• Journal of Biomedical Engineering Research
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• v.22 no.2
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• pp.145-150
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• 2001

대뇌 피질에 삽입하여 깊이에 따라 신경 신호를 기록하기 위한 탐침형 반도체 미세전극 어레이(depth-type silicon microelectrode array, 일명 SNU probe)를 제작하였다. 붕소를 확산시켜 생성된 고농도 p-type doping된 p＋ 영역을 습식식각 정지점으로 사용하는 기존의 방법과 달리 실리콘 웨이퍼의 앞면을 건식식각하여 원하는 탐침 두께만큼의 깊이로 트렌치(trench)를 형성한 후 뒷면을 습식식각하는 방법으로 탐침 형태의 미세 구조를 만들었다. 제작된 반도체 미세전극 어레이의 탐침 두께는 30 $\mu\textrm{m}$이며 실리콘 건식식각을 위한 마스크로 6 $\mu\textrm{m}$ 두께의 LTO(low temperature oxide)를 사용하였다. 탐침의 두께는 개발된 본 공정을 이용해서 5~90 $\mu\textrm{m}$ 범위까지 쉽게 조절할 수 있었다. 탐침의 두께를 보다 쉽게 조절할 수 있게 됨에 따라 여러 신경조직에 필요한 다양한 구조의 반도체 미세전극 어레이를 개발할 수 있게 되었다. 본 공정을 이용해서 개발된 4채널 SUN probe를 사용하여 흰쥐의 제1차 체감각 피질에서 4채널 신경 신호를 동시에 기록하였으며, 전기적 특성검사에서 기존의 탐침형 반도체 미세전극, 텅스텐 전극과 대등하거나 우수한 신호대 잡음비(signal to noise ratio, SNR)특성을 가짐을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.285-285
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• 2012

본 논문에서는 HBr, O2 gas를 사용하여 나노급 반도체 디바이스에 응용되는 실리콘 트렌치 패턴의 건식 식각시 중요한 인자중의 하나인 RIE (Reactive Ion Etching) Lag현상에 관하여 연구하였다. 실험에서 사용된 식각 장치는 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma) 식각 장치로써, Source Power및 기판에 인가되는 Bias power 모두 13.56 MHz로 구동되는 장치이며, Source Power와 Bias Power 각각에 펄스 플라즈마를 인가할 수 있도록 제작 되어있다. HBr과 O2 gas를 사용한 트렌치 식각 중 발생하는 식각 부산물인 SiO는 프로파일 제어에 중요한 역할을 함과 동시에, 표면 산화로 인해 Trench 폭을 작게 만들어 RIE lag를 심화시킨다. Br은 실리콘을 식각하는 중요한 라디칼이며, SiO는 실리콘과 O 라디칼의 반응으로부터 형성되는 식각 부산물이다. SiO가 많으면, 실리콘 표면의 산화가 많이 진행될 것을 예측할 수 있으며, 이에 따라 RIE lag도 나빠지게 된다. 본 실험에서는 Continuous Plasma와 Bias Power의 펄스, Source Power의 펄스를 각각 적용하고, 각각의 경우 Br과 SiO 라디칼의 농도를 Actinometrical OES (Optical Emission Spectroscopy) tool을 사용하여 비교하였다. 두 라디칼 모두 Continuous Plasma와 Bias Power 펄스에 의해서는 변화가 없는 반면, Source Power 펄스에 의해서만 변화를 보였다. Source Power 값이 증가함에 따라 Br/SiO 라디칼 비가 증가함을 알 수 있었고, 표면 산화가 적게 형성됨을 예측할 수 있다. 이 조건의 경우, Continuous Plasma대비 Source Power 펄스에 의하여 RIE lag가 30.9 %에서 12.8 %로 현격히 개선된 결과를 얻을 수 있었다. 또한, 식각된 실리콘의 XPS 분석 결과, Continuous Plasma대비 Source Power 펄스의 경우 표면 산화층이 적게 형성되었음을 확인할 수 있었다. 따라서, 본 논문에서는 식각 중 발생한 Br과 SiO 라디칼을 Source Power펄스에 의한 제어로 RIE lag를 개선할 수 있으며, 이러한 라디칼의 변화는 Actinometrical OES tool을 사용하여 검증할 수 있음을 보여준다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2008.11a
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• pp.30.1-30.1
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• 2008

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2005.07a
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• pp.153-156
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• 2005

원자층 증착 (atomic layer deposit : ALD) 방식으로 증착한 $Al_2O_3$의 건식식각 특성을 연구하였다. 전자 싸이클로트론 공진 (electron cyclotron resonance : ECR) 방식의 건식식각장치에서 source power, bias power, 압력 그리고 $Cl_2$ 가스를 변수로 하여 $Al_2O_3$의 식각속도와 Poly-Si 의 $Al_2O_3$에 대한 선택비를 측정하였다. bias power가 감소할수록 그리고 압력이 증가할수록 $Al_2O_3$의 식각속도는 감소하였고 Poly-Si 의 $Al_2O_3$에 대한 선택비는 증가하였다. 이 특성을 이용하여 TiN/$Al_2O_3$/Poly-Si 구조의 캐패시터와 Periphery 회로영역의 레지스터를 $Al_2O_3$를 식각 정지막으로 이용하여 구현하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2009.05a
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• pp.26.2-26.2
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• 2009

이 논문은 반응성 $BCl_3$ 플라즈마로 GaAs의 건식 식각을 진행한 후 그 결과에 대하여 연구 분석 한 것이다. 이 때 사용한 식각 공정 변수는 $BCl_3$ 플라즈마에서의 가스유량, 공정 압력과 RIE 척 파워의 변화이다. 먼저 공정 압력을 75 mTorr 고정시킨 후 $BCl_3$ 유량을 변화 (2.5~10 sccm)해서 실험하였다. 또한 BCl3의 유량을 5 sccm으로 고정시킨 후 공정압력을 변화(47~180 mTorr)해서 식각 실험을 실시하였다. 마지막으로 47 mTorr와 100 mTorr 의 각각의 공정압력에서 RF 척 파워를 변화시켜 (50~200 W) 실험하였다. GaAs 플라즈마 식각이 끝난 후 표면단차 측정기 (Surface profiler)를 사용하여 표면의 단차와 거칠기를 분석하였다. 그 후 그 결과를 이용하여 식각율 (Etch rate), 식각 표면 거칠기 (RMS roughness), 식각 선택비 (Selectivity) 등의 식각 특성평가를 하였다. 또한 식각 공정 중에 샘플 척에 발생하는 자기 바이어스와 $BCl_3$ 플라즈마 가스를 광학 발광 분석기 (Optical Emission Spectroscopy)를 이용하여 플라즈마의 상태를 실시간으로 분석하였다. 이 실험 결과에 따르면 공정 압력의 증가는 샘플 척의 자기 바이어스의 값을 감소시켰다. $BCl_3$ 압력 변화에 의한 GaAs의 식각 결과를 정리하면 5 sccm의 $BCl_3$ 가스유량과 RF 척 파워를 100 W로 고정시켰을 때 식각율은 47 mTorr에서 가장 높았으며, 그 값은 $0.42{\mu}m/min$ 이었다. GaAs의 식각 속도는 공정압력이 증가할수록 감소하였으며 180 mTorr에서는 식각율이 $0.03{\mu}m/min$로 거의 식각되지 않았다. 또한 공정압력을 75 mTorr, RF 척 파워를 100 W로 고정시키고, $BCl_3$ 가스유량을 2.5 sccm에서 10 sccm까지 변화시켰을 때, 10 sccm 의 $BCl_3$ 가스유량에서 가장 높은 식각율인 $0.87{\mu}m/min$이 측정되었다. 압력에 따른 GaAs의 식각 후 표면 거칠기는 최대 2 nm 정도로 비교적 매끈하였으며, 거의 식각되지 않은 180mTorr의 조건에서는 약 1 nm로 낮아졌다. 본 실험 조건에서 GaAs의 감광제에 대한 식각 선택비는 최대 약 3:1 이내였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2014.11a
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• pp.196-196
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• 2014

플라즈마 건식 식각 기술은 반도체 식각공정에서 효과적으로 이용되고 있으며, 반도체 소자의 크기가 줄어듬에 따라 미세하고 정확하게 식각 깊이를 제어할 수 있는 원자층 식각 기술이 개발되었다. 3-5족 반도체 소자의 Interface Passivation Layer 로 이용되는 $Al_2O_3$ 와 BeO 의 원자층 식각을 하였으며, 각각의 원자층 식각 조건과 식각 후의 표면 거칠기 변화에 대한 영향을 확인 할 수 있었다.

• Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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• v.13 no.7
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• pp.1393-1398
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• 2009

Conventionally, etching is first considered for microelectronics fabrication process and is specially important in process of a-Si:H thin film transistor for LCD. In this paper, we stabilize properties of device by development of wet and dry etching process. The a-Si:H TFTs of this paper is inverted staggered type. The gate electrode is lower part. The gate electrode is formed by patterning with length of 8 ${\mu}$m${\sim}$16 ${\mu}$m and width of 80${\sim}$200 ${\mu}$m after depositing with gate electrode (Cr) 1500 ${\AA}$under coming 7059 glass substrate. We have fabricated a-SiN:H, conductor, etch-stopper and photo resistor on gate electrode in sequence, respectively. The thickness of these thin films is formed with a-SiN:H (2000 ${\mu}$m), a-Si:H(2000 ${\mu}$m) and n+a-Si:H (500 ${\mu}$m), We have deposited n-a-Si:H, NPR(Negative Photo Resister) layer after forming pattern of Cr gate electrode by etch-stopper pattern. The NPR layer by inverting pattern of upper gate electrode is patterned and the n+a-Si:H layer is etched by the NPR pattern. The NPR layer is removed. After Cr layer is deposited and patterned, the source-drain electrode is formed. In the fabricated TFT, the most frequent problems are over and under etching in etching process. We were able to improve properties of device by strict criterion on wet, dry etching and cleaning process.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.159-159
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• 2010

펄스 직류 전원 $BCl_3$/He 플라즈마를 사용하여 GaAs의 건식 식각을 연구하였다. 공정 변수는 가스 유량 (0~100% $BCl_3$ in $BCl_3$/He), 펄스 파워 ($450{\sim}600\;{\nu}$), 펄스 주파수 (100~250 KHz), 펄스 시간 ($0.4{\sim}1.2\;{\mu}s$)이었다. 식각 공정 후 식각률, 포토레지스트에 대한 식각 선택도, 표면 거칠기는 표면 단차 측정기를 이용하였다. 식각 공정 동안 플라즈마 광 특성 분석은 광학 발광분석기 (Optical emission spectroscopy)를 사용하였다. 실험 후 주사 전자 현미경을 이용, 식각 후 시료의 단면과 표면을 관찰하였다. 실험 결과에 의하면 1) 펄스 파워, 주파수, 시간을 고정 ($500\;{\nu}$, $0.7\;{\mu}s$, 200 KHz)하고 10% He 가스가 혼합되어 있는 조건에서 GaAs의 식각률이 순수한 $BCl_3$를 사용한 것보다 높았다. 이를 통해 식각 공정에서 일정량 이하의 He 혼합은 GaAs 식각률을 증가시키는 시너지효과가 있음을 알 수 있었다. 2) 그러나 약 20% 이상의 He 가스의 혼합은 GaAs의 식각 속도를 저하시켰다. 3) 10% He (9 sccm $BCl_3/1$ sccm He), 200 KHz 펄스 주파수, $0.7\;{\mu}s$ 펄스 시간의 조건에서 펄스 파워가 증가함에 따라 GaAs의 식각률 또한 선형적으로 증가하였다. 4) 특히, $600\;{\nu}$의 파워에서 식각률은 ${\sim}0.5\;{\mu}m/min$로 가장 높았다. 5) 표면 단차 측정기와 전자현미경을 이용하여 식각한 GaAs를 분석한 결과 10% He이 혼합되어 있는 조건에서는 우수한 수직 측벽과 매끈한 표면 (RMS roughness <1 nm)을 관찰할 수 있었다. 6) 10% He이 혼합된 $BCl_3$/He 펄스 직류 플라즈마 식각 후 XPS 분석결과에서도 기준 샘플과 비교하였을 때, 공정 후의 GaAs 표면이 화학적으로 깨끗하며 잔류물이 거의 검출되지 않았다. 위의 결과를 정리하였을 때, 펄스 직류 $BCl_3$/He 플라즈마는 GaAs의 식각에서 매우 우수한 공정 결과를 나타내었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.373-375
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• 2011

최근 태양전지 연구에서 저가격화를 실현하는 방법 중 하나로 폐 실리콘 웨이퍼를 재생하는 방법에 관하여 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나 기존 웨이퍼 재생공정은 높은 재처리 비용과 복잡한 공정등의 많은 단점을 가지고 있다. 결정형 태양전지에서 저가격화 및 고효율은 태양전지를 제작하는데 있어 필수 요소 이다. 그 중 결정질 태양전지 고효율을 위한 여러 연구 방법 중 표면 텍스쳐링(texturing)에 관한 연구가 활발하다. 텍스쳐링은 표면반사에 의한 광 손실을 최소화 하여 효율을 증가시키기 위한 방법으로 습식 식각과 건식 식각을 사용하여 태양전지 표면 위에 요철 및 피라미드구조를 형성하여 반사율을 최소화 시킨다. 건식식각은 습식식각과 다른 환경적 오염이 적은 것과 소량의 가스만으로 표면 텍스쳐링이 가능하여 많은 연구가 진행중이다. 건식 식각 중 하나인 RIE(reactive ion etching)는 고주파를 이용하여 플라즈마의 이온과 silicon을 반응 시킨다. 실험은 RIE를 이용하여 SF6/02가스를 혼합하여 비등방성 에칭 및 피라미드 구조를 구현하였다. RIE 공정 중 SF6/02가스는 높은 식각 율을 갖으며 self-masking mechanism을 통해 표면이 검게 변화되고 반사율이 감소하게 된다. 이 과정을 통해 블랙 실리콘을 형성하게 된다. 블랙 실리콘은 반사율 10% 이하로 self-masking mechanism으로 바늘모양의 구조를 형성되는 게 특징이며 표면이 검은색으로 반사율이 낮아 효율증가로 예상되지만 실제 바늘 모양의 블랙 실리콘은 태양전지 제작에 있어 후속 공정 인 전극 형성 시 Ag Paste의 사이즈와 표면 구조를 감안할 때 태양 전지 제작 시 Series resistance를 증가로 효율 저하를 가져온다. 본 연구는 SF6/02가스를 혼합하여 기존 RIE로 형성된 바늘모양의 구조의 블랙 실리콘이 아닌 RIE 내부에 metal-mesh를 장착하여 단결정(100)실리콘 웨이퍼 표면을 텍스쳐링 하였고 SF6/02 가스 1:1 비율로 공정을 진행 하였다. metal-mesh 홀의 크기는 100um로 RIE 내부에 장착하여 공정 시간 및 Pressure를 변경하여 실험을 진행하였다. 공정 시간이 변경됨에 따라 단결정(100) 실리콘 웨이퍼 표면에 피라미드 구조의 균일한 1um 크기의 블랙 실리콘을 구현하였다. 바늘모양의 블랙 실리콘을 피라미드 구조로 구현함으로써 바늘 모양의 단점을 보완하여 태양전지 전기적 특성을 분석하여 태양전지 제작시 변환 효율을 증가시킬 것으로 예상된다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2009.05a
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• pp.39.1-39.1
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• 2009

본 실험은 연성과 광 투명도가 뛰어난 아크릴 (PMMA) 과 폴리카보네이트 (Polycabonate) 기판의 축전 결합형 플라즈마 (CCP) 건식 식각 연구에 관한 것이다. 특히 식각 반응기 내부의 압력 변화에 따른 두 기판의 건식 식각 특성 분석에 초점을 맞추었다. 실험에 사용된 기판은 두께 1mm의 아크릴 (PMMA) 과 폴리카보네이트 (Polycabonate)를 $1.5\times1.5\;cm^2$로 절단하여 Photo-lithography 공정을 통하여 감광제 (Photo-resist)로 패턴하였다. 식각 반응기 내부에 패턴 된 아크릴(PMMA) 과 폴리카보네이트 (Polycabonate)를 넣은 후 반응기 내부 진공 상태로 만들었다. 그 후 5 sccm $O_2$ 가스를 유량조절기 (Mass flow controller)를 통하여 식각 반응기 내부로 유입하여 실험을 하였다. 이때 식각 공정 변수는 식각 반응기 내부 압력과 샘플 척 파워이다. 특성평가 항목은 식각 후 기판 (Substrate)의 식각율 (Etch rate), 식각 선택비 (Selectivity) 그리고 기판 표면 거칠기 (RMS roughness)이다. 실험 결과는 표면 단차 분석기(Surface profiler)를 이용하여 기판 (Substrate)의 표면을 분석 하였다. 또한 OES (Optical Emission Spectroscopy) 를 이용하여 식각 중 내부 플라즈마의 상태를 분석하였다. 본 실험 결과에 따르면 5 sccm $O_2$ 가스와 100 W 척 파워를 고정한 후 반응기 내부의 압력을 25 mTorr에서 180 mTorr까지 변화시켜 실험한 결과 40 mTorr의 반응기 내부 압력에서 실험 자료 중 가장 높은 식각율로 아크릴 (PMMA)은 $0.46\;{\mu}m/min$, 폴리카보네이트 (Polycabonate)는 $0.28\;{\mu}m/min$의 결과를 얻었다. 또한 이 자료를 바탕으로 5 sccm $O_2$ 가스와 반응기 내부 압력을 40 mTorr로 고정시키고 RIE 척 파워를 25 W에서 150 W로 증가시켰을 때 아크릴 (PMMA)의 식각율은 $0.15\;{\mu}m/min$에서 $0.72\;{\mu}m/min$까지 증가하였고, 폴리카보네이트 (Polycabonate) 의 식각율은 $0.1\;{\mu}m/min$에서 $0.36\;{\mu}m/min$까지 증가하였다.