CN103890539B - 膜厚测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对形成于半导体基板的多层的外延层的膜厚进行测定的膜厚测定方法，对于在半导体基板(21)上，将与该半导体基板之间不存在实部折射率差的第1及第2外延层(22、23)按该顺序依次层叠而成的测定对象(20)，进行使用傅里叶变换红外分光光度计的反射干涉解析，并将第1外延层的厚度用作拟合参数，以使得所得到的反射干涉图案中因声子吸收而产生的折射率的异常分散区域附近的波数区域中出现的包含失真的干涉波形、与数值计算反射干涉图案中相同波数区域中的干涉波形之间没有偏差，此外，将在对数值计算反射干涉图案进行拟合时设定的第1外延层的厚度作为第1外延层的厚度的实际测量值。

Description

膜厚测定方法

技术领域

本发明涉及一种膜厚测定方法，尤其涉及对形成于半导体基板上的多层外延层的膜厚进行测定的膜厚测定方法。

背景技术

作为以非破坏、非接触的方式来测定形成于半导体基板(晶片)上的外延层的膜厚的方法，以往已知有以下方法，即：对晶片照射红外光，对因基板/外延层界面的折射率差而引起的界面反射光与表面反射光的光路差所形成的干涉图案进行解析。

例如，在专利文献1中公开了一种评估多层膜的膜厚的方法，通过利用傅里叶变换红外分光光度计(FourierTransformInfraredSpectroscopy：FT-IR)对来自试料的多层膜的干涉谱进行傅里叶变换，从而根据所得到的空间干涉波形(Spatialgram：空间图)来对多层膜的膜厚进行评估。

由于来自试料的各反射光分量的光路差与因构成FT-IR的动镜的行进位置而产生的光路差相一致，所有光由于干涉而相叠加，从而在空间图中出现突发脉冲。专利文献1中公开了一种推定外延层膜厚的技术，即：上述突发脉冲间的距离对应于各反射光分量的光路差，通过将上述突发脉冲间的距离除以外延层的折射率来推定出外延层的膜厚。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平7－4922号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

在上述现有的测定方法中，以外延层的折射率在测量波数区域是恒定值为前提，因此测量过程中可使用的波数区域限定于能忽视折射率分散的区域。另一方面，在像基板的结晶与外延层的结晶为相同结晶组成的所谓的同质外延层(homo-epi-layer)那样，基板与外延层不存在实部的折射率差的情况下，在远离红外区域上产生的异常分散区域的近红外光到可见光区域上，折射率差消失，从而无法测量干涉波形，使得更难以利用反射干涉解析法来测量膜厚。

这里，将作为将来的功率器件而备受期待的SiC(碳化硅)层用作为半导体层的SiC功率器件中，将在SiC晶片上进行外延生长的外延层用作为漂移层，因此构成同质外延结构。在该情况下，基板与外延层的结晶组成相同，除了载流子浓度差以外没有差异。在这种膜结构下，作为除反射干涉解析法以外的能够解析膜结构的方法，存在有根据电容-电压(CV)特性测量载流子浓度的CV法、以及利用测定杂质分布的SIMS(SecondaryIon-microprobeMassSpectrometer：二次离子质谱仪)来测定杂质的深度分布的SIMS深度分布法。然而，在CV法中，若漂移层的厚度为数μm以上，则由于膜中或表面的耐压使得反向偏置电压的施加有限，因此耗尽层不会到达形成在漂移层与基板之间的缓冲层，从而有可能无法测定缓冲层的膜厚。

另外，在SIMS深度分布法中，由于存在利用离子照射在外延结晶的一部分形成凹坑(crater)来进行测量的破坏检查，因此对器件的制造产生阻碍。另外，在利用离子照射形成凹坑的同时对2次离子进行测量，但测量过程中难以对凹坑底部的形状进行控制，使得厚度测定的精度受到较大限制。

本发明为解决上述问题而得以完成，其目的在于，提供一种膜厚测定方法，对现有的非破坏、非接触的反射干涉解析法作进一步的发展，在同质外延结构的多层膜中，对形成于漂移层与基板之间的缓冲层等较薄的层的膜厚进行测定。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明涉及一种通过使用傅里叶变换红外分光光度计的反射干涉解析来测定膜厚的膜厚测定方法，该膜厚测定方法具备如下步骤：步骤(a)，在步骤(a)中，准备在半导体基板上，将与半导体基板之间不存在实部折射率差的第1及第2外延层按该顺序依次层叠而成的测定对象，使用所述傅里叶变换红外分光光度计，测量出所述测定对象的干涉图、并测量出所述半导体基板的干涉图而得到参考的干涉图；步骤(b)，在步骤(b)中，通过分别对所述测定对象的干涉图、所述参考的干涉图实施傅里叶变换来计算出测定对象的反射谱以及参考的反射谱；步骤(c)，在步骤(c)中，通过将所述测定对象的反射谱的强度除以所述参考的反射谱的强度来计算出反射干涉图案；以及步骤(d)，在步骤(d)中，将通过基于所述测定对象的结构的数值计算而得到的数值计算反射干涉图案拟合成所述反射干涉图案，在所述步骤(d)中，将所述第1外延层的厚度用作拟合参数，以使得所述反射干涉图案中因声子吸收造成的折射率的异常分散区域附近的波数区域中出现的包含失真的干涉波形、与所述数值计算反射干涉图案中相同波数区域中的干涉波形之间没有偏差，并将在对所述数值计算反射干涉图案进行拟合时设定的所述第1外延层的厚度作为所述第1外延层的厚度的实际测量值。

发明效果

根据本发明所涉及的膜厚测定方法，将第1外延层的厚度用作拟合参数，以使得因声子吸收而产生的折射率的异常分散区域附近的干涉波形、与数值计算反射干涉图案中相同波数区域中的干涉波形之间没有偏差，并将在对数值计算反射干涉图案进行拟合时设定的所述第1外延层的厚度作为第1外延层的厚度的实际测量值，因此能在同质外延结构的多层膜中进行膜厚测定。

附图说明

图1是说明FT-IR的光学系统的结构的示意图。

图2是说明空间图的图。

图3是示意性地表示样本上的光的反射的图。

图4是表示膜厚的测定对象的剖面结构的图。

图5是表示利用FT-IR得到的干涉图的图。

图6是表示从干涉图中得到的反射干涉图案的图。

图7是表示从反射干涉图案中得到的空间图的图。

图8是表示通过数值计算得到的单层的外延层的反射干涉图案的图。

图9是表示通过FT-IR得到的多层的外延层的反射干涉图案以及通过现有的数值计算得到的反射干涉图案的图。

图10是表示通过FT-IR得到的多层的外延层的反射干涉图案以及通过本发明所涉及的数值计算得到的反射干涉图案的图。

图11是说明本发明所涉及的膜厚测定方法的流程图。

图12是表示缓冲层的表观厚度与波数的关系的图。

具体实施方式

(实施方式1)

<首先>

在说明实施方式之前，先对通过使用傅里叶变换红外分光光度计(FT-IR)的反射干涉解析法来测定膜厚进行说明。

图1是说明FT-IR的光学系统的结构的简图。FT-IR的光学系统中一般使用图1所示的迈克尔逊干涉仪。如图1所示，迈克尔逊干涉仪具有光源1、半反射镜2、固定镜3、动镜4、反射镜5以及检测器7，样品6通过在基板6a上形成薄膜6b而成。

利用图1对使用FT-IR的膜厚测定的原理进行说明。图1中，从光源1发出的连续光被半反射镜2分离，一部分射入固定镜3，另一部分射入动镜4。被各反射镜反射的光再次回到半反射镜2，被反射镜5反射后射向样品6。被样品6反射的光经过反射镜5，而后由检测器7测量其强度。

使动镜4沿图1中的箭头方向移动，对由检测器7检测出的光强度的动镜4的移动距离依赖性进行测定。由此得到的膜干涉谱被称为干涉图。动镜4的移动距离对应于光学距离，因此干涉图可以称作为光学距离函数的膜干涉谱。通过在FT-IR中对这种膜干涉谱进行傅里叶变换，来得到空间干涉波形(Spatialgram：空间图)。

图2是说明空间图的图。如图2所示，在空间图中，横轴为光路差(省略单位)，纵轴为光强度(省略单位)，具有被称作为中心突发脉冲8、副突发脉冲9的多个峰值。由该图可以观察到，副突发脉冲9位于以中心突发脉冲8为中心的对称位置上。

图3是示意性地表示样品6上的光的反射的图。图3中，入射至样品6的光具有以下两种路径，即：从光源1、经由动镜4、反射镜5入射至样品6的路径(以下称作路径A)，以及从光源1、经由固定镜3、反射镜5入射至样品6的路径(以下称作路径B)。

如图3所示，存在有通过路径A入射的光在样品6处反射的光10、以及通过路径B入射的光在样品6处反射的光11，分别包含在薄膜6b的表面上反射的反射光10a、11a、以及在薄膜6b与基板6a的界面上反射的反射光10b、11b。

在路径A的光被样品6反射后到达检测器7的光学距离、与路径B的光被样品6反射后到达检测器7的光学距离相一致的情况下，对于所有波数的光，由于相位一致而使得光叠加，因此信号强度变强。该光强度变强而达到的峰值即为中心突发脉冲8。另外，若通过使动镜4的位置错开，使得上述两个光学距离产生不同，则由于根据波数有的光相叠加有的光相抵消，因此与上述两个光学距离一致的情况相比，信号强度变小。

然而，在路径A的光经过薄膜6b的表面的反射而到达检测器7的光学距离、与路径B的光经过薄膜6b与基板6a的界面的反射而到达检测器7的光学距离相一致的情况下，对于所有波数的光，由于相位一致而使得光叠加，因此信号强度变强。同样，在路径A的光经过薄膜6b与基板6a的界面的反射而到达检测器7的光学距离、与路径B的光经过薄膜6b的表面的反射而到达检测器7的光学距离相一致的情况下，对于所有波数的光，也由于相位一致而使得光叠加，因此信号强度变强。这些峰值即为副突发脉冲9。

由此，在空间图中出现有中心突发脉冲8以及副突发脉冲9，该中心突发脉冲8是由于从样品6的最表面处反射出的光彼此之间以及从薄膜6b与基板6a的界面反射出的光彼此之间的干涉而产生，该副突发脉冲9是由于从样品6的最表面处反射出的光与从薄膜6b和基板6a的界面反射出的光的干涉而产生。

这些副突发脉冲9出现在以中心突发脉冲8为中心的对称位置上。另外，中心突发脉冲8与副突发脉冲9的距离对应于光往返通过薄膜6b的光学距离，因此能够通过将薄膜6b的折射率乘上该光学距离来求出膜厚。

由此，通过使用FT-IR的反射干涉解析法来进行膜厚测定的过程中，利用空间图的副突发脉冲与中心突发脉冲的距离来测定膜厚，但如上所说明的那样，是以作为测定对象的层的折射率在测量波数区域是恒定值为前提的，因此，测量中可使用的波数区域被限定为能忽视折射率分散的区域。另一方面，在基板与外延层上不存在实部的折射率差的同质外延层等中，在远离红外区域中产生的异常分散区域的近红外光到可见光区域，折射率差消失，从而无法测量干涉波形。

因此，以往以来，利用作为测定对象的层的折射率被认为是大致恒定的波数区域上的折射率来求出膜厚。

然而，在SiC功率器件中，在漂移层与基板之间一般形成有被称作为缓冲层的厚度为0.5～1μm(500nm～1000nm)左右的较薄的层，该缓冲层的载流子浓度为漂移层与基板的中间值。该层的目的在于，缓和因载流子浓度存在有3个数量级到4个数量级差别的漂移层与基板之间的载流子浓度之差而引起的结晶变形，从而提高漂移层的结晶性。

通常，缓冲层以及作为外延层的漂移层通过外延生长来连续地进行层叠，该缓冲层的品质大大影响到漂移层的结晶品质。

因此，缓冲层的厚度、载流子浓度的定量管理在漂移层的结晶性控制上是较为重要的问题。然而，在现有的反射干涉波形的傅里叶解析法中，为了测量0.5μm左右的膜厚，需要5000cm^-1以上的宽范围的连续波数测量区域中的干涉波形，但由于只能得到能忽视折射率分散的1500cm^-1～4000cm^-1左右、例如2500cm^-1左右的连续波数测量区域，因此无法测量缓冲层。

因此，本发明人通过验证现有的反射干涉解析法，并对其进行发展，从而开发出了对形成于漂移层与基板之间的缓冲层等较薄的层的膜厚进行测定的方法。

<反射干涉解析法的验证>

下面，利用图4～图10来对现有的反射干涉解析法的验证进行说明。图4是表示作为膜厚测定对象的样品20的剖面结构的图。图4所示的样品20示出了一般的SiC功率器件的外延结构，在n型的SiC基板21上形成有缓冲层22(外延层)，在缓冲层22上形成有漂移层23(外延层)。样品20存在于大气24中，示出了照射射束25、漂移层23表面上的反射射束26、缓冲层22与SiC基板21的界面(外延/基板界面)上的反射射束27、以及缓冲层22与漂移层23的界面上的反射射束28。

照射射束25的入射角为θi，SiC基板21、缓冲层22、漂移层23的厚度/n型载流子浓度/实部折射率/衰减系数分别由d_sub/N_sub/n_sub/k_sub、d_b/N_b/n_b/k_b、d_epi/N_epi/n_epi/k_epi来表示，大气的折射率由n₀来表示。

另外，SiC基板21的载流子浓度N_sub为8×10¹⁸cm^-3，缓冲层22的载流子浓度N_b为1×10¹⁸cm^-3，漂移层23的载流子浓度N_epi为1×10¹⁶cm^-3，缓冲层22的厚度d_b为0.5μm，漂移层23的厚度d_epi为12μm。

使用具有利用图1进行说明的光学系统的FT-IR，对相对于照射射束25的反射射束26～28进行测定，获得图5所示的干涉图。此外，FT-IR中，除了具备图1所示的迈克尔逊干涉仪那样的光学系统之外，还具备对由检测器7测量出的光强度的数据进行处理的数据处理装置，该数据处理装置由个人电脑等构成，数据处理通过由CPU执行规定的软件来实现。

图5所示的干涉图的横轴为光路差(cm)，纵轴为由检测器的检测电压所表示的光强度(V)，示出了FT-IR的测定结果本身。

此外，图5所示的干涉图是样品20(图4)的测定结果，此外，作为参考，也仅对SiC基板21的干涉图进行测定。

此外，对于样品20的干涉图、以及参考干涉图，通过分别实施傅里叶变换，从而计算出样品20的反射谱以及参考反射谱。

通过将所得到的样品20的反射谱的强度除以参考反射谱的强度来得到图6所示的反射干涉图案。

图6所示的反射干涉图案的横轴表示波数(cm^-1)，纵轴表示反射率，在波数1000(凯塞)附近观察到反射率急剧增大的区域34。该区域34是由于基于声子吸收的折射率的异常分散而造成的反射区域(异常分散区域)，并且，在高于该波数的一侧出现折射率基于载流子吸收而发生变化的反射干涉波形35。其中，选出折射率分散相对较少的区域36来修正背景反射率，并对所得到的反射干涉波形进行傅里叶逆变换，从而得到图7所示的空间图。

图7所示的空间图的横轴是光路差(μm)，纵轴是光强度(任意单位)，在该图中出现中心突发脉冲41以及副突发脉冲42。

现有的反射干涉解析法中，通过将测定对象的层的折射率乘上该中心突发脉冲41与副突发脉冲42之间的距离D，来推定测定对象的层的厚度。

然而，由于图4所示的缓冲层22与漂移层23之间的折射率差较小，且缓冲层22的厚度较薄，因此实际上是无法将缓冲层22与漂移层23之间的界面处的反射从SiC基板21与缓冲层22之间的界面处的反射中分离出来，因此由图7所示的空间图可知，副突发脉冲42仅出现单峰，从而测量出作为缓冲层22与漂移层23的厚度之和(d＝d_b+d_epi)。

图6所示的反射干涉图案中，发明人着眼于在因折射率的异常分散而产生的反射区域34附近的折射率分散较大的区域37上出现的反射干涉波形。区域37与区域36相比波形变化较大，是以往不使用的区域，发明人出于以下理由而关注该区域。

也就是说，在SiC基板21上仅形成有厚度为0.5μm的缓冲层22的情况、以及SiC基板21上仅形成有厚度为12μm的漂移层23的情况下，通过数值计算求出图6所示的反射干涉图案。在该数值计算中，将测量光的波长设为λ，使用以下数学式(1)求得因光路差而产生的相位差Δθ。

(数学式1)

$\mathrm{\&Delta;\&theta;}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)=\frac{2\mathrm{\&pi;}}{\mathrm{\&lambda;}}2d\sqrt{(n_1{\left(\mathrm{\&lambda;}\right)}^2-{n_0}^2\&CenterDot;{\sin }^2\mathrm{\&theta;i})}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(1\right)$

图8示出了该数值计算结果(正弦波解析结果)。图8中，将横轴设为波数(cm^-1)，纵轴设为反射率(％)，将关于厚度为12μm的漂移层23的反射干涉图案51与关于厚度为0.5μm的缓冲层22的反射干涉图案52重叠来进行表示。

通过图8可知，关于缓冲层22的反射干涉图案52是周期较长的衰减波形，若与关于漂移层23的反射干涉图案51进行合成，则反射干涉图案52被埋入反射干涉图案51中。特别是在波数为4000cm^-1(λ＝2.5μm)～7000cm^-1(λ＝1.429μm)的近红外区域，可知反射干涉图案52对反射干涉图案51的影响较小。

因此，可得出以下结论，即：为了获得缓冲层22的信息，应当关注波数为3000cm^-1(λ＝3.333μm)～1000cm^-1(λ＝1.0μm)的红外区域。

因此，发明人为了获得红外区域所包含的缓冲层22的信息，不使用薄膜测定装置，而使用精度更高的用于分析的FT-IR来进行精密的测定。在该测定中，对形成有图4所示的缓冲层22以及漂移层23的样品20进行测定。

图9是示出了该测定结果。图9中，将横轴设为波数(cm^-1)，纵轴设为反射率(％)，将通过实际测量得到的反射干涉图案61、与使用上述数学式(1)通过数值计算得到的反射干涉图案62重叠来进行表示。

图9中示出，在波数为4000cm^-1(λ＝2.5μm)～7000cm^-1(λ＝1.429μm)的近红外区域，干涉波形的实际测量值与计算值具有较好的一致性。然而，由该图可以判断，在低于波数3000cm^-1的低波数侧的红外区域，波数越低，实际测量值与计算值的偏差(偏移量)越大。

另外，还可确认，这里所观察到的折射率的异常分散区域附近出现的干涉波形的失真不会在不具有缓冲层而仅有漂移层的情况下出现，另外，该干涉波形的失真根据缓冲层的结构而相应地发生变化。

综上所述可得出以下结论，即：红外区域中包含有缓冲层22的信息，但在使用上述数学式(1)的现有数值计算过程中，无法再现具有缓冲层22的双层外延结构的干涉波形。

因此，可以认为红外区域的干涉波形的失真是插入缓冲层22的结果，从而进行引入缓冲层22的光学模型的反射干涉波形解析。

更具体而言，在没有光吸收的情况下，也就是仅以实部的折射率来进行反射的情况下，反射后的相位仅错开180度，但在有吸收的情况下，相位会发生旋转。射入漂移层23的光通过没有吸收的漂移层23进入有吸收的SiC基板21，因此推定因此处的吸收而使得相位旋转，从而在干涉波形中产生失真，然而，仅作出这种推定仍无法进行拟合(fitting)，从而得出实际上将产生该推定无法说明的程度的相位旋转的结论。

因此，发明人作出以下推测，即：在低于包含折射率的异常分散区域的波数3000cm^-1的低波数一侧的红外区域，波数越短，相位越旋转，即使是厚度较薄的缓冲层22，入射光被射出之前也要花费时间，其结果是，表观厚度变厚。

基于上述推测，得出下述数学式(2)，其中，将干涉波形的失真量所对应的相位偏差(偏移量)表示为ΔΦ。

(数学式2)

$\mathrm{\&Delta;\&phi;}={\tan }^{-1}(\frac{k\&CenterDot;n_b\&CenterDot;k_b}{({n_{\mathrm{epi}}}^2-{n_{\mathrm{sub}}}^2-{k_{\mathrm{sub}}}^2)}\&CenterDot;d_b/\mathrm{\&lambda;})\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(2\right)$

上述数学式(2)中，系数k是用于调整缓冲层22的折射率n_b的效果的因子，其值设定为1000～10000左右。

图10中，将图9所示的关于样品20的实际测量的反射干涉图案61、与通过使用下述数学式(3)得到的反射干涉图案72(数值计算反射干涉图案)重叠进行表示，其中，该数学式(3)求出将上述数学式(2)所表示的干涉波形的失真量所对应的相位偏差ΔΦ加入数学式(1)的θi后得到的相位差Δθ。

(数学式3)

$\mathrm{\&Delta;\&theta;}\left(\mathrm{\&lambda;}\right)=\frac{2\mathrm{\&pi;}}{\mathrm{\&lambda;}}2d\sqrt{(n_1{\left(\mathrm{\&lambda;}\right)}^2-{n_0}^2\&CenterDot;{\sin }^2(\mathrm{\&theta;i}+\mathrm{\&Delta;\&phi;})}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(3\right)$

图10中，将数学式(2)的缓冲层22的厚度d_b作为拟合参数，通过改变厚度d_b来对反射干涉图案72进行拟合，以使得反射干涉图案72与反射干涉图案61一致，从而在波数1000cm^-1的红外区域到波数7000cm^-1的近红外区域为止的整个波数区域再现出干涉波形。

因此，可以认为由数学式(2)表示的干涉波形的失真量所对应的相位的偏差ΔΦ能较好地再现双层外延结构中低于波数3000cm^-1的低波数一侧的红外区域中的相位偏差，并且，可以认为在该情况下用于拟合的缓冲层22的厚度d_b就是实际形成在SiC基板21上的缓冲层22的厚度。

由此，在同质外延结构的膜厚测定中，通过对因声子吸收产生的折射率的异常分散区域附近的反射干涉波形的失真进行解析，能提取出薄膜的信息，从而能对其膜厚进行测定。

<膜厚测定方法>

下面边参照图9及图10，边利用图11所示的流程图对本发明所涉及的膜厚测定方法进行说明。

首先，准备图4所示的同质外延结构的样品(测定对象)，利用FT-IR对样品的干涉图、以及作为参照的仅有基板的干涉图进行测量(步骤S1)。

接下来，对于样品的干涉图、以及参考干涉图，通过分别实施傅里叶变换，从而计算出样品的反射谱以及参考反射谱(步骤S2)。

然后，通过将所得到的样品的反射谱的强度除以参考反射谱的强度来计算出反射干涉图案(步骤S3)。

然后，根据所得到的反射干涉图案的近红外区域上的条纹间隔来推定外延层整体的膜厚(步骤S4)。利用图9说明该动作。即，在图9所示的通过实际测量得到的反射干涉图案61中，将近红外区域的条纹间隔(干涉波的波头间隔)设为外延层(缓冲层22与漂移层23)整体的膜厚d的动作。这里，由于只有一个条纹间隔是不正确的，因此对近红外区域的多个条纹计算出间隔，得到它们的平均值作为膜厚d。

接下来，将通过实际测量得到的反射干涉图案61(图9)与利用数学式(3)得到的反射干涉图案72相重叠，其中，该数学式(3)求出加入由数学式(2)所表示的干涉波形的失真量所对应的相位的偏差ΔΦ而得到的相位差Δθ(步骤S5)，然后，为消除该低波数侧的偏差，将数学式(2)的缓冲层22的厚度d_b作为拟合参数，如图10所示那样拟合成反射干涉图案61(步骤S6)。

将上述拟合所用的缓冲层22的厚度d_b作为实际的缓冲层22的厚度，将从步骤S4中推定出的外延层整体的膜厚d减去厚度d_b而得到的值作为漂移层23的厚度d_epi(步骤S7)。

<换算膜厚>

如上述所说明的那样，存在有以下推测，即：在低于波数3000cm^-1的低波数一侧的红外区域，波数越短相位旋转得越多，即使是厚度较薄的缓冲层22，入射光被射出之前也要花费时间，其结果是，表观厚度变厚，干涉波形的失真量所对应的相位偏差(偏移量)ΔΦ由数学式(2)来表示，然而，图12示出了成为该相位发生偏差的原因的缓冲层22的表观厚度与波数之间的关系。

即，认为可将干涉波形的失真量所对应的相位偏差(偏移量)ΔΦ作为缓冲层22的光路差，在低于波数3000cm^-1的低波数一侧的红外区域，波数越短相位旋转得越多，使得表观厚度变厚，光路差变大。这里，图12示出了按照波数并根据实际测量值的偏移量来计算得到的表观厚度。

图12中，以横轴为波数(cm^-1)，以纵轴为换算膜厚(μm)即表观厚度来进行表示。根据图12，例如在波数3000的情况下，表观厚度约为0.16μm，在波数2000的情况下，表观厚度约为0.32μm。

标号说明

20样品、21SiC基板、22缓冲层、23漂移层。

Claims (3)

1.一种膜厚测定方法，是通过使用傅里叶变换红外分光光度计的反射干涉解析来测定膜厚的膜厚测定方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(a)，在步骤(a)中，准备在半导体基板上、将与半导体基板之间不存在实部折射率差的第1及第2外延层按该顺序依次层叠而成的测定对象，使用所述傅里叶变换红外分光光度计，测量出所述测定对象的干涉图、并测量出所述半导体基板的干涉图而得到参考的干涉图；

步骤(b)，在步骤(b)中，通过分别对所述测定对象的干涉图和所述参考的干涉图实施傅里叶变换来计算出测定对象的反射谱以及参考的反射谱；

步骤(c)，在步骤(c)中，通过将所述测定对象的反射谱的强度除以所述参考的反射谱的强度来计算出反射干涉图案；以及

步骤(d)，在步骤(d)中，将通过基于所述测定对象的结构的数值计算而得到的数值计算反射干涉图案拟合成所述反射干涉图案，

在所述步骤(d)中，将所述第1外延层的厚度用作拟合参数，以使得所述反射干涉图案中因声子吸收而产生的折射率的异常分散区域附近的波数区域中出现的包含失真的干涉波形、与所述数值计算反射干涉图案中相同波数区域中的干涉波形之间没有偏差，将在对所述数值计算反射干涉图案进行拟合时设定的所述第1外延层的厚度作为所述第1外延层的厚度的实际测量值。

2.如权利要求1所述的膜厚测定方法，其特征在于，

在所述步骤(d)中，在计算所述数值计算反射干涉图案时，使用在表示因所述第2外延层的表面处的红外光的反射光路与所述第1外延层和所述半导体基板之间的界面处的红外光的反射光路的光路差而产生的相位差的数学式中加入相当于包含有所述失真的干涉波形的失真量的相位偏差ΔΦ后得到的数学式。

3.如权利要求2所述的膜厚测定方法，其特征在于，

所述相位偏差ΔΦ由以下数学式(1)规定，

(数学式1)

$\mathrm{\&Delta;\&phi;}={\tan }^{-1}(\frac{k\&CenterDot;n_b\&CenterDot;k_b}{({n_{\mathrm{epi}}}^2-{n_{\mathrm{sub}}}^2-{k_{\mathrm{sub}}}^2)}\&CenterDot;d_b/\mathrm{\&lambda;})\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(1\right)$

在所述数学式(1)中，

n_b：所述第1外延层的实部折射率、

k_b：所述第1外延层的衰减系数、

d_b：所述第1外延层的厚度、

n_epi：所述第2外延层的实部折射率、

n_sub：所述半导体基板的实部折射率、

k_sub：所述半导体基板的衰减系数、

k：用于调整所述第1外延层的实部折射率的效果的系数、

λ：入射射束的波长。