JP3467988B2 - Semiconductor manufacturing method and semiconductor manufacturing apparatus - Google Patents
Semiconductor manufacturing method and semiconductor manufacturing apparatusInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は半導体の製造方法及
び半導体の製造装置に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor manufacturing method and a semiconductor manufacturing apparatus.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、AlN、GaN、AlGaN、G
aInN、InN等のように広いバンドギャップを有す
る半導体化合物が青色LED、青色LD及び可視の発光
素子への適用材料として注目されている。これらの窒化
物系III [IUPAC(国際純粋及び応用化学連合)の
1989年無機化学命名法改訂版による族番号は13]
−V(IUPACの1989年無機化学命名法改訂版に
よる族番号は15)族半導体化合物の製造では、V族元
素源としてNH3 やN2 が用いられるが、NH3やN2
は他のIII −V族化合物半導体の製造で用いられるV族
元素源、例えば、AsH3 やPH3 に比べると安定で不
活性である。このため有機金属化学気相成長法(MOC
VD)によって基板上に窒化物系III −V族半導体化合
物の成膜を形成する場合、基板温度は900〜1200
°Cに調整される。2. Description of the Related Art In recent years, AlN, GaN, AlGaN, G
Semiconductor compounds having a wide bandgap such as aInN and InN have attracted attention as materials applicable to blue LEDs, blue LDs, and visible light emitting devices. These Nitride Systems III [IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) has a family number of 13 according to the revised 1989 Inorganic Chemistry Nomenclature]
NH 3 and N 2 are used as a group V element source in the production of a group V semiconductor compound, which is a group number 15 according to the revised inorganic chemical nomenclature of 1989 of IUPAC, but NH 3 and N 2
Is more stable and inactive than other group V element sources used in the production of III-V compound semiconductors, such as AsH 3 and PH 3 . Therefore, metal organic chemical vapor deposition (MOC)
In the case of forming a nitride-based III-V semiconductor compound film on a substrate by VD), the substrate temperature is 900 to 1200.
Adjusted to ° C.
【0003】一方、良質のGaNが成長する900°C
〜1200°Cという高温の基板温度ではInは結晶中
にほとんど取り込まれないため、Inを含む混晶を作製
する場合には、基板温度を下げている。しかしながら、
この方法では、膜質を犠牲にすることになり、10%以
上のInを含む良質の混晶を得ることは難しい。また、
基板温度を変える方法では、高温で膜を形成する際に、
この膜の下に配置された、低温で形成された膜の元素拡
散等が起こるおそれがあるため、多層膜や超格子等の素
子の作製は実用上困難である。On the other hand, 900 ° C at which good quality GaN grows
Since In is hardly taken into the crystal at a high substrate temperature of up to 1200 ° C., the substrate temperature is lowered when preparing a mixed crystal containing In. However,
With this method, the film quality is sacrificed, and it is difficult to obtain a good-quality mixed crystal containing 10% or more In. Also,
In the method of changing the substrate temperature, when forming a film at high temperature,
It is practically difficult to fabricate an element such as a multilayer film or a superlattice because element diffusion or the like of a film formed under this film and formed at a low temperature may occur.
【0004】このため成長温度の低温化の方法として、
高周波放電(J.M.Van Horeら、J.Cryst. Growth 150
(1995)908 )、マイクロ波放電又はエレクトロンサイ
クロトロン共鳴によって、V族元素源としてのN2 やN
H3 をプラズマ状態にし、このリモートプラズマ中にII
I 族の元素を含む有機金属化合物を導入することによっ
て成膜を行う方法がある(A.Yoshida, New Functionali
ty materials, Vol.C.183-188 (1993)、S.Zembutsu
ら、App.Phys.Left.48,870)。そして、この方法を実施
するための装置として、反応器に連続した一つのプラズ
マ発生手段と、このプラズマ発生手段に反応器側とは反
対側からN2 ガスのようなV族元素源を供給する第1の
供給手段と、プラズマ発生手段の反応器側にIII 族元素
を含む有機金属化合物を供給する第2の供給手段と、を
備えた半導体製造装置が従来より知られている。Therefore, as a method of lowering the growth temperature,
High frequency discharge (JM Van Hore et al., J. Cryst. Growth 150
(1995) 908), N 2 or N as a group V element source by microwave discharge or electron cyclotron resonance.
H 3 is put into a plasma state, and in this remote plasma II
There is a method of forming a film by introducing an organometallic compound containing a Group I element (A. Yoshida, New Functionali
ty materials, Vol.C.183-188 (1993), S.Zembutsu
App.Phys.Left.48,870). As a device for carrying out this method, one plasma generating means continuous to the reactor, and a group V element source such as N 2 gas is supplied to this plasma generating means from the side opposite to the reactor side. A semiconductor manufacturing apparatus including a first supply means and a second supply means for supplying an organometallic compound containing a Group III element to a reactor side of a plasma generation means has been conventionally known.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】この半導体製造装置を
用いて混晶を作製する場合には、第2の供給手段によっ
て、2種以上の有機金属化合物、例えば、トリメチルガ
リウムとトリメチルインジウムを含む混合ガスを供給す
る。しかしながら、これらの有機金属化合物の結合エネ
ルギーは異なるため、プラズマ中にこれらの有機金属化
合物の混合ガスを導入すると、どちらか一方が選択的に
分解されやすく、混合ガスにおける両者の比を調整して
も形成される膜の組成を制御することが困難であった
り、形成された膜に分解しにくい方の有機金属化合物に
由来する炭素不純物が含まれる等の問題があった。When a mixed crystal is produced using this semiconductor manufacturing apparatus, a mixture containing two or more kinds of organometallic compounds such as trimethylgallium and trimethylindium is provided by the second supply means. Supply gas. However, since the binding energies of these organometallic compounds are different, when a mixed gas of these organometallic compounds is introduced into plasma, one of them is easily decomposed selectively, and the ratio of the two in the mixed gas is adjusted. However, there are problems that it is difficult to control the composition of the formed film and that the formed film contains carbon impurities derived from an organometallic compound that is less likely to decompose.
【0006】また、上記半導体製造装置を用いて異なる
元素系の膜を積層する場合には、原料ガスを切り換える
必要があり、原料を切り換えてから基板面での活性種濃
度が所望の値になるまでに、数分から十数分かかり、こ
の間膜を形成することができなかった。Further, when laminating films of different elemental systems using the above semiconductor manufacturing apparatus, it is necessary to switch the source gas, and the active species concentration on the substrate surface becomes a desired value after switching the source materials. It took a few minutes to a dozen minutes, and it was not possible to form a film during this period.
【0007】本発明はこのようなリモートプラズマを用
いる従来の半導体製造方法及び半導体製造装置の欠点を
改善し、高品質で高機能の半導体及び半導体素子を短時
間に高生産性で生産するための半導体の製造方法及び製
造装置を提供するものである。The present invention is intended to improve the drawbacks of the conventional semiconductor manufacturing method and semiconductor manufacturing apparatus using such remote plasma, and to produce high-quality and high-performance semiconductors and semiconductor devices in a short time with high productivity. A semiconductor manufacturing method and manufacturing apparatus are provided.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明者の鋭意努力の結
果、プラズマを用いた成膜過程と反応過程を制御するこ
とにより上記課題を達成できることがわかり、本発明を
完成するに至った。請求項1記載の発明に係る半導体の
製造方法は、プラズマ状態のV族元素源にIII 族元素を
含む有機金属化合物を反応させる第1の反応工程と、該
反応により生成した生成物に補助材料を反応させる第2
の反応工程と、前記V族元素及び前記III 族元素を含む
半導体化合物を基板上に形成させる膜形成工程と、を含
むことを特徴とする。また請求項2記載の発明に係る半
導体の製造方法は、V族元素を含むV族元素源をプラズ
マ状態にする第1のプラズマ発生工程と、該第1のプラ
ズマ発生工程によりプラズマ状態にされたV族元素にII
I族元素を含む有機金属化合物を添加し、該V族元素と
該III族元素からなる反応物を生成させる工程と、膜欠
陥を防止するための補助材料をプラズマ状態にする第2
のプラズマ発生工程と、該プラズマ状態の補助材料を前
記反応工程により生成した生成物に添加し、前記V族元
素とIII族元素を含む半導体化合物を基板上に形成させ
る膜形成工程と、を含むことを特徴とする。As a result of the earnest efforts of the present inventor, it was found that the above problems can be achieved by controlling the film forming process and the reaction process using plasma, and the present invention has been completed. According to the method of manufacturing a semiconductor according to the first aspect of the present invention, the group V element source in the plasma state contains a group III element.
A first reaction step of reacting an organometallic compound comprising:
Second, in which an auxiliary material is reacted with a product generated by the reaction
Including the group V element and the group III element
A film forming step of forming a semiconductor compound on a substrate . According to a second aspect of the present invention, there is provided a semiconductor manufacturing method, which comprises a first plasma generating step of bringing a group V element source containing a group V element into a plasma state, and
II.
An organometallic compound containing a group I element is added to
A step of forming a reaction product containing the group III element,
Second, to put auxiliary material to prevent plasma from falling
Of the plasma generation step and the auxiliary material in the plasma state
And a film forming step of forming a semiconductor compound containing the group V element and the group III element on the substrate by adding the product generated by the reaction step .
【0009】また請求項3記載の発明に係る半導体の製
造方法は、V族元素を含むV族元素源をプラズマ状態に
する第1のプラズマ発生工程と、前記第1のプラズマ発
生工程で発生したプラズマに、III 族元素を含む気体状
の有機金属化合物を添加する第1の添加工程と、前記第
1のプラズマ発生工程とは別個且つ同時に、V族元素源
をプラズマ状態にする第2のプラズマ発生工程と、前記
第2のプラズマ発生工程で発生したプラズマに、前記II
I 族元素とは異なるIII 族元素を含む気体状の有機金属
化合物を添加する第2の添加工程と、前記第1の添加工
程で添加された前記III 族元素及び第1のプラズマ発生
工程で使用された前記V族元素を含む半導体化合物と前
記第2の添加工程で添加された前記III 族元素及び第2
のプラズマ発生工程で使用された前記V族元素を含む半
導体化合物との混晶を基板上に形成させる膜形成工程
と、を含むことを特徴とする。According to a third aspect of the present invention, there is provided a semiconductor manufacturing method, wherein a first plasma generating step of bringing a group V element source containing a group V element into a plasma state and the first plasma generating step are generated. A second plasma that brings a group V element source into a plasma state separately and simultaneously with the first addition step of adding a gaseous organometallic compound containing a group III element to the plasma and the first plasma generation step. II in the plasma generation step and the plasma generated in the second plasma generation step
Used in the second addition step of adding a gaseous organometallic compound containing a group III element different from the group I element and the group III element added in the first addition step and the first plasma generation step The semiconductor compound containing the group V element and the group III element and the second group added in the second adding step.
Film forming step of forming a mixed crystal with the semiconductor compound containing the group V element used in the plasma generating step on the substrate.
【0010】これらの発明では、pn制御用の気体状の
原料をさらに添加したり、プラズマ発生に高周波放電及
び/又はマイクロ波放電を使用したり、使用されるV族
元素を窒素とすることができる。[0010] In these inventions, further or added gaseous raw material p n control, or use high-frequency discharge and / or microwave discharge, the group V element to be used and nitrogen plasma generated be able to.
【0011】また、請求項9記載の発明に係る窒化物半
導体の製造装置は、基板上に半導体膜を形成させるため
の反応器と、前記反応器内に設けられ、基板を保持する
と共に加熱する加熱保持手段と、V族元素源を供給する
第1の供給手段と、前記第1の供給手段及び前記反応器
と連続し、供給されたV族元素源をプラズマ状態にする
第1のプラズマ発生手段と、前記第1のプラズマ発生手
段の前記反応器側にIII族元素を含む有機金属化合物を
供給するための第2の供給手段と、プラズマ状態にする
ための第1のガスを供給するための第3の供給手段と、
前記第3の供給手段及び前記反応器と連続し、供給され
た第1のガスをプラズマ状態にする第2のプラズマ発生
手段と、前記第2のプラズマ発生手段の前記反応器側に
第2のガスを供給するための第4の供給手段と、を備え
たことを特徴とする。According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a nitride semiconductor manufacturing apparatus, wherein a reactor for forming a semiconductor film on a substrate and a reactor provided inside the reactor are provided. a heating holding means for heating while holding, continuously and <br/> first supply means for supplying a group V element source, and the first supply hand Dan及 beauty the reactor, the supplied group V element you the source to the plasma state
A first plasma generating means, and second supply means for supplying an organic metal compound containing a III group element prior Symbol reactor side of the first plasma generating means, into a plasma state
Third supply means for supplying a first gas for
It is continuously supplied with the third supply means and the reactor.
Second plasma generation that turns the first gas into a plasma state
Means and the reactor side of the second plasma generating means
And a fourth supply means for supplying the second gas .
【0012】さらに、請求項10記載の発明に係る半導
体の製造装置は、基板上に半導体膜を形成させるための
反応器と、前記反応器内を仕切る仕切り手段と、前記反
応器内に設けられ、基板を保持すると共に加熱する加熱
保持手段と、前記加熱保持手段が前記仕切り手段によっ
て仕切られた空間の全てを通過するように前記加熱保持
手段を移動させる移動手段と、プラズマ状態にするため
の第1のガスを供給するための複数の第1の供給手段
と、前記第1の供給手段の各々及び前記反応器と連続
し、供給された第1のガスをプラズマ状態にする複数の
プラズマ発生手段と、前記複数のプラズマ発生手段の各
々の前記反応器側に第2の原料ガスを供給する複数の第
2の供給手段と、を備え、且つ前記仕切り手段によって
仕切られた空間の各々が少なくとも1つの前記プラズマ
発生手段と連続することを特徴とする。 Further, the semiconductor according to the invention of claim 10
The body manufacturing apparatus is used to form a semiconductor film on a substrate.
The reactor, partition means for partitioning the interior of the reactor, and the reactor
It is provided inside the reactor and holds the substrate and heats it.
The holding means and the heating holding means are separated by the partition means.
The heating and holding so that it passes through the entire space partitioned by
Moving means to move the means and to put into a plasma state
First supply means for supplying a first gas of
And continuous with each of the first supply means and the reactor
The supplied first gas into a plasma state.
Plasma generating means and each of the plurality of plasma generating means
A plurality of first source gases for supplying the second source gas to the reactor side, respectively.
2 supply means, and by the partition means
Each of the partitioned spaces has at least one plasma
It is characterized by being continuous with the generating means.
【0013】さらに、上記発明は、前記仕切り手段によ
って仕切られた空間の全てに連続する排気手段をさらに
備えることができる。Further, the above invention may further comprise an exhaust means continuous to all of the spaces partitioned by the partition means.
【0014】[0014]
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in detail below.
【0015】図1には、本発明の第1の実施の形態に係
る半導体製造装置10の概略構成が示されている。この
半導体製造装置10は、円筒状の反応器12と、反応器
12と開口12A、12Bを介して連続する第1及び第
2の原料活性化−供給部14、16と、反応器12と開
口12Cを介して連続し、且つ反応器12内のガスを排
気するための排気管18と、反応器12内に配置され、
且つ基板を支持するための基板ホルダー20と、基板ホ
ルダー20の基板設置面側とは反対側に配置されたヒー
ター22と、を備える。FIG. 1 shows a schematic structure of a semiconductor manufacturing apparatus 10 according to a first embodiment of the present invention. This semiconductor manufacturing apparatus 10 includes a cylindrical reactor 12, first and second raw material activation-supplying units 14 and 16 which are continuous with the reactor 12 through openings 12A and 12B, the reactor 12 and the opening. An exhaust pipe 18 for exhausting gas in the reactor 12, which is continuous through 12C, and is arranged in the reactor 12.
Further, the substrate holder 20 for supporting the substrate and the heater 22 arranged on the side opposite to the substrate installation surface side of the substrate holder 20 are provided.
【0016】第1及び第2の原料活性化−供給部14、
16は同一の構成を有し、それぞれ、反応器12と連通
し、且つ反応器12の径方向外側に配置された円筒状の
石英管24と、この石英管24の反応器12とは反対側
と連通するガス導入管26と、石英管24と交差するよ
うに配置されたマイクロ波導波管28と、石英管24と
マイクロ波導波管28との交差位置より反応器12側で
石英管24と連続するガス導入管30と、を備える。マ
イクロ波導波管28は筐体状であり、その中を石英管2
4が貫通している。First and second raw material activating-supplying section 14,
Reference numerals 16 have the same structure, and each has a cylindrical quartz tube 24 which is in communication with the reactor 12 and is arranged on the outer side in the radial direction of the reactor 12, and the opposite side of the quartz tube 24 from the reactor 12. A gas introducing pipe 26 communicating with the quartz pipe 24, a microwave waveguide 28 arranged so as to intersect with the quartz pipe 24, and a quartz pipe 24 on the reactor 12 side from the intersecting position of the quartz pipe 24 and the microwave waveguide 28. And a continuous gas introduction pipe 30. The microwave waveguide 28 has a casing shape, and the quartz tube 2
4 penetrates.
【0017】そして、第1及び第2の原料活性化−供給
部14、16のガス導入管26、30は原料ガスを供給
する図示しない原料供給手段としてのボンベ等にそれぞ
れ接続されている。また、マイクロ波導波管28は図示
しないマグネトロンを用いたマイクロ波発振器に接続さ
れており、石英管24内で放電させる。さらに、排気管
30は図示しない排気手段としてのポンプに接続されて
おり、反応器12内を略真空まで排気可能とする。The gas introducing pipes 26 and 30 of the first and second raw material activating-supplying units 14 and 16 are connected to a cylinder or the like as a raw material supplying means (not shown) for supplying the raw material gas. The microwave waveguide 28 is connected to a microwave oscillator using a magnetron (not shown), and discharges in the quartz tube 24. Further, the exhaust pipe 30 is connected to a pump (not shown) serving as an exhaust means, so that the inside of the reactor 12 can be exhausted to a substantially vacuum.
【0018】また、図2には本発明の第2の実施の形態
に係る半導体製造装置40が示されている。なお、第2
の実施の形態以降の半導体製造装置において、第1の実
施の形態に係る半導体製造装置10の構成と同一の構成
には、同一の符号を付して説明を省略する。Further, FIG. 2 shows a semiconductor manufacturing apparatus 40 according to a second embodiment of the present invention. The second
In the semiconductor manufacturing apparatuses of the following embodiments, the same configurations as those of the semiconductor manufacturing apparatus 10 according to the first embodiment are designated by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
【0019】この半導体製造装置40は、半導体製造装
置10における第2の原料活性化−供給部16の代わり
に第2の原料活性化−供給部42を備え、第2の原料活
性化−供給部42では、マイクロ波導波管28の代わり
に、高周波コイル44が使用され、高周波コイル44は
石英管24の外周に巻き付けられ、図示しない高周波発
振器に接続されている。This semiconductor manufacturing apparatus 40 is provided with a second raw material activation-supply section 42 instead of the second raw material activation-supply section 16 in the semiconductor manufacturing apparatus 10, and a second raw material activation-supply section is provided. In 42, a high frequency coil 44 is used instead of the microwave waveguide 28, and the high frequency coil 44 is wound around the outer circumference of the quartz tube 24 and connected to a high frequency oscillator (not shown).
【0020】半導体製造装置10及び半導体製造装置4
0では、例えば、第1の原料活性化−供給部14のガス
導入管26からV族元素源を供給し、第1の原料活性化
−供給部14のガス導入管30からIII 族元素を含む有
機金属化合物を供給し、第2の原料活性化−供給部1
6、42のガス導入管26から有機金属化合物を活性化
してこの有機官能基を分解又は反応により反応系外とす
るための補助材料を供給することができる。また、例え
ば、第1及び第2の原料活性化−供給部14、16、4
2のガス導入管26からV族元素源を供給し、第1及び
第2の原料活性化−供給部14、16、42のガス導入
管30からはそれぞれ異なるIII 族元素を含む有機金属
化合物を供給することができる。そして、各有機金属化
合物の結合エネルギーに合わせてV族元素の活性化条件
を変えるべく、各原料活性化−供給部において放電条件
やガス流量等を変えることができる。従って、これらの
半導体製造装置10、40を用いれば、不純物の混入の
少なく膜や、高品質の混晶の膜を形成することができ
る。Semiconductor manufacturing apparatus 10 and semiconductor manufacturing apparatus 4
At 0, for example, the group V element source is supplied from the gas introduction pipe 26 of the first raw material activation-supply unit 14, and the group III element is included from the gas introduction pipe 30 of the first raw material activation-supply unit 14. Supplying an organometallic compound and activating the second raw material-supply unit 1
An auxiliary material for activating the organometallic compound and decomposing or reacting the organic functional group to the outside of the reaction system can be supplied from the gas introduction pipes 26 and 42. Further, for example, the first and second raw material activation-supply units 14, 16 and 4
The group V element source is supplied from the gas introduction pipe 26 of No. 2 and the organometallic compounds containing different Group III elements are supplied from the gas introduction pipes 30 of the first and second raw material activation-supply units 14, 16 and 42 respectively. Can be supplied. Then, in order to change the activation condition of the group V element in accordance with the binding energy of each organometallic compound, the discharge condition, the gas flow rate, etc. can be changed in each raw material activation-supply section. Therefore, by using these semiconductor manufacturing apparatuses 10 and 40, it is possible to form a film with less impurities mixed therein and a film of a high quality mixed crystal.
【0021】また、図3には本発明の第3の実施の形態
に係る半導体製造装置50が示されている。この半導体
製造装置50は、筐体状の反応器52を備えている。こ
の反応器52内には、板状のゲートバルブ付隔壁54
が、反応器52内の容積を二等分するように設けられて
いる。また、半導体製造装置50は、この隔壁54によ
って仕切られた第1の空間56側で反応器52と連続す
る第1の原料活性化−供給部14と、第1の原料活性化
−供給部14と同じ側に配置され、且つ隔壁54によっ
て仕切られた第2の空間58側で反応器52と連続する
第2の原料活性化−供給部16と、第1及び第2の原料
活性化−供給部14、16と反対側に配置され、且つ第
1の空間56及び第2の空間58の双方と連続するよう
に反応器52と連続する排気管60と、反応器52内に
配置された基板を支持するための基板ホルダー62と、
基板ホルダー62の基板設置面側とは反対側に配置され
たヒーター64と、を備える。基板ホルダー62及びヒ
ーター64は図示しない移動手段によって、隔壁54の
ゲートバルブを介して第1の空間56と第2の空間58
との間を一体的に移動可能にされている。Further, FIG. 3 shows a semiconductor manufacturing apparatus 50 according to a third embodiment of the present invention. The semiconductor manufacturing apparatus 50 includes a case-shaped reactor 52. In the reactor 52, a plate-shaped partition wall 54 with a gate valve is provided.
Are provided so as to divide the volume in the reactor 52 into two equal parts. Further, in the semiconductor manufacturing apparatus 50, the first raw material activation-supply unit 14 and the first raw material activation-supply unit 14 which are continuous with the reactor 52 on the side of the first space 56 partitioned by the partition wall 54. A second raw material activation-feeding section 16 which is disposed on the same side as the second space 58 and which is partitioned by the partition wall 54 and which is continuous with the reactor 52, and first and second raw material activation-feeding An exhaust pipe 60 arranged on the opposite side of the parts 14 and 16 and continuous with the reactor 52 so as to be continuous with both the first space 56 and the second space 58, and a substrate arranged in the reactor 52. A substrate holder 62 for supporting the
The heater 64 is provided on the side of the substrate holder 62 opposite to the side on which the substrate is installed. The substrate holder 62 and the heater 64 are moved through a gate valve of the partition wall 54 to move the first space 56 and the second space 58 by moving means (not shown).
It is made possible to move integrally between and.
【0022】さらに、図4には本発明の第4の実施の形
態に係る半導体製造装置70が示されている。この半導
体製造装置70は、円筒状の反応器72を備えている。
この反応器72の円形の両端面(図示省略)の中心部に
は、図示しない円形の孔が形成されており、排気管74
がこの孔を貫通して、反応器72と同軸状に配置されて
いる。なお、反応器72と排気管74との間は樹脂等に
より密封されている。この排気管74には、等間隔で4
本のスリットが軸方向に沿って形成されており、このス
リットを介して反応器72内を排気する。Further, FIG. 4 shows a semiconductor manufacturing apparatus 70 according to a fourth embodiment of the present invention. The semiconductor manufacturing apparatus 70 includes a cylindrical reactor 72.
A circular hole (not shown) is formed at the center of both circular end surfaces (not shown) of the reactor 72.
Penetrates through this hole and is arranged coaxially with the reactor 72. The space between the reactor 72 and the exhaust pipe 74 is sealed with resin or the like. This exhaust pipe 74 has four equal intervals.
Book slits are formed along the axial direction, and the inside of the reactor 72 is exhausted through the slits.
【0023】また、反応器72内には、板状の4枚のゲ
ートバルブ付隔壁76が、反応器72内の容積を四等分
し、各空間に排気管74のスリットがそれぞれ配置され
るように、径方向に沿って設けられている。また、半導
体製造装置70は、2枚の隔壁76によって仕切られた
第1の空間78と連通する第1の原料活性化−供給部1
4と、2枚の隔壁76によって仕切られた第2の空間8
0と連通する第2の原料活性化−供給部16と、2枚の
隔壁76によって仕切られた第3の空間82と連通する
第3の原料活性化−供給部84と、2枚の隔壁76によ
って仕切られた第4の空間86と連通する第4の原料活
性化−供給部88と、反応器72内に配置された基板を
支持するための基板ホルダー92と、基板ホルダー92
の基板設置面側とは反対側に配置されたヒーター90
と、を備える。基板ホルダー92及びヒーター90は図
示しない移動手段によって、隔壁76のゲートバルブを
介して第1の空間78乃至第4の空間86の間を一体的
に移動可能にされている。Further, in the reactor 72, four plate-shaped partition walls with a gate valve 76 divide the volume in the reactor 72 into four equal parts, and slits of the exhaust pipe 74 are arranged in each space. Thus, it is provided along the radial direction. Further, the semiconductor manufacturing apparatus 70 has the first raw material activation-supply unit 1 communicating with the first space 78 partitioned by the two partition walls 76.
Second space 8 partitioned by 4 and two partitions 76
The second raw material activation-supply unit 16 communicating with 0, the third raw material activation-supply unit 84 communicating with the third space 82 partitioned by the two partition walls 76, and the two partition walls 76. A fourth raw material activating-supplying section 88 that communicates with a fourth space 86 partitioned by, a substrate holder 92 for supporting the substrate arranged in the reactor 72, and a substrate holder 92.
Heater 90 arranged on the opposite side of the substrate mounting surface side
And The substrate holder 92 and the heater 90 can be integrally moved between the first space 78 to the fourth space 86 via a gate valve of the partition wall 76 by a moving unit (not shown).
【0024】なお、第3及び第4の原料活性化−供給部
84、88の構成は、第1及び第2の原料活性化−供給
部14、16の構成と同じであり、説明を省略する。The constructions of the third and fourth raw material activation-supplying sections 84 and 88 are the same as the constructions of the first and second raw material activation-supplying sections 14 and 16, and the description thereof will be omitted. .
【0025】上記半導体製造装置50及び半導体製造装
置70では、各空間で、放電電力、活性化原料の流量、
III 族の有機金属化合物ガス流量等の活性化条件を変え
ることができ、組成の異なる膜を積層する場合等に、各
隔壁に設けられたゲートバルブを介して隣接する空間に
基板ホルダー及びヒーターを移動させることにより、連
続して膜形成を行うことができ、半導体の製造に必要な
時間を短縮することができる。In the semiconductor manufacturing apparatus 50 and the semiconductor manufacturing apparatus 70, in each space, the discharge power, the flow rate of the activating raw material,
The activation conditions such as the group III organometallic compound gas flow rate can be changed, and when laminating films with different compositions, a substrate holder and heater are installed in the adjacent spaces through the gate valves provided in each partition. By moving the film, films can be continuously formed, and the time required for manufacturing a semiconductor can be shortened.
【0026】本発明の実施の形態において、原料活性化
−供給部の活性化方法としては高周波放電、マイクロ波
放電、エレクトロンサイクロトロン共鳴方式、ヘリコン
プラズマ方式のいずれであってもよく、これらの1種を
用いても良いし、二種以上を用いても良い。また、高周
波放電の場合、第2の実施の形態のような誘導結合形で
も、容量形でも良い。In the embodiment of the present invention, the method for activating the raw material activating-supplying unit may be any one of high frequency discharge, microwave discharge, electron cyclotron resonance system, and helicon plasma system, and one of them may be used. May be used, or two or more may be used. Further, in the case of high frequency discharge, it may be an inductive coupling type as in the second embodiment or a capacitive type.
【0027】1つの空間において、二種以上の活性化方
法を用いる場合には、同じ圧力で同時に放電が生起でき
るようにする必要があり、マイクロ波導波管内(又は高
周波導波管)内と石英管内(又は反応器内)とに圧力差
を設けても良い。またこれらの圧力を同一とする場合、
異なる原料活性化手段、例えば、マイクロ波と高周波放
電を用いることによって活性種の励起エネルギーを大き
く変えることができ、これによって膜質を制御すること
ができる。In the case where two or more activation methods are used in one space, it is necessary to generate discharges at the same pressure at the same time, and the inside of the microwave waveguide (or the high-frequency waveguide) and the quartz are required. A pressure difference may be provided inside the tube (or inside the reactor). If these pressures are the same,
The excitation energy of the active species can be largely changed by using different raw material activating means, for example, microwave and high frequency discharge, and thus the film quality can be controlled.
【0028】なお、第3及び第4の実施の形態では、隔
壁によって仕切られた空間には1つの原料活性化−供給
部が連続しているが、1つの空間に2つ以上の原料活性
化−供給部を連続させることにより、各空間で混晶を形
成できるようにしてもよい。In the third and fourth embodiments, one raw material activation-supply section is continuous in the space partitioned by the partition walls, but two or more raw material activations are performed in one space. -Mixed crystals may be formed in each space by making the supply section continuous.
【0029】上記実施の形態において、基板温度は20
℃〜1200℃であり、100℃〜1000℃であるこ
とが好ましく、目的に応じて適宜基板温度を変えること
ができる。例えば、窒化ガリウムを用いる場合、基板温
度が低温(20℃から300℃)のときは非晶質に、高
温(400℃から1000℃)のときは結晶に、中間温
度(300℃から400℃)のときは多結晶膜とするこ
とができる。In the above embodiment, the substrate temperature is 20.
C. to 1200.degree. C., preferably 100.degree. C. to 1000.degree. C., and the substrate temperature can be appropriately changed according to the purpose. For example, when gallium nitride is used, it is amorphous when the substrate temperature is low (20 ° C to 300 ° C), crystalline when the substrate temperature is high (400 ° C to 1000 ° C), and intermediate temperature (300 ° C to 400 ° C). In this case, a polycrystalline film can be used.
【0030】本発明で使用する基板としては導電性でも
絶縁性でも良く、結晶又は非晶質でも良い。導電性基板
としては、アルミニウム、ステンレススチール、ニッケ
ル、クロム等の金属及びその合金結晶、Si、GaA
s、SiC、サファイア等の半導体や単結晶を挙げるこ
とができる。The substrate used in the present invention may be conductive or insulating, and may be crystalline or amorphous. As the conductive substrate, metals such as aluminum, stainless steel, nickel and chromium and their alloy crystals, Si, GaA
Examples include semiconductors such as s, SiC, and sapphire and single crystals.
【0031】また、絶縁性基板としては、高分子フィル
ム、ガラス、セラミック等を挙げることができ、絶縁性
基板には、上記の金属又は金、銀、銅等を、蒸着法、ス
パッター法、イオンプレーティング法等により成膜する
導電化処理を施す。The insulating substrate may be a polymer film, glass, ceramic or the like, and the insulating substrate may be made of the above metal or gold, silver, copper or the like by a vapor deposition method, a sputtering method, an ion method. Conductive treatment for forming a film by a plating method or the like is performed.
【0032】光の入出力用の透明導電性基板の透光性支
持体としては、ガラス、石英、サファイア等の透明な無
機材料;弗素樹脂、ポリエステル、ポリカーボネート、
ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、エポキシ
樹脂等の透明な有機樹脂のフィルム又は板状体;オプテ
ィカルファイバー、セルフォック光学プレート等が使用
できる。As the transparent support of the transparent conductive substrate for inputting / outputting light, a transparent inorganic material such as glass, quartz, sapphire; fluororesin, polyester, polycarbonate,
A transparent organic resin film or plate such as polyethylene, polyethylene terephthalate, or epoxy resin; optical fiber, SELFOC optical plate or the like can be used.
【0033】上記透光性支持体上に設ける透光性電極と
しては、ITO、酸化亜鉛、酸化錫、酸化鉛、酸化イン
ジウム、ヨウ化銅等の透明導電性材料を用い、蒸着、イ
オンプレーティング、スパッタリング等の方法により形
成したもの、又はAl、Ni、Au等の金属を蒸着やス
パッタリングにより半透明になる程度に薄く形成したも
のが用いられる。As the transparent electrode provided on the transparent support, a transparent conductive material such as ITO, zinc oxide, tin oxide, lead oxide, indium oxide or copper iodide is used, and vapor deposition or ion plating is performed. Those formed by a method such as sputtering, or those formed by forming a metal such as Al, Ni, Au, etc. thin by vapor deposition or sputtering so as to be semi-transparent are used.
【0034】ガス導入管26の少なくとも一方から導入
するV族元素源としては、N2 、NH3 、NF3 、N2
H4 、モノメチルヒドラジン、ジメチルヒドラジン等の
気体又はこれらをキャリアガスでバブリングした混合ガ
スを使用することができる。また、PH3 、P(C4 H
9 )3 、AsH3 、AsH2 C(CH3 )3 を用いても
よい。さらに、これらのV族元素源を単独で用いても、
組み合わせて用いてもよい。As the group V element source introduced from at least one of the gas introduction pipes 26, N 2 , NH 3 , NF 3 and N 2 are used.
A gas such as H 4 , monomethylhydrazine or dimethylhydrazine, or a mixed gas obtained by bubbling these gases with a carrier gas can be used. In addition, PH 3 , P (C 4 H
9 ) 3 , AsH 3 , and AsH 2 C (CH 3 ) 3 may be used. Furthermore, even if these group V element sources are used alone,
You may use it in combination.
【0035】キャリアガスとしてはHe、Ar等の希ガ
ス、H2 、N2 等の単元素ガス、メタンやエタン等の炭
化水素、CF4 、C2 F6 等のハロゲン化炭素等を用い
ることができる。As the carrier gas, rare gases such as He and Ar, single element gases such as H 2 and N 2 , hydrocarbons such as methane and ethane, and halogenated carbon such as CF 4 and C 2 F 6 are used. You can
【0036】また、ガス導入管30の少なくとも一方か
ら導入するIII 族元素を含む有機金属化合物としては、
トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、t
−ブチルアルミニウム、トリメチルガリウム、トリエチ
ルガリウム、t−ブチルガリウム、トリメチルインジウ
ム、トリエチルインジウム、t−ブチルインジウム等の
液体や固体を気化して単独に又は前記キャリアガスでバ
ブリングされた混合状態のガスとして使用することがで
きる。The organometallic compound containing a Group III element introduced through at least one of the gas introduction pipes 30 is
Trimethyl aluminum, triethyl aluminum, t
A liquid or solid such as butylaluminum, trimethylgallium, triethylgallium, t-butylgallium, trimethylindium, triethylindium, t-butylindium is vaporized and used alone or as a mixed gas bubbled with the carrier gas. can do.
【0037】前記III 族元素を含む有機金属化合物の有
機官能基と反応してこの有機官能基を反応系外にするた
めの補助材料としては、He、Ne、Ar等の希ガス、
H2、Cl2 、F2 等のハロゲンガスを単独又は混合し
て用いることができる。また、これらの補助材料をV族
元素源と混合して用いてもよい。補助材料は、活性種の
エネルギー制御や、有機官能基を不活性分子にすること
によって膜欠陥を防止するために適宜使用することがで
きる。As an auxiliary material for reacting with the organic functional group of the organometallic compound containing the Group III element to bring this organic functional group out of the reaction system, a rare gas such as He, Ne or Ar,
Halogen gas such as H 2 , Cl 2 and F 2 can be used alone or in combination. Further, these auxiliary materials may be mixed with the group V element source and used. The auxiliary material can be appropriately used for controlling the energy of the active species and preventing film defects by making the organic functional group an inactive molecule.
【0038】また、p、n制御のための元素をガス導入
管30から導入して、膜中にドープすることができる。Further, an element for controlling p and n can be introduced from the gas introducing pipe 30 to dope the film.
【0039】n型用の元素としては、IA族(IUPA
Cの1989年無機化学命名法改訂版による族番号は
1)のLi、IB族(IUPACの1989年無機化学
命名法改訂版による族番号は11)のCu、Ag、A
u、IIA族(IUPACの1989年無機化学命名法改
訂版による族番号は2)のMg、IIB族(IUPACの
1989年無機化学命名法改訂版による族番号は12)
のZn、IVA族(IUPACの1989年無機化学命名
法改訂版による族番号は14)のSi、Ge、Sn、P
b、VIA族(IUPACの1989年無機化学命名法改
訂版による族番号は16)のS、Se、Teを用いるこ
とができる。中でもSi、Ge、Snが電荷担体の制御
性の点から好ましい。As elements for n-type, group IA (IUPA)
C of the revised 1989 version of the inorganic chemical nomenclature has a group number of 1), Li, and IB (IUPAC's revised version of the 1989 inorganic chemical nomenclature has a group number of 11): Cu, Ag, and A.
u, Group IIA (IUPAC 1989 revised inorganic chemical nomenclature has a family number of 2) Mg, Group IIB (IUPAC revised 1989 inorganic chemical nomenclature has a family number 12)
Zn, IVA group (Siu, Ge, Sn, P of IUPAC revision number 1989 revised inorganic chemical nomenclature is 14)
b, S, Se, Te of the VIA group (the group number is 16 according to the revised 1989 inorganic chemical nomenclature of IUPAC) can be used. Among them, Si, Ge, and Sn are preferable from the viewpoint of controllability of charge carriers.
【0040】p型用の元素としては、IA族のLi、N
a、IB族のCu、Ag、Au、IIA族のBe、Mg、
Ca、Sr、Ba、Ra、IIB族のZn、Cd、Hg、
IVA族のC、Si、Ge、Sn、Pb、VIB族(IUP
ACの1989年無機化学命名法改訂版による族番号は
6)のCr、VIII族のFe(IUPACの1989年無
機化学命名法改訂版による族番号は8)、Co(IUP
ACの1989年無機化学命名法改訂版による族番号は
9)、Ni(IUPACの1989年無機化学命名法改
訂版による族番号は10)等を用いることができる。中
でもBe、Mg、Ca、Zn、Srが電荷担体の制御性
の点から好ましい。Examples of p-type elements include IA group Li and N
a, Cu, Ag, Au of Group IB, Be, Mg of Group IIA,
Ca, Sr, Ba, Ra, IIB group Zn, Cd, Hg,
IVA group C, Si, Ge, Sn, Pb, VIB group (IUP
AC, the revised 1989 Inorganic Chemistry Nomenclature has a family number of 6) Cr, Group VIII Fe (IUPAC, the revised 1989 Inorganic Chemistry Nomenclature has a family number of 8), Co (IUP
AC, the family number according to the revised 1989 version of the inorganic chemistry nomenclature, 9), Ni (the family number according to the IUPAC revised 1989 version of the inorganic chemistry nomenclature) can be used. Above all, Be, Mg, Ca, Zn, and Sr are preferable from the viewpoint of controllability of charge carriers.
【0041】ドーピングの方法としてはn型用としては
SiH4 、Si2 H6 、GeH4 、GeF4 、SnH4
を、p型用としてはBeH2 、BeCl2 、BeC
l4 、シクロペンタジエニルマグネシウム、ジメチルカ
ルシウム、ジメチルストロンチウム、ジメチル亜鉛、ジ
エチル亜鉛等をガス状態で使用することができる。ま
た、元素として膜中に拡散させたりイオンとして膜中に
取り込ませることもできる。As the doping method, SiH 4 , Si 2 H 6 , GeH 4 , GeF 4 and SnH 4 are used for n-type.
For Be type, BeH 2 , BeCl 2 , BeC
l 4 , cyclopentadienyl magnesium, dimethyl calcium, dimethyl strontium, dimethyl zinc, diethyl zinc and the like can be used in a gas state. Further, it can be diffused in the film as an element or incorporated as an ion in the film.
【0042】[0042]
【実施例】以下、本発明の実施例に基づいて本発明を詳
細に説明する。
(実施例1)図1の半導体製造装置10を用い、洗浄し
たサファイア基板、石英基板、Siウェハーを基板ホル
ダー20に載せ、真空排気後500°Cに加熱した。N
2 ガスを第1の原料活性化−供給部14のガス導入管2
6より直径25mmの石英管24内に500sccm導
入し、2.45GHzのマイクロ波を出力300Wにセ
ットしチューナでマッチングを取り、放電を行った。こ
の時の反射波は0Wであった。一方、H2 ガスを第2の
原料活性化−供給部16のガス導入管26より直径25
mmの石英管24内に500sccm導入し、2.45
GHzのマイクロ波で出力200Wで放電を行った。反
射波は0Wであった。この状態で第1の原料活性化−供
給部14のガス導入管30より室温で保持されたトリメ
チルガリウム(TMGa)の蒸気を直接マスフローコン
トローラーを通して2sccm導入した。この時バラト
ロン真空計で測定した反応器12内の圧力は0.2To
rrであった。EXAMPLES The present invention will be described in detail below based on examples of the present invention. (Example 1) Using the semiconductor manufacturing apparatus 10 of FIG. 1, the cleaned sapphire substrate, quartz substrate, and Si wafer were placed on the substrate holder 20, vacuum exhausted, and heated to 500 ° C. N
2 Gas is the first raw material activation-gas introduction pipe 2 of the supply unit 14
From No. 6, 500 sccm was introduced into a quartz tube 24 having a diameter of 25 mm, a microwave of 2.45 GHz was set to an output of 300 W, matching was performed with a tuner, and discharge was performed. The reflected wave at this time was 0W. On the other hand, the H 2 gas is supplied from the gas introduction pipe 26 of the second raw material activation-supply unit 16 to the diameter 25
500 sccm was introduced into the quartz tube 24 of mm, and 2.45
Discharge was performed with a microwave of GHz at an output of 200 W. The reflected wave was 0W. In this state, the vapor of trimethylgallium (TMGa) kept at room temperature was introduced through the gas introduction pipe 30 of the first raw material activation-supply unit 14 directly at 2 sccm through the mass flow controller. At this time, the pressure in the reactor 12 measured by the Baratron vacuum gauge was 0.2 To.
It was rr.
【0043】1時間成膜を行い膜組成をXPSにより測
定したところGa/N比は1.01で化学量論比となっ
ていた。また、X線回折スペクトルの(0002)回折
ピークの半値巾は50arcsecであった。
(実施例2)実施例1と同じ装置と同じ条件を用いた。
但し、供給部16のガス導入管30にビスシクロペンタ
ジエニルMgを50℃に加熱し水素をキャリアガスとし
て10sccm供給した。このようにして、p型のGa
N膜を作製した。
(実施例3)実施例1と同じ装置と同じ条件を用いた。
但し、供給部16のガス導入管30にシランを水素希釈
(1%)して5sccm供給してn型のGaN膜を作製
した。
(実施例4)実施例1と同じ装置、同じ基板を用いて、
N2 ガスを第1の原料活性化−供給部14のガス導入管
26より直径25mmの石英管24内に500sccm
導入し、2.45GHzのマイクロ波を出力300Wに
セットしチューナでマッチングを取り、放電を行った。
この時の反射波は0Wであった。また、第2の原料活性
化−供給部16のN2 ガスをガス導入管26より直径2
5mmの石英管24内に500sccm導入し、2.4
5GHzのマイクロ波で出力250Wで放電を行った。
反射波は0Wであった。この状態で第1の原料活性化−
供給部14のガス導入管30より室温で保持されたトリ
メチルガリウムの蒸気を1sccm導入し、第2の原料
活性化−供給部16のガス導入管30から30℃に保持
したトリメチルインジウムの蒸気0.5sccmをN2
キャリアガスと合わせて50sccm導入した。この時
バラトロン真空計で測定した反応器12内の圧力は0.
3Torrであった。When film formation was carried out for 1 hour and the film composition was measured by XPS, the Ga / N ratio was 1.01, which was a stoichiometric ratio. The half width of the (0002) diffraction peak of the X-ray diffraction spectrum was 50 arcsec. (Example 2) The same apparatus and conditions as in Example 1 were used.
However, biscyclopentadienyl Mg was heated to 50 ° C. and 10 sccm of hydrogen was supplied as a carrier gas to the gas introduction pipe 30 of the supply unit 16. In this way, p-type Ga
An N film was produced. (Example 3) The same apparatus and conditions as in Example 1 were used.
However, silane was diluted with hydrogen (1%) and supplied at 5 sccm to the gas introduction pipe 30 of the supply unit 16 to form an n-type GaN film. (Example 4) Using the same device and the same substrate as in Example 1,
500 sccm of N 2 gas was introduced into the quartz tube 24 having a diameter of 25 mm from the gas introduction tube 26 of the first raw material activation-supply section 14.
Then, the microwave of 2.45 GHz was set to an output of 300 W, matching was performed with a tuner, and discharging was performed.
The reflected wave at this time was 0W. In addition, the N 2 gas of the second raw material activation-supply unit 16 is introduced from the gas introduction pipe 26 to a diameter
Introducing 500 sccm into a 5 mm quartz tube 24, 2.4
Discharge was performed with a microwave of 5 GHz and an output of 250 W.
The reflected wave was 0W. In this state, the first raw material activation-
The vapor of trimethylgallium held at room temperature was introduced at 1 sccm from the gas introduction pipe 30 of the supply part 14, and the vapor of trimethylindium was kept at 30 ° C. from the gas introduction pipe 30 of the second raw material activation-supply part 16. 5 sccm to N 2
50 sccm was introduced together with the carrier gas. At this time, the pressure in the reactor 12 measured by the Baratron vacuum gauge was 0.
It was 3 Torr.
【0044】この条件で四重極質量分析計を用いトリメ
チルガリウムとトリメチルインジウムの分解率を測定し
たところ、前者が99.8%、後者が99.9%であっ
た。Under these conditions, the decomposition rates of trimethylgallium and trimethylindium were measured using a quadrupole mass spectrometer, and the former was 99.8% and the latter was 99.9%.
【0045】1時間成膜を行い膜組成をRBS(ラザフ
ォードバックスキャタリング)により測定したところG
a/In比は2:1で導入ガス比に等しいことがわかっ
た。Ga+In/N比は1.05で化学量論比となって
いた。また、光学ギャップは2.6eVであった。サフ
ァイア基板上の膜に対し、X線回折スペクトルの(00
02)回折ピークの半値巾は60arcsecであった。
(実施例5)図2の半導体製造装置40及び実施例1と
同じ基板を用い、真空排気後500°Cに加熱した。N
2 ガスを第1の原料活性化−供給部14のガス導入管2
6より直径25mmの石英管24内に500sccm導
入し、13.56MHzの高周波を出力100Wにセッ
トしマッチングを取り、放電を行った。この時の反射波
は0Wであった。また、N2 ガスを第2の原料活性化−
供給部16のガス導入管26より直径25mmの石英管
24内に500sccm導入し、2.45GHzのマイ
クロ波で出力250Wで放電を行った。反射波は0Wで
あった。この状態で第1の原料活性化−供給部14のガ
ス導入管30より室温で保持されたトリメチルガリウム
の蒸気を1sccm導入し、第2の原料活性化−供給部
16のガス導入管30から30℃に保持したトリメチル
アルミニウムの蒸気0.3sccmをN2 キャリアガス
と合わせて100sccm導入した。この時バラトロン
真空計で測定した反応器12内の圧力は0.3Torr
であった。Film formation was carried out for 1 hour, and the film composition was measured by RBS (Rutherford backscattering).
It was found that the a / In ratio was 2: 1 and was equal to the introduced gas ratio. The Ga + In / N ratio was 1.05, which was a stoichiometric ratio. The optical gap was 2.6 eV. For the film on the sapphire substrate, (00
02) The full width at half maximum of the diffraction peak was 60 arcsec. (Embodiment 5) The semiconductor manufacturing apparatus 40 of FIG. 2 and the same substrate as in Embodiment 1 were used, and after evacuation, they were heated to 500 ° C. N
2 Gas is the first raw material activation-gas introduction pipe 2 of the supply unit 14
From No. 6, 500 sccm was introduced into a quartz tube 24 having a diameter of 25 mm, a high frequency of 13.56 MHz was set to an output of 100 W, matching was performed, and discharge was performed. The reflected wave at this time was 0W. Also, N 2 gas is used to activate the second raw material--
The gas was introduced into the quartz tube 24 having a diameter of 25 mm by 500 sccm from the gas introduction tube 26 of the supply unit 16, and the discharge was performed with the microwave of 2.45 GHz and the output of 250 W. The reflected wave was 0W. In this state, 1 sccm of trimethylgallium vapor held at room temperature is introduced from the gas introduction pipe 30 of the first raw material activation-supply unit 14 to introduce gas from the gas introduction pipes 30 to 30 of the second raw material activation-supply unit 16. 0.3 sccm of trimethylaluminum vapor held at 0 ° C. was introduced together with N 2 carrier gas at 100 sccm. At this time, the pressure in the reactor 12 measured by a Baratron vacuum gauge was 0.3 Torr.
Met.
【0046】1時間成膜を行い膜組成をRBSにより測
定したところGa/Al比は3.2:1で導入ガス比に
等しいことがわかった。Ga+Al/N比は1.05で
化学量論比となっていた。
(実施例6)図3の半導体製造装置50及び実施例1と
同じ基板を用い、真空排気後500°Cに加熱した。N
2 ガスを第1の原料活性化−供給部14のガス導入管2
6より直径25mmの石英管24内に500sccm導
入し、2.45GHzのマイクロ波を出力300Wにセ
ットしマッチングを取り、放電を行った。この時の反射
波は0Wであった。また、N2 ガスを第2の原料活性化
−供給部16のガス導入管26より直径25mmの石英
管24内に800sccm導入し、2.45GHzのマ
イクロ波で出力200Wで放電を行った。反射波は0W
であった。基板温度を600℃とした。この状態で第1
の原料活性化−供給部14のガス導入管30より室温で
保持されたトリメチルガリウムの蒸気を1sccm導入
し、第2の原料活性化−供給部16のガス導入管30か
ら30℃に保持したトリメチルインジウムの蒸気1.0
sccmをN2 キャリアガスと合わせて20sccm導
入した。この時バラトロン真空計で測定した反応器72
内の圧力は0.2Torrであった。When film formation was carried out for 1 hour and the film composition was measured by RBS, it was found that the Ga / Al ratio was 3.2: 1 and was equal to the introduced gas ratio. The Ga + Al / N ratio was 1.05, which was a stoichiometric ratio. (Embodiment 6) Using the semiconductor manufacturing apparatus 50 of FIG. 3 and the same substrate as in Embodiment 1, the substrate was evacuated and heated to 500 ° C. N
2 Gas is the first raw material activation-gas introduction pipe 2 of the supply unit 14
From No. 6, 500 sccm was introduced into a quartz tube 24 having a diameter of 25 mm, a microwave of 2.45 GHz was set at an output of 300 W, matching was performed, and discharge was performed. The reflected wave at this time was 0W. Further, 800 sccm of N 2 gas was introduced into the quartz tube 24 having a diameter of 25 mm from the gas introduction tube 26 of the second raw material activation-supply section 16 and discharged at a power of 200 W with a microwave of 2.45 GHz. The reflected wave is 0W
Met. The substrate temperature was 600 ° C. First in this state
The trimethylgallium vapor held at room temperature was introduced at 1 sccm from the gas introduction pipe 30 of the raw material activation-supply unit 14 of the second raw material activation-supply unit 16 and the trimethylgallium held at 30 ° C. Indium vapor 1.0
20 sccm was introduced together with sccm and N 2 carrier gas. Reactor 72 measured with a Baratron vacuum gauge at this time
The internal pressure was 0.2 Torr.
【0047】最初に第1の空間56内でGaNを1分間
成膜した後、第2の空間58側に基板、基板ホルダー6
2及びヒーター64を移動して、1分間InNを成膜し
た。この操作を10回繰り返して20層からなる多層膜
を作製した。基板の移動にかかった時間は2秒程度であ
り、その移動前後でリモートプラズマの発光状態に大き
な変化はなかった。この膜の組成と膜厚方向の分布をX
PSとRBSと2次イオン質量分析計で測定した結果、
略化学量論比のGaNとInNが10nmずつの層に分
かれており、境界は明瞭であることがわかった。First, after depositing GaN for 1 minute in the first space 56, the substrate and the substrate holder 6 are provided on the second space 58 side.
2 and the heater 64 were moved, and InN was formed into a film for 1 minute. This operation was repeated 10 times to produce a multilayer film consisting of 20 layers. The time required for the movement of the substrate was about 2 seconds, and the emission state of the remote plasma did not change significantly before and after the movement. The composition of this film and the distribution in the film thickness direction are expressed as X
As a result of measurement with PS, RBS and secondary ion mass spectrometer,
It was found that GaN and InN having a substantially stoichiometric ratio were divided into layers of 10 nm each, and the boundary was clear.
【0048】[0048]
【発明の効果】本発明は、上記構成としたので、高品質
で高機能の半導体及び半導体素子を短時間に高生産性で
生産することができる。Since the present invention has the above-mentioned structure, it is possible to produce a high-quality and highly-functional semiconductor and semiconductor element in a short time with high productivity.
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る半導体製造装
置の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a semiconductor manufacturing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第2の実施の形態に係る半導体製造装
置の概略構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a semiconductor manufacturing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第3の実施の形態に係る半導体製造装
置の概略構成図である。FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a semiconductor manufacturing apparatus according to a third embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第4の実施の形態に係る半導体製造装
置の概略構成図である。FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a semiconductor manufacturing apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
10 半導体製造装置 12 反応器 18 排気管 20 基板ホルダー(加熱保持手段) 22 ヒーター(加熱保持手段) 24 石英管 26 ガス導入管 28 マイクロ波導波管 30 ガス導入管 40 半導体製造装置 44 高周波コイル 50 半導体製造装置 52 反応器 54 隔壁 60 排気管 62 基板ホルダー(加熱保持手段) 64 ヒーター(加熱保持手段) 70 半導体製造装置 72 反応器 74 排気管 76 隔壁 90 ヒーター(加熱保持手段) 92 基板ホルダー(加熱保持手段) 10 Semiconductor manufacturing equipment 12 reactor 18 Exhaust pipe 20 Substrate holder (heating and holding means) 22 Heater (heating and holding means) 24 quartz tube 26 Gas introduction pipe 28 microwave waveguide 30 gas introduction pipe 40 Semiconductor manufacturing equipment 44 high frequency coil 50 Semiconductor Manufacturing Equipment 52 reactor 54 partitions 60 exhaust pipe 62 Substrate holder (heating and holding means) 64 heater (heating and holding means) 70 Semiconductor manufacturing equipment 72 reactor 74 Exhaust pipe 76 bulkhead 90 Heater (heating and holding means) 92 Substrate holder (heating and holding means)
Claims (11)
を含む有機金属化合物を反応させる第1の反応工程と、 該反応により生成した生成物に補助材料を反応させる第
2の反応工程と、 前記V族元素及び前記III 族元素を含む半導体化合物を
基板上に形成させる膜形成工程と、 を含む半導体の製造方法。 1. A group III element as a source of a group V element in a plasma state
A first reaction step of reacting an organometallic compound containing: and a step of reacting an auxiliary material with the product produced by the reaction.
And a semiconductor compound containing the group V element and the group III element.
A method of manufacturing a semiconductor, comprising: a film forming step of forming the film on a substrate .
態にする第1のプラズマ発生工程と、該第1のプラズマ発生工程によりプラズマ状態にされた
V族元素にIII族元素を含む有機金属化合物を添加し、
該V族元素と該III族元素からなる反応物を生成させる
工程と、 膜欠陥を防止するための 補助材料をプラズマ状態にする
第2のプラズマ発生工程と、該プラズマ状態の補助材料を前記反応工程により生成し
た生成物に添加し、 前記V族元素とIII族元素を含む半
導体化合物を基板上に形成させる膜形成工程と、 を含む半導体の製造方法。2. A first plasma generation step of bringing a group V element source containing a group V element into a plasma state, and a plasma state by the first plasma generation step .
Adding an organometallic compound containing a group III element to a group V element,
Generate a reaction product composed of the group V element and the group III element
Process, a second plasma generating step for bringing the auxiliary material for preventing film defects into a plasma state, and the auxiliary material in the plasma state is generated by the reaction step.
A film forming step of forming a semiconductor compound containing a group V element and a group III element on a substrate by adding the above-mentioned product to the product .
態にする第1のプラズマ発生工程と、 前記第1のプラズマ発生工程で発生したプラズマに、II
I 族元素を含む気体状の有機金属化合物を添加する第1
の添加工程と、 前記第1のプラズマ発生工程とは別個且つ同時に、V族
元素源をプラズマ状態にする第2のプラズマ発生工程
と、 前記第2のプラズマ発生工程で発生したプラズマに、前
記III 族元素とは異なるIII 族元素を含む気体状の有機
金属化合物を添加する第2の添加工程と、 前記第1の添加工程で添加された前記III 族元素及び第
1のプラズマ発生工程で使用された前記V族元素を含む
半導体化合物と前記第2の添加工程で添加された前記II
I 族元素及び第2のプラズマ発生工程で使用された前記
V族元素を含む半導体化合物との混晶を基板上に形成さ
せる膜形成工程と、 を含む半導体の製造方法。3. A first plasma generating step for bringing a group V element source containing a group V element into a plasma state, and the plasma generated in the first plasma generating step, II
First addition of gaseous organometallic compounds containing Group I elements
And a step of adding the second plasma generation step of bringing the group V element source into a plasma state separately from the first plasma generation step and the plasma generated in the second plasma generation step It is used in the second addition step of adding a gaseous organometallic compound containing a group III element different from the group element, and the group III element added in the first addition step and the first plasma generation step. And a semiconductor compound containing the Group V element and the II added in the second adding step.
A method of manufacturing a semiconductor, comprising: a film forming step of forming, on a substrate, a mixed crystal of a group I element and a semiconductor compound containing the group V element used in the second plasma generation step.
用の気体状の原料をさらに添加することを特徴とする請
求項1に記載の半導体の製造方法。4. The method for producing a semiconductor according to claim 1, wherein a gaseous raw material for controlling pn is further added in the second reaction step.
気体状の原料をさらに添加することを特徴とする請求項
2に記載の半導体の製造方法。 5. In the film forming step, for pn control
A further feature of adding a gaseous raw material.
2. The method for manufacturing a semiconductor according to 2.
工程の少なくとも一方において、pn制御用の気体状の
原料をさらに添加することを特徴とする請求項3に記載
の半導体の製造方法。6. The method for producing a semiconductor according to claim 3 , wherein a gaseous raw material for pn control is further added in at least one of the first addition step and the second addition step. .
イクロ波放電を使用することを特徴とする請求項1から
5のいずれか1項に記載の半導体の製造方法。 7. A plasma generated from claim 1, characterized by using a high-frequency discharge and / or microwave discharge
5. The method for manufacturing a semiconductor according to any one of 5 above.
する請求項1から6のいずれか1項に記載の半導体の製
造方法。8. The semiconductor manufacturing method according to any one of claims 1 6, wherein the pre-Symbol V element is nitrogen.
応器と、 前記反応器内に設けられ、基板を保持すると共に加熱す
る加熱保持手段と、V族元素源を供給する 第1の供給手段と、 前記第1の供給手段及び前記反応器と連続し、供給され
たV族元素源をプラズマ状態にする第1のプラズマ発生
手段と、 前記第1のプラズマ発生手段の前記反応器側にIII族元
素を含む有機金属化合物を供給するための第2の供給手
段と、プラズマ状態にするための第1のガスを供給するための
第3の供給手段と、 前記第3の供給手段及び前記反応器と連続し、供給され
た第1のガスをプラズマ状態にする第2のプラズマ発生
手段と、 前記第2のプラズマ発生手段の前記反応器側に第2のガ
スを供給するための第4の供給手段と、 を備えたことを特徴とする窒化物半導体の製造装置。9. A reactor for forming a semiconductor film on a substrate, a heating and holding means provided in the reactor for holding and heating the substrate, and a first supply for supplying a group V element source. means and, contiguous with said first supply hand Dan及 beauty said reactor, a first plasma generation means you the supplied group V element source in a plasma state, before Symbol of the first plasma generating means Group III element on the reactor side
Second supply means for supplying an organometallic compound containing element and first gas for supplying a plasma state
The third supply means and the third supply means and the reactor are connected and supplied continuously.
Second plasma generation that turns the first gas into a plasma state
Means and a second gas generator on the reactor side of the second plasma generating means.
And a fourth supply means for supplying a nitride semiconductor.
反応器と、 前記反応器内を仕切る仕切り手段と、 前記反応器内に設けられ、基板を保持すると共に加熱す
る加熱保持手段と、 前記加熱保持手段が前記仕切り手段によって仕切られた
空間の全てを通過するように前記加熱保持手段を移動さ
せる移動手段と、 プラズマ状態にするための第1のガスを供給するための
複数の第1の供給手段と、 前記第1の供給手段の各々及び前記反応器と連続し、供
給された第1のガスをプラズマ状態にする複数のプラズ
マ発生手段と、 前記複数のプラズマ発生手段の各々の前記反応器側に第
2の原料ガスを供給する複数の第2の供給手段と、 を備え、且つ前記仕切り手段によって仕切られた空間の
各々が少なくとも1つの前記プラズマ発生手段と連続す
る半導体の製造装置。 10. A method for forming a semiconductor film on a substrate
A reactor, partition means for partitioning the interior of the reactor, and a reactor provided inside the reactor for holding and heating the substrate.
The heating and holding means and the heating and holding means are partitioned by the partitioning means.
Move the heating and holding means so that it passes through all of the space.
Means for moving and a first gas for supplying a first gas for making a plasma state
A plurality of first supply means, each of the first supply means and the reactor are connected in succession.
Plural plasmas for converting the supplied first gas into a plasma state
Means for generating a plasma, and a second side for each of the plurality of plasma generating means on the side of the reactor.
A plurality of second supply means for supplying two raw material gases , and a space partitioned by the partition means.
Each is connected to at least one plasma generating means.
Semiconductor manufacturing equipment.
間の全てに連続する排気手段をさらに備えたことを特徴
とする請求項10に記載の半導体の製造装置。11. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 10 , further comprising exhaust means continuous to all of the spaces partitioned by the partition means.
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