KR20050012500A - 실리콘웨이퍼의 결함 검출방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실리콘웨이퍼의 결함검출방법에 대한 것이다. 본 발명에 의한 결함 검출방법은, 구리가 용해된 화학물질인 구리오염용액을 실리콘웨이퍼의 배면에 투적하는 투적단계와; 상기 구리오염용액이 투적된 실리콘웨이퍼를 건조시키는 건조단계와; 상기 건조된 실리콘웨이퍼에서 구리이온을 확산시키는 확산단계; 그리고, 상기 확산단계를 거친 실리콘웨이퍼에 대해 결함을 관찰하는 결함 관찰단계를 포함하여 구성된다.

본 발명은 상기와 같은 구성에 의해 Delta[Oi] 0.5ppma이하의 산소석출물에 대해서도 결함검출이 가능하게 된다.

Description

실리콘웨이퍼의 결함 검출방법{A DEFECT INSPECTING METHOD FOR SILICON WAFER}

본 발명은 실리콘웨이퍼의 결함 검출방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실리콘웨이퍼에 형성된 미소결함을 구리(Cu) 데커레이션 방법을 이용하여 검출하는 실리콘웨이퍼의 결함 검출방법에 대한 것이다.

실리콘웨이퍼를 이용하여 반도체 소자를 제조하는 제조과정에는 일반적으로 열처리 공정이 동반되는데, 이러한 열처리를 거치고 나면 실리콘웨이퍼에는 산소석출물(Si02)이 형성된다.

적당한 수준의 산소석출물은 소자 제조과정에서 금속불순물에 의한 오염을 제거하기 위한 게터링사이트(Gettering site)로 작용하기 때문에 없어서는 안되는 필수적인 요소이다. 그러나, 산소석출물이 웨이퍼의 경면 근처에 발생하게 되면, 소자 불량의 원인이 되므로 제거 또는 억제되어야 한다.

산소 석출의 정도는 Delta [Oi](Oxigen interstitial)의 측정을 통하여 파악될 수 있지만, 무결함층인 DZ 깊이는 반드시 웨이퍼를 조각낸 후에 벽개면이나 앵글 폴리싱(angle polishing) 면을 라이트에칭(Wright etching)하여 직접 관찰해야 한다.

그러나, 상기와 같은 종래의 결함 검출방법에는 다음과 같은 문제점이 있어왔다.

산소 석출의 정도가 충분하지 않은 경우, 특히 석출물의 크기가 작은 경우는Delta [Oi]는 '0'이 아닌 경우에도 불구하고 종래의 직접 관찰방법에 의해서는 관찰되지 않았다.

즉, 열처리를 거친 실리콘웨이퍼에 대해 0.5ppma 이하의 결함에 대해서는 간접검출방식인 스펙트럼 분석에 의할 때는 결함이 검출되지만, 실리콘웨이퍼 조각에 대해 라이트 에칭을 수행하고 현미경으로 관찰하는 직접관찰의 경우에는 그 결함이 미세하여 관찰되지 않았다.

따라서, 이 경우는 무결함영영인 DZ 깊이(Denuded zone depth)가 매우 크게 나타나고 정확한 DZ 깊이를 측정할 수 없었다.

본 발명의 목적은, 0.5ppma 이하의 산소석출물로 이루어진 결함을 효과적으로 검출할 수 있는 실리콘웨이퍼의 결함검출방법을 구현하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 0.5ppma 이하의 산소석출물로 이루어진 결함영역에 대한 DZ 깊이와 BMD 밀도(BMD:열처리 후에 웨이퍼 bulk에 나타나는 defect를 총칭하며, 보통 산소석출물이나 stacking fault 등을 의미한다)를 정밀하게 측정하는 것이 가능한 결함검출방법을 구현하는 것이다.

도 1a는 종래의 검출방법에 의한 DZ(Denuded Zone) 깊이를 측정한 결과를 예시한 단면도.

도 1b는 종래의 검출방법에 의한 BMD의 밀도측정 결과를 예시한 단면도.

도 2는 본 발명에 의한 실리콘웨이퍼의 결함 검출방법의 바람직한 실시예의 공정흐름도.

도 3은 구리 데커레이션이 일어나는 과정을 예시한 측면도.

도 4a, 도 4b는 관찰과정을 예시한 단면도.

도 5a는 본 발명에 의한 결함 검출방법에 의한 DZ 깊이를 측정한 결과를 예시한 측면도.

도 5b는 본 발명에 의한 결함 검출방법에 의한 BMD의 밀도측정 결과를 예시한 단면도.

11.........구리오염용액 13.........배면(back side)

15.........경면 19.........산소석출물

21.........구리 데커레이션 23.........현미경

25.........벽개면 27.........앵글 폴리싱면

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 실리콘웨이퍼의 결함검출방법은, 구리가 용해된 화학물질인 구리오염용액을 실리콘웨이퍼의 배면에 적정하는 적정단계와; 상기 구리오염용액이 적정된 실리콘웨이퍼를 건조시키는 건조단계와; 상기 건조된 실리콘웨이퍼에서 구리이온을 확산시키는 확산단계; 그리고, 상기 확산단계를 거친 실리콘웨이퍼에 대해 결함을 관찰하는 결함 관찰단계를 포함하여 구성된다.

상기 결함검출을 위한 각 단계는 열처리과정을 거친 실리콘웨이퍼에 대해 수행되는 것을 특징으로 한다.

구리오염용액은 구리필름을 70 % 질산용액(HNO3)에 녹여 제조하는 것을 특징으로 한다. 구리오염용액은 35,000ppm 내지 45,000ppm으로 제조되는 것을 특징으로 한다.

구리오염용액이 적정된 실리콘웨이퍼는 80 내지 120 에서 건조되는 것을 특징으로 한다.

확산단계는 600 내지 800 에서 20 내지 40분간 수행되는 것을 특징으로 한다.

결함 관찰단계는 상기 확산과정을 거친 실리콘웨이퍼를 조각내어 라이트 에칭(Wright etching)을 수행하고 현미경으로 결함을 관찰하는 것을 특징으로 한다.

라이트 에칭(Wright etching)은 3 내지 7 분간 수행되는 것을 특징으로 하며 결함관찰은 벽개면이나 앵글폴리싱(Angle polishing) 면을 통해 수행하는 것을 특징으로 한다. 결함관찰은 DZ 깊이를 측정하는 것에 의하거나 BMD 밀도를 측정하는 것에 의한다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 의한 실리콘웨이퍼의 결함검출방법에 의할 때 0.5ppma 이하의 미세한 산소석출물의 검출이 가능하여, 실리콘웨이퍼의 결함을 정밀 검출하는 것이 가능하게 된다.

이하 상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 실리콘웨이퍼의 결함검출방법의 바람직한 실시예의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 실시예의 실리콘웨이퍼의 결함 검출방법을 예시한 공정흐름도이고, 도 3은 구리 데커레이션이 일어나는 과정을 예시한 측면도이다. 도 4는 결함 관찰과정을 예시한 단면도이고, 도 5a, 도 5b는 각각 DZ 깊이와 BMD 밀도 측정의 결과를 예시한 측면도이다.

도시된 바에 의하면, 본 실시예의 반도체 소자의 제조에 사용되는 실리콘웨이퍼의 Delta[Oi]는 실리콘 웨이퍼에 대한 열처리를 수행한 이후에 측정되며, 미세한 산소석출물의 검출을 위하여 구리 데커레이션 방법을 사용한다.

본 실시예에서 열처리는 800 에서 4시간 + 1000 16시간 동안 가열하는 것에 의하는데, 열처리의 방법은 이에 한정되는 것이 아니라, 디바이스 제작에 이용하기 위하여 웨이퍼에 가해지는 통상의 열처리 공정을 포함하는 것이다.

본 실시예에서는 구리 데커레이션을 관찰하기 위해 구리이온이 용해된 화학물질인 구리오염용액(11)을 사용한다. 본 실시예에서는 고체상태의 구리 필름을 70%의 NO3 용액에 녹여 그 농도가 40,000ppm 정도 되도록 제조한다.

이렇게 제조된 구리오염용액(11)을 열처리 된 웨이퍼의 배면(back side)(13)에 투적하는데, 이는 반도체소자로 제조되는 경면(front side)(15)에 투적하는 경우에는 그 경면을 구리이온이 오염시켜 결함측정에 오류가 있을 수 있기 때문이다.

다음으로, 구리오염용액(11)이 가해진 실리콘웨이퍼를 건조시키게 되는데, 본 실시예에서는 100 전후의 열을 가하여 실리콘웨이퍼를 건조시키게 된다.

건조과정이 종료된 후, 도 2, 3에 도시된 바와 같이 실리콘웨이퍼를 약 700 의 온도에서 30분 이상 가열하면, 배면(13)에 투적된 구리오염용액(11)이 실리콘웨이퍼의 내부(bulk)에서 확산된다. 즉 Si 내의 Cu2+ 이온은 산소석출물 형성을 가속화시키게 된다.

구리이온이 상기 과정에 의해 충분히 확산된 후에는 웨이퍼를 조각내어 라이트 에칭을 수행하고, 결함을 관찰하게 된다.

이 결함관찰은 마이크로 현미경(23)을 사용하여 수행하는데, 도 4a에서와 같이 벽개면(25)을 관찰하는 것도 가능하고, 도 4b에 도시된 바와 같이 앵글 폴리싱면(27)을 통하여 관찰하는 것도 가능하다

벽개면(25)의 관찰에 의해 DZ 깊이를 측정하는 것이 가능하게 된다. 또한, 실리콘웨이퍼 조각의 내부(bulk)에 대한 관찰로부터 구리 데커레이션(21)이 일어난 곳을 찾아 BMD 밀도의 측정이 가능하게 된다.

이와 같은 과정에 의해 실리콘웨이퍼의 결함을 검출한 결과가 도 5a와 도 5b에 도시되어 있다. 도시된 바에 의하면, 도 1a 및 도 1b에서는 발견할 수 없었던 산소석출물(검게 도색된 부분)이 도 5a 및 도 5b에서는 분명하게 관찰할 수 있음을 알 수 있다.

도 5a 및 도 5b의 검은 점들은 구리 데커레이션(21)이 일어난 부분이고, 도 5a의 화살표는 DZ 깊이를 나타내며, 도 5b의 화살표는 단위 체적에서 구리 데커레이션(21)이 일어난 빈도로 파악할 수 있는 BMD 밀도를 나타낸다.

본 발명은 상기와 같은 과정에 의해, 종래 검출방법에서는 검출이 곤란했던미소결함을 시각적으로 검출하는 것이 가능하고, 이에 의해 본 실시예에 의해 제작된 실리콘웨이퍼로 만든 반도체 소자의 불량 특성 평가시에 이용될 수 있다.

본 발명의 권리범위는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라, 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 정해지며, 특허청구범위에 기재된 사항과 동일성 범위에서 당업자가 행한 다양한 변형과 개작을 포함함은 자명하다.

상술한 바와 같은 본 발명에 의하는 경우, 결함의 크기가 작아서 종래의 검출방법에 의해서는 검출이 불가능한 결함에 대해서도, 구리 데커레이션 방법을 이용하여 DZ깊이 와 BMD 밀도의 정밀한 측정이 가능하게 된다.

이에 의해 종래 기술로 측정하였을 경우 발생할 수 있는 결함 존재 영역에 대한 "DZ깊이 200㎛이상", "BMD 밀도 Zero" 라는 오류를 방지할 수 있게 된다.

Claims (11)

1. 구리가 용해된 화학물질인 구리오염용액을 실리콘웨이퍼의 배면에 투적하는 투적단계와;

   상기 구리오염용액이 투적된 실리콘웨이퍼를 건조시키는 건조단계와;

   상기 건조된 실리콘웨이퍼에서 구리이온을 확산시키는 확산단계; 그리고,

   상기 확산단계를 거친 실리콘웨이퍼에 대해 결함을 관찰하는 결함 관찰단계를 포함하여 구성되는 실리콘웨이퍼의 결함검출방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 각 단계는 열처리과정을 거친 실리콘웨이퍼에 대해 수행되는 것을 특징으로 하는 실리콘웨이퍼의 결함검출방법.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 구리오염용액은 구리필름을 70 % 질산용액(HNO3)에 녹여 제조하는 것을 특징으로 하는 실리콘웨이퍼의 결함검출방법.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 구리오염용액은 35,000ppm 내지 45,000ppm의 농도로 제조되는 것을 특징으로 하는 실리콘웨이퍼의 결함검출방법.
5. 청구항 1 내지 4 중 어느 하나의 청구항에 있어서,

   상기 구리오염용액이 투적된 실리콘웨이퍼는 80 내지 120 에서 건조시키는것을 특징으로 하는 실리콘웨이퍼의 결함검출방법.
6. 청구항 1 내지 4 중 어느 하나의 청구항에 있어서,

   상기 확산단계는 600내지 800 에서 적어도 30분간 가열하여 수행되는 것을 특징으로 하는 실리콘웨이퍼의 결함검출방법.
7. 청구항 1 내지 4 중 어느 하나의 청구항에 있어서,

   상기 결함 관찰단계는 상기 확산과정을 거친 실리콘웨이퍼를 조각내어 라이트 에칭(Wright etching) 하고 현미경으로 결함을 관찰하여 수행하는 것을 특징으로 하는 실리콘웨이퍼의 결함검출방법.
8. 청구항 7에 있어서, 상기 결함관찰은 벽개면을 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 실리콘웨이퍼의 결함검출방법.
9. 청구항 7에 있어서, 상기 결함관찰은 앵글폴리싱(Angle polishing)된 면을 통해 수행하는 것을 특징으로 하는 실리콘웨이퍼의 결함검출방법.
10. 청구항 7에 있어서, 상기 결함관찰은 DZ 깊이를 측정하는 것에 의함을 특징으로 하는 실리콘웨이퍼의 결함검출방법.
11. 청구항 7에 있어서, 상기 결함관찰은 BMD 밀도를 측정하는 것에 의함을 특징으로 하는 실리콘웨이퍼의 결함검출방법.