KR100303699B1 - 액체질소켄칭을이용한웨이퍼내의금속불순물분석방법 - Google Patents

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Abstract

오염된 웨이퍼를 확산 어닐링 시킨 후, LN2퀀칭하고 DIW 린스하여 웨이퍼내의 금속 불순물의 침전 형성을 막는 방법은 종래의 방법에서 나타나는 이차 오염을 최소화할 수 있고, 웨이퍼 내의 금속 불순물의 거동에 대한 정확한 정보를 얻을 수 있으며 BMD를 최소화할 수 있다.

Description

액체 질소 퀀칭을 이용한 웨이퍼 내의 금속 불순물 분석방법
[산업상 이용분야]
본 발명은 웨이퍼 금속 불순물 분석방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 웨이퍼 내부에서 금속 불순물의 침전 형성을 최소화 할 수 있는 액체 질소(liquid nitrogen: LN2) 퀀칭을 이용한 웨이퍼 내의 금속 불순물 분석방법에 관한 것이다.
[종래 기술]
금속 오염이 반도체 소자의 특성에 치명적인 영향을 미친다는 것은 잘 알려져 있다. 그러므로 반도체 내에서 금속의 거동에 대한 많은 연구가 진행되었다. 이러한 금속으로는 Fe, Cu, Mg, Na, K, W, Au, Al, Ca 등이 있으며, Fe가 가장 일반적인 금속이다. 실리콘 웨이퍼 내부의 금속 거동을 연구하기 위해서는 일반적으로 금속을 강제로 오염시키고, 일정한 온도에서 열처리하여 실리콘 내부로 확산시킨다. 하지만, 이들 불순물은 온도에 아주 민감하여 실리콘 내부에서 쉽게 침전을 형성하므로 불순물의 거동을 정확하게 평가하는 것은 쉽지 않다. 열처리 조건에 따라서 금속이 침전되는 경향이 많고, 금속 중에서 Fe의 경우, 침전이 형성되면 Fe-B 쌍(pair)에 관한 정보를 얻는 것이 어렵기 때문에 이러한 침전 형성을 최소화 하면서 샘플을 제조하는 것은 매우 중요하다.
침전 형성에 가장 큰 영향을 주는 요소는 열처리시 냉각 조건이다. 이러한 침전 형성을 최소화할 수 있는 냉각 방법으로는 퀀칭 방법을 많이 사용한다. P.Wagner의 Solid State Commun. 40, 797-799(1981)에서는 오일을 이용한 퀀칭 방법을 사용하였다. 오일 퀀칭은 오염된 웨이퍼를 확산 어닐링 시키고, 오일을 이용하여 급속 퀀칭시킨 후 분석하는 방법으로서, 그의 개략적인 과정은 제1도에 나타내었다. 그러나, 이 방법은 금속 불순물을 연구할 때 오일로 인한 이차 오염을 고려해야 한다는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 첫째로 오일 등에 의한 이차 오염을 최소화하면서 금속 불순물의 침전 형성을 막는 것이고, 둘째는 그에 따라 실리콘 내에서 금속 불순물의 거동을 정확하게 분석할 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이다.
제1도는 종래 기술에 따른 오일 퀀칭 과정을 개략적으로 나타낸 공정도.
제2도는 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 질소 퀀칭 과정을 개략적으로 나타낸 공정도.
제3(a)도 및 제3(b)도는 각각 본 발명 및 종래 기술의 일 실시예에 따라 처리한 샘플의 BMD 사진.
제4(a)도 및 제4(b)도는 각각 본 발명 및 종래 기술의 일 실시예에 따라 처리한 샘플의 DLTS 결과.
[과제를 해결하기 위한 수단]
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 웨이퍼를 확산 어닐링(diffusion annealing)시키는 공정 및 상기 확산 어닐링된 웨이퍼를 액체 질소로 급속 퀀칭(rapid quenching)시키는 공정을 포함하는 웨이퍼 내의 금속 불순물 분석방법을 제공한다.
본 발명에 따른 LN2에칭은 오염된 웨이퍼를 확산 어닐링 시키고 LN2금속 퀀칭시킨 후 DIW 린스하여 분석하는 방법이고, 이의 개략적인 과정은 제2도에 나타내었다. 본 발명의 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
금속으로 오염된 웨이퍼 샘플을 준비하여 수평(horizontal) 또는 수직(vertical) 방식의 노(furnace)에 넣고, N2또는 Ar 분위기(atmosphere) 및 일정한 확산 온도에서 일정 시간 동안 어닐링 시켜 금속을 실리콘 내부로 확산시킨다. 확산 온도 및 시간은 오염시킨 금속의 성분에 따라 결정되며, 확산 속도에 관계된다. 오염된 금속이 Fe인 경우에는 900℃의 온도 및 1시간이 바람직하다. 확산 온도에 관계된다. 어닐링된 샘플을 LN2를 이용하여 30초 내지 1분 동안 금속히 퀀칭하고, LN2에칭이 끝난 후 탈이온수(deionized water: DIW)로 5분 이상 린스한다. 이렇게 얻어진 샘플의 BMD(bulk microdefect density) 및 DLTS(deep level transient spectroscopy)를 측정한다. BMD는 샘플을 앵글 랩핑(angle lapping)하고, 라이트 에칭(wright etching)하여 샘플의 랩핑된 면을 관찰함으로써 데이터를 얻고, DLTS는 샘플로 쇼트키 다이오드(Schottky diode)를 만든 후 측정 온도에 따른 피크의 변화를 관찰하여 벌크(bulk) 내부에 전기적으로 영향을 주는 결함을 관찰하는 방식으로서, 측정 조건인 속도 윈도우(rate window)에 따라 피크 위치가 이동하므로 이 피크의 활성화 에너지(activation energy)를 구하여 이 피크의 의미를 해석한다. DLTS로부터 Fe-B 쌍, 틈새형(interstitial) Fe(Fei) 등과 같은 반도체 내의 디프 레벨(deep level)을 형성하는 성분에 대한 정보를 얻을 수 있다. 분석 결과로 금속의 침전을 나타내는 BMD 및 DLTS 데이터를 얻는다.
[실시예]
다음은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예 및 비교예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예들은 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
오염된 웨이퍼 샘플을 수평 방식의 노에 넣어 N2분위기 및 900℃의 온도에서 1시간 동안 확산 어닐링시켜 금속을 실리콘 내부로 확산시키고, 1분 동안 LN2퀀칭한 후, 5분간 DIW 린스하여 분석하였다. 샘플을 1cm× 1cm의 크기로 절단하여 5° 32″ 의 각으로 앵글 랩핑하고, 5분 동안 라이트 에칭한 후, 광학 현미경을 이용하여 랩핑된 면을 관찰함으로써 BMD 데이터를 얻었고, 절단된 샘플로 Al을 이용하여 쇼트키 다이오드를 만들어 측정 온도에 따르는 피크의 변화를 관찰함으로써 DLTS 데이터를 얻었다. 이로부터 얻은 샘플의 BMD 사진을 제3(a)도에 나타내었고, DLTS 결과를 제4(a)도에 나타내었다.
[비교예]
상기 실시예에서 1분 동안 LN2퀀칭하는 대신 노 내에서 5분 동안 660℃까지 냉각한 후, 샘플을 노 안에서 꺼내 15분간 실온까지 냉각하는 것을 제외하고는 실시예와 동일한 방법으로 실험하였다. 처리된 샘플의 BMD 사진을 제3(b)도에 나타내었고, DLTS 결과를 제4(b)도에 나타내었다.
실시예 및 비교예에서 나타낸 BMD 사진으로부터 본 발명의 방법에 따라 LN2퀀칭 처리하여 얻은 샘플은 보통 냉각(normal cooling)하여 얻은 샘플에 비하여 BMD로 나타내어지는 금속에 의한 침전이 훨씬 적다는 것을 알 수 있고, DLTS 데이터로부터 LN2에칭 처리하여 얻은 샘플에서는 Fe-B 쌍에 대한 정보를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다.
본 발명은 LN2퀀칭을 함으로써 이차 오염 및 침전 형성을 최소화하여 금속 불순물의 거동을 정확하게 분석하고, BMD를 최소화할 수 있으며 금속 불순물에 기인한 결함 연구에 이용할 수 있다.

Claims (2)

  1. 웨이퍼를 확산 어닐링시키는 공정; 상기 확산 어닐링된 웨이퍼를 액체 질소로 퀀칭시키는 공정; 상기 액체 질소로 퀀칭된 웨이퍼를 탈이온수로 린스하는 공정; 및 상기 탈이온수로 린스된 웨이퍼 내의 금속 불순물을 분석하는 공정을 포함하는 액체 질소 퀀칭을 이용한 웨이퍼 내의 금속 불순물 분석방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 퀀칭 공정은 30초 내지 1분 동안 하는 액체 질소 퀀칭을 이용한 웨이퍼 내의 금속 불순물 분석방법.
KR1019980001624A 1998-01-21 1998-01-21 액체질소켄칭을이용한웨이퍼내의금속불순물분석방법 KR100303699B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS60257520A (ja) * 1984-06-04 1985-12-19 Toshiba Corp 半導体素子の製造方法とその製造装置

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