KR101261495B1 - 분광학적 타원해석법을 이용하는 타겟박막층의 밴드 갭 및 물리적 결함 측정 방법 - Google Patents

Abstract

일 실시 예에 따르는 분광학적 타원해석법을 이용하는 타겟박막층의 밴드 갭 및 물리적 결함 측정 방법은 먼저 기판 및 상기 기판 상에 배치되는 타겟박막층을 포함하는 타겟물질을 준비한다. 타원해석기를 이용하여 상기 타겟물질에 편광된 광을 입사하고 상기 타겟물질로부터 반사되는 광의 엘립소메티리 측정값 (Δ,Ψ)을 획득한다. 상기 측정값 (Δ,Ψ)에 대하여 코시 함수를 이용하는 모델링을 수행하여 상기 타겟박막층의 두께를 산출한다. 상기 측정값 (Δ,Ψ)에 대한 상기 기판의 기여분을 제거한 결과 및 상기 산출된 상기 타겟박막층의 두께를 이용하여 상기 타겟박막층의 흡수 계수 그래프를 추출한다. 상기 흡수 계수 그래프과 피팅(fitting)을 이룰 수 있는 피팅 모델 함수를 결정한다. 상기 피팅 모델 함수와 상기 측정값 (Δ,Ψ)을 비교하여 피팅의 부합여부를 결정한다.

Description

분광학적 타원해석법을 이용하는 타겟박막층의 밴드 갭 및 물리적 결함 측정 방법{method of measuring band gap and physical defect of target thin film using spectroscpic ellipsometry}

본 출원은 타겟박막층의 특성 평가 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 분광학적 타원해석법을 이용하는 타겟박막층의 밴드 갭 및 물리적 결함 측정 방법에 관한 것이다.

엘립소미트리라고 불리는 분광학적 타원해석법은 편광을 이용하는 광측정 기술의 일종이다. 편광된 빛이 물체 표면에서 반사될 때 변화하는 편광 상태를 측정하여 타겟물질의 광학적 성질 및 표면, 미세 구조적 특성을 측정하는 분석 방법으로서, 현재 물리, 화학, 반도체, 재료 분야에서 널리 이용되고 있다. 상기 분광학적 타원해석법은 상기 타겟물질의 표면으로부터 반사되어 나온 빛의 위상차와 진폭변화를 서로 독립적으로 측정함으로써 표면상의 단층 수준의 변화를 알아낼 수 있다. 이러한 분광학적 타원해석법은 진공, 공기, 반응성 기체, 용액, 플라즈마와 같은 극한 환경 속에서도 실시간 측정이 가능하며, 다른 어떤 측정 방법보다 절차가 간단하고 측정시간이 짧기 때문에 활용 방법에 따라 생산성 향상에 크게 도움을 줄수 있는 장점이 있다.

다만, 분광학적 타원해석법은 타겟물질의 물성을 직접 측정하는 방법이 아니라, 타겟물질에 같은 위상으로 입사되는 P파 및 S파의 전자기파가 반사 후에 갖게 되는 위상차(Δ)와 상기 P파 및 상기 S파의 반사계수의 크기비(tanΨ)을 측정하고 이들 값들을 최적의 모델링을 통하여 분석함으로써, 상기 타겟물질의 물성을 확보할 수 있다. 상기 위상차(Δ)와 상기 크기비(tanΨ)의 각도 Ψ을 엘립소미트리 측정각으로 정의한다. 본 명세서 전반에 있어서, 상기 P파는 입사하는 전자기파 중 전기장의 방향이 입사면에 놓여 있는 전자기파의 부분으로 정의하고, 상기 S파는 입사하는 전자기파 중 전기장의 방향이 입사면에 수직으로 놓여 있는 전자기파의 부분으로 정의한다. 상기 반사계수는 상기 P파 또는 상기 S파 각각에 대하여 산출할 수 있는데, 상기 P파에 대한 반사계수는 입사되는 상기 P파의 전기장에 대한 반사되는 상기 P파의 전기장으로 정의되고, 상기 S파에 대한 반사계수는 입사되는 상기 S파의 전기장에 대한 반사되는 상기 S파의 전기장으로 정의된다. 상기 S파에 대한 반사계수에 대비한 상기 P파의 반사계수의 비율을 복소반사계수비로 정의할 수 있다. 상기 복소반사계수비로부터, 상기 P파 및 상기 S파의 전자기파가 반사 후에 갖게 되는 상기 위상차(Δ)를 산출할 수 있으며, 또한, 상기 S파에 대한 반사계수에 대비한 상기 P파의 반사계수의 비율의 절대치인 상기 tanΨ를 산출할 수 있게 된다.

분광학적 타원해석법은 일반적으로 알려져 있는 타겟물질의 두께 측정, 광학적 성질 측정 뿐만 아니라 물질의 미세구조 분석에의 다앙한 응용예가 가능한데, 이러한 그 종류 및 응용의 다양한 가능성에도 불구하고 모델링 방법에 다라 분석의 신뢰도는 크게 달라질 수 있다. 이러한 사실은 현재에도 신뢰도를 향상시키는 분석 및 측정 방법이 꾸준히 연구되고 제안하는 이유이기도 한다.

본 출원이 이루고자 하는 기술적 과제는 분광학적 타원해석법을 이용하여 산화물 반도체 또는 산화물 전도체의 밴드갭 및 물리적 결함을 측정 및 분석하는 방법을 제시하는 것이다.

상기의 기술적 과제를 이루기 위한 본 출원의 일 측면에 따르는 분광학적 타원해석법을 이용하는 타겟박막층의 밴드 갭 및 물리적 결함 측정 방법이 개시된다. 먼저 기판 및 상기 기판 상에 배치되는 타겟박막층을 포함하는 타겟물질을 준비한다. 타원해석기를 이용하여 상기 타겟물질에 편광된 광을 입사하고 상기 타겟물질로부터 반사되는 광의 엘립소메티리 측정값 (Δ,Ψ)을 획득한다. 상기 측정값 (Δ,Ψ)에 대하여 코시 함수를 이용하는 모델링을 수행하여 상기 타겟박막층의 두께를 산출한다. 상기 측정값 (Δ,Ψ)에 대한 상기 기판의 기여분을 제거한 결과 및 상기 산출된 상기 타겟박막층의 두께를 이용하여 상기 타겟박막층의 흡수 계수 그래프를 추출한다. 상기 흡수 계수 그래프과 피팅(fitting)을 이룰 수 있는 피팅 모델 함수를 결정한다. 상기 피팅 모델 함수와 상기 측정값 (Δ,Ψ)을 비교하여 피팅의 부합여부를 결정한다.

본 출원의 일 실시 예에 의하면, 타겟물질의 비파괴 분석을 통해 산화물 반도체 또는 산화물 전도체의 밴드갭 및 이들 내부에 존재하는 결함을 측정 분석하여, 상기 산화물 반도체 또는 산화물 전도체의 전기적 특성 결과를 보다 명확하게 추출할 수 있다. 이러한 전기적 특성 결과를 이용하여, 상기 산화물 반도체 또는 산화물 전도체를 채용한 전자 소자의 고효율, 고신뢰성을 확보하는데 기여할 수 있다.

도 1은 본 출원의 일 비교예에 따르는 분광학적 타원해석법을 개략적으로 설명하는 흐름도이다.
도 2는 본 출원의 일 실시 예에 따르는 분광학적 타원해석법을 개략적으로 설명하는 흐름도이다.
도 3 내지 도 8은 본 출원의 일 실시 예에 따르는 분광학적 타원해석법을 적용하는 AlZnO 박막의 분석방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 출원의 실시 예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 본 출원에 개시된 기술은 여기서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 출원의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 각 장치의 구성요소를 명확하게 표현하기 위하여 상기 구성요소의 폭이나 두께 등의 크기를 다소 확대하여 나타내었다. 전체적으로 도면 설명시 관찰자 시점에서 설명하였고, 일 요소가 다른 요소 위에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 이는 상기 일 요소가 다른 요소 위에 바로 위치하거나 또는 그들 요소들 사이에 추가적인 요소가 개재될 수 있다는 의미를 모두 포함한다. 또한, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 출원의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원의 사상을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 그리고, 복수의 도면들 상에서 동일 부호는 실질적으로 서로 동일한 요소를 지칭한다.

한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다. “제1 ” 또는“제2 ” 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

또, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, “포함하다” 또는 “가지다”등의 용어는 기술되는 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또, 방법 또는 제조 방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.

도 1은 본 출원의 일 비교예에 따르는 분광학적 타원해석법을 개략적으로 설명하는 흐름도이다. 일 비교예는 본 출원의 일 실시 예에 이르기 위하여 발명자가 예비적으로 제안하는 방법이며, 본 출원의 일 실시 예의 일부분의 기술적 사상을 구성한다. 도 1을 참조하면, 먼저 110 블록에서 소정의 편광 상태를 가지는 전자기파를 제공한다. 상기 편광 상태는 일 예로서, 선형 편광일 수 있다. 상기 전자기파는 일 예로서, 소정의 파장 대역을 가지는 광일 수 있다. 120 블록에서, 타겟물질에 상기 전자기파를 소정의 입사각으로 입사시킨다. 130 블록에서, 타원해석기( ellipsometer)를 이용하여 상기 타겟물질에서 소정의 반사각으로 반사되는 전자기파의 편광 상태를 측정한다. 상기 반사되는 상기 전자기파는 소정의 파장 대역을 가질 수 있다. 상기 소정의 편광 상태를 가지며 입사하는 상기 전자기파는 상기 타겟물질에서 반사되면서 편광 특성이 변화하게 된다. 일 예로서, 상기 반사되는 전자기파는 타원 편광의 편광 상태를 가질 수 있다. 상기 변화된 편광특성은 본 단계에서 편광을 분석하는 광학부품을 통과하면서 엘립소메티리 측정각인 (Δ,Ψ)을 산출할 수 있다. 140 블록에서, 상기 타겟물질의 물리적 특성을 추출한다. 상기 산출된 측정각 (Δ,Ψ)을 분석함으로써 상기 타겟물질의 물성을 알아내게 된다.

상술한 실시예에 있어서, 실험을 통하여 측정되는 물리량은 엘립소메티리 측정각인 (Δ,Ψ)_측정치 이며, 상기 타원해석기를 통해 획득할 수 있다. 다양한 공지의 이론적 모델을 적용하여 상기 타겟물질의 이론적 (Δ,Ψ)_이론치의 계산식을 도출한다. 상기 (Δ,Ψ)_측정치 와 (Δ,Ψ)_이론치 를 일치시키는 과정에서, (Δ,Ψ)_이론치 계산식 내에 포함되어 있는 변수값을 알아낸다. 상기 변수값은 상기 타겟물질의 물성과 관련되어 있는 수치이다. 상기 공지의 모델은 일 예로서, 로렌츠 조화 진동(Lorentz harmonic oscillator) 모델, 드루드(Drude) 자유전자 모델, 코시(Cauchy) 모델, 셀마이어(Sellmeir) 모델, 포로우히-블루머(Forouhi-Bloomer) 모델, 타우-로렌츠(Tauc-Lorentz) 모델 등이 적용될 수 있지만, 이에 한정되지 않고 다양한 다른 변형 모델이 적용될 수 있다. 상술한 비교예의 기술 개념은 일 예로서, 엘립소미트리, 안일신 저, 한양대학교 출판부, 2000년에 개시되어 있으며, 본 출원의 기술적 사상에 대한 일 구성요소에 해당될 수 있다.

본 출원의 일 실시 예를 통하여, 발명자는 산화물 반도체 또는 산화물 전도체의 밴드갭을 신뢰성 있게 측정하고 이들 산화물 반도체 또는 산화물 전도체이 포함하는 결함의 정성적, 정량적 양 및 에너지 준위를 측정할 수 있는 분광학적 타원해석법을 제안한다. 상기 산화물 반도체 또는 산화물 전도체은 현재, 디스플레이 구동 전자소자 및 고이동 투명반도체 소자에 적용되는 물질로서, 상기 소자들의 전하 이동도 및 신뢰성을 평가하기 위해서는 상기 밴드갭 및 결함 분석을 통한 전도새의 전자 구조 분석이 요청되고 있는 상황이다. 현재까지는 분광학적 타원해석법을 이용하여서는 산화물 반도체 또는 산화물 전도체의 밴드갭, 결함의 정성적, 정량적 양과 에너지 준위, 전도대의 전자구조를 측정 및 분석하는 방법이 충분하게 정립되지 못한 상황이다.

도 2는 본 출원의 일 실시 예에 따르는 분광학적 타원해석법을 개략적으로 설명하는 흐름도이다. 도 3 내지 도 8은 본 출원의 일 실시 예에 따르는 분광학적 타원해석법을 적용하는 AlZnO 박막의 분석방법을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 2 및 도 3를 참조하면, 먼저 블록 210에서, 상기 타원해석법을 적용하기 위한 타겟물질을 준비한다. 상기 타겟물질은 기판 및 상기 기판 상에 배치되는 타겟박막층을 포함한다. 일 실시 예로서, 상기 타원해석법을 적용하는 상기 AlZnO 박막은 원자층 증착법으로 실리콘 기판 상에 증착되었으며, 상기 AlZnO 박막 내에 Al이 3% 도핑되도록 형성하였다. 220 블록에서, 타원해석기를 이용하여 상기 타겟물질에 편광된 빛을 입사하고 상기 타겟물질로부터 반사되는 광의 엘립소메티리 측정값 (Δ,Ψ)을 획득한다. 도 3을 참조하면, 상술한 바와 같이, 상기 타겟물질은 상기 실리콘 기판 및 상기 AlZnO 박막을 결합한 전체 구조물을 의미한다. 상기 Al이 3% 도핑된 상기 AlZnO 박막에 대하여 선형 편광되었으며 5eV 이하의 포톤 에너지를 가지는 광을 입사각 65°, 70° 및 75°으로 각각 입사시키고, 상기 AlZnO 박막을 포함하는 상기 타겟물질로부터 반사되는 광으로부터 상기 측정값 (Δ,Ψ)을 측정한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 입사되는 광의 포톤 에너지에 따라, 반사된 광의 P파와 S파의 반사계수비(tanΨ)의 각(Ψ) 및 위상차(Δ)가 변화하는 모습을 관찰할 수 있다.

도 2의 230 블록에서, 측정값 (Δ,Ψ)에 대하여 모델링을 수행하여 상기 타겟박막층의 두께를 산출한다. 상기 측정값 (Δ,Ψ)은 상기 실리콘 기판과 상기 AlZnO 박막의 정보를 모두 가지고 있다. 일 예로서, 도 4를 참조하면, 코시 모델을 사용하여 상기 AlZnO 박막의 굴절률 및 두께를 산출하였다. 상기 코시 모델은 다음과 같이 정의된다.

N(λ) = An + Bn/λ² + Cn/λ⁴ ---------------- (1)

N(λ)은 광의 파장에 따른 복소굴절률, An, Bn 및 Cn은 모델링에 따른 피팅(fitting) 상수이다. 일반적으로, 복소굴절률 N(λ) = n(λ) + ik(λ) 와 같이 복소수형태로 표시되며, n은 복소굴절률의 실수부이고, k는 허수부이다. 상기 허수부 k는 소광계수라고 부르기도 하는데, 매질이 광을 흡수하는 정도를 나타낸다. 상기 코시 모델은 매질에 의한 광의 흡수가 없다고 판단되는 저 에너지 영역에서의 피팅 모델이다. 따라서, 상기 복소굴절률 N(λ)는 실수로서 가정된다. 따라서, 도 4에서와 같이, 약 2.5 eV 이하의 상대적으로 저 에너지 영역에서 상기 코시 모델을 이용하여 피팅하였다. 발명자는 상기 약 2.5 eV의 에너지는 상기 타겟박막층 및 상기 기판의 밴드갭 에너지보다 낮은 에너지로 판단되며, 상기 약 2.5 eV 이하의 에너지 영역에서는 상기 타겟박막층 및 상기 기판에 의해 광의 흡수가 이루어지지 않는 것으로 판단한다. 상기 불연속된 사각형, 마름모 및 정삼각형으로 표시된 측정값과 상기 연속된 실선으로 표시되는 코시 모델에 따른 피팅은 잘 일치되는 것을 관찰할 수 있다. 상기 코시 모델의 피팅에 따른 피팅 상수는, An은 1.7933, Bn은 0.025367 및 Cn은 0.00043261 정도로 산출되며, 이를 토대로 AlZnO 박막의 두께는 약 52.214 nm 로 산출할 수 있었다.

도 2의 240 블록에서, 상기 측정값 (Δ,Ψ)에 대한 상기 기판의 기여분을 제거한 결과 및 상기 산출된 상기 타겟박막층의 두께를 이용하여 상기 타겟박막층의 흡수 계수 그래프를 추출한다. 도 5를 참조하면, 이미 알려져 있는 상기 실리콘 기판의 굴절률, 광흡수율 등의 정보를 이용하여 상기 상기 측정값 (Δ,Ψ)에서 상기 실리콘 기판의 기여분을 제외한다. 그리고, 230 블록의 과정을 통해 산출된 약 52.214 nm의 타겟박막층의 두께를 적용하여, 상기 타겟박막층인 AlZnO 박막의 굴절률 및 흡수율 정보를 포함하는 흡수 계수 그래프를 도출한다. 도 5에 도시된 흡수 계수 α는 일반적으로 상기 복소굴절률 N(λ)의 소광계수 k에 비례한다. 도시된 바와 같이, 입사되는 포톤 에너지가 약 3.2 eV일 때, 타겟박막층 내로의 흡수계수가 상대적으로 급격히 증가하는 것을 관찰할 수 있으며, 이로부터 발명자는 상기 약 3.2 eV를 상기 AlZnO 박막의 밴드갭 에너지로 판단한다. 또한, 발명자는 상기 도 5의 그래프에서, A 지역에서와 같이 상기 밴드갭 에너지 이하에서 소정의 흡수 계수 값이 나타나는 현상을 발견하였다. 발명자는 상기 밴드갭 에너지 이하에서 발생하는 꼬리 형상(tailing) 지역(A)은 상기 AlZnO 박막 내의 존재하는 결함에 의해 광의 흡수가 발생하는 지역이라고 판단한다. 그리고, 상기 A 지역을 분석함으로써, 상기 AlZnO 박막 내의 존재하는 결함 정보를 확보할 수 있다고 판단하고 본 출원의 기술적 사상을 발명하기에 이르렀다.

도 2의 250 블록을 참조하면, 230블록의 흡수 계수 그래프에 대해 모델링 작업 및 피팅 작업을 수행한다. 일 실시 예에 있어서, 도 5의 그래프의 A 지역에서의 결함 정보를 나타내 줄 수 있는 피팅 모델을 구현한다. 상기 피팅 모델은 일 예로서, 로렌츠 조화 진동(Lorentz harmonic oscillator) 모델, 드루드(Drude) 자유전자 모델, 코시(Cauchy) 모델, 셀마이어(Sellmeir) 모델, 포로우히-블루머(Forouhi-Bloomer) 모델, 타우-로렌츠(Tauc-Lorentz) 모델 등이 적용될 수 있지만, 이에 한정되지 않고 다양한 다른 변형 모델이 적용될 수 있다. 도 6을 참조하면, 도 5의 흡수 계수 그래프와 피팅을 이룰 수 있는 흡수 계수의 모델링을 타우-로렌츠 모델을 적용하여 수행하였다.

식(2)는 타우-로렌츠 모델을 수식으로 표현한 것이다. 식(2)에 표현된 바와 같이, 복소 유전율 ε_{n_T-L}은 실수부인 ε_n1과 허수부인 ε_n2로 구성된다. 흡수와 관계되는 요소인 허수부 ε_n2 는 식(2-1)로 표현될 수 있다. 식 (2-1)에서, A_n은 흡수와 관계되는 천이 확률 상수, Eo_n은 피크 천이 에너지, C_n은 폭 넓어짐(broadening)과 관련된 항, Eg_n은 광학적 밴드 에지(optical band edge)를 의미한다. 실수부인 ε_n1 은 식 (2-2)로 표현될 수 있다. 식 (2-2)는 공지의 Kramers-Kronig 관계식으로 표현되고 있다. 상기의 식 (2), (2-1) 및 (2-2)는 이미 공지된 타우-로렌츠 모델을 도입한 것으로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.

일 실시 예에 있어서, AlZnO 박막 내에 존재하며 밴드갭 에너지 이하에서 광의 흡수를 발생시키는 결함 정보를 나타낼 수 있는 피팅 모델 함수를 상기의 타우-로렌츠 모델을 적용하여 선정한다. 도시된 바와 같은 모델함수 1 내지 모델함수 5은 상기의 타우-로렌츠 모델에 대하여 아래의 표1 에 기재된 값을 각각 가지도록 고안하였다.

[표1]

모델함수 1 내지 모델함수 5를 결합하여, 피팅 모델 함수를 생성하였으며, 이를 도 5의 흡수 계수 그래프와 피팅을 실시하였다. 결과적으로 도시된 바와 같이, 상기 피팅 모델 함수는 도 5의 흡수 계수 그래프와 일치하는 것을 확인할 수 있다. 상기 피팅 모델 함수 중 일부 모델 함수는 AlZnO 박막 내의 결함 정보를 가지고 있으며, 일 예로서, 모델 함수 2의 내부 영역은 AlZnO 박막 내부에 존재하는 결함의 양으로서 판단할 수 있다. 상기 모델 함수 1 내지 모델 함수 5 중 적어도 하나를 추가할 때의 기준은 일 예로서, AlZnO 박막의 산소(O)의 결핍에 의해 발생하는 결함 여부, AlZnO 박막의 전도대가 가지는 오비탈 형태 등을 고려할 수 있다.

도 2의 260 블록을 참조하면, 상기 모델링 결과와 상기 측정값(Δ,Ψ)을 비교하여 피팅의 부합여부를 결정한다. 일 실시 예에 있어서, 도 6의 타우-로렌츠 모델을 통한 모델링 작업 결과 도출된 상기 피팅 모델 함수를 도 2의 측정값(Δ,Ψ) 그래프와 비교하여 피팅의 부합 여부를 결정한다. 상기 피팅 모델 함수와 도 2의 측정값(Δ,Ψ) 그래프가 상기 피팅에 의해 서로 부합되면, 상기 모델링 결과로부터 상기 AlZnO 박막의 결함 정보를 포함한 다양한 정보를 도출한다. 만약 상기 피팅 결과가 서로 부합하지 않으면, 240 블록으로 돌아가서, 상기 흡수 계수 그래프에 대한 피팅 작업을 다시 수행한다.

도 7을 참조하면, 실선으로 도시되는 상기 피팅 모델 함수는 입사각 65, 입사각 65°, 70°및 75°에서 측정되는 상기 측정값 (Δ,Ψ)과 부합하였다. 도 8은 본 출원의 일 실시 예에 따르는 상기 피팅 모델을 통해 도출되는 타겟박막층의 물성을 개략적으로 도시하는 도면이다. 일 예로서, 도 6의 모델 함수 2의 내부의 면적은 실질적으로 AlZnO 박막 내의 결함의 양을 나타낼 수 있다. 또한, A 영역에서의 흡수 계수가 완만히 연속적으로 증가하는 것으로부터, 상기 결함이 일종의 띠형태의 에너지 준위대를 형성하고 있는 것을 확인할 수 있다. 또한, 상기 모델 함수 2 로부터 결함 준위의 위치를 결정할 수 있다. 도시된 바와 같이, 상술한 모델링 결과로부터, 상기 AlZnO 박막이 약 3.2 eV의 밴드갭 에너지를 가지고 있으며, 상기 AlZnO 박막 내부의 결함이 상기 AlZnO 박막의 전도대와 가전도대 사이에 띠 형태의 에너지 준위대를 형성하며 존재하는 것을 알 수 있게 된다. 또한, 상기 결함의 최고 에너지 준위는 상기 AlZnO 박막의 전도대로부터 일예로서 약 0.1 eV 떨어져 존재하는 사실도 알아 내었다 .

상술한 바와 같이, 본 출원의 일 실시 예에 의한 분광학적 타원해석법에 의하면, 타겟물질의 비파괴 분석을 통해 산화물 반도체 또는 산화물 전도체의 밴드갭 및 이들 내부에 존재하는 결함을 측정 분석하여, 상기 산화물 반도체 또는 산화물 전도체의 전기적 특성 결과를 보다 명확하게 추출할 수 있다. 이러한 전기적 특성 결과를 이용하여, 상기 산화물 반도체 또는 산화물 전도체을 채용한 전자 소자의 고효율, 고신뢰성을 확보하는데 기여할 수 있다.

이상에서는 도면 및 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 출원의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원에 개시된 실시예들을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

A : 결함 형성 지역

Claims (6)

1. 분광학적 타원해석법을 이용하는 타겟박막층의 밴드 갭 및 물리적 결함 측정 방법에 있어서,
   (a) 기판 및 상기 기판 상에 배치되는 타겟박막층을 포함하는 타겟물질을 준비하는 과정;
   (b) 상기 타겟물질에 편광된 광을 입사하고 상기 타겟물질로부터 반사되는 광의 엘립소메티리 측정값 (Δ,Ψ)을 타원해석기를 이용하여 획득하는 과정;
   (c) 상기 측정값 (Δ,Ψ)에 대하여 코시 함수를 이용하는 모델링을 수행하여 상기 타겟박막층의 두께를 산출하는 과정;
   (d) 상기 측정값 (Δ,Ψ)에 대한 상기 기판의 기여분을 제거한 결과 및 상기 산출된 상기 타겟박막층의 두께를 이용하여 상기 타겟박막층의 흡수 계수 그래프를 추출하는 과정;
   (e) 상기 흡수 계수 그래프와 부합하는 피팅 모델 함수를 결정하는 과정;
   (f) 상기 피팅 모델 함수와 상기 측정값 (Δ,Ψ)을 비교하여 상기 흡수 계수 그래프의 부합 여부를 결정하는 과정;
   (g) 상기 피팅 모델 함수 그래프의 기울기의 변화 정도를 기준으로 상기 타겟박막층의 밴드갭 에너지를 산정하는 과정; 및
   (h) 상기 흡수 계수 그래프의 상기 밴드갭 에너지 이하의 영역에서 상기 타겟박막층의 결함 정도를 산정하는 과정을 순차적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 분광학적 타원해석법을 이용하는 타겟박막층의 밴드 갭 및 물리적 결함 측정 방법.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 타겟박막층은 산화물 반도체 또는 산화물 전도체를 포함하는 분광학적 타원해석법을 이용하는 타겟박막층의 밴드 갭 및 물리적 결함 측정 방법.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1 항에 있어서,
   (e) 과정의 상기 피팅 모델 함수는
   로렌츠 조화 진동(Lorentz harmonic oscillator) 모델, 드루드(Drude) 자유전자 모델, 코시(Cauchy) 모델, 셀마이어(Sellmeir) 모델, 포로우히-블루머(Forouhi-Bloomer) 모델 및 타우-로렌츠(Tauc-Lorentz) 모델로 이루어지는 그룹에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는
   분광학적 타원해석법을 이용하는 타겟박막층의 밴드 갭 및 물리적 결함 측정 방법.
6. 제1 항에 있어서,
   (a) 과정 내지 (f) 과정을 순차적으로 진행하되,
   (f) 과정에서 상기 피팅 모델 함수와 상기 측정값 (Δ,Ψ)간의 피팅이 부합하지 않는 경우, 상기 (e) 및 (f) 과정을 반복하는
   분광학적 타원해석법을 이용하는 타겟박막층의 밴드 갭 및 물리적 결함 측정 방법.

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