KR101064801B1 - 실리콘 웨이퍼의 결정결함 평가방법 - Google Patents
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Abstract
실시예는 실리콘 웨이퍼의 결정결함 평가방법에 관한 것이다.
실시예에 따른 실리콘 웨이퍼의 결정결함 평가방법은 실리콘 잉곳을 슬라이싱 하여 웨이퍼를 제조하는 단계; 상기 웨이퍼를 폴리싱하는 단계; 및 상기 웨이퍼에 대한 결정결함 평가단계;를 포함하고, 상기 웨이퍼 폴리싱 단계에서, 폴리싱용 슬러리에 Cu 이온을 첨가하여 폴리싱을 진행할 수 있다.
실시예에 따른 실리콘 웨이퍼의 결정결함 평가방법은 실리콘 잉곳을 슬라이싱 하여 웨이퍼를 제조하는 단계; 상기 웨이퍼를 폴리싱하는 단계; 및 상기 웨이퍼에 대한 결정결함 평가단계;를 포함하고, 상기 웨이퍼 폴리싱 단계에서, 폴리싱용 슬러리에 Cu 이온을 첨가하여 폴리싱을 진행할 수 있다.
Description
실시예는 실리콘 웨이퍼의 결정결함 평가방법에 관한 것이다.
반도체를 제조하기 위해서는 웨이퍼를 제조해야하며, 웨이퍼의 제조를 위해서는 먼저 단결정 실리콘을 잉곳(ingot) 형태로 성장시켜야 하는데, 이를 위해 초크랄스키(czochralski, CZ) 법이 적용될 수 있다.
이러한 방법으로 제조된 단결정 실리콘 잉곳 또는 실리콘 웨이퍼는 COP(Crystal Originated Particles), FPD(Flow Pattern Defect), OiSF(Oxygen induced Stacking Fault), BMD(Bulk Micro Defect) 등의 결정 결함이 나타나고 있으며, 이와 같은 성장 중에 도입되는 결함(grown-in defect)의 밀도와 크기의 감소가 요구되어 오고 있다. 상기 결정 결함은 소자 수율 및 품질에 영향을 미치는 것으로 확인되고 있다. 따라서, 결정 결함을 완전히 제거시킴과 동시에 이런 결함을 쉽고 빠르게 평가하는 기술은 아주 중요하다.
한편, 단결정 실리콘 잉곳 또는 실리콘 웨이퍼는 결정 성장 단계에서 웨이퍼 내부에 여러 결정 특성을 가지는 구간으로 나눠지게 되며, 각 반도체 디바이스(device) 종류에 따라 결정 특성 구간을 구분하여 제품을 제작하게 된다.
예를 들어, 단결정 실리콘 잉곳 또는 실리콘 웨이퍼는 그 결정의 성장 조건에 따라서 베이컨시형 점결함이 우세하여 과포화된 베이컨시가 응집된 결함을 갖는 V-rich 영역, 베이컨시형 점결함이 우세하나 응집된 결함이 없는 Pv영역, 베이컨시/인터스티셜 경계(V/I boundary), 인터스티셜 점결함이 우세하나 응집된 결함이 없는 Pi 영역, 인터스티셜 점결함이 우세하여 과포화된 인터스티셜 실리콘이 응집된 결함을 갖는 I-rich 영역 등이 존재한다.
그리고, 이러한 영역이 발생하는 위치와 단결정 실리콘 잉곳의 결정 길이별로 이러한 영역들이 어떻게 변화해 가는지 확인하는 것은 결정의 품질 수준을 평가함에 있어서 중요하다.
이러한 단결정 실리콘 또는 실리콘 웨이퍼의 결함 영역을 확인하기 위한 종래의 방법으로는 첫째, 폴리싱 처리를 한 웨이퍼 세정 후 의 COP의 분포를 입자계수기(particle counter)를 이용하여 평가하는 방법, 둘째, 세코 에칭(Secco etching)등 습식 부식액을 이용한 FPD 평가, 셋째, 고온/장시간의 열처리를 통해 산소 석출물을 형성시킨 후 각각 다른 결함 영역의 석출 거동의 차이를 이용한 평가, 넷째 전이금속을 저농도로 오염시켜 확산 열처리를 한 다음 재결합 라이프 타임을 측정하는 방법 등이 있다.
한편, 최근 결정 특성 구간을 판별하는 방법 중 실효성이 뛰어난 방법 중에 하나가, 구리 헤지즈(Cu Haze) 방법으로 실리콘 웨이퍼에 구리(Cu)를 강제 오염시킨 후, 열처리 조건에 따라 구리(Cu)가 웨이퍼(Wafer) 내부 혹은 표면에 어떻게 분포하는지를 확인하여 결정 특성 구간을 판단하게 되는 방법이 있다.
구리 헤이즈(Cu haze) 방법은 경면(Mirror-Surface)의 표면을 가지는 낱장 혹은 여러 장의 웨이퍼(wafer)를 Cu 이온을 포함한 용액에 강제 오염시킨 후, 열처리 사이클을 거쳐 결정 영역을 판정한다.
한편, 구리 헤이즈(Cu haze) 분석을 위한 웨이퍼 샘플은 소구경, 대구경 각각의 공정 특성에 따라 제작 방법의 차이가 있는데, 200mm 이하의 소구경에서는 대부분 잉곳 크라핑(Ingot Cropping) 후 발췌되는 슬러그(Slug)를 브라이트 에칭(Bright etching)하여 경면을 만든 후 상기의 구리 헤이즈 프로세스(Cu haze process)를 거치게 된다.
300mm 대구경 공정에서도 슬러그(Slug) 샘플을 이용한 평가가 가능하나, 샘플 비용이 크고, 슬러그 발췌를 위한 공정이 추가되어 생산 효율이 저하되는 문제로 인해 통상 낱장의 웨이퍼로 절단하는 소잉(sawing) 공정 이후에 샘플을 발췌한다. 샘플 제작은 각 웨이퍼 공정 특성에 따라 차이가 있을 수 있으나, 소잉(Sawing) 이후에는 쏘 마크(Saw mark)로 인해 브라이트 에칭(Bright etching)으로 경면의 표면을 만들기가 곤란해 그라인딩(Grinding)이 완료된 후 샘플을 발췌한다.
한편, 샘플 발췌와 관련하여, 슬러그(Slug)를 이용할 경우에는 샘플 비용이 증가하는 문제점이 있으며, 웨이퍼링(Wafering) 가공 공정을 일정 부분 진행한 샘플을 이용할 경우에는 재공 관리 /판정 대기까지의 시간 지연 등 생산 효율이 저하되는 문제점이 발생한다.
도 1은 종래기술에서 물얼룩으로 인해 부분적인 헤이즈(haze)가 발생한 예시도이며, 도 2는 종래기술에서 Cu 과다로 인한 전면 헤이즈(haze) 현상 예시도이다.
한편, 종래기술에 의하면 경면의 샘플을 제작한 후 Cu 강제오염 처리하는 과정에서도 혼합비 조정에 의한 문제나 샘플 핸들링(Handling) 과정에서 문제점으로 인해 이상 헤이즈(haze) 현상이 발생하여 정확한 평가가 이루지지 않을 수 있다. 예를 들어, Cu 오염단계에서 물얼룩이 발생하게 되는 경우 열처리 후 평가단계에서 물얼룩으로 인해 부분적인 헤이즈(haze)가 발생(도 1 참조)하거나 Cu 과다로 인한 전면 헤이즈(haze)(도 2 참조) 등이 발생할 수 있다.
실시예는 구리 헤이즈(Cu haze) 분석을 위해 샘플 처리 과정에서의 이상 헤이즈(haze) 현상을 방지할 수 있는 실리콘 웨이퍼의 결정결함 평가방법를 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 구리 헤이즈(Cu haze) 분석을 위해 샘플 처리 과정을 최소화하여 시간 및 평가품질을 향상시킬 수 있는 실리콘 웨이퍼의 결정결함 평가방법를 제공하고자 한다.
실시예에 따른 실리콘 웨이퍼의 결정결함 평가방법은 실리콘 잉곳을 슬라이싱 하여 웨이퍼를 제조하는 단계; 상기 웨이퍼를 폴리싱하는 단계; 및 상기 웨이퍼에 대한 결정결함 평가단계;를 포함하고, 상기 웨이퍼 폴리싱 단계에서, 폴리싱용 슬러리에 Cu 이온을 첨가하여 폴리싱을 진행할 수 있다.
실시예에 따른 실리콘 웨이퍼의 결정결함 평가방법에 의하면, 분석 샘플을 폴리싱(Polishing)하면서 경면의 표면을 제작하고, 동시에 Cu를 강제 오염되도록할 수 있다.
이에 따라, 기존의 Cu 헤이즈(haze) 평가방법에서는 샘플 발췌 후 표면을 경면화하기 위하여 브라이트 에칭(Bright etching)을 실시하고, 이후 Cu 강제 오염을 실시하였으나, 실시예에서는 폴리싱(Polishing) 중에 Cu 오염을 진행함으로써 경면화와 Cu 강제 오염 단계를 통합하고 연마 후 세정 작업을 진행함으로써 표면의 물방울 흔적에 의한 이상 헤이즈(haze) 현상을 개선할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 폴리싱(Polishing) 진행 중에 Cu 강제 오염을 진행할 경우, 일정한 수준의 오염 제어가 가능하여 안정적인 평가법을 구축할 수 있다.
도 1은 종래기술에서 물얼룩으로 인해 부분적인 헤이즈(haze)가 발생한 예시도.
도 2는 종래기술에서 Cu 과다로 인한 전면 헤이즈(haze) 현상 예시도.
도 3은 실시예에 따른 실리콘 웨이퍼의 결정결함 평가방법의 개념도.
도 4는 실리콘 웨이퍼의 결정결함 평가방법에서의 구리(Cu) 오염 예시도.
도 2는 종래기술에서 Cu 과다로 인한 전면 헤이즈(haze) 현상 예시도.
도 3은 실시예에 따른 실리콘 웨이퍼의 결정결함 평가방법의 개념도.
도 4는 실리콘 웨이퍼의 결정결함 평가방법에서의 구리(Cu) 오염 예시도.
실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on/over)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on/over)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
(실시예)
실시예는 구리 헤이즈(Cu haze) 분석을 위해 샘플 처리 과정에서의 이상 헤이즈(haze) 현상을 방지할 수 있는 실리콘 웨이퍼의 결정결함 평가방법를 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 구리 헤이즈(Cu haze) 분석을 위해 샘플 처리 과정을 최소화하여 시간 및 평가품질을 향상시킬 수 있는 실리콘 웨이퍼의 결정결함 평가방법를 제공하고자 한다.
도 3은 실시예에 따른 실리콘 웨이퍼의 결정결함 평가방법의 개념도이며, 도 4는 실리콘 웨이퍼의 결정결함 평가방법에서의 구리(Cu) 오염 예시도이다.
실시예에 따른 실리콘 웨이퍼 결정결함 평가방법은 실리콘 잉곳을 슬라이싱 하여 웨이퍼(W)를 제조하는 단계와, 상기 웨이퍼(W)를 폴리싱하는 단계 및 상기 웨이퍼(W)에 대한 결정결함 평가단계를 포함하고, 상기 웨이퍼 폴리싱 단계에서, 폴리싱용 슬러리에 Cu 이온을 첨가하여 폴리싱을 진행할 수 있다.
실시예는 상기 슬러리에 아민(Amine) 첨가물을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 웨이퍼에 대한 결정결함 평가단계는 구리 헤지즈(Cu Haze) 방법을 포함할 수 있다.
일반적인 실리콘 웨이퍼(Silicon wafer) 폴리싱장치(polisher)의 구성은 연마 중에 슬러리 탱크(slurry tank)에서 슬러리(slurry)를 공급 및 회수(recycle)하면서 진행된다.
공급된 슬러리(slurry)는 연마입자인 실리카와 알카리 베이스(base)의 각종 화학물(chemical) 및 첨가물을 포함하고 있으며, 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)와 연마 패드(pad) 사이에 공급되면서 표면의 실리콘(Silicon)을 제거한다.
실시예에 따른 실리콘 웨이퍼 결정결함 평가방법은 슬러리 탱크(slurry tank)(110)의 슬러리(Slurry) 내에 구리 이온(Cu ion)을 강제로 첨가하여, 폴리싱장치(polisher)(120)의 폴리싱 패드(122)에 의해 연마 중에 Cu 이온이 실리콘 웨이퍼(wafer)(W) 내부로 확산하도록 구성하여 샘플 제작 및 Cu 강제 오염을 더욱 편리하게 진행할 수 있다.
실시예에 의하면, 슬러리(Slurry)에 아민(Amine) 첨가물과 Cu 이온이 있을 경우, 아민(Amine)에 의해 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)(W)의 표면에 화학적 제거 작용이 가속화되면서 슬러리에서 실리콘 웨이퍼(Silicon wafer)(W) 표면으로의 Cu 이온의 확산도 많아지게 된다.
이러한 현상으로 인해 아민(Amine)이 첨가된 슬러리의 경우 극미량의 Cu가 있어도 실리콘 웨이퍼 내부의 Cu 오염이 효과적으로 일어나게 된다.
실시예는 이러한 현상을 이용하여, 강제로 아민(Amine)이 포함된 슬러이(slurry)에 Cu 이온을 첨가하여 연마를 진행할 경우, 경면이 형성되는 과정에서 Cu 강제 오염이 진행되므로, 구리 헤이즈(Cu haze) 샘플 제작단계를 단순화할 수 있고 오염 농도 조절도 보다 쉽게 정확하게 수행할 수 있게 된다.
실시예에서 Cu는 헤이즈를 발생시키기에 충분한 농도로 오염시킬 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼 샘플의 한쪽면에 Cu를 약 1× 1014~ 5×1016 atoms/㎠ 농도로 오염시킬 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 따른 실리콘 웨이퍼의 결정결함 평가방법에 의하면, 분석 샘플을 폴리싱(Polishing)하면서 경면의 표면을 제작하고, 동시에 Cu를 강제 오염되도록할 수 있다.
이에 따라, 기존의 Cu 헤이즈(haze) 평가방법에서는 샘플 발췌 후 표면을 경면화하기 위하여 브라이트 에칭(Bright etching)을 실시하고, 이후 Cu 강제 오염을 실시하였으나, 실시예에서는 폴리싱(Polishing) 중에 Cu 오염을 진행함으로써 경면화와 Cu 강제 오염 단계를 통합하고 연마 후 세정 작업을 진행함으로써 표면의 물방울 흔적에 의한 이상 헤이즈(haze) 현상을 개선할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 폴리싱(Polishing) 진행 중에 Cu 강제 오염을 진행할 경우, 일정한 수준의 오염 제어가 가능하여 안정적인 평가법을 구축할 수 있다.
실시예에 따라 Cu 이온이 오염되고 경면화된 샘플이 제작되면 열처리 및 평가 순서를 거칠 수 있다.
예를 들어, 열처리 단계는 Pv 영역에서는 금속의 석출물을 샘플 내부에 주로 발생시키고, Pi 영역에서는 금속의 석출물을 샘플 표면에 헤이즈 형태로 발생시키도록 할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 로(Furnace) 내에 헬륨, 질소, 아르곤, 산소, 수소, 암모니아 또는 이들의 혼합 가스 분위기를 조성하고, 로 내에 샘플이 적재된 보트를 장입한다.
이후, 약 1~50℃/min의 속도로 로 내의 온도를 승온시켜 약 600~950℃에서 0.01~10시간 1차 열처리를 진행할 수 있다. 이와 같은 1차 열처리는 Pv 영역에서 베이컨시의 응집 공간을 만들어 주는 역할을 하여 베이컨시의 응집 공간에 금속의 석출물, 바람직하게는 구리 석출물이 생성되도록 한다.
1차 열처리 후에는 다시 약 1~50℃/min의 속도로 로 내의 온도를 승온시켜 1000~1150℃에서 0.01~10시간 2차 열처리를 진행할 수 있다.
2차 열처리는 1차 열처리를 통하여 석출된 금속 석출물이 성장하는 단계와 금속이 샘플 전체에 확산될 수 있도록 하는 역할을 한다.
한편, 샘플 안의 산소 농도에 따라 1차 열처리를 생략하고 2차 열처리로 바로 진행할 수도 있다. 예를 들어, 산소 농도가 11 ppma 이상의 경우 1차 열처리를 생략하고 2차 열처리로 바로 진행할 수 있다.
2차 열처리 단계 이후에는 약 200℃/min 이하의 강온 속도로 로의 온도를 서냉할 수 있으며, 이와 같이 천천히 냉각시킴으로써 Pv와 Pi 영역에서의 석출물 발생된 영역의 차이를 더욱 뚜렷하게 만든다.
마지막으로, 이러한 열처리 과정을 거친 샘플을 꺼내어 오염된 면 또는 오염된 면의 반대면을 관찰하여 결정 결함 영역을 구분한다. 오염된 면보다 오염된 면의 반대면에서 헤이즈 패턴을 더욱 뚜렷하게 구분할 수 있다.
이때 별도의 에칭 작업이나 별도의 검사 장비가 특별히 필요하지는 않다. 열처리된 샘플을 집광등 하에서 육안으로 금속 오염된 면의 반대면을 검사하면 금속 석출된 헤이즈를 관찰할 수 있어 단결정 실리콘의 결정 결함 영역(Pv, Pi)을 구분할 수 있다. 즉, 상기와 같은 열처리를 이용해 열처리된 샘플 표면에서 헤이즈가 발생된 영역은 Pi 영역으로, 표면에서 헤이즈가 발생되지 않은 영역은 Pv 영역으로 해석할 수 있다.
실시예에 따른 실리콘 웨이퍼의 결정결함 평가방법에 의하면, 분석 샘플을 폴리싱(Polishing)하면서 경면의 표면을 제작하고, 동시에 Cu를 강제 오염되도록할 수 있다.
이에 따라, 기존의 Cu 헤이즈(haze) 평가방법에서는 샘플 발췌 후 표면을 경면화하기 위하여 브라이트 에칭(Bright etching)을 실시하고, 이후 Cu 강제 오염을 실시하였으나, 실시예에서는 폴리싱(Polishing) 중에 Cu 오염을 진행함으로써 경면화와 Cu 강제 오염 단계를 통합하고 연마 후 세정 작업을 진행함으로써 표면의 물방울 흔적에 의한 이상 헤이즈(haze) 현상을 개선할 수 있다.
또한, 실시예에 의하면 폴리싱(Polishing) 진행 중에 Cu 강제 오염을 진행할 경우, 일정한 수준의 오염 제어가 가능하여 안정적인 평가법을 구축할 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (3)
- 실리콘 잉곳을 슬라이싱 하여 웨이퍼를 제조하는 단계;
상기 웨이퍼를 폴리싱하는 단계; 및
상기 웨이퍼에 대한 결정결함 평가단계;를 포함하고,
상기 웨이퍼 폴리싱 단계에서, 폴리싱용 슬러리에 Cu 이온을 첨가하여 폴리싱을 진행하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 결정결함 평가방법. - 제1 항에 있어서,
상기 슬러리에 아민(Amine) 첨가물을 포함하는 실리콘 웨이퍼 결정결함 평가방법. - 제1 항 또는 제2항에 있어서,
상기 웨이퍼에 대한 결정결함 평가단계는,
구리 헤지즈(Cu Haze) 방법을 포함하는 실리콘 웨이퍼 결정결함 평가방법.
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| KR1020100101242A KR101064801B1 (ko) | 2010-10-18 | 2010-10-18 | 실리콘 웨이퍼의 결정결함 평가방법 |
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ID=44957368
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| KR20060088032A (ko) * | 2005-01-31 | 2006-08-03 | 가부시키가이샤 섬코 | 에칭 액체 및 이를 사용하는 실리콘 웨이퍼 제조 방법 |
| KR20080063090A (ko) * | 2006-12-29 | 2008-07-03 | 주식회사 실트론 | 고평탄도 실리콘 웨이퍼 제조 방법 |
| KR20100090041A (ko) * | 2009-02-05 | 2010-08-13 | 주식회사 실트론 | 실리콘 웨이퍼 제조 방법 |
-
2010
- 2010-10-18 KR KR1020100101242A patent/KR101064801B1/ko active IP Right Grant
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