KR20090074883A - 산소적층결함 분석방법 - Google Patents

산소적층결함 분석방법 Download PDF

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Abstract

산소적층결함 분석방법이 개시된다. 본 발명에 따른 산소적층결함 분석방법은 웨이퍼를 열처리하고, 광루미네슨스(photoluminescence) 분석을 위해 웨이퍼의 전면에 광 빔을 노광시킨 후, 광 빔에 의해 웨이퍼 구조의 여기로부터 생성된 광루미네슨스의 세기를 지도화(mapping)하고, 지도화된 광루미네슨스 세기 정보로부터 산소적층결함 영역을 구분한다. 본 발명에 따르면, 광루미네슨스를 이용하여 에칭을 하지 않고 산소적층결함을 분석하므로 친환경적인 분석이 가능하다. 또한 종래의 방법보다 더 정확하게 산소적층결함을 확인할 수 있으며, 웨이퍼 전영역에 대해 손쉽게 산소적층결함을 분석하는 것이 가능하다.
광루미네슨스, 산소적층결함, 열처리

Description

산소적층결함 분석방법{Method for inspecting oxygen induced stacking fault}
본 발명은 실리콘 웨이퍼의 결함을 분석하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실리콘 웨이퍼의 산소적층결함을 분석하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 실리콘 단결정 잉곳은 초크랄스키(Czochralski. CZ) 방법으로 성장시킨다. 초크랄스키 방법은 다결정 실리콘을 용융하여 실리콘 융액을 형성하고, 종결정(Seed)을 실리콘 융액에 담근 후 종결정을 일정한 속도로 인상시켜 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 방법이다. 이때 실리콘 단결정 잉곳 내부에는 각종 성장결함이 형성된다. 이러한 성장 결함 중 산소적층결함(oxygen induced stacking fault, OiSF)은 산소에 의해 형성되는 적층결함으로, 소자의 불량을 유발할 수 있는 대표적인 성장 결함이라고 할 수 있다. 따라서 웨이퍼 내부에 산소적층결함의 분포 영역 및 밀도를 분석하는 것은 웨이퍼의 품질과 직접적으로 관련 있는 중요한 문제이다.
이러한 산소적층결함을 분석하기 위해서, 종래에는 웨이퍼를 고온의 습식 산화(wet oxidation) 열처리를 한 후 화학적 에칭(chemical etching)을 하여 관찰하 는 방법이 이용되었다. 고온의 습식 산화 열처리는 산소를 강제로 웨이퍼 내부로 주입하여 관찰하기 용이하게 산소적층결함을 성장시키는 역할을 한다. 그리고 화학적 에칭은 성장된 산소적층결함을 화학적 에칭하여 광학 현미경으로 관찰할 수 있도록 한다. 일반적으로 산소적층결함 분석에 이용되는 에칭용액은 선택적 에칭이 가능한 라이트 에천트(Wright etchant, HF + HNO3 + CrO3 + Cu(NO3)2 + CH3COOH + H2O)가 이용되고 있다.
도 1은 고온의 습식 산화 열처리 후 라이트 에천트로 산소적층결함을 분석한 결과를 나타내는 사진이다. 이와 같은 방식으로 산소적층결함을 관찰하면 눈으로 명확하게 산소적층결함을 관찰할 수 있다는 장점이 있다.
그러나 종래의 산소적층결함 분석방법은 고온의 열처리 후 독성 화합물을 이용하여 결함을 에칭하여야 하기 때문에 향후 환경 관련 규제가 강화될 경우 활용이 불가능하게 될 가능성이 있다. 또한 종래의 방법으로는 웨이퍼 전면의 결함정도를 명확하게 확인할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 에칭을 하지 않고, 웨이퍼 전면의 결함분포를 확인할 수 있는 산소적층결함 분석방법을 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 산소적층결함 분석방법은 웨이퍼를 열처리하는 단계; 광루미네슨스(photoluminescence) 분석을 위해 상기 웨이퍼의 전면에 광 빔을 노광시키는 단계; 상기 광 빔에 의해 상기 웨이퍼 구조의 여기로부터 생성된 광루미네슨스의 세기를 지도화(mapping)하는 단계; 및 상기 지도화된 광루미네슨스 세기 정보로부터 산소적층결함 영역을 구분하는 단계;를 갖는다.
본 발명에 따르면, 광루미네슨스를 이용하여 에칭을 하지 않고 산소적층결함을 분석하므로 친환경적인 분석이 가능하다. 또한 종래의 방법보다 더 정확하게 산소적층결함을 확인할 수 있으며, 웨이퍼 전영역에 대해 손쉽게 산소적층결함을 분석하는 것이 가능하다.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 산소적층결함 분석방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 산소적층결함 분석방법에 대한 바람직한 일 실시예의 수행과정을 나타내는 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 우선 산소적층결함을 분석하고자 하는 웨이퍼를 열처리한다(S210). 열처리는 웨이퍼 내에 존재하는 산소적층결함의 핵을 키워서 실제 산소적층결함으로 성장시키기 위해서 수행된다. 도 3에 열처리시 시간에 따라 주입되는 가스와 온도의 변화를 나타내었다. 열처리시에 산소를 주입할 필요성이 있으므로 도 3에 도시된 바와 같이 열처리는 산소 분위기에서 수행된다. 산소 외에 수소 또는 수증기를 함께 공급하여 열처리를 수행할 수 있다. 열처리 온도는 1000 내지 1200℃의 범위에서 설정될 수 있다. 웨이퍼는 실리콘 기판 또는 실리콘 외의 반도체 기판이 이용될 수 있다. 본 실시예에서는 웨이퍼로 실리콘 기판이 이용되었다.
다음으로 광루미네슨스(photoluminescence) 분석을 위해 웨이퍼의 전면에 광 빔을 노광시킨다(S220). 광루미네슨스를 이용한 분석방법은 밴드 갭(band gap) 이상의 고강도의 광 빔을 웨이퍼에 노광시킨 후 발광(루미네슨스)되는 에너지를 분석하는 방법이다. 밴드 갭 이상의 고강도의 광 빔을 시편에 노광시키면 낮은 온도에서도 원자가 여기된다. 그리고 여기된 원자가 바닥 상태로 전이되면 에너지가 광루미네슨스 형태로 발광되는데 이것을 분석하여 시편의 상태를 알 수 있게 된다. 따라서 웨이퍼의 구조에 따라 발광되는 정도가 다르게 된다. 즉 광루미네슨스 스펙트럼 내에는 불순물이나 결함의 고유정보가 생성되게 된다.
그리고 광 빔에 의해 생성된 광루미네슨스의 세기를 지도화(mapping)하고(S230), 산소적층결함 영역을 구분한다(S240). 도 4에 광루미네슨스의 세기를 지도화한 결과를 나타내었다. 상술한 바와 같이 광루미네슨스 스펙트럼에는 불순물이나 결함의 고유정보가 생성되게 된다. 즉 도 4에 도시된 바와 같이 산소적층결함 영역(410) 외에 루프전위피트(Loop dislocation pit, LDP) 영역(420), 결정에 기인한 파티클 (crystal originated particle, COP)이 없는 영역(430) 및 플로우 패턴 결함(flow pattern defect, FPD)이 관찰된다. 도 4의 아래에 도시한 바와 같이 광루미네슨스의 세기가 큰 쪽을 밝게 광루미네슨스의 세기가 약한 쪽을 어둡게 나타내었다. 그리고 광루미네슨스의 정량적인 세기를 참조번호 450으로 표시된 그래프로 나타내었다.
참조번호 450으로 표시된 바와 같이 LDP 영역(420)의 광루미네슨스의 세기가 가장 크고, 다음으로 광루미네슨스의 세기가 큰 영역이 산소적층결함 영역(410)이다. 그리고 다음으로 광루미네슨스의 세기가 큰 영역이 FPD 영역(440)이며, 광루미네슨스의 세기가 가장 약한 영역이 COP free 영역(430)이다.
산소적층결함 자체는 도 4에 도시된 광루미네슨스 세기 지도에서는 검은 점 형태로 나타나게 된다. 이는 산소적층결함의 주변은 게터링(gettering) 영향에 의해 강한 세기의 광루미네슨스가 나타나게 되어 산소적층결함 자체는 상대적으로 작은 세기의 광루미네슨스가 나타나기 때문이다. 다만 산소적층결함 영역(410)은 주변의 게터링 영향에 인해 상대적으로 강한 세기의 광루미네슨스가 나타난다. 즉 산소적층결함 영역(410)은 상대적으로 강한 세기의 광루미네슨스가 나타나면서 중간 중간에 검은 점 형태의 광루미네슨스가 나타나는 영역이라고 할 수 있다.
그리고 산소적층결함 영역(410)과 LPD 영역(420), COP free 영역(430) 및 FPD 영역은 다음과 같이 구분이 가능하다. COP free 영역(430)은 도 4에 도시된 바와 같이 광루미네슨스가 현저하게 떨어지므로 쉽게 구분이 가능하다. 그리고 산소적층결함은 루프전위피트와 인접하게 분포될 수 없으므로 산소적층결함 영역(410)은 LDP 영역(420)과 인접할 수 없고 COP free 영역(430)으로 구분되어 나타난다. 그리고 FPD 영역(440)에는 산소적층결함이 존재하지 않으므로 산소적층결함 영역(410)과 같은 검은 점 형태가 존재하지 않아서, FPD 영역(440)과 산소적층결함 영역(410)이 구분된다. 그리고 산소적층결함 영역(410) 내에서도 산소적층결함의 밀도가 높은 영역일수록 게터링 영향이 크게 미쳐 광루미네슨스의 세기가 강하게 나타난다.
그리고 산소적층결함 영역(410)을 마이크로 스캔(micro scan)하여 산소적층결함의 밀도를 정밀하게 분석한다(S250). S250 단계는 선택적인 단계로서 정밀 분석이 필요한 경우에 수행된다. 산소적층결함 영역을 마이크로 스캔한 후 산소적층결함의 밀도를 측정한 결과를 도 5에 나타내었다. 도 5에 도시된 바와 같이, 산소적층결함이 분포하는 영역이라고 판단되는 영역에서 일부를 마이크로 스캔한 후 밀도를 분석할 수 있다. 이와 같은 결과는 에칭을 이용하여 분석한 결과와 동일하다. 그리고 산소적층결함의 밀도가 높은 영역일수록 광루미네슨스의 세기가 강하게 나타난다는 것도 알 수 있었다.
이와 같이 열처리 이후 에칭을 하지 않고 광루미네슨스 분석을 통해 웨이퍼 전면의 산소적층결함을 분석할 수 있게 되어 분석 시간의 단축 및 화학물 사용에 따른 비용을 절감할 수 있고 친환경적이다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
도 1은 종래의 방법으로 산소적층결함 영역을 관찰한 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 산소적층결함 분석방법에 대한 바람직한 일 실시예의 수행과정을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 웨이퍼의 열처리에 있어서 시간에 따른 주입가스와 온도를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따라 광루미네슨스의 세기를 지도화하고 산소적층결함 영역을 구분한 결과를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따라 산소적층결함 영역을 마이크로 스캔하여 산소적층결함의 밀도를 측정한 결과를 나타낸 도면이다.

Claims (3)

  1. 웨이퍼를 열처리하는 단계;
    광루미네슨스(photoluminescence) 분석을 위해 상기 웨이퍼의 전면에 광 빔을 노광시키는 단계;
    상기 광 빔에 의해 상기 웨이퍼 구조의 여기로부터 생성된 광루미네슨스의 세기를 지도화(mapping)하는 단계; 및
    상기 지도화된 광루미네슨스 세기 정보로부터 산소적층결함 영역을 구분하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소적층결함 분석방법.
  2. 제1항에 있어서,
    산소적층결함 영역을 구분하는 단계 이후에,
    상기 산소적층결함 영역을 마이크로 스캔하여 산소적층결함의 밀도를 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산소적층결함 분석방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 웨이퍼를 열처리하는 단계는 산소 분위기에서 수행하는 것을 특징으로 하는 산소적층결함 분석방법.
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