JPH0231490B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 反応室１０、フラクシヨンとしての蒸着成分
を有する反応混合ガス源２４、この反応混合ガス
を上記反応室に導入する手段及び上記蒸着成分を
受けるに適した主表面を有する基板５０とからな
る化学蒸着（CVD）反応装置において、上記反
応室１０が、 (a) ペデスタル４０； (b) 上記基板の主表面を下向きに露出させて上記
ペデスタルに取付ける手段４６，５４，５６； (c) 上記基板５０を、上記混合物がその露出面に
極めて接近したときに、分解を起すのに充分な
温度に加熱する手段４６，７０； (d) 上記反応室１０に導入された混合物が、上記
基板５０の露出面に接近するように対向され、
これにより上記分解成分が基板５０の露出面に
向けられるように上記混合物に垂直上向きプラ
グ流を生じさせる手段３２，３４で、このプラ
グ流生成手段は、上部及び下部管部を有する反
応管を含み、上記上部管部の内面３４は円筒部
を画し、上部管部の円筒軸は垂直で、下部管部
の内面３２は煙突状をなし上部管部に続いて設
けられ；上記導入手段は混合物を上記下部管部
の煙突状部の頂点から導入し、これにより混合
物は下部管部を垂直に上昇する間にプラグ流に
移行し、上部管部を垂直に上昇するときにプラ
グ流を保つようになつている； (e) 上記基板５０の上方に設けられた反応混合ガ
スの残り及び分解反応生成物の残りを排出する
手段４４； とから構成されていることを特徴とする垂直向流
化学蒸着反応装置。 ２ (a) ペデスタルは開口５６を有する下向きベ
ース部を有している (b) 取付手段は、上記ペデスタル４０のベース部
に基板５０を受け止める凹部５４を含み、基板
が上記開口上に支持されると共にペデスタルの
ベース部にシールされ、主表面が開口を介して
露出されている特許請求の範囲第１項に記載の
反応装置。 ３ 上部管部の円筒部長さは、上部管部の内径の
２倍以上になつている特許請求の範囲第２項に記
載の反応装置。 ４ 上部管部の円筒部長さは、その横断直径の３
倍乃至10倍となつている特許請求の範囲第３項に
記載の反応装置。 ５ 下部管部の内面３２は、反応室の垂直中心線
から計つて50度以下の角度でテーパしている特許
請求の範囲第４項に記載の反応装置。 ６ 排出手段は、ペデスタル上部の外向きフラン
ジ４２を含み、これが上部管部の下側部を上側部
からシールし、且つペデスタル上部には上部管部
の上側部と下側部を連通する複数の孔４４を有し
ている特許請求の範囲第１項に記載の反応装置。 発明の背景 発明の技術分野 この発明は化学蒸着（CVD）反応システム、
特に垂直反応ガス流を用い、一様な物理的、電気
的特性を有する半導体、絶縁体及び金属層を生成
させる向流反応室に関するものである。 従来技術 CVD反応システムは、半導体基板上に、半導
体、絶縁体及び金属のホモエピタキシヤル、ヘテ
ロエピタキシヤル及び多結晶質の層（以後エピタ
キシヤル及び絶縁層という）を蒸着させるのに用
いられる。層は、キヤリヤガス、代表的には水素
により基板の近くい運ばれた混合反応ガスが熱分
解して蒸着される。基板は、反応混合ガスが熱分
解を生ずるに必要な温度以上になつている。こう
して、例えばシリコン基板の上に、シランの熱分
解によつてシリコンのエピタキシヤル層が生成さ
れる。ガリウム砒素基板の上に、トリメチルガリ
ウムと砒素の熱分解によつてガリウム砒素のエピ
タキシヤル層が生成される。絶縁層、例えば酸化
物と窒化物の混合物が、酸素及び窒素雰囲気の中
で適当な反応混合ガスの熱分解によつて生成され
る。エピタキシヤル層のドーピングは、反応混合
ガス中に、付加混合反応ガスを含ませることによ
つて行われる。付加混合物が分解して、各種のド
ーピングスピーシがエピタキシヤル層の表面に蒸
着して、その中に入り込む。 CVD反応システムの設計に際し、強調すべき
点は物理的に均一で高い電気的性質をもつた層を
生成させることである。この点は、特にエピタキ
シヤル半導体層の生成で必要である。何故なら、
広い基板表面に均一な薄い層を生成させること
が、続くLSI及びVLSI集積回路製造のための必
要である。順次生成される複数のエピタキシヤル
層で、特有のキヤリヤ濃度及びドーパント濃度プ
ロフイルが均一であるエピタキシヤル層を得るこ
とが重要である。更にエピタキシヤル及び絶縁層
の両者の生成で、所望の最適な電気的特性を得る
ために、汚染物質が極めて少ないことが重要であ
る。 CVD反応システムで、エピタキシヤル層中の
予期しないキヤリヤ濃度及びドーピング密度プロ
フイルの変動並びにエピタキシヤル及び絶縁層の
両者へ汚染物質が入ることの原因となる２つの関
連する現像が知られている。第１の現像は、通常
オートドーピングと呼ばれている。この現象は、
典型的には例えば不純物の少ないシリコン又は高
い比抵抗のガリウム砒素などの、準真正半導体エ
ピタキシヤル層の生成過程でおこる。 特徴的には、生成したエピタキシヤル層が無視
できない不純物濃度を有することである。不純物
はドーパントとして作用し、所望のエピタキシヤ
ル層の再現性のある生成を妨げる。これら不純物
は、反応ガス中に存在する汚染物質及び反応シス
テム中に存在する構造物の露出面から生ずるもの
と考えられている。これらの汚染物質は、CVD
により生成されるエピタキシヤル及び絶縁層の両
者に、当然に欠点及び予期し得ない電気的性質の
変動を生じさせる。 第２の現象は、通常メモリ効果と呼ばれてい
る。この現象は主として、半導体エピタキシヤル
層の生成中におきる。オートドーピング現象と異
なり、不純物がメモリ効果現象を起させることが
知られ、よく認識されている。メモリ効果不純物
は、要するに、生成されたエピタキシヤル層及び
半導体それ自身をドープするために計画的に用い
られるドーパントである。特に、前のCVD生成
中に用いられたドーパント搬送混合物の残りが、
CVD反応システム中で遅らされ又は１時的に止
められ、そして続くエピタキシヤル層の生成中に
表面に達する。ドーパント搬送混合物の遅れ又は
１時的滞溜は、反応システム中の“デツドスペー
ス”の存在によるものと思われる。ガス状のドー
パント混合物が弱くなり、基板に向う反応ガスの
主流中に徐々に拡散する。 同様な遅れは、ガス状のドーパント混合物の一
部が反応システムの内表面に凝結した場合にも生
ずる。ドーパント搬送混合物が、その後蒸発して
主反応ガス流に再び入る。 メモリ効果現象を起させる他の不純物は、エピ
タキシヤル生成の間に、ドーパントが反応室の内
表面に不適当に堆積して、意図したエピタキシヤ
ル層の生成面にいかないとにより生ずる。続く、
エピタキシヤル層の生成中に、加熱面上に不適当
に堆積したドーパントの一部が蒸発して、生成中
のエピタキシヤル層中に入り込む。予期できない
蒸発率によつて、当然にキヤリヤ濃度及びドーピ
ングプロフイルが予期できない影響を受ける。 メモリ効果現象を起させる最後の不純物は、前
に生成されたエピタキシヤル層及び基板である。
何故なら、続くエピタキシヤル層の生成中に、基
板が、既に存在するエピタキシヤル層と共に直接
加熱されて、無視し得ない量のドーパントがこれ
からの層から拡散して、生成中のエピタキシヤル
層中に入り込む。 メモリ効果を起す、各種の異なつた不純物があ
るが、それぞれの場合の結果は同じである。ドー
パントとして作用する不純物は、部分的に補償、
減少するか又は直接的、累積的に生成されるエピ
タキシヤル層のキヤリヤ濃度を増加させる。更
に、下側のエピタキシヤル層への接合部及び生成
中のエピタキシヤル層中の、ドーパント濃度プロ
フイルは、生成中のエピタキシヤル層表面に到達
する不純ドーパントの量及び割合が予測できない
ので、これも予測できない。従つて、不連続の又
は制御可能なホモ及びヘテロ接合部並びに単純で
均一なドープドエピタキシヤル層を正確に生成す
ることが制限される。 厚さ及び組成の両者で、物理的な均一が得られ
ないことが、CVDでのエピタキシヤル層生成に
おける、他の良く知られた問題である。層厚の不
均一は、生成エピタキシヤル層の全面に、生成エ
ピタキシヤル層の各種の成分が均一に堆積しない
ことにより生ずる。同様に生成エピタキシヤル層
の組成の不均一は、所望の化学量論的組成を得る
ための、エピタキシヤル物質の各成分が適当な割
合で堆積しないことによつて生ずる。 物理的な不均一性の問題を効果的に解決する各
種の反応器の設計がなされている。これらの設計
は、主として反応室の全長さに渡つて存在する反
応ガスの分解による減少に起因する問題として扱
つている。（米国特許第4279947及び第3922467）、
生成エピタキシヤル表面の異なつた面積の、反応
ガス入口からの距離を変えること（米国特許第
4062318及び第3633573）及びガスの分解を起させ
るに必要な温度勾配に起因して、加熱基板に接す
る反応ガス中に生ずる対流（米国特許第
3916822）。この最後の特許に開示されている装置
は、逆向きに取付けられた半導体基板に接して対
流の生じないゾーンを作り出している。入口マニ
ホルドから、拡散放射シールドに反応ガスを連続
的に送給している。反応ガスは放射シールドを通
り、また無対流ゾーンを通つて、基板表面に極め
て接近したところに拡散する。続く分解、残りの
蒸気状の反応生成物は、無対流ゾーン及び放射シ
ールドを通つて拡散し、反応室から下向きに出
る。この開示された装置による、通常の直径38mm
（1.5インチ）の半導体ウエハの表面の厚さ変動は
４％である旨報告されている。これは従来技術で
得られた最小の厚さ変動であることは明らかであ
るが、しかしこれはCVDによるエピタキシヤル
層を用いてLSI及びVLSI集積回路を製造する際
に許容される厚さ変動のほぼ２倍である。この開
示された装置によるエピタキシヤル層の成分変動
和については報告されていない。従来技術で報告
されている最良の成分変動は15cm²の表面で±10％
である。 発明の概要 この発明の目的は、望ましい再現性のある電気
的性質を有するCVDによる物理的に均一なエピ
タキシヤル層を得るとである。 この発明の上記目的は次の構成により得られ
る。化学蒸着（CVD）反応システムで、CVD反
応室はガス入口及び出口を有する垂直反応管で、
ペデスタルがこの反応管の中に取付けられ、この
ペデスタルは基板をその表面を下向きに露出させ
て保持する手段を備え、またガス混合物を上記反
応管に導入する手段を有し、ガス混合物は反応管
に入口から導入され、ついで出口から排出され、
ガス入口と出口は、基板に対し、それぞれ下側及
び上側に設けられている。ガス混合物は、基板の
露出面に近接して向けられるときに、均一なプラ
グ流を保つようになつている。 この発明の効果は、次のような物理的に均一な
エピタキシヤル層が生成できるようにしたことで
ある。即ち、少なくとも市販されているサイズの
基板面積の表面で、厚さ変動（４％未満）及び成
分変動（10％未満）。 他の効果は正確に分類され、再現性を有するド
ーパントプロフイルを有するエピタキシヤル層が
生成できるようにしたこと、また続いてエピタキ
シヤル層を生成する際不連続な又は正確に分類さ
れた接合部を得られるようにしたことである。 更に他の効果はメモリ効果現象を生じさせるよ
うな無視できないオートドーピング又は遅れドー
ピングレベルのないエピタキシヤル層を生成でき
るようにしたことである。 なお別の効果は別々の複数の基板上に、同時に
エピタキシヤル層の生成ができるようにしたこと
である。

【図面の簡単な説明】

この発明の上記効果は以下に述べる詳細な説明
を添付する図面と関連させて読むことにより明確
に且つ容易に理解できるであろう。図面では同じ
部分には同じ符号を付してある。 第１図は、この発明の反応室の一実施例の縦断
面図 第２図は、第１図に示す反応室の１部の詳細縦
断面図 第３図は、この発明の反応室の他の実施例の一
部を切欠いた部分縦断面図 第４図は、第３図に示す反応室の一部の詳細縦
断面図 第５図は多管反応室の縦断面図 第６図は、第５図に示す多管反応室の横断面図
である。

【発明の詳細な説明】

第１図に通常のCVDシステムに好適な、本発
明による反応室１０が示されている。反応器１０
は、ガラス製反応管１２とガラス製反応管キヤツ
プ１６で構成されている。ガスケツト１８が反応
管１２とキヤツプ１６との間に設けられ、管とキ
ヤツプ間の気密シールがなされるようになつてい
る。 反応管１２の長手部は、好ましくは断面円形
の、円筒部に図み、それは反応管内面３４で画さ
れている。反応室のこの部の長さは少なくとも直
径の２倍で、好ましくは３倍乃至10倍となつてい
る。反応管１２は垂直に設けられ、キヤツプ１６
が反応室１０の残りの部の上に位置している。反
応管１２の最下部は、内面３２により円筒煙突状
をなし、反応管１２の下端部はガス入口２２とな
つている。反応器１０の煙突状部のテーパは反応
管１２の垂直中心線から50度以下とされ、好まし
くは20度と30度との間である。 支持リツプ３６が、円筒状の反応管内面３４か
ら内向きに突設され、ペデスタル４０、サスセプ
タ４６及び基板５０のセツトを支持する。ペデス
タル４０は円筒のカツプ状をなし、その壁の上端
部は外向きに延出するフランジ４２となつてい
る。ペデスタル４０の下端部で壁は内向きに直角
に延び、開口５６を有するペデスタルのベースを
形成している。複数の孔４４がペデスタル４０の
壁に対称にあけられて、孔４４の上端部は、好ま
しくはフランジ４２の下面と同じレベルにあるよ
うになつている。ペデスタル４０は、外向きフラ
ンジ４２をリツプ３６の上面に載せて、反応管１
２中に設けられている。支持リツプ３６とフラン
ジ４２との間にスペーサ３８を設けてもよい。こ
うしてペデスタル４０の円筒軸は、反応管１２の
中心線と一致する。またペデスタル４０の下端部
は、反応管１２の垂直中心線に直交する面に保た
れる。ペデスタル４０のベース部に設けられた開
口５６も、反応管１２の中心線に対し対称に設け
られている。 最適には、ペデスタル４０は、周期的に長時間
大気圧及び減圧下で高温にさらされたときも、汚
染物質を反応室内に放出しない材料で構成すべき
である。または、材料は放出される汚染物質の種
類が、生成されるエピタキシヤル及び絶縁層の特
定の半導体に対し電気的に不活性のものでなけれ
ばならない。ペデスタル４０の材料は、またサス
セプタ４６を支持する充分な強度を有し且つ適当
な形に成型するための機械加工性のよいものでな
ければならない。かくして、ガリウム砒素及びそ
の混合物並びに合金半導体材料に対しての好まし
いペデスタル４０の材料は熱分解性窒素ホウ素
（PBN）である。PBNは本質的に汚染物質を含
まず、更にボロン及び窒素はガリウム砒素に対し
電気的に不活性である。従つて、PBN製ペデス
タルは〜族化合物のすべて及び他の複合半導
体エピタキシヤル層の生成に用いられる。ペデス
タル４０の他の適当な材料は、シリコン及び酸化
ケイ素の生成用としては酸化ケイ素を含むもので
あり、またテルル化カドミウム化合物の生成用は
タングステン又は酸化モリブデンである。 ペデスタル４０のベース部表面には、基板５０
を受け入れる開口５６と同心の凹部が形成されて
いる。こうして、基板５０は反応管１２の中心線
に対し直角に、且つ同心に位置決めされる。サス
スセプタ４６は、好ましくはグラフアトの円柱状
のブロツクで、シリコンカーバイトのシール膜で
覆われて、基板５０の上にのせられている。サス
セプタ４６の接触面５２には凹部が設けられて、
基板５０がペデスタル４０とサスセプタ４６のイ
ンタロツクとして作用している。これにより基板
５０が心合せされて保持されるようになつてい
る。 反応管１２の外側には、入口１３及び出口１５
を有する水冷ジヤケツト１４が設けられ、反応管
の内面３２，３４の温度制御ができるようになつ
ている。またサスセプタ４６に対応した位置に通
常の高周波コイル７０が設けられ、サスセプタ４
６及び基板５０を誘導加熱するようになつてい
る。高周波コイル７０及びサスセプタ４６の代り
に、基板５０の加熱用に通常の放射ヒータを用い
てもよい。サスセプタ４６に対し、放射加熱エレ
メントをペデスタル４０の空胴内で、基板５０に
近接して設けることが望ましい。いずれの場合
も、基板５０の温度測定ができるように、熱電対
（図示せず）をキヤツプ６０の配線リード孔３０
を通してペデスタル４０の空胴内に挿入するとが
望ましい。孔３０を通る配線の数、性質に関係な
く、孔３０は気密にすることが望ましい。 運転方法、反応ガスの混合物が入口２２を通り
反応室１０に矢印２４で示されるように入る。導
入ガス流は本来或る程度乱流である。こうして各
種の成分は混合ガス中に均等に分散される。煙突
状の内面３２により定められている反応管１２に
入ると、この発明によりガス伝播は順次プラグ流
に移行する。ここでプラグ流とは、圧縮性ガスが
ガス相の原子及び分子間の平均衝突距離ガス流の
最小断面直径より小さいような密度であるときに
生ずる層流として定義される。望ましい結果は、
ガス流中のガス相の原子及び分子の短期間の速度
ベクトルが均一になることである。反応ガスをプ
ラグ流に移行させるために、内面３２の反応器中
心線からの角度は当然充分小さくしなければなら
ない。このために内面３２にような円錘面を用い
る場合の最大角度は50゜である。 この発明のプラグ流の応用について、反応室１
０の詳細断面である第２図を参照して説明する。
反応管１２中を垂直に上昇する反応ガスのプラグ
流が、矢印６２で示されている。ガスはほぼ均一
な速度ベクトルを有しているので、プラグ流ガス
の一様の前面８０がプラグ流の均一の運動を示し
ている。前面８０の一様でない部分８２が、境界
層の存在によつて、内面３４に極めて接近した所
で生ずる。例えば反応ガス混合物のような、粘性
流体では固有の剪断応力によつて、ガス流の速度
ベクトルは内面３４の近くで減少して、境界層を
生じせる。従つて、境界層中の境界領域８２は一
様でなくなり、或る程度乱流となる。しかし、こ
の一様でない部分は、以下に説明するように、重
要ではない。 この発明では、異なつたガス相成分を有するガ
ス混合物が、ガス相成分を特別に混合することな
く、反応器１０に導入される。続いて導入される
ガス混合物との間で、前面８０で示すガス混合物
の境界領域が効果的に形成される。理想的には、
２つのガス混合物の混合は、ランダムが拡散によ
つてのみなされる。両ガス混合物中のガスの一様
な速度ベクトルは、乱流混合を生じさせない。無
視できない混合は、反応管の内面３４上の境界層
によつてのみ生ずる。しかしこの混合はわずかで
あり、この発明の他の実施例について以下で述べ
るように、無視できるものに減少する。 再び第１図を参照して、矢印６２で示される反
応ガスのプラグ流は、基板５０の露出面に直交し
て向けられる。基板５０は、サスセプタ４６と熱
的に接触し、サスセプタ４６が高周波コイル７０
によつて誘導加熱されることにより、加熱され
る。こうして基板５０は反応ガス混合物を熱分解
する温度以上に保たれる。反応ガス混合物が基板
５０に近づくと、各種成分が熱分解して、所望の
フラクシヨンがまず基板５０の生長面に蒸着され
る。反応ガス混合物のプラグ流及びその中の各種
成分の一様な分布とによつて、反応ガス混合物の
一様な分圧が生じ、基板５０の全成長面の下で熱
分解がおこる。こうして、厚さ及び長さ成分の両
者で、一様な蒸着生成面が得られる。反応ガス混
合物のの残りのフラクシヨンで揮発性のものは、
基板５０の近くで矢印６４で示すように半径方向
に出す。これらのフラクシヨンは、代表的には水
素及び単純な炭化水素であり、これらが反応ガス
のプラグ流を横切つても大した影響を及ぼさな
い。何故ならばこれらの分子量は極めて小さく、
基板の露出生成面の中心から、温度勾配によつて
一様にでて行くからである。これらの加熱フラク
シヨンは、反応ガス混合物中の未反応部及びキヤ
ツプガスと共に、ペデスタル４０と反応管内壁３
４との間を矢印６６で示すように上昇しペデスタ
ルの孔４４を通り、キヤツプ１６により画されて
いる反応器１０の上方室に入る。ここから、ガス
は出口２６を通り矢印２８で示すように排出され
る。反応ガス混合物の未反応部には、それがペデ
スタルベースを通るときに、境界層中にある部が
含まれる。かくて、プラグ流の最も乱流となつて
いる部が、蒸着層の均一な生成に対し、有意な影
響を及ぼすことはない。 ここで、反応管１２の円筒部の長さは、反応室
１０に入る乱流状態で入る反応ガスから、基板５
０において反応ガスのプラグ流を生成させるため
に、充分な長さを有するものでなければならない
ことに注意する必要がある。円筒部の長さが短
く、基板５０を反応管１２の煙突状部に近く配置
したときは、反応ガスがプラグ流に移行すること
が妨げられる。従つて、反応管１２の円筒部の好
ましい最小長さは、反応管１２の円筒部の内径の
約２倍である。 この発明の反応室１０の設計により、オートド
ーピング及び遅れドーピングを効果的に除外す
る。反応管１２内面のスムースな輪郭及びペデス
タル４０の支持フランジ４２の直下に対称にガス
出口孔４４を配設したことにより、ドーパントの
遅れの原因となるデツドスペースがきないように
した。また反応管１２の内面から蒸発するドーパ
ントは境界層中に残り、基板の生長面に達するこ
とはない。ペデスタル４０の壁から蒸発するドー
パントは、基板の近くから上方に逃げる。かくて
遅れドーパントの原因となるものは、実質的にす
べて除かれる。 オートドーピングを生じさせる各種の汚染物質
源も同様に排除される。反応管の内面３２，３４
から蒸発する汚染物質は、境界層によつて、基板
５０に達することが妨げられる。ペデスタル４０
の空胴内のグラフアイトサスセプタ４６及び基板
５０の裏面の炭化硅素被覆からの汚染物質は、基
板５０がペデスタル４０に密に係合されているの
で、基板の生長面に達することはない。更に、他
の汚染物質も生長面に達することなく孔４４を通
り出口２６から排出されるガスと共に上方に追い
出される。ペデスタル４０自体に起因する汚染物
質については、ペデスタルの材質を選択すること
によつて、生長面の汚染を防止する。かくして、
この発明の反応室１０内で生成される層は、オー
トドーパントから無縁になる。 前述の生長面に近接する反応ガスのプラグ流と
組合されて、極めて均一な成分を有する生長面が
生成される。異物ドーパント及び好ましくない汚
染物質を排除することにより、生成面の成分は、
反応ガス混合物中の各種成分量によつて正確に画
御される。こうして正確に仕分けされた生成層及
び不連続な生成層が、反応室１０へ導入される反
応ガス混合物の成分を変えることにより得られ
る。 この発明の他の実施例に適用される反応室１０
の断面詳細が第３図に示されている。第１図に示
した反応室１０と同様にペデスタル４０、基板５
０及びサスセプタ４６のセツトが、反応管９０か
ら内向きに突出するリツプ３６に支持されてい
る。必要によりペデスタル４０のフランジ４２と
支持リツプ３６との間にスペーサ３８を設ける。
反応管９０は、前述の実施例の反応管１２と異な
り、ペデスタル４０の底部の下で、オリフイス９
２を形成するように絞られている。オリフイス９
２の目的は、流体力学で縮流（Vena
Contracta）として知られている現象を、基板５
０の露出面の直前でプラグ流中に起させることで
ある。この現象は周知である。“計器と制御シス
テム”（Instruments and Control Systems）
1977年９月号のデー、ビー、ルメイ（Ｄ、Ｂ、
LeMay）による“ガスフロー制御の実用的ガイ
ド（Ａ Practical Guide to Gas Flow
Control）を参照。 この発明における縮流の適用状態が、第４図に
示す詳細断面図に例示されている。この発明の第
１実施例と同様に、矢印６２及び前面８０で示さ
れる反応ガスの典型的なプラグ流が反応管９０中
を垂直に上昇している。オリフイス９０に達する
と、オリフイス９２を通るガス流の中央部は、矢
印９６で示すようにガス流の周縁部より速くな
り、前面８０は一様に曲げられる。オリフイス９
２を通ると、ガス流は反応管９０の内表面から離
れる。一様でない前面９８がオリフイス９２を越
えると、その形は連続的に変化し、ガス流が反応
管９０の内面に再び接して、終には典型的なプラ
グ流となる。しかしオリフイス９２通過後、再び
反応管９０の内面に接するまでの間、ほぼ一様な
前面１０２が存在する。この点が縮流である。縮
流前面１０２が反応管９０の内面に接しないの
で、前面１０２のわずかな境界層部１０４は、管
９０の内面から離れた境界層の存在によつて変形
される。 再び、第３図を参照して、オリフイス９２は、
基板５０の生長面に対し、内面から離れた縮流前
面１０２が基板５０の生長面に位置するように、
設けることが望ましい。これにより反応ガス混合
物の分圧を、基板５０の露出面、特にその周縁に
おいて均一にする面で顕著な改善がなされる。こ
れに伴い、CVDによる生成層の厚ま及び成分の
均一化が計られる。縮流を生成面に位置させるた
めに、ペデスタル４０のフランジ部４２と支持リ
ツプ３６との間に挿入されるスペーサ３８の厚さ
を変えて、オリフイス９２から基板５０の生成面
との間隔を調整する。オリフイス９２と基板５０
の成長面との間隔は、反応室１０の個別の構造に
より異なる。しかし、この発明による構造の反応
室では、厚さの異なるスペーサ３８を利用して簡
単な実験をすることによつて、均一な生成面が得
られる適当な間隔を容易に求めることができる。
この実施例の他の構造は、前述の第１実施例と同
じである。 更に他の実施例を第５図に示す。反応室１１０
には、複数の垂直な反応管１１２が並行して設け
られている。これら反応管は、第１図に示す反応
室１０と同じである。反応室１１２は、冷却水の
入口１１３、出口１１５を備えた共通の水冷ジヤ
ケツト１１４内に設けられている。共通の反応ガ
スが入口から矢印１２４で示す如く導入され、各
ガスライン１２２を通つて同じ割合で各反応管１
１２に送給される。反応室１１０は１つの反応室
１０とは異なり、反応管１１２は共通のキヤツプ
１１６を有している。このキヤツプはガスケツト
１１８を介して水冷ジヤケツト１１４の周縁をシ
ールしている。各反応管１１２からのキヤリヤガ
ス、分解反応生成物及び残りの非分解混合物は、
反応ガス出口１２６を通り反応室１１０から排出
される。熱電対や放射ヒータをペデスタル１４０
の空胴内で基板５０の直上に配置するための、リ
ード線用孔１３０，１３０′がキヤツプ１１６に
あけられている。この例では放射ヒータの方が高
周波加熱サスセプタより好ましい。何故なら複数
のサスセプタを１つの高周波コイルにより均一に
誘導加熱することは極めて困難である。放射ヒー
タ及び熱電対は通常の設計のものであり、第５図
には示していない。第６図は反応室１１０の上部
の横断面が示されている。反応室１１０の運転の
最適化及び各半導体基板５０に同時に均一に生成
層を形成させるために、反応管１１２は相互に対
称に配列してある。 実施例 この発明に従い第１図に示す反応室を作つた。
反応室の全長は63.5cmで円筒部の内径は88mmであ
る。反応管の煙突状部の角度は反応室の中心線に
対し約25゜である。PBNペデスタルは外径72mm、
全高84mmで、反応管の頂部から75mm下に設けられ
たリツプに支持されている。高周波コイルが直径
62mm、全高62mmのグラフアイトサスセプタに対応
して設けられている。 上記反応室を用い、直径50mmの半導体ウエハの
表面に、面積12.5cm²に渡つて厚さ34μｍの再現性
あるエピタキシヤル層がMOCVDによつて生成
された。生成層の厚さの均一性は少なくとも±１
％以内であり且つドーパント濃度の均一性は少な
くとも±２％以内であつた。また上記反応室を用
い、Ｐ型GaAsの厚さ8.5μｍのエピタキシヤル層
が、キヤリヤ濃度が７×10¹¹cm^-3と低く、且つ抵
抗が40kohm−cmと高いものが、MOCVDによつ
て生成された。これらの層の常温におけるホール
移動度は450cm²／volt−secと高かつた。 かくて、垂直向流化学蒸着反応室は、厚さ及び
成分の両者で物理的に均一で、高い電気的性質を
有する層を、半導体基板の露出面に蒸着させるこ
とができることが明らかになつた。上述の実施例
を考慮して、この発明の多くの変形が可能であ
る。これらの変形には、反応管中で反応ガスにプ
ラグ流を生じさせること、反応室を大気圧以下で
運転すること及び反応室壁の温度を運転温度に保
つための冷却装置等の装置の改変が含まれる。従
つて、添付する請求の範囲内でこの発明は上述に
特定した以外の方法で実施することができる。