JP2022092809A - Method for inspecting epitaxial wafer for defect - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エピタキシャルウェーハの欠陥検査方法に関するものである。 The present invention relates to a defect inspection method for an epitaxial wafer.
レーザー光で半導体基板の表面を螺旋状に走査し、当該表面からの散乱光の特定方向における特定散乱光情報を取得し、この特定散乱光情報から、半導体基板の結晶すべり面に沿って発生する結晶欠陥の有無を検出する表面検査装置が知られている(たとえば、特許文献1)。また、偏光された平行光を半導体基板に照射し、当該半導体基板を透過または反射した光により得られた画像から、半導体基板の結晶品質を評価する方法が知られている(たとえば、特許文献2)。 The surface of the semiconductor substrate is spirally scanned with a laser beam to acquire specific scattered light information in a specific direction of scattered light from the surface, and the specific scattered light information is generated along the crystal slip surface of the semiconductor substrate. A surface inspection device for detecting the presence or absence of crystal defects is known (for example, Patent Document 1). Further, a method of irradiating a semiconductor substrate with polarized parallel light and evaluating the crystal quality of the semiconductor substrate from an image obtained by light transmitted or reflected through the semiconductor substrate is known (for example, Patent Document 2). ).
ところで、シリコンエピタキシャルウェーハの結晶欠陥として、外部から加わる熱的又は物理的なストレスに起因するスリップ転位欠陥と、基板とエピタキシャル層界面での格子不整合に起因するミスフィット転位欠陥がある。しかしながら、上記特許文献1に記載された表面検査装置では、スリップ転位欠陥及びミスフィット転位欠陥の何れもが、同じような線状欠陥として観察されるので、これらを識別できないという問題がある。
By the way, as crystal defects of a silicon epitaxial wafer, there are slip dislocation defects caused by thermal or physical stress applied from the outside and misfit dislocation defects caused by lattice mismatch at the interface between the substrate and the epitaxial layer. However, in the surface inspection apparatus described in
本発明が解決しようとする課題は、スリップ転位欠陥とミスフィット転位欠陥を識別できるエピタキシャルウェーハの検査方法を提供することである。 An object to be solved by the present invention is to provide an inspection method for an epitaxial wafer capable of discriminating between slip dislocation defects and misfit dislocation defects.
本発明は、エピタキシャルウェーハに、スリップ転位欠陥及びミスフィット転位欠陥を含む転位欠陥がある場合には、ウェーハストレス測定により前記エピタキシャルウェーハの残留応力を求め、
前記残留応力が所定値以上の場合は、前記スリップ転位欠陥であると判定し、前記残留応力が前記所定値未満である場合は、前記ミスフィット転位欠陥であると判定することによって上記課題を解決する。なお、ウェーハストレス測定は、ウェーハに赤外光を照射し、応力を受けた部分が、光弾性効果により生じた偏光状態変化を解析し、歪として測定する。
In the present invention, when the epitaxial wafer has dislocation defects including slip dislocation defects and misfit dislocation defects, the residual stress of the epitaxial wafer is obtained by wafer stress measurement.
When the residual stress is equal to or more than a predetermined value, it is determined to be the slip dislocation defect, and when the residual stress is less than the predetermined value, it is determined to be the misfit dislocation defect to solve the above problem. do. In the wafer stress measurement, the wafer is irradiated with infrared light, and the stressed portion analyzes the change in the polarization state caused by the photoelastic effect and measures it as strain.
上記発明において、前記エピタキシャルウェーハの検査面に検査光を照射し、その散乱光に基づいて、スリップ転位欠陥及びミスフィット転位欠陥を含む転位欠陥の有無を判定してもよい。 In the above invention, the inspection surface of the epitaxial wafer may be irradiated with inspection light, and the presence or absence of dislocation defects including slip dislocation defects and misfit dislocation defects may be determined based on the scattered light.
本発明によれば、エピタキシャルウェーハに、スリップ転位欠陥及びミスフィット転位欠陥を含む転位欠陥が発見されたら、ウェーハストレス測定により残留応力を測定し、残留応力が大きい場合にはスリップ転位欠陥であると判定するので、スリップ転位欠陥とミスフィット転位欠陥を識別することができる。 According to the present invention, if a dislocation defect including a slip dislocation defect and a misfit dislocation defect is found in an epitaxial wafer, the residual stress is measured by wafer stress measurement, and if the residual stress is large, it is a slip dislocation defect. Since the determination is made, slip dislocation defects and misfit dislocation defects can be distinguished.
本発明のエピタキシャルウェーハの欠陥検査方法の一実施の形態では、外部から加わる熱的又は物理的な応力に起因するスリップ転位欠陥と、基板とエピタキシャル層界面での格子不整合に起因するミスフィット転位欠陥とを検査対象とする。 In one embodiment of the epitaxial wafer defect inspection method of the present invention, slip dislocation defects due to external thermal or physical stress and misfit dislocations due to lattice mismatch at the interface between the substrate and the epitaxial layer Defects are to be inspected.
ここで、スリップ転位とは、ウェーハの半径方向に温度の不均一性がある場合などのように、円周方向に降伏値を超える応力が働くことで発生する線状の段差をいう。熱的要因による結晶領域の部分的な滑りであるため、エピタキシャルウェーハにあっては、エピタキシャル成長させる際の成長炉のヒータ温度条件を調整したりすることで、スリップ転位を抑制することができる。 Here, the slip dislocation refers to a linear step generated by a stress exceeding the yield value in the circumferential direction, such as when there is temperature non-uniformity in the radial direction of the wafer. Since it is a partial slip of the crystal region due to a thermal factor, in the case of an epitaxial wafer, slip dislocation can be suppressed by adjusting the heater temperature condition of the growth furnace at the time of epitaxial growth.
これに対して、不純物濃度が高いシリコン基板では、不純物原子の原子半径がシリコン原子の原子半径と異なるため、結晶格子定数が僅かに変化し、低不純物濃度のエピタキシャル層に膜歪が作用する。ミスフィット転位とは、当該膜中の歪が臨界値に達したときに発生する線状の段差をいう。エピタキシャル膜とシリコン基板との結晶格子定数の相違が原因で生じる転位であるため、エピタキシャル膜とシリコン基板の不純物濃度を調整したり、エピタキシャル膜とシリコン基板との間に中間濃度の緩衝層を設けたりすることで、ミスフィット転位を抑制することができる。 On the other hand, in a silicon substrate having a high impurity concentration, the atomic radius of the impurity atom is different from the atomic radius of the silicon atom, so that the crystal lattice constant changes slightly and film strain acts on the epitaxial layer having a low impurity concentration. The misfit dislocation is a linear step that occurs when the strain in the film reaches a critical value. Since the dislocation is caused by the difference in crystal lattice constant between the epitaxial film and the silicon substrate, the impurity concentration between the epitaxial film and the silicon substrate is adjusted, or a buffer layer with an intermediate concentration is provided between the epitaxial film and the silicon substrate. By doing so, the misfit dislocation can be suppressed.
このように、いずれの欠陥も線状の段差であり目視観察では判別できないが、上述したとおりその対策法が全く異なることから、これらの転位欠陥を識別することは、エピタキシャルウェーハの製造工程の稼働率や製品歩留まりを高めるためには重要なことである。勿論、これらスリップ転位欠陥とミスフィット転位欠陥は、エピタキシャルウェーハの断面をX線測定装置にて測定し、観察することで、識別することはできる。しかしながら、破壊検査は、製造工程においてリアルタイムで実施することはできないから、識別結果が得られるまでは、製造工程の稼働率や製品歩留まりは低下する。 As described above, all of the defects are linear steps and cannot be discriminated by visual observation. However, as described above, the countermeasures are completely different. Therefore, discriminating these dislocation defects is an operation of the epitaxial wafer manufacturing process. It is important to increase the rate and product yield. Of course, these slip dislocation defects and misfit dislocation defects can be identified by measuring and observing the cross section of the epitaxial wafer with an X-ray measuring device. However, since destructive inspection cannot be performed in real time in the manufacturing process, the operating rate and product yield of the manufacturing process will decrease until the identification result is obtained.
そこで、本実施形態の検査方法では、転位欠陥の原因の相違に着目し、識別不能なスリップ転位欠陥又はミスフィット転位欠陥が観察されたら、ウェーハストレス測定によりエピタキシャルウェーハの残留応力を求め、求められた残留応力が所定値以上の場合は、応力が原因で発生するスリップ転位欠陥であると判定し、残留応力が所定値未満である場合は、応力とは無関係の結晶格子定数の相違が原因で発生するミスフィット転位欠陥であると判定する。 Therefore, in the inspection method of the present embodiment, attention is paid to the difference in the causes of dislocation defects, and if indistinguishable slip dislocation defects or misfit dislocation defects are observed, the residual stress of the epitaxial wafer is obtained by measuring the wafer stress. If the residual stress is greater than or equal to the predetermined value, it is determined to be a slip dislocation defect caused by the stress, and if the residual stress is less than the predetermined value, it is due to the difference in crystal lattice constant unrelated to the stress. Judged as a misfit dislocation defect that occurs.
図1は、本発明のエピタキシャルウェーハの検査方法の一実施の形態を示す工程図である。本実施形態のエピタキシャルウェーハの検査方法では、ステップS1においてエピタキシャルウェーハの表面検査を行い、ステップS2においてエピタキシャルウェーハの表面に、スリップ転位欠陥及びミスフィット転位欠陥を含む転位欠陥があるか否かを判定する。スリップ転位欠陥及びミスフィット転位欠陥を含む転位欠陥DFは、図4に示すように線状に延びる段差として観察されるので目視によっても検査することができるが、図2に示す表面検査装置1を用いて行うと、転位欠陥の検査をより正確に行うことができる。 FIG. 1 is a process diagram showing an embodiment of an inspection method for an epitaxial wafer of the present invention. In the epitaxial wafer inspection method of the present embodiment, the surface of the epitaxial wafer is inspected in step S1 and it is determined in step S2 whether or not the surface of the epitaxial wafer has dislocation defects including slip dislocation defects and misfit dislocation defects. do. The dislocation defect DF including the slip dislocation defect and the misfit dislocation defect is observed as a step extending linearly as shown in FIG. 4, and can be visually inspected. When used, the inspection of dislocation defects can be performed more accurately.
図2は、図1のステップS1の表面検査工程で用いられる表面検査装置1の一例を示す構成図である。検査対象であるエピタキシャルウェーハWFは、可動テーブル11に載置され、可動テーブル11がXY平面上を動くことにより、エピタキシャルウェーハWFの表面全体にレーザー光が照射される。検査光であるレーザー光は、第1レーザー発振器12と第2レーザー発振器13にて生成され、第1レーザー発振器12で生成されたレーザー光は、エピタキシャルウェーハWFの表面に垂直入射光として照射され、第2レーザー発振器13で生成されたレーザー光は、エピタキシャルウェーハWFの表面に斜方入射光として照射される。特に限定はされないが、垂直入射光により、スクラッチ、エピタキシャル欠陥、フィルム内欠陥などを検査することが好ましく、斜方入射光は、高感度測定、ラフネスの高いウェーハ測定、ヘイズ(Haze)などに用いることが好ましい。
FIG. 2 is a block diagram showing an example of the
エピタキシャルウェーハWFの表面に照射されたレーザー光の反射光は、楕円体形状とされた集光器14を介して第1光電子増倍管15で受光されると同時に、レンズ16及びミラー16bを介して第2光電子増倍管16で受光される。特に限定はされないが、第1光電子増倍管15で受光されるレーザー光は、微小なパーティクルやヘイズの測定に用いることが好ましく、第2光電子増倍管16で受光されるレーザー光は、線状欠陥、スクラッチ、COP(ボイド欠陥)、エピタキシャル欠陥などに用いることが好ましい。
The reflected light of the laser beam radiated to the surface of the epitaxial wafer WF is received by the
本実施形態の表面検査装置1を用いてエピタキシャルウェーハWFの表面を走査した場合、鏡面状態の表面からの反射レーザー光はそのまま受光される一方、当該表面に異物の付着やピットなどの段差があるとレーザー光は散乱光となって第1光電子増倍管15及び第2光電子増倍管16に受光される。これにより、スリップ転位欠陥及びミスフィット転位欠陥を含む転位欠陥DFがあるか否かを判定することができる。
When the surface of the epitaxial wafer WF is scanned using the
図1に戻り、ステップS1,S2の表面検査により線状欠陥がないと判定された場合には、ステップS5へ進み、スリップ転位欠陥及びミスフィット転移欠陥はないとする。これに対してステップS1,S2の表面検査により線状欠陥があると判定された場合には、ステップS3へ進み、ウェーハストレス測定によりエピタキシャルウェーハの残留応力を検査する。図3は、図1のステップS3の残留応力検査工程で用いられるウェーハストレス測定装置2の一例(SIRD(Scanning InfRed Depolarization)測定装置)を示す構成図である。
Returning to FIG. 1, if it is determined by the surface inspections of steps S1 and S2 that there are no linear defects, the process proceeds to step S5, and it is assumed that there are no slip dislocation defects or misfit dislocation defects. On the other hand, if it is determined by the surface inspection of steps S1 and S2 that there is a linear defect, the process proceeds to step S3, and the residual stress of the epitaxial wafer is inspected by the wafer stress measurement. FIG. 3 is a configuration diagram showing an example (SIRD (Scanning InfRed Depolarization) measuring device) of the wafer stress measuring
本実施形態のウェーハストレス測定装置2は、赤外レーザー発振器21を備え、当該赤外レーザー発振器21から発信された赤外光は、レンズ22を通過して偏光子23に入射する。赤外光は、この偏光子23において直線偏光されたのち、検査対象であるエピタキシャルウェーハWFに対して略垂直に入射する。エピタキシャルウェーハWFに入射した赤外光は、エピタキシャルウェーハWに歪がある場合には、この歪に応じて円偏光されて減衰する。
The wafer stress measuring
エピタキシャルウェーハWFを透過した赤外光は、対物レンズ24を通過して、偏光分離素子25に入射する。赤外光は、この偏光分離素子25において、直線偏光されている成分と、エピタキシャルウェーハWFの歪箇所において円偏光された成分とに分離される。分離された赤外光の成分は、それぞれ別のフォトダイオード26,27に入射する。
The infrared light transmitted through the epitaxial wafer WF passes through the
各フォトダイオード26,27は、入射した赤外光の成分の強度を検出し、検出結果を処理部28に出力する。処理部28は、入力された強度に基づいて、直線偏光成分と、円偏光成分との差分を歪量として検出する。このような、歪量を検出する処理を、エピタキシャルウェーハWFを回転させ、また、赤外光の照射されるエピタキシャルウェーハWFの半径方向の位置を変更して行うことにより、エピタキシャルウェーハWF上の表面の各位置における歪量を検出する。このような検出処理において、検出された歪量の波形(歪波形)は、図5Aに示すような波形をしている。この歪波形には、エピタキシャルウェーハWFにおけるボロン、リン等のドーパント濃度に起因する歪成分や、エピタキシャルウェーハWFの全体的な反り等に起因する歪成分が含まれている。
Each of the
そこで、処理部28は、歪波形から局所的な歪成分を抽出するために、ドーパント濃度や、ウェーハの全体的な反りによる歪成分に相当する長波長の歪成分を歪波形から除外するフィルタリング処理、すなわち浮動平均差分処理を行う。図5Aに示す歪波形に、浮動平均差分処理を行うと、図5Bに示すように長波長の成分が除外された歪波形が得られる。
Therefore, in order to extract a local strain component from the strain waveform, the
次いで、処理部28は、GBA法を用いて、歪波形に基づいて、相対歪量を求める。すなわち、処理部28は、ウェーハWの全面に所定のグリッドの格子を当てがい、所定の領域における全てのセルの数に対する所定の閾値を超えた歪が発生しているセルの数の割合を示す相対歪量を検出する。図5Cには、歪波形におけるグリッド位置を示しており、グリッド間がセルの歪を示している。
Next, the
ここで、グリッドとしては、直交座標系のグリッド(X-Yグリッド)や、極座標系のグリッド(R-Tグリッド)を用いることができる。本実施形態では、例えば、1mm×1mmのセルを構成するグリッドを用い、ウェーハWの最外周の例えば5mm幅の円環状の領域から最外周の0.5mm幅の円環状の領域を除いた領域を対象に相対歪量を検出している。 Here, as the grid, a grid of an orthogonal coordinate system (XY grid) or a grid of a polar coordinate system (RT grid) can be used. In the present embodiment, for example, a grid constituting a cell of 1 mm × 1 mm is used, and a region excluding an annular region having a width of 0.5 mm on the outermost circumference from an annular region having a width of, for example, 5 mm on the outermost circumference of the wafer W. The relative strain amount is detected for the target.
このようなウェーハストレス測定装置2により、エピタキシャルウェーハWFの残留応力を示す相対歪量を求めることができる。図1に戻り、ステップS4においては、求められた残留応力が、予め設定された残留応力の閾値S0以上か否かが判定される。この残留応力の閾値S0は、たとえば次のようにして予め求めることができる。すなわち、種々の製造条件で作製した転位欠陥を含むエピタキシャルウェーハを用い、これらの残留応力を測定したのち、X線測定装置にて断面を測定し、観察することで、それぞれの転位欠陥がスリップ転位欠陥であるか、ミスフィット転位欠陥であるかを識別し、この識別したエピタキシャルウェーハの識別境界となる残留応力値を閾値S0とする。
With such a wafer
上述したとおり、スリップ転位は、熱的又は物理的な応力が原因で発生するのに対し、ミスフィット転位は、応力とは無関係の結晶格子定数が原因で発生する。したがって、ステップS4にて、求められた残留応力が所定の閾値S0以上の場合は、応力が原因で発生するスリップ転位欠陥であると判定し(ステップS6)、残留応力が所定の閾値S0未満である場合は、応力とは無関係の結晶格子定数が原因で発生するスフィット転位欠陥であると判定する(ステップS7)。 As mentioned above, slip dislocations occur due to thermal or physical stress, whereas misfit dislocations occur due to the crystal lattice constant independent of stress. Therefore, if the obtained residual stress is equal to or higher than the predetermined threshold S 0 in step S4, it is determined that the slip dislocation defect is caused by the stress (step S6), and the residual stress is the predetermined threshold S 0 . If it is less than, it is determined that the dislocation defect is caused by a crystal lattice constant unrelated to stress (step S7).
以上のように、本実施形態のエピタキシャルウェーハの検査方法によれば、ウェーハの表面に転位欠陥と見られる線状の欠陥が観察された場合に、これがスリップ転位欠陥であるかミスフィット転位欠陥であるかを非破壊検査で識別することができるので、転位欠陥の発見からその対処までの時間を短縮することができる。その結果、エピタキシャルウェーハの製造工程の稼働率や製品歩留まりを高めることができる。 As described above, according to the epitaxial wafer inspection method of the present embodiment, when a linear defect that is considered to be a dislocation defect is observed on the surface of the wafer, it is a slip dislocation defect or a misfit dislocation defect. Since it can be identified by non-destructive inspection, it is possible to shorten the time from the discovery of dislocation defects to their countermeasures. As a result, the operating rate and product yield of the epitaxial wafer manufacturing process can be increased.
《ウェーハストレスと転位の識別》
エピタキシャル成長炉のヒータ加熱条件の水準が異なる条件1~4にてエピタキシャルウェーハを製造し、転位の有無を検査したところ何れも線状の転位欠陥が観察された。そのため、ウェーハストレス測定装置2を用いてそれぞれのエピタキシャルウェーハの残留応力を測定した。この結果を表1に示す。なお、残留応力は、条件1の残留応力値を1として正規化した値である。
<< Identification of wafer stress and dislocation >>
When epitaxial wafers were manufactured under
次に、不純物濃度を小さくしたシリコンウェーハを用い、上記条件1~4の各条件は変えずにエピタキシャルウェーハを製造した。これらエピタキシャルウェーハの転位の有無を観察するとともに、ウェーハストレス測定装置2を用いてそれぞれの残留応力を測定した。この結果を表2に示す。なお、残留応力は、条件1の残留応力値を1として正規化した値である。
Next, using a silicon wafer with a reduced impurity concentration, an epitaxial wafer was manufactured without changing each of the
これら表1及び表2の結果から、以下のことが理解される。まず、条件1及び条件2のエピタキシャルウェーハで観察された表1の転位欠陥は、表2に示すように不純物濃度を調整することで観察されなくなったことから、ミスフィット転位欠陥であると判定できる。また、条件3及び条件4のエピタキシャルウェーハで観察された表1の転位欠陥は、表2に示すように不純物濃度を調整しても観察されたことから、スリップ転位欠陥であると判定できる。
From the results in Tables 1 and 2, the following can be understood. First, the dislocation defects in Table 1 observed on the epitaxial wafers under
そして、表1及び表2の残留応力に示されるように、スリップ転位欠陥であるとされる条件3及び条件4のエピタキシャルウェーハの残留応力は、ミスフィット転位欠陥であるとされる条件1及び条件2のエピタキシャルウェーハの残留応力に対して有意に大きいことが理解できる。したがって、図1のステップS4にて、求められた残留応力が所定の閾値S0以上の場合は、応力が原因で発生するスリップ転位欠陥であると判定し(ステップS6)、残留応力が所定の閾値S0未満である場合は、応力とは無関係の結晶格子定数が原因で発生するミスフィット転位欠陥であると判定する(ステップS7)ことは適切である。
Then, as shown in the residual stresses in Tables 1 and 2, the residual stresses of the epitaxial wafers of the conditions 3 and 4 which are considered to be slip dislocation defects are the
1…表面検査装置
11…可動テーブル
12…第1レーザー発振器
13…第2レーザー発振器
14…集光器
15…第1光電子増倍管
16…第2光電子増倍管
16a…レンズ
16b…ミラー
2…ウェーハストレス測定装置
21…赤外レーザー発振器
22…レンズ
23…偏光子
24…対物レンズ
25…偏光分離素子
26,27…フォトダイオード
28…処理部
WF…エピタキシャルウェーハ
DF…転位欠陥
1 ...
Claims (2)
前記残留応力が所定値以上の場合は、前記スリップ転位欠陥であると判定し、前記残留応力が前記所定値未満である場合は、前記ミスフィット転位欠陥であると判定するエピタキシャルウェーハの検査方法。 When the epitaxial wafer has dislocation defects including slip dislocation defects and misfit dislocation defects, the residual stress of the epitaxial wafer is obtained by wafer stress measurement.
An inspection method for an epitaxial wafer in which it is determined that the residual stress is a slip dislocation defect when the residual stress is equal to or more than a predetermined value, and it is determined to be a misfit dislocation defect when the residual stress is less than the predetermined value.
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