JP3074312B2 - 気相成長方法 - Google Patents

気相成長方法

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JP3074312B2
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毅彦 小林
義教 中川
慎一 三谷
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ウェハを1000ない
し1100℃以上に加熱して行うエピタキシャル気相成
長等の気相成長方法に係り、特にウェハの均一加熱の向
上に関するものである。
【0002】
【従来の技術】エピタキシャル気相成長は、スリップの
発生を抑えつつ1000ないし1200℃の高温にウェ
ハを加熱する必要があり、スリップはウェハ内に10数
度の温度差を生じると発生すると言われている。このた
め、従来から上記のような高温においてウェハ内の温度
分布を均一に保つことのできる加熱方法および装置の実
現に多くの努力が払われてきた。従来、ウェハの加熱に
は、ウェハの支持を兼ねると共に温度の安定化を図るた
め、ウェハに比較して大きな熱容量を有する加熱板すな
わちサセプタが用いられ、このサセプタ上にウェハを直
接または間接的に載置し、サセプタを所定の温度分布と
なるように加熱することにより、ウェハを均一に加熱す
る方法が一般的に採用されてきた。
【0003】しかしながら、上記のようなサセプタは熱
容量が大きいために昇温,降温に長時間を要し、ウェハ
の熱的ストレスを増大させる。このような問題やウェハ
の大径化に伴う均一加熱の困難性などから、最近、エピ
タキシャル気相成長においても枚葉処理を行う傾向にあ
り、熱容量の大きなサセプタを用いず一枚のウェハを主
として輻射により加熱する方法が種々提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】枚葉のウェハ加熱は、
加熱面積が比較的狭いため、バッチ式に比べ均一加熱を
行ない易い。ところが、ウェハの周辺部の温度が他の部
分に比べて低くなる傾向を示し、ヒータをウェハの中心
側から周辺側へ2ないし3ゾーンに分割して例えばPI
D制御により出力制御を行なっても、ウェハ全体をより
均一に加熱することは困難で、スリップの発生を十分に
抑えることができなかった。
【0005】本発明は、前述した課題を解決し、特に問
題となっていたウェハ周辺部の温度低下をなくして全体
をより均一に加熱でき、しかも熱的ストレスを小さく
えてスリップの発生をほぼ完全に抑えることのできる気
相成長方法を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、回転可能に支持されたウェハを、このウェ
ハと同心上に配置されると共に内,間,外の少くとも3
ゾーンに分割して出力制御されるうず巻状ヒータにより
加熱板を介して輻射加熱して行う気相成長方法におい
て、各ゾーンを互いに独立して出力制御しつつ、600
ないし700℃から1000ないし1100℃以上の気
相成長温度までの昇温を2分以内に行った後、該気相成
長温度に安定させて気相成長を行うものである。なお、
各ゾーン毎に加熱の時間軸に対する出力値を予じめ求め
ておき、それらの個々の出力によって昇温することが好
ましい。
【0007】
【作用】600ないし700℃から1000ないし11
00℃の間の加熱は、スリップの発生を抑える上で重要
であると共に、この昇温過程においてウェハ周辺部の温
度低下が顕著に現われる。しかして、ヒータの内,間,
外の少くとも3ゾーンの出力を、好ましくは時間軸に対
する出力値を予じめ定めて別々に制御し、特にウェハ周
辺部をより強く加熱するようにして600ないし700
から1000ないし1100℃以上の気相成長温度
でを2分以内に昇温させると、ウェハに対する熱の配給
と、ウェハからの熱の放出、特に周辺部により多く生じ
る熱の放出とのバランスによるものと考えられるが、ウ
ェハ全体がより均一に加熱され、所定の気相成長温度に
スムースに安定し、スリップの発生をほぼ完全に抑えて
気相成長を行うことができる。
【0008】
【実施例】以下本発明の実施例について図1ないし図4
を参照して説明する。図1において、10はヒータ,4
0は加熱板,Wはウェハである。ヒータ10は、図2に
示すように、ほぼうず巻状をした抵抗ヒータで、電気絶
縁材の複数のピン11を介して皿状の反射板12内に
設置されている。反射板12は熱不良導体材料からなる
複数のピン13を介してヒータ支え14に取付けられ、
ヒータ支え14は中空円筒15を介して図示しない装置
フレームに固定されている。なお、16はヒータ10へ
給電用配線パイプである。
【0009】ヒータ10には、図2に示す点A,B,
C,Dに対し、図3に示すように、供電装置20が接続
されている。21,22,23は絶縁トランス,24は
AC電源,25,26,27は給電量を制御するための
サイリスタで、コントローラ28によりヒータ10の点
Aと点B,点Bと点C,ならびに点Cと点Dの間の3つ
のゾーンa,b,cに対し、互いに独立して出力制御を
行うようになっている。コントローラ28には、図1に
示すように、ウェハ10の内,間,外の温度を検出する
温度センサ29,30,31の出力がフィードバックさ
れ、各内,間,外の3ゾーンa,b,cを独立して制御
すると共に、少くとも昇温過程においてウェハWの温度
が600ないし700℃に達した時点から1000ない
し1100℃以上の所定温度に到達するまでの間は温度
センサ29,30,31の出力に関係なく、予じめ定め
た所定の出力を与えるように構成されている。
【0010】図1に戻って、加熱板40はカーボン製で
ヒータ10により容易に加熱されるように薄く形成さ
れ、カーボン,石英ガラスまたはセラミック製の円環状
の外筒41の内周面上に支持され、ヒータ10と平行で
数mmの間隔を有するように配置されている。外筒41
はカーボン製の回転体42に支持されている。回転体4
2は中空円筒15を囲んで同心上に回転可能に取付けら
れ、図示しない駆動装置により回転を与えられるように
なっている。
【0011】外筒41の上端にはカーボン製のリング状
をしたホルダ43が取付けられている。ホルダ43は容
易に加熱されるように薄く形成され、内周寄りに設けた
段差部43aにウェハWを嵌入して保持するようになっ
ている。ホルダ43とウェハWの接触はウェハWの周辺
部の極く狭い部分に限定されている。ウェハWと加熱板
40は平行で数mmの間隔が設けられている。
【0012】次いで上記装置による本発明の気相成長
法について説明する。回転体42を駆動して加熱板4
0,ホルダ43並びにウェハWを回転させつつヒータ1
0の内,間,外の各ゾーンa,b,cに予じめ定めた電
力を供給して昇温を開始する。ヒータ10の加熱により
加熱板40が加熱され、ウェハWは加熱板40からの輻
射熱を主体に、ウェハWと加熱板40の間の雰囲気ガス
の熱伝達によって加熱される。ウェハWからは、図1に
おいて上面における輻射および雰囲気ガスの熱伝達によ
る放熱と、外周部におけるホルダ43および外筒41へ
の熱伝達による放熱があり、ウェハWは上記加熱と放熱
との差によって昇温する。なお、本実施例においては、
ウェハWからホルダ43を介して外筒41へ放出される
熱を抑えるため、ホルダ43もヒータ10により加熱板
40を介して加熱するように構成してあり、ヒータ10
の外ゾーンは、ウェハWのみならずホルダ43の加熱
量を制御するようになっている。
【0013】上記給電開始からウェハWが600ないし
700℃になるまでを第1昇温段階とし、この段階で
は、温度センサ28,29,30の出力をコントローラ
28にフィードバックして各サイリスタ25,26,2
7によりヒータ10の内,間,外の各ゾーンa,b,c
の出力制御を行う。この第1昇温段階は、ウェハWから
の放熱が後述する第2昇温段階より小さいため。上記フ
ィードバック制御によりウェハWの内,間,外の温度の
均一性が比較的容易に得られる。なお、ウェハWは、6
00ないし700℃付近までは弾塑性域であるため、こ
の機械的性質からこの第1昇温段階においてもウェハW
全体をできるだけ均一な温度に保って昇温させることが
好ましい。こうしてウェハWの全体の温度が600ない
し700℃付近の所定温度に安定したところで次の第2
昇温段階に入る。なお、上記第1昇温段階も制御精度を
損わない範囲で出来るだけ昇温スピードを上げることが
好ましい。
【0014】第2昇温段階は、ヒータ10の内,間,外
の各ゾーンを予じめ定めた出力に制御して1000ない
し1100℃以上の所定の気相成長温度までウェハWを
加熱する。このとき、従来のように昇温速度を例えば5
00℃/5min程度の比較的ゆるやかな速度にする
と、ホルダ43や外筒41からの放熱と、ヒータ10に
よる加熱のバランスを取り難く、前述したようにウェハ
Wの周辺の昇温不足による温度低下を的確に改善するこ
とができないが、この第2昇温段階を2分以内に行うと
ウェハWの周辺の温度低下が改善され、ウェハWの内,
間,外の温度差を数℃の範囲に抑えることができる。
【0015】なお、ヒータ10の内,間,外の各ゾーン
の出力は、加熱の時間軸に対して所定の値に変化するよ
うに制御してもよい。図4は、600℃から1000℃
までを1分間、1000℃から1150℃までを45
秒、合計1分45秒で600℃から1150℃まで昇温
させたときのウェハWの内,間,外の温度上昇を示す図
である。なお、この図4は、紙面の都合上、900℃か
ら上の部分のみを取出して示している。同図から明らか
なように、内,間,外の温度差は10℃以内に納まって
おり、スリップの発生も見られなかった。なお、図4
は、6インチ(直径150mm)のシリコンウェハWを
用い、ヒータ10の内,間,外の出力をそれぞれ2.8
W,4.0W,5.7Wに設定したものである。
ウェハ温度が1150℃達した後は温度センサ29
30,31の出力をフィードバックして各ゾーンa,
b,cの出力制御を行い、1150℃に保持するが、昇
温過程においてウェハWの内,間,外の温度がほぼ均一
に保たれているため、図4から明らかなようにスムース
に1150℃に安定する。このように所定の気相成長温
度に安定したところで、気相成長を開始する。
【0016】前述した実施例は、ウェハWの周辺が全長
にわたってホルダ43に接触保持される例を示したが、
これに限らず本発明はウェWの周辺近傍の裏面を数個で
点または線接触式に支持するものにも同様に適用できる
ことは言うまでもない。
【0017】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、ウェ
ハ全体をより均一に加熱することができ、スリップの発
生をほぼ完全に抑えることができる。また、極めて短時
間に昇温できるため、ウェハの熱的ストレスを小さく
えることができ、後工程への悪影響を軽減することがで
きる効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用する気相成長装置の一例を示す要
部断面図である。
【図2】図1に示したヒータの平面図である。
【図3】ヒータへの給電装置の一例を示す図である。
【図4】本発明によるウェハ内,間,外の温度上昇の実
施例を示す図である。
【符号の説明】
W ウェハ 10 ヒータ 12 反射板 14 ヒータ支え 16 給電用配線パイプ 20 給電装置 21 絶縁トランス 22 絶縁トランス 23 絶縁トランス 24 AC電源 25 サイリスタ 26 サイリスタ 27 サイリスタ 28 コントローラ 29 温度センサ 30 温度センサ 31 温度センサ 40 加熱板 41 外筒 42 回転体 43 ホルダ
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/205 H01L 21/285 H01L 21/31 H01L 21/68

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転可能に支持されたウェハを、このウ
    ェハと同心上に配置されると共に内,間,外の少くとも
    3ゾーンに分割して出力制御されるうず巻状ヒータによ
    り加熱板を介して輻射加熱して行う気相成長方法におい
    て、前記各ゾーンを互いに独立して出力制御しつつ、6
    00ないし700℃から1000ないし1100℃以上
    の気相成長温度までの昇温を2分以内に行った後、該気
    相成長温度に安定させて気相成長を行うことを特徴とす
    気相成長方法。
  2. 【請求項2】 各ゾーン毎に加熱の時間軸に対する出力
    値を予じめ求めておき、それらの個々の出力によって昇
    温することを特徴とする請求項1の気相成長方法。
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