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품질 관리는 모든 제조 산업에서 매우 중요하며, 생산 단계에 진입하기 전에 문제 영역을 정확히 식별할 수 있도록 합니다.
반도체 제조와 같은 산업 환경에서는 그 중요성이 더욱 큽니다. 단일 웨이퍼에는 최대 300만 개의 구성 요소가 포함될 수 있기 때문입니다. 전자 흐름과 이동을 저해할 수 있는 미세한 트랩조차 식별하지 못하면 상당한 양의 불량 제품이 발생할 수 있습니다. 이러한 트랩은 잔류 오염이나 결정 구조의 결함으로 인해 발생할 수 있습니다.
지속 가능한 제조의 핵심은 반도체 내 결함을 가능한 한 조기에 발견하는 데 있습니다. 딥 레벨 과도 분광법(DLTS)은 대학 연구실과 제조 현장에서 일상적으로 활용할 수 있는 고감도, 고속, 그리고 운용이 용이한 분석 기법입니다. 이 기법은 반도체 내 전기적으로 활성인 결함(트랩)을 검출하고 식별할 수 있는 강력한 방법으로, 다수 캐리어 및 소수 캐리어 트랩을 구분할 수 있습니다. 또한 웨이퍼 내 트랩의 농도, 에너지 준위, 포획 속도에 대한 정보를 제공합니다. 웨이퍼는 일반적으로 99.9999999%(9N) 이상의 높은 순도를 갖는 거의 결함이 없는 단결정 재료로 알려져 있습니다.
DLTS는 딥 레벨 트랩과 관련된 모든 주요 파라미터를 정의할 수 있는 매우 다재다능한 기법으로, 다음을 포함합니다:
DLTS의 감도는 어느 정도일까요?
DLTS는 약 1조(10¹²) 개의 원자 중 단 하나의 불순물 원자까지 검출할 수 있습니다. Semilab의 DLTS 솔루션은 2×108 atoms/cm3 이하 수준의 불순물도 식별할 수 있습니다.
DLTS는 어떻게 작동할까요?
DLTS는 고주파(메가헤르츠) 영역에서 동작하는 정전용량 과도 열 스캐닝(capacitance transient thermal scanning) 기법입니다. 이 기법은 일반적으로 완성된 웨이퍼에서 소형 시료를 절단한 후, 쇼트키 다이오드 또는 p-n 접합을 형성해야 하므로 파괴적 기법에 해당합니다. 이는 전하가 시료를 통과할 수 있도록 하기 위한 구조입니다. 이 과정에서 일부 결함이 있는 시료는 측정 조건을 견디지 못하고 손상될 수 있습니다.
*쇼트키 배리어 다이오드(Schottky barrier diode) 또는 핫 캐리어 다이오드: 반도체와 금속 사이에 형성되는 접합 구조입니다. 이 다이오드는 낮은 순방향 전압 강하와 매우 빠른 스위칭 특성을 가집니다. 약 150~450 mV의 순방향 전압이 인가되면 순방향 전류가 흐릅니다. 이는 전하가 접합을 통해 이동할 수 있음을 의미합니다.
*p-n 접합: 단일 반도체 결정 내에서 p형과 n형 반도체 사이에 형성되는 경계 또는 인터페이스입니다. 이 접합은 전류가 한 방향으로만 흐르도록 합니다. 여기서의 목적은 전하가 반도체를 통해 이동할 수 있는지를 확인하기 위한 것입니다.
대부분의 트랩은 역바이어스 펄스를 통해 관측되며, 소수 캐리어 트랩은 순방향 바이어스 펄스를 통해 모니터링할 수 있습니다. 이 기법은 한쪽에서는 전하가 소멸되고 다른 쪽에서는 축적되면서 발생하는 정전용량 과도, 즉 시간에 따른 정전용량 변화를 추적하고, 이 과정에 소요되는 시간을 분석하는 방식으로 작동합니다.
이 과정은 매우 빠르게 진행되기 때문에, 측정 조건에 따라 시료 온도가 상승할 수 있습니다. 보다 정확한 측정과 품질 평가를 위해 크라이오스탯과 같은 추가 장비를 사용하여 시료를 냉각하고 온도를 안정적으로 제어할 수 있습니다.
Semilab은 30년 이상의 글로벌 경험을 바탕으로 DLTS 솔루션을 제공합니다.
Semilab의 첫 DLTS 시스템은 1989년에 출시되었습니다. 이후 당사는 DLS 시스템과 다양한 반도체 계측 솔루션을 통해 전 세계의 연구소와 반도체 제조업체를 지원해 왔습니다.
DLS는 Semilab 솔루션 포트폴리오에서 DLS-83D 및 DLS-1000과 같은 즉시 사용 가능한 기술로 제공됩니다. 이 시스템은 온도 스캐닝, 주파수 스캐닝, 깊이 프로파일링, C-V 특성화, 포획 단면적 측정, 광 여기, 전도도 과도 측정 등 다양한 기능을 제공합니다. Semilab의 모든 DLS 시스템은 웨이퍼 내 트랩을 적시에 식별하고 생산 전반에 걸쳐 높은 수준의 품질 관리를 유지할 수 있도록 설계되었습니다.
크라이오스탯은 시료 온도 상승을 억제하여 측정 결과를 개선하는 데 중요한 역할을 합니다. Semilab은 적용 요구사항에 따라 최소 30K에서 최대 800K까지의 넓은 온도 범위를 지원하는 다양한 DLS용 크라이오스탯을 제공합니다.
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