KR950014605B1 - 반도체의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

반도체의 제조방법

제1도는 본 발명의 한 실시예에 따른 반도체의 제조방법에 의한 반도체 제조장치를 나타내는 평면도,

제 2 도는 제 1도의 A-A' 선을 따른 종단면도,

제3도는 제1도에 도시된 반도체 제조장치에서 사용된 반응실 불럭의 단면도,

제4도는 제1도에 도시된 반도체 제조장치에서 사용된 반응실의 상판을 들어낸 상태의 사시도,

제5도는 제1도에 도시된 반도체 제조장치에서 사용된 회전 원판 불럭의 단면도,

제6도는 기판 공급장치를 포함한 제1도에 도시된 반도체 제조장치의 평단면도,

제7도는 제1도에 도시된 반도체 제조장치에서 사용된 반응실의 노즐구멍 및 공급관의 분포 상태를 나타내는 평면도,

제8도는 제1도에 도시된 반도체 제조장치에서 사용된 히터의 평면도,

제9도는 MESFET 에피택시층의 성자 프로세스의 챠트도,

제10도는 HEMT 에피택시층의 프로세스 챠트도,

제11도는 종래의 반도체 제조장치에 의한 반도체의 제조방법을 나타내는 의 계략적인 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 반응실 12 : 바닥판

14 : 노즐구멍 16 : 벽

18 : 상판 20 : 배기구

24,30 : 혼합실 28 : 원료주입관

32 : 덕트 42 : 공급관

44 : 히터 44c : 균열판

61 : 회전원판 100a,100b,100c : 대역

200 : 진공실 300 : 기판

400 : 회전축

본 발명은 진공실 내, 특히 진공화학 에피택시(VCE)계에 있어서 화합물 반도체층을 성장시키는 반도체의 제조방법에 관인 것이다. 최근 화함물 반모체 특히 III-V족 화합물(예를들어, GaAs)이 종래레의 규소 반도체 보다도 뛰어난 성능을 가지므로 그 수요가 증가하고 있다. 이러한 화합물 반도체의 제조방법으로는 초고진공 상태에서 에피택셜 성장시키는 화합물에 필요한 원자를 고체재료로부터 히터 건으로 증발시켜 이것을분자선의 형태로 기판에 충돌시키므로써 기판위에 막을 성장시키는 분자선 에피택실법이나 금속의 메틸 또는 에틸 화합물의 증기를 H₂등의 운반가스로 보내 상압 또는 감압 반응실로 도입하여, 거기서 V족의 수소화합물과 혼합한 후 가열된 기판위에서 반응시켜 결정을 성장시키는 유기금손 CVD법등이 있다. 그러나 이들 중 분자선 에피택셜법은 대량생산이 어려워서 시장의 수요에 갖출만큼의 공급이 곤란하다고 하는 문제점이 있다. 또한 유기금속 CVD법의 경우 생산능력은 상기 분자선 에피택설법보다 높지만 사용하는 반응가스가 비싸며, 또 그 성장 기구의 반응가스 이용효율이 나빠진다고 하는 문제점을 갖고 있다. 따라서 비용에 구애받지 않는 특수한 용도를 제외하고는 일반적으로 사용하는 것이 곤란하다. 또 상기 유기금속 CVD법은 전술한 바와 같이 반응가스의 이용효율이 나쁘기 때문에 다량의 미반응 가스가 생기며, 증기압이 낮은 III족화합물을 가스화하여 반송할 목적으로 대량으로 사용되는 H₂등의 운반가스가 상기 미반응가스에 가해지기 때문에 다량의 독성가스가 발생하며 이와 같은 독성가스의 폐기등에 커다란 문제를 갖고 있다. 이러한 유기금속 CVD법에 의한 종래의 장치는 제11도에 도시된 것과 같다. 즉, 진공실(1)내에 설치된 히터(2)의 위에기판(3)을 얹어놓고, 이 기판(3)을 향해 진공실(1)내부의 위쪽에 설치된 노즐(4)로부터 반도체 성장용가스화합물을 화살표(A)와 같이 토출하는 것이다. 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)에의해 가열된 기판(3)으로부터 방산되는 열이 기판(3)의 윗면 근방에서 화살표(C)와 같이 발생한다. 그 결과, 노즐(4)로부터 토출되는 반응가스가 상기 화살표(B)의 열대류, 화살표(C)의 방산열에 의해 들어 올려져 그 흐름이 흩어지기 때문에 기판(3)의 윗면에 막이 균일하게 성장하기 어렵다. 따라서 상기 장치로는 반도체막(반도체층)의 표면을 평평하게 마무리하기 곤란하다고 하는 결점이 있다. 이와같은 결점은 상기 화살표(B)의 열대류에 의해 기판(3)의 윗면에 도달하지 않고 공중에서 접촉반응하여 생성되는 Ga, As 입자가 공간을 부유하다가 임의로 반도체막에 부착되기 때문에 발생하는 것이다. 더우기 상기 장치는 다른 종류의 반도체층을 형성하기 위하여 반응가스의 종류를 바꿀경우에는 상기 노즐(4)의 내부에 잔류하는 직전에 사용한 반응가스가 새로운 반응가스에서는 불순물로 작용하여 양질의 반도체를 얻기 어려워 진다는 문제점도 가진다.

본 발명은 이와같은 사정을 감안한 것으로서, 상기 MBE와 MOCVD의 장점반을 취하여 표면이 평평한양질의 반도체를 높은 효율로 생산하는 반도체 제조방법을 제조하는 것을 그 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 반도체 제조방법은 진공화학 에스텍시계의 진공실내에 설치된 기판의 표면에 반도체층을 성장시키는 반도체의 제조방법으로서, 진공실을 고진공상태로 하고 또 복수의 독립된 대역으로 분할해 전술한 복수의 독립대역의 표면을 아래방향으로 한 상태의 기판을 차례로 이동시켜 제1독립대역에서 기판을 예열하고, 제1독립대역에 이어지는 소정수의 독립대역에서 기판을 위쪽으로부터 가열함과 동시에 아래쪽으로부터 반응가스를 토출해 반도체층을 성장시킨후 이 독립대역에 이어지는 다른 독립대역에서 기판을 냉각시켜 꺼어내는 구성으로 되어 있다.

즉, 본 발명에 따른 반도체의 제조방법은 진공실을 고도의 진공상태로 함으로써 평균 자유 행정이 큰 가스분자의 분자선을 기판에 충돌하도록 하였으므로 반응가스의 이용효율이 크게 향상된다. 또한 진공실이 고도의 진공상태로 되어 있어 증기압이 낮은 III족 화합물도 쉽게 기화되기 때문에 III족 화합물의 기화 및 반송용 운반가스가 불필요하며 사용후 가스의 폐기량도 줄일수 있게 된다. 그리고 본 발명에 따른 반도체의 제조방법은 기판을 위쪽으로 가열하며 반응가스가 기판의 아래쪽으로부터 토출되도록 하였으므로 반응실로 토출된 반응가스가 열대류등에 의해 영향을 받지 않고 기판에 도달하여 표면이 매우 평평한 반도체층이 형성되게 된다.

또 진공실을 복수의 독립된 대역으로 구분해 각 대역에서 기판을 처리하도록 했으므로 소정의 대역에서 기판에 대해 가열 또는 냉각하고 다음 대역에서 기판을 향하여 반응가스를 토출시킬 수 있으므로 반도체의 연속생산이 가능해져 생산효율의 대폭적인 향상을 실현할 수 있게 되었다.

또 진공실을 복수의 독립된 대역으로 구분하고 있으므로 각 독립대역마다 다른 종류의 반응가스의 사용기가능하다. 때문에 다른 종류의 반응가스가 혼합되어 불순물로 작용하므로써 발생하는 반도체의 품질저하를 방지하게 된다.

그리고 본 발명은 진공실을 고진공상태로 하고 있어 증기압이 낮은 III족 화합물도 그대로 기화하므로 III족 화합물의 가스화 및 반송용의 운반체가 불필요해진다. 때문에 사용후 가스의 폐기처리도 용이해진다.

다음은 본 발명의 실시예에 기초하여 상세히 설명한다.

제1도 내지 제2도는 본 발명의 한 실시예에서 사용하는 반도체 제조장치를 나타내고 있다. 이들 도면에있어서 "200"은 진공화학 에피택시계에 있어서의 진공실이며, 그 내부가 3개의 독립대역(100a)(100b)(100c)로 구분되며 각 대역(100a)(100b)(100c)에 각각 반응실(10)이 설치되어 있다. 각 반응실(10)의 작용에 관하여, 기판탈착실(50)에 가까운 대역(100a)의 반응실(10)은 기판(300)의 예열 및 냉각용이며, 대역(100b)의 반응실(10)은 도펀트가 없는 성장용이고, 대역(100c)의 반응실(10)은 n형 활성층의 성장용이다. 이와 같이 각 반응실(10)은 제3도 및 4도에서 처럼 4갹형의 바닥판(12), 그 바닥판(12)의 가장자리에서 위쪽으로 뻗어 있는 벽(16), 및 그 벽(16)의 상단에 얹어지는 상판(18)으로 구성되어 있다.

전술한 회전원판(61)은 진공실(200)보다도 약간 치수가 작게 설정되어 매회의 작업종로때마다 진공실(200)의 중심에 설치된 회전축(400)을 중심으로 천천히 회전시켜 각 반응실(10)의 상판(18)을 회전방향축에 위치하는 다음의 반응실(10)을 이동시키도록 되어 있다. 그리고 전술한 회전원판(61)의 각 반응실(10)에 대응하는 부분에는 제5도에서처럼 아치모양의 잘라낸 부분(60)이 형성되어 여기에 상판(18)이 탈착이 자유롭게 장착된다. "18a"는 상판(18)의 윗면의 4구석에 설치된 후크이며 아치모양의 잘라낸 부분(60)에 대한 상판(l8)의 장착에 이용된다. "300"은 상판(l8)에 형성된 구멍부에 표면에 아래쪽으로해 탈착이 자유롭게 장착된 기판으로 구멍부의 가장자리에 설치된 단부에 놓여 지지되고 있다.

보다 상세하게 설명하면 상판(18)은 아치모양의 잘라낸 부분(60)과 대략같은 형상을 하며 아치모양의 잘라낸 부분(60)의 안쪽 가장자리에 형성된 단부에 의해 탈착이 자유롭게 지지 장착된다.

이 상판(18)의 아치모양의 잘라낸 부분에 대한 장착은 제6도에서 처럼 진공실(200)의 바깥 가장자리에 연속 설치된 기판 탈착실(50)에 있어서 기판(300)이 장착된 상판(180)의 후크(18a)에 매직핸드(51)의 막대기모양의 팔의 걸어 맞추어 상판(18)을 잡아 올리고, 그 상태로 매직핸드(51)를 진공실(200)내로 뻗어 상판(18)을 회전원판(61)의 아치모양의 잘라낸 부분(60)의 단부에 놓음으로써 실행된다.

상판(18)을 적재한 후 매직핸드(51)의 붕모양 팔은 조금 하강해서 상판(18)의 후크(18a)와의 걸어맞춤을푼다. 그리고 그 상태로 매직핸드(51)가 기판탈착실(50)로 후퇴한다.

상판(18)의 탈착은 전술한 것과 역순으로 이루어진다.

제6도에 있어서 "52"는 기판탈착실(50)과 진공실(200)을 나누는 밸브, "53"은 밸브(52)를 열기 전에 기판탈착실(50)을 진공실(200)과 같은 수준의 진공상태로 만들어 주는 진공펌프이다.

상기 반응실(10)의 벽에는 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. "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 외쪽에 걸쳐 역방향의 원추형이 되며, 반응가스를 균일토출하도록 되어 있다)이며 반응실(10)의 아래쪽에 설치된 제1혼합실(24)의 천정부에 위치하는 구멍(26) 또는 (34)에 연이어 통해 있다. 이 구멍 "26"및 "34"는 제5도에 도시된 바와 같이 동일한 수의 구멍이 교대로 설치되어 있으며, 구멍(26)은 제1혼합실(24)로 연이어 통하며, 구멍(34)은 제1혼합실(24)을 관통하는 덕트(32)를 통하여 혼합실(24)의 아래쪽에 설치된 제2혼합실(30)에 연이어 통하고 있다. 제1혼합실(24)내에는 제2도에 도시된 바와 같이 측벽을 관통하여 원료 주입관(22)이 연결되어 있으며, 이 원로 주입관(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 보내지도록 되어 있다. 이 화합물들은 제1혼합실(24)내에서 균일하게 혼합된 후 구멍(26) 및 노즐구멍(14)을 통해 위쪽에 설치되어 있는 기판(300)을 향해균일하게 토출된다. 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 원로주입관(28)으로부터 n형, P형 도우펀트 또는 트리에틸 알루미늄(TEAl)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)으로향해 균일한 상태로 토출된다. 또한 상기 덕트(32)는 제1혼합실(24)내에서 반응가스의 유통저항으로 작용함으로써 휘저어 섞는 작용을 갖게 되기 때문에, 제1혼합실(24)내에 있어서 반응가스의 혼합성의 향상에기여한다. 또한 상기 제1혼합실(24) 및 제2혼합실(30)은 일체적으로 형성된 스테인레스 강제의 블럭으로되어 있으며 스테인레스 강제의 지지체(40)로 지지되고 있다.

"42"는 AsH₃등의 V족 화합물을 반응실(10)내로 공급하기 위한 공급관이며, 제5도와 같이 바닥판(12)의위에, 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 형성되어 있다. 이로 인해, 상기 V족 화합물이 반응실(10)내로 균일한 상태로 공급된다.

제2도에서 "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 열대류 등의 영향을 받지 않고 반도체층이 기판(300)의 표면에 균일하게 성장할 수 있도록 하고 있다. 상기 히터(44)는 제1(b)도에 도시된 바와 같이 판형 카본 그래파이트를 잘라서(44a) 교대로 설치하며 양단에 전극(44b)을 부착하여 구성된다. 이 히터(44)의 아래쪽에 설치된 균열판(44c)은 가열이 더욱 균일하게 되도록 한다.

전술한 장치를 사용한 반도체의 제조는 다음과 같이 이루어진다. 즉 각 대역(100a)(100b)(100c)이 상판(18)에 각각 4개의 기판(300)을 표면을 아래쪽으로 한 상태로 설치하고 1일 2 교대의 작업을 하므로써 1주일동안 1152개의 반도체를 제조할 수 있다.

이것을 제9도의 MESFET 에피텍시층의 성장 프로세스 차트 및 제1도, 제2도를 사용해서 보다 상세하게 설명한다. MESFET 에피택시층의 성장에는 제1도와 같이 반응실(10)에 기판(300)(표면이 아래쪽으로되어 있다)이 붙은 상판(18)을 장착하며, 진공실(200) 내부를 진공도를 10^-토르의 진공상태로 함과 동시에 히터(44)를 발열시켜 주위 온도를 650℃로 가열한다. 그 상태에서, 기판(300)을 약 15분간 가열한다. 이어서 기판(300)을 상판(18)과 함께 회전시켜 제2대역(100b)의 반응실(10)로 이동시킨다. 이 회전으로 인해 제1대역(100a)에는 모든 처리가 되어진 기판을 갖는 상판(18)이 제3대역(l00c)으로부터 온다. 그리고 매직핸드(51)를 사용해 이것을 회전원판(61)으로부터 떼어낸 뒤 빈 공간에 매직핸드(51)을 사용해 미처리의 기판을 갖는 상판(18)을 장착하는 것이 실행된다.

한편 제2대역(100b)으로 이동한 상판(18)의 기판(300)에 대해서는 다음과 같이 해서 반응가스에 의한 처리가 이루어진다. 반응실(10)의 원료주입관(22)으로부터 트리메틸칼륨(TEGa)등의 III족 화합물을 제1혼합실(24)로 보내 혼합실(24)내에서 균일한 상태로 혼합한 후 노즐구멍(14)으로부터 제2대역(100b)의 반응실에 위치하는 기판(300)을 향해 균일한 상태로 토출시킴과 동시에 공급관(42)에AsH₃또는 알킬아르세닉 등의 V족 화합물, 예를들어, 트리에틸아르세닉(TEAs)을 보내 이것을 구멍 "42"및 구멍 "42b"로부터 반응실(10) 내부로 과잉 토출시킨다. 그 결과 반응실(10)내로 공급되는 V족 화합물은 상기 III족 화합물등과 동시에 기판(300)의 표면을 가로질러 배기구(20)쪽으로 확산하면서 흘러간다. 그사이에 AsH₃나 TEAs는 열분해하여 As₂로 되며, 기판(300)의 표면에서 상기 갈륨화합물의 갈륨과 동시에 접촉하여 무 도우프 비화갈륨(GaAs)층 등으로서 성장한다. 또 기판(300)에 접속하지 않는 미반응의 화합물은 배기구(20)로부터 외부로 배출되며 진공실(200)쪽으로 배기장치에 의해 흡입된다. 상기 GaAs층은 매시간 약 2μm의 속도로 성장시키는 것이 바람직하며, 두께를 약 10⁴Å로 형성하는 것이 적합하다. 이 경우상기 무 도우프 GaAs층 내의 불순분의 농도는 1×10^l5원자/cm3 이하가 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 다음은 전술한 처리를 끝낸 기판(300)을 회전원판(61)의 회전으로 상판(18)과 함께 제2대역(100b)으로부터 제3대역(100c)의 반응실(10)로 이동시킨다. 이 회전에 의해 제1대역(100a)에서 가열 처리된 기판(300)의 제2대역(100b)에 도래한다.

한편 제3대역(100c)으로 이동한 기판(300)에 대해서는 도핑처리가 이루어진다.

즉, n형 도우펀트를 상기 III족, V족 화합물과 함께 제1혼합실(24)로부터 제3대역(100c)의 반응실(10)로 토출시키거나, 또는 단독으로 제2혼합실(30)로부터 반응실(10)에 토출시킴에 따라 상기 무 드우프GaAs층의 표면에 n형 활성층을 성장시킨다. 이 n형 활성층은 매 시간 약 2μm의 속도로 성장시키는 것이 바람직하며, 그 두께는 2×10³Å, 그 안에 있는 n형 도펀트의 농도는 약 2×10¹⁷원자/cm³로 하는 것이 적합하다.

그후 가스의 공급을 모두 정지한 상태에서 약 15분 동안 그냥 둔다.

그리고 회전원판(61)을 회전시켜 전술한 처리를 끝낸 기판(300)을 제1대역(100a)의 반응실(10)로 돌려 거기서 냉각한다. 이 회전원판(61)의 회전에 의해 제2대역(100b)에서 도프가 없는 GaAs층을 형성한 기판(300)이 제3대역(100c)으로 이동하여 도핑처리를 받게 된다.

한편 제1대역(100a)에서 냉각된 기판(300)은 상판(18)과 함께 매직핸드(51)에 의해 기판탈착실(50)로 꺼내어진다.

본 장치에서는 전술한 조작을 반복함으로써 연속적인 반도체의 제조가 가능하다. 이 경우 전슬한 장치의각 반응실(10)에서는 동시에 각 반응실로 할당된 처리가 이루어지게 된다.

이와 같은 처리에 요구되는 시간은 제1대역(100a)에서의 가열·냉각에 각각15분, 제2대역(100b)에서의 도프가 없는 성장에 약 30분, 제3대역(100c)에서의 n형 활성층의 성장에 약 15분, 무성장기간(가스모양의 화합물등의 공급없이)에 약 15분 걸려 모두 약 1.5시간이 된다. 따라서 12개의 기판(300)의 제조에 대해1.5시간이 요구되어 이것을 1일 2교대로 연속 운전하면 1주간에 1152개의 반도체를 제조할 수 있게 된다.

다음은 제10도에 MEMT 에피택시층의 성장 프로세스의 차트를 나타낸다.

즉 전술한 방법과 같은 방법에 있어서. 제2 및 제3대역(100b)(100c)에서 제2혼합실(30)(제2도)로부터 트리에틸 암루미늄(TEAl)등과 같은 Al을 함유하는 III족 화합물을 공급함으로써 HEMT 에피택시층을 성장시킬 수 있다. 이 경우 우선 전술한 방법과 같이 기판(300)을 제1대역(100a)에서 가열한 뒤 제2대역(100b)에서 가스상태의 III족 및 V족 화합물을 사용해 도우펀트의 농도가 1×10⁵원자/cm³이하에서 두께가 약 10⁴Å의 GaAs충을 성장시키고 이어 전술한 가스를 더해 Al 함유 화합물을 제2혼합실(30)로부터 토출시켜 전술한 GaAs층의 표면에 두께가 30∼100Å으로 도프가 없는 Al_zGa₁-_zAs층을 성장시킨다.

다음으로 제3대역(100c)에서 전술한 가스등을 더해 n형 도우펀트를 토출시켜 전술한 Al_zGa_l-_zAs층의 표면의 두께가 500Å인 n형 Al_zGa₁-_zAs층을 성장시킨다. 이 경우 전술한 z는 0.1∼0.9 적절하게는 0.2∼0.3이다.

그뒤 제2혼합실(30)의 원료 공급관(28)에 설치된 배출밸브(도시하지 않음)을 닫음에 따라 전술한 가스중 Al 함유 화합물의 공급을 정지하고 n형 도우펀트를 함유하는 두께가 약 10³Å인 n형 GaAs층을 성장시킨다.

그리고 전술한 것과 같이 표면에 반도체층이 형성된 기판(300)을 제1대역(100a)에서 냉각한 뒤, 반도체제조장치의 외부로 꺼내어 신호원 전극등을 붙인다. 이상과 같은 과정을 통하여, HEMT 반도체를 얻을 수있다. 또한 상기의 장치에 있어서 노즐구멍(14)으로부터 기판(300)까지의 거리를 진공상태에서의 III족 화합물 가스분자의 평균 자유행정(가스분자가 다른 분자와 충돌하여 반응하기까지 진행하는 거리)보다 짧게, 또한 기판(300)의 표면에서의 화합물의 분산상태가 균일하게 되도록 설정해 둔다. 이것을 보다 상세하게 설명하면 각 노즐구멍(l4)으로부터 위쪽 방향으로 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 충돌속도를 가스분자가 기판(300)의 표면에 소정속도로 성장하기에 충분하도록 설정해둔다. 또는 미리 설정된 노즐구멍(14)으로부터 기판(300)까지의 거리에 대응시켜서 진공실(200)내의 진공도나 가스상태 화합물의 토출속도의 조절, 구멍(26),(34) 및 노즐구멍(14)의 갯수, 직경등을 조절한다. 이에의해 규정두께의 ±5%의 범위내의 두께, 보다 바람직하게는 규정두께의 ±1%의 범위의 두께를 갖는 반도체층을 얻도록 한다. 또 TEGa 및 AsH₃등으로부터 GaAs를 얻는 경우의 반응속도는 일반적으로 기판(300)의 온도가 높을수록 빨리 진행되도록 되어 있지만 기판(300)의 온도가 너무 높으면 형성된 GaAs층의 재증발하여 층 성장속도를 저하시킨다. 이 때문에 기판(300)의 온도 500-700℃가 바람직하며, 특히 바람직한 것은 600-650℃이다. 또 반응실(10)내의 진공상태는 10-6토르 이하가 바람직하다.

그밖에 TEGa 및 AsH₃등의 속도, 기판(300)의 온도 등 각각의 조건의 관계를 하기식(1)(2)(3)으로 나타낼 수 있다.

이 식에 있어서 f는 아래쪽 밑에 나타내는 화합물의 비임유속, F는 그 유량, A는 성장영역 면적, a는 배기구(20)의 면적이다.

이 배기구(20)의 면적(a)은 성장영역(A)의 4%정도가 적합하며 4%를 넘으면 V족 화합물이 외부로 너무 배출되어 반응실(10)내에서의 분포상태가 균일하지 않게 되며, 따라서 얻어지는 반도체층의 균일성이 악화된다. 또 4% 이하로 되면 V족 화합물의 반응실(10) 내부로부터 외부에로의 흐름이 나빠져서 III족 화합물의 이용효율이 저하되어 효과적인 반도체층의 성장이 얻어지지 않는다.

식(1)은 Asz와 Ga의 밀도비가 성장영역 면적(A)과 배기구(20)의 면적(a)의 비 및 AsH₃와 TEGa의 유량비와의 급에 비례하는 것을 나타내고 있다.

λ=KTVb/πda²Vhp .............................................................(2)

식(2)에 있어서 λ는 III족 화합물의 평균 자유 행정, da는 기판(300)에 충돌하는 분자의 평균 직경, T는온도, Vb는 노즐구멍(14)에서 토출되는 III족 화합물의 선분자의 속도, Vh는 기판(300)의 근처에서 가열된V족 화합물의 분자의 속도를 나타내고 있다. 식(2)에 의해 반응실(10)의 형상을 적정하게 설정할 수 있으며 노즐구멍(14)과 기판(300)과의 거리는 III족 화합물의 평균 자유 행정(λ)보다 작으며 또 기판(300)의 표면에서 V족 화합물이 균일하게 분포하도록 하는 거리로 해두는 것이 중요하다. 그리고 반응실(10)내의 중앙부로부터 배기구(20)까지의 압력저하는 배기구(20)를 사이에 둔 반응실(10) 내부와 바깥쪽과의 압력차를 비교해서 작아지도록 하여야 한다. 예를 들면 반응실(10)의 길이와 폭이 같으면 반응실(10)내에 있어서 중앙부에서 측벽쪽까지의 컨덕턴스(Ca)와 전술한 반응실(10)의 외부 컨덕턴스(Co)와의 비는 하기의 (3)식으로 나타낸다.

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

본 식에 있어서 h는 노즐구멍(14)으로부터 기판(300)까지의 거리, a는 배기구(20)의 면적을 나타내고 있다. 이 관계에 있어서 Ca/Co가 4이 되면 바람직하다. 즉 반응실(14)내의 압력변동은 약 25% 이하이면 적절하다. 또 반응실(10)내에 토출되는 V족 화합물은 이 반응실(10)내의 압력변동에 영향을 받지 않도록 과잉으로 공급하는 것이 바람직하다.

이 경우에는 종래의 유기금속 CVD법에 비해 그 사용량은 1/20정도로 끝난다. 이와 같이 본 발명은 진공실(200)내를 3개의 독립대역(100a)(100b)(100c)으로 구분하고 각각의 독립대역(100a)(100b)(100c)에 기판(399)을 순차적으로 이동시키면서 연속적으로 다른 처리를 행한다. 따라서 높은 효율로 생산이 가능하다. 또 각각의 대역(100a)(100b)(100c)에서 기판(300)의 처리가 독자적으로 이루어지므로 반응가스를 유효하게사용할 수 있고 또 각 대역(100a)(100b)(100c)에서 각각 다른 화합물을 사용할 수 있다. 따라서 반응가스의 이용효율의 향상을 실현할 수 있고 또 이종의 화합물이 다른 화합물에 불순물이 되어 혼입됨으로써 반도체층의 품질이 저하되는 사태의 발생을 방지할 수 있다.

또 본 발명에서 사용되는 전술한 장치에서는 이 반응의 가스모양의 화합물을 배출구(200)으로부터 반응실(10)의 외부로 배출함으로써 반응실(10)내에 일정한 유속의 화합물의 흐름이 생기도록 함과 아울러 혼합실(24)(30)에 연통하는 복수개의 노즐구멍(14)을 2분할하는 위치에 공급관(42)을 설치하고 있으므로 기판(300)의 표면에 균열한 상태로 V족 화합물 등을 보낼 수 있어 III-V족 화합물로 이루어지는 반도제층을균일한 상태로 성장시킬 수 있다.

그리고 운반체 가스를 사용하지 않으므로 사용가스가 소량이 되어 폐기등의 처리가 용이해진다.

또 전술한 실시예에 쓰이는 장치에 있어서 반응실(10)을 원통모양으로 함과 아울러 각 상판(18)도 그것에 합쳐져서 원형으로 해서 독자적으로 각 반응실(10)에 이동시킬 수 있게 하고 또 각 상판(18)을 반응실(10)의 중심을 축으로 해서 천천히 회전시키도록 해도 좋다. 이렇게 해서 반도체층을 가일층 균일한 상태로 쉽게 형성할 수 있다.

또 전술한 실시예에 사용되는 장치에서는 반응실(10)에 동형의 장치를 3개 사용하도록 하고 있지만 이것에 한정되는 것이 아니고, 많은 반응실을 더해 처리공정을 증가시켜 다층상의 반도체를 제조하거나 가열과냉각을 열개의 장치로 실행해도 좋다.

또 기판(300)의 각 반응실(10)에로의 이동은 전술한 실시예에 사용하는 장치와 같이 회전원판(61)의 회전에 의해 상판(18)을 회전시켜 실행하는 것에 한정되는 것이 아니고 상판(18) 및 혼합실은 고정해 두고 바닥판(l2)을 공급관(42) 및 가장자리벽(16)을 함께 다음의 반응실로 이동시켜 실행하도록 해도 무방하다.

제1대역(100a)에서 사용하는 반응실(10)은 노즐 등을 설치하지 않고 단순히 가열 및 냉각이 가능한 공간으로 구성해도 좋고 다른 대역(199b)(100c)의 반응실(10)도 거기서 행해지는 처리에 대해 혼합실을 1개로 하고 또 아래방향에 추가해서 3개로 하는 등 변형시켜도 좋다.

또 전술한 실시예에서는 반응실(10)의 벽(16)에 배기구(20)을 설치하고 있지만 배기구를 설치하지않고 상기 벽(16)과 상판(18)의 사이에 있는 틈으로 배기하여도 된다.

또 상기 실시예의 장치 및 제1도의 장치에서는 혼합실 "24"와 "30"을 별도로 구비하며, 각각의 혼합실을 연결하는 노즐구멍(14)로부터 다른 원로가스를 반응실(10)로 보내도록 되어 있지만 구멍등을 이용하여 혼합실 "24" 및 "30"을 연결함으로써 각각의 원로 주입관(22),(28)에서 공급되는 원로가스를 혼합실(24)내에서 혼합한 후 반응실(10)로 보내도록 하여도 좋다.

또한 혼합실에 냉각용 재킷 등을 설치한 후 냉각용 재킷으로 냉각수를 보내므로써 가스상태 화합물을 걱정온도로 냉각할 수 있도록 하여도 좋다. 이렇게 하므로써 가스 상태 화합물이 과열되는 것을 방지하여 가스상태 화합물이 조기 반응을 일으키는 것을 방지할 수 있다.

Claims (2)

1. 진공 화학 에피텍시계의 진공실에 배치된 기판의 표면에 반도체층을 성장시키는 반도체 제조방법에 있어서, 복수의 독립된 대역으로 분할된 상기 진공실의 진공도를 매우 높게 하고, 상기 진공실의 독립된 대역에 상기 기판의 표면이 아래쪽을 향하도록 올려 놓고, 상기 독립된 대역에 올려진 기판을 순서대로 이동시키면서 제1독립대역에서는 기판을 예열하고, 상기 제1독립대역에 이어지는 소정수의 독립대역에서는 상기기판을 위쪽으로부터 가열함과 동시에 아래쪽으로부터 반응가스를 토출시켜 반도체층을 성장시키며, 반도제층을 성장시키는 상기 소정수의 독립대역에 이어지는 독립대역에서 상기 기판을 냉각하여 꺼내는 것을 특징으로 하는 반도체의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1독립대역, 반도체 층을 성장시키는 상기 소정수의 독립대역 및 기판을 냉각하는 상기 독립대역이 상기 진공실 내에서 원형으로 배치되어 순판되는 것을 특징으로 하는 반도체의 제조방법.

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