[논문]Inductively Coupled Plasma를 이용한 SnO 박막의 식각 특성 연구

김수곤; 박병옥; 이준형; 김정주; 허영우

doi:10.5695/jkise.2016.49.1.98

Inductively Coupled Plasma를 이용한 SnO 박막의 식각 특성 연구
Study of Dry Etching of SnO thin films using a Inductively Coupled Plasma 원문보기

한국표면공학회지 = Journal of the Korean institute of surface engineering, v.49 no.1, 2016년, pp.98 - 103

김수곤 (나노융합기술원) , 박병옥 (경북대학교 신소재공학부) , 이준형 (경북대학교 신소재공학부) , 김정주 (경북대학교 신소재공학부) , 허영우 (경북대학교 신소재공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

The dry etching characteristics of SnO thin films were investigated using inductively coupled plasma (ICP) in Ar, $CF_4$, $Cl_2$ chemistries. the SnO thin films were deposited by reactive rf magnetron sputtering with Sn metal target. In order to study the etching rates of SnO, the processing factors of processing pressure, source power, bias power, and etching gas were controlled. The etching behavior of SnO films under various conditions was obtained and discussed by comparing to that of $SiO_2$ films. In our results, the etch rate of SnO film was obtained as 94nm/min. The etch rates were mainly affected by physical etching and the contribution of chemical etching to SnO films appeared relatively week.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 연구에서는 투명 산화물 반도체를 만들기 위한 재료의 연구 일환으로 진행되는 것이며, 특히 P형 반도체 특성을 갖는 재료인 SnO에 대한 식각 특성을 연구하고자 한다. 최근 InGaZnO, SnO₂, ZnO 에 대한 식각 특성을 연구한 사례는 있지만[13-16], SnO에 대한 식각 연구는 찾기 어렵다.
이 연구에서는 P형 재료로 알려진 SnO 박막에 대한 식각 특성을 Inductively Coupled Plasma Etcher 장치를 이용하여 평가하고, 이를 통하여 소자 개발에 필요한 최적을 식각 공정 조건을 확보하기 위한 연구를 진행하였다. SnO 박막의 식각 특성은 기존 Silicon Process의 SiO₂에 비하여 떨어지는 경향을 보여 주었다.

제안 방법

SnO박막을 식각하는 조건을 도출하기 위하여 ICP Etching의 인자들을 평가하는 방법을 적용하기 전에 선행 평가로 본 장치의 Main Etchant인 F와 Cl₂의 식각 능력 평가를 동일 공정 조건에서 CF₄ Gas 와 Cl₂ Gas를 동일한 양으로 진행하였을 때 식각 속도는 다음과 같았다.
따라서, ICP Etcher에서 가장 많이 적용하고 있는 Etchant인 Cl₂와 CF₄의 Gas조건에서 SnO와의 반응성에 대한 평가를 우선 진행하였다. SnO와 Etch Gas의 반응성에 대한 평가는 다른 인자는 동일하게 적용하고 Etch Gas 인자만 변경하였을 때에 나타나는 Etchrate 를 기준으로 진행하였다. Etchrate기준으로 Main Gas 를 결정한 후 식각 반응에 관련된 인자를 검출하고 이에 대한 영향을 조사하였다.
위와 같이 많은 식각 인자 중에서 압력, Source Power, Bias Power, Etchant Gas, 분위기 Gas의 변화를 통한 SnO의 식각을 연구를 진행하였다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 SnO는 Sputtering법으로 증착 변수의 정밀한 조절을 통해 단일상의 p형 SnO를 증착한 것이다. 2인치 금속 Sn 타겟으로 reactive sputtering을 통해 박막을 증착시켰으며, 기판으로는 soda-lime glass (corning eagle 2000)가 사용되었다. 이를 통해 SnO단일상을 얻을 수 있었다.
본 연구에 사용된 SnO는 Sputtering법으로 증착 변수의 정밀한 조절을 통해 단일상의 p형 SnO를 증착한 것이다. 2인치 금속 Sn 타겟으로 reactive sputtering을 통해 박막을 증착시켰으며, 기판으로는 soda-lime glass (corning eagle 2000)가 사용되었다.

성능/효과

이 연구에서는 P형 재료로 알려진 SnO 박막에 대한 식각 특성을 Inductively Coupled Plasma Etcher 장치를 이용하여 평가하고, 이를 통하여 소자 개발에 필요한 최적을 식각 공정 조건을 확보하기 위한 연구를 진행하였다. SnO 박막의 식각 특성은 기존 Silicon Process의 SiO₂에 비하여 떨어지는 경향을 보여 주었다. 또한 식각 능력에 영향을 미치는 주 인자는 Bias Power로 나타나는데 이는 Etchant의 가속성에 의한 물리적 식각이 식각 속도에 영향을 크게 미치고 있음을 알 수 있다.
특히, 일정 이상의 물리적 식각이 영향을 미치지 않는 일정 구간은 화학적 식각의 영향으로 식각 반응이 약하게 진행되며 있는 것으로 나타났다. 결국 SnO의 식각은 화학적인 식각 반응보다는 가속에 의한 물리적인 식각 반응이 우선적으로 적용되며 추가로 화학적인 반응이 일어나는 메카니즘으로 볼 수 있었다.
SnO 박막의 식각 특성은 기존 Silicon Process의 SiO₂에 비하여 떨어지는 경향을 보여 주었다. 또한 식각 능력에 영향을 미치는 주 인자는 Bias Power로 나타나는데 이는 Etchant의 가속성에 의한 물리적 식각이 식각 속도에 영향을 크게 미치고 있음을 알 수 있다. 특히, 일정 이상의 물리적 식각이 영향을 미치지 않는 일정 구간은 화학적 식각의 영향으로 식각 반응이 약하게 진행되며 있는 것으로 나타났다.

후속연구

본 실험의 장비의 특성에 의하여 더 높은 Bias power를 인가할 수 없었지만, 장비의 한계가 없다면 물리적 식각의 강화를 통하여 SnO의 식각 속도를 더 증가시키는 것이 가능하리라 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	투명 박막 트랜지스터의 재료로 사용되는 투명 반도체 산화물은 어떤 종류가 있는가?	투명 박막 트랜지스터의 재료로 많이 이용되는 투명 반도체 산화물로는 In-Ga-Zn-O (IGZO), In-SnZn-O (ITZO), In-Sn-O (ITO), ZnO등이 있으며[1-4], 이 재료들로 제작되는 투명 산화물 반도체는 Bandgap과 Optical Window등에서 특성적으로 우수한 성능을 보이면서 실제 제품화까지 진행되고 있다. 하지만, 이 재료들은 대부분 n형 특성을 띄고 있으며 p형 특성을 갖는 재료는 일부의 재료만이 있다고 알려져 있으며 아직도 더 많은 연구가 필요한 시점이다.
	투명 반도체 산화물 중 높은 Hole Mobility와 저온 공정의 제조 조건을 가진 재료는?	P형 반도체가 될 수 있는 투명 반도체 산화물은 Cu2O, CuO, SnO, NiO, CrCu2O2등 이라고 알려져 있다[5-11]. 이 재료 중 SnO의 경우 높은 Hole Mobility와 저온 공정의 제조 조건 등으로 유망한 재료로 예상된다.
	SnO 박막에 대한 식각 특성을 평가한 결과, 식각 능력에 영향을 미치는 주 인자는 무엇인가?	SnO 박막의 식각 특성은 기존 Silicon Process의 SiO2에 비하여 떨어지는 경향을 보여 주었다. 또한 식각 능력에 영향을 미치는 주 인자는 Bias Power로 나타나는데 이는 Etchant의 가속성에 의한 물리적 식각이 식각 속도에 영향을 크게 미치고 있음을 알 수 있다. 특히, 일정 이상의 물리적 식각이 영향을 미치지 않는 일정 구간은 화학적 식각의 영향으로 식각 반응이 약하게 진행되며 있는 것으로 나타났다.

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