KR20000037745A

KR20000037745A - Cu데코레이션법에 의한 실리콘 웨이퍼의 공동 결함 측정 방법

Info

Publication number: KR20000037745A
Application number: KR1019980052481A
Authority: KR
Inventors: 황돈하
Original assignee: 이창세; 주식회사 실트론
Priority date: 1998-12-02
Filing date: 1998-12-02
Publication date: 2000-07-05

Abstract

본 발명은 웨이퍼의 공동 형태(vacancy type)의 결함을 측정하는 방법에 관한 것으로, 전압 8-10 MV/cm가 가해진 Cu 데코레이션(decoration)법을 사용하여 반도체 소자의 기판으로 사용되는 실리콘 웨이퍼의 공동 형태의 결함을 측정하는 방법으로서, 본 발명의 웨이퍼 결함 측정 방법을 사용하면 환경을 오염시키는 약품을 사용하지 않고 단시간 내에 웨이퍼에 존재하는 공동 형태의 결함을 저비용으로 정확하게 분석하여 웨이퍼 결정 성장 기술을 향상시키고 디바이스 수율을 증가시킬 수 있다.

Description

Ｃｕ 데코레이션법에 의한 실리콘 웨이퍼의 공동 결함 측정 방법

본 발명은 실리콘 웨이퍼의 공동 결함을 측정하기 위한 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 결정 성장 및 웨이퍼 가공 처리 단계에서 형성된 공동 결함을 Cu 데코레이션법으로 효과적으로 측정할 수 방법에 관한 것이다.

반도체 소자의 제조시에 기판으로 주로 사용되는 실리콘 웨이퍼는 일반적으로 고순도의 다결정 실리콘 봉을 제조한 후, 쵸크랄스키(Czochralski) 결정 성장법 또는 플로트 존(Float zone) 결정 성장법에 따라 단결정 실리콘 봉을 생산하고, 이를 얇게 절단하고, 웨이퍼 일면을 경면(境面) 연마(polishing)하고 세정하여 제조된다. 현재 고집적 회로 디바이스(device)의 집적도가 증가함에 따라 디바이스가 위치하는 표면의 활성 영역에 결함과 오염이 없는 완전한 디누드 존(denuded zone)의 형성과 웨이퍼 내부의 균일한 결함의 형성이 요구되고 있다. 특히 쵸크랄스키 결정 성장법에 의해 실리콘 단결정봉을 성장시킬 때, 단결정봉은 단결정 성장로 내에서 일정한 온도까지 냉각 과정을 거치게 된다. 이러한 냉각 과정 중에서 단결정봉은 성장 조건에 따라 단결정봉의 반경 방향으로 냉각 이력의 차이가 발생하고 이에 따라 결함의 분포가 반경 방향으로 특정한 영역에서 발생되고 있다. 반도체 제조 공정 중 산화막 결함은 반도체 수율 결정의 중요한 요소인데, 특히 웨이퍼 내에 존재하는 공동 형태의 결함은 산화막 결함 발생의 주요 원인이기 때문에 단결정봉의 성장 및 냉각 과정에서 발생하는 공동 형태의 결함들이 많이 발생하는 영역을 정확하고 경제적으로 측정하는 방법은 매우 중요하다.

종래의 쵸크랄스키법에 의해 성장된 단결정봉 내의 공동 형태의 결함들이 많이 존재하는 영역을 측정하는 방법에는 웨이퍼를 열처리 후 X-선 해부 방법을 이용하는 방법이 있으나, 이 방법은 웨이퍼 샘플 제조시 X-선 특성에 맞는 방향성을 고려한 샘플을 제작해야하는 어려움과 측정에 장시간을 필요로 한다는 문제점이 있다. 또한 종래의 폴리싱된 웨이퍼를 세코(Secco) 에칭액을 이용하여 에칭 후, 광학 현미경 하에서 플로우 패턴 결함(Flow Pattern Defect)라는 결함을 측정하는 방법이 있으나, 이 방법은 정확한 공동 결함 영역을 측정할 수 없을 뿐만 아니라, 독성이 강한 크롬산을 사용하여 인체에 유해하고 폐수 처리에 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, Cu 데코레이션법을 사용하여 공동 형태의 웨이퍼 결함을 저비용으로 정확하게 분석하는 방법을 제공하는 것이다.

도1은 Cu 데코레이션의 장치도.

도2는 Cu 데코레이션법에 의한 공동 형태 결함 영역의 단면도.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 Cu 데코레이션법으로 공동 형태의 웨이퍼 결함을 정확하게 분석하는 방법을 제공한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따라 저비용으로 정확하게 실리콘 웨이퍼에 존재하는 공동 형태의 결함을 측정하기 위하여, 먼저 쵸크랄스키 결정 성장법으로 실리콘 단결정봉을 성장시킨다. 다결정 실리콘 덩어리를 도펀트와 함께 흑연로에 넣고, 약 1425 ℃에서 용융시킨 후 (111)이나 (100)의 시드 크리스탈(Seed Crystal)이 녹은 표면에 접촉시킨 다음 서서히 끌어 올린다. 이 경우 시드 크리스탈과 용융된 실리콘 사이의 표면 장력에 의해 작은 양의 액체가 올라와서 냉각되고, 냉각되는 동안 녹아 있던 원자는 스스로 시드 크리스탈과 같은 격자 구조로 배열된다. 성장된 단결정봉을 얇게 절단하고, 웨이퍼 일면을 경면 연마하고 통상의 물리적 및 화학적인 최종 세척 공정(Final Cleaning System, FCS)을 수행하여 웨이퍼 샘플을 준비한다.

상기 준비된 웨이퍼 샘플 상에 웨이퍼의 전기적 특성 점검(check)용 디바이스 패턴을 형성시킨다. 이것은 일반적으로 웨이퍼 상에 50-100 nm 두께의 옥사이드를 형성하고 그 위에 폴리실리콘 또는 금속(Al 또는 Ti 등)을 이용하여 디바이스 패턴을 형성함으로써 웨이퍼 샘플의 항복 전압을 측정하는 경우에 프로브(probe)의 접촉 포인트를 형성시키는 역할을 한다. 실리콘에 대한 전기적인 접촉부의 형성은 디바이스 공정의 최종 단계로서 디바이스의 수율이나 신뢰성 또는 특성 등을 정하는데 중요한 역할을 한다.

옥사이드가 성장된 웨이퍼 샘플의 공동 형태의 결함을 측정하기 위해서 Cu 데코레이션을 수행하여야 하는데, 이를 위하여 웨이퍼 샘플의 뒷면(backside)에 전기를 인가할 수 있도록 하기 위하여 웨이퍼 샘플 뒷면의 옥사이드 층(layer)을 40-60%의 불화 수소를 사용하여 제거한 후 이온 교환수인 순수를 사용하여 웨이퍼 샘플을 세정한다. 뒷면의 옥사이드 층이 제거된 웨이퍼 샘플을 도1에 도시한 Cu 데코레이션 장치에 장착하고 전해액으로 메탄올을 사용하여 Cu 데코레이션을 수행한다. 메탄올은 Cu 이온에 대한 용해성이 우수하기 때문에 통상적으로 Cu 데코레이션을 수행하는 경우에 전해액으로 사용된다. 도1에서 보는 바와 같이 Cu 플레이트(음극)를 설치한 테프론 조에 뒷면 옥사이드가 제거된 웨이퍼를 넣고, 웨이퍼 표면과 약 5 mm 정도의 간격을 유지하여 웨이퍼 상부에 Cu 플레이트(양극)를 설치한 후, 메탄올을 Cu 플레이트(양극)가 잠기도록 붓는다. 양극 및 음극의 Cu 플레이트의 전압이 옥사이드 막에 8-10 MV/cm가 걸리도록 직류 전원을 인가한 후, 10-30 분에 걸쳐서 웨이퍼 샘플의 Cu 데코레이션을 수행한다. 이 경우 Cu 플레이트에 가해진 전압이 8 MV/cm 보다 작으면 공동 형태의 결함 밀도 변화가 심하기 때문에 웨이퍼 샘플의 Cu 데코레이션이 충분히 일어나지 않으므로 Cu 플레이트에 인가되는 전압은 8 MV/cm 이상인 것이 바람직하다. Cu 플레이트에 가해진 전압이 10 MV/cm 이상이면 공동 형태의 결함 밀도 변화가 매우 작으므로 경제적인 측면에서 10 MV/cm 이하의 전압을 가해주는 것이 바람직하다. Cu 데코레이션이 완료된 후 순수를 사용하여 웨이퍼 샘플을 세정하고 자연 건조시킨 후, 공동 형태의 결함 영역의 형상을 관찰 및 분석함으로써 본 발명은 웨이퍼의 전기적 특성에 영향을 미치는 결정 결함을 경제적이고 정밀하게 분석할 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

다결정 실리콘 봉을 제조한 후, 조건을 달리하여 쵸크랄스키법으로 단결정 실리콘 봉을 생산하고, 이를 얇게 절단한 후 웨이퍼 일면을 경면 폴리싱하고 FCS를 수행하여 웨이퍼 샘플을 제조하고 제조된 웨이퍼 샘플에 두께 70 nm의 옥사이드를 형성시킨 후, 50% 불화 수소를 이용하여 웨이퍼 샘플의 뒷면에 형성되어 있는 옥사이드를 제거한 후 순수를 이용하여 세정하였다. 세정된 웨이퍼 샘플을 Cu 데코레이션 장치에 설치하고 메탄올을 전해액으로 사용하여 Cu 플레이트 전극이 완전하게 잠기도록 하고 양단의 전극에 직류 9 MV/cm 전압을 가하여 20분 동안 웨이퍼 샘플의 Cu 데코레이션을 수행하였다. Cu 데코레이션이 완료된 웨이퍼 샘플을 순수로 세정하고 공동 형태의 결함을 관찰하고 분석하였다. 웨이퍼 샘플의 Cu 데코레이션에 대한 분석 결과를 도2에 나타내었다.

실시예 2

조건을 달리하여 결정 성장시킨 웨이퍼 샘플에 대하여 실시예 1과 동일한 방법으로 웨이퍼 샘플의 Cu 데코레이션을 수행하고 공동 형태의 결함을 관찰하고 분석하였다. 웨이퍼 샘플의 Cu 데코레이션에 대한 분석 결과를 도2에 나타내었다. 도2에서 반점은 공동 형태의 결함을 나타내고, 반점이 많은 영역은 공동 결함 영역이다.

상기에 기술한 바와 같이 본 발명은 Cu 데코레이션법을 사용하여 웨이퍼의 공동 형태의 결함을 경제적이고 정확하게 분석할 수 있다.

본 발명은 Cu 데코레이션법을 사용하여 실리콘 웨이퍼의 공동 형태의 결함을 분석함으로써 반도체 수율에 중요한 영향을 미치는 실리콘 웨이퍼 내에 존재하는 공동 형태의 결함을 경제적이고 정확하게 분석하여 실리콘 결정 성장 기술을 향상시키고 디바이스 수율을 증가시킬 수 있다.

Claims

8-10 MV/cm의 전압 하에서 메탄올을 전해액으로 하여 Cu 데코레이션법에 의해 실리콘 웨이퍼의 공동 형태의 결함을 측정하는 방법.