JP3757698B2 - Semiconductor manufacturing apparatus and semiconductor manufacturing system - Google Patents

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俊彦 鈴木
誠之 鳥越
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は基板に半導体薄膜を形成するための半導体製造装置およびこの半導体製造装置を複数並列に配置した半導体製造システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
青色および紫外光領域の光電デバイスの応用材料として、ワイドバンドギャップを有するAlN、AlGaN、GaN、GaInN、InN等の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[同改訂版による族番号は15]族化合物半導体が注目されている。現在、薄膜を成長させる方法として主に分子線エピタキシー(MBE)法と有機金属気相成長(MOCVD)法が用いられている。このうち、MOCVD法は気相で輸送された原料で化学反応を起こして、生成した半導体を基板上に堆積させる方法であり、流量を制御することで極薄膜形成や混晶比の制御を容易に行うことができる。また、原理的には大面積の基板に均一に結晶を成長させることが可能であることからMOCVD法は工業的に重要な方法である。
【0003】
しかし、MOCVD法において高品質なGaN結晶の成長に必要とされる基板温度は900から1200℃と高温であり、これにより基板に使用される材料が制限される。また、電極上に半導体を積層するため、デバイス構成を作製する上での自由度に限界がある。これに対し、原料ガスをマイクロ波や高周波によるプラズマ発振によって分解し、さらにそのリモートプラズマ中に気体状の有機金属化合物を導入し、生成された半導体を基板上に堆積させるリモートプラズマMOCVD法は成長温度を下げる上で有効な手段である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
このリモートプラズマMOCVD法において、混晶や多層膜を作製する上で問題となるキャリアガスの種類、圧力、ガス流量などの因子を独立に制御するために、複数のプラズマ発生手段を設けた製造装置による成膜も行われている。複数のプラズマ発生手段を用意し、一方から補助材料として水素などを導入することで、水素ラジカルによる還元効果により炭素の半導体膜中への混入が減少でき、膜欠陥を抑え、高品質の薄膜を作製することができる。
【0005】
しかし、従来の複数のプラズマ発生手段を用いた半導体製造装置では、各プラズマ発生手段が基板に対して別方向に位置するように配置されていた(特開平10−79348号参照)。このため、活性化されたそれぞれのガスが基板に対して異なる方向から反応容器内に進入し、それぞれのプラズマ発生手段により活性化されたガスの流量の違いによって、反応容器内のガスの流れが変化し、基板上の位置によって膜厚が異なってしまう。このため、膜厚を均一にするために、基板の回転機構を設けるなど複雑な装置を必要とした。また、各プラズマ発生手段により活性化された原料ガスにこの原料ガスと反応する原料ガスを導入するが、その導入する原料ガスがプラズマ発生手段により異なり、かつ各プラズマ発生手段からの反応ガスを基板直前で混合する場合には、反応ガスの混合が十分に行われず、基板上に成長する薄膜の組成が位置によって異なってしまう。これは基板の回転機構を設けても必ずしも回避できない。
【0006】
以上のようなことから最適化された条件で成長する部分は基板上の僅かな領域に限られ、大面積の基板上に組成および膜厚が均一な膜を形成できなかった。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、基板の回転機構などの複雑な構造を用いることなく、大面積の基板上に組成および膜厚が均一な半導体薄膜を形成するための製造装置およびこの装置を用いた半導体製造システムを提供することを目的とする。
【0008】
本発明は、板を保持する基板ホルダーと、前記基板上に半導体膜を形成させるための反応容器と、前記反応容器内にV族元素源を供給する第1のガス供給手段と、前記供給された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によりプラズマ状態にされたV族元素源と反応するようにIII族元素源を含む有機金属化合物を前記第1のプラズマ発生手段の下流に供給する第2のガス供給手段と、補助材料を供給する第3のガス供給手段と、少なくとも前記補助材料を活性化する第2のプラズマ発生手段と、を備え、前記第1のプラズマ発生手段、前記第2のプラズマ発生手段及び前記基板ホルダーが、前記V族元素源の供給方向に沿って直列に配置されている半導体製造装置を提供する。
【0009】
本発明によれば、前記第1のプラズマ発生手段、前記第2のプラズマ発生手段及び前記基板ホルダーが、前記V族元素源の供給方向に沿って直列に配置されるため、活性化された前記V族元素(活性種)は一方向から供給され、活性種の流れがIII族元素源ガスの流量に影響されることがなく、均質で膜厚の均一な薄膜を製造することができる。
【0010】
前記第2のプラズマ発生手段は、ドーナツ状又はスリットを備えた電極であることが好ましい
【0011】
また、前記ガス供給手段の少なくとも一つがガス噴出口を有する中空のメッシュ状又はスリット状であるガス拡散手段を備えることができる。このガス拡散手段は前記2以上のプラズマ発生手段と直列に配置されることが好ましい。前記ガス拡散手段を備えるガス拡散手段に接続したガス供給手段は上下動可能とすることができる。前記ガス拡散手段はプラズマ発生手段を兼ねることができる。
【0012】
前記基板ホルダーは前記反応容器内を移動可能とすることができる。
【0013】
また、本発明は上記いずれかの複数の半導体製造装置が並列に配置された半導体製造システムを提供する。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【0015】
図1は本発明の第1の実施の形態に係る半導体製造装置20の構成を示す。この半導体製造装置20は、略円筒状で、真空に排気しうる反応容器1を備える。反応容器1の下部には排気口2が設けられている。また、反応容器1内には基板5を保持する基板ホルダー3が配置されている。基板ホルダー3は基板を加熱するためのヒーター4を内臓している。反応容器1の上部にはガス導入管11が設けられている。このガス導入管11の内側には石英管6が同心円状に配置されている。これらガス導入管11と石英管6で一つのガス供給手段を構成している。石英管6と直交するようにマグネトロンを用いたマイクロ発振器に接続されたマイクロ波導波管7が設けられている。また、石英管6のマイクロ波導波管7より下流側にはこの石英管6と同心円状にドーナツ状の容量結合型高周波電極12が配置されている。さらに、反応容器1内の容量結合型高周波電極12より上部に原料ガス又は活性化される原料ガスのエネルギーの制御や膜欠陥防止のために使用される補助材料を供給するためのガス供給手段としてのガス導入管8が設けられている。
【0016】
容量結合型高周波電極12の下流側にはガス拡散用のスリットが形成された容量結合型高周波電極13が設けられている。これら容量結合型高周波電極12、13はガス導入管8、11内のガスを活性化する。
【0017】
容量結合型高周波電極13の下流側にはガス拡散手段、およびガスを反応容器に供給するガス供給口としてのガス拡散メッシュ14、15が直列に配置されている。これらのガス拡散メッシュ14、15は中空になっており、ガス噴出口を備えている。ガス拡散メッシュ14、15はそれぞれ原料ガスを供給するガス供給手段としてのガス導入管9、10が接続している。ガス導入管9とガス拡散メッシュ14、ガス導入管10とガス拡散メッシュ15でそれぞれガス供給手段を構成している。
【0018】
この半導体製造装置20では、プラズマ発生手段としてのマイクロ波導波管7、容量結合型高周波電極12、13、ガス拡散メッシュ14、15、および基板ホルダー3が活性化される原料ガスの供給方向、この場合、ガス導入管11(又は石英管6)の軸方向に沿って直列に配置されている。すなわち、活性化される原料ガスは一方向、すなわち反応容器1の上方向から供給され、かつ活性化される原料ガスの基板への供給経路の途上でこの活性化された原料ガスと反応する原料ガスが供給されるため、十分な混合が得られ、かつガスの流量によってガスの流れる方向が影響されないので、均質で均一な厚みの膜を形成することができる。
【0019】
この半導体製造装置20を用いてGaInN膜を得るには、基板5を20〜1200℃に加熱し、例えば原料としてのN2をガス導入管11から導入し、マイクロ波導波管7に2.45GHzのマイクロ波を供給し、石英管6内で放電させる。ガス導入管9からトリメチルガリウムガスを導入し、ガス導入管10からトリメチルインジウムガスをキャリアガスと共に導入する。このように、V族元素の下流側にIII族元素を導入する。このIII族元素は最下流に導入しても複数のプラズマ発生手段の中間に導入してもよい。なお、補助材料としてのH2をガス導入管8から導入してもよい。
【0020】
このようにすることによって基板上には活性化されたIII族元素やV族元素が独立に制御された状態で存在し、かつ補助材料としての水素原子がメチル基をメタン等の不活性分子にするため炭素が半導体薄膜中に入らず、膜欠陥が抑えられ、濃度や組成が制御された半導体膜が精製できる。
【0021】
図2は本発明の第2の実施の形態に係る半導体製造装置30の構成を示す。なお、図1の半導体製造装置20の構成と同一の構成については同一の符号を附して説明を省略する。
【0022】
半導体製造装置30はマイクロ波導波管7の代わりにガス導入管11の回りに巻きつけられた高周波コイル21を備える。また、容量結合型高周波電極12の代わりにドーナツ状であり底部にガス拡散用のスリットが形成された筒状の容量結合型高周波電極22を有する。また、ガス導入管8はこの容量結合型高周波電極22と接続しており、ガス導入管8から導入されたガスは容量結合型高周波電極22により活性化されると共にスリットから拡散される。さらに、ガス拡散用のスリットが形成された容量結合型高周波電極13の代わりにガス噴出口を有する中空のガス拡散メッシュ23が高周波電極を兼ねるように設けられている。
【0023】
この半導体製造装置30でも、プラズマ発生手段としての高周波コイル6、容量結合型高周波電極22、ガス拡散メッシュ23、15および基板ホルダー3がガス導入管11の軸方向に沿って直列に配置されており、活性化される原料ガスは一方向、すなわち反応容器1の上方向から供給され、かつ活性化される原料ガスの基板への供給経路の途上でこの活性化された原料ガスと反応する原料ガスが供給されるため、十分な混合が得られ、かつガスの流量によってガスの流れが影響されず、均質で均一な厚みの膜を形成することができる。
【0024】
半導体製造装置20、30において、プラズマ発生手段による放電は直流放電でも交流放電でもよい。また、交流放電の場合、高周波放電の他低周波放電でもよい。さらに、高周波放電の場合、誘導型でも容量型でもよい。また、マイクロ発導波管のみならず、エレクトロンサイクロトロン共鳴方式やヘリコンプラズマ方式の導波管を使用してもよい。プラズマ発生手段の組み合わせは任意であり、マイクロ波導波管と容量結合型高周波電極、高周波コイルと容量結合型高周波電極の組み合わせに限られない。
【0025】
1つの空間において2種以上のプラズマ発生手段を用いる場合、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、プラズマを発生する部分と、半導体を製膜する基板の近傍とに圧力差を設けてもよい。これらの圧力を同一とする場合、異なる種類のプラズマ発生手段、例えば、図1のようにマイクロ波導波管7と容量結合型高周波電極12、13を用いると活性種の活性エネルギーを大きく変えることができ、膜質制御に有効である。
【0026】
ガス導入管9とガス拡散メッシュ14または23、ガス導入管10とガス拡散メッシュ15は上下動可能にしてもよい。また、基板ホルダー3は回転してもよいし、また上下動可能としてもよい。
【0027】
なお、半導体製造装置20、30ではガス導入管11は反応容器1の真上に配置されているが、ガス導入管11は斜めに傾斜していてもよい。
【0028】
さらに、半導体製造装置20、30ではガス拡散メッシュを用いているが、メッシュの代わりに底部に複数のスリットが形成された箱状のガス拡散手段を用いてもよい。また、ガス導入管9、10のガス供給口(下端部)が活性化される原料ガスの供給経路の近傍に配置されていればガス拡散手段を省略してもよい。また、その場合ガス供給口は必ずしもプラズマ発生手段や基板ホルダーと直列に配置されていなくてもよい。
【0029】
また、1つの半導体製造装置において、複数のプラズマ発生手段のうちの2個以上が直列であればよく、すべてのプラズマ発生手段が直列でなくてもよい。
【0030】
図3は本発明の第3の実施の形態に係る半導体製造システム40の構成を示す。半導体製造装置20、30の構成と同一の構成については同一の符号を附して説明を省略する。この半導体製造システム40は2つの半導体製造ユニット43、44およびこれらのユニットを連結する連結室41を備えている。連結室41と各ユニットの間にはゲートバルブ42が設けられている。半導体製造ユニット43、44は高周波コイル21の代わりにマイクロ波導波管7を備えたこと、およびユニット間を水平移動可能とされた一つの基板ホルダー3が半導体製造ユニット43、44に共有されていることを除いて半導体製造装置30と同じである。
【0031】
また、図4は本発明の第3の実施の形態に係る半導体製造システム50の構成を示す。半導体製造装置20、30の構成と同一の構成については同一の符号を附して説明を省略する。この半導体製造システム50は3つの半導体製造ユニット51、52、53を備えている。これらの半導体製造ユニット51、52、53は高周波コイル21の代わりにマイクロ波導波管7を備えたこと、およびユニット間を移動可能とされた一つの基板ホルダー3が半導体製造ユニット51、52、53に共有されていること、及び3つの反応容器1の代わりに開閉可能なしきり板56で内部空間がしきられた1つの反応容器54が使用されていることを除いて半導体製造装置30と同じである。
【0032】
このような半導体製造システムを使用することによって異なる活性化条件(例えば、放電電力、原料ガスの流量、ドーピング元素など)を用いて短時間で異なる組成の層を任意の膜厚で積層することが可能となる。
【0033】
【発明の効果】
本発明は、大面積の基板上に組成および膜厚が均一な半導体薄膜を形成するための製造装置およびこの装置を用いた半導体製造システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【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構成図である。
【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構成図である。
【図3】本発明の第3の実施の形態に係る半導体製造システムの構成図である。
【図4】本発明の第4の実施の形態に係る半導体製造システムの構成図である。
【符号の説明】
1 反応容器
3 基板ホルダー
6 石英管(ガス供給手段)
7 マイクロ波導波管(プラズマ発生手段)
8 ガス導入管(ガス供給手段)
9 ガス導入管(ガス供給手段)
10 ガス導入管(ガス供給手段)
11 ガス導入管(ガス供給手段)
12 容量結合型高周波電極(プラズマ発生手段)
13 容量結合型高周波電極(プラズマ発生手段、ガス拡散手段)
14 ガス拡散メッシュ(ガス拡散手段)
15 ガス拡散メッシュ(ガス拡散手段)
20 半導体製造装置
21 高周波コイル(プラズマ発生手段)
22 容量結合型高周波電極(プラズマ発生手段)
23 ガス拡散メッシュ(ガス拡散手段、プラズマ発生手段)
30 半導体製造装置
40 半導体製造システム
43 半導体製造ユニット
44 半導体製造ユニット
50 半導体製造システム
51 半導体製造ユニット
52 半導体製造ユニット
53 半導体製造ユニット
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus for forming a semiconductor thin film on a substrate and a semiconductor manufacturing system in which a plurality of semiconductor manufacturing apparatuses are arranged in parallel.
[0002]
[Prior art]
As an application material for photoelectric devices in the blue and ultraviolet light regions, III [IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry)], 1989 Inorganic Chemistry Nomenclature Revision, such as AlN, AlGaN, GaN, GaInN, InN etc. with wide band gap The group number is 13] -V [the group number according to the revised version is 15]. Currently, molecular beam epitaxy (MBE) and metal organic vapor phase epitaxy (MOCVD) are mainly used as methods for growing thin films. Of these, the MOCVD method is a method of causing a chemical reaction with the raw material transported in the gas phase and depositing the produced semiconductor on the substrate. By controlling the flow rate, it is easy to control the formation of ultrathin films and the mixed crystal ratio. Can be done. In principle, the MOCVD method is an industrially important method because crystals can be uniformly grown on a large-area substrate.
[0003]
However, the substrate temperature required for the growth of high-quality GaN crystals in the MOCVD method is as high as 900 to 1200 ° C., which limits the materials used for the substrate. In addition, since a semiconductor is stacked on an electrode, there is a limit to the degree of freedom in manufacturing a device configuration. On the other hand, the remote plasma MOCVD method, in which the source gas is decomposed by microwave or high frequency plasma oscillation, a gaseous organometallic compound is introduced into the remote plasma, and the generated semiconductor is deposited on the substrate is grown. This is an effective means for lowering the temperature.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In this remote plasma MOCVD method, a manufacturing apparatus provided with a plurality of plasma generating means for independently controlling factors such as the type of carrier gas, pressure, and gas flow rate, which are problems in producing mixed crystals and multilayer films The film formation by is also performed. By preparing multiple plasma generation means and introducing hydrogen or the like as an auxiliary material from one side, the reduction effect of hydrogen radicals can reduce the incorporation of carbon into the semiconductor film, suppress film defects, and produce high-quality thin films. Can be produced.
[0005]
However, in a conventional semiconductor manufacturing apparatus using a plurality of plasma generating means, each plasma generating means is disposed in a different direction with respect to the substrate (see Japanese Patent Laid-Open No. 10-79348). For this reason, each activated gas enters the reaction vessel from different directions with respect to the substrate, and the flow of the gas in the reaction vessel is caused by the difference in the flow rate of the gas activated by each plasma generating means. The film thickness varies depending on the position on the substrate. For this reason, in order to make the film thickness uniform, a complicated apparatus such as a substrate rotation mechanism is required. In addition, a raw material gas that reacts with the raw material gas is introduced into the raw material gas activated by each plasma generating means, and the introduced raw material gas differs depending on the plasma generating means, and the reaction gas from each plasma generating means is used as a substrate When mixing immediately before, the reaction gas is not sufficiently mixed, and the composition of the thin film grown on the substrate varies depending on the position. This is not necessarily avoided even if a substrate rotation mechanism is provided.
[0006]
As described above, a portion that grows under optimized conditions is limited to a small area on the substrate, and a film having a uniform composition and film thickness cannot be formed on a large-area substrate.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and is for forming a semiconductor thin film having a uniform composition and film thickness on a large-area substrate without using a complicated structure such as a substrate rotation mechanism. It is an object of the present invention to provide a manufacturing apparatus and a semiconductor manufacturing system using the apparatus.
[0008]
The present invention includes a substrate holder for holding a board, and a reaction vessel for forming a semiconductor film on the substrate, a first gas supply means for supplying a group V element source into the reaction vessel, the supply First plasma generating means for bringing the group V element source into a plasma state, and an organometallic compound containing a group III element source so as to react with the group V element source made into a plasma state by the first plasma generating means Second gas supply means for supplying the downstream of the first plasma generation means, third gas supply means for supplying an auxiliary material, second plasma generation means for activating at least the auxiliary material, And the first plasma generating means, the second plasma generating means, and the substrate holder are arranged in series along the supply direction of the group V element source .
[0009]
According to the present invention, the first plasma generating means, the second plasma generating means and the substrate holder, to be arranged in series along the feed direction of the group V element source, activated the The group V element (active species) is supplied from one direction, and the flow of the active species is not affected by the flow rate of the group III element source gas, and a thin film having a uniform thickness can be manufactured.
[0010]
The second plasma generating means is preferably an electrode having a donut shape or a slit .
[0011]
Further, at least one of the gas supply means may include a gas diffusing means having a hollow mesh shape or a slit shape having a gas ejection port. This gas diffusing means is preferably arranged in series with the two or more plasma generating means. The gas supply means connected to the gas diffusion means including the gas diffusion means can be moved up and down. The gas diffusion means can also serve as plasma generation means.
[0012]
The substrate holder can be movable in the reaction vessel.
[0013]
The present invention also provides a semiconductor manufacturing system in which any one of the plurality of semiconductor manufacturing apparatuses is arranged in parallel.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
[0015]
FIG. 1 shows a configuration of a semiconductor manufacturing apparatus 20 according to the first embodiment of the present invention. The semiconductor manufacturing apparatus 20 includes a reaction vessel 1 that is substantially cylindrical and can be evacuated. An exhaust port 2 is provided at the bottom of the reaction vessel 1. A substrate holder 3 for holding the substrate 5 is disposed in the reaction vessel 1. The substrate holder 3 includes a heater 4 for heating the substrate. A gas introduction pipe 11 is provided in the upper part of the reaction vessel 1. A quartz tube 6 is disposed concentrically inside the gas introduction tube 11. The gas introduction pipe 11 and the quartz pipe 6 constitute one gas supply means. A microwave waveguide 7 connected to a micro oscillator using a magnetron is provided so as to be orthogonal to the quartz tube 6. Further, a donut-shaped capacitively coupled high-frequency electrode 12 is disposed concentrically with the quartz tube 6 on the downstream side of the microwave waveguide 7 of the quartz tube 6. Further, as a gas supply means for supplying an auxiliary material used for controlling the energy of the raw material gas or the raw material gas to be activated or preventing film defects above the capacitively coupled high-frequency electrode 12 in the reaction vessel 1. The gas introduction pipe 8 is provided.
[0016]
A capacitively coupled high-frequency electrode 13 having a gas diffusion slit is provided downstream of the capacitively coupled high-frequency electrode 12. These capacitively coupled high-frequency electrodes 12 and 13 activate the gas in the gas introduction pipes 8 and 11.
[0017]
A gas diffusion means and gas diffusion meshes 14 and 15 as gas supply ports for supplying gas to the reaction vessel are arranged in series on the downstream side of the capacitively coupled high-frequency electrode 13. These gas diffusion meshes 14 and 15 are hollow and have gas outlets. The gas diffusion meshes 14 and 15 are connected to gas introduction pipes 9 and 10 as gas supply means for supplying a raw material gas, respectively. The gas introduction pipe 9 and the gas diffusion mesh 14, and the gas introduction pipe 10 and the gas diffusion mesh 15 constitute gas supply means.
[0018]
In this semiconductor manufacturing apparatus 20, the microwave waveguide 7 as the plasma generating means, the capacitively coupled high-frequency electrodes 12 and 13, the gas diffusion meshes 14 and 15, and the supply direction of the source gas that activates the substrate holder 3, In this case, they are arranged in series along the axial direction of the gas introduction tube 11 (or the quartz tube 6). That is, the raw material gas to be activated is supplied from one direction, that is, from the upper side of the reaction vessel 1, and the raw material that reacts with the activated raw material gas in the course of the supply path of the raw material gas to be activated to the substrate. Since the gas is supplied, sufficient mixing is obtained, and the gas flow direction is not affected by the gas flow rate, so that a film having a uniform and uniform thickness can be formed.
[0019]
In order to obtain a GaInN film using this semiconductor manufacturing apparatus 20, the substrate 5 is heated to 20 to 1200 ° C., for example, N 2 as a raw material is introduced from the gas introduction tube 11, and 2.45 GHz is introduced into the microwave waveguide 7. The microwave is supplied and discharged in the quartz tube 6. Trimethylgallium gas is introduced from the gas introduction pipe 9 and trimethylindium gas is introduced from the gas introduction pipe 10 together with the carrier gas. Thus, the group III element is introduced downstream of the group V element. This group III element may be introduced at the most downstream or between the plurality of plasma generating means. Note that H 2 as an auxiliary material may be introduced from the gas introduction pipe 8.
[0020]
By doing so, activated group III elements and group V elements exist on the substrate in an independently controlled state, and hydrogen atoms as auxiliary materials turn methyl groups into inert molecules such as methane. Therefore, carbon does not enter the semiconductor thin film, the film defects are suppressed, and the semiconductor film whose concentration and composition are controlled can be purified.
[0021]
FIG. 2 shows a configuration of a semiconductor manufacturing apparatus 30 according to the second embodiment of the present invention. Note that the same components as those of the semiconductor manufacturing apparatus 20 in FIG.
[0022]
The semiconductor manufacturing apparatus 30 includes a high-frequency coil 21 wound around the gas introduction tube 11 instead of the microwave waveguide 7. Further, instead of the capacitively coupled high-frequency electrode 12, a cylindrical capacitively coupled high-frequency electrode 22 having a donut shape and having a gas diffusion slit formed at the bottom is provided. The gas introduction tube 8 is connected to the capacitively coupled high-frequency electrode 22, and the gas introduced from the gas introduction tube 8 is activated by the capacitively coupled high-frequency electrode 22 and diffused from the slit. Further, a hollow gas diffusion mesh 23 having a gas outlet is provided instead of the capacitively coupled high-frequency electrode 13 in which a gas diffusion slit is formed so as to also serve as a high-frequency electrode.
[0023]
Also in this semiconductor manufacturing apparatus 30, the high-frequency coil 6, the capacitively coupled high-frequency electrode 22, the gas diffusion meshes 23 and 15 and the substrate holder 3 as plasma generating means are arranged in series along the axial direction of the gas introduction tube 11. The source gas to be activated is supplied from one direction, that is, from the upper side of the reaction vessel 1, and the source gas reacts with the activated source gas along the supply path of the source gas to be activated to the substrate. Therefore, sufficient mixing is obtained, and the gas flow is not affected by the gas flow rate, and a film having a uniform and uniform thickness can be formed.
[0024]
In the semiconductor manufacturing apparatuses 20 and 30, the discharge by the plasma generating means may be direct current discharge or alternating current discharge. In the case of alternating current discharge, low frequency discharge may be used in addition to high frequency discharge. Furthermore, in the case of high frequency discharge, it may be inductive or capacitive. Further, not only a micro-waveguide but also an electron cyclotron resonance type or helicon plasma type waveguide may be used. The combination of the plasma generating means is arbitrary, and is not limited to the combination of the microwave waveguide and the capacitively coupled high-frequency electrode, and the high-frequency coil and the capacitively coupled high-frequency electrode.
[0025]
When two or more types of plasma generating means are used in one space, it is necessary to allow discharge to occur simultaneously at the same pressure, and a pressure difference is generated between a portion where plasma is generated and the vicinity of a substrate on which a semiconductor is formed. It may be provided. When these pressures are made the same, different types of plasma generating means, for example, the microwave waveguide 7 and the capacitively coupled high-frequency electrodes 12 and 13 as shown in FIG. It is possible to control the film quality.
[0026]
The gas introduction pipe 9 and the gas diffusion mesh 14 or 23 and the gas introduction pipe 10 and the gas diffusion mesh 15 may be movable up and down. Further, the substrate holder 3 may rotate or be movable up and down.
[0027]
In the semiconductor manufacturing apparatuses 20 and 30, the gas introduction pipe 11 is disposed immediately above the reaction vessel 1, but the gas introduction pipe 11 may be inclined obliquely.
[0028]
Furthermore, although the gas diffusion mesh is used in the semiconductor manufacturing apparatuses 20 and 30, a box-shaped gas diffusion means in which a plurality of slits are formed at the bottom may be used instead of the mesh. Further, the gas diffusing means may be omitted if the gas supply ports (lower end portions) of the gas introduction pipes 9 and 10 are arranged in the vicinity of the raw material gas supply path to be activated. In this case, the gas supply port does not necessarily have to be arranged in series with the plasma generating means or the substrate holder.
[0029]
Further, in one semiconductor manufacturing apparatus, two or more of the plurality of plasma generating means may be in series, and not all of the plasma generating means may be in series.
[0030]
FIG. 3 shows a configuration of a semiconductor manufacturing system 40 according to the third embodiment of the present invention. The same components as those of the semiconductor manufacturing apparatuses 20 and 30 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. The semiconductor manufacturing system 40 includes two semiconductor manufacturing units 43 and 44 and a connection chamber 41 for connecting these units. A gate valve 42 is provided between the connection chamber 41 and each unit. The semiconductor manufacturing units 43 and 44 are provided with the microwave waveguide 7 instead of the high-frequency coil 21, and one substrate holder 3 that can be moved horizontally between the units is shared by the semiconductor manufacturing units 43 and 44. Except for this, it is the same as the semiconductor manufacturing apparatus 30.
[0031]
FIG. 4 shows the configuration of a semiconductor manufacturing system 50 according to the third embodiment of the present invention. The same components as those of the semiconductor manufacturing apparatuses 20 and 30 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. The semiconductor manufacturing system 50 includes three semiconductor manufacturing units 51, 52, and 53. These semiconductor manufacturing units 51, 52, 53 are provided with the microwave waveguide 7 instead of the high-frequency coil 21, and one substrate holder 3 that is movable between the units is the semiconductor manufacturing units 51, 52, 53. And the same as that of the semiconductor manufacturing apparatus 30 except that one reaction vessel 54 whose internal space is closed by an openable / closable threshold plate 56 is used instead of the three reaction vessels 1. is there.
[0032]
By using such a semiconductor manufacturing system, it is possible to stack layers having different compositions in arbitrary thicknesses in a short time using different activation conditions (for example, discharge power, flow rate of source gas, doping element, etc.). It becomes possible.
[0033]
【The invention's effect】
The present invention can provide a manufacturing apparatus for forming a semiconductor thin film having a uniform composition and film thickness on a large-area substrate, and a semiconductor manufacturing system using this apparatus.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a semiconductor manufacturing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a semiconductor manufacturing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram of a semiconductor manufacturing system according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram of a semiconductor manufacturing system according to a fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Reaction vessel 3 Substrate holder 6 Quartz tube (gas supply means)
7 Microwave waveguide (plasma generating means)
8 Gas introduction pipe (gas supply means)
9 Gas introduction pipe (gas supply means)
10 Gas introduction pipe (gas supply means)
11 Gas introduction pipe (gas supply means)
12 Capacitively coupled high-frequency electrode (plasma generating means)
13 Capacitively coupled high-frequency electrode (plasma generating means, gas diffusion means)
14 Gas diffusion mesh (gas diffusion means)
15 Gas diffusion mesh (gas diffusion means)
20 Semiconductor Manufacturing Equipment 21 High Frequency Coil (Plasma Generator)
22 Capacitively coupled high-frequency electrode (plasma generating means)
23 Gas diffusion mesh (gas diffusion means, plasma generation means)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 30 Semiconductor manufacturing apparatus 40 Semiconductor manufacturing system 43 Semiconductor manufacturing unit 44 Semiconductor manufacturing unit 50 Semiconductor manufacturing system 51 Semiconductor manufacturing unit 52 Semiconductor manufacturing unit 53 Semiconductor manufacturing unit

Claims (8)

板を保持する基板ホルダーと、
前記基板上に半導体膜を形成させるための反応容器と、
前記反応容器内にV族元素源を供給する第1のガス供給手段と、
前記供給された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によりプラズマ状態にされたV族元素源と反応するようにIII族元素源を含む有機金属化合物を前記第1のプラズマ発生手段の下流に供給する第2のガス供給手段と、
補助材料を供給する第3のガス供給手段と、
少なくとも前記補助材料を活性化する第2のプラズマ発生手段と、を備え
前記第1のプラズマ発生手段、前記第2のプラズマ発生手段及び前記基板ホルダーが、前記V族元素源の供給方向に沿って直列に配置されている
半導体製造装置。
A substrate holder for holding a board,
A reaction vessel for forming a semiconductor film on the substrate;
First gas supply means for supplying a group V element source into the reaction vessel;
First plasma generating means for bringing the supplied group V element source into a plasma state ;
Second gas supply means for supplying an organometallic compound containing a group III element source downstream of the first plasma generation means so as to react with a group V element source made into a plasma state by the first plasma generation means When,
A third gas supply means for supplying an auxiliary material;
Second plasma generating means for activating at least the auxiliary material ,
The semiconductor manufacturing apparatus, wherein the first plasma generating means, the second plasma generating means, and the substrate holder are arranged in series along a supply direction of the group V element source .
前記第2のプラズマ発生手段がドーナツ状の電極である請求項1記載の半導体製造装置。The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1 , wherein the second plasma generating means is a donut-shaped electrode . 前記第2のプラズマ発生手段がスリットを備えた電極である請求項1記載の半導体製造装置。 The second plasma generation means semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1 Symbol mounting an electrode provided with a slit. 前記第1乃至第3のガス供給手段の少なくとも1つがガス噴出口を有する中空のメッシュ状又はスリット状であるガス拡散手段を備える請求項1から3のいずれか1項記載の半導体製造装置。 4. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein at least one of the first to third gas supply means includes a gas diffusion means having a hollow mesh shape or a slit shape having a gas ejection port . 5. 前記ガス拡散手段を備えたガス供給手段が上下動可能な請求項4記載の半導体製造装置。The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 4 , wherein a gas supply means including the gas diffusion means is movable up and down. 前記ガス拡散手段がプラズマ発生手段を兼ねる請求項4又は5の半導体製造装置。6. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 4, wherein the gas diffusion means also serves as plasma generation means. 前記基板ホルダーが前記反応容器内を移動可能な請求項1から6のいずれか1項記載の半導体製造装置。  The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the substrate holder is movable in the reaction vessel. 請求項1から7のいずれか1項記載の複数の半導体製造装置が並列に配置された半導体製造システム。  A semiconductor manufacturing system in which a plurality of semiconductor manufacturing apparatuses according to claim 1 are arranged in parallel.
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