Semiconductor Materials Laboratory · 2013. 4. 10. · 3/59 Semiconductor Materials Laboratory DC bias 적용 Remote Plasma ALD 최초 개발 - 기존 plasma ALD의 문제점인 plasma

1/59 Semiconductor Materials Laboratory

Semiconductor Materials Laboratory

Department of Materials Science & Engineering Hanyang University

전형탁 [email protected]

Tel : 02-2220-0387

나노융합2020사업_한양대 반도체재료 연구실


기술명 : Remote plasma ALD를 이용한 Passivation기술 개발

해당기술에 대한 현재 기업의 Needs

□ Flexible 소자 저온 공정 보호막 기술

- OLED 소자의 수분 및 산소 투습을 제어하며 공정을

단순화하고 , 저온 (<100 ℃ ) 공정에서 damage (Ion

damage등)가 없는 thin film 기반의 보호막 기술 개발이

필수적인 해결 과제임.

□ Solar cell 보호막 기술

- Si based solar cell에 Al2O3 passivation 적용 시 최대 1%

효율 향상

본 연구팀은 TND 과제 동안 개발된 Remote Plasma Atomic Layer Deposition (RPALD)를 이용하여 나노단위 단일막 /다층막 형태의 저온공정 Thin film 보호막 공정 기술을 연구.


□ DC bias 적용 Remote Plasma ALD 최초 개발

- 기존 plasma ALD의 문제점인 plasma damage를 Remote Plasma ALD 기술에 DC bias를 적용하여 radical 과 ion을

제어하여 증착막의 특성을 개선하였음.

- 최적의 damage free plasma 기술을 개발 하였으며 현재는 고유전막 특성개선 이외 OLED 및 Solar cell 보호막 공정

목표 달성의 새로운 적용 공정을 연구중임.

Plasma ALD 기술

과제 성공 시 기술 이전 가능 기업명

□ Remote Plasma를 이용한 저온 공정 보호막 기술 개발시 Flexible기반 디스플레이 업체 (삼성디스플레이 , LG

디스플레이 등) 와 Solar cell 분야 기업체 (한국 중공업, 삼성SDI 등) 에 장비 매출이 가능하며 국내 중견장비 업체(주성,

ADP, IPS등)가 공정용 장비개발을 가능하며 소형장비업체(한국진공 등 )에서 연구용 장비 개발이 가능.


특허정보 출원정보 등록정보 해외출원정보 해외등록정보

국가 발명명칭 발명자 출원번호 출원일자 등록번호 등록일자

KR 원자층 화학기상증착을 이용한 게이트 산화막 형성방법 전형탁,김영재,윤덕주,도태한,구재형,한지웅

10-2001-0015577 20010326

KR 확산방지막내에 동종 금속의 중간 금속박막을 적용한 반도체 소자의 제조방법

전형탁,김양도,김주연 10-2001-0042924 20010716 460086 20041125

KR 높은 유전 상수를 갖는 게이트 유전막을 이용한 반도체 소자 및 그의 제조방법

전형탁 10-2002-0012862 20020311

KR 리모트 플라즈마 원자층 증착 장치 및 방법 전형탁,김양도,김주연 10-2002-0054128 20020909 488426 20050429

KR DC바이어스를 이용한 리모트 플라즈마 원자층 증착 장치 전형탁,우상현,김주연,김진우,김언정 2003-0017385 20030320 529298 20051110

PCT (PCT/KR2004/001962) _ 20040804

US (11/658,961)_20070130

JP (2007-524731)_20070131

FI (20075125)_20070221

JP (4570659)_20100820

KR 알루미늄 산화막을 이용한 자기 랜덤 엑세스 메모리 소자 및 그 제조방법

전형탁,김윤수,전상민 10-2003-0076738 20031031

KR 플라즈마를 이용한 원자층 증착방법 전형탁,김주연, 10-2004-0024946 20040412 699362 20070319

KR 플라즈마 처리장치 전형탁,김주연,김석훈 10-2005-0003483 20050113 597230 20060628

KR 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나 전형탁,정진욱,김영도,이원기,최익진 10-2005-0005543 20050120 817290 20080320

KR 플라즈마 처리장치 전형탁,김석훈, 10-2005-0066170 20050721 798416 20080121

KR 유기-무기 혼성 전계효과 트랜지스터 및 그 제조 방법 전형탁,김인회,장호정,박형호 10-2006-0009629 20060201 674575 20070119

KR 원거리 플라즈마 발생장치 전형탁,김인회,김석훈,정진욱,이상규 10-2006-0015759 20060217 752622 20070821

PCT (PCT/KR2007/000414)_20070124

US (11/703621)_20070207

JP (2007-033886)_20070214

KR 플라즈마 처리장치 전형탁,김석훈,우상현,김형철 10-2006-0121339 20061204 803338 20080204

KR 유도결합형 플라즈마 발생장치용 안테나 전형탁,정진욱,김영도,이원기,최익진 10-2007-0017391 20070221

KR 배치형 원자층 증착장치 및 증착방법 전형탁,김인회,이상규 10-2007-0048684 20070518 888067 20090303

KR 활성화된 플라즈마 처리장치 전형탁,김석훈,김형철,우상현 10-2007-0068652 20070709 905464 20090624

KR 반도체 소자의 제조방법 전형탁,박태용,이근우 10-2007-0069034 20070710 US (12/169,790)_20080709

CN (200810214751.8_20080710

KR 플라즈마 처리장치 전형탁,김석훈,김형철,우상현 10-2007-0070606 20070713 847786 20080716

KR 저온공정이 가능한 원자층 증착 방법 전형탁,박태용,이근우,이재상 10-2007-0077741 20070802 906718 20090701

KR 박막 형성방법 전형탁,김석훈,김형철,우상현 10-2007-0126319 20071206 936995 20100107

KR 플라즈마 처리장치 전형탁,김석훈,김형철,우상현 10-2008-0006124 20080121 974962 20100803

KR 질화 산화막을 이용한 코발트 실리사이드 형성방법 전형탁,김동옥,박태용,이근우,이재상,이지선

10-2008-0028358 20080327 944937 20100223

KR 원자층 증착법을 이용한 산화아연 박막의 형성방법 전형탁,권세명,박형호,방석환,이승준,장호정,전순열,정우호

10-2008-0042298 20080507

KR 코발트 실리사이드 형성방법 전형탁,이재상,김동욱 10-2008-0099615 20081010 1003050 20101215

KR 원거리 플라즈마 발생장치 전형탁,우상현,정진욱,김형철 10-2008-0102578 20081020

KR [국내우선권][P20080482OP][P20090215OP] 원거리 플라즈마 발생장치 전형탁,우상현,정진욱,김형철 2009-0071296 20090803 1105907 20120106 US (12/547,163)_20090825

EP (9011022.2)_20090827 US 특허등록 결정 (틍록비 납부지시)

KR 원자층 증착방법 전형탁,박태용,이재상,박진규,전희영,최동진

2011-0029416 20110331 PCT (PCT/KR/2012/001659)_20120307

KR 표면 플라즈몬을 이용한 광반응 소자 전형탁,방석환,이승준,고영빈,박주현 2011-0078021 20110805

KR 원자층증착장치 전형탁,최학영,신석윤,박주현,함기열 2012-0096953 20120903

KR 가스흡배기유닛 및 이를 구비한 원자층증착장치 전형탁,최학영,신석윤,박주현,함기열 2012-0096954 20120903

특허구분 건수

국내출원 30건

국내등록 19건

해외출원 12건

해외등록 2건

특허 현황


기존의 플라즈마가 인가되는 ALD 장치는 물리적 충격이 기판과 박막에 직접적으로 가해져 막에 손상을 준다 . 더구나 , 많은 보고서들은 플라즈마 에너지를 조절하는 장치가 플라즈마의 불균일성 때문에 박막을 균일하게 형성 못한다고 하고 있다. 따라서, DC Bias를 포함한 RPALD 장치가 제시되었으며, 내부의 반응챔버와 Remote Plasma Generating Unit, Remote Plasma의 Energy를 조절하는 DC Bias Unit, 그리고 반응챔버로의 소소가스 공급 Unit를 포함한다.

DC Bias부

소스가스공급부

반응실

Remote Plasma 발생

소스 플라즈마

DC Bias를 이용한 리모트 플라즈마 원자층 증착 장치

DC Bias를 이용한 리모트 플라즈마 원자층 증착

출원번호 대한민국 2003-0017385 (2003. 03. 20) PCT PCT/KR2004/001962 (2004. 08. 04) 미국 11/658,961 (2007. 01. 30) 일본 2007-524731 (2007. 01. 31) 핀란드 20075125 (2007. 02. 21)

등록번호 대한민국 10-529298 (2005. 11. 10) 일본 4570659 (2010. 08. 20)


바이어스 전극에서의 아크를 방지하여 박막의 품질을 향상시키는 리모트 플라즈마 발생장치가 개시된다. 상기 발생장치는, 챔버 상부의 내측에 설치되는 RF 전극; 상기 RF 전극과 이격하여 설치되며 발생한 플라즈마가 통과하는 다수의 관통공이 배열되고 바이어스 전원이 인가되는 바이어스 전극; 상기 RF 전극과 바이어스 전극 사이에 형성되고 플라즈마 가스가 공급되는 플라즈마 발생부; 및 상기 바이어스 전극과 이격하여 하부에 설치되며, 상기 바이어스 전극의 관통공에 대응하는 플라즈마 통과공이 형성된 접지 전극을 포함하며, 상기 바이어스 전극에는 주기적인 제 1 전압 부분을 갖는 제 2 전압의 펄스 직류 바이어스(Pulsed DC Bias)가 인가된다.

DC -전극

반응챔버

Pulse가 포함된 DC-Bias 파형

가스공급관

출원 대한민국 2009-0071296 (2009. 08. 03) 미국 12/547,163 (2009. 08. 25) 유럽특허청 09 011 022.2 (2009. 08. 27)

등록 대한민국 10-1105907 (2012. 01. 06) 미국 특허결정完 -> 특허료지급결정完

■ 원거리 플라즈마 발생 장치 특허

DC Bias를 이용한 리모트 플라즈마 원자층 증착


■ Demands on barrier properties

Water vapor transmission rate, WVTR(g•m-2/day)

Excellent barrier demanded for flexible OLEDs (Lifetime > 10 years) to WVTR : 10-6 g•m-2/day

Current status : Ultra high barrier only

with glass

not flexible

Future : Thin film encapsulation

for ultra high barrier

Low cost, Flexible

수분/산소 노출시 cathode 및 pixel의 불량 발생

우수한 특성의 permeation barrier 必要

Passivation 의 필요


원자층 단위의 두께 조절 연성기판 증착 가능

우수한 단차 피복성 3D 구조 박막 증착

■ 원자층 증착법의 메카니즘 ■ 원자층 증착법의 장점

ALD mechanism

■ 원자층 박막 증착법別 비교

Liquid phase process (Sol-gel)

Source controlled gas phase process

(PVD)

Surface controlled gas phase process

(ALD)

Surface controlled gas phase process

(ALD)

■ Reaction別


Thermal ALD

PEALD

RPALD DC biased RPALD

Halide source Metal organic source

Choice of chemistry or reactants

System corrosion

Low throughput

High level of carbon and oxygen

Contaminations High resistivity and low density

film

Direct plasma

High density film

Reduction in impurity

Increase throughput

In-situ surface treatment

Lower process temperature

Possible ion damage

Remote plasma

Decreased charged particle

damage

Increased activity of radicals

Various process application

Uniformity

In-situ surface treatment

RF

DC

■ Atomic Layer Deposition System의 History

ALD기술 발전 trend


▶ 목적 : Remote plasma type별 (CCP/ICP type)간의 Encapsulation 특성을 비교/평가 확인 하기 위함.

RF

[CCP type]

[ICP type]

Shower

Head

Plasma

Zone

Heater

Block

Research ■ Remote plasma type 별 Encapsulation 비교 평가


기술 개발 추진도

1단계 3년(중소기업 중심) 2단계(대기업 주도적 참여)

Remote plasma ALD 장비기술 확보

대기업 주도적 참여

연구용 장비 기술 확보

소기업

연구용 및 생산용 장비 기술 확보

수요업체의 주도적 참여 및 구매

Remote plasma ALD 산업화

중견기업

생산용 장비 기술 확보


감사합니다

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