KR101533526B1 - Method for fabricating slanted nanopillar using plasma etching - Google Patents

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KR101533526B1
KR101533526B1 KR1020140030872A KR20140030872A KR101533526B1 KR 101533526 B1 KR101533526 B1 KR 101533526B1 KR 1020140030872 A KR1020140030872 A KR 1020140030872A KR 20140030872 A KR20140030872 A KR 20140030872A KR 101533526 B1 KR101533526 B1 KR 101533526B1
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nanopillar
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김창구
조성운
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아주대학교산학협력단
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Abstract

The present invention provides a method of fabricating a leaning nanopillar by using a plasma etching process, comprising the steps of: preparing a material to be etched, formed with a silicon oxide film; forming a carbon fluoride group on the silicon oxide film; processing the silicon oxide film and the carbon fluoride group with plasma generated by fluorine compound gas; and plasma-etching the material.

Description

플라즈마 식각을 이용한 경사형태의 나노기둥 제작방법{METHOD FOR FABRICATING SLANTED NANOPILLAR USING PLASMA ETCHING}[0001] METHOD FOR FABRICATING SLANTED NANOPILLAR USING PLASMA ETCHING [0002]

본 발명은 플라즈마 식각에 의해 식각하는 방법에 관한 것이다. 특이적으로 본 발명은 경사형태의 나노기둥을 형성하도록 플라즈마 식각을 하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of etching by plasma etching. Specifically, the present invention relates to a method of plasma etching to form a tilted nanopillar.

실리콘 나노기둥의 경우 반사율이 낮고 흡수율이 높아 이미지 센서(image sensor), 포토디텍터(photodetector), 테라헤르츠 어플리케이션(terahertz application), 태양전지(solar cell) 등 다양한 분야에서 핵심소자로 사용되고 있다. 이러한 나노기둥을 제작하는 방법은 대표적으로 화학기상증착을 이용한 방법과 플라즈마 식각을 이용한 방법, 습식식각을 이용한 방법이 있다. Silicon nanoparticles have low reflectance and high absorptivity and are used as core devices in various fields such as image sensor, photodetector, terahertz application, and solar cell. Typical methods for fabricating such nano pillars are chemical vapor deposition, plasma etching, and wet etching.

화학기상증착을 이용한 방법은 대한민국 특허 출원 번호 제 10-2009-0015872가 참조되며 습식식각을 이용한 방법은 대한민국 특허 출원 번호 제 10-2010-0073212가 참조된다.The method using chemical vapor deposition is referred to Korean Patent Application No. 10-2009-0015872, and the method using wet etching is referred to Korean Patent Application No. 10-2010-0073212.

화학기상증착을 이용한 나노기둥 제작방법은 피식각물 표면에 금속이나 질화물계화합물, 산화물 등을 핵으로 형성한 후 실리콘 입자를 증착하여 나노기둥을 성장시키는 방법이다. 이를 이용하여 형성된 나노기둥은 성장방향이 항상 기판과 수직인 방향으로 제한되어 나노기둥의 각도를 제어할 수 없는 단점이 있다. 경사 형태의 나노기둥의 경우 흡수율을 극대화할 수 있고 반사율도 획기적으로 줄일 수 있음에도 현재까지 경사형태의 나노기둥 제작방법은 보고된 바가 없다.A method of manufacturing a nanopillar using chemical vapor deposition is a method of growing a nanopillar by depositing a silicon particle on a surface of a crucible after forming a metal or a nitride compound or oxide on the surface thereof. The nanocrystals formed by this method have a disadvantage in that the growth direction is always limited to the direction perpendicular to the substrate and the angle of the nanopillar can not be controlled. In the case of inclined nano-columns, it is possible to maximize the absorptivity and reduce the reflectance remarkably.

플라즈마 식각법을 이용한 나노기둥 제작방법은 불소가 함유된 가스와 O2 가스를 혼합하여 실리콘 표면에 SiOxFy 핵을 형성시킨 후 이를 마스크로하여 기판을 식각하는 방법이다. 이는 SiOxFy 핵 생성이 플라즈마 변수에 민감하게 반응하기 때문에 공정조절이 어렵다는 단점이 있다. 또한 플라즈마 식각의 경우, 쉬스(sheath)가 기판 표면에 형성되어 쉬스의 등전위선에 수직으로 가속된 이온은 기판의 경사 여부에 관계없이 기판에 대하여 수직으로 입사하기 때문에 나노기둥 역시 기판에 수직방향으로 형성된다는 단점이 있다.The nano-pillar fabrication method using the plasma etching method is a method of etching a substrate by forming a SiOxFy nucleus on a silicon surface by mixing a fluorine-containing gas and an O 2 gas, and using the mask as a mask. This is disadvantageous in that it is difficult to control the process because SiOxFy nucleation is sensitive to plasma parameters. Further, in the case of plasma etching, since the sheath is formed on the surface of the substrate and the ions accelerated perpendicularly to the equipotential line of the sheath are vertically incident on the substrate regardless of whether the substrate is inclined or not, Is formed.

습식식각을 이용한 방법은 실리콘 기판 위에 금속 군을 형성시킨 후 이를 마스크로 하여 기판을 식각하는 방법이다. 일 예로 실리콘 기판을 HF/AgNO3 용액에 담구어 Ag군을 실리콘 표면에 형성시킨 후 동일한 용액에서 습식식각을 진행할 경우 나노기둥을 제작할 수 있다. 이 방법은 공정이 매우 단순하다는 장점이 있지만 등방위성을 가진 식각특성 상 고종횡비 나노기둥을 제작할 수 없고 나노기둥의 방향도 기판으로부터 수직한 방향으로 생성된다는 단점이 있다.In the wet etching method, a metal group is formed on a silicon substrate, and then the substrate is etched using the metal as a mask. For example, when a silicon substrate is immersed in a HF / AgNO 3 solution to form an Ag group on a silicon surface, wet etching is performed in the same solution to form a nano-pillar. This method has a merit that the process is very simple, but it has a disadvantage in that it can not produce a high aspect ratio nanopillar with an isotropic satellite and the direction of the nanopillar is generated in a direction perpendicular to the substrate.

본 발명의 목적은 종래의 화학기상증착법, 플라즈마 식각법, 습식식각법에 의존하여 개발된 나노기둥 제작 방법의 한계를 극복하는, 플라즈마 식각을 이용한 새로운 방식의 플라즈마 식각 기술을 제공함에 있다.An object of the present invention is to provide a new type of plasma etching technique using plasma etching, which overcomes the limitations of the nanopillar forming method developed by the conventional chemical vapor deposition method, the plasma etching method, and the wet etching method.

본 발명은 나노기둥을 제작하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은, 실리콘 산화막이 형성된 피식각물을 준비하는 단계; 상기 실리콘 산화막 상에 불화탄소 군을 형성하는 단계; 불소화합물 가스에 의한 플라즈마로, 상기 실리콘 산화막 및 상기 불화탄소 군을 처리하는 단계; 및 상기 피식각물을 플라즈마 처리하여 상기 피식각물을 식각하는 단계를 포함한다.The present invention relates to a method of manufacturing a nano-column, comprising the steps of: preparing a crucible having a silicon oxide film; Forming a fluorocarbon group on the silicon oxide film; Treating the silicon oxide film and the fluorocarbon group with a plasma by a fluorine compound gas; And a step of plasma-treating the seed grains to etch the seed grains.

여기서, 나노기둥이란, 학계에서는 나노헤어, 나노와이어, 나노스트럭쳐 등 여러가지 명칭으로 사용되고 있는 나노크기의 구조물을 의미한다. 실리콘 나노기둥은 반사율이 낮고 흡수율이 높아 이미지 센서(image sensor), 포토디텍터(photodetector), 테라헤르츠 어플리케이션(terahertz application), 태양전지(solar cell) 등 다양한 분야에서 핵심소자로 사용되고 있다. The term "nanopillar" as used herein means a nano-sized structure used in various fields such as nano hair, nanowire, and nanostructure in academia. Silicon nanoparticles have low reflectance and high absorptivity and are used as core devices in various fields such as image sensor, photodetector, terahertz application, and solar cell.

피식각물은 플라즈마 식각에 의해 식각 처리되는 물질, 예를 들어 기판을 의미한다.The crucible refers to a material, for example a substrate, which is etched by plasma etching.

불화탄소군은, 실리콘 산화막 전체를 덮지 않고, 실리콘 산화막의 일부에 불화탄소 물질로 이루어진 군을 의미한다. 예를 들어, 실리콘 산화막 위에서 봤을 때, 실리콘 산화막에 부분적으로 임의의 크기를 가진 물방울 형태의 군을 의미할 수 있다. The fluorocarbon group means a group consisting of a fluorocarbon material in a part of the silicon oxide film without covering the entire silicon oxide film. For example, it may refer to a group of droplets in the form of a droplet having a certain arbitrary size in the silicon oxide film when viewed from above.

일 실시예로, 상기 불화탄소 군은 불화탄소 가스의 플라즈마로부터 형성된다. 불화탄소 가스의 플라즈마로부터 불화탄소 군이 상기 실리콘 산화막 상에 형성되도록 하기 위해, 불화탄소 가스의 플라즈마는 상기 피식각물 및 실리콘 산화막의 식각에 필요한 문턱에너지(threshold energy)를 넘지 않는 바이아스 전압을 인가하여 발생시킨다.In one embodiment, the fluorocarbon group is formed from a plasma of fluorocarbon gas. In order to form a fluorocarbon group from the plasma of fluorocarbon gas on the silicon oxide film, the plasma of the fluorocarbon gas is applied with a bias voltage not exceeding a threshold energy required for etching the silicon oxide film and the silicon oxide film .

문턱에너지를 넘는 바이아스 전압을 인가하여 플라즈마를 발생시키는 경우, 상기 피식각물에 불화탄소 군이 형성되지 않고 피식각물 또는 실리콘 산화막이 식각되어 버릴 수 있는 경우가 생긴다. 따라서 문턱에너지를 넘지 않는 바이아스 전압을 인가하여 플라즈마를 발생시키는 것이다.When plasma is generated by applying a bias voltage exceeding the threshold energy, there is a possibility that the carbon monoxide or the silicon oxide film may be etched without forming the fluorocarbon group in the seed crystal. Therefore, a bias voltage not exceeding the threshold energy is applied to generate plasma.

일 실시예로, 불화탄소군을 형성하기 위해 사용하는 불화탄소 가스는, CF4, C4F8, C4F6, CH2F2 및 CHF3 중 어느 하나 이상을 포함한다. In one embodiment, the fluorocarbon gas used to form the fluorocarbon group includes at least one of CF 4 , C 4 F 8 , C 4 F 6, CH 2 F 2, and CHF 3 .

일 실시예로, 상기 피식각물은 실리콘 시편이다. In one embodiment, the crucible is a silicon specimen.

일 실시예로, 상기 실리콘 산화막은 상기 실리콘 시편이 자연 산화된 실리콘 자연산화막이다. In one embodiment, the silicon oxide film is a silicon natural oxide film in which the silicon specimen is naturally oxidized.

실리콘 자연산화막은 공기 중의 산소가 실리콘 표면과 자발적으로 반응하여 형성하는 막으로, 예를 들어 실리콘 웨이퍼를 대기압 실온의 공기 중에 1일 이상 노출시키면 형성된다. 이는 실리콘 산화막을 산화 시키는 일 실시예에 불과할 뿐, 실리콘 산화막을 얻을 수 있다면 그 산화형태 및 산화방법은 제한되지 않는다.The silicon natural oxide film is formed by oxygen in the air spontaneously reacting with the silicon surface, and is formed, for example, by exposing a silicon wafer to air at room temperature for one day or more. This is merely an embodiment for oxidizing the silicon oxide film. If the silicon oxide film can be obtained, its oxidation form and oxidation method are not limited.

일 실시예로, 상기 불소화합물 가스에 의한 플라즈마로 처리에 의해, 상기 불소화합물 가스에 의한 플라즈마, 상기 실리콘 산화막 및 상기 불화탄소 군이 반응하여 SiOxFy계 마스크가 형성된다.In one embodiment, the plasma of the fluorine compound gas, the silicon oxide film, and the fluorocarbon group react with each other by the plasma treatment with the fluorine compound gas to form a SiOxFy-based mask.

상기 실리콘 산화막은 불소화합물 가스에 의한 플라즈마를 이용하여 상기 피식각물 상에 형성된 불화탄소군 자리에 SiOxFy를 형성한다. 형성된 SiOxFy는 피식각물의 식각 시 식각되지 않도록 막는 마스크 역할을 할 수 있다.The silicon oxide film forms SiOxFy in the fluorocarbon group formed on the crucible using the plasma generated by the fluorine compound gas. The formed SiOxFy can serve as a mask to prevent the etching of the etching solution during etching.

일 실시예로, 상기 SiOxFy계 마스크를 형성하기 위해 사용하는 불소화합물 가스는 SF6, CF4, C4F8, C4F6, CH2F2 및 CHF3중 어느 하나 이상을 포함한다. In one embodiment, the fluorine compound gas used for forming the SiOxFy-based mask includes at least one of SF 6 , CF 4 , C 4 F 8 , C 4 F 6 , CH 2 F 2, and CHF 3 .

일 실시예로, 상기 불소화합물 가스는 O2 또는 Ar 가스를 포함할 수 있다. In one embodiment, the fluorine compound gas may include O 2 or Ar gas.

O2 또는 Ar 가스의 함량에 따라 불소화합물 가스에 의한 플라즈마 처리를 통해 형성되는 SiOxFy의 산소 함량을 제어할 수 있다.It is possible to control the oxygen content of SiOxFy formed through the plasma treatment with the fluorine compound gas according to the content of O 2 or Ar gas.

일 실시예로, 상기 불화탄소 가스에 의한 플라즈마 처리 시간을 조절하여 상기 나노기둥의 직경 크기를 조절할 수 있다.In one embodiment, the diameter of the nanopillar can be controlled by controlling the plasma treatment time by the fluorocarbon gas.

불화탄소 가스에 의한 플라즈마 처리 시간이 길어질수록 실리콘 산화막 상부에 생성되는 불화탄소 군의 크기가 커진다. 불화탄소군의 크기가 커지면 그만큼 SiOxFy계 마스크의 크기도 커지고 따라서 마스크를 제외한 부분만이 식각되게 되어 식각 후 생성되는 나노기둥의 직경이 커지게 된다. 반대로 플라즈마 처리 시간이 짧아질수록 불화탄소군의 크기가 작아진다. 따라서 위와 같은 원리로 생성되는 나노기둥의 직경이 작아지게 된다.As the plasma treatment time by the fluorocarbon gas becomes longer, the size of the fluorocarbon group formed on the silicon oxide film becomes larger. As the size of the fluorocarbon group increases, the size of the SiOxFy-based mask increases, and thus only the portion excluding the mask is etched, thereby increasing the diameter of the nanopillar formed after the etching. Conversely, the shorter the plasma treatment time, the smaller the fluorocarbon group size. Therefore, the diameter of the nanopillar formed by the above principle becomes small.

일 실시예로, 상기 피식각물은 패러데이 케이지 내에 위치한다. In one embodiment, the crucible is located within the Faraday cage.

패러데이 케이지는 도체로 이루어진 밀폐공간을 의미하는데, 플라즈마 내에 패러데이 케이지를 설치하면 상자의 겉표면에 쉬스가 형성되어 패러데이 케이지 내부는 전기장이 일정한 상태로 유지된다. 이때 패러데이 케이지의 윗면을 미세한 그리드로 대체하면 쉬스가 그리드의 표면을 따라서 형성된다. 따라서 그리드 표면에 수평으로 형성된 쉬스에서 가속된 이온은 상자 내부로 입사한 후, 입사할 때의 방향을 유지하며 기판까지 도달하기 때문에 샘플 홀더의 기울기에 따라 이온의 입사각도를 임의로 조절할 수 있다. The Faraday cage means a closed space made of a conductor. When a Faraday cage is installed in a plasma, a sheath is formed on the outer surface of the box, and the electric field inside the Faraday cage is kept constant. At this time, replacing the top surface of the Faraday cage with a fine grid, a sheath is formed along the surface of the grid. Therefore, the ions accelerated in the sheath horizontally formed on the grid surface can be arbitrarily adjusted according to the slope of the sample holder since the ions enter the inside of the box and then reach the substrate while maintaining the direction of incidence.

일 실시예로, 나노기둥 제작방법은 상기 패러데이 케이지의 오픈면과 상기 피식각물의 면이 이루는 각도를 조절하여, 상기 피식각물을 경사식각함을 특징으로 한다. 여기서 오픈면은 패러데이 케이지의 그리드 형태의 윗면을 의미하고, 도면 6의 도면부호 51에 해당한다. According to an embodiment of the present invention, the nano-pillar manufacturing method is characterized in that the angle between the open face of the Faraday cage and the face of the wedge angle is adjusted to obliquely etch the wedge. Here, the open face means the upper face of the grid form of the Faraday cage, and corresponds to the reference numeral 51 in FIG.

패러데이 케이지 내부에 피식각물의 각도를 조절할 수 있는 샘플홀더 등이 들어가 피식각물의 각도를 조절할 수 있다. 이를 통해, 패러데이 케이지의 오픈면에 수직하게 플라즈마가 들어오는 경우, 샘플홀더 등의 각도조절을 통해 상기 피식각물의 각도를 조절할 수 있고 이에 따라 나노기둥이 일정한 각도를 가지도록 경사지게 식각될 수 있다. Inside the Faraday cage, you can adjust the angle of each piece by inserting a sample holder to adjust the angle of each part. Accordingly, when the plasma enters perpendicularly to the open surface of the Faraday cage, the angles of the angles can be adjusted by adjusting the angle of the sample holder and the like so that the nano pillars can be inclinedly etched so as to have a certain angle.

일 실시예로, 상기 피식각물을 플라즈마 처리하여 식각하는 단계 후, 식각벽면에 불화탄소 가스를 함유한 플라즈마 처리를 통해 보호막을 증착하는 단계를 더 포함한다. In one embodiment, the method further includes depositing a protective film on the etched wall surface by plasma treatment containing carbon fluoride gas after plasma etching and etching the seed crystal.

식각벽면에 보호막을 증착하면, 피식각물 식각 시 식각벽면은 증착된 보호막이 식각됨으로써 나노기둥의 직경은 그대로 유지되면서 나노기둥은 비등방적인 형태를 가지게 된다. When a protective film is deposited on the etched wall, the etched protective film is etched on the etched wall surface to etch the nano - pillars, and the nano - pillars become anisotropic.

일 실시예로, 상기 피식각물을 플라즈마 처리하여 식각하는 단계 및 식각벽면에 불화탄소 가스를 함유한 플라즈마 처리를 통해 보호막을 증착하는 단계를 순차적으로 2회 이상 반복한다. In one embodiment, the step of plasma etching and etching the seed crystal and the step of depositing a protective film by plasma treatment containing fluorocarbon gas on the etched wall surface are repeated two or more times in order.

즉, 피식각물을 플라즈마 처리하여 식각한 후 그 식각벽면에 보호막을 증착한다. 그 다음 다시 피식각물 및 보호막을 플라즈마 처리하여 식각하면 보호막 벽면의 식각홀의 직경은 그대로 유지되는데 이는 식각시 보호막이 피식각물의 식각벽면을 대신해 식각되기 때문이다. 그리고 다시 그 식각벽면에 보호막을 증착하고 피식각물 및 보호막을 식각하면 식각홀의 깊이는 더 깊어지고 직경은 그대로 유지된다. 순차적으로 2회 이상 반복함은 이 과정을 순환적으로 계속 반복함을 의미한다. That is, plasma etching is performed to plasma etching, and a protective film is deposited on the etched wall surface. Then, plasma etching and plasma etching of the crucible and the protective film maintains the diameter of the etching hole on the protective film wall surface as it is because the protective film is etched instead of the etching surface of the etching film. Then, when a protective film is deposited on the etched wall and etching is performed on the etched wall and the protective film, the depth of the etched hole becomes deeper and the diameter remains unchanged. Repeating two or more times in a row means repeating this process cyclically.

본 발명에서 제시하는 나노기둥 제작방법은 기존의 방식에 비해 나노기둥의 고종횡비 구조를 구현할 수 있고, 나노기둥의 대면적 제조가 가능하며, 공정 수율이 우수하다는 장점이 있다. The nano-pillar fabrication method proposed in the present invention is advantageous in that it can realize a high aspect ratio structure of a nano-pillar as compared with the conventional method, can manufacture a large area of a nano-pillar, and has excellent process yield.

또한 나노기둥의 각도를 임의로 조절할 수 있어 나노기둥의 반사율을 획기적으로 낮추고 흡수율을 높여 그 응용가능성이 매우 크다는 장점이 있다.In addition, since the angle of the nano pillar can be arbitrarily adjusted, the reflectance of the nano pillar is drastically lowered and the absorption rate is increased.

본 발명은 이미지 센서, 포토디텍터, 테라헤르츠 어플리케이션, 태양전지 등 다양한 분야에서 핵심적인 역할을 할 것으로 기대된다.The present invention is expected to play a key role in various fields such as an image sensor, a photodetector, a terahertz application, and a solar cell.

도 1은 본 발명의 하나의 구체예로서, 본 발명의 나노기둥 제작방법을 예시적으로 설명하는 공정도이다.
도 2는 S1 단계에서 실리콘 산화막이 형성된 피식각물의 측면도를 도시한 도면이다.
도 3은 S2 단계에서 실리콘 산화막 상부에 불소화군이 형성된 피식각물의 측면도를 도시한 도면이다.
도 4는 S3 단계로 불소화합물 가스에 의한 플라즈마로 상기 실리콘 산화막 및 상기 불화탄소군을 처리하여 SiOxFy계 마스크가 형성된 피식각물의 측면도를 도시한 것이다.
도 5는 S4 단계의 플라즈마 식각단계를 통해 식각된 결과물을 도시한 것이다.
도 6은 패러데이 케이지 내부에 피식각물을 위치시킨 뒤 플라즈마 식각처리하는 과정을 도시한 것이다.
도 7은 순환식각 공정의 개념도를 도시한 것이다.
도 8a는 조건을 달리하여 생성한 나노기둥의 전자현미경 사진을 도시한 것이다.
도 8b는 생성된 나노기둥들의 전자현미경 사진을 도시한 것이다.
FIG. 1 is a process diagram illustrating an exemplary method for producing a nanopillar according to the present invention, as one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view of a diagonal angle formed with a silicon oxide film in step S1. FIG.
3 is a view showing a side view of an etching solution in which fluorinated groups are formed on the silicon oxide film in step S2.
FIG. 4 is a side view of a plasma etching process in which a silicon oxide film and a fluorocarbon group are treated with a plasma of a fluorine compound gas to form a SiOxFy mask.
FIG. 5 shows the result of the etching in step S4.
FIG. 6 shows a process of plasma etching after placing a crucible in a Faraday cage.
7 is a conceptual diagram of a circulating etching process.
8A is an electron micrograph of a nanopillar formed by different conditions.
8B is an electron micrograph of the generated nanoparticles.

이하, 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 아래 에서는 특정 실시예들을 예시하여 상세히 설명하는 것일 뿐, 본 발명은 다양하게 변경될 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있기 때문에, 예시된 특정 실시예들에 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. The present invention is not limited to the specific embodiments shown and described because the present invention can be variously modified and can take various forms. It is to be understood that the invention is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 구성요소 등이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 구성요소 등이 존재하지 않거나 부가될 수 없음을 의미하는 것은 아니다. In the present application, the term "comprises" or "having" is intended to designate the presence of stated features, elements, etc., and not one or more other features, It does not mean that there is none.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

도 1은 본 발명의 하나의 구체예로서, 본 발명의 나노기둥 제작방법을 예시적으로 설명하는 공정도이다. 도 1에서와 같이 본 발명은 실리콘 산화막이 형성된 피식각물 준비단계(S1), 불화탄소군 형성단계(S2), 불소화합물 가스에 의한 플라즈마 처리단계(S3) 및 식각단계(S4)를 포함한다.FIG. 1 is a process diagram illustrating an exemplary method for producing a nanopillar according to the present invention, as one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the present invention includes a step S1 for forming a silicon oxide film, a step S2 for forming a fluorocarbon group, a step S3 for treating the fluorine compound gas, and an etching step S4.

도 2는 S1 단계에서 실리콘 산화막이 형성된 피식각물의 모습을 예시하기 위한 도면으로, 실리콘 산화막이 형성된 피식각물의 측면도이다.FIG. 2 is a side view of a cruciform with a silicon oxide film formed thereon to exemplify a shape of a cruciform with a silicon oxide film formed in step S1; FIG.

도 2를 참조하면, S1 단계는 실리콘 산화막이 형성된 피식각물(10)을 준비하는 단계이다. 상기 피식각물(10)은 실리콘 시편을 사용하였다. 상기 실리콘 시편 상에 두께가 약 10nm 이하인 실리콘 산화막(20)을 자연산화막 형태로 형성하였다. 자연산화막은 공기 중의 산소가 실리콘 표면과 자발적으로 반응하여 형성되는 막으로 실리콘 시편을 대기압 실온의 공기 중에서 1일 이상 노출시켜 형성하였다. 이러한 실리콘 산화막(20)은 자연산화막 형태뿐만 아니라 일반 피식각물 상에 SiO2 증착공정을 추가하여 형성할 수 있다. 실리콘 산화막(20)은 SiO2이다.Referring to FIG. 2, step S1 is a step of preparing a crucible 10 on which a silicon oxide film is formed. A silicon specimen was used for the crucible 10. A silicon oxide film 20 having a thickness of about 10 nm or less was formed on the silicon specimen in the form of a native oxide film. The natural oxide film is formed by oxygen in the air spontaneously reacting with the silicon surface, which is formed by exposing the silicon specimen to air at room temperature for one day or more. The silicon oxide film 20 may be formed by adding a SiO 2 deposition process to the conventional oxide film as well as the native oxide film. Silicon oxide film 20 is SiO 2.

도 3은 S2 단계에서 실리콘 산화막(20) 상부에 불화탄소군(30)이 형성된 피식각물(10)의 모습을 예시하기 위한 측면도이다. 3 is a side view for illustrating the shape of the crucible 10 having the fluorocarbon group 30 formed on the silicon oxide film 20 in step S2.

도 3을 참조하면, S2 단계는 실리콘 산화막(20) 상부에 불화탄소 군(30)을 형성하는 단계이다. 자연산화막인 실리콘 산화막(20) 상부에 C4F8인 불화탄소 가스에 의한 플라즈마를 이용하였다. 단, 불화탄소 가스는 예를 들어, CF4, C4F8, C4F6, CH2F2 및 CHF3일 수 있다. 그리고 상기 불화탄소 가스에 O2 등의 가스를 첨가하여 사용할 수 있다. 상기 불화탄소 군(30)을 형성할 때 불화탄소 가스의 플라즈마는 상기 피식각물(10)의 식각에 필요한 문턱에너지를 넘지 않는 바이아스 전압을 인가하여 발생시켰다. 이 때 불화탄소 군(30)은 상기 실리콘 산화막(20) 상에 무작위로 형성된다. 상기 불화탄소 가스에 의한 플라즈마에 실리콘 산화막(20)이 노출되는 시간을 5~30초로 다양하게 조절할 수 있고 이에 따라 불화탄소군(30)의 크기가 달라져 나노기둥의 직경을 조절할 수 있다.Referring to FIG. 3, step S2 is a step of forming the fluorocarbon group 30 on the silicon oxide film 20. FIG. Plasma by C 4 F 8 carbon fluoride gas was used on the silicon oxide film 20 which is a natural oxide film. However, the fluorocarbon gas may be, for example, CF 4 , C 4 F 8 , C 4 F 6 , CH 2 F 2 and CHF 3 . And a gas such as O 2 may be added to the fluorocarbon gas. When forming the fluorocarbon group 30, the plasma of the fluorocarbon gas was generated by applying a bias voltage not exceeding a threshold energy required for etching the crucible 10. At this time, the fluorocarbon groups 30 are randomly formed on the silicon oxide film 20. The time for exposing the silicon oxide film 20 to the plasma by the fluorocarbon gas can be variously adjusted to 5 to 30 seconds and the size of the fluorocarbon group 30 can be varied to control the diameter of the nano pillars.

S2 단계의 공정조건은 다음 표1과 같다.The process conditions of step S2 are shown in Table 1 below.

Source power
(w)
Source power
(w)
Bias voltage
(V)
Bias voltage
(V)
Pressure
(mTorr)
Pressure
(mTorr)
Flow rate of fluorocarbon gas (sccm) Flow rate of fluorocarbon gas (sccm) Time
(s)
Time
(s)
50 ~ 1000 50 to 1000 00 5 ~ 50 5 to 50 5 ~ 100 5-100 5 ~ 30 5 to 30

도 4는 S3 단계로 불소화합물 가스에 의한 플라즈마로 상기 실리콘 산화막(20) 및 상기 불화탄소군(30)을 처리하여 SiOxFy계 마스크(40)가 형성된 피식각물(10)을 예시하기 위한 측면도이다. FIG. 4 is a side view for illustrating a crucible 10 having a SiOxFy mask 40 formed by treating the silicon oxide film 20 and the fluorocarbon group 30 with a plasma of a fluorine compound gas in step S3.

도 4를 참조하면, S3 단계에서 SF6 가스에 의한 플라즈마를 이용하여 상기 피식각물(10) 상에 형성된 불화탄소군(30) 자리에 SiOxFy계 마스크(40)를 형성하였다. 더 자세히 말하자면 실리콘 산화막(20)으로 전달되는 이온의 에너지와 F 라디칼을 사용하여 SiOxFy계 마스크(40)를 형성하였다. 이 과정에서 피식각물 상부에 있고 불화탄소군(30)이 형성되지 않은 자리의 실리콘 산화막(20)은 플라즈마와 반응하여 제거되었다.4, to form a SiOxFy-based mask 40 in place fluorocarbon group 30 is formed on the etching gakmul 10. In step S3 using a plasma by the SF 6 gas. More specifically, the SiOxFy-based mask 40 is formed by using the energy of the ions transferred to the silicon oxide film 20 and the F radical. In this process, the silicon oxide film 20 on the upper part of the crucible and not formed with the fluorocarbon group 30 was removed by reaction with the plasma.

상기 불소화합물 가스는 SF6 뿐만 아니라 불소가 함유된 CF4, C4F8, C4F6, CH2F2, CHF3 등을 사용할 수 있다. 또한 Ar 및/또는 O2 가 첨가될 수 있다.As the fluorine compound gas, not only SF 6 but also fluorine-containing CF 4 , C 4 F 8 , C 4 F 6 , CH 2 F 2 and CHF 3 can be used. Can also be the Ar and / or O 2 was added.

S3 단계의 공정 조건은 다음 표2와 같다.The process conditions in step S3 are shown in Table 2 below.

Source power
(w)
Source power
(w)
Bias voltage
(V)
Bias voltage
(V)
Pressure
(mTorr)
Pressure
(mTorr)
Flow rate of fluorocarbon gas (sccm)  Flow rate of fluorocarbon gas (sccm) Time
(s)
Time
(s)
50 ~ 1000 50 to 1000 0 ~ -500 0 to -500 5 ~ 50 5 to 50 5 ~ 100 5-100 5 ~ 60 5 ~ 60

도 5는 S4 단계의 플라즈마 식각단계를 통해 식각된 결과물을 도시한 것이다.FIG. 5 shows the result of the etching in step S4.

도 6은 패러데이 케이지(50) 내부에 피식각물(10)을 위치시킨 뒤 플라즈마 식각처리하는 과정을 도시한 것이다. FIG. 6 shows a process of plasma etching the seed crystal 10 after positioning the seed crystal 10 in the Faraday cage 50.

도 7은 순환식각 공정의 개념도를 도시한 것이다.7 is a conceptual diagram of a circulating etching process.

도 5 및 도 6을 참조하면, S4 단계에서 피식각물(10)을 패러데이 케이지(50) 내부에 위치시켜 플라즈마 처리를 통해 피식각물(10)을 식각하였다. 이 경우 패러데이 케이지(50)의 오픈면(51)과 상기 피식각물의 면이 이루는 각도를 조절할 수 있도록 패러데이 케이지 내부에 샘플홀더(52)를 설치하였다. 샘플홀더(52) 위에 상기 피식각물(10)을 위치시킨 뒤 샘플홀더(52)의 각도를 0 내지 90°, 바람직하게는 0 내지 60°로 조절하여 나노기둥의 경사각도를 조절할 수 있다. 수직한 구조의 나노기둥의 경우 패러데이 케이지(50)를 사용하지 않거나 패러데이 케이지(50)를 사용할 경우 샘플홀더(52)의 각도를 0°로 하여 식각하면 구현할 수 있다.Referring to FIGS. 5 and 6, in step S4, the crucible 10 is placed inside the Faraday cage 50 and the crucible 10 is etched through a plasma process. In this case, a sample holder 52 is provided in the Faraday cage so that the angle formed by the open face 51 of the Faraday cage 50 and the plane of the angled corners can be adjusted. The inclination angle of the nano pillars can be adjusted by adjusting the angle of the sample holder 52 to 0 to 90 °, preferably 0 to 60 °, after positioning the crucible 10 on the sample holder 52. In the case of a vertically structured nanopillar, when the Faraday cage 50 is not used or when the Faraday cage 50 is used, etching can be performed by setting the angle of the sample holder 52 to 0 °.

도 7을 참조하면, 피식각물(10)의 경사식각을 안정적으로 하기 위해 증착과 식각을 반복하는 순환식각법을 사용하였다. 더 자세히 말하자면, 상기 피식각물(10)을 플라즈마 처리하여 식각하는 단계 후, 식각벽면에 불화탄소 가스를 함유한 플라즈마 처리를 통해 보호막(60)을 증착하는 단계를 더 포함하였다. 따라서 보호막(60)을 증착하고 플라즈마 처리를 통해 식각하는 단계를 반복하여 진행하였다. 이러한 순환식각공정을 20회 진행하였다. 다만 본 발명에서 제시하는 순환식각공정의 횟수는 일 예일 뿐이며, 순환식각공정의 횟수를 조절하여 나노기둥의 길이를 조절할 수 있다. Referring to FIG. 7, a circulation etching method in which deposition and etching are repeated is used to stabilize the inclined etching of the crucible 10. More specifically, the step of plasma-treating and etching the crucible 10 is followed by the step of depositing the protective film 60 by plasma treatment containing fluorocarbon gas on the etched wall surface. Thus, the step of depositing the protective film 60 and etching through the plasma treatment is repeatedly performed. This cyclic etching process was carried out 20 times. However, the number of the circulating etching processes proposed in the present invention is only an example, and the length of the nano pillars can be controlled by controlling the number of the circulating etching processes.

다음 표 3은 순환식각 시 증착공정조건이다. Table 3 below shows the conditions of the deposition process in the cyclic etching.

Source power
(w)
Source power
(w)
Bias voltage
(V)
Bias voltage
(V)
Pressure
(mTorr)
Pressure
(mTorr)
Flow rate of fluorocarbon gas (sccm) Flow rate of fluorocarbon gas (sccm) Time
(s)
Time
(s)
50 ~ 1000 50 to 1000 00 5 ~ 50 5 to 50 5 ~ 100 5-100 5 ~ 30 5 to 30

다음 표 4는 순환식각 시 식각공정조건이다.Table 4 below shows the etch conditions during the cyclic etching.

Source power
(w)
Source power
(w)
Bias voltage
(V)
Bias voltage
(V)
Pressure
(mTorr)
Pressure
(mTorr)
Flow rate of fluorocarbon gas (sccm)  Flow rate of fluorocarbon gas (sccm) Time
(s)
Time
(s)
50 ~ 1000 50 to 1000 0 ~ -500 0 to -500 5 ~ 50 5 to 50 5 ~ 100 5-100 5 ~ 60 5 ~ 60

도 8a 및 8b는 본 발명을 통해 제작한 다양한 각도의 나노기둥을 촬영한 전자현미경 사진을 도시한 것이다. 도시된 패러데이 케이지를 사용하여 생성된 나노기둥의 공정조건은 다음과 같다. 위에서부터 차례로 표 5는 S2단계의 공정조건, 표 6은 S3단계의 공정조건, 표 7은 순환식각 시 증착공정조건, 표 8은 순환식각 시 식각공정조건을 나타낸다.8A and 8B are electron micrographs of nano pillars of various angles manufactured through the present invention. The process conditions of the nano pillars produced using the illustrated Faraday cage are as follows. Table 5 shows the process conditions in S2, Table 6 shows the process conditions in S3, Table 7 shows the deposition process conditions in the circulating etching, and Table 8 shows the etching process conditions in the circulating etching.

Source power
(w)
Source power
(w)
Bias voltage
(V)
Bias voltage
(V)
Pressure
(mTorr)
Pressure
(mTorr)
Flow rate of fluorocarbon gas (sccm) Flow rate of fluorocarbon gas (sccm) Time
(s)
Time
(s)
400400 00 3030 30 30 1515

Source power
(w)
Source power
(w)
Bias voltage
(V)
Bias voltage
(V)
Pressure
(mTorr)
Pressure
(mTorr)
Flow rate of fluorocarbon gas (sccm)  Flow rate of fluorocarbon gas (sccm) Time
(s)
Time
(s)
400400 -100-100 1010 30 30 1515

Source power
(w)
Source power
(w)
Bias voltage
(V)
Bias voltage
(V)
Pressure
(mTorr)
Pressure
(mTorr)
Flow rate of fluorocarbon gas (sccm) Flow rate of fluorocarbon gas (sccm) Time
(s)
Time
(s)
400400 00 3030 3030 1515

Source power
(w)
Source power
(w)
Bias voltage
(V)
Bias voltage
(V)
Pressure
(mTorr)
Pressure
(mTorr)
Flow rate of fluorocarbon gas (sccm)  Flow rate of fluorocarbon gas (sccm) Time
(s)
Time
(s)
400400 -100-100 4141 30) 30) 2020

도 8a를 참조하면, 왼쪽부터 차례로 나노기둥의 각도는 75°, 길이는 3.2

Figure 112014025315465-pat00001
인 나노기둥, 나노기둥의 각도는 60°, 길이는 4.2
Figure 112014025315465-pat00002
인 나노기둥, 나노기둥의 각도는 50°, 길이는 3.6
Figure 112014025315465-pat00003
인 나노기둥의 전자현미경 사진이다. 상기 나노기둥은 패러데이 케이지의 각도를 왼쪽부터 차례로 15°, 30°, 40°로 조절하여 제작한 것이다. 도 8a를 참조하면, 패러데이 케이지(50)의 각도를 조절하여 나노기둥의 각도를 조절하고 이를 통해 나노기둥을 제작할 수 있었음을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 8A, the angles of the nano pillars are 75 degrees and the length is 3.2
Figure 112014025315465-pat00001
The angle of the nano-pillar and nano-pillar is 60 ° and the length is 4.2
Figure 112014025315465-pat00002
The angle of the nano-pillar, the nano-pillar is 50 °, and the length is 3.6
Figure 112014025315465-pat00003
It is an electron micrograph of the inner nano pillars. The nano pillars are manufactured by adjusting the angle of the Faraday cage from 15 属, 30 属, and 40 属 in order from the left. Referring to FIG. 8A, it can be seen that the angle of the nano pillar was adjusted by adjusting the angle of the Faraday cage 50, and the nano pillar was formed through the adjustment of the angle.

도 8b는 하나의 피식각물(10)에서 생성된 복수의 나노기둥을 도시한 사진이다. 왼쪽부터 나노기둥의 직경이 48nm, 40nm, 36nm이다. 도 8b를 참조하면, 하나의 피식각물(10) 상에 생성된 불화탄소(30) 군의 크기가 각각 다르게 되어 나노기둥의 직경도 다르게 나타난 것을 알 수 있다.FIG. 8B is a photograph showing a plurality of nanopillar pillars produced in a single crucible 10. FIG. From the left, the diameter of the nanopillar is 48 nm, 40 nm, and 36 nm. Referring to FIG. 8B, it can be seen that the sizes of the group of fluorocarbon 30 formed on one crucible 10 are different from each other, and the diameters of the nano pillars are different from each other.

Claims (13)

실리콘 산화막이 형성된 피식각물을 준비하는 단계;
상기 실리콘 산화막 상에 불화탄소 군을 형성하는 단계;
불소화합물 가스에 의한 플라즈마로, 상기 실리콘 산화막 및 상기 불화탄소 군을 처리하는 단계; 및
상기 피식각물을 플라즈마 처리하여 식각하는 단계를 포함하는,
나노기둥 제작방법.
Preparing a crucible having a silicon oxide film formed thereon;
Forming a fluorocarbon group on the silicon oxide film;
Treating the silicon oxide film and the fluorocarbon group with a plasma by a fluorine compound gas; And
Comprising the steps of: (a)
How to make nanopillar pillars.
제1항에 있어서,
상기 불화탄소 군은 불화탄소 가스의 플라즈마로부터 형성되며,
상기 불화탄소 가스의 플라즈마는 상기 피식각물의 식각에 필요한 문턱에너지를 넘지 않는 바이아스 전압을 인가하여 발생함을 특징으로 하는,
나노기둥 제작방법.
The method according to claim 1,
The fluorocarbon group is formed from a plasma of fluorocarbon gas,
Wherein the plasma of the fluorocarbon gas is generated by applying a bias voltage not exceeding a threshold energy required for etching the projected product.
How to make nanopillar pillars.
제2항에 있어서,
상기 불화탄소 가스는, CF4, C4F8, C4F6, CH2F2 및 CHF3로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는,
나노기둥 제작방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the fluorocarbon gas comprises at least one selected from the group consisting of CF 4 , C 4 F 8 , C 4 F 6, CH 2 F 2 and CHF 3 .
How to make nanopillar pillars.
제1항에 있어서,
상기 피식각물은 실리콘 시편인,
나노기둥 제작방법.
The method according to claim 1,
Wherein the pre-crucible is a silicon specimen,
How to make nanopillar pillars.
제4항에 있어서,
상기 실리콘 산화막은 상기 실리콘 시편이 자연 산화된,
나노기둥 제작방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the silicon oxide film is a silicon oxide film,
How to make nanopillar pillars.
제1항에 있어서,
상기 불소화합물 가스에 의한 플라즈마로 처리에 의해, 상기 불소화합물 가스에 의한 플라즈마, 상기 실리콘 산화막 및 상기 불화탄소 군이 반응하여 SiOxFy계 마스크가 형성됨을 특징으로 하는,
나노기둥 제작방법.
The method according to claim 1,
Wherein the plasma of the fluorine compound gas, the silicon oxide film, and the fluorocarbon group react with each other by the plasma treatment with the fluorine compound gas to form a SiOxFy-based mask.
How to make nanopillar pillars.
제1항에 있어서,
상기 불소화합물 가스는 SF6, CF4, C4F8, C4F6, CH2F2 및 CHF3로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는,
나노기둥 제작방법.
The method according to claim 1,
Wherein the fluorine compound gas comprises at least one selected from the group consisting of SF 6 , CF 4 , C 4 F 8 , C 4 F 6 , CH 2 F 2 and CHF 3 .
How to make nanopillar pillars.
제7항에 있어서,
상기 불소화합물 가스는 O2 또는 Ar 가스를 포함함을 특징으로 하는,
나노기둥 제작방법.
8. The method of claim 7,
Characterized in that the fluorine compound gas comprises O 2 or Ar gas.
How to make nanopillar pillars.
제2항에 있어서,
상기 불화탄소 가스에 의한 플라즈마 처리 시간을 조절하여 상기 나노 기둥의 직경의 크기를 조절함을 특징으로 하는,
나노기둥 제작방법.
3. The method of claim 2,
Wherein a diameter of the nanopillar is controlled by adjusting a plasma treatment time by the fluorocarbon gas.
How to make nanopillar pillars.
제1항에 있어서,
상기 피식각물은 패러데이 케이지 내에 위치함을 특징으로 하는,
나노기둥 제작방법.
The method according to claim 1,
Characterized in that the crucible is located in a Faraday cage.
How to make nanopillar pillars.
제10항에 있어서,
상기 패러데이 케이지의 오픈면과 상기 피식각물의 면이 이루는 각도를 조절하여, 상기 피식각물을 경사식각함을 특징으로 하는,
나노기둥 제작방법.
11. The method of claim 10,
Wherein an angle formed by the open face of the Faraday cage and the face of the wedge angle is adjusted so that the wedge angle is inclinedly etched.
How to make nanopillar pillars.
제1항에 있어서,
상기 피식각물을 플라즈마 처리하여 식각하는 단계 후, 식각벽면에 불화탄소 가스를 함유한 플라즈마 처리를 통해 보호막을 증착하는 단계를 더 포함하는,
나노기둥 제작방법.
The method according to claim 1,
Further comprising depositing a protective film on the etched wall surface by plasma treatment containing carbon fluoride gas,
How to make nanopillar pillars.
제12항에 있어서,
상기 피식각물을 플라즈마 처리하여 식각하는 단계 및 식각벽면에 불화탄소 가스를 함유한 플라즈마 처리를 통해 보호막을 증착하는 단계는 순차적으로 2회 이상 반복하는 것을 특징으로 하는,
나노기둥 제작방법.
13. The method of claim 12,
Wherein the step of plasma etching and etching the seed crystal and the step of depositing a protective film by plasma treatment containing fluorocarbon gas on the etching wall are repeated two or more times in order.
How to make nanopillar pillars.
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