KR100388784B1 - 웨이퍼의 결함 분석 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 웨이퍼의 결함 분석 방법에 관한 것으로 웨이퍼의 표면을 금속으로 오염시키는 단계와, 상기 웨이퍼를 불활성 가스 및 산소가 혼합된 분위기의 확산로에서 제 1 열처리하여 상기 불활성 가스와 상기 금속을 상기 웨이퍼로 확산시키는 단계와, 상기 확산로 내부의 온도를 상승시키는 단계와, 상기 웨이퍼를 상기 불활성 가스 분위기에서 상기 불활성 가스와 상기 금속을 핵으로 하여 상기 웨이퍼 내부의 산소가 석출되도록 제 2 열처리하는 단계와, 상기 확산로 내부의 온도를 하강시키는 단계로 구성한다. 따라서, 1 단계 및 2 단계 열처리에 의해 마이크로 결함 밀도를 증가시키므로 서로 다른 결함 영역을 용이하게 구별할 수 있다.
Description
본 발명은 웨이퍼의 결함 분석 방법에 관한 것으로서, 특히, 웨이퍼 내의 미세 석출물의 밀도를 증가시켜 서로 다른 결함 영역을 명확하게 분석할 수 있는 웨이퍼의 결함 분석 방법에 관한 것이다.
실리콘 단결정 잉곳(ingot)을 쵸크랄스키 방법(Czochralski method : 이하, CZ 방법이라 칭함)에 의하여 결정 성장시키는데 있어서 단결정 내 결함은 결정의 인상속도 및 냉각 등의 성장 조건에 크게 의존한다. 이러한 결함은 반도체소자의 특성에 큰 영향을 주므로 성장 계면 근처의 열 환경을 조절함으로써 결정 결함의 종류 및 분포를 제어하며, 이때 품질의 정확한 평가는 매우 중요하다.
실리콘 웨이퍼 내에는 단결정 잉곳(ingot) 성장시 성장조건에 웨이퍼 반경 방향으로 베이컨시-타입(vacancy-type)과 인터스티셜-타입(interstitial-type) 등 서로 다른 특성을 갖는 결함영역이 존재한다. 그러므로, 웨이퍼 내의 결함 영역을 분석하여 단결정 잉곳의 성장 조건을 최적화하여야 한다.
종래에는 웨이퍼 내의 미세 석출물의 밀도를 측정하여 서로 다른 결함 영역을 분석하는 기술로 열처리 방법과 식각 방법을 사용하였다.
상기에서 열처리 방법은 웨이퍼를 확산 열처리로에서 400℃~1000℃ 정도의 1 단계와 1000∼1100℃ 정도의 온도로 2 단계로 진행한다. 상기에서 1 단계 열처리는 질소(N2), 아르곤(Ar) 또는 네온(Ne) 등의 불활성 가스와 산소(O2)를 혼합한 가스를 흘려주면서 진행하는 것으로 이 질소(N2), 아르곤(Ar) 또는 네온(Ne) 등의 불활성 가스가 웨이퍼 내부로 확산된다.
그리고, 2 단계 열처리는 1 단계 열처리 후 확산 열처리로의 내부 온도를 상승시키고 산소(O2)를 포함하지 않은 질소(N2), 아르곤(Ar) 또는 네온(Ne) 등의 불활성 가스만을 흘리면서 진행한다. 이 때, 웨이퍼 내부에 확산된 질소(N2), 아르곤(Ar) 또는 네온(Ne) 등의 불활성 가스는 핵으로 작용하여 산소(O2) 석출을 증가시키므로 마이크로 석출물의 양이 증가된다. 그러므로, 웨이퍼 내의 열처리하기 전과 후에 중심에서 가장자리 부분으로 반경 방향을 따라 10㎜ 간격으로 이동하면서 산소 농도의 변화를 측정하여 농도 차가 크면 베이컨시-타입 영역으로, 또한, 농도 차가 작으면 인터스티셜-타입 영역으로 분석한다.
그러나, 종래 기술에 따른 웨이퍼의 결함 분석 방법은 결정 성장시 결함 발생이 적고 웨이퍼 내의 산소 농도가 낮으면 마이크로(micro) 석출물의 밀도가 매우 낮아서로 다른 결함 영역을 구별하기 어려운 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 웨이퍼 내의 산소 농도가 낮아도 마이크로 석출물의 밀도를 증가시켜 서로 다른 결함 영역을 용이하게 구별할 수 있는 웨이퍼의 결함 분석 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 웨이퍼의 결함 분석 방법은 웨이퍼의 표면을 구리(Cu) 또는 철(Fe), 니켈(Ni), 백금(Pt) 중의 어느 하나의 금속으로 오염시키는 단계와, 상기 웨이퍼를 불활성 가스 및 산소가 혼합된 분위기의 확산로에서 400 내지 1,000℃의 온도에서 1 내지 6 시간 동안 제 1열처리하여 상기 불활성 가스와 상기 금속을 상기 웨이퍼로 확산시키는 단계와, 상기 확산로 내부의 온도를 상승시키는 단계와, 상기 웨이퍼를 상기 불활성 가스 분위기에서 상기 불활성 가스와 상기 금속을 핵으로 하여 상기 웨이퍼 내부의 산소가 석출되도록 1,000 내지 1,100℃의 온도에서 2 내지 48시간 동안 제 2열처리하는 단계와, 상기 확산로 내부의 온도를 하강시키는 단계를 포함하여 구성된다.
여기에서, 바람직하기는 금속을 회전 도포, 이온 주입, 증착 또는 가스 상태로 10∼10000ppb가 되도록 웨이퍼 표면을 오염시킨다.
또, 제 1 열처리를 400℃~1000℃의 온도에서 1∼6시간 동안 80∼99% 정도의 질소(N2), 아르곤(Ar) 또는 네온(Ne)의 불활성 가스와 1∼20%의 산소(O2)를 혼합한 가스를 흘려주면서 진행하는 것이 바람직하다.
바람직하기는, 제 1 열처리 후 확산로 내부의 온도를 분당 3∼10℃로 상승시킨다.
바람지하기는, 제 2 열처리 후 확산로의 내부 온도를 분당 1∼5℃로 하강시킨다.
도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼의 열처리 온도 구배를 도시하는 도면.
도 2는 본 발명에서 따른 웨이퍼의 산소 농도의 측정 방법을 도시하는 평면도.
도 3은 본 발명과 종래 기술에 따라 열처리한 웨이퍼의 산소 농도차를 나타내는 그래프.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼의 결함 분석 방법시 열처리 온도 구배를 도시하는 도면이다.
본 발명에 따른 웨이퍼의 결함 분석 방법시 열처리를 하기 전에 웨이퍼의 표면을 구리(Cu), 철(Fe), 니켈(Ni) 또는 백금(Pt) 등의 금속으로 오염시킨다. 상기에서 웨이퍼 표면은 구리(Cu), 철(Fe), 니켈(Ni) 또는 백금(Pt) 등의 금속을 회전 도포, 이온 주입, 증착 또는 가스 상태로 흘림 등의 방법으로 10∼10000ppb 정도로 오염시켰다.
그리고, 표면이 오염된 웨이퍼를 확산 열처리로를 이용하여 도 1에 도시된 바와 같이 2단계 열처리한다.
먼저, 오염된 웨이퍼를 확산 열처리로에 넣는다. 그리고, 확산 열처리로 내에서 오염된 웨이퍼를 400℃~1000℃ 정도의 온도로 1∼6시간 동안 1 단계 열처리한다. 1단계 열처리시 확산 열처리로에 질소(N2), 아르곤(Ar) 또는 네온(Ne) 등의 불활성 가스를 80∼99% 정도와 산소(O2)를 1∼20%를 정도를 혼합한 가스를 흘려준다. 이 때, 질소(N2), 아르곤(Ar) 또는 네온(Ne) 등의 불활성 가스는 웨이퍼 내부로 확산되어 산소(O2) 석출의 핵(nuclei)으로 작용한다. 이 때, 웨이퍼 표면의 구리(Cu), 철(Fe), 니켈(Ni) 또는 백금(Pt) 등의 오염 물질도 웨이퍼 내부로 확산된다. 그리고, 혼합 가스를 구성하는 산소(O2)는 웨이퍼의 표면을 산화시킨다.
1 단계 열처리 후 확산 열처리로의 내부 온도를 분당 3∼10℃ 정도로 상승시킨다.
연속해서, 1 단계 열처리된 웨이퍼를 1000∼1100℃ 정도의 온도로 2∼48시간 동안 2 단계 열처리한다. 1 단계 열처리 동안 웨이퍼 내부로 확산된 질소(N2), 아르곤(Ar) 또는 네온(Ne) 등의 불활성 가스는 2 단계 열처리시 핵으로 작용하여 산소(O2)의 석출을 증가시키므로 마이크로 석출물의 양이 증가된다. 이 때, 1 단계 열처리 동안 웨이퍼 내부로 확산된 구리(Cu), 철(Fe), 니켈(Ni) 또는 백금(Pt) 등의 금속도 핵으로 작용하여 산소(O2)의 석출을 더욱 증가시키므로 마이크로 석출물의 양이 증가된다.
상기에서 2 단계 열처리시 확산 열처리로에 산소(O2)를 포함하지 않은 질소(N2), 아르곤(Ar) 또는 네온(Ne) 등의 불활성 가스만을 흘려 주는 데, 이는 산소(O2)가 웨이퍼 내부로 확산되어 농도가 변하는 것을 방지한다. 또한, 1 단계 열처리시 웨이퍼 표면에 형성된 산화막은 2 단계 열처리시 웨이퍼 내부의 산소(O2)가 외방 확산(out diffusion)되어 농도가 변하는 것을 방지한다. 즉, 2 단계 열처리시 웨이퍼 내부의 산소(O2) 농도가 변하지 않도록 하여 정확한 분석을 할 수 없게 되는 것을 방지한다.
상기에서 2 단계 열처리시 산소(O2) 농도가 높은 베이컨시-타입 영역에서는 석출된 마이크로 석출물의 밀도가 크고, 상대적으로, 산소(O2) 농도가 낮은 인터스티셜-타입 영역에서는 석출된 마이크로 석출물의 밀도가 작게 된다.
2 단계 열처리 후 확산 열처리로의 내부 온도를 분당 1∼5℃ 정도로 하강시킨다.
도 2는 본 발명에 따른 웨이퍼의 산소 농도의 측정 방법을 도시하는 평면도이다.
본 발명은 웨이퍼(11) 내의 열처리하기 전과 후의 산소 농도 차의 변화를 측정하여 서로 다른 결함 영역을 분석한다. 즉, 웨이퍼(11)를 열처리하기 전과 후에 각각 중심에서 가장자리 부분으로 반경 방향을 따라 10㎜ 간격으로 이동하면서 산소농도를 측정하여 산소 농도 차의 변화에 따른 서로 다른 결함영역을 분석한다.
도 3은 본 발명과 종래 기술에 따른 열처리 전 및 후의 웨이퍼의 산소 농도 차를 나타내는 그래프이다. 상기에서 곡선(A)는 종래 기술에 따른 열처리 전 및 후의 웨이퍼의 산소 농도 차를 나타내고, 곡선(B)는 본 발명에 따른 열처리 전 및 후의 웨이퍼의 산소 농도 차를 나타낸다.
곡선(A)를 참조하면, 종래 기술에 따라 열처리된 웨이퍼는 열처리 전 및 후의 산소 농도 차이가 중심에서 20㎜ 정도까지는 0.2∼0.4ppma 정도이고, 40㎜ 부근에서는 1.7∼2.0ppma 정도이며, 60㎜ 부근에서는 1.0∼1.5ppma 정도이고, 80㎜ 부근에서는 1.1∼1.6ppma 정도이다. 종래 기술에 따라 열처리된 웨이퍼는 열처리 전과의 산소 농도 차이의 변화가 작으며, 이에 의해, 서로 다른 결함영역을 분석하기 어렵다.
그러나, 본 발명에 따라 열처리된 웨이퍼의 열처리 전 및 후의 산소 농도 차이는, 곡선(B)에 나타내어진 바와 같이, 중심 부근에서는 0.5ppma 정도이며, 20㎜ 부근에서는 2.8∼3.2ppma 정도이고, 40㎜ 부근에서는 2.8∼3.2ppma 정도이며, 60㎜ 부근에서는 1.0∼1.5ppma 정도이고, 80㎜ 부근에서는 2.0∼2.4ppma 정도이다. 본 발명에 따라 열처리된 웨이퍼는 열처리 전과의 산소 농도 차이의 변화가 종래 기술 보다 크게되어 서로 다른 결함영역의 분석이 용이하다. 상기에서 산소 농도 차이가중심 부근의 영역 1에서는 매우 작으므로 결정 결함이 없는 영역으로, 15∼45㎜ 부근 사이의 영역 2는 매우 크므로 베이컨시-타입 영역으로, 45∼65㎜ 부근 사이의 영역 3은 작으므로 인터스티셜-타입 영역으로, 65㎜ 부근 이상부터 웨이퍼의 가장자리까지 영역 4는 크므로 베이컨시-타입 영역으로 분석될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 웨이퍼 표면을 구리(Cu), 철(Fe), 니켈(Ni) 또는 백금(Pt) 등의 금속으로 오염시킨 후, 이 웨이퍼를 질소(N2), 아르곤(Ar) 또는 네온(Ne) 등의 불활성 가스를 80∼99% 정도와 산소(O2)를 1∼20%를 정도를 혼합한 가스를 흘리면서 400℃~1000℃ 정도의 온도로 1∼6시간 동안 1 단계 열처리하여 불활성 가스와 금속을 웨이퍼 내부로 확산시키고, 계속해서, 산소(O2)를 포함하지 않은 질소(N2), 아르곤(Ar) 또는 네온(Ne) 등의 불활성 가스만을 흘려면서 1000∼1100℃ 정도의 온도로 2∼48시간 동안 2 단계 열처리하여 웨이퍼 내부에 확산된 불활성 가스와 금속이 핵으로 작용하여 산소(O2)의 석출을 증가시켜 마이크로 결함 밀도를 증가시킨다.
따라서, 본 발명은 1 단계 및 2 단계 열처리에 의해 마이크로 결함 밀도를 증가시키므로 서로 다른 결함 영역을 용이하게 구별할 수 있는 잇점이 있다.
Claims (9)
- 웨이퍼의 표면을 구리(Cu) 또는 철(Fe), 니켈(Ni), 백금(Pt) 중의 어느 하나의 금속으로 오염시키는 단계와;상기 웨이퍼를 불활성 가스 및 산소가 혼합된 분위기의 확산로에서 400 내지 1,000℃의 온도에서 1 내지 6 시간 동안 제 1열처리하여 상기 불활성 가스와 상기 금속을 상기 웨이퍼로 확산시키는 단계와;상기 확산로 내부의 온도를 상승시키는 단계와;상기 웨이퍼를 상기 불활성 가스 분위기에서 상기 불활성 가스와 상기 금속을 핵으로 하여 상기 웨이퍼 내부의 산소가 석출되도록 1,000 내지 1,100℃의 온도에서 2 내지 48시간 동안 제 2열처리하는 단계와;상기 확산로 내부의 온도를 하강시키는 단계를 포함하는 것이 특징인 웨이퍼의 결함 분석 방법.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,상기 금속을 회전 도포, 이온 주입, 증착 또는 가스 상태로 흘려 상기 웨이퍼의 표면을 오염시키는 것이 특징인 웨이퍼의 결함 분석 방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 금속이 10∼10000ppb가 되도록 웨이퍼 표면을 오염시키는 것이 특징인 웨이퍼의 결함 분석 방법.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,상기 제 1 열처리를 80∼99% 정도의 질소(N2), 아르곤(Ar) 또는 네온(Ne)의 불활성 가스와 1∼20%의 산소(O2)를 혼합한 가스를 흘려주면서 진행하는 것이 특징인 웨이퍼의 결함 분석 방법.
- 청구항 1에 있어서 상기 확산로 내부의 온도를 분당 3∼10℃로 상승시키는 것이 특징인 웨이퍼의 결함 분석 방법.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,상기 확산로의 내부 온도를 분당 1∼5℃로 하강시키는 것이 특징인 웨이퍼의 결함 분석 방법.
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| KR20020051092A (ko) | 2002-06-28 |
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