KR20230037309A - 비파괴분석법을 이용한 탄화규소 결정 결함위치 분석법과 이를 포함하는 분석장치 및 컴퓨터 프로그램 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비파괴분석법을 이용한 탄화규소 결정 결함위치 분석법과 이를 포함하는 분석장치 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄화규소를 이용한 전력반도체 소자를 비파괴분석법을 이용하여 결정 결함을 구분하고, 밀도를 파악하여 결정 결함의 위치 및 깊이에 대한 정보를 파악하기 위한 비파괴분석법을 이용한 탄화규소 결정 결함위치 분석법과 이를 포함하는 분석장치 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 탄화규소의 결함 조사방법에 있어서, PL분석법으로 PL 결함이미지를 획득하는 단계; XRT 분석법으로 XRT 결함이미지를 획득하는 단계; 상기 PL결함이미지와 XRT 결함이미지를 비교 분석하고, PL결함이미지와 XRT 결함이미지에서 TED, TSD, BPD 결함을 분류하는 이미지 분석 단계; TED, TSD 결함이 PL 결함이미지에 존재하는지 판단하는 T 단계; 상기 T 단계에서 TED, TSD 결함이 존재하지 않으면 기판의 TED, TSD 결함으로 판단하는 단계; 상기 T 단계에서 TED, TSD 결함이 존재하면, 에피층과 기판의 TED, TSD 결함으로 판단하는 단계; BPD 결함이 PL 결함이미지에 존재하는지 판단하는 B1 단계; 상기 B1 단계에서 BPD 결함이 존재하지 않으면, 기판의 BPD 결함으로 판단하는 단계; 상기 B1 단계에서 BPD 결함이 존재하면, XRT 결함이미지의 BPD 결함과 연속하는지 판단하는 B2 단계; 상기 B2 단계에서 연속하지 않으면 에피층의 BPD 결함으로 판단하는 단계; 상기 B2 단계에서 연속하는 선으로 존재하면 기판에서 에피층으로 전이된 에피층의 BPD 결함으로 판단하는 단계;를 포함하여 이루어져 탄화규소의 결함 위치를 판단할 수 있는 것을 특징으로 하는 비파괴분석법을 이용한 탄화규소 결정 결함위치 분석법을 기술적 요지로 한다.
이러한 본 발명은 탄화규소의 결함 조사방법에 있어서, PL분석법으로 PL 결함이미지를 획득하는 단계; XRT 분석법으로 XRT 결함이미지를 획득하는 단계; 상기 PL결함이미지와 XRT 결함이미지를 비교 분석하고, PL결함이미지와 XRT 결함이미지에서 TED, TSD, BPD 결함을 분류하는 이미지 분석 단계; TED, TSD 결함이 PL 결함이미지에 존재하는지 판단하는 T 단계; 상기 T 단계에서 TED, TSD 결함이 존재하지 않으면 기판의 TED, TSD 결함으로 판단하는 단계; 상기 T 단계에서 TED, TSD 결함이 존재하면, 에피층과 기판의 TED, TSD 결함으로 판단하는 단계; BPD 결함이 PL 결함이미지에 존재하는지 판단하는 B1 단계; 상기 B1 단계에서 BPD 결함이 존재하지 않으면, 기판의 BPD 결함으로 판단하는 단계; 상기 B1 단계에서 BPD 결함이 존재하면, XRT 결함이미지의 BPD 결함과 연속하는지 판단하는 B2 단계; 상기 B2 단계에서 연속하지 않으면 에피층의 BPD 결함으로 판단하는 단계; 상기 B2 단계에서 연속하는 선으로 존재하면 기판에서 에피층으로 전이된 에피층의 BPD 결함으로 판단하는 단계;를 포함하여 이루어져 탄화규소의 결함 위치를 판단할 수 있는 것을 특징으로 하는 비파괴분석법을 이용한 탄화규소 결정 결함위치 분석법을 기술적 요지로 한다.
Description
본 발명은 비파괴분석법을 이용한 탄화규소 결정 결함위치 분석법과 이를 포함하는 분석장치 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄화규소를 이용한 전력반도체 소자를 비파괴분석법을 이용하여 결정 결함을 구분하고, 밀도를 파악하여 결정 결함의 위치 및 깊이에 대한 정보를 파악하기 위한 비파괴분석법을 이용한 탄화규소 결정 결함위치 분석법과 이를 포함하는 분석장치 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
전력반도체는 전력이 필요한 곳이면 필수적으로 사용되는 산업의 중요부품으로, 전류 방향을 조절하고 전력 변환을 제어한다. 전력반도체는 전기자동차 및 신재생에너지 등 친환경 산업의 근간을 이루는 첨단 소자이자, 5G 이동통신망 등 디지털 기반의 4차 산업을 이끄는 핵심 기술이다. 특히 전기자동차에서 배터리와 전기모터를 연결하는 고성능 인버터에 필수적인 부품으로 활용되면서 최근 많은 주목을 받고 있다.
그리고 전력반도체 소자의 핵심 소재는 실리콘(Si)에서 탄화규소(SiC)로 대체되는 추세이며, 탄화규소는 뛰어난 내구성과 범용성, 높은 동작 온도와 효율 및 빠른 스위칭 속도 등 열적 특성과 전기 특성이 뛰어나다.
하지만 뛰어난 특성을 가진 탄화규소 소재도 문제점이 존재한다. 탄화규소 단결정 성장 도중에 micropipe(MP), basal plane dislocation(BPD), threading screw dislocation(TSD), threading edge dislocation(TED)와 같은 다양한 결정 결함이 발생한다. 일반적으로 탄화규소의 경우 2000 ℃이상의 고온에서 성장되기 때문에 상기와 같은 결정 결함을 제어하는데 어려움이 있다.
또한, 단결정 성장 시 생성된 결정 결함은 없어지지 않는다. 단결정 기판 상측에 에피층을 성장시킬 때, 에피층으로 결함이 전이되거나 다른 종류의 결함으로 전환이 되기도 한다.
그리고 탄화규소의 경우 소재의 화학적 조성은 달라지지 않고, 적층 순서에 따라 다양한 결정구조를 가지는 동질이상(polymorphism)특성이 있다. 이로 인해 탄화규소의 결정다형(polytytpe)은 200여 개 이상으로 알려져 있으며, 대표적인 결정다형으로 3C, 4H, 6H, 15R (숫자: 적층되는 층의 개수, 구조 :C(cubin), H(hexagonal), R(rhombohedral))이 있다. 탄화규소는 결정다형에 따라 밴드갭 에너지가 달라지기 때문에 전력반도체 제작을 위해서는 탄화규소의 결정다형 제어가 중요하다.
상기에 언급된 것처럼 탄화규소 소재는 내부에 존재하는 결정 결함이 전력반도체의 성능을 저하시키는 주요 원인 중 하나이다. 이러한 결정 결함은 눈에 보이지 않고, 소재가 아주 단단하여 관찰할 수 있는 방법이 많지않다. 이러한 탄화규소 결정 결함은 워낙 복잡하고 규명하기 어렵기 때문에 전력반도체의 구동 초기부터 소자의 특성을 저하시키는 경우가 있으며, 소자의 사용 중 특성이 변화되어 문제를 일으키는 경우도 있다. 사고에 민감한 전력계통 현장이나, 도로에서 주행중인 전기자동차의 탄화규소 기반 전력변환소자에서 이러한 문제가 발생하게 되면, 심각한 인명 및 재산 피해까지 이어질 수 있는 상황이다.
따라서 우수한 성능의 탄화규소 전력반도체를 개발하는 것도 중요하지만, 장기적인 문제가 발생하지 않도록 결함을 검사하고, 각종 문제를 해결할 수 있도록 분석 기술을 개발하는 것도 중요하다.
이에 따라 대한민국 등록특허번호 제10-2099054호는 에피택셜층을 적층하기 전의 탄화규소(SiC) 기판의 제1 면에 광을 조사하고, 제1 면으로부터 발광되는 PL광 중 405nm 이상 445nm 이하의 파장대의 광을 취출하여 띠형 적층 결함을 관찰하는 것을 제시하고 있지만, 에피택셜층 적층하기 이전에 적층 결함을 조사하도록 한정되어 있어 탄화규소 기판의 다양한 결정결함을 분석하지 못하는 문제점이 있다.
이와 같이 종래에는 화학적 에칭을 하여 결함 밀도를 구하거나, 비파괴분석법을 이용하여 웨이퍼 내의 결정결함의 밀도 및 결함 분포 파악이 가능함으로서 기존 방법들은 웨이퍼에서 2차원적인 위치 정보를 알 수 있다.
그러나 탄화규소 전력반도체의 성능 및 신뢰성 확보를 위해서는 결정 결함의 근원 파악이 중요하고, 깊이 방향을 파악하여 기판에 존재하는지 또는 에피층에 존재하는지와 같은 정보 파악이 필요하다.
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 비파괴분석법을 이용하여 탄화규소의 결정 결함의 종류, 밀도, 위치, 깊이 정보를 파악하여 전력반도체 소자의 특성 저하를 예방하고, 장기적인 문제가 발생하지 않도록 결함을 검사할 수 있는 비파괴분석법을 이용한 탄화규소 결정 결함위치 분석법과 이를 포함하는 분석장치 및 컴퓨터 프로그램를 제공하는 것을 기술적 해결과제로 한다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 탄화규소의 결함 조사방법에 있어서, PL(Photoluminescence)분석법으로 PL 결함이미지를 획득하는 단계; XRT(X-ray topography)분석법으로 XRT 결함이미지를 획득하는 단계; 상기 PL결함이미지와 XRT 결함이미지를 비교 분석하고, PL결함이미지와 XRT 결함이미지에서 TED, TSD, BPD 결함을 분류하는 이미지 분석 단계; TED, TSD 결함이 PL 결함이미지에 존재하는지 판단하는 T 단계; 상기 T 단계에서 TED, TSD 결함이 존재하지 않으면 기판의 TED, TSD 결함으로 판단하는 단계; 상기 T 단계에서 TED, TSD 결함이 존재하면, 에피층과 기판의 TED, TSD 결함으로 판단하는 단계; BPD 결함이 PL 결함이미지에 존재하는지 판단하는 B1 단계; 상기 B1 단계에서 BPD 결함이 존재하지 않으면, 기판의 BPD 결함으로 판단하는 단계; 상기 B1 단계에서 BPD 결함이 존재하면, XRT 결함이미지의 BPD 결함과 연속선이 존재하는지 판단하는 B2 단계; 상기 B2 단계에서 연속하지 않으면 에피층의 BPD 결함으로 판단하는 단계; 상기 B2 단계에서 연속하는 선으로 존재하면 기판에서 에피층으로 전이된 BPD 결함으로 판단하는 단계;를 포함하여 이루어져 탄화규소의 결함 위치를 판단할 수 있는 것을 특징으로 하는 비파괴분석법을 이용한 탄화규소 결정 결함위치 분석법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 비파괴분석법을 이용한 탄화규소 결정 결함위치 분석법은 상기 T 단계에서 TED, TSD 결함이 존재하는 경우, 또는 상기 B1 단계에서 BPD 결함이 존재하지 않는 경우, XRT 결함이미지의 BPD 결함과 겹치는 PL 결함이미지의 TED, TSD 결함이 존재하는지 판단하는 B-T 단계; 상기 B-T 단계에서 TED, TSD 결함이 존재하면 기판의 BPD 결함이 에피층에서 TED, TSD 결함으로 전환되었음을 판단하고, 기판의 BPD 결함, 에피층의 TED, TSD 결함으로 판단하는 단계;를 더 포함하여 이루어지는 비파괴분석법을 이용한 탄화규소 결정 결함위치 분석법을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 비파괴분석법을 이용한 탄화규소 결정 결함위치 분석법은 상기 PL결함이미지, XRT 결함이미지 또는 이들의 합성 이미지의 TED, TSD, BPD 결함에 결함 위치정보를 부가시키는 단계가 더 포함되는 비파괴분석법을 이용한 탄화규소 결정 결함위치 분석법을 특징으로 한다.
본 발명은 비파괴분석법을 이용한 탄화규소 결정 결함위치 분석법을 수행하는 컴퓨터 프로그램을 제공한다.
또한 본 발명은 비파괴분석법을 이용한 탄화규소 결정 결함위치 분석법을 수행하는 컴퓨터 프로그램이 내장된 비파괴분석법을 이용한 탄화규소 결정 결함위치 분석장치을 제공한다.
상기 과제의 해결 수단에 의한 비파괴분석법을 이용한 탄화규소 결정 결함위치 분석법과 이를 포함하는 분석장치 및 컴퓨터 프로그램에 따르면, 비파괴분석법을 이용하여 탄화규소의 결정 결함의 종류, 밀도, 위치, 깊이 정보를 파악하여 전력반도체 소자의 특성 저하를 예방하고, 장기적인 문제가 발생하지 않도록 결함을 검사할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 기판의 탄화규소 결정 결함이 에피층으로 전이될 시 다른 결정결함으로 전환될 확률을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명인 비파괴분석법을 이용한 탄화규소 결정 결함위치 분석법을 나타낸 순서도.
도 3은 XRT결함이미지의 BPD결함과 PL결함이미지의 BPD결함이 연속하는지 판단하는 B2단계를 설명하기 위한 도면.
도 4(a)는 본 발명의 실시 예에 따른 PL분석을 이용한 탄화규소 결함의 분석결과를 나타낸 도면.
도 4(b)는 본 발명의 실시 예에 따른 XRT분석을 이용한 탄화규소 결함의 분석 결과를 나타낸 도면.
도 5(a)는 다른 실시 예에 따른 PL분석을 이용한 탄화규소 결함의 분석 결과를 나타낸 도면.
도 5(b)는 다른 실시 예에 따른 XRT분석을 이용한 탄화규소 결함의 분석 결과를 나타낸 도면.
도 6은 도5(a)및 도 5(b)에 따른 결정 결함이 존재하는 깊이 방향 위치를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명인 비파괴분석법을 이용한 탄화규소 결정 결함위치 분석법을 나타낸 순서도.
도 3은 XRT결함이미지의 BPD결함과 PL결함이미지의 BPD결함이 연속하는지 판단하는 B2단계를 설명하기 위한 도면.
도 4(a)는 본 발명의 실시 예에 따른 PL분석을 이용한 탄화규소 결함의 분석결과를 나타낸 도면.
도 4(b)는 본 발명의 실시 예에 따른 XRT분석을 이용한 탄화규소 결함의 분석 결과를 나타낸 도면.
도 5(a)는 다른 실시 예에 따른 PL분석을 이용한 탄화규소 결함의 분석 결과를 나타낸 도면.
도 5(b)는 다른 실시 예에 따른 XRT분석을 이용한 탄화규소 결함의 분석 결과를 나타낸 도면.
도 6은 도5(a)및 도 5(b)에 따른 결정 결함이 존재하는 깊이 방향 위치를 나타낸 도면.
이하 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 살펴보기로 하며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명을 설명하기 전에 전력반도체의 탄화규소 에피층은 탄화규소 단결정 기판 위에 동질의 탄화규소 단결정 재료를 올리는 것으로, 화합물 반도체에서는 필수적인 요소이다. 탄화규소 에피층은 소자의 특성을 실질적으로 좌우하는 부분이며, 탄화규소 에피층에 결정 결함이 존재하게 되면 전력반도체의 성능을 저하시키게 된다.
이때, 결정 결함은 탄화규소 단결정 성장 도중에 발생하며, BPD, TSD, TED와 같은 결정 결함이 발생한다. 단결정 성장할 때, 에피층으로 전이되거나 다른 종류의 결함으로 전환이 되기도 한다.
도 1은 탄화규소 결정 결함이 에피층으로 전이 및 전환이 될 때, 결함의 종류가 변이될 확률을 나타내는 도면이다.
TSD는 에피층 성장시 98%이상으로 TSD 그대로 전이되고, 2%이하의 확률로 Frank SFs로 전환된다.
그리고 BPD는 에피층 성장시 95% 이상으로 TED로 전환되고, 5% 이하로 BPD 그대로 전이된다.
또한, TED는 에피층 성장시 100%의 확률로 TED 그대로 전이된다.
상기와 같이 다양한 결정 결함의 근원을 파악하여 결함이 기판에 존재하는 것인지 에피층에 존재하는 것인지 깊이 및 방향 정보를 분석함으로서 탄화규소 전력반도체의 성능 및 신뢰성 확보를 할 수 있다.
본 발명은 비파괴분석법을 이용하여 탄화규소 결정 결함의 종류, 밀도, 위치, 깊이 정보를 파악하여 소자의 신뢰성 향상을 도모하는 것에 대한 방법이다.
이하, 본 발명에 대하여 살펴보기로 한다.
도 2는 본 발명인 비파괴분석법을 이용한 탄화규소 결정 결함위치 분석법을 나타낸 순서도이다.
본 발명은 전력반도체의 품질을 향상시키기 위해서 탄화규소 결정 결함위치를 파악하고자 한다. (S100)
먼저, 본 발명은 PL분석법으로 PL결함이미지를 획득하는 단계를 거친다.(S200)
PL분석법은 광여기발광법(Photoluminescence)이라고 하며, 탄화규소의 대표적인 비파괴 분석법이다. PL분석법은 외부 에너지에 의해 에너지를 받은 가전자대의 전자들이 전도대로 들뜬 후 다시 가전자대로 돌아가 정공과 재결합(electron-hole recombination)하면서 특정 파장의 빛을 내어 놓는 현상을 분석하는 것이다. 탄화규소의 결정 결함 및 결정다형은 종류별로 다른 파장의 빛을 방출하게 되는데, 이러한 파장을 분석하면 에피택셜층의 결함 종류 및 위치 파악이 가능하다.
PL결함 이미지를 획득하기 위해서 신호 검출하는 방법은 두가지가 있다. 첫번째는 검출되는 광여기발광신호를 분광기를 통해 스펙트럼으로 획득하는 방법으로, 획득된 스펙트럼을 에너지 파장별로 또는 고정된 에너지 파장에서 광여기발광 신호의 세기를 조절하여 결함을 분류할 수 있다. 두 번째로는 특정 파장만 투과시키는 대역필터(bandpass filter)를 사용하여 특정 파장의 광여기발광 신호만 얻는 방법으로 광여기발광 매핑법이라고 불린다.
상기와 같은 특성을 가진 PL분석법으로 얻어지는 PL결함이미지는 에피택셜층에 존재하는 TED, TSD, BPD 결함 여부를 알 수 있다.
그리고 XRT 분석법으로 XRT결함이미지를 획득하는 단계를 거친다.(S300)
XRT 분석법은 시편에 X-선을 조사하여 Bragg's law를 만족하는 회절벡터의 이미지를 얻는 방법으로, 시편의 결정성 또는 배향을 분석하는 X-선 회절법과 동일한 원리를 이용한다. 탄화규소에 X-선이 입사되면 Bragg's law를 만족하는 회절 패턴이 X-RAY detector에 검출이 되어 탄화규소의 Laue 패턴을 얻을 수 있다. 회절 이미지는 결정격자 틀어짐에 영향을 받는다. 또한 결정 결함 주변에 스트레스가 존재하는데, 이로 인해 회절이미지가 맺히는데 영향을 주게된다. 결정격자 틀어짐과 결정 결함은 회절이미지에서 명암 차이를 통해 확인이 가능하다. Digital x-ray detector는 감도가 우수하여 짧은 X-선 노출로 회절이미지를 얻을 수 있으나, 낮은 해상도로 인해 BPD와 TSD와 같은 미세 결함을 관찰하기에는 어렵다. 미세 결함 관찰을 위해서는 해상도가 높은 X-선용 film이나 X-선에 감응하는 에멀젼이 코팅되어 있는 glass plate에 회절 이미지를 얻어야 한다.
상기와 같은 특성을 가진 XRT분석법을 얻어지는 XRT결함이미지는 에피택셜층과 기판에 존재하는 TED, TSD, BPD 결함 여부를 알 수 있으나, XRT결함이미지에서는 결함이 존재하는 깊이를 확인할 수 없다.
PL분석법으로 획득한 PL결함이미지와 XRT분석법으로 획득한 XRT 결함이미지를 비교 분석하여, PL결함이미지와 XRT결함이미지에서 TED, TSD, BPD 결함을 분류하는 이미지 분석을 한다.(S400)
상기한 바와 같이, PL분석법인 경우 에피층에 있는 결함 검출을 할 수 있으나, 기판의 경우 기판 내 높은 캐리어 농도로 인해 carrier lifetime이 짧아 광여기발광 신호 검출이 어려워 적용할 수 없다.
XRT분석법인 경우 x-선을 시편에 조사하는 각도와 방법에 따라 시편 표면의 정보만 얻거나, 시편 전체에 존재하는 결함 정보를 얻거나, x-선을 시편 표면에 반사시켜 얻은 회절 이미지로 시편 표면 근처에 존재하는 결함의 정보를 확인할 수 있다. 또는 시편에 입사되는 x-선 입사각을 변화시켜 시편으로 침투되는 x-선의 깊이를 조절하여 결정 결함의 깊이 정보를 파악하거나, x-선을 시편에 투과시켜 회절이미지를 얻으면 전체 시편에 존재하는 결함 정보를 확인할 수 있다.
그러나, 에피층이 얇은 경우 x-선을 시편 표면에 반사시켜 얻은 회절이미지에서 기판의 결함 정보가 포함되게 되거나, 시편에 x-선을 투과시켜 전체 시편에 존재하는 결함이 관찰된 경우는 결함이 존재하는 깊이 방향의 위치 정보를 확인하기가 어렵다.
그러므로, 각 분석법의 특성으로 인해 PL결함이미지를 통해 에피층에 존재하는 결함 여부와 XRT결함이미지를 통해 에피층과 기판에 존재하는 결함 여부를 비교하고, 두 이미지에서 TED, TSD, BPD결함을 확인하여 분류를 한다.
여기서, PL결함이미지와 XRT결함이미지를 비교할 때 PL결함이미지에서는 비교적 어둡게 관찰되고 XRT결함이미지에서 밝게 관찰되는 원 형태 중 상대적으로 큰 크기는 TSD이고, 작은 크기는 TED이며, 선으로 관찰되는 결함은 BPD에 해당된다.
이하, 분석된 이미지를 바탕으로 다음을 설명한다.
분석된 이미지에서 TSD/TED 결함이 발견되면, TED/TSD 결함이 PL결함이미지에 존재하는지 판단하는 T단계를 거친다.(S500)
상기 T단계에서 TED/TSD 결함이 존재하지 않으면 기판의 TED/TSD결함으로 판단한다.(S520)
또한, 상기 T단계에서 TED/TSD 결함이 존재하면, 에피층과 기판의 TED/TSD 결함으로 판단한다.(S540)
그리고 상기 T단계에서 TED/TSD 결함이 존재하면, XRT 결함이미지의 BPD 결함과 겹치는 PL 결함이미지의 TED/TSD결함이 존재하는지 판단하는 B-T단계를 더 포함할 수 있다. (S800)
상기 B-T단계를 더 포함하여 XRT 결함이미지의 BPD 결함과 겹치는 PL 결함이미지의 TED/TSD결함이 존재하는 경우, 기판의 BPD 결함이 에피층에서 TED/TSD결함으로 전환되었음을 판단하고, 기판의 BPD 결함, 에피층의 TED/TSD결함으로 판단할 수 있다.(S820)
그리고 XRT 결함이미지의 BPD 결함과 겹치는 PL 결함이미지의 TED/TSD결함이 존재하지 않는다면 에피층과 기판의 TED/TSD결함으로 판단할 수 있다.(S540)
분석된 이미지에서 BPD결함이 발견되면, BPD결함이 PL 결함이미지에 존재하는지 판단하는 B1 단계를 거친다. (S600)
상기 B1단계에서 BPD결함이 존재하지 않으면, 기판의 BPD 결함으로 판단한다.(S620)
또한, 상기 B1단계에서 BPD결함이 존재하지 않으면 XRT 결함이미지의 BPD 결함과 겹치는 PL 결함이미지의 TED/TSD결함이 존재하는지 판단하는 B-T단계를 더 포함할 수 있다.(S800)
상기 B-T단계를 더 포함하여 XRT 결함이미지의 BPD 결함과 겹치는 PL 결함이미지의 TED/TSD결함이 존재하는 경우, 기판의 BPD 결함이 에피층에서 TED/TSD결함으로 전환되었음을 판단하고, 기판의 BPD 결함, 에피층의 TED/TSD결함으로 판단할 수 있다.(S820)
그리고 상기 B1 단계에서 BPD 결함이 존재하면, XRT 결함이미지의 BPD 결함과 연속선이 존재하는지 판단하는 B2 단계를 거친다. (S700)
상기 B2단계에서 XRT단계의 BPD결함이미지에 연속선이 존재하지 않으면 에피층의 BPD결함으로 판단한다.(S720)
그리고 상기 B2단계에서 XRT단계의 BPD결함이미지가 연속하는 선이 존재하면 기판에서 에피층으로 전이된 BPD결함으로 판단한다.(S740)
도 3을 참고하여 보면, 상기 B2단계를 실시 예에 따라 나타내고 있다.
좌측과 같이 기판에서 에피까지 연속으로 형성되는 BPD결함과 우측과 같이 에피층에 존재하는 BPD결함을 보여준다. 상기한 바와 같이 PL분석법은 에피층 결함이미지를 나타내고, XRT분석법은 에피층과 기판의 결함이미지를 나타낼 수 있으나 결함이 존재하는 위치는 확인할 수 없다.
좌측의 BPD결함은 XRT결함이미지와 PL결함이미지를 비교하였을 때 결함이 동일 위치에 있고, XRT결함이미지에서 연속하는 선이 존재하면 기판에서 에피층으로 전이된 BPD결함으로 판단할 수 있다.
그리고 우측의 BPD결함은 XRT결함이미지와 PL결함이미지를 비교하였을 때 결함이 동일위치에 있고, XRT결함이미지에서 연속하는 선이 존재하지 않으면 에피층의 BPD결함으로 판단할 수 있다.
즉, 연속선으로 존재하면 기판에서 에피층으로 전이된 BPD결함이고, 우측의 BPD결함은 연속선이 존재하지 않아 에피층의 BPD결함이라고 판단한다.
더불어, 비파괴분석법을 이용한 탄화규소 결정 결함위치 분석법은 PL결함이미지, XRT결함이미지 또는 이들의 합성 이미지의 TED, TSD, BPD결함에 결함 위치정보를 부가시키는 단계가 더 포함될 수 있다.
또한, 비파괴분석법을 이용한 탄화규소 결정 결함위치 분석법을 수행하도록 코딩된 컴퓨터 프로그램을 포함할 수 있고, 비파괴 분석법을 이용한 탄화규소 결정 결함위치 분석법을 수행도록 코딩된 컴퓨터 프로그램이 내장된 비파괴분석법을 이용한 탄화규소 결정 결함위치 분석장치를 더 포함할 수 있다.
이하, 실시 예를 참조하여 본 발명에 대하여 구체적으로 살펴보기로 한다.
<실시 예1>
에피층 두께가 40um이고, 도핑농도가 8E14cm-3인 탄화규소 웨이퍼의 355nm, 25mW 레이저를 이용하여 측정 간격이 1um이고, 382±15 nm의 bandpass filter를 사용하여 광여기발광법(PL분석법)으로 탄화규소 결함을 분석한 결과를 도 4(a)에 도시되어있다. 동일 영역의 회절벡터 g=-1-128의 회절이미지를 x-선 필름에 얻은 결과가 도 4(b)에 도시되어 있다.
도 4(a)는 본 발명의 실시 예에 따른 PL분석을 이용한 탄화규소 결함의 분석결과를 나타낸 도면이고, 도 4(b)는 본 발명의 실시 예에 따른 XRT분석을 이용한 탄화규소 결함의 분석 결과를 나타낸 도면이다.
도 4(a)는 광여기발광법(PL분석법)에서 관찰되는 어두운 선과 원 형태는 에피층에 존재하는 결정 결함이고, 도 4(b)는 도4(a)에서 관찰되는 결함 외에도 다른 결함의 정보가 확인된다. PL결함이미지에서는 어둡게 관찰되고, XRT결함이미지에서는 밝게 관찰되는 원 형태 중 상대적으로 큰 크기가 TSD이며, 작은 크기가 TED이다. 선으로 관찰되는 결함은 BPD이다.
먼저 도 4(a)와 도 4(b)에서 A영역을 비교할 때, PL결함이미지와 XRT결함이미지에서 TSD,TED는 관찰되고(S500), BPD결함 끝에 TED 결함이 관찰되어(S800) BPD는 기판결함이고, TED,TSD는 에피층에 존재한다(S820).
또한, A영역은 XRT결함이미지에서 BPD 결함이 관찰되었으나, PL결함이미지에서 BPD결함이 관찰되지않고(S600), BPD결함 끝에 TED 결함이 관찰되어(S800) BPD는 기판결함이고, TED,TSD는 에피층에 존재하는 것으로 판단할 수 있다(S820).
그리고 B영역을 비교하면, PL결함이미지와 XRT결함이미지에서 BPD결함이 관찰되었고(S600), XRT결함이미지의 BPD와 연속선으로 존재하지않고 동일위치에 존재된다고 판단되어(S700) B영역의 BPD는 에피층의 결함으로 판단한다.(S720)
이와 같이 두 분석법의 상호 분석을 통해 결함의 종류뿐만 아니라 결함이 위치하는 곳의 정보를 파악할 수 있다.
<실시 예2>
에피층 두께가 12 um 이고 도핑농도가 7E15 cm-3인 탄화규소 웨이퍼의 355 nm, 25 mW 레이저를 이용하여 측정 간격이 5um이고, 382±15 nm 의 bandpass filter를 사용하여 광여기발광법으로 탄화규소 결함을 분석한 결과를 도 5(a)에 나타내었다. 동일 영역의 회절벡터 g=-1-128의 회절이미지를 x-선 필름에 얻은 결과가 도 5(b)에 나타나 있다.
도 5(a)는 다른 실시 예에 따른 PL분석을 이용한 탄화규소 결함의 분석 결과를 나타낸 도면이고, 도 5(b)는 다른 실시 예에 따른 XRT분석을 이용한 탄화규소 결함의 분석 결과를 나타낸 도면이다.
도 5(a) 광여기발광법(PL분석법)에서 관찰되는 어두운 선과 원 형태는 에피층에 존재하는 결정 결함이다. 도 5(b)에서는 도 5(a)에서 관찰되는 결함 외에도 다른 결함의 정보가 확인된다. PL결함이미지에서는 어둡게 관찰되고, XRT결함이미지에서는 밝게 관찰되는 원 형태 중 상대적으로 큰 크기가 TSD이며, 작은 크기가 TED이다. 선으로 관찰되는 결함은 BPD이다.
도 5(a)와 도 5(b)를 비교하면 도 5(a)에서는 A, B로 표시된 BPD 결함만 관찰되며, 도 5(b)에서는 A, B, C, D로 표시된 BPD 결함이 모두 관찰된다.
A, B로 표시된 BPD결함은 PL결함이미지에서 관찰되고(S600), A, B로 표시된 BPD결함에서 연속되는 선이 XRT결함이미지에서 존재하는지 확인하고(S700), 도 5(b)에서는 C, D로 표시된 BPD결함이 연속선이라고 판단한다. 그러므로, A, B, C, D로 표시된 BPD결함은 기판에서 에피층으로 전이된 BPD결함으로 판단된다(S740).
또한, E로 표시된 BPD결함은 PL결함이미지에서 관찰되지 않기 때문에(S600), E로 표시된 BPD 결함은 기판에 존재한다.(S620)
즉, A와 B결함은 도 5(b)의 D로 표시된 BPD 결함으로부터 기인한 것으로 에피층을 성장시키면서 C 결함과의 상호 작용으로 생성된 것이다. 소자의 성능 저하를 일으키는 에피층의 A와 B 결함은 기판에 존재하는 D결함의 기원이 존재하며, 에피층 성장 중 A, B, C결함이 생성된 것이다. 에피층 성장 조건에 따라 이들의 제어가 될 수는 있으나, 기판에 존재하는 D결함의 밀도는 에피층 성장 중 소자의 특성 저하를 일으키는 결함의 생성을 유발할 수 있다. 이와 같이 두 분석법의 상호 분석을 통해 결함의 종류뿐만 아니라 결함이 위치 정보를 파악할 수 있다.
도 5(a) 및 도 5(b)을 통해 파악된 결정 결함의 위치정보를 부가시킨 이미지는 도 6에 도시되어 있다. 먼저, A는 에피층에 존재하는 BPD (A-BPD), B는 에피층에 존재하는 half-loop array(B-BPD), C는 에피층과 기판 경계에 존재하는 interfacial dislocation이고(C-BPD), D는 기판에 존재하는 BPD(D-BPD)를 나타내었다.
D-BPD결함은 성장시 기판에서 에피층으로 전이되고, C-BPD결함은 성장도중 에피층으로 올라가지 않고 경계선에서 이어지는 결함을 보여주고 있다. 그리고 A-BPD결함은 에피층에서 step flow에 따라 생성되고, 에피층에서 더 성장할 면이 없는 B-BPD는 다시 에피층 경계면에서 결함을 생성한다.
탄화규소 기판의 품질은 에피층의 품질에 직접적인 영향을 미치고 탄화규소 전력반도체의 특성에 직접적인 영향을 주기 때문에, 상기와 같은 비파괴분석법을 이용한 탄화규소 결정 결함위치 분석법과 이를 포함하는 분석장치 및 컴퓨터 프로그램을 통해서 기판의 결함 정보를 파악하여 우수한 품질의 기판 및 전력반도체를 생성할 수 있다.
이상 본 발명의 설명을 위하여 도시된 도면은 본 발명이 구체화되는 하나의 실시예로서 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 요지가 실현되기 위하여 다양한 형태의 조합이 가능함을 알 수 있다.
따라서 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
Claims (5)
- 탄화규소의 결함 조사방법에 있어서,
PL(Photoluminescence)분석법으로 PL 결함이미지를 획득하는 단계;
XRT(X-ray topography)분석법으로 XRT 결함이미지를 획득하는 단계;
상기 PL결함이미지와 XRT 결함이미지를 비교 분석하고, PL결함이미지와 XRT 결함이미지에서 TED, TSD, BPD 결함을 분류하는 이미지 분석 단계;
TED, TSD 결함이 PL 결함이미지에 존재하는지 판단하는 T 단계;
상기 T 단계에서 TED, TSD 결함이 존재하지 않으면 기판의 TED, TSD 결함으로 판단하는 단계;
상기 T 단계에서 TED, TSD 결함이 존재하면, 에피층과 기판의 TED, TSD 결함으로 판단하는 단계;
BPD 결함이 PL 결함이미지에 존재하는지 판단하는 B1 단계;
상기 B1 단계에서 BPD 결함이 존재하지 않으면, 기판의 BPD 결함으로 판단하는 단계;
상기 B1 단계에서 BPD 결함이 존재하면, XRT 결함이미지의 BPD 결함과 연속선이 존재하는지 판단하는 B2 단계;
상기 B2 단계에서 연속하지 않으면 에피층의 BPD 결함으로 판단하는 단계;
상기 B2 단계에서 연속하는 선으로 존재하면 기판에서 에피층으로 전이된 BPD 결함으로 판단하는 단계;
를 포함하여 이루어져
탄화규소의 결함 위치를 판단할 수 있는 것을 특징으로 하는 비파괴분석법을 이용한 탄화규소 결정 결함위치 분석법. - 제1항에 있어서,
상기 비파괴분석법을 이용한 탄화규소 결정 결함위치 분석법은
상기 T 단계에서 TED, TSD 결함이 존재하는 경우, 또는 상기 B1 단계에서 BPD 결함이 존재하지 않는 경우,
XRT 결함이미지의 BPD 결함과 겹치는 PL 결함이미지의 TED, TSD 결함이 존재하는지 판단하는 B-T 단계;
상기 B-T 단계에서 TED, TSD 결함이 존재하면 기판의 BPD 결함이 에피층에서 TED, TSD 결함으로 전환되었음을 판단하고, 기판의 BPD 결함, 에피층의 TED, TSD 결함으로 판단하는 단계;
를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 비파괴분석법을 이용한 탄화규소 결정 결함위치 분석법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 비파괴분석법을 이용한 탄화규소 결정 결함위치 분석법은
상기 PL결함이미지, XRT 결함이미지 또는 이들의 합성 이미지의 TED, TSD, BPD 결함에 결함 위치정보를 부가시키는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 비파괴분석법을 이용한 탄화규소 결정 결함위치 분석법. - 제1항 또는 제2항의 비파괴분석법을 이용한 탄화규소 결정 결함위치 분석법을 수행하는 컴퓨터 프로그램.
- 제3항의 비파괴분석법을 이용한 탄화규소 결정 결함위치 분석법을 수행하는 컴퓨터 프로그램이 내장된 비파괴분석법을 이용한 탄화규소 결정 결함위치 분석장치.
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