JPH03228347A - 半導体素子内部応力制御方式 - Google Patents

半導体素子内部応力制御方式

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JPH03228347A
JPH03228347A JP2199390A JP2199390A JPH03228347A JP H03228347 A JPH03228347 A JP H03228347A JP 2199390 A JP2199390 A JP 2199390A JP 2199390 A JP2199390 A JP 2199390A JP H03228347 A JPH03228347 A JP H03228347A
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JP
Japan
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stress
internal stress
semiconductor element
evaluation function
semiconductor
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Pending
Application number
JP2199390A
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English (en)
Inventor
Takeharu Furusawa
古沢 丈晴
Kenichi Kasai
憲一 笠井
Shinzo Matsumoto
信三 松本
Atsushi Oida
大井田 淳
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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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〕 本発明は半導体製造において、プロセス条件を制御し、
半導体素子の内部応力状態を最適化するための方法に関
する。
〔従来の技術〕
従来の装置は、特開昭63−146437号公報に記載
のように、熱応力を予測された発生限界内におさえ、熱
応力転位を押さえるように熱処理のパラメータを最適化
させるものであったが、この場合は、シリコンウェハの
酸化、拡散工程に限られており、CVD (化学気相法
)、スパッタ等の成膜工程では、新しい方法が必要であ
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
現在、CVD・スパッド等の成膜工程で発生する内部応
力を製造工程中に制御する方法はとられておらず、製造
以前に、予定のプロセス条件を用いてシミュレーション
を行っても5製造工程途中の不意の変動に対処できなか
った。又、シミュレーションを行って内部応力を求める
際、一つのプロセス条件を変更するたびに最初から全プ
ロセス条件の計算を行っていたため、計算の繰返し数が
増えるにつれて、さらに半導体素子の規模が大きくなる
につれ、計算時間が長くなる傾向があった。
本発明の目的は、半導体製造工程中に生じる半導体素子
内の内部応力状態の変動を調整し、常に。
適正な応力状態を維持すること、そして応力状態を求め
るシミュレーションの計算の繰返し数を減らし計算時間
を短くすることにある。
〔課題を解決するための手段〕 本発明は、上記目的を達成するために、半導体製造工程
の各プロセスごとに、最初に適正な内部応力状態となる
プロセス条件を、シミュレーション等で定めておき、各
プロセスが終わるごとに発生した内部応力を測定し、予
定と異なる変動が生じた場合、それを調整するようにシ
ミュレーションで求めた次のプロセス条件を与え、そし
て、応力状態を求めるシミュレーションを各プロセスご
とに分けて行い、全プロセスの応力状態は、各プロセス
の結果を重ね合せて評価する。
〔作用〕
上記したように本発明の構成によれば、半導体製造工程
中に半導体素子内に発生する内部応力を許容範囲内に抑
えることができ、又、内部応力のシミュレーションに要
する計算を短縮することができる。
〔実施例〕
第1図に本発明の一実施例を示す。図中、14は酸化装
置、15は成膜装置、16はエツチング装置等の半導体
装置で基板上に半導体素子を形成していく。
製造する半導体素子の一例を第2図に示す。基板21に
酸化膜22を形成した後、電極A23゜絶縁膜24.シ
リコン25.電極826.保護膜27を成膜とエツチン
グを繰り返す。その際、成膜時の温度Tと成膜時に膜内
に発生する真性応力Sによって、半導体素子内に内部応
力が発生する。
成膜途中で異常な内部応力状態が生じると、転位が発生
し、素子特性が不良となる。又、絶縁膜。
シリコン膜の電子的特性が応力に依存する場合、内部応
力の値に制限が必要となってくる。第2図に示す半導体
素子の場合、Aに示す領域の応力状態、特に、界面付近
の応力を適正な値にする必要がある。Aの領域の応力状
態をある評価関数であられす。たとえば、 (σl :応力値、αi 二重み係数)のように、への
領域内の応力値をサンプリングし、それぞれの値に重み
づけをする係数を乗じたものの総和の平均であられすこ
とができる。サンプリングする地点及び数は、必要に応
じて変更する。
第2図に示す半導体素子の場合、界面付近の応力値が重
要となるので、界面付近のサンプル数、及び、その値に
乗じるαの値を大きくする必要がある。Aの領域で発生
する応力は、絶縁膜24.シリコン膜25.電極826
.保護膜27のそれぞれの成膜工程で発生する応力の合
計である。そこで、それぞれの工程で発生する応力状態
の評価関数値をそれぞれ、Ei、Eat E3.Etと
すると、最終的な評価関数値Erは Er=Et+Ez+Ea+E番         ・・
(2)となる。
Etの許容範囲がE &1lln≦ET≦Eamaxと
すると、El、E2.Eat Etの値をそれぞれ調整
する必要がある。Eの値は、成膜温度Tと成膜時発生す
る真性応力Sの関数となる。EとS、Tの関係をグラフ
化した例を第3図に示す。T、Sそれぞれに許容範囲が
あるため、Eの取り得る範囲も制限を受ける。
第1図に示す記憶装置13に、それぞれの工程における
成膜温度T、真性応力S、他の物性値M1 (ヤング率
、熱膨張係数等)とそれらの値を用いてシミュレーショ
ンから求まる応力σ、基板のそりの変化量δ、応力状態
の評価関数値E(σ)を、−組として記憶させておく。
この時、一つの工程に対して一組の代表値T”’、S”
’、Ml 1σ(0)、δ!01.E(σ(O))以外
に、E(σ(0〉)より大きいあるいは小さい評価関数
値をもつ組、T +1+ 3u+・E(σf21 ) 
、 T +215 (21・・・E(σ(2))・・・
をいくつか前もってシミュレーションで求めておき、同
様に記憶させておく。ここで述べている基板のそりとは
第5図に示すように、平らであった基板に、薄膜が形成
される時に、発生する真性応力と、熱膨張係数の差によ
って生ずるものである。
本発明に沿った方法を用いた実際の工程の手順を第1図
を用いて述へる。まず、前もって設定した成膜温度T 
I”’ +真性応力5ILO1が生じるプロセス条件で
成膜を行う。プロセス条件PとT、Sの関係は記憶装置
12に記憶しておく。一番目の工程を終えた後、基板の
そり変形量を測定し、そりの変化量61′ をホストコ
ンピュータ1にフィードバックする。二番目の工程に入
る前に、1番目の工程で生じる予定であった基板のそり
変化量δlと61 を比較し、異なる場合、2番目の工
程で行う予定であった。T z”’ 、 52Lo’を
修正する。
修正する以前のT Z”’ l 52”’で求まる応力
状態評価関数値をE(σ2)とすると修正した後の応力
状態評価関数値E(σ2傘)は次式のようになる。
(kは定数) 上式で求まる評価関数値E(σ2I)に最も近いE(σ
2)を記憶装置13からピックアップし、対応するTn
、SZを補正し、シミュレーションを行いσ2.δ2.
E(σ2)を求め、E(σ2申)と新しいE(σ2)が
許容範囲以内の差であれば、その時のTZI 82を実
際の条件とする。新しく求めたTn。
S21 Mzt a2.δ2. E(σ2)のデータの
組は記憶装置に記憶しておく。又、一番目の工程で用い
たTz、Stに対応するδlと実際に生じたδ工δ1 いる一番目の工程のデータσ、+O1、σ1(1)δ、
tO) 。
δ131′ ・、E(σ1”’)! E(σ1fi+ 
)  ・・それぞれにdを乗じたものを入力しなおす。
この操作を行うことにより、今後、これらのデータを用
いる時の精度を向上させることができる。
以上の工程を繰り返すが、n回目の工程で用いるTn、
Snを求めるための修正されたE(σn*)は・・・(
4) (kは定数) i=1 工程で生じる予定の基板の変形量と実際の変形量の差で
ある。変形量を次のn回目の工程で補正する場合は、k
=1とすればよいが、急激な補正を避ける場合はO≦k
<1の範囲で適当な値を選択すればよい。
第4図に、工程ごとの評価関数値の変化と実際に制御し
た場合の例を示す。応力状態の評価関数値の上限と下限
がそれぞれE amaX r E awl nと定めら
れ、その範囲内に常にEがある必要があるとする。第4
図中の破線は予定の応力状態の変化を示し、実線は実際
の変化を示す。一番目の工程でEは予定の値より小さい
値となっている。この場合、次の二番目でのプロセス条
件は予定よりE2が大きくなるように、本発明の方法に
従って修正する。
二番目の工程では逆にEが大きくなりすぎたので、一番
目と逆の操作を行う。以下を繰り返し、予定の範囲内に
最終状態が収まるように制御する。
第4図に示すプロセスの進行状況及び変更したプロセス
条件の内容を第1図に示すモニタ17で表示することに
より、常に、状況を監視することができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、半導体素子の成膜工程で発生する内部
応力を製造工程の途中で制御することが可能となり、最
終的な内部応力状態を適正な範囲に収めることができる
。又、1つのプロセス条件を変更させた時の最終結果に
及ぼす影響を、改めて最初からシミュレーションしなお
す必要がなく繰り返しシミュレーションする場合の計算
時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の方法を用いた半導体製造システムのブ
ロック図、第2図は半導体素子の一例を示す説明図、第
3図は応力状態評価関数E(σ)と成膜温度T、真性応
力Sの関係の一例を示す特性図、第4図は各プロセスご
との応力状態の制御過程の一例を示す説明図、第5図は
基板に薄膜を形成した時のそり変形状態と変形量δの位
置を示す説明図である。 11・・・ホストコンピュータ、12・・・記憶装置、
13・・・記憶装置、17・・・モニタ、21・・基板
。 22・・・酸化膜、23・・・電極、24・・・絶縁膜
、25シリコン、26・・・電極、27・・・保護膜。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、半導体製造プロセスにおいて、半導体素子の内部応
    力状態を評価関数で数値化し、それを許容範囲内に制御
    するために、一工程ごとに加わる応力を予測し、最適な
    プロセス条件を設定し、実際に一つの製造工程を終える
    たびに生じた内部応力を測定、評価し、それに基づいて
    後の工程を修正しながら応力状態を最適化することを特
    徴とする半導体素子内部応力制御方法。 2、請求項1において、一工程ごとに生じる応力状態ご
    とに評価関数値で数値化し、全工程後の応力状態の評価
    関数値を各工程での評価関数値の和で表す半導体素子内
    部応力制御方法。 3、半導体プロセスにおいて、一工程ごとに生じる半導
    体ウェーハの変形量から内部応力状態を求め、その時の
    製造プロセス条件を記憶しておくことにより、次の同様
    の製造プロセス工程で生じる応力状態を予測することを
    特徴とする半導体素子内部応力制御方法。 4、請求項3の前記半導体素子内部応力制御方法を組み
    込み、予定の製造プロセス条件、及び、内部応力状態と
    実際のプロセス条件と内部応力状態を画面に表示する表
    示装置。
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