JP5152165B2 - Inspection method of silicon wafer - Google Patents
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Description
本発明は、半導体ウェーハの欠陥評価方法である銅析出法(Cu析出法)によって、主にCZ(チョクラルスキー)法によるシリコンウェーハの検査方法および装置に用いて好適な技術に関する。 The present invention relates to a technique suitable for use in a silicon wafer inspection method and apparatus mainly by a CZ (Czochralski) method by a copper precipitation method (Cu precipitation method) which is a defect evaluation method for semiconductor wafers.
特許文献1は、シリコンウェーハ上で、空孔型点欠陥の凝集体が存在する領域をレーザースキャッタリング粒子計数機(LSPC;Laser Scattering Particle Counter)を用いる技術に替わり正確に測定する方法として銅析出法を挙げている。この方法は、LSPCの検出限界以下である、0.06μm程度以下でも感度があり有益な方法である。 Patent Document 1 discloses copper deposition as a method for accurately measuring an area where agglomerates of vacancy-type point defects are present on a silicon wafer instead of using a laser scattering particle counter (LSPC). Cite the law. This method is sensitive and useful even at about 0.06 μm or less, which is below the detection limit of LSPC.
しかし、空孔型点欠陥の凝集体の存在しない完全結晶育成条件で育成された結晶から作成されたウェーハの検査(LSPCにより検出されない微小な空孔型欠陥の凝集体の存在の有無の検査)に用いる場合、空孔型点欠陥の凝集体の密度が低く、かつ凝集体の存在しない完全結晶領域との境界が従来結晶より不明瞭である。そのため、検査精度を高める必要があり、銅析出感度の精密な制御が必要になる。また、酸化膜の異常破壊に伴う欠陥性ではない銅析出が生ずる条件の存在が判明したため、検査を正確に行うために条件の考慮が必要である。この現象は完全結晶ウェーハの検査の場合に顕著であるため重要である。 However, inspection of wafers made from crystals grown under complete crystal growth conditions without the presence of vacancy-type point defect aggregates (inspection for presence of minute vacancy-type defect aggregates not detected by LSPC) When used in the above, the density of vacancy-type point defect aggregates is low, and the boundary with the complete crystal region where no aggregates are present is less clear than in conventional crystals. Therefore, it is necessary to increase inspection accuracy, and precise control of copper deposition sensitivity is required. In addition, since the existence of conditions that cause copper deposition that is not defective due to abnormal breakdown of the oxide film has been found, it is necessary to consider the conditions in order to perform the inspection accurately. This phenomenon is important because it is remarkable in the case of inspection of a complete crystal wafer.
銅析出法では、検査対象サンプルであるウェーハの銅析出を行う前に、ダミーウェーハを処理し、純銅製の上部電極からメタノール中に銅イオンを溶出させるが、従来結晶を評価する場合は、従来方法にあるダミー処理の条件で管理すれば充分であった。
しかし、完全結晶ウェーハの検査のように高い検査精度が要求される場合には、検査結果の再現性が乏しいという問題のあることがわかった。
前記従来の方法では銅析出時の照度が管理対象とされていなかった。従来結晶を評価する場合は、照度が異なっても検出感度が変化してしまうことはなかったが、完全結晶ウェーハの検査のように高い検査精度が要求される場合には、検査結果の再現性が乏しいという問題のあることがわかった。
従来方法では、完全結晶ウェーハの検査を行う場合、完全結晶であるにもかかわらず、欠陥のあるウェーハより銅析出数が高くなる場合があり、検査結果が安定しないという問題があった。
In the copper deposition method, the dummy wafer is processed and copper ions are eluted in methanol from the upper electrode made of pure copper before performing the copper deposition of the wafer that is the sample to be inspected. It was sufficient to manage with the conditions of dummy processing in the method.
However, it has been found that there is a problem that the reproducibility of inspection results is poor when high inspection accuracy is required, such as inspection of a complete crystal wafer.
In the conventional method, the illuminance at the time of copper deposition has not been controlled. When evaluating conventional crystals, the detection sensitivity did not change even when the illuminance was different. However, when high inspection accuracy is required, such as inspection of a complete crystal wafer, the reproducibility of the inspection results It turns out that there is a problem of lack.
In the conventional method, when a complete crystal wafer is inspected, the number of copper precipitates may be higher than that of a defective wafer even though it is a complete crystal, and the inspection result is unstable.
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、以下の目的を達成しようとするものである。
1.ウェーハ検査の要求精度向上に対する対応を図ること。
2.検査における評価の安定性・再現性向上を図ること。
3.複数枚のウェーハに対して同一メタノール溶液での検査を可能とするとともに、同一感度で実施可能とすること。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and intends to achieve the following object.
1. To cope with the required accuracy improvement of wafer inspection.
2. To improve the stability and reproducibility of evaluation in inspection.
3. Inspect multiple wafers with the same methanol solution and be able to carry out with the same sensitivity.
本発明のシリコンウェーハの検査方法は、空孔型点欠陥の凝集体の存在しない完全結晶育成条件で育成された結晶から作成されたシリコンウェーハにおける0.06μm以下の微小な空孔型欠陥の凝集体の存在の有無の検査方法であって、
上部及び下部電極を有する銅の析出装置内に、表面絶縁膜を形成した前記シリコンウェーハを装着して、前記析出装置内に電解質溶液を注入し、前記上部及び下部電極に外部電圧を印加し、前記ウェーハの欠陥部位上に銅を析出させる銅析出法により前記シリコンウェーハ表面の結晶欠陥を検査する方法において、
前記銅析出法は、ベアウェーハ上面上に厚さ25ないし150nmの範囲内の酸化膜とされる絶縁膜を形成させる段階と、前記ウェーハ裏面の酸化膜を剥離する段階と、前記ウェーハの表面近くに形成された欠陥部位上の絶縁膜を絶縁破壊して欠陥部位に銅を析出する段階とを備え、
前記銅の析出を遂行する段階は、外部電圧を印加できる銅でできた上部及び下部プレートと、側壁とで構成された容器形状の銅の析出装置内にダミーウェーハを装着する段階と、前記析出装置内に溶媒を注入する段階と、前記上部及びダミーウェーハを装着した下部プレートに外部電圧を印加し、銅イオンを溶出するダミー処理をおこなう段階と、前記ダミーウェーハを銅の析出装置から脱着する段階と、前記銅の析出装置内に目的のウェーハを装着する段階及び前記上部及び下部プレートに外部電圧を印加し、目的のウェーハの欠陥部位上に銅を析出させる段階とを備え、
前記シリコン層内で発生する電子正孔対の生成量を所定の状態に設定するための前記シリコンウェーハに照射される光量と、
前記電解質溶液の上部電極−下部電極間における抵抗値を設定して、
前記絶縁膜に印加される実効電界を、欠陥に起因しない異常絶縁破壊による銅析出を回避する3〜6MV/cmの範囲に設定した状態で銅析出処理をおこなうとともに、
同一電解質溶液で複数回の処理をおこなう際に、前記電解質溶液抵抗値のばらつきを5%以内に設定し、かつ、前記シリコンウェーハに照射される光量を一定に設定し、前記ウェーハに照射される光の照度を一定にするための光源として、シリコン中に電子正孔対を発生させるに必要なエネルギー以上の単色光源を用いて光量による管理を行い、電子正孔対の単位時間単位体積当たりの発生量を管理することで、前記上部および下部プレートに外部電圧を印加した際にウェーハ表面の熱酸化膜の直下に低抵抗層である反転層を介して出現する空乏層の抵抗値を管理することにより上右記課題を解決した。
本発明は、前記電解質溶液抵抗値は、複数回の検査を通じて、各検査時で一定に維持するために、前記電解質溶液抵抗値が低すぎる場合は、新液を追加すること、前記電解質溶液抵抗値が高すぎる場合は、前記ダミー処理を追加することで所定値の範囲に調整し、前記電解質溶液抵抗値のばらつきを5%以内に設定することができる。
本発明は、前記上部及び下部プレート間に印加する電圧から、前記電解質溶液抵抗値による電圧降下分を差し引いた電圧が、前記酸化膜の抵抗値と前記空乏層の抵抗値とに印加されることより、前記酸化膜の膜厚と印加される電圧との比である実効電界(酸化膜に印加される電圧/酸化膜厚)が、異常絶縁破壊の生ずる条件である前記空乏層の抵抗を0とした場合に最大で6MV/cmを超えないように制御することがある。
The method for inspecting a silicon wafer according to the present invention is a method for condensing minute void-type defects of 0.06 μm or less in a silicon wafer prepared from a crystal grown under a complete crystal growth condition in which no agglomerates of hole-type point defects exist. An inspection method for the presence or absence of aggregates,
In a copper deposition apparatus having upper and lower electrodes, the silicon wafer on which a surface insulating film is formed is mounted, an electrolyte solution is injected into the deposition apparatus, and an external voltage is applied to the upper and lower electrodes, In the method of inspecting the crystal defects on the surface of the silicon wafer by a copper deposition method of depositing copper on the defect site of the wafer,
The copper deposition method includes forming an insulating film as an oxide film having a thickness in the range of 25 to 150 nm on the top surface of the bare wafer, peeling the oxide film on the back surface of the wafer, and near the surface of the wafer. And the step of precipitating copper on the defect site by dielectric breakdown of the insulating film on the defect site formed in,
The step of performing the copper deposition includes mounting a dummy wafer in a container-shaped copper deposition apparatus including upper and lower plates made of copper to which an external voltage can be applied, and sidewalls, and the deposition. Injecting a solvent into the apparatus, applying an external voltage to the upper plate and the lower plate on which the dummy wafer is mounted, performing a dummy process for eluting copper ions, and desorbing the dummy wafer from the copper deposition apparatus Mounting a target wafer in the copper deposition apparatus, and applying an external voltage to the upper and lower plates to deposit copper on a defective portion of the target wafer,
The amount of light applied to the silicon wafer for setting the generation amount of electron-hole pairs generated in the silicon layer to a predetermined state;
Set a resistance value between the upper electrode and the lower electrode of the electrolyte solution,
While performing the copper deposition treatment in a state where the effective electric field applied to the insulating film is set in a range of 3 to 6 MV / cm to avoid copper deposition due to abnormal dielectric breakdown not caused by defects,
When performing a plurality of treatments with the same electrolyte solution, the variation in the electrolyte solution resistance value is set within 5%, and the amount of light applied to the silicon wafer is set constant, and the wafer is irradiated. As a light source to make the light illuminance constant, a monochromatic light source with energy more than that required to generate electron-hole pairs in silicon is used to manage by light quantity, and the unit of electron-hole pairs per unit time per unit volume By controlling the amount of generation, the resistance value of the depletion layer that appears through the inversion layer, which is a low resistance layer, immediately below the thermal oxide film on the wafer surface when an external voltage is applied to the upper and lower plates is managed. This solved the above problem.
In the present invention, the electrolyte solution resistance value is maintained constant during each inspection through a plurality of inspections. When the electrolyte solution resistance value is too low, a new solution is added, and the electrolyte solution resistance When the value is too high, the dummy process is added to adjust the value to a predetermined value range, and the variation of the electrolyte solution resistance value can be set within 5% .
In the present invention, a voltage obtained by subtracting a voltage drop due to the electrolyte solution resistance value from the voltage applied between the upper and lower plates is applied to the resistance value of the oxide film and the resistance value of the depletion layer. Thus, the effective electric field (voltage applied to the oxide film / oxide film thickness), which is the ratio between the thickness of the oxide film and the applied voltage, reduces the resistance of the depletion layer, which is a condition for causing abnormal dielectric breakdown, to 0. In such a case, the maximum value may be controlled so as not to exceed 6 MV / cm.
本発明のシリコンウェーハの検査方法は、上部及び下部電極(プレート)を有する銅の析出装置内に、表面絶縁膜を形成したシリコンウェーハを装着して、前記析出装置内に電解質溶液を注入し、前記上部及び下部電極(プレート)に外部電圧を印加し、前記ウェーハの欠陥部位上に銅を析出させる銅析出法において、
前記電解質溶液(銅イオンを含んだメタノール溶液)の上部電極−下部電極間における抵抗値を所定の値に設定した状態で銅析出処理をおこなうことにより上記課題を解決した。
本発明のシリコンウェーハの検査方法は、上部及び下部電極(プレート)を有する銅の析出装置内に、表面絶縁膜を形成したシリコンウェーハを装着して、前記析出装置内に電解質溶液を注入し、前記上部及び下部電極(プレート)に外部電圧を印加し、前記ウェーハの欠陥部位上に銅を析出させる銅析出法において、
前記シリコンウェーハに照射される光量(照度)を所定の範囲に設定することによって、前記シリコン層内で発生する電子正孔対の生成量を所定の状態に設定した状態で銅析出処理をおこなうことにより上記課題を解決した。
本発明のシリコンウェーハの検査方法は、上部及び下部電極(プレート)を有する銅の析出装置内に、表面絶縁膜を形成したシリコンウェーハを装着して、前記析出装置内に電解質溶液を注入し、前記上部及び下部電極(プレート)に外部電圧を印加し、前記ウェーハの欠陥部位上に銅を析出させる銅析出法において、
前記電解質溶液(銅イオンを含んだメタノール溶液)の上部電極−下部電極間における抵抗値と、
前記シリコン層内で発生する電子正孔対の生成量を所定の状態に設定するための前記シリコンウェーハに照射される光量(照度)と、
前記上部電極−下部電極間に印加する印加電圧とを設定して、
前記絶縁膜に印加される実効電界を、欠陥に起因しない異常絶縁破壊による銅析出を回避する範囲に設定した状態で銅析出処理をおこなうことにより上記課題を解決した。
また、本発明において、前記絶縁膜に印加される実効電界が6MV/cm以下の範囲に設定される手段を採用することもできる。
本発明のシリコンウェーハの検査装置は、内部に表面絶縁膜を形成したシリコンウェーハを装着して電解質溶液を注入する銅の析出装置と、
外部電圧を印加して前記ウェーハの欠陥部位上に銅を析出させる上部及び下部電極と、を有する銅析出検査装置であって、
銅析出処理をおこなう際に、前記電解質溶液の上部電極−下部電極間における抵抗値を所定の値に設定可能とされてなることにより上記課題を解決した。
本発明のシリコンウェーハの検査装置は、内部に表面絶縁膜を形成したシリコンウェーハを装着して電解質溶液を注入する銅の析出装置と、
外部電圧を印加して前記ウェーハの欠陥部位上に銅を析出させる上部及び下部電極と、を有する銅析出検査装置であって、
銅析出処理をおこなう際に、前記シリコンウェーハに照射される光量(照度)を所定の範囲に設定することによって、前記シリコン層内で発生する電子正孔対の生成量を所定の状態に設定可能とされてなることにより上記課題を解決した。
本発明のシリコンウェーハの検査装置は、内部に表面絶縁膜を形成したシリコンウェーハを装着して電解質溶液を注入する銅の析出装置と、
外部電圧を印加して前記ウェーハの欠陥部位上に銅を析出させる上部及び下部電極と、を有する銅析出検査装置であって、
銅析出処理をおこなう際に、
前記電解質溶液の上部電極−下部電極間における抵抗値と、
前記シリコン層内で発生する電子正孔対の生成量を所定の状態に設定するための前記シリコンウェーハに照射される光量(照度)と、
前記上部電極−下部電極間に印加する印加電圧とを設定して、
前記絶縁膜に印加される実効電界を、欠陥に起因しない異常絶縁破壊による銅析出を回避する範囲に設定可能とされてなることにより上記課題を解決した。
本発明は、前記絶縁膜に印加される実効電界が6MV/cm以下の範囲に設定可能とされてなることが好ましい。
In the method for inspecting a silicon wafer according to the present invention, a silicon wafer on which a surface insulating film is formed is mounted in a copper deposition apparatus having upper and lower electrodes (plates), and an electrolyte solution is injected into the deposition apparatus, In the copper deposition method in which an external voltage is applied to the upper and lower electrodes (plates), and copper is deposited on the defective portion of the wafer,
The above problem was solved by performing the copper deposition treatment in a state where the resistance value between the upper electrode and the lower electrode of the electrolyte solution (methanol solution containing copper ions) was set to a predetermined value.
In the method for inspecting a silicon wafer according to the present invention, a silicon wafer on which a surface insulating film is formed is mounted in a copper deposition apparatus having upper and lower electrodes (plates), and an electrolyte solution is injected into the deposition apparatus, In the copper deposition method in which an external voltage is applied to the upper and lower electrodes (plates), and copper is deposited on the defective portion of the wafer,
The copper deposition process is performed with the amount of electron-hole pairs generated in the silicon layer set to a predetermined state by setting the amount of light (illuminance) applied to the silicon wafer to a predetermined range. The above problem was solved.
In the method for inspecting a silicon wafer according to the present invention, a silicon wafer on which a surface insulating film is formed is mounted in a copper deposition apparatus having upper and lower electrodes (plates), and an electrolyte solution is injected into the deposition apparatus, In the copper deposition method in which an external voltage is applied to the upper and lower electrodes (plates), and copper is deposited on the defective portion of the wafer,
A resistance value between the upper electrode and the lower electrode of the electrolyte solution (methanol solution containing copper ions);
The amount of light (illuminance) applied to the silicon wafer for setting the generation amount of electron-hole pairs generated in the silicon layer to a predetermined state,
Set the applied voltage to be applied between the upper electrode and the lower electrode,
The above problem has been solved by performing the copper deposition treatment in a state where the effective electric field applied to the insulating film is set in a range in which copper deposition due to abnormal dielectric breakdown not caused by defects is avoided.
In the present invention, it is also possible to employ means for setting an effective electric field applied to the insulating film in a range of 6 MV / cm or less.
The silicon wafer inspection apparatus of the present invention is a copper deposition apparatus for injecting an electrolyte solution by mounting a silicon wafer having a surface insulating film formed therein,
A copper deposition inspection apparatus having upper and lower electrodes for applying an external voltage to deposit copper on a defective portion of the wafer,
When the copper deposition process is performed, the above-mentioned problem is solved by enabling the resistance value between the upper electrode and the lower electrode of the electrolyte solution to be set to a predetermined value.
The silicon wafer inspection apparatus of the present invention is a copper deposition apparatus for injecting an electrolyte solution by mounting a silicon wafer having a surface insulating film formed therein,
A copper deposition inspection apparatus having upper and lower electrodes for applying an external voltage to deposit copper on a defective portion of the wafer,
When performing copper deposition, the amount of electron-hole pairs generated in the silicon layer can be set to a predetermined state by setting the amount of light (illuminance) applied to the silicon wafer to a predetermined range. As a result, the above-mentioned problems have been solved.
The silicon wafer inspection apparatus of the present invention is a copper deposition apparatus for injecting an electrolyte solution by mounting a silicon wafer having a surface insulating film formed therein,
A copper deposition inspection apparatus having upper and lower electrodes for applying an external voltage to deposit copper on a defective portion of the wafer,
When performing copper deposition treatment,
A resistance value between the upper electrode and the lower electrode of the electrolyte solution;
The amount of light (illuminance) applied to the silicon wafer for setting the generation amount of electron-hole pairs generated in the silicon layer to a predetermined state,
Set the applied voltage to be applied between the upper electrode and the lower electrode,
The above problem has been solved by making it possible to set the effective electric field applied to the insulating film within a range that avoids copper precipitation due to abnormal dielectric breakdown not caused by defects.
In the present invention, it is preferable that an effective electric field applied to the insulating film can be set in a range of 6 MV / cm or less.
本発明にかかる銅析出法は、ベアウェーハ上面上に所定の厚さの絶縁膜を形成させる段階と、前記ウェーハ裏面の酸化膜を剥離する段階と、前記ウェーハの表面近くに形成された欠陥部位上の絶縁膜を絶縁破壊して欠陥部位に銅を析出する段階とを備えるものである。ここで、前記絶縁膜は熱酸化による酸化膜であることが可能であり、前記銅を析出する段階は特定の電解質溶液内にウェーハを入れた後、前記ウェーハの上部及び下部に電圧を印加して行うことが好ましく、前記絶縁膜の厚さと電圧の強さとを調節して遂行する。 The copper deposition method according to the present invention includes a step of forming an insulating film having a predetermined thickness on the top surface of a bare wafer, a step of peeling an oxide film on the back surface of the wafer, and a defect site formed near the surface of the wafer. And subjecting the upper insulating film to dielectric breakdown to deposit copper at the defect site. Here, the insulating layer may be an oxide layer formed by thermal oxidation, and the step of depositing copper is performed by applying a voltage to the upper and lower portions of the wafer after placing the wafer in a specific electrolyte solution. This is preferably performed by adjusting the thickness of the insulating film and the strength of the voltage.
一方、前記ウェーハ裏面の酸化膜を剥離する工程は、ウェーハ裏面の一部に対してのみ行
うもので、作業時間を短くすることができ、望ましくはHF蒸気を利用して行うことがで
きる。
On the other hand, the step of removing the oxide film on the back surface of the wafer is performed only on a part of the back surface of the wafer, and the working time can be shortened, preferably using HF vapor.
一方、前記銅の析出を遂行する段階は、より具体的に、外部電圧を印加できる銅でできた上部及び下部プレートと、側壁とで構成された容器形状の銅の析出装置内にダミーウェーハ(Dummy wafer )を装着する段階と、前記析出装置内に溶媒を注入する段階と、前記上部及び下部プレートに外部電圧を印加し、銅イオンを溶出する段階と、前記ダミーウェーハを銅の析出装置から脱着する段階と、前記銅の析出装置内に目的のウェーハを装着する段階及び前記上部及び下部プレートに外部電圧を印加し、目的のウェーハの欠陥部位上に銅を析出させる段階とを備えるものである。 Meanwhile, more specifically, the step of depositing copper may be performed by placing a dummy wafer in a container-shaped copper deposition apparatus including upper and lower plates made of copper to which an external voltage can be applied and sidewalls. Mounting a dummy wafer), injecting a solvent into the deposition apparatus, applying an external voltage to the upper and lower plates to elute copper ions, and removing the dummy wafer from the copper deposition apparatus. A desorption step; a step of mounting a target wafer in the copper deposition apparatus; and a step of applying an external voltage to the upper and lower plates to deposit copper on a defective portion of the target wafer. is there.
前記ダミーウェーハとして、その上面に酸化膜が形成されたものを使用して、前記電解質溶液の溶媒としてはメタノールを用いることが好ましい。
前記銅イオンを溶出させる段階で、前記上部及び下部プレートに印加される電圧は、10〜200Vの範囲内であり、また前記銅を析出させる段階での前記上部及び下部プレートに印加する電圧の強度は、後述するように絶縁膜に印加する実効電界が6MV/cm以下、より好ましくは、3〜6MV/cmの範囲内になるように設定する。
It is preferable to use a dummy wafer having an oxide film formed on the upper surface thereof and use methanol as a solvent for the electrolyte solution.
The voltage applied to the upper and lower plates in the step of eluting the copper ions is in the range of 10 to 200V, and the strength of the voltage applied to the upper and lower plates in the step of depositing the copper. As described later, the effective electric field applied to the insulating film is set to 6 MV / cm or less, more preferably in the range of 3 to 6 MV / cm.
そして、さらなる検査精度の要求にともない、本願発明者は、検査の安定性に関る要因の考察および調査を行った。 The inventors of the present application have examined and investigated factors related to the stability of the inspection in accordance with the demand for further inspection accuracy.
酸化膜に印加される電圧は、上下電極間に印加される印加電圧が、メタノール溶液Mの抵抗値Rm’、絶縁膜(熱酸化膜)34の抵抗値R、絶縁膜34下に存在する移動電荷のない空乏層(空乏領域)32(p型のみ)の抵抗値Rhで分圧され決定される(図1参照)。
一方、酸化膜34の絶縁破壊は、酸化膜に印加される実効電界(酸化膜に印加される電圧/酸化膜厚)で決まることが、ポリシリコン電極を用いた酸化膜絶縁破壊検査より分かっているので、この酸化膜34に印加される電圧を一定になるように管理すれば、精度の高い検査が可能となることを予見した。
これを実現するために、本願発明は、メタノール溶液Mの抵抗値Rm’および空乏領域Rhの抵抗値を一定になるような管理を行うものである。
As for the voltage applied to the oxide film, the applied voltage applied between the upper and lower electrodes is the resistance value Rm ′ of the methanol solution M, the resistance value R of the insulating film (thermal oxide film) 34, and the movement existing under the insulating
On the other hand, the dielectric breakdown of the
In order to realize this, the present invention performs management such that the resistance value Rm ′ of the methanol solution M and the resistance value of the depletion region Rh become constant.
<メタノール抵抗値の管理>
ダミー処理の条件で管理を行う従来方法で、メタノール溶液Mを10回調整し、上部電極(銅電極)12と下部電極10との間でメタノール抵抗値Rm(以下メタノール抵抗値)のばらつきを調べた。
その結果、CV値(標準偏差/平均値)で15%程度のばらつきが見られた。
また、そのメタノール抵抗値Rmの平均値と、銅析出時の上下電極10,12間に流れる電流値から見積もった(酸化膜34の抵抗値)R+(空乏領域32の抵抗値)Rhの比(メタノールの抵抗値/酸化膜と空乏層の抵抗値)=(Rm/R+Rh)は0.13であることが判った。酸化膜34の抵抗は通常GΩcm2以上のオーダーであるが、実際、銅析出を行っているときはFN電流が流れてMΩcm2 台に抵抗値が下がっているため、メタノール抵抗値と一桁程度の差しかないことが判明した。
なお、FN(Fowler−Nordheim)電流とは、絶縁膜である酸化膜に高い電圧を加えた場合に流れるトンネルリーク電流をいう。
<Management of methanol resistance>
In the conventional method that manages under the conditions of the dummy process, the methanol solution M is adjusted 10 times, and the variation of the methanol resistance value Rm (hereinafter referred to as the methanol resistance value) between the upper electrode (copper electrode) 12 and the
As a result, a variation of about 15% was observed in the CV value (standard deviation / average value).
Further, a ratio of the average value of the methanol resistance value Rm and the current value flowing between the upper and
Note that the FN (Fowler-Nordheim) current refers to a tunnel leakage current that flows when a high voltage is applied to an oxide film that is an insulating film.
これより、メタノールの抵抗値のばらつきは、酸化膜34に印加される実効電界に大きく影響を与えるので、メタノール抵抗値Rmの管理を厳密に行う必要のあることが判った。
From this, it was found that since the variation in the resistance value of methanol greatly affects the effective electric field applied to the
メタノール抵抗値Rmの管理方法としては、メタノール抵抗値Rmが低すぎる場合は、新液を追加すること、メタノール抵抗値Rmが高すぎる場合は、銅イオン溶出処理を追加することで管理値の範囲に調整を行った。具体的にはメタノール抵抗値Rmの測定を行い、上記方法で調整の後、管理値内であることを確認してから、銅析出処理を実施することとした。調整作業に習熟すれば、管理値の5%以内で制御することは容易であることがわかった。
なお、ここで、この、メタノール抵抗値Rmを所定の管理値に対して、5%以内に設定することが好ましい。
また、この方法を用いれば、同一メタノール溶液Mで複数回の銅析出処理を、経時変化なく同一感度のままで実施できる事が判った。
As a management method of the methanol resistance value Rm, if the methanol resistance value Rm is too low, add a new solution, and if the methanol resistance value Rm is too high, add a copper ion elution treatment to the range of the management value. Adjustments were made. Specifically, the methanol resistance value Rm was measured, and after adjusting by the above method, it was confirmed that it was within the control value, and then the copper deposition treatment was performed. It turns out that it is easy to control within 5% of the control value if you are familiar with the adjustment work.
Here, it is preferable to set the methanol resistance value Rm within 5% of the predetermined control value.
Further, it has been found that if this method is used, a plurality of times of copper deposition treatment with the same methanol solution M can be carried out with the same sensitivity without change over time.
メタノール抵抗値Rmを決める要因は、主に銅イオンCu2+濃度であるが、溶媒であるメタノールまたは大気中から溶け込んだ水分が電気分解して生ずるイオンもメタノール抵抗値Rmに影響を与えることが予想される。しかし、上下電極10,12間のメタノール抵抗値Rmの管理を行っておけば、酸化膜34に印加される実効電界は一定になるので、酸化膜絶縁破壊の感度は定まる。
銅析出は、酸化膜34の絶縁破壊点に流れるリーク電流で生ずるので、銅イオン濃度によらず、銅析出点40の数は決まってしまう。したがって、メタノール抵抗値Rmの管理を行っておけば、銅イオン濃度に多少の変動はあったとしても検査結果には影響を与えることは無く、精度の高い評価が行えることが判った。
The factor that determines the methanol resistance value Rm is mainly the copper ion Cu 2+ concentration, but it is expected that ions generated by electrolysis of methanol as a solvent or water dissolved from the atmosphere will also affect the methanol resistance value Rm. Is done. However, if the methanol resistance value Rm between the upper and
Since the copper deposition is caused by a leakage current flowing through the dielectric breakdown point of the
また、特許文献4には銅イオン濃度をある一定値以上になるように導電率で管理することが記述されているが、このような導電率管理では、メタノールの蒸発による温度変化により、テフロン(登録商標)等で構成された銅析出槽の寸法が変化することによる上部電極(銅電極)12−ウェーハ30間の距離変化が、メタノールでの電圧降下分の誤差要因になる。
本願発明のように、上部電極12と下部電極10間でメタノール抵抗値Rmを直接管理した状態にすれば、上部下部電極間の距離が変化してもメタノールでの電圧降下は一定になるため、導電率管理より優れた方法である。
Patent Document 4 describes that the copper ion concentration is managed by conductivity so as to be a certain value or more. In such conductivity management, Teflon ( A change in the distance between the upper electrode (copper electrode) 12 and the
If the methanol resistance value Rm is directly controlled between the
<照度の管理>
本願発明ではメタノールの抵抗値Rm管理により検査の精度が高まったが、異なる実施場所において上記の検査方法を実施した際に、双方での検査結果に差が生ずる不具合が発生することがわかった。原因を調査した結果、双方の銅析出時の環境照度が異なることが判明した。
空乏層32の抵抗値は、空乏層32中で熱的もしくは光照射により発生する電子正孔対の生成量により決まることが半導体理論より予想されることより、銅析出時の照度のばらつきをなくすことが酸化膜34に印加される電圧の安定化に必要なことがわかった。そして、このように照度を合わせ、管理した結果、双方の検査結果は一致し、問題は解決した。
<Management of illuminance>
In the present invention, the accuracy of the inspection has been improved by the management of the resistance value Rm of methanol, but it has been found that when the above inspection method is performed at different locations, there is a problem that a difference occurs between the inspection results of both. As a result of investigating the cause, it was found that the ambient illuminance at the time of copper deposition was different.
The resistance value of the
特許文献2には照度により銅析出サイズが変化するため照度を変えて付着量を制御することが記述されているが、本願発明では、照度を変えても析出サイズはほとんど変化無く、銅析出点数のみが変化することが判った。 Patent Document 2 describes that the amount of deposition is controlled by changing the illuminance because the copper deposition size changes depending on the illuminance. However, in the present invention, the precipitation size hardly changes even when the illuminance is changed. Only changed.
また、本願発明者らは、照度が低い場合に銅析出サイズが小さくなり、目視検査により見落としているのではないことを光学顕微鏡で確認した。また、上記特許文献は、TEM観察による欠陥の位置検出法としての応用であり、印加電圧が小さく、流れる電流量も本願発明の銅析出に比べて6桁も少ない条件であり、酸化膜の絶縁破壊を生じさせない条件であること、照度により付着量の差が生ずる原因として、メタノール中の銅イオン形態の違いを発明者が推測していることより、本件とは、全く異なる現象である。
銅析出数が照度により増減するのは、照度が高いほど空乏領域32の抵抗が低下し、その結果、酸化膜に印加される電圧が増加したため絶縁破壊点が増加したと判断できる。
In addition, the inventors of the present application have confirmed with an optical microscope that when the illuminance is low, the copper deposition size becomes small and is not overlooked by visual inspection. The above-mentioned patent document is an application as a defect position detection method by TEM observation, where the applied voltage is small, the amount of flowing current is six orders of magnitude less than the copper deposition of the present invention, and the insulation of the oxide film This is a completely different phenomenon from the present case because the inventors have inferred the difference in the form of copper ions in methanol as a cause of the difference in the amount of adhesion depending on the illuminance, under conditions that do not cause destruction.
It can be determined that the number of copper deposits increases / decreases depending on the illuminance, as the illuminance increases, the resistance of the
以上、照度依存性は、p型ウェーハでは、銅析出処理時に酸化膜下の表面近傍に高抵抗の空乏領域が存在するために顕著に現れるが、n型ウェーハでは銅析出処理時に空乏領域が存在せず、シリコンウェーハの抵抗がメタノール抵抗値、酸化膜の抵抗値と比較して充分に低いため、照度による影響は少ないと考えられる。しかし照度によりシリコンウェーハの抵抗値も理論上変化するので、照度管理を行うことが望ましい。また、特にp型の場合、より精密な管理を行うためには、シリコン中に電子正孔対を発生させるに必要なエネルギー以上の単色光源を用い、光量による管理を行い、電子正孔対の単位時間単位体積当たりの発生量を管理し、空乏層の抵抗値を管理するのが望ましいのは、本発明より容易に類推されることである。 As described above, the illuminance dependence is noticeable in p-type wafers because there is a high-resistance depletion region near the surface under the oxide film during the copper deposition process, but there is a depletion region in the n-type wafer during the copper deposition process. However, since the resistance of the silicon wafer is sufficiently lower than the resistance value of the methanol and the oxide film, the influence of the illuminance is considered to be small. However, since the resistance value of the silicon wafer also theoretically changes depending on the illuminance, it is desirable to manage the illuminance. In particular, in the case of the p-type, in order to perform more precise management, a monochromatic light source having an energy higher than that required for generating electron-hole pairs in silicon is used, and management is performed by the amount of light. It is desirable to manage the generation amount per unit time and the resistance value of the depletion layer more easily than the present invention.
また、メタノール抵抗および照度を管理することの重要性は、表面欠陥が無い完全結晶ウェーハや、表層のみ完全な領域を持つ、水素アニール、アルゴンアニール、エピタキシャルなどのウェーハを検査対象とする場合、特に重要であることが判明した。 In addition, the importance of managing methanol resistance and illuminance is particularly important when testing complete crystal wafers that have no surface defects, and wafers such as hydrogen anneal, argon anneal, and epitaxial that have a complete surface layer only. It turned out to be important.
つまり、メタノール抵抗値Rmや照度が管理されていない状態で、仮に、メタノール抵抗値Rmが低下する、もしくは、照度が増加すると、異常銅析出が起きる条件があることを見出した。完全結晶の場合は、特に極端にこの現象が生じ、欠陥のあるウェーハよりも品質が悪いとの誤判断をしてしまうことがあることが判った。このように、適正な条件を設定していないと、表面欠陥が無いにも関らず、銅析出が生じてしまう場合があることが判った。 That is, it has been found that there is a condition in which abnormal copper deposition occurs when the methanol resistance value Rm decreases or the illuminance increases in a state where the methanol resistance value Rm and the illuminance are not controlled. In the case of a perfect crystal, it has been found that this phenomenon occurs extremely extremely, and it may be misjudged that the quality is lower than that of a defective wafer. As described above, it has been found that if appropriate conditions are not set, copper deposition may occur despite the absence of surface defects.
特許文献3には、これと類似の現象が報告されているが、本願発明とは異なる現象に基づくものと判断できる。特許文献3には、FZ、エピ、水素アニールCZ、IGウェーハにおいて、電界強度5MV/cmを越える条件とした場合FN電流に起因する銅析出が生じてしまいウェーハの評価ができなくなるため、5MV/cm以下の条件に設定することが記載されている。さらに、特許文献3には、これらの品種のウェーハを5MV/cmを越える条件で銅析出をおこなうと、CZウェーハのような酸化膜が絶縁破壊による銅析出とは異なり、FN電流による銅析出が生じることが開示されている。
しかし、本願発明者らは、本願発明で実施した条件では、酸化膜に印加する実効電界が4〜6MV/cm程度でも、1μA/cm2以上のFN電流が流れており、その状態でも銅析出は生じていないことを確認している。また、本願発明者らは、6MV/cm程度以上で、酸化膜の異常絶縁破壊による銅析出が始まる現象を見出している。このことは、本願発明にかかる発見が、上記現象とは全く異なる現象であることを示すと考えられる。
Although a similar phenomenon is reported in
However, under the conditions implemented in the present invention, the inventors of the present application have an FN current of 1 μA / cm 2 or more flowing even when the effective electric field applied to the oxide film is about 4 to 6 MV / cm. It has been confirmed that it has not occurred. The inventors of the present application have also found a phenomenon in which copper deposition starts due to abnormal dielectric breakdown of the oxide film at about 6 MV / cm or more. This is considered to indicate that the discovery according to the present invention is a phenomenon completely different from the above phenomenon.
比較のため、引上げ条件がわずかに外れて空孔型点欠陥の凝集体のある結晶から作製したウェーハと、完全結晶ウェーハを、異常絶縁破壊の生ずる条件で銅析出を行い、両ウェーハの銅析出部を光学顕微鏡で観察したが、欠陥によるものか、異常絶縁破壊によるものか、形状による区別はつかなかった。 For comparison, copper deposition was performed on a wafer made from a crystal with vacancy-type point defect agglomerates slightly out of pulling conditions and a complete crystal wafer under conditions that caused abnormal dielectric breakdown. The part was observed with an optical microscope, but it could not be distinguished by shape whether it was due to defects or abnormal dielectric breakdown.
さらに、銅析出部を、硝酸、フッ酸で銅、酸化膜を順に剥離し、高分解能SEMで観察した結果、0.1μmサイズの四角錐形状のピットが一律に観察され、やはり区別がつかなかった。
ここで、0.1μmサイズのピットや空孔型点欠陥の凝集体がウェーハ表面もしくは表層部に存在すれば、LSPC,LSTDで検出されるはずであるので、銅析出前にはこれらのピットは存在していなかったと考えられる。したがって、このピットは、銅析出時に生じたものであると結論づけられる。
Furthermore, as a result of detaching copper and the oxide film in order with nitric acid and hydrofluoric acid and observing with a high resolution SEM, 0.1 μm-sized square pyramid-shaped pits were uniformly observed, and the copper deposits were still indistinguishable. It was.
Here, if 0.1 μm sized pits or agglomerates of hole-type point defects are present on the wafer surface or the surface layer, they should be detected by LSPC and LSTD. It is thought that it did not exist. Therefore, it can be concluded that this pit is generated when copper is deposited.
一方、この完全結晶ウェーハをポリシリコン電極の酸化膜絶縁破壊検査にかけると、全く問題がなく、特にTDDB試験においても真性破壊と思われる破壊しか生じていないことが確認された。 On the other hand, when this complete crystal wafer was subjected to the oxide film dielectric breakdown inspection of the polysilicon electrode, it was confirmed that there was no problem at all, and that only the breakdown considered to be intrinsic breakdown occurred in the TDDB test.
異常絶縁破壊の生ずる条件は、空乏領域32の抵抗を0とした場合、酸化膜34に印加される実効電界(酸化膜に印加される電圧/酸化膜厚)が、6MV/cm程度より大きい場合であると考えられる。
これは、上下電極10,12間に印加する電圧から、メタノール溶液Mにおける電圧降下分を差し引いた電圧が、酸化膜34と空乏領域(p型)32に印加されることより推定されるものである。
The abnormal dielectric breakdown occurs when the resistance of the
This is estimated by applying a voltage obtained by subtracting the voltage drop in the methanol solution M from the voltage applied between the upper and
このような6MV/cm程度という低電界で、酸化膜34の絶縁破壊が起こるとは考え難いが、銅イオンが酸化膜34の表面に付着し、それが酸化膜34中を拡散し、膜質の劣化を引き起こしている可能性が示唆される現象である。
Although it is unlikely that the dielectric breakdown of the
以上より、銅析出法によるウェーハ30の評価では、異常絶縁破壊による異常な銅析出を起こさないような、照度条件、メタノール抵抗条件および上下電極間の印加電圧条件の設定が重要である。
As described above, in the evaluation of the
上記したように、異常絶縁破壊が生じる条件は、完全結晶ウェーハのような高品質ウェーハの検査には適用できないことが判明した。 As described above, it has been found that the conditions under which abnormal dielectric breakdown occurs cannot be applied to inspection of high quality wafers such as perfect crystal wafers.
仮に完全結晶ウェーハの異常絶縁破壊が起きる条件で、従来結晶からなるウェーハの欠陥密度の検査をしても、観察される銅析出が欠陥性のものか、異常絶縁破壊によるものか破壊痕を見ても区別がつかないので、この条件は、適用するべきではないと考えられる。 Even if the defect density of a wafer made of a conventional crystal is inspected under the condition that an abnormal dielectric breakdown of a complete crystal wafer occurs, the observed copper deposits are observed to be defective or due to abnormal dielectric breakdown. However, it is considered that this condition should not be applied because it is indistinguishable.
なお、完全結晶条件で育成した結晶より作製したウェーハでは、最新のLSPC,LSTDを用いても、空孔型点欠陥の凝集体サイズが小さすぎ、品質検査ができない。また同じ理由でFPDとして検出されることも無い。実用的な空孔型点欠陥の凝集体の検出可能な評価手法は、現在、酸化膜絶縁破壊検査と銅析出法のみである。 It should be noted that a wafer produced from a crystal grown under complete crystal conditions is too small in size for agglomerates of vacancy-type point defects even if the latest LSPC or LSTD is used. Moreover, it is not detected as FPD for the same reason. Currently, the only evaluation methods that can detect agglomerates of vacancy-type point defects are the oxide film dielectric breakdown inspection and the copper deposition method.
本発明のシリコンウェーハの検査装置は、内部に表面絶縁膜を形成したシリコンウェーハを装着して電解質溶液を注入する銅の析出装置と、外部電圧を印加して前記ウェーハの欠陥部位上に銅を析出させる上部及び下部電極と、を有する構成とされ、
銅析出処理をおこなう際に、前記電解質溶液の上部電極−下部電極間における抵抗値を所定の値に設定可能とされてなることや、
または、銅析出処理をおこなう際に、前記シリコンウェーハに照射される光量(照度)を所定の範囲に設定することによって、前記シリコン層内で発生する電子正孔対の生成量を所定の状態に設定可能とされてなることや、
あるいは、銅析出処理をおこなう際に、前記電解質溶液の上部電極−下部電極間における抵抗値と、前記シリコン層内で発生する電子正孔対の生成量を所定の状態に設定するための前記シリコンウェーハに照射される光量(照度)と、前記上部電極−下部電極間に印加する印加電圧とを設定して、前記絶縁膜に印加される実効電界を、欠陥に起因しない異常絶縁破壊による銅析出を回避する範囲に設定可能とされてなることや、
さらに、前記絶縁膜に印加される実効電界が6MV/cm以下の範囲に設定可能とされてなることにより、上記の検査方法を適応することが可能となる。
The silicon wafer inspection apparatus according to the present invention includes a copper deposition device for injecting an electrolyte solution by mounting a silicon wafer having a surface insulating film formed therein, and applying an external voltage to deposit copper on the defective portion of the wafer. An upper and lower electrode to be deposited;
When performing the copper deposition treatment, the resistance value between the upper electrode and the lower electrode of the electrolyte solution can be set to a predetermined value,
Alternatively, when performing the copper deposition process, the amount of electron-hole pairs generated in the silicon layer is set to a predetermined state by setting the amount of light (illuminance) applied to the silicon wafer to a predetermined range. Being settable,
Alternatively, the silicon for setting the resistance value between the upper electrode and the lower electrode of the electrolyte solution and the amount of electron-hole pairs generated in the silicon layer to a predetermined state when performing copper deposition treatment The amount of light (illuminance) applied to the wafer and the applied voltage applied between the upper electrode and the lower electrode are set, and the effective electric field applied to the insulating film is changed to copper deposition due to abnormal dielectric breakdown not caused by defects. Can be set in a range that avoids,
Furthermore, since the effective electric field applied to the insulating film can be set in a range of 6 MV / cm or less, the above inspection method can be applied.
本発明のシリコンウェーハの検査方法および装置によれば、以下の効果を奏する。
(1) 前記電解質溶液(銅イオンを含んだメタノール溶液)の上部電極−下部電極間における抵抗値を所定の値に設定した状態で銅析出処理をおこなうことにより、銅析出時に表面絶縁膜に印加される実効電界を一定にし、欠陥検査精度とその安定性を向上することが可能となる。
(2) 前記シリコンウェーハに照射される光量(照度)を所定の範囲に設定することによって、前記シリコン層内で発生する電子正孔対の生成量を所定の状態に設定した状態で銅析出処理をおこなうことにより、空乏層の抵抗値を一定に設定にすることができ、これによって、絶縁膜に印加される実効電界を安定化して、検査結果にばらつきが生じることを防止できる。
(3) 前記電解質溶液(銅イオンを含んだメタノール溶液)の上部電極−下部電極間における抵抗値と、前記シリコン層内で発生する電子正孔対の生成量を所定の状態に設定するための前記シリコンウェーハに照射される光量(照度)と、前記上部電極−下部電極間に印加する印加電圧とを設定して、前記絶縁膜に印加される実効電界を、欠陥に起因しない異常絶縁破壊による銅析出を回避する6MV/cm以下の範囲に設定した状態で銅析出処理をおこなうことにより、検査の正確性を維持するとともに、完全結晶ウェーハのような高品質ウェーハの検査にも適用することが可能となる。
(4) 本発明のシリコンウェーハの検査装置は、内部に表面絶縁膜を形成したシリコンウェーハを装着して電解質溶液を注入する銅の析出装置と、外部電圧を印加して前記ウェーハの欠陥部位上に銅を析出させる上部及び下部電極と、を有する構成とされ、上記の条件(状態)を設定可能とされるため、本発明の検査方法を実施することを可能にできる。
According to the silicon wafer inspection method and apparatus of the present invention, the following effects can be obtained.
(1) The copper solution is applied to the surface insulating film at the time of copper deposition by performing a copper deposition process with the resistance value between the upper electrode and the lower electrode of the electrolyte solution (a methanol solution containing copper ions) set to a predetermined value. It is possible to make the effective electric field constant and improve the defect inspection accuracy and its stability.
(2) The copper deposition process with the amount of electron-hole pairs generated in the silicon layer set to a predetermined state by setting the amount of light (illuminance) applied to the silicon wafer to a predetermined range. By performing the above, the resistance value of the depletion layer can be set to be constant, thereby stabilizing the effective electric field applied to the insulating film and preventing variations in the inspection result.
(3) A resistance value between the upper electrode and the lower electrode of the electrolyte solution (a methanol solution containing copper ions) and a generation amount of electron-hole pairs generated in the silicon layer are set to a predetermined state. The amount of light (illuminance) applied to the silicon wafer and the applied voltage applied between the upper electrode and the lower electrode are set, and the effective electric field applied to the insulating film is caused by abnormal dielectric breakdown not caused by defects. It is possible to maintain the accuracy of the inspection by performing the copper precipitation process in a state set to a range of 6 MV / cm or less to avoid copper precipitation, and to apply it to inspection of high quality wafers such as perfect crystal wafers. It becomes possible.
(4) The silicon wafer inspection apparatus according to the present invention includes a copper deposition apparatus for injecting an electrolyte solution by mounting a silicon wafer having a surface insulating film formed therein, and applying an external voltage to the defect portion of the wafer. Since the above-described conditions (states) can be set, the inspection method of the present invention can be implemented.
以下、本発明に係るシリコンウェーハの検査方法および装置の一実施形態を、図面に基づいて説明する。 Hereinafter, an embodiment of a silicon wafer inspection method and apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施形態における被検査ウェーハとしては、チョクラルスキー法によって結晶成長されたベアウェーハが適用される。ウェーハには、前処理としてウェーハ上に存在するパーティクル等の外部汚染源を除去するために、ウェーハ洗浄を実施する。 As the wafer to be inspected in the present embodiment, a bare wafer crystal-grown by the Czochralski method is applied. Wafer cleaning is performed on the wafer in order to remove external contamination sources such as particles existing on the wafer as a pretreatment.
続いて、ウェーハを電気炉等の拡散装置に投入し、熱酸化(thermal oxidation )を行い、ウェーハ上に酸化膜を形成する。この熱酸化膜の厚さは25ないし150nmの範囲内で選択され、このような厚さの酸化膜を用いることにより、どのような来歴のウェーハであるかにかかわらず、続けて行われる銅の析出を良好に達成することができる。 Subsequently, the wafer is put into a diffusion device such as an electric furnace, and thermal oxidation is performed to form an oxide film on the wafer. The thickness of the thermal oxide film is selected within the range of 25 to 150 nm, and by using such an oxide film, the copper film is continuously formed regardless of the history of the wafer. Precipitation can be achieved satisfactorily.
続いて、表面が熱酸化膜という絶縁膜で覆われたウェーハに対して、後述する銅析出時においてウェーハの下部と下部電極との間に電気的な通路を確保するために、ウェーハ裏面の酸化膜の一部を剥離する。ウェーハの裏面全体を剥離することもできるが、最小の電気的な通路を確保することだけで十分である。なお、剥離はフッ化水素(HF)の蒸気を用いて実施する。 Subsequently, in order to secure an electrical path between the lower part of the wafer and the lower electrode during copper deposition described later, the wafer is covered with an insulating film called a thermal oxide film. A part of the film is peeled off. Although the entire backside of the wafer can be peeled off, it is sufficient to ensure a minimum electrical path. Stripping is performed using hydrogen fluoride (HF) vapor.
次に、ウェーハを純水で洗浄して、エッチングガス等残留物を除去する。
その後、酸化膜が形成された前記の目的ウェーハに対して銅の析出を実施する。
Next, the wafer is washed with pure water to remove residues such as etching gas.
Thereafter, copper is deposited on the target wafer on which the oxide film is formed.
本実施形態における検査装置は、銅の析出を行うための銅の析出装置であり、この検査装置は、図1,図2に示すように、金メッキを施した銅でできた下部プレート(電極板)10と、光をウェーハ面上に照射できるように等間隔に小さい穴を多数あけた純銅製の上部プレート(電極板)12とを有し、これらのプレート10,12が、スペーサ16によって所定の間隔を設定するように配置されるとともに、これらのプレート10,12を平面視して囲む側壁部14と共にその内部に所定の空間を構成し、この空間がウェーハを載置するウェーハ安着部20となる。
前記下部のプレート10と上部のプレート12には各々接続端子が連結され、外部電源18によって可変可能に電圧が上、下部プレートに印加される。
The inspection apparatus in the present embodiment is a copper deposition apparatus for performing copper deposition. This inspection apparatus includes a lower plate (electrode plate) made of gold-plated copper as shown in FIGS. ) 10 and an upper plate (electrode plate) 12 made of pure copper in which many small holes are formed at equal intervals so that light can be irradiated onto the wafer surface. These
Connection terminals are connected to the
前記ウェーハ安着部20は、ウェーハを入れたり、出したりするのに十分な空間として構成される。前記側壁部14とスペーサ16とはテフロン(登録商標)等の絶縁性の材料で製作される。
The
以下、本実施形態におけるシリコンウェーハの検査方法の工程を説明する。 Hereinafter, the steps of the silicon wafer inspection method according to this embodiment will be described.
まず、図2に示す銅の析出装置にダミーウェーハを前記下部プレート10の上に装着する。ダミーウェーハは50nmの厚さの酸化膜が形成されたものを使用する。ダミーウェーハは銅の析出装置の上部プレート12を持ち上げた後、装着される。
続いて、上部プレート10を設置し、この上部プレート10が没する程度まで、銅析出装置内に電解質溶液の溶媒として、例えば、メタノールを注入する。
First, a dummy wafer is mounted on the
Subsequently, the
次に、メタノールに浸されている純銅製の上部プレート10に、下部プレート12に対して正の電圧を加え銅イオンをメタノール中に溶出する。前記銅イオンを溶出する段階で、前記上部及び下部のプレートに印加される電圧の値は、本実施形態では、50Vで30分の間持続した。
Next, a positive voltage is applied to the
その次に、ダミーウェーハを脱着した後、所定の抵抗値となるように、前記方法にてメタノール抵抗値の調整をおこなった。続いて、被検査ウェーハ30をウェーハ安着部20内に装着する。このウェーハ30は、図1に示すように、絶縁膜である熱酸化層(酸化膜)34を有するものとされる。
Next, after removing and attaching the dummy wafer, the methanol resistance value was adjusted by the above-described method so as to obtain a predetermined resistance value. Subsequently, the wafer to be inspected 30 is mounted in the
次に、前記上、下部のプレート10,12に外部電圧を印加すると、基体31表面の熱酸化膜34の直下に低抵抗層である反転層33、その直下に高抵抗の空乏領域(空乏層)32が出現する。同時に、電圧印加により、絶縁破壊を起こして酸化膜に低抵抗の電流パスができた点35に銅イオンCu2+が析出銅40としてウェーハ30表面に析出する。前記析出銅40を析出させる段階で上下プレート10,12間に印加する電圧の強度は、後述するように絶縁膜34に印加する実効電界が6MV/cm以下、より好ましくは、3〜6MV/cmの範囲内になるように設定する。
Next, when an external voltage is applied to the upper and
このように、ウェーハ30の表面にピットのような結晶欠陥があるとその周囲に沿って、熱酸化工程により局部的な酸化膜34のシーニング現象が生じ、前記下部プレート10に負の電圧が加えられると、シーニング現象が生じた部位で酸化膜34の絶縁破壊が発生して、その部位を流れるリーク電流(電子電流)によって電解質溶液の中の銅の陽イオンCu2+が還元され、その欠陥部位35に銅Cuが析出銅40として析出する。
As described above, when there are crystal defects such as pits on the surface of the
そして、銅の析出装置の中で被検査ウェーハ30上に銅の析出を行った後、ウェーハ上の欠陥部位の分布、密度等に関して分析を実施する。
Then, after copper is deposited on the
ここで、本実施形態においては、前記絶縁膜34に印加される実効電界を上記の範囲に設定したのは、前記電解質溶液(銅イオンCu2+を含んだメタノール溶液)Mの上部電極12−下部電極10間における抵抗値Rmと、前記シリコン層(空乏層)32の抵抗値Rhと、前記上部電極12−下部電極10間に印加する印加電圧とをそれぞれ設定して、前記絶縁膜34に印加される実効電界を、欠陥に起因しない異常絶縁破壊による銅析出を回避するように銅析出処理をおこなうためである。
ここで、空乏層32の抵抗値Rhは、前記空乏領域(空乏層)32内で発生する電子正孔対の生成量に従い変化するので、これを設定するために、銅析出時において前記シリコンウェーハ30に照射される光Lの照度を制御することになる。
In this embodiment, the effective electric field applied to the insulating
Here, since the resistance value Rh of the
さらに、メタノール抵抗値Rmは、複数回の検査を通じて、各検査時で一定に維持することが好ましい。 Furthermore, the methanol resistance value Rm is preferably maintained constant during each inspection through a plurality of inspections.
ここで、メタノール抵抗値Rmにばらつきが生じた状態で銅析出をおこなった場合には、酸化膜34の抵抗値Rがメタノール抵抗値Rmと一桁程度の差しかないため、絶縁膜34に印加される電圧が一定にならず、酸化膜34に印加される実効電界に大きく影響を与えるので、絶縁破壊を起こす酸化膜欠陥数が変化し検査結果が安定しないため好ましくない。
さらに、絶縁膜34に印加される電圧が一定にならなかった場合には、この実効電界を所定の範囲に制御できなくなる可能性があり、この場合、絶縁膜34に印加される実効電界が閾値を超えて異常絶縁破壊に起因する銅析出が発生し、検査対象である欠陥部位35以外にも絶縁破壊が生じ、破壊点に銅析出が生じ、所望の検査結果を得られない可能性があるため好ましくない。
Here, when copper is deposited in a state where the methanol resistance value Rm varies, the resistance value R of the
In addition, when the voltage applied to the insulating
メタノール抵抗値Rmの管理方法としては、メタノール抵抗値Rmが低すぎる場合は、新液を追加すること、メタノール抵抗値Rmが高すぎる場合は、ダミー処理を追加することで所定値の範囲に調整することができる。具体的にはメタノール抵抗値Rmの測定値を、例えば、初期値Rm0 に対して誤差(ΔRm/Rm0 )が5%以内に設定する、または、(Rm/R+Rh)が0.13程度なのでこの値に対して5%以内に設定することなどが好ましい。 As a management method of the methanol resistance value Rm, when the methanol resistance value Rm is too low, a new solution is added. When the methanol resistance value Rm is too high, a dummy process is added to adjust the range to a predetermined value range. can do. Specifically, the measured value of the methanol resistance value Rm is set to an error (ΔRm / Rm 0 ) within 5% of the initial value Rm 0 or (Rm / R + Rh) is about 0.13, for example. It is preferable to set this value within 5%.
メタノール抵抗値Rmを一定に設定することで、酸化膜34に印加される電圧を一定にし、検査精度(感度)とその安定性を向上することが可能となる。
By setting the methanol resistance value Rm constant, it is possible to make the voltage applied to the
また、ウェーハ30に照射される光Lの照度を一定にすることにより、空乏層32中で光照射により発生する電子正孔対の生成量を一定にすることができるので、銅析出時の照度のばらつきをなくすことで、空乏層32の抵抗値Rhを一定に設定にすることができ、これによって、絶縁膜34に印加される電圧を安定化することが可能となる。その結果、検査結果にばらつきが生じることを防止できる。
Further, by making the illuminance of the light L applied to the
ここで、光源としては、特にp型の場合、より精密な管理を行うためにシリコン中に電子正孔対を発生させるに必要なエネルギー以上の単色光源を用い、光量による管理を行い、電子正孔対の単位時間単位体積当たりの発生量を管理し、空乏層32の抵抗値を管理するのが望ましい。
Here, in the case of the p-type in particular, in the case of the p-type, a monochromatic light source having energy higher than that necessary for generating electron-hole pairs in silicon is used for more precise management, and management is performed according to the amount of light. It is desirable to manage the generation amount of the hole pair per unit time and to manage the resistance value of the
また、メタノール抵抗値Rmおよび照度を管理することによって、表面欠陥が無い完全結晶ウェーハや、表層のみ完全な領域を持つ、水素アニール、アルゴンアニール、エピタキシャルなどのウェーハを検査対象とする場合、表面欠陥が無いにも関らず銅析出が生じることを防止することができ特に重要である。 In addition, by controlling the methanol resistance value Rm and the illuminance, surface defects can be detected when inspection is performed on wafers such as hydrogen annealing, argon annealing, and epitaxial wafers that have no surface defects and that have a complete surface layer only. It is particularly important that copper precipitation can be prevented despite the absence of copper.
つまり、上下プレート10,12間に印加する電圧から、メタノール抵抗値Rm’による電圧降下分を差し引いた電圧が、酸化膜34の抵抗値Rと空乏層32の抵抗値Rhとに印加されることより、酸化膜34に印加される実効電界(酸化膜に印加される電圧/酸化膜厚)が、異常絶縁破壊の生ずる条件である、「空乏層32の抵抗Rhを0とした場合に最大で6MV/cm程度」を超えないように制御することが可能となる
That is, a voltage obtained by subtracting the voltage drop caused by the methanol resistance value Rm ′ from the voltage applied between the upper and
このような6MV/cm程度を超えると酸化膜の表面に付着した銅イオンが酸化膜中34を拡散して、膜質が劣化して異常絶縁破壊を引き起こす可能性があるため好ましくない。
本実施形態の銅析出法によるウェーハの検査方法では、ウェーハ30の照度条件、メタノール抵抗値Rm条件および上下電極板10,12間の印加電圧条件を異常絶縁破壊による異常な銅析出を起こさないように設定することで、完全結晶ウェーハのような高品質ウェーハの検査にも適用することが可能となる。
If it exceeds about 6 MV / cm, copper ions adhering to the surface of the oxide film may diffuse in the
In the wafer inspection method by the copper deposition method of this embodiment, the illuminance condition of the
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
実施例1として、8”完全結晶の引上げ条件よりわずかに引上げ速度が早い条件で育成した結晶(p型,抵抗率:10Ωcm)より作成したウェーハを用い、乾燥酸素中950℃、140分間の酸化処理にて50nmの熱酸化膜を形成した後、裏面酸化膜をHF蒸気で剥離し、メタノールの抵抗値を2.64MΩcm2 、3.27MΩcm2 、3.90MΩcm2 、銅析出時の照度条件を4.8Lux(蛍光灯、ウェーハ面上)、上下電極間の印加電圧を35Vで10分間の銅析出を行った。
その結果を図3に示す。
As Example 1, a wafer prepared from a crystal (p-type, resistivity: 10 Ωcm) grown at a slightly higher pulling speed than the pulling condition of the 8 ″ perfect crystal was used and oxidized at 950 ° C. for 140 minutes in dry oxygen. After forming a thermal oxide film of 50 nm by the treatment, the back oxide film is peeled off with HF vapor, the resistance value of methanol is 2.64 MΩcm 2 , 3.27 MΩcm 2 , 3.90 MΩcm 2 , and the illuminance conditions at the time of copper deposition are Copper deposition was performed at 4.8 Lux (fluorescent lamp, on the wafer surface) and an applied voltage between the upper and lower electrodes of 35 V for 10 minutes.
The result is shown in FIG.
図3から、銅析出の数は、メタノール抵抗値の増加とともに減少することがわかった。また、銅析出分布は、酸化膜絶縁破壊マップや引上げ速度を変化させ育成した結晶の引上げ軸方向にスライスしたサンプルの熱処理後の酸素析出物分布より予想される空孔型点欠陥の凝集体の分布形状であるディスクとリング形状が全てのメタノール抵抗値で見られていた。 FIG. 3 shows that the number of copper deposits decreases with increasing methanol resistance. In addition, the copper precipitation distribution is determined based on the oxide film breakdown map and the aggregate of void-type point defects predicted from the oxygen precipitate distribution after heat treatment of the sample sliced in the pulling axis direction of the crystal grown by changing the pulling rate. Distributed disk and ring shapes were seen for all methanol resistance values.
実施例2として、8”完全結晶の引上げ条件よりわずかに引上げ速度が早い条件で育成した結晶(p型,抵抗率:10Ωcm)より作成したウェーハ(サンプルA)と、完全結晶より作製したウェーハ(サンプルB)とを、それぞれ乾燥酸素中950℃、140分間の酸化処理にて50nmの熱酸化膜を形成した後、裏面酸化膜をHF蒸気で剥離し、メタノールの抵抗値を3.27MΩcm2 ,銅析出時の照度条件を2.1Lux,4.8Lux,9.1Lux,13.8Lux,23.6Lux(蛍光灯、ウェーハ面上)、上下電極間の印加電圧を35V,25Vで10分間の銅析出を行った。
その結果を図4,図5に示す。
As Example 2, a wafer (sample A) prepared from a crystal (p-type, resistivity: 10 Ωcm) grown under conditions where the pulling rate is slightly higher than the pulling condition of 8 ″ perfect crystal, and a wafer (sample A) prepared from the perfect crystal ( Sample B) was oxidized in dry oxygen at 950 ° C. for 140 minutes to form a 50 nm thermal oxide film, the back oxide film was peeled off with HF vapor, and the resistance of methanol was 3.27 MΩcm 2 , Illumination conditions at the time of copper deposition are 2.1 Lux, 4.8 Lux, 9.1 Lux, 13.8 Lux, 23.6 Lux (fluorescent lamp, on the wafer surface), and the applied voltage between the upper and lower electrodes is 35 V, 25 V for 10 minutes. Precipitation was performed.
The results are shown in FIGS.
ここで、酸化膜に印加される実効電界は、照度条件により空乏層の電圧降下分が異なるため変化する。そこで、この電圧降下分を考慮し、実効電界範囲を求めると、メタノール抵抗値3.27MΩcm2 の場合、銅析出時に流れる初期電流値は、印加電圧35Vの条件で1.6μA/cm2 、25Vの条件で1.3μA/cm2 であったこと、そして、シリコンウェーハの抵抗値10Ωcmの場合に、熱的に反転層が充分に生成されるバンドベンド量0.87Vとなる場合、および、に光照射により電子正孔対が充分に生成し電圧降下分が0となる場合とから、酸化膜に印加される実効電界の範囲を求めると、35Vでは、5.9〜6.1MV/cmであり、25Vでは4.1〜4.3MV/cmである。 Here, the effective electric field applied to the oxide film changes because the voltage drop of the depletion layer varies depending on the illumination conditions. Therefore, when the effective electric field range is determined in consideration of this voltage drop, when the methanol resistance value is 3.27 MΩcm 2 , the initial current value that flows when copper is deposited is 1.6 μA / cm 2 , 25 V under the condition of an applied voltage of 35 V. it was 1.3μA / cm 2 at conditions, and, in the case of the resistance value 10Ωcm of the silicon wafer, if the band bend amount 0.87V to thermally inversion layer is sufficiently generated, and, in When the range of the effective electric field applied to the oxide film is obtained from the case where electron-hole pairs are sufficiently generated by light irradiation and the voltage drop becomes zero, the range of 5.9 to 6.1 MV / cm at 35 V is obtained. Yes, at 25 V, it is 4.1 to 4.3 MV / cm.
図4から、銅析出数は照度の増加とともに増加していることがわかる。そして、印加電圧35Vでは25Vよりも銅析出数が多かった。また、サンプルAでは、銅析出分布は、予想される空孔型点欠陥の凝集体の分布形状であるディスクとリング形状が全ての照度条件で見られた。
図5から、サンプルBでは、銅析出分布は、35Vで、2.1Lux,4.8Luxでは銅析出はほとんど見られないが、4.8Luxと9.1Luxの間で、急激に数が増加していることがわかる。また、銅析出分布は面内均一であった。
FIG. 4 shows that the number of copper deposits increases as the illuminance increases. And at the applied voltage 35V, there were many copper precipitation numbers rather than 25V. Further, in Sample A, the copper precipitation distribution was observed in all illuminance conditions, with the disk and ring shapes being the distribution shape of the aggregates of the expected vacancy-type point defects.
From FIG. 5, in sample B, the copper precipitation distribution is 35 V, and almost no copper precipitation is observed in 2.1 Lux and 4.8 Lux, but the number increases rapidly between 4.8 Lux and 9.1 Lux. You can see that Moreover, the copper precipitation distribution was in-plane uniform.
ところが、このサンプルBでは、25Vにおける全ての照度条件で銅析出は見られなかった。
上記サンプルBは、ポリシリコン電極を使用した酸化膜絶縁破壊検査(TDDB電極被覆率80%)で欠陥は検出されなかったサンプルである。表層のみ完全結晶である水素アニールウェーハ、エピタキシャルウェーハでも同様な結果が得られることを確認していることより、上記35Vでの銅析出部の起源はピットや加工キズのような欠陥性のものではないと判断できる。
However, in Sample B, no copper deposition was observed under all illuminance conditions at 25V.
The sample B is a sample in which no defect was detected by an oxide film dielectric breakdown inspection using a polysilicon electrode (TDDB electrode coverage 80%). It has been confirmed that the same results can be obtained with hydrogen annealed wafers and epitaxial wafers that are completely crystallized only on the surface layer. Therefore, the origin of the copper deposit at 35V is not a defect such as a pit or scratch. It can be judged that there is no.
10 下部プレート(電極)
12 上部プレート(電極)
14 側壁部
16 スペーサ
18 外部電源
20 ウェーハ安着部
30 ウェーハ
32 空乏層
34 絶縁膜(酸化層)
10 Lower plate (electrode)
12 Upper plate (electrode)
14
Claims (3)
上部及び下部電極を有する銅の析出装置内に、表面絶縁膜を形成した前記シリコンウェーハを装着して、前記析出装置内に電解質溶液を注入し、前記上部及び下部電極に外部電圧を印加し、前記ウェーハの欠陥部位上に銅を析出させる銅析出法により前記シリコンウェーハ表面の結晶欠陥を検査する方法において、
前記銅析出法は、ベアウェーハ上面上に厚さ25ないし150nmの範囲内の酸化膜とされる絶縁膜を形成させる段階と、前記ウェーハ裏面の酸化膜を剥離する段階と、前記ウェーハの表面近くに形成された欠陥部位上の絶縁膜を絶縁破壊して欠陥部位に銅を析出する段階とを備え、
前記銅の析出を遂行する段階は、外部電圧を印加できる銅でできた上部及び下部プレートと、側壁とで構成された容器形状の銅の析出装置内にダミーウェーハを装着する段階と、前記析出装置内に溶媒を注入する段階と、前記上部及びダミーウェーハを装着した下部プレートに外部電圧を印加し、銅イオンを溶出するダミー処理をおこなう段階と、前記ダミーウェーハを銅の析出装置から脱着する段階と、前記銅の析出装置内に目的のウェーハを装着する段階及び前記上部及び下部プレートに外部電圧を印加し、目的のウェーハの欠陥部位上に銅を析出させる段階とを備え、
前記シリコン層内で発生する電子正孔対の生成量を所定の状態に設定するための前記シリコンウェーハに照射される光量と、
前記電解質溶液の上部電極−下部電極間における抵抗値を設定して、
前記絶縁膜に印加される実効電界を、欠陥に起因しない異常絶縁破壊による銅析出を回避する3〜6MV/cmの範囲に設定した状態で銅析出処理をおこなうとともに、
同一電解質溶液で複数回の処理をおこなう際に、前記電解質溶液抵抗値のばらつきを5%以内に設定し、かつ、前記シリコンウェーハに照射される光量を一定に設定し、前記ウェーハに照射される光の照度を一定にするための光源として、シリコン中に電子正孔対を発生させるに必要なエネルギー以上の単色光源を用いて光量による管理を行い、電子正孔対の単位時間単位体積当たりの発生量を管理することで、前記上部および下部プレートに外部電圧を印加した際にウェーハ表面の熱酸化膜の直下に低抵抗層である反転層を介して出現する空乏層の抵抗値を管理することを特徴とするシリコンウェーハの検査方法。 This is a method for inspecting the presence or absence of minute void-type defect aggregates of 0.06 μm or less in a silicon wafer prepared from a crystal grown under the complete crystal growth conditions without the presence of void-type point defect aggregates. And
In a copper deposition apparatus having upper and lower electrodes, the silicon wafer on which a surface insulating film is formed is mounted, an electrolyte solution is injected into the deposition apparatus, and an external voltage is applied to the upper and lower electrodes, In the method of inspecting the crystal defects on the surface of the silicon wafer by a copper deposition method of depositing copper on the defect site of the wafer,
The copper deposition method includes forming an insulating film as an oxide film having a thickness in the range of 25 to 150 nm on the top surface of the bare wafer, peeling the oxide film on the back surface of the wafer, and near the surface of the wafer. And the step of precipitating copper on the defect site by dielectric breakdown of the insulating film on the defect site formed in,
The step of performing the copper deposition includes mounting a dummy wafer in a container-shaped copper deposition apparatus including upper and lower plates made of copper to which an external voltage can be applied, and sidewalls, and the deposition. Injecting a solvent into the apparatus, applying an external voltage to the upper plate and the lower plate on which the dummy wafer is mounted, performing a dummy process for eluting copper ions, and desorbing the dummy wafer from the copper deposition apparatus Mounting a target wafer in the copper deposition apparatus, and applying an external voltage to the upper and lower plates to deposit copper on a defective portion of the target wafer,
The amount of light applied to the silicon wafer for setting the generation amount of electron-hole pairs generated in the silicon layer to a predetermined state;
Set a resistance value between the upper electrode and the lower electrode of the electrolyte solution,
While performing the copper deposition treatment in a state where the effective electric field applied to the insulating film is set in a range of 3 to 6 MV / cm to avoid copper deposition due to abnormal dielectric breakdown not caused by defects,
When performing a plurality of treatments with the same electrolyte solution, the variation in the electrolyte solution resistance value is set within 5%, and the amount of light applied to the silicon wafer is set constant, and the wafer is irradiated. As a light source to make the light illuminance constant, a monochromatic light source with energy more than that required to generate electron-hole pairs in silicon is used to manage by light quantity, and the unit of electron-hole pairs per unit time per unit volume By controlling the amount of generation, the resistance value of the depletion layer that appears through the inversion layer, which is a low resistance layer, immediately below the thermal oxide film on the wafer surface when an external voltage is applied to the upper and lower plates is managed . A method for inspecting a silicon wafer.
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