KR20080064547A - 박막 식각 방법 - Google Patents
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Abstract
박막 식각 방법에 관해 개시되어 있다. 개시된 본 발명의 박막 식각 방법은 기판 상에 Ga-In-Zn-O막을 형성하는 단계; 상기 Ga-In-Zn-O막의 일부를 덮는 마스크층을 형성하는 단계; 및 상기 마스크층을 식각 장벽으로 이용해서 상기 Ga-In-Zn-O막을 식각하는 단계;를 포함하고, 상기 식각시 사용되는 식각 가스는 염소를 포함하는 제1 가스를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 식각 가스는 알칸(CnH2n+2)을 포함하는 제2 가스 및 H2 가스를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 가스는 Cl2, BCl3 및 CCl3 중 어느 하나일 수 있고, 상기 제2 가스는 CH4일 수 있다.
Description
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 실시예에 따른 Ga-In-Zn-O막의 식각 방법을 단계별로 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 방법으로 식각한 Ga-In-Zn-O막의 주사 전자 현미경(SEM) 사진이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 기판 110 : Ga-In-Zn-O막
120 : 마스크층 150 : 식각면
1. 발명의 분야
본 발명은 박막 식각 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 Ga-In-Zn-O막의 식각 방법에 관한 것이다.
2. 관련기술의 설명
박막트랜지스터(Thin film transistor)는 액정표시장치 또는 유기발광표시장치 등과 같은 평판표시장치에서 스위칭 소자로 사용된다. 박막트랜지스터의 성능을 판단하는 기준인 이동도(mobility) 또는 누설전류 등은 전하 운반자가 이동하는 경로인 활성층의 재질 및 상태에 크게 좌우된다.
현재 상용화되어 있는 액정표시장치의 경우, 박막트랜지스터의 활성층은 대부분 비정질 실리콘막이다. 박막트랜지스터의 활성층이 비정질 실리콘막일 때, 전하 이동도는 0.5㎠/Vs 내외로 매우 낮기 때문에, 액정표시장치의 동작 속도를 증가시키기 어렵다.
이에, 상기 비정질 실리콘막 보다 전하 이동도가 높은 물질막을 상기 박막트랜지스터의 활성층으로 사용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 상기 물질막을 상기 활성층으로 사용하기 위해서는, 상기 물질막의 가공이 쉽고, 상기 물질막을 가공하기 위한 방법이 확립되어야 한다. 상기 물질막의 일례는 Ga-In-Zn-O막인데, 상기 Ga-In-Zn-O막의 가공, 특히, 식각은 어렵다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 비정질 실리콘 보다 전하 이동도가 높은 물질로 형성된 박막의 식각 방법을 제공함에 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 기판 상에 Ga-In-Zn-O막을 형성하는 단계; 상기 Ga-In-Zn-O막의 일부를 덮는 마스크층을 형성하는 단계; 및 상기 마스크층을 식각 장벽으로 이용해서 상기 Ga-In-Zn-O막을 식각하는 단계;를 포함하고, 상기 식각시 사용되는 식각 가스는 염소를 포함하는 제1 가스를 포함하 는 것을 특징으로 하는 박막 식각 방법을 제공한다.
여기서, 상기 Ga-In-Zn-O막은 스퍼터링 방법으로 형성할 수 있다.
상기 스퍼터링시 사용하는 타겟 물질은 In2O3, Ga2O3 및 ZnO를 포함할 수 있다.
상기 Ga-In-Zn-O막은 Gax + yInx + zZnxO(1≤y≤1.7, 1≤z≤1.5)막일 수 있다.
상기 제1 가스는 Cl2, BCl3 및 CCl3 중 어느 하나일 수 있다.
상기 식각 가스는 알칸(CnH2n+2)을 포함하는 제2 가스를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 가스는 CH4일 수 있다.
상기 식각 가스는 H2 가스를 더 포함할 수 있다.
상기 식각 가스는 불활성 가스를 더 포함할 수 있다.
상기 식각 가스에서 상기 제1 가스의 함유량은 46∼63%일 수 있다.
상기 식각 가스에서 상기 제2 가스의 함유량은 30∼42%일 수 있다.
상기 식각은 RIE, ME-RIE, ICP-RIE 및 ECR 중 어느 하나의 방법으로 수행할 수 있다.
상기 식각시 상기 기판에 400∼700W의 RF 파워를 인가할 수 있다.
상기 식각은 상기 기판에 RF 파워를 인가하지 않는 플라즈마 식각 방법으로 수행할 수 있다.
상기 마스크층은 감광층, 실리콘 산화물층 및 실리콘 질화물층 중 어느 하나 일 수 있다.
상기 마스크층은 감광층이고, 상기 감광층은 자외선으로 경화된 것일 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 박막의 식각 방법을 상세하게 설명한다. 첨부된 도면에 도시된 층이나 영역들의 폭 및 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 실시예에 따른 박막 식각 방법(이하, 본 발명의 식각 방법)을 단계별로 보여준다.
도 1a을 참조하면, 기판(100) 상에 Ga-In-Zn-O막(110)을 형성한다. Ga-In-Zn-O막(110)은 소정의 방법, 예컨대 스퍼터링(sputtering) 방법으로 형성한 화합물막이다. 상기 스퍼터링 방법으로 Ga-In-Zn-O막(110)을 형성할 때 사용하는 타겟(target) 물질은 In2O3, Ga2O3 및 ZnO를 포함할 수 있다. 이렇게 형성한 Ga-In-Zn-O막(110)은 Gax + yInx + zZnxO막(1≤y≤1.7, 1≤z≤1.5) 일 수 있다.
Ga-In-Zn-O막(110)을 형성한 다음, Ga-In-Zn-O막(110)의 일부를 덮는 마스크층(120)을 형성한다. 마스크층(120)은 감광층, 실리콘 산화물층 및 실리콘 질화물층 중 어느 하나일 수 있다. 마스크층(120)을 감광층으로 형성하는 경우, Ga-In-Zn-O막(110) 상에 감광층을 형성한 후, 상기 감광층의 소정 영역을 노광 및 현상하여 제거한다. 이 후, 잔류된 상기 감광층을 경화(hardening)시키기 위한 베이크(bake) 공정을 수행한다. 상기 베이크 공정은 자외선 베이크(UV bake) 공정일 수 있다.
마스크층(120)을 식각 장벽으로 이용해서 Ga-In-Zn-O막(110)의 노출된 부분을 식각한다. 상기 식각은 기판(100)이 노출될 때까지 실시한다. 상기 식각시 사용되는 식각 가스는 염소를 포함하는 제1 가스와 탄화수소화합물을 포함하는 제2 가스를 포함한다. 상기 제1 가스는 Cl2, BCl3 및 CCl3 중 어느 하나일 수 있다. 상기 제2 가스는 알칸 계열의 탄화수소화합물(CnH2n +2) 중 어느 하나일 수 있다. 예컨대, 상기 제1 가스는 Cl2이고, 상기 제2 가스는 CH4일 수 있다. 상기 식각 가스는 H2 가스를 더 포함할 수 있다. 상기 식각 가스가 Cl2, CH4 및 H2를 포함할 경우, Cl2, CH4 및 H2의 공급량은 각각 25.5∼34.5sccm, 17∼23sccm 및 4.25∼5.75sccm일 수 있다. 이때, 상기 제1 가스(Cl2)의 분압은 46∼63% 정도이고, 상기 제2 가스(CH4)의 분압은 30∼42% 정도이다. 이러한 분압 조건에서 a-C:H(amorphous hydrogenated carbon)와 같은 반응 부산물의 스크린 효과(screen effect)가 방지되고, 양호한 식각 기울기를 얻을 수 있다.
상기 식각 과정에서 상기 제1 가스는 Ga-In-Zn-O막(110)의 Zn과 반응하여 휘발성의 ZnClx를 발생시키고, Ga 및 In과도 반응한다. 그리고 상기 제2 가스는 Ga-In-Zn-O막(110)의 Zn과 반응하여 휘발성의 Zn(CHx)y를 발생시킨다. 상기 H2 가스는 CH4에서 분해된 CH3와 Zn의 반응을 촉진시키는 역할을 한다.
상기 식각은 RIE(reactive ion etch), ME-RIE(magnetic enhanced-RIE), ICP-RIE(inductively coupled plasma-RIE) 및 ECR(electron cyclotron resonance) 중 어느 하나의 방법으로 수행할 수 있다. 상기한 네 가지 방법으로 Ga-In-Zn-O막(110)을 식각할 때에는 기판(100)에 400∼700W 정도의 RF 파워를 인가할 수 있다. 기판(100)에 적절한 RF 파워를 인가하면, CH3와 Zn의 반응률이 높아지는 바, 식각 효율을 높일 수 있다.
상기 식각이 ME-RIE 장비로 수행될 경우, 상기 식각시 식각 챔버 내에 60G(gauss) 정도의 유도 자기장을 발생시키고, 기판(100)에 550W 정도의 RF 파워를 인가할 수 있다. 상기 식각 챔버 내의 압력은 20mtorr 정도일 수 있다.
상기 식각 결과, 도 1b에 도시한 바와 같이 Ga-In-Zn-O막(110)의 노출된 부분이 제거되고, 기판(100)이 노출된다.
상기 식각 후, 마스크층(120)을 제거한다. 마스크층(120)이 감광층인 경우, 마스크층(120)은 O2 에싱(ashing), O2 플라즈마 에싱(ashing) 또는 유기 용매를 이용한 습식 세정 중 어느 하나의 방법으로 제거할 수 있다. 도 1c는 마스크층(120)이 제거된 이후의 상태를 보여준다.
도시하지는 않았지만, 상기 식각에서 발생한 반응 부산물의 일부가 마스크층(120) 상에 또는 마스크층(120)과 기판(100) 상에 잔류된 경우, 마스크층(120)을 제거하기 전이나 후에 상기 반응 부산물을 제거하기 위한 공정을 수행할 수도 있다. 상기 반응 부산물의 제거는 H2, Ar, N2, O2, 및 F 계열의 가스 중 적어도 하나 를 이용하는 플라즈마 건식 식각 방법으로 수행할 수 있다.
본 발명자는 상술한 본 발명의 식각 방법을 이용한 Ga-In-Zn-O막의 식각 실험을 실시하였다. 상기 식각 실험은 ME-RIE 장비를 사용하여 실시하였다. 상기 식각 실험에서 챔버 내 유도 자기장의 강도는 60G였다. 그리고 상기 챔버의 압력은 20mtorr이었고, 기판(100)에 인가된 RF 파워는 550W이었다. 또한 식각 가스로 Cl2, CH4 및 H2 가스를 사용하였고, 각 가스의 공급량은 30sccm, 20sccm 및 5sccm으로 하였다. 식각은 60초 동안 수행하였다.
도 2는 상기 식각 실험에서 얻은 Ga-In-Zn-O막의 주사 전자 현미경(scanning electron microscope) 사진이다.
도 2를 참조하면, Ga-In-Zn-O막(110)이 직각은 아니지만 비교적 양호한 식각 기울기를 갖고 식각되었음을 확인할 수 있고, 또한 반응 부산물이 잔류되지 않았음을 확인할 수 있다. 도 2에서 도면번호 100 및 150은 각각 기판 및 식각면을 나타낸다.
이러한 Ga-In-Zn-O막은 비정질 실리콘막보다 월등히 큰 전하 이동도를 갖기 때문에, Ga-In-Zn-O막을 박막트랜지스터의 활성층 물질로 적용하면, 액정표시장치의 동작속도를 크게(약 50배 이상) 증가시킬 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, Ga-In-Zn-O 막(110)의 식각은 기판(100)에 RF 파워를 인가하지 않는 플라즈마 식각 방법으로도 수행할 수 있고, 상기 식각 가스에 Ar과 같은 불활성 가스를 더 포함할 수 있을 것이다. 또한 Ga-In-Zn-O막(110)은 박막트랜지스터의 활성층이 아닌 다른 용도, 예컨대 메모리 소자의 게이트 물질로도 이용될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 염소를 포함하는 제1 가스와 탄화수소 화합물을 포함하는 제2 가스를 식각 가스로 사용하여 Ga-In-Zn-O막(110)을 식각한다. 또한 상기 식각시 H2 가스를 추가로 공급하고, 기판(100)에 적절한 RF 파워를 인가한다. 이러한 식각을 통해서 Ga-In-Zn-O막의 식각 효율을 높일 수 있고, 양호한 식각 기울기를 갖는 식각면을 얻을 수 있다.
Claims (17)
- 기판 상에 Ga-In-Zn-O막을 형성하는 단계;상기 Ga-In-Zn-O막의 일부를 덮는 마스크층을 형성하는 단계; 및상기 마스크층을 식각 장벽으로 이용해서 상기 Ga-In-Zn-O막을 식각하는 단계;를 포함하고,상기 식각시 사용되는 식각 가스는 염소를 포함하는 제1 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 식각 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 Ga-In-Zn-O막은 스퍼터링 방법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 박막 식각 방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 스퍼터링시 사용하는 타겟 물질은 In2O3, Ga2O3 및 ZnO를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 식각 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 Ga-In-Zn-O막은 Gax + yInx + zZnxO(1≤y≤1.7, 1≤z≤1.5)막인 것을 특징으로 하는 박막 식각 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제1 가스는 Cl2, BCl3 및 CCl3 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 박막 식각 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 식각 가스는 알칸(CnH2n+2)을 포함하는 제2 가스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 식각 방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 제2 가스는 CH4인 것을 특징으로 하는 박막 식각 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 식각 가스는 H2 가스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 식각 방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 식각 가스는 H2 가스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 식각 방법.
- 제 1, 6, 8 및 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 식각 가스는 불활성 가스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 식각 방법.
- 제 1, 6, 8 및 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 식각 가스에서 상기 제1 가스의 함유량은 46∼63%인 것을 특징으로 하는 박막 식각 방법.
- 제 6 및 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 식각 가스에서 상기 제2 가스의 함유량은 30∼42%인 것을 특징으로 하는 박막 식각 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 식각은 RIE, ME-RIE, ICP-RIE 및 ECR 중 어느 하나의 방법으로 수행하는 것을 특징으로 하는 박막 식각 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 식각시 상기 기판에 400∼700W의 RF 파워를 인가하는 것을 특징으로 하는 박막 식각 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 식각은 상기 기판에 RF 파워를 인가하지 않는 플라즈마 식각 방법으로 수행하는 것을 특징으로 하는 박막 식각 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 마스크층은 감광층, 실리콘 산화물층 및 실리콘 질화물층 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 박막 식각 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 마스크층은 감광층이고, 상기 감광층은 자외선으로 경화된 것을 특징으로 하는 박막 식각 방법.
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