KR20020005276A - Device for measuring electrical properties of wafer - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 웨이퍼의 전기적 특성 측정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 극저온으로부터 고온에 이르는 넓은 온도 범위에 걸쳐서 실리콘 웨이퍼의 전기적 특성을 측정하기 위한 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for measuring electrical characteristics of a wafer, and more particularly, to an apparatus for measuring electrical characteristics of a silicon wafer over a wide temperature range from cryogenic to high temperature.
반도체 소자의 제조공정에서 사용되는 실리콘 웨이퍼를 제조하는 방법 중에서 가장 널리 사용되는 방법으로는 초크랄스키(Czochralski)법이 있다. 초크랄스키법에서는 석영 도가니에 다결정 실리콘을 장입하고, 이를 흑연 발열체에 의해 가열하여 용융시킨 후, 용융 결과 형성된 실리콘 용융액에 종자결정(seed crystal)을 담그고 이를 회전하면서 인상시킴으로써 단결정 실리콘을 성장시켜 실리콘 인곳을 만들며, 실리콘 인곳을 슬라이싱하여 웨이퍼로 제조하고 이를 경면연마하여 반도체 소자에 사용한다.Czochralski method is the most widely used method of manufacturing a silicon wafer used in the manufacturing process of a semiconductor device. In the Czochralski method, polycrystalline silicon is charged into a quartz crucible, heated and melted by a graphite heating element, and then seed crystal is immersed in a silicon melt formed as a result of melting, and the monocrystalline silicon is grown by rotating and pulling the silicon. The ingot is made, and the silicon ingot is sliced into a wafer and mirror-polished to be used in a semiconductor device.
초크랄스키법에 의해 성장된 실리콘 인곳은 필연적으로 결정결함을 가지고 있으며, 이러한 결함은 실리콘 인곳을 웨이퍼로 가공한 후에도 웨이퍼 내에 존재하는 경우가 많다. 이러한 결정결함을 최소화하기 위해 결정성장 시 주요인자인 인상속도, 냉각속도 등을 변화시키면서 결함을 최소화하는 연구를 계속하여 왔다.Silicon ingots grown by the Czochralski method inevitably have crystal defects, and these defects often exist in the wafer even after processing the silicon ingot into a wafer. In order to minimize such crystal defects, researches on minimizing defects have been continued while changing the pulling speed and cooling rate, which are the main factors in crystal growth.
초초고밀도 집적회로(ULSI : ultra large scale integration) 소자의 집적도가 증가함에 따라 결정성장 시 형성되는 결정결함에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며 결정결함을 최소화함으로써 소자의 수율을 향상시키기 위한 노력이 진행중이다.As the degree of integration of ultra large scale integration (ULSI) devices increases, studies on crystal defects formed during crystal growth are being actively conducted, and efforts are being made to improve the yield of devices by minimizing crystal defects. .
결정결함을 감소시키기 위한 방법으로는 인곳 성장 시 결함을 최소화하는 방법과, 인곳을 슬라이싱하여 웨이퍼로 제조하는 웨이퍼링 공정에서 결함을 최소화하는 방법, 그리고 웨이퍼 상에 결함이 없는 에피택셜층을 형성하는 방법 등이 연구되고 있다.Methods for reducing crystal defects include minimizing defects during ingot growth, minimizing defects in the wafering process of slicing ingots into wafers, and forming a defect free epitaxial layer on the wafer. Methods are being studied.
이러한 노력에 힘입어 최근의 웨이퍼 제조기술은 과거 어느 때 보다도 급속한 발전을 하고 있으며 차세대 기술도 놀랄만한 성장을 보이고 있다.Thanks to these efforts, recent wafer manufacturing technology is developing more rapidly than ever before, and next-generation technology is showing remarkable growth.
실리콘 웨이퍼 내에 형성된 결정결함은 반도체 소자의 성능을 좌우하는 요인이 되기 때문에 결함의 농도측정을 포함한 결정 특성을 평가하는 것은 매우 중요하다.Since crystal defects formed in a silicon wafer are factors that determine the performance of a semiconductor device, it is very important to evaluate crystal characteristics including measurement of defect concentration.
실리콘 웨이퍼 내에 형성된 결정결함의 농도는 실리콘 웨이퍼의 전기적 특성에 영향을 미치므로, 웨이퍼의 전기적 특성을 측정함으로써 웨이퍼의 품질을 평가하기도 한다.Since the concentration of crystal defects formed in the silicon wafer affects the electrical properties of the silicon wafer, the quality of the wafer is also evaluated by measuring the electrical properties of the wafer.
현재까지 이루어진 전기적 특성 측정은 대부분 상온(300 K)에서 측정되고 있으나, 상온에서는 측정재료 자체 또는 측정장비에서 기인한 전기적인 노이즈로 인하여 정확한 특성의 구분이 어렵다.Most of the electrical characteristics measurements made up to now are measured at room temperature (300 K), but at room temperature, it is difficult to distinguish the exact characteristics due to the electrical noise caused by the measuring material itself or the measuring equipment.
그러나, 저온 및 고온에서의 전기적 특성 측정은 미미한 실정이며 특히 극저온에서 전기적 특성을 측정한 예는 극히 드물다.However, the measurement of electrical properties at low and high temperatures is insignificant, and in particular, the measurement of electrical properties at cryogenic temperatures is extremely rare.
또한, 극저온에서의 전기적 특성 측정이 시도되었다 하더라고 그 측정에 많은 비용이 들며, 특히 저온에서부터 고온에 이르는 온도범위에 걸쳐 결정의 특성이 변화하는 양상을 관측하는 것은 불가능하였다.In addition, even though the measurement of electrical properties at cryogenic temperature was attempted, the measurement was expensive. In particular, it was impossible to observe the change of crystal properties over the temperature range from low temperature to high temperature.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 웨이퍼의 전기적 특성을 극저온으로부터 고온에 이르는 온도범위 내에서 측정하는 데 있다.The present invention is to solve the above problems, the object of the present invention is to measure the electrical properties of the wafer within the temperature range from cryogenic to high temperature.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼의 전기적 특성 측정장치에 대한 단면도이다.1 is a cross-sectional view of an apparatus for measuring electrical characteristics of a wafer according to an embodiment of the present invention.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 웨이퍼가 들어있는 상자를 냉매에 담근 후 히터를 이용하여 그 상자를 가열함으로써 웨이퍼의 온도를 변화시키면서 전기적 특성을 측정하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that the electrical properties are measured while changing the temperature of the wafer by heating the box by using a heater after dipping the box containing the wafer in the refrigerant.
이하, 본 발명에 따른 웨이퍼의 전기적 특성 측정장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an apparatus for measuring electrical characteristics of a wafer according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼의 전기적 특성 측정장치에 대한 단면도로서, 이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼의 전기적특성 측정장치는 웨이퍼 시편(1)이 들어있는 시편상자(2)가 외부상자(3)에 둘러싸인 채 냉매(4)가 들어있는 냉매저장조(5)에 담겨진 구성이다.1 is a cross-sectional view of an apparatus for measuring electrical characteristics of a wafer according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, an apparatus for measuring electrical characteristics of a wafer according to an embodiment of the present invention includes a wafer specimen 1. The specimen box 2 is surrounded by the outer box (3) is a configuration contained in the refrigerant storage tank (5) containing the refrigerant (4).
웨이퍼 시편(1)에는 전기적 특성 측정용 전극(6)이 부착되어 있으며, 전극(6)을 통해 전기를 인가하고 그에 따른 신호를 수신하여 저항, 전기전도도, 전류-전압 특성(I-V character)등의 각종 전기적 특성을 측정한다.An electrode 6 for measuring electrical characteristics is attached to the wafer specimen 1, and electricity is applied through the electrode 6 and a signal corresponding thereto is received, such as resistance, electrical conductivity, current-voltage characteristic (IV character), and the like. Measure various electrical characteristics.
시편상자(2)의 내부에는 온도계(7)가 장착되어 있으며, 그 온도계(7)를 이용하여 전기적 특성이 측정되는 온도를 알 수 있다.The inside of the specimen box 2 is equipped with a thermometer (7), it is possible to know the temperature at which the electrical characteristics are measured using the thermometer (7).
이러한 시편상자(2)는 밀폐되어 있고, 여기에는 시편(1)의 온도를 상승시키기 위해 히터(8)가 장착된다. 또한 시편상자(2) 내에는 실리카겔(9)을 넣어두어, 냉매(4)에 의한 극저온과 히터(8)에 의해 상승된 온도의 차이로 인해 시편상자(2) 내에 응결되는 수분을 흡수하도록 한다.The specimen box 2 is sealed, and a heater 8 is mounted therein to raise the temperature of the specimen 1. In addition, the silica gel 9 is placed in the specimen box 2 to absorb moisture condensed in the specimen box 2 due to the difference between the cryogenic temperature caused by the refrigerant 4 and the temperature elevated by the heater 8. .
히터(8)에 의해 가열된 시편상자(2) 외벽의 온도와 시편상자(2) 내부에 있는 실제적인 시편(1)의 온도는 서로 다를 수 있는데, 그 온도차이를 알기 위해 시편상자(2)의 외벽에 온도계(10)를 하나 더 설치할 수도 있다.The temperature of the outer wall of the specimen box 2 heated by the heater 8 and the temperature of the actual specimen 1 inside the specimen box 2 may be different from each other. In order to know the temperature difference, the specimen box 2 One more thermometer 10 may be installed on the outer wall.
시편상자(2)의 외부로는 또 하나의 상자(3)가 시편상자(2)로부터 일정거리 이격되어 시편상자(2)를 둘러싸도록 형성되어 있으며, 이러한 외부상자(3)는 시편상자(2)에서 히터(8)가 장착된 부분과 연결되어 있어서 시편상자(2)로의 열전달을 용이하게 하되 시편상자(2)로부터 일정거리 이격되어 있어서 히터(8)에 의한 온도상승이 외부의 냉매(4)로 인해 방해받지 않도록 한다.Outside the specimen box (2) another box (3) is formed to surround the specimen box (2) spaced apart from the specimen box (2) by a certain distance, the outer box (3) is a specimen box (2) ) Is connected to the portion where the heater 8 is mounted, thereby facilitating heat transfer to the specimen box 2 but spaced apart from the specimen box 2 by a certain distance so that the temperature rise by the heater 8 is increased by the external refrigerant 4 ) Are not disturbed.
본 발명의 일실시예에서는 도 1에 도시된 바와 같이 시편상자(2)의덮개부(11)에 히터(8)를 장착하고, 히터(8)가 장착된 시편상자(2)의 덮개부(11)가 외부상자(3)와 연결되도록 하였다.In an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, the heater 8 is mounted on the cover part 11 of the specimen box 2, and the cover part of the specimen box 2 in which the heater 8 is mounted ( 11) is to be connected to the outer box (3).
열전달이 잘 되도록 시편상자(2) 및 외부상자(3)의 재질은 청동이면 바람직하며, 외부상자(3)는 시편상자(2)의 냉매(4)에 의한 극저온과 히터(8)에 의한 상승된 온도 사이의 심한 온도차이를 완화시켜주는 버퍼의 역할을 하므로 다수개로 형성되면 좋다.The material of the specimen box (2) and the outer box (3) is preferably bronze, so that the heat transfer is good, and the outer box (3) is raised by the cryogenic temperature and the heater (8) by the refrigerant (4) of the specimen box (2) It acts as a buffer to alleviate the severe temperature difference between the given temperatures.
상기한 바와 같은 시편상자(2) 및 외부상자(3)는, 앞에서 언급한 바와 같이 냉매(4)가 들어있는 냉매저장조(5)에 담겨져 있는데, 냉매(4)로는 액체질소 또는 액체헬륨 등을 사용하며, 냉매저장조(5)에 시편상자(2) 및 외부상자(3)가 담기면 시편(1)의 온도는 액체질소 및 액체헬륨이 가지고 있는 기화열에 의해 각각 77K 및 4K의 극저온으로 낮아지게 된다.As described above, the specimen box 2 and the outer box 3 are contained in the refrigerant storage tank 5 containing the refrigerant 4 as mentioned above, and the refrigerant 4 includes liquid nitrogen or liquid helium. When the specimen box (2) and the outer box (3) are contained in the refrigerant storage tank (5), the temperature of the specimen (1) is reduced to cryogenic temperatures of 77K and 4K, respectively, by the vaporization heat of liquid nitrogen and liquid helium. do.
다음으로, 상기한 바와 같은 측정장치를 이용하여 웨이퍼의 전기적 특성을 측정하는 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.Next, a description will be given of a method for measuring the electrical characteristics of the wafer using the measuring device as described above.
먼저, 웨이퍼 시편(1)에 실버페이스트 등을 이용하여 전극(6)을 부착하고, 전극(6)이 부착된 시편(1)을 실리카겔(9)과 함께 시편상자(2)의 내부에 넣는다.First, the electrode 6 is attached to the wafer specimen 1 using silver paste or the like, and the specimen 1 having the electrode 6 attached thereto is placed inside the specimen box 2 together with the silica gel 9.
시편상자(2)를 밀폐하고 시편상자(2)에 히터(8)를 장착한 후, 시편상자(2)를 둘러싸는 외부상자(3)를 히터(8)가 장착된 부분의 시편상자와 연결하여 외부상자(3) 역시 밀폐한다.Seal the specimen box (2), mount the heater (8) on the specimen box (2), and then connect the outer box (3) surrounding the specimen box (2) with the specimen box at the portion where the heater (8) is mounted. The outer box (3) is also sealed.
다음, 액체질소 및 액체헬륨과 같은 냉매(4)가 들어있는 냉매저장조(5)에 시편상자(2)를 포함한 외부상자(3)을 담근다. 그러면, 앞에서 언급한 바와 같이, 시편(1)의 온도는 액체질소 및 액체헬륨이 가지고 있는 기화열에 의해 각각 77K 및 4K의 극저온으로 낮아진다. 이 때 시편상자(2) 및 외부상자(3)는 열전달이 잘되는 청동과 같은 재질로 이루어져 있으므로, 시편(1)의 온도는 냉매의 극저온까지 내려갈 수 있다.Next, the outer box 3 including the specimen box 2 is immersed in the refrigerant storage tank 5 containing the refrigerant 4 such as liquid nitrogen and liquid helium. Then, as mentioned above, the temperature of the specimen 1 is lowered to cryogenic temperatures of 77K and 4K, respectively, by the heat of vaporization of liquid nitrogen and liquid helium. At this time, the specimen box (2) and the outer box (3) is made of a material such as bronze is good heat transfer, the temperature of the specimen (1) can be lowered to the cryogenic temperature of the refrigerant.
다음, 히터(8)를 작동하여 시편상자(2)를 가열하여 내부의 시편(1) 온도를 상승시킨다. 이 때, 시편상자(2)를 둘러싸고 있는 외부상자(3)의 개수가 많을수록 히터(8)에 의한 온도상승 효과가 커진다. 히터(8)에 의해 시편(1)의 온도가 원하는 온도에 도달하면 전극(6)에 전기를 인가하여 시편의 전기적 특성을 측정한다.Next, the heater 8 is operated to heat the specimen box 2 to increase the temperature of the specimen 1 inside. At this time, the greater the number of outer boxes 3 surrounding the specimen box 2, the greater the effect of temperature rise by the heater 8. When the temperature of the test piece 1 reaches the desired temperature by the heater 8, electricity is applied to the electrode 6 to measure the electrical characteristics of the test piece.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 웨이퍼의 전기적 특성 측정장치에서는 액체질소 또는 액체헬륨과 같은 냉매가 들어있는 냉매저장조에 웨이퍼가 들어있는 상자를 담그며, 특히 상자는 열전달이 우수한 청동과 같은 재질로 이루어지므로, 77K 또는 4K의 극저온에서 웨이퍼의 전기적 특성을 측정할 수 있는 효과가 있다.As described above, in the apparatus for measuring electrical characteristics of a wafer according to the present invention, a box containing a wafer is immersed in a refrigerant storage tank containing a refrigerant such as liquid nitrogen or liquid helium, and the box is made of a material such as bronze having excellent heat transfer. Therefore, there is an effect that can measure the electrical characteristics of the wafer at cryogenic temperatures of 77K or 4K.
또한, 히터를 사용하여 시편의 온도를 상승시키므로 극저온으로부터 600K 정도의 고온에 이르는 온도범위에 걸쳐서 전기적 특성의 변화를 관측할 수 있으며, 특히 원하는 온도에서 전기적 특성을 측정할 수 있는 효과가 있다.In addition, since the temperature of the specimen is increased by using a heater, a change in electrical characteristics can be observed over a temperature range from cryogenic temperature to a high temperature of about 600K, and in particular, the electrical characteristics can be measured at a desired temperature.
그리고, 본 발명에 따른 측정장치는 그 구성이 간단하므로 적은 비용으로 전기적 특성을 측정하는 효과가 있다.In addition, the measuring apparatus according to the present invention has an effect of measuring electrical characteristics at low cost since its configuration is simple.
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|---|---|---|---|---|
| US11474147B2 (en) * | 2017-12-19 | 2022-10-18 | Boston Semi Equipment Llc | Kit-less pick and place handler system for thermal testing |
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