KR100254015B1 - 반도체기판의 불순물 분석방법 - Google Patents

반도체기판의 불순물 분석방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 웨이퍼 표면의 불순물을 분석하는 방법에 있어서, 국소에서의 극미량의 불순물을 고감도로 분석할 수 있도록 하는 것을 가장 주요한 특징으로 한다.
이를 위해 본 발명에서는, 예컨대 웨이퍼(11) 표면의 피측정영역에만 자외선(13)을 조사하고, 그 피측정영역내의 불순물(11a)을 산화막(14)내로 거두어 들인다. 또, 이 산화막(14) 이외의 불순물(11b)을 산세정에 의해 제거한 후, 그 산화막(14)을 불화수소산증기(15)에 의해 용해한다. 그리고, 그 용해액적(16)내에 포함된 불순물(11a)을 회수액적(17)에 의해 회수하여, 웨이퍼(11)의 표면에서의 피측정영역내의 불순물(11a)을 선택적으로 회수한다. 그 후, 회수액적(17)내의 불순물(11a)의 양을 화학분석장치를 이용하여 측정함으로써 국소에서의 불순물(11a)의 면내 분포를 조사하는 것이 가능한 구성으로 되어 있다.

Description

반도체기판의 불순물 분석방법.
제1도는 본 발명의 1실시예에 따른 웨이퍼 표면의 불순물 분석방법에 대해 개략적으로 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 웨이퍼 11a,11b : 불순물
12 : 마스크 패턴 13 : 자외선
14 : 산화막 15 : 불화수소산 증기
16 : 용해액적(液滴) 17 : 회수액적
[산업상의 이용분야]
본 발명은, 예컨대 반도체기판의 표면에 흡착되는 불순물을 분석하는 반도체기판의 불순물 분석방법에 관한 것으로, 특히 웨이퍼 표면의 국소영역(局所領域)에서의 금속불순물의 농도를 분석하는 경우에 이용하는 기술에 관한 것이다.
[종래의 기술 및 그 문제점]
예컨대, 웨이퍼 표면의 금속불순물은 설령 미량이었다고 해도 디바이스의 전기적인 특성에 영향을 끼친다는 것이 알려져 있다. 이러한 불순물의 제어는 디바이스의 고밀도화, 고집적화에 따라 점점 엄격한 것이 요구되고 있다.
따라서, 그들 극미량의 불순물을 분석하는 기술도 고감도 또한 고정밀도, 특히 가능한 한 면내(面內) 혹은 깊이방향의 분해능을 올려서 분석하는 기술이 필요불가결하게 되고 있다.
종래, 웨이퍼 표면의 극미량의 불순물을 분석하는 방법으로서는, 예컨대 웨이퍼 표면의 전역 혹은 회수액적 크기정도의 영역에 대해 산(酸)용액 등을 이용하여 불순물을 회수하고, 그 회수액중의 불순물의 양을 프레임리스(frameless)원자흡광장치 등의 화학분석장치를 이용하여 측정하는 것이었다.
그런데, 디바이스에 가까운 요철(凹凸)패턴이 있는 웨이퍼 등에서는, 웨이퍼상의 흡착 불순물의 양이 상기 패턴에 의존하는 분포를 갖는다는 것이 가속시험에 의해 확인되어 있다.
그렇지만, 상기한 종래방법의 경우, 기껏해야 회수액적의 크기정도, 즉 수cm2의 면분해능밖에 없고, 게다가 그 수 cm2의 영역내의 불순물을 평균화하고 있기 때문에, 미크론~서브미크론의 패턴에서의 면내 분포를 조사하는 것은 불가능하게 되고 있었다.
상기한 것처럼, 종래에 있어서는 기껏해야 회수액적의 크기정도의 면분해능밖에 없고, 미크론~서르브미크론의 패턴에서의 면내 분포를 조사하는 것은 불가능하다고 하는 문제가 있었다.
[발명의 목적]
그래서 본 발명은 반도체기판 표면의 임의의 피측정영역에 대해 불순물을 고감도, 고정밀도로 분석할 수 있고, 국소(局所)에서의 극미량의 불순물의 면내 분포도 조사할 수 있는 반도체기판의 불순물 분석방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
[발명의 목적]
그래서 본 발명은 반도체기판 표면의 임의의 피측정영역에 대해 불순물을 고감도, 고정밀도로 분석할 수 있고, 국소(局所)에서의 극미량의 불순물의 면내 분포도 조사할 수 있는 반도체기판의 불순물 분석방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
[발명의 구성]
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 반도체기판의 불순물 분석방법에 있어서는, 반도체기판 표면의 임의의 피측정영역에 대해 자외선 또는 레이저광 등을 선택적으로 조사함으로써 이 피측정영역을 선택적으로 산화시키고, 그 피측정영역내의 불순물을 산화막내로 거두어 들이는 공정과, 상기 피측정영역 이외의 상기 반도체기판 표면의 불순물을 제거하는 공정, 상기 피측정영역 이외의 상기 반도체기판 표면의 불순물을 제거하는 공정, 상기 피측정영역의 산화막을 용해하고, 그 용해액을 회수하는 공정 및, 그 회수한 용해액중의 불순물의 양을 측정하는 공정을 구비하여 이루어져 있다.
[작용]
본 발명은, 상기한 수단에 의해 반도체기판 표면의 임의의 피측정영역에서의 불순물의 양을 선택적으로 측정할 수 있기 때문에, 국소에서의 불순물의 면내 분포를 고감도로 분석하는 것이 가능하게 되는 것이다.
[실시예]
이하, 본 발명의 1실시예에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
제1도는 본 발명에 따른 웨이퍼 표면의 불순물 분석방법에 대해 개략적으로 나타낸 것이다.
예컨대, 깨끗한 상황에 유지된 산화분위기중에 있어서, 웨이퍼(11)의 표면에 그 피측정영역에 대응하여 개구(開口)된 마스크 패턴(12)을 매개로 자외선(13)을 조사(照射)한다.
그리고, 자외선(13)이 조사된 피측정영역만을 수nm의 두께로 산화시키고, 그 피측정영역내의 불순물(11a)만을 산화막(14)내로 거두어 들인다(제1도(a)).
그 후, 웨이퍼(11)의 표면을 예컨대 염산과 과산화수소수의 혼합용액으로 이루어진 산용액을 이용하여 세정하고, 피측정영역 이외, 즉 상기 피측정영역에 형성된 산화막(14)내로 거두어 들인 불순물(11a)은 제외하고 상기 웨이퍼(11)의 표면에 존재하는 불순물(11b)을 모두 씻어 낸다(제1도(b)).
그런 후, 웨이퍼(11)의 표면을 불화수소산 등의 증기(15)중에 쬐여 상기 피측정영역에 형성된 산화막(14)을 용해한다.(제1도(c)).
이 때, 상기 산화막(14)은 불순물(11a)을 포함하는 미소한 용해액적(16)으로 되어 웨이퍼(11)의 표면에 남는다.
이어서, 이 미소한 용해액적(16)을, 웨이퍼(11)상에 고순도의 산용액(예컨대, 염산과 과산화수소수의 혼합용액)으로 이루어진 회수액적(17)을 100~500㎕정도 떨어뜨리고, 웨이퍼(11)의 위를 주사, 즉 굴림으로써 모아서 회수한다(제1도(d)).
이렇게 하여 용해액적(16)이 모아진 회수액적(17)을, 예컨대 프레임리스 원자흡광장치(ICPMS) 또는 유도결합 플라즈마 질량분석장치 등의 화학분석 장치(도시하지 않음)에 가함으로써, 회수액적(17)중의 불순물(11a)의 양을 측정한다.
이렇게 함으로써, 웨이퍼(11)의 표면에서의 임의의 피측정영역(국소)에 대한 불순물농도를 측정할 수 있다.
즉, 웨이퍼(11)의 표면에서의 임의의 피측정영역내의 불순물(11a)을 선택적으로 회수하고, 그 국소에서의 불순물(11a)의 양을 측정함으로써, 불순물(11a)의 면내 분포를 높은 면분해능을 가지고 조사하는 것이 가능하게 되는 것이다.
또, 이 경우, 불순물을 포함하지 않는 에피택셜층을 표면에 갖춘 것을 웨이퍼(11)로서 이용함으로써, 산화에 의한 및바탕 웨이퍼측으로부터의 불순물의 혼입을 억제시키고, 예컨대 웨이퍼(11)의 표면에 흡착하는 철(Fe)이나 나트륨(Na)등의 금속불순물을 고감도, 고정밀도로 분석할 수 있다.
분석의 감도로서는, 피측정영역의 크기(면적)에도 의존하지만 약 109~1010atoms/cm2로, 종래의 물리분석에 의한 약 1013~1014atoms/cm2에 비해 대폭적으로 향상시킬 수 있다.
그 결과, 디바이스에 가까운 요철(凹凸)패턴이 있는 웨이퍼의 경우에도, 미크로~서브미크론의 패턴에서의 면내 분포를 고감도로 조사하는 것이 용이하게 가능해지는 것이다.
또, 상기 각 공정중 산화막(14)내로의 불순물(11a)의 취입(거두어 들임)으로부터 회수액적(17)의 회수까지의 공정을 반복함으로써, 피측정영역의 깊이방향에 대한 불순물의 분포에 관한 정보를 얻는 것도 가능하다.
상기한 것처럼, 웨이퍼 표면의 임의의 피측정영역에서의 불순물의 양을 선택적으로 측정할 수 있도록 하고 있다.
즉, 웨이퍼 표면에서의 임의의 피측정영역내의 불순물을 선택적으로 회수하고, 그 국소에서의 불순물의 양을 측정하도록 하고 있다. 이로써, 높은 면분해능을 가지고 불순물의 면내 분포를 조사할 수 있는 것으로 되기 때문에, 웨이퍼 표면에서의 불순물의 분포를 고감도로 분석하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 국소에서의 극미량의 불순물의 면내 분포에 관한 정보를 얻는 것이 가능하게 되는 등, 종래에는 불가능했던 미크론~서브미크론의 패턴에서의 면내 분포를 용이하게 조사할 수 있게 되는 것이다.
또한, 상기 실시예에 있어서는 자외선을 이용하여 산화막의 형성을 재촉하도록 했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 예컨대 레이저광을 이용하는 것에 의해서도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
그 밖에, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위에서 여러가지로 변형실시가 가능함은 물론이다.
[발명의 효과]
이상에서 상술한 것처럼 본 발명에 의하면, 반도체 기판 표면의 임의의 피측정영역에 대해 불순물을 고감도, 고정밀도로 분석할 수 있고, 국소에서의 극미량의 불순물의 면내 분포도 조사할 수 있는 반도체기판의 불순물 분석 방법을 제공할 수 있다.

Claims (4)

  1. 반도체기판 표면의 임의의 피측정영역에 대해 자외선 또는 레이저광 등을 선택적으로 조사함으로써 이 피측정영역을 선택적으로 산화시키고, 그 피측정영역내의 불순물을 산화막내로 거두러 들이는 공정과,
    상기 피측정영역 이외의 상기 반도체기판 표면의 불순물을 제거하는 공정.
    상기 피측정영역의 산화막을 용해하고, 그 용해액을 회수하는 공정 및,
    그 회수한 용해액중의 불순물의 양을 측정하는 공정을 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체기판의 불순물 분석방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 불순물을 제거하는 공정은, 산용액을 이용하여 반도체기판의 표면을 세정함으로써 행하는 것을 특징으로 하는 반도체기판의 불순물 분석방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 산화막의 용해는 반도체기판의 표면을 불화수소산증기중에 쬠으로써 행하는 것을 특징으로 하는 반도체기판의 불순물 분석방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 불순물의 양을 측정하는 공정은, 프레임리스 원자흡광장치 또는 유도결합 플라즈마 질량분석장치 등의 화학분석장치를 이용하여 행하는 것을 특징으로 하는 반도체기판의 불순물 분석방법.
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