KR20110120675A - A method of fabricating nano-scaled structure with non-uniform roughness - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for manufacturing a nano-scale structure is provided to prevent the damage of a substrate while non-uniform roughness is generated on the nano-scale structure based on impurities introduced in a polycrystalline silicon structure forming process. CONSTITUTION: A method for manufacturing a nano-scale structure includes the following: An oxide layer(20) is formed on the surface of a substrate(10). A polycrystalline silicon structure(11) is formed on the upper side of the oxide layer by introducing impurities. Non-uniform roughness(13) is formed on the polycrystalline silicon structure through an etching process. The substrate is a silicon wafer. The etching process is based on XeF_2. The impurities are nitrogen gas.

Description

불순물을 이용한 불균일한 러프니스를 갖는 나노 스케일의 구조물 제조 방법{A METHOD OF FABRICATING NANO-SCALED STRUCTURE WITH NON-UNIFORM ROUGHNESS}A method of manufacturing a nanoscale structure having non-uniform roughness using impurities {A METHOD OF FABRICATING NANO-SCALED STRUCTURE WITH NON-UNIFORM ROUGHNESS}

본 발명은 불순물을 이용한 불균일한 러프니스(roughness)를 갖는 나노(nano) 스케일의 구조물을 제조하는 방법에 관한 것이다. 특히, 다결정 실리콘 구조물을 형성하는 과정에서 불순물을 주입하고, 식각 공정에서 이러한 불순물을 이용하여 불균일한 러프니스를 생성하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a nanoscale structure having non-uniform roughness using impurities. In particular, the present invention relates to a method of implanting impurities in the process of forming a polycrystalline silicon structure, and generating non-uniform roughness using such impurities in an etching process.

나노 또는 마이크로 구조물은 전기, 전자적인 소자가 미소화됨에 따라 높은 가공기술을 요구하는데, 대부분은 하나의 기판에 대해 박막의 성장 및 형성, 그리고 이들을 소정의 형상으로 물리, 화학적으로 절삭하는 과정을 통해 얻게 된다. Nano or micro structures require high processing technology as the electronic and electronic devices are micronized, and most of them are formed by growing and forming thin films on a single substrate and physically and chemically cutting them into predetermined shapes. You get

나노 스케일의 구조물, 즉 나노 구조물은 양자 우물 레이저(Quantum well lasers), 포토루미네센스(Photoluminescence), 일렉트로미터(electrometer), 나노크리스탈 메모리 등에 응용될 수 있다. Nanoscale structures, ie nanostructures, can be applied to quantum well lasers, photoluminescence, electrometers, nanocrystal memories, and the like.

나노 구조물을 제작하는 방법은 크게 두 가지 방식으로 구분할 수 있다. 그 중 하나는, 리소그래픽 과정(Lithographic Process)을 이용하는 것이고, 다른 하나는 자가 조직(Self-organized process) 과정을 이용하는 것이다. The method of fabricating nanostructures can be largely divided into two methods. One is to use the lithographic process and the other is to use the self-organized process.

일반적으로 구조물을 형성함에 있어서 패터닝이라고 하여 포토 리소그래피 공정, 플라즈마 에칭 공정, 임프린트 리소그래피 공정 등이 적용되며, 대부분 규칙적으로 정규화된 형태의 구조물을 형성하는 과정에서 사용되어 진다. In general, in forming a structure, a photolithography process, a plasma etching process, an imprint lithography process, and the like are applied as patterning, and most of them are used in the process of forming a structure of a regularized form.

다만, 특별한 경우에는 이러한 정규화된 형태의 구조물 이외에 마이크로 단위 또는 나노 단위로 무질서한 외형을 가지는 구조물들이 요구되는 경우가 있다. 특히 구조물이 외부와의 접촉하는 면을 최대한 넓게 하기 위해서는 나노 단위의 무질서한 러프니스를 가지는 구조물들이 필요하게 된다. 예를 들어, 전계방출소자에서 전자방출원인 마이크로 팁은 단일의 전자 방출에지보다 복수 개의 에지를 가지는 것이 전자 방출면에서 크게 유리한 것으로 알려져 있다. 또한, 표면적을 높이는 것은 캐패서티의 용량을 증대시키는 데 있어서도 기능을 발휘할 수도 있다. However, in special cases, structures having disordered shapes in micro units or nano units may be required in addition to the normalized structure. In particular, in order to maximize the surface where the structure is in contact with the outside, structures with disordered roughness of nano units are needed. For example, it is known that the micro tip, which is the electron emission source in the field emission device, has a plurality of edges rather than a single electron emission edge. In addition, increasing the surface area may also function in increasing the capacity of the capacitor.

이러한 무질서한 러프니스를 가지는 구조물을 얻는 방법으로는 현재까지 사용되는 일반적인 공정은 적합하지 않기 때문에, 새로운 제작 방법이 요구되고 있다.As a method of obtaining a structure having such disordered roughness, the general process used to date is not suitable, and a new manufacturing method is required.

종래의 한국공개특허에서는 1) 기판에 마이크로 구조물을 형성하고, 2) 카본 폴리머층을 형성하고, 3) 카본 폴리머 층에 대한 식각성을 가지는 O2가스와 마이크로 구조물에 대해 식각성을 가지는 가스를 혼합한 반응 가스를 이용하여 플라즈마 에칭법으로 카본 폴리머 층을 제1차 식각하며, 4) 카본 폴리머 층의 잔류물에 의한 마스크층을 형성하고, 5) 상기 가스로 제2차 식각을 수행하여 마스크층을 제거하면서 나노 표면 거칠기를 생성하는 방법에 대해 개시되어 있다. In the related art, Korean Patent Publication 1) forms a microstructure on a substrate, 2) forms a carbon polymer layer, and 3) mixes an O2 gas having an etching property with respect to the carbon polymer layer and an gas having an etching property with respect to the microstructure. First etching the carbon polymer layer by plasma etching using one reaction gas, 4) forming a mask layer by the residue of the carbon polymer layer, and 5) performing a second etching with the gas. A method of producing nanosurface roughness while removing is disclosed.

다만, 이 경우, 카본 폴리머 층의 잔류물에 의한 마스크층을 형성하는 과정에서 1차 식각을 진행하고, 이후 2차 식각을 다시 진행하게 되어 식각 공정이 2회에 걸쳐 수행되므로 공정상 시간 및 비용이 큰 문제가 발생한다. 또한, 1차 식각을 통하여 형성되는 카본 폴리머 층의 잔류물에 의한 마스크층의 두께를 조절하는 것에 의해 2차 식각 공정시 표면 러프니스가 결정되는데, 이러한 마스크층의 두께를 조절하는 것은 매우 기술적으로 어려운 일이다. However, in this case, the first etching is performed in the process of forming the mask layer by the residue of the carbon polymer layer, and then the second etching is performed again so that the etching process is performed twice. This big problem occurs. In addition, the surface roughness is determined during the secondary etching process by adjusting the thickness of the mask layer due to the residue of the carbon polymer layer formed through the primary etching, and controlling the thickness of the mask layer is very technically. It is difficult.

특히, 결정적으로 종래와 같이 카본 폴리머 층의 잔류물에 의한 마스크층의 두께를 조절하기 위해서는 O2 플라즈마를 이용하여 식각을 하게 되는데, 이때 발생하는 열로 인해 기판(substrate)에 열변형에 의한 손상 및 물성 변화의 문제가 발생하게 된다. 특히, 기판이 유리의 경우에는 더욱 더 큰 문제가 발생하게 된다.In particular, in order to control the thickness of the mask layer due to the residue of the carbon polymer layer, as shown in the related art, etching is performed by using an O2 plasma, and the damage and physical properties of the substrate due to heat deformation are caused by the heat generated. The problem of change arises. In particular, even greater problems arise when the substrate is glass.

또한, 원하는 불균일한 러프니스를 얻는 공정은, 공정 조건을 맞추기가 상당히 어려운 문제가 있다. 따라서 공정 조건의 제어가 필요없이 불균일한 러프니스를 얻을 수 있는 방법이 요구되고 있다.In addition, the process of obtaining the desired non-uniform roughness has a problem that it is quite difficult to meet the process conditions. Therefore, there is a demand for a method for obtaining non-uniform roughness without controlling process conditions.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 첫째, 나노 및 마이크로 구조물의 표면에 불균일한 러프니스를 생성하기 위함이다. The present invention has been made to solve the above problems, firstly, to generate non-uniform roughness on the surface of the nano and micro structures.

둘째, 종래의 불균일한 러프니스를 생성하던 공정에 비해 공정의 수를 감소시켜 제조원가를 절감시키고, 작동 환경상의 재질에 가해질 수 있었던 위험 요소를 제거하여 제품의 신뢰도를 향상시키는 새로운 공정을 제공하기 위함이다.Second, to reduce manufacturing costs by reducing the number of processes compared to processes that produce non-uniform roughness, and to provide a new process that improves product reliability by eliminating risks that could be applied to materials in the operating environment. to be.

셋째, 불균일한 러프니스를 얻기 위한 공정 조건을 제어하지 않고도 이러한 효과를 얻을 수 있는 새로운 공정을 제공하기 위함이다. Third, to provide a new process that can achieve this effect without controlling the process conditions for obtaining uneven roughness.

본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위해 다음과 같은 과제 해결 수단을 포함한다.The present invention includes the following problem solving means to solve the above problems.

본 발명은 불균일한 러프니스(roughness)를 갖는 나노(nano) 스케일의 구조물을 제조하는 방법이고, 기판(substrate)(10)의 표면에 산화층(oxidation layer)(20)을 형성하는 제1 단계와, 상기 산화층(20)의 상측에 불순물을 첨가하면서 다결정 실리콘 구조물(11)을 형성하는 제2 단계와, 식각(etching) 공정을 통해 상기 다결정 실리콘 구조물(11)에 불균일한 러프니스(13)를 형성하는 제3 단계를 포함한다. The present invention relates to a method of manufacturing a nanoscale structure having non-uniform roughness, and to forming an oxidation layer 20 on the surface of a substrate 10. In addition, a second step of forming the polycrystalline silicon structure 11 while adding an impurity on the upper side of the oxide layer 20, and through the etching (etching) process the non-uniform roughness 13 to the polycrystalline silicon structure (11) Forming a third step.

다른 실시예로서, 기판(substrate)(10)의 표면에 산화층(oxidation layer)(20)을 형성하는 제1 단계와, 상기 산화층(20)의 다결정 실리콘 구조물(11)을 PECVD 공정을 이용하여 형성하는 제2 단계와, 식각(etching) 공정을 통해 상기 다결정 실리콘 구조물(11)에 불균일한 러프니스(13)를 형성하는 제3 단계를 포함할 수 있다. In another embodiment, a first step of forming an oxidation layer 20 on a surface of a substrate 10 and a polycrystalline silicon structure 11 of the oxide layer 20 are formed by using a PECVD process. And a third step of forming a non-uniform roughness 13 in the polycrystalline silicon structure 11 through an etching process.

상기 제1 단계에서 사용되는 기판은 실리콘 웨이퍼인 것이 바람직하다.Preferably, the substrate used in the first step is a silicon wafer.

상기 제3 단계에서 상기 식각 공정은 XeF2를 이용하는 것이 바람직하다.In the third step, the etching process preferably uses XeF2.

상기 제2 단계에서 첨가하는 상기 불순물은 질소 기체이거나, PECVD 공정을 통해 다결정 실리콘 구조물이 증착되는 과정에서 질소 기체가 함께 포함되도록 하는 것이 바람직하다.The impurity added in the second step may be nitrogen gas, or nitrogen gas may be included in the process of depositing a polycrystalline silicon structure through a PECVD process.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 첫째, 나노 및 마이크로 구조물의 표면에 불균일한 러프니스를 생성하는 효과가 있다. The present invention has been made to solve the above problems, firstly, there is an effect of generating non-uniform roughness on the surface of the nano and micro structures.

둘째, 종래의 불균일한 러프니스를 생성하던 공정에 비해 공정의 수를 감소시켜 제조원가를 절감시키고, 작동 환경상의 재질에 가해질 수 있었던 위험 요소를 제거하여 제품의 신뢰도를 향상시키는 새로운 공정을 제공하는 효과가 있다.Second, compared to the process of producing non-uniform roughness, the number of processes can be reduced to reduce manufacturing costs, and a new process for improving product reliability by eliminating risks that may be applied to materials in the operating environment can be achieved. There is.

셋째, 불균일한 러프니스를 얻기 위한 공정 조건을 제어하지 않고도 이러한 효과를 얻을 수 있는 새로운 공정을 제공하는 효과가 있다.Third, there is an effect of providing a new process that can achieve this effect without controlling the process conditions for obtaining uneven roughness.

도 1은 본 발명의 나노 구조물을 제작하기 위한 공정도.
도 2는 본 발명의 나노 구조물을 제작하기 위한 흐름도.
1 is a process chart for manufacturing a nanostructure of the present invention.
2 is a flow chart for manufacturing a nanostructure of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 도 1은 일반적인 공정도를 도시하고 있는 것으로, 용어가 동일하더라도 표시하는 부분이 상이하면 도면 부호가 일치하지 않음을 미리 말해두는 바이다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the present invention. However, in describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, FIG. 1 shows a general process diagram, and if the parts to be displayed are different even though the terms are the same, the reference numerals will be described in advance.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 실험자 및 측정자와 같은 사용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.The terms to be described below are terms set in consideration of functions in the present invention, and may be changed according to a user's intention or custom such as an experimenter and a measurer, and the definitions should be made based on the contents throughout the present specification.

도 1을 참조하여, 본 발명에 의한 불균일한 러프니스를 갖는 나노 스케일의 구조물을 제조하는 방법에 대해 설명하기로 한다. With reference to FIG. 1, a method of manufacturing a nanoscale structure having non-uniform roughness according to the present invention will be described.

(1)에서 (2)의 단계는 기판(substrate)(10)의 표면에 산화층(oxidation layer)(20)을 형성하는 단계이다. 기판(substrate)으로 사용되는 재질은 실리콘 웨이퍼가 바람직하나, 유리 기판이 사용될 수도 있고, 그 재질에 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. Steps (1) to (2) are steps of forming an oxidation layer 20 on the surface of the substrate 10. A material used as a substrate is preferably a silicon wafer, but a glass substrate may be used, and the scope of the present invention is not limited to the material.

만일 기판의 재질이 실리콘 웨이퍼가 사용된다면 표면에 실리콘 옥사이드(silicon oxide)를 통해 2000Å의 습식 산화(wet oxidation)층(20)을 형성시키는 단계가 수반되어야 한다. 실리콘 웨이퍼 자체의 표면에서는 다결정 실리콘 웨이퍼 구조물을 증착시키기 어렵다. 또한, 산화층(20)은 구조물의 용도에 따라 절연층으로서 기능을 수행할 수도 있다. If the material of the substrate is a silicon wafer is used, the step of forming a wet oxidation layer 20 of 2000 kPa through silicon oxide should be involved on the surface. It is difficult to deposit polycrystalline silicon wafer structures on the surface of the silicon wafer itself. In addition, the oxide layer 20 may function as an insulating layer depending on the purpose of the structure.

(2)에서 (3)의 단계는 산화층(20)의 상측에 다결정 실리콘 구조물(11)을 형성하는 단계이다. Steps (2) to (3) are steps of forming the polycrystalline silicon structure 11 on the oxide layer 20.

다결정 실리콘 구조물(11)을 형성하는 단계는, 기판위에 형성된 산화층위에 다결정 실리콘을 증착하는 공정을 통해 이루어진다. 다결정 실리콘의 전기전도도 등의 특성은 불순물의 함유량에 따라서 달라진다. The polycrystalline silicon structure 11 may be formed by depositing polycrystalline silicon on an oxide layer formed on a substrate. Properties such as electrical conductivity of polycrystalline silicon vary depending on the content of impurities.

다결정 실리콘(poly-Si)은 비정질 실리콘(amorphous-Si)과 차이가 있는데, 비정질(amorphous)이란 원자배열에서 매우 가까운 원자끼리는 원자의 수, 결합거리 등에 규칙성이 존재하지만, 거리가 떨어져 있는 3차원 범위에서는 규칙성이 존재하지 않는 물질을 말한다. 반면, 결정질(Poly) 물질은 단거리는 물론 장거리 규칙성이 존재하는 물질을 말한다. Poly-Si is different from amorphous-Si. Amorphous is that atoms close to each other in the atomic arrangement have regularity in the number of atoms, bond distances, etc. In the dimensional range, it refers to a substance that does not have regularity. On the other hand, crystalline (Poly) material refers to a material having a long distance regularity as well as short distance.

비정질 실리콘과 결정질 실리콘의 물질 특성 차이로 인해 전하를 운반하는 운반체(carrier/擔體)의 이동도에도 차이가 발생한다. 예를 들어 비정질 실리콘 방식으로 제작된 제품은 결정질 실리콘에 비해 운반체의 이동도가 매우 낮다. 예를 들어, TFT에 전류를 흘려줘 화면이 구동되는 AM OLED는 고해상도 및 대면적을 구현하기 위해서는 결정질 실리콘을 사용하는 것이 필수적이다. Differences in the material properties of amorphous silicon and crystalline silicon also cause differences in the mobility of carriers that carry charges. For example, products made of amorphous silicon have a very low carrier mobility compared to crystalline silicon. For example, it is essential to use crystalline silicon in order to realize high resolution and large area in AM OLED, which is driven by applying current to the TFT.

다만, 본 발명에서의 핵심은 다결정 실리콘 구조물을 증착하는 과정에서 불순물을 의도적으로 함유시키는 것과 관련이 되어 있다. 따라서 불순물을 의도적으로 함유시키는 증착 공정이 주요한 기술 요소로 인식된다. However, the core of the present invention is related to intentionally containing impurities in the process of depositing a polycrystalline silicon structure. Therefore, a deposition process that intentionally contains impurities is recognized as a major technical element.

다결정 실리콘 구조물을 증착하는 방식은 주로 고온 방식을 이용하는데, 이는 결정화하는 방법이 600℃ 이상의 고온에서 수시간 진행하여 결정화시키는 것으로서 LPCVD 방식이 일반적이다. The method of depositing a polycrystalline silicon structure is mainly using a high temperature method, which is the LPCVD method as the crystallization method proceeds for several hours at a high temperature of 600 ℃ or more.

이러한 LPCVD 방식은 600 내지 700℃의 증착 온도 환경에 의해 증착시 불순물이 포함되지 않는 장점 때문에 주로 사용되고 있다. This LPCVD method is mainly used because of the advantage that impurities are not included in the deposition by the deposition temperature environment of 600 to 700 ℃.

CVD 방식은 웨이퍼를 눕혀서 수행하는 APCVD 방식과, 웨이퍼를 세워서 박막을 증착시키는 LPCVD 방식으로 구분된다. LPCVD 방식은 APCVD 방식과 동일하지만 웨이퍼를 세워서 박막을 증착시키므로 더 많은 웨이퍼를 동시에 만들수 있고 공정 속도가 더 증가할 수 있다는 장점이 있다. 일반적으로 LPCVD 방식에 의할 때에는 반응기체가 웨이퍼 위로 오게 되고, 웨이퍼 근처로 반응기체가 접근하면 흡착 작용에 의해 SiCl4가 물리적으로 웨이퍼 위에 붙게 된다. 또한 표면에서 화학 반응이 일어나게 되고(SiCl4+2H2 -> Si+4HCl), 이후 HCl이 떨어져 나감으로서 Si가 증착이 된다.The CVD method is classified into an APCVD method of laying a wafer down and an LPCVD method of depositing a thin film by standing a wafer. The LPCVD method is the same as the APCVD method, but since the wafer is deposited upright, more wafers can be made simultaneously and the process speed can be further increased. In general, in the LPCVD method, the reactant is placed on the wafer, and when the reactant approaches the wafer, SiCl4 is physically attached to the wafer by the adsorption action. In addition, a chemical reaction occurs on the surface (SiCl 4 + 2 H 2-> Si + 4 HCl), and then Si is deposited as the HCl falls off.

이외에 PECVD 방식은 위의 두 방식보다 낮은 온도에서 진행이 가능하므로 더 빠르게 증착이 될 수 있다는 장점이 있고, 플라즈마가 있는 곳에 SiH4를 넣으면 플라즈마 속에 있는 분자들과 충돌하며 Si와 H로 분해가 되는 방식이다. In addition, the PECVD method has the advantage that it can be deposited faster because it can proceed at a lower temperature than the above two methods, and when SiH4 is placed in the plasma, it collides with molecules in the plasma and decomposes into Si and H. to be.

다만, PECVD 방식은 증착 온도 환경이 300℃ 내외로서 증착 과정에서 불순물이 다량 함유되기 때문에 다결정 실리콘을 증착하는 공정에서는 사용되지 않고 있다. However, the PECVD method is not used in the process of depositing polycrystalline silicon because the deposition temperature environment is about 300 ° C. and a large amount of impurities are included in the deposition process.

다만, 본 발명에서는 고의적으로 다결정 실리콘을 증착하는 과정에서 불순물을 함유시키는 것을 목적으로 하므로, 본 PECVD 방식을 이용하는 것을 주요 기술로 한다. However, in the present invention, since the purpose is to contain impurities in the process of intentionally depositing polycrystalline silicon, the main technique is to use the PECVD method.

특히 불순물로는 N2의 기체가 바람직하며, 이는 인공적으로 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다. In particular, the impurity is preferably a gas of N2, which may further include artificially supplying.

또한, LPCVD 방식은 균일한 공정 특성을 가지나 장시간 진행하기 때문에 기판의 열팽창에 의한 변화가 있어서 가격이 고가인 석영기판을 사용하기 때문에 생산단가가 올라가고 장시간 공정이라 생산성이 낮아지는 문제가 있다. PECVD 방식은 시간이 단축되고 저가의 유리기판에서 생산이 가능한 장점도 가지게 된다. In addition, the LPCVD method has a uniform process characteristics, but because the process proceeds for a long time there is a change due to the thermal expansion of the substrate to use a high-priced quartz substrate, there is a problem that the production cost increases and the productivity is low because of a long process. PECVD has the advantage of being shorter in time and capable of producing on low cost glass substrates.

결정질 실리콘 제품의 제조에서 일어나는 대부분의 문제점은 취약한 유리기판의 내열성으로 인해 공정 온도를 높은 온도로 충분히 올릴 수 없는 것과 연관이 되어 있다. 만일, 기판으로 유리를 사용하는 경우, 지금까지 개발된 내열성 유리의 경우, 670℃ 근처에서 왜곡점(strain point)이 있으며, 640℃ 이상의 온도에서 수분이상 열처리를 받을 경우 급격한 자체 변형이 일어나게 된다. 또한, 450℃이상에서는 급격히 유리 수축(shrink)dl 일어나게 된다. 이러한 유리기판의 변형 및 수축은 결정질 실리콘을 사용한 제품의 제조 공정의 허용온도를 600℃ 미만으로 제한하게 되는 원인이다.Most of the problems encountered in the manufacture of crystalline silicon products are associated with the inability to raise the process temperature to high temperatures due to the heat resistance of fragile glass substrates. If the glass is used as a substrate, the heat-resistant glass developed so far has a strain point near 670 ° C, and rapid self-deformation occurs when a heat treatment is performed at a temperature of 640 ° C or higher. Further, above 450 ° C., the glass shrinks rapidly. Such deformation and shrinkage of the glass substrate is a cause of limiting the allowable temperature of the product manufacturing process using crystalline silicon to less than 600 ℃.

(3)의 모습은 다결정 실리콘 구조물(11) 내부에 기공이 형성되어 있는 모습을 볼 수 있다. 이는 불순물의 존재로 인해 형성된 것이다. 이러한 기공은 식각 공정에서 반응 가스가 다결정 실리콘 구조물(11)과 접촉하는 시간 및 거리의 불균일성을 유발시키게 된다. The appearance of (3) can be seen that the pores are formed inside the polycrystalline silicon structure (11). It is formed due to the presence of impurities. These pores cause nonuniformity in the time and distance of the reaction gas in contact with the polycrystalline silicon structure 11 in the etching process.

LPCVD 방식으로 고온의 환경에서 다결정 실리콘 구조물(11)을 불순물이 포함되지 않게 증착한 후 식각 공정을 진행하는 경우에는, 기공이 존재하지 않아 균일하게 식각이 이루어지게 되어 분균일한 러프니스를 얻을 수 없을 뿐만 아니라, 별도의 공정을 추가한다고 하더라도 불균일한 러프니스를 얻기 위해서는 식각 공정을 정밀하게 제어해야 하는 어려움이 따른다. When the etching process is performed after the polycrystalline silicon structure 11 is deposited without containing impurities in a high temperature environment by LPCVD, pores are not present, etching is uniformly performed to obtain uniform roughness. In addition, even if a separate process is added, it is difficult to precisely control the etching process to obtain uneven roughness.

하지만, 본 발명에서와 같이 질소 가스의 불순물을 첨가하면서 다결정 실리콘 구조물(11)을 저온에서 증착하는 경우에는, 식각 공정에 노출되는 시간 및 압력에 상관없이 표면에서만 불균일하게 식각이 발생하게 된다. 즉, 극한의 조건을 가하여 식각 공정을 진행한다고 하더라도 표면에서만 러프니스가 발생하고, 전체적인 식각이 발생되지 않는 효과가 있다. However, when the polycrystalline silicon structure 11 is deposited at a low temperature while adding impurities of nitrogen gas as in the present invention, etching is unevenly generated only on the surface regardless of the time and pressure exposed to the etching process. That is, even if the etching process is performed under extreme conditions, roughness occurs only on the surface, and there is an effect that the entire etching does not occur.

(3)에서 (4)의 단계는, 식각(etching) 공정을 통해 다결정 실리콘 구조물(11)에 불균일한 러프니스(13)를 형성하는 단계이다. Steps (3) to (4) are steps of forming non-uniform roughness 13 in the polycrystalline silicon structure 11 through an etching process.

미세 가공에서 실리콘 등의 식각을 위하여 사용되는 식각제들은 EDP(Ethylene Diamine Pyrocatechol), KOH 등과 같은 액상과 Cl2 또는 SF6와 함께 사용되는 높은 에너지의 플라즈마에 이르기까지 다양하다. 이플루오르화크세논(이하에서 XeF2라 함)은 상기한 실리콘 식각제에 비하여 몇 가지 장점이 있는 건조한 기상의 실리콘 식각제이다. XeF2는 실온의 대기압에서는 흰색의 고체이며, 상온(25℃)에서 3.8Torr 이하의 압력에서 승화되는 특성이 있다. 승화된 XeF2를 이용한 식각 방법은 알루미늄이나 사진감광제 등의 물질에 대하여 높은 선택도를 가지며, 기상에서 실리콘을 식각하므로 구현된 구조물이 바닥에 붙는 부착의 문제를 최소화할 수 있다. 또한 등방적 식각 특성과 빠른 식각율을 가지는 특성으로 큰 구조물의 밑부분을 빨리 식각할 수 있다. The etchant used for the etching of silicon, etc. in the micro-processing ranges from liquids such as Ethylene Diamine Pyrocatechol (EDP), KOH, and high energy plasma used with Cl2 or SF6. Xenon difluoride (hereinafter referred to as XeF2) is a dry gaseous silicon etchant with several advantages over the silicon etchant described above. XeF2 is a white solid at atmospheric pressure at room temperature, and has a characteristic of subliming at a pressure of 3.8 Torr or less at room temperature (25 ° C). The etching method using sublimated XeF2 has high selectivity for materials such as aluminum or photosensitive agent, and the silicon is etched in the gas phase, thereby minimizing the problem of adhesion of the structure to the floor. In addition, the isotropic etching characteristics and fast etching rate can be used to quickly etch the bottom of a large structure.

따라서 식각 공정에는 건식 식각 공정으로 XeF2의 불소계 화합물을 이용하는 것이 바람직하다. 이는 다결정 실리콘 구조물(11)에 반응성을 가지고 있는 물질이다. 다만, 산화층(20)에는 반응성을 보이지 않는다. Therefore, in the etching process, it is preferable to use a fluorine compound of XeF2 as the dry etching process. This is a material having reactivity to the polycrystalline silicon structure 11. However, the oxide layer 20 does not show reactivity.

(4)는 최종적은 단계를 거쳐 얻게 되는 불균일한 러프니스를 가지는 나노 스케일의 구조물의 형상이다. 본 발명은 표면의 불균일한 러프니스를 가지는 나노 구조물을 제작하여 표면적을 넓히는 효과를 제공할 수도 있고, 러프니스의 스케일이 서로 상이한 구조물을 제공할 수도 있다. 즉, (4)에서 다결정 실리콘 구조물(11)이 기판(10)에 대해 큰 스케일의 러프니스라고 할 때, 다결정 실리콘 구조물(11)의 표면에는 작은 스케일의 러프니스가 제공되는 것이다. (4) is the shape of the nanoscale structure with uneven roughness obtained through the final step. The present invention may provide the effect of widening the surface area by manufacturing a nanostructure having a non-uniform roughness of the surface, or may provide a structure with different scales of roughness. That is, in (4), when the polycrystalline silicon structure 11 is roughness of a large scale with respect to the board | substrate 10, the surface of the polycrystalline silicon structure 11 is provided with the roughness of a small scale.

이러한 불균일한 러프니스를 가지는 나노 스케일의 구조물은 슈퍼 캐패시터의 제작 공정에 응용될 수 있다. 슈퍼 캐패시터란 비축전 용량이 종래의 것에 비해 100~1000배 이상 향상된 것을 말하는데, 슈퍼 캐패시터는 2차전지에 비하여 전력밀도가 높고, 사이클 수명이 길며, 방전율도 높고, 기타 여러가지 장점을 갖는다. 슈퍼 캐패시터의 경우 표면적을 증대시킴으로서 제작할 수 있는데, 본 발명에 의한 불균일한 러프니스를 가지는 나노 스케일 구조물의 경우 평평한 구조물에 비해 표면적은 10배이상 증가할 수 있다. Nanoscale structures having such non-uniform roughness may be applied to the fabrication process of supercapacitors. The supercapacitor refers to an improvement in the specific storage capacity by 100 to 1000 times or more compared to the conventional one. The supercapacitor has a higher power density, a longer cycle life, a higher discharge rate, and various other advantages as compared with the secondary battery. The supercapacitor may be manufactured by increasing the surface area, and in the case of the nanoscale structure having the non-uniform roughness according to the present invention, the surface area may be increased by more than 10 times compared to the flat structure.

캐패시터는 두 개의 평평한 전극층과 그 사이에 제공되는 유전층으로 구성이 되는데, 상기 전극층을 생성하는 과정에서 본 발명에 의한 불균일한 러프니스를 가지는 나노 스케일의 구조물을 생성하는 경우에는, 그 표면적이 크게 증가하기 때문에 그 용량을 증대시킬 수 있고, 정확성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. The capacitor consists of two flat electrode layers and a dielectric layer provided therebetween. In the process of generating the electrode layer, when the nanoscale structure having non-uniform roughness according to the present invention is produced, its surface area is greatly increased. Therefore, the capacity can be increased, and the accuracy can be improved.

또한, 본 발명에 의한 불균일한 러프니스를 가지는 나노 스케일 구조물은 이중 러프니스를 가지는 구조물을 생성하는데 이용될 수 있다. 이를 통하여 액체와 고체의 접촉각(contact angle)을 조절할 수 있게 된다. 즉, 이중 러프니스가 제공되는 표면에 액체가 존재하는 경우, 접촉각이 크게 증가하여 소수성(super-hydrophobic)이 증가하는 표면을 만들 수 있게 된다.
In addition, nanoscale structures with non-uniform roughness according to the present invention can be used to create structures with double roughness. This makes it possible to adjust the contact angle of the liquid and solid (contact angle). That is, when liquid is present on the surface provided with the double roughness, the contact angle is greatly increased, thereby making it possible to create a surface having an increased hydrophobicity.

본 발명은 상기와 같은 실시예에 의해 권리범위가 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적인 사상을 가지고 있다면 모두 본 발명의 권리범위에 해당된다고 볼 수 있으며, 본 발명은 특허청구범위에 의해 권리범위가 정해짐을 밝혀둔다.The present invention is not limited to the scope of the embodiments by the above embodiments, all having the technical spirit of the present invention can be seen to fall within the scope of the present invention, the present invention is the scope of the claims by the claims Note that is determined.

10 : 기판(substrate), 11 : 다결정 실리콘 구조물, 13 : 러프니스, 20 : 산화층 10: substrate, 11 polycrystalline silicon structure, 13 roughness, 20 oxide layer

Claims (7)

불순물을 이용한 불균일한 러프니스(roughness)를 갖는 나노(nano) 스케일의 구조물을 제조하는 방법에 있어서,
기판(substrate)의 표면에 산화층(oxidation layer)을 형성하는 제1 단계와,
상기 산화층의 상측에 불순물을 첨가하면서 다결정 실리콘 구조물을 형성하는 제2 단계와,
식각(etching) 공정을 통해 상기 다결정 실리콘 구조물에 불균일한 러프니스를 형성하는 제3 단계를 포함하는,
불순물을 이용한 불균일한 러프니스를 갖는 나노 스케일의 구조물 제조 방법.
In the method of manufacturing a nano-scale structure having a non-uniform roughness using impurities,
A first step of forming an oxidation layer on the surface of the substrate,
A second step of forming a polycrystalline silicon structure while adding impurities to the upper side of the oxide layer;
A third step of forming non-uniform roughness in the polycrystalline silicon structure through an etching process,
A method of manufacturing a nanoscale structure having non-uniform roughness using impurities.
불순물을 이용한 불균일한 러프니스(roughness)를 갖는 나노(nano) 스케일의 구조물을 제조하는 방법에 있어서,
기판(substrate)의 표면에 산화층(oxidation layer)을 형성하는 제1 단계와,
상기 산화층의 다결정 실리콘 구조물을 PECVD 공정을 이용하여 형성하는 제2 단계와,
식각(etching) 공정을 통해 상기 다결정 실리콘 구조물에 불균일한 러프니스를 형성하는 제3 단계를 포함하는,
불순물을 이용한 불균일한 러프니스를 갖는 나노 스케일의 구조물 제조 방법.
In the method of manufacturing a nano-scale structure having a non-uniform roughness using impurities,
A first step of forming an oxidation layer on the surface of the substrate,
Forming a polycrystalline silicon structure of the oxide layer by using a PECVD process;
A third step of forming non-uniform roughness in the polycrystalline silicon structure through an etching process,
A method of manufacturing a nanoscale structure having non-uniform roughness using impurities.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 제1 단계에서 사용되는 기판은 실리콘 웨이퍼인,
불순물을 이용한 불균일한 러프니스를 갖는 나노 스케일의 구조물 제조 방법.
The method according to claim 1 or 2,
The substrate used in the first step is a silicon wafer,
A method of manufacturing a nanoscale structure having non-uniform roughness using impurities.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 제3 단계에서 상기 식각 공정은 XeF2를 이용하는,
불순물을 이용한 불균일한 러프니스를 갖는 나노 스케일의 구조물 제조 방법.
The method according to claim 1 or 2,
In the third step, the etching process uses XeF2,
A method of manufacturing a nanoscale structure having non-uniform roughness using impurities.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 단계에서 첨가하는 상기 불순물은 질소 기체인,
불순물을 이용한 불균일한 러프니스를 갖는 나노 스케일의 구조물 제조 방법.
The method according to claim 1,
The impurity added in the second step is nitrogen gas,
A method of manufacturing a nanoscale structure having non-uniform roughness using impurities.
청구항 2에 있어서,
상기 제2 단계에서 상기 PECVD 공정을 통해 다결정 실리콘 구조물이 증착되는 과정에서 불순물 기체를 제공하는 단계를 더 포함하는,
불순물을 이용한 불균일한 러프니스를 갖는 나노 스케일의 구조물 제조 방법.
The method according to claim 2,
Providing an impurity gas in the process of depositing a polycrystalline silicon structure through the PECVD process in the second step,
A method of manufacturing a nanoscale structure having non-uniform roughness using impurities.
청구항 6에 있어서,
상기 불순물 기체는 질소 가스인,
불순물을 이용한 불균일한 러프니스를 갖는 나노 스케일의 구조물 제조 방법.
The method of claim 6,
The impurity gas is nitrogen gas,
A method of manufacturing a nanoscale structure having non-uniform roughness using impurities.
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