KR100239668B1 - 반도체 소자의 열배출용 다이아몬드 박막 제조 방법 - Google Patents

반도체 소자의 열배출용 다이아몬드 박막 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 열배출용 다이아몬드 박막 제조 방법에 관한 것으로, 반도체 소자의 열배출용 다이아몬드 박막 제조 방법은 소정 두께의 열산화막 및 질화막이 순차적으로 형성된 실리콘 기판을 제공하는 단계; 상기 열산화막에 핀홀을 형성하기 위하여 상기 열산화막 및 질화막이 형성된 실리콘 기판을 열처리하는 단계; 소정 화학 용액으로 상기 질화막을 제거하는 단계; 상기 실리콘 기판에 초미세 기공을 형성하는 단계; 소정 화학 용액으로 상기 열산화막을 제거하는 단계; 상기 초미세 기공이 형성된 실리콘 기판 상에 다이아몬드 박막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

반도체 소자의 열배출용 다이아몬드 박막 제조 방법
본 발명은 반도체 소자의 열배출용 다이아몬드 박막 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 실리콘 기판에 초미세 기공을 형성하여 다이아몬드 박막의 핵생성 밀도를 증대시키는 반도체 소자의 열배출용 다이아몬드 박막 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 동작시 발생되는 열은 소자의 특성을 저하시킬 뿐만 아니라, 심한 경우는 소자의 파괴를 야기시킨다. 따라서, 반도체 소자에서 발생되는 열을 외부로 방출시키기 위한 다양한 방법들이 연구되고 있으며, 최근, 연구의 한 결과로, 단결정 실리콘 기판 상에 히트 싱크(Hest Sinker)로서 열전도도가 높은 다이아몬드 박막을 성장시켜, 반도체 소자 동작시 발생되는 열을 외부로 신속하게 배출시킴으로써, 반도체 소자의 신뢰성을 확보할 수 있는 방법이 실시되고 있다.
그러나, 상기와 같이, 실리콘 기판 상에 열배출용 다이아몬드 박막을 형성시키는 방법은 실리콘과 다이아몬드가 상이한 결정 구조를 갖는 것으로 인하여, 실리콘 기판상에 성장되는 다이아몬드 결정의 핵생성 단위 밀도가 낮아 실리콘 기판 상에 다이아몬드 결정이 박막으로 성장되더라도 다이아몬드 결정이 균일하게 성장되지 못하는 문제점이 있다. 이 결과, 실리콘 기판 상에 성장된 다이아몬드 박막의 표면은 매우 거칠게 되고, 또한, 이것은 다이아몬드 박막 내에 노이즈(niose)를 발생시키는 원인으로 작용함으로써, 반도체 소자의 동작시 발생되는 열이 외부로 신속하게 배출되지 못하는 결과가 초래된다.
한편, 상기 문제점을 해결하기 위하여, 연마 공정으로 실리콘 기판의 표면에 흠짐을 내거나, 미세 패턴 형성 기술을 이용하여 실리콘 기판에 트랜치를 형성시켜 다이아몬드 결정의 핵생성 단위 밀도를 높이는 방법등이 실시되고 있다.
도2a 내지 도2c에 트랜치를 이용한 종래의 다아이몬드 박막 제조 방법이 순차적으로 도시되어 있다. 도2a에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(10)상에 포토레지스트 패턴(20)을 형성한다. 그런 다음, 포토레지스트 패턴(20)을 식각 마스크로 하여 실리콘 기판(10)을 식각하여, 도2c 와 같이 실리콘 기판(10) 표면에 복수개의 트랜치(11)를 형성한다. 그런 다음, 도2c와 같이 각 트랜치(11) 사이의 돌출부상에 다이아몬드 박막(30)을 형성한다.
그러나, 상기와 같은 종래 기술은, 다이아몬드의 핵생성 밀도를 높이기 위한 흠집 내지 트랜치의 크기가 수㎛ 이상이 되기 때문에, 서브미크론 이하의 크기를 갖는 다이아몬드 핵의 단위 밀도를 높이는데 한계가 있는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 단결정 실리콘 기판 내에 수천 Å 이하의 초미세 기공을 형성시켜 다이아몬드의 핵생성 단위밀도를 수십 내지 수백배 이상으로 증대시킴으로써, 소자의 동작시 발생되는 열을 외부로 신속하게 배출시킬 수 있는 반도체 소자의 열배출용 다이아몬드 박막 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도1a 내지 도1d 는 본 발명에 따른 반도체 소자의 열배출용 다이아몬드 박막 제조 방법을 설명하기 위한 단면도.
도2a 내지 도2c는 종래 기술에 따른 다이아몬드 박막 제조 방법을 설명하기 위한 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 실리콘 기판 2 : 열산화막
3 : 질화막 4 : 핀홀
5 : 기공 6 : 다이아몬드 박막
상기와 같은 목적은, 소정 두께의 열산화막 및 질화막이 순차적으로 형성된 실리콘 기판을 제공하는 단계; 상기 열산화막에 핀홀을 형성하기 위하여 상기 열산화막 및 질화막이 형성된 실리콘 기판을 열처리하는 단계; 소정 화학 용액으로 상기 질화막을 제거하는 단계; 상기 실리콘 기판에 초미세 기공을 형성하는 단계; 소정 화학 용액으로 상기 열산화막을 제거하는 단계 ; 상기 초미세 기공이 형성된 실리콘 기판 상에 다이아몬드 박막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 반도체 소자의 열배출용 다이아몬드 박막 제조 방법에 의하여 달성된다.
본 발명에 따르면, 실리콘 기판에 초미세 기공을 형성하여 다이아몬드의 핵생성 밀도를 증대시킴으로써, 우수한 특성을 갖는 열배출용 다이아몬드 박막을 제조할 수 있다.
[실시예]
이하, 도1a 내지 도1d를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
도1a를 참조하면, 실리콘 기판(1)상에 약 200 내지 500Å 두께의 열산화막(2) 및 약 1,000 내지 1,200Å 두께의 질화막(3)이 형성된다.
도1b를 참조하면, 상기 막들이 형성된 실리콘 기판(1)은 N2분위기하에서 약 1,200 내지 1,500℃의 온도로 열처리된다. 이때, 질화막(3)과 열산화막(2) 간의 스트레스에 의해 열산화막(2)에 핀홀(pinhole :4)이 형성된다.
도1c 를 참조하면, 질화막(3)은 인산 용액에 의해 제거되고, 이어서, 열산화막(2)을 식각 보호막하여, 실리콘 기판(1)은 SF6가스를 사용한 반응성 이온 식각법에 의해 과도 식각되고, 이 결과, 실리콘 기판(1) 내에 핀홀(4) 크기와 같은 초미세 기공(5)이 형성된다.
도1d를 참조하면, 열산화막(2)은 HF 용액에 의해 제거된다. 그리고 나서, 약 600 내지 800℃의 온도 및 20 내지 800Torr의 기압을 유지하면서, 약 1 내지 5% 농도의 CH4및 약 200 내지 800SCCM의 H2가스를 이용한 화학 기상 증착법에 의해 실리콘 기판(1) 상에 다이아몬드 박막(6)이 형성된다. 이때, 초미세 기공(5)으로 인하여 다이아몬드 핵생성 단위 밀도가 증대되고, 그 결과, 평탄화된 다이아몬드 박막(6)이 형성된다.
이상에서와 같이, 본 발명의 반도체 소자의 열배출용 다이아몬드 박막 제조방법은 실리콘 기판 내에 초미세 기공을 형성하여 다이아몬드의 핵생성 단위밀도를 증대시킴으로써, 평탄화된 다이아몬드 박막을 형성할 수 있으며, 이로 인하여, 반도체 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
한편, 여기에서는 본 발명의 특정 실시예에 대하여 설명하고 도시하였지만, 당업자에 의하여 이에 대한 수정과 변형을 할 수 있다. 따라서, 이하, 특허청구의 범위는 본 발명의 진정한 사상과 범위에 속하는 한 모든 수정과 변형을 포함하는 것으로 이해할 수 있다.

Claims (11)

  1. 소정 두께의 열산화막 및 질화막이 순차적으로 형성된 실리콘 기판을 제공하는 단계; 상기 열산화막에 핀홀을 형성하는 단계; 소정 화학 용액으로 상기 질화막을 제거하는 단계; 상기 실리콘 기판에 초미세 기공을 형성하는 단계; 소정 화학 용액으로 상기 열산화막을 제거하는 단계 ; 상기 초미세 기공이 형성된 실리콘 기판 상에 다이아몬드 박막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열배출용 다이아몬드 박막 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열산화막은 약 200 내지 500Å 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열배출용 다이아몬드 박막 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 질화막은 약 1,000 내지 1,200Å 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열배출용 다이아몬드 박막 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 핀홀은 고온 열처리 공정을 수행하여 상기 열산화막과 질화막의 스트레스에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열배출용 다이아몬드 박막 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 열처리 공정은 N2분위기에서 약 1,200 내지 1,500℃의 온도로 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열배출용 다이아몬드 박막 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 질화막은 인산 용액으로 제거하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열배출용 다이아몬드 박막 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 열산화막은 HF 용액으로 제거하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열배출용 다이아몬드 박막 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 다이아몬드 박막은 화학 기상 증착법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열배출용 다이아몬드 박막 제조 방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 화학 기상 증착시 약 600 내지 800℃의 온도 및 20 내지 800Torr의 기압을 유지하면서, 약 1 내지 5% 농도의 CH4및 약 200 내지 800SCCM의 H2가스를 이용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열배출용 다이아몬드 박막 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 초미세 기공을 형성하는 단계는 열산화막을 식각 보호막으로 하여 SF6가스를 이용한 반응성 이온 식각법으로 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열배출용 다이아몬드 박막 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 초미세 기공은 핀홀의 크기와 동일한 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 열배출용 다이아몬드 박막 제조 방법.
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