KR100304769B1 - 불순물농도정량방법및불순물농도정량프로그램의기록을저장하기위한저장매체 - Google Patents

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Abstract

반도체 기판에 대한 펄스 CV 특성 측정 및 SIMS 측정이 반도체 기판의 동일 위치에서 실행된다. 상기 캐리어 농도의 정확도가 보장되는 깊이 범위 내에서, 상기 SIMS 프로파일로부터 취해진 도즈량이 상기 펄스 CV 특성으로부터 산출된 캐리어 농도 프로파일로부터 취해진 도즈량과 일치하도록 SIMS 프로파일은 최소 자승법으로 교정된다. 여러 종류의 불순물이 주입되는 경우, 펄스 CV 측정 및 SIMS 측정이 실행되고 불순물 농도 분포 및 캐리어 농도 분포가 불순물이 주입될 때마다 시뮬레이션에 의해 추정된다. 불순물이 고농도로 주입될 경우, 이전 불순물의 도전형과 반대인 도전형의 불순물이 주입된다.

Description

불순물 농도 정량 방법 및 불순물 농도 정량 프로그램의 기록을 저장하기 위한 저장 매체{METHOD FOR QUANTITATING IMPURITY CONCENTRATION AND RECORDING MEDIUM STORING RECORD OF PROGRAM FOR QUANTITATING IMPURITY CONCENTRATION}
본 발명은 반도체 소자 등에서 불순물 농도를 정량하기 위한 방법과 불순물농도를 정량하기 위한 프로그램의 기록을 저장하는 저장 매체에 관한 것으로, 상기 방법과 저장 매체에 의하여 고도의 정확한 측정이 수행될 수 있다.
반도체 소자 등의 표면 부근의 깊이 방향에서의 불순물 분포를 측정하기 위한 70여 가지 이상의 방법이 제시되어 있다. 이러한 방법 중에서, SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry)는 추적 원소의 종류와 그 양에 대한 정보가 현저한 감도로 획득될 수 있기 때문에 널리 사용된다. 예를 들어, SIMS에 대한 상세한 내용은 1995년에 KODANSHA에 의해 출판된 "SOLID SURFACE ANALYSIS I"라는 문헌 PP. 196-257"에 기술되어 있다. 부언하면, SIMS는 시료가 파괴되는 분석 방법이다.
SIMS를 사용하는 불순물 분포의 분석에서, 주이온(primary ion)이 시료에 인가되어 시료로부터 방출된 부이온을 정량적으로 분석한다. 이로 인하여, 시료의 불순물이 비활성이고 불순물 농도가 높은 경우에도, 반도체 기판과 같은 시료의 인터페이스로부터 떨어져 있는 내부에 대한 분석이 고도의 감도로 수행될 수 있다. SIMS는 다른 측정 방법이 필적할 수 없는 큰 장점을 가지고 있다.
현재 사용되는 전형적인 비파괴 분석 방법은 에너지 산란을 이용하는 RBS(Rutherford backscattering method) 또는 측정 원리로서, 반도체 특유의 현상인 공핍층의 변화를 이용하는 펄스 CV 측정에 기초한 방법 등을 포함한다. 펄스 CV 측정에 의한 캐리어 농도 분포를 측정하기 위한 방법은, 그 간편성으로 인해 반도체 분야에서 비파괴 분석 방법으로써 채용된다.
예를 들어, 펄스 CV 특성에 의해 지원되는 캐리어 농도의 분포는, "E.H. NICOLLIAN 및 J.R. BREWS,에 의해 쓰여지고 1982년에 JOHN WILEY & SONS, Inc에서출판된 "MOS Physics and Technology"라는 문헌의 pp.371-422에 설명된 펄스 CV 측정에 기초한 캐리어 농도의 분포를 산출하는 방법으로 측정될 수 있다.
펄스 CV 측정은 비파괴 측정이므로 쉽게 여러 번 수행될 수 있다. 따라서, 측정 장치에서 측정 편차가 있다하더라도, 측정 변차는 통계적인 방법으로 제거될 수 있다.
그러나, SIMS를 사용한 불순물 농도의 정량 측정에서 부이온이 발생되는 과정은 복잡하고 다양하기 때문에 명확하지는 않다. 그러므로, 경험적 기술만이 실제로 사용된다. 특히, 표준 시료를 사용하는 기술이 주로 일반적으로 채용된다. 그러나, 이 방법에서, 표준 시료의 질, RSF(Relative Sensitivity Function) 산출 방법, 일상적 에러 변동 등에 따라 십여%의 오차가 발생된다. 게다가, SIMS는 파괴적인 분석 방법이고, 따라서 RSF의 변동의 영향은 반복된 다수 회의 측정에 기초하여 통계적인 방법에 의해 제거되는 것이 불가능하고, 따라서 불순물 농도는 교정될 수 없다.
한편, 펄스 CV 측정에 기초한 캐리어 농도의 분포를 산출하기 위한 방법에서, 캐리어 농도의 분포는 전압이 시료에 인가될 때 공픽 영역의 폭의 변화로부터 산출된다. 따라서, 다수의 불순물이 존재할 때, 이러한 모든 불순물에 의해 영향받는 캐리어 전체 양만이 측정될 수 있다.
불순물이 고농도로 주입될 때, 펄스 CV 측정에 기초하여 얻어진 캐리어 농도 분포의 범위가 협소하게 되고, 이것은 주입된 불순물의 전체 프로파일을 획득하는 것이 불가능하게 만든다. 게다가, 불순물이 비활성인 경우, 비활성 불순물은 전기적 성질에 기여하지 않으므로 불순물 농도와 캐리어 농도 사이에 불일치가 일어난다. 따라서, 간단하고 광범위하며 고도로 정확하게 불순물을 측정할 수 있는 정량적 방법이 요구된다.
전술된 바에 따라, SIMS를 사용하는 측정에서, 표준 시료가 없는 경우에는 정확한 불순물 농도는 정량적으로 측정될 수 없다. 이는 아래와 같은 이유 때문이다. 명확하게, SIMS로부터 직접 얻어진 값은 단위 시간당 이온 갯수이다. 그러나, 이 이온이 발생되는 과정이 명확하지 않기 때문에, 교정 곡선 및 표준 시료를 이용하는 방법과 같은 경험적인 방법을 사용하는 것이 필요하다. 표준 시료가 이용되는 경우에서도, RSF의 일상적인 오차가 커서 측정 오차는 존재한다. 게다가, SIMS는 파괴적인 분석 방법이므로, 측정 결과에서의 편차는 통계적인 방법에 의해 제거될 수 없고, 이것은 불순물을 정량적으로 측정하는 것을 어렵게 만든다.
따라서, SIMS를 이용하여 불순물 농도를 측정하기 위하여, 명확한 불순물 농도 분포를 가지도록 고안된 표준 시료가 요구된다. 그러나, 필수 요소로 사용되는 표준 시료가 항상 획득될 수 없다. 표준 시료가 존재하는 경우에도, 측정 편차는 측정된 불순물 농도의 오차를 발생시킨다. 또한, SIMS가 파괴 분석 방법이기 때문에, 통계적인 방법에 의한 편차의 제거는 어렵고, 정확한 불순물 농도가 측정되지 않는 문제가 생긴다.
펄스 CV 측정에 의해 얻어진 프로파일로부터 캐리어 농도의 분포를 산출하기 위한 방법에 있어서, 복수의 불순물이 측정 영역에 존재하고, 불순물이 비활성이거나 불순물이 고농도일 경우, 광범위한 영역에서의 불순물 농도가 정확하게 측정될수 없다.
이는 아래와 같은 이유 때문이다. 명확하게, 캐리어 농도 분포가 펄스 CV 측정으로부터 산출될 경우, 전압이 인가될 때의 공핍 영역의 폭의 변화가 이용된다. 불순물의 분포가 캐리어 농도 분포와 일치하기 위하여, 캐리어가 될 불순물이 비교 불순물과 동일하고 이러한 경우의 비교 불순물은 오직 한 종류의 물질이어야 함이 필수적이다. 또한, 이 시스템에 존재하는 모든 불순물은 활성 상태이어야 한다. 고농도의 불순물 주입은 캐리어 농도 분포에 대한 측정의 정확성이 보장되는 범위를 제한한다. 예를 들어, 펄스 CV 측정에 기초하여 얻어진 캐리어 농도 분포의 측정 범위는 협영역에 한정된다. 결과적으로, 요구되는 깊이에서의 캐리어 농도 분포는 획득될 수 없다.
따라서, 펄스 CV 측정에 의해 캐리어 농도의 분포를 측정하려고 할 경우 복수의 불순물이 주입된다면, 각 불순물의 농도를 단독으로 측정하기가 어렵다. 불순물이 고농도로 주입될 경우, 인터페이스 부근만의 캐리어 농도 분포는 측정될 수 있다. 게다가, 불순물이 비활성인 경우, 캐리어의 농도 분포는 불순물의 농도 분포와 일치하지 않는다.
본 발명의 목적은 불순물 농도를 정량하기 위한 방법 및 불순물 농도를 정량하기 위한 방법의 프로그램이 기록된 기록 매체를 제공하는 것이다. 상기 방법은 SIMS 및 펄스 CV 측정의 장점이 제공되고 전기적 특성에 의해 뒷받침되는 불순물 분포가 넓은 범위의 깊이에서 얻어질 수 있다는 것을 특징으로 한다. SIMS는 측정가능 깊이의 범위가 넓으며, 여러 종류의 불순물을 유입하는 경우에도 대응할 수 있고, 비활성 불순물의 농도도 측정할 수 있다. 펄스 CV 측정은 캐리어 농도의 절대값이 얻어질 수 있다는 등의 장점을 가지고 있다.
본 발명에 따른 불순물 농도 정량 방법은 반도체 기판의 펄스 CV 특성을 측정하는 단계를 포함한다. 다음으로, 반도체 기판의 깊이 방향에서의캐리어 농도 분포가 펄스 CV 특성으로부터 산출된다. 다음, 불순물의 SIMS 프로파일을 산출하기 위하여, 상기 펄스 CV 측정 위치와 동일한 위치에서 반도체 소자의 SIMS 측정이 실행된다. 상기 캐리어 농도의 정확도가 보장되는 깊이 범위 내에서 상기 SIMS 프로파일로부터 취해진 도즈량이 상기 캐리어 농도 분포로부터 취해진 도즈량과 일치하도록 상기 SIMS 프로파일은 최소 자승법으로 교정된다.
본 발명에 있어서, 상기 SIMS 프로파일은 상기 펄스 CV 특성의 측정값으로부터 취해진 캐리어 농도 분포를 이용하여 교정된다. 이는 넓은 범위의 깊이에서도 정확하게 불순물 농도를 정량하는 것을 가능하게 한다.
또한, 불순물이 주입될 때마다, SIMS 측정, 펄스 CV 특성 측정, 이전 회에 측정된 결과를 사용하는 시뮬레이션, 불순물 농도 및 캐리어 농도 분포의 추정, 추정치와 실측치의 비교, 및 불순물의 도즈량 산출을 포함하는 일련의 단계들이 수행될 수 있다. 이 경우, 여러 종류의 불순물이 주입된다 해도, 불순물의 농도는 정량적으로 또 정확하게 측정될 수 있다.
또한, 제1 도전형의 제1 불순물이 주입된 후에, 제1 도전형의 반대 극성의 제2 도전형의 제2 불순물이 주입될 수도 있다. 이 경우, 제1 불순물이 고농도로주입된다 해도, 펄스 CV 특성 측정에 의해 넓은 범위의 프로파일이 얻어진다.
도 1은 본 발명의 각 실시예의 주요 단계를 도시하는 플로우 차트.
도 2는 시료의 깊이와 캐리어 농도 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도 3은 시료의 깊이와 불순물 농도 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도 4는 동일하게 확대된 SIMS 프로파일을 도시하는 그래프.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따라 불순물 농도를 정량하는 방법을 도시하는 플로우 차트.
도 6A 및 6B는 본 발명의 제2 실시예에 대응하여 불순물 농도를 정량하는 방법을 도시하는 플로우 차트.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따라 불순물 농도를 정량하는 방법을 도시하는 플로우 차트.
본 발명의 실시예에 따르는 불순물 농도를 측정하기 위한 방법이 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명되어질 것이다. 도 1은 본 발명의 각 실시예의 주요 단계를 도시하는 플로우 차트이다. 본 발명의 각 실시예에서, 펄스 CV 측정 및 SIMS 측정은 동일 시료의 동일 위치에서 수행된다(단계 S401).
이 때, 펄스 CV 측정에서, 캐리어 농도의 프로파일은 예를 들어, 반전 프로파일링 방법을 이용하여 산출된다. 도 2는 시료의 깊이와 캐리어 농도의 관계를 도시하는 그래프이다. 여기서, 가로 좌표는 시료의 깊이를 나타내고 세로 좌표는 캐리어 농도를 나타낸다. 펄스 CV 측정으로부터 도 2에 도시된 그래프가 얻어된다. 그러나, 정확성이 보장되는 범위는 단지 도 2의 변곡점들 사이이다.
SIMS 측정에 있어서, 불순물 농도의 프로파일을 산출하기 위하여 펄스 CV 측정을 수행한 동일 시료의 동일 위치에서 SIMS 측정이 수행된다. 도 3은 시료의 깊이와 캐리어 농도 사이의 관계를 도시하는 그래프이다. 여기서, 가로 좌표는 시료의 깊이를 나타내고 세로 좌표는 캐리어 농도를 나타낸다. SIMS 측정으로부터 도 3에 도시된 그래프가 얻어진다.
다음으로, 캐리어 농도의 정확도가 보장되는 깊이 범위 내에서, 단계(S401)에서 산출된 캐리어 농도로부터 취해진 도스량이 또한 단계(S401)에서 산출된 불순물 농도로부터 취해진 도스량과 일치하도록 상대 감도 함수 RSF가 최소 자승법에 의해 변경되고 각 깊이에서의 SIMS 프로파일이 등가적으로 확대된다(단계 S402).도 4는 등가적으로 확대되어진 SIMS 프로파일을 도시하는 그래프이다. 여기서, 가로 좌표는 시료의 깊이를 나타내고 세로 좌표는 캐리어 농도를 나타낸다. SIMS 프로파일의 등가적인 확대는, 펄스 CV 측정에 기초한 전기적 특징에 의해 뒷받침되는 불순물 농도 분포가 도 4에 도시된 바와 같이 얻어질 수 있다는 결과를 나타낸다.
다음으로, 본 발명의 제1 실시예가 설명되어질 것이다. 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 대응하는, 불순물 농도를 정량하기 위한 방법을 도시하는 플로우 차트이다.
제1 실시예에서, 먼저 균일한 동종의 산화막이 기판의 표면상에 형성된다(단계 S101) 그 다음, 산화막의 두께가 측정된다.
다음으로, 불순물이 이온 주입(ion implantation) 또는 고체상 확산(solid phase diffusion) 같은 방법에 의해 기판 내로 주입된다(단계 S102). 이 때, 이온 주입 등에 의해 주입된 불순물은 비활성이다.
주입된 불순물의 전부는 질소 환경에서 어닐링(annealing) 처리에 의하여 활성화된다(단계 S103).
그 후, 펄스 CV 측정을 수행하기 위한 전극이 될 알루미늄층과 같은 도전층이 산화막상에 피착된다(단계 S104).
이어서, 펄스 CV 특성이 전극인 도전층을 사용하여 측정된다(단계 S105).
펄스 CV 측정에 의해 얻어진 펄스 CV 특성으로부터, 공핍 영역의 확장폭이 산출되어 깊이 방향에서의캐리어 농도 분포가 산출된다(단계 S106).
다음 단계에서, 전극으로 사용된 알루미늄층 등의 전도층이 벗겨진다(단계S107).
이어서, 펄스 CV 측정이 수행된 위치와 동일 위치에서 SIMS 측정이 수행된다(단계 S108). 단계(S105 내지 S108)는 도 1에 도시된 단계(S401)에 대응한다.
그 다음, 캐리어 농도의 정확도가 보장되는 깊이 범위 내에서, 단계(S108)에서 산출된 불순물 농도 프로파일로부터 취해진 도스량이 단계(S106)에서 산출된 캐리어 농도 프로파일로부터 취해진 도스량과 일치하도록 변환 인자가 최소 자승법으로 산출되어, SIMS 측정에 기초한 불순물 농도가 교정된다(단계 S109). 단계(S109)는 도 1에 도시된 단계(S402 및 S403)에 대응한다.
다음으로, 단계(S101 내지 S109)에서 교정된 불순물 농도가 얻어진 시료는 다른 시료의 불순물 농도의 SIMS 측정을 수행하기 위한 표준 시료로서 이용된다(단계 S110).
펄스 CV 측정 장치 자체에 내장된 전극이 제공되어 있는 경우에는, 단계(S104 및 S107)가 생략될 수 있다.
이 실시예에서, 전술된 바와 같이 불순물이 주입된다(단계 S102). 그러나, 한 종류의 활성 불순물이 주입된 시료에서, 시료가 단계(S105)에 연속하여 일련의 단계로 처리된다면 불순물 농도는 측정될 수 있다. 따라서, 이 실시예는 상업적으로 활용 가능한 표준 시료를 교정하는 경우에 적용될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제2 실시예가 설명되어질 것이다. 본 실시예는 여러 종류의 불순물이 주입되는 경우에 관한 것이다. 일반적으로, 여러 종류의 불순물이 주입될 때, 보통의 펄스 CV 측정에 의하여 캐리어 농도의 분포를 분석하는 것이 어렵다. 제1 실시예에서, 이상적인 시료의 불순물 농도를 정량하기 위한 방법이 설명되었다. 표준 시료의 펄스 CV 측정의 결과는 다른 시료의 불순물 농도의 측정에 반영되기 때문에, 펄스 CV 측정의 결함을 보상하는 것이 필요하다. 도 6a 및 6b는 본 발명의 제2 실시예와 대응하는, 불순물 농도를 측정하기 위한 방법을 도시하는 플로우 차트이다.
이 실시예에서, 먼저 통상의 소자가 생산될 때, 추가되는 기판은, 불순물의 분포를 얻기 위하여 요구되는 소자를 생산하는 단계에서 주입되는 불순물 종류의 수와 동일한 갯수만큼 준비된다(단계 S201). 아무런 패턴도 상기 추가된 기판들 상에 형성되어 있지 않고, 상기 기판들은 이후 단계에서 추출될 것이라는 점에 주목해야한다.
다음으로, 불순물이 각각의 기판으로 주입된다(단계 S202).
그 다음. 추가된 기판 중의 하나는 추출된다(단계 S203).
연속되는 단계에서, 추출된 기판의 표면상에 산화막이 형성될 것인지에 대한 판단이 이루어진다(단계 S204).
산화막이 형성되어 있지 않은 경우, 산화막은 추출된 기판의 표면에 형성되고(단계 S205) 그 후 추출된 기판의 불순물이 비활성인지 아닌지에 대한 판단이 이루어진다(단계 S206). 반면에, 이미 산화막이 형성된 경우, 기판의 불순물이 비활성인지 아닌지에 대한 판단이 이루어진다(단계 S206).
추출된 기판의 불순물이 비활성인 경우, 기판의 모든 불순물이 질소 환경에서 어닐링 처리 등에 의하여 활성화되고, 그 다음으로, 수은 프루버(prover)와 같이 내장 전극이 제공된 펄스 CV 측정 장치를 사용하여 펄스 CV 특성이 측정된다(단계 S208). 반면에, 이미 기판의 불순물이 활성화된 경우, 펄스 CV 특성이 측정된다(단계 S208).
그 다음으로, 깊이 방향으로 캐리어 농도 분포를 산출하기 위하여, 공핍층의 확장폭이 추출된 기판의 펄스 CV 특성으로부터 산출된다(단계 S209).
이어서, 펄스 CV 측정이 수행된 위치와 동일 위치에서 SIMS 측정이 수행된다(단계 S210). 단계(S208 내지 S210)는 도 1에 도시된 단계(S401)에 대응한다.
그 다음, 불순물의 주입 횟수가 확인된다(단계 S211).
불순물 주입이 첫 번째 주입일 경우, 캐리어 농도의 정확도가 보장되는 깊이 범위 내에서 단계(S210)에서 얻어진 불순물 농도 프로파일로부터 취해진 도스량이 단계(S209)에서 얻어진 캐리어 농도 프로파일로부터 취해진 도스량과 일치하도록 SIMS 측정에 기초한 불순물 농도가 최소 자승법을 사용하여 교정된다(단계 S212). 단계(S212)는 도 1에 도시된 단계(S402)에 대응된다. 교정된 프로파일은 초기 데이터로 정의되고, 다음 회 불순물 주입 전까지의 단계는, 다음 회 불순물 주입 전까지의 불순물 농도의 프로파일 및 캐리어 농도의 프로파일을 추정하기 위하여 시뮬레이션이 수행된다(단계 S215).
반면에, 이번 불순물 주입이 첫 번째 주입이 아니라면, 이전 회의 불순물 주입이 실행될 때 단계(S215)의 시뮬레이션에 의해 추정된, 불순물 주입 전의 캐리어농도 프로파일이 이번 회 불순물 주입이 실행된 후에 단계(S209)에서 산출된 캐리어 농도 프로파일과 비교되어 도즈량이 산출된다(단계 S213). 그 다음 단계에서, 단계(S210)에서 산출된 이번 회 SIMS 프로파일과 이전 회 SIMS 프로파일 사이의 차이가 단계(S213)에서 산출된 도즈량과 일치하도록 이번 회 SIMS 프로파일의 불순물 농도가 최소 자승법으로 교정된다(단계 S214). 그 다음, 첫 번째 주입의 경우와 같은 방법으로, 다음 회 불순물 주입 전에 불순물 농도 및 캐리어 농도의 프로파일이 추정된다(단계 215).
상기 단계 후에, 모든 불순물의 주입이 실행되었는지가 판단된다(단계 S216).
모든 불순물의 주입이 완료되었을 경우, 기판의 추출과 불순물 분포의 분석이 끝난다. 반면에, 모든 불순물의 주입이 완료되지 않았을 경우, 다음 불순물이 각각의 기판으로 주입된다(단계 S202). 그 다음, 단계(S202 내지 S216)가 모든 불순물의 주입이 완료될 때까지 반복된다.
도 1의 단계(S403)에서 도시된 바와 같이, 이러한 단계들은 전기적 특성에 의해 뒷받침되는 불순물 프로파일이 획득될 수 있음을 보장한다.
다음으로, 본 발명의 제3 실시예가 설명될 것이다. 이 실시예는 불순물이 고농도로 주입되는 경우의 바람직한 실시예이다. 이 실시예에서, 주입될 모든 불순물은 활성화될 것이다. 일반적으로, 불순물이 고농도로 주입될 경우, SIMS 프로파일은 펄스 CV 측정의 결과로부터 산출된 캐리어 농도의 분포에 기초하여 교정하기가 어렵다. 도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따라서 불순물 농도를 측정하기 위한 방법을 도시하는 플로우 차트이다.
본 실시예에서, 다음 단계에서 추출될 것이고 패턴이 형성되지 않은 추가 기판이 통상의 소자가 생산될 때 추가된다(단계 S301).
다음으로, 제1 도전형의 제1 불순물 A가 각각의 기판에 고농도로 주입된다(단계 S302).
그 다음, 추가된 기판 중의 하나가 추출된다(단계 S303).
제2 도전형의 제2 불순물 B가 추출된 기판에 주입된다(단계 S304). 제2 도전형은 제1 도전형의 역극성이다.
이어서, 산화막이 추출된 기판상에 형성되었는지 아닌지가 판단된다(단계 S305).
산화막이 형성된 경우, 기판의 모든 불순물 A 및 B는 질소 환경에서 어닐링 등에 의해서 활성화된다. 그 다음, 수은 프루버와 같은 내장 전극이 제공된 펄스 CV 측정 장비를 사용하여 펄스 CV 특성이 측정된다(단계 S308).
반면에, 산화막이 형성되지 않은 경우, 산화막이 형성되고 모든 불순물 A 및 B는 산화막이 형성된 경우와 같은 방법으로 활성화된다(단계 S307). 그 다음 펄스 CV 특성이 측정된다(단계 S308).
다음으로, 깊이 방향에서의 캐리어 농도 분포를 산출하기 위하여, 공핍층의 확장폭이 추출된 기판의 펄스 CV 특성으로부터 산출된다(단계 S309).
이어서, 펄스 CV 측정을 수행한 위치와 동일 위치에서 SIMS 측정이 수행된다(단계 S310). 단계(S308 내지 S310)는 도 1의 단계(S401)에 대응한다.
다음으로, 캐리어 농도 분포는 SIMS 프로파일 결과에 기초하여 추정된다(단계 S311).
캐리어 농도의 정확도가 보장되는 깊이 범위내에서, 단계(S311)에서 추정된 불순물 농도 프로파일로부터 취해진 도즈량이 단계(S309)에서 얻어진 캐리어 농도 프로파일로부터 취해진 도즈량과 일치하도록 SIMS 측정에 기초한 프로파일의 불순물 농도가 최소 자승법으로 교정된다. 단계(S312)는 도 1에 도시된 단계(S402)에 대응한다.
이러한 단계들은, 도 1의 단계(S403)에 도시된 바와 같이 전기적 특성에 의해 뒷받침되는 불순물 프로파일이 획득될 수 있음을 보장한다.
이 실시예에서, 불순물 A의 반대 도전형인 불순물 B는 단계(S304)에서 주입된다. 따라서, 불순물 A의 농도가 높아도, 불순물 농도는 적당하게 교정될 수 있다.
부수적으로, 이러한 실시예에서, 상기 단계가 기록된 기록 매체를 사용하고 불순물 농도를 정량하기 위한, 기록 매체에 저장된 프로그램을 컴퓨터로 실행함으로써 불순물 농도가 측정될 수 있다.
본 발명은 불순물 농도를 정량하기 위한 방법 및 불순물 농도를 정량하기 위한 방법의 프로그램이 기록된 기록 매체에 관한 것으로서, 상기 방법은 SIMS 및 펄스 CV 측정의 장점이 제공되고, 전기적 특성에 의해 뒷받침되는 불순물 분포가 넓은 범위의 깊이에서 얻어질 수 있으며, 또한 넓은 범위의 깊이에서도 정확하게 불순물 농도를 정량하는 것을 가능하게 한다.
또한, 여러 종류의 불순물이 주입된다 해도, 불순물의 농도는 정량적으로 또 정확하게 측정될 수 있다.
또한, 제1 도전형의 제1 불순물이 주입된 후에, 제1 도전형의 반대 극성의 제2 도전형의 제2 불순물이 주입될 수도 있다. 이 경우, 제1 불순물이 고농도로 주입된다 해도, 펄스 CV 특성 측정에 의해 넓은 범위의 프로파일이 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims (16)

  1. 불순물 농도를 정량(定量)하는 방법에 있어서,
    반도체 기판에 불순물을 주입하는 단계;
    상기 불순물을 활성화시키는 단계;
    상기 반도체 기판의 펄스 CV 특성을 측정하는 단계;
    상기 펄스 CV 특성으로부터 상기 반도체 기판의 깊이 방향에서의 캐리어(carrier) 농도의 분포를 산출하는 단계;
    상기 펄스 CV 특성의 측정 위치와 동일 위치에서 상기 반도체 기판의 SIMS 측정을 수행하여 상기 불순물의 SIMS 프로파일(profile)을 산출하는 단계;
    상기 캐리어 농도의 정확도가 보장되는 깊이 범위 내에서, 상기 SIMS 프로파일로부터 취해진 도즈량(dose amount)이 상기 캐리어 농도 분포로부터 취해진 도즈량과 일치하도록 최소 자승법(method of least square)으로 상기 SIMS 프로파일을 교정하는 단계; 및
    상기 반도체 기판을 표준 시료로 사용하여 다른 시료들에 대한 SIMS 측정을 수행하는 단계
    를 포함하는 불순물 농도 정량 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 불순물 주입 단계 전에 상기 반도체 기판상에 산화막을 형성하는 단계를 더 포함하는 불순물 농도 정량 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 펄스 CV 특성을 측정하는 단계 전에 상기 산화막상에 전극을 형성하는 단계, 및 상기 캐리어 농도 분포를 산출하는 단계 후에 상기 전극을 제거하는 단계를 더 포함하는 불순물 농도 정량 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 펄스 CV 특성을 측정하는 상기 단계는 상기 반도체 기판의 이면 및 상기 전극을 사용하여 상기 펄스 CV 특성을 측정하는 단계인 불순물 농도 정량 방법.
  5. 불순물 농도를 정량하는 방법에 있어서,
    한 종류의 불순물을 복수의 반도체 기판에 주입하는 단계;
    하나의 반도체 기판을 제외한 상기 반도체 기판들에 다른 종류의 불순물을 주입하는 단계;
    상기 불순물 주입 단계의 주입 횟수만큼의 기판을 제외한 상기 반도체 기판들에 또 다른 종류의 불순물을 주입하는 단계를, 최종적으로 남은 하나의 반도체 기판에 마지막 종류의 불순물을 주입할 때까지 반복하는 단계;
    불순물이 주입될 때마다 상기 반도체 기판 중에서 선택된 하나의 반도체 기판의 펄스 CV 특성을 측정하는 단계;
    상기 펄스 CV 특성으로부터 상기 반도체 기판의 깊이 방향에서의 캐리어 농도 분포를 산출하는 단계;
    상기 펄스 CV 특성의 측정 위치와 동일 위치에서 상기 반도체 기판의 SIMS 측정을 수행하여 상기 불순물의 SIMS 프로파일을 산출하는 단계;
    상기 불순물 주입이 첫 번째 주입일 경우, 상기 캐리어 농도의 정확도가 보장되는 깊이 범위 내에서, 상기 SIMS 프로파일로부터 취해진 도즈량이 상기 캐리어 농도 분포로부터 취해진 도즈량과 일치하도록 최소 자승법으로 상기 SIMS 프로파일을 교정하는 단계;
    다음 회(回)의 불순물 주입 전까지의 각 단계에 대한 시뮬레이션(simulation)을 수행하여 상기 다음 회의 불순물 주입 전의 캐리어 농도 분포를 추정하는 단계;
    상기 불순물 주입이 첫 번째 주입이 아닐 경우, 직전 회의 불순물 주입이 완료된 후에 추정된 상기 캐리어 농도 분포를 금번 회의 불순물 주입이 완료된 후의 상기 캐리어 농도 분포의 실제치와 비교하는 단계;
    상기 비교 결과에 기초하여 금번 회에 주입된 상기 불순물의 도즈량을 산출하는 단계;
    상기 SIMS 프로파일의 도즈량이 상기 산출된 도즈량과 일치하도록 최소 자승법으로 상기 SIMS 프로파일을 교정하는 단계; 및
    상기 다음 회의 불순물 주입 전까지의 각 단계에 대한 시뮬레이션을 수행하여 상기 다음 회의 불순물 주입 전의 캐리어 농도 분포를 추정하는 단계
    를 포함하는 불순물 농도 정량 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 불순물 주입 단계 후에 상기 반도체 기판상에 산화막을 형성하는 단계를 더 포함하는 불순물 농도 정량 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 불순물 주입 단계 후에 상기 불순물을 활성화시키는 단계를 더 포함하는 불순물 농도 정량 방법.
  8. 불순물 농도를 정량하는 방법에 있어서,
    제1 반도체 기판 및 제2 반도체 기판에 제1 도전형의 제1 불순물을 주입하는 단계;
    상기 제1 반도체 기판에 제1 도전형의 반대인 제2 도전형의 제2 불순물을 주입하는 단계;
    상기 제1 반도체 기판의 펄스 CV 특성을 측정하는 단계;
    상기 펄스 CV 특성으로부터 상기 제1 반도체 기판의 깊이 방향에서의 캐리어 농도 분포를 산출하는 단계;
    상기 펄스 CV 특성의 측정 위치와 동일 위치에서 상기 제1 반도체 기판의 SIMS 측정을 수행하여 상기 제1 및 제2 불순물의 SIMS 프로파일을 산출하는 단계;
    상기 제1 및 제2 불순물의 상기 SIMS 프로파일로부터 상기 제1 반도체 기판의 깊이 방향에서의 캐리어 농도 분포를 추정하는 단계; 및
    상기 캐리어 농도의 정확도가 보장되는 깊이 범위 내에서, 상기 펄스 CV 특성으로부터 얻어진 상기 캐리어 농도 분포로부터 취해진 도즈량이 상기 추정된 캐리어 농도 분포로부터 취해진 도즈량과 일치하도록 최소 자승법으로 상기 SIMS 프로파일을 교정하는 단계
    를 포함하는 불순물 농도 정량 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 불순물을 주입하는 상기 단계 후에 상기 제1 반도체 기판상에 산화막을 형성하는 단계를 더 포함하는 불순물 농도 정량 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제2 불순물을 주입하는 상기 단계 후에 상기 제1 및 제2 불순물을 활성화시키는 단계를 더 포함하는 불순물 농도 정량 방법.
  11. 불순물 농도를 정량하는 방법에 있어서,
    반도체 기판의 펄스 CV 특성을 측정하는 단계;
    상기 펄스 CV 특성으로부터 상기 반도체 기판의 깊이 방향에서의 캐리어 농도 분포를 산출하는 단계;
    상기 펄스 CV 특성의 측정 위치와 동일 위치에서 상기 반도체 기판의 SIMS 측정을 수행하여 상기 불순물의 SIMS 프로파일을 산출하는 단계; 및
    상기 캐리어 농도의 정확도가 보장되는 깊이 범위 내에서, 상기 SIMS 프로파일로부터 취해진 도즈량이 상기 캐리어 농도 분포로부터 취해진 도즈량과 일치하도록 최소 자승법으로 상기 SIMS 프로파일을 교정하는 단계
    를 포함하는 불순물 농도 정량 방법.
  12. 불순물 농도를 정량하는 방법에 있어서,
    반도체 기판의 펄스 CV 특성을 측정하는 단계;
    상기 펄스 CV 특성으로부터 상기 반도체 기판의 깊이 방향에서의 캐리어 농도 분포를 산출하는 단계;
    상기 펄스 CV 특성의 측정 위치와 동일 위치에서 상기 반도체 기판의 SIMS 측정을 수행하여 상기 불순물의 SIMS 프로파일을 산출하는 단계;
    상기 캐리어 농도의 정확도가 보장되는 깊이 범위 내에서, 상기 SIMS 프로파일로부터 취해진 도즈량이 상기 캐리어 농도 분포로부터 취해진 도즈량과 일치하도록 최소 자승법으로 상기 SIMS 프로파일을 교정하는 단계;
    다음 회의 불순물 주입 전까지의 각 단계에 대한 시뮬레이션을 수행하여 다음 회의 불순물 주입 전의 캐리어 농도 분포를 추정하는 단계;
    상기 반도체 기판에 불순물을 주입하는 단계;
    직전 회의 불순물 주입이 완료된 후에 추정된 상기 캐리어 농도 분포를 금번회의 불순물 주입이 완료된 후의 상기 캐리어 농도 분포의 실제치와 비교하는 단계;
    상기 비교 결과에 기초하여 금번 회에 주입된 상기 불순물의 도즈량을 산출하는 단계;
    상기 SIMS 프로파일의 도즈량이 상기 산출된 도즈량과 일치하도록 최소 자승법으로 상기 SIMS 프로파일을 교정하는 단계; 및
    상기 다음 회의 불순물 주입 전까지의 각 단계에 대한 시뮬레이션을 수행하여 상기 다음 회의 불순물 주입 전의 캐리어 농도 분포를 추정하는 단계
    를 포함하는 불순물 농도 정량 방법.
  13. 불순물 농도를 정량하는 방법에 있어서,
    기판의 표면상에 균일한 산화막을 형성하는 단계;
    측정될 대상인 한 종류의 불순물을 상기 기판에 주입하는 단계;
    상기 불순물 전부를 활성화시키는 단계;
    상기 기판상에 전극 물질을 피착시켜 전극을 형성함으로써 MOS 구조를 만드는 단계;
    상기 기판의 이면과 상기 전극을 사용하여 상기 기판의 펄스 CV 특성을 측정하는 단계;
    상기 펄스 CV 특성으로부터 상기 기판의 깊이 방향에서의 캐리어 농도 분포를 산출하는 단계;
    상기 전극을 벗겨내는 단계;
    상기 펄스 CV 특성의 측정 위치와 동일 위치에서 상기 기판의 SIMS 측정을 수행하는 단계;
    상기 SIMS 측정으로부터 얻어진 SIMS 프로파일이 상기 캐리어 농도 분포와 일치되도록 하여 표준 시료의 불순물 농도를 교정하는 단계; 및
    상기 기판을 다음 회부터의 SIMS 측정을 위한 표준 시료로 사용하여 측정될 대상의 SIMS 측정을 수행하는 단계
    를 포함하는 불순물 농도 정량 방법.
  14. 불순물 농도를 정량하는 방법에 있어서,
    불순물이 주입될 때마다 하나의 기판이 추출될 수 있도록, 공정의 시작시에 패턴이 형성되지 않은 기판을 불순물 주입 횟수와 동일 갯수만큼 추가하는 단계;
    불순물이 주입될 때마다 상기 추가된 기판들 중에서 선택된 하나의 기판을 추출하는 단계;
    상기 추출된 기판상에 산화막이 존재하지 않을 경우 상기 추출된 기판상에 산화막을 형성하는 단계;
    상기 불순물이 비활성일 경우 상기 추출된 기판내의 불순물을 활성화시키는 단계;
    내장 전극을 구비한 펄스 CV 측정 장비를 사용하여 상기 추출된 기판의 CV 측정을 수행하는 단계;
    상기 CV 특성으로부터 캐리어 농도 분포를 산출하는 단계;
    상기 CV 특성의 측정 위치와 동일 위치에서 SIMS 측정을 수행하는 단계;
    상기 불순물 주입이 첫 번째 주입일 경우, 상기 불순물 농도가 상기 산출된 캐리어 농도 분포와 일치하도록 상기 SIMS 측정에 의해 얻어진 불순물 농도를 교정하는 단계;
    다음 회의 불순물 주입 전까지의 각 단계에 대한 시뮬레이션을 수행하여 캐리어 농도 분포를 추정하는 단계;
    불순물이 주입되기 직전 회의 상기 추정된 캐리어 농도 분포를 금번 회의 불순물 주입이 완료된 후의 상기 캐리어 농도 분포의 실제치와 비교하여 두 번째 불순물 주입으로부터 금번 회에 주입된 불순물의 도즈량을 산출하는 단계;
    상기 SIMS 측정에 의해 얻어진 프로파일의 도즈량이 상기 산출된 도즈량과 일치하도록 최소 자승법으로 불순물 농도를 결정하는 단계; 및
    다음 회의 불순물 주입까지의 각 단계에 대한 시뮬레이션을 수행하여 불순물의 분포를 추정하는 단계
    를 포함하는 불순물 농도 정량 방법.
  15. 불순물 농도를 정량하는 방법에 있어서,
    제1 불순물의 주입이 완료된 후에 기판의 추출이 수행될 수 있도록, 패턴이 형성되지 않은 기판을 준비하는 단계;
    상기 제1 불순물의 주입이 완료된 후에 상기 기판을 추출하는 단계;
    상기 제1 불순물의 제1 도전형과 반대형의 제2 불순물을 상기 추출된 기판에 주입하는 단계;
    산화막이 존재하지 않을 경우, 상기 제2 불순물이 주입된 상기 기판상에 산화막을 형성하는 단계;
    상기 제1 또는 제2 불순물이 비활성일 경우, 상기 추출된 기판의 제1 및 제2 불순물을 활성화시키는 단계;
    내장 전극을 구비한 펄스 CV 측정 장비를 사용하여 상기 추출된 기판의 CV 특성을 측정하는 단계;
    상기 CV 특성으로부터 캐리어 농도 분포를 산출하는 단계;
    상기 CV 특성의 측정 위치와 동일 위치에서 상기 제1 및 제2 불순물의 두 가지 이온에 대한 SIMS 측정을 수행하는 단계;
    깊이 방향의 캐리어 농도 분포를 추정하기 위하여 상기 제1 및 제2 불순물의 상기 SIMS 프로파일을 합성하는 단계; 및
    상기 캐리어 농도의 정확도가 보장되는 깊이 범위 내에서, 상기 캐리어 농도 분포로부터 취해진 도즈량이 상기 SIMS 측정에 기초하여 추정된 캐리어 농도 분포로부터 취해진 도즈량과 일치하도록 최소 자승법으로 SIMS의 불순물 농도를 결정하는 단계
    를 포함하는 불순물 농도 정량 방법.
  16. 청구항 제1항 내지 제15항 중의 어느 하나에 따른 불순물 농도를 정량하기위한 방법의 프로그램의 기록을 저장하는 저장 매체.
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