JPH02503352A

JPH02503352A - 半導体基体の温度測定装置、この測定装置の製造方法及び熱処理中の半導体基体の温度測定方法

Info

Publication number: JPH02503352A
Application number: JP63503470A
Authority: JP
Inventors: ギスダキス、シユピリドン; テウス、ヘルムート; ツウイクナグル、ペーター
Original assignee: シーメンス、アクチエンゲゼルシヤフト
Priority date: 1987-05-07
Filing date: 1988-04-27
Publication date: 1990-10-11
Also published as: DE3715231A1; WO1988008965A3; US5052821A; WO1988008965A2; EP0359748A1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】半導体基体の温度測定装置、この測定装置の製造方法及び熱処理中の半導体基体の温度測定方法半導体製品例えば電子デバイス用ウェーハの製造の際には、しばしば熱処理を実施しなければならない、その際熱処理中の半導体基体の温度を正確に検査しかつ温度経過を正確に制御することが重要である。

この発明の課題は、熱処理中の半導体基体の温度を正確にかつ再現可能に測定できる方法と測定装置、及びかかる測定装置の製造方法を提供することにある。

この課題はこの発明に基づき、請求項１．２．３．４，６又は１０に記載の特徴により解決される。この発明の別の実施態様はその他の請求項に記載されている。

下記の図面において複数の実施例により、この発明を説明する。

第１図は、半導体基体ｌの内部の温度測定装置の製造方法の一製造段階を示す、この半導体基体１には熱電対５が組み込まれている。この熱電対５の熱電対接合球７は半導体基体１の空所６の中に置かれ、球の全面を半導体材料により囲む必要がある。そのために半導体基体ｌの空所６は熱電対５の挿入後に、空所６の周囲の半導体基体ｌと同じ化学組成を有する粉末状の半導体材料２により満たされる。レーザ４のレーザ光線３を用いて粉末状の半導体材料２が再溶融されるので、熱電対接合球７は全面を囲まれる。再溶融は他の方法例えば炉の中でも実施することができる。空所６が再溶融後にちょうど一杯になるような量の粉末状半導体材料が追加供給される。熱電対５の熱電対線８は半導体基体ｌの空所６の側に導出されている。

第２図は、半導体基体１内の温度測定装置の別の製造方法の一製造段階を示す、半導体基体ｌの空所６は例えば半導体基体１の製造後に機械加工により作ることができる。空所６の中には熱電対５の熱電対接合球７が挿入されている。熱電対線８は半導体基体ｌの空所６の側に導出されている。半導体基体１はこの実施例ではガリウムヒ素すなわちｍ−ｖ族半導体から成る。空所６の中に熱電対５を挿入した後にこの空所は液体ガリウム２２を満たされ、この装置の反応管２１に入れられる０反応管２１内にはヒ素を含む雰囲気１例えばＡｓ４又はＡｓＨ３を含む雰囲気が作られる。

反応管２１内には約７５０°Ｃの温度が設定される。その際空所の中に入れられたガリウムはヒ素と反応して多結晶ガリウムヒ素となり、このガリウムヒ素が半導体基体１内に食い込んで成長し、その際熱電対接合球７が全面を囲まれる。

空所６の充填のための更に別の方法は、半導体基体ｌが空所６の周囲において単一の半導体元素例えばシリコン又はゲルマニウムから成るときに用いることができる。その場合半導体基体ｌの空所６は熱電対５の挿入後に気相からの半導体元素の析出により埋めることができる。

第３図に示すように、熱電対線８が半導体基体の熱電対接合球７が入れられている側とは別の側に導出されるように、測定装置を製造することもできる。

第３図は！＄２の半導体基体３１と測定装置３２とを熱処理炉３３内に配置した図を示す、測定装Ｍ３２は、熱処理中に第１の半導体基体１内で測定された温度経過が第２の半導体基体３１内の温度経過と一致するように、第２の半導体基体３１に対する照合体として構成された第１の半導体基体ｌを備える。第２の半導体基体３１と測定装置３２との周囲の温度変化が測定誤差をもたらさないように、測定装置３２は第２の半導体基体３１に密接して配置される。熱電対５の熱電対線８はこの実施例では、第１の半導体基体１の孔３４を貫いて第２の半導体基体３１と反対側で導出されている。それにより半導体基体を相互に一層密接して配置することができる。測定装置３２が第２の半導体基体３１と共に同じ熱処理を受けるとき、この方法により第２の半導体装置３１内に生じる温度を測定することができる。第１の半導体基体ｌ内での温度測定は、半導体基体が速やかな温度変化にさらされ、従って表面温度の経過が半導体基体内の温度の経過と異なるときに特に有利である。測定装置３２は特に、熱電対接合球７が第１の半導体基体１の完全に定められた層の中に置かれ、それにより第２の半導体基体３１のこれに相当する層の温度経過がどんな状態であるかを測定できるように構成することができる。測定装置３２により測定された温度は熱処理の温度制御のために利用することができる。それにより温度制御を第２の半導体基体３１内の温度状態に正確に適応させることができる。

第４図は、半導体基体１の表面温度の測定装置を示す、半導体基体１上には重なった二つの金属帯４２．４３が蒸着により取り付けられている。金属帯４２．４３は熱電対と成り得る金属、例えば白金／ロジウム対白金又はニッケル／クロム対ニッケルの組み合わせから成り、接続導線４４を有する０図示の測定装置は第２の半導体基体３１の熱処理の際の温度測定のために使用することができる。そのために第１の半導体基体１が温度を測定しようとする第２の半導体基体３１に対する照合体として構成され、この第２の半導体基体３１と共に同じ熱処理を受けるように、第１の半導体基体ｌが選択される。

第５図は、半導体基体ｌの表面温度の測定装置を示す、この測定装置は熱電対５と接触おもり５２とを備え、この接触おもりは熱電対５の熱電対接合球７にのしかかる。接触おもり５２は熱電対接合球７に接触し、−力無電対５の熱電対線８は接触おもり５２の孔５３を貫いて導かれる。接触おもり５２を備えた熱電対接合球７は測定中に自由に半導体基体１に接触する。この測定装置は熱処理中に第２の半導体基体３１の温度を測定するために用いることができる。そのためにこの測定装置により照合半導体基体としての第１の半導体基体ｌの温度が測定され、半導体基体ｌは第２の半導体基体３１及び測定装置と共に同じ熱処理を受ける。

第６図は第５図に示したのと同様な種類の測定装置を示すが、接触おもり５２が固定部６２を備えた回転軸６１を介して回転自在に支持されているという特殊性を有する。接触おもり５２は一方の側で熱電対５の熱電対接合球７に接触する。

熱電対５の熱電対線８は接触おもり５２の孔を貫いて導かれている。測定装置の回転自在の支持により、この測定装置を用いて表面温度を測定しようとする半導体基体１上での位置決めが容易となる。測定装置は第４図により説明した測定装置と同様に、熱処理中に第２の半導体基体３１の温度を測定するために使用することができる。

接触おもり５２を備えたかかる測定装置の場合には、熱処理が光特にレーザ光の照射により実施されるときに、接触おもり５２を透光性の材料から作るのが合目的である。

多くの熱電対材料は半導体の成分と化学的に反応するおそれがある０例えばクロメル・アルメル熱電対のアルミニウムはヒ素を含む半・導体のヒ素と反応するおそれがある。従って半導体基体内に組み込まれた熱電対を備える測定装置の場合、及び接触おもり付きの熱電対を備える測定装置の場合には、熱電対の成分が半導体基体の成分と化学的に反応する危険が存在するとき、薄い保護被膜を備えた熱電対が用いられる。保護被膜は例えば５ｉ０２又はＳｉ３Ｎ３から成ることができる。

補正書の翻訳提出書（特許法第１８４条の８）平成元年１０月２６虜特許庁長官　吉　１）　文　毅　殿１、国際出願番号　ＰＣＴ／ＤＥ　　８Ｂ１００２４！ｌｒ２、発明の名称　　半導体基体の温度測定装置、この測定装置の製造方法及び熱処理中の半導体基体の温度測定方法３、特許出願人住　所　ドイツ連邦共和国　Ｄ−８０００ミュンヘン　２２ボストフアツハ　２２　０２　６１名　称　シーメンス、アクチェンゲゼルシャフト４、代　　　理　　　人　　■ １１２住　所　東京都文京区大塚４−１６−１２５、補正書の提出年月日　　１９８９年４月１７日明　Ｉ！ｆＩ　　δ 半導体基体の温度測定装置及びこの測定装置の製造方法半導体製品例えば電子デバイス用ウェーハの製造の際には、しばしば熱処理を実施しなければならない、その際熱処理中の半導体基体の温度を正確に検査しかつ温度経過を正確に制御することが重要である。

半導体基体上に取り付けられた熱電対は、ピー・べり等の論文、「パルスレーザ光を照射されるゲルマニウムの薄膜熱電対による時間分解温度測定」、アプライド　フィジックス　レターズ、第４５巻、第３９８〜４００ページ（１９８４年）に記載されている。この装置ではパルス状のレーザ光により加熱されるゲルマニウム小板の温度上昇が測定される。この目的のために外面の膨らみを備えたゲルマニウム小板が、フンスタンタンと鉄とから成りそれぞれ外に向かって導かれ室温に保たれた接触面を備え同軸に配置されたバイメタル上に載せられる。

特開昭８０−２３００２８号公報には半導体のための検査装置用温度測定器が記載されている。この装置の目的は検査時間の近傍で状態を確認することにあり、半導体要素と同じ形及び同じ材料を備えた温度測定要素中の温度測定体の出力端が導体プローブを介して検査装置のプローブに接続され、プローブに接続された温度計の温度測定要素の検出温度が表示されるようになっている。

ケイ・エイ拳カールソン、ピー・ディスクラファ二及びアイ・オステンの論文、ｒＩＢＭ技報」、第１４巻、第３２２７ページ（１９７２年）には、基板材料中にセメントで固定されその接続導線が一本の比較的太い線となるようにより合わせられている熱電対が記載されている。

シー・エル・ニガーディング等の論文、ｒＩＢＭ技報」。

第２１巻、第４８３９ページ（１９７９年）には、多層のセラミックのための温度測定装置が記載され、この温度測定装置では熱電対はセラミックの相互に隣接する層中に一直線に並べて配置され異なる金属により埋められた二つの溝から成る。

エル争ニス・ゴールドマンの論文、ｒＩ　ＢＭ技［Ｊ　、　第２６巻、第１９８５ページ（１９８３年）には、表面温度の測定のための温度測定プローブが記載され、この温度測定プローブは箔から成り伝熱性の材料を充填されたカプセル中に熱電対線を備えた熱電対接合球から成る。

この課題はこの発明に基づき、請求項１．２．３．４．６又はｌＯに記載の特徴により解決される。この発明の別の実施態様はその他の請求項に記載されている。

第１図は、半導体基体ｌの内部の温度測定装置の製造方法の一製造段階を示す、この半導体基体１には熱電対５が組み込まれている。この熱電対５の熱電対接合球７は半導体基体１の空所６の中に置かれ１球の全面を半導体材料により囲む必要がある。そのために半導体基体ｌの空所６は熱電対５の挿入後に、空所６の周囲の半導体基体ｌと同じ化学組成を有する粉末状の半導体材料２により満たされる。レーザ４のレーザ光線３を用いて粉末状の半導体材料２が再溶融されるので、熱電対接合球７は全面を囲まれる。再溶融は他の方法例えば炉の中でも実施することができる。空所６が再溶融後にちょうど一杯になるような量の粉末状半導体材料が追加供給される。熱電対５の熱電対線８は半導体基体ｌの空所６の側に導出されている。

第２図は、半導体基体１内の温度測定装置の別の製造方法の一製造段階を示す、半導体基体ｌの空所６は例えば半導体基体１の製造後に機械加工により作ることができる。空所６の中には熱電対５の熱電対接合球７が挿入されている。熱電対線８は半導体基体ｌの空所６の側に導出されている。半導体基体１はこの実施例ではガリウムヒ素すなわち■−ｖ族半導体から成る。空所６の中に熱電対５を挿入した後にこの空所は液体ガリウム２２を満たされ、この装置の反応管２１に入れられる０反応管２１内にはヒ素を含む雰囲気、例えばＡｓａ又は＾ｓＨ３を含む雰囲気が作られる。

空所６の充填のための更に別の方法は、半導体基体１が空所６の周囲において単一の半導体元素例えばシリコン又はゲルマニウムから成るときに用いることができる。その場合半導体基体１の空所６は熱電対５の挿入後に気相からの半導体元素の析出により埋めることができる。

第３図は第２の半導体基体３１と測定装置３２とを熱処理炉３３内に配置した図を示す、測定装置３２は、熱処理中に第１の半導体基体１内で測定された温度経過が第２の半導体基体３１内の温度経過と一致するように、第２の半導体基体３１に対する照合体として構成された第１の半導体基体ｌを備える。第２の半導体基体３１と測定装置３２との周囲の温度変化が測定誤差をもたらさないように、測定装置３２は第２の半導体基体３１に密接して配置される。熱電対５の熱電対線８はこの実施例では、第１の半導体基体ｌの孔３４を貫いて第２の半導体基体３１と反対側で導出されている。それにより半導体基体を相互に一層密接して配置することができる。測定装置３２が第２の半導体基体３１と共に同じ熱処理を受けるとき、この方法により第２の半導体基体３１内に生じる温度を測定することができる。第１の半導体基体１内での温度測定は、半導体基体が速やかな温度変化にさらされ、従って表面温度の経過が半導体基体内の温度の経過と異なるときに特に有利である。測定装Ｍ３２は特に、熱電対接合球７が第１の半導体基体１の完全に定められた層の中に置かれ、それにより第２の半導体基体３１のこれに相当する層の温度経過がどんな状態であるかを測定できるように構成することができる。測定装置３２により測定された温度は熱処理の温度制御のために利用することができる。それにより温度制御を第２の半導体基体３１内の温度状態に正確に適応させることができる。

多くの熱電対材料は半導体の成分と化学的に反応するおそれがある０例えばクロメル・アルメル熱電対のアルミニウムはヒ素を含む半導体のヒ素と反応するおそれがある。従って測定装置には、熱電対の成分が半導体基体の成分と化学的に反応する危険が存在するとき、薄い保護被膜を備えた熱電対が用いられる。保護被膜は例えば５ｉ０２又はＳｉ３Ｎ３から成ることができる。

請求の範囲１．　熱電対接合球（７）と熱電対線（８）とを有する熱電対（５）を備えた半導体基体（１）の温度測定装置において、熱電対接合球（７）が半導体基体（１）を構成する半導体材料により全面を囲まれ、熱電対線（８）が半導体材料を貫いて導出されることを特徴とする半導体基体の温度測定装置。

２、　　ｍ−Ｖ族半導体材料から成る半導体基体（１）を備え、以下の付加的特徴、すなわち空所（６）がこの半導体基体（１）に作られ、熱電対接合球（７）がこの空所（６）の中に入れられ、空所（６）がｍ−ｖ族半導体材料の一成分により満たされ、半導体基体（１）がｍ−ｖ族半導体材料の他の成分の一つを含む雰囲気中で加熱され、それによりこの成分が空所（６）を満たす材料中に取り込まれることを特徴とする請求項１記載の測定装置の製造方法。

３、　単一の化学元素から成る半導体基体（１）を備え、以下の付加的特徴、すなわち空所（６）がこの半導体基体（１）に作られ、熱電対接合球（７）がこの空所（６）の中に入れられ、空所（６）が気相からの化学元素の選択的析出により埋められることを特徴とする請求項１記載の測定装置の製造方法。

４、　以下の付加的特徴、すなわち空所（６）がこの半導体基体（１）に作られ、熱電対接合球（７）がこの空所（６）の中に入れられ、空所（６）が粉末状の半導体材料（２）により満たされ、この粉末状半導体基体材料（２）が再溶融により固められることを特徴とする請求項１記載の測定装置の製造方法。

５、　再溶融がレーザ光線（３）により実施されることを特徴とする請求項４記載の方法。

国際調査報告Ｎｋ′４Ｍ　ｋ　ＰＣＴ／ＤＥ　８８１００２４９

Claims

【特許請求の範囲】

１．熱電対接合球（７）と熱電対線（８）とを有する熱電対（５）を備えた半導体基体（１）の温度測定装置において、熱電対接合球（７）が半導体基体（１）を構成する半導体材料により全面を囲まれ、熱電対線（８）が半導体材料を貫いて導出されることを特徴とする半導体基体の温度測定装置。
２．ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料から成る半導体基体（１）を備え、空所（６）がこの半導体基体（１）に作られ、熱電対接合球（７）がこの空所（６）の中に入れられ、空所（６）がＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の−成分により満たされ、半導体基体（１）がＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の他の成分の一つを含む雰囲気中で加熱され、それによりこの成分が空所（６）を満たす材料中に取り込まれることを特徴とする請求項１記載の測定装置の製造方法。
３．単一の半導体元素から成る半導体基体（１）を備え、空所（６）がこの半導体基体（１）に作られ、熱電対接合球（７）がこの空所（６）の中に入れられ、空所（６）が気相からの半導体元素の選択的析出により埋められることを特徴とする請求項１記載の測定装置の製造方法。
４．空所（６）がこの半導体基体（１）に作られ、熱電対接合球（７）がこの空所（６）の中に入れられ、空所（６）が粉末状の半導体材料（２）により満たされ、この粉末状半導体材料（２）が再溶融により固められることを特徴とする請求項１記載の測定装置の製造方法。
５．再溶融がレーザ光線（３）により実施されることを特徴とする請求項４記載の方法。
６．熱電対接合球（７）と熱電対線（８）とを有する熱電対（５）を備えた半導体基体の表面温度測定装置において、熱電対接合球（７）が半導体基体（１）の表面に接触し、熱電対接合球（７）にのしかかる接触おもり（５２）が用いられ、熱電対線（８）がこの接触おもり（５２）を貫いて導かれることを特徴とする半導体基体の表面温度測定装置。
７．接触おもり（５２）が回転自在に支持されていることを特徴とする請求項６記載の測定装置。
８．接触おもり（５２）が透光性の材料から成ることを特徴とする請求項６又は７記載の測定装置。
９．熱電対が薄い保護被膜を備えることを特徴とする請求項１又は６ないし８の一つに記載の測定装置。
１０．同じ熱処理を同時に受け照合半導体基体として温度を測定される第１の半導体基体（１）による熱処理中の第２の半導体基体（３１）の温度測定方性において、温度測定中に第１の半導体基体（１）と第２の半導体基体（３１）とが熱処理炉（３３）内に相接近して配置され、第１の半導体基体（１）が請求項１又は６ないし９の一つに記載の測定装置（３２）として構成されていることを特徴とする熱処理中の半導体基体の温度測定方性。