KR100541514B1 - 반도체 웨이퍼의 표면디펙트 분석방법 및 벌크디펙트 분석방법 - Google Patents

반도체 웨이퍼의 표면디펙트 분석방법 및 벌크디펙트 분석방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼의 표면디펙트 분석방법 및 벌크디펙트 분석방법에 관한 것으로써, 본 발명의 표면디펙트의 분석방법은, 이온을 주입시킨 웨이퍼와 이온을 주입시키지 않은 웨이퍼 각각을 소정의 온도의 범위 내에서 소정의 온도의 대역을 따라 열처리시키는 단계; 및 비엠디분석기를 이용하여 상기 열처리가 이루어진 웨이퍼들의 표면디펙트를 분석한 결과의 비교로써 그 거동 등을 분석하는 단계를 구비하여 이루어짐을 특징으로 하고, 본 발명의 벌크디펙트의 분석방법은, 이온을 주입시킨 웨이퍼와 이온을 주입시키지 않은 웨이퍼 각각을 소정의 온도의 범위 내에서 소정의 온도의 대역을 따라 열처리시키는 단계; 상기 열처리가 이루어지는 웨이퍼들을 소정의 온도로 재(在)열처리시키는 단계; 및 비엠디분석기를 이용하여 상기 재열처리가 이루어진 웨이퍼들의 벌크디펙트를 분석한 결과의 비교로써 그 거동 등을 분석하는 단계를 구비하여 이루어짐을 특징으로 한다.
따라서, 이온이 주입된 웨이퍼에 분포하는 표면디펙트 및 벌크디펙트의 거동 등의 분석을 용이하게 수행함에 따라 반도체소자의 제조에 따른 신뢰도가 향상되는 효과가 있다.

Description

반도체 웨이퍼의 표면디펙트 분석방법 및 벌크디펙트 분석방법
본 발명은 반도체 웨이퍼의 표면디펙트 분석방법 및 벌크디펙트 분석방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이온이 주입된 웨이퍼(Wafer)에 분포하는 표면디펙트(Surface Defect) 및 벌크디펙트(Bulk Defect)의 거동 등의 분석을 수행하는 반도체 웨이퍼의 표면디펙트 분석방법 및 벌크디펙트 분석방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체소자는 그 특성 등에 따른 전기적 패턴(Pattern) 등의 형성을 위하여 상기 반도체소자로 제조할 수 있는 웨이퍼 내에 이온 등과 같은 불순물을 주입시키는 이온주입공정 등을 수행한다.
그리고 고집적화 되어가는 최근의 반도체소자의 제조에서 상기 이온주입공정은 그 중요성을 더해가며 더욱 다양하게 발전되고 있다.
이에 따라 상기 이온주입공정을 최적화시키기 위하여 상기 이온주입공정의 수행에 따라 웨이퍼에 분포하는 표면디펙트 및 벌크디펙트 등의 거동 등을 분석하는 분석공정을 수행한다.
즉, 상기 이온주입공정의 수행으로 이온이 주입된 웨이퍼에 분포하는 표면디펙트 및 벌크디펙트의 거동 등을 분석하는 것이다.
이러한 표면디펙트 및 벌크디펙트 등의 거동 등이 상기 웨이퍼에 형성되는 액티브영역(Active Area)에서의 누설전류 등과 직접적으로 관련이 있기 때문에 상기와 같은 분석공정을 수행하는 것이다.
그리고 상기와 같은 분석공정의 수행은 주로 투과전자현미경(TEM) 등을 이용한 상기 웨이퍼의 단면의 분석으로 이루어진다.
여기서 종래의 상기 투과전자현미경 등을 이용한 웨이퍼의 표면디펙트 및 벌크디펙트 등의 분석의 수행에서는 그 단면의 분석으로 이루어졌기 때문에 상기 분석을 위한 시료를 용이하게 제조할 수가 없었다.
또한 투과전자현미경 등의 특성에 따른 제약으로 상기의 분석은 제한된 국소면(수μm 내지 수십μm)으로의 분석만이 이루어짐으로써 상기 분석의 결과를 용이하게 비교할 수 있는 데이터(Data) 등의 확보가 용이하게 이루어지지 않았다.
따라서 종래에는 이온이 주입된 웨이퍼에 분포하는 표면디펙트 및 벌크디펙트의 거동 등의 분석이 용이하게 수행할 수 없음에 따라 반도체소자의 제조에 따른 신뢰도가 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은, 이온이 주입된 웨이퍼에 분포하는 표면디펙트 및 벌크디펙트의 거동 등의 분석을 용이하게 수행함에 따라 반도체소자의 제조에 따른 신뢰도를 향상시키기 위한 반도체 웨이퍼의 표면디펙트 분석방법 및 벌크디펙트 분석방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 표면디펙트 분석방법은, 이온이 주입된 웨이퍼에 분포하는 표면디펙트의 거동 등을 분석하기 위한 반도체 웨이퍼의 표면디펙트 분석방법에 있어서, 이온을 주입시킨 웨이퍼와 이온을 주입시키지 않은 웨이퍼 각각을 소정의 온도의 범위 내에서 소정의 온도의 대역을 따라 열처리시키는 단계; 및 비엠디분석기를 이용하여 상기 열처리가 이루어진 웨이퍼들의 표면디펙트를 분석한 결과의 비교로써 그 거동 등을 분석하는 단계를 구비하여 이루어짐을 특징으로 한다.
상기 열처리는 약 600℃ 내지 1,100℃ 정도의 온도의 범위 내에서 약 90℃ 내지 110℃ 정도의 온도의 대역으로 약 19시간 내지 21시간 정도로 열처리시키는 것이 바람직하다.
또한 상기 열처리가 이루어진 웨이퍼들을 약 900℃ 내지 1,100℃ 정도의 온도로 약 9시간 내지 11시간 정도로 재(在)열처리시키는 단계를 더 구비시키는 것이 바람직하다.
그리고 본 발명은 상기 웨이퍼의 표면으로부터 약 5μm 이내에 분포하는 표면디펙트의 거동 등을 분석할 수 있다.
본 발명의 다른 반도체 웨이퍼의 표면디펙트 분석방법은, 이온이 주입된 웨이퍼에 분포하는 표면디펙트의 거동 등을 분석하기 위한 반도체 웨이퍼의 표면디펙트 분석방법에 있어서, 이온을 주입시킨 웨이퍼와 이온을 주입시키지 않은 웨이퍼 각각을 소정의 온도의 범위 내에서 소정의 온도의 대역을 따라 열처리시키는 단계; 상기 열처리가 이루어진 웨이퍼들의 표면을 소정의 각도로 연마시킨 후, 그 표면을 식각시키는 단계; 및 광학현미경을 이용하여 상기 식각이 이루어진 웨이퍼들의 표면디펙트를 분석한 결과의 비교로써 그 거동 등을 분석하는 단계를 구비하여 이루어짐을 특징으로 한다.
상기 열처리는 약 600℃ 내지 1,100℃ 정도의 온도의 범위 내에서 약 90℃ 내지 110℃ 정도의 온도의 대역으로 약 19시간 내지 21시간 정도로 열처리시키는 것이 바람직하다.
상기 웨이퍼들의 표면의 연마는 상기 표면디펙트를 분석할 수 있는 표면적을 용이하게 확보할 수 있도록 약 2° 내지 3° 정도의 각도로 연마시키는 것이 바람직하고, 또한 상기 웨이퍼들의 표면의 식각은 중크롬산염, 불산 및 탈이온수를 혼합시킨 혼합물을 이용하여 약 100초 내지 140초 정도로 수행하는 것이 바람직하다.
상기 열처리가 이루어진 웨이퍼들을 약 900℃ 내지 1,100℃ 정도의 온도로 약 9시간 내지 11시간 정도로 재(在)열처리시키는 단계를 더 구비시키는 것이 바람직하다.
그리고 본 발명은 상기 웨이퍼의 표면으로부터 약 20μm 이내에 분포하는 표면디펙트의 거동 등을 분석할 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 벌크디펙트 분석방법은, 이온이 주입된 웨이퍼 내에 분포하는 벌크디펙트의 거동 등을 분석하기 위한 반도체 웨이퍼의 벌크디펙트 분석방법에 있어서, 이온을 주입시킨 웨이퍼와 이온을 주입시키지 않은 웨이퍼 각각을 소정의 온도의 범위 내에서 소정의 온도의 대역을 따라 열처리시키는 단계; 상기 열처리가 이루어지는 웨이퍼들을 소정의 온도로 재(在)열처리시키는 단계; 및 비엠디분석기를 이용하여 상기 재열처리가 이루어진 웨이퍼들의 벌크디펙트를 분석한 결과의 비교로써 그 거동 등을 분석하는 단계를 구비하여 이루어짐을 특징으로 한다.
상기 열처리는 약 600℃ 내지 1,100℃ 정도의 온도의 범위 내에서 약 90℃ 내지 110℃ 정도의 온도의 대역으로 약 19시간 내지 21시간 정도로 열처리시키는 것이 바람직하고, 상기 재열처리는 약 900℃ 내지 1,100℃ 정도의 온도로 약 9시간 내지 11시간 정도로 수행하는 것이 바람직하다.
그리고 본 발명은 상기 웨이퍼의 표면으로부터 약 200μm 이내에 분포하는 벌크디펙트의 거동 등을 분석할 수 있다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도1은 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 표면디펙트 분석방법의 일 실시예를 설명하기 위한 공정도이고, 도2는 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 표면디펙트 분석방법의 다른 실시예를 설명하기 위한 공정도이며, 도3은 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 벌크디펙트 분석방법의 일 실시예를 설명하기 위한 공정도이다.
여기서 본 발명은 웨이퍼의 표면으로부터 약 5μm 이내에 분포하는 표면디펙트의 분석을 제1실시예로 하고, 약 20μm 이내에 분포하는 표면디펙트의 분석을 제2실시예로 하며, 약 200μm 이내에 분포하는 벌크디펙트의 분석을 제3실시예로 한다.
제1실시예
먼저, 본 발명의 제1실시예는 이온이 주입된 웨이퍼의 표면으로부터 약 5μm 이내에 분포하는 표면디펙트의 거동 등의 분석에 관한 것으로써, 도1에 도시된 바와 같이 S10단계에서 열처리를 수행하고, S12단계에서 재(在)열처리를 수행한 후, S14단계에서 표면디펙트의 거동 등을 분석하는 구성으로 이루어진다.
이러한 구성으로 이루어지는 본 발명의 제1실시예를 도1을 참조하여 살펴보면, 먼저 이온을 주입시킨 웨이퍼와 이온을 주입시키지 않은 웨이퍼 각각을 소정의 온도의 범위 내에서 소정의 온도의 대역을 따라 열처리시키는 S10단계를 수행한다.
여기서 상기 웨이퍼 즉, 이온을 주입시킨 웨이퍼와 이온을 주입시키지 않은 웨이퍼는 산소농도 등에 따라 각각을 구별하여 구비시킬 수 있는데, 본 발명에서는 에피웨이퍼(Epi Wafer)와 상기 산소농도가 11.5ppma, 12.5ppma 및 15.5ppma 등으로 이루어지는 웨이퍼를 구비시켜, 일군의 웨이퍼들에는 이온을 주입시키고, 다른 일군의 웨이퍼들에는 이온을 주입시키지 않는다.
그리고 상기 S10단계의 열처리를 약 600℃ 내지 1,100℃ 정도의 온도의 범위 내에서 약 90℃ 내지 110℃ 정도의 온도의 대역으로 수행할 수 있고, 또한 약 19시간 내지 21시간 정도로 열처리를 시킨다.
이에 따라 600℃, 700℃, 800℃, 900℃, 1,000℃ 및 1,100℃의 온도의 대역으로 상기 S10단계의 열처리를 수행할 수 있다.
즉, 이온주입공정의 수행 후, 웨이퍼 내에 주입된 이온 등의 안정화를 위하여 수행하는 열처리 등의 조건에 따른 표면디펙트의 거동 등의 분석을 수행할 수 있는 것으로써, 이는 상기 이온주입공정을 최적화시키기 위하여 상기 이온주입공정의 수행에 따라 웨이퍼에 분포하는 표면디펙트의 거동 등을 정확하고, 용이하게 분석하기 위하여 상기와 같은 조건으로 열처리를 수행하는 것이다.
그리고 상기 S10단계의 수행으로 열처리가 이루어진 웨이퍼들을 재열처리시키는 S12단계를 수행할 수 있는데, 이러한 S12단계의 재열처리의 수행은 작업자의 의도에 따라 스킵(Skip)시킬 수도 있다.
여기서 상기 S12단계의 재열처리의 수행은 약 900℃ 내지 1,100℃ 정도의 온도로 약 9시간 내지 11시간 정도로 수행할 수 있다.
계속해서 상기 S10단계 및 S12단계의 수행으로 열처리 및 재열처리 등이 이루어진 웨이퍼들을 비엠디분석기(BMD Analyzer : Bulk Micro Defect Analyzer)를 이용하여 분석하는 S14단계를 수행한다.
여기서 상기 S14단계의 비엠디분석기를 이용한 분석의 결과를 비교함으로써 상기 웨이퍼에 분포하는 표면디펙트의 거동 등을 분석할 수 있다.
즉, 상기와 같은 조건으로 열처리를 수행한 웨이퍼들을 분석하여 비교한 결과로써 상기와 같은 표면디펙트의 거동 등을 분석할 수 있는 것이다.
제2실시예
먼저, 본 발명의 제2실시예는 이온이 주입된 웨이퍼의 표면으로부터 약 20μm 이내에 분포하는 표면디펙트의 거동 등의 분석에 관한 것으로써, 도2에 도시된 바와 같이 S20단계에서 열처리를 수행하고, S22단계에서 재(在)열처리를 수행하며, S24단계에서 표면의 연마를 S26단계에서 연마가 이루어진 표면을 식각시킨 후, S28단계에서 표면디펙트의 거동 등을 분석하는 구성으로 이루어진다.
이러한 구성으로 이루어지는 본 발명의 제2실시예를 도2를 참조하여 살펴보면, 먼저 상기 제1실시예의 S10단계의 열처리 및 S12단계의 재열처리와 동일한 조건으로 이루어지는 S20단계의 열처리 및 S22단계의 재열처리를 수행한다.
여기서 제2실시예 또한 상기 제1실시예와 마찬가지로 상기 S22단계의 재열처리를 작업자의 의도에 따라 스킵시킬 수도 있다.
그리고 상기 S20단계 및 S22단계의 열처리 및 재열처리 등이 이루어진 웨이퍼들의 표면을 소정의 각도로 연마시키는 S24단계를 수행한다.
여기서 상기 S24단계의 수행은 앵글(Angle)연마기 등을 이용하여 상기 웨이퍼들의 표면을 약 2° 내지 3° 정도의 각도로 연마시키는 것으로써, 이는 분석하고자 하는 면적을 용이하게 확보하기 위함이다.
그리고 상기 S24의 수행으로 연마가 이루어진 표면을 식각시키는 S26단계를 수행한다.
여기서 상기 S26단계의 식각은 중크롬산염, 불산 및 탈이온수로 이루어지는 혼합물을 이용하여 약 100초 내지 140초 정도로 수행할 수 있다.
계속해서 상기의 열처리, 연마 및 식각 등이 이루어진 웨이퍼들을 광학현미경을 이용하여 분석하는 S28단계를 수행한다.
여기서 상기 S28단계의 광학현미경을 이용한 분석의 결과를 비교함으로써 상기 웨이퍼에 분포하는 표면디펙트의 거동 등을 분석할 수 있다.
즉, 상기와 같은 조건으로 열처리를 수행한 웨이퍼들을 분석하여 비교한 결과로써 상기와 같은 표면디펙트의 거동 등을 분석할 수 있는 것이다.
제3실시예
먼저, 본 발명의 제3실시예는 이온이 주입된 웨이퍼의 표면으로부터 약 200μm 이내에 분포하는 벌크디펙트의 거동 등의 분석에 관한 것으로써, 도3에 도시된 바와 같이 S30단계에서 열처리를 수행하고, S32단계에서 재(在)열처리를 수행한 후, S34단계에서 벌크디펙트의 거동 등을 분석하는 구성으로 이루어진다.
이러한 구성으로 이루어지는 본 발명의 제3실시예를 도3을 참조하여 살펴보면, 먼저 상기 제1실시예의 S10단계의 열처리 및 S12단계의 재열처리와 동일한 조건으로 이루어지는 S30단계의 열처리 및 S32단계의 재열처리를 수행한다.
여기서 본 발명의 제3실시예는 상기의 제1실시예 또는 제2실시예와는 달리 상기 S32단계의 재열처리를 항상 수행한다.
그리고 본 발명은 상기 S30단계 및 S32단계의 수행으로 열처리 및 재열처리 등이 이루어진 웨이퍼들을 비엠디분석기를 이용하여 분석하는 S34단계를 수행한다.
여기서 상기 S34단계의 비엠디분석기를 이용한 분석의 결과를 비교함으로써 상기 웨이퍼 내에 분포하는 벌크디펙트의 거동 등을 분석할 수 있다.
즉, 상기와 같은 조건으로 열처리를 수행한 웨이퍼들을 분석하여 비교한 결과로써 상기와 같은 벌크디펙트의 거동 등을 분석할 수 있는 것이다.
전술한 구성으로 이루어지는 본 발명 즉, 상기와 같은 구성의 제1실시예, 제2실시예 및 제3실시예는 이온이 주입된 웨이퍼에 분포하는 표면디펙트 및 벌크디펙트의 거동 등을 정확하고, 용이하게 분석할 수 있다.
즉, 본 발명은 각각의 열처리의 조건에 따른 표면디펙트 및 벌크디펙트의 거동 등을 비교한 결과로써 분석을 수행하기 때문에 상기 분석에 따른 데이터의 신뢰도를 확보할 수 있다.
그리고 본 발명은 상기의 분석을 종래와 같이 단면이 아닌 표면으로 수행하기 때문에 광역화시킨 표면의 분석을 용이하게 수행할 수 있다.
즉, 웨이퍼의 표면을 대상으로 분석이 이루어지는 비엠디분석기 또는 광학현미경을 이용하기 때문이다.
또한 본 발명은 전술한 구성 즉, 각각의 웨이퍼를 구비시키고, 각각의 조건에 따른 열처리 등의 수행이 아닌 특정의 웨이퍼를 이용하여 단일 조건의 열처리 등의 수행하여도 그 표면디펙트 및 벌크디펙트의 거동 등을 용이하게 분석할 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 이온이 주입된 웨이퍼에 분포하는 표면디펙트 및 벌크디펙트의 분석의 결과 상기 웨이퍼의 표면으로 파일-업(Pile-Up)되는 결과를 파악할 수 있었다.
따라서, 본 발명에 의하면 이온이 주입된 웨이퍼에 분포하는 표면디펙트 및 벌크디펙트의 거동 등의 분석을 용이하게 수행함에 따라 반도체소자의 제조에 따른 신뢰도가 향상되는 효과가 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
도1은 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 표면디펙트 분석방법의 일 실시예를 설명하기 위한 공정도이다.
도2는 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 표면디펙트 분석방법의 다른 실시예를 설명하기 위한 공정도이다.
도3은 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 벌크디펙트 분석방법의 일 실시예를 설명하기 위한 공정도이다.

Claims (10)

  1. 이온이 주입된 웨이퍼(Wafer)에 분포하는 표면디펙트(Surface Defect)의 거동 등을 분석하기 위한 반도체 웨이퍼의 표면디펙트 분석방법에 있어서,
    이온을 주입시킨 웨이퍼와 이온을 주입시키기 않은 웨이퍼 각각을 600 내지 1,100℃의 온도 범위 내에서 90 내지 110℃의 온도 대역을 따라 열처리시키는 단계;
    상기 열처리가 이루어진 웨이퍼들을 900 내지 1,100℃의 온도로 재(在)열처리시키는 단계; 및
    비엠디 분석기(BMD Analyzer)를 이용하여 상기 열처리와 재열처리가 이루어진 웨이퍼들의 표면디펙트를 분석한 결과의 비교로써 그 거동 등을 분석하는 단계;
    를 구비하여 이루어짐을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 표면디펙트 분석방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 재열처리를 약 9시간 내지 11시간 정도로 수행하는 것을 특징으로 하는 상기 반도체 웨이퍼의 표면디펙트 분석방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 열처리는 약 19시간 내지 21시간 정로도 수행하는 것을 특징으로 하는 상기 반도체 웨이퍼의 표면디펙트 분석방법.
  4. 이온이 주입된 웨이퍼의 표면으로부터 20㎛ 이내에 분포하는 표면디펙트의 거동 등을 분석하기 위한 반도체 웨이퍼의 표면디펙트 분석방법에 있어서,
    이온을 주입시킨 웨이퍼와 이온을 주입시키기 않은 웨이퍼 각각을 600 내지 1,100℃의 온도 범위 내에서 90 내지 110℃의 온도 대역을 따라 열처리시키는 단계;
    상기 열처리가 이루어진 웨이퍼들을 900 내지 1,100℃의 온도로 재(在)열처리시키는 단계;
    상기 열처리와 재열처리가 이루어진 웨이퍼들의 표면을 소정의 각도로 연마시킨 후, 그 표면을 식각시키는 단계; 및
    광학현미경을 이용하여 상기 식각이 이루어진 웨이퍼들의 표면디펙트를 분석한 결고의 비교로써 그 거동 등을 분석하는 단계;
    를 구비하여 이루어짐을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 표면디펙트 분석방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 재열처리는 약 9시간 내지 11시간 정도로 수행하는 것을 특징으로 하는 상기 반도체 웨이퍼의 표면디펙트 분석방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 열처리는 약 19시간 내지 21시간 정도로 수행하는 것을 특징으로 하는 상기 반도체 웨이퍼의 표면디펙트 분석방법.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 웨이퍼들의 표면의 연마는 약 2° 내지 3° 정도의 각도로 연마시키는 것을 특징으로 하는 상기 반도체 웨이퍼의 표면디펙트 분석방법.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 웨이퍼들의 표면의 식각은 중크롬산염, 불산 및 탈이온수를 혼합시킨 혼합물을 이용하여 약 100초 내지 140초 정도로 수행하는 것을 특징으로 하는 상기 반도체 웨이퍼의 표면디펙트 분석방법.
  9. 이온이 주입된 웨이퍼의 표면으로부터 200㎛ 이내에 분포하는 벌크디펙트(Bulk Defect)의 거동 등을 분석하기 위한 반도체 웨이퍼의 벌크디펙트 분석방법에 있어서,
    이온을 주입시킨 웨이퍼와 이온을 주입시키지 않은 웨이퍼 각각을 600 내지 1,100℃의 온도 범위 내에서 90 내지 110℃의 온도 대역을 따라 열처리시키는 단계;
    상기 열처리가 이루어진 웨이퍼들을 900 내지 1,100℃의 온도로 재(在)열처리시키는 단계;
    비엠디분석기를 이용하여 상기 열처리와 재열처리가 이루어진 웨이퍼들의 벌크디펙트를 분석한 결과의 비교로써 그 거동 등을 분석하는 단계;
    를 구비하여 이루어짐을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 벌크디펙트 분석방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 열처리는 약 19시간 내지 21시간 정도로 수행하는 것을 특징으로 하는 상기 반도체 웨이퍼의 벌크디펙트 분석방법.
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