KR102259240B1 - Rtp 방법을 이용한 봉지층의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자를 제조하는 과정에서 도입되는 봉지층의 제조방법과 관련된 것으로서, 본 발명의 일 측에 따르는 면 소스 진공증착 방식을 이용한 반도체 소자 봉지층의 제조방법은, 적층 구조가 형성된 반도체 소자 기판을 준비하는 단계; 상기 반도체 소자 기판 상에 증착 공정을 이용해서 봉지층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 봉지층을 형성하는 단계는, 제1 무기물층을 형성하는 단계, 상기 제1 무기물층 상의 유기물층을 형성하는 단계 및 상기 유기물층 상의 제2 무기물층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 유기물층을 형성하는 단계는, 면 소스(plane source) 진공증착 방식에 의해 유기물을 증착하는 것이다.
Description
본 발명은 반도체 소자에 있어서 기판에 형성된 소자 상에 인캡슐레이션된 봉지층의 제조방법에 관한 것이다.
반도체 소자는 기판 상의 소자를 수분이나 산소 등으로부터 보호할 필요가 있다. 일 예로서, 특히 유기 반도체 소자의 경우에는 유기물을 포함하므로 수분이나 산소에 취약하며, 유기물이 공기 중의 수분이나 산소에 의해 쉽게 산화되거나 도핑되는 효과로 인해 전기적 특성이 열화된다.
이러한 문제를 방지하기 위해 금속 재질의 캔이나 컵 형태로 제작된 용기 또는 유리나 플라스틱 등으로 이루어진 봉지 기판을 반도체 소자가 형성된 기판과 대향되도록 배치한 후 에폭시와 같은 실런트로 밀봉시키는 기술이 이용되어 왔다.
그러나 이와 같이 용기나 봉지 기판을 사용하는 봉지 기술은 두께가 얇거나 플렉시블한 반도체 소자에는 적용이 어려운 단점이 있었다. 이에 두께가 얇거나 플렉시블한 반도체 소자의 밀봉을 위한 박막 봉지층 제조 기술이 다양하게 제안되었다.
반도체 소자의 밀봉을 위한 봉지층 제조 기술 중 단일층으로 이루어진 봉지층의 경우, 진공증착법, 원자층 증착법 또는 스핀 코팅법 등을 통해 알루미늄, 알루미나 등의 무기물 소재 또는 폴리비닐알코올, 파릴렌 등의 유기물 소재를 박막으로 형성하는 것이 일반적으로 사용되었다.
그러나, 무기층으로만 이루어진 봉지막은 유연성이 떨어지는 단점이 있고, 유기층으로만 이루어진 봉지막은 유연하지만 무기물 소재에 비해 수분이나 산소의 침투를 방지하는 베리어 특성이 현저히 떨어지는 단점이 있어, 무기층과 유기층을 모두 포함하는 다층으로 이루어진 봉지막이 보고되고 있다.
그러나 유기층을 포함하는 경우와 무기층을 포함하는 경우 각각 적용되는 소재로 인한 특성상, 유연성이 떨어지거나 용매를 이용하여야 하는 등의 문제가 발생하였다.
따라서, 유연성을 확보하면서 대기중 수분이나 산소로부터 플렉시블 유기 반도체 소자를 효과적으로 밀봉할 수 있는 치밀한 봉지층 소재의 그 제조방법에 대한 추가 연구가 필요한 상황이다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 비교적 간단한 방식을 이용하여, 반도체 소자에 증착 형성되는 봉지층을 치밀하게 제조할 수 있는 방법을 제안하기 위함이다.
본 발명의 목적은 특별한 증착 장치의 복잡한 설계 변경 없이도, 간단한 방법을 이용하여 치밀하게 반도체 소자 상에 봉지층을 형성하는 방법을 제안하기 위한 것이다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측에 따르는 면 소스 진공증착 방식을 이용한 반도체 소자 봉지층의 제조방법은, 적층 구조가 형성된 반도체 소자 기판을 준비하는 단계; 상기 반도체 소자 기판 상에 증착 공정을 이용해서 봉지층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 봉지층을 형성하는 단계는, 제1 무기물층을 형성하는 단계, 상기 제1 무기물층 상의 유기물층을 형성하는 단계 및 상기 유기물층 상의 제2 무기물층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 유기물층을 형성하는 단계는, 면 소스(plane source) 진공증착 방식에 의해 유기물을 증착하는 것이다.
일 실시예에 따르면, 상기 유기물층은 상기 제1 무기물층 보다 두께가 더 두꺼운 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 유기물층을 형성하는 단계는, 급속 열처리 방식(RTP, rapid thermal processing)을 이용하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 급속 열처리 방식은, 상기 증착 물질을 40 ℃/s 이상의 승온속도로 300 ℃ 이상까지 승온시킨 후 증착하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 유기물층을 형성하는 단계는, 전기펄스를 이용한 유기물 증착을 수행하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 유기물층은 메틸사이클로헥산, 헥사플루오로프로필렌, 플루오로카본, 또는 폴리테트라플루오로에틸렌으 로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하고, 상기 제1 무기물층 및 제2 무기물층 중 하나 이상은 Al2O3, SiO2, Si3N4, TiO2 및 Ta2O5 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제2 무기물층은, 상기 유기물층으로의 산소 가스, 수분 및 둘 다의 접근을 방지하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 측에 따르는 반도체 부품은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 봉지층의 제조방법을 이용하여 형성된 반도체 소자 봉지층을 포함하는 것이다.
본 발명의 다른 일 측에 따르는 반도체 부품은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 봉지층의 제조방법을 이용하여 형성된 OLED (organic light-emitting diode) 소자 봉지층을 포함하는 것이다.
본 발명의 다른 일 측에 따르는 반도체 부품은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 봉지층의 제조방법을 이용하여 형성된 QLED (quantum dot light-emitting diode) 소자 봉지층을 포함하는 것이다.
본 발명의 다른 일 측에 따르는 반도체 부품은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 봉지층의 제조방법을 이용하여 형성된 PV (photovoltaic device) 소자 봉지층을 포함하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 면 소스 진공증착 방식을 이용한 봉지층의 제조방법은 면 소스 진공증착 방식을 이용하여 유기물층을 형성함으로써 종래의 잉크젯 기술을 이용하여 유기물층을 형성하는 방식에 비하여 유기물층 증착 공정에 소요되는 시간과 에너지를 훨씬 단축시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서 제공하는 면 소스 진공증착 방식을 이용하면 유기물의 균일성 또한 종래의 잉크젯 기술을 이용하는 것 보다 훨씬 증가하여 반도체 봉지층의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한 일 실시예에 따라서 RTP 방법을 이용해서 봉지층을 제조할 경우, 특별한 장비의 도입이나 공정 설계 없이도 반도체 소자 상에 치밀한 봉지층을 제조할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에서 제안하는 제조방법을 이용하면 종래 이용되어 오던 증착 장비를 이용하여 동일하게 증착을 진행하면서도 형성되는 봉지층의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은, 일 실시예에 따르는 RTP 방법을 이용한 봉지층의 제조방법의 각 공정단계의 순서를 확인할 수 있는 순서도이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다.
아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 일 측에 따르는 면 소스 진공증착 방식을 이용한 반도체 소자 봉지층의 제조방법은, 적층 구조가 형성된 반도체 소자 기판을 준비하는 단계; 상기 반도체 소자 기판 상에 증착 공정을 이용해서 봉지층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 봉지층을 형성하는 단계는, 제1 무기물층을 형성하는 단계, 상기 제1 무기물층 상의 유기물층을 형성하는 단계 및 상기 유기물층 상의 제2 무기물층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 유기물층을 형성하는 단계는, 면 소스(plane source) 진공증착 방식에 의해 유기물을 증착하는 것이다.
본 발명에서는 적어도 3개의 층으로 형성된 봉지층을 제공하는 방법에 대한 것으로서, 제1 무기물층 상에 유기물층이 형성되고 유기물층 상에 제2 무기물층이 형성된다.
이 때, 본 발명에서는 제1 무기물층 및 제2 무기물층을 형성하는 방식에 대해서는 통상적인 공정을 이용하면 족하며, 그 방식에 대하여 특별히 한정하지 아니한다.
일 실시예에 따르면, 상기 유기물층은 종래에는 잉크젯 방식을 이용하여 무기물층 상에 도포되곤 하였다. 그러나 잉크젯 방식을 이용할 경우 진행 속도가 느리고 유기물의 층이 치밀하지 못하며 균일하게 층이 형성되지 못하는 문제가 있었다.
이에 본 발명자는 유기물층을 형성하는 방식을 다른 측면에서 접근하고자 본 발명을 개발하였으며, 일 실시예에 따르면, 상기 유기물층은 면 소스 진공증착 방식에 의해 형성되는 것일 수 있다.
면소스 진공증착이란 금속판(기판) 상에 유기물 증착 소스를 올려둔 상태에서 에너지를 가하면 유기물이 증착되는 방식을 의미한다.
이 때, 상기 에너지는 전기펄스를 통한 에너지인 것일 수 있다.
이 경우 종래에 이용되던 잉크젯 방식을 이용하는 경우에 비해 유기물층의 균일도와 치밀성이 훨씬 증가되고, 공정 시간이 단축되는 효과를 기대할 수 있다.
일 예로서, 벨트식 면소스 방식을 이용하여 상기 유기물층을 증착할 수 있다.
상기 벨트식 면소스 방식은 벨트형 금속판 상에 유기물 소스를 구비하고 상기 금속판은 롤러장치를 통하여 회전 이송되면서 유기물층의 증착을 시도하는 것일 수 있다. 이 때, 일 예로서, 상기 벨트형 금속판은 탄탈륨과 같은 금속 와이어의 면히터를 이용하여 저항 가열되는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 유기물층은 상기 제1 무기물층 보다 두께가 더 두꺼운 것일 수 있다.
상기 유기물층은 제1 무기물층보다 두꺼운 두께로 형성되어 제1 무기물층 표면의 균일하지 못하게 돌출된 미세 파티클을 충분히 감싸도록 모두 덮는 구조로 형성될 수 있다.
일 예로서, 상기 유기물층 상에 증착되는 제2 무기물층은 편평하게 증착되어, 상기 유기물층으로 산소 가스 및/또는 수분의 침투를 차단하는 역할을 수행할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 유기물층을 형성하는 단계는, 급속 열처리 방식(RTP)을 이용하는 것일 수 있다.
일 예로서, 상기 급속 열처리 방식은 통상적으로 이용되는 봉지층을 제조하기 위한 증착 공정에서, 증착 물질에 급격하게 높은 에너지를 가하는 방식을 도입한 것일 수 있다. 증착 물질에 급격하게 높은 에너지가 가해질 경우, 증착 물질에 에너지를 가하지 않은 경우 또는 천천히 가한 경우에 비해 상대적으로 치밀화되어 고밀도로 형성된 봉지층을 확보할 수 있다. 이러한 방식을 이용할 경우, 산소나 수분 등의 소자의 구동에 영향을 줄 수 있는 물질로부터 소자를 안정적으로 보호할 수 있다. 또한, 얇은 두께로 설계됨에도 불구하고 플렉시블한 소재로의 구현이 가능해진다.
상기 급격하게 높은 에너지를 가하는 방식 중, 급속 열처리 방식이 있다. 급속 열처리 방식은 RTP라고도 불리우며, 대상체의 온도를 순간적으로 빠르게 올리는 방식이다.
상기 급속 열처리 방식은 상술한 것과 같이 금속 선을 이용한 히터 방식을 이용할 수도 있지만, 일 예로서, 텅스텐 할로겐 램프와도 같은 적외선 복사광을 사용할 수 있다. 상기 급속 열처리 방식은, 집광 렌즈에 레이저 빔을 모아 증착 물질에 순간적으로 주사하는 방식으로 열에너지를 공급하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 증착 공정은 화학적 기상 증착(CVD) 방식, 물리적 기상 증착(PVD)방식 및 원자층 증착 방식(ALD) 중 하나를 이용하는 것일 수 있다. 본 발명에서 상기 증착 공정의 방식을 특별히 한정하지는 아니하며, 반도체 기판 상의 소자를 보호할 수 있는 봉지층 증착방식 중 하나를 선택할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 급속 열처리 방식은, 상기 증착 물질을 적외선 복사광을 이용하여 열처리하는 것일 수 있다. 본 발명에서는 상기 적외선 복사광을 조사하는 방식에 대해서 특별히 한정하지는 아니한다.
일 실시예에 따르면, 상기 급속 열처리 방식은, 상기 증착 물질을 적외선 복사광을 이용하여 상기 증착 물질을 열처리하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 급속 열처리 방식은, 상기 증착 물질을 40 ℃/s 이상의 승온속도로 1000 ℃ 이상까지 승온시키는 것일 수 있다.
일 예로서, 상기 증착 물질의 승온속도는 50 ℃/s 이상인 것일 수 있다. 또한, 일 예로서, 상기 승온 최고 온도는 1200 ℃ 이상까지 승온되는 것일 수 있다.
이와 같은 방식으로 제조된 봉지층은, 급속 열처리를 하지 않고 제조된 봉지층보다 훨씬 더 밀도가 높고 견고한 봉지(Encapsulation) 역할을 수행하게 된다.
일 실시예에 따르면, 상기 유기물층을 형성하는 단계는, 전기펄스를 이용한 유기물 증착을 수행하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 유기물층은 메틸사이클로헥산, 헥사플루오로프로필렌, 플루오로카본, 또는 폴리테트라플루오로에틸렌으 로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하고, 상기 제1 무기물층 및 제2 무기물층 중 하나 이상은 Al2O3, SiO2, Si3N4, TiO2 및 Ta2O5 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제2 무기물층은, 상기 유기물층으로의 산소 가스, 수분 및 둘 다의 접근을 방지하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 측에 따르는 반도체 부품은, 본 발명의 일 실시예에 따르는 봉지층의 제조방법을 이용하여 형성된 반도체 소자 봉지층을 포함하는 것이다.
상술한 반도체 소자 봉지층의 제조방법을 이용하여 형성된 반도체 소자 봉지층을 포함하는 반도체 부품은 봉지막의 치밀성, 제조공정의 단순 효율성을 통하여 궁극적으로 생산성 향상 및 고성능을 기대할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Claims (8)
- 적층 구조가 형성된 반도체 소자 기판을 준비하는 단계;
상기 반도체 소자 기판 상에 증착 공정을 이용해서 봉지층을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 봉지층을 형성하는 단계는,
제1 무기물층을 형성하는 단계,
상기 제1 무기물층 상의 유기물층을 형성하는 단계, 및
상기 유기물층 상의 제2 무기물층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 유기물층을 형성하는 단계는, 면 소스(plane source) 진공증착 방식에 의해 유기물을 증착하고,
상기 유기물층을 형성하는 단계는, 급속 열처리 방식(RTP)을 이용하고,
상기 급속 열처리 방식은, 증착 물질을 40 ℃/s 이상의 승온속도로 1000 ℃ 이상까지 승온시킨 후 증착하고,
상기 유기물층은 메틸사이클로헥산, 헥사플루오로프로필렌, 플루오로카본, 또는 폴리테트라플루오로에틸렌으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하고,
상기 제1 무기물층 및 제2 무기물층 중 하나 이상은 Al2O3, SiO2, Si3N4, TiO2 및 Ta2O5 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것인,
면 소스 진공증착 방식을 이용한 반도체 소자 봉지층의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 유기물층은 상기 제1 무기물층 보다 두께가 더 두꺼운 것인,
면 소스 진공증착 방식을 이용한 반도체 소자 봉지층의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 급속 열처리 방식은, 증착 물질을 적외선 복사광을 이용하여 열처리하는 것인,
면 소스 진공증착 방식을 이용한 반도체 소자 봉지층의 제조방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 유기물층을 형성하는 단계는, 전기펄스를 이용한 유기물 증착을 수행하는 것인,
면 소스 진공증착 방식을 이용한 반도체 소자 봉지층의 제조방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제2 무기물층은, 상기 유기물층으로의 산소 가스, 수분 및 둘 다의 접근을 방지하는 것인,
면 소스 진공증착 방식을 이용한 반도체 소자 봉지층의 제조방법.
- 삭제
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