[논문]유도결합플라즈마를 이용한 O2/BCl3/Ar가스에 따른 Indium Tin Oxide 박막의 식각 특성 연구

위재형; 우종창; 김창일

doi:10.4313/jkem.2010.23.10.752

[국내논문] 유도결합플라즈마를 이용한 O2/BCl3/Ar가스에 따른 Indium Tin Oxide 박막의 식각 특성 연구
The Etching Properties of Indium Tin Oxide Thin Films in O2/BCl3/Ar Gas Mixture Using Inductively Coupled Plasma 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.23 no.10, 2010년, pp.752 - 758

위재형 (중앙대학교 재생에너지학과) , 우종창 (중앙대학교 전자전기공학부) , 김창일 (중앙대학교 전자전기공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

The etching characteristics of indium tin oxide (ITO) thin films in an $O_2/BCl_3/Ar$ plasma were investigated. The etch rate of ITO thin films increased with increasing $O_2$ content from 0 to 2 sccm in $BCl_3$/Ar plasma, whereas that of ITO decreased with increasing $O_2$ content from 2 sccm to 6 sccm in $BCl_3$/Ar plasma. The maximum etch rate of 65.9 nm/m in for the ITO thin films was obtained at 2 sccm $O_2$ addition. The etch conditions were the RF power of 500 W, the bias power of 200 W, the process pressure of 15 mTorr, and the substrate temperature of $40^{\circ}C$. The analysis of x-ray photo electron spectroscopy (XPS) was carried out to investigate the chemical reactions between the surfaces of ITO thin films and etch species.

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

그러므로 ITO 식각 특성을 향상시키기 위해 많은 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 BCl₃/Ar 플라즈마에 O2를 첨가시켜 식각속도를 향상 시키고 식각 부산물을 효율적으로 처리하는데 목표를 가지고 실험을 진행하였다.

제안 방법

본 연구에서는 O₂/BCl₃/Ar가스에 따른 ITO 박막의 식각 특성을 유도결합 플라즈마 (ICP: inductively coupled plasma system)를 이용하여 진행 하였다. 이때, RF 전력, 바이어스 전력 그리고 공정압력의 변화에 따른 식각 특성을 알아보았다.
/Ar가스에 따른 ITO 박막의 식각 특성을 유도결합 플라즈마 (ICP: inductively coupled plasma system)를 이용하여 진행 하였다. 이때, RF 전력, 바이어스 전력 그리고 공정압력의 변화에 따른 식각 특성을 알아보았다. ITO 박막표면에서의 화학적 반응들은 x-ray photoelectron spectroscopy (XPS)에 의해서 알아보았다.
이때, RF 전력, 바이어스 전력 그리고 공정압력의 변화에 따른 식각 특성을 알아보았다. ITO 박막표면에서의 화학적 반응들은 x-ray photoelectron spectroscopy (XPS)에 의해서 알아보았다.
본 연구에서는 마그네트론 스퍼터링 시스템을 사용하여 200℃에서 비 알카리성 유리 위에 증착한 ITO를 사용하였다. 이와 같이 준비된 ITO 박막의 식각 특성을 알기 위해 그림 1에 나타난 평형 ICP 시스템을 사용하여 식각 실험을 수행하였다. 본 식각 장치는 석영창 위에 나선형의 평판 구리 코일에 13.
이와 같이 준비된 ITO 박막의 식각 특성을 알기 위해 그림 1에 나타난 평형 ICP 시스템을 사용하여 식각 실험을 수행하였다. 본 식각 장치는 석영창 위에 나선형의 평판 구리 코일에 13.56 MHz의 RF 전력을 인가했으며, 바이어스 전력을 조절하기 위해서 13.56 MHz RF 전력을 하부 전극에 인가하였다. 챔버 내부의 압력은 mechanical pump와 turbo-molecular pump를 이용하여 10^-6 Torr까지 유지하였고, throttle valve를 이용하여 공정압력을 조절하였다.
ITO 박막은 O₂/BCl₃/Ar 플라즈마에서 식각 실험이 진행 되었고, O₂가스 혼합비는 식각 특성을 찾기 위해 변화시켰다. 이때 공정변수로는 RF 전력을 500 W, 바이어스 전력은 200 W, 반응로 압력은 15 mTorr, 기판온도는 40℃로 고정시켰다.
이때 공정변수로는 RF 전력을 500 W, 바이어스 전력은 200 W, 반응로 압력은 15 mTorr, 기판온도는 40℃로 고정시켰다. 식각속도는 surface profiler (KLA Tencor, Alpha-step 500)를 사용하여 측정하였으며, 식각 전후의 ITO 박막의 표면 반응을 Thermo VG 사의 ESCA LAB 250 XPS 장비를 이용하여 분석하였다. 이 때 XPS 장비는 250 watts의 Mg Ka(1486 eV)를 사용하였다.
대한 ITO 박막의 선택비들을 나타낸 것이다. 여기서 ITO 박막의 활성 종 농도에 따른 식각 속도와 ITO 박막과 SiO₂와의 선택비를 보면, 우리는 BCl₃/Ar 플라즈마에 O₂ 가스를 0 sccm ～ 6 sccm까지 첨가시켰다. ITO의 최대 식각 속도는 BCl₃ (20%)/Ar (80%)가스비에 O₂를 2 sccm 첨가하였을 때 65.
ITO 박막 표면에서 라디칼과의 반응에 따른 식각 특성을 이해하기 위해서 O₂/BCl₃/Ar 플라즈마에 더욱 세밀한 화학적 반응을 살펴보고자 XPS를 수행하였다. 그림 6은 BCl3/Ar 가스 조건과 O₂/BCl₃/Ar 가스 조건에서 식각 후 ITO 박막 표면의 In 3d narrow scan 결과이다.
본 논문에서는 유도결합 플라즈마를 사용하여 ITO 박막을 식각 하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 마그네트론 스퍼터링 시스템을 사용하여 200℃에서 비 알카리성 유리 위에 증착한 ITO를 사용하였다. 이와 같이 준비된 ITO 박막의 식각 특성을 알기 위해 그림 1에 나타난 평형 ICP 시스템을 사용하여 식각 실험을 수행하였다.

성능/효과

8로 가장 높았다. 이러한 결과를 볼 때, ITO 박막은 BCl₃ 의 화학적인 메커니즘에 의해서 식각 속도가 증가하는 것을 보이며, Ar⁺의 물리적인 스퍼티링 효과가 가미되어 더욱 식각 속도를 높게 한다고 판단된다. ITO 박막이 물리적인 스퍼터링 효과보다 화학적인 메커니즘에 의해 식각 속도가 높다고 판단 할 수 있다.
이 때 RF 전력은 500 W, 가스혼합비는 O₂(2 sccm)/BCl₃(4 sccm)/Ar(16 sccm), 바이어스 전력은 200 W, 기판온도는 40℃로 고정하였다. 공정압력이 증가 할수록 식각속도는 감소하는 것을 알 수가 있었다. 이는 공정압력이 증가하면 라디칼 밀도는 증가하게 되어 화학적 식각은 증가하지만, 평균자유행정이 감소한다.
따라서 InCl_x 부산물의 제거가 ITO의 식각 속도를 결정하는 것으로 보인다. 또한 XPS를 통해 O₂가 첨가 되었을 시 In 성분의 결합에너지가 낮은 곳으로의 이동은 ITO의 전기적 성질을 개선시킬 것으로 사료되고, Sn peak intensity가 급격히 낮아짐을 보고 BCl₃/Ar 플라즈마 및 O₂를 첨가하였을 시에 식각은 ITO를 보다 선택적으로 식각하였음을 알 수 있다. 그러나 O₂를 첨가하였을 시에 Sn 성분의 비율이 첨가하지 않았을 때보다 높았다는 것을 보고 ITO가 n-type 반도체로서 변형된 Sn이 전기적 성질을 개선시킬 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	ITO에서 SnO2의 첨가량은?	Indium tin oxide (ITO)는 In2O3의 결정 구조에서 In 자리에 Sn을 치환하여 제조한 재료로서 SnO2의 첨가량은 5～10 wt%로 알려져 있다. ITO는 가시광선 영역에서는 투광 특성이, 적외선 영역에서는 반사 특성이 우수하며 비교적 낮은 전기저항을 갖는 상온에서 안정한 산화물이다 [1].
	HI, HCI solution 등을 이용한 습식식각은 어떤 단점이 있는가?	투명전극 박막이 소자에 응용될 때, 그 중에 patterning의 용이성 여부는 생산성과 직결되기 때문에 식각 특성은 중요한 요소 중에 하나다 [2]. 마이크론 단위 이하의 선폭과 이방성 식각의 요구가 엄격하지 않은 소자의 패터닝에는 습식식각이 이용되어 지고 있지만, HI, HCl solution 등을 사용한 습식식각에는 좋지 않은 profile, 낮은 resolution, 느린 식각 속도, 식각 후 잔사가 남는 등의 단점이 있다 [3]. 투명 전극 재료로 사용 되려면 식각이 빠르고 에칭 후 잔사가 남지 않는 물질이어야 한다.
	투명전극 박막의 조건은?	투명전극 재료는 평판디스플레이 및 태양전지 등의 소자에서 전극으로서 사용되고 있는 물질로 알려져 있다. 투명전극은 비저항이 1×10-3 Ω/cm이하, 면 저항이 103 Ω/sq이하로, 전기전도성이 우수하고 380에서 780 nm의 가시광선 영역에서 투과율이 80% 이상이라는 두 가지 성질을 가지는 박막이어야 한다.

참고문헌 (11)

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