KR100500712B1 - 실리콘웨이퍼의 금속 불순물 농도 측정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실리콘웨이퍼의 내부에 오염되어 있는 금속 불순물의 농도를 측정하는 방법에 관한 것으로, 특히, 실리콘웨이퍼의 내부에 존재하는 산소 도너를 제거한 실리콘웨이퍼의 금속 불순물 농도 측정 방법에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명인 실리콘웨이퍼의 금속 불순물 농도 측정 방법은 초기 산소 농도가 14ppma(New ASTM 기준) 이상인 실리콘웨이퍼를 준비한 후, 상기 준비된 실리콘웨이퍼를 약 50℃/sec의 승온 속도로 약 700℃이상의 일정 온도로 승온시켜 일정 시간 동안 열처리 한 후, 약 50℃/sec의 강온 속도로 상온으로 강온시키는 급속 열처리 과정을 2회 이상 반복 실행하는 급속 열처리 단계와, 상기 급속 열처리 단계를 통한 실리콘웨이퍼를 약 30분 동안 상온에서 방치하여 안정화시키는 안정화 단계와, 상기 안정화 된 실리콘웨이퍼를 SPV 측정기에 로딩(loading)하여, 상기 실리콘웨이퍼의 Fe 농도를 측정하는 금속 불순물 농도 측정 단계를 포함하는 것이 특징이며, 이 때, 상기 급속 열처리 단계에서 상기 700℃이상의 일정 온도에서 열처리하는 일정 시간은 10 초 내지 10분 미만으로 하는 것이 바람직하다.

Description

실리콘웨이퍼의 금속 불순물 농도 측정 방법{A method for measuring concentration of metal contamintion of silicon wafer}

본 발명은 실리콘웨이퍼의 내부에 오염되어 있는 금속 불순물의 농도를 측정하는 방법에 관한 것으로, 특히, 실리콘웨이퍼의 내부에 존재하는 산소 도너를 제거한 실리콘웨이퍼의 금속 불순물 농도 측정 방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 디바이스의 제조를 위하여 사용되는 실리콘웨이퍼의 저항 안정화와 내부에 존재하는 금속 불순물(특히, Fe 오염)의 제어는 반도체 디바이스 소자를 제조하는 데에 반드시 요구되는 필수 조건이다.

따라서, 실리콘웨이퍼의 금속 불순물에 의한 오염을 제어하기 위하여, 실리콘웨이퍼의 금속 불순물 농도 측정이 필요한 것이다.

그러나, 일반적인 쵸크랄스키 법에 의한 실리콘 단결정의 제조 공정 시, 실리콘 단결정의 내부로 산소의 유입이 발생하고, 실리콘 단결정으로 유입된 산소는 이온화되어 전류를 흐르게 하는 산소 도너로서의 역할을 하게 된다. 즉, 상기 실리콘 단결정을 이용하여 실리콘웨이퍼를 제조할 경우에는 실리콘웨이퍼의 저항의 균일도가 저하되고, 실리콘웨이퍼의 내부에 오염된 금속 불순물의 농도를 측정할 경우에는 실제 오염된 농도보다 더 큰 측정치로 나타난 오염 농도 측정의 오차를 발생시키는 것이다.

따라서, 실리콘웨이퍼 내부에 존재하는 산소 도너에 의한 저항의 불균일과 금속 불순물 농도의 측정 오류를 방지하기 위하여 실리콘웨이퍼 내부의 산소 도너는 제거되어야 하는 것이다.

이에, 실리콘웨이퍼 내부의 산소 도너를 제거하기 위한 종래의 방법을 살펴보면, 확산 가열로(Diffusion furnace)에 실리콘웨이퍼를 넣어 열처리하거나, 급속 가열로(RTP furnace)에 넣어 열처리하여 산소 도너를 제거하는 것이 일반적이다.

그러나, 확산 가열로에 실리콘웨이퍼를 넣어 열처리하는 경우에는 오랜 시간 동안(약 30분 이상)을 열처리하므로, 열처리 시에 사용하는 치공류에 의한 실리콘웨이퍼의 오염이 빈번히 발생하여, 실리콘웨이퍼의 금속 불순물 불량을 초래하게 되는 문제점이 있는 것이다.

또한, 급속 가열로를 이용하여 열처리를 실시하는 경우에는 그 시간이 매우 짧아 초기 산소 농도가 14ppma 이상인 실리콘웨이퍼는 그 산소 도너가 충분히 제거되지 않게 되고, 이에 따라 SPV(Surface Photo Voltage) 장비를 이용하여 실리콘웨이퍼 내부의 금속 불순물의 농도를 측정할 때, 실제의 농도보다 더 큰 농도로 측정되는 측정 오류를 발생시키는 것이다.

즉, 종래의 실리콘웨이퍼의 금속 불순물의 농도 측정 방법으로는 초기 산소 농도가 14ppma 이상인 실리콘웨이퍼의 산소 도너를 완전히 제거하지 못한 상태에서 측정이 이루어짐으로 금속 불순물의 오염 농도를 정확히 측정하지 못하고, 산소 도너에 의한 영향으로 금속 불순물의 농도가 과대 측정되어 양호한 실리콘웨이퍼를 불량의 실리콘웨이퍼로 평가하게 되는 데에 오류를 범하는 문제점이 있는 것이다.

본 발명은 초기 산소 농도가 14ppma 이상인 실리콘웨이퍼의 산소 도너를 제거하여, 실리콘웨이퍼의 금속 불순물의 오염 농도를 정확히 측정할 수 있는 실리콘웨이퍼의 금속 불순물 농도 측정 방법을 제공하려는 것이다.

이를 위한 본 발명인 실리콘웨이퍼의 금속 불순물 농도 측정 방법은 초기 산소 농도가 14ppma(New ASTM 기준) 이상인 실리콘웨이퍼를 준비한 후, 상기 준비된 실리콘웨이퍼를 50 ∼ 60℃/sec의 승온 속도로 700 ∼ 750℃의 일정 온도로 승온시켜 일정 시간 동안 열처리 한 후, 50 ∼ 60℃/sec의 강온 속도로 상온으로 강온시키는 급속 열처리 과정을 2회 이상 반복 실행하는 급속 열처리 단계와; 상기 급속 열처리 단계를 통한 실리콘웨이퍼를 30분 동안 상온에서 방치하여 안정화시키는 안정화 단계와; 상기 안정화 된 실리콘웨이퍼를 SPV 측정기에 로딩(loading)하여, 상기 실리콘웨이퍼의 Fe 농도를 측정하는 금속 불순물 농도 측정 단계를 포함한다. 이 때, 상기 급속 열처리 단계에서 상기 700 ∼ 750℃의 일정 온도에서 열처리하는 일정 시간은 10 초 내지 10분 미만으로 하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명인 실리콘웨이퍼의 금속 불순물 농도 측정 방법의 전체 공정은 도 1에 도시된 순서도와 같다.

먼저, 초기 산소 농도가 14ppma(New ASTM 기준) 이상인 실리콘웨이퍼를 준비한다.

본 발명에서 측정하고자 하는 실리콘웨이퍼의 초기 산소 농도를 14ppma 이상으로 제한하는 것은 일반적으로 14ppma 미만의 농도에서는 종래의 산소 도너 제거 방법으로 충분히 제거되기 때문이며, 본 발명에서는 종래의 방법으로 산소 도너가 제거되지 않는 14ppma 이상의 농도인 실리콘웨이퍼를 준비하여 하기 단계를 진행하는 것이다.

다음으로, 도 2에 도시된 온도 그래프와 같이, 상기 준비된 실리콘웨이퍼를 상온에서 50 ∼ 60℃/sec의 승온 속도로 700 ∼ 750℃의 일정 온도로 승온시켜 일정 시간, 약 10 초 내지 10분 동안 열처리 한 후, 50 ∼ 60℃/sec의 강온 속도로 상온으로 강온시키는 급속 열처리 과정을 2회 이상 반복 실행하는 급속 열처리 단계로 진행한다.

이와 같이, 준비된 실리콘웨이퍼를 700 ∼ 750℃의 일정 온도로 열처리하는 급속 열처리 과정을 2회 이상 반복 실행함으로서, 실리콘웨이퍼 내부의 산소 도너를 완전히 제거하면서, 열처리로 내의 치공류에 의한 금속 오염을 방지 할 수 있는 것이다.

다음으로, 상기 급속 열처리 단계를 통한 실리콘웨이퍼를 약 30분 동안 상온에서 방치하여 안정화시키는 안정화 단계를 가진다.

그리고, 상기 안정화 된 실리콘웨이퍼를 SPV 측정기에 로딩(loading)하여, 상기 실리콘웨이퍼의 금속 불순물의 농도를 측정하는 금속 불순물 농도 측정 단계를 가지는 것이다.

따라서, 상기 2회 이상의 급속 열처리 과정을 통하여 실리콘웨이퍼 내부의 산소 도너가 완전히 제거된 상태에서 SPV 측정기를 통한 금속 불순물의 농도를 측정하게 되므로, 금속 불순물의 측정 시 산소 도너에 의한 영향을 완전히 제거한 상태에서, 금속 불순물의 정확한 농도를 측정할 수 있는 것이다.

이하, 본 발명의 일 실시예와 종래의 방법에 의한 비교예를 설명한다.

먼저 본 발명의 일 실시예로서, New ASTM 기준으로 초기 산소 농도가 15.0 내지 16.6ppma인 실리콘웨이퍼를 실리콘 단결정 잉곳의 위치에 따라서 4장을 준비하여, 50 ∼ 60℃/sec 이상의 승온 속도로 700 ∼ 750℃의 온도에서 10초간 열처리를 하고, 다시 상온으로 강온시키는 급속 열처리를 2회 실시하였다.

그리고, 상기 2회 급속 열처리한 실리콘웨이퍼를 상온에서 약 30분 동안 안정화시킨 후에, 상기 실리콘웨이퍼를 SPV 측정 장치에 로딩하여 상기 실리콘웨이퍼의 금속 불순물 중의 Fe 농도를 측정하였으며, 그 결과는 도 3a 및 도 3c에 나타난 바와 같다.

본 발명의 일 실시예에 대한 비교예로서, 초기 산소 농도가 15.0 내지 16.5ppma인 실리콘웨이퍼를 본 발명의 일 실시예와 동일한 방법으로 준비하여, 종래의 방법으로 1회 급속 열처리를 통하여 산소 도너를 제거한 후에 SPV 측정 장비를 통하여 Fe 농도를 측정한 결과는 도 3b 및 도 3c에 나타난 바와 같다.

종래의 방법에 의하여 실리콘웨이퍼 내부의 Fe 농도 Map을 표시한 결과(도 3b)를 보면, 웨이퍼 전체면에 전반적으로 약 1E11atoms/㎝3 에 달하는 분포로 나타나지만, 본 발명에 의한 급속 열처리를 행한 후의 SPV 측정 결과는 도 3a에 나타난 바와 같이, 실리콘웨이퍼의 전반에 걸쳐서 모두 1E10atoms/㎝3 미만의 농도로 나타나, 실리콘웨이퍼의 전체면이 모두 검은색으로 나타나는 것을 알 수 있다.

즉, 종래의 방법인 비교예에서의 Fe 농도의 Map은 실제 실리콘웨이퍼 내부에 오염되어 있는 실제 Fe 농도가 아니라, 실리콘웨이퍼의 내부에서 제거되지 않고 잔존하는 산소 도너에 의한 영향으로 나타나는 것이므로, 도 3b에 나타난 Fe 농도 Map은 실제 Fe 농도 Map으로 활용 할 수 없는 것이다.

그리고, 실리콘 단결정 잉곳의 위치에 따른 실리콘웨이퍼의 Fe 농도를 측정한 결과를 살펴보면, 도 3c와 같다.

즉, 상기 비교예에서 1회 급속 열처리를 한 후, SPV 측정 결과를 살펴보면, Fe 농도가 1E10atoms/㎝3 이상의 농도로 매우 높게 나타났다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 의하여 2회 급속 열처리를 통하여 산소 도너를 완전히 제거한 상태에서 SPV 측정을 한 결과를 살펴보면, 약 1E10atoms/㎝3 미만으로 나타나며 1E9atoms/㎝3 근처로 비교예에서보다 매우 낮게 나타나는 것을 알 수 있다.

즉, 본 발명에 의하여 실리콘웨이퍼 내부의 산소 도너를 완전히 제거하여 금속 불순물의 농도를 측정함으로서, 산소 도너의 영향으로 인한 금속 불순물 농도의 측정 오류를 방지하여, 실리콘웨이퍼의 금속 불순물의 농도를 정확하게 측정할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

본 발명은 초기 산소 농도가 14ppma 이상인 실리콘웨이퍼의 산소 도너를 제거하여, 실리콘웨이퍼의 금속 불순물의 오염 농도를 정확히 측정할 수 있는 실리콘웨이퍼의 금속 불순물 농도 측정 방법을 제공하였다.

도 1은 본 발명의 일 실시예의 전체 공정 순서도.

도 2는 본 발명의 급속 열처리를 위한 온도 그래프.

도 3a는 본 발명에 의한 실리콘웨이퍼의 Fe 농도 Map.

도 3b는 종래의 방법에 의한 실리콘웨이퍼의 Fe 농도 Map.

도 3c는 급속 열처리의 횟수에 따라 측정되는 Fe 농도 변화 그래프.

Claims (2)

1. 실리콘웨이퍼의 금속 불순물 농도 측정 방법에 있어서,

   초기 산소 농도가 14ppma(New ASTM 기준) 이상인 실리콘웨이퍼를 준비한 후,

   상기 준비된 실리콘웨이퍼를 50 ∼ 60℃/sec의 승온 속도로 700 ∼ 750℃의 일정 온도로 승온시켜 일정 시간 동안 열처리 한 후, 50 ∼ 60℃/sec의 강온 속도로 상온으로 강온시키는 급속 열처리 과정을 2회 이상 반복 실행하는 급속 열처리 단계와;

   상기 급속 열처리 단계를 통한 실리콘웨이퍼를 30분 동안 상온에서 방치하여 안정화시키는 안정화 단계와;

   상기 안정화 된 실리콘웨이퍼를 SPV 측정기에 로딩(loading)하여, 상기 실리콘웨이퍼의 Fe 농도를 측정하는 금속 불순물 농도 측정 단계를 포함하는 것이 특징인 실리콘웨이퍼의 금속 불순물 농도 측정 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 급속 열처리 단계에서 상기 700 ∼ 750℃의 일정 온도에서 열처리하는 일정 시간은 10 초 내지 10분 미만으로 하는 것이 특징인 실리콘웨이퍼의 금속 불순물 농도 측정 방법.