JPH1140635A - 半導体多層膜の層厚評価方法 - Google Patents

半導体多層膜の層厚評価方法

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JPH1140635A
JPH1140635A JP20997197A JP20997197A JPH1140635A JP H1140635 A JPH1140635 A JP H1140635A JP 20997197 A JP20997197 A JP 20997197A JP 20997197 A JP20997197 A JP 20997197A JP H1140635 A JPH1140635 A JP H1140635A
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JP
Japan
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layer
thickness
ellipsometry
pattern
layer thickness
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JP20997197A
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English (en)
Inventor
Takumi Iritono
巧 入戸野
Fumiaki Hiuga
文明 日向
Yoshiyuki Araki
賀行 荒木
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体多層膜の各層の厚さを非破壊で精度よ
く評価できるようにし、信憑性の高い膜厚データを得ら
れるようにする。 【解決手段】 本発明に係る半導体多層膜の層厚評価方
法は、半導体多層膜の各層の層厚を分光エリプソメトリ
法で評価する方法において、前記半導体多層膜の各層毎
に、層厚の設定値を中心値としてその前後に層厚を変化
させた場合の、それぞれのエリプソメトリパターンをシ
ミュレーションにより求め、層厚に対してエリプソメト
リパターンが敏感な波長領域を各層毎に決定し、前記半
導体多層膜を構成する各層毎に、その層を除く層の層厚
パラメータを固定し、前記測定されたエリプソメトリパ
ターンの前記決定された敏感な波長領域を選択して各層
毎にシミュレーションフィットする工程を、前記半導体
多層膜の全層にわたって行うことを特徴とするものであ
る。図1から本発明による評価値はTEM評価値に近似
しており、従来による評価値よりもはるかに信憑性が高
いことが明らかである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、2種以上の半導体
薄膜の積層構造について、各層の厚さを分光エリプソメ
トリで解析する半導体多層膜の層厚評価方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体多層膜の各層の厚さを非破壊で評
価することは、IC製作プロセス開始前のウエハ選別を
可能とするため非常に重要である。例えば、ヘテロ構造
電界効果トランジスタ(HFET)の作製に用いる半導
体多層膜(InGaP/GaAs/InGaP/InG
aAs/GaAssub.)について、分光エリプソメ
トリ法により各層の厚さを非破壊で評価できる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来、実測さ
れたエリプソメトリパターンを、広い波長領域(300
〜750nm)で全層同時にシミュレーションフィット
しても、信憑性の高い層厚データは得られなかった。こ
の様子を図1に示す。図1には、A、B、Cの3つの試
料の各々の各層の厚さについて、透過電子顕微鏡観察
(TEM)による評価値と、従来の分光エリプソメトリ
(SE)による評価値等とが対比して示されている。図
1から明らかなように、上述した従来法でのSEによる
評価値は、TEMによる評価値からかけ離れており、そ
の信憑性に問題がある。
【0004】本発明の目的は、半導体多層膜の各層の厚
さを分光エリプソメトリ法で評価する場合において、測
定されたエリプソメトリパターンのシミュレーションフ
ィット方法を改善して、信憑性の高い層厚データを得る
ことができる半導体多層膜の層厚評価方法を提供するこ
とである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体多層膜
の各層の層厚を分光エリプソメトリ法で評価する方法に
おいて、前記半導体多層膜の各層毎に、層厚の設定値を
中心値としてその前後に層厚を変化させた場合の、それ
ぞれのエリプソメトリパターンをシミュレーションによ
り求め、層厚に対してエリプソメトリパターンが敏感な
波長領域を各層毎に決定し、前記半導体多層膜を構成す
る各層毎に、その層を除く層の層厚パラメータを固定
し、前記測定されたエリプソメトリパターンの前記決定
された敏感な波長領域を選択して各層毎にシミュレーシ
ョンフィットする工程を、前記半導体多層膜の全層にわ
たって行うようにし、上記目的を達成している。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明では、層厚に敏感なエリプ
ソメトリパターンの波長領域が、各層毎に異なることを
利用する。すなわち、解析すべき半導体多層膜につい
て、エリプソメトリパターンのシミュレーションを、各
層毎に層厚を変えて実行し、各層毎にエリプソメトリパ
ターンの敏感な波長領域をまず明らかにする。次に、実
測したエリプソメトリパターンについて、最適な波長領
域を選択して各層毎にシミュレーションフィットして、
層厚を求める。この場合必要があれば、半導体層の組成
をX線回析によって別途決定し、エリプソメトリパター
ンのシミュレーションフィットに反映させるようにす
る。
【0007】すなわち、本発明の実施の形態を、図2に
示す半導体多層膜の層厚測定を例に説明する。まず、エ
リプソメトリパターン(cos( Δ) )を層厚を変えて
各層毎にシミュレーションした。本実施例では、エリプ
ソスペクトルの測定は、Sopra社製MOSS Mo
del”ES4C”を用いた。ES4Cは光源としてX
eランプを使用しており、入射光は回転偏向子を透過し
試料に照射されるようになっている。今回、照射角度は
ほぼ75.1°に設定し、ビーム径は3mm程度の楕円
であった。反射光はアナライザーを透過し、偏光測定の
精度に優れた高コントラストなグレーティングとプリズ
ム併用のダブルモノクロメータにより分光した。300
nm〜750nmの波長領域の分散光をフォトマルチプ
ライヤー管で検出し、Hadamard変換によりco
sΔを得た。エリプソデータの解析およびシミュレーシ
ョンには、Woollman社製のWvase32を使
用した。ところで、これまで、InGaPの光学定数
(n,k)は報告されていないことから、GaAs基板
上に50nmのInxGaP(Inx=0.5)を成長
させ、光学定数を求めた。図2に示される如く、InG
aP最表面層10は、層厚の設定値が20nm、X
In(Inの組成率、以下同じ)の設定値が0.5となっ
ている。また、GaAs層11の層厚の設定値は3nm
となっており、InGaPバリア層12の層厚の設定値
は12nm、XInの設定値は0.5となっている。さら
に、InGaAsチャネル層13の層厚の設定値は9.
5nm、XInの設定値は0.15となっており、GaA
s層14の層厚の設定値は10nmとなっている。
【0008】そして、InGaP最表面層10のエリプ
ソメトリパターンは、膜厚の上記設定値20nmを中心
値としてその前後(18nm〜22nmの範囲)に膜厚
を変化させ、シミュレーションして求めた。図3の符号
aは、このInGaP最表面層10のエリプソメトリパ
ターンを示している。また、GaAs層11のエリプソ
メトリパターンは、膜厚の上記設定値3nmを中心値と
してその前後(1nm〜5nmの範囲)に膜厚を変化さ
せ、シミュレーションして求めた。図3の符号bは、こ
のGaAs層11のエリプソメトリパターンを示してい
る。
【0009】さらに、InGaPバリア層12のエリプ
ソメトリパターンは、膜厚の上記設定値12.0nmを
中心値としてその前後(10nm〜14nmの範囲)に
膜厚を変化させ、シミュレーションして求めた。図3の
符号cは、このInGaPバリア層12のエリプソメト
リパターンを示している。図3における符号aないしc
で示される曲線から、エリプソメトリパターンの敏感な
波長領域が、InGaP最表面層10で350〜800
nm、GaAs層11で350〜700nm、InGa
Pバリア層12で350〜800nmであることがわか
る。
【0010】中でも特に、図3に示される様に、InG
aP最表面層10で500〜700nm、GaAs層1
1で350〜700nm、InGaPバリア層12で3
50〜700nmの波長領域がより敏感であった。
【0011】図4に、InGaAsチャネル層13の厚
さとXInを変えた場合について示す。図4において、a
は、InGaAsチャネル層(n - InGaAs層)1
3の膜厚の上記設定値9.5nmを中心値としてその前
後(7.5nm〜11.5nmの範囲)に膜厚を変化さ
せ、シミュレーションして求めたInGaAsチャネル
層13のエリプソメトリパターンである。また、図4に
おいてbは、XInを0.13〜0.19の範囲において
変化させシミュレーションして求めたInGaAsチャ
ネル層13のエリプソメトリパターンである。
【0012】図4により、InGaAsチャネル層13
についてのエリプソメトリパターンの敏感な波長領域は
450〜600nmであることがわかる。さらに、In
GaAsチャネル層13については、その厚さ、XIn
もに同じ波長領域でエリプソメトリパターンに影響する
こともわかる。これは、エリプソメトリパターンからだ
けではInGaAsチャネル層13の厚さとXInを一緒
に解析できないことを意味する。そこで、X線回折法に
よりInGaAsチャネル層13のXInを決定した後、
実測したエリプソメトリパターンのシミュレーションフ
ィットを行った。
【0013】具体的には、まず、半導体多層膜のX線回
折パターンをInGaAsチャネル層13のIn組成を
変えてシミュレーションし、これらと実測パターンとの
比較から、InGaAsチャネル層13のXInを0.1
5と決定した。次に、分光エリプソメトリパターンのシ
ミュレーションフィットについて、第一に500〜70
0nmの波長領域にてInGaP最表面層10の層厚を
最適化した。このとき、他の層厚は上記設定値に固定し
た。なお、本実施例では、X線回折の測定には、Phi
lips社製のMaterial Research
Diffract meter(MRD)を用いた。M
RD装置のX線源としてCu- Kα線を使用し、面方位
(220)ゲルマニウムの4結晶モノクロメータによ
り、発散角度12°の単色X線を得た。X線回折シミュ
レーションは、Philips社製のHight Re
solutions Simulation prog
ram(HRS)を用いた。
【0014】第二に最適化されたInGaP最表面層1
0の層厚とInGaAsチャネル層13の設定層厚とを
入力し、350nm〜700nmの波長領域にてGaA
s層11とInGaPバリア層12の層厚を最適化し
た。最後に450〜600nmにてInGaAsチャネ
ル層13の層厚を最適化した。
【0015】図1に、分光エリプソメトリによる評価値
を、上記の波長領域を用いて各層毎にシミュレーション
フィットして求めた場合(本発明)と、広い波長領域
(300〜750nm)で全層同時にシミュレーション
フィットして求めた場合(従来)を示す。従来法による
評価値がTEM評価値からかけ離れているのに対し、本
発明による評価値はTEM評価値に近似しており、はる
かに信憑性が高いことが明らかである。なお、図1にお
いて、試料CのInGaP最表面層10のTEMで求め
た膜厚の欄の7.0〜10.0は、InGaP最表面層
10の膜厚が7.0〜10.0の範囲内にあることを示
している。
【0016】
【発明の効果】本発明の層厚評価方法によれば、半導体
多層膜の各層の厚さを非破壊で精度よく評価できるた
め、信憑性の高い膜厚データを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】半導体多層膜の各層の厚さの透過電子顕微鏡観
察(TEM)による評価値と、本発明及び従来の分光エ
リプソメトリ(SE)による評価値とを比較して示す図
表である。
【図2】ヘテロ構造電界効果トランジスタ(HFET)
の作製に用いる半導体多層膜を示す模式図である。
【図3】半導体多層膜の各層をシミュレーションしたエ
リプソメトリパターンを示す図であり、符号aないしc
は各々InGaP最表面層の厚さを変化させた場合、G
aAs層の厚さを変化させた場合、InGaPバリア層
の厚さを変化させた場合のものを示している。
【図4】半導体多層膜の各層をシミュレーションしたエ
リプソメトリパターンであり、aはInGaAsチャネ
ル層の厚さを変化させた場合、bはInGaAsチャネ
ル層のIn組成を変化させた場合のものを示している。
【符号の説明】
10 InGaP最表面層 11 GaAs層 12 InGaPバリア層 13 InGaAsチャネル層

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体多層膜の各層の層厚を分光エリプ
    ソメトリ法で評価する方法において、前記半導体多層膜
    の各層毎に、層厚の設定値を中心値としてその前後に層
    厚を変化させた場合の、それぞれのエリプソメトリパタ
    ーンをシミュレーションにより求め、層厚に対してエリ
    プソメトリパターンが敏感な波長領域を各層毎に決定
    し、前記半導体多層膜を構成する各層毎に、その層を除
    く層の層厚パラメータを固定し、前記測定されたエリプ
    ソメトリパターンの前記決定された敏感な波長領域を選
    択して各層毎にシミュレーションフィットする工程を、
    前記半導体多層膜の全層にわたって行うことを特徴とす
    る半導体多層膜の層厚評価方法。
JP20997197A 1997-07-18 1997-07-18 半導体多層膜の層厚評価方法 Pending JPH1140635A (ja)

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