KR101433187B1 - 용액 공정을 이용한 다층 패시베이션막 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 용액 공정을 이용하여 다층의 패시베이션막을 형성하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 패시베이션막 형성 방법은, 패시베이션막을 위한 산화물 전구체 용액을 기판에 도포하는 단계; 겔 상태의 친수성 물질이 형성되도록 상기 기판에 제 1 열처리를 수행하는 단계; 상기 산화물 전구체 용액의 도포 및 상기 제 1 열처리를 반복하는 단계; 및 소수성의 산화물 박막이 형성되도록 상기 기판에 제 2 열처리를 수행하는 단계;를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 용액 공정을 이용하여 다층의 패시베이션막을 형성하는 방법에 관한 것이다.
최근 디스플레이의 백 플레인(back-plane)을 구동하는 TFT의 채널 물질이 Si에서 산화물로 옮겨가면서 소자의 신뢰성에 관한 문제가 대두되고 있다. 이러한 신뢰성 문제의 근본적인 원인은 채널층의 내부적인 측면과 외부적인 측면으로 나눌 수 있다.
채널층 내부에 기인한 문제는 물질의 조성과 증착법을 개선해 가면서 점진적으로 해결되어 가고 있지만, 채널층 외부에 기인한 문제는 아직도 많은 연구가 필요한 실정이다. 이러한 외부적인 영향들 중에서 소자의 신뢰성에 가장 큰 영향을 미치는 것은 백 채널 효과(back channel effect)에 의한 신뢰성 저하이다.
채널층 외부로부터의 영향을 줄이기 위해 반도체 소자의 채널층 상에는 패시베이션막이 형성된다. 패시베이션막의 밀도가 높아지는 경우 표면 확산(surface diffusion)이 감소되어 패시베이션막의 성능을 향상시킬 수 있다. 패시베이션막을 다층으로 구성하면 그 밀도가 높아질 수 있으나, 상기 패시베이션막을 용액 공정을 통해 형성하는 경우 소수성의 패시베이션막을 다층으로 형성할 수 없는 문제가 발생한다.
본 발명의 실시예는 용액 공정을 이용하여 소수성의 패시베이션막을 다층으로 형성할 수 있는 패시베이션막 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 패시베이션막 형성 방법은, 패시베이션막을 위한 산화물 전구체 용액을 기판에 도포하는 단계; 겔 상태의 친수성 물질이 형성되도록 상기 기판에 제 1 열처리를 수행하는 단계; 상기 산화물 전구체 용액의 도포 및 상기 제 1 열처리를 반복하는 단계; 및 소수성의 산화물 박막이 형성되도록 상기 기판에 제 2 열처리를 수행하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 산화물 전구체 용액은 이트륨 나이트레이트 하이드레이트(Y(NO3)X·XH2O)를 2-메톡시에탄올(2-methoxyethanol)에 용해시켜 제조될 수 있다.
상기 산화물 전구체 용액을 기판에 도포하는 단계는: 상기 기판에 상기 산화물 전구체 용액을 스핀 코팅 또는 잉크젯 프린팅하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제 1 열처리를 수행하는 단계는: 상기 기판을 100 내지 150℃에서 1분 동안 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 친수성 물질은 하이드록사이드(hydroxide)를 포함할 수 있다.
상기 제 2 열처리를 수행하는 단계는: 상기 기판을 300℃에서 1시간 동안 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 산화물 박막은 Y2O3로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 패시베이션 방법은, 기판에 산화물 전구체 용액을 도포하고 제 1 온도에서 제 1 시간 동안 선-열처리하는 과정을 다수 회 반복한 뒤, 제 2 온도에서 제 2 시간 동안 후-열처리하여 다층의 소수성 산화물 박막을 형성할 수 있다.
상기 제 1 온도는 상기 제 2 온도보다 낮고, 상기 제 1 시간은 상기 제 2 시간보다 짧을 수 있다.
상기 제 1 온도는 100 내지 150℃이고, 상기 제 1 시간은 1분일 수 있다.
상기 제 2 온도는 300℃이고, 상기 제 2 시간은 1시간일 수 있다.
상기 산화물 박막은 Y2O3로 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 진공 증착법에 비해 제조비가 저렴한 용액 공정을 이용할 수 있어 높은 밀도의 패시베이션막을 저비용으로 제조할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 고밀도의 패시베이션막을 얻을 수 있어 표면 확산 양을 줄일 수 있으며, 다층의 패시베이션막 사이에 중간 계면층이 생겨 백 채널 효과에 의한 소자의 신뢰성 저하를 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 패시베이션막 형성 방법을 설명하는 예시적인 흐름도이다.
도 2는 기존의 용액 공정을 이용하여 기판 상에 형성된 다층 패시베이션막의 이미지이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 형성된 다층 패시베이션막의 이미지이다.
도 4는 XRR(X-Ray Reflectometry)을 이용하여 측정된 단층 패시베이션막의 깊이에 따른 밀도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 5는 XRR을 이용하여 측정된 다층 패시베이션막의 깊이에 따른 밀도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 2는 기존의 용액 공정을 이용하여 기판 상에 형성된 다층 패시베이션막의 이미지이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 형성된 다층 패시베이션막의 이미지이다.
도 4는 XRR(X-Ray Reflectometry)을 이용하여 측정된 단층 패시베이션막의 깊이에 따른 밀도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 5는 XRR을 이용하여 측정된 다층 패시베이션막의 깊이에 따른 밀도 분포를 나타내는 그래프이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적인 사전들에 의해 정의된 용어들은 관련된 기술 그리고/혹은 본 출원의 본문에 의미하는 것과 동일한 의미를 갖는 것으로 해석될 수 있고, 그리고 여기서 명확하게 정의된 표현이 아니더라도 개념화되거나 혹은 과도하게 형식적으로 해석되지 않을 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다' 및/또는 이 동사의 다양한 활용형들 예를 들어, '포함', '포함하는', '포함하고', '포함하며' 등은 언급된 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 본 명세서에서 '및/또는' 이라는 용어는 나열된 구성들 각각 또는 이들의 다양한 조합을 가리킨다.
본 발명의 실시예는 용액 공정을 이용하여 다층 패시베이션막을 형성하는 방법을 제공한다. 기본적으로 패시베이션막은 소수성을 갖는다. 따라서, 용액 공정으로 패시베이션막을 다층 형성하는 경우, 용액이 표면에 균등하게 분포하지 않고 좁은 지역에 불균일하게 모이게 되어, 원하는 성능의 패시베이션막을 얻을 수 없다.
이에 본 발명의 실시예는 기판에 용액을 도포한 뒤, 상기 기판에 제 1 열처리를 수행하여 겔 상태의 친수성 물질이 형성되도록 할 수 있다. 이와 같이 형성된 친수성 물질 위에 또다시 용액을 도포하는 경우, 용액이 표면에 균등하게 분포할 수 있다.
상기 용액 도포 및 제 1 열처리를 원하는 패시베이션막의 개수만큼 반복한 뒤, 최종적으로 상기 기판에 제 2 열처리를 수행하여 소수성의 산화물 박막이 형성되도록 할 수 있다.
전술한 과정을 통해 얻은 다층 패시베이션막은 단층 패시베이션막에 비해 밀도가 높아 표현 확산을 줄일 수 있으며, 패시베이션막들 사이에 중간 계면층이 존재하여 백 채널 효과를 효과적으로 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따라 패시베이션막을 다층으로 형성하더라도, 단층의 패시베이션막에 비해 두께가 크게 증가하지 않아 소자 설계 및 구현을 더욱 효율적으로 할 수 있다.
이하, 본 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 패시베이션막 형성 방법을 설명하는 예시적인 흐름도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 패시베이션막 형성 방법(100)은 산화물 전구체 용액을 기판에 도포하는 단계(S110), 상기 기판에 제 1 열처리를 수행하는 단계(S120), 상기 산화물 전구체 용액의 도포 및 상기 제 1 열처리를 반복하는 단계(S130), 및 상기 기판에 제 2 열처리를 수행하는 단계(S140)를 포함할 수 있다.
상기 산화물 전구체 용액은 패시베이션막을 형성하기 위해 마련된 용액이다. 상기 산화물 전구체 용액은 산화물 전구체 물질을 용매에 용해시켜 제조될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 패시베이션막은 Y2O3로 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 패시베이션막을 위한 산화물 전구체 물질은 이트륨 나이트레이트 하이드레이트(Y(NO3)X·XH2O)가 사용될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
또한, 상기 용매는 2-메톡시에탄올(2-methoxyethanol)이 사용될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
상기 산화물 전구체 용액을 기판에 도포하기 위해 스핀 코팅 또는 잉크젯 프린팅이 사용될 수 있으나, 도포 방법은 이에 제한되지 않는다.
상기 제 1 열처리는 기판에 도포된 산화물 전구체 용액을 겔 상태의 친수성 물질로 전환하기 위해 수행된다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 열처리를 수행하는 단계(S120)는, 기판을 100 내지 150℃에서 1분 동안 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.
기판에 제 1 열처리가 수행됨으로써, 산화물 전구체 용액으로부터 용매가 증발되고, OH기가 M-OH로 변화하여 겔 상태의 친수성 물질이 형성될 수 있다. 상기 친수성 물질은 하이드록사이드(hydroxide)일 수 있다.
그러고 나서, 상기 산화물 전구체 용액의 도포(S110) 및 상기 제 1 열처리(S120)는 형성하고자 하는 패시베이션막의 수만큼 반복하여 수행될 수 있다.
상기 제 2 열처리는 기판에 적층된 겔 상태의 용액을 소수성의 산화물 박막으로 전환하기 위해 수행된다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 2 열처리를 수행하는 단계(S140)는 기판을 300℃에서 1시간 동안 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.
기판에 제 2 열처리가 수행됨으로써, M-OH로부터 H가 빠져나오는 디하이드록시에이션이 일어나 산화물 박막이 형성될 수 있다. 상기 산화물 박막은 소수성을 가져 패시베이션 기능을 수행할 수 있으며, 전술한 바와 같이 박막을 구성하는 산화물은 Y2O3일 수 있으나, 이에 제한되지 않고 실시예에 따라 소수성을 갖는 임의의 산화물을 포함할 수도 있다.
이하에서는 패시베이션막을 형성하는 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다.
Y2O3 박막을 형성하기 위해, 산화물 전구체 물질로 이트륨 나이트레이트 하이드레이트(Y(NO3)X·XH2O)를 2-메톡시에탄올에 용해시켜 0.2 M의 용액을 준비하였다.
Si 기판 위에 상기 용액을 3000 rpm의 회전 속도로 스핀 코팅하여 도포하였다. 그러고 나서, 기판을 100 내지 150℃에서 1분 동안 열처리하였다.
이와 같은 용액 도포 및 열처리를 3회 반복한 뒤, 산화물 박막을 형성하기 위해 기판을 300℃에서 1시간 동안 열처리하였다.
도 2는 기존의 용액 공정을 이용하여 기판 상에 형성된 다층 패시베이션막의 이미지이며, 도 3은 전술한 본 발명의 실시예에 따라 형성된 다층 패시베이션막의 이미지이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 기존의 용액 공정으로는 Y2O3와 같은 소수성 산화물로 다층막을 형성하는 경우, 용액이 표면에 균등하게 분포하지 않아 박막이 불균일하게 형성되어 다층막을 증착할 수 없었다.
하지만, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 다층막을 형성하는 경우, 박막이 균일하고 매끈하게 형성되는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명의 실시예에 따라 형성된 다층 패시베이션막은 단층 패시베이션막에 비해 박막 밀도가 높으면서 그 두께가 크게 증가하지는 않는다.
도 4는 XRR(X-Ray Reflectometry)을 이용하여 측정된 단층 패시베이션막의 깊이에 따른 밀도 분포이며, 도 5는 다층 패시베이션막의 깊이에 따른 밀도 분포이다.
도 4에 도시된 바와 같이 단층 패시베이션막은 깊이에 관계없이 일정한 밀도(3.75 g/cm3)를 가지나, 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 다층 패시베이션막은 층이 바뀔 때마다 밀도가 달라지며(도 5의 그래프에서 단차진 부분 참조) 최상층의 밀도가 3.9 g/cm3로 도 4에 도시된 단층 패시베이션막의 밀도보다 더 높음을 확인할 수 있다. 참고로, 도 4 및 도 5에서 우측의 음영 부분은 실리콘 기판의 밀도를 나타낸다.
이상, 용액 공정을 이용하여 다층 패시베이션막을 형성하는 방법이 설명되었다. 상기 패시베이션막 형성 방법은 기판에 용액을 도포한 뒤, 저온 단시간의 제 1 열처리를 수행하여 겔 상태의 친수성 물질을 형성한다. 그러고 나서, 그 위에 용액을 도포하고 제 1 열처리를 수행하여 복수의 층을 형성한다. 최종적으로, 고온 장시간의 제 2 열처리를 수행하여 용액을 산화물 박막으로 만든다.
상기 패시베이션막 형성 방법에 따르면, 고밀도의 패시베이션막을 저비용으로 생산할 수 있게 된다.
100: 패시베이션막 형성 방법
Claims (12)
- 패시베이션막을 위한 산화물 전구체 용액을 기판에 도포하는 단계;
겔 상태의 친수성 물질이 형성되도록 상기 기판에 제 1 열처리를 수행하는 단계;
상기 산화물 전구체 용액의 도포 및 상기 제 1 열처리를 반복하는 단계; 및
소수성의 산화물 박막이 형성되도록 상기 기판에 제 2 열처리를 수행하는 단계;
를 포함하는 패시베이션막 형성 방법. - 패시베이션막을 위한 산화물 전구체 용액을 기판에 도포하는 단계;
겔 상태의 친수성 물질이 형성되도록 상기 기판에 제 1 열처리를 수행하는 단계;
상기 산화물 전구체 용액의 도포 및 상기 제 1 열처리를 반복하는 단계; 및
소수성의 산화물 박막이 형성되도록 상기 기판에 제 2 열처리를 수행하는 단계;
를 포함하며,
상기 산화물 전구체 용액은 이트륨 나이트레이트 하이드레이트(Y(NO3)X·XH2O)를 2-메톡시에탄올(2-methoxyethanol)에 용해시켜 제조되는 패시베이션막 형성 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 산화물 전구체 용액을 기판에 도포하는 단계는:
상기 기판에 상기 산화물 전구체 용액을 스핀 코팅 또는 잉크젯 프린팅하는 단계를 포함하는 패시베이션막 형성 방법. - 패시베이션막을 위한 산화물 전구체 용액을 기판에 도포하는 단계;
겔 상태의 친수성 물질이 형성되도록 상기 기판에 제 1 열처리를 수행하는 단계;
상기 산화물 전구체 용액의 도포 및 상기 제 1 열처리를 반복하는 단계; 및
소수성의 산화물 박막이 형성되도록 상기 기판에 제 2 열처리를 수행하는 단계;
를 포함하며,
상기 제 1 열처리를 수행하는 단계는:
상기 기판을 100 내지 150℃에서 1분 동안 열처리하는 단계를 포함하는 패시베이션막 형성 방법. - 패시베이션막을 위한 산화물 전구체 용액을 기판에 도포하는 단계;
겔 상태의 친수성 물질이 형성되도록 상기 기판에 제 1 열처리를 수행하는 단계;
상기 산화물 전구체 용액의 도포 및 상기 제 1 열처리를 반복하는 단계; 및
소수성의 산화물 박막이 형성되도록 상기 기판에 제 2 열처리를 수행하는 단계;
를 포함하며,
상기 친수성 물질은 하이드록사이드(hydroxide)를 포함하는 패시베이션막 형성 방법. - 패시베이션막을 위한 산화물 전구체 용액을 기판에 도포하는 단계;
겔 상태의 친수성 물질이 형성되도록 상기 기판에 제 1 열처리를 수행하는 단계;
상기 산화물 전구체 용액의 도포 및 상기 제 1 열처리를 반복하는 단계; 및
소수성의 산화물 박막이 형성되도록 상기 기판에 제 2 열처리를 수행하는 단계;
를 포함하며,
상기 제 2 열처리를 수행하는 단계는:
상기 기판을 300℃에서 1시간 동안 열처리하는 단계를 포함하는 패시베이션막 형성 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 산화물 박막은 Y2O3로 구성되는 패시베이션막 형성 방법. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 열처리를 수행하는 단계의 온도는 상기 제 2 열처리를 수행하는 단계의 온도보다 낮고,
상기 제 1 열처리를 수행하는 단계의 시간은 상기 제 2 열처리를 수행하는 단계의 시간보다 짧은 패시베이션막 형성 방법. - 기판에 산화물 전구체 용액을 도포하고 제 1 온도에서 제 1 시간 동안 선-열처리하는 과정을 다수 회 반복한 뒤, 제 2 온도에서 제 2 시간 동안 후-열처리하여 다층의 소수성 산화물 박막을 형성하며,
상기 제 1 온도는 100 내지 150℃이고, 상기 제 1 시간은 1분인 패시베이션 방법. - 기판에 산화물 전구체 용액을 도포하고 제 1 온도에서 제 1 시간 동안 선-열처리하는 과정을 다수 회 반복한 뒤, 제 2 온도에서 제 2 시간 동안 후-열처리하여 다층의 소수성 산화물 박막을 형성하며,
상기 제 2 온도는 300℃이고, 상기 제 2 시간은 1시간인 패시베이션 방법. - 삭제
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| KR1020130072499A KR101433187B1 (ko) | 2013-06-24 | 2013-06-24 | 용액 공정을 이용한 다층 패시베이션막 형성 방법 |
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|---|---|---|---|
| KR1020130072499A KR101433187B1 (ko) | 2013-06-24 | 2013-06-24 | 용액 공정을 이용한 다층 패시베이션막 형성 방법 |
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| KR101433187B1 true KR101433187B1 (ko) | 2014-08-27 |
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ID=51751111
Family Applications (1)
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| KR1020130072499A KR101433187B1 (ko) | 2013-06-24 | 2013-06-24 | 용액 공정을 이용한 다층 패시베이션막 형성 방법 |
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|---|---|
| KR (1) | KR101433187B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108695136A (zh) * | 2017-04-05 | 2018-10-23 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 氧化物半导体薄膜的制作方法及应用 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060286737A1 (en) | 2005-06-16 | 2006-12-21 | Levy David H | Methods of making thin film transistors comprising zinc-oxide-based semiconductor materials and transistors made thereby |
| KR20100079310A (ko) * | 2008-12-31 | 2010-07-08 | 연세대학교 산학협력단 | 액상제조 기반을 이용한 산화물 반도체 박막의 결정화 방법 |
| KR101022543B1 (ko) | 2008-10-30 | 2011-03-16 | 재단법인대구경북과학기술원 | 태양전지용 반도체 전극, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는태양 전지 |
| JP2013016829A (ja) * | 2012-08-28 | 2013-01-24 | Canon Inc | 薄膜トランジスタおよびその製造方法 |
-
2013
- 2013-06-24 KR KR1020130072499A patent/KR101433187B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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