JP6260125B2 - 分析装置、分析方法、成膜装置及び成膜方法 - Google Patents
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Description
(空孔及び原子位置の乱れ)
最初に、III−V化合物半導体における空孔及び原子位置の乱れについて説明する。図1は、GaN等のIII−V化合物半導体の結晶において、空孔及び原子位置の乱れがない状態を示す。図2は、III−V化合物半導体であるGaNの結晶において、空孔及び原子位置の乱れが生じている状態を示す。図2(a)は、III族元素のGa空孔が生じている状態を示し、図2(b)は、V族元素のN空孔が生じている状態を示す。図2(c)は、原子位置の乱れであってIII族元素のGa乱れが生じている状態を示し、図2(d)は、原子位置の乱れであってV族元素のN乱れが生じている状態を示す。
次に、図3に基づき本実施の形態における分析装置について説明する。本実施の形態における分析装置は、例えば、SiC基板の上に厚さが30nmのAlN層、厚さが2μmのGaN層が積層して形成されている試料10の分析を行うことができる。本実施の形態における分析装置は、X線源20、単色器30、金属泊40、電流アンプ51及び52、V/Fコンバータ61及び62、電源70、電極71、導電性試料台72、スケーラ80、制御部81等を有している。尚、分析対象となる試料10、電極71、導電性試料台72等は、不図示のチャンバ内に設置されている。また、本実施の形態における分析装置は、X線源20及び単色器30により、X線発生部が形成されているものとする。
図4は、成膜条件の異なる4つのGaN膜が成膜されている試料10について、照射されるX線のエネルギを変化させた場合に、電極71において検出される強度を測定した結果である。図4の横軸の左端は、X線のエネルギの値が10379eVであり、右端は、X線のエネルギの値が10679eVであり、この300eVの間の強度を測定した結果である。尚、図4の横軸の左端における10379eVのエネルギの値は、GaNの吸収端のエネルギ(10368eV)から+11eVの値に相当する。また、図4には示されていないが、更に、X線のエネルギの高い領域まで測定を行ったところ、図4に示されるような強度の振動がなくなることは確認している。よって、このような強度の振幅は、X線のエネルギの値が10379eVから10679eVの範囲において顕著である。図4に示されるものは、このような強度の振動がない領域における情報に基づき、バックグラウンド曲線を求め、実際の測定データからバックグラウンドを取り除いたものである。このため、強度が0を中心として、強度の振動が確認される。尚、バックグラウンド曲線においては、試料10の違いによる相違はみられなかった。
次に、これらの依存性に特徴的な傾向を示す5つのエネルギの値、即ち、10397eV、10404eV、10545eV、10474eV、10432eVにおける空孔率及び原子位置の乱れと強度との関係について説明する。
本実施の形態における分析装置は、図12に示されるように、白色X線101は、単色器30により分光される。図13に示されるように、単色器30は、単色器本体部31を有しており、単色器本体部31において白色X線101が照射される側に、4つの独立した単色機能部を形成するための4つのGe基板32が設置されている。第1の単色機能部30a、第2の単色機能部30b、第3の単色機能部30c、第4の単色機能部30dの各々には、Ge基板32が設けられており、更に、Ge基板32の角度を微調整することのできるピエゾ素子33が搭載されている。尚、図13(a)は、白色X線101が照射される側からみた単色器30を示すものであり、図13(b)は、図13(a)における一点鎖線13A−13Bにおいて切断した断面図である。図13(b)は、第4の単色機能部30dの断面構造を示しているが、第1の単色機能部30a、第2の単色機能部30b、第3の単色機能部30cについても、同様の構造である。
(成膜装置及び成膜方法)
次に、第2の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第1の実施の形態における分析装置を含む成膜装置及び第1の実施の形態における分析方法を用いた成膜方法である。
次に、本実施の形態における成膜装置及び成膜方法を用いて製造される半導体装置について、図17に基づき説明する。図17に示される半導体装置は、基板310の上に、窒化物半導体により、バッファ層311、電子走行層321、電子供給層322、キャップ層323が形成されている。キャップ層323の上には、ゲート電極341が形成されており、電子供給層322の上には、ソース電極342、ドレイン電極343が形成されており、窒化物半導体の表面が露出している領域にはパッシベーション膜330が形成されている。
(付記1)
試料に照射される4つの異なるエネルギの単色X線を発生させるX線発生部と、
前記試料を設置する導電性材料により形成された導電性試料台と、
前記4つの異なるエネルギの単色X線を前記試料に照射することにより流れる電流を検出する電極と、
前記導電性試料台と前記電極との間に電圧を印加する電源と、
を有し、
前記4つの異なるエネルギの単色X線は、前記試料に含まれる化合物半導体の吸収端から高エネルギ側に300eVまでの範囲に含まれるX線であることを特徴とする分析装置。
(付記2)
前記電極に流れる電流に基づき、前記化合物半導体を構成している元素の空孔率及び原子位置の乱れの大きさを算出する制御部を有することを特徴とする付記1に記載の分析装置。
(付記3)
前記4つの異なるエネルギの単色X線のうちの3つは、
エネルギの値が、10392eV以上、10402eV以下の単色X線と、
エネルギの値が、10540eV以上、10550eV以下の単色X線と、
エネルギの値が、10427eV以上、10437eV以下の単色X線と、
であって、
残りの1つは、
エネルギの値が、10469eV以上、10479eV以下の単色X線、または、エネルギの値が、10399eV以上、10409eV以下の単色X線であることを特徴とする付記1または2に記載の分析装置。
(付記4)
前記X線発生部は、
X線を出射するX線源と、
前記X線源より出射されたX線を前記4つの異なるエネルギの単色X線にする単色器と、
を含むものであることを特徴とする付記1から3のいずれかに記載の分析装置。
(付記5)
前記単色器には、前記4つの異なるエネルギの単色X線にする単色機能部が4つ設けられており、
各々の前記単色機能部により、前記4つの異なるエネルギの単色X線の各々が得られることを特徴とする付記4に記載の分析装置。
(付記6)
前記化合物半導体は、窒化物半導体であることを特徴とする付記1から5のいずれかに記載の分析装置。
(付記7)
前記化合物半導体は、GaNを含むものであることを特徴とする付記1から6のいずれかに記載の分析装置。
(付記8)
化合物半導体を含む試料における分析方法であって、
導電性材料により形成された導電性試料台の上に前記試料を設置し、前記導電性試料台と電極との間に、所定の電圧を印加した状態で、前記試料に4つの異なるエネルギの単色X線を照射する工程と、
前記電極に流れる電流を検出し、前記検出された電流に基づき、前記化合物半導体を構成している元素の空孔率及び原子位置の乱れの大きさを算出する工程と、
を含み、
前記4つの異なるエネルギの単色X線は、前記試料に含まれる化合物半導体の吸収端から高エネルギ側に300eVまでの範囲に含まれるX線であることを特徴とする分析方法。
(付記9)
前記4つの異なるエネルギの単色X線のうちの3つは、
エネルギの値が、10392eV以上、10402eV以下の単色X線と、
エネルギの値が、10540eV以上、10550eV以下の単色X線と、
エネルギの値が、10427eV以上、10437eV以下の単色X線と、
であって、
残りの1つは、
エネルギの値が、10469eV以上、10479eV以下の単色X線、または、エネルギの値が、10399eV以上、10409eV以下の単色X線であることを特徴とする付記8に記載の分析方法。
(付記10)
GaNを含む試料における分析方法であって、
導電性材料により形成された導電性試料台の上に前記試料を設置し、前記導電性試料台と電極との間に所定の電圧を印加する工程と、
前記試料にエネルギの値が、10540eV以上、10550eV以下の単色X線を照射する工程と、
前記電極に流れる電流を検出し、前記検出された電流に基づき、Gaの原子位置の乱れの大きさを計測する工程と、
を有することを特徴とする分析方法。
(付記11)
前記試料にエネルギの値が、10469eV以上、10479eV以下の単色X線を照射する工程と、
前記電極に流れる電流を検出し、前記検出された電流と、前記計測されたGaの原子位置の乱れの大きさに基づき、Nの原子位置の乱れの大きさを算出する工程と、
を含むことを特徴とする付記10に記載の分析方法。
(付記12)
前記試料にエネルギの値が、10427eV以上、10437eV以下の単色X線を照射する工程と、
前記電極に流れる電流を検出し、前記検出された電流と、前記計測されたGaの原子位置の乱れの大きさと、前記算出されたNの原子位置の乱れの大きさに基づき、Ga空孔の空孔率を計測する工程と、
を含むことを特徴とする付記11に記載の分析方法。
(付記13)
前記試料にエネルギの値が、10392eV以上、10402eV以下の単色X線を照射する工程と、
前記電極に流れる電流を検出し、前記検出された電流に基づき、N空孔の空孔率を計測する工程と、
を含むことを特徴とする付記12に記載の分析方法。
(付記14)
GaNを含む試料における分析方法であって、
導電性材料により形成された導電性試料台の上に前記試料を設置し、前記導電性試料台と電極との間に所定の電圧を印加する工程と、
前記試料にエネルギの値が、10392eV以上、10402eV以下の単色X線を照射する工程と、
前記電極に流れる電流を検出し、前記検出された電流に基づき、N空孔の空孔率を計測する工程と、
を有することを特徴とする分析方法。
(付記15)
前記試料にエネルギの値が、10399eV以上、10409eV以下の単色X線を照射する工程と、
前記電極に流れる電流を検出し、前記検出された電流と、前記計測されたN空孔の空孔率に基づき、Nの原子位置の乱れの大きさを算出する工程と、
を含むことを特徴とする付記14に記載の分析方法。
(付記16)
前記試料にエネルギの値が、10540eV以上、10550eV以下の単色X線を照射する工程と、
前記電極に流れる電流を検出し、前記検出された電流に基づき、Gaの原子位置の乱れの大きさを計測する工程と、
を有することを特徴とする付記15に記載の分析方法。
(付記17)
前記試料にエネルギの値が、10427eV以上、10437eV以下の単色X線を照射する工程と、
前記電極に流れる電流を検出し、前記検出された電流と、前記計測されたGaの原子位置の乱れの大きさと、前記算出されたN空孔の空孔率と、前記算出されたNの原子位置の乱れの大きさに基づき、Ga空孔の空孔率を計測する工程と、
を含むことを特徴とする付記16に記載の分析方法。
(付記18)
付記1から7のいずれかに記載の分析装置と、
化合物半導体を成膜するための原料ガスを供給するガス供給口と、
前記ガス供給口より供給される前記原料ガスの供給量を制御する成膜制御部と、
を有し、前記成膜制御部は、前記制御部において算出された前記化合物半導体を構成している元素の空孔率及び原子位置の乱れの大きさに基づき前記原料ガスの供給量を制御することを特徴とする成膜装置。
(付記19)
付記8または9に記載の分析方法と、
前記分析方法において得られた前記化合物半導体を構成している元素の空孔率及び原子位置の乱れの大きさに基づき、化合物半導体を成膜するための原料ガスの供給量を制御し成膜を行う工程と、
を含むことを特徴とする成膜方法。
(付記20)
付記10から17のいずれかに記載の分析方法と、
前記分析方法において得られたGaNを構成している元素の空孔率または原子位置の乱れの大きさに基づき、GaNを含む膜を成膜するための原料ガスの供給量を制御し成膜を行う工程と、
を含むことを特徴とする成膜方法。
20 X線源
30 単色器
30a 第1の単色機能部
30b 第2の単色機能部
30c 第3の単色機能部
30d 第4の単色機能部
31 単色器本体部
32 Ge基板
33 ピエゾ素子
34 回転軸
40 金属泊
40a 第1の金属箔部
40b 第2の金属箔部
40c 第3の金属箔部
40d 第4の金属箔部
41 基材
51 電流アンプ
52 電流アンプ
61 V/Fコンバータ
62 V/Fコンバータ
70 電源
71 電極
71a 第1の電極
71b 第2の電極
71c 第3の電極
71d 第4の電極
71e 基材
72 導電性試料台
80 スケーラ
81 制御部
101 白色X線
102 単色X線
102a 第1の単色X線
102b 第2の単色X線
102c 第3の単色X線
102d 第4の単色X線
110 電子
200 成膜チャンバ
201 ガス導入口部
201a ガス導入口
201b ガス導入口
202 ガス排気口
210 試料
220 成膜制御部
310 基板
311 バッファ層
321 電子走行層
322 電子供給層
323 キャップ層
330 パッシベーション膜
341 ゲート電極
342 ソース電極
343 ドレイン電極
Claims (9)
- 試料に照射される4つの異なるエネルギの単色X線を発生させるX線発生部と、
前記試料を設置する導電性材料により形成された導電性試料台と、
前記4つの異なるエネルギの単色X線を前記試料に照射することにより流れる電流を検出する電極と、
前記導電性試料台と前記電極との間に電圧を印加する電源と、
を有し、
前記4つの異なるエネルギの単色X線は、前記試料に含まれる化合物半導体の吸収端から高エネルギ側に300eVまでの範囲に含まれるX線であって、
前記化合物半導体は、GaNを含むものであり、
前記電極に流れる電流に基づき、前記化合物半導体を構成している元素の空孔率及び原子位置の乱れの大きさを算出する制御部を有し、
前記4つの異なるエネルギの単色X線のうちの3つは、
エネルギの値が、10392eV以上、10402eV以下の単色X線と、
エネルギの値が、10540eV以上、10550eV以下の単色X線と、
エネルギの値が、10427eV以上、10437eV以下の単色X線と、
であって、
残りの1つは、
エネルギの値が、10469eV以上、10479eV以下の単色X線、または、エネルギの値が、10399eV以上、10409eV以下の単色X線であることを特徴とする分析装置。 - 前記X線発生部は、
X線を出射するX線源と、
前記X線源より出射されたX線を前記4つの異なるエネルギの単色X線にする単色器と、
を含むものであることを特徴とする請求項1に記載の分析装置。 - 前記単色器には、前記4つの異なるエネルギの単色X線にする単色機能部が4つ設けられており、
各々の前記単色機能部により、前記4つの異なるエネルギの単色X線の各々が得られることを特徴とする請求項2に記載の分析装置。 - 化合物半導体を含む試料における分析方法であって、
導電性材料により形成された導電性試料台の上に前記試料を設置し、前記導電性試料台と電極との間に、所定の電圧を印加した状態で、前記試料に4つの異なるエネルギの単色X線を照射する工程と、
前記電極に流れる電流を検出し、前記検出された電流に基づき、前記化合物半導体を構成している元素の空孔率及び原子位置の乱れの大きさを算出する工程と、
を含み、
前記化合物半導体は、GaNを含むものであり、
前記4つの異なるエネルギの単色X線は、前記試料に含まれる化合物半導体の吸収端から高エネルギ側に300eVまでの範囲に含まれるX線であって、
前記4つの異なるエネルギの単色X線のうちの3つは、
エネルギの値が、10392eV以上、10402eV以下の単色X線と、
エネルギの値が、10540eV以上、10550eV以下の単色X線と、
エネルギの値が、10427eV以上、10437eV以下の単色X線と、
であって、
残りの1つは、
エネルギの値が、10469eV以上、10479eV以下の単色X線、または、エネルギの値が、10399eV以上、10409eV以下の単色X線であることを特徴とする分析方法。 - GaNを含む試料における分析方法であって、
導電性材料により形成された導電性試料台の上に前記試料を設置し、前記導電性試料台と電極との間に所定の電圧を印加する工程と、
前記試料にエネルギの値が、10540eV以上、10550eV以下の単色X線を照射して、前記電極に流れる電流を検出し、前記検出された電流に基づき、Gaの原子位置の乱れの大きさを計測する工程と、
前記試料にエネルギの値が、10469eV以上、10479eV以下の単色X線を照射して、前記電極に流れる電流を検出し、前記検出された電流と、前記計測されたGaの原子位置の乱れの大きさに基づき、Nの原子位置の乱れの大きさを算出する工程と、
前記試料にエネルギの値が、10427eV以上、10437eV以下の単色X線を照射して、前記電極に流れる電流を検出し、前記検出された電流と、前記計測されたGaの原子位置の乱れの大きさと、前記算出されたNの原子位置の乱れの大きさに基づき、Ga空孔の空孔率を計測する工程と、
前記試料にエネルギの値が、10392eV以上、10402eV以下の単色X線を照射して、前記電極に流れる電流を検出し、前記検出された電流に基づき、N空孔の空孔率を計測する工程と、
を有することを特徴とする分析方法。 - GaNを含む試料における分析方法であって、
導電性材料により形成された導電性試料台の上に前記試料を設置し、前記導電性試料台と電極との間に所定の電圧を印加する工程と、
前記試料にエネルギの値が、10392eV以上、10402eV以下の単色X線を照射して、前記電極に流れる電流を検出し、前記検出された電流に基づき、N空孔の空孔率を計測する工程と、
前記試料にエネルギの値が、10399eV以上、10409eV以下の単色X線を照射して、前記電極に流れる電流を検出し、前記検出された電流と、前記計測されたN空孔の空孔率に基づき、Nの原子位置の乱れの大きさを算出する工程と、
前記試料にエネルギの値が、10540eV以上、10550eV以下の単色X線を照射して、前記電極に流れる電流を検出し、前記検出された電流に基づき、Gaの原子位置の乱れの大きさを計測する工程と、
前記試料にエネルギの値が、10427eV以上、10437eV以下の単色X線を照射して、前記電極に流れる電流を検出し、前記検出された電流と、前記計測されたGaの原子位置の乱れの大きさと、前記算出されたN空孔の空孔率と、前記算出されたNの原子位置の乱れの大きさに基づき、Ga空孔の空孔率を計測する工程と、
を有することを特徴とする分析方法。 - 請求項1から3のいずれかに記載の分析装置と、
化合物半導体を成膜するための原料ガスを供給するガス供給口と、
前記ガス供給口より供給される前記原料ガスの供給量を制御する成膜制御部と、
を有し、前記成膜制御部は、前記制御部において算出された前記化合物半導体を構成している元素の空孔率及び原子位置の乱れの大きさに基づき前記原料ガスの供給量を制御することを特徴とする成膜装置。 - 請求項4に記載の分析方法と、
前記分析方法において得られた前記化合物半導体を構成している元素の空孔率及び原子位置の乱れの大きさに基づき、化合物半導体を成膜するための原料ガスの供給量を制御し成膜を行う工程と、
を含むことを特徴とする成膜方法。 - 請求項5または6に記載の分析方法と、
前記分析方法において得られたGaNを構成している元素の空孔率または原子位置の乱れの大きさに基づき、GaNを含む膜を成膜するための原料ガスの供給量を制御し成膜を行う工程と、
を含むことを特徴とする成膜方法。
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