特許 6193103 半導体の電気特性の測定装置、半導体の電気特性の測定方法、半導体の電気特性の測定装置の制御装置、およびコンピュータプログラム。

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6193103

(24)【登録日】2017年8月18日

(45)【発行日】2017年9月6日

(54)【発明の名称】半導体の電気特性の測定装置、半導体の電気特性の測定方法、半導体の電気特性の測定装置の制御装置、およびコンピュータプログラム。

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/3581 20140101AFI20170828BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/3581

【請求項の数】15

【全頁数】27

(21)【出願番号】特願2013-251290(P2013-251290)

(22)【出願日】2013年12月4日

(65)【公開番号】特開2015-108548(P2015-108548A)

(43)【公開日】2015年6月11日

【審査請求日】2016年11月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000165974

【氏名又は名称】古河機械金属株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110928

【弁理士】

【氏名又は名称】速水 進治

(72)【発明者】

【氏名】濱野 哲英

【審査官】 塚本 丈二

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０５４８６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／０１８７１７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−０７５０６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／０７８１４９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許第７０５０１６０（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０２１９３４０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２１／３５８１

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体からなる、測定対象とする試料の、求めようとする電気特性を示す値が含まれるレンジを保持するレンジ記憶部と、テラヘルツ光の周波数毎に、前記半導体の前記電気特性を示す値と反射率の計算値との関係を示す情報を保持する計算値記憶部とを有する記憶部と、
前記電気特性を示す値が含まれるレンジにおける感度を考慮して、前記電気特性を示す値の測定に用いる測定周波数を選択する選択部と、
前記試料にテラヘルツ光を照射した際の反射率を測定する反射率測定部と、
前記計算値記憶部に保持された前記半導体の前記電気特性を示す値と反射率の計算値との関係を示す情報、および前記選択部により選択された前記測定周波数について前記反射率測定部が測定した反射率Ｒ_ｅｘｐに基づいて前記試料の前記電気特性を示す値を算出する算出部とを備える半導体の電気特性の測定装置。

【請求項2】

請求項１に記載の半導体の電気特性の測定装置において、
前記電気特性を示す値は電気抵抗率を含む半導体の電気特性の測定装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載の半導体の電気特性の測定装置において、
前記電気特性を示す値は移動度を含む半導体の電気特性の測定装置。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体の電気特性の測定装置において、
前記電気特性を示す値はキャリア密度を含む半導体の電気特性の測定装置。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体の電気特性の測定装置において、
前記記憶部は、前記電気特性を示す値のレンジ、周波数、および感度の関係を示す情報を保持するレンジ感度記憶部をさらに有し、
前記選択部は前記レンジ記憶部から前記試料の前記電気特性を示す値が含まれるレンジを取得するとともに、前記レンジ感度記憶部から、前記レンジ記憶部から取得した前記電気特性を示す値が含まれるレンジと対応するレンジにおける、周波数と感度との関係を示す情報を取得し、各周波数での感度を比較し、比較の結果に基づいて前記測定周波数を選択する半導体の電気特性の測定装置。

【請求項6】

請求項５に記載の半導体の電気特性の測定装置において、
前記レンジ感度記憶部が保持する感度は、前記電気特性を示す値の変化量に対する反射率の変化量の比率を含み、
前記選択部は、前記試料の前記電気特性を示す値が含まれるレンジにおいて、当該比率が大きい周波数を、前記測定周波数として選択する半導体の電気特性の測定装置。

【請求項7】

請求項５または６に記載の半導体の電気特性の測定装置において、
複数の感度の指標を提示する指標提示部と、
前記複数の感度の指標のうち、前記測定周波数を選択する際に考慮する感度の指標の入力を受け付ける指標入力部と、
前記選択部に、前記測定周波数を選択する際に考慮する感度の指標を示す情報を入力する指標指定部をさらに備え、
前記レンジ感度記憶部は、前記複数の感度の指標毎に前記電気特性を示す値のレンジ、周波数、および感度の関係を示す情報を保持している半導体の電気特性の測定装置。

【請求項8】

請求項１から７のいずれか一項に記載の半導体の電気特性の測定装置において、
前記試料の前記電気特性を示す値が含まれるレンジを測定するレンジ測定部をさらに備え、
前記レンジ記憶部は、前記レンジ測定部で測定された前記電気特性を示す値が含まれるレンジを保持する半導体の電気特性の測定装置。

【請求項9】

請求項８に記載の半導体の電気特性の測定装置において、
前記記憶部は、
前記半導体の、互いに異なるレンジに属する複数の前記電気特性を示す値毎に、照射するテラヘルツ光の周波数と反射率の計算値との関係を示す情報を保持する第１レンジ測定記憶部と、
前記反射率測定部で測定され、周波数に対応づけられた複数の反射率Ｒ_ｐｒｅを保持する第２レンジ測定記憶部を備え、
前記レンジ測定部は、
複数の周波数のテラヘルツ光を前記試料に照射し、前記反射率Ｒ_ｐｒｅを測定するよう前記反射率測定部を制御する制御部と、
前記周波数に対応づけられた複数の前記反射率Ｒ_ｐｒｅと、前記第１レンジ測定記憶部に保持された、照射するテラヘルツ光の周波数と反射率の計算値との関係を示す情報とに基づいて、前記試料の前記電気特性を示す値が含まれるレンジを算出するレンジ算出部とを備える半導体の電気特性の測定装置。

【請求項10】

請求項８または９に記載の半導体の電気特性の測定装置において、
精度制御部をさらに備え、
前記精度制御部は、前記選択部で選択された前記測定周波数において、前記試料の同一点で前記電気特性を示す値の繰り返し測定を行うよう前記反射率測定部および前記算出部を制御し、前記繰り返し測定の結果のばらつきの大きさを算出し、
前記精度制御部は、
前記ばらつきの大きさが予め定めた基準値よりも大きい場合、前記電気特性を示す値が含まれるレンジを再度測定するよう、前記レンジ測定部を制御し、
前記ばらつきの大きさが予め定めた基準値よりも小さい場合、前記繰り返し測定の結果の平均値を、前記電気特性を示す値の測定結果として出力する半導体の電気特性の測定装置。

【請求項11】

請求項１から１０のいずれか一項に記載の半導体の電気特性の測定装置において、
前記反射率測定部は、
前記試料にテラヘルツ光を照射する照射部と、
前記試料から反射されたテラヘルツ光の強度を検出する検出部と、
前記照射したテラヘルツ光の強度および前記反射されたテラヘルツ光の強度に基づいて前記試料におけるテラヘルツ光の反射率を算出する反射率算出部とを備える半導体の電気特性の測定装置。

【請求項12】

請求項１から１１のいずれか一項に記載の半導体の電気特性の測定装置において、
反射率が前記半導体の前記電気特性を示す値に依存して変化しない周波数帯域を参照帯域としたとき、
前記反射率測定部は、前記参照帯域に含まれる参照周波数のテラヘルツ光を前記試料に照射した際の反射率Ｒ_ｒｅｆを用いて、前記測定周波数における前記反射率Ｒ_ｅｘｐを補正する半導体の電気特性の測定装置。

【請求項13】

半導体からなる、測定対象とする試料の、求めようとする電気特性を示す値が含まれるレンジにおける感度を考慮して、測定に用いるテラヘルツ光の周波数を測定周波数として選択し、
前記試料に、選択された前記測定周波数のテラヘルツ光を照射した際の、反射率Ｒ_ｅｘｐを測定し、
前記測定周波数における前記半導体の前記電気特性を示す値と反射率の計算値との関係を示す情報、および前記反射率Ｒ_ｅｘｐに基づいて前記試料の前記電気特性を示す値を算出し、
前記電気特性を示す値はキャリア密度、移動度および電気抵抗率のいずれかを含む半導体の電気特性の測定方法。

【請求項14】

半導体からなる、測定対象とする試料にテラヘルツ光を照射した際の反射率を測定する反射率測定部を備える半導体の電気特性の測定装置の制御装置であって、
前記試料の、求めようとする電気特性を示す値が含まれるレンジを保持するレンジ記憶部と、テラヘルツ光の周波数毎に、前記半導体の前記電気特性を示す値と反射率の計算値との関係を示す情報を保持する計算値記憶部とを有する記憶部と、
前記電気特性を示す値が含まれるレンジにおける感度を考慮して、前記電気特性を示す値の測定に用いる測定周波数を選択する選択部と、
前記計算値記憶部に保持された、前記半導体の前記電気特性を示す値と反射率の計算値との関係を示す情報、および前記選択部により選択された前記測定周波数について前記反射率測定部が測定した反射率Ｒ_ｅｘｐに基づいて前記試料の前記電気特性を示す値を算出する算出部を備え、
前記電気特性を示す値はキャリア密度、移動度および電気抵抗率のいずれかを含む半導体の電気特性の測定装置の制御装置。

【請求項15】

半導体からなる、測定対象とする試料にテラヘルツ光を照射した際の反射率を測定する反射率測定部を備える半導体の電気特性の測定装置の、制御装置を実現するためのコンピュータプログラムであって、
コンピュータに
前記試料の、求めようとする電気特性を示す値が含まれるレンジを保持するレンジ記憶手段と、テラヘルツ光の周波数毎に、前記半導体の前記電気特性を示す値と反射率の計算値との関係を示す情報を保持する計算値記憶手段とを有する記憶手段、
前記電気特性を示す値が含まれるレンジにおける感度を考慮して、前記電気特性を示す値の測定に用いる測定周波数を選択する選択手段、
前記計算値記憶手段に保持された前記半導体の前記電気特性を示す値と反射率の計算値との関係を示す情報、および前記選択手段により選択された前記測定周波数について前記反射率測定部が測定した反射率Ｒ_ｅｘｐに基づいて前記試料の前記電気特性を示す値を算出する算出手段として機能させ、
前記電気特性を示す値はキャリア密度、移動度および電気抵抗率のいずれかを含むコンピュータプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は半導体の電気特性の測定装置、半導体の電気特性の測定方法、半導体の電気特性の測定装置の制御装置、およびコンピュータプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

テラヘルツ光を用いて半導体中のキャリア密度、移動度、および電気抵抗率といった電気特性値を測定する方法として特許文献１および２に記載の技術がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９−１４５２２３号公報

【特許文献2】特開２０１１−０５４８６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、特許文献１および２に記載の技術では、高精度な測定ができなかった。

【0005】

本発明は、半導体中のキャリア密度、移動度、および電気抵抗率のいずれかの電気特性値をテラヘルツ光を用いて高精度で測定するものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明によれば、
半導体からなる、測定対象とする試料の、求めようとする電気特性を示す値が含まれるレンジを保持するレンジ記憶部と、テラヘルツ光の周波数毎に、前記半導体の前記電気特性を示す値と反射率の計算値との関係を示す情報を保持する計算値記憶部とを有する記憶部と、
前記電気特性を示す値が含まれるレンジにおける感度を考慮して、前記電気特性を示す値の測定に用いる測定周波数を選択する選択部と、
前記試料にテラヘルツ光を照射した際の反射率を測定する反射率測定部と、
前記計算値記憶部に保持された前記半導体の前記電気特性を示す値と反射率の計算値との関係を示す情報、および前記選択部により選択された前記測定周波数について前記反射率測定部が測定した反射率Ｒ_ｅｘｐに基づいて前記試料の前記電気特性を示す値を算出する算出部とを備える半導体の電気特性の測定装置が提供される。

【0007】

本発明によれば、
半導体からなる、測定対象とする試料の、求めようとする電気特性を示す値が含まれるレンジにおける感度を考慮して、測定に用いるテラヘルツ光の周波数を測定周波数として選択し、
前記試料に、選択された前記測定周波数のテラヘルツ光を照射した際の、反射率Ｒ_ｅｘｐを測定し、
前記測定周波数における前記半導体の前記電気特性を示す値と反射率の計算値との関係を示す情報、および前記反射率Ｒ_ｅｘｐに基づいて前記試料の前記電気特性を示す値を算出し、
前記電気特性を示す値はキャリア密度、移動度および電気抵抗率のいずれかを含む半導体の電気特性の測定方法が提供される。

【0008】

本発明によれば、
半導体からなる、測定対象とする試料にテラヘルツ光を照射した際の反射率を測定する反射率測定部を備える半導体の電気特性の測定装置の制御装置であって、
前記試料の、求めようとする電気特性を示す値が含まれるレンジを保持するレンジ記憶部と、テラヘルツ光の周波数毎に、前記半導体の前記電気特性を示す値と反射率の計算値との関係を示す情報を保持する計算値記憶部とを有する記憶部と、
前記電気特性を示す値が含まれるレンジにおける感度を考慮して、前記電気特性を示す値の測定に用いる測定周波数を選択する選択部と、
前記計算値記憶部に保持された、前記半導体の前記電気特性を示す値と反射率の計算値との関係を示す情報、および前記選択部により選択された前記測定周波数について前記反射率測定部が測定した反射率Ｒ_ｅｘｐに基づいて前記試料の前記電気特性を示す値を算出する算出部を備え、
前記電気特性を示す値はキャリア密度、移動度および電気抵抗率のいずれかを含む半導体の電気特性の測定装置の制御装置が提供される。

【0009】

本発明によれば、
半導体からなる、測定対象とする試料にテラヘルツ光を照射した際の反射率を測定する反射率測定部を備える半導体の電気特性の測定装置の、制御装置を実現するためのコンピュータプログラムであって、
コンピュータに
前記試料の、求めようとする電気特性を示す値が含まれるレンジを保持するレンジ記憶手段と、テラヘルツ光の周波数毎に、前記半導体の前記電気特性を示す値と反射率の計算値との関係を示す情報を保持する計算値記憶手段とを有する記憶手段、
前記電気特性を示す値が含まれるレンジにおける感度を考慮して、前記電気特性を示す値の測定に用いる測定周波数を選択する選択手段、
前記計算値記憶手段に保持された前記半導体の前記電気特性を示す値と反射率の計算値との関係を示す情報、および前記選択手段により選択された前記測定周波数について前記反射率測定部が測定した反射率Ｒ_ｅｘｐに基づいて前記試料の前記電気特性を示す値を算出する算出手段として機能させ、
前記電気特性を示す値はキャリア密度、移動度および電気抵抗率のいずれかを含むコンピュータプログラムが提供される。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、半導体中のキャリア密度、移動度、電気抵抗率といった電気特性値をテラヘルツ光を用いて高精度で測定できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１の実施形態に係る半導体の電気特性の測定装置の構成例を示す図である。

【図2】第１の実施形態に係る半導体の電気特性の測定装置の動作フローを例示する図である。

【図3】反射率測定部の構成例を示す図である。

【図4】ＳｉＣの反射率とキャリア密度の関係を示す図である。

【図5】ＳｉＣの反射率と移動度の関係を示す図である。

【図6】ＳｉＣの反射率と電気抵抗率の関係を示す図である。

【図7】第２の実施形態に係る半導体の電気特性の測定装置の構成例を示す図である。

【図8】第２の実施形態に係る半導体の電気特性の測定装置の動作フローを例示する図である。

【図9】参照帯域について説明するための図である。

【図10】第２の実施形態に係るレンジ測定部、反射率測定部および記憶部の構成例を示す図である。

【図11】ｎ型ＳｉＣの、周波数と反射率の計算値との関係および、周波数と測定された反射率Ｒ_ｐｒｅとの関係を示す図である。

【図12】ｎ型ＳｉＣのキャリア密度と反射率の計算値の関係を示す図である。

【図13】ｎ型ＳｉＣの、周波数と反射率の計算値との関係および、周波数と測定された反射率Ｒ_ｐｒｅとの関係を示す図である。

【図14】ｎ型ＳｉＣの移動度と反射率の計算値の関係を示す図である。

【図15】ｎ型ＳｉＣの、周波数と反射率の計算値との関係および、周波数と測定された反射率Ｒ_ｐｒｅとの関係を示す図である。

【図16】ｎ型ＳｉＣの電気抵抗率と反射率の計算値の関係を示す図である。

【図17】ｐ型Ｓｉの、周波数と反射率の計算値との関係および、周波数と測定された反射率Ｒ_ｐｒｅとの関係を示す図である。

【図18】ｐ型Ｓｉのキャリア密度と反射率の計算値の関係を示す図である。

【図19】ｐ型Ｓｉの、周波数と反射率の計算値との関係および、周波数と測定された反射率Ｒ_ｐｒｅとの関係を示す図である。

【図20】ｐ型Ｓｉの移動度と反射率の計算値の関係を示す図である。

【図21】ｐ型Ｓｉの、周波数と反射率の計算値との関係および、周波数と測定された反射率Ｒ_ｐｒｅとの関係を示す図である。

【図22】ｐ型Ｓｉの電気抵抗率と反射率の計算値の関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

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。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

【0013】

なお、以下に示す説明において、半導体の電気特性の測定装置１０の各構成要素は、ハードウエア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。半導体の電気特性の測定装置１０の各構成要素は、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、メモリにロードされた本図の構成要素を実現するプログラム、そのプログラムを格納するハードディスクなどの記憶メディア、ネットワーク接続用インタフェースを中心にハードウエアとソフトウエアの任意の組合せによって実現される。そして、その実現方法、装置には様々な変形例がある。

【0014】

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る半導体の電気特性の測定装置１０の構成例を示す図である。本実施形態によれば半導体の電気特性の測定装置１０は、記憶部１１０、選択部１２０、反射率測定部１４０、および算出部１５０を備える。記憶部１１０は、レンジ記憶部１１２および計算値記憶部１１４を備える。レンジ記憶部１１２は、半導体からなる、測定対象とする試料２０（図３参照）の、求めようとする電気特性を示す値が含まれるレンジを保持する。計算値記憶部１１４は、テラヘルツ光の周波数毎に、半導体の電気特性を示す値と反射率の計算値との関係を示す情報を保持する。選択部１２０は、電気特性を示す値が含まれるレンジにおける感度を考慮して、電気特性を示す値の測定に用いる測定周波数を選択する。反射率測定部１４０は、試料２０（図３参照）にテラヘルツ光を照射した際の反射率を測定する。算出部１５０は、計算値記憶部１１４に保持された半導体の電気特性を示す値と反射率の計算値との関係を示す情報、および選択部１２０により選択された測定周波数について反射率測定部１４０が測定した反射率Ｒ_ｅｘｐに基づいて試料２０（図３参照）の電気特性を示す値を算出する。以下で詳細に説明する。

【0015】

電気特性を示す値としては、電気抵抗率を含むことができる。また、電気特性を示す値としては、移動度を含むことができる。また、電気特性を示す値としては、キャリア密度を含むことができる。半導体の電気特性の測定装置１０は、キャリア密度、移動度、および電気抵抗率のうち、いずれか１つまたは２つを測定する装置とすることもできるし、全てを測定する装置とすることもできる。以下では、電気特性を示す値を電気特性値と呼ぶ。

【0016】

本実施形態に係る記憶部１１０は、レンジ感度記憶部１１６をさらに有する。レンジ感度記憶部１１６は、電気特性値のレンジ、周波数、および感度の関係を示す情報を保持する。選択部１２０はレンジ記憶部１１２から試料２０の電気特性値が含まれるレンジを取得するとともに、レンジ感度記憶部１１６から、レンジ記憶部１１２から取得した電気特性値が含まれるレンジと対応するレンジにおける、周波数と感度との関係を示す情報を取得し、各周波数での感度を比較し、比較の結果に基づいて測定周波数を選択する。

【0017】

図２は、本実施形態に係る半導体の電気特性の測定装置１０の動作フローを例示する図である。レンジ感度記憶部１１６には、電気特性値について、予め定められた複数のレンジと、周波数と、その各レンジおよび周波数における感度との関係を示す情報（たとえば式、テーブル）が保持されている。また、レンジ記憶部１１２には、測定対象とする試料２０の、求めようとする電気特性値が含まれるレンジが予め保持されている。レンジ記憶部１１２が保持するレンジは、試料２０について予め測定されたり見積もられたりした値に基づいて予め保持させることができる。また、計算値記憶部１１４には、テラヘルツ光の周波数毎に、半導体の電気特性値と反射率の計算値との関係を示す情報（たとえば式、テーブル）が予め保持されている。

【0018】

電気特性値としてのキャリア密度と、周波数と、反射率の計算値との関係は、特許文献１に記載の方法を用いて求めることができる。そして、周波数毎のキャリア密度と反射率の計算値との関係を示す情報を計算値記憶部１１４に保持させることができる。またさらに、キャリア密度のレンジと、周波数と、感度との関係を求め、その情報をレンジ感度記憶部１１６に保持させることができる。

【0019】

電気特性値としての移動度と、周波数と、反射率の計算値との関係は、特許文献２に記載の方法を用いて求めることができる。そして、周波数毎の移動度と反射率の計算値との関係を示す情報を計算値記憶部１１４に保持させることができる。またさらに、移動度のレンジと、周波数と、感度との関係を求め、その情報をレンジ感度記憶部１１６に保持させることができる。

【0020】

電気特性値としての電気抵抗率と、周波数と、反射率の計算値との関係は、特許文献２に記載の方法を用いて求めることができる。そして、周波数毎の電気抵抗率と反射率の計算値との関係を示す情報を計算値記憶部１１４に保持させることができる。またさらに、電気抵抗率のレンジと、周波数と、感度との関係を求め、その情報をレンジ感度記憶部１１６に保持させることができる。

【0021】

まず、選択部１２０は、予め定められたレンジのうち、試料２０の電気特性値がどのレンジに含まれるのかを示す情報を、レンジ記憶部１１２から取得する。また、選択部１２０は、レンジ感度記憶部１１６から、試料２０の電気特性値が含まれるレンジに対応するレンジにおける、周波数と感度との関係を示す情報を取得する。この周波数と感度との関係は、複数の周波数と、その各周波数における感度との関係を示している。そして、選択部１２０は、レンジ感度記憶部１１６から取得した情報において、周波数毎の感度を比較し、最も感度の良い周波数を測定に用いる測定周波数として選択する。（ステップＳ３０１）

【0022】

なお、感度の指標は、たとえば電気特性値の変化量に対する反射率の変化量の比率、つまり電気特性値に対する反射率の傾きの絶対値であったり、試料の同一位置で繰り返し測定を行う際の結果のばらつきの大きさ、つまり繰り返し測定の安定性であったりしてよい。繰り返し測定の安定性は、実測に基づいて予め求め、レンジ感度記憶部１１６に保持させても良い。ただし、感度の指標はこれらに限定されるものではない。

【0023】

本実施形態に係るレンジ感度記憶部１１６が保持する感度は、電気特性値の変化量に対する反射率の変化量の比率を含む。そして、選択部１２０は、試料２０の電気特性値が含まれるレンジにおいて、その比率が大きい周波数を、測定周波数として選択する。ただし、このような例に限定されるものではない。

【0024】

選択部１２０で選択された測定周波数を示す情報は、反射率測定部１４０に入力され、反射率測定部１４０では測定周波数のテラヘルツ光を試料２０に照射して反射率Ｒ_ｅｘｐが測定される。（ステップＳ３０２）反射率測定部１４０からは照射した測定周波数と、測定された反射率Ｒ_ｅｘｐの値を示す情報が算出部１５０へ入力される。算出部１５０は、予め計算値記憶部１１４に保持された電気特性値と反射率の計算値との関係を示す情報（たとえば式、テーブル）を計算値記憶部１１４から読み出し、測定周波数において、測定された反射率Ｒ_ｅｘｐの値に対応する電気特性値を、試料２０の電気特性値として算出する（ステップＳ３０３）。なおこのとき、算出部１５０は、計算値記憶部１１４から、測定周波数についての、電気特性値と反射率の計算値との関係を示す情報を読み出す。

【0025】

次に、反射率測定部１４０の構成について詳細に説明する。
図３は、反射率測定部１４０の構成例を示す図である。反射率測定部１４０は、照射部１４２、検出部１４４、および反射率算出部１４６を備える。照射部１４２は、試料２０にテラヘルツ光を照射する。検出部１４４は、試料２０から反射されたテラヘルツ光の強度を検出する。反射率算出部１４６は、照射したテラヘルツ光の強度および反射されたテラヘルツ光の強度に基づいて試料２０におけるテラヘルツ光の反射率を算出する。

【0026】

反射率測定部１４０は、試料保持部１４１と、ミラー１４８，１４９をさらに備える。

【0027】

試料２０は試料保持部１４１に保持される。照射部１４２から出力されたテラヘルツ光はミラー１４８を介して試料２０に照射される。そしてテラヘルツ光は試料２０で反射されて、ミラー１４９を介して検出部１４４の受光面へ入射する。検出部１４４では、検出部１４４の受光面に入射したテラヘルツ光の強度を反射強度として検出し、その反射強度を示す情報を反射率算出部１４６へ入力する。反射率算出部１４６は、照射したテラヘルツ光の強度に対する反射強度の比を反射率として算出する。照射したテラヘルツ光の強度としては、たとえば、金ミラーを試料保持部１４１に保持させ、試料２０に照射するのと同じテラヘルツ光を照射して測定した反射光の強度を用いることができる。なお、反射率測定部１４０の構造はこの例に限定されない。

【0028】

測定対象としての半導体には、ＧａＮ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＧａＡｌＮ（窒化アルミニウムガリウム）、ＧａＰ、ＧａＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＡｌＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＳｂ、ＧａＩｎＮ、ＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＳｂ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＩｎＡｓ、ＡｌＩｎＳｂ、Ｓｉ、Ｇｅ等が使用できる。半導体は、不純物がドープされていてもよい。ドープする不純物（添加物）は、ｐ型、ｎ型の種類によらず何でも良い。たとえば、ｎ型（ドナー）として珪素、窒素またはリン等を用いることができる。ｐ型として珪素、ホウ素等を用いることができる。

【0029】

次に、本実施形態の作用および効果について説明する。
本実施形態では、求めようとする電気特性値が含まれるレンジに基づいて、感度を考慮してテラヘルツの周波数を選択し、測定を行う。このことによって、半導体中のキャリア密度、移動度、電気抵抗率といった電気特性値をテラヘルツ光を用いて高精度で測定できる。

【0030】

図４は、特許文献１に開示されたＳｉＣの反射率とキャリア密度の関係を示す図である。本図から、たとえば０．５×１０^１７〜１．５×１０^１７ｃｍ^−３（ｃｍ^−３は、ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３を意味する）のキャリア密度の帯域において、反射率の傾きが０．４％／１０^１７ｃｍ^−３であり、０．５×１０^１８〜１．５×１０^１８ｃｍ^−３のキャリア密度の帯域において、反射率の傾きが１．９％／１０^１８ｃｍ^−３であることが読み取れる。

【0031】

図５はＳｉＣの反射率と移動度の関係を示す図である。特許文献２に開示された方法で、図４のキャリア密度を移動度に変換して得た。図５から、５０〜３５０ｃｍ^２Ｖ^−１ｓ^−１の移動度の帯域における反射率の傾きは０．０５％／ｃｍ^２Ｖ^−１ｓ^−１であることが読み取れる。

【0032】

図６はＳｉＣの反射率と電気抵抗率の関係を示す図である。特許文献２に開示された方法で、図４のキャリア密度を電気抵抗率に変換して得た。図６から、０．０１４〜１７Ωｃｍの電気抵抗率の帯域における反射率の傾きは０．９１％／Ωｃｍであることが読み取れる。

【0033】

このように、特許文献１および２の方法では、キャリア密度、移動度、電気抵抗率に対する反射率の傾きの絶対値が小さく、感度が低いため、高精度な測定ができなかった。一方、本実施形態に係る半導体の電気特性の測定装置１０では、感度を考慮して周波数を選択することで高精度な測定が可能である。

【0034】

（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態に係る半導体の電気特性の測定装置１０の構成例を示す図である。本実施形態に係る半導体の電気特性の測定装置１０は、レンジ測定部１６０、指標提示部１７２、指標入力部１７４、指標指定部１７６、および精度制御部１８０を備える点と、反射率測定部１４０が反射率Ｒ_ｅｘｐを補正する点を除いて、第１の実施形態に係る半導体の電気特性の測定装置１０と同じである。以下に詳細に説明する。

【0035】

本実施形態に係る半導体の電気特性の測定装置１０は、試料２０の電気特性値が含まれるレンジを測定するレンジ測定部１６０をさらに備える。レンジ記憶部１１２は、レンジ測定部１６０で測定された電気特性値が含まれるレンジを保持する。半導体の電気特性の測定装置１０がレンジ測定部１６０を備えることによって、事前に試料２０の電気特性値が含まれるレンジが分からなくても、レンジを求めて精度良く測定できる。

【0036】

また、本実施形態に係る半導体の電気特性の測定装置１０は、指標提示部１７２、指標入力部１７４、および指標指定部１７６を備える。指標提示部１７２は、複数の感度の指標を提示する。指標入力部１７４は、複数の感度の指標のうち、測定周波数を選択する際に考慮する感度の指標の入力を受け付ける。指標指定部１７６は、選択部１２０に、測定周波数を選択する際に考慮する感度の指標を示す情報を入力する。また、レンジ感度記憶部１１６は、複数の感度の指標毎に電気特性値のレンジ、周波数、および感度の関係を示す情報を保持している。半導体の電気特性の測定装置１０がこのような指標提示部１７２、指標入力部１７４、および指標指定部１７６を備えることにより、考慮したい感度の指標に応じて、適した測定を行うことができる。

【0037】

また、本実施形態に係る半導体の電気特性の測定装置１０は、精度制御部１８０を備える。精度制御部１８０は、選択部１２０で選択された測定周波数において、試料２０の同一点で電気特性値の繰り返し測定を行うよう反射率測定部１４０および算出部１５０を制御する。そして精度制御部１８０は、繰り返し測定の結果のばらつきの大きさを算出する。ばらつきの大きさが予め定めた基準値よりも大きい場合、精度制御部１８０は、電気特性値が含まれるレンジを再度測定するよう、レンジ測定部１６０を制御する。一方、ばらつきの大きさが予め定めた基準値よりも小さい場合、精度制御部１８０は、繰り返し測定の結果の平均値を、電気特性値の測定結果として出力する。半導体の電気特性の測定装置１０がこのような精度制御部１８０を有することにより、より確実に高い精度での測定ができる。

【0038】

次に、本実施形態に係る半導体の電気特性の測定装置１０の動作の流れを説明する。図８は、本実施形態に係る半導体の電気特性の測定装置１０の動作フローを例示する図である。

【0039】

まず、レンジ測定部１６０により、試料２０の求めようとする電気特性値が大まかに見積もられ、予め定められた複数のレンジのうち、いずれのレンジに含まれるかが求められる（ステップＳ４０１）。求められたレンジを示す情報は、レンジ記憶部１１２に入力され、保持される。

【0040】

また、指標提示部１７２では、複数の感度の指標が選択肢として利用者に提示される。利用者は、測定において考慮したい感度の指標を、指標入力部１７４を通して指標指定部１７６に入力する（ステップＳ４０３）。指標指定部１７６は、入力された感度の指標を示す情報を、選択部１２０に入力する。なお、レンジ感度記憶部１１６は、指標提示部１７２で提示される複数の感度の指標毎に、電気特性値のレンジ、周波数、および感度の関係を示す情報を保持している。

【0041】

そして選択部１２０は、予め定められたレンジのうち、試料２０の電気特性値がどのレンジに含まれるのかを示す情報を、レンジ記憶部１１２から取得する。また、選択部１２０は、レンジ感度記憶部１１６から、試料２０の電気特性値が含まれるレンジに対応するレンジにおける、指標指定部１７６から入力された感度の指標についての、周波数と感度との関係を示す情報を取得する。この周波数と感度との関係は、複数の周波数と、その各周波数における感度との関係を示している。そして、選択部１２０は、レンジ感度記憶部１１６から取得した情報において、周波数毎の感度を比較し、最も感度の良い周波数を測定に用いる測定周波数として選択する（ステップＳ４０５）。

【0042】

なお、感度の指標は、たとえば電気特性値の変化量に対する反射率の変化量の比率、つまり電気特性値に対する反射率の傾きの絶対値であったり、試料の同一位置で繰り返し測定を行う際の結果のばらつきの大きさ、つまり繰り返し測定の安定性であったりしてよい。繰り返し測定の安定性は、実測に基づいて予め求め、レンジ感度記憶部１１６に保持させても良い。ただし、感度の指標はこれらに限定されるものではない。

【0043】

選択された測定周波数を示す情報は、反射率測定部１４０に入力され、反射率測定部１４０では測定周波数のテラヘルツ光を試料２０に照射して反射率Ｒ_ｅｘｐの測定が行われる。ここで、精度の確認のため、測定は同一周波数、同一位置で複数回行われる（ステップＳ４０７）。

【0044】

そして、精度制御部１８０は、同一の測定周波数で、試料２０の同一の測定位置を予め定められた回数、繰り返し測定するよう反射率測定部１４０を制御する。なお、繰り返し測定の回数は、利用者により利用の際に入力される構成としても良い。このとき、反射率を複数回測定した後に、全ての反射率を算出部１５０に入力しても良いし、反射率を一回測定する度に、算出部１５０に入力しても良い。

【0045】

ここで、本実施形態では、反射率測定部１４０は、参照帯域に含まれる参照周波数のテラヘルツ光を試料２０に照射した際の反射率Ｒ_ｒｅｆを用いて、測定周波数における反射率Ｒ_ｅｘｐを補正する。ここで参照帯域とは、反射率が半導体の電気特性値に依存して変化しない周波数帯域を示す。（ステップＳ４０９）

【0046】

図９は、参照帯域について説明するための図である。本図は計算から導いたＧａＮ（窒化ガリウム）の周波数に対する反射率の関係を示している。グラフの横軸は照射するテラヘルツ光の周波数、縦軸は反射率を示し、キャリア密度が１．０×１０^１６ｃｍ^−３、１．０×１０^１８ｃｍ^−３、および５．０×１０^１８ｃｍ^−３の場合について示している。周波数が１７ＴＨｚ以上２０ＴＨｚ以下の帯域では、テラヘルツ光は、キャリア密度の変化によらず全反射する。

【0047】

このように反射率が半導体のキャリア密度に依存して変化しない周波数帯域を参照帯域と呼び、参照帯域に含まれる周波数を参照周波数と呼ぶ。試料２０の電気特性値が含まれるレンジ内において、参照周波数のテラヘルツ光は、電気特性値の変化によらず全反射する。

【0048】

反射率測定部１４０は、測定周波数における反射率Ｒ_ｅｘｐを、参照周波数における反射率Ｒ_ｒｅｆを用いて補正する。具体的には、反射率測定部１４０は、参照周波数における反射率Ｒ_ｒｅｆに対する測定周波数における反射率Ｒ_ｅｘｐの比を、新たな補正された反射率Ｒ_ｅｘｐとして算出し、出力する。

【0049】

反射率Ｒ_ｒｅｆを用いて、測定周波数における反射率Ｒ_ｅｘｐを補正することにより、照射するテラヘルツ光の強度のゆらぎの影響を反射率Ｒ_ｅｘｐから除去できる。したがって、反射率Ｒ_ｅｘｐをより高い精度で測定でき、その結果、電気特性値をより高い精度で測定できる。

【0050】

なお、たとえば、特許文献１および２に記載がある二波長のテラヘルツ波を同時に試料２０に照射して測定できる反射率測定装置の構成を用いることで、参照周波数と測定周波数の２つのテラヘルツ光を同時に試料２０に照射し、それぞれの周波数に対する反射率を測定することができ、短時間で高精度な測定が可能である。

【0051】

そして図８に戻り、反射率測定部１４０からは照射した測定周波数と、測定され、補正された反射率Ｒ_ｅｘｐの値を示す情報が算出部１５０へ入力される。算出部１５０は、予め計算値記憶部１１４に保持された電気特性値と反射率の計算値との関係を示す情報（たとえば式、テーブル）を計算値記憶部１１４から読み出し、測定周波数において反射率Ｒ_ｅｘｐの値に対応する電気特性値を算出する。（ステップＳ４１１）

【0052】

算出された電気特性値は精度制御部１８０に入力される。精度制御部１８０では繰り返し測定の結果に基づく複数の電気特性値の平均値およびばらつきの大きさを算出する。ばらつきの大きさとして、たとえば複数の電気特性値の標準偏差を用いることができる。もしくは、ばらつきの大きさは、複数の電気特性値のうち、最大値と最小値との差の０．５倍とすることができる。

【0053】

精度制御部１８０は、算出したばらつきの大きさが予め定めた基準値よりも大きい場合、測定精度が低かったと判定し、試料２０の電気特性値が含まれるレンジを再度測定するようレンジ測定部１６０を制御する。そして、測定周波数の選択、測定などが再度行われる。算出したばらつきの大きさが予め定めた基準値よりも小さい場合、測定精度が高かったと判定し、得られた電気特性値の平均値を試料２０の電気特性値として出力する。（ステップＳ４１３）なお、ばらつきの大きさの基準値は、利用者により利用の際に入力される構成としても良い。基準値はたとえば、複数の電気特性値の平均値の５％以下の値とすることができる。もしくは、基準値はたとえば、複数の電気特性値の最大値と最小値の平均値（以下、中心の値と呼ぶ）の５％以下の値とすることができる。

【0054】

次に、レンジ測定部１６０の構成について詳細に説明する。
図１０は、本実施形態に係るレンジ測定部１６０、反射率測定部１４０および記憶部１１０の構成例を示す図である。ただし、記憶部１１０に含まれるいくつかの記憶部は省略している。本実施形態に係る記憶部１１０は、第１レンジ測定記憶部１１８および第２レンジ測定記憶部１１９をさらに備える。第１レンジ測定記憶部１１８は、半導体の、互いに異なるレンジに属する複数の電気特性値毎に、照射するテラヘルツ光の周波数と反射率の計算値との関係を示す情報を保持する。第２レンジ測定記憶部１１９は、反射率測定部１４０で測定され、周波数に対応づけられた複数の反射率Ｒ_ｐｒｅを保持する。また、レンジ測定部１６０は、制御部１６２およびレンジ算出部１６８を備える。制御部１６２は、複数の周波数のテラヘルツ光を試料２０に照射し、反射率Ｒ_ｐｒｅを測定するよう反射率測定部１４０を制御する。レンジ算出部１６８は、周波数に対応づけられた複数の反射率Ｒ_ｐｒｅと、第１レンジ測定記憶部１１８に保持された、照射するテラヘルツ光の周波数と反射率の計算値との関係を示す情報とに基づいて、試料２０の電気特性値が含まれるレンジを算出する。

【0055】

ただし、レンジ測定部１６０は、本実施形態で説明した構造に限定されるものではなく、求めようとする電気特性値が含まれるレンジを測定する別の装置等でも良い。

【0056】

まず、制御部１６２は複数のレンジに亘る複数の周波数のテラヘルツ光を試料２０に照射して、各周波数における反射率Ｒ_ｐｒｅを測定するよう反射率測定部１４０を制御する。測定された複数の反射率Ｒ_ｐｒｅは、それぞれ測定に用いた周波数と関連づけられて第２レンジ測定記憶部１１９に保持される。周波数に関連づけられた複数の反射率Ｒ_ｐｒｅの情報は、たとえば、周波数に対する反射率のスペクトルを構成する。第１レンジ測定記憶部１１８には予め、半導体の互いに異なるレンジに属する複数の電気特性値毎に、照射するテラヘルツ光の周波数と反射率の計算値との関係（たとえば式、テーブル）を示す情報が保持されている。レンジ算出部１６８は、第２レンジ測定記憶部１１９から、周波数に関連づけられた複数の反射率Ｒ_ｐｒｅを読み出し、第１レンジ測定記憶部１１８から、複数の電気特性値毎の周波数と反射率の計算値との関係を示す情報を読み出し、周波数と反射率Ｒ_ｐｒｅとの関係が周波数と反射率の計算値との関係に最もよく適合する電気特性値を選ぶ。そして、その電気特性値の属するレンジを、試料２０の電気特性値の属するレンジとして算出する。算出されたレンジを示す情報はレンジ記憶部１１２に入力され、測定周波数の選択に利用される。

【0057】

なお、キャリア密度毎の、周波数と反射率の計算値との関係は特許文献１に記載の方法を用いて求めることができる。移動度毎の、周波数と反射率の計算値との関係は特許文献２に記載の方法を用いて求めることができる。電気抵抗値毎の、周波数と反射率の計算値との関係は特許文献２に記載の方法を用いて求めることができる。そして、第１レンジ測定記憶部１１８に情報を保持させることができる。

【0058】

周波数と反射率の関係が適合するかどうかの判定方法としては、たとえば、最も反射率の傾きの絶対値が大きい周波数が互いに近いほど、より適合すると判定することができる。もしくは、各周波数における反射率の計算値と反射率Ｒ_ｐｒｅとの差の平均値が小さいほど、適合すると判定できる。ただし、これらの判定方法に限定されるものではない。

【0059】

測定対象としての半導体には、第１の実施形態と同様のものを用いることができる。

【0060】

なお、本実施形態では、半導体の電気特性の測定装置１０が指標提示部１７２、指標入力部１７４、および指標指定部１７６を備える例について説明したが、この例に限定されるものではない。第１の実施形態と同様に、予め定められた感度の指標を用いても良い。

【0061】

なお、本実施形態においては半導体の電気特性の測定装置１０がレンジ測定部１６０を備える例について説明したが、この例に限定されるものではない。第１の実施形態と同様に、予め試料２０の電気特性値が含まれるレンジをレンジ記憶部１１２に保持させても良い。

【0062】

なお、本実施形態においては半導体の電気特性の測定装置１０が精度制御部１８０を備える例について説明したが、この例に限定されるものではない。第１の実施形態と同様に、一度の測定で求めた電気特性値を試料２０の電気特性値として出力しても良い。

【0063】

なお、本実施形態においては反射率測定部１４０が反射率Ｒ_ｒｅｆを用いて反射率Ｒ_ｅｘｐを補正する例について説明したが、この例に限定されるものではない。第１の実施形態と同様に、測定した反射率Ｒ_ｅｘｐをそのまま用いても良い。

【0064】

次に、本実施形態の作用および効果について説明する。本実施形態においては第１の実施形態と同様の作用および効果が得られる。

【0065】

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

【実施例】

【0066】

次に、本発明の実施例について説明する。
（第１の実施例）
第１の実施形態と同様の方法で、ｎ型ＳｉＣ（炭化シリコン）のキャリア密度の測定を行った。ただし、第２の実施形態のように、事前に反射率のスペクトルを測定することで、試料のキャリア密度のレンジを求めた。また、参照周波数による反射率Ｒ_ｒｅｆで測定周波数によるＲ_ｅｘｐを補正した。測定周波数を選択する際の感度の指標は、キャリア密度の変化量に対する反射率の変化量の比率（反射率の傾きの絶対値）とした。

【0067】

キャリア密度、移動度、電気抵抗率が不明な、ｎ型ＳｉＣ試料を準備した。試料は直径７６ｍｍ、厚さ０．４ｍｍの円板形状で、未研磨であった。

【0068】

図１１は、ｎ型ＳｉＣの、周波数と反射率の計算値との関係および、周波数と測定された反射率Ｒ_ｐｒｅとの関係を示す図である。反射率の計算値についてはキャリア密度が１×１０^１７ｃｍ^−３、１×１０^１８ｃｍ^−３、１×１０^１９ｃｍ^−３、および１×１０^２０ｃｍ^−３の場合について示している。表１は、本図から読み取れる、各キャリア密度について反射率の計算値の傾きの絶対値が大きい周波数と、その傾きの値を示している。本図に示した測定された反射率Ｒ_ｐｒｅによるスペクトルでは、周波数が２９．４ＴＨｚ付近で反射率Ｒ_ｐｒｅの傾きの絶対値が大きいため、表１より、この試料のキャリア密度は１×１０^１８ｃｍ^−３付近であることが予想された。よって、１×１０^１８ｃｍ^−３を含むレンジで感度の良い周波数を測定周波数として選択することとした。

【0069】

【表1】

【0070】

図１２は、ｎ型ＳｉＣのキャリア密度と反射率の計算値の関係を示す図である。周波数が２９．１ＴＨｚ、２９．４ＴＨｚ、３３ＴＨｚ、および５０ＴＨｚの場合について示している。表２はキャリア密度のいくつかのレンジにおいて感度の高い周波数と、その周波数での反射率の傾きを図１２から求めて示したものである。１×１０^１８ｃｍ^−３を含む０．５×１０^１８〜１．５×１０^１８ｃｍ^−３のレンジでは、２９．４ＴＨｚで感度が良いため、２９．４ＴＨｚを測定周波数として選択した。

【0071】

【表2】

【0072】

次に、２９．４ＴＨｚの周波数で試料の反射率Ｒ_ｅｘｐを測定した。加えて、ｎ型ＳｉＣについて高い反射率を有する参照帯域である２４〜２８ＴＨｚから１つの周波数を選んで反射率Ｒ_ｒｅｆを測定した。そして、反射率Ｒ_ｒｅｆに対する反射率Ｒ_ｅｘｐの比を求め、補正した反射率Ｒ_ｅｘｐとした。このようにして求めた反射率Ｒ_ｅｘｐと、図１２とに基づいて、キャリア密度を求めた。

【0073】

試料中の一点を繰り返し測定した結果、キャリア密度の平均値は１．０４８×１０^１８ｃｍ^−３、標準偏差は０．０３２×１０^１８ｃｍ^−３と求められた。測定値の標準偏差（ばらつきの大きさ）は平均値に対して３．０％の大きさであった。平均値に対するばらつきの大きさを、以下、ばらつきの比率と呼ぶ。このように、キャリア密度に対する反射率の傾きの絶対値が大きい周波数を選択することで、ｎ型ＳｉＣ試料のキャリア密度を高い精度で測定できることが確かめられた。

【0074】

（第２の実施例）
第１の実施例と同様の方法で、第１の実施例と同一の試料について移動度の測定を行った。

【0075】

図１３は、ｎ型ＳｉＣの、周波数と反射率の計算値との関係および、周波数と測定された反射率Ｒ_ｐｒｅとの関係を示す図である。反射率の計算値については移動度が３４０ｃｍ^２Ｖ^−１ｓ^−１、２１０ｃｍ^２Ｖ^−１ｓ^−１、４０ｃｍ^２Ｖ^−１ｓ^−１、および５ｃｍ^２Ｖ^−１ｓ^−１の場合について示している。表３は、本図から読み取れる、各移動度について反射率の計算値の傾きの絶対値が大きい周波数と、その傾きの値を示している。本図に示した測定された反射率Ｒ_ｐｒｅによるスペクトルでは、周波数が２９．４ＴＨｚ付近で反射率Ｒ_ｐｒｅの傾きの絶対値が大きいため、表３よりこの試料の移動度は２１０ｃｍ^２Ｖ^−１ｓ^−１付近であることが予想された。よって、２１０ｃｍ^２Ｖ^−１ｓ^−１を含むレンジで感度の良い周波数を測定周波数として選択することとした。

【0076】

【表3】

【0077】

図１４は、ｎ型ＳｉＣの移動度と反射率の計算値の関係を示す図である。周波数が２９．１ＴＨｚ、２９．４ＴＨｚ、３３ＴＨｚ、および５０ＴＨｚの場合について示している。表４は移動度のいくつかのレンジにおいて感度の高い周波数と、その周波数での反射率の傾きを図１４から求めて示したものである。２１０ｃｍ^２Ｖ^−１ｓ^−１を含む１５０〜２５０ｃｍ^２Ｖ^−１ｓ^−１のレンジでは、２９．４ＴＨｚで感度が良いため、２９．４ＴＨｚを測定周波数として選択した。

【0078】

【表4】

【0079】

次に、２９．４ＴＨｚの周波数で試料の反射率Ｒ_ｅｘｐを測定した。加えて、ｎ型ＳｉＣについて高い反射率を有する参照帯域である２４〜２８ＴＨｚから１つの周波数を選んで反射率Ｒ_ｒｅｆを測定した。そして、反射率Ｒ_ｒｅｆに対する反射率Ｒ_ｅｘｐの比を求め、補正した反射率Ｒ_ｅｘｐとした。このようにして求めた反射率Ｒ_ｅｘｐと、図１４とに基づいて、移動度を求めた。

【0080】

試料中の一点を繰り返し測定した結果、移動度の平均値は２０６ｃｍ^２Ｖ^−１ｓ^−１、標準偏差は２ｃｍ^２Ｖ^−１ｓ^−１と求められ、、測定値のばらつきの比率は０．９％であった。このように、移動度に対する反射率の傾きの絶対値が大きい周波数を選択することで、ｎ型ＳｉＣ試料の移動度を高い精度で測定できることが確かめられた。

【0081】

（第３の実施例）
第１の実施例と同様の方法で、第１の実施例と同一の試料について電気抵抗率の測定を行った。

【0082】

図１５は、ｎ型ＳｉＣの、周波数と反射率の計算値との関係および、周波数と測定された反射率Ｒ_ｐｒｅとの関係を示す図である。反射率の計算値については電気抵抗率が０．１８Ωｃｍ、０．０３Ωｃｍ、０．０１４Ωｃｍ、および０．０１３Ωｃｍの場合について示している。表５は、本図から読み取れる、各電気抵抗率について反射率の計算値の傾きの絶対値が大きい周波数と、その傾きの値を示している。本図に示した測定された反射率Ｒ_ｐｒｅによるスペクトルでは、周波数が２９．４ＴＨｚ付近で反射率Ｒ_ｐｒｅの傾きの絶対値が大きいため、表５より、この試料の電気抵抗率は０．０３Ωｃｍ付近であることが予想された。よって、０．０３Ωｃｍを含むレンジで感度の良い周波数を測定周波数として選択することとした。

【0083】

【表5】

【0084】

図１６は、ｎ型ＳｉＣの電気抵抗率と反射率の計算値の関係を示す図である。周波数が２９．１ＴＨｚ、２９．４ＴＨｚ、３３ＴＨｚ、および５０ＴＨｚの場合について示している。表６は電気抵抗率のいくつかのレンジにおいて感度の高い周波数と、その周波数での反射率の傾きを図１６から求めて示したものである。０．０３Ωｃｍを含む０．０２〜０．０４Ωｃｍのレンジでは、２９．４ＴＨｚで感度が良いため、２９．４ＴＨｚを測定周波数として選択した。

【0085】

【表6】

【0086】

次に、２９．４ＴＨｚの周波数で試料の反射率Ｒ_ｅｘｐを測定した。加えて、ｎ型ＳｉＣについて高い反射率を有する参照帯域である２４〜２８ＴＨｚから１つの周波数を選んで反射率Ｒ_ｒｅｆを測定した。そして、反射率Ｒ_ｒｅｆに対する反射率Ｒ_ｅｘｐの比を求め、補正した反射率Ｒ_ｅｘｐとした。このようにして求めた反射率Ｒ_ｅｘｐと、図１６とに基づいて、電気抵抗率を求めた。

【0087】

試料中の一点を繰り返し測定した結果、電気抵抗率の平均値は２．８９×１０^−２Ωｃｍ、標準偏差は０．０５×１０^−２Ωｃｍと求められ、測定値のばらつきの比率は１．７％であった。このように、電気抵抗率に対する反射率の傾きの絶対値が大きい周波数を選択することで、ｎ型ＳｉＣ試料の電気抵抗率を高い精度で測定できることが確かめられた。

【0088】

（第４の実施例）
第１の実施例と同様の方法で、ｐ型Ｓｉ（シリコン）のキャリア密度の測定を行った。ただし、参照周波数における反射率Ｒ_ｒｅｆを用いた反射率Ｒ_ｅｘｐの補正は行わなかった。キャリア密度、移動度、電気抵抗率が不明な、ｐ型Ｓｉ試料を準備した。試料は直径１００ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの円板形状で、表面は研磨済みであった。

【0089】

図１７は、ｐ型Ｓｉ（シリコン）の、周波数と反射率の計算値との関係および、周波数と測定された反射率Ｒ_ｐｒｅとの関係を示す図である。反射率の計算値についてはキャリア密度が１×１０^１７ｃｍ^−３、１×１０^１８ｃｍ^−３、１×１０^１９ｃｍ^−３、および１×１０^２０ｃｍ^−３の場合について示している。表７は、本図から読み取れる、各キャリア密度について反射率の計算値の傾きの絶対値が大きい周波数と、その傾きの値を示している。本図に示した測定された反射率Ｒ_ｐｒｅによるスペクトルでは、周波数が１９ＴＨｚ付近で反射率Ｒ_ｐｒｅの傾きの絶対値が大きいため、表７より、この試料のキャリア密度は１×１０^２０ｃｍ^−３付近であることが予想された。よって、１×１０^２０ｃｍ^−３を含むレンジで感度の良い周波数を測定周波数として選択することとした。

【0090】

【表7】

【0091】

図１８は、ｐ型Ｓｉのキャリア密度と反射率の計算値の関係を示す図である。周波数が０．１ＴＨｚ、１ＴＨｚ、５ＴＨｚ、および１９ＴＨｚの場合について示している。表８はキャリア密度のいくつかのレンジにおいて感度の高い周波数と、その周波数での反射率の傾きを図１８から求めて示したものである。１×１０^２０ｃｍ^−３を含む０．５×１０^２０〜１．５×１０^２０ｃｍ^−３のレンジでは、１９ＴＨｚで感度が良いため、１９ＴＨｚを測定周波数として選択した。

【0092】

【表8】

【0093】

次に、１９ＴＨｚの周波数で試料の反射率Ｒ_ｅｘｐを測定した。測定した反射率Ｒ_ｅｘｐと、図１８とに基づいて、キャリア密度を求めた。

【0094】

試料中の一点を繰り返し測定した結果、キャリア密度の平均値は０．８３９×１０^２０ｃｍ^−３、標準偏差は０．０１７×１０^２０ｃｍ^−３と求められ、測定値のばらつきの比率は２．０％であった。このように、キャリア密度に対する反射率の傾きの絶対値が大きい周波数を選択することで、ｐ型Ｓｉ試料のキャリア密度を高い精度で測定できることが確かめられた。

【0095】

（第５の実施例）
第４の実施例と同様の方法で、第４の実施例と同一の試料について移動度の測定を行った。

【0096】

図１９は、ｐ型Ｓｉの、周波数と反射率の計算値との関係および、周波数と測定された反射率Ｒ_ｐｒｅとの関係を示す図である。反射率の計算値については移動度が５２．９ｃｍ^２Ｖ^−１ｓ^−１、５２．６ｃｍ^２Ｖ^−１ｓ^−１、４９．６ｃｍ^２Ｖ^−１ｓ^−１、および３１．５ｃｍ^２Ｖ^−１ｓ^−１の場合について示している。表９は、本図から読み取れる、各移動度について反射率の計算値の傾きの絶対値が大きい周波数と、その傾きの値を示している。本図に示した測定された反射率Ｒ_ｐｒｅによるスペクトルでは、周波数が１９ＴＨｚ付近で反射率Ｒ_ｐｒｅの傾きの絶対値が大きいため、表９より、この試料の移動度は３１．５ｃｍ^２Ｖ^−１ｓ^−１付近であることが予想された。よって、３１．５ｃｍ^２Ｖ^−１ｓ^−１を含むレンジで感度の良い周波数を測定周波数として選択することとした。

【0097】

【表9】

【0098】

図２０は、ｐ型Ｓｉの移動度と反射率の計算値の関係を示す図である。周波数が０．１ＴＨｚ、０．５ＴＨｚ、５ＴＨｚ、および１９ＴＨｚの場合について示している。表１０は移動度のいくつかのレンジにおいて感度の高い周波数と、その周波数での反射率の傾きを図２０から求めて示したものである。３１．５ｃｍ^２Ｖ^−１ｓ^−１を含む３５〜４５ｃｍ^２Ｖ^−１ｓ^−１のレンジでは、１９ＴＨｚで感度が良いため、１９ＴＨｚを測定周波数として選択した。

【0099】

【表10】

【0100】

次に、１９ＴＨｚの周波数で試料の反射率Ｒ_ｅｘｐを測定した。測定した反射率Ｒ_ｅｘｐと、図２０とに基づいて、移動度を求めた。

【0101】

試料中の一点を繰り返し測定した結果、移動度の平均値は３３．８ｃｍ^２Ｖ^−１ｓ^−１、標準偏差は０．２ｃｍ^２Ｖ^−１ｓ^−１と求められ、測定値のばらつきの比率は０．５％であった。このように、移動度に対する反射率の傾きの絶対値が大きい周波数を選択することで、ｐ型Ｓｉ試料の移動度を高い精度で測定できることが確かめられた。

【0102】

（第６の実施例）
第４の実施例と同様の方法で、第４の実施例と同一の試料について電気抵抗率の測定を行った。

【0103】

図２１は、ｐ型Ｓｉの、周波数と反射率の計算値との関係および、周波数と測定された反射率Ｒ_ｐｒｅとの関係を示す図である。反射率の計算値については電気抵抗率が１．１７Ωｃｍ、０．１１Ωｃｍ、０．０１２Ωｃｍ、および０．００２Ωｃｍの場合について示している。表１１は、本図から読み取れる、各電気抵抗率について反射率の計算値の傾きの絶対値が大きい周波数と、その傾きの値を示している。本図に示した測定された反射率Ｒ_ｐｒｅによるスペクトルでは、周波数が１９ＴＨｚ付近で反射率Ｒ_ｐｒｅの傾きの絶対値が大きいため、表１１より、この試料の電気抵抗率は０．００２Ωｃｍ付近であることが予想された。よって、０．００２Ωｃｍを含むレンジで感度の良い周波数を測定周波数として選択することとした。

【0104】

【表11】

【0105】

図２２は、ｐ型Ｓｉの電気抵抗率と反射率の計算値の関係を示す図である。周波数が０．１ＴＨｚ、０．５ＴＨｚ、５ＴＨｚ、および１９ＴＨｚの場合について示している。表１２は電気抵抗率のいくつかのレンジにおいて感度の高い周波数と、その周波数での反射率の傾きを図２２から求めて示したものである。０．００２Ωｃｍを含む０．００１〜０．００５Ωｃｍのレンジでは、１９ＴＨｚで感度が良いため、１９ＴＨｚを測定周波数として選択した。

【0106】

【表12】

【0107】

次に、１９ＴＨｚの周波数で試料の反射率Ｒ_ｅｘｐを測定した。測定した反射率Ｒ_ｅｘｐと、図２２とに基づいて、電気抵抗率を求めた。

【0108】

試料中の一点を繰り返し測定した結果、電気抵抗率の平均値は２．２１×１０^−３Ωｃｍ、標準偏差は０．０２×１０^−３Ωｃｍと求められ、測定値のばらつきの比率は０．９％であった。このように、電気抵抗率に対する反射率の傾きの絶対値が大きい周波数を選択することで、ｐ型Ｓｉ試料の電気抵抗率を高い精度で測定できることが確かめられた。

【0109】

（第１の比較例）
第１の比較例では、第１の実施例と同一の試料について、異なる周波数を測定周波数として用いてキャリア密度の測定を行った。本比較例に係るキャリア密度の測定方法は、測定周波数を３３ＴＨｚとした点以外は、第１の実施例と同じ測定方法である。

【0110】

試料中の一点を繰り返し測定した結果、キャリア密度の平均値は１．７１×１０^１８ｃｍ^−３、標準偏差は１．５１×１０^１８ｃｍ^−３と求められ、測定値のばらつきの比率は８８％であった。このように、キャリア密度に対する反射率の傾きの絶対値が小さい周波数では、ｎ型ＳｉＣ試料のキャリア密度を高い精度で測定できない。

【0111】

（第２の比較例）
第２の比較例では、第２の実施例と同一の試料について、異なる周波数を測定周波数として用いて移動度の測定を行った。本比較例に係る移動度の測定方法は、測定周波数を３３ＴＨｚとした点以外は、第２の実施例と同じ測定方法である。

【0112】

試料中の一点を繰り返し測定した結果、移動度の平均値は２０７ｃｍ^２Ｖ^−１ｓ^−１、標準偏差は１０４ｃｍ^２Ｖ^−１ｓ^−１と求められ、測定値のばらつきの比率は５０％であった。このように、移動度に対する反射率の傾きの絶対値が小さい周波数では、ｎ型ＳｉＣ試料の移動度を高い精度で測定できない。

【0113】

（第３の比較例）
第３の比較例では、第３の実施例と同一の試料について、異なる周波数を測定周波数として用いて電気抵抗率の測定を行った。本比較例に係る電気抵抗率の測定方法は、測定周波数を３３ＴＨｚとした点以外は、第３の実施例と同じ測定方法である。

【0114】

試料中の一点を繰り返し測定した結果、電気抵抗率の平均値は３．４８×１０^−２Ωｃｍ、標準偏差は６．８７×１０^−２Ωｃｍと求められ、測定値のばらつきの比率は１９７％であった。このように、電気抵抗率に対する反射率の傾きの絶対値が小さい周波数では、ｎ型ＳｉＣ試料の電気抵抗率を高い精度で測定できない。

【0115】

（第４の比較例）
第４の比較例では、第４の実施例と同一の試料について、異なる周波数を測定周波数として用いてキャリア密度の測定を行った。本比較例に係るキャリア密度の測定方法は、測定周波数を５ＴＨｚとした点以外は、第４の実施例と同じ測定方法である。

【0116】

試料中の一点を繰り返し測定した結果、キャリア密度の平均値は０．４４６×１０^２０ｃｍ^−３、標準偏差は０．６７２×１０^２０ｃｍ^−３と求められ、測定値のばらつきの比率は１５０％であった。このように、キャリア密度に対する反射率の傾きの絶対値が小さい周波数では、ｐ型Ｓｉ試料のキャリア密度を高い精度で測定できない。

【0117】

（第５の比較例）
第５の比較例では、第５の実施例と同一の試料について、異なる周波数を測定周波数として用いて移動度の測定を行った。本比較例に係る移動度の測定方法は、測定周波数を５ＴＨｚとした点以外は、第５の実施例と同じ測定方法である。

【0118】

試料中の一点を繰り返し測定した結果、移動度の平均値は４２．４ｃｍ^２Ｖ^−１ｓ^−１、標準偏差は５．９ｃｍ^２Ｖ^−１ｓ^−１と求められ、測定値のばらつきの比率は１３％であった。このように、移動度に対する反射率の傾きの絶対値が小さい周波数では、ｐ型Ｓｉ試料の移動度を高い精度で測定できない。

【0119】

（第６の比較例）
第６の比較例では、第６の実施例と同一の試料について、異なる周波数を測定周波数として用いて電気抵抗率の測定を行った。本比較例に係る電気抵抗率の測定方法は、測定周波数を５ＴＨｚとした点以外は、第６の実施例と同じ測定方法である。

【0120】

試料中の一点を繰り返し測定した結果、電気抵抗率の平均値は４．９７×１０^−３Ωｃｍ、標準偏差は２．０１×１０^−３Ωｃｍと求められ、測定値のばらつきの比率は４０％であった。このように、電気抵抗率に対する反射率の傾きの絶対値が小さい周波数では、ｐ型Ｓｉ試料の電気抵抗率を高い精度で測定できない。

【符号の説明】

【0121】

１０ 測定装置
１１０ 記憶部
１１２ レンジ記憶部
１１４ 計算値記憶部
１１６ レンジ感度記憶部
１１８ 第１レンジ測定記憶部
１１９ 第２レンジ測定記憶部
１２０ 選択部
１４０ 反射率測定部
１４１ 試料保持部
１４２ 照射部
１４４ 検出部
１４６ 反射率算出部
１４８，１４９ ミラー
１５０ 算出部
１６０ レンジ測定部
１６２ 制御部
１６８ レンジ算出部
１７２ 指標提示部
１７４ 指標入力部
１７６ 指標指定部
１８０ 精度制御部
２０ 試料

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】