KR101757400B1 - 금속 옥사이드 반도체 ｔｆｔ용 유전체 막들의 핀홀 평가 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일반적으로, 핀홀 결정을 측정하는 방법들에 관한 것이다. 일 양태에서, TFT 스택과 같은, 스택에서 핀홀들을 측정하는 방법이 제공된다. 본 방법은 기판의 증착 표면 상에 활성 층을 형성시키고, 활성 층 위에 유전체 층을 형성시키고, 적어도 유전체 층에 에칭제를 전달하여 유전체 층 및 여기에 형성된 임의의 핀홀들 둘 모두를 에칭시키고, 활성 층을 사용하여 에칭된 유전체 층의 핀홀 밀도를 광학적으로 측정하는 것을 포함할 수 있다.

Description

금속 옥사이드 반도체 ＴＦＴ용 유전체 막들의 핀홀 평가 방법{PINHOLE EVALUATION METHOD OF DIELECTRIC FILMS FOR METAL OXIDE SEMICONDUCTOR TFT}

구체예들은 일반적으로, 박막 트랜지스터(TFT) 구조물에서 유전체 막의 핀홀들을 평가하는 방법에 관한 것이다.

최근에, 박막 트랜지스터들(TFT), 및 이러한 TFT들을 도입하는 디바이스들, 예를 들어 평판 디스플레이들, 모든 타입들의 집적 회로들 및 기계적 스위치들 및 계전기(relay)들을 위한 대체물들에 대한 관심이 증가하고 있다. 여러 TFT들, 예를 들어 금속 옥사이드 반도체 TFT들은 디바이스 안정성 및 반복능력의 측면에서 수소, 산소 및 물에 대해 매우 민감하다.

금속 옥사이드 반도체 TFT들은 디바이스 안정성 및 반복능력의 측면에서 수소 및 물에 대해 매우 민감하다. 활성 층(즉, 금속 옥사이드 반도체 층)은 에치 스톱 층(etch stop layer)(예를 들어, ES 또는 에치 스톱-TFT들에 대해), 및 TFT 제작 공정 동안 및/또는 후에 백 채널 에치 TFT(back channel etch TFT)(예를 들어, BCE TFT)에 대한 패시베이션 층에 의해 보호되어야 한다. 유전체 층의 핀홀들이 H₂ 및/또는 물침투에 대한 주요 경로인 것으로 여겨진다. 유전체 층에서의 핀홀들은 물 및 H₂를 에치 스톱 층 및/또는 패시베이션 층을 통해 활성 층(즉, 금속 옥사이드 반도체) 쪽으로 침투시킬 수 있는 것으로 여겨진다.

패시베이션 층에서 핀홀 형성을 검출하기 위하여, 주사전자현미경(SEM) 연구들은 유전체 층의 HF 에칭 후 임의 포인트들에서 수행된다. SEM 연구들은 패시베이션 층과 같은 물질의 표면의 고배율 이미지를 형성시키기 위해 다양한 신호들을 발생시키도록 고에너지 전자들의 포커싱된 빔(focused beam)을 사용한다. 그러나, SEM 연구들은 쉽게 극복되지 않는 단점들을 갖는다. 첫째로, SEM은 광범위한 막들을 조사하는 것이 어려운데, 왜냐하면 SEM이 일반적으로 고배율에 대해 적용되기 때문이다. 둘째로, SEM은 막에서의 핀홀과 에칭후 스폰지 유사 다공성 막 사이를 구별하지 못할 수 있다.

이에 따라, 핀홀 형성을 결정하는 개선된 방법들이 요구되고 있다.

본원에 기술된 구체예들은 일반적으로 TFT에서 유전체 막의 핀홀들을 평가하는 방법에 관한 것이다. 일 구체예에서, 소자를 분석하는 방법은 기판의 증착 표면 상에 활성 층을 형성시키고; 활성 층 위에 유전체 층을 형성시키고, 유전체 층의 적어도 40%를 제거하기 위해 적어도 유전체 층을 에칭시켜 에칭된 유전체 층을 생성시키고; 활성 층을 사용하여 에칭된 유전체 층의 핀홀 밀도를 시각적으로 측정하는 것을 포함할 수 있다.

다른 구체예에서, 핀홀들을 검색하는 방법은 가공 챔버에 기판을 정위시키고; 유전체 층으로 할로겐-함유 에칭제(etchant)를 전달하여 유전체 층의 두께를 활성 층 두께와 대략 동일하게 에칭시키되, 활성 층의 부분들이 할로겐 함유 에칭제에 의해 노출되고; 활성 층의 노출된 부분들을 에칭시켜 하나 이상의 보이드 영역들을 생성시키고; 활성 층에서의 보이드 영역들에 대해 기판을 시험하되, 보이드 영역들 각각이 유전체 층에서의 핀홀에 대응되는 것을 포함할 수 있다. 기판은 활성 층; 및 소정 두께를 갖는 유전체 층을 포함할 수 있다.

다른 구체예에서, 소자를 분석하는 방법은 가공 챔버에 기판을 정위시키되, 기판이 증착 표면을 가지고; 증착 표면 상에 IGZO 활성 층을 형성시키되, IGZO 층이 제1 두께로 증착되고; IGZO 활성 층 위에 실리콘 옥사이드 층을 제2 두께로 형성시키고; 실리콘 옥사이드 층으로 HF를 포함하는 에칭제를 전달하되, 에칭제가 실리콘 옥사이드 층의 제2 두께의 대략 50%를 제거하고, IGZO 활성 층의 부분들이 에칭제에 노출되고; IGZO 활성 층의 노출된 부분들을 에칭시켜 하나 이상의 보이드 영역들을 생성시키고; IGZO 활성 층에서의 에칭제에 의해 형성된 보이드 영역들에 대해 기판을 시험하되, 보이드 영역들 각각이 실리콘 옥사이드 층에서의 핀홀에 대응되는 것을 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 두께가 약 500Å 내지 2000Å 두께일 수 있고, 형성된 실리콘 옥사이드 층이 1000Å 내지 4000Å인 제2 두께일 수 있다.

본 발명의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로 앞서 간략히 요약된 본 발명의 보다 구체적인 설명이 구체예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 구체예들 중 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 발명의 단지 전형적인 구체예들을 도시하는 것이므로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 발명이 다른 균등하게 유효한 구체예들을 허용할 수 있기 때문이다.
도 1은 일 구체예에 따른, 개략적 공정 챔버의 단면도를 도시한 것이다.
도 2는 일 구체예에 따른, TFT 소자의 개략적 예시이다.
도 3은 일 구체예에 따른, 핀홀들을 검출하는 방법의 블록 다이아그램을 도시한 것이다.
도 4a 내지 도 4c는 일 구체예에 따른, 핀홀 결정 방법을 이용하여 처리된 기판의 개략적 예시이다.
도 5는 일 구체예에 따른, 기판을 처리하는 방법을 도시한 것이다.
이해를 용이하게 하기 위해, 동일한 참조 번호들은 가능한 경우에, 도면들에서 공통인 동일한 구성요소들을 명시하기 위해 사용된다. 일 구체예에 기술된 구성요소들 및 특징들이 추가 인용 없이 다른 구체예들에서 유익하게 사용될 수 있는 것으로 고려된다.

본원에 기술된 구체예들은 일반적으로 TFT에서 유전체 막의 핀홀들을 평가하는 방법들에 관한 것이다. 핀홀-부재 SiO_x 층들은 금속 옥사이드 TFT 보존성에 대해 중요하고, 평가되어야 한다. 본 출원인은 신규한 IGZO/SiO_x 이중-층 구조물의 습식 에칭/광학적 미세구조 검사를 제안한다.

본원에 기술된 구체예들을 사용함으로써, 유전체 층에서의 핀홀들은 활성 층의 우선적인 에칭으로 인해 시각적으로 검출 가능하게 만들 수 있다. 유전체 층들의 핀홀들은 습식 에칭 후에 명확한 형상을 가지고 더욱 크게 된다. 왜냐하면, 막의 핀홀 구역이 다공성이고 유전체 막의 다른 비-핀홀 구역들과 비교하여 조밀하지 않기 때문이다. 습식 에칭, 예를 들어 불화수소산(HF) 에치는 대부분의 유전체 막들, 예를 들어 SiO_x 막들을 효과적으로 에칭시킬 수 있다. 습식 에칭의 충분한 시간 또는 충분한 표면적 제거와 함께, 다공성 구역은 증착된 층 두께 및 핀홀들의 측벽들 둘 모두에서 에칭될 것이며, 다른 비-핀홀 구역들에서의 에칭은 두께 방향 단독으로 균일하게 진행할 것이다. 유전체 막의 다공성 구역의 핀홀들의 추가적인 에칭은 HF가 활성 층, 예를 들어 금속 옥사이드 층에 도달할 수 있게 한다. 활성 층은 일반적으로 유전체 층 보다 HF 및 다른 산들에 대해 더욱 민감할 수 있다. 이와 같이, 활성 층은 HF에 의해 훨씬 빠르게 에칭된다. 활성 층에서의 얻어진 보이드 영역들은 HF 습식 에칭 후에 유전체 막의 실제 핀홀 크기 보다 훨썬 넓은 구역이다. 에칭된 보이드 영역들은 표준 광학 장치들, 예를 들어 광학 현미경을 사용하여 용이하게 관찰되어, 이에 따라 결함 소자들의 결정을 현 SEM 방법들을 통한 것 보다 더욱 실용적으로 만든다. 본 발명들에 관한 본원에 기술된 구체예들은 하기 도면들을 참조로 하여 더욱 명확하게 이해될 수 있다.

도 1은 본원에 기술된 작업들을 수행하기 위해 사용될 수 있는 공정 챔버의 개략적 단면도이다. 기구는 챔버(100)를 포함하는데, 여기서 하나 이상의 막들은 기판(120) 상에 증착될 수 있다. 챔버(100)는 일반적으로 공정 부피를 규정하는, 벽들(102), 바닥(104), 및 샤워헤드(106)를 포함한다. 기판 지지체(118)는 공정 부피 내에 배치된다. 공정 부피는, 기판(120)이 챔버(100) 안으로 그리고 밖으로 이동될 수 있도록, 슬릿 밸브 개구(slit valve opening)(108)를 통해 접근된다. 기판 지지체(118)는 기판 지지체(118)를 상승시키고 하강시키기 위해 구동기(116)에 연결될 수 있다. 리프트 핀들(122)은 기판 수용 표면으로 그리고 이러한 표면으로부터 기판을 이동시키기 위해 기판 지지체(118)를 통해 이동 가능하게 배치된다. 기판 지지체(118)는 또한, 기판 지지체(118)를 요망되는 온도에서 유지시키기 위해 가열 및/또는 냉각 부재들(124)을 포함할 수 있다. 기판 지지체(118)는 또한, 기판 지지체(118)의 주변에 RF 리턴 경로(RF return path)를 제공하기 위해 RF 리턴 스트랩(RF return strap)들(126)을 포함할 수 있다.

샤워헤드(106)는 고정 메카니즘(140)에 의해 후면판(112)에 연결될 수 있다. 샤워헤드(106)는 세그(sage)를 방지하고/거나 샤워헤드(106)의 직진도/곡률을 조절하는데 도움을 주기 위해 하나 이상의 고정 메카니즘들(140)에 의해 후면판(112)에 연결될 수 있다.

가스 소스(132)는 공정 가스들을 샤워헤드(106)에서의 가스 통로들을 통해 샤워헤드(106)와 기판(120) 사이의 가공 구역으로 제공하기 위해 후면판(112)에 연결될 수 있다. 가스 소스(132)는 특히, 실리콘-함유 가스 공급 소스, 산소 함유 가스 공급 소스, 및 탄소-함유 가스 공급 소스를 포함할 수 있다. 하나 이상의 구체예들과 함께 사용 가능한 통상적인 공정 가스들은 실란 (SiH₄), 디실란, N₂O, 암모니아 (NH₃), H₂, N₂ 또는 이들의 조합물들을 포함한다.

진공 펌프(110)는 공정 부피를 요망되는 압력에서 제어하기 위해 챔버(100)에 연결된다. RF 소스(128)는 RF 전류를 샤워헤드(106)에 제공하기 위해 매치 네트워크(match network)(150)를 통해 후면판(112)에 및/또는 샤워헤드(106)에 연결될 수 있다. RF 전류는, 플라즈마가 샤워헤드(106)와 기판 지지체(118) 사이에 가스들로부터 생성될 수 있도록, 샤워헤드(106)와 기판 지지체(118) 사이에 전기장을 형성시킨다.

원거리 플라즈마 소스(130), 예를 들어 유도형 결합 원거리 플라즈마 소스(130)는 또한, 가스 소스(132)와 후면판(112) 사이에 연결될 수 있다. 가공 기판들 사이에, 세정 가스는, 원거리 플라즈마가 생성되도록 원거리 플라즈마 소스(130)에 제공될 수 있다. 원거리 플라즈마로부터의 라디칼들은 챔버(100) 구성요소들을 세정하기 위해 챔버(100)에 제공될 수 있다. 세정 가스는 샤워헤드(106)에 제공되는 RF 소스(128)에 의해 추가로 여기될 수 있다.

샤워헤드(106)는 추가적으로 샤워헤드 서스펜션(134)에 의해 후면판(112)에 연결될 수 있다. 일 구체예에서, 샤워헤드 서스펜션(showerhead suspension)(134)은 가요성 금속 스커트(flexible metal skirt)이다. 샤워헤드 서스펜션(134)은 립(lip)(136)을 가질 수 있으며, 그 위에 샤워헤드(106)가 놓일 수 있다. 후면판(112)은 챔버(100)를 시일링하기 위해 챔버 벽들(102)과 연결된 선반(ledge)(114)의 상부 표면 상에 놓일 수 있다.

도 2는 일 구체예에 따른 TFT 소자(200)의 개략적 예시이다. TFT 소자(200)는 기판(202) 및 MO-TFT 스택(250)을 포함한다. MO-TFT 스택(250)은 게이트 전극(205), 게이트 유전체 층(206), 활성 층(208), 소스 전극(211), 드레인 전극(212) 및 유전체 층(218)을 포함할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, MO-TFT 스택(250)은 기판(202)의 표면 상에 증착된 게이트 전극(205)을 포함한다. 기판(202)에 대해 사용될 수 있는 적합한 재료들은 유리, 플라스틱, 및 반도체 웨이퍼들을 포함하지만, 이로 제한되지 않는다. 게이트 전극(205)을 위해 사용될 수 있는 적합한 재료들은 크롬, 몰리브덴, 구리, 알루미늄, 텅스텐, 티탄, 및 이들의 조합물들을 포함하지만, 이로 제한되지 않는다.

게이트 유전체 층(206)은 이후에 기판(202) 및 게이트 전극(205) 둘 모두 위에 증착된다. 게이트 유전체 층(206)은 SiOF, SiN, SiO_x, 실리콘 옥시나이트라이드 (SiON) 및 이들의 조합물들을 포함할 수 있다. 추가적으로, 단일 층으로서 도시되어 있지만, 게이트 유전체 층(206)이 다중 층들을 포함할 수 있으며, 이들 각각이 상이한 화학적 조성을 포함할 수 있다는 것이 고려된다. 게이트 유전체 층(206)은 최소한의 수소를 갖도록 증착되어야 한다.

활성 층(208)은 MO-TFT 스택(250)의 반도체 층으로서 증착된다. 활성 층(208)을 위해 사용될 수 있는 적합한 재료들은 IGZO, 아연 옥시나이트라이드 및 아연 옥사이드를 포함한다. 활성 층(208)은 PVD와 같은 적합한 증착 방법들에 의해 증착될 수 있다. 일 구체예에서, PVD는 DC 바이어스(DC bias)를 로터리 캐소드(rotary cathode)에 인가하는 것을 포함할 수 있다.

소스 전극(211) 및 드레인 전극(212)은 활성 층(208) 위에 형성될 수 있다. 소스 전극(211) 및 드레인 전극(212)을 형성 시에, 활성 층(208)의 부분은 소스 전극(211)과 드레인 전극(212) 사이에 노출된다. 소스 전극(211)과 드레인 전극(212) 사이의 이러한 구역은 활성 채널(216)로서 지칭된다. 다른 구체예에서, 에치 스톱(etch stop)(미도시됨)은 활성 채널(216)에서 뿐만 아니라 소스 전극(211) 및 드레인 전극(212)의 부분 아래에 형성될 수 있다.

유전체 층(218)은 이후에 활성 채널(216), 소스 전극(211) 및 드레인 전극(212) 위에 증착된다. 일 구체예에서, 활성 층(208)의 활성 채널(216) 또는 에치 스톱과 접촉하는 유전체 층(218)은 저 수소 함유 옥사이드, 예를 들어 SiO_x 또는 SiOF이다. 유전체 층(218)은 300Å 내지 3000Å의 두께로 증착될 수 있다. 도시된 바와 같이, 유전체 층(218)의 증착은 활성 채널(216), 소스 전극(211) 및 드레인 전극(212)의 표면을 가로질러 실질적으로 콘포말하다(conformal).

하나 이상의 배리어 층들, 예를 들어 유전체 층(218)에 형성된 핀홀들은 대기 가스들, 예를 들어 수소를 활성 층(208)에 도달하게 할 수 있다. TFT 성능에 영향을 미치는 것으로 알려져 있거나 그러한 것으로 여겨지는 여러 대기 가스들이 존재한다. 활성 층에서 H₂O의 흡착은 활성 층에서 전자 캐리어(electron carrier)들의 축적을 야기시킬 수 있다. O₂의 흡착은 활성 층에서 전자 캐리어들의 결핍을 야기시킬 수 있다. 활성 층으로의 수소 확산은 이를 전도성으로 만들 수 있다. 활성 층 품질이 캐리어 밀도 및 결함 밀도에 따르기 때문에, 게이트 유전체 층/활성 층 계면, 활성 층/에치 스톱 계면 및 활성 채널/패시베이션 층 계면은 대기 수소, 산소 및 물과 최소 접촉을 가져야 한다.

도 3은 일 구체예에 따른 핀홀들을 검출하기 위한 방법(300)의 블록 다이아그램을 도시한 것이다. 본 방법(300)은 302에서, 기판의 증착 표면 상에 활성 층을 형성시키고; 304에서, 활성 층 위에 유전체 층을 형성시키고; 306에서, 에칭제를 적어도 유전체 층으로 전달하되, 유전체 층이 유전체 층의 적어도 40%까지 제거되도록 에칭제에 의해 에칭되고; 핀홀 밀도를 광학적으로 측정하는 것을 포함한다. 도 4a 내지 4c는 도 3을 참조로 하여 기술된 바와 같이 핀홀 결정 방법의 개략적 예시이다.

본 방법(300)은 구성요소 302에서, 기판(402)의 증착 표면 상에 활성 층(404)을 형성시킴으로써 개시한다. 활성 층(404)에 대해 사용될 수 있는 적합한 재료들은 IGZO, 아연 옥시나이트라이드 및 아연 옥사이드를 포함한다. 활성 층(404)은 PVD와 같은 적합한 증착 방법들에 의해 증착될 수 있다. 일 구체예에서, PVD는 로터리 캐소드에 DC 바이어스를 인가하는 것을 포함할 수 있다.

활성 층(404)이 증착된 직후에, 구성요소 304에서, 유전체 층(406)은 이후에 활성 층(404) 위에 형성될 수 있다. 유전체 층(406)은 활성 층(404)의 표면 위에 형성된다. 유전체 층(406)은 50Å 내지 3000Å, 예를 들어 100Å 내지 1000Å의 두께로 증착될 수 있다. 유전체 층(406)이 단일 층으로서 기술되지만, 유전체 층(406)의 다른 구체예들은 하나 초과의 층을 포함할 수 있으며, 이러한 층들은 임의 이전 층과는 다른 화학적 조성을 가질 수 있다. 유전체 층(406)은 SiO₂, Al₂O₃, 실리콘 나이트라이드들, 하프늄 옥사이드들(HfO_x), 티타늄 옥사이드들(TiO_x), 탄탈 옥사이드들(TaO_x), 지르코늄 옥사이드들(ZrO_x) 또는 이들의 조합물들을 포함할 수 있다.

SiO₂가 유전체 층(406)으로서 사용될 때, SiO₂는 MW-PECVD, PECVD 또는 PVD 중 어느 하나에 의해 증착될 수 있다. PVD와 관련된 플라즈마 손상 및 PECVD로부터 혼입되는 수소는 MW-PECVD를 사용하여 감소되거나 방지될 수 있다. 일 구체예에서, MW-PECVD는 SiO₂ 유전체 층을 증착시키기 위해 사용된다. MW-PECVD 증착은 고도로 콘포말한 증착 결과들, 증착된 막들에 대한 보다 낮은 플라즈마 손상, 및 증착된 층에서의 수소 농도의 감소를 제공한다. MW-PECVD 실리콘 옥사이드는 대개 소스 가스들로서 SiH₄+O₂ 또는 SiH₄+N₂O로 증착되며, 여기서, 전자는 후자 보다 더욱 양호한 막 품질을 제공한다.

유전체 층(406)은 복수의 핀홀들을 가질 수 있으며, 본원에서는 세 개의 핀홀들(408a-408c)로서 도시된다. 핀홀들(408a-408c)은 일반적으로 동일한 직경을 가지고 유전체 층(406)의 두께를 통해 연장하는 실린더들인 것으로 도시된다. 그러나, 핀홀들(408a-408c)은 다양한 형상들, 길이들, 및 크기들을 가질 수 있다. 핀홀들(408a-408c)은 활성 층(404)에 도달하게 하기 위한 대기 가스들용 통로를 제공하고, 이는 상술된 바와 같이 소자 고장을 야기시킨다.

유전체 층(406)을 증착시킴과 함께, 구성요소 306에서, 에칭제(410)는 적어도 유전체 층(406)으로 전달된다. 도 4b에는 유전체 층(406)의 표면 상의 에칭제(410)가 도시되어 있다. 에칭제(410)는 할로겐-함유 에칭제, 예를 들어 HF일 수 있다. HF의 농도는 1:25 내지 1:200, 예를 들어 1:100 HF 용액일 수 있다. 에칭제의 에칭 성질들은 에칭제의 노출 시간 및 농도와 같은 인자들에 따른다. 유전체 층(406)은 활성 층(404)의 두께 보다 비교적 더욱 큰 두께를 가질 수 있다. 일 구체예에서, 유전체 층(406)은 활성 층(404)의 두께의 두 배이다.

에칭제(410)는 유전체 층(406)의 두께의 일부를 에칭시킬 수 있다. 일 구체예에서, 유전체 층(406)은 활성 층(404)의 두께와 대략 동일한 두께로 에칭된다. 다른 구체예에서, 유전체 층(406)은 본래 두께의 40% 내지 60%, 예를 들어 본래 두께의 대략 50%로 에칭된다. 도 4c에 도시된 바와 같이, 에칭제(410)는 에칭된 구역(414)으로서 도시된 바와 같이, 유전체 층(406)의 두께의 부분을 에칭시킨다. 또한, 에칭제(410)는 핀홀들(408a-408c)을 보다 넓게 에칭한다. 에칭제(410)는 이후에 활성 층(404)으로 접근할 수 있다. 에칭제(410)는 유전체 층(406)에 대한 것 보다 활성 층(404)에 대해 훨씬 높은 에칭율을 갖는다. 이에 따라, 에칭제(410)는 본원에서 보이드 영역들(412a-412c)로서 도시된, 복수의 보이드 영역들을 형성시킨다.

유전체 층(406)이 에칭제(410)에 의해 에칭된 직후에, 구성요소 308에서, 유전체 층(406)의 핀홀 밀도는 에칭된 활성 층을 사용하여 광학적으로 측정될 수 있다. 보이드 영역들(412a-412c)은 핀홀들(408a-408c)에 대응된다. 그러나, 보이드 영역들(412a-412c)은 비교적 크고 광학 장치, 예를 들어 광학 현미경을 사용하여 시각화된다.

핀홀들(408a-408c)은 에칭 전 또는 후 중 어느 하나에서 SEM과 같은 고배율 장치 없이 볼 수 있을 정도로 충분히 크지 않다. 유전체 층(406)과 활성 층(404) 간의 차별 에칭을 사용하여, 활성 층(404)은 핀홀(408a-408c)의 위치의 표시를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 여기에서, 유전체 층(406)은 핀홀들(408a-408c)이 활성 층(404)의 하부 부분들을 노출시키기 위해 개방되도록 에칭된다. 활성 층(404)의 노출된 부분들은 더욱 시각화된 보이드 영역들(412a-412c)을 형성시키기 위해 에칭된다. 보이드 영역들(412a-412c)은 광학 현미경과 같은 광-기반 장치들을 사용하여 보여질 수 있다.

도 5는 본원에 기술된 구체예들에 따른, 기판을 가공하는 방법(500)을 도시한 것이다. 본 방법(500)은 502에서 가공 챔버에 기판을 정위시키되, 기판이 증착 표면, 활성 층 및 소정 길이, 폭 및 두께를 갖는 유전체 층을 포함하고; 504에서, 할로겐-함유 에칭제를 유전체 층에 전달하여 유전체 층의 두께를 활성 층 두께와 대략 동일하게 되도록 에칭시키되, 여기서 활성 층의 부분들이 할로겐 함유 에칭제에 의해 노출되고; 506에서, 노출된 활성 층을 에칭시켜 하나 이상의 보이드 영역들을 형성시키고; 508에서, 활성 층에서 보이드 영역들에 대해 기판을 시험하되, 보이드 영역들 각각이 핀홀에 대응되는 것을 포함한다.

본 방법(500)은 구성요소 502에서, 가공 챔버에 기판을 정위시킴으로써 개시한다. 기판은 도 2를 참조로 하여 기술된 바와 같은 기판일 수 있다. 기판은 증착 표면, 활성 층 및 유전체 층을 갖는다. 활성 층은 도 2 및 도 3을 참조로 하여 상술된 바와 같은 재료를 포함할 수 있다. 일 구체예에서, 활성 층은 100Å 내지 2000Å 두께, 예를 들어 1000Å 두께이다.

유전체 층은 활성 층 위에 배치된다. 유전체 층은 실리콘 옥사이드 층, 예를 들어 SiO₂일 수 있다. 유전체 층은 소정의 길이, 폭, 및 두께를 갖는다. 길이 및 폭은 일반적으로 유전체 층의 2차원 범위를 기술하며, 여기서 길이 폭 지시들은 활성 층 및 기판의 증착 표면의 길이 및 폭 지시들에 해당한다. 유전체 층의 두께는 200Å 내지 4000Å, 예를 들어 2000Å일 수 있다.

기판을 가공 챔버에 정위시킨 직후에, 구성요소 504에서, 할로겐-함유 에칭제는 유전체 층으로 전달될 수 있다. 할로겐-함유 에칭제는 도 3을 참조로 하여 기술되는 바와 같이, HF일 수 있다. 할로겐-함유 에칭제는 유전체 층의 두께를 활성 층 두께와 대략 동일하도록 에칭시킬 수 있다. 일 구체예에서, 유전체 층은 대략 1000Å의 활성 층에 비해 2000Å의 두께로 증착된다. 유전체 층은 이후에 2000Å 내지 1000Å으로 에칭된다.

유전체 층의 에칭 이후에, 구성요소 506에서, 활성 층의 노출된 부분은 에칭되어 하나 이상의 보이드 영역들을 형성시킬 수 있다. 유전체 층의 에칭은 이미 존재하는 핀홀들을 개방시킬 수 있는데, 이는 이후에 활성 층의 부분들을 할로겐-함유 에칭제에 노출시킬 수 있다. 측면 에칭으로 인해 핀홀들이 개방되기 때문에, 보다 많은 활성 층은 핀홀 하에 노출될 것이다. 할로겐-함유 에칭제는 유전체 층에 비해 활성 층을 우선적으로 에칭시킬 것이며, 하나 이상의 보이드 영역들은 핀홀 사이트들 아래의 활성 층에 형성될 것이다. 보이드 영역의 크기는 에치 시간의 양, 뿐만 아니라 그러한 사이트에서 활성 층에 대해 이용 가능한 에칭제의 농도를 반영할 것이다.

보이드 영역들을 형성한 직후에, 구성요소 508에서, 기판은 활성 층에서 보이드 영역들에 대해 시험될 수 있다. 보이드 영역들 각각은 핀홀과 같은 유전체 층에서의 개구에 해당할 것으로 기대된다. 이와 같이, 보이드 영역의 보다 큰 크기는 카메라 또는 광학 현미경과 같은 광학 장치에 의해 핀홀들의 양을 측정할 수 있게 한다. 보이드 영역들의 크기 및 모폴로지(morphology)는 핀홀의 크기 및 유전체 층에서 다른 핀홀들의 근접성과 같은 추가 정보를 제공할 수 있다.

본원에 기술된 구체예들은 주사전자현미경으로부터와 같은 고배율을 사용하지 않으면서, 유전체 층에 형성된 핀홀들의 수를 결정하는 방법들을 기술한다. 적어도 활성 층 및 유전체 층을 갖는 스택(stack)이 형성된다. 스택은 TFT에서와 같이, 다른 층들을 포함할 수 있다. 유전체 층은 유전체 층이 본래 두께의 대략 40% 내지 대략 60%로 에칭될 수 있도록 충분한 두께로 형성된다. 유전체 층은 이후에 유전체 층에 비해 활성 층을 우선적으로 에칭시키는 에칭제를 사용하여 기술된 바와 같이 에칭되어, 하나 이상의 보이드 영역들을 형성시킨다. 보이드 영역들은 표준 광학 현미경 또는 다른 광학 장치들을 사용하여 보여질 수 있다.

핀홀-부재 유전체 층들, 예를 들어 SiO_x 층들은 금속 옥사이드 TFT 보존성에 대해 유익하고, 평가될 것이다. 상술된 방법들을 사용함으로써, 불량하게 형성된 층들을 갖는 기판들은 추가 가공을 수행하기 전에 단순하고 저렴한 공정에 의해 제외될 수 있다.

상술한 것이 본 발명의 구체예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 및 추가의 구체예들은 본 발명의 기본 범위로부터 벗어나지 않으면서 고안될 수 있으며, 이의 범위는 하기 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (18)

1. 소자를 분석하는 방법으로서,
   기판의 증착 표면 상에 활성 층을 형성시키는 것;
   활성 층 위에 유전체 층을 형성시키는 것;
   유전체 층의 40% 이상을 제거하기 위해 적어도 유전체 층을 에칭제(etchant)로 에칭시켜 에칭된 유전체 층을 생성시키는 것으로서, 상기 에칭제는 유전체 층에 대한 에칭율 보다 활성 층에 대해 높은 에칭율을 가지는 것; 및
   활성 층에서의 하나 이상의 보이드 영역들(void regions)을 사용하여 에칭된 유전체 층의 핀홀 밀도를 시각적으로 측정하는 것으로서, 상기 하나 이상의 보이드 영역들은 하나 이상의 보이드 영역 보다 작은 크기를 가지는 하나 이상의 핀홀들에 대응되는 것을 포함하는, 소자를 분석하는 방법.
2. 소자를 분석하는 방법으로서,
   기판의 증착 표면 상에 IGZO를 포함하는 활성 층을 형성시키는 것;
   활성 층 위에 유전체 층을 형성시키는 것;
   유전체 층의 40% 이상을 제거하기 위해 적어도 유전체 층을 에칭제로 에칭시켜 에칭된 유전체 층을 생성시키는 것; 및
   활성 층에서의 하나 이상의 보이드 영역들을 사용하여 에칭된 유전체 층의 핀홀 밀도를 시각적으로 측정하는 것으로서, 상기 하나 이상의 보이드 영역들은 하나 이상의 보이드 영역 보다 작은 크기를 가지는 하나 이상의 핀홀들에 대응되는 것을 포함하는, 소자를 분석하는 방법.
3. 핀홀들을 검출하는 방법으로서,
   가공 챔버에 기판을 정위시키는 것으로서, 기판이 활성 층 및 두께를 갖는 유전체 층을 포함하는 것;
   할로겐-함유 에칭제를 유전체 층으로 전달하여 유전체 층의 두께를 활성 층 두께와 동일하게 되도록 에칭시키는 것으로서, 활성 층의 부분들이 할로겐 함유 에칭제에 노출되는 것;
   활성 층의 노출된 부분들을 에칭제로 에칭시켜 하나 이상의 보이드 영역들을 생성시키는 것으로서, 상기 하나 이상의 보이드 영역들은 하나 이상의 보이드 영역 보다 작은 크기를 가지는 하나 이상의 핀홀들에 대응되는 것; 및
   활성 층에서의 보이드 영역들에 대해 기판을 시험하는 것으로서, 보이드 영역들 각각이 유전체 층에서의 핀홀에 대응되는 것을 연속적으로 포함하는, 방법.
4. 제3항에 있어서, 형성된 유전체 층이 활성 층 두께의 두 배를 갖는 방법.
5. 제3항에 있어서, 할로겐-함유 에칭제가 플루오르화수소산인 방법.
6. 제3항에 있어서, 에칭제는 유전체 층에 대한 것 보다 활성 층에 대해 높은 에칭율을 가지는 방법.
7. 제3항에 있어서, 시험이 광학적 측정인 방법.
8. 제3항에 있어서, 유전체 층이 SiO₂, Al₂O₃, 실리콘 나이트라이드, 하프늄 옥사이드 (HfO_x), 티타늄 옥사이드 (TiO_x), 탄탈 옥사이드 (TaO_x), 지르코늄 옥사이드 (ZrO_x) 또는 이들의 조합물을 포함하는 방법.
9. 제3항에 있어서, 활성 층이 IGZO를 포함하는 방법.
10. 소자를 분석하는 방법으로서,
    가공 챔버에 기판을 정위시키는 것으로서, 기판이 증착 표면을 가지는 것;
    증착 표면 상에 IGZO 활성 층을 형성시키는 것으로서, IGZO 층이 제1 두께로 증착되는 것;
    IGZO 활성 층 위에 실리콘 옥사이드 층을 제2 두께로 형성시키는 것;
    실리콘 옥사이드 층으로 HF를 포함하는 에칭제를 전달하는 것으로서, 에칭제가 실리콘 옥사이드 층의 제2 두께의 50%를 제거하고, IGZO 활성층의 부분들이 에칭제에 노출되는 것;
    IGZO 활성 층의 노출된 부분들을 에칭제로 에칭시켜 하나 이상의 보이드 영역들을 생성시키는 것으로서, 상기 하나 이상의 보이드 영역들은 하나 이상의 보이드 영역 보다 작은 크기를 가지는 하나 이상의 핀홀들에 대응되는 것; 및
    IGZO 활성 층에서 에칭제에 의해 형성된 보이드 영역들에 대해 기판을 시험하는 것으로서, 보이드 영역들 각각이 실리콘 옥사이드 층에서 핀홀에 대응되는 것을 포함하는, 방법.
11. 제10항에 있어서, 제1 두께가 500Å 내지 2000Å 두께인 방법.
12. 제10항에 있어서, 형성된 실리콘 옥사이드 층이 1000Å 내지 4000Å 두께인 방법.
13. 제10항에 있어서, 보이드 영역들이 광학 현미경을 이용하여 가시적인 방법.
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