JP2005503671A - Ｘ線を用いて半導体材料のウェハを検査する方法 - Google Patents

Abstract

ウェハの表面をＸ線ビームを用いて走査し、このＸ線ビームによって発生する二次放射を検知する、Ｘ線を用いて結晶半導体材料のウェハを検査する方法。検査の前に、検査中Ｘ線ビームによって走査されるウェハの表面が基板に接着され、その後、露出している側から表面に隣接する最上層まで、結晶半導体材料が取り除かれる。こうして、最上層の下側にあるウェハの層中に存在する結晶欠陥や不純物による影響を受けることなく最上層の検査を行うことができる。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明はＸ線を用いて結晶半導体材料のウェハを検査する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この方法においては、ウェハの表面はＸ線ビームによって走査され、ビームによって発生する二次放射が検知される。
【０００３】
二次放射は、Ｘ線ビームと半導体内に存在する結晶面との相互作用によるＸ線回折によって発生する。Ｘ線回折によって二次放射を発生させるためには、ブラッグ条件を満たすような角度とＸ線の波長でスライスが走査される。次に二次Ｘ線ビームのうち比較的強いものがウェハの後方で検知される。実際には、ウェハの後方から発せられるビームが写真乾板に記録される。ウェハの表面を走査している間、写真乾板上に画像が形成される。ウェハが結晶欠陥を有していない場合、発せられるビームは一定の強度を持ち、写真乾板には一定の光学濃度が得られる。しかし、ウェハが結晶欠陥を有している場合には、ウェハ内の結晶欠陥の位置と特性を特定可能にする画像が形成される。この技術を、Ｘ線トポグラフィーと呼ぶ。
【０００４】
半導体材料のウェハ内に半導体回路を形成するとき、互いに絶縁された活性領域がウェハ内、つまり表面近傍に形成される。シリコンウェハ内では、活性領域は例えばシリコンの局所酸化によって形成される。続いて、例えばイオン注入によって、ドーピング剤が活性領域に加えられる。多くの場合、ウェハは次に高温で熱処理される。これらの工程は極めて正確に、極めて清潔な環境の下で行われなければならない。これらの工程の間にエラーが発生すると、望ましくない不純物が導入されて結晶欠陥が発生することがある。その結果として、製造された半導体回路が正しく機能しないことがある。このような不具合は、ここにあげるような方法を用いてつきとめることができる。多くの場合、不具合の原因をつきとめることもでき、適当な処置を講ずることもできる。結晶欠陥は、熱処理を不適切に行った場合や、応力下でウェハを加工した場合に起こる。さらに、イオン注入によってドーピングエージェントを導入し、続いて結晶格子へのダメージを修復するために高温で仕上げ処理を行うことによっても結晶欠陥が発生する。
【０００５】
実際問題として、半導体素子を形成する過程で生じたエラーによるものではない結晶欠陥と望ましくない不純物とが上述の検査方法の妨げとなることがわかっている。これらの結晶欠陥と不純物は、本来検査の対象である、半導体素子の形成中に生じたエラーによる結晶欠陥と不純物とが適切に検知できないほどの影響を測定に与えかねない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、上述の不具合を軽減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このために、本発明による方法は、Ｘ線を用いた検査を実行する前に、検査中Ｘ線ビームによって走査されるウェハの表面を基板に接着し、その後露出している非接着面の側から表面近傍の最上層まで結晶材料がウェハから除去される。
【０００８】
このように、検査の前に、最上層からはるかに下にある半導体材料の層が取り除かれる。実際上、これら深部の層には結晶欠陥が意図的に導入されている。実際の半導体ウェハの厚みは例えば６００μｍであるが、半導体素子の形成時には、厚さ約５から３０μｍの最上層のみが処理される。この最上層ができるだけ不純物を含まないようにするため、不純物と結合するように結晶欠陥がウェハの深部の層に意図的に導入される。これら深部の結晶欠陥や結合した不純物は、最上層での半導体素子の形成によっては影響を受けないが、周知の方法によって検知される。このことは、最上層の結晶欠陥や汚染物の位置を特定際に悪影響をおよぼす。本発明の方法によれば、このように深い部分にある半導体材料の層は、検査前に取り除かれ、測定に影響を与えることはない。驚くべき事に、実際問題として、半導体材料の層を除去することによっては深刻な影響があるほどの結晶欠陥や不純物が導入されることはなく、また、得られる層の厚みは非常に均一なため、厚みの違いにより測定結果が影響を受けることもないことがわかった。厚みの違いは、Ｘ線トポグラフィーの画像に望ましくない回折パターンを与えることになる。
【０００９】
好ましくは、ウェハはＸ線を透過する素材の基板に接着されるとよい。基板に適した素材は、特に無鉛ガラス、石英ガラス、アルミニウム酸化物などである。好適なのは窒化ホウ素の基板であり、このような基板はほとんど完全にＸ線を透過する。例えば厚さ５００μｍの基板は放射線の９５％を透過する。
【００１０】
好ましくは、ウェハ素材は２段階にわけて最上層のところまで取り除かれる。第１段階では化学機械研磨処理によって最上層のほとんど近くまで取り除かれ、その後第２段階でエッチング処理によって最上層が露出し、その間研磨処理によって発生した結晶欠陥がエッチング処理によって取り除かれる。このように、素材は研磨処理によって比較的迅速に取り除かれ、研磨処理によって発生した結晶欠陥はエッチング処理によって取り除かれる。さらに、これらの段階を経ることにより、基板に接着された、非常に均一な厚みを持つ層を得ることができる。
【００１１】
結晶半導体材料の最上層が絶縁材料の層の上に置かれ表面に隣接するような半導体材料のウェハを検査する際、半導体材料のウェハは絶縁材料の層が露出するまで取り除かれる。このようなＳＯＩウェハをＸ線を用いて検査するためには、半導体材料を取り除く工程を絶縁材料の層のところで止めるとよい。この層は、エッチング処理が自動的に止まる層としても用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。
【００１３】
図１は、結晶半導体材料のウェハ１、この場合通常用いられるシリコンのウェハ、をＸ線を用いて検査する構成を図式的に示したものである。他の結晶半導体材料のウェハもこの方法で検査できることは明らかである。ウェハ１の表面２がＸ線ビーム３によって走査される。このビーム３はこの場合、図の面内で２，３ミリのディメンジョンあり、図の面に垂直な方向ではウェハ１の直径全体が照射されるサイズを持つ。Ｘ線ビーム３は半導体部の結晶面に入射するが、結晶面は表面２に平行である必要はない。ビームはブラッグの条件を満たすような角度で入射され、また波長を持つ。するとＸ線回折がおき、比較的強い二次Ｘ線ビーム４がブラッグ条件で定められる角度でウェハ１の後方に発せられる。Ｘ線回折で発生したビーム４は、検知される。検知は写真乾板５上にビーム４を記録することによって成される。検査中、ウェハ１の表面２は矢印６の方向で走査される。ウェハの表面を走査している間、写真乾板上に画像が形成される。ウェハに結晶欠陥が無い場合、発せられたビームは一定の強さとなり、写真乾板上では均一な光学濃度が得られる。しかし、ウェハに結晶欠陥がある場合、ウェハ内の結晶欠陥の場所や特徴を示すような画像が形成される。この技術はＸ線トポグラフィーと呼ばれる。
【００１４】
図２乃至４は、上述の検査のためにシリコン半導体ウェハを準備するためのいくつかの工程の断面図である。検査中Ｘ線ビームによって走査されるウェハ１の表面２は、基板７に接着される。この例ではウェハはエポキシまたはアクリレート接着剤層８によって石英ガラス板から成る基板７に接着される。次に、露出している側９から、表面に隣接する最上層１０まで、ウェハ１から結晶材料が取り除かれる。このようにして形成された構造体７、８、１０がＸ線によって検査される。
【００１５】
したがって、Ｘ線による検査が実行される前に、最上層１０のはるか下にある半導体材料の層は取り除かれる。実際には特にこのような深部の層に結晶欠陥が意図的に導入されている。実際の半導体ウェハは例えば厚さ６００μｍであり、ウェハに半導体素子を形成する際には、その内の厚さ５から３０μｍにあたる最上層１０のみが処理される。この最上部層１０にできるだけ不純物を導入しないようにするために、上述の深部層には意図的に結晶欠陥が導入され、不純物を結合するようにする。深部層が取り除かれることにより、これらの結晶欠陥や不純物は測定に影響を与えることがない。こうして最上部層の結晶欠陥や不純物の場所と特徴が適切に特定できる。
【００１６】
半導体材料を取り除くことによっては新しい結晶欠陥や不純物が導入されることはほとんどなく、さらに、得られた層の厚みは非常に均一なので、測定結果は厚みの違いによって影響を受けることがない。厚みの違いがあった場合には、Ｘ線トポグラフィーにおいて形成された画像に望ましくない回折パターンができることもある。
【００１７】
ウェハ１は、Ｘ線を透過する基板７に接着される。特に無鉛ガラス、石英ガラス、アルミニウム酸化物が基板に適した材料である。好適には、ほとんど完全にＸ線を透過する窒化ホウ素の基板を用いるとよい。例えば厚さ５００μｍの基板はモリブデンｋα１放射の９５％を透過する。
【００１８】
この例では、ウェハ１の半導体材料は、２段階で最上層１０まで取り除かれる。第１段階では、従来の化学機械研磨処理によって約５０μｍの最上層の近くまで材料が取り除かれる。次に第２段階でフッ化水素と硝酸を用いた従来のエッチングバス内でのエッチング処理によって最上層１０が露出する。研磨処理によって生じた結晶欠陥は、エッチング処理によって取り除かれる。こうして材料は研磨処理によって比較的早く取り除かれ、研磨処理によって生じた結晶欠陥は、エッチング処理によって取り除かれる。さらに、基板７に接着され、検査されるべき最上層１０は、非常に均一な厚みを持つ。
【００１９】
絶縁材料の層の上に置かれ、表面近傍にある結晶半導体材料の最上層を有する半導体材料（図示せず）のウェハの検査において、ウェハの半導体材料は、絶縁材料が露出する程度に取り除かれる。そのようなＳＯＩウェハをＸ線を用いて検査するためには、絶縁材料の層のところで半導体材料を取り除くのをやめるとよい。この層は、次に、エッチング処理が自動的に停止する層として用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】Ｘ線トポグラフィーによる半導体ウェハの検査の構成を示す図。
【図２】本発明による検査用に、半導体材料のウェハを準備するためのいくつかの工程を説明する断面図。
【図３】本発明による検査用に、半導体材料のウェハを準備するためのいくつかの工程を説明する断面図。
【図４】本発明による検査用に、半導体材料のウェハを準備するためのいくつかの工程を説明する断面図。
【符号の説明】
【００２１】
１ ウェハ
２ 表面
３ ビーム
４ ビーム
５ 写真乾板
６ 矢印
７ 基板
８ 接着剤層
９ 露出している側

Claims (5)

1. ウェハの表面をＸ線ビームを用いて走査し、ビームによって発生する二次放射を検知する、Ｘ線を用いて結晶半導体材料のウェハを検査する方法であって、Ｘ線による検査の前に、検査中Ｘ線ビームによって走査されるウェハの表面が基板に接着され、その後、露出している自由面の側から前記表面に隣接する最上層まで、結晶材料が前記ウェハから取り除かれることを特徴とする、方法。
2. 前記ウェハはＸ線を透過する材料の基板に接着されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記ウェハは窒化ホウ素の基板に接着されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 前記ウェハの材料は２段階で前記最上層まで取り除かれ、第１段階では化学機械研磨処理によって前記最上層近傍まで取り除かれ、次に第２段階ではエッチング処理によって前記最上層が露出し、前記エッチング処理中には前記研磨処理によって発生した結晶欠陥がエッチングによって取り除かれることを特徴とする、請求項１乃至３の１つに記載の方法。
5. 結晶半導体材料の最上層が絶縁材料の層の上に置かれ、表面に隣接する、半導体材料のウェハを検査中に、前記半導体材料は、前記絶縁材料の層が露出するまで取り除かれることを特徴とする、請求項１乃至４の１つに記載の方法。