JPH03142948A - ウエーハの表面温度測定方法 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は、ウェーハの表面温度なｉＩｉ接的に測定する
ウェーハの表面温度測定方法に関する。

（従来の技術） ＣＶＤ装置（気相成長装置）によってウェーハ表面にエ
ピタキシャル成長膜を形成する工程においては、膜の成
長速度の制御、不純物ドーピングの制御、埋込拡散ウェ
ーハにおけるパターン・シフトの制御等の点から反応炉
内の温度（正確にはウェーハの表面温度）の制御は非常
に重要である。

而して、温度制御のためには、反応炉内の温度ｃウェー
ハの表面湿度）の正確な測定が不可欠であるが、従来の
温度測定法としては、熱電対を用いる方法、光高温計を
用いる方法が知られている（例えば、特開昭６０−１０
７１４号、同６２−１５４６３６号、同６３−１６９７
２３号公報参照）。

上記熱電対を用いる温度測定法は１反応炉内に収納され
たサセプタに熱電対を埋め込み、加熱系に加えられるパ
ワーとの相関を取って温度を決める方法であり、ＪＩ１
１定レンジが広く、測定精度が高い（±１％以内）ため
、広く一般的に用いられている。

又、前記光高温計を用いる温度測定法は、赤外線の強度
（輝度）と温度との相関を利用した方法であって、これ
は８００℃以上の高温域で使用される。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来の熱電対を用いる温度測定法では、
サセプタが回転する反応炉を有するＣＶＤ装置への適用
が困雉であり、測定はサセプタの回転を停止した状態で
行なわなければならず、実際の反応条件下における真の
温度を測定することが不可能であるという欠点がある。

又、光高温計を用いる温度測定法では、反応炉の石英製
反応管を通して反応炉内のサセプタやウェーハの温度を
測定するため、赤外線の一部は反応管に吸収され、従っ
て反応管の汚れや厚さによて測定温度にバラツキが生じ
、正確な温度測定ができない場合がある。又、測定はサ
セプタの回転を停めたり、或いはサセプタを非常にゆっ
くり回転させた状態で行なわなければならないため、Ｍ
電対による温度測定法と同様に実際の反応条件下におけ
る真の温度を測定することができないという問題がある
。

本発明は従来の温度測定法の上記問題に鑑みてなされた
もので、その目的とする処は、実際の反応条件下におけ
るウェーハの真の表面温度を正確に測定することができ
るウェーハの表面温度測定方法を提供することにある。

（８題を解決するための手段） 上記目的を達成すべく本発明は、イオン注入法によって
表面に不純物注入層が形威された拡散ウェーハを複数用
意し、これらの拡散ウェーハの各々を反応炉内で異なる
温度条件下で一定時間だけ熱処理した後、各拡散ウェー
ハのシート抵抗を測定してシート抵抗−温度のキャリブ
レーションカーブを作威し、被測定対象たるウェーハと
同じ温度条件下にセットされた拡散ウェーハのシート抵
抗を測定し、このシート抵抗を基に前記キャリブレーシ
ョンカーブから被測定対象たるウェーハの表面温度を求
めるようにしたことをその＃徴とする。

（作用） 表面に不純物注入層が形成された拡散ウェーハを熱処理
すると不純物がウェーハに拡散するが。

この不純物の拡散深さは温度と時間に依存する。

一方、熱処理された拡散ウェーハのシート抵抗は拡散深
さに依存する。

そこで、熱処理時間を一定に保ち、異なる温度条件で熱
処理した複数枚の拡散ウェーハの各シート抵抗を測定す
れば、シート抵抗−温度の相関が得られ、この相関はキ
ャリブレーションカーブとして描かれる。

而して、被測定対象たるウェーハと拡散ウェーハを例え
ば同じ反応炉内にセットして温度条件を揃え、キャリブ
レーションカーブを得たときと同じ時間経過後に拡散ウ
ェーハを取り出してそのシート抵抗を測定すれば、シー
ト抵抗−温度のキャリブレーションカーブから実際の反
応条件下におけるウェーハ（反応炉内にセットされた被
測定対象たるウェーハ）の真の表面湿度を正確に求める
ことができる。

（実施例） 以下に本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明する
。

第１図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）は拡散ウェーハを得る手
順を示す説明図、第２図はシート抵抗−温度のキャリブ
レーションカーブを示す図、第３図は反応炉の斜視図で
ある。

本発明においては、第１図（ａ）、（ｂ）。

（ｃ）に示す手順によって複数枚の拡散ウェーハＷ、　
’　＠ａ−が用意される。即ち、第１図（ａ）に示すＳ
ｉ単結晶ウつ−ハＷの表面にイオン注入法によってＰ、
Ｂ、Ａｓ等の不純物を注入して厚さ０、　Ｉ　ＩＬｍ程
度の不純物注入層ｌを形威し、第２図に示す拡散ウェー
ハＷ６を得る。尚、イオン注入法における拡散濃度の精
度は±１％以内であって、該イオン注入法は比較的高い
精度が得られる。

次に、上記のようにして得られた拡散ウェーハＷ６を複
数枚用意し、これらの各々を不図示の反応炉内で異なる
温度条件下で一定時間熱処理すると、イオン注入層ｌの
不純物が拡散して第１図（ｃ）に示すようにその表面に
拡散層２が形成された拡散ウェーハＷｄ　’が得られる
。

ところで、一般に不純物の拡散深さＸ、は温度Ｔと時間
ｔに依存するが、本実施例では各拡散ウェーハＷｄ°は
前述のように拡散ウェーハＷ６を一定時間加熱して得ら
れるため（即ちｔ　＝　ｃｏｎｓＬであるため）、各拡
散ウェーハＷ４°における不純物の拡散深さ（拡散層２
の厚さ）ＸＪは温度Ｔのみに依存することになり、該拡
散深さＸＪは。

Ｄを拡散係数とすると、次式で表わされるように温度Ｔ
の平方根に比例する。

ＸＪ〜「ｒ了　　−−−−−−（１） 一方、拡散ウェーハＷ−’のシート抵抗Ｒ。

は、不純物の拡散深さをＸＪ、平均面抵抗率をρとする
と１次式で表わされる。

Ｒ，冨ρ／ＸＪ　　””（２） 従って、第（１）、（２）式より、拡散ウェーハＷ４°
のシート抵抗Ｒ，は温度Ｔに依存することとなり、シー
ト抵抗Ｒ，と温度Ｔとの間には相関があることがわかる
。

そこで、加熱時間一定（ｔ　＝　ｃｏｎｓｔ、　）の下
に異なる温度条件下で熱処理された複数枚の拡散ウェー
ハＷ、　　−・・のシート抵抗Ｒ１を測定すればシート
抵抗Ｒ，−温度Ｔのキャリブレーションカーブが得られ
る。

ここで、具体例を示すと、直径４インチのウェーハにＰ
、Ｂを加速電圧１５０Ｋｅｖ、打込量３　ｘ　１０　”
１ｏｎｓ／ｃｓ”の条件で注入して各々複数枚の拡散ウ
ェーハを得、Ｐ、Ｂを注入した拡散ウェーハの何枚かに
はその表面にＣＶＤ法によって厚さＱ、５ＩＬｍのＳｉ
ｎ、の酸化膜を成長させて不純物注入層をシールした。

その後、シリンダー型エピタキシャル炉の中央に拡散ウ
ェーハを１枚だけセットし、キャリアガスとしてＨ２ガ
スを２１５１／麿ｉｎの割合で炉内に供給しながら、温
度９５０℃で１時間だけ熱処理し、熱処理が終了した拡
散ウェーハの中心部におけるシート抵抗を４探針法によ
って測定した。同様にして温度１０００℃、１０５０℃
、１１００℃、１１５０℃で各１時間熱処理した拡散ウ
ェーハのシート抵抗を測定することによって、第２図に
示すようなキャリブレーションカーブＡ、Ｂ。

Ｃ，Ｄが得られる。尚、カーブＡはＢドープの非シール
（Ｓｉ０２Ｍでシールされていない）拡散ウェーハ、カ
ーブＢはＰドープの非シール拡散ウェーハ２カーブＣは
Ｂドープのシール（Ｓｉｎ。

膜でシールされた）拡散ウェーハ、カーブＤはＰドープ
のシール拡散ウェーハに対するキャリブレーションカー
ブである。

第２図のカーブＣ，Ｄから明らかなように、不純物注入
層をＳｉＯ＊Ｍでシールされた拡散ウェーハにおいては
、熱処理によってＢ、Ｐの不純物が全てウェーハ内へ拡
散するため、温度Ｔの増加と共に拡散深さＸ、が大きく
なり、前記第（２〉式より明らかなようにシート抵抗Ｒ
，が温度Ｔの増加と共に下がる。

一方、カーブＡ、Ｂかられかるように、不純物注入層を
ＳｉＯ□膜でシールしていない拡散ウェーハにおいては
逆に温度Ｔの増加と共にシート抵抗Ｒヨが増加している
が、これは次の理由による。即ち、不純物注入層をシー
ルされていない拡散ウェーハを熱処理すると、Ｂ、Ｐの
拡散は主に気相中に行なわれ、拡散深さＸＪの増加率よ
りも平均面抵抗率ρの増加率の方が大きくなるため、前
記第（２）式より明らかなように温度Ｔの増加と共にシ
ール抵抗Ｒ，が増大する。

而して、９５０℃〜１１５０℃までの温度域において感
度の高いキャリブレーション、カーブとしては、カーブ
Ａ、Ｄが選定される。

以上のようにしてシート抵抗Ｒ１−温度Ｔのキャリブレ
ーションカーブが得られると、このキャリブレーション
カーブを基にして製品であるウェーハＷの表面温度が次
のよう２求められる。

即ち、第３図に示すようにＣＶＤ装置の反応炉（ベルジ
ャ）３内に水平回転自在に収納された円板状のサセプタ
４上にはＩ１１１００被測定対象たるウェーハＷ・・・
と共に１枚の拡散ウェーハＷｄ’がセットされている。

尚、この拡散ウェーハＷ。

は例えばＰの不純物注入層の表面をＳｉｎ、の酸化膜で
シールしたものである。

而して、反応炉３内にはサセプタ４の中央に反応ガス供
給管５が開口しており、この反応ガス供給管５からは反
応ガスが供給され、サセプタ４は５〜ｆｏｒｐｍの速度
で図示矢印方向に回転せしめられている。この状態で反
応炉３内は所定の温度（約１０７０℃）に１時間（キャ
リブレーションカーブを得るための熱処理時間と同じ時
間）保持されると、各ウェーハＷの表面には所要の拡散
層が形成される。

その後、拡散ウェーハＷｄ’を反応炉３から取り出して
その中心位置におけるシート抵抗Ｒ，を四探針法により
測定すれば、第２図に示すキャリブレーションカーブＤ
からシート抵抗Ｒ１対応する温度Ｔ（約１０７０℃〉を
求めることができる。即ち、ｔ１４２図に示すように縦
軸のシート抵抗Ｒ１から水平に引いた線がキャリブレー
ションカーブＤと交わる点ａから垂線を立て、この垂線
が横軸と交わる点の目盛を読めば、シート抵抗Ｒ。

に対応する温度Ｔを求めることができる。

而して、拡散ウェーハＷ−゛は製品のウェーハＷ−・・
と同じ条件下で加熱されるため、この拡散ウェーハＷｄ
’の温度がウェーハＷ・・・の実際の反応条件下におけ
る真の表面温度に等しくなる。

斯くて、未実施例によれば、実際の反応条件下における
ウェーハＷ・・・の真の表面温度を正確に測定すること
ができ、ＣＶＤ膜の成長速度の制御。

不純物ドーピングの制御、埋込拡散ウェーハにおけるパ
ターン・シフトの制御等を高精度に行なうことができる
。

（発明の効果） 以上の説明で明らかな如く本発明によれば、イオン注入
法によって表面に不純物注入層が形成された拡散ウェー
ハを複数用意し、これらの拡散ウェーハの各々を反応炉
内で異なる温度条件下で一定時間だけ熱処理した後、各
拡散ウェーハのシート抵抗を測定してシート抵抗−温度
のキャリブレーションカーブを作成し、被測定対象たる
ウェーハと同じ温度条件下にセットされた拡散ウェーハ
のシート抵抗を測定し、このシート抵抗を基に前記キャ
リブレーションカーブから被測定対象たるウェーハの表
面温度を求めるようにしたため、実際の反応条件下にお
けるウェーハの真の表面温度を正確に測定することがで
きるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は拡散ウェーハを得る手
順を示す説明図、第２図はシート抵抗−温度のキャリブ
レーションカーブを示す図、第３図は反応炉の斜視図で
ある。 ｌ・・・不純物注入層、２・・・拡散層、３−・・反応
炉、Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ−・・キャリブレーションカーブ。 Ｒ８・・・シート抵抗、Ｔ−・・温度、Ｗ−・・ウェー
ハ。 ｗ、、ｗ、’　−・・拡散ウェーハ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　イオン注入法によつて表面に不純物注入層が形成され
   た拡散ウェーハを複数用意し、これらの拡散ウェーハの
   各々を反応炉内で異なる温度条件下で一定時間だけ熱処
   理した後、各拡散ウェーハのシート抵抗を測定してシー
   ト抵抗−温度のキャリブレーションカーブを作成し、被
   測定対象たるウェーハと同じ温度条件下にセットされた
   拡散ウェーハのシート抵抗を測定し、このシート抵抗を
   基に前記キャリブレーションカーブから被測定対象たる
   ウェーハの表面温度を求めるようにしたことを特徴とす
   るウェーハの表面温度測定方法。