JPH01161845A - 半導体ウェハー試験方法 - 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］ この発明は、半導体ウェハー試験方法、さらには単結晶
シリコンから切り出された半導体ウェハーの温度別降状
応力値を求めるのに適用して有効な技術に関するもので
、たとえば半導体装置の製造のプロセス条件を定めるの
に利用して有効な技術に関するものである。

［従来の技術］ 半導体装置の製造プロセスでは、たとえば単結晶体であ
る半導体ウェハーにれ型あるいはＰ型の導電領域を選択
的に形成したりするために、半導体ウェハーを拡散炉に
挿入して熱処理にかける工程を多く行なう。

一方、半導体ウェハーを熱処理にかけると、この熱処理
によって生じる応力歪みによって、単結晶体である半導
体ウェハーに結晶転位による欠陥が発生しやすくなる。

このため、半導体装置の製造プロセス条件は、結晶転位
を生じさせないような範囲で定めなければならない。

そこで、半導体装置の製造プロセスを定める際には、半
導体ウェハーがどのくらいまでの熱処理に耐えられるか
、つまり結晶転位を生じさせない範囲で与えることので
きる熱応力の限界をあらかじめ求め、この応力限界の範
囲内でプロセス条件を定める必要がある。

半導体ウェハーの応力限界は降伏応力値と呼ばれる。こ
の降伏応力値は温度によって異なる。したがって、半導
体装置の製造プロセスを定めるためには、降伏応力値を
温度別に求めなければならない。

この温度別の降伏応力値を求める。ために、従来におい
ては、多数の半導体ウェハー試料を用意し、各試料をそ
れぞれに異なる条件で熱処理試験にかけて、各試験条件
別に結晶転位の発生状況を調べ、このようにして多数の
試験試料から得られたデータを統計的な処理にかけるこ
とにより温度別の降伏応力値を求める、ということを行
なっていた。

このような試験を効率的に行なうため、たとえば日経マ
グロウヒル社刊行「日経エレクトロニクス１９８６年７
月２８日号ｎｏ、４００Ｊ　３６４頁に記載されている
ような高速ウェハー外観検査装置が提供されている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上述した技術には、次のような問題点の
あることが本発明者によってあきらかとされた。

すなわち、上述した半導体ウェハー試験方法は、半導体
ウェハーの温度別降状応力値を統計的手段によって求め
るという方法であるため、一種類の半導体ウェハーの試
験に対して多数の試料が必要であるとともに、各試料ご
とにそれぞれ条件を変えた試験を繰り返し行なわなけれ
ばならず、膨大な実験費用と長い実験期間がかかってし
まう、という問題があった。

本発明の目的は、半導体ウェハーの温度別降状応力値を
求めるために要する試料数および試験回数を著しく少な
くして実験費用と実験期間の大幅な縮小を可能にする。

という技術を提供することにある。

この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴に
ついては１本明細書の記述および添附図面から明らかに
なるであろう。

［問題点を解決するための手段］ 水頭において開示される発明のうち、代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、被験体である半導体ウェハーに試験的に熱応
力を与、えて何らかの結晶転位を生じさせる工程と、半
導体ウェハーの中心に最も近い結晶転位発生点での温度
対発生応力曲線をシュミレート操作によって求める工程
と、この工程にて求めた温度対発生応力曲線に外側から
接する位置に半導体ウェハーの温度対降伏応力曲線を想
定する工程を行ない、この工程にて想定された温度対降
伏応力曲線から上記半導体ウェハーの温度別降状応力値
を得る、というものである。

［作用］ まず、上記した手段は次のようなことに着目したもので
ある。

すなわち、半導体ウェハーの各点における温度対発生応
力曲線は、被験体である半導体ウェハーに固有の物理的
および機械的なパラメータに基づいて理論的に計算する
ことができる。また、半導体ウェハーの温度対降伏応力
曲線は経験的に与えられる曲線であるが、その変化状態
つまりグラフ上での曲、線形状は半４体ウェハーの状態
に関係なくほぼ一定であって、グラフ上での基準位置だ
けが半導体ウェハーの状態によって異なる。したがって
、その温度対降伏応力曲線は、試験のたびに新たに実験
して求める必要はなく、既に与えられているものを繰り
返し利用することができる。

以上のようなことに着目した上記手段によれば、新規に
実験すべき事項は半導体ウェハーに何らかの結晶転位を
生じさせることだけであって、これ以外は実験によらな
い数学的なシュミレート操作を行なうだけでもって、上
記半導体ウェハーの温度別降状応力値を得ることができ
る。

これにより、半導体ウェハーの温度別降状応力値を求め
るために要する試料数および試験回数を著しく少なくし
て実験費用と実験期間の大幅な縮小を可能にする、とい
う目的が達成される。

［実施例］ 以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明する
。

なお、各図中、同一符号は同一あるいは相当部分を示す
。

第１図は本発明の一実施例による半導体ウェハー試験方
法の概要を示す。

まず、同図（ａ）に示すように、被験体である単結晶の
半導体ウェハー１に試験的に熱応力を与えて結晶転位２
を生じさせる。この工程は半導体ウェハーを拡散炉に挿
入して行なう。熱応力の与え方は大まかでよく、大小を
問わず何らかの大きさの結晶転位領域が生じるように与
えればよい。

この拡散炉への挿入試験によって半導体ウェハー１に結
晶転位を生じさせたならば、半導体ウェハー１の中心Ｐ
Ｏに最も近い結晶転位発生点すなわち結晶転位領域の先
端位置を実測で求める。図示の例では、半導体ウェハー
１の半径方向に沿って並ぶ多数の点位置（・・・・、Ｐ
ｌ、・・・・、Ｐ２゜・・・・、Ｐ３．・・・・）のう
ち、Ｐ２の位置まで結晶転位２の領域が拡がっている。

したがって、この場合は、そのＰ２の位置が結晶転位領
域の先端位置となる。

結晶転位は、ウェハー１の結晶方位に関係なく、発生熱
応力が最も大きくなるウェハー１の周辺から中心Ｐｏに
向かって拡がる。

結晶転位領域の先端位置Ｐ２が求められたならば、同図
（ｂ）に示すように、その先端位置Ｐ２における半導体
ウェハー１の温度対発生応力曲線Ａ２　（Ｐ２）を数学
的なシュミレート操作によって求める。同図（ｂ）にお
いて、横軸は半導体ウェハー１の温度の推移を、縦軸は
発生熱応力をそれぞれ示す。ここで、半導体ウェハー１
の各点位置（・・・・、Ｐｌ、・・・・、Ｐ２．・・・
・、Ｐ３．・・・・）における温度対発生応力曲線（・
・・・、Ａｌ（ＰＬ）。

・・・・、Ａ２　（Ｐ２）、・・・・、Ａ３　（Ｐ３）
、・・・・）はそれぞれ、被験体である半導体ウェハー
１に固有の物理的および機械的なパラメータに基づき、
コンピュータを使って理論的に計算することができる。

結晶転位領域の先端位置Ｐ２における半導体ウェハー１
の温度対発生応力曲線Ａ２　（Ｐ２）が求められたなら
ば、この曲線Ａ２　（Ｐ２）に外側から接する位置に半
導体ウェハー１の温度対降伏応力曲線Ｂ２を想定する。

この場合、半導体ウェハー１の温度対降伏応力曲線Ｂ２
は経済的に与えられる曲線であるが、その変化状態つま
りグラフ上での曲線形状は半導体ウェハーの状態に関係
なくほぼ一定であって、グラフ上での基準位置だけが半
導体ウェハーの状態によって異なる。したがって、上記
曲線Ａ２　（Ｐ２）に外側から接する温度対降伏応力曲
線Ｂ２は、同図（ｂ）中に矢印で示すように、拡散炉へ
の挿入試験を行なっていないペアウェハーを用いてあら
かじめ求めておいた温度対降伏応力曲線Ｂｏを移動させ
ることにより、実験によらずに、コンピュータあるいは
専用の定規などを使って比較的簡単に想定することがで
きる。

以上のようにして温度対降伏応力曲線Ｂ２が想定される
と、同図（Ｑ）に示すように、その曲線Ｂ２から上記半
導体ウェハー１の温度別降状応力値をただちに求めるこ
とができる。すなわち、同図（ｃ）に示すように、上記
温度対降伏応力曲線Ｂ２の外側斜線領域は半導体ウェハ
ー１に結晶転位が生じる恐れがあるところであり、その
内側は結晶転位が生じる心配のないところである。これ
により、膨大な試料と長い期間をかけて試行錯誤を繰り
返さなくても、１枚の半導体ウェハー試料を熱処理試験
にかけるだけの簡単な実験だけでもって半導体装置の製
造プロセス条件を非常に短期間のうちに定めることがで
きるようになる。

第２図の（ａ）は、結晶転位領域の先端位置がＰＬ（Ａ
ｌ）の位置まできたときの温度対降伏応力曲線Ｂ１の位
置を示す。また、同図（ｂ）は、結晶転位領域の先端位
置がＰ３　（Ａ３）の位置にとどまったときの温度対降
伏応力曲線Ｂ３の位置を示す。

以上のように、この発明は、半導体ウェハーの各点にお
ける温度対発生応力曲線を理論的に計算することができ
ること、半導体ウェハーの温度対降伏応力曲線も既に与
えられているものを繰り返し利用できること、結晶転位
が半導体ウェハーの周辺から生じることなどに着目した
ことにより。

新規に実験すべき事項は半導体ウェハーに何らかの結晶
転位を生じさせることだけであって、これ以外は実験に
よらない数学的なシュミレート操作を行なうだけでもっ
て、上記半導体ウェハーの温度別降状応力値を得ること
ができる。

これにより、半導体ウェハーの温度別降状応力値を求め
るために要する試料数およ、び試験回数を著しく少なく
して実験費用と実験期間の大幅な縮小を可能にする、と
いう目的が達成させる。

［発明の効果］ 本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである
。

すなわち、半導体ウェハーの温度別降状応力値を求める
ために要する試料数および試験回数を著しく少なくして
実ｒＪｔＩ費用と実験期間を大幅に縮小することができ
る、という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第ｉ　＝１．（：発明の一実施例による半導体ウェハー
試験方法の概要を示す図、 第２箇留１導体ウェハーに生じた結晶転位の状態から求
めた温度対降伏応力曲線の例を示す図である。 １・・・・半導体ウェハー、２・・・・結晶転位、Ｐｌ
。 Ｐ２．Ｐ３・・・・半導体ウェハー上の位置、Ａｔ（Ｐ
Ｌ）　、　Ａ２　（Ｐ２）　、　Ａ３　（Ｐ３）・・・
・半導体ウェハー上の各位置における温度対発生応力曲
線、Ｂｌ、Ｂ２．Ｂ３・・・・結晶転位領域の先端位置
に応じて想定される温度対降伏応力曲線。 ◇ ウェハー１Ｌ多（ａｃ） 第２図 （副　　　（６）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被験体である半導体ウェハーに試験的に熱応力を与
   えて結晶転位を生じさせる工程、半導体ウェハーの中心
   に最も近い結晶転位発生点での温度対発生応力曲線をシ
   ュミレート操作によって求める工程、この工程によって
   求めた上記温度対発生応力曲線に外側から接する位置に
   半導体ウェハーの温度対降伏応力曲線を想定する工程を
   行ない、この工程にて想定された温度対降伏応力曲線か
   ら上記半導体ウェハーの温度別降状応力値を得ることを
   特徴とする半導体ウェハー試験方法。 ２、半導体ウェハーの中心から周辺にかけて分布する各
   点での温度対応力曲線をあらかじめシュミレート操作に
   よって求めておき、この各点での温度対応力曲線の中か
   ら結晶転位領域の先端に最も近い点での温度対応力曲線
   を選択することにより、半導体ウェハーの中心に最も近
   い結晶転位発生点での温度対発生応力曲線を求めること
   を特徴とすする特許請求の範囲第１項記載の半導体ウェ
   ハー試験方法。