JP6033723B2 - Method for evaluating compound semiconductors - Google Patents
Method for evaluating compound semiconductors Download PDFInfo
- Publication number
- JP6033723B2 JP6033723B2 JP2013066693A JP2013066693A JP6033723B2 JP 6033723 B2 JP6033723 B2 JP 6033723B2 JP 2013066693 A JP2013066693 A JP 2013066693A JP 2013066693 A JP2013066693 A JP 2013066693A JP 6033723 B2 JP6033723 B2 JP 6033723B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ray
- compound semiconductor
- fluorescent
- incident
- evaluating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Description
本発明は、化合物半導体を評価する方法に関する。 The present invention relates to a method for evaluating a compound semiconductor.
特許文献１は、シリコンウエハの表面への全反射蛍光Ｘ線分析装置を用いた不純物分析方法を開示する。 Patent Document 1 discloses an impurity analysis method using a total reflection fluorescent X-ray analyzer for the surface of a silicon wafer.
特許文献１では、タングステンの特定Ｘ線（Ｗ−Ｌβ1 線）を面方位｛１００｝のシリコンウエハのミラー表面に＜０１１＞方位から入射角を連続的に変えて入射する。このＸ線の回折強度を測定する。同様にシリコンの特定Ｘ線についても入射角を連続的に変更してその回折強度を測定する。２つの回折強度を同一の入射角についてそれぞれその比を演算し、入射角を増加していくとその比の変化の割合が最大となる入射角（０．１０度）を求めている。 In Patent Document 1, specific X-rays of tungsten (W-Lβ1 line) are incident on a mirror surface of a silicon wafer having a plane orientation of {100} while changing the incident angle continuously from the <011> orientation. The X-ray diffraction intensity is measured. Similarly, with respect to specific X-rays of silicon, the incident angle is continuously changed and the diffraction intensity is measured. The ratio of the two diffraction intensities is calculated for the same incident angle, and the incident angle (0.10 degree) at which the ratio of the ratio changes as the incident angle is increased is obtained.
一方、シリコンと同様に全反射蛍光Ｘ線分析装置を用いて、窒化ガリウムといったIII−Ｖ族窒化物の不純物分析を行うとき、III−Ｖ族窒化物表面からの蛍光Ｘ線スペクトルは、シリコン表面上の不純物種（例えば、銅、鉄、及びニッケル）と同じエネルギーのところにピークを含むことになる。ところが、窒化ガリウム表面からの蛍光Ｘ線スペクトルは、銅、鉄、及びニッケル等のピーク位置に、これらの不純物種からの蛍光Ｘ線と異なる起源のＸ線スペクトルを含む。この不純物種からの蛍光Ｘ線と異なる起源のＸ線スペクトルは、当該不純物種からの蛍光Ｘ線に対してノイズ成分となる。これ故に、窒化ガリウム表面では、シリコンにおける不純物分析とは事情が異なっている。このような事情のため、化合物半導体においては不純物の定量分析に困難がある。 On the other hand, when an impurity analysis of a group III-V nitride such as gallium nitride is performed using a total reflection X-ray fluorescence analyzer as in the case of silicon, the fluorescence X-ray spectrum from the surface of the group III-V nitride is the silicon surface. A peak will be included at the same energy as the upper impurity species (eg, copper, iron, and nickel). However, the fluorescent X-ray spectrum from the surface of gallium nitride includes an X-ray spectrum of a different origin from the fluorescent X-rays from these impurity species at the peak positions of copper, iron, nickel and the like. The X-ray spectrum of the origin different from the fluorescent X-ray from the impurity species becomes a noise component with respect to the fluorescent X-ray from the impurity species. Therefore, the situation on the gallium nitride surface is different from the impurity analysis in silicon. Under such circumstances, it is difficult to quantitatively analyze impurities in compound semiconductors.
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、全反射蛍光Ｘ線分析法を用いて、化合物半導体表面上の不純物に関する定量分析を可能にする、化合物半導体を評価する方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a method for evaluating a compound semiconductor that enables quantitative analysis of impurities on the surface of the compound semiconductor using a total reflection X-ray fluorescence analysis method. The purpose is to provide.
本発明は、化合物半導体を評価する方法に係る。この方法は、（ａ）六方晶系の化合物半導体からなる表面により励起Ｘ線が全反射するように該励起Ｘ線を該表面のターゲットエリアに照射して、前記ターゲットエリアからの蛍光Ｘ線を測定する工程と、（ｂ）前記蛍光Ｘ線のスペクトルを用いて、前記表面の元素を定量的に見積もる工程とを備える。前記励起Ｘ線は、前記化合物半導体におけるｍ軸のいずれかの方向に沿って入射される。 The present invention relates to a method for evaluating a compound semiconductor. In this method, (a) the surface of the hexagonal compound semiconductor is irradiated with the excitation X-ray so that the excitation X-ray is totally reflected by the surface, and the fluorescent X-ray from the target area is irradiated. And (b) quantitatively estimating the surface elements using the spectrum of the fluorescent X-ray. The excited X-rays are incident along any direction of the m-axis in the compound semiconductor.
この評価方法（化合物半導体を評価する方法）によれば、六方晶系のIII−Ｖ族化合物半導体表面の微量元素を定量的に分析することを可能になる。 According to this evaluation method (method for evaluating a compound semiconductor), it is possible to quantitatively analyze trace elements on the surface of a hexagonal III-V compound semiconductor.
本発明に係る評価方法では、前記化合物半導体は、III−Ｖ族化合物半導体であって、ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）からなることができる。この方法によれば、III−Ｖ族窒化物の表面の微量元素を定量的に分析できる。 In the evaluation method according to the present invention, the compound semiconductor is a group III-V compound semiconductor, and is composed of In X Al Y Ga 1-XY N (0 ≦ X ≦ 1, 0 ≦ Y ≦ 1). Can do. According to this method, trace elements on the surface of the III-V nitride can be quantitatively analyzed.
本発明に係る評価方法では、前記蛍光Ｘ線は５ｋｅＶから９ｋｅＶのエネルギー範囲について測定されることができる。この方法によれば、５ｋｅＶから９ｋｅＶのエネルギー範囲にある蛍光Ｘ線を発する、半導体表面上の微量元素を定量的に分析可能になる。 In the evaluation method according to the present invention, the fluorescent X-ray can be measured over an energy range of 5 keV to 9 keV. According to this method, it is possible to quantitatively analyze trace elements on the semiconductor surface that emit fluorescent X-rays in the energy range of 5 keV to 9 keV.
本発明に係る評価方法では、前記励起Ｘ線の入射は、前記化合物半導体の＜０−１１０＞、＜−１０１０＞、＜−１１００＞、＜０１−１０＞、＜１０−１０＞、及び＜１−１００＞のいずれかの方位であることができる。この評価方法によれば、六方晶系結晶体の＜０−１１０＞、＜−１０１０＞、＜−１１００＞、＜０１−１０＞、＜１０−１０＞、及び＜１−１００＞のいずれかの方位から励起Ｘ線を入射することができる。 In the evaluation method according to the present invention, the excitation X-rays are incident on <0-110>, <-1010>, <-1100>, <01-10>, <10-10>, and <10-10 of the compound semiconductor. 1-100> in any orientation. According to this evaluation method, any one of <0-110>, <-1010>, <-1100>, <01-10>, <10-10>, and <1-100> of a hexagonal crystal body Excitation X-rays can be incident from the azimuth direction.
本発明は、化合物半導体を評価する方法に係る。この評価方法は、（ａ）化合物半導体からなる表面の法線軸に直交する軸を基準にして該軸からある角度範囲において、複数の角度を入射方位として、前記表面において励起Ｘ線が全反射するように該励起Ｘ線を該表面に照射して、複数の蛍光Ｘ線スペクトルを測定する工程と、（ｂ）前記複数の蛍光Ｘ線スペクトルにおいて金属元素の既知のピーク位置におけるノイズの大きさの比較を行って、該比較の結果から、本測定のための入射方位を決定する工程と、（ｃ）III−Ｖ族化合物半導体からなる表面により励起Ｘ線が全反射するように該励起Ｘ線を該表面のターゲットエリアに前記入射方位から前記本測定のための照射を行って、前記ターゲットエリアからの蛍光Ｘ線を測定する工程と、（ｄ）前記蛍光Ｘ線のスペクトルを用いて、前記表面の元素を定量的に見積もる工程とを備える。 The present invention relates to a method for evaluating a compound semiconductor. In this evaluation method, (a) the excitation X-rays are totally reflected on the surface with a plurality of angles as incident azimuths within a certain angle range from the axis perpendicular to the normal axis of the surface of the compound semiconductor. Irradiating the surface with the excitation X-ray, and measuring a plurality of fluorescent X-ray spectra, and (b) a noise magnitude at a known peak position of the metal element in the plurality of fluorescent X-ray spectra. A comparison is made, and from the result of the comparison, the step of determining the incident azimuth for this measurement, and (c) the excitation X-ray so that the excitation X-ray is totally reflected by the surface made of the III-V compound semiconductor. Irradiating the target area on the surface from the incident azimuth for the main measurement to measure fluorescent X-rays from the target area, and (d) using the fluorescent X-ray spectrum, And a step of estimating the element surface quantitatively.
この評価方法（化合物半導体を評価する方法）によれば、シリコンの結晶構造と異なる化合物半導体では、例えば結晶構造に起因するノイズが蛍光Ｘ線スペクトルに現れる。発明者の知見によれば、このノイズの大きさ及びピーク位置は、入射Ｘ線の見上げ角よりは、励起Ｘ線の入射方位に依存している。これ故に、励起Ｘ線のいくつかの入射方位に沿って入射させてノイズレベルを評価することにより、半導体表面上における金属元素のより良い定量分析を可能にする。 According to this evaluation method (method for evaluating a compound semiconductor), in a compound semiconductor different from the crystal structure of silicon, for example, noise caused by the crystal structure appears in the fluorescent X-ray spectrum. According to the inventor's knowledge, the magnitude and peak position of the noise depend on the incident azimuth of the excitation X-ray rather than the look-up angle of the incident X-ray. Therefore, it is possible to perform better quantitative analysis of the metal element on the semiconductor surface by evaluating the noise level by making it incident along several incident directions of the excitation X-ray.
本発明に係る評価方法では、前記蛍光Ｘ線スペクトルは、５ｋｅＶから９ｋｅＶのエネルギー範囲について測定することができる。この評価方法によれば、蛍光Ｘ線のエネルギー範囲が５ｋｅＶから９ｋｅＶにある、半導体表面の構成元素と異なる微量な元素を定量的に分析可能になる。 In the evaluation method according to the present invention, the fluorescent X-ray spectrum can be measured over an energy range of 5 keV to 9 keV. According to this evaluation method, it is possible to quantitatively analyze a trace amount element different from the constituent elements on the surface of the semiconductor whose fluorescent X-ray energy range is 5 keV to 9 keV.
本発明に係る評価方法では、前記化合物半導体は、ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）からなることができる。この評価方法によれば、III−Ｖ族窒化物の表面の微量元素を定量的に分析するための入射方位を決定できる。 In the evaluation method according to the present invention, the compound semiconductor may be made of In X Al Y Ga 1-X -Y N (0 ≦ X ≦ 1,0 ≦ Y ≦ 1). According to this evaluation method, the incident direction for quantitatively analyzing the trace elements on the surface of the group III-V nitride can be determined.
本発明に係る評価方法では、前記角度範囲は６０度以上であることができる。また、本発明に係る評価方法では、前記金属元素は、銅、鉄、及びニッケルのいずれかを含むことができる。さらに、前記入射方位の決定では、前記銅、鉄、及びニッケルの少なくともいずれかのピーク位置の付近に現れるゴースト信号のレベルの大きさを判断することが良く、及び／又は本発明に係る評価方法では、前記入射方位の決定では、前記複数の蛍光Ｘ線スペクトル間におけるバックグラウンドのレベルの大きさを判断することが良い。 In the evaluation method according to the present invention, the angle range may be 60 degrees or more. In the evaluation method according to the present invention, the metal element may include any of copper, iron, and nickel. Further, in the determination of the incident azimuth, it is preferable to determine the level of the level of the ghost signal that appears in the vicinity of the peak position of at least one of the copper, iron, and nickel, and / or the evaluation method according to the present invention. Then, in determining the incident azimuth, it is preferable to determine the level of the background level between the plurality of fluorescent X-ray spectra.
以上説明したように、本発明によれば、全反射蛍光Ｘ線分析法を用いて、化合物半導体表面上の不純物に関する定量分析を可能にする、化合物半導体を評価する方法を提供できる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a method for evaluating a compound semiconductor that enables a quantitative analysis of impurities on the surface of the compound semiconductor using a total reflection X-ray fluorescence analysis method.
引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の化合物半導体を評価する方法、化合物半導体からの蛍光Ｘ線を評価する方法、化合物半導体における不純物を評価する方法、化合物半導体表面における微量分析を行う方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。 Subsequently, referring to the attached drawings, the method for evaluating the compound semiconductor of the present invention, the method for evaluating fluorescent X-rays from the compound semiconductor, the method for evaluating impurities in the compound semiconductor, and the method for performing microanalysis on the surface of the compound semiconductor An embodiment according to the present invention will be described. Where possible, the same parts are denoted by the same reference numerals.
図１は、化合物半導体を評価する方法に用いる全反射蛍光Ｘ線分析装置を概略的に示す図面である。全反射蛍光Ｘ線分析（ＴＸＲＦ）装置１１は、化合物半導体の表面を有する基板Ｗ１を支持するステージ１３を含む。ステージ１３上の基板Ｗ１には、Ｘ線源１５からの励起Ｘ線が照射される。入射する励起Ｘ線ＸＩＮの大部分は、ステージ１３上の基板Ｗ１の表面で全反射されて、反射された励起Ｘ線ＸＯＵＴは、Ｘ線測定器１７に入射する。ステージ１３に対向する位置には、基板Ｗ１の化合物半導体表面からの蛍光Ｘ線ＸＤＡＴＡを検出するためのＸ線検出器１９が設けられており、Ｘ線検出器１９は、基板Ｗ１のIII−Ｖ族化合物半導体表面からの蛍光Ｘ線ＸＤＡＴＡを検出する。データ処理装置２１は、Ｘ線測定器１７からのデータ信号Ｓ１及び蛍光Ｘ線のためのＸ線検出器１９からのデータ信号Ｓ２を用いて、基板Ｗ１上の不純物の定量分析のためのデータ処理を行う。データ処理装置２１は、処理された蛍光Ｘ線スペクトルＸＳＰを生成する。 FIG. 1 is a drawing schematically showing a total reflection X-ray fluorescence spectrometer used in a method for evaluating a compound semiconductor. The total reflection X-ray fluorescence analysis (TXRF) apparatus 11 includes a stage 13 that supports a substrate W1 having a surface of a compound semiconductor. The substrate W1 on the stage 13 is irradiated with excitation X-rays from the X-ray source 15. Most of the incident excitation X-ray XIN is totally reflected by the surface of the substrate W1 on the stage 13, and the reflected excitation X-ray XOUT enters the X-ray measuring device 17. An X-ray detector 19 for detecting fluorescent X-ray XDATA from the surface of the compound semiconductor of the substrate W1 is provided at a position facing the stage 13, and the X-ray detector 19 is III-V of the substrate W1. X-ray fluorescence XDATA from the group compound semiconductor surface is detected. The data processing device 21 uses the data signal S1 from the X-ray measuring device 17 and the data signal S2 from the X-ray detector 19 for fluorescent X-rays to perform data processing for quantitative analysis of impurities on the substrate W1. I do. The data processing device 21 generates a processed fluorescent X-ray spectrum XSP.
図２は、本実施の形態の一例として化合物半導体を評価する方法における主要な工程を示す図面である。工程Ｓ１０１では、評価対象となる基板Ｗ１を準備する。基板Ｗ１は、例えば六方晶系のIII−Ｖ族化合物半導体からなる表面を有する。III−Ｖ族化合物半導体の表面はｃ面、｛０００１｝面及び／又は｛０００−１｝面、を備えることができ、例えばIII−Ｖ族化合物半導体表面は例えば上限0.02度程度のオフを有することができる。このような基板Ｗ１として、単結晶サファイア、単結晶炭化シリコン、ＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＡｌＮ，ＡｌＧａＮが例示される。工程Ｓ１０２では、全反射蛍光Ｘ線分析装置１１のステージ１３上に基板Ｗ１を置く。好適な実施例では、基板Ｗ１は、ステージ１３に対して位置決めされており、また向き付けされている。工程Ｓ１０３では、基板Ｗ１を搭載したステージ１３を法線軸Ｎｘの回りに回転して、Ｘ線源１５からの入射する励起Ｘ線の入射軸に合わせて基板Ｗ１を向き付けする。励起Ｘ線ＸＩＮは、III−Ｖ族化合物半導体におけるｍ軸方向に沿って入射される。結晶学的に基づき規定されるｍ軸方向を基準に-1度〜+1度の範囲で励起Ｘ線ＸＩＮが入射することが好ましい。励起Ｘ線ＸＩＮの入射は、評価対象が六方晶系のIII−Ｖ族化合物半導体の表面を有するとき、評価対象の結晶対称性に基づき、結晶学的に等価な＜０−１１０＞、＜−１０１０＞、＜−１１００＞、＜０１−１０＞、＜１０−１０＞、及び＜１−１００＞のいずれかの方位で励起Ｘ線ＸＩＮを入射させても実質的に同等の定量分析の結果を得ることができる。 FIG. 2 is a drawing showing main steps in a method for evaluating a compound semiconductor as an example of the present embodiment. In step S101, a substrate W1 to be evaluated is prepared. The substrate W1 has a surface made of, for example, a hexagonal III-V group compound semiconductor. The surface of the III-V compound semiconductor can have c-plane, {0001} plane and / or {000-1} plane, for example, the III-V group compound semiconductor surface has an upper limit of about 0.02 degrees, for example. be able to. Examples of such a substrate W1 include single crystal sapphire, single crystal silicon carbide, GaN, InGaN, AlN, and AlGaN. In step S102, the substrate W1 is placed on the stage 13 of the total reflection X-ray fluorescence spectrometer 11. In the preferred embodiment, the substrate W1 is positioned and oriented relative to the stage 13. In step S103, the stage 13 on which the substrate W1 is mounted is rotated around the normal axis Nx, and the substrate W1 is oriented in accordance with the incident axis of the excitation X-ray incident from the X-ray source 15. The excited X-ray XIN is incident along the m-axis direction in the III-V group compound semiconductor. It is preferable that the excitation X-ray XIN is incident within a range of −1 degree to +1 degree with respect to the m-axis direction defined based on crystallography. When the object to be evaluated has the surface of a hexagonal III-V group compound semiconductor, the incident X-ray XIN is <0-110>, <- 1010>, <-1100>, <01-10>, <10-10>, and <1-100>, even if the excitation X-ray XIN is incident in any orientation, results of substantially equivalent quantitative analysis Can be obtained.
Ｘ線源１５は、例えばタングステン（Ｗ）のＬβ１線を生成する。工程Ｓ１０４では、基板Ｗ１の主面により励起Ｘ線が全反射するような角度（例えば0.05〜0.1度）で励起Ｘ線ＸＩＮをIII−Ｖ族化合物半導体表面のターゲットエリアに照射して、このターゲットエリアからの蛍光Ｘ線ＸＤＡＴＡをＸ線検出器１９を用いて測定する。励起Ｘ線の照射に応答して、III−Ｖ族化合物半導体表面に存在する不純物の濃度に対応した強度の蛍光Ｘ線が発生する。Ｘ線検出器１９は、ターゲットエリアにおける蛍光Ｘ線の積分強度を算出する。工程Ｓ１０５では、蛍光Ｘ線のスペクトルを用いて、III−Ｖ族化合物半導体表面の微量元素を定量的に見積もる。この見積もりにおいて、まず、例えば測定された蛍光Ｘ線スペクトルにおけるバックグラウンドを見積もる。このバックグラウンドの見積もりは例えば試料自体の散乱と光電子による制動放射を数値計算することにより行われる。バックグラウンドの見積もりの後に、測定された蛍光Ｘ線スペクトルから、見積もられたバックグラウンドレベルを差し引いて、キャリブレーションされた蛍光Ｘ線スペクトル、つまり校正された蛍光Ｘ線スペクトルを生成する。蛍光Ｘ線は５ｋｅＶから９ｋｅＶのエネルギー範囲について測定されることが好ましい。このエネルギー範囲は、半導体表面を汚染する可能性のある元素を定量的に分析可能にする。校正済み蛍光Ｘ線スペクトルは、鉄（エネルギー６．４００ｋｅＶ）、コバルト（エネルギー６．９２５ｋｅＶ）、ニッケル（エネルギー７．４７３ｋｅＶ）、銅（エネルギー８．０４１ｋｅＶ）、クロム（エネルギー５．４１２ｋｅＶ）及び亜鉛（エネルギー８．６３１ｋｅＶ）に対応するピークを含む可能性がある。校正済み蛍光Ｘ線スペクトルにおけるピーク値（Ｘ線強度）がその元素の不純物量に対応している。このピーク値から不純物濃度の見積もり値は、例えば数値解析によるスペクトルのカーブフィッテングにより変換されて、不純物の濃度を得る。この評価方法によれば、六方晶系のIII−Ｖ族化合物半導体表面の微量元素を定量的に分析することを可能になる。 The X-ray source 15 generates, for example, tungsten (W) Lβ1 rays. In step S104, the target area on the III-V group compound semiconductor surface is irradiated with the excitation X-ray XIN at an angle (for example, 0.05 to 0.1 degrees) such that the excitation X-ray is totally reflected by the main surface of the substrate W1, and this target X-ray fluorescence XDATA from the area is measured using an X-ray detector 19. In response to the irradiation with the excited X-rays, fluorescent X-rays having an intensity corresponding to the concentration of impurities present on the III-V compound semiconductor surface are generated. The X-ray detector 19 calculates the integrated intensity of fluorescent X-rays in the target area. In step S105, the trace elements on the III-V compound semiconductor surface are quantitatively estimated using the spectrum of fluorescent X-rays. In this estimation, first, for example, the background in the measured fluorescent X-ray spectrum is estimated. This background estimation is performed, for example, by numerically calculating the scattering of the sample itself and the bremsstrahlung by photoelectrons. After the estimation of the background, the estimated background level is subtracted from the measured fluorescent X-ray spectrum to generate a calibrated fluorescent X-ray spectrum, that is, a calibrated fluorescent X-ray spectrum. X-ray fluorescence is preferably measured over an energy range of 5 keV to 9 keV. This energy range enables quantitative analysis of elements that can contaminate the semiconductor surface. The calibrated fluorescent X-ray spectra are iron (energy 6.400 keV), cobalt (energy 6.925 keV), nickel (energy 7.473 keV), copper (energy 8.041 keV), chromium (energy 5.412 keV) and zinc (energy It may contain a peak corresponding to an energy of 8.631 keV). The peak value (X-ray intensity) in the calibrated fluorescent X-ray spectrum corresponds to the impurity amount of the element. The estimated value of the impurity concentration is converted from the peak value by, for example, curve fitting of the spectrum by numerical analysis to obtain the impurity concentration. According to this evaluation method, it is possible to quantitatively analyze trace elements on the surface of a hexagonal III-V compound semiconductor.
III−Ｖ族化合物半導体は例えばＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）からなる。III−Ｖ族窒化物の表面の微量元素を定量的に分析できる。III−Ｖ族化合物半導体表面は具体的にはＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＮ等を備えることができる。 Group III-V compound semiconductor is made of, for example, In X Al Y Ga 1-X -Y N (0 ≦ X ≦ 1,0 ≦ Y ≦ 1). Trace elements on the surface of III-V nitrides can be quantitatively analyzed. Specifically, the III-V compound semiconductor surface can include GaN, AlGaN, InGaN, InAlGaN, AlN, or the like.
シリコン半導体の製造において、全反射蛍光Ｘ線（ＴＸＲＦ）分析は、ウエハ表面の不純物濃度が１×１０１０（「１Ｅ１０」とも記す）（ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）以下の微量金属の定量解析に用いられている。これ故に、III−Ｖ族化合物半導体のためのウエハプロセスにおいても全反射蛍光Ｘ線（ＴＸＲＦ）分析の適用を求められている。微量金属の定量解析がインラインでの測定で可能になれば、シリコンのウエハ製造やデバイスプロセスのように、銅、鉄、ニッケル、やクロムなど汚染源となる微量金属を定量的に管理できる。窒化ガリウムなどの化合物半導体のウエハ製造やデバイスプロセスにおいても、シリコン同様に微量金属のインラインでの測定が必要とされている。しかし、これまでは、化合物半導体上の微量金属の分析では、１Ｅ１０（ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）以下の定量解析が困難であり、化合物半導体の分野では全反射蛍光Ｘ線（ＴＸＲＦ）分析を使った管理（微量金属の管理）を実現できていない。 In the manufacture of silicon semiconductors, total reflection X-ray fluorescence (TXRF) analysis is used for quantitative analysis of trace metals whose impurity concentration on the wafer surface is 1 × 10 10 (also referred to as “1E10”) (atoms / cm 2 ) or less. ing. Therefore, application of total reflection fluorescent X-ray (TXRF) analysis is also required in a wafer process for III-V compound semiconductors. If quantitative analysis of trace metals becomes possible by in-line measurement, trace metals that are sources of contamination such as copper, iron, nickel, and chromium can be quantitatively managed, as in silicon wafer manufacturing and device processes. In the manufacture of wafers and device processes for compound semiconductors such as gallium nitride, in-line measurement of trace metals is required as in silicon. However, until now, quantitative analysis of 1E10 (atoms / cm 2 ) or less has been difficult in the analysis of trace metals on compound semiconductors, and management using total reflection X-ray fluorescence (TXRF) analysis in the field of compound semiconductors (Management of trace metals) has not been realized.
図１に示されるように、ＴＸＲＦ装置では、励起Ｘ線が物質面に対して非常に低い角度で入射すると、この入射励起Ｘ線がその物質表面で全反射することを利用する。すなわち、励起Ｘ線を試料に対して非常に低い角度で照射させ、励起に寄与しないＸ線をサンプルホルダ面で全反射させて、蛍光Ｘ線を半導体Ｘ線検出器（例えばＳＳＤ：シリコンもしくはゲルマニウム製の半導体放射線検出器）で検出する。このとき、銅、鉄、ニッケル、クロム、亜鉛などを検出するためには、励起Ｘ線としてタングステンのＷ−Ｌβ線の使用が好適である。 As shown in FIG. 1, in the TXRF apparatus, when the excitation X-ray is incident on the material surface at a very low angle, the incident excitation X-ray is totally reflected on the material surface. That is, excitation X-rays are irradiated to a sample at a very low angle, X-rays that do not contribute to excitation are totally reflected on the sample holder surface, and fluorescent X-rays are detected by a semiconductor X-ray detector (for example, SSD: silicon or germanium). It is detected with a semiconductor radiation detector manufactured by At this time, in order to detect copper, iron, nickel, chromium, zinc, etc., it is preferable to use tungsten W-Lβ rays as excitation X-rays.
ＴＸＲＦ装置における微量金属の定量方法のデータ解析手順では、蛍光Ｘ線エネルギースペクトルを測定した後に、蛍光Ｘ線エネルギースペクトルから、バックグラウンドを引くと共に、カーブフィッテングによりエネルギースペクトルを計算する。分析対象となる個々の金属に対応するピーク信号（銅:Ｋα＝８．０４１ｋｅＶ、鉄Ｋα＝６．４ｋｅＶ、ニッケル:Ｋα＝７．４７３ｋｅＶ）を積分し、ピーク部分の面積の比率により微量金属の量を求める。 In the data analysis procedure of the trace metal quantification method in the TXRF apparatus, after measuring the fluorescent X-ray energy spectrum, the background is subtracted from the fluorescent X-ray energy spectrum and the energy spectrum is calculated by curve fitting. The peak signals (copper: Kα = 8.041 keV, iron Kα = 6.4 keV, nickel: Kα = 7.473 keV) corresponding to each metal to be analyzed are integrated, and the amount of trace metal is determined by the ratio of the peak area. Find the amount.
図３は、本実施の形態に係る化合物半導体を評価する方法における別の主要な工程を示す図面である。工程Ｓ２０１では、化合物半導体からなる表面の法線軸に直交する軸を基準にして該軸からある角度範囲において、複数の角度を入射方位として、化合物半導体表面により励起Ｘ線が全反射するように該励起Ｘ線を化合物半導体表面に照射して、複数の角度における入射方位に対応づけて複数の蛍光Ｘ線スペクトルを測定する。図４の（ａ）部は、測定対象物としての六方晶系化合物半導体の表面を示す平面図であり、図４の（ｂ）部は、図４の（ａ）部に示されたI−I線にそってとられた断面を示す。図４の（ａ）部を参照すると、面内（例えば（０００１）面）における角度ωを、一例として六方晶系結晶体のｍ軸＜１−１００＞を基準にして、ｍ軸＜１−１００＞からａ軸＜１１−２０＞へ向かう回転方向を正として規定している。角度ωの変更範囲は例えば６０度以上であることができる。 FIG. 3 is a drawing showing another main process in the method for evaluating a compound semiconductor according to the present embodiment. In step S201, the excitation X-ray is totally reflected by the surface of the compound semiconductor with a plurality of angles as incident azimuths in a certain angle range from the axis perpendicular to the normal axis of the surface of the compound semiconductor. The surface of the compound semiconductor is irradiated with excitation X-rays, and a plurality of fluorescent X-ray spectra are measured in association with incident directions at a plurality of angles. 4 (a) is a plan view showing the surface of a hexagonal compound semiconductor as a measurement object, and FIG. 4 (b) is an I− shown in FIG. 4 (a). A cross section taken along line I is shown. Referring to part (a) of FIG. 4, the angle ω in the plane (for example, the (0001) plane) is taken as an example with respect to the m-axis <1-100> of the hexagonal crystal as a reference. The rotation direction from 100> toward the a-axis <11-20> is defined as positive. The change range of the angle ω can be, for example, 60 degrees or more.
図４の（ａ）部において、座標系の原点には、ｃ軸＜０００１＞がｍ軸＜１−１００＞及びａ軸＜１１−２０＞に直交するように規定される。図４の（ｂ）部を参照すると、励起Ｘ線の入射軸と、この入射軸をｃ面に射影した射影ｃ軸とにより規定される平面における断面を示す。この平面内において、励起Ｘ線に入射軸はｃ面に対して角度φを成す。 4A, the origin of the coordinate system is defined so that the c-axis <0001> is orthogonal to the m-axis <1-100> and the a-axis <11-20>. Referring to FIG. 4B, a cross section in a plane defined by an incident axis of excitation X-rays and a projected c-axis obtained by projecting the incident axis onto the c-plane is shown. In this plane, the incident axis of the excitation X-ray forms an angle φ with respect to the c-plane.
図４の（ｃ）部は、III−Ｖ族窒化物の表面（ｃ面ＧａＮ）からの蛍光Ｘ線スペクトルの一例を示す。図４の（ｃ）部において、シンボル「Ｂ」は、生の測定データを示し、シンボル「ＢＧ」はバックグラウンドレベルを示し、シンボル「ＣＢ」は、校正されたスペクトルを示す。図４の（ｃ）部に示されるように、III−Ｖ族窒化物半導体からの生の測定データは、シリコンウエハからの蛍光Ｘ線エネルギースペクトルとは異なり、高いバックグラウンドレベルを含み、また「ゴーストピーク」と呼ばれる出所不明のピークを含む。この実施例では、「ゴーストピーク」は微量分析の対象となる元素の銅や亜鉛からの特性Ｘ線のエネルギーに重なる。このため、「ゴーストピーク」は微量分析の妨げとなる。また、高いバックグラウンドレベルは微量分析の精度を低下させる可能性がある。 Part (c) of FIG. 4 shows an example of a fluorescent X-ray spectrum from the surface (c-plane GaN) of group III-V nitride. In part (c) of FIG. 4, the symbol “B” indicates raw measurement data, the symbol “BG” indicates the background level, and the symbol “CB” indicates the calibrated spectrum. As shown in part (c) of FIG. 4, the raw measurement data from the III-V nitride semiconductor includes a high background level, unlike the fluorescent X-ray energy spectrum from the silicon wafer. Includes unknown peaks called “ghost peaks”. In this embodiment, the “ghost peak” overlaps with the energy of characteristic X-rays from copper and zinc as elements to be analyzed in a trace amount. For this reason, “ghost peaks” hinder trace analysis. Also, high background levels can reduce the accuracy of microanalysis.
工程Ｓ２０２では、複数の蛍光Ｘ線スペクトルにおいて金属元素の既知のピーク位置におけるノイズの大きさの比較を行って、該比較の結果から、本測定のための入射方位を決定する。 In step S202, the noise magnitudes at known peak positions of the metal elements are compared in the plurality of fluorescent X-ray spectra, and the incident direction for the main measurement is determined from the comparison result.
シリコンウエハにおいては、ＴＸＲＦ法を用いて、１Ｅ１０（ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）以下のレベルで不純物の定量解析を行っている。しかし、窒化ガリウム基板や窒化ガリウムエピタキシャル層上で、ＴＸＲＦ分析を行うためには、測定データ値（Ｂ）には、蛍光Ｘ線以外のゴーストピーク成分やバックグラウンド成分が含まれる。この測定生データ値から求めたフィッティングカーブに、本来ならば窒化ガリウム表面に含まれない元素が含まれているように、解析結果が生成されてしまう可能性がある。特に、５ｋｅＶから９ｋｅＶのエネルギー範囲では、バックグラウンドの上昇やゴーストピークの発生が顕著である。また、このエネルギー範囲は、製造ラインの管理で重要とされている汚染物質である銅、鉄、ニッケルの特性Ｘ線のエネルギーを含むので、これらの元素の定量分析に大きな誤差を生むことになる。これが、窒化ガリウム等のIII−Ｖ族化合物半導体においてインラインの微量金属汚染の管理を困難にしている。 In a silicon wafer, quantitative analysis of impurities is performed at a level of 1E10 (atoms / cm 2 ) or less using the TXRF method. However, in order to perform TXRF analysis on a gallium nitride substrate or a gallium nitride epitaxial layer, the measurement data value (B) includes ghost peak components and background components other than fluorescent X-rays. An analysis result may be generated so that the fitting curve obtained from the measured raw data value includes an element that is not originally included in the gallium nitride surface. In particular, in the energy range from 5 keV to 9 keV, the background rises and ghost peaks are prominent. In addition, this energy range includes the characteristic X-ray energy of copper, iron, and nickel, which are pollutants that are important in the management of production lines, and this causes a large error in the quantitative analysis of these elements. . This makes it difficult to manage in-line trace metal contamination in III-V compound semiconductors such as gallium nitride.
この課題を鑑みて、本実施の形態では、窒化ガリウム基板上において１Ｅ１０（ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）台の微量金属の定量解析を可能にし、化合物半導体のウエハ製造やデバイスプロセスにおいても、ＴＸＲＦ分析を用いて微量の金属汚染に関する管理を可能にする方法を見出した。 In view of this problem, the present embodiment enables quantitative analysis of trace metals on the order of 1E10 (atoms / cm 2 ) on a gallium nitride substrate, and TXRF analysis is used also in compound semiconductor wafer manufacturing and device processes. And found a method that enables management of trace metal contamination.
バックグラウンドの上昇やゴーストピークの発生は励起Ｘ線の回折やラマン散乱に起因すると考えられる。励起Ｘ線の回折やラマン散乱は、単結晶ウエハの結晶方位に依存する。結晶方位は材料の結晶構造を反映している。窒化ガリウムにおいては、これまでシリコンウエハの測定条件をそのまま採用している。このため、バックグラウンドの上昇やゴーストピークが発生していた可能性がある。シリコンはダイヤモンド構造であり、一方、窒化ガリウムはウルツ鉱構造である。ウルツ鉱構造の結晶構造はダイヤモンド構造と異なる。そこで、窒化ガリウムで入手容易な（０００１）面基板を用いて、＜１−１００＞軸を基準に時計回り９０度、つまりａ軸＜１１−２０＞軸までの角度範囲において、複数の方位に対応する角度（ω）で励起Ｘ線を入射させて、回折光とラマン散乱の強度を測定した。入射角φは０．１度に固定しており、好ましくは０．０５度〜０．１度の範囲が望ましい。図５は、このように測定された、ＧａＮからの蛍光Ｘ線スペクトルを示す。窒化ガリウムでは、角度（ω）が４０度及び９０度であるとき、望まれないゴーストピークが８．４ｋｅＶ付近に現れる。一方で、角度（ω）が６０度であるとき、望まれないピークの強度は極小となる。この向きは、結晶方位＜０−１１０＞である。 It is considered that the background rise and the ghost peak are caused by excitation X-ray diffraction and Raman scattering. The excitation X-ray diffraction and Raman scattering depend on the crystal orientation of the single crystal wafer. The crystal orientation reflects the crystal structure of the material. In gallium nitride, the measurement conditions for silicon wafers have been used as they are. For this reason, a background rise or a ghost peak may have occurred. Silicon has a diamond structure, while gallium nitride has a wurtzite structure. The crystal structure of the wurtzite structure is different from the diamond structure. Therefore, using a (0001) plane substrate, which is easily available from gallium nitride, in a plurality of directions in an angle range of 90 degrees clockwise with respect to the <1-100> axis, that is, the a axis <11-20> axis. Excitation X-rays were incident at a corresponding angle (ω), and the intensity of diffracted light and Raman scattering was measured. The incident angle φ is fixed at 0.1 degree, and preferably in the range of 0.05 degree to 0.1 degree. FIG. 5 shows a fluorescent X-ray spectrum from GaN measured in this manner. In gallium nitride, when the angle (ω) is 40 degrees and 90 degrees, an undesired ghost peak appears around 8.4 keV. On the other hand, when the angle (ω) is 60 degrees, the intensity of the undesired peak is minimal. This orientation is the crystal orientation <0-110>.
複数の角度における入射方位に対応づけて蛍光Ｘ線スペクトルを測定する際に、分析対象となる金属元素、例えば銅、鉄、及びニッケルに起因する特性Ｘ線ピークのいずれかを含むように蛍光Ｘ線スペクトルを測定する。また、入射方位の決定では、銅、鉄、及びニッケルの少なくともいずれかのピーク位置の付近に現れるゴースト信号のレベルの大きさに関する判断、及び／又は複数の蛍光Ｘ線スペクトル間におけるバックグラウンドのレベルの大きさに関する判断を行うことが好ましい。 When measuring a fluorescent X-ray spectrum in association with incident azimuths at a plurality of angles, the fluorescent X so as to include any of characteristic X-ray peaks attributed to a metal element to be analyzed, for example, copper, iron, and nickel. Measure the line spectrum. Further, in determining the incident azimuth, it is possible to determine the level of the level of the ghost signal that appears near the peak position of at least one of copper, iron, and nickel, and / or the level of the background between the plurality of fluorescent X-ray spectra. It is preferable to make a determination regarding the size of the.
図６は、望まれないピークの強度が極小となる角度（ω）６０度に入射方位を設定して調べた、銅、鉄、ニッケルの汚染量とＴＸＲＦ分析の信号強度の相関を示す。図５を参照すると、５ｋｅＶから９ｋｅＶのエネルギー範囲のバックグラウンド上昇やゴーストピークの発生を抑制できることを示す。このとき、１Ｅ１０（ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）台まで信号強度は、物質の濃度に良好な相関関係を有している。これ故に、窒化ガリウム表面においても１Ｅ１０（ａｔｏｍｓ／ｃｍ２）台の微量金属の定量が可能である。したがって、励起Ｘ線の入射角を例えば６０度にすることにより、化合物半導体のウエハ製造やデバイスプロセスの製造ラインにてインラインで微量汚染金属の管理が可能になる。 FIG. 6 shows the correlation between the amount of contamination of copper, iron and nickel and the signal intensity of the TXRF analysis, which was investigated by setting the incident direction at an angle (ω) of 60 degrees at which the intensity of the unwanted peak is minimized. Referring to FIG. 5, it is shown that the background rise in the energy range from 5 keV to 9 keV and the generation of the ghost peak can be suppressed. At this time, the signal intensity up to the level of 1E10 (atoms / cm 2 ) has a good correlation with the concentration of the substance. Therefore, even on the gallium nitride surface, it is possible to quantify trace metals on the order of 1E10 (atoms / cm 2 ). Therefore, by setting the incident angle of the excitation X-rays to, for example, 60 degrees, it becomes possible to manage trace contamination metals in-line in a compound semiconductor wafer manufacturing or device process manufacturing line.
工程Ｓ２０３では、化合物半導体からなる表面により励起Ｘ線が全反射するように該励起Ｘ線を該表面のターゲットエリアに入射方位から照射して、このターゲットエリアからの蛍光Ｘ線を測定する。工程Ｓ２０４では、蛍光Ｘ線のスペクトルを用いて、化合物半導体表面の微量元素を定量的に見積もる。この結果、化合物半導体表面の微量元素を定量的に評価できる。この方法によれば、シリコンの結晶構造と異なる化合物半導体では、結晶構造に起因するノイズが蛍光Ｘ線スペクトルに現れる。発明者の知見によれば、このノイズの大きさ及びピーク位置は、見上げ角よりは、励起Ｘ線の入射方位に依存している。これ故に、励起Ｘ線のいくつかの入射方位に沿って入射させてノイズレベルを評価することにより、半導体表面上における金属元素のより良い定量分析を可能にする入射方位を見出せる。 In step S203, the surface of the compound semiconductor is irradiated with the excitation X-ray from the incident direction so that the excitation X-ray is totally reflected, and the fluorescent X-ray from the target area is measured. In step S204, trace elements on the surface of the compound semiconductor are quantitatively estimated using the spectrum of fluorescent X-rays. As a result, trace elements on the surface of the compound semiconductor can be quantitatively evaluated. According to this method, in a compound semiconductor different from the crystal structure of silicon, noise due to the crystal structure appears in the fluorescent X-ray spectrum. According to the inventor's knowledge, the magnitude and peak position of this noise depend on the incident azimuth of the excitation X-ray rather than the look-up angle. Therefore, the incident azimuth that allows better quantitative analysis of the metal element on the semiconductor surface can be found by evaluating the noise level by making it incident along several incident azimuths of the excitation X-ray.
複数の角度における入射方位に対応づけて蛍光Ｘ線スペクトルを測定する工程において、化合物半導体は、例えばIII−Ｖ族化合物半導体であることができ、またＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）からなることができる。 In the step of measuring the fluorescent X-ray spectrum in association with the incident azimuths at a plurality of angles, the compound semiconductor can be, for example, a III-V group compound semiconductor, and In X Al Y Ga 1-XY N ( 0 ≦ X ≦ 1, 0 ≦ Y ≦ 1).
図７に示されるように、III−Ｖ族化合物半導体のＧａＡｓにおいても、ＧａＮ系半導体と同様な現象（ゴーストピークやバックグラウンドの上昇）が生じている。これ故に、上記の分析方法は、III−Ｖ族窒化物に限定されることなく、ＧａＡｓ系半導体、ＩｎＰ系半導体といった閃亜鉛鉱型の結晶格子を有するIII−Ｖ族化合物半導体にも適用可能である。図７において、シンボル「Ｂ」は、生の測定データを示し。シンボル「ＢＧ」はバックグラウンドレベルを示し、シンボル「ＣＢ」は、校正されたスペクトルを示す。図７の測定は、角度ωが40度であり、角度θが0.05度である。ＧａＡｓに対する測定においても、III−Ｖ族化合物半導体からの生の測定データは、高いバックグラウンドレベルを含み、また「ゴーストピーク」と呼ばれる出所不明のピークを含む。この実施例を具体的に見ると、ゴーストピークは微量分析の対象となる元素の銅や亜鉛からの特性Ｘ線のエネルギーに重なる。このため、ゴーストピークは微量分析の妨げとなる。また、高いバックグラウンドレベルは微量分析の精度を低下させる可能性がある。 As shown in FIG. 7, the same phenomenon as the GaN-based semiconductor (ghost peak and background increase) occurs in the III-V group compound semiconductor GaAs. Therefore, the above analysis method is not limited to III-V nitrides but can be applied to III-V compound semiconductors having zinc blende type crystal lattice such as GaAs semiconductors and InP semiconductors. is there. In FIG. 7, the symbol “B” indicates raw measurement data. The symbol “BG” indicates the background level, and the symbol “CB” indicates the calibrated spectrum. In the measurement of FIG. 7, the angle ω is 40 degrees and the angle θ is 0.05 degrees. Even for measurements on GaAs, the raw measurement data from III-V compound semiconductors contain high background levels and an unknown source peak called the “ghost peak”. Looking specifically at this example, the ghost peak overlaps the energy of characteristic X-rays from copper and zinc as elements to be analyzed in a trace amount. For this reason, ghost peaks hinder trace analysis. Also, high background levels can reduce the accuracy of microanalysis.
図８は、結晶方位を説明するための六角柱を示す図面である。六方晶系結晶格子において、ウエハ主面として（０００１）面を選ぶとき、図８の（ａ）部に示されるように、六角柱の側面の一つ（柱面）に垂直な方向は、以下の６方向になる。
＜０−１１０＞、＜−１０１０＞、＜−１１００＞、＜０１−１０＞、＜１０−１０＞、＜１−１００＞。
これらの結晶方位の一つと基板主面とにより規定される平面に沿って励起Ｘ線を入射させるとき、この単結晶からの回折光の強度は最小となる。これは、全反射蛍光Ｘ線分析にて現れる蛍光Ｘ線以外の光の成分の強度はウルツ鉱構造の結晶方位に依存することを意味する。また、ウルツ鉱構造の結晶方位への依存は、上記の説明が特定の材料、つまり窒化ガリウムだけでなく、励起Ｘ線の入射方向の調整により全反射蛍光Ｘ線分析の回折光を低減できることを示しており、ウルツ鉱構造の結晶全般に当てはまる。
また、図８の（ｂ）部は、ＧａＮ系半導体の六方晶系結晶の結晶方位とＧａＡｓ系結晶の結晶方位との以下の関係を示す。
［０００１］：［００１］。
［−１−１２０］：［−１−１０］。
［１−１２０］：［１−１０］。
［２−１−１０］：［１００］。
［４−１−１３］：［１０１］。
［１０−１２］：［２１２］。
［―１２−１０］：［０１０］。
FIG. 8 is a drawing showing hexagonal columns for explaining the crystal orientation. In the hexagonal crystal lattice, when the (0001) plane is selected as the wafer main surface, as shown in FIG. 8 (a), the direction perpendicular to one of the side surfaces (column surface) of the hexagonal column is 6 directions.
<0-110>, <-1010>, <-1100>, <01-10>, <10-10>, <1-100>.
When excitation X-rays are incident along a plane defined by one of these crystal orientations and the main surface of the substrate, the intensity of diffracted light from this single crystal is minimized. This means that the intensity of light components other than the fluorescent X-rays that appear in the total reflection X-ray fluorescence analysis depends on the crystal orientation of the wurtzite structure. Also, the dependence of the wurtzite structure on the crystal orientation indicates that the above explanation can reduce the diffracted light of total reflection X-ray fluorescence analysis by adjusting the incident direction of excitation X-rays as well as specific materials, that is, gallium nitride. This is true for all wurtzite crystals.
8B shows the following relationship between the crystal orientation of the hexagonal crystal of the GaN-based semiconductor and the crystal orientation of the GaAs-based crystal.
[0001]: [001].
[-1-120]: [-1-10].
[1-120]: [1-10].
[2-1-10]: [100].
[4-1-13]: [101].
[10-12]: [212].
[-12-10]: [010].
半導体プロセスにおいては、ウエハ表面の金属汚染を常に監視することが好ましい。シリコンのウエハ製造やデバイスプロセスにおいては、製造ライン内にて、金属汚染量の管理のために全反射蛍光Ｘ線分析が用いられてきた。一方で、窒化ガリウムなどの化合物半導体を用いたデバイスプロセスにおいても、ＴＸＲＦ分析が行われていたが、微量金属の定量分析は不可能であったので、製造ライン内での管理には使われていない。そのため、化合物半導体のウエハ製造やデバイスプロセスにおいては、製造ライン内で汚染物質となる微量金属量の維持・管理ができていなかった。 In semiconductor processes, it is preferable to constantly monitor metal contamination on the wafer surface. In silicon wafer manufacturing and device processes, total reflection X-ray fluorescence analysis has been used in the manufacturing line for managing the amount of metal contamination. On the other hand, TXRF analysis was also performed in device processes using compound semiconductors such as gallium nitride. However, quantitative analysis of trace metals was not possible, so it was used for management within the production line. Absent. Therefore, in compound semiconductor wafer manufacturing and device processes, it has not been possible to maintain and manage the amount of trace metals that become contaminants in the manufacturing line.
化合物半導体ウエハにおいて微量金属の定量ができていなかった理由は、汚染金属を特定する蛍光Ｘ線スペクトルの中にラマン散乱や入射X線の回折光などが雑音として入り、蛍光Ｘ線スペクトルのバックグラウンドの上昇やゴーストピークの発生により、カーブフィッテングに大きな誤差が生じて、数値解析による金属の定量値の精度を著しく低下させるからである。また、定量値の精度の悪化は、金属が微量になるほど顕著になるため化合物半導体表面における微量金属の定量は難しいとされてきた。 The reason why trace amounts of metals in compound semiconductor wafers could not be determined is that the background of the fluorescent X-ray spectrum is due to the presence of noise such as Raman scattering and incident X-ray diffracted light in the X-ray fluorescence spectrum that identifies contaminating metals. This is because a large error occurs in the curve fitting due to the rise of the ghost and the occurrence of the ghost peak, and the accuracy of the quantitative value of the metal by the numerical analysis is remarkably lowered. In addition, since the deterioration of the accuracy of the quantitative value becomes more prominent as the amount of metal becomes smaller, it has been difficult to determine the amount of trace metal on the surface of the compound semiconductor.
しかし、本実施の形態に係る方法では、化合物半導体の製造においても、インラインにおいて、微量元素の定量分析が可能になる。また、単結晶窒化アルミニウム、単結晶ＡｌＧａＮ、単結晶ＩｎＧａＮ、単結晶サファイア、炭化シリコン等などウルツ鉱構造と、単結晶ＧａＡｓ、単結晶ＩｎＰなど、せん亜鉛構造、を持つウエハやエピタキシャル層における極微量の汚染物質を検査可能になる。 However, in the method according to the present embodiment, it is possible to quantitatively analyze trace elements in-line even in the production of a compound semiconductor. Also, trace amounts in wafers and epitaxial layers with wurtzite structures such as single crystal aluminum nitride, single crystal AlGaN, single crystal InGaN, single crystal sapphire, silicon carbide, etc., and zinc crystals such as single crystal GaAs, single crystal InP, etc. It becomes possible to inspect the pollutants.
本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。 The present invention is not limited to the specific configuration disclosed in the present embodiment.
以上説明したように、本実施の形態によれば、全反射蛍光Ｘ線分析法を用いて、化合物半導体表面上の不純物に関する定量分析を可能にする、化合物半導体を評価する方法を提供できる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a method for evaluating a compound semiconductor that enables quantitative analysis of impurities on the surface of the compound semiconductor using a total reflection X-ray fluorescence analysis method.
１１…全反射蛍光Ｘ線分析（ＴＸＲＦ）装置、Ｗ１…基板、１３…ステージ、１５…Ｘ線源、ＸＩＮ…入射する励起Ｘ線、ＸＯＵＴ…反射された励起Ｘ線、１７…Ｘ線測定器、ＤＡＴＡ…蛍光Ｘ線Ｘ、１９…蛍光Ｘ線検出器、Ｓ１、Ｓ２…Ｘ線測定器からのデータ信号、２１…データ処理装置、ＸＳＰ…処理された蛍光Ｘ線スペクトル。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Total reflection X-ray fluorescence analysis (TXRF) apparatus, W1 ... Board | substrate, 13 ... Stage, 15 ... X-ray source, XIN ... Incident excitation X-ray, XOUT ... Reflected excitation X-ray, 17 ... X-ray measuring device DATA ... X-ray fluorescence X, 19 ... X-ray detector, S1, S2 ... Data signal from X-ray measuring device, 21 ... Data processing device, XSP ... Processed X-ray fluorescence spectrum.
Claims (11)
六方晶系の化合物半導体からなる表面により励起Ｘ線が全反射するように該励起Ｘ線を該表面のターゲットエリアに照射して、前記ターゲットエリアからの蛍光Ｘ線を測定する工程と、
前記蛍光Ｘ線のスペクトルを用いて、前記表面の元素を定量的に見積もる工程と、
を備え、
前記励起Ｘ線は、前記化合物半導体におけるｍ軸方向に沿って入射される、化合物半導体を評価する方法。 A method for evaluating a compound semiconductor comprising:
Irradiating the target area of the surface with the excitation X-ray so that the excitation X-ray is totally reflected by the surface made of a hexagonal compound semiconductor, and measuring the fluorescent X-ray from the target area;
Using the fluorescent X-ray spectrum to quantitatively estimate the surface elements;
With
The method for evaluating a compound semiconductor, wherein the excited X-ray is incident along an m-axis direction of the compound semiconductor.
化合物半導体からなる表面の法線軸に直交する軸を基準にして該軸から規定されるある角度範囲において複数の角度を入射方位として、前記表面により励起Ｘ線が全反射するように該励起Ｘ線を該表面に照射して、前記複数の角度における入射方位に対応づけて複数の蛍光Ｘ線スペクトルを測定する工程と、
前記複数の蛍光Ｘ線スペクトルにおいて金属元素の既知のピーク位置におけるノイズのレベルの比較を行って、該比較の結果から、本測定のための入射方位を決定する工程と、
化合物半導体からなる表面により励起Ｘ線が全反射するように該励起Ｘ線を該表面のターゲットエリアに前記入射方位から照射して、前記ターゲットエリアからの蛍光Ｘ線を測定する工程と、
前記蛍光Ｘ線のスペクトルを用いて、前記表面の元素を定量的に見積もる工程と、
を備える、化合物半導体を評価する方法。 A method for evaluating a compound semiconductor comprising:
The excitation X-rays are totally reflected by the surface with a plurality of angles as incident azimuths in a certain angle range defined from the axis perpendicular to the normal axis of the surface of the compound semiconductor. And measuring a plurality of fluorescent X-ray spectra in association with the incident azimuth at the plurality of angles,
Performing a comparison of noise levels at known peak positions of metal elements in the plurality of fluorescent X-ray spectra, and determining an incident direction for the main measurement from the result of the comparison;
Irradiating the target area on the surface with the excitation X-ray so that the excitation X-ray is totally reflected by the surface made of the compound semiconductor, and measuring the fluorescent X-ray from the target area;
Using the fluorescent X-ray spectrum to quantitatively estimate the surface elements;
A method for evaluating a compound semiconductor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013066693A JP6033723B2 (en) | 2013-03-27 | 2013-03-27 | Method for evaluating compound semiconductors |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013066693A JP6033723B2 (en) | 2013-03-27 | 2013-03-27 | Method for evaluating compound semiconductors |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2014190839A JP2014190839A (en) | 2014-10-06 |
| JP6033723B2 true JP6033723B2 (en) | 2016-11-30 |
Family
ID=51837226
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2013066693A Expired - Fee Related JP6033723B2 (en) | 2013-03-27 | 2013-03-27 | Method for evaluating compound semiconductors |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6033723B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107688195B (en) | 2016-08-05 | 2020-12-11 | 清华大学 | Method and apparatus for reconstructing energy spectrum detected by detector |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07198630A (en) * | 1993-12-28 | 1995-08-01 | Fujitsu Ltd | Fluorescent x-ray analysis method |
| JP2004177264A (en) * | 2002-11-27 | 2004-06-24 | Sony Corp | Method for analyzing indium-gallium-nitride layer |
| JP5077985B2 (en) * | 2006-08-28 | 2012-11-21 | シャープ株式会社 | Method for forming nitride semiconductor layer |
-
2013
- 2013-03-27 JP JP2013066693A patent/JP6033723B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2014190839A (en) | 2014-10-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Vilalta-Clemente et al. | Cross-correlation based high resolution electron backscatter diffraction and electron channelling contrast imaging for strain mapping and dislocation distributions in InAlN thin films | |
| US10697898B2 (en) | SiC substrate evaluation method and method for manufacturing SiC epitaxial wafer | |
| Romanitan et al. | Comparative study of threading dislocations in GaN epitaxial layers by nondestructive methods | |
| US10132765B2 (en) | Method and apparatus for determining lattice parameters of a strained III-V semiconductor layer | |
| JP6033723B2 (en) | Method for evaluating compound semiconductors | |
| JP2009198281A (en) | Structure analyzing method of crystal | |
| JP2009047443A (en) | Structure analyzing method of crystal | |
| US11680915B2 (en) | XPS metrology for process control in selective deposition | |
| US10718726B2 (en) | Method for determining the concentration of an element of a heteroepitaxial layer | |
| JP5704092B2 (en) | Quality inspection method for wafer chamfer | |
| US11415518B2 (en) | Mapping and evaluating GaN wafers for vertical device applications | |
| JP5165498B2 (en) | Crystal structure analysis method | |
| Seredin et al. | Nanoscale Raman mapping of elastic stresses in multilayer heterostructure based on multi-period GaN/AlN superlattices grown using HVPE technology on hybrid SiC/Si substrate | |
| US9080948B2 (en) | Dynamic peak tracking in X-ray photoelectron spectroscopy measurement tool | |
| JP2011108801A (en) | Method for evaluation of work-affected layer | |
| Choi et al. | The Analysis of Wide Band Gap Semiconductors Using Raman Spectroscopy | |
| KR20070046568A (en) | Method of measuring off-cut angle and direction of semiconductor wafer | |
| JP2014145641A (en) | Semiconductor evaluation method | |
| JP6142761B2 (en) | X-ray analysis method and X-ray analysis apparatus | |
| Yamamoto | Assessment of stacking faults in silicon carbide crystals | |
| US10978359B2 (en) | SiC substrate evaluation method, SiC epitaxial wafer manufacturing method, and SiC epitaxial wafer | |
| Wilkinson et al. | Cross-correlation based high resolution electron backscatter diffraction and electron channelling contrast imaging for strain mapping and dislocation distributions in InAlN thin films | |
| JP2010044003A (en) | Structure analyzing method of crystal | |
| Cho et al. | Quantitative compositional analysis of InxGa1− xN/GaN multiquantum wells in light-emitting diodes | |
| KR101301430B1 (en) | Defect mesurement method for a wafer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20151113 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20151113 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160921 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20161004 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20161026 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6033723 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |