JPH0492898A - 炭化珪素エピタキシャル成長膜の膜厚測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体材料のエピタキシャル成長膜の膜厚測
定方法に関するものである。

〔従来の技術〕

半導体分野での薄膜成長において、膜厚測定は基本的か
つ重要な成長膜評価項目の一つである。

そのため、例えば、ＭｃＧＲＡＷ−ＨＴＬＬ　ＫＯＧＡ
ＫＵＳ）ｌＡ、ＬＴＤ。

発行のＳｅ＋ｎ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｍｅａｓｕｒｅ
ｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ
　　には種々のｐｉ＜酸化膜、窒化膜、エピタキシャル
成長膜など）についての膜厚測定方法が紹介されている
。

前記のＳｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｍｅａｓｕｒｅｍ
ｅｎｔｓ　ａｎｄ　Ｉｎ５ｔｒｕ＋ｎｅｎｔａｔｉｏｎ
に紹介されている方法のうち、エピタキシャル成長膜に
応用可能とされているものには、エリプソメーターによ
る測定、スペクトロフォトメーターによる測定などがあ
る。それらはいずれも基板と成長膜の物性定数の差、例
えば屈折率の差を利用したものであるため、それらの方
法を後に述べる炭化珪素基板上の炭化珪素ｎ型成長膜、
ｐ型成長膜に適用し、膜厚測定することは不可能である
。それは、これらの試料が炭化珪素基板上への同一物質
である炭化珪素薄膜の成長すなわちホモエピタキシャル
成長であるため、前記の諸方法が適用できるほど基板と
成長膜との間に物性定数の差異がないためと考えられる
。

一般に、ホモエピタキシャル成長膜の膜厚測定は、同一
の物質を区別する必要があるため極めて難しいとされて
いる。炭化珪素においても、これまでにホモエピタキシ
ャル成長膜の膜厚測定法は報告されていない。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、炭化珪素基板上にエピタキシャル成長させた
炭化珪素単結晶薄膜の膜厚測定方法を提供することを目
的とするものである。

［課題を解決するための手段〕 本発明は、炭化珪素基板上にエピタキシャル成長させた
炭化珪素単結晶薄膜の膜厚測定方法において、前記基板
および前記薄膜の断面を鏡面研磨した後に酸化し、前記
基板および前記薄膜の酸化速度の差による微小な段差を
観察することにより、前記薄膜の厚さを測定することを
特徴とする、炭化珪素エビクキソヤル成長膜の膜厚測定
方法である。

［作用］ 以下、本発明を凹面を用いて詳細に説明する。

第１図は、本発明の膜厚測定対象となる試料の例で、炭
化珪素（以下、Ｓ　ｉ　Ｃ）基板１上に（ａ）はＳｉＣ
薄１１Ｒ２を一層成長させたもの、（ｂ）は二層成長さ
せたもの、（Ｃ）は三層成長させたものである。本発明
は、このようにＳｉＣ基板１上に多層成長させたＳｉＣ
薄膜２の膜厚を測定するものであり、ＳｉＣ薄膜２は何
層成長させてもそのすべての膜の膜厚測定が可能である
。尚、本発明による膜厚測定は薄膜層中に不純物濃度に
差のある場合にのみ測定可能である。膜厚測定は、以下
に示す鏡面研磨工程、酸化工程を経た後、顕微鏡観察に
よって行う。

まず、膜厚測定する観察面を切断などによって露出させ
てから、平坦に鏡面研磨する。研磨の方法は任意である
が、次の酸化工程に支障をきたしてはならない。例えば
、試料をエポキシ樹脂で固めて鏡面研磨した場合、後で
述べる高温下での酸化にはエポキシ樹脂は耐え得ないの
で、除去しなければならない。

次に、上記の観察面すなわち鏡面研磨面を酸化する。酸
化の方法は任意である。しかしながら、ＳｉＣは酸化速
度が遅いので、水茎気飽和した酸素雰囲気中での酸化が
最適である。第２図は、水芸気飽和した酸素雰囲気中で
の酸化に用いる酸化装置の概略である。上記酸化装置は
、石英管５、石英管加弧用電気炉６、耐熱ガラス−製バ
ブリング曹７、バブリング曹７に蓄えられている純水８
、純水８を沸騰させるためのホットプレート９、酸素ガ
ス１０のガス系から成る。酸化は、試料４を石英管５に
挿入した後、電気炉６を加熱し、温度が安定した後にホ
ットプレート９によって沸騰している純水８を経由じて
石英管５中に酸素ガス１０を流すことによって行うこと
ができる。酸素ガス１０は、沸騰した純水８を経由する
ことによって水蒸気飽和させることができる。

次に、酸化した上記観察面をｇｊＩ微鏡によって観察し
、膜厚を測定する。観察に用いる顕微鏡としてはノマル
スキー微分干渉顕微鏡が望ま−い。ノマルスキー微分干
渉顕微鏡は、わずかに横ズレした互いに平行な２木の光
を試料に照射し、それらの光が試料表面の傾斜部や凹凸
部で反射シて戻る際に生しる位相差を色または明暗のコ
ントラストとして検出する顕微鏡であり、これによって
試料表面のわずかな傾斜や凹凸が鮮やかな干渉色や鮮明
なコントラストとして立体的に観察することができる。

酸化した上記観察面をノマルスキー微分干渉顕微鏡で観
察すると、基板１および成長膜２の各層がコントラスト
として識別でき、膜厚測定ができる。

上記のように、酸化によってノマルスキー微分干渉顕微
鏡像にコントラストが生して膜厚測定ができるのは、基
板１および各成長ｖｊ、２中の不純物濃度の差によって
酸化速度が異なり、したがって形成された酸化膜の膜厚
が異なり、それが微細な凹凸やステップとしてノマルス
キー微分干渉顕微鏡によって観察されるものと考えられ
る。

Ｓ実施例］ 以下、図面を用いて実施例を示す。

まず、６Ｈ型炭化珪素（以下、６Ｈ−５ｉＣ）基板上に
、液相エピタキシャル成長法によってｎ型層、ｐ型層を
順次成長させ、第３図（ａ）のような試料を得た。１１
は６Ｈ−３ｉＣ基板、１２はｎ型成長層、１３はｎ型成
長層である。液相工ピタキシャル成長は、ジャーナル　
オブ　アプライド　フィジクス　第４７巻　オクト−バ
ー　第４５４６頁（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉ
ｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ、　Ｖｏｌ。

４７、　Ｎｏ、１０．０ｃｔｏｂｅｒ　１９７６、　Ｐ
、４５４６　）に報告されているような方法、即ち黒鉛
製坩堝中で珪素を融解させて炭素飽和させ、その融液に
６Ｈ−３ｉＣ基板を浸漬する方法を用いた。ｎ型層成長
時には、不純物として窒化珪素を珪素中に、窒素をドナ
ーとするｎ型層を得た。ｐ型層成長時には、不純物とし
てアルミニウムを珪素中に添加し、アルミニウムをアク
セプターとするｐ型層を得た。

次に、ダイヤモンド刃を有する切断機を用いて、得られ
た試料を第３図（ｂ）のように平行平板形に切断し、そ
の後、ダイヤモンド砥粒を用いた研磨装置によって、切
断面すなわち基板１１、ｎ型層１２、ｎ型層１３を観察
する面を鏡面研磨した後、水蒸気飽和した酸素雰囲気中
で酸化した。酸化に用いた装置の概略は第２図の通りで
ある。前記の試料４は石英管５中に挿入され、石英管５
は電気炉６中に挿入されている。７は耐熱ガラス製バブ
リング曹で、その内部に純水８が蓄えられており、ホッ
トプレート９によって加熱可能である。

酸化は、試料４を石英管５に挿入した後、電気炉６を１
１５０℃に加熱し、温度が安定した後にホットプレート
９によって沸騰している純水８を経由して石英管５中に
酸素ガス１０を毎分５００ＣＣの流量で６時間流すこと
によって行った。酸素ガス１０は、沸騰した純水８を経
由することによって水蒸気飽和させることができた。

酸化した後、試料をノマルスキー微分干渉顕微鏡で観察
したところ、第４図のように、基板、ｎ型層、ｐ型層が
識別できるようになり、ｎ型層、ｐ型層の膜厚を測定す
ることができた。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、炭化珪素基板上に炭化珪素単結晶
薄膜をエピタキシャル成長させた試料において、試料の
断面を鏡面研磨した後に酸化し、前記基板および前記薄
膜の酸化速変の差による微小な段差を観察することによ
り、前記薄膜の厚さ即ち炭化珪素基板上の炭化珪素エピ
タキシャル成長薄膜の膜厚が測定できるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によって膜厚測定の可能となる試料の
例である。即ち、炭化珪素基板上に炭化珪素単結晶薄膜
を（ａ）は−層成長させたもの、（ｂ）は二層成長させ
たもの、（Ｃ）は三層成長させたものである。第２図は
、酸化に用いた装置の概略である。第３図は、実施例で
示した試料である。即ち、６Ｈ型炭化珪素基板上に、液
相エピタキシャル成長法によってｎ型層、ｐ型層を順次
成長させたものである。第４図は、実施例で示した試料
の断面を研磨、酸化の後にノマルスキー微分干渉顕微鏡
で観察した顕微鏡写真である。 １・・・炭化珪素基板、２・・・炭化珪素薄膜、４・・
・試料、５・・・石英管、６・・・電気炉、７・・・耐
熱ガラス製バブリング曹、８・・・純水、９・・・ホッ
トプレート、ｌＯ・・・酸素ガス、］］・・・６Ｈ型炭
化珪素型板化 珪素基板・ｎ型−６Ｈ型炭化珪素エピタキシヤル成長薄
膜、１３・・・ｐ型−６Ｈ型炭化珪素エビタキンヤル成
長薄膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 炭化珪素基板上にエピタキシャル成長させた炭化珪素単
   結晶薄膜の膜厚測定方法において、前記基板および前記
   薄膜の断面を鏡面研磨した後に酸化することにより、前
   記薄膜の厚さを測定することを特徴とする、炭化珪素エ
   ピタキシャル成長膜の膜厚測定方法。