KR100643091B1 - 광촉매 활성을 이용한 반도체 소자의 산화막 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
광촉매 활성을 이용한 반도체 소자의 산화막 형성 방법이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 광촉매 활성을 이용한 반도체 소자의 산화막 형성 방법은, 광 투과가 가능한 제 1 기판 상에 광촉매층을 증착하는 단계, 광촉매층이 증착된 기판을 제 2 기판 상에 위치시키는 단계 및 소정의 온도 분위기에서 광촉매층이 증착된 기판에 자외선을 포함하는 광(光)을 조사(助射)함으로써 제 2 기판 상에 산화막을 형성하는 단계를 포함한다.
광촉매, 산화막, 확산, 이산화 티타늄, 저온 공정
Description
도 1 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시예 및 이의 변형예들에 따른 광촉매 활성을 이용한 반도체 소자의 산화막 형성 과정을 나타낸 설명도들이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
110 : 제 1 기판 120 : 광촉매층
130 : 제 2 기판 140 : 포토 마스크
150 : 스페이서(spacer)
본 발명은 반도체 소자의 산화막 형성 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 신뢰성 있는 저온 공정을 통해 반도체 소자에 산화막을 형성시키는 새로운 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 집적도가 높아짐에 따라 게이트 산화막의 두께가 급속도로 얇아지고 있다. 반도체 소자의 고집적화 등으로 인해 트랜지스터의 채널 길이(channel length)가 짧아지게 되면 새츄레이션 영역(saturation region)에서 새츄레이션이 일어나지 못하게 되는데, 이때 산화막의 두께를 줄여주게 되면 트랜지스터가 롱 채널(long channel)의 특성을 갖도록 할 수 있게 되는 등의 여러가지 장점이 있기 때문이다.
그런데, 최근 사용 영역이 급속도로 확산되어 가고 있는 TFT-LCD(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display) 등의 평판 디스플레이 장치에 사용되는 트랜지스터의 게이트 산화막의 경우, 종래 게이트 산화막의 공정 조건에 비해 저온 환경일 것임이 추가로 요구되고 있다.
특히, 구동 회로를 동일 유리 기판 상에 형성하는 폴리 실리콘(Poly-Si) TFT-LCD의 경우에는 게이트 절연막으로 실리콘 산화막(SiO2)을 사용하는데, 통상의 폴리 실리콘 공정이 900℃ 이상의 고온 공정인데 반해, 유리 기판의 특성상 400℃ 이하의 저온 조건을 요구하고 있다.
이에 따라, 종래에는 폴리 실리콘 TFT의 게이트 산화막 형성시 PECVD(Plasma Enhanced CVD) 공정을 주로 사용하였으나, 이는 기판이 플라즈마에 직접 노출되므로 플라즈마에 의해 폴리 실리콘과 SiO2의 계면 특성이 열화된다는 문제점이 있었다. ICP나 ECR 등의 고밀도 플라즈마를 이용한 PECVD의 경우에는 플라즈마에 의한 데미지(damage)를 상대적으로 감소시킬 수 있으나, TFT-LCD와 같은 대면적 직사각 형 형태의 기판에 적용할 경우 균일도를 얻기 어렵다는 문제점이 있다.
따라서, 고박막의 게이트 산화막을 저온 환경에서 안정적으로 형성시킬 수 있도록 하기 위한 방안이 요구되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 신뢰성 있는 저온 공정을 통해 반도체 소자에 산화막을 형성시키는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 광촉매 활성을 이용한 반도체 소자의 산화막 형성 방법은, 광 투과가 가능한 제 1 기판 상에 광촉매층을 증착하는 단계, 광촉매층이 증착된 기판을 제 2 기판 상에 위치시키는 단계 및 소정의 온도 분위기에서 광촉매층이 증착된 기판에 자외선을 포함하는 광(光)을 조사(助射)함으로써 제 2 기판 상에 산화막을 형성하는 단계를 포함한다.
여기서 본 발명의 일 실시예에 따른 광촉매 활성을 이용한 반도체 소자의 산화막 형성 방법은, 광촉매층이 증착된 기판에 열처리 하는 단계 및/또는 제 1 기판 상에 증착된 광촉매층에 플루오린(Fluorine) 등의 가시광 활성 물질을 첨가하는 단 계를 더 포함할 수 있다.
이때, 광촉매층은 스핀 코팅(spin coating), 스퍼터링(sputtering) 또는 화학 기상 증착(chemical vapor deposition) 등의 방식 가운데 어느 하나의 방식에 의해 제 1 기판 상에 증착될 수 있으며, 이 경우 제 1 기판은 유리 기판 또는 석영 기판인 것이 좋다.
또한, 광촉매층은 이산화 티타늄(TiO2)에 의해 구성되는 것이 좋으며, 소정의 온도 분위기는 500℃ 이하의 상대적인 저온 분위기일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광촉매 활성을 이용한 반도체 소자의 산화막 형성 방법은 공기, 수분이 포함된 공기, 산소, 또는 수분이 포함된 산소 중 어느 하나의 기체 분위기를 갖는 챔버에서 수행되는 것이 좋다.
기타 실시예들의 구체적인 사항은 상세한 설명 및 도면에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있을 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한 다.
도 1 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시예 및 이의 변형예들에 따른 광촉매 활성을 이용한 반도체 소자의 산화막 형성 과정을 나타낸 설명도들이다.
먼저 도 1을 참조하면, 석영 기판 또는 유리 기판과 같은 광 투과가 가능한 기판(110) 상에 광촉매층(120)을 적층한다.
여기서, 광촉매층(120)에 사용 가능한 광촉매 물질로는 TiO2, WO3 ,, SrTiO3, Fe2O3, ZnO 및 ZnS 등의 금속산화물 또는 금속 황화물 등이 있는데, 이때 본 발명의 실시예에 적용되는 가장 바람직한 광촉매 물질은 이산화 티타늄(TiO2 )일 수 있다.
이러한 광촉매 물질은 스핀 코팅(spin coating), 스퍼터링(sputtering) 또는 화학 기상 증착(chemical vapor deposition) 등의 방식 가운데 어느 하나의 방식에 의해 기판(110) 상에 적층될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
기판(110) 상에 광촉매층의 적층이 완료되면 필요에 따라 후속 열처리 공정 등을 수행할 수 있으며, 또한, 광촉매 박막의 가시광 활성을 높이기 위해 플루오린(Fluorine) 등의 가시광 활성 물질을 첨가할 수 있다.
이상의 공정을 통해 석영 또는 유리 기판(110) 상에 광촉매 박막(120)의 적층이 완료되면 이를 실리콘 등의 반도체 기판(130) 상에 접촉 또는 비접촉 방식으로 위치시킨다. 그리고, 자외선을 포함하는 광(光)을 조사(照射)함으로써 반도체 기판(130)에 고박막의 산화막을 형성하게 된다.
이때, 석영 또는 유리 기판(110) 상에 적층된 광촉매 박막(120)으로부터 생 성되는 활성 산소종(active oxygen species)이 기상(vapor)으로 확산 가능할 뿐만 아니라 마스크 등을 이용할 경우 소정의 패턴 형성 또한 가능함은 최근의 연구 등에 의해 밝혀진 바 있다.
즉, 이산화 티타늄(TiO2 ) 과 같은 광촉매 물질에 자외선이 포함된 광을 조사할 경우 hydroxyl radical(OH), superoxide anion(O2 -), hydrogen peroxide(H2O2) 및 singlet oxygen(1O2)과 같은 활성 산소종(active oxygen species)이 발생되는데, 이러한 활성 산소종이 광촉매 물질의 표면을 통한 2차원적 확산 이외에 기상을 통한 3차원적 확산이 가능함이 최근의 연구와 실험 등을 통해 증명된 것이다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 산화막 형성 방법에 있어서는, 도 2a 내지 도 2d에 도시된 바와 같이, 광촉매층(120)이 적층된 석영 또는 유리 기판(110)을 반도체 기판(130) 상에 접촉(도 2b, 도 2d) 또는 비접촉(도 2a, 도 2c) 등의 방식으로 위치시킨 후, 반도체 기판(130) 상에 형성하고자 하는 산화막의 형태에 대응되는 패턴이 형성된 마스크(140)를 이용해 광촉매층(120)의 활성 산소종을 반도체 기판(130)으로 확산시킴으로써, 반도체 기판(130) 상에 산화막을 형성할 수 있도록 하였다. 비접촉(도 2a, 도 2c) 방식에 의한 산화막의 형성에는 석영 또는 유리 기판(110)과 반도체 기판(130) 사이의 일정 거리의 유지를 위한 스페이서(150)가 사용되었음을 알 수 있다.
이때, 산화막의 형성 공정이 수행되는 챔버의 온도 환경은, 주변의 기체 분 위기에 따라 조금씩 달라질 수는 있지만, 영하의 온도에서부터 500℃ 이상 범위의 온도를 유지할 수 있어, 통상 400℃ 이하의 온도 조건이 요구되는 LCD 등의 유리 기판 공정뿐만 아니라, 180℃ 이하의 온도 조건이 요구되는 플라스틱 기판의 공정에도 본 발명의 실시예에 의한 산화막 형성 공정이 적용 가능함을 알 수 있다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 산화막 형성 공정이 수행되는 챔버의 기체 분위기는 공기 또는 수분이 포함된 공기, 산소 또는 수분이 포함된 산소 등일 수 있으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 이 경우 기체의 압력은 수행되는 공정 및 기타의 조건 등에 따라 저압, 상압, 고압 등 다양한 압력이 적절히 선택, 조절되어질 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예와 같은 활성 산소종의 확산에 의한 산화막의 형성은 그 성막 속도가 상대적으로 더디기 때문에, 통상의 방식들에 의한 산화막의 형성에 비해 보다 극박막인 산화막의 형성이 가능하다는 추가적인 장점도 얻을 수 있다.
여기서, 광촉매층(120)에 사용 가능한 광촉매 물질로 TiO2, WO3 ,, SrTiO3, Fe2O3, ZnO 및 ZnS 등의 금속산화물 또는 금속 황화물 등이 있음은 전술한 바 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이 며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 광촉매 활성을 이용한 반도체 소자의 산화막 형성 방법에 따르면, 이산화 티타늄(TiO2) 등과 같은 광촉매 물질에 자외광을 조사함으로써 발생되는 활성 산소종(active oxygen species)의 확산을 이용하여 반도체 산화막을 형성시킬 수 있게 된다.
이에 따라, 저온 공정을 통해 안정적인 극박막의 산화막을 형성할 수 있게 된다는 등의 장점이 있다.
Claims (8)
- 광 투과가 가능한 제 1 기판 상에 광촉매층을 증착하는 단계;상기 광촉매층이 증착된 기판을 제 2 기판 상에 위치시키는 단계; 및500℃ 이하의 온도 분위기에서 상기 광촉매층이 증착된 기판에 자외선을 포함하는 광(光)을 조사(助射)함으로써 상기 제 2 기판 상에 산화막을 형성하는 단계를 포함하는 광촉매 활성을 이용한 반도체 소자의 산화막 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 광촉매층의 증착이 완료된 기판에 열처리 하는 단계를 더 포함하는 광촉매 활성을 이용한 반도체 소자의 산화막 형성 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 제 1 기판 상에 증착된 광촉매층에 가시광 활성 물질을 첨가하는 단계를 더 포함하는 광촉매 활성을 이용한 반도체 소자의 산화막 형성 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 광촉매층은 스핀 코팅(spin coating), 스퍼터링(sputtering) 또는 화학 기상 증착(chemical vapor deposition) 가운데 어느 하나의 방식에 의해 상기 제 1 기판 상에 증착되는 것을 특징으로 하는 광촉매 활성을 이용한 반도체 소자의 산화 막 형성 방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 광촉매층은 이산화 티타늄(TiO2)에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 광촉매 활성을 이용한 반도체 소자의 산화막 형성 방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 광 투과가 가능한 제 1 기판은 석영 기판 또는 유리 기판인 것을 특징으로 하는 광촉매 활성을 이용한 반도체 소자의 산화막 형성 방법.
- 삭제
- 제 1 항의 산화막 형성 방법은 공기, 수분이 포함된 공기, 산소, 또는 수분이 포함된 산소 중 어느 하나의 기체 분위기를 갖는 챔버에서 수행되는 것을 특징으로 하는 광촉매 활성을 이용한 반도체 소자의 산화막 형성 방법.
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| JP2003222626A (ja) | 2001-11-20 | 2003-08-08 | Dainippon Printing Co Ltd | パターン形成体の製造方法 |
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| JP2005197673A (ja) | 2003-12-12 | 2005-07-21 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法 |
-
2005
- 2005-10-05 KR KR1020050093289A patent/KR100643091B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
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