KR100333517B1 - 웨이퍼 내의 중금속불순물의 량을 모니터링하는 방법 - Google Patents

웨이퍼 내의 중금속불순물의 량을 모니터링하는 방법 Download PDF

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Abstract

반도체웨이퍼의 중금속불순물의 량을 모니터하기 위하여, 모니터웨이퍼의 두께는 웨이퍼직경에 대하여 미리규정된 규격두께보다 작게 만들어진다.

Description

웨이퍼 내의 중금속불순물의 량을 모니터링하는 방법{A method for monitoring an amount of heavy metal contamination in a wafer}
본 발명은 중금속모니터링을 위한 웨이퍼 및 8인치 또는 12인치 및 그 이상의 대직경웨이퍼가 처리되어져야 하는 제조공정에서 조차 중금속불순물의 정도를 만족할 만한 정확도로 측정할 수 있는 웨이퍼 내의 중금속불순물의 양을 모니터링하기 위한 방법에 관한 것이다.
옛날에는, 반도체를 제조하는 공정에서, 누출(leakage)과 같은, 반도체 특성들의 나빠짐을 야기하는 중금속불순물은 μ-PCD법(마이크로파 광전도성 붕괴)의 사용을 만들었던 소수캐리어(minority carrier)수명측정장치에 의해 측정되고 모니터링되었다.
특히, 이 모니터링을 위해 사용되는 웨이퍼는, 처리되어지는 웨이퍼와 동일한 사이즈를 갖게 하는 것이 이롭기 때문에, 실리콘웨이퍼들의 사이즈가 증대될 때, 변형력(stress)에 대해 단단함(rigidity)을 획득하기 위하여, 모니터링을 위해 사용되는 웨이퍼의 두게는 크게 증대되었고, 그 결과로 겉보기수명(apparent lifetime)이 길어지게 되어, 만족할 만한 정확도를 지닌 측정을 방해하였다.
도 3은 중금속불순물을 모니터링하기 위한 종래의 방법을 보여준다. 이 웨이퍼는 900℃ 내지 1000℃의 범위 내의 온도로 O2의 분위기에서 또는 N2및 O2의 분위기에서 열적산화를 겪게되고(단계 S11), 그래서 표면재결합(surface re-combination)을 방지하기 위한 열처리가 달성된다.
그러나, 티타늄과 같은 금속은 낮은 확산계수를 갖는 것으로, 열처리 동안에 산화막에 유입되고, 그 경우에 측정의 정확도에 대한 추가적인 열화가 있게 된다.따라서, 본 발명의 목적은, 대직경웨이퍼를 제조하는 공정에서 조차, 중금속불순물 량의 측정이 가능한 신규한 웨이퍼를 제공함으로써, 위에서 지적된 종래의 단점들을 개선함에 있고, 본 발명의 추가적인 목적은 웨이퍼 내의 중금속불순물의 양을 모니터링하기 위한 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 금속불순물의 량을 측정할 수 있으며 아울러 낮은 확산계수를 갖는 티타늄과 같은 금속이 산화막으로 유입됨에 의해 도입되는 측정에러를 억제할 수 있는 중금속불순물을 모니터하기 위한 신규한 웨이퍼를 제공함에 있다.
도 1은 본 발명에 따른 모니터웨이퍼를 보여주는 도면으로, 이 웨이퍼의 단면도인 도 1a는 제 1실시예를 보여주고, 웨이퍼의 평면도인 도 1b는 제 2실시예를 보여주며,
도 2는 본 발명에 따른 모니터링공정들을 보여주는 도면, 그리고
도 3은 종래기술의 모니터링공정들을 보여주는 도면이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1,2 : 웨이퍼 3 : 중금속모니터링지역
전술한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명은 다음의 기본적인 기술적구성을 채용한다.
본 발명의 양태는 웨이퍼 상의 중금속불순물의 양을 모니터하기 위한 방법이고, 이 방법은,
중금속불순물량의 모니터링을 위한 웨이퍼를 소정의 모니터링위치에 설치한 후, 1150℃부터 1350℃까지 범위 내의 온도에서 He의 분위기(atmosphere) 또는 H2의 분위기에서 상기 웨이퍼를 열처리하는 제 1단계; 및
900℃ 부터 1000℃까지 범위 내의 온도에서 N2+ O2의 분위기 또는 O2의 분위기에서 상기 웨이퍼를 열처리하는 제 2단계를 포함한다. 이 방법은, 중금속불순물양을 모니터링하기 위하여, 제2단계 후에 웨이퍼내의 중금속불순물양을 측정하는 단계를 가지는 것이 바람직하다.
소수캐리어들의 수명을 측정함으로써, 웨이퍼 상의 중금속불순물의 량을 모니터링하기 위한 방법은, 1150℃부터 1350℃까지 범위 내의 온도에서 He의 가스분위기 또는 H2의 분위기에서 웨이퍼를 열처리하는 단계, 및 900℃부터 1000℃까지 범위 내의 온도에서 N2+ O2의 분위기 또는 O2의 분위기에서 상기 웨이퍼를 열처리하는 단계를 구비하고, 이러한 단계들에 의하여, 열처리 동안에 산화막 속으로 낮은 확산계수를 갖는 티타늄과 같은 금속의 함유(inclusion) 때문에 야기되는 측정에러를 제거하는 것이 가능하게 되고, 그래서 만족할 만한 측정정확도의 달성이라는 결과를 가져온다.
본 발명에 따른 중금속모니터링을 위한 웨이퍼의 실시예들을 첨부한 도면들에 관련하여 만들어진 참조부호들과 함께 아래에서 상세히 설명한다.
도 1a는 본 발명에 따른 중금속모니터링을 위한 웨이퍼의 일 예의 구조를 보여주는 도면으로, 이 도면은 웨이퍼 상의 중금속불순물의 량을 모니터링할 목적을 위해, 웨이퍼(1)의 두께(t)가 웨이퍼직경에 대하여 미리규정된 규격웨이퍼두께(T) 보다 작게 만들어진 중금속모니터링을 위한 웨이퍼를 보여준다.
반도체집적회로를 제조하기 위한 제조공정들에서, 마이크로파광전도성붕괴 (microwave photoconductive decay)법이, 소수캐리어수명을 측정함으로써, 누출과같은 트렌지스터특성들의 나빠짐을 야기하는 중금속들의 량을 모니터하는데 사용되는 경우에, 종래기술의 방법에서는 중금속모니터웨이퍼가 규격두께(8인치 웨이퍼의 경우 725㎛, 12인치 웨이퍼의 경우 775㎛)를 갖는데 반하여, 본 발명의 경우에는 250㎛부터 700㎛까지의 범위의 두께를 갖는 웨이퍼가 사용된다.
전술한 경우에서, 250㎛ 미만에서는, 예를 들면, 웨이퍼가 얇기 때문인 그 웨이퍼의 처짐(sag)에 기인하여, 웨이퍼의 이송에 문제가 있다. 보다 명확하게는, 6인치 웨이퍼와 동일한 두께를 갖는 웨이퍼를 사용하는 것이 유리하다.
마이크로파PCD법을 이용하여 얻어진 소수캐리어수명은 웨이퍼 두께의 자승에 비례하여 길어지고, 그래서 주어진 중금속불순물레벨에 대해 겉보기수명이 길어짐이 이론적으로 그리고 실험적으로 확정되었다. 이 때문에, 본 발명은 두께 675㎛의 웨이퍼를 만들고, 그래서 민감도계수(sensitivity coefficient) 및 중금속불순물량 사이에 정확한 상관관계를 유지하는 것이 가능하게 된다.
도 2는 본 발명의 모니터링방법을 보여주는 흐름도로서, 이 도면은 소수캐리어의 수명을 측정함으로써 웨이퍼 내의 중금속불순물을 모니터하기 위한 웨이퍼를 제조하기 위한 방법을 보여주고, 이 방법은 중금속불순물의 양을 모니터링하기 위한 웨이퍼를 소정의 모니터링장소에 설치하는 단계(단계 S0), 1150℃부터 1350℃까지 범위 내의 온도에서 He의 분위기 또는 H2의 분위기에서 웨이퍼에 대해 열처리를 행하는 단계(단계 S1), 900℃부터 1000℃까지 범위 내의 온도에서 N2+ O2의 분위기 또는 O2의 분위기에서 웨이퍼에 대해 열처리를 행하는 단계(단계 S2), 및 웨이퍼 내의 중금속불순물의 양을 측정하는 단계(단계 S3)를 구비한다.
구체적으로 말하면, 본 발명에서, 실리콘에 대해 낮은 확산계수를 갖는 티타늄과 같은 중금속의 산화막 속으로의 침입(intrusion)하는 것을 가능한 한 많이 방지하기 위하여, 전술한 열처리 이전에, 온도는 1150℃부터 1350℃까지 범위로 설정되고, 결정결함들 때문인 소수캐리어수명에서 발생하는 에러들을 제거하기 위해, 열처리단계가 제공되어 H2또는 He의 분위기에서 수행된다.
전술한 구성 덕택에, 표면재결합을 방지할 목적을 위해 수행되는 열산화 동안에 형성된 산화막으로의 티타늄과 같은 금속의 함유에 의해 야기되는 민감도계수의 나빠짐을 억제하는 것이 가능하고, 결정결함들에 기인한 수명저하(lifetime decay)의 에러들의 원인을 제거하는 것도 가능하다.
도 1b는 중금속모니터링을 위한 웨이퍼의 또 다른 실시예의 구조를 보여주는 도면으로, 중금속모니터링지역(3)이 웨이퍼(2) 상에 제공되며, 이 중금속모니터링지역(3)의 두께(t)가 웨이퍼(2)의 직경에 대하여 미리규정된 규격웨이퍼두께(T) 보다 적게 된 중금속모니터링용 웨이퍼를 보여준다.
옛날에, 모니터캐리어수명측정법이 제조공정 동안의 중금속불순물을 모니터하는데 사용되었을 때, 규격두께를 갖는 나실리콘(bare silicon)이 수명의 측정을 위해 사용되었었다. 본 발명에서는, 그러나, 제조공정들의 진보에 어울리는 수명 측정에서의 높은 민감도를 달성하기 위하여, 수명을 모니터링할 목적을 위한 칩이 웨이퍼 중심부분의 중금속모니터링지역(3)인 675㎛의 두께를 갖는 얇은 부분에 제공된다.
물론, 전술한 중심부분의 지역(3)에서의 두께는 250㎛부터 700㎛까지의 범위로 설정될 수 있고, 이 지역이 웨이퍼의 중심부분에 제공되어지는 것이 절대적으로 필요한 것은 아니다.
본 발명에서, 모니터링을 위해 사용되는 웨이퍼의 두께는 규격웨이퍼두께 보다 작은 675㎛가 되어지도록 규정되고, 이 유형의 웨이퍼가 수명측정을 수행하는데 사용되어지며, 그래서 중금속불순물량 및 수명치(lifetime value) 사이의 상관관계로부터 얻어진 올바르게 상관되어진 민감도계수의 유지를 가능하게 하고, 그것에 의하여 측정정확도에서의 개량이 가능하게 된다.

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  6. 소수캐리어의 수명을 측정함에 의해 웨이퍼 내의 중금속불순물량을 모니터링하기 위한 방법에 있어서,
    중금속불순물량의 모니터링을 위한 웨이퍼를 소정의 모니터링위치에 설치한 후, 1150℃부터 1350℃까지 범위 내의 온도에서 He의 분위기 또는 H2의 분위기에서 웨이퍼를 열처리하는 제 1단계; 및
    900℃부터 1000℃까지 범위 내의 온도에서 N2+ O2가스의 분위기 또는 O2가스의 분위기에서 상기 웨이퍼에 대해 열처리하는 제 2단계를 포함하는 중금속불순물모니터링방법.
  7. 삭제
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