JPH08241868A

JPH08241868A - 半導体加工装置

Info

Publication number: JPH08241868A
Application number: JP91896A
Authority: JP
Inventors: Mutsuro Ogura; 睦郎小倉
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1996-01-08
Filing date: 1996-01-08
Publication date: 1996-09-17
Anticipated expiration: 2013-11-05
Also published as: JP2821571B2

Abstract

(57)【要約】【目的】有機金属気相反応炉とこれへの原料ガス供給
装置とを有する半導体加工装置において、反応炉内で基
板表面に成長させられる薄膜中の結晶欠陥の発生を抑制
し、かつ反応炉内において原料ガスの流路と基板の移送
経路とを確実に分離できるようにする。【構成】外管と、外管内に収められる内管70とから反
応炉を構成し、内管70内を原料ガス流が通過するように
する。有機金属気相成長の対象となる基板71を保持する
基板ホルダ72は、内管70の上部に設けられた孔74内に基
板71を落とし込むようにして基板71を収め、当該基板71
の結晶成長面を下向きに保持する。これにより、内管70
に付着した粉末が基板71の該結晶成長面上に落下するの
を防ぐと共に、内管70内の原料ガスの流路と内管70の外
の基板ホルダ72の移送経路とを分離する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有機金属気相成長
室と、それへの原料ガス供給装置とを少なくとも含む半
導体加工装置において、特に有機金属成長室における構
造的な改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】有機金属気相成長法（以下、ＭＯＣＶ
Ｄ）は、分子線エピタキシィ（ＭＢＥ）と並んで化合物
半導体の極薄膜成長に良く用いられているが、特に、Ｍ
ＢＥに比し成長速度が大きく取れ、組成制御も容易なこ
とから、産業的な量産装置においてとか、四元系の薄膜
成長に広く用いられている。

【０００３】ところが、一般にＭＯＣＶＤ量産炉では、
バレル型と呼ばれる縦型炉が用いられるが、例えば研究
開発用としては、一枚づつの成長が可能な横型の反応炉
の方がむしろ望ましいことが多い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、従来の横型
炉を用いるＭＯＣＶＤ成長装置では種々の問題があり、
例えば、成長室内の反応炉内壁上部に付着した多結晶粉
末等の粉末が結晶成長対象の基板表面に落下して結晶欠
陥を生成する等の不都合があった。これを防ぐには頻繁
に炉内洗浄を行わねばならず、保守性、生産性の点で劣
っていた。

【０００５】また、一般に横型炉は内管とこれを収める
外管とから構成され、内管内に原料ガスが通されるが、
当該内管内の原料ガス流路と、内管外側での基板移送経
路とを確実かつ合理的に分離する構造が提案されていな
かった。

【０００６】さらに、ＭＯＣＶＤにより薄膜成長を施し
た被加工半導体には、その後、大気に曝すことなく直ち
にエッチングを施した方が作製されるデバイス作製上も
大いに望ましい場合があるが、従来の装置ではこれに対
応できなかった。

【０００７】本発明はこのような事情に鑑みて成された
もので、少なくとも基板表面に成長させられる薄膜中の
結晶欠陥の発生を抑制し、かつ反応炉内において原料ガ
スの流路と基板の移送経路とを確実に分離できることを
第一の目的とし、これに加えて、反応炉自体に平行平板
型プラズマエッチング装置の機能を組み込むことを第二
の目的としたものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記第一の目的
を達成するため、有機金属気相成長用反応炉を含む有機
金属気相成長室と、水素によってバブラ内の液体有機金
属をバブリングすることで得られた原料ガスを上記反応
炉中に供給する原料ガス供給装置とを少なくとも有する
半導体加工装置であって；上記反応炉は、外管と、該外
管内に収められる内管とから構成され、該内管内を上記
原料ガス流が通過するようになっていると共に；上記有
機金属気相成長の対象となる基板を保持する基板ホルダ
は、上記内管の上部に設けられた孔内に該基板を落とし
込むようにして該基板の結晶成長面を下向きにしながら
該孔内に該基板を収め；これにより該内管に付着した粉
末が該基板の該結晶成長面上に落下するのを防ぐと共
に、該内管内の上記原料ガスの流路と該内管外の基板ホ
ルダの移送経路とが分離されていること；を特徴とする
半導体加工装置を提案する。

【０００９】さらに、上記の第二の目的を達成する上で
装置構造上も合理的な構成として、上記の基本構成に加
え、反応管の材質（一般に石英）をコンデンサの端子間
誘電体として利用し、反応管外管の外壁周囲に第一の金
属板を第一のコンデンサ端子導体として形成し、これと
半径方向内方で対向する位置にあって反応管外管の内壁
周囲に第二の金属板を第二のコンデンサ端子導体として
形成すると共に、第二の端子導体から延長する舌片状の
導体部分を設けてこれを反応管内管の基板ホルダに接触
させ、その一方で反応管内管の内壁において基板に対向
する部位に第三の金属板を設ける構成も提案する。これ
により、第一のコンデンサ端子導体を形成する第一の金
属板と第三の金属板との間に高周波電力を印加すれば、
整合用コンデンサを内包した形で平行平板型プラズマ発
生機構をＭＯＣＶＤ用反応炉自体に組込むことができ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】まず、都合上、図２に即して説明
する所から始めるが、この図２には、本発明の一実施形
態における半導体加工装置の全体的な構造外観例が示さ
れている。図中で右手に位置するＭＯＣＶＤ成長室60に
は横型の反応炉63があり、この反応炉63は後述するよう
に、石英内管（本図中では見えず）と石英外管64とによ
り、入れ子状に構成されている。この反応炉63には後に
詳しく触れる原料ガス供給装置30からの原料ガスが供給
される。そのための接続配管自体には特に改変はなく、
公知構造と同様で良いので、本図でも簡単化のため、図
示を省略している。

【００１１】ＭＯＣＶＤ成長室60ないし反応炉63は排気
チェンバ65を介し図示しないターボ分子ポンプにより排
気されるが、排気チェンバ65の横には、ＭＯＣＶＤ成長
を終えたサンプルを大気に曝すことなく引き続きＥＣＲ
エッチングし得るＥＣＲエッチング室66が接続され、さ
らにこのＥＣＲエッチング室66にロードロック室67が臨
み、これにはまた、磁気結合回転導入機68と真空室68’
とが臨んでいる。また特に、ＥＣＲエッチング室66と、
その両側のロードロック室67及び排気室65との接続には
それぞれ４インチゲートバルブ69が用いられ、さらに各
接続部には、原則として超高真空に対応可能なＩＣＦフ
ランジを用いた。ＭＯＣＶＤ成長室60内の石英外管64は
長さ 1ｍ，直径10cmのフランジ付きで、排気チェンバ65
との接続には中間部分を排気したダブルＯリングを用い
ている。さらに、石英外管64はリニアガイドローラ62に
より支持されており、着脱が容易になっている。

【００１２】しかるに、図１には、ＭＯＣＶＤ反応炉の
一部を構成し、石英外管64内に収められる石英内管70に
関連する部分が示されており、これに本発明による改良
が施されている。既に述べたように、従来の横型ＭＯＣ
ＶＤ反応炉では、加工の対象（薄膜成長の対象）である
べき基板71は、通常、結晶成長面を上向きにして反応炉
内に据えられるため、反応炉内壁に付着した多結晶粉末
が当該基板の結晶成長面上に落下し、結晶欠陥を招くこ
とがあった。特に、反応管壁と基板との間の物理的な間
隔を狭めることで反応ガスの流速を上げることが成長層
の急峻性や均一性を増す上で有効とされているが、その
ようにすると、益々多結晶粉末の落下を起こし易くな
る。実際にも本発明者の知見では、一回の石英管洗浄当
たりの成長回数は極端に制限されてしまった。

【００１３】そこで本発明では、まず、図１に示されて
いるように、基板71は、望ましくはモリブデン製の基板
ホルダ72の下面にこれも望ましくはモリブデン製のクリ
ップ73にて結晶成長面を下向きにして保持されるように
し、石英外管64（図２）内に収められる石英内管70の矩
形断面部分の上面に基板71を丁度収める程度の寸法の角
孔74を開け、基板ホルダ72の周縁部がこの角孔74の周り
に乗るようにしながら基板71を当該角孔74内に落とし込
むようにした。この構造により、基板71上の成長薄膜
に、落下粉末による結晶欠陥が生ずる恐れを低減するに
成功し、しかも、原料ガスの通る内管内の流路と、後述
のように基板ホルダ72を移送する内管外側の移送経路と
を当該角孔74内に収められた基板ホルダ72によって空間
的に分離することができた。

【００１４】また、石英内管70にはその軸方向一端側
（この場合、円形断面に形成された端部側）にあるガス
導入口75から後述の原料ガス供給装置30より原料ガスが
供給されるが、この原料ガスはまた、基板71に至る以前
に拡散部材76を通過する。拡散部材76は、原料ガスを均
一な層流に変換するために用いられており、直径 2mm程
度の石英球を10mm程度の厚さに粗く燒結した、外形状が
矩形のものを用いた。ただし、石英内管70の内部の洗浄
を容易にするため、この拡散部材76も着脱可能にした。
すなわち、石英内管70の上面に拡散部材76を丁度落とし
込むような寸法の開口を開け、これを介して拡散部材76
を所定位置に収めた後、石英カバー78をモリブデン製の
ネジ78’により取り外し可能に固定した。

【００１５】基板温度測定用の温度センサないし熱電対
79は、基板ホルダ72を所定個所に位置させ、基板71を角
孔74内に落とし込んだときに、当該基板ホルダ72に設け
た凹み80内に丁度位置し、この部分で基板ホルダに接触
するように配置位置を調整、設定した。本図中には基板
移送用の一対のフォーク77，77も示されているが、これ
は公知の原理構造に対し、特別に大きな工夫を要した所
はなく、設計的に適当な構造を作製し得た。基板71はこ
の移送用フォーク77，77により、図２に示したエッチン
グ室66またはロードロック室67から移送されて来る。本
装置では、同じく図２に示した磁気結合回転導入機68
と、これに関連する真空室68’内に収めた直線ステージ
を用いて移送用フォーク77，77の上下、左右の移動を制
御した。

【００１６】また、いずれも図示はしていないが、公知
既存の手法に従い、反応炉に対する主排気系にはドライ
ロータリーポンプを用い、ステッピングモータ駆動の可
変コンダクタンスバルブと圧力系とを連動させて反応系
の圧力を制御し、結晶成長後はターボポンプにより高真
空に維持した。

【００１７】ところで、通常、基板71の加熱には当該基
板71に接触したグラファイトが良く用いられる。これに
対し、図示の実施形態においてはモリブデン製の基板ホ
ルダ72を使用している。これは、基板71を反応炉内で下
向きに保持するために、基板ホルダ72に対しネジ止め孔
加工その他、何らかの機械加工が必要となっても、十分
な物理的強度でこれに耐え得るようにしたためである。
しかし、基板71の加熱効率という点では、通常のグラフ
ァイトよりも劣っている。そこで実験により、モリブデ
ン製基板ホルダ72の適否を検討したが、問題ないことが
分かった。モリブデン製基板ホルダ72を使用しても、80K
Hz程度の比較的低周波で表皮効果の影響を低減し、か
つ、基板ホルダ72の板厚を 8mm程度に設計して磁束との
錯交を増せば、均一で比較的効率の良い加熱が保証され
た。図示構成により、2インチ基板を加熱するに要した高
周波数電力は 700℃のとき 3Kw、900℃のとき 4KWであっ
て、グラファイトを用いたときよりも二割程度大きくな
るが、基板71を直接にモリブデン製基板ホルダ72に固定
したため、成長温度の均一性が高く、またグラファイト
に比し吸着ガス量が少ないので、残留酸素濃度を低減で
きるという利点も生まれ、より高品質の結晶成長が可能
となった。

【００１８】ここで再度、図２を見ると、この半導体加
工装置では、ＭＯＣＶＤ成長室60に隣接し、かつ、真空
を破ることなく（ないし少なくとも大気に曝すことな
く）、排気チェンバ65、ゲートバルブ69を介して基板の
相互移送が可能な関係でＥＣＲエッチング室66が設けら
れている。こうした装置構成は、例えばAlGaAs系化合物
半導体の加工において極めて有利である。この種の加工
対象では、アルミニウムの濃度が高い程、酸化され易
く、したがって、一旦大気に曝した後に結晶再成長を行
って埋め込み構造を作ったり、低抵抗オーミックコンタ
クト層を形成することは困難であった。ところが、図示
の構造におけるように、ロードロック室67とＭＯＣＶＤ
成長室60の間にエッチング室66を設けると、ある素工程
で結晶成長を行った基板に対し、エッチング加工を施し
た後にも、当該基板表面を酸化させることなく、引き続
き次の素工程で再度結晶成長を行うことができる。この
効果はかなり大きく、良好なヘテロ界面を持つ半導体レ
ーザや低オーミックコンタクトの化合物半導体トランジ
スタ等を生産性良く作製することができる。

【００１９】図３には、図２の装置で用いられたＥＣＲ
エッチング室66の要部内部構成が概略的に示されてい
る。 1×10^-6Pa程度にも及ぶ超高真空環境で使用可能な
ＥＣＲイオン源を実現するため、マイクロ波導波管の接
続される導波管接続部83からのマイクロ波導入口にはＩ
ＣＦフランジ付きのセラミック窓84を用いた。これは石
英製でも良い。また、反応性ガスは石英製のノズル85を
介しプラズマ発生室86に導かれるが、プラズマ発生室86
は、ニッケルメッキ付きのステンレス容器か、より望ま
しくは導電性の炭化シリコン(SiC) 容器87の内部空間と
して構成されている。プラズマ発生室86を SiCで囲むこ
とは、エッチング後の汚染を軽減する上で効果がある。
また、上述のセラミック窓84は、この容器87の底部に設
けられた開口を物理的に塞ぎ、空間的な隔離状態を形成
する一方で、マイクロ波に対しては導入口を構成するも
のである。

【００２０】電磁石または永久磁石による磁気発生手段
89からの直流磁界印加状態下でマイクロ波導入口である
セラミック窓84を介しマイクロ波を照射すると、プラズ
マ発生室86とその上部に設けられたシース電極91によっ
て限定された空間内にプラズマが発生する。発生したプ
ラズマはプラズマ発生室86のさらに上方に設けられてい
る一対の加速、引き出し電極対90により加速されながら
引き出され、基板ホルダ72に支持されている基板71に照
射される。エッチングを行うには、移送フォーク77によ
り基板71を基板ホルダ72共々、ＭＯＣＶＤ成長室66の内
部からエッチング室内部空間の中央に移送した後、概略
的にその一部を示しているＸＹＺマニュピュレータ92の
先端に固定されているエッチング室内フォーク93により
すくい上げ、水冷プレート94の下に接触しているインジ
ウム板95に基板ホルダ72を押し付ける。インジウム板95
は、基板ホルダ72と基板ホルダ冷却用の水冷プレート94
との間の熱抵抗を低減する効果がある。フォーク93と水
冷プレート94とはセラミック電流導入端子96により電気
的に絶縁され、その結果、イオン電流の測定が可能にな
っている。こうした構成のＥＣＲエッチング室66にて、
プラズマ発生室86、シース電極91、加速電極の電位を+4
00Ｖ、引き出し電極を零電位（接地電位）とし、印加磁
界 0.1Ｔの下、プラズマ発生室に Cl₂ガスを導入しなが
ら電力50Ｗのマイクロ波を照射した所、電流密度 200μ
Ａ／cm² 程度のイオン電流が得られ、GaAsエッチング速
度として60nm／min 程度が得られた。

【００２１】このような構成では、水冷プレート94に直
流電圧や高周波を印加することで基板バイアス状態を変
化させてエッチングを行ったり、いわゆる平行平板型の
高周波エッチングモードを採用することもできる。さら
に、すでに報告されているように、イオン損傷を低減す
るため、引き出し電極90の極性を反転し、塩素ガス雰囲
気中での電子線照射エッチングも可能である。

【００２２】しかるに、上記したＥＣＲエッチングでは
なく、平行平板型のエッチングを採用するのであれば、
本発明のまた特定の態様によると、ＭＯＣＶＤ成長室60
内の反応炉自体をエッチング室として利用する極めて合
理的な構成が提案される。

【００２３】図４には、そのような場合の要部構成が概
略的に示されている。すなわち、図示の構造は、これま
で説明したＭＯＣＶＤ反応炉63の機能とエッチング室66
の機能を併せ持つＭＯＣＶＤ反応炉兼エッチング室100
である。ただし、各構成要素に図１，２中におけると同
一の符号を付して示すように、反応炉としての構造は当
該図１，２に示したものと同じで良いので、これら個々
の構成要素に関する説明はすでに述べた所を援用するこ
とができる。

【００２４】特徴的なことは、反応炉自体に電極構造が
付与されていることと、外管64の材質である石英をマッ
チングコンデンサの端子間誘電体として利用しているこ
とであって、各電極は次のように設けられている。ま
ず、石英外管64の外壁には、軸方向に所定の長さに亙り
外壁のほぼ全周近くを取り囲むように第一の金属板101
が設けられており、かつ、内壁側には、この第一の金属
板101 と対向する関係で第二の金属板102 が設けられて
いる。ただし、この第二の金属板102 は石英外管64の内
壁の全周というより、むしろ当該外管64内に収められる
石英内管70の上面より上方部分にその殆どが設けられて
いる。また、この第二の金属板102 には、これから延長
する舌片状の導体部分 103があり、これが先端近傍で基
板ホルダ72の上面に接触している。一方、反応管内管70
の内壁において基板71に対向する部位には第三の金属板
104 が設けられている。

【００２５】このような構造になっているので、第一の
金属板101 と第二の金属板102 との間の石英外管64の板
厚部分は、第一金属板101 を第一端子導体、第二金属板
102を第二端子導体とするコンデンサの端子間誘電体と
なる。実際、本発明者の実験では、キャパシタンス20pF
程度のコンデンサが得られた。その一方で、第一金属板
101 と第三金属板104 とは、いずれも外部からアクセス
し易い位置に設けられているため、第一金属板101 に適
宜設けた給電部105 と、一般に接地電極となる第三金属
板104 との間に高周波電力を印加することで、整合用コ
ンデンサを内包した形で平行平板型のプラズマ発生機構
を実現することができる。

【００２６】図５には、本発明の半導体加工装置、特に
ＭＯＣＶＤ成長室60に対し原料ガスを供給するに好適な
一例としての原料ガス供給装置30の内部構成の要部が示
されており、また図６には、具体的な各機素の配置関係
例を示すため、当該装置30の要部断面が示されている。
以下、これらの図面に即して説明するが、まず、それぞ
れバブラ41を持つ原料ガス供給系統は三つ以上、もっと
多くの複数系統とされることが多く、実際にも本発明装
置に適用した原料ガス供給装置30ではそうなっている
が、簡単のため、図５では原料ガス供給系統を二つしか
示しておらず、図６ではその中の一つしか示していな
い。また、これら二つの原料ガス供給系統に関し、同一
の機素ないし構成要素については同一の符号を付してお
り、したがって以下に説明する各機素ないし構成要素の
働きはこれら二つのガス供給系統のそれぞれにおいて同
じである。ただし、下側に示されているガス供給系統に
おいては、後に改めて説明するように、バブラ41の出口
側に接続される流量調整弁が二つ（42，42’) ある点で
上側に示されているものと相違する。

【００２７】この装置30の特徴の一つは、バブラ41の出
口側に流量調整弁（ＭＦＣ）42が設けられていて、バブ
ラ41内の液体有機金属をバブリングすることにより当該
有機金属で飽和した水素ガスがこの流量調整弁42にて流
量調整を受ける点である。すなわち、図示しない純水素
源から純水素入力口に供給された純水素は、全ての系統
に共通の入力側流量調整弁32を介し、全ての系統に共通
の水素供給ライン33を通りながら各系統に分岐的に供給
された後、従来はここで各系統に専用の流量調整弁を通
してからバブラに供給されていたのと異なり、単に弁3
4，39を介してバブラ41に与えられる。なお、各弁には
記号AV，MVが付されており、記号MVの付された弁は手動
弁である。これに対し、限定的ではないが、記号AVの示
された弁は一般に空圧弁により構成され、こうした空圧
弁は、これも限定できではないが、従来と同様の構成で
良い電子的制御回路により、所定のプログラムに従って
電磁弁が選択制御されることで空気の送排気が制御され
るに伴い、選択的に開閉駆動される。

【００２８】バブラ41内の液体有機金属材料をバブリン
グした水素は、弁40，36を順に介してＭＦＣ42に与えら
れ、ここで所望の流量に調整された後、弁43を介して装
置内のガス供給ライン45に流され、その後、全ての系統
に共通の可変コンダクタンスバルブ47を介して装置出力
口に至り、ここから図示しない外部配管部材により、こ
れも図示しないＭＯＣＶＤ成長室に送られるか、あるい
は待機状態ないしアイドリング状態下ではＭＦＣ42から
弁44を通り、全系統共通の可変コンダクタンスバルブ48
を含む装置内の排気ライン46介し装置外部に排気され
る。したがって上述の弁43，44は、バブリング後の原料
ガスの行く先を決めるもので、両者相まってマニホルド
バルブないし配管切替弁とも呼ぶことができ、また、こ
れらバルブは、一般に各系統ごとのものが一体の筺体装
置にまとめられてバルブユニットを構成する。

【００２９】しかるに、ＭＦＣ42をバブラ出口側に配す
ると、後に改めて検討するように装置構成自体は極めて
簡単になり、かつ性能的にも大いなる向上が見込まれる
が、当該ＭＦＣ42を通る水素ガスはすでに有機金属で飽
和しているので、配管がバブラと同程度の温度の場合、
当該ＭＦＣ42内の絞りで断熱膨張が起こり、有機金属が
凝集する恐れがある。そこで図示装置30では、装置内の
配管系の全体が恒温槽31に収められている。これによ
り、例えばバブリング温度が−10℃から＋30℃程度の場
合、恒温槽31を例えば60℃程度にして、配管部分ではバ
ブリング温度より20ないし30℃程度、高めの温度が維持
されるようにすれば、そうした凝集の問題は解決でき、
以下に述べるように、ＭＦＣ42をバブラ出口側に設けた
ことの長所のみを引出すことができる。なお、原理的に
は、バブラ41の出口からＭＦＣ42を介し、分配バルブ4
3，44に至る程度までの部分を恒温槽31に入れれば、上
述の凝集という問題は殆ど解決できるが、実際に装置を
作る上では図示の通り、装置30内の配管系のほぼ全体を
恒温槽31に入れた方が、作製上もむしろ簡単であるし、
他の配管系も恒温化できるのでより望ましいことが多
い。

【００３０】上述の構成により、ＭＦＣ42による流量調
整の精度が高まったこともあって、図示装置30の場合、
さらに幾つかの工夫を施すことができている。例えば、
水素供給ライン33は全ての系統に共通の一本とし、この
供給ライン33から分岐的に得られる排気ライン49も全系
統に共通とした外、この共通排気ライン49に関して単一
の圧力ゲージ50を設け、その検出圧力に基づき図示しな
い電子的制御装置によりＭＦＣ32を帰還制御し、系内圧
力を安定化させている。例えば本発明者による実験下で
は、共通の水素供給ライン33内の圧力を 900torrに保
ち、かつ有機金属の混合を防ぐため、共通排気ライン49
内には常に 200ないし 300sccmの水素を流した。これは
また、圧力制御の過渡応答特性の改善にも役立ってい
る。なお、共通排気ライン49から可変コンダクタンスバ
ルブ51を介してや、バブラ41周りの弁37を介する排気な
いし真空引きは、装置内の共通排気管52から真空吸引器
（図示せず）に公知の接続手法で接続されることにより
行われる。

【００３１】さらに、制御回路系につき具体的には図示
していないが、バブラ前後の圧力を監視し、水素供給圧
が１気圧より低下したり、バブラ出口の圧力が供給圧を
越えた場合にはバブラ前後の弁34，36を閉じるプログラ
ムを組み、誤操作による有機金属の逆流を防いだ。ま
た、バブラ41周りの弁であってバブリング時、アイドリ
ング時、排気時等においてそれぞれ選択的に開閉される
弁34，35，36，37は、複合バルブユニット38として単一
ボディにコンパクトにまとめ、原料ガスの停留を抑止し
た。

【００３２】このようなことから、従来の原料ガス供給
装置では各系統ごとに必要であった個別の圧力ゲージ
や、これに基づき帰還制御される個別の流量調整弁、そ
して個別手動オリフィス等は図５，６に示した装置30で
は不要となり、全系統に共通の一つに節約でき、部品点
数はかなり減らすことに成功している。実際上も、既述
のように七系統も八系統も一つの装置内に設ける場合の
ように、系統数が増える程、この部品節約効果はかなり
大きいものがある。さらに、図示装置30の場合、配管全
体が常にベイキング状態にあるので有機金属の残存が少
なく、保守上も極めて有利な外、ＭＦＣ42の出口が減圧
された配管切替弁43，44に直接に接続されるので、当該
ＭＦＣ42から先のガス容量が少ないこともあって、流量
制御の高速応答性に優れている。

【００３３】また、図５中の下側の系統に示されている
ように、バブラ41からの出力を複数（図示の場合二つ）
のＭＦＣ42，42’に与える構成は、デバイス構築のため
の半導体加工の実際上、かなり有効である。例えば、光
電子デバイスではアルミニウム組成の異なるAlGaAs層を
組合せて発光波長の異なる量子井戸を作製したり、組成
を連続的に変化させた薄膜積層構造等が必要になる。こ
うした場合に、一般にＭＯＣＶＤではあらかじめ次の工
程で必要な流量の原料ガスをアイドリングモードで排気
ラインの方に流しておき、必要になったときに分配切替
弁を急激にガス供給ラインの方に切り替えて組成の異な
る成長層相互の急峻性を確保するよう努める。しかる
に、従来装置では、このような要求に対応するには同一
の原料液体を収めたバブラ自体、二つ必要になり、換言
すれば同一の配管系を二つ、必要とする。ところが図示
装置30では、原料ガスの流量を制御するＭＦＣ42がバブ
ラ出口側に設けられるので、このＭＦＣ42を複数にすれ
ば、単一のバブラで上述の目的に対処できる。すなわ
ち、図５中にあって下側に示されている系統中、現在使
用中のＭＦＣ42に対し、次の工程で必要な流量をもう一
つのＭＦＣ42’にて規定しながら弁43’を閉じ、弁44’
を開いてあらかじめ排気ライン46の方に流しておけば、
必要なタイミングで弁43’と弁44を急激に開き、対して
弁44’と弁43を急激に閉じれば、バブラ41は一台である
にもかかわらず、原料ガス供給ライン45を介し、急峻に
流量の異なる原料ガスをＭＯＣＶＤ反応炉63に供給する
ことができる。

【００３４】また、二つのＭＦＣ42，42’の流量の和が
常に一定になるように制御すると、バブラ41への水素供
給量を一定に保つことができ、これにより有機金属の飽
和度の変動を抑えることができるので、複雑で急峻な組
成分布に対しても再現性の良い結果が得られる。これは
実験により確認されている。

【００３５】図７には、やはり本発明の実験に際し、原
料ガス供給装置30中にて用いられた実際のバブラの機械
構造が示されており、これにも工夫が施されている。従
来においては、液体金属を収めるバブラボトル53におけ
る対流効果や熱伝導特性改善のために用いられる外部塗
布用シリコンオイルの熱伝導遅れにより、正確な温度制
御が困難であった。そこで、バブラボトル53の径に合わ
せた内径の盲孔を持つ銅ブロック54を用意し、この中に
少量のシリコンオイルと共にボトル53を直接に収めるよ
うにした。これにより上述の問題は軽減し、高い温度制
御特性を得ることができた。また、恒温槽31内における
バブラ41の周囲温度が高いために、銅ブロック54に接触
させるペルチェ素子55には水冷ジャケット56を付した。

【００３６】以上説明したような本発明による半導体加
工装置を用い、実際にAlGaAs系の量子井戸型面発光レー
ザを作製した所、極めて良好な結果が得られた。ちなみ
に、実際に作製された面発光レーザの特性は、15μｍ²
から20μｍ² のものでしきい値電流 3ないし5mA、しきい
値電流密度1KA 程度と、現時点で得られる最高水準のも
のとなった。これには基板の結晶成長面を下向きにした
構成や、既述した他の工夫も大いに寄与している。

【００３７】

【発明の効果】本発明によると、ＭＯＣＶＤ用成長室と
これへの原料ガス供給装置とを含む半導体加工装置にお
いて、結晶欠陥の低減や、反応炉の保守性の向上等、従
来にない多々なる利点を得ることができる。

【００３８】さらに、本発明の特定の態様においてＭＯ
ＣＶＤ反応炉に対しエッチング室を並設するか、ＭＯＣ
ＶＤ反応炉自体をエッチング室としても兼用する構成を
採用すると、各種半導体デバイスを作製する上で、不測
にも形成された酸化膜の除去工程等が不要となり、製造
工程を結果として単純化したり、作製されるデバイス自
体の特性を飛躍的に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従った、ＭＯＣＶＤ反応炉の石英内管
に関する一構造例の説明図である。

【図２】本発明の望ましい一実施形態における装置の全
体構成の説明図である。

【図３】本発明装置に組み込むと望ましいＥＣＲエッチ
ング室の概略構成図である。

【図４】本発明に従い、ＭＯＣＶＤ反応炉をエッチング
室としても利用する場合の望ましい構造例の概略的な説
明図である。

【図５】本発明の半導体加工装置に用いると好適な原料
ガス供給装置の一例における配管系統の説明図である。

【図６】図５の原料ガス供給装置の要部を概略的に示す
断面図である。

【図７】本発明の半導体加工装置に用いると好適なバブ
ラの説明図である。

【符号の説明】

30 原料ガス供給装置； 31 恒温槽； 60 ＭＯＣＶＤ成長室； 63 反応炉； 64 石英外管； 65 排気チェンバ； 66 ＥＣＲエッチング室； 67 ロードロック室； 70 石英内管； 71 基板； 72 基板ホルダ； 74 角孔； 76 拡散部材； 77 移送用フォーク； 78 石英カバー； 83 マイクロ波導入口； 84 セラミック窓； 85 石英ノズル； 86 プラズマ発生室； 87 導電性炭化シリコン容器； 90 加速、引き出し電極対； 91 シース電極； 92 ＸＹＺマニュピュレータ； 93 エッチング室内フォーク； 94 水冷プレート； 95 インジウム板； 100 ＭＯＣＶＤ反応炉兼エッチング室； 101 第一金属板； 102 第二金属板； 103 舌片状導体部分； 104 第三金属板； 105 給電部．

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機金属気相成長用反応炉を含む有機金
属気相成長室と、水素によってバブラ内の液体有機金属
をバブリングすることで得られた原料ガスを上記反応炉
中に供給する原料ガス供給装置とを少なくとも有する半
導体加工装置であって；上記反応炉は、外管と、該外管
内に収められる内管とから構成され、該内管内を上記原
料ガス流が通過するようになっていると共に；上記有機
金属気相成長の対象となる基板を保持する基板ホルダ
は、上記内管の上部に設けられた孔内に該基板を落とし
込むようにして該基板の結晶成長面を下向きにしながら
該孔内に該基板を収め；これにより該内管に付着した粉
末が該基板の該結晶成長面上に落下するのを防ぐと共
に、該内管内の上記原料ガスの流路と該内管外の基板ホ
ルダの移送経路とが分離されていること；を特徴とする
半導体加工装置。
【請求項２】請求項１に記載の装置であって；上記反
応炉の上記外管に対し、その軸方向及び周方向にそれぞ
れ所定の寸法で沿った第一の金属板と，該外管の内壁に
おいて上記第一の金属板と対向し、該第一の金属板との
間でコンデンサを形成する第二の金属板と，該第二の金
属板から延長し、上記基板ホルダに接触する導体部分
と，上記内管の内壁に沿い上記導体部分に対向する第三
の金属板と，をさらに有し；該第一、第三金属板がプラ
ズマ発生用高周波電力を印加するための一対の電極とな
っていることで、該反応炉は平行平板型プラズマ発生機
構を持つエッチング室としても機能すること；を特徴と
する半導体加工装置。
【請求項３】請求項１に記載の装置であって；上記有
機金属成長室に隣接して真空を破ることなく上記基板を
上記移送可能な関係でエッチング室を設けたこと；を特
徴とする半導体加工装置。
【請求項４】請求項３に記載の装置であって；上記エ
ッチング室はＥＣＲエッチング室であること；を特徴と
する半導体加工装置。
【請求項５】請求項４に記載の装置であって；上記Ｅ
ＣＲエッチング室へのマイクロ波導入口から導入される
マイクロ波は、石英またはセラミック窓を介して室内に
導入されること；を特徴とする半導体加工装置。
【請求項６】請求項４または５に記載の装置であっ
て；上記エッチング室内におけるプラズマ発生室は、導
電性炭化シリコン容器により構成されていること；を特
徴とする半導体加工装置。
【請求項７】請求項４，５または６に記載の装置であ
って；上記エッチング室内において上記基板ホルダを冷
却する水冷プレートは、インジウム板を介して該基板ホ
ルダに接触していること；を特徴とする半導体加工装
置。
【請求項８】請求項４，５，６または７に記載の装置
であって；上記反応炉内には、上記基板を挟む関係でプ
ラズマ発生用高周波電力印加用の一対の金属板が設けら
れ、これにより該反応炉は、平行平板型プラズマ発生機
構を持つエッチング室としても機能すること；を特徴と
する半導体加工装置。
【請求項９】有機金属気相成長用反応炉を含む有機金
属気相成長室と、水素によってバブラ内の液体有機金属
をバブリングすることで得られた原料ガスを上記反応炉
中に供給する原料ガス供給装置とを少なくとも有する半
導体加工装置であって；上記反応炉は外管と該外管内に
収められる内管とから構成され、該内管内を上記原料ガ
ス流が通過するようになっていると共に；上記有機金属
気相成長の対象となる基板を保持する基板ホルダは、上
記内管の上部に設けられた孔内に該基板を落とし込むよ
うにして該基板の結晶成長面を下向きにしながら該孔内
に該基板を収め；これにより該内管に付着した粉末が該
基板の該結晶成長面上に落下するのを防ぐと共に、該内
管内の上記原料ガスの流路と該内管外の基板ホルダの移
送経路とが分離されている一方；上記反応炉には、該反
応炉の上記外管に対し、その軸方向及び周方向にそれぞ
れ所定の寸法で沿った第一の金属板と，該外管の内壁に
おいて上記第一の金属板と対向し、該第一の金属板との
間でコンデンサを形成する第二の金属板と，該第二の金
属板から延長し、上記基板ホルダに接触する導体部分
と，上記内管の内壁に沿い上記導体部分に対向する第三
の金属板とが設けられ；該第一、第三金属板がプラズマ
発生用高周波電力を印加するための一対の電極となって
いることで、該反応炉は平行平板型プラズマ発生機構を
持つエッチング室としても機能すること；を特徴とする
半導体加工装置。