JPS63133642A - 半導体ウエハ−の選別方法 - 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】 〔概要コ 反射電子顕微鏡法によって半導体ウェハー表面からブラ
ッグ反射させて、その反射電子線の密度から表面の高さ
の変動を測定し、所定値（例えば、２０人）以上の高さ
変動ある半導体ウェハーを選別して除去する。そうすれ
ば、高精度な平坦表面をもった半導体ウェハーだけを選
別することができて、半導体装置の性能・品質の向上に
役立つ。

［産業上の利用分野］ 本発明は半導体ウェハーの選別方法に係り、そのうち、
特に、ウェハー面の凹凸を測定して選別する方法に関す
る。

ＩＣなどの半導体装置は、シリコンやガリウム砒素など
のウェハー（半導体基板）面に素子が作成されるが、Ｉ
Ｃの発展と共に素子は益々微細化・大規模集積化されて
きた。

そのため、半導体ウェハー面の凹凸（あらさ）や汚染の
ようなウェハー表面の品質がデバイスの特性１品質１歩
留に微妙な影響を与えるようになっており、従って、ウ
ェハー面の表面状態を高精度に計測・選別する方法が要
望されている。

［従来の技術と発明が解決しようとする問題点」通常、
半導体ウェハーは厚さ数百μｍの円形または方形の薄板
であり、その表面の僅か数μｍの薄層に素子が設けられ
る構成になるため、従来よりウェハーの表面はスライス
後に研磨して鏡面に仕上げ、その極めて平坦化した表面
に素子を形成する方法が採られている。

しかし、ＩＣが益々微細化・高集積化されて、例えば、
ＭＯ３Ｏ３半導体素子々１〜２μｍの表面層に設けられ
、その素子の重要な要素であるゲート絶縁膜の膜１７も
数十人程度と極めて薄くなってきた。第４図はＭＯ３半
導体素子の概要構造を図示しており、Ｇはゲート絶縁膜
、Ｆは素子間を分離するフィールド絶縁膜であるが、最
も厚いと考えられるフィールド絶縁膜でも、その膜厚は
１〜１．５μｍ程度と薄いものである。

従って、ウェハーの表面はただ鏡面に研磨するだけでな
く、その表面の凹凸状態を数十人程度の高さ変動にする
必要があり、そうしなければ、【Ｃの性能や品質を現在
以上に向上させることが困難になる。そのため、その凹
凸状態を高精度に検出する方法が必要になってきた。

一方、従来、表面の凹凸状態を検出する方法として重用
されているのは触針法で、これは、例えば、ウェハー面
に形成した酸化シリコン（Ｓｉ０２）膜の段差部を、ウ
ェハー面に垂直に立てた針を移動させて、その針の上下
運動を電気的に変換し、その変化から高さを測定する方
法である。しかし、この方法は段差部では比較的高精度
に測定できるが、なだらかな傾斜をもった凹凸面の測定
は難しく、しかも、針先端を尖らすことには限度があっ
て、微細な数十人と云う高さの変動を検出することには
無理がある。

また、その他の測定法として、測定表面に単一波長の光
を照射し、反射光の干渉縞から表面の凹凸を検出する光
学的方法（光波干渉法）が知られているが、光の波長は
短いレーザ光でも数千人程度で、その光波長の限界から
、とても数十人の高さの変動を検出することは困難であ
る。

本発明は、このような従来の検出できなかった半導体ウ
ェハー面の高さ変動を高精度に測定して、半導体ウェハ
ーの良否を選別する方法を提案するものである。

［問題点を解決するための手段］ その問題は、半導体ウェハー表面に一定の傾斜角度で電
子線を入射し、ブラッグ反射した反射電子線を結像させ
て、該反射電子線密度の濃淡より前記半導体ウェハー表
面の高さの変動を測定し、該高さの変動が所定値（例え
ば、２０人）以上の半導体ウェハーを選別して除去する
ようにした半導体ウェハーの選別方法によって解決され
る。

［作用］ 即ち、反射電子顕微鏡法（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　Ｅｌ
ｅｃｔｒ。

ｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）によって半導体ウェハー表
面からブラッグ反射させて、その反射電子線の結像から
人程度の高さの変動を計測する。そうすれば、高精度な
平坦表面をもった半導体ウェハーだけを選別することが
できる。

［実施例］ 以下、図面を参照して詳細に説明する。

第１図は反射電子顕微鏡法によるウェハー表面の高さの
変動測定の原理図を示している。例えば、結晶面（００
１）のシリコンウェハーでは面間隔が５゜２人であり、
結晶面（００４）　（面間隔の１／４の面）。

結晶面（００６）　（面間隔の１７６の面）、結晶面（
００８）（面間隔の１７８の面）−からブラッグ反射が
起こることが知られている。従って、ブラッグの条件式 ％式％ （ｄ；面間隔、λ；電子波長、ｎＨ整数）より入射角θ
を定めて、第１図のように電子線を角度θで入射させる
。そうすると、同じ角度θでブラッグ反射がおこり、図
のように高さＨ（凹凸の振幅）、傾斜面の幅Ａ＋Ｂ　（
凹凸の周期）の凹凸部では、ブラッグ反射した電子線の
密度が違ってくる。

すなわち、反射方向に螢光スクリーンを配置すれば、電
子線の入射方向に面した傾斜面（幅Ａの部分）からの反
射は電子線の密度が濃くなり、反対の傾斜面（幅Ｂの部
分）からの反射は電子線の密度が薄くなる。

そして、電子線密度が濃い部分の幅ｗｂ　、電子線密度
が薄い部分の幅Ｗｄを螢光スクリーンに写し出すことが
でき、これから次式で高さＨｌうねりの幅Ａ＋Ｂが計算
できる。

Ｗｂ　＝Ａ　ｓｉｎθ−Ｈｃｏｓｉｎθ−（１１Ｗｄ　
＝Ｂ　ｓｉｎθ＋Ｈｃｏｓｉｎθ−（２１となり、これ
より Ａ　＋Ｂ　＝　Ｗｂ　＋　Ｗｄ　／　ｓｉｎθが得られ
る。また、高さＨは電子線の入射角度θを変化させて、
θ１．θ２とすれば、 ＷｂＩ＝　Ａ　ｓｉｎθ＋−１１ｃｏｓｉｎθＩＷｄｌ
−Ｂ　ｓｉｎθ、＋Ｈｃｏｓｉｎθ。

Ｗｂ２　＝　Ａ　ｓｉｎ　８１−　Ｈｃｏｓｉｎθ２ｗ
ｃ＋２＝Ｂ　ｓｉｎθ２＋Ｈｃｏｓｉｎθ２これより、
計算すれば、 または、 となり、高さＨが求められる。このとき、特に、θ２＝
２θ１とすると、 Ｈ＝　Ｗｂ、−２Ｗｂ、　ｃｏｓｉｎθ１または、Ｈ＝
　２　Ｗｄ、　ｃｏｓｉｎθ１−Ｗｄ２となって簡単に
なる。且つ、通常、Ｗｄ　＞ＷｂとなるからＷｄを用い
る。方が高精度になる。

次に、このような原理に基ずく測定用の電子顕微鏡の概
要図を第２図に示している。１は電子銃。

２．３．４は電子レンズ、５はウェハー、６は螢光スク
リーンであり、ちょうど透過形電子顕微鏡において、ウ
ェハー（試料）５を傾斜して配置し、反射電子を螢光ス
クリーン６に写し出すように構成したものである。かく
して、ウェハー５の位置・角度をゴニオメータで計測し
動かして、複数の入射角θ１．θ２で電子線が入射する
ように設置し、そのブラッグ反射した電子線を、移動可
能な螢光スクリーン６に写出する。その時、ｗｂの部分
は明となり、Ｗｄは暗となって写出される。且つ、必要
ならば、螢光スクリーンを引延し拡大して幅Ｗｄまたは
ｗｂを測定する。

一般に、半導体ウェハーの表面は全面一様に研磨されて
いるために、第３図に示すように、全面の凹凸が一様と
なっており、その表面の一部のみ測定すれば凹凸状態は
判明する。

次に、このような方法でシリコンウェハー面の凹凸の振
幅（Ｈ）と周期（Ａ＋Ｂ）を測定して、酸化シリコン膜
の絶縁耐圧への影響を調べたところ、高さ２０Å以上の
凹凸のあるウェハーは耐圧低下が起こることが判明した
。従って、高さ２０人未満の凹凸しかないシリコンウェ
ハーのみ用いてＩＣを作成すれば、一層高性能・高品質
なｒｃを作成することができる。このように、高さ２０
人未満の凹凸のウェハーを選別することを推奨するもの
であるが、更に、その他の素子特性とウェハー面の凹凸
との関係を調べて、本発明にかかる選別法でウェハーを
選別すれば、ＩＣの他の素子特性をも向上させることが
可能である。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明によればＴＣの
絶縁耐圧その他の素子特性を向上できて、ＩＣの高性能
・高品質化に顕著に貢献するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は反射電子顕微鏡法によるウェハー表面の高さの
変動測定の原理図、 第２図は測定用電子顕微鏡の概要図、 第３図は測定用半導体ウェハーの断面図、第４図はＭＯ
３半導体素子の断面図である。 図において、 Ｈは高さく凹凸の振幅）、 Ａ＋Ｂは傾斜面の幅（凹凸の周期）、 ｗｂは電子線密度が濃い部分の幅、 Ｗｄは電子線密度が薄い部分の幅、 θは電子線の入射角度、 ５はウェハー、　　　　　６は螢光スクリーンを示して
いる。 第１図 ５一度ｍ／を丼【櫃／１週季閏 ガｌ！定用つｒバー一部々新面ｎ 第３図 ＭＯＳす４停ｆ知精道口 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体ウェハー表面に一定の傾斜角度で電子線を
   入射し、ブラッグ反射した反射電子線を結像させて、該
   反射電子線密度の濃淡より前記半導体ウェハー表面の高
   さの変動を測定し、該高さの変動が所定値以上の半導体
   ウェハーを選別して除去するようにしたことを特徴とす
   る半導体ウェハーの選別方法。
2. （２）上記所定値を２０Åとしたことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の半導体ウェハーの選別方法。