KR970010659B1 - 반도체 소자의 불량분석 방법 - Google Patents

Abstract

내용없음

Description

반도체 소자의 불량분석 방법

제1도는 본 발명에 따른 일실시예의 공정 사시도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 시편웨이퍼 2 : 불량부위

3 : 보호막

본 발명은 반도체 소자의 불량분석 방법에 관한 것으로, 특히 불량부위를 관찰하면서 정확히 불량위치에서 평면관찰용 투과전자현미경(transmission electron microscope , TEM) 시편을 제작하여 불량을 분석하는 반도체 소자의 불량분석방법에 관한 것이다.

투과전자현미경은 반도체 소자의 초고집적화에 따른 측면치수 감소, 층두께의 지속적인 감소로 인해 유발되는 결정결함, 이물질, 계면결함 등을 분석하기 위한 분석장비로 필수적으로 사용된다.

종래의 평면 관찰용 시편 제작시 주로 이용되는 방법에는 다음의 두 가지를 들수 있다.

먼저, 아르곤이온(Ar⁺)을 시편의 표면에 경사지게 충돌시켜 전자가 투과되어 상을 형성할 수 있을 정도의 박막을 형성하는 방법이다.

그러나 상기 종래방법은 평면 투과전자현미경 시편의 특정영역에 박막을 형성시킬 확률이 극히 적으며, 특히 소자의 고집적화로 인해 결함부위의 크기가 1마이크로미터 이하로 감소될 경우 더욱 심각하여 많은 시행착오를 거쳐야 시편을 제작할 수 있는 문제점이 있다.

다른 한 가지 방법은 갈륨이온빔에 의한 평면 투과전자현미경 시편을 제작하는 방법이 있는데, 이 경우 시편절단시 주로 다이아몬드 절단기를 이용함으로써 웨이퍼 두께인 700마이크로미터 이하로 시편폭을 감소시킬 수 없어 연마(milling) 시간이 종래의 단면관찰용 시편분석 방법보다 많은 소요되어 분석시간을 지연시키는 문제점과 갈륨 이온빔에 의한 연마시 시편 박막부위의 최상층이 갈륨이온빔에 의해 손상되어 관찰이 어려위지는 등의 문제점이 따랐다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 반도체 소자의 불량분석시 불량분석부위의 정확한 위치에서 평면관찰용 투과전자현미경 시편을 제작하여 신속하고 정확한 불량원인 파악을 가능게하는 반도체 소자의 불량분석 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 투과전자현미경(transmission electron microscope, TEM)을 이용한 반도체 소자의 불량분석 방법에 있어서, 불량부위에 표식하는 단계; 불량부위에 근접하도록 시편을 벽개(cleaving)하는 단계; 불량부위를 포함하는 소정크기로 시편을 절단하는 단계 불량부위를 제외한 부위를 연마하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상술한다.

제1A도 내지 제1G도는 본 발명에 따른 평면 관찰용 투과전자현미경 시편 제작공정을 도시한 것이다.

먼저, 제1A도는 웨이퍼나 칩 상태의 시편(1)에서 불량위치를 이온빔 집속장치의 2차전자상을 이용하여 찾은 후 불량부위(2) 주위를 갈륨이온을 이용하여 약간의 식각으로 표식한 상태의 사시도이다.

제1B도는 다이아몬드 펜슬을 이용하여 분석하고자 하는 불량부위에 4 내지 5마이크로미터 이내로 근접하도록 시편을 벽개(cleaving)한 상태의 사시도이다.

제1C도는 상기 단계에서 다이아몬드 펜슬에 의해 절단된 부위에서 분석부위를 포함하여 시편의 폭이 200 내지 300마이크로미터가 되도록 다이아몬드 절단기(cuttor)로 절단한 상태의 사시도이다.

제1D도는 대개 700마이크로미터인 웨이퍼 두께를 감소시키기 위해 웨이퍼 뒷면부터 연마하여 200마이크로미터 정도가 남기고 연마한 상태의 사시도이다. 연마시 초기엔 700마이크로미터 입자크기의 사포로 연마하다가 300마이크로미터의 사포로 미세하게 연마한다.

제1E도는 분석부위의 상층부가 갈륨이온에서 의해 손상되는 것을 방지하기 위한 보호막(3)으로 W(Co)₆가스원을 이용한 텅스텐 중착막을 2000Å 두께로 시편의 상충부에 형성한 상태의 사시도이다.

제1F도는 불량분석부위를 포함한 박막만 남기고 투과전자현미경 상에서 전자가 투과될 수 있도록 시편 양쪽의 문턱을 갈륨이 온빔을 이용하여 4 내지 5마이크로미터 정도의 깊이로 식각한 상태의 시시도로 제1E도의 도면에서 식각후 90°회전시킨 상태의 도면이다. 이때, 식각 갈륨이온빔 전류는 관찰하고자 하는 부위에서 멀리 떨어진 부분에서는 약 4800pA의 강한 전류로 빠른 속도로 식각하다가 관찰부위 가까이 갈수록 빔전류를 1500pA, 420pA로 감소시켜 최종 평면 투과전자현미경 시편 박막 형성시에는 110pA의 낮은 전류로 박막 양쪽면을 정밀 식각한다.

제1G도는 식각된 박막의 투과전자현미경 장비에서 관찰가능토록 90。회전시킨 상태의 사시도이다.

상기 단계를 진행하여 형성된 시편 상부에 전자빔을 투과시킨후 불량을 관찰, 분석한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 이온빔에 의한 2차전자상으로 불량부위를 관찰하면서 투과전자현미경 시편을 제작하므로 불량을 정확히 분석할 수 있다.

둘째, 시편 최상부에 보호함을 형성함으로써 종래의 이온빔에 의한 투과전자현미경 시편제작시의 문제점인 상층부 손상을 방지하고, 수직하고 균일한 두께의 시편을 제작할 수 있다.

세째, 불량부위를 포함하는 소정크기로 시편을 절단한 후 웨이퍼 뒷면을 연마함으로써 시편제작시간을 단축시키는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (7)

1. 투과전자현미경(transmission electron microscope, TEM)을 이용한 반도체 소자의 불량분석 방법에 있어서, 불량부위에 표식하는 단계; 불량부위에 근접하도록 시편을 벽개(cleaving)하는 단계; 불량부위를 포함하는 소정크기로 시편을 질단하는 단계; 불량부위를 제외한 부위를 연마하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 불량분석 방법.
2. 제1항에 있어서, 불량부위 표식 및 연마는 이온 빔을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 불량분석 방법.
3. 제1항에 있어서, 불량부위를 포함한 시편의 절단후, 시편의 두께 감소를 위한 연마 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 불량분석 방법.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 연마시 박막의 최상층 보호를 위한 보호막 증착 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 불량분석 방법.
5. 제1항에 있어서, 불량부위에 근접하도록 시편 벽개시 근접거리는 4 내지 5마이크로미터 이내, 불량부위를 제외한 부위의 연마시 연마깊이는 4 내지 5마이크로미터인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 불량분석방법.
6. 제3항에 있어서, 시편의 두께 감소를 위한 연마시 입자크기가 700마이크로미터, 300마이크로미터인 사포로 순차적으로 연마하여 시편의 두께가 l00 내지 300마이크로미터가 될때까지 연마하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 불량분석 방법.
7. 제4항에 있어서, 보호막은 텅스텐(W)막인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 불량분석 방법.