Warning: copy(.htaccess): failed to open stream: Permission denied in /home/jp321/public_html/header.php on line 8
半導体製造装置 - 大同ほくさん株式会社
米国特許情報 | 欧州特許情報 | 国際公開(PCT)情報 | Google の米国特許検索
 
     特許分類
A 農業
B 衣類
C 家具
D 医学
E スポ−ツ;娯楽
F 加工処理操作
G 机上付属具
H 装飾
I 車両
J 包装;運搬
L 化学;冶金
M 繊維;紙;印刷
N 固定構造物
O 機械工学
P 武器
Q 照明
R 測定; 光学
S 写真;映画
T 計算機;電気通信
U 核技術
V 電気素子
W 発電
X 楽器;音響


  ホーム -> 電気素子 -> 大同ほくさん株式会社

発明の名称 半導体製造装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−132222
公開日 平成6年(1994)5月13日
出願番号 特願平4−239718
出願日 平成4年(1992)9月8日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】西藤 征彦
発明者 奥村 健治 / 大森 宣典 / 奥 秀彦 / 藤崎 芳久 / 芳賀 徹 / 宮田 敏光
要約 目的
種類の異なる複数の半導体を一原子層ずつ精度よく成長させることのできる半導体製造装置を提供する。

構成
真空室1と、この真空室1内に設けられ底板21と周壁20と天板3とからなる反応室6と、上記反応室6の天板3に形成され基板9表面を反応室6内に向けた状態で保持しうる段差8付開口7と、上記反応室6の底部側から反応室6内に反応ガスを供給する反応ガス供給手段30と、上記反応室6天板3の開口7に保持された基板9に裏面側から輻射熱を与える加熱手段2とを備え、周壁20の少なくとも一部23を、天板3に対し進退自在に構成し、この部分23の進退によって天板3と周壁20の隙間を、適宜に開閉するようにした。
特許請求の範囲
【請求項1】 高度に真空になし得る真空室と、上記真空室内に設けられ底板と周壁と天板とからなる反応室と、上記反応室の天板に形成され基板表面を反応室内に向けた状態で保持しうる段差付開口と、上記反応室の底部側から反応室内に反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、上記反応室天板の開口に保持された基板に裏面側から輻射熱を与える加熱手段とを備えた半導体製造装置であって、上記反応室周壁の少なくとも一部が、天板に対し進退自在に構成され、上記周壁の少なくとも一部の進退によって天板と周壁の隙間が適宜に開閉されるようになっていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項2】 上記反応室の底板がモリブデンで形成され、天板に対し進退しうる周壁部分がタンタル,タングステンおよび表面窒化処理を施したステンレスのいずれかによって形成されている請求項1記載の半導体製造装置。
【請求項3】 上記反応室の底板が金属で形成され、天板に対し進退しうる周壁部分が炭化珪素コーティングを施したグラファイトによって形成されている請求項1記載の半導体製造装置。
【請求項4】 上記反応室の周壁自体もしくはその近傍に、第2の基板加熱手段が設けられている請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体製造装置。
【請求項5】 上記反応室の周壁自体もしくはその近傍に、基板冷却手段が設けられている請求項1〜4のいずれか一項に記載の半導体製造装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、真空室内、特に真空化学エピタキシー(VCE)系においてIII−V族化合物半導体層を形成させる半導体製造装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、化合物半導体、特にIII −V族化合物(例えばGaAs)が、従来の珪素半導体よりも優れた性能を有するとしてその需要が増大している。このような化合物半導体の製造方法として、超高真空中で、エピタキシャル成長をさせる化合物に必要な原子を固体材料からヒートガンによって蒸発させ、これを分子線の形で基板に衝突させて結晶膜を成長させる分子線エピタキシー(MBE)法や、金属のメチルまたはエチル化合物の蒸気をH2 等のキャリアガスで送って常圧ないし減圧の反応室に導入し、そこでV族の水素化合物と混合したのち、加熱した基板上で反応させ結晶を成長させる有機金属CVD(MOCVD)法等がある。
【0003】しかしながら、上記MBE法は、■10-11 Torrオーダーの超高真空が必要である、■原料再充填時にダウンタイムが発生する、■均一成長を行うために基板回転機構が必要である、等の問題を有し、大量生産が難しく市場の需要に見合うだけの供給を確保することが困難である。また、上記MOCVD法は、■層流領域でのプロセスであるため、流れ方向に分布を生じやすくスケールアップの際の流れの解析が困難である、■反応ガスが高価で、かつその成長機構のために反応ガスの利用効率が悪い、等の問題を有する。また、このように反応ガスの利用効率が悪いことから多量の未反応ガスに加わるため大量の毒性ガスを生じ、これの廃棄等が大きな問題となっている。
【0004】そこで、本出願人は、上記二つの方法を組み合わせることにより、互いの欠点を解消し長所を活かした半導体製造装置の開発に成功し、すでに出願している(特願平1−91651、平成1年4月10日出願)。この装置は、図5に示すように、全体がステンレス製の略円筒体で、底部側がターボ分子ポンプ(図示せず)に接続されて矢印Aで示すように真空引きされて内部が真空室1になっている。この真空室1には、天井からヒータ2が吊り下げ保持されており、さらにその下側に均熱板2aが取り付けられている。そして、上記均熱板2aの下側に、天板3と、周壁4と、底板5とからなる反応室6が設けられており、上記天板3の中央に設けられた開口7の段差部8に、基板9がホルダ10を介して下向きに装着されている。また、上記反応室6の底板5は、2種類の反応ガスを供給するマニホールドブロック11の天板を兼ねており、底板5に形成された2種類のガス吐出口12,13によって、反応室6内に2種類の反応ガスが導入されるようになっている。すなわち、上記底板5の下側には、第1の拡散室14と、第2の拡散室15とを有するマニホールドブロック16が取り付けられており、第1の反応ガス供給配管17から第1の拡散室14内に導入されるアルシン(AsH3 )等の第1の反応ガスは、フランジ19によって周方向に拡散され、破線矢印で示すように底板5のガス吐出口12から反応室6内に供給されるようになっている。また、第2の反応ガス供給配管18から第2の拡散室15内に導入される第2の反応ガスは、邪魔板20によって周方向に拡散され、実線矢印で示すように底板5のガス吐出口13から反応室6内に供給されるようになっている。なお、上記反応室6の上部周方向に形成される隙間Bは、反応ガスの排気口として作用する。また、21は反応室6を冷却するための冷媒通路である。したがって、この装置によれば、真空室1内を高真空状態にし、ヒータ2をONにして第1の反応ガス供給配管17および第2の反応ガス供給配管18からそれぞれ目的とする半導体製造に必要なガスを適宜供給することにより、基板9表面に、均一な半導体薄膜結晶を形成することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、最近では、半導体製造の分野に関する研究、技術がさらに進歩し、それに伴い良質なヘテロ接合を持つ界面、その多層構造である超格子構造が設計、製作されるようになってきており、結晶成長技術において、原子層レベルの制御性を要求されている。そして、その究極に近い形として、2種類以上の原料を交互に供給し半導体結晶を1原子層ずつ成長させる原子層エピタキシ(ALE)法が提案され、これを再現性よく実施しうる装置の開発が強く望まれている。この点に関し、上記図5に示す装置は、通常のエピタキシー成長を利用した半導体膜の生成には良好な成績を収めることができる。しかし、上記ALE法を適用する場合には、多少の問題があることがわかった。例えば上記装置では、2種類の反応ガスを交互に反応室6内に導入して結晶を1原子層ずつ成長させようとしても、先に供給した反応ガスが、つぎの反応ガスと置換するのに時間がかかり、反応室6内に残留する先の原子がつぎの原子と混じり合い、場合によって層界面が荒れた状態になる。また、上記装置では、反応室6内の圧力を、反応室6内に導入する反応ガスの圧力によって調整するが、反応ガス供給配管17,18の根元側に設けられた圧力調整弁を操作して圧力調整を行うため、場合によっては、反応室6への応答性が悪く、反応条件の制御を適正に行うことが難しい。
【0006】この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、種類の異なる複数の半導体を1原子層ずつ精度よく成長させることのできる半導体製造装置の提供をその目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するため、この発明の半導体製造装置は、高度に真空になし得る真空室と、上記真空室内に設けられ底板と周壁と天板とからなる反応室と、上記反応室の天板に形成され基板表面を反応室内に向けた状態で保持しうる段差付開口と、上記反応室の底部側から反応室内に反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、上記反応室天板の開口に保持された基板に裏面側から輻射熱を与える加熱手段とを備えた半導体製造装置であって、上記反応室周壁の少なくとも一部が、天板に対し進退自在に構成され、上記周壁の少なくとも一部の進退によって天板と周壁の隙間が適宜に開閉されるようになっているという構成をとる。
【0008】
【作用】すなわち、この半導体製造装置は、従来、反応室の天板と周壁との間には、排気用の隙間が周方向に設けられていたのに対し、上記周壁の少なくとも一部を、天板に対し進退自在に構成し、その進退によって、天板と周壁の隙間を適宜に開閉できるようにしたものである。したがって、この装置によれば、第1の反応ガスを供給して第1の半導体層を形成したのち、周壁を天板側から大幅に後退させ反応室の周囲を大きく開くことにより瞬時に残留ガスを除去して第2の反応ガスに置換することができる。このため、先の半導体層と次の半導体層の境界面での互いの原子が混じり合うことがない。したがって、層の厚みではなく、原子層レベルでの膜厚を制御し、原子を何層積むかまで制御することができる。そのうえ、ドーピングも原子層レベルで制御することができる(必要な部分にだけドーピング原子を入れることができる)。また、上記周壁の進退によって、排気口となる反応室周囲の隙間間隔を適宜に調節することができるため、反応時の反応室内の圧力を、応答性よく制御することができ、膜厚を高精度で制御することができる。
【0009】つぎに、この発明を実施例にもとづいて詳細に説明する。
【0010】
【実施例】図1はこの発明の一実施例を示している。この半導体製造装置は、図5に示す装置と同様、真空室1内に、ヒータ2と、均熱板2aと、反応室6とが設けられ、上記反応室6の天板3の中央開口7の段差部8に、基板9がホルダ10を介して下向きに装着されている。
【0011】そして、この装置では、上記反応室6の周壁20が、反応室6の底板21の外周縁部から起立する起立壁22と、その上部に摺動自在に外嵌されるリング状の摺動壁23によって構成されている。上記摺動壁23は、真空室1の下面に取り付けられたシリンダ24によって昇降する昇降ベース25から直立する4本の支持ロッド26によって支受されている。したがって、上記摺動壁23は、上記シリンダ24の作動に従って、起立壁22の外周に沿って矢印Bで示すように昇降し、下降時に天板3と周壁20との隙間が生じるようになっている。なお、上記摺動壁23の下部には、環状に冷媒・熱媒を通すジャケット部23aが形成されている。
【0012】一方、上記反応室6の底板21には、この部分を上から見下ろした状態を示す図2に示すように、4個のガス吐出口27が等配に形成されており、各吐出口27に、フランジ付の第1の反応ガス連通管28が内嵌され、底板21の下部に設けられたマニホールド30を介して、第1の反応ガスが、実線矢印で示すように導入されるようになっている。そして、上記各吐出口27と平面視で重ならないよう、側方から第2の反応ガス供給配管29が延びている。この配管29の先端面は閉じており、周方向に小孔29aが形成されており、破線矢印で示すように第2の反応ガスが供給されるようになっている。なお、マニホールド30の下面には、環状に水ジャケット37が形成されており、水供給配管38と水排出配管39とが連通されていて、反応終了後に即座にマニホールド30内を冷却することができるようになっている。
【0013】また、上記底板21の外周側には、16個の排気用孔31が等配に形成されており、その下側に設けられる反応室保持ベース32,低摩擦スペーサ33にも同様の孔31aが形成されている。そして、マニホールド30に外嵌される上下フランジ付ガイドリング34の上フランジ34′にも、上記と同様の孔34aが形成されている。上記ガイドリング34は、図3に示すように、下フランジ34″の外周部にギヤ歯が形成されて小径ギヤ35のギヤ歯と噛み合っており、この小径ギヤ35に、モータ等(図示せず)を介して回転駆動を与えると、図示のように上記ガイドリング34が周方向に回転するようになっている。したがって、ガイドリング34を適宜の角度だけ回転させることにより、上フランジ34′に設けられた孔34aが、上記一連の排気用孔31,31aと重なって上下方向に貫通孔を形成したり、あるいはこれを蓋して通気を遮断したりして反応室6からの排気量を調節することができるようになっている。なお、上記ガイドリング34は、低摩擦スペーサ33′を介してマニホールド下板36によって下から支受されている。
【0014】さらに、この半導体製造装置では、上記ヒータ2の上部および前後左右の四側方が、断面コ字状に成形された下向きの凹状の熱遮蔽板40で囲われている。この熱遮蔽板40は、図4に示すように、8層構造の積層板からなり、内側の4層41がモリブデンで形成され、外側の4層42がステンレスで形成さている。この構造によれば非常に保温性が高いため、ヒータ2の加熱領域を限定し、基板9に対する熱効率を大幅に向上させることができる。
【0015】なお、上記熱遮蔽板40(図1は戻る)は、その上面が、真空室1の上面に取り付けられたシリンダ43のピストンロッドに連結されており、矢印Cで示すように、昇降自在になっている。これは、上記熱遮蔽板40による熱効率を高くするために、その下端を反応室6の天板3近傍まで接近させているので、基板9の装着・取り出し(ローディング・アンローディング)時に、天板3の上を側方から進退する基板保持用治具(図示せず)と当たらないよう考慮したもので、基板9の装着・取り出し時には上記シリンダ43の作動により、上記熱遮蔽板40が鎖線で示す位置まで上昇し治具の進退が妨げられないようになっている。
【0016】また、真空室1の周壁の内側には、上記熱遮蔽板40と同一材質の積層板からなる熱遮蔽筒45が設けられており、ヒータ2の熱が真空室1の周壁に伝達しないよう工夫されている。さらに、上記熱遮蔽筒45の内側には、液体窒素が流入するリング状のジャケット46が設けられており、このジャケット46の外周に接した状態で直立するステンレス板46aを冷却して真空室1の周壁への熱伝導が完全に遮断されるようになっている。そして、このジャケット46およびステンレス板46aの冷却された内周面によって、ガス交換後に真空室1内に残留する不純ガスを捕捉することができる。
【0017】このように、この装置は、ヒータ2の周囲が熱遮蔽板40で覆われており、反応室6からのガス排出量が摺動壁23の高さと排気孔31の開度で調節され、かつ反応室6の周壁の一部を構成する摺動壁23内のジャケット部23aに熱媒が導入されるようになっているため、反応室6内を適宜の温度および圧力に設定することができる。したがって、第1の反応ガスを供給した上で、応答性よく目的とする反応条件を反応室6内に実現することができ、第1の反応ガスに由来する1原子層の半導体層を精度よく製造することができる。そして、反応終了後には、上記ジャケット部23aおよびマニホールド30下部の水ジャケット37に冷媒(水)を導入することにより、反応室6およびマニホールド30を瞬時に冷却するとともに、上記反応室6の周囲の摺動壁23を下降させて天板3との隙間を大きく開けて排気を瞬時に行うことができる。このため、つぎに第2の反応ガスを供給すると、反応室6内は、即座に第2の反応ガスと置換され、第1の反応ガスが残留することがない。そこで、再び摺動壁23を上昇させて反応室6の天板3との隙間を適宜の間隔に絞るとともに、排気孔31の開度を調整し、反応室6に対する加熱を行うことにより、第2の反応ガスに由来する1原子層の半導体層を精度よく製造することができる。これを交互に繰り返すことにより、非常にきれいな層界面を有する超格子構造からなる半導体を得ることができる。より詳しく説明すると、前記図5の装置では、反応室内の圧力が導入する原料ガス流量と排気口コンダクタンスで決定されてしまい、反応室自身の排気口コンダクタンスはプロセス中に変化させられない。したがって、反応室圧力を変化させようとした場合、導入ガス流量を変化させるか、真空チャンバーを排気する真空排気系のコンダクタンスを変化させ、反応室とともに真空チャンバー全体の圧力を変える必要があった。そうした場合、前者では、反応圧力を2桁以上変化させることは困難であり、また1つの原料ガスを高い圧力で導入した後にガスを切り替えるような場合、反応室内の残留ガスを排気するのに時間がかかるという問題があった。本発明の実施例によれば、これらを解決することができる。また、後者の場合は、反応室だけでなく、真空チャンバー全体の圧力を変化させるため、短時間で圧力を大きく変化させることができないばかりか、反応室を粘性流領域のような高い圧力にする場合には、熱の問題や雰囲気中の不純物濃度が高くなる等の問題が生ずる。本発明の実施例によれば、これらを解決することができる。
【0018】なお、上記実施例では、周壁20を、起立壁22と摺動壁23とを組み合わせ、摺動壁23を、天板3に対し進退自在に構成しているが、周壁20全体を、天板3に対し進退自在となるよう構成してもよい。ただし、この場合は、反応室6内に供給される反応ガスが底板21と周壁20の接合部から漏れて、基板9への反応ガスの流れが妨げられやすいため、この部分を気密に保持することが重要な課題となる。
【0019】また、上記実施例では、ヒータ2を上面側から覆う熱遮蔽板40を設けているが、反応温度が比較的低い半導体を製造する場合には、特に設ける必要はない。
【0020】さらに、マニホールド30の形状および第1の反応ガス供給方法および第2の反応ガス供給方法についても上記実施例に限るものではなく、適宜に設定することができる。
【0021】また、上記実施例では、摺動壁23の内部に冷媒・熱媒通過用のジャケット部23aを形成したが、これも必ずしも必要ではない。ただし、加熱効率をあげるには反応室6近傍を加熱することが好ましい。このような加熱方法としては、上記ジャケット部23aに熱媒を通す以外に、摺動壁23の周囲に、加熱用のヒートコイル等を巻回する方法があげられる。
【0022】さらに、上記実施例では、マニホールド30に外嵌されたガイドリング34を周方向に回動させることによって、反応室6の底板21に設けた排気用孔31の開度を調節して排気量を調節するようにしているが、この機構を設けずに、摺動壁23と天板3の隙間を調節することのみで反応時の排気量を調節するようにしても差し支えはない。
【0023】そして、上記実施例では、基板9を、水平に装着するようにしているが、基板9を垂直に装着して水平方向からガスを供給するタイプの装置にこの発明を適用してもよい。
【0024】なお、この発明の半導体製造装置では、反応室6の底面21をモリブデンで形成し、摺動壁23を、タンタル,タングステンおよび表面窒化処理ステンレスのいずれかで形成することが好適である。あるいは、底面21を金属で形成し、摺動壁23を、炭化珪素コーティングを施したグラファイトによって形成してもよい。これらの組み合わせにすると、モリブデンは高融点金属材料であるため、成長中にモリブデン材料から素材原料が蒸発することがほとんどなく、またヒータからの輻射熱を効率よく受け、反応室の壁面が適度に加熱され、壁面に衝突するIII 族の有機金属分子、V族のAs原子が吸着することなく、効率よく成長反応に利用されるので優れた品質の半導体を得ることができる。
【0025】
【発明の効果】以上のように、この発明の半導体製造装置は、反応室の周壁の少なくとも一部を、天板に対し進退自在に構成し、その進退によって、天板と周壁の隙間を適宜に開閉できるようにしたものである。したがって、この装置によれば、第1の反応ガスを供給して第1の半導体層を形成したのち、周壁を天板側から大幅に後退させ反応室の周囲を大きく開くことにより瞬時に残留ガスを除去して第2の反応ガスに置換することができる。このため、先の半導体層と次の半導体層の境界面で互いの原子が混じり合うことがなく、原子層レベルの膜厚ならびにドーピングの制御性が得られる。また、上記周壁の進退によって排気口となる反応室周囲の間隙隙間を適宜に調整することができるため、反応時の反応室内の圧力を、応答性良く制御することができ、成長する半導体に最適な反応空間を容易に形成することができる。




 

 


     NEWS
会社検索順位 特許の出願数の順位が発表

URL変更
平成6年
平成7年
平成8年
平成9年
平成10年
平成11年
平成12年
平成13年


 
   お問い合わせ info@patentjp.com patentjp.com   Copyright 2007-2013