JP3177305B2 - Semiconductor device manufacturing equipment - Google Patents

Semiconductor device manufacturing equipment

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JP3177305B2
JP3177305B2 JP19155192A JP19155192A JP3177305B2 JP 3177305 B2 JP3177305 B2 JP 3177305B2 JP 19155192 A JP19155192 A JP 19155192A JP 19155192 A JP19155192 A JP 19155192A JP 3177305 B2 JP3177305 B2 JP 3177305B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はダイヤモンドの蒸着方法
およびその装置に関し、特にプラズマアーク制御蒸着に
よるダイヤモンド半導体の製造に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for depositing diamond, and more particularly to the production of diamond semiconductor by plasma arc controlled deposition.

【0002】[0002]

【従来の技術】ダイヤモンド半導体等のような種々の用
途にダイヤモンド材料を使用する潜在的利点がその研究
を活発にしている。そしてその大きな将来性のためにド
ープされたダイヤモンドデバイスを製造する問題の研究
が数多くなされている。従来の開発研究の殆どは化学的
蒸着法(CVD)に集中しているが、満足できる結果は
得られていない。
BACKGROUND OF THE INVENTION The potential benefits of using diamond materials for various applications, such as diamond semiconductors, are driving research. There has been much research into the problem of producing doped diamond devices for its great potential. Most of the conventional development research has focused on chemical vapor deposition (CVD), but has not produced satisfactory results.

【0003】見掛上純粋で透明な、SP、立方晶系炭
素の結晶がアーク蒸着によって得られることが、米国特
許第3,625,848号、第3,831,451号お
よび第3,838,031号における方法および装置に
よって技術的に開示されている。これらの米国特許はア
ーク蒸着方法および装置および強誘電体材料の蒸着に関
するものであり、1mmのレーザー切断された透明な単
一の結晶質ダイヤモンドの製造が容易に行なわれること
を示している。
It has been found that apparently pure, transparent, SP 3 , cubic carbon crystals can be obtained by arc evaporation in US Pat. Nos. 3,625,848, 3,831,451 and 3,311. 838,031 by the method and apparatus. These U.S. patents relate to arc deposition methods and apparatus and the deposition of ferroelectric materials, and show that the production of 1 mm laser cut, transparent, single crystalline diamond is facilitated.

【0004】ダイヤモンドの上記用途は結晶化炭素の特
有の性質を利用する。これらの特性には極めて高硬度
で、耐久性があり且つ熱および電気を伝える性能が無類
であることが含まれる。しかしながら、商業的に生産さ
れるダイヤモンドはコストのかかる方法でほんの小さな
かけらほどのものが得られるに過ぎなかったために最近
の10年程までこれらの優れた特性を活用するに至らな
かった。
[0004] The above uses of diamond take advantage of the unique properties of crystallized carbon. These properties include extremely high hardness, durability and unmatched ability to conduct heat and electricity. However, commercially produced diamonds have not been able to take advantage of these superior properties until the last decade or so, since only small pieces are obtained in a costly manner.

【0005】しかしながら、最近になってダイヤモンド
の薄膜をシリコン、金属、セラミックス等の基板上、ま
た天然ダイヤモンド上にさえも生成させることができる
技術が見出されるに至り、これら新技術を利用して商業
的に利用可能なダイヤモンド被覆製品を最初に製造しよ
うと工業的な競争が広く行なわれている。
However, recently, techniques have been found that can form a diamond thin film on a substrate made of silicon, metal, ceramics or the like, or even on natural diamond. There is widespread industrial competition to first produce commercially available diamond coated products.

【0006】これらの技術は殆ど全てがダイヤモンドを
基板とする半導体デバイスの開発に対して向けられてい
る。高い熱伝導性を有するダイヤモンドは非常に高い熱
放散性を有しており、シリコンチップに極めて近い性質
を有しながらなおかつ過熱することはない。このことは
ダイヤモンド半導体が操作速度の増加による電子の移動
をより迅速にさせ得る優れた特性を有することを意味す
る。
[0006] Almost all of these techniques are directed to the development of semiconductor devices using diamond as a substrate. Diamond having high thermal conductivity has very high heat dissipation, and has properties very close to those of a silicon chip and does not overheat. This means that diamond semiconductors have excellent properties that allow faster electron transfer due to increased operating speed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実用の
ダイヤモンド半導体デバイスの製造には超えなくてはな
らない障害がある。先ず、半導体は最初の技術で成長さ
れるような分離した小結晶体(多結晶フィルム)ではな
くダイヤモンドの連続した単結晶が必要である。また、
材料を半導体化するために意図的に加える不純物である
ドーパントを硬質のダイヤモンドの中に浸透させること
が容易でない。ドーパントは蒸着工程の間に加えなけれ
ばならない。
However, there are obstacles that must be overcome in the production of practical diamond semiconductor devices. First, semiconductors require a continuous single crystal of diamond, rather than discrete small crystals (polycrystalline films) as grown by the first techniques. Also,
It is not easy to infiltrate hard diamond with a dopant which is an impurity intentionally added to make the material into a semiconductor. Dopants must be added during the deposition process.

【0008】シリコンウエファーのパターン化に際して
用いられる従来のエッチング法はダイヤモンドにおいて
は適用することができない。最後に、ダイヤモンド被膜
は大規模生産にとって経済的な基板上に成長させなけれ
ばならないことである。
[0008] Conventional etching methods used in patterning silicon wafers cannot be applied to diamond. Finally, diamond coatings must be grown on substrates that are economical for large-scale production.

【0009】ドープされたダイヤモンド結晶の優れたキ
ャリヤー移動度、熱および光伝導度、硬度、耐熱性およ
び高電圧における操作性は有用な新世代のエレクトロニ
クスデバイスを可能にするものであるから、実用的なダ
イヤモンド半導体デバイスの製造に向けて前進を続ける
ことが重要である。
The excellent carrier mobility, thermal and photoconductivity, hardness, heat resistance and operability at high voltage of doped diamond crystals enable a useful new generation of electronic devices and are practical. It is important to keep moving forward with the production of a perfect diamond semiconductor device.

【0010】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであって、ダイヤモンド半導体デバイス製造
のための装置およびその製造方法を提供することを目的
とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to provide an apparatus for manufacturing a diamond semiconductor device and a method for manufacturing the same.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの本発明の装置は、真空反応室、該真空反応室内に設
置した複数個のプラズマアークガン、該真空反応室内に
基板を保持する手段、該複数個のプラズマアークガンか
らアークビームで該基板保持具上の該基板を照射する手
段、該複数個のプラズマアークガンのそれぞれに制御さ
れた時間のパルスを与えることによって、与えられた時
間の関数として該基板上への物質の蒸着を精密に制御す
る手段とよりなる点に特徴がある。また本発明の方法
は、上記の装置を使用してダイヤモンド半導体デバイス
を製造するに際し、少なくとも1個のプラズマアークガ
ンより炭素アークビームを発生させ、他の少なくとも1
個のプラズマアークガンよりドナーアークビームを発生
させ、さらに他の少なくとも1個のプラズマアークガン
よりアクセプターアークビームを発生させ、かつ各プラ
ズマアークガンにおけるビーム発生の持続時間を個別に
パルス制御することより基板上に所望のドーパントの所
望量をドープさせたダイヤモンドまたはダイヤモンド様
コーティングを蒸着させる点に特徴がある。
According to the present invention, there is provided a vacuum reaction chamber, a plurality of plasma arc guns installed in the vacuum reaction chamber, and a substrate held in the vacuum reaction chamber. Means, means for irradiating the substrate on the substrate holder with an arc beam from the plurality of plasma arc guns, provided by applying a pulse of a controlled time to each of the plurality of plasma arc guns. It is characterized in that it comprises means for precisely controlling the deposition of a substance on the substrate as a function of time. In the method of the present invention, a carbon arc beam is generated from at least one plasma arc gun in manufacturing a diamond semiconductor device using the above-described apparatus, and the other at least one plasma arc gun is used.
Generating a donor arc beam from one plasma arc gun, generating an acceptor arc beam from at least one other plasma arc gun, and individually controlling the duration of beam generation in each plasma arc gun. It is characterized in that diamond or a diamond-like coating doped with a desired amount of a desired dopant is deposited on a substrate.

【0012】[0012]

【作用】本発明は上記したように精密に制御されたドー
ピングにより、主として3次元構造のダイヤモンド膜を
有するダイヤモンド半導体デバイスを製造する装置およ
び方法を提供するものである。
According to the present invention, there is provided an apparatus and a method for manufacturing a diamond semiconductor device having a diamond film having a three-dimensional structure mainly by precisely controlled doping as described above.

【0013】典型的に半導体は基板上に高濃度にドープ
されたインレイ(埋込層)を有する。例えばP型基板上
にN型高濃度ドープインレイを有する集積回路の微細構
造において通常見られるものと同様の絶縁ゲート電界効
果型トランジスター(IGFET)がそれである。ソー
ス、ゲートおよびドレイン端子は高濃度ドープインレイ
に連続する絶縁層上に導電性物質を被覆することによっ
て得られる。本発明の方法によれば、混合不可能なため
にこれまで合金が知られていない物質をアーク蒸着法を
用いることによって混合を強制できるので、そのような
半導体を製造することができる。この性能があるためア
ーク蒸着法はドープされた基板上にドープされた炭素結
晶フィルムを被覆するのに適しており、何処へでも望み
通り絶縁のための純粋な、立方晶SP構造のフィルム
を形成することができる。
Typically, semiconductors have a heavily doped inlay (buried layer) on a substrate. For example, an insulated gate field effect transistor (IGFET) similar to that commonly found in integrated circuit microstructures having an N-type heavily doped inlay on a P-type substrate. The source, gate and drain terminals are obtained by coating a conductive material on an insulating layer that follows the heavily doped inlay. According to the method of the present invention, such a semiconductor can be manufactured because the mixing can be forcibly performed by using an arc evaporation method for a substance whose alloy is not known so far because mixing is impossible. This performance arc deposition because there is is suitable for coating carbon crystal film doped with doped substrate, pure for as desired insulating anywhere, the film of cubic SP 3 structure Can be formed.

【0014】本発明の方法および装置において、主炭素
ビームは先に引用した米国特許に記されたと同様の方法
で主ビームガンに純炭素電極を配することによって発生
させることができる。ドーピングはそれぞれアクセプタ
ー物質およびドナー物質の電極を配した補助ビームガン
によって行なわれる。本発明の製造システムにおいては
ダイヤモンド半導体デバイス用の基板上に炭素炭化物の
ダイヤモンド様物質を制御しながら蒸着させる。主ガ
ン、アクセプターガンおよびドナーガンを含む各プラズ
マアークガンは個別に制御され、それぞれ材料の蒸着を
制御する。
In the method and apparatus of the present invention, the primary carbon beam can be generated by placing a pure carbon electrode on the primary beam gun in a manner similar to that described in the above-referenced US Patent. Doping is carried out by auxiliary beam guns with electrodes of acceptor and donor materials, respectively. In the manufacturing system of the present invention, a diamond-like substance of carbon carbide is deposited while being controlled on a substrate for a diamond semiconductor device. Each plasma arc gun, including the main gun, the acceptor gun and the donor gun, is individually controlled and controls the material deposition, respectively.

【0015】混合に使用されるドーパントの量は通常ア
ーク電流量によって直接制御することは困難であるの
で、ドーパントガンに適用される直流のパルスの時間間
隔を制御することによってアーク蒸着の制御を行う。こ
れには幾つかの電気的な方法がある。好ましい方法とし
ては、希望する通電時間またはパルス電流時間を表わ
す。予めセットされたカウント数をレジスターに記憶さ
せておくことである。製造開始または再開に際して、ド
ーパントガンに対する各電流パルス時に計時オシレータ
ーからの出力を第2のレジスターに入れる。第2のレジ
スターのカウントは予めセットされたレジスターのカウ
ント数と繰り返し比較され、2つのカウントが合致した
ときに停止パルスが発生しアーク電流を切断する。パル
スの切断により第4のレジスターにおける停止計時パル
スのカウントが開始され、そのカウントは所望の停止時
間をセットした第3のレジスターで予めセットされたカ
ウント数と繰り返し比較され、第3および第4のレジス
ターの数値が合致(カウント差が零になる)したときに
サイクル再開のためにパルスを発信する。これらアーク
ガンの一連の作動を以下に示す。
Since the amount of dopant used for mixing is usually difficult to control directly by the amount of arc current, control of arc deposition is achieved by controlling the time interval between DC pulses applied to the dopant gun. . There are several electrical ways to do this. The preferred method is to indicate the desired energization time or pulse current time. This is to store a preset count number in a register. At the start or restart of production, the output from the timed oscillator is placed in a second register at each current pulse to the dopant gun. The count of the second register is repeatedly compared with the preset count of the register. When the two counts match, a stop pulse is generated to cut off the arc current. The stop of the pulse starts counting of the stop timing pulse in the fourth register, and the count is repeatedly compared with the count number preset in the third register in which the desired stop time is set, and the third and fourth pulses are counted. When the value of the register matches (count difference becomes zero), a pulse is transmitted to restart the cycle. A series of operations of these arc guns will be described below.

【0016】1.アーク点火 2.電極ガンにアーク電流を流す。1. Arc ignition 2. Apply arc current to the electrode gun.

【0017】3.アーク電流の適用と同時に計時オシレ
ーターの計時を開始する。
3. The timing of the clock oscillator is started simultaneously with the application of the arc current.

【0018】4.レジスターの予めセットされたカウン
ト数と計時カウント数とを比較する。
4. The preset count number of the register is compared with the time count number.

【0019】5.計時カウント数と予めセットされたレ
ジスターのカウント数が合致したときにパルスを発信し
て電極ガンへの電流供給を停止する。
5. When the counted number matches the preset count of the register, a pulse is transmitted to stop the current supply to the electrode gun.

【0020】6.第4のレジスターの計時カウントを開
始する。
6. The timing count of the fourth register is started.

【0021】7.計時オシレーターからの計時パルス数
をカウントする第4のレジスターに記憶されたカウント
数と第3の登録器に予めセットされた停止時間パルスを
比較する。
7. The count number stored in the fourth register for counting the number of timed pulses from the timed oscillator is compared with the stop time pulse preset in the third register.

【0022】8.始動比較器が第3のレジスターに予め
セットされた停止時間パルスと第4のレジスターにおけ
るカウント数が一致したときにパルスを発信してサイク
ルの再開とアークの再点火を行なう。
8. The start comparator emits a pulse when the stop time pulse preset in the third register matches the count in the fourth register to restart the cycle and reignite the arc.

【0023】本発明におけるダイヤモンド半導体製造シ
ステムにおいては一連の正確な時間制御により容易に制
御された電流パルスを得て、これによって工作物(例え
ば、保持具上の基板)に対して一連のドーパントプラズ
マを発生させるのである。制御は各パルスが高パルス率
側で行なわれるため、アーク点火に要する時間によって
制限を受ける。制御レジスターへ所望のカウント数を記
憶させることによってドーピングの数値制御を行なうの
で、コンピューター制御も可能である。
In the diamond semiconductor manufacturing system of the present invention, a series of precise time controls provide an easily controlled current pulse, which causes a series of dopant plasmas to be applied to a workpiece (eg, a substrate on a holder). Is generated. The control is limited by the time required for arc ignition since each pulse is performed on the high pulse rate side. Since numerical control of doping is performed by storing a desired count number in a control register, computer control is also possible.

【0024】制御範囲の高パルス率側における制限を少
なくする他のドーピング手段として、ダイヤモンド層の
表面にドーパント原子を埋込むため所望のドープイオン
の加速イオンビームを使用する方法がある。この場合ダ
イヤモンド層は本質的に高い硬度を有するので高エネル
ギーのビームが必要となり、イオンビーム加速器は或る
条件下では前述したように1個以上のプラズマアークガ
ンによって置き換えなければならない。
As another doping means for reducing the restriction on the high pulse rate side of the control range, there is a method of using an accelerated ion beam of desired doped ions to embed dopant atoms in the surface of the diamond layer. In this case, the diamond layer has an inherently high hardness and requires a high energy beam, and under certain conditions the ion beam accelerator must be replaced by one or more plasma arc guns as described above.

【0025】シリコン上へのダイヤモンドコーティング
被覆には従来のシリコンオンサファイア(SOS)チッ
プの装置で置き換えて使用することができる。該シリコ
ンオンサファイアソチップにおいてはシリコンは常にサ
ファイア上にコーティングされるが、ダイヤモンドコー
ティングプロセスにおいてはシリコン上にダイヤモンド
のコーティングするのである。次いでチップを反転して
ダイヤモンドが基板になるようにして用いる。同様にし
て、銅、金等の金属導電材料にダイヤモンドをコーティ
ングしたウエファーも得ることができる。これらをウエ
ファーとして用いるときは金、銅その他の金属の表面に
フォトマスクを適用し、ダイヤモンド表面に事実上微細
な金属導体部を残すようにメタルコーティングに複雑な
導体パターンをエッチングまたは電子ビーム加工する。
この方法は特にゲートアレーやメモリーチップやマイク
ロプロセッサーチップのような複雑な半導体デバイスを
製造するのに有効である。
For coating a diamond coating on silicon, a conventional silicon-on-sapphire (SOS) chip device can be used. Whereas silicon is always coated on sapphire in the silicon-on-sapphire sapphire chip, diamond is coated on silicon in a diamond coating process. Next, the chip is turned over and the diamond is used as a substrate. Similarly, a wafer in which a metal conductive material such as copper or gold is coated with diamond can be obtained. When these are used as wafers, a photomask is applied to the surface of gold, copper, or other metal, and a complex conductor pattern is etched or electron-beam processed in the metal coating to leave practically fine metal conductors on the diamond surface. .
This method is particularly effective for manufacturing complex semiconductor devices such as gate arrays, memory chips, and microprocessor chips.

【0026】一般にダイヤモンド材料に他の材料をよく
付着させることはできないので、導体線の利用は困難で
ある。このような場合には、フォトマスク状に食刻した
パターンを通してイオンビーム加速器により純粋なアモ
ルファス炭素(C12)または熱分解黒鉛の極薄膜層を
設けるのが効果的である。純粋炭素の極薄膜層はダイヤ
モンドに金属を保持するための一種のセメントまたは粘
着剤として作用する。通常、黒鉛は潤滑剤であると考え
られているが、非常に薄膜になるとその挙動は変わって
くる。これは炭素原子によって形成された架橋がダイヤ
モンド結晶の表面に嵌り込むためであると考えられる。
In general, it is difficult to adhere other materials to a diamond material, so that it is difficult to use conductor wires. In such a case, it is effective to provide an ultra-thin layer of pure amorphous carbon (C12) or pyrolytic graphite by an ion beam accelerator through a pattern etched in a photomask shape. The ultra-thin layer of pure carbon acts as a kind of cement or adhesive to hold the metal on the diamond. Usually, graphite is considered to be a lubricant, but its behavior changes when it becomes very thin. This is considered to be because the bridge formed by the carbon atoms fits into the surface of the diamond crystal.

【0027】熱分解黒鉛層による好ましい熱伝導度を有
する平面は、標的物を固定した(またはコンピューター
制御により可変にした)直接バイアス電位によってバイ
アスさせることによって制御される。これによって熱分
解黒鉛層の熱伝導度は熱放散を極大化することができ
る。
The plane having the preferred thermal conductivity due to the pyrolytic graphite layer is controlled by biasing the target with a fixed (or computer controlled variable) direct bias potential. Thereby, the thermal conductivity of the pyrolytic graphite layer can maximize heat dissipation.

【0028】ドーパントを注入するために使用される補
助アークガンで、ダイヤモンド表面に対する平滑な分散
と均一な流入を得るために、音波または超音波周波数に
よって基盤保持具を振動させる。パワーオシレーターに
よって駆動されるチタン酸バリウム板または類似の変換
器により基板および保持具の機械的振動が行なわれる。
An auxiliary arc gun used to inject dopants, in which the substrate holder is vibrated by sonic or ultrasonic frequencies in order to obtain a smooth dispersion and a uniform inflow on the diamond surface. The substrate and the holder are mechanically vibrated by a barium titanate plate or similar transducer driven by a power oscillator.

【0029】ドーパントアークのサイクルを行なうため
には電気的制御通路の設計上に多くの変更が可能であ
る。結果的にはフィルム中へのドーパントの注入は主結
晶の形成よりもある程度遅い。得られるフィルム中のド
ーピング割合はこの速度を変えることによって制御する
ことができる。
Many variations are possible in the design of the electrical control passages for cycling the dopant arc. Consequently, the implantation of dopant into the film is somewhat slower than the formation of the main crystal. The doping rate in the resulting film can be controlled by changing this rate.

【0030】実際問題として多くの場合一度に使用され
るドーピングガンの数は1個である。さらに集積回路を
製造するためのフィルム層の形成には主要部やプラズマ
ガンを変換したり、覗窓の清浄にする等のために出力を
減少させたり、真空反応室を開くことが必要である。ま
た外部回路とダイヤモンドチップとの接続を行う導体金
属の蒸着のためほぼ純粋金属のアークガンが用いられ
る。
As a practical matter, in most cases only one doping gun is used at a time. Furthermore, forming a film layer for manufacturing an integrated circuit requires converting the main part and the plasma gun, reducing the output to clean the viewing window, and opening the vacuum reaction chamber. . An almost pure metal arc gun is used for depositing a conductive metal for connecting the external circuit and the diamond chip.

【0031】切断、薄切り、エッチング等のウエファー
の加工は、現用のレーザートリミング法やエレクトロン
ビーム加工法など半導体技術で公知の手段によって同一
真空反応室内でチップ上で行なわれている方法を用いる
ことができる。
Wafer processing such as cutting, slicing, and etching may be performed by a method that is performed on a chip in the same vacuum reaction chamber by means known in the semiconductor technology, such as a current laser trimming method or an electron beam processing method. it can.

【0032】基板上で適切な炭素の結晶化を行なう重要
な因子は基板温度である。本発明において基板温度は標
的物である基板保持具に向けてマイクロ波ビームエネル
ギーを直接加えることによって制御される。そして基板
温度制御は基板保持具の背後に設置された温度センサー
による温度の検出と温度制御電子装置への情報伝達によ
って行なわれる。該電子装置は温度を予めセットした制
御値と比較して、標的物へ放射するマイクロ波ビームエ
ネルギー電源にオン・オフ制御と電力レベルを切替える
命令を発する。適切なSP炭素結晶化を行なうには基
板温度を約750〜800°F(約400〜430℃)
の範囲にすればよいことが分った。
An important factor in achieving proper carbon crystallization on the substrate is the substrate temperature. In the present invention, the substrate temperature is controlled by directly applying microwave beam energy toward the target substrate holder. The substrate temperature control is performed by detecting the temperature by a temperature sensor installed behind the substrate holder and transmitting information to a temperature control electronic device. The electronic device compares the temperature with a preset control value and issues an on / off control and power level switching command to the microwave beam energy source radiating to the target. The substrate temperature in performing the appropriate SP 3 carbon crystallized about 750 to 800 ° F (about four hundred to four hundred and thirty ° C.)
It was found that it was better to be within the range.

【0033】結晶蒸着法の制御におけるもう1つの重要
な因子は反応室に少量の水素を存在させることである。
水素そのものは結晶中に入り込まないが一種の触媒のよ
うな働きをし、結晶をSP構造よりもSP構造結晶
にすることを助ける。水素の分圧は十分に低く抑えら
れ、反応室は実質的に真空状態に保たれる。結合のため
の黒鉛(またはアモルファス黒鉛)層が形成されれば、
水素はまっ先に真空反応室から除去される。
Another important factor in controlling the crystal deposition process is the presence of small amounts of hydrogen in the reaction chamber.
Hydrogen itself is not enter into the crystal acts as a sort of catalyst, it helps to SP 3 structure crystals than crystals SP 2 structure. The partial pressure of hydrogen is kept sufficiently low and the reaction chamber is kept substantially in a vacuum. If a graphite (or amorphous graphite) layer is formed for bonding,
Hydrogen is removed directly from the vacuum reaction chamber.

【0034】[0034]

【実施例】以下に本発明を図示の実施例に基づいて詳細
に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the illustrated embodiments.

【0035】図1は典型的なNチャンネルエンハンス型
の絶縁ゲート電界効果型トランジスター(IGFET)
の断面図である。このトランジスターの微細構造は、集
積回路(IC)の微細構造とほぼ同様である。しかしな
がらこのトランジスターは立方晶シリコンの代りに立方
晶炭素より作成され、そしてこのデバイスは硼素、ガリ
ウム、インジウム、タリウムまたはアルミニウムのよう
な3価の材料で僅かにドープされたp型炭素炭化物基板
12および砒素、燐、アンチモン、ビスマスまたは窒素
のような5価のドナー材料で高濃度にドープされたn型
の埋込層14を有する。上層16はドープされていない
ダイヤモンド様の炭素炭化物または二酸化珪素絶縁層で
ある。
FIG. 1 shows a typical N-channel enhanced insulated gate field effect transistor (IGFET).
FIG. The fine structure of this transistor is almost the same as that of an integrated circuit (IC). However, the transistor is made from cubic carbon instead of cubic silicon, and the device is a p-type carbon carbide substrate 12 lightly doped with a trivalent material such as boron, gallium, indium, thallium or aluminum and It has an n-type buried layer 14 which is heavily doped with a pentavalent donor material such as arsenic, phosphorus, antimony, bismuth or nitrogen. Upper layer 16 is an undoped diamond-like carbon carbide or silicon dioxide insulating layer.

【0036】端子は金、銀、銅または錫のような材料で
作られる18、20および22で示す金属導体層であ
る。金属層18、22に接続してそれぞれ、ソース端子
24およびドレイン端子26があり、金属層20にはゲ
ート端子28がある。ソース/ドレイン間の電圧を端子
24と端子26に接続し、ゲート金属層端子28が用い
られると半導体デバイスはきわめて高い電気抵抗を示
す。ゲート28に適用される電源24の電圧が正である
と基板12における過剰のホールはゲート部分30から
はじきだされ、電子が該部分に引き寄せられて電源端子
24とドレイン端子26間に導電経路が形成されて電気
抵抗が著しく低下し導通するようになる。この作用はき
わめて迅速であるのでスイッチングや可聴振幅以下の無
線スペクトルの高周波領域において生ずる線型増幅が可
能となる。同様の一般的な仕方で他の多くの半導体の形
態をとることが可能であり、図1に示される絶縁ゲート
FETは集積回路チップ上に多数ある活性素子の典型的
なものの一例を選んだものに過ぎない。
The terminals are metal conductor layers indicated at 18, 20, and 22 made of a material such as gold, silver, copper or tin. There are a source terminal 24 and a drain terminal 26, respectively, connected to the metal layers 18, 22, and the metal layer 20 has a gate terminal 28. When a source / drain voltage is connected to terminals 24 and 26 and a gate metal layer terminal 28 is used, the semiconductor device exhibits very high electrical resistance. If the voltage of the power supply 24 applied to the gate 28 is positive, excess holes in the substrate 12 will be ejected from the gate portion 30 and electrons will be attracted to that portion to create a conductive path between the power supply terminal 24 and the drain terminal 26. Once formed, the electrical resistance is significantly reduced and the electrical conduction occurs. This action is so rapid that it enables switching and linear amplification occurring in the high frequency range of the radio spectrum below the audible amplitude. It is possible to take many other semiconductor forms in a similar general manner, the insulated gate FET shown in FIG. 1 being an example of a typical example of a large number of active elements on an integrated circuit chip. It's just

【0037】ダイヤモンド様半導体デバイスを製造する
システムの概略を図2に示した。図2に示されるアーク
蒸着法の特徴は混合不可能でこれまで合金が知られてい
ない物質の混合を強制できることである。この特性を有
するが故にアーク蒸着法によるときは、ドープされた基
板上にドープされた炭素単結晶のフィルム層を被着さ
せ、希望する絶縁用の純粋な立方晶SP炭素のフィル
ムを形成させるのに好適なのである。
FIG. 2 schematically shows a system for producing a diamond-like semiconductor device. The feature of the arc deposition method shown in FIG. 2 is that it is impossible to mix, and it is possible to force the mixing of substances whose alloys are not known so far. When from this it has the characteristics thus arc vapor deposition method, a film layer of doped doped onto a substrate that is a single crystal of carbon is deposited to form a pure cubic SP 3 carbon film for insulating the desired It is suitable for

【0038】図2に示されるシステムは主ビーム34を
発生するための主プラズマアークガン36を備えた真空
反応室32を有する。主炭素ビーム34は前出の米国特
許に記載されたと同様な方法により主ビームガン36中
に純炭素電極38を配して発生させる。
The system shown in FIG. 2 has a vacuum reaction chamber 32 with a main plasma arc gun 36 for generating a main beam 34. The main carbon beam 34 is generated by placing a pure carbon electrode 38 in a main beam gun 36 in a manner similar to that described in the aforementioned U.S. Patent.

【0039】ドーピングは、ドナープラズマアークガン
40およびアクセプターアークガン42によって行なわ
れる。ドナーガン40には5価のドナー材料44が配置
され、アクセプターガン42には3価のアクセプター材
料46が配置される。ドナーガン40およびアクセプタ
ーガン42はそれぞれ保持具54に設置した基板52に
向けてドナービーム48およびアクセプタービーム50
を発生する。
The doping is performed by a donor plasma arc gun 40 and an acceptor arc gun 42. A pentavalent donor material 44 is disposed on the donor gun 40, and a trivalent acceptor material 46 is disposed on the acceptor gun 42. The donor gun 40 and the acceptor gun 42 respectively move the donor beam 48 and the acceptor beam 50 toward the substrate 52 set on the holder 54.
Occurs.

【0040】主ビームガン36、ドナーガン40および
アクセプターガン42はすべて後述するような電子装置
によって独立に操作される。操作に当たってアーク電流
は直接制御することは困難であるので、プラズマアーク
ガンに供給される直流パルスの時間を変えることによっ
てその制御が行なわれる。この制御はプラズマアークガ
ンへの各電流パルスにおけるプロセスの開始(または再
開)を電子装置によって制御することによって達成され
る。計時オシレーター56はドナーガン40を操作する
ためにドナー制御電子装置58、ドナーガン再点火装置
62およびドナー制御調節器66に制限される出力を与
える。アクセプター制御電子装置60、アクセプターガ
ン再点火用供給装置64およびアクセプター電流調節装
置68からなる同様の回路がアクセプターガン42を操
作する。電力は直流電源72からドナー電流調節装置6
6、アクセプター電流調節装置68および主スパーク供
給装置70へと供給される。
The main beam gun 36, donor gun 40 and acceptor gun 42 are all independently operated by electronic devices as described below. Since it is difficult to directly control the arc current during operation, the control is performed by changing the time of the DC pulse supplied to the plasma arc gun. This control is achieved by controlling the start (or restart) of the process at each current pulse to the plasma arc gun by an electronic device. Timed oscillator 56 provides limited output to donor control electronics 58, donor gun relight 62 and donor control regulator 66 to operate donor gun 40. A similar circuit comprising the acceptor control electronics 60, the acceptor gun reignition supply 64 and the acceptor current regulator 68 operates the acceptor gun 42. Power is supplied from the DC power supply 72 to the donor current controller 6.
6. Supplied to acceptor current regulator 68 and main spark supply 70.

【0041】図3に3個の個別制御されたプラズマアー
クガンを使用した典型的なプラズマアークガン・イオン
ビーム制御用電子回路を示す。アーク電極74、76お
よび78はそれぞれ蒸着しない材料で作られている。こ
れらは主ビームガン36においては純炭素であり、ドナ
ーガン40およびアクセプターガン42においてはそれ
ぞれ選択されたドーパント材料を含む炭素である。時間
の関数として蒸着される材料の精密な制御は、外部制御
に応答して必要なだけ各プラズマアークガンのアークパ
ルスとして供給することにより行なわれる。外部制御は
手動または同一の半導体デバイスが繰り返し作成するコ
ンピュータープログラム制御によって行なうことができ
る。
FIG. 3 shows a typical plasma arc gun / ion beam control electronics using three individually controlled plasma arc guns. The arc electrodes 74, 76 and 78 are each made of a non-deposited material. These are pure carbon in the main beam gun 36 and carbon containing the selected dopant material in the donor gun 40 and the acceptor gun 42, respectively. Precise control of the material deposited as a function of time is achieved by providing as many arc pulses of each plasma arc gun as needed in response to external controls. External control can be performed manually or by computer program control repeatedly created by the same semiconductor device.

【0042】プラズマアークガンには前記した米国特許
第3,625,848号において述べられたものと類似
の構造のものが用いられる。図3はそのようなプラズマ
アークガンの略図と概略のブロック線図を示したもので
ある。各アークを点火するために補助点火電極78が使
用される。該電極は電極74、76および80における
原料電極材料に用いられたものと同様の材料で作られ
る。一旦アークが点火されると主アーク電極74は主ア
ーク電源調節器82がアーク電源スイッチをオンにある
限り単位パルスの時間アークを継続する。アーク時間お
よび点火頻度制御回路84がオフ信号を送ることによっ
てパルスに終了を告げるとアーク電源は停止に切替りア
ークが消える。次のパルスは、主アーク電源調節器82
と補助アーク調節器86の両者に同時にオン信号が送ら
れたときに開始される。オン時間とオフ時間の長さはそ
れぞれポテンショメーター88および90によりセット
される。パルスの繰り返し率はポテンショメーター92
によりセットされる。パルス繰り返し率の結果としてオ
ンタイムとオフタイムは制限があり、アークの点火、消
失に要する時間関数によってもパルス繰り返し率は制限
される。一般に繰り返し率が約3〜4/秒乃至3〜4/
分付近であるときに数百ミリ秒のパルス時間を達成する
ことができる。
A plasma arc gun having a structure similar to that described in the aforementioned US Pat. No. 3,625,848 is used. FIG. 3 shows a schematic diagram and a schematic block diagram of such a plasma arc gun. An auxiliary ignition electrode 78 is used to ignite each arc. The electrodes are made of materials similar to those used for the raw electrode materials in electrodes 74, 76 and 80. Once the arc is ignited, the main arc electrode 74 continues the arc for a unit pulse as long as the main arc power regulator 82 turns on the arc power switch. When the arc time and ignition frequency control circuit 84 signals the end of the pulse by sending an off signal, the arc power supply is switched off and the arc is extinguished. The next pulse is the main arc power regulator 82
The process is started when the ON signal is sent to both the controller and the auxiliary arc controller 86 at the same time. The lengths of the on and off times are set by potentiometers 88 and 90, respectively. The pulse repetition rate is set by potentiometer 92
Is set by The on-time and off-time are limited as a result of the pulse repetition rate, and the pulse repetition rate is also limited by the time functions required to ignite and extinguish the arc. Generally, the repetition rate is about 3-4 / sec to 3-4 /
Pulse times of hundreds of milliseconds can be achieved when near the minute.

【0043】補助アーク調節装置86のための点火電力
供給装置94は直流電源である。計時オシレーター9
8、アーク時間および点火頻度制御回路84には制御電
子装置用電力供給装置96が用いられる。各プラズマア
ークガンは、主電力供給装置102を経た電力に適用す
る個別のアーク電力オン/オフ・スイッチを有してお
り、必要とあればいつでも、1個以上のガンを同時に始
動させることができる。ビーム形成用のレンズ電極10
4は経験的設計作業が要求されるが図3にはフレヤード
ホーンの一種が示されている。
The ignition power supply 94 for the auxiliary arc regulator 86 is a DC power supply. Timed oscillator 9
8. An arc time and ignition frequency control circuit 84 uses a power supply 96 for control electronics. Each plasma arc gun has a separate arc power on / off switch that applies power through the main power supply 102 so that one or more guns can be started simultaneously, whenever needed. . Lens electrode 10 for beam formation
4 requires empirical design work, but FIG. 3 shows a type of flare horn.

【0044】図2に示されるような3個のガンが用いら
れるときには、プロセス制御コンピューターに接続する
種々の制御パラメーターが使用され、そのプログラムを
繰り返し使用することによって、適切な半導体デバイス
フィルムを安定して得ることができる。
When three guns as shown in FIG. 2 are used, various control parameters connected to the process control computer are used, and by repeatedly using the program, the appropriate semiconductor device film is stabilized. Can be obtained.

【0045】基板の上に、適切な炭素結晶を得るための
キーポイントの1つは基板温度である。図2において温
度制御手段はマイクロ波エネルギー伝達アンテナ106
から目標物である基板の保持具に向けて放射されるマイ
クロ波エネルギービームにより行われる。基板保持具5
4の背後に設置された温度センサー108は温度を検出
し、その情報を後述する温度制御電子装置110に伝達
する。温度制御電子装置110においては、その温度を
手動またはコンピューターによって予めセットされた値
と比較して適切に電力のオン/オフおよび電力レベルの
切り替え指令をマイクロ波電源112に発信しアンテナ
106から目標物にマイクロ波ビームの放射を行なう。
このようにして基板52の精密な温度制御が行なわれる
のである。好ましい結晶化SP3炭素を製造するための
最も好適な基板温度の範囲は前述したように約750〜
800°F(約400〜430℃)の範囲である。
One of the key points for obtaining a suitable carbon crystal on the substrate is the substrate temperature. In FIG. 2, the temperature control means is a microwave energy transmitting antenna 106.
This is performed by a microwave energy beam emitted from the substrate toward a holder of a substrate which is a target. Board holder 5
The temperature sensor 108 installed behind the sensor 4 detects the temperature and transmits the information to a temperature control electronic device 110 described later. In the temperature control electronic device 110, the temperature is compared with a value set manually or by a computer in advance, and a command for appropriately turning on / off the power and switching the power level is transmitted to the microwave power source 112, and a target object is transmitted from the antenna 106. To radiate a microwave beam.
Thus, precise temperature control of the substrate 52 is performed. The most preferred substrate temperature range for producing the preferred crystallized SP3 carbon is from about 750 to 750, as described above.
It is in the range of 800 ° F (about 400-430 ° C).

【0046】温度制御サブシステムの詳細を図4に示
す。図4において見られるように、マイクロ波伝達器1
14のエネルギービームは、制御器124において予め
セットされた電圧値と、基板保持具118の背後に設置
された温度センサーによる温度から変換された検知電圧
値との電圧差から温度前置増幅器および調整器122に
より発生した信号に応答して電力制御マイクロ波切替器
回路によるオン/オフの切替えが行なわれる結果として
真空反応室32(図2)内の基板116およびその保持
具118に放射される。負荷電力はスイッチ126、電
力供給源124およびマイクロ波動力切替器120を経
て個別に供給される。マイクロ波伝達器114のエネル
ギーはマイクロ波アンテナ115から基板116に対し
てビームとして放射される。
FIG. 4 shows the details of the temperature control subsystem. As can be seen in FIG.
The 14 energy beams are temperature preamplified and regulated by a voltage difference between a voltage value preset in the controller 124 and a sensed voltage value converted from the temperature by a temperature sensor installed behind the substrate holder 118. As a result of the on / off switching performed by the power control microwave switch circuit in response to the signal generated by the unit 122, the radiation is radiated to the substrate 116 in the vacuum reaction chamber 32 (FIG. 2) and its holder 118. The load power is individually supplied via a switch 126, a power supply 124 and a microwave power switch 120. The energy of the microwave transmitter 114 is radiated from the microwave antenna 115 to the substrate 116 as a beam.

【0047】本発明の場合において、補助プラズマアー
クガンはドーパントを注入するために使用されるが、そ
の際基板保持具を音波振動または超音波振動によって振
動させることによって、ダイヤモンド表面に対する平滑
な分散と均一な流入を得ることができる。図5にその詳
細を示すように機械的振動を行なわせるためにパワーオ
シレーターによって駆動するチタン酸バリウム塊または
類似のエネルギー変換物質を使用することができる。
In the case of the present invention, the auxiliary plasma arc gun is used for injecting the dopant, in which case the substrate holder is vibrated by sonic or ultrasonic vibration to obtain a smooth dispersion on the diamond surface. A uniform inflow can be obtained. A barium titanate mass or similar energy conversion material driven by a power oscillator can be used to provide mechanical vibration, as shown in detail in FIG.

【0048】図5に見られるように揺動は、超音波また
は機械的振動および電気的振動(ビームを加速するため
の偏向直流電圧に交流電圧を重畳させることによって得
られる)の両者によって行なうことができる。可変周波
数超音波発振器130はポテンショメーター132によ
って周波数セットが行われる。交流電圧が変調器134
に送られるが、そこでは制御器136によって振動の振
幅がセットされ、供給された超音波電力を適用すること
によって基板揺動用エネルギー変換物140が膨張収縮
を繰り返すことにより基板保持具118を前後に駆動す
ることによって振動が行われる。振動電力用オン/オフ
スイッチに144がオンの状態の場合に振動サブシステ
ム電力供給装置142は全サブシステムに電力エネルギ
を供給する。該電力供給装置142からの電力エネルギ
ーはポテンショメーター148によって偏向直流電圧が
セットされた標的物偏向・電気信号電圧源146に供給
される。
As shown in FIG. 5, rocking is performed by both ultrasonic waves or mechanical vibration and electric vibration (obtained by superimposing an AC voltage on a deflection DC voltage for accelerating a beam). Can be. Variable frequency
The frequency of the several ultrasonic oscillator 130 is set by a potentiometer 132. AC voltage is applied to the modulator 134
Where the amplitude of the vibration is set by the controller 136, and the applied ultrasonic power is applied, whereby the substrate swinging energy converter 140 expands and contracts repeatedly to move the substrate holder 118 back and forth. Driving causes vibration. When the vibration power on / off switch 144 is on, the vibration subsystem power supply 142 supplies power energy to all subsystems. The power energy from the power supply device 142 is supplied by the potentiometer 148 to the target deflection / electric signal voltage source 146 in which the deflection DC voltage is set.

【0049】振動用交流電圧周波数はポテンショメータ
ー制御器150によりセットすることができ、また標的
物振動電圧の「振幅」はポテンショメーター152によ
ってセットすることができる。このような数値決定は超
音波振動においても同様にして行なうことができる。直
流偏向電圧と重畳交流振動電圧はイオンガン原料物質間
に適用され、イオンビームのスピードを交互に速めたり
遅くしたりすることによって基板上により均一で平滑な
物質の蒸着をはかるようにすることができる。
The vibration AC voltage frequency can be set by potentiometer controller 150, and the “amplitude” of the target vibration voltage can be set by potentiometer 152. Such a numerical value can be determined in the same manner also in ultrasonic vibration. The DC deflection voltage and the superimposed AC oscillation voltage are applied between the ion gun raw materials, and by alternately increasing or decreasing the speed of the ion beam, a more uniform and smooth material can be deposited on the substrate. .

【0050】上記の2つの揺動法は目的に応じて個別に
または独立的に基板保持具118に対して適用される。
以上パルスプラズマ技術による基板上へのダイヤモン
ド、ドープされたダイヤモンドまたはダイヤモンド様コ
ーティングの生成のための独特のプラズマアーク溶射シ
ステムについて述べた。
The above two swinging methods are applied to the substrate holder 118 individually or independently according to the purpose.
Thus, a unique plasma arc spray system for producing diamond, doped diamond, or diamond-like coatings on a substrate by pulsed plasma technology has been described.

【0051】[0051]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によるときは
基板上に所望のドーパントの所望量を精密にドープさせ
たダイヤモンドまたはダイヤモンド様の単結晶体フィル
ムを蒸着させたダイヤモンド半導体デバイスを工業生産
規模で容易に得ることができるのである。
As described above, according to the present invention, a diamond semiconductor device in which diamond or a diamond-like single crystal film precisely doped with a desired amount of a desired dopant is deposited on a substrate is industrially manufactured. It can be easily obtained on a scale.

【0052】また本発明の方法によるときは使用基板が
温度に敏感な基板であっても基板の温度をそれほど上げ
ずに製造することができるのでその応用範囲は広い。こ
のようなダイヤモンドの薄いフィルムを品質低下を起こ
すことなく容易に被着できる基板材料は硫化亜鉛(Zn
S)、セレン化亜鉛(ZnSe)であり、これによって
得られた材料は優れたレーザー部品として使用される。
Further, according to the method of the present invention, even if the substrate to be used is a temperature-sensitive substrate, it can be manufactured without raising the temperature of the substrate so much, so that its application range is wide. A substrate material that can easily apply such a thin film of diamond without deteriorating quality is zinc sulfide (Zn).
S), zinc selenide (ZnSe), and the resulting material is used as an excellent laser component.

【0053】また、本発明によるシステムは結晶炭素の
pn接合ダイオード製品の製造に使用され、それ故10
00〜1500°F(540〜820℃)付近の高温に
耐えられる整流器を作成することができる。またさらに
本発明のシステムによるときはドレイン電圧の高圧操作
が可能で、信号電圧を過酷に負荷することなく高い利得
が得られ、且つシリコンデバイスによって得られるもの
よりも高温で操作できる優れた特徴を有する絶縁ゲート
電界効果型トランジスターを製造することも可能である
し、その他、発光ダイオードや半導体レーザー用のダイ
オードのようなダイヤモンド様集積回路チップの製造も
可能である。
The system according to the invention is also used for the production of crystalline carbon pn junction diode products, and
A rectifier capable of withstanding high temperatures around 00-1500 ° F (540-820 ° C) can be made. Furthermore, the system of the present invention has the advantage of being able to operate at a high drain voltage, obtain a high gain without severely applying a signal voltage, and operate at a higher temperature than that obtained by a silicon device. It is also possible to manufacture an insulated gate field effect transistor having the same, and also possible to manufacture a diamond-like integrated circuit chip such as a light emitting diode or a diode for a semiconductor laser.

【0054】またさらに本発明によるときはきわめて透
光性の高い厚いダイヤモンドフィルムを得ることができ
るので、結晶格子を通過する光線上での電場の分極効果
に基づく光変換器のような新しいデバイスを得ることが
可能となるし、この特性を利用して新しい種類の高電力
装置、光電結合装置、変換装置、走査もしくは検出装置
等がダイヤモンド半導体によって得ることができるし、
その他ダイヤモンド様のフィルムの優れた特性を利用し
た各種の半導体デバイスを得ることができるなどその利
用価値は高い。
Furthermore, according to the present invention, it is possible to obtain a very translucent thick diamond film, so that a new device such as a light converter based on the polarization effect of an electric field on a light beam passing through a crystal lattice can be used. It is possible to obtain a new kind of high-power device, photoelectric coupling device, conversion device, scanning or detecting device, etc. by using the diamond semiconductor by utilizing this characteristic,
In addition, various semiconductor devices utilizing the excellent characteristics of a diamond-like film can be obtained, and its utility value is high.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】典型的なNチャンネルエンハンスメント型絶縁
ゲート電界効果トランジスターの断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a typical N-channel enhancement type insulated gate field effect transistor.

【図2】ダイヤモンド半導体デバイス製造物質の蒸着を
制御するシステムの概略図である。
FIG. 2 is a schematic diagram of a system for controlling the deposition of a diamond semiconductor device manufacturing material.

【図3】ドナープラズマアークガンまたはアクセプター
プラズマアークガンに直接用いるパルス時間を変更する
ための回路の概略ブロック図である。
FIG. 3 is a schematic block diagram of a circuit for changing a pulse time used directly in a donor plasma arc gun or an acceptor plasma arc gun.

【図4】本発明の半導体蒸着システムにおける温度制御
システムの概略ブロック図である。
FIG. 4 is a schematic block diagram of a temperature control system in the semiconductor vapor deposition system of the present invention.

【図5】本発明の半導体蒸着システムにおける振動シス
テムの概略ブロック図である。
FIG. 5 is a schematic block diagram of a vibration system in the semiconductor vapor deposition system of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

12 炭素炭化物基板 14 N型埋込層 18、20、22 導体金属 24 電源端子 26 ドレイン端子 28 ゲート端子 32 真空反応室 34 主(カーボン)ビーム 36 主プラズマアークガン 38 純炭素電極 40 ドナー(プラズマアーク)ガン 42 アクセプター(プラズマアーク)ガン 44 ドナー物質 46 アクセプター物質 48 ドナービーム 50 アクセプタービーム 52 基板 54 基板保持具 56 計時オシレーター 58 ドナー制御電子装置 60 アクセプター制御電子装置 62 ドナーガン再点火装置 64 アクセプターガン再点火装置 66 ドナー電流調節器 68 アクセプター電流調節器 70 主スパーク発生装置 72 直流電源 74、76、78、80 アーク電極 82 電力変換器 84 アーク時間・点火頻度制御回路 86 補助アーク変換器 88、90、92 ポテンショメーター 94 点火電力供給装置 96 制御電子装置用電力供給装置 98 計時オシレーター 102 主電力供給装置 114 マイクロ波伝達器 116 基板 118 基板保持具 120 マイクロ波電力スイッチ 122 温度前置増幅・調整器 124、136 ポテンショメーター 128 マイクロ波電源 130 可変振幅数マイクロ波オシレーター 138 エネルギー変換物質駆動増幅器 140 基板振動用エネルギー変換物質 142 振動システム電力供給装置 146 標的物偏向・電気的振動用電源 148、150、152 ポテンショメーター Reference Signs List 12 carbon carbide substrate 14 N-type buried layer 18, 20, 22 conductive metal 24 power supply terminal 26 drain terminal 28 gate terminal 32 vacuum reaction chamber 34 main (carbon) beam 36 main plasma arc gun 38 pure carbon electrode 40 donor (plasma arc) ) Gun 42 Acceptor (plasma arc) gun 44 Donor substance 46 Acceptor substance 48 Donor beam 50 Acceptor beam 52 Substrate 54 Substrate holder 56 Clocking oscillator 58 Donor control electronics 60 Acceptor control electronics 62 Donor gun relighting device 64 Acceptor gun Reignition device 66 Donor current regulator 68 Acceptor current regulator 70 Main spark generator 72 DC power supply 74, 76, 78, 80 Arc electrode 82 Power converter 84 Arc time / ignition frequency control circuit 86 Supplement Auxiliary arc converter 88, 90, 92 Potentiometer 94 Ignition power supply 96 Power supply for control electronics 98 Clocking oscillator 102 Main power supply 114 Microwave transmitter 116 Substrate 118 Substrate holder 120 Microwave power switch 122 Temperature before Preamplifier / adjuster 124, 136 Potentiometer 128 Microwave power supply 130 Variable amplitude microwave oscillator 138 Energy conversion material drive amplifier 140 Energy conversion material for substrate vibration 142 Vibration system power supply device 146 Power supply for target deflection / electric vibration 148 , 150, 152 Potentiometer

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−164796(JP,A) 特開 昭61−53719(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/203 C30B 23/00 Continuation of the front page (56) References JP-A-1-164796 (JP, A) JP-A-61-53719 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21 / 203 C30B 23/00

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 真空反応室と、 該真空反応室に設置した少なくとも一つのプラズマアー
クガンと、 該真空反応室内に基板ホルダを設置する手段と、 前記基板ホルダ上の基板に、前記少なくとも一つのプラ
ズマアークガンからの少なくとも1個のプラズマアーク
ビームを照射する手段と、 前記少なくとも1つのプラズマアークガンに、持続時間
が正確に制御されたパルスを印加するパルス制御手段と
を備えた半導体装置の製造装置であって、 前記パルス制御手段は、前記少なくとも一つのプラズマ
アークガンにアーク開始電流を供給してアークビームを
発生する手段と、前記少なくとも一つのプラズマアーク
ガンに電流を供給して前記アークビームを維持する手段
と、クロック発振手段と、前記少なくとも一つのプラズ
マアークガンに供給される電流が流れている間前記クロ
ック発振器からのクロックパルスのカウントを行う第1
のレジスタと、前記クロック発振手段から前記第1のレ
ジスタへ送られるクロックパルスをゲート制御するゲー
ト手段と、前記少なくとも一つのプラズマアークガンへ
電流が供給されているとき所定の時間を表すプリセット
パルスカウントを記憶する第2のレジスタと、前記第2
のレジスタ内に記憶されたプリセットパルスカウントと
前記第1のレジスタへ送られたパルスカウントを比較す
る第1の比較手段と、前記少なくとも一つのプラズマア
ークガンに電流が供給されるのを停止するストップパル
スを発生するパルス発生手段と、前記少なくとも一つの
プラズマアークガンへ電流が供給されていないとき前記
クロック発振手段からのパルスをカウントし記憶する第
3のレジスタと、前記少なくとも一つのプラズマアーク
ガンへの電流が供給されていないとき所定の時間を表す
プリセットパルスカウントを記憶する第4のレジスタ
と、前記第4のレジスタ内に記憶されたプリセットパル
スカウントと前記第3のレジスタで受けたパルスカウン
トを比較する第2の比較手段と、前記少なくとも一つの
プラズマアークガンに電流を供給することを再開する再
開パルス発生手段とを備え、前記基板にドーパント物質
を正確に供給するために前記少なくとも一つのプラズマ
アークガンに対する電流の供給を正確に制御することを
特徴とする前記製造装置。
A vacuum reaction chamber; at least one plasma arc gun installed in the vacuum reaction chamber; means for installing a substrate holder in the vacuum reaction chamber; Manufacturing a semiconductor device comprising: means for irradiating at least one plasma arc beam from a plasma arc gun; and pulse control means for applying a pulse whose duration is precisely controlled to the at least one plasma arc gun. An apparatus, wherein the pulse control means supplies an arc starting current to the at least one plasma arc gun to generate an arc beam, and supplies a current to the at least one plasma arc gun to produce the arc beam. , A clock oscillating means, and a power supply to the at least one plasma arc gun. First that counts clock pulses from between said clock oscillator current flows that
And a gate means for gate-controlling a clock pulse sent from the clock oscillating means to the first register; and a preset pulse count representing a predetermined time when current is supplied to the at least one plasma arc gun. A second register for storing
First comparing means for comparing the preset pulse count stored in the register with the pulse count sent to the first register, and a stop for stopping supply of current to the at least one plasma arc gun. A pulse generating means for generating a pulse, a third register for counting and storing pulses from the clock oscillating means when no current is supplied to the at least one plasma arc gun; A fourth register for storing a preset pulse count representing a predetermined time when no current is supplied, and a preset pulse count stored in the fourth register and a pulse count received by the third register. Second comparing means for comparing, the at least one plasma arc gun Resuming pulse generating means for resuming current supply, wherein the current supply to the at least one plasma arc gun is accurately controlled to accurately supply the dopant material to the substrate. manufacturing device.
【請求項2】 前記プラズマアークガンは、主たるビー
ムプラズマアークガンと、アクセプタビームプラズマア
ークガンとドナービームプラズマアークガンからなり、
前記パルス制御手段は、選択的に且つ独立的に前記ビー
ムプラズマアークガンを制御することを特徴とする請求
項1に記載の製造装置。
2. The plasma arc gun comprises a main beam plasma arc gun, an acceptor beam plasma arc gun, and a donor beam plasma arc gun.
The apparatus according to claim 1, wherein the pulse control means selectively and independently controls the beam plasma arc gun.
【請求項3】 前記基板の温度を制御する手段をさらに
備えたことを特徴とする請求項1に記載の製造装置。
3. The apparatus according to claim 1, further comprising means for controlling a temperature of said substrate.
【請求項4】 前記温度制御手段は、マイクロ波送信手
段、前記基板の温度を検知する温度検知手段と、前記マ
イクロ波送信手段の出力電力を制御するマイクロ波電力
スイッチ手段を備えたことを特徴とする請求項3に記載
の製造装置。
4. The temperature control means includes a microwave transmission means, a temperature detection means for detecting a temperature of the substrate, and a microwave power switch means for controlling output power of the microwave transmission means. The manufacturing apparatus according to claim 3, wherein
【請求項5】 前記温度制御手段は、750〜800゜
F(約400〜430℃)の範囲で温度を制御すること
を特徴とする請求項4に記載の製造装置。
5. The apparatus according to claim 4, wherein said temperature control means controls the temperature in a range of 750 to 800 ° F. (about 400 to 430 ° C.).
【請求項6】 前記基板を揺動して該基板に対してドー
パント物質の滑らかな分布と均一な流れを与える揺動手
段をさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載の製
造装置。
6. The manufacturing apparatus according to claim 1, further comprising an oscillating means for oscillating the substrate to give a smooth distribution and a uniform flow of the dopant substance to the substrate.
【請求項7】 前記揺動手段は、機械的および電気的に
基板を揺動する手段を備えたことを特徴とする請求項6
に記載の製造装置。
7. The oscillating means includes means for mechanically and electrically oscillating the substrate.
3. The manufacturing apparatus according to claim 1.
【請求項8】 前記機械的揺動手段は、前記基板に取り
付けられた揺動トランスデューサと、前記基板に揺動を
付与する手段と、前記揺動トランスデューサに揺動電力
を印加する手段を備えたことを特徴とする請求項7に記
載の製造装置。
8. The mechanical oscillating means includes an oscillating transducer attached to the substrate, a means for imparting oscillating to the substrate, and a means for applying oscillating power to the oscillating transducer. The manufacturing apparatus according to claim 7, wherein:
【請求項9】 前記揺動トランスデューサに電力を印加
する手段は、可変周波数超音波発振器と、該可変周波数
超音波発振器に接続され揺動振幅を制御する変調手段
と、前記変調手段の出力を増幅するドライバ増幅器とを
備えた請求項8に記載の製造装置。
9. A means for applying power to the oscillating transducer includes a variable frequency ultrasonic oscillator, a modulating means connected to the variable frequency ultrasonic oscillator for controlling oscillating amplitude, and amplifying an output of the modulating means. The manufacturing apparatus according to claim 8, further comprising a driver amplifier that performs the operation.
【請求項10】 前記電気的揺動手段は、ターゲットD
C電圧に重畳したAC電圧を前記基板に印加する手段を
備えたことを特徴とする請求項7に記載の製造装置。
10. The electric oscillating means includes a target D
The manufacturing apparatus according to claim 7, further comprising means for applying an AC voltage superimposed on the C voltage to the substrate.
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