TW201928378A - 矽晶圓的評價方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種矽晶圓的評價方法，可極力不受到矽晶圓的表面狀態或加工內容的限制而以非破壞且非接觸的方式檢查對半導體器件的電氣特性造成影響的滑紋。矽晶圓的評價方法係具有：分區解析步驟，係將被熱處理的單結晶的矽晶圓區分為1mm2以上25mm2以下的等間隔的分區，根據紅外線偏光的去極化值而判別前述分區之各者中有無應變；以及篩選步驟，係將在前述分區解析步驟被判別為具有應變的分區的鄰接數未超過預定的臨限值的矽晶圓評價為良品。

Description

矽晶圓的評價方法
本發明係關於一種用於半導體器件(semiconductor device)的基板之矽晶圓的評價方法。
於半導體器件的基板所使用的矽晶圓係被要求在成為半導體器件的活性區域的表面以及表層中形成不存在有被稱為COP(Crystal Originated Particle；晶體原生顆粒)的孔洞(void)缺陷的無缺陷層。作為對於此種要求的技術，已知有使用縱型爐將矽晶圓以1100℃以上的溫度施行批量(batch)式熱處理的技術、或施行急速升降溫熱處理(亦即RTO(Rapid Thermal Process；快速熱處理))的技術。
另一方面，矽晶圓係存有因於熱處理時負荷有熱應力、彎曲應力而導入滑紋(slip)且塑性變形的情形。該滑紋係指線狀的錯位缺陷之束，視滑紋的發生程度而成為對作為完成品的半導體器件的電氣特性造成影響的要因。如此，有需要在出貨前檢查滑紋的發生，防止不合格品的流出。
作為檢查滑紋之發生的方法，存有著眼於在滑紋發生時多會於矽晶圓的表面出現段差的方法。
具體而言，已知有一種使用在矽晶圓的最終外觀檢查所使用的表面檢查裝置(例如KLA-Tencor公司製的Surfscan SP2)檢測起因於滑紋之發生的段差而檢測滑紋的發生的檢查方法。
另外，亦已知有一種藉由熱處理而使潛在於矽晶圓的表面層的應變(strain)顯在化的手法(參照日本特開2005-292054號公報)。
然而，前述的在最終外觀檢查所使用的表面檢查裝置雖可適用於以已被鏡面研磨的晶圓作為對象的檢查，但由於在鏡面研磨前的表面比較粗的狀態下雜訊(noise)的位準(level)高，故難以檢測起因於滑紋的段差。
另外，藉由將屬於檢查對象的熱處理後的矽晶圓鏡面研磨而使起因於滑紋的段差被平滑化，故難以檢測滑紋。
如上所述，在使用了於最終外觀檢查所使用的表面檢查裝置的滑紋的檢測方法中，存有取決於矽晶圓的表面狀態、加工內容的技術課題。另外，藉由熱處理而使潛在於矽晶圓的表面層的應變顯在化的手法在施行熱處理之點上成為破壞檢查，故亦無法適用在不容許熱處理的條件下。
如以上所述，以往的檢測滑紋的發生的矽晶圓的評價方法係可以適用的條件受限。在此，期望有一種矽晶圓的評價方法，可極力不受到矽晶圓的表面狀態或加工內容的限制而以非破壞且非接觸的方式檢查對半導體器件的電氣特性造成影響的滑紋。
本發明係著眼於前述點而研發，提供一種矽晶圓的評價方法，可極力不受到矽晶圓的表面狀態或加工內容的限制而以非破壞且非接觸的方式檢查對半導體器件的電氣特性造成影響的滑紋。
為了解決前述課題，本發明之矽晶圓的評價方法係具有：分區解析步驟，將被熱處理的單結晶的矽晶圓區分為1mm2以上 25mm2以下的等間隔的分區，根據紅外線偏光的去極化(de-poralization)值判別前述分區之各者中有無應變；以及篩選(screening)步驟，係將在前述分區解析步驟被判別為具有應變的分區的鄰接數未超過預定的臨限值的矽晶圓評價為良品。
另外，被判別為具有應變的前述分區的鄰接數係較佳為定義為以被判別為具有應變的分區作為中心時周圍的前後左右及四個斜向方向中被判別為具有應變的分區的總數。
另外，前述預定的臨限值係較佳為藉由預先取得使用X射線拓樸(x-ray topography)所評價的矽晶圓的滑紋的長度與被判別為具有應變的分區的鄰接數間的關係而決定。
另外，根據前述去極化值而進行的有無應變之判別係較佳為使用短周期成分來進行，前述短周期成分係藉由將所測定的去極化值平滑(smoothing)處理而抽出長周期成分且將前述長周期成分從測定的前述去極化值去除而得。
另外，前述矽晶圓的表面粗糙度Ra較佳為0.1μm以下。
另外，前述矽晶圓的表面粗糙度Ra較佳為0.001μm以上。
依據本發明，可極力不受到矽晶圓的表面狀態或加工內容的限制而以非破壞且非接觸的方式檢查對半導體器件的電氣特性造成影響的滑紋。
1‧‧‧紅外線光彈性測定裝置
2‧‧‧紅外線雷射元件
3‧‧‧分析儀
4‧‧‧偏光器
5、6‧‧‧受光元件
7‧‧‧偏光分束鏡
W‧‧‧矽晶圓
圖1係說明使用於本發明的實施形態的裝置的原理的圖。
圖2係顯示所測定的去極化值之一例的線圖。
圖3係顯示所測定的去極化值的面內地圖(In-plane map)之一例的圖。
圖4係顯示將圖2所示的去極化值平滑處理且抽出長周期成分的線圖。
圖5係顯示從圖3所示的去極化值的面內地圖抽出長周期成分的面內地圖的圖。
圖6係顯示從圖2所示的去極化值去除長周期成分且抽出短周期成分的線圖。
圖7係顯示從圖3所示的去極化值的面內地圖抽出短周期成分的面內地圖的圖。
圖8係顯示本發明的實施形態的矽晶圓的評價方法的流程圖。
圖9係顯示使用了鄰接數的判別例的圖。
圖10係顯示鄰接數的最大值與滑紋的長度之間的關係的線圖。
圖11係顯示代表性的測定例之面內地圖的圖。
以下，根據圖式說明本發明的實施形態的矽晶圓的評價方法。但本發明之矽晶圓的評價方法的實施並不被以下說明的實施形態所限定。
(裝置構成之例)
作為使用於本發明的實施形態的矽晶圓的評價方法的裝置，可使用亦被稱為SIRD(Scanning Infrared Depolarization；掃描紅外線去極化)裝置的紅外線光彈性測定裝置。利用該紅外線光彈性的應變測定裝置係利用偏光透過受到了應力的樣品(sample)內時的複折射(光彈性)而將負荷於樣品的應力予以數值化且測定的裝置。在使用矽晶圓作為樣品的情形中，一般使用對於矽的透過率高的紅外線光。
圖1係示意性地說明紅外線光彈性測定裝置1的測定原理。如圖1所示，在紅外線光彈性測定裝置1的測定原理中，從紅 外線雷射元件2射出的紅外線偏光係透過矽晶圓W，藉由分析儀(analyzer)3測定透過了該矽晶圓W的紅外線偏光，藉此測定於矽晶圓W發生的應變。
在紅外線雷射元件2與矽晶圓W之間設置有偏光器(polarizer)4，該偏光器4係以使從紅外線雷射元件2射出的紅外線偏光在透過偏光器4之後照射於矽晶圓W的方式配置。雖然從紅外線雷射元件2射出的雷射自身為偏光，但藉由透過偏光器4而可使偏光面被高精度地調整。
分析儀3係具有2個受光元件5、6以及偏光分束鏡(polarizing beam splitter)7。偏光分束鏡7係僅將具有與透過偏光器4的偏光相同的偏光面的偏光導向受光元件5，且偏光分束鏡7係僅將具有與透過偏光器4的偏光不同的偏光面的偏光導向受光元件6。
如此，受光元件5所檢測的光強度與受光元件6所檢測的光強度之間的比係成為顯示藉由透過矽晶圓W而產生的消除偏光的程度的指標(去極化值)。由於在負荷有應力之部位的矽晶圓W係發生光彈性，故去極化值係成為顯示於矽晶圓W所負荷的應力之分佈的指標。
(測定例)
在此，參照圖2至圖7針對紅外線光彈性測定裝置1所測定的去極化值以及從該去極化值使有關於滑紋的應變之資訊顯在化的處理進行說明。
圖2係顯示所測定的去極化值之一例的線圖，圖3係顯示所測定的去極化值的面內地圖之一例的圖。從圖2以及圖3可看出，於所測定的去極化值之中係含有長周期成分與短周期成分。長周期成分係主要起因於結晶構造，短周期成分則與滑紋 發生有關。在此，為了更正確地檢測滑紋發生，故如以下所述地從所測定的去極化值抽出短周期成分。
圖4係將圖2所示的去極化值平滑處理且抽出長周期成分的線圖，圖5係顯示從圖3所示的去極化值的面內地圖抽出長周期成分的面內地圖的圖。
圖4以及圖5係藉由將圖2以及圖3所示的去極化值進行平滑處理而得。在此，平滑處理係例如可為浮動平均(floating avefaging)處理，浮動平均的區間較佳為例如0.5mm至4mm。
圖6為從如圖2所示的去極化值去除長周期成分而抽出短周期成分的線圖，圖7係顯示從圖3所示的去極化值的面內地圖抽出短周期成分的面內地圖的圖。具體而言，圖6以及圖7係從圖2以及圖3所示的去極化值去除圖4以及圖5所示的長周期成分而得。
從圖6以及圖7可看出，去極化值的短周期成分係存有局部性地值大幅上下的部位。這些部位係局部性地應變大的部位，當振幅超過預定的臨限值(例如±40DU)時即可判別為於該部位存有應變。
更詳細而言，將矽晶圓區分為1mm2以上25mm2以下的等間隔的分區，在該分區內當短周期成分的振幅超過預定的臨限值時則判別為於該分區存有應變。
(評價方法的程序)
在此，參照圖8說明矽晶圓的評價方法的程序。圖8係顯示本發明的實施形態的矽晶圓的評價方法的流程圖。此外，雖然圖8所示的矽晶圓的評價方法係有關於一片矽晶圓，但應評價的矽晶圓有複數片時，只要將圖8所示的矽晶圓的評價方法重複矽晶圓的片數分的次數即可。
另外，評價的矽晶圓的表面粗糙度Ra較佳為0.1μm以下且較佳為0.001μm以上。此乃因表面粗糙度Ra為0.1μm以下的矽晶圓可以獲得充分的紅外線偏光的透過量。另一方面，此乃因表面研磨前的矽晶圓的表面粗糙度Ra為0.001μm以上。
於此種表面粗糙度Ra中，雖然無法適切地進行使用了表面檢查裝置的滑紋的檢測，但本發明的實施形態的矽晶圓的評價方法係即使表面粗糙度Ra為0.001μm以上仍可實施。
如圖8所示，矽晶圓的評價方法係一開始先進行矽晶圓的去極化值的測定(步驟S1)。該去極化值的測定係使用前述紅外線光彈性測定裝置1進行。亦即，利用偏光透過受到了應力的矽晶圓內時的複折射(光彈性)，將負荷於矽晶圓的應力作為去極化值而測定。
接下來，進行矽晶圓的分區解析(步驟S2)。該分區解析係將被熱處理的單結晶的矽晶圓區分為1mm2以上25mm2以下的等間隔的分區，根據使用紅外線光彈性測定裝置1所測定的去極化值判別各分區中有無應變。
根據該分區解析中的去極化值而進行的有無應變之判別係較佳為使用短周期成分來進行，該短周期成分係將所測定的去極化值平滑處理而抽出長周期成分且從所測定的去極化值去除該長周期成分而得。如上所述，此乃因於所測定的去極化值中含有主要起因於結晶構造的長周期成分以及與滑紋發生有關係的短周期成分。
接下來，依據每個分區的有無應變進行矽晶圓的篩選(步驟S3)。於該篩選中，將在上述分區解析中被判別為具有應變的分區的鄰接數未超過預定的臨限值的矽晶圓評價為良品。
在此，較佳為：被判別為具有應變的分區的鄰接數係定義為 以被判別為具有應變的分區作為中心時周圍的前後左右及四個斜向方向中被判別為具有應變的分區的總數。圖9係顯示使用了鄰接數的判別例的圖。
於圖9所示的等間隔的正方分區中，劃有斜線陰影的分區係意謂著被判別為具有應變的分區。當以被判別為具有應變的分區(C)作為中心時，則分區(C)的周圍的分區為前後左右及四個斜向方向的8個分區(1至8)。該情形中的鄰接數係定義為該8個分區(1至8)之中的被判別為具有應變的分區的數量。亦即，於如圖9所示的例中，由於分區(3)、分區(4)、分區(7)的共計3個分區具有應變，故鄰接數成為3。
用於篩選的鄰接數的臨限值係較佳為：藉由預先取得使用X射線拓樸所評價的矽晶圓的滑紋的長度與被判別為具有應變的分區的鄰接數之間的關係而決定。
如之後一邊提示實驗例一邊所說明的，上述矽晶圓的評價方法係與使用X射線拓樸所評價的矽晶圓的滑紋的長度存有良好相關。
如此，若根據預先使用X射線拓樸所評價的矽晶圓的滑紋的長度而決定鄰接數的臨限值，則即使不使用X射線拓樸亦可以與使用X射線拓樸同程度的精度進行矽晶圓的評價。
在此，回到參照圖8，進行下一步驟的說明。篩選結束的矽晶圓係根據是否為良品而進行是否移向次工序的判斷(步驟S4)。將鄰接數未超過預定的臨限值(例如6)的矽晶圓判斷為良品(是)，被判斷為良品的矽晶圓係被移向下一工序(步驟S5)。另一方面，將鄰接數為預定的臨限值(例如6)以上的矽晶圓判斷為不良品(否)，被判斷為不良品的矽晶圓係被廢棄(步驟S6)。
(功效的驗證實驗)
在此，一邊參照圖10以及圖11一邊說明本發明的實施形態的矽晶圓的評價方法的功效。圖10係顯示鄰接數的最大值與滑紋的長度之間的關係的線圖，圖11係顯示代表性的測定例之面內地圖的圖。
使用於驗證實驗的樣品係氧濃度為1.2×1018atoms/cm3、氮濃度為3×1014atoms/cm3、直徑φ為300mm的矽晶圓。雖然為了比較而於驗證實驗使用鏡面研磨前的矽晶圓與鏡面研磨後的矽晶圓，但矽晶圓的表面粗糙度Ra係鏡面研磨前的矽晶圓為0.01μm，鏡面研磨後的矽晶圓為0.0001μm。作為熱處理，以1350℃施行30秒的RTO。
繪圖(plot)於圖10的資料係顯示：關於鏡面研磨前的樣品以及鏡面研磨後的樣品，本發明的實施形態的矽晶圓的評價方法、與使用了X射線拓樸的滑紋的長度(mm)以及最終外觀檢查所使用的表面檢查裝置(KLA-Tencor公司製的Surfscan SP2)之間的比較。圖10所示的線圖中，以本發明的實施形態的鄰接數的最大值作為橫軸，為了比較而以使用了X射線拓樸的滑紋的長度(mm)作為縱軸，樣品的不同以及以表面檢查裝置進行的判定的不同係以所繪圖的記號的不同表示。
於圖10中，繪圖的資料「○」係關於為鏡面研磨後的樣品且被表面檢查裝置判定為良品的樣品，繪圖的資料「△」係關於為鏡面研磨後的樣品且被表面檢查裝置判定為不良品的樣品。繪圖的資料「□」係關於為鏡面研磨前的樣品且表面粗糙而無法以表面檢查裝置測定的樣品。
如圖10所示，對於鏡面研磨後的樣品與鏡面研磨前的樣品間的任一者而言，發明的實施形態的鄰接數的最大值與使用了X射線拓樸的滑紋的長度(mm)之間存有良好相關。如此，本發明 的實施形態的矽晶圓的評價方法係即使不直接進行使用了X射線拓樸的檢查，亦可以與使用了X射線拓樸的檢查同等的精度將於矽晶圓產生的滑紋適切地篩選。
另外，由於本發明的實施形態的矽晶圓的評價方法對於鏡面研磨前的矽晶圓仍可適用，故相較於以往的最終外觀檢查所使用的表面檢查裝置(例如KLA-Tencor公司製的Surfscan SP2)，可以適用的矽晶圓的範圍較廣。
更進一步地，於被表面檢查裝置判定為良品的樣品之資料「○」之中亦包含有使用X射線拓樸所測定的滑紋的長度較長的樣品。此乃表示使用了以往的最終外觀檢查中所使用的表面檢查裝置的滑紋的檢測方法中，存有將本來應去除的不良品移向下一工序的可能性。可推想是：在使用了於以往的最終外觀檢查所使用的表面檢查裝置的滑紋的檢測方法中，因起因於鏡面研磨時的滑紋的段差被平滑化，故導致無法檢測發生的滑紋。
另一方面，本發明的實施形態的矽晶圓的評價方法係即使對於鏡面研磨後的樣品亦與使用了X射線拓樸的滑紋的長度(mm)之間存有良好相關，故檢測遺漏少。亦即，本發明的實施形態的矽晶圓的評價方法不僅對於無法適用表面檢查裝置的鏡面研磨前的矽晶圓仍可實施，且對於可以適用表面檢查裝置的鏡面研磨後的矽晶圓亦可進行更正確的篩選。
圖11中的(a)係對於在鏡面研磨前的矽晶圓施行了RTO處理的矽晶圓適用本發明的實施形態的矽晶圓的評價方法，圖11中的(b)係對於在鏡面研磨後的矽晶圓施行了RTO處理的矽晶圓適用本發明的實施形態的矽晶圓的評價方法。
由圖11中的(a)以及圖11中的(b)可知，本發明的實施形態的矽晶圓的評價方法係對於鏡面研磨前的矽晶圓與鏡面研磨後 的矽晶圓的任一種皆可適切地適用。此外，於圖11中的(a)以及圖11中的(b)所示的例中，可推想產生了應變的部位集中於矽晶圓的外周部乃是因RTO處理時矽晶圓的保持部成為應變的發生源。
如以上所述，依據本發明的實施形態的矽晶圓的評價方法，則可極力不受到矽晶圓的表面狀態或加工內容的限制而以非破壞且非接觸的方式檢查對半導體器件的電氣特性造成影響的滑紋。依據本發明的實施形態的矽晶圓的評價方法，則即使不直接進行使用了X射線拓樸的檢查，仍可以與使用了X射線拓樸的檢查同等的精度將於矽晶圓產生的滑紋適切地篩選。另外，本發明的實施形態的矽晶圓的評價方法不僅可對於無法適用表面檢查裝置的鏡面研磨前的矽晶圓實施，且對於可以適用表面檢查裝置的鏡面研磨後的矽晶圓亦可進行更正確的篩選。
以上，雖然根據實施形態說明了本發明，但本發明不被上述的實施形態所限定。

Claims (6)

  1. 一種矽晶圓的評價方法，係具有：分區解析步驟，係將被熱處理的單結晶的矽晶圓區分為1mm 2以上25mm 2以下的等間隔的分區，根據紅外線偏光的去極化值而判別前述分區之各者中有無應變；以及篩選步驟，係將在前述分區解析步驟被判別為具有應變的分區的鄰接數未超過預定的臨限值的矽晶圓評價為良品。
  2. 如請求項1所記載之矽晶圓的評價方法，其中被判別為具有應變的前述分區的鄰接數係定義為以被判別為具有應變的分區作為中心時周圍的前後左右及四個斜向方向中被判別為具有應變的分區的總數。
  3. 如請求項1或2所記載之矽晶圓的評價方法，其中前述預定的臨限值係藉由預先取得使用X射線拓樸所評價的矽晶圓的滑紋的長度與被判別為具有應變的分區的鄰接數之間的關係而決定。
  4. 如請求項1所記載之矽晶圓的評價方法，其中根據前述去極化值而進行的有無應變之判別係使用短周期成分來進行，前述短周期成分係藉由將所測定的去極化值平滑處理而抽出長周期成分且將前述長周期成分從測定的前述去極化值去除而得。
  5. 如請求項1所記載之矽晶圓的評價方法，其中前述矽晶圓的表面粗糙度Ra為0.1μm以下。
  6. 如請求項5所記載之矽晶圓的評價方法，其中前述矽晶圓的表面粗糙度Ra為0.001μm以上。
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