KR20130072771A - 웨이퍼의 석출 결함 평가방법 - Google Patents

웨이퍼의 석출 결함 평가방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리모트 플라즈마 에칭(remote plasma etching)을 이용하여 웨이퍼 표면에 존재하는 석출 결함을 용이하게 검출하도록 한 웨이퍼의 석출 결함 평가방법에 관한 것으로서, 웨이퍼를 준비하는 단계; 상기 웨이퍼의 전면에 리모트 플라즈마 에칭을 실시하여 표면으로부터 소정깊이를 갖는 다수의 미세 결함 패턴을 형성하는 단계; 상기 웨이퍼 표면의 석출 결함을 분석하는 단계를 포함하고, 상기 리모트 플라즈마 에칭은 에칭 시간, 플라즈마 파워, 가스 종류에 따라 에칭되는 깊이를 조절하여 형성하는 것을 특징으로 한다.

Description

웨이퍼의 석출 결함 평가방법{evaluation method for eduction defect in wafer}
본 발명은 웨이퍼의 석출 결함 평가방법에 관한 것으로, 특히 웨이퍼의 표면 전면에 형성된 석출 결함을 용이하게 검출할 수 있도록 한 웨이퍼의 석출 결함 평가방법에 관한 것이다.
일반적으로 실리콘 단결정 잉곳(ingot)을 쵸크랄스키 방법(Czochralski method : 이하, CZ 방법이라 칭함)에 의하여 결정 성장시키는데 있어서 단결정 내 결함은 결정의 인상속도 및 냉각 등의 성장 조건에 크게 의존한다. 이러한 결함은 반도체 소자의 특성에 큰 영향을 주므로 성장 계면 근처의 열 환경을 조절함으로써 결정 결함의 종류 및 분포를 제어하며, 이때 품질의 정확한 평가는 매우 중요하다.
실리콘 웨이퍼 내에는 단결정 잉곳 성장시에 산소(O2)가 포함되어 있다. 따라서, CZ 웨이퍼에 적절한 열처리 과정을 거치게 되면, 웨이퍼 내부에 석출물을 형성하게 된다. 웨이퍼 내부에 형성된 석출물은 메탈 게터링(metal gettering)의 효과를 가지므로, 일정 수준의 석출물이 형성된다.
하지만 웨이퍼 표면은 디바이스 액티브(device active) 영역이므로, 이 영역에 석출 존재하는 결함은 디바이스 리키지 페일(device leakage fail)의 원인이 된다. 따라서 웨이퍼의 내부에는 적정 수준의 BMD(Bulk Micro Defect)가 형성되어야 하고, 웨이퍼의 표면은 무결함 상태가 요구된다.
BMD를 평가하는 방법으로는 석출 열처리 후, LSTD(Laser scattering tomography defect, Model) 평가를 하는 방법과 샘플 벽개 후 선택 에칭을 해서, 광학 현미경으로 결함을 관찰하는 방법이 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 실리콘 웨이퍼내 석출 결함 평가방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다. 도 1과 같은 방법을 이용하여 BMD 평가를 실시하면, 웨이퍼의 반경 방향으로 분포하는 석출 결함의 평가가 가능하다.
또한, 클리비지 & 에칭(Cleavage & etching) 법으로는 도 2와 같이, 웨이퍼를 절단한 이후에 반경 방향으로 측정을 실시한다.
즉, 도 2는 클리비지 및 에칭법을 이용한 웨이퍼의 석출 결함 평가 영역을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2에서와 같이, 웨이퍼의 중앙 부분을 벽개한 상태에서 웨이퍼 단면의 결함 영역을 측정한다.
그러나 종래 기술에서 LSTD 방법은 웨이퍼를 벽개하지 않아도 웨이퍼의 석출 결함 평가를 실시할 수 있지만, 웨이퍼 전면에 대한 석출 결함 평가가 어려워 일부 영역에서의 석출 결함 평가를 할 수 있다.
종래 기술에 의한 웨이퍼의 석출 결함을 평가하기 위한 LSTD 평가법을 이용하면, 웨이퍼를 파괴하지 않고 석출 결함을 평가할 수 있다. 즉, 표면 ~ 웨이퍼 깊이 300㎛에 형성되어 있는 석출 결함을 평가하므로 웨이퍼의 벌크(bulk) 영역에서의 게터링(gettering) 능력을 예측할 수 있다. LSTD 평가 데이터는 웨이퍼의 일부 포지션(position)에서의 밀도 결과를 측정하며, 웨이퍼 전면에 형성된 석출 결함을 평가하기 어렵다. 일반적으로 반경 방향으로 형성된 석출 결함 밀도를 측정하면 도 3과 같은 결과를 얻을 수 있다. LSTD 방법은 표면에서 5㎛ 까지는 레이저의 산란으로 인해 노이즈(noise) 발생이 큰 영역이기 때문에 정확한 석출물 평가가 불가능하다.
여기서, 도 3은 LSTD 방법으로 측정된 웨이퍼 반경별 석출물 밀도를 나타낸 그래프이고, 도 4는 클리비지 및 에칭법으로 측정된 웨이퍼 반경별 석출물 밀도를 나타낸 그래프이다.
또한, 클리비지 및 에칭법은 웨이퍼를 일방향으로 벽개한 후 반경 방향으로 1라인의 석출 결함 분포를 평가할 수 있다.
즉, 클리비지 및 에칭 방법도 역시 석출물을 평가하면, 웨이퍼의 일부 영역에서 도 4와 같이 웨이퍼의 반경 방향으로 석출물 밀도를 평가할 수 있다.
클리비지 및 에칭 방법은 웨이퍼를 벽개한 이후에 선택 에칭을 실시하고, 석출물이 존재하는 위치에서 석출물의 크기를 확장시킨다. 실제 클리비지 및 에칭방법으로 측정되는 석출물은 결함의 원형이 아닌, 선택 에칭액에 의해 변형이 된 결함을 평가하는 것이다. 일반적인 평가법은 웨이퍼 내부 벌크 영역에 밀집되어 나타난 석출물의 밀도를 측정한다.
따라서 종래 기술에 의한 웨이퍼의 결함 분석 방법 중 LSTD 방법은 웨이퍼의 표면으로부터 300㎛깊이까지 존재하는 석출 결함을 분석할 수 있다. 즉, 20㎚이상의 석출 결함을 검출할 수 있는 방법이다.
또한, 클리비지 및 에칭법은 마이크로스코프(Microscope)를 이용하기 때문에 측정 영역에 대한 제한은 없다. 하지만 석출물의 사이즈가 너무 작아서, 에칭을 실시한 이후에 결함의 직경이 1㎛ 미만이 되면 검출이 불가능하다.
그러므로 종래 기술에 의한 웨이퍼의 석출 결함 분석 방법들은 모두 웨이퍼의 표면뿐 아니라 특정 깊이 방향까지 측정을 하는 방식으로, 웨이퍼의 표면만 검출하기 어렵기 때문에 웨이퍼 전면에 분포한 석출 결함을 평가할 수 없으며, 웨이퍼의 표면 근방에 대한 평가에 한계가 있다.
또한, 클리비지 및 에칭법은 선택 에칭이 된 석출물의 직경이 1㎛ 미만이 될 경우, 광학 현미경으로 측정이 불가능하기 때문에 작은 사이즈로 존재하는 석출물의 검출은 어렵다.
즉, 클리비지 및 에칭법은 LSTD 방법처럼 표면 근방의 노이즈는 영향없이 웨이퍼의 표면부터 평가가 가능하지만, 선택 에칭에 의해서 석출물의 직경 사이즈가 1㎛ 미만일 경우, 광학 현미경으로는 결함이 검출되지 않기 때문에 미세한 사이즈로 형성된 석출물이 있을 경우에는 클리비지 및 에칭법으로는 검출력의 한계가 있다.
도 5 및 도 6은 클리비지 및 에칭법으로 측정된 웨이퍼 반경별 DZ 길이 및 이미지를 각각 나타낸 사진이다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로 리모트 플라즈마 에칭(remote plasma etching)을 이용하여 웨이퍼 표면과 함께 표면으로부터 일정영역에 존재하는 석출 결함을 용이하게 검출하도록 한 웨이퍼의 석출 결함 평가방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 웨이퍼의 석출 결함 평가방법은 웨이퍼를 준비하는 단계; 상기 웨이퍼의 전면에 리모트 플라즈마 에칭을 실시하여 표면으로부터 소정깊이를 갖는 다수의 미세 결함 패턴을 형성하는 단계; 상기 웨이퍼 표면의 석출 결함을 분석하는 단계를 포함하고, 상기 리모트 플라즈마 에칭은 에칭 시간, 플라즈마 파워, 가스 종류에 따라 에칭되는 깊이를 조절하여 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 웨이퍼의 석출 결함 평가방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 실리콘(Si)과 석출 결함인 SiOx 간의 선택비 차이를 이용하여 실리콘 웨이퍼 표면에 존재하는 석출 결함과 함께 웨이퍼 일부가 아닌 전면에 대한 석출물 분포에 대한 분석을 할 수 있다.
둘째, 리모트 플라즈마 에칭 방법을 이용하여 에칭 깊이를 ㎚급으로 미세하게 조절하는 것이 가능하기 때문에 기존 평가법으로 어려운 웨이퍼 표면의 1㎛ 깊이 이내에 존재하는 미세한 석출 결함까지도 검출할 수 있다.
셋째, 별도의 평가 장비 없이 육안으로도 석출 결함의 분포를 용이하게 확인할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 실리콘 웨이퍼내 석출 결함 평가방법을 개략적으로 나타낸 순서도
도 2는 클리비지 및 에칭법을 이용한 웨이퍼의 석출 결함 평가 영역을 개략적으로 나타낸 도면
도 3은 LSTD 방법으로 측정된 웨이퍼 반경별 석출물 밀도를 나타낸 그래프
도 4는 클리비지 및 에칭법으로 측정된 웨이퍼 반경별 석출물 밀도를 나타낸 그래프
도 5 및 도 6은 클리비지 및 에칭법으로 측정된 웨이퍼 반경별 DZ 길이 및 이미지를 각각 나타낸 사진
도 7은 본 발명에 의한 웨이퍼의 석출 결함 평가방법을 설명하기 위한 모식도
도 8은 본 발명에 의한 웨이퍼의 석출 결함 평가방법을 설명하기 위한 순서도
도 9는 리모트 플라즈마 에칭을 1㎛ 깊이로 실시한 이후에 발생한 콘 형태 결함의 이미지
도 10은 리모트 플라즈마 에칭 후 MAGICS 결함 패턴을 나타낸 이미지
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 웨이퍼의 석출 결함 평가방법을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 7은 본 발명에 의한 웨이퍼의 석출 결함 평가방법을 설명하기 위한 모식도이고, 도 8은 본 발명에 의한 웨이퍼의 석출 결함 평가방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명에 의한 웨이퍼의 석출 결함 평가방법은 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 전면에 리모트 플라즈마 에칭을 실시하여 표면 및 내부에 다수의 석출물(110)이 웨이퍼(100)의 표면내에 소정깊이를 갖는 다수의 미세 결함 패턴(120)을 형성한다(S110).
여기서, 상기 리모트 플라즈마 에칭을 실시하기 전에 상기 웨이퍼(100)를 600~900℃의 온도범위에서 4~30hr 시간동안 열처리를 실시하여 상기 웨이퍼(100) 중 석출물(110)이 검출 가능한 사이즈로 성장시킨다.
또한, 상기 리모트 플라즈마 에칭은 화학적 드라이 에칭(dry etching)법으로 HBr, Cl2, O2, He를 포함한 반응 가스를 이용하여 웨이퍼(100)의 전면 에칭을 실시한다.
이때 상기 웨이퍼(100)의 표면 및 내부에 형성된 석출물(110)과 웨이퍼(100)를 구성하는 실리콘의 식각 선택비가 달라 상기 석출물(110)이 형성된 부분은 에칭이 되지 않고 마스킹 역할을 하게 되면서 그에 인접한 실리콘이 에칭되면서 상기 웨이퍼(100)의 표면내에 미세 결함 패턴(120)이 형성되게 된다.
즉, 상기 리모트 플라즈마 에칭은 Si과 석출물(110)인 SiOx 간의 식각 선택비를 이용해서, 실리콘은 에칭이 되고, SiOx는 에칭이 되지 않고 콘(cone) 형태의 결함으로 남게 된다. 도 7은 실리콘 에칭이 실시되는 동안에, 석출물(110)은 표면을 블록킹(blocking)하여 에칭 가스(etching gas)에 의해, 에칭이 되지 않는다.
이어서, 상기 리모트 플라즈마 에칭되어 미세 결함 패턴(120)이 형성된 웨이퍼(100) 표면의 석출 결함을 분석한다(S120). 여기서, 상기 석출 결함은 상기 웨이퍼(100) 표면 5㎛이내까지 분석하고, 바람직하게는 웨이퍼(100) 표면 1㎛이내까지 분석한다.
그리고 상기 미세 결함 패턴(120)이 형성된 웨이퍼(100)의 표면으로부터 일정영역의 석출 결함을 분석한다(S130).
따라서 상기 웨이퍼(100)에 리모트 플라즈마 에칭을 실시하여 소정깊이를 갖는 다수의 미세 결함 패턴(120)을 형성하게 되면, 종래의 방법보다 효과적으로 전면에 형성된 석출 결함의 분포를 쉽게 확인할 수 있다.
이때 상기 리모트 플라즈마 에칭을 실시하면, 디바이스 액티브 영역에 해당하는 표면 근방의 결함에 대한 평가가 가능하다. 또한, 석출물(110)뿐만 아니라 웨이퍼(100)에서 블록킹할 수 있는 이물질이 있을 경우에도 검출이 가능하다.
또한, 상기 리모트 플라즈마 에칭을 실시하면, 에칭 시간, 플라즈마 파워(plasma power), 가스 종류에 따라 에칭되는 깊이를 수 ㎚ ~ 수 ㎛까지 조절할 수 있다. 상기 미세 결함 패턴(120)이 콘 형태의 결함이 군집해 있을 경우에는 웨이퍼(100)의 요철이 생기면서, 육안으로도 석출 결함의 분포 확인이 가능해 진다.
여기서, 상기 리모트 플라즈마 에칭 시간은 약 10sec, 플라즈마 파워는 200KHz 내지 2MHz의 RF 전력을 인가받아 플라즈마를 형성한다.
도 9는 리모트 플라즈마 에칭을 1㎛ 깊이로 실시한 이후에 발생한 콘 형태 결함의 이미지이고, 도 10은 리모트 플라즈마 에칭 후 MAGICS 결함 패턴을 나타낸 이미지이다.
도 9에서와 같이, 리모트 플라즈마 에칭을 실시하고 있는 동안에 웨이퍼(100)에 존재하는 석출물(110)에 의해 블록킹되어, 에칭 과정이 끝나게 되면 콘 모양 형태의 결함이 남아있게 된다. 석출물(110)의 형성이 많을 경우에 콘 형태의 결함이 밀집되어 나타난다. 콘 형태 결함이 군집한 영역은 육안으로도 식별이 가능하기 때문에 쉽게 웨이퍼(100) 전면에 형성된 결함 분포를 확인할 수 있다.
상기와 같이 리모트 플라즈마 에칭을 실시하게 되면, 석출 결함이 밀집한 영역은 도 9의 웨이퍼에서 보듯이, 센터(center)와 에지(edge) 영역에 흰색으로 관찰된다. 결함이 밀집된 영역은 집광등 하에서 육안으로 관찰이 가능하기 때문에, 석출 결함의 발생이 많은 영역을 쉽게 전면 관찰이 가능하다.
또한, 웨이퍼 반경 별로 DZ가 형성된 웨이퍼이지만 1㎛ 에칭을 실시한 이후에는 선택 에칭을 실시하여 광학 현미경으로 관찰되지 않은 미세한 석출 결함까지도 리모트 플라즈마 에칭을 실시하게 되면 평가가 가능하다.
종래의 평가법으로는 웨이퍼 내부를 관찰해야 석출물에 대한 평가가 가능했지만, 리모트 플라즈마 에칭을 실시함으로써, 표면 에칭만으로 미세 석출물 분포를 평가할 수 있다. 석출 결함 미세 결함 패턴(120)은 집광등 하에서 육안 관찰뿐 아니라, 도 10과 같이 파티클 카운터(particle counter) 장비를 이용해서 결함 패턴 평가를 정확하게 할 수 있다.
따라서 리모트 플라즈마 에칭으로 웨이퍼(100)의 표면내에 소정깊이를 갖는 미세 결함 패턴(120)을 형성함으로써 보다 용이하게 석출 결함 분포를 평가할 수 있을 뿐 아니라, 실제 디바이스 액티브 영역에 해당하는 표면 근방에 존재하는 석출 결함의 영향성 파악을 정확하게 할 수 있다.
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
100 : 웨이퍼 110 : 석출물
120 : 미세 결함 패턴

Claims (8)

  1. 웨이퍼를 준비하는 단계;
    상기 웨이퍼의 전면에 리모트 플라즈마 에칭을 실시하여 표면으로부터 소정깊이를 갖는 다수의 미세 결함 패턴을 형성하는 단계;
    상기 웨이퍼 표면의 석출 결함을 분석하는 단계를 포함하고,
    상기 리모트 플라즈마 에칭은 에칭 시간, 플라즈마 파워, 가스 종류에 따라 에칭되는 깊이를 조절하여 형성하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 석출 결함 평가방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 리모트 플라즈마 에칭은 화학적 드라이 에칭인 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 석출 결함 평가방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 리모트 플라즈마 에칭은 HBr, Cl2, O2, He를 포함한 반응 가스를 이용하여 웨이퍼의 전면 에칭을 실시하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 석출 결함 평가방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 리모트 플라즈마 에칭은 상기 웨이퍼의 실리콘과 석출물인 SiOx 간의 식각 선택비를 이용하여 실시하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 석출 결함 평가방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 리모트 플라즈마 에칭을 실시하기 전에 상기 웨이퍼를 600~900℃의 온도범위에서 4~30hr 시간동안 열처리를 실시하는 단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 석출 결함 평가방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이퍼 표면 5㎛이내의 석출 결함을 분석하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 석출 결함 평가방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이퍼 표면 1㎛이내의 석출 결함을 분석하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 석출 결함 평가방법.
  8. 웨이퍼를 준비하는 단계;
    상기 웨이퍼의 전면에 리모트 플라즈마 에칭을 실시하여 표면으로부터 소정깊이를 갖는 다수의 미세 결함 패턴을 형성하는 단계;
    상기 웨이퍼 표면을 포함하여 상기 웨이퍼 표면으로부터 일정영역까지 석출 결함을 분석하는 단계를 포함하고,
    상기 리모트 플라즈마 에칭은 에칭 시간, 플라즈마 파워, 가스 종류에 따라 에칭되는 깊이를 조절하여 형성하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 석출 결함 평가방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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