JPS63122214A - 気相成長用反応炉 - Google Patents

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］ 本発明は気相成長用反応炉に関する。

［従来の技術］ 最近、半導体薄膜デバイスの製造技術として、例えばＯ
ＭＶＰＥ法や塩化物ＶＰＥ法の気相成長法（ＶＰＥ法）
を利用する試みがなされている。

ＯＭＶＰＥ法は、通常液体や固体の状態でバブラーの中
に納められた有機金属化合物をＨｌなどのキャリアガス
で蒸気化し、この有機金属化合物の蒸気を尿素化物等と
同時に成長炉に導入し、熱、プラズマあるいは光のエネ
ルギーを用いて化学反応を励起させ、化合物半導体を成
長させる気相成長法であり、有機金属としてＧａ（ＣＨ
ｓ）ｓとＩｎ（ＣＨ３）３、水素化物としてＡ　ｓ　）
［３を用いてＩｎＧａＡｓをＩｎＰ基板上に成長させる
例等がある。

一方、塩化物ＶＰＥ法は、通常液体の状態でバブラーの
中に納められた■族元素の塩化物をＨｌなどのキャリア
ガスでバブリングして塩化物の蒸　　　　　　−気とし
、これを成長炉に導入し、あらかじめ成長炉に納められ
た■族金属と熱的に化学反応させ、化合物半導体を成長
させる気相成長法であり、塩化物としてＡｓＣＱｓとＰ
ＣＱｓを用い、金属としてＩｎとＧａを用いて、夏ｎＧ
ａＡｓＰをＩｎＰ基板上に成長させる例等がある。

第２図は従来例の横型反応炉２０の一部破断斜視図であ
る。第２図において、円筒形状の横型反応炉２０の円筒
の軸方向が水平方向となるように横型反応炉２０が置か
れ、その内部が気密構造となっている。該横型反応炉２
０は該円筒の頂部に有機金属化合物の蒸気又は塩化物の
蒸気にてなる原料ガス（以下、気相成長用原料ガスとい
う。）の供給口２０ａを有し、該供給口２０ａに上述の
ように公知のバブラーにてなる原料ガス供給系１１から
気相成長用原料ガスが供給される。この横型反応炉２０
の内部の円筒の軸方向の略中間位置に、化合物半導体を
気相成長させる基板１０を置くための基板受け２１が置
かれ、この基板受け２１は、横型反応炉２０の円筒の軸
方向に対して成長する半導体の膜厚分布が最良となる角
度の傾斜を有する基板！０の受皿を備える。ここで、基
板里０を反応炉２０内に出し入れするためには、基板受
け２１の側方に設けられた反応炉２０の円筒の軸方向に
延在する棒２２を、反応炉２０の軸方向である図面左か
ら右の水平方向に移動させることによって、該基板受け
２１を移動させることができる。

供給口２０ａに供給される気相成長用原料ガスは、反応
炉２０内で水平方向に進行し、基板受け２Ｉ上の基板１
０の上表面に供給され、一方、別途、熱、プラズマ又は
光のエネルギーを用いて化学反応を励起させることによ
って、基板ｌＯの上表面上に所望の化合物半導体の結晶
を成長させることができる。なお、使用済みの原料ガス
は、排気ポンプ１２によって、排気管１３を介して排気
される。

第３図は従来例の縦型反応炉３０の縦断面図である。・
第３゛′図において、円筒形状の縦型反応炉３０の軸方
向が垂直方向となるように、縦型反応炉３０がチャンバ
３１の側面上に通気可能に置かれ、該反応炉３０の頭頂
部に原料ガス供給系１１と通気可能に連結される供給口
３０ａを有している。

チャン／＜３１の両側面部にそれぞれバルブ３２及びバ
ルブ３３が設けられている。該チャンバ３！とバルブ３
２及び３３を貫通して、マニピュレータ２が設けられ、
そのマニピュレータ２の頭頂部先端に該マニピュレータ
２によって垂直方向に移動可能な基板受け３が備えられ
、化合物半導体の結晶を気相成長させる基板１０が水平
な状態で上記基板受け３上に置かれる。

上記原料ガス供給系１１から供給口３０ａを介して気相
成長用原料ガスが反応炉３０内の基板に供給され、一方
、別途、熱、プラズマ又は光のエネルギーを用いて化学
反応を励起させることによりて、基板１０の上表面上に
所望の化合物半導体の結晶を成長させることができる。

なお、使用済みの原料ガスは排気ポンプ１２によって排
気管１３を介して排気される。

［発明が解決しようとする問題点］ 前者の横型反応炉２０においては、上記原料ガスが供給
口２０ａを介して反応炉２０内に供給され、上記原料ガ
スが基板１０の上表面上−をよどみが少なくかつ該上表
面を滑るように流れるので、良好な化合物半導体の結晶
を成長させることができるが、構造上、基板１０の受は
渡しは、基板ｌＯをのせた基板受け２１を水平方向の軸
を存する棒２２を用いて水平方向に移動させて行う必要
があり、基板ｌＯの受は渡しを自動化するにあたっては
、棒２２のために上下方向のストロークを持つ自動搬送
機構との組み合わせが悪く、従来は、横型反応炉を用い
る気相成長装置において、基板の自動搬送機構を導入す
ることは困難とされてきた。

また、後者の縦を反応炉３０においては、基板ＩＯが水
平な状態で基板受け３に置かれるため、上述のようにマ
ニピュレータ２を用いて基板ｌＯを垂直方向に移動させ
た後、水平方向に他の工程のチャンバへと搬送させるこ
とができるため、基板１０の搬送の自動化が容易である
が、原料ガスが基板ｌＯの上方向から供給されるために
原料ガスの流れによどみが生じやすく、基板１０上に良
好な化合物半導体の結晶を成長させることがむずかしい
という問題点があった。

本発明の目的は以上の問題点を解決し、真空状態等の制
御された雰囲気内で基板１０の搬送を自動化させること
ができるとともに、基板ＩＯ上に良好な化合物半導体の
結晶を成長さ仕ることができる気相成長用反応炉を提供
することにある。

［間層点を解決するための手段］ 本発明は、筒形状の反応炉と、上記反応炉の内部に設け
られ半導体を気相成長させる基板をとう載するとう載手
段と、気相成長用原料ガスが上記基板に対して斜め上方
から流入するように上記反応炉に設けられる原料ガス供
給口と、上記反応炉の内部から使用済みの上記原料ガス
を排気する排気手段とを備えたことを特徴とする。

［作用］ 以上のように構成することにより、上記基板を上記とう
載手段にとう載し、上記原料ガス供給口を介して気相成
長用原料ガスを供給することによって、上記基板の斜め
上方から上記基板の上表面に上記原料ガスがよどみなく
供給されるので、上記基板上に良好な化合物半導体の結
晶を成長させることができるとともに、使用済みの原料
ガスを上記反応炉の内部から上記排気手段により排気さ
せることができる。

また、上記とう載手段により従来例の縦型反応炉と同様
に、例えば基板を水平に位置させることができ、マニピ
ュレータ等を用いて上記基板を垂直方向に移動させるこ
とができるので、水平方向の搬送装置と組み合わせるこ
とにより、上記基板の自動搬送が容易となる。

［実施例コ 第１図は本発明の一実施例である縦型反応炉１を備える
気相成長法による半導体製造装置の縦断面図であり、第
１図において第２図と同一のものについては同一の符号
を付している。

第１図において、４．５及び６は所定の半導体製造工程
を行うためのチャンバであり、該チャンバ４，５及び６
は、バルブ１５及び！６で仕切られチャンバ５，４．６
の順で設けられる。ここで、チャンバ５及び６はそれぞ
れ、バルブ１７及び１８を介して外気と通気可能となる
。また、上記チャンバ４．５及び６の一側面部にそれぞ
れ排気口５ａ、６ａ及び７ａが設けられ、排気口５ａ、
６ａ及び７ａは排気管１３を介して排気ポンプＩ２に連
結される。上記チャンバ４．５及び６間、並びにチャン
バ５及びθと外気との間に設けられるバルブ１５ないし
１８は、各チャンバ４ないし６を気密にするとともに、
基板１０を搬送させるために、開閉可能に構成される。

さらに、該単導体製造装置の外側からチャンバ５へ、ま
たチャンバ５からチャンバ４へ、さらにチャンバ４から
チャンバ６へ、またさらにチャンバ６から該製造装置の
外側へと、基板ＩＯを筒体水平方向に移動させるための
自動搬送装置１９が、各チャンバ４ないし６内並びに、
チャンバ５及び６に接する該半導体製造装置の図面左右
両性側に設けられる。

上記チャンバ４の上部側面部上に円筒形状の縦型反応炉
１がその円筒の軸方向が垂直になるようにかつ上記チャ
ンバ４と通気口１ｈを介して通気可能に設けられるとと
もに、縦型反応炉ｌの頭頂縁部に気相成長用原料ガスを
供給するための供給口１ａを介して供給管１ｃが設けら
れる。この縦型反応炉Ｉの頭頂部は供給口１ａを除いて
密閉され、一方、縦型反応炉！の底項部は通気口１ｈと
なっている。２は、頭頂部に化合物半導体の結晶を気相
成長させる基板１０を水平状態でとう載する基板受け３
を有し、上記基板受け３を垂直方向に移動可能に伸縮自
在であるマニピュレータであり、マニピュレータ２は縦
型反応炉ｌの円筒平面の略中央位置から垂直方向にチャ
ンバ４の略中央位置の底部まで延在しており、基板ＩＯ
に化合物半導体の結晶を気相成長させるｕｆｉ、上記基
板受け３を反応炉ｌの円筒の軸方向の略中間位置に位置
させ、一方、基板ｌＯを他のチャンバ５から及び、他の
チャンバ６へ搬送させるとき、チャンバ４内の自動搬送
装置１９の所定の高さに位置させることができる。上記
供給管Ｌｃは、気相成長用原料ガスを供給する公知の原
料ガス供給系１１に連結されるとともに、該原料ガス供
給系ｉｔから供給される上記原料ガスが該供給管１ｃ及
び供給口１ａを介して反応炉Ｉの円筒の軸方向の略中間
位置にある基板受け３に対して上方から下方への斜め方
向で供給されるように、上記供給管１ｃが供給口！ａに
取り付けられる。

以上のように構成された気相成長法による半導体製造装
置において、チャンバ５において基板ｌＯに対して所定
の第１の半導体製造工程を行った後、基板ＩＯを縦型反
応炉１内に搬送して基板ｌＯの上表面上に化合物半導体
の結晶を成長させ、その後、チャンバ６において所定の
第２の半導体製造工程を行い、処理された基板！０を該
装置から取り出す工程について、以下に説明する。なお
、事前にチャンバ４内のマニピュレータ２を用いて基板
受け３を上記自動搬送装置１９の所定の位置に移動させ
ておくものとする。

まず、バルブ１５．１６及び１８を閉じ、一方、バルブ
Ｉ７を開いて、上記自動搬送装置１９により処理すべき
基板ｌＯをバルブ１７を介してチャンバ５内に搬送させ
た後、バルブ１７を閉じる。

この状態で排気ポンプＩ２を用いて、チャンバ５内の空
気を排気させ、チャンバ５内の基板■０に対して所定の
第１の半導体製造工程を行う。この工程が終了した後、
排気ポンプ１２を用いてチャンバ４および５内を真空状
態に排気させ、バルブ！５を開き、チャンバ５内の基板
ｌＯを自動搬送装置１９によりバルブ１５を介してチャ
ンバ４に搬送させ、さらに、予め所定の高さまで下げで
あるチャンバ４内の基板受け３にとう載する。その後、
基板ｌＯがとう載された基板受け３をマニピュレータ２
を用いて反応炉１の円筒の軸方向の略中間位置であって
、供給口１ａの斜め下方に位置させる。ここで：気相成
長用原料ガスを原料ガス供給系ｌｌから供給口１ａを介
して反応炉ｌ内の基板！０に対して、水平方向に対して
上方から下方への斜め方向で供給し、一方、別途、熱、
プラズマ又は光のエネルギーを用いて化学反応を励起さ
せることによって、基板１０の上表面上に所望の化合物
半導体の結晶を成長さ仕ることができる。

ここで、使用済みの原料ガスは排気ポンプＩ２に、よっ
て排気管１３を介して排気される。

この気相成長法による工程が終了した後、排気ポンプ１
２を用いて、チャンバ４およびθ内を真空状態に排気さ
せ、マニピュレータ２を用いて基板亘０がとう載された
基板受け３をチャンバ４内の所定の自動搬送装置１９の
位置まで移動させる。

そして、バルブ１６を開き、基板ＩＯを自動搬送袋２１
９を用いてバルブＩ６を介してチャンバ６内に移動させ
た後、バルブ１６を閉じる。さらに、チャンバ６内で基
板ｌＯに対して所定の第２の半導体製造工程を行う。こ
の工程が終了した後、チャンバ６内を所定の雰囲気に制
御してバルブ１８を開き、基板ＩＯを自動搬送装置１９
を用いて該半導体製造装置の外側に搬送させ、全工程が
終了する。

以上説明したように、原料ガスの供給口１ａが縦型反応
炉Ｉの頭頂縁部に設けられ、一方、基板１０上に化合物
半導体の結晶を成長させる時に、基板ＩＯがとう載され
る基板受け３を、反応炉ｌの円筒平面の略中間位置に位
置させるので、原料ガスが供給口１ａ又はｌｂから水平
方向に対して上方から下方への斜め方向でよどみなく基
板ＩＯの上表面を滑るように供給されるとともに、使用
済みの原料ガスが排気ポンプ１２によって排気管１３を
介して排気され、従って、基板１０上に、良る。

以上の実施例において、反応炉１を円筒の軸方向が垂直
にされた円筒形状としているが、これに限らず、円形又
は多角形の錐形状を含む筒形状であってもよい。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、気相成長用原料ガ
スが上記基板に対して斜め上方から流入するように、反
応炉に原料ガス供給口を設けたので、上記基板を上記と
う栽手段にとう載し、上記原料ガス供給口を介して上記
原料ガスを供給することによって、上記基板の上方斜め
方向から上記基板の上表面に上記原料ガスがよどみなく
供給されるので、上記基板上に良好な化合物半導体の結
晶を成長させることができる。

また、上記とう載手段により従来例の縦型反応゛　炉と
同様に例えば基板を水平に位置させることができ、マニ
ピュレータ等を用いて上記基板を垂直方向に移動させる
ことができるので、水平方向の自動搬送が容易となる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例である縦型反応炉を備える気
相成長法による半導体製造装置の縦断面図、 第２図は従来例の横型反応炉の一部破断斜視図、第３図
は従来例の縦型反応炉の縦断面図である。 ！・・・縦型反応炉、 １ａ・・・原料ガス供給口、 ２・・・マニピュレータ、３・・・基板受け、ｌＯ・・
・基板、　　　　　１１・・・原料ガス供給系、１２・
・・排気ポンプ、　　１３・・・排気管。 特許出願人　住友電気工業株式会社 代　理　人　弁理士青白　葆ばか１名 第２ｖ！Ｊ ■６ 第３図 ■

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）筒形状の反応炉と、 上記反応炉の内部に設けられ半導体を気相成長させる基
   板をとう載するとう載手段と、 気相成長用原料ガスが上記基板に対して斜め上方から流
   入するように上記反応炉に設けられる原料ガス供給口と
   、 上記反応炉の内部から使用済みの上記原料ガスを排気す
   る排気手段とを備えたことを特徴とする気相成長用反応
   炉。