JP2009507391A - 半導体基板上の有機物層形成方法 - Google Patents
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Abstract
シリコンやGaAsなどの半導体基板上に有機物層を形成するための有機物質の塗布または積層する方法を開示する。本発明においては鏡面処理された半導体基板をシラン(Silanes)や、KOH、またはH2SO4とH2O2の混合液に浸漬する。その結果、半導体基板の表面にH基やOH基が生成されて半導体基板と有機物との間にファンデルワールス結合または水素結合が行われることによって半導体基板上に有機物が容易に積層される。
【選択図】 図1
【選択図】 図1
Description
本発明はシリコンやGaAsなどの半導体基板上に有機物質層を形成するために有機物質を塗布または積層する方法に関する。
一般に半導体装置の場合はシリコンなどの半導体基板上に金属や無機物よりなる各種電極、配線層及び絶縁層を形成して製造される。
しかし、近年半導体装置を環境にやさしく、また低価格の有機物を用いて製造しようとする試みが行われている。
しかし、近年半導体装置を環境にやさしく、また低価格の有機物を用いて製造しようとする試みが行われている。
一例として、本願発明者が出願した特許文献1(名称:有機物を用いたメモリ装置及びその製造方法)には強誘電特性を有する有機物を用いてメモリ装置を製造する技術について開示されている。
しかし、一般に半導体基板はその表面が疎水性を有するので有機物が容易に付着されないという特性を有する。従って、有機物を用いて半導体装置を製造することが困難であるとの大きな問題点を抱えている。
しかし、一般に半導体基板はその表面が疎水性を有するので有機物が容易に付着されないという特性を有する。従って、有機物を用いて半導体装置を製造することが困難であるとの大きな問題点を抱えている。
本発明は上述した事情に鑑みて案出されたもので、本発明の目的は半導体基板上に有機物層を容易に形成するための有機物を塗布または積層する方法を提供するところにある。
上述した目的を実現するための本発明の第1の観点による半導体基板上の有機物層形成方法は、半導体基板上に有機物層を形成する方法であって、前記半導体基板を表面処理溶液に浸漬させる段階と、前記半導体基板上の前記表面処理溶液を乾燥させる段階と、半導体基板上に有機物を積層する段階とを有して構成され、前記表面処理溶液は、前記半導体基板の表面に前記有機物をファンデルワールス(Van der Waals)結合または水素結合させるものであることを特徴とする。
前記表面処理溶液は、前記半導体基板の表面に水素(H)基を生成させるものであることが好ましい。
前記表面処理溶液は、半導体基板の表面に水酸(OH)基を生成させるものであることが好ましい。
前記表面処理溶液は、半導体基板の表面に水酸(OH)基を生成させるものであることが好ましい。
また、上述した目的を実現するための本発明の第2の観点による半導体基板上の有機物層形成方法は、半導体基板上に有機物層を形成する方法であって、前記半導体基板を表面処理溶液に浸漬させる段階と、前記半導体基板上の前記表面処理溶液を乾燥させる段階と、半導体基板上に有機物を積層する段階とを有して構成され、前記表面処理溶液は、半導体基板の表面に水素(H)基を生成させるものであることを特徴とする。
また、上述した目的を実現するための本発明の第3の観点による半導体基板上の有機物層形成方法は、半導体基板上に有機物層を形成する方法であって、前記半導体基板を表面処理溶液に浸漬させる段階と、前記半導体基板上の前記表面処理溶液を乾燥させる段階と、半導体基板上に有機物を積層する段階とを有して構成され、前記表面処理溶液は、半導体基板の表面に水酸(OH)基を生成させるものであることを特徴とする。
前記表面処理溶液は、シラン(Silanes)、アキ−シラン(Aki−Silanes)、アリール−シラン(Aryl−Silanes)、フッ化アルキル−シラン(Fluorinated Alkyl−Silanes)、パーフルオロトリエトキシシラン(perfluorinated triethoxy Silane)、ヘプタデカフルオロデシルトリエトキシシラン(heptadeca fluorodecyl triethoxy Silane)溶液からなる群より選択される少なくとも一つを含むことが好ましい。
前記表面処理溶液は、2−プロパノール(propanol)溶液にKOHを飽和させた溶液であることが好ましい。
前記表面処理溶液は、H2SO4とH2O2を混合した溶液であることが好ましい。
前記表面処理溶液は、2−プロパノール(propanol)溶液にKOHを飽和させた溶液であることが好ましい。
前記表面処理溶液は、H2SO4とH2O2を混合した溶液であることが好ましい。
本発明に係る半導体基板上の有機物層形成方法によれば、半導体基板上に有機物を容易に塗布または積層できるようにすることで、今後有機物半導体を容易に製造できる技術的基盤を提供することができる。
次に、本発明に係る半導体基板上の有機物層形成方法を実施するための最良の形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
一般に、半導体装置を製造する場合はシリコンやGaAsなどの半導体基板を使用する。
これら半導体基板は通常インゴット(ingot)から所定厚さに半導体基板を切断した後、その切断された半導体基板を鏡面加工して使用する。ところが、このように半導体基板を鏡面加工する段階で半導体基板上のダングリングボンド(dangling bond)が切断され除去されることによって半導体基板に対する有機物の結合力が著しく低下する。すなわち、有機物などの材料が半導体基板上に付着及び積層されない問題点が発生する。
これら半導体基板は通常インゴット(ingot)から所定厚さに半導体基板を切断した後、その切断された半導体基板を鏡面加工して使用する。ところが、このように半導体基板を鏡面加工する段階で半導体基板上のダングリングボンド(dangling bond)が切断され除去されることによって半導体基板に対する有機物の結合力が著しく低下する。すなわち、有機物などの材料が半導体基板上に付着及び積層されない問題点が発生する。
本願発明者が出願した韓国特許出願第10−2005−0039167号は強誘電体メモリに関する。この出願は強誘電体メモリの製造のための強誘電性物質として、有機物、望ましくはβ相のPVDFを用いるようにしたものである。
一般に、鏡面処理された半導体基板上にPVDF(polyvinylidene fluoride)などの有機物層を形成する場合、上述したように半導体基板と有機物との低い結合力によって一定厚さ以下の薄膜を形成できない。すなわち有機物層の膜厚がやむを得ず厚くなる。
強誘電体メモリは強誘電層の分極特性を用いて不揮発性メモリを具現するようにしたものである。ところが、このように半導体基板上に積層される有機物層の厚さが厚くなれば該当有機物層の分極特性を得るために有機物層に高電圧を印加すべきである。すなわち、メモリ装置の駆動のために高電圧が求められる問題点が発生する。
従って、一定以下の低電圧で動作できる有機物強誘電体メモリを具現するためには必須に強誘電性有機物層の膜厚を一定以下、望ましくは1μm以下の薄膜に形成することが求められる。
本願発明者の研究によれば、一般的に有機物を半導体基板と結合させるのにファンデルワールス(Van der Waals)結合や水素結合が極めて有用な手段になれることが確認された。そして、ファンデルワールス結合や水素結合のためには半導体基板の表面に水素(H)基や水酸(OH)基を形成することが望ましい。
本願発明者の研究によれば、一般的に有機物を半導体基板と結合させるのにファンデルワールス(Van der Waals)結合や水素結合が極めて有用な手段になれることが確認された。そして、ファンデルワールス結合や水素結合のためには半導体基板の表面に水素(H)基や水酸(OH)基を形成することが望ましい。
本願発明者は半導体基板上にH基及びOH基を生成するために多様な実験を施したところ、その結果、H基やOH基の生成には、例えばシラン(Silanes)や、KOH、またはH2SO4とH2O2の混合液を用いられることが確認された。
さらに具体的に、H基の生成にはシラン(Silanes)、アキ−シラン(Aki−Silanes)、アリール−シラン(Aryl−Silanes)、フッ化アルキル−シラン(Fluorinated Alkyl−Silanes)、パーフルオロトリエトキシシラン(perfluorinated triethoxy Silane)、へプタデカフルオロデシルトリエトキシシラン(heptadeca fluorodecyl triethoxy Silane)溶液などを用いることが可能であり、OH基の生成には2−プロパノール(propanol)溶液にKOHを飽和させた溶液や、H2SO4とH2O2を所定比率で混合した溶液を利用できる。
勿論、このような表面処理溶液としては上記溶液のほか、半導体基板にH基やOH基を生成できるいずれのものも使用可能である。
勿論、このような表面処理溶液としては上記溶液のほか、半導体基板にH基やOH基を生成できるいずれのものも使用可能である。
次いで、上記表面処理溶液を用いて例えばシリコン基板上に有機物を形成する工程を説明する。
まず、有機物を積層(塗布)するシリコン基板を用意する(ステップST1)。
この際、シリコン基板には必要に応じてソース及びドレイン領域が予め形成されている場合がある。
この際、シリコン基板には必要に応じてソース及びドレイン領域が予め形成されている場合がある。
次いで、シリコン基板を上述した表面処理溶液に所定時間浸漬させることによって、シリコン基板の表面にH基やOH基を形成する(ステップST2)。
次いで、例えば窒素を使用するエアガン(air gun)を用いてシリコン基板を乾燥させた後(ステップST3)、シリコン基板上に有機物を積層して有機物層を形成する(ステップST4)。
この際、有機物の積層には一般的な蒸着法やスパッタリング法またはスピンコーティング法を用いることができる。そして、有機物を積層した後は、例えばフォトレジストを用いたエッチングを施して所定の有機物層を形成する。
上述した実施形態では、シリコン基板の表面にH基やOH基を形成することによってシリコン基板と有機物の結合力が著しく増加する。従って、上述した方法を通じてシリコン基板上に有機物、例えばβ相のPVDF層を形成すれば、通常の蒸着法、スパッタリング法、スピンコーティング法などを適用しても厚さ1μm以下のPVDF薄膜を形成することができる。
上述したように、有機物強誘電体層の薄膜の厚さは、不揮発性メモリの動作電圧を決める大事な要素になる。本願発明者が1μm以下の膜厚さを有するPVDF薄膜をシリコン基板上に形成した後、該当強誘電体層が分極特性を示す電圧を測定した結果、約−1〜1Vの電圧で分極特性が現れることを確認した。これは、結局−1〜1Vの低電圧で動作する不揮発性メモリを具現できることを意味する。
以上、本発明に係る実施形態を説明した。しかし、上述した実施形態は本発明の望ましい一例を示したものであり、本発明はその技術的思想を逸脱しない範囲内で多様に変形して実施できる。
例えば、上述した実施形態では半導体基板上にH基やOH基を形成するためにシラン(Silanes)や、KOH、またはH2SO4とH2O2の混合液を用いることについて説明した。しかし、本発明は半導体基板と有機物との間にファンデルワールス結合や水素結合が図れるいずれの表面処理溶液も使用可能である。
さらに、半導体基板上に有機物層を積層させる方法としては、蒸着法、スパッタリング法、スピンコーティング法のほか、現在利用可能な全ての積層方法が使用可能である。
本発明が適用される半導体基板としても一般的なシリコン基板やGaAs基板に限定されず、半導体装置の製造に用いられる他のいずれの基板に対しても本発明を適用することができる。
本発明が適用される半導体基板としても一般的なシリコン基板やGaAs基板に限定されず、半導体装置の製造に用いられる他のいずれの基板に対しても本発明を適用することができる。
Claims (11)
- 半導体基板上に有機物層を形成する方法であって、
前記半導体基板を表面処理溶液に浸漬させる段階と、
前記半導体基板上の前記表面処理溶液を乾燥させる段階と、
半導体基板上に有機物を積層する段階とを有して構成され、
前記表面処理溶液は、前記半導体基板の表面に前記有機物をファンデルワールス(Van der Waals)結合または水素結合させるものであることを特徴とする半導体基板上の有機物層形成方法。 - 前記表面処理溶液は、前記半導体基板の表面に水素(H)基を生成させるものであることを特徴とする請求項1に記載の半導体基板上の有機物層形成方法。
- 前記表面処理溶液は、シラン(Silanes)、アキ−シラン(Aki−Silanes)、アリール−シラン(Aryl−Silanes)、フッ化アルキル−シラン(Fluorinated Alkyl−Silanes)、パーフルオロトリエトキシシラン(perfluorinated triethoxy Silane)、ヘプタデカフルオロデシルトリエトキシシラン(heptadeca fluorodecyl triethoxy Silane)溶液からなる群より選択される少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項2に記載の半導体基板上の有機物層形成方法。
- 前記表面処理溶液は、半導体基板の表面に水酸(OH)基を生成させるものであることを特徴とする請求項1に記載の半導体基板上の有機物層形成方法。
- 前記表面処理溶液は、2−プロパノール(propanol)溶液にKOHを飽和させた溶液であることを特徴とする請求項4に記載の半導体基板上の有機物層形成方法。
- 前記表面処理溶液は、H2SO4とH2O2を混合した溶液であることを特徴とする請求項4に記載の半導体基板上の有機物層形成方法。
- 半導体基板上に有機物層を形成する方法であって、
前記半導体基板を表面処理溶液に浸漬させる段階と、
前記半導体基板上の前記表面処理溶液を乾燥させる段階と、
半導体基板上に有機物を積層する段階とを有して構成され、
前記表面処理溶液は、半導体基板の表面に水素(H)基を生成させるものであることを特徴とする半導体基板上の有機物層形成方法。 - 前記表面処理溶液はシラン、アキ−シラン、アリール−シラン、フッ化アルキル−シラン、パーフルオロトリエトキシシラン、ヘプタデカフルオロデシルトリエトキシシラン溶液からなる群より選択される少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項7に記載の半導体基板上の有機物層形成方法。
- 半導体基板上に有機物層を形成する方法であって、
前記半導体基板を表面処理溶液に浸漬させる段階と、
前記半導体基板上の前記表面処理溶液を乾燥させる段階と、
半導体基板上に有機物を積層する段階とを有して構成され、
前記表面処理溶液は、半導体基板の表面に水酸(OH)基を生成させるものであることを特徴とする半導体基板上の有機物層形成方法。 - 前記表面処理溶液は、2−プロパノール溶液にKOHを飽和させた溶液であることを特徴とする請求項9に記載の半導体基板上の有機物層形成方法。
- 前記表面処理溶液は、H2SO4とH2O2を混合した溶液であることを特徴とする請求項9に記載の半導体基板上の有機物層形成方法。
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