JPS63146437A - Wafer surface thermal stress disposition suppressing system - Google Patents

Wafer surface thermal stress disposition suppressing system

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JPS63146437A
JPS63146437A JP18111187A JP18111187A JPS63146437A JP S63146437 A JPS63146437 A JP S63146437A JP 18111187 A JP18111187 A JP 18111187A JP 18111187 A JP18111187 A JP 18111187A JP S63146437 A JPS63146437 A JP S63146437A
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清国 吉彦
Fumio Wakamori
和歌森 文男
Akira Yoshinaka
吉中 明
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Abstract

PURPOSE:To largely shorten the rising period of a new process by predicting the generation of a thermal stress disposition on the basis of thermal stress induced when a wafer row is inserted and removed, and optimizing the process parameter of a heat treatment. CONSTITUTION:The transient characteristic of temperature distribution on a wafer and the thermal stress distribution characteristic of the wafer are calculated by a computer simulation on the basis of a predetermined physical model 4. A thermal stress evaluation graph in which a transition curve representing the transition of the thermal stress on the wafer surface with respect to the temperature of the wafer and a yield stress curve of the wafer are drawn on the basis of the calculated characteristics is formed. A generation limit is presumed and evaluated by the formed graph. Thus, the thermal stress disposition based on the thermal stress induced when the wafer row is inserted and removed is predicted. The process parameter of the heat treatment is so optimized as to fall the thermal stress within the predicted limit.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体製造プロセスの高温熱処理工程におけ
る結晶欠陥を含む熱応力転位の発生予測方法に係り、特
に、新プロセス立ち上げ、及び半導体製品の不良解析時
の結晶欠陥発生限界内に熱応力を抑えられるようにプロ
セスパラメータを最適化するのに好適なウェーハ面内熱
応力転位発生抑制方式に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for predicting the occurrence of thermal stress dislocations including crystal defects in a high-temperature heat treatment step of a semiconductor manufacturing process. The present invention relates to an in-plane thermal stress dislocation generation suppression method suitable for optimizing process parameters so that thermal stress can be suppressed within the limit of crystal defect generation during failure analysis of wafers.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

本発明のような、半導体酸化・拡散装置内におけるウェ
ー八面内熱応力解析モデルによる各熱処理プロセス条件
に対する結晶欠陥の発生予測方式は、他に例がない、し
→1し、そのモデル計算原理については、ジャーナル 
オブ アプライド フィズクス 56巻10 (198
4)第2922頁から第2929頁(J 、 Appl
、 Phys、 56(10)、1984 (pp、2
922−2929)に述べられている。ただし、ここで
の評価対象は。
The method of predicting the occurrence of crystal defects for each heat treatment process condition using a wafer eight-plane thermal stress analysis model in a semiconductor oxidation/diffusion device, as in the present invention, is unprecedented. About Journal
Of Applied Fizukus Volume 56 10 (198
4) Pages 2922 to 2929 (J, Appl
, Phys, 56(10), 1984 (pp, 2
922-2929). However, what is being evaluated here?

ウェーハを一枚ずつ処理する枚葉式のランプアニールの
場合であり、そのウェーハ面内温度分布、及び熱応力分
布は軸対称性を仮定した解析式により与えられている。
This is a case of single-wafer lamp annealing in which wafers are processed one by one, and the in-plane temperature distribution and thermal stress distribution of the wafer are given by analytical formulas assuming axial symmetry.

したがって、現在量も一般的に採用されている通常の円
筒型の抵抗加熱の電気炉、つまり、50〜100枚程度
並べられたウェーハ列をバッチ的に処理する酸化・拡散
装置の場合には、その過渡温度特性、及び熱応力特性は
大きく異なり、独自のモデル開発を必要とする。
Therefore, in the case of an ordinary cylindrical resistance heating electric furnace that is currently commonly used, that is, an oxidation/diffusion device that processes rows of about 50 to 100 wafers in batches, Their transient temperature characteristics and thermal stress characteristics vary widely and require unique model development.

〔発明が解決しようとする間迎点〕 上記従来技術は、枚葉式のランプアニールを対象とした
熱応力解析モデルによるプロセス条件出しに関するもの
であり、50〜100枚程度のウェーハ列を一度に処理
するバッチ方式に対する結晶欠陥の発生評価には適用で
きない間層があった。
[Intermediate point to be solved by the invention] The above-mentioned conventional technology is related to setting process conditions using a thermal stress analysis model for single-wafer lamp annealing, and processes rows of about 50 to 100 wafers at a time. There were some interlayers that could not be applied to the evaluation of the occurrence of crystal defects for batch processing methods.

本発明の目的は、半導体製造プロセスの高温熱処理を伴
う工程において、酸化・拡散装置へのウェーハ列挿入・
引出し時に誘起される熱応力を結晶欠陥などの熱応力転
位の発生限界内に抑え得るように、ウェーハ列挿入速度
等のプロセスパラメータを決定する方式を提供すること
にある。
An object of the present invention is to insert and insert a row of wafers into an oxidation/diffusion device in a process involving high-temperature heat treatment in a semiconductor manufacturing process.
It is an object of the present invention to provide a method for determining process parameters such as wafer row insertion speed so that thermal stress induced during extraction can be suppressed within the limit of generation of thermal stress dislocations such as crystal defects.

〔間屈点を解決するための手段〕[Means for resolving interstices]

上記目的は、ウェーハ列挿入速度、管壁温度プロファイ
ル、ウェーハ間隔等のプロセス条件により変化するウェ
ーハ面内温度の過渡特性、及びその温度分布を荷重条件
とするウェーハ面内熱応力を計算する一貫したシミュレ
ーションモデルを構築し、その熱応力推移曲線と温度依
存性を強く有するウェーハ自身の降伏応力曲線を、横軸
にウェーハ温度、縦軸に熱応力をとった熱応力評価グラ
フ上で比較することにより達成される。
The above purpose is to calculate the transient characteristics of the wafer in-plane temperature, which changes depending on process conditions such as wafer row insertion speed, tube wall temperature profile, and wafer spacing, and the wafer in-plane thermal stress using the temperature distribution as a loading condition. By constructing a simulation model and comparing its thermal stress transition curve with the wafer's own yield stress curve, which has strong temperature dependence, on a thermal stress evaluation graph with wafer temperature on the horizontal axis and thermal stress on the vertical axis. achieved.

〔作用〕[Effect]

酸化・拡散装置へのウェーハ列挿入時に過渡的に発生す
るウェーハ面内温度分布を推定するウェーハ温度過渡解
析モデブレは、ウェーハ列とそれを支えるボート治具に
対する輻射を主体とする熱収支を記述した連立偏微分方
程式系により構築されており、ウェーハ列移動速度、管
壁温度、ウェーハ間隔等のプロセスパラメータの変化に
応じ、各ウェーハ、及び各時刻における面内温度分布を
算出する。本モデルの詳細は電子通信学会論文誌(C)
第68巻6号、(1985年)第425頁から第432
頁で論じている。
The wafer temperature transient analysis model, which estimates the in-plane temperature distribution of wafers that transiently occurs when a row of wafers is inserted into an oxidation/diffusion device, describes the heat balance mainly due to radiation to the row of wafers and the boat jig that supports them. It is constructed using a system of simultaneous partial differential equations, and calculates the in-plane temperature distribution for each wafer and at each time according to changes in process parameters such as wafer row movement speed, tube wall temperature, and wafer spacing. Details of this model can be found in the Journal of the Institute of Electronics and Communication Engineers (C)
Vol. 68, No. 6, (1985), pp. 425-432
Discussed on page.

熱応力解析モデルは上記ウェーハ温度過渡解析モデルか
ら決定されたウェーハ面内温度分布を熱荷重条件とし、
そこに発生する熱応力を、平面応力問題として定式化し
た三角形定ひずみ要素を用いた有限要素法により算出す
る。さらに、ここで求められる平面応力成分(σX X
 t σyy。
The thermal stress analysis model uses the in-plane temperature distribution of the wafer determined from the wafer temperature transient analysis model as the thermal load condition.
The thermal stress generated there is calculated by the finite element method using triangular constant strain elements formulated as a plane stress problem. Furthermore, the plane stress component (σX
tσyy.

τxy)からシリコン結晶のすべり面、すベリ軸を考慮
した分解せん断応力を算出する。本モデルの詳、Raは
プロシーディング オブ ジェイ・ニス・ニス・チー 
インターナショナル コンファレンス シュライ(19
86年)第509頁がら第513頁 (Proc、  
J  S  S T   I nt、、Conf、J 
uly(1986) pp、509−513)において
論じられている。
τxy) to calculate the resolved shear stress taking into account the slip plane and slip axis of the silicon crystal. Details of this model, Ra is the proceedings of J Nis Nis Chi
International Conference Schlei (19
1986) Pages 509 to 513 (Proc,
J S S T I nt, , Conf, J
(1986) pp. 509-513).

最後に、熱応力評価グラフは、温度依存性を強く有する
ウェーハ自身の降伏応力曲線を描いた横軸にウェーハ温
度、縦軸に応力値の対数をとった片対数グラフ上に、与
えられたプロセス条件の下でのウェーハ列挿入に伴う熱
応力の推移を、先に触れたモデルにより計算された熱応
力値のプロット点を滑らかに結んだものであり、この熱
応力推移曲線と降伏応力曲線との比較から結晶欠陥の発
生予測を容易に進めることができる。
Finally, the thermal stress evaluation graph is a semi-logarithmic graph that depicts the yield stress curve of the wafer itself, which has strong temperature dependence, with the wafer temperature on the horizontal axis and the logarithm of the stress value on the vertical axis. The thermal stress transition curve associated with the insertion of wafer rows under these conditions is obtained by smoothly connecting the plot points of the thermal stress values calculated using the model mentioned above, and the thermal stress transition curve and yield stress curve are From the comparison, it is easy to predict the occurrence of crystal defects.

さらに、以上の計算量は膨大な量になり、その解析を進
める上で、グラフィック端末を含めた会話型の結晶欠陥
発生評価用計算機システム(CAE)の構築が非常に有
効である。つまり、ウェーハ温度過渡解析モデル、及び
ウェーハ而内熱応力解析モデルの一連のシミュレーショ
ンモデルを計算機に組み込み、これらの計算結果をファ
イル(記憶装置りに格納できるようにし、熱応力評価グ
ラフをグラフィ)°り端末の画面上に作成できるように
しておけば、プロセス条件の変化に対応した熱応力推移
曲線を即座に求めることができ、会話的にプロセス条件
の最適化を実行できる。
Furthermore, the amount of calculations described above is enormous, and in order to proceed with the analysis, it is very effective to construct an interactive crystal defect generation evaluation computer system (CAE) that includes a graphic terminal. In other words, a series of simulation models such as a wafer temperature transient analysis model and a wafer internal thermal stress analysis model are installed in a computer, and the results of these calculations are stored in a file (a storage device) and a thermal stress evaluation graph is created. If the process conditions can be created on the screen of a terminal, thermal stress transition curves corresponding to changes in process conditions can be immediately obtained, and process conditions can be optimized interactively.

〔実施例〕〔Example〕

以下1本発明の一実施例を第1図〜第14図により説明
する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 14.

第12図は、本発明を適用する酸化・拡散装置120の
全体構成を示す。
FIG. 12 shows the overall configuration of an oxidation/diffusion device 120 to which the present invention is applied.

第12図において、101はウェハの熱処理に必要な熱
源を与える円筒形の反応管、102は均熱管、103発
熱体、104は処理されるウェハ、105はウェハを支
えるボート治具、106は反応管の温度を計測する装置
、107は自動挿入引出し装a、tosは反応管の軸方
向温度分布を任意に実現させる温度制御部、109は反
応管内に処理ガスを供給するドーピングシステム、il
Oは以上に述べた各構成部を統括的に制御する制御部で
マイクロプロセッサなどで実現される。
In FIG. 12, 101 is a cylindrical reaction tube that provides a heat source necessary for heat treatment of wafers, 102 is a soaking tube, 103 is a heating element, 104 is a wafer to be processed, 105 is a boat jig that supports the wafer, and 106 is a reaction tube. A device for measuring the temperature of the tube, 107 is an automatic insertion/drawing device a, TOS is a temperature control unit that arbitrarily realizes the temperature distribution in the axial direction of the reaction tube, 109 is a doping system for supplying processing gas into the reaction tube, il
O is a control unit that comprehensively controls each component described above, and is realized by a microprocessor or the like.

ここで対象とする酸化、拡散、アニール等の高温熱処理
を伴う工程では、ボート105の上に多数並べられたウ
ェハ104が自動挿入引出装置107により、所定の温
度に保持されている反応管108の内に挿入され、ドー
ピングシテム109から供給されるガス雰囲気中で処理
された後、反応管外へ引出される。
In the process involving high-temperature heat treatment such as oxidation, diffusion, annealing, etc., a large number of wafers 104 arranged on a boat 105 are transferred to a reaction tube 108 maintained at a predetermined temperature by an automatic insertion/drawing device 107. After being inserted into the reaction tube and treated in a gas atmosphere supplied from the doping system 109, it is pulled out of the reaction tube.

まず、第1図に示した計算機上に構築した結晶欠陥発生
評価ツールとしての半導体熱処理プロセスCAEシステ
ムの動作を説明する。
First, the operation of the semiconductor heat treatment process CAE system as a crystal defect occurrence evaluation tool built on the computer shown in FIG. 1 will be explained.

評価対象となるプロセス条件、つまり、ウェーハロ径、
管壁温度、ウェーハ列挿入速度、ウェーハ間隔等のシミ
ュレーション条件をグラフィック端末2から入力し、シ
ミュレーション条件格納ファイル7に設定する。このシ
ミュレーション条件の下でウェーハ列挿入時の過渡的に
発生する各ウェーハの各時刻における面内温度分布を電
子通信学会論文誌(C)第68巻(1985年)第42
5頁から第432頁で詳細に示したウェーハ温度過渡解
析モデル3により計算し、その結果を格納ファイル6に
書込む、さらに、この面内温度計算結果を用いて、プロ
シーディング オブジェイ・ニス・ニス・チー インタ
ーナシ1ナルコンフアレンス シュライ(1986年)
第509頁から第513頁(Proc、 J S 5T
Int、  Conf、  July  (1986)
  pp、5 0 9−513)で詳細に示したウェー
ハ面内熱応力解析モデル4によりシリコン結晶のすべり
系に対応した熱応力を計算し、その結果を格納ファイル
5に書込む0以上の処理により、設定されたプロセス条
件に対するシミュレーションモデル計算部lによる数値
計算は終了し、グラフィック端末2の画面上に作成され
る第2図のような熱応力評価グラフを用いた。結晶欠陥
の発生評価に進む0本グラフは、温度依存性を強く有す
るシリコン材料の降伏応力曲線(σ!E(T))10を
与えた片対数グラフ上に、ウェーハ列挿入時に過渡的に
発生する熱応力のウェーハ温度の上昇に伴う推移を、熱
応力計算結果が入っている格納ファイルを利用して。
Process conditions to be evaluated, i.e. wafer diameter,
Simulation conditions such as tube wall temperature, wafer row insertion speed, and wafer spacing are input from the graphic terminal 2 and set in the simulation condition storage file 7. Under these simulation conditions, the in-plane temperature distribution of each wafer at each time, which occurs transiently during the insertion of a wafer row, is calculated from Transactions of the Institute of Electronics and Communication Engineers (C), Vol. 68 (1985), No. 42.
The calculation is performed using the wafer temperature transient analysis model 3 shown in detail on pages 5 to 432, and the results are written to the storage file 6.Furthermore, using this in-plane temperature calculation result, the procedure・Chi International Conference Schlei (1986)
Pages 509 to 513 (Proc, J S 5T
Int, Conf, July (1986)
The thermal stress corresponding to the slip system of the silicon crystal is calculated using the wafer in-plane thermal stress analysis model 4 shown in detail in pp. 509-513), and the result is written to the storage file 5. The numerical calculations by the simulation model calculation unit 1 for the set process conditions were completed, and a thermal stress evaluation graph as shown in FIG. 2 created on the screen of the graphic terminal 2 was used. Proceed to evaluation of occurrence of crystal defects0 This graph is on a semi-logarithmic graph giving the yield stress curve (σ!E(T))10 of silicon material, which has a strong temperature dependence, and indicates that defects occur transiently when inserting a row of wafers. The transition of thermal stress as the wafer temperature rises can be measured using the stored file containing the thermal stress calculation results.

指定されたウェーハ内位置、すべり系に対応し第2図中
の曲線11〜14に示すように描いたものである。ここ
での結果は、結晶欠陥が発生しゃすいウェーハ列中央ウ
ェーハの45@方向の斜め上部の周辺部の位置に発生す
る熱応力に着目したものである。
The curves are drawn as shown in curves 11 to 14 in FIG. 2, corresponding to the designated position within the wafer and the slip system. The results here focus on the thermal stress generated at the diagonally upper peripheral position in the 45@ direction of the central wafer in the wafer row, where crystal defects are likely to occur.

第2図に示した熱応力推移曲線12は曲線11に比べ管
壁温度を100℃下げた場合、熱応力推移曲線13は曲
線11に比ベウエーハ間隔を倍に広げた場合、さらに、
熱応力推移曲線14は曲線13に比ベウエーハ列挿入速
度を5倍にした場合のプロセス条件にそれぞれ対応して
いる。この結果から、熱応力推移曲線1、14は降伏応
力曲線10を上回り、熱応力推移曲線12.13は降伏
応力曲線10を上回っていない。つまり、曲線1、14
に対応するプロセス条件では結晶欠陥は発生し、曲線1
2.13に対応するプロセス条件では発生しないことが
予測できる。さらに、管壁温度、ウェーハ列挿入速度、
ウェーハ間隔の各プロセスパラメータの感度解析が、降
伏応力曲線10との相対的な位置関係として明確に把握
できる。
The thermal stress transition curve 12 shown in FIG. 2 is compared to the curve 11 when the tube wall temperature is lowered by 100°C, and the thermal stress transition curve 13 is compared to the curve 11 when the wafer spacing is doubled.
The thermal stress transition curve 14 corresponds to the process conditions when the wafer row insertion speed is increased five times compared to the curve 13. From this result, the thermal stress transition curves 1 and 14 exceed the yield stress curve 10, and the thermal stress transition curves 12 and 13 do not exceed the yield stress curve 10. That is, curves 1, 14
Crystal defects occur under process conditions corresponding to curve 1.
It can be predicted that this will not occur under process conditions corresponding to 2.13. In addition, tube wall temperature, wafer row insertion speed,
Sensitivity analysis of each process parameter of wafer spacing can be clearly understood as a relative positional relationship with the yield stress curve 10.

したがって、上記の3つのプロセスパラメータのうち、
1つが固定で変化させられないような状況下で、他の2
つのパラメータをいかに設定するか等の問題に対し5本
評価グラフは有効に利用できる。例えば、前述した熱応
力推移曲線11に対応するプロセス条件の下では降伏応
力を越えてしまい結晶欠陥が発生することが予測され、
結晶欠陥が発生しないプロセス条件を、ウェーハ列挿入
速度は固定という制約の下で他の2つのパラメータの最
適組み合わせにより実現させることを想定する。ここで
、最適という意味は、管壁温度。
Therefore, among the above three process parameters,
In situations where one is fixed and cannot be changed, the other two
The five evaluation graphs can be effectively used for problems such as how to set two parameters. For example, under the process conditions corresponding to the thermal stress transition curve 11 described above, it is predicted that the yield stress will be exceeded and crystal defects will occur.
It is assumed that process conditions in which crystal defects do not occur are realized by an optimal combination of two other parameters under the constraint that the wafer row insertion speed is fixed. Here, optimal means the tube wall temperature.

挿入速度は小さければ小さい程、また、ウェーハ間隔は
大きければ大きい程、熱応力レベルを低下させるように
作用するが、この操作はスループットを逆に低下させる
ため、このトレード・オフを考慮することを意味する。
The smaller the insertion speed and the larger the wafer spacing, the lower the thermal stress level, but since this operation reduces throughput, it is important to consider this trade-off. means.

なお、管壁温度の低下がスループットを低下させる点に
ついては、現状の熱処理プロセスでは、ウェーハ列挿入
時に管壁温度を処理温度より100℃前後低下させた状
態にして熱応力を緩和させ、挿入終了後、処理温度まで
上昇させるというランピング方式が採用されており、挿
入時の温度低下分だけ、処理温度までの昇温にむだ時間
を要することを意味している。
Regarding the point that a decrease in tube wall temperature decreases throughput, in the current heat treatment process, when inserting a row of wafers, the tube wall temperature is lowered by about 100 degrees Celsius than the processing temperature to relieve thermal stress, and then the insertion is completed. A ramping method is used in which the temperature is then raised to the processing temperature, which means that a dead time is required to raise the temperature to the processing temperature by the amount of temperature drop during insertion.

さて、上記問題に戻り、第2図において、熱応力レベル
allに対し、管壁温度のみ変化させ、100℃低下さ
せた場合には、その熱応力レベルは熱応力推移曲線12
のように、降伏応力曲線10に対し、左方へ、つまり、
安全側へ大きくシフトする。一方、ウェーハ間隔のみを
変化させ、2倍に広げた場合には、その熱応力レベルは
熱応力推移曲線13のように、降伏応力曲線10に対し
、下方へシフトしているが、管壁温度を安全側に低下さ
せた熱応力推移曲線12に比べ、特に。
Now, returning to the above problem, in FIG. 2, when only the tube wall temperature is changed and is lowered by 100°C with respect to the thermal stress level all, the thermal stress level is determined by the thermal stress transition curve 12.
To the left with respect to the yield stress curve 10, i.e.,
A big shift towards safety. On the other hand, when only the wafer spacing is changed and doubled, the thermal stress level shifts downward with respect to the yield stress curve 10, as shown in the thermal stress transition curve 13, but the tube wall temperature Especially compared to thermal stress transition curve 12, which lowered the temperature to the safe side.

ウェーハ温度が高い領域については降伏応力曲線10に
近づいている。これら2つのプロセス条件の組み合せに
対し、そのスループットへの影響を考えると、前者につ
いては管壁温度を100℃上昇させるのに必要な時間、
後者については、バッチ処理枚数の半減となる。さらに
、上記のような評価を管壁温度、ウェーハ間隔の両方を
変化させた場合についても同様に熱応力評価グラフ上で
進めていくことにより、最適なプロセス条件を合理的に
選択できる。
The yield stress curve approaches 10 in the region where the wafer temperature is high. Considering the combination of these two process conditions and its effect on throughput, for the former, the time required to raise the tube wall temperature by 100°C,
Regarding the latter, the number of sheets processed in batches will be halved. Furthermore, by similarly performing the above evaluation on the thermal stress evaluation graph when both the tube wall temperature and the wafer spacing are changed, the optimal process conditions can be rationally selected.

一方、熱応力評価グラフのもう一つの利用法として、対
象とするシリコンウェーハ自体の降伏応力曲線の推定が
ある。実際の半導体製造ラインを流れるウェーハは多く
の熱処理プロセス等の繰返し応力や熱履歴を受け、その
降伏応力は低下していることが予測される。この降伏応
力の推定法を第3図に示す。図中の熱応力推移曲線21
〜24はある熱処理を事前に施したシリコンウェーハを
対象に、結晶欠陥の発生評価実験を行なったプロセス条
件に対応して、その熱応力をシミュレーションにより求
めたものである。(曲線2、22)。
On the other hand, another use of the thermal stress evaluation graph is to estimate the yield stress curve of the silicon wafer itself. Wafers flowing through an actual semiconductor manufacturing line are subjected to repeated stress and thermal history during many heat treatment processes, and their yield stress is expected to decrease. The method for estimating this yield stress is shown in Figure 3. Thermal stress transition curve 21 in the figure
24 shows the thermal stress obtained by simulation for a silicon wafer that has been previously subjected to a certain heat treatment, corresponding to the process conditions under which an experiment was conducted to evaluate the occurrence of crystal defects. (Curves 2, 22).

(曲線23.24)はそれぞれ、3つのプロセスパラメ
ータのうちの2つを同一条件としたものである。また1
曲線21と曲線221曲線23と曲線24はそれぞれ残
りの1つのプロセスパラメータを若干変動させた場合に
相当している。
(Curves 23 and 24) are obtained under the same conditions for two of the three process parameters. Also 1
Curve 21, curve 221, curve 23, and curve 24 each correspond to the case where the remaining one process parameter is slightly varied.

今、熱応力推移曲線2、23のプロセス条件の場合に結
晶欠陥が発生し、熱応力推移曲線22゜24ではその発
生がなかったとすれば、ここで対象としているウェーハ
の降伏応力曲線は通常のシリコン材料の降伏応力曲線1
0よりも下方に低下し、曲線21と曲線22、曲線23
と曲線24の間を通る破線20で示した曲線で与えられ
ることが本熱応力評価グラフ上で推定できる。
Now, if crystal defects occur under the process conditions of thermal stress transition curves 2 and 23, but they do not occur under thermal stress transition curves 22 and 24, the yield stress curve of the wafer under consideration here would be normal. Yield stress curve of silicon material 1
curve 21, curve 22, and curve 23.
It can be estimated on this thermal stress evaluation graph that the curve shown by the broken line 20 passing between and the curve 24 is given.

また、ウェーハ大口径化等の新プロセスの立上げ時で、
既実験データが存在しない場合には、従来のウェーハロ
径での結晶欠陥の発生データを利用し、以下のように、
新プロセスの降伏応力曲線を推定しておけば、立上げ時
の熱処理工程に係わる熱応力転位発生限界内に熱応力を
抑えるプロセス条件出しの実験回数を大幅に低減し、物
理モデルに裏付けられた合理的なプロセスパラメータの
最適化が実現できる。
Also, when starting up new processes such as increasing the diameter of wafers,
If there is no existing experimental data, use data on the occurrence of crystal defects at conventional wafer diameters and perform the following procedure.
By estimating the yield stress curve of the new process, the number of experiments required to establish process conditions that suppress thermal stress within the thermal stress dislocation generation limit during the heat treatment process during start-up can be significantly reduced, and the results can be backed up by physical models. Rational optimization of process parameters can be achieved.

例えば、従来のウェーハロ径での結晶欠陥の発生データ
として、その面内分布が第4図中の破線で囲んだ領域3
0のように存在していれば、同区中、X印を付したウェ
ーハ面内装置(α〜γ)31〜33にそれぞれ対応する
熱応力推移曲線41〜43を第5図の−ようにシミュレ
ーションにより求め、各位置での結晶欠陥の発生データ
、つまり、αでは発生、βでは発生/不発生の境界、γ
では不発生という結晶と一致するように、第5図に示す
熱応力評価グラフ上でその降伏応力曲線40を推定すれ
ばよい。
For example, as data on the occurrence of crystal defects at a conventional wafer diameter, the in-plane distribution is shown in the region 3 surrounded by the broken line in Figure 4.
0, the thermal stress transition curves 41 to 43 corresponding to the wafer in-plane devices (α to γ) 31 to 33 marked with X in the same area are drawn as shown in - in Fig. 5. Data on the occurrence of crystal defects at each position obtained through simulation, that is, occurrence at α, boundary between occurrence/non-occurrence at β, and γ
Then, the yield stress curve 40 may be estimated on the thermal stress evaluation graph shown in FIG. 5 so as to match the non-generated crystal.

上側のように、ウェー八口径のみ太きくt、、m造プロ
セス仕様、及び処理前ウェーハの強度特性つまり、含有
酸素濃度、バルク欠陥密度、基板不純物タイプなどが同
じである新プロセスの立上げ時には、上で推定した降伏
応力曲線を利用して。
As shown above, when starting up a new process, only the wafer diameter is thicker, the fabrication process specifications, and the strength characteristics of the wafers before treatment, i.e., the oxygen content, bulk defect density, substrate impurity type, etc., are the same. , using the yield stress curve estimated above.

本製造プロセスのある熱処理工程でのウェーハ挿入速度
等のプロセスパラメータの下で、ウェーハ面内に結晶欠
陥が発生するか、しないかの予語が可能となる。例えば
、第6図に示すように、挿入速度、管壁温度を固定した
場合、ウェハ間隔をどれだけ広げれば結晶欠陥が発生し
なくなるかがシミュレーションにより決定できる。
It is possible to predict whether or not crystal defects will occur in the wafer plane under process parameters such as the wafer insertion speed in a certain heat treatment step of this manufacturing process. For example, as shown in FIG. 6, when the insertion speed and tube wall temperature are fixed, it can be determined by simulation how much the wafer spacing should be increased to prevent crystal defects from occurring.

なお、ウェハ温度推移のシミュレーション例を第13図
に示した。これは管壁温度950℃、挿入速度100c
+*/分、ウェハ間隔9.21でφ150■■のウェハ
列を反応管へ挿入した時の挿入後1分30秒でのウェハ
面内に発生している温度分布50の鳥轍図を示す、横軸
X、及びYはウェハ面X軸方向、及びy軸方向の距離を
示し、縦軸はウェハ温度を示している。
An example of a simulation of the wafer temperature transition is shown in FIG. 13. This is a tube wall temperature of 950℃ and an insertion speed of 100c.
+*/min, wafer spacing of 9.21, and a row of φ150■■ wafers are inserted into the reaction tube. This shows a bird track diagram of the temperature distribution 50 occurring within the wafer surface at 1 minute and 30 seconds after insertion. , the horizontal axes X and Y indicate the distance in the X-axis direction and the Y-axis direction of the wafer surface, and the vertical axis indicates the wafer temperature.

また、ウェハ面内熱応力モデルについては以下のように
構築できる。まず、ウェハ温度は、挿入過程では室温か
ら1ooo℃程度変化し、動的なものであるが、熱衝撃
現象を示すような急激な温度変化は示さず、準静的な取
扱いをし、各時刻毎に発生している面内温度分布が定常
状態になっているものと仮定する。また、ウェハは等方
均質弾性体とし、その厚みがウェハ半径に比べ充分小さ
いため、上記熱荷重を受けた場合の平面応力間層として
、その熱応力(σ)=(σ工、σア。
Furthermore, the wafer in-plane thermal stress model can be constructed as follows. First, the wafer temperature changes by about 100°C from room temperature during the insertion process, and is dynamic, but does not show a sudden temperature change that would indicate a thermal shock phenomenon, and is handled quasi-statically. It is assumed that the in-plane temperature distribution occurring at each time is in a steady state. Furthermore, since the wafer is an isotropic homogeneous elastic body and its thickness is sufficiently small compared to the wafer radius, the thermal stress (σ) = (σ work, σ a) as a plane stress layer when subjected to the above thermal load.

τxy)を三角形定ひずみ要素による有限要素法により
定式化する。各要素毎に満たすべきマトリックス方程式
は次式で与えられる。
τxy) is formulated by the finite element method using triangular constant strain elements. The matrix equation to be satisfied for each element is given by the following equation.

〔K〕(δ) =−(F) tzo      (1)
ここに、(K)は要素の剛性マトリックス、(δ)は変
位列ベクトル、(F)ROは各節点に鋤く熱ひすみによ
る等価節点力の列ベクトルであり、鎮準温度からのウェ
ハ温度変化量ΔTによる初期ひずみ(EO)= −(α
ΔT、αΔT、0)から求められる。αは熱膨張係数を
示す。各要素のウェハ温度は、有限要素分割例を与えた
第14図に示したように、差分法を用いた上記ウェハ温
度過渡解析モデルにより各メツシュ交点毎に得られた温
度Tw 1t Tw J I Tw kの平均値を用い
た。また、ウェハ面内温度分布がy軸に対して対称であ
ることから、第14図に示したように、y軸に対しその
半分のウェハ平面を有限要素分割し、計算対象とした。
[K](δ) =-(F) tzo (1)
Here, (K) is the stiffness matrix of the element, (δ) is the displacement column vector, (F) RO is the column vector of the equivalent nodal force due to thermal strain applied to each node, and the wafer temperature from the settling temperature Initial strain (EO) due to change amount ΔT = −(α
ΔT, αΔT, 0). α indicates the coefficient of thermal expansion. The wafer temperature of each element is the temperature Tw 1t Tw J I Tw obtained for each mesh intersection using the wafer temperature transient analysis model using the difference method, as shown in FIG. 14 which gives an example of finite element division. The average value of k was used. Furthermore, since the temperature distribution within the wafer surface is symmetrical with respect to the y-axis, as shown in FIG. 14, half of the wafer plane with respect to the y-axis was divided into finite elements and used as the calculation target.

これより、対称軸であるy軸上の要素接点のX方向変位
Uは全て0、また、y方向の剛体的変化をなくすために
、ウェハ141とボート142との接触点を固定点14
3とし、そのy方向変位Vを0とする境界条件を仮定し
た。
From this, the X-direction displacement U of the element contact points on the y-axis, which is the axis of symmetry, is all 0, and in order to eliminate rigid body changes in the y-direction, the contact point between the wafer 141 and the boat 142 is fixed at the fixed point 14.
3, and a boundary condition in which the displacement V in the y direction is set to 0 was assumed.

この境界条件の下に、(1)式により全要素に対し組み
立てられる。未知変位についての連立−次多元方程式を
解き、ひずみ(ε)を求めれば、次の初期ひずみを有す
る場合の応力とひずみの線形関係式から、要素毎の熱応
力(σ)を算出できる。
Under this boundary condition, all elements are assembled using equation (1). By solving the simultaneous-dimensional multidimensional equations for unknown displacement and finding the strain (ε), the thermal stress (σ) for each element can be calculated from the linear relationship between stress and strain when the following initial strain is present.

(σ) = (Dl ((ε)−(εo))     
(2)ここに、〔D〕はヤング率E、ポアソン比ヤを含
む弾性応力−ひすみマトリックスを示す。
(σ) = (Dl ((ε)−(εo))
(2) Here, [D] represents an elastic stress-strain matrix including Young's modulus E and Poisson's ratio Y.

なお、降伏応力との比較においては、シリコンウェハの
すべり面(111)、及びすべり軸<110>を考慮し
、熱応力(σ)より次式のように求められる5つの独立
なすべり系に対応する分解剪断応力+s11〜1ssl
を用いなければならない。
In addition, in comparison with the yield stress, considering the slip plane (111) of the silicon wafer and the slip axis <110>, it corresponds to five independent slip systems calculated from the thermal stress (σ) as shown in the following equation. Decomposed shear stress +s11~1ssl
must be used.

以上に示た実施例によれば、ウェハ熱処理プロセス条件
の最適化を、シミュレーションモデルの利用により計算
機上で実現できるので、ウェハ大口径化、あるいはプロ
セス仕様の変更等に対し。
According to the embodiments described above, optimization of the wafer heat treatment process conditions can be realized on a computer by using a simulation model, so that it can be applied to larger diameter wafers or changes in process specifications.

量産ラインの立上げを迅速に行なうことができる。Mass production lines can be started up quickly.

以上、対象ウェーハの降伏応力曲線の推定例を述べてき
たが、ここでその実験式を踏まえ、さらに詳細にその決
定方法を示す。
An example of estimating the yield stress curve of a target wafer has been described above, and now a method for determining it will be described in more detail based on the experimental formula.

シリコンウェーハの温度依存性を有する降伏応力σ2(
T)の実験式は(4)式のように与えられている。
The temperature-dependent yield stress σ2 (
The empirical formula for T) is given as equation (4).

ここに、Tは絶対温度、kはボルツマン定数、Uは結晶
のすベリ運動に関する活性化エネルギー、Cばひずみ速
度、n、Cは実験定数を表わす。
Here, T is the absolute temperature, k is the Boltzmann constant, U is the activation energy regarding the sliding motion of the crystal, C is the strain rate, and n and C are experimental constants.

ここで、先に触れた熱処理回数、処理前ウェーハの強度
特性等により各対象プロセス仕様毎に降伏応力自体が変
化する不確定性を、上記実験パラメータn、及びC1さ
らにひずみ速度eの組合せにより合理的に説明すること
が必要である。ひずみ速度eについては、その物理的意
味からウェーハ面内で発生する熱応力の時間変化率に相
当し、ウェーハ列の反応管内への挿入時におけるウェー
ハの温度上昇率、つまり、プロセスパラメータの1つで
ある挿入速度に大きく依存する。したがって、対象プロ
セスの熱処理回数等により降伏応力曲線を変動させる要
因というよりも、挿入速度領域の大きな変化に応じ調整
すべきパラメータである。
Here, the uncertainty that the yield stress itself changes for each target process specification due to the number of heat treatments mentioned earlier, the strength characteristics of the wafer before treatment, etc. can be rationalized by combining the above experimental parameters n, C1, and strain rate e. It is necessary to explain the From its physical meaning, the strain rate e corresponds to the time rate of change of thermal stress generated within the wafer plane, and is one of the process parameters, which is the rate of temperature rise of the wafer when the wafer row is inserted into the reaction tube. It depends greatly on the insertion speed. Therefore, rather than being a factor that changes the yield stress curve due to the number of heat treatments in the target process, etc., it is a parameter that should be adjusted in response to large changes in the insertion speed range.

次に、実験パラメータn、及びCを変化させた場合の降
伏応力曲線の特性を第7図、第8図にそれぞれ示した。
Next, the characteristics of the yield stress curve when the experimental parameters n and C were changed are shown in FIGS. 7 and 8, respectively.

両図中には、既に推定済の製品対象、ウェーハ基板不純
物タイプ等の異なる3種の製造プロセスに対応する降伏
応力曲線100〜102を併記した。第7図、第8図に
示したn、及びCの変化に対応した降伏応力曲線の様子
は、本評価グラフ上において大きく異なり、n依存性に
比べC依存性の方が、高温領域においてより感度が高い
ものとなっている。つまり、片対数で与えた熱応力評価
グラフ上、縦軸にとった応力値は次の(5)式から明ら
かなように、Cの変化については上下方向の平行移動の
みであるのに対し。
In both figures, yield stress curves 100 to 102 corresponding to three different manufacturing processes, such as product targets and wafer substrate impurity types, which have already been estimated, are also shown. The appearance of the yield stress curves corresponding to the changes in n and C shown in Figures 7 and 8 differs greatly on this evaluation graph, and the C dependence is more pronounced in the high temperature region than the n dependence. It has high sensitivity. In other words, as is clear from the following equation (5), the stress value taken on the vertical axis on the thermal stress evaluation graph given as a semi-logarithm is only a parallel movement in the vertical direction.

nの変化では(5)式の第3項により、ウェーハ温度T
の大きい高温領域はど、nの感度は小さくなっているこ
とに相当している。
When n changes, the wafer temperature T
A high temperature region where n is large corresponds to a decrease in the sensitivity of n.

第7図、第8図中に併記した3種の対象製造プロセスに
対応する降伏応力曲線100〜102の変化は、第8図
、つまり、実験パラメータCの変化により、よく説明で
きることがわかる。
It can be seen that the changes in the yield stress curves 100 to 102 corresponding to the three target manufacturing processes shown in FIGS. 7 and 8 can be well explained by the changes in the experimental parameter C shown in FIG.

なお、ひずみ速度Cは両図共に、 0.25X10−5/seeで固定とした。この値は以
下に説明する降伏応力に及ぼすひずみ速度の影響で触れ
るように、現状よく用いられているウェーハ列挿入速度
領域でのひずみ速度に相当している。
In addition, the strain rate C was fixed at 0.25X10-5/see in both figures. This value corresponds to the strain rate in the wafer row insertion speed range that is currently commonly used, as will be discussed below in the influence of strain rate on yield stress.

最後に、ひずみ速度Cによる降伏応力への影響について
触れる。ひずみ速度eは負荷応力を加える速さに相当し
、先の実験式(1)に示したように、この値により、第
9図のように降伏応力曲線を変動させる6通常の引張り
試験による材料の降伏応力値はこの値がどの程度のオー
ダで行なわれたものかを明示している。
Finally, we will discuss the influence of strain rate C on yield stress. The strain rate e corresponds to the rate at which the load stress is applied, and as shown in the experimental formula (1) above, this value changes the yield stress curve as shown in Figure 9. The yield stress value clearly indicates the order of magnitude of this value.

さて、ここで対象としている酸化・拡散装置へのウェー
ハ列挿入時のウェーハに対するひずみ速度eは、ウェー
ハ面内に過渡的に発生する熱応力の加わる速さ、つまり
、ウェーハ列挿入速度に太く依存する。このウェーハ列
挿入速度とひずみ速度との関係を、ウェーハ間隔をパラ
メータとして。
Now, the strain rate e on wafers when inserting a row of wafers into the oxidation/diffusion equipment that is the subject of this article depends heavily on the speed at which thermal stress is applied transiently within the wafer surface, that is, the insertion speed of the wafer row. do. The relationship between this wafer row insertion speed and strain rate is expressed using the wafer spacing as a parameter.

第1O図に示す。ここで、ひずみ速度の計算は、次式の
ように、有限要素法による応力計索時の温度変化による
等価側力、つまり初期ひずみe。の時間変化率Cにより
代表させた。
It is shown in Figure 1O. Here, the strain rate is calculated by using the finite element method to calculate the equivalent lateral force due to temperature change during stress measurement, that is, the initial strain e. It was represented by the time rate of change C.

ここに、11yi2は時間、coo、co2はそれぞれ
1時間t1での初期ひずみ1時間t2での初期ひずみを
表わす。
Here, 11yi2 represents time, and coo and co2 represent the initial strain at 1 hour t1 and the initial strain at 1 hour t2, respectively.

第1O図から明らかなように、挿入速度10〜30c+
s/分の領域でのひずみ速度に比べ、挿入速度50c+
a1分以上でのひずみ速度は3〜10倍程度大きくなる
As is clear from Figure 1O, the insertion speed is 10~30c+
Insertion speed 50c+ compared to strain rate in the region of s/min
The strain rate at a time of 1 minute or more increases by about 3 to 10 times.

一例として、φ150ウェーハに対し、このひずみ速度
の変化分を考慮した欠品欠陥の発生予測評価とその実験
による検証結果を以下に述べる。
As an example, the prediction evaluation of the occurrence of out-of-stock defects in consideration of the change in strain rate for a φ150 wafer and the experimental verification results will be described below.

第11図は、この時の熱応力評価グラフを示す。FIG. 11 shows a thermal stress evaluation graph at this time.

図中、熱応力推移面@110は挿入速度が小さく、ひず
み速度e=0.39X10−’/seeをもつプロセス
条件に対応し、熱応力推移曲線111は挿入速度が太き
く6=、3X10−’/seeに対応している。また、
降伏応力曲線112は前者のひずみ速度領域に対し、既
推定のものであり。
In the figure, the thermal stress transition surface @110 corresponds to a process condition where the insertion speed is low and the strain rate e = 0.39X10-'/see, and the thermal stress transition curve 111 has a high insertion speed and corresponds to the process condition of 6=, 3X10-'/see. '/see is supported. Also,
The yield stress curve 112 has been estimated for the former strain rate region.

降伏応力曲線113は両条件のひずみ速度の変化分(3
,3倍)を考慮し、後者の結晶欠の発生評価用に修正し
た降伏応力曲線を示す。この図から明らかなように、両
条件共に、既推定の降伏応力曲線112を結晶欠陥発生
の境界線とすれば、熱応力推移曲線110より熱応力推
移曲線111の方が降伏応力面1tt2を大きく越えて
おり、前者よりも後者の方が結晶欠陥の発生が大きいは
ずである。しかしながら、実験結果ではひずみ速度の小
さい前者のプロセス条件の場合にはウェーハの45@方
向の局部にはっきりとしたスリップラインが観察された
が、ひずみ速度の大きい後者のプロセス条件では全くス
リップラインが観察されない。つまり熱応力転位の発生
がなかった。この実験事実はひずみ速度の大きい場合の
降伏応力曲線をその増加分だけ上昇させた降伏応力曲線
113で評価することにより、よく説明できる。
The yield stress curve 113 is calculated by the change in strain rate under both conditions (3
, 3 times), and shows a yield stress curve modified to evaluate the occurrence of crystal defects in the latter case. As is clear from this figure, under both conditions, if the estimated yield stress curve 112 is taken as the boundary line for the occurrence of crystal defects, the thermal stress transition curve 111 has a larger yield stress surface 1tt2 than the thermal stress transition curve 110. Therefore, the occurrence of crystal defects should be greater in the latter than in the former. However, in the experimental results, a clear slip line was observed locally in the 45@ direction of the wafer under the former process condition where the strain rate was low, but no slip line was observed at all under the latter process condition where the strain rate was high. Not done. In other words, no thermal stress dislocation occurred. This experimental fact can be well explained by evaluating the yield stress curve 113 obtained by increasing the yield stress curve when the strain rate is high by the increase.

したがって、ウェーハ列挿入速度を非常に災(する等、
ひずみ速度を大きく変えるようなプロセス条件に対して
は、1伏応力曲線自体も上昇している可能性があること
に注意して、結晶欠陥の発生評価を進めることが重要で
ある。その際、降伏応力曲線の変化は、上述したように
、(6)式から求められるひずみ速度の変化分を考慮し
、(4)式で与えられる降伏応力σff(’r)を修正
すればよい。
Therefore, the wafer row insertion speed is greatly reduced (e.g.,
It is important to evaluate the occurrence of crystal defects while paying attention to the fact that the stress curve itself may be increasing under process conditions that significantly change the strain rate. At that time, the change in the yield stress curve can be determined by modifying the yield stress σff('r) given by the equation (4), taking into account the change in the strain rate obtained from the equation (6), as described above. .

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、半導体製造プロセスの熱処理工程にお
いて、酸化・拡散装置へのウェーハ列挿入時に発生する
熱処理による結晶欠陥の発生評価を、多大なマンパワー
を有する実験に代わり、物理モデルにより計算機上で容
易に実行できるので、ウェー八大口径化等に伴う新プロ
セスの立上げ。
According to the present invention, in the heat treatment process of the semiconductor manufacturing process, the occurrence of crystal defects due to heat treatment that occurs when inserting a row of wafers into an oxidation/diffusion device can be evaluated on a computer using a physical model instead of an experiment that requires a large amount of manpower. Since it is easy to carry out, new processes can be launched to accommodate larger diameter wafers, etc.

及びプロセス誘起欠陥に対する不良解析等、その期間を
大幅に短縮できる効果がある。
This has the effect of significantly shortening the period for failure analysis for process-induced defects.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明を計算機上で実現した場合の評価システ
ム構成図、第2図は結晶欠陥の発生評価を行なう熱応力
評価グラフの一例を示す図、第3図は降伏応力曲線の推
定例を示す図、第4図はウェーハ面内結晶欠陥発生分布
図、第5図は第4図の結晶欠陥の面内分布を利用した降
伏応力曲線の推定例を示す図、第6図は熱応力レベルの
ウェーハ間隔依存図、第7図〜第9図はそれぞれ、降伏
応力曲線の実験式中の実験定数n、C,及びひずみ速度
依存性を表わす図、第10図はウェーハ列挿入速度とひ
ずみ速度の関係図、第11図は降伏応力のひずみ速度依
存性を考慮した結晶欠陥発生予測評価例を示す図、第1
2図は本発明を適用する酸化拡散装置の全体構成図、第
13図はウェハ温度過度解析モデルにより算出されるウ
ェル温度分布の推移例を示す図、第14図はウェル面内
熱応力モデルによるウェハ半面にたいする有限要素例を
示す図である。 弗δ仏 阜 ム里 セb)XJ乙ノ支(C) 牛/Dプ ち−ハ列判入述度(Cりうす 繁II ffi 壊 /lI−毘
Figure 1 is a configuration diagram of an evaluation system when the present invention is realized on a computer, Figure 2 is an example of a thermal stress evaluation graph for evaluating the occurrence of crystal defects, and Figure 3 is an example of estimating a yield stress curve. Figure 4 is a diagram showing the distribution of crystal defects in the wafer plane, Figure 5 is a diagram showing an example of estimating the yield stress curve using the in-plane distribution of crystal defects in Figure 4, and Figure 6 is the diagram showing the distribution of crystal defects in the wafer plane. Figures 7 to 9 are diagrams showing the dependence of the level on the wafer spacing, and Figures 7 to 9 are diagrams showing the dependence on the experimental constants n, C, and strain rate in the experimental equation of the yield stress curve, respectively. Figure 10 is the diagram showing the dependence on the wafer row insertion rate and strain. Figure 11 is a velocity relationship diagram, and Figure 1 is a diagram showing an example of crystal defect generation prediction evaluation considering the strain rate dependence of yield stress.
Figure 2 is an overall configuration diagram of an oxidation diffusion device to which the present invention is applied, Figure 13 is a diagram showing an example of the change in well temperature distribution calculated by a wafer temperature transient analysis model, and Figure 14 is a diagram based on a well in-plane thermal stress model. FIG. 3 is a diagram showing an example of finite elements for half a wafer.弗δbutsufu muriseb)

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、半導体製造プロセスの高温熱処理工程において、ウ
ェハ列挿入・引出し時に誘起される熱応力にもとづく熱
応力転位の発生を予測する処理と、予測された発生限界
内に熱応力をおさめるように熱処理のプロセスパラメー
タを最適化する処理とからなることを特徴とするウェハ
面内熱応力転位発生抑制方式。 2、上記予測する処理は、ウェハ面内温度分布の過渡特
性とウエーハ面内熱応力分布特性を所定の物理モデルに
もとづくコンピュータ・シミュレーションにより算出す
る処理と、算出された特性にもとづきウェハ温度にたい
するウェハ面内の熱応力推移を表わす推移曲線とウェハ
の降伏応力曲線を描いてなる熱応力評価グラフを作成す
る処理と、作成されたグラフより上記発生限界を推定評
価する処理からなる第1項のウェハ面内熱応力転位発生
抑制方式。 3、上記物理モデルは、ウェハ温度過渡解析モデルとウ
ェハ面内熱応力解析モデルとからなる第2項のウェハ面
内熱応力転位発生抑制方式。 4、上記熱応力転位の発生有無に関する既実験データを
利用して、対象プロセスのウェハ自身の上記降伏応力曲
線を、上記評価グラフ上で推定する第2項のウェハ面内
熱応力転位発生抑制方式。
[Scope of Claims] 1. A process for predicting the occurrence of thermal stress dislocation based on thermal stress induced during insertion/extraction of wafer rows in a high-temperature heat treatment step of a semiconductor manufacturing process, and a process for predicting the occurrence of thermal stress dislocation within the predicted generation limit. A method for suppressing the occurrence of thermal stress dislocations within a wafer surface, comprising: optimizing the process parameters of heat treatment so as to suppress the occurrence of thermal stress dislocations in the wafer surface. 2. The above prediction process involves calculating the transient characteristics of the wafer in-plane temperature distribution and the wafer in-plane thermal stress distribution characteristics by computer simulation based on a predetermined physical model, and the process of calculating the wafer temperature distribution with respect to the wafer temperature based on the calculated characteristics. The process of creating a thermal stress evaluation graph by drawing a transition curve representing the in-plane thermal stress transition and the yield stress curve of the wafer, and the process of estimating and evaluating the above-mentioned generation limit from the created graph. In-plane thermal stress dislocation suppression method. 3. The above-mentioned physical model is the wafer in-plane thermal stress dislocation generation suppression method of item 2, which consists of a wafer temperature transient analysis model and a wafer in-plane thermal stress analysis model. 4. Method for suppressing the occurrence of thermal stress dislocations within the wafer surface described in item 2, which estimates the yield stress curve of the wafer itself in the target process on the evaluation graph using the existing experimental data regarding the occurrence or non-occurrence of thermal stress dislocations. .
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