일반기술

ALE에 의한 실리콘 또는 사파이어 기판 위의 산화아연 증착방법

본 기술의 ZnO 증착방법은 초기 발생되는 ZnO 막성장의 잠복기를 감소시키기 위한 것으로, ZnO 막 증착 전에 기판의 표면을 ECR 플라즈마 전처리를 진행한다. ECR 플라즈마 전처리는 기판이 로딩되어 있는 고밀도 플라즈마를 이용하는 ECR 플라즈마 챔버에 반응 가스를 공급하고, rf-전원 하에서 반응 가스 플라즈마를 형성하여 수행한다. 이때, rf-전원은 250～350 W이며, 플라즈마 노출시간은 5～15 분이다. rf-전원과 ECR 플라즈마의 노출시간의 범위를 초과할 경우 기판이 플라즈마에 의해 데미지를 입게 되어 기판표면이 손상을 입는 문제점이 발생하며, 범위 미만인 경우에는 ZnO 막성장의 잠복기를 감소시킬 수 있는 충분한 세정이 기판에 이루어지지 못하는 문제점이 발생한다. 본 기술에서 사용가능한 기판은 Si 또는 사파이어 기판이며, 반응 가스는 산소, 수소 또는 아르곤 가스를 사용한다. 산소 ECR 플라즈마 전처리를 수행한 경우, ZnO의 30 싸이클 증착이후 기판 표면에 막성장이 관찰되며, 또한 ECR 전처리를 하지 않은 경우 Si 에 비하여 사파이어 기판 상에서 막성장이 더 늦으나, 산소 ECR 플라즈마 전처리를 수행함으로써 Si과 사파이어 기판 상의 막성장이 시작이 거의 비슷하게 된다. 본 기술은 원자막 증착법(Atomic Layer Deposition, ALE)을 이용한 ZnO 막을 증착하는 방법에 있어서, ZnO 증착전에 ECR 플라즈마 전처리를 수행하여 Si 또는 사파이어 기판을 세정하는 단계를 포함하는 특징이 있다. 본 기술에 의한 ZnO 막성장의 잠복기를 감소시켰고, 특히 기판 표면의 히드록시기 밀도를 증가시켜 막성장을 더욱 향상시킬 수 있으며, 또한, 처리되지 않은 사파이어 표면은 Si 표면보다 포화 히드록시 충진밀도가 낮기 때문에 사파이어 표면에서의 막 성장이 상대적으로 늦어지며, 따라서 ECR 산소 plasma의 효과는 사파이어 기판에서 더욱 두드러는 기술이다. ZnO는 우수한 전기적, 광학적 특성으로 인해 지난 수십년 동안 많은 연구가 수행되고 있는 재료로서, 최근에는 고품위 ZnO 박막을 토대로 한 LED, LD, 자외선 검출기 등의 광소자용 반도체 재료로서의 가능성 때문에 그 중요성이 크게 증가하여 많은 연구가 집중되고 있다. 이러한 광원의 국내시장 규모는 2003년 1.1조원, 생산규모는 6천억원 수준인 것으로 파악되고 있으며, 계속해서 성장할 것으로 예상되고 있다. 현재 유력한 발광물질로서 연구되어온 GaN는 일본의 니치아 화학에서 독보적인 기술개발로 LED 시장을 석권하고 있는 실정이다. 본 기술은 발광소자 칩 개발 및 생산능력을 보유하고 있는 삼성전기, LG이노텍, 나리지온 등의 업체와의 협력을 통하여 사업화를 진행하거나, 본 기술이 장비기술인 점을 감안하여 반도체 박막 장비 기술을 보유하고 있는 반도체 장비업체에 대한 기술이전을 통하여 사업화 진행이 필요할 것으로 판단된다.