JPH08111385A - 気相成長装置用基板加熱制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 気相成長過程にある基板の表面温度を所望値
に正確に維持することを目的とする。 【構成】 原料ガスの投入直前で非回転状態にある基板
の表面に、第１の温度測定器の感温部を直接接触させ
て、基板の表面温度を計測し、その表面温度が所望表面
温度となるようにヒータを制御する。そのときのサセプ
タの内部の第２の温度測定器による測定温度をメモリー
する。そのあと第１の温度測定器の感温部を基板の表面
から離した状態で、基板を回転させて気相成長を行な
う。その成長過程で第２の温度測定器による測定値が、
さきにメモリーされた温度値を維持するようにヒータを
制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造に利
用される気相成長装置、特に化学的気相成長装置に使用
する基板加熱制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のようにこの種気相成長装置は、気
体原料を、熱、プラズマなどのエネルギーを利用して、
この気体原料を熱分解、酸化、還元、重合あるいは気相
化合反応などさせたのち、薄膜組成を基板上に沈着させ
て薄膜を形成する装置である。たとえばＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体デバイスを製造するのに利用されるＭＯＣＶ
Ｄ装置は、原料に有機金属蒸気あるいは水素化物ガスを
用い、これらガスを熱分解することによって、化合物半
導体、シリコンなどの基板上に所望の薄膜を形成するこ
とができる。

【０００３】このような気相成長装置により良質な薄膜
を得るためには、成膜プロセスにおいて、ガス流量、成
長圧力、成長温度（基板温度）の最適化を図る必要があ
る。しかしこれらの条件は、成膜材料、デバイス構造な
どにより異なるため、最適条件を見出すためには、数多
くの実験を重ねる必要がある。これらの条件のなかで基
板の表面温度は原料の分解、反応に大きく寄与する要件
の一つである。

【０００４】従来では、薄膜の純度、均一性を重要視す
るため、基板の表面温度を直接測定するようなことをせ
ず、基板を支持しているサセプタの内部に無電対温度測
定器を設け、これにより基板の温度を間接的に測定する
ようにしていた。

【０００５】図４はその従来構成を示し、１は成長チャ
ンバ、２はガス導入口、３はガス排気口、４は薄膜を表
面に形成させようとする基板で、これはサセプタ５の表
面に設置される。薄膜の均一な成長を図るため、薄膜成
長の過程で基板４を回転させる必要があり、そのために
サセプタ５を回転軸６に連結し、これを外部の駆動源に
よって回転させるようにしている。７は回転軸６が成長
チャンバ１を貫通する部分を機密を保って回転自在に支
持する軸受機構、８は回転軸６の外端を閉塞する端子板
で、これは回転軸６が回転する際に、一緒に回転しない
ように固定位置にあり、Ｏリング９などによりシールド
されている。

【０００６】１０は基板４を加熱するためのヒータで、
これはサセプタ５の内部に設置されている。ヒータ１０
には電極１１が接続されてあり、この電極１１は端子板
８の端子１２を介して外部の加熱用電源に接続されてい
る。この加熱用電源によりヒータ１０に加熱用電力が供
給される。

【０００７】１３は温度測定器たとえば熱電対温度測定
器で、その先端の感温部１４はサセプタ５の内面に合い
対するように配置されている。熱電対温度測定器１３の
リード線１５は端子板８の端子１６を介して外部に導出
されている。１７はヒータ１０からの熱が感温部１４に
伝わらないように、感温部１４の周囲を囲繞するように
配置されている反射板である。なおプラズマなどによる
原料ガスを分解、反応などの処理をするための機構の設
置も可能であるが、図中省略してある。

【０００８】前記のように気体成長装置は、気体原料を
用いて薄膜を形成するため、外部からのリークがない成
長チャンバ１内で成長を行なう。原料ガスはガス導入口
２から投入され、未反応ガスはガス排気口３より排出さ
れる。通電によって発熱するヒータ１０からの熱は、輻
射熱として、または伝導熱としてサセプタ５を加熱す
る。この加熱によってサセプタ５上の基板４が加熱され
る。

【０００９】成長中は基板４は回転しており、また原料
ガスが流れているため、基板４の表面の温度を直接測定
することは不可能である。そのため図示する従来構成で
は基板４の表面温度はサセプタ５の内部の熱電対温度測
定器１３によって行なっている。しかし基板４の加熱に
は熱伝導が作用しているため、熱電対温度測定器１３に
よる測定値と、基板４の表面とでは温度差（たとえばサ
ファイヤ基板を用いた場合２００℃程度）が生ずる。

【００１０】そのためこのような従来の構成によれば、
成膜途上にある基板４の表面を正確に測定することがで
きず、したがってその表面温度を所望の温度に維持し続
けることができないことにより、成長条件の最適化を十
分に満足させることができなかった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、気相成長過
程における基板の表面温度を所望値に維持することを目
的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、原料ガスの投
入直前での基板の非回転状態において、基板の表面に第
１の温度測定器の感温部を直接接触させて、基板の表面
温度を計測し、その表面温度が所望の温度となるように
ヒータを制御し、その際サセプタの内部の第２の温度測
定器による測定温度をメモリーし、そのあと第１の温度
測定器の感温部を基板の表面から離した状態で、原料ガ
スを投入し、基板を回転させて気相成長を行ない、その
成長過程で第２の温度測定器による測定値が、さきにメ
モリーされた温度値を維持するようにヒータを制御する
ようにしたことを特徴とする。

【００１３】

【作用】第１の温度測定器の感温部が直接基板の表面に
接触して温度測定を実施するので、基板の表面温度が正
確に測定できるため、ヒータによって基板の表面温度が
正確に所望の値となるように制御することができる。そ
して所望の表面温度に到達したときの第２の温度測定器
による測定値は、基板の表面温度を所望の値とするのに
必要なサセプタの内部温度として位置付けされる。この
測定値はメモリーされる。

【００１４】実際に気相成長を実施する場合は、第１の
温度測定器の感温部は基板の表面から離される。そして
原料ガスを投入し、基板を回転させて気相成長を実施す
るとき、その過程で第２の温度測定器による測定値が、
さきにメモリーした値を維持するように、ヒータをパワ
ー制御する。これにより基板の表面温度は気相成長過程
中でも、さきに設定した所望表面温度が維持されるよう
になる。

【００１５】

【実施例】本発明の実施例を図１によって説明する。な
お図４と同じ符号を付した部分は同一または対応する部
分を示す。本発明にしたがい、図４の構成に加えて別に
熱電対温度測定器２０を設置する。この熱電対温度測定
器２０は成長チャンバ１の上壁に設置された伸縮用のベ
ローズ２１の端板２２に固定されるとともに、この端板
２２を機密に貫通している。そしてその先端の感温部２
３は、ベローズ２１の伸縮に応じて基板４の表面に接
触、隔離自在とされている。

【００１６】以上の構成において、その構成による動作
を図３を参照して説明する。気相成長を実施する直前
に、非回転状態にある基板４の表面に対して、ベローズ
２１を伸張させて熱電対温度測定器２０の感温部２３を
接触させる。そしてこの状態で基板４の表面温度を測定
する。この測定値は比較回路２５に与えられる。比較回
路には、基板４の所望表面温度に対応する基準信号Ｓが
別に与えられている。

【００１７】比較回路２５は熱電対温度測定器２０によ
る測定値と基準信号とを比較し、その差の信号に基づい
て制御回路２６を駆動して、ヒータ１０への供給パワー
を制御する。これによって基板４の表面温度が所望の温
度に到達したときは、比較回路２５からの差の信号がな
くなる。この差の信号がなくなったとき、メモリ回路２
７がトリガされて、そのときの熱電対温度測定器１３の
測定値がメモリ回路２７にメモリされる。このメモリ値
は、基板４の表面を所望の温度とするのに必要なサセプ
タ５の内部温度であることを意味する。

【００１８】このあとベローズ２１を縮めることによ
り、感温部２３を基板４の表面から十分に隔離する。そ
して基板４を回転軸６の回転によって回転させるととも
に、原料ガスをガス導入口２から導入して、所定の気相
成長による薄膜の形成を実施する。この気相成長の過程
でメモリ回路２７によるメモリ値と、熱電対温度測定器
１３による測定値とが比較回路２８によって比較され
る。

【００１９】この比較の結果、両値に差がある場合は、
その差に応じた信号が比較回路２８より出力され、その
出力値は制御回路２６に送られる。これによりヒータ１
０への供給パワーが制御されて、ヒータ１０をして熱電
対温度測定器１３の測定値がさきにメモリされた値とさ
れる。これにより基板４の表面温度は気相成長の過程で
も、所望の温度値に維持されることになる。またその表
面温度の再現も簡単である。

【００２０】なお図１では、熱電対温度測定器１３の感
温部２３を基板４の表面に対して接触、隔離するように
しているが、基板４を支持しているサセプタ５の表面の
温度と、基板４の表面温度との差は僅少であるため、図
２に示すように、熱電対温度測定器１３の感温部２３を
サセプタ５の表面に対して接触、隔離するようにしても
よい。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、基
板の表面における気相成長過程においても、基板の表面
温度を正確に測定できるとともに、所望の値に維持し続
けることが可能となるといった効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す断面図である。

【図２】本発明の他の実施例を示す断面図である。

【図３】本発明の実施例を示すブロック回路図である。

【図４】従来構成の断面図である。

【符号の説明】

１ 成長チャンバ ４ 基板 ５ サセプタ ６ 回転軸 １０ ヒータ １３ 熱電対温度測定器 ２０ 熱電対温度測定器 ２１ ベローズ ２３ 感温部 ２５ 比較回路 ２６ 制御回路 ２７ メモリ回路 ２８ 比較回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原料ガスの投入直前での非回転状態にあ
   る基板、または前記基板を表面で支持するサセプタの表
   面に感温部が接触することにより、前記基板の表面温度
   を測定して、表面温度値を出力する第１の温度測定器
   と、前記サセプタの内部に配置されてあって、前記サセ
   プタの内部の温度を測定する第２の温度測定器と、前記
   サセプタを介して前記基板を加熱するヒータと、前記表
   面温度値と前記基板の所望表面温度値とを比較し、両温
   度値の差がなくなるまで、前記ヒータを制御する信号を
   出力する比較手段と、前記両温度値の差がなくなるとき
   の前記第２の温度測定器による測定値をメモリするメモ
   リ手段と、前記第１の温度測定器の感温部を前記基板ま
   たは前記サセプタの表面から隔離し、前記基板の回転状
   態での気相成長過程における前記第２の温度測定器の測
   定値が、前記メモリ手段のメモリ値を維持するように、
   前記ヒータを制御する制御手段とを具備してなる気相成
   長装置用基板加熱制御装置。