JPH01230225A

JPH01230225A - 半導体製造装置

Info

Publication number: JPH01230225A
Application number: JP63191060A
Authority: JP
Inventors: Akira Yoshino; 明吉野; Teiji Watabe; 渡部　鼎士; Kenji Okumura; 健治奥村
Original assignee: Daido Sanso Co Ltd
Current assignee: Daido Sanso Co Ltd
Priority date: 1987-11-30
Filing date: 1988-07-28
Publication date: 1989-09-13
Anticipated expiration: 2011-08-28
Also published as: JP2528165B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、真空室内、特に真空化学エピタキシー（Ｖ
ＣＥ）系において、化合物半導体層を成長させる半導体
製造装置に関するものである。

〔従来の技術）近年、化合物半導体、特に■−Ｖ族化合物（例えばＧａ
Ａｓ）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、エピタキシャル成長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って蒸発させ、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
エピタキシャル（（ＭＢ　Ｅ　）　Ｍｏ１ｅｃｕｌａｒ
　Ｂｅａｍ　Ｅｐｉｔａｘｙ）法や、金属のメチルまた
はエチル化合物の蒸気をＨ２等のキャリアガスで送って
常圧ないし減圧の反応室に導入し、そこで■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）　Ｍｅｔ
ａｌｏｒｇａｎｉｃ　ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ　Ｄ
ｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記のうち、分子線エピタキシャル法は
、大量生産が難しく市場の需要に見合うだけの供給をす
ることが困難であるという問題点を有している。また、
有機金属ＣＶＤ法は、生産能力は上記分子線エピタキシ
ャル法よりも高いが、使用す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くなる
という問題を有している。そのため、高価格を問題とし
ないような特殊用途以外に使用することは困難である。

また、上記有機金属ＣＶＤ法は上記のように反応ガスの
利用効率が悪いことから大量の未反応ガス（毒性ガス）
を生じるうえ、さらに蒸気圧の低い■族化合物をガス化
し搬送する目的で、大量に用いるＨ２等のキャリアガス
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
、これの廃棄等に大きな問題を有している。このような
有機金属ＣＶＤ法による従来の装置は、第１１図に示す
ようになっている。すなわち、真空室１内に配設された
ヒータ２の上に基板３を載置し、この基Ｆｉ３に向けて
真空室１内の上部側に配設されたノズル４から半導体成
長用のガス状化合物を矢印Ａのように吐出するようにな
っている。この装置は、１回の処理ごとに容積の大きな
真空室１に半導体成長用のガス状化合物（反応ガス）を
充満させ、処理後にそれを廃棄するため、廃棄ガス中に
半導体成長に関与していない未反応ガスがかなり多量に
含まれており、反応ガスの利用効率が悪い、また、上記
装置は、基板３をヒータ２の上に載せ基板３を下側から
加熱するため、基板３の上方で矢印Ｂのような熱対流が
生じるとともに、ヒータ２によって加熱された基板３か
ら放散される熱が基板３の上面近傍で矢印Ｃのように生
じる。その結果、ノズル４から吐出されるガス状化合物
が上記矢印Ｂの熱対流、矢印Ｃの放散熱により押し上げ
られてその流れが乱されるため、基板３の上面に均一な
膜成長が行われなくなる。したがって、上記装置には、
得られる半導体膜（半導体Ｎ）の表面を平滑に仕上げる
ことが困難であるという大きな欠点がある。この欠点は
、上記矢印Ｂの熱対流によって基板３面に到達しえず空
中で接触反応して生成したＧａ−Ａｓ粒子フラッグが空
間を浮遊しランダムに半導体膜に付着するということに
より助長される。さらに、上記装置では、供給するガス
の種類を変える場合は、上記ノズル４に連結された複数
のガス供給管のバルブ５，６．７を切り替えるようにな
っている。そのため、複数の種類の異なる半導体層を形
成する場合、バルブ５．６，７の切り替えを頻繁に行わ
なければならず作業性が悪いという問題がある。また、
ノズル４内に、直前に使用した化合物が残留してこれが
不純物となり良質の半導体を得にくいという問題も有し
ている。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、上
記ＭＢＥとＭＯＣＶＤの長所を組み合わせることにより
、半導体層表面が平滑で良質の半導体を、効率よく生産
できる半導体製造装置の提供をその目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、この発明の半導体製造装置
は、高度に真空になしうる真空室と、底板とその外周縁
部から起立する周壁とこの周壁で囲われた空間を蓋する
上板とからなり上記真空室内に設けられる反応室と、こ
の反応室に第１の反応ガスを供給する第１の反応ガス供
給手段と、基板を上記反応空間に接した状態で保持する
ように上記上板に設けられる基板保持部と、上記反応室
の周壁部もしくはこの周壁と上板との間に設けられる反
応ガス排出路と、上記上板の上方に設けられる加熱手段
と、上記反応室の底板に分布形成される多数のノズル孔
と、この反応室の下側に一体的に設けられる第１の混合
室と、端部が上記第１の混合室の壁面に開口し第１の混
合室に第２の反応ガスを注入する第２の反応ガス注入管
と、上記反応室の床板に形成された多数のノズル孔のう
ちの複数のノズル孔にそれぞれ連通するように上記第１
の混合室の天井部に設けられる複数の第１の孔と、上記
第１の混合室の下側に一体的に設けられる第２の混合室
と、端部が上記第２の混合室の壁面に開口し第２の混合
室に第３の反応ガスを注入する第３の反応ガス注入管と
、上記第２の混合室の天井部に形成された複数の第２の
孔と、この第２の混合室の天井部の複数の第２の孔がら
それぞれ上記第１の混合室の床板の未連通の複数のノズ
ル孔に延び両孔を連通ずるダクトを備えるという構成を
とる。

〔作用効果〕

すなわち、この発明の半導体製造装置は、真空室を高度
に真空にして反応ガス分子の平均自由行程を大きくしガ
ス分子を分子線として基板に効率よく衝突させると同時
に、真空室内に、真空室より小容量の反応室を新たに設
け、この反応室に基板を入れ、その状態で反応室に反応
ガス供給手段から反応ガスを供給して半導体層の成長を
行わせるため、反応ガスの利用効率が大幅に向上するよ
うになる。また、この装置は、真空室が、高度に真空に
なっていて蒸気圧の低い■族化合物でもそのままガス化
して使用できるため、■族化合物のガス化ならびに搬送
用のキャリアガスが不要になる。そのため使用後のガス
の廃棄処理も少量ですむようになる。そのうえ、反応室
を構成する上板に基板を保持させ、かつ反応室の底部に
反応ガス吐出部を設けるとともに反応室の上板の上方に
ヒータを設け、反応室内に吐出された反応ガスが熱対流
等により影響を受けないようにしているため、極めて表
面平滑性に富んだ半導体層を形成できるようになる。特
に、この発明の半導体製造装置は、反応室の下側に第１
および第２の混合室を設け、これらの混合室から異なる
流路で反応室に反応ガスを注入するようにしているため
、種類の異なる反応ガスを同時に使用でき、使用方法の
多様化を実現できると同時に、従来のような煩雑なバル
ブ切換を不要化でき、しかもノズル内残留ガスによる不
純物汚染の問題も解消しうるようになる。

つぎに、この発明を実施例にもとづいて詳しく説明する
。

〔実施例〕

第１図ないし第４図はこの発明の一実施例の半導体製造
装置を示している。これらの図において２００は真空化
学エピタキシー（Ｖａｃｕｕｍ　ＣｈｅｍｉｃａｌＥｐ
ｉｔａｘｙ　）系における真空室であり、その真空室２
００内に反応室１０が設けられている。この反応室１０
は、四角板状の床板１２と、その四角板状の床板１２の
四方の周縁部から上方に向かって延びる周壁１６と、そ
の周壁１６の上端に一方向へのスライド自在な状態で載
置される上板１８とで構成されている。この上板１８に
は、その中央部に２個の穴部１８ａが設けられ、この穴
部１８ａに、それぞれ円板状のＧａＡｓ基板３００が、
表面を下側にして穴部１８ａの内周縁に設けられた段部
１８ｂに支持され着脱自在に取付けられている。上記上
板１８は、その左右両側縁が下方にわん曲していて、そ
のわん曲部が、上記四方の周壁１６のうちの相対峙する
左右一対の周壁１６の内側に設けられたスライド段部１
６ａに支持されることにより、真空室２００に連設され
た基板着脱室５０（第４図参照）に向かってスライドで
きるようになっている。第４図において、５１は基板着
脱室５０から弁５２を開いて真空室２００内に延びるマ
ジックハンドで、上記上板１８のわん曲部を挟んだ状態
でスライド移動し、上板１８を反応室１０に適正に着脱
する。５３は弁５２を開く前に基板着脱室５０を真空室
２００と同程度の真空状態にする真空ポンプである。上
記反応室１０の周壁には、外周に沿って所定間隙で排気
口２０が設けられ、反応室１０内の未反応ガスないし余
剰反応ガスを真空室２００に排出するようになっている
。これら排気口２０の全体の面積は反応室１０の上板１
８の面積の略４％に設定されている。１４はそれぞれ床
板１２における上記基板３００の真下の位置に一定間隔
（２５，４ｍｍ）で、かつ上記基板３００に対して垂直
になるように穿設された直径３．２　ｔｍｓのノズル孔
（下側から上側にかけて逆向き円錐状になり、反応ガス
を均一吐出するようになっている。）であり、反応室１
０の下方に配設された第１の混合室２４の天井部に穿設
されている孔２６または３４に連通している。この孔２
６および３４は第５図に示すように、同数個が交互に配
設されており、孔２６は第１の混合室２４内に連通し、
孔３４は第１の混合室２４内を貫通しているダクト３２
を介して混合室２４の下側に設けられた第２の混合室３
０に連通している。第１の混合室２４内には第２図に示
すように、側壁を貫通して原料注入管２２が連通してお
り、この原料注入管２２からトリメチルガリウム（ＴＭ
Ｇａ）やトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）等の■族化合
物（反応ガス）が第１の混合室２４に送り込まれ、また
、ｎ型ならびにｐ型ドーパントが単独でもしくは上記■
族化合物とともに第１の混合室２４に送り込まれるよう
になっている。この化合物等は、第１の混合室２４内で
均一に混合されたのち孔２６およびノズル孔１４を通っ
て、上方に配設されている基板３００に向かって均一な
分布状態で吐出される。また、第２の混合室３０は、下
部側に開口を有し、その開口に、その開口を開閉するた
めのポペット弁からなる排気弁３６が進退自在に設けら
れている。そして、上記第２の混合室３０の側壁には、
原料注入管２８が連結されている。この原料注入管２８
からｎ型、Ｐ型ドーパントもしくはトリエチルアルミニ
ウム（ＴＥＡｆ）等の■族化合物等が第２の混合室３０
に送り込まれるようになっている。上記■族化合物は第
２の混合室３０およびダクト３２内で均一状態に混合さ
れたのち、孔３４を介してノズル孔１４から基板３００
に向けて均一な分布状態で吐出される。なお、上記ダク
ト３２は、第１の混合室２４内において、反応ガスの流
通抵抗になり攪拌作用を奏しめるため、第１の混合室２
４内における反応ガスの混合性の向上に寄与する。また
、上記第１および第２の混合室２４．３０は一体的に形
成されたステンレス鋼製のブロックでできており、ステ
ンレス鋼製の支持体４０で支持されている。４２はＡ　
ｓ　Ｈ３等のＶ族化合物を反応室１０内に供給するため
の供給管であり、第５図のように床板１２上の、孔２６
．３４を左右同数に２分割する位置に配設されている。

そして、この供給管４２には複数個の孔４２ａおよび孔
４２ｂがそれぞれ一定間隔を保った状態で左右２列に穿
設されている。これにより、上記■族化合物が反応室１
０内に均一な分布状態で供給される。４４は反応室１０
の上板１８の上方に配設されたヒータ、４４ｃは均熱板
であり、基板３００を上方から主として輻射熱で加熱す
ることにより、基板３００を、その表面で半導体化合物
が成長できる温度まで加熱すると同時に、その加熱によ
り、熱対流等の影響を受けることなく半導体層が基板３
００の表面に均一に成長しうるようにしている。上記ヒ
ータ４４は第１図（ｂ）に示すように板状カーボングラ
ファイトに筋状切り込み４４ａを交互に設け、両端に電
極４４ｂを取り付けて構成されている。このヒータ４４
は面状に均一加熱可能であるが、ヒータ４４の下側に設
けられた均熱板４４Ｃにより、面状加熱の一層の均一化
がなされるようになる。

動作において、ＭＥＳＦＥＴエピタキシー層の成長形成
には、第１図のように反応室１０に基板３００（表面が
下側になっている）付きの上板ｌ８を装着し、ついで真
空室２００内を、真空度が１０−”トルの真空状態にす
るとともに、ヒータ４４に電荷を負荷してヒータ４４を
発熱させ雰囲気温度を６５０°Ｃに加熱する。その状態
で、基板３００を、略１５分間加熱する。ついで反応室
１０の原料注入管２２からトリメチルガリウム（ＴＭＧ
ａ）やトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）等の■族化合物
を第１の混合室２４内に送り込み混合室２４内で均一状
態に混合したのち、ノズル孔１４から基板３００に向け
て均一な分布状態で吐出させると同時に、供給管４２に
５．ＡｓＨ，またはアルキルアルシン等のＶ族化合物、
例えばトリエチルアルシン（ＴＥＡｓ）を送り込み、こ
れを孔４２ａおよび孔４２ｂから反応室１０内に過剰に
吐出させる。その結果、反応室１０内に供給されるＶ族
化合物は、上記■族化合物等とともに基板３００の表面
を横切って排気口２０の方へと拡散しながら流れていく
。その間に、ＡｓＨ，やＴＥＡｓは熱分解してＡ　ｓ　
ｚになり、基板３００の表面に、上記ガリウム化合物の
ガリウムとともに、接触し、無ドープの砒化ガリウム（
Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　）層等として成長する。また、基板３
００に接触しない未反応の化合物は、排気口２０から外
部に排出され、真空室２００の側方に、排気手段によっ
て吸い込まれる。上記ＧａＡｓ層は、毎時略２μｍの成
長速度で成長させることが好ましく、厚みを略１０４人
に形成させることが好適である。この場合、上記無ドー
プＧａＡｓ層内の不純分の濃度は１ｘ　ｌ　Ｑ　Ｉ５原
子／ｄ以下になるように設定することが好ましい。つぎ
に、ｎ型ドーパントを上記■族、Ｖ族化合物とともに、
もしくは単独で第２の混合室３０から反応室１０に吐出
させることにより、上記無ドープＧａＡｓ層の表面にｎ
型活性層を成長させる。このｎ型活性層は、毎時略２μ
ｍの成長速度で成長させることが好ましく、その厚みが
２Ｘ１０３人で、その中のｎ型ドーパントの濃度が略２
ＸＩＯ”原子／　ｃ４になるようにすることが好適であ
る。そののち、ガスの供給をすべて停止した状態で略工
５分保持する。そして、基板３００を冷却したのち反応
室（真空室２００）１０から取り出す。この取り出しは
、つぎのようにして行われる。すなわち、基板着脱室５
０内の真空度を真空室２００と同程度に高め、ついで弁
５２を開き、マジックハンド５１を延ばして反応室１０
の上板１８（基板３００を有する）を把持させ、その状
態でマジックハンド５１を後退させ、上Ｆｉ１Ｂをスラ
イドさせて反応室１０の周壁１６から取り外し基板着脱
室５０内へ収容するということにより行われる。そして
、取り出された基板３００には、既知の手段によって、
信号源電極、ドレーン電極およびゲート電極が設けられ
る。このようにして、均一なＭＥＳＦＥＴ半導体層を有
する■−■化合物半導体を得ることができる。

第６図ないし第８図は、この発明の他の実施例の連続半
導体製造装置を示している。すなわち、この装置は、円
形の真空室２００内を３個の帯域１００ａ、１００ｂ、
１００ｃに区分し、各帯域１００ａ、１００ｂ、１００
ｃに前記と同様の反応室１０および第１．第２の混合室
２４．３０を設けている。これらの反応室１０の上板１
８は、真空室２００と略同寸法の回転円板６１（第８図
参照）において、各反応室１０に対応する部分に形成さ
れたアーチ状切欠部６０に着脱自在に装着される。すな
わち、上記上ＶｉｌＢは上記アーチ状切欠部６０と略同
形状をしていて、上記アーチ状切欠部６０の内周縁に形
成された段部により着脱自在に支持される。上記上板１
８を保持する回転円板６１は、１回の作業終了ごとに、
真空室２００の中心に設けられた回転軸４００を中心に
ゆっくり回転し、各反応室１０の上板１８を回転方向側
に位置する次の反応室１０に移動させるようになってい
る。なお上記各反応室１０の周壁１６には外周に沿って
所定間隔で排気口２０が設けられている。そして、上記
各反応室１０の作用は、基板着脱室５０に近い帯域１０
０ａの反応室１０が基板３００の予熱、冷却用で、帯域
１００ｂの反応室１０が無ドープ層成長用で、帯域１０
０ｃの反応室１０がｎ型活性層の成長用である。

動作において、各帯域１００ａ、１００ｂ、１００ｃの
上板１８にそれぞれ４個の基板３００を表面を下側にし
て配設し、１日２交替の作業を行うことにより、１週間
に１１５２個の半導体を製造することができる。これを
第９図のＭＥＳＦＥＴエピタキシー層の成長プロセスの
チャートおよび第２図を用いてより詳しく説明する。ま
ず、真空室２００内を、真空度が１Ｏ−７）ルの真空状
態にするとともに、ヒータ４４に電荷を負荷してヒータ
４４を発熱させ雰囲気温度を６５０℃に加熱する。その
状態で、基板３００が取り付けられた上板１８を、基板
着脱室５０からマジックハンド５１を延ばして第１の帯
域１００ａに対応する回転円板６１のアーチ状切欠部６
０に取付け、そこで略１５分間加熱する。ついで基板３
００を上板１８ごと回転させて第２の帯域１００ｂの反
応室１０に移動させる。そこで、前記の装置と同様、ト
リメチルガリウム（ＴＭＧａ）やトリエチルガリウム（
ＴＥＧａ）等の■族化合物を第１の混合室２４内に送り
込み混合室２４内で均一状態に混合したのち、ノズル孔
１４から基板３００に向けて均一な分布状態で吐出させ
る。これと同時に、供給管４２に、ＡｓＨ３またはアル
キルアルシン等のＶ族化合物、例えばトリエチルアルシ
ン（ＴＥＡｓ）を送り込み、これを孔４２ａおよび孔４
２ｂから反応室１０内に過剰に吐出させる。これにより
基板３００の表面に無ドープの砒化ガリウム（ＧａＡｓ
）層を成長させる。つぎに、上記処理を終えた基板３０
０を上板１８ごと第３の帯域１００ｃの反応室１０に移
動させる。そこで、ｎ型ドーパントを、■族化合物とと
もに、第１の混合室２４から反応室ｌＯに吐出させるが
、または単独で第２の混合室３０から反応室１０に吐出
させることにより、上記無ドープＧａＡｓ層の表面にｎ
型活性層を成長させる。そののち、上記■族化合物等の
ガスの供給をすべて停止した状態で略１５分保持する。

そして、さらに、上板１８を回転させて上記の処理を終
えた基板３００を第１の帯域１００ａの反応室１０に戻
し、そこで冷却したのち上板１８ごと基板着脱室５０ヘ
マジツクハンド５１により取り出す。この装置では、上
記の操作を繰返すことにより連続的に半導体を製造する
ことができる。この場合、上記装置の各反応室１０では
同時に各反応室に課された処理がなされることとなる。

このような一連の処理に要する時間は、第１帯域１００
ａでの加熱、冷却にそれぞれ略１５分、第２帯域１００
ｂでの無ドープ層成長に略３０分、第３帯域１００ｃで
のｎ型活性層の成長に略１５分、無成長期間（ガス状化
合物等の供給なし）に略１５分かかり、合計で略１．５
時間となる。したがって、１２個の基板３００の製造に
対して１．５時間を要し、これを１日２交替で連続運転
すると、１週間で１１５２個の半導体を製造することが
できることになる。

次に、第１０図にＨＥＭＴエピタキシー層の成長プロセ
スのチャートを示す。すなわち、上記の方法と同様の方
法において、第２および第３の帯域１００ｂ、！ＯＯＣ
で、第２の混合室３０（第７図）からトリエチルアルミ
ニウム（ｒＥＡｊｌり等のＡｌを含有する■族化合物を
供給することによりＨＥＭＴエピタキシー層を成長させ
ることができる。この場合、まず、上記方法と同様、基
板３００を、第１の帯域１００ａで加熱したのち、第２
の帯域１００ｂでガス状の■族およびＶ族化合物を用い
て、ドーパントの濃度がｌＸｌ０Ｉ５原子／　ｃｉ以下
で、厚みが略１０４人のＧａＡｓ層を成長させ、さらに
上記ガスに加えて、Ａ２含有化合物を第２の混合室３０
から吐出させ、上記ＧａＡｓ層の表面に、厚みが３０〜
１００人で、無ドープのＡ　ｌ　ｚ　Ｇ　ａ　Ｉ−ｚ　
Ａ　３層を成長させる。さらに、第３の帯域１００ｃで
、上記ガス等に加えてｎ型ドーパントを吐出させ、上記
Ａ２□Ｇａ、−□Ａｓ層の表面に厚みが５００人のｎ゛
型Ａ／！２Ｇａ１４Ａ３層を成長させる。この場合、上
記の数Ｚは０．１〜０．９、好ましくは０．２〜０．３
　テある。

そののち、第２の混合室３０の原料供給管２８に設けら
れた排出弁（図示せず）を閉じることによって、上記ガ
ス等のうちのＡ２含有化合物の供給を止め、ｎ型ドーパ
ントを含有する厚みが略１ｏ３人のｎ型ＧａＡｓ層を成
長させる。そして、上記と同様、表面に半導体層が形成
された基板３００を第１の帯域１００ａで冷却したのち
、半導体製造装置の外部に取り出し信号源電極等を付す
。このようにして、ＨＥＭＴ半導体を得ることができる
。この場合に要する時間も上記の方法の場合と同様であ
る。

なお、上記の装置において、ノズル孔１４から基板３０
０までの距離を、その真空状態での■族化合物のガス分
子の平均自由行程（ガス分子が他の分子と衝突して反応
するまでに進む距離）よりも短く、かつ基板３００の表
面への化合物の分散状態が均一になるように設定してお
く。これをより詳しく説明すると、各ノズル孔１４から
上方に逆向き円錐状に拡散していく■族化合物等の先端
に形成される各日が互いに交わる位置に基板３００を配
設しておくとともに、基板３００に到達するガス分子の
分布状態およびその衝突速度が、ガス分子が基板３００
０表面に適当な速度で成長するために充分であるように
設定しておく。または、予め設定されたノズル孔１４か
ら基板３００までの距離に対応させて、真空室２００内
の真空度やガス状化合物の吐出速度を調節したり、孔２
６゜３４およびノズル孔１４の個数、直径等を調節する
。これにより、規定厚み±５％の範囲内の厚み、より好
ましくは規定厚み±１％の範囲の厚みを有する半導体層
を得るようにする。また、ＴＥＧａおよびＡｓＨ，等か
らＧａＡｓを得る場合の反応速度は、一般に、基板３０
０の温度が高いほど早く進行するようになっているが、
基板３００の温度があまり高すぎると層状に形成された
ものが再蒸発し層成長速度を低下させる。このため基板
３００の温度は５００〜７００″Ｃが好ましく、特に好
ましいのは６００〜６５０°Ｃである。また、反応室１
０内の真空状態は１０４トル以下が好ましい、その外、
ＴＥＧａおよびＡｓＨ＋等の速度。

基板３００の温度等の種々の条件の関係を下記の式（１
）、　（２）、　（３）で表すことができる。

この式（１）において、ｆは横丁に示す化合物のビーム
流束、Ｆはその流量、Ａは成長域面積、ａは排気口２０
の面積である。この排気口２０の面積ａは、成長域面積
Ａの４％程度であることが好ましく、４％を越すと■族
化合物が外部に過剰に排出され反応室１０内での分布状
態が均一でなくなる。そのため、得られる半導体層の均
一性が悪くなる。また、４％以下になると、Ｖ族化合物
の反応室１０内部から外部への流れが悪くなり■族化合
物の利用効率が低下し効果的な半導体層の成長が得られ
なくなる。この式（１）はＡｓ、とＧａの密度比が、成
長域面積Ａと排気口２０の面積ａの比およびＡ　ｓ　Ｈ
ｓとＴＥＧａの流量比との積に比例することを示してい
る。

λ　−ｋＴｖｂ／ｗｄａ　　”ＶｈＰ、　　　　　　　
　　、、、、、、（２）この式（２）において、λは■
族化合物の平均自由行程、ｄ、は基板３００に衝突する
分子の平均直径、Ｔは温度、ｖｌはノズル孔１４から吐
出される■族化合物の線分子の速度、ｖｌは基板３００
の近傍で加熱された■族化合物の分子の速度を示してい
る。この式（２）により反応室１０の形状を適正に設定
することができ、ノズル孔１４と基板３００との間の距
離は、■族化合物の平均自由行程λよりも小さく、かつ
基板３００の表面でＶ族化合物が均一に分布されるよう
な距離にしておくことが重要である。

つぎに、反応室１０内の中央部から排気口２０までの間
の圧力低下は、排気口２０を挟んだ反応室１０内と室外
との圧力差に比較して小さくなるようにしなければなら
ない０例えば反応室１０の長さと幅が同じ場合であれば
、反応室１０内においてその中央部から側壁側までのコ
ンダクタンスＣａと、上記反応室１０の外部のコンダク
タンスＧｏとの比は下記の（３）式で表される。

Ｃ１／Ｃｏ　−４ｈ２／ａ　　　＝・・・・（３）この
式において、ｈはノズル孔１４から基板３００までの距
離、ａは排気口２０の面積を示している。この関係にお
いて、Ｃａ　／　Ｃｏが４になることが好、ましい、す
なわち、反応室１０内での圧力変動は略２５％以下であ
ることが好ましい、さらに、この反応室１０内に吐出さ
れる■族化合物は、この反応室１０内の圧力変動に影響
されないように過剰に供給することが好ましい、その場
合でも従来の有機金属ＣＶＤ法と比べてその使用量は１
／２０程度ですむ。

このように、この半導体の連続製造装置は、真空室２０
０内を３個の帯域１００ａ、１００ｂ。

１００ｃに区分し、その各帯域１００ａ、１００ｂ、１
００ｃに配設した反応室１０に基板３００を順次移動さ
せながら連続的に異なる処理を行えるようになっている
。そのため、効率のよい生産ができる。また、それぞれ
の帯域１００ａ、１００ｂ、１００ｃに反応室１０が設
けられ、その反応室１０内で基板３００の処理がなされ
るため、反応ガスを有効に使用できるうえ、各帯域１０
０ａ、１ｏｏｂ、１００ｃの反応室１０でそれぞれ異な
る化合物を使用することができる。したがって、反応ガ
スの利用効率の向上を実現できるとともに、異種の化合
物が他の化合物に不純物となって混入することにより、
半導体層の品質が低下するという事態の発生が防止でき
る。

なお、上記実施例において、反応室１０を円筒形にする
とともに、各上板１８もそれに合わせて円形にして独・
自に各反応室１０に移動できるようにし、かつ各上板１
Ｂをその反応室１０の中心を軸としてゆっくり回転させ
るようにするようにしてもよい。これにより、半導体層
を一層均一状態に形成しやすくなる。また、上記の実施
例では、反応室１０の周壁１６に排気口２０を設けてい
るが、周壁１６に排気口２０を設けず、周壁１６と上板
１８との隙間を排気路にするようにしてもよい。また、
上記装置は、反応室１０として、同形の装置を３個用い
るようにしているが、これに限定するものではなく、さ
らに多くの反応室を加え処理工程を増加させて多層状の
半導体を製造したり、加熱と冷却を別の装置で行っても
よい。また、基板３００の各反応室１０への移動は、上
記実施例のように、回転円板６１の回転により上板１８
を回転させて行うことに限定するものでなく、上板１日
および混合室は固定しておき、底Ｆｉ１２を周壁１６ご
と、次の反応室へ移動させて行うようにしてもよい。さ
らに、第１の帯域１００ａで用いる反応室１０は、ノズ
ル等を設けなく、単に加熱および冷却ができる室として
構成してもよいし、他の帯域１００ｂ、１００ｃの反応
室１０もそこで行われる処理に対応して混合室を１個に
したり、さらに下方に追加して３個にするなど変形させ
てもよい。また、上記実施例の装置および第１図の装置
において、混合室を追加する場合、排気弁３６は最下段
の混合室に設けるか、またはそれぞれの混合室に設ける
ようにしてもよい、また、上記実施例の装置および第１
図の装置では、混合室２４と３０を隔離した室とし、そ
れぞれの混合室に連通したノズル孔１４から異なる原料
ガスを反応室１０に送るようになっているが、混合室２
４および３０を孔等により連通させ、それぞれの原料注
入管２２．２８から送られてくる原料ガスを混合室２４
内で混合したのち反応室１０に送るようにしてもよい。

以上のように、上記実施例の装置および第１図の装置は
、共に、−個の反応室１０にそれぞれ２個の混合室２４
．３０を設けているため、複数の異なる化合物をそれぞ
れのノズルから吐出でき使用方法を多様化することがで
きる。さらにヒータ４４を上板１８の上方に配設し、上
方から基板３００を加熱するとともに、半導体成長用の
ガス状化合物を基板３００の下方から基板３００に向か
って上向きに吐出させるため、ヒータ４４の発熱による
気体の対流に左右されず適正な処理ができ、効果的に良
質の半導体層を均一に成長させることができる。さらに
、未反応のガス状化合物を排出口２０から反応室ＩＯの
外部に排出することにより、反応室ｌＯ内に一定の流速
の化合物の流れを生じさせるようになっているとともに
、混合室２４．３０に連通ずる複数個のノズル孔１４を
２分割する位置に供給管４２を配設しているため、基板
３００の表面に均一状態でＶ族化合物等を送ることがで
き■−Ｖ族化合物からなる半導体層を均一な状態で成長
させることができる。また、第１の装置は、第２の混合
室３０に排気弁３６を設けているためガス状化合物の基
板３００への断続的な供給も可能になる。また、上記再
装置において、ＴＥＡｓは毒性が少ないため、これをＶ
族化金物として使用すると使用後の処理が容易である。

さらに、キャリアガスを用いないため使用ガスが少量に
なり、廃棄等の処理が容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）はこの発明の一実施例の半導体製造装置を
示す縦断面図、第１図（ｂ）はそのヒータの平面図、第
２図は第１図（ａ）の要部の拡大図、第３図はさらにそ
の反応室の斜視図、第４図は基板供給装置を含めた平面
的断面図、第５図は反応室のノズル孔および供給管の分
布状態を示す平面図、第６図はこの発明の他の実施例の
連続半導体製造装置を示す平面図、第７図はそのＡ−Ａ
’における縦断面図、第８図はその回転円板ブロックの
平面図、第９図はＭＥＳＦＥＴエピタキシー層の成長プ
ロセスのチャート図、第１０図は）（ＥＭＴエピタキシ
ー層の成長プロセスのチャート図、第１１図は従来例の
断面図である。１０・・・反応室　１２・・・床板　１４・・・ノズル
孔１６・・・周壁　１８・・・上板　１８ａ・・・穴部
　１８ｂ・・・段部　２０・・・排気口　２２．２８・
・・原料注入管２４．３０・・・混合室　２６・・・孔
　３２・・・ダクト３６・・・排気弁　４２・・・供給
管　４２ａ、４２ｂ・・・孔　４４・・・ヒータ　４４
ｃ・・・均熱板　１００ａ、１００ｂ、１００ｃｍ・・
帯域　２００　・・・真空室３００・・・基板

Claims

【特許請求の範囲】

（１）高度に真空になしうる真空室と、底板とその外周
縁部から起立する周壁とこの周壁で囲われた空間を蓋す
る上板とからなり上記真空室内に設けられる反応室と、
この反応室に第１の反応ガスを供給する第１の反応ガス
供給手段と、基板を上記反応空間に接した状態で保持す
るように上記上板に設けられる基板保持部と、上記反応
室の周壁部もしくはこの周壁と上板との間に設けられる
反応ガス排出路と、上記上板の上方に設けられる加熱手
段と、上記反応室の底板に分布形成される多数のノズル
孔と、この反応室の下側に一体的に設けられる第１の混
合室と、端部が上記第１の混合室の壁面に開口し第１の
混合室に第２の反応ガスを注入する第２の反応ガス注入
管と、上記反応室の床板に形成された多数のノズル孔の
うちの複数のノズル孔にそれぞれ連通するように上記第
１の混合室の天井部に設けられる複数の第１の孔と、上
記第１の混合室の下側に一体的に設けられる第２の混合
室と、端部が上記第２の混合室の壁面に開口し第２の混
合室に第３の反応ガスを注入する第３の反応ガス注入管
と、上記第２の混合室の天井部に形成された複数の第２
の孔と、この第２の混合室の天井部の複数の第２の孔か
らそれぞれ上記第１の混合室の床板の未連通の複数のノ
ズル孔に延び両孔を連通するダクトを備えていることを
特徴とする半導体製造装置。
（２）反応室の床板に分布形成されたノズル孔が、底板
の裏面側から表面側にかけて逆向き円錐状に形成されて
いることを特徴とする請求項（１）記載の半導体製造装
置。
（３）高度に真空になしうる真空室を複数の帯域に区分
し、この複数の帯域のうちの任意の帯域に、請求項（１
）記載の反応室と、第１の反応ガス供給手段と、基板保
持部と、反応ガス排出路と、加熱手段と、複数のノズル
孔と、第１の混合室と、第２の反応ガス注入管と、複数
の第１の孔と、第２の混合室と、第３の反応ガス注入管
と、複数の第２の孔と、ダクトを設けた半導体製造装置
。