• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.262-262
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• 2016

최근 고해상도 디스플레이가 주목받으면서 기존 비정질 실리콘(a-Si)을 대체할 수 있는 재료에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. a-Si의 경우 간단한 공정 과정, 적은 생산비용, 대면적화가 가능하다는 장점이 있지만 전자 이동도가 매우 낮은 단점이 있다. 반면, 산화물 반도체는 비정질 상태에서 전자 이동도가 높으며 큰 밴드갭을 가지고 있어 투명한 특성을 나타낼 뿐만 아니라, 저온공정이 가능하여 기판의 제한이 없는 장점을 가지고 있다. 대표적으로 가장 널리 연구되고 있는 산화물 반도체는 a-IGZO(amorphous indium-gallium-zinc oxide)이다. 그러나 InZnO(IZO) 기반의 산화물 반도체에서 carrier suppressor 역할을 하는 Ga(gallium)은 수요에 대한 공급이 원활하지 못하여 비싸다는 단점이 있다. 그러므로 경제적이면서 a-IGZO와 유사한 전기적 특성을 나타낼 수 있는 suppressor 물질이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 IZO 기반의 산화물 반도체에서 Ga을 Hf(hafnium), Zr(zirconium), Si(silicon)으로 대체하여 용액증착(solution-deposition) 공정으로 각각의 채널층을 형성한 back-gate type의 박막 트랜지스터(thin-film transistor, TFT) 소자를 제작하였다. 용액증착 공정은 물질의 비율을 자유롭게 조절할 수 있고, 대기압의 조건에서도 공정이 가능하기 때문에 짧은 공정시간과 저비용의 장점이 있다. 제작된 소자는 p-type Si 위에 게이트 절연막으로 100 nm의 열산화막이 성장된 기판을 사용하였다. 표준 RCA 클리닝 후에 각 solution 물질을 spin coating 방식으로 증착하였다. 이후, photolithography, develop, wet etching의 과정을 거쳐 채널층 패턴을 형성하였다. 또한, 산화물 반도체의 전기적 특성을 향상시키기 위해서 후속 열처리 과정(post deposition annealing, PDA)은 필수적이다. CTA 방식은 높은 열처리 온도와 긴 열처리 시간의 단점이 있다. 따라서, 본 연구에서는 $100^{\circ}C$ 이하의 낮은 온도와 짧은 열처리 시간의 장점을 가지는 MWI (microwave irradiation)를 후속 열처리로 진행하였다. 그 결과, 각 물질로 구현된 소자들은 기존 a-IGZO와 비교하여 적은 양의 carrier suppressor로도 우수한 전기적 특성 및 안정성을 얻을 수 있었다. 따라서, Si, Hf, Zr 기반의 산화물 반도체는 기존의 Ga을 대체하여 저비용으로 디스플레이를 구현할 수 있는 IZO 기반 재료로 기대된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제15권4호
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• pp.1838-1843
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• 2014

나노 임프린트 리소그래피는 수십 나노미터에서 수십 마이크론에 이르는 패턴을 간단하고 저비용으로 대면적 기판에 제작할 수 있어 차세대 패터닝 기술로 주목 받고 있다. 특히, 발광소자, 태양전지, 디스플레이 등의 분야에서는 저반사 나노패턴, 광결정 패턴 등 기능성 패턴을 제작하고 이를 적용하는 연구가 활발히 진행 중에 있다. NIL공정을 통해 성공적으로 패턴을 전사시키기 위해서는 적절한 공정조건의 선택이 필요하다. 이에 본 연구에서는 열 나노임프린트를 이용하여 모스아이 패턴을 전사할 때, 충전과정 및 잔류층 형성을 수치 해석하여 폴리머 레지스트의 점탄성 거동을 살펴 보았고, 레지스트 초기 코팅 두께의 변화 및 가압력의 변화가 충전과정 및 잔류층에 미치는 영향을 조사하였다. 해석결과 본 논문에서 고려된 PMMA의 경우, 4MPa 이상의 압력에서 100초 내로 충전공정이 완료되는 것으로 나타났다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.277-277
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• 2011

디스플레이의 기술발전에 의해 대면적 고해상도의 LCD가 제작되어 왔다. 이에 따라 LCD 점등검사를 위한 Probe Unit의 기술 또한 급속도로 발전하고 있다. 고해상도에 따라 TFT LCD pad가 미세피치화 되어가고 있으며, panel의 검사를 위한 Probe 또한 30 um 이하의 초미세피치를 요구하고 있다. 따라서, 초미세 pitch의 LCD panel의 점등검사를 위한 Probe Unit의 개발이 시급하가. 본 연구에서는 30 um 이하의 미세피치의 Probe block을 위한 Slit wafer의 식각 공정 조건을 연구하였다. Si 공정에서 식각율과 식각깊이에 따른 profile angle의 목표를 설정하고, 식각조건에 따라 이 두 값의 변화를 관측하였다. 식각실험으로 Si DRIE 장비를 이용하여, chamber 압력, cycle time, gas flow, Oxygen의 조건에 따라 각각의 단면 및 표면을 SEM 관측을 통해 최적의 식각 조건을 찾고자 하였다. 식각율은 5um/min 이상, profile angle은 $90{\pm}1^{\circ}$의 값을 목표로 하였다. 이 때 최적의 식각조건은 Etching : SF6 400 sccm, 10.4 sec, passivation : C4F8 400 sccm, 4 sec의 조건이었으며, 식각공정의 Coil power는 2,600 W이었다. 이러한 조건의 공정으로 6 inch Si wafer에 공정한 결과 균일한 식각율 및 profile angle 값을 보였으며, oxygen gas를 미량 유입함으로써 식각율이 균일해짐을 알 수 있었다. 결론적으로 최적의 Slit wafer 식각 조건을 확립함으로써 Probe Unit을 위한 Pin 삽입공정 또한 수율 향상이 기대된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.577-577
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• 2013

플라즈마를 이용하는 공정은 반도체 산업에서 박막트랜지스터, 평면 모니터와 LCD 등 다양한 반도체 및 디스플레이 소자를 제작하는데 중요한 기술 중 하나로 발전되어 왔다. 현재 플라즈마 공정 기술을 이용하여 소자의 크기를 수십 나노 이하로 공정함으로써 수율을 향상시킬 수 있었지만, 소자의 미세화는 그 한계점에 봉착하였다. 그러한 이유로 웨이퍼 사이즈의 크기를 대구경화 시킴으로써 이런 문제점을 극복하고자 하였지만, 대구경 웨이퍼 사이즈에 맞는 차세대 대면적 공정 장비와 그에 따른 플라즈마 소스의 개발과 이를 컨트롤 할 수 있는 능력이 매우 절실하게 되었다. 본 연구에서는 대구경 웨이퍼용 플라즈마 소스를 위해 상대적으로 낮은 압력과 고밀도 플라즈마를 발생시킬 수 있는 유도 결합형 플라즈마원을 사용하였다. 하지만 유도 결합형 플라즈마 소스의 경우 대구경화에 따른 안테나의 길이가 길어짐으로써 생기는 정상파 효과를 피할 수가 없게 되었다. 그러한 이유로, 본 연구에서는 정상파 효과를 줄일 수 있는 상대적으로 낮은 주파수를 사용하는 안테나의 형태를 이용하여 실질적인 공정 영역에 있어서의 균일도 문제를 해결하였다. 또한, 플라즈마의 특성조절을 위해 이중주파수를 사용함 으로써 플라즈마 특성 조절을 하였다. 이러한 형태의 이중주파수를 사용하는 플라즈마 소스를 이용하여 10 mTorr의 Ar/CF4 조건에서 양이온 종들을 PSM (Plasma Sampling Mass spectroscopy, HIDEN Inc.)을 통해 에너지를 분석하였다. 이중 주파수에 있어 전력비율에 따라 IEDs (Ion Energy Distributions)는 많은 변화가 관찰되었으며, 인가하는 입력전력에 따라 E-H mode 전이가 일어남을 관찰할 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.358-358
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• 2014

인간과 기기간의 상호작용 심화에 의하여 모든 기기의 지능화, 첨단화 등이 요구됨에 따라 정보 기술 및 디스플레이 기술의 개발이 활발히 이루어지고 있는 가운데 투명 전자 소자에 대한 연구가 급증하고 있다. 산화물 반도체는 가시광 영역에서 투명하고, 비정질 반도체에 비하여 이동도가 100 배 이상 크고, 결정화 공정을 거친 폴리 실리콘과 비슷한 값을 가지거나 조금 낮으며 유연한 소자에도 쉽게 적용이 가능하다는 장점을 가지고 있어 투명 전자 소자 제작시에 주로 이용되는 물질이다. 대부분의 산화물 반도체 박막 증착 방법은 스퍼터링 방법이나 유기금속 화학증착법과 같은 방법으로 막을 형성하는데 이러한 증착 방법들은 고품질의 박막을 성장시킬 수 있다는 장점이 있으나 고가의 진공장비 및 부대 시설이 이용되고 이로 인한 제조비용의 상승이 되고, 기판 선택에 제약이 있는 단점이 있다. 따라서, 이러한 문제점을 개선하기 위하여 고가의 진공 장비가 필요 없이 스핀 코팅 방법이나 딥핑 방법 등에 의하여 공정 단계의 간소화, 높은 균일성, 기판 종류에 상관없는 소자의 대면적화가 가능한 용액 공정 기술이 각광을 받고 있다. 그러나 용액 공정 기반의 박막을 형성하기 위해서는 비교적 높은 공정온도 혹은 압력 등의 외부 에너지를 필요로 하므로 열에 약한 유리 기판이나 유연한 기판에 적용하기가 어렵다. 최근 이러한 문제점을 해결하기 위하여 높은 온도의 열처리(thermal annealing) 를 대신 할 수 있는 microwave irradiation (MWI)에 대한 연구가 보고되고 있다. MWI는 $100^{\circ}C$ 이하에서의 저온 공정이 가능하여 높은 공정 온도에 대한 문제점을 해결할 뿐만 아니라 열처리 방향을 선택적으로 할 수 있다는 장점을 가지고 있어 현재 투명 디스플레이 분야에서 주로 이용되고 있다. 따라서 본 연구에서는 HfOx 기반의 metal-oxide-semiconductor (MOS) capacitor를 제작하여 MWI에 따른 전기적 특성을 평가하였다. MWI는 금속의 증착 전과 후, 그리고 시간에 따른 조건을 적용하였으며 최적화된 조건의 MWI은 일반적인 퍼니스 장비에서의 높은 온도 열처리에 준하는 우수한 전기적 특성을 확인하였다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제44권8호
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• pp.8-15
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• 2007

본 논문에서는 산화된 다공질 폴리실리콘을 이용하여 전계 방출 소자를 제작하여, 각각의 픽셀에 따른 전기적 특성과 형광체의 발광 특성을 조사하였다. 실제 대면적 디스플레이 소자에 적용하기 위해서 PM 방식을 이용해서 소자를 픽셀별로 동작하였고, 상부금속 전극의 어레이에 따른 두께와 폭의 공정조건을 확립하였다. 산화된 다공질 폴리실리콘의 미세 구조를 분석하고, 각각의 픽셀에 따른 전계방출 특성을 조사해 보았다. 상부금속 전극의 두께와 폭에 따른 전자방출 특성을 조사해 본 결과 Ti/pt(2nm/7nm)가 가장 적절한 두께라는 것을 확인 할 수 있었고, 2.5 mm 이상 폭에서 전자방출 효율이 증가하는 모습을 확인 할 수 있었다. 각 픽셀에 따른 소자의 전기적 특성은 픽셀마다 조금씩의 차이는 있지만 거의 동일한 누설 전류와 방출 전류가 나타남을 확인할 수 있었고, 동일한 크기의 효율도 관찰할 수 있었다. 누설 전류와 방출 전류는 시간이 증가함에 따라 감소하는 모습이 나타나긴 하였으나, 모든 픽셀이 거의 동일하게 감소하였다. 각각의 픽셀에 따른 휘도는 큰 차이가 없음을 확인할 수 있었고, 20 V에서 $700cd/m^2$ 이상의 높은 휘도를 나타내었으므로 실제 디스플레이 소자로도 응용이 가능할 것이다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.205-205
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• 2015

최근, 비정질 산화물 반도체를 이용한 TFT는 투명성, 유연성, 저비용, 저온공정이 가능하기 때문에 차세대 flat-panel 디스플레이의 back-plane TFT로써 다양한 방면에서 연구되고 있다. 산화물 반도체 In-Zn-O-시스템에서는 Gallium (Ga)을 suppressor로 사용한 a-In-Ga-Zn-O (a-IGZO) 뿐만 아니라, Magnesium (Mg), Hafnium (Hf), Tin (Sn), Zirconium (Zr) 등의 다양한 물질이 연구되었다. 그 중 Silicon (Si)은 Ga, Hf, Sn, Zr, Mg과 같은 suppressor에 비해 구하기 쉬우며 가격적인 측면에서도 저렴하다는 장점이 있다. solution 공정으로 제작한 산화물 반도체 TFT는 진공 시스템을 사용한 공정보다 공정시간이 짧고, 저비용, 대면적화가 가능하다는 장점이 있다. 하지만, 투명하고 유연한 device를 제작하기 위해서는 저온 공정과 low thermal budget은 필수적이다. 이러한 측면에서 MWI (Microwave Irradiation)는 저온공정이 가능하며, 짧은 공정 시간에도 불구하고 IZO 시스템의 산화물 반도체의 전기적 특성 향상을 기대할 수 있는 효율 적인 열처리 방법이다. 본 연구에서는 In-Zn-O 시스템의 TFT에서 silicon (Si)를 Suppressor로 사용한 a-Si-In-Zn-O (SIZO) TFT를 제작하여 두 가지 열처리 방법을 사용하여 TFT의 전기적 특성을 확인하였다. 첫 번째 방법은 Box Furnace를 사용하여 N2 분위기에서 $600^{\circ}C$의 온도로 30분간 열처리 하였으며, 두 번째는 MWI를 사용하여 1800 W 출력 (약 $100^{\circ}C$)에 2분간 열처리 하였다. MWI 열처리는 Box Furnace 열처리에 비해 저온 공정 및 짧은 시간에도 불구하고 향상된 전기적 특성을 확인 할 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.287.1-287.1
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• 2014

본 연구에서는 현재 디스플레이에서 가장 널리 이용되는 저온 polycrystalline silicon (poly-Si)의 결정화 방법에 따른 thin-film transistor (TFT)의 전기적 특성을 분석하였다. 분석에 이용된 결정화 방식은 Excimer Laser Annealing (ELA)와 Metal Induced Crystallization (MIC)이다. ELA와 MIC TFTs의 전기적 특성 측정을 통한 분석결과 ELA와 MIC poly-Si TFTs의 전기적 특성 [field-effect mobility (${\mu}_{FE}$), on/off current ratio ($I_{ON}/I_{OFF}$), sub-threshold swing (SS)]은 큰 차이는 없지만, ELA를 이용한 poly-Si TFT의 전기적 특성이 조금 우수하다. 하지만, MIC poly-Si TFT의 경우 threshold voltage ($V_{TH}$)가 0V에 보다 가까울 뿐만 아니라, 전기적 스트레스를 통한 신뢰성 확인 시 ELA poly-Si TFT보다 조금 더 안정적이다. 이는 ELA의 경우 좁은 면에 선형 레이저 빔으로 조사하면서 생기는 hill-lock의 영향으로 표면이 거칠고 균일하지 못하여 바이어스 인가시 생기는 문제이다. 또한 MIC는 금속 촉매를 이용해 결정립 경계를 확장하고 결정 크기를 키워 대면적화에 유리하다. Thermal Stress에서는 (from 293K to 373K) TFT에 점차 높은 온도를 가하자 MIC poly-Si TFT의 경우 off 상태에서 누설 전류 값이 증가하며 열에 민감한 반응을 보이는 것을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.263-263
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• 2016

최근 반도체 시장에서는 저비용으로 고성능 박막 트랜지스터(TFT)를 제작하기 위한 다양한 기술들이 연구되고 있다. 먼저, 재료적인 측면에서는 비정질 상태에서도 높은 이동도와 가시광선 영역에서 투명한 특성을 가지는 산화물 반도체가 기존의 비정질 실리콘이나 저온 폴리실리콘을 대체하여 차세대 디스플레이의 구동소자용 재료로 많은 주목받고 있다. 또한, 공정적인 측면에서는 기존의 진공장비를 이용하는 PVD나 CVD가 아닌 대기압 상태에서 이루어지는 용액 공정이 저비용 및 대면적화에 유리하고 프리커서의 제조와 박막의 증착이 간단하다는 장점을 가지기 때문에 활발한 연구가 이루어지고 있다. 특히 산화물 반도체 중에서도 indium-gallium-zinc oxide (IGZO)는 비교적 뛰어난 이동도와 안정성을 나타내기 때문에 많은 연구가 진행되고 있지만, 산화물 반도체 기반의 박막 트랜지스터가 가지는 문제점 중의 하나인 문턱전압의 불안정성으로 인하여 상용화에 어려움을 겪고 있다. 따라서, 본 연구에서는 기존의 산화물 반도체의 불안정한 문턱전압의 문제점을 해결하기 위해 마이크로웨이브 열처리를 적용하였다. 또한, 기존의 IGZO에서 suppressor 역할을 하는 값비싼 갈륨(Ga) 대신, 저렴한 지르코늄(Zr)과 하프늄(Hf)을 각각 적용시켜 용액 공정 기반의 Zr-In-Zn-O (ZIZO) 및 Hf-In-Zn-O (HIZO) TFT를 제작하여 시간에 따른 문턱 전압의 변화를 비교 및 분석하였다. TFT 소자는 p-Si 위에 습식산화를 통하여 100 nm 두께의 $SiO_2$가 열적으로 성장된 기판 위에 제작되었다. 표준 RCA 세정을 진행하여 표면의 오염 및 자연 산화막을 제거한 후, Ga, Zr, Hf 각각 suppressor로 사용한 IGZO, ZIZO, HIZO 프리커서를 이용하여 박막을 형성시켰다. 그 후 소스/드레인 전극 형성을 위해 e-beam evaporator를 이용하여 Ti/Al을 5/120 nm의 두께로 증착하였다. 마지막으로, 후속 열처리로써 마이크로웨이브와 퍼니스 열처리를 진행하였다. 그 결과, 기존의 퍼니스 열처리와 비교하여 마이크로웨이브 열처리된 IGZO, ZIZO 및 HIZO 박막 트랜지스터는 모두 뛰어난 안정성을 나타냄을 확인하였다. 결론적으로, 본 연구에서 제안된 마이크로웨이브 열처리된 용액공정 기반의 ZIZO와 HIZO 박막 트랜지스터는 추후 디스플레이 산업에서 IGZO 박막 트랜지스터를 대체할 수 있는 저비용 고성능 트랜지스터로 적용될 것으로 기대된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.289-289
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• 2012

터치패널은 키보드나 마우스와 같은 입력장치를 사용하지 않고, 스크린에 손가락, 펜 등을 접촉하여 입력하는 방식이다. 누구나 쉽게 입력할 수 있는 장점으로 인해 기존에는 현금인출기, 키오스크 등 공공분야에 주로 많이 사용되어 왔으나, 최근의 터치스크린은 휴대폰, 게임기, 네비게이션, 노트북 모니터 등 개인정보기기의 입력장치로 활용분야가 넓어져가고 있다. 최근의 정전용량 방식의 터치패널은 디스플레이 패널 위에 올여지는 형태의 Add on type이며, 테블렛의 출현으로 터치패널의 사이즈가 커지면서 인듐산화물 투명성 전도막의 두께가 두꺼워지고, 이로 인하여 광학적 특성인 투과율이 저하되는 문제가 발생하여 투과율을 높여주기 위한 새로운 전도박막 제조방법이 요구되는 상황이다. 현재의 고글절 산화물(TiO2)과 저굴절 산화물(SiO2)의 적층형태의 저반사 특성의 다층막은 주로 플라즈마 보조의 전자빔 증착기를 이용하여 제조되기 때문에, 저반사 특성이 우수하지만 대면적 크기의 대량생산에는 적합하지가 않다. 그리고 태양전지의 에너지 변환효율도 태양전지로 흡수되는 태양광의 량에 크게 의존하기 때문에, 태양전지로 흡수되는 태양광 량을 높이기 위하여 태양전지의 가장 위층에 혹은 모듈 제작시 커버유리의 내부에 저반사 특성을 갖는 박막을 코팅한다. 특히 박막태양전지의 경우는 대면적의 유리위에 저반사 코팅을 해야 한다. 본 연구에서는 In-line magnetron sputtering system을 사용하여 소다라임 유리 기판 위에 고글절 산화물(Nb2O5)과 저굴절 산화물(SiO2)의 2층 적층형태의 "SiO2/Nb2O5/SiO2/Nb2O5/SLG" 다층 박막을 증착하고, 저반사의 광학적 특성을 하였고, 이를 논하고자한다. 일반적으로 빛이 투과되는 투명한 기판이 공기층에 노출되어있을 경우에 기판의 양면에서 공기층과의 계면에서 각각 4%의 반사율 즉, 총 8%의 반사율을 갖는데, 본 연구의 다층 박막에서는 530에서 540nm 파장 영역에서 투과율은 95% 이상, 반사율은 4.8% 이하이었다. 이 결과는 터치패널과 박막태양전지 시장의 Needs에 대응할 수 있기 때문에 산업의 응용측면에서 매우 중요한 연구 성과를 얻었다고 말할 수 있다. (본 연구는 지식경제부 사업화연게기술개발 연구지원금으로 일부 이루어졌음).