JP3269463B2 - 薄膜成長温度の補正方法 - Google Patents
薄膜成長温度の補正方法Info
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- 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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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- 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
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は薄膜成長温度の補正
方法に関し、特にプロセス中の半導体基板の実際の温度
を正確に制御するための技術に関する。
方法に関し、特にプロセス中の半導体基板の実際の温度
を正確に制御するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】プロセス中の半導体基板の実際の温度
（以下、基板の実温と称する。）を正確に測定する技術
は、種々の半導体プロセスにおいて重要である。特に、
ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ）装置を用いて薄膜成長を行う場合には、成長
される薄膜の厚さ、抵抗率の均一性や再現性、埋込み不
純物拡散層の拡散プロファイル等の特性に基板の実温が
大きく影響するため、高精度の温度制御が要求される。
従来、半導体基板温度の測定方法としては、熱電対や光
高温計を用いる方法が知られている。
（以下、基板の実温と称する。）を正確に測定する技術
は、種々の半導体プロセスにおいて重要である。特に、
ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ）装置を用いて薄膜成長を行う場合には、成長
される薄膜の厚さ、抵抗率の均一性や再現性、埋込み不
純物拡散層の拡散プロファイル等の特性に基板の実温が
大きく影響するため、高精度の温度制御が要求される。
従来、半導体基板温度の測定方法としては、熱電対や光
高温計を用いる方法が知られている。
【０００３】熱電対は通常、半導体製造装置内で半導体
基板を載置するためのサセプタの裏面中央に埋設される
形で使用され、この場合の半導体基板温度は加熱源の出
力と熱電対の出力電圧との相関にもとづいて決定され
る。熱電対は測定可能範囲が広く、測定の上記相関の直
線性も良いため、広く用いられている。しかし、熱電対
から得られる温度情報と基板の実温との間には、ずれが
生ずる。このずれは元来、熱電対の測定対象が半導体基
板ではなく、これを載置するサセプタであることに起因
するが、加熱源の出力の設定、サセプタの設置位置、部
品交換に伴って同一装置内、あるいは異なる装置間で発
生する場合もあり、実際のプロセスが設定温度とは異な
る温度で進行してしまう原因となる。一方の光高温計
は、加熱された半導体基板からの輻射光の輝度を標準ラ
ンプの輝度と比較することにより該半導体基板の温度を
求めるものであり、８００℃以上の高温域における測定
に適している。しかし、光高温計を用いる場合、ＣＶＤ
装置の石英製反応炉の壁越しに輝度を測定するため、炉
壁の汚れ具合や厚さによって該炉壁に吸収される輻射光
量が一定せず、基板の実温を正確に測定することが難し
いという問題がある。
基板を載置するためのサセプタの裏面中央に埋設される
形で使用され、この場合の半導体基板温度は加熱源の出
力と熱電対の出力電圧との相関にもとづいて決定され
る。熱電対は測定可能範囲が広く、測定の上記相関の直
線性も良いため、広く用いられている。しかし、熱電対
から得られる温度情報と基板の実温との間には、ずれが
生ずる。このずれは元来、熱電対の測定対象が半導体基
板ではなく、これを載置するサセプタであることに起因
するが、加熱源の出力の設定、サセプタの設置位置、部
品交換に伴って同一装置内、あるいは異なる装置間で発
生する場合もあり、実際のプロセスが設定温度とは異な
る温度で進行してしまう原因となる。一方の光高温計
は、加熱された半導体基板からの輻射光の輝度を標準ラ
ンプの輝度と比較することにより該半導体基板の温度を
求めるものであり、８００℃以上の高温域における測定
に適している。しかし、光高温計を用いる場合、ＣＶＤ
装置の石英製反応炉の壁越しに輝度を測定するため、炉
壁の汚れ具合や厚さによって該炉壁に吸収される輻射光
量が一定せず、基板の実温を正確に測定することが難し
いという問題がある。
【０００４】これらの問題を解決する方法として、特開
平３−１４２９４８号公報に、イオン注入ウェーハを用
いた半導体基板の表面温度測定方法が提案されている。
この方法ではまず、イオン注入によって表面に一定濃度
の不純物注入層が形成された拡散ウェーハを複数枚用意
し、これらの拡散ウェーハの各々を温度特性が既知の熱
処理炉内に載置して複数の異なる温度条件下で一定時間
だけ熱処理することによりイオン注入された不純物を拡
散させ、続いて各拡散ウェーハのシート抵抗を測定して
シート抵抗と既知の温度との相関を表す検量線を作成す
る。次に、測定対象の反応炉内に上記拡散ウェーハを載
置し、薄膜の成長温度にて検量線作成時の熱処理時間と
同じ時間だけ熱処理を行った後に、該拡散ウェーハのシ
ート抵抗をたとえば四探針法で測定する。先の検量線か
らこのシート抵抗値に対応する温度を求めることによ
り、測定対象の反応炉内に載置された基板の実温を正確
に知ることができるのである。
平３−１４２９４８号公報に、イオン注入ウェーハを用
いた半導体基板の表面温度測定方法が提案されている。
この方法ではまず、イオン注入によって表面に一定濃度
の不純物注入層が形成された拡散ウェーハを複数枚用意
し、これらの拡散ウェーハの各々を温度特性が既知の熱
処理炉内に載置して複数の異なる温度条件下で一定時間
だけ熱処理することによりイオン注入された不純物を拡
散させ、続いて各拡散ウェーハのシート抵抗を測定して
シート抵抗と既知の温度との相関を表す検量線を作成す
る。次に、測定対象の反応炉内に上記拡散ウェーハを載
置し、薄膜の成長温度にて検量線作成時の熱処理時間と
同じ時間だけ熱処理を行った後に、該拡散ウェーハのシ
ート抵抗をたとえば四探針法で測定する。先の検量線か
らこのシート抵抗値に対応する温度を求めることによ
り、測定対象の反応炉内に載置された基板の実温を正確
に知ることができるのである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平３−１４２９４８号公報に開示される技術では、基
板の実温を測定するたびに、イオン注入により作製した
拡散ウェーハが少なくとも１枚必要である。しかし、こ
の拡散ウェーハは作製に時間がかかる上、高価であり、
特に直径２００ｍｍ以上の大口径品については入手が困
難である。しかも、この拡散ウェーハは測定のためだけ
に作製されるものであって、他に用途が無い。また、基
板の実温を測定するための上記熱処理だけでも１時間程
度の時間を要し、これにたとえば拡散ウェーハの冷却や
シート抵抗測定に要する時間が加わるので、１回の測定
には少なくとも２時間以上の時間が費やされることにな
る。
開平３−１４２９４８号公報に開示される技術では、基
板の実温を測定するたびに、イオン注入により作製した
拡散ウェーハが少なくとも１枚必要である。しかし、こ
の拡散ウェーハは作製に時間がかかる上、高価であり、
特に直径２００ｍｍ以上の大口径品については入手が困
難である。しかも、この拡散ウェーハは測定のためだけ
に作製されるものであって、他に用途が無い。また、基
板の実温を測定するための上記熱処理だけでも１時間程
度の時間を要し、これにたとえば拡散ウェーハの冷却や
シート抵抗測定に要する時間が加わるので、１回の測定
には少なくとも２時間以上の時間が費やされることにな
る。
【０００６】このように、拡散ウェーハを用いた測定方
法は精度には優れるものの、これを常に繰り返すと経済
性や生産性が損なわれるおそれが大きい。そこで本発明
はこれらの課題を解決し、半導体基板の実温を低コスト
かつ短時間に測定し、補正できる方法を提供することを
目的とする。
法は精度には優れるものの、これを常に繰り返すと経済
性や生産性が損なわれるおそれが大きい。そこで本発明
はこれらの課題を解決し、半導体基板の実温を低コスト
かつ短時間に測定し、補正できる方法を提供することを
目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の薄膜成長温度の
補正方法は、上述の目的を達成するために提案されるも
のであり、反応律速温度領域内の薄膜成長速度から求め
た加熱源の設定温度と基板の実温とのずれ量を、供給律
速温度域内で薄膜成長を行う際の加熱源の設定温度に加
算するものである。
補正方法は、上述の目的を達成するために提案されるも
のであり、反応律速温度領域内の薄膜成長速度から求め
た加熱源の設定温度と基板の実温とのずれ量を、供給律
速温度域内で薄膜成長を行う際の加熱源の設定温度に加
算するものである。
【０００８】加熱源の設定温度と基板の実温とのずれ量
を求めるには、まず、このようなずれ量が既にわかって
いる第１の薄膜成長装置を用い、反応律速温度域内の複
数の設定温度にて一定時間、基板上に薄膜を成長させる
ことにより、薄膜成長速度と基板の実温との関係を表す
第１の検量線を作成する。次に、このようなずれ量が知
られていない第２の薄膜成長装置を用い、反応律速温度
域内のある設定温度Ｔ１にて基板上に薄膜を成長させた
時の薄膜成長速度Ｇを求める。次に、先に作製した第１
の検量線にもとづいて上記の薄膜成長速度Ｇに対応する
基板の実温Ｔ２を求める。この基板の実温Ｔ２から設定
温度Ｔ１を差し引いた値（Ｔ２−Ｔ１）がずれ量であ
る。よって、第２の薄膜成長装置を用いた薄膜成長に際
して供給律速温度域内のある設定温度Ｔ３にこのずれ量
（Ｔ２−Ｔ１）を加算すれば、薄膜成長温度の補正を行
うことができる。
を求めるには、まず、このようなずれ量が既にわかって
いる第１の薄膜成長装置を用い、反応律速温度域内の複
数の設定温度にて一定時間、基板上に薄膜を成長させる
ことにより、薄膜成長速度と基板の実温との関係を表す
第１の検量線を作成する。次に、このようなずれ量が知
られていない第２の薄膜成長装置を用い、反応律速温度
域内のある設定温度Ｔ１にて基板上に薄膜を成長させた
時の薄膜成長速度Ｇを求める。次に、先に作製した第１
の検量線にもとづいて上記の薄膜成長速度Ｇに対応する
基板の実温Ｔ２を求める。この基板の実温Ｔ２から設定
温度Ｔ１を差し引いた値（Ｔ２−Ｔ１）がずれ量であ
る。よって、第２の薄膜成長装置を用いた薄膜成長に際
して供給律速温度域内のある設定温度Ｔ３にこのずれ量
（Ｔ２−Ｔ１）を加算すれば、薄膜成長温度の補正を行
うことができる。
【０００９】このためには、上記の第１の薄膜成長装置
における加熱源の設定温度と基板の実温とのずれ量を予
め明らかにしておく必要があるが、これは、加熱源の設
定温度と基板の実温とのずれ量が既知の熱処理装置に既
知濃度の不純物がイオン注入された試験用基板を搬入
し、反応律速温度域内および／または供給律速温度域内
の複数の設定温度にて一定時間の熱処理を行うことによ
り、該試験用基板のシート抵抗と基板の実温との関係を
表す第２の検量線を作成する。次に、イオン注入により
既知濃度の不純物が導入された試験用基板を第１の薄膜
成長装置に搬入し、ある加熱源の設定温度Ｔ４にて熱処
理を施した時のシート抵抗Ｒを求め、このシート抵抗Ｒ
に対応する基板の実温Ｔ５を第２の検量線から求める。
この設定温度Ｔ４との基板の実温Ｔ５との差（Ｔ５−Ｔ
４）を、第１の薄膜成長装置の普遍的な温度誤差とみな
すのである。
における加熱源の設定温度と基板の実温とのずれ量を予
め明らかにしておく必要があるが、これは、加熱源の設
定温度と基板の実温とのずれ量が既知の熱処理装置に既
知濃度の不純物がイオン注入された試験用基板を搬入
し、反応律速温度域内および／または供給律速温度域内
の複数の設定温度にて一定時間の熱処理を行うことによ
り、該試験用基板のシート抵抗と基板の実温との関係を
表す第２の検量線を作成する。次に、イオン注入により
既知濃度の不純物が導入された試験用基板を第１の薄膜
成長装置に搬入し、ある加熱源の設定温度Ｔ４にて熱処
理を施した時のシート抵抗Ｒを求め、このシート抵抗Ｒ
に対応する基板の実温Ｔ５を第２の検量線から求める。
この設定温度Ｔ４との基板の実温Ｔ５との差（Ｔ５−Ｔ
４）を、第１の薄膜成長装置の普遍的な温度誤差とみな
すのである。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明は、薄膜成長速度が温度に
相関している点に着目し、反応律速温度域で作成した
「薄膜成長速度ｖｓ基板の実温」を表す第１の検量線を
もとに、温度特性、すなわち加熱源の設定温度と基板の
実温とのずれ量が未知の薄膜成長装置の該ずれ量を把握
することにより、該薄膜成長装置を用いて供給律速温度
域で実際の薄膜成長を行う場合にも、その設定温度に上
記のずれ量を加えて温度の補正を行うものである。本発
明によれば、薄膜の製造に実際に用いられる半導体基板
を測定に用いることができ、従来のごとく他に用途の無
い高価な拡散ウェーハを測定のたびに１枚消費する必要
もなくなる。
相関している点に着目し、反応律速温度域で作成した
「薄膜成長速度ｖｓ基板の実温」を表す第１の検量線を
もとに、温度特性、すなわち加熱源の設定温度と基板の
実温とのずれ量が未知の薄膜成長装置の該ずれ量を把握
することにより、該薄膜成長装置を用いて供給律速温度
域で実際の薄膜成長を行う場合にも、その設定温度に上
記のずれ量を加えて温度の補正を行うものである。本発
明によれば、薄膜の製造に実際に用いられる半導体基板
を測定に用いることができ、従来のごとく他に用途の無
い高価な拡散ウェーハを測定のたびに１枚消費する必要
もなくなる。
【００１１】なお、上記の「薄膜成長速度ｖｓ基板の実
温」を表す第１の検量線を作成するための第１の薄膜成
長装置については、温度特性の把握のために従来どおり
イオン注入による拡散ウェーハを試験用基板として用
い、加熱源の設定温度と基板の実温とのずれ量を把握し
ておく必要がある。しかし、この温度特性を一旦把握し
てしまえば後は拡散ウェーハは不要なので、測定にかか
るコストも時間も大幅に節約することができる。
温」を表す第１の検量線を作成するための第１の薄膜成
長装置については、温度特性の把握のために従来どおり
イオン注入による拡散ウェーハを試験用基板として用
い、加熱源の設定温度と基板の実温とのずれ量を把握し
ておく必要がある。しかし、この温度特性を一旦把握し
てしまえば後は拡散ウェーハは不要なので、測定にかか
るコストも時間も大幅に節約することができる。
【００１２】ここで、薄膜成長における反応律速温度域
とは、十分量の原料ガスが供給されているにもかかわら
ず、半導体基板の温度が低いために原料ガスの反応とそ
れに続く薄膜の成長が十分な速度では進行しない温度域
である。この温度域における薄膜成長速度は主として基
板の実温に依存し、反応炉内のガス流の影響を受けにく
い。このため、薄膜成長速度は半導体基板の温度変化に
比例して大きく変化する一方で、同一基板温度における
薄膜成長速度に装置間の差や部品の設置状況の差の影響
を受けにくく、薄膜成長速度と基板の実温との間によい
直線性が成り立つ。本発明において、「薄膜成長速度ｖ
ｓ基板の実温」を表す第１の検量線を反応律速温度域で
作成する理由はここにある。シラン系ガスを用いてシリ
コン単結晶基板上にシリコンエピタキシャル膜を形成す
るプロセスの場合、反応律速温度域は９００℃以上、１
０５０℃未満の領域である。
とは、十分量の原料ガスが供給されているにもかかわら
ず、半導体基板の温度が低いために原料ガスの反応とそ
れに続く薄膜の成長が十分な速度では進行しない温度域
である。この温度域における薄膜成長速度は主として基
板の実温に依存し、反応炉内のガス流の影響を受けにく
い。このため、薄膜成長速度は半導体基板の温度変化に
比例して大きく変化する一方で、同一基板温度における
薄膜成長速度に装置間の差や部品の設置状況の差の影響
を受けにくく、薄膜成長速度と基板の実温との間によい
直線性が成り立つ。本発明において、「薄膜成長速度ｖ
ｓ基板の実温」を表す第１の検量線を反応律速温度域で
作成する理由はここにある。シラン系ガスを用いてシリ
コン単結晶基板上にシリコンエピタキシャル膜を形成す
るプロセスの場合、反応律速温度域は９００℃以上、１
０５０℃未満の領域である。
【００１３】一方の供給律速温度域とは、半導体基板の
温度が十分に高く、原料ガスの反応が速やかに進行する
ので、原料ガスの供給量に比例して薄膜の成長速度が変
化する温度域である。この温度域における薄膜成長速度
は、反応炉内のガス流の影響を受けやすいため、装置間
の差や部品の設置状況の差の影響も大きくなる。しか
し、得られる薄膜の品質や生産性の観点から、工業生産
の現場では薄膜成長はこの温度域で行われる。シラン系
ガスを用いてシリコン単結晶基板上にシリコンエピタキ
シャル膜を形成するプロセスの場合、供給律速温度域は
１０５０℃以上の領域である。イオン注入による拡散ウ
ェーハを試験用基板として用いながら「シート抵抗ｖｓ
基板の実温」を表す第２の検量線を作成する際には、複
数の設定温度を反応律速温度域のみに設けても、または
供給律速温度域のみに設けても、あるいはこれら両方の
領域にわたって設けても構わない。ただし、最も高い精
度が得られるのは、設定温度を両方の領域にわたって設
けた場合である。
温度が十分に高く、原料ガスの反応が速やかに進行する
ので、原料ガスの供給量に比例して薄膜の成長速度が変
化する温度域である。この温度域における薄膜成長速度
は、反応炉内のガス流の影響を受けやすいため、装置間
の差や部品の設置状況の差の影響も大きくなる。しか
し、得られる薄膜の品質や生産性の観点から、工業生産
の現場では薄膜成長はこの温度域で行われる。シラン系
ガスを用いてシリコン単結晶基板上にシリコンエピタキ
シャル膜を形成するプロセスの場合、供給律速温度域は
１０５０℃以上の領域である。イオン注入による拡散ウ
ェーハを試験用基板として用いながら「シート抵抗ｖｓ
基板の実温」を表す第２の検量線を作成する際には、複
数の設定温度を反応律速温度域のみに設けても、または
供給律速温度域のみに設けても、あるいはこれら両方の
領域にわたって設けても構わない。ただし、最も高い精
度が得られるのは、設定温度を両方の領域にわたって設
けた場合である。
【００１４】シリコンエピタキシャル成長における温度
補正を前提とする場合、拡散ウェーハとしては、ホウ素
（Ｂ）またはリン（Ｐ）を不純物としてシリコン単結晶
基板に１０14／ｃｍ2 程度のオーダーでイオン注入した
ものを用いる。この後、拡散ウェーハのイオン注入側を
シリコン酸化膜で被覆することが好ましい。このシリコ
ン酸化膜が存在する場合には、注入された不純物がすべ
て拡散ウェーハの内部へ拡散するので、温度の増大と共
に拡散深さが大きくなり、シート抵抗が低下する。
補正を前提とする場合、拡散ウェーハとしては、ホウ素
（Ｂ）またはリン（Ｐ）を不純物としてシリコン単結晶
基板に１０14／ｃｍ2 程度のオーダーでイオン注入した
ものを用いる。この後、拡散ウェーハのイオン注入側を
シリコン酸化膜で被覆することが好ましい。このシリコ
ン酸化膜が存在する場合には、注入された不純物がすべ
て拡散ウェーハの内部へ拡散するので、温度の増大と共
に拡散深さが大きくなり、シート抵抗が低下する。
【００１５】本発明における実際の温度補正の手順を図
１に示す。まずステップＳ１において、イオン注入によ
る試験用基板と温度特性が既知の熱処理装置を用い、複
数の設定温度にて一定時間の熱処理を行い、シート抵抗
と基板の実温との相関を表す第２の検量線を作成する。
次にステップＳ２において、温度特性が未知の第１の薄
膜成長装置を用い、ある加熱源の設定温度Ｔ４における
シート抵抗Ｒから基板の実温Ｔ５とのずれ量（Ｔ５−Ｔ
４）を求める。次にステップＳ３において、第１の薄膜
成長装置の温度特性を把握する。このとき得られる設定
温度と基板の実温との相関は、ｙ＝ｘの直線に上記のず
れ量（Ｔ５−Ｔ４）が加算されたものとなる。ここでは
（Ｔ５−Ｔ４）を正の値と仮定して図示したが、負の値
となる場合ももちろんある。
１に示す。まずステップＳ１において、イオン注入によ
る試験用基板と温度特性が既知の熱処理装置を用い、複
数の設定温度にて一定時間の熱処理を行い、シート抵抗
と基板の実温との相関を表す第２の検量線を作成する。
次にステップＳ２において、温度特性が未知の第１の薄
膜成長装置を用い、ある加熱源の設定温度Ｔ４における
シート抵抗Ｒから基板の実温Ｔ５とのずれ量（Ｔ５−Ｔ
４）を求める。次にステップＳ３において、第１の薄膜
成長装置の温度特性を把握する。このとき得られる設定
温度と基板の実温との相関は、ｙ＝ｘの直線に上記のず
れ量（Ｔ５−Ｔ４）が加算されたものとなる。ここでは
（Ｔ５−Ｔ４）を正の値と仮定して図示したが、負の値
となる場合ももちろんある。
【００１６】このようにして温度特性が明らかとなった
第１の薄膜成長装置を用い、ステップＳ４では反応律速
温度域内の複数の設定温度において一定時間の薄膜成長
を行い、成長速度と加熱源の設定温度との相関を示す直
線を得る。続くステップＳ５では、上記の設定温度を基
板の実温に変換する。この変換は、上記の直線のｙ切片
を（Ｔ５−Ｔ４）だけ移動させることで行うことができ
る。次にステップＳ６において、温度特性が未知の第２
の薄膜成長装置を用い、反応律速温度域内のある設定温
度Ｔ２における薄膜成長速度Ｇから基板の実温Ｔ１との
ずれ量（Ｔ２−Ｔ１）を求める。ここでは（Ｔ２−Ｔ
１）を正の値と仮定して図示したが、負の値となる場合
ももちろんある。最後にステップＳ７において、供給律
速温度域内のある加熱源の設定温度Ｔ３に上記のずれ量
（Ｔ２−Ｔ１）を加算する。こうして、新しい設定温度
をＴ３＋（Ｔ２−Ｔ１）と定めることにより基板の実温
をＴ３に調節し、正確な薄膜成長を行うことが可能とな
る。
第１の薄膜成長装置を用い、ステップＳ４では反応律速
温度域内の複数の設定温度において一定時間の薄膜成長
を行い、成長速度と加熱源の設定温度との相関を示す直
線を得る。続くステップＳ５では、上記の設定温度を基
板の実温に変換する。この変換は、上記の直線のｙ切片
を（Ｔ５−Ｔ４）だけ移動させることで行うことができ
る。次にステップＳ６において、温度特性が未知の第２
の薄膜成長装置を用い、反応律速温度域内のある設定温
度Ｔ２における薄膜成長速度Ｇから基板の実温Ｔ１との
ずれ量（Ｔ２−Ｔ１）を求める。ここでは（Ｔ２−Ｔ
１）を正の値と仮定して図示したが、負の値となる場合
ももちろんある。最後にステップＳ７において、供給律
速温度域内のある加熱源の設定温度Ｔ３に上記のずれ量
（Ｔ２−Ｔ１）を加算する。こうして、新しい設定温度
をＴ３＋（Ｔ２−Ｔ１）と定めることにより基板の実温
をＴ３に調節し、正確な薄膜成長を行うことが可能とな
る。
【００１７】
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。ここでは、直径２００ｍｍ、抵抗率０．０１Ω・
ｃｍ〜０．０２Ω・ｃｍ、主表面の面方位（１００）の
ｐ+ 型シリコン基板上に、抵抗率１０Ω・ｃｍのｐ-型
シリコンエピタキシャル層を気相成長させる薄膜成長プ
ロセスを想定した温度補正を行う。まず、イオン注入に
よる試験用基板として、直径２００ｍｍ、抵抗率１０Ω
・ｃｍ、主表面の面方位（１００）のｐ- 型シリコン単
結晶基板にｎ型不純物であるリンをイオン注入したもの
を複数枚用意した。このイオン注入は、一例としてイオ
ン加速エネルギー５０ＫｅＶ，ドース量３．０×１０14
／ｃｍ2 にて行った。また、イオン注入した試験用基板
の主表面には、ＣＶＤ法によって厚さ０．５μｍのシリ
コン酸化膜を形成した。
する。ここでは、直径２００ｍｍ、抵抗率０．０１Ω・
ｃｍ〜０．０２Ω・ｃｍ、主表面の面方位（１００）の
ｐ+ 型シリコン基板上に、抵抗率１０Ω・ｃｍのｐ-型
シリコンエピタキシャル層を気相成長させる薄膜成長プ
ロセスを想定した温度補正を行う。まず、イオン注入に
よる試験用基板として、直径２００ｍｍ、抵抗率１０Ω
・ｃｍ、主表面の面方位（１００）のｐ- 型シリコン単
結晶基板にｎ型不純物であるリンをイオン注入したもの
を複数枚用意した。このイオン注入は、一例としてイオ
ン加速エネルギー５０ＫｅＶ，ドース量３．０×１０14
／ｃｍ2 にて行った。また、イオン注入した試験用基板
の主表面には、ＣＶＤ法によって厚さ０．５μｍのシリ
コン酸化膜を形成した。
【００１８】次に、温度特性が既知の熱拡散炉内に上記
試験用基板を１枚ずつセットし、９５０℃、１０００
℃、１０５０℃、１１００℃、１１５０℃、１２００℃
の各温度にて１時間の熱処理を行った。この９５０℃〜
１２００℃の温度域は、シリコンエピタキシャル成長に
おける反応律速温度域から供給律速温度域にまたがるも
のである。得られた検量線（第２の検量線）を図２に示
す。次に、赤外線ランプ加熱を加熱源とする温度特性が
未知の第１の枚葉式エピタキシャル反応炉内のサセプタ
上に先の試験用基板の１枚をセットし、加熱源の設定温
度を１１１０℃として１時間の熱処理を行い、該設定温
度におけるシート抵抗を求め、図２から読み取れる基板
の実温と比較した。この差にもとづいて作成した加熱源
の設定温度と試験用基板の実温との相関を示したグラフ
が、図３である。
試験用基板を１枚ずつセットし、９５０℃、１０００
℃、１０５０℃、１１００℃、１１５０℃、１２００℃
の各温度にて１時間の熱処理を行った。この９５０℃〜
１２００℃の温度域は、シリコンエピタキシャル成長に
おける反応律速温度域から供給律速温度域にまたがるも
のである。得られた検量線（第２の検量線）を図２に示
す。次に、赤外線ランプ加熱を加熱源とする温度特性が
未知の第１の枚葉式エピタキシャル反応炉内のサセプタ
上に先の試験用基板の１枚をセットし、加熱源の設定温
度を１１１０℃として１時間の熱処理を行い、該設定温
度におけるシート抵抗を求め、図２から読み取れる基板
の実温と比較した。この差にもとづいて作成した加熱源
の設定温度と試験用基板の実温との相関を示したグラフ
が、図３である。
【００１９】次に、９００℃〜１０００℃の反応律速温
度域内の幾つかの設定温度において、第１の枚葉式エピ
タキシャル反応炉を用い、シリコンエピタキシャル層の
気相成長を行った。気相成長条件は、一例として下記の
とおりとした。 ＳｉＨＣｌ3 流量（Ｈ2 で２０％に希釈）：２０リットル／分 基板の主表面側のＨ2 流量 ：５０リットル／分 サセプタ裏側のＨ2 流量 ： ５リットル／分 成長時間： ２分 各設定温度にて得られたシリコンエピタキシャル層の厚
さから薄膜成長速度（μｍ／分）を算出し、薄膜成長速
度ｖｓ加熱源の設定温度の相関図を作成した。さらに、
上記設定温度を基板の実温に換算し、図４に示されるよ
うな第１の検量線を得た。
度域内の幾つかの設定温度において、第１の枚葉式エピ
タキシャル反応炉を用い、シリコンエピタキシャル層の
気相成長を行った。気相成長条件は、一例として下記の
とおりとした。 ＳｉＨＣｌ3 流量（Ｈ2 で２０％に希釈）：２０リットル／分 基板の主表面側のＨ2 流量 ：５０リットル／分 サセプタ裏側のＨ2 流量 ： ５リットル／分 成長時間： ２分 各設定温度にて得られたシリコンエピタキシャル層の厚
さから薄膜成長速度（μｍ／分）を算出し、薄膜成長速
度ｖｓ加熱源の設定温度の相関図を作成した。さらに、
上記設定温度を基板の実温に換算し、図４に示されるよ
うな第１の検量線を得た。
【００２０】上記第１の検量線を用い、温度特性が未知
の第２の枚葉式エピタキシャル成長装置の温度補正を行
った。ただし、この枚葉式エピタキシャル装置は、薄膜
成長温度のモニタを、サセプタ裏面中央に埋設された熱
電対を用いて行うものである。ここで、温度モニタに熱
電対を用いたのは、この測定手段が加熱源の出力に対し
て広い温度範囲にわたり良い直線関係を保ちながら温度
情報を出力できるからである。本発明では、反応律速温
度域で作成された第１の検量線にもとづいて得られた加
熱源の設定温度と基板の実温とのずれ量を供給律速温度
域における温度補正にそのまま用いるので、反応律速温
度域から供給律速温度域にわたる広い温度範囲で応答の
直線性が求められるのである。
の第２の枚葉式エピタキシャル成長装置の温度補正を行
った。ただし、この枚葉式エピタキシャル装置は、薄膜
成長温度のモニタを、サセプタ裏面中央に埋設された熱
電対を用いて行うものである。ここで、温度モニタに熱
電対を用いたのは、この測定手段が加熱源の出力に対し
て広い温度範囲にわたり良い直線関係を保ちながら温度
情報を出力できるからである。本発明では、反応律速温
度域で作成された第１の検量線にもとづいて得られた加
熱源の設定温度と基板の実温とのずれ量を供給律速温度
域における温度補正にそのまま用いるので、反応律速温
度域から供給律速温度域にわたる広い温度範囲で応答の
直線性が求められるのである。
【００２１】まず、第２の枚葉式エピタキシャル成長装
置における加熱源の設定温度を９５０℃として上記の条
件でシリコンエピタキシャル成長を行った。得られたシ
リコンエピタキシャル層の厚さと成膜時間から、薄膜成
長速度は１．１８μｍ／分であることがわかった。しか
し、図４に示した第１の検量線によると、１．１８μｍ
／分の薄膜成長速度を達成する基板の実温は９４２．２
℃であった。つまり、実際には設定温度よりも７．８℃
低い温度しか達成されていなかったことが判明した。実
際の工業生産においては基板の実温を１１１０℃とした
いので、この装置の加熱源の設定温度を７．８℃高めて
１１１７．８℃とした。これによって、基板の実温をち
ょうど１１１０℃に制御することができ、精度良くシリ
コンエピタキシャル成長を行うことが可能となった。
置における加熱源の設定温度を９５０℃として上記の条
件でシリコンエピタキシャル成長を行った。得られたシ
リコンエピタキシャル層の厚さと成膜時間から、薄膜成
長速度は１．１８μｍ／分であることがわかった。しか
し、図４に示した第１の検量線によると、１．１８μｍ
／分の薄膜成長速度を達成する基板の実温は９４２．２
℃であった。つまり、実際には設定温度よりも７．８℃
低い温度しか達成されていなかったことが判明した。実
際の工業生産においては基板の実温を１１１０℃とした
いので、この装置の加熱源の設定温度を７．８℃高めて
１１１７．８℃とした。これによって、基板の実温をち
ょうど１１１０℃に制御することができ、精度良くシリ
コンエピタキシャル成長を行うことが可能となった。
【００２２】以上、本発明の具体的な実施例を挙げた
が、本発明はこの実施例に何ら限定されるものではな
い。たとえば、上記の実施例ではシリコンエピタキシャ
ル層を成長する場合の温度補正方法について述べたが、
成長される膜の種類が変わった場合には、その膜の成膜
機構に応じて決まる反応律速温度域において同様に「薄
膜成長速度ｖｓ基板の実温」を表す検量線を作成し、加
熱源の設定温度と基板の実温とのずれ量を供給律速領温
度域における設定温度に加算すればよい。
が、本発明はこの実施例に何ら限定されるものではな
い。たとえば、上記の実施例ではシリコンエピタキシャ
ル層を成長する場合の温度補正方法について述べたが、
成長される膜の種類が変わった場合には、その膜の成膜
機構に応じて決まる反応律速温度域において同様に「薄
膜成長速度ｖｓ基板の実温」を表す検量線を作成し、加
熱源の設定温度と基板の実温とのずれ量を供給律速領温
度域における設定温度に加算すればよい。
【００２３】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
では薄膜成長速度と基板の実温との間の相関を表す検量
線にもとづいて温度補正を行うので、温度測定を実際に
製造に使用する基板を用いて行うことができる。この検
量線を作成するにあたっては、使用する薄膜成長装置の
温度特性を知るために、従来より用いられているイオン
注入による試験用基板を用いることが精度上好適である
が、この温度特性を一旦把握した後はイオン注入による
試験用基板は不要なので、温度測定にかかるコストや時
間を大幅に削減することができる。本発明では、反応律
速温度域で得られた装置固有の温度のずれ量を、実際の
薄膜成長時には供給律速温度域内の設定温度に加算する
が、薄膜成長温度を熱電対を用いてモニタすれば、温度
設定を正確に行うことができる。本発明は、シリコンエ
ピタキシャル成長における基板の実温の精密な制御を可
能とし、その産業上の価値は極めて大きいものである。
では薄膜成長速度と基板の実温との間の相関を表す検量
線にもとづいて温度補正を行うので、温度測定を実際に
製造に使用する基板を用いて行うことができる。この検
量線を作成するにあたっては、使用する薄膜成長装置の
温度特性を知るために、従来より用いられているイオン
注入による試験用基板を用いることが精度上好適である
が、この温度特性を一旦把握した後はイオン注入による
試験用基板は不要なので、温度測定にかかるコストや時
間を大幅に削減することができる。本発明では、反応律
速温度域で得られた装置固有の温度のずれ量を、実際の
薄膜成長時には供給律速温度域内の設定温度に加算する
が、薄膜成長温度を熱電対を用いてモニタすれば、温度
設定を正確に行うことができる。本発明は、シリコンエ
ピタキシャル成長における基板の実温の精密な制御を可
能とし、その産業上の価値は極めて大きいものである。
【図１】本発明による薄膜成長温度の補正方法の手順を
示すフロー図である。
示すフロー図である。
【図２】イオン注入による試験用基板のシート抵抗と試
験用基板の実温との相関を表す第２の検量線のグラフで
ある。
験用基板の実温との相関を表す第２の検量線のグラフで
ある。
【図３】加熱源の設定温度と試験用基板の実温との相関
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図４】薄膜成長速度と基板の実温との相関を表す第１
の検量線のグラフである。
の検量線のグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−145121（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−291143（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−280529（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−97158（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−248264（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−142948（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/205 H01L 21/66 G01K 7/00
Claims (6)
- 【請求項１】 反応律速温度領域内の薄膜成長速度から
求めた加熱源の設定温度と基板の実温との間のずれ量
を、供給律速温度域内で薄膜成長を行う際の加熱源の設
定温度に加算することを特徴とする薄膜成長温度の補正
方法。 - 【請求項２】 前記加熱源の設定温度と前記基板の実温
との間のずれ量は、 加熱源の設定温度と基板の実温とのずれ量が既知の第１
の薄膜成長装置を用い、反応律速温度域内の複数の設定
温度にて一定時間、基板上に薄膜を成長させることによ
り、薄膜成長速度と基板の実温との関係を表す第１の検
量線を作成するステップと、 加熱源の設定温度と基板の実温との間のずれ量が未知の
第２の薄膜成長装置を用い、前記反応律速温度域内のあ
る設定温度Ｔ１にて基板上に薄膜を成長させた時の薄膜
成長速度Ｇを求めるステップと、 前記第１の検量線にもとづいて前記薄膜成長速度Ｇに対
応する基板の実温Ｔ２を求めるステップとを経て（Ｔ２
−Ｔ１）として算出し、 前記第２の薄膜成長装置を用いた薄膜成長に際して供給
律速温度域内のある設定温度Ｔ３にこのずれ量（Ｔ２−
Ｔ１）を加算することを特徴とする請求項１記載の薄膜
成長温度の補正方法。 - 【請求項３】 前記第１の薄膜成長装置における加熱源
の設定温度と基板の実温とのずれ量は、 イオン注入により既知濃度の不純物が導入された試験用
基板を加熱源の設定温度と基板の実温とのずれ量が既知
の熱処理装置に搬入し、前記反応律速温度域内および／
または前記供給律速温度域内の複数の設定温度にて一定
時間の熱処理を行うことにより、該試験用基板のシート
抵抗と基板の実温との関係を表す第２の検量線を作成す
るステップと、 イオン注入により既知濃度の不純物が導入された試験用
基板に対し、前記第１の薄膜成長装置を用いて、ある設
定温度Ｔ４にて熱処理を施した時のシート抵抗Ｒを求め
るステップと、 前記第２の検量線にもとづいて前記シート抵抗Ｒに対応
する基板の実温Ｔ５を求めるステップとを経て、 前記設定温度Ｔ４との前記基板の実温Ｔ５との差（Ｔ５
−Ｔ４）として求めることを特徴とする請求項２記載の
薄膜成長温度の補正方法。 - 【請求項４】 前記第２の薄膜成長装置における薄膜成
長温度のモニタを、熱電対を用いて行うことを特徴とす
る請求項１記載の薄膜成長温度の補正方法。 - 【請求項５】 前記基板がシリコン単結晶基板であり、
その上に成長される薄膜がシリコンエピタキシャル層で
あることを特徴とする請求項１記載の薄膜成長温度の補
正方法。 - 【請求項６】 前記反応律速温度域が９００℃以上、１
０５０℃未満であり、前記供給律速温度域が１０５０℃
以上であることを特徴とする請求項４記載の薄膜成長温
度の補正方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22534798A JP3269463B2 (ja) | 1998-07-23 | 1998-07-23 | 薄膜成長温度の補正方法 |
| US09/356,319 US6217651B1 (en) | 1998-07-23 | 1999-07-16 | Method for correction of thin film growth temperature |
| GB9917110A GB2339964B (en) | 1998-07-23 | 1999-07-21 | Method for correction of thin film growth temperature |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22534798A JP3269463B2 (ja) | 1998-07-23 | 1998-07-23 | 薄膜成長温度の補正方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000040663A JP2000040663A (ja) | 2000-02-08 |
| JP3269463B2 true JP3269463B2 (ja) | 2002-03-25 |
Family
ID=16827925
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22534798A Expired - Fee Related JP3269463B2 (ja) | 1998-07-23 | 1998-07-23 | 薄膜成長温度の補正方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6217651B1 (ja) |
| JP (1) | JP3269463B2 (ja) |
| GB (1) | GB2339964B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7129168B2 (en) | 2002-10-30 | 2006-10-31 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method of estimating substrate temperature |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10124609B4 (de) * | 2001-05-17 | 2012-12-27 | Aixtron Se | Verfahren zum Abscheiden aktiver Schichten auf Substraten |
| GB2395492A (en) * | 2002-11-25 | 2004-05-26 | Thermo Electron Corp | Improvements in deposition methods for the production of semiconductors |
| US7487064B2 (en) * | 2003-07-18 | 2009-02-03 | Chartered Semiconductor Manufacturing, Ltd. | Method for detecting and monitoring defects |
| US7588559B2 (en) * | 2004-07-01 | 2009-09-15 | W&H Dentalwerk Bürmoos GmbH | Injection systems |
| JP6268039B2 (ja) * | 2014-05-23 | 2018-01-24 | グローバルウェーハズ・ジャパン株式会社 | 検量線の作成方法、不純物濃度の測定方法、及び半導体ウェハの製造方法 |
| CN110957246B (zh) * | 2019-12-10 | 2023-07-04 | 河北普兴电子科技股份有限公司 | 一种校准外延设备反应腔温度的方法 |
| CN116334751B (zh) * | 2023-03-16 | 2024-02-09 | 浙江求是创芯半导体设备有限公司 | 外延控制方法、装置、电子设备及存储介质 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0758730B2 (ja) | 1989-10-30 | 1995-06-21 | 信越半導体株式会社 | ウエーハの表面温度測定方法 |
| JP2803460B2 (ja) | 1992-04-15 | 1998-09-24 | 日本電気株式会社 | 減圧気相成長装置 |
| JPH06168905A (ja) | 1992-11-30 | 1994-06-14 | Hitachi Chem Co Ltd | ランプアニール温度補正用治具 |
| US5549756A (en) * | 1994-02-02 | 1996-08-27 | Applied Materials, Inc. | Optical pyrometer for a thin film deposition system |
| JP3131102B2 (ja) | 1994-09-29 | 2001-01-31 | 川崎製鉄株式会社 | 半導体製造装置の管理方法 |
-
1998
- 1998-07-23 JP JP22534798A patent/JP3269463B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-07-16 US US09/356,319 patent/US6217651B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-07-21 GB GB9917110A patent/GB2339964B/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7129168B2 (en) | 2002-10-30 | 2006-10-31 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method of estimating substrate temperature |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2339964B (en) | 2003-05-21 |
| JP2000040663A (ja) | 2000-02-08 |
| GB2339964A (en) | 2000-02-09 |
| GB9917110D0 (en) | 1999-09-22 |
| US6217651B1 (en) | 2001-04-17 |
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