JPH05160034A

JPH05160034A - 半導体製造装置およびその使用方法

Info

Publication number: JPH05160034A
Application number: JP34803591A
Authority: JP
Inventors: Kenji Okumura; 健治奥村; Toshiji Onishi; 利治大西; Nobunori Omori; 宣典大森; Takeshi Okumura; 毅奥村; Hidehiko Oku; 秀彦奥
Original assignee: Daido Sanso Co Ltd
Current assignee: Daido Sanso Co Ltd
Priority date: 1991-12-02
Filing date: 1991-12-02
Publication date: 1993-06-25
Anticipated expiration: 2015-05-29
Also published as: JP3045854B2

Abstract

(57)【要約】【目的】基板表面のＡｌＧａＡｓ膜に含まれるＡｌ量
の低減を防止する。【構成】真空室１と、この真空室１内に設けられた反
応室２と、この反応室２の天井部に設けられた基板保持
部３９と、ヒーター４３と、第１および第２の反応ガス
拡散室２１，２２と、第１および第２の反応ガス供給管
４０，４１を備えた半導体製造装置である。そして、上
記反応室２の下方に上記第１の反応ガス拡散室２１を環
状に配設し、この環状の中心に上記第２の反応ガス拡散
室２２を配設し、この第２の反応ガス拡散室２２の下側
に冷却室３６を設け、上記第２の反応ガス供給管４１
を、この冷却室３６内を経由させて第２の反応ガス拡散
室２２へ延している。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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
Ｈ₃）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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【００１３】つぎに、本発明を実施例にもとづいて詳し
く説明する。

【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。

【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）。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【図２】上記半導体製造装置の要部の拡大断面図であ
る。

【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。

【図４】第１の反応ガス供給管の先端部の斜視図であ
る。

【図５】第１の反応ガス供給管の先端開口の断面図であ
る。

【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。

【図７】基板にガスがあたる状態を示す説明図である。

【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。

【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。

【図１０】従来例を示す構成図である。

【符号の説明】

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

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims

【特許請求の範囲】

【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。
【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。
【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。
【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。
【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。