KR100620725B1 - 반도체 절연막의 도펀트 농도 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 반도체 절연막의 도펀트 농도 측정방법은, 실리콘 웨이퍼 위에 도펀트가 첨가된 반도체 절연막을 X선이 투과할 수 있는 두께로 여러 번 증착한 후, 상기 증착된 반도체 절연막의 도펀트 농도를 X선 형광 분석방법(X-RF)을 이용하여 측정하는 것을 특징으로 한다. 여기서 실리콘 웨이퍼 위에 반도체 절연막을 한번 증착했을 때, 그 반도체 절연막의 두께는 1500Å 이하가 되는 것이 바람직하고, 그 반도체 절연막의 두께가 1000Å이 되는 것이 더욱 바람직하다. 또한 실리콘 웨이퍼 위에 반도체 절연막의 증착을 완료했을 때, 그 반도체 절연막의 두께는 3000Å 내지 5000Å이 되도록 한다. 그리고 실리콘 웨이퍼 위에 증착되는 반도체 절연막은 BPSG 박막 또는 PSG 박막이고, 반도체 절연막에 첨가되는 도펀트는 보론(bron: B) 또는 인(phosphorus: P)이 된다.

따라서 본 발명에 따르면, 반도체 절연막의 최하단에 위치하는 레이어의 도펀트에 대해서도 정확하게 그 농도를 측정할 수 있고, 또한 초기 레이어(initial layer)와 그 이후에 형성된 노말 레이어(normal layer)를 구분하여 분석함으로서, 근본적인 원인을 보다 빨리 찾아내는 데 효과적이다.

절연막, 도펀트, X선 형광 분석방법(X-RF)

Description

반도체 절연막의 도펀트 농도 측정방법{Method for Measuring Concentration of Dopant in Semiconductor Dielectric}

도 1은 종래 기술에 따른 반도체 절연막의 도펀트 농도 측정방법을 나타내는 공정 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 반도체 절연막의 도펀트 농도 측정방법을 나타내는 공정 단면도.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

10 : 실리콘 웨이퍼 20 : BPSG 박막

22 : 박막의 초기 레이어 24 : 박막의 노말 레이어

100 : 실리콘 웨이퍼 200 : 반도체 절연막

220 : 반도체 절연막을 구성하는 박막 222 : 박막의 초기 레이어

224 : 박막의 노말 레이어

본 발명은 반도체 절연막의 도펀트 농도 측정방법에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 반도체 절연막 중 도펀트를 첨가한 BPSG 나 PSG 박막에 대해 X선 형 광 분석방법(X-RF)을 이용하여 도펀트의 농도를 정확히 측정할 수 있는 반도체 절연막의 도펀트 농도 측정방법에 관한 것이다.

램(RAM) 등의 반도체 제품 제조 공정에서는 여러 가지 구조물들로 인해 단차(굴곡)가 생기게 되고, 이러한 웨이퍼의 표면을 평탄화시키기 위해 유동성 글라스(flowable glass)를 사용한다. 대표적인 유동성 글라스로는 PSG(Phosphosilicate class) 및 BPSG(borophospho glass)를 들 수 있는데, 이러한 BPSG 박막 또는 PSG 박막의 유동성은 그 첨가된 도펀트(dopant), 예를 들면 보론(bron: B) 및 인(phosphorus: P)의 농도에 의존하므로, 우수한 평탄화를 얻기 위하여는 첨가된 도펀트의 농도를 정확히 측정하는 것이 중요하다.

일반적으로 BPSG 박막 및 PSG 박막에 첨가된 도펀트의 농도를 측정하기 위해, X선 형광 분석방법(X-RF: X-ray Fluorescence), SIMS(Secondary Ion Mass Spectroscopy) 등의 측정설비가 사용되고 있다. 그러나 SIMS의 경우 매질과 표면 상태에 극히 민감하고 본질적으로 파괴적인 분석방법이라는 문제점이 있으므로, X선 형광 분석방법(X-RF)이 보다 많이 사용된다.

종래의 반도체 절연막(예를 들면, BPSG 박막 또는 PSG 박막)에 첨가된 도펀트(예를 들면, 보론 및 인) 농도를 측정하는 방법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(10) 위에 도펀트(dopant)가 첨가된 박막(20)을 5000Å 정도 증착한 후, X선 형광 분석방법(X-RF)을 이용하여 보론(B) 및 인(P) 등의 도펀트 농도를 측정하는 방법을 사용해 왔다. 그러나 이때 X선(X-ray)의 투과 능력은 1500Å 정도 이기 때문에, BPSG 박막의 초기 레이어(initial layer)(22), 즉 실리콘 웨이퍼(10) 위에 최초로 증착되어 BPSG 박막(20)의 최하단을 형성하는 레이어(layer)의 도펀트가 불안정하게 조성될 경우, 이를 감지 하지 못해 불량을 초래할 수 있다.

따라서 종래 기술에 따른 도펀트 농도 측정방법에 의해, BPSG 박막, PSG 박막 등과 같은 도펀트를 첨가한 반도체 절연막의 도펀트 농도를 X선 형광 분석방법(X-RF)을 이용하여 측정하면, X선(X-ray)의 특성상 일정 두께 이상의 레이어(layer)에 대해서는 정확한 도펀트의 첨가 정도를 확인할 수 없다는 문제점이 있다.

또한 BPSG 박막과 PSG 박막의 초기 레이어(initial layer)의 증착이 불안정한 경우, 후속 공정으로 콘택(contact)을 식각할 때 정확한 식각 타겟(etch target)을 얻을 수 없어서 불량을 유발할 수 있는데, 기존의 X선 형광 분석방법(X-RF)으로는 초기 레이어(initial layer)의 도펀트 상태를 정확히 측정할 수 없으므로 위와 같은 불량을 사전에 예방할 수 없다.

본 발명의 목적은 BPSG 박막, PSG 박막 등과 같은 도펀트를 첨가한 반도체 절연막의 초기 레이어(initial layer)에 대한 정확한 도펀트 농도를 X선 형광 분석방법(X-RF)을 이용하여 측정하기 위한 것이다.

본 발명에 따른 반도체 절연막의 도펀트 농도 측정방법은, 실리콘 웨이퍼 위에 도펀트가 첨가된 반도체 절연막을 여러 번에 걸쳐서 X선이 투과할 수 있는 두께를 갖는 다수의 박막 층으로 증착한 후, 상기 증착된 반도체 절연막 중 최상단의 박막 층의 도펀트 농도를 X선 형광 분석방법(X-RF)을 이용하여 측정하는 것을 특징으로 한다.

여기서 실리콘 웨이퍼 위에 증착된 반도체 절연막을 구성하는 각 박막층의 두께는 1500Å 이하가 되는 것이 바람직하고, 그 박막의 두께가 1000Å이 되는 것이 더욱 바람직하다. 또한 실리콘 웨이퍼 위에 반도체 절연막의 증착을 완료했을 때, 그 반도체 절연막의 총 두께는 3000Å 내지 5000Å이 되도록 한다. 그리고 실리콘 웨이퍼 위에 증착되는 반도체 절연막은 BPSG 박막 또는 PSG 박막이고, 반도체 절연막에 첨가되는 도펀트는 보론(bron: B) 또는 인(phosphorus: P)이 된다.

구현예

이하 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반도체 절연막의 도펀트 농도 측정방법 에 대해 살펴본다.

본 발명에 따른 반도체 절연막의 도펀트 농도 측정을 위해, 실리콘 웨이퍼 위에 도펀트가 첨가된 반도체 절연막을 증착한다. 이때, 도 2에 도시된 바와 같이, X선이 투과할 수 있는 두께로 여러 번에 걸쳐서 반도체 절연막(예를 들면, BPSG 박막)(200)을 여러 층의 얇은 박막(220)으로 실리콘 웨이퍼(100) 위에 증착한다. 예를 들면, X선의 투과 능력이 1500Å 정도이므로, 반도체 절연막(100)을 여러 번에 걸쳐서 1500Å 이하의 두께, 더욱 바람직하게는 1000Å의 두께를 갖는 여러 층의 박막(220)으로 실리콘 웨이퍼(100) 위에 증착한다. 따라서 도시된 바와 같이, 반도체 절연막(200)을 구성하는 각 박막(210)은 초기에 실리콘 웨이퍼(100)에 증착되는 초기 레이어(initial layer)(222)와, 뒤에 증착되는 노말 레이어 (normal layer)(224)로 구분될 수 있다. 이때, 실리콘 웨이퍼(100) 위에 증착이 완료된 반도체 절연막(200)의 총 두께가 3000Å 내지 5000Å이 되도록 반도체 절연막(200)을 증착한다. 한편, 실리콘 웨이퍼(100) 위에 증착되는 반도체 절연막(200)으로는 BPSG 박막 또는 PSG 박막이 가능하고, 그 반도체 절연막(200)에 첨가되는 도펀트로는 보론(bron: B) 또는 인(phosphorus: P)이 될 수 있다.

그리고 위와 같이 여러 번에 걸쳐 실리콘 웨이퍼(100) 위에 증착된 반도체 절연막(200)의 도펀트 농도를 X선 형광 분석방법(X-RF)을 이용하여 측정한다.

위와 같이 반도체 절연막(200)을 여러 번에 걸쳐서 실리콘 웨이퍼(100) 위에 증착하여 X선이 투과할 수 있는 두께를 갖는 여러 층의 박막(220)이 실리콘 웨이퍼(100) 위에 형성될 경우, 여러 번으로 나누어서 증착된 각 박막(220)은 거의 동일한 도펀트 농도를 가지고 있다고 볼 수 있다. 따라서 X선이 투과할 수 있는 위치에 형성되는 박막(220), 즉 최후에 증착된 박막을 구성하는 초기 레이어(initial layer)(222)와 노말 레이어(normal layer)(222)에 각각 첨가된 도펀트 농도를 구함으로서, 실리콘 웨이퍼(100)에 증착된 반도체 절연막(200)의 전체 도펀트 농도를 비교적 정확하게 측정할 수 있게 된다.

또한, 1000Å 정도 증착된 박막에서는 초기 레이어(initial layer)가 400Å 내지 500Å 정도이고, 노말 레이어가(normal layer)가 500Å 내지 600Å 정도이므로, 초기 레이어(initial layer)와 노말 레이어(normal layer)를 구분할 수 있고, 따라서 최후에 증착된 박막을 구성하는 초기 레이어(initial layer)와 노말 레이어(normal layer)를 분석하면, 반도체 절연막의 도펀트 농도를 각 레이어(layer) 별 로 측정할 수 있게 되어 이상이 발생한 부분을 보다 빨리 찾을 수 있다.

지금까지 본 발명의 구체적인 구현예를 도면을 참조로 설명하였지만 이것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 평균적 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것이고 발명의 기술적 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 따라서 본 발명의 기술적 범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의하여 정하여지며, 도면을 참조로 설명한 구현예는 본 발명의 기술적 사상과 범위 내에서 얼마든지 변형하거나 수정할 수 있다.

본 발명에 따르면, 반도체 절연막을 X선이 투과할 수 있는 두께로 여러 번에 걸쳐서 실리콘 웨이퍼 위에 증착하므로, 반도체 절연막의 최하단에 위치하는 레이어의 도펀트에 대해서도 정확하게 그 농도를 측정할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 초기 레이어(initial layer)와 그 이후에 형성된 노말 레이어(normal layer)를 구분하여 분석함으로서, 근본적인 원인을 보다 빨리 찾아내는 데 효과적이다.

따라서 본 발명에 따르면, 도펀트가 주입된 박막의 정상 및 비정상 여부를 단시간에 정확하게 분석함으로서, 공정의 효율성을 향상시킬 수 있고, 반도체 수율을 향상시킬 수 있게 된다.

Claims (6)

1. X선 형광 분석방법(X-RF)을 이용한 반도체 절연막의 도펀트 농도 측정방법에 있어서,

   실리콘 웨이퍼 위에 도펀트가 첨가된 반도체 절연막을 여러 번에 걸쳐서 1500Å 이하의 두께를 갖는 다수의 박막 층으로 증착한 후, 상기 증착된 반도체 절연막 중 최상단의 박막 층의 도펀트 농도를 X선 형광 분석방법(X-RF)을 이용하여 측정하는 것을 특징으로 하는 반도체 절연막의 도펀트 농도 측정방법.
2. 삭제
3. 제1항에서,

   상기 실리콘 웨이퍼 위에 증착된 반도체 절연막을 구성하는 각 박막층의 두께는 1000Å이 되는 것을 특징으로 하는 반도체 절연막의 도펀트 농도 측정방법.
4. 제1항 또는 제3항에서,

   상기 실리콘 웨이퍼 위에 반도체 절연막의 증착을 완료했을 때, 그 반도체 절연막의 총 두께는 3000Å 내지 5000Å이 되는 것을 특징으로 하는 반도체 절연막의 도펀트 농도 측정방법.
5. 제1항 또는 제3항에서,

   실리콘 웨이퍼 위에 증착되는 상기 반도체 절연막이 BPSG 박막 또는 PSG 박막인 것을 특징으로 하는 반도체 절연막의 도펀트 농도 측정방법.
6. 제1항 또는 제3항에서,

   상기 반도체 절연막에 첨가되는 도펀트는 보론(bron: B) 또는 인(phosphorus: P)인 것을 특징으로 하는 반도체 절연막의 도펀트 농도 측정방법.

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