KR101360540B1 - 분광학적 타원해석법을 이용한 전자 소자의 특성 평가 방법 - Google Patents

분광학적 타원해석법을 이용한 전자 소자의 특성 평가 방법 Download PDF

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박진성
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한경주
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단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단
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Abstract

분광학적 타원해석법을 이용한 전자 소자의 특성 평가 방법이 제공된다. 분광학적 타원해석법을 이용한 전자 소자의 특성 평가 방법은 기판 및 상기 기판 상에 배치되는 박막층을 포함하는 타겟을 준비하는 단계, 분광타원해석기를 이용하여 상기 타겟에 편광된 광을 입사하고, 상기 타겟으로부터 반사되는 광의 엘립소미터리 측정값을 획득하는 단계, 상기 측정값에 대하여 모델링을 수행하여 상기 박막층의 두께를 산출하는 단계, 상기 박막층의 두께를 이용하여 상기 박막층의 복소유전함수 그래프를 추출하고, 상기 복소유전함수 그래프를 이용하여 박막층 내의 구조적 결함 정보를 획득하는 단계 및 상기 박막층 내의 구조적 결함 정보를 이용하여 상기 박막층을 채용하기 위한 전자 소자의 특성을 평가하는 단계를 포함함으로써 전자 소자의 일부를 구성하는 박막 하나만을 이용하여 간단하고 용이하게 소자 전체의 특성을 평가할 수 있다.

Description

분광학적 타원해석법을 이용한 전자 소자의 특성 평가 방법{Method for evaluating property of electronic device using spectroscopic ellipsometry}
본 발명은 전자 소자의 특성 평가 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 분광학적 타원해석법을 이용한 전자 소자의 특성 평가 방법에 관한 것이다.
반도체 산업의 급속한 발전에 따라 디스플레이 장치, 유기발광다이오드(OLED), 태양전지 등의 전자 소자의 고성능, 고품질이 요구되고 있다. 이러한 고성능, 고품질의 전자 소자를 제조하기 위해서는, 제조 공정 중 발생하거나, 원재료 자체가 지니고 있는 불량을 신속하고 정확하게 검지해 낼 필요가 있다.
이러한 불량을 검사하는 방법으로는, 특수 조명 장치를 이용하는 매크로 검사(macro test), 특수 현미경을 이용하는 마이크로 검사(micro test), 갠트리 로봇(gantry robot)을 이용하는 위치 정밀도 검사 등이 있다. 이외에도, 시그널을 인가하여 나타나는 패턴을 육안으로 검사하는 방법, 색도계를 이용하여 색상을 검사하는 방법 등 다양한 방법들이 시도되고 있다.
그러나, 상기 방법들은 검사를 위해 시료의 표면에 직접 프로브(probe)를 접촉해야 하므로, 별도의 검사용 더미(dummy) 기판을 사용해야 하는 번거로움이 있다. 또한, 프로브로 측정 가능한 한계에 따른 제약이 있으며, 대면적의 기판에는 사용할 수 없는 문제점이 있다.
한편, 19세기 말부터 사용된 분광학적 타원해석법(spectroscopic ellipsometry)은 물질에 입사된 빛이 표면에서 반사 또는 투과 후, 그 매질의 굴절률이나 두께에 따라 빛의 편광 상태가 변화하는 성질을 이용하여 물질의 광학적인 특성을 조사하는 분석법이다.
이러한 분석법은 극한 환경 속에서도 실시간으로 측정이 가능하며, 다른 분석법에 비해 간단하면서도 신속하고, 분석의 민감도가 우수하여 물리, 화학, 반도체 재료 등 응용분야가 매우 넓다. 따라서, 상기 분석법은 다양한 분야에서 물질의 광학적 성질 또는 표면의 미세 구조적 성질을 측정하기 위해 널리 사용되고 있다.
그러나, 상기 분석법은 주로 물질의 두께 또는 광학적 성질을 측정하기 위해 사용되었을 뿐, 전자 소자의 불량을 검사하기 위해 사용한 예는 찾기 어려운 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 분광학적 타원해석법으로 측정한 단일 박막의 구조적 결함을 이용하여 전자 소자의 전기적, 광학적 특성 및 신뢰성을 평가하는 방법을 제공함에 있다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 분광학적 타원해석법을 이용한 전자 소자의 특성 평가 방법을 제공한다. 상기 특성 평가 방법은, 기판 및 상기 기판 상에 배치되는 박막층을 포함하는 타겟을 준비하는 단계, 분광타원해석기를 이용하여 상기 타겟에 편광된 광을 입사하고, 상기 타겟으로부터 반사되는 광의 엘립소미터리 측정값을 획득하는 단계, 상기 측정값에 대하여 모델링을 수행하여 상기 박막층의 두께를 산출하는 단계, 상기 박막층의 두께를 이용하여 상기 박막층의 복소유전함수 그래프를 추출하고, 상기 복소유전함수 그래프를 이용하여 박막층 내의 구조적 결함 정보를 획득하는 단계 및 상기 박막층 내의 구조적 결함 정보를 이용하여 상기 박막층을 채용하기 위한 전자 소자의 특성을 평가하는 단계를 포함한다.
상기 박막층 내의 구조적 결함 정보는 상기 박막층의 페르미 에너지 준위와 전도대 사이의 간격이고, 상기 전자 소자의 전기적 특성을 평가할 수 있다.
상기 박막층 내의 구조적 결함 정보는 상기 박막층의 구조적 결함 준위이고, 상기 전자 소자의 신뢰성을 평가할 수 있다.
상기 박막층 내의 구조적 결함 정보를 획득하는 단계는, 상기 복소유전함수 그래프로 상기 박막층의 밴드갭 에너지를 추출하여 상기 박막층의 페르미 에너지 준위와 전도대 사이의 간격을 확인하는 단계일 수 있다.
상기 박막층 내의 구조적 결함 정보를 획득하는 단계는, 상기 복소유전함수 그래프의 피팅 모델을 결정하는 단계 및 상기 피팅 모델로 상기 박막층의 밴드갭 내에 비워진 전자의 상태를 확인하여 상기 박막층 내의 구조적 결함 준위와 결함의 양을 확인하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 박막층은 금속층 또는 반도체층일 수 있다.
상기 모델링은 코시 모델을 이용하여 수행될 수 있다.
상기 전자 소자의 특성을 평가하는 단계 이후, 상기 박막층을 포함하는 전자 소자를 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 전자 소자는 디스플레이 장치, 유기발광다이오드(OLED) 또는 태양전지일 수 있다.
본 발명에 따르면, 전자 소자의 일부를 구성하는 박막 하나만을 이용하여 간단하고 용이하게 소자 전체의 특성을 평가할 수 있다. 또한, 전자 소자의 특성을 평가하기 위한 별도의 검사용 더미 기판을 사용하지 않아도 되므로 경제적인 이점이 있다. 더욱이, 단시간에 비파괴적으로 소자의 특성을 평가할 수 있으며, 우수한 전기적, 광학적 특성과 높은 신뢰성을 가지는 전자 소자를 제조할 수 있다.
본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 사용되는 장비의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 소자의 특성 평가 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 소자의 전기적 특성 평가 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 소자의 신뢰성 평가 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나, 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 또한, 본 명세서에서 위쪽, 상(부), 상면 등의 방향적인 표현은 그 기준에 따라 아래쪽, 하(부), 하면 등의 의미로 이해될 수 있다. 즉, 공간적인 방향의 표현은 상대적인 방향으로 이해되어야 하며 절대적인 방향을 의미하는 것으로 한정 해석되어서는 안 된다.
도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장 또는 생략된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 사용되는 장비의 개략도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 분광타원해석기(10)는 광원부(12)와 측정부(14)를 포함할 수 있다. 상기 분광타원해석기(10)는 RCE(Rotating Compensator Ellipsometer) 타입의 분광타원해석기일 수 있다.
상기 광원부(12)는 편광된 광을 타겟에 입사시킬 수 있다. 상기 광은 소정의 편광 상태를 가지는 전자기파일 수 있다. 일 예로서, 상기 편광은 선형 편광일 수 있다. 또한, 상기 전자기파는 소정의 파장 대역을 가지는 광일 수 있다.
상기 타겟은 스테이지(20) 상에 배치된다. 상기 타겟은 기판과, 상기 기판 상에 배치되는 박막층을 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 기판은 금속 기판 또는 반도체 기판 등일 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 박막층은 단일 박막으로 이루어질 수 있다. 상기 박막층은 전자 소자의 일 구성일 수 있다. 일 예로서, 상기 박막층은 전자 소자를 구동하기 위한 트랜지스터의 액티브층일 수 있다. 상기 박막층은 금속층 또는 반도체층일 수 있고, 상기 전자 소자는 디스플레이 장치, 유기발광다이오드(OLED) 또는 태양전지일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 스테이지(20)는 상기 박막층의 형성을 위한 제조 공정 챔버 내에 배치될 수 있다. 상기 제조 공정 챔버는 기판 상에서 금속 박막 또는 반도체 박막이 성장될 수 있는 증착 챔버일 수 있다.
상기 측정부(14)는 상기 광원부(12)를 통해 타겟으로 입사되어, 상기 타겟으로부터 반사되는 광의 편광 상태를 측정할 수 있다. 일 예로, 상기 측정부(14)는 CCD(charge-coupled device) 타입의 검출기를 포함할 수 있다.
상기 광은 소정의 입사각으로 타겟에 입사될 수 있다. 상기 입사된 광은 타겟에서 소정의 반사각으로 반사될 수 있다. 상기 반사되는 광은 소정의 파장 대역을 가질 수 있다. 상기 광은 타겟의 표면에서 반사되면서 편광 상태가 변화할 수 있다. 일 예로서, 상기 반사되는 광은 타원 편광의 편광 상태를 가질 수 있다.
이 때, 분광타원해석기(10)를 이용하여 상기 타겟에서 소정의 반사각으로 반사되는 광의 편광 상태를 측정할 수 있다. 또한, 상기 변화된 편광 상태를 분석하여 엘립소미터리 측정값(△, Ψ)을 산출할 수 있다. 이후, 상기 산출된 측정값을 분석하여 박막층의 물성을 획득할 수 있다.
상기 분광타원해석기(10)는 제조 공정 챔버의 내부에 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 분광타원해석기(10)와 증착 장비(30)의 사이에는 셔터(shutter)가 위치할 수 있다. 즉, 상기 증착 장비(30)를 이용한 박막층의 증착시에는 셔터를 닫아 분광타원해석기(10)를 보호하고, 증착 공정이 완료된 후 셔터를 오픈할 수 있다. 이 경우, 상기 증착 이후 즉시 인시튜(in-situ)로 박막층을 검사할 수 있다.
이 때, 상기 분광타원해석기(10)는 제조 공정 챔버 내에 복수개 배치될 수도 있다. 이 경우, 박막층의 구조적 결함 정보를 획득하는 시간이 단축되어, 전자 소자의 특성에 대한 평가도 보다 신속하게 이루어질 수 있다.
이외에도, 공정 라인에서 제조 공정 챔버와 이웃하게 상기 분광타원해석기(10)를 삽입, 설치할 수도 있다. 이 때, 상기 분광타원해석기(10)의 오염을 방지하기 위해 상기 분광타원해석기(10)가 설치되는 영역의 양단에 셔터를 설치할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 소자의 특성 평가 방법을 나타내는 흐름도이다.
먼저, 타겟을 준비한다(S100). 상기 타겟은 기판과, 상기 기판 상에 배치되는 박막층을 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 기판은 금속 기판 또는 반도체 기판 등일 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 박막층은 단일 박막으로 이루어질 수 있다. 상기 박막층은 전자 소자의 일 구성일 수 있다. 일 예로, 상기 박막층은 금속층 또는 반도체층일 수 있고, 상기 전자 소자는 디스플레이 장치, 유기발광다이오드(OLED) 또는 태양전지일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이후, 분광타원해석기를 이용하여 상기 타겟에 편광된 광을 입사하고, 상기 타겟으로부터 반사되는 광의 엘립소미터리 측정값(△, Ψ)을 획득한다(S200). 일 예로, 상기 타겟에 같은 위상으로 입사되는 P파 및 S파가 반사 후에 갖게 되는 위상차(△)와, 상기 P파 및 상기 S파의 반사계수의 크기비(tan Ψ)를 측정할 수 있다. 상기 타겟에 입사되는 광의 포톤 에너지(photon energy)에 따라 반사된 광의 P파와 S파의 반사계수비(tan Ψ)의 각(Ψ) 및 위상차(△)가 변화할 수 있다.
상기 P파는 입사하는 전자기파 중 전기장의 방향의 입사면에 위치하는 전자기파의 성분이고, 상기 S파는 입사하는 전자기파 중 전기장의 방향이 입사면에 수직으로 위치하는 전자기파의 성분일 수 있다.
상기 반사계수는 P파와 S파 각각에 대해 산출할 수 있으며, 이중에서도 상기 S파에 대한 반사계수에 대비한 상기 P파의 반사계수의 비율을 복소반사계수비로 정의할 수 있다. 상기 복소반사계수비로부터 상기 P파와 S파의 전자기파가 반사 후에 갖게 되는 위상차(△)를 산출할 수 있다. 또한, 상기 S파에 대한 반사계수에 대비한 상기 P파의 반사계수 비율의 절대치인 반사계수비(tan Ψ)를 산출할 수 있다.
이후, 상기 측정값에 대하여 모델링을 수행하여 상기 박막층의 두께를 산출한다(S300).
상기 엘립소미터리 측정값(△, Ψ)은 타겟의 정보를 가지고 있다. 상기 타겟에는 박막층 뿐 아니라, 기판도 포함되므로, 상기 엘립소미터리 측정값에는 상기 기판의 정보도 포함될 수 있다. 따라서, 상기 측정값에 대하여 모델링을 수행하여 상기 박막층만의 두께를 산출할 수 있다.
일 예로, 상기 모델링은 코시 모델(cauchy model)을 사용하여 수행될 수 있다. 상기 코시 모델은 매질에 의한 광의 흡수가 없다고 판단되는 저 에너지 영역에서의 피팅 모델로 바람직하다. 상기 모델링을 통해 박막층의 두께를 산출하는 방법은 통상의 당업자에게 자명하므로, 자세한 설명을 생략하기로 한다.
이후, 상기 박막층의 두께를 이용하여 상기 박막층의 복소유전함수 그래프를 추출해 내고, 상기 복소유전함수 그래프를 이용하여 박막층 내의 구조적 결함 정보를 획득한다(S400).
먼저, 상기 엘립소미터리 측정값(△, Ψ)에 대한 기판의 기여분을 제거하고, 산출된 박막층의 두께를 이용하여 상기 박막층의 복소유전함수 그래프를 추출해 낼 수 있다.
일 예로, 이미 알려진 기판의 굴절률, 광흡수율 등의 정보를 이용하여 상기 측정값에서 기판의 기여분을 제거할 수 있다. 이후, 전 단계(S400)에서 산출된 박막층의 두께를 이용하여 상기 박막층의 복소유전함수 그래프를 추출할 수 있다. 상기 그래프는 복소유전함수 중 허수부분(ε2)을 나타낼 수 있다.
상기 복소유전함수 그래프에 대해 모델링 및 피팅 작업을 수행하여 상기 박막층 내의 구조적 결함 정보를 획득할 수 있다. 즉, 상기 박막층 내의 구조적 결함 정보를 획득하기 위하여 피팅 모델을 구현할 수 있다. 일 예로서, 상기 피팅 모델은 가우시안 모델(gaussian model), 로렌츠 조화 진동 모델(lorentz harmonic oscillator model), 포로우히-블루머 모델(forouhi-bloomer model), 코시 모델(cauchy model) 또는 셀마이어 모델(sellmeir model) 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 박막층 내의 구조적 결함 정보는 박막층의 밴드갭 에너지와, 밴드갭 내의 비워진 전자 상태 등의 정보를 포함할 수 있다.
이후, 상기 박막층 내의 구조적 결함 정보를 이용하여 상기 박막층을 채용하기 위한 전자 소자의 특성을 평가한다(S500). 상기 전자 소자는 상기 박막층이 포함되는 소자일 수 있다. 일 예로, 상기 전자 소자는 디스플레이 장치, 유기발광다이오드(OLED) 또는 태양전지 등일 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 금속 박막층 또는 반도체 박막층이 포함되는 전자 소자라면 어느 것이든 해당될 수 있다.
상기 전자 소자의 특성에 대한 기준값을 설정하여 상기 박막층 내의 구조적 결함 정보와 비교함으로써 전자 소자의 특성을 평가할 수 있다. 상기 전자 소자의 특성은 전기적 특성, 광학적 특성 또는 신뢰성 등을 의미할 수 있다.
일 예로, 상기 기준값은 페르미 에너지 준위와 전도대 사이의 에너지 간격으로 설정될 수 있다. 이 경우, 상기 기준값으로 소정의 에너지 간격 수치를 설정하고, 상기 박막층의 밴드 다이어그램을 이용하여 페르미 에너지 준위와 전도대 사이의 에너지 간격을 산출한 후, 상기 기준값과 비교하여 전자 소자의 전기적 특성에 대한 우수도 판정을 수행할 수 있다.
즉, 상기 박막층의 밴드 다이어그램에서 페르미 에너지 준위와 전도대 사이의 에너지 간격이 작을수록, 전자가 전자대로 용이하게 이동할 수 있기 때문에, 그 간격의 소정 수치를 전자 소자의 전기적 특성에 대한 기준값으로 설정하고, 분광학적 타원해석법을 통해 측정한 박막층의 에너지 간격 수치를 상기 기준값과 비교한다.
또한, 상기 기준값은 박막층 내의 구조적 결함 준위와 결함의 양으로 설정될 수 있다. 이 경우, 상기 기준값으로 소정의 결함 준위와 결함의 양의 수치를 설정하고, 상기 박막층의 복소유전함수 그래프의 허수 부분을 피팅하여 에너지 상태 준위로 산출한 후, 상기 기준값과 비교하여 전자 소자의 신뢰성에 대한 우수도 판정을 수행할 수 있다.
상기 박막층의 구조적 결함 정보를 이용하여 이를 채용하기 위한 전자 소자의 특성을 평가한 이후, 상기 박막층을 포함하는 전자 소자를 제조할 수 있다. 이 경우, 제조되는 전자 소자의 불량률은 현저하게 감소되는 이점이 있다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 소자의 전기적 특성 평가 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
보다 구체적으로, 도 3a는 전자 소자의 전기적 특성 평가를 위한 참조예로서, 액티브층(active layer)으로 공기중 300℃에서 열처리된 TaInZnSnO(TIZO) 박막층을 사용하는 박막 트랜지스터의 공정압력에 따른 전압-전류 곡선을 나타낸다. 도 3b는 분광학적 타원해석법으로 측정된 도 3a의 TaInZnSnO(TIZO) 박막층의 복소유전함수 중 허수부분(ε2)을 나타내는 그래프이다. 도 3c는 도 3a의 박막층을 XPS로 측정한 페르미 에너지 준위(Fermi energy level, EF)와 가전도대(Valence Band, V.B.)의 최대 에너지를 나타내는 그래프이다. 도 3d는 도 3b 및 도 3c로부터 추출된 밴드 다이어그램이다.
도 3a를 참조하면, 공정 압력이 1mTorr인 경우에 온(on) 전류와 그래프의 기울기가 가장 큰 것을 확인할 수 있다. 따라서, 공정 압력 1mTorr에서 제조된 TaInZnSnO(TIZO) 박막층을 포함하는 박막 트랜지스터가 가장 큰 전자 이동도를 나타내므로, 소자의 전기적 특성이 가장 우수함을 알 수 있다.
도 3b를 참조하면, 분광학적 타원해석법으로 측정된 복소유전함수 중 허수부분(ε2)은 박막층의 흡광 계수와 상관 관계가 있으며, 상기 흡광 계수를 이용하여 박막층의 밴드갭 에너지를 알 수 있다.
도 3c를 참조하면, TaInZnSnO(TIZO) 박막층의 페르미 에너지 준위와 가전도대의 최대 에너지를 확인할 수 있으며, 이를 도 3b의 결과와 종합하여 도 3d의 밴드 다이어그램을 추출할 수 있다.
도 3d를 참조하면, 가전자대(Valence Band, V.B.)와 전도대(Conduction Band, C.B.) 사이의 간격은 밴드갭 에너지(Eg)를 의미하며, 페르미 에너지 준위(EF)를 중심으로 가전자대와 전도대의 위치가 조절된다. 상기 페르미 에너지 준위와 전도대의 에너지 간격(△ECB)의 차이가 작을수록, 전자가 작은 에너지를 가지고 전도대로 여기되어 이동이 용이하다. 따라서, 상기 페르미 에너지 준위와 전도대의 에너지 간격(△ECB)의 차이가 가장 작은 공정 압력이 1mTorr인 TaInZnSnO(TIZO) 박막층을 포함하는 전자 소자가 전기적 특성이 가장 우수함을 알 수 있다. 이는 도 3a의 결과와도 일치함을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 전자 소자를 구성하는 박막층의 물성을 측정하여, 이를 가지고 전자 소자의 전기적 특성을 평가할 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 소자의 신뢰성 평가 방법을 설명하기 위한 도면들이다. 보다 구체적으로, 도 4a는 전자 소자의 신뢰성 평가를 위한 참조예로서, 액티브층(active layer)으로 공기중 300℃에서 열처리된 TaInZnSnO(TIZO) 박막층을 사용하는 박막 트랜지스터에 -20V를 인가하였을 때 시간에 따른 문턱전압의 변화(△Vth) 추이를 나타낸다. 도 4b는 분광학적 타원해석법으로 측정된 도 4a의 TaInZnSnO(TIZO) 박막층의 복소유전함수 중 허수부분(ε2)의 밴드갭 내 비워진 전자 상태를 나타내며, 이 부분의 에너지 상태 준위를 가우시안 피팅(gaussian fitting)을 통해 2가지로 분리하여 나타낸 그래프이다. 도 4c는 도 4b로부터 추출된 밴드 다이어그램이다.
도 4a를 참조하면, 공정 압력에 따라 스트레스 전압 인가에 따른 문턱 전압의 변화 추이가 다름을 확인할 수 있다. 박막 트랜지스터에 -20V를 인가하였을 때 공정 압력 1mTorr에서 제조된 TaInZnSnO(TIZO) 박막층을 포함하는 박막 트랜지스터의 문턱 전압의 변화가 가장 작은 것을 확인할 수 있다. 따라서, 공정 압력 1mTorr에서 제조된 TaInZnSnO(TIZO) 박막층을 포함하는 박막 트랜지스터의 신뢰성이 가장 우수한 것을 알 수 있다.
도 4b를 참조하면, 분광학적 타원해석법으로 측정된 복소유전함수의 밴드갭 내의 비워진 전자 상태를 확인할 수 있다. 상기 밴드갭 내의 비워진 전자 상태는 박막층의 구조적 결함 준위를 나타내며, 전도대로부터의 에너지 준위에 따라 D1과 D2의 경우로 나눌 수 있다.
도 4c를 참조하면, 도 4b의 가우시안 피팅을 이용하여 밴드 다이어그램을 추출할 수 있다. 박막층을 성장시킨 공정 압력이 증가함에 따라, 전도대로부터 D1과 D2의 간격이 커지는 것으로 보아, 결함 준위가 전도대로부터 멀어지고, 정량적인 양도 증가함을 확인할 수 있다. 상기 결함 준위의 변화는 전자 소자를 작동시키는 전자의 흐름을 방해하여, 소자 특성의 저하를 초래한다. 따라서, 박막층의 결함 준위와 결함 양의 변화를 이용하여 전자 소자의 신뢰성을 평가할 수 있다.
상술한 바와 같이, 전자 소자를 구성하는 박막층의 물성을 측정하여, 이를 가지고 전자 소자의 신뢰성을 평가할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.
10: 분광타원해석기 20: 스테이지
30: 증착 장비

Claims (9)

  1. 기판 및 상기 기판 상에 배치되는 박막층을 포함하는 타겟을 준비하는 단계;
    분광타원해석기를 이용하여 상기 타겟에 편광된 광을 입사하고, 상기 타겟으로부터 반사되는 광의 엘립소미터리 측정값을 획득하는 단계;
    상기 측정값에 대하여 모델링을 수행하여 상기 박막층의 두께를 산출하는 단계;
    상기 박막층의 두께를 이용하여 상기 박막층의 복소유전함수 그래프를 추출하고, 상기 복소유전함수 그래프를 이용하여 박막층 내의 구조적 결함 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 박막층 내의 구조적 결함 정보를 이용하여 상기 박막층을 채용하기 위한 전자 소자의 특성을 평가하는 단계를 포함하고,
    상기 박막층 내의 구조적 결함 정보를 획득하는 단계는, 상기 복소유전함수 그래프의 피팅 모델을 결정하는 단계; 및
    상기 피팅 모델로 상기 박막층의 밴드갭 내에 비워진 전자의 상태를 확인하여 상기 박막층 내의 구조적 결함 준위와 결함의 양을 확인하는 단계를 포함하는 것인,
    분광학적 타원해석법을 이용한 전자 소자의 특성 평가 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 박막층 내의 구조적 결함 정보는 상기 박막층의 페르미 에너지 준위와 전도대 사이의 간격이고, 상기 전자 소자의 전기적 특성을 평가하는 분광학적 타원해석법을 이용한 전자 소자의 특성 평가 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 박막층 내의 구조적 결함 정보는 상기 박막층의 구조적 결함 준위이고, 상기 전자 소자의 신뢰성을 평가하는 분광학적 타원해석법을 이용한 전자 소자의 특성 평가 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 박막층 내의 구조적 결함 정보를 획득하는 단계는, 상기 복소유전함수 그래프로 상기 박막층의 밴드갭 에너지를 추출하여 상기 박막층의 페르미 에너지 준위와 전도대 사이의 간격을 확인하는 단계인 분광학적 타원해석법을 이용한 전자 소자의 특성 평가 방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 박막층은 금속층 또는 반도체층인 분광학적 타원해석법을 이용한 전자 소자의 특성 평가 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 모델링은 코시 모델을 이용하여 수행되는 분광학적 타원해석법을 이용한 전자 소자의 특성 평가 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전자 소자의 특성을 평가하는 단계 이후, 상기 박막층을 포함하는 전자 소자를 제조하는 단계를 더 포함하는 분광학적 타원해석법을 이용한 전자 소자의 특성 평가 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전자 소자는 디스플레이 장치, 유기발광다이오드(OLED) 또는 태양전지인 분광학적 타원해석법을 이용한 전자 소자의 특성 평가 방법.
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