(57)【要約】【課題】Ｇａ空孔及びＮ空孔における空孔率、原子位置の乱れであるＧａ乱れ及びＮ乱れの大きさについて、各々独立して計測することのできる分析装置を提供する。【解決手段】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を提供することにより上記課題を解決する。【選択図】  図３
2015014573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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請求項１に記載の分析装置。
【請求項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請求項１または２に記載の分析装置。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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請求項４に記載の分析方法。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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９】
請求項４または５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１０】
請求項６または７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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分析装置、分析方法、成膜装置及び成膜方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体は、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）等以外にも、パワーデバイス等の半導体装置にも用いることができる。このような、ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体を用いたパワーデバイスとしては、電子供給層／電子走行層からなる高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：High Electron Mobility Transistor）がある。ＨＥＭＴにおいては、電子供給層と電子走行層との界面近傍における電子走行層に、２次元電子ガス（２ＤＥＧ：two dimensional electron gas）が発生している。このようなＨＥＭＴにおける動作は、電子走行層における２ＤＥＧの移動によりなされることから、電子走行層はエピタキシャル成長により形成された高品質な結晶膜が求められている。ここで、高品質な結晶膜とは、原子空孔が無く、結晶配列に乱れのない状態のものを意味している。電子走行層には、代表的なＩＩＩ−Ｖ化合物半導体であるＧａＮ膜が、よく用いられている。ＧａＮ膜を電子走行層に用いる場合には、ＧａＮ基板を用いて、エピタキシャル成長を行うことにより、容易に高品質な結晶膜を得ることができる。
【０００３】
しかしながら、ＧａＮ基板は非常に高価であるため、低コストでＧａＮ等を用いたＨＥＭＴを供給することが困難である。このため、近年、炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板、さらには、より安価なシリコン（Ｓｉ）基板上にバッファ層を介して、高品質なＧａＮ膜を形成する方法が試みられている。ＳｉＣ基板やＳｉ基板等は、ＧａＮ基板とは異なり、基板を形成している材料と膜を形成している材料の格子定数が異なっている。このため、格子不整合が大きい場合には、膜の原子位置の乱れが大きくなり、また、空孔が多く発生する場合がある。
【０００４】
ＧａＮ膜等において、原子位置の乱れを評価する方法としては、一般的に、Ｘ線回折（ＸＲＤ）法が用いられている。例えば、対称回折ピークのロッキングカーブ測定の半値幅（チルト）から、基板面垂直方向の結晶方位の乱れを判定し、さらに、非対称回折ピークの面内回転測定の半値幅（ツイスト）から、面内方向の結晶方位の乱れを判定することが行われている。これらの値は、転位密度に相関することから、原子位置の乱れを評価する方法として、よく用いられている。しかしながら、ＸＲＤ法は非常にマクロな測定法であることから、より原子レベルでの乱れの評価が求められる場合には、十分であるとは言い難い面がある。また、ＸＲＤ法では、ガリウム（Ｇａ）のようなＩＩＩ族元素の乱れと、窒素（Ｎ）のようなＶ族元素の乱れを区別して、評価することもできない。
【０００５】
ＧａＮ膜等において、空孔を評価する方法としては、一般的に、フォトルミネッセンス（ＰＬ）法が用いられている。具体的には、波長５７０ｎｍ近傍に現れるイエロールミネッセンスの強度が、ＩＩＩ族元素（Ｇａ）の空孔量に敏感とされており、よく用いられている。さらに、空孔量に依存しないとされる３６５ｎｍ近傍に現れるバンド端発光の強度を基準として用いる場合も多く、イエロールミネッセンスの強度をバンド端発光の強度で規格化した値もよく用いられている。
【０００６】
また、ＰＬ法ほど一般的には用いられていないが、別の空孔評価法としては、陽電子消滅法が知られている。陽電子消滅法は、試料に陽電子を照射し、陽電子の消滅時に発生するガンマ線を検出することで、消滅するまでの時間を計測する方法である。陽電子の消滅時間は空孔に敏感とされており、その感度は空孔の電荷に大きく依存する。ＧａＮの場合にはＩＩＩ族元素であるＧａ空孔のみを反映する。前述した２つの空孔評価法、即ち、ＰＬ法と陽電子消滅法は、いずれもＩＩＩ族元素の空孔に敏感であり、Ｖ族元素、即ち、ＧａＮにおいては、Ｎ空孔における評価法は確立されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１４７２７１号公報
【特許文献２】特開２０１２−８９６５１号公報
【特許文献３】特開２０１１−２７５２８号公報
【特許文献４】特開２００２−２８０４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、Ｇａ空孔及びＮ空孔における空孔率、原子位置の乱れであるＧａ乱れ及びＮ乱れの大きさについて、各々独立して計測することのできる分析方法及び分析装置が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本実施の形態の一観点によれば、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。
【００１０】
また、本実施の形態の他の一観点によれば、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。
【００１１】
また、本実施の形態の他の一観点によれば、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。
【００１２】
また、本実施の形態の他の一観点によれば、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。
【発明の効果】
【００１３】
開示の分析方法及び分析装置によれば、ＧａＮ等のＩＩＩ−Ｖ化合物半導体において、各々の元素の空孔率及び原子位置の乱れを独立して計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体の原子配置の説明図（１）
【図２】ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体の原子配置の説明図（２）
【図３】第１の実施の形態における分析装置の構造図
【図４】照射されるＸ線のエネルギと検出される強度との相関図
【図５】Ｘ線のエネルギが１０３９７ｅＶの場合の空孔及び原子位置の乱れの説明図
【図６】Ｘ線のエネルギが１０４０４ｅＶの場合の空孔及び原子位置の乱れの説明図
【図７】Ｘ線のエネルギが１０５４５ｅＶの場合の空孔及び原子位置の乱れの説明図
【図８】Ｘ線のエネルギが１０４７４ｅＶの場合の空孔及び原子位置の乱れの説明図
【図９】Ｘ線のエネルギが１０４３２ｅＶの場合の空孔及び原子位置の乱れの説明図
【図１０】第１の実施の形態における分析方法の説明図（１）
【図１１】第１の実施の形態における分析方法の説明図（２）
【図１２】第１の実施の形態における分析装置の説明図（１）
【図１３】第１の実施の形態における分析装置の説明図（２）
【図１４】第１の実施の形態における分析装置の説明図（３）
【図１５】第２の実施の形態における成膜装置の構造図
【図１６】第２の実施の形態における他の成膜装置の構造図
【図１７】第２の実施の形態において作製される半導体装置の構造図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
発明を実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００１６】
〔第１の実施の形態〕
（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。
【００１７】
（分析装置）
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。
【００１８】
Ｘ線源２０から出射された連続的なエネルギ分布を有する白色Ｘ線１０１は、単色器３０により分光される。単色器３０は、例えば、Ｇｅ結晶基板やＳｉ結晶基板等を用いて形成されていてもよい。分光された単色Ｘ線１０２は、Ｘ線強度モニタ用の金属箔４０を透過する。金属箔４０は、酸化しにくい材料が好ましく、例えば、Ｎｉ等により形成されたＮｉ箔等が好ましい。金属箔４０は、酸化しにくい材料により形成する場合以外にも、金属箔の表面を酸化しにくい材料で被覆したものであってもよく、また、金属箔４０を酸素等が除去されている雰囲気に設置することにより対応してもよい。
【００１９】
金属箔４０の厚さは、Ｘ線の透過強度を考慮して決定される。Ｇａ−Ｋ吸収端近傍のエネルギ（Ｅ〜１０ｋｅＶ）の場合では、金属箔４０の厚さは、０．５μｍ〜１．５μｍが好ましい。尚、金属箔４０の厚さが０．５μｍの場合では、Ｘ線は約９２%透過し、厚さが１．５μｍの場合では、Ｘ線は約７７％透過する。金属箔４０に単色Ｘ線１０２を照射することにより、金属箔４０から電子が飛び出し、これにより、金属箔４０に電流が流れる。金属箔４０に流れた電流は、電流アンプ５１によって増幅され電圧に変換された後、Ｖ／Ｆコンバータ６１によりパルス列に変換され、変換されたパルス列はスケーラ８０により計数される。スケーラ８０において計数された結果は、制御部８１となる制御・解析用コンピュータ等における不図示の記憶部に記憶される。
【００２０】
分析対象となる試料１０は、不図示のチャンバ内に設けられた電極を兼ねた金属等の導電性材料により形成された導電性試料台７２の上に設置されている。金属箔４０を透過した単色Ｘ線１０２は、導電性試料台７２の上に設置されている試料１０に照射され、これにより、試料１０より電子１１０が飛び出す。尚、電源７０により、電極７１と電極を兼ねた導電性試料台７２との間に電圧が印加されており、これにより、導電性試料台７２の上に設置された試料１０と電極７１との間にも電圧が印加される。印加される電圧は、電極７１と電極を兼ねた導電性試料台７２との間の距離に依存して設定されており、例えば、電極７１と導電性試料台７２との間の距離が、数ｃｍの場合には、印加される電圧は、１０００Ｖ程度が好ましい。
【００２１】
不図示のチャンバ内が真空である場合には、試料１０から飛び出した電子１１０は、電極７１側に引き寄せられる。また、チャンバ内が大気、ヘリウム等の不活性ガス、ＧａＮ膜等を成膜する際に用いられるガス等で満たされている場合には、飛び出した電子１１０により電離されたイオンが、電極７１側に引き寄せられる。このようにして流れる電流は、電流アンプ５２により増幅され電圧に変換された後、Ｖ／Ｆコンバータ６２によりパルス列に変換される。変換されたパルス列はスケーラ８０により計数され、スケーラ８０において計数された結果は、制御部８１となる制御・解析用コンピュータ等における不図示の記憶部に記憶される。
【００２２】
尚、上記においては、試料１０より飛び出した電子１１０または、試料１０より飛び出した電子１１０により電離されたイオンを検出する場合について説明したが、金属箔４０の場合と同様に、直接試料１０に流れる電流を測定してもよい。
【００２３】
（Ｘ線のエネルギと強度の関係）
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。
【００２４】
図４に示されるように、試料１０が異なる場合において、検出される強度の違いが大きいエネルギの値と、試料１０が異なっていても、検出される強度の違いが殆どないエネルギの値とが存在している。尚、異なる試料１０では、Ｇａ空孔、Ｎ空孔、Ｇａの原子位置の乱れ、Ｎの原子位置の乱れが異なっているものと考えられ、これらに起因して、特定のエネルギの値において、検出される強度の違いが大きくなるものと推察される。尚、本実施の形態においては、Ｇａの原子位置の乱れの大きさをＧａ乱れの大きさと、Ｎの原子位置の乱れの大きさをＮ乱れの大きさと記載する場合がある。尚、図４に示されるような結果を得るための測定は、１つの試料１０につき約１２時間を要するため、エネルギの値を変化させながら測定を行う分析装置は、実用性の観点からは、あまり現実的ではない。
【００２５】
ところで、後述するように、Ｇａ空孔、Ｎ空孔、Ｇａの原子位置の乱れ、Ｎの原子位置の乱れにおいて、敏感であるものと推察されるエネルギの値が存在している。よって、これらのエネルギの値の場合において、強度の違いが、Ｇａ空孔、Ｎ空孔、Ｇａの原子位置の乱れ、Ｎの原子の乱れのいずれによるものかを特定できれば、Ｇａ空孔、Ｎ空孔、Ｇａの原子位置の乱れ、Ｎの原子位置の乱れの状態を独立に知ることができる。即ち、４つの異なるエネルギの値のＸ線において得られる強度より、試料１０におけるＧａ空孔、Ｎ空孔、Ｇａの原子位置の乱れ、Ｎの原子位置の乱れを独立に求めることが可能である。
【００２６】
このため、第一原理計算の一種である非経験的自己無撞着実空間多重散乱計算コードＦＥＦＦを用いて、Ｇａ空孔、Ｎ空孔、Ｇａの原子位置の乱れ、Ｎの原子位置の乱れがあった場合に、各エネルギにおいて、どのような強度変化を示すかを計算した。計算には、ターゲットとなるＧａ原子から８Å内の距離にある、計１８２原子を解析に用い、散乱経路は３回散乱まで考慮した。結晶構造は、ＰＤＦ＃５０−０７９２より、空間群Ｐ６３ｍｃ（１８６）、ａ=３．１８９3Å、ｃ=５．１８５Åを用いた。
【００２７】
最初に、図１に示されるように、空孔や原子位置の乱れの無いＧａＮの完全結晶の計算を行った。次に、図２に示されるように、空孔や乱れのある場合についての計算を行った。図２（ａ）に示されるＧａ空孔の場合には、まず、Ｇａ原子が１つない状態のものについて計算を行った。最初に、８Å内にあるＧａ原子すべてについて、１つずつ空孔となったものを計算し、その平均値を算出した。次に、Ｇａ原子が２つない状態のものについて計算した。ランダムに２つのＧａ原子を選択し、それらが空孔となったものを計算した。２つのＧａ原子が空孔となった状態について、繰り返し計算を行い、その平均値を算出した。平均値が収束するまで、原子の選択・計算・平均値の算出を繰り返し行った。同様にして、Ｇａ原子が３つない状態、Ｇａ原子が４つない状態と、さらに空孔の多い状態の計算を行い、空孔率と強度の関係を求めた。図２（ｂ）に示されるＮ空孔の場合においても、Ｇａの場合と同様の計算を行った。
【００２８】
原子位置の乱れについては、デバイワラー因子の大きさを変えて計算を行った。Ｇａ原子、Ｎ原子の各々について、デバイワラー因子の異なる場合を計算し、各々の原子位置の乱れと強度の関係を求めた。実測で、試料１０が相違することにより、強度が大きく変化したエネルギについて、１ｅＶ毎に上記の関係を調べた。多くのエネルギでは、Ｇａ空孔、Ｎ空孔、Ｇａの原子位置の乱れ、Ｎの原子位置の乱れの４つのパラメータすべてに依存しており、依存の程度が異なるだけであった。もし依存性が、すべてのエネルギにおいて同じであれば、上記４つのパラメータを導出することはできない。
【００２９】
しかしながら、上記における測定結果と計算結果より、依存性に特徴を有している５つのエネルギの値、即ち、１０３９７ｅＶ、１０４０４ｅＶ、１０５４５ｅＶ、１０４７４ｅＶ、１０４３２ｅＶを見出すことができた。本実施の形態は、このように見出された知見に基づきなされたものである。
【００３０】
（分析方法）
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。
【００３１】
図５は、Ｘ線のエネルギの値が１０３９７ｅＶの場合における空孔率及び原子位置の乱れと強度との関係を示す。図５（ａ）は空孔率と強度との関係を示し、図５（ｂ）は原子位置の乱れと強度との関係を示す。図５に示されるように、Ｘ線のエネルギの値が１０３９７ｅＶの場合においては、Ｇａ空孔では強度は殆ど変化しないが、Ｎ空孔では空孔率に依存して強度が変化している。また、原子位置の乱れについては、Ｇａ乱れ及びＮ乱れについては、強度はともに殆ど変化しない。従って、Ｘ線のエネルギの値が１０３９７ｅＶの場合における測定を行うだけで、Ｎ空孔の空孔率を計測することが可能である。
【００３２】
図６は、Ｘ線のエネルギの値が１０４０４ｅＶの場合における空孔率及び原子位置の乱れと強度との関係を示す。図６（ａ）は空孔率と強度との関係を示し、図６（ｂ）は原子位置の乱れと強度との関係を示す。図６に示されるように、Ｘ線のエネルギの値が１０４０４ｅＶの場合においては、Ｇａ空孔では強度は殆ど変化しないが、Ｎ空孔では空孔率に依存して強度が変化する。また、原子位置の乱れについては、Ｇａ乱れは、強度が殆ど変化しないが、Ｎ乱れは、原子位置の乱れの大きさに依存して強度が変化する。このように、Ｘ線のエネルギの値が１０４０４ｅＶの場合においては、Ｎ空孔の空孔率とＮ乱れの大きさに依存して強度が変化する。従って、Ｘ線のエネルギの値が１０４０４ｅＶの場合における測定を行い、Ｘ線のエネルギの値が１０３９７ｅＶの場合の測定結果、即ち、Ｎ空孔の空孔率を考慮することにより、Ｎ乱れの大きさを算出することが可能である。
【００３３】
図７は、Ｘ線のエネルギの値が１０５４５ｅＶの場合における空孔率及び原子位置の乱れと強度との関係を示す。図７（ａ）は空孔率と強度との関係を示し、図７（ｂ）は原子位置の乱れと強度との関係を示す。図７に示されるように、Ｘ線のエネルギの値が１０５４５ｅＶの場合においては、Ｇａ空孔及びＮ空孔における強度は殆ど変化しない。また、原子位置の乱れについては、Ｇａ乱れは、原子位置の乱れの大きさに依存して強度が変化するが、Ｎ乱れは、強度が殆ど変化しない。従って、Ｘ線のエネルギの値が１０５４５ｅＶの場合における測定を行うだけで、Ｇａの原子位置の乱れの大きさを計測することが可能である。
【００３４】
図８は、Ｘ線のエネルギの値が１０４７４ｅＶの場合における空孔率及び原子位置の乱れと強度との関係を示す。図８（ａ）は空孔率と強度との関係を示し、図８（ｂ）は原子位置の乱れと強度との関係を示す。図８に示されるように、Ｘ線のエネルギの値が１０４７４ｅＶの場合においては、Ｇａ空孔及びＮ空孔における強度は殆ど変化しない。また、原子位置の乱れについては、Ｇａ乱れ及びＮ乱れは、原子位置の乱れの大きさに依存して強度が変化する。このように、Ｘ線のエネルギの値が１０４７４ｅＶの場合においては、Ｇａ乱れ及びＮ乱れの大きさに依存して強度が変化する。従って、Ｘ線のエネルギの値が１０４７４ｅＶの場合における測定を行い、Ｘ線のエネルギの値が１０５４５ｅＶの場合の測定結果、即ち、Ｇａの原子位置の乱れの大きさを考慮することにより、Ｎ乱れの大きさを算出することが可能である。
【００３５】
図９は、Ｘ線のエネルギの値が１０４３２ｅＶの場合における空孔率及び原子位置の乱れと強度との関係を示す。図９（ａ）は空孔率と強度との関係を示し、図９（ｂ）は原子位置の乱れと強度との関係を示す。図９に示されるように、Ｘ線のエネルギの値が１０４３２ｅＶの場合においては、Ｇａ空孔では空孔率に依存して強度が変化するが、Ｎ空孔では強度は殆ど変化しない。また、原子位置の乱れについては、Ｇａ乱れ及びＮ乱れは、原子位置の乱れの大きさに依存して強度が変化する。このように、Ｘ線のエネルギの値が１０４３２ｅＶの場合においては、Ｇａ空孔の空孔率とＧａ乱れ及びＮ乱れの大きさに依存して強度が変化する。よって、Ｘ線のエネルギの値が１０４３２ｅＶの場合における測定を行い、Ｘ線のエネルギの値が１０５４５ｅＶ、１０４７４ｅＶの場合の測定結果を考慮することにより、Ｇａ空孔の空孔率を算出することが可能である。または、Ｘ線のエネルギの値が１０４３２ｅＶの場合における測定を行い、Ｘ線のエネルギの値が１０５４５ｅＶ、１０４０４ｅＶの場合の測定結果を考慮することにより、Ｇａ空孔の空孔率を算出することが可能である。
【００３６】
上記より、４つの異なるエネルギで測定を行うことにより、Ｇａ空孔、Ｎ空孔、Ｇａの原子位置の乱れ、Ｎの原子位置の乱れの４つのパラメータを導き出すことができる。
【００３７】
本実施の形態における分析方法におけるパターンとしては、図１０に示すパターンと図１１に示すパターンの２種類が考えられる。
【００３８】
図１０に示すパターンでは、最初に、導電性試料台７２に試料１０を設置した後、電源７０により、導電性試料台７２と電極７１との間に電圧を印加する。この後、ステップ１０２（Ｓ１０２）及びステップ１０４（Ｓ１０４）を行い、次に、ステップ１０６（Ｓ１０６）を行い、この後、ステップ１０８（Ｓ１０８）を行う。
【００３９】
Ｓ１０２は、Ｘ線のエネルギの値が１０５４５ｅＶの場合において測定された測定結果に基づき、Ｇａにおける原子位置の乱れの大きさを計測する。
【００４０】
Ｓ１０４は、Ｘ線のエネルギの値が１０３９７ｅＶの場合において測定された測定結果に基づき、Ｎ空孔の空孔率を計測する。
【００４１】
Ｓ１０６は、Ｘ線のエネルギの値が１０４７４ｅＶの場合において測定された測定結果と１０５４５ｅＶの場合において測定された測定結果に基づき、Ｎにおける原子位置の乱れの大きさを算出する。
【００４２】
Ｓ１０８は、Ｘ線のエネルギの値が１０４３２ｅＶの場合において測定された測定結果と、１０５４５ｅＶ及び１０４７４ｅＶの場合において測定された測定結果に基づき、Ｇａ空孔の空孔率を算出する。
【００４３】
図１１に示すパターンでは、最初に、導電性試料台７２に試料１０を設置した後、電源７０により、導電性試料台７２と電極７１との間に電圧を印加する。この後、ステップ１０２（Ｓ１０２）及びステップ１０４（Ｓ１０４）を行い、次に、ステップ１１６（Ｓ１１６）を行い、この後、ステップ１１８（Ｓ１１８）を行う。
【００４４】
Ｓ１０２は、Ｘ線のエネルギの値が１０５４５ｅＶの場合において測定された測定結果に基づき、Ｇａにおける原子位置の乱れの大きさを計測する。
【００４５】
Ｓ１０４は、Ｘ線のエネルギの値が１０３９７ｅＶの場合において測定された測定結果に基づき、Ｎ空孔の空孔率を計測する。
【００４６】
Ｓ１１６は、Ｘ線のエネルギの値が１０４０４ｅＶの場合において測定された測定結果と１０３９７ｅＶの場合において測定された測定結果に基づき、Ｎにおける原子位置の乱れの大きさを算出する。
【００４７】
Ｓ１１８は、Ｘ線のエネルギの値が１０４３２ｅＶの場合において測定された測定結果と、１０５４５ｅＶ、１０３９７ｅＶ及び１０４０４ｅＶの場合において測定された測定結果に基づき、Ｇａ空孔の空孔率を算出する。
【００４８】
このように、図１０に示すパターンまたは図１１に示すパターンを行うことにより、より効率よく分析を行うことができる。
【００４９】
尚、上述したＸ線のエネルギの値が１０３９７ｅＶの場合には、Ｘ線のエネルギの値は、１０３９２ｅＶ以上、１０４０２ｅＶ以下であってもよく、より好ましくは、１０３９４ｅＶ以上、１０４００ｅＶ以下であってもよい。更には、１０３９６ｅＶ以上、１０３９８ｅＶ以下がより好ましい。
【００５０】
また、上述したＸ線のエネルギの値が１０４０４ｅＶの場合には、Ｘ線のエネルギの値は、１０３９９ｅＶ以上、１０４０９ｅＶ以下であってもよく、より好ましくは、１０４０１ｅＶ以上、１０４０７ｅＶ以下であってもよい。更には、１０４０３ｅＶ以上、１０４０５ｅＶ以下がより好ましい。
【００５１】
また、上述したＸ線のエネルギの値が１０５４５ｅＶの場合には、Ｘ線のエネルギの値は、１０５４０ｅＶ以上、１０５５０ｅＶ以下であってもよく、より好ましくは、１０５４２ｅＶ以上、１０５４８ｅＶ以下であってもよい。更には、１０５４４ｅＶ以上、１０５４６ｅＶ以下がより好ましい。
【００５２】
また、上述したＸ線のエネルギの値が１０４７４ｅＶの場合には、Ｘ線のエネルギの値は、１０４６９ｅＶ以上、１０４７９ｅＶ以下であってもよく、より好ましくは、１０４７１ｅＶ以上、１０４７７ｅＶ以下であってもよい。更には、１０４７３ｅＶ以上、１０４７５ｅＶ以下がより好ましい。
【００５３】
また、上述したＸ線のエネルギの値が１０４３２ｅＶの場合には、Ｘ線のエネルギの値は、１０４２７ｅＶ以上、１０４３７ｅＶ以下であってもよく、より好ましくは、１０４２９ｅＶ以上、１０４３５ｅＶ以下であってもよい。更には、１０４３１ｅＶ以上、１０４３３ｅＶ以下がより好ましい。
【００５４】
（分析装置の構造）
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。
【００５５】
また、単色器３０は、回転軸３４を中心に回転させることにより、所望のエネルギの値のＸ線を選択することができるように形成されている。例えば、ＧａＮにおける分析を行いたい場合には、回転軸３４を中心に回転させることにより、単色器３０において反射されるＸ線をＧａ−Ｋ吸収端であるおおよそ１０３６８ｅＶ近傍の値のエネルギに調整することができる。
【００５６】
ピエゾ素子３３は、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３等の強誘電体により形成されており、電圧を印加することにより伸縮し変位するものであり、印加する電圧により変位量を微調整することができる。単色器３０における４つの単色機能部、即ち、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には、各々にこのようなピエゾ素子３３が設けられている。これにより、単色器３０における４つの単色機能部、即ち、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に入射する白色Ｘ線１０１の角度を独立して変化させることができる。即ち、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により、１０３６８ｅＶ近傍の４つの異なるエネルギの単色Ｘ線１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄを得ることができる。
【００５７】
従って、第１の単色機能部３０ａにより第１の単色Ｘ線１０２ａ、第２の単色機能部３０ｂにより第２の単色Ｘ線１０２ｂ、第３の単色機能部３０ｃにより第３の単色Ｘ線１０２ｃ、第４の単色機能部３０ｄにより第４の単色Ｘ線１０２ｄを得ることができる。尚、第１の単色Ｘ線１０２ａ、第２の単色Ｘ線１０２ｂ、第３の単色Ｘ線１０２ｃ、第４の単色Ｘ線１０２ｄは相互に異なるエネルギの単色Ｘ線である。
【００５８】
これら４つの異なるエネルギの単色Ｘ線、即ち、第１の単色Ｘ線１０２ａ、第２の単色Ｘ線１０２ｂ、第３の単色Ｘ線１０２ｃ、第４の単色Ｘ線１０２ｄは、最初に、金属箔４０に入射させる。金属箔４０は、絶縁体により形成された基材４１に４つの窓が形成されており、４つの窓の各々には、金属箔により、第１の金属箔部４０ａ、第２の金属箔部４０ｂ、第３の金属箔部４０ｃ、第４の金属箔部４０ｄが設けられている。第１の金属箔部４０ａ、第２の金属箔部４０ｂ、第３の金属箔部４０ｃ、第４の金属箔部４０ｄは、相互に電気的に絶縁されている。
【００５９】
第１の単色機能部３０ａにおいて単色化された第１の単色Ｘ線１０２ａが、第１の金属箔部４０ａに入射することにより、第１の金属箔部４０ａに電流が流れる。第１の金属箔部４０ａに流れる電流は、電流アンプ５１により増幅され、電圧に変換された後、Ｖ／Ｆコンバータ６１によりパルス列に変換され、変換されたパルス列は、スケーラ８０により計数される。
【００６０】
また、第２の単色機能部３０ｂにおいて単色化された第２の単色Ｘ線１０２ｂが、第２の金属箔部４０ｂに入射することにより、第２の金属箔部４０ｂに電流が流れる。第２の金属箔部４０ｂに流れる電流は、電流アンプ５１により増幅され、電圧に変換された後、Ｖ／Ｆコンバータ６１によりパルス列に変換され、変換されたパルス列は、スケーラ８０により計数される。
【００６１】
また、第３の単色機能部３０ｃにおいて単色化された第３の単色Ｘ線１０２ｃが、第３の金属箔部４０ｃに入射することにより、第３の金属箔部４０ｃに電流が流れる。第３の金属箔部４０ｃに流れる電流は、電流アンプ５１により増幅され、電圧に変換された後、Ｖ／Ｆコンバータ６１によりパルス列に変換され、変換されたパルス列は、スケーラ８０により計数される。
【００６２】
また、第４の単色機能部３０ｄにおいて単色化された第４の単色Ｘ線１０２ｄが、第４の金属箔部４０ｄに入射することにより、第４の金属箔部４０ｄに電流が流れる。第４の金属箔部４０ｄに流れる電流は、電流アンプ５１により増幅され、電圧に変換された後、Ｖ／Ｆコンバータ６１によりパルス列に変換され、変換されたパルス列は、スケーラ８０により計数される。
【００６３】
このように、スケーラ８０において計数された結果は、制御部８１となる制御・解析用コンピュータ等における不図示の記憶部に記憶される。
【００６４】
第１の金属箔部４０ａを透過した第１の単色Ｘ線１０２ａ、第２の金属箔部４０ｂを透過した第２の単色Ｘ線１０２ｂ、第３の金属箔部４０ｃを透過した第３の単色Ｘ線１０２ｃ、第４の金属箔部４０ｄを透過した第４の単色Ｘ線１０２ｄは、試料１０に照射される。試料１０に、第１の単色Ｘ線１０２ａ、第２の単色Ｘ線１０２ｂ、第３の単色Ｘ線１０２ｃ、第４の単色Ｘ線１０２ｄが照射されることにより、試料１０より電子１１０が飛び出し、飛び出した電子１１０は電極７１に引き寄せられる。
【００６５】
電極７１は、図１４に示されるように、絶縁体により形成された基材７１ｅに４つの独立した電極、即ち、第１の電極７１ａ、第２の電極７１ｂ、第３の電極７１ｃ、第４の電極７１ｄが形成されている。第１の電極７１ａ、第２の電極７１ｂ、第３の電極７１ｃ、第４の電極７１ｄは相互に絶縁されている。尚、図１４（ａ）は、試料１０側から見た電極７１の構造を示すものであり、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）における一点鎖線１４Ａ−１４Ｂにおいて切断した断面図である。図１４（ｂ）は、第４の電極７１ｄの断面構造を示しているが、第１の電極７１ａ、第２の電極７１ｂ、第３の電極７１ｃについても、同様の構造である。
【００６６】
本実施の形態においては、第１の単色Ｘ線１０２ａが試料１０に照射されたことにより流れる電流は、第１の電極７１ａにより検出することができる。第２の単色Ｘ線１０２ｂが試料１０に照射されたことにより流れる電流は、第２の電極７１ｂにより検出することができる。第３の単色Ｘ線１０２ｃが試料１０に照射されたことにより流れる電流は、第３の電極７１ｃにより検出することができる。第４の単色Ｘ線１０２ｄが試料１０に照射されたことにより流れる電流は、第４の電極７１ｄにより検出することができる。
【００６７】
このように、電極７１では、第１の単色Ｘ線１０２ａ、第２の単色Ｘ線１０２ｂ、第３の単色Ｘ線１０２ｃ、第４の単色Ｘ線１０２ｄが試料１０に照射されたことにより流れる電流を各々独立して測定することができる。従って、試料１０より飛び出した電子１１０または陰イオンにより流れる電流は、電流アンプ５２により増幅され電圧に変換された後、Ｖ／Ｆコンバータ６２によりパルス列に変換され、変換されたパルス列は、各々独立してスケーラ８０により計数される。スケーラ８０において計数された結果は、制御部８１となる制御・解析用コンピュータ等における不図示の記憶部に記憶される。制御部８１では、不図示の記憶部に記憶されている情報に基づきＧａ空孔、Ｎ空孔、Ｇａの原子位置の乱れ、Ｎの原子位置の乱れを算出することができる。
【００６８】
〔第２の実施の形態〕
（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。
【００６９】
図１５に基づき本実施の形態における成膜装置について説明する。図１５に示される成膜装置は、いわゆる縦型のＭＯＣＶＤ（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相成長）成膜装置である。
【００７０】
本実施の形態における成膜装置においては、Ｘ線源２０から出射された連続的なエネルギ分布を有する白色Ｘ線１０１は、単色器３０により単色Ｘ線１０２に分光され、Ｘ線強度モニタ用の金属箔４０を透過する。単色Ｘ線１０２が金属箔４０を透過することにより、金属箔４０から電子が飛び出し、これにより、金属箔４０に電流が流れる。金属箔４０を流れた電流は、図１５には不図示の電流アンプにより増幅され、電圧に変換された後、Ｖ／Ｆコンバータによりパルス列に変換され、変換されたパルス列はスケーラにより計数される。スケーラにより計数された結果は、制御部となる制御・解析用コンピュータに記憶される。
【００７１】
本実施の形態における成膜装置においては、成膜チャンバ２００内に、導電性試料台７２及び電極７１が設置されており、導電性試料台７２と電極７１との間には所定の値の電圧が印加されている。金属箔４０を透過した単色Ｘ線１０２は、チャンバ２００内に設置された電極を兼ねた導電性試料台７２の上に設置されている成膜対象となる試料２１０に照射される。これにより、試料２１０より電子１１０が飛び出す。単色Ｘ線１０２の照射により試料２１０より電子１１０が飛び出すことにより、または、飛び出した電子１１０により成膜チャンバ２００内におけるガスが電離され、電極７１に電流が流れる。電極７１に流れる電流は、電流アンプにより増幅され電圧に変換され、Ｖ／Ｆコンバータによりパルス列に変換され、変換されたパルス列は、スケーラにより計数される。スケーラにより係数された結果は、制御部となる制御・解析用コンピュータに記憶される。
【００７２】
制御部に記憶されている測定結果に基づき、例えば、図１０に示すパターンまたは図１１に示すパターンにおける分析を行うことにより、Ｎ空孔及びＧａ空孔における空孔率、Ｎ乱れ及びＧａ乱れの大きさを導き出す。このように導き出されたＮ空孔及びＧａ空孔における空孔率、Ｎ乱れ及びＧａ乱れの大きさに基づき、製造条件にフィードバックをかける。
【００７３】
尚、導電性試料台７２の上に試料２１０を設置する際には、不図示のトランスファーロボットを用いて搬送する。電極を兼ねた導電性試料台７２内には、試料２１０を加熱することが可能なヒータ機能を有する不図示のヒータ部が内蔵されており、いわゆる、サセプタとしての役割を果たしている。サセプタには、試料２１０に成膜される膜の均一性を高めるために、試料２１０を回転させることのできる不図示の自転機構部が設けられている。尚、図１５では、導電性試料台７２が１つの場合を示しているが、導電性試料台７２は、複数であってもよい。また、導電性試料台７２が複数の場合には、導電性試料台７２の位置を入れ替えることのできる不図示の公転機構部を設けてもよい。
【００７４】
成膜チャンバ２００内への原料ガス及びキャリアガスの導入は、ガス導入口部２０１より行い、排気は、ガス排気口２０２より行うことができる。本実施の形態における成膜装置においては、ガス導入口２０１ａを用いてＩＩＩ族原料ガスを導入し、ガス導入口２０１ｂを用いてＶ族原料ガスを導入することにより、ＩＩＩ族原料ガスとＶ族原料ガスとを分離して成膜チャンバ２００内に導入している。これにより、成膜チャンバ２００内における気相反応を制御することが可能である。
【００７５】
本実施の形態においては、ＩＩＩ族原料ガス及びＶ族原料ガスとともに導入されるキャリアガスには、Ｎ２、Ｈ２、Ｎ2とＨ２の混合ガス等を用いることができる。また、導入される原料ガスは、ＧａＮ膜を成膜する場合には、ＩＩＩ族原料ガスとしては、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）等が用いられる。また、V族原料ガスとしては、アンモニア（ＮＨ３）、ジメチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）等が用いられる。
【００７６】
また、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を成膜する場合には、ＩＩＩ族原料ガスとしては、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、トリターシャリブチルアルミニウム（ＴＴＢＡ）等が用いられる。また、V族原料ガスとしては、アンモニア（ＮＨ３）、ジメチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）等が用いられる。
【００７７】
また、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）を成膜する場合には、ＩＩＩ族原料ガスとしては、上述したＧａＮ及びＡｌＮを成膜する際に用いられる原料ガスを用いることができる。
【００７８】
また、後述するＨＥＭＴにおいて、電子供給層をＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等により形成する場合には、上述したＧａＮ及びＡｌＮを成膜する際に用いられる原料ガスに加えて、Ｉｎの原料ガスを併せて供給する。Ｉｎの原料ガスとしては、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリエチルインジウム（ＴＥＩ）等が用いられる。
【００７９】
一般的には、通常の成膜装置では、あらかじめ決められた装置パラメータに基づき成膜が行われる。しかしながら、本実施の形態における成膜装置においては、Ｇａ空孔及びＮ空孔における空孔率、Ｇａの原子位置の乱れ及びＮの原子位置の乱れの大きさを導き出すことが可能な分析装置が搭載されている。よって、搭載されている分析装置により得られたＧａ空孔及びＮ空孔における空孔率、Ｇａの原子位置の乱れ及びＮの原子位置の乱れの大きさに基づき、成膜装置における成膜条件にフィードバックをかけることができる。このように、フィードバックがかけられる成膜条件としては、成膜チャンバ２００内の圧力、導電性試料台７２のヒータ部における温度、成膜チャンバ２００内に供給される原料ガスの供給量等が挙げられる。
【００８０】
また、本実施の形態における成膜装置には、成膜制御部２２０が設けられている。成膜制御部２２０においては、導き出されたＮ空孔及びＧａ空孔における空孔率、Ｎ乱れ及びＧａ乱れの大きさの情報に基づき、ガス導入口２０１ａ及びガス導入口２０１ｂより供給されるＩＩＩ族原料ガス及びＶ族原料ガスの供給量等の成膜条件の制御を行う。これにより、より一層高品質な結晶膜を得ることができ、このような高品質な膜をＨＥＭＴにおける電子走行層に用いることにより、ＨＥＭＴの特性を向上させることができ、また、歩留りを高めることができる。
【００８１】
尚、図１５では、いわゆる縦型のＭＯＣＶＤ成膜装置について説明したが、本実施の形態における成膜装置は、図１６に示すようないわゆる横型のＭＯＣＶＤ成膜装置であってもよい。
【００８２】
（半導体装置の製造方法）
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。
【００８３】
次に、図１７に示す構造の半導体装置の製造方法について説明する。
【００８４】
最初に、本実施の形態における成膜装置の成膜チャンバ２００内に設けられている電極を兼ねた導電性試料台７２の上に、不図示のトランスファーロボットにより、炭化ケイ素（ＳｉＣ）により形成された基板３１０を搬送し設置する。
【００８５】
導電性試料台７２の上に基板３１０を設置した後、成膜チャンバ２００内にＨ２ガスを供給し、不図示の圧力コントロールバルブにより、成膜チャンバ２００内の圧力が１００Ｔｏｒｒとなるように制御する。この後、基板温度が１１５０℃となるまで昇温し、成膜チャンバ２００内を１００ＴｏｒｒのＨ２雰囲気にて、５分間、熱洗浄を行う。
【００８６】
この後、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）とアンモニア（ＮＨ３）を成膜チャンバ２００内に供給し、圧力が１００Ｔｏｒｒ、基板温度が１１５０℃の成膜条件で、厚さが約３０ｎｍのＡｌＮを基板３１０の上に成膜することによりバッファ層３１１を形成する。バッファ層３１１を成膜する際には、ＩＩＩ族原料ガス及びＶ族原料ガスを成膜チャンバ２００内に分離して供給するとともに、成膜チャンバ２００の圧力を減圧し、ＩＩＩ族原料ガス及びＶ族原料ガスの衝突確率を減らすことにより、気相反応を抑制することが好ましい。
【００８７】
また、ＩＩＩ族であるＡｌと、Ｖ族であるＮのモル比、即ち、Ｖ／ＩＩＩ比は６０００となるように制御した。バッファ層３１１を成膜する際の成膜速度は約６ｎｍ／分であり、厚さが３０ｎｍのバッファ層３１１の成膜には、５分間の時間を要した。ＡｌＮからなるバッファ層３１１は、厚さが３０ｎｍと薄いため、成膜速度を変えても、全体の成膜時間に与える影響は少ない。このため、バッファ層３１１において、空孔が少なく、乱れが小さくなるように、低い成膜速度により成膜することが好ましい。
【００８８】
次に、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）とアンモニア（ＮＨ３）を成膜チャンバ２００内に供給し、基板温度が１０５０℃の成膜条件で、厚さが３μｍのＧａＮをバッファ層３１１の上に成膜することにより、電子走行層３２１を形成する。ＧａＮにより形成される電子走行層３２１は、チャネル層となる層であり、電子が移動するため、高品質な膜であることが好ましい。一般的には、例えば、Ｖ／ＩＩＩ比を大きくすることにより、成膜速度を低くすると、空孔が少なく、乱れが小さい膜が得られやすい。しかしながら、電子走行層３２１は、バッファ層３１１等の他の窒化物半導体層と比べて、膜厚が１００倍〜１０００倍と厚いため、成膜に時間を要する。このため、電子走行層３２１を成膜する際の成膜速度を必要以上に低下させると製造時間が長くなり製造コストも高くなるため好ましくない。よって、電子走行層３２１を成膜する際には、成膜速度と膜の品質の双方を考慮することが求められる。
【００８９】
一般的には、電子走行層３２１を成膜する際の成膜速度は、５０ｎｍ／分程度であるため、電子走行層３２１を成膜するためには、成膜時間は１時間程度を要する。本実施の形態においては、電子走行層３２１における空孔率を計測しながら成膜を行うことにより、計測された空孔率に対応してＶ／ＩＩＩ比を変化させている。これにより、成膜される電子走行層３２１の膜の品質を一定以上に保ったまま、成膜速度を可能な範囲で高くすることができる。本実施の形態においては、このようにして、電子走行層３２１を成膜する際の成膜速度と膜の品質との両立を図ることができる。
【００９０】
本実施の形態においては、電子走行層３２１を成膜する際の空孔率の確認は、Ｇａ空孔により行い、Ｇａ空孔密度が１×１０１７ｃｍ―３を超えないように制御した。最初は、１０ｎｍ／分から開始し、徐々に成膜速度を上げて、最終的には、２００ｎｍ／分まで上げることができた。これにより、通常１時間程度を要する電子走行層３２１の成膜時間を、２０分程度に短縮することができた。尚、作製されるＨＥＭＴにおいて、Ｇａ空孔密度が、１×１０１８ｃｍ―３でも問題ないのであれば、さらに電子走行層３２１の高速成膜が可能となる。
【００９１】
上記においては、Ｇａ空孔密度を指標として制御を行う場合について説明したが、Ｖ／ＩＩＩ比を高くすることにより、Ｎ空孔や、Ｇａ乱れ、Ｎ乱れのいずれも良好となるため、４つのうちのいずれを指標にして制御を行うことも可能である。また、ＧａやＮの空孔密度や原子位置の乱れの上限値を各々定めておき、いずれも満たすように制御することも可能である。
【００９２】
次に、電子走行層３２１の上に、厚さが約２０ｎｍのｎ−ＡｌＧａＮを成膜することにより、電子供給層３２２を形成する。ｎ−ＡｌＧａＮを形成する際、ｎ型となる不純物元素としてＳｉを不純物濃度が１×１０１８ｃｍ−3となるようにドープした。Ｓｉを添加するための原料ガスには、シラン（ＳｉＨ４）を用いた。
【００９３】
次に、電子供給層３２２の上に、厚さが約５ｎｍのｎ−ＧａＮを成膜することにより、キャップ層３２３を形成する。この後、ソース電極３４２及びドレイン電極３４３が形成される領域のキャップ層３２３をエッチングにより除去し、電子供給層３２２の表面を露出させる。この後、電子供給層３２２が露出している領域にソース電極３４２及びドレイン電極３４３を形成する。ソース電極３４２及びドレイン電極３４３は、Ｔｉ／Ａｌの金属積層膜により形成されており、形成されるＴｉ膜の膜厚は約１５ｎｍであり、Ａｌ膜の膜厚は約１５０ｎｍである。この後、熱処理を行うことにより、オーミックコンタクトさせた。
【００９４】
次に、厚さ２０ｎｍのＳｉＮ膜をキャップ層３２３等の上に成膜することによりパッシベーション膜３３０を形成する。この後、ゲート電極３４１が形成される領域のパッシベーション膜３３０をエッチングにより除去し、キャップ層３２３の表面を露出させ、露出したキャップ層３２３の上に、ゲート電極３４１を形成する。ゲート電極３４１は、Ｎｉ／Ａｕの金属積層膜により形成されており、形成されるＮｉ膜の膜厚は約１５ｎｍであり、Ａｕ膜の膜厚は約２００ｎｍである。更に、素子分離領域、配線、保護膜等を形成することにより、半導体装置であるＨＥＭＴを作製した。
【００９５】
本実施の形態における成膜装置により、図１７に示す構造の半導体装置を製造する際には、Ｇａ空孔の計測を行うことにより、成膜速度を制御した。また、制御する成膜パラメータとしては、基板温度であってもよい。基板温度により制御する場合には、基板温度を高くするとＧａ空孔の密度が減少するのに対して、Ｎ空孔の密度は増加する。このため、Ｇａ空孔における空孔率とＮ空孔における空孔率の双方を計測し、Ｇａ空孔及びＮ空孔の少ない、均衡のとれた膜になるように制御することにより、高品質なＧａＮからなる電子走行層３２１を形成することが可能である。
【００９６】
また、ＧａＮからなる電子走行層３２１は、気相反応を抑制するために、成膜チャンバ２００内を減圧した状態で成膜する場合がある。しかしながら、電子走行層３２１を形成しているＧａＮの構成元素であるＮは、蒸気圧が非常に高いことから、Ｎ空孔を抑制するためには、成膜チャンバ２００内の圧力が高圧の状態で成長させることが好ましい。この場合においても、例えば、Ｎ空孔の空孔率を計測することができれば、Ｎ空孔の空孔率の上限値を設定し、この上限値に基づき、成膜チャンバ２００内の圧力を制御することも可能である。
【００９７】
さらに、上記においては、ＧａＮからなる電子走行層３２１を成膜した直後に、ｎ−ＡｌＧａＮからなる電子供給層３２２の成膜を行っている場合について説明したが、降温等させる場合には、降温過程において空孔が増加する場合が多い。しかしながら、本実施の形態における成膜装置の場合では、空孔における空孔率等を確認しながら降温させることができるため、例えば、降温時において成膜チャンバ２００内の圧力を高くする等の対応を行うことが可能である。
【００９８】
以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
【００９９】
上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（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。
【符号の説明】
【０１００】
１０        試料
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
【図１】
2015014573.tif 000003
【図２】
2015014573.tif 000004
【図３】
2015014573.tif 000005
【図４】
2015014573.tif 000006
【図５】
2015014573.tif 000007
【図６】
2015014573.tif 000008
【図７】
2015014573.tif 000009
【図８】
2015014573.tif 000010
【図９】
2015014573.tif 000011
【図１０】
2015014573.tif 000012
【図１１】
2015014573.tif 000013
【図１２】
2015014573.tif 000014
【図１３】
2015014573.tif 000015
【図１４】
2015014573.tif 000016
【図１５】
2015014573.tif 000017
【図１６】
2015014573.tif 000018
【図１７】
2015014573.tif 000019