KR101528106B1 - Ｃｏｐ 발생을 판정하는 방법 및 잉곳 성장 방법 - Google Patents
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Abstract
본 실시예의 ＣＯＰ 발생을 판정하는 방법은, 성장된 잉곳에 대하여, 기설정된 구간마다 잉곳의 제 1 영역과, 제 2 영역에서의 면저항의 차이(ΔRes)를 계산하는 단계와, 상기 잉곳의 제 1 구간에서의 제 1 ΔRes값과, 상기 잉곳의 제 2 구간에서의 제 2 ΔRes값을 계산하는 단계와, 상기 제 1 ΔRes값과 제 2 ΔRes값의 차이가 기설정된 기준값 보다 큰 지 여부를 판단하는 단계와, 상기 판단 결과에 따라, 상기 제 1 구간 또는 제 2 구간에서 COP 발생을 판정하는 단계로 이루어진다.
Description
본 발명은 단결정 실리콘 웨이퍼의 COP 발생을 판정하는 방법에 대한 것으로서, 특히, 잉곳 성장중에도 실리콘 웨이퍼의 밀집형 COP를 확인할 수 있는 방법에 대한 것이다.
반도체 디바이스의 기판으로서의 단결정 실리콘 웨이퍼는, 실리콘 단결정 잉곳으로부터 잘자내어, 수많은 물리적, 화학적, 열적 처리가 실시되어 제조된다. 실리콘 단결정 잉곳은 일반적으로 석영 도가니 내의 용융된 실리콘에 종결정을 침지시키고, 인상시키는 방법인 쵸크랄스키법(CZ법)에 의하여 얻어진다. 다만, 단결정 성장시에 Grown-in 결함이라고 칭해지는 미세 결함이 결정 내에 발생한다.
이러한 Grown-in 결함은, 단결정 성장시의 인상 속도와, 응고 직후의 단결정 내 온도 분포에 의존하고, COP(Crystal Originated Particle) 등으로 불리는 크기가 0.1 ~ 0.2 ㎛ 정도인 파티클의 응집 결함, 전위 클러스터로 불리는 크기가 10㎛ 정도인 미소 전위로 이루어진 결함 등으로서 단결정 내에 존재한다.
도 1과 도 2는 제조된 웨이퍼에 밀집형 COP가 발생된 경우를 보여주는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 잉곳의 중심부를 감싸는 띠 형상으로 밀집형 COP가 발생하는 경우가 도시되어 있으며, COP가 띠 형상으로 발생 밀도가 높은 경우를 밀집형 COP라 할 수 있다.
밀집형 COP의 경우에는, 해당 영역에서 BMD와 산소농도(Oi)가 높게 나타난다. 이러한 밀집형 COP가 발생한 웨이퍼의 경우에, 반경 방향의 품질 균일도가 급격히 저하되는 문제점이 있다.
이러한 COP는 잉곳 성장시에 성장 계면의 변화로부터 기인하는데, 이러한 밀집형 COP에 대한 발생여부를 정확하게 판정할 수 있는 방법이 필요하다.
기존에는 성장 계면을 확인하기 위하여 모든 공정이 종료된 다음에, 잉곳의 길이방향으로 절단하여 샘플을 채취하고, XRT 분석을 통해 확인할 수 있었으나, 이러한 방법은 긴 시간이 소요되고, 후속되는 공정에 대한 빠른 피드백이 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 성장 계면을 파악하기 위한 방법으로서 웨이퍼의 면저항 변화값으로부터 용이하게 밀집형 COP 발생여부를 판정할 수 있는 방법을 제안하고자 한다.
또한, 잉곳의 단위 길이별 웨이퍼에 대한 면저항 변화값으로부터 밀집형 COP 발생을 판정하고, 해당 구간에서의 잉곳 성장조건을 수정할 수 있도록 함으로써, 고품질의 웨이퍼가 성장될 수 있도록 빠른 피드백이 가능한 잉곳 성장 방법을 제안하고자 한다.
본 실시예의 ＣＯＰ 발생을 판정하는 방법은, 성장된 잉곳에 대하여, 기설정된 구간마다 잉곳의 제 1 영역과, 제 2 영역에서의 면저항의 차이(ΔRes)를 계산하는 단계와, 상기 잉곳의 제 1 구간에서의 제 1 ΔRes값과, 상기 잉곳의 제 2 구간에서의 제 2 ΔRes값을 계산하는 단계와, 상기 제 1 ΔRes값과 제 2 ΔRes값의 차이가 기설정된 기준값 보다 큰 지 여부를 판단하는 단계와, 상기 판단 결과에 따라, 상기 제 1 구간 또는 제 2 구간에서 COP 발생을 판정하는 단계로 이루어진다.
본 실시예에 따르면, 성장되는 잉곳에 대한 품질 평가와, 타겟의 결함이 발생되는 성장 구간을 신속히 확인할 수 있으며, 잉곳 성장에 대해서 빠른 피드백이 가능한 장점이 있다.
도 1과 도 2는 제조된 웨이퍼에 밀집형 COP가 발생된 경우를 보여주는 도면이다.
도 3은 성장된 잉곳의 구간별 COP의 분포를 확인한 결과의 맵 도면이다.
도 4 및 도 5는 성장된 잉곳의 웨이퍼별 면저항 차이를 검출한 결과의 그래프이다
도 6은 본 실시예에 따라 밀집형 COP 생성을 판정하고, 판정된 결과를 이용하여 잉곳을 성장하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 7은 잉곳의 중심부와 에지부를 설명하기 위한 도면이다.
도 8과 도 9는 본 실시예에 따라 잉곳 성장시 밀집형 COP 판정을 판정하고, 밀집형 COP 발생 구간에 대해서 잉곳 성장 조건을 변화시키는 경우의 ΔRes를 측정한 결과의 그래프들이다.
도 10은 본 실시예에 따라 잉곳 성장시의 품질 평가와 그에 따른 피드백을 통하여 획득된 잉곳의 품질을 확인하기 위한 사진이다.
도 3은 성장된 잉곳의 구간별 COP의 분포를 확인한 결과의 맵 도면이다.
도 4 및 도 5는 성장된 잉곳의 웨이퍼별 면저항 차이를 검출한 결과의 그래프이다
도 6은 본 실시예에 따라 밀집형 COP 생성을 판정하고, 판정된 결과를 이용하여 잉곳을 성장하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 7은 잉곳의 중심부와 에지부를 설명하기 위한 도면이다.
도 8과 도 9는 본 실시예에 따라 잉곳 성장시 밀집형 COP 판정을 판정하고, 밀집형 COP 발생 구간에 대해서 잉곳 성장 조건을 변화시키는 경우의 ΔRes를 측정한 결과의 그래프들이다.
도 10은 본 실시예에 따라 잉곳 성장시의 품질 평가와 그에 따른 피드백을 통하여 획득된 잉곳의 품질을 확인하기 위한 사진이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해서 첨부되는 도면과 함께 상세히 설명하여 본다.
먼저, 밀집형 COP 발생을 판정하는 방법을 설명하기 위하여, 통상의 경우로 성장된 잉곳에 대하여 단위 구간별 웨이퍼에 대해서 분석하여 본다.
도 3은 성장된 잉곳의 구간별 COP의 분포를 확인한 결과의 맵 도면이다.
도 3에 도시된 비교예 1과, 비교예 2는 일반적인 CZ법에 의하여 성장된 잉곳에 대해서 구간별, 즉, 잉곳의 높이별 웨이퍼에 대한 COP 분포를 확인한 결과의 그림들이 도시되어 있다. 위치별 웨이퍼에 대한 COP 분석은, 위치별로 절단된 웨이퍼에 대해서 COP 분석이 수행될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, COP의 경우, 특정 지역에 밀집하여 형성되는 경우에 웨이퍼 품질에 영향을 주기 때문에, 이러한 밀집형 COP 생성에 대한 정확한 판단이 필요하다.
기 성장된 잉곳 두 개에 대한 위치별 COP 발생 비율을 확인하여 보면, 비교예 1의 경우에는 1200mm의 높이를 갖는 잉곳에 대해서, 잉곳 성장 초기에 해당하는 1200mm 높이의 웨이퍼, 1000mm 높이의 웨이퍼 및 900mm 높이의 웨이퍼에 대해서 밀집형 COP가 나타난 것이 확인되었다. 즉, 잉곳 성장 초기에 성장 계면 변화가 발생하였음을 알 수 있다.
한편, 비교예2에서는, 1600mm 높이를 갖는 잉곳에 대해서, 역시 잉곳 성장 초기에 해당하는 1400mm 높이의 웨이퍼 및 1200mm 높이의 웨이퍼에 대해서 밀집형 COP가 나타난 것이 확인되었다. 이 경우, 역시 잉곳 성장 초기에 성장 계면 변화가 발생하였음을 확인할 수 있다. 결국, 도 3을 통하여, COP 급 웨이퍼에서 잉곳의 길이별 밀집형 COP 발생 위치가 동일하지 않음을 알 수 있으며, 효율적인 평가 및 성장 조건 변경을 위한 피드백이 필요하다.
이러한 비교예 1 및 비교예 2에 대해서, 본 실시예에 따라 웨이퍼별 면저항 변화를 판단한 결과의 그래프가 도 4 및 도 5에 도시된다.
도 4 및 도 5는 성장된 잉곳의 웨이퍼별 면저항 차이를 검출한 결과의 그래프이다. 특히, 본 실시예에 따르면, 웨이퍼별 면저항 차이값은, 해당 구간의 잉곳의 중심부에 대한 면저항값과, 잉곳의 에지 영역에 해당하는 부위의 면저항값의 차이를 가리킨다. 상기 면저항값의 차이는, 면저항 차이값 또는 면저항 변화값으로 칭하여도 무방하다.
참고로, 도 7을 참조하면, 해당 구간의 잉곳(I)의 중심부(C)에 대해서 면저항값을 측정하고, 잉곳(I)의 에지 영역에 해당하는 적어도 하나 이상의 에지부(E1,E2,E3,E4)에 대한 면저항값을 측정한다. 그리고, 에지부의 면저항값과 중심부의 면저항값의 차이를 계산한다. 특히, 중심부의 면저항값에서 에지부의 면저항값을 뺀 값이 '+'가 되는 경우, 반대로, 에지부의 면저항값에서 중심부의 면저항값을 뺀 값이 '-'가 되는 경우에, 잉곳에 밀집형 COP가 발생할 확률이 높은 것을 알 수 있다.
한편, 잉곳에 대한 중심부와 에지부에 대한 정의는 본 발명의 사상을 실시하는 때마다 변경될 수 있는 사항이며, 본 발명의 사상에 대한 실시예로서 중심부와 에지부를 예로 들었으나, 해당 구간의 잉곳에 대한 임의의 두 영역에 대한 면저항값의 차이를 계산한다고 볼 수도 있다. 다만, 잉곳에서 임의의 두 영역 중 잉곳 중심부에 가까운 위치와, 중심부에서 먼 위치(에지부에 가까운 위치)로 구분할 수 있으므로, 이를 포함한 개념으로 중심부와 에지부 사이의 면저항값의 차이로 설명한다. 참고로, 실시예에서 면저항이 측정되는 에지부는, 웨이퍼(잉곳) 최단부로부터 6mm 이내의 위치가 될 수 있다.
본 발명에서는, 잉곳 중심부의 면저항값과, 잉곳 에지부의 면저항값의 차이(ΔRes)값이 '+'가 되는 경우에, 밀집형 COP가 발생할 가능성이 높은 건으로 판단된다. 여기서, ΔRes는 잉곳 중심부에서 에지부의 면저항값을 뺀 값이고, -ΔRes는 잉곳 에지부에서 중심부의 면저항값을 뺀 값이 된다.
즉, 잉곳 에지부의 면저항값에서 잉곳 중심부의 면저항값의 차이가 '-'가 되는 경우, 밀집형 COP가 발생할 가능성이 높은 것으로 판단한다.
잉곳 중심부의 면저항값보다, 에지부의 면저항값이 더 큰 경우(ΔRes가 '-'인 경우)에는, 잉곳 에지부가 먼저 성장한 경우가 되므로 성장 계면이 오목(concave)한 경우이다. 반면에, 잉곳 중심부의 면저항값이 에지부의 면저항값보다 더 큰 경우(ΔRes가 '+'인 경우)에는, 잉곳 중심부가 에지부보다 먼저 성장한 경우이므로 성장 계면이 볼록(convex)한 경우가 된다.
이처럼, 본 실시예에 따라, 각 구간별 잉곳에 대한 ΔRes 값을 확인함으로써, 성장 계면의 확인하는 것이 가능하고, 이러한 ΔRes값의 제어함으로써 밀집형 COP의 발생을 억제시킬 수 있다. 즉, ΔRes값을 이용하여 잉곳 성장 조건을 확인 및 수정함으로써, 성장되는 잉곳에 대한 밀집형 COP의 발생을 줄일 수 있다.
다시 도 4 및 도 5를 참조하면, 도 3에서 성장된 잉곳들에 대한 각 위치(높이)별 ΔRes값의 확인한 결과가 도시되어 있다. 각각의 그래프에는 성장된 잉곳에 대한 각 위치별 측정된 ΔRes값들이 도시되어 있으며, 특히, ΔRes값이 (+)방향으로 증가하고, 그 차이가 0.05ohm/㎠ 이상인 경우에 웨이퍼에는 밀집형 COP가 발생한 것이다.
도 4에서는, 잉곳에 대한 900mm 위치의 ΔRes값이 -0.10이였으나, 1000mm 위치의 ΔRes값이 -0.04로 커졌으며, 이때, 실제의 잉곳에 대한 COP 발생률(도 3)을 확인하여 보면, 900mm와 1000m 위치의 웨이퍼에서 밀집형 COP가 확인되었다. 즉, 잉곳에서 낮은 위치(성장 후반)의 제 1 위치에 대한 ΔRes값에 비하여, 한 단위 더 높은 위치에서의 제 2 위치에 대한 ΔRes값이 더 크고(+방향), 그 값의 차이가 0.05ohm/㎠ 보다 큰 경우라면, 해당 제 1 위치 및/또는 제 2 위치에 밀집형 COP가 발생되는 경우라 판단할 수 있다.
동일한 견지에서, 도 4의 1200mm 위치와 1400mm 사이의 위치의 잉곳에 대한 ΔRes값의 차이 역시 성장 시기가 더 빠른 위치(더 높은 위치의 웨이퍼)에서 ΔRes값이 0.05ohm/㎠ 보다 큰 경우가 나타났으며, 도 3을 확인하여 보면, 1200mm 위치에서 밀집형 COP가 발생하였음을 확인할 수 있다.
잉곳에 대해서 제 1 위치에 해당하는 제 1 ΔRes값과, 상기 제 1 위치보다 더 높은 위치에 해당하는 제 2 위치에서의 제 2 ΔRes값을 비교하여, 제 2 ΔRes값이 0.05ohm/㎠ 이상 더 큰 경우에는 밀집형 COP 발생을 판정할 수 있다. 이러한 결과는, 도 5와 도 3을 비교한 경우도 마찬가지이다.
위와 같은 방법을 도 6의 흐름도로 정리하여 본다. 도 6은 본 실시예에 따라 밀집형 COP 생성을 판정하고, 판정된 결과를 이용하여 잉곳을 성장하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
먼저, 잉곳의 구간별 샘플을 채취한다(S601). 즉, 잉곳 성장시에 초기에 성장된 구간은 높은 위치가 되고, 잉곳 성장 후반에 성장된 구간은 낮은 위치가 된다.
그리고, 되며, 잉곳이 성장되는 동안에 기설정된 구간마다 잉곳에 대한 면저항을 측정하고, 각 구간별 잉곳 중심부와 에지부 사이의 면저항값의 차이(RRG, Radial Res Gradient)를 측정한다(S602).
그리고, 구간별 ΔRes값들로부터, 인접한 두 위치 사이에 제 1 위치보다 더 높은 위치인 제 2 위치에서의 ΔRes값이 증가(+)하는 구간을 확인하고(S603), 제 2 위치에서의 ΔRes값이 더 큰 경우에, 그 차이가 0.05ohm/㎠ 이상인지 여부를 판단한다(S604).
판단결과, 인접한 제 1 위치와 제 2 위치 사이의 ΔRes값의 차이가 0.05ohm/㎠ 이상이 경우에, 밀집형 COP 발생으로 판정한다.
그리고, 해당 제 1 위치 및/또는 제 2 위치에 대한 잉곳 성장 조건을 확인하고, 상기 제 1 위치 및/또는 제 2 위치에 대한 잉곳 성장 조건을 변경한다(S605). 예를 들면, 인접한 제 3 위치와 제 4 위치에서의 각 ΔRes값의 차이가 0에 가까운 구간에서의 잉곳 성장 조건을 반영하여 상기 제 1 위치 및 제 2 위치에서의 잉곳 성장 조건을 수정할 수 있다.
그 다음, 후속되는 잉곳 성장을 지속 수행한다(S606).
도 8과 도 9는 본 실시예에 따라 잉곳 성장시 밀집형 COP 판정을 판정하고, 밀집형 COP 발생 구간에 대해서 잉곳 성장 조건을 변화시키는 경우의 ΔRes를 측정한 결과의 그래프들이다. 그리고, 도 10은 본 실시예에 따라 잉곳 성장시의 품질 평가와 그에 따른 피드백을 통하여 획득된 잉곳의 품질을 확인하기 위한 사진이다.
앞서 설명한 바와 같이, 잉곳 성장 시에 각 위치별 ΔRes값을 측정하고, 측정된 ΔRes값을 인접한 제 1 위치와 제 2 위치에서의 ΔRes값의 차이로부터 밀집형 COP 발생을 판단하고, 판단한 결과 밀집형 COP가 발생한 경우에는 차기의 잉곳 성장시에 해당 구간에 대한 잉곳 성장 조건을 변경하는 경우에, 밀집형 COP 발생 확률을 낮출 수 있다.
이와 같이, 1차 잉곳 성장시에 잉곳 품질을 평가하고, 후속되는 2차 잉곳 성장시에 밀집형 COP가 발생된 구간이라 판정한 구간에 대해서 정상으로 판단된 구간의 잉곳 성장 조건을 적용하는 것에 의하여, 도 8과 도 9에 도시된 바와 같은 결과를 얻을 수 있다. 즉, 각 구간별 ΔRes값의 차이가 0.05ohm/㎠ 보다 크지 않도로 r함으로써, 결과적으로 높은 품질의 웨이퍼를 제조해낼 수 있게 된다.
Claims (8)
- 성장된 잉곳에 대하여, 기설정된 구간마다 잉곳의 제 1 영역과, 제 2 영역에서의 면저항의 차이(ΔRes)를 계산하는 단계와,
상기 잉곳의 제 1 구간에서의 제 1 ΔRes값과, 상기 잉곳의 제 2 구간에서의 제 2 ΔRes값을 계산하는 단계와,
상기 제 1 ΔRes값과 제 2 ΔRes값의 차이가 기설정된 기준값 보다 큰 지 여부를 판단하는 단계와,
상기 판단 결과에 따라, 상기 제 1 구간 또는 제 2 구간에서 COP 발생을 판정하는 단계로 이루어지는 ＣＯＰ 발생을 판정하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 영역과 제 2 영역 중 상기 잉곳의 중심부에 가까운 위치가 제 1 영역이 되고,
상기 ΔRes값은 상기 제 1 영역의 면저항값에서 상기 제 2 영역의 면저항값을 뺀 값에 해당하는 ＣＯＰ 발생을 판정하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 구간에 대한 성장 이후에, 상기 제 1 구간의 성장이 이루어진 경우이고,
상기 제 2 구간에서의 ΔRes값에 해당하는 제 2 ΔRes값이 상기 제 1 구간에서의 ΔRes값에 해당하는 제 1 ΔRes값 보다 더 큰 경우에, 상기 제 1 구간 또는 제 2 구간에서 COP 발생으로 판단하는 ＣＯＰ 발생을 판정하는 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 ΔRes값과 제 2 ΔRes값의 차이가 기설정된 기준값 보다 큰 지 여부를 판단하는 단계는,
상기 제 2 ΔRes값에서 상기 제 1 ΔRes값을 뺀 값이 0.05ohm/㎠ 이상인 경우에 상기 제 1 구간 또는 제 2 구간에서 COP 발생으로 판단하는 ＣＯＰ 발생을 판정하는 방법. - 잉곳 성장 방법으로서,
상기 잉곳의 품질을 측정하기 위한 제 1 잉곳 성장 단계와,
상기 제 1 잉곳 성장 단계를 수행하면서, 성장 조건을 변경할 구간을 판정하는 단계와,
상기 판정 결과에 따라, 잉곳을 성장시키는 제 2 잉곳 성장 단계를 포함하고,
상기의 성장 조건을 변경할 구간을 판정하는 단계는,
성장된 잉곳에 대하여, 기설정된 구간마다 잉곳의 제 1 영역과, 제 2 영역에서의 면저항의 차이(ΔRes)를 계산하는 단계와,
상기 잉곳의 제 1 구간에서의 제 1 ΔRes값과, 상기 잉곳의 제 2 구간에서의 제 2 ΔRes값을 계산하는 단계와,
상기 제 1 ΔRes값과 제 2 ΔRes값의 차이가 기설정된 기준값 보다 큰 지 여부를 판단하는 단계와,
상기 판단 결과에 따라, 상기 제 1 구간 또는 제 2 구간에서 COP 발생을 판정하는 단계로 이루어지는 잉곳 성장 방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 1 영역과 제 2 영역 중 상기 잉곳의 중심부에 가까운 위치가 제 1 영역이 되고,
상기 ΔRes값은 상기 제 1 영역의 면저항값에서 상기 제 2 영역의 면저항값을 뺀 값에 해당하는 잉곳 성장 방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 2 구간에 대한 성장 이후에, 상기 제 1 구간의 성장이 이루어진 경우이고,
상기 제 2 구간에서의 ΔRes값에 해당하는 제 2 ΔRes값이 상기 제 1 구간에서의 ΔRes값에 해당하는 제 1 ΔRes값 보다 더 큰 경우에, 상기 제 1 구간 또는 제 2 구간에서 COP 발생으로 판단하는 잉곳 성장 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 ΔRes값과 제 2 ΔRes값의 차이가 기설정된 기준값 보다 큰 지 여부를 판단하는 단계는,
상기 제 2 ΔRes값에서 상기 제 1 ΔRes값을 뺀 값이 0.05ohm/㎠ 이상인 경우에 상기 제 1 구간 또는 제 2 구간에서 COP 발생으로 판단하는 잉곳 성장 방법.
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| KR20060059435A (ko) * | 2004-11-29 | 2006-06-02 | 주식회사 실트론 | 실리콘 단결정의 성장 방법, 성장 장치 및 그로부터제조된 실리콘 웨이퍼 |
| JP2010013306A (ja) * | 2008-07-02 | 2010-01-21 | Sumco Corp | 単結晶シリコンウェーハのｃｏｐ発生要因の判定方法 |
| KR101272659B1 (ko) * | 2008-10-27 | 2013-06-10 | 가부시키가이샤 사무코 | 실리콘 단결정의 제조 방법, 실리콘 단결정 잉곳 및 실리콘 웨이퍼 |
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- 2014-08-04 KR KR1020140099655A patent/KR101528106B1/ko active IP Right Grant
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