KR101215565B1 - Formation method of black semiconductor utilizing the etching - Google Patents
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Abstract
본 발명은 식각공정을 활용한 블랙 반도체의 형성 방법에 관한 것으로, 반도체 표면에 나노분말(nano powder)을 위치시키는 제 1단계와; 상기 나노분말을 마스크(mask)로 하여 반도체를 식각하여 표면거칠기를 유발하는 제 2단계;포함하여 진행되어 반도체 표면에 인위적으로 표면거칠기(surface roughness)를 유발하는 것을 특징으로 하는 식각공정을 활용한 블랙 실리콘 카바이드의 형성 방법을 기술적 요지로 한다. 이에 따라, 나노분말(nano powder)을 실리콘 카바이드 표면에 뿌린 후 플라즈마 건식식각 공정을 거쳐서 반사도가 0에 가까운 블랙 실리콘 카바이드를 손쉽게 얻을 수 있으며, 상기 블랙 실리콘 카바이드는 광소자, 생체소자, 각종 화학센서 등에 응용될 수 있다.The present invention relates to a method of forming a black semiconductor using an etching process, comprising: a first step of placing nano powder on a surface of a semiconductor; A second step of inducing a surface roughness by etching the semiconductor using the nanopowder as a mask; using the etching process, wherein the etching process comprises artificially inducing surface roughness on the surface of the semiconductor; The formation method of black silicon carbide makes a technical subject matter. Accordingly, it is possible to easily obtain black silicon carbide having a reflectivity close to zero through a plasma dry etching process after spraying nano powder on the silicon carbide surface, wherein the black silicon carbide is an optical device, a bio device, and various chemical sensors. And the like can be applied.
Description
본 발명은 반도체, 특히 실리콘 카바이드 표면에 인위적으로 표면거칠기를 유발할 수 있는 방법에 관한 것으로서, 별도의 패턴형상을 형성하는 복잡한 과정이 없이 표면의 반사도가 0에 가까운 블랙 반도체를 얻을 수 있는 식각공정을 활용한 블랙 반도체의 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for artificially inducing surface roughness on a surface of a semiconductor, particularly a silicon carbide, and an etching process for obtaining a black semiconductor having a surface reflectivity close to zero without a complicated process of forming a separate pattern shape. It is related with the formation method of the utilized black semiconductor.
실리콘 카바이드를 비롯하여 모든 반도체 소재는 일반적으로 가능한 한 매끄러운 표면을 유지하는 것이 바람직하다. 그 이유는 표면거칠기(surface roughness)가 없는 매끄러운 표면을 유지함으로써 공정상의 여러 가지 이점과 소자 특성의 극대화를 달성할 수 있기 때문이다.All semiconductor materials, including silicon carbide, are generally desirable to keep the surface as smooth as possible. The reason is that by maintaining a smooth surface without surface roughness, various process advantages and maximization of device characteristics can be achieved.
그러나 기술분야에 따라서는 이와는 반대로 가능한 한 반도체 소재의 표면을 거칠게 만들어야 할 필요성도 존재한다. 예를 들어, Fujii 등이 2004년에 Applied Physics Letters 84권 6호 pp. 855 ~ 857에 게재한 논문인 “Increase in the extraction efficiency of GaN-based light-emitting diodes via surface roughening"을 참조하면 GaN의 표면을 인위적으로 거칠게 만들어서 발광다이오드(LED)의 효율을 증대시킨 결과를 볼 수 있다. 또한 Richter 등이 2007년에 Plasma Processes and Polymers 4권 pp. S411 ~ S415에 게재한 논문인 ”Micro-patterned silicon surfaces for biomedical devices"를 참조하면, Si의 표면에 인위적으로 거칠기를 유발하여 의학용 생체소자에 필요한 표면상태를 조성한 결과를 살펴볼 수 있다. 실리콘 카바이드의 경우에도 광소자, 생체소자, 센서 등의 응용분야가 존재하므로 표면거칠기를 인위적으로 유발해야 할 사례가 발생할 것으로 예상된다.However, depending on the technical field, there is a need to make the surface of the semiconductor material as rough as possible. For example, Fujii et al., 2004, published in Applied Physics Letters, Vol. See the paper, `` Increase in the extraction efficiency of GaN-based light-emitting diodes via surface roughening, '' published on pages 855-857 to see the results of increasing the efficiency of LEDs by artificially roughening the surface of GaN. Also, see Richter et al., “Micro-patterned silicon surfaces for biomedical devices,” published in 2007 by Plasma Processes and Polymers, Vol. 4, pp. S411 to S415, which induced artificial roughness on the surface of Si. The results of the composition of the surface state required for medical biodevices can be examined. In the case of silicon carbide, there are applications such as optical devices, bio devices, and sensors, so it is expected that cases of artificially causing surface roughness will occur.
일반적으로 반도체 표면에 인위적으로 표면거칠기를 유발하기 위해 사용하는 방법은 반도체 표면에 마스크 물질을 형성하고 이를 임의의 패턴형상을 갖는 특정한 영역들에 한정하기 위한 포토 리소그라피 공정을 실시한 후, 습식식각 또는 건식식각 등의 방법으로 반도체 표면을 식각하여 표면에 요철(凹凸)을 형성하는 것이다. 그러나 이 방법은 다소 복잡하고 번거롭다는 단점이 있다.Generally, a method used to artificially induce surface roughness on a semiconductor surface is a wet etching or dry process after a photolithography process for forming a mask material on the semiconductor surface and confining it to specific regions having an arbitrary pattern shape. The surface of the semiconductor is etched by etching or the like to form irregularities on the surface. However, this method has the disadvantage of being complicated and cumbersome.
또 다른 방법 중의 하나는, 별도의 패턴형상을 인위적으로 형성하지 않고 반도체 표면을 곧바로 습식식각 또는 건식식각하여 표면을 거칠게 만드는 것이다. 이와 같은 방법의 대표적인 사례가 실리콘을 건식식각하여 블랙 실리콘(black Si)을 만드는 기술인데, 이미 널리 알려진 방법이다. 도 1을 참조하여 이 방법의 원리를 간단하게 설명하면, 플라즈마 건식식각에 의하여 자연적으로 표면거칠기가 유발되는 물질(이를 희생식각층(1)이라고 하며, 이 경우에는 실리콘을 예로 들어 설명)을 SF6와 CF4, O2, Ar 등의 혼합기체를 사용하여 건식식각을 실시한다. 건식식각의 공정조건에 따라서는 실리콘으로 이루어진 희생식각층(1) 표면에 존재하는 자연산화막(native oxide), 먼지, 챔버의 안쪽 벽으로부터 증착된 각종 이물질 등이 플라즈마에 의해서 제거되지 않고 마이크로마스크(micromask)(2)로 작용하는 것이 가능하다. 이와 같은 마이크로마스크(2) 들은 원래부터 표면에 존재하던 것들일 수도 있고, 플라즈마 건식식각 도중에 발생하는 경우도 있다. 이와 같은 마이크로마스크(2)에 의해서 희생식각층(1) 표면이 국부적으로 식각됨으로써 도 1과 같은 요철이 형성된다. 이와 같은 불규칙한 요철이 형성되면 빛이 표면에 입사한 후 다시 반사되는 효율이 저하되므로 요철의 깊이 등에 따라서 회색 또는 검은색의 표면이 형성된다. 실리콘의 경우에는 가시광선 및 자외선과 적외선의 일부 영역에 대해 빛의 반사도가 거의 0에 가까운 실리콘 표면을 형성하는 것이 가능한데, 이를 일반적으로 블랙 실리콘(black silicon)이라고 한다.Another method is to wet or dry etch the semiconductor surface directly to roughen the surface without artificially forming a separate pattern shape. A representative example of such a method is the technique of dry etching silicon to make black silicon, which is a widely known method. Briefly explaining the principle of this method with reference to Figure 1, the surface roughness is naturally induced by plasma dry etching (this is called a sacrificial etching layer (1), in this case silicon as an example) SF Dry etching is performed using a mixture of 6 , CF 4 , O 2 , and Ar. Depending on the dry etching process conditions, the native mask, dust, and various foreign substances deposited from the inner wall of the chamber are not removed by the plasma without the micromask. It is possible to act as a micromask (2).
상기 실리콘을 예로 들어 설명한 바와 같이, 별도의 패턴형상을 만들지 않고도 표면거칠기를 유발할 수 있는 기술은 제작과정이 매우 간단하다는 것이 장점이다. 그러나 반도체, 특히 실리콘 카바이드의 경우에는 실리콘과 같이 식각공정 만으로도 표면거칠기가 유발되는 사례가 아직까지 알려진 바 없다.As described with the silicon as an example, a technology that can cause surface roughness without making a separate pattern shape is an advantage that the manufacturing process is very simple. However, in the case of semiconductors, especially silicon carbide, there are no known cases where surface roughness is caused only by the etching process like silicon.
본 발명은 상기 필요성에 의해 고안된 것으로서, 별도의 패턴형상을 형성하는 복잡한 과정이 없이 표면의 반사도가 0에 가까운 블랙 반도체를 얻을 수 있는 식각공정을 활용한 블랙 반도체의 형성 방법의 제공을 그 목적으로 한다.The present invention has been devised by the above necessity, and provides a method of forming a black semiconductor using an etching process capable of obtaining a black semiconductor having a surface reflectivity close to zero without a complicated process of forming a separate pattern shape. do.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 반도체 표면에 나노분말(nano powder)을 위치시키는 제 1단계와; 상기 나노분말을 마스크(mask)로 하여 반도체를 식각하여 표면거칠기를 유발하는 제 2단계;포함하여 진행되어 반도체 표면에 인위적으로 표면거칠기(surface roughness)를 유발하는 것을 특징으로 하는 식각공정을 활용한 블랙 실리콘 카바이드의 형성 방법을 기술적 요지로 한다.The present invention for achieving the above object is a first step of placing a nano powder (nano powder) on the semiconductor surface; A second step of inducing a surface roughness by etching the semiconductor using the nanopowder as a mask; using the etching process, wherein the etching process comprises artificially inducing surface roughness on the surface of the semiconductor; The formation method of black silicon carbide makes a technical subject matter.
상기 반도체는 실리콘 카바이드이고, 상기 식각공정은 플라즈마를 이용하는 건식식각 공정이고, 상기 건식식각 공정에 상기 나노분말은 식각되지 않는 재료를 사용하는 것이 바람직하다.The semiconductor is silicon carbide, the etching process is a dry etching process using a plasma, it is preferable to use a material in which the nano powder is not etched in the dry etching process.
여기에서, 상기 나노분말은 Au, Ag, Cu, Ni, Cr, Al, ITO(Indium Tin Oxide), SnO2 및 Al2O3 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하며, 또한, 상기 나노분말의 직경이 1 ~ 100nm인 것이 바람직하다.Here, the nano-powder is preferably used any one or a mixture of Au, Ag, Cu, Ni, Cr, Al, Indium Tin Oxide (ITO), SnO 2 and Al 2 O 3 , In addition, It is preferable that the diameter of a nano powder is 1-100 nm.
또한, 상기 나노분말을 액체에 분산시켜 사용하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to disperse and use the nanopowder in a liquid.
상기 과제 해결 수단에 의해 본 발명은, 반사도가 0에 가까운 실리콘 카바이드 반도체 표면을 별도의 패턴형상 형성 과정없이 쉽고 간단하게 얻을 수 있으며, 이와 같이 인위적으로 표면거칠기가 유발된 실리콘 카바이드 반도체는 각종 광소자, 생체소자, 각종 센서 등에 널리 응용할 수 있는 효과가 있다.According to the above-described problem solving means, the present invention can easily and simply obtain a silicon carbide semiconductor surface having a reflectivity close to zero without a separate pattern shape process. In addition, there is an effect that can be widely applied to biological devices, various sensors, and the like.
도 1 - 종래의 플라즈마 건식식각에 의하여 자연적으로 표면거칠기가 유발되는 실리콘을 해당 플라즈마 건식식각 공정으로 처리했을 때 표면에 마이크로마스크가 형성되면서 표면거칠기가 형성되는 상태를 나타낸 도.
도 2 - 본 발명의 실시예에 따라 나노분말을 활용하여 실리콘 카바이드(20) 표면에 거칠기가 유발되는 상태를 나타낸 도.
도 3 - 본 발명의 실시예에 따라 제조된 블랙 실리콘 카바이드(Black SiC)을 형성한 상태의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscopy) 사진을 나타낸 도.
도 4 - 도 3의 블랙 실리콘 카바이드에 대한 반사도(reflectance) 측정 결과를 보여주는 그래프.1 is a view showing a state in which the surface roughness is formed while the micromask is formed on the surface when the silicon is naturally surface roughness induced by the plasma dry etching process according to the plasma dry etching process.
Figure 2-shows a state in which roughness is induced on the surface of the
3 is a view showing a scanning electron microscope (Scanning Electron Microscopy) photograph of the black silicon carbide (Black SiC) formed according to an embodiment of the present invention.
4-3 are graphs showing the results of reflectance measurements on the black silicon carbide of FIGS.
본 발명에서는 블랙 반도체, 특히 블랙 실리콘 카바이드를 얻을 수 있는 방법과 실제 실험결과를 제시한다.In the present invention, a black semiconductor, in particular, a method for obtaining black silicon carbide and the actual experimental results are presented.
본 발명에서 제시하는 블랙 실리콘 카바이드를 형성하기 위한 방법은 실리콘 카바이드를 식각하기 위한 플라즈마 건식식각공정에서 잘 식각되지 않거나 또는 식각속도가 낮은 물질의 나노분말(nano powder), 예를 들어 Au, Ag, Cu, Ni, Cr, Al, ITO(Indium Tin Oxide), SnO2, Al2O3 등의 재질로 형성된 나노분말을 실리콘 카바이드 위에 분산시키고, 뒤이어 플라즈마 건식식각을 실시하여 표면거칠기를 인위적으로 유발하는 것이다. 이 방법의 핵심 개념은 나노분말을 마이크로마스크로 이용하는 것이다. 하기 실시예에서 본 개념을 실제로 적용할 수 있는 방법과 본 발명자의 실제 실험결과를 소개한다. 그러나 본 발명의 핵심 아이디어가 하기 실시예로 국한되지는 않는다.
The method for forming black silicon carbide according to the present invention is a nano powder of a material that is not etched well or has a low etching rate in a plasma dry etching process for etching silicon carbide, for example, Au, Ag, Nano powder formed of Cu, Ni, Cr, Al, Indium Tin Oxide (ITO), SnO 2 , Al 2 O 3, etc. is dispersed on silicon carbide, followed by plasma dry etching to artificially induce surface roughness. will be. The key concept of this method is to use nanopowders as micromasks. In the following examples, the present invention will be introduced to the method and the actual experimental results of the present invention. However, the core idea of the present invention is not limited to the following examples.
실시예Example
1) 제 1단계 : 도 2와 같이 실리콘 카바이드(20) 위에 나노분말(12)을 도포한다. 상기 나노분말의 재질은 실리콘 카바이드의 플라즈마 건식식각 공정에 잘 식각되지 않는 재질을 사용하며, 예를 들어 Au, Ag, Cu, Ni, Cr, Al, ITO(Indium Tin Oxide), SnO2, Al2O3 등이 바람직하다. 상기 나노분말(12)의 크기는 1 ~ 100 nm의 직경을 갖는 것이 바람직하다. 또한 상기 나노분말은 여러 가지 방법으로 실리콘 카바이드(20) 위에 도포할 수 있는데, 본 발명자는 물에 분산된 Al2O3 나노분말(평균 직경 ~ 20 nm)의 분산액을 스핀코팅 방법으로 실리콘 카바이드(20)위에 도포하여 사용하였다.1) First step: The
2) 제 2단계 : 실리콘 카바이드(20)에 대한 플라즈마 건식식각을 실시한다. 플라즈마 건식식각의 공정조건은 반드시 실리콘 카바이드에 대해 식각이 가능한 원료기체, 예를 들어 SF6, CF4, CHF3, NF3 등과 같이 F을 포함하는 원료기체이거나, 또는 Cl2, BCl3 등과 같이 Cl을 포함하는 원료기체이거나, 또는 IBr 등과 같이 Br을 포함하는 원료기체를 사용하고, 상기 원료기체들에 필요에 따라 H2, Ar, N2, O2 등을 혼합한 혼합기체를 사용하는 것이 바람직하다. 나노분말이 마이크로마스크의 역할을 수행하여 표면거칠기가 유발된다.2) second step: plasma dry etching of the
도 3은 본 발명자가 실제로 Al2O3 나노분말을 사용하여 실리콘 카바이드를 식각한 후의 주사전자현미경 사진이다. 물에 분산된 Al2O3 나노분말(평균 직경 ~ 20 nm)의 분산액을 스핀코팅 방법으로 실리콘 카바이드(20)위에 도포하여 사용하였으며, 실리콘 카바이드의 플라즈마 건식식각에는 SF6와 O2를 5:1의 비율로 혼합한 기체를 사용하여 플라즈마 파워 550W, 압력 30 mTorr 로 맞춰진 공정조건에서 60분 건식식각을 진행하였다. 3 is a scanning electron micrograph after the inventors actually etched silicon carbide using Al 2 O 3 nanopowder. A dispersion of Al 2 O 3 nanopowders (average diameter ˜20 nm) dispersed in water was applied to the
상기의 과정을 통하여 식각된 실리콘 카바이드 표면형상을 얻을 수 있으며, 도 4에서 반사도 측정결과는 0에 가까운 결과를 보여주었다.Through the above process, the etched silicon carbide surface shape can be obtained. In FIG. 4, the reflectivity measurement result showed a result close to zero.
1 : 희생식각층 2 : 마이크로마스크
12 : 나노분말 20 : 실리콘 카바이드1: sacrificial etching layer 2: micromask
12: nano powder 20: silicon carbide
Claims (6)
상기 나노분말을 마스크(mask)로 하여 반도체를 식각하여 표면거칠기를 유발하는 제 2단계;를 포함하여 진행되어 반도체 표면에 인위적으로 표면거칠기(surface roughness)를 유발하되,
상기 반도체는 실리콘 카바이드이고,
식각 공정이 플라즈마를 이용하는 건식식각 공정이고, 상기 건식식각 공정에 상기 나노분말이 식각되지 않도록 하여 나노분말이 마이크로마스크로 이용됨을 특징으로 하는 식각공정을 활용한 블랙 실리콘 카바이드의 형성 방법.Placing a nano powder on the surface of the semiconductor;
A second step of inducing a surface roughness by etching the semiconductor using the nano-powder as a mask; and proceeds to artificially induce surface roughness on the surface of the semiconductor,
The semiconductor is silicon carbide,
The etching process is a dry etching process using a plasma, the method of forming black silicon carbide using an etching process, characterized in that the nano powder is used as a micromask by preventing the nano powder from being etched in the dry etching process.
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2012
- 2012-01-16 KR KR1020120004878A patent/KR101215565B1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
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|---|---|
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