegenstandes, z.B. einer Oberfläche der Halbleiterkristallscheibe, niedriger als die tatsächliche Temperatur des Gegenstandes sein kann. Wird die ungenau gemessene Temperatur für eine Rückkopplungsregelung der Temperatur des Gegenstandes verwendet wird eine Zieltemperatur des Gegenstandes zu hoch eingestellt. Dies führt dazu, dass mit der hohen Temperatur die Leistungsrate verringert wird und die Komponenten innerhalb der Reaktorkammer beschädigt werden können.
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Zusammenfassung der Erfindung
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In einem generellen Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Ablagerungssystem und eine Methode zum Regeln der Oberflächentemperatur der Halbleiterkristallscheibe sowie der auf dieser Halbleiterkristallscheibe gebildeten Dünnschicht.
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Nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung besteht ein chemisches Ablagerungssystem zum Regeln einer Oberflächentemperatur der Halbleiterkristallscheibe oder der auf dieser Halbleiterkristallscheibe gebildeten Dünnschicht aus einem Suszeptor, mehreren Haltern der Halbleiterkristallscheibe, einem Verarbeitungsgas, einer Heizungsplatte und aus einem oder mehreren Temperaturmeßelementen. Der Suszeptor rotiert um eine Achse. Der Halter der Halbleiterkristallscheibe wird mit dem Suszeptor getragen, wobei eine Halbleiterkristallscheibe mit jedem Halter der Halbleiterkristallscheibe getragen und diese um deren eigene Achse rotiert wird. Das Verarbeitungsgas nähert sich einer ersten Oberfläche der Halbleiterkristallscheibe und wird zum Bilden einer Dünnschicht auf der ersten Oberfläche erwärmt. Die Heizungsplatte ist zum Erwärmen der Halbleiterkristallscheibe an einer zweiten Oberfläche der Halbleiterkristallscheibe angeordnet, wobei die zweite Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche gebildet ist. Das eine oder die mehreren Temperaturmeßelemente sind auf einer Seite der Halbleiterkristallscheibe und nahe zur zweiten Oberfläche angeordnet, um die Temperatur der hinteren Oberflächen der Heizungsplatte zu messen, wobei mit der Temperatur der hinteren Oberflächen eine halbleiterkristallscheibenseitige Temperatur der Halbleiterkristallscheibe erhalten wird.
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Bei einem Ausführungsbeispiel besteht das Ablagerungssystem weiter aus einem oder mehreren halbleiterkristallscheibenseitigen Temperaturmeßelementen, die auf einer Seite der Halbleiterkristallscheibe und nahe zur ersten Oberfläche angeordnet sind, um diese halbleiterkristallscheibenseitige Temperatur zu messen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel entspricht die halbleiterkristallscheibenseitige Temperatur der Temperatur der ersten Oberfläche der Halbleiterkristallscheibe.
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Bei einem Ausführungsbeispiel entspricht die halbleiterkristallscheibenseitige Temperatur einer Temperatur einer vorderen Fläche der Heizungsplatte, wobei diese vordere Fläche der Heizungsplatte gegenüber der Halbleiterkristallscheibe gebildet ist.
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Bei einem Ausführungsbeispiel entspricht die halbleiterkristallscheibenseitige Temperatur einer Oberflächentemperatur einer Dünnschicht, die auf der Halbleiterkristallscheibe gebildet wird.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Ablagerungssystem als ein metallorganisches chemisches Gasphasenabscheidungssystem mit einem Oberseitenanschluss einer Halbleiterkristallscheibe gebildet.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Ablagerungssystem als ein metallorganisches chemisches Gasphasenabscheidungssystem mit einem Unterseitenanschluss einer Halbleiterkristallscheibe gebildet.
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Bei einem Ausführungsbeispiel bestehen das eine oder mehrere Temperaturmeßelemente aus drei Infrarotthermometern zum Messen einer hinteren Oberflächentemperatur der Innenzone, einer hinteren Oberflächentemperatur der mittleren Zone und einer hinteren Oberflächentemperatur der Außenzone der Heizungsplatte.
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Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Methode zum Regeln einer Oberflächentemperatur der Halbleiterkristallscheibe oder der auf dieser Halbleiterkristallscheibe gebildeten Dünnschicht für eine chemische Ablagerung die folgenden Komponenten: einen Suszeptor, der um eine Achse rotiert, wobei dieser Suszeptor mehrere Halter der Halbleiterkristallscheibe trägt, mit jedem Halter der Halbleiterkristallscheibe eine Halbleiterkristallscheibe getragen wird und diese um die eigene Achse rotiert; ein Verarbeitungsgas, das sich an eine erste Oberfläche der Halbleiterkristallscheibe nähert, wobei dieses Verarbeitungsgas zum Bilden einer Dünnschicht auf der ersten Oberfläche erwärmt wird; eine Heizungsplatte, die an einer zweiten Oberfläche der Halbleiterkristallscheibe angeordnet ist, um die Halbleiterkristallscheibe zu erwärmen, wobei diese zweite Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche gebildet ist; ein oder mehrere Temperaturmeßelemente, die auf einer Seite der Halbleiterkristallscheibe und nahe zur zweiten Oberfläche angeordnet sind, um eine hintere Oberflächentemperatur der Heizungsplatte zu messen; und dem Erhalten einer halbleiterkristallscheibenseitige Temperatur der Halbleiterkristallscheibe mit der Temperatur der hinteren Oberfläche der Heizungsplatte.
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Detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
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Nachstehend wird detailliert auf die spezifischen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, wobei Beispiele dieser spezifischen Ausführungsbeispiele auf den beigelegten Zeichnungen dargestellt sind. Während die Erfindung im Zusammenhang mit diesen spezifischen Ausführungsbeispielen beschrieben sind, wird es offensichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele eingeschränkt ist. Vielmehr sollen Alternativen, Modifizierungen und gleichwertige Ausführungsformen mit im Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung wie in den angehängten Schutzansprüchen beschrieben mit inbegriffen sein. In der untenstehenden Beschreibung sind für ein gründliches Verständnis der vorliegenden Erfindung zahlreiche spezifische Einzelheiten aufgeführt. Die vorliegende Erfindung kann ohne einige oder aller dieser spezifischen Einzelheiten geschaffen sein. In einigen Beispielen sind wohl bekannte Betriebsweisen und Komponenten nicht detailliert beschrieben, um die Deutlichkeit der vorliegenden Erfindung nicht zu beeinträchtigen. Obwohl die Zeichnungen mit den Einzelheiten dargestellt sind, ist es verständlich, dass die Anzahl der gezeigten Komponenten größer oder geringer als jene der gezeigten Komponenten sein kann, mit Ausnahme dort, wo die Anzahl dieser Komponenten ausdrücklich eingeschränkt ist. Wo immer möglich werden in den Zeichnungen und in der Beschreibung dieselbe oder ähnliche Bezugsziffern als Bezugnahme auf die gleichen oder ähnlichen Bauteile verwendet.
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1 stellt ein vereinfachtes Blockdiagramm zum Darstellen eines Systems und einer Methode der chemischen Ablagerungssystem nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel liegt dem System und der Methode eine (Halbleiterkristallscheibe) Unterseitenanschlußkonfiguration zugrunde. Dieselbe Theorie und dasselbe Konzept können ebenfalls auf einer Oberseitenanschlußkonfiguration nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung basiert sein.
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Die 1 zeigt, dass das Ablagerungssystem, beispielsweise eine metallorganische chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD), aus einem Suszeptor 18 und mehreren Haltern 16 der Halbleiterkristallscheibe besteht. Der Suszeptor 18 rotiert um eine Achse 15, wobei jeder Halter 16 der Halbleiterkristallscheibe um dessen eigene Achse (nicht gezeigt) rotiert. Die 1 zeigt lediglich eine Häfte des Ablagerungssystems, wobei die andere Hälfte symmetrisch auf der anderen Seite der Achse 15 angeordnet ist. Der Suszeptor 18 wird mit einem Suszeptor-Antriebssystem 100 um die Achse 15 rotiert. Jeder Halter 16 der Halbleiterkristallscheibe trägt eine Halbleiterkristallscheibe 10 mit einer nach unten gerichteten Oberfläche. Eine Trägerplatte 13 ist vorne am Halter 16 der Halbleiterkristallscheibe und in einem Abstand zur Halbleiterkristallscheibe 10 angeordnet, während zwischen der Trägerplatte 13 und dem Halter 16 der Halbleiterkristallscheibe eine Verarbeitungszone 11 vorgesehen ist. Ein Verarbeitungsgas 12 (z.B. ein Trägergas mit Gasen als Ausgangsstoffe einer Reaktion und/oder Vorstufengasen) strömt durch die Verarbeitungszone 11, wobei ein Teil davon erwärmt wird, um diese in feste Produkte umzuwandeln, die sich dann auf der Oberfläche der Halbleiterkristallscheibe 10 ablagert und so eine Dünnschicht auf dieser Halbleiterkristallscheibe 10 gebildet wird. Das nichtreagierte Verarbeitungsgas 12 wird durch die Austrittszone 14 ausgelassen. Weiter ist ein Heizelement, beispielsweise eine Heizungsplatte 8, hinten am Halter Halter 16 der Halbleiterkristallscheibe zum Erwärmen der Halbleiterkristallscheibe 10 angeordnet. Ein Luftspalt 9 kann zwischen der Heizungsplatte 8 und dem Halter 16 der Halbleiterkristallscheibe vorhanden sein.
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Die 1 zeigt, dass ein oder mehrere Temperaturmeßelemente 20 (einschließlich z.B. Temperaturmeßelemente 21/22/23), beispielsweise Infrarotthermometer 20, zum Messen einer hinteren Oberflächentemperatur 301/302/303 (die obere Fläche) der Heizungsplatte 8 verwendet wird/werden. Es soll angemerkt werden, dass die hintere Fläche der Heizungsplatte 8 die Oberfläche ist, die gegenüber der Halbleiterkristallscheibe 10 gebildet ist. Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden eine hintere Oberflächentemperatur 301 der Innenzone, eine hintere Oberflächentemperatur 302 der mittleren Zone bzw. eine hintere Oberflächentemperatur 303 der Außenzone der Heizungsplatte 8 durch drei Sichtfenster 201/202/203 mit drei Infrarotthermometern 21/22/23 gemessen. Die hintere Oberflächentemperatur 301 der Innenzone der nächsten Position von der Achse 15 und die hintere Oberflächentemperatur 303 der Außenzone entsprechen der Temperatur der entferntesten Position von der Achse 15, wobei der Suszeptor 18 um die Achse 15 rotiert.
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Wenn bei den obengenannten Anordnungen und mit den Methoden der Suszeptor 18 um einen vollen Kreis gedreht wird, können die hintere Oberflächentemperatur 301 der Innenzone, die hintere Oberflächentemperatur 302 der mittleren Zone und die hintere Oberflächentemperatur 303 der Außenzone erhalten werden. Mit Stichproben kann die hintere Oberflächentemperatur der Heizungsplatte 8 einer jeden Halbleiterkristallscheibe 10 erhalten werden, wonach eine Punkttemperatur, eine durchschnittliche Temperatur oder eine einzelne hintere Oberflächentemperaturs der Heizungsplatte 8 mit einem Algorithmus erhalten werden kann.
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Die 1, dass ein oder mehrere Temperaturmeßelemente 30 (z.B. einschließlich der Temperaturmeßelemente 31/32/33), beispielsweise der Infrarotthermometer 30, zum Messen einer halbleiterkristallscheibenseitigen Temperatur verwendet werden.
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Die halbleiterkristallscheibenseitige Temperatur, beispielsweise eine Oberflächentemperatur der auf der Halbleiterkristallscheibe abgelagerten Dünnschicht, ist ein Faktor, der an Ort und Stelle beobachtet werden muss. Die mit den Temperaturmeßelementen 30 oder dem Infrarotthermometer 30 gemessenen Temperaturen hängen je vom Typ der Halbleiterkristallscheibe 10 und vom Wellenlängenband, das zur Messung verwendet wird, ab. Ist die Halbleiterkristallscheibe für das Infrarotthermometer 30 transparent (z.B. saphirähnlich), wird das Licht durch den Saphir gestrahlt, wobei die gemessene Temperatur einer vorderen Oberflächentemperatur 311/312/313, d.h. der unteren Oberflächentemperatur der Heizungsplatte 8, entspricht. Ist die Halbleiterkristallscheibe für das Infrarotthermometer 30 dagegen opak (z.B. Silika), entspricht die gemessene Temperatur der Oberflächentemperatur 321/322/323 der Halbleiterkristallscheibe 10.
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Falls die Temperaturmeßelemente 30 oder das Infrarotthermometer 30 eine spezifische Wellenlänge anwenden und diese spezifische Wellenlänge mit dem Ablagerungsmaterial zum Bilden der Dünnschicht auf der Halbleiterkristallscheibe vollständig absorbiert werden kann, entspricht die gemessene Temperatur der Oberflächentemperatur der auf der Halbleiterkristallscheibe 10 gebildeten Dünnschicht. Beispielsweise beträgt bei einem Ausführungsbeispiel das Wellenband zum Messen zwischen 450 nm und 400 nm, um mit den Temperaturmeßelementen 30 oder dem Infrarotthermometer 30 die Oberflächentemperatur der auf der Halbleiterkristallscheibe 10 gebildeten Dünnschicht zu messen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind drei Infrarotthermometer 31/32/33 unter der Heizungsplatte 8 angeordnet, mit denen eine vordere Oberflächentemperatur 311 der Innenzone, eine vordere Oberflächentemperatur 312 der mittleren Zone bzw. eine vordere Oberflächentemperatur 313 der Außenzone der Heizungsplatte 8 durch drei Sichtfenster 211/212/213 gemessen werden. Es soll angemerkt werden, dass die vordere Fläche der Heizungsplatte 8 dessen Bodenfläche ist, die gegenüber der Halbleiterkristallscheibe 8 gebildet ist. Wenn bei den obengenannten Anordnungen der Suszeptor 18 um einen vollen Kreis gedreht wird, können die vordere Oberflächentemperatur 311 der Innenzone, die vordere Oberflächentemperatur 312 der mittleren Zone und die vordere Oberflächentemperatur 313 der Außenzone erhalten werden. Mit Stichproben kann die vordere Oberflächentemperatur der Heizungsplatte 8 einer jeden Halbleiterkristallscheibe 10 erhalten werden, wonach eine Punkttemperatur, eine durchschnittliche Temperatur oder eine einzelne vordere Oberflächentemperaturen der Heizungsplatte 8 mit einem Algorithmus erhalten werden kann.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind drei Infrarotthermometer 31/32/33 unter der Heizungsplatte 8 angeordnet, mit denen eine Oberflächentemperatur 321 der Innenzone, eine Oberflächentemperatur 322 der mittleren Zone und eine Oberflächentemperatur 323 der Außenzone der Halbleiterkristallscheibe 8 durch je eine der drei Sichtfenster 211/212/213 gemessen. Es soll angemerkt werden, dass die Oberflächentemperatur der Halbleiterkristallscheibe der Temperatur der Oberfläche, die gegenüber dem Verarbeitungsgas 12 gebildet ist, entspricht. Wenn bei den obengenannten Anordnungen der Suszeptor 18 um einen vollen Kreis gedreht wird, können die Oberflächentemperatur 321 der Innenzone, die Oberflächentemperatur 322 der mittleren Zone und die Oberflächentemperatur 323 der Außenzone der Halbleiterkristallscheibe 10 erhalten werden. Mit Stichproben kann die Oberflächentemperatur einer jeden Halbleiterkristallscheibe 10 erhalten werden, wonach eine Punkttemperatur, eine durchschnittliche Temperatur oder eine einzelne vordere Oberflächentemperaturen der Halbleiterkristallscheibe 10 mit einem Algorithmus erhalten werden kann.
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Weiter sind mehrere Heizelemente, beispielsweise ein Heizelement der Innenzone 1, ein Heizelement der mittleren Zone 2 und ein Heizelement der Außenzone 3, über der Heizungsplatte 8 angeordnet und je mit einer Wärmequelle verbunden, beispielsweise Thermoelementen 4/5/6 oder Heizungsrohren 4/5/6, die weiter mit einem Temperaturreglersystem 70 verbunden sind. Die 1–3 zeigen, dass das Temperaturreglersystem 70 aus einem Innenzonen-PID (PID-Regler) 71, einem Thermoelement-PID 72 der mittleren Zone, einem Infrarotthermometer-PID 73 der mittleren Zone, einem Thermoelement-PID 74 der Außenzone, einem ganzen Thermoelement PID 75 und einem ganzen Infrarotthermometer-PID 76 besteht. Außerdem werden mit einer oder mehreren Stromquellen, beispielsweise mit einer Stromquelle der Innenzone 81, einer Stromquelle der mittleren Zone 82 und einer Stromquelle der Außenzone 83, das Heizelement der Innenzone 1, das Heizelement der mittleren Zone 2 bzw. das Heizelement der Außenzone 3 mit elektrischem Strom versorgt.
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Falls das Verarbeitungsgas 12 Ammoniumgas enthält und die Heizelemente 1/2/3 mit keinem Schutzfilm versehen oder aus keinem nichtmetallischen Material hergestellt sind, kann dieses Ammoniumgas diese Heizelemente 1/2/3 angreifen und deren Lebensdauer verkürzen. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Suszeptor 18 und den Heizelementen 1/2/3 eine transparente Platte 50 angeordnet, wobei die von den Heizelementen 1/2/3 abgestrahlte Hitze während dem Erwärmen durch die transparente Platte 50 übertragen wird. Die transparente Platte 50 kann aus Saphir bestehen und einstückig oder vielschichtig gebildet sein, um die Heizelemente 1/2/3 vor einem Angriff durch Ammoniumgas zu schützen. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind die Heizelemente 1/2/3 aus einem Material hergestellt, mit denen die Heizelemente 1/2/3 aus einem Material bestehen, das die Heizelemente vor einem Angriff durch Ammoniumgas schützt, so dass die transparente Platte 50 nicht notwendig ist und ausgelassen werden kann. Bei der transparenten Platte wird die von den Heizelementen 1/2/3 abgestrahlte Hitze durch die transparente Platte 50 übertragen und gelangt zur hinteren Oberfläche (obere Fläche) der Heizungsplatte 8. Die Hitze wird danach durch Wärmeleitung zur vorderen Oberfläche (Bodenfläche) der Heizungsplatte 8 gebracht, wonach das Ziel, d.h. die Halbleiterkristallscheibe 10, mit dieser Hitze durch den Luftspalt 9 erwärmt wird.
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Je größer der Abstand zwischen den Heizelementen 1/2/3 ist, desto schwieriger kann das Ziel mit diesen Heizelementen 1/2/3 geregelt werden. Die Meßtemperatur wird wegen den Verfahrensbedingungen unterschiedlich sein. Beispielsweise kann die Dicke der gebildeten Dünnschicht, z.B. die GaN-Dünnschicht, verschieden sein und so das Meßsignal der Hitzestrahlung stören, was zu einer verschiedenen Meßtemperatur führt. Dies läßt sich auf die folgenden Weisen kalibrieren: (1) Kalibrieren der Meßtemperatur durch Kalibrieren der Strahlungskraft der Temperaturmeßelemente 30 oder des Infrarotthermometers 30; (2) Anwenden eines Wellenlängenbandes zwischen 450 nm und 400 nm zum Messen der Oberflächentemperatur der auf der Halbleiterkristallscheibe gebildeten Dünnschicht; (3) Anwenden einer Weißlichtquelle zum Messen der Absorptionsverschiebung des Transmissionsgrades unter verschiedenen Wellenlängen, um die Oberflächentemperatur der Dünnschicht zu erhalten.
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Die halbleiterkristallscheibenseitige Meßtemperatur kann jedoch durch Partikel, durch die Änderung der Reaktorparameter während dem Ablagern und durch die Rauheit der Dünnschicht beeinträchtigt werden. Mit der vorliegenden Erfindung wird die Temperatur der hinteren Oberfläche (oberen Fläche) der Heizungsplatte 8 gemessen, wobei diese Temperatur danach in einer Rückkopplungsregelung verwendet wird, um die Nachteile der bekannten Ausführungsform zu umgehen.
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Da ein Temperaturunterschied ∆T zwischen der Temperatur der hinteren Oberfläche (oberen Fläche) der Heizungsplatte 8, die mit dem Infrarotthermometer 20 gemessen wird, und der halbleiterkristallscheibenseitigen Temperatur, die mit den Temperaturmeßelementen 30 gemessen wird, vorhanden ist, werden eine Anfangstemperatur der hinteren Oberfläche (oberen Fläche) der Heizungsplatte 8 und eine halbleiterkristallscheibenseitige Anfangstemperatur, die mit den Temperaturmeßelementen 30 gemessen wird, vor der Ablagerung erhalten. Nach dem Justieren der Parameter der Reaktorkammer für eine Zeitdauer wird eine Temperaturkalibrierung durchgeführt, um eine Temperatur T1 der hinteren Oberfläche (oberen Fläche) der Heizungsplatte 8, die mit den Temperaturmeßelementen 20 gemessen wird, und eine halbleiterkristallscheibenseitige Temperatur T2, die mit den Temperaturmeßelementen 30 gemessen wird, erhalten zu können.
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Die Meßtemperatur T1 kann zur Temperaturregelung mit vier Modi verwendet werden. Im folgenden wird die hintere Oberflächentemperatur 301 der Innenzone als ein Beispiel zum Darstellen der vier Modi genommen. Modus (1): Beim Rotieren der Halbleiterkristallscheibe 10 zum Sichtfenster 201 wird die hintere (obere) Oberflächentemperatur 301 der Innenzone der Heizungsplatte 8 mit dem Infrarotthermometer 21 gemessen, wonach die gemessene hintere (obere) Oberflächentemperatur der Innenzone der Heizungsplatte 8 unverzüglich für die Temperaturregelung abgegeben wird. Falls der Suszeptor 18 elf Halbleiterkristallscheiben 10 tragen, werden insgesamt 11 hintere (obere) Oberflächentemperaturen der Innenzone der Heizungsplatte 8 abgegeben, wenn der Suszeptor 18 in einem vollen Kreis rotiert. Modus (2): Beim Rotieren der Halbleiterkristallscheibe 10 zum Sichtfenster 201 wird die hintere (obere) Oberflächentemperatur 301 der Innenzone der Heizungsplatte 8 mit dem Infrarotthermometer 21 gemessen, wonach die Meßtemperatur 301 unverzüglich als eine “durchschnittliche” hintere (obere) Oberflächentemperatur 301 der Innenzone der Heizungsplatte 8 für die Temperaturregelung einer jeden Halbleiterkristallscheibe 10 abgegeben wird. Trägt der Suszeptor 18 11 Halbleiterkristallscheiben werden insgesamt 11 durchschnittliche hintere (obere) Oberflächentemperaturen der Innenzone abgegeben, wenn der Suszeptor 18 in einem vollen Kreis rotiert. Modus (3): Beim Rotieren des Suszeptors 18 zum Sichtfenster 201 wird eine obere Oberflächentemperatur des Suszeptors 18 mit dem Infrarotthermometer 21 gemessen, wonach diese gemessene obere Oberflächentemperatur des Suszeptors 19 für die Temperaturregelung unverzüglich abgegeben wird. Modus (4): Beim Rotieren des Suszeptors 18 zum Sichtfenster 201 wird eine obere Oberflächentemperatur des Suszeptors 18 mit dem Infrarotthermometer 21 gemessen, wonach diese gemessene obere Oberflächentemperatur des Suszeptors 18 unverzüglich als eine “durchschnittliche” obere Oberflächentemperatur des Suszeptors 18 für die Temperaturregelung abgegeben wird. Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Modus (1) verwendet, d.h. beim unverzüglichen Messen werden die hintere (obere) Oberflächentemperatur 301 der Innenzone, hintere (obere) Oberflächentemperatur 302 der mittleren Zone und die hintere (obere) Oberflächentemperatur 303 der Außenzone der Heizungsplatte 8 verwendet.
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Auf ähnliche Weise läßt sich die gemessene Temperatur T2 ebenfalls in vier Modi unterteilt. Im folgenden wird die vordere Oberflächentemperatur 311 der Innenzone als ein Beispiel zum Darstellen der vier Modi genommen, wobei angenommen wird, dass die Halbleiterkristallscheibe 10 transparent (z.B. ein saphirähnliches Trägermaterial) für das Temperaturmeßelement 30 ist. Modus (1): Beim Rotieren der Halbleiterkristallscheibe 10 zum Sichtfenster 211 wird die vordere (untere) Oberflächentemperatur 311 der Innenzone der Heizungsplatte 8 mit dem Temperaturmeßelement 31 gemessen, wonach die gemessene vordere (untere) Oberflächentemperatur 311 der Innenzone der Heizungsplatte 8 für die Temperaturregelung unverzüglich abgegeben wird. Falls der Suszeptor 18 elf Halbleiterkristallscheibes 10 trägt werden insgesamt 11 vordere (untere) Oberflächentemperaturen der Innenzone der Heizungsplatte 8 abgegeben, wenn der Suszeptor 18 in einem vollen Kreis rotiert. Modus (2): Beim Rotieren der Halbleiterkristallscheibe 10 zum Sichtfenster 211 wird die vordere (untere) Oberflächentemperatur 311 der Innenzone der Heizungsplatte 8 gemessen, wonach die gemessene Temperatur unverzüglich als eine “durchschnittliche” vordere (untere) Oberflächentemperatur 311 der Innenzone der Heizungsplatte 8 für die Temperaturregelung einer jeden Halbleiterkristallscheibe 10 abgegeben wird. Trägt der Suszeptor 18 11 Halbleiterkristallscheiben werden insgesamt 11 durchschnittliche vordere (untere) Oberflächentemperaturen der Innenzone der Heizungsplatte 8 abgegeben, wenn der Suszeptor 18 in einem vollen Kreis dreht. Modus (3): Beim Rotieren des Suszeptors 18 zum Sichtfenster 211 wird eine untere Oberflächentemperatur des Suszeptors 18 mit dem Infrarotthermometer 31 gemessen, wonach die gemessene untere Oberflächentemperatur des Suszeptors 18 für die Temperaturregelung unverzüglich abgegeben wird. Modus (4): Beim Rotieren des Suszeptors 18 zum Sichtfenster 211 wird eine untere Oberflächentemperatur des Suszeptors 18 mit dem Infrarotthermometer 31 gemessen, wonach diese gemessene untere Oberflächentemperatur des Suszeptors 18 unverzüglich an eine “durchschnittliche” untere Oberflächentemperatur des Suszeptors 18 für die Temperaturregelung des Suszeptors 18 abgegeben wird. In diesem bevorzugten Modus (2), d.h. beim unverzüglichen Messen werden die hintere (obere) Oberflächentemperatur 301 der Innenzone, hintere (obere) Oberflächentemperatur 302 der mittleren Zone und die hintere (obere) Oberflächentemperatur 303 der Außenzone der Heizungsplatte 8 verwendet. Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Modus (2) zum Erhalten einer durchschnittlichen vorderen (unteren) Oberflächentemperatur der Innenzone der Heizungsplatte 8 verwendet.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Halbleiterkristallscheibe 10 opak (z.B. ein Silika-Trägermaterial), wobei die Temperatur T2 ebenfalls in vier Modi für die Temperaturregelung unterteilt wird. Im folgenden wird die Oberflächentemperatur 321 der Innenzone als ein Beispiel zum Darstellen der vier Modi genommen. Modus (1): Beim Rotieren der Halbleiterkristallscheibe 10 zum Sichtfenster 211 wird die Oberflächentemperatur 321 der Innenzone der Halbleiterkristallscheibe 8 mit dem Temperaturmeßelement 31 gemessen, wonach die gemessene Oberflächentemperatur 321 der Innenzone der Halbleiterkristallscheibe 10 für die Temperaturregelung unverzüglich abgegeben wird. Falls der Suszeptor 18 elf Halbleiterkristallscheiben 10 trägt werden insgesamt 11 Oberflächentemperaturen 321 der Innenzone der Halbleiterkristallscheibe 10 abgegeben, wenn der Suszeptor 18 in einem vollen Kreis dreht. Modus (2): Beim Rotieren der Halbleiterkristallscheibe 10 zum Sichtfenster 211 wird die Oberflächentemperatur 321 der Innenzone der Halbleiterkristallscheibe 10 mit dem Temperaturmeßelement 31 gemessen, wonach die gemessene Temperatur unverzüglich als eine “durchschnittliche” Oberflächentemperatur 321 der Innenzone der Halbleiterkristallscheibe 10 für die Temperaturregelung einer jeden Halbleiterkristallscheibe 10 abgegeben wird. Trägt der Suszeptor 18 11 Halbleiterkristallscheiben werden insgesamt 11 durchschnittliche Oberflächentemperaturen der Innenzone der Halbleiterkristallscheibe 10 abgegeben, wenn der Suszeptor 18 in einem vollen Kreis dreht. Modus (3): Beim Rotieren des Suszeptors 18 zum Sichtfenster 211 wird eine untere Oberflächentemperatur des Suszeptors 18 mit dem Temperaturmeßelement 31 gemessen, wonach die gemessene untere Oberflächentemperatur des Suszeptors 18 unverzüglich für die Temperaturregelung abgegeben wird. Modus (4): Beim Rotieren des Suszeptors 18 zum Sichtfenster 211 wird eine untere Oberflächentemperatur des Suszeptors 18 mit dem Temperaturmeßelement 31 gemessen, wonach die gemessene untere Oberflächentemperatur des Suszeptors 18 unverzüglich als eine “durchschnittliche” untere Oberflächentemperatur des Suszeptors 18 für die Temperaturregelung abgegeben wird. Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Modus (2) zum Erhalten der durchschnittlichen Oberflächentemperatur der Innenzone der Halbleiterkristallscheibe 10 verwendet.
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Zu Beginn der Ablagerung wird ein Temperaturunterschied ∆T durch einen Unterschied zwischen einer eingestellten Temperatur SET1 und der Temperatur T2, die mit dem Temperaturmeßelement 30 gemessen wird, erhalten. Mit dem Temperaturunterschied ∆T wird die mit dem Temperaturmeßelement 20 gemessene Temperatur T1 ausgeglichen, d.h. T1 + ∆T wird als die eingestellte Temperatur des Temperaturmeßelements 20 oder des Infrarotthermometers 20 und danach in einer Rückkopplungsregelung verwendet. Eine iterative Rückkopplungsregelung wird durchgeführt, damit sich ∆T Null nähert, so dass T1 + ∆T = T1 lautet und so dass die erforderliche halbleiterkristallscheibenseitige Temperatur erhalten werden kann. In einem Niedrigtemperaturbereich werden die Heizelemente 1/2/3 mit dem Thermoelement oder dem Heizrohr 7 geregelt. Beim Ansteigen der Temperatur auf eine Verarbeitungstemperatur wird die mit dem Temperaturmeßelement 20 oder dem Infrarotthermometer 20 gemessene Temperatur zum ganzen Infrarotthermometer PID 76 rückgekoppelt, um den von der ganzen Stromquelle 80 zu den entsprechenden Heizelementen 1/2/3 zugeführten elektrischen Strom zu regeln.
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Die 2 zeigt, dass die obengenannte Methode zur Temperaturregelung mit einem bestimmten Zonen-Temperaturmeßelement 21/22/23 durchgeführt werden kann. Beispielsweise kann die mit dem Infrarotthermometer 22 der mittleren Zone gemessene Temperatur zum Regeln einer eingestellten Temperatur der Wärmequelle 5 (z.B. ein Thermoelement oder Heizungsrohr) der mittleren Zone verwendet werden, wobei diese Temperatur ebenfalls zum Regeln einer eingestellten Temperatur der Wärmequelle 4 der Innenzone und eine eingestellte Temperatur der Wärmequelle 6 der Außenzone verwendet werden kann. Die 3 zeigt jedoch, dass beim bevorzugten Ausführungsbeispiel die Temperaturmeßelemente der Innenzone, mittleren Zone und der Außenzone oder das Infrarotthermometer 21/22/23 unabhängig geregelt werden. Die mit diesen gemessenen Temperaturen werden in der Rückkopplungsregelung des Infrarotthermometers 20 verwendet, wobei diese Temperaturen ebenfalls in einer Rückkopplungsregelung der Wärmequelle 7 (z.B. Thermoelement oder Heizungsrohr) verwendet werden können.
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Die 4 stellt ein vereinfachtes Diagramm zum Darstellen eines Ablagerungssystems und einer Methode nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. Der Unterschied zwischen diesem Ausführungsbeispiel und dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel basiert auf einer Oberseitenanschlußkonfiguration (der Halbleiterkristallscheibe). Insbesondere wird die hintere (untere) Oberflächentemperatur 301/302/303 der Innenzone, mittleren Zone und der Außenzone der Heizungsplatte 8 mit dem Temperaturmeßelement oder Infrarotthermometer 21/22/23 gemessen. Es soll angemerkt werden, dass die hintere Oberfläche der Heizungsplatte 8 eine Oberfläche ist, die gegenüber der Halbleiterkristallscheibe 10 gebildet ist. Eine halbleiterkristallscheibenseitige Temperatur T2 wird mit den Temperaturmeßelementen oder dem Infrarotthermometer 31/32/33 gemessen.
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Ist die Halbleiterkristallscheibe für die Temperaturmeßelemente 31/32/33 oder die Infrarotthermometer 31/32/33 transparent, entspricht die gemessene Temperatur T2 der vorderen (oberen) Oberflächentemperatur 311/312/313 der Innenzone, mittleren Zone und der Außenzone der Heizungsplatte 8. Ist die Halbleiterkristallscheibe für die Temperaturmeßelemente 31/32/33 oder die Infrarotthermometer 31/32/33 opak, entspricht die gemessene Temperatur T2 der Oberflächentemperatur 321/322/323 der Innenzone, mittleren Zone und der Außenzone der Halbleiterkristallscheibe. Die Temperatur T2 kann ebenfalls der Oberflächentemperatur der Dünnschicht, die auf die oben beschriebene Weise auf der Halbleiterkristallscheibe gebildet wird, entsprechen. Die andere Einzelheit des Ablagerungssystems und der Methode entspricht jenem des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels und wird hier daher ausgelassen.
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Die 5 zeigt, dass die Temperaturregelung des in der 4 gezeigten Ablagerungssystems mit einem Temperaturmeßelement 21/22/23 einer bestimmten Zone vorgenommen werden kann. Beispielsweise kann die mit dem Infrarotthermometer 22 der mittleren Zone gemessene Temperatur zum Regeln einer eingestellten Temperatur der mittleren Wärmequelle 5 (z.B. Thermoelement oder Heizungsrohr) verwendet werden, wobei diese Temperatur ebenfalls zum Regeln einer eingestellten Temperatur der Wärmequelle 4 der Innenzone und einer eingestellten Temperatur der Wärmequelle 6 der Außenzone verwendet werden kann. Die 6 zeigt, dass bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Temperaturmeßelemente or Infrarotthermometer 21/22/23 der Innenzone, mittlere Zone und die Außenzone unabhängig geregelt werden. Die mit diesen gemessenen Temperaturen werden in einer Rückkopplungsregelung des Infrarotthermometers 20 verwendet, wobei sie ebenfalls in einer Rückkopplungsregelung der Wärmequelle 7 (z.B. Thermoelement oder Heizungsrohr) verwendet werden können.
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Bei der vorliegenden Erfindung wird eine hintere Oberflächentemperatur der Heizungsplatte 8 in einer Rückkopplungsregelung verwendet, um eine halbleiterkristallscheibenseitige Temperatur zu erhalten. Da die hintere Oberflächentemperatur der Heizungsplatte 8 nicht innerhalb der Verarbeitungszone ist, wird diese durch die Ablagerung nicht beeinflußt. Die hintere Oberflächentemperatur der Heizungsplatte 8 hat daher eine ständige Strahlungskraft, wobei deren gemessene Temperatur wegen der Ablagerung nicht verändert wird.
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Trotz der Darstellung und Beschreibung von spezifischen Ausführungsbeispielen wird es dem Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich, dass verschiedene Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung, der lediglich durch die angehängten Schutzansprüchen eingeschränkt sein soll, abzuweichen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 stellt ein vereinfachtes Blockdiagramm zum Darstellen eines Systems und einer Methode der chemischen Gasphasenabscheidung (Halbleiterkristallscheibe mit Unterseitenanschluss) nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar.
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2 stellt ein Blockdiagramm zum Darstellen der Konfiguration zur Temperaturregelung sowie der Methode des Ablagerungssystems in 1 dar.
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3 stellt ein Blockdiagramm zum Darstellen einer weiteren Konfiguration zur Temperaturregelung sowie der Methode des Ablagerungssystems in 1 dar.
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4 stellt ein vereinfachtes Blockdiagramm zum Darstellen eines Systems und einer Methode der chemischen Gasphasenabscheidung (Halbleiterkristallscheibe mit Oberseitenanschluss) nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar.
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5 stellt ein Blockdiagramm zum Darstellen einer Konfiguration und Methode zur Temperaturregelung des Ablagerungssystems in der 4 dar.
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6 stellt ein Blockdiagramm zum Darstellen einer weiteren Konfiguration und Methode zur Temperaturregelung des Ablagerungssystems in der 4 dar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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