JP2008184634A - ウエーハ上への薄膜の気相成長法およびウエーハ上への薄膜の気相成長装置 - Google Patents

Abstract

【課題】必要以上にコストをかけることなく、ウエーハ表面の温度やサセプタの表面の温度をより正確に制御して薄膜を気相成長させることができる気相成長法および気相成長装置を提供する。
【解決手段】サセプタ６上にウエーハ５を載置し、ウエーハ５上に薄膜を気相成長させる方法であって、少なくとも、回転するサセプタ６上のウエーハ表面の温度およびサセプタ表面の温度を連続的に測定し、測定したウエーハ表面およびサセプタ表面の温度データから、所定の温度変異率を基準にしてウエーハ表面の温度および／またはサセプタ表面の温度を別個に抽出し、抽出したウエーハ表面の温度および／またはサセプタ表面の温度を基に、ウエーハ表面の温度および／またはサセプタ表面の温度を制御して薄膜を気相成長させるウエーハ上への薄膜の気相成長法。
【選択図】図１

Description

本発明は、ウエーハ上に薄膜を気相成長させるための気相成長法および気相成長装置に関し、詳しくは、反応炉内に設けられる回転式サセプタに載置されるウエーハ等の温度データに基づいて薄膜の気相成長を行う気相成長法および気相成長装置に関するものである。

気相エピタキシャル成長技術は、バイポーラトランジスタやＭＯＳＬＳＩ等の集積回路の製造に用いられる単結晶薄膜層を気相成長させる技術であり、清浄な半導体単結晶基板上に基板の結晶方位に合せて均一な単結晶薄膜を成長させたり、ドーパント濃度差が大きい接合の急峻な不純物濃度勾配を形成することができるので、極めて重要な技術である。

このように半導体基板等のウエーハ上にエピタキシャル層を形成するときに用いる気相エピタキシャル成長装置としては、縦型（パンケーキ型）、バレル型（シリンダー型）、さらに横型の３種類が一般的である。これらの成長装置の基本的な原理は共通している。
このうち、縦型（パンケーキ型）、横型の２機種は、ほぼ水平に基板ウェーハを保持するエピタキシャル成長用サセプタを採用している。

従来の縦型成長装置では、例えば、特許文献１に開示されているように、回転式サセプタの上にウエーハを載置し、ウエーハを公転および自転させてウエーハ表面にエピタキシャル層を形成させる装置が挙げられる。

また、一方で、サセプタ上のウエーハを自転させずに気相成長させるタイプもある。
図４は、従来の縦型気相成長装置の一例を示す概略断面図である。この縦型の気相成長装置２０１においては、ベースプレート２０２上に釣鐘状のベルジャ２０３が載置されており、それによって反応室２０４が形成されている。この反応室２０４内には、半導体基板等のウエーハ２０５を載置する円板状の回転式サセプタ２０６が水平に配置され、その下面には該サセプタ２０６を介して半導体基板２０５を加熱する高周波加熱コイル２０７がコイルカバー２０８内に設けられている。また、ウェーハ２０５等の表面温度を測定するために放射温度計２０９が設置されている。

このような気相成長装置２０１を用い、原料ガスをガス導入口２１０より供給し、ノズル２１２の側面や上面に設けられた噴出孔から噴出して反応室２０４に導入し、ガス排出口２１１から排出する。ウエーハ２０５は回転式のサセプタ２０６により公転させられるとともに、高周波加熱コイル２０７により加熱され、ウエーハ２０５上に噴出された原料ガスがウエーハ２０５の表面で反応し、該表面に薄膜のエピタキシャル層を気相成長させることができる。
このとき、従来では、上記放射温度計２０９で測定したウエーハ２０５およびサセプタ２０６の表面温度データを、コンピュータ２１７を用いて加熱手段である高周波加熱コイル２０７にフィードバックしてエピタキシャル成長を行っていた。

特開平１１−１０６２８９号公報

しかしながら、本発明者らは、このような従来の気相成長装置２０１を用いた気相成長法では、放射温度計２０９で測定されて加熱手段にフィードバックされる測定データは、公転のため交互に変化するウエーハ２０５およびサセプタ２０６の両方の表面温度であり、ウエーハ２０５の温度制御が、ウエーハ２０５のみのデータに基づいて正確に行われているものでは無いことに気づいた。
また、従来法では、測定条件を一定とする必要があるために、製造条件を決めるためのテスト時や操業時にウエーハを常にフルチャージする必要があり、ダミーウエーハを用意しなければならず、コスト増となってしまう。

本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、必要以上にコストをかけることなく、ウエーハ表面の温度やサセプタの表面の温度をより正確に制御して薄膜を気相成長させることができる気相成長法および気相成長装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、サセプタ上にウエーハを載置し、該ウエーハ上に薄膜を気相成長させる方法であって、少なくとも、回転するサセプタ上のウエーハ表面の温度およびサセプタ表面の温度を連続的に測定し、該測定したウエーハ表面およびサセプタ表面の温度データから、所定の温度変異率を基準にして前記ウエーハ表面の温度および／または前記サセプタ表面の温度を別個に抽出し、該抽出したウエーハ表面の温度および／またはサセプタ表面の温度を基に、前記ウエーハ表面の温度および／または前記サセプタ表面の温度を制御して前記薄膜を気相成長させることを特徴とするウエーハ上への薄膜の気相成長法を提供する（請求項１）。

このように、本発明の気相成長法は、まず、回転するサセプタ上のウエーハ表面の温度およびサセプタ表面の温度を連続的に測定する。そして、得られた測定データから、所定の温度変異率を基準にしてウエーハ表面の温度および／またはサセプタ表面の温度を別個に抽出する。こうして、ウエーハ表面、サセプタ表面の温度を分けて抽出するので、それぞれの温度データを正確に得ることができる。
さらには、抽出したそれぞれの温度データを基にしてウエーハ表面の温度および／またはサセプタ表面の温度を制御して気相成長させるので、従来のようなウエーハ表面とサセプタ表面の両方が混じった温度データを基にして制御する方法よりも、格段に正確な温度制御が可能となる。
また、従来法では、サセプタに載置するウエーハの枚数によって、測定されて温度制御に使用される温度データ（例えば平均値）に差異が生じてしまうため、端数が出る場合はダミーウエーハを用いて常にウエーハをフルチャージして、一定の条件の下でデータ測定を行っていた。しかしながら、本発明ではわざわざフルチャージにしなくとも正確に温度制御ができ、すなわちダミーウエーハを載置しなくてもよく、コストを低減することができる。

そして、このとき、前記所定の温度変異率を、±６℃／６０ｍｓｅｃより大きい値とすることができる（請求項２）。
このように、ウエーハ表面の温度および／または前記サセプタ表面の温度を別個に抽出するときに基準とする所定の温度変異率を、±６℃／６０ｍｓｅｃより大きい値とすれば、より確実に、ウエーハ表面の温度、前記サセプタ表面の温度を分離して得ることができる。

また、本発明は、サセプタ上にウエーハを載置し、該ウエーハ上に薄膜を気相成長させる装置であって、少なくとも、前記ウエーハが載置されて回転するサセプタと、該サセプタを介して前記ウエーハを加熱する加熱手段と、前記回転するサセプタ上のウエーハ表面の温度およびサセプタ表面の温度を連続的に測定する温度測定手段と、該温度測定手段により測定されたウエーハ表面およびサセプタ表面の温度データから、前記ウエーハ表面の温度および／または前記サセプタ表面の温度を別個に抽出する温度データ処理手段と、該温度データ処理手段により抽出されたウエーハ表面の温度および／またはサセプタ表面の温度を基に前記加熱手段を制御する加熱制御手段を備えたものであることを特徴とするウエーハ上への薄膜の気相成長装置を提供する（請求項３）。

このような本発明の気相成長装置であれば、従来の気相成長装置とは異なって、温度測定手段で測定された温度データから、ウエーハ表面の温度および／またはサセプタ表面の温度を別個に抽出することができ、さらにはその抽出された温度データを基に、サセプタを介してウエーハを加熱する加熱手段を制御することができる。したがって、ウエーハ表面の温度およびサセプタ表面の温度の両方が混じっているデータを基にしてしか加熱手段を制御できない従来の気相成長装置とは異なって、本発明では、ウエーハ表面の温度やサセプタ表面の温度をより正確に把握することができ、しかも、その正確なデータを基にして温度制御することが可能なものとなる。

さらには、本発明では、従来の気相成長装置では必要とされていたダミーウエーハを用いなくとも正確に温度制御が可能なものであるので、コストを必要以上にかけずにウエーハに気相成長を行うことができるものである。

また、前記温度データ処理手段は、所定の温度変異率を基準にして、前記ウエーハ表面の温度および／または前記サセプタ表面の温度を別個に抽出するものであるのが望ましい（請求項４）。
このように、所定の温度変異率を基準にして、ウエーハ表面の温度および／またはサセプタ表面の温度を別個に抽出するものであれば、簡便かつ正確にそれぞれの温度データを抽出することができる。

本発明のウエーハ上への薄膜の気相成長法および気相成長装置であれば、ウエーハ表面の温度とサセプタ表面の温度を分離して得ることができ、さらには、その分離して得たデータに基づいて、より正確に気相成長時の温度制御を行うことができる。
また、気相成長させるウエーハに端数が出てしまっても、ダミーウエーハを用いてわざわざフルチャージせずとも、その端数の分だけで正確に温度制御して気相成長を行うことができ、コスト面を改善することが可能である。
そして、高精度で温度制御されていることから、よりバラツキの少ない高品質の薄膜が形成されたウエーハを得ることができる。

以下では、本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
上述したように、例えば、図４に示すような従来の気相成長装置２０１を用いた気相成長法においては、サセプタ２０６の上に載置されたウエーハ２０５は、気相成長時に、サセプタ２０６が回転することにより公転させられている。また、所定位置に設けられた放射温度計２０９により連続的に測定される温度データが、コンピュータ２１７を用いてウエーハ２０５を加熱するための加熱手段（この場合、高周波加熱コイル２０７）にフィードバックされ、その測定された温度データに基づいて高周波加熱コイル２０７の制御が行われる。

ここで、上記の放射温度計２０９で測定される温度データに関して、気相成長時（温度測定時）にはサセプタ２０６が回転しているために、連続的に温度測定を行うと、放射温度計２０９で測定される対象が、サセプタ２０６上に載置されたウエーハ２０５の表面、載置されたウエーハ２０５同士の間に位置するサセプタ２０６の表面とで交互に変化し、ウエーハ２０５の表面の温度とサセプタ２０６の表面の温度の両方が混じって測定された温度データが得られる。
従来では、このような混じっている温度データを基に、例えばその平均値をとり、その平均化したデータを基にして、加熱手段の制御を行い、温度制御を行っていた。

しかしながら、本発明者らは、このような従来装置および従来法では、ウエーハ表面、サセプタ表面のそれぞれの別個の温度データに基づいて加熱制御が行われてはおらず、そのため気相成長時の温度制御が正確に行われていないと考えた。
そこで、本発明者らは、さらに、上記のように連続的に測定して得られたウエーハ表面およびサセプタ表面の温度データから、特には所定の温度変異率を基準にして、ウエーハ表面の温度および／またはサセプタ表面の温度を別個に抽出するための温度データ処理手段と、温度データ処理手段により別個に抽出された温度データを基にして加熱手段を制御する加熱制御手段を備えた装置であれば、気相成長時にウエーハ表面の温度とサセプタ表面の温度のそれぞれを正確に把握し、より高精度で制御して気相成長することができることを見出した。

つまりは、ウエーハ表面およびサセプタ表面の温度データから、所定の温度変異率を基準にしてウエーハ表面の温度および／またはサセプタ表面の温度を別個に抽出し、抽出した温度データを基に、ウエーハ表面の温度および／またはサセプタ表面の温度を制御して前記薄膜を気相成長させることを見出した。
このようにして、本発明者らは本発明のウエーハ上への薄膜の気相成長法および気相成長装置を完成させた。

以下、本発明について、図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１に本発明の気相成長装置の一例を示す。図１に示すように、本発明の気相成長装置１は、ベースプレート２上に釣鐘状のベルジャ３が載置されており、それによって反応室４が形成されている。この反応室４内には、半導体基板等のウエーハ５を載置する円板状の回転式サセプタ６が水平に配置され、その下面には該サセプタ６を介してウエーハ５を加熱する加熱手段１３（ここでは高周波加熱コイル７）がコイルカバー８内に設けられている。また、反応室４内にはノズル１２が設けられており、ガス導入口１０から導入された原料ガスは、ノズル１２を介して反応室４内に導入され、ガス排出口１１から排出できるようになっている。
これらの各部は、ウエーハ５上に薄膜を気相成長させることができるものであれば良く、従来と同様のものを用いることができる。

そして、この本発明の気相成長装置１には、さらに、ウェーハ５の表面温度等を測定するための温度測定手段１４（ここでは放射温度計９）が設置されており、この温度測定手段１４により測定された温度データを処理するための温度データ処理手段１５、処理された温度データを基に加熱手段１３を制御するための加熱制御手段１６が配設されている。図１に示すように、これらの各部は順に接続されており、温度測定手段１４から温度データ処理手段１５へ、温度データ処理手段１５から加熱制御手段１６へ各温度データを送ることができるようになっている。また、加熱制御手段１６は加熱手段１３と接続されており、加熱制御のための信号を送信できるようになっている。

ここで、上記温度測定手段１４について述べる。この温度測定手段１４は、気相成長時に、回転するサセプタ６の上に載置されたウエーハ５の表面およびサセプタ６の表面の温度を連続的に測定できるものであればよく、特に限定されないが、例えば、従来と同様に、放射温度計とすることができる。
また、設置場所も図１に示すようなベルジャ３付近に限定されず、ウエーハ５上への薄膜のエピタキシャル層の気相成長を妨げることなく、かつ、ウエーハ５の表面およびサセプタ６の表面の温度を正確に測定できる位置に設置されていれば良い。
この温度測定手段１４により、ウエーハ５の表面の温度およびサセプタ６の表面の温度の両方が混じった温度データが得られる。

また、温度データ処理手段１５は、上述のように、温度測定手段１４により連続的に測定されたウエーハ５の表面の温度、サセプタ６の表面の温度が混じった温度データを処理するものであり、例えばコンピュータが挙げられる。コンピュータであれば、正確かつ迅速に処理することができる。
上記処理内容についてより具体的に述べると、測定されたウエーハ５の表面およびサセプタ６の表面の温度データから、ウエーハ５の表面の温度および／またはサセプタ６の表面の温度を別個に抽出する処理である。すなわち、この温度データ処理手段１５により、ウエーハ５の表面の温度やサセプタ６の表面の温度のそれぞれを正確に把握することが可能になる。

ここで、温度データ処理手段１５は、ウエーハ５の表面の温度および／またはサセプタ６の表面の温度を分けて抽出できれば良く、例えばその抽出のためのプログラム等は特に限定されない。例えば、所定の温度変異率を基準にして、測定された温度データから、ウエーハ５の表面の温度やサセプタ６の表面の温度をそれぞれ分離するプログラムであれば、比較的容易なものとすることができるし、十分正確に分離することが可能である。
なお、基準とする所定の温度変異率は、気相成長時のサセプタの回転数や、ウエーハ５とサセプタ６の温度差等に応じてその都度決定することができる。

そして、加熱制御手段１６は、上記の温度データ処理手段１５により別々に抽出されたウエーハ５の表面の温度データやサセプタ６の表面の温度データを基にして、加熱手段１３を制御するものである。この加熱制御手段１６も、例えばコンピュータとすることができる。
このようにコンピュータであれば、例えば予め設定しておいたプログラムによって、所望の設定に従い簡便に加熱手段１３の制御が可能となる。しかも、従来とは異なって、ウエーハ５の表面の温度やサセプタ６の表面の温度が混じった温度データではなく、上記温度データ処理手段１５によってそれぞれ分離された温度データを基にして加熱手段１３の制御をするので、より高精度にウエーハ５の表面温度やサセプタ６の表面温度の制御を行うことができる。なお、温度データ処理手段１５のプログラムと加熱制御手段１６のプログラムは同一のコンピュータに入力されていても良い。

次に、以上のような本発明の気相成長装置１を用いてウエーハ５上に薄膜を形成させる本発明の気相成長法について述べる。
まず、ウエーハ５をサセプタ６の上に載置し、サセプタ６を回転させることにより、ウエーハ５を公転させる。また、加熱手段１３（高周波加熱コイル７）によってウエーハ５を加熱し、ウエーハ５上に形成される薄膜の原料となる原料ガスをノズル１２を通じて反応室４内に導入する。このようにして、加熱されたウエーハ５の表面に薄膜の形成を行う。

そして、本発明では、このように気相成長を行う時に、同時に温度測定手段１４（放射温度計９）、温度データ処理手段１５を用い、例えばウエーハ５の表面の温度データを得て、得られた温度データを加熱制御手段１６を用い、加熱手段１３にフィードバックして制御し、例えばウエーハ５の表面の温度の調整を行うことによって、ウエーハ５上に薄膜をより高精度で形成させる。

さらに具体的に説明すると、まず、温度測定手段１４によって、公転するウエーハ５の表面およびサセプタ６の表面の両方の温度データを連続的に測定する。
図２に、連続的に測定した温度データの一例を示す。図２の下方のグラフが上記連続的に測定された温度データである。図２に示すように、ウエーハ５の表面の温度（Ａ部）と、サセプタ６の表面の温度（Ｃ部）とが交互に並んでおり、また、温度測定手段１４による温度の測定点がウエーハ５からサセプタ６へ移行する箇所には温度の急上昇が見られ（Ｂ部）、温度の測定点がサセプタ６からウエーハ５へ移行する箇所には温度の急下降が見られる（Ｄ部）。

そこで、本発明では、測定された上記温度データを温度データ処理手段１５に送信し、該温度データ処理手段１５において、所定の温度変異率を基準にして、上記測定された温度データから、ウエーハ５の表面の温度および／またはサセプタ６の表面の温度を別個に抽出する。

図２上方に、図２下方のグラフの各箇所における温度変異率を表したグラフを示す。これらの温度変異率および連続的に測定された温度データのグラフからわかるように、当然、温度データが急上昇または急下降している箇所では温度変異率が大きく変動し、その絶対値は大きな値となっている。一方、温度データにおいてほぼ一定の場合においては、温度変異率は小さく、ほぼ０になっている。
すなわち、ウエーハ５の表面の温度（Ａ部）やサセプタ６の表面の温度（Ｃ部）の箇所では、温度変異率は小さな値であるが、急激に温度が変化するウエーハ５からサセプタ６へ移行する箇所（Ｂ部）や、サセプタ６からウエーハ５へ移行する箇所（Ｄ部）においては、温度変異率の絶対値が大きくなっている。
本発明では、このような温度変異率の急激な変化を目安として、測定した温度データからウエーハ５の表面の温度と、サセプタ６の表面の温度を別個に抽出する。

そして、図２からわかるように、基準となる所定の温度変異率を、例えば、±６℃／６０ｍｓｅｃより大きい値とすれば、ウエーハ５の表面の温度、サセプタ６の表面の温度を十分に正確に分離することができる。図２に示すように、ウエーハ５の表面内やサセプタ６の表面内での温度変異率はせいぜい±２〜３℃／６０ｍｓｅｃ程度であり、すなわち、±６℃／６０ｍｓｅｃより大きい温度変異率となるのは、測定点がウエーハ５の表面とサセプタ６の間を通過するときのみであるからである。
なお、上述したように、当然、この基準とする温度変異率は、サセプタの回転数や、ウエーハ５とサセプタ６の温度差等に応じてその都度決定することができる。各種の条件によって適宜設定すれば良く、ウエーハ５の表面温度とサセプタ６の表面温度を正確に分離することができる値であれば良い。
なお、図３に、それぞれ抽出したウエーハ５の表面の温度とサセプタ６の表面の温度のグラフを示す。

次に、別個に抽出した図３のようなウエーハ５の表面の温度および／またはサセプタ６の表面の温度のデータを加熱制御手段１６に送信する。該加熱制御手段１６においては、上記の別個に抽出した温度データを基にして、例えば予め設定しておいたプログラムに沿って、適切な加熱手段１３の制御レシピを算出し、得られた信号を加熱手段１３に送り、例えば供給電力を調整することで、実際に加熱手段１３を上記レシピ通りに制御することができる。このため、ウエーハ５の表面の温度および／またはサセプタ６の表面の温度を正確に所望温度に制御することができ、所望の薄膜をウエーハ５上に形成することができる。

一方、ウエーハ５の表面温度およびサセプタ６の表面の温度が混じった温度データ（例えばその平均値化したデータ）を基にして加熱手段１３の制御を行っていた従来の場合では、サセプタ６に載置するウエーハ５の枚数が異なると、その分だけ温度の平均値にも差異が生じてしまい、ウエーハ５の表面の温度がたとえ所望の温度に制御されていたとしても、上記差異のために誤って加熱手段１３を制御してしまい、温度制御が適切に行われず、所望の薄膜を得られなくなってしまう場合がある。
このため、従来では、例えばダミーウエーハを用いて常にフルチャージにし、測定条件を一定にしておく必要があった。

しかしながら、上述したような本発明の気相成長装置および気相成長法であれば、ウエーハ５の表面の温度および／またはサセプタ６の表面の温度を別個に抽出するので、サセプタ６に載置するウエーハ５の枚数が異なっても、ウエーハ５の表面やサセプタ６の表面のそれぞれの温度を正確に把握することができるし、その正確な温度データを元にして加熱手段１３の制御を行って薄膜を気相成長させることができるので、従来よりも優れた精度でより確実に所望の薄膜を形成することが可能である。すなわち、高品質のエピタキシャルウエーハを得ることが可能である。
また、フルチャージにする必要もないので、ダミーウエーハを用意しなくとも良く、全体としてコストを従来よりも低減することが可能である。

なお、加熱制御手段１６で加熱手段１３の制御をするための基準となる温度データは、ウエーハ表面の温度とするのが、ウエーハ温度を直接制御することになるので良いが、場合によっては、サセプタ温度を基準としても良く、あるいは抽出された個々のデータの両方を用いても良い。これは、用いたウエーハの材質あるいはサセプタの材質、温度測定手段の測定方式等により、より正確に温度を測定制御出来る対象が異なる場合があるからである。

以下に本発明の実施例を挙げて、本発明を詳細に説明するが、これらは本発明を限定するものではない。
（実施例１）
図１に示す本発明の気相成長装置１を用い、ウエーハおよびサセプタの温度制御についての実験を行った。
ウエーハを回転式サセプタの上に載せ、サセプタの回転、ウエーハの加熱、原料ガスの導入を行って、ウエーハ温度を１０１０℃に設定して、ウエーハ上に薄膜を形成した。このとき、本発明の気相成長法を用い、ウエーハの温度やサセプタの温度を別個に抽出し、加熱手段にフィードバックすることにより、ウエーハの温度やサセプタの温度の安定化を図った。なお、ウエーハ表面の温度およびサセプタ表面の温度の抽出においては、±７℃／６０ｍｓｅｃの温度変異率を基準とした。
キャリアガスとしてＨ_２を１５０ｓｌｍ、原料ガスとしてＴＣＳ（トリクロロシラン）を２０ｓｌｍ、ドーパントとしてフォスフィン（ＰＨ_３／Ｈ_２）を４８ｓｃｃｍ供給して気相成長を行った。また、サセプタ回転数は８ｒｐｍとし、用いたウエーハは直径１５０ｍｍ、Ｎ型、結晶方位（１００）、基板抵抗０．０１〜０．０２Ωｃｍである。

表１に、実施例１の結果を示す。表１に示すように、気相成長時のウエーハ表面の温度は最大値で１０１０．１℃、最小値で１００５．２℃であり（平均値１００７．６５℃）、温度バラツキを０．２４％という低い値に抑えることができた。また、サセプタ表面の温度も、最大値で１０４２．３℃、最小値で１０３４．９℃であり（平均値１０３８．６℃）、こちらも０．３６％という低い温度バラツキに抑えられた。
このように、本発明では、正確に温度制御を行うことができ、容易にウエーハやサセプタの温度を安定化することができる。

（比較例１）
図４に示す従来の気相成長装置２０１を用い、ウエーハおよびサセプタの温度制御についての実験を行った。このとき、従来の気相成長法を用い、ウエーハ表面の温度、サセプタ表面の温度の安定化を図った。
しかしながら、従来法では、表１に示すように、ウエーハおよびサセプタの表面温度が混じった温度データしか得られないため、ウエーハ表面の温度、サセプタ表面の温度を個別に把握することができず、それぞれの安定化を精度良く図ることはできなかった。なお、測定温度の最大値は１０４２．３℃、最小値は１００５．１℃であり（平均値１０２３．７℃）、温度バラツキは１．８２％であり、当然実施例１よりも大きなバラツキとなってしまった。

（実施例２）
図１に示す本発明の気相成長装置１を用い、載置するウエーハの枚数を変えて、本発明の気相成長法によりウエーハ表面の温度データを抽出し、そのデータを基にしてウエーハ表面の温度制御を行い、薄膜を気相成長させる実験を行った。
直径１５０ｍｍのウエーハを１０枚載置することができる回転式のサセプタに、ウエーハの数が１、２、５、１０枚の各場合について気相成長を行った。

表２にその結果を示す。表２に示すように、いずれの場合においても実際に加熱制御手段に送られ、温度制御の基となる平均温度データは１００７．６５℃となり、載置するウエーハの枚数が異なっても、安定して正確に、ウエーハ表面の温度を得ることができる。したがって、高精度に温度制御することができる。さらに、ウエーハ枚数が変わっても、品質にバラツキのない薄膜を形成することが可能である。

なお、表２のウエーハ検出距離とは、温度測定手段により測定する公転軌道上のウエーハの長さ（載置した各ウエーハの直径の和）を示し、サセプタ検出距離とは、温度測定手段により測定する公転軌道上のサセプタの長さ（載置した各ウエーハ間に位置するサセプタの長さの和）を示している。ただし、この実施例２では、加熱制御手段に実際に送られる温度データ（表２の平均温度の項目参照）は、上記のように温度データ測定手段による抽出で、ウエーハ表面の温度データのみであるので、この場合、上記の加熱制御手段に送られ、実際に温度制御の基になる温度データとしては、ウエーハ表面の温度を正確に捉えたデータであり、このため高精度の温度制御・薄膜の形成が可能となる。

（比較例２）
図４に示す従来の気相成長装置２０１を用い、載置するウエーハの枚数を変えて、従来の気相成長法によりウエーハの表面およびサセプタの表面の温度データを基にしてウエーハ表面の温度制御を行い、薄膜を気相成長させる実験を行った。
直径１５０ｍｍのウエーハを１０枚載置することができる回転式のサセプタに、ウエーハの数が１、２、５、１０枚の各場合について気相成長を行った。

表３にその結果を示す。表３に示すように、ウエーハ温度の項目と、温度制御の基となる平均温度データの項目を比較してわかるように、ウエーハ表面のみの温度を正確に捉えられていない。
また、載置するウエーハ枚数が少ないほど、温度制御の基となる平均温度データの値が高くなっており、載置するウエーハの枚数が１枚のときと１０枚のときでは平均温度に２７．４９℃もの差が生じてしまっている。これは、ウエーハ枚数が少ないほど、サセプタ表面を測定する範囲が広くなり、かつ、ウエーハ表面温度よりもサセプタ表面温度の方が高いので、全体としての平均温度も上昇してしまうことが原因と考えられる。
このように、従来法では、ウエーハ表面の温度とサセプタ表面の温度の両方を考慮した温度データを基にして温度制御が行われるので、ウエーハ表面の温度のみを把握することはできず、また、上記のようにサセプタ上に載置するウエーハ枚数によって、温度制御の基となる温度データに差が生じてしまう。このため、所望の薄膜を正確に得ることは難しく、また形成される薄膜は品質にバラツキのあるものとなってしまう。

（実施例３）
図１に示す本発明の気相成長装置１を用い、載置するウエーハの枚数を変えて、本発明の気相成長法により薄膜を気相成長させる実験を行った。
直径１５０ｍｍのウエーハを１０枚載置することができる回転式のサセプタに、ウエーハを１、１０枚と変化させて、それぞれの場合について気相成長を行った。目標とする薄膜の膜厚は３９μｍとした。
表４に実施例３の結果を示す。ウエーハ枚数が異なってもバラツキは０．１０％と小さく、ウエーハ枚数差による薄膜の膜厚への影響はほとんど見られなかった。

（比較例３）
図４に示す従来の気相成長装置２０１を用い、載置するウエーハの枚数を変えて、従来の気相成長法により薄膜を気相成長させる実験を行った。
直径１５０ｍｍのウエーハを１０枚載置することができる回転式のサセプタに、ウエーハを１、１０枚と変化させて、それぞれの場合について気相成長を行った。目標とする薄膜の膜厚は３９μｍとした。
表４に示すように、ウエーハ枚数の差による薄膜の膜厚バラツキは−２．２２％であり、実施例３に比べて大きなバラツキが生じてしまっていることが判る。

（実施例４）
図１に示す本発明の気相成長装置１を用い、載置するウエーハの枚数を変えて、本発明の気相成長法により薄膜を気相成長させる実験を行った。
直径１５０ｍｍのウエーハを１０枚載置することができる回転式のサセプタに、ウエーハを１、１０枚と変化させて、それぞれの場合について気相成長を行った。目標とする薄膜における抵抗値を１６Ω・ｃｍとした。
表５に実施例４の結果を示す。ウエーハ枚数が異なってもバラツキは１．０８％と小さく、ウエーハ枚数差による薄膜における抵抗値への影響はほとんど見られなかった。

（比較例４）
図４に示す従来の気相成長装置２０１を用い、載置するウエーハの枚数を変えて、従来の気相成長法により薄膜を気相成長させる実験を行った。
直径１５０ｍｍのウエーハを１０枚載置することができる回転式のサセプタに、ウエーハを１、１０枚と変化させて、それぞれの場合について気相成長を行った。目標とする薄膜における抵抗値を１６Ω・ｃｍとした。
表５に示すように、ウエーハ枚数の差による薄膜における抵抗値のバラツキは−２．２１％であり、実施例４に比べて大きなバラツキが生じてしまっていることが判る。

（実施例５）
図１に示す本発明の気相成長装置１を用い、本発明の気相成長法により３層ＩＧＢＴウエーハを製造した。なお、直径１５０ｍｍのウエーハを最大８枚載置することができる回転式のサセプタを用いた。
この製造にあたっては、条件出しに各層３バッチを要し、５０バッチ操業した。なお、操業１０バッチごとに品質保証バッチを実施した。

このうち、第１層用の条件出しバッチは、従来ではフルチャージ（仕込み枚数８枚）を要したが、本発明を実施した実施例５では１枚で十分に済ますことができ、２１枚（７枚×３バッチ）のモニターウエーハを削減することができた。
同様に、品質保証バッチにおいても、３５枚（７枚×５バッチ）のモニターウエーハを削減することができた。
このように、本発明では、フルチャージにするためにダミーウエーハを載置しなくとも、正確にウエーハ表面の温度の把握および温度制御をすることができるので、条件出し等においても、そのダミーウエーハの分だけ節約することができ、コスト改善につなげることが可能である。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

本発明の気相成長装置の一例を示す概略図である。 連続して測定した温度データおよび該温度データにおける温度変異率の一例を示すグラフである。 抽出したウエーハ表面の温度およびサセプタ表面の温度の一例を示すグラフである。 従来の気相成長装置の一例を示す概略図である。

符号の説明

１…本発明の気相成長装置、 ２…ベースプレート、 ３…ベルジャ、
４…反応室、 ５…ウエーハ、 ６…サセプタ、 ７…高周波加熱コイル、
８…コイルカバー、 ９…放射温度計、 １０…ガス導入口、
１１…ガス排出口、 １２…ノズル、 １３…加熱手段、
１４…温度測定手段、 １５…温度データ処理手段、 １６…加熱制御手段。

Claims (4)

1. サセプタ上にウエーハを載置し、該ウエーハ上に薄膜を気相成長させる方法であって、少なくとも、回転するサセプタ上のウエーハ表面の温度およびサセプタ表面の温度を連続的に測定し、該測定したウエーハ表面およびサセプタ表面の温度データから、所定の温度変異率を基準にして前記ウエーハ表面の温度および／または前記サセプタ表面の温度を別個に抽出し、該抽出したウエーハ表面の温度および／またはサセプタ表面の温度を基に、前記ウエーハ表面の温度および／または前記サセプタ表面の温度を制御して前記薄膜を気相成長させることを特徴とするウエーハ上への薄膜の気相成長法。
2. 前記所定の温度変異率を、±６℃／６０ｍｓｅｃより大きい値とすることを特徴とする請求項１に記載のウエーハ上への薄膜の気相成長法。
3. サセプタ上にウエーハを載置し、該ウエーハ上に薄膜を気相成長させる装置であって、少なくとも、前記ウエーハが載置されて回転するサセプタと、該サセプタを介して前記ウエーハを加熱する加熱手段と、前記回転するサセプタ上のウエーハ表面の温度およびサセプタ表面の温度を連続的に測定する温度測定手段と、該温度測定手段により測定されたウエーハ表面およびサセプタ表面の温度データから、前記ウエーハ表面の温度および／または前記サセプタ表面の温度を別個に抽出する温度データ処理手段と、該温度データ処理手段により抽出されたウエーハ表面の温度および／またはサセプタ表面の温度を基に前記加熱手段を制御する加熱制御手段を備えたものであることを特徴とするウエーハ上への薄膜の気相成長装置。
4. 前記温度データ処理手段は、所定の温度変異率を基準にして、前記ウエーハ表面の温度および／または前記サセプタ表面の温度を別個に抽出するものであることを特徴とする請求項３に記載のウエーハ上への薄膜の気相成長装置。
   

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