JP3045854B2 - Semiconductor manufacturing apparatus and method of using the same - Google Patents

Semiconductor manufacturing apparatus and method of using the same

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JP3045854B2 JP3348035A JP34803591A JP3045854B2 JP 3045854 B2 JP3045854 B2 JP 3045854B2 JP 3348035 A JP3348035 A JP 3348035A JP 34803591 A JP34803591 A JP 34803591A JP 3045854 B2 JP3045854 B2 JP 3045854B2
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健治 奥村
利治 大西
宣典 大森
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、真空室内、特に真空化
学エピタキシー(VCE)系において、化合物半導体層
を成長させる半導体製造装置およびその使用方法に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus for growing a compound semiconductor layer in a vacuum chamber, particularly in a vacuum chemical epitaxy (VCE) system, and a method of using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、化合物半導体、特にIII −V族化
合物(例えばGaAs)が、従来の珪素半導体よりも優
れた性能を有するとしてその需要が増大している。この
ような化合物半導体の製造方法として、超高真空中で、
エピタキシヤル成長をさせる化合物に必要な原子を固体
材料からヒートガンによつて蒸発させ、これを分子線の
形で基板に衝突させ、基板上に膜を成長させる分子線エ
ピタキシヤル(〔MBE〕Molecular Beam Epitaxy)法
や、金属のメチルまたはエチル化合物の蒸気をH2 等の
キヤリアガスで送つて常圧ないし減圧の反応室に導入
し、そこでV族の水素化合物と混合したのち、加熱した
基板上で反応させ結晶を成長させる有機金属CVD
(〔MOCVD〕Metal organic Chemical Vapor Depos
ition)法等がある。
2. Description of the Related Art In recent years, demand for compound semiconductors, particularly III-V compounds (for example, GaAs), has been increasing as they have better performance than conventional silicon semiconductors. As a method of manufacturing such a compound semiconductor, in an ultra-high vacuum,
The atoms required for the compound to be epitaxially grown are evaporated from the solid material by a heat gun, and these are colliding with the substrate in the form of a molecular beam, and a film is grown on the substrate by molecular beam epitaxy ([MBE] Molecular Beam). Epitaxy) method, or the vapor of a metal methyl or ethyl compound is sent by a carrier gas such as H 2 and introduced into a normal or reduced pressure reaction chamber, where it is mixed with a Group V hydrogen compound and then reacted on a heated substrate. Metalorganic CVD to grow crystals
([MOCVD] Metal organic Chemical Vapor Depos
ition) method.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
二種類の方法のうち、MBE法は、10-11 トールオ
ーダーの超高真空が必要である、原料再充填時のダウ
ンタイムが発生する、均一成長を行うために基板回転
機構が必要である等のことから、大量生産が難しく市場
の需要に見合うだけの供給をすることが困難であり、大
量生産に向いていない。したがつて、MOCVD法が注
目され実際に利用されているが、この方法は、層流領
域でのプロセスであるため、流れ方向に分布を生じやす
くスケールアツプの際の流れの解析が困難である、反
応ガスが高価で、かつその成長機構のために反応ガスの
利用効率が悪いという欠点がある。また、このように反
応ガスの利用効率が悪いことから多量の未反応ガス(毒
性ガス)を生じるうえ、キヤリアガスが上記未反応ガス
に加わるため大量の毒性廃ガスを生じ、これの廃棄等が
大きな問題となつている。
However, of the above two methods, the MBE method requires an ultra-high vacuum of the order of 10 -11 Torr, has a down time at the time of refilling the raw material, and has a low uniformity. Since a substrate rotating mechanism is necessary for growth, mass production is difficult, and it is difficult to supply the material to meet market demand, and thus it is not suitable for mass production. Therefore, the MOCVD method has attracted attention and is actually used. However, since this method is a process in a laminar flow region, distribution tends to occur in the flow direction, and it is difficult to analyze the flow during scale-up. The disadvantage is that the reaction gas is expensive and the utilization efficiency of the reaction gas is low due to its growth mechanism. In addition, since the use efficiency of the reactive gas is low, a large amount of unreacted gas (toxic gas) is generated. In addition, since the carrier gas is added to the unreacted gas, a large amount of toxic waste gas is generated. It has become a problem.

【0004】このようにMBE法およびMOCVD法に
はそれぞれ欠点があり、それらの欠点を完全に解消した
半導体製造装置の提供が求められている。このため、本
発明者らは、本願に先立つて上記MBE法とMOCVD
法の長所を組み合わせた半導体製造装置の開発に成功し
すでに特許出願(特願平1−91651号)している。
すなわち、この半導体製造装置はステンレス製で略円筒
状をしており、図10に示すような構造になつている。
図において、100は真空化学エピタキシー(Vacuum C
hemical Epitaxy)系における真空室であり、この真空室
100内には、その上部にヒーター105が、このヒー
ター105の下側に均熱板124がそれぞれ配設されて
おり、さらにこの均熱板124の下側に、反応室102
と、第1の反応ガス拡散室103と、第2の反応ガス拡
散室104が略一体化された状態で配設されている。上
記第1および第2の反応ガス拡散室103,104は、
中空円柱状のマニホールドブロツク101を構成してい
る。なお、上記真空室100の全体はターボ分子ポンプ
(図示せず)により矢印C方向に真空引きされる。
As described above, the MBE method and the MOCVD method have respective disadvantages, and there is a demand for providing a semiconductor manufacturing apparatus that completely eliminates these disadvantages. For this reason, the present inventors, prior to the present application, the above-mentioned MBE method and MOCVD
We have succeeded in developing a semiconductor manufacturing apparatus that combines the advantages of the law and have already filed a patent application (Japanese Patent Application No. 1-91651).
That is, this semiconductor manufacturing apparatus is made of stainless steel and has a substantially cylindrical shape, and has a structure as shown in FIG.
In the figure, reference numeral 100 denotes vacuum chemical epitaxy (Vacuum C).
a vacuum chamber in a chemical epitaxy system. In the vacuum chamber 100, a heater 105 is disposed above the vacuum chamber 100, and a heat equalizing plate 124 is provided below the heater 105. Below the reaction chamber 102
, The first reaction gas diffusion chamber 103 and the second reaction gas diffusion chamber 104 are provided in a substantially integrated state. The first and second reaction gas diffusion chambers 103 and 104 are
The manifold block 101 has a hollow cylindrical shape. The entire vacuum chamber 100 is evacuated in the direction of arrow C by a turbo-molecular pump (not shown).

【0005】上記反応室102は、マニホールドブロツ
ク101の上板106からなる床板106と、この床板
106の上面から一体的に立設される周側壁107と、
上記床板106の外周縁に設けた支受部(図示せず)に
載置されるグラフアイト製のリアクター108とで構成
されている。上記周側壁107の上端縁は部分的に切欠
かれ、この切欠かれたところが流通部107aに形成さ
れている。また、上記リアクター108の天井部の中央
には円形の切欠孔111があけられており、この切欠孔
111の周縁に設けた段部にトレー112が載置されて
いる。そして、このトレー112に円形の切欠孔112
aがあけられ、この切欠孔112aの周縁に設けた段部
に支受された状態で、円形のGaAs基板113が着脱
自在に載置されている。また、上記床板106には、一
定間隔で複数の連通孔109が形成されており、これら
連通孔109によつて反応室102とその下側の第1の
反応ガス拡散室103とが連通している。110は排気
口であり、周側壁107の外周面とリアクター108の
内周面との間の空隙により形成されている。
The reaction chamber 102 includes a floor plate 106 composed of an upper plate 106 of the manifold block 101, a peripheral side wall 107 erected integrally from the upper surface of the floor plate 106,
It comprises a graphite reactor 108 mounted on a support (not shown) provided on the outer peripheral edge of the floor plate 106. The upper end edge of the peripheral side wall 107 is partially cut out, and the cutout portion is formed in the flow portion 107a. A circular notch hole 111 is formed in the center of the ceiling of the reactor 108, and a tray 112 is placed on a step provided on the periphery of the notch hole 111. The tray 112 has a circular cutout hole 112.
The circular GaAs substrate 113 is removably mounted in a state in which a is provided and supported by a step provided on the periphery of the notch hole 112a. A plurality of communication holes 109 are formed at regular intervals in the floor plate 106. The communication holes 109 allow the reaction chamber 102 to communicate with the first reaction gas diffusion chamber 103 therebelow. I have. Reference numeral 110 denotes an exhaust port, which is formed by a gap between the outer peripheral surface of the peripheral side wall 107 and the inner peripheral surface of the reactor 108.

【0006】上記第1の反応ガス拡散室103は、中空
円柱状のマニホールドブロツク101の内部を中板11
4で上下2室に区切つたうちの上側の室からなり、中板
114と、マニホールドブロツク101の周側壁115
と、反応室102の床板106とから構成されている。
この第1の反応ガス拡散室103内には、As等のV族
ガス(第1の反応ガス)を供給する第1の反応ガス供給
管116が延びており、その先端部が下向きに曲成され
下向き曲成部の先端に開口が形成されている。上記As
は、クラツキング装置127によりアルシン(As
3)が熱分解されAsとH2 とになつたものであり、
Asに帯同してH2 も第1の反応ガス拡散室103に導
入される。この開口の外周部には円板状のつば部117
が形成されており、これにより、上記開口から吐出され
るAs等がつば部117に沿つて全方向に均一拡散する
ようになつている。この第1の反応ガス拡散室103の
下側には第2の反応ガス拡散室104が形成されてい
る。
[0006] The first reaction gas diffusion chamber 103 is formed by a hollow plate-shaped manifold block 101 and an inner plate 11.
The upper and lower chambers are divided into two upper and lower chambers at 4, and a middle plate 114 and a peripheral side wall 115 of the manifold block 101 are formed.
And a floor plate 106 of the reaction chamber 102.
In the first reaction gas diffusion chamber 103, a first reaction gas supply pipe 116 for supplying a V group gas (first reaction gas) such as As extends, and its tip is bent downward. An opening is formed at the tip of the downward bent portion. As above
Is arsine (As) by the cracking device 127
H 3 ) is thermally decomposed into As and H 2 ,
H 2 is also introduced into the first reaction gas diffusion chamber 103 along with As. A disc-shaped flange portion 117 is provided on the outer periphery of the opening.
Is formed, so that As or the like discharged from the opening is uniformly diffused in all directions along the flange portion 117. A second reactive gas diffusion chamber 104 is formed below the first reactive gas diffusion chamber 103.

【0007】上記第2の反応ガス拡散室104は、マニ
ホールドブロツク101内を上下2室に区切る中板11
4と、マニホールドブロツク101の周側壁115と、
マニホールドブロツク101の床板118とから構成さ
れている。上記中板114からは、複数の連通管119
が第1の反応ガス拡散室103の複数の連通孔109に
向かつて対応した状態で延びている。この場合、上記連
通管119と連通孔109の孔壁との間に隙間ができる
ように設定されている。その結果、上記連通管119の
存在によつて上記第2の反応ガス拡散室104と反応室
102とが連通し、また、連通管119と連通孔109
の孔壁との間の隙間により第1の反応ガス拡散室103
と反応室102とが連通する。また、上記床板118に
は凹部120が形成され、その凹部120にトリエチル
ガリウム(TEGa),トリエチルアルミニウム(TE
Al)等のIII 族化合物ガスおよびn型ドーパント(第
2の反応ガス)を供給する第2の反応ガスの供給管12
1の先端開口が開口している。そして、凹部120の開
口の少し上側には、邪魔板122がその開口に対面した
状態で設けられており、これにより、上記第2の反応ガ
スの供給管121から上記凹部120内に吐出される第
2の反応ガスが邪魔板122に沿つて全方向に均一拡散
しながら上記第2の反応ガス拡散室104に入るように
なつている。123は冷却水通路であり、床板118の
下面に接当状に配設されており、この冷却水通路123
内を通る冷却水により第2の反応ガス拡散室104内を
冷却している。
[0007] The second reaction gas diffusion chamber 104 is a middle plate 11 that divides the inside of the manifold block 101 into two upper and lower chambers.
4, the peripheral side wall 115 of the manifold block 101,
And a floor plate 118 of the manifold block 101. From the middle plate 114, a plurality of communication pipes 119 are formed.
Extend toward and correspond to the plurality of communication holes 109 of the first reaction gas diffusion chamber 103. In this case, the gap is set between the communication pipe 119 and the hole wall of the communication hole 109. As a result, the second reaction gas diffusion chamber 104 and the reaction chamber 102 communicate with each other due to the presence of the communication pipe 119, and the communication pipe 119 and the communication hole 109.
The first reactant gas diffusion chamber 103
And the reaction chamber 102 communicate with each other. A recess 120 is formed in the floor plate 118, and the recess 120 has triethyl gallium (TEGa) and triethyl aluminum (TEGa).
Supply pipe 12 for supplying a group III compound gas such as Al) and an n-type dopant (second reaction gas)
One end opening is open. A baffle plate 122 is provided slightly above the opening of the recess 120 so as to face the opening, whereby the second reaction gas is discharged from the supply pipe 121 into the recess 120. The second reaction gas enters the second reaction gas diffusion chamber 104 while uniformly diffusing in all directions along the baffle plate 122. Reference numeral 123 denotes a cooling water passage, which is disposed in contact with the lower surface of the floor plate 118 and
The inside of the second reaction gas diffusion chamber 104 is cooled by the cooling water passing therethrough.

【0008】この半導体製造装置において、MESFE
Tエピタキシー層の成長形成は、つぎのように行われ
る。すなわち、反応室102に基板113(表面が下向
きになつている)を装着し、ついで真空室100内を高
真空室状態し、そののちヒーター105に通電して発熱
させ、この発熱により均熱板124を介して上記基板1
13を高温に(約700℃)均一加熱し基板113の不
純物を除去し基板113をクリーニングする。つぎに、
基板温度を下げ(約600〜650℃)、第1の反応ガ
ス供給管116からAs等を第1の反応ガス拡散室10
3内に送り込み内部で均一混合状態にし、連通孔109
から反応室102内に送り込む。このとき同時に、第2
の反応ガス供給管121からTEGa,TEAl等を第
2の反応ガス拡散室104内に送り込み、均一拡散状態
にし、その状態で連通管119を通つて反応室102内
に吐出させる。これらが基板表面に、As2とともに接
触し、無ドープのアルミニウム砒化ガリウム(AlGa
As)膜として成長する。最後に、n型ドーパントを上
記TEGa,TEAl等と同じ順路を通して反応室10
2内に吐出させ、上記無ドープのAlGaAs膜の表面
に、n型活性層を成長させる。なお、基板表面に接触し
ない未消費の化合物は、排気口110から外部に排出さ
れ、排気手段によつて排出される。この後ガスの供給を
すべて停止した状態で所定時間保持し、基板113を冷
却したのち、反応室102から取り出す。このようにし
て、均一なMESFET半導体層を有する半導体を得る
ことができる。
In this semiconductor manufacturing apparatus, the MESFE
The growth and formation of the T epitaxy layer are performed as follows. That is, the substrate 113 (the surface of which faces downward) is mounted in the reaction chamber 102, then the inside of the vacuum chamber 100 is set in a high vacuum state, and then the heater 105 is energized to generate heat. The substrate 1 via
13 is uniformly heated to a high temperature (about 700 ° C.) to remove impurities from the substrate 113 and to clean the substrate 113. Next,
The substrate temperature is lowered (about 600 to 650 ° C.), and As or the like is supplied from the first reaction gas supply pipe 116 to the first reaction gas diffusion chamber 10.
3 into a uniform mixing state inside the communication hole 109.
And into the reaction chamber 102. At this time, the second
The TEGa, TEAl, and the like are sent from the reaction gas supply pipe 121 into the second reaction gas diffusion chamber 104 to be uniformly diffused, and are discharged into the reaction chamber 102 through the communication pipe 119 in that state. These are brought into contact with the substrate surface together with As 2 and undoped aluminum gallium arsenide (AlGa).
As) Grow as a film. Finally, the n-type dopant is supplied to the reaction chamber 10 through the same route as TEGa, TEAl, etc.
2 and an n-type active layer is grown on the surface of the undoped AlGaAs film. Unconsumed compounds that do not come into contact with the substrate surface are discharged to the outside through the exhaust port 110 and are exhausted by the exhaust means. Thereafter, the gas supply is stopped for a predetermined period of time, and the substrate 113 is cooled and then taken out of the reaction chamber 102. In this way, a semiconductor having a uniform MESFET semiconductor layer can be obtained.

【0009】しかしながら、上記半導体製造装置では、
基板表面へのAlGaAsの成膜プロセス時の熱が第2
の反応ガス拡散室104に伝わり拡散室104の内壁温
度が高くなる。この場合において、第2の反応ガス拡散
室104には、その下部に冷却水通路123が設けられ
ているものの、この冷却水通路123によつては第2の
反応ガス拡散室104を充分に冷却することができない
ため、第2の反応ガス拡散室104内の温度はかなり高
温(約210℃)になつている。ところが、第2の反応
ガス拡散室104内に送り込まれるTEGaは分解温度
が450℃であるのに対し、TEAlはその分解温度が
低い(150〜200℃)。そのため、TEAlはその
多くが第2の反応ガス拡散室104内で分解し反応室1
02にTEAlの状態で到達しないという欠点が明らか
になつた。また、分解しないで反応室102に向かうT
EAlも、連通管119を通る過程で分解し、反応室1
02に入つたとたんに他の反応ガスと反応し連通管11
9の出口付近の反応室102の部分にAlGaAs膜を
つくつてしまう。このため、基板表面に生成されるAl
GaAs膜には所定量以下のAlしか含まれないことに
なり、不良品ができるという問題が生じる。
However, in the above-mentioned semiconductor manufacturing apparatus,
Heat during the AlGaAs film forming process on the substrate surface is the second
And the inner wall temperature of the diffusion chamber 104 increases. In this case, although a cooling water passage 123 is provided in the lower part of the second reaction gas diffusion chamber 104, the cooling water passage 123 sufficiently cools the second reaction gas diffusion chamber 104. Therefore, the temperature in the second reaction gas diffusion chamber 104 is considerably high (about 210 ° C.). However, while TEGa sent into the second reaction gas diffusion chamber 104 has a decomposition temperature of 450 ° C., TEAl has a low decomposition temperature (150 to 200 ° C.). Therefore, most of TEAl is decomposed in the second reaction gas diffusion chamber 104 and
02 was not reached in the TEAl state. Further, T decomposed into the reaction chamber 102 without being decomposed.
EAl is also decomposed in the process of passing through the communication pipe 119, and the reaction chamber 1
02, reacts with other reaction gas as soon as it enters the communication pipe 11.
An AlGaAs film is formed on the reaction chamber 102 near the exit 9. Therefore, Al generated on the substrate surface
Since the GaAs film contains only a predetermined amount or less of Al, there is a problem that a defective product is formed.

【0010】本発明は、このような事情を鑑みなされた
もので、基板表面のAlGaAs膜に含まれるAl量を
低減させることのない半導体製造装置およびその使用方
法の提供をその目的とする。
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing apparatus which does not reduce the amount of Al contained in an AlGaAs film on a substrate surface and a method of using the same.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、真空室と、上記真空室内に設けられる反
応室と、基板表面を反応空間に接した状態にして基板を
保持できるように上記反応室の天井部に設けられる基板
保持部と、上記基板を加熱するように上記基板の上方に
設けられる加熱体と、上記反応室の下方に配設されこの
反応室の底面に連通するガス吹出口群がそれぞれ形成さ
れた第1および第2の反応ガス拡散室と、それ自身の先
端開口が上記第1の反応ガス拡散室内に開口する第1の
反応ガス供給管と、それ自身の先端開口が上記第2の反
応ガス拡散室内に開口する第2の反応ガス供給管を備え
ている半導体製造装置であつて、上記反応室の底面の略
中央部に上記第2の反応ガス拡散室を配設するととも
に、その略中央部を囲う周囲部分に上記第1の反応ガス
拡散室を配設し、上記反応室の底面に形成された上記第
2の反応ガス拡散室のガス吹出口群の周囲を第1の反応
ガス拡散室のガス吹出口群で囲わせ、かつ、上記第2の
反応ガス拡散室の下側に冷却室を設け、上記第2の反応
ガス供給管をこの冷却室を経由させるようにした半導体
製造装置を第1の要旨とし、この半導体製造装置を用い
て、基板の表面に半導体層を成長させる半導体の製法で
あつて、上記真空室内を高真空状態にし、かつ上記基板
をその表面を下側にした状態で反応室の天井部に設けた
基板保持部に取り付け、この基板保持部の上方に配設し
た加熱体の発熱により上記基板を加熱して予熱する際
に、第1の反応ガス拡散室に開口した複数の第1のガス
吹出口から反応室にAs等の第1の反応ガスを少量吹き
出すと同時に、第2の反応ガス拡散室に開口した複数の
第2のガス吹出口から反応室にH2 等のキヤリアガスを
少量吹き出すようにした半導体製造装置の使用方法を第
2の要旨とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a vacuum chamber, a reaction chamber provided in the vacuum chamber, and a substrate which can be held with the substrate surface in contact with the reaction space. A substrate holding portion provided on a ceiling portion of the reaction chamber, a heating element provided above the substrate so as to heat the substrate, and communicating with a bottom surface of the reaction chamber provided below the reaction chamber. First and second reaction gas diffusion chambers each having a gas outlet group to be formed, a first reaction gas supply pipe having its own tip opening opening into the first reaction gas diffusion chamber, and itself. A semiconductor manufacturing apparatus comprising a second reaction gas supply pipe having a front end opening opening into the second reaction gas diffusion chamber, wherein the second reaction gas diffusion pipe is provided substantially at the center of the bottom surface of the reaction chamber. While arranging a room, The first reactant gas diffusion chamber is disposed in a peripheral portion of the first reactant gas diffusion chamber, and the periphery of the gas outlet group of the second reactant gas diffusion chamber formed on the bottom surface of the reactant chamber is defined by the first reactant gas diffusion chamber. A semiconductor manufacturing apparatus which is surrounded by a group of gas outlets, has a cooling chamber provided below the second reaction gas diffusion chamber, and allows the second reaction gas supply pipe to pass through the cooling chamber. 1. A method of manufacturing a semiconductor in which a semiconductor layer is grown on a surface of a substrate by using the semiconductor manufacturing apparatus, wherein the vacuum chamber is in a high vacuum state and the surface of the substrate is on the lower side. When the substrate is heated and preheated by the heat generated by a heating element disposed above the substrate holding unit, the opening is opened to the first reaction gas diffusion chamber. First reaction of As etc. from the plurality of first gas outlets into the reaction chamber Blowing a small amount of scan at the same time, the use of a semiconductor manufacturing apparatus that blows a small amount of Kiyariagasu such as H 2 from a plurality of second gas outlet which opens into the second reaction gas diffusion chamber to the reaction chamber of the second Make a summary.

【0012】[0012]

【作用】すなわち、本発明の半導体製造装置は、反応室
の底面の略中央部に第2の反応ガス拡散室を配設すると
ともに、その略中央部を囲う周囲部分に第1の反応ガス
拡散室を配設し、上記第2の反応ガス拡散室の下側に冷
却室を設け、上記第2の反応ガス供給管をこの冷却室を
経由させるようにしたため、第2の反応ガス拡散室が効
率よく冷却されるとともに、第2の反応ガス拡散室に供
給されたTEAl等が直接反応室に送入されるようにな
る。したがつて、TEAlがそのまま基板面に到達し、
そこで基板の熱ではじめて熱分解し、他の反応ガスと反
応するようになる。その結果、基板面に形成されるAl
GaAs膜には、計算どおりのAlが含まれるようにな
る。また、本発明の使用方法によれば、基板の予熱後、
基板面にAlGaAs膜を生成させる反応開始時におい
て、TEAl等とAs等との無駄な反応を防止すること
ができる。すなわち、基板の予熱時には基板が高温にな
り、それによつて基板からAsが飛び出すという現象が
起きる。これを防止するため、Asガスを第1の反応ガ
ス拡散室を経由して反応室に供給するが、この段階で
は、第2の反応ガス拡散室は圧力がない(この段階では
反応ガスが供給されていないから)。したがつて、反応
室に供給された先のAsが第2の反応ガス拡散室に入り
込み、その状態で続いて第2の反応ガス拡散室にTEA
l等が供給されると、まれに、第2の反応ガス拡散室内
でAlGaAsの生成反応が起きる。このため、本願の
使用方法では、基板の予熱時に、第2の反応ガス拡散室
内にH2 等のキヤリアガスを送入し、基板の予熱時に、
As等が第2の反応ガス拡散室へ侵入することを防止す
る。
According to the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention, the second reaction gas diffusion chamber is disposed substantially at the center of the bottom surface of the reaction chamber, and the first reaction gas diffusion chamber is disposed at the periphery surrounding the substantially center. A cooling chamber is provided below the second reaction gas diffusion chamber, and the second reaction gas supply pipe is caused to pass through the cooling chamber. While being efficiently cooled, TEAl or the like supplied to the second reaction gas diffusion chamber is directly sent to the reaction chamber. Therefore, TEAl reaches the substrate surface as it is,
Therefore, the substrate is thermally decomposed only by the heat of the substrate, and reacts with another reaction gas. As a result, Al formed on the substrate surface
The GaAs film contains Al as calculated. Also, according to the method of use of the present invention, after preheating the substrate,
At the start of the reaction for forming an AlGaAs film on the substrate surface, useless reaction between TEAl or the like and As or the like can be prevented. That is, when the substrate is preheated, the temperature of the substrate becomes high, which causes a phenomenon that As jumps out of the substrate. In order to prevent this, As gas is supplied to the reaction chamber via the first reaction gas diffusion chamber. At this stage, the second reaction gas diffusion chamber has no pressure (at this stage, the reaction gas is supplied). Is not done). Accordingly, the As supplied to the reaction chamber enters the second reaction gas diffusion chamber, and in that state, TEA is subsequently supplied to the second reaction gas diffusion chamber.
When 1 or the like is supplied, rarely, an AlGaAs generation reaction occurs in the second reaction gas diffusion chamber. Therefore, in the method of use of the present invention, a carrier gas such as H 2 is fed into the second reaction gas diffusion chamber during the preheating of the substrate,
As and the like are prevented from entering the second reaction gas diffusion chamber.

【0013】つぎに、本発明を実施例にもとづいて詳し
く説明する。
Next, the present invention will be described in detail based on embodiments.

【0014】[0014]

【実施例】図1は本発明の一実施例を示し、図2はその
要部を示している。これらの図において、1は真空化学
エピタキシー(Vacuum Chemical Epitaxy)系におけるス
テンレス製の真空室であり、この真空室1内には反応室
2が形成されている。この反応室2は、カーボングラフ
アイト製のカツプ状のリアクター3と、マニホールドブ
ロツク4の上板4aとから構成され、リアクター3と上
板4aとで囲われた空間が反応空間となる。上記リアク
ター3には、その天井部に丸孔3aがあけられており、
丸孔3aの周縁に形成された段部にトレー50が載置さ
れている。そして、このトレー50に円形の切欠孔があ
けられ、この切欠孔の周縁に段状に形成された基板保持
部39上に円形のGaAs基板13が着脱自在に載置さ
れる。また、上記リアクター3の内壁面は炭化ケイ素コ
ーテイングされており、リアクター3がカーボングラフ
アイトで構成されていることと相まつて、AlGaAs
膜の形成時に、リアクター3の内壁面がホツトウオール
になる。その結果、As等のガス分子が壁面に衝突して
もその分子粒が壁面に結晶化して付着せずはね返され、
結局、基板表面に形成されるAlGaAsの反応に参加
するようになる。したがつて、原料ガスの使用効率が向
上するようになる。上記マニホールドブロツク4は略中
空円柱状の第2の反応ガス拡散室22と、それを囲う略
ドーナツ状の第1の反応ガス拡散室21とから構成され
ている。この構成が本発明の特徴の一つである。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows a main part thereof. In these figures, reference numeral 1 denotes a vacuum chamber made of stainless steel in a vacuum chemical epitaxy system, and a reaction chamber 2 is formed in the vacuum chamber 1. The reaction chamber 2 includes a cup-shaped reactor 3 made of carbon graphite and an upper plate 4a of a manifold block 4, and a space surrounded by the reactor 3 and the upper plate 4a is a reaction space. The reactor 3 has a round hole 3a in the ceiling thereof.
The tray 50 is placed on a step formed on the periphery of the round hole 3a. Then, a circular cutout hole is formed in the tray 50, and the circular GaAs substrate 13 is removably mounted on a substrate holding portion 39 formed in a stepped shape at the periphery of the cutout hole. The inner wall surface of the reactor 3 is coated with silicon carbide, and in contrast to the fact that the reactor 3 is made of carbon graphite, AlGaAs is used.
When the film is formed, the inner wall surface of the reactor 3 becomes hot water. As a result, even if gas molecules such as As collide with the wall surface, the molecular particles crystallize on the wall surface and are repelled without being attached,
Eventually, it becomes involved in the reaction of AlGaAs formed on the substrate surface. Accordingly, the use efficiency of the source gas is improved. The manifold block 4 comprises a substantially hollow cylindrical second reaction gas diffusion chamber 22 and a substantially donut-shaped first reaction gas diffusion chamber 21 surrounding the second reaction gas diffusion chamber 21. This configuration is one of the features of the present invention.

【0015】上記略ドーナツ状の第1の反応ガス拡散室
21は、下環状ブロツク7と、上環状ブロツク6と、両
ブロツク6,7を区切る区画板17とから構成されてい
る。上記下環状ブロツク7は、下拡散室23を構成する
もので、図2に示すように、環状平板の底壁部8と、こ
の底壁部8の内周縁から立設される内縦壁部9と、上記
底壁部8の外周縁から立設される外縦壁部10と、この
外縦壁部10の外周面に側方へ突出形成される張出部1
1を備えている。この張出部11には、排気口12が周
方向に形成されている。そして、外縦壁部10の下端部
が、マニホールドブロツク4を支受する底板5の外周縁
に形成された溝5aに着脱自在に嵌着されそれによつて
マニホールドブロツク4が反応室4aごと底板5から取
外しうるようになつている。また、上記横壁部11の外
周縁に突条11aが上向きに形成されており、この突条
11aに上記リアクター3の下端に形成された溝3cが
着脱自在に嵌着されている。また、上記両縦壁部9,1
0には、その周面に突条9a,10aが形成され、この
突条9a,10aの上に環状の区画板17が着脱自在に
載置されている。この区画板17は上向きアーチ状に曲
成され、かつ多数の孔20aが形成されている。上記上
環状ブロツク6は、上拡散室24を構成するもので、内
縦壁部14と、外縦壁部15と、マニホールドブロツク
4の上板4aの外周側部からなる多孔横壁部16とを備
えている。この上環状ブロツク6は、上記両縦壁部1
4,15の下端に形成された突条14a,15aを、下
環状ブロツク7の両縦壁部9,10の上端に形成された
溝9b,10bに嵌合することにより、下環状ブロツク
7に対して着脱自在になつている。注目すべきは、多孔
横壁部16の外周側部分が基板13方向を向くように上
向きに屈曲され、かつ多孔横壁部16に形成された多数
のガス吹出口16aが基板13に向けて形成されている
ことである。これにより、各ガス吹出口16aと上記基
板13間の距離が略等しくなり、各ガス吹出口16aか
ら吹き出す反応ガスが基板13に対して単位面積当たり
均一に接触するようになる。なお、外縦壁部15の上端
には、外縦壁部15の上端とリアクター3の天井部との
空隙Aを調節するための排気用縦リング48が、突条1
5bと溝48aとの嵌合により着脱自在に取付けられて
いる(取外すことにより上記空隙Aが広くなる)。この
ようにして構成される第1の反応ガス拡散室21には、
その下環状ブロツク7に、クラツカー(図示せず)を経
由し生成したAsガス(第1の反応ガス)が、第1の反
応ガス供給管40の先端開口40cから吹出供給され
る。より詳しく述べると、図1において、第1の反応ガ
ス供給管40は、クラツカー(紙面の裏側に存在し分配
器44に隠れて見えない)から延びており、分配器44
で2本に分岐され、両分岐管40aの先端が底板5およ
び第1の反応ガス拡散室21の底壁部8を貫通し下拡散
室23内に開口している。図3に第1の反応ガス供給管
40,クラツカー49,分配器44の関係を平面的に示
している。図1は、これら40,49,44を矢印方向
から眺めて示している。そして、上記分岐管40aの先
端開口には、図4に示すように、二股管40bの根元部
が着脱自在に挿入されており、この二股管40bの二股
部分が上記下拡散室24内を図4の鎖線のように延び、
この延設部分の先端部にはガス吐出口40cが下向きに
形成されている(図5参照)。
The first doughnut-shaped first reaction gas diffusion chamber 21 comprises a lower annular block 7, an upper annular block 6, and a partition plate 17 separating the blocks 6 and 7. The lower annular block 7 constitutes a lower diffusion chamber 23, and as shown in FIG. 2, a bottom wall portion 8 of an annular flat plate and an inner vertical wall portion standing upright from an inner peripheral edge of the bottom wall portion 8. 9, an outer vertical wall portion 10 erected from the outer peripheral edge of the bottom wall portion 8, and a projecting portion 1 formed on the outer peripheral surface of the outer vertical wall portion 10 so as to protrude laterally.
1 is provided. The overhang portion 11 has an exhaust port 12 formed in a circumferential direction. The lower end of the outer vertical wall portion 10 is removably fitted into a groove 5a formed on the outer peripheral edge of the bottom plate 5 for supporting the manifold block 4, whereby the manifold block 4 and the reaction chamber 4a together with the bottom plate 5 are attached. It can be removed from. A ridge 11a is formed upward on the outer peripheral edge of the lateral wall portion 11, and a groove 3c formed at the lower end of the reactor 3 is detachably fitted to the ridge 11a. In addition, both the vertical wall portions 9 and 1
In FIG. 0, ridges 9a, 10a are formed on the peripheral surface, and an annular partition plate 17 is detachably mounted on the ridges 9a, 10a. The partition plate 17 is curved in an upward arch shape and has a large number of holes 20a. The upper annular block 6 constitutes an upper diffusion chamber 24. The upper annular block 6 includes an inner vertical wall portion 14, an outer vertical wall portion 15, and a porous horizontal wall portion 16 formed of the outer peripheral side of the upper plate 4a of the manifold block 4. Have. The upper annular block 6 is provided with the two vertical wall portions 1.
The protrusions 14a, 15a formed at the lower ends of the lower annular block 7 are fitted into the grooves 9b, 10b formed at the upper ends of both the vertical wall portions 9, 10 of the lower annular block 7, thereby forming the lower annular block 7. In contrast, it is detachable. It should be noted that the outer peripheral side portion of the perforated horizontal wall portion 16 is bent upward so as to face the substrate 13, and a number of gas outlets 16 a formed in the perforated horizontal wall portion 16 are formed toward the substrate 13. It is that you are. As a result, the distance between each gas outlet 16a and the substrate 13 becomes substantially equal, and the reaction gas blown out from each gas outlet 16a comes into uniform contact with the substrate 13 per unit area. At the upper end of the outer vertical wall portion 15, a vertical exhaust ring 48 for adjusting a gap A between the upper end of the outer vertical wall portion 15 and the ceiling of the reactor 3 is provided.
5b and the groove 48a are fitted so as to be detachable (by removing, the gap A is widened). In the first reaction gas diffusion chamber 21 configured as described above,
As gas (first reaction gas) generated via a cracker (not shown) is blown out and supplied to the lower annular block 7 from the tip opening 40 c of the first reaction gas supply pipe 40. More specifically, in FIG. 1, the first reactant gas supply pipe 40 extends from a cracker (located on the back side of the drawing and hidden behind the distributor 44).
The ends of both branch pipes 40 a pass through the bottom plate 5 and the bottom wall 8 of the first reaction gas diffusion chamber 21 and open into the lower diffusion chamber 23. FIG. 3 is a plan view showing the relationship among the first reaction gas supply pipe 40, the cracker 49, and the distributor 44. FIG. 1 shows these 40, 49, and 44 viewed from the arrow direction. As shown in FIG. 4, a root portion of the forked pipe 40b is removably inserted into the opening of the branch pipe 40a, and the forked portion of the forked pipe 40b shows the inside of the lower diffusion chamber 24. It extends like the chain line of 4,
A gas discharge port 40c is formed downward at the tip of the extension (see FIG. 5).

【0016】上記ドーナツ状の第1の反応ガス拡散室2
1のドーナツ状の中心には、第2の反応ガス拡散室22
が位置決め形成される。第2の反応ガス拡散室22は、
上面に凹部27を有し内部に空洞部36を有する円柱状
の下ブロツク25と、下ブロツク25の凹部27に冠着
される区画板30と、上記下ブロツク25の上面の外周
に設けられる円筒状の上ブロツク26と、円筒状の上ブ
ロツク26の上部開口を蓋する多孔横板部29とから構
成されている。上記下ブロツク25は、第1の反応ガス
拡散室21からの伝熱を遮断する目的で、第1の反応ガ
ス拡散室21と空間(装置駆動時には真空空間となる)
をあけて設けられており、第1の反応ガス拡散室21と
接触する上ブロツク26は、耐熱性断熱材で構成されて
いる。これも本発明の特徴の一つである。そして、下ブ
ロツク25の凹部27に冠着される区画板30には、垂
直方向に多数の孔30aが形成され、上ブロツク26の
上部開口を蓋する多孔横板部29は皿状に湾曲し、かつ
それに形成されたガス吹出口29a(多孔の孔により形
成される)は、中央に位置するものが垂直に、外側のも
のほど外方向を向くよう斜めに形成されている。これに
より、各ガス吹出口29aと基板13間の距離が略等し
くなり、各ガス吹出口29aから吹き出す反応ガスが基
板13に対して単位面積当たり均一に接触するようにな
るのであり、これも本発明の工夫の一つである。そし
て、上記円柱状の下ブロツク25の空洞部36の中心を
通つて第2の反応ガス供給管41が上方に延び、その先
端開口が、下ブロツク25の凹部27の中心に開口され
ている。上記第2の反応ガス供給管41の外周には、空
間をおいて筒体33が設けられ、筒体33の上端は下ブ
ロツク25の空洞部42に連通し、下端は第2の反応ガ
ス供給管41に密封されている。この筒体33と下ブロ
ツク25の空洞部42とにより冷却室36が形成され
る。37は冷却水供給パイプ、38はその排出パイプで
ある。これにより、第2の反応ガス〔例えば、トリエチ
ルガリウム(TEGa)とトリエチルアルミニウム(T
EAl)とキヤリアガスとしての水素からなる混合ガ
ス〕が、冷却室36内の水で事前分解しない程度に冷却
され、特にTEAlが熱分解されることなく反応室2に
供給されるようになる。これも本発明の特徴の一つであ
る。
The above-mentioned donut-shaped first reaction gas diffusion chamber 2
In the center of the first donut, a second reaction gas diffusion chamber 22 is provided.
Are positioned and formed. The second reaction gas diffusion chamber 22 includes:
A cylindrical lower block 25 having a concave portion 27 on the upper surface and having a hollow portion 36 therein, a partition plate 30 mounted on the concave portion 27 of the lower block 25, and a cylinder provided on the outer periphery of the upper surface of the lower block 25 The upper block 26 has a cylindrical shape and a perforated horizontal plate 29 covering the upper opening of the cylindrical upper block 26. The lower block 25 is provided in a space between the first reaction gas diffusion chamber 21 and the space (a vacuum space when the apparatus is driven) for the purpose of shutting off heat transfer from the first reaction gas diffusion chamber 21.
The upper block 26 that is in contact with the first reaction gas diffusion chamber 21 is made of a heat-resistant heat insulating material. This is also one of the features of the present invention. A large number of holes 30a are formed in a vertical direction in the partition plate 30 which is capped in the concave portions 27 of the lower block 25, and the perforated horizontal plate portion 29 covering the upper opening of the upper block 26 is curved in a dish shape. The gas outlets 29a (formed by porous holes) formed therein are formed obliquely so that the one located at the center is vertical and the outer one is more outward. As a result, the distance between each gas outlet 29a and the substrate 13 becomes substantially equal, and the reaction gas blown out from each gas outlet 29a comes into uniform contact with the substrate 13 per unit area. This is one of the inventions. The second reactant gas supply pipe 41 extends upward through the center of the hollow portion 36 of the cylindrical lower block 25, and its tip opening is opened at the center of the concave portion 27 of the lower block 25. A cylinder 33 is provided on the outer periphery of the second reaction gas supply pipe 41 with a space therebetween, and the upper end of the cylinder 33 communicates with the cavity 42 of the lower block 25, and the lower end thereof supplies the second reaction gas. It is sealed in a tube 41. The cooling chamber 36 is formed by the cylindrical body 33 and the hollow portion 42 of the lower block 25. 37 is a cooling water supply pipe, and 38 is its discharge pipe. Thereby, the second reaction gas [for example, triethylgallium (TEGa) and triethylaluminum (T
Mixed gas composed of EAl) and hydrogen as a carrier gas is cooled by water in the cooling chamber 36 to such an extent that the mixed gas is not preliminarily decomposed, and TEAl is supplied to the reaction chamber 2 without being thermally decomposed. This is also one of the features of the present invention.

【0017】なお、46は真空室1の底板部47から上
方に延びる支柱で、底板5を支受している。それ以外の
部分は図9と同じであるから同一部分に同一符号を付し
ている。
Reference numeral 46 denotes a column extending upward from the bottom plate 47 of the vacuum chamber 1 and supports the bottom plate 5. The other parts are the same as those in FIG. 9 and the same parts are denoted by the same reference numerals.

【0018】上記構成において、MESFETエピタキ
シー層の成長形成には、図1のように、反応室2に基板
13(表面が下向きになつている)を装着し、ついで真
空室1内を高真空室状態にするとともに、ヒーター10
5に通電して発熱させ均熱板124で基板13を均一加
熱(予熱)し、基板13を浄化する。すなわち、基板温
度500℃程度で、第1の反応ガス供給管40からAs
ガス〔例えば、AsH3 +H2 (50%+50%)の混
合ガスをクラツキング器を通しそのなかのAsH3 を熱
分解して製造〕を少量、第1の反応ガス拡散室21の下
拡散室24内に10〜15cc/分の量を送り込み、区画
板17に形成されたガス吹出口17aを通して上拡散室
23内に流入させる。この過程でAsガスの混合がなさ
れその濃度の均一化が達成される。このAsガスの少量
の導入は、基板13から飛び出すAsを補う目的であ
る。そして、Asガスを少量導入しながら、基板温度を
700℃程度まで高め基板13を浄化する。この段階で
は、第2の反応ガス拡散室22は反応ガスが供給されて
いないため、ここに上記Asガスが侵入する。この侵入
するAsガスは、熱も帯同するため、第2の反応ガス拡
散室22の上部側が加熱され昇温する可能性がある。そ
の結果、せつかく冷却室36の作用で冷却された第2の
反応ガスが熱分解し、これとAsガスとが反応して第2
の反応ガス拡散室22の上部側に、例えばAlGaAs
膜を形成することが考えられる。本発明は、それを避け
る目的で、基板13を浄化するため加熱する間、第2の
反応ガス供給管41から、例えば水素等のキヤリアガス
を吹き出し続け、第2の反応ガス拡散室22に対するA
sガスの侵入を防止する。これが本発明の使用方法の特
徴である。このようにして上記基板13の浄化を終えた
のち、基板温度を下げ(約600〜650℃)、基板1
3の表面に対する半導体膜のエピタキシヤル成長を行
う。すなわち、第1の反応ガス供給管40からのAsガ
ス(第1の反応ガス)の供給量を増加するとともに、第
2の反応ガス供給管41に、例えば、気化されたトリエ
チルガリウム(TEGa)と、気化されたトリエチルア
ルミニウム(TEAl)と、キヤリアガスとしてのH2
ガスとを所定割合(通常、1:1)で供給し第2の反応
ガスとする。このような、基板13の予熱浄化時におけ
るH2 の供給量と、その後の半導体膜生成時の反応ガス
の供給量との関係を図6にまとめて示す。このようにし
て供給された第1および第2の反応ガスは、両反応ガス
拡散室21,22内において充分攪拌混合され均一状態
となつて各ガス吹出口16a,29aから反応室2内に
吹き出す。この吹き出しの際に、各ガスは、図1に示す
ように、ガス吹出口16a,29aから断面円形状に膨
張しながら吹き出され、断面円形状の状態を維持したま
ま基板13にあたる。図7は、各ガス吹出口16aから
吹き出されたAsガスが基板13の表面に対して突き当
たつたときの突き当り面を円Aで示している。第2の反
応ガスは、円Aの重なり合つた部分Bに対して吹き付け
られる。これにより、各反応ガスの供給圧力の変動によ
る悪影響を排除し、基板13の表面に、均一に無ドープ
のアルミニウム砒化ガリウム(AlGaAs)膜を成長
させる。なお、排ガスは排気口12から外部に排出さ
れ、排気手段によつて排出される。この場合、排気口1
2が反応室2の外周縁に沿つて帯状に形成されているた
め、未消費ガスの排出が全周から均一になされるように
なり、これも反応室2内における反応ガスの均一分布に
寄与している。つぎに、例えばn型ドーパントを上記T
EGa+TEAl+H2 と同じ順路を通つて反応室2へ
吐出させることにより、上記無ドープのAlGaAs層
の表面にn型活性層を成長させる。この後、ガスの供給
をすべて停止した状態で所定時間保持し、基板13を冷
却したのち、反応室2から取り出す。このようにして、
均一なMESFET半導体層を有する半導体を得ること
ができる。なお、上記の実施例装置の使用に際して、基
板13の浄化予熱時に、水素等のキヤリアガスを第2の
反応ガス拡散室22に供給しているが、必ずしもそうす
る必要はない。また、本成長前に第1および第2の反応
ガス拡散室21,22をともに5×10-5トールまで真
空排気してもよい。
In the above-mentioned structure, a substrate 13 (having a surface facing downward) is mounted on the reaction chamber 2 as shown in FIG. 1, and then the inside of the vacuum chamber 1 is formed into a high vacuum chamber for growing the MESFET epitaxy layer. And the heater 10
5, the substrate 13 is uniformly heated (preheated) by the heat equalizing plate 124 to purify the substrate 13. That is, at a substrate temperature of about 500 ° C., As
A small amount of gas (eg, a mixed gas of AsH 3 + H 2 (50% + 50%) produced by passing through a cracking device to thermally decompose AsH 3 therein) and the lower diffusion chamber 24 of the first reaction gas diffusion chamber 21 The gas is fed into the upper diffusion chamber 23 through a gas outlet 17 a formed in the partition plate 17 at a rate of 10 to 15 cc / min. In this process, As gas is mixed and the concentration thereof is made uniform. The introduction of a small amount of As gas is for the purpose of supplementing As which jumps out of the substrate 13. Then, while introducing a small amount of As gas, the substrate temperature is raised to about 700 ° C. to purify the substrate 13. At this stage, since the second reactive gas diffusion chamber 22 is not supplied with the reactive gas, the As gas enters here. Since the invading As gas also contains heat, the upper side of the second reaction gas diffusion chamber 22 may be heated and heated. As a result, the second reaction gas cooled by the action of the cooling chamber 36 is thermally decomposed, and this reacts with the As gas to form the second reaction gas.
The upper side of the reaction gas diffusion chamber 22 is, for example, AlGaAs
It is conceivable to form a film. In order to avoid this, the present invention keeps blowing a carrier gas such as hydrogen from the second reaction gas supply pipe 41 while heating the substrate 13 to purify the substrate 13 so that the second reaction gas diffusion chamber 22 can be cooled.
s Prevents gas from entering. This is a feature of the method of use of the present invention. After the substrate 13 is thus purified, the substrate temperature is lowered (about 600 to 650 ° C.).
3 is epitaxially grown on the surface of the semiconductor film. That is, the supply amount of As gas (first reaction gas) from the first reaction gas supply pipe 40 is increased, and, for example, vaporized triethylgallium (TEGa) is supplied to the second reaction gas supply pipe 41. , Vaporized triethylaluminum (TEAl) and H 2 as carrier gas
The gas is supplied at a predetermined ratio (usually 1: 1) to form a second reaction gas. FIG. 6 shows the relationship between the supply amount of H 2 during the preheating purification of the substrate 13 and the supply amount of the reaction gas during the subsequent formation of the semiconductor film. The first and second reaction gases supplied in this manner are sufficiently stirred and mixed in the two reaction gas diffusion chambers 21 and 22 to be in a uniform state and are blown into the reaction chamber 2 from the respective gas outlets 16a and 29a. . At this time, as shown in FIG. 1, each gas is blown out while expanding in a circular cross section from the gas outlets 16a and 29a, and strikes the substrate 13 while maintaining the circular cross section. FIG. 7 shows the contact surface when the As gas blown out from each gas outlet 16a hits the surface of the substrate 13 by a circle A. The second reaction gas is sprayed on the overlapping portion B of the circle A. This eliminates the adverse effects of fluctuations in the supply pressure of each reaction gas, and grows an undoped aluminum gallium arsenide (AlGaAs) film uniformly on the surface of the substrate 13. The exhaust gas is exhausted to the outside through the exhaust port 12 and is exhausted by the exhaust means. In this case, the exhaust port 1
2 is formed in a belt shape along the outer peripheral edge of the reaction chamber 2, so that the unconsumed gas is uniformly discharged from the entire circumference, which also contributes to the uniform distribution of the reaction gas in the reaction chamber 2. doing. Next, for example, an n-type dopant is
The n-type active layer is grown on the surface of the undoped AlGaAs layer by discharging the reaction chamber 2 through the same path as EGa + TEAl + H 2 . Thereafter, the gas supply is kept stopped for a predetermined time, and the substrate 13 is cooled and taken out of the reaction chamber 2. In this way,
A semiconductor having a uniform MESFET semiconductor layer can be obtained. In using the apparatus of the above embodiment, a carrier gas such as hydrogen is supplied to the second reaction gas diffusion chamber 22 when the substrate 13 is purified and preheated, but this is not always necessary. Before the main growth, both the first and second reaction gas diffusion chambers 21 and 22 may be evacuated to 5 × 10 −5 Torr.

【0019】図8は本発明の他の実施例の要部を示して
いる。この実施例では、第1および第2の反応ガス拡散
室の形状等を図示のように変えている。それ以外の部分
は前記実施例と実質的に同じであるから、同一部分に同
一符号を付して説明の繰り返しを省略する。この実施例
も、前記実施例と同様の作用効果を奏する。
FIG. 8 shows a main part of another embodiment of the present invention. In this embodiment, the shapes and the like of the first and second reaction gas diffusion chambers are changed as shown. The other parts are substantially the same as those of the above-described embodiment, and the same parts are denoted by the same reference numerals and the description thereof will not be repeated. This embodiment also has the same operation and effect as the above embodiment.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上のように、本発明の半導体製造装置
は、反応室の底面の略中央部に第2の反応ガス拡散室を
配設するとともに、その略中央部を囲う周囲部分に第1
の反応ガス拡散室を配設し、上記第2の反応ガス拡散室
の下側に冷却室を設け、上記第2の反応ガス供給管をこ
の冷却室を経由させるようにしたため、第2の反応ガス
拡散室が効率よく冷却されるとともに、第2の反応ガス
拡散室に供給されたTEAl等が直接反応室に送入され
るようになる。したがつて、TEAlが、事前分解され
ることなくそのまま基板面に到達し、そこで基板の熱で
はじめて熱分解し、他の反応ガスと反応するようにな
る。その結果、基板面に形成されるAlGaAs膜に
は、計算どおりのAlが含まれるようになる。また、本
発明の使用方法によれば、基板の予熱後、基板面にAl
GaAs膜を生成させる反応開始時において、TEAl
等とAs等との無駄な反応を防止することができる。す
なわち、基板の予熱時には基板が高温になり、それによ
つて基板からAsが飛び出すという現象が起きる。これ
を防止するため、Asガスを第1の反応ガス拡散室を経
由して反応室に供給するが、この段階では、第2の反応
ガス拡散室は圧力がない(この段階では反応ガスが供給
されていないから)。したがつて、反応室に供給された
先のAsが第2の反応ガス拡散室に入り込み、その状態
で続いて第2の反応ガス拡散室にTEAl等が供給され
ると、まれに、第2の反応ガス拡散室内でAlGaAs
の生成反応が起きる。このため、本願の使用方法では、
基板の予熱時に、第2の反応ガス拡散室内にH2 等のキ
ヤリアガスを送入し、基板の予熱時に、As等が第2の
反応ガス拡散室へ侵入することを防止する。
As described above, in the semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention, the second reaction gas diffusion chamber is disposed substantially at the center of the bottom surface of the reaction chamber, and the second reaction gas diffusion chamber is disposed at the periphery surrounding the substantially center. 1
And a cooling chamber is provided below the second reaction gas diffusion chamber, and the second reaction gas supply pipe is made to pass through the cooling chamber. The gas diffusion chamber is efficiently cooled, and TEAl or the like supplied to the second reaction gas diffusion chamber is directly sent to the reaction chamber. Therefore, TEAl directly reaches the substrate surface without being pre-decomposed, where it is thermally decomposed only by the heat of the substrate and reacts with another reaction gas. As a result, the AlGaAs film formed on the substrate surface contains Al as calculated. Further, according to the method of use of the present invention, after preheating of the substrate, Al
At the start of the reaction for forming a GaAs film, TEAl
It is possible to prevent useless reaction between As, etc. and As, etc. That is, when the substrate is preheated, the temperature of the substrate becomes high, which causes a phenomenon that As jumps out of the substrate. In order to prevent this, As gas is supplied to the reaction chamber via the first reaction gas diffusion chamber. At this stage, the second reaction gas diffusion chamber has no pressure (at this stage, the reaction gas is supplied). Is not done). Therefore, when As previously supplied to the reaction chamber enters the second reaction gas diffusion chamber and TEAl or the like is subsequently supplied to the second reaction gas diffusion chamber in that state, the second reaction gas diffusion chamber is rarely used. AlGaAs in the reaction gas diffusion chamber
Is generated. For this reason, in the usage method of the present application,
At the time of preheating the substrate, a carrier gas such as H 2 is fed into the second reaction gas diffusion chamber to prevent As and the like from entering the second reaction gas diffusion chamber at the time of preheating the substrate.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例の半導体製造装置を示す断面
図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a semiconductor manufacturing apparatus according to one embodiment of the present invention.

【図2】上記半導体製造装置の要部の拡大断面図であ
る。
FIG. 2 is an enlarged sectional view of a main part of the semiconductor manufacturing apparatus.

【図3】上記半導体製造装置を下から見たところを示す
説明図である。
FIG. 3 is an explanatory view showing the semiconductor manufacturing apparatus as viewed from below.

【図4】第1の反応ガス供給管の先端部の斜視図であ
る。
FIG. 4 is a perspective view of a distal end portion of a first reaction gas supply pipe.

【図5】第1の反応ガス供給管の先端開口の断面図であ
る。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a tip opening of a first reaction gas supply pipe.

【図6】基板に対する予熱およびその後の半導体膜形成
時における反応ガス等の供給量の変化を示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a change in the supply amount of a reaction gas and the like during preheating of a substrate and subsequent formation of a semiconductor film.

【図7】基板にガスがあたる状態を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a state where gas is applied to a substrate.

【図8】本発明の他の実施例の要部を示す拡大断面図で
ある。
FIG. 8 is an enlarged sectional view showing a main part of another embodiment of the present invention.

【図9】第1の反応ガス供給管の先端開口の開口状態を
示す説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing an open state of a distal end opening of a first reaction gas supply pipe.

【図10】従来例を示す構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram showing a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 真空管 2 反応室 13 基板 16a,29a ガス吹出口 21 第1の反応ガス拡散室 22 第2の反応ガス拡散室 36 冷却室 39 基板保持部 40 第1の反応ガス供給管 41 第2の反応ガス供給管 43 ヒータ Reference Signs List 1 vacuum tube 2 reaction chamber 13 substrate 16a, 29a gas outlet 21 first reaction gas diffusion chamber 22 second reaction gas diffusion chamber 36 cooling chamber 39 substrate holder 40 first reaction gas supply pipe 41 second reaction gas Supply pipe 43 Heater

フロントページの続き (72)発明者 奥 秀彦 大阪府堺市上野芝向ケ丘町5−743 (56)参考文献 特開 平1−230227(JP,A) 特開 平2−268419(JP,A) 特開 平3−255620(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/205 H01L 21/365 Continuation of the front page (72) Inventor Hidehiko Oku 5-743, Uenoshiba Mukaigaoka-cho, Sakai City, Osaka (56) References JP-A 1-2230227 (JP, A) JP-A 2-268419 (JP, A) JP Hei 3-255620 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/205 H01L 21/365

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 真空室と、上記真空室内に設けられる反
応室と、基板表面を反応空間に接した状態にして基板を
保持できるように上記反応室の天井部に設けられる基板
保持部と、上記基板を加熱するように上記基板の上方に
設けられる加熱体と、上記反応室の下方に配設されこの
反応室の底面に連通するガス吹出口群がそれぞれ形成さ
れた第1および第2の反応ガス拡散室と、それ自身の先
端開口が上記第1の反応ガス拡散室内に開口する第1の
反応ガス供給管と、それ自身の先端開口が上記第2の反
応ガス拡散室内に開口する第2の反応ガス供給管を備え
ている半導体製造装置であつて、上記反応室の底面の略
中央部に上記第2の反応ガス拡散室を配設するととも
に、その略中央部を囲う周囲部分に上記第1の反応ガス
拡散室を配設し、上記反応室の底面に形成された上記第
2の反応ガス拡散室のガス吹出口群の周囲を第1の反応
ガス拡散室のガス吹出口群で囲わせ、かつ、上記第2の
反応ガス拡散室の下側に冷却室を設け、上記第2の反応
ガス供給管をこの冷却室を経由させるようにしたことを
特徴とする半導体製造装置。
1. A vacuum chamber, a reaction chamber provided in the vacuum chamber, and a substrate holding part provided on a ceiling of the reaction chamber so as to hold a substrate with a substrate surface in contact with the reaction space, A heating element provided above the substrate so as to heat the substrate, and a first and a second gas supply port group formed below the reaction chamber and formed with a gas outlet group communicating with a bottom surface of the reaction chamber. A reaction gas diffusion chamber, a first reaction gas supply pipe having its own tip opening opening into the first reaction gas diffusion chamber, and a first reaction gas supply pipe having its own tip opening opening into the second reaction gas diffusion chamber. A semiconductor manufacturing apparatus provided with a second reactant gas supply pipe, wherein the second reactant gas diffusion chamber is disposed substantially at the center of the bottom surface of the reaction chamber, and at the peripheral portion surrounding the substantially center. Providing the first reaction gas diffusion chamber, A group of gas outlets of the second reaction gas diffusion chamber formed on the bottom surface of the reaction chamber is surrounded by a group of gas outlets of the first reaction gas diffusion chamber, and the second reaction gas diffusion chamber is formed. Wherein a cooling chamber is provided under the cooling chamber, and the second reaction gas supply pipe passes through the cooling chamber.
【請求項2】 第1の反応ガス拡散室と第2の反応ガス
拡散室の間に断熱用の空間が設けられている請求項1記
載の半導体製造装置。
2. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein a space for heat insulation is provided between the first reaction gas diffusion chamber and the second reaction gas diffusion chamber.
【請求項3】 上記第1および第2の反応ガス拡散室
が、それぞれ多孔状の区画壁で上下2室に区画形成さ
れ、上下2室に区画形成されたうちの下室に第1の反応
ガス供給管の先端開口が開口され、その先端開口から吹
き出された反応ガスが、上記上下2室を区切る区画壁の
多孔を通つて上室に導かれるようになつている請求項1
記載の半導体製造装置。
3. The first and second reaction gas diffusion chambers are respectively formed into two upper and lower chambers by a porous partition wall, and the first reaction gas diffusion chamber is formed in a lower chamber among the two upper and lower chambers. 2. The gas supply pipe according to claim 1, wherein the gas supply pipe has an opening at the end thereof, and the reaction gas blown out from the opening at the end is guided to the upper chamber through the porosity of the partition wall dividing the upper and lower chambers.
The semiconductor manufacturing apparatus according to the above.
【請求項4】 上記反応室が有底円筒状に形成され、そ
の底面が略半球状にくぼませられ、底面の略中央部のく
ぼみ度合が強く形成されている請求項1記載の半導体製
造装置。
4. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the reaction chamber is formed in a cylindrical shape with a bottom, and the bottom surface is formed in a substantially hemispherical shape, and the degree of depression in a substantially central portion of the bottom surface is formed strongly. .
【請求項5】 請求項1記載の半導体製造装置を用い
て、基板の表面に半導体層を成長させる半導体の製法で
あつて、上記真空室内を高真空状態にし、かつ上記基板
をその表面を下側にした状態で反応室の天井部に設けた
基板保持部に取り付け、この基板保持部の上方に配設し
た加熱体の発熱により上記基板を加熱して予熱する際
に、第1の反応ガス拡散室に開口した複数の第1のガス
吹出口から反応室にAs等の第1の反応ガスを少量吹き
出すと同時に、第2の反応ガス拡散室に開口した複数の
第2のガス吹出口から反応室にH2 等のキヤリアガスを
少量吹き出すようにしたことを特徴とする半導体製造装
置の使用方法。
5. A method for manufacturing a semiconductor, comprising: growing a semiconductor layer on a surface of a substrate by using the semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1; The first reaction gas is attached to a substrate holding portion provided on the ceiling portion of the reaction chamber in a state where the substrate is heated, and the substrate is heated and preheated by the heat generated by a heater disposed above the substrate holding portion. A small amount of a first reaction gas such as As is blown into the reaction chamber from the plurality of first gas outlets opened to the diffusion chamber, and at the same time, from the plurality of second gas outlets opened to the second reaction gas diffusion chamber. using semiconductor manufacturing apparatus is characterized in that so as to blow out a small amount of Kiyariagasu such as H 2 into the reaction chamber.
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