(57)【要約】【課題】  炭素の供給ガスに環境上問題のあるガスを使用せずに、化合物半導体に炭素をドープすることができる半導体製造装置および半導体製造方法を実現することを目的にする。【解決手段】  本発明は、III−Ｖ族の化合物半導体に炭素（Ｃ）をドープする半導体製造装置に改良を加えたものである。本装置は、Ｃ−Ｈ結合を有する供給ガスが流入され、プラズマによりＣ−とＨ＋に分解するプラズマ発生部と、III族、Ｖ族を含む原料ガス、プラズマ発生部で分解されたＣ−が流入され、半導体基板上に薄膜を形成させると共に、薄膜に炭素をドープさせる成膜反応室とを設けたことを特徴とするものである。【選択図】                    図１
2007027342.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
III−Ｖ族の化合物半導体に炭素（Ｃ）をドープする半導体製造装置において、
Ｃ−Ｈ結合を有する供給ガスが流入され、プラズマによりＣ−とＨ＋に分解するプラズマ発生部と、
III族、Ｖ族を含む原料ガス、前記プラズマ発生部で分解されたＣ−が流入され、半導体基板上に薄膜を形成させると共に、薄膜に炭素をドープさせる成膜反応室と
を設けたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
供給ガスは、酸素、窒素、フッ素を含まないことを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
【請求項３】
供給ガスは、Ｃ−Ｈ結合のみを有するガスであることを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
【請求項４】
III−Ｖ族の化合物半導体に炭素（Ｃ）をドープする半導体製造方法において、
Ｃ−Ｈ結合を有する供給ガスが流入され、プラズマによりＣ−とＨ＋に分解するステップと、
III族、Ｖ族を含む原料ガス、前記分解されたＣ−から、半導体基板に薄膜を形成させると共に、薄膜に炭素をドープさせるステップと
を有することを特徴とする半導体製造方法。
【請求項５】
供給ガスは、酸素、窒素、フッ素を含まないことを特徴とする請求項４記載の半導体製造方法。
【請求項６】
供給ガスは、Ｃ−Ｈ結合のみを有するガスであることを特徴とする請求項４記載の半導体製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III−Ｖ族の化合物半導体に不純物の炭素（Ｃ）をドープする半導体製造装置および半導体製造方法に関し、詳しくは、炭素の供給ガスに環境上問題のあるガスを使用せずに、化合物半導体に炭素をドープすることができる半導体製造装置および半導体製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
III−Ｖ族の化合物半導体の製造において、基板上に形成された化合物半導体の薄膜をｐ型にするために、ｐ型ドーパントとして不純物の炭素（Ｃ）を用いることが多い。
【０００３】
図２は、従来の半導体製造装置の構成を示した図である（例えば、特許文献１、２参照）。一例として、ＩｎＰ基板上のＩｎＰ膜やＩｎＧａＡｓ膜に、ｐ型の半導体薄膜を製造する構成で説明する。
【０００４】
図２において、成膜反応室１０は、水素（Ｈ２）をキャリアガスとしてIII族の原料ガス（例えば、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）やトリメチルガリウム（ＴＭＧａ））と、Ｖ族の原料ガス（アルシン（ＡｓＨ３）やホスフィン（ＰＨ３））が流入され、さらに、炭素（Ｃ）の供給源の供給ガスとして四塩化炭素（ＣＣｌ４）、四臭化炭素（ＣＢｒ４）が流入される。ＩｎＰ基板２０は、成膜反応室１０に置かれる。ヒータ３０は、成膜反応室１０を加熱する。真空ポンプ４０は、成膜反応室１０からガスを排出する。
【０００５】
このような装置の動作を説明する。
ヒータ３０が、ＩｎＰ基板２０が置かれた成膜反応室１０を所定の温度まで加熱する。そして、III族、Ｖ族のガスのソースが熱分解されると共に、供給源のガスも熱分解（例えば、下記の式（１）、式（２）参照）される。
【０００６】
ＣＣｌ４  ＋  ２Ｈ２  →  Ｃ  ＋  ４ＨＣｌ        …（１）
ＣＢｒ４  ＋  ２Ｈ２  →  Ｃ  ＋  ４ＨＢｒ        …（２）
【０００７】
さらに、熱分解によって生じたＣが、ＩｎＰ基板２０上に形成されたＩｎＰ膜やＩｎＧａＡｓ膜内に入り、ｐ型の半導体薄膜が形成される。なお、薄膜の形成に寄与しないガス（例えば、ＨＣＬやＨＢｒ）は、真空ポンプ４０によって、反応室１０外に排出される。
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１８６４５７号公報
【特許文献２】特開２００４−２４１５２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ｐ型のドーパントには、ＺｎやＢｅ等もあるが、Ｃは、ＩｎＰやＩｎＧａＡｓ薄膜中で拡散が起こりにくく、高濃度の膜を形成できるという点でメリットがあり、Ｃが通常使われる。そして、Ｃをドープするには、上述のＣＣｌ４やＣＢｒ４が用いられる。
【００１０】
しかしながら、Ｃの供給源であるＣＣｌ４やＣＢｒ４のガスは、環境上問題があるとされ、ＣＣｌ４は、既に使用が禁止され、ＣＢｒ４も将来的に禁止され使用できなくなるという問題があった。
【００１１】
さらに、唯一使用できるＣＢｒ４は、蒸気圧が非常に低く、９０°程度まで加熱しないと使用できず、成膜反応室１０以外の配管（図示せず）も、常時その温度まで加熱しておく必要があり、さらには、配管内をパージする窒素等も過熱して流さないと残留したＣＢｒ４が固まりトラブルの原因になるという問題あった。そのため、加熱するための装置の費用が高価であり、加熱して使用するので実作業において非常に使いづらいという問題もあった。
【００１２】
また、成膜反応室１０が排出されるガスも強酸のため、排気ガスが流れる排気系や排気ガスを無毒化する除害装置に与えるダメージが大きいという問題あった。
【００１３】
そこで本発明の目的は、炭素の供給ガスに環境上問題のあるガスを使用せずに、化合物半導体に炭素をドープすることができる半導体製造装置および半導体製造方法を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１記載の発明は、
III−Ｖ族の化合物半導体に炭素（Ｃ）をドープする半導体製造装置において、
Ｃ−Ｈ結合を有する供給ガスが流入され、プラズマによりＣ−とＨ＋に分解するプラズマ発生部と、
III族、Ｖ族を含む原料ガス、前記プラズマ発生部で分解されたＣ−が流入され、半導体基板上に薄膜を形成させると共に、薄膜に炭素をドープさせる成膜反応室と
を設けたことを特徴とするものである。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、
供給ガスは、酸素、窒素、フッ素を含まないことを特徴とするものである。
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、
供給ガスは、Ｃ−Ｈ結合のみを有するガスであることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項４記載の発明は、
III−Ｖ族の化合物半導体に炭素（Ｃ）をドープする半導体製造方法において、
Ｃ−Ｈ結合を有する供給ガスが流入され、プラズマによりＣ−とＨ＋に分解するステップと、
III族、Ｖ族を含む原料ガス、前記分解されたＣ−から、半導体基板に薄膜を形成させると共に、薄膜に炭素をドープさせるステップと
を有することを特徴とするものである。
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、
供給ガスは、酸素、窒素、フッ素を含まないことを特徴とするものである。
請求項６記載の発明は、請求項４記載の発明において、
供給ガスは、Ｃ−Ｈ結合のみを有するガスであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、以下のような効果がある。
請求項１〜３によれば、プラズマ発生部が、Ｃ−Ｈ結合を有する供給ガスをプラズマによりＣ−とＨ＋に分解して成膜反応室に流し、III−Ｖ族の化合物半導体の薄膜に炭素（Ｃ）をドープさせる。これにより、Ｃの供給源である供給ガスにＣＣｌ４やＣＢｒ４等の環境上問題のあるガスを使用せずに、化合物半導体に炭素をドープすることができる。また、成膜反応室から排出されるガスは水素となり、強酸等が排出されない。これにより、排気ガスが流れる排気系や排気ガスを無毒化する除害装置に与えるダメージを少なくすることができる。
請求項２、３によれば、プラズマ発生部が、酸素、窒素、フッ素を含まない供給ガスを分解するので、分解時にＣ−Ｏ結合や、Ｃ−Ｎ結合という非常に強い結合が作られることがなく、成膜反応室に石英を用いていたとしてもフッ素によるダメージがない。
【００１７】
請求項４〜６によれば、Ｃ−Ｈ結合を有する供給ガスが流入され、プラズマによりＣ−とＨ＋に分解し、III族、Ｖ族を含む原料ガス、分解されたＣ−から、半導体基板に薄膜を形成させると共に、薄膜に炭素をドープさせる。これにより、Ｃの供給源である供給ガスにＣＣｌ４やＣＢｒ４等の環境上問題のあるガスを使用せずに、化合物半導体に炭素をドープすることができる。また、成膜反応室から排出されるガスは水素となり、強酸等が排出されない。これにより、排気ガスが流れる排気系や排気ガスを無毒化する除害装置に与えるダメージを少なくすることができる。
請求項５、６によれば、酸素、窒素、フッ素を含まない供給ガスを分解するので、分解時にＣ−Ｏ結合や、Ｃ−Ｎ結合という非常に強い結合が作られることがなく、製造装置に石英を用いていたとしてもフッ素によるダメージがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の一実施例を示す構成図である。ここで、図２と同一のものには同一符号を付し、説明を省略する。図１において、成膜反応室１０の上流側に高周波プラズマ発生部５０が設けられる。このプラズマ発生部５０は、ｐ型の半導体薄膜を形成するための炭素（Ｃ）の供給源としてＣ−Ｈ結合を有する供給ガス、例えば、プロパン（Ｃ３Ｈ８）が流入され、プラズマによりＣ−Ｈ結合をＣ−とＨ＋に切断し、分解したガスをＣＣｌ４、ＣＢｒ４の代わりに成膜反応室１０に流す。
【００１９】
このような装置の動作を説明する。
ＩｎＰ基板２０が、成膜反応室１０の所定の位置に置かれる。そして、真空ポンプ４０が、成膜反応室１０、高周波プラズマ発生部５０のプラズマ発生用チャンバーを真空引して真空にする。また、ヒータ３０が、ＩｎＰ基板２０が置かれた成膜反応室１０を所定の温度まで加熱する。
【００２０】
プロパン用のガスボンベ（図示せず）からプロパンを、プラズマ発生部５０のチャンバー内に一定圧を保ちつつ、流入させる。
【００２１】
そしてプロパンを流入後に、高周波プラズマ発生部５０が、チャンバー内に高周波をかけプラズマを発生させて、下記の式（３）に示すようにプロパンのＣ−Ｈ結合を切断する。これにより、切断されて分解されたＣ−Ｈ結合は、Ｃ−とＨ＋になる。
【００２２】
Ｃ３Ｈ８  →  ３Ｃ−  ＋  ４Ｈ２＋      …（３）
【００２３】
さらに、プラズマ発生部５０によって切断されたＣ−とＨ＋は、このままの状態で成膜反応室１０に流入する。
【００２４】
そして、成膜反応室１０には、切断されたＣ−とＨ＋の流入と共に、図示しないガスボンベから、高周波プラズマ発生部５０を通過しない経路で、III族の原料ガス（例えば、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）やトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）等）と、Ｖ族の原料ガス（アルシン（ＡｓＨ３）やホスフィン（ＰＨ３）等）が同時に流入される。
【００２５】
そして、成膜反応室１０では、図２に示す装置と同様にIII族、Ｖ族のガスのソースが熱分解され、ＩｎＰ基板２０上に形成されたＩｎＰ膜やＩｎＧａＡｓ膜内に炭素（Ｃ）がドープされ、ｐ型の半導体薄膜が形成される。なお、薄膜の形成に寄与しない供給ガスの水素（Ｈ）は、真空ポンプ４０によって、反応室外１０に排出される。
【００２６】
このように、プラズマ発生部５０が、Ｃ−Ｈ結合を有する供給ガスをプラズマによりＣ−とＨ＋に分解して成膜反応室１０に流し、III−Ｖ族の化合物半導体の薄膜に炭素（Ｃ）をドープさせる。これにより、Ｃの供給源である供給ガスにＣＣｌ４やＣＢｒ４等の環境上問題のあるガスを使用せずに、化合物半導体に炭素をドープすることができる。
【００２７】
また、成膜反応室１０から排出されるガスは水素となり、図２に示すような強酸が排出されない。これにより、排気ガスが流れる排気系や排気ガスを無毒化する除害装置に与えるダメージを少なくすることができる。
【００２８】
また、プラズマ発生部５０が、Ｃ−Ｈ結合を有する供給ガスをプラズマによりＣ−とＨ＋に分解し水素を発生するが、基板２０上で成長する原料ガス（ＴＭＩｎやＴＭＧａ等）は、もともと水素をキャリアガスとしているので、薄膜の成長に影響を与えない。
【００２９】
また、プラズマ発生部５０が、酸素、窒素を含まず、Ｃ−Ｈ結合のみを有する供給ガス（例えば、プロパン）を分解するので、分解時にＣ−Ｏ結合や、Ｃ−Ｎ結合という非常に強い結合が作られることがなく、Ｃ−形で成膜反応室１０に流入する。
【００３０】
さらに、プラズマ発生部５０が、ＣＦ４等のフッ素を含まず、Ｃ−Ｈ結合のみを有する供給ガス（例えば、プロパン）を分解するので、成膜反応室１０に石英を用いていたとしてもダメージを与えることがない。
【００３１】
なお、本発明はこれに限定されるものではなく、以下のようなものでもよい。
Ｃ−Ｈ結合の供給ガスとしてプロパンを用いる構成を示したが、その他のＣ−Ｈ結合のみを有するガスを用いてもよい。
【００３２】
III−Ｖ族の化合物半導体として、ＩｎＰ基板上のＩｎＰ膜やＩｎＧａＡｓ膜を形成する構成を示したが、その他のIII−Ｖ族の化合物半導体であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る装置の実施例を示す構成図である。
【図２】従来の半導体製造装置の構成を示した図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  成膜反応室
５０  高周波プラズマ発生部
【図１】
2007027342.tif 000003
【図２】
2007027342.tif 000004