KR100842510B1

KR100842510B1 - 도펀트 농도 측정장비를 위한 표준 웨이퍼의 도펀트 농도 결정 방법

Info

Publication number: KR100842510B1
Application number: KR1020060133674A
Authority: KR
Inventors: 김정훈
Original assignee: 동부일렉트로닉스 주식회사
Priority date: 2006-12-26
Filing date: 2006-12-26
Publication date: 2008-07-01

Abstract

본 발명은 도펀트(dopant) 농도 측정장비를 위한 표준 웨이퍼(standard wafer)의 도펀트 농도 결정 방법에 관한 것이다.

본 발명의 도펀트 농도 결정 방법은, FTIR을 이용하여 제조된 모든 표준 웨이퍼(10)에 대해 도펀트 농도를 측정하여 구하는 단계와, ICP를 이용하여 샘플링된 일부 상기 표준 웨이퍼(10)에 대해 도펀트 농도를 측정하여 구하는 단계와, 샘플링된 일부 상기 표준 웨이퍼(10)에 대해 FTIR에 의해 구해진 농도값과 ICP에 의해 구해진 농도값의 함수 관계를 이용하여 샘플링되지 않은 나머지 상기 표준 웨이퍼(10)에 대해 ICP에 의한 도펀트 농도를 연산하여 간접적으로 구하는 단계와, 연산을 통해 비파괴적으로 구해진 ICP에 의한 도펀트 농도를 상기 표준 웨이퍼(10)에 대한 도펀트 농도로 결정하는 단계를 포함한다.

따라서, 표준 웨이퍼에 대해 오랜 시간 경과되어도 사용에 신뢰성을 줄 수 있음과 아울러, 정확한 도펀트 농도값을 제시할 수도 있으므로, 보다 신뢰성 높게 도펀트 농도 측정장비의 점검 및 교정을 실시할 수 있게 되어, 프로세스의 안정화를 기할 수 있게 되는 효과가 있게 된다.

표준, 웨이퍼, 보호막, 도펀트, 농도, 측정, PSG, BPSG, FTIR, ICP, 반도체

Description

도펀트 농도 측정장비를 위한 표준 웨이퍼의 도펀트 농도 결정 방법{METHOD FOR DETERMINATING A DOPANT CONCENTRATION OFMANUFACTURING OF A STANDARD WAFER FOR DOPANT CONCENTRATION MEASURING EQUIPMENT}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조되는 표준 웨이퍼에 대한 단면도,

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조된 표준 웨이퍼내의 B 농도의 변화를 시간 경과별로 측정한 결과를 보여주는 그래프,

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조된 표준 웨이퍼내의 P 농도의 변화를 시간 경과별로 측정한 결과를 보여주는 그래프,

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조된 표준 웨이퍼들에 대한 도펀트 농도값을 결정하는 방법을 설명하는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 표준 웨이퍼 11 : 실리콘 기판

12 : PSG막 또는 BPSG막 13 : 보호막

본 발명은 도펀트(dopant) 농도 측정장비를 위한 표준 웨이퍼(standard wafer)의 도펀트 농도 결정 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 표준 웨이퍼를 보다 오랜 시간 안정적으로 사용할 수 있으면서 그 정확한 도펀트 농도값도 제시할 수 있게 되는 도펀트 농도 측정장비를 위한 표준 웨이퍼의 도펀트 농도 결정 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자의 제조과정에서는 여러 가지 구조물들로 인해 단차 및 굴곡이 발생되게 되므로, 이러한 단차나 굴곡을 보상하여 웨이퍼 표면을 평탄화하기 위해 유동성 글라스(glass)의 절연막을 사용하게 되며, 대표적인 유동성 글라스로는 PSG(Phospho silicate glass) 및 BPSG(boron phosphorus silicate glass)가 있고, 이러한 PSG 박막 또는 BPSG 박막의 유동성은 그 도핑 첨가된 불순물인 도펀트(dopant), 즉 보론(boron : B) 및 인(phosphorus : P)의 농도에 의존하게 되므로, 우수한 평탄화를 얻기 위해서는 첨가된 도펀트의 농도를 정확하게 측정하여 제어할 필요성이 있게 된다.

현재, 통상적으로 PSG 박막 및 BPSG 박막에 첨가된 도펀트의 농도를 측정하는 데에는 X선 형광 분석기(X-RF : X-ray Fluorescence), SIMS(Secondary Ion Mass Spectroscopy) 등의 측정장비가 이용되고 있다.

그리고, 이러한 도펀트 농도 측정장비의 성능을 양호하게 유지 관리하기 위하여 표준인증물질(CRM : Certified Reference Material)인 표준 웨이퍼(standard wafer)를 이용하여 주기적으로 해당 도펀트 농도 측정장비의 성능에 이상이 없는지를 점검하고, 또한 이상이 있을 시 교정을 실시하게 된다.

이와 같이, 도펀트 농도 측정장비의 점검 및 교정을 위해 사용되게 될 표준 웨이퍼를 제조하는 종래의 방법은 실리콘 기판(Si Sub.)상에 PSG 또는 BPSG를 일정 두께 증착(deposition)한 다음, 어닐링(annealing) 열처리를 실시하여 PSG막 또는 BPSG막이 구워지도록 함으로써, 이후 사용시에 대기와 반응하여 그 도펀트인 B와 P의 농도가 변동되는 것이 차단되도록 하고 있다.

그러나, 실제로는 표준 웨이퍼를 사용함에 있어, 3개월 내지 6개월 정도의 시간이 경과되게 되면 대기와의 접촉 반응에 따라 도펀트 B가 표면에 반응 파우더(powder)를 형성하면서 손실되게 됨으로써, 더 이상 해당 표준 웨이퍼를 사용할 수 없게 된다.

즉, 어느 정도 시간이 경과된 시점에서 해당 표준 웨이퍼를 사용하게 되면 품질 사고가 발생될 수 있게 되며, 따라서 표준 웨이퍼를 짧은 주기로 교체해야 함에 따라 재제작에 비용이 소요되게 되는 문제점과 불편성을 야기하게 되는 문제점이 있었다.
더구나, 종래에는 표준 웨이퍼를 이용하여 도펀트 농도 측정장비를 점검 및 교정함에 있어, 도펀트 농도 측정장비로 해당 표준 웨이퍼의 도펀트 농도를 반복적으로 측정하여 반복 측정시마다 동일한 농도값이 측정되는지를 확인하는 방식으로 점검 및 교정을 실시하였었다.
그러나, 이 방법은 도펀트 농도 측정장비의 성능이 정확한지를 확인하는 것이 아닌 단순히 도펀트 농도 측정장비의 성능이 계속적으로 유지되고 있는지만을 확인할 수 있는 것으로, 현재 성능의 이상 유무 자체를 확인할 수는 없는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, PSG막 또는 BPSG막 상부에 추가적으로 보호막을 형성함으로써 보다 오랜 기간 안정적으로 사용이 가능할 수 있는 표준 웨이퍼에 대해 정량화된 도펀트 농도를 정확히 결정하여 제시함으로써 해당 결정된 농도값을 이용하여 도펀트 농도 측정장비의 성능을 점검 및 교정할 수 있는 도펀트 농도 측정장비의 표준 웨이퍼의 도펀트 농도 결정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적과 여러가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 아래에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 도펀트 농도 측정장비를 위한 표준 웨이퍼의 도펀트 농도 결정 방법은 FTIR을 이용하여 제조된 모든 표준 웨이퍼에 대해 도펀트 농도를 측정하여 구하는 단계와, ICP를 이용하여 샘플링된 일부 상기 표준 웨이퍼에 대해 도펀트 농도를 측정하여 구하는 단계와, 샘플링된 일부 상기 표준 웨이퍼에 대해 FTIR에 의해 구해진 농도값과 ICP에 의해 구해진 농도값의 함수 관계를 이용하여 샘플링되지 않은 나머지 상기 표준 웨이퍼에 대해 ICP에 의한 도펀트 농도를 연산하여 간접적으로 구하는 단계와, 연산을 통해 비파괴적으로 구해진 ICP에 의한 도펀트 농도를 상기 표준 웨이퍼에 대한 도펀트 농도로 결정하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

삭제

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조되는 표준 웨이퍼에 대한 단면도이다.

본 발명에 따른 표준 웨이퍼의 제조방법은, 실리콘 기판(11)상에 도펀트가 첨가된 PSG막 또는 BPSG막(12)을 균일하게 증착한 후에, 이어서 그 상부에 별도의 보호막(13)을 균일하게 증착하여 형성하는 것에 의해 제조될 수 있다.

이때, 보호막(13)으로는 바람직하게 질화막인 SiON막이 형성될 수 있다.

<실시예>

실리콘 기판(11)상에 BPSG막(12)을 AP CVD(Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition)를 통해 3,660Å 두께로 형성한 다음, 그 상부에 대기와의 접촉을 차단하기 위한 보호막(13)으로 SiON막을 마찬가지로 AP CVD를 통해 350Å 두께로 형성하여 표준 웨이퍼(10)를 다수매 제조하였다.

그리고, 이렇게 제조된 표준 웨이퍼들에 대해 약 8개월 기간 동안 도펀트인 B와 P의 농도를 측정해 보았으며, 그 결과를 도 2와 도 3의 그래프를 통해 각각 나타낸다.

해당 그래프들을 참조하면, 약 8개월이 경과되어도 B와 P의 농도 변화가 거의 발생되지 않는 것을 확인할 수 있으며, 따라서 SiON 보호막(13)의 존재에 의해 BPSG막(12)의 대기와의 반응이 완벽하게 차단될 수 있는 것으로 확인되었다.

한편, 이하에서는 이와 같이 제조된 표준 웨이퍼의 도펀트 농도를 결정하는 방법에 대해 추가적으로 설명하기로 한다.

종래에는 표준 웨이퍼를 이용하여 도펀트 농도 측정장비를 점검 및 교정함에 있어, 도펀트 농도 측정장비로 해당 표준 웨이퍼의 도펀트 농도를 반복적으로 측정하여 반복 측정시마다 동일한 농도값이 측정되는지를 확인하는 방식으로 점검 및 교정을 실시하였었다.

그러나, 이 방법은 도펀트 농도 측정장비의 성능이 정확한지를 확인하는 것이 아닌 단순히 도펀트 농도 측정장비의 성능이 계속적으로 유지되고 있는지만을 확인할 수 있는 것으로, 현재 성능의 이상 유무 자체를 확인할 수는 없었다.

이에, 본 발명에서는 제조된 표준 웨이퍼(10)의 정량화된 도펀트 농도를 정확히 결정하여 제시함으로써 해당 결정된 농도값을 이용하여 도펀트 농도 측정장비의 성능을 점검 및 교정할 수 있도록 하게 된다.

제조된 표준 웨이퍼(10)의 도펀트 농도는 하나의 장비로 측정하여 결정하게 되면 그 신뢰성을 확보할 수 없으므로, FTIR(Fourier-Transformation Infrared : 퓨리에 변환 적외선 분광기)과 ICP(Inductively Coupled Plasma : 유도결합 플라즈 마 분광기)의 두가지 장비를 이용하게 되며, 도 4를 참조하면, 비파괴 분석인 FTIR을 이용하여 제조된 모든 표준 웨이퍼들(10)에 대한 도펀트 농도를 측정하여 구한 다음, 일부 샘플링한 표준 웨이퍼(10)에 대해서만 파괴적 분석인 ICP를 통해 또한 도펀트 농도를 구하고, 해당 일부 표준 웨이퍼(10)에 대해 구해진 FTIR에 의한 도펀트 농도값과 ICP에 의한 도펀트 농도값 사이의 함수 관계 연산을 통해 나머지 ICP 분석을 실시하지 않은 표준 웨이퍼들(10)에 대해서도 간접적으로 ICP에 의한 도펀트 농도값을 산출하여, 이와 같이 산출되는 ICP 농도값을 해당 표준 웨이퍼들(10)에 대한 농도값으로 결정하게 된다.

여기서, 바람직하게 파괴적 분석인 ICP 분석을 실제로 실시하기 위해 일부 표준 웨이퍼(10)을 샘플링할 때에는 단순히 무작위적으로 추출하지 않고, 미리 구해진 FTIR에 의한 농도값을 참조하여 해당 농도값중 가장 높은 값과 가장 낮은 값을 기본적으로 포함하도록 추출할 수 있으며, 나아가서는 중간값도 기본적으로 포함하도록 추출할 수 있다.

이로써, 본 발명에 의하면, 오랜 시간 경과되어도 사용에 신뢰성을 줄 수 있음과 아울러, 정확한 도펀트 농도값을 제시할 수도 있는 표준 웨이퍼(10)가 제공되게 되므로, 해당 표준 웨이퍼를 이용하여 보다 정확하게 도펀트 농도 측정장비의 점검 및 교정을 실시할 수 있게 되어, 프로세스의 안정화를 기할 수 있게 되고, 해당 표준 웨이퍼(10)를 보다 장기간 사용할 수 있음에 따라 비용 절감도 이룰 수 있게 된다.

이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정과 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.

본 발명에 따르면, 오랜 시간 경과되어도 사용에 신뢰성을 줄 수 있음과 아울러, 정확한 도펀트 농도값을 제시할 수도 있는 표준 웨이퍼가 제공되게 되므로, 해당 표준 웨이퍼를 이용하여 보다 신뢰성 높게 도펀트 농도 측정장비의 점검 및 교정을 실시할 수 있게 되어, 프로세스의 안정화를 기할 수 있게 되고, 또한 해당 표준 웨이퍼를 보다 장기간 사용할 수 있음에 따라 비용 절감을 이룰 수도 있게 되는 효과가 달성될 수 있다.

Claims

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FTIR을 이용하여 제조된 모든 표준 웨이퍼(10)에 대해 도펀트 농도를 측정하여 구하는 단계와,

ICP를 이용하여 샘플링된 일부 상기 표준 웨이퍼(10)에 대해 도펀트 농도를 측정하여 구하는 단계와,

샘플링된 일부 상기 표준 웨이퍼(10)에 대해 FTIR에 의해 구해진 농도값과 ICP에 의해 구해진 농도값의 함수 관계를 이용하여 샘플링되지 않은 나머지 상기 표준 웨이퍼(10)에 대해 ICP에 의한 도펀트 농도를 연산하여 간접적으로 구하는 단 계와,

연산을 통해 비파괴적으로 구해진 ICP에 의한 도펀트 농도를 상기 표준 웨이퍼(10)에 대한 도펀트 농도로 결정하는 단계를 포함하는 도펀트 농도 측정장비를 위한 표준 웨이퍼의 도펀트 농도 결정 방법.
제 3 항에 있어서,

실제의 ICP 측정을 위해 일부 상기 표준 웨이퍼(10)를 샘플링하기 위해 추출함에 있어,

구해진 FTIR에 의한 도펀트 농도값중 가장 높은 값과 가장 낮은 값을 갖는 것을 기본적으로 포함하도록 추출하는 것을 특징으로 하는 도펀트 농도 측정장비를 위한 표준 웨이퍼의 도펀트 농도 결정 방법.