JP3240263B2 - 不純物濃縮・分析方法およびこれに用いる装置 - Google Patents
不純物濃縮・分析方法およびこれに用いる装置Info
- Publication number
- JP3240263B2 JP3240263B2 JP19665496A JP19665496A JP3240263B2 JP 3240263 B2 JP3240263 B2 JP 3240263B2 JP 19665496 A JP19665496 A JP 19665496A JP 19665496 A JP19665496 A JP 19665496A JP 3240263 B2 JP3240263 B2 JP 3240263B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor crystal
- sample
- laser light
- window
- impurity
- 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
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S117/00—Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
- Y10S117/90—Apparatus characterized by composition or treatment thereof, e.g. surface finish, surface coating
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T117/00—Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
- Y10T117/10—Apparatus
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T117/00—Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
- Y10T117/10—Apparatus
- Y10T117/1004—Apparatus with means for measuring, testing, or sensing
- Y10T117/1012—Apparatus with means for measuring, testing, or sensing with a window or port for visual observation or examination
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン結晶のよ
うな半導体結晶に含まれる微量の不純物を濃縮する不純
物濃縮方法とこれに用いる濃縮装置、さらには濃縮され
た不純物を分析する不純物分析方法およびこの分析方法
に用いる分析装置に関する。
うな半導体結晶に含まれる微量の不純物を濃縮する不純
物濃縮方法とこれに用いる濃縮装置、さらには濃縮され
た不純物を分析する不純物分析方法およびこの分析方法
に用いる分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、シリコン結晶は半導体基板の材
料として広く用いられているが、このシリコン結晶中に
超微量の鉄 (Ｆｅ) 、銅 (Ｃｕ) 、クロム (Ｃｒ) など
の不純物が存在しても、半導体基板上に作られた半導体
素子の電気的特性は大きく影響を受けてしまう。従っ
て、超ＬＳＩ素子等の性能を高めるためには、シリコン
結晶に含まれるこれら不純物の濃度をできる限り低く抑
えなければならないが、そのためには、シリコン結晶中
に含まれる不純物の濃度を正確に測定する必要がある。
料として広く用いられているが、このシリコン結晶中に
超微量の鉄 (Ｆｅ) 、銅 (Ｃｕ) 、クロム (Ｃｒ) など
の不純物が存在しても、半導体基板上に作られた半導体
素子の電気的特性は大きく影響を受けてしまう。従っ
て、超ＬＳＩ素子等の性能を高めるためには、シリコン
結晶に含まれるこれら不純物の濃度をできる限り低く抑
えなければならないが、そのためには、シリコン結晶中
に含まれる不純物の濃度を正確に測定する必要がある。
【０００３】これまで、半導体結晶等に含まれる不純物
を測定する方法として、分析試料を酸溶液若しくは酸蒸
気で溶解し、その中に含まれている不純物を分離濃縮し
た後、フレームレス原子吸光分析法や誘導結合プラズマ
質量分析法等により不純物濃度を測定する湿式化学分析
法と、２次イオン質量分析法 (ＳＩＭＳ、Ｓｅｃｏｎｄ
ａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒ
ｙ) 、全反射蛍光Ｘ線分析法 (ＴＲＸＲＦ、Ｔｏｔａｌ
Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｘ−ｒａｙ Ｆｌｕｏｒｅｓ
ｃｅｎｃｅ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ) 、オージェ電
子分光分析法 (ＡＥＳ、Ａｕｇｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ) 、粒子励起Ｘ線分光分析
法 (ＰＩＸＥ、Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｘ
−ｒａｙＥｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒ
ｙ) 等の物理分析法が一般的に行われている。
を測定する方法として、分析試料を酸溶液若しくは酸蒸
気で溶解し、その中に含まれている不純物を分離濃縮し
た後、フレームレス原子吸光分析法や誘導結合プラズマ
質量分析法等により不純物濃度を測定する湿式化学分析
法と、２次イオン質量分析法 (ＳＩＭＳ、Ｓｅｃｏｎｄ
ａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒ
ｙ) 、全反射蛍光Ｘ線分析法 (ＴＲＸＲＦ、Ｔｏｔａｌ
Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｘ−ｒａｙ Ｆｌｕｏｒｅｓ
ｃｅｎｃｅ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ) 、オージェ電
子分光分析法 (ＡＥＳ、Ａｕｇｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ) 、粒子励起Ｘ線分光分析
法 (ＰＩＸＥ、Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｘ
−ｒａｙＥｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒ
ｙ) 等の物理分析法が一般的に行われている。
【０００４】しかしながら、上記湿式化学分析法は、分
析試料が多量に必要であり、また、分析試料の溶解や不
純物の分離濃縮が非常に煩雑であるので、このような化
学処理操作技術の習得には熟練を要し、また、分析時間
も非常に長くなっていた。さらに、酸溶液若しくは酸蒸
気を使用するので、環境や安全の面から、酸専用のドラ
フトや排ガス処理設備及び酸処理設備を設置しなければ
ならなかった。
析試料が多量に必要であり、また、分析試料の溶解や不
純物の分離濃縮が非常に煩雑であるので、このような化
学処理操作技術の習得には熟練を要し、また、分析時間
も非常に長くなっていた。さらに、酸溶液若しくは酸蒸
気を使用するので、環境や安全の面から、酸専用のドラ
フトや排ガス処理設備及び酸処理設備を設置しなければ
ならなかった。
【０００５】一方、上記湿式化学分析法とは異なり、物
理分析法は上述した化学処理操作をする必要がなく、固
体の分析試料から不純物濃度を直接測定することができ
るので、迅速性の点で上記湿式化学分析法より優れてい
るといえる。また、少量の分析試料で行うことができ、
さらに深さ方向分解能も上記湿式化学分析法より優れて
いる。しかし、ＳＩＭＳ法を除いて、上記物理分析法の
分析感度は１０ppm 〜１００００ppm 程度のものであ
り、超微量不純物成分の検出には適していなかった。ま
た、ＳＩＭＳ法においてもppb 以下の不純物分析は不可
能であった。
理分析法は上述した化学処理操作をする必要がなく、固
体の分析試料から不純物濃度を直接測定することができ
るので、迅速性の点で上記湿式化学分析法より優れてい
るといえる。また、少量の分析試料で行うことができ、
さらに深さ方向分解能も上記湿式化学分析法より優れて
いる。しかし、ＳＩＭＳ法を除いて、上記物理分析法の
分析感度は１０ppm 〜１００００ppm 程度のものであ
り、超微量不純物成分の検出には適していなかった。ま
た、ＳＩＭＳ法においてもppb 以下の不純物分析は不可
能であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来の湿式化学分析法では、分析試料が多量に必要であ
り、さらに化学処理操作技術の習得には熟練を要すると
いう問題があった。
従来の湿式化学分析法では、分析試料が多量に必要であ
り、さらに化学処理操作技術の習得には熟練を要すると
いう問題があった。
【０００７】また従来の湿式化学分析法では酸専用のド
ラフトや排ガス処理設備及び酸処理設備を設置しなけれ
ばならないという問題があった。
ラフトや排ガス処理設備及び酸処理設備を設置しなけれ
ばならないという問題があった。
【０００８】一方、従来の物理分析法では、分析感度が
不十分で超微量不純物成分の検出を行うことができない
という問題があった。
不十分で超微量不純物成分の検出を行うことができない
という問題があった。
【０００９】本発明は上記事情に鑑みて成されたもので
あり、その目的は、半導体結晶等の固体試料を溶解する
ことなく、その試料に含まれる不純物を濃縮することが
できる不純物濃縮方法およびこれに用いる濃縮装置を提
供することにある。
あり、その目的は、半導体結晶等の固体試料を溶解する
ことなく、その試料に含まれる不純物を濃縮することが
できる不純物濃縮方法およびこれに用いる濃縮装置を提
供することにある。
【００１０】本発明の他の目的は半導体結晶等の試料中
の不純物を、迅速、簡便かつ高感度に分析を行うことが
できる不純物分析方法およびこれに用いる分析装置を提
供することにある。
の不純物を、迅速、簡便かつ高感度に分析を行うことが
できる不純物分析方法およびこれに用いる分析装置を提
供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、キャリアガスの供給口及び排気口が設け
られた密閉容器と、前記密閉容器の上部に設けられた窓
と、前記密閉容器内に前記窓に対向して設けられた、レ
ーザ光の照射前後で移動しないように半導体結晶試料を
固定保持する試料固定保持部と、前記キャリアガスの供
給量を制御するガス制御手段と、前記試料の所定の位置
に前記窓を通して繰り返しレーザ光を照射するレーザ発
振器と、前記試料の表面状態の変化を前記窓を通して観
察する観察手段とを有する不純物濃縮装置およびこれを
用いた濃縮方法であることを第１の特徴とする。
に、本発明は、キャリアガスの供給口及び排気口が設け
られた密閉容器と、前記密閉容器の上部に設けられた窓
と、前記密閉容器内に前記窓に対向して設けられた、レ
ーザ光の照射前後で移動しないように半導体結晶試料を
固定保持する試料固定保持部と、前記キャリアガスの供
給量を制御するガス制御手段と、前記試料の所定の位置
に前記窓を通して繰り返しレーザ光を照射するレーザ発
振器と、前記試料の表面状態の変化を前記窓を通して観
察する観察手段とを有する不純物濃縮装置およびこれを
用いた濃縮方法であることを第１の特徴とする。
【００１２】第１の特徴において、前記レーザ発振器
は、互いに異なる波長の複数のレーザ発振器であり、異
なる波長のレーザ光を前記試料に照射することが好まし
い。複数のレーザ発振器を用いた濃縮装置の一例を図３
に示すが、図３に示すように２台のレーザ発振器１３
ａ，１３ｂに限られず、３台以上であってもかまわな
い。
は、互いに異なる波長の複数のレーザ発振器であり、異
なる波長のレーザ光を前記試料に照射することが好まし
い。複数のレーザ発振器を用いた濃縮装置の一例を図３
に示すが、図３に示すように２台のレーザ発振器１３
ａ，１３ｂに限られず、３台以上であってもかまわな
い。
【００１３】さらに、第１の特徴において、前記試料に
磁界を印加する磁界発生手段を有することが好ましい。
このような装置の一例を図６に示す。図６においては密
閉容器１の上部に磁界発生手段２５が設けられている
が、強磁性物質を試料表面に移動するように磁気力が働
くのであれば、密閉容器の外部側壁や下部等他の場所に
磁界発生手段を設けてもよい。
磁界を印加する磁界発生手段を有することが好ましい。
このような装置の一例を図６に示す。図６においては密
閉容器１の上部に磁界発生手段２５が設けられている
が、強磁性物質を試料表面に移動するように磁気力が働
くのであれば、密閉容器の外部側壁や下部等他の場所に
磁界発生手段を設けてもよい。
【００１４】ここで、前記キャリアガスとしては、水
素、アルゴン、ヘリウム、酸素、窒素等を挙げることが
できるが、後述するように水素が最も好ましい。
素、アルゴン、ヘリウム、酸素、窒素等を挙げることが
できるが、後述するように水素が最も好ましい。
【００１５】本発明の第１の特徴における不純物濃縮方
法は、上記の不純物濃縮装置を用いて、前記密閉容器内
にキャリアガスを所定の流速となるように供給及び排出
しながら、半導体結晶の蒸発気化を開始できるエネルギ
ー強度よりも弱いレーザ光を半導体結晶試料表面の所定
位置に繰り返し照射する半導体結晶の不純物濃縮方法で
ある。
法は、上記の不純物濃縮装置を用いて、前記密閉容器内
にキャリアガスを所定の流速となるように供給及び排出
しながら、半導体結晶の蒸発気化を開始できるエネルギ
ー強度よりも弱いレーザ光を半導体結晶試料表面の所定
位置に繰り返し照射する半導体結晶の不純物濃縮方法で
ある。
【００１６】上記の本発明の第１の特徴の濃縮方法によ
れば、半導体結晶等の試料表面にレーザ光を繰り返し照
射することにより、試料中に含まれる不純物を非接触で
局所的に濃縮することができる。これは、試料表面にレ
ーザ光を照射してその表面を溶融し、その後冷却してゲ
ッタリングサイトとなる欠陥を結晶中表面近傍に発生さ
せ、レーザ光照射による熱で結晶中を拡散しやすくなっ
ているＦｅ、Ｃｕ、Ｃｒ等の不純物をその欠陥近傍に析
出させているのである。試料を試料固定保持部で固定す
るのは、レーザ光の熱衝撃により、レーザ光照射中に試
料が動くことを防止するためである。これは試料が動く
とレーザ光照射条件がばらついてしまい、本来均一であ
るべき所定範囲の濃縮の度合いが不均一となってしまう
からである。
れば、半導体結晶等の試料表面にレーザ光を繰り返し照
射することにより、試料中に含まれる不純物を非接触で
局所的に濃縮することができる。これは、試料表面にレ
ーザ光を照射してその表面を溶融し、その後冷却してゲ
ッタリングサイトとなる欠陥を結晶中表面近傍に発生さ
せ、レーザ光照射による熱で結晶中を拡散しやすくなっ
ているＦｅ、Ｃｕ、Ｃｒ等の不純物をその欠陥近傍に析
出させているのである。試料を試料固定保持部で固定す
るのは、レーザ光の熱衝撃により、レーザ光照射中に試
料が動くことを防止するためである。これは試料が動く
とレーザ光照射条件がばらついてしまい、本来均一であ
るべき所定範囲の濃縮の度合いが不均一となってしまう
からである。
【００１７】特に図３に示すように複数のレーザ発振器
１３ａ，１３ｂを用い、最初に短い波長のレーザ発振器
１３ａを用いて半導体結晶の蒸発気化を開始できるエネ
ルギー強度よりも弱いレーザ光を半導体結晶試料表面の
所定位置に繰り返し照射（第１工程）した後、次に長い
波長のレーザ発振器１３ｂを用いて半導体結晶の蒸発気
化を開始できるエネルギー強度よりも弱いレーザ光を半
導体結晶試料表面の所定位置に照射（第２工程）するこ
とが好ましい。つまり試料表面に最初に短い波長のレー
ザ光を繰り返し照射し、次に長い波長のレーザ光を繰り
返し照射することにより、結晶中のより深い領域に含ま
れる不純物を非接触で局所的に濃縮することができるの
である。これは、最初に、試料表面に短い波長のレーザ
光を照射して結晶表面を溶融し、その後冷却してゲッタ
リングサイトとなる欠陥を結晶中に発生させ、次に、長
い波長のレーザ光を照射し熱を与えることで、結晶中の
より深い領域に含まれるＦｅ、Ｃｕ、Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍ
ｎ，Ｖ，Ｔｉ等の不純物を拡散させて欠陥近傍に析出さ
せているのである。
１３ａ，１３ｂを用い、最初に短い波長のレーザ発振器
１３ａを用いて半導体結晶の蒸発気化を開始できるエネ
ルギー強度よりも弱いレーザ光を半導体結晶試料表面の
所定位置に繰り返し照射（第１工程）した後、次に長い
波長のレーザ発振器１３ｂを用いて半導体結晶の蒸発気
化を開始できるエネルギー強度よりも弱いレーザ光を半
導体結晶試料表面の所定位置に照射（第２工程）するこ
とが好ましい。つまり試料表面に最初に短い波長のレー
ザ光を繰り返し照射し、次に長い波長のレーザ光を繰り
返し照射することにより、結晶中のより深い領域に含ま
れる不純物を非接触で局所的に濃縮することができるの
である。これは、最初に、試料表面に短い波長のレーザ
光を照射して結晶表面を溶融し、その後冷却してゲッタ
リングサイトとなる欠陥を結晶中に発生させ、次に、長
い波長のレーザ光を照射し熱を与えることで、結晶中の
より深い領域に含まれるＦｅ、Ｃｕ、Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍ
ｎ，Ｖ，Ｔｉ等の不純物を拡散させて欠陥近傍に析出さ
せているのである。
【００１８】また、キャリアガスを流すことにより、半
導体結晶表面を冷却するので、結晶試料が蒸発気化する
事を抑制することができる。したがって、使用するレー
ザ光のエネルギー強度を相対的に高めることができ、結
晶中の金属不純物の濃縮効率を高めることができる。さ
らに、キャリアガスにより密閉容器、結晶試料固定保持
部材等を冷却するので、それらからの不純物汚染も抑制
できる。
導体結晶表面を冷却するので、結晶試料が蒸発気化する
事を抑制することができる。したがって、使用するレー
ザ光のエネルギー強度を相対的に高めることができ、結
晶中の金属不純物の濃縮効率を高めることができる。さ
らに、キャリアガスにより密閉容器、結晶試料固定保持
部材等を冷却するので、それらからの不純物汚染も抑制
できる。
【００１９】特にキャリアガスとして１００％水素又は
水素を含むアルゴン、ヘリウム等のキャリアガスを流し
ながら、長い波長のレーザ光を照射すると、結晶中のよ
り深い領域からのＦｅ、Ｃｕ、Ｃｒ等の金属不純物も熱
と水素のためにより拡散しやすくなり、上記の欠陥部分
に移動し濃縮される。したがって、半導体結晶表面に上
記のようなレーザ光を繰返し照射することによって、結
晶中の金属不純物を非接触で表面近傍に局所的に高密度
に濃縮することができる。
水素を含むアルゴン、ヘリウム等のキャリアガスを流し
ながら、長い波長のレーザ光を照射すると、結晶中のよ
り深い領域からのＦｅ、Ｃｕ、Ｃｒ等の金属不純物も熱
と水素のためにより拡散しやすくなり、上記の欠陥部分
に移動し濃縮される。したがって、半導体結晶表面に上
記のようなレーザ光を繰返し照射することによって、結
晶中の金属不純物を非接触で表面近傍に局所的に高密度
に濃縮することができる。
【００２０】また本発明の第１の特徴において図６に例
示するように密閉容器１の外部又は内部に磁界発生手段
２５を付加し磁界発生手段２５により試料表面に磁界を
印加しつつ試料表面にレーザ光を繰り返し照射すること
により、結晶中に含まれる不純物を非接触で局所的に濃
縮することもできる。これは、磁界発生手段２５により
半導体結晶試料表面に磁界を印加し、結晶中のＦｅ、Ｎ
ｉ等の強磁性物質を磁気力により結晶表面に移動させる
ことで、さらに濃縮効率を向上させているのである。
示するように密閉容器１の外部又は内部に磁界発生手段
２５を付加し磁界発生手段２５により試料表面に磁界を
印加しつつ試料表面にレーザ光を繰り返し照射すること
により、結晶中に含まれる不純物を非接触で局所的に濃
縮することもできる。これは、磁界発生手段２５により
半導体結晶試料表面に磁界を印加し、結晶中のＦｅ、Ｎ
ｉ等の強磁性物質を磁気力により結晶表面に移動させる
ことで、さらに濃縮効率を向上させているのである。
【００２１】本発明の第１の特徴の半導体結晶の不純物
濃縮方法は、半導体結晶を溶解せずに、不純物を迅速、
簡便かつ高密度に濃縮する方法であるが、その際レーザ
光照射前にあらかじめ半導体結晶試料表面をシリコン酸
化膜（ＳｉＯ2 膜）、シリコン酸化窒化膜（ＳｉＯＮ
膜）又はシリコン窒化膜（Ｓｉ3 Ｎ4 膜）等のレーザ光
に対して透明な絶縁膜で被覆することがより好ましい。
半導体結晶試料表面をあらかじめシリコン酸化膜、シリ
コン窒化膜あるいはシリコン酸化窒化膜等のレーザ光に
対して透過効率が高く、光の吸収効率が低い絶縁膜で被
覆することにより、レーザ光により半導体結晶試料のみ
を効率的に加熱することができる。したがって半導体等
の、結晶中の金属不純物の濃縮効率を高めることができ
る。同時に半導体結晶表面に形成されたこれらの絶縁膜
は、半導体結晶中の不純物の蒸発損失を抑制すると共
に、半導体結晶試料に対する環境や器具からの二次汚染
を抑制することができる。シリコン酸化膜、シリコン酸
化窒化膜あるいはシリコン窒化膜は半導体結晶試料表面
を酸素やアンモニア等のガスを流しながら、レーザ光を
照射して光励起プロセスで作製し、そのまま同一密閉容
器内で濃縮することもできる。
濃縮方法は、半導体結晶を溶解せずに、不純物を迅速、
簡便かつ高密度に濃縮する方法であるが、その際レーザ
光照射前にあらかじめ半導体結晶試料表面をシリコン酸
化膜（ＳｉＯ2 膜）、シリコン酸化窒化膜（ＳｉＯＮ
膜）又はシリコン窒化膜（Ｓｉ3 Ｎ4 膜）等のレーザ光
に対して透明な絶縁膜で被覆することがより好ましい。
半導体結晶試料表面をあらかじめシリコン酸化膜、シリ
コン窒化膜あるいはシリコン酸化窒化膜等のレーザ光に
対して透過効率が高く、光の吸収効率が低い絶縁膜で被
覆することにより、レーザ光により半導体結晶試料のみ
を効率的に加熱することができる。したがって半導体等
の、結晶中の金属不純物の濃縮効率を高めることができ
る。同時に半導体結晶表面に形成されたこれらの絶縁膜
は、半導体結晶中の不純物の蒸発損失を抑制すると共
に、半導体結晶試料に対する環境や器具からの二次汚染
を抑制することができる。シリコン酸化膜、シリコン酸
化窒化膜あるいはシリコン窒化膜は半導体結晶試料表面
を酸素やアンモニア等のガスを流しながら、レーザ光を
照射して光励起プロセスで作製し、そのまま同一密閉容
器内で濃縮することもできる。
【００２２】本発明の第２の特徴は、キャリアガスの供
給口及び排気口が設けられた密閉容器と、前記密閉容器
の上部に設けられた窓と、前記密閉容器内に前記窓に対
向して設けられた、レーザ光の照射前後で移動しないよ
うに半導体結晶試料を固定保持する試料固定保持部と、
前記キャリアガスの供給量を制御するガス制御手段と、
前記試料の所定の位置に前記窓を通して繰り返しレーザ
光を照射するレーザ発振器と、前記試料の表面状態の変
化を前記窓を通して観察する観察手段からなる不純物濃
縮装置と、前記レーザ光を照射した試料中の不純物を分
析する分析手段とを有する不純物分析装置およびこれを
用いた分析方法である。
給口及び排気口が設けられた密閉容器と、前記密閉容器
の上部に設けられた窓と、前記密閉容器内に前記窓に対
向して設けられた、レーザ光の照射前後で移動しないよ
うに半導体結晶試料を固定保持する試料固定保持部と、
前記キャリアガスの供給量を制御するガス制御手段と、
前記試料の所定の位置に前記窓を通して繰り返しレーザ
光を照射するレーザ発振器と、前記試料の表面状態の変
化を前記窓を通して観察する観察手段からなる不純物濃
縮装置と、前記レーザ光を照射した試料中の不純物を分
析する分析手段とを有する不純物分析装置およびこれを
用いた分析方法である。
【００２３】本発明の第２の特徴においては不純物濃縮
装置により不純物濃縮した試料を２次イオン質量分析
法、全反射蛍光Ｘ線分析法、オージェ電子分光分析法、
粒子励起Ｘ線分光分析法等の物理分析手段を用いて分析
を行う。ここで、分析を開始する前に、不純物濃縮装置
により、結晶の蒸発気化が開始するエネルギー値のレー
ザ光を試料表面の不純物濃縮範囲の外側周辺に照射して
マーキングしておくことが望ましい。なぜなら半導体結
晶の蒸発気化を開始できるエネルギー強度のレーザ光を
半導体結晶試料表面の所定位置の外側周辺に照射しマー
キングすることにより、半導体結晶試料表面の不純物濃
縮範囲すなわち分析範囲の位置決めが一層容易になり、
分析感度や精度をより高めることができるからである。
装置により不純物濃縮した試料を２次イオン質量分析
法、全反射蛍光Ｘ線分析法、オージェ電子分光分析法、
粒子励起Ｘ線分光分析法等の物理分析手段を用いて分析
を行う。ここで、分析を開始する前に、不純物濃縮装置
により、結晶の蒸発気化が開始するエネルギー値のレー
ザ光を試料表面の不純物濃縮範囲の外側周辺に照射して
マーキングしておくことが望ましい。なぜなら半導体結
晶の蒸発気化を開始できるエネルギー強度のレーザ光を
半導体結晶試料表面の所定位置の外側周辺に照射しマー
キングすることにより、半導体結晶試料表面の不純物濃
縮範囲すなわち分析範囲の位置決めが一層容易になり、
分析感度や精度をより高めることができるからである。
【００２４】本発明の第２の特徴においては、密閉容器
内でレーザ光照射を行うので、大気からの汚染も抑える
ことができ、極めて微量な不純物の高感度検出が可能と
なる。
内でレーザ光照射を行うので、大気からの汚染も抑える
ことができ、極めて微量な不純物の高感度検出が可能と
なる。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて説明する。
て図面を用いて説明する。
【００２６】第１の実施の形態 図１は、本発明の第１の実施の形態に係る不純物濃縮装
置の一構成例を示す図である。図１において、この不純
物濃縮装置は、密閉された円筒状の密閉容器１と、密閉
容器１の上部に設けられた窓３と、密閉容器１の側壁に
設けられた、半導体結晶等の試料１１の表面を冷却する
キャリアガスの供給口５ａ及び排気口５ｂと、密閉容器
１内に窓３に対向して底面７上に設けられた、レーザ光
の照射前後で移動しないように試料１１を固定保持する
試料固定保持部９と、試料１１に照射されるレーザ光を
照射するレーザ発振器１３と、レーザ発振器１３から照
射されたレーザ光の光路上に設けられた、試料１１にレ
ーザ光を照射するための集光レンズ１５及び反射板（ハ
ーフミラー）１７と、密閉容器１内に供給されるキャリ
アガスの供給量を制御するガス制御手段１９と、試料１
１の表面状態の変化を窓３を通して観察するＴＶカメラ
２１及びＴＶモニタ２３とを有している。尚、ここで試
料１１は、複数回のレーザ光照射中に正確に位置決めさ
れている必要がある。なぜならばレーザ光の熱衝撃によ
り試料１１が動く可能性があり、試料１１が動くと、所
定範囲におけるレーザ光照射条件がばらついてしまい、
本来同じであるべき所定範囲の濃縮の度合いにばらつき
が生じてしまうからである。
置の一構成例を示す図である。図１において、この不純
物濃縮装置は、密閉された円筒状の密閉容器１と、密閉
容器１の上部に設けられた窓３と、密閉容器１の側壁に
設けられた、半導体結晶等の試料１１の表面を冷却する
キャリアガスの供給口５ａ及び排気口５ｂと、密閉容器
１内に窓３に対向して底面７上に設けられた、レーザ光
の照射前後で移動しないように試料１１を固定保持する
試料固定保持部９と、試料１１に照射されるレーザ光を
照射するレーザ発振器１３と、レーザ発振器１３から照
射されたレーザ光の光路上に設けられた、試料１１にレ
ーザ光を照射するための集光レンズ１５及び反射板（ハ
ーフミラー）１７と、密閉容器１内に供給されるキャリ
アガスの供給量を制御するガス制御手段１９と、試料１
１の表面状態の変化を窓３を通して観察するＴＶカメラ
２１及びＴＶモニタ２３とを有している。尚、ここで試
料１１は、複数回のレーザ光照射中に正確に位置決めさ
れている必要がある。なぜならばレーザ光の熱衝撃によ
り試料１１が動く可能性があり、試料１１が動くと、所
定範囲におけるレーザ光照射条件がばらついてしまい、
本来同じであるべき所定範囲の濃縮の度合いにばらつき
が生じてしまうからである。
【００２７】上記窓３の材料としては、目的成分の分析
を直接的にも間接的にも妨害せず、かつレーザ光を効率
よく通過するものであればいかなるものでも良い。具体
的には、石英、サファイア、パイレックスガラス等が好
ましい。また、窓３は、Ｏリングやメタルガスケットを
用いて密閉容器に対し交換可能とする構造とすることが
望ましい。上記密閉容器１の材質については、目的成分
の分析を直接的にも間接的にも妨害しないものであれば
いかなるものでも良く、例えば、フッ素系樹脂、石英、
サファイア、パイレックスガラス、金属、合金等を用い
ればよい。
を直接的にも間接的にも妨害せず、かつレーザ光を効率
よく通過するものであればいかなるものでも良い。具体
的には、石英、サファイア、パイレックスガラス等が好
ましい。また、窓３は、Ｏリングやメタルガスケットを
用いて密閉容器に対し交換可能とする構造とすることが
望ましい。上記密閉容器１の材質については、目的成分
の分析を直接的にも間接的にも妨害しないものであれば
いかなるものでも良く、例えば、フッ素系樹脂、石英、
サファイア、パイレックスガラス、金属、合金等を用い
ればよい。
【００２８】上記試料固定保持部９の材質については、
目的成分の分析を直接的にも間接的にも妨害しないもの
であればいかなるものでも良い。加工性の点からＰＴＦ
Ｅ等のフッ素系樹脂、金属、合金等が望ましい。また、
試料固定保持部９は密閉容器１や試料１１に対して、交
換可能とする構造が望ましい。上記キャリアガスとして
は、例えば酸素、窒素、アルゴン、ヘリウム、水素等を
挙げることができる。上記レーザ発振器１３としては、
エネルギー値を任意に変化できるとともに、半導体結晶
試料を蒸発気化できるレーザエネルギー値を有するもの
であればいかなるものでも良く、例えば、Ｎｄ−ＹＡＧ
レーザ、ルビーレーザ、エキシマレーザ等を用いればよ
い。上記ＴＶカメラ２１及びＴＶモニタ２３はレーザ光
照射による結晶試料の表面状態の変化を窓を通して観察
するためのものであればいかなる形状のものでも良い。
目的成分の分析を直接的にも間接的にも妨害しないもの
であればいかなるものでも良い。加工性の点からＰＴＦ
Ｅ等のフッ素系樹脂、金属、合金等が望ましい。また、
試料固定保持部９は密閉容器１や試料１１に対して、交
換可能とする構造が望ましい。上記キャリアガスとして
は、例えば酸素、窒素、アルゴン、ヘリウム、水素等を
挙げることができる。上記レーザ発振器１３としては、
エネルギー値を任意に変化できるとともに、半導体結晶
試料を蒸発気化できるレーザエネルギー値を有するもの
であればいかなるものでも良く、例えば、Ｎｄ−ＹＡＧ
レーザ、ルビーレーザ、エキシマレーザ等を用いればよ
い。上記ＴＶカメラ２１及びＴＶモニタ２３はレーザ光
照射による結晶試料の表面状態の変化を窓を通して観察
するためのものであればいかなる形状のものでも良い。
【００２９】なお、図１には示していないが、この不純
物濃縮装置により不純物濃縮した試料１１の不純物分析
を行う２次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）、全反射蛍
光Ｘ線分析装置（ＴＲＸＲＦ）、オージェ電子分光分析
装置（ＡＥＳ）、粒子励起Ｘ線分光分析装置（ＰＩＸ
Ｅ）等の物理分析手段を、この不純物濃縮装置に隣接し
て配置し、不純物濃縮装置とで不純物分析装置を構成し
てもよい。
物濃縮装置により不純物濃縮した試料１１の不純物分析
を行う２次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）、全反射蛍
光Ｘ線分析装置（ＴＲＸＲＦ）、オージェ電子分光分析
装置（ＡＥＳ）、粒子励起Ｘ線分光分析装置（ＰＩＸ
Ｅ）等の物理分析手段を、この不純物濃縮装置に隣接し
て配置し、不純物濃縮装置とで不純物分析装置を構成し
てもよい。
【００３０】また図２に示すように濃縮装置の密閉容器
４１とＳＩＭＳ，ＴＲＸＲＦ，ＡＥＳ，ＰＩＸＥ等の分
析手段の分析用チャンバー４２とをゲートバルブ６２で
接続して不純物分析装置を構成してもよい。図２に示す
本発明の第１の実施の形態の不純物分析装置の分析用チ
ャンバー４２にはイオン，Ｘ線，電子線等の電離放射線
源５１と分析検出器５２が設けられ、密閉容器４１と分
析用チャンバー４２とはゲートバルブ６３，６４を介し
てターボポンプやクライオポンプ，イオンポンプ等を用
いて真空排気できるようになっている。図２に示す円筒
状の密閉容器４１の上部には窓３が設けられ、密閉容器
４１の側壁には、半導体結晶等の試料１１の表面を冷却
するキャリアガスの供給口５ａ及び排気口５ｂが設けら
れている。また、密閉容器４１内には窓３に対向してレ
ーザ光の照射前後で移動しないように試料１１を固定保
持する試料固定保持部９が配置されている。本発明の第
１の実施の形態の不純物分析装置は図１と同様に試料１
１に照射されるレーザ光を照射するレーザ発振器１３
と、レーザ発振器１３から照射されたレーザ光の光路上
に設けられた、試料１１にレーザ光を照射するための集
光レンズ１５及び反射板１７が配置され、さらには密閉
容器４１内に供給されるキャリアガスの供給量を制御す
るガス制御手段１９と、試料１１の表面状態の変化を窓
３を通して観察するＴＶカメラ２１及びＴＶモニタ２３
とを有している。
４１とＳＩＭＳ，ＴＲＸＲＦ，ＡＥＳ，ＰＩＸＥ等の分
析手段の分析用チャンバー４２とをゲートバルブ６２で
接続して不純物分析装置を構成してもよい。図２に示す
本発明の第１の実施の形態の不純物分析装置の分析用チ
ャンバー４２にはイオン，Ｘ線，電子線等の電離放射線
源５１と分析検出器５２が設けられ、密閉容器４１と分
析用チャンバー４２とはゲートバルブ６３，６４を介し
てターボポンプやクライオポンプ，イオンポンプ等を用
いて真空排気できるようになっている。図２に示す円筒
状の密閉容器４１の上部には窓３が設けられ、密閉容器
４１の側壁には、半導体結晶等の試料１１の表面を冷却
するキャリアガスの供給口５ａ及び排気口５ｂが設けら
れている。また、密閉容器４１内には窓３に対向してレ
ーザ光の照射前後で移動しないように試料１１を固定保
持する試料固定保持部９が配置されている。本発明の第
１の実施の形態の不純物分析装置は図１と同様に試料１
１に照射されるレーザ光を照射するレーザ発振器１３
と、レーザ発振器１３から照射されたレーザ光の光路上
に設けられた、試料１１にレーザ光を照射するための集
光レンズ１５及び反射板１７が配置され、さらには密閉
容器４１内に供給されるキャリアガスの供給量を制御す
るガス制御手段１９と、試料１１の表面状態の変化を窓
３を通して観察するＴＶカメラ２１及びＴＶモニタ２３
とを有している。
【００３１】また密閉容器４１にはゲートバルブ６１を
介して試料準備室４３が設けられ、電磁駆動等の真空搬
送系（トランスファーロッド）４４を用いて濃縮後の試
料１１が密閉容器４１から分析用チャンバー４２に真空
中で搬送できるようになっている。図２に示すような構
成にすれば、濃縮後の試料表面に大気中の微量不純物が
付着することもなく、極めて微量の不純物を測定するこ
とが可能となる。なお図示を省略しているが、分析用チ
ャンバー４２および密閉容器４１には真空搬送用の試料
受け渡しに用いる試料上下機構が設けられている。たと
えば密閉容器４１中の試料固定保持部９は試料上下機構
により上下してトランスファーロッド４４から試料を受
け渡すことができる。分析用チャンバーについても同様
に上下移動可能な試料固定保持部が具備されていること
はもちろんである。
介して試料準備室４３が設けられ、電磁駆動等の真空搬
送系（トランスファーロッド）４４を用いて濃縮後の試
料１１が密閉容器４１から分析用チャンバー４２に真空
中で搬送できるようになっている。図２に示すような構
成にすれば、濃縮後の試料表面に大気中の微量不純物が
付着することもなく、極めて微量の不純物を測定するこ
とが可能となる。なお図示を省略しているが、分析用チ
ャンバー４２および密閉容器４１には真空搬送用の試料
受け渡しに用いる試料上下機構が設けられている。たと
えば密閉容器４１中の試料固定保持部９は試料上下機構
により上下してトランスファーロッド４４から試料を受
け渡すことができる。分析用チャンバーについても同様
に上下移動可能な試料固定保持部が具備されていること
はもちろんである。
【００３２】図１および図２に示した本発明の第１の実
施の形態の不純物濃縮装置および不純物分析装置によれ
ば、半導体結晶等の試料表面にレーザ光を繰り返し照射
することにより、試料中に含まれる不純物を非接触で局
所的に濃縮し、分析することができる。これは、試料表
面にレーザ光を照射してその表面を溶融し、その後冷却
してゲッタリングサイトとなる欠陥を結晶表面近傍に発
生させ、さらにレーザ光照射による熱で結晶中を拡散し
やすくなっているＦｅ、Ｃｕ、Ｃｒ等の不純物をその欠
陥近傍に析出させているのである。
施の形態の不純物濃縮装置および不純物分析装置によれ
ば、半導体結晶等の試料表面にレーザ光を繰り返し照射
することにより、試料中に含まれる不純物を非接触で局
所的に濃縮し、分析することができる。これは、試料表
面にレーザ光を照射してその表面を溶融し、その後冷却
してゲッタリングサイトとなる欠陥を結晶表面近傍に発
生させ、さらにレーザ光照射による熱で結晶中を拡散し
やすくなっているＦｅ、Ｃｕ、Ｃｒ等の不純物をその欠
陥近傍に析出させているのである。
【００３３】なお、レーザ光のエネルギー値が大きいほ
ど濃縮効率は大きくなるが、試料が蒸発気化してしまう
と分析ができなくなるので、レーザ光のエネルギー値は
結晶が蒸発気化を開始するエネルギー値の８０〜９７％
が望ましい。また、密閉容器１，４１内に供給口５ａお
よび排気口５ｂを用いてキャリアガスを流すことによ
り、試料表面を冷却して結晶試料の蒸発気化を抑えるこ
とができる。キャリアガスの流量はマスフローコントロ
ーラやニードルバルブ等のガス流量の制御手段（ガス制
御手段）１９により所定の流量に制御する。このため、
使用するレーザ光のエネルギー値が相対的に高まるの
で、不純物の濃縮効率を向上させることができる。その
上、密閉容器１，４１、試料保持部９等も同時にキャリ
アガスにより冷却することになるので、それらからの不
純物汚染を抑えることができる。さらに、本発明の第１
の実施の形態の濃縮装置によれば密閉容器１の内部でレ
ーザ光照射を行うので、大気からの汚染も抑えることが
できる。
ど濃縮効率は大きくなるが、試料が蒸発気化してしまう
と分析ができなくなるので、レーザ光のエネルギー値は
結晶が蒸発気化を開始するエネルギー値の８０〜９７％
が望ましい。また、密閉容器１，４１内に供給口５ａお
よび排気口５ｂを用いてキャリアガスを流すことによ
り、試料表面を冷却して結晶試料の蒸発気化を抑えるこ
とができる。キャリアガスの流量はマスフローコントロ
ーラやニードルバルブ等のガス流量の制御手段（ガス制
御手段）１９により所定の流量に制御する。このため、
使用するレーザ光のエネルギー値が相対的に高まるの
で、不純物の濃縮効率を向上させることができる。その
上、密閉容器１，４１、試料保持部９等も同時にキャリ
アガスにより冷却することになるので、それらからの不
純物汚染を抑えることができる。さらに、本発明の第１
の実施の形態の濃縮装置によれば密閉容器１の内部でレ
ーザ光照射を行うので、大気からの汚染も抑えることが
できる。
【００３４】本発明の第１の実施の形態においては、図
１に示した不純物濃縮装置により不純物濃縮した試料１
１を不純物濃縮装置に隣接して配置した２次イオン質量
分析法、全反射蛍光Ｘ線分析法、オージェ電子分光分析
法、粒子励起Ｘ線分光分析法等の物理分析法を用いて分
析を行えば、簡便かつ高感度な分析が可能となる。この
際不純物濃縮装置により、結晶の蒸発気化が開始するエ
ネルギー値のレーザ光を用いて試料表面の不純物濃縮範
囲の外側周辺に照射してマーキングしておけば、その後
の分析開始時における濃縮範囲の検索、認定が容易とな
る。
１に示した不純物濃縮装置により不純物濃縮した試料１
１を不純物濃縮装置に隣接して配置した２次イオン質量
分析法、全反射蛍光Ｘ線分析法、オージェ電子分光分析
法、粒子励起Ｘ線分光分析法等の物理分析法を用いて分
析を行えば、簡便かつ高感度な分析が可能となる。この
際不純物濃縮装置により、結晶の蒸発気化が開始するエ
ネルギー値のレーザ光を用いて試料表面の不純物濃縮範
囲の外側周辺に照射してマーキングしておけば、その後
の分析開始時における濃縮範囲の検索、認定が容易とな
る。
【００３５】（実施例１．１）ｐ型基板の分析 上記不純物濃縮装置を用いて、硼素ドープＳｉ単結晶基
板 (比抵抗：６．９Ωcm、厚さ：３２０μm ) に含まれ
る金属不純物を濃縮し、２次イオン質量分析装置 (ＳＩ
ＭＳ) で分析した。なお、不純物濃縮した範囲をＳＩＭ
Ｓで測定する際、不純物濃縮範囲の認定を容易にするた
めには上記不純物濃縮装置により予めマーキングを行え
ばよい。
板 (比抵抗：６．９Ωcm、厚さ：３２０μm ) に含まれ
る金属不純物を濃縮し、２次イオン質量分析装置 (ＳＩ
ＭＳ) で分析した。なお、不純物濃縮した範囲をＳＩＭ
Ｓで測定する際、不純物濃縮範囲の認定を容易にするた
めには上記不純物濃縮装置により予めマーキングを行え
ばよい。
【００３６】以下に、Ｓｉ単結晶基板の不純物濃縮条
件、マーキング条件およびＳＩＭＳの測定条件を示す。
件、マーキング条件およびＳＩＭＳの測定条件を示す。
【００３７】(１) 不純物濃縮条件 レーザ発振器：ＹＡＧレーザ (波長：１０６４nm) パルスエネルギー：１７０mJ、パルス幅：２００μ秒 パルス繰返し速度：１０パルス／秒、パルス照射時間：
６００秒 ビーム径：１００μm 、密閉容器の空間体積：約８０cm
3 キャリアガス (Ａｒ) ：２リットル／分 (２) マーキング条件 レーザ発振器：ＹＡＧレーザ (波長：１０６４nm) パルスエネルギー：２１０mJ、パルス幅：２００μ秒 パルス繰返し速度：２パルス／秒、パルス照射時間：１
秒 ビーム径：１００μm 、マーキング範囲：１mm×１mm (３) 測定条件 装置：カメカＩＭＳ４Ｆ、１次イオンビーム：Ｏ2 + 加速電圧：１２ｋＶ、走査範囲：５００μm ×５００μ
m 電流：０．５μA 、２次イオン加速電圧：４．５ｋＶ その他：高質量分解能測定 上記測定条件を用いてＳｉ基板表面から１０ｎｍまでの
Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｒのイオン強度 (cps)を測定した結果を
表１に比較例と共に示す。
６００秒 ビーム径：１００μm 、密閉容器の空間体積：約８０cm
3 キャリアガス (Ａｒ) ：２リットル／分 (２) マーキング条件 レーザ発振器：ＹＡＧレーザ (波長：１０６４nm) パルスエネルギー：２１０mJ、パルス幅：２００μ秒 パルス繰返し速度：２パルス／秒、パルス照射時間：１
秒 ビーム径：１００μm 、マーキング範囲：１mm×１mm (３) 測定条件 装置：カメカＩＭＳ４Ｆ、１次イオンビーム：Ｏ2 + 加速電圧：１２ｋＶ、走査範囲：５００μm ×５００μ
m 電流：０．５μA 、２次イオン加速電圧：４．５ｋＶ その他：高質量分解能測定 上記測定条件を用いてＳｉ基板表面から１０ｎｍまでの
Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｒのイオン強度 (cps)を測定した結果を
表１に比較例と共に示す。
【００３８】
【表１】 （実施例１．２）ｎ型基板の分析 次に、上記不純物濃縮装置を用いて、リンドープＳｉ単
結晶基板 (比抵抗：１．９Ωcm、厚さ：４３０μm ) に
含まれる金属不純物を濃縮し、ＳＩＭＳで分析した。
結晶基板 (比抵抗：１．９Ωcm、厚さ：４３０μm ) に
含まれる金属不純物を濃縮し、ＳＩＭＳで分析した。
【００３９】以下に、Ｓｉ単結晶基板の不純物濃縮条件
およびＳＩＭＳの測定条件及び分析結果を示す。
およびＳＩＭＳの測定条件及び分析結果を示す。
【００４０】(１) 不純物濃縮条件 レーザ発振器：ＹＡＧレーザ (波長：１０６４nm) パルスエネルギー：１８０mJ、パルス幅：２００μ秒 パルス繰返し速度：１０パルス／秒、パルス照射時間：
６００秒 ビーム径：１００μm 、密閉容器の空間体積：約８０cm
3 キャリアガス (Ａｒ) ：２リットル／分 (２) 測定条件 装置：カメカＩＭＳ４Ｆ、１次イオンビーム：Ｏ2 + 加速電圧：１２ｋＶ、走査範囲：５００μm ×５００μ
m 電流：０．５μA 、２次イオン加速電圧：４．５ｋＶ その他：高質量分解能測定 上記条件を用いてＳｉ基板表面から１０ｎｍまでのＣ
ｕ、Ｆｅ、Ｃｒのイオン強度 (cps)を測定した結果を表
２に比較例として共に示す。
６００秒 ビーム径：１００μm 、密閉容器の空間体積：約８０cm
3 キャリアガス (Ａｒ) ：２リットル／分 (２) 測定条件 装置：カメカＩＭＳ４Ｆ、１次イオンビーム：Ｏ2 + 加速電圧：１２ｋＶ、走査範囲：５００μm ×５００μ
m 電流：０．５μA 、２次イオン加速電圧：４．５ｋＶ その他：高質量分解能測定 上記条件を用いてＳｉ基板表面から１０ｎｍまでのＣ
ｕ、Ｆｅ、Ｃｒのイオン強度 (cps)を測定した結果を表
２に比較例として共に示す。
【００４１】
【表２】 第２の実施の形態 図３は、本発明の第２の実施の形態に係る不純物濃縮装
置の一構成例を示す図である。図３において、この不純
物濃縮装置は、密閉された円筒状の密閉容器１と、密閉
容器１の上部に設けられた窓３と、密閉容器１の側壁に
設けられた、試料表面を冷却するキャリアガスの供給口
５ａ及び排気口５ｂと、密閉容器１内に窓３に対向して
底面７上に設けられた、レーザ光の照射前後で移動しな
いように試料１１を固定保持する試料固定保持部９と、
試料１１に照射されるレーザ光を照射するレーザ発振器
１３ａ、１３ｂと、レーザ発振器１３ａ、１３ｂから照
射されたレーザ光の光路上に設けられた、試料１１にレ
ーザ光を照射するための集光レンズ１５ａ、１５ｂ及び
反射板（ハーフミラー）１７ａ、１７ｂと、密閉容器１
内に供給されるキャリアガスの供給量を制御するマスフ
ローコントローラ等のガス制御手段１９と、試料１１の
表面状態の変化を窓３を通して観察するＴＶカメラ２１
及びＴＶモニタ２３とを有している。
置の一構成例を示す図である。図３において、この不純
物濃縮装置は、密閉された円筒状の密閉容器１と、密閉
容器１の上部に設けられた窓３と、密閉容器１の側壁に
設けられた、試料表面を冷却するキャリアガスの供給口
５ａ及び排気口５ｂと、密閉容器１内に窓３に対向して
底面７上に設けられた、レーザ光の照射前後で移動しな
いように試料１１を固定保持する試料固定保持部９と、
試料１１に照射されるレーザ光を照射するレーザ発振器
１３ａ、１３ｂと、レーザ発振器１３ａ、１３ｂから照
射されたレーザ光の光路上に設けられた、試料１１にレ
ーザ光を照射するための集光レンズ１５ａ、１５ｂ及び
反射板（ハーフミラー）１７ａ、１７ｂと、密閉容器１
内に供給されるキャリアガスの供給量を制御するマスフ
ローコントローラ等のガス制御手段１９と、試料１１の
表面状態の変化を窓３を通して観察するＴＶカメラ２１
及びＴＶモニタ２３とを有している。
【００４２】尚、ここで試料１１は複数回のレーザ光照
射で正確に位置決めされている必要がある。なぜなら、
位置がずれると所定範囲におけるレーザ光照射条件がば
らついてしまい、所定範囲で正確な分析値が得られず誤
差が大きくなってしまうからである。
射で正確に位置決めされている必要がある。なぜなら、
位置がずれると所定範囲におけるレーザ光照射条件がば
らついてしまい、所定範囲で正確な分析値が得られず誤
差が大きくなってしまうからである。
【００４３】上記窓３の光学材料としては、目的成分の
分析を直接的にも間接的にも妨害せず、かつレーザ光を
効率よく通過するものであればいかなるものでも良い。
具体的には、石英、サファイア、パイレックスガラス等
が好ましい。また、窓３は、Ｏリングやメタルガスケッ
トを用いて密閉容器１に対して交換可能とする構造とす
ることが望ましい。上記密閉容器１の材質については、
目的成分の分析を直接的にも間接的にも妨害しないもの
であればいかなるものでも良く、例えば、ＰＴＦＥ等の
フッ素系樹脂、石英、サファイア、パイレックスガラス
等の耐熱ガラス、金属、合金等を用いればよい。試料固
定保持部９の材質については、目的成分の分析を直接的
にも間接的にも妨害しないものであればいかなるもので
も良い。加工性の点からフッ素系樹脂、金属、合金等が
望ましい。また、試料固定保持部９は密閉容器１や試料
１１に対して交換可能とする構造が望ましい。上記キャ
リアガスとしては、例えば酸素、窒素、アルゴン、ヘリ
ウム、水素等を挙げることができる。
分析を直接的にも間接的にも妨害せず、かつレーザ光を
効率よく通過するものであればいかなるものでも良い。
具体的には、石英、サファイア、パイレックスガラス等
が好ましい。また、窓３は、Ｏリングやメタルガスケッ
トを用いて密閉容器１に対して交換可能とする構造とす
ることが望ましい。上記密閉容器１の材質については、
目的成分の分析を直接的にも間接的にも妨害しないもの
であればいかなるものでも良く、例えば、ＰＴＦＥ等の
フッ素系樹脂、石英、サファイア、パイレックスガラス
等の耐熱ガラス、金属、合金等を用いればよい。試料固
定保持部９の材質については、目的成分の分析を直接的
にも間接的にも妨害しないものであればいかなるもので
も良い。加工性の点からフッ素系樹脂、金属、合金等が
望ましい。また、試料固定保持部９は密閉容器１や試料
１１に対して交換可能とする構造が望ましい。上記キャ
リアガスとしては、例えば酸素、窒素、アルゴン、ヘリ
ウム、水素等を挙げることができる。
【００４４】上記レーザ発振器１３ａ，１３ｂとして
は、エネルギー値（出力）を任意に変化できるととも
に、半導体結晶試料を蒸発気化できる程度の高エネルギ
ー値が出力できるものであればいかなるものでも良く、
例えば、Ｎｄ−ＹＡＧレーザ、ＳＨＧ−ＹＡＧレーザ、
ルビーレーザ、ダイレーザ、アルゴンレーザ、炭酸ガス
レーザ、エキシマレーザ等のうちから短波長レーザ発振
器１３ａおよび長波長レーザ発振器１３ｂを選択すれば
よい。具体的には短波長レーザ発振器１３ａとして波長
５３２ｎｍのＳＨＧ−ＹＡＧレーザ，長波長レーザ発振
器１３ｂとして波長１０６４ｎｍのＮｄ−ＹＡＧレーザ
の組み合わせを、一例として用いればよい。ＴＶカメラ
２１及びＴＶモニタ２３はレーザ光照射による結晶試料
の表面状態の変化を窓を通して観察するためのものであ
ればいかなる形状、機能のものでも良い。
は、エネルギー値（出力）を任意に変化できるととも
に、半導体結晶試料を蒸発気化できる程度の高エネルギ
ー値が出力できるものであればいかなるものでも良く、
例えば、Ｎｄ−ＹＡＧレーザ、ＳＨＧ−ＹＡＧレーザ、
ルビーレーザ、ダイレーザ、アルゴンレーザ、炭酸ガス
レーザ、エキシマレーザ等のうちから短波長レーザ発振
器１３ａおよび長波長レーザ発振器１３ｂを選択すれば
よい。具体的には短波長レーザ発振器１３ａとして波長
５３２ｎｍのＳＨＧ−ＹＡＧレーザ，長波長レーザ発振
器１３ｂとして波長１０６４ｎｍのＮｄ−ＹＡＧレーザ
の組み合わせを、一例として用いればよい。ＴＶカメラ
２１及びＴＶモニタ２３はレーザ光照射による結晶試料
の表面状態の変化を窓を通して観察するためのものであ
ればいかなる形状、機能のものでも良い。
【００４５】なお、図３には示していないが、この不純
物濃縮装置により不純物濃縮した試料１１の不純物分析
を行うＳＩＭＳ、ＴＲＸＲＦ、ＡＥＳ、ＰＩＸＥ等の物
理分析手段が、この不純物濃縮装置に隣接して配置され
不純物分析装置を構成している。なお、図２と同様に、
ゲートバルブを介して濃縮装置の密閉容器１と物理分析
手段の分析用チャンバーを結合して不純物分析装置を構
成してもよい。
物濃縮装置により不純物濃縮した試料１１の不純物分析
を行うＳＩＭＳ、ＴＲＸＲＦ、ＡＥＳ、ＰＩＸＥ等の物
理分析手段が、この不純物濃縮装置に隣接して配置され
不純物分析装置を構成している。なお、図２と同様に、
ゲートバルブを介して濃縮装置の密閉容器１と物理分析
手段の分析用チャンバーを結合して不純物分析装置を構
成してもよい。
【００４６】本発明の第２の実施の形態においては、図
３に示す密閉容器１内にキャリアガスを供給及び排出し
ながら、最初に短波長レーザ発振器１３ａを用い、短い
波長にて半導体結晶の蒸発気化を開始できるエネルギー
強度よりも若干弱いレーザ光を半導体結晶試料表面の所
定位置に繰り返し照射する（第１工程）。短波長レーザ
発振器１３ａの波長は１００〜１１００ｎｍ、望ましく
は１５０〜６００ｎｍが良い。次に長波長レーザ発振器
１３ｂを用い、長い波長にて半導体結晶の蒸発気化を開
始できるエネルギー強度よりも若干弱いエネルギー光を
半導体結晶表面の所定位置に照射する（第２工程）。長
波長レーザ発振器１３ｂの波長としては５００〜１５０
００ｎｍ、望ましくは５００〜１１０００ｎｍとする。
図３に示した不純物濃縮装置を用い、第１工程で半導体
結晶表面に短い波長のレーザ光を最初に照射すると、結
晶表面が溶融した後、冷却する際にゲッタリングサイト
となる欠陥が結晶表面近傍に発生する。次に、第２工程
でキャリアガスを流しながら、長い波長のレーザ光を照
射すると、結晶中のより深い領域からのＦｅ、Ｃｕ、Ｃ
ｒ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｖ、Ｔｉ等の金属不純物が熱により拡
散しやすくなり、上記の欠陥部分に移動し濃縮される。
したがって、半導体結晶表面に上記のようなレーザ光を
繰返し照射することによって、結晶中の金属不純物を非
接触で表面近傍に局所的に高密度に濃縮することができ
る。上記第１工程及び上記第２工程のレーザ光照射は、
上記欠陥部形成効率及び上記濃縮効率を向上する目的か
ら、それぞれ多数回行うのが好ましい。レーザ光照射を
多数回行う場合は、第１工程と第２工程を交互に行って
もよいが、最後の照射は第２工程でなければならない。
レーザ光のエネルギー強度が高いほど、その効果は大き
い。しかし、エネルギー強度が高すぎる場合、結晶試料
が蒸発気化するため、レーザ光のエネルギー強度は蒸発
気化を開始できるエネルギー強度８０〜９７％が実用上
好ましい。
３に示す密閉容器１内にキャリアガスを供給及び排出し
ながら、最初に短波長レーザ発振器１３ａを用い、短い
波長にて半導体結晶の蒸発気化を開始できるエネルギー
強度よりも若干弱いレーザ光を半導体結晶試料表面の所
定位置に繰り返し照射する（第１工程）。短波長レーザ
発振器１３ａの波長は１００〜１１００ｎｍ、望ましく
は１５０〜６００ｎｍが良い。次に長波長レーザ発振器
１３ｂを用い、長い波長にて半導体結晶の蒸発気化を開
始できるエネルギー強度よりも若干弱いエネルギー光を
半導体結晶表面の所定位置に照射する（第２工程）。長
波長レーザ発振器１３ｂの波長としては５００〜１５０
００ｎｍ、望ましくは５００〜１１０００ｎｍとする。
図３に示した不純物濃縮装置を用い、第１工程で半導体
結晶表面に短い波長のレーザ光を最初に照射すると、結
晶表面が溶融した後、冷却する際にゲッタリングサイト
となる欠陥が結晶表面近傍に発生する。次に、第２工程
でキャリアガスを流しながら、長い波長のレーザ光を照
射すると、結晶中のより深い領域からのＦｅ、Ｃｕ、Ｃ
ｒ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｖ、Ｔｉ等の金属不純物が熱により拡
散しやすくなり、上記の欠陥部分に移動し濃縮される。
したがって、半導体結晶表面に上記のようなレーザ光を
繰返し照射することによって、結晶中の金属不純物を非
接触で表面近傍に局所的に高密度に濃縮することができ
る。上記第１工程及び上記第２工程のレーザ光照射は、
上記欠陥部形成効率及び上記濃縮効率を向上する目的か
ら、それぞれ多数回行うのが好ましい。レーザ光照射を
多数回行う場合は、第１工程と第２工程を交互に行って
もよいが、最後の照射は第２工程でなければならない。
レーザ光のエネルギー強度が高いほど、その効果は大き
い。しかし、エネルギー強度が高すぎる場合、結晶試料
が蒸発気化するため、レーザ光のエネルギー強度は蒸発
気化を開始できるエネルギー強度８０〜９７％が実用上
好ましい。
【００４７】本発明の第２の実施の形態においてはあら
かじめ半導体結晶等の試料１１の表面にシリコン酸化膜
（ＳｉＯ2 膜），シリコン酸化窒化膜（ＳｉＯＮ膜）や
シリコン窒化膜（Ｓｉ3 Ｎ4 膜）を形成しておくことが
好ましい。シリコン酸化膜，シリコン酸化窒化膜やシリ
コン窒化膜は半導体結晶中からの不純物の蒸発による損
失を抑制すると共に、半導体結晶試料に対する環境から
の二次汚染を抑制することができる。この膜厚は、不純
物損失抑制や二次汚染抑制の観点から、できる限り厚い
膜厚が望ましい。しかしながらあまり厚くすると半導体
結晶の分析所要時間が長くなるため、３００ｎｍ以下、
特に１０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲が好ましい。これらの
膜の被覆は、ＣＶＤ法、スパッタ蒸着法、塗布−焼成
法、熱酸化法、熱酸化窒化法、熱窒化法、光励起酸化
法、光励起酸化窒化法や光励起窒化法等いかなる方法で
行っても良い。たとえば光励起酸化法の場合はＳＨＧ−
ＹＡＧレーザの２６６ｎｍの波長を用いるとよい。さら
にシリコン酸化窒化膜は酸化膜をまず形成し、その後Ｎ
2 Ｏ中又はＮＯ中で熱処理することにより形成してもよ
い。半導体結晶試料表面をあらかじめシリコン酸化膜、
シリコン酸化窒化膜あるいはシリコン窒化膜等のレーザ
光の透過効率が高く光の吸収効率が低い絶縁膜で被覆す
ることにより、レーザ光による半導体結晶試料のみを効
率的に加熱することができる。したがって半導体結晶中
の金属不純物の濃縮効率を高めることができる。
かじめ半導体結晶等の試料１１の表面にシリコン酸化膜
（ＳｉＯ2 膜），シリコン酸化窒化膜（ＳｉＯＮ膜）や
シリコン窒化膜（Ｓｉ3 Ｎ4 膜）を形成しておくことが
好ましい。シリコン酸化膜，シリコン酸化窒化膜やシリ
コン窒化膜は半導体結晶中からの不純物の蒸発による損
失を抑制すると共に、半導体結晶試料に対する環境から
の二次汚染を抑制することができる。この膜厚は、不純
物損失抑制や二次汚染抑制の観点から、できる限り厚い
膜厚が望ましい。しかしながらあまり厚くすると半導体
結晶の分析所要時間が長くなるため、３００ｎｍ以下、
特に１０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲が好ましい。これらの
膜の被覆は、ＣＶＤ法、スパッタ蒸着法、塗布−焼成
法、熱酸化法、熱酸化窒化法、熱窒化法、光励起酸化
法、光励起酸化窒化法や光励起窒化法等いかなる方法で
行っても良い。たとえば光励起酸化法の場合はＳＨＧ−
ＹＡＧレーザの２６６ｎｍの波長を用いるとよい。さら
にシリコン酸化窒化膜は酸化膜をまず形成し、その後Ｎ
2 Ｏ中又はＮＯ中で熱処理することにより形成してもよ
い。半導体結晶試料表面をあらかじめシリコン酸化膜、
シリコン酸化窒化膜あるいはシリコン窒化膜等のレーザ
光の透過効率が高く光の吸収効率が低い絶縁膜で被覆す
ることにより、レーザ光による半導体結晶試料のみを効
率的に加熱することができる。したがって半導体結晶中
の金属不純物の濃縮効率を高めることができる。
【００４８】シリコン酸化膜、シリコン酸化窒化膜やシ
リコン窒化膜を光励起酸化法、光励起酸化窒化法や光励
起窒化法を用いて形成する場合は、密閉容器１中に酸素
やアンモニア等のガスを流しながら、レーザ光を照射し
て作成することもできる。同一の密閉容器中でシリコン
酸化膜等の透明絶縁膜の形成と不純物濃縮を行うには図
４に示すような透明石英管又は透明石英管にサファイア
の窓のついた反応管（密閉容器）４９を用いることが好
ましい。図４において反応管４９は高周波誘導加熱がで
きるように水冷コイル９１が巻かれている。高周波誘導
加熱を行う場合は試料保持部９はＳｉＣコートされたカ
ーボンサセプタを用いればよい。高周波誘導加熱以外に
もハロゲンランプ等の赤外線ランプ加熱方式でもよく、
また光励起酸化等の場合は水冷コイル９１や赤外線ラン
プ等の加熱装置は不要であることはもちろんである。図
４において反応ガスやキャリアガスの流量はマスフロー
コントローラ等のガス制御手段７１，７２，７３，７
４，７５，７６により行う。良質な酸化膜、酸化窒化
膜，窒化膜を形成するためには半導体表面を清浄にする
ことが好ましく、酸化や窒化の直前にＨＣｌガスとＨ2
ガスの混合ガスを半導体基板の表面に導入し、基板表面
の自然酸化膜（ｎａｔｉｖｅ Ｏｘｉｄｅ）等を除去す
るのがよい。窒化膜を形成するためにはＮＨ3 ガス又は
Ａｒ希釈のＮＨ3ガスを流し、７００〜１３００℃に加
熱するか、４００℃以下の低温で基板表面に紫外線を照
射すればよい。図４のような反応管を用いる場合はレー
ザ光用の窓を取りはずし可能とすることは一般的には不
要であるが、取りはずし可能とした方が洗浄の手間がは
ぶける。なぜなら反応管全体の洗浄の頻度は、窓の洗浄
の頻度よりも一般に少ないからである。図４のような石
英管等の反応管を用いることによりＮＨ3 やＨＣｌ等の
反応性の高いガスも容易に取り扱えるので、同一容器中
での被膜形成と不純物濃縮が容易となる。あるいは図５
に示すように成膜用チャンバー４５と濃縮装置の密閉容
器４１とをゲートバルブ６１を介して結合してもよい。
図５において半導体結晶試料１１は成膜用チャンバー４
５中でハロゲンランブ８２により加熱され、ＮＨ3 ガス
を流すことにより窒化膜を形成することができる。ハロ
ゲンランプ８２の光は回転情円体ミラー等の反射鏡８１
で効率よく半導体結晶試料１１の表面に集光できるよう
になっている。ハロゲンランプ以外の赤外線ランプを用
いてもよい。また酸素ガスを流せば酸化膜が形成でき、
酸素とＮＨ3 ガスを同時に流せば酸化窒化膜が形成でき
る。酸化窒化膜は酸化膜をＮ2 Ｏ中又はＮＯ中で８５０
℃〜１０００℃で熱処理しても形成できる。８５０℃，
３０分のＮ2 Ｏ中の熱処理で約１０ｎｍの酸化窒化膜が
形成できる。成膜後はゲートバルブ６１を開け密閉容器
４１に半導体結晶試料１１を移し、不純物濃縮を行なえ
ばよい。
リコン窒化膜を光励起酸化法、光励起酸化窒化法や光励
起窒化法を用いて形成する場合は、密閉容器１中に酸素
やアンモニア等のガスを流しながら、レーザ光を照射し
て作成することもできる。同一の密閉容器中でシリコン
酸化膜等の透明絶縁膜の形成と不純物濃縮を行うには図
４に示すような透明石英管又は透明石英管にサファイア
の窓のついた反応管（密閉容器）４９を用いることが好
ましい。図４において反応管４９は高周波誘導加熱がで
きるように水冷コイル９１が巻かれている。高周波誘導
加熱を行う場合は試料保持部９はＳｉＣコートされたカ
ーボンサセプタを用いればよい。高周波誘導加熱以外に
もハロゲンランプ等の赤外線ランプ加熱方式でもよく、
また光励起酸化等の場合は水冷コイル９１や赤外線ラン
プ等の加熱装置は不要であることはもちろんである。図
４において反応ガスやキャリアガスの流量はマスフロー
コントローラ等のガス制御手段７１，７２，７３，７
４，７５，７６により行う。良質な酸化膜、酸化窒化
膜，窒化膜を形成するためには半導体表面を清浄にする
ことが好ましく、酸化や窒化の直前にＨＣｌガスとＨ2
ガスの混合ガスを半導体基板の表面に導入し、基板表面
の自然酸化膜（ｎａｔｉｖｅ Ｏｘｉｄｅ）等を除去す
るのがよい。窒化膜を形成するためにはＮＨ3 ガス又は
Ａｒ希釈のＮＨ3ガスを流し、７００〜１３００℃に加
熱するか、４００℃以下の低温で基板表面に紫外線を照
射すればよい。図４のような反応管を用いる場合はレー
ザ光用の窓を取りはずし可能とすることは一般的には不
要であるが、取りはずし可能とした方が洗浄の手間がは
ぶける。なぜなら反応管全体の洗浄の頻度は、窓の洗浄
の頻度よりも一般に少ないからである。図４のような石
英管等の反応管を用いることによりＮＨ3 やＨＣｌ等の
反応性の高いガスも容易に取り扱えるので、同一容器中
での被膜形成と不純物濃縮が容易となる。あるいは図５
に示すように成膜用チャンバー４５と濃縮装置の密閉容
器４１とをゲートバルブ６１を介して結合してもよい。
図５において半導体結晶試料１１は成膜用チャンバー４
５中でハロゲンランブ８２により加熱され、ＮＨ3 ガス
を流すことにより窒化膜を形成することができる。ハロ
ゲンランプ８２の光は回転情円体ミラー等の反射鏡８１
で効率よく半導体結晶試料１１の表面に集光できるよう
になっている。ハロゲンランプ以外の赤外線ランプを用
いてもよい。また酸素ガスを流せば酸化膜が形成でき、
酸素とＮＨ3 ガスを同時に流せば酸化窒化膜が形成でき
る。酸化窒化膜は酸化膜をＮ2 Ｏ中又はＮＯ中で８５０
℃〜１０００℃で熱処理しても形成できる。８５０℃，
３０分のＮ2 Ｏ中の熱処理で約１０ｎｍの酸化窒化膜が
形成できる。成膜後はゲートバルブ６１を開け密閉容器
４１に半導体結晶試料１１を移し、不純物濃縮を行なえ
ばよい。
【００４９】さらに図５に示すように濃縮装置の密閉容
器４１とＳＩＭＳ，ＴＲＸＲＦ，ＡＥＳ，ＰＩＸＥ等の
分析手段の分析用チャンバー４２とをゲートバルブ６２
で接続して不純物分析装置を構成してもよい。図５にお
いて分析用チャンバー４２にはイオン、Ｘ線、電子線等
の電離放射線源５１と分析検出器５２が設けられ、密閉
容器４１と分析用チャンバー４２とはゲートバルブ６
３，６４を介してターボポンプやクライオポンプ，イオ
ンポンプ等を用いて真空排気できるようになっている。
図５において半導体結晶試料１１はトランスファーロッ
ド４４を用いて成膜用チャンバー４５から密閉容器４１
へ、密閉容器４１から分析用チャンバー４２へと真空中
で搬送できる。図５に示す本発明の第２の実施の形態の
不純物分析装置の円筒状の密閉容器４１の上部には窓３
が、密閉容器４１の側壁には、試料表面を冷却するキャ
リアガスの供給口５ａ及び排気口５ｂが設けられ、密閉
容器４１内には窓３に対向してレーザ光の照射前後で移
動しないように試料１１を固定保持する試料固定保持部
９が配置されている。密閉容器４１の上方には、試料１
１に照射するレーザ光を照射するレーザ発振器１３ａ、
１３ｂと、レーザ発振器１３ａ、１３ｂから照射された
レーザ光の光路上に設けられた、試料１１にレーザ光を
照射するための集光レンズ１５ａ、１５ｂ及び反射板１
７ａ、１７ｂが配置されている。また試料１１の表面状
態の変化を窓３を通して観察するＴＶカメラ２１及びＴ
Ｖモニタ２３とが光路を共通するように配置されてい
る。
器４１とＳＩＭＳ，ＴＲＸＲＦ，ＡＥＳ，ＰＩＸＥ等の
分析手段の分析用チャンバー４２とをゲートバルブ６２
で接続して不純物分析装置を構成してもよい。図５にお
いて分析用チャンバー４２にはイオン、Ｘ線、電子線等
の電離放射線源５１と分析検出器５２が設けられ、密閉
容器４１と分析用チャンバー４２とはゲートバルブ６
３，６４を介してターボポンプやクライオポンプ，イオ
ンポンプ等を用いて真空排気できるようになっている。
図５において半導体結晶試料１１はトランスファーロッ
ド４４を用いて成膜用チャンバー４５から密閉容器４１
へ、密閉容器４１から分析用チャンバー４２へと真空中
で搬送できる。図５に示す本発明の第２の実施の形態の
不純物分析装置の円筒状の密閉容器４１の上部には窓３
が、密閉容器４１の側壁には、試料表面を冷却するキャ
リアガスの供給口５ａ及び排気口５ｂが設けられ、密閉
容器４１内には窓３に対向してレーザ光の照射前後で移
動しないように試料１１を固定保持する試料固定保持部
９が配置されている。密閉容器４１の上方には、試料１
１に照射するレーザ光を照射するレーザ発振器１３ａ、
１３ｂと、レーザ発振器１３ａ、１３ｂから照射された
レーザ光の光路上に設けられた、試料１１にレーザ光を
照射するための集光レンズ１５ａ、１５ｂ及び反射板１
７ａ、１７ｂが配置されている。また試料１１の表面状
態の変化を窓３を通して観察するＴＶカメラ２１及びＴ
Ｖモニタ２３とが光路を共通するように配置されてい
る。
【００５０】図５に示すような構成にすれば、濃縮後の
試料表面に大気中の微量不純物が付着することもなく、
極めて微量の不純物を測定することが可能となる。なお
図示を省略しているが、成膜用チャンバー４５、分析用
チャンバー４２および密閉容器４１には真空搬送用の試
料受け渡しに用いる試料上下機構が設けられている。た
とえば密閉容器４１中の試料固定保持部９は試料上下機
構により上下してトランスファーロッド４４から試料を
受け渡すことができる。分析用チャンバー４２について
も同様に上下可能な試料固定保持部が具備されているこ
とはもちろんである。
試料表面に大気中の微量不純物が付着することもなく、
極めて微量の不純物を測定することが可能となる。なお
図示を省略しているが、成膜用チャンバー４５、分析用
チャンバー４２および密閉容器４１には真空搬送用の試
料受け渡しに用いる試料上下機構が設けられている。た
とえば密閉容器４１中の試料固定保持部９は試料上下機
構により上下してトランスファーロッド４４から試料を
受け渡すことができる。分析用チャンバー４２について
も同様に上下可能な試料固定保持部が具備されているこ
とはもちろんである。
【００５１】図３〜５に示した不純物濃縮装置、あるい
は不純物分析装置によれば供給口５ａおよび排気口５ｂ
を用いて密閉容器１中にキャリアガスを流すことによ
り、半導体結晶表面を冷却するので、結晶試料が蒸発気
化する事を抑制する効果がある。したがって、使用する
レーザ光のエネルギー強度を相対的に高めることがで
き、結晶中の金属不純物の濃縮効率を高めることができ
る。さらに、密閉容器１，４１，４９、結晶試料固定保
持部材９等も冷却するので、それらからの不純物汚染も
抑制できる。特に、水素を含むキャリアガスを流しなが
ら、長い波長のレーザ光を照射すると、結晶中のより深
い領域からのＦｅ、Ｃｕ、Ｃｒ等の金属不純物も熱と水
素のためにさらに拡散しやすくなり、上記の欠陥部分に
移動し濃縮される。
は不純物分析装置によれば供給口５ａおよび排気口５ｂ
を用いて密閉容器１中にキャリアガスを流すことによ
り、半導体結晶表面を冷却するので、結晶試料が蒸発気
化する事を抑制する効果がある。したがって、使用する
レーザ光のエネルギー強度を相対的に高めることがで
き、結晶中の金属不純物の濃縮効率を高めることができ
る。さらに、密閉容器１，４１，４９、結晶試料固定保
持部材９等も冷却するので、それらからの不純物汚染も
抑制できる。特に、水素を含むキャリアガスを流しなが
ら、長い波長のレーザ光を照射すると、結晶中のより深
い領域からのＦｅ、Ｃｕ、Ｃｒ等の金属不純物も熱と水
素のためにさらに拡散しやすくなり、上記の欠陥部分に
移動し濃縮される。
【００５２】これは以下のような理由によると思われ
る。つまり水素はアルゴンや窒素などよりも、もともと
Ｓｉウェハに吸収されやすく、しかもウェハ内部での拡
散速度が大きい。レーザ光照射等にキャリアガスを水素
に変えることによってＳｉウェハ内部での水素の拡散速
度が大きくなる。また、水素は還元性ガスであるため、
上記の結果、Ｓｉウェハ内部の欠陥密度（酸素に起因す
るものが大部分）が少なくなり、Ｃｕ、Ｆｅなどの還移
金属成分の拡散速度が大きくなるためと推定される。し
たがって、半導体結晶表面に水素ガスを流しながらレー
ザ光を繰返し照射することによってウェハ中の還移金属
不純物が欠陥密度が大きいウェハ表面近傍部に局所的に
高濃度に濃縮することになると考えられる。
る。つまり水素はアルゴンや窒素などよりも、もともと
Ｓｉウェハに吸収されやすく、しかもウェハ内部での拡
散速度が大きい。レーザ光照射等にキャリアガスを水素
に変えることによってＳｉウェハ内部での水素の拡散速
度が大きくなる。また、水素は還元性ガスであるため、
上記の結果、Ｓｉウェハ内部の欠陥密度（酸素に起因す
るものが大部分）が少なくなり、Ｃｕ、Ｆｅなどの還移
金属成分の拡散速度が大きくなるためと推定される。し
たがって、半導体結晶表面に水素ガスを流しながらレー
ザ光を繰返し照射することによってウェハ中の還移金属
不純物が欠陥密度が大きいウェハ表面近傍部に局所的に
高濃度に濃縮することになると考えられる。
【００５３】本発明の第２実施の形態によれば、密閉容
器１内でレーザ光照射を行い、結晶中の金属不純物を非
接触で表面近傍に局所的に高密度に濃縮するため、環境
からの不純物汚染も抑制できる。さらに、前もって図３
〜５に示した不純物濃縮装置又は不純物分析装置を用い
て、半導体結晶の蒸発気化を開始できるエネルギー強度
のレーザ光を半導体結晶試料表面の所定位置周辺に照射
しマーキングすることにより、半導体結晶試料表面の不
純物濃縮範囲すなわち分析範囲の位置決めが一層容易に
なり、分析感度や精度をより高めことができる。マーキ
ングする際のレーザ光の波長は１００〜１５０００ｎ
ｍ，望ましくは５００〜１１，０００ｎｍである。図３
〜５には２台のレーザ発振器しか図示していないが、マ
ーキング用にＣＯ2 レーザ等の第３のレーザ発振器を加
えてもよい。また、図３〜４に示した半導体結晶の不純
物濃縮装置を用いて、局所的に不純物濃縮した半導体結
晶試料を濃縮装置に隣接して配置されたＳＩＭＳ、ＴＲ
ＸＲＦ、ＰＩＸＥ、ＡＥＳ等で測定することにより、簡
便かつ高感度な分析が可能となる。なお、マーキングは
濃縮工程のレーザ光照射（第１工程、第２工程）の前で
も後でもよい。しかし濃縮工程の前に行う方が効率的で
ある。
器１内でレーザ光照射を行い、結晶中の金属不純物を非
接触で表面近傍に局所的に高密度に濃縮するため、環境
からの不純物汚染も抑制できる。さらに、前もって図３
〜５に示した不純物濃縮装置又は不純物分析装置を用い
て、半導体結晶の蒸発気化を開始できるエネルギー強度
のレーザ光を半導体結晶試料表面の所定位置周辺に照射
しマーキングすることにより、半導体結晶試料表面の不
純物濃縮範囲すなわち分析範囲の位置決めが一層容易に
なり、分析感度や精度をより高めことができる。マーキ
ングする際のレーザ光の波長は１００〜１５０００ｎ
ｍ，望ましくは５００〜１１，０００ｎｍである。図３
〜５には２台のレーザ発振器しか図示していないが、マ
ーキング用にＣＯ2 レーザ等の第３のレーザ発振器を加
えてもよい。また、図３〜４に示した半導体結晶の不純
物濃縮装置を用いて、局所的に不純物濃縮した半導体結
晶試料を濃縮装置に隣接して配置されたＳＩＭＳ、ＴＲ
ＸＲＦ、ＰＩＸＥ、ＡＥＳ等で測定することにより、簡
便かつ高感度な分析が可能となる。なお、マーキングは
濃縮工程のレーザ光照射（第１工程、第２工程）の前で
も後でもよい。しかし濃縮工程の前に行う方が効率的で
ある。
【００５４】（実施例２．１）ｐ型基板の分析 上記不純物濃縮装置を用いて、硼素ドープＳｉ単結晶基
板 (比抵抗：２．０Ωcm、厚さ：３３０μm ) に含まれ
る金属不純物を濃縮し、２次イオン質量分析装置 (ＳＩ
ＭＳ) で分析した。
板 (比抵抗：２．０Ωcm、厚さ：３３０μm ) に含まれ
る金属不純物を濃縮し、２次イオン質量分析装置 (ＳＩ
ＭＳ) で分析した。
【００５５】以下に、Ｓｉ単結晶基板の不純物濃縮条件
およびＳＩＭＳの測定条件及び分析結果を示す。
およびＳＩＭＳの測定条件及び分析結果を示す。
【００５６】(１) 不純物濃縮条件 レーザ発振器 (１３ａ) ：ＳＨＧ−ＹＡＧレーザ (波
長：５３２nm) レーザ発振器 (１３ｂ) ：ＹＡＧレーザ (波長：１０６
４nm) パルスエネルギー：１７０mJ、パルス幅：２００μ秒 パルス繰返し速度：１０パルス／秒、パルス照射時間：
３００秒 ビーム径：１００μm 、密閉容器の空間体積：約８０cm
3 キャリアガス (Ａｒ) ：２リットル／分 (２) 測定条件 装置：カメカＩＭＳ４Ｆ、１次イオンビーム：Ｏ2 + 加速電圧：１２ｋＶ、走査範囲：５００μm ×５００μ
m 電流：０．５μA 、２次イオン加速電圧：４．５ｋＶ その他：高質量分解能測定 上記条件を用いてＳｉ基板表面から１０ｎｍまでのＣ
ｕ、Ｆｅ、Ｃｒのイオン強度 (cps)を測定した結果を表
３に比較例と共に示す。
長：５３２nm) レーザ発振器 (１３ｂ) ：ＹＡＧレーザ (波長：１０６
４nm) パルスエネルギー：１７０mJ、パルス幅：２００μ秒 パルス繰返し速度：１０パルス／秒、パルス照射時間：
３００秒 ビーム径：１００μm 、密閉容器の空間体積：約８０cm
3 キャリアガス (Ａｒ) ：２リットル／分 (２) 測定条件 装置：カメカＩＭＳ４Ｆ、１次イオンビーム：Ｏ2 + 加速電圧：１２ｋＶ、走査範囲：５００μm ×５００μ
m 電流：０．５μA 、２次イオン加速電圧：４．５ｋＶ その他：高質量分解能測定 上記条件を用いてＳｉ基板表面から１０ｎｍまでのＣ
ｕ、Ｆｅ、Ｃｒのイオン強度 (cps)を測定した結果を表
３に比較例と共に示す。
【００５７】
【表３】 （実施例２．２）ｎ型基板の分析 次に、上記不純物濃縮装置を用いて、リンドープＳｉ単
結晶基板 (比抵抗：３．７Ωcm、厚さ：４２０μm ) に
含まれる金属不純物を濃縮し、ＳＩＭＳで分析した。
結晶基板 (比抵抗：３．７Ωcm、厚さ：４２０μm ) に
含まれる金属不純物を濃縮し、ＳＩＭＳで分析した。
【００５８】以下に、Ｓｉ単結晶基板の不純物濃縮条件
およびＳＩＭＳの測定条件及を示す。
およびＳＩＭＳの測定条件及を示す。
【００５９】(１) 不純物濃縮条件 レーザ発振器 (１３ａ) ：ＳＨＧ−ＹＡＧレーザ (波
長：５３２nm) レーザ発振器 (１３ｂ) ：ＹＡＧレーザ (波長：１０６
４nm) パルスエネルギー：１７０mJ、パルス幅：２００μ秒 パルス繰返し速度：１０パルス／秒、パルス照射時間：
３００秒 ビーム径：１００μm 、密閉容器の空間体積：約８０cm
3 キャリアガス (Ａｒ) ：２リットル／分 (２) 測定条件 装置：カメカＩＭＳ４Ｆ、１次イオンビーム：Ｏ2 + 加速電圧：１２ｋＶ、走査範囲：５００μm ×５００μ
m 電流：０．５μA 、２次イオン加速電圧：４．５ｋＶ その他：高質量分解能測定 上記条件を用いてＳｉ基板表面から１０ｎｍまでのＣ
ｕ、Ｆｅ、Ｃｒのイオン強を測定した結果を表４に比較
例と共に示す。
長：５３２nm) レーザ発振器 (１３ｂ) ：ＹＡＧレーザ (波長：１０６
４nm) パルスエネルギー：１７０mJ、パルス幅：２００μ秒 パルス繰返し速度：１０パルス／秒、パルス照射時間：
３００秒 ビーム径：１００μm 、密閉容器の空間体積：約８０cm
3 キャリアガス (Ａｒ) ：２リットル／分 (２) 測定条件 装置：カメカＩＭＳ４Ｆ、１次イオンビーム：Ｏ2 + 加速電圧：１２ｋＶ、走査範囲：５００μm ×５００μ
m 電流：０．５μA 、２次イオン加速電圧：４．５ｋＶ その他：高質量分解能測定 上記条件を用いてＳｉ基板表面から１０ｎｍまでのＣ
ｕ、Ｆｅ、Ｃｒのイオン強を測定した結果を表４に比較
例と共に示す。
【００６０】
【表４】 （実施例２．３）ｐ型基板の分析 比抵抗２．６Ωｃｍ、厚み３５０μｍの硼素ドープＳｉ
単結晶ウェハの表面にＣＶＤ法で作成したＳｉＯＮ膜
（２０ｎｍ）を被覆し、このＳｉウェハ（１辺１０ｍｍ
の正方形）中の金属不純物を図３に示す装置を用いて、
最初に短波長、次いで長波長のレーザ光を下記の条件で
照射して濃縮した後、ＳＩＭＳを用いて下記の条件で不
純物のイオン強度を測定した。
単結晶ウェハの表面にＣＶＤ法で作成したＳｉＯＮ膜
（２０ｎｍ）を被覆し、このＳｉウェハ（１辺１０ｍｍ
の正方形）中の金属不純物を図３に示す装置を用いて、
最初に短波長、次いで長波長のレーザ光を下記の条件で
照射して濃縮した後、ＳＩＭＳを用いて下記の条件で不
純物のイオン強度を測定した。
【００６１】(１) 濃縮条件 第１工程：ＳＨＧ−ＹＡＧレーザ（波長３５５ｎｍ） キャリアガスＡｒ 第２工程：ＹＡＧレーザ（波長１０６４ｎｍ）、キャリ
アガスＨ2 照射条件：パルスエネルギー１７０ｍＪ、パルス幅２０
０μ秒 パルス繰返し速度１０パルス／秒、パルス照射時間３０
０秒 ビーム径約１００μｍ（第１，第２工程共通） 密閉容器の空間体積約８０ｃｍ3 、キャリアガスの供給
速度２ｌ／分なお、上記第１工程及び第２工程のレーザ
光照射の前に、Ｓｉウェハ表面内の１辺２ｍｍの正方形
の４点に、パルスエネルギー２００ｍＪのレーザ光（波
長１０６４ｎｍ）を各１パルスずつ照射して、マーキン
グを行う。
アガスＨ2 照射条件：パルスエネルギー１７０ｍＪ、パルス幅２０
０μ秒 パルス繰返し速度１０パルス／秒、パルス照射時間３０
０秒 ビーム径約１００μｍ（第１，第２工程共通） 密閉容器の空間体積約８０ｃｍ3 、キャリアガスの供給
速度２ｌ／分なお、上記第１工程及び第２工程のレーザ
光照射の前に、Ｓｉウェハ表面内の１辺２ｍｍの正方形
の４点に、パルスエネルギー２００ｍＪのレーザ光（波
長１０６４ｎｍ）を各１パルスずつ照射して、マーキン
グを行う。
【００６２】(２) 測定条件 分析装置：カメカ社製、機種番号ＩＭＳ４Ｆ 一次イオンビーム：Ｏ2 + 加速電圧：１２ｋＶ、走査範囲：５００μｍ×５００μ
ｍ 電流：０．５μＡ、二次イオン加速電圧：４．５ｋＶ その他：高質量分解能測定 上記条件を用いてＳｉウェハ表面から１０ｎｍまでのＣ
ｕ、Ｆｅ、Ｃｒのイオン強度を測定した結果を表５に比
較例、参考例と共に示す。
ｍ 電流：０．５μＡ、二次イオン加速電圧：４．５ｋＶ その他：高質量分解能測定 上記条件を用いてＳｉウェハ表面から１０ｎｍまでのＣ
ｕ、Ｆｅ、Ｃｒのイオン強度を測定した結果を表５に比
較例、参考例と共に示す。
【００６３】
【表５】 （実施例２．４）ｎ型基板の分析 比抵抗３．４Ωｃｍ、厚み３９０μｍのリンドープＳｉ
単結晶ウェハを図３の装置の試料固定保持部９に置き、
酸素とアンモニアとの混合ガスを供給しながら、レーザ
光を照射してＳｉウェハ表面を酸化窒化し、その表面に
厚さ１１ｎｍのＳｉＯＮ膜を形成した。
単結晶ウェハを図３の装置の試料固定保持部９に置き、
酸素とアンモニアとの混合ガスを供給しながら、レーザ
光を照射してＳｉウェハ表面を酸化窒化し、その表面に
厚さ１１ｎｍのＳｉＯＮ膜を形成した。
【００６４】このＳｉウェハを実施例２．３と同様にし
て濃縮操作を行い、得られたＳｉウェハについて実施例
２．３と同様にして不純物のイオン強度測定した。Ｓｉ
ウェハ表面から１０ｎｍまでのＣｕ、Ｆｅ、Ｃｒのイオ
ン強度を表６に参考例、比較例と共に示す。
て濃縮操作を行い、得られたＳｉウェハについて実施例
２．３と同様にして不純物のイオン強度測定した。Ｓｉ
ウェハ表面から１０ｎｍまでのＣｕ、Ｆｅ、Ｃｒのイオ
ン強度を表６に参考例、比較例と共に示す。
【００６５】
【表６】 （実施例２．５）ｐ型基板の分析 比抵抗２．３Ωｃｍ、厚さ３３０μｍの硼素ドープＳｉ
単結晶ウェハの表面に、ＣＶＤ法で作製したＳｉＯ2 膜
（２０ｎｍ）を被覆し、このＳｉウェハ（一辺１０ｍｍ
の正方形）中の金属不純物を、図３に示す不純物濃縮装
置を用いて、最初に短波長、次いで長波長のレーザ光を
下記の条件で照射して濃縮した後、ＳＩＭＳを用いて下
記の条件で不純物の金属強度を測定した。
単結晶ウェハの表面に、ＣＶＤ法で作製したＳｉＯ2 膜
（２０ｎｍ）を被覆し、このＳｉウェハ（一辺１０ｍｍ
の正方形）中の金属不純物を、図３に示す不純物濃縮装
置を用いて、最初に短波長、次いで長波長のレーザ光を
下記の条件で照射して濃縮した後、ＳＩＭＳを用いて下
記の条件で不純物の金属強度を測定した。
【００６６】(１）濃縮条件 第１工程：ＳＨＧ−ＹＡＧレーザ（波長３５５ｎｍ） 第２工程：ＹＡＧレーザ（波長１，０６４ｎｍ） 照射条件：パルスエネルギー１７０ｍＪ、パルス幅２０
０μ秒、パルス繰り返し速度１０パルス／秒、パルス照
射時間３００秒、ビーム径約１００μｍ（第１，２工程
共通） 密閉容器の空間体積約８０ｃｍ3 、キャリアガスＡｒ、
キャリアガスの供給速度２ｌ／分 なお、上記第１工程及び第２工程のレーザ光照射の前
に、Ｓｉウェハ表面内の一辺２ｍｍの正方形の４点に、
パルスエネルギー２００ｍＪのレーザ光（波長１，０６
４ｎｍ）を各１パルスずつ照射して、マーキングを行っ
た。
０μ秒、パルス繰り返し速度１０パルス／秒、パルス照
射時間３００秒、ビーム径約１００μｍ（第１，２工程
共通） 密閉容器の空間体積約８０ｃｍ3 、キャリアガスＡｒ、
キャリアガスの供給速度２ｌ／分 なお、上記第１工程及び第２工程のレーザ光照射の前
に、Ｓｉウェハ表面内の一辺２ｍｍの正方形の４点に、
パルスエネルギー２００ｍＪのレーザ光（波長１，０６
４ｎｍ）を各１パルスずつ照射して、マーキングを行っ
た。
【００６７】(２）測定条件 分析装置：カメカ社製、機種番号ＩＭＳ４Ｆ、一次イオ
ンビーム：Ｏ2 + 、加速電圧：１２ＫＶ、走査範囲：５
００μｍ×５００μｍ、電流：０．５μＡ、二次イオン
加速電圧：４．５ＫＶ、その他：高質量分解能測定 上記条件を用いてＳｉウェハ表面から１０ｎｍまでのＣ
ｕ、Ｆｅ、Ｃｒのイオン強度を測定した結果を表７に比
較例、参考例と共に示す。
ンビーム：Ｏ2 + 、加速電圧：１２ＫＶ、走査範囲：５
００μｍ×５００μｍ、電流：０．５μＡ、二次イオン
加速電圧：４．５ＫＶ、その他：高質量分解能測定 上記条件を用いてＳｉウェハ表面から１０ｎｍまでのＣ
ｕ、Ｆｅ、Ｃｒのイオン強度を測定した結果を表７に比
較例、参考例と共に示す。
【００６８】
【表７】 （実施例２．６）ｎ型基板の分析 比抵抗３．７Ωｃｍ、厚さ４２０μｍのリンドープＳｉ
単結晶ウェハを図３の装置の試料固定保持部９に置き、
キャリアガスとして酸素ガスを供給しながら、レーザ光
を照射して、Ｓｉウェハ表面を酸化し、その表面に厚さ
１０ｎｍのＳｉＯ2 膜を形成した。
単結晶ウェハを図３の装置の試料固定保持部９に置き、
キャリアガスとして酸素ガスを供給しながら、レーザ光
を照射して、Ｓｉウェハ表面を酸化し、その表面に厚さ
１０ｎｍのＳｉＯ2 膜を形成した。
【００６９】このＳｉウェハを実施例２．５と同様にし
て濃縮操作を行い、得られたＳｉウェハについて、実施
例２．５と同様にしてＳｉウェハ表面から１０ｎｍまで
の金属イオン強度を測定した結果を表８に比較例参考例
と共に示す
て濃縮操作を行い、得られたＳｉウェハについて、実施
例２．５と同様にしてＳｉウェハ表面から１０ｎｍまで
の金属イオン強度を測定した結果を表８に比較例参考例
と共に示す
【表８】 第３の実施の形態 図６は、本発明の第３の実施の形態に係る不純物濃縮装
置の一構成例を示す図である。図６において、この不純
物濃縮装置は、密閉された円筒状の密閉容器１と、密閉
容器１の上部に設けられた窓３と、密閉容器１の側壁に
設けられた、試料表面を冷却するキャリアガスの供給口
５ａ及び排気口５ｂと、密閉容器１内に窓３に対向して
底面７上に設けられた、レーザ光の照射前後で移動しな
いように試料１１を固定保持する試料固定保持部９と、
試料１１に照射されるレーザ光を出射するレーザ発振器
１３と、レーザ発振器１３から出射されたレーザ光の光
路上に設けられた、試料１１にレーザ光を照射するため
の集光レンズ１５及び反射板１７と、密閉容器１内に供
給されるキャリアガスの供給量を制御するガス制御手段
１９と、試料１１の表面状態の変化を窓３を通して観察
するＴＶカメラ２１及びＴＶモニタ２３と、密閉容器１
の上部に設けられた、試料１１に磁気力を及ぼす磁界発
生手段２５とを有している。磁界発生手段は強磁性物質
が試料表面に移動するように磁気力が働くのであれば、
密閉容器の底部又は側壁を囲んで形成してもよい。
置の一構成例を示す図である。図６において、この不純
物濃縮装置は、密閉された円筒状の密閉容器１と、密閉
容器１の上部に設けられた窓３と、密閉容器１の側壁に
設けられた、試料表面を冷却するキャリアガスの供給口
５ａ及び排気口５ｂと、密閉容器１内に窓３に対向して
底面７上に設けられた、レーザ光の照射前後で移動しな
いように試料１１を固定保持する試料固定保持部９と、
試料１１に照射されるレーザ光を出射するレーザ発振器
１３と、レーザ発振器１３から出射されたレーザ光の光
路上に設けられた、試料１１にレーザ光を照射するため
の集光レンズ１５及び反射板１７と、密閉容器１内に供
給されるキャリアガスの供給量を制御するガス制御手段
１９と、試料１１の表面状態の変化を窓３を通して観察
するＴＶカメラ２１及びＴＶモニタ２３と、密閉容器１
の上部に設けられた、試料１１に磁気力を及ぼす磁界発
生手段２５とを有している。磁界発生手段は強磁性物質
が試料表面に移動するように磁気力が働くのであれば、
密閉容器の底部又は側壁を囲んで形成してもよい。
【００７０】ここで、前記キャリアガスとしては、水
素、アルゴン、ヘリウム、酸素、窒素等を挙げることが
できるが、必要に応じてアルゴン、ヘリウム等に少量の
水素を添加しても良い。密閉容器１は、目的成分の分析
を直接的にも間接的にも妨害することがない点で、フッ
素系樹脂、石英、サファイア、パイレックスガラス、金
属、合金等を用いればよいが、金属、合金の場合は非磁
性の材料が望ましい。窓３は、目的成分の分析を直接的
にも間接的にも妨害することがなく、レーザ光を効率良
く通過させることができる点で、石英、サファイア、パ
イレックスガラス等の透光性材料で構成されることが望
ましい。また、窓３は、Ｏリングやメタルガスケットを
用いて前記密閉容器１に対して交換可能とする構造とす
ることが望ましい。試料固定保持部９の材質は、目的成
分の分析を直接的にも間接的にも妨害しないものであれ
ばいかなるものでも良い。加工性の点で、フッ素系樹
脂、金属、合金等が望ましい。また、試料固定保持部９
は密閉容器１や試料１１に対して交換可能とすることが
望ましい。
素、アルゴン、ヘリウム、酸素、窒素等を挙げることが
できるが、必要に応じてアルゴン、ヘリウム等に少量の
水素を添加しても良い。密閉容器１は、目的成分の分析
を直接的にも間接的にも妨害することがない点で、フッ
素系樹脂、石英、サファイア、パイレックスガラス、金
属、合金等を用いればよいが、金属、合金の場合は非磁
性の材料が望ましい。窓３は、目的成分の分析を直接的
にも間接的にも妨害することがなく、レーザ光を効率良
く通過させることができる点で、石英、サファイア、パ
イレックスガラス等の透光性材料で構成されることが望
ましい。また、窓３は、Ｏリングやメタルガスケットを
用いて前記密閉容器１に対して交換可能とする構造とす
ることが望ましい。試料固定保持部９の材質は、目的成
分の分析を直接的にも間接的にも妨害しないものであれ
ばいかなるものでも良い。加工性の点で、フッ素系樹
脂、金属、合金等が望ましい。また、試料固定保持部９
は密閉容器１や試料１１に対して交換可能とすることが
望ましい。
【００７１】レーザ発振器１３は、エネルギー値が任意
に変化できると共に、試料を蒸発気化できるエネルギー
値を有することが必要である点で、Ｎｄ−ＹＡＧレー
ザ、ルビーレーザ等が望ましい。ＴＶカメラ２１及びＴ
Ｖモニタ２３は、レーザ光照射による試料の表面状態の
変化を観察するためのものであればよく、形状等は問わ
ない。
に変化できると共に、試料を蒸発気化できるエネルギー
値を有することが必要である点で、Ｎｄ−ＹＡＧレー
ザ、ルビーレーザ等が望ましい。ＴＶカメラ２１及びＴ
Ｖモニタ２３は、レーザ光照射による試料の表面状態の
変化を観察するためのものであればよく、形状等は問わ
ない。
【００７２】磁界発生手段２５は、試料に含まれるＦ
ｅ、Ｎｉ等の強磁性物質を表面に吸引するために配設さ
れるものであり、永久磁石、電磁石のいずれでも良い。
なお、磁界発生手段２５は、汚染防止の点で、図６に示
すように密閉容器１の外部に配設されることが望ましい
が、テフロン等の耐熱性、耐酸化性及び耐薬品性に優れ
たもので被覆されている場合には、密閉容器１内部に配
設しても良い。内部に配設すれば、より試料１１の近傍
に磁界発生手段を近ずけることが可能で、磁界の強さを
高めることが可能となる。
ｅ、Ｎｉ等の強磁性物質を表面に吸引するために配設さ
れるものであり、永久磁石、電磁石のいずれでも良い。
なお、磁界発生手段２５は、汚染防止の点で、図６に示
すように密閉容器１の外部に配設されることが望ましい
が、テフロン等の耐熱性、耐酸化性及び耐薬品性に優れ
たもので被覆されている場合には、密閉容器１内部に配
設しても良い。内部に配設すれば、より試料１１の近傍
に磁界発生手段を近ずけることが可能で、磁界の強さを
高めることが可能となる。
【００７３】なお、図６には示していないが、この装置
により不純物濃縮した試料１１の不純物分析を行うＳＩ
ＭＳ、ＴＲＸＲＦ、ＡＥＳ、ＰＩＸＥ等の物理分析手段
が、この不純物濃縮装置に隣接して配置され、不純物分
析装置を構成している。
により不純物濃縮した試料１１の不純物分析を行うＳＩ
ＭＳ、ＴＲＸＲＦ、ＡＥＳ、ＰＩＸＥ等の物理分析手段
が、この不純物濃縮装置に隣接して配置され、不純物分
析装置を構成している。
【００７４】図６に示した構成によれば、半導体結晶等
の試料表面にレーザ光を繰り返し照射することにより、
試料中に含まれる不純物を非接触で局所的に濃縮するこ
とができる。これは、試料表面にレーザ光を照射してそ
の表面を溶融し、その後冷却してゲッタリングサイトと
なる欠陥を結晶中表面近傍に発生させ、レーザ光照射に
よる熱で結晶中を拡散しやすくなっているＦｅ、Ｃｕ、
Ｃｒ等の不純物をその欠陥近傍に析出させているのであ
る。特に、磁界発生手段２５により試料１１の表面に磁
界を印加しつつ試料表面にレーザ光を繰り返し照射する
ことにより、結晶１１中に含まれる不純物を非接触で局
所的に濃縮することもできる。これは、磁界発生手段２
５により半導体結晶試料１１の表面に磁界を印加し、結
晶中のＦｅ、Ｎｉ等の強磁性物質を磁気力により結晶表
面に移動させることで、さらに濃縮効率を向上させてい
るのである。なお、レーザ光のエネルギー値が大きいほ
ど濃縮効率は大きくなるが、試料が蒸発気化してしまう
と分析ができなくなるので、レーザ光のエネルギー値は
結晶が蒸発気化を開始するエネルギー値の８０〜９７％
が望ましい。
の試料表面にレーザ光を繰り返し照射することにより、
試料中に含まれる不純物を非接触で局所的に濃縮するこ
とができる。これは、試料表面にレーザ光を照射してそ
の表面を溶融し、その後冷却してゲッタリングサイトと
なる欠陥を結晶中表面近傍に発生させ、レーザ光照射に
よる熱で結晶中を拡散しやすくなっているＦｅ、Ｃｕ、
Ｃｒ等の不純物をその欠陥近傍に析出させているのであ
る。特に、磁界発生手段２５により試料１１の表面に磁
界を印加しつつ試料表面にレーザ光を繰り返し照射する
ことにより、結晶１１中に含まれる不純物を非接触で局
所的に濃縮することもできる。これは、磁界発生手段２
５により半導体結晶試料１１の表面に磁界を印加し、結
晶中のＦｅ、Ｎｉ等の強磁性物質を磁気力により結晶表
面に移動させることで、さらに濃縮効率を向上させてい
るのである。なお、レーザ光のエネルギー値が大きいほ
ど濃縮効率は大きくなるが、試料が蒸発気化してしまう
と分析ができなくなるので、レーザ光のエネルギー値は
結晶が蒸発気化を開始するエネルギー値の８０〜９７％
が望ましい。
【００７５】本発明の第３の実施の形態においては、図
６に示した不純物濃縮装置により不純物濃縮した試料１
１を不純物濃縮装置に隣接して配置したＳＩＭＳ、ＴＲ
ＸＲＦ、ＡＥＳ、ＰＩＸＥ等の物理分析手段を用いて分
析を行えば、簡便かつ高感度な分析が可能となる。この
際、不純物濃縮装置により、結晶の蒸発気化が開始する
エネルギー値のレーザ光を用いて試料表面の不純物濃縮
範囲の外側周辺に照射してマーキングしておけば、その
後の分析領域の認定が容易となる。
６に示した不純物濃縮装置により不純物濃縮した試料１
１を不純物濃縮装置に隣接して配置したＳＩＭＳ、ＴＲ
ＸＲＦ、ＡＥＳ、ＰＩＸＥ等の物理分析手段を用いて分
析を行えば、簡便かつ高感度な分析が可能となる。この
際、不純物濃縮装置により、結晶の蒸発気化が開始する
エネルギー値のレーザ光を用いて試料表面の不純物濃縮
範囲の外側周辺に照射してマーキングしておけば、その
後の分析領域の認定が容易となる。
【００７６】（実施例３．１）ｐ型基板の分析 上記不純物濃縮装置を用いて、硼素ドープＳｉ単結晶基
板 (比抵抗：２．０Ωcm、厚さ：３３０μm ) に含まれ
る金属不純物を濃縮し、ＳＩＭＳで分析した。
板 (比抵抗：２．０Ωcm、厚さ：３３０μm ) に含まれ
る金属不純物を濃縮し、ＳＩＭＳで分析した。
【００７７】以下に、Ｓｉ単結晶基板の不純物濃縮条件
およびＳＩＭＳの測定条件を示す。 (１) 不純物濃縮条件 レーザ発振器：ＹＡＧレーザ (波長：１０６４nm) パルスエネルギー：１７０mJ、パルス幅：２００μ秒 パルス繰返し速度：１０パルス／秒、パルス照射時間：
６００秒 ビーム径：１００μm 、密閉容器の空間体積：約８０cm
3 キャリアガス (Ａｒ) ：２リットル／分 磁界発生手段：テフロンコートした永久磁石 (８kGaus
s、縦２０mm×横２０mm×厚さ３mm、中央部に３mmφの
穴有り) (２) 測定条件 装置：カメカＩＭＳ４Ｆ、１次イオンビーム：Ｏ2 + 加速電圧：１２ｋＶ、走査範囲：５００μm ×５００μ
m 電流：０．５μA 、２次イオン加速電圧：４．５ｋＶ その他：高質量分解能測定 上記条件を用いてＳｉ基板表面から１０ｎｍまでのＦ
ｅ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉのイオン強度 (cps)を測定した結
果を表９に比較例とともに示す。
およびＳＩＭＳの測定条件を示す。 (１) 不純物濃縮条件 レーザ発振器：ＹＡＧレーザ (波長：１０６４nm) パルスエネルギー：１７０mJ、パルス幅：２００μ秒 パルス繰返し速度：１０パルス／秒、パルス照射時間：
６００秒 ビーム径：１００μm 、密閉容器の空間体積：約８０cm
3 キャリアガス (Ａｒ) ：２リットル／分 磁界発生手段：テフロンコートした永久磁石 (８kGaus
s、縦２０mm×横２０mm×厚さ３mm、中央部に３mmφの
穴有り) (２) 測定条件 装置：カメカＩＭＳ４Ｆ、１次イオンビーム：Ｏ2 + 加速電圧：１２ｋＶ、走査範囲：５００μm ×５００μ
m 電流：０．５μA 、２次イオン加速電圧：４．５ｋＶ その他：高質量分解能測定 上記条件を用いてＳｉ基板表面から１０ｎｍまでのＦ
ｅ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉのイオン強度 (cps)を測定した結
果を表９に比較例とともに示す。
【００７８】
【表９】 （実施例３．２）ｎ型基板の分析 次に、上記不純物濃縮装置を用いて、リンドープＳｉ単
結晶基板 (比抵抗：３．７Ωcm、厚さ：４２０μm ) に
含まれる金属不純物を濃縮し、ＳＩＭＳで分析した。
結晶基板 (比抵抗：３．７Ωcm、厚さ：４２０μm ) に
含まれる金属不純物を濃縮し、ＳＩＭＳで分析した。
【００７９】以下に、Ｓｉ単結晶基板の不純物濃縮条件
およびＳＩＭＳの測定条件を示す。 (１) 不純物濃縮条件 レーザ発振器：ＹＡＧレーザ (波長：１０６４nm) パルスエネルギー：１８０mJ、パルス幅：２００μ秒 パルス繰返し速度：１０パルス／秒、パルス照射時間：
６００秒 ビーム径：１００μm 、密閉容器の空間体積：約８０cm
3 キャリアガス (Ａｒ) ：２リットル／分 磁界発生手段：テフロンコートした永久磁石 (８kGaus
s、縦２０mm×横２０mm×厚さ３mm、中央部に３mmφの
穴有り) (２) 測定条件 装置：カメカＩＭＳ４Ｆ、１次イオンビーム：Ｏ2 + 加速電圧：１２ｋＶ、走査範囲：５００μm ×５００μ
m 電流：０．５μA 、２次イオン加速電圧：４．５ｋＶ その他：高質量分解能測定 上記条件を用いてＳｉ基板表面から１０ｎｍまでのＦ
ｅ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉのイオン強度 (cps)を測定した結
果を表１０に比較例と共に示す。
およびＳＩＭＳの測定条件を示す。 (１) 不純物濃縮条件 レーザ発振器：ＹＡＧレーザ (波長：１０６４nm) パルスエネルギー：１８０mJ、パルス幅：２００μ秒 パルス繰返し速度：１０パルス／秒、パルス照射時間：
６００秒 ビーム径：１００μm 、密閉容器の空間体積：約８０cm
3 キャリアガス (Ａｒ) ：２リットル／分 磁界発生手段：テフロンコートした永久磁石 (８kGaus
s、縦２０mm×横２０mm×厚さ３mm、中央部に３mmφの
穴有り) (２) 測定条件 装置：カメカＩＭＳ４Ｆ、１次イオンビーム：Ｏ2 + 加速電圧：１２ｋＶ、走査範囲：５００μm ×５００μ
m 電流：０．５μA 、２次イオン加速電圧：４．５ｋＶ その他：高質量分解能測定 上記条件を用いてＳｉ基板表面から１０ｎｍまでのＦ
ｅ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉのイオン強度 (cps)を測定した結
果を表１０に比較例と共に示す。
【００８０】
【表１０】
【００８１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、半
導体結晶等の試料を溶解して試料に含まれる不純物を分
離濃縮するのではなく、適切なエネルギー値のレーザ光
を試料表面の所定の位置に繰返し照射して、試料に含ま
れた不純物を非接触で局所的に濃縮することができるの
で、試薬や器具からの汚染を大幅に低減することができ
る。また、密閉容器内で不純物を濃縮するので環境から
の汚染も低減することができる。
導体結晶等の試料を溶解して試料に含まれる不純物を分
離濃縮するのではなく、適切なエネルギー値のレーザ光
を試料表面の所定の位置に繰返し照射して、試料に含ま
れた不純物を非接触で局所的に濃縮することができるの
で、試薬や器具からの汚染を大幅に低減することができ
る。また、密閉容器内で不純物を濃縮するので環境から
の汚染も低減することができる。
【００８２】従って、本発明によれば、試料に含まれた
Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｒ等の金属不純物の分析感度を従来より
も大幅に向上させることができる。さらに、試料の不純
物濃縮操作も非常に容易に行うことができ、工業的価値
も非常に大である。
Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｒ等の金属不純物の分析感度を従来より
も大幅に向上させることができる。さらに、試料の不純
物濃縮操作も非常に容易に行うことができ、工業的価値
も非常に大である。
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る不純物濃縮装
置の一構成例を示す図である。
置の一構成例を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る不純物分析装
置の一構成例を示す図である。
置の一構成例を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る不純物濃縮装
置の一構成例を示す図である。
置の一構成例を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る他の不純物濃
縮装置の一構成例を示す図である。
縮装置の一構成例を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る不純物分析装
置の一構成例を示す図である。
置の一構成例を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る不純物濃縮装
置の一構成例を示す図である。
置の一構成例を示す図である。
１，４１ 密閉容器 ３ 窓 ５ａ 供給口 ５ｂ 排気口 ７ 底面 ９ 試料固定保持部 １１ 試料 (半導体結晶試料) １３、１３ａ、１３ｂ レーザ発振器 １５、１５ａ、１５ｂ 集光レンズ １７、１７ａ、１７ｂ 反射板 １９、７１、７２、…７６ ガス制御手段 ２１ ＴＶカメラ ２３ ＴＶモニタ ２５ 磁界発生手段 ４２ 分析用チャンバー ４３ 試料準備室 ４４ トラスファーロッド ４５ 成膜用チャンバー ４９ 反応管（密閉容器） ５１ 電離放射線源 ５２ 分析検出器 ６１、６２、６３、６４ ゲートバルブ ８１ 反射鏡 ８２ ハロゲンランプ（赤外線ランプ） ９１ 水冷コイル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉木 昌彦 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式 会社東芝 研究開発センター内 (72)発明者 土井 清三 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式 会社東芝 研究開発センター内 (72)発明者 小塚 祥二 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式 会社東芝 研究開発センター内 (72)発明者 小沼 雅敬 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式 会社東芝 研究開発センター内 (56)参考文献 特開 昭61−7639（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−118254（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−237738（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−27055（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−161791（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−21785（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−260698（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 1/36 H01L 21/66 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (22)
- 【請求項１】 キャリアガスの供給口及び排気口が設け
られた密閉容器と、 前記密閉容器の上部に設けられた窓と、 前記密閉容器内に前記窓に対向して設けられた、半導体
結晶試料を固定保持する試料固定保持部と、 前記キャリアガスの供給量を制御するガス制御手段と、 前記半導体結晶試料の所定の位置に前記窓を通して、前
記半導体結晶試料の蒸発気化が開始するエネルギー強度
よりも低いエネルギー強度で、第１のレーザ光を繰り返
し照射し、該第１のレーザ光により照射された表面に不
純物を析出させるためのレーザ発振器と、 前記半導体結晶試料の表面状態の変化を前記窓を通して
観察する観察手段とを有することを特徴とする不純物濃
縮装置。 - 【請求項２】 前記第１のレーザ光のエネルギー強度
は、前記半導体結晶試料が蒸発気化を開始するエネルギ
ー強度の８０〜９７％であることを特徴とする請求項１
記載の不純物濃縮装置。 - 【請求項３】 前記所定の位置の周辺部に、前記半導体
結晶試料の蒸発気化に必要なエネルギー強度若しくはそ
れ以上の強度の第２のレーザ光を照射して前記半導体結
晶試料の表面にマーキングするマーキング手段をさらに
有することを特徴とする請求項１記載の不純物濃縮装
置。 - 【請求項４】 前記第１及び第２のレーザ光は、共に前
記レーザ発振器から出力されることを特徴とする請求項
３記載の不純物濃縮装置。 - 【請求項５】 前記キャリアガスは、前記半導体結晶試
料の表面を冷却して前記半導体結晶試料の蒸発気化を抑
えるために用いられることを特徴とする請求項１記載の
不純物濃縮装置。 - 【請求項６】 前記料固定保持部は、前記第１のレーザ
光の熱衝撃により前記半導体結晶試料が動くことを防ぐ
構造を具備していることを特徴とする請求項１記載の不
純物濃縮装置。 - 【請求項７】 前記試料固定保持部は、前記半導体結晶
試料を収納する凹部を有することを特徴とする請求項１
記載の不純物濃縮装置。 - 【請求項８】 前記試料固定保持部は、前記半導体結晶
試料を確実に固定するためのフランジ形状部を有するこ
とを特徴とする請求項１記載の不純物濃縮装置。 - 【請求項９】 キャリアガスの供給口及び排気口が設け
られた密閉容器と、 前記密閉容器の上部に設けられた窓と、 前記密閉容器内に前記窓に対向して設けられた、半導体
結晶試料を固定保持する試料固定保持部と、 前記キャリアガスの供給量を制御するガス制御手段と、 前記半導体結晶試料の所定の位置に前記窓を通して、互
いに異なる波長の複数のレーザ光を前記半導体結晶試料
の表面の所定の位置に、繰り返し照射するレーザ発振器
と、 前記半導体結晶試料の表面状態の変化を前記窓を通して
観察する観察手段とを有することを特徴とする不純物濃
縮装置。 - 【請求項１０】 キャリアガスの供給口及び排気口が設
けられた密閉容器と、 前記密閉容器の上部に設けられた窓と、 前記密閉容器内に前記窓に対向して設けられた、半導体
結晶試料を固定保持する試料固定保持部と、 前記キャリアガスの供給量を制御するガス制御手段と、 前記窓を通して、前記半導体結晶試料の所定の位置にレ
ーザ光を繰り返し照射するためのレーザ発振器と、 前記半導体結晶試料の表面状態の変化を前記窓を通して
観察する観察手段と、 前記半導体結晶試料に磁界を印加する磁界発生手段を有
することを特徴とする不純物濃縮装置。 - 【請求項１１】 キャリアガスの供給口及び排気口が設
けられた密閉容器と、 前記密閉容器の上部に設けられ
た窓と、 前記密閉容器内に前記窓に対向して設けられた、半導体
結晶試料を固定保持する試料固定保持部と、 前記キャリアガスの供給量を制御するガス制御手段と、 前記半導体結晶試料の所定の位置に前記窓を通して、前
記半導体結晶試料の蒸発気化が開始するエネルギー強度
よりも低いエネルギー強度で、レーザ光を繰り返し照射
するためのレーザ発振器と、 前記半導体結晶試料の表面状態の変化を前記窓を通して
観察する観察手段と、 前記レーザ光の照射により、前記半導体結晶試料の表面
に析出した不純物を分析する分析手段とを有することを
特徴とする不純物分析装置。 - 【請求項１２】 密閉容器内に半導体結晶を配置する工
程と、 該密閉容器内にキャリアガスを所定の流速で供給しなが
ら、最初に短い波長にて半導体結晶試料の蒸発気化が開
始するエネルギー強度よりも弱いレーザ光を前記半導体
結晶試料の表面の所定の位置に繰り返し照射する工程
と、 次に長い波長にて、前記蒸発気化が開始するエネルギー
強度よりも弱いレーザ光を前記所定の位置に照射するこ
とを特徴とする半導体結晶の不純物濃縮方法。 - 【請求項１３】 水素を含む前記キャリアガスを供給し
ながら、前記長い波長のレーザ光を照射することを特徴
とする請求項１２記載の半導体結晶の不純物濃縮方法。 - 【請求項１４】 前記レーザ光照射前にあらかじめ前記
半導体結晶試料の表面を前記長い波長のレーザ光および
前記短い波長のレーザ光に対して透明な絶縁膜で被覆す
ることを特徴とする請求項１２記載の半導体結晶の不純
物濃縮方法。 - 【請求項１５】 前記レーザ光照射前にあらかじめ前記
半導体結晶試料の表面を酸化、酸化窒化あるいは窒化の
いずれかの処理をすることを特徴とする請求項１４記載
の半導体結晶の不純物濃縮方法。 - 【請求項１６】 酸素もしくは酸素を含むガスを流しな
がら、前記レーザ光を照射して、あらかじめ前記半導体
結晶試料の表面を酸化することにより前記絶縁膜を形成
することを特徴とする請求項１５記載の半導体結晶の不
純物濃縮方法。 - 【請求項１７】 前記半導体結晶試料の蒸発気化が開始
するエネルギー強度の８０〜９７％の前記レーザ光を照
射することを特徴とする請求項１２記載の半導体結晶の
不純物濃縮方法。 - 【請求項１８】 半導体結晶試料を密閉容器中に配置
し、該密閉容器内にキャリアガスを一定の流速で供給し
ながら、最初に短い波長にて前記半導体結晶試料の蒸発
気化が開始するエネルギー強度よりも弱いレーザ光を前
記半導体結晶試料の表面の所定の位置に繰り返し照射し
た後、次に長い波長にて前記蒸発気化が開始するエネル
ギー強度よりも弱いレーザ光を前記所定の位置に照射
し、前記所定の位置に局所的に不純物を濃縮する濃縮工
程と、 該濃縮工程により前記所定の位置の前記不純物を、二次
イオン質量分析法、全反射蛍光Ｘ線分析法、ＰＩＸＥ法
もしくはＡＥＳ法のうちのいずれかで測定する工程とか
らなることを特徴とする半導体結晶の不純物分析方法。 - 【請求項１９】 前記濃縮工程において、水素を含む前
記キャリアガスを流しながら前記長い波長のレーザ光を
照射することを特徴とする請求項１８記載の半導体結晶
の不純物分析方法。 - 【請求項２０】 前記濃縮工程の前に前記半導体結晶試
料の表面に前記長い波長および前記短い波長のレーザ光
に対して透明な絶縁膜を形成する成膜工程を有すること
を特徴とする請求項１９記載の不純物分析方法。 - 【請求項２１】 前記濃縮工程の前又は後のいずれかに
前記所定の位置の外側周辺に、前記半導体結晶試料の蒸
発気化に必要なエネルギー強度若しくはそれ以上のエネ
ルギー強度の前記レーザ光を照射して前記半導体結晶試
料の表面にマーキングすることを特徴とする請求項１８
記載の不純物分析方法。 - 【請求項２２】 前記長い波長および前記短い波長のレ
ーザ光のエネルギー強度が、前記半導体結晶試料の蒸発
気化に必要なエネルギー強度の８０〜９７％であること
を特徴とする請求項１８記載の不純物分析方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19665496A JP3240263B2 (ja) | 1995-09-14 | 1996-07-25 | 不純物濃縮・分析方法およびこれに用いる装置 |
| US08/711,968 US5746829A (en) | 1995-09-14 | 1996-09-10 | Impurity concentrator and analyzer |
| KR1019960039956A KR100253867B1 (ko) | 1995-09-14 | 1996-09-14 | 불순물 농축장치 및 불순물을 농축하기 위한 방법, 불순물 분석 장치 및 불순물을 분석하기위한 방법 |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23717495 | 1995-09-14 | ||
| JP7-237174 | 1996-03-14 | ||
| JP8-57905 | 1996-03-14 | ||
| JP5790596 | 1996-03-14 | ||
| JP19665496A JP3240263B2 (ja) | 1995-09-14 | 1996-07-25 | 不純物濃縮・分析方法およびこれに用いる装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09304253A JPH09304253A (ja) | 1997-11-28 |
| JP3240263B2 true JP3240263B2 (ja) | 2001-12-17 |
Family
ID=27296415
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19665496A Expired - Fee Related JP3240263B2 (ja) | 1995-09-14 | 1996-07-25 | 不純物濃縮・分析方法およびこれに用いる装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5746829A (ja) |
| JP (1) | JP3240263B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4057215B2 (ja) * | 2000-03-07 | 2008-03-05 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置の製造方法および液晶表示装置の製造方法 |
| US6783997B2 (en) * | 2001-12-19 | 2004-08-31 | Texas Instruments Incorporated | Gate structure and method |
| US6864190B2 (en) * | 2002-10-17 | 2005-03-08 | National Research Council Of Canada | Laser chemical fabrication of nanostructures |
| US8765402B2 (en) | 2006-11-21 | 2014-07-01 | Lg Chem, Ltd. | Copolymer containing 3-hydroxyalkanoate unit and lactate unit, and its manufacturing method |
| EP2294434A1 (en) * | 2008-06-10 | 2011-03-16 | University Of Maryland - Office Of Technology Commercialization | A fast sar assessment and certification system for wireles device certification |
| JP2010190824A (ja) * | 2009-02-20 | 2010-09-02 | Shimadzu Corp | 半導体製造プロセス用吸光分析装置 |
| DE102009015713A1 (de) * | 2009-03-31 | 2010-10-14 | Globalfoundries Dresden Module One Llc & Co. Kg | Verfahren und System zur Teilchenanalyse in Mikrostrukturbauelementen durch eine Isolierung von Teilchen |
| WO2016130690A1 (en) * | 2015-02-10 | 2016-08-18 | Revera, Incorporated | Systems and approaches for semiconductor metrology and surface analysis using secondary ion mass spectrometry |
| US11043395B2 (en) * | 2015-09-30 | 2021-06-22 | Globalwafers Co., Ltd. | Methods for processing semiconductor wafers having a polycrystalline finish |
| JP7139828B2 (ja) * | 2018-09-21 | 2022-09-21 | 株式会社島津製作所 | 解析装置、分析装置、解析方法およびプログラム |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5298452A (en) * | 1986-09-12 | 1994-03-29 | International Business Machines Corporation | Method and apparatus for low temperature, low pressure chemical vapor deposition of epitaxial silicon layers |
| US5428259A (en) * | 1990-02-02 | 1995-06-27 | Nec Corporation | Micromotion mechanical structure and a process for the production thereof |
| CA2113336C (en) * | 1993-01-25 | 2001-10-23 | David J. Larkin | Compound semi-conductors and controlled doping thereof |
-
1996
- 1996-07-25 JP JP19665496A patent/JP3240263B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1996-09-10 US US08/711,968 patent/US5746829A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5746829A (en) | 1998-05-05 |
| JPH09304253A (ja) | 1997-11-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Radziemski et al. | Time-resolved laser-induced breakdown spectrometry of aerosols | |
| JP3240263B2 (ja) | 不純物濃縮・分析方法およびこれに用いる装置 | |
| CA1194385A (en) | Device fabrication using gas-solid processes | |
| WO2001051907A1 (en) | Radially homogeneous high energy density uv sample ablating laser radiation in 'pure' solid to gas sample preparation, for analysis by icp-ms and icp-oes | |
| Ishibashi | Rapid analysis of steel by inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry and-mass spectrometry with laser ablation solid sampling | |
| JPH04270953A (ja) | 元素分析方法および元素分析装置ならびに薄膜形成装置 | |
| KR100253867B1 (ko) | 불순물 농축장치 및 불순물을 농축하기 위한 방법, 불순물 분석 장치 및 불순물을 분석하기위한 방법 | |
| EP0632264B1 (en) | Method for analyzing solid sample | |
| US4634497A (en) | Method and apparatus for decomposing semiconductor thin film | |
| JPS63224233A (ja) | 表面処理方法 | |
| JP2904507B2 (ja) | 誘導結合プラズマ質量分析方法 | |
| JP4449188B2 (ja) | 溶融金属中の成分の分析方法および分析装置 | |
| JP3441333B2 (ja) | 不純物濃縮装置及び不純物分析方法 | |
| JP3348634B2 (ja) | レーザ気化分析方法 | |
| JPH04344443A (ja) | シリコン中の炭素および酸素濃度測定方法 | |
| JPH11329328A (ja) | 電子ビーム検査装置 | |
| US7109039B1 (en) | Chemical composition for dissolving a sample taken from semiconductor device fabrication equipment and method for analyzing contaminants on the equipment using the chemical composition | |
| JP3039231B2 (ja) | 鋼成分迅速分析方法及び装置 | |
| JPH10253536A (ja) | 分析装置 | |
| JPS61224342A (ja) | Ｌｓｉ配線修正方法及びその装置 | |
| JPH07234211A (ja) | 溶融金属のレーザー発光分光分析用プローブ及び分析 方法 | |
| KR950033478A (ko) | X선 분석 방법 및 장치 | |
| JPH1062322A (ja) | 分析装置 | |
| JP5422350B2 (ja) | 質量分析装置および分析方法 | |
| Geertsen et al. | Optical spectrometry coupled with laser ablation for analytical applications on solids |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081012 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081012 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091012 Year of fee payment: 8 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |