JP3554287B2

JP3554287B2 - Chemical vapor deposition apparatus and chemical vapor deposition method

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Publication number: JP3554287B2
Application number: JP2001129255A
Authority: JP
Inventors: 裕二大倉; 真司船場
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-04-26
Filing date: 2001-04-26
Publication date: 2004-08-18
Anticipated expiration: 2019-08-18
Also published as: JP2001358083A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は加熱しながら半導体ウェハ上に成長膜を成長させるための化学気相成長装置および化学気相成長方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
＜第１の従来例＞
図７は半導体レーザ素子等の製造に用いられる第１の従来例の化学気相成長装置（ＭＯＣＶＤ装置）を示す概略構成図である。図７において、１は半導体ウェハ、２は載置台、３はヒータ、４は載置台２を回転するモータ、４ａはモータ４の回転シャフト、５は熱電対、６はリアクタチャンバー、７は原料となるトリメチルガリウム（ＴＭＧ）等の有機金属とアルシン等のハイドライドガスの混合ガスを供給する配管である。
【０００３】
次に動作について説明する。配管７より供給された混合ガスは、ヒータ３により載置台２を通して加熱された半導体ウェハ１上で熱分解し、半導体ウェハ１上に結晶成長が生じる。例えば半導体ウェハ１としてＧａＡｓを用い、ＴＭＧとアルシンからなる混合ガスを用い、半導体ウェハ温度を約７００℃とすることによりＧａＡｓが結晶成長する。またＴＭＧとジエチルジンク（ＤＥＺ）およびアルシンを用いるとｐ型の導電型を示すＧａＡｓが、またＴＭＧとトリメチルインジウム（ＴＭＩ）とホスフィンからなる混合ガスを用いるとＧａＩｎＰが、夫々結晶成長する。このとき半導体ウェハ１の温度が変化すると、ｐ型ＧａＡｓのキャリア濃度が変化し、またＧａＩｎＰのバンドギャップが変化する。これを防止するため、半導体ウェハ１の温度は熱電対５から出る信号（電圧）をモニターし、ヒータ３の出力にフィードバックすることにより一定に制御される。また回転シャフト４は成長層の均一性を向上させるために設けられたもので、これにより成長中に半導体ウェハ１を回転させることにより、成長層の均一性を高めることができる。
【０００４】
＜第２の従来例＞
図８は第２の従来例のＭＯＣＶＤ装置を示す概略構成図である。図８において、半導体ウェハ１、載置台２、ヒータ３、回転シャフト４、リアクタチャンバー６および配管７は、図７と同一のものが用いられる。また９は温度の測定装置のひとつである赤外線検出器（パイロメータ）である。一般に物質から放出される赤外線の強度は、その物質の温度により異なる。したがって、赤外線検出器９によって半導体ウェハ１の表面より放出される赤外線の強度を測定することにより、半導体ウェハ１の表面温度を測定することができる。図８に示す第２従来例のＭＯＣＶＤ装置は、この赤外線検出器９の測定値をヒータ３の出力にフィードバックすることにより、半導体ウェハ１の温度を制御しｐ型ＧａＡｓのキャリア濃度やＧａＩｎＰのバンドギャップの制御性を向上させることを試みたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
＜第１の従来例における問題点＞
第１の従来例では、結晶成長を重ねるにつれ、図９に示すように半導体ウェハ１周辺の載置台２、ヒータ３の表面およびリアクタチャンバー６の側壁等に供給ガスの分解生成物８が付着する。その付着量が多くなると、半導体ウェハ１の周辺部の熱の放射特性が変化するため、熱電対５に伝わる温度と半導体ウェハ１の温度との関係が変化してしまう。そうすると、第１の従来例のように熱電対５の温度が一定となるようなヒータ出力の制御方法では、半導体ウェハ１の温度変化を熱電対５で正確に把握できないおそれがあり、半導体ウェハ１の温度を安定的に再現性良く制御することはできない。このため、例えばｐ型ＧａＡｓのキャリア濃度やＧａＩｎＰのバンドギャップ（または屈折率）の設定において、これらの設定値が成長工程ごとに経時変化を生じるといった欠点があった。
【０００６】
＜第２の従来例における問題点＞
第２の従来例では、赤外線検出器９で半導体ウェハ１からの赤外線の強度を直接測定することでその表面温度を測定しているため、周囲への分解生成物８の付着による影響はなく、第１の従来例で問題となった欠点は解消される。しかし、物質からの赤外線放出特性は物質の成分により異なり、特に半導体レーザ素子のようにヘテロ構造の作製が必要なものに対しては、各成長層ごとに赤外線放出特性が異なるといった新たな問題が生じる。図１０に可視光半導体レーザ素子のダブルヘテロ構造（ＤＨ構造）を示す。図１０において、１０はｎ型ＧａＡｓ基板、１１はｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下クラッド層、１２はＧａＩｎＰ活性層、１３はｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上クラッド層、１４はｐ型ＧａＡｓコンタクト層である。このように半導体レーザ素子の作製には、順次異なった物質を結晶成長する必要が生じる。しかしながら、上述の如く、赤外線放出特性は物質により異なるため、異なった材料を成長した場合、図１１に示すように半導体ウェハ１の表面が同一温度であっても、赤外線検出器９は各成長層ごとに異なった値を出力する。したがって、かかる赤外線検出器９からの信号に基づいてヒータ３の出力を変化させようとすると、半導体ウェハ１の表面が同一温度であるにかかわらず、成長材料が異なるたびにヒータ３の出力を変化させてしまう。半導体ウェハ１の温度は、ヒータ３の出力の変化によっては瞬時に変化しないため、各成長層界面に変成層を生じさせることとなり、半導体レーザ素子の特性を劣化させてしまう。
【０００７】
また、図１０のようにｎ型ＧａＡｓ基板１０上にｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下クラッド層１１のような屈折率の異なった材料を成長させた場合、半導体ウェハ１から放出された赤外線は、図１２に示すように例えばｎ型ＧａＡｓ基板１０およびｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下クラッド層１１の間の界面Ｆ１と、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下クラッド層１１の上面Ｆ２との間で多重反射を生じ、干渉効果が生じるため、半導体ウェハ１の表面からの赤外線強度は、図１３に示すようにｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下クラッド層１１の成長厚により周期的な変動を起こす。そして、赤外線強度が強いとき赤外線検出器９は温度が高いと判断し、ヒータ３をオフする等して温度を下げようとするため、適正温度に対して誤制御してしまうおそれがある。
【０００８】
さらに、図１４に示すように載置台２上に複数の半導体ウェハ１を配置し、半導体ウェハ１の中央部からの赤外線を赤外線検出器９で検出するようにした場合、成長層の均一性を向上させるため回転シャフト４により載置台２を自転させると、赤外線検出器９の検出スポットの中心点の軌跡は図１４中のＬｐのようになるが、半導体ウェハ１同士が離間して配置されると、前記軌跡Ｌｐは半導体ウェハ１だけでなく載置台２上をも通過するため、前記赤外線検出器９は半導体ウェハ１からの赤外線と載置台２からの赤外線とを交互に検出することになる。このことは、赤外線検出器９の半導体ウェハ１表面の温度判断の正確さを悪化させる。
【０００９】
これらのことから、半導体レーザ素子の特性が悪化し、歩留りが劣化するという欠点があった。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑み、ヘテロ界面に変成層を生じさせることなく、再現性よく半導体レーザ素子を製造するための化学気相成長装置および化学気相成長方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る課題解決手段は、反応室内において、回転する載置台上に複数個の半導体ウェハを並置し、前記各半導体ウェハを加熱しつつ、前記反応室内に反応ガスを供給することにより前記各半導体ウェハの上面に成長膜を形成する化学気相成長装置であって、前記載置台上の前記半導体ウェハを加熱する加熱手段と、前記載置台を縦軸を中心として回転する回転手段と、加熱された前記半導体ウェハから放射される赤外線の強度を検出する赤外線検出手段と、少なくとも前記赤外線検出手段からの検出情報に基づいて前記加熱手段での加熱温度を制御する制御手段と、前記赤外線検出手段からの赤外線検出情報受信時にこれと異なる異種情報の受信を前記載置台の回転に同期して間欠的に禁止する異種情報受信禁止手段とを備える。
【００１２】
本発明の請求項２に係る課題解決手段は、反応室内において載置台を回転させながら載置台上の複数個の半導体ウェハを加熱手段で加熱し、前記半導体ウェハから放射される赤外線の強度を検出し、検出された赤外線の強度に基づいて温度制御しながら、前記各半導体ウェハの上面に成長膜を形成する化学気相成長方法において、前記半導体ウェハからの赤外線の強度を検出する際に、赤外線の検出スポットが半導体ウェハ上にあるときに赤外線の強度を検出する検出工程と、赤外線の検出スポットが半導体ウェハ以外にあるときに赤外線の強度検出を禁止する禁止工程とが、前記載置台の回転に同期して間欠交互に繰り返されるものである。
【００１３】
【実施例】
［第１の実施例］
本発明の第１の実施例の化学気相成長装置は、化学気相成長工程の初めの昇温段階において赤外線検出器を用いた温度制御の下で行い、その後に続く高温安定段階において熱電対を用いた温度制御を行うものである。
【００１４】
＜構成＞
図１は本発明の第１の実施例の化学気相成長装置（ＭＯＣＶＤ装置）を示す概略構成図である。図１中、２１は反応室を形成するリアクタチャンバ、２２は前記リアクタチャンバ２１内で半導体ウェハ２３を載置する載置台（サセプタ）、２４は前記載置台２２を縦軸２５（回転シャフト）を中心に回転する回転手段、２６は前記載置台２２上の半導体ウェハ２３を加熱する加熱手段（ヒータ）、２７は前記反応室内の所定位置の温度を検出する温度検知手段、２８は加熱された前記半導体ウェハ２３から放射される赤外線の強度を検出する赤外線検出手段、２９は前記温度検知手段２７および前記赤外線検出手段２８からの検出情報に基づいて前記加熱手段２６での加熱温度を制御する制御手段である。
【００１５】
前記リアクタチャンバ２１は、例えば石英管を使用した自然空冷型ものやステンレス鋼を使用したジャケット構造または銅管巻構造のもの等が用いられ、該リアクタチャンバ２１の上部は前記反応ガスを半導体ウェハ２３の上面に均一に供給すべく略円錐（コーン）状に形成され、その上端中央部には反応ガスを供給するための供給孔３１が形成されている。該供給孔３１はガス供給管３２を介してガス供給器３３に連通されている。また、前記リアクタチャンバ２１の上部の所定位置には、前記赤外線検出手段２８を取り付ける取付孔３４が形成されている。前記載置台２２は、例えばカーボンまたはＳｉＣでコートされたカーボン等を用いて円板状に形成され、前記反応室内の中央部に固定された支持筒３５の上端部に、図示しないベアリング機構等にて水平に支持され、かつ前記支持筒３５内に貫通された前記回転手段２４の縦軸２５に連結されて水平方向に回転される。前記回転手段２４は、半導体ウェハ２３の上面に成長膜（結晶）を形成する際に該成長膜の均一性を高めるために設けられたもので、回転誤差の少ない直流電動機等が用いられる。前記加熱手段２６は、前記載置台２２と略同形かつ略同面積に形成され、前記支持筒３５の上部外周に固定されることで前記載置台２２の裏面側に平行に配置される。前記温度検知手段２７は、例えば白金−白金ロジウム、アルメル−クロメル、銅−コンスタンタン、クロメル−コンスタンタン等からなる一般的な熱電対が使用され、反応ガスの半導体ウェハ２３への流れを阻害しないよう、前記リアクタチャンバ２１の底部に固定されている。前記赤外線検出手段２８は、微少な赤外輻射線の変化に対して高感度にかつ速い応答で感応することのできる熱型赤外線センサであり、例えばサーモパイル赤外線センサ、ＰｂＴｉＯ_３薄膜焦電型赤外線センサ、または高分子焦電型赤外線センサ等が使用され、前記リアクタチャンバ２１の取付孔３４の奥部に取り付けられている。なお、前記赤外線検出手段２８の検出スポットの中心点は、前記各半導体ウェハ２３の平面視中心点付近を通過するように設定される。
【００１６】
前記制御手段２９は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭを有するマイクロコンピュータチップが用いられ、前記赤外線検出手段２８からの赤外線検出情報および前記熱電対２７からの検出情報のいずれかを選択する自動選択部４１と、前記自動選択部４１が前記赤外線検出情報を選択したときに該赤外線検出情報に基づいて半導体ウェハ２３の表面温度を演算する演算部４２と、前記自動選択部４１が赤外線検出情報から温度検出情報に切り換わったときに前記演算部４２で演算した半導体ウェハ２３の表面温度と前記熱電対２７での検出温度との差を求めて記憶する温度差記憶部４３と、該温度差記憶部４３に記憶した温度差を前記熱電対２７での検出温度から減算することで前記自動選択部４１が前記温度検出情報を選択したときの温度補正を行う温度補正部４４と、前記演算部４２または温度補正部４４からの温度情報に基づいて前記加熱手段２６を駆動制御する駆動制御部４５とを備える。ここで、前記自動選択部４１は、前記加熱手段２６での昇温開始時から、前記半導体ウェハ２３から放射される赤外線の強度が一定値となるまでの段階、すなわち昇温段階においては前記赤外線検出手段２８からの赤外線検出情報を選択し、前記昇温段階が終わり成長膜を形成するに適した所定の高温に安定した段階、すなわち高温安定段階においては前記熱電対２７からの温度検出情報を選択するよう機能する。また、前記駆動制御部４５は、前記演算部４２または温度補正部４４からの温度情報と、予め設定された温度基準値とを比較し、その大小関係から前記加熱手段２６をＯＮ−ＯＦＦ切換する。
【００１７】
＜動作＞
本実施例の化学気相成長方法を、図１０に示した半導体レーザ素子の成長を例にとって説明する。図２は上記化学気相成長装置を用いた化学気相成長方法を示すフローチャートである。まず、反応室内の載置台２２上にｎ型ＧａＡｓ基板１０となる単一の半導体ウェハ２３を載置し、これを加熱手段２６で加熱して反応室内の昇温を開始する（ステップＳ０１：昇温工程）。これと略同時に、半導体ウェハ２３から放射される赤外線の強度を、赤外線検出手段２８で検出し始める（ステップＳ０２）。この際、制御手段２９の自動選択部４１は赤外線検出情報および温度検出情報のうち赤外線検出情報を選択し、この赤外線検出情報に基づいて加熱手段２６の加熱制御を行う。すなわち、演算部４２にて赤外線検出情報から半導体ウェハ２３の表面温度を演算し、演算した表面温度が設定した値となったとき（ステップＳ０３）、加熱手段２６での昇温を停止し（ステップＳ０４）、反応室内を高温安定状態とする。なお、昇温停止から高温安定状態になるまである程度の時間を要するため、その後も赤外線検出手段２８による検出を続け、赤外線の強度が昇温停止に伴って安定したとき（高温安定段階）、制御手段２９はそのことを判断し、自動選択部４１での選択を赤外線検出情報から温度検出情報に切り換える。そうすると、赤外線検出手段２８は検出を停止し、同時に熱電対２７は反応室内の所定位置の温度検出を開始する（ステップＳ０５）。この際、温度差記憶部４３は、演算部４２で演算した半導体ウェハ２３の表面温度と、熱電対２７での検出温度との間の温度差を求めて記憶する。そうすると、半導体ウェハ２３の周辺に付着物が付いたために前記熱電対２７で得た温度検出情報に狂いが生じても、前記赤外線検出手段２８からの赤外線検出情報を用いて温度検出情報を正確に補正でき、後工程の熱電対２７での温度制御が正確となる。
【００１８】
また、自動選択部４１にて赤外線検出情報から温度検出情報に選択を切り換えるのと略同時に、反応ガスとして例えばトリメチルガリウム（ＴＭＧ）等の有機金属とアルシン等のハイドライドガスの混合ガスを反応室内へ供給し始め、半導体ウェハ２３の上面での前記半導体ウェハ２３と異なる物質、すなわちｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下クラッド層１１の成長を開始する（ステップＳ０６：成長工程）。同時に、温度補正部４４にて、熱電対２７での温度検出温度から温度差記憶部４３に記憶した温度差を減算することで、温度検出情報の温度補正する。そして、補正された検出温度を予め設定された基準温度と比較して、以後の加熱手段２６での温度制御を行う。この温度補正は、以後、最上層のｐ型ＧａＡｓコンタクト層１４の形成完了に至るまで続けられる（ステップＳ０７）。
【００１９】
ここで、熱電対２７による温度制御では半導体ウェハ２３の周辺の付着物（図９中の８参照）の影響を受けてしまい、成長温度を長期にわたって再現することが困難であるが、本実施例では、昇温段階において、周辺の付着物によって影響の受けない赤外線検出手段２８で半導体ウェハ２３の表面温度を一旦得た後、その後に熱電対２７での温度制御を行うので、まず赤外線検出情報に基づいて正確な温度水準を検出し、これに基づいて誤差を含む温度検出情報を補正でき、以後、補正された温度検出情報で温度制御できるため、第１の従来例で問題とされていた周辺付着物の温度制御への悪影響を防止できる。
【００２０】
また、半導体ウェハ１と異なった物質を成長した場合、赤外線放射特性は変化してしまい、また、赤外線の多重反射による干渉効果のため、赤外線検出に誤差が生じるが、本実施例では、成長膜形成工程においては熱電対２７で反応室内の所定位置の温度を検出することで温度制御を行うため、成長膜の物質の変化に影響されずに温度制御できる。したがって、第２の従来例で問題とされていた材質による赤外線放出特性の変化や、多重反射による干渉を防止でき、温度制御の安定性を確保でき、長期にわたり再現性良く所望の成長膜を成長することができる。
【００２１】
なお、半導体ウェハ２３の上面に成長膜が形成されることにより、加熱手段２６による加熱環境が僅かに変化し、そのために赤外線検出手段２８での赤外線検出情報および熱電対２７での温度検出情報に僅かな影響を与えるが、図８に示すように、たかだか数μｍの膜厚成長においては、１回の成長中にでの付着物または成長膜の影響による半導体ウェハ２３の温度変化は無視できるものである。
【００２２】
［第２の実施例］
本発明の第２の実施例は、化学気相成長工程の初めの昇温段階およびその後に続く半導体ウェハと同一物質の結晶成長段階は、赤外線検出器を用いた温度制御の下で行い、その後に続く半導体ウェハと異なった物質の結晶成長以降の段階においては、熱電対を用いて半導体ウェハの温度制御を行うものである。
【００２３】
＜構成＞
本発明の第２の実施例の化学気相成長装置（ＭＯＣＶＤ装置）は、基本的には図１に示した第１の実施例と略同様の構成とされるが、制御手段２９の自動選択部４１において赤外線検出手段２８からの赤外線検出情報を熱電対２７からの温度検出情報に切り換えるタイミングを、第１の実施例においては赤外線強度の安定時に合致させていたのに対し、本実施例では、半導体ウェハ２３と同一物質から半導体ウェハ２３と異なる物質の成長（ヘテロ構造作成）段階に切り換わる時点に合致させる点で、本実施例は第１の実施例と異なる。
【００２４】
すなわち、前記制御手段２９の自動選択部４１は、内蔵された計時手段（タイマー）の計時判断に基づいて、半導体ウェハ２３と同一物質の成長段階が終了する時点で、赤外線検出情報から温度検出情報に選択を切り換える機能を有せしめられている。かかる制御手段２９の機能は、マイクロコンピュータチップのＲＯＭまたはＲＡＭに記録される。また、各成長膜形成用のガス供給器３３による反応ガスの供給タイミングは、内臓される計時手段によって決定づけられる。これらのタイミングは経験値に基づいて予め設定しておく。その他の構成は第１の実施例と同様であるため、説明を省略する。
【００２５】
＜動作＞
図３は本実施例の化学気相成長装置を用いた化学気相成長方法を示すフローチャートである。本実施例の化学気相成長方法は、まず、反応室内において載置台２２上に載置された半導体ウェハ２３を、加熱手段２６で加熱し、反応室内の昇温を開始する（ステップＳ１１）。これと略同時に、半導体ウェハ２３から放射される赤外線の強度を、赤外線検出手段２８で検出し始める（ステップＳ１２）。この際、制御手段２９の自動選択部４１は赤外線検出情報および温度検出情報のうち赤外線検出情報を選択し、この赤外線検出情報に基づいて加熱手段２６の加熱制御を行う。すなわち、演算部４２にて赤外線検出情報から半導体ウェハ２３の表面温度を演算し、演算した表面温度が設定した値となったとき（ステップＳ１３）、加熱手段２６での昇温を停止し（ステップＳ１４）、反応室内を高温安定状態とする。なお、赤外線検出手段２８はあと少しそのまま赤外線の強度を検出し続ける。赤外線の強度が昇温停止に伴って安定した後、図示しない計時手段からの信号に基づいて、反応室内への反応ガスの供給を開始し、半導体ウェハ２３の上面に成長膜を形成する。ここで、半導体ウェハ２３の上面にこれと同一の物質を形成する際には（ステップＳ１５）、引続き赤外線検出手段２８での赤外線強度検出に基づいて温度補正を行う（ステップＳ１６：同膜形成工程）。そして、半導体ウェハ２３と異なる物質の成長膜の成長を開始するとき（ステップＳ１７）、これと略同時に、自動選択部４１は、計時手段からの信号に基づいて、赤外線検出情報から温度検出情報に選択を切り換える（異膜形成工程）。そうすると、赤外線検出手段２８は検出を停止し、同時に熱電対２７は反応室内の所定位置の温度検出を開始する（ステップＳ１８〜Ｓ１９）。この際、温度差記憶部４３は、演算部４２で演算した半導体ウェハ２３の表面温度と、熱電対２７での検出温度との間の温度差を求めて記憶する。以後、温度補正部４４にて、熱電対２７での温度検出温度から温度差記憶部４３に記憶した温度差を減算することで、温度検出情報の温度補正しつつ、補正された検出温度を予め設定された基準温度と比較して、以後の加熱手段２６の駆動制御を行う。このようにすれば、本実施例によっても、第１の実施例と同様の効果がある。
【００２６】
［第３の実施例］
＜構成＞
本発明の第３の実施例の化学気相成長装置（ＭＯＣＶＤ装置）は、図５の如く、反応室内において回転する載置台２２上に複数個の半導体ウェハ２３を並置し、前記各半導体ウェハ２３の上面に成長膜を形成するものであって、図４の如く、前記載置台２２上の前記半導体ウェハ２３を加熱する加熱手段２６と、前記載置台２２を縦軸２５を中心として回転する回転手段２４と、前記反応室内の所定位置の温度を検出する熱電対２７と、加熱された前記半導体ウェハ２３から放射される赤外線の強度を検出する赤外線検出手段２８と、前記熱電対２７および前記赤外線検出手段２８からの検出情報に基づいて前記加熱手段２６での加熱温度を制御する制御手段２９と、前記赤外線検出手段２８からの赤外線検出情報受信時にこれと異なる異種情報の受信を前記載置台２２の回転に同期して間欠的に禁止する異種情報受信禁止手段４９とを備えている。
【００２７】
前記反応室を形成するリアクタチャンバ２１は、第１の実施例と同様、上部に反応ガスを供給する供給孔３１が形成され、ガス供給管３２を介してガス供給器３３が取り付けられる。また、前記リアクタチャンバ２１の上部の所定位置には、前記赤外線検出手段２８を取り付ける取付孔３４が形成されている。前記載置台２２は、カーボンまたはＳｉＣでコートされたカーボンを用いて、図５のように複数個（３枚）の半導体ウェハ２３を並置できる径の円板状に形成され、前記反応室内の中央部に固定された支持筒３５の上端部に図示しないベアリング機構等にて水平に支持され、かつ前記支持筒３５内に貫通された前記回転手段２４の縦軸２５に連結されて水平方向に回転される。なお、望ましくは、該載置台２２の上面には各半導体ウェハ２３を位置決するための複数の凹部（図示せず）が形成され、該凹部は載置台２２の回転中心点を軸に互いに精度よく点対称に配される。
【００２８】
前記異種情報受信禁止手段４９は、図４の如く、前記リアクタチャンバ２１の取付孔３４の開口部付近を開閉するチョッパー５１と、該チョッパー５１を開閉駆動制御する開閉制御部５２と、該開閉制御部５２に開閉タイミングを提供する開閉タイミング提供部５３と、前記チョッパー５１からの間欠的な信号を平滑化する平滑回路５４とからなる。
【００２９】
前記チョッパー５１は、取付孔３４を開閉することで前記半導体ウェハ２３の上面と前記赤外線検出手段２８との間の赤外線を断続するものある。前記開閉タイミング提供部５３は前記載置台２２の回転角を検出するもので、フォトエンコーダ等が用いられる。そして、前記開閉制御部５２は、前記赤外線検出手段２８の検出スポットと前記載置台２２の回転角との対応関係が予め記憶された記憶機能と、前記開閉タイミング提供部５３からの回転角信号および前記記憶機能で記憶されたデータに基づいて前記赤外線検出手段２８の検出スポットが半導体ウェハ２３上に位置するか否かを判断する判断機能と、該判断機能にて前記検出スポットが前記半導体ウェハ２３上に位置すると判断したときに前記取付孔３４が開になり前記半導体ウェハ２３上に位置しない（禁止範囲にある）と判断したときに閉となるよう前記チョッパー５１を切り換える切換機能とを有せしめられている。
【００３０】
なお、本実施例における熱電対２７は、第１または第２の実施例と同様、昇温後の高温安定段階または半導体ウェハと異なった物質の成長開始以降において温度制御を行うものである。その他の構成は第１または第２の実施例と同様でよく、説明を省略する。
【００３１】
＜動作＞
図６は本実施例の化学気相成長方法を示すフローチャートである。図６の如く、まず、反応室内において載置台２２上に複数個（３枚）の半導体ウェハ２３を並置し、載置台２２を縦軸２５を中心として一定速度で回転しながら、加熱手段２６で半導体ウェハ２３等を加熱して反応室内の昇温を開始する（ステップＳ４１）。これと略同時に、赤外線検出手段２８での検出による温度制御を開始する（ステップＳ４２〜Ｓ４７）。この際、制御手段２９の自動選択部４１は赤外線検出情報および温度検出情報のうち赤外線検出情報を選択する。そうすると、赤外線検出手段２８は、入力された赤外線の強度を電気信号に変換しようとする。
【００３２】
ところで、載置台２２には、図５のように複数個の半導体ウェハ２３が並置されている。図５中、Ｌｐは赤外線検出手段２８の検出スポットの中心点の軌跡、Ｓｐは隣合う半導体ウェハ２３の間には隙間である。この状態で半導体ウェハ２３の中央部からの赤外線を赤外線検出手段２８で検出する場合、前記検出スポットの中心点の軌跡Ｌｐは、半導体ウェハ２３だけでなく、隣合う半導体ウェハ２３の間の隙間Ｓｐに露出した載置台２２上をも通過するため、赤外線検出手段２８は半導体ウェハ２３からの赤外線と載置台２２からの赤外線とを交互に検出することになる。ここで、載置台２２はカーボンまたはＳｉＣでコートされたカーボンである。一方、半導体ウェハ２３は一般にＧａＡｓないしはＩｎＰからなり、両者の赤外線放出特性が異なるため、両者からの赤外線をそのまま交互に検出した場合、半導体ウェハ２３の表面温度の測定精度が悪化する。そこで、本実施例では、前記隙間Ｓｐに露出した載置台２２からの赤外線の受信を、異種情報の受信として禁止する。具体的には、図４においてまず開閉タイミング提供部５３にて載置台２２の回転角を検出し（ステップＳ４２）、この検出結果が開閉制御部５２に伝達される。開閉制御部５２は、予め記憶された載置台２２の回転角と赤外線検出手段２８の検出スポットの位置との対応関係から、赤外線検出手段２８の検出スポットが半導体ウェハ２３上に位置するか否かを判断し（ステップＳ４３）、その判断結果に基づいて、半導体ウェハ２３上に位置すると判断したときはチョッパー５１にてリアクタチャンバ２１の取付孔３４の入口を開とし（ステップＳ４５：検出工程）、それ以外の禁止範囲、すなわち載置台２２上に位置すると判断したときは取付孔３４を閉とする（ステップＳ４４：禁止工程）。このように、検出工程および禁止工程を、載置台２２の回転に同期して間欠交互に繰り返す。そうすると、赤外線検出手段２８には、半導体ウェハ２３からの赤外線のみが入射される。そして、赤外線検出手段２８は赤外線の強度を電気信号に変換し、該電気信号は平滑回路５４にて平滑化されて直流信号となり、制御手段２９に伝達される。かかる動作は、赤外線の強度が一定値となるまで繰り返される（ステップＳ４６）。そうすると、赤外線検出手段２８での赤外線検出情報が正確になり、昇温段階での温度制御を適正化できる。
【００３３】
次に、赤外線の強度が一定値となったとき、図６の如く、加熱手段２６での昇温を停止し（ステップＳ４７）、反応室内を高温安定状態とする。なお、図６は、赤外線検出情報を温度検出情報に切り換えるタイミングを、第１の実施例と同様に赤外線強度の安定時に合致させた例である。図６の如く、赤外線の強度が昇温停止に伴って安定したとき、制御手段２９は赤外線検出情報から温度検出情報に選択を切り換え、以後、熱電対２７を用いて反応室内の温度制御を行いながら（ステップＳ４８）、半導体ウェハ２３の上面で成長膜を形成する（ステップＳ４９，Ｓ５０）。
【００３４】
このように、載置台２２に複数個の半導体ウェハ２３を並置しても、第１または第２の実施例と同様の動作を精度よく行うことができ、大量生産によるコスト低減の要請に合致する。
【００３５】
［変形例］
（１）第２の実施例において、新たな成長膜の形成開始を計時手段の計時情報に基づいて認識していたが、新たな成長膜が少しでも形成されると、赤外線検出手段２８で検出した赤外線の強度は急激に変化することを利用し、一定以上の速度で赤外線の強度が急激に変化したときに新たな成長膜が形成されたと判断し、この判断結果に基づいて、自動選択部４１のて赤外線検出情報から温度検出情報への選択切換を行ってもよい。
（２）第３の実施例において、赤外線検出手段２８の他に熱電対２７を使用していたが、熱電対２７を省略し、赤外線検出手段２８による温度制御のみの化学気相成長装置に適用してもよい。
（３）第３の実施例において、図６では、赤外線検出情報から温度検出情報に切り換えるタイミングを、第１の実施例と同様に赤外線強度の安定時に合致させていたが、第２の実施例と同様、半導体ウェハ２３と同一物質から半導体ウェハ２３と異なる物質の成長段階に切り換わる時点に合致させてもよい。
（４）第３の実施例において、赤外線検出手段２８の異種情報の受信を禁止後、平滑回路で平滑化することで温度制御を安定化させていたが、載置台２２の回転速度が遅い場合は、検出値の誤差を回路的に補正しにくい状況が生じる可能性がある。そこで、赤外線検出手段２８の異種情報受信禁止時は、熱電対２７からの温度検出情報を活用して温度制御してもよい。
（５）第３の実施例において、取付孔３４の入口を開閉するチョッパー５１で異種情報の受信を機械的に禁止していたが、これに代えて、赤外線検出手段２８からの出力をリレー等の電気回路を用いて開閉することで、異種情報の受信を電気的に禁止してもよい。
（６）第３の実施例の異種情報受信禁止手段４９において、異種情報の受信を禁止するタイミングは、載置台２２の回転角を検出することで行っていたが、回転手段２４の回転速度が正確ならば、計時手段によって異種情報の受信禁止タイミングを時間的に固定してもよい。
【００３６】
【発明の効果】
本発明請求項１および請求項２によると、反応室内において、回転する載置台上に複数個の半導体ウェハを並置して加熱する。この際、赤外線検出手段の検出スポットは、半導体ウェハ上面と、互いに隣合う半導体ウェハの間の隙間に現れる載置台の上面とを交互に通過する。検出スポットが半導体ウェハ上にあるときに赤外線の強度を検出する検出工程と、検出スポットが半導体ウェハ以外にあるときに赤外線の強度検出を禁止する禁止工程とを、載置台の回転に同期して間欠交互に繰り返すので、半導体ウェハからの赤外線検出情報と異なる異種情報の受信を禁止でき、赤外線検出手段での赤外線検出情報を正確にできる。
【００３７】
以上のことから、本発明によると、温度制御の安定性を確保でき、長期にわたり再現性良く所望の成長膜を成長することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の化学気相成長装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施例の化学気相成長方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第２の実施例の化学気相成長方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第３の実施例の化学気相成長装置を示す概略構成図である。
【図５】本発明の第３の実施例において複数個の半導体ウェハを載置台上に並置した状態を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施例の化学気相成長方法を示すフローチャートである。
【図７】第１の従来例の化学気相成長装置を示す概略構成図である。
【図８】第２の従来例の化学気相成長装置を示す概略構成図である。
【図９】第１の従来例の化学気相成長装置内における分解生成物の付着状態を示す図である。
【図１０】可視光半導体レーザ素子のダブルヘテロ構造を示す図である。
【図１１】第２の従来例において成長物質の違いによる赤外線検出器の検出赤外線強度の違いを示す概念図である。
【図１２】第２の従来例における赤外線の多重反射による干渉を示す概念図である。
【図１３】第２の従来例において赤外線の干渉の影響による赤外線検出器の検出温度の変動を示す概念図である。
【図１４】第２の従来例において複数個の半導体ウェハを載置台上に並置した状態を示す図である。
【符号の説明】
２２載置台、２３半導体ウェハ、２４回転手段、２５縦軸、２６加熱手段、２７温度検知手段、２８赤外線検出手段、２９制御手段、４１自動選択部、４５駆動制御部、４９異種情報受信禁止手段。[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a chemical vapor deposition apparatus and a chemical vapor deposition method for growing a growth film on a semiconductor wafer while heating.
[0002]
[Prior art]
<First conventional example>
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing a first conventional example of a chemical vapor deposition apparatus (MOCVD apparatus) used for manufacturing a semiconductor laser device or the like. 7, 1 is a semiconductor wafer, 2 is a mounting table, 3 is a heater, 4 is a motor for rotating the mounting table 2, 4a is a rotating shaft of the motor 4, 5 is a thermocouple, 6 is a reactor chamber, and 7 is a raw material. This is a pipe for supplying a mixed gas of an organic metal such as trimethylgallium (TMG) and a hydride gas such as arsine.
[0003]
Next, the operation will be described. The mixed gas supplied from the pipe 7 is thermally decomposed on the semiconductor wafer 1 heated by the heater 3 through the mounting table 2, and crystal growth occurs on the semiconductor wafer 1. For example, GaAs is grown as the semiconductor wafer 1 by using a mixed gas of TMG and arsine and setting the temperature of the semiconductor wafer to about 700 ° C. When TMG, diethyl zinc (DEZ) and arsine are used, GaAs exhibiting p-type conductivity is grown, and when a mixed gas of TMG, trimethylindium (TMI) and phosphine is used, GaInP grows, respectively. At this time, when the temperature of the semiconductor wafer 1 changes, the carrier concentration of p-type GaAs changes, and the band gap of GaInP changes. To prevent this, the temperature of the semiconductor wafer 1 is controlled to be constant by monitoring a signal (voltage) output from the thermocouple 5 and feeding it back to the output of the heater 3. The rotating shaft 4 is provided for improving the uniformity of the grown layer. By rotating the semiconductor wafer 1 during the growth, the uniformity of the grown layer can be improved.
[0004]
<Second conventional example>
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a second conventional MOCVD apparatus. 8, the same semiconductor wafer 1, mounting table 2, heater 3, rotary shaft 4, reactor chamber 6, and pipe 7 as those in FIG. 7 are used. Reference numeral 9 denotes an infrared detector (pyrometer) which is one of the temperature measuring devices. In general, the intensity of infrared light emitted from a substance depends on the temperature of the substance. Therefore, the surface temperature of the semiconductor wafer 1 can be measured by measuring the intensity of infrared rays emitted from the surface of the semiconductor wafer 1 by the infrared detector 9. The MOCVD apparatus of the second conventional example shown in FIG. 8 controls the temperature of the semiconductor wafer 1 by feeding back the measured value of the infrared detector 9 to the output of the heater 3 to control the carrier concentration of p-type GaAs and the band of GaInP. An attempt was made to improve the controllability of the gap.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
<Problems in the first conventional example>
In the first conventional example, as the crystal growth is repeated, the decomposition products 8 of the supply gas adhere to the mounting table 2 around the semiconductor wafer 1, the surface of the heater 3, the side wall of the reactor chamber 6, and the like as shown in FIG. . When the amount of adhesion increases, the radiation characteristic of heat in the peripheral portion of the semiconductor wafer 1 changes, so that the relationship between the temperature transmitted to the thermocouple 5 and the temperature of the semiconductor wafer 1 changes. Then, in the method of controlling the heater output such that the temperature of the thermocouple 5 becomes constant as in the first conventional example, there is a possibility that the temperature change of the semiconductor wafer 1 cannot be accurately grasped by the thermocouple 5, and the semiconductor wafer 1 Cannot be stably controlled with good reproducibility. For this reason, for example, when setting the carrier concentration of p-type GaAs or the band gap (or refractive index) of GaInP, there is a disadvantage that these set values change with time for each growth process.
[0006]
<Problems in the second conventional example>
In the second conventional example, since the surface temperature is measured by directly measuring the intensity of infrared rays from the semiconductor wafer 1 with the infrared detector 9, there is no influence due to the adhesion of the decomposition products 8 to the surroundings. The disadvantage which has become a problem in the first conventional example is eliminated. However, the infrared emission characteristics of a substance differ depending on the components of the substance. Particularly, for a semiconductor laser element that requires fabrication of a heterostructure, there is a new problem that the infrared emission characteristic differs for each growth layer. Occurs. FIG. 10 shows a double hetero structure (DH structure) of a visible light semiconductor laser device. In FIG. 10, 10 is an n-type GaAs substrate, 11 is an n-type AlGaInP lower cladding layer, 12 is a GaInP active layer, 13 is a p-type AlGaInP upper cladding layer, and 14 is a p-type GaAs contact layer. As described above, in manufacturing a semiconductor laser device, it is necessary to grow crystals of different substances sequentially. However, as described above, since the infrared emission characteristics differ depending on the substance, when different materials are grown, even if the surface of the semiconductor wafer 1 is at the same temperature as shown in FIG. Output different values for each. Therefore, if the output of the heater 3 is changed based on the signal from the infrared detector 9, the output of the heater 3 is changed every time the growth material is different, regardless of whether the surface of the semiconductor wafer 1 is at the same temperature. Let me do it. Since the temperature of the semiconductor wafer 1 does not change instantaneously due to a change in the output of the heater 3, a metamorphic layer is formed at each interface between the growth layers, and the characteristics of the semiconductor laser element are degraded.
[0007]
When a material having a different refractive index such as an n-type AlGaInP lower cladding layer 11 is grown on an n-type GaAs substrate 10 as shown in FIG. 10, the infrared rays emitted from the semiconductor wafer 1 are shown in FIG. As described above, for example, multiple reflection occurs between the interface F1 between the n-type GaAs substrate 10 and the n-type AlGaInP lower cladding layer 11 and the upper surface F2 of the n-type AlGaInP lower cladding layer 11, thereby causing an interference effect. As shown in FIG. 13, the infrared intensity from the surface of the substrate 1 periodically varies depending on the growth thickness of the n-type AlGaInP lower cladding layer 11. When the infrared intensity is high, the infrared detector 9 determines that the temperature is high, and tries to lower the temperature by turning off the heater 3 or the like.
[0008]
Further, when a plurality of semiconductor wafers 1 are arranged on the mounting table 2 as shown in FIG. 14 and infrared rays from the central portion of the semiconductor wafer 1 are detected by the infrared detector 9, the uniformity of the grown layer is reduced. When the mounting table 2 is rotated by the rotating shaft 4 for improvement, the locus of the center point of the detection spot of the infrared detector 9 becomes like Lp in FIG. 14, but the semiconductor wafers 1 are arranged apart from each other. And the trajectory Lp passes not only on the semiconductor wafer 1 but also on the mounting table 2, so that the infrared detector 9 detects infrared rays from the semiconductor wafer 1 and infrared rays from the mounting table 2 alternately. . This degrades the accuracy of the infrared detector 9 in determining the temperature of the surface of the semiconductor wafer 1.
[0009]
For these reasons, the characteristics of the semiconductor laser device are deteriorated, and the yield is deteriorated.
[0010]
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a chemical vapor deposition apparatus and a chemical vapor deposition method for producing a semiconductor laser element with good reproducibility without generating a metamorphic layer at a hetero interface. .
[0011]
[Means for Solving the Problems]
Means for Solving the Problems According to claim 1 of the present invention, a plurality of semiconductor wafers are juxtaposed on a rotating mounting table in a reaction chamber, and a reaction gas is supplied into the reaction chamber while heating each of the semiconductor wafers. A chemical vapor deposition apparatus for forming a growth film on an upper surface of each of the semiconductor wafers by heating means for heating the semiconductor wafer on the mounting table, and rotating the mounting table about a vertical axis. Means, infrared detection means for detecting the intensity of infrared radiation emitted from the heated semiconductor wafer, and control means for controlling the heating temperature in the heating means based on at least detection information from the infrared detection means, And a heterogeneous information reception prohibiting means for intermittently prohibiting reception of heterogeneous information different from the infrared detection information when the infrared detection information is received from the infrared detecting means in synchronization with the rotation of the mounting table. That.
[0012]
Means for solving the problem according to claim 2 of the present invention is to heat a plurality of semiconductor wafers on a mounting table by heating means while rotating the mounting table in a reaction chamber, and to detect the intensity of infrared rays radiated from the semiconductor wafer. In the chemical vapor deposition method of forming a growth film on the upper surface of each of the semiconductor wafers while controlling the temperature based on the intensity of the detected infrared light, when detecting the intensity of the infrared light from the semiconductor wafer, The detecting step of detecting the intensity of the infrared light when the detection spot of the infrared ray is on the semiconductor wafer, and the prohibiting step of prohibiting the detection of the intensity of the infrared light when the detection spot of the infrared ray is other than the semiconductor wafer are performed by rotating the mounting table. Are repeated intermittently in synchronism with.
[0013]
【Example】
[First Embodiment]
The chemical vapor deposition apparatus according to the first embodiment of the present invention performs the temperature control using an infrared detector in the initial temperature rising stage of the chemical vapor deposition process, and performs the thermocouple in the subsequent high temperature stable stage. Is used to perform temperature control.
[0014]
<Structure>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a chemical vapor deposition apparatus (MOCVD apparatus) according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 21 denotes a reactor chamber forming a reaction chamber; 22, a mounting table (susceptor) on which a semiconductor wafer 23 is mounted in the reactor chamber 21; A rotating unit that rotates about the center, 26 is a heating unit (heater) that heats the semiconductor wafer 23 on the mounting table 22, 27 is a temperature detecting unit that detects the temperature of a predetermined position in the reaction chamber, and 28 is the heated unit. An infrared detecting means 29 for detecting the intensity of infrared light emitted from the semiconductor wafer 23; a control means for controlling a heating temperature of the heating means 26 based on detection information from the temperature detecting means 27 and the infrared detecting means 28 It is.
[0015]
The reactor chamber 21 is, for example, a natural air-cooled type using a quartz tube, a jacket structure using stainless steel, or a copper tube winding structure, and the like. Is formed in a substantially conical shape so as to uniformly supply the gas to the upper surface thereof, and a supply hole 31 for supplying a reaction gas is formed in the center of the upper end. The supply hole 31 is connected to a gas supply device 33 via a gas supply pipe 32. At a predetermined position on the upper part of the reactor chamber 21, a mounting hole 34 for mounting the infrared detecting means 28 is formed. The mounting table 22 is formed in a disk shape by using, for example, carbon or carbon coated with SiC, and is provided at a top end of a support cylinder 35 fixed to a central portion in the reaction chamber, a bearing mechanism (not shown), and the like. And is connected to the longitudinal axis 25 of the rotating means 24 penetrated into the support cylinder 35 to be rotated horizontally. The rotating means 24 is provided for improving the uniformity of the grown film (crystal) when forming the grown film (crystal) on the upper surface of the semiconductor wafer 23, and a DC motor or the like having a small rotation error is used. The heating means 26 is formed in substantially the same shape and substantially the same area as the mounting table 22, and is fixed to the outer periphery of the upper part of the support cylinder 35 so as to be arranged in parallel with the back surface of the mounting table 22. As the temperature detecting means 27, for example, a general thermocouple made of platinum-platinum rhodium, alumel-chromel, copper-constantan, chromel-constantan, or the like is used, so as not to hinder the flow of the reaction gas to the semiconductor wafer 23. It is fixed to the bottom of the reactor chamber 21. The infrared detecting means 28 is a thermal infrared sensor capable of responding with a high sensitivity and a quick response to a minute change in infrared radiation, for example, a thermopile infrared sensor, PbTiO. ₃ A thin-film pyroelectric infrared sensor, a polymer pyroelectric infrared sensor, or the like is used, and is attached to the inside of the mounting hole 34 of the reactor chamber 21. Note that the center point of the detection spot of the infrared detecting means 28 is set to pass near the center point of each of the semiconductor wafers 23 in plan view.
[0016]
The control unit 29 includes a microcomputer chip having a CPU, a ROM, and a RAM, and includes an automatic selection unit 41 that selects one of infrared detection information from the infrared detection unit 28 and detection information from the thermocouple 27. An arithmetic unit 42 for calculating the surface temperature of the semiconductor wafer 23 based on the infrared detection information when the automatic selection unit 41 selects the infrared detection information; A temperature difference storage unit 43 for obtaining and storing a difference between the surface temperature of the semiconductor wafer 23 calculated by the calculation unit 42 and the temperature detected by the thermocouple 27 when the calculation unit 42 is switched to; By subtracting the stored temperature difference from the temperature detected by the thermocouple 27, the temperature correction when the automatic selection unit 41 selects the temperature detection information. Comprises performing a temperature correction unit 44, a drive control unit 45 for driving and controlling the heating means 26 based on the temperature information from the operation unit 42 or the temperature correction unit 44. Here, the automatic selection unit 41 performs the step from the start of heating by the heating means 26 to the time when the intensity of the infrared ray radiated from the semiconductor wafer 23 becomes a constant value, that is, in the temperature rising step, The infrared detection information from the detecting means 28 is selected, and the temperature detection information from the thermocouple 27 is used in the stage where the temperature raising stage is completed and the temperature is stabilized at a predetermined high temperature suitable for forming a grown film, that is, in the high temperature stabilization stage. Works to select. Further, the drive control unit 45 compares the temperature information from the calculation unit 42 or the temperature correction unit 44 with a preset temperature reference value, and switches the heating unit 26 on and off based on the magnitude relationship. .
[0017]
<Operation>
The chemical vapor deposition method of the present embodiment will be described by taking the growth of the semiconductor laser device shown in FIG. 10 as an example. FIG. 2 is a flowchart showing a chemical vapor deposition method using the above chemical vapor deposition apparatus. First, a single semiconductor wafer 23 serving as the n-type GaAs substrate 10 is mounted on the mounting table 22 in the reaction chamber, and is heated by the heating means 26 to start raising the temperature in the reaction chamber (step S01: temperature increase). Temperature process). At about the same time, the intensity of infrared rays emitted from the semiconductor wafer 23 starts to be detected by the infrared detecting means 28 (step S02). At this time, the automatic selection unit 41 of the control unit 29 selects infrared detection information from the infrared detection information and the temperature detection information, and controls heating of the heating unit 26 based on the infrared detection information. That is, the arithmetic unit 42 calculates the surface temperature of the semiconductor wafer 23 from the infrared detection information, and when the calculated surface temperature reaches a set value (step S03), the temperature rise in the heating unit 26 is stopped (step S03). S04) The reaction chamber is brought into a stable state at a high temperature. Since a certain period of time is required from the stop of the temperature rise to the high-temperature stable state, the detection by the infrared detecting means 28 is continued thereafter, and when the intensity of the infrared light becomes stable with the stop of the temperature rise (high-temperature stabilization stage), the control is started. The means 29 determines this, and switches the selection in the automatic selection unit 41 from infrared detection information to temperature detection information. Then, the infrared detector 28 stops the detection, and at the same time, the thermocouple 27 starts the temperature detection at a predetermined position in the reaction chamber (step S05). At this time, the temperature difference storage unit 43 obtains and stores a temperature difference between the surface temperature of the semiconductor wafer 23 calculated by the calculation unit 42 and the temperature detected by the thermocouple 27. Then, even if the temperature detection information obtained by the thermocouple 27 is misaligned due to the adhered matter around the semiconductor wafer 23, the temperature detection information can be accurately detected using the infrared detection information from the infrared detection means 28. The temperature can be corrected, and the temperature control by the thermocouple 27 in the subsequent process becomes accurate.
[0018]
At about the same time that the automatic selection unit 41 switches the selection from infrared detection information to temperature detection information, a mixed gas of an organic metal such as trimethyl gallium (TMG) and a hydride gas such as arsine is introduced into the reaction chamber as a reaction gas. The supply is started, and the growth of a material different from the semiconductor wafer 23, that is, the n-type AlGaInP lower cladding layer 11 on the upper surface of the semiconductor wafer 23 is started (Step S06: growth step). At the same time, the temperature correction unit 44 corrects the temperature of the temperature detection information by subtracting the temperature difference stored in the temperature difference storage unit 43 from the temperature detected by the thermocouple 27. Then, the corrected detected temperature is compared with a preset reference temperature, and the subsequent temperature control by the heating means 26 is performed. This temperature correction is continued thereafter until the formation of the uppermost p-type GaAs contact layer 14 is completed (step S07).
[0019]
Here, in the temperature control by the thermocouple 27, it is difficult to reproduce the growth temperature over a long period of time because it is affected by the deposits (see 8 in FIG. 9) around the semiconductor wafer 23. Then, in the temperature rising stage, after the surface temperature of the semiconductor wafer 23 is once obtained by the infrared detecting means 28 which is not affected by the attached matter in the surroundings, and then the temperature control by the thermocouple 27 is performed. , The temperature detection information including the error can be corrected based on the accurate temperature level, and the temperature can be controlled with the corrected temperature detection information. It is possible to prevent adverse effects on the temperature control of the peripheral deposits.
[0020]
Further, when a material different from that of the semiconductor wafer 1 is grown, the infrared radiation characteristic changes, and an error occurs in infrared detection due to an interference effect due to multiple reflections of infrared light. In the forming step, the temperature is controlled by detecting the temperature at a predetermined position in the reaction chamber with the thermocouple 27, so that the temperature can be controlled without being affected by the change in the material of the grown film. Therefore, it is possible to prevent a change in the infrared emission characteristic due to the material, which has been a problem in the second conventional example, and to prevent interference due to multiple reflection, to ensure the stability of temperature control, and to grow a desired growth film with good reproducibility over a long period of time. can do.
[0021]
Note that the formation of the grown film on the upper surface of the semiconductor wafer 23 causes a slight change in the heating environment by the heating means 26, so that the infrared detection information from the infrared detection means 28 and the temperature detection information from the thermocouple 27 Although it has a slight effect, as shown in FIG. 8, in a film thickness growth of only a few μm, the temperature change of the semiconductor wafer 23 due to the attachment or the growth film during one growth is negligible. It is.
[0022]
[Second embodiment]
In the second embodiment of the present invention, the initial temperature raising step of the chemical vapor deposition process and the subsequent crystal growth step of the same substance as the semiconductor wafer are performed under temperature control using an infrared detector, and thereafter, In the subsequent stage after the crystal growth of a substance different from that of the semiconductor wafer, the temperature of the semiconductor wafer is controlled using a thermocouple.
[0023]
<Structure>
The chemical vapor deposition apparatus (MOCVD apparatus) according to the second embodiment of the present invention has basically the same configuration as that of the first embodiment shown in FIG. In the first embodiment, the timing at which the infrared detection information from the infrared detection means 28 is switched to the temperature detection information from the thermocouple 27 in the unit 41 is matched when the infrared intensity is stable in the first embodiment. The present embodiment is different from the first embodiment in that the timing is switched to the time when the semiconductor material is switched from the same material as the semiconductor wafer 23 to a growth (heterostructure creation) stage of a material different from the semiconductor wafer 23.
[0024]
That is, the automatic selection unit 41 of the control unit 29 determines the temperature detection information from the infrared detection information at the time when the growth stage of the same substance as the semiconductor wafer 23 is completed based on the time determination of the built-in time measurement unit (timer). Has a function to switch the selection. The function of the control means 29 is recorded in the ROM or RAM of the microcomputer chip. The supply timing of the reaction gas by the gas supply device 33 for forming each grown film is determined by built-in clock means. These timings are set in advance based on experience values. The other configuration is the same as that of the first embodiment, and the description is omitted.
[0025]
<Operation>
FIG. 3 is a flowchart showing a chemical vapor deposition method using the chemical vapor deposition apparatus of the present embodiment. In the chemical vapor deposition method according to the present embodiment, first, the semiconductor wafer 23 mounted on the mounting table 22 in the reaction chamber is heated by the heating means 26, and the temperature inside the reaction chamber is started (step S11). At about the same time, the intensity of infrared rays emitted from the semiconductor wafer 23 starts to be detected by the infrared detecting means 28 (step S12). At this time, the automatic selection unit 41 of the control unit 29 selects infrared detection information from the infrared detection information and the temperature detection information, and controls heating of the heating unit 26 based on the infrared detection information. That is, the arithmetic unit 42 calculates the surface temperature of the semiconductor wafer 23 from the infrared detection information, and when the calculated surface temperature reaches the set value (step S13), the temperature rise in the heating unit 26 is stopped (step S13). S14) The reaction chamber is brought into a high temperature stable state. The infrared detecting means 28 continues to detect the intensity of the infrared light as it is. After the intensity of the infrared light stabilizes due to the stop of the temperature rise, the supply of the reaction gas into the reaction chamber is started based on a signal from a timing unit (not shown), and a growth film is formed on the upper surface of the semiconductor wafer 23. Here, when the same substance is formed on the upper surface of the semiconductor wafer 23 (step S15), the temperature is subsequently corrected based on the detection of the infrared intensity by the infrared detecting means 28 (step S16: the same film forming step). ). Then, when the growth of a growth film of a material different from that of the semiconductor wafer 23 is started (step S17), at almost the same time, the automatic selection unit 41 converts the infrared detection information into the temperature detection information based on the signal from the time measuring means. The selection is switched (different film formation step). Then, the infrared detector 28 stops the detection, and at the same time, the thermocouple 27 starts the temperature detection at a predetermined position in the reaction chamber (steps S18 to S19). At this time, the temperature difference storage unit 43 obtains and stores a temperature difference between the surface temperature of the semiconductor wafer 23 calculated by the calculation unit 42 and the temperature detected by the thermocouple 27. Thereafter, the temperature correction unit 44 subtracts the temperature difference stored in the temperature difference storage unit 43 from the temperature detected by the thermocouple 27, thereby correcting the temperature of the temperature detection information and preliminarily calculating the corrected detected temperature. The drive control of the heating means 26 is performed thereafter by comparing with the set reference temperature. With this configuration, the present embodiment has the same effect as that of the first embodiment.
[0026]
[Third embodiment]
<Structure>
In a chemical vapor deposition apparatus (MOCVD apparatus) according to a third embodiment of the present invention, as shown in FIG. 5, a plurality of semiconductor wafers 23 are juxtaposed on a mounting table 22 rotating in a reaction chamber. A heating means 26 for heating the semiconductor wafer 23 on the mounting table 22, and a rotating means for rotating the mounting table 22 about a vertical axis 25, as shown in FIG. Means 24, a thermocouple 27 for detecting a temperature at a predetermined position in the reaction chamber, an infrared detecting means 28 for detecting the intensity of infrared light emitted from the heated semiconductor wafer 23, the thermocouple 27 and the infrared light A control unit 29 for controlling the heating temperature of the heating unit 26 based on the detection information from the detection unit 28, and a different type when receiving the infrared detection information from the infrared detection unit 28 And a heterogeneous information reception inhibit means 49 for intermittently prohibiting synchronization to receive the broadcast with the rotation of the mounting table 22.
[0027]
As in the first embodiment, a supply hole 31 for supplying a reaction gas is formed in the upper part of the reactor chamber 21 forming the reaction chamber, and a gas supply device 33 is attached via a gas supply pipe 32. At a predetermined position on the upper part of the reactor chamber 21, a mounting hole 34 for mounting the infrared detecting means 28 is formed. The mounting table 22 is formed in a disc shape having a diameter capable of juxtaposing a plurality of (three) semiconductor wafers 23 as shown in FIG. 5 using carbon coated with carbon or SiC. The upper end of the support cylinder 35 fixed to the section is horizontally supported by a bearing mechanism or the like (not shown), and is connected to the longitudinal axis 25 of the rotating means 24 penetrated into the support cylinder 35 to rotate in the horizontal direction. Is done. Preferably, a plurality of recesses (not shown) for positioning the respective semiconductor wafers 23 are formed on the upper surface of the mounting table 22, and the concaves are accurately aligned with each other about the rotation center point of the mounting table 22. They are arranged point-symmetrically.
[0028]
As shown in FIG. 4, the heterogeneous information reception prohibiting means 49 includes a chopper 51 that opens and closes the vicinity of the opening of the mounting hole 34 of the reactor chamber 21, an opening and closing control unit 52 that controls opening and closing of the chopper 51, An opening / closing timing providing section 53 for providing opening / closing timing to the section 52, and a smoothing circuit 54 for smoothing an intermittent signal from the chopper 51.
[0029]
The chopper 51 opens and closes the mounting hole 34 to interrupt the infrared light between the upper surface of the semiconductor wafer 23 and the infrared detecting means 28. The opening / closing timing providing unit 53 detects the rotation angle of the mounting table 22, and uses a photo encoder or the like. The opening / closing control unit 52 includes a storage function in which the correspondence between the detection spot of the infrared detection unit 28 and the rotation angle of the mounting table 22 is stored in advance, and a rotation angle signal from the opening / closing timing providing unit 53 and A determination function for determining whether or not the detection spot of the infrared detection means 28 is located on the semiconductor wafer 23 based on the data stored by the storage function; and A switching function is provided for switching the chopper 51 so that the mounting hole 34 is opened when it is determined that the chopper 51 is located above and is closed when it is determined that the chopper 51 is not located on the semiconductor wafer 23 (in the prohibited range). Have been.
[0030]
The thermocouple 27 in this embodiment controls the temperature at a high temperature stabilization stage after the temperature rise or after the start of the growth of a material different from the semiconductor wafer, as in the first or second embodiment. Other configurations may be the same as in the first or second embodiment, and a description thereof will be omitted.
[0031]
<Operation>
FIG. 6 is a flowchart showing the chemical vapor deposition method of this embodiment. As shown in FIG. 6, first, a plurality of (three) semiconductor wafers 23 are juxtaposed on the mounting table 22 in the reaction chamber, and the mounting table 22 is rotated at a constant speed about the vertical axis 25 by the heating unit 26. The semiconductor wafer 23 and the like are heated to start raising the temperature in the reaction chamber (step S41). At substantially the same time, the temperature control based on the detection by the infrared detecting means 28 is started (steps S42 to S47). At this time, the automatic selection unit 41 of the control means 29 selects infrared detection information from the infrared detection information and the temperature detection information. Then, the infrared detecting means 28 attempts to convert the intensity of the input infrared light into an electric signal.
[0032]
Meanwhile, a plurality of semiconductor wafers 23 are juxtaposed on the mounting table 22 as shown in FIG. In FIG. 5, Lp is a locus of the center point of the detection spot of the infrared detecting means 28, and Sp is a gap between the adjacent semiconductor wafers 23. In this state, when infrared rays from the central portion of the semiconductor wafer 23 are detected by the infrared detecting means 28, the locus Lp of the center point of the detection spot is determined not only by the semiconductor wafer 23 but also by the gap Sp between the adjacent semiconductor wafers 23. The infrared detection means 28 alternately detects infrared rays from the semiconductor wafer 23 and infrared rays from the mounting table 22 because the infrared rays pass through the mounting table 22 that is exposed to the outside. Here, the mounting table 22 is carbon or carbon coated with SiC. On the other hand, since the semiconductor wafer 23 is generally made of GaAs or InP and has different infrared emission characteristics, when the infrared rays from both are detected alternately as they are, the measurement accuracy of the surface temperature of the semiconductor wafer 23 deteriorates. Therefore, in the present embodiment, reception of infrared rays from the mounting table 22 exposed in the gap Sp is prohibited as reception of heterogeneous information. Specifically, in FIG. 4, first, the rotation angle of the mounting table 22 is detected by the opening / closing timing providing unit 53 (step S42), and this detection result is transmitted to the opening / closing control unit 52. The opening / closing control unit 52 determines whether the detection spot of the infrared detection unit 28 is located on the semiconductor wafer 23 based on the correspondence between the rotation angle of the mounting table 22 and the position of the detection spot of the infrared detection unit 28 stored in advance. Is determined (step S43), and based on the determination result, when it is determined that it is located on the semiconductor wafer 23, the chopper 51 opens the entrance of the mounting hole 34 of the reactor chamber 21 (step S45: detection step), If it is determined that it is located on the other prohibition range, that is, on the mounting table 22, the mounting hole 34 is closed (step S44: prohibition process). As described above, the detection process and the prohibition process are intermittently repeated alternately in synchronization with the rotation of the mounting table 22. Then, only infrared rays from the semiconductor wafer 23 are incident on the infrared detecting means 28. Then, the infrared detecting means 28 converts the intensity of the infrared light into an electric signal, and the electric signal is smoothed by the smoothing circuit 54 to become a DC signal, which is transmitted to the control means 29. This operation is repeated until the intensity of the infrared ray reaches a constant value (step S46). Then, the infrared detection information of the infrared detecting means 28 becomes accurate, and the temperature control in the temperature raising stage can be optimized.
[0033]
Next, when the intensity of the infrared ray becomes a constant value, as shown in FIG. 6, the heating by the heating means 26 is stopped (step S47), and the reaction chamber is brought into a stable high temperature state. FIG. 6 shows an example in which the timing at which the infrared detection information is switched to the temperature detection information is matched when the infrared intensity is stable, as in the first embodiment. As shown in FIG. 6, when the intensity of the infrared light becomes stable with the stop of the temperature rise, the control means 29 switches the selection from the infrared detection information to the temperature detection information, and thereafter controls the temperature in the reaction chamber using the thermocouple 27. While (step S48), a growth film is formed on the upper surface of the semiconductor wafer 23 (steps S49 and S50).
[0034]
As described above, even when a plurality of semiconductor wafers 23 are juxtaposed on the mounting table 22, the same operation as that of the first or second embodiment can be performed with high accuracy, and the requirement for cost reduction by mass production is met. .
[0035]
[Modification]
(1) In the second embodiment, the start of the formation of a new growth film is recognized based on the timing information of the timing unit. However, when a new growth film is formed even a little, the infrared detection unit 28 detects it. Utilizing the fact that the intensity of the infrared light changes rapidly, it is determined that a new growth film has been formed when the intensity of the infrared light changes rapidly at a certain speed or higher, and based on this determination result, the automatic selection unit At 41, selection switching from infrared detection information to temperature detection information may be performed.
(2) In the third embodiment, the thermocouple 27 is used in addition to the infrared detecting means 28. However, the thermocouple 27 is omitted, and the present invention is applied to a chemical vapor deposition apparatus in which only the temperature is controlled by the infrared detecting means 28. May be.
(3) In the third embodiment, in FIG. 6, the timing of switching from the infrared detection information to the temperature detection information is matched when the infrared intensity is stable as in the first embodiment. Similarly to the above, the time may be matched at the time of switching from the same substance as the semiconductor wafer 23 to the growth step of a substance different from the semiconductor wafer 23.
(4) In the third embodiment, the temperature control is stabilized by smoothing with the smoothing circuit after the reception of the heterogeneous information of the infrared detecting means 28 is prohibited, but the rotation speed of the mounting table 22 is low. May cause a situation where it is difficult to correct the error of the detected value in a circuit. Therefore, when the infrared detection means 28 prohibits the reception of heterogeneous information, the temperature may be controlled using the temperature detection information from the thermocouple 27.
(5) In the third embodiment, the reception of the heterogeneous information is mechanically prohibited by the chopper 51 that opens and closes the entrance of the mounting hole 34. Instead, the output from the infrared detecting means 28 is relayed. The reception of different types of information may be electrically prohibited by opening and closing using the electric circuit described above.
(6) In the heterogeneous information reception prohibiting means 49 of the third embodiment, the timing of prohibiting the reception of heterogeneous information is performed by detecting the rotation angle of the mounting table 22. If it is accurate, the timing for prohibiting the reception of the heterogeneous information may be fixed temporally by a clocking means.
[0036]
【The invention's effect】
According to the first and second aspects of the present invention, a plurality of semiconductor wafers are heated side by side on a rotating mounting table in a reaction chamber. At this time, the detection spot of the infrared detecting means alternately passes through the upper surface of the semiconductor wafer and the upper surface of the mounting table appearing in the gap between the adjacent semiconductor wafers. The detection step of detecting the intensity of infrared light when the detection spot is on the semiconductor wafer and the prohibition step of prohibiting detection of the intensity of infrared light when the detection spot is on a part other than the semiconductor wafer are synchronized with the rotation of the mounting table. Since the intermittent repetition is repeated, reception of different information different from the infrared detection information from the semiconductor wafer can be prohibited, and the infrared detection information by the infrared detection means can be accurately obtained.
[0037]
As described above, according to the present invention, the stability of temperature control can be ensured, and a desired growth film can be grown with good reproducibility over a long period of time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a chemical vapor deposition apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a chemical vapor deposition method according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart illustrating a chemical vapor deposition method according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a chemical vapor deposition apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a view showing a state where a plurality of semiconductor wafers are juxtaposed on a mounting table in a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart illustrating a chemical vapor deposition method according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing a first conventional chemical vapor deposition apparatus.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a chemical vapor deposition apparatus of a second conventional example.
FIG. 9 is a view showing a state of adhesion of decomposition products in a first conventional chemical vapor deposition apparatus.
FIG. 10 is a diagram showing a double hetero structure of a visible light semiconductor laser device.
FIG. 11 is a conceptual diagram showing a difference in detected infrared intensity of an infrared detector due to a difference in a growth substance in the second conventional example.
FIG. 12 is a conceptual diagram showing interference due to multiple reflection of infrared rays in a second conventional example.
FIG. 13 is a conceptual diagram showing a change in the temperature detected by an infrared detector due to the influence of infrared interference in the second conventional example.
FIG. 14 is a view showing a state in which a plurality of semiconductor wafers are juxtaposed on a mounting table in the second conventional example.
[Explanation of symbols]
22 mounting table, 23 semiconductor wafer, 24 rotating means, 25 vertical axis, 26 heating means, 27 temperature detecting means, 28 infrared detecting means, 29 controlling means, 41 automatic selecting section, 45 drive controlling section, 49 different kind information receiving inhibiting means .

Claims

反応室内において、回転する載置台上に複数個の半導体ウェハを並置し、前記各半導体ウェハを加熱しつつ、前記反応室内に反応ガスを供給することにより前記各半導体ウェハの上面に成長膜を形成する化学気相成長装置であって、
前記載置台上の前記半導体ウェハを加熱する加熱手段と、
前記載置台を縦軸を中心として回転する回転手段と、
加熱された前記半導体ウェハから放射される赤外線の強度を検出する赤外線検出手段と、
少なくとも前記赤外線検出手段からの検出情報に基づいて前記加熱手段での加熱温度を制御する制御手段と、
前記赤外線検出手段からの赤外線検出情報受信時にこれと異なる異種情報の受信を前記載置台の回転に同期して間欠的に禁止する異種情報受信禁止手段とを備えた化学気相成長装置。In the reaction chamber, a plurality of semiconductor wafers are juxtaposed on a rotating mounting table, and while heating each of the semiconductor wafers, a reaction gas is supplied into the reaction chamber to form a growth film on the upper surface of each of the semiconductor wafers. Chemical vapor deposition apparatus,
Heating means for heating the semiconductor wafer on the mounting table,
Rotating means for rotating the mounting table about a vertical axis,
Infrared detection means for detecting the intensity of infrared radiation emitted from the heated semiconductor wafer,
Control means for controlling the heating temperature in the heating means based on at least the detection information from the infrared detection means,
A chemical vapor deposition apparatus comprising: a heterogeneous information reception prohibiting unit that intermittently prohibits reception of different types of information different from the infrared detection information upon reception of the infrared detection information from the infrared detection unit in synchronization with the rotation of the mounting table.

反応室内において載置台を回転させながら載置台上の複数個の半導体ウェハを加熱手段で加熱し、前記半導体ウェハから放射される赤外線の強度を検出し、検出された赤外線の強度に基づいて温度制御しながら、前記各半導体ウェハの上面に成長膜を形成する化学気相成長方法において、
前記半導体ウェハからの赤外線の強度を検出する際に、
赤外線の検出スポットが半導体ウェハ上にあるときに赤外線の強度を検出する検出工程と、
赤外線の検出スポットが半導体ウェハ以外にあるときに赤外線の強度検出を禁止する禁止工程とが、前記載置台の回転に同期して間欠交互に繰り返される化学気相成長方法。A plurality of semiconductor wafers on the mounting table are heated by heating means while rotating the mounting table in the reaction chamber, the intensity of infrared radiation emitted from the semiconductor wafer is detected, and temperature control is performed based on the detected infrared light intensity. In the chemical vapor deposition method for forming a growth film on the upper surface of each semiconductor wafer,
When detecting the intensity of infrared light from the semiconductor wafer,
A detection step of detecting the intensity of infrared light when the detection spot of infrared light is on the semiconductor wafer,
A chemical vapor deposition method in which the step of prohibiting infrared intensity detection when the infrared detection spot is located on a part other than the semiconductor wafer is intermittently and alternately repeated in synchronization with the rotation of the mounting table.