(57)【要約】【課題】絶縁層のパターニング方法、前記方法によって製造された絶縁層及びそれを含む表示素子を提供する。【解決手段】（ａ）ＦＯＸ及び揮発性溶媒を混合した溶液を製造する工程と、（ｂ）混合溶液を基板上にコーティングする工程と、（ｃ）（ｂ）工程でのコーティング層を露光する工程と、（ｄ）（ｃ）工程の露光結果物をイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）に浸漬させて（ｃ）工程の非露光領域を溶解させることによってパターンを形成する工程と、を含む絶縁層のパターニング方法である。本発明によるパターンが形成された絶縁層は、パターン境界面のプロファイルが優秀であり、基板が損傷されず、所望のパターンの具現において正確度が高い。また、本発明による絶縁層のパターニング方法は、従来の通常的なリソグラフィ工程、エッチング工程及びストリッピング工程を単純化することによって、工程の単純化、工程コストの低減及び時間短縮の効果をもたらす。【選択図】図３
2007189230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）絶縁体及び前記絶縁体溶解用溶媒を含む流動性酸化物及び揮発性溶媒を混合した溶液を製造する工程と、
（ｂ）前記混合溶液を基板上にコーティングした後、コーティング層を形成する工程と、
（ｃ）前記コーティング層を露光する工程と、
（ｄ）前記（ｃ）工程の露光結果物をイソプロピルアルコールに浸漬させて（ｃ）工程の非露光領域を溶解させた後に焼成してパターンを形成する工程と、を含むことを特徴とする絶縁層のパターニング方法。
【請求項２】
前記（ａ）工程での混合溶液は、流動性酸化物及び揮発性溶媒の混合重量比が１：１ないし１０である請求項１に記載の絶縁層のパターニング方法。
【請求項３】
前記（ａ）工程の絶縁体は、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮまたはその混合物である請求項１に記載の絶縁層のパターニング方法。
【請求項４】
前記（ａ）工程の流動性酸化物は、Ｈ−Ｓｉ−ＯＣＨ３の単位体をＨ２Ｏに溶解させて製造する請求項１に記載の絶縁層のパターニング方法。
【請求項５】
前記（ａ）工程の揮発性溶媒は、前記絶縁層溶解用溶媒及びイソプロピルアルコールに全て溶解される請求項１に記載の絶縁層のパターニング方法。
【請求項６】
前記（ａ）工程の揮発性溶媒は、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）またはその混合物である請求項１に記載の絶縁層のパターニング方法。
【請求項７】
前記（ｂ）工程で形成されるコーティング層の厚さは、５０ｎｍないし２０００ｎｍである請求項１に記載の絶縁層のパターニング方法。
【請求項８】
前記（ｃ）工程において、１００ないし２０００ｍＪ／ｃｍ２の強度で露光させる請求項１に記載の絶縁層のパターニング方法。
【請求項９】
前記（ｄ）工程において、イソプロピルアルコールに５ないし１０分間浸漬させる請求項１に記載の絶縁層のパターニング方法。
【請求項１０】
前記（ｂ）工程において、前記（ａ）工程で製造された溶液を塗布した後、１００ないし１３０℃の温度で焼成及び硬化させることによってコーティング層を形成する請求項１に記載の絶縁層のパターニング方法。
【請求項１１】
前記（ｄ）工程で得られたパターンを１２０ないし３００℃の温度で焼成する請求項１に記載の絶縁層のパターニング方法。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のうち何れか１項に記載の方法によって製造された絶縁層。
【請求項１３】
前記絶縁層は、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮまたはその混合物である請求項１２に記載の絶縁層。
【請求項１４】
前記絶縁層は、誘電定数が４以下である物質を含む請求項１２に記載の絶縁層。
【請求項１５】
請求項１２に記載の絶縁層を採用している表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁層のパターニング方法、前記方法によって製造された絶縁層及びそれを含む表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、半導体産業の発展に伴って、素子の高集積化及び精密化に対する要求が高まっており、これにより、さらに小さなサイズの微細パターンをさらに正確に具現しようとする微細加工技術が重要な関心事となっている。
【０００３】
一般的に、パターン形成工程でフォトレジストパターンをエッチングマスクとして使用する。フォトレジスト膜は、露光及び現像工程を通じて所望の形及びサイズのパターンを容易に形成できるため、初期から半導体製造工程に広く使用されてきた。
【０００４】
図１は、従来の絶縁層のパターニング方法を表すが、まず、ＳｉＯ２を蒸着し、ここにフォトレジストを塗布及び乾燥した後、リソグラフィ法によって基板の所定領域のみを露光処理して現像し、エッチング及びストリッピング過程を経て所望のパターンを完成する（例えば、特許文献１〜３）
前記方法は、微細なパターンを作ることができるという長所を有している。しかし、製造工程自体が非常に長くて複雑である。また、最近では、デザインルールが減少しつつ、フォトレジスト膜パターンをエッチングマスクとして使用する方法において限界に達している。特に、デザインルールが１００ｎｍ以下に減少した場合、このような限界により、半導体製造工程に多くの問題点を露呈している。例えば、フォトレジストマスクを使用すれば、エッチング後に残存する物質膜に筋付けが発生することがある。このようなエッチングの残留物をはじめとする不純物を除去するために洗浄工程を実施するが、前記洗浄工程でも層間絶縁膜パターンがエッチングされる問題点が発生する。
【０００５】
そして、エッチング工程の工程マージンが少なく、エッチングされた物質膜のパターンも所望の形状に形成することができないこともある。
また、エッチング工程後、フォトレジストを除去するためのストリッピング工程でのＨ２ＳＯ４及びＨ２Ｏ２混合溶液の使用は、下部基板が金属基板である場合、基板に損傷を与える。同様に、フォトレジストを除去するためのＯ２アッシング工程でも金属基板の損傷が発生するという問題点がある。
【特許文献１】韓国特許第２８９２７３号
【特許文献２】韓国特許出願２００１−７３３８２号
【特許文献３】韓国特許出願２００１−７６６７５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする目的は、前記従来の技術の問題点を解決して、エッチング工程中に基板に損傷を発生させず、正確なパターンを実現でき、工程が単純化された絶縁層のパターニング方法、前記方法によって製造された絶縁層及びそれを含む表示素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記目的を達成するための第１態様で、（ａ）流動性酸化物（Ｆｌｏｗａｂｌｅ Ｏｘｉｄｅ、以下、ＦＯＸという）及び揮発性溶媒を混合した溶液を製造する工程と、（ｂ）前記混合溶液を基板上にコーティングする工程と、（ｃ）前記（ｂ）工程でのコーティング層を露光する工程と、（ｄ）前記（ｃ）工程の露光結果物をイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）に浸漬させて（ｃ）工程の非露光領域を溶解させることによってパターンを形成する工程と、を含む絶縁層のパターニング方法を提供する。
【０００８】
また、本発明は、前記他の目的を達成するための第２態様で、前記パターニング方法によって製造された絶縁層を提供する。
また、本発明は、前記さらに他の目的を達成するための第３態様で、前記絶縁層を採用した表示素子を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によるパターンが形成された絶縁層は、パターン境界面のプロファイルが優れており、基板が損傷されず、所望のパターンの実現において精度が高い。また、本発明による絶縁層のパターニング方法は、従来の通常的なリソグラフィ工程、エッチング工程及びストリッピング工程を単純化することによって、工程の単純化、工程コストの低減及び時間短縮の効果をもたらす。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、（ａ）流動性酸化物（ＦＯＸ）及び揮発性溶媒を混合した溶液を製造する工程と、（ｂ）前記混合溶液を基板上にコーティングしてコーティング層を形成する工程と、（ｃ）前記（ｂ）工程でのコーティング層を露光する工程と、（ｄ）前記（ｃ）工程の露光結果物をイソプロピルアルコールに浸漬させて（ｃ）工程の非露光領域を溶解させることによってパターンを形成する工程とを含む絶縁層のパターニング方法を提供する。
本発明による絶縁層のパターニング方法は、既存のフォトレジストを使用して行われるパターニング方法と比較して、次のような利点がある。
【００１１】
第一に、本発明による絶縁層のパターニング方法は、従来の通常的なリソグラフィ工程、エッチング工程及びストリッピング工程を単純化することによって、下部基板が金属である場合、Ｈ２ＳＯ４及びＨ２Ｏ２混合溶液から金属基板が損傷されず、また、Ｏ２アッシング工程を経ないなど、既存のエッチング工程時に発生する薄膜損傷を避けることができる。
【００１２】
第二に、前記のような方法でパターンを形成する場合には、ＦＯＸ及び揮発性溶媒の混合溶液を基板上にコーティングする工程、前記コーティング層を露光する工程及び前記露光結果物をイソプロピルアルコールに浸漬する工程の３工程からなる。一方、従来のパターニング方法が、絶縁層蒸着工程、フォトレジストコーティング工程、露光工程、現像工程、エッチング工程及びフォトレジストストリッピング工程の８工程からなる。従って、本発明によるパターニング方法での工程が非常に単純化されたということが分かる。
【００１３】
第三に、本発明による絶縁層のパターニング方法は、既存工程のＳｉＯ２蒸着工程及び乾式エッチング工程による真空工程を伴わないため、工程コストにおいて有利であり、全体工程時間も短縮される。
【００１４】
第四に、既存工程でのパターンの精度は、リソグラフィ工程及びエッチング工程の２工程におけるパターン再現の精度に依存するが、本発明によるパターニング方法では、パターンの精度は、単にリソグラフィ工程にのみ依存することによって高い工程信頼性を確保できる。
【００１５】
本発明による方法によって絶縁層をパターニングするために、まずＦＯＸと揮発性溶媒とを混合して混合溶液を製造する。前記ＦＯＸは、集積回路の製造に適した、誘電定数の低い素材であって、良好な間隙充填特性を有する絶縁体を構成し得る成分を含む化合物（以下、単に絶縁体と記する場合がある）と、この化合物を溶解し得る溶媒（以下、単に絶縁体溶解用溶媒と記する場合がある）とを含んでなる。本発明で使われるＦＯＸは、ＨｘＳｉ−（ＯＣＨ３）ｙ（ｘ及びｙは１〜３、ｘ＋ｙ＝４、好ましくはＨ−Ｓｉ−（ＯＣＨ３）３などを水溶液に溶解させて製造し、望ましくは、前記水溶液としてＨ２Ｏが使われる。簡単に表現すれば、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮを構成し得る成分を含む化合物を、この化合物を溶解し得る溶媒に溶解することによって、絶縁体を絶縁体溶解用溶媒に溶解しているとみなすことができる。
【００１６】
望ましくは、ＦＯＸとしては、前記絶縁体であるＳｉＯ２が溶解されている状態として、Ｈ−Ｓｉ−（ＯＣＨ３）３をＨ２Ｏに溶解させて製造することができる。望ましくは、前記（ａ）工程の混合溶液でＦＯＸと揮発性溶媒との混合重量比は１：１ないし１０である。前記比が１：１未満に揮発性溶媒が少なく含まれた場合、溶媒が全体的に溶解されておらず、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）との反応性が悪くなる傾向があり、１：１０を超えて揮発性溶媒が過量に含まれた場合、粘度の低下による厚さ補正における問題点が発生する場合がある。
【００１７】
前記揮発性溶媒は、ＦＯＸの製造に使われた溶媒及びイソプロピルアルコールに何れも溶解されるものであって、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）またはその混合物を使うことができる。望ましくは、前記揮発性溶媒は、ＭＩＢＫである。ＭＩＢＫは、一般的に現像液として広く使われるものであって、前記溶媒又は水及びイソプロピルアルコールに何れもよく溶解される。
【００１８】
前記（ａ）工程からの混合溶液を基板上にコーティングするが、例えば、コーティング方法としては、スピンコーティング法を使うことができる。前記混合溶液の塗布により、コーティング層を形成する。コーティング層の形成は、加熱することが好ましく、より具体的には、１００から１３０℃の温度で焼成及び／又は硬化させることが好ましい。
【００１９】
前記で、（ｂ）工程で使われる基板は、全ての種類の基板が使用可能であり、金属基板、プラスチック基板、ガラス基板などを使用できる。絶縁層として使われる基板としては、望ましくは、Ｓｉからなる基板を使用できる。
望ましくは、前記（ｂ）工程によって形成されたコーティング層の厚さは、５０ｎｍないし２０００ｎｍである。コーティング層の厚さが５０ｎｍ未満である場合、工程再現性が悪くなる傾向があり、２０００ｎｍ超過である場合、露光時に透過性が悪くなる傾向がある。
【００２０】
工程（ｃ）として、前記（ｂ）工程で得られたコーティング層にリソグラフィツール（具体的には、所定形状を有するマスクパターン）を使用して選択的にパターンを残したい領域にエネルギーを入射して揮発性溶媒を揮発させる。これにより、コーティング層の露光された領域では、揮発性溶媒が残らなくなる。一方、露光されていない領域では、ＦＯＸと共に揮発性溶媒が混在する。このとき、望ましくは、１００ないし２０００ｍＪ／ｃｍ２の強度で露光させる。
【００２１】
次いで、前記（ｃ）工程の露光結果物をイソプロピルアルコールに浸漬させる。揮発性溶媒は、イソプロピルアルコールに溶解されるが、このとき、露光されていない領域に残っている揮発性溶媒が溶解されつつ、露光されていない領域のＦＯＸが共に溶解され、結果的にコーティング層で露光された領域のみが残ってパターンが形成される。望ましくは、イソプロピルアルコールに５ないし１０分間浸漬させる。
【００２２】
前記（ｄ）イソプロピルアルコールへの浸漬工程で、非露光部分のイソプロピルアルコールへの溶解による侵食は異方性となるので、溶解される領域と露光されて溶解されない領域との間の境界、すなわち、パターン境界面のプロファイルが不良になる問題点が発生しない。本発明で、前記（ｄ）イソプロピルアルコールのディッピング工程で使われるイソプロピルアルコールは、金属、酸化物または窒化物など、全ての場合における薄膜に損傷を与えない。これは、従来のエッチング工程が等方性であるので、パターン境界面での下端部が速くエッチングされるために発生する問題点を解決したことである。図５は、Ｓｉ基板上にＳｉＯ２のストライプパターン（図５Ａ）が異方性で形成されたことを示す。図５Ｂは、前記図５Ａのストライプパターンが形成された絶縁層に対する側断面写真である。
【００２３】
前記で得られたパターンを１２０ないし２００℃の温度で焼成して、絶縁物質からなるパターンが形成された絶縁層を得る。焼成工程が１２０℃未満の温度でなされる場合、ＳｉＯ２膜の特性が低下する傾向があり、２００℃を超える温度でなされる場合、薄膜が収縮する傾向がある。
【００２４】
図２は、本発明の一具現例による絶縁層のパターニング方法を示す工程図である。図２を参照すれば、まず、ＳｉＯ２を構成し得る成分を含むＦＯＸ及び揮発性溶媒を混合して混合溶液を製造した後、前記混合溶液を基板上にコーティングする。次いで、リソグラフィツールを使用して選択的に露光して揮発性溶媒を揮発させて、パターンを残す部分のみ揮発性溶媒を除去する。このような結果物をイソプロピルアルコール溶液に浸漬して、露光されていない部分の揮発性溶媒がイソプロピルアルコール溶液で溶解されつつ、露光されていない部分のＦＯＸも共にイソプロピルアルコールで溶解されてパターンが形成される。これを焼成してＳｉＯ２層を形成する。
【００２５】
本発明の第２態様では、前記方法によって製造された成形層を提供する。
図３は、本発明の一実施例による絶縁層のパターニング方法によって基板上に形成された絶縁層を示す写真である。
本発明によれば、絶縁層上にコンタクトホールのようなナノホールを約１００ｎｍのサイズまで形成することができ、図４Ａないし図４Ｃは、このようなナノホールが形成された結果を撮影した平面写真である。本発明によるパターニング方法で約１００ｎｍのサイズまでの微細なパターンの形成が可能であるので、半導体素子の小型化、集積化が可能になる。
【００２６】
本発明の一実施例によって製造された絶縁層は、ＳｉＯ２物質を含む。望ましくは、本発明によって製造された絶縁層は、誘電定数４以下の物質を含む。
本発明の第３態様は、本発明によるパターンが形成された絶縁層を採用している表示素子を提供する。前記表示素子の例としては、蛍光表示板（ＶＦＤ：Ｖａｃｕｕｍ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｓｐｌａｙ）、ブラウン管（ＣＲＴ：Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）、電界放出表示素子（ＦＥＤ：Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）またはプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ：Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）などがあるが、これに限定されず、一般的に半導体工程で使われる絶縁層を使用する分野に適用することができる。
【００２７】
以下、下記の実施例を通じて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明の範囲が実施例に限定されるものではない。
実施例
（本発明による絶縁層の製造）
Ｈ−Ｓｉ−ＯＣＨ３単位からなる既存のＨＳＳＱ（hydrido-silsesquioxane）物質を準備した。準備されたＨＳＳＱ（ＦＯＸ）溶液とＭＩＢＫとを１：３の重量比で混合した後、これをＳｉ基板にスピンコーティング法によってコーティングした。その後、１１０℃の温度で２分間焼成することによって、厚さ１４０ｎｍのコーティング層を形成した。前記コーティング層を１５０ｍＪ／ｃｍ２の強度を有する光で照射することによって露光及び非露光領域を形成し、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）に１０分間浸漬させてパターンを形成した。最後に、形成されたパターンを１３０℃の温度で焼成して本発明による絶縁層を完成した。
【００２８】
得られた絶縁層は、上述したように、良好な精度及び形状でパターニングされ、誘電率が低い、所望の特性を示す絶縁層であった。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、半導体素子及び装置、それらの製造プロセスに関連する技術分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】従来のパターニング方法のフォトリソグラフィ法を示す図面である。
【図２】本発明の一具現例による絶縁層のパターニング方法を示す順序図である。
【図３】本発明の一具現例による絶縁層のパターニング方法によって基板上に形成された絶縁層を示す写真である。
【図４Ａ】本発明の一具現例による絶縁層のパターニング方法によってナノホールが形成された絶縁層に対する平面写真である。
【図４Ｂ】本発明の一具現例による絶縁層のパターニング方法によってナノホールが形成された絶縁層に対する平面写真である。
【図４Ｃ】本発明の一具現例による絶縁層のパターニング方法によってナノホールが形成された絶縁層に対する平面写真である。
【図５Ａ】本発明の一具現例による絶縁層のパターニング方法によってストライプパターンが形成された絶縁層に対する平面写真である。
【図５Ｂ】前記図５Ａのストライプパターンが形成された絶縁層に対する側断面写真である。
【図１】
2007189230.tif 000003
【図２】
2007189230.tif 000004
【図３】
2007189230.tif 000005
【図４Ａ】
2007189230.tif 000006
【図４Ｂ】
2007189230.tif 000007
【図４Ｃ】
2007189230.tif 000008
【図５Ａ】
2007189230.tif 000009
【図５Ｂ】
2007189230.tif 000010