KR100404171B1 - 엔이에이 성질을 갖는 실리콘 표면의 패턴 형성방법 - Google Patents
엔이에이 성질을 갖는 실리콘 표면의 패턴 형성방법 Download PDFInfo
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Abstract
NEA 성질을 갖는 실리콘 표면의 패턴 형성방법에 관한 것으로, 실리콘 기판상에 산화막을 형성하고 패터닝하여 실리콘 기판의 일정영역을 노출시키고, 패터닝된 산화막을 마스크로 노출된 실리콘 기판을 일정깊이로 제거하여 일정 모양의 패턴을 형성한 후, 산화막 희생층 및 실리콘 기판상에 몰리브데늄 박막을 증착하고, 산화막을 리프트오프하여 산화막상의 몰리브데늄 박막을 제거한 후, 노출된 실리콘 기판 표면을 습식식각하여 얇은 산화막을 형성하고, 실리콘 기판 전면을 진공조안에서 가열하여 산화막을 제거한 다음, 실리콘 기판의 패턴 표면상에 알칼리 금속을 증착하고 소량의 산소를 주입함으로써, 전체적인 공정가가 낮아지고 제조 공정이 수월하며, 전자총을 이용하는 여러 분야에 응용될 수 있어 산업상 이용 분야가 넓다.
Description
본 발명은 NEA(Negative Electron Affinity) 성질을 갖는 물질 표면의 패턴 형성방법에 관한 것으로, 특히 NEA 성질을 갖는 실리콘 표면의 패턴 형성방법에 관한 것이다.
일반적으로, 단결정 실리콘이나 GaAs 화합물 반도체의 표면에 알칼리 금속과 소량의 산소를 흡착하면 진공의 에너지 준위가 반도체의 전도대 에너지 준위보다 낮은 곳에 위치하는 NEA 현상이 발생한다.
NEA 표면에서는 빛 주사나 가열에 의해 가전자대(valence band)에서 전도대(conduction band)로 여기된 전자가 쉽게 진공으로 방출된다.
패턴이 없는 NEA 표면에 빛을 쪼이면 NEA 표면 전체에서 전자가 나오지만, NEA 성질을 가진 표면에 패턴을 만들어 원하는 곳에만 NEA 성질을 갖게 하면 빛을 쪼였을 때, 표면의 특정한 곳에서만 전자가 방출된다.
따라서, 패턴이 형성된 NEA 표면을 리소그라피용 전자총이나 영상표시장치 등의 전자원으로 이용할 수 있다.
종래에는 패턴된 GaAs 화합물 반도체의 표면에 시지움(cesium)과 같은 알칼리 금속과 산소를 코팅하여 NEA 성질을 갖게 함으로써, 패턴의 모양대로 전자를 방출하게 하는 방법을 사용하였다.
그러나, GaAs 화합물 반도체가 고가일 뿐만 아니라, 제조 공정도 어려워 값이 싼 단결정 실리콘을 이용하여 패턴된 NEA 표면을 만드는 기술이 필요하게 되었다.
종래 기술에 따른 NEA 성질을 갖는 표면의 패턴 형성방법에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.
패턴된 GaAs 화합물 반도체의 표면에 NEA 성질을 갖게 함으로써, 재료비가 상승되고 제조 공정이 복잡하다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, NEA 성질을 갖는 실리콘 표면에 패턴을 형성하여 재료비가 저렴하고 공정처리가 용이한 NEA 성질을 갖는 실리콘 표면의 패턴 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1a 내지 1f는 본 발명에 따른 NEA 성질을 갖는 실리콘 표면의 패턴 형성공정을 보여주는 공정단면도
도 2은 본 발명에 따른 패턴이 있는 실리콘 NEA 소자를 형광판과 결합하여 영상 표시에 응용한 장치의 개략도
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 실리콘 기판 2 : 산화막
3 : 몰리브데늄 박막 4 : 보호용 산화막
5 : 실리콘 (100) 단결정면
본 발명에 따른 N2A 성질을 갖는 실리콘 표면의 패턴 형성 방법은 실리콘 기판상에 산화막을 형성하고 패터닝하여 실리콘 기판의 일정영역을 노출시키고, 패터닝된 산화막을 마스크로 노출된 실리콘 기판을 일정깊이로 제거하여 일정 모양의 패턴을 형성한 후, 산화막 희생층 및 실리콘 기판상에 몰리브데늄 박막을 증착하고, 산화막을 리프트오프하여 산화막상의 몰리브데늄 박막을 제거하고 노출된 실리콘 기판표면을 화학처리하여 얇은 산화막을 형성하고, 실리콘 기판 전면을 진공조안에서 가열하여 산화막을 제거한 다음, 실리콘 기판의 패턴 표면상에 알칼리 금속을 증착하고 소량의 산소를 주입하는데 그 특징이 있다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 NEA 성질을 갖는 실리콘 표면의 패턴 형성 방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1a 내지 1f는 본 발명에 따른 NEA 성질을 갖는 실리콘 표면의 패턴 형성공정을 보여주는 공정단면도로서, 도 1a에 도시된 바와 같이, 결정 방향이 (100)이고 비저항이 0.1Ωcm 미만이 되도록 헤비(heavy) 도핑된 p형 실리콘 기판(1)상에 산화막(2)을 산화로에서 성장시키고, 산화막(2)을 패터닝하여 일정영역의 실리콘 기판(1)을 노출시킨다.
이어, 도 1b에 도시된 바와 같이, 패터닝된 산화막(2)을 마스크로 노출된 실리콘 기판(1)을 일정깊이로 제거하여 패턴을 형성한다.
그리고, 도 1c에 도시된 바와 같이, 산화막(2) 및 실리콘 기판(1)상에 산에 강한 금속인 몰리브데늄 박막(3)을 스퍼터링 또는 전자빔 증착법으로 형성한다.
이어, 도 1d에 도시된 바와 같이, 리프트 오프(lift-off) 공정으로 산화막(2) 및 산화막(2)상의 몰리브데늄 박막(3)을 제거하고, 노출된 실리콘 기판(1) 표면을 질산, 암모니아, 염산, 불산 등으로 습식 식각하여 두꺼운 자연 산화막을 선택적으로 제거한 후, 노출된 실리콘 기판(1) 표면상에는 원자층 몇 개 정도의 얇은 보호용 산화막(4)을 남긴다.
이때, 몰리브데늄 박막(3)은 습식식각시 사용되는 용액들에 잘 녹지 않으므로 실리콘 기판 표면의 패턴이 유지된다.
그리고, 도 1e에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(1)을 진공 챔버에 넣고 800℃로 가열하면 얇은 보호용 산화막(4)이 증발하여 패턴이 새겨진 실리콘(100)단결정면(5)이 만들어 지고, 도 1f에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(1)의 패턴 표면상에 포타시움, 시지움, 소디움 등의 알칼리 금속을 증착하고 0.5 Langmuir의 산소를 주입하여 패턴된 실리콘 NEA 표면을 완성한다.
이때, 상온에서 실리콘 단결정 면의 알칼리 금속 포화 증착량은 1 원자층(약 1015원자/㎠)미만 이므로 알칼리 금속을 충분히 증착하여 실리콘 표면에 포화되게 한다.
또한, 몰리브데늄 박막위에서는 알칼리 금속이 증착되더라도 일함수가 충분히 내려가지 않으므로 NEA 현상은 생기지 않는다.
도 2은 본 발명에 따른 패턴이 있는 실리콘 NEA 소자를 형광판과 결합하여 영상 표시에 응용한 장치의 개략도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 패턴이 만들어진 실리콘 NEA 표면에 빛을 주사하면 NEA 현상이 생긴 패턴의 표면에서만 전자가 방출된다.
방출된 전자를 형광판에 부딪치게 하면 패턴대로 영상을 만들 수 있으므로 패턴이 된 실리콘 NEA 표면을 화면 표시 장치에 이용할 수 있다.
본 발명에 따른 NEA 성질을 갖는 실리콘 표면의 패턴 형성 방법에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 값이 싼 실리콘 기판을 사용하므로 화합물 반도체 기판에 비해 전체적인 공정가가 낮아지고 제조 공정이 수월하다.
둘째, 패턴된 NEA 실리콘 소자를 전자원으로 이용하여 영상 표시 장치와 같이 여러 분야에 응용될 수 있어 산업상 이용 분야가 넓다.
Claims (5)
- 실리콘 기판상에 산화막을 형성하고 패터닝하여 상기 실리콘 기판의 일정영역을 노출시키는 스텝;상기 패터닝된 산화막을 마스크로 노출된 실리콘 기판을 일정깊이로 제거하여 일정 모양의 패턴을 형성하는 스텝;상기 산화막 및 실리콘 기판상에 금속 박막을 형성하는 스텝;상기 산화막 및 산화막상의 금속 박막을 제거하고 상기 금속 박막을 마스크로 실리콘 기판 표면상에 얇은 보호막을 형성하는 스텝;상기 실리콘 기판 전면을 가열하여 상기 보호막을 제거하는 스텝; 그리고상기 실리콘 기판의 패턴 표면상에 알칼리 금속을 형성하고 소량의 산소를 주입하는 스텝으로 이루어짐을 특징으로 하는 NEA 성질을 갖는 실리콘 표면의 패턴 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 금속 박막은 산에 강한 금속임을 특징으로 하는 NEA 성질을 갖는 실리콘 표면의 패턴 형성 방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 산에 강한 금속은 몰리브데늄임을 특징으로 하는 NEA 성질을 갖는 실리콘 표면의 패턴 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 보호막은 산화막임을 특징으로 하는 NEA 성질을 갖는 실리콘 표면의 패턴 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 실리콘 기판 가열시, 온도는 700∼900℃임을 특징으로 하는 NEA 성질을 갖는 실리콘 표면의 패턴 형성 방법.
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E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
N231 | Notification of change of applicant | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
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LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |