KR100646729B1 - 비저항값이 높은 실리콘웨이퍼의 ｄ-결함 평가용 부식액및 이를 이용한 평가방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실리콘웨이퍼의 결정 결함 평가용 부식액, 더욱 자세하게는 KMnO4 및 HF를 포함하는 비저항값이 0.01 Ω㎝을 초과하는 실리콘웨이퍼의 D-결함 평가용 부식액에 관한 것으로서, 종래, 크롬함유 부식액으로만이 평가가 가능했던 D-결함을 단시간내에 크롬을 함유하지 않은 부식액으로 평가할 수 있어 실리콘단결정의 품질 평가에 유용하게 이용할 수 있다.
비저항, 실리콘웨이퍼, 붕소, 과망간산칼륨, 불화수소

Description

비저항값이 높은 실리콘웨이퍼의 Ｄ-결함 평가용 부식액 및 이를 이용한 평가방법{ETCHING SOLUTION FOR D-DEFECT IN SILICON WATER HAVING HIGH RESISTIVITY, AND EVALUATION METHOD USING THE SAME}
도 1a는 본 발명의 실시예 1에 의한 실리콘웨이퍼 표면상에 나타나는 결함(FPD; Flow Pattern Defect)의 사진을 나타내고,
도 1b는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1 (secco etchant)로 처리한 실리콘웨이퍼를 FPD를 관찰하여 나타낸 밀도에 대한 상관관계 그래프이다.
도 2a는 본 발명의 비교예 1 (secco echant)로 처리한 실리콘웨이퍼를 관찰하여 보이는 결함(FPD)의 사진을 나타내고,
도 2b는 본 발명의 실시예1 및 비교예 1 (secco etchant)로 처리한 실리콘웨이퍼를 FPD를 관찰하여 나타낸 FPD 결함영역에 대한 상관관계 그래프이다.
도 3은 발명의 실시예 2에 의한 실리콘 웨이퍼의 사진을 나타낸다.
본 발명은 실리콘웨이퍼의 결정 결함 평가용 부식액, 더욱 자세하게는 KMnO4 및 HF를 포함하는 비저항값이 0.01 Ω㎝초과하는 실리콘웨이퍼의 D-결함 평가용 부식액에 관한 것이다.
반도체회로의 미세화와 반도체회로 집적도의 증가추세에 대처하기 위하여 기판 소재로써 사용되는 실리콘 단결정에 대하여 품질요구사항이 최근 들어 엄격해지고 있다. 일반적으로 웨이퍼는 중심에서 가장자리까지 씨오피(COP: crystal originated particles), 플로우 패턴 결함(FPD: flow pattern defect), 산화유기적층 결함(OiSF), 벌크미세결함(BMD: Bulk Micro Defect), 레이저 분산 토모그래피 결함(LSTD: laser scattering tomography defect)의 품질특성(결정결함)이 순차적으로 나타나고 있으며, 이와 같은 성장중에 도입되는 결함들의 밀도와 크기의 감소가 요구되어 오고 있다. 상기 결정결함은 소자 수율 및 품질에 영향을 미치는 것으로 확인되고 있다. 따라서, 결정결함을 완전히 제거시킴과 동시에 이런 결함을 쉽고 빠르게 평가하는 기술은 아주 중요하다.
이중 D-결함이라 불려지는 보이드(Void) 결함은 결정성장중 실리콘 단결정에 생성된 점결함이 후속 냉각과정을 거치면서 과포화되어 응집된 결과로 팔면체 형상을 가지고 있는 것이다. 단결정 실리콘 성장시 필수적으로 수반되는 D-결함을 최소화하기 위해 많은 노력을 기울이고 있으며 또한 상기 결정 결함을 평가하기 위한 여러 가지 방법이 개발되고 있다.
웨이퍼의 결정 결함을 평가하기 위한 종래에 알려진 방법으로는, 선택적 습식 에칭법으로 결함을 표면화하고, 관찰수단으로서 현미경을 이용하는 방법이 알려져 있다. 실리콘웨이퍼에서의 미세결함제어는 상당히 중요한 기술적 과제중의 하나 가 되었다.
웨이퍼의 결정 결함을 평가하기 위한 종래에 알려진 방법으로는, 첫째, 폴리싱처리를 한 웨이퍼(Polished Wafer) 세정 후의 COP의 분포를 입자계수기(Particle counter)를 이용하여 평가하는 방법, 둘째, 고온 열처리를 통해 산소 석출물을 형성시킨 후 각각 다른 결함영역의 석출 거동의 차이를 이용한 XRT 평가를 통하여 결함 영역을 구분하는 방법, 셋째, 습식 부식액을 이용한 FPD(Flow pattern defect) 평가 등이 있다.
그러나, 첫째 평가 방법은 평가를 위해서는 반드시 웨이퍼의 상태가 폴리싱과 세정을 통해 깨끗한 상태라야 한다. 따라서 평가를 위해서는 단결정을 성장시킨 후 여러 후속 공정을 거쳐야 하며, 이에 따른 소요 시간이 길어지며, 평가를 위해 입자계수기라는 고가의 장비가 필요하다. 둘째 평가방법은 평가에 소요되는 시간이나 고온 열처리 등에 소요되는 비용, 기타 고가의 장비 면에서 여러 가지 단점을 가지고 있다.
세 번째 방법인 선택적 습식 에칭법으로 결함을 표면화하고, 관찰수단으로서 현미경을 이용하는 방법이 알려져 있다. 결정 결함 평가용 습식 부식으로는 주로 산화제와 플루오르화 수소산의 혼합물에 의한 부식법이 사용되며 이때 부식반응은 산화제에 의한 실리콘의 산화와 플루오르화수소산에 의한 산화규소의 용해로 이루어진다. 결정 결함 평가용 선택적 부식제로 사용하는 것으로는 하기 표 1과 같다. (일본 특허공개공보 2002-236081)
[표 1]
부식액 조성 에칭속도 특징
dash HF, HNO3, CH3COOH (1: 3: 12) ~0.2㎛/min 에칭속도가 매우 낮다.
Sirtle HF, Cr, H2O (1: 0.4: 0.2) ~1㎛/min
Secco HF, K2Cr2O7수용액(0.15mol%) (2: 1) ~1.2㎛/min Secco etching후 열처리를 동반하여, Dislocation 을 관찰
Wright HF, HNO3, CrO3수용액(5mol%). Cu(NO3)2, CH3COOH, H2O ~1㎛/min
상기 표에 나타낸 바와 같이, Dash부식액은 산화제로서 질산을 사용하고 6가 크롬을 포함하지 않으며, HF: HNO3: CH3COOH가 1: 3: 12의 부피비 조성되어 있고 결정의 면방위에 관계없이 검출될 수 있으나 부식속도가 낮아 부식을 장시간(약 30분)시켜야 하는 단점이 있다. 상기 Dash부식액의 단점을 개선한 것으로서, Sirtle 부식액은 모든 결정면에 적용할 수 없어 그 사용대상이 제한되고, Secco 부식액은 부식속도는 빠르나 거품이 달라붙기 쉽기 때문에 초음파를 적용할 필요가 있으며, Wright 부식액은 부식속도, 적용대상 등이 장점으로 널리 사용되고 있다.
이 중 Secco 부식액은 초음파를 적용하지 않고 장시간(30분) 교반하지 않는 상태에서 실리콘 웨이퍼를 에칭하면 FPD가 나타나며, 이 FPD 는 결정결함 중 중요한 D-결함중의 하나이다. 따라서 Secco 부식액을 이용하여, 간단하게 FPD를 관찰함으로써 간단하고 비교적 빠르게 고가의 장비를 사용하지 않고 실리콘웨이퍼의 결정품질 중 D-결함의 밀도와 존재범위를 평가할 수 있다
그러나, 상기 Sirtle 부식액, Wright 부식액, 및 Secco 부식액은 산화제로서 6가 크롬을 사용하고 있다. 6가 크롬은 환경 유해 물질로서 사용이 규제됨으로써 대체 부식액의 개발이 절실하다.
따라서, 환경에 유해한 6가 크롬을 함유하지 않으면서 단시간내에 효율적으로 실리콘 웨이퍼의 결정 결함을 평가하기 위한 부식제가 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 비저항 값이 0.01 Ω㎝을 초과하는 실리콘 웨이퍼에 적용할 수 있으며, 6가 크롬을 함유하지 않아 환경에 유해하지 않으면서도, 저비용으로 간편하고 신속하게 실리콘웨이퍼의 결정결함 중 D-결함을 평가할 수 있는 부식액을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 상기 부식액을 이용하여 0.01 Ω㎝을 초과하는 비저항값을 갖는 실리콘 웨이퍼의 D-결함을 저비용으로 간편하고 신속하게 평가하는 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하고자, 본 발명은 KMnO4, HF 및 물을 포함하는 비저항 값이 0.01Ω㎝ ~ 25.0 Ω㎝ 범위인 실리콘 웨이퍼의 결정 결함 평가용 부식액에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 KMnO4을 포함하는 부식액을 비저항값이 0.01Ω㎝ ~ 25.0 Ω㎝ 범위인 실리콘웨이퍼에 처리하는 것을 포함하는 비저항값이 0.01Ω㎝ ~ 25.0 Ω㎝ 범위인 실리콘웨이퍼의 결정 결함 평가방법에 관한 것이다.
이하에서 본 발명을 자세히 설명하고자 한다.
본 발명은 KMnO4을 포함하는 비저항값이 0.01 Ω㎝을 초과하는 실리콘웨이퍼, 바람직하게는 비저항값이 0.01Ω㎝ ~ 25.0 Ω㎝ 범위인 결정 결함 평가용 부식액에 관한 것이다. 본 발명의 결정 결함 평가용 부식액은 실리콘 단결정의 품질 평가용 부식액, 자세하게는 초크랄스키(Czochralski, CZ)법 또는 FZ법으로 성장된 단결정을 갖는 실리콘웨이퍼의 비저항값이 0.01 Ω㎝을 초과하는 실리콘웨이퍼, 바람직하게는 비저항값이 0.01 내지 25.0 Ω㎝인 실리콘웨이퍼에 적용한다.
본 발명의 부식액은 KMnO4, HF, 및 물을 포함하며, 상기 KMnO4: HF의 부피비가 0.5~1 : 1~3이다. 상기 성분의 농도는 결함평가 가능성, 부식처리시간 및 효율성을 고려하여 적합하게 결정할 수 있으며, 바람직하게는 0.4 내지 0.5M의 KMnO4 및 50% HF을 사용할 수 있다. 지나치게 낮은 농도의 KMnO4를 사용할 경우에는 반응시간이 길어져서 생산성이 낮을 수 있으며, 농도가 지나치게 높을 경우에는 반응이 급격하여 결정결함을 구분하기 어렵다.
또한 본 발명은 상기 결정 결함 평가용 부식액을 비저항 값이 0.01 Ω㎝을 초과하는 실리콘 웨이퍼에 처리하는 것을 포함하는 비저항 값이 0.01 Ω㎝을 초과하는 실리콘 웨이퍼, 바람직하게는 비저항값이 0.01 내지 25.0 Ω㎝인 실리콘웨이퍼의 D-결함 평가방법에 관한 것이다. 본 발명의 일례에서는 부식액으로 웨이퍼를 처리한 후 순수로 웨이퍼를 린스하는 공정을 추가로 수행할 수 있다. 상기 현미경을 이용한 결정결함 평가는 통상의 알려진 결정 결함 평가법을 사용할 수 있으며, 그 한 예로는 부식처리 후에 광학 현미경으로 결함 위치를 찾고 광학 현미경의 자 동 결정결함계수 기능으로 결함밀도를 평가할 수 있다.
상기 부식액 처리는 45초 내지 90초간 실시할 수 있으며, 처리 온도는 상온이고, 처리 압력은 상압(1atm)으로 한다.
하기 실시예를 들어 본 발명을 더욱 자세히 설명할 것이나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 보호범위가 하기 실시예로 한정되는 의도는 아니다.
실시예 1: 본 발명의 부식액을 이용한 결정 결함 평가
초크랄스키법으로 성장된 단결정중 비저항값이 5.0 Ω㎝인 실리콘웨이퍼를 제조하였다.
본 발명에 따른 부식액을 50% HF 3340 ml, 0.4M KMnO4, 및 H2O 1650 ml로 혼합하여 제조하였다. 상온, 및 1기압 압력 하에서, 상기 부식액을 상기 실리콘웨이퍼 시료에 교반을 하지 않고 60초간 처리한 후에 나타나는 FPD을 사진으로 찍어 도1a에 나타냈다.
비교예 1: Secco 부식액을 이용한 결정 결함 평가
상기 실시예 1의 부식액 대신에, Secco 부식액(K2Cr2O7(0.15 M) 용액 과 HF를 1:2 로 혼합한 용액)을 사용하여 에칭을 수행하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 실질적으로 동일한 방법으로 실험을 수행하였으며, 처리된 웨이퍼 사진을 찍어 도2a에 나타냈다.
본 발명의 실시예 1 및 비교예 1 (secco etchant)로 처리한 실리콘웨이퍼를 FPD를 관찰하여 나타낸 밀도에 대한 상관관계를 도 1b에 나타냈다. 도 2b는 본 발명의 실시예1 및 비교예 1 (secco etchant)로 처리한 실리콘웨이퍼를 FPD를 관찰하여 나타낸 FPD 결함영역에 대한 상관관계 그래프이다.
실시예 2: 본 발명의 부식액을 이용한 결정 결함 평가
초크랄스키법으로 성장된 단결정중 비저항값이 12.0 Ω㎝인 실리콘웨이퍼를 제조하였다.
본 발명에 따른 부식액을 50%HF 3340 ml, 0.5M KMnO4, 및 H2O 1650 ml로 혼합하여 제조하였다. 상온, 및 1기압 압력 하에서, 상기 부식액을 상기 실리콘웨이퍼 시료에 교반을 하지 않고 90초간 처리한 후에, 사진을 찍어 도 3에 나타냈다.
종래의 분석은 D-결함영역의 분포를 확인하기 위하여 Secco 부식액을 이용하여 30분간 처리 후에 현미경을 이용하여 FPD 결함을 관찰하는 것이었으나, 본 실시예에서는 단시간(90초)내에 Cr 이 함유되지 않는, 환경유해성이 적은 부식액을 이용하여 간단히 D-결함 영역을 평가할 수 있었다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범 위에 속하는 것은 당연하다.
본 발명은 실리콘웨이퍼의 결정 결함 평가용 부식액, 더욱 자세하게는 KMnO4 및 HF를 포함하는 비저항값이 0.01 Ω㎝을 초과하는 실리콘웨이퍼의 D-defect 평가용 부식액에 관한 것으로서, 종래의 크롬 함유 부식액으로는 관찰할 수 없었던 D-결함을 단시간내에 쉽게 평가할 수 있어 실리콘단결정의 품질 평가에 유용하게 이용할 수 있다.

Claims (6)

  1. KMnO4, HF 및 물을 포함하는 비저항 값이 0.01Ω㎝ ~ 25.0 Ωcm 범위의 실리콘 웨이퍼의 결정 결함 평가용 부식액.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 결정 결함이 D-결함(Defect)인 결정 결함 평가용 부식액.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 부식액은 KMnO4: HF: 물을 포함하며, 상기 KMnO4: HF의 부피비가 0.5~1 : 1~3이며, 상기 부식액에서 KMnO4의 농도가 0.4M 내지 0.5M이고 HF의 농도가 50%인 것인 결정 결함 평가용 부식액.
  4. 삭제
  5. 제 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 따른 결정 결함 평가용 부식액을 비저항 값이 0.01Ω㎝ ~ 25.0 Ω㎝ 범위의 실리콘 웨이퍼에 처리하여 결정결함을 표면화하고, 현미경으로 평가하는 것을 포함하는 비저항 값이 0.01Ω㎝ ~ 25.0 Ω㎝ 범위의 실리콘 웨이퍼의 결정 결함 평가방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 부식액 처리는 45초 내지 90초간 실시하는 것인 실리콘 웨이퍼의 결정 결함 평가방법.
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