KR20230081917A - 하드 마스크를 포함하는 전계 방출원의 제조 공정 및 이를 이용한 엑스레이 발생장치 - Google Patents
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Abstract
본원은 하드 마스크를 포함하는 전계 방출원의 제조 공정 및 이를 이용한 엑스레이 발생장치에 관한 것이다.
Description
본원은 하드 마스크를 포함하는 전계 방출원의 제조 공정 및 이를 이용한 엑스레이 발생장치에 관한 것이다.
종래의 엑스레이 발생장치는 전자빔을 발생시키는 캐소드(cathode electrode; 음극)와 캐소드에서 나온 전자빔이 높은 운동에너지를 가지고 충돌하여 엑스레이를 발생시키는 애노드(양극)으로 구성된다.
이때 애노드에는 텅스텐, 몰리브데늄, 구리 등의 원자번호가 높은 금속재질의 타겟을 형성하여 타겟에 부딪힌 전자가 타겟 원자들과의 전자기적 상호작용에 의한 가속을 겪으면서 엑스레이 복사를 방출한다. 또는 타겟 원자에 속박된 전자들이 타겟으로 부딪히는 전자들과 운동량을 교환함으로써 여기되었다가 기저상태로 복귀할 때 그 에너지 차이에 해당하는 엑스레이 복사를 방출하는 방식으로 엑스레이 복사를 생성한다.
여기서, 전계 방출원은 구체적으로 기판, 음극, 음극 상부에 배치된 팀, 음극과 게이트 전극 사이에 배치되는 절연층, 및 애노드를 포함하는 구성을 포함하며, 전압 인가시 팁과 게이트 전극에 생성된 전계에 의하여 팁에서 방출된 전자가 게이트 전극의 홀을 통과하여 애노드로 이동하게 된다.
본원은, 게이트 전극에 포함되는 게이트 홀 및 절연층에 포함되는 더미 홀에 습식 식각을 적용하여 돔형 홀을 형성하고, 게이트 전극의 상부에 하드 마스크가 잔존하는 전계 방출원의 제조 방법 및 상기 전계 방출원을 포함하는 엑스레이 발생 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 상기한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 이하의 설명으로부터 본 발명의 또 다른 기술적 과제들이 도출될 수 있다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 측면에 따르면, 전계 방출원 제조 방법에 있어서, 실리콘 기판 상부에 캐소드 전극을 형성하는 단계; 상기 캐소드 전극 상부에 절연층을 형성하는 단계; 상기 절연층 상부에 게이트 전극을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극 상부에 하드 마스크, 반사 방지막 및 포토레지스트 층을 순차적으로 형성하는 단계; 미리 설정된 게이트 홀의 형성을 위해 노광 공정을 수행하는 단계; 및 상기 노광 공정에 의해 형성된 패턴에 따라 상기 반사 방지막과 하드 마스크에 건식 식각을 수행하는 단계; 제 1 건식 식각을 통해 상기 게이트 전극에 상기 게이트 홀을 형성하는 단계; 제 2 건식 식각을 통해 상기 하드 마스크의 홀 및 상기 게이트 홀과 관통하도록 상기 절연층에 더미 홀을 형성하는 단계; 상기 하드 마스크의 홀, 게이트 홀 및 더미 홀에 습식 식각을 적용하여 돔형 홀을 형성하는 단계; 및 상기 돔형 홀에 전계를 방출하는 금속 팁을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 캐소드 전극을 형성하는 단계는 스퍼터링 공정을 통해 SiCN 층을 형성하는 것일 수 있으며, 상기 게이트 전극을 형성하는 단계는 스퍼터링 공정을 통해 Cr 층을 형성하는 것일 수 있다.
또한, 상기 더미 홀을 형성하는 단계는 상기 절연층의 약 1/2 내지 약 2/3 두께에 해당하는 만큼 건식 식각을 수행하는 것일 수 있으며, 더미 홀을 형성하는 단계는 상기 절연층의 약 1/2 두께에 해당하는 만큼 건식 식각을 수행하는 것일 수 있다.
또한, 상기 금속 팁을 형성하는 단계는 스퍼터링 공정을 통해 상기 돔형 홀의 바닥 면과 하드 마스크 층의 상부에 크롬층을 형성하는 단계; 및 증착 공정을 통해 상기 크롬층의 상부에 Mo 층을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 Mo층은 상기 돔형 홀의 형성에 의해, 콘 형상을 갖는 것일 수 있다.
또한, 상기 금속 팁을 형성하는 단계 이후 상기 게이트 전극의 상부에 위치한 Mo 층을 제거하는 단계; 및 상기 금속 팁의 상부에 금속 코팅층을 적층하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 금속 코팅층을 적층하는 단계는 상기 금속 팁과 유사한 일함수를 갖는 금속을 PVD, 스퍼터링, 증착(evaporating) 또는 ALD 공정을 통해 코팅하는 것일 수 있다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 실시예의 전계 방출원을 이용한 엑스레이 발생장치는 실리콘 기판; 상기 실리콘 기판 상에 형성된 캐소드 전극; 상기 캐소드 전극 상에 형성된 절연층; 상기 절연층 상에 형성된 게이트 전극; 상기 게이트 전극 상에 형성된 하드 마스크; 상기 하드 마스크 및 게이트 전극을 관통하며, 상기 절연층에 형성된 적어도 하나 이상의 돔형 홀; 각 돔형 홀 내부에 형성된 콘 형상의 금속 팁 및 상기 금속 팁으로부터 소정 거리 이격되어 배치되고, 상기 금속 팁에서 방출된 전자와의 충돌에 의해 엑스선을 발생시키는 타겟을 구비한 애노드 전극을 포함할 수 있다.
또한, 상기 돔형 홀은 상기 게이트 전극에서 절연층으로 연결되는 구간에서 단면적이 넓어지도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 금속 팁은 상기 돔형 홀의 바닥 면에 형성된 크롬층과, 상기 크롬층의 상부에 콘 형상을 갖도록 형성된 Mo 층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 금속 팁의 상부에 적층된 금속 코팅층을 더 포함할 수 있으며, 상기 금속 코팅층은 상기 금속 팁과 유사한 일함수를 갖는 금속으로 이루어진 것일 수 있다.
본원의 구현예들에 따른 전계 방출원은 돔형 홀이 형성되어 있으며, 이는 상기 금속 팁과 상기 게이트 전극의 거리가 최대한 가까워질 수 있도록 새로운 구조를 제안한 것이다. 구체적으로, 상기 금속 팁이 형성되는 상기 게이트 홀의 하부에서 상기 금속 팁의 면적을 최대한 넓게 확장하는 구조를 통하여, 상기 금속 팁의 높이가 상승될 수 있도록 하여 상기 금속 팁과 상기 게이트 전극의 거리를 단축시킬 수 있다. 이에, 본원의 구현예들에 따른 전계 방출원은 상기 금속 팁이 형성되는 공간의 단면적은 하부가 가장 넓고 상기 게이트 홀 방향으로 단면적이 축소되는 돔 형상을 보유하는 것을 특징으로 한다.
본원의 구현예들에 따른 하드 마스크를 포함하는 전계 방출원은 게이트 홀의 리소그래피 공정시 포토레지스트 대비 게이트 전극에 대한 에칭 선택비가 우수하여 게이트 전극에 대한 식각을 보다 정밀하게 수행할 수 있다.
본원의 구현예들에 따른 하드 마스크를 포함하는 전계 방출원은 전계 방출원의 제조 과정에서 하드 마스크를 제거하지 않고 잔존하게 하였다. 이에 따라 하드 마스크는 게이트 전극의 보호막으로서 기능할 수 있으며, 상기 하드 마스크는 후속되는 식각 공정에서 게이트 전극이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 초고전압 인가에 따른 게이트 전극의 손상을 방지할 수 있다.
본원의 구현예들에 따른 전계 방출원은 상기 금속 팁의 상부에 금속 코팅층을 적층함으로써, 구조적 안정성을 유지하면서도 보다 용이하게 전자가 방출될 수 있다. 추가적으로, 상기 금속 팁의 상부에 상기 금속 코팅층을 적층함으로써, 상기 금속 팁과 상기 게이트 전극사이의 거리를 조절 또는 단축할 수 있다. 또한, 상기 금속 팁(예를 들어, Mo)에 상기 금속 코팅층(예를 들어, W 또는 Ti)을 형성함으로써, 완전고용체로 상기 금속 코팅층으로써 증착되는 금속의 함량 증가에 따라 열적 안정성이 증가할 수 있다. 또한, 상기 금속 코팅층에 의해 산화반응에 대하여 내구성을 가질 수 있다. 상기 금속 코팅층의 형성은 비교적 단순한 물리적 증착(PLD)에 의하므로, 공정에 어려움이 적다.
본 발명의 효과들은 상술한 효과들로 제한되지 않으며, 이하의 기재로부터 이해되는 모든 효과들을 포함한다.
도 1 내지 도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 방출원(100)의 제조방법을 순차적으로 도시한 도면이다.
도 10은, 본원의 일 실시예에 따른 전계 방출원(100)의 구성도이다.
도 11 및 도 12는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 금속 코팅층(200)을 포함하는 전계 방출원(100)의 추가적인 제조방법을 도시한 도면이다.
도 13은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전계 방출원(100)의 구성도이다.
도 10은, 본원의 일 실시예에 따른 전계 방출원(100)의 구성도이다.
도 11 및 도 12는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 금속 코팅층(200)을 포함하는 전계 방출원(100)의 추가적인 제조방법을 도시한 도면이다.
도 13은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전계 방출원(100)의 구성도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 다만, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 도면에 나타난 각 구성요소의 크기, 형태, 형상은 다양하게 변형될 수 있다. 명세서 전체에 대하여 동일/유사한 부분에 대해서는 동일/유사한 도면 부호를 붙였다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부" 등은 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여 되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉 또는 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결(접속, 접촉 또는 결합)"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결 (접속, 접촉 또는 결합)"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(구비 또는 마련)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 "포함(구비 또는 마련)"할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 나타내는 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용되며, 구성 요소들의 순서나 관계를 제한하지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소도 제1구성 요소로 명명될 수 있다.
도 1 내지 도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 방출원(100)의 제조방법을 순차적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 전계 방출원(100)을 형성하기 위하여 우선 기판(110)을 준비한다. 상기 기판은 특별히 제한되는 것은 아니며, 실리콘 기판(110), 예를 들어, 실리콘 웨이퍼를 사용할 수 있다.
도 2를 참조하면, 다음으로 기판(110) 상부에 캐소드 전극(120)을 형성한다. 상기 캐소드 전극(120)은 SiCN을 포함할 수 있으며, 상기 캐소드 전극(120)을 형성하는 단계는 스퍼터링 공정을 통해 SiCN 층을 형성하는 것일 수 있다. 상기 캐소드 전극(120) 형성 후에 세척 단계를 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 캐소드 전극(120)의 상부에 절연층(130)을 형성하며, 상기 절연층(130)은 실리콘-함유 층일 수 있으며, 구체적으로, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 탄화물 및 이들의 조합들 중 선택되는 하나 이상의 절연 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 절연층(130)은 SiO2를 포함한다.
한편, 상기 절연층(130)은 박막 공정에 의해 형성하는 경우에는, 화학기상증착법(chemical vapor deposition; CVD) 또는 원자층 증착법(atomic layer deposition; ALD)에 의해 절연 물질을 증착할 수 있다. 상기 CVD는 열 CVD, 플라즈마 CVD (PECVD), 또는 광 CVD일 수 있다. 또한, 상기 절연층(130) 형성 후에 상기 절연층(130)을 소성시킬 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 절연층(130)의 상부에 게이트 전극(140)을 형성하며, 상기 게이트 전극(140)은 Cr을 포함할 수 있으며, 상기 게이트 전극(140)을 형성하는 단계는 스퍼터링 공정을 통해 Cr 층을 형성하는 것일 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 게이트 전극(140)에 패터닝(150)을 형성한다. 상기 패터닝(150)을 형성하는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 상기 게이트 전극(140)의 상부에 하드 마스크(150a), 반사방지막(150b), 및 포토레지스트 층(150c)를 순차적으로 형성하고, 미리 설정된 게이트 홀의 형성을 위해 노광 공정을 수행한다. 하드 마스크(150a), 반사방지막(150b), 및 포토레지스트 층(150c)을 형성하는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 게이트 전극(140)의 상부에 PECVD로 Si3N4, SiC, 또는 SiO2 층을 증착하여 하드 마스크(150a)를 형성하고, 상기 하드마스크(150a) 상에 반사방지막(150b)을 형성한 후, 상기 반사방지막(150b) 상에 포토레지스트 층(150c)을 형성한다. 이후, 노광 공정을 수행하여 형성된 패턴에 따라 상기 반사 방지막(150a) 및 상기 하드 마스크(150a)에 건식 식각을 수행함으로써, 상기 게이트 전극(140)에 상기 패터닝(150)을 형성할 수 있다. 여기서, 상기 하드 마스크(150a)는 후속되는 식각 공정에서 상기 게이트 전극(140)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
여기서, 하드 마스크와 절연층의 물질을 상이하게 설정함으로써, 후속되는 습식 식각 공정 단계에서 하드 마스크가 잔존하게 할 수 있다. 구체적으로, 하드 마스크는 SiO2, Si3N4, SiC, 및 Al2O3에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으며, 절연층으로는 SiO2 및/또는 Si3N4를 포함할 수 있다. 즉, 후속되는 습식 식각 공정에서 하드 마스크가 식각되지 않도록, 하드 마스크와 절연층을 서로 상이한 재질로 구성할 수 있다. 예를 들어, 하드 마스크가 SiO2로 구성되면, 절연층은 Si3N4로 구성되며, 하드 마스크가 Si3N4 로 구성되면, 절연층은 SiO2 로 구성된다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 게이트 전극(140)에 제 1 건식 식각을 통하여 게이트 홀(160)을 형성하고, 상기 하드 마스크(150a)의 홀 및 상기 게이트 홀(160)과 관통하도록 제 2 건식 식각을 통하여 상기 절연층(130)에 더미 홀(170)을 형성한다. 또한, 상기 더미 홀(170)은 상기 절연층(130)의 약 1/2 내지 약 2/3 두께(비제한적 예로서, 1/2 두께)까지 제 2 건식 식각을 수행함에 따라 형성된다. 더미 홀(170)에 대하여 후속되는 등방성 습식 식각을 적용하면, 돔형 홀(180)이 형성되는데, 돔형 홀(180)은 바닥면으로부터 상승함에 따라 단면적이 좁아지는 형상을 가진다.
도 8을 참조하면, 상기 하드 마스크(150a)의 홀, 상기 게이트 홀(160)과 상기 더미 홀(170)에 등방성 식각이 가능한 습식 식각을 적용함으로써 상기 돔형 홀(180)을 형성한다. 상기 돔형 홀(180)은 후속되는 공정에서 형성되는 금속 팁(190)과 상기 게이트 전극(140)의 거리가 최대한 가까워질 수 있는 구조를 제안할 수 있다. 구체적으로, 상기 금속 팁(190)이 형성되는 상기 게이트 홀(160)의 하부에서, 상기 금속 팁(190)의 면적을 최대한 넓게 확장하는 구조를 통하여, 상기 금속 팁(190)의 높이를 상승시킬 수 있어 상기 금속 팁(190)과 상기 게이트 전극(140)의 거리를 단축시킬 수 있다. 이에, 상기 금속 팁(190)이 형성되는 공간의 단면적은 그 하부가 가장 넓고 상기 게이트 홀(160) 방향으로 단면적이 축소되는 돔 형상으로 형성된다. 즉, 상기 돔형 홀(180)은 상기 게이트 전극(140)에서 상기 절연층(130)으로 연결되는 구간에서 단면적이 넓어지도록 형성되는 것이다.
도 9를 참조하면, 전계를 방출하는 금속 팁(190)을 형성하기 위하여, 상기 돔형 홀(180)의 바닥 면과 상기 게이트 전극(140)의 상부에 크롬층(190a)을 형성하며, 상기 크롬층(190a)의 상부에 Mo 층(190b)을 형성한다. 여기서, 상기 크롬층(190a)은 상기 Mo 층(190b)이 잘 접착되도록 접착층으로서 기능한다. 여기서, 상기 Mo 층(190b)은, 증착 공정을 통하여 형성되며, 상기 돔형 홀(180)의 구조적 특성에 의해 콘 형상을 갖는다. 이에, 상기 금속 팁(190)은 상기 돔형 홀(180)의 바닥 면에 형성된 상기 크롬층(190a)과, 상기 크롬층(190a)의 상부에 콘 형상을 갖도록 형성된 Mo 층(190b)을 포함한다. 이후, 상기 금속 팁(190)의 형성 단계에 의해 상기 게이트 전극(140)의 상부에 형성되는 Mo 층(190b)을 제거한다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 상기 과정에 의해 형성되는 전계 방출원(100)은 애노드(300, anode) 전극을 추가적으로 포함하여, 전압 인가시 상기 금속 팁(190)에서 방출되는 전자가 상기 게이트 홀(160)을 통과하여 상기 애노드(300) 전극으로 이동한다. 구체적으로, 상기 캐소드 전극(120)에 전압을 인가하면, 상기 금속 팁(190)과 상기 게이트 전극(140)에 전계가 생성되어 방출된 전자가 상기 애노드(300) 전극에 의해 끌려간다. 상기 애노드(300) 전극은 상기 금속 팁(190)에서 방출된 전자와의 충돌로 인하여 엑스선을 발생시키는 타겟을 구비한다.
또한, 추가적으로 도 11 및 도 12를 참조하면, 상기 금속 팁(190) 형성 단계에서 형성된 상기 게이트 전극(140) 상부의 Mo 층(190b)을 제거하고, 상기 금속 팁(190)의 상부에 금속 코팅층(200)을 적층하는 단계를 추가 포함할 수 있다. 여기서, 상기 크롬층(190a)은 매우 얇게 형성되어 약 5 nm 이하의 두께로 잔존할 수 있다.
상기 금속 팁(190)의 전계 방출 효율을 상승시키기 위하여, 상기 금속 팁(190)의 상부에 상기 금속 팁(190)과 유사한 일함수(work function)를 갖는 금속을 코팅하여 금속 코팅층(200)을 형성할 수 있다. 상기 금속 코팅층(200)을 코팅함으로써 구조적 안정성을 유지하면서도 전자 방출은 더 용이해질 수 있다. 상기 금속 코팅층(200)은 상기 금속 팁(190)이 Mo로 이루어지는 경우, 상기 금속 팁(190)의 일함수와 유사한 일함수를 갖는 텅스텐 또는 티타늄을 상기 금속 팁에 코팅하는 것일 수 있다.
또한, 상기 금속 팁(190)에 상기 금속 코팅층(200)을 적층함으로써, 상기 게이트 전극(140)과 상기 금속 팁(190) 사이의 거리를 조절 또는 단축할 수 있다.
또한, 상기 금속 코팅층(200)을 적층하는 방법은 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어, PVD(physical vapor deposition), 스퍼터링, 증착(evaporating), ALD, 진공 증착, 또는 이온 플레이팅에 의해 적층되는 것일 수 있다.
도 13은 상기 금속 팁(190)에 상기 금속 코팅층(200)을 형성한 전계 방출원(100)을 나타낸 것이다.
한편, 이와 같은 공정 이후, 전극과의 컨택을 형성하기 위한 후속 공정들이 더 추가될 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 상술한 설명을 기초로 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다. 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 전계 방출원
110: 기판
120: 캐소드 전극
130: 절연층
140: 게이트 전극
150: 패터닝
150a: 하드마스크
150b: 반사방지막
150c: 포토레지스트 층
160: 게이트 홀
170: 더미 홀
180: 돔형 홀
190: 금속 팁
190a: 크롬층
190b: Mo 층
200: 금속 코팅층
300: 애노드
110: 기판
120: 캐소드 전극
130: 절연층
140: 게이트 전극
150: 패터닝
150a: 하드마스크
150b: 반사방지막
150c: 포토레지스트 층
160: 게이트 홀
170: 더미 홀
180: 돔형 홀
190: 금속 팁
190a: 크롬층
190b: Mo 층
200: 금속 코팅층
300: 애노드
Claims (12)
- 전계 방출원 제조 방법에 있어서,
실리콘 기판 상부에 캐소드 전극을 형성하는 단계;
상기 캐소드 전극 상부에 절연층을 형성하는 단계;
상기 절연층 상부에 게이트 전극을 형성하는 단계;
상기 게이트 전극 상부에 하드 마스크, 반사 방지막 및 포토레지스트 층을 순차적으로 형성하는 단계;
미리 설정된 게이트 홀의 형성을 위해 노광 공정을 수행하는 단계; 및
상기 노광 공정에 의해 형성된 패턴에 따라 상기 반사 방지막과 하드 마스크에 건식 식각을 수행하는 단계;
제 1 건식 식각을 통해 상기 게이트 전극에 상기 게이트 홀을 형성하는 단계;
제 2 건식 식각을 통해 상기 하드 마스크의 홀 및 상기 게이트 홀과 관통하도록 상기 절연층에 더미 홀을 형성하는 단계;
상기 하드 마스크의 홀, 게이트 홀 및 더미 홀에 습식 식각을 적용하여 돔형 홀을 형성하는 단계; 및
상기 돔형 홀에 전계를 방출하는 금속 팁을 형성하는 단계를 포함하는 전계 방출원 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 캐소드 전극을 형성하는 단계는 스퍼터링 공정을 통해 SiCN 층을 형성하는 것인,
전계 방출원 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 게이트 전극을 형성하는 단계는 스퍼터링 공정을 통해 Cr 층을 형성하는 것인, 전계 방출원 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 더미 홀을 형성하는 단계는 상기 절연층의 1/2 내지 2/3 두께에 해당하는 만큼 건식 식각을 수행하는 것인, 전계 방출원 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 금속 팁을 형성하는 단계는
스퍼터링 공정을 통해 상기 돔형 홀의 바닥 면과 하드 마스크 층의 상부에 크롬층을 형성하는 단계; 및
증착 공정을 통해 상기 크롬층의 상부에 Mo 층을 형성하는 단계를 포함하되,
상기 Mo층은 상기 돔형 홀의 형성에 의해, 콘 형상을 갖는 것인, 전계 방출원 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 금속 팁을 형성하는 단계 이후 상기 게이트 전극의 상부에 위치한 Mo 층을 제거하는 단계; 및
상기 금속 팁의 상부에 금속 코팅층을 적층하는 단계를 더 포함하는, 전계 방출원 제조방법.
- 제6항에 있어서,
상기 금속 코팅층을 적층하는 단계는 상기 금속 팁과 유사한 일함수를 갖는 텅스텐 또는 티타늄을 PVD, 스퍼터링, 증착(evaporating) 또는 ALD 공정을 통해 코팅하는 것인, 전계 방출원 제조방법.
- 전계 방출원을 이용한 엑스레이 발생장치에 있어서,
실리콘 기판;
상기 실리콘 기판상에 형성된 캐소드 전극;
상기 음극 상에 형성된 절연층;
상기 절연층 상에 형성된 게이트 전극;
상기 게이트 전극 상에 형성된 하드 마스크;
상기 하드 마스크 및 게이트 전극을 관통하며, 상기 절연층에 형성된 적어도 하나 이상의 돔형 홀;
각 돔형 홀 내부에 형성된 콘 형상의 금속 팁 및
상기 금속 팁으로부터 소정 거리 이격되어 배치되고, 상기 금속 팁에서 방출된 전자와의 충돌에 의해 엑스선을 발생시키는 타겟을 구비한 애노드 전극을 포함하는, 엑스레이 발생 장치.
- 제8항에 있어서,
상기 돔형 홀은 상기 게이트 전극에서 절연층으로 연결되는 구간에서 단면적이 넓어지도록 형성된 것인, 엑스레이 발생 장치.
- 제8항에 있어서,
상기 금속 팁은 상기 돔형 홀의 바닥 면에 형성된 크롬층과, 상기 크롬층의 상부에 콘 형상을 갖도록 형성된 Mo 층을 포함하는 것인, 엑스레이 발생 장치.
- 제8항에 있어서,
상기 금속 팁의 상부에 적층된 금속 코팅층을 더 포함하는, 엑스레이 발생 장치.
- 제11항에 있어서,
상기 금속 코팅층은 상기 금속 팁과 유사한 일함수를 갖는 텅스텐 또는 티타늄으로 이루어진 것인, 엑스레이 발생 장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210169150A KR20230081917A (ko) | 2021-11-30 | 2021-11-30 | 하드 마스크를 포함하는 전계 방출원의 제조 공정 및 이를 이용한 엑스레이 발생장치 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210169150A KR20230081917A (ko) | 2021-11-30 | 2021-11-30 | 하드 마스크를 포함하는 전계 방출원의 제조 공정 및 이를 이용한 엑스레이 발생장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230081917A true KR20230081917A (ko) | 2023-06-08 |
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ID=86765712
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020210169150A KR20230081917A (ko) | 2021-11-30 | 2021-11-30 | 하드 마스크를 포함하는 전계 방출원의 제조 공정 및 이를 이용한 엑스레이 발생장치 |
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| Country | Link |
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| KR (1) | KR20230081917A (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100519754B1 (ko) | 2003-01-13 | 2005-10-07 | 삼성에스디아이 주식회사 | 이중 게이트 구조를 가진 전계방출소자 및 그 제조방법 |
-
2021
- 2021-11-30 KR KR1020210169150A patent/KR20230081917A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| KR100519754B1 (ko) | 2003-01-13 | 2005-10-07 | 삼성에스디아이 주식회사 | 이중 게이트 구조를 가진 전계방출소자 및 그 제조방법 |
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