KR101977366B1 - Method for manufacturing resistive oxide thin film and method of manufacturing bolometer - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 산화물 저항 박막 제조방법은 복수의 산화 금속 유기화합물을 제1 유기용매에 각각 용해시켜 복수의 예비 전구체 용액을 준비하는 과정; 각각의 상기 예비 전구체 용액을 미리 설정된 비율로 혼합하여 혼합용액을 제조하는 과정; 상기 혼합용액을 상기 제1 유기용매와 상이한 제2 유기용매로 희석하여 전구체 용액을 제조하는 과정; 기판 상에 상기 전구체 용액을 이용하여 액상 공정으로 전구체층을 형성하는 과정; 및 상기 전구체층을 산화 분위기에서 후속 열처리하여 산화물층으로 변화하는 과정을 포함할 수 있다.The method for preparing an oxide-resistant thin film according to the present invention comprises: preparing a plurality of pre-precursor solutions by dissolving a plurality of metal oxide organic compounds in a first organic solvent; Mixing each of the precursor precursor solutions at a preset ratio to prepare a mixed solution; Diluting the mixed solution with a second organic solvent different from the first organic solvent to prepare a precursor solution; Forming a precursor layer on the substrate by a liquid phase process using the precursor solution; And a step of converting the precursor layer into an oxide layer by performing a subsequent heat treatment in an oxidizing atmosphere.
Description
본 발명은 산화물 저항 박막 제조방법 및 볼로미터 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 서로 다른 유기용매로서 제조된 전구체 용액을 이용한 산화물 저항 박막 제조방법 및 볼로미터 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing an oxide-resistant thin film and a method for manufacturing a bolometer, and more particularly, to a method for manufacturing an oxide-resistant thin film using a precursor solution prepared as a different organic solvent and a method for manufacturing a bolometer.
일반적으로 저항 박막을 형성하기 위해 기판 상에 도포되는 전구체 용액은 어떠한 전구체를 소정의 유기용매에 용해시켜 제조되고, 제조된 전구체 용액은 기판 상에 도포될 수 있다. Generally, a precursor solution applied on a substrate to form a resistive thin film is prepared by dissolving any precursor in a predetermined organic solvent, and the prepared precursor solution can be applied onto the substrate.
카르복실레이트기를 가지는 산화 금속 유기화합물은 일반적으로 전구체 용액 제조에 가장 많이 사용되는데, 긴 사슬 길이로 인해 소수성을 띄는 산화 금속 유기화합물은 극성 용매에 잘 용해되지 않는 문제가 있다. 이에 무극성 용매에 용해시켜 전구체 용액을 제조할 수는 있지만, 기판과의 접착성 및 젖음성이 좋지 않은 문제가 있다. 즉, 하나의 유기용매를 사용하여 전구체 용액을 제조할 경우, 산화 금속 유기화합물이 유기용매에 잘 용해되지 않거나 기판과의 접착성이 좋지 않은 문제점을 가지고 있다.Metal oxide organic compounds having a carboxylate group are generally used most often in the preparation of precursor solutions. Metal oxide organic compounds having hydrophobicity due to a long chain length are not well soluble in polar solvents. Although the precursor solution can be prepared by dissolving it in a nonpolar solvent, there is a problem in that adhesion with the substrate and wettability are poor. That is, when a precursor solution is prepared using one organic solvent, the metal oxide organic compound is not dissolved in the organic solvent or the adhesion to the substrate is poor.
또한, 볼로미터(Bolometer)는 적외선 검출기로서, 볼로미터에 사용되는 산화물 저항 박막은 높은 저항온도계수, 낮은 비저항 및 낮은 1/f 노이즈를 갖는 특성이 있어야 하고, ROIC 회로 제작을 위한 상보형 금속산화 반도체 공정과 호환성 및 볼로미터 제조공정 중에 ROIC 회로가 손상되지 않도록 450℃ 이하의 열처리 온도를 만족하여야 한다.In addition, the bolometer is an infrared detector, the oxide resistive thin film used in the bolometer should have a characteristic with a high resistance temperature coefficient, a low resistivity and a low 1 / f noise, and a complementary metal oxide semiconductor process And the heat treatment temperature of 450 ° C or less should be satisfied so that the ROIC circuit is not damaged during the bolometer manufacturing process.
하지만, 산화물 저항 박막에 많이 사용되는 물질인 산화바나듐(VOx)은 VO2, V2O3, V2O5 등의 무수히 많은 중간상태의 물질이 존재하며 특정 온도에서 절연체나 반도체로부터 금속상태로 상태변화를 겪게 되어 재현성을 얻기 어려우므로 정교한 공정이 요구되고, 안정된 박막 증착을 위해서는 스퍼터링 장치와 같은 고가의 특수한 장비와 500℃ 이상의 고온에서 제조해야 하는 문제점들을 가지고 있다.However, vanadium oxide (VO x ), which is often used in oxide thin films, has a large number of intermediate states such as VO 2 , V 2 O 3 , and V 2 O 5 . And it is difficult to obtain reproducibility because it is difficult to obtain reproducibility. In order to deposit a stable film, expensive special equipment such as a sputtering apparatus and problems to be manufactured at a high temperature of 500 ° C or more are required.
낮은 열처리 온도에서 산화물 저항 박막을 형성하기 위해 액상 공정이 활용될 수 있으며, 액상 공정 중 하나인 금속 유기 분해법은 금속화합물을 안정한 유기용매에 녹여 그 혼합용액을 이용하는 습식화학적 박막 제조 방법으로서 원하는 화학양론비를 그대로 유지할 수 있으며 진공장치가 필요 없고 공정이 간단하여 대면적 기판에 빠르게 산화물 저항 박막을 제조할 수 있다는 장점이 있다. A liquid phase process can be utilized to form an oxide thin film at a low heat treatment temperature. Metal organic decomposition, which is one of the liquid phase processes, is a wet chemical thin film production method using a mixed solution of a metal compound dissolved in a stable organic solvent. It is possible to maintain the ratio, and it is advantageous in that an oxide resistive thin film can be manufactured quickly on a large-area substrate without a vacuum device and a simple process.
이러한 금속 유기 분해법으로 증착한 산화물 저항 박막의 경우 최적의 열처리 온도는 450℃ 이상일 수 있는데, 450℃ 이상의 고온으로 열처리하면 볼로미터의 판독회로가 손상되어 산화물 저항 박막을 형성하는 온도감지물질의 열처리 온도가 450℃ 미만으로 제한된다. 이에 따라, 산화물 저항 박막에 단결정과 같은 재료를 사용할 수 없어 다양한 온도감지물질의 선정이 제한되는 문제점이 있다. The optimal heat treatment temperature for the oxide thin film deposited by the metal organic decomposition method may be 450 ° C or higher. If the heat treatment is performed at a temperature higher than 450 ° C, the temperature of the heat sensitive material for forming the oxide thin film is damaged Lt; / RTI > Accordingly, a material such as single crystal can not be used for the oxide-resistive thin film, thereby limiting the selection of various temperature sensing materials.
또한, 볼로미터를 형성할 때 기판 상에 폴리이미드(PI) 등과 같은 유기물 희생층이 형성될 수 있는데, 450℃ 이상의 열처리 온도에서 형성된 산화물 저항 박막을 실제 볼로미터 산화물 저항 박막에 적용하였을 경우 유기물 희생층에서 높은 열처리 온도로 인해 유기물이 끓어오르는 현상이 발생하는 버블링 문제가 발생한다. In addition, when forming a bolometer, an organic material sacrificial layer such as polyimide (PI) may be formed on a substrate. When an oxide thin film formed at a heat treatment temperature of 450 ° C or higher is applied to an actual thin film of a bolometer oxide, A bubbling problem occurs in which organic matter boils due to a high heat treatment temperature.
게다가, 냉각형 적외선 검출기에 비해 비냉각형 적외선 검출기는 열에 의한 잡음(noise)이 존재하여 매우 높은 비저항과 같이 볼로미터의 전기적 특성이 저하되는 문제점이 있다.In addition, uncooled infrared detectors have a problem in that the electrical characteristics of the bolometer are degraded as in the case of very high resistivity due to the presence of noise due to heat as compared with the cooling type infrared detectors.
따라서, 낮은 비저항을 가지는 산화물 저항 박막을 450℃의 열처리 온도보다 더 낮은 열처리 온도에서 제조할 수 있는 산화물 저항 박막이 요구된다.Therefore, there is a demand for an oxide thin film which can produce an oxide thin film having a low resistivity at a heat treatment temperature lower than a heat treatment temperature of 450 캜.
본 발명은 서로 다른 유기용매를 사용하여 제조된 전구체 용액을 이용한 산화물 저항 박막 제조방법 및 볼로미터 제조방법을 제공한다.The present invention provides a method for producing an oxide-resistant thin film and a method for manufacturing a bolometer using a precursor solution prepared using different organic solvents.
본 발명의 실시예에 따른 산화물 저항 박막 제조방법은 복수의 산화 금속 유기화합물을 제1 유기용매에 각각 용해시킨 복수의 예비 전구체 용액을 준비하는 과정; 각각의 상기 예비 전구체 용액을 미리 설정된 비율로 혼합하여 혼합용액을 제조하는 과정; 상기 혼합용액을 상기 제1 유기용매와 상이한 제2 유기용매로 희석하여 전구체 용액을 제조하는 과정; 기판 상에 상기 전구체 용액을 이용하여 액상 공정으로 전구체층을 형성하는 과정; 및 상기 전구체층을 산화 분위기에서 후속 열처리하여 산화물층으로 변화하는 과정을 포함할 수 있다.The method for preparing an oxide-resistant thin film according to an embodiment of the present invention includes: preparing a plurality of pre-precursor solutions in which a plurality of metal oxide organic compounds are respectively dissolved in a first organic solvent; Mixing each of the precursor precursor solutions at a preset ratio to prepare a mixed solution; Diluting the mixed solution with a second organic solvent different from the first organic solvent to prepare a precursor solution; Forming a precursor layer on the substrate by a liquid phase process using the precursor solution; And a step of converting the precursor layer into an oxide layer by performing a subsequent heat treatment in an oxidizing atmosphere.
상기 제1 유기용매는 방향족 탄화수소계 유기용매일 수 있다.The first organic solvent may be an aromatic hydrocarbon-based organic solvent.
상기 제2 유기용매는 아세트산 에스테르계 유기용매일 수 있다.The second organic solvent may be acetic ester-based organic solvent.
상기 제2 유기용매에 대한 상기 복수의 산화 금속 전체의 몰농도는 0.1M 내지 0.4M일 수 있다.The molar concentration of the plurality of the metal oxides relative to the second organic solvent may be 0.1M to 0.4M.
상기 전구체층은 금속 유기 분해법으로 형성될 수 있다.The precursor layer may be formed by a metal organic decomposition method.
상기 후속 열처리는 300℃ 내지 400℃의 온도 범위에서 수행될 수 있다.The subsequent heat treatment may be performed at a temperature ranging from 300 ° C to 400 ° C.
상기 산화 금속은 산화 니켈, 산화 망간, 산화 구리 및 산화 크롬을 포함할 수 있다.The metal oxide may include nickel oxide, manganese oxide, copper oxide, and chromium oxide.
상기 전구체층을 형성하는 과정 이전에, 상기 기판 상에 상기 산화 금속 유기화합물의 금속 중 적어도 어느 하나의 금속을 포함하는 금속층을 형성하는 과정을 더 포함할 수 있다.The method may further include forming a metal layer including at least one of the metals of the metal oxide organic compound on the substrate prior to the step of forming the precursor layer.
상기 금속층은 물리적 기상 증착법으로 형성될 수 있다.The metal layer may be formed by physical vapor deposition.
상기 금속층을 형성한 뒤 상기 전구체층을 형성하는 과정 이전에, 상기 금속층을 상기 후속 열처리보다 낮은 온도에서 예비 열처리하여 산화물 시드층으로 변화하는 과정을 더 포함할 수 있다.The method may further include a step of preheating the metal layer at a temperature lower than the temperature of the next heat treatment to form the oxide seed layer before forming the metal layer and forming the precursor layer.
상기 산화물층은 입방정 스피넬(Cubic spinel) 결정 구조로 이루어지고, 하기 화학식 1의 화합물 조성을 가질 수 있다. <화학식 1> [(NiyMn1 -y- xCrx)Cu]3O4, 상기 x는 0.04 ≤x ≤0.20이다.The oxide layer has a cubic spinel crystal structure and may have a composition of a compound represented by the following formula (1). [Formula 1] [(Ni y Mn 1 -y- x Cr x ) Cu] 3 O 4 , wherein x is 0.04? X?
상기 산화물 저항 박막은 상온에서의 비저항이 2Ω·cm 미만일 수 있다.The oxide resistive thin film may have a resistivity at room temperature of less than 2? 占. M.
본 발명의 다른 실시예에 따른 볼로미터 제조방법은 신호처리 회로가 형성된 기판을 제공하는 과정; 상기 기판 상부면에 이격 형성되어, 상기 신호처리 회로의 전기신호를 전달하는 복수의 금속패드를 형성하는 과정; 상기 기판 상에 유기물 희생층을 형성하는 과정; 상기 유기물 희생층 상에 제1 항 내지 제11 항 중의 어느 한 항의 제조방법으로 산화물 저항 박막을 형성하는 과정; 및 상기 유기물 희생층 및 상기 산화물 저항 박막을 패턴화하는 과정을 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a bolometer, including: providing a substrate on which a signal processing circuit is formed; Forming a plurality of metal pads spaced apart from the upper surface of the substrate to transmit an electric signal of the signal processing circuit; Forming an organic sacrificial layer on the substrate; Forming an oxide resistive thin film on the organic sacrificial layer by the method of any one of claims 1 to 11; And patterning the organic sacrificial layer and the oxide resistive thin film.
일측이 상기 금속패드와 연결되고 타측이 상기 산화물 저항 박막과 연결되는 지지부재를 형성하는 과정을 더 포함할 수 있다.And forming a support member having one side connected to the metal pad and the other side connected to the oxide resistive thin film.
상기 유기물 희생층을 제거하는 과정을 더 포함할 수 있다.And removing the organic sacrificial layer.
본 발명에서는 서로 다른 제1 유기용매와 제2 유기용매를 사용하여 기판 상에 도포되는 전구체 용액을 제조함으로써 극성이 작아 소수성을 띄는 산화 금속 유기화합물을 효과적으로 용해시킬 수 있음과 동시에 젖음성을 개선시켜 산화물 저항 박막과 기판과의 접합성을 향상시킬 수 있다. 즉, 긴 사슬 길이를 가지는 산화 금속 유기화합물을 무극성인 제1 유기용매에 용해시킴으로써 극성용매보다 더욱 잘 용해시킬 수 있고, 혼합용액을 제1 유기용매와 상이하고 산소 원자를 가지는 제2 유기용매로 희석함으로써 기판과의 접착성을 향상시킬 수 있다.In the present invention, by producing the precursor solution coated on the substrate using different first and second organic solvents, it is possible to effectively dissolve the metal oxide organic compound having a low polarity and to exhibit hydrophobicity and to improve the wettability, The bonding property between the resistive thin film and the substrate can be improved. That is, by dissolving the metal oxide organic compound having a long chain length in the first organic solvent having no polarity, it is possible to dissolve the metal oxide organic compound more easily than the polar solvent, and the mixed solution can be dissolved in the second organic solvent different from the first organic solvent, By diluting, the adhesion with the substrate can be improved.
게다가, 전구체 용액의 몰농도를 조절하여 결정화에 기여하는 금속 이온들을 증가시킬 수 있기 때문에 산화물 저항 박막의 결정립 성장을 유도할 수 있다. 즉, 몰농도가 증가할수록 많은 금속 이온들이 결정화에 쉽게 기여할 수 있기 때문에 결정화에 필요한 후속 열처리 온도를 400℃ 이하로 감소시켜 고온의 열처리 없이 산화물 저항 박막을 안정적으로 제조할 수 있다. 또한, 몰농도를 조절함으로써 막의 미세구조 및 결정립 성장으로 인한 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.In addition, since the metal ions contributing to crystallization can be increased by controlling the molar concentration of the precursor solution, crystal grain growth of the oxide-resistant thin film can be induced. That is, since the metal ions can easily contribute to crystallization as the molar concentration increases, the subsequent heat treatment temperature required for crystallization can be lowered to 400 ° C or lower, so that the oxide thin film can be stably produced without heat treatment at a high temperature. In addition, by controlling the molar concentration, the microstructure of the film and the electrical characteristics due to crystal growth can be improved.
그리고, 결정 핵 역할을 하는 산화물 시드층을 기판과 산화물층 사이에 형성함으로써 산화물층의 결정립 성장을 유도하여 산화물 저항 박막의 결정구조를 개선시킬 수 있고, 스피넬(Spinel) 결정구조의 산화물 저항 박막이 낮은 비저항 특성을 갖는 볼로미터용 저항체를 형성할 수 있어 볼로미터의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.By forming an oxide seed layer serving as a crystal nucleus between the substrate and the oxide layer, it is possible to induce crystal growth of the oxide layer to improve the crystal structure of the oxide-resistant thin film, and an oxide-resistant thin film having a spinel crystal structure It is possible to form a resistor for a bolometer having a low resistivity characteristic, thereby improving the electrical characteristics of the bolometer.
따라서, 400℃ 이하의 낮은 열처리 온도에서 형성된 산화물 저항 박막이 2Ω·cm 이하의 매우 낮은 비저항을 가질 수 있어 실제 볼로미터용 저항 박막에 적용하였을 경우 신호처리 회로의 손상 및 유기물 희생층의 버블링 문제를 방지할 수 있으며, 우수한 전기적 특성을 갖는 저항체를 형성할 수 있다. Therefore, the oxide thin film formed at a low heat treatment temperature of 400 ° C or less can have a very low resistivity of 2? · Cm or less. Therefore, when applied to a resistive thin film for an actual bolometer, damage to the signal processing circuit and bubbling of the organic sacrificial layer And a resistor having excellent electrical characteristics can be formed.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 산화물 저항 박막 제조방법을 나타내는 순서도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스핀 코터의 구조를 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 몰농도에 따른 면저항을 나타내는 그래프.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 몰농도에 따른 비저항을 나타내는 그래프.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 몰농도에 따른 결정립 크기를 나타내는 사진.
도 6은 본 발명의 다른 실시에에 따른 볼로미터의 제조공정을 나타내는 단면도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a flow chart showing a method for manufacturing an oxide-resistive thin film according to an embodiment of the present invention. FIG.
2 is a cross-sectional view showing a structure of a spin coater according to an embodiment of the present invention;
3 is a graph showing the sheet resistance according to the molar concentration according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing the resistivity according to the molar concentration according to the embodiment of the present invention.
5 is a photograph showing the grain size according to the molar concentration according to the embodiment of the present invention.
6 is a sectional view showing a manufacturing process of a bolometer according to another embodiment of the present invention;
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 발명을 상세하게 설명하기 위해 도면은 과장될 수 있고, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, It is provided to let you know. To illustrate the invention in detail, the drawings may be exaggerated and the same reference numbers refer to the same elements in the figures.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 산화물 저항 박막 제조방법을 나타내는 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스핀 코터의 구조를 나타내는 단면도이다.FIG. 1 is a flow chart showing a method of manufacturing an oxide-resistive thin film according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a structure of a spin coater according to an embodiment of the present invention.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 산화물 저항 박막(340) 제조방법은 복수의 산화 금속 유기화합물을 제1 유기용매에 각각 용해시킨 복수의 예비 전구체 용액을 준비하는 과정; 각각의 상기 예비 전구체 용액을 미리 설정된 비율로 혼합하여 혼합용액을 제조하는 과정; 상기 혼합용액을 상기 제1 유기용매와 상이한 제2 유기용매로 희석하여 전구체 용액(110)을 제조하는 과정; 기판(100) 상에 상기 전구체 용액(110)을 이용하여 액상 공정으로 전구체층(120)을 형성하는 과정; 및 상기 전구체층(120)을 산화 분위기에서 후속 열처리하여 산화물층(125)으로 변화하는 과정을 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2, a method of fabricating an oxide-resistive
우선, 복수의 산화 금속 유기화합물을 제1 유기용매에 각각 용해시켜 복수의 예비 전구체 용액을 준비할 수 있다(S100, 도 2a). 이때, 상기 제1 유기용매는 방향족 탄화수소계 유기용매일 수 있다.First, a plurality of preliminary precursor solutions can be prepared by dissolving a plurality of metal oxide organic compounds in the first organic solvent (S100, FIG. 2A). At this time, the first organic solvent may be an aromatic hydrocarbon-based organic solvent.
복수의 산화 금속 유기화합물을 제1 유기용매에 각각 용해시켜 복수의 예비 전구체 용액을 제조할 수 있고, 복수의 산화 금속 유기화합물을 각각 용해시키는 제1 유기용매는 벤젠(C6H6), 톨루엔(C6H5CH3), 크실렌(C6H4(CH3)2), 나프탈렌(C10H8), 안트라센(C14H10) 등의 방향족 탄화수소계 유기용매일 수 있다.A plurality of pre-precursor solutions can be prepared by dissolving a plurality of metal oxide organic compounds in the first organic solvent. The first organic solvent for dissolving each of the plurality of metal oxide organic compounds is benzene (C 6 H 6 ), toluene (C 6 H 5 CH 3 ), xylene (C 6 H 4 (CH 3 ) 2 ), naphthalene (C 10 H 8 ) and anthracene (C 14 H 10 ).
일반적으로 카르복실레이트기를 가지는 산화 금속 유기화합물은 물과 같은 극성 용매에 잘 용해되지 않는 무극성 물질로 긴 사슬 길이를 가질 수 있다.In general, the metal oxide organic compound having a carboxylate group may be a nonpolar material that does not dissolve in a polar solvent such as water and may have a long chain length.
탄소 화합물처럼 사슬의 길이가 길거나 복합적인 탄화수소(C-H) 사슬을 가지는 물질은 극성 용매에 잘 용해되지 않는 비극성 및 소수성 특성을 가지며, 사슬의 길이가 길어질수록 소수(hydrophobic) 특성이 증가되어 극성 용매에 대한 용해도가 감소되기 때문에 짧은 사슬을 가질 경우 극성 용매에 잘 용해되는 반면 긴 사슬을 가질 경우 극성 용매에 잘 용해되지 않는다.Materials with long chain or complex hydrocarbon (CH) chains, such as carbon compounds, have non-polar and hydrophobic properties that are insoluble in polar solvents. As the chain length increases, hydrophobic properties increase. Since the solubility is reduced, it is soluble in a polar solvent when it has a short chain, whereas it is not well soluble in a polar solvent when it has a long chain.
따라서, 긴 사슬 길이로 인해 극성이 작아 소수성을 띄는 산화 금속 유기화합물은 소수성 특성에 의해 극성 용매보다 벤젠, 톨루엔, 크실렌 등과 같은 무극성 용매에 더 잘 용해될 수 있기 때문에, 복수의 예비 전구체 용액은 복수의 산화 금속 유기화합물을 방향족 탄화수소계 유기용매인 제1 유기용매에 각각 용해시킴으로써 제조될 수 있고, 전술한 바와 같이 산화 금속 유기화합물이 제1 유기용매에 보다 효과적으로 용해될 수 있기 때문에 각각의 예비 전구체 용액의 몰농도 즉, 각 조성의 몰농도를 쉽게 조절할 수 있어 원하는 조성의 예비 전구체 용액을 수월하게 얻을 수 있다.Therefore, the metal oxide organic compound having a small polarity due to its long chain length is more soluble in a non-polar solvent such as benzene, toluene, xylene and the like than a polar solvent due to its hydrophobic property, so that a plurality of pre- Can be prepared by dissolving each metal oxide organic compound in the first organic solvent, which is an aromatic hydrocarbon organic solvent, and the metal oxide organic compound can be more effectively dissolved in the first organic solvent as described above, The molar concentration of the solution, that is, the molar concentration of each composition can be easily controlled, and a precursor solution having a desired composition can be easily obtained.
복수의 예비 전구체 용액을 제조한 뒤, 각각의 예비 전구체 용액을 미리 설정된 비율로 혼합하여 혼합용액을 제조할 수 있다(S200, 도 2a).After preparing a plurality of precursor precursor solutions, the precursor precursor precursor solutions may be mixed at a preset ratio to produce a mixed solution (S200, FIG. 2A).
복수의 예비 전구체 용액을 혼합할 때의 혼합비율은 원하는 조성 또는 미리 설정된 비율에 따라서 변화시킬 수 있고, 본 발명에서는 한 실시예로 산화물층(125)이 [(NiyMn1-y-xCrx)Cu]3O4(x=0.08)의 조성을 가지도록 혼합비율을 설정하여 혼합하였다. 산화물층(125)의 조성과 관련해서 자세한 내용은 후술하기로 한다.In the present invention, in one embodiment, the
혼합용액을 제조한 뒤, 혼합용액을 제1 유기용매와 상이한 제2 유기용매로 희석하여 전구체 용액(110)을 제조할 수 있다(S300, 도 2b). 이때, 상기 제2 유기용매는 아세트산 에스테르계 유기용매일 수 있다. After the mixed solution is prepared, the
혼합용액을 제1 유기용매와 상이한 제2 유기용매로 희석하여 기판(100) 상에 도포되는 전구체 용액(110)을 제조할 수 있는데, 제2 유기용매는 아세트산에틸(C4H8O2), 아세트산부틸(C6H12O2), 아세트산메틸(C3H6O2), 셀로솔브아세테이트(C6H12O3), 카비톨아세테이트(C10H20O4) 등의 아세트산 에스테르계 유기용매일 수 있다.The
제2 유기용매는 제조된 전구체 용액(110)이 기판 상에 도포될 때 기판(100)과의 접촉각 또는 젖음성을 고려하여 제1 유기용매와 다르게 산소원자를 포함하는 아세트산 에스테르계 유기용매가 사용될 수 있고, 이러한 제2 유기용매는 기판(100)의 젖음성을 높이고 표면에너지를 증가시켜 기판(100)과의 효과적인 접착이 일어날 수 있도록 할 수 있다. 다시 말해서, 산소원자를 포함하는 제2 유기용매가 사용된 전구체 용액(110)을 기판(100) 상에 도포할 시, 기판(100)과의 접촉각을 최소화하여 전구체 용액(110)의 젖음성 및 기판(100)과의 접착력을 효과적으로 개선시킬 수 있다. The second organic solvent may be an acetate-based organic solvent containing oxygen atoms different from the first organic solvent in consideration of the contact angle or wettability with the
따라서, 제1 유기용매와 상이하게 산소원자를 가지는 제2 유기용매를 전구체 용액 제조에 사용함으로써 기판(100) 표면에 접착성 및 친수성을 부여하기 위해 산소 플라즈마 처리를 따로 수행하지 않아도 기판(100)과 산화물 저항 박막(340)의 접합성을 향상시킬 수 있다.Therefore, by using the second organic solvent having oxygen atoms different from the first organic solvent in the preparation of the precursor solution, the
본 발명에서는 하나의 유기용매를 사용하여 전구체 용액(110)을 제조하지 않고, 서로 다른 제1 유기용매 및 제2 유기용매를 사용하고 두 단계로 나눠 전구체 용액(110)을 제조함으로써 산화 금속 유기화합물을 보다 효과적으로 용해시킬 수 있음과 동시에 기판(100)과의 접착성을 향상시킬 수 있다. 산화 금속 유기화합물을 제1 유기용매에 용해시키지 않고 바로 제2 유기용매에 용해시켜 전구체 용액(110)을 제조할 경우 기판(100)과의 접착성을 향상시킬 수는 있으나, 아세트산 에스테르계의 제2 유기용매는 극성 용매이므로 긴 사슬 길이를 가지는 산화 금속 유기화합물이 잘 용해되지 않아 산화물 저항 박막(340)이 제조되지 않을 수 있다.In the present invention, precursor solution (110) is not prepared using one organic solvent, and precursor solution (110) is prepared in two stages using different first organic solvent and second organic solvent, Can be more effectively dissolved and the adhesion with the
따라서, 긴 사슬 길이를 가진 산화 금속 유기화합물을 무극성 용매인 제1 유기용매에 용해시킴으로써 극성 용매인 제2 유기용매보다 더욱 잘 용해시킬 수 있고, 혼합용액을 제1 유기용매와는 상이한 제2 유기용매로 희석함으로써 기판(100)과 산화물 저항 박막(340)의 접합성을 향상시킬 수 있다.Therefore, by dissolving the metal oxide organic compound having a long chain length in the first organic solvent, which is a non-polar solvent, it is possible to dissolve the metal oxide organic compound more easily than the second organic solvent which is a polar solvent, The bonding property between the
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 몰농도에 따른 면저항을 나타내는 그래프이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 몰농도에 따른 비저항을 나타내는 그래프이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 몰농도에 따른 결정립 크기를 나타내는 사진이다.FIG. 3 is a graph showing the sheet resistance according to the molar concentration according to the embodiment of the present invention, FIG. 4 is a graph showing the resistivity according to the molar concentration according to the embodiment of the present invention, This is a photograph showing the grain size according to the molar concentration.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 상기 제2 유기용매에 대한 상기 복수의 산화 금속 전체의 몰농도는 0.1M 내지 0.4M일 수 있다.3 to 5, the molar concentration of the plurality of metal oxides with respect to the second organic solvent may be 0.1M to 0.4M.
본 발명은 전구체 용액(110)의 몰농도를 조절하여 산화물 저항 박막(340)의 미세구조 및 전기적 특성을 제어할 수 있는데, 여기서 전구체 용액(110)의 몰농도란 제2 유기용매에 대한 복수의 산화 금속 전체의 몰농도이다. 또한, 몰농도(M 또는 mol/L)가 증가할수록 저항 박막(340)의 결정립 크기가 증가해 비저항이 감소하고 저항 박막(340)의 미세구조가 개선될 수 있다. The present invention can control the microstructure and electrical properties of the oxide-resistive
먼저, 도 5에서 결정립 크기를 나타내는 미세구조 사진을 참조하면, 몰농도가 0.1M일 때는 결정립 성장이 국부적으로 일어났지만, 0.4M로 몰농도가 증가하면 결정립 성장이 전체적으로 균일하게 일어난 것을 확인할 수 있다.5, when the molar concentration is 0.1 M, the crystal growth occurs locally, but when the molar concentration is increased to 0.4 M, it can be seen that the crystal growth is uniformly performed as a whole .
전구체 용액(110)의 몰농도가 증가할수록 기판(100) 상에 도포되는 금속 이온이 증가하기 때문에 결정핵의 역할을 하는 금속 이온들이 균일하게 분포할 수 있고, 이에 따라 스피넬 결정구조가 형성되기 위한 결정핵 생성이 촉진되어 단위부피당 계면에너지 감소로 결정립 성장이 일어날 수 있다. 몰농도가 증가하여 저항 박막(340)의 결정립 크기가 커지게 되면 결정립 수의 감소 및 결정립계가 감소하게 되고, 결정립계가 감소하면 전위 이동을 방해하는 에너지 장벽이 감소하게 되어 전자 전도가 수월해질 수 있기 때문에 몰농도가 증가할수록 저항 박막(340)의 결정립 크기가 증가할 수 있고 이로 인한 에너지 장벽 감소로 비저항이 감소될 수 있다.As the molar concentration of the
저항 박막(340)의 비저항은 결정립 크기 뿐만 아니라 미세구조에도 영향을 받기 때문에 낮은 비저항을 갖기 위해선 저항 박막(340)의 미세구조가 균일하여야 하는데, 본 발명의 실시예에 따르면 전구체 용액(110)의 몰농도가 증가됨으로써 저항 박막(340)의 미세구조가 균일해짐과 동시에 저항 박막(340)의 결정구조를 개선시킬 수 있어 낮은 비저항을 가질 수 있다. 즉, 몰농도가 증가함에 따라 금속 이온들이 균일하게 분포함으로써 저항 박막(340)의 균일도는 증가하고 거칠기는 감소하여 저항 박막(340)의 결정구조가 개선될 수 있다.Since the resistivity of the resistive
전구체 용액(110)은 0.1M 내지 0.4M의 몰농도를 가질 수 있는데, 전구체 용액(110)의 몰농도가 0.1M 보다 낮아지게 되면 몰농도에 따른 점도가 너무 낮아 코팅되는 저항 박막(340)의 두께가 얇아지게 되고 도포되는 금속 이온의 양이 감소할 수 있다. 즉, 스피넬 결정구조가 형성되기 위한 결정핵(또는 금속 이온)의 감소로 결정립 성장이 어려워져 저항 박막의 비저항과 같은 전기적 특성을 측정할 수 없게 된다. 반면, 전구체 용액(110)의 몰농도가 0.4M 보다 커지게 되면 몰농도 증가에 따른 점도가 높아져 100nm보다 더 두꺼운 두께로 막이 형성되는데, 저항 박막(340)의 두께가 100nm를 초과하게 되면 막이 잘 증착되지 않고 탈리되는 현상이 발생해 기판(100)과의 접착성이 떨어지는 문제가 발생한다. 또한, 저항 박막(340)에 의해서 전기적 특성을 측정하게 되는데, 후술될 저항 박막(340)을 구성하는 전구체층(120)의 두께가 100nm를 초과하여 두껍게 형성되면 저항 박막(340)의 매우 두꺼운 두께로 인해 미세구조(거칠기, 균일도 등)가 불균일해져 전체적인 전기적 특성이 안 좋아지게 되고, 실제 볼로미터용 저항 박막에 적용하는데 있어서 제한이 되는 문제가 있다.The
따라서, 본 발명의 전구체 용액(110) 몰농도는 0.1M 내지 0.4M의 범위를 가질 수 있다.Accordingly, the molar concentration of the precursor solution (110) of the present invention may range from 0.1M to 0.4M.
전구체 용액(110)을 제조한 뒤, 전구체 용액(110)으로 상기 전구체층(120)을 형성하는 과정 이전에, 상기 기판(100) 상에 상기 산화 금속 유기화합물의 금속 중 적어도 어느 하나의 금속을 포함하는 금속층을 형성하는 과정을 더 포함할 수 있고, 상기 금속층은 물리적 기상 증착법으로 형성될 수 있다. At least one of the metals of the metal oxide organic compound may be formed on the
물리적 기상 증착법에 의한 금속층의 형성은 스퍼터링 증착법으로 증착될 수 있고, 스퍼터링 증착법은 통상적인 방법에 의하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다. The formation of the metal layer by the physical vapor deposition method can be deposited by a sputtering deposition method, and the sputtering deposition method is a conventional method, so a detailed description will be omitted.
금속층은 산화 금속 유기화합물의 금속 중 적어도 어느 하나의 금속을 포함할 수 있고, 금속층의 금속 원자들은 저항 박막(340)의 결정구조를 형성할 때 필요한 금속 원자들이 부착할 수 있는 결정 핵 또는 위치(site)를 제공하여 저항 박막(340)이 용이하게 성장할 수 있도록 할 수 있다. The metal layer may include at least one of metal of the metal oxide organic compound, and the metal atoms of the metal layer may be a crystal nucleus or a position (for example, site so that the resistance
금속층(또는 예비 산화물 시드층) 상에 전구체 용액을 코팅하여 형성되는 전구체층(120)은 후속 열처리에 의해 산화되어 산화물층(125)으로 변하기 때문에 본 발명에 따른 금속층은 전구체 용액에 포함된 산화 금속 유기화합물 중 적어도 어느 하나의 금속이 산화된 상태로서 결정 핵으로 제공하면 산화물층(125)의 결정 성장이 더욱 용이할 수 있다. 다시 말해, 금속층의 금속은 스피넬 결정구조의 저항 박막(340)을 형성할 때 필요로 하는 결정 핵을 제공해 줄 수 있고, 저항 박막(340)의 결정이 성장할 수 있는 위치를 제공해줄 수 있기 때문에 저항 박막(340)이 쉽게 성장할 수 있다.Since the
제1 유기용매에 각각 용해되는 복수의 산화 금속 유기화합물에서 상기 산화 금속은 산화 니켈, 산화 망간, 산화 구리 및 산화 크롬을 포함할 수 있다.In the plurality of metal oxide organic compounds dissolved in the first organic solvent, the metal oxide may include nickel oxide, manganese oxide, copper oxide and chromium oxide.
복수의 산화 금속 유기화합물은 산화 니켈을 포함하는 산화 금속 유기 화합물, 산화 망간을 포함하는 산화 금속 유기 화합물, 산화 구리를 포함하는 산화 금속 유기화합물 및 산화 크롬을 포함하는 산화 금속 유기화합물일 수 있고, 복수의 산화 금속 유기화합물이 제1 유기용매에 각각 용해되어 제조된 복수의 예비 전구체 용액은 한 실시예로 NiO, Mn2O3, CuO, Cr2O3 일 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 산화물층(125)이 [(NiyMn1-y-xCrx)Cu]3O4(x=0.08)의 조성을 가지도록 복수의 산화 금속 유기 화합물은 산화 니켈, 산화 망간, 산화 구리 및 산화 크롬을 포함할 수 있지만, 본 발명의 한 실시예일 뿐 이에 특별히 한정하지 않고 원하는 조성 또는 미리 설정된 비율에 따라서 다양한 산화 금속을 사용할 수 있다.The plurality of metal oxide organic compounds may be metal oxide organic compounds including nickel oxide, metal oxide organic compounds including manganese oxide, metal oxide organic compounds including copper oxide, and metal oxide organic compounds including chromium oxide, A plurality of pre-precursor solutions prepared by dissolving a plurality of metal oxide organic compounds in the first organic solvent may be NiO, Mn 2 O 3 , CuO, Cr 2 O 3 in one embodiment. That is, the
산화물층(125)이 [(NiyMn1-y-xCrx)Cu]3O4(x=0.08)의 조성을 가지도록 복수의 산화 금속 유기화합물은 산화 니켈, 산화 망간, 산화 구리 및 산화 크롬의 산화 금속을 포함할 수 있기 때문에, 산화물층(125)의 하부에서 결정핵 역할을 하기 위한 금속층은 복수의 산화 금속 유기화합물의 금속 중 적어도 어느 하나의 금속, 보다 자세히는 니켈, 망간, 구리 및 크롬 중 적어도 어느 하나의 금속을 포함할 수 있다.The plurality of metal oxide organic compounds may be at least one selected from the group consisting of nickel oxide, manganese oxide, copper oxide, and chromium oxide such that the
상기 금속층을 형성한 뒤 상기 전구체층(120)을 형성하는 과정 이전에, 상기 금속층을 상기 후속 열처리보다 낮은 온도에서 예비 열처리하여 산화물 시드층(130)으로 변화하는 과정을 더 포함할 수 있다.The method may further include a step of preheating the metal layer at a temperature lower than the temperature of the next heat treatment to form the
금속층의 니켈, 망간, 구리 및 크롬 중 적어도 어느 하나의 금속이 결정 핵 역할을 하기 위해 산화물 시드층(130)으로 변하기 위한 예비 열처리는 후속 열처리보다 낮은 온도에서 수행될 수 있다. 즉, 산화물층(125)의 결정 성장을 용이하게 하기 위해 후속 열처리보다 낮은 온도와 산소 분위기 또는 대기 중에서 금속층의 산화를 위한 예비 열처리를 수행하여 금속층을 시드층 역할을 하는 예비 산화물 시드층으로 변화시킬 수 있다.At least any one metal of nickel, manganese, copper, and chromium in the metal layer is changed to the
이때, 금속층을 예비 열처리를 하여 변한 예비 산화물 시드층은 후속 열처리를 통해 전구체층(120)이 산화물층(125)으로 변화되기 전인, 즉 산화물층(125)과 결합된 상태가 아니기 때문에 스피넬 결정구조가 아닌 시드층 역할을 하기 위한 예비 산화물 시드층일 수 있다.Since the pre-oxide seed layer changed by the preliminary heat treatment of the metal layer is not in a state of being coupled with the
산화물 시드층(130) 상에 형성되는 전구체층(120)은 후속 열처리를 통해 산화물층(125)으로 변하기 때문에 예비 열처리를 한 금속층(예를 들어, 구리 금속층)은 Cu에서 CuOx로 변화하여 시드층 역할을 하기 위한 예비 산화물 시드층으로 형성될 수 있고, 산화된 금속층인 예비 산화물 시드층 상부에 최종적으로 형성되는 산화물층(125)의 결정 성장을 용이하게 해주는 예비 산화물 시드층일 수 있다. Since the
금속층을 산화하여 예비 산화물 시드층으로 변화시키기 위한 예비 열처리가 꼭 수행되는 것은 아니며, 전구체층(120)을 형성하기 전에 예비 열처리가 수행되지 않더라도 전구체층(120)을 산화 분위기에서 후속 열처리하여 산화물층(125)으로 변화시킬 때, 전구체층(120)뿐만 아니라 금속층까지 산화하여 산화된 금속층인 산화물 시드층(130)으로 형성될 수 있다.A precursor heat treatment for oxidizing the metal layer to the precursor seed layer is not necessarily performed and the
따라서, 시드층 역할을 하기 위한 예비 산화물 시드층은 스피넬 결정구조의 저항 박막(340)을 형성할 때 필요로 하는 결정 핵을 제공해 줄 수 있고, 저항 박막(340)의 결정이 성장할 수 있는 위치를 제공해줄 수 있기 때문에 [(Ni,Mn,Cr)Cu]3O4의 조성을 가지는 저항 박막(340)이 쉽게 성장될 수 있다.Therefore, the pre-oxide seed layer for serving as the seed layer can provide the crystal nuclei necessary for forming the resistive
금속층을 예비 산화물 시드층으로 변화시킨 뒤, 기판(100) 상에 도 2c와 같은 스핀코터 및 전구체 용액(110)을 이용하여 액상 공정으로 전구체층(120)을 형성할 수 있다(S400, 도 2c). 이때, 상기 전구체층(120)은 금속 유기 분해법으로 형성될 수 있다.The
예비 산화물 시드층(미도시)이 형성된 기판(100)을 지지유닛(210) 상에 안착시키고, 노즐(220)을 이용하여 예비 산화물 시드층 상으로 전구체 용액(110)을 투여한다. 예비 산화물 시드층 상에 전구체 용액(110)을 도포하면서 지지유닛(210)을 회전시켜 기판(100)을 회전시킬 수 있다. 이에, 전구체 용액(110)이 고르게 퍼지면서 예비 산화물 시드층 상에 안정된 두께를 가지도록 코팅될 수 있다. The
그리고, 전구체 용액(110)이 코팅되어 형성된 전구체층(120) 내에 함유된 용매 또는 유기잔존물은 저항 박막(340)의 품질을 저하시킬 수 있기 때문에 전구체층(120) 내 유기용매 또는 유기잔존물을 제거하기 위해 후속 열처리를 수행하기 전에 후속 열처리보다 낮은 온도, 빠른 유지시간에서 예비 후속 열처리가 수행될 수 있다. Since the solvent or organic residues contained in the
금속 유기 분해법은 전구체 용액(110)을 이용하는 습식 화학적 박막 제조방법으로 원하는 화학양론 비를 그대로 유지할 수 있으며, 진공장치가 필요 없고 공정이 간단하여 기판(100)에 신속하게 저항 박막(340)을 제조할 수 있는 장점이 있다. 본 발명에 따른 전구체층(120)은 금속 유기 분해법으로 형성하였으나, 이에 한정되지 않고 다양한 액상 공정법이 선택될 수 있다.The metal organic decomposition method can maintain the desired stoichiometric ratio by the wet chemical thin film manufacturing method using the
예비 후속 열처리를 수행하여 전구체층(120) 내 유기용매 또는 유기잔존물을 제거한 뒤, 전구체층(120)을 산화 분위기에서 후속 열처리하여 산화물층(125)으로 변화시킬 수 있다(S500). 이때, 상기 후속 열처리는 300℃ 내지 400℃의 온도 범위에서 수행될 수 있다.The
예비 산화물 시드층 상에 형성된 전구체층(120)을 산화물층(125)으로 변화시키고, 치밀화 및 결정화 또는 높은 저항온도계수, 낮은 비저항, 낮은 1/f 노이즈, 우수한 환경적 안정성에 최대한 만족하도록 개선시키기 위하여 전구체층(120)에 대해서 후속 열처리를 실시할 수 있다. The
예비 산화물 시드층 상에 형성된 전구체층(120)의 후속 열처리를 진행하면 전구체층(120)이 산화물층(125)으로 변하게 되는데, 전구체층(120)이 후속 열처리를 통해 산화물층(125)으로 변함과 동시에 산화물층(125)의 금속 산화물 결정 입자들과 산화물층(125) 하부에 형성된 예비 산화물 시드층의 금속 산화물 결정 입자들이 상호 결합되면서 예비 산화물 시드층이 산화물층(125)에 결정핵을 제공하는 스피넬 결정구조의 산화물 시드층(130)으로 변화될 수 있다. 즉, 산화물층(125)의 니켈, 망간, 구리 및 크롬 결정 입자들은 산화물층(125) 하부에 형성된 예비 산화물 시드층으로 확산, 침투될 수 있고, 이에 따라 예비 산화물 시드층은 산화물층(125)과 같은 [(Ni,Mn,Cr)Cu]3O4의 조성을 가지는 스피넬 결정구조로 이루어지는 산화물 시드층(130)으로 될 수 있다.As the subsequent heat treatment of the
볼로미터를 형성할 때 주위 환경으로부터 저항 박막(340)으로 열전도 되는 것을 최소화하기 위하여 저항 박막(340)이 기판(100)과 서로 접촉되지 않고 이격 공간(360)에 의해 이격되어 분리되도록 기판(100) 상에 폴리이미드(PI) 등과 같은 유기물 희생층(330)이 형성될 수 있는데, 일반적으로 금속 유기 분해법으로만 증착된 저항 박막(340)의 경우 저항 박막(340)을 결정화하기 위한 후속 열처리온도가 450℃ 이상으로 높아 유기물 희생층(330)의 유기물이 끓어오르는 현상이 발생하는 버블링 문제가 발생할 수 있고, 높은 후속 열처리 온도로 인해 판독집적회로의 손상 및 회로와 저항 박막(340) 간의 열팽창계수 불일치로 인한 변형이 발생할 수 있다. 따라서, 높은 열처리 온도로 인해 발생하는 판독집적회로의 손상 및 버블링 문제를 완전히 방지하기 위해서는 400℃ 이하의 낮은 후속 열처리 온도가 요구될 수 있다.In order to minimize the thermal conduction from the surrounding environment to the
본 발명의 실시예에 따른 후속 열처리는 300℃ 내지 400℃의 온도 범위에서 수행될 수 있는데, 전구체 용액(110)의 몰농도가 증가할수록 많은 금속 이온들이 결정화에 쉽게 기여할 수 있기 때문에 몰농도 조절을 통한 비저항의 감소 뿐만 아니라 결정화에 필요한 후속 열처리 온도를 400℃ 이하로 감소시켜 고온의 열처리 없이 산화물 저항 박막(340)을 안정적으로 제조할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 저항 박막(340)은 몰농도 조절을 통해 저항 박막(340)의 결정구조를 개선시킴으로써 결정 성장에 필요한 후속 열처리 온도가 감소될 수 있고, 감소된 300℃ 내지 400℃의 후속 열처리 온도에서도 스피넬 결정구조가 형성될 수 있다.The post heat treatment according to the embodiment of the present invention can be performed at a temperature range of 300 ° C to 400 ° C. As the molar concentration of the
결정화에 필요한 후속 열처리를 300℃ 미만의 온도에서 수행하면, 온도가 충분히 높지 않아 전구체층(120)이 산화물층(125)으로 변화되지 않을 수 있고, 이에 따라 저항 박막(340)이 스피넬 결정구조로 형성될 수 없게 될 수 있다. 또한, 400℃를 초과하는 온도에서 후속 열처리가 수행되면, 전술한 바와 같이 열처리 온도가 너무 높아 판독집적회로가 손상될 수 있고, 유기물 희생층(330)의 버블링 문제가 일어날 수 있다. If the subsequent heat treatment required for crystallization is carried out at a temperature of less than 300 ° C., the temperature may not be sufficiently high and the
따라서, 300℃ 내지 400℃에서의 후속 열처리는 450℃보다 높은 온도로 후속 열처리하는 온도보다 낮은 온도이어서 본 발명에 따른 저항 박막(340)을 실제 볼로미터용 저항 박막(340)에 적용하였을 경우 높은 온도의 공정으로 인하여 발생했던 하부 기판(100)에 형성된 판독집적회로가 손상되는 문제점을 근본적으로 차단할 수 있고, 유기물 희생층(330)의 폴리이미드 버블링 문제를 완전히 해소할 수 있기 때문에 저항 박막(340)을 만드는데 용이하게 이용될 수 있다. Therefore, the subsequent heat treatment at 300 ° C to 400 ° C is a temperature lower than the temperature at which the subsequent heat treatment is performed at a temperature higher than 450 ° C. Therefore, when the resistive
상기 산화물층(125)은 입방정 스피넬(Cubic spinel) 결정 구조로 이루어지고, 하기 화학식 1의 화합물 조성을 가질 수 있다. <화학식 1> [(NiyMn1-y-xCrx)Cu]3O4, 상기 x는 0.04 ≤ x ≤ 0.20이다. 또한, 상기 산화물 저항 박막(340)은 상온에서의 비저항이 2Ω·cm 미만일 수 있다.The
후속 열처리한 산화물층(125)은 [(NiyMn1 -y- xCrx)Cu]3O4 (0.04 ≤ x ≤ 0.20)의 조성을 가질 수 있고, 산화물층(125)의 조성은 산화물층(125)과 산화물 시드층(130) 전체에 대한 조성으로 정하여도 산화물 시드층(130)의 부피는 산화물층(125)보다 작기 때문에 전체 조성범위는 크게 차이 나지 않을 수 있다.
산화물층(125) 조성에서 니켈의 함량인 y는 0.20 ≤ y ≤ 0.40일 수 있는데, 니켈이 0.20 이상 0.40 이하의 조성을 가질 때, 본 발명의 실시예에 따른 저항 박막(340)이 스피넬 결정구조를 이룰 수 있고, 균일한 미세구조를 얻어 저항 박막(340)의 결정구조가 개선될 수 있다. 전술한 바와 같이 저항 박막(340)의 비저항은 미세구조에 영향을 받을 수 있기 때문에 낮은 비저항을 갖기 위해선 저항 박막(340)의 미세구조가 균일하여야 한다. 따라서, 니켈이 0.20 이상 0.40 이하의 조성을 가질 때 저항 박막(340)의 미세구조가 균일해짐과 동시에 저항 박막(340)의 결정구조가 개선될 수 있어서 낮은 비저항을 가질 수 있다. 하지만, 니켈이 0.20 미만 또는 0.40보다 큰 조성을 가지게 될 경우 스피넬 결정상이 아닌 다른 상으로 상 변화가 일어날 수 있고, 이에 따라 목표로 하는 낮은 비저항을 가질 수 없게 될 수 있다.Y may be 0.20? Y? 0.40 in the composition of the
각각의 예비 전구체 용액을 미리 설정된 비율로 혼합하여 전술한 혼합용액을 제조할 때, 혼합 비율은 산화물층(125)이 [(NiyMn1-y-xCrx)Cu]3O4(0.04 ≤ x ≤ 0.20)의 조성을 가질 수 있도록 설정할 수 있고, 혼합용액의 혼합비율을 통해 산화물층(125)이 [(NiyMn1-y-xCrx)Cu]3O4(0.04 ≤ x ≤ 0.20)의 조성을 가질 때 산화물 저항 박막(340)은 전구체 용액(110)의 몰농도 조절을 통해 2Ω·cm 이하의 매우 낮은 비저항(도 4 참조)을 가질 수 있다. When each of the precursor precursor solutions is mixed at a preset ratio to produce the above-mentioned mixed solution, the mixing ratio is such that the
적외선 흡수에 의한 온도 변화에 따라서 저항 값이 변하는 산화물 저항 박막(340)은 그 저항이 높을수록 볼로미터의 노이즈가 증가하기 때문에 낮은 비저항을 갖는 것이 요구되며, 높은 비저항을 갖게 되면 마이크로 어레이 엘이디 및 엘이디 패키지 제작시 특성 구현이 힘들게 되는 문제점이 있다. 하지만, 본 발명에 따른 산화물 저항 박막(340)은 산화물층(125)이 [(NiyMn1-y-xCrx)Cu]3O4(0.04 ≤ x ≤ 0.20)의 조성을 가지고, 전구체 용액(110)이 0.1M 내지 0.4M의 몰농도를 가질 때 2Ω·cm 미만의 매우 낮은 비저항을 가질 수 있다.The oxide resistive
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 산화물 저항 박막(340) 제조방법은 400℃ 이하의 낮은 열처리 온도에서 형성된 산화물 저항 박막(340)이 2Ω·cm 이하의 매우 낮은 비저항을 가질 수 있어 비냉각형 적외선 검출기의 노이즈를 감소시킬 수 있고, 실제 볼로미터용 저항 박막(340)에 적용할 경우 우수한 적외선 검출특성 및 전기적 특성을 갖는 볼로미터 및 적외선 검출 소자를 제작하는 것이 가능할 수 있다.Accordingly, the oxide-resistive
도 6은 본 발명의 다른 실시에에 따른 볼로미터의 제조공정을 나타내는 단면도이다.6 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a bolometer according to another embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 볼로미터 제조방법은 신호처리 회로가 형성된 기판(310)을 제공하는 과정; 상기 기판(310) 상부면에 이격 형성되어, 상기 신호처리 회로의 전기신호를 전달하는 복수의 금속패드(320)를 형성하는 과정; 상기 기판(310) 상에 유기물 희생층(330)을 형성하는 과정; 상기 유기물 희생층(330) 상에 상기 어느 한 항의 제조방법으로 산화물 저항 박막(340)을 형성하는 과정; 및 상기 유기물 희생층(330) 및 상기 산화물 저항 박막(340)을 패턴화하는 과정을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6, a method of manufacturing a bolometer according to another embodiment of the present invention includes: providing a
우선, 신호처리 회로(미도시)가 형성된 기판(310)을 제공할 수 있다(도 6a). 이러한 기판(310)은 내부에 적외선 검출을 위한 신호처리 회로를 포함할 수 있으며, SiNx wafer일 수도 있고 실리콘 등의 반도체 재료로 이루어질 수도 있는데 그 재료와 구조에 특별히 제한되지 않는다.First, a
신호처리 회로가 형성된 기판(310) 상에 스퍼터링 증착법과 같은 물리적 기상 증착법으로 신호처리 회로와 전기적으로 연결되는 금속패드(320)를 증착할 수 있다. 이러한 금속패드(320)는 물리적 기상 증착법으로 증착할 수도 있으나, 이에 한정되지 않고 다양한 증착방법으로 증착할 수 있다. A
금속패드(320)를 증착한 뒤, 금속패드(320) 상에 감광액을 도포하여 포토리소그래피 공정에 의해 원하는 부위에만 금속패드(320)를 남기게끔 노광 및 현상하고 에칭하여 기판(310) 상에 이격 형성되어, 신호처리 회로와 전기적으로 연결되는 금속패드(320) 패턴이 형성될 수 있다. 이러한 금속패드(320)는 후술되는 지지부재(350)의 전도성 물질과 접촉되어 저항 박막(340)에 연결될 수 있다. After the
그 다음, 후술될 이격 공간(360)을 형성시키기 위하여 유기물 희생층(330)을 금속패드(320)가 형성된 기판(310) 상에 스핀 코팅(spin coating)법 등에 의하여 도포할 수 있다(도 6b). 유기물 희생층(330)은 일반적으로 고온에서 안정한 폴리이미드(polyimide)를 이용할 수 있다.The organic
유기물 희생층(330)을 형성한 후, 유기물 희생층(330) 상에 상기 어느 한 항의 제조방법으로 산화물 저항 박막(340)을 형성할 수 있다. After forming the organic
산화물 저항 박막(340) 제조방법은 복수의 산화 금속 유기화합물을 제1 유기용매에 각각 용해시켜 복수의 예비 전구체 용액을 준비하는 과정; 각각의 상기 예비 전구체 용액을 미리 설정된 비율로 혼합하여 혼합용액을 제조하는 과정; 상기 혼합용액을 상기 제1 유기용매와 상이한 제2 유기용매로 희석하여 전구체 용액(110)을 제조하는 과정; 기판(100) 상에 상기 전구체 용액(110)을 이용하여 액상 공정으로 전구체층(120)을 형성하는 과정; 및 상기 전구체층(120)을 산화 분위기에서 후속 열처리하여 산화물층(125)으로 변화하는 과정을 포함할 수 있다.The oxide thin film (340) may be prepared by dissolving a plurality of metal oxide organic compounds in a first organic solvent to prepare a plurality of pre-precursor solutions; Mixing each of the precursor precursor solutions at a preset ratio to prepare a mixed solution; Preparing a
복수의 예비 전구체 용액을 준비하는 과정에서 사용되는 제1 유기용매는 톨루엔(C6H5CH3), 크실렌(C6H4(CH3)2), 나프탈렌(C10H8), 안트라센(C14H10) 등의 방향족 탄화수소계 유기용매일 수 있고, 혼합용액을 희석하는 제2 유기용매는 제1 유기용매와 상이한 아세트산에틸(C4H8O2), 아세트산부틸(C6H12O2), 아세트산메틸(C3H6O2), 셀로솔브아세테이트(C6H12O3), 카비톨아세테이트(C10H20O4) 등의 아세트산 에스테르계 유기용매일 수 있다.The first organic solvent used in the preparation of the plurality of precursor precursors may be toluene (C 6 H 5 CH 3 ), xylene (C 6 H 4 (CH 3 ) 2 ), naphthalene (C 10 H 8 ) C 14 H 10 ), and the second organic solvent for diluting the mixed solution is an organic solvent such as ethyl acetate (C 4 H 8 O 2 ), butyl acetate (C 6 H 12 O 2 ), methyl acetate (C 3 H 6 O 2 ), cellosolve acetate (C 6 H 12 O 3 ), and carbitol acetate (C 10 H 20 O 4 ).
보다 자세히는, 극성이 작아 소수성을 띄는 산화 금속 유기화합물은 긴 사슬 길이를 가지기 때문에 극성 용매에 잘 용해되지 않고, 소수성 특성에 의해 벤젠, 톨루엔, 크실렌 등과 같은 무극성 용매에 더 잘 용해될 수 있기 때문에 우선적으로 복수의 산화 금속 유기화합물을 무극성 용매인 제1 유기용매에 각각 용해시켜 복수의 예비 전구체 용액을 준비할 수 있다.More specifically, since the metal oxide organic compound having a small polarity and having a small polarity has a long chain length, it can not be dissolved in a polar solvent and can be dissolved in a non-polar solvent such as benzene, toluene, xylene and the like owing to its hydrophobic property A plurality of preliminary precursor solutions can be prepared by first dissolving a plurality of metal oxide organic compounds in a first organic solvent which is a nonpolar solvent.
복수의 예비 전구체 용액을 산화물층(125)이 [(NiyMn1-y-xCrx)Cu]3O4(x=0.08)의 조성을 가지도록 혼합하여 혼합용액을 제조하고 이 혼합용액을 제1 유기용매와 상이한 제2 유기용매로 희석하여 전구체 용액(110)을 제조할 수 있는데, 제2 유기용매는 제1 유기용매와 다르게 각각의 유기용매 모두 산소원자를 포함하고 있기 때문에 기판(100)과 저항 박막(340) 사이의 접합성을 향상시킬 수 있다.A plurality of preliminary precursor solutions are mixed so that the
따라서, 하나의 유기용매를 사용하여 전구체 용액(110)을 제조하지 않고, 제1 유기용매 및 제1 유기용매와 상이한 제2 유기용매를 사용하여 두 차례에 걸쳐 전구체 용액(110)을 제조함으로써 산화 금속 유기화합물을 효과적으로 용해시킬 수 있음과 동시에 기판(100)과의 접착성을 향상시킬 수 있다.Therefore, instead of using the single organic solvent to prepare the
또한, 전구체 용액(110)의 몰농도는 농도 변화에 따라 점도가 달라져 결정립 크기, 두께, 균일도, 거칠기 등과 같은 저항 박막(340)의 미세구조에 영향을 미치므로 전기적 특성을 제어하기 위해서는 우선적으로 몰농도 조절이 필요할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 전구체 용액(110)의 몰농도를 0.1M 내지 0.4M 범위에서 조절하여 저항 박막(340)의 결정구조를 개선시킬 수 있고, 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.The molar concentration of the
이러한 방법으로 제조된 산화물 저항 박막(340)은 전기적 특성이 향상되어 상온에서의 비저항이 2Ω·cm 이하일 수 있고, 이에, 볼로미터의 적외선 검출 감도와 온도 안정성을 향상시킬 수 있다.The oxide resistive
유기물 희생층(330) 상에 형성되는 산화물 저항 박막(340) 제조방법은 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 제1 실시예와 동일하므로 상세한 서술은 도 1 내지 도 5 및 제1 실시예를 참조하기로 한다.The method of manufacturing the oxide-resistive
기판(310) 상에 유기물 희생층(330) 및 산화물 저항 박막(340)이 형성되면, 저항 박막(340) 상에 감광액을 도포하여 포토리소그래피 공정에 의해 원하는 부위에만 유기물 희생층(330) 및 저항 박막(340)이 남아있게끔 노광 및 현상하고 에칭하여 유기물 희생층(330)과 저항 박막(340)을 패터닝하여 금속패드(320) 일부가 노출되도록 할 수 있다(도 6c).When the organic
그 다음, 일측이 상기 금속패드(320)와 연결되고 타측이 상기 저항 박막(340)과 연결되는 지지부재(350)를 형성하는 과정을 더 포함할 수 있다(도 6d).Next, the method may further include forming a
지지부재(350)는 금속패드(320)와 저항 박막(340)을 연결하여 저항 박막(340)을 지지하는데, 이러한 지지부재(350)는 금속패드(320)로부터 상부로 연장된 적어도 한 쌍의 지지부재(350) 형상으로 이루어질 수 있다.The
지지부재(350)의 돌출 부위의 하면과 맞닿는 부위에 저항 박막(340)이 접촉될 수 있고, 저항 박막(340)을 지지할 수 있도록 충분한 기계적 강도를 가지는 한편 주위와의 열전도를 최소화하기 위하여 그 단면적이 작도록 형성되고, 열전도를 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 즉, 전도성 및 기계적 안정성을 위하여 알루미늄이나 티타늄, 텅스텐과 같은 단일 혹은 복합 금속을 사용할 수 있다.The resistance
또한, 지지부재(350)는 기판(310)과 저항 박막(340)을 전기적으로 연결하는 전도층(미도시)을 더 포함할 수 있는데, 지지부재(350)의 전도층은 저항 박막(340)과 신호처리 회로 사이를 전기적으로 연결해주는 전도성 물질을 더 포함할 수 있다. The supporting
전도성 물질을 포함하는 지지부재(350)를 형성하는데 지지부재(350)는 저항 박막(340)을 지지하는 기능을 수행할 뿐만 아니라, 전도성 물질을 통하여 저항 박막(340)과 금속패드(320)를 통해 신호처리 회로가 전기적으로 연결되게 할 수 있다.The
그 다음, 상기 유기물 희생층(330)을 제거하는 과정을 더 포함할 수 있다(도 6e).Next, the organic
유기물 희생층(330)은 산소를 포함하는 반응가스를 이용하여 플라즈마 연소하여 제거하여 도 6e에 도시된 바와 같이 이격 공간(360)을 형성할 수 있다. 유기물 희생층(330)이 형성된 기판(310)과 저항 박막(340) 사이의 공간은 이격 공간(360)으로 남게되고, 이격 공간(360)의 이격 간격에 의하여 광학적 공진구조를 제공할 수 있게 된다. 따라서, 주위 환경으로부터 볼로미터용 저항 박막(340)으로 열전도 되는 것을 최소화하기 위하여 저항 박막(340)이 기판(310)과 서로 접촉되지 않고 이격 공간(360)에 의해 이격되어 분리되도록 할 수 있다.The organic
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 아래에 기재될 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Although the present invention has been described in detail with reference to the specific embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited by the described embodiments, but should be defined by the appended claims, as well as the appended claims.
100,310 : 기판 110 : 전구체 용액
120 : 전구체층 125 : 산화물층
130 : 산화물 시드층 210 : 지지유닛
220 : 노즐 320 : 금속패드
330: 유기물 희생층 340 : 산화물 저항 박막
350 : 지지부재 360 : 이격 공간100, 310: substrate 110: precursor solution
120: precursor layer 125: oxide layer
130: oxide seed layer 210: support unit
220: nozzle 320: metal pad
330: organic sacrificial layer 340: oxide resistive thin film
350: support member 360: spacing space
Claims (15)
각각의 상기 예비 전구체 용액을 미리 설정된 비율로 혼합하여 혼합용액을 제조하는 과정;
상기 혼합용액을 상기 제1 유기용매와 상이한 극성의 제2 유기용매로 희석하여 전구체 용액을 제조하는 과정;
기판 상에 상기 전구체 용액을 이용하여 액상 공정으로 전구체층을 형성하는 과정; 및
상기 전구체층을 산화 분위기에서 후속 열처리하여 산화물층으로 변화하는 과정을 포함하고,
상기 제2 유기용매는 산소원자를 포함하며,
상기 후속 열처리는 300 내지 400℃의 온도 범위에서 수행되고,
상기 산화물층은 입방정 스피넬(Cubic spinel) 결정 구조로 이루어지며, 하기 화학식 1의 화합물 조성을 갖는 산화물 저항 박막 제조방법.
<화학식 1>
[(NiyMn1-y-xCrx)Cu]3O4 (상기 x는 0.04 ≤ x ≤ 0.2이고, 상기 y는 0.2 ≤ y ≤ 0.4이다.)
Preparing a plurality of preliminary precursor solutions in which a plurality of metal oxide organic compounds each containing a plurality of metal oxides are respectively dissolved in a first nonporous organic solvent;
Mixing each of the precursor precursor solutions at a preset ratio to prepare a mixed solution;
Diluting the mixed solution with a second organic solvent having a polarity different from that of the first organic solvent to prepare a precursor solution;
Forming a precursor layer on the substrate by a liquid phase process using the precursor solution; And
And subsequent heat treatment of the precursor layer in an oxidizing atmosphere to change into an oxide layer,
Wherein the second organic solvent comprises an oxygen atom,
The subsequent heat treatment is performed at a temperature ranging from 300 to 400 캜,
Wherein the oxide layer has a cubic spinel crystal structure and has a composition of a compound represented by the following formula (1).
≪ Formula 1 >
[(Ni y Mn 1- y x Cr x ) Cu] 3 O 4 wherein x is 0.04? X? 0.2 and y is 0.2? Y? 0.4.
상기 제1 유기용매는 방향족 탄화수소계 유기용매인 산화물 저항 박막 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the first organic solvent is an aromatic hydrocarbon organic solvent.
상기 제2 유기용매는 아세트산 에스테르계 유기용매인 산화물 저항 박막 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the second organic solvent is an acetate-based organic solvent.
상기 제2 유기용매에 대한 상기 복수의 산화 금속 전체의 몰농도는 0.1M 내지 0.4M인 산화물 저항 박막 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the molar concentration of the plurality of metal oxides relative to the second organic solvent is 0.1M to 0.4M.
상기 전구체층은 금속 유기 분해법으로 형성되는 산화물 저항 박막 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the precursor layer is formed by a metal organic decomposition method.
상기 산화 금속은 산화 니켈, 산화 망간, 산화 구리 및 산화 크롬을 포함하는 산화물 저항 박막 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the metal oxide comprises nickel oxide, manganese oxide, copper oxide, and chromium oxide.
상기 전구체층을 형성하는 과정 이전에,
상기 기판 상에 상기 산화 금속 유기화합물의 금속 중 적어도 어느 하나의 금속을 포함하는 금속층을 형성하는 과정을 더 포함하는 산화물 저항 박막 제조방법.
The method according to claim 1,
Before the process of forming the precursor layer,
And forming a metal layer including at least one metal of the metal oxide organic compound on the substrate.
상기 금속층은 물리적 기상 증착법으로 형성되는 산화물 저항 박막 제조방법.
The method of claim 8,
Wherein the metal layer is formed by physical vapor deposition.
상기 금속층을 형성한 뒤 상기 전구체층을 형성하는 과정 이전에,
상기 금속층을 상기 후속 열처리보다 낮은 온도에서 예비 열처리하여 산화물 시드층으로 변화하는 과정을 더 포함하는 산화물 저항 박막 제조방법.
The method of claim 8,
Before forming the metal layer and forming the precursor layer,
Further comprising the step of subjecting the metal layer to a preliminary heat treatment at a temperature lower than the temperature of the subsequent heat treatment to change into an oxide seed layer.
상기 산화물 저항 박막은 상온에서의 비저항이 2Ω·cm 미만인 산화물 저항 박막 제조방법.
The method according to any one of claims 1 to 5, and claims 7 to 10,
Wherein the oxide resistive thin film has a specific resistance at room temperature of less than 2? Cm.
상기 기판 상부면에 이격 형성되어, 상기 신호처리 회로의 전기신호를 전달하는 복수의 금속패드를 형성하는 과정;
상기 기판 상에 유기물 희생층을 형성하는 과정;
상기 유기물 희생층 상에 제1항 내지 제5항, 및 제7항 내지 제10항 중의 어느 한 항의 제조방법으로 산화물 저항 박막을 형성하는 과정; 및
상기 유기물 희생층 및 상기 산화물 저항 박막을 패턴화하는 과정을 포함하는 볼로미터 제조방법.
Providing a substrate on which a signal processing circuit is formed;
Forming a plurality of metal pads spaced apart from the upper surface of the substrate to transmit an electric signal of the signal processing circuit;
Forming an organic sacrificial layer on the substrate;
Forming an oxide resistive thin film on the organic sacrificial layer by the manufacturing method of any one of claims 1 to 5 and 7 to 10; And
And patterning the organic sacrificial layer and the oxide-resistant thin film.
일측이 상기 금속패드와 연결되고 타측이 상기 산화물 저항 박막과 연결되는 지지부재를 형성하는 과정을 더 포함하는 볼로미터 제조방법.
14. The method of claim 13,
And forming a support member having one side connected to the metal pad and the other side connected to the oxide resistive thin film.
상기 유기물 희생층을 제거하는 과정을 더 포함하는 볼로미터 제조방법.
14. The method of claim 13,
And removing the organic sacrificial layer.
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