(57)【要約】  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
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
【特許文献１】韓国特許出願第１０−２００５−００３９１６７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【発明の効果】
【００１１】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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）。
【００２３】
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）。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態による半導体基板上の有機物層の形成方法を説明するためのフローチャートである。
【図１】
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【国際調査報告】
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