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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 박병옥
- 발행연도
- 2014
- 저작권
- 경북대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
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최근, 전자 기술 분야에서는 투명 반도체, Wearable 반도체를 넘어 사물인터넷(Internet of Thing) 이라고 하여 모든 생활 전반에 전자 제품이 관여하게 될 것으로 예상되고 있다. 2010년 전자통신동향분석에 따르면, 투명 전자소자를 이용한 투명 전자기기 시장은 2010년부터 시장을 형성하여 2015년에 1500억 달러 규모로 급성장될 것으로 예측되었고, 2030년 에는 약 2700억불 로 예상되고 있다고 한다. 이에 따라 투명 디스플레이와 플렉시블 디스플레이는 기술 개발이 요구되고 있으며, 투명 디스플레이 기술이 현실화하기 위해서 이를 위한 재료 및 제조 공정의 연구가 더 많이 진행되어야 한다.
특히, 투명 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor)에서는 투명 전도 산화물(Transparent Conducting Oxide)이 재료적인 장점이 있어 유망한 재료로 알려져 있다. 투명 전도 산화물로 제작된 투명 산화물 반도체(Transparent Oxide Semiconductor) 는 넓은 Bandgap 과 저온 공정이 가능하며 실리콘에 비하여 높은 이동도를 가지고 있어 특성적으로 우수한 성능을 보이면서 제품화까지 진행되고 있다. 하지만, 이 재료들은 대부분 n형 특성을 띄고 있으며 p형 특성을 갖는 재료는 일부의 재료만이 있다고 알려져 있어서 폭넓은 제품화를 위해서는 아직도 더 많은 연구가 필요하다.
Sn의 산화물은 잘 알려진 바와 같이 SnO 와 SnO2 의 2가지 상으로 주로 나타나며, SnO2의 경우 n형 TOS로 잘 알려져 있고, SnO 의 경우 최근 p형 TOS 로 관심을 받고 있지만 상태도에서 나타나는 바와 같이 단일상을 가질 수 있는 영역이 매우 좁아서 실질적으로 많은 연구가 되지 못하고 있는 상황이다.
본 실험에 사용된 장치는 Inductively Coupled Plasma(ICP)를 이용하는 Etching 장치로 Inductive Coil을 이용하여 낮은 압력에서도 High Density Plasma 의 구현이 가능하고 Bias Power 를 통하여 Ion 의 에너지 조절을 가능하게 한 식각 장치이다. 식각 정도를 확인하기 위하여 Veeco 사의 3D Profiler를 이용하여 단차를 측정하였고, 최종 Etching 조건의 확인은 Carl Zeiss 사의 FE-SEM 으로 확인을 하여 최적의 Etching 조건에 대한 Profile을 확인하였다.
본 연구에서는 ICP Etcher에서 가장 많이 적용하고 있는 Etchant 인 Cl2 와 F 의 Gas 조건에서 SnO 와의 반응성에 대한 평가를 선행하고, 다양한 식각 인자 중에서 압력, Source Power, Bias Power, Etchant Gas, 분위기 Gas 의 변화를 통한 SnO 와의 반응성에 대한 평가로 Etch rate 를 기준으로 진행하였다. SnO 박막의 식각 특성을 확인하기 위하여 기존 Silicon Process의 SiO2 박막을 동시에 식각하는 평가를 진행하였으며, 그 결과 Bias Power 에 따라서 물리적 식각의 영향을 크게 받지만, SiO2 박막과 달리 특정 구간에서는 화학적 식각의 영향을 받는 이중적인 경향으로 나타났다. 본 연구에서 평가된 결과를 기준으로 SnO를 식각할 수 있는 최적 조건을 예상할 수 있었으며, SEM 분석을 통하여 식각 공정 조건을 확인할 수 있었다.
특히, 투명 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor)에서는 투명 전도 산화물(Transparent Conducting Oxide)이 재료적인 장점이 있어 유망한 재료로 알려져 있다. 투명 전도 산화물로 제작된 투명 산화물 반도체(Transparent Oxide Semiconductor) 는 넓은 Bandgap 과 저온 공정이 가능하며 실리콘에 비하여 높은 이동도를 가지고 있어 특성적으로 우수한 성능을 보이면서 제품화까지 진행되고 있다. 하지만, 이 재료들은 대부분 n형 특성을 띄고 있으며 p형 특성을 갖는 재료는 일부의 재료만이 있다고 알려져 있어서 폭넓은 제품화를 위해서는 아직도 더 많은 연구가 필요하다.
Sn의 산화물은 잘 알려진 바와 같이 SnO 와 SnO2 의 2가지 상으로 주로 나타나며, SnO2의 경우 n형 TOS로 잘 알려져 있고, SnO 의 경우 최근 p형 TOS 로 관심을 받고 있지만 상태도에서 나타나는 바와 같이 단일상을 가질 수 있는 영역이 매우 좁아서 실질적으로 많은 연구가 되지 못하고 있는 상황이다.
본 실험에 사용된 장치는 Inductively Coupled Plasma(ICP)를 이용하는 Etching 장치로 Inductive Coil을 이용하여 낮은 압력에서도 High Density Plasma 의 구현이 가능하고 Bias Power 를 통하여 Ion 의 에너지 조절을 가능하게 한 식각 장치이다. 식각 정도를 확인하기 위하여 Veeco 사의 3D Profiler를 이용하여 단차를 측정하였고, 최종 Etching 조건의 확인은 Carl Zeiss 사의 FE-SEM 으로 확인을 하여 최적의 Etching 조건에 대한 Profile을 확인하였다.
본 연구에서는 ICP Etcher에서 가장 많이 적용하고 있는 Etchant 인 Cl2 와 F 의 Gas 조건에서 SnO 와의 반응성에 대한 평가를 선행하고, 다양한 식각 인자 중에서 압력, Source Power, Bias Power, Etchant Gas, 분위기 Gas 의 변화를 통한 SnO 와의 반응성에 대한 평가로 Etch rate 를 기준으로 진행하였다. SnO 박막의 식각 특성을 확인하기 위하여 기존 Silicon Process의 SiO2 박막을 동시에 식각하는 평가를 진행하였으며, 그 결과 Bias Power 에 따라서 물리적 식각의 영향을 크게 받지만, SiO2 박막과 달리 특정 구간에서는 화학적 식각의 영향을 받는 이중적인 경향으로 나타났다. 본 연구에서 평가된 결과를 기준으로 SnO를 식각할 수 있는 최적 조건을 예상할 수 있었으며, SEM 분석을 통하여 식각 공정 조건을 확인할 수 있었다.
목차
- 목 차 -Ⅰ. 서 론 ························································································· 1Ⅱ. 이론적 배경2.1 투명산화물반도체(Transparent Oxide Semiconductor) ·· 42.2 p형 투명 산화물 반도체 재료 SnO ········································· 92.2.1 Sn의 산화물 SnO 와 SnO2 ·················································· 92.2.2 p channel SnO TFTs의 현황 ·············································132.3 Etching 공정 및 장치의 특징과 변화 ··································· 14Ⅲ. 실험 방법3.1 실험장비 ··················································································· 273.1.1 Inductively Coupled Plasma Etching 장치 ·················· 273.1.2 측정 장비 ·············································································· 283.1.2.1 3D Profiler 측정 ······························································ 283.1.2.2 FE-SEM 분석 ································································· 293.2 Sputtering 을 통한 SnO 박막 증착 ····································· 313.2.1 Sputtering 을 통해 c축 배양된 SnO ······························· 313.2.2 X선 회절(XRD) 분석 ·························································· 343.2.3 X선 광전자 분광법(XPS) ·················································· 363.3 Etch 특성 분석 및 인자 도출 ··············································· 37Ⅳ. 결과 및 고찰4.1 식각 Gas 에 따른 SnO 박막의 식각 능력 평가 ················ 414.2 식각 인자에 따른 SnO 박막의 식각 능력 평가 ················· 444.2.1 압력 인자에 따른 식각 능력 ·············································· 444.2.2 Source Power 인자에 따른 식각 능력 ··························· 454.2.3 Bias Power 인자에 따른 식각 능력 ································ 474.2.4 CF4 Gas 인자에 따른 식각 능력······································· 484.2.5 Ar Gas 인자에 따른 식각 능력 ········································· 504.3 최적 조건에 의한 SnO 박막의 식각 평가 ························· 53Ⅴ. 결 론 ······················································································55Ⅵ. 참고문헌 ·················································································· 58◈ 영 문 초 록 ··············································································· 60
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