KR101931713B1 - Ｃ-ｖ 특성 측정시스템 및 ｃ-ｖ 특성 측정방법 - Google Patents

Ｃ-ｖ 특성 측정시스템 및 ｃ-ｖ 특성 측정방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101931713B1
KR101931713B1 KR1020147018558A KR20147018558A KR101931713B1 KR 101931713 B1 KR101931713 B1 KR 101931713B1 KR 1020147018558 A KR1020147018558 A KR 1020147018558A KR 20147018558 A KR20147018558 A KR 20147018558A KR 101931713 B1 KR101931713 B1 KR 101931713B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
single crystal
silicon single
crystal wafer
depletion layer
mercury
Prior art date
Application number
KR1020147018558A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20140146577A (ko
Inventor
구메 후미타카
카시노 히사토시
Original Assignee
신에쯔 한도타이 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 신에쯔 한도타이 가부시키가이샤 filed Critical 신에쯔 한도타이 가부시키가이샤
Publication of KR20140146577A publication Critical patent/KR20140146577A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101931713B1 publication Critical patent/KR101931713B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/08—Measuring resistance by measuring both voltage and current
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/14—Measuring as part of the manufacturing process for electrical parameters, e.g. resistance, deep-levels, CV, diffusions by electrical means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
    • G01R1/02—General constructional details
    • G01R1/06—Measuring leads; Measuring probes
    • G01R1/067—Measuring probes
    • G01R1/06711—Probe needles; Cantilever beams; "Bump" contacts; Replaceable probe pins
    • G01R1/06755—Material aspects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/282—Testing of electronic circuits specially adapted for particular applications not provided for elsewhere
    • G01R31/2831—Testing of materials or semi-finished products, e.g. semiconductor wafers or substrates

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Abstract

수은 전극을 이용한 실리콘 단결정 웨이퍼를 반복해 측정할 때, 저항률의 시간 경과에 따른 변화를 종래보다 억제할 수 있는 C-V 특성 측정시스템 및 C-V 특성 측정방법을 제안한다.
수은을 전극으로 실리콘 단결정 웨이퍼에 접촉시키는 수은 프로브(30)와, 수은 프로브(30)를 통해서 고주파를 공급해서 상기 실리콘 단결정 웨이퍼에 역 바이어스 전압을 인가함으로써 공핍층을 형성시킴과 동시에 상기 공핍층의 용량을 계측하는 LCR 메타(40)과, 상기 역 바이어스 전압과 상기 공핍층 용량으로부터 C-V 특성을 계산하는 분석 소프트웨어와, 상기 실리콘 단결정 웨이퍼의 정전기 제거를 하는 정전기 제거장치(20)를 갖는 C -V 특성 측정시스템을 이용하여 측정한다.

Description

Ｃ-Ｖ 특성 측정시스템 및 Ｃ-Ｖ 특성 측정방법{C-V CHARACTERISTIC MEASUREMENT SYSTEM AND METHOD FOR MEASURING CV CHARACTERISTICS}
본 발명은 전기용량-전압(C-V) 특성 측정시스템 및 전기용량-전압(C-V) 특성 측정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 수은 프로브를 사용하여 실리콘 단결정 웨이퍼의 C-V 특성을 측정하는 시스템 및 측정방법에 관한 것이다.
종래, 실리콘 단결정 웨이퍼의 저항률을 측정하는 방법으로서, 전기용량-전압(C-V: Capacitance-Voltage) 특성을 측정하는 방법이 알려져 있다. C-V 특성을 측정하기 위해서는, 시료가 되는 실리콘 단결정 웨이퍼의 표면에 쇼트키(Shottky) 접합을 형성하고, 역 바이어스 전압을 연속적으로 변화시키면서 인가함으로써 실리콘 단결정 웨이퍼의 내부에 공핍층(空乏層)을 넓혀서 용량을 변화시킨다. 실리콘 단결정 웨이퍼의 표면에 쇼트키 접합을 형성하기 위해서, 예를 들면 수은 전극이 사용된다.
수은 전극을 이용한 실리콘 단결정 웨이퍼의 C-V 특성을 측정하기 위한 수은 프로브는 공지되어 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는, 두부접촉 수은 프로브를 이용하여, 실리콘 단결정 웨이퍼의 전기적 특성을 상기 웨이퍼에 대한 오염 및 표면 결함이 발생하지 않고 측정 가능하게 하는 실리콘 단결정 웨이퍼의 전기적 특성 측정을 위한 수은 프로브가 공개된다. 해당 수은 프로브는, 전극이 되는 수은이 실리콘 단결정 웨이퍼에 상방으로부터 접촉하도록 배치된다.
또한, 특허문헌 2에는, 실리콘 단결정 웨이퍼의 주면을 하향하여 보유하고, 전극의 수은을 아래쪽에서 위쪽으로 반도체 실리콘 단결정 웨이퍼에 접촉시키는 수은 프로브가 공개된다
시료가 되는 실리콘 단결정 웨이퍼가 n형의 경우, 미리 실리콘 단결정 웨이퍼의 표면을 산화해서 얇은 산화규소 막을 형성시켜, 이 산화규소 막 상에 수은 전극을 접촉시키는 것에 의해, C-V 특성을 측정할 수 있다.
실리콘 단결정 웨이퍼 표면에 얇은 산화규소 막의 형성 방법은, 예를 들면 비특허문헌 1에는, 과산화수소 등의 산화제를 함유하는 용액에 웨이퍼를 몇 분간 침지시킨 후 린스와 건조하는 방법이 공개된다. 또한, 특허문헌 3에는, 실리콘 단결정 웨이퍼를 산소 함유 분위기 중에서 자외선에 노출하여 실리콘 단결정 웨이퍼의 표면을 오존가스로 산화하는 방법이 공개된다.
특개평 6-140478 호 공보 US7, 253, 649 호 공보 특표 2002-516486 호 공보
ASTM Standards F1392-02
그러나, 실리콘 단결정 웨이퍼를 산화한 후에, 수은 전극을 이용하여 상기 실리콘 단결정 웨이퍼의 C-V 특성을 반복하여 측정하면 C-V 특성에서 산출되는 저항률이 시간 경과에 따라 변화하여, 점점 낮아지는 경향이 있다. 특히, 저항률이 0.2Ωcm 이하의 저 저항률의 n형 실리콘 단결정 웨이퍼의 표면을 오존가스로 산화했을 경우는 그 경향이 현저하다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 수은 전극을 이용한 실리콘 단결정 웨이퍼를 반복하여 측정할 때, 저항률의 시간 경과에 따른 변화를 종래보다 억제할 수 있는 C-V 특성 측정시스템 및 C-V 특성 측정방법을 제안한다.
본 발명의 C-V 특성 측정시스템은, 수은을 전극으로 실리콘 단결정 웨이퍼에 접촉시키는 수은 프로브와, 상기 수은 프로브를 통해서 고주파를 공급하고 상기 실리콘 단결정 웨이퍼에 역 바이어스 전압을 인가하는 것으로써 공핍층을 형성시킴과 동시에 상기 공핍층 용량을 측정하는 LCR 메타와, 상기 역 바이어스 전압과 상기 공핍층 용량으로부터 C-V 특성을 산출하는 해석 소프트웨어와, 상기 실리콘 단결정 웨이퍼의 정전기를 제거하는 정전기 제거장치를 가진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 C-V 특성 측정시스템은, 상기 실리콘 단결정 웨이퍼 표면에 산화 막을 형성시키는 오존가스 발생장치를 더 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 C-V 특성 측정방법은, 실리콘 단결정 웨이퍼의 정전기 제거를 수행한 후, 수은 프로브를 통해서 고주파를 공급하고 상기 실리콘 단결정 웨이퍼에 역 바이어스 전압을 인가함으로써 공핍층을 형성 시켜, 상기 역 바이어스 전압과 상기 공핍층 용량에서 C-V 특성을 측정하는 것을 특징으로 한다.
상기 실리콘 단결정 웨이퍼는 예를 들면 n형이다. 상기 실리콘 단결정 웨이퍼가 0.2Ωcm 이하의 경우 특히 효과적이다. 또한, 상기 실리콘 단결정 웨이퍼가 n형의 경우, 오존가스를 이용하여 상기 실리콘 단결정 웨이퍼 표면에 산화 막을 형성시킨 후에, 정전기 제거를 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 C-V 특성 측정방법에 있어서, 자외선 광원과 상기 n형 실리콘 단결정 웨이퍼의 사이에, 오존가스를 통과시키고 자외선을 차광하는 차광판을 배치하고, 상기 자외선을 차광하면서 상기 n형 실리콘 단결정 웨이퍼 표면에 산화 막을 형성시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 C-V 특성 측정시스템 및 C-V 특성 측정방법에 따르면, 수은 전극을 이용해 실리콘 단결정 웨이퍼를 반복해 측정할 때, 저항률에 영향을 미치는 정전기를 미리 제거함으로써 저항률의 시간 경과에 따른 변화를 억제할 수 있기 때문에, 종래보다 안정된 C-V 특성의 측정치를 얻을 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 C-V 특성 측정시스템의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명에서 사용되는 오존가스 발생 장치의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 3은 실리콘 단결정 웨이퍼 주표면에 있어서의 정전기 상태 (a)와 방전 상태 (b)를 나타내는 개략설명도이다.
도 4는 실리콘 단결정 웨이퍼의 C-V 특성 측정 시의 정전기 대전 상태 (a)와 방전 상태 (b)의 정전기에 의해 형성되는 공핍층에 대한 영향을 나타내는 개략설명도이다.
도 5는 정전기에 의해 형성되는 공핍층 용량과, 역 바이어스 전압을 인가하여 형성된 공핍층 용량의 관계를 나타내는 개략설명도이고, (a)는 대전 상태 및 (b)는 방전 상태를 각각 나타낸다.
도 6은 실리콘 단결정 웨이퍼의 주표면에 있어서의 정전기 제전(除電)의 태양을 나타내는 개략설명도로, (a)는 대전 상태 및 (b)는 제전 후의 상태를 나타낸다.
도 7은 본 발명에 있어서 사용되는 정전기 제거장치의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 8은 수은 프로브를 나타내는 개략설명도이다.
도 9는 실시 예 1에서 정전기를 제전한 n형 실리콘 에피택셜 웨이퍼(silicon epitaxial wafer)를 반복해 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 10은 비교예 1에서 오존가스 발생장치로 산화 막을 형성한 후 정전기의 시간경과 변화를 나타내는 그래프이다.
도 11은 비교 예 1에서 정전기를 제전하지 않고, n형 실리콘 에피택셜 웨이퍼를 반복해 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
다음에, 본 발명의 실시 형태를 첨부 도면에 근거해서 설명한다. 도 1은, 본 발명의 C-V 특성 측정시스템의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 1에 있어서 부호 1은 C-V 특성 측정시스템이다. 상기 C-V 특성 측정시스템(1)은, 공기 중에서 자외선을 조사하여 오존가스와 원자 상태 산소를 발생시켜, 실리콘 단결정 웨이퍼 표면에 산화 막을 형성하는 오존가스 발생장치(10)와, 방전 침에서 양이온 음이온을 발생시켜, 실리콘 단결정 웨이퍼의 정전기 제거를 하는 정전기 제거장치(20)와, 수은을 전극으로 실리콘 단결정 웨이퍼에 접촉시키는 수은 프로브(30)와, 상기 수은 프로브(30)에 연결된 측정 케이블(61, 62)을 통해서 고주파를 공급하고, 실리콘 단결정 웨이퍼에 역 바이어스 전압을 인가하는 것에 의해 공핍층을 형성시킴과 동시에 상기 공핍층 용량을 계측하는 LCR 메타(40)와, 상기 LCR 메타(40)에 GPIB 케이블(General Purpose Interface Bus Cable)(63)을 통해서 접속된 PC(Personal computer)(50)에 설치된, 역 바이어스 전압과 공핍층 용량에서 C-V 특성을 산출하는 해석 소프트웨어를 갖는다.
n형 실리콘 단결정 웨이퍼(12)의 C-V 특성 측정을 하기 위해서는, 먼저 도 2에 오존가스 발생장치(10)를 이용하여, 실리콘 단결정 웨이퍼(경면 연마 웨이퍼 또는 에피택셜 웨이퍼)(12) 주표면에 두께 약 1nm의 산화 막(15)을 형성한다. 오존가스 발생장치(10)는, 자외선 광원인 수은 램프(11)와, 실리콘 단결정 웨이퍼(12)의 설치부(13)를 갖고, 수은 램프(11)와 설치부(13) 사이에 차광판(14)이 배치되어 있다.
수은 램프(11)로부터 조사되는 자외선에는 184.95nm의 파장이 포함된다. 공기중에서 자외선을 조사하면, 산소 분자는 184.95nm 파장의 빛에 의해 분해하여 오존 가스와 원자 상태 산소를 낸다.
차광판(14)은 여러 개의 펀칭 메탈을 덧씌운 채로 상하 펀칭 메탈 구멍의 위치가 겹치지 않도록 비켜놓고 있다. 오존가스와 원자 상태 산소는 펀칭 메탈 사이의 극간(隙間)과 구멍을 통과하여 실리콘 단결정 웨이퍼(12)까지 도달하지만, 자외선은 대부분 차광된다. 이 결과, 웨이퍼(12)가 자외선에 직접 노출되지 않기 때문에, 자외선에 의해 웨이퍼 표면이 타격을 받지 않게 되고, C-V 특성에 노이즈가 발생하지 않게 된다.
오존가스 발생장치(10)를 사용해서 실리콘 단결정 웨이퍼(12)의 주표면에 산화 막(15)을 형성하면, 도 3(a)과 같이, 실리콘 단결정 웨이퍼(12)의 주표면에 마이너스 정전기가 대전된다. 실리콘 단결정 웨이퍼(12)이 n형의 경우, 마이너스 정전기와 n형 캐리어가 반발해서 주표면 근처에 공핍층(32)이 형성된다.
공핍층(32)이 형성된 상태에서 수은 전극(31)을 접촉시켜 역 바이어스 전압을 인가하여 공핍층(33)을 형성하여 C-V 특성을 측정하면, 도 4(a)와 같이, 역 바이어스 전압을 인가하여 형성된 공핍층(33)과 정전기에 의해 형성되는 공핍층(32)이 직렬 관계가 된다. 그리고, 정전기가 시간의 경과와 함께 방전되어서 저하되면, 도 3(b) 및 도 4(b)와 같이, 정전기에 의해 형성되는 공핍층(32)의 폭은 d1에서 d2로 점점 좁아진다. 또한, d1 및 d2는 정전기에 의해 형성되는 공핍층(32)의 폭으로, d1은 정전기 대전 상태에서의 공핍층(32)의 폭이며, d2는 정전기의 방전 상태의 공핍층(32)의 폭이다.
여기서, 도 5(a), (b)와 같이, 정전기에 의해 형성되는 공핍층(32)의 용량을 C32, 역 바이어스 전압을 인가하여 형성된 공핍층(33)의 용량을 C33으로 하면, 이들은 직렬의 관계이기 때문에, 공핍층 전체 용량 C는,
1/C = 1/C32 + 1/C33 ··· (1)
로 나타낸다.
이 때, 정전기가 시간의 경과와 함께 방전되어서, 공핍층(32)의 폭이 d1(도 4(a))에서 d2(도 4(b))로 작아지면,
C32 = Aεoεsi/d ··· (2)
의 관계에서, 용량 C32는 커진다. 용량 C32가 커지면, 식 (1)보다, 공핍층 전체 용량 C는 커진다. 여기서, A는 전극 면적, εo는 진공 유전율, εsi는 Si의 비교 유전율이다.
그리고, 공핍층 전체 용량 C와 깊이 W의 불순물 농도 N(W)에는. 하기 식 (3)의 비례 관계가 있기 때문에,
N(W) = C3/(qεoεsiA2)/(dC/dV) ··· (3)
공핍층 전체 용량 C가 커지면, 불순물 농도 N(W)도 커진다. 불순물 농도 N(W)에 반비례하는 저항률은 반대로 작아진다. 여기서, q는 전자의 전하량이다.
즉, 수은 프로브(30)를 이용하여, n형 실리콘 단결정 웨이퍼(12)의 C-V 특성을 측정하여 얻어지는 저항률은 오존가스에 의한 산화 막 형성 직후에는 정전기의 영향으로 높아지지만, 시간의 경과와 함께 정전기가 방전되어 점차 낮아진다. 이 현상은 마이너스 정전기와 n형 캐리어가 서로 반발하는 n형 실리콘 단결정 웨이퍼(12)에서 발생한다. 캐리어가 p형 실리콘 단결정 웨이퍼(12)에서는 마이너스 정전기와 캐리어 사이에 반발이 생기지 않아 공핍층(32)이 형성되지 않고, 저항률의 시간의 경과적인 저하도 발생하지 않는다.
또한, 정전기에 의해 형성되는 공핍층(32)의 용량은 nF 수준이라고 생각된다. 따라서, n형 실리콘 단결정 웨이퍼(12)의 저항률이 높은 영역에서는, C-V 특성의 측정 시에 형성되는 공핍층(33)의 용량이 pF 수준이기 때문에, 식 (1)의 관계보다는,
C = C33 ··· (4)
으로, 정전기에 의해 형성되는 공핍층(32)의 용량은 실질적으로 무시할 수 있다.
이에 대해, n형 실리콘 단결정 웨이퍼(12)의 저항률 낮은 영역, 구체적으로는 0.2Ωcm 이하의 영역에서는, C-V 특성의 측정시에 형성되는 공핍층(33)의 용량이 nF 수준 또는 그 근방이기 때문에, 정전기에 의해 형성되는 공핍층(32)의 용량을 무시할 수 없게 된다.
그래서, 오존가스 발생장치(10)를 이용하여 n형 실리콘 단결정 웨이퍼(12)의 주표면에 산화 막(15)을 형성한 후, 도 6에 나타낸 바와 같이, 실리콘 단결정 웨이퍼(12)의 주표면에 정전기가 대전하는 상태(도 6(a))에서 정전기 제거장치(20)를 이용하여 제전을 실시한다. 그러면, 실리콘 단결정 웨이퍼(12)의 주표면에 대전하고 있던 정전기가 제거되기 때문에, 공핍층(32)도 동시에 소멸해서(도 6(b)), 저항률의 시간 경과적인 저하가 개선된다.
정전기 제거장치 (20)는, 예를 들어 도 7과 같이, + 이온을 발생시키는 전극 침(21)과, - 이온을 발생시키는 전극 침(22)과, 전극 침(21, 22)에 직류 전압을 인가하는 전원(23, 24)과 접지 전극(25)을 갖고, 전극 침(21)과 전극 침(22)에 고전압을 인가하는 것으로 코로나 방전을 발생시킨다.
코로나 방전이 발생하면, 전극 침(21, 22) 주변에 존재하고 있는 공기가 전기적으로 분해되어서 이온이 발생하고, 이 이온으로 반대 극성의 정전기를 전기적으로 중화하는 것으로 실리콘 단결정 웨이퍼(12)의 제전을 실시한다. 제전한 n형 실리콘 단결정 웨이퍼(12)의 C-V 특성을 측정하면, 그 저항률은 대부분 시간 경과에 따라 변화하지 않는다.
본 발명에 있어서의 C-V 특성의 측정에 이용하는 수은 프로브(30)는, 도 8과 같이, 전극으로 실리콘 단결정 웨이퍼(12)에 접촉시킨 수은 전극(31)에 역 바이어스 전압을 인가하여 실리콘 단결정 웨이퍼(12)의 표면 근처에 공핍층(33)을 형성한다.
실리콘 단결정 웨이퍼(12)의 역 바이어스 전압인가나 형성된 공핍층(33)의 용량 계측은, 수은 프로브(30)에 측정 케이블(61, 62)을 통해 연결된 LCR 메타(40)에 의해 이루어진다.
또한, LCR 메타(40)의 제어 및 역 바이어스 전압과 공핍층 용량에서 C-V 특성을 산출하는 연산은, LCR 메타(40)에 GPIB 케이블(63)을 통해서 접속된 PC (50)에 설치된 해석 소프트웨어를 통해 이루어진다.
산화규소 막(15) 위에 수은 전극(31)을 접촉시켜, n형 실리콘 단결정 웨이퍼(12)에 역 바이어스 전압을 연속적으로 변화시키면서 인가하면, 역 바이어스 전압에 따라 n형 실리콘 단결정 웨이퍼(12)에 형성되는 공핍층(33)이 확산되고, 그 용량이 LCR 메타(40)에 의해 계측된다. 이 역 바이어스 전압과 용량의 관계를 그래프로 플롯하면 C-V 특성을 얻을 수 있다.
게다가, 역 바이어스 전압과 용량을 예를 들면 하기 식 (5) 와 (6)식에 대입하면, n형 실리콘 단결정 웨이퍼(12)의 깊이(W) 및, 깊이(W)의 불순물 농도 N (W)을 산출할 수 있으므로, 단결정 중의 깊이 방향의 불순물 농도 프로파일을 얻을 수 있다.
W = Aεoεsi/C ··· (5)
N(W) = 2/(qεoεsiA2) * {d(C-2)/dV} - 1 ··· (6)
단결정의 깊이 방향의 불순물 농도 프로파일 중에서 측정 깊이를 지정하면, 그 깊이의 불순물 농도를 얻을 수 있다. 또한, 얻어진 불순물 농도를 ASTM STANDARDS F723 등의 환산 식에 따라 환산하여, 불순물 농도를 저항률로 환산할 수 있다.
이렇게 하여 얻은 불순물 농도 또는 저항률을 n형 실리콘 단결정 웨이퍼(12)의 같은 장소에서 여러 번, 예를 들어 10회 연속 반복 측정하여, C-V 특성의 시간의 경과에 따른 변화의 크기를 변동 계수로 평가할 수 있다. 변동 계수는 예를 들면 10회 측정치로부터 평균치 x와 표준 편차 σ를 구하고, (7)식을 이용하여 산출한다. 또한, 반복 측정시, 수은 전극(31)을 측정때마다 실리콘 단결정 웨이퍼(12)에서 일단 떼어 놓고 다시 접촉시킨다.
변동 계수 = 1σ/x * 100(%) ··· (7)
n형 실리콘 단결정 웨이퍼(12)의 정전기 제거를 하는 정전기 제거 공정 후에, 수은 프로브(30)를 통해 고주파를 공급하고, n형 실리콘 단결정 웨이퍼(12)에 역 바이어스 전압을 인가하는 것에 의해 공핍층을 형성시켜, 역 바이어스 전압과 공핍층 용량에서 C-V 특성을 측정하고, 저항률을 산출하면, 저항률의 시간 경과에 따른 변화는 개선되고, 0.2Ωcm 이하의 영역에 있어서도 그 변동 계수를 1% 이하로 할 수 있다.
[실시예]
다음에 실시예를 들어서 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 이러한 실시예는 예시적으로 나타내지는 것으로 한정적으로 해석되지 않는다는 것은 말할 것도 없다.
[실시예 1]
(저항률의 시간경과에 따른 변화)
직경 200mm, 저항률 0.08Ωcm의 n형 실리콘 에피택셜 웨이퍼(12)를 준비하고, 오존가스 발생장치(10)를 이용하여, 그 주표면에 두께 약 1nm의 산화 막(15)을 형성한다.
먼저, n형 실리콘 에피택셜 웨이퍼(12)를 오존가스 발생장치(10)안의 설치부(13)에 두고, 구경 3mm, 피치 5mm, 60°천조(千鳥)배열, 두께 1.5mm의 강판종류의 펀칭 메탈을 3장, 구멍의 위치를 조금씩 비켜놓으면서 거듭 제작한 차광판(14)을 n형 실리콘 에피택셜 웨이퍼(12) 위에 배치한다. 이 차광판(14)은 빛을 99% 차단하지만, 오존 가스와 원자 상태 산소의 혼합 가스는 구멍을 통해서 웨이퍼(12)에 도달한다.
그런 다음에, 파장 254nm의 출력이 28000μW/cm2(6mm 이격 위치)의 저압 수은 램프(11)에서 자외선을 5분간 조사하여, 오존 가스와 원자 상태 산소의 혼합 가스에서 n형 실리콘 에피택셜 웨이퍼(12)의 주표면에 두께 약 1nm의 산화 막(15)을 형성한다.
오존가스를 파지한 후, 오존가스 발생장치(10)로부터 n형 실리콘 에피택셜 웨이퍼(12)를 제거하고, 정전기 제거장치(20)로 정전기를 5분간 제전한다. 이 결과, 제전하기 전에 -0.22kV였던 정전기가 -0.03kV로 개선되었다.
계속해서, 정전기를 제전한 n형 실리콘 에피택셜 웨이퍼(12)의 중심부에 수은 전극(31)을 접촉시켜 수은 프로브(30)로 약 30분간 연속해서 저항률을 반복 측정했다. 그 결과를 도 9에 표시한다. 도 9에 나타내듯이, 약 30분간 저항률은 0.0827Ωcm에서 0.0783Ωcm까지 0.0044Ωcm 떨어졌다.
약 30분간 측정 중 처음 10회에 대해, (7)식을 이용하여 변동 계수를 구한 결과, 평균치 0.081Ωcm, 표준 편차 0.000768Ωcm, 변동 계수 0.95% 였다.
[실시예 2]
(저항률의 변동 계수)
직경 200mm, 저항률 0.18Ωcm의 n형 거울면 연마 웨이퍼(12)를, 실시 예 1과 동일한 조건으로 산화 막(15)을 형성하고, 정전기 제거한 후 그 중심부에 수은 전극(31)을 접촉시켜 수은 프로브(30)에서 저항률을 10회 반복 측정하여, (7)식을 이용하여 변동 계수를 구하였다. 그 결과, 평균치 0.184Ωcm, 표준 편차 0.0003Ωcm, 변동 계수 0.16% 이였다.
[비교예 1]
(정전기의 시간 경과에 따른 변화)
실시예 1과 동일한 조건으로 산화 막(15)을 형성한 후, 정전기 센서를 이용하여 n형 실리콘 에피택셜 웨이퍼(12) 주표면의 정전기의 시간 경과에 따른 변화를 측정했다. 그 결과를 도 10에 나타낸다. 도 10과 같이, 약 30분 동안 정전기는 -0.23kV에서 -0.16kV까지 줄어들었다.
(저항률의 시간 경과에 따른 변화)
실시예 1과 동일한 조건으로 산화 막(15)을 형성 한 후, 정전기의 제전을 하지 않고 n형 실리콘 에피택셜 웨이퍼(12)의 중심부에 수은 전극(31)을 접촉시켜 수은 프로브(30)로 약 30분간 연속하여 저항률을 반복 측정했다. 그 결과를 도 11에 표시한다. 도 11과 같이, 약 30분간 저항율은 0.0968Ωcm으로부터 0.0787Ωcm까지 0.0181Ωcm 떨어졌다.
(저항률의 변동 계수)
약 30분간 측정 중 처음 10회에 대해서, (7)식을 이용하여 변동 계수를 구한 결과, 평균치 0.09Ωcm, 표준 편차 0.0036Ωcm, 변동 계수 4.0% 였다.
[비교예 2]
직경 200mm, 저항룰 0.12Ωcm n형 거울면 연마 웨이퍼(12)를 실시예 1과 동일한 조건으로 산화 막(15)을 형성하고, 정전기의 제거를 하지 않고, 그 중심에 수은 전극(31)을 접촉시켜 수은 프로브(30)로 저항률을 10회 반복해 측정하여, (7)식을 이용하여 변동 계수를 구하였다. 그 결과, 평균치 0.125Ωcm, 표준 편차 0.0097Ωcm, 변동 계수 7.8% 이였다.
(산업 상 이용 가능성 )
본 발명의 C-V 특성 측정시스템 및 C-V 특성 측정방법에 따르면, 수은 전극을 이용한 실리콘 단결정 웨이퍼를 반복해 측정할 때, 저항률에 영향을 미치는 정전기를 미리 제거함으로써 저항률의 시간 경과에 따른 변화를 억제할 수 있기 때문에, 기존보다도 안정된 C-V 특성의 측정치를 얻을 수 있게 된다.
10 : 오존가스 발생장치 11 : 수은 램프
12 : 실리콘 단결정 웨이퍼 13 : 설치부
14 : 차광판 15 : 산화 막
20 : 정전기 제거장치, 21, 22 : 전극 침
23 : 전원 25 : 접지 전극
30 : 수은 프로브 31 : 수은 전극
32 : 공핍층 33 : 공핍층
40 : LCR 메타 50 : PC
61,62 : 측정 케이블 63 : GPIB 케이블

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 실리콘 단결정 웨이퍼의 정전기를 제거한 후, 수은 프로브를 통해서 고주파를 공급해서 상기 실리콘 단결정 웨이퍼에 역 바이어스 전압을 인가하는 것에 의해 공핍층을 형성시키고, 상기 역 바이어스 전압과 상기 공핍층의 용량으로부터 C-V 특성을 측정하는 C-V 특성 측정방법에 있어서,
    상기 실리콘 단결정 웨이퍼가 n형이고,
    자외선 광원과 상기 n형 실리콘 단결정 웨이퍼 사이에, 오존가스를 통과시키고 자외선을 차광하는 차광판을 배치하고, 상기 자외선을 차광하면서 상기 n형 실리콘 단결정 웨이퍼 표면에 산화 막을 형성하는 것을 특징으로 하는 C-V 특성 측정방법.
  4. 삭제
  5. 제3항에 있어서,
    상기 실리콘 단결정 웨이퍼의 저항률이 0.2Ωcm 이하인 것을 특징으로 하는 C-V 특성 측정방법.
  6. 제3항 또는 제5항에 있어서,
    오존가스를 이용해서 상기 실리콘 단결정 웨이퍼 표면에 산화 막을 형성시킨 후에, 정전기를 제거하는 것을 특징으로 하는 C-V 특성 측정방법.
  7. 삭제
KR1020147018558A 2012-04-23 2013-02-19 Ｃ-ｖ 특성 측정시스템 및 ｃ-ｖ 특성 측정방법 KR101931713B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2012-097425 2012-04-23
JP2012097425A JP5618098B2 (ja) 2012-04-23 2012-04-23 Ｃ−ｖ特性測定方法
PCT/JP2013/053915 WO2013161356A1 (ja) 2012-04-23 2013-02-19 Ｃ－ｖ特性測定システムおよびｃ－ｖ特性測定方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140146577A KR20140146577A (ko) 2014-12-26
KR101931713B1 true KR101931713B1 (ko) 2018-12-24

Family

ID=49482698

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020147018558A KR101931713B1 (ko) 2012-04-23 2013-02-19 Ｃ-ｖ 특성 측정시스템 및 ｃ-ｖ 특성 측정방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10073126B2 (ko)
EP (1) EP2843694B1 (ko)
JP (1) JP5618098B2 (ko)
KR (1) KR101931713B1 (ko)
TW (1) TWI525328B (ko)
WO (1) WO2013161356A1 (ko)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6044521B2 (ja) * 2013-11-19 2016-12-14 信越半導体株式会社 半導体ウェーハの特性測定装置
KR102180216B1 (ko) * 2014-03-28 2020-11-19 한국전자통신연구원 유기전자소자의 보호층 결함 검출 방법 및 이를 이용한 유기전자소자의 제조방법
CN108051645B (zh) * 2017-12-26 2023-10-27 宁夏钜晶源晶体科技有限公司 一种钽酸锂、铌酸锂晶片电阻率测试装置及测试方法
JP6451881B1 (ja) * 2018-01-24 2019-01-16 株式会社Sumco シリコン層の評価方法およびシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法
US11009525B1 (en) 2020-05-14 2021-05-18 Globalfoundries U.S. Inc. System and method for measuring electrical properties of materials
CN112967955B (zh) * 2021-02-04 2023-09-19 长江存储科技有限责任公司 检测半导体设备的静电释放针脚失效的方法及半导体设备
CN113363137A (zh) * 2021-05-28 2021-09-07 上海华力微电子有限公司 一种SiGe结构载流子浓度的监控方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007158314A (ja) * 2005-11-10 2007-06-21 Sumco Corp エピタキシャル層の前処理方法およびエピタキシャル層の評価方法並びにエピタキシャル層の評価装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5036271A (en) 1990-05-23 1991-07-30 Solid State Measurements, Inc. Apparatus for characterization of electrical properties of a semiconductor body
US6620385B2 (en) * 1996-08-20 2003-09-16 Ebara Corporation Method and apparatus for purifying a gas containing contaminants
JPH10154733A (ja) * 1996-11-25 1998-06-09 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 半導体ウェハのｂｔ処理装置
JP3223869B2 (ja) * 1997-11-17 2001-10-29 日本電気株式会社 不純物濃度の定量方法
US6168961B1 (en) * 1998-05-21 2001-01-02 Memc Electronic Materials, Inc. Process for the preparation of epitaxial wafers for resistivity measurements
JP3672226B2 (ja) 1999-11-11 2005-07-20 大日本スクリーン製造株式会社 膜内イオン量測定方法および装置
KR100707585B1 (ko) 2005-12-29 2007-04-13 동부일렉트로닉스 주식회사 Ｍｏｓ 트랜지스터 소자의 정전용량-전압 특성을 이용한캐리어 농도 분포 측정 자동화 시스템 및 방법
US7253649B1 (en) 2006-01-31 2007-08-07 Four Dimensions, Inc, Automatic mercury probe for use with a semiconductor wafer
JP2008235477A (ja) * 2007-03-19 2008-10-02 Oki Electric Ind Co Ltd フォトダイオードおよびそれを用いたフォトｉｃ
JP5516931B2 (ja) * 2009-03-12 2014-06-11 ルネサスエレクトロニクス株式会社 レジストパターン形成方法
JP2011199003A (ja) * 2010-03-19 2011-10-06 Tokyo Electron Ltd シリコン酸化膜の形成方法、及びプラズマ処理装置
JP2011253906A (ja) * 2010-06-01 2011-12-15 Shin Etsu Handotai Co Ltd 貼り合わせウェーハの製造方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007158314A (ja) * 2005-11-10 2007-06-21 Sumco Corp エピタキシャル層の前処理方法およびエピタキシャル層の評価方法並びにエピタキシャル層の評価装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140146577A (ko) 2014-12-26
EP2843694B1 (en) 2019-04-03
TW201344205A (zh) 2013-11-01
JP5618098B2 (ja) 2014-11-05
US20150025826A1 (en) 2015-01-22
EP2843694A4 (en) 2015-11-25
WO2013161356A1 (ja) 2013-10-31
JP2013225606A (ja) 2013-10-31
EP2843694A1 (en) 2015-03-04
TWI525328B (zh) 2016-03-11
US10073126B2 (en) 2018-09-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101931713B1 (ko) Ｃ-ｖ 특성 측정시스템 및 ｃ-ｖ 특성 측정방법
Goetzberger et al. MOS avalanche and tunneling effects in silicon surfaces
US9559222B2 (en) Method and tool to reverse the charges in anti-reflection films used for solar cell applications
Lagowski et al. Contact potential difference methods for full wafer characterization of oxidized silicon
Härkönen et al. Processing of n+/p−/p+ strip detectors with atomic layer deposition (ALD) grown Al2O3 field insulator on magnetic Czochralski silicon (MCz-si) substrates
CN106546638A (zh) 能带缺陷密度分布的测试方法
JP6044521B2 (ja) 半導体ウェーハの特性測定装置
JP2013046030A (ja) オゾンガス発生処理装置、酸化珪素膜形成方法、及びシリコン単結晶ウェーハの評価方法
JP2017199775A (ja) 金属汚染濃度分析方法
Nanver et al. Test structures without metal contacts for DC measurement of 2D-materials deposited on silicon
Ott et al. Characterization of magnetic Czochralski silicon devices with aluminium oxide field insulator: effect of oxygen precursor on electrical properties and radiation hardness
CN105247669A (zh) 半导体晶圆的评价方法
TWI601213B (zh) 應用於半導體裝置之形成淺接面的方法
EP1610373A2 (en) Method and apparatus for determining generation lifetime of product semiconductor wafers
JPH02205046A (ja) 半導体表面計則方法およびその装置
Pushkarev et al. Optimizing Non-Contact Doping and Electrical Defect Metrology for Production of SiC Epitaxial Wafers
TWI693411B (zh) 電阻率測定方法
JP6020358B2 (ja) シリコン単結晶ウェーハの評価方法
RU2709687C1 (ru) Способ определения концентрации электрически активной донорной примеси в поверхностных слоях кремния неразрушающим методом ультрамягкой рентгеновской эмиссионной спектроскопии
Rahman et al. Investigation of surface passivation schemes for p-type monocrystalline silicon solar cell
JP2977172B2 (ja) 半導体の特性測定方法
Macku et al. Study of solar cells defects via noise measurement
Sellin et al. Spectroscopic response of coplanar diamond alpha particle detectors
NL1041245B1 (en) A method to measure the specific resistivity of thin layer material without the need for a second surface contact.
Stacey et al. Using surface charge analysis to characterize the radiation response of Si/SiO/sub 2/structures

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant