JPS592318A - 半導体気相成長装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は半導体ウェハー上にＰ型半導体層やＮ型半導体
層などの層を成長させて形成させる半導体気相成長装置
に関するものである。

〔発明の技術的背景〕

半導体気相成長装置は半導体、例えば４ｉ＃晶シリコン
のウェハーを反応ガスである水嵩がスとキャリアガスで
ある四塩化シリコンガス及び不純物用の１゛−・ンント
ガスとの混合気中に置き、１２０ｏｒ程度に加熱して化
学反応を生ぜしめ、ウェハー上にシリコン層を成長させ
るものである。

即ち、反応ガスである水嵩Ｉ■２とキャリアガスである
四塩化シリコン５ｌｃｔ４Ｈ ２Ｈ＋５ＩＣ１８１＋４ＨＣ１ ２４← なる反応を生じて塩化水素とシリコンとに分離する。混
合気中には不純物用としてＰ形成いはＮ形のシリコン層
とするため目的に合うドーパントガスが混在しているた
め、ウェハー上に成長するシリコン層に不純物として混
入してＰ形成いはＮ形のシリコン層となる。

ウニ・・−は生細菌のシリコン基板であるため導電率が
極めて低いからこのウェハー上にＰ形。

Ｎ形など交互に異なるチャンネルのシリコン層を形成し
たウェハーを得る。そして、このウェーと バーに集積回路のパターン槓−ｆ９形成して集積回路チ
ノ！とする。

ここで、牛導体気相成長装置の具体的な構成について第
１図に示しておく。

図において、、ｚｚｉｊ高周波発生装置などによる加熱
源、１２．１３は前述の気相成長を行うだめの反応炉Ｒ
Ｊ、Ｒ，？を備えた気相成長装置本体である。１２Ａ、
１３には気相成長装置本体１２．１３に設けられ九反応
炉Ｒ１，Ｒ：Ｉの開閉婢の操作を行うための操作盤、１
４は前記反応炉Ｒ１，Ｒ２に対するガス流量制御や各炉
内温度尋の各量制御を司る制御部、１４Ａはこの制御部
１４の操作パネルである。

第２図は反応炉Ｒ１またはＲ２の鮮細な構造を示す断面
図であり、図中２１は反応炉の底板、２２はこの底板２
ノ上に設けられる椀形の天井蓋である。

底板２ノの中央下方には炉内において気相成長に供され
るガスの導入口２３が設けられており、このガスは底板
２ノの中央を貫通して上方に伸びる管路２４内を上昇し
て頂部↓シ炉内に導かれる構成となっている。更に底板
２１には前記管路２４の外周側ｙｃこの管路２４と同軸
的に且つ回転自在に筒状の回転軸２５が設けられ、この
回転軸２５の上部には中央に孔を設けた円板上のザセゾ
タ２６が取シ付けられる。回転軸２５の下部側には減速
機付のモータ２７が設けられており、これによって回転
軸２５が回転されてザセゾタ２６が炉内で回転駆動され
る。

まだ、炉内には前記サセノタ２６の下方にカバー２８を
介して篩導加熱用のコイル２９が配されている。３０は
コイル２９を重普支えを兼ねた絶縁板であって、ボルト
３ノにより底板２１の上方に固定される。３２．３３は
底板２１を責通して外部へ導出された前記コイル２９と
の接続用のコネクタ部分である。尚、コイル２９内には
コイル２９に流れる高周波電流によシ生ずる熱がコイル
自身を損傷するのを防ぐために内部に冷却用の水を流す
ことができるようにしである。

前記天井蓋２２峰三ｌｌ１ｉ構造のもので、内側か５− ら石英＠３４、第１ステンレス−３５、第２ステンレス
層３６の順にそれぞれ間隙を介して配されて構成される
。また、天井蓋２２にはその外側に前記第２　＋　＠１
　ステ：ｙｖスｒ＠ａ　ｅ　、　ｓ　ｓを貫通してサセ
プタ２６上のウェハ３７を監視できるように炉内監視窓
３８が設けられ、また同様に炉内の加熱によ９生ずる光
を検知して炉内温度を測定する温度センサＴ−８を取シ
付けるための温度検出窓３９が設けである。

４０はフランジ部材、４１はエアシリンダ装置であり、
このエアシリンダ装［４１の駆動によりフランジ部材４
０を駆動させて天井蓋２２に突設した鍔４２と係脱させ
、天井蓋２２の着脱を行う。

４３は天井蓋２２と一体的に構成され九ノラケットであ
り、図示しないシリンダのピストンと結合されて上下に
移動できるようになっており、ｆｌＪえはサセプタ２６
上のウェハー３１を取如換える場合などに天井蓋２２を
上方へ移動させるようにする。

６− ４４は底板２ノに取シ付けられた炉内のガスを排気する
だめの排気管である。

このよう々構成において、反応炉Ｒ１，Ｒ２のウェハー
を交換する場合には交換しようとする炉の桐する気相成
長装置本体１２．１３の操作盤１２に、１３ｋを操作し
て天井蓋２２を開く。そしてサセプタ２６上のウェハー
３７を新たなものと交換し、再び操作盤１２１，１３１
を操作して天井蓋２２を閉じる。

この状態では天井蓋２２は底板２１と密着して炉内は気
曹状態となる。次に制御部１４を作動させ、気相成長に
入るが、制御部１４はまず前述のガスの供給を行うと共
に加熱源１ノを制御して前記コイル２９に対して供給す
る高周諌電流値を１Ｉ４ｓする。

これにより、反応炉内には管路２４を通してガスが供給
され、またコイル２９は供給された電流値に対応した高
周波磁界を発生し、これによりサセプタ２６は訪導加熱
されてサセプタ２６上のウェハー３７は加熱される。ま
た、これによシ炉内の温度も上昇し、炉内に供給された
ガスが前述の反応を起１．てウェハー３７上にＮ形もり
、　＜はＰ形のシリコン層が気相成長される。

ガスの反応により炉内のガスの成分が変化するので前記
排気管４４より炉内のガスを常に排気し、これによって
炉内は常に新しいガスが充満するようにしである。また
、サセプタ２６はモータ２７によ多回転駆動され、サセ
プタ２６上のどの位置にあるウェハー３７でも前条件が
同じになるようにして気相成長されたシリコン層が同じ
厚みになるようにする。

ととるで、炉の加熱に当っては反応させる温度が２２０
０？、”であるため、常温からＩ　２００Ｃまで炉内温
度を上昇させることになる。

しかし、ウェハーは急激に温度変化させると、割れなど
のいわゆるスリツノと云われる現象が生ずる危険がある
。そこで、第３図に示す如く昇降温に際してはリニアな
温度変化となるよう加熱源１１の出力■を制御する。

この制御は制御部１４により行うが、従来においては制
御部１４としてはシーケンスコントローラを用いて次の
ように制御を行うようにしてｈだ。

即ち、シーケンスコントローラは予め設定された順番に
従って決められた制御を決められた時間ずつ行ってゆく
もので、例えば第４図の如き構成としである。

図において人は７トリソｌ我に構成されたピンポードス
イソチノ臂ネルであり、ビンポードスイッチパネルＡは
行方向及び列方向にそれぞれ所定間隔を置いて複数本、
パスラインが配され、各パスラインには行・列の交点位
置にその交点を短絡するだめのビン挿入用の挿入部が設
けられている。図では列方向にシーケンスの１胆’１ｉ
ｒｉとシ、行方向には実行すべきＦｋｉ容（プルセスシ
ーケンスの種類）を対応させである。

即ち、図ではシーケンスの実行順番を８ｔ・ｐの。

〜５ｔｅｐので示し、プルセスシーケンスの種類はＰＰ
Ｉ　、　〜ＰＰＪ　７で示しである。またｌ１ｌｔｅｐ
■、〜５ｔｅｐ■の各々について実行時間を指定できる
よ９− うになっている。従って１１　ｓｔθｐ■、〜８ｔｅｐ
のの各々について行わせるべきシーケンスの種類をＰＰ
７、〜ＰＰ１７の中から選択して所望のｆｌＪＩＭの位
置にビンを挿入し、設定を行う。図では黒丸がビン挿入
による設定位置である。

Ｂはリレーラダー−１路であり、シーケンスの種類に対
応した制御が成せるようリレー回路が組まれている。従
ってリレーラダー［ｉｆｆｌＭＢはビンが一ドスイソチ
・！ネルＡ側より与えられるシーケンスの種類に応じた
制御出力を出すことができる。

このような構成において、第４図の如くビンが設定され
ているとすると、制御部１４はまず５ｔｏｐのにおいて
どのシーケンスのＩｌ類が設定されているかを検索する
。即ち、Ｓｔ＠ｐωの対応・ｆスラインとビンによって
つながる行方向の・寸スラインを検索する。８ｔΦｐ■
ではＰＰ、？がビンによｐつながっているので、ＰＰ２
の、？スラインが横木された際、これが検知できる。

検知された情報はりレーラダー回路Ｂに送ら１０− れ、リレーラダー回路Ｂは送られて来たＰＰ２の情報に
従って、ＰＰ２に対応する制御を行うだめのリレー回路
を作動させる。その際、ビンポードスイッチ・母ネルＡ
、ｌ：、９制御を実行する時間情報も同時に与えられる
ため、その時間情報対応の時間だけ制御を実行する。時
間情報対応の時間が経過すると次に５ｔｏｐ■について
Ｐ］ｌ１ｌｔのことが成され’Ｉ　ＰＰ３なる情報が与
えられてＰＰ３対応の制御を行うリレー回路の動作をさ
せる。以下同様の動作が各５ｔｏｐ毎に行われ、その結
果、ＰＰ２→ＰＰ３→ＰＰＩ→ＰＰ４→ＰＰ６→ＰＰ５
→ＰＰ７と太った順にプロセスシーケンスが実行される
ことになる。

しかし、この装置による制御内容は単にゾロセスシーケ
ンスの種類に応じて牛導体気相成長装置の各種ガス弁や
冷却水弁の開閉制御や加熱源出力の断続など対応する対
象物への制御信号を与えるもので、具体的には升の開閉
や高周波電流印加の断続である。

しかも実際には最も重要なガスの流量や炉内温度は可変
抵抗器などによゐ設定器で予め設定しておくもので、前
述の開閉制御とその制御時間を主とする制御形態であっ
た。

例えば特に重要な炉内温度制御は設定器によシ第３図に
示すような加熱源出力変化とするための傾きθを設定し
、加熱源の出力を時間経過とともにとのθなる傾きで第
３図のように上昇させるような制御を加熱源自身に行わ
せ、加熱時間のみをシーケンスコントローラによ多制御
する方式で行っていた。

しかし、ウェハー３７を載置したサセプタ３６の実際の
温度上昇はサセプタ１身の熱容量のため第５図の如きと
なシ、前述の傾きＯに追従しない。

即ち、図かられかるように初期におかては温度上昇が鈍
く、途中よシ急激に上昇する。

従って、ウェハー３１はサセプタ３６上に載置されてい
るため、サセプタ３６の温度変化をまと庵に受けること
にな９、急激な温度変化によるウェハーのスリツノの危
険を常にはらむことになる。

そのため、従来ではサセプタの厚みを厚くして温度変化
をゆるくしたり、長時間かけて温度上昇させるようにす
るが、いずれも気相成長に要する時間が長くなり生産性
が悪くなってウェハーのコスト高につながる。

そこでこれらの欠点を除く他の手法として汎用の温度コ
ントローラを用いる方法がある。この方法は先に示した
可変抵抗器による設定器により前記傾きθを設定する方
法の欠点を補うより改善された方法である。

即ち、第６図に示す如くサセプタ３６の温度特性を考慮
して１２００Ｃ到達までの加熱時間をｐ、　ｅ　ｐ、　
ｌ・・・Ｐｎと太う具合に細分化し、その各時間帯毎に
変化率を設定してサセプタ３６の温度上昇率が低い時間
帯では加熱源１ノの出力上昇変化率が大きくなるように
し、またサセプタ３６の温度上昇率が高い時間帯では加
熱源１１の出力上昇変化率が小さくなるようにこの温度
コントローラで制御するものである。

＝１３− この方法によればサセプタ３６をリニアな温度変化で制
御できるが、多数点についてそれぞれ変化率の設定を行
わなければならず、また、その設定にあたっては予め使
用するサセプタの温度特性を実測してそれを参照しなけ
ればならないと云う煩わしさがあシ、これはサセプタ３
６を交換する毎にその都度つきまとうと云う欠点があっ
た。

更に一つのプロセス内において昇温、降温の繰ｐ返えし
のシーケンスを伴うような場合で、しかも、それぞれ目
標とする前記傾き０が異なるような場合、そのシーケン
ス数に対応した温度コントローラを要し、コスト的にも
高くなる欠点がある。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情に鑑みて成されたもので、操作が容易
で短時間で不良品を生ずることなく能率的に気相成長さ
せることができるようにした牛導体気相成長装置を提供
することを目的とする。

１４− 〔発明の概要〕 即ち、本発明は上記目的を達成させるため、反応炉内に
半導体ウェハーを配し、この半導体ウェハーを加熱する
加熱源出力温度及び反応炉内に供給されるキャリアガス
、反応ガス、ドーパ７　）ガスの各流量を所定の各シー
ケンスＫＷって順次制御する制御部によシ制御して前記
反応炉内の各ガスを反応させ、半導体ウェハー上に所要
の半導体層を気相成長させる半導体気相成長装置におい
て、前記反応炉内の半導体ウニ・・−の温度を検出する
温度検出手段と、与えられる基準値に従って前記加熱源
の出力を制御する出力制御手段とを設け、また前記制御
部は各シーケンスの実行手順及び前記半導体ウェハーの
昇温、降温シーケンス実行時、前記半導体ウェハーの温
度を基点とし、該シーケンスの割当てられた時間よル短
かい予め設定された時間間隔毎に予め設定した温度変化
量分ずつ補正した温度基準値を求め、その値が該シーケ
ンスでの最終目標温度の基準値に達するまで該シーケン
ス実行時間終了までの間、順次求めた温度基準値を、ま
た、該シーケンス終了時には前記最終目標温度を基準値
として前記出力制御手段に与える手順を記憶させた記憶
手段及びこの記憶手段に記憶させた前記手順を実行する
処理手段とより構成し、昇温、降温シーケンス実行時に
はそのシーケンス実行開始時の半導体ウェハ一温度を基
点に該シーケンスにおける最終目標温度まで小刻みに温
度基準を変更させつつ温度追従制御させるようにしてリ
ニアな温度勾配で温度制御させるようにする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例について、第７図〜第１３図を
参照しながら説明する。

本発明装置は基本的構成においては第１図。

第２図に示したものと同じであり、制御部１４のみが異
なるものであるので、ここでは主として制御部１４につ
いて説明を進める。

第７図は制御部１４の概念的な構成図であ如、図中１４
ム一１はキー等による入力部、１５杖制御部のソースゾ
ログラム等を入力するだめの磁気記憶装置、１７はスイ
ッチ類による入力部、１４−１は制御部の中枢であるマ
イクロコンピュータ等による中央処理装置で、この中央
処理装置１４−１は各入力部１４に−１，１７及び磁気
記憶装置１５からプログラムや各種コマンド或いはデー
タ等を得てそれらの実行や処理等を行う。１４に−２は
ＣＲＴ　（陰極線管）表示装置で、中央処理装置１４−
１の入出力情報や処理結果或いは各種のメツセージなど
を表示するものである。１６は中央処理装置１４−１に
より制御される機器駆動部で、ンレノイドやリレーなど
で構成されていて中央処理装置１４−１０ノログラム実
行によシ得られるガス供給すンーオフや加熱源の供給制
御など気相成長装置本体Ｊ　Ｊ　、（Ｊ　、ｙ）の各部
の制御を実行する。１２Ａ。

（ＪＪＡ）は気相成長装置本体１　ｓｔ　、　（ｉｓ）
の操作盤である。

第８図に制御部１４の更に詳しい構成を示しておく。

１７− １ｉＱＫオいて、Ｃ’ＰＵはマイクロプロセッサ等ニよ
る中央処理部、ＤＢはこの中央処理部ＣＰＵのデータバ
スである。ＲＯＭ　ＪはデータバスＤＢを介して中央処
理部ＣＰＨに接続された続出し専用のメモリであシ、制
＃プログラム等が格納されている。ＲＡＭはデータノ（
スＤＢを介して中央処理部ＣＰＵに接続されたランダム
アクセスメモリで外部からのデータの一時格納や中央処
理部ＣＰＵのワーキング用或いはその他、必要なデータ
やプログラム尋の格納に用いられる。ＲＯＭ　Ｊはデー
タ・寸′スＤＢを介して中央処理部ＣＰＨに接続された
続出し専用のメモリであり、昇温或いは降温時などのラ
ンプ％性、即ち温度変化させるべき目標となる温度変化
特性の傾きのデータテーブルやその他ＣＲＴ表示装置用
の各種メッセーノ或いは各種サブルーチン等を格納しで
ある。

ＩＢは中央処理部ＣＰＨの入出力・寸スであり、ＣＩＦ
はこの入出力パスＩｎに接続されたＣＲＴインターフェ
ースである。ＣＲＴインターフェースＣｉＦはこの入出
力パスＩＢを介して中央処理部１８− ＣＰＵより与えられる表示データをＣＲＴ表示装置ＣＲ
Ｔに与えてその表示を行わせる。ＩＭＩは入出力パスＩ
Ｂに接続されたキー７Ｗ−ド出力用の入カモノーール、
ＫＢはキーポードで、入力パスＩＭＪはこのキーポード
ＫＢより入力された情報を中央処理部ＣＰＵに与えるも
のである。ＩＭＥは入出力は入出力パスＩＢに接続され
た入カモノーール’Ｉ　　ＳＷは圧力スイフチなどのス
イッチ類であり、入力モジー−ルＩＭ２はこのスイッチ
類ＳＷのオン・オフ状態を中央処理部ＣＰＵに知らせる
機能を有する。

ＯＭは入出力パスＩｎに接続された出カモ久−ル、Ｏ８
はこの出力モジュールＯＭの出力によって動作するラン
プヤリＩ／−、バルブなどの出力対象でリレー出力など
によシ最終的にけモータ等の機器をも制御することにな
る。

Ｄ／Ａは入出力パスＩＢに接続されたディノタル信号を
アナログ信号に変換するＤ／Ａ変換変換−ルであり、Ｃ
Ｒはガスの流量制御器やＰＩＤ制御（比例−稍分一徹分
動作）を行う温度！１１６Ｉｉｌｉ′ｌ用のディタル指
示調節針など各種制御器を含む制御機器であって中央処
理部ＣＰＵから与えられる温度や流量などに対するディ
ノタル指定値をＤ／Ａ変換モノー−ルＤ／Ａに与えてア
ナログ量化し、流量に対する指定値であればＤ／Ａ変換
変換モルＤ／Ａはそのアナログ変換値を＃、を制御器に
、また、温度指定値であればディジタル指示調節針に与
えることになる。Ｈは高周波による加熱源でディジタル
指示調節ηＦの出力に対応して制御されて高周波電流出
力を発生するもので、第１図の１１に相当するものであ
る。

Ａ／Ｄは入出力パスＩＢに接続されたアナログ量をディ
ジタル量に変換するＡ／Ｄ変換モジュール、ＣＵはガス
の流ｉｔ検出器や反応炉の炉内温度検出用の温度センサ
Ｔ−８の出力をｉ線性を持つよう温度センサＴ−８の出
力特性に合わせてレベル補正するリニアライプなどの変
換器類で秦９、これらの出力をＡ／Ｄ変換モジー−ルＡ
／Ｄを介して中央処理部ＣＰＵに与えるものである。

基本的には以上のような構成であわ、その動作は次の如
くとなる。

本発明装置における反応炉のシーケンスは第９図の如く
でＰＰＮ０はシーケンス番号、ＴＩＭＦｉは各シーケン
スにおける実行時間、ＧＡＳ　ＦＬＯＷは流すべきガス
の種類でＮ２（ちっ累）、Ｎ２（水素）ＤＮ（ドー・ヤ
ントＮガス）、Ｄ　（ドーパントＰガス）　、　５Ｉｃ
ｔ４（四塩化シリコン）、ＨＣｌ　（塩化水素）を対象
とする。θＣは各シーケンスの炉内温度である。

このようなシーケンスを考えた場合、まずＰＰＮ０１で
は炉内に３分間、Ｎ２ガスを流量ＦＮＩ　Ｌで送り、炉
内を清浄なＮ２ガスで浄化する。

ＰＰＮ０　ｘでは炉内にＮ２ガスを流量ＦＨ？　ｔでＰ
ＰＮ０１６のシーケンス終了まで流し続ける。その間、
ＰＰＮｏ　３０時点で炉内温度をθ１ｔで上昇させ、Ｐ
ＰＮ０４では炉内温度をθ２ｔで上昇させる。このＯ２
なる温度の保持はＰＰＮ０７のシーケンス終了まで続け
られ、ＰＰＮＯ３のシーケンスに移ると今度はＰＰＮ０
１４の終了まで温度を０３に保つ。

一方、ＰＰＮ０５からＰＰＮ０６の間ではＨＣｔガス２
１− を反応ガスとして流量ＦＨＣＬで炉内に送り、また、Ｐ
ＰＮ０９からＰＰＮ０１０にかけてはＰ形のドーパント
ガスであるドーパントガスＤＰを流量ＦＤＰ　１で、ま
たキャリアがスである５ｓｃｔ４を流ｉＦ　Ｓ　Ｊで送
り、また、ＰＰＮ０　Ｉ　２からＰＰＮ０１３にかけて
はドー・９ントＰガスＤ、を流量ＦＤＰ　ｉ！で、また
５ｔｃｚ、ガスを流ＪｉＦ８２で送る。

ＰＰＮ０１７ではＮ２ガスを流量ＦＮ１１ｔで炉内に３
分間送ｐ１炉内を浄化した後にシーケンスを終了させる
。

この間における各シーケンスの温度変化を示すと第１０
図の如くである。

このようなシーケンス内容をＲＯＭ　Ｉにグログラムし
ておき、各条件叫はキーボードＫＢ等により入力する。

炉の運転を開始するには中央処理部ＣＰＵがまずＲＯＭ
　１の炉制御のグログラムを実行し、各シーケンス毎に
出力子ジλ−ルＯＭ。

Ｄ／Ａ変換モジュールＤ／Ａに対しガス供給制御用のバ
ルノヤサセノタの回転駆動用モータなどに対する制御指
令やガス流量の制御器及び温度指２２− 定のだめの情報などを与え、制御を行う。これによりガ
ス流量情報は流量制御器に、また温度指定情報はディノ
タル指示調節計に与えられてガス流量や温度に対する制
御が行われる。

一方、ガス流量の検出値や炉内温度の情報がＡ／Ｄ変換
モジー−ルＡ／Ｄを介して中央処理部ＣＰＵに与えられ
、これらの検出情報を参照しながら中央処理部ＣＰＵは
制御に対し可能な範囲の修正を加えるなどして各シーケ
ンスの実行を行ってゆく。

ところで、本発明の主たる目的は気相成長におけるサセ
プタ上のウエノ八−の温度制御であυ、特に昇温時のウ
ェハーのスリップを防ぎつつできるだけ短時間に気相成
長に最適な１２０ＱＣまで上昇させることにある。

そのために本発明では制御プログラムを次のように構成
して中央処理部ＣＰＵによシこれを実行し、温度制御を
行うようにする。

特に本発明ではウエノ・−のスリップを引亀起こす温度
が１０００Ｃ近傍であることを考えて、８００Ｃ〜１２
００ｔｌ’程度の間の温度範囲について温度制御をする
が精度を保つため１回分のランピング時間を短かい時間
とし、シーケンス時間内に温度基準を小刻みに変えつつ
繰ｐ返えしランピングを行いリニアに温度を変化させる
ようにする。

尚、以下第９図のシーケンスに対応させて制御の手法を
説明する。

第１１図はランプ（ＪＡ師温）制御情報を入力するフロ
ーチャートを示す。尚ここではシーケンス番号ＰＰＮ０
４とＰＰＮ０１５のシーケンスのみ昇温、降温の二側に
ついて説明する。

高精度のランピングを行う場合の情報としては温度勾配
とランピング時間の指定があれば良い。

一方、ランピングを行うシーケンスに対してランピング
を行うか否か、行う場合にはその内容を予めセットする
必要があり、第１１図の７μｍチャートはかかる作業を
行うためのもので　　、ある。

即ち、制御部におけるプログラムの実行が開始されると
まずランプ制御情報入力のルーチンに入り、第１のステ
ラ７’　５ｔｏｐ　１を実行する。

ここでは昇降温のだめのシーケンスがＰＰＮ０４とＰＰ
Ｎ０　Ｊ　５であるとしてまず、ＰＰＮ０４におけるラ
ンプアップ即ち昇温を行うか否かを聞く。

これはＣＲＴにメツセージを出すガとして行う。

ウェハーの処理内容によってはランシアツノを行わない
場合もあるので、昇温する場合には外温する旨、キーボ
ードＫＢなどよｐ入力するとその情報は入力モノー−ル
ＩＭ２を介し中央処理部ＣＰＵに入力されＣＰＵでは５
ｔｅｐ　１を実行してｙｇｓと判定し、第２のステラ７
’　５ｔｏｐ　２に移る。

そして、ここでＰＰＮ０４シーケンスにおけゐランプ制
御フラグをセットし、第３のステラｆａｔす３に移る。

５ｔｅｐ　３はＰＰＮ０４における予め登録された昇温
制御時間表示のルーチンであるから、ＣＰＵはこれを実
行することによシ登録された１回分のランピング時間で
ある昇温制御時間を読み出してＣＲＴに与え、その内容
を表示させる。

２５− そして第４のステツノ８ｔ＠ｐ　４１１Ｃ移り、時間を
修正する必要があるのか否か、修正するならばその値が
いくつであるかを問うべくその旨ＣＲＴにメツセージを
出力する。

修正する必要があるならばキー、ぜ−ドＫｎよシＹＫ８
を、不要ならばＮｏを入力するとＣＰＵは５ｔｅｐ　４
においてＹＥＳ　、　Ｎｏの判定を行い、ＹＥＳのとき
は第５のステジノ８ｔ＠ｐ　＆に移り、キーボードＫＢ
より入力される新しい外温量制御時間をメモリＲＡＭに
登録する。そして第６のステジノ５ｔｏｐ　６に移る。

また、修正不要のと＠５ｔｅｐ４よｊｌ　５ｔｅｐ　６
に移る。５ｔｏｐ　６では登録された１回分のランピン
グ時間内での温度昇温Ｉを表示するべくゾログラムの実
行が行われ、ＣＲＴにその表示を行った後、第７のステ
ラ７’８ｔｅｐ７に移って昇温量を修正するか否か、修
正するならばその値はどの位かをたずねる。そのメツセ
ージ１ｉＣＰＨによってＣＲＴ　ＶＣ表示されるのでキ
ーボードＫＢを操作して応答する。

その結果、ＹＥＳならは第８のステジノＳｔ＠ｐ　８２
６一 に移って入力された新しい昇温閂をメモリＲＡＭに登録
し、第１０のステップ５ｔｏｐ　１０に移る。

Ｎｏであるときは５ｔｅｐ　７より８ｔｅｐ　１０に移
る。

また、５ｔｅｐ　１においてＮＯである場合には第９の
ステツ７°８ｔａｐ　９を実行してＰＰＮ０４のシーケ
ンスにおけるランプ制御フラグをクリアし、５ｔｅｐ　
１０　Ｋ移る。ランプ制御フラグがクリアされていると
きはランプ制御は行われない。

５ｔｅｐ　１０はＰＰＮ０１５シーケンスにおいてラン
プダウン（降温）制御を行うか否かの判定を行うルーチ
ンで、この質問もＣＲＴに表示されるのでキーボードＫ
Ｂより質問に答える。

ＮＯの場合には第１１のステップ５ｔｅｐ　Ｉ　Ｊに喪
す、ＰＰＮ０１５シーケンスにおけるランプ制御フラグ
をクリアし、ランプ制御しない旨登録してランプ制御情
報に関するルーチンを終了する。

５ｔｅｐ　１０においてＷ２Ｂである場合には第１２の
ステップ５ｔｅｐ　１２に移シ、ＰＰＮ０　Ｊ　ｓシー
ケンスにおけるランプ制御フラグをセットする。

そして第１３のステップ５ｔｏｐ　１３に移ｐ　、　Ｐ
ＰＮ０１５シーケンスの登録された１回分のランピング
時間である降温量制御時間を読み出してＣＲＴに表示す
る。そして、第１４のステジノ５ｔｅｐ１４に移シ、核
制御時間を修正するか否か修正するならばその値はいく
つかなどを質問する。

この質問もＣＲＴ　Ｋ表示されるのでキーボードＫｎに
より質問に答える。

そして、ＹＥＳならば第１５のステラｆ　５ｔｅｐ　１
５に移り、入力された値を新しい降温量制御時間として
メモリＲＡＭに登録し、第１６のステ＋＋／ｆＳｔｅｐ
　ｌ　６に移る。

Ｎｏである場合にはそのまま５ｔｏｐ１４から５ｔｏｐ
　１　Ｂに移る。

Ｓｔのｐ１６においてはＰＰＮ０１５　ｖ−ケンスにお
ける登録された１回分のランピング時間内での温度降温
蓋を読み出し、ＣＲＴに表示させる。

そして第１７のステツノＳｔ・ｐＪ７に移り、降温Ｉを
修正するか否か、修正するとするならばその値はどの位
かなどを質問すゐ。この質問もＣＲＴ　Ｋ表示されるの
で、キーボードＫＢを用いて質問に答える。

その結果、ＮＯであれば第１９のステップ５ｔｏｐ　１
９に移る。また、ＹＥＳであれば第１８のステップ５ｔ
ａｐ　１　＆に移９、入力値をＰＰＮ０１５シーケンス
における新しい温度降温量として登録し、５ｔｏｐ　ｌ
　９に移る。

５ｔｅｐ　１９はＰＰＮ０１５シーケンスの登録降温終
了温度の表示ルーチンであり、ここでは該シーケンスの
登録降温終了温度を読み出してＣＲＴに表示する。そし
て第２０のステップ５ｔｅｐ　２０に移シ、降温終了時
間は修正するか否か、修正するならばその値はいくつか
などを質問する。

この質問はＣＲＴに表示されるので、キーボードＫＢに
よりこの質問に答える。そして、その結果、ＮＯであれ
ばランプ制御情報入力のルーチンを終了する。

また、ｙＥｓのときは第２１のステップ５Ｌｅｐ２１を
実行し、入力された新しい降温終了温度を登録しランプ
制御情報入力のルーチンを終了する。

以上のルーチンを実行した結果、ＰＰＮ０４　ｐ２９− ＰＰＮＯＪ　５におけるランピングの実施、不実施、温
度勾配、ランピング時間などの登録が終了する。

このランプ制御情報入力ルーチンが終了すると次に第９
図のシーケンス内容を持つメインプログラムが実行され
るが、ＰＰＮ０４のシーケンスに入ると第１２図に示す
ランプ制御ルーチンに移如、ランプ制御を行う、　　　
　　　　−即ち、ランプ制御ルーチンにおいてはまず、
第２２のステツノＳｔのｐ２２が実行され、ここで昇温
シーケン、スであるか否かが判別される。

現在のシーケンスがＰＰＮ０４であるならば、昇温シー
ケンスであることが、またＰＰＮ０　Ｊ　５であるなら
ｉ１′降温シーケンスであることがメインノログラム中
にノルグラミングされているので、８ｔ＠ｐＪＪＩＣお
いて昇温シーケンスなうｉｔ’第２３のステップ８ｔ＊
ｐ　Ｊ　Ｊへ、また降温シーケンスならば第３６のステ
ラ１７’　５ｌｏｐ　Ｓ　６へ移る。ＳＩす、ｉ！３で
は５ｔｏｐ　２　ｔ　７’ｃは８ｔｅｐ　９によりラン
ピングを行うか否かのフラグを設定しているのでと３０
− のフラグを見てランプ制御を行うか否か判断を行う。そ
の結果、ランプ制御する場合には第２４のステップ５ｔ
ｏｐ　２４へ、またしない場合には第２５のステップ５
ｔｏｐ　２５　ヘ移る。５ｔｅｐ　２４ではランプ開始
か或いはラングをすでに行っているかを判別し、開始即
ちスタート時点であれば第２６のステップｆ３ｔｅｐ　
２６へ移る。そして、ここで温度センサＴ−８の検出出
力をリニアライプ及びＡ／Ｄ変換モジー−ルを介して読
み取シ、これを現在の被加熱物の温度情報としてこれを
前回出力制御量の項目に登録し、第２７のステップ５ｔ
ｏｐ　２７へ移る。５ｔｅｐ　２４においてランプをす
でに行っていた場合には８ｔｅｐ　２７に移る。５ｔｅ
ｐ２７ではランプ制御ルーチンに入ると同時に計時され
ていたＰＰＮ０４７−クンスの残存時間のデータをもと
にＰＰＮ０４シーケンスに予め割当てられていた１回分
のランピング時間を比較し、残在時間の方が大きい場合
には第２８のステップ５ｔｅｐ　２　Ｂに移り、小さい
場合には残存時間が少なすぎるわけであるから５ｔｅｐ
　Ｂ　５へ移る。

５ｔｅｐ　Ｉ　５ではランプ制御は行わないので、との
ＰＰＮ０４シーケンスにおける設定された最終目標温度
の値を出力する。そして、この値はＤ／＾変換モジュー
ルを介してディジタル指示調節針に与えられ、加熱源を
制御して炉内の温度をこの最終目標温度に保つ。

５ｔｏｐ　２　Ｂに移った場合は即ち、残りシーケンス
時間内に２ンビングを所定時間実施可能な場合には、前
回出力制御量に予め設定した１回分のランピング時間内
での温度外温量を加算して今回のランピング時間での１
標温度である昇温制御量を求め、第２９のステラｆ　５
ｔｅｐ　２９へ移る。５ｔｅｐ　２９では昇温制御量が
ＰＰＮ０４シーケンスにおける最終目標温度である温度
制御量の値を超えないように大小比較して超えていない
ときには第３０のステップ５ｔｏｐ　３０に移り、超え
ているときは最終目標の温度を超えることになるので５
ｔｅｐ　Ｂ　５に移って最終目標温度に保つ。

５ｔｅｐ　３０に移ると昇温制御量を出力してその値を
ディジタル指示調節針に与え、昇温制御量の示す炉内温
度となるように加熱源を制御する。

５ｔｏｐ　３０において昇温制御量を出力すると第３１
のステラ７’　５ｔｏｐ　３１に移シ、１回分のランピ
ング時間である昇温量制御時間（例えば３秒、６秒など
）を設定する。そして、秒処理ノログラムに移シ、１回
分のランピング時間を管理する。

秒処理プログラムは第１３図に示す如きもので、登録さ
れた昇温制御時間が零であるか否かを第３２のステップ
５ｔｅｐ　３２で判断し、零でなければ第３４のステツ
ノ５ｔｏｐ　３４へ移り、昇温制御時間をデクリメント
する。そして、第３３のステップ５ｔｅｐ　３３に移υ
、降温の場合の秒処理ルーチンを実行する。

このルーチンは５ｔｏｐ　３２　、５ｔｏｐ　３４とｔ
ｌは同じ内容であり、８ｔｅｐ３Ｊでは登録された降温
制御時間即ち、１回分のランピング時間が零であるか否
かを比較し、零でなければ５ｔｏｐ　３５に移って降温
制御時間をデクリメントする。

この処理は一秒間隔で行われ、やがて昇温量制御時間が
零になるとランプ制御ルーチンを実３３− 行し、また同様に降温量制御時間が零になると同様にラ
ンプ制御ルーチンを実行する。

この秒処理プログラムに）・いて昇温、降温量の制御時
間管理を各別に行うのは二つの反応炉Ｒ１，Ｒ２が各別
に交互に制御されるためで、この場合に支障が生じない
ようにするためであり、問題が生じないときや一一の炉
であるようなときは重複部分をまとめても良い。

秒処理プログラムにより１回分のランピング時間が経過
すると再びランプ制御ルーチンに入υ、前述の動作を行
う。

その際５ｔｅｐ　２４ではＮＯと判断して５ｔｅｐ　２
６を飛ばし、また、ａｔ・ｐ２＆では前回の昇温制御量
を前回出力制御Ｉとして１算する。

これはランピング開始時の加熱物温度が最初の段階でセ
ットされてしｉ−）ていたので、起点となる温度は決ま
ってしまい、あとは躯に１（ロ）分のランピング時間毎
に温度昇温量を与えてゆけばほぼこの温度昇ｍ蓋分ずつ
上昇するかたちで温度制御が成されると考えて良いため
で、も３４− ちろん現在温度を毎回登録するようにしても良い。

このようにして外淵制御が進み、やがてシーケンスの残
存時間が少なくなるか、昇温制御量が最終目標温度（温
度制御りより大きくなればあとは５ｔｅｐ　２５におい
てＩ／ｉｋ終目樟温度の値をディジタル指示調節針に与
えてこの値となるように加熱源を制御させ、ＰＰＮｃｚ
のシーク゛ンス時間が来るメインのプログラムは次のシ
ーケンスへと実行を移す。

もちろん５ｔｅｐ　Ｅ　５に移った時点で最終目標温度
と加熱物の温度差がスリップの危険のある程、大きな差
であるならば温度外温量や、前段までのシーケンスでの
温度設定に問題があるわけであるから、このようなこと
のないように最適表設定を行うようにすることは云うま
でもない。

次にメインプログラムが降温シーケンスであるＰＰＮ０
７５シーケンスに入るとランプ制御のルーチンを再び実
行する。

そして、５ｔｏｐ　２２で昇温シーケンスでないと判断
してＳｔす３６へ移り、ここで降温シーケンであるか否
かを判断する。ＮＯでおればメインプログラムに戻’）
　、ｒｗｓであれば第３７のステップ５ｔｏｐ　３７に
移って、ランプ制御を行うが否かを判断する。これは８
ｔｅｐ　１１　Ｈ５ｔｏｐ　１　ｊにおいてフラグの設
定が成されているのでそのフラグを見て行う。その結果
、ＮＯであれば第４３のステップ５ｔｏｐ　４３へ移り
、加熱源への制御出力を断ち、加熱を停止させる。

ＹＥＳの場合には第３８のステｙ　７”　８ｔｅｐ　３
　Ｊｌに移り、ここでは別途管理しているＰＰＮ０Ｊ＆
の残存シーケンス時間と予め設定しである１回分のラン
ピング時間とを比較してその大小によｐ１残ｐシーケン
ス内にランピングが終るか否かを判断する。

そして、その結果、ＮＯであるガらばＳｔ＠ｐ　４３へ
移り、ｙａｓｌらは第３９のステップ８ｔｅｐ　３Ｂへ
移る。

そ［７て、ここで被加熱物の温度を温度センサＴ−８の
検出より得、この検出温度を前回出力制御量として登録
する。即ち、昇降温制御しない限りは炉内温度は前回ま
での温度制御基準である出力制御量の対応温度に制御さ
れているので、前記検出温度を前回出力制御量とすれば
良い。

この前回出力制御量より予め設定した１回分のランピン
グ時間内での降温量を差し引き、その値を温度制御基準
である降温制御量として求める。

そして、第４０のステｙ　７’　５ｔｅｐ　４０に移ｐ
１予め設定した最終目標温度である降温終了温度と比較
し、降温終了温度より高いときは第４１のステップ８ｔ
ａｐ　４１に移って降温制御量を出し、Ｄ／Ａ変換モノ
ニールを介してディジタル指示調節針にこれを与える。

これによシ降温制御量対応の温度になるよう加熱源は出
力を制御される。

５ｔｏｐ４１において降温制御量を出力すると次に第４
２のステップ５ｔｏｐ　４２に移シ、ここで、予め設定
されている前記１同分のランピング時間である降温量制
御時間（例えば６秒）を登録する。そして、次に秒処理
プログラムを実行し、３７− 登録時間が経過すると再びランプ制御ルーチンを実行し
て降温制御を行う。これにょｐ＃登録時間毎に新たな降
温制御量までランピングされてゆくことになる。

そして、残存シーケンス時間が１同分のランピング時間
に満たなくなるか、降温制御量が降温終了温度よ如小さ
くなるとＳｔ＠ｐ　４３へ移り、降温シーケンスを終了
する。

そして、メインプログラムに戻す、次のシーケンスを実
行してゆく。

このようにランピングの必要なシーケンスではそのシー
ケンスに割尚てられた実行時間内に短かい時間に設定さ
れたランピング時間単位で且つ前記シーケンスの実行時
間内にＩＩｋ終目標温度に到達するに最適な予め設定さ
れた各う／ピング時間当如の昇、降温量分、ランピング
制御を繰ｐ返えすようにしたことによ如細かい時間単位
で細かくランピング制御してゆくことができるので、ラ
ンピング制御そのものが目的とする温度勾配となるから
この温度勾配がスリップの３８− 生じないような勾配でしかもランピングが最も短時間で
行えるような勾配に設定しておけに安全且つ短時間で炉
のランピングを行うことができ、高能率で気相成長を行
うことができるようになる。しかもプログラムによる制
御であるから正確且つ容易にこれを実施できる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明は反応炉内に半導体ウェハー
を配し、この半導体ウニ・・−を加熱する加熱源出力温
度及び反応炉内に供給されるキャリアガス、反応ガス、
ドーパントガスの各流量を所定の各シーケンスに従って
順次制御する制御部によ多制御して前記反応炉内の各ガ
スを反応させ、半導体ウエノ・−十に所要の半導体層を
気相成長させる半導体気相成長装置におりて、前記反応
炉内の半導体ウニ・・一部分の温度を検出する温度検出
手段と、与えられる基準値に従って前記加熱源の出力を
制御する出力制御手段とを設け、また前記制御部は各シ
ーケンスの実行手順及び前記半導体ウニ・・−の昇温、
降温シーケンス実行時、前記半導体ウェハ一部分の温度
を基点と１〜、該シーケンスの割当てられた時間を細分
化した予定の一位時間毎にそのシーケンスにおける最終
目ｍ温度に到達するに最適な該巣位時間当ｐの予め設定
した温度変化量分ずつ補正した温度基準値を求め、その
値が該シーケンスでの最終目標温度の基準値に達するま
で該シーケンス実行時間終了までの間、順次求めた温度
基準値を、また該シーケンス終了時びこの記憶手段に記
憶させた前記手順を実行する処理手段とより構成し、昇
温、降温シーケンス実行時にはそのシーケンス実行開始
時の反応炉内半導体ウェハ一部分の温度を基点に該シー
ケンスにおける最終目標温度まで小刻みに温度基準を変
更させつつ温度を追従させるようにしたので、昇温、降
温シーケンスでは目標温度までリニアに温度変化させる
ことができるからウェハーのスリ２ｌの生ずる温度領域
においても急激な温度変化は無く、従ってウェハーに熱
衝機が加わらないので安全に気相成長処理を実行でき、
不良品発生を抑制できる他、リニアな温度変化が可能で
あるために温度勾配を最大限に設定することができるか
ら、気相成長を短時間で行うことができるようになり、
生産性を著しく向上させることができるなど、優れた特
徴を有する半導体気相成長装置を提供することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は半導体気相成長装置の概要を説明するための図
、第２図はその反応炉部分の構造を説明するための断面
図、第３図は理想的な加熱特性を示す図、第４図は従来
の制御部の構成例を示す図、第５図は昇温時におけるサ
セプタ上の温度変化特性図、第６図はサセプタ上の温度
を主体とした加熱制御例を説明するだめの図、第７図は
本発明装置における制御部の概念的な構成図、第８図は
本発明装置のよ如詳細な構成を示す図、第９図は本装置
で行うシーケンスの４１− 一例をａＦＪＡするだめの図、第１０図はその温度制御
目標値の推移を示す図、第１１図は本発明装置における
ランプ制御情報の入力ルーチンを示すフローチャート、
第１２図はランプ制御ルーチンを示すフローチャート、
紀１３図は秒処理プログラムを示すフローチャートであ
る。 Ｒ１，Ｒ２・・・反応炉、１１．Ｈ・・・加熱源、１４
・・・制御部、２６・・・サセプタ、２９・・・コイル
、３７・・・ウェハー、ＣＰＵ・・・中央処理部、ＲＯ
Ｍ　１　、　ＲＯＭＪ　。 ＲＡＭ・・・メモリ、ＫＢ・・・キーが一ド、ＩＭＪ　
、　ＩＭＪ・・・入カモノユール、Ｄ／Ａ・・・Ｄ／Ａ
ｔ換モノニール、Ｔ−８・・・温度セン干、Ａ／Ｄ・・
・ｈ／Ｄ変換モノニール、ＣＲ・・・制御機器、ＣＵ・
・・変換器類。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　診４２−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 反応炉内に半導体ウェハーを配し、この半導体ウェハー
   を加熱する加熱源の出力温度及び反応炉内に供給される
   半導体気相成長のための各種ガスの各流量を所定の各シ
   ーケンスに従って順次制御する制御部によ多制御して前
   記ガスを反応させ半導体ウェハー上に所要の半導体層を
   気相成長させる半導体気相成長装置において、前記反応
   炉内の半導体ウェハ一部分の温度を検出する温度検出手
   段と、与えられる基準値に従って前記加熱源の出力を制
   御する出力制御手段とを設け、また前記制御部は各シー
   ケンスの実行手順及び前記半導体ウェハーの昇温、降温
   シーケンス実行時、反応炉の前記半導体ウェハ一部分の
   温度を基準とし、該シーケンスの割当てられた時間を細
   分化した予定の単位時間毎にそのシーケンスにおける最
   終目標温度に到達するに最適な咳率位時間間隔当りの予
   め設定された温度変化量分ずつ補正した温度基準値を求
   め、その値が該シーケンスでの最終目標温度の基準値に
   達するまで該シーケンス実行時間Ｆ了ｔでの間、順次求
   めた前記温度基準値を、！た、該シーケンス終了時には
   前記最終目標温度をそれぞれ基準値とし前記出力制御手
   段に与える手順を記憶させ九記憶手段及びこの記憶手段
   に記憶させた前記手順を実行する処理手段とよ多構成し
   、外温、降温シーケンス実行時にはそのシーケンスにお
   ける最終目標温度まで小刻みに温度基準を変更させつつ
   温度を追従させるようにしたことを％黴とする半導体気
   相成長装置。