JPH11243061A - 気相成長方法とその装置 - Google Patents
気相成長方法とその装置Info
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- JPH11243061A JPH11243061A JP6210498A JP6210498A JPH11243061A JP H11243061 A JPH11243061 A JP H11243061A JP 6210498 A JP6210498 A JP 6210498A JP 6210498 A JP6210498 A JP 6210498A JP H11243061 A JPH11243061 A JP H11243061A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 気相成長装置における半導体基板の加熱温度
の均一化、特に大口径のシリコンウェーハの均一加熱が
困難な現状に鑑み、熱電対などの温度測定子を炉内に導
入することなく、半導体基板の温度分布を従来にない方
法により、正確に把握して装置の加熱源の温度調節の時
間を短縮して効率を上げ、半導体基板の加熱温度の均一
化を図り、スリップの発生を防止し、低コストで高精
度、高品質の気相成膜を可能にした気相成長方法とその
装置の提供を目的としている。 【解決手段】 エピタキシャル成長装置では低温で成長
すると成長速度が反応律速となるが、反応室に流すガス
流量を適切にすることによって、シリコンウェーハのあ
る点でのエピタキシャル膜の成長速度と温度との相関を
取ることが可能であることを知見し、さらに、薄膜の成
長速度がガス流量に依存しないガス流量条件で、かつ成
長温度が反応律速である温度で薄膜を成長させると、エ
ピタキシャル膜の成長速度分布を測定することによリシ
リコンウェーハの温度分布を推定することが可能であ
る。
の均一化、特に大口径のシリコンウェーハの均一加熱が
困難な現状に鑑み、熱電対などの温度測定子を炉内に導
入することなく、半導体基板の温度分布を従来にない方
法により、正確に把握して装置の加熱源の温度調節の時
間を短縮して効率を上げ、半導体基板の加熱温度の均一
化を図り、スリップの発生を防止し、低コストで高精
度、高品質の気相成膜を可能にした気相成長方法とその
装置の提供を目的としている。 【解決手段】 エピタキシャル成長装置では低温で成長
すると成長速度が反応律速となるが、反応室に流すガス
流量を適切にすることによって、シリコンウェーハのあ
る点でのエピタキシャル膜の成長速度と温度との相関を
取ることが可能であることを知見し、さらに、薄膜の成
長速度がガス流量に依存しないガス流量条件で、かつ成
長温度が反応律速である温度で薄膜を成長させると、エ
ピタキシャル膜の成長速度分布を測定することによリシ
リコンウェーハの温度分布を推定することが可能であ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、シリコンウェー
ハ等の半導体基板にシリコン等の薄膜を気相成長させる
気相成長方法の改良に係り、半導体基板の温度分布を、
従来にない成長速度分布と成長温度との関係から高精度
で推定する方法により、装置の加熱源の温度調節の時間
を短縮し、半導体基板の加熱温度の均一化を図り、スリ
ップを低減して高精度、高品質の気相成膜を可能にした
気相成長方法とその装置に関する。
ハ等の半導体基板にシリコン等の薄膜を気相成長させる
気相成長方法の改良に係り、半導体基板の温度分布を、
従来にない成長速度分布と成長温度との関係から高精度
で推定する方法により、装置の加熱源の温度調節の時間
を短縮し、半導体基板の加熱温度の均一化を図り、スリ
ップを低減して高精度、高品質の気相成膜を可能にした
気相成長方法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体プロセスの分野では、熱ＣＶＤに
よってシリコン基板上にシリコンのエピタキシャル膜を
形成する技術がある。これはエピタキシャル処理と呼ば
れ、シリコン単結晶基板を１１００℃前後に加熱しキャ
リアガス（Ｈ2等）で希釈されたシリコンソースガス
（ＳｉＨＣｌ3等）をシリコン基板上に流し、熱ＣＶＤ
法によってシリコンの単結晶膜を堆積するものである。
よってシリコン基板上にシリコンのエピタキシャル膜を
形成する技術がある。これはエピタキシャル処理と呼ば
れ、シリコン単結晶基板を１１００℃前後に加熱しキャ
リアガス（Ｈ2等）で希釈されたシリコンソースガス
（ＳｉＨＣｌ3等）をシリコン基板上に流し、熱ＣＶＤ
法によってシリコンの単結晶膜を堆積するものである。
【０００３】エピタキシャル膜を形成されたエピタキシ
ャルウェーハはエピタキシャル処理される前のウェーハ
より表面の不純物、欠陥が少なく高品質の半導体基板と
して、半導体デバイスあるいはその基板を製造する半導
体プロセス分野で多用されている。
ャルウェーハはエピタキシャル処理される前のウェーハ
より表面の不純物、欠陥が少なく高品質の半導体基板と
して、半導体デバイスあるいはその基板を製造する半導
体プロセス分野で多用されている。
【０００４】エピタキシャル処理を行う半導体製造装置
が、エピタキシャル（気相成長）装置であり、例えば、
直径２００ｍｍや３００ｍｍのシリコンウェーハを処理
するための装置として、シリコンウェーハを１回の処理
で１枚処理する枚葉式気相成長装置が知られている。
が、エピタキシャル（気相成長）装置であり、例えば、
直径２００ｍｍや３００ｍｍのシリコンウェーハを処理
するための装置として、シリコンウェーハを１回の処理
で１枚処理する枚葉式気相成長装置が知られている。
【０００５】エピタキシャルウェーハは高品質であるこ
とが要求されるが、これを実現するには、スリップの発
生を防止するためにシリコンウェーハ表面が極めて均一
に加熱されている必要がある。
とが要求されるが、これを実現するには、スリップの発
生を防止するためにシリコンウェーハ表面が極めて均一
に加熱されている必要がある。
【０００６】枚葉式気相成長装置の一例を説明すると、
シリコンウェーハは赤外線ランプよりなるヒーターで加
熱され、ヒーターはシリコンウェーハ上に所望の赤外線
照射強度分布を付けられるように設計されている。
シリコンウェーハは赤外線ランプよりなるヒーターで加
熱され、ヒーターはシリコンウェーハ上に所望の赤外線
照射強度分布を付けられるように設計されている。
【０００７】シリコンウェーハは高温に加熱されると強
度が低下し、シリコンウェーハ内に温度差が発生すると
熱応力により、シリコンウェーハ内にスリップが発生す
る。そのため上記ヒーターは温度分布が均一になるよう
に赤外線照射強度分布を調整しなければならない。ヒー
ターの調整を行うには以下の二つの方法が用いられてい
る。
度が低下し、シリコンウェーハ内に温度差が発生すると
熱応力により、シリコンウェーハ内にスリップが発生す
る。そのため上記ヒーターは温度分布が均一になるよう
に赤外線照射強度分布を調整しなければならない。ヒー
ターの調整を行うには以下の二つの方法が用いられてい
る。
【０００８】第１の方法は、複数の熱電対を取り付けた
シリコンウェーハをエピタキシャル成長装置の反応室に
挿入し、加熱時のシリコンウェーハの温度分布を測定し
ながらヒーター設定の調整を行う。
シリコンウェーハをエピタキシャル成長装置の反応室に
挿入し、加熱時のシリコンウェーハの温度分布を測定し
ながらヒーター設定の調整を行う。
【０００９】第２の方法は、シリコンウェーハをエピタ
キシャル処理しスリップの発生状況を観察する。ヒータ
ーの設定を調整し発生状況の変化からよりスリップの減
少する設定を予測しヒーター設定を行う上記作業を繰り
返し行いスリップが発生しなくなるヒーター設定を、温
度均一化が十分になされた設定とする。
キシャル処理しスリップの発生状況を観察する。ヒータ
ーの設定を調整し発生状況の変化からよりスリップの減
少する設定を予測しヒーター設定を行う上記作業を繰り
返し行いスリップが発生しなくなるヒーター設定を、温
度均一化が十分になされた設定とする。
【００１０】前者の方法は熱電対による温度測定が十分
に正確でなく、その後に後者の方法を微調整として行う
場合がある。
に正確でなく、その後に後者の方法を微調整として行う
場合がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】熱電対を反応室内に挿
入する方法は、反応室内が金属汚染され、ヒーター調整
後に反応室のクリーニングをする必要がある。そのため
ヒーター調整に時間を要する。また、クリーニングする
ために石英チャンバーの交換が必要なエピタキシャル成
長装置では、交換により温度計の設置状況が変化してヒ
ーターの再調整が必要である。このような場合は熱電対
による温度調整は不可能である。
入する方法は、反応室内が金属汚染され、ヒーター調整
後に反応室のクリーニングをする必要がある。そのため
ヒーター調整に時間を要する。また、クリーニングする
ために石英チャンバーの交換が必要なエピタキシャル成
長装置では、交換により温度計の設置状況が変化してヒ
ーターの再調整が必要である。このような場合は熱電対
による温度調整は不可能である。
【００１２】また、熱電対線を反応室から外に出さなけ
ればならないため、その熱電対線用のシールを施す必要
があり、プロセスガスを流すにはヒーターの調整のみの
ためにシールを完全にすることが必要となる。このため
通常はかかるシールを施すことはなく、反応炉内に処理
中と同条件のガスを流すことができない。そのため処理
中の温度分布を精密に測定することができない。
ればならないため、その熱電対線用のシールを施す必要
があり、プロセスガスを流すにはヒーターの調整のみの
ためにシールを完全にすることが必要となる。このため
通常はかかるシールを施すことはなく、反応炉内に処理
中と同条件のガスを流すことができない。そのため処理
中の温度分布を精密に測定することができない。
【００１３】シリコンウェーハを回転してこれらの温度
均一化を図っているエピタキシャル成長装置では、ヒー
ターの調整のみのために、熱電対の回転導入を行わなけ
ればならない。通常はこのためのシールを施すことはな
く、反応炉内に処理中と同条件の加熱を施すことができ
ない。そのため処理中の温度分布を精密に測定、すなわ
ち成長処理と同条件で測定することができない。
均一化を図っているエピタキシャル成長装置では、ヒー
ターの調整のみのために、熱電対の回転導入を行わなけ
ればならない。通常はこのためのシールを施すことはな
く、反応炉内に処理中と同条件の加熱を施すことができ
ない。そのため処理中の温度分布を精密に測定、すなわ
ち成長処理と同条件で測定することができない。
【００１４】上記の各シールを施すことは技術的に可能
であるが、エピタキシャル成長装置に特別な機構を設け
る必要があり、多大な費用を要する。
であるが、エピタキシャル成長装置に特別な機構を設け
る必要があり、多大な費用を要する。
【００１５】また、スリップの発生状況を観察する方法
は、上記の各問題は発生しないが、ウェーハの温度分布
を知ることはできないので、ヒーターの設定値をどのよ
うに変化すれば温度分布を改善できるかが不明である。
そのため多数のウェーハを色々な設定において処理し、
スリップの発生状況から良い設定値を選ぶ必要があり、
調整に多大の時間が必要になる。また、調整のために多
数のシリコンウェーハを消費しなければならず、調整に
要する工数が多い問題がある。
は、上記の各問題は発生しないが、ウェーハの温度分布
を知ることはできないので、ヒーターの設定値をどのよ
うに変化すれば温度分布を改善できるかが不明である。
そのため多数のウェーハを色々な設定において処理し、
スリップの発生状況から良い設定値を選ぶ必要があり、
調整に多大の時間が必要になる。また、調整のために多
数のシリコンウェーハを消費しなければならず、調整に
要する工数が多い問題がある。
【００１６】従って、加熱時のシリコンウェーハの温度
分布を測定しながらヒーター設定の調整を行うに際し、
熱電対などの温度測定子を炉内に導入することなく温度
分布を知る方法が求められている。
分布を測定しながらヒーター設定の調整を行うに際し、
熱電対などの温度測定子を炉内に導入することなく温度
分布を知る方法が求められている。
【００１７】この発明は、気相成長装置における半導体
基板の加熱温度の均一化、特に大口径のシリコンウェー
ハの均一加熱が困難な現状に鑑み、熱電対などの温度測
定子を炉内に導入することなく、半導体基板の温度分布
を従来にない方法により、正確に把握して加熱源の温度
調節の時間を短縮して効率を上げ、半導体基板の加熱温
度の均一化を図り、スリップの発生を防止し、低コスト
で高精度、高品質の気相成膜を可能にした気相成長方法
とその装置の提供を目的としている。
基板の加熱温度の均一化、特に大口径のシリコンウェー
ハの均一加熱が困難な現状に鑑み、熱電対などの温度測
定子を炉内に導入することなく、半導体基板の温度分布
を従来にない方法により、正確に把握して加熱源の温度
調節の時間を短縮して効率を上げ、半導体基板の加熱温
度の均一化を図り、スリップの発生を防止し、低コスト
で高精度、高品質の気相成膜を可能にした気相成長方法
とその装置の提供を目的としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】発明者は、大口径のシリ
コンウェーハへの高精度、高品質の気相成膜を可能にす
るため、温度測定子を炉内に導入することなく、半導体
基板の温度分布を正確に予測できる方法について種々検
討した結果、エピタキシャル成長装置では低温で成長す
ると成長速度が反応律速となるが、反応室に流すガス流
量を適切にすることによって、シリコンウェーハのある
点でのエピタキシャル膜の成長速度と温度との相関を取
ることが可能であることを知見した。
コンウェーハへの高精度、高品質の気相成膜を可能にす
るため、温度測定子を炉内に導入することなく、半導体
基板の温度分布を正確に予測できる方法について種々検
討した結果、エピタキシャル成長装置では低温で成長す
ると成長速度が反応律速となるが、反応室に流すガス流
量を適切にすることによって、シリコンウェーハのある
点でのエピタキシャル膜の成長速度と温度との相関を取
ることが可能であることを知見した。
【００１９】発明者は、さらに検討を加えた結果、シリ
コンウェーハの全表面で薄膜の成長速度がガス流量に依
存しないガス流量条件で、かつ成長温度が反応律速であ
る温度で薄膜を成長させると、エピタキシャル膜の成長
速度分布を測定することによリシリコンウェーハの温度
分布を推定することが可能であることを知見し、この発
明を完成した。
コンウェーハの全表面で薄膜の成長速度がガス流量に依
存しないガス流量条件で、かつ成長温度が反応律速であ
る温度で薄膜を成長させると、エピタキシャル膜の成長
速度分布を測定することによリシリコンウェーハの温度
分布を推定することが可能であることを知見し、この発
明を完成した。
【００２０】すなわち、この発明は、半導体基板を加熱
装置で高温に加熱し熱化学気相成長法により半導体基板
に薄膜を成長する気相成長方法、装置において、予め求
めた薄膜の成長速度がガス流量に依存しないガス流量条
件でかつ成長温度が反応律速である温度で薄膜を成長
し、その成長速度分布から被処理基板の温度分布を推定
し、加熱装置の強度分布設定を行い、基板の加熱温度の
均一化を図ることを特徴とする気相成長方法、装置であ
る。
装置で高温に加熱し熱化学気相成長法により半導体基板
に薄膜を成長する気相成長方法、装置において、予め求
めた薄膜の成長速度がガス流量に依存しないガス流量条
件でかつ成長温度が反応律速である温度で薄膜を成長
し、その成長速度分布から被処理基板の温度分布を推定
し、加熱装置の強度分布設定を行い、基板の加熱温度の
均一化を図ることを特徴とする気相成長方法、装置であ
る。
【００２１】また、この発明は、上記構成の気相成長方
法、装置において、複数の加熱源の強度分布設定を行う
に際し、加熱源に最も近い基板上の点をその温度制御点
に対する代表点として、代表点の温度と基板中央の温度
を推定された温度分布より求め、代表点の目標温度が基
板中央の推定温度と一致するように、代表点の温度に最
も影響を与える加熱源の強度設定を変更し、基板の加熱
温度の均一化することを特徴とする気相成長方法、装置
である。
法、装置において、複数の加熱源の強度分布設定を行う
に際し、加熱源に最も近い基板上の点をその温度制御点
に対する代表点として、代表点の温度と基板中央の温度
を推定された温度分布より求め、代表点の目標温度が基
板中央の推定温度と一致するように、代表点の温度に最
も影響を与える加熱源の強度設定を変更し、基板の加熱
温度の均一化することを特徴とする気相成長方法、装置
である。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下に、枚葉式エピタキシャル成
長装置（気相成長装置）のヒーター温度設定の例を挙げ
て、この発明を詳細に説明する。この装置は１回の処理
で１枚のシリコンウェーハを処理する装置で、ほぼ大気
圧で熱ＣＶＤによリシリコンウェーハの表面にシリコン
薄膜を成長する。
長装置（気相成長装置）のヒーター温度設定の例を挙げ
て、この発明を詳細に説明する。この装置は１回の処理
で１枚のシリコンウェーハを処理する装置で、ほぼ大気
圧で熱ＣＶＤによリシリコンウェーハの表面にシリコン
薄膜を成長する。
【００２３】ヒーター調整法１ ここでは、シリコンウェーハはＳｉＣ被覆した高純度カ
ーボンのサセプター上に載置され、上下から赤外線ラン
プによって加熱される。赤外線ランプはサセプター中
央、ガス流れに対して上流側、下流側、側面の４個所に
熱電対が取り付けられ、それらの温度をフィードバック
制御することによってシリコンウェーハの温度分布を制
御する。
ーボンのサセプター上に載置され、上下から赤外線ラン
プによって加熱される。赤外線ランプはサセプター中
央、ガス流れに対して上流側、下流側、側面の４個所に
熱電対が取り付けられ、それらの温度をフィードバック
制御することによってシリコンウェーハの温度分布を制
御する。
【００２４】上流側、下流側、側面の熱電対には、中央
の熱電対に対して正・負の温度差を設定する機能があ
り、それらの温度差を適切に設定することによってシリ
コンウェーハの温度分布を均一化する。
の熱電対に対して正・負の温度差を設定する機能があ
り、それらの温度差を適切に設定することによってシリ
コンウェーハの温度分布を均一化する。
【００２５】まず、以下の手順Ａ〜Ｃで求められた成長
温度、ガス流量の条件でエピタキシャル成長を行い、手
順Ｄで求めたエピタキシャル膜の成長速度と成長温度の
関係から、エピタキシャル成長中のシリコンウェーハの
温度分布を求め（手順Ｅ）、それを基にヒーターの設定
値を調整する（手順Ｆ）。
温度、ガス流量の条件でエピタキシャル成長を行い、手
順Ｄで求めたエピタキシャル膜の成長速度と成長温度の
関係から、エピタキシャル成長中のシリコンウェーハの
温度分布を求め（手順Ｅ）、それを基にヒーターの設定
値を調整する（手順Ｆ）。
【００２６】手順Ａ ９００℃から１２００℃の種々温
度（３通り以上）で成長し、例えばウェーハのクロスす
る直径線上にある複数の点を設定し、ウェーハの各点で
のエピタキシャル膜の成長速度の対数と成長温度の逆数
の関係を調べ、反応律速、拡散律速の温度領域を決定す
る。ウェーハのある一点での成長速度と成長温度の関係
例を図１に示す。成長速度は膜厚を赤外線反射光の干渉
を利用した方法（ＦＴＩＲ）で測定し、それを成長時間
で除して算出する方法が簡単かつ能率的である。
度（３通り以上）で成長し、例えばウェーハのクロスす
る直径線上にある複数の点を設定し、ウェーハの各点で
のエピタキシャル膜の成長速度の対数と成長温度の逆数
の関係を調べ、反応律速、拡散律速の温度領域を決定す
る。ウェーハのある一点での成長速度と成長温度の関係
例を図１に示す。成長速度は膜厚を赤外線反射光の干渉
を利用した方法（ＦＴＩＲ）で測定し、それを成長時間
で除して算出する方法が簡単かつ能率的である。
【００２７】手順Ｂ ウェーハの各点の反応律速領域の
温度であり、成長律速領域の境界温度で最も低い温度よ
り５０℃以上低い温度を成長温度として選ぶ。
温度であり、成長律速領域の境界温度で最も低い温度よ
り５０℃以上低い温度を成長温度として選ぶ。
【００２８】手順Ｃ 手順Ａで選んだ成長温度で種々ガ
ス流量でエピタキシャル膜を成長し、ウェーハの各点で
のガス流量とエピタキシャル膜の成長速度との関係を求
める。この時、ガスは原料ガス（ＳｉＣｌ4、ＳｉＨＣ
ｌ3等）とキャリアガス（Ｈ2等）の混合ガスで、原料ガ
スとキャリアガスの流量比は一定にする。
ス流量でエピタキシャル膜を成長し、ウェーハの各点で
のガス流量とエピタキシャル膜の成長速度との関係を求
める。この時、ガスは原料ガス（ＳｉＣｌ4、ＳｉＨＣ
ｌ3等）とキャリアガス（Ｈ2等）の混合ガスで、原料ガ
スとキャリアガスの流量比は一定にする。
【００２９】図２に示すごとく、ウェーハの各点での成
長速度は、ガス流量が低流量では流量とともに増加し、
高流量では流量依存性がなくなる。流量依存性がなくな
る高流量のある流量を温度分布推定を行うときの流量と
決定する。この流量は流量依存性がなくなる最小の流量
の１０％程度以上高いことが望ましい。
長速度は、ガス流量が低流量では流量とともに増加し、
高流量では流量依存性がなくなる。流量依存性がなくな
る高流量のある流量を温度分布推定を行うときの流量と
決定する。この流量は流量依存性がなくなる最小の流量
の１０％程度以上高いことが望ましい。
【００３０】手順Ｄ 手順Ｃで決定された流量で、手順
Ｂで決定した成長温度の低温の範囲でウェーハの中央で
の成長速度と成長温度の関係を求める。これを基に成長
速度から逆に成長温度を求める。
Ｂで決定した成長温度の低温の範囲でウェーハの中央で
の成長速度と成長温度の関係を求める。これを基に成長
速度から逆に成長温度を求める。
【００３１】手順Ｅ 手順Ｄで求めた関係より、境界温
度を新たに決め直す。この境界温度より低温でエピタキ
シャル成長し、手順Ｄで求めた関係より、ウェーハの温
度分布を求める。
度を新たに決め直す。この境界温度より低温でエピタキ
シャル成長し、手順Ｄで求めた関係より、ウェーハの温
度分布を求める。
【００３２】手順Ｆ 得られた温度分布よりヒーターの
温度調整を行い、再び手順Ｅで温度分布を求めスリップ
がなくなるまで上記手順をくり返す。
温度調整を行い、再び手順Ｅで温度分布を求めスリップ
がなくなるまで上記手順をくり返す。
【００３３】上記のヒーター調整方法１を採用したこと
により、熱電対付きウェーハを反応室内に入れる必要が
なくなる。また、ヒーターの温度調整に使用するウェー
ハの数量を半減することができる。調整に要する時間も
短縮することができる。
により、熱電対付きウェーハを反応室内に入れる必要が
なくなる。また、ヒーターの温度調整に使用するウェー
ハの数量を半減することができる。調整に要する時間も
短縮することができる。
【００３４】以上には１個の熱電対で制御されるヒータ
ーゾーンの間の温度設定値の調整方法を述べた。このヒ
ーターゾーンは複数の赤外線ランプより構成され、それ
らの赤外線ランプ同士のパワー比も調整できる。より細
かい温度分布の調整が必要な場合は、この同一ゾーン内
のランプ間のパワー比の設定の調整も同様な方法で行う
ことができる。
ーゾーンの間の温度設定値の調整方法を述べた。このヒ
ーターゾーンは複数の赤外線ランプより構成され、それ
らの赤外線ランプ同士のパワー比も調整できる。より細
かい温度分布の調整が必要な場合は、この同一ゾーン内
のランプ間のパワー比の設定の調整も同様な方法で行う
ことができる。
【００３５】ヒーター調整法２ 次に、手順Ａ〜Ｆで求めた温度分布を基に、以下の方法
でヒーターの温度設定値を決定しヒーターの調整を行
う。
でヒーターの温度設定値を決定しヒーターの調整を行
う。
【００３６】シリコンウェーハを回転しないように固定
してエピタキシャル成長を行い、上記の方法で温度分布
を推定する。温度制御点に最も近いシリコンウェーハ上
の点をその温度制御点に対する代表点とする。温度制御
点の温度Ｔｃ1を手順Ｅのエピタキシャル成長中に記録
する。代表点の温度Ｔｗ1、シリコンウェーハの中央の
温度Ｔｗ0を推定された温度分布から求める。
してエピタキシャル成長を行い、上記の方法で温度分布
を推定する。温度制御点に最も近いシリコンウェーハ上
の点をその温度制御点に対する代表点とする。温度制御
点の温度Ｔｃ1を手順Ｅのエピタキシャル成長中に記録
する。代表点の温度Ｔｗ1、シリコンウェーハの中央の
温度Ｔｗ0を推定された温度分布から求める。
【００３７】代表点の目標温度をＴｗ2＝Ｔｗ0とする。
ウェーハ表面上で計った、シリコンウェーハ中央から温
度制御点、代表点までの距離をそれぞれｘｃ、ｘｗとす
る。温度制御点の設定温度Ｔｃ2を下式で決定する。 Ｔｃ2＝Ｔｃ1＋（ｘｃ／ｘｗ）×（Ｔｗ2−Ｔｗ1）
ウェーハ表面上で計った、シリコンウェーハ中央から温
度制御点、代表点までの距離をそれぞれｘｃ、ｘｗとす
る。温度制御点の設定温度Ｔｃ2を下式で決定する。 Ｔｃ2＝Ｔｃ1＋（ｘｃ／ｘｗ）×（Ｔｗ2−Ｔｗ1）
【００３８】ヒーター設定値をＴｃ２に変更し、上記の
方法で温度分布を推定する。Ｔｗ2とＴｗ1の差が十分小
さくなるまで、上記の手順を繰り返す。
方法で温度分布を推定する。Ｔｗ2とＴｗ1の差が十分小
さくなるまで、上記の手順を繰り返す。
【００３９】上記のヒーター調整方法２を採用したこと
により、該調整方法１の効果に加え、ヒーターの温度調
整に使用するウェーハの数量を該調整方法１の約半分に
することができる。調整に要する時間も短縮することが
できる。
により、該調整方法１の効果に加え、ヒーターの温度調
整に使用するウェーハの数量を該調整方法１の約半分に
することができる。調整に要する時間も短縮することが
できる。
【００４０】ヒーター調整法３ さらに、上記のヒーター調整方法１で求めた温度分布か
らヒーターの設定値を決定するためのヒーター調整法２
とは別のヒーター調整法を説明する。この方法では、ウ
ェーハ内温度差ＤＴをヒーターの温度設定の最適値から
の変化ＤＳＰの関数ｆ（ＤＳＰ）として予め求めてお
く。この方法では関数ＤＴ＝ｆ（ＤＳＰ）を基に温度分
布調整を行う。
らヒーターの設定値を決定するためのヒーター調整法２
とは別のヒーター調整法を説明する。この方法では、ウ
ェーハ内温度差ＤＴをヒーターの温度設定の最適値から
の変化ＤＳＰの関数ｆ（ＤＳＰ）として予め求めてお
く。この方法では関数ＤＴ＝ｆ（ＤＳＰ）を基に温度分
布調整を行う。
【００４１】上記のヒーター調整方法１あるいはヒータ
ー調整方法２によってシリコンウェーハの温度を均一化
する。ヒーターの制御に使用している熱電対に最も近い
シリコンウェーハ上の点をその温度測定点に対する代表
点とする。
ー調整方法２によってシリコンウェーハの温度を均一化
する。ヒーターの制御に使用している熱電対に最も近い
シリコンウェーハ上の点をその温度測定点に対する代表
点とする。
【００４２】制御点の設定温度を均一化された最適の設
定値から色々に変化して低温でエピタキシャル成長し温
度分布を推定する。それを基にウェーハ中央温度と代表
点温度の差ＤＴと制御点設定温度の最適値からの変化量
ＤＳＰの関係を求める。
定値から色々に変化して低温でエピタキシャル成長し温
度分布を推定する。それを基にウェーハ中央温度と代表
点温度の差ＤＴと制御点設定温度の最適値からの変化量
ＤＳＰの関係を求める。
【００４３】ＤＴをＳＰの関数として多項式近似する。 ＤＴ＝ｆ（ＤＳＰ）＝ａ0＋ａ1×ＤＳＰ＋ａ2×ＤＳＰ2
＋……
＋……
【００４４】それ以後のヒーター調整では上記式を用
い、ヒーター調整方法１の方法でウェーハ温度分布を推
定し求めたＤＴから設定値変化ＤＳＰを求め、制御点温
度を設定する。
い、ヒーター調整方法１の方法でウェーハ温度分布を推
定し求めたＤＴから設定値変化ＤＳＰを求め、制御点温
度を設定する。
【００４５】上記のヒーター調整方法３を採用したこと
により、ヒーター調整方法１，２の効果に加え、ヒータ
ーの温度調整に使用するウェーハの数量さらに減らし、
１枚とすることができた。
により、ヒーター調整方法１，２の効果に加え、ヒータ
ーの温度調整に使用するウェーハの数量さらに減らし、
１枚とすることができた。
【００４６】また、この方法は温度分布が複雑なほど、
従来法の場合より適切な設定値に到達するまでに使用す
るウェーハの枚数および調整時間を減らすことができ
る。なお、ヒーター調整の１回目は前記ヒーター調整方
法１あるいは方法２を行うが、以後のヒーター調整にお
いては前記ヒーター調整方法１、方法２を行う必要はな
い。
従来法の場合より適切な設定値に到達するまでに使用す
るウェーハの枚数および調整時間を減らすことができ
る。なお、ヒーター調整の１回目は前記ヒーター調整方
法１あるいは方法２を行うが、以後のヒーター調整にお
いては前記ヒーター調整方法１、方法２を行う必要はな
い。
【００４７】
【実施例】前記ヒーター調整方法１の水平式気相成長装
置を用い、記憶装置に図１の成長速度と成長温度の関係
を入力し、前述したヒーター調整方法２、方法３のプロ
セスを制御プログラム（レシピ）により実行可能にし
た。
置を用い、記憶装置に図１の成長速度と成長温度の関係
を入力し、前述したヒーター調整方法２、方法３のプロ
セスを制御プログラム（レシピ）により実行可能にし
た。
【００４８】ヒーターの温度設定値はレシピ内のパラメ
ータにより設定される。代表点は上流、下流、側面の方
向でシリコンウェーハの端より５ｍｍの位置で取りその
成長温度を装置入力することにより、装置のコントロー
ラが代表点の温度を計算し、各制御点の設定温度を算出
し、レシピ内のパラメータを設定するようになってい
る。
ータにより設定される。代表点は上流、下流、側面の方
向でシリコンウェーハの端より５ｍｍの位置で取りその
成長温度を装置入力することにより、装置のコントロー
ラが代表点の温度を計算し、各制御点の設定温度を算出
し、レシピ内のパラメータを設定するようになってい
る。
【００４９】この発明によるエピタキシャル成長装置で
予測した温度分布推定例を図３に示すが、分布がフラッ
トになるようにヒーター調整を自動制御することができ
る。すなわち、このエピタキシャル成長装置では、ヒー
ターの調整時にヒーター調整方法１のエピタキシャル膜
の成長速度を入力するのみで設定が自動的になされ、し
かも調整に使用するウェーハは１枚となった。また、ヒ
ーター調整方法を手動で行うよりよりさらに短時間での
ヒーター調整が可能となった。
予測した温度分布推定例を図３に示すが、分布がフラッ
トになるようにヒーター調整を自動制御することができ
る。すなわち、このエピタキシャル成長装置では、ヒー
ターの調整時にヒーター調整方法１のエピタキシャル膜
の成長速度を入力するのみで設定が自動的になされ、し
かも調整に使用するウェーハは１枚となった。また、ヒ
ーター調整方法を手動で行うよりよりさらに短時間での
ヒーター調整が可能となった。
【００５０】この発明によるエピタキシャル成長装置で
予測した温度分布より、ヒーター調整を行い成膜した結
果、この発明によるエピタキシャルウェーハは、従来方
法のウェーハに比べ、低温時のエピタキシャル膜の膜厚
み精度が５０％向上した。
予測した温度分布より、ヒーター調整を行い成膜した結
果、この発明によるエピタキシャルウェーハは、従来方
法のウェーハに比べ、低温時のエピタキシャル膜の膜厚
み精度が５０％向上した。
【００５１】
【発明の効果】この発明による気相成長方法とその装置
は、薄膜の成長速度がガス流量に依存しないガス流量条
件で、かつ成長温度が反応律速である温度で薄膜を成長
させるに際し、その時のエピタキシャル膜の成長速度分
布を測定することによリシリコンウェーハの温度分布を
推定できることに着目したもので、熱電対付きウェーハ
を反応室内に入れる必要がなくなり、また、ヒーターの
温度調整に使用するウェーハの数量を半減することがで
き、調整に要する時間も大幅に短縮することができる。
は、薄膜の成長速度がガス流量に依存しないガス流量条
件で、かつ成長温度が反応律速である温度で薄膜を成長
させるに際し、その時のエピタキシャル膜の成長速度分
布を測定することによリシリコンウェーハの温度分布を
推定できることに着目したもので、熱電対付きウェーハ
を反応室内に入れる必要がなくなり、また、ヒーターの
温度調整に使用するウェーハの数量を半減することがで
き、調整に要する時間も大幅に短縮することができる。
【００５２】従って、この発明による気相成長方法とそ
の装置は、半導体基板の温度分布を従来にない方法によ
り、正確に把握して装置の加熱源の温度調節の効率を上
げ、半導体基板の加熱温度の均一化を図り、高精度、高
品質の気相成膜を可能にした
の装置は、半導体基板の温度分布を従来にない方法によ
り、正確に把握して装置の加熱源の温度調節の効率を上
げ、半導体基板の加熱温度の均一化を図り、高精度、高
品質の気相成膜を可能にした
【図１】成長速度と成長温度の関係を示すグラフであ
る。
る。
【図２】成長速度とガス流量の関係を示すグラフであ
る。
る。
【図３】この発明によるエピタキシャル成長装置で予測
した温度分布推定例を示すグラフである。
した温度分布推定例を示すグラフである。
Claims (4)
- 【請求項１】 半導体基板を加熱装置で高温に加熱し熱
化学気相成長法により半導体基板に薄膜を成長する気相
成長方法において、予め求めた薄膜の成長速度がガス流
量に依存しないガス流量条件でかつ成長温度が反応律速
である温度で薄膜を成長し、その成長速度分布から被処
理基板の温度分布を推定し、加熱装置の強度分布設定を
行い、基板の加熱温度の均一化を図る気相成長方法。 - 【請求項２】 請求項１において、複数の加熱源の強度
分布設定を行うに際し、加熱源に最も近い基板上の点を
その温度制御点に対する代表点として、代表点の温度と
基板中央の温度を推定された温度分布より求め、代表点
の目標温度が基板中央の推定温度と一致するように、代
表点の温度に最も影響を与える加熱源の強度設定を変更
し、基板の加熱温度の均一化を図る気相成長方法。 - 【請求項３】 半導体基板を加熱装置で高温に加熱し熱
化学気相成長法により半導体基板に薄膜を成長する気相
成長装置において、予め求めた薄膜の成長速度がガス流
量に依存しないガス流量条件でかつ成長温度が反応律速
である温度で薄膜を成長し、その成長速度分布から被処
理基板の温度分布を推定して得た成長速度分布と成長温
度との関係を記憶した加熱装置の制御手段を有した気相
成長装置。 - 【請求項４】 請求項３において、複数の加熱源の強度
分布設定を行うに際し、加熱源に最も近い基板上の点を
その温度制御点に対する代表点として、代表点の温度と
基板中央の温度を推定された温度分布より求め、代表点
の目標温度が基板中央の推定温度と一致するように上記
工程を繰り返し、代表点の温度に最も影響を与える加熱
源の強度設定を変更し、基板の加熱温度の均一化を図る
プログラムを有した気相成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6210498A JPH11243061A (ja) | 1998-02-25 | 1998-02-25 | 気相成長方法とその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6210498A JPH11243061A (ja) | 1998-02-25 | 1998-02-25 | 気相成長方法とその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11243061A true JPH11243061A (ja) | 1999-09-07 |
Family
ID=13190420
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6210498A Pending JPH11243061A (ja) | 1998-02-25 | 1998-02-25 | 気相成長方法とその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11243061A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2395492A (en) * | 2002-11-25 | 2004-05-26 | Thermo Electron Corp | Improvements in deposition methods for the production of semiconductors |
| US7129168B2 (en) | 2002-10-30 | 2006-10-31 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method of estimating substrate temperature |
| JP2022092175A (ja) * | 2020-12-10 | 2022-06-22 | 株式会社Sumco | エピタキシャル成長装置の温度管理方法及びシリコン堆積層ウェーハの製造方法 |
-
1998
- 1998-02-25 JP JP6210498A patent/JPH11243061A/ja active Pending
Cited By (4)
| 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 |
| GB2395492A (en) * | 2002-11-25 | 2004-05-26 | Thermo Electron Corp | Improvements in deposition methods for the production of semiconductors |
| WO2004048639A3 (en) * | 2002-11-25 | 2004-11-18 | Oxford Instr Plasma Technology | Method and apparatus for controlling a deposition process |
| JP2022092175A (ja) * | 2020-12-10 | 2022-06-22 | 株式会社Sumco | エピタキシャル成長装置の温度管理方法及びシリコン堆積層ウェーハの製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD05 | Notification of revocation of power of attorney |
Effective date: 20040721 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7425 |