KR101554563B1 - 미세구리배선의 제조 방법 및 이를 이용한 트랜지스터제조방법 - Google Patents

미세구리배선의 제조 방법 및 이를 이용한 트랜지스터제조방법 Download PDF

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Abstract

기판상부에 구리 나노입자를 포함하는 코팅층을 형성하는 단계, 레이저를 코팅층에 조사하는 단계, 잔류 코팅층을 제거하는 단계를 포함하고, 상기 구리 나노입자는, 90%이상의 구리를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 레이저를 코팅층에 조사하는 단계는, 레이저 스캐닝 속도가 1 ~ 3000mm/s의 속도로 스캐닝하는 것을 특징으로 하는 구리 배선의 제조 방법.

Description

미세구리배선의 제조 방법 및 이를 이용한 트랜지스터제조방법 {Micro copper wire manufacturing method and manufacturing method using the same transistor}
본 발명은 전자 소자에서 쓰이는 미세구리배선의 제조 방법 및 이를 이용한 트랜지스터 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 구리 나노입자 레이저 프로세싱을 분석하고 라인빔과 포토 마스크를 이용한 미세구리배선의 제조 방법 및 이를 이용한 트랜지스터 제조방법에 관한 것이다.
최근 광산업, 디스플레이 산업, 반도체 산업, 바이오 산업에서 제품의 박막화 고성능화의 요구가 증가하고 있다. 여기에 최근 금, 은의 재료비 증가로 인한 구리 배선 형성기술의 수요가 급증하고 있다. 또한, 구리 배선에서 마이크로, 나노 스케일의 미세 구리배선을 형성하는 기술이 요구되고 있다. 또한, 이러한 미세 배선기술은 광학소자, 바이오소자, 각종 전자 기기의 미세 전극배선, 광학 전기적 기능성 시트(sheet) 등에 적용되어 그 실시화의 범위가 넓다.
전극을 제조하는데 있어서 구리는 다른 물질에 비해 가격이 저렴하고 우수한 비저항을 가지는 특성이 있어 고품질의 구리 전극을 제조하는데 많은 관심을 받고 있다. 하지만 구리 재료 자체의 산화문제 때문에 기존에 구리전극을 제조하는 방식은 광노광(Photolithography) 공정과 잉크젯 프린팅(Inkjet Printing) 공정이 연구되어 왔다.
광노광(Photolithography)공정은 증착, 세정, 감광액도포, 노광, 현상, 감광액박리, 검사 등 여러가지 공정이 필요하며, 고진공상태에서 이루어지기 때문에, 고가의 진공장비가 필요하다. 또한 공정이 복잡하며, 유리와 같은 경한기판에만 이루어지기 때문에 기판에 제한이 있으며, 식각액, 감광액등 유해한 화학물질을 사용하기 때문에, 환경에 유해한 공정이다.
잉크젯 프린팅(Inkjet Printing)공정은 구리 잉크(Ink)를 기판 위에 패터닝하고 이를 진공장비에 넣어서 열처리를 통한 소결과정을 거쳐 전극을 제조한다. 그러나 잉크젯 프린팅(Inkjet Printing)공정 자체의 해상도에 대한 문제점이 있고 추가적으로 진공장비에서 소결과정이 필요하므로 고가의 진공장비가 필요하다. 또한 추가적인 소결과정에서의 열처리 온도가 높아서 내열성이 좋지 않은 기판에는 제조할 수 없는 문제점이 있다. 이러한 공정을 대체하기 위한 레이저 직접 패터닝(Laser Direct Patterning)에 대한 연구가 진행되고 있다.
한편, 레이저 직접 패터닝(Laser Direct Patterning)은 금속잉크와 레이저를 이용하여 금속전극을 형성하는 것으로, 친환경적인 용액공정이며, 고가의 진공장비가 필요하지 않기 때문에 생산제조단가가 저렴하며, 간편하며 쉬운 공정이다. 또한 고품질 고정밀도의 금속전극을 만들 수 있다.
종래에 미세 배선을 형성하는 것은 패턴이 형성된 마스크를 이용하여 노광 공정에 의한 것이다. 따라서, 미세배선을 형성하기 위해서는 구리 나노입자 제조 단계, 패터닝 단계, 소결단계를 각각 독립적인 공정으로 실행해야 하기 때문에 제조단가가 경제적이지 않고, 신속하게 미세 배선을 제작할 수 없는 문제가 존재한다.
통상 구리는 금, 은과 같이 높은 전도성을 나타내면서 경제적인 재료이다. 그러나, 이러한 구리는 금, 은과 달리 대기상태에서 쉽게 산화가 일어나게 되는 문제가 있다. 그리고, 이러한 구리를 솔루션(solution) 공정에 적용하기 위해서는 구리 나노입자 잉크로 제작하여야 한다. 그러나, 나노입자 상태에서는 구리의 표면적이 증가하여 더욱 쉽게 산화되는 문제가 존재한다.
또한, 구리 잉크를 기존의 잉크젯, 롤투롤에 적용하는데 있어서, 패터닝은 가능하지만, 50㎛이하의 미세 배선을 형성하는 데는 한계가 있고, 고온 소결과정에서 더욱 쉽게 구리가 산화되므로 진공, 불활성 상태에서 공정을 수행해야 하는 문제가 존재하였다.
이에 따라 대한민국 공개특허 제 10-2012-0041055에서는 산화구리(CuO) 나노입자와 환원제가 혼합된 잉크를 사용하여 소결과 환원작용을 동시에 시행하는 방법이 제시된바 있다.
그러나, 현재까지 구리 나노입자(Copper Nanoparticle)와 레이저 상호작용(laser interaction)을 통한 구리 전극 패터닝 제조공정에 대해서는 관련 연구가 수행되지 않았으며, 이에 레이저 상호작용을 이용한 구리 전극 패터닝 제조 공정은 많은 연구가 요구되는 분야이다.
대한민국 공개특허 제 10-2012-0041055호
본 발명은 미세 구리 전극을 제조하는 종래의 포토리소그래피 (Photolithography) 공정에서 필요로 하는 고가의 장비, 다수의 공정단계, 공정상 필요한 화학약품의 환경오염 및 기판의 제한 등의 문제점을 해결하고, 나아가 본 발명은 기존의 미세 구리 전극을 제조하는 잉크젯(Inkjet) 공정의 문제점인 해상도와 소결 과정 중 발생하는 높은 열로 인해 내열성이 좋지 않은 기판에서 사용할 수 없었던 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 상기 문제점을 해결할 수 있는 미세구리배선 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 미세구리배선의 제조 방법 및 이를 이용한 트랜지스터제조방법에 따르면, 기판상에 구리 나노입자를 포함하는 코팅층을 형성하는 단계 및 레이저를 코팅층에 조사하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 레이저를 코팅층에 조사하는 단계 이후, 상기 레이저 조사에 의한 구리 나노입자의 소결이 이루어지지 않은 코팅층을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 코팅층은, 구리 나노입자를 포함하는 용액이 코팅될 수 있다.
상기 구리 나노입자는, 90%이상의 구리를 포함할 수 있다.
상기 레이저를 코팅층에 조사하는 단계는, 상기 레이저의 파장 영역이 적외선, 가시광선 및 자외선으로 이루어지는 군에서 어느 하나이며, 레이저 스캐닝 속도가 1 ~ 3000mm/s일 수 있다.
상기 레이저의 파장 영역이 적외선인 경우 상기 레이저 스캐닝 속도는 10 ~ 2500mm/s일 수 있다.
상기 레이저는, 스팟빔 레이저, 라인빔 레이저 및 면 광원으로 이루어지는 군에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 미세 구리배선의 제조 방법.
상기 레이저를 코팅층에 조사하는 단계 이전에, 소정의 형상으로 패턴된 마스크를 상기 코팅층이 형성된 기판 상에 정렬하는 단계를 더 포함할 수 있다.
미세 구리배선의 제조 방법에 있어서, 게이트전극층을 포함하는 기판상에 절연층을 형성하는 단계, 상기 절연층 상부에 구리 나노입자를 포함하는 코팅층을 형성하는 단계, 레이저를 상기 코팅층에 조사하여 소스전극 및 드레인전극을 형성하는 단계 및 소스전극과 드레인전극 사이에 반도체 층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 미세구리 배선의 제조 방법, 미세구리 배선의 제조방법을 수행하기 위한 장치 및 트랜지스터의 제조방법에 따르면, 금속잉크와 레이저를 사용한 공정단계로 고가의 장비가 필요하지 않아 제조단가가 저렴하며, 공정과정 또한 비교적 간단히 이루어질 수 있다.
또한, 포토리소그래피 공정상에서 필요한 유해 화학약품인 식각액 및 감광액을 사용하지 않아 친환경적이고, 고품질 고정밀도의 금속전극을 만들 수 있다.
그리고 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 유리 등의 내열기판뿐 아니라 유연기판에 직접적으로 미세 패터닝이 가능하고, 대면적의 기판에 미세 패턴을 제작할 수 있어 대면적 미세 구리배선을 신속하게 제작할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 미세구리 배선의 제조 방법의 일예를 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 미세구리배선 제조장치를 도시한 도면이다.
도 3는 본 발명의 미세구리배선 제조장치를 통해 구리배선을 제조하는 과정을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 미세구리 배선의 깊이에 따른 구성 성분을 X선 광전자 분광분석(X-ray Photoelectron Spectroscopy)한 그래프이다.
도 5은 본 발명의 실시예의 미세구리 배선의 제조 방법에 따라 제조된 미세구리 배선을 주사전자 현미경(SEM)으로 관찰한 사진이다.
도 6은 본 발명에 따른 미세구리전극을 이용한 트랜지스터의 제조 방법의 일 예를 도시한 흐름도이다.
도 7은 본 발명에 따른 미세구리전극을 이용한 트랜지스터의 제조 방법의 과정을 나타내는 도면이다.
본 발명은,
기판상부에 구리 나노입자(Copper Nanoparticle)를 포함하는 코팅층을 형성하는 단계(단계1); 및
상기 마스크가 정렬된 기판에 레이저를 조사하는 단계(단계2);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 구리 배선의 제조 방법을 제공한다.
이때 본 발명에 따른 구리 배선의 제조 방법의 일례를 도 1의 그림을 통해 개략적으로 도시하였으며,
이하, 본 발명에 따른 상기 구리 배선의 제조 방법을 각 단계별로 보다 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면,
본 발명에 따른 구리 배선의 제조 방법에 있어서, 단계 1은 기판층에 구리(Cu) 나노입자를 포함하는 용액을 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계이다(S100).
이때, 본 발명에 따른 단계 1 의 기판은 유리기판, 반도체 기판, 플라스틱기판, 금속기판으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 기판을 사용할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
또한, 본 발명에 따른 단계 1의 구리 나노입자(Copper Nanoparticle) 용액의 구리 나노입자는 순도를 한정하지 않지만, 90% 이상의 순도를 가질 수 있고, 바람직하게는 99% 이상, 더욱 바람직하게는 99.9% 이상의 순도를 가질 수 있다.
나아가 본 발명에 따른 상기 단계 1 의 코팅은 롤코팅, 슬롯다이(Slot Die)코팅, 블레이드 코팅, 바코팅, 스프레이코팅 및 스핀코팅으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 코팅방법이 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 구리 배선의 제조 방법은, 상기 코팅층을 포함하는 기판상에 마스크를 정렬하는 단계(S110)를 더 포함할 수 있다.
단계(S110)는 상기 단계 1에서 형성된 코팅층에 소정의 형상으로 패터닝 된 마스크로 상기 패턴이 상기 코팅층으로 전사될 수 있도록 선택적으로 레이저를 차단할 수 있다.
이때, 상기 단계(S110)의 마스크는 은 또는 크롬 중 어느 하나의 마스크가 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는 은을 포함하는 마크스를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 단계 2는 단계1 에서 형성된 구리 나노입자(Copper Nanoparticle)를 포함하는 코팅층에 레이저를 조사하는 공정으로, 상기 단계 2의 레이저 조사를 통해 상기 코팅층의 구리 나노입자(Copper Nanoparticle)를 선택적으로 소결할 수 있다(S120).
이때, 상기 단계(S120)의 레이저는 자외선 레이저, 가시광선 레이저, 적외선 레이저, Ar 레이저, InGaN 레이저, He-Ni 레이저 및 He-Cd 레이저 등으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 레이저를 사용할 수 있다.
또한, 상기 레이저는 스팟빔(Spot beam)레이저, 라인빔(Line beam)레이저 및 면 광원으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 레이저를 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 상기 단계(S120)의 레이저 조사는 1mm/s 내지 3000mm/s의 속도로 조사될 수 있으며, 바람직하게는 10mm/s 내지 2500mm/s의 속도로 레이저가 조사될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 100 mm/s 내지 600 mm/s의 속도로 레이저가 조사될 수 있다.
만약 상기 레이저를 조사하는 속도가 3000mm/s를 초과할 경우, 구리 나노입자(Copper Nanoparticle)의 소결이 제대로 일어나지 않아 미세 구리배선이 형성되지 않거나 형성이 되더라도 기판과의 접착에 문제가 있으며, 만약 상기 레이저를 조사하는 속도가 1mm/s미만인 경우 형성되는 미세 구리배선이 융제되거나 산화가 증가되어 낮은 비저항의 구리 전극을 제조하는데 문제점, 높은 열 확산으로 인해 넓은 선폭의 전극이 생성된다는 문제점이 있다.
또한, 상기 단계 2의 레이저는 적외선의 파장을 가질 수 있으며, 0.01W 내지 100W의 파워를 가지는 범위로 설정될 수 있다.
상기 레이저가 100W초과의 파워를 가질 경우, 전극이 융제되어 전극에 손상이 가고, 파워가 0.01W 이하일 경우, 구리 나노입자(Copper Nanoparticle)의 소결이 제대로 일어나지 않아 전극의 역할을 못하게 된다. 또한, 상기 레이저는 적외선 이외의 흡수율이 높은 파장대의 레이저를 사용하게 되면 과도한 표면 산화 및 표면 손상 그리고 구리배선의 낮은 접착력의 문제를 야기할 수 있다.
본 발명에 따른 구리배선의 제조방법은, 상기 단계 2 의 수행 후 소결되지 않은 구리 나노입자(Copper Nanoparticle) 코팅층을 세척하여 제거하는 단계 3을더 포함할 수 있다(S130).
상기 단계 3에서 사용하는 세척방법은 세척액을 직접 기판에 분사하는 방식 및 기판을 세척액에 담그어 초음파 발생을 통해 제거하는 방식 중 어느 하나의 방법으로 수행될 수 있다.
도 2을 참조하면,
본 발명에 따른 구리배선의 제조 장치(1)는, 기판(110), 레이저부(120), 제어부(130)을 포함할 수 있다.
기판(110)의 상부에 구리 나노입자(Copper Nanoparticle)용액이 코팅되어 코팅층이 형성될 수 있다. 상기 기판은 유리기판, 반도체 기판, 플라스틱기판, 금속기판이 될 수 있다. 또한, 본 발명에 구리 나노입자(Copper Nanoparticle) 용액의 구리 나노입자는 순도를 한정하지 않지만, 90% 이상의 순도를 가질 수 있고, 바람직하게는 99% 이상, 더욱 바람직하게는 99.9% 이상의 순도를 가질 수 있다.
상기 구리 나노입자(Copper Nanoparticle)용액을 코팅하는 방법은 롤코팅, Slot Die 코팅, 블레이드 코팅, 바코팅, 스프레이코팅 및 스핀코팅 등의 방법이 사용될 수 있다.
레이저부(120)는 레이저를 출력하여 제어부(130)로 전달할 수 있다. 상기 레이저는 자외선 레이저, 가시광선 레이저, 적외선 레이저, Ar 레이저, InGaN 레이저, He-Ni 레이저, He-Cd 레이저일 수 있다.
제어부(130)는 상기 전달받은 레이저의 출력을 제어하고 레이저의 이동방향과 이동속도를 제어할 수 있다. 상기 이동 속도는 미리 입력된 설정에 따라 조절되어 기판(110) 상부에 형성된 코팅층에 조사될 수 있다. 상기 이동속도는 1 ~ 3000mm/s의 속도로 이동하여 조사할 수 있다.
도 3를 참조하면,
레이저를 이용한 미세 구리배선 제조 장치(2)는 기판(210), 레이저부(220), 제어부(230), 마스크(240)을 포함할 수 있다.
기판(210)의 상부에 구리 나노입자(Copper Nanoparticle)용액이 코팅되어 코팅층이 형성될 수 있다. 상기 기판은 유리기판, 반도체 기판, 플라스틱기판, 금속기판이 될 수 있다. 또한, 상기 구리 나노입자(Copper Nanoparticle) 용액의 구리 나노입자는 순도를 한정하지 않지만, 90% 이상의 순도를 가질 수 있고, 바람직하게는 99% 이상, 더욱 바람직하게는 99.9% 이상의 순도를 가질 수 있다.
상기 구리 나노입자(Copper Nanoparticle) 잉크를 코팅하는 방법은 롤코팅, Slot Die 코팅, 바코팅, 블레이드 코팅, 스프레이코팅 및 스핀코팅 등의 방법이 사용될 수 있다.
레이저부(220)는 레이저를 출력하여 제어부(130)로 전달할 수 있다. 상기 레이저는 자외선 레이저, 가시광선 레이저, 적외선 레이저, Ar 레이저, InGaN 레이저, He-Ni 레이저, He-Cd 레이저일 수 있다. 또한 상기 레이저는 라인빔(Line beam)레이저 일 수 있다.
제어부(230)는 상기 전달받은 레이저의 출력을 제어하고 레이저의 이동방향과 이동속도를 제어할 수 있다. 상기 이동 속도는 미리 입력된 설정에 따라 조절되어 기판(110) 상부에 형성된 코팅층에 조사될 수 있다. 상기 이동속도는 1 ~ 3000mm/s의 속도로 이동하여 조사할 수 있다.
마스크(240)는 소정의 형상으로 패터닝 된 마스크로써, 은 또는 크롬으로 제작될 수 있으며, 상기 마스크를 통해 상기 패턴이 상기 코팅층으로 전사될 수 있도록 선택적으로 상기 레이저를 차단할 수 있다.
또한, 본 발명은,
게이트전극층을 포함하는 기판상에 절연층을 형성하는 단계(단계 1);
상기 형성된 절연층의 상부에 구리 나노입자(Copper Nanoparticle) 용액을 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계(단계 2);
레이저를 상기 코팅층에 조사하여 소스전극 및 드레인전극을 형성하는 단계(단계 3); 및
소스전극과 드레인전극 사이에 반도체 층을 형성하는 단계(단계 4);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜지스터의 제조 방법을 제공한다.
이때, 본 발명에 따른 트랜지스터의 제조방법의 일례를 도 6 내지 도 7의 그림을 통해 개략적으로 도시하였으며,
이하 본 발명에 따른 상기 미세 구리전극을 이용한 트랜지스터의 제조방법을 각 단계별로 보다 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 상기 단계 1 은 형성된 게이트 전극을 포함하는 기판에 절연층을 형성하는 단계이다(S210).
절연층은 게이트절연층을 구성하는 재료로서, 산화 규소계 재료, 질화 규소(SiNY), Al2O3, 금속산화물 고유전절연막으로 예시되는 무기계 절연재료뿐만 아니라, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)나 폴리비닐페놀(PVP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리염화비닐, 폴리불화비닐리덴, 폴리설폰, 폴리카보네이트(PC), 폴리이미드로 예시되는 유기계절연재료를 들 수있고, 이것들의 조합을 사용할 수도 있다. 한편, 산화 규소계 재료로서, 이산화실리콘(SiO2), BPSG, PSG, BSG,AsSG, PbSG, 산화 질화 실리콘(SiON), SOG(스핀 온 글래스), 저유전율 SiOX계 재료(예를 들면, 폴리아릴에테르, 시클로퍼플루오로카본폴리머 및 벤조시클로부텐, 환형불소수지, 폴리테트라플루오로에틸렌, 불화아릴에테르, 불화폴리이미드, 아모르포스 카본, 유기SOG)를 예시할 수 있다.
상기 절연층을 형성하는 방법은 화학증착(CVD), 스퍼터링(Sputtering), 스핀(Spin)코팅, 바(Bar) 코팅의 방법으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 방법으로 절연층을 형성할 수 있다.
상기 단계 1 이전에 기판의 상부에 게이트전극층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다(S200).
이때, 상기 기판은 유리기판, 반도체 기판, 플라스틱기판, 금속기판으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 기판을 사용할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
이때, 상기 게이트 전극은 도핑된 실리콘을 이용할 수 있고, 기판상에 금속 나노입자를 코팅하여 소결하는 방법으로 게이트 전극을 형성할 수 있다. 또한, 전도성 물질을 이용하여 게이트 전극을 형성할 수 있다.
상기 전도성 물질을 이용하여 게이트 전극을 형성하는 방법은 화학증착(CVD), 스퍼터링(Sputtering), 스핀(Spin)코팅방법으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나의 방법에 의해 코팅될 수 있다.
단계 2 는 기판층(710)에 구리나노입자(Copper Nanoparticle)를 포함하는 용액을 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계이다(S210).
또한, 상기 구리 나노입자(Copper Nanoparticle) 용액의 구리 나노입자는 순도를 한정하지 않지만, 90% 이상의 순도를 가질 수 있고, 바람직하게는 99% 이상, 더욱 바람직하게는 99.9% 이상의 순도를 가질 수 있다.
그리고 또한, 본 발명에 따른 상기 단계 2의 코팅은 롤코팅, 슬롯다이(Slot Die) 코팅, 바코팅, 블레이드 코팅, 스프레이코팅 및 스핀코팅으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 코팅방법이 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 트랜지스터의 제조 방법은 상기 단계 2 에서 형성된 코팅층에 소정의 형상으로 패터닝 된 마스크로 상기 패턴이 상기 코팅층(730)으로 전사될 수 있도록 선택적으로 레이저를 차단하는 단계를 더 포함할 수 있다(S230).
이때, 상기 단계(S230)의 마스크는 은 또는 크롬 중 어느 하나의 마스크가 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는 은을 포함하는 마크스를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 단계 3 은 단계 2 에서 형성된 구리 나노입자(Copper Nanoparticle)를 포함하는 코팅층에 레이저를 조사하는 공정으로 상기 코팅층의 구리 나노입자(Copper Nanoparticle)를 선택적으로 소결할 수 있다(S240).
이때, 상기 단계 3 의 레이저는 자외선 레이저, 가시광선 레이저, 적외선 레이저, Ar 레이저, InGaN 레이저, He-Ni 레이저 및 He-Cd 레이저로 이루어지는 군으로부터 선택되는 레이저를 사용할 수 있다.
또한, 상기 레이저는 스팟빔(Spot beam)레이저, 라인빔(Line beam)레이저 및 면 광원으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 레이저를 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 상기 단계 3의 레이저 조사는 1mm/s 내지 3000mm/s의 속도로 조사될 수 있으며, 바람직하게는 10mm/s 내지 2500mm/s의 속도로 레이저가 조사될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 100 mm/s 내지 600 mm/s의 속도로 레이저가 조사될 수 있다.
만약 상기 레이저를 조사하는 속도가 3000mm/s 를 초과할 경우, 구리 나노입자(Copper Nanoparticle)가 소결이 제대로 일어나지 않아 미세 구리전극이 형성되지 않는 문제가 있으며, 만약 상기 레이저를 조사하는 속도가 1mm/s미만인 경우 구리배선의 산화가 증가되어 낮은 비저항의 구리 전극을 제조하는데 문제점이 있다.
또한, 상기 단계 3의 레이저는 적외선의 파장을 가지는 범위로 설정되며, 0.01W 내지 10W의 파워를 가지는 범위로 설정될 수 있다.
한편, 상기 단계 3의 수행 후 소결되지 않은 구리 나노입자(Copper Nanoparticle) 코팅층을 세척하여 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다(S250).
상기 단계(S250)에서 사용하는 세척방법은 세척액을 직접 기판에 분사하는 방식 및 기판을 세척액에 담그어 초음파 발생을 통해 제거하는 방식 중 어느 하나의 방법으로 제거될 수 있다.
단계 4는 트랜지스터의 활성층을 형성하는 단계이다(S260).
기판(750)에 활성층 반도체 물질이 코팅되고 상기 코팅된 활성층 반도체 물질에 레이저나 열을 가하여 활성층을 형성한다. 활성층의 반도체 물질은 쇼트키베리어(Schottky barrier)현상을 최대한 줄일 수 있는 일함수 조건을 가지고 있는 물질일 수 있다. 활성층의 반도체 물질은 산화아연(ZnO), 산화구리(CuO) 및 산화구리 나노와이어(CuO Nano Wire)로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질일 수 있다.
일부 실시예에서, 단계(S220) 내지 단계(S250)의 공정과 단계(S260)의 순서는 서로 바뀔 수 있다. 또한 상기 단계의 순서에 한정되는 것은 아니며, 상기 단계의 순서 변경을 통한 트랜지스터의 제조가 가능할 수 있다.
본 발명에서 설명하는 트랜지스터의 제조방법에 따르면, 제조 공정의 전 단계를 포토리소그래피 공정을 시행하지 않고 용액공정으로 시행할 수 있기 때문에 공정의 비용이 매우 낮아지고 대면적 적용에도 용이 해지며, 공정의 편의성 또한 매우 높다. 또한, 레이저 패터닝 특유의 쉽고 간단하고 친환경적인 공정의 장점을 이용할 수 있다. 이러한 장점과 동시에 구리 특유의 낮은 비저항의 장점을 이용한 고성능의 트랜지스터를 제조할 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> 미세구리 배선의 제조를 위한 레이저 프로세싱
단계 1: 99.99%의 구리 나노입자(Copper Nanoparticle) 용액을 유리 기판에 스핀 코팅하여 코팅층을 형성하였다.
단계 2: 상기 단계 1에서 코팅된 코팅층에 적외선의 파장, 2.5W의 파워를 가지는 레이저를 200mm/s의 속도로 조사하여 구리배선을 제조하였다.
<실시예 2>
상기 단계 2에서 제조된 구리배선을 포함하는 코팅층에서 소결되지 않은 잔류용액의 제거를 위해 세척액인 디클로로벤젠을 분사하여 세척한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 미세 구리배선을 제조하였다.
<실시예 3>
상기 실시예 1의 단계 2 이전에 은으로 제작되어 패턴이 형성된 마스크를 코팅층을 포함하는 기판상에 정렬하는 단계를 더 포함하는 방법으로 미세구리배선을 제조하였다.
<실시예 4> 미세구리전극을 포함하는 트랜지스터의 제조 1
단계 1: 실리콘(Si)기판 및 도핑된 실리콘(Si) 기판이 차례로 형성된 기판에 폴리비닐페놀(PVP)을 스핀(Spin)코팅방식으로 코팅하여 절연층을 형성한다.
단계 2: 단계 1의 절연층 위에 99.99%의 구리 나노입자(Copper Nanoparticle) 용액을 유리 기판에 스핀코팅 방식으로 코팅하여 코팅층을 형성하였다.
단계 3: 상기 단계 2에서 코팅된 코팅층에 적외선의 파장, 2.5W의 파워를 가지는 레이저를 이용하여 200mm/s의 속도로 스캐닝을 하여 구리배선을 소결하였다.
단계 4: 상기 단계 3에서 형성된 구리배선을 포함하는 기판에 산화구리(CuO)를 도포하고, 400°C의 온도로 60분간 가열하여 활성층을 형성한다.
<실시예 5> 미세구리전극을 포함하는 트랜지스터의 제조 2
단계 1: 실리콘(Si)기판 및 도핑된 실리콘(Si) 기판이 차례로 형성된 기판에 폴리비닐페놀(PVP)을 스핀(Spin)코팅 방식으로 코팅하여 절연층을 형성한다.
단계 2: 상기 단계 1에서 형성된 절연층을 포함하는 기판에 산화구리(CuO)를 도포하고, 400°C의 온도로 60분간 가열하여 활성층을 형성한다.
단계 3: 단계 2의 활성층을 포함하는 기판상에 99.99%의 구리 나노입자(Copper Nanoparticle) 용액을 유리 기판에 스핀코팅 방식으로 코팅하여 코팅층을 형성하였다.
단계 4: 상기 단계 3에서 코팅된 코팅층에 적외선의 파장, 2.5W의 파워를 가지는 레이저를 이용하여 200mm/s의 속도로 스캐닝을 하여 구리배선을 소결하였다.
<실시예 6>
실시예 4의 단계 3이후에 세척액 분사 및 세척액에 샘플을 담근후 30초에서 90초로 소니케이션(sonication)을 이용한 방법으로 코팅층을 세척하였다.
<실시예 7>
실시예 5의 단계 4이후에 세척액 분사 및 세척액에 샘플을 담근 후 30초에서 90초로 소니케이션(sonication)을 이용한 방법으로 코팅층을 세척하였다.
<비교예 1>
적외선 레이저를 이용하여 0.5mm/s의 속도로 스캐닝을 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하여 구리배선을 제조하였다.
상기 비교예 1의 경우 배선의 산화가 일어나 바람직하지 못한 것을 알 수 있다.
<비교예 2>
적외선 레이저를 이용하여 3100mm/s의 속도로 스캐닝을 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하여 구리배선을 제조하였다.
상기 비교예 2의 경우 구리 나노입자(Copper Nanoparticle)용액의 소결이 제대로 일어나지 않아 구리 배선이 형성되지 못하였다.
<실험예 1> 식각 시간에 따른 원소 분석
상기 실시예 2 의 단계 3에서 제조된 미세 구리배선을 포함하는 기판의 표면을 관찰하기 위해 X선 광전자 분광분석(X-ray Photoelectron Spectroscopy)으로 관찰하고, 그 결과를 도 4에 나타내었다.
도 4에 나타나는 바와 같이, 식각이 4000초 동안 수행될 때 까지는 구리(Cu)가 검출되고 식각이 4000초를 초과하여 수행되는 경우 구리(Cu)가 검출되지 않고, 산소원자(O)가 검출되는 것을 알 수 있다.
상기 분석 결과로부터 산화실리콘(SiO2) 기판상에 구리배선이 형성되어 있음을 확인할 수 있다.
<실험예 2> 구리배선의 표면 관찰
상기 실시예 2 의 단계 3에서 제조된 미세 구리배선을 포함하는 기판의 표면을 관찰하기 위해 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope)으로 관찰하고, 그 결과를 도 5에 나타내었다.
제조된 미세구리배선을 관찰하면, 도 5에 나타나는 바와 같이, 구리 나노입자(Copper Nanoparticle)가 소결작용을 하여 구리 배선이 형성된 것을 볼 수 있다.
110: 기판층
120: 레이저부
130: 제어부
210: 기판층
220: 레이저부
230: 제어부
240: 마스크

Claims (10)

  1. 기판상에 구리 나노입자를 포함하는 용액을 코팅하는 단계; 및
    코팅된 상기 용액에 레이저를 조사하여 구리 나노입자를 소결하는 단계를 포함하며,
    상기 레이저의 파장 영역은 적외선, 가시광선 및 자외선으로 이루어지는 군에서 어느 하나이며,
    레이저 스캐닝 속도는 1 ~ 3000mm/s인 것을 특징으로 하는 미세 구리배선의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 레이저 조사 이후,
    상기 레이저 조사에 의한 구리 나노입자의 소결이 이루어지지 않은 코팅층을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 구리 배선의 제조 방법.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 구리 나노입자는,
    90%이상의 구리를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 구리배선의 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 레이저의 파장 영역이 적외선인 경우 상기 레이저 스캐닝 속도는 10 ~ 2500mm/s인 것을 특징으로 하는 미세 구리 배선의 제조 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 레이저는,
    스팟빔 레이저, 라인빔 레이저 및 면 광원으로 이루어지는 군에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 미세 구리배선의 제조 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 레이저 조사 이전에,
    소정의 형상으로 패턴된 마스크를 상기 기판상에 정렬하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 구리배선의 제조 방법.
  9. 게이트전극층을 포함하는 기판상에 절연층을 형성하는 단계;
    상기 절연층 상부에 구리 나노입자를 포함하는 용액을 코팅하는 단계;
    코팅된 상기 용액에 레이저를 조사하여 구리 나노입자를 소결시킴으로써, 소스전극 및 드레인전극을 형성하는 단계; 및
    소스전극과 드레인전극 사이에 반도체 층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 레이저의 파장 영역은 적외선, 가시광선 및 자외선으로 이루어지는 군에서 어느 하나이며,
    레이저 스캐닝 속도가 1 ~ 3000mm/s인 것을 특징으로 하는 트랜지스터의 제조 방법.
  10. 제 9항의 방법으로 제조된 트랜지스터.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent Citations (1)

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