KR101008656B1 - Reference material of spatial resolution for 2-dimensional dopant imaging - Google Patents
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Abstract
본 발명은 2차원 도펀트이미징 공간분해능 기준 물질에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도펀트확산경계면을 배제하여 1nm 이하의 고분해능까지 평가할 수 있는 2차원 도펀트이미징 공간분해능 기준 물질에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명은 본 발명은 도펀트가 포함되어 있는 반도체 박막층; 및 상기 도펀트를 포함하지 않는 상기 반도체 물질을 이용하여 상기 반도체 박막층 위에 형성된 코팅층; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 2차원 도펀트 이미징 공간분해능 기준 물질을 제공한다. The present invention relates to a two-dimensional dopant imaging spatial resolution reference material, and more particularly, to a two-dimensional dopant imaging spatial resolution reference material that can be evaluated up to a high resolution of 1 nm or less by removing the dopant diffusion interface. To this end, the present invention is a semiconductor thin film layer containing a dopant; And a coating layer formed on the semiconductor thin film layer using the semiconductor material not including the dopant. It provides a two-dimensional dopant imaging spatial resolution reference material comprising a.
공간분해능, 도펀트, 전기주사탐침현미경, 기준 물질 Spatial resolution, dopant, electroscanning microscope, reference material
Description
본 발명은 2차원 도펀트이미징 공간분해능 기준 물질에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도펀트확산경계면을 배제하여 1nm 이하의 고분해능까지 평가할 수 있는 2차원 도펀트이미징 공간분해능 기준 물질에 관한 것이다.The present invention relates to a two-dimensional dopant imaging spatial resolution reference material, and more particularly, to a two-dimensional dopant imaging spatial resolution reference material that can be evaluated up to a high resolution of 1 nm or less by removing the dopant diffusion interface.
일반적으로 도펀트이미징에 사용되는 기준 물질에는 도펀트 양이 서로 다른 층의 계면에 도펀트 농도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 도펀트가 확산되어 도펀트 양이 점진적으로 변하는 확산영역이 수 ~ 수십 ㎚의 두께로 존재하여, 측정방법의 분해능이 얼마인지 정확히 알 수 없을 뿐만 아니라, 분해능이 수 ㎚ 이하로 내려가는 경우는 분해능 측정이 불가능한 문제점이 있다.In general, in the reference material used for dopant imaging, a diffusion region in which the dopant is gradually changed from the high dopant concentration to the low dopant concentration at the interface between the layers having different dopant amounts is present in the thickness of several to several tens of nm. Not only the resolution of the method is not exactly known, but when the resolution is lowered to a few nm or less, there is a problem that the resolution measurement is impossible.
또한 분해능을 측정하는 각종 장치들의 성능을 평가하기 위해 사용되는 기준 물질에서 도펀트의 확산영역이 넓게 분포하기 때문에, 상기 분해능을 측정하는 장치들의 성능 평가가 어려운 문제점이 있으며, 상기 장치들의 성능 평가를 위해 사용되는 신뢰할만한 기준 물질이 존재하지 않아 성능 평가의 신뢰도가 떨어지는 문제점이 있다.In addition, since the diffusion region of the dopant is widely distributed in the reference material used to evaluate the performance of various devices for measuring the resolution, it is difficult to evaluate the performance of the devices for measuring the resolution. Since there is no reliable reference material to be used, there is a problem that the reliability of performance evaluation is inferior.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 도펀트가 포함되어 있는 반도체 박막층(예를 들면, 실리콘 웨이퍼) 위에 도펀트의 확산 없이 도펀트를 포함하지 않는 반도체 물질(예를 들면, 도펀트 없는 실리콘)을 이용하여 코팅층을 형성함으로써, 확산영역이 없이 도핑된 반도체 박막층 위에 바로 도핑되지 않은 반도체 물질이 코팅된 구조를 가져서 1㎚ 고분해능도 평가할 수 있는 기준 물질을 제공함을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, the present invention uses a semiconductor material (eg, silicon without a dopant) that does not include a dopant without diffusion of the dopant on the semiconductor thin film layer (eg, silicon wafer) containing the dopant. The purpose of the present invention is to provide a reference material capable of evaluating 1 nm high resolution by forming a coating layer, and having a structure in which an undoped semiconductor material is coated directly on a doped semiconductor thin film layer without a diffusion region.
또한 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 상기 반도체 박막층과 상기 코팅층 사이에 상기 반도체 박막층을 산화하거나 자연적으로 산화된 산화막층을 형성함으로써, 1㎚ 고분해능도 평가할 수 있는 기준 물질을 제공함을 목적으로 한다.In addition, in order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a reference material capable of evaluating 1 nm high resolution by oxidizing the semiconductor thin film layer or forming a naturally oxidized oxide layer between the semiconductor thin film layer and the coating layer. It is done.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 도펀트가 포함되어 있는 반도체 박막층; 및 상기 도펀트를 포함하지 않는 상기 반도체 물질을 이용하여 상기 반도체 박막층 위에 형성된 코팅층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 2차원 도펀트 이미징 공간분해능 기준 물질을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention is a semiconductor thin film layer containing a dopant; And a coating layer formed on the semiconductor thin film layer using the semiconductor material that does not include the dopant. 2D dopant imaging provides a spatial resolution reference material comprising a.
상기 기준 물질은 상기 반도체 박막층과 상기 코팅층 사이에 상기 반도체 박막층이 산화되어 형성된 산화막층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The reference material may further include an oxide film layer formed by oxidizing the semiconductor thin film layer between the semiconductor thin film layer and the coating layer.
전기주사탐침현미경(ESPM) 등을 위하여 상기 기준물질을 이용하여 만드는 기 준시편의 측정평면은 상기 기준물질의 반도체 박막층과 상기 코팅층 또는 상기 산화막층의 경계면에 수직하고, 표면 거칠기가 1nm 수준 또는 그 이하로 평평하게 형성되는 것을 특징으로 한다.The measurement plane of the reference specimen made using the reference material for the electroscanning microscope (ESPM) is perpendicular to the interface between the semiconductor thin film layer of the reference material and the coating layer or the oxide layer, and the surface roughness is 1 nm or the like. It is characterized by being formed flat below.
또한, 상기 기준 물질은 도펀트 분포 측정뿐만 아니라 전기적 특성을 이미징하는 전기주사탐침현미경(ESPM) 및 전자현미경(SEM)에서 전기적 특성 측정방법의 공간분해능 기준 물질로 이용되는 것을 특징으로 한다. In addition, the reference material is characterized in that it is used as a spatial resolution reference material of the electrical property measurement method in the electrospinning microscope (ESPM) and electron microscope (SEM) for imaging the electrical properties as well as dopant distribution measurement.
상기 반도체 박막층은 상기 도펀트가 포함되어 있는 실리콘 웨이퍼이고, 상기 코팅층은 상기 도펀트를 포함하지 않은 실리콘 코팅인 것을 특징으로 한다. The semiconductor thin film layer is a silicon wafer containing the dopant, the coating layer is characterized in that the silicon coating does not contain the dopant.
또한, 상기 기준 물질은 상기 도펀트의 농도에 따른 공간분해능 변화를 1nm 이하 수준으로 측정하는데 이용되는 것을 특징으로 한다. In addition, the reference material is characterized in that it is used to measure the spatial resolution change in accordance with the concentration of the dopant to a level of less than 1nm.
상기 코팅층은 상기 반도체 물질 대신에 상기 도펀트를 포함하지 않는 도체, 부도체 물질을 이용하여 생성되는 것을 특징으로 한다. The coating layer is formed using a conductor, a non-conductive material that does not include the dopant instead of the semiconductor material.
상기 반도체 박막층에는 상기 도펀트가 1015개/㎤ 내지 1020개/㎤ 범위의 농도로 포함되고, 상기 반도체 박막층을 포함하는 기준 물질은 상기 도펀트의 농도를 변화시킴으로써 공간분해능 변화를 1㎚ 이하 수준으로 측정하는데 이용되는 것을 특징으로 한다.The dopant is included in the semiconductor thin film layer at a concentration in the range of 10 15 pieces / cm 3 to 10 20 pieces / cm 3, and the reference material including the semiconductor thin film layer changes the spatial resolution change to a level of 1 nm or less by changing the concentration of the dopant. It is characterized in that it is used to measure.
본 발명은 이미 도펀트가 포함되어 있는 반도체 박막층 위에 도펀트 없는 반도체 물질로 코팅층을 형성함으로써, 확산영역이 없이 도핑된 실리콘 웨이퍼 위에 바로 도핑되지 않은 실리콘이 코팅된 구조를 가져서, 1㎚ 이하의 고분해능으로 2차원 도펀트 이미징의 공간분해능을 평가할 수 있는 효과가 있다.The present invention forms a coating layer of a dopant-free semiconductor material on a semiconductor thin film layer in which the dopant is already contained, thereby having a structure in which a undoped silicon is coated directly on a doped silicon wafer without a diffusion region, thereby achieving a high resolution of 1 nm or less. There is an effect that can evaluate the spatial resolution of dimensional dopant imaging.
또한, 본 발명은 상기 반도체 박막층과 상기 코팅층 사이에 존재하는 상기 반도체 산화박막층을 제거하거나 형성하여, 1㎚ 이하의 고분해능으로 2차원 도펀트 이미징의 공간분해능을 평가할 수 있는 효과가 있다. In addition, the present invention has the effect of evaluating the spatial resolution of two-dimensional dopant imaging with a high resolution of 1 nm or less by removing or forming the semiconductor oxide thin film layer existing between the semiconductor thin film layer and the coating layer.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우는 해당되는 발명의 상세한 설명 부분에서 그 의미를 기재하였으므로 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로 본 발명을 파악하여야 한다.The terminology used in the present invention is a general term that is currently widely used as possible, but in certain cases, the term is arbitrarily selected by the applicant, in which case the meaning of the term is described in the detailed description of the invention. It should be understood that the present invention in terms of terms other than these terms.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하지만, 본 발명이 상기 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings a preferred embodiment of the present invention that can specifically realize the above object, the present invention is not limited or limited by the above embodiments.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 2차원 도펀트이미징 공간분해능 기준 물질의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 또 다른 2차원 도펀트이미징 공간분해능 기준 물질의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a two-dimensional dopant imaging spatial resolution reference material according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view of another two-dimensional dopant imaging spatial resolution reference material according to an embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 2차원 도펀트이미징 공간분해능 기준 물질은 도핑된 반도체 박막층(300)과 도펀트 없는 반도체 코팅층(100)을 구비하고 있다. 상기 도핑된 반도체 박막층(300)에는 도 1에 도시된 것처럼 그 표면에 약 1㎚ 정도의 자연 산화막층(200)이 존재할 수 있으며, 도 2에 도시된 것처럼 산 화막층(200)을 에칭 등의 방법으로 제거할 수 있다.1 and 2, the two-dimensional dopant imaging spatial resolution reference material according to the present invention includes a doped semiconductor
즉, 본 발명에 따른 기준 물질은 이미 도펀트가 포함되어 있는 반도체 박막층(300) 위에 도펀트의 확산 없이 도펀트를 포함하지 않는 반도체 물질을 코팅함으로써, 확산영역 없이 도핑된 반도체 박막층(300) 위에 바로 도핑되지 않은 반도체 물질이 코팅된 구조를 가져서 1㎚ 정도의 고분해능도 평가할 수 있는데, 도 2에 도시된 것처럼 도핑된 반도체 박막층(300) 위에 도펀트 없는 반도체 물질로 형성된 코팅층(100)이 존재하는 구조로 되어 있다. 그리고 도 1에 도시된 것처럼 반도체 박막층(300) 위에는 통상 1㎚ 내외의 산화막층(200)이 존재할 수 있는데, 이러한 산화막층(200)이 존재하여도 산화막층(200)이 존재하지 않는 경우와 마찬가지로 1㎚ 수준의 고분해능을 평가할 수 있다.That is, the reference material according to the present invention is not doped directly on the doped semiconductor
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 웨이퍼를 이용하여 생성된 2차원 도펀트이미징 공간분해능 기준 물질의 단면도이다. 도 3의 (a)는 도 1에 도시된 2차원 도펀트이미징 공간분해능 기준 물질에서, 반도체 박막층(300)으로 실리콘 웨이퍼를 사용하고 코팅층(100)은 도펀트가 없는 실리콘으로 생성한 경우를 도시하고, 도 3의 (b)는 도 2에 도시된 2차원 도펀트이미징 공간분해능 기준 물질에서, 반도체 박막층(300)으로 실리콘 웨이퍼를 사용하고 코팅층(100)은 도펀트가 없는 실리콘으로 생성한 경우를 도시한다. 즉 도 3의 코팅층(400)은 도펀트 없는 실리콘으로 형성되고, 산화막층(500)은 도핑된 실리콘 웨이퍼(600)가 자연적으로 산화하여 형성된 것이다.3 is a cross-sectional view of a two-dimensional dopant imaging spatial resolution reference material generated using a silicon wafer according to an embodiment of the present invention. FIG. 3A illustrates a case where a silicon wafer is used as the semiconductor
상기 코팅층(400)은 도펀트 없는 실리콘 대신에 다른 금속이나 반도체 또는 부도체를 코팅하여 그러한 구조물 측정의 분해능 기준 물질로 사용이 가능하다.The
그리고 이러한 기준 물질은 도펀트 분포뿐만 아니라, 전기적 특성(예를 들면, 전위, 저항 등)을 이미징하는 다른 측정방법의 기준 물질로 사용할 수 있는데, 주사탐침현미경(ESPM), 전자현미경(SEM) 등을 예로 들 수 있다. 이중 전자현미경은 전기적인 특성을 측정하는 모든 주사탐침현미경(SPM)을 통칭하는 것으로서, 예를 들면 SSRM, SCM(Scanning Capacitance Microscopy), EFM(Electrical Force Microscopy) 등이 그것이다.In addition, the reference material may be used as a reference material for other measurement methods for imaging not only the dopant distribution but also electrical characteristics (eg, potential, resistance, etc.). Scanning probe microscope (ESPM), electron microscope (SEM), etc. may be used. For example. Dual electron microscopy refers to all scanning probe microscopes (SPMs) that measure electrical characteristics, such as SSRM, Scanning Capacitance Microscopy (SSM), and Electrical Force Microscopy (EMF).
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 2차원 도펀트이미징 공간분해능 기준 물질의 공간분해능을 측정한 결과를 도시한다. 상기 기준 물질의 단면은 연마되어, 반도체 박막층(300) 또는 산화막층(200)과 코팅층(100)의 경계면이 상기 기준 물질의 공간분해능을 측정하기 위한 측정평면에 수직하고, 측정평면의 표면 거칠기가 1㎚ 수준 또는 그 이하가 되도록 평평하게 만들어진다. 도 4는 이와 같이 경계면이 평평하게 형성된 기준 물질을 SSRM으로 측정한 결과를 도시한 것이다. Figure 4 shows the results of measuring the spatial resolution of the two-dimensional dopant imaging spatial resolution reference material according to an embodiment of the present invention. The cross section of the reference material is polished so that the interface between the semiconductor
도 4에서 좌하부의 SSRM 이미지는 도펀트 농도에 비례하는 SSRM 신호를 이미징한 것으로 좌측의 보다 어두운 부분이 도펀트 없는 코팅층(400)의 신호로 신호값이 작고, 우측의 보다 밝은 부분이 도펀트가 포함되어 있는 실리콘 웨이퍼(600)로서 신호값이 크다. 좌상부의 그래프는 좌하부의 SSRM 신호이미지를 이미지 위에 표시된 직선으로 절단한 것을 나타낸 것으로, 수평축은 위치를 나타내고 수직축은 SSRM 신호값을 표시한다.In FIG. 4, the lower left SSRM image is an image of an SSRM signal proportional to the dopant concentration. The darker part on the left side is a signal of the
그래프 좌측의 낮은 신호에서 우측의 높은 신호값으로 변하는 부분이 바로 코팅층(400)과 실리콘 웨이퍼(600)가 만나는 경계면에서의 SSRM 신호인데, 경계면 그래프의 낮은 신호부와 높은 신호부 차이의 68%에 해당하는 신호차를 주는 수평 거리를 공간분해능으로 보는 국제기준을 적용하여, 두 화살표 사이의 SSRM 신호값 차이가 전체 변화의 68%로서 이 두 화살표 사이의 거리가 이 기준 물질을 이용하여 구한 SSRM 방법의 공간분해능이다.The portion that changes from the low signal on the left of the graph to the high signal on the right is the SSRM signal at the interface where the
두 화살표 사이의 거리는 우하부 상자 안에 작은 사각형으로 구분한 수평거리(Horizontal Distance)로 표시되었는데, 이 기준으로 측정된 기준 물질의 공간분해능이 1㎚ 이하 수준이 됨을 명확히 볼 수 있는데, 이는 이 기준 물질이 1㎚ 이내의 고분해능으로 2차원 도펀트이미징 측정의 공간분해능을 평가할 수 있음을 증명한다.The distance between the two arrows is represented by the horizontal distance divided into small squares in the lower right box, which clearly shows that the spatial resolution of the reference material measured on this basis is below 1 nm. This high resolution within 1 nm proves that the spatial resolution of two-dimensional dopant imaging measurements can be evaluated.
그리고 도 1 및 도 2를 참조하여 기술한 것처럼, 실리콘 웨이퍼 대신에 도핑된 다른 종류의 반도체 박막을 사용할 수 있으므로, 도핑된 다른 종류의 반도체 박기판 위에 도펀트 없는 해당 반도체 물질을 코팅하면 해당 반도체의 도펀트 분해능 기준 물질로 사용할 수 있다. 또한 도펀트 없는 실리콘 대신에 다른 금속이나 반도체 또는 부도체를 코팅하는 것으로 쉽게 확장이 가능하므로, 본 발명은 그러한 반도체 기판 위에 코팅된 복합구조물로서 반도체와, 도체, 부도체, 또는 반도체 접합의 분해능 기준 물질로도 사용이 가능하다.As described with reference to FIGS. 1 and 2, another type of semiconductor thin film doped in place of a silicon wafer may be used. Thus, when the semiconductor material without a dopant is coated on another type of semiconductor thin substrate doped, Can be used as resolution reference material. In addition, the present invention can be easily expanded by coating other metals, semiconductors, or insulators instead of dopant-free silicon, so that the present invention is a composite structure coated on such a semiconductor substrate. Can be used.
그리고 반도체 박막층의 도펀트 농도가 달라지면 측정분해능이 달라질 수 있는데, 크게 도펀트 농도가 낮은 경우 도펀트와 도펀트 사이의 거리가 멀어져서 도펀트분포가 이 거리에 의존하여 완만하게 변하거나 측정방법의 분해능 측정능력이 도펀트 농도에 따라서 달라지기 때문이다. 따라서 반도체소자에 널리 사용되는 전체 도펀트 농도 영역에서 도펀트 농도를 달리하는 여러 개의 시료를 제작하여 측정한다면 도펀트 분포 분해능을 종합적으로 평가할 수 있다. 그래서 도펀트 농도 개/㎤ 부터 개/㎤ 농도까지 농도를 점차 증가하여 5 단계 정도의 5개 정도의 서로 다른 도펀트 농도의 기준 시료를 제작한다면, 도펀트의 농도에 따른 공간분해능 변화를 1㎚ 이하 수준으로 종합적으로 측정 가능하다.In addition, if the dopant concentration of the semiconductor thin film layer is changed, the measurement resolution may be different. If the dopant concentration is very low, the distance between the dopant and the dopant is large, and the dopant distribution is slowly changed depending on this distance, or the resolution of the measurement method is increased. It depends on the concentration. Therefore, if a plurality of samples having different dopant concentrations are manufactured and measured in the entire dopant concentration region widely used in semiconductor devices, the dopant distribution resolution may be comprehensively evaluated. Therefore, if the concentration of the dopant concentration is increased from the concentration of dog / cm 3 to the concentration of dog / cm 3, and a reference sample of five different dopant concentrations of about five levels is produced, the spatial resolution change according to the concentration of the dopant is lower than 1 nm. Can be measured comprehensively.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시 예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. In the present invention as described above has been described by the specific embodiments, such as specific components and limited embodiments and drawings, but this is only provided to help a more general understanding of the present invention, the present invention is not limited to the above embodiments. For those skilled in the art, various modifications and variations are possible from such description.
따라서 본 발명의 사상은 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and all the things that are equivalent to or equivalent to the scope of the claims as well as the claims to be described later belong to the scope of the present invention.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 2차원 도펀트이미징 공간분해능 기준 물질의 단면도1 is a cross-sectional view of a two-dimensional dopant imaging spatial resolution reference material according to an embodiment of the present invention
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 또 다른 2차원 도펀트이미징 공간분해능 기준 물질의 단면도Figure 2 is a cross-sectional view of another two-dimensional dopant imaging spatial resolution reference material according to an embodiment of the present invention
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 웨이퍼를 이용하여 생성된 2차원 도펀트이미징 공간분해능 기준 물질의 단면도3 is a cross-sectional view of a two-dimensional dopant imaging spatial resolution reference material generated using a silicon wafer according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 2차원 도펀트이미징 공간분해능 기준 물질의 공간분해능을 측정한 결과를 도시하는 그래프Figure 4 is a graph showing the results of measuring the spatial resolution of the two-dimensional dopant imaging spatial resolution reference material according to an embodiment of the present invention
Claims (8)
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| KR1020080047542A KR101008656B1 (en) | 2008-05-22 | 2008-05-22 | Reference material of spatial resolution for 2-dimensional dopant imaging |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020080047542A KR101008656B1 (en) | 2008-05-22 | 2008-05-22 | Reference material of spatial resolution for 2-dimensional dopant imaging |
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Citations (4)
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| JPH02288359A (en) * | 1989-04-07 | 1990-11-28 | Inmos Ltd | Method of forming one conductivity type well in silicon substrate |
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| WO2007082760A1 (en) | 2006-01-23 | 2007-07-26 | Gp Solar Gmbh | Method for fabricating a semiconductor component having regions with different levels of doping |
-
2008
- 2008-05-22 KR KR1020080047542A patent/KR101008656B1/en not_active IP Right Cessation
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20090121572A (en) | 2009-11-26 |
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