KR100780832B1 - 산화아연 물질에 대한 건식 식각 방법 - Google Patents

산화아연 물질에 대한 건식 식각 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 산화아연 물질(ZnO)에 대한 건식 식각 방법에 관한 것이다. 특히 식각 가스로 브로민계 가스와 수소가스를 사용하고, 상기 식각 가스를 플라즈마화하여 ZnO 물질을 식각하는 단계를 포함하는 산화아연 물질에 대한 건식 식각 방법에 관한 것이다.
본 발명의 건식 식각 공정에 따라 제조되는 ZnO 물질은 종래 다른 식각 가스와 식각조건을 사용한 경우들에 비해 그 결과로서 복잡한 공정을 수반하는 하드마스크를 사용하지 않고 일반적인 포토레지스트를 사용하여 적절한 식각속도와 재증착이 없는 깨끗한 이방성(anisotropy) 식각 프로파일을 보이는 등 우수한 식각 특성을 나타냄으로써 여러 가지 광전자 소자들에는 물론 최근에 활발히 연구되고 있는 ZnO 박막을 사용하는 센서와 대면적의 TFT LCD 등에 사용될 수 있는 유용한 효과를 제공한다.
산화아연 물질, 건식 식각, 플라즈마 식각법, HBr

Description

산화아연 물질에 대한 건식 식각 방법{Dry Etching Method for ZnO Materials}
도 1 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 HBr 와 Ar 의 혼합 식각 가스의 농도 변화에 대한 ZnO의 식각 속도 변화 그래프;
도 2 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 HBr 와 Ar 의 혼합 식각 가스의 농도 변화에 대한 ZnO의 식각 프로파일 변화를 나타낸 주사전자현미경(scanning electron microscope; SEM) 사진;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 고주파 전력 변화에 대한 ZnO의 식각 속도 변화 그래프;
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 고주파 전력 변화에 대한 ZnO의 식각 프로파일 변화를 나타낸 주사전자현미경 사진;
도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 dc-바이어스 전압 변화에 대한 ZnO의 식각 속도 변화 그래프;
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 dc-바이어스 전압 변화에 대한 ZnO의 식각 프로파일 변화를 나타낸 주사전자현미경 사진;
도 10 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 압력 변화에 대한 ZnO의 식각 속도 변화 그래프;
도 11 및 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 압력 변화에 대한 ZnO의 식각 프로파일 변화를 나타낸 주사전자현미경 사진;
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 식각 가스의 농도 변화에 대하여 식각된 ZnO의 표면 모폴로지(morphology) 변화를 나타낸 원자현미경(atomic force microscope; AFM) 사진; 및
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 최적화된 식각 공정조건에서 식각된 ZnO의 식각 프로파일 변화를 나타낸 주사전자현미경 사진.
본 발명은 산화아연 물질(ZnO)에 대한 건식 식각 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 제조공정이 간단할 뿐만 아니라 재증착이 없는 깨끗한 이방성(anisotropy) 식각 프로파일을 보이는 등 우수한 식각 특성을 나타내는 산화아연 물질에 대한 건식 식각 방법에 대한 것이다.
최근 ZnO를 이용한 산화물 반도체 물질의 성장과 공정에 관한 많은 연구가 진행되고 있다. ZnO는 다른 산화물 반도체인 CdO와 MgO에 비하여 3.35 eV의 넓은 밴드 갭 에너지를 가지고 있으며 가시광선과 자외선의 영역에서 높은 투과도를 보이는 물질로써 우수한 광전자적, 전기적 특성과 화학적 안정성을 나타내어 많은 주 목을 받고 있다.
ZnO는 이러한 특징들을 이용하여 여러 가지 광전자소자 (optoelectronic device), 박막 트랜지스터(thin film transistor; TFT), 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode; OLED), UV-발광기(UV-light emitter), 투명 고전력 전자소자(transparent high power electronic device), 가스감지센서(gas-sensing sensor), 음향소자(surface acoustic wave device; SAW), 압전소자(piezoelectric device), 및 태양전지에 이용되는 투명 전도성 산화물(transparent conducting oxide) 등 많은 분야에 응용되고 있다.
현재 이러한 ZnO의 응용을 위하여 선행되어야 할 핵심 공정들은 ZnO의 증착과 식각이다. 그 가운데서 ZnO 박막의 식각은 증착 이상으로 중요한 핵심 공정으로 반드시 선행되고 개발되어야 하는 공정이다. 현재까지 개발된 식각 공정으로는 부식액으로써 HCl이나 HF 용액을 사용하는 습식 식각(wet etching) 공정 이외에도 건식 식각 공정인 이온 빔 식각(ion beam etching), 반응성 이온 식각(reactive ion etching; RIE), 전자 싸이클로트론 공명(electron cyclotron resonance; ECR), 및 유도 결합 플라즈마 반응성 이온 식각(inductively coupled plasma reactive ion etching; ICPRIE) 등이 사용되는데, 이 중에서도 유도 결합 플라즈마를 이용한 반응성 이온 식각 공정을 통하여 가장 많은 연구가 이루어진다.
유도 결합 플라즈마를 이용하여 ZnO 박막을 식각한 종래의 연구들은 식각 가스로써 Ar, Cl2/Ar, Cl2/H2/Ar, CH4/H2/Ar, BCl3/Ar, CHF3/H2/Ar, 및 CF4/Ar를 이용하였다. CH4와 H2 가스를 혼합한 식각 가스를 이용하여 식각된 ZnO 박막의 경우 빠른 식각 속도와 좋은 식각 프로파일을 얻을 수 있었으나 수소 플라즈마에 의한 광학적, 전기적 특성의 저하가 나타난다는 보고가 있다. BCl3를 식각 가스로 이용하였을 경우, 재증착이 나타났으며 Cl2를 식각 가스로 이용하여 ZnO 박막을 식각했을 경우 특성의 저하현상은 감소하였으나 마스크(mask)로 사용되는 포토리지스트(photoresist; PR)의 매우 빠른 식각 속도 때문에 NiCr과 같은 하드마스크를 이용하여 연구가 진행된다. 일반적으로 식각공정에서 하드마스크가 도입될 경우, 하드마스크를 위한 추가적인 증착 및 식각공정에 의한 비용과 시간이 발생하므로 효율적이고 경제성 있는 제조 공정을 위하여 PR만을 식각 마스크로서 사용하는 간단한 식각 공정이 개발 되어져야 한다.
따라서, 본 발명은 복잡한 공정이 수반되는 하드마스크를 사용하지 않으면서 적절한 식각속도 및 재증착이 없는 깨끗한 이방성(anisotropy) 프로파일을 보이는 ZnO 물질에 대한 건식 식각 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 브로민계 가스를 식각 가스로 사용하고, 상기 식각 가스를 플라즈마화하여 산화아연 물질을 식각하는 단계를 포함하는 산화아연 물질에 대한 건식 식각 방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 산화아연 물질을 건식 식각하는 방법을 포함한다.
구체적으로, 본 발명은 수소를 포함하는 브로민계 가스, 또는 브로민계 가스와 수소가스의 혼합가스를 식각 가스로 사용하고, 상기 식각 가스를 플라즈마화하여 상기 플라즈마 중의 이온 및 라디칼에 의해 식각하는 단계를 포함하는 산화아연(ZnO) 물질에 대한 건식 식각 방법을 포함한다.
상기 식각 가스는 식각 물질과 물리적 반응 및 화학적 반응에 의하여 식각이 일어나도록 하는 것으로, 바람직하게는 수소를 포함하는 브로민계 가스 또는 브로민계 가스와 수소가스의 혼합가스를 사용할 수 있으며, 그 구체적인 예로는 HBr, 또는 Br2 와 H2 의 혼합가스를 들 수 있다.
이때 식각 가스로서 HBr을 사용하는 경우, 그 농도는 60 부피% 내지 100 부피%가 바람직한바, 상기한 범위에서 우수한 이방성 식각 프로파일을 나타낼 수 있으며, 잔여부피는 He, Ne, Ar 및 N2 가스로부터 선택되는 불활성 기체로 보충하여 100 부피%로 만들어 사용할 수 있다.
또한, 상기 식각 가스로 브로민 계열의 가스를 사용할 수 있으며, 그 구체적인 예로는 HBr, Br2 등을 들 수 있다.
본 발명에 있어서, 식각될 산화아연 물질과 화학적 반응을 일으켜 식각을 수행할 수 있도록 하는 상기 식각 가스를 플라즈마 상태로 활성화시키는 방법을 특히 제한하는 것은 아니나, 바람직하게는 유도결합 플라즈마 반응성 이온 식각법 (inductively coupled plasma reactive ion etching; ICPFIE)을 포함하는 고밀도 플라즈마 반응성 이온 식각법, 자기 증강 반응성 이온 식각법 (magnetically enhanced reactive ion etching; MERIE), 및 반응성 이온 식각법 (reactive ion etching; RIE) 중에서 선택할 수 있으며, 특히 고밀도 플라즈마 식각 방법을 사용하여 식각 공정을 수행하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 고밀도 플라즈마 식각법에 있어서, 재증착이 없는 깨끗한 이방성 프로파일을 나타내는 주요 공정 변수들로는 식각 가스, 코일 고주파 전력, 기판에 인가되는 dc-바이어스 전압, 및 가스 압력 등이 있다.
이때, 본 발명에 있어서 우수한 식각 프로파일을 얻기 위한 가장 바람직한 식각 공정 변수들의 범위는 HBr 와 Ar 의 혼합 식각 가스 중에서 HBr의 농도가 60 부피% 내지 100 부피%, 코일 고주파 전력(coil rf power)이 800 내지 1000 W, dc-바이어스 전압(dc-bias voltage)이 100 V 내지 200 V, 및 가스 압력이 1 mTorr 내지 10 mTorr의 범위이다.
상기와 같이 제조되는 산화아연 물질은 여러 가지 광전자소자, 유기발광 다이오드, 표면탄성파(Surface Acoustic Wave; SAW) 필터, 센서 등의 생산에 적용될 수 있을 뿐만 아니라, 차세대 대형 평판디스플레이소자로서 활발히 연구되고 있는 TFT LCD 소자의 제조에 적용될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예 및 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예 및 도면들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공되는 것으로 본 발명의 내용이 하기 도면의 일 실시예에 의해 제한되거나 한정되지 않음은 물론이다.
< 실시예 1> 산화아연 물질의 제조
본 발명을 위한 실험에서 사용된 ZnO 박막은 rf-마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 Si 기판 위에 두께 3000 Å으로 증착되었다. 증착된 ZnO 박막은 포토레지스트(photoresist: AZ1512, Clariant)에 의하여 1.2 μm의 두께로 도포되었고, 포토리소래피(photolithography) 공정을 적용하여 패턴(pattern)되었다. 사용된 식각 장비로는 고밀도 유도결합 플라즈마 반응성 이온 식각 시스템(inductively coupled plasma reactive ion etch system; ICPRIE)을 사용하였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 HBr 와 Ar 의 혼합 식각 가스의 농도 변화에 대한 ZnO 박막의 식각 속도 변화 그래프이다. 도 1을 참조하면, 증착된 ZnO 박막 위에 포토레지스트(photoresist)를 이용한 리소그래피(lithography) 공정에 의하여 마스크 패턴을 형성한 후에 브로민 계열의 대표적인 식각 가스인 HBr 가스를 이용하고 900 W의 코일 고주파 전력, 300 V의 dc-바이어스 전압, 5 mTorr의 공정압력에서 유도결합 플라즈마 반응성 이온 식각(inductively coupled plasma reactive ion etching; ICPRIE) 장비를 사용하여 ZnO 박막을 식각하여 얻은 결과이다. 순수한 Ar 기체를 식각 가스로 사용하였을 때 가장 빠른 식각속도를 얻었으며 화학가스인 HBr 가스를 첨가함에 따라서 ZnO 박막의 식각속도는 점차적으로 감소하는 경향을 보였다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 HBr 와 Ar 의 혼합 식각 가스의 농도 변화에 대한 ZnO 박막의 식각 프로파일 변화를 나타낸 주사전자현미경(scanning electron microscope; SEM) 사진이다. 도 2를 참조하면, 순수한 Ar 가스를 이용하여 식각된 ZnO 박막은 식각된 박막의 측면에 미량의 재증착 물질 (redeposited materials)이나 식각 잔류물 (etch residue)이 형성된 것이 관찰되었다. 그러나, 20 부피% ~ 100 부피% 의 HBr 가스를 사용한 ZnO 박막의 식각 결과는 식각된 측면에 재증착이 없는 식각 프로파일이 관찰되었다. 그러나 주사전자현미경 사진들로부터 식각된 박막 주변으로 미세한 입자가 관찰되는데, 이는 식각 후 불완전한 세척으로 인한 식각 가스의 응축물로 예상된다.
한편, HBr 가스의 농도가 증가함에 따라서 식각된 ZnO 박막의 측면 식각경사는 점점 더 수직적으로 개선되는 것을 알 수 있다. 이는 고농도의 HBr 가스 내에서 증가된 수소가 식각되는 ZnO의 측면에 보호막(protecting layer)을 형성하여 측면의 수평방향으로의 식각속도를 감소시킴으로써 상대적으로 수직방향으로 식각속도가 증가하였기 때문인 것으로 사료된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 HBr 와 Ar 의 혼합 식각 가스의 농도 변화에 대한 ZnO 박막의 식각 속도 변화 그래프이다. 도 1과 비교하면 기판에 인가되는 dc-바이어스 전압을 200 V로 감소시킨 후에 식각한 결과이다. 그 외는 동일한 식각조건에서 식각되었다. dc-바이어스 전압은 플라즈마 내의 양이온들을 기판으로 끌어들이는 전압(에너지)으로서 양이온이 기판에 충돌함으로써 박막을 스퍼터링하거나 박막의 결합을 깨뜨리는 데 기여한다. 도 1의 300 V일 때와 비교하여 200 V로 감소된 dc-바이어스 전압 덕분에 ZnO 박막의 식각속도는 감소되었다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 HBr 와 Ar 의 혼합 식각 가스의 농도 변화에 대한 ZnO 박막의 식각 프로파일 변화를 나타낸 주사전자현미경 사진이다. 도 4를 참조하면, 20 부피% ~ 100 부피% 의 HBr 가스를 사용한 모든 경우에 대하여, 식각 후에 재증착이 없고 식각된 표면 주위로 식각 잔류물들이 관찰되지 않았다. 특히 60 부피% ~ 100 부피% HBr 농도의 식각 가스가 사용된 경우에 식각된 측면의 경사가 80도 이상이었다. 즉, 수직적인 우수한 이방성(anisotropy) 식각 프로파일을 보였다. 도 2와 비교하면 300 V에서 200 V로 기판에 인가되는 바이어스가 감소함에 따라서, HBr 식각 가스에 의하여 형성되는 측면 보호막의 파괴가 감소되어 수평방향으로의 식각속도는 감소되고 수직방향으로의 식각속도는 그대로 유지되거나 또는 감소의 폭이 적어서 결과적으로 수직적인 이방성 식각 프로파일이 얻어진 것으로 고려할 수 있다.
고밀도 플라즈마 식각법 중의 하나인 유도결합 반응성 이온 식각법(ICPRIE)에서 식각의 주요 공정 변수들은 식각 가스, 코일 고주파 전력, 기판에 인가되는 dc 바이어스 전압, 가스 압력 등이다.
도 1 내지 도 4에서 얻은 식각 결과로부터, 식각 가스의 농도를 80 부피% HBr 및 20 부피% Ar 으로 고정하여 900 W 코일 고주파 전력, 300 V dc-바이어스 전압, 5 mTorr 가스 압력을 표준 식각 조건으로 고정하여 각각의 공정 변수들을 변화시켜 ZnO 박막의 식각 속도 및 식각 프로파일을 조사하였다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 고주파 전력의 변화에 대한 ZnO 박막의 식각 속도 변화를 나타낸 그래프이다. 도 5를 참조하면, 코일 고주파 전력이 800 W에서 1000 W로 변화함에 따라 ZnO 박막의 식각 속도는 대략 400 nm/min에서 500 nm/min으로 증가하였다. 이는 코일 전력이 증가함에 따라서 플라즈마 밀도가 증가하여 식각 속도가 증가한 결과이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 고주파 전력 변화에 대한 ZnO 박막의 식각 프로파일 변화를 나타낸 주사전자현미경 사진이다. 도 6을 참조하면, 코일 고주파 전력변화에 따른 ZnO 박막의 식각 프로파일에는 큰 변화가 없는 것으로 나타났다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 고주파 전력 변화에 따른 ZnO 박막의 식각 프로파일 변화를 나타낸 주사전자현미경 사진이다. 도 7을 참조하면, 도 6과 비교하여 기판에 인가되는 dc-바이어스 전압이 300 V에서 200 V로 감소된 식각조건인데, 코일 고주파 전력변화에 따른 ZnO 박막의 식각 프로파일은 dc-바이어스 전압이 300 V 일때와 비교하여 많이 개선되어 80도 정도의 이방성 식각이 관찰된다. 즉, 감소된 dc-바이어스 전압이 HBr 가스에 의하여 형성된 측면보호막에 영향을 적게 미쳐서 측면으로의 식각을 감소시켜서 상대적으로 수직방향으로의 식각속도가 증가한 결과이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 dc-바이어스 전압의 변화에 대한 ZnO 박 막의 식각 속도 변화를 나타낸 그래프이다. 도 8을 참조하면, dc-바이어스 전압이 200 V에서 400 V로 증가함에 따라 ZnO 박막의 식각 속도는 대략 330 A/min에서 660 A/min으로 증가하였다. 이는 기판에 인가되는 dc-바이어스의 증가에 따라서 플라즈마 내의 양이온들이 더 큰 에너지를 가지고 ZnO 박막으로 끌려오기 때문이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 dc-바이어스 전압 변화에 따른 ZnO 박막의 식각 프로파일 변화를 나타낸 주사전자현미경 사진이다. 도 9를 참조하면, 기판에 인가되는 dc-바이어스 전압을 200 V, 300 V, 및 400 V로 변화시켜 식각한 후에 ZnO 박막의 식각 프로파일을 관찰하였다. 세 조건에서 가운데서 가장 낮은 dc-바이어스 전압인 200 V에서 대략 80도 정도의 매우 우수한 식각 프로파일을 보였다. 이는 80 부피% HBr의 충분한 식각 가스 농도의 상태에서 낮은 dc-바이어스 전압조건에서 측면 보호막이 파괴되지 않고 유지되어 측면의 수평방향으로의 식각속도보다 수직방향으로의 식각속도가 더 빨라서 이방성 식각의 결과를 나타낸 것으로 이해된다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 압력의 변화에 대한 ZnO 박막의 식각 속도 변화를 나타낸 그래프이다. 도 10을 참조하면, 반응기 내의 가스 압력이 2 mTorr에서 10 mTorr로 증가함에 따라 ZnO 박막의 식각 속도는 큰 변화없이 일정하게 유지되었다. 이는 높은 압력에서 더 많은 라디칼이 발생하여 ZnO 박막의 식각 속도를 증가시킬 수 있으나 다른 한편으로 높은 압력에서 이온에 의한 스퍼터링이 감소하여 최종적인 식각 속도에는 변화가 없는 것으로 해석된다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 압력 변화에 따른 ZnO 박막의 식 각 프로파일 변화를 나타낸 주사전자현미경 사진이다. 도 11을 참조하면, 반응기 내의 가스 압력을 2 mTorr, 5 mTorr, 및 10 mTorr로 변화시켜 가면서 ZnO 박막을 식각하여 식각 프로파일을 관찰하였다. 세 조건에서 GST 박막의 식각 경사는 비슷하였으며 우수한 결과를 보여주지 못하였다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 압력의 변화에 대한 ZnO 박막의 식각 속도 변화를 나타낸 그래프이다. 도 12을 참조하면, 도 10의 식각조건과 비교하면 기판에 인가되는 dc-바이어스 전압이 300 V에서 200 V로 감소되었다. 200 V의 dc-바이어스 전압에서 반응기 내의 가스 압력이 2 mTorr에서 10 mTorr로 증가함에 따라 ZnO 박막의 식각 속도는 큰 변화없이 일정하게 유지되었다. 이는 높은 압력에서 더 많은 라디칼이 발생하여 ZnO 박막의 식각 속도를 증가시킬 수 있으나 다른 한편으로 높은 압력에서 이온에 의한 스퍼터링이 감소하여 최종적인 식각 속도에는 변화가 없는 것으로 해석된다. 그리고 300 V의 dc-바이어스 전압에서보다 전체적으로 감소된 식각 속도를 나타내었다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 압력 변화에 따른 ZnO 박막의 식각 프로파일 변화를 나타낸 주사전자현미경 사진이다. 도 13을 참조하면, dc-바이어스 전압이 200 V에서 반응기 내의 가스 압력을 2 mTorr, 5 mTorr, 및 10 mTorr로 변화시켜 가면서 ZnO 박막을 식각하여 식각 프로파일을 관찰하였다. 세 조건에서 ZnO 박막의 식각 경사는 비슷하였으며 대략 80도 이상의 우수한 이방성 식각 결과를 보여주었다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따라서 HBr 식각 가스의 농도 변화에 따른 ZnO 박막의 표면의 거칠기(morphology)에 대한 원자현미경(atomic force micrography; AFM) 사진을 나타낸 그래프이다. 도 14를 참조하면, 순수한 Ar 가스를 사용하여 식각된 ZnO 박막의 표면 거칠기가 2.76 mn 이었으나 HBr의 식각 가스가 증가함에 따라서 ZnO 박막의 표면 거칠기는 점차적으로 증가되어 100 부피% HBr 가스가 사용된 경우에 표면 거칠기는 8.38 nm로 크게 증가하였다. 이는 HBr 가스에서 ZnO 박막의 식각 메커니즘을 간접적으로 증명해 주는 것으로써, HBr 식각 가스가 충분히 사용되었을 경우에 박막의 표면뿐만 아니라 측면에 보호막의 형성이 가능하다는 것을 증명하는 것이고 또한 기판에 인가되는 dc-바이어스 전압으로서 200 V 이하의 적절한 값이 적용될 경우에 이방성 식각이 가능하다는 것을 설명하는 것이다. 즉, ZnO 박막이 HBr 식각 가스를 사용하여 식각될 경우에, 전형적인 반응성 이온 식각의 메카니즘을 따르지는 않지만 HBr 식각 가스의 도움을 받아서 이온의 스퍼터링에 의하여 식각이 진행되는 화학 보조 스퍼터 식각(chemically assisted sputter etching; CASE) 메커니즘을 따른다고 해석할 수 있다.
도 15은 본 발명의 일 실시예에 따라서 최적의 식각 조건에서 식각된 ZnO 박막의 식각 프로파일 변화를 나타낸 주사전자현미경 사진이다. 도 15을 참조하면, 80 부피%의 HBr 가스농도, 200 V의 dc-바이어스 전압, 2 mTorr의 가스 압력에서 식각된 ZnO 박막의 식각 프로파일로서 대략 90도 정도의 매우 우수한 식각 프로파일을 나타내었다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 바림직한 일 실시예에서는 고밀도 플라즈마를 생성하는 유도 결합 플라즈마 반응성 이온 식각을 이용하여 ZnO 박막을 식각하였다. 그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 식각공정에서는 추가 공정에 의한 비용과 시간의 소모가 있는 하드마스크 대신에 1.2 μm 두께의 일반적인 PR 마스크를 이용하였다. 식각 가스로써 현재까지 연구 및 보고된 적이 없는 브로민계열의 HBr과 Ar의 혼합가스를 이용하였고 식각 가스의 농도, 코일 고주파 전력, dc-바이어스 전압 그리고 공정 압력과 같은 식각 조건을 변화시켜서 ZnO 박막을 식각하였다. 그리고 이상과 같이 최적의 식각공정에 따라 식각된 ZnO 박막의 식각 속도, 식각 프로파일 그리고 식각 표면을 조사함으로써 깨끗하고 우수한 식각 프로파일을 갖는 ZnO을 제조할 수 있음을 확인하였다.
본 발명의 건식 식각 공정에 따라 제조되는 ZnO 물질은 종래 염소계, 탄화수소계 또는 수소계 가스를 사용하는 건식 식각에 비해 그 결과로서 복잡한 공정을 수반하는 하드마스크를 사용하지 않고 일반적인 포토레지스트를 사용하여 적절한 식각속도와 재증착이 없는 깨끗한 이방성 식각 프로파일을 보이는 등 우수한 식각 특성을 나타냄으로써 여러 가지 광전자 소자들에는 물론 최근에 활발히 연구되고 있는 ZnO 박막을 사용하는 센서와 대면적의 TFT LCD 등에 사용될 수 있는 유용한 효과를 제공한다.

Claims (7)

  1. 수소를 포함하는 브로민계 가스, 또는 브로민계 가스와 수소가스의 혼합가스를 식각 가스로 사용하고, 상기 식각 가스를 플라즈마하여 상기 플라즈마 중의 이온 및 라디칼에 의해 식각하는 단계를 포함하는 산화아연(ZnO) 물질에 대한 건식 식각 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 식각 가스는 HBr, 또는 Br2 와 H2 의 혼합가스인 것을 특징으로 하는 산화아연 물질에 대한 건식 식각 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 HBr 가스의 농도는 60 부피% 내지 100 부피%이고, 잔부는 He, Ne, Ar, 및 N2 가스로부터 1종 이상이 선택되는 불활성 가스임을 특징으로 하는 산화아연 물질에 대한 건식 식각 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 브로민계 가스는 HBr 또는 Br2 인 것을 특징으로 하는 산화아연 물질에 대한 건식 식각 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 식각 가스의 플라즈마화는 유도결합 플라즈마 반응성 이온 식각법을 포함하는 고밀도 플라즈마 반응성 이온 식각법, 자기 증강 반응성 이온 식각법 및 반응성 이온 식각법 중에서 선택된 방법에 의해 수행됨을 특징으로 하는 산화아연 물질에 대한 건식 식각 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 식각 공정은 800 W 내지 1000 W의 코일 고주파 전력, 100 V 내지 200 V의 dc-바이어스 전압 및 1 mTorr 내지 10 mTorr 범위의 가스 압력에서 수행됨을 특징으로 하는 산화아연 물질에 대한 건식 식각 방법.
  7. 삭제
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