KR950008843B1

KR950008843B1 - Apparatus for producing semiconductors

Info

Publication number: KR950008843B1
Application number: KR1019880011438A
Authority: KR
Inventors: 아끼라 요시노; 데이지 와따나베; 시게루 구로미야
Original assignee: 다이또오 산소 가부시끼가이샤; 아오끼 히로시
Priority date: 1987-11-30
Filing date: 1988-09-03
Publication date: 1995-08-08
Also published as: KR890008911A

Abstract

내용 없음.No content.

Description

Semiconductor manufacturing device

제1도(a)는 본 발명의 제1실시예의 반도체 제조장치를 나타내는 단면도.1A is a cross-sectional view showing a semiconductor manufacturing apparatus of a first embodiment of the present invention.

제1도(b)는 제1실시예에서 사용된 히터의 평면도.FIG. 1B is a plan view of the heater used in the first embodiment. FIG.

제2도는 제1도(a)의 주요부의 확대도.2 is an enlarged view of a main part of FIG.

제3도는 제1도실시예에서 사용된 반응실의 사시도.3 is a perspective view of the reaction chamber used in the first embodiment.

제4도는 제1실시예의 기판 공급장치를 포함한 제1실시예의 평면적 단면도.4 is a plan sectional view of the first embodiment including the substrate supply apparatus of the first embodiment.

제5도는 제1실시예의 반응실의 노즐구멍 및 공급관의 분포 상태를 나타낸 평면도.5 is a plan view showing a distribution state of nozzle holes and supply pipes in the reaction chamber of the first embodiment.

제6도는 본 발명의 제2실시예의 연속 반도체 제조장치를 나타내는 평면도.6 is a plan view showing a continuous semiconductor manufacturing apparatus of a second embodiment of the present invention.

제7도는 제6도의 A-A'선을 따른 종단면도.FIG. 7 is a longitudinal cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 6.

제8도는 제2실시예의 회전 원판 블럭의 평면도.8 is a plan view of the rotating disc block of the second embodiment.

제9도는 MESFET 에피택시층의 성장 프로세스의 차트도.9 is a chart of the growth process of the MESFET epitaxy layer.

제10도는 HEMT 에피택시층의 프로세스 챠트도.10 is a process chart diagram of a HEMT epitaxy layer.

제11도는 종래기술에 대한 반도체 제조장치의 개략적인 구성도.11 is a schematic configuration diagram of a semiconductor manufacturing apparatus according to the prior art.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

10 : 반응실 12 : 바닥판10: reaction chamber 12: bottom plate

14 : 노즐구멍 16 : 벽14 nozzle hole 16 wall

18 : 상판 18a : 구멍부18: top plate 18a: hole

18b : 단부 20 : 배기구18b: end 20: exhaust port

22, 28 : 원료주입관 24,30 : 혼합실22, 28: raw material injection pipe 24, 30: mixing chamber

26 : 구멍 32 : 덕트26: hole 32: duct

36 : 배기밸브 42 : 공급관36: exhaust valve 42: supply pipe

42a, 42b : 구멍 44 : 히터42a, 42b: hole 44: heater

44c : 균열판 100a,100b,100c : 대역44c: crack plate 100a, 100b, 100c: band

200 : 진공실 300 : 기판200: vacuum chamber 300: substrate

500 : 냉각수 자켓 500a : 냉각수 파이프500: coolant jacket 500a: coolant pipe

본 발명은 진공실내, 특히 진공 화학 에피택시(VCE)계에 있어서 화합물 반도체층을 성장시키는 반도체 제조장치에 관한 것이다.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.

최근 화합물 반도체 특히 Ⅲ-Ⅴ족 화합물(예를들어, GaAs)이 종래의 규소 반도체 보다도 뛰어난 성능을 가지므로 그 수요가 증가하고 있다. 이러한 화합물 반도체의 제조방법으로 에피택셜 성장시키는 화합물에 필요한 원자를 고체 재료로부터 히터건에 의해 증발시켜 이것을 분자선의 형태로 기판에 충돌시켜 기판위에 막을 성장시키는 분자선 에피택셜법이나 금속의 메틸 또는 에틸 화합물의 증기를 H₂등의 운반가스로 보내 상압 내지 감압된 반응실로 도입하며, 거기서 V족의 수소화합물과 혼합한 후 가열한 기판 위에서 반응시켜 결정을 성장시키는 유기금속 CVD법등이 있다.In recent years, compound semiconductors, especially Group III-V compounds (for example, GaAs) have superior performance than conventional silicon semiconductors, and their demand is increasing. A molecular beam epitaxial method or a methyl or ethyl compound of a metal which evaporates atoms necessary for a compound to be epitaxially grown by such a compound semiconductor from a solid material by a heater gun and impinges them on a substrate in the form of a molecular beam to grow a film on the substrate. there is a metal organic CVD beopdeung introducing the steam chamber from atmospheric pressure to reduced pressure and send the response to the carrier gas such as H _2, and, where a substrate is heated from above by reacting hydrogen and then a solution of compound of V group crystal growth.

그러나 상기 분자선 에피택셜법은 대량 생산이 어려워서 시장의 수요에 맞출 만큼의 공급이 곤란하다고 하는 문제점이 있다. 또 유기금속 CVD법은 생산능력은 상기 분자선 에피택셜법보다 높지만 사용하는 반응가스가 고가이며, 또 그 성장기구를 위한반응가스의 이용효율이 나빠진다고 하는 문제점을 갖고 있다. 따라서 가격에 구애받지 않는 특수한 용도의 경우를 제외하고는 사용 일반적으로 하는 것이 곤란하다. 또 상기 유기금속 CVD법은 상기와 같이 반응가스의 이용효율이 나쁘기 때문에 대량의 미반응 가스(독성가스)가 생기며, 증기압이 늦은 Ⅲ족 화합물을 가스화하여 반송할 목적으로 대량으로 사용되는 H₂등의 운반가스가 상기 미반응가스에 가해지기 때문에 다량의 독성가스가 생기며 이 독성가스의 폐기등에 커다란 문제를 갖고 있다.However, the molecular beam epitaxial method has a problem that it is difficult to supply enough to meet the market demand because mass production is difficult. The organometallic CVD method has a problem that the production capacity is higher than that of the molecular beam epitaxial method, but the reaction gas used is expensive and the utilization efficiency of the reaction gas for the growth mechanism becomes poor. Therefore, it is difficult to use generally except in the case of the special use which is not concerned with price. In the organometallic CVD method, since the utilization efficiency of the reaction gas is poor as described above, a large amount of unreacted gas (toxic gas) is generated, and H ₂ , which is used in a large amount for the purpose of gasifying and conveying a group III compound having a low vapor pressure, etc. Since the carrier gas is added to the unreacted gas, a large amount of toxic gas is generated and there is a big problem in the disposal of this toxic gas.

이러한 유기금속 CVD법에 의한 종래의 장치는 제11도에 개략적으로 도시되어 있다. 즉, 진공실(1) 내에 설치된 히터(2)의 위에 기판(3)을 얹어놓고, 이 기판(3)을 향해 진공실(1) 내의 위쪽에 설치된 노즐(4)로부터 반도체 성장용 가스상태 화합물을 화살표(A)와 같이 분사하도록 되어 있다. 이 장치는 1회의 처리때마다 용적이 큰 진공실(1)에 반도체 성장용의 가스상태 화합물(반응가스)을 충만시켜 처리한 후 그것을 폐기하기 때문에 폐기 가스중에는 미반응가스가 다량 포함되어 있으며 따라서 반응가스의 이용효율이 나쁘다.The conventional apparatus by this organometallic CVD method is schematically shown in FIG. That is, the substrate 3 is placed on the heater 2 provided in the vacuum chamber 1, and the gaseous compound for semiconductor growth is arrowed from the nozzle 4 provided above in the vacuum chamber 1 toward the substrate 3. It is made to spray as (A). This device is filled with a gaseous compound (reactant gas) for semiconductor growth in a large-sized vacuum chamber 1 at each treatment, and then disposed of. This device contains a large amount of unreacted gas. The utilization efficiency of gas is bad.

또 상기 장치는 기판(3)을 히터(2)의 위에 얹어 기판(3)을 아래쪽으로부터 가열하기 때문에 기판(3)의 위쪽에서 화살표(B)와 같은 열대류가 생김과 동시에 히터(2)에 의해 가열된 기판(3)으로부터 방산되는 열이 기판(3)의 윗면 근방에서 화살표(C)와 같이 발생한다. 그 결과, 노즐(4)로부터 토출되는 가스상태 화합물이 상기 화살표(B)의 열대류, 화살표(C)의 방산열에 의해 들어올려져 그 흐름이 흩어지기 때문에 기판(3)의 윗면에 균일한 막성장이 행해질 수 없게 된다. 따라서 상기 장치에는 얻어진 반도체막(반도체층)의 표면을 평평하게 마무리 하기 곤란하다고 하는 결점이 있다. 이와같은 결점은 상기 화살표(B)의 열대류에 의해 기판 3면에 도달하지 않고 공중에서 접촉반응하여 생성되는 Ga, As입자가 공간을 부유하다가 임의로 반도체막에 부착하기 때문에 발생하는 것이다.In addition, since the apparatus places the substrate 3 on the heater 2 and heats the substrate 3 from the lower side, a tropical flow such as an arrow B occurs at the upper side of the substrate 3 and at the same time, Heat dissipated from the heated substrate 3 is generated like an arrow C near the upper surface of the substrate 3. As a result, the gaseous compound discharged from the nozzle 4 is lifted up by the tropical flow of the arrow B and the dissipation heat of the arrow C, and the flow is dispersed, so that the uniform film growth on the upper surface of the substrate 3 is achieved. This cannot be done. Therefore, the said apparatus has the fault that it is difficult to finish the surface of the obtained semiconductor film (semiconductor layer) flat. This drawback occurs because Ga and As particles generated by contact reaction in the air do not reach the three surfaces of the substrate due to the tropical flow of arrow B, but float on the space and adhere to the semiconductor film arbitrarily.

더우기 상기 장치에서 공급되는 가스의 종류를 바꿀 경우는, 상기 노즐(4)에 연결된 복수의 가스 공급관의 밸브 (5)(6)(7)를 바꾸도록 되어 있다. 따라서 복수의 종류가 다른 반도체층을 형성하는 경우, 밸브(5)(6)(7)의 전환을 빈번히 행하여야하므로 작업에 불편이 따른다는 문제가 있다.Furthermore, when changing the kind of gas supplied from the said apparatus, the valves 5, 6 and 7 of the some gas supply line connected to the said nozzle 4 are changed. Therefore, when a plurality of types of semiconductor layers are formed, switching between the valves 5, 6 and 7 must be frequently performed, resulting in inconvenience in the work.

또 노즐(4) 내부에는 직전에 사용한 화합물이 잔류하므로 이 잔류화합물이 불순물로 작용하므로 양질의 반도체를 얻기 곤란하다고 하는 문제도 있다.Moreover, since the compound used immediately before remains in the nozzle 4, this residual compound acts as an impurity, and there exists also a problem that it is difficult to obtain a high quality semiconductor.

본 발명은 이와같은 사정을 감안하여 행해진 것으로서, 상기 MBE와 MOCVD의 장점만을 취하여 반도체층 표면이 평평한 양질의 반도체를 높은 효율로 생산하는 반도체 제조장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a semiconductor manufacturing apparatus for producing high quality semiconductors having a flat surface of a semiconductor layer with high efficiency, taking only the advantages of MBE and MOCVD.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 반도체 제조장치는 고도의 진공상태를 진공실; 바닥판, 그 가장자리에 설치된 벽 및 이 벽에 둘러쌓인 반응공간을 덮는 상판에 의하여 상기 진공실내에 설치된 반응실; 이 반응실에 제1반응가스를 공급하는 제1반응가스 공급장치; 기판의 표면이 상기 반응 공간에 접할 수 있도록 하기 위하여 상기 상판에 설치되는 기판 유지부; 상기 반응실의 벽과 상판의 사이 또는 벽에 설치되는 반응가스 배출로; 상기 상판의 위쪽에 설치되는 가열장치; 상기 반응실의 바닥판에 형성하는 다수의 노즐 구멍; 이 반응실의 아래쪽에 일체적으로 설치되는 제1혼합실; 상기 제1혼합실에 제2반응가스를 주입하기 위하여 상기 제1혼합실의 벽면에 형성된 개구부에 연결된 제2반응가스 주입관; 상기 반응실의 바닥판에 형성된 다수의 노즐구멍중 일부의 노즐구멍에 각각 연결되도록 상기 제1혼합실의 천정부에 형성되는 복수의 제1구멍; 상기 제1혼합실의 아래쪽에 일체적으로 설치되는 제2혼합실; 상기 제2혼합실에 제3반응가스를 주입하기 위하여 상기 제2혼합실의 별면에 형성된 개구부에 연결되는 제3반응가스 주입관 : 상기 제2혼합실의 천정부에 형성된 복수의 제2구멍; 상기 제2혼합실의 천정부에 형성된 복수의 제2구멍과 상기 제1혼합실의 천정부에 형성된 제1구멍중 일부의 노즐구멍을 연결하는 덕트; 상기 제1및 제2혼합실중 적어도 하나의 외부 두레면에 설치되는 냉각용 자켓; 및 상기 냉각요 자켓에 냉매를 공급하는 냉매 공급 장치를 구비하고 있다.In order to achieve the above object, the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention comprises a vacuum chamber in a high vacuum state; A reaction chamber installed in the vacuum chamber by a bottom plate, a wall provided at an edge thereof, and a top plate covering the reaction space surrounded by the wall; A first reaction gas supply device for supplying a first reaction gas to the reaction chamber; A substrate holding part installed on the top plate to allow a surface of the substrate to contact the reaction space; A reaction gas discharge passage disposed between or on the wall of the reaction chamber and the upper plate; A heating device installed above the upper plate; A plurality of nozzle holes formed in the bottom plate of the reaction chamber; A first mixing chamber integrally installed under the reaction chamber; A second reaction gas injection tube connected to an opening formed in a wall of the first mixing chamber to inject a second reaction gas into the first mixing chamber; A plurality of first holes formed in the ceiling of the first mixing chamber so as to be connected to some of the nozzle holes of the plurality of nozzle holes formed in the bottom plate of the reaction chamber; A second mixing chamber integrally installed below the first mixing chamber; A third reaction gas inlet tube connected to an opening formed in a separate surface of the second mixing chamber for injecting a third reaction gas into the second mixing chamber, the second reaction chamber comprising: a plurality of second holes formed in the ceiling of the second mixing chamber; A duct connecting a plurality of second holes formed in the ceiling of the second mixing chamber and nozzle holes of some of the first holes formed in the ceiling of the first mixing chamber; A cooling jacket installed on an outer peripheral surface of at least one of the first and second mixing chambers; And a coolant supply device for supplying coolant to the cooling yaw jacket.

즉, 본 발명의 반도체 제조장치는 진공실의 고도의 진공상태로 하여 반응가스 분자의 평균 자유 행정을 크게하여 가스분자의 분자선을 기판을 충돌시킴과 동시에 진공실의 내부에 진공실보다 용적이 작은 반응실을 새롭게 설치하며, 이 반응실에 기판을 올려놓고 반응가스를 공급하여 반도체층을 성장하도록 하기 때문에 반응가스의 이용효율이 크게 향상하게 된다.That is, in the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention, the vacuum chamber has a high degree of vacuum, which increases the average free path of the reaction gas molecules, impinges the molecular beam of the gas molecules on the substrate, and simultaneously creates a reaction chamber having a smaller volume than the vacuum chamber. Newly installed, since the substrate is placed in the reaction chamber and the reaction gas is supplied to grow the semiconductor layer, the utilization efficiency of the reaction gas is greatly improved.

또 이 장치는 진공실이 고도의 진공상태로 되어 있어 증기압이 낮은 Ⅲ족 화합물도 기화되기 때문에 Ⅲ족 화합물의 기화 및 반송용 운반가스가 불필요하다. 따라서 사용후 가스의 폐기량도 줄일 수 있게 된다.In this apparatus, since the vacuum chamber is in a highly vacuum state, the Group III compound having a low vapor pressure is also vaporized, so that a carrier gas for vaporizing and conveying the Group III compound is unnecessary. Therefore, it is possible to reduce the waste of used gas.

또한, 반응실을 구성하는 상판에 기판을 올려 놓으며, 반응실의 바닥판에 반응가스 토출부를 설치함과 동시에 반응실 상판의 위쪽에 히터를 설치함으로써 반응실로 토출된 반응가스가 열대류등에 의해 영향을 받지 않도록 하고 있기 때문에, 표면이 매우 평평한 반도체층이 형성되게 된다.In addition, the substrate is placed on the top plate constituting the reaction chamber, and the reaction gas discharged into the reaction chamber is installed by the heater at the top of the reaction chamber top plate while the reaction gas discharge part is installed on the bottom plate of the reaction chamber. Since it does not receive, a semiconductor layer having a very flat surface is formed.

특히, 본 발명의 반도체 제조장치는 반응실의 아래쪽에 제1 및 제2 혼합실을 설치하여 반응가스를 이들 혼합실로부터 각각 다른 경로를 따라 주입하도록 하고 있기 때문에 종류가 다른 반응가스를 동시에 사용할 수 있으며, 따라서 사용방법의 다양화가 실현됨과 동시에, 종래와 같은 번잡한 밸브의 전환이 불필요하며, 더우기 노즐내의 잔류 가스에 의한 문제도 해결할 수 있게 된다.In particular, in the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention, since the first and second mixing chambers are installed below the reaction chamber so that the reaction gases are injected from these mixing chambers along different paths, reaction gases of different types can be used simultaneously. Therefore, diversification of the use method is realized, and complicated switching of the valve as in the prior art is unnecessary, and the problem caused by the residual gas in the nozzle can be solved.

또한 본 발명에 따른 반도체 제조장치는 혼합실의 둘레에 냉각용 자켓을 설치하여 혼합실 내부의 반응가스를 적정한 온도로 냉각하도록 하고 있으므로 장치의 계속적인 사용등에 의하여 장치의 온도가 상승하더라도 반응가스의 온도가 특히 높아지지 않는다. 따라서 고온의 의한 반응가스의 조기 반응을 방지할 수 있는 것이다.In addition, the semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention installs a cooling jacket around the mixing chamber to cool the reaction gas in the mixing chamber to an appropriate temperature. The temperature does not rise particularly high. Therefore, it is possible to prevent the early reaction of the reaction gas due to the high temperature.

본 발명을 실시예에 기초하여 상세히 설명한다.The present invention will be described in detail based on examples.

제1도 내지 제4도는 본 발명의 한 실시예의 반도체 제조장치를 나타내고 있다. 이들 도면에 있어서 "200"은 진공 화학 에피택시계에 있어서 진공실이며, 그 진공실(200) 내에 반응실(10)이 설치되어 있다.1 to 4 show a semiconductor manufacturing apparatus of one embodiment of the present invention. In these figures, "200" is a vacuum chamber in the vacuum chemical epitaxy clock, and the reaction chamber 10 is provided in the vacuum chamber 200.

이 반응실(10)은 4각형의 바닥판(12), 그 바닥판(12)의 가장자리에서 위쪽으로 뻗어 있는 벽(16); 및 그 벽(16)의 상단에 한쪽 방향으로 미끄러질 수 있도록 얹어지는 상판(18)으로 구성되어 있다. 이 상판(180에는 그 중앙부에 2개의 구멍부분(18a)이 설치되며 이 구멍부분(18a)의 가장자리에 설치된 단부(18b) 위에 각각 원판형 GaAs기판(300)을 그 표면이 아래쪽을 향하도록 올려놓을 수 있게 되어 있다. 상기 상판(18)은 그 좌우 양쪽 가장자리가 아래쪽으로 만곡하고 잇으며, 그 만곡부가 상기 벽(16)중좌우 한쌍의 벽(16)의 안쪽에 설치된 미끄럼 단부(16a)에 지지되도록 하므로써 진공실(200)에 연결되어 설치된 기판착탈실(50)(제4도 참조)로 미끄러질 수 있도록 되어 있다.The reaction chamber 10 includes a square bottom plate 12 and a wall 16 extending upward from an edge of the bottom plate 12; And an upper plate 18 mounted on the upper end of the wall 16 so as to slide in one direction. The upper plate 180 is provided with two hole portions 18a at the center thereof, and the disk-shaped GaAs substrates 300 are placed on the end portions 18b provided at the edges of the hole portions 18a with their surfaces facing downward. The upper plate 18 is curved at both left and right edges thereof downward, and the curved portion is provided at the sliding end 16a provided inside the pair of left and right walls 16 of the wall 16. By being supported, it can slide to the board | substrate attachment and detachment chamber 50 (refer FIG. 4) installed in connection with the vacuum chamber 200. FIG.

제4도에 있어서, "51"은 기판 착탈실(50)로부터 밸브(52)를 열어 진공실(200) 내로 뻗는 매직핸드로서 상기 상판(18)의 만곡부를 끼운 상태에서 미끄러져 이동하여 상판(18)을 반응실(10)에 적정하게 붙이고 뗀다.In FIG. 4, "51" is a magic hand which opens the valve 52 from the board | substrate attachment and detachment chamber 50, and extends into the vacuum chamber 200, and slides in the state which pinched the curved part of the said upper board 18, and the upper board 18 ) Was appropriately attached to the reaction chamber 10 and removed.

"53"은 밸브(52)를 열기 전에 기판착탈실(50)을 진공실(200)과 같은 정도의 진공상태로 하는 진공펌프이다. 상기 반응실(10)의 벽에는 바깥주위를 따라 소정간격으로 배기구(20)가 설치되며 반응실(10) 내의 미반응가스 내지 잉여 반응가스를 진공실(200)로 배출하도록 되어 있다. 이들 배출구(20)의 전체 면적은 반응실(10)의 상판(18)의 면적의 약 4%로 설정되어 있다.&Quot; 53 " is a vacuum pump for bringing the substrate attaching and detaching chamber 50 into the same vacuum as the vacuum chamber 200 before opening the valve 52. The exhaust port 20 is installed at a predetermined interval along the outer circumference of the wall of the reaction chamber 10 to discharge the unreacted gas or the surplus reaction gas in the reaction chamber 10 to the vacuum chamber 200. The total area of these discharge ports 20 is set to about 4% of the area of the upper plate 18 of the reaction chamber 10.

"14"는 각각 바닥판(12)에 있어서 상기 기판(300)의 아래쪽에 일정간격(25.4mm)으로, 또한 상기 기판(300)에 대하여 수직이 되도록 설치된 직경 3.2mm의 노즐구멍(아래쪽으로부터 위쪽에 걸쳐 역방향의 원추형이 되며, 반응가스를 균일토출되도록 되어 있다)이며 반응실(10)의 아래쪽에 설치된 제1혼합실(24)의 천정부에 위치하는 구멍(26)(34)에 연결되어 있다. 이 구멍 "26" 및 "34"는 제5도에 도시된 바와같이 동일한 수의 구멍에 교대로 설치되어 있으며, 구멍(26)은 제1혼합실(24) 내로 연결되고 구멍(34)은 제1혼합실(24) 내를 관통하고 있는 덕트(32)를 통하여 혼합실(24)의 아래쪽에 설치된 제2혼합실(30)에 연결된다."14" is a nozzle hole having a diameter of 3.2 mm (25.4 mm) provided at a predetermined interval (25.4 mm) below the substrate 300 and perpendicular to the substrate 300 in the bottom plate 12, respectively. Is conical in the reverse direction, and the reaction gas is discharged uniformly) and is connected to the holes 26 and 34 located at the ceiling of the first mixing chamber 24 provided below the reaction chamber 10. . These holes "26" and "34" are alternately installed in the same number of holes as shown in FIG. 5, the holes 26 are connected into the first mixing chamber 24 and the holes 34 It connects to the 2nd mixing chamber 30 provided below the mixing chamber 24 through the duct 32 which penetrates inside the 1 mixing chamber 24.

제1혼합실(24) 내에는 제2도에 나타나듯이, 측벽을 관통하여 원료주입관(22)이 연이어 통해 있으며, 이 원료주입관(22)으로부터 트리메틸갈륨(TMGa)이나 트리에틸갈륨(TEGa)등의 Ⅲ족 화합물(반응가스)이 제1혼합실(24)로 보내지며 또, n형 및 p형 도우펀트가 단독으로 또는 상기 Ⅲ족 화합물과 동시에 제1혼합실(24)로 보내도록 되어 있다. 이 화합물들은 제1혼합실(24) 내에서 균일하게 혼한된 후 구멍(26) 및 노즐구멍(14)을 통해 위쪽에 설치되어 있는 기판(300)을 향해 균일하게 토출된다. 즉 원료주입관(22)으로부터 반응가스가 제1혼합실(24)로 들어오면 일부의 반응가스입자를 제1혼합실(24)의 내부에 기등과 같이 설치된 복수개의 덕트(32)와 충돌하여 옆으로 흐르며, 다시 충돌하지 않은 가스입자와 다시 충돌하게 되며, 이와같은 충돌이 복수개의 덕트(32) 주위에서 반복하여 일어남으로써 제1혼합실 내부의 반응가스는 충분하게 혼합되어 균일하게 상태가 된다.In the first mixing chamber 24, as shown in FIG. 2, the raw material injection pipe 22 passes through the side wall, and trimethylgallium (TMGa) or triethylgallium (TEGa) is passed from the raw material injection pipe 22. As shown in FIG. Group III compound (reaction gas), such as), is sent to the first mixing chamber 24 and the n-type and p-type dopants are sent to the first mixing chamber 24 alone or simultaneously with the Group III compound. It is. These compounds are uniformly mixed in the first mixing chamber 24 and then uniformly discharged through the holes 26 and the nozzle holes 14 toward the substrate 300 installed above. That is, when the reaction gas enters the first mixing chamber 24 from the raw material injection pipe 22, some of the reaction gas particles collide with the plurality of ducts 32 installed in the interior of the first mixing chamber 24 such as by lamps. The gas flows laterally and collides again with the gas particles which have not collided again. Such collisions occur repeatedly around the plurality of ducts 32, so that the reaction gases in the first mixing chamber are sufficiently mixed and uniform. .

또 제2혼합실(30)은 아래쪽에 개구를 가지며 그 개구에는 그 개구를 개폐하기 위한 포핏밸브인 배기밸브(36)가 자유롭게 전진 후퇴할 수 있게 설치되어 있다. 그리고 상기 제2혼합실(3)의 측벽에는 원료주입관(28)이 연결되어 있다. 이 원료주입관(28)으로부터 n형, p형 도우펀트 또는 트리에틸 알루미늄(TEA1)등의 Ⅲ족 화합물등이 제2혼합실(30)로 보내지도록 되어 있다. 상기 Ⅲ족 화합물은 제2혼합실(30) 및 덕트(32)내에서 균일한 상태로 혼합된 후, 구멍(34)를 통하여 노즐구멍(14)로부터 기판(300)으로 향해 균일한 분포상태로 토출된다.Moreover, the 2nd mixing chamber 30 has an opening in the lower part, and the opening is provided so that the exhaust valve 36 which is a poppet valve for opening and closing the opening may be moved forward and backward freely. And the raw material injection pipe 28 is connected to the side wall of the second mixing chamber (3). Group III compounds such as n-type, p-type dopant or triethyl aluminum (TEA1) and the like are sent from the raw material injection pipe 28 to the second mixing chamber 30. The group III compound is mixed in a uniform state in the second mixing chamber 30 and the duct 32 and then uniformly distributed from the nozzle hole 14 to the substrate 300 through the hole 34. Discharged.

또한 상기 덕트(32)는 제1혼합실(24) 내에서 반응가스의 유통저항으로 작용함으로써 휘저어 섞는 작용을 갖게 되기 때문에, 제1혼합실(24) 내에 있어서 반응가스의 혼합성의 향상에 기여한다.In addition, since the duct 32 has a stirring effect by acting as a flow resistance of the reaction gas in the first mixing chamber 24, the duct 32 contributes to the improvement of the mixing properties of the reaction gas in the first mixing chamber 24. .

또한 상기 제1혼합실(24) 및 제2혼합실(30)은 일체적으로 형성된 스테인레스 강제의 블럭으로 되어 있으며 이들 혼합실(24)(30)의 외부둘레에는 스테인레스 강제의 냉각수 자켓(500)이 감겨져 있고, 이 냉각수 자켓(500)은 냉각수 파이크(500a)로부터 냉각수를 공급받도록 되어 있다. 상기 냉각수 파이프(500a)의 냉각수는 펌프(도시하지 않음)의압력에 의하여 냉각수 자켓(500)의 내부로 보내지며 혼합실(24)(30)을 냉각시킨 뒤 배수파이프(도시하지 않음)로 배수된다. 다라서 계속적인 조업 등에 의하여 발생할 수 있는 혼합실(24)(30)의 이상 고온 현상은 냉각수의 냉각 작용에 의하여 방지된다.In addition, the first mixing chamber 24 and the second mixing chamber 30 are integrally formed of stainless steel blocks, and the outer circumference of the mixing chambers 24 and 30 is stainless steel cooling water jacket 500. This cooling water jacket 500 is wound so that cooling water is supplied from cooling water pike 500a. The cooling water of the cooling water pipe 500a is sent to the inside of the cooling water jacket 500 by the pressure of a pump (not shown), and after cooling the mixing chambers 24 and 30, draining the drainage pipe (not shown). do. Therefore, abnormal high temperature phenomenon of the mixing chambers 24 and 30 which may occur due to continuous operation or the like is prevented by the cooling action of the cooling water.

한편 상기 혼합실(24)(30)은 스테인레스 강제의 지지체(40)로 지지되어 있다. "42"는 AsH₃등의 Ⅲ족 화합물을 반응실(10) 내로 공급하기 위한 공급관이며, 제5도와 같이 바닥판(12)의 위에, 구멍(26),(34)을 좌우 동수로 2등분하는 위치에 설치되어 있다. 그리고 이 공급관(42)에는 복수의 구멍 "42a" 및 "42b"이 각각 일정간격을 유지한 상태로 좌우 2열로 뚫어 설치되어 있다. 이로인해, 상기 V족 화합물이 반응실(10) 내로 균일한 상태로 공급된다.On the other hand, the mixing chambers 24 and 30 are supported by a stainless steel support 40. "42" is a supply pipe for supplying a group III compound such as AsH ₃ into the reaction chamber 10. The holes 26 and 34 are divided into two equal parts on the bottom plate 12 as shown in FIG. It is installed at the position to be. The supply pipe 42 is provided with two holes 42a and 42b drilled in two rows at the left and right while maintaining a constant interval. As a result, the Group V compound is supplied into the reaction chamber 10 in a uniform state.

"44"는 반응실(10)의 상판(18)의 위쪽에 설치된 히터, "44C"는 균열판이며, 기판(300)을 위쪽부터의 복사열을 이용하여 가열함으로써 기판(300)을 그 표면에서 반도체 화합물이 성장되는 온도까지 가열함과 동시에 그 가열에 의해 열대류등의 영향을 받지 않고 반도체층이 기판(300)의 표면에 균일하게 성장할 수 있도록 하고 있다."44" is a heater installed above the upper plate 18 of the reaction chamber 10, "44C" is a crack plate, and the substrate 300 is heated on its surface by heating the substrate 300 using radiant heat from above. The semiconductor layer is heated to a temperature at which the semiconductor compound is grown, and the semiconductor layer can be uniformly grown on the surface of the substrate 300 without being affected by tropical flows.

상기 히터(44)는 제1도(b)에 나타나 있듯이 판형카본 그래파이트에 줄기형으로 자른것(44a)을 교대로 설치하며 양쪽단에 전극(44b)을 부착하여 구성된다. 이 히터(44)의 아래쪽에 설치된 균열판(44c)에 의해 가열이 더욱 균일하게 되도록 한다. 동작에 있어서, MESFET 에피택시층의 성장형성에는 제1도와 같이 반응실(10)에 기판(300)(표면이 아래쪽으로 되어 있다)이 붙은 상판(18)을 장착하며, 계속하며 진공실(200)내를 진공도를 10^-7토르의 진공상태로 함과 동시에 히터(44)로 전하를 부가하여 히터(44)를 발열시켜 분위기 온도를 650℃로 가열한다. 그 상태에서, 기판(300)을 약 15분간 가열한다.As shown in FIG. 1 (b), the heater 44 is configured by alternately installing the stem 44a cut into a plate-shaped carbon graphite and attaching the electrodes 44b to both ends thereof. The crack plate 44c provided below the heater 44 makes the heating more uniform. In operation, the growth formation of the MESFET epitaxy layer is equipped with a top plate 18 having a substrate 300 (the surface is downward) attached to the reaction chamber 10 as shown in FIG. 1, and the vacuum chamber 200 continues. At the same time, the vacuum degree is set to 10 ^-7 Torr, and electric charge is added to the heater 44 to heat the heater 44 to heat the ambient temperature to 650 占 폚. In that state, the substrate 300 is heated for about 15 minutes.

반응실(10)의 원료주입관(22)으로부터 트리메틸갈륨(TMGa)이나 트리에틸갈륨(TEGa)등의 Ⅲ족 화합물을 제1혼합실(24) 내로 보내 혼합실(24) 내에서 균일한 상태로 혼합한 후 노즐구멍(14)으로부터 기판(300)을 향해 균일한 상태로 토출시킴과 동시에 공급관(42)에 AsH₃또는 알킬아르세닉등의 V족 화합물, 예를들어, 트리에틸아르세닉(TEAs)을 보내 이것을 구멍 "42a" 및 "42b"로부터 반응실(10) 내로 과잉으로 토출시킨다. 그 결과 반응실(10) 내로 공급되는 V족 화합물은 상기 Ⅲ족 화합물과 동시에 기판(300)의 표면을 가로질러 배기구(20)쪽으로 확산하면서 흘러간다. 그 사이에 AsH₃나 TEAs는 열분해하여 As₂로 되며, 기판(300)의 표면에서 상기 갈륨화합물의 갈륨과 동시에 접촉하여 무도우프의 비화갈륨(GaAs)층등으로서 성장한다. 또 기판(300)에 접촉하지 않는 미반응의 화합물은 배기구(20)로부터 외부로 배출되며 진공실(200)쪽으로 배기장치에 의해 흡입된다.Group III compounds, such as trimethylgallium (TMGa) and triethylgallium (TEGa), are sent from the raw material injection pipe 22 of the reaction chamber 10 into the first mixing chamber 24 to be uniform in the mixing chamber 24. And then discharged in a uniform state from the nozzle hole 14 toward the substrate 300, and at the same time, a group V compound such as AsH ₃ or alkyl arsenic, such as triethyl arsenic, TEAs) is sent to discharge this excessively into the reaction chamber 10 from the holes 42a and 42b. As a result, the group V compound supplied into the reaction chamber 10 flows while diffusing toward the exhaust port 20 across the surface of the substrate 300 simultaneously with the group III compound. In the meantime, AsH ₃ and TEAs are thermally decomposed into As ₂ , and are simultaneously brought into contact with gallium of the gallium compound on the surface of the substrate 300 to grow as a gallium arsenide (GaAs) layer or the like. In addition, unreacted compounds that do not contact the substrate 300 are discharged to the outside from the exhaust port 20 and are sucked by the exhaust device toward the vacuum chamber 200.

상기 GaAs층은 매 시간 약 2μm의 속도로 성장시키는 것이 바람직하며, 두께를 약 10⁴

로 형성하는 것이 적합하다. 이 경우 상기 무도우프 GaAs층 내의 불순분의 농도는 1×10¹⁵원자/㎠이하가 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 계속하여, n형 도우펀트를 상기 Ⅲ족, Ⅴ족 화합물과 동시에 또는 단독으로 제2혼합실(30)로부터 반응실(10)에 토출시킴에 따라 상기 무도우프 GaAs층의 표면에 n형 활성층을 성장시킨다. 이 n형 활성층은 매 시간 약 2μm의 속도로 성장시키는 것이 바람직하며, 그 두께는 2×10³

, 그 안에 있는 n형 도펀트의 농도는 약 2×10¹⁷원자/㎤로 하는 것이 적합하다. 이 과정에서 제1혼합실(24) 및 제2혼합실(30)은 냉각수 자켓(500)의 냉각수에 의한 적정한 온도로 유지된다.The GaAs layer is preferably grown at a rate of about 2 μm every hour and has a thickness of about 10 ^4.

It is suitable to form. In this case, it is preferable to set the concentration of impurities in the undoped GaAs layer to be 1 × 10 ¹⁵ atoms / cm 2 or less. Subsequently, the n-type dopant is discharged from the second mixing chamber 30 to the reaction chamber 10 simultaneously with or separately from the group III and group V compounds to form the n-type active layer on the surface of the undoped GaAs layer. To grow. The n-type active layer is preferably grown at a rate of about 2 μm every hour, the thickness of which is 2 × 10 ³

The concentration of the n-type dopant therein is preferably about 2 x 10 ¹⁷ atoms / cm 3. In this process, the first mixing chamber 24 and the second mixing chamber 30 are maintained at an appropriate temperature by the cooling water of the cooling water jacket 500.

그후, 가스의 공급을 모두 정지한 상태로 약 15분 유지된다. 그리고 냉각한후 반응실(진공실 200)(10)로부터 기판(300)을 꺼낸다. 즉, 기판착탈실(50) 내의 진공도를 진공실(200)과 같은 정도로 높이고, 밸브(52)를 열어 매직핸드(51)를 뻗어 반응실(10)의 상판(18)(기판 300을 갖는다)을 잡은 후, 그 상태에서 매직핸드(51)를 후퇴시키므로써, 상판(18)을 반응실(10)의 주벽(16)으로부터 떼어내 기판착탈실(50) 내에 수용한다. 그리고 꺼낸 기판(300)에는 종래의 방법에 의해 신호원전극, 드레인 전극 및 게이트 전극이 설치된다. 이와 같이하여 균일한 MESET반도체층을 갖는 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체를 얻을 수 있다.Thereafter, the gas supply is held for about 15 minutes with all the gas supplies stopped. After cooling, the substrate 300 is taken out of the reaction chamber (vacuum chamber 200) 10. That is, the degree of vacuum in the substrate detachment chamber 50 is increased to the same degree as the vacuum chamber 200, the valve 52 is opened to extend the magic hand 51, and the upper plate 18 (having the substrate 300) of the reaction chamber 10 is opened. After holding, by pulling back the magic hand 51 in the state, the upper plate 18 is detached from the circumferential wall 16 of the reaction chamber 10 and accommodated in the substrate detachment chamber 50. The removed substrate 300 is provided with a signal source electrode, a drain electrode and a gate electrode by a conventional method. In this manner, a III-V compound semiconductor having a uniform MESET semiconductor layer can be obtained.

제6도 내지 제8도는 본 발명의 다른 실시예의 연속 반도체 제조장치를 나타내고 있다. 즉, 이 장치는 원형의 진공실(200) 내를 3개의 대역(100a)(100b)(100c)으로 구분하여 각 대역 (100a)(100b)(100c)에 전술한 것과 같은 반응실(10) 및 제1, 제2혼합실(24),(30)을 각각 설치하고 있다. 그리고 상기 제1및 제2혼합실(24)(30)은 전술한 바와 같이 냉각수 자켓(500)에 의하여 적정한 온도로 냉각되도록 되어있다. 이들 반응실(10)의 상판(18)은 진공실(200)과 거의 같은 면적을 가진 회전원판(61)(제8도 참조)의 각 반응실(10)에 대응하는 부분인 아치형의 절단부(60)에 올려진다. 즉, 상기 상판(18)은 상기 아치형의 절단부(60)의 가장자리에 형성된 단부에 의해 붙이고 지지된다.6 to 8 show a continuous semiconductor manufacturing apparatus of another embodiment of the present invention. That is, the apparatus divides the inside of the circular vacuum chamber 200 into three zones 100a, 100b, 100c, and the reaction chamber 10 as described above in each of the zones 100a, 100b, 100c, and The first and second mixing chambers 24 and 30 are provided, respectively. As described above, the first and second mixing chambers 24 and 30 are cooled to a proper temperature by the cooling water jacket 500. The upper plate 18 of these reaction chambers 10 is an arcuate cut portion 60 which is a portion corresponding to each reaction chamber 10 of the rotating disc 61 (see FIG. 8) having the same area as the vacuum chamber 200. On). That is, the top plate 18 is attached and supported by an end formed at the edge of the arcuate cut portion 60.

상기 상판(18)을 유지하는 회전원판(61)은 1회의 작업 종료시 마다 진공실(200)의 중심에 설치된 회전축(400)을 중심으로 천천히 회전하며 각 반응실(10)의 상판(18)을 회전방향쪽으로 위치하는 다음의 반응실(10)로 이동시키도록 되어 있다. 또한 상기 각 반응실(10)의 벽(16)에는 소정의 간격으로 배기구(20)가 설치되어 있다. 그리고, 상기 각 반응실(10)중 기판착탈실(50)에 가까운 대역"100a"의 반응실(10)은 기판(300)의 예열 및 냉각용, 대역 "100b"의 반응실(10)은 무도우프층 성장용이며, 대역 "100c"의 반응실(10)은 n형 활성층 성장용이다.The rotary disk 61 holding the upper plate 18 slowly rotates about the rotary shaft 400 installed at the center of the vacuum chamber 200 at the end of one operation and rotates the upper plate 18 of each reaction chamber 10. It is made to move to the next reaction chamber 10 located in the direction. In addition, the exhaust ports 20 are provided on the walls 16 of the reaction chambers 10 at predetermined intervals. The reaction chamber 10 of the zone "100a" close to the substrate attachment / detachment chamber 50 of each reaction chamber 10 is used for preheating and cooling the substrate 300, and the reaction chamber 10 of the zone "100b" For the growth of the non-doped layer, the reaction chamber 10 in the zone "100c" is for the growth of the n-type active layer.

동작에 있어서 각 대역 (100a)(100b)(100c)의 상판(18)에 각각 4개의 기판(300)의 표면을 아래쪽으로 하여 설치하며, 1일 2교대의 작업을 행하므로 인해 1주일간 1152개의 반도체를 제조할 수 있다.In operation, the upper surface 18 of each of the bands 100a, 100b, and 100c is installed with the surfaces of the four substrates 300 facing downwards, and the work is carried out in two shifts per day. A semiconductor can be manufactured.

이것을 제9도의 MSEFET 에피택시층의 성장 프로세스챠트 및 제2도를 사용하여 보다 상세히 설명한다.This is explained in more detail using the growth process chart of FIG. 9 and the FIG. 2 of the MSEFET epitaxy layer of FIG.

먼저 진공실(200) 내를 진공도가 10^-7트르의 진공상태로 함과 동시에 히터(44)로 전하를 부하하여 히터(44)를 발열시켜 온도를 650℃로 가열한다. 그 상태에서, 기판(300)이 부착되어진 상판(18)을 기판착탈실(50)로부터 매직핸드(51)를 뻗어서 제1대역(100a)에 대응하는 회전원판(61)의 아치형의 절단부(60)에 부착하며 이곳에서 약 15분간 가열한다. 계속하여 기판(300)을 상판(18)과 함께 회전시켜 제2대역(100b)의 반응실(10)로 이동시킨다. 여기에서 전술한 장치와 같이 트레미틸갈륨(TMGa)이나 트리에틸갈륨(TEGa)등의 Ⅲ족 화합물을 제1혼합실(24) 내로 보내 혼합실(24) 내에서 균일한 상태로 혼합한 후 노즐구멍(14)으로부터 기판(300)으로 향해 균일한 상태로 분사한다. 이와 동시에 공급관(42)에 AsH₃또는 알킬아르세닉등의 V족 화합물에 예르들어 트리에틸아르세닉(TEAs)를 보내며 이것을 구멍(42a) 및 구멍(42b)으로부터 반응실(10) 내로 과잉 토출시킨다. 이에 의해 기판(30)(300)의 표면에 무도우프 비화갈륨(GaAs)층을 성장시킨다.First, the vacuum chamber 200 has a vacuum degree of 10 ⁻⁷ tr and at the same time, electric charge is loaded into the heater 44 to heat the heater 44 to heat the temperature to 650 ° C. In this state, the upper plate 18 to which the substrate 300 is attached extends the magic hand 51 from the substrate detachment chamber 50 to form an arcuate cut portion 60 of the rotating disc 61 corresponding to the first zone 100a. ) And heat it for about 15 minutes. Subsequently, the substrate 300 is rotated together with the upper plate 18 to move to the reaction chamber 10 of the second zone 100b. Here, the group III compounds such as tremitylgallium (TMGa) and triethylgallium (TEGa) are sent into the first mixing chamber 24 and mixed in a uniform state in the mixing chamber 24 as in the above-described apparatus. The spray is carried out from the hole 14 toward the substrate 300 in a uniform state. At the same time, triethyl arsenic (TEAs) is sent to the supply pipe 42 to Group V compounds such as AsH ₃ or alkyl arsenic, which is excessively discharged from the holes 42a and 42b into the reaction chamber 10. . As a result, an undoped gallium arsenide (GaAs) layer is grown on the surfaces of the substrates 30 and 300.

계속하여 상기 처리를 끝낸 기판(300)을 상판(18)과 함께 제3대역(100c)의 반응실(10)로 이동시킨다. 여기서 n형 도우펀트를 Ⅲ족 화합물과 같이 제1혼합실(24)로부터 반응실(10)로 토출시키든지 또는 단독으로 제2혼합실(30)로부터 반응실(10)로 토출시키므로 인해 상기 무도우프 GaAs층의 표면에 n형 활성층을 성장시킨다. 그후에 상기 Ⅲ족 화합물등의 가스공급을 모두 정지한 상태에서 약 15분 유지한다. 그리고 상판(18)을 회전시켜서 상기의 처리를 끝낸기판(300)을 제1의 대역(100a)의 반응실(10)로 되돌려 여기서 냉각한 후 상판(18)과 함께 기판착탈실(50)에서 매직핸드(51)로 꺼낸다. 이 장치에서는 상기의 조작을 반복하므로 인해 연속적으로 반도체를 제조할 수 있다. 이 경우 계속적인 조업에 의하여 발생할 수 있는 혼합실(24)(30) 온도의 상승이 냉각수 자켓(500)의 작용으로 방지되고 적정한 온도가 유지된다. 따라서 연속적인 조업을 하는 경우에도 상기 장치의 각 반응실(10)에서는 동시에 각 반응실에 주어진 처리가 이루어진다.Subsequently, the substrate 300 having been processed is moved to the reaction chamber 10 of the third zone 100c together with the upper plate 18. The n-type dopant is discharged from the first mixing chamber 24 to the reaction chamber 10 like the Group III compound or alone from the second mixing chamber 30 to the reaction chamber 10. An n-type active layer is grown on the surface of the hoop GaAs layer. Thereafter, the gas supply of the group III compound or the like is stopped for about 15 minutes. Then, the substrate 300 is rotated and the substrate 300 is returned to the reaction chamber 10 of the first zone 100a. The substrate 300 is cooled and then cooled together with the substrate 18 in the substrate removal chamber 50. Take it out with the magic hand 51. In this apparatus, since the above operation is repeated, the semiconductor can be manufactured continuously. In this case, an increase in the temperature of the mixing chambers 24 and 30, which may occur due to continuous operation, is prevented by the action of the coolant jacket 500 and the proper temperature is maintained. Therefore, even in the case of continuous operation, the treatment given to each reaction chamber is simultaneously performed in each reaction chamber 10 of the apparatus.

이와같은 일련의 처리에 필요한 시간은 제1대역(100a)에서의 가열, 냉각에 각각약 15분, 제2대역(100b)에서의 무도우프충 성장에 약 30분, 제3대역(100c)에서의 n형 활성층의 성장에 약 15분, 무성장 기간(가스상태 화합물등의 공급없음)에 약 15분 걸리며, 합계로 1.5시간이 된다. 따라서 12개의 기판(300)의 제조에 대하여 1.5시간을 필요로 하며, 이것을 1일 2교대로 연속운전하면 1주일간 1152개의 반도체를 제조할 수 있게 된다.The time required for this series of processing is about 15 minutes each for heating and cooling in the first zone 100a, about 30 minutes for the growth of the dopant filling in the second zone 100b, and in the third zone 100c. It takes about 15 minutes for the n-type active layer to grow and about 15 minutes for no growth period (no supply of gaseous compounds, etc.), which totals 1.5 hours. Therefore, 1.5 hours are required for the manufacture of the 12 substrates 300, and when this is continuously operated in two shifts per day, 1152 semiconductors can be manufactured for one week.

다음으로 제10도는 HEMT 에피택시층의 성장과정의 챠트를 나타낸다.Next, FIG. 10 shows a chart of the growth process of the HEMT epitaxy layer.

즉, 이상과 같은 방법에 있어서, 제2 및 제3 대역(100b)(100c)에서 제2혼합실(30)(제7도)로부터 트리에틸알루미늄(TEAL)등의 Al을 함유하는 Ⅲ족 화합물을 공급하므로서 HEMT 에피택시층을 성장시킬 수 있다.That is, in the above method, the Group III compound containing Al such as triethylaluminum (TEAL) from the second mixing chamber 30 (FIG. 7) in the second and third zones 100b and 100c. It is possible to grow the HEMT epitaxy layer by supplying.

이 경우 먼저, 상기 방법과 같이 기판(300)을 제 1 대역(100a)에서 가열한 후, 제 2 대역(100b)에서 가스 상태의 Ⅲ족및 족화합물을 사용하여 도우펀트의 농도가 1×10¹⁵원자/㎤인 두께가 약 10⁴

의 GaAs층을 성장시키며 더우기 상기 가스에 덧붙여, Al 함유화합물을 제2혼합실(30)로부터 토출시켜 상기 GaAs층의 표면에 두께가 30-100

인 무도우프의 Al_zGa₁-_zAs층의 표면에 두께가 50

인 n⁺형 Al_zGa₁-_zAs층을 성장시킨다. 이 경우 z는 0.1-0.9이며, 바람직하게는 0.2-0.3이다. 그후에 제2혼합실(30)의 원료공급관(28)에 설치된 배출밸브(도면표시 않음)을 닫으므로써 상기 가스등에서의 Al화합물의 공급을 중지시키며, n두께가 약 10³

인 n형 도우펀트를 함유하는 층을 성장시킨다. 그리고 상기와 같이 표면에 반도체층이 형성된 기판(300)을 제1대역(100a)에서 냉각한 후, 반도체 제조장치의 외부로 꺼내신호원 전극등을 붙인다. 이와같이 하여, HEMT반도체를얻을 수 있다. 이 경우에 필요한 시간도 상기의 경우와 같다.In this case, first, the substrate 300 is heated in the first zone 100a in the same manner as described above, and then the concentration of the dopant is 1 × 10 in the second zone 100b using gaseous group III and group compounds. About 10 ^{4 with a} thickness of ¹⁵ atoms / cm 3

In addition, the GaAs layer is grown and, in addition to the gas, Al-containing compound is discharged from the second mixing chamber 30 to have a thickness of 30-100 on the surface of the GaAs layer.

50 nm thick on the surface of the Al _z Ga ₁ - _z As layer of

An n ⁺ type Al _z Ga ₁ - _z As layer is grown. Z in this case is 0.1-0.9, preferably 0.2-0.3. After that, the supply of the Al compound from the gas and the like is stopped by closing the discharge valve (not shown) installed in the raw material supply pipe 28 of the second mixing chamber 30, and the thickness n is approximately 10 ^3.

A layer containing phosphorus n-type dopant is grown. As described above, the substrate 300 having the semiconductor layer formed on the surface thereof is cooled in the first band 100a, and then taken out to the outside of the semiconductor manufacturing apparatus to attach a signal source electrode. In this way, a HEMT semiconductor can be obtained. The time required in this case is also the same as the above case.

또한 상기의 장치에 있어서 노즐구멍(14)으로부터 기판(300)까지의 거리를 그 진공상태에서의 Ⅲ족 화합물 가스분자의 평균 자유행정(가스분자가 다른 분자와 충돌하여 반응하기까지 진행하는 거리)보다 짧게, 또한 기판(300)의 표면에서의 화합물의 분산상태가 균일하게 되도록 설정해준다. 이것을 보다 상세하게 설명하면 각 노즐구멍(14)으로부터 위쪽방향으로 역 원뿔과 같이 확산해 가는 Ⅲ족 화합물등의 선단에 형성되는 원(역원뿔의 바닥)들이 교차하는 위치에 기판(300)을 설치해 둠과 동시에 기판(300)에 도달하는 가스분자의 분포상태 및 그 충돌 속도를 가스분자가 기판(300)의 표면에 소정 속도로 성장하기에 충분하도록 설정해 둔다. 또는 미리 설정된 노즐구멍(14)으로부터 기판(300)가지의 거리에 대응시켜서 진공실(200)내의 진공도나 가스상태 화합물의 토출속도의 조절, 구멍(26)(34) 및 노즐구멍(14)의 갯수, 직경등을 조절한다. 이에 의해 규정두께의 ±5%의 범위 내의 두께, 보다 바람직하게는 규정두께의 ±1%의 범위의 두께를 갖는 반도체층을 얻도록 한다. 또 TEGa 및 AsH₃등으로부터 GaAs를 얻을 경우의 반응속도는 일반적으로 기판(300)의 온도가 높을 수록 빨리 진행되도록 되어 있지만 기판(300)의 온도가 너무 높으면 형성된 GaAs층이 재증발하여 층 성장속도를 저하시킨다. 이 때문에 기판(300)의 온도 500-700℃가 바람직하며, 특히 바람직한 것은 600-650℃이다. 또 반응실(10)내의 진공상테는 10^-6토르 이하가 바람직하다.Also, in the above apparatus, the average free stroke of the group III compound gas molecules in the vacuum state of the distance from the nozzle hole 14 to the substrate 300 (distance proceeds until the gas molecules collide with other molecules and react). Shorter, the dispersion state of the compound on the surface of the substrate 300 is set to be uniform. To explain this in more detail, the substrate 300 is provided at a position where circles (bottoms of the inverted cones) formed at the distal end of the group III compound or the like which diffuse from the nozzle holes 14 upwardly like inverted cones intersect. At the same time, the distribution state of the gas molecules reaching the substrate 300 and the collision speed thereof are set so that the gas molecules grow on the surface of the substrate 300 at a predetermined speed. Or adjusting the degree of vacuum or the discharge rate of the gaseous compound in the vacuum chamber 200 in correspondence with the distance of the substrate 300 from the nozzle hole 14 set in advance, and the number of the holes 26, 34 and the nozzle holes 14. Adjust the diameter. Thereby, a semiconductor layer having a thickness in the range of ± 5% of the specified thickness, more preferably in the range of ± 1% of the specified thickness, is obtained. In the case of obtaining GaAs from TEGa, AsH _3, etc., the reaction rate generally proceeds faster as the temperature of the substrate 300 increases, but when the temperature of the substrate 300 is too high, the formed GaAs layer re-evaporates and the layer growth rate increases. Decreases. For this reason, the temperature of the board | substrate 300 is preferable 500-700 degreeC, and especially preferable is 600-650 degreeC. The vacuum chamber in the reaction chamber 10 is preferably 10 ^-6 Torr or less.

그 외에 TEGa 및 AsH₃등의 속도, 기판(300)의 온도등 여러가지 조건관계를 하기의 식(1),(2),(3)으로 나타낼 수 있다.In addition, various conditions such as the speed of TEGa and AsH ₃ , the temperature of the substrate 300, and the like can be represented by the following equations (1), (2) and (3).

이 식(1)에 있어서, f는 아래쪽 옆에 나타나는 화합물의 비임유속, F는 2유량, A는 성장영역 면적, a는 배기구(20)의 면적이다. 배기구(20)의 면적 a는 성장영역 면적(A)의 4% 정도인 것이 바람직하며, 4%를 넘으면 V족 화합물이 외부로 과잉 배출되어 반응실(10) 내에서의 분포상태가 균일해지지 않는다. 그 때문에 얻어지는 반도체층의 균일성이 나빠진다. 또 4% 이하가 되면 V족 화합물의 반응실(10) 내부로부터 외부로의 흐름이 나빠지며 Ⅲ족 화합물의 이용효율이 저하하여 효과적인 반도체층의 성장을 얻을 수 없게된다. 이 식(1)은 As₂와 Gs의 밀도비가 성장영역 면적(A)과 배기구(20)의 면적(a)의 비율 및 AsH₃와 TEGa의 유량비와의 합에 비례하는 것을 나타내고 있다.In this formula (1), f is the specific flow rate of the compound appearing on the lower side, F is 2 flow rates, A is the growth area area, and a is the area of the exhaust port 20. The area a of the exhaust port 20 is preferably about 4% of the growth area A, and when it exceeds 4%, the Group V compound is excessively discharged to the outside, so that the distribution state in the reaction chamber 10 is not uniform. . Therefore, the uniformity of the semiconductor layer obtained worsens. In addition, when it is 4% or less, the flow from the inside of the reaction chamber 10 of the group V compound to the outside becomes worse, and the utilization efficiency of the group III compound is lowered, so that effective growth of the semiconductor layer cannot be obtained. This equation (1) shows that the density ratio of As ₂ and Gs is proportional to the sum of the ratio of the growth area area A and the area a of the exhaust port 20 and the flow rate ratio of AsH ₃ and TEGa.

λ=KTV_b/πd_a ²V_hP ................................................................... (2)λ = KTV _b / πd _a ² V _h P ....................... ............................ (2)

이 식(2)에 있어서 "λ"은 Ⅲ족 화합물의 평균 자유행정, "d_a"는 기판(300)에 충돌하는 분자의 평균 직경, "T"는 온도, "Vb"는 노즐구멍(14)으로부터 토출되는 Ⅲ족 화합물의 선분자의 속도, "V_h"는 기판(300)의 근방에서 가열된 V족 화합물의 분자의 속도를 나타내고 있다. 이 식(2)에 의해 반응실(10)의 형상을 적정하게 설정할 수 있으며 노즐구멍(14)과 기판(300)의 사이의 거리는 Ⅲ족 화합물의 평균 자유행정(λ)보다도 작으며 또한 기판(300)의 표면에 V족 화합물이 균일하게 분포되도록 거리를 두는 것이 중요하다. 다음에, 반응실(10) 내의 중앙부로부터 배기구(20)까지의 사이의 압력저하는 배기구(20)를 끼운 반응실(10) 내부와 바깥의 압력차에 비하여 작게되도록 하지 않으면 안된다.In this formula (2), "λ" is the average free stroke of the group III compound, "d _a " is the average diameter of molecules impinging on the substrate 300, "T" is the temperature, "Vb" is the nozzle hole 14 The velocity of the line molecules of the Group III compound discharged from the N-type compound, "V _h ", represents the speed of the molecules of the Group V compound heated in the vicinity of the substrate 300. According to this equation (2), the shape of the reaction chamber 10 can be set appropriately, and the distance between the nozzle hole 14 and the substrate 300 is smaller than the average free stroke λ of the group III compound and the substrate ( It is important to keep a distance so that the Group V compound is uniformly distributed on the surface of the 300). Next, the pressure drop between the central portion in the reaction chamber 10 and the exhaust port 20 must be smaller than the pressure difference between the inside and the outside of the reaction chamber 10 in which the exhaust port 20 is fitted.

예를들어 반응실(10)의 길이와 폭이 같은 경우라면 반응실(10) 내에 있어서 그 중앙부로부터 측벽쪽까지의 컨덕턴스(Ca)와 상기 반응실(10) 외부의 컨덕턴스(Co)와의 비는 하기의 (3)식으로 나타난다.For example, if the length and width of the reaction chamber 10 are the same, the ratio of the conductance Ca from the center portion to the side wall in the reaction chamber 10 and the conductance Co outside the reaction chamber 10 is It is shown by following formula (3).

Ca/Co=4h²/a............................................................................ (3)Ca / Co = 4h ² / a ... ..................... (3)

이 식에 있어서 "h"는 노즐구멍(14)으로부터 기판 (300)까지의 거리 "a"는 배기구(20)의 면적을 나타내고 있다. 이 관계에 있어서, Ca/Co가 4로 되는 것이 바람직하다. 즉, 반응실(10) 내에서의 압력변동은 약 25% 이하인 것이 바람직하다. 더우기, 이 반응실(10)내로 토출되는 V족 화합물은 이 반응실(10) 내의 압력변동에 영향받지 않도록 과잉으로 공급하는 것이 바람직하다. 그 경우에도 종래의 유기금속 CVD법과 비교하여 그 사용량은 1/20 정도에서 끝난다.In this equation, "h" represents the area of the exhaust port 20 from the nozzle hole 14 to the distance "a" from the substrate 300. In this relationship, Ca / Co is preferably 4. In other words, the pressure variation in the reaction chamber 10 is preferably about 25% or less. Moreover, it is preferable that the Group V compound discharged into the reaction chamber 10 is supplied in excess so as not to be affected by the pressure fluctuations in the reaction chamber 10. Even in this case, the amount of use is about 1/20 as compared with the conventional organometallic CVD method.

이와같이 이 반도체의 연속제조 장치는 진공실(200) 내를 3개의 대역(100a)(100b)(100c)으로 구분하며, 그 각 대역 (100a)(100b)(100c)으로 설치한 반응실(10)에 기판(300)을 순차적으로 이동시키면서 연속적으로 다른 처리를 행할 수 있도록 되어 있다. 그 때문에 높은 효율로 생산을 할 수 있다.As described above, the continuous manufacturing apparatus of the semiconductor divides the inside of the vacuum chamber 200 into three zones 100a, 100b, and 100c, and the reaction chamber 10 installed in each of the zones 100a, 100b, and 100c. While the substrate 300 is sequentially moved, other processing can be performed continuously. Therefore, production can be performed with high efficiency.

또 각각의 대역(100a)(100b)(100c)에 반응실(10)이 설치되며 그 반응실(10) 내에서 기판(300)의 처리가 행해지기 때문에 반응가스를 유효하게 사용할 뿐만아니라 각 대역(100a)(100b)(100c)의 반응실(10)에서 각각 다른 화합물을 사용할 수 있다. 따라서, 반응가스의 이용효율을 향상시킬 수 있음과 동시에, 다른 종류의 화합물이 섞임으로써 반도체층의 품질이 저하하는것을 방지할 수 있다. 또한 상기 실시예에 있어서, 반응실(10)을 원통형으로 하고 그에 따라 각 상판(18)도 원형으로 하여 상단을 각 반응실(10) 위로 이동할 수 있도록하며 또한 각 상판(18)을 그 반응실(10)의 중심을 축으로 하여 천천히 회전시키도록 하여도 좋다. 이와같이 하므로써 반도체층이 더욱 균일한 상태로 형성되게 된다.In addition, since the reaction chamber 10 is installed in each of the zones 100a, 100b, and 100c, and the substrate 300 is processed in the reaction chamber 10, the reaction gas is not only used effectively but also in each zone. Different compounds can be used in the reaction chamber 10 of (100a) (100b) and (100c). Therefore, the utilization efficiency of the reaction gas can be improved, and the quality of the semiconductor layer can be prevented from being degraded by mixing different kinds of compounds. In addition, in the above embodiment, the reaction chamber 10 has a cylindrical shape and accordingly each top plate 18 is also circular so that the upper end can be moved above each reaction chamber 10 and each top plate 18 is moved to the reaction chamber. You may make it rotate slowly, centering on the center of (10). In this way, the semiconductor layer is formed in a more uniform state.

또 상기 실시예에서는 반응실(10)의 벽(16)에 배기구(20)를 설치하고 있지만 벽(16)에 배기구(20)을 설치하지 않고 벽(16)과 상판(18)의 틈새를 배기로로 하도록 하여도 좋다.In the above embodiment, the exhaust port 20 is provided in the wall 16 of the reaction chamber 10, but the gap between the wall 16 and the upper plate 18 is exhausted without providing the exhaust port 20 in the wall 16. You may make it into the furnace.

또 상기 장치는 동일한 형태의 반응실(10)을 3개 사용하도록 하고 있지만 반드시 이에 한정되지는 않으며, 더우기, 많은 반응실을 덧붙여 처리공정을 증가시켜서 다층형의 반도체를 제조한다든지, 가열과 냉각을 별도의 장치로 행해도 좋다.In addition, the apparatus uses three reaction chambers 10 of the same type, but is not necessarily limited thereto. Furthermore, a plurality of reaction chambers may be added to increase the processing process to manufacture a multilayer semiconductor, or to heat and cool. May be performed by a separate device.

또 기판(300)의 각 반응실(10)로의 이동은 상기 실시예와 같이 회전원판(61)의 회전에 의해 상판(18)을 회전시키는 것에 한정되는 것이 아니며, 상판(18) 및 혼합실을 고정해 놓고 바닥판(12)을 벽(16)과 함께 다음의 반응실로 이동시켜 행하도록 하여도 좋다. 더우기 제1대역(100a)에서 사용하는 반응실(10)은 노즐등을 설치하지 않고, 단순히 가열 및 냉각만 가능하도록 하여도 좋으며 다른 대역(100b)(100c) 반응실(10)도 그곳에서 행하여지는 처리에 대응하여 혼합실을 1개로 하거나, 아래쪽에 혼합실을 하나 더 추가하여 3개로 하는등 변형시켜도 좋다.In addition, the movement of the substrate 300 to each reaction chamber 10 is not limited to the rotation of the upper plate 18 by the rotation of the rotary disk 61 as in the above embodiment, and the upper plate 18 and the mixing chamber are The bottom plate 12 may be fixed and moved along with the wall 16 to the next reaction chamber. Furthermore, the reaction chamber 10 used in the first zone 100a may be simply heated and cooled without installing a nozzle or the like, and the reaction chamber 10 in the other zones 100b and 100c may also be performed therein. The mixing chamber may be changed to one, or three mixing chambers may be added to the lower side to correspond to the losing treatment.

또 상기 실시예의 장치 및 제1도의 장치에 있어서 혼합실을 추가하는 경우 배기밸브(36)는 최하단의 혼합실에 설치하든지, 또는 각각의 혼합실에 설치하도록 하여도 좋다.In addition, when adding a mixing chamber in the apparatus of FIG. 1 and the apparatus of FIG. 1, the exhaust valve 36 may be provided in the mixing chamber of the lowest stage, or may be provided in each mixing chamber.

또 상기 실시예의 장치 및 제1도의 장치에서는 혼합실 "24"와 "30"을 별도로 구비하며, 각각의 혼합실을 연결하는 노즐구멍(14)로부터 다른 원료가스를 반응실(10)로 보내도록 되어 있지만 구멍등을 이용하여 혼합실 "24" 및 "30"을 연결함으로써 각각의 원료주입관(22)(28)에서 공급되는 원료가스를 혼합실(24) 내에서 혼합한 후 반응실(10)로 보내도록 하여도 좋다.In the apparatus of FIG. 1 and the apparatus of FIG. 1, mixing chambers "24" and "30" are provided separately, so that another source gas is sent to the reaction chamber 10 from the nozzle holes 14 connecting the respective mixing chambers. Although the mixing chambers "24" and "30" are connected by using holes or the like, the raw material gases supplied from the respective raw material injection pipes 22 and 28 are mixed in the mixing chamber 24 and then the reaction chamber 10 May be sent to

이상과 같이 상기 실시예의 장치 및 제1도의 장치는 1개의 반응실(10)에 각각 2개의 혼합실(24)(30)을 설치하고 있기 때문에 복수의 다른 화합물을 각각의 노즐로부터 분사할 수 있으며 사용방법을 다양화할 수 있다. 더우기, 히터(44)를 상판(18)의 위쪽에 배치하여 위쪽으로부터 기판(300)을 가열함과 동시에 반도체 성장용의 가스상태 화합물을 기판(300)의 아래쪽으로부터 기판(300)을 향하여 윗방향으로 토출시키기 때문에, 히터(44)의 발열에 의한 기체의 대류에 좌우되지 않고 적정한 처리가 가능하며, 효과적으로 양질의 반도체층을 균일하게 성장시킬 수 있다. 더우기 미반응의 가스 상태 화합물을 배출구(20)로부터 반응실(10)의 외부로 배출함으로써, 반응실(10) 내에서 일정한 유속의 화합물의 흐름을 발생시키도록 되어 있음과 아울러 혼합실(24), (30)에 연이어 통하는 복수의 노즐구멍(14)을 2등분하는 위치에 공급관(42)을 설치하고 있기 때문에, 기판(300)의 표면에 균일한 상태로 V족 화합물등을 보낼 수 있으며 Ⅲ-Ⅴ족 화합물등을 보낼 수 있으며 Ⅲ-Ⅴ족 화합물로부터 반도체층을 균일한 상태에서 성장시킬 수 있다.As described above, since the apparatus of the embodiment and the apparatus of FIG. 1 are provided with two mixing chambers 24 and 30 in one reaction chamber 10, a plurality of different compounds can be injected from each nozzle. Can be used to diversify Furthermore, the heater 44 is disposed above the upper plate 18 to heat the substrate 300 from above, and the gaseous compound for semiconductor growth is directed upward from the bottom of the substrate 300 toward the substrate 300. By discharging, the appropriate treatment can be performed without being influenced by the convection of the gas caused by the heat generation of the heater 44, and the semiconductor layer of good quality can be effectively grown uniformly. Furthermore, by discharging the unreacted gaseous compound from the discharge port 20 to the outside of the reaction chamber 10, the flow of the compound at a constant flow rate is generated in the reaction chamber 10, and the mixing chamber 24 is provided. Since the supply pipe 42 is provided at a position that divides the plurality of nozzle holes 14 connected in succession to (30), the Group V compound and the like can be sent to the surface of the substrate 300 in a uniform state. -V group compounds and the like can be sent, and the semiconductor layer can be grown in a uniform state from the III-V compound.

또한 상기 장치는 혼합실(24)(30)에 냉각용 자켓(500)을 설치하여 반응가스를 적정한 온도로 유지할 수 있도록 하므로 장치를 계속적으로 사용하여 장치의 온도가 상승하더라도 혼합실 내의 반응가스의 온도가 상승하지 않는다. 따라서 이상 고온에 의한 반응가스의 조기 반응을 방지할 수 있게 된다.In addition, the apparatus provides a cooling jacket 500 in the mixing chambers 24 and 30 to maintain the reaction gas at an appropriate temperature. The temperature does not rise. Therefore, it is possible to prevent the early reaction of the reaction gas by the abnormal high temperature.

또 제1도의 장치는 제2혼합실(30)에 배기밸브(36)를 설치하고 있기 때문에 가스상태 화합물의 기판(300)에의 단속적인 공급도 가능하게 된다. 또 상기 양 장치에 있어서 TEAs는 독성이 적기 때문에 V족 화합물로서 이를 사용하면 사용후의 처리가 용이하다. 더우기 운반가스를 사용하지 않기 때문에 사용가스의 양을 줄일 수 있으며, 폐기등의 처리가 용이하게 된다.In addition, since the exhaust valve 36 is provided in the second mixing chamber 30 in the apparatus of FIG. 1, the intermittent supply of the gaseous compound to the substrate 300 is also possible. In addition, since both TEAs are less toxic, the use of the compound as a Group V compound facilitates post-use treatment. Moreover, since the carrier gas is not used, the amount of used gas can be reduced, and disposal of wastes and the like becomes easy.

Claims

A vacuum chamber having a high degree of vacuum; A reaction chamber formed in the vacuum chamber by a bottom plate, a wall formed at an edge portion of the bottom plate, and a top plate covering the reaction space surrounded by the wall; A first reaction gas supply device for supplying a first reaction gas to the reaction chamber; A substrate holding part installed on the upper plate so that a surface of the substrate may contact the reaction space; A reaction gas discharge path installed between the wall of the reaction chamber and the upper plate or on the wall; A heating device installed above the upper plate; A plurality of nozzle holes formed in the bottom plate of the reaction chamber; A first mixing chamber provided below the reaction chamber; A second reaction gas injection tube connected to an opening formed in a wall of the first mixing chamber to inject a second reaction gas into the first mixing chamber; A plurality of first holes formed in the ceiling of the first mixing chamber so as to be connected to some of the nozzle holes of the plurality of nozzle holes formed in the bottom plate of the reaction chamber; A second mixing chamber installed below the first mixing chamber; A third reaction gas injection tube connected to an opening formed in a wall of the second mixing chamber to inject a third reaction gas into the second mixing chamber; A plurality of second holes formed in the ceiling of the second mixing chamber; A duct connecting a plurality of second holes formed in the ceiling portion of the second mixing chamber and some nozzle holes among the first holes formed in the ceiling portion of the first mixing chamber; A cooling jacket installed on an outer circumferential surface of at least one of the first and second mixing chambers; And a coolant supply device supplying a coolant to the cooling jacket.

The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the nozzle hole formed in the bottom plate of the reaction chamber is formed in a conical shape in the reverse direction from the rear surface of the bottom plate to the front surface.