KR20070066328A - 무결함 실리콘웨이퍼의 순수베이컨시와 순수인터스티셜영역 구분방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 무결함 실리콘웨이퍼의 순수베이컨시와 순수인터스티셜 영역 구분방법에 관한 것으로, Cu, Ni 오염 용액을 이용하여 실리콘 웨이퍼의 일정 영역을 금속 오염시키는 단계와, 짧은 열처리에 의해 오염원을 실리콘 웨이퍼내에 확산시키는 단계와, 무결함 실리콘 웨이퍼내에 존재하는 베이컨시 영역 및 인터스티셜 영역을 금속 오염을 보고 구분하는 단계를 포함한다.
이러한 본 발명의 구성에 따르면, 장시간 열처리를 한 후 고가의 장비를 이용하여 무결함 실리콘 웨이퍼내에 존재하는 베이컨시 영역 및 인터스티셜 영역을 확인하는 종래 방법에 비하여 간단하면서 정확하게 두 영역을 구분할 수 있다.
베이컨시 영역, 인터스티셜 영역, 무결함, 구리 데코레이션, 금속 오염
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무결함 실리콘웨이퍼의 순수베이컨시와 순수인터스티셜 영역 구분방법을 설명하기 위한 공정도,
도 2a 및 도 2b는 각각 실험예 및 비교예에 따라 동일한 결함영역을 갖는 웨이퍼상의 결함 분포를 나타내는 도면,
도 3은 종래 기술에 따른 무결함 실리콘웨이퍼의 순수베이컨시와 순수인터스티셜 영역 구분방법을 설명하기 위한 공정도,
도 4는 종래 구리 데코레이션법에 따른 웨이퍼상의 결함 분포를 나타내는 도면.
본 발명은 무결함 실리콘웨이퍼의 순수베이컨시와 순수인터스티셜 영역 구분방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실리콘 웨이퍼에 존재하는 순수베이컨시 영역(이하 Pv 영역)과 순수인터스티셜 영역(이하 Pi 영역)을 구분할 수 있는 무결함 실리콘웨이퍼의 순수베이컨시와 순수인터스티셜 영역 구분방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라 반도체소자가 구현되는 웨이퍼의 품질이 반도체소자의 수율과 신뢰성에 큰 영향을 끼치고 있다. 웨이퍼의 품질은 결정성장 및 웨이퍼를 제작하는 웨이퍼링 전과정을 통하여 얼마만큼의 결함이 발생하는 가에 좌우되는 것으로, 이러한 결함은 실리콘 잉곳 성장 중 발생하는 결정결함(crystal defect)과 외부 오염원에 의한 결함으로 크게 나눈다.
외부 오염원에 의한 결함은 식각 또는 세정 공정에 의해서 쉽게 제거될 수 있지만, 성장된 단결정내에 존재하는 결정결함은 세정에 의해서 쉽게 제거되지 않기 때문에 이러한 결정 결함의 숫자가 적은 고순도 잉곳을 성장시키기 위해 많은 변수들을 미리 제어할 필요가 있다.
여기서 결정 결함들은 일반적으로 점결함(point defect) 또는 집괴결함(agglomerates : 3차원 결함)으로 분류된다. 점결함은 베이컨시 점결함과 인터스티셜 점결함이라는 두 개의 일반적인 형태가 있다. 베이컨시 점결함은 하나의 실리콘 원자가 실리콘 결정격자내에서의 정상적인 위치의 하나로부터 이탈된 것이고, 인터스티셜 점결함은 원자가 실리콘 결정의 비격자 지점(인터스티셜 자리)에서 발견되는 것이다.
이러한 점결함은 일반적으로 상기 실리콘 용융물과 고상 실리콘인 잉곳 사이의 경계에서 형성된다. 그리고 잉곳이 계속적으로 인상됨에 따라 경계였던 부분이 냉각되기 시작한다. 냉각 동안, 상기 베이컨시 점결함들과 인터스티셜 점결함들이 확산되어 서로 합병하여 베이컨시 집괴들 또는 인터스티셜 집괴들을 형성한다. 집괴들은 점결함들의 합병에 기인하여 발생하는 3차원 구조로 COP(crystal originated particle) 또는 디-디펙트(D-defect)라고 불리기도 한다.
이러한 결함들은 반도체소자를 구현하는 과정에서 계속 영향을 끼치므로 반도체 소자의 수율이나 신뢰성을 저하시키는 요인이 되므로, 고품질의 단결정을 성장시키기 위해서는 점결함의 종류와 거동 및 농도 분포에 관한 연구가 필요하다. 이에 대해 많은 이론과 모델이 제안되고 있다.
특히, 보론코브(Voronkov)의 이론에 따르면, 잉곳의 인상속도인 V와 실리콘 고/액 계면에서의 축방향 온도구배인 G의 비율인 V/G가 잉곳에서의 점결함 종류와 점결함 농도를 결정하는 지배인자라고 한다. 보다 구체적으로 설명하면, V/G 값이 임계값 이상에서는 베이컨시(vacancy)가 풍부한 잉곳이 성장되는 반면에, 임계값 이하에서는 인터스티셜(interstitial)이 풍부한 잉곳이 형성된다고 한다.
상기 COP 결함 또는 디-디펙트가 없는 웨이퍼를 이하 무결함 웨이퍼라 한다. 이러한 무결함 웨이퍼 상에 존재하는 순수베이컨시(Pv)영역과 순수인터스티셜(Pi) 영역을 구분하기 위해서 통상, 장시간의 고온열처리를 이용하여 산소석출물을 유발하여 라이프 타임 맵(Lifetime map) 또는 MCDL(Minority Carrier Diffusion Length)로 평가하거나, X선 토포그래피(X-ray topography)를 사용하여 검사하였다.
이들 방법들은 장시간의 고온열처리를 하여야 하며 특정한 고가의 장비를 이용해야만 하므로 시간과 분석 비용이 많이 드는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 무결함 웨이퍼의 순수베이컨시 영역과 인터스티셜 영역을 육안으로 직접 분석할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 결정 성장된 반도체 웨이퍼의 결함의 위치를 정확히 측정하여 결함의 크기나 모폴로지를 신뢰성 있게 분석할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 결함 분석 시간을 단축하고 고가의 비용을 들이지 않고 간단하게 결함을 분석하는 방법을 제공하는 것이다.
이러한 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼의 베이컨시 영역과 인터스티셜 영역을 구분하는 방법은, 웨이퍼를 불소함유 세정제로 세정하는 단계와, 소량의 금속 오염 용액으로 웨이퍼의 배면을 오염시키는 단계와, 오염된 웨이퍼를 건조 및 확산 열처리하는 단계와, 선택 에칭하는 단계를 포함한다.
상기 불소함유 세정제는 자연 산화물 및 외부 오염물을 제거할 수도 있으며, 상기 소량의 금속 오염 용액은 100 ~1000 ppm의 구리 또는 니켈을 포함할 수도 있으며, 상기 오염된 웨이퍼를 적외선 가열장치를 이용하여 건조시킬 수도 있으며, 상기 오염된 웨이퍼를 900 내지 1000??에서 20 내지 25분 동안 질소 분위기에서 오염물이 웨이퍼 전면으로 확산되도록 열처리할 수도 있다. 이때 상기 오염 용액의 부피는 2 내지 3 ㎕로 소량이 사용될 수도 있다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무결함 실리콘웨이퍼의 순수베이컨시와 순수인터스티셜 영역 구분방법을 설명하기 위한 공정도이다.
본 발명이 적용될 목적 웨이퍼로서 쵸크랄스키법에 의해 결정성장된 무결함 웨이퍼가 사용된다. 여기서 무결함 웨이퍼란 베이컨시 점결함과 인터스티셜 점결함 이외의 결정결함이 발생하지 않은 웨이퍼를 의미한다.
목적 웨이퍼가 준비되면 웨이퍼 상에 존재하는 파티클 등의 외부 오염원 및 자연 산화층을 제거하기 위하여 웨이퍼 세정을 실시한다. 웨이퍼 세정은 HF가 함유된 세정제를 이용하여 실시한다. 이어서, 웨이퍼 배면을 구리, 니켈 등의 금속으로 오염시킨다. 이 때 오염액은 도 1과 확산장치에 투입하여 확산 장치의 내부 분위기를 질소 분위기로 하고 100ppm 내지 1000ppm 농도의 2 내지 3 ㎕ 의 구리 또는 니켈 용액을 사용한다. 오염된 웨이퍼를 적외선 가열 장치(IR heating apparatus)를 이용하여 900 내지 1000℃의 온도로 유지하여 15분 내지 25분 바람직하게는 20분간 열처리하여 실리콘 웨이퍼 전면으로 구리 또는 니켈 등의 금속 오염물이 확산되도록 한다. 마지막으로 구리 또는 니켈 등의 금속 오염물이 확산된 실리콘 웨이퍼 전면을 30 초 내지 60초 동안 선택 에칭 함으로써 표면에서 헤이즈 현상을 육안으로 관찰할 수 있다.
물론 본 발명의 일 실시예에 따르면, 무결함 웨이퍼상의 베이컨시 및 인터스티셜 영역을 웨이퍼 배면으로부터 전면으로 구리를 확산시킴으로써 헤이즈 현상을 직접적으로 관찰할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 각각 실험예 및 비교예에 따라 동일한 결함영역을 갖는 웨 이퍼상의 결함 분포를 나타낸다.
(실험예)
본 발명의 일 실시예에 따라 오염시킨 웨이퍼를 1000℃에서 20분간 열처리한 후, 선택에칭을 하고 광학현미경으로 관찰한다.
도 2a 참조하면, 금속 오염(Cu, Ni)이 순수인터스티셜 영역(도 2a의 Pi)에 광산란 현상의 일종인 헤이즈 형태로 나타나고 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면 무결함 웨이퍼의 순수베이컨시 영역과 인터스티셜 영역이 구분된다.
(비교예)
한편, 동일 결정 결함을 갖는 실리콘 웨이퍼를 기존의 방법으로 장시간 열처리를 하여 결함영역을 MCDL(Minority Carrior Diffusion Length)를 측정하여 확인한 결과를 사진으로 나타내었다.
도 2b를 참조하면, 동일 결정결함으로 이루어진 실리콘 웨이퍼를 기존의 방법으로 장시간 열처리를 한 경우 도 2b의 Pv, Pi 영역과 일치하면서 도 2a에서는 오염의 형태가 순수인터스티셜 영역에서 헤이즈 형태로 나타남을 알 수 있다.
이 때 동일 결정 결함을 갖는 실리콘 웨이퍼를 사용하여 본 발명에 따른 결함 분석과 종래 방법에 따른 결함 분석을 한 이유는 본 발명에 따른 웨이퍼 결함 분석이 정확함을 뒷받침하기 위한 것이다.
또한, 도 3 및 도 4는 각각 종래 기술을 이용한 결정결함 영역을 구분하는 방법 및 이에 따라 순수베이컨시 영역(Pv) 및 순수인터스티셜 영역(Pi) 영역이 구분되는 모습을 나타내고 있다.
도 3을 참조하면, 종래 방법에 따른 구리 데코레이션을 이용한 결정결함 영역의 분석방법은 웨이퍼를 과량의 Cu로 오염시키는 단계와, 건조 및 확산 단계와, Cu가 확산된 표면을 두 차례 브라이트 에칭액과 세코 에칭액을 이용하여 에칭함으로써 실리콘 표면이 아닌 실리콘 내부 벌크에서 구리 데코레이션에 의한 결함 석출 현상을 관찰하는 단계를 포함한다.
도 4를 참조하면, 종래 방법에 따른 구리 데코레이션법에 의한 결함 석출물은 Pv 영역에서 헤이즈로 관찰됨을 알 수 있다. 즉, Pi 영역에서는 결함은 나타나지 않는다. 이로부터 본 발명과 종래의 방법이 평가대상이 되는 영역이 차이가 남을 알 수 있다.
본 발명에 따르면 결정성장된 반도체 웨이퍼의 결함부위에 구리 석출물을 육안으로 직접 분석할 수 있어 결함의 분포를 정확히 분석할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 웨이퍼상의 결정결함에 대한 정보 예컨대 그 분포 밀도 및 모폴로지 등을 정확히 알 수 있기 때문에 이들 정보를 기초로 웨이퍼 제작시부터 결정결함의 발생을 억제할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 종래의 열처리 시간(24 시간)을 단축할 수 있으며,분석에 필요한 고가의 장비가 필요하지 않는 간단한 방법으로 결함을 평가할 수 있다.
Claims (6)
- 웨이퍼를 불소함유 세정제로 세정하는 단계와,소량의 금속 오염용액으로 웨이퍼의 배면을 오염시키는 단계와,상기 금속 오염이 웨이퍼의 전면으로 확산되도록 건조 및 열처리하는 단계와,상기 웨이퍼의 전면을 선택 에칭하는 단계와,상기 금속 오염이 헤이즈 형태로 나타나는 영역을 인터스티셜 영역으로 판단하는 단계를 포함하는 무결함 실리콘웨이퍼의 순수베이컨시와 순수인터스티셜 영역 구분방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 불소함유 세정제는 자연 산화물 및 외부 오염물을 제거하는 무결함 실리콘웨이퍼의 순수베이컨시와 순수인터스티셜 영역 구분방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 소량의 금속 오염 용액은 100 ~1000 ppm의 구리 또는 니켈을 포함하는 무결함 실리콘웨이퍼의 순수베이컨시와 순수인터스티셜 영역 구분방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 오염된 웨이퍼를 적외선 가열장치를 이용하여 건조시키는 무결함 실리콘웨이퍼의 순수베이컨시와 순수인터스티셜 영역 구분방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 오염된 웨이퍼를 900 내지 1000℃에서 20 내지 25분 동안 질소 분위기에서 오염물이 웨이퍼 전면으로 확산되도록 열처리하는 무결함 실리콘웨이퍼의 순수베이컨시와 순수인터스티셜 영역 구분방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 오염 용액의 부피는 2 내지 3 ㎕인 무결함 실리콘웨이퍼의 순수베이컨시와 순수인터스티셜 영역 구분방법.
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