KR100800652B1 - Ｒｔｐ 장비의 모니터링 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 RTP 장비의 모니터링 방법은, 온도별로 베어 웨이퍼를 각각 준비하는 단계와, RTP 장비 내에서 RTO를 수행함으로서, 각각의 베어 웨이퍼 상에 서로 다른 두께의 산화막을 형성하는 단계와, 산화막이 형성된 각각의 베어 웨이퍼 상에 온도별로 각기 다른 공정 조건으로 불순물 이온주입 공정을 실시하여 각각의 베어 웨이퍼 내에 불순물 이온을 주입하는 단계와, 불순물 이온이 주입된 각각의 베어 웨이퍼에 대해 RTA를 실시하는 단계와, RTA를 거친 베어 웨이퍼의 특성을 분석하는 단계를 포함한다
이와 같이, 본 발명은 불순물이 첨가된 베어 웨이퍼에 대해 각 온도대별로 RTA 공정을 수행한 후 저항(Rs)을 측정함으로서, 안정적으로 RTP 공정을 관리할 수 있다.
반도체, RTP, RTO, RTA, 저항, 모니터링
Description
도 1a 내지 도 1b는 종래의 RTP 장비의 모니터링 과정을 설명하기 위한 공정 단면도이며,
도 2는 종래의 RTP 장비의 모니터링 방법에 의해 베어 웨이퍼 상의 49지점을 4 포인트 프로브 장치로 측정한 결과를 도시한 SEM도이며,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 RTP 장비의 모니터링 과정을 도시한 흐름도이며,
도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 RTP 장비의 모니터링 과정을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
400 : 베어 웨이퍼 402 : 산화막
본 발명은 RTP(Rapid Thermal Process) 공정에 관한 것으로, 특히 RTP 장비의 모니터링 방법에 관한 것이다.
통상, RTP(Rapid Thermal Process)는 소정의 온도로 웨이퍼를 수초동안 가열 하여 웨이퍼 내부에 존재하는 디펙트(defect)를 제거하거나 웨이퍼 상에 형성된 특정막의 질(quality)을 향상시키거나 이온주입에 의해서 충격을 받은 영역을 치료하는 목적 등을 위하여 수행되는 공정이다. 이와 같은 RTP는 RTA(Rapid Thermal Anealing), RTS(Rapid Thermal Silicide), RTN(Rapid Thermal Nitride) 및 RTO(Rapid Thermal Oxide) 등으로 나누어질 수 있다.
여기서, RTA는 웨이퍼 상에 불순물을 주입한 후 가열하는 것이고, RTS는 웨이퍼 상에 Ti 등의 금속막을 형성한 후 가열함으로써 웨이퍼와 금속막 사이에 실리사이드막을 형성하는 것이며, RTN은 웨이퍼 상에 TiN 등과 같은 나이트라이드 계열 금속막을 형성한 후 가열함으로써 웨이퍼와 금속막 사이에 나이트라이드막을 형성하는 것이고, RTO는 웨이퍼를 가열함으로써 웨이퍼 상에 산화막을 형성하는 것이다.
그리고, RTP는 히터가 설치된 챔버를 구비한 RTP 장치에서 진행되며, RTP 장치는 RTP가 진행되는 챔버의 내부 온도, 챔버 내부로 공급되는 가스량, 챔버의 내부 압력 및 누설 등의 공정 요소가 작업자에 의해서 정기적으로 모니터링됨으로서 RTP 장치의 공정 불량 요인은 사전에 시정 및 제거되고 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 반도체 RTP 장치의 모니터링 방법에 대해 설명한다.
종래의 반도체 RTP 장치의 모니터링 방법은, 도 1a에 도시된 바와 같이, 시료용 베어 웨이퍼(Bare wafer)(100)를 준비한다.
그런 다음, 도 1b에 도시된 바와 같이, 시료용 베어 웨이퍼를 RTP 장치에 투 입한 후 RTP 장치의 내부 온도 및 RTP 시간을 포함하는 공정 조건을 설정하고, RTP 중 RTO을 수행하여 베어 웨이퍼 상에 산화막(102)을 형성한다.
이때, 공정 조건을 변화시키면, 베어 웨이퍼(100) 상에 형성되는 산화막(102)의 두께는 변화된다.
상기와 같은 과정을 통해 베어 웨이퍼(100) 상에 형성된 산화막(102) 상부의 49지점을 선택한 후 이를 두께측정 장치를 이용하여 각 지점에서 산화막(102) 두께를 측정하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 산화막(102) 두께의 등고선(contour) 및 3차원 플로트(plot)를 얻을 수 있으며, 이를 통해 RTP 장비의 안정성을 확인한다.
그러나, 반도체 소자의 종류 증가와 동시에 공정 조건별 온도가 다양화됨에 따라 RTO를 통한 RTP 장치의 모니터링 방법은 모든 RTP의 모든 공정 조건을 대변하는데 취약하다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 불순물이 첨가된 베어 웨이퍼에 대해 각 온도대별로 RTA 공정을 수행한 후 저항(Rs)을 측정함으로서, 안정적으로 RTP 공정을 관리할 수 있는 RTP 장비의 모니터링 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 온도별로 베어 웨이퍼를 각각 준비하는 단계와, RTP 장비 내에서 RTO를 수행함으로서, 상기 각각의 베어 웨이퍼 상에 서로 다른 두께의 산화막을 형성하는 단계와, 상기 산화막이 형성된 각각 의 베어 웨이퍼 상에 온도별로 각기 다른 공정 조건으로 불순물 이온주입 공정을 실시하여 상기 각각의 베어 웨이퍼 내에 불순물 이온을 주입하는 단계와, 상기 불순물 이온이 주입된 각각의 베어 웨이퍼에 대해 RTA를 실시하는 단계와, 상기 RTA를 거친 베어 웨이퍼의 특성을 분석하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명에서 온도는 800℃미만의 저온, 800℃∼1000℃의 중온 및 1000℃을 초과하는 고온이며, 산화막을 형성하는 단계는 상기 중온과 고온에서 처리될 베어 웨이퍼 상에 58∼62Å의 두께를 갖는 산화막을 형성하고, 상기 저온에서 처리될 베어 웨이퍼 상에 29∼31Å의 두께를 갖는 산화막을 형성하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 불순물 이온 주입 공정은, 상기 온도별 각각의 베어 웨이퍼 내에 각기 다른 이온주입 에너지와 도즈량으로 상기 불순물을 주입하되, 20keV의 이온주입에너지와 1.0E16의 도즈량으로 상기 중온 및 고온에서 처리될 베어 웨이퍼 내에 상기 불순물을 주입하고, 55keV의 이온주입에너지와 1.8E14의 도즈량으로 상기 저온에서 처리될 베어 웨이퍼 내에 상기 불순물을 주입하는 것이 바람직하다.
본 발명의 베어 웨이퍼의 특성을 분석하는 단계는, 상기 RTA를 거친 각 베어 웨이퍼의 전면에 다수의 지점을 선택한 후 상기 다수의 지점에 대한 저항(Rs)값들을 측정하며, 상기 측정된 다수의 지점에 대한 저항값들에 대한 표준 편차를 산출하고, 상기 산출된 표준 편차와 기 정의된 표준편차를 이용하여 상기 RTP 장비를 정비 유무를 판단하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 RTP 장비의 모니터링 과정을 도시한 흐름도이며, 도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 RTP 장비의 모니터링 과정을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
도 3 및 도 4a를 참조하면, 먼저 온도별, 예컨대 저온(800℃미만), 중온(800℃에서 1000℃), 고온(1000℃초과)에서 처리될 베어 웨이퍼(400)를 준비한다(S300). 이때, 베어 웨이퍼(400)는 소정의 각도(angle), 예컨대 0∼4도로 기울러져 있으며, 이러한 각도는 RTP 장비 모니터링 시 측정하는 저항(Rs)에 영향을 준다.
이후, 도 4b에 도시된 바와 같이, 저온에 처리될 베어 웨이퍼(400)에 29Å∼31Å의 두께로 실리콘 산화막(402)을 성장시키고, 고온 및 저온에서 처리될 베어 웨이퍼(400) 상에 58Å∼62Å의 두께로 실리콘 산화막(402)을 성장시킨다(S302). 이와 같이, 소정 두께를 갖는 산화막(402)을 각 베어 웨이퍼(400) 상에 형성함으로서, 베어 웨이퍼(400)가 갖는 각도를 보상할 수 있다.
그리고나서, 도 4c에 도시된 바와 같이, 온도별 각각의 베어 웨이퍼(400) 내에 각기 다른 불순물 이온 주입 공정 조건으로 불순물, 예컨대 As를 주입한다(S304). 이때, 이온주입 에너지와 도즈량을 변경시키면서, 저온, 중온, 고온에서 처리될 각각의 베어 웨이퍼(400) 내부에 불순물 이온을 주입시킨다.
즉, 20keV의 이온주입에너지와 1.0E16의 도즈량으로 중온 및 고온에서 처리될 베어 웨이퍼 내에 불순물을 주입하고, 55keV의 이온주입에너지와 1.8E14의 도즈량으로 저온에서 처리될 베어 웨이퍼 불순물을 주입한다.
이후, 도 4d에 도시된 바와 같이, 각 베어 웨이퍼(400)에 대해 저온, 중온 및 고온으로 각각 RTA를 실시한다(S306).
그런 다음, RTA를 거친 각 베어 웨이퍼(400)의 상부 전면에서 다수의 지점, 예컨대 49지점을 선택한 후 4 포인트 프로브 장치를 이용하여 선택된 49지점의 저항(Rs)값들을 각각 측정한다(S308).
상기와 같이 RTA를 거친 각 베어 웨이퍼(400)에 대해 선택된 지점의 저항값들을 측정할 경우 아래의 표 1과 같다.
| 온도 | RTO | 불순물이온주입공정 | |||
| 산화막두께 | 불순물이온 | 에너지(keV) | 도즈량 | 저항(Rs(Ω/sq) | |
| 저온 | 30ㅁ1 | As+ | 55 | 1.8E14 | 443ㅁ10 |
| 중온 | 60ㅁ2 | As+ | 20 | 1.0E16 | 165ㅁ10 |
| 고온 | 60ㅁ2 | As+ | 20 | 1.0E16 | 55ㅁ3 |
상기의 표 1에서 알 수 있듯이, 저온에서 RTP 공정을 진행한 베어 웨이퍼(400)에 대해 49지점의 저항값들을 측정한 경우 443ㅁ33Ω/sq(square), 즉 최대값이 476Ω/sq이고, 최소값이 410Ω/sq이며, 중온에서 RTP 공정을 진행한 베어 웨이퍼(400)에 대해 49지점의 저항값들을 측정한 경우 116ㅁ10Ω/sq(square), 즉 최대값이 126Ω/sq이고, 최소값이 106Ω/sq이며, 고온에서 RTP 공정을 진행한 베어 웨이퍼(400)에 대하 49지점의 저항값들을 측정한 경우 55ㅁ3Ω/sq(square), 즉 최대값이 58Ω/sq이고, 최소값이 52Ω/sq이다.
그리고 나서, 측정된 저항값들의 표준 편차를 각각의 베어 웨이퍼(400)에 대해 산출하고(S310), 산출된 표준 편차가 기 설정된 기준 표준 편차의 오차 범위 이내이면(S312), RTP 장비의 모니터링을 완료하며(S314), 표준 편차가 기 설정된 기준 표준 편차의 오차 범위를 벗어나면 RTP 이상요인을 분석하여 RTP 장비를 정비한다(S316).
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 베어 웨이퍼 상에 산화막 형성 공정, 불순물 이온 주입 공정 및 RTA를 실시한 후 베어 웨이퍼의 특성을 분석하여 RTP 장비를 모니터링함으로서, 이온 주입 공정의 잠재 불량 요인을 사전에 배제하여 RTP 모니터링 결과의 신뢰성을 높여 반도체 수율을 향상시킬 수 있다.
Claims (7)
- 온도별로 베어 웨이퍼를 각각 준비하는 단계와,RTP 장비 내에서 RTO를 수행함으로서, 상기 각각의 베어 웨이퍼 상에 서로 다른 두께의 산화막을 형성하는 단계와,상기 산화막이 형성된 각각의 베어 웨이퍼 상에 온도별로 각기 다른 공정 조건으로 불순물 이온주입 공정을 실시하여 상기 각각의 베어 웨이퍼 내에 불순물 이온을 주입하는 단계와,상기 불순물 이온이 주입된 각각의 베어 웨이퍼에 대해 RTA를 실시하는 단계와,상기 RTA를 거친 베어 웨이퍼의 특성을 분석하는 단계를 포함하는 RTP 장비의 모니터링 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 온도는, 800℃미만의 저온, 800℃∼1000℃의 중온 및 1000℃을 초과하는 고온인 것을 특징으로 하는 RTP 장비의 모니터링 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 산화막을 형성하는 단계는, 상기 중온과 고온에서 처리될 베어 웨이퍼 상에 58∼62Å의 두께를 갖는 산화막을 형성하고, 상기 저온에서 처리될 베어 웨이 퍼 상에 29∼31Å의 두께를 갖는 산화막을 형성하는 것을 특징으로 하는 RTP 장비의 모니터링 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 불순물 이온 주입 공정은, 상기 온도별 각각의 베어 웨이퍼 내에 각기 다른 이온주입 에너지와 도즈량으로 상기 불순물을 주입하는 것을 특징으로 하는 RTP 장비의 모니터링 방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 불순물 이온 주입 공정은, 20keV의 이온주입에너지와 1.0E16의 도즈량으로 상기 중온 및 고온에서 처리될 베어 웨이퍼 내에 상기 불순물을 주입하고, 55keV의 이온주입에너지와 1.8E14의 도즈량으로 상기 저온에서 처리될 베어 웨이퍼 내에 상기 불순물을 주입하는 것을 특징으로 하는 RTP 장비의 모니터링 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 베어 웨이퍼의 특성을 분석하는 단계는,상기 RTA를 거친 각 베어 웨이퍼의 전면에 다수의 지점을 선택한 후 상기 다수의 지점에 대한 저항(Rs)값들을 측정하는 것을 특징으로 하는 RTP 장비의 모니터링 방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 베어 웨이퍼의 특성을 분석하는 단계는,상기 측정된 다수의 지점에 대한 저항값들에 대한 표준 편차를 산출하고, 상기 산출된 표준 편차와 기 정의된 표준편차를 이용하여 상기 RTP 장비를 정비 유무를 판단하는 것을 특징으로 하는 RTP 장비의 모니터링 방법.
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