JPH0786358A

JPH0786358A - 半導体ウェーハの厚さ測定方法、半導体基板、その基板の評価方法、化合物半導体検査方法及び化合物半導体検査装置

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Publication number: JPH0786358A
Application number: JP11702794A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Furukawa; 川和由古; Yoshinori Natsume; 目嘉徳夏; Masafumi Miyagawa; 川雅文宮; Masanobu Ogino; 野正信荻; Shoichi Washitsuka; 塚章一鷲
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-06-15
Filing date: 1994-05-30
Publication date: 1995-03-31

Abstract

(57)【要約】【目的】低抵抗拡散層と高抵抗層の二層構造を有する
半導体ウェーハの、高抵抗層の厚さを測定するに当た
り、これがどのような濃度プロファイルのウェーハであ
っても、非破壊により、高抵抗層の厚さを高精度で短時
間に測定する。【構成】所定の波長の赤外線のビームＢをＩ層２に照
射し、Ｉ層２と低抵抗拡散層３の界面５で反射したビー
ムＹと、ウェーハ表面４で反射したビームＸの光学的干
渉情報を求め、これによりＩ層２の厚さを破壊検査によ
り測定して第１の測定値を求めておき、次いでＩ層２の
厚さを遠赤外線を用いたフーリェ変換赤外分光法により
非破壊で測定して第２の測定値を求め、続いて第１の測
定値と第２の測定値の関係に基づいて第２の測定値に対
する較正式を求め、次いでサンプル部と同条件のＩ層２
に対して上記と同様の非破壊で厚さを求め、この求めた
値に較正式に基づく補正を加えて被測定部の厚さを得
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体ウェーハの厚さ測
定方法に係り、特に、例えばリンまたはボロン等の拡散
を施した低抵抗拡散層と、非拡散層部の高抵抗層による
二層構造を有する半導体ウェーハにおいて、非破壊で高
抵抗層の厚さを測定する方法に関する。

【０００２】さらに、本発明は、非拡散層を有する半導
体基板及びその非拡散層の厚さを評価する半導体基板の
評価方法に係り、特に、遠赤外線の光学的干渉情報によ
って非拡散層の厚さ決めを半導体基板及びその厚さを評
価する半導体基板の評価方法に関する。

【０００３】さらに、本発明は、化合物半導体のエピタ
キシャル層膜厚を測定する方法及び装置に関する。

【０００４】

【従来の技術】一般に、トランジスタ素子で代表される
個別半導体に使用されるウェーハは、拡散ウェーハない
しは片面拡散ウェーハと呼ばれる。

【０００５】この拡散ウェーハは、二重構造であり、Ｎ
型二層構造またはＰ型二層構造を持ち、片面が鏡面とな
ったウェーハが用いられる。

【０００６】ここで、Ｎ型二層構造の場合は、Ｎ⁺とＮ
^-の二層構造であり、例えばＮ⁺の低抵抗拡散層と、Ｎ
^-の高抵抗層で構成される。この場合、高抵抗層は非拡
散層で、イントリンシックレイヤー（Ｉｎｔｒｉｎｓｉ
ｃ−ｌａｙｅｒ）であるところから、一般にＩ層と呼ば
れる。（以下、高抵抗層のことをＩ層と称する。）一
方、Ｐ型二層構造の場合は、Ｐ⁺とＰ^-の二層構造であ
り、例えばＰ⁺の低抵抗拡散層と、Ｉ層と呼ばれるＰ^-
の高抵抗層で構成される。

【０００７】以上のような構造を有する半導体ウェーハ
において、トランジスタのコレクタ層の直列抵抗を減少
させるために、Ｎ⁺やＰ⁺の低抵抗拡散層が、リンまた
はボロン等の不純物源を用いた拡散により、形成され
る。そして、このウェーハのＮ^-やＰ^-の高抵抗層に、
つまりＩ層に、トランジスタ部が形成され、素子ペレッ
トが完成する。

【０００８】一方、半導体ウェーハにおいて、トランジ
スタを形成するためのＩ層の厚さ精度が、トランジスタ
の製品特性を左右し、製品の歩留に大きな影響を及ぼ
す。逆に、トランジスタ等の完成製品の高品質化のため
に、半導体ウェーハにおけるＩ層の厚さには、高精度が
求められている。

【０００９】さて、Ｉ層の厚さ精度をコントロールする
ためには、まずＩ層の厚さを精密に測定評価する必要が
ある。このために、従来から、種々の厚さ測定方法が適
用されてきた。

【００１０】従来の厚さ測定方法においては、例えば、
ＳＲ法と呼ばれる、拡がり抵抗を用いたＩ層評価方法が
用いられてきた。このＳＲ法では、先ずウェーハを１ｃ
ｍ角程度の大きさに劈開分割して、これを角度付き研磨
治具に固定し、次にこれを斜めに研磨加工して、試料を
作成する必要がある。

【００１１】以上のようにして作成した試料の研磨面
に、２本のプローブを立てる。次に、これらのプローブ
を、一定の間隔に保持しながら、Ｉ層側の表面側から、
深さ方向に向かって移動させる。以上のような操作を通
じて、プローブ間の拡がり抵抗を測定し、試料の表面か
らの抵抗の分布を求める。そして、この抵抗の分布特性
に基づき、試料表面から、拡散層の接合部に対応する抵
抗値が得られる位置までの距離（以下、ＳＲ値と称す
る）を求め、これに対応付けてＩ層の厚さを測定する。

【００１２】ところが、従来のＳＲ法には測定装置およ
び測定者の個体差が大きいという問題がある。これらの
個体差は、測定研磨面のラップ状態による変化のばらつ
き、測定プロファイルの読み取り誤差のばらつき、装置
の保守管理によるばらつき等が、原因とされる。そし
て、これらのばらつきを抑えるためには、測定者の経験
と熟練が必要である。

【００１３】一方、半導体ウェーハのＩ層の厚さ精度
は、拡散ばらつき、測定誤差のばらつき、片面研磨加工
時のばらつき、等の様々な要因による総合ばらつきによ
り変動し、これらのばらつきにより製品特性が決定され
る。このため、ウェーハの品質確認の評価は、本来は全
数評価が望ましいが、試料を採集するためには、ウェー
ハの破壊が必要であり、現実的ではない。このため、従
来は、抜き取りによる破壊検査が行われていた。

【００１４】しかし、先に述べたように、半導体ウェー
ハの特性が、さまざまなばらつき要素で決まる限り、抜
き取り検査だけでは、ウェーハの品質の高精度保証は困
難である。また、破壊検査に提供するサンプルコストも
無視できず、大口径ウェーハ程損失額が大きくなる。さ
らに、サンプル作成や評価に要する時間が長く、結果を
得るまでのロス時間が大きい。そして、Ｉ層の厚さを測
定しても、この測定結果を、直ちに、Ｉ層の厚さ保証の
ための歩留向上の改善対策に結びつけることは困難であ
る。

【００１５】一方、エピタキシャルウェーハのように、
ステップ状の濃度プロファイルのウェーハでは、フーリ
ェ変換赤外分光法（以下、ＦＴ−ＩＲ法と称する）を用
いた非破壊による厚さ測定方法が適用されている。

【００１６】このような非破壊による厚さ測定方法を用
いることができれば、ウェーハから試料を切り出し、こ
れにプローブを当てて評価測定するという従来の厚さ測
定方法に伴う問題点をほとんど解決することができる。

【００１７】さて、化合物半導体は一般に、直接遷移で
発光効率が高く、混晶やヘテロ接合などバンド構造の自
由度が大きいことから、発光デバイスとして利用され
る。

【００１８】代表的な発光デバイスであるＬＥＤは、化
合物半導体の基板にエピタキシャル成長でＰＮ接合を持
つウェーハを作り、このウェーハを利用して作られる。

【００１９】図２１はその代表的な例を示す断面図であ
るが、ＮタイプのＧａＡｓ単結晶基板であるＧａＡｓ基
板１３の上に、ＳｉをドーパントとしたＮタイプＧａＡ
ｓエピタキャル層１４とＰタイプＧａＡｓエピタキャル
層１４を積層してウェーハを構成している。ドーパント
のＳｉは高温ではＧａに置換してドナーとなり、低温で
はＡｓに置換してアクセプタになる性質をもっている。
したがって、エピタキシャル成長を高温から低温へと温
度を下げながら行うことにより、１回のエピタキシャル
成長でＮタイプＧａＡｓエピタキャル層１４とＰタイプ
ＧａＡｓエピタキャル層１５が同時に得られ、併せてＰ
Ｎ接合５が形成される。

【００２０】このウェーハに電極を付け、適当な大きさ
に分割して、ＬＥＤのチップを得ることができる。チッ
プに順方向の電流を流すと、注入されたキャリアが再結
合する際に、発光が起こる。

【００２１】図２１の構成の場合、発光再結合はＰタイ
プＧａＡｓエピタキャル層１５内で起こるとされてい
る。そのため、ＰタイプＧａＡｓエピタキャル層１５の
厚さは、発光特性に大きな影響を与える。

【００２２】図２２は、図２１のウェーハに、Ｐタイプ
のＧａＡｌＡｓ層として形成されるＣａｐ層１６を積層
した、シングルヘテロタイプのＬＥＤ用ウェーハであ
る。Ｃａｐ層１６は電流をチップ全面に拡散して、発光
効率を上げる役割を担い、ＰタイプＧａＡｓエピタキャ
ル層１５で発生した光を、吸収せずに、これを効率的に
外部に取り出せるように、バンドギャップが広いＧａＡ
ｌＡｓでできている。つまり、Ｃａｐ層１６の厚さも、
ＬＥＤの発光特性に大きな影響を与える。

【００２３】さらに、発光層の上下を、クラッド層と呼
ばれるバンドギャップの大きな層で挟んだ、ダブルヘテ
ロ構造のＬＥＤ用のウェーハも知られているが、いずれ
の構造にせよ、発光層であるＰタイプＧａＡｓエピタキ
ャル層１５、電流拡散用のＣａｐ層１６、クラッド層な
どのエピタキシャル層の厚みは、ＬＥＤの発光特性に大
きな影響を与える。

【００２４】したがって、これらのエピタキシャル層の
厚さを管理するために、これを測定することは、発光デ
バイスや、そのためのエピタキシャルウェーハを製造す
る上で重要である。

【００２５】従来、化合物半導体エピタキシャルウェー
ハのエピタキシャル層の厚さ測定は、ウェーハの一部、
一般に端の部分を劈開し、その断面を観察することによ
り行っていた。

【００２６】また、図２１のように、最上層が、その下
の層と異なる導電型であり、最上層の厚さを知りたい場
合には、ウェーハ表面のシート抵抗を測定し、予め求め
ておいた検量線から厚さを求める方法もあった。

【００２７】

【発明が解決しようとする課題】従来の半導体検査方法
は以上のように構成されるので、以下に述べるようなさ
まざまな問題点を内包する。

【００２８】まず、拡散ウェーハのように、グレード状
の濃度プロファイルウェーハの場合、ＦＴ−ＩＲ法で通
常用いられる波長域（２．５〜２５μｍ）では、干渉縞
が観測できない。つまり、Ｉ層の厚さを直接には測定で
きないという問題がある。

【００２９】これに対して、遠赤外線を用いた方法とし
て、拡散層と非拡散層の界面付近の屈折率のプロファイ
ルを考慮して補正式を作成し、これによりＩ層の厚さを
測定する方法も提案されている。しかし、低抵抗拡散層
の濃度プロファイルが異なると、従来の測定値との間に
ずれが生じて数値の誤差が大きくなり、生産ベースでの
適用は困難である。

【００３０】一方、広がり抵抗法（ＳＲ法）による測定
においては、評価するウエーハを抜き取り検査するた
め、検査結果は実際の製品となるウエーハのＩ層の精度
そのものではなく、製品となる各ウエーハを個別的に評
価することはできなかった。したがって、製品となるウ
エーハが、許容規格範囲に入っている保証が実際にな
く、規格外のウエーハも紛れ込む危険があるという問題
があった。

【００３１】また、ＳＲ法においては、研磨状態による
測定面の変化のバラツキ、測定プロファイルの読取り誤
差のバラツキ、あるいは装置の保守管理によるバラツキ
等がある。このため、測定者の熟練度が必要であるとい
う問題点があった。

【００３２】また、評価の精度をあげるためには全数評
価が必要となる。しかし、従来の方法は破壊検査である
ため、全数評価しようとすると全数破壊することにな
り、全数評価することはできない。

【００３３】また、出荷されたウエーハを受け取る側に
おける受入検査においても、破壊検査となるため抜き取
り検査をせざるを得ない。このため、品質管理がしにく
く、また抜き取りのサンプルのコストがかかるという問
題点がある。

【００３４】一方、化合物半導体の場合も、ウェーハを
一部でも破壊することは、当然歩留の低下をまねく。ま
た、ウェーハ全面の厚さを求める方法も、ウェーハを細
かく分割する必要があり、断面の観察をする前にエッチ
ングを施し、エピタキシャル層の界面を可視化する工程
が必要なこともあり、断面観察は非常に手間のかかる方
法であり、好ましくない。

【００３５】また、シート抵抗から厚さを求める方法
も、測定できるのが、下層と導電型が異なる最上層に制
限される。また、非破壊であっても、ウェーハ表面に比
抵抗測定用のプローブを接触させるため、ウェーハ表面
の汚染や損傷を引き起こす恐れがあった。

【００３６】本発明は、上記のような従来技術の問題点
を解消しようとするものであり、どのような濃度プロフ
ァイルのウェーハであっても、高抵抗層（Ｉ層）の厚さ
を、また、化合物半導体の場合、そのエピタキシャル層
の厚さを、最上層だけでなく、内部の層を含む複数の層
の厚さまで含めて、非破壊および非接触で、高精度で短
時間に、しかも簡単に測定評価することを可能とした半
導体検査方法を提供することを目的とする。

【００３７】

【課題を解決するための手段】手段１本発明の厚さ測定方法は、不純物を拡散した低抵抗層と
拡散しない高抵抗層の２層構造を有する半導体ウェーハ
の前記高抵抗層にその表面側から遠赤外光を入射し、そ
の表面で反射する反射光と、前記高及び低抵抗層の界面
で反射する反射との干渉端から前記高抵抗層の厚さを求
め、求めた方向値を前記遠赤外光の干渉を用いない他の
方法により求め得る第２の値に変換するものとして構成
される。手段２本発明の半導体基板の評価方法は、不純物を拡散した拡
散相と非拡散層（Ｉ層）との二層構造を有する半導体基
板の前記非拡散層の厚さを評価する方法において、所定
の波長の遠赤外線を前記非拡散層へ照射し、前記非拡散
層の境界面で反射した遠赤外線の光学的干渉情報を求
め、この干渉情報から前記非拡散層の厚さを評価するも
のとして構成される。手段３本発明の半導体基板は、不純物を拡散した拡散層と非拡
散層との二層構造を有する半導体基板において、所定の
波長の遠赤外線を前記非拡散層へ照射し、前記非拡散層
の境界面で反射した遠赤外線の光学的干渉情報を求め、
この干渉情報から前記非拡散層の厚さを規格化したもの
として構成される。手段４本発明の化合物半導体検査方法は、化合物半導体エピタ
キシャルウェーハに赤外線を入射し、この赤外線を目的
とするエピタキシャル層の上面および下面で反射させ、
両反射光を干渉させ、この干渉情報からエピタキシャル
層の膜厚を求めるものとして構成される。手段５本発明の化合物半導体検査装置は、検査目的としてのエ
ピタキシャル層を有する化合物半導体エピタキシャルウ
ェーハに赤外線を入射させる、赤外線光源と、前記エピ
タキシャル層の上面及び下面で反射した前記赤外線のそ
れぞれを互いに干渉させる、干渉手段と、前記エピタキ
シャル層の膜厚を求めるべく、前記干渉手段で干渉させ
た干渉光を検出する、検出手段と、を備えるものとして
構成される。

【００３８】

【作用】手段１遠赤外光を半導体ウェーハの高抵抗層にその表面側から
入射させる。遠赤外光は、その表面と、高抵抗層と低抵
抗層の界面とで反射する。それらの２つの反射光の干渉
から、高抵抗層の厚さが測定される。この測定値は遠赤
外光の干渉を利用しない他の方法、例えば拡がり抵抗を
用いて測定する方法によって得られる値に変換される。手段２，３所定の波長の遠赤外線を非拡散層へ照射し、非拡散層の
厚さを形成する両側の境界面で反射した遠赤外線を光学
的に干渉させ、この干渉情報から非拡散層の厚さが評価
され、またこの干渉情報から非拡散層の厚さが規格化さ
れる。手段４，５赤外線が化合物半導体エピタキシャルウェーハに入射す
る。この赤外線は、目的とするエピタキシャル層の上
面、下面からそれぞれ反射する。これらの反射光が干渉
し、干渉情報からエピタキシャル層の膜厚が得られる。

【００３９】

【実施例】以下、図面を参照しながら、本発明の実施例
を説明する。実施例１．図１は、本発明の実施例１の半導体検査方法
の原理図であり、特に厚さ測定方法を示すものである。
また、図２は図１をより具体化した測定部の構造の説明
図である。

【００４０】各図に示すように、半導体ウェーハ１は非
拡散層部である高抵抗層としてのＩ層２と、低抵抗拡散
層３との二層構造を有している。Ｉ層２の上にウェーハ
表面４が形成され、Ｉ層２と低抵抗拡散層３の境界に界
面５が形成される。

【００４１】半導体ウェーハ１の上にはＩ層２の厚さを
非破壊で測定するために、波長５０μｍ以上の遠赤外線
のビームＢを照射するための赤外線光源６が配置され
る。赤外線光源６からの遠赤外線のビームＢは一部がウ
ェーハ表面４で反射され（Ｘ）、残りの一部がＩ層２と
低抵抗拡散層３の界面５で反射される（Ｙ）。

【００４２】この場合、それぞれの反射ビームＸ，Ｙの
光路差がＩ層２の厚さに対応する。ここで、Ｉ層２の厚
さをｄ、Ｉ層２の屈折率をｎ、ビームＢの入射角度を
φ、Ｉ層２内部でのビームＢの屈折角度をφ’とする
と、

【００４３】

【数１】が成立する。

【００４４】実際の装置においては、図２からわかるよ
うに、赤源６からのビームＢをビームスプリッタ７で分
離合成した後に、ウェーハ１に入射させる。即ち、赤源
６からのビームＢをビームスプリッタ７によって、透視
光のビームＢ１と反射光のビームＢ２に分ける。それぞ
れのビームＢ１、Ｂ２は固定鏡８と可動鏡９で反射さ
れ、ビームスプリッタ７により合成された後、固定鏡１
１で反射されて、ビームＢ３としてウェーハ１に角度φ
で入射する。

【００４５】ウェーハ１からの反射光Ｘ、Ｙは、固定鏡
１２で反射されて検出器１０に入射し、ここで干渉縞を
形成させる。この干渉縞を参照干渉計からのビームＢＲ
を可動鏡９に当てつつ可動鏡９を移動させながら測定す
る。このとき、可動鏡９がある位置にくるとその波形
は、図３の説明図に示すようになり、中央ピークＥと可
動鏡９の移動に対応する左側ピークＰＬと右側ピークＰ
Ｒとが観測される。ここで左側ピークＰＬと右側ピーク
ＰＲの間隔をＬとすると、２Ｌが光路差に一致する。こ
の関係から、

【００４６】

【数２】が成立する。そして、式（２）、式（３）からＦＴ−Ｉ
Ｒ値としてのＩ層２の厚さｄが求められる。

【００４７】しかしながら、以上のようにして求められ
たＩ層２の厚さは、ＳＲ法等により測定した厚さに正確
に対応しない。このため、ＦＴ−ＩＲ法により厚さを測
定値とすると、これまで破壊検査により測定した測定結
果との対応がまるでとれないことになり、規格値を変更
する必要もでてくる。

【００４８】これに対して、実施例１の厚さ測定方法で
は、従来方法により測定した厚さとＦＴ−ＩＲ法により
測定した厚さの間の相関から、較正式を求め、この較正
式に基づいて、Ｉ層２の厚さを求める。つまり、非破壊
のＦＴ−ＩＲ法により測定した厚さを補正して、破壊の
ＳＲ法等で測定した厚さに対応させる。

【００４９】以上のような補正方法について、以下に詳
細に説明する。

【００５０】図１において、半導体ウェーハ１は、拡散
ウェーハと呼ばれる二層構造を有するが、このウェーハ
は一般に、次の工程を経て作製される。

【００５１】例えば、６００μｍの厚さで、数Ωｃｍか
ら数１０Ωｃｍの比抵抗の基板ウェーハに、リンまたは
ボロンを両面から５０〜２５０μｍ程度拡散し、低抵抗
拡散層３を形成する。この時点では、ウェーハの両面が
低抵抗拡散層３であるために、中央部に残る非拡散層で
ある高抵抗層を含めて、三層構造になっている。

【００５２】次に、片側の低抵抗拡散層３をラップまた
は砥石研削により除去して、高抵抗層であるＩ層２と低
抵抗拡散層３とによる、全体で３００μｍ程度の、二層
構造にする。

【００５３】更に、砥石研削により除去された側のＩ層
２側を、鏡面加工して、全体で厚みが２５０〜２８０μ
ｍ程度となる拡散ウェーハを形成する。

【００５４】以上のような工程でウェーハを作る場合、
Ｉ層２の厚さの制御は、半導体ウェーハ１全体の厚さで
行われ、半導体ウェーハ１は全体の厚み管理に基づいて
作製される。

【００５５】実施例の半導体検査方法は、以上のように
して作製された半導体ウェーハ１の、Ｉ層２の厚さの確
認を行うためのものである。

【００５６】このプロセスについて、以下に更に詳細に
説明する。

【００５７】先ず、検出器１０において、明瞭な干渉波
形を得るために、赤外線光源６として、通常のＦＴ−Ｉ
Ｒ装置では用いられない、例えば５０μｍ以上の遠赤外
領域の波長を有するものを用いて測定する。

【００５８】一方、サンプルは、従来方法であるＳＲ法
による測定値と、ＦＴ−ＩＲ装置による測定値との較正
直線を得るために、同一のＮ⁺プロファイルを有するも
のを用い、さらにＩ層２の厚さとして例えば３種類のも
のを用意する。

【００５９】つまり、実施例１では、低抵抗拡散層３と
してリンを拡散した、例えば深さ１９０μｍのＮ型ウェ
ーハで、Ｉ層２の厚さを、例えば６０μｍ、９０μｍ、
１２０μｍとした、３種類のものをサンプルとして作製
する。

【００６０】以上のようなサンプルについての測定の結
果、Ｉ層２の加工目標値６０μｍ、９０μｍ、１２０μ
ｍに対して、従来の方法によるＳＲ値と、ＦＴ−ＩＲ法
による補正なしの値は、それぞれ表１に示すようにな
る。表１からも明らかなように、従来の方法によるＳＲ
値と、ＦＴ−ＩＲ法による補正なしの値とはそれぞれ異
なっている。

【００６１】表１Ｉ層加工目標値ＳＲ値ＦＴ−ＩＲ値（補正なし）６０μｍ５６μｍ１３０．５９μｍ９０μｍ８８μｍ１６１．２２μｍ１２０μｍ１１９μｍ１９０．９８μｍここで、表１の関係に基づいて、較正直線を求めると、
図４に示すような特性が得られる。この図４において、
横軸はＦＴ−ＩＲ法による値、縦軸はＳＲ法による値で
ある。ここで、図４の較正直線の傾きを算出し、一次関
数を求めると、ｙ＝１．０４５ｘ＋（−８０．６６８）（４）を得ることができる。これを補正式として、厚さ測定方
法を実施する装置の演算プログラムに、予め、装置の立
ち上げ段階で入力の補正を行っておく。

【００６２】これと同様にして、低抵抗拡散層３の拡散
深さ５０μｍ〜２５０μｍの間について、実際には１０
μｍ間隔でのサンプルを各々作製し、同様の比較から較
正直線の補正式を算出して、低抵抗拡散層３の深さが違
っても補正ができるようにしておく。

【００６３】これにより、半導体ウェーハ１として適用
される全品種のＩ層２の幅が当てはまる範囲での補正が
できるようになる。更に、Ｐ型のウェーハについても、
Ｎ型と同様の方法で補正式を求めることにより、更に品
種を拡大して、補正の適用ができるようになる。

【００６４】実際の効果を確認するため、半導体ウェー
ハ１の全品種についての補正式の入力を完了した後に、
再度従来のＳＲ法で測定結果が判明しているサンプルに
ついて、ＦＴ−ＩＲ法により測定を行い、予め装置に入
力されている補正式に基づき、結果を補正した。

【００６５】その結果、全ての場合について、従来の測
定結果に対して、０．５μｍ以内の誤差で厚み測定結果
が得られることが判明した。この時の評価方法において
は、半導体ウェーハ１の品種名を入力すると、予め入力
済の補正式がリストより呼び出され、測定したＦＴ−Ｉ
Ｒ法による測定値が、自動的に補正式により補正されて
補正値が得られるようにした。

【００６６】このようにすることにより、従来のＩ層２
の厚さの規格値を変更することなく、直ちに適用するこ
とができる。なお、予め半導体ウェーハ１の品種名の入
力時に、半導体ウェーハ１の厚さも入力しておき、求め
られたＩ層２の厚さを、半導体ウェーハ１の厚さから引
き算することにより、低抵抗拡散層３の深さを求めるよ
うにすることもできる。

【００６７】以上述べたように、リンまたはボロン等の
拡散において、不純物濃度勾配の異なる深さ毎に、ＳＲ
法による測定値と、ＦＴ−ＩＲ法による測定値との較正
直線から得られる補正式を用いることにより、規格値を
変えることもなく、従来法で得られている測定結果値を
破壊することもなく、短時間に測定を実施することがで
きる。

【００６８】また、非破壊でしかも非接触で測定できる
ため、製品用ウェーハの全数検査に適用できる。このた
め、製品用ウェーハの全数検査による、厚さの選別と、
ランク別での半導体素子製品の製作が可能となる。ま
た、最終製品であるトランジスタ特性のばらつき幅が縮
小されるため、品質が向上し、図５の最終製品の歩留の
説明図に示すように、従来法による評価に比べて、実施
例１の方法による評価の場合、歩留を大幅に向上して生
産することができる。

【００６９】なお、上記の説明では、従来方法としてＳ
Ｒ法を例示したが、従来から、厚さ測定には、着色法、
メッキ法、陽極酸化法、ＳＥＭ法など、各種の方法が適
用されてきている。しかし、これらはいずれも破壊を伴
う方法である。したがって、これらの方法による測定値
に対応させて、ＦＴ−ＩＲ法による測定値への較正直線
を予め求めておくことにより、従来規格をまったく変更
することなく厚さの評価ができるようになるので、現在
の生産ラインに直ちに投入できるというメリットがあ
る。ただし、この場合、どの方法を用いても、評価した
値から得られる較正直線による補正効果が変わらないと
いうことが条件になる。

【００７０】以上述べたように、実施例１によれば、従
来の破壊による厚さ測定結果と、遠赤外線を用いたＦＴ
−ＩＲ法による厚さ測定結果の間の較正式を予め求めて
おくことにより、ＦＴ−ＩＲ装置による干渉縞から得ら
れた測定厚さと、従来法で得られている値との間に互換
性を持たせることが可能となり、非破壊、非接触で全数
評価が可能になり、製品の厚さ精度、つまり品質を大幅
に向上できると共に、最終製品の歩留を飛躍的に向上で
きる。実施例２．図６は、本発明の実施例２の半導体検査方法
の原理図であり、特に片面拡散ウェーハの厚み評価方法
を示すものである。

【００７１】さて、実施例１における拡散ウエーハは、
例えば、比抵抗が４０Ωｃｍ、直径１２５ｍｍφ、Ｎタ
イプ、方位（１１１）、厚さ６００μｍのウエーハにリ
ンを拡散したものである。

【００７２】このウエーハは次のようにして得られる。

【００７３】まず、Ｎ⁺／Ｎ^-／Ｎ⁺の三層構造の拡散
ウエーハを製作し、次に、このウエーハの片側にある低
抵抗拡散層（Ｎ⁺）をラップまたは砥石研削により除去
して、３００μｍ程度の二層構造（Ｎ^-／Ｎ⁺）のウエ
ーハを作製する。さらにこの二層構造（Ｎ^-／Ｎ⁺）の
研削した側の面を鏡面加工を施し、最終的に厚さ２８０
μｍの片面拡散ウエーハ２１を作製した。

【００７４】図６に示すように、片面拡散ウエーハ２１
は高抵抗の非拡散層（Ｉ層であるＮ^-）２と低抵抗の拡
散層（Ｎ⁺）３とが積層して構成されている。拡散層
（Ｎ⁺）３は、リン又はボロン等のドナーあるいはアク
セプターを不純物として拡散されている。このウエーハ
１の非拡散層（Ｉ層）２は、狙い値としてＳＲ値９０μ
ｍで作成されている。

【００７５】次に、遠赤外線を発生する赤外線光源６に
よって、片面拡散ウエーハ２１の非拡散層２の表面に、
波長が約１００μｍの遠赤外線のビームＢを照射する。
遠赤外線は、水冷式の高圧水銀ランプを赤外線光源６と
して用い、その出射光を適当なフィルターを透過させる
ことにより波長選択して得られる。

【００７６】ビームＢは非拡散層２の表面、つまりウェ
ーハ表面４および、Ｉ層２と拡散層３との界面５で反射
し、反射ビームを生じる。反射ビームは、ウェーハ表面
４で反射した反射ビームＸと界面５で反射した反射ビー
ムＹとからなる。

【００７７】光ビーム４がウェーハ表面４に入射したと
きの入射角をφ、非拡散層２へ屈折したときの屈折角を
φ′、非拡散層２の屈折率をｎ、および非拡散層２の厚
さをｄとする。このとき、反射ビームＸと反射ビームＹ
との間には、２ｎｄｃｏｓφ′の光路差が生じる。この
光路差２ｎｄｃｏｓφ′はまた、入射角φで表すと、

【００７８】

【数３】となる。この光路差

【００７９】

【数４】は、フーリエ変換遠赤外分光法（ＦＴ−ＩＲ）によって
検出する。

【００８０】図７は、フーリエ変換遠赤外分光法（ＦＴ
−ＩＲ）を適用するための光学系の配置図である。図６
における、光路差

【００８１】

【数５】の大きさはこの光学系によって検出される。この光学系
は、互いに直交する位置関係に配設された固定鏡１８、
可動鏡１９、ビームスプリッタ１７、および検出器１０
を備えている。ちなみに、可動鏡１９は、入射する光ビ
ームの方向に可動となっている。

【００８２】反射ビームＸ、Ｙはビームスプリッタ１７
へ入射し、一部は反射して固定鏡１８に向かい、他は透
過して可動鏡１９に向かう。ビームスプリッタ１７およ
び可動鏡９で反射された光線はそれぞれ、ビームスプリ
ッタ１７で透過または反射され、検出器１０で干渉波形
が検出される。

【００８３】図８に、可動鏡９の移動量に対して、検出
器１０で検出された干渉波形を示す。図において、中央
ピークＥから両側に間隔Ｌをおいて左側ピークＰＬと右
側ピークＰＲが存在する。左側ピークＰＬと右側ピーク
ＰＲの間の間隔２Ｌは光路差

【００８４】

【数６】と等しい関係にある。すなわち、次式が成立する。

【００８５】

【数７】式（６）より非拡散層（Ｉ層）２の厚さｄを求める。こ
こで、遠赤外線の波長は式（６）には表れていないが、
遠赤外線の波長は、フーリエ変換遠赤外分光法（ＦＴ−
ＩＲ）を適用する装置の中で、間隔Ｌに換算されてい
る。

【００８６】遠赤外線の波長は約５０μｍ以上であるこ
とが望ましく、ここでは前述のように約１００μｍであ
る。遠赤外線の適当な波長の大きさは、非拡散層（Ｉ
層）２と拡散層３との境界領域における不純物濃度分布
に関係する。

【００８７】なお、非拡散層（Ｉ層）２と拡散層３との
境界領域における厚さ方向の不純物濃度分布の存在は、
厚さ方向に屈折率が分布していることに相当する。この
屈折率の分布のために、非拡散層（Ｉ層）２と拡散層３
との境界面が一義的に定義できず、間隔Ｌの値に分布が
生じる。このため、遠赤外線の波長が短かすぎる場合に
は、図８に示す干渉波形が明瞭に検出されなくなる。

【００８８】片面拡散ウエーハ２１の非拡散層（Ｉ層）
２の厚さについては、ＳＲ値として表現した場合、ＳＲ
値の狙い値が９０μｍで作成されている。

【００８９】一方、上述のようなフーリエ変換遠赤外分
光法（ＦＴ−ＩＲ）を適用してこの片面拡散ウエーハ１
の非拡散層（Ｉ層）２の厚さを測定したところ、フーリ
エ変換遠赤外分光法（ＦＴ−ＩＲ）による厚さを表現す
るＦＴ−ＩＲ値は、１６０．５μｍであった。この再現
性は、１６０．５μｍ±０．５μｍであり、極めてよい
ことが確認された。

【００９０】図９に、フーリエ変換遠赤外分光法（ＦＴ
−ＩＲ）による厚さを表現するＦＴ−ＩＲ値と、抵抗法
による厚さを表現するＳＲ値を比較して示す。

【００９１】ＦＴ−ＩＲ値の場合は、非拡散層（Ｉ層）
２の厚さとして、ウェーハ表面４から不純物濃度が約１
０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の位置までの距離を測る。

【００９２】これに対して、ＳＲ値の場合は、非拡散層
（Ｉ層）２の厚さとして、ウェーハ表面４から非拡散層
２の抵抗値の約１／２となる位置（不純物濃度が表面２
ａ近傍の濃度の約２倍となる位置）までの距離を測る。

【００９３】次に、ＦＴ−ＩＲ値が１６０μｍ±１．０
μｍとなるように規格化した片面拡散ウエーハを、規格
センター値で選別して作成してみた。

【００９４】このように作成した片面拡散ウエーハを従
来のＳＲ規格値で換算すると、ＦＴ−ＩＲ値が１６０μ
ｍ±１．０μｍである。ということは、ＳＲ値が９０μ
ｍ±１．５μｍであることに相当する。

【００９５】これに対して、従来のＳＲ規格値で管理し
て片面拡散ウエーハを作成した場合には、９０μｍの管
理幅はせいぜい±５μｍの精度が限度であり、ＦＴ−Ｉ
Ｒ値による±１．５μｍに比べて精度が低いものであっ
た。

【００９６】したがって、ＦＴ−ＩＲ値による規格セン
ター値を用いて選別して作成した片面拡散ウエーハは、
極めて高い精度で管理されていることがわかる。

【００９７】図１０、図１１、図１２に、ＦＴ−ＩＲ値
による規格値を用いた場合と、ＳＲ規格値を用いた場合
との、片面拡散ウエーハの相対歩留まり、破壊サンプル
数／月、およびＩ層のヒストグラムを示す。

【００９８】ちなみに、図１０は、片面拡散ウエーハの
相対歩留まりであり、（ａ）にＦＴ−ＩＲ値による規格
値を用いた場合、（ｂ）にＳＲ規格値を用いた場合を示
すものである。

【００９９】また、図１１は、破壊サンプル数／月であ
り、（ａ）にＦＴ−ＩＲ値による規格値を用いた場合、
（ｂ）にＳＲ規格値を用いた場合を示すものである。

【０１００】そして、図１２は、Ｉ層のヒストグラムで
あり、（ａ）にＦＴ−ＩＲ値による規格値を用いた場
合、（ｂ）にＳＲ規格値を用いた場合を示すものであ
る。

【０１０１】図１０においては、ＦＴ−ＩＲ値による規
格値を用いた場合（ａ）の破壊サンプル数は非接触測定
であるので、ゼロである。

【０１０２】図１０〜図１２で示されるように、ＦＴ−
ＩＲ値による規格値を用いた場合（ａ）の方が、ＳＲ規
格値を用いた場合（ｂ）に比べて、極めて高精度に管理
されることが認められる。

【０１０３】また、ＦＴ−ＩＲ値による規格値を用いて
作成されたウエーハと、ＳＲ規格値を用いて作成された
ウエーハとの両方のウエーハを用いて、トランジスタを
作成して製品特性を比較した。

【０１０４】この結果、ＦＴ−ＩＲ値による規格値を用
いて作成されたウエーハから作成されたトランジスタの
方が、ＳＲ規格値を用いて作成されたウエーハから作成
されたトランジスタに比べて、ｈ_FE、Ｉ_CBO等の諸特性
や歩留まりにおいて向上していることが確認された。

【０１０５】また、ＳＲ規格値を用いる従来の場合は、
破壊検査であるため、評価や検査数はわずかに１〜２枚
／ロット程度と少ないのが通例である。このため、実際
の製品の特性との対応付けが難しい。これに対して、本
実施例による場合は、ＦＴ−ＩＲ値による規格値を用い
て規格選別管理されたウエーハを用いることにより、実
際の製品の特性と対応をつけることができ、また従来の
破壊検査によるウエーハの損失を解消することができ
る。

【０１０６】なお、実施例２においては、拡散層として
リン又はボロン等のドナーあるいはアクセプターを不純
物として拡散した場合を示したが、拡散層の構成はこれ
に限らない。また、実施例２では光学的干渉情報として
干渉波形について示したが、これに限らず、光学的干渉
情報として干渉縞等であってもよい。実施例３．図１３は、本発明の実施例３の半導体検査方
法の原理図であり、特に化合物半導体のエピタキシャル
ウェーハに赤外線を入射し、この赤外線を目的とするエ
ピタキシャル層の上面および下面で反射させ、両反射光
を干渉させて、その干渉情報からエピタキシャル層の膜
厚を求めようとするものである。

【０１０７】図１３に示すように、この例は、ＧａＡｓ
基板１３の上に、ＮタイプＧａＡｓエピタキャル層１４
とＰタイプＧａＡｓエピタキャル層１５を成長させたウ
ェーハの、ＰタイプＧａＡｓエピタキャル層１５の厚さ
を測定する例である。ここで、赤外線光源６より赤外線
のビームＢを入射させると、一部が、ＰタイプＧａＡｓ
エピタキャル層１５の上面、すなはちウェーハ表面４か
ら、反射ビームＸとして反射される。

【０１０８】一方、ビームＢの他の一部は、ＰタイプＧ
ａＡｓエピタキャル層１５の下面、つまりＮタイプＧａ
Ａｓエピタキャル層１４との界面５から、反射ビームＹ
として反射される。

【０１０９】この場合、それぞれの反射ビームＸ，Ｙの
光路差がＰタイプＧａＡｓエピタキャル層１５の厚ｄさ
に対応する。ここで、ＰタイプＧａＡｓエピタキャル層
１５の厚さをｄ、ＰタイプＧａＡｓエピタキャル層１５
の屈折率をｎ、ビームＢの入射角度をφ、とすると、

【０１１０】

【数８】の光路差を持つことになる。つまり、この光路差を知る
ことによって、ＰタイプＧａＡｓエピタキャル層１５の
厚さｄを得ることができる。

【０１１１】実際の装置においては、図１４に示すよう
なＦＴ−ＩＲと呼ばれるフーリエ変換赤外分光装置が適
用できる。このＦＴ−ＩＲは、赤外線光源６からのビー
ムＢをビームスプリッタ７で分離合成した後に、ビーム
Ｂ３としてウェーハに入射させる。即ち、赤源６からの
ビームＢをビームスプリッタ７によって、透視光のビー
ムＢ１と反射光のビームＢ２に分ける。それぞれのビー
ムＢ１、Ｂ２は固定鏡８と可動鏡９で反射され、ビーム
スプリッタ７により合成された後、ビームＢ３としてウ
ェーハに角度φで入射する。

【０１１２】ここで、可動鏡９を動かすことにより、ビ
ームスプリッタ７から固定鏡８および可動鏡９までの距
離に応じて光路差が生じ、その結果、ウェーハに向かう
ビームＢ３は、この光路差の分だけ位相がずれた光が合
成されている。したがって、このビームＢ３をウェーハ
に入射し、反射させると、入射光の光路差と、Ｐタイプ
ＧａＡｓエピタキャル層１５の上下面で反射される光の
光路差との間で干渉を生じる。図中、１０は検出器であ
る。

【０１１３】以上のような測定ではマイケルソン干渉計
と呼ばれるが、光路差と反射光の強度との関係は、図１
５に示すようになり、これはインターフェログラムと呼
ばれる。ここで、センターバーストの中央ピークＥと、
サイドバーストの右側ピークＰＲないしは左側ピークＰ
Ｌとの間の距離Ｌから、次式を通じて、膜厚が得られ
る。

【０１１４】

【数９】実施例１の特長は、測定用の赤外線光源６として、波数
４００ｃｍ^-1（波長２５μｍ以上）以下の遠赤外線を使
用したことにある。

【０１１５】一般に、ＬＥＤ用ウェーハのエピタキシャ
ル層は、発光効率を高めたり、電流抵抗を減らすため
に、ドーパントを多く含み、キャリア濃度が高い。この
ため、一般にＦＴ−ＩＲに使用される。例えば、波数４
００〜４０００ｃｍ^-1の赤外線はキャリアによる吸収を
強く受け、エピタキシャル層を透過する間に弱くなり、
その結果、干渉波形を得ることが困難になる。

【０１１６】これに対して、キャリア濃度が高かった
り、エピタキシャル層の厚さが厚い場合には、赤外線光
源６として、波数２００ｃｍ^-1以下の遠赤外線を使用す
ることで、測定可能範囲を広げることができる。

【０１１７】さて、ここで、図１３で示した、化合物半
導体エピタキシャルウェーハのＰタイプＧａＡｓエピタ
キャル層１５の厚さを求めてみた。

【０１１８】ウェーハに波数４０〜４００ｃｍ^-1の間に
分布を持つ遠赤外線ビームを入射し、ＦＴ−ＩＲでその
反射強度を測定し、インターフェログラムから膜厚を求
めた。図１６は、縦軸にその結果を、横軸に劈開したウ
ェーハの断面の観察から求めた膜圧を示すものである。

【０１１９】図からも明らかなように、ＦＴ−ＩＲによ
る方法で求めたＰタイプＧａＡｓエピタキャル層１５の
膜厚と、断面観察で求めた膜厚には、相関関係があり、
本実施例の方法で極めて正確にＰタイプＧａＡｓエピタ
キャル層１５の膜厚を測定することができる。

【０１２０】この測定の特長は、膜厚を測定するＰタイ
プＧａＡｓエピタキャル層１５の下面、つまり界面５か
らの反射をＰＮ接合からの反射として得ていることであ
る。ＳｉをドーパントとしたＧａＡｓのエピタキシャル
では、１度のエピタキシャルでＰＮ両方の層が得られ
る。

【０１２１】しかし、図１７の説明図に示すように、Ｐ
層とＮ層のキャリア濃度は、ほぼ同じとなり、両層の屈
折率に差がなく、光は反射しない。しかしながら、両層
の間に、キャリア濃度の低いＰＮ接合ＪＰＮを形成する
ことにより、キャリア濃度の立ち上り部ＣＤＲからの反
射が得られ、膜厚を測定することができる。

【０１２２】なお、ここでは、Ｓｉをドーパントとした
連続成長によるＰＮ接合を例に説明したが、Ｐ層とＮ層
に別々のドーパントを添加して形成したＰＮ接合でも、
同様の効果があり、ＰＮ接合を反射面とすることで強い
信号を得ることができる。

【０１２３】なお、ウェーハに逆方向電圧を印加しなが
ら干渉を測定するようにしてもよい。ウェーハに逆方向
に電圧をかけると、接合部の空乏層が広がる。その結
果、キャリアプロファイルは、図１７に点線で示すプロ
ファイルＣＰのように変化する。つまり、空乏層は広く
なり、プロファイルＣＰは切り立ってくる。

【０１２４】以上のように、空乏層が広くなると、反射
率が上り、干渉が大きくなる。また、プロファイルＣＰ
が切り立つと、サイドバーストがシャープになる。すな
わち、逆方向電圧を印加することにより、より強い信号
を得ることができ、より厚いエピタキシャル層の膜厚の
測定が可能になる。

【０１２５】また、複数のエピタキシャル膜の膜厚を同
時に測定することも可能である。

【０１２６】例えば、図２２に示すように、ＰタイプＧ
ａＡｓエピタキャル層１５の上にＣａｐ層１６を有する
構造の場合、ＰタイプＧａＡｓエピタキャル層１５の膜
厚とＣａｐ層１６の膜厚の両方を測定する必要がある。

【０１２７】ここで、最も単純なのは、先に述べたと同
様の方法でインターフェログラムを求める方法である。
図１８はそのインターフェログラムである。これは、左
右対称なので、センターバーストの中央ピークＥから左
側は省略して示している。

【０１２８】ＰタイプＧａＡｓエピタキャル層１５の厚
さは、図１９の説明図に示すように、反射ビームＸと反
射ビームＹの干渉によるサイドバーストの右側ピークＰ
Ｒ２から求められる。一方、Ｃａｐ層１６の厚さは、反
射ビームＸと反射ビームＺの干渉によるサイドバースト
の右側ピークＰＲ１から求められる。

【０１２９】この方法は、複数のエピタキシャル層の厚
みが互いに異なり、その大小が知られている時、すなわ
ち、サイドバーストが重ならずに、同定が容易な場合に
有効である。

【０１３０】エピタキシャル層の厚さが全く不明である
時や、反射ビームＹとＺの干渉などの不要なサイドバー
ストが生じる場合は、どれが目的のサイドバーストか特
定できない場合がある。

【０１３１】このような場合は、ウェーハに逆方向に電
圧を印加しながら測定するのが有効になってくる。

【０１３２】図２０はウェーハに逆方向に電圧を印加し
ながら、膜厚を測定した場合の、インターフェログラム
である。空乏層が広がり、キャリアプロファイルが切り
立った結果、ＰＮ接合が関与するサイドバーストの右側
ピークＰＲ１は右側に位置が移動し、形状もシャープに
なっている。

【０１３３】電圧変化により位置や形状が変化するサイ
ドバーストは、ＰＮ接合からの反射を含む干渉によるも
のなので、電圧印加を変えたインターフェログラムを比
較することにより、サイドバーストの同定が容易にな
る。

【０１３４】なお、複数のエピタキシャル層の厚さを測
定するのに、波長の異なる赤外線を利用し、一方の赤外
線は表面のＣａｐ層１６では吸収されず、ＰタイプＧａ
Ａｓエピタキャル層１５を含む内部のエピタキシャル層
のいずれかで吸収されるような波長に設定し、もう一方
の赤外線は膜厚測定を目的とするエピタキシャル層まで
吸収されないような波長であるようにしてもよい。

【０１３５】例えば、図１９のＣａｐ層１６とＰタイプ
ＧａＡｓエピタキャル層１５の膜厚を測定する場合、Ｃ
ａｐ層１６では吸収されず、内部のＰタイプＧａＡｓエ
ピタキャル層１５で吸収される波長として８００ｎｍを
選び、測定した。

【０１３６】８００ｎｍの赤外線はＰタイプＧａＡｓエ
ピタキャル層１５で吸収されるので、反射ビームＹは観
測されず、Ｃａｐ層１６の厚さに応じた反射ビームＸに
よるサイドバーストのみが得られた。その結果、Ｃａｐ
層１６の膜厚が判った。

【０１３７】次に、エピタキシャル層まで吸収されない
波長として、波数４００ｃｍ^-1以下、すなわち波長２５
μｍ以上の遠赤外線を選択し、これを用いて測定する
と、Ｃａｐ層１６とＰタイプＧａＡｓエピタキャル層１
５の厚さに応じたサイドバーストが得られる。

【０１３８】このうち、Ｃａｐ層１６のサイドバースト
は８００ｎｍの波長による測定で判明しているので、Ｐ
タイプＧａＡｓエピタキャル層１５のサイドバーストは
容易に特定できるので、ＰタイプＧａＡｓエピタキャル
層１５の厚さを容易に求めることができる。

【０１３９】なお、実施例３を実現する装置としては、
ＦＴ−ＩＲに複数の光源やフィルタなどを設け、波長選
択機能や、ウェーハに電圧を印加する機能を付加したも
のが望ましい。

【０１４０】

【発明の効果】本発明によれば、高及び低抵抗層の２層
構造をなす半導体ウェーハの高抵抗層の厚さを、非破壊
で且つ従来の他の測定規格値を変えることなく、短時間
で高精査に測定することができる。

【０１４１】また、本発明によれば、所定の波長の遠赤
外線を非拡散層へ照射し、非拡散層の厚さを形成する両
側の境界面で反射した遠赤外線を光学的に干渉させ、こ
の干渉情報から非拡散層の厚さを評価するので、破壊検
査を行うことなく非拡散層の厚さを高精度に評価するこ
とができる。

【０１４２】更に、本発明によれば、化合物半導体エピ
タキシャル層の厚さを、非接触、非破壊で短時間で測定
でき、従来のような破壊測定に伴う材料と時間のロスが
減り、生産性が向上し、また、エピタキシャル厚をウェ
ーハ全面にわたり迅速に知ることができるので、エピタ
キシャル層の厚さ制御の精度が上り、発光特性の優れた
ＬＥＤを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の半導体検査方法の原理図で
ある。

【図２】図１の方法を実現するための装置の説明図であ
る。

【図３】図２の装置で得られる干渉縞の説明図である。

【図４】実施例１の半導体検査方法における較正直線の
一例を示す説明図である。

【図５】実施例１の厚さ測定方法による最終製品の歩留
の説明図である。

【図６】本発明の実施例２の半導体検査方法の原理図で
ある。

【図７】図６の方法を実現するための装置の説明図であ
る。

【図８】実施例２の方法において得られる干渉波形の説
明図である。

【図９】片面拡散ウエーハの不純物濃度プロファイルを
示す説明図である。

【図１０】実施例２の方法において得られる、片面拡散
ウエーハの相対歩留まりの説明図である。

【図１１】実施例２の方法において得られる、破壊サン
プル数／月の説明図である。

【図１２】実施例２の方法において得られる、Ｉ層のヒ
ストグラムの説明図である。

【図１３】本発明の実施例３の半導体検査方法の原理図
である。

【図１４】図１３の方法を実現するための装置の説明図
である。

【図１５】実施例３の方法において得られる干渉波形の
説明図である。

【図１６】インターフェログラムの測定結果と断面観察
による測定結果を比較して示す説明図である。

【図１７】Ｐ層とＮ層のキャリア濃度の説明図である。

【図１８】複数膜厚から得られるインターフェログラム
の説明図である。

【図１９】複数膜厚測定の原理図である。

【図２０】ウェーハに逆方向電位を加えながら、複数膜
厚の測定を行った場合に得られるインターフェログラム
の説明図である。

【図２１】一般的な化合物半導体の断面図である。

【図２２】Ｃａｐ層を有する化合物半導体の断面図であ
る。

【符号の説明】

１半導体ウェーハ２Ｉ層３低抵抗拡散層４ウェーハ表面５界面６赤外線光源７，１７ビームスプリッタ８，１１，１２，１８固定鏡９，１９可動鏡１０検出器１３ＧａＡｓ基板１４ＮタイプＧａＡｓエピタキャル層１５ＰタイプＧａＡｓエピタキャル層１６Ｃａｐ層２１片面拡散ウェーハ

フロントページの続き (72)発明者荻野正信神奈川県川崎市幸区堀川町72番地株式会社東芝堀川町工場内 (72)発明者鷲塚章一神奈川県川崎市幸区堀川町72番地株式会社東芝堀川町工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】不純物を拡散した低抵抗層と拡散しない高
抵抗層の二層構造を有する半導体ウェーハの前記高抵抗
層にその表面側から遠赤外光を入射し、その表面で反射
する反射光と、前記高及び低抵抗層の界面で反射する反
射光との干渉縞から前記高抵抗層の厚さを求め、求めた
第１の値を前記遠赤外光の干渉を用いない他の方法によ
り求め得る第２の値に変換することを特徴とする厚さ測
定方法。
【請求項２】前記第１の値から前記第２の値への変換
は、前記低抵抗層の厚さが単位厚さの倍数のどの範囲に
属するかに応じて、各範囲毎に予め作成した異なる較正
関数を用いて行う、請求項１に記載の半導体ウェーハの
厚さ測定方法。
【請求項３】前記他の方法は、拡がり抵抗を用いて測定
する方法である、請求項１又は２に記載の半導体ウェー
ハの厚さ測定方法。
【請求項４】前記遠赤外光の波長は５０μｍ以上であ
る、請求項１〜３の１つに記載の半導体ウェーハの厚さ
測定方法。
【請求項５】不純物を拡散した拡散層と非拡散層との二
層構造を有する半導体基板の前記非拡散層の厚さを評価
する方法において、所定の波長の遠赤外線を前記非拡散
層へ照射し、前記非拡散層の境界面で反射した遠赤外線
の光学的干渉情報を求め、この干渉情報から前記非拡散
層の厚さを評価することを特徴とする半導体基板の評価
方法。
【請求項６】前記所定の波長の遠赤外線は５０μｍ以上
の波長を有する遠赤外線であることを特徴とする請求項
５に記載の半導体基板の評価方法。
【請求項７】不純物を拡散した拡散層と非拡散層との二
層構造を有する半導体基板において、所定の波長の遠赤
外線を前記非拡散層へ照射し、前記非拡散層の境界面で
反射した遠赤外線の光学的干渉情報を求め、この干渉情
報から前記非拡散層の厚さを規格化したことを特徴とす
る半導体基板。
【請求項８】前記所定の波長の遠赤外線は５０μｍ以上
の波長を有する遠赤外線であることを特徴とする請求項
７に記載の半導体基板。
【請求項９】化合物半導体エピタキシャルウェーハに赤
外線を入射し、この赤外線を目的とするエピタキシャル
層の上面および下面で反射させ、両反射光を干渉させ、
この干渉情報からエピタキシャル層の膜厚を求める、こ
とを特徴とする化合物半導体検査方法。
【請求項１０】複数のエピタキシャル層の膜厚を、同時
に測定するようにした、請求項９の化合物半導体検査方
法。
【請求項１１】複数のエピタキシャル層の膜厚を、連続
して測定するようにした、請求項９の化合物半導体検査
方法。
【請求項１２】赤外線として波長２５μｍ以上の遠赤外
線を使用したことを特徴とする請求項９乃至１１の１つ
に記載の化合物半導体検査方法。
【請求項１３】ウェーハに逆方向電圧を印加しながら干
渉を測定するようにした、請求項９乃至１２の１つに記
載の半導体検査方法。
【請求項１４】複数のエピタキシャル層の膜厚を、エピ
タキシャル層毎に吸収または非吸収となるような波長を
有する異なる波長の複数種類の赤外線により、連続して
測定するようにした、請求項２乃至１３の１つに記載の
半導体検査方法。
【請求項１５】検査目的としてのエピタキシャル層を有
する化合物半導体エピタキシャルウェーハに赤外線を入
射させる、赤外線光源と、前記エピタキシャル層の上面及び下面で反射した前記赤
外線のそれぞれを互いに干渉させる、干渉手段と、前記エピタキシャル層の膜厚を求めるべく、前記干渉手
段で干渉させた干渉光を検出する、検出手段と、を備えることを特徴とする、化合物半導体検査装置。