JP3111233B2 - 半導体製造用活性種生成装置 - Google Patents
半導体製造用活性種生成装置Info
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Description
生成装置、さらに詳しくは、半導体製造プロセスにおけ
る半導体結晶成長の際のドーピング用やエッチングなど
の結晶加工用として有効な単原子中性活性種を、選択的
かつ大量に生成させるための装置に関するものである。
ある周期表ＩＩ・ＶＩ族化合物半導体においては、Ｚｎ
Ｓｅのようにｎ‐型は容易に形成されるが、ｐ‐型の形
成が困難なものがある。このような化合物半導体におい
てｐ‐型のものを得る方法として、これまで分子線結晶
成長法（ＭＥＢ法）において、窒素ガスにラジオ波（１
３．５６ＭＨｚ）のような高周波を印加することにより
発生したプラズマの中性活性窒素原子を成長中の結晶に
添加する方法が提案されている［「アプライド・フィジ
ックス・レターズ（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
ｒ．）」，第５７巻，第２０号，第２１２７〜２１２９
ページ（１９９０年）］。
り発生した窒素プラズマ中には、半導体結晶への不純物
添加に有効に作用する中性活性窒素原子のほかに、中性
活性窒素分子や窒素イオンなどの活性種が含まれてい
る。これらの活性種は、結晶中の正孔生成に寄与するこ
となく、不活性な窒素原子として結晶中に取り込まれ、
正孔濃度の飽和や活性化率の低減をもたらす上に、エネ
ルギーの高いイオンは結晶に損傷を与え結晶性を低下さ
せる原因になっている。
は制限され、また、高濃度の正孔濃度をもつ結晶では、
窒素の正孔としての活性化率が非常に低くなるため、正
孔濃度の１０倍以上の不活性窒素が結晶中に含まれるこ
とになり、これによって半導体結晶の結晶性自体も著し
く損なわれるのを免れなかった。
周期表ＩＩＩ・Ｖ族化合物半導体であるＧａＮのＭＢＥ
法による結晶成長においては、窒素源として同様に窒素
プラズマを用いる方法が提案されている。しかしなが
ら、半導体自体が窒素を含む化合物であるため、前記の
ＺｎＳｅの場合に比べて桁違いに多量の中性活性窒素原
子が必要とされるが、従来の技術では満足のいく成長速
度を得ることは困難であった。
事情のもとで、半導体製造プロセスにおける半導体結晶
成長の際のドーピング用やエッチングなどの結晶加工
用、特に半導体結晶成長の際のドーピング用として有効
な活性種を、選択的かつ大量に生成させるための半導体
製造用活性種生成装置を提供することを目的としてなさ
れたものである。
波を印加して発生させたプラズマ中の活性窒素原子の存
在下で化合物半導体を結晶成長させることにより、大き
い正孔濃度を有する化合物半導体を製造する装置とし
て、プラズマ発生部と分子線結晶成長部とを備えた半導
体結晶製造装置において、プラズマ発生部と分子線結晶
成長装置とを連結するためのプラズマ発生部側の先端を
細管に形成した連結部、プラズマ発生部の分子線結晶成
長装置側付近に取り付けられた差動排気機構及び前記プ
ラズマ発生部に１ｋＷ以上のパワーの高周波を印加する
ための高周波電源を設けたことを特徴とする半導体結晶
製造装置を提案した［特許第２８８２５２０号（特開平
１０−１５８０９９号公報）］。そして、この装置につ
いて、さらに研究を重ねた結果、上記装置の細管をその
内径に対して比較的長い寸法とすれば、プラズマが通過
する際に、単原子中性活性種以外のイオン種や中性活性
分子種が細管壁面との衝突によって不活性種に変換さ
れ、その結果、細管を通過したプラズマ中には、イオン
種や中性活性分子種が少なく、単原子中性活性種が大量
に存在することを見出し、この知見に基づいて本発明を
完成するに至った。
子中性活性種を生成するためのプラズマ発生部と化合物
半導体を分子線結晶成長させるための分子線結晶成長部
とを有し、前記プラズマ発生部と前記分子線結晶成長部
とを連結するためのプラズマ発生部側の先端を細管に形
成した連結部、プラズマ発生部の分子線結晶成長部側付
近に取り付けられた差動排気機構及び前記プラズマ発生
部に１ｋＷ以上のパワーの高周波を印加するための高周
波電源を設けた装置において、前記細管の内径（φ）に
対する長さ（Ｌ）の比（Ｌ／φ）を少なくとも３にした
ことを特徴とする半導体製造用活性種生成装置を提供す
るものである。
装置においては、プラズマ発生部と、発生したプラズマ
をプラズマ発生部から分子線結晶成長部に導入する連結
部とが備えられている。プラズマ発生部で発生したプラ
ズマ中には、半導体製造に有効な単原子中性活性種が大
量に存在し、かつイオン種や中性活性分子種の存在は少
ないのが望ましい。プラズマの発生は、通常、所望の単
原子中性活性種を与えるガスに高周波を印加することに
より行われる。このガスとしては、発生したプラズマ中
に、目的の原子以外の活性種が混在してくるのを、でき
るだけ抑制するために、純度の高いもの、すなわち純度
９９．９９９％以上、好ましくは純度９９．９９９９％
以上のものが用いられる。
は、周波数１００ｋＨｚ〜１ＧＨｚ、周期１０-5〜１０
-9ｓ、波長３０００〜０．３ｍの範囲のものの中から任
意に選択して使用することができるが、実用的な面か
ら、容易に使用可能なラジオ波（１３．５６ＭＨｚ）を
用いるのが有利である。
導体製造に有効な単原子中性活性種を多量に発生させる
ために高いパワーで出力させた高周波、すなわち１ｋＷ
以上のパワーをもつ高周波を用いることが必要である。
１ｋＷ未満ではプラズマ中の単原子中性活性種の数が不
十分で、例えば正孔濃度の大きい半導体結晶を得ること
ができない。
生したプラズマ中の単原子中性活性種を選択的かつ大量
に分子線結晶成長部に導入するために、プラズマ発生部
で発生したプラズマを、直接内径（φ）に対する長さ
（Ｌ）の比（Ｌ／φ）が少なくとも３の細管を通過させ
て、分子線結晶成長部に導入することが必要である。
が上げられた原子や分子は、それよりエネルギー準位の
低い物質と衝突するとエネルギー交換によって、エネル
ギー準位が低くなる。したがって、イオン化されたり、
中性のままでもエネルギー準位が上げられた原子や分子
も、他の物質との衝突によって、エネルギー準位が低く
なる。この際、イオン種や中性活性分子種は中性な不活
性種に変換されるが、窒素や酸素などの２原子分子の場
合、原子状のままであれば、たとえエネルギー準位が落
ちても、原子同士の衝突によって中性分子に変換されな
ければ、活性な状態を保ったままである。
ラズマ中には、イオン種、中性活性分子種及び単原子中
性活性種が混在しており、この中から、選択的に単原子
中性活性種を取り出そうとすれば、原子種同士の衝突を
できるだけ抑制しながら、他の低いエネルギー準位をも
つ物質とプラズマ中の全活性種が高い頻度で衝突するよ
うな環境を用意してやればよい。そのようにすれば、イ
オン種や中性活性分子種は不活性化されるが、原子だけ
はエネルギー準位が落ちても活性な状態を保ったままで
取り出すことができる。
ラズマ発生部と分子線結晶成長部との連結部において、
プラズマ発生部側に細管を形成させ、さらに、分子線結
晶成長部の圧力を原子の平均自由工程が十分長くなるほ
どの真空度にすればよい。このようなシステムでは、細
管の長さを長くすればするほど、活性種が細管壁面と衝
突する回数が増加し、イオン種や中性活性分子種の量を
減少させることができる。また、細管内では急激に真空
度が高くなるため、活性種同士の衝突回数が非常に小さ
くなり、その結果、単原子中性活性種は、エネルギー準
位が落ちても、不活性種に変化するのを抑制しうる。本
発明においては、前記細管は、内径（φ）に対する長さ
（Ｌ）の比（Ｌ／φ）を少なくとも３、好ましくは少な
くとも５にすることが必要である。この比が３未満では
活性種の細管壁との衝突が不十分であって、プラズマ中
にイオン種や中性活性分子種が多く存在するようにな
る。
図面に従って説明する。図１は、本発明装置を説明する
ための、模式的に示した断面図及び部分拡大図であっ
て、中間部分外側に高周波印加用コイル４を捲回したプ
ラズマ発生管例えば石英管３に所望のガスをガス導入口
９より導入し、高周波電源２より出力の大きい高周波を
印加すると、高周波印加用コイルで囲まれた領域に高密
度プラズマ１が発生する。この部分は高温になるため、
冷却水入り口５及び出口６を有する冷却筒１１により冷
却されている。この高密度プラズマは、高密度プラズマ
領域の端部まで挿入された細管７により取り出され、ゲ
ートバルブ８を介して半導体を製造するための分子線結
晶成長部１２へ導入される。差動排気孔１０において
は、例えばターボ分子ポンプなどによりプラズマの一部
を適宜排気する。
中性活性種としては、中性活性窒素原子が好ましい。
る長さ（Ｌ）の比を変えた場合の１例について、活性中
性窒素原子の存在下に、窒素ドープＺｎＳｅを分子線結
晶成長させた場合の例を挙げて説明すると、プラズマ発
生条件及び結晶成長条件が同じである条件の場合、細管
の直径が１ｍｍで、かつ長さが１ｍｍでは、得られた窒
素ドープＺｎＳｅの正孔濃度が１．３×１０17ｃｍ-3で
あるのに対し、細管の直径が同じで長さを６ｍｍにすれ
ば、正孔濃度を７．９×１０17ｃｍ-3に改善することが
できる。
スにおける半導体結晶成長の際に用いられるドーピング
用やエッチングなどの結晶加工用として有効な単原子中
性活性種を、選択的に大量かつ効率よく生成することが
できる。そして、本発明装置は、化合物半導体を分子線
結晶成長させる際に、ドーピング用として用いられる中
性活性窒素原子の生成用として好適である。
明する。
ｅの分子線結晶成長を行った。分子線結晶成長は、通常
の固体ソースの亜鉛とセレンを原料として用い、プラズ
マ源により発生した窒素プラズマを供給し、成長温度２
５０℃、亜鉛とセレンとのビームフラックス強度比（Ｓ
ｅ／Ｚｎ）２、成長速度約０．５μｍ／時間の条件で行
った。また、この際の窒素プラズマ発生条件は、窒素ガ
ス（純度９９．９９９９％）供給量１．５ｓｃｃｍ、ラ
ジオ波出力１．５ｋＷ、圧力０．５Ｔｏｒｒ、細管直径
１ｍｍであった。上記成長条件を一定にして、細管の全
長だけを１ｍｍ、３ｍｍ、６ｍｍに変化させて、窒素ド
ープＺｎＳｅ成長を行った結果を表１に示す。
その直径に対して大きくすることにより、正孔を不活性
化させる窒素イオンや中性の励起窒素分子の量を減少さ
せ、正孔生成に有効な中性活性窒素原子を選択的にプラ
ズマ発生部から効率よく取り出すことができ、正孔濃度
を増加させうることが分かる。
分拡大図。
Claims (2)
- 【請求項１】 ドーピング用の単原子中性活性種を生成
するためのプラズマ発生部と化合物半導体を分子線結晶
成長させるための分子線結晶成長部とを有し、前記プラ
ズマ発生部と前記分子線結晶成長部とを連結するための
プラズマ発生部側の先端を細管に形成した連結部、プラ
ズマ発生部の分子線結晶成長部側付近に取り付けられた
差動排気機構及び前記プラズマ発生部に１ｋＷ以上のパ
ワーの高周波を印加するための高周波電源を設けた装置
において、前記細管の内径（φ）に対する長さ（Ｌ）の
比（Ｌ／φ）を少なくとも３にしたことを特徴とする半
導体製造用活性種生成装置。 - 【請求項２】 活性種が中性活性窒素原子である請求項
１記載の半導体製造用活性種生成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09053600A JP3111233B2 (ja) | 1997-03-07 | 1997-03-07 | 半導体製造用活性種生成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09053600A JP3111233B2 (ja) | 1997-03-07 | 1997-03-07 | 半導体製造用活性種生成装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10256156A JPH10256156A (ja) | 1998-09-25 |
| JP3111233B2 true JP3111233B2 (ja) | 2000-11-20 |
Family
ID=12947382
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09053600A Expired - Lifetime JP3111233B2 (ja) | 1997-03-07 | 1997-03-07 | 半導体製造用活性種生成装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3111233B2 (ja) |
-
1997
- 1997-03-07 JP JP09053600A patent/JP3111233B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10256156A (ja) | 1998-09-25 |
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