KR101821884B1 - 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

기판 상에 금속 산화물을 형성하는 단계, 상기 금속 산화물 상에, 상기 금속 산화물의 금속과 반응하고 S, Se, 또는 Te 중 어느 하나를 포함하는 반응원소를 갖는 반응 소스를 제공하는 동시에, 조성 조절 가스를 제공하는 단계, 및 열처리 공정을 통해, 상기 금속 산화물과 상기 반응 소스를 반응시켜, 상기 금속 산화물을 상기 금속 및 상기 반응원소의 화합물을 포함하는 물질막으로 형성하는 단계를 포함하되, 상기 금속 산화물 상에 제공되는 상기 조성 조절 가스의 유량에 따라, 상기 물질막 내의 상기 금속 및 상기 반응원소의 조성비가 조절되는 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법이 제공될 수 있다.

Description

금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법{Method for manufacturing thin films comprising metal/chalconide}
본 발명은 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법에 관련된 것으로, 보다 상세하게는, 기판 상에 제공된 금속 산화물에 상기 금속 산화물의 금속과 반응하는 반응 원소를 갖는 반응 소스 및 조성 조절 가스를 제공한 후, 열처리 공정을 수행함으로써 제조되는 상기 금속 산화물의 상기 금속 및 상기 반응원소의 화합물을 포함하는 박막의 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, 저온 공정으로 유연 기판에서의 적용이 가능하고, 간소화된 공정으로 박막의 대면적화, 및 박막 두께의 조절이 용이한 칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조를 위한 연구 개발이 필요한 실정이다.
특허 공개 공보 JPWO11052616
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 저온 공정이 가능한 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 박막의 두께 조절이 용이한 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 박막의 두께 균일도가 우수한 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 박막의 대면적화가 용이한 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 재현성이 우수한 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 제조 공정이 간소화된 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 제조 비용이 감소된 금속/칼코겐 화합물을 박막, 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상술된 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법은, 기판 상에 금속 산화물을 형성하는 단계, 상기 금속 산화물 상에, 상기 금속 산화물의 금속과 반응하고 S, Se, 또는 Te 중 어느 하나를 포함하는 반응원소를 갖는 반응 소스를 제공하는 동시에, 조성 조절 가스를 제공하는 단계, 및 열처리 공정을 통해, 상기 금속 산화물과 상기 반응 소스를 반응시켜, 상기 금속 산화물을 상기 금속 및 상기 반응원소의 화합물을 포함하는 물질막으로 형성하는 단계를 포함하되, 상기 금속 산화물 상에 제공되는 상기 조성 조절 가스의 유량에 따라, 상기 물질막 내의 상기 금속 및 상기 반응원소의 조성비가 조절되는 금속/칼코겐 화합물을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법은, 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition, ALD)에 의해, 상기 기판 상에 상기 금속 산화물이 형성되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법은, 상기 원자층 증착법을 반복적으로 수행하여, 상기 기판 상에 형성되는 상기 금속 산화물의 두께가 조절되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기판 상에 형성된 상기 금속 산화물은, 2차원의 박막 구조인 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 산화물의 상기 금속은, 주석(Sn)인 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 산화물 상에 제공되는 상기 반응 소스는, 가스 또는 파우더(powder) 형태인 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법은, 상기 반응 소스에 대한 상기 조성 조절 가스의 유량비가 감소할수록, 상기 금속 산화물의 상기 금속과 반응하는 S, Se, 또는 Te의 양이 증가되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법은, 반응 부산물로 황화수소(H2S) 가스가 생성되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법은, 상기 열처리 공정의 온도가 증가함에 따라, 상기 물질막 내에 S, Se, 또는 Te의 함량이 증가하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 원자층 증착법을 통해 기판 상에 금속 산화물을 형성한 후, 상기 금속 산화물 상에 상기 금속 산화물의 금속과 반응하고 S, Se, 또는 Te 중 어느 하나를 포함하는 반응원소를 포함하는 반응 소스 및 조성 조절 가스를 동시에 제공하고, 열처리 공정을 수행함으로써 상기 기판 상에 상기 금속 및 상기 반응원소를 포함하는 물질막, 즉, 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막이 제조될 수 있다.
상기 기판 상에 형성된 상기 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막은, 주석(Sn)을 포함하는 2차원의 박막 구조로, 종래의 2차원 박막 소재인 상기 전이금속 칼코겐 화합물 대비 공정 온도가 낮을 수 있다. 이에 따라, 저온 공정이 가능하여 유연 기판으로의 적용이 가능할 수 있다. 또한, 상기 저온 공정으로 인해, 상기 기판 및/또는 다른 박막들에 후처리 공정이 가해지는 문제를 최소화하여 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 원자층 증착법을 이용하여, 상기 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막을 제조하는 경우, 상기 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 두께 조절이 용이할 뿐만 아니라, 상기 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 우수한 두께 균일도 및 재현성으로 인해 대면적화가 가능하여, 현 산업공정으로의 적용 가능성 및 양산성이 향상될 수 있다.
뿐만 아니라, 산화 반응을 통해 상기 기판 상에 상기 금속 산화물을 형성하고, 환원 반응을 통해 상기 기판 상의 상기 금속 산화물을 상기 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막으로 제조함으로써, 공정이 쉽고, 간소화되어 공정 비용 및 공정 시간이 감소된 상기 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따라 기판 상에 금속 산화물을 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도들이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막을 제조하기 위한 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition, ALD)을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 대한 변형 예에 따른 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도들이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 대한 변형 예에 따른 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막을 제조하기 위한 원자층 증찹법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막을 제조하기 위한 원자층 증찹법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 대한 변형 예에 따른 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막을 제조하기 위한 원자층 증찹법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 열처리 공정의 온도에 따른 XPS 그래프이다.
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 구체화될 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 예들에서 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 제1 실시 예에 따른 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따라 기판 상에 금속 산화물을 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도들이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막을 제조하기 위한 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition, ALD)을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 기판(10) 상에 금속 산화물(metal oxide, 20)이 형성될 수 있다(S100). 상기 기판(10) 상의 상기 금속 산화물(20)은, 원자층 증착법에 의해 형성될 수 있다. 상기 원자층 증착법에 의해 상기 기판(10) 상에 상기 금속 산화물(20)을 형성하는 방법은, 챔버(100) 내 상기 기판(10) 상에 상기 금속 산화물 전구체 물질(3)을 제공하는 단계, 상기 챔버(100)의 내부를 제1 퍼지(1st purge)하는 단계, 상기 챔버(100) 내 상기 금속 산화물 전구체 물질(3) 상에 반응 가스(5)를 제공하는 단계, 및 상기 챔버(100)의 상기 내부를 제2 퍼지(2nd purge)하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 챔버(100) 내 상기 기판(10) 상에 상기 금속 산화물 전구체 물질(3)을 제공하는 단계는, 상기 원자층 증착법에 의해 상기 챔버(100) 내부로 상기 금속 산화물 전구체 물질(3)이 공급되어, 상기 기판(10) 상에 상기 금속 산화물 전구체 물질(3)이 증착되는 것을 포함할 수 있다. 상기 금속 산화물 전구체 물질(3)의 금속은, 주석(Sn)일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 원자층 증착법에 의해 상기 챔버(100) 내부로 상기 금속 산화물 전구체 물질(3)이 공급되는 시간 및/또는 상기 금속 산화물 전구체 물질(3)의 종류에 따라, 후술되는 상기 기판(10) 상에 형성되는 상기 금속 산화물(20)의 두께가 조절될 수 있다.
또한, 상기 기판(10)의 종류에는, 그 종류를 특별히 한정하지 않는다. 예를 들어, 상기 기판(10)은, 단결정(실리콘, Al2O3), 다결정(poly-silicon), 또는, 비정질(silicon dioxide, glass) 중에서 어느 하나일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 기판(10)은, 플렉서블(flexible) 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(10)은, 플라스틱(plastic), PES(polyether sulfone), PET(polyethylene terephthalate) 기판일 수 있다.
상기 챔버(100)의 내부를 제1 퍼지(1st purge)하는 단계는, 상기 챔버(100) 내에 퍼지 가스(purge gas)를 공급하여, 상기 챔버(100) 내부의 상기 기판(10) 상에 정착하지 못한 상기 금속 산화물 전구체 물질(3)을 제거하는 것을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 챔버(100) 내부로 공급되는 상기 퍼지 가스는, 불활성 기체(inert gas)일 수 있다. 예를 들어, 상기 퍼지 가스는, 질소(N2), 헬륨(He), 및/또는 아르곤(Ar) 등의 상기 불활성 기체일 수 있다.
상기 챔버(100) 내 상기 금속 산화물 전구체 물질(3) 상에 반응 가스(5)를 제공하는 단계는, 상기 챔버(100) 내부로 상기 금속 산화물 전구체 물질(3)과 반응하는 상기 반응 가스(5)를 공급하여, 상기 금속 산화물 전구체 물질(3)을 산화시켜 상기 기판(10) 상에 상기 금속 산화물(20)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 반응 가스(5)는, 산소(O)를 포함하는 물질일 수 있다.
다시 말해서, 상기 기판(10) 상의 상기 금속 산화물 전구체 물질(3)은, 상기 챔버(100) 내부로 공급된 산소를 포함하는 상기 반응 가스(5)에 의해 산화되어, 상기 기판(10) 상에 상기 금속 산화물(20)이 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 기판(100) 상에 형성된 상기 금속 산화물(20)은, 2차원의 박막 구조일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상술된 바와 같이, 상기 금속 산화물 전구체 물질(3)은, 주석(Sn)을 포함할 수 있고, 상기 금속 산화물 전구체 물질(3)이 상기 반응 가스(5)에 의해 산화되어, 상기 기판(10) 상에 형성된 상기 금속 산화물(20)은, 주석(Sn)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 산화물(20)은, 주석 산화물일 수 있다.
상술된 바와 같이, 주석(Sn)을 포함하는 상기 금속 산화물(20)을 이용하여 2차원의 박막 구조를 제조하는 경우, 기존의 2차원 박막 소재인 전이금속 칼코겐 화합물 대비 공정 온도가 낮을 수 있다. 이에 따라, 저온 공정이 가능하여 유연 기판으로의 적용이 가능할 수 있다. 또한, 상기 저온 공정으로 인해, 상기 기판(10) 및/또는 다른 박막들에 후처리 공정이 가해지는 문제를 최소화할 수 있다.
상기 챔버(100)의 상기 내부를 제2 퍼지(2nd purge)하는 단계는, 상기 챔버(100) 내에 상기 퍼지 가스를 공급하여, 상기 챔버(100) 내부의 상기 금속 산화물 전구체 물질(3)과 상기 반응 가스(5)의 상기 산화 반응의 미반응 물질 및/또는 반응 부산물을 제거하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 원자층 증착법이 반복적으로 수행되어, 상기 기판(10) 상에 형성되는 상기 금속 산화물(20)의 두께가 조절될 수 있다. 다시 말해서, 챔버(100) 내 상기 기판(10) 상에 상기 금속 산화물 전구체 물질(3)을 제공하는 단계, 상기 챔버(100)의 내부를 상기 제1 퍼지하는 단계, 상기 챔버(100) 내 상기 금속 산화물 전구체 물질(3) 상에 상기 반응 가스(5)를 제공하는 단계, 및 상기 챔버(100)의 상기 내부를 상기 제2 퍼지하는 단계는, 하나의 단위 공정으로 정의될 수 있고, 상기 단위 공정이 반복 수행됨에 따라, 상기 기판(10) 상에 형성되는 박막 형태의 상기 금속 산화물(20)의 두께가 용이하게 조절될 수 있다.
상기 금속 산화물(20) 상에, 상기 금속 산화물(20)의 금속과 반응하고 S, Se, 또는 Te 중 어느 하나를 포함하는 반응원소를 갖는 반응 소스(30)가 제공되는 동시에, 조성 조절 가스(40)가 제공될 수 있다(S200). 본 발명의 제1 실시 예에 따르면, 도 3 및 도 4에서 알 수 있듯이, 상기 기판(10) 상의 상기 금속 산화물(20) 상에 상기 조성 조절 가스(40)는 제공되지 않고, 상기 금속 산화물(20) 상에 상기 반응 소스(30)만 제공될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 원자층 증착법에 의해 상기 기판(10) 상의 상기 금속 산화물(20) 상에 상기 반응 소스(30)가 제공될 수 있다. 구체적으로, 상기 기판(10) 상에 상기 금속 산화물(20)이 형성된 후, 상기 챔버(100) 내에 상기 금속 산화물(20)의 상기 금속과 반응하는 상기 반응 소스(30)가 공급될 수 있다.
상술된 바와 같이, 상기 기판(10) 상의 상기 금속 산화물(20)의 상기 금속과 반응하는 상기 반응 소스(30)는, S, Se, 또는 Te 중 어느 하나를 포함하는 상기 반응원소를 포함할 수 있고, 가스(gas) 형태일 수 있다. 예를 들어, 상기 반응 소스(30)는, H2S, H2Se, 또는 H2Te 중 어느 하나를 포함하는 상기 반응원소를 포함하는 가스일 수 있다.
열처리 공정(thermal treatment)을 통해, 상기 금속 산화물(20)과 상기 반응 소스(30)를 반응시킴으로써, 상기 금속 산화물(20)은 상기 금속 및 상기 반응원소의 화합물을 포함하는 물질막(50)으로 제조될 수 있다(S300). 구체적으로, 상기 열처리 공정을 통해, 상기 기판(10) 상의 상기 금속 산화물(20)은, 상기 금속 산화물(20) 상에 제공된 상기 반응 소스(30)와 반응하여 환원될 수 있다. 이에 따라, 상기 금속 산화물(20)의 상기 금속은 상기 반응 소스(30)에 포함된 상기 반응원소인 S, Se, 또는 Te 중 어느 하나와 반응하여, 상기 기판(10) 상에 상기 금속 및 상기 반응원소를 포함하는 상기 물질막(50)을 형성시킬 수 있다. 상기 기판(10) 상에 상기 금속 및 상기 반응원소를 포함하는 상기 물질막(50)은, 본 발명의 실시 예에 따른 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막(50)일 수 있다.
상술된 바와 같이, 상기 원자층 증착법을 통해 상기 기판(10) 상에 상기 금속 산화물(20)을 형성한 후, 상기 금속 산화물(20)의 상기 금속과 반응하는 상기 반응원소를 포함하는 상기 반응 소스(30)를 공급하여, 상기 금속 및 상기 반응원소를 포함하는 상기 물질막(50), 상기 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막(50)을 제조하는 경우, 상기 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막(50)의 두께 조절이 용이할 뿐만 아니라, 상기 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막(50)의 우수한 두께 균일도 및 재현성으로 인해 대면적화가 가능하여, 현 산업공정으로의 적용 가능성 및 양산성이 향상될 수 있다.
이하, 본 발명의 제1 실시 예에 대한 변형 예에 따른 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법이 설명된다. 제1 실시 예에 따른 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법에서는 상기 기판(10) 상의 상기 금속 산화물(20) 상에 상기 반응 소스(30)가 제공되어 상기 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막이 제조되는 것을 개시하고 있으나, 제1 실시 예에 대한 변형 예에 따른 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법에서는, 상기 기판(10) 상의 상기 금속 산화물(20) 상에 상기 반응 소스(30) 및 상기 조성 조절 가스(40)가 동시에 제공되어, 상기 금속 산화물(20) 상에 제공되는 상기 조성 조절 가스(40)의 유량에 따라, 상기 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막 내의 상기 금속 및 상기 반응원소의 조성비가 조절되는 상기 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법을 개시한다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 대한 변형 예에 따른 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도들이고, 도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 대한 변형 예에 따른 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막을 제조하기 위한 원자층 증찹법을 설명하기 위한 도면이다. 도 5 및 도 6에 도시된 본 발명의 제1 실시 예에 대한 변형 예에 따른 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법을 설명함에 있어서, 앞서 도 1 내지 도 4에 도시된 본 발명의 제1 실시 예에 중복되는 부분에 대해서는 도 1 내지 도 4를 참조하기로 한다. 또한, 본 발명의 제1 실시 예에 대한 변형 예에 따른 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도는, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도와 동일하므로 도 1을 참조하기로 한다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 상기 기판(10) 상에 상기 금속 산화물이(20) 형성될 수 있다(S100). 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 원자층 증착법에 의해 상기 기판(10) 상에 상기 금속 산화물(20)이 형성될 수 있다.
먼저, 상술된 바와 같이, 상기 원자층 증착법에 의해 상기 챔버(100) 내의 상기 기판(10) 상에 상기 금속 산화물 전구체 물질(3)이 공급된 후, 상기 챔버(100)에 대하여 상기 제1 퍼지 공정이 수행될 수 있다. 이에 따라, 상기 원자층 증착법에 의해 상기 기판(10) 상에 상기 금속 산화물 전구체 물질(3)이 증착되고, 상기 제1 퍼지 공정에 의해 상기 챔버(100) 내부의 상기 기판(10) 상에 정착하지 못한 상기 금속 산화물 전구체 물질(3)이 제거될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 산화물 전구체 물질(3)은, 주석(Sn) 금속을 포함할 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 기판(10)의 종류에는, 그 종류를 특별히 한정하지 않는다. 일 실시 예에 따르면, 상기 기판(10)은, 상기 플렉서블 기판일 수 있다.
이후, 상술된 바와 같이, 상기 원자층 증착법에 의해 상기 챔버(100) 내 상기 금속 산화물 전구체 물질(3) 상에 상기 반응 가스(5)가 공급된 후, 상기 챔버(100)에 대하여 상기 제2 퍼지 공정이 수행될 수 있다. 이에 따라, 상기 챔버(100) 내부로 공급된 상기 반응 가스(5)에 의해 상기 기판(10) 상의 상기 금속 산화물 전구체 물질(3)이 산화되어, 상기 기판(10) 상에 2차원의 박막 구조인 상기 금속 산화물(20)이 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 반응 가스(5)는, 산소(O)를 포함하는 물질일 수 있다.
또한, 상기 제2 퍼지 공정에 의해, 상기 챔버(100) 내부의 상기 금속 산화물 전구체 물질(3)과 상기 반응 가스(5)의 상기 산화 반응의 상기 미반응 물질 및/또는 상기 반응 부산물이 제거될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 원자층 증착법이 반복적으로 수행되어, 상기 기판(10) 상에 형성되는 상기 금속 산화물(20)의 두께가 용이하게 조절될 수 있다.
상기 금속 산화물(20) 상에, 상기 금속 산화물(20)의 상기 금속과 반응하고 S, Se, 또는 Te 중 어느 하나를 포함하는 상기 반응원소를 갖는 상기 반응 소스(30)가 제공되는 동시에, 상기 조성 조절 가스(40)가 제공될 수 있다(S200). 상술된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막(50)의 제조 방법에서와 달리, 상기 원자층 증착법에 의해 상기 금속 산화물(20) 상에 상기 반응 소스(30) 및 상기 조성 조절 가스(40)가 동시에 제공될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상술된 바와 같이, 상기 금속 산화물(20)의 상기 금속과 반응하는 상기 반응 소스(30)는, S, Se, 또는 Te 중 어느 하나를 포함하는 상기 반응원소를 포함할 수 있고, 가스 형태일 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 금속 산화물(20)의 상기 금속과 반응하는 상기 조성 조절 가스(40)는, 수소(H2) 가스 및/또는 질소(N2) 가스일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 산화물(20) 상에 제공되는 상기 반응 소스(30)에 대한 상기 조성 조절 가스(40)의 유량비를 조절함으로써, 후술되는 상기 열처리 공정에 의해 상기 금속 산화물(20)의 상기 금속과 반응하는 S, Se, 또는 Te의 양이 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 산화물(20) 상에 제공되는 상기 조성 조절 가스(40)의 상기 유량비가 감소할수록, 후술되는 상기 열처리 공정에 의해 상기 금속 산화물(20)의 상기 금속과 반응하는 상기 반응 소스(30)의 양이 증가되어 상기 금속 산화물(20)의 상기 금속과 반응하는 S, Se, 또는 Te의 양은 증가될 수 있다.
상기 열처리 공정을 통해 상기 금속 산화물(20)과 상기 반응 소스(30)를 반응시킴으로써, 상기 금속 산화물(20)의 상기 금속 및 상기 반응원소의 상기 화합물을 포함하는 상기 물질막(50a)이 형성될 수 있다(S300). 상술된 바와 같이, 상기 열처리 공정을 통해, 상기 기판(10) 상의 상기 금속 산화물(20)은, 상기 금속 산화물(20) 상에 제공된 상기 반응 소스(30)와 반응하여 환원될 수 있다. 이에 따라, 상기 금속 산화물(20)의 상기 금속은 상기 반응 소스(30)에 포함된 상기 반응원소인 S, Se, 또는 Te 중 어느 하나와 반응하여, 상기 기판(10) 상에 상기 금속 및 상기 반응원소를 포함하는 상기 물질막(50a)을 형성시킬 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 산화물(20)에 제공된 상기 반응 소스(30)에 포함된 상기 반응원소가 S인 경우, 상기 금속 및 상기 반응원소를 포함하는 화합물인 SnS 및 SnS2가 상기 물질막(50a)에 포함될 수 있다.
상술된 바와 같이, 상기 금속 산화물(20) 상에 상기 반응 소스(30) 및 상기 조성 조절 가스(40)가 동시에 공급되므로, 상기 열처리 공정에 의한 상기 금속 산화물(20)의 상기 금속과 상기 반응 소스(40)와의 상기 반응은, 상기 금속 산화물(20)에 공급되는 상기 조성 조절 가스(40)의 유량에 영향을 받을 수 있다. 다시 말해서, 상기 금속 산화물(20) 상에 제공되는 상기 반응 소스(30)에 대한 상기 조성 조절 가스(40)의 유량비에 따라, 상기 열처리 공정에 의해 상기 금속 산화물(20)의 상기 금속과 반응하는 상기 반응원소인 S, Se, 또는 Te의 양이 조절될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 산화물(20)의 상기 금속과 상기 반응 소스(30)에 포함된 상기 반응원소인 S, Se, 또는 Te가 반응하여, 상기 기판(10) 상에 상기 금속 및 상기 반응원소를 포함하는 상기 물질막(50)이 형성되는 동시에, 상기 금속 산화물(20)의 상기 금속 및 상기 조성 조절 가스(40)의 상기 반응에 대한 부산물로 황화수소(H2S) 가스가 생성될 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 열처리 공정의 온도를 조절함에 따라, 상기 물질막(50) 내에 포함된 상기 반응원소인 S, Se, 또는 Te의 함량이 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 열처리 공정의 온도가 증가함에 따라, 상기 물질막(50) 내에 포함된 상기 반응원소인 S, Se, 또는 Te의 함량은 증가되고, 상기 열처리 공정의 온도가 감소함에 따라, 상기 물질막(50) 내에 포함된 상기 반응원소인 S, Se, 또는 Te의 함량은 감소될 수 있다.
이하, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법이 설명된다. 제1 실시 예에 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법에서는 상기 기판(10) 상의 상기 금속 산화물(20) 상에 가스 형태의 상기 반응 소스(30)가 제공되어 상기 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막(50)이 제조되는 것을 개시하고 있으나, 제2 실시 예에 따른 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법에서는, 상기 챔버(100) 내에 제공된 파우더(powder) 형태의 상기 반응 소스(30)가 기화되어 상기 금속 산화물(20) 상에 제공됨으로써, 상기 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막(50)이 제조되는 것을 개시한다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막을 제조하기 위한 원자층 증찹법을 설명하기 위한 도면이다. 도 7에 도시된 본 발명의 제2 실시 예에 따른 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법을 설명함에 있어서, 앞서 도 1 내지 도 4에 도시된 본 발명의 제1 실시 예에 중복되는 부분에 대해서는 도 1 내지 도 4를 참조하기로 한다. 또한, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도, 및 공정 단면도들은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도 및 공정 단면도들과 동일하므로, 도 1 및 도 3을 참조하기로 한다.
도 1 내지 도 4, 및 도 7을 참조하면, 상기 기판(10) 상에 상기 금속 산화물(20)이 형성될 수 있다(S100). 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 원자층 증착법에 의해 상기 기판(10) 상에 상기 금속 산화물(20)이 형성될 수 있다.
먼저, 상술된 바와 같이, 상기 원자층 증착법에 의해 상기 챔버(100) 내의 상기 기판(10) 상에 상기 금속 산화물 전구체 물질(3)이 공급된 후, 상기 챔버(100)에 대하여 상기 제1 퍼지 공정이 수행될 수 있다. 이에 따라, 상기 원자층 증착법에 의해 상기 기판(10) 상에 상기 금속 산화물 전구체 물질(3)이 증착되고, 상기 제1 퍼지 공정에 의해 상기 챔버(100) 내부의 상기 기판(10) 상에 정착하지 못한 상기 금속 산화물 전구체 물질(3)이 제거될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 금속 산화물 전구체 물질(3)은, 주석(Sn) 금속을 포함할 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 기판(10)의 종류에는, 그 종류를 특별히 한정하지 않는다. 일 실시 예에 따르면, 상기 기판(10)은, 상기 플렉서블 기판일 수 있다.
이후, 상술된 바와 같이, 상기 원자층 증착법에 의해 상기 챔버(100) 내 상기 금속 산화물 전구체 물질(3) 상에 상기 반응 가스(5)가 공급된 후, 상기 챔버(100)에 대하여 상기 제2 퍼지 공정이 수행될 수 있다. 이에 따라, 상기 챔버(100) 내부로 공급된 상기 반응 가스(5)에 의해 상기 기판(10) 상의 상기 금속 산화물 전구체 물질(3)이 산화되어, 상기 기판(10) 상에 2차원의 박막 구조인 상기 금속 산화물(20)이 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 반응 가스(5)는, 산소(O)를 포함하는 물질일 수 있다. 또한, 상기 제2 퍼지 공정에 의해, 상기 챔버(100) 내부의 상기 금속 산화물 전구체 물질(3)과 상기 반응 가스(5)의 상기 산화 반응의 상기 미반응 물질 및/또는 상기 반응 부산물이 제거될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 원자층 증착법이 반복적으로 수행되어, 상기 기판(10) 상에 형성되는 상기 금속 산화물(20)의 두께가 용이하게 조절될 수 있다.
상기 금속 산화물(20) 상에, 상기 금속 산화물(20)의 상기 금속과 반응하고 S, Se, 또는 Te 중 어느 하나를 포함하는 상기 반응원소를 갖는 상기 반응 소스(30)가 제공되는 동시에, 상기 조성 조절 가스(40)가 제공될 수 있다(S200). 제2 실시 예에 따른 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법에서는, 제1 실시 예에 따름 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법에서와 마찬가지로, 상기 금속 산화물(20) 상에 상기 반응 소스(30)만 제공될 수 있다. 단, 상술된 바와 같이, 제1 실시 예에 따른 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법과 달리, 상기 챔버(100) 내부에 파우더 형태의 상기 반응 소스(30)가 제공되고, 상기 챔버(100) 내부의 온도 환경에 따라, 파우더 형태의 상기 반응 소스(30)가 기화되어 상기 금속 산화물(20) 상에 제공될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 파우더 형태의 상기 반응 소스(30)는, 황 파우더(H2S powder), 셀레늄 파우더(H2Se powder), 또는 텔레륨 파우더(H2Te powder) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 열처리 공정을 통해 상기 금속 산화물(20)과 상기 반응 소스(30)를 반응시킴으로써, 상기 금속 산화물(20)은 상기 금속 및 상기 반응원소의 상기 화합물을 포함하는 상기 물질막(50)으로 제조될 수 있다(S300). 상술된 바와 같이, 상기 열처리 공정을 통해, 상기 기판(10) 상의 상기 금속 산화물(20)은, 상기 금속 산화물(20) 상에 제공된 상기 반응 소스(30)와 반응하여 환원될 수 있다. 이에 따라, 상기 금속 산화물(20)의 상기 금속은 상기 반응 소스(30)에 포함된 상기 반응원소인 S, Se, 또는 Te 중 어느 하나와 반응하여, 상기 기판(10) 상에 상기 금속 및 상기 반응원소를 포함하는 상기 물질막(50a)이 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 산화물(20)에 제공된 상기 반응 소스(30)에 포함된 상기 반응원소가 S인 경우, 상기 금속 및 상기 반응원소를 포함하는 화합물인 SnS 및 SnS2가 상기 물질막(50a)에 포함될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 열처리 공정의 온도를 조절함에 따라, 상기 물질막(50) 내에 포함된 상기 반응원소인 S, Se, 또는 Te의 함량이 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 열처리 공정의 온도가 증가함에 따라, 상기 물질막(50) 내에 포함된 상기 반응원소인 S, Se, 또는 Te의 함량은 증가되고, 상기 열처리 공정의 온도가 감소함에 따라, 상기 물질막(50) 내에 포함된 상기 반응원소인 S, Se, 또는 Te의 함량은 감소될 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 열처리 공정을 통해, 상기 챔버(100) 내부에 제공된 파우더 형태의 상기 반응 소스(30)가 기화되어 상기 기판(10) 상의 상기 금속 산화물(20) 상에 제공되는 단계와, 상기 금속 산화물(20)과 반응하여 상기 기판(10) 상에 상기 금속 산화물(20)의 상기 금속 및 상기 반응원소의 화합물을 포함하는 상기 물질막(50)이 형성되는 단계가 동시에 진행될 수 있다.
이하, 본 발명의 제2 실시 예에 대한 변형 예에 따른 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법이 설명된다. 본 발명의 제2 실시 예에 대한 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법에서는, 상기 기판(10) 상의 상기 금속 산화물(20) 상에 파우더 형태의 상기 반응 소스(30)가 제공되어 상기 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막이 제조되는 것을 개시하고 있으나, 제2 실시 예에 대한 변형 예에 따른 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법에서는, 상기 챔버(100) 내에 제공된 파우더(powder) 형태의 상기 반응 소스(30)가 기화되어 상기 금속 산화물(20) 상에 제공되는 동시에, 상기 금속 산화물(20) 상에 상기 조성 조절 가스(40)가 제공되어, 상기 금속 산화물(20) 상에 제공되는 상기 조성 조절 가스(40)의 유량에 따라, 상기 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막 내의 상기 금속 및 상기 반응원소의 조성비가 조절되는 상기 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막(50a)의 제조 방법을 개시한다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 대한 변형 예에 따른 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막을 제조하기 위한 원자층 증찹법을 설명하기 위한 도면이다. 도 8에 도시된 본 발명의 제2 실시 예에 대한 변형 예에 따른 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법을 설명함에 있어서, 앞서 도 1 내지 도 7에 도시된 본 발명의 제1 실시 예, 제1 실시 예에 대한 변형 예, 및 제2 실시 예에 중복되는 부분에 대해서는 도 1 내지 도 7을 참조하기로 한다. 또한, 본 발명의 제2 실시 예에 대한 변형 예에 따른 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도, 및 공정 단면도들은 본 발명의 제1 실시 예에 대한 변형 예에 따른 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도 및 공정 단면도들과 동일하므로, 도 1 및 도 5를 참조하기로 한다.
도 1 내지 도 7, 및 도 8을 참조하면, 상기 기판(10) 상에 상기 금속 산화물(20)이 형성될 수 있다(S100). 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 원자층 증착법에 의해 상기 기판(10) 상에 상기 금속 산화물(20)이 형성될 수 있다.
먼저, 상술된 바와 같이, 상기 원자층 증착법에 의해 상기 챔버(100) 내의 상기 기판(10) 상에 상기 금속 산화물 전구체 물질(3)이 공급된 후, 상기 챔버(100)에 대하여 상기 제1 퍼지 공정이 수행될 수 있다. 이에 따라, 상기 원자층 증착법에 의해 상기 기판(10) 상에 상기 금속 산화물 전구체 물질(3)이 증착되고, 상기 제1 퍼지 공정에 의해 상기 챔버(100) 내부의 상기 기판(10) 상에 정착하지 못한 상기 금속 산화물 전구체 물질(3)이 제거될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 금속 산화물 전구체 물질(3)은, 주석(Sn) 금속을 포함할 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 기판(10)의 종류에는, 그 종류를 특별히 한정하지 않는다. 일 실시 예에 따르면, 상기 기판(10)은, 상기 플렉서블 기판일 수 있다.
이후, 상술된 바와 같이, 상기 원자층 증착법에 의해 상기 챔버(100) 내 상기 금속 산화물 전구체 물질(3) 상에 상기 반응 가스(5)가 공급된 후, 상기 챔버(100)에 대하여 상기 제2 퍼지 공정이 수행될 수 있다. 이에 따라, 상기 챔버(100) 내부로 공급된 상기 반응 가스(5)에 의해 상기 기판(10) 상의 상기 금속 산화물 전구체 물질(3)이 산화되어, 상기 기판(10) 상에 2차원의 박막 구조인 상기 금속 산화물(20)이 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 반응 가스(5)는, 산소(O)를 포함하는 물질일 수 있다. 또한, 상기 제2 퍼지 공정에 의해, 상기 챔버(100) 내부의 상기 금속 산화물 전구체 물질(3)과 상기 반응 가스(5)의 상기 산화 반응의 상기 미반응 물질 및/또는 상기 반응 부산물이 제거될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 원자층 증착법이 반복적으로 수행되어, 상기 기판(10) 상에 형성되는 상기 금속 산화물(20)의 두께가 용이하게 조절될 수 있다.
상기 금속 산화물(20) 상에, 상기 금속 산화물(20)의 상기 금속과 반응하고 S, Se, 또는 Te 중 어느 하나를 포함하는 상기 반응원소를 갖는 상기 반응 소스(30)가 제공되는 동시에, 상기 조성 조절 가스(40)가 제공될 수 있다(S200). 상술된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막(50)의 제조 방법에서와 달리, 상기 챔버(100) 내에 제공된 파우더 형태의 상기 반응 소스(30)가 기화되어 상기 금속 산화물(20) 상에 제공되는 동시에, 상기 금속 산화물(20) 상에 상기 조성 조절 가스(40)가 제공될 수 있다. 단, 도 7을 참조하여 설명된 것과 같이, 제1 실시 예에 따른 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법과 달리, 상기 챔버(100) 내부에 파우더 형태의 상기 반응 소스(30)가 제공되고, 상기 챔버(100) 내부의 온도 환경에 따라, 파우더 형태의 상기 반응 소스(30)가 기화되어 상기 금속 산화물(20) 상에 제공될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 파우더 형태의 상기 반응 소스(30)는, 황 파우더(H2S powder), 셀레늄 파우더(H2Se powder), 또는 텔레륨 파우더(H2Te powder) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 산화물(20) 상에 제공되는 파우더 형태의 상기 반응 소스(30)에 대한 상기 조성 조절 가스(40)의 유량비를 조절함으로써, 후술되는 상기 열처리 공정에 의해 상기 금속 산화물(20)의 상기 금속과 반응하는 S, Se, 또는 Te의 양이 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 산화물(20) 상에 제공되는 상기 조성 조절 가스(40)의 상기 유량비가 감소할수록, 후술되는 상기 열처리 공정에 의해 상기 금속 산화물(20)의 상기 금속과 반응하는 상기 반응 소스(30)의 양이 증가되어 상기 금속 산화물(20)의 상기 금속과 반응하는 S, Se, 또는 Te의 양은 증가될 수 있다.
상기 열처리 공정을 통해 상기 금속 산화물(20)과 상기 반응 소스(30)를 반응시킴으로써, 상기 금속 산화물(20)은 상기 금속 및 상기 반응원소의 상기 화합물을 포함하는 상기 물질막(50a)으로 제조될 수 있다(S300). 상술된 바와 같이, 상기 열처리 공정을 통해, 상기 기판(10) 상의 상기 금속 산화물(20)은, 상기 금속 산화물(20) 상에 제공된 상기 반응 소스(30)와 반응하여 환원될 수 있다. 이에 따라, 상기 금속 산화물(20)의 상기 금속이 상기 반응 소스(30)에 포함된 상기 반응원소인 S, Se, 또는 Te 중 어느 하나와 반응하여, 상기 기판(10) 상에 상기 금속 및 상기 반응원소를 포함하는 상기 물질막(50a)이 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 산화물(20)에 제공된 상기 반응 소스(30)에 포함된 상기 반응원소가 S인 경우, 상기 금속 및 상기 반응원소를 포함하는 화합물인 SnS 및 SnS2가 상기 물질막(50a)에 포함될 수 있다.
상술된 바와 같이, 상기 금속 산화물(20) 상에 상기 반응 소스(30) 및 상기 조성 조절 가스(40)가 동시에 공급되므로, 상기 열처리 공정에 의한 상기 금속 산화물(20)의 상기 금속과 상기 반응 소스(40)와의 상기 반응은, 상기 금속 산화물(20)에 공급되는 상기 조성 조절 가스(40)의 유량에 영향을 받을 수 있다. 다시 말해서, 상기 금속 산화물(20) 상에 제공되는 상기 반응 소스(30)에 대한 상기 조성 조절 가스(40)의 유량비에 따라, 상기 열처리 공정에 의해 상기 금속 산화물(20)의 상기 금속과 반응하는 S, Se, 또는 Te의 양이 조절될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 산화물(20)의 상기 금속과 상기 반응 소스(30)에 포함된 상기 반응원소인 S, Se, 또는 Te가 반응하여, 상기 기판(10) 상에 상기 금속 및 상기 반응원소를 포함하는 상기 물질막(50)이 형성되는 동시에, 상기 금속 산화물(20)의 상기 금속 및 상기 조성 조절 가스(40)의 상기 반응에 대한 부산물로 황화수소(H2S) 가스가 생성될 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 열처리 공정의 온도를 조절함에 따라, 상기 물질막(50) 내에 포함된 상기 반응원소인 S, Se, 또는 Te의 함량이 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 열처리 공정의 온도가 증가함에 따라, 상기 물질막(50) 내에 포함된 상기 반응원소인 S, Se, 또는 Te의 함량은 증가되고, 상기 열처리 공정의 온도가 감소함에 따라, 상기 물질막(50) 내에 포함된 상기 반응원소인 S, Se, 또는 Te의 함량은 감소될 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 열처리 공정을 통해, 상기 챔버(100) 내부에 제공된 파우더 형태의 상기 반응 소스(30)가 기화되어 상기 기판(10) 상의 상기 금속 산화물(20) 상에 제공되는 단계와, 상기 금속 산화물(20)과 반응하여 상기 기판(10) 상에 상기 금속 산화물(20)의 상기 금속 및 상기 반응원소의 화합물을 포함하는 상기 물질막(50)이 형성되는 단계가 동시에 진행될 수 있다.될 수 있다.
상술된 본 발명의 실시 예와 달리, 종래에는 벌크(bulk) 형태의 칼코겐 화합물로부터 물리적으로 단층을 떼어내는 기계적 박리법, 및 칼코겐 화합물을 용액에 침지하여 용액을 칼코겐 화합물의 층간을 침투시킴으로써 단층을 떼어내는 액상 박리법을 통해 2차원 박막 구조의 주석계 칼코겐 화합물을 제조한다. 상기 기계적 박리법의 경우, 불규칙한 박리 및 불균일한 두계 균일도로 인해 박막의 대면적화가 어려운 문제점이 있다. 또한, 상기 액상 박리법의 경우, 상기 기계적 박리법에 비해 두께 균일도는 우수하나 2차원 박막 구조의 상기 주석계 칼코겐 화합물의 품질이 낮다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 현 산업 공정에서는 전구체 및 반응 가스를 반응시켜 2차원 박막 구조의 상기 주석계 칼코겐 화합물을 제조하는 화학 기상 증착법을 이용한다. 이 경우, 상기 박리법들 대비 대면적으로 기판에 직접 형성할 수 있으나, 상기 박막의 두께 조절이 어렵고, 재현성이 낮은 문제점이 있다.
또한, 전이금속 칼코겐 화합물을 이용하여 2차원의 박막 구조를 제조하는 경우, 공정의 온도가 높아 적용할 수 있는 기판의 한계가 존재하며, 기판 및/또는 다른 박막들에 원치 않는 후처리 공정이 가해져 공정의 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있다.
하지만, 본 발명의 실시 예에 따르면, 원자층 증착법을 통해 기판(10) 상에 금속 산화물(20)을 형성한 후, 상기 금속 산화물(20) 상에 상기 금속 산화물(20)의 금속과 반응하고 S, Se, 또는 Te 중 어느 하나를 포함하는 반응원소를 포함하는 반응 소스(30) 및 조성 조절 가스(40)를 동시에 제공하고, 열처리 공정을 수행함으로써 상기 기판(10) 상에 상기 금속 및 상기 반응원소를 포함하는 물질막(50), 즉, 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막(50)이 제조될 수 있다.
상기 기판(10) 상에 형성된 상기 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막(50)은, 주석(Sn)을 포함하는 2차원의 박막 구조로, 종래의 2차원 박막 소재인 상기 전이금속 칼코겐 화합물 대비 공정 온도가 낮을 수 있다. 이에 따라, 저온 공정이 가능하여 유연 기판으로의 적용이 가능할 수 있다. 또한, 상기 저온 공정으로 인해, 상기 기판(10) 및/또는 다른 박막들에 후처리 공정이 가해지는 문제를 최소화하여 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 원자층 증착법을 이용하여, 상기 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막(50)을 제조하는 경우, 상기 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막(50)의 두께 조절이 용이할 뿐만 아니라, 상기 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막(50)의 우수한 두께 균일도 및 재현성으로 인해 대면적화가 가능하여, 현 산업공정으로의 적용 가능성 및 양산성이 향상될 수 있다.
뿐만 아니라, 산화 반응을 통해 상기 기판(10) 상에 상기 금속 산화물(20)을 형성하고, 환원 반응을 통해 상기 기판(10) 상의 상기 금속 산화물(20)을 상기 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막(50)으로 제조함으로써, 공정이 쉽고, 간소화되어 공정 비용 및 공정 시간이 감소된 상기 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막(50)의 제조 방법이 제공될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 특성 평가 결과가 설명된다.
실시 예에 따른 금속/ 칼코겐 화합물을 포함하는 박막 제조
원자층 증착법을 이용하여, 챔버 내의 기판 상에 금속 산화물인 주석 산화물(SnO)을 형성하였다. 구체적으로, 상기 주석 산화물의 전구체 물질을 상기 챔버 내의 상기 기판 상에 제공하고, 제1 퍼지 공정을 통해 상기 챔버 내의 상기 기판 상에 정착하지 못한 주석 산화물의 전구체 물질을 제거하였다. 상기 챔버 내의 상기 기판 상에 반응 가스를 제공하여 상기 기판 상의 상기 주석 산화물의 전구체 물질을 산화시켜 상기 기판 상에 주석 산화물을 형성하였다. 이후, 제2 퍼지 공정을 통해 상기 기판 상의 주석 산화물의 전구체 물질과 상기 반응 가스의 상기 산화 반응의 미반응 물질 및/또는 반응 부산물을 제거하였다. 상기 원자층 증착법에 의해, 상기 챔버 내에 반응 소스인 황화수소(H2S) 파우더와 제2 소스인 질소(N2) 및 수소(H2) 가스를 동시에 제공한 후, 200~900℃ 범위의 온도로 열처리함으로써, 상기 기판 상의 상기 주석 산화물을 환원시켜 금속/칼코겐 화합물인 황화주석(SnS) 및/또는 이황화주석(SnS2)을 포함하는 박막을 제조하였다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 열처리 공정의 온도에 따른 XPS 그래프이다.
실시 예에 따른 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막을 제조하되, 상기 열처리 공정을 수행하지 않은 경우와, 및 상기 열처리 공정의 온도를 달리한 경우(300℃, 400℃, 500℃)에 따라 본 발명의 실시 예에 따른 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막을 제조하였다.
XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)기기를 이용하여, 상술된 방법으로 제조된 상기 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막들에 대하여, O 1s에 대한 결합 에너지(binding energy)에 따른 발광강도(intensity)를 측정하였다.
도 9를 참조하면, 상기 열처리 공정을 수행하지 않은 경우, 상기 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 O 1s에 대한 결합에 대한 발광 강도 피크가 가장 높은 것을 확인하였다. 또한, 상기 열처리 공정의 온도가 증가함에 따라, 상기 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 O 1s에 대한 결합에 대한 발광 강도 피크가 감소하는 것을 확인하였다. 이로부터, 상기 열처리 공정을 수행하는 경우가 상기 열처리 공정을 수행하지 않은 경우보다, 본 발명의 실시 예에 따른 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막 내의 S 함량이 높은 것을 알 수 있었다. 또한, 상기 열처리 공정의 온도가 증가함에 따라, 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막 내의 S 함량이 증가하는 것을 확인하였다. 이로부터, 상기 열처리 공정을 수행함에 따라, 상기 반응원소인 S의 부족으로 인해 O와 결합되는 현상이 감소하는 것을 알 수 있었다. 또한, 상기 열처리 공정의 온도가 높을수록, 상기 반응원소인 S의 부족으로 인해 O와 결합되는 현상이 최소화되는 것을 알 수 있었다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따라, 원자층 증착법을 통해 상기 기판 상에 상기 금속 산화물을 형성한 후, 상기 금속 산화물 상에 상기 금속 산화물의 금속과 반응하고 S, Se, 또는 Te 중 어느 하나를 포함하는 반응원소를 포함하는 상기 반응 소스 및 상기 조성 조절 가스를 동시에 제공하고, 상기 열처리 공정을 수행함으로써 상기 기판 상에 상기 금속 및 상기 반응원소를 포함하는 상기 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막을 제조하는 경우, 상기 열처리 공정의 온도에 따라 상기 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막 내 포함되는 상기 반응원소(S)의 ?t량이 용이하게 조절되는 상기 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법이 제공될 수 있다.
3: 금속 산화물 전구체
5: 반응 가스
10: 기판
20: 금속 산화물
30: 반응 소스(gas)
30a: 반응 소스(powder)
40: 조성 조절 가스
50, 50a: 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막
100: 챔버
110: 용기

Claims (9)

  1. 기판 상에 주석 산화물을 형성하는 단계;
    상기 주석 산화물 상에, 상기 주석 산화물의 주석과 반응하고 황을 갖는 파우더(powder) 형태의 반응 소스를 제공하는 동시에, 수소 가스(H2 gas) 및 질소 가스(N2 gas)를 포함하는 조성 조절 가스를 제공하는 단계; 및
    열처리 공정을 통해, 상기 주석 산화물과 상기 반응 소스를 반응시켜, 상기 주석 산화물을 주석황화물을 포함하는 물질막으로 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 주석 산화물 상에 제공되는 상기 조성 조절 가스의 유량 및 상기 열처리 공정 온도에 따라, 상기 물질막 내의 주석 및 황의 조성비가 조절되고,
    상기 열처리 공정의 온도가 500℃인 경우, 상기 물질막에 대한 XPS 결과 O 1s 피크가 관찰되지 않는 것을 포함하는 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    원자층 증착법(Atomic Layer Deposition, ALD)에 의해, 상기 기판 상에 상기 주석 산화물이 형성되는 것을 포함하는 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 원자층 증착법을 반복적으로 수행하여, 상기 기판 상에 형성되는 상기 주석 산화물의 두께가 조절되는 것을 포함하는 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 기판 상에 형성된 상기 주석 산화물은, 2차원의 박막 구조인 것을 포함하는 금속/킬코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 반응 소스에 대한 상기 조성 조절 가스의 유량비가 감소할수록, 상기 주석 산화물의 주석과 반응하는 황의 양이 증가되는 것을 포함하는 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    반응 부산물로 황화수소(H2S) 가스가 생성되는 것을 포함하는 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 열처리 공정의 온도가 증가함에 따라, 상기 물질막 내에 황의 함량이 증가하는 것을 포함하는 금속/칼코겐 화합물을 포함하는 박막의 제조 방법.
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