CN111512424B - 硅晶片的评价方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够尽量不受硅晶片的表面状态、加工内容的制约、而非破坏且非接触地检查给半导体器件的电气特性带来影响的滑移的硅晶片的评价方法。硅晶片的评价方法具有：划区解析步骤，将被热处理后的单晶的硅晶片划分为1mm2以上25mm2以下的等间隔的划区，基于红外偏振光的消偏振值来判别前述划区各自的应变的有无；以及筛选步骤，将在前述划区解析步骤中被判别为具有应变的划区的相邻数不超过规定的阈值的硅晶片评价为合格品。

Description

硅晶片的评价方法
技术领域
本发明涉及被用于半导体器件的基板的硅晶片的评价方法。
背景技术
被用于半导体器件的基板的硅晶片被要求在成为半导体器件的活性区域的表面及表层中形成不存在被称作COP(Crystal Originated Particle；晶体原生颗粒)的空隙缺陷的无缺陷层。作为与这样的要求对应的技术，已知有使用纵型炉将硅晶片在1100℃以上的温度下施以分批式热处理的技术、施以急速升降温热处理(RTP；Rapid ThermalProcess；快速热处理)的技术。
另一方面，硅晶片有因在热处理时承受热应力、弯曲应力而滑移(slip)发生并塑性变形的情况。该滑移是指线状的位错缺陷的束，根据其发生程度，成为给作为完成品的半导体器件的电气特性带来影响的主要因素。因而，需要在出厂前检查滑移的发生，防止不适合品的流出。
作为检查滑移的发生的方法，有着眼于当发生了滑移时在硅晶片的表面出现阶差的情况较多的方法。
具体而言，已知有使用在硅晶片的最终外观检查中使用的表面检查装置(例如KLA-Tencor公司制的Surfscan SP2)检测起因于滑移的发生的阶差、来检测滑移的发生的检查方法。
此外，还已知有通过热处理使潜在于硅晶片的表面层的应变显现化的手法(参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-292054号公报。
发明内容
发明要解决的课题
可是，在前述的最终外观检查中使用的表面检查装置虽然能够适用于以被镜面研磨的晶片为对象的检查，但在镜面研磨前的表面比较粗糙的状态下，由于噪声的水平较高，所以起因于滑移的阶差的检测较困难。
此外，因将作为检查对象的热处理后的硅晶片镜面研磨，起因于滑移发生的阶差被平滑化，滑移的检测较困难。
这样，在使用了在最终外观检查中使用的表面检查装置的滑移的检测方法中，有依存于硅晶片的表面状态、加工内容这一技术课题。此外，通过热处理使潜在于硅晶片的表面层的应变显现化的手法也在施以热处理这一点上成为破坏检查，在不容许热处理的条件下不能应用。
如以上这样，以往的检测滑移的发生的硅晶片的评价方法其能够应用的条件受限。所以，希望有能够尽量不受硅晶片的表面状态、加工内容的制约、而非破坏且非接触地检查给半导体器件的电气特性带来影响的滑移的硅晶片的评价方法。
本发明是着眼于前述的点而做出的，提供一种能够尽量不受硅晶片的表面状态、加工内容的制约、而非破坏且非接触地检查给半导体器件的电气特性带来影响的滑移的硅晶片的评价方法。
用来解决课题的手段
为了解决前述的课题，有关本发明的硅晶片的评价方法的特征在于，具有：划区解析步骤，将被热处理后的单晶的硅晶片的表面划分为1mm2以上25mm2以下的用等间隔的线段分隔的划区，基于红外偏振光的消偏振值来判别前述划区各自的应变的有无；以及筛选步骤，将在前述划区解析步骤中被判别为具有应变的划区的相邻数不超过规定的阈值的硅晶片评价为合格品。
此外，前述被判别为具有应变的划区的相邻数优选的是被定义为在以被判别为具有应变的划区为中心的周围的前后左右斜向四方被判别为具有应变的划区的总数。
此外，前述规定的阈值优选的是通过预先取得使用X射线表面形态测量学评价的硅晶片的滑移的长度与被判别为具有应变的划区的相邻数的关系而被决定。
此外，基于前述消偏振值的应变的有无的判别优选的是使用短周期成分来进行，所述短周期成分是将测量出的消偏振值平滑处理而抽出长周期成分并将该长周期成分从前述测量出的消偏振值除去而得到的。
此外，前述硅晶片的表面粗糙度Ra优选的为0.1μm以下。
此外，前述硅晶片的表面粗糙度Ra优选的为0.001μm以上。
发明效果
根据本发明，能够尽量不受硅晶片的表面状态、加工内容的制约，而非破坏且非接触地检查给半导体器件的电气特性带来影响的滑移。
附图说明
图1是说明在本发明的实施方式中使用的装置的原理的图。
图2是表示测量出的消偏振(depolarization)值的一例的图表。
图3是表示测量出的消偏振值的面内图像的一例的图。
图4是将图2所示的消偏振值平滑处理而抽出了长周期成分的图表。
图5是表示从图3所示的消偏振值的面内图像抽出了长周期成分的面内图像的图。
图6是表示从图2所示的消偏振值除去长周期成分而抽出了短周期成分的图表。
图7是表示从图3所示的消偏振值的面内图像抽出了短周期成分的面内图像的图。
图8是表示有关本发明的实施方式的硅晶片的评价方法的流程图。
图9是表示使用相邻数的判别例的图。
图10是表示相邻数的最大值与滑移长的关系的图表。
图11是表示代表性的测量例的面内图像的图。
具体实施方式
以下，基于附图对有关本发明的实施方式的硅晶片的评价方法进行说明。另外，有关本发明的硅晶片的计价方法的实施并不限定于以下说明的实施方式。
(装置结构的例子)
作为在有关本发明的实施方式的硅晶片的评价方法中使用的装置，可以使用也被称作SIRD(Scanning Infrared Depolarization；扫描红外线消偏振)装置的红外光弹性测量装置。利用该红外光弹性的应变测量装置是利用偏振光透过受到了应力的试样内时的双折射(光弹性)将承受于试样的应力数值化而测量的装置。在作为试样而使用硅晶片的情况下，一般使用对于硅的透过率较高的红外光。
图1示意性地说明红外光弹性测量装置1的测量原理。如图1所示，在红外光弹性测量装置1的测量原理中，从红外激光元件2射出的红外偏振光透过硅晶片W，用检偏振器(analyzer)3测量透过了该硅晶片W的红外偏振光，由此测量在硅晶片W产生的应变。
在红外激光元件2与硅晶片W之间设有起偏振器(polarizer)4，被配置为，从红外激光元件2射出的红外偏振光在透过起偏振器4之后被向硅晶片W照射。从红外激光元件2射出的激光其自身是偏振光，但通过透过起偏振器4，偏振光面被高精度地调整。
检偏振器3具备两个受光元件5、6和偏振光束分离器7。偏振光束分离器7仅将具有与透过起偏振器4的偏振光相同的偏振光面的偏振光向受光元件5引导，仅将具有与透过起偏振器4的偏振光不同的偏振光面的偏振光向受光元件6引导。
因而，受光元件5检测的光强度与受光元件6检测的光强度的比，成为表示通过透过硅晶片W而发生的偏振光消除的程度的指标(消偏振值)。由于承受有应力的部位的硅晶片w发生光弹性，所以消偏振值成为表示承受于硅晶片w的应力的分布的指标。
(测量例)
这里，一边参照图2至图7，一边对由红外光弹性测量装置1测量的消偏振值及从该消偏振值使与滑移有关系的应变的信息显现化的处理进行说明。
图2是表示测量出的消偏振值的一例的图表，图3是表示测量出的消偏振值的面内图像的一例的图。如从图2及图3读取那样，在测量的消偏振值本身中，包含长周期成分和短周期成分。长周期成分主要起因于结晶构造，短周期成分与滑移发生有关系。所以，为了更准确地检测滑移发生，如以下这样，从测量出的消偏振值抽出短周期成分。
图4是将图2所示的消偏振值平滑处理而抽出了长周期成分的图表，图5是表示从图3所示的消偏振值的面内图像抽出了长周期成分的面内图像的图。
图4及图5是通过将图2及图3所示的消偏振值平滑处理而得到的。这里，平滑处理例如可以设为浮动平均(floating averaging)处理，浮动平均的区间优选的是设为例如0.5～4mm。
图6是从图2所示的消偏振值将长周期成分除去而抽出了短周期成分的图表，图7是从图3所示的消偏振值的面内图像抽出了短周期成分的面内图像的图。具体而言，图6及图7从图2及图3所示的消偏振值除去了图4及图5所示的长周期成分的图。
如从图6及图7读取那样，消偏振值的短周期成分存在值局部地较大上下变动的部位。这些部位是局部性的应变较大的部位，只要在振幅超过了规定的阈值(例如±40DU)的情况下判别为在该部位有应变就可以。
更详细地讲，将硅晶片划分为1mm2以上25mm2以下的用等间隔的线段分隔的划区，在该划区内短周期成分的振幅超过了规定的阈值的情况下，判别为在该划区有应变。
(评价方法的次序)
这里，一边参照图8一边说明硅晶片的评价方法的次序。图8是表示有关本发明的实施方式的硅晶片的评价方法的流程图。另外，图8所示的硅晶片的评价方法是关于1片硅晶片的，但在应评价的硅晶片有多片的情况下，只要将图8所示的硅晶片的评价方法反复进行该片数的量就可以。
此外，评价的硅晶片的表面粗糙度Ra优选的为0.1μm以下，优选的为0.001μm以上。因为在表面粗糙度Ra为0.1μm以下的硅晶片中能够充分得到红外偏振光的透过量。另一方面，因为表面研磨前的硅晶片的表面粗糙度Ra为0.001μm以上。
在这样的表面粗糙度Ra中，虽然不能适当地进行使用表面检查装置的滑移测量，但有关本发明的实施方式的硅晶片的评价方法即使表面粗糙度Ra为0.001μm以上也能够实施。
如图8所示，硅晶片的评价方法最初进行硅晶片的消偏振值的测量(步骤S1)。该消偏振值的测量使用前述红外光弹性测量装置1进行。即，利用偏振光透过受到了应力的硅晶片内时的双折射(光弹性)，将承受于硅晶片的应力作为消偏振值而测量。
接着，进行硅晶片的划区解析(步骤S2)。该划区解析将被热处理后的单晶的硅晶片划分为1mm2以上25mm2以下的用等间隔的线段分隔的划区，基于使用红外光弹性测量装置1测量出的消偏振值，判别各划区中的应变的有无。
该划区解析中的基于消偏振值的应变的有无的判别优选的是使用短周期成分来进行，所述短周期成分是将测量出的消偏振值平滑处理而抽出长周期成分并将该长周期成分从测量出的消偏振值除去而得到的。因为如上述那样在测量的消偏振值中包含有主要起因于结晶构造的长周期成分以及与滑移发生有关系的短周期成分。
接着，根据每个划区的应变的有无，进行硅晶片的筛选(步骤S3)。在该筛选中，将在上述划区解析中被判别为具有应变的划区的相邻数不超过规定的阈值的硅晶片评价为合格品。
这里，被判别为具有应变的划区的相邻数优选的是定义为在以被判别为具有应变的划区为中心的周围的前后左右斜向四方被判别为具有应变的划区的总数。图9是表示使用相邻数的判别例的图。
在图9所示的等面积的正方划区中，被施以了影线的划区是指被判别为具有应变的划区。在以被判别为具有应变的划区(C)为中心的情况下，其周围的划区成为前后左右斜向四方这8个划区(1～8)。该情况下的相邻数被定义为该8个划区(1～8)中的被判别为具有应变的划区的数量。即，在图9所示的例子中，在划区(3)、划区(4)和划区(7)这3个划区具有应变，所以相邻数成为3。
在筛选中使用的相邻数的阈值优选的是通过预先取得使用X射线表面形态测量学(topography)评价的硅晶片的滑移的长度与被判别为具有应变的划区的相邻数的关系而决定。
然后，如一边出示实验例一边说明那样，通过上述硅晶片的评价方法求出的相邻数与使用X射线表面形态测量学评价的硅晶片的滑移的长度有良好的相关。
因而，只要基于预先使用X射线表面形态测量学评价的硅晶片的滑移的长度决定相邻数的阈值，即使不使用X射线表面形态测量学，也能够以与其相同程度的精度进行硅晶片的评价。
这里，回到图8的参照，进行接着的步骤的说明。对于结束了筛选的硅晶片，基于是否是合格品，进行是否向下个工序交付的判断(步骤S4)。将相邻数不超过规定的阈值(例如6)的硅晶片判断为合格品(是)，将被判断为合格品的硅晶片向下个工序交付(步骤S5)。另一方面，将相邻数为规定的阈值(例如6)以上的硅晶片判断为不合格品(否)，将被判断为不合格品的硅晶片废弃(步骤S6)。
(效果的验证实验)
这里，一边参照图10及图11一边说明有关本发明的实施方式的硅晶片的评价方法的效果。图10是表示相邻数的最大值与滑移长的关系的图表，图11是表示代表性的测量例的面内图像的图。
在验证实验中使用的试样是氧浓度为1.2×1018atoms/cm3、氮浓度为3×1014atoms/cm3、直径φ为300mm的硅晶片。为了比较，在验证实验中使用镜面研磨前的硅晶片和镜面研磨后的硅晶片，但关于其表面粗糙度Ra，镜面研磨前的硅晶片为0.01μm，镜面研磨后的硅晶片为0.0001μm。作为热处理，在1350℃下施以30秒的RTO(Rapid ThermalOxidation；快速热氧化)。
在图10中标示的数据，关于镜面研磨前的试样及镜面研磨后的试样，表示通过有关本发明的实施方式的硅晶片的评价方法得到的结果即相邻划区数的最大值与使用了X射线表面形态测量学的滑移长(mm)及最终外观检查中使用的表面检查装置(KLA-Tencor公司制的Surfscan SP2)的结果的比较。图10所示的图表在横轴取有关本发明的实施方式的相邻数的最大值，在纵轴取用于比较的使用了X射线表面形态测量学的滑移长(mm)，将试样的差异及表面检查装置中的判定的差异用标示的符号的差异来表示。
在图10中标示的数据“○”是关于镜面研磨后的试样的数据，是通过表面检查装置判定为合格品的试样，标示的数据“Δ”是关于镜面研磨后的试样的数据，是通过表面检查装置判定为不合格品的试样。标示的数据“□”是关于镜面研磨前的试样的数据，由于表面较粗糙，所以是不能通过表面检查装置测量的试样。
如图10所示，对于镜面研磨后的试样和镜面研磨前的试样的哪个，在有关发明的实施方式的相邻数的最大值与使用X射线表面形态测量学的滑移长(mm)之间都有良好的相关。因而，有关本发明的实施方式的硅晶片的评价方法即使不直接进行使用X射线表面形态测量学的检查，也能够以与其同等的精度适当地筛选在硅晶片发生的滑移。
此外，有关本发明的实施方式的硅晶片的评价方法由于对于镜面研磨前的硅晶片也能够应用，所以与在以往的最终外观检查中使用的表面检查装置(例如KLA-Tencor公司制的Surfscan SP2)相比，能够应用的硅晶片的范围较大。
进而，在通过表面检查装置判定为合格品的试样的数据“○”中，也包括使用X射线表面形态测量学测量的滑移长较长的试样。这表示，在使用以往的最终外观检查中使用的表面检查装置的滑移的检测方法中，本来应除去的不合格品有可能被向下个工序交付。可以想到，在使用以往的最终外观检查中使用的表面检查装置的滑移的检测方法中，在镜面研磨时起因于滑移的阶差被平滑化，变得不能检测发生的滑移。
另一方面，有关本发明的实施方式的硅晶片的评价方法对于镜面研磨后的试样，也在与使用X射线表面形态测量学的滑移长(mm)之间有良好的相关，所以检测遗漏也较少。即，有关本发明的实施方式的硅晶片的评价方法不仅对表面检查装置不能应用的镜面研磨前的硅晶片也能够实施，而且对于表面检查装置能够应用的镜面研磨后的硅晶片也能够进行更准确的筛选。
图11(a)是对于对镜面研磨前的硅晶片施以RTO处理后的结构应用了有关本发明的实施方式的硅晶片的评价方法的图，图11(b)是对于对镜面研磨后的硅晶片施以RTO处理后的结构应用了有关本发明的实施方式的硅晶片的评价方法的图。
如由图11(a)及图11(b)也可知的那样，有关本发明的实施方式的硅晶片的评价方法对于镜面研磨前的硅晶片及镜面研磨后的硅晶片的哪个都能够适当地应用。另外，在图11(a)及图11(b)所示的例子中，发生了应变的部位集中于硅晶片的外周部可以考虑是在RTO处理时硅晶片的保持部成为应变的发生源。
如以上这样，根据有关本发明的实施方式的硅晶片的评价方法，能够尽可能不受硅晶片的表面状态、加工内容的制约，而非破坏且非接触地检查给半导体器件的电气特性带来影响的滑移。根据有关本发明的实施方式的硅晶片的评价方法，即使不直接进行使用X射线表面形态测量学的检查，也能够以与其同等的精度适当地筛选在硅晶片发生的滑移。此外，有关本发明的实施方式的硅晶片的评价方法不仅对于表面检查装置不能应用的镜面研磨前的硅晶片也能够实施，而且对于表面检查装置能够应用的镜面研磨后的硅晶片也能够进行更准确的筛选。
以上，基于实施方式说明了本发明，但本发明不受上述的实施方式限定。
附图标记说明
1 红外光弹性测量装置
2 红外激光元件
3 检偏振器
4 起偏振器
5、6 受光元件
7 偏振光束分离器。

Claims (5)

1.一种硅晶片的评价方法，其特征在于，具有：
划区解析步骤，将被热处理后的单晶的硅晶片的表面划分为1mm2以上25mm2以下的用等间隔的线段分隔的划区，基于红外偏振光的消偏振值来判别前述划区各自的应变的有无；以及
筛选步骤，将在前述划区解析步骤中被判别为具有应变的划区的相邻数不超过规定的阈值的硅晶片评价为合格品；
前述规定的阈值通过预先取得使用X射线表面形态测量学评价的硅晶片的滑移的长度与被判别为具有应变的划区的相邻数的关系而被决定。
2.如权利要求1所述的硅晶片的评价方法，其特征在于，前述被判别为具有应变的划区的相邻数被定义为在以被判别为具有应变的划区为中心的周围的前后左右斜向四方被判别为具有应变的划区的总数。
3.如权利要求1或2所述的硅晶片的评价方法，其特征在于，基于前述消偏振值的应变的有无的判别是使用短周期成分来进行的，所述短周期成分是将测量出的消偏振值平滑处理而抽出长周期成分并将该长周期成分从前述测量出的消偏振值除去而得到的。
4.如权利要求1或2所述的硅晶片的评价方法，其特征在于，前述硅晶片的表面粗糙度Ra为0.1μm以下。
5.如权利要求4所述的硅晶片的评价方法，其特征在于，前述硅晶片的表面粗糙度Ra为0.001μm以上。
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