JPH03146669A - ＣＶＤ装置におけるＨｃｌガス流量の測定方法及び制御装置 - 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、ＣＶＤ装置におけるＨｃｌガス流量の測定方
法及び制御袋こに関する。

（従来の技術） ＣＶＤ装置（気相成長装置）でのエピタキシャル気相成
長工程におけるＳｉウェーハ及び反応炉内のクリーニン
グは、通常、キャリアガスとしてのＨ２ガス中に無水Ｈ
ｃｌガスを１〜５０％Ｖｏ１Ｍｏｌ添加して行なわれる
。尚、この場合のＳｉのエツチングレートは０．０５〜
１０ｕＬｍ／ｍｉｎ程度となる。

ところで、Ｈｃｌガス流量の制御は、積層欠陥の低減や
不純物プロファイルの安定化等、製品の品質の点におい
て重要であるばかりか、コストの低減や炉内に収容され
るサセプタの保護の点からも重要である。

而して、従来のＣＶＤ装置においては、反応炉へのＨｃ
ｆＬガス供給ラインにマスフローコントローラーや流量
計を設け、これらマスフローコントローラーや流量計に
よってＨｃＪ２ガスの流量制御を行なっていた。

（発明か解決しようとする課題） しかしながら、上記従来の流ｌ制御方法においては、Ｈ
ｃｌガスか水分と反応してゲル化し、このためにＨｃＪ
ｌガス供給ラインに設けられたマスフローコントローラ
ーや流量計に詰まり等が生じてこれらの精度か低下し、
Ｈｃｌガスの流量制御を正確に行なうことができなくな
る虞かあった。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的と
する処は、Ｈｃｌガス流量を常に正確に測定、制御する
ことができるＣＶＤ装置におけるＨｃｌガス流量の測定
方法及び制御装置を提供することにある。

（課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、反応炉内にＨ２ガス及
びＨｃｌガスを供給しながら、反応炉内にセットされた
Ｓｉウェーハの表面に膜を気相成長させるＣＶＤ装置に
おいて、前記Ｈｃｌガスの流量を変えて前記反応炉の一
部の温度を計測して温度−Ｈｃｌガス流量のキャリブレ
ーションカーブを作成し、反応炉の一部の温度を計測し
て前記キャリブレーションカーブからそのときのＨｃｌ
ガス流量を求めるようにしたことをその特徴とする。

又、本発明は、ＣＶＤ装置のＨｃＪｌガス供給ラインに
設けられた流量制御手段と、前記反応炉の一部に取り付
けられた温度センサーと、該温度センサーの検出温度に
よって前記流量制御手段を制御するコントローラーを含
んでＨｃｌガス流量の制御装置を構成したことをその特
徴とする。

（作用） ＣＶＤ装置の反応炉内でのＨｃｌエツチングにおけるＳ
ｉとＨｃｌガスとの反応は吸熱反応であり、反応炉への
Ｈｃｌガスの供給量か増える程、反応炉内での吸熱量が
多くなって炉内温度が下がる。従って、Ｈｃｌガス流量
と炉内温度との間には一定の相関かあり、本発明方法の
ようにＨｃｌガス流量を変えて反応炉の一部（例えば、
フランジ部）の温度を計測して温度−Ｈｃｌガス流量の
キャリブレーションカーブを作成しておけば、反応炉の
一部（キャリブレーションカーブを作成するときに計測
した位置と同位置）の温度を計測すれば、キャリブレー
ションカーブからそのときのＨｃｆＬガス流量を正確に
求めることかできる。

又１本発明に係る制御装置においては、温度センサーに
よって検出された温度がキャリブレーションカーブから
得られる成る設定流量に対する設定温度に一致するよう
にコントローラーによって流量制御手段を制御すれば、
流量制御手段の精度とは無関係にＨｃｌガス流量をこれ
か設定流量に一致するよう常に正確に制御す、ることか
できる。

（実施例） 以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。

第１図は本発明に係るＨｅ交ガス流量制御装置の構成を
示すブロック図、第２図は温度−Ｈｃｌガス流量のキャ
リブレーションカーブを示す図である。

第１図において、１はＣＶＤ装置であって、これは石英
製の反応炉（ベルジャ）２を有し、該反応炉２内にはカ
ーボン製のサセプタ３が上方より回転自在に吊り下げら
れて収納されており、該サセプタ３内には温度センサー
シース４が上方より臨んでいる。又、サセプタ３の斜面
には複数枚のＳｉウェーハＷ・・・かセットされている
。

そして、反応炉２はその外周をランプ型のヒーター５に
よって被われいる。

ところで１反応炉２内にはＨ２ガス供給源６゜ＨｃｆＬ
ガス供給源７からＨ２ガス供給ライン８゜Ｈｃｌガス供
給ライン９を経てＨ２ガス、Ｈｃｌガスがそれぞれ供給
され、これらのＨ２ガス、Ｈｃｌガス及び反応ガスは排
気ラインｌＯから反応炉２外へ排出される。尚、Ｈ２ガ
ス供給ライン８とＨｃｌガス供給ライン９は途中て合流
している。

而して、上記Ｈ２ガス供給ライン８とＨｃｌガス供給ラ
イン９の各々には、マスフローコントローラー（ＭＦＣ
）１１．１２及びバルブ１３゜１４かそれぞれ設けられ
ている。

一方、反応炉２の下端に取り付けられたステンレス製の
フランジ部１５には熱電対等の温度センサー１６が取り
付けられており、該温度センサーエ６はＡ／Ｄコンバー
ター１７を経てコントローラー１８に電気的に接続され
ており、コントローラー１８はＨｃｌガス供給ライン９
に設けられた前記マスフローコントローラー１２に接続
されている。又、Ａ／Ｄコンバーター１７には温度セン
サー１６にて検出される温度をデジタル表示する表示装
置１９か接続されている。

而して、反応炉２内に反応ガス供給管から反応ガスを供
給し、Ｈ２ガス供給ライン８、Ｈｃｌガス供給ライン９
からそれぞれＨ２ガス、Ｈｃｌガスを供給しながら、ヒ
ーター５によって反応炉２を加熱すると、これの内部に
収容されたサセプタ３及びこれにセットされたＳｉウェ
ーハＷ・・・が所定の温度に加熱され、Ｓｉミラニーへ
−・・の各表面には所要のＣＶＤ膜か形成される。

ところて、反応炉２内てのＨｃｎエツチングにおいてＳ
ｉとＨｃｌガスとは次の化学式で表わされる反応を起こ
す。

ｓｉ＋　２Ｈｃｌ−＋　５ｉｃ１２＋　Ｈ２＋　７．４
にｃａｌ／ｍｏｌ上式より明らかなように、ＳｌとＨｃ
ｌガスとの反応は吸熱反応てあり、反応炉２へのＨｃｌ
ガスの供給量か増える程、反応炉２内ての吸熱酸が多く
なって炉内温度が下がる。従って、ＨｃｆＬガス流量と
炉内温度（又は、炉内の一部の温度二本実施例ではフラ
ンジ部１５の温度）との間には一定の相関かある。

そこて、本実施例では、Ｈｃｌガス流量を８０ＳＬＭと
し、Ｈｃｎガス流量を０〜５０ｖｏＪ％の範囲で変えて
反応炉２のフランジ部１５の温度を温度センサー１６に
て測定し、温度−Ｈｃｌガス流量のキャリブレーション
カーブを作成した。その結果を第２図に示すが、同図の
キャリブレーションカーブより、Ｈｃｌガス流量の増加
に反比例してフランジ部１５の温度が下がることがわか
る。

上記のようなキャリブレーションカーブか作成されると
、反応炉２内で実際の反応が行なわれているときに、温
度センサー１６によってフランジ部１５の温度を計測す
れば、キャリブレーションカーブからＨｃｌガス流量を
リアルタイムに求めることかてきる。即ち、例えば表示
装置１９に表示されたフランジ部１５の温度がＴてあっ
たとすると、第２図に示すように温度Ｔから水平に引い
た線かキャリブレーションカーブと交わる点ｐ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、そ
のときのＨｃｌガスの流ｒＭＱを正確に求めることかで
きる。

次に、Ｈｃｌガス流量の制御について述べる。

温度センサー１６によって検出された反応炉２のフラン
ジ部１５の温度（アナログ値）ＴはＡ／Ｄコンバーター
１７によってデジタル化されてコントローラー１８に入
力される。

コントローラー１８には第２図に示すキャリブレーショ
ンカーブのデータか予め記憶されており、このキャリブ
レーションカーブによってＨｃｌガスの設定流量Ｑ。に
対する設定温度Ｔ。

を求めることかてきる。

而して、コントローラー１８は入力された検出温度Ｔと
設定温度Ｔ。どの差（ΔＴ＝Ｔｏ−Ｔ）を算出し、この
差ΔＴに応じた制御信号をマスフローコントローラー１
２に出力する。

マスフローコントローラー１２はコントローラー１８か
らの制御信号を受けてΔ丁＝０（即ち、検出温度Ｔか設
定温度Ｔｏに一致する）ようにＨｃＪｌガス流量Ｑを調
整する。具体的には。

ΔＴｏｏ　（Ｔｏ＞Ｔ）の場合にはＨｃｌガス流量流量
子り、ΔＴ＜Ｏ（Ｔｏ＜Ｔ）の場合にはＨｃｌガス流量
Ｑを増やす。

斯くて、Ｈｃｌガス流量Ｑは設定流量Ｑ。に−致せしめ
られるか、本実施例てはＨｃｌガス流量流量子め求めら
れた温度とＨｃｌガス流量との相関（第２図に示すキャ
リブレーションカーブ）に基づいて制御されるため、マ
スフローコントローラー１２の精度とは無関係にＨｃＪ
ｌガス流量Ｑの制御が正確になされる。又、キャリブレ
ーションカーブの作成に用いた温度センサー１６を用い
る限り、該温度センサー１６の精度とも無関係にＨｃｌ
ガス流量流量圧確に制御される。

更に１本実施例に係る制御装置は反応炉の型式を問わな
いため、例えば第３図に示す横型反応炉２２、第４図に
示すパンケーキ型反応炉３２を有するＣＶＤ装置に対し
ても適用でき、前述の効果と同様の効果を得ることかで
きる。尚、第３図及び第４図においては第１図に示した
と同一要素には同一符号を付しており、これらの図に示
す制御装置においても、温度センサー１６は反応炉２２
．３２の各フランジ部１５に取り付けられている。

（発明の効果） 以上の説明で明らかな如く本発明によれば、ＣＶＤ装置
の反応炉内におけるＳｉとＨｃｌガスとの反応が吸熱反
応であることに着目し、反応炉の一部の温度とＨｃｌガ
ス流量間に成立する相関を求め、この相関に基づいて測
定温度からＨｃｌガス流量を求めるようにしたため、Ｈ
ｃｌガス流量を正確に測定し、且つ制御することかでき
るという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係るＨｃｌガス流量制御装置の構成を
示すブロック図、第２図は温度−Ｈｅ文ガス流量のキャ
リブレーションカーブを示す図、第３図及び第４図は別
タイプの反応炉に本発明に係るＨｃｌガス流量制御装置
を適用した実施例を示す構成図である。 １−ＣＶ　Ｄ装置、２，２２．３２−・・反応炉。 ３・・・サセプタ、６−Ｈ、ガス供給源、７・・・Ｈｃ
交ガス供給源、８−Ｈ、ガス供給ライン、９・・・Ｈｃ
ｌガス供給ライン、１１，１２−・・マスフローコント
ローラー（流量制御手段）、１５−・・フランジ部（反
応炉の一部）、１６−・・温度センサー１８−・・コン
トローラー、Ｗ・・・Ｓｉウェーハ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）反応炉内にＨ＿２ガス及びＨｃｌガスを供給しな
   がら、反応炉内にセットされたＳｉウェーハの表面に膜
   を気相成長させるＣＶＤ装置において、前記Ｈｃｌガス
   の流量を変えて前記反応炉の一部の温度を計測して温度
   −Ｈｃｌガス流量のキャリブレーションカーブを作成し
   ，反応炉の一部の温度を計測して前記キャリブレーショ
   ンカーブからそのときのＨｃｌガス流量を求めるように
   したことを特徴とするＣＶＤ装置におけるＨｃｌガス流
   量の測定方法。
2. （２）反応炉内にＨ＿２ガス及びＨｃｌガスを供給しな
   がら、反応炉内にセットされたＳｉウェーハの表面に膜
   を気相成長させるＣＶＤ装置に設けられる装置であって
   、Ｈｃｌガス供給ラインに設けられた流量制御手段と，
   前記反応炉の一部に取り付けられた温度センサーと、該
   温度センサーの検出温度によって前記流量制御手段を制
   御するコントローラーを含んで構成されることを特徴と
   するＣＶＤ装置におけるＨｃｌガス流量の制御装置。