KR101689471B1 - 금속 칼코겐 화합물 박막 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
금속 원소 및 칼코겐 원소를 포함하는 소스 용액을 기판 상에 제공하는 단계, 상기 기판 상의 소스 용액을 건조하여 제1 금속/칼로겐 화합물 박막을 형성하는 단계, 상기 제1 금속/칼코겐 화합물 박막의 적어도 일부를 선택적 어닐링하여, 결정화된 제1 부분을 포함하는 제2 금속/칼코겐 화합물 박막을 형성하는 단계, 및 상기 제2 금속/칼코겐 화합물 박막 상에 원자층 증착법(ALD, Atomic Layer Deposition)을 수행하여 제3 금속/칼코겐 화합물 박막을 형성하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 금속 칼코겐 화합물 박막 및 그 제조 방법과 관련된 것으로, 보다 상세하게는, 기판 상에 제공된 금속 칼코겐 화합물 용액을 건조시켜 형성된 금속 칼코겐 화합물 박막에 선택적으로 레이저를 조사하거나, 자외선과 열을 동시에 공급하여, 저온에서 금속 칼코겐 화합물 박막이 제조되고, 박막의 결정성이 향상되는 금속 칼코겐 화합물 박막 및 그 제조 방법에 관련된 것이다.
플랙서블 디스플레이, 웨어러블 컴퓨터 등 유연하고 투명한 차세대 전자 제품에 대한 관심이 증가함에 따라, 투명하고, 유연한 특성을 갖는 새로운 전자 소재에 대한 연구가 진행되고 있다. 또한, 유연 소자 기판 선택의 폭을 넓히기 위해 유연 소자의 저온 공정에 대한 연구가 진행되고 있다.
특히, 박막의 정확한 두께 및 조성 제어가 용이하고, 공정 전체 반응 사이클 시간을 줄이며, 열화에 의한 박막 표면 특성 저하를 배제하는 고품질 유연소자 박막의 제조 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
예를 들어, 특허 공개 공보 JPWO11052616 (출원인: Kyocera corporation, 출원번호 JP2011538447A)에는 칼코겐 농도 및 온도를 조절하여 칼코겐 화합물 반도체층의 결정화를 촉진하고, 광전 효율이 높은 칼코겐 화합물 반도체층을 형성하는 것으로, 칼코겐 화합물 반도체층의 결정화를 촉진하는 최적의 칼코겐 농도와 온도 조건을 이용함으로써, 공정 전체 반응 사이클 시간을 줄여 보다 효과적으로 박막을 제조할 수 있는 기술이 개시되어 있다.
농도 및 온도 조절에 의한 박막 형성에 관한 연구들이 진행 중이며, 유연 기판에 적용 가능가능하고, 저온에서 높은 결정성을 갖는 박막을 간소한 공정으로 제조하기 위한 연구 개발이 필요한 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 저온 공정이 가능한 금속/칼코겐 화합물을 박막, 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 결정성이 향상된 금속/칼코겐 화합물을 박막, 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 제조 공정이 간소화된 금속/칼코겐 화합물을 박막, 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 제조 비용이 감소된 금속/칼코겐 화합물을 박막, 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 박막의 두께 조절이 용이한 금속/칼코겐 화합물을 박막, 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상술된 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 금속/칼코겐 화합물 박막의 제조 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속/칼코겐 화합물 박막의 제조 방법은, 금속 원소 및 칼코겐 원소를 포함하는 소스 용액을 기판 상에 제공하는 단계, 상기 기판 상의 소스 용액을 건조하여 제1 금속/칼로겐 화합물 박막을 형성하는 단계, 상기 제1 금속/칼코겐 화합물 박막의 적어도 일부를 선택적 어닐링하여, 결정화된 제1 부분을 포함하는 제2 금속/칼코겐 화합물 박막을 형성하는 단계, 및 상기 제2 금속/칼코겐 화합물 박막 상에 원자층 증착법(ALD, Atomic Layer Deposition)을 수행하여 제3 금속/칼코겐 화합물 박막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속/칼코겐 화합물 박막의 제조 방법은, 상기 소스 용액이 상기 기판 상에 제공되기 전, 상기 기판 상에 개구부를 갖는 희생막이 형성되는 단계를 더 포함하고, 상기 소스 용액이, 상기 희생막이 형성된 상기 기판 상에 제공되어, 상기 개구부 내에 상기 소스 용액이 제공될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속/칼코겐 화합물 박막의 제조 방법은, 상기 개구부 내의 상기 소스 용액을 건조하여 상기 제1 금속/칼코겐 화합물 박막이 형성된 후, 상기 희생막을 제거하여, 상기 개구부에 대응하는 제1 금속/칼코겐 화합물 패턴을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 금속/칼코겐 화합물 박막을 형성하는 단계는, 상기 제1 금속/칼코겐 화합물 패턴을 어닐링하여 제2 금속/칼코겐 화합물 패턴을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 금속/칼코겐 화합물 박막은, 비정질 상태의 제2 부분을 더 포함하고, 상기 금속/칼코겐 화합물 박막의 제조 방법은, 상기 제2 금속/칼코겐 화합물 박막의 상기 제2 부분을 선택적으로 제거하여, 상기 제1 부분 상의 상기 제3 금속/칼코겐 화합물 박막의 일부분을 잔존시키고, 상기 제2 부분 상의 제3 금속/칼코겐 화합물 박막의 일부분을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 선택적 어닐링은, 상기 제1 금속/칼코겐 화합물 박막의 적어도 일부에 레이저를 조사하는 것 또는 자외선과 열을 동시에 공급하는 것 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제3 금속/칼코겐 화합물 박막을 형성하는 단계는, 상기 제2 금속/칼코겐 화합물 박막 상에 상기 원자층 증착법(ALD, Atomic Layer Deposition)을 반복적으로 수행하여, 상기 제3 금속/칼코겐 화합물 박막의 두께가 조절되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 금속/칼코겐 화합물 박막의 상기 결정화된 제1 부분의 두께는, 상기 비정질 상태의 제2 부분의 두께보다 얇을 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 금속/칼코겐 화합물 박막과 상기 제3 금속/칼코겐 화합물 박막의 구성성분 및/또는 조성이 동일한 것을 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 금속/칼코겐 화합물 박막을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속/칼코겐 화합물 박막은, 기판 상에 결정화된 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 제1 박막, 및 상기 제1 박막 상에 배치되고, 상기 금속/칼코겐 화합물의 구성성분 및/또는 조성이 동일하고, 상기 제1 박막과 다른 공정으로 형성된 제2 박막을 포함하되, 상기 제1 박막의 두께가 상기 제2 박막의 두께보다 얇은 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 박막은, 비정질 상태의 상기 금속/칼코겐 화합물을 더 포함하고, 상기 금속/칼코겐 화합물의 결정화된 부분이 상기 비정질 상태인 부분보다 두께가 얇은 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 기판 상에 제공된 금속 칼코겐 화합물 용액을 건조시켜 형성된 금속 칼코겐 화합물 박막에 선택적으로 레이저를 조사하거나, 자외선과 열을 동시에 공급함으로써, 저온에서 금속 칼코겐 화합물 박막이 제조되고, 박막의 결정성이 향상될 수 있다. 다시 말하면, 박막의 결정화가 필요한 부분에 대해서만 선택적으로 짧은 시간 동안 레이저를 조사하거나, 자외선과 열을 동시에 공급하여 저온 공정이 가능하므로, 플렉서블 디스플레이 제조 시의 저온 플라스틱 기판의 봉지 기술, 디스플레이의 버퍼층(buffer layer), 백플레인 소자의 절연막과 보호막, 층간 절연막 등의 다양한 layer 제조에 적용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 금속/칼코겐 화합물 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 금속/칼코겐 화합물 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 희생막 적용에 의한 금속/칼코겐 화합물 박막의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 희생막 적용 시, 원자층 증착법에 의한 금속/칼코겐 화합물 박막의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a는 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 금속/칼코겐 화합물 박막 상에 소자를 제작하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5b는 본 발명의 실시 예에 따라 금속/칼코겐 화합물이 적용된 소자 내의 금속/칼코겐 화합물의 결정화 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a는 본 발명의 실시 예에 따라 마스크에 의한 선택적 레이저 어닐링을 설명하기 위한 도면이다.
도 6b는 본 발명의 실시 예에 따라 마스크 및 focus lens 사용에 의한 선택적 레이저 어닐링을 설명하기 위한 도면이다.
도 6c는 본 발명의 실시 예에 따라 line scanning에 의한 선택적 레이저 어닐링을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 금속/칼코겐 화합물 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 희생막 적용에 의한 금속/칼코겐 화합물 박막의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 희생막 적용 시, 원자층 증착법에 의한 금속/칼코겐 화합물 박막의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a는 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 금속/칼코겐 화합물 박막 상에 소자를 제작하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5b는 본 발명의 실시 예에 따라 금속/칼코겐 화합물이 적용된 소자 내의 금속/칼코겐 화합물의 결정화 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a는 본 발명의 실시 예에 따라 마스크에 의한 선택적 레이저 어닐링을 설명하기 위한 도면이다.
도 6b는 본 발명의 실시 예에 따라 마스크 및 focus lens 사용에 의한 선택적 레이저 어닐링을 설명하기 위한 도면이다.
도 6c는 본 발명의 실시 예에 따라 line scanning에 의한 선택적 레이저 어닐링을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 금속/칼코겐 화합물 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 금속/칼코겐 화합물 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도들이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 기판(100) 상에 금속 원소 및 칼코겐 원소를 포함하는 소스 용액(200)이 제공될 수 있다(S100). 예를 들어, 상기 기판(100)은, 실리콘 반도체 기판, 화합물 반도체 기판, 금속 기판, 유리 기판, 또는 플리스틱 기판 중 어느 하나일 수 있다.
상기 기판(100) 상에 제공된 상기 소스 용액(200)은, 건조 공정에 의해 용매가 제거되고, 제1 금속/칼코겐 화합물 박막(220)으로 형성될 수 있다(S200). 예를 들어, 상기 건조 공정은, 가열, 열풍순환, 및 저온건조 중 어느 하나일 수 있다.
상기 소스 용액(200)은, 상기 제1 금속/칼코겐 화합물 박막(220)을 형성할 수 있는 상기 금속 원소 및 칼코겐 원소를 포함하는 용액으로, 단일 화학 용액이거나, 다중 화학 용액일 수 있다. 예를 들어, 상기 소스 용액(200)으로 사용되는 상기 단일 화학 용액은, (NH4)2MoS4, (NH4)2WS4, 및 (NH4)2SnS4이고, 상기 건조 공정에 의해 용매가 제거되어, 각각 이황화 몰리브덴(MoS2), 이황화 텅스텐(WS2), 및 이황화 주석(SnS2)으로 형성된 상기 제1 금속/칼코겐 화합물 박막(220)으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 소스 용액(200)으로 사용되는 상기 다중 화학 용액은, MoCl2 + EDTA + Na2S2O3, WCl2 + EDTA + Na2S2O3, 및 SnCl2 + EDTA + Na2S2O3로 형성된 혼합물이고, 상기 건조 공정에 의해 용매가 제거되어, 각각 이황화 몰리브덴(MoS2), 이황화 텅스텐(WS2), 및 이황화 주석(SnS2)으로 형성된 상기 제1 금속/칼코겐 화합물 박막(220)으로 형성될 수 있다.
상기 제1 금속/칼코겐 화합물 박막(220)의 적어도 일부를 선택적 어닐링하여, 결정화된 제1 부분(250a)을 포함하는 제2 금속/칼코겐 화합물 박막(250)이 형성될 수 있다(S300). 상기 제1 부분(250a)은 상기 선택적 어닐링에 의해, 결정화된 상기 제1 금속/칼코겐 화합물 박막(220)의 일부분일 수 있다.
상기 선택적 어닐링을 통하여, 상기 제1 금속/칼코겐 화합물 박막(220)의 결정화시키고자 하는 부분의 결정화도(Crystallinity)가 향상될 수 있다. 상기 선택적 어닐링은, 상기 제1 금속/칼코겐 화합물 박막(220)의 적어도 일부에 레이저를 조사하는 것 또는 자외선과 열을 동시에 공급하는 것 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
상기 제1 금속/칼코겐 화합물 박막(220)의 적어도 일부에 레이저를 조사하는 선택적 레이저 어닐링의 경우, 결정화시키고자 하는 부분을 선택적으로 어닐링 하기 때문에, 어닐링 공정이 불필요한 부분에 레이저가 조사되어 막 특성이 변형되는 것이 방지될 수 있다. 또한, 상기 제1 금속/칼코겐 화합물 박막(220)에 짧은 시간 동안 레이저를 조사하여, 고온에 취약한 유연소재(플라스틱) 기판의 변형을 야기하지 않고, 짧은 시간 내에 막의 결정성이 향상될 수 있다. 예를 들어, 상기 레이저의 파장은 157~400nm일 수 있고, 상기 기판(100)의 종류 및 상기 제1 금속/칼코겐 박막(220)의 두께에 따라 상기 기판(100)에 열적 손상을 입히지 않는 시간 내에서 상기 레이저 어닐링 시간이 조절될 수 있다.
또한, 상기 제1 금속/칼코겐 화합물 박막(220)의 적어도 일부에 선택적으로 자외선과 열을 동시에 제공하여 상기 제1 금속/칼코겐 화합물 박막(220)을 어닐링하는 경우, 자외선 조사가 생략된 열적 어닐링보다 어닐링 온도가 상대적으로 낮아, 고온에 취약한 유연소재(플라스틱) 기판 상에서도 상기 제1 금속/칼코겐 화합물 박막(220)의 선택적 어닐링이 수행될 수 있다. 상기 자외선과 열을 동시에 제공하여 어닐링하는 경우에도 상기 선택적 레이저 어닐링과 마찬가지로, 상기 기판(100)의 종류 및 상기 제1 금속/칼코겐 박막(220)의 두께에 따라 상기 기판(100)에 열적 손상을 입히지 않는 시간 내에서 상기 어닐링 시간 및 온도가 자유롭게 조절될 수 있다.
상기 제2 금속/칼코겐 화합물 박막(250)은, 상기 선택적 어닐링에 의해 결정화된 상기 제1 부분(250a) 외에 비정질 상태의 제2 부분(250b)을 더 포함할 수 있다. 상기 제2 부분(250b)은 상기 선택적 어닐링에 의해 결정화되지 않은 상기 제1 금속/칼코겐 화합물 박막(250)의 일부분일 수 있다.
상기 제2 금속/칼코겐 화합물 박막(250)의 상기 제1 부분(250a)은, 상기 제1 금속/칼코겐 화합물 박막(220)이 상기 선택적 어닐링에 의해 결정화되면서 shrink될 수 있다. 따라서, 상기 제2 금속/칼코겐 화합물 박막(250)의 결정화된 상기 제1 부분(250a)의 두께는, 상기 제2 금속/칼코겐 화합물 박막(250)의 비정질 상태인 상기 제2 부분(250b)의 두께보다 얇을 수 있다.
상기 제2 금속/칼코겐 화합물 박막(250) 상에 원자층 증착법(ALD, Atomic Layer Deposition)을 수행하여 제3 금속/칼코겐 화합물 박막(280)이 형성될 수 있다(S400). 일 실시 예에 따르면, 상기 원자층 증착법에 의해 형성된 상기 제3 금속/칼코겐 화합물 박막(280)의 두께는, 용액코팅법에 의해 형성된 상기 제2 금속/칼코겐 화합물 박막(250)의 두께보다 얇을 수 있다. 또한, 상기 제2 금속/칼코겐 화합물 박막(220) 상에 상기 원자층 증착법(ALD, Atomic Layer Deposition)을 반복적으로 수행하여, 상기 제3 금속/칼코겐 화합물 박막(280)의 두께가 조절될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 금속/칼코겐 화합물 박막(250) 및 상기 제3 금속/칼코겐 화합물 박막(280)의 구성성분은 동일할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 금속/칼코겐 화합물 박막(250)과 상기 제3 금속/칼코겐 화합물 박막(280)의 구성성분은, 이황화 주석(SnS2)일 수 있다.
또는, 상술된 바와 달리, 다른 실시 예에 따르면, 상기 원자층 증착법에 의해 상기 제3 금속/칼코겐 화합물 박막(280) 형성 시, 상기 제2 금속/칼코겐 화합물 박막(220)의 구성성분과 상이한 금속 원소 및 칼코겐 원소를 포함하는 소스가 이용될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 금속/칼코겐 화합물 박막(220)과 상기 제3 금속/칼코겐 화합물 박막(280)의 구성성분이 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 금속/칼코겐 화합물 박막(250)의 구성성분은 이황화 주석(SnS2)이고, 상기 제3 금속/칼코겐 화합물 박막(280)의 구성성분은 이황화 텅스텐(WS2)일 수 있다.
상기 제2 금속/칼코겐 화합물 박막(220)의 비정질 상태인 상기 제2 부분(250b)을 선택적으로 제거하여, 결정화된 상기 제1 부분(250a) 상의 상기 제3 금속/칼코겐 화합물 박막(280)의 일부분을 잔존시키고, 비정질 상태인 상기 제2 부분(250b) 상의 제3 금속/칼코겐 화합물 박막(280)의 일부분이 제거될 수 있다. 상기 비정질 상태인 상기 제2 부분(250b)은, 결정화된 상기 제1 부분(250a)보다, 결정화도 및 밀도가 낮아, 식각 공정(Etching)에 의해 용이하게 제거될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 상기 금속/칼코겐 화합물 박막을 이용하여 소자를 제작하는 경우, 상기 제1 부분(250a)이 상기 소자 제작에 적합한 패턴을 갖도록 선택적 어닐링 공정이 수행되고, 이후, 상기 제2 부분(250b)이 선택적으로 제거되어, 상기 소자 제작에 적합한 상기 금속/칼코겐 화합물 박막이 제공될 수 있다.
상술된 본 발명의 실시 예와 달리, 기존의 화학적 기상 증착 공정(CVD, Chemical Vapor Deposition)으로 금속/칼코겐 화합물 박막을 제조하는 경우, 박막의 조성 및 두께 조절이 용이하지 않고, 높은 결정성을 갖는 고품질의 금속/칼코겐 화합물 박막을 제조하기 위해 높은 온도가 요구되어, 유연소재(플라스틱) 기판의 사용에 한계가 존재한다. 또한, 금속/칼코겐 화합물 박막이 제조된 후, 박막의 결정화도를 향상시키기 위해 후속 공정으로 UV조사 및 열처리를 수행하는 경우, 공정 단계가 증가하여, 공정의 복잡성 및 비용이 증가된다.
하지만, 상술된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 박막의 결정화가 필요한 부분에 대해서만 짧은 시간 동안 레이저를 조사하거나, 자외선과 열을 동시에 공급하여 저온 공정이 가능하고, 원자층 증착법(ALD, Atomic Layer Deposition)을 적용하여 박막의 조성 및 두께 조절이 용이할 수 있다. 또한, 후속공정이 필요 없어 제조공정이 간소화되어, 제조 비용이 감소된 박막의 제조 방법이 제공될 수 있다.
상술된 본 발명의 제1 실시 예와 달리, 본 발명의 제2 실시 예에 따르면, 희생막을 이용하여 금속/칼코겐 화합물 박막이 제조될 수 있다. 이하, 도 3을 참조하여, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 금속/칼코겐 화합물 박막의 제조 방법이 설명된다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 금속/칼코겐 화합물 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도들이다.
도 3을 참조하면, 상기 기판(100) 상에 상기 소스 용액(200)이 제공되기 전, 상기 기판(100) 상에 개구부(320)를 갖는 희생막(300)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 희생막(300)의 물질은, 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 중 어느 하나일 수 있다. 상기 희생막(300)의 개구부(320)는, 상기 기판(100)의 상부면을 노출할 수 있다.
상기 소스 용액(200)이, 상기 희생막(300)이 형성된 상기 기판(100) 상에 제공되어, 상기 개구부(320) 내에 상기 소스 용액(200)이 제공될 수 있다. 다시 말하면, 상기 소스 용액(200)이 상기 개구부(320)를 채우고, 상기 희생막(300)의 노출되었던 상부면을 덮을 수 있다.
상기 기판(100) 상에 제공된 상기 소스 용액(200)은, 도 2를 참조하여 설명된 것과 같이, 건조 공정에 의해 용매가 제거되고, 제1 금속/칼코겐 화합물 박막(220)으로 형성될 수 있다.
상기 개구부(320) 내의 상기 소스 용액(200)이 건조되어 상기 제1 금속/칼코겐 화합물 박막(220)이 형성된 후, 상기 희생막(300)이 제거되어, 상기 개구부(320)에 대응하는 제1 금속/칼코겐 화합물 패턴(225)을 형성될 수 있다. 다시 말하면, 상기 개구부(320) 외의 상기 제1 금속/칼코겐 화합물 박막(220)의 일부분은 상기 희생막(300)과 함께 제거되고, 상기 개구부(320) 내의 상기 제1 금속/칼코겐 화합물 박막(220)의 일부분은 잔존되어, 상기 제1 금속/칼코겐 화합물 패턴(225)이 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 희생막(320)은, 습식 식각 공정(Wet etching)으로 제거될 수 있다.
상기 제1 금속/칼코겐 화합물 패턴(225)의 전면을 어닐링하여, 제2 금속/칼코겐 화합물 패턴(228)이 형성될 수 있다(S300). 상기 어닐링은, 상기 제1 금속/칼코겐 화합물 패턴(225) 전면에, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 것과 같이, 레이저를 조사하는 것 또는 자외선과 열을 동시에 공급하는 것 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
상술된 바와 같이, 소자 제작에 적합한 패턴에 대응하는 개구부(320)를 갖는 희생막(300)을 사용하여, 상기 소자 제작에 적합한 패턴을 갖는 상기 제1 금속/칼코겐 화합물 패턴(225)이 제조될 수 있다. 상기 소자 제작에 필요하지 않은 부분은, 상기 희생막(300) 제거 시, 상기 희생막(300)과 함께 제거되기 때문에, 상기 소자 제작에 필요한 부분인 상기 제1 금속/칼코겐 화합물 패턴(225)에 대해서만 상기 어닐링 공정이 진행될 수 있다. 이에 따라, 상기 소자 제작에 필요하지 않은 부분을 제거하는 상기 식각 공정(Etching)이 생략 가능하므로, 제조공정이 간소화되어, 제조 비용이 감소된 박막의 제조 방법이 제공될 수 있다.
상술된 본 발명의 제2 실시 예와 달리, 본 발명의 제2 실시 예의 변형 예에 따르면, 상기 희생막(300) 상에 형성된 상기 제1 금속/칼코겐 화합물 박막(220) 상에 원자층 증착법(ALD, Atomic Layer Deposition)을 수행하여 제3 금속/칼코겐 화합물 박막이 형성될 수 있다. 이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 제2 실시 예의 변형 예에 따른 금속/칼코겐 화합물 박막의 제조 방법이 설명된다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예의 변형 예에 따른 금속/칼코겐 화합물 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도들이다.
도 4를 참조하면, 도 3을 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 소스 용액(200)은, 상기 소자 제작에 적합한 패턴에 대응하는 개구부(320)가 형성된 상기 희생막(300)이 배치된 상기 기판(100) 상에 제공될 수 있다. 상기 희생막(300)이 형성된 상기 기판(100) 상에 제공된 상기 소스 용액(200)은, 상기 건조 공정을 통해 상기 제1 금속/칼코겐 화합물 박막(220)으로 형성될 수 있다. 상술된 본 발명의 제2 실시 예에서, 상기 제1 금속/칼코겐 화합물 박막(220)이 형성된 후, 상기 희생막(300)을 제거하여 상기 개구부(320)에 대응하는 상기 제1 금속/칼코겐 화합물 패턴(225)이 형성되는 것과 달리, 상기 희생막(300)을 제거하지 않고, 상기 제1 금속/칼코겐 화합물 박막(220)의 결정화가 필요한 부분에 상기 선택적 어닐링이 수행되어, 상기 제2 금속/칼코겐 화합물 박막(250)이 형성될 수 있다. 상기 제2 금속/칼코겐 화합물 박막(250)은, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 선택적 어닐링에 의해 결정화된 상기 제1 부분(250a) 및 비정질 상태인 상기 제2 부분(250b)이 포함될 수 있다.
도 4에서 상기 희생막(300)의 개구부(320) 내의 상기 제1 금속/칼코겐 화합물 박막(220)의 일부분에 대해서 상기 선택적 어닐링이 수행되어, 결정화된 상기 제1 부분(250a)이 상기 개구부(320)에 대응되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고, 상기 개구부(320) 외의 상기 제1 금속/칼코겐 화합물 박막(220)의 일부분에 대해서 상기 선택적 어닐링이 수행될 수도 있다.
상기 제2 금속/칼코겐 화합물 박막(250) 상에, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 것과 같이, 원자층 증착법(ALD, Atomic Layer Deposition)을 수행하여 상기 제3 금속/칼코겐 화합물 박막(280)이 형성될 수 있다.
상기 제3 금속/칼코겐 화합물 박막(280)이 형성된 후, 상기 희생막(300)이 제거되어, 상기 소자 제작에 적합한 패턴을 갖는 금속/칼코겐 화합물 박막이 형성될 수 있다. 상기 희생막(300) 제거 시, 상기 제2 금속/칼코겐 화합물 박막(250)의 상기 소자 제작에 필요하지 않은 부분인 비정질 상태의 상기 제2 부분(250b)과 상기 제2 부분(250b) 상의 상기 제3 금속/칼코겐 화합물 박막(280)의 일부분이 함께 제거될 수 있다. 이에 따라, 상기 소자 제작에 필요하지 않은 부분을 제거하는 상기 식각 공정(Etching)이 생략 가능하므로, 제조공정이 간소화되어, 제조 비용이 감소된 박막의 제조 방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 원자층 층착법(ALD, Atomic Layer Deposition)에 의해 상기 제3 금속/칼코겐 화합물 박막(280)이 상기 제2 금속/칼코겐 화합물 박막(250) 상에 형성됨으로써, 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 금속/칼코겐 화합물 박막의 두께 및 조성이 용이하게 조절될 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 원자층 증착법에 의해 형성된 상기 제3 금속/칼코겐 화합물 박막(280)의 표면은, 용액코팅법에 의해 형성된 상기 제2 금속/칼코겐 화합물 박막(250)의 표면보다 거칠기(roughness)가 작으므로, 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 금속/칼코겐 화합물 박막의 표면 조도 특성이 향상될 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시 에에 따른 금속/칼코겐 화합물 박막의 제조 방법의 선택적 어닐링 공정 순서를 설명하기 위한 도면들이다.
도 5a를 참조하면, 상기 기판(100) 상에 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 금속/칼코겐 화합물 박막(210)이 제공될 수 있다. 상기 금속/칼코겐 화합물 박막(210)은, 도 2를 참조하여 설명된 제1 실시 예에 따른 금속/칼코겐 제조 방법, 도 3을 참조하여 설명된 제2 실시 예에 따른 금속/칼코겐 제조 방법, 또는 도 4를 참조하여 설명된 제2 실시 예의 변형 예에 따른 금속/칼코겐 제조 방법에 따라 제조될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 상기 금속/칼코겐 화합물 박막(210) 상에 전극 및/또는 다른 박막(400)이 형성되어 소자가 제작될 수 있다.
도 5b를 참조하면, 도 5a를 참조하여 설명된 것과 반대로, 상기 기판(100) 상에 전극 및/또는 박막(400)이 먼저 형성된 후, 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 금속/칼코겐 화합물 박막(210)이 형성되어 소자가 제작될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 상기 금속/칼코겐 화합물 박막(210)은, 도 5a에서 설명된 것과 같은 방법으로 제조될 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 실시 예에 따른 금속/칼코겐 화합물 박막의 제조 방법에서 레이저 조사 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 마스크(500) 및/또는 focus lens(600)를 사용하여 상기 기판(100) 상의 금속/칼코겐 화합물 박막(270)에 선택적으로 레이저가 조사될 수 있다. 상기 금속/칼코겐 화화물 박막(270)은, 도 2를 참조하여 설명된 제1 실시 예에 따른 상기 제1 금속/칼코겐 화합물 박막(220), 도 3을 참조하여 설명된 제2 실시 예에 따른 상기 제1 금속/칼코겐 화합물 박막(220) 및 상기 제1 금속/칼코겐 화합물 패턴(225) 중 어느 하나일 수 있다. 도 6b와 같이, 상기 마스크(500)와 focus lens(600)를 동시에 사용하는 경우, 상기 금속/칼코겐 화합물 박막의 미세한 영역에만 레이저가 조사될 수 있다.
도 6c를 참조하면, 상기 기판(100) 상에 형성된 상기 금속/칼코겐 화합물 박막(270) 상에 line scanning 방식을 이용하여 레이저가 조사될 수 있다. 상기 line scanning에 의한 선택적 레이저 조사는, 하나의 패턴에 국한되는 것이 아니라, 연속적으로 수행될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 금속/칼코켄 화합물 박막의 제조 방법은, 박막의 결정화가 필요한 부분에 대해서만 짧은 시간 동안 레이저를 조사하거나, 자외선과 열을 동시에 공급하여 저온 공정이 가능하므로, 플렉서블 디스플레이 제조 시의 저온 플라스틱 기판의 봉지 기술, 디스플레이의 버퍼층(buffer layer), 백플레인 소자의 절연막과 보호막, 층간 절연막 등의 다양한 layer 제조에 적용이 가능하다.
100: 기판
200: 소스 용액
210: 금속/칼코겐 화합물 박막
220: 제1 금속/칼코겐 화합물 박막
225: 제1 금속/칼코겐 화합물 패턴
228: 제2 금속/칼코겐 화합물 패턴
250: 제2 금속/칼코겐 화합물 박막
250a: 제1 부분
250b: 제2 부분
270: 금속/칼코겐 화합물 박막
280: 제3 금속/칼코겐 화합물 박막
300: 희생막
320: 개구부
400: 전극 및/또는 다른 박막
500: 마스크
600: focus lens
200: 소스 용액
210: 금속/칼코겐 화합물 박막
220: 제1 금속/칼코겐 화합물 박막
225: 제1 금속/칼코겐 화합물 패턴
228: 제2 금속/칼코겐 화합물 패턴
250: 제2 금속/칼코겐 화합물 박막
250a: 제1 부분
250b: 제2 부분
270: 금속/칼코겐 화합물 박막
280: 제3 금속/칼코겐 화합물 박막
300: 희생막
320: 개구부
400: 전극 및/또는 다른 박막
500: 마스크
600: focus lens
Claims (11)
- 금속 원소 및 칼코겐 원소를 포함하는 소스 용액을 기판 상에 제공하는 단계;
상기 기판 상의 소스 용액을 건조하여 제1 금속/칼코겐 화합물 박막을 형성하는 단계;
상기 제1 금속/칼코겐 화합물 박막의 적어도 일부를 선택적 어닐링하여, 결정화된 제1 부분 및 비정질 상태의 제2 부분을 포함하는 제2 금속/칼코겐 화합물 박막을 형성하는 단계;
상기 제2 금속/칼코겐 화합물 박막 상에 원자층 증착법(ALD, Atomic Layer Deposition)을 수행하여 제3 금속/칼코겐 화합물 박막을 형성하는 단계; 및
상기 제2 금속/칼코겐 화합물 박막의 상기 제2 부분을 선택적으로 제거하여, 상기 제1 부분 상의 상기 제3 금속/칼코겐 화합물 박막의 일부분을 잔존시키고, 상기 제2 부분 상의 제3 금속/칼코겐 화합물 박막의 일부분을 제거하는 단계를 포함하는 금속/칼코겐 화합물 박막의 제조 방법
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- 제1 항에 있어서,
상기 제2 금속/칼코겐 화합물 박막의 상기 결정화된 제1 부분의 두께는, 상기 비정질 상태의 제2 부분의 두께보다 얇은 것을 포함하는 금속/칼코겐 화합물 박막의 제조 방법
- 제1 항에 있어서,
상기 선택적 어닐링은, 상기 제1 금속/칼코겐 화합물 박막의 적어도 일부에 레이저를 조사하는 것 또는 자외선과 열을 동시에 공급하는 것 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속/칼코겐 화합물 박막의 제조 방법
- 제1 항에 있어서,
상기 제3 금속/칼코겐 화합물 박막을 형성하는 단계는,
상기 제2 금속/칼코겐 화합물 박막 상에 상기 원자층 증착법(ALD, Atomic Layer Deposition)을 반복적으로 수행하여, 상기 제3 금속/칼코겐 화합물 박막의 두께가 조절되는 것을 포함하는 금속/칼코겐 화합물 박막의 제조 방법
- 제1 항에 있어서,
상기 제2 금속/칼코겐 화합물 박막과 상기 제3 금속/칼코겐 화합물 박막의 구성성분 및 조성이 동일한 것을 포함하는 금속/칼코겐 화합물 박막의 제조 방법
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