일반기술

마그네트론 코스퍼터링법을 이용한 금속이 도핑된 ＺｎＯ 박막의 제조방법

본 발명은 마그네트론 코스퍼터링법을 이용한 금속이 도핑된 ZnO 박막의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 마그네트론 코스퍼터링법을 이용하여 금속을 도핑시켜 ZnO 박막을 제조하는 공정에 있어서, RF 전력비(R)를 조절함으로써 ZnO 박막 내의 금속 함량을 제어하여 결정성, 광학적 특성, 전기적 특성, 투과도 등이 향상된 ZnO 박막의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면 결정성 및 표면 형상이 우수하고, 전기 전도성과 같은 전기적 특성이 향상된 ZnO 박막을 제조할 수 있다. 그 결과, 다양한 응용성으로 주목받고 있는 ZnO 박막의 응용 분야에서 그 적용 가능성을 높일 것으로 기대된다. 특히, 디스플레이 장치 분야에서 투명전극용 또는 윈도우용 재료로써 사용되고 있는 종래의 ITO를 대체함으로써, 고가의 디스플레이 장치 등의 가격을 하락시킬 수 있을 것으로 기대된다.스퍼터링법은 웨이퍼에 금속 박막과 절연체를 적층하는 방법이다. 스퍼터링의 원리는 강철공을 콘크리트벽에 던지는 것과 같은 물리적인 공정이다. 충돌한 공은 콘크리트와 같은 화학적, 물리적 특성을 갖는 조각을 떼어낸다. 이 과정이 되풀이되면 충돌지점 부근은 콘크리트 조각으로 덮이게 된다. 스퍼터링에서 '강철공'은 이온화된 아르곤 원자이고, '콘크리트벽'은 스퍼터링되는 물질 판으로 타겟이라고 한다. 스퍼터링 공정을 진공실에서 수행된다. 스퍼터링되는 물질의 타겟과 웨이퍼가 위치된 반응실로 이온화된 아르곤이 주입된다. 타겟은 양성으로 충진된 아르곤에 비해 음성 전하를 띠고 있다. 따라서, 아르곤 원자는 가속되며 이온 주입과는 달리 스퍼터링에서는 아르곤 원자가 타겟에 박히지 않는다. 대신 강철동과 같이 충동하여 타겟을 약간 떼어낸다. 반응실은 진공이므로 떨어져나온 물질은 웨이퍼를 포함하여 반응실 도처에 적층되는 것이다. 이러한 스퍼터링법 중 마그네트론 스퍼터링은 반도체를 적층하는 방법으로서, 상기 장비는 타겟 후방 또는 측면에 자석을 설치하여 반응실 내에서 방사를 일으키는 전자 및 타겟을 가열하는 전자들을 제거한다. 상기 자석은 배회하는 전자를 포획하여 타겟 근처에 가두어 놓는다. 이때 이온 전류는 보통 다이오드 스퍼터 장치보다 열 배 정도 높기 때문에, 더 낮은 압력에서 더 빠르게 금속 막을 적층할 수 있다. 투명 전도성 박막으로서 ZnO계 박막은 불순물이 첨가되지 않은 ZnO계 박막의 경우 대기 중에 장시간 노출되는 경우 산소의 영향으로 Zn과 O의 정량비가 변함에 따라 전기적 성질의 변화가 발생하고, 고온 분위기에서 안정하지 못한 단점이 있었다. 이에, 마그네트론 코스퍼터링법을 이용하여 금속이 도핑된 ZnO 박막을 제조함에 있어서, 상기 박막의 구조적, 전기적, 광학적 특성이 R값(RF 전력비)에 의존하는 것을 알아내고, 구조적, 전기적, 광학적 특성이 우수한 ZnO계 투명 전도성 박막의 제조를 위한 최적 조건을 밝힘으로써 본 발명을 완성하였다.