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화학 및 전하에 민감한 엑스선 광전자 분광법

전문가 제언: ○ 샘플의 XPS 결합 에너지 변화를 측정함으로 재료의 전하축척 및 표면구조의 정보를 얻을 수 있다. 즉 n형 및 p형 Si 샘플에서 띠 결합 및 도핑제의 특성, n형 및 p형 Si 샘플의 SiO2/Si 경계면의 전하와 띠 휨, InGaN 샘플에서 In 및 Ga원자에 대한 표면 광 전압, 얇은(~4nm) SiO2 층에서 바이어스 극성 의존성, Si p-n 접합의 n도메인 및 p도메인 바이어스 효과 등의 정보를 얻을 수 있다.

○ XPS분석은 간단한 구조에서는 문제가 되지 않으나 디바이스의 구조에서 분석에는 경험과 체계적인 실험 데이터가 필요하다. 예를 들면 Si/SiO2 경계면에서 생성되는 전하의 발생 원리에 대한 정확한 규명이 필요하며 산화물(Si4+)과 기판(Si0)의 Si2p 피크 사이의 결합 에너지 차이는 실제로 산화물 층이 양 혹은 음으로 대전되기 때문에 3.2eV 이상이 된다. 산화물 층이 양 혹은 음으로 대전되는 것의 체계적인 정보로 정확하게 재료분석이 가능하다.

○ 한국은 반도체 메모리 및 디스플레이 산업에서 세계제일의 생산국가로서 디바이스의 분석기술은 세계제일이다. 한국의 대학, 출연연구소, 디바이스제조 기업에서는 반드시 디바이스 제작공정에 필요한 성분분석기인 XPS를 사용한다. XPS는 미국 혹은 영국에서 수입하고 대단히 정밀한 장치로 가격이 고가(약 30억 이상)이다. 대학 및 연구소 내의 공동분석기 센터에 설치해서 사용하고 있으며 제작사에서 지시하는 매뉴얼과 경험 중심이며 전하축척에 대한 연구는 거의 없는 실정이다.

○ 반도체의 발전과 더불어 패턴의 폭은 20nm는 양산이 시작되었으며 더 미세한 15nm 패턴의 디바이스를 개발에 반도체 업체는 경쟁적으로 힘을 기울이고 있다. 디바이스의 개발에는 장치, 공정 등이 중요하나 분석기술이 차지하는 비중이 크다. 특히 미세공정에서는 신소재를 포함해서 재료의 성분과 양을 정확하게 측정함으로 공정현상을 정확하게 판단할 수 있다. 디바이스의 분석에서는 조건에 따른 복잡한 재료에 대한 전하축척이 발생함으로 공동연구센터의 체계적인 실험을 통한 경험 , 자료 확보 및 정확한 성분 분석을 수행하여야 한다.

저자: Hikmet Sezen et al.
자료유형: 학술정보