半導体用語集

圧縮応力

英語表記:compressive stress

 半導体ウェハに素子を形成するプロセスでは、基板結晶および上部の薄膜は界面を通し応力を及ぼし合う。シリコン結晶に薄膜を形成した時の歪と主応力の間には、以下の関係がなりたつ。


ここで、εxx、εyyはウェハ面内の歪成分、εzzウェハに垂直な方向の歪成分、Eはヤング(Young)率で{100}シリコンでは130GPa、νはシリコンのポアソン(Poisson)比で、〈100〉方向では0.28、σはウェハ面内の主応力である。
 シリコンの熱酸化膜に対し、シリコ ン結晶の熱膨張係数は相対的に大きい。このため酸化膜を形成したシリコンウェハの界面では、酸化膜に対してはある温度を境に低温では圧縮応力(compressive stress)が、高温では引っ張り応力(tensile stress)が働く。シリコン基板に対しては逆の応力が働く。
 膜を形成しないウェハにおいてもプロセス熱処理では、熱輻射とその遮蔽による不均一性に起因して面内温度差が生じ、熱応力が発生してスリップの原因となる。炉入れ時には外周の温度が高く、熱応力の周方向成分は外周部で圧縮応力となる。炉出し時には逆に中央部に圧縮応力が発生する。
 シリコンの結晶成長においては、圧縮応力が空孔、引っ張り応力が格子間シリコンを発生させるという説がある。

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