KR0180799B1 - 실리콘 웨이퍼 내부 결함의 측정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실리콘 웨이퍼 내부에 형성된 결함을 효과적으로 검출할 수 있는 방법으로서, 열처리된 실리콘 웨이퍼를 절단한 후, 라이트 용액으로 결함부위 염색 에칭을 하여 결함부위를 염색시킨 후, 광학 현미경으로 염색된 결함부위의 수를 단위 면적당으로 세어 결함 밀도를 관찰하는 실리콘 웨이퍼 내부 결함 밀도의 측정 방법에 있어서, 절단된 실리콘 웨이퍼를 질산, 초산, 및 불산으로 이루어진 산 혼합물중에 침적시켜 절단된 실리콘 웨이퍼의 양 표면을 소정의 두께로 표면 식각한 후, 순수로 세척하고, 이어서 결함부위 에칭 염색을 행하여, 염색된 결함부위를 광학 현미경으로 관찰하는 것으로 이루어지는 것을 제공한다.

Description

실리콘 웨이퍼 내부 결함의 측정 방법

제1도는 실리콘 웨이퍼의 절단면에서 관찰되는 실리콘 웨이퍼의 결함부위를 나타낸 광학 현미경도.

제2도는 본 발명에서와 같이 실리콘 웨이퍼를 절단한 후, 소정의 에칭 화합물에 침적시켜 절단면의 양면으로부터 약 150μm를 식각한 후 라이트 에칭액(wright solution)으로 에칭함으로서 드러난 결함부위를 광학 현미경으로 관찰한 광학현미경도.

제3도는 실리콘 웨이퍼중의 산소석출물 농도와 내부 결함 밀도와의 관계를 나타낸 그래프도.

[산업상 이용분야]

본 발명은 실리콘 웨이퍼의 내부 결함을 검출하기 위한 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실리콘 웨이퍼내에 포함될 수 있는 금속 불순물을 반도체 소자가 없는 내부로 제거시키고(gettering) 실리콘 웨이퍼의 기계적 강도에 영향을 미칠 수 있는 실리콘 웨이퍼 내부에 형성된 결함을 효과적으로 검출할 수 있는 방법에 관한 것이다.

[종래 기술]

반도체 소자의 제조시에 기판으로 주로 사용되는 실리콘 웨이퍼는 일반적으로 고순도 다결정 실리콘 봉을 제조한 후, 쵸그랄스키 결정성장법 또는 플로트 존 결정성장법에 따라 단결정 실리콘 봉을 생산하고, 이를 얇게 절단하고, 웨이퍼의 일면을 경면(境面)연마(polishing)하고, 세정한 후 최종 검사하여 제조된다.

현재 고집적 회로 디바이스(device)의 집적도가 증가됨에 따라 디바이스가 위치하는 표면의 활성 영역에 결함과 오염이 없는 완전한 디누드 존(denuded zone)의 형성과 웨이퍼 내부의 균일한 결함의 형성이 요구되고 있다. 특히 디바이스 제조 과정에서 열에 의해 유기되는 웨이퍼 내부의 결함은 디바이스의 전기적 특성에 치명적인 영향을 미치는 금속 불순물을 제거(gettering)하는 유익한 영향을 나타낼 뿐만 아니라 웨이퍼의 강도에도 중요한 영향을 미치기 때문에 웨이퍼 내부에 존재하는 결함의 밀도와 종류를 정확하게 평가하는 기술은 상당히 중요하다.

지금까지 실리콘 웨이퍼 내부의 결함 측정 기술은 열처리된 웨이퍼를 깨끗하게 절단하거나 엥글 폴리싱(angle polishing)한 다음 라이트 에칭액으로 결함을 염색 에칭하여 광학 현미경으로 염색된 결함부위를 관찰하는 방법으로 행하여지고 있다.

그러나 실리콘 웨이퍼의 절단면으로부터 단순히 라이트 에칭하여 나타난 결함의 밀도를 측정하는 방법은 간단하게 시행할 수 있는 장점이 있는 반면, 측정되는 부위가 전 표면부터 후 표면까지 너무 넓게 측정되어 웨이퍼 부의 깊이별 결함의 밀도 측정이 불가능하다는 문제점이 있으며, 실리콘 웨이퍼 표면을 수평면에 대하여 10 내지 15°로 경사지게 절단하여 경사면의 결함의 밀도를 측정하는 방법으로 행하여지는 소위 엥글 폴리싱 방법 역시 절단면 영역 근처에서의 결함 밀도의 측정이 가능하지만 실리콘 웨이퍼 내부의 깊은 부분의 결함 밀도 측정이 곤란한 문제점이 있다.

[본 발명이 해결하려 하는 과제]

본 발명은 상기와 같은 종래의 실리콘 웨이퍼 결함 밀도 측정 방법들의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 실리콘 웨이퍼 내부에 존재하는 결함의 밀도를 용이하게 검출하기 위한 방법을 제공하기 위한 목적을 갖는다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 열처리된 실리콘 웨이퍼를 절단한 후, 라이트 용액으로 결함부위 염색 에칭을 하여 결함부위를 염색시킨 후, 광학 현미경으로 염색된 결함부위의 수를 단위 면적당으로 세어 결함 밀도를 관찰하는 실리콘 웨이퍼 내부 결함 밀도의 측정방법에 있어서, 절단 실리콘 웨이퍼를 질산, 초산, 및 불산으로 이루어진 산 혼합물중에 침적시켜 절단된 실리콘 웨이퍼의 양 표면을 소정의 두께로 표면 식각한 후, 순수로 세척하고, 이어서 결함부위 에칭 염색을 행하여, 염색된 결함부위를 광학 현미경으로 관찰하는 것으로 이루어지는 것을 제공한다.

상기한 본 발명에 있어서, 본 발명은 실리콘 웨이퍼의 절단 형태를 실리콘 웨이퍼의 종축에 대하여 직각의 수평면, 또는 종축의 수평면에 대하여 10° 내지 15° 경사지게 할 수 있는 것을 제공한다. 또한, 본 발명은, 질산, 초산, 및 불산으로 이루어진 산 혼합물에 의한 표면 식각의 두께를 100 내지 200μm, 보다 바람직하게는 150μm로 하는 것을 제공한다. 또한, 본 발명은 질산, 초산, 및 불산으로 이루어진 산 혼합물의 구성을 70% 순도의 질산, 99.9% 순도의 초산, 및 49% 순도의 불산으로하여 이들의 혼합비를 각각 55% 내지 60%, 15% 내지 20%, 및 20% 내지 30%로 구성하는 것을 제공한다. 또한, 본 발명은, 상기한 산 혼합물에 의한 표면 식각 속도를 분당 7μm 내지 15μm, 보다 바람직하게는 10μm로 하는 것을 제공한다.

[본 발명의 실시예]

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재하고 제1도 내지 제3도를 참조하여 설명한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

통상의 방법에 따라 제조되고 열처리된 실리콘 웨이퍼를 2mm 두께로 절단한 후, 70% 순도의 질산, 99.9% 순도의 초산, 및 49% 순도의 불산을 각각 57%, 18% 및 25% 내지 30%로 구성한 산 혼합물에 15분간 침적시켜 절단면의 양면을 절단 표면으로부터 150μm씩 식각한 후, 순수로 세척하고 건조시킨 후, 라이트 용액에 5분간 침적시켜 결함 염색 에칭을 실시한 후, 광학 현미경으로 염색된 결함을 관찰하고, 이를 사진으로 찍어 제2도에 나타내었다. 또한, 열처리하는 동안 웨이퍼 내부에 생성된 산소석출정도에 따른 내부 150μm 깊이에서의 결함을 상기한 방법과 동일하게 측정하여 그 결과를 제3도에 나타내었다.

[비교예]

통상의 방법에 따라 제조되고 열처리된 실리콘 웨이퍼를 2mm 두께로 절단한 후, 순수로 절단면을 세척한 후, 건조시키고, 라이트 용액에 5분간 침적시켜 결함 염색 에칭을 실시한 후, 광학 현미경으로 염색된 결함을 관찰하고, 이를 사진으로 찍어 제1도에 나타내었다.

제2도에서 보듯이 실시예에 따라 측정된 표면으로부터 150μm의 깊이에 존재하고 있는 내부 결함은 제1도에 나타난 절단면 표면에 형성된 결함과는 그 분포, 밀도 및 양상에 있어 전혀 다른 형태를 보이고 있음을 알 수 있다. 이는 본 발명에 따른 방법에 의하여 실리콘 내부의 결함을 효율적으로 관찰할 수 있다는 것을 직접적으로 시사하여 준다는 것을 의미한다.

본 발명의 결과에 의하여 실리콘 웨이퍼의 내부 결함의 밀도를 깊이 별로 용이하게 관찰할 수 있으므로, 이에 의하여 실리콘 웨이퍼의 일정한 품질 관리가 용이하게 되었다. 그 일례로, 본 발명에서는 실리콘 웨이퍼의 열처리 가공중에 생성되는 산소석출량과 내부 결함과의 상관관계에 대한 결과를 제시한다. 제3도는 본 발명의 방법에 의하여 관찰된 150μm 깊이에 형성된 내부 결함의 밀도를 산소석출량에 대하여 나타낸 그래프도이다. 이 결과에서 보듯이 산소석출량이 2ppma까지는 내부 결함의 밀도는 비례적으로 증가하지만 2ppma를 넘게되면 증가속도가 점차로 감소하다가 8ppma에 이르러서는 포화되는 이른바 쌍곡선(hyperbolic) 모양을 나타낸다. 이의 관계식으로부터 실리콘 웨이퍼의 가공 조건을 적절히 변경시켜 줌으로서, 실리콘 웨이퍼 내부에 형성되는 결함의 밀도를 원하는 정도로 일정하게 유지할 수 있는 것이 가능하다.

[효과]

본 발명의 결과에 의하여 실리콘 웨이퍼의 내부 결함의 밀도를 깊이 별로 용이하게 관찰할 수 있으므로, 이에 의하여 실리콘 웨이퍼의 일정한 품질관리가 용이하게 되었다. 그 일례로, 본 발명에서는, 실리콘 웨이퍼의 열처리 가공중에 생성되는 산소석출량과 내부 결함과의 상관관계에 대한 결과를 제시한다. 제3도는 본 발명의 방법에 의하여 관찰된 150μm 깊이에 형성된 내부 결함의 밀도를 산소석출량에 대하여 나타낸 그래프도이다. 이 결과에서 보듯이 산소석출량이 2ppma까지는 내부 결함의 밀도는 비례적으로 증가하지만 2ppma를 넘게되면 증가속도가 점차로 감소하다가 8ppma에 이르러서는 포화되는 이른바 쌍곡선(hyperbolic) 모양을 나타낸다. 이의 관계식으로부터 실리콘 웨이퍼의 가공 조건을 적절히 변경시켜 줌으로서, 실리콘 웨이퍼 내부에 형성되는 결함의 밀도를 원하는 정도로 일정하게 유지할 수 있는 것이 가능하다.

Claims (5)

1. 열처리된 실리콘 웨이퍼를 절단한 후, 라이트 용액으로 결함부위 염색 에칭을 하여 결함부위를 염색시킨 후, 광학 현미경으로 염색된 결함부위의 수를 단위 면적당으로 세어 결함 밀도를 관찰하는 실리콘 웨이퍼 내부 결함 밀도의 측정 방법에 있어서, 절단된 실리콘 웨이퍼를 질산, 초산, 및 불산으로 이루어진 산 혼합물중에 침적시켜 절단된 실리콘 웨이퍼의 양 표면을 소정의 두께로 표면 식각한 후, 순수로 세척하고, 이어서 결함부위 에칭 염색을 행하여, 염색된 결함부위를 광학 현미경으로 관찰하는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 내부 결함 측정 방법.
2. 제1항에 있어서, 실리콘 웨이퍼의 절단 형태를 실리콘 웨이퍼의 종축에 대하여 직각의 수평면, 또는 종축의 수평면에 대하여 10° 내지 15° 경사지게 함을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 질산, 초산, 및 불산으로 이루어진 산 혼합물에 의한 표면 식각의 깊이를 절단 표면으로부터 100 내지 200μm로 함을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 질산, 초산, 및 불산으로 이루어진 산 혼합물의 구성을 70% 순도의 질산, 99.9% 순도의 초산, 및 49% 순도의 불산으로하여 이들의 혼합비를 각각 55% 내지 60%, 15% 내지 20%, 및 20% 내지 30%로 구성하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 산 혼합물에 의한 표면 식각 속도를 분당 7μm 내지 15μm으로 하는 것을 특징으로 하는 방법.