From the SelectedWorks of Adam Stephenson December 22, 2008 Korean Patent No. KR1020067027478 Adam R Stephenson Available at: https://works.bepress.com/adam_stephenson/8/
(51) Int. Cl. (19) 대한민국특허청 (KR) (12) 등록특허공보 (B1) H01L 21/3213 (2006.01) H01L 21/304 (2006.01) C23F 11/00 (2006.01) (21) 출원번호 10-2006-7027478 (22) 출원일자 2006 년 12 월 27 일 심사청구일자 2007 년 02 월 08 일 번역문제출일자 2006 년 12 월 27 일 (65) 공개번호 10-2007-0024658 (43) 공개일자 2007 년 03 월 02 일 (86) 국제출원번호 PCT/US2005/021164 국제출원일자 2005 년 06 월 14 일 (87) 국제공개번호 WO 2006/012020 국제공개일자 (30) 우선권주장 2006 년 02 월 02 일 10/879,462 2004 년 06 월 28 일미국 (US) (56) 선행기술조사문헌 JP03291655 A EP1389746 A US2003092258 A1 (45) 공고일자 2008년12월31일 (11) 등록번호 10-0876438 (24) 등록일자 2008년12월22일 (73) 특허권자 인텔코포레이션 미국캘리포니아주 95052-8119 산타클라라피. 오. 박스 58119 미션칼리지불바드 2200 (72) 발명자 스테펜손아담알 미국아리조나주 85296 길버트모르간드라이브이 2852 치앙휴디 미국아리조나주 85224 찬들러벤존레인엔 843 (74) 대리인 김창세, 장성구 전체청구항수 : 총 17 항심사관 : 김희주 (54) 락테이트 - 함유부식방지제 (57) 요약 알루미늄계금속필름을식각하기전에알루미늄계금속필름에락테이트 - 함유용액을적용하여알루미늄계금속필름의부식을최소화할수있다. 알루미늄계금속필름을부식성식각제로식각하기전에락테이트 - 함유용액을알루미늄계금속필름에도포한다. 알루미늄계필름의부식을최소화하면디지털텔레비전용실리콘상액정 (LCOS) 마이크로프로세서에사용하기위한알루미늄계금속으로부터형성되는고반사성화소배열의수율및성능을증가시킬수있다. 대표도 - 도 3-1 -
특허청구의범위청구항 1 반도체기판상에알루미늄계금속필름을제공하는단계 ; 상기알루미늄계금속필름에락테이트-함유용액을도포하는단계 ; 및상기알루미늄계금속필름에상기락테이트-함유용액을도포한후상기알루미늄계금속필름을식각하는단계를포함하는방법. 청구항 2 제1항에있어서, 상기알루미늄계금속필름에상기락테이트-함유용액을도포한후상기알루미늄계금속으로부터상기락테이트-함유용액을증발시키는단계를더포함하는방법. 청구항 3 제1항에있어서, 상기알루미늄계금속필름에락테이트-함유용액을도포하는단계가상기알루미늄계금속필름의적어도하나의입자경계를상기락테이트-함유용액으로채우는것을포함하는방법. 청구항 4 제1항에있어서, 반도체기판상에알루미늄계금속필름을제공하는단계가알루미늄-구리합금금속필름을제공하는것을포함하는방법. 청구항 5 제1항에있어서, 상기알루미늄계금속필름에상기락테이트-함유용액을도포하는단계가, 상기알루미늄계금속필름상에에틸락테이트를분배하고, 상기기판을회전시켜상기에틸락테이트가상기금속화소배열위로퍼지도록하는것을포함하는방법. 청구항 6 제1항에있어서, 상기알루미늄계금속필름을식각하는단계가상기알루미늄계금속필름을염소플라즈마식각제로식각하는것을포함하는방법. 청구항 7 제1항에있어서, 상기알루미늄계금속필름에상기락테이트-함유용액을도포한후상기알루미늄계금속필름상에포토레지스트를분배하는단계를더포함하는방법. 청구항 8 실리콘기판상에형성된, 입자경계들을갖는알루미늄-구리합금필름을제공하는단계 ; 상기알루미늄-구리합금필름상에락테이트-함유용액을도포하여상기알루미늄-구리합금필름의상기입자경계들을채우는단계 ; 상기락테이트-함유용액을상기알루미늄-구리합금필름으로부터증발시키는단계 ; 및상기알루미늄-구리합금필름을염소플라즈마식각제로식각시켜화소배열을형성하는단계를포함하는방법. 청구항 9 제8항에있어서, 상기알루미늄-구리합금필름을식각하기전에상기알루미늄-구리합금필름위로포토레지스트수지를패턴화하는단계를더포함하는방법. - 2 -
청구항 10 제9항에있어서, 상기알루미늄-구리합금필름을식각한후상기포토레지스트수지를에틸렌글리콜함유고분자제거화학물질에의해제거하는단계를더포함하는방법. 청구항 11 다수의입자경계들을갖는알루미늄계금속필름을제공하는단계 ; 및락테이트-함유용액을상기알루미늄계금속필름의다수의입자경계들내로분배하여상기알루미늄계금속필름의부식을방지하는단계를포함하는방법. 청구항 12 제11항에있어서, 락테이트-함유용액을분배하는단계가, 상기알루미늄계금속필름을식각하기위해사용되는염소플라즈마식각제로인한부식피크들의형성을방지하는방법. 청구항 13 제11항에있어서, 락테이트-함유용액을분배하는단계가, 상기알루미늄계금속필름위로부터포토레지스트를에틸렌글리콜함유고분자제거화학물질에의해제거함으로써유발되는피팅부식을방지하는방법. 청구항 14 반도체기판상에형성된다수의트랜지스터 ; 상기다수의트랜지스터상에형성되며, 락테이트로채워진입자경계들을갖는금속화소배열 ; 및상기금속화소배열상에형성되며, 상기금속화소배열과유리덮개사이에포함된액정층을포함하여이루어지는장치. 청구항 15 제14항에있어서, 상기액정층이 1 μm의두께를갖는장치. 청구항 16 제14항에있어서, 상기금속화소배열이알루미늄-구리합금으로형성된장치. 청구항 17 제 8 항에있어서, 상기락테이트-함유용액이에틸락테이트를함유하는방법. 명세서 <1> 기술분야 본발명은마이크로프로세서상의액정화소배열 (liquid crystal pixel array) 분야에관한것이다. <2> <3> 배경기술디지털고화질텔레비전 (digital high definition televisions; HDTV) 에서이미지를발생시키고투사하는데사용되는실리콘계마이크로프로세서는단결정실리콘기판상에형성되는고반사성금속화소 (pixels) 의배열을갖는다. 액정은화소상에케이싱된다. 액정이, 실리콘기판표면상의화소배열아래층에마련된트랜지스터들로형성된마이크로프로세서에의해제어되는금속화소로부터의입력에의해형성된이미지를투사시키기때문에, 이를디지털텔레비전용실리콘상액정 (liquid crystal on silicon; LCOS) 표시기술이라부른다. 고반사성금속화소들은식각된알루미늄, 또는알루미늄및구리합금필름으로형성된다. 알루미늄또는알루미늄 / 구리합금필름은실리콘웨이퍼상에형성된다. 마스크를통해조사되어패턴을형성한포토레지스트 - 3 -
재료에의해식각패턴을형성한다음, 포토레지스트를현상한다. 포토레지스트패턴은, 금속필름을식각하는경우, 마스크로작용한다. 알루미늄또는알루미늄 / 구리필름을심하게부식시키는염소플라즈마식각제로금속필름을식각한다. 식각제내의염소와공기가결합하여형성되는염산이부식을일으킨다. 부식으로인해높이 1 μm이상의피크가형성될수있으며, 또한금속필름이왜곡되거나파괴될수도있다. 알루미늄 / 구리합금필름을식각하여화소배열을형성한후, 에틸렌글리콜을함유할수있는고분자제거용화학물질로화소배열을세정하여고분자계포토레지스트를제거한다. 에틸렌글리콜을함유하는위고분자제거용화학물질은알루미늄 / 구리합금필름의피팅부식 (pitting corrosion) 을일으키는원인이된다. 도 1은실리콘기판 (100) 과, 그상부에위에서기술한방법에의해알루미늄구리합금박막 (120) 을형성한금속화소 (110) 배열을나타낸것이다. 위에서기술한바와같이, 금속화소들 (110) 의입자경계 (grain boundary) 내에는부식피크들 (130) 과금속피팅부식 (140) 이초래된다. <4> 알루미늄 / 구리합금화소배열의부식은디지털텔레비전에이용되는 LCOS 마이크로프로세서들의수율및성능을떨어뜨린다. 이는화소가제대로작동하기위해서는반사율이높아야하기때문이다. 또한, 장치성능상, 그리고화소상에유리덮개 (glass lid) 를위치시켜액정이삽입되게화소와유리덮개사이에밀봉공간이생기도록하기위해서는화소의평탄도가필수적이다. 화소와유리덮개사이의공간두께보다부식피크높이가더크면, 유리덮개는제대로맞추어지지않을것이고, 액정은밖으로누설될것이다. <8> <9> <10> 발명의상세한설명알루미늄계필름을락테이트-함유용액으로코팅하여그부식을방지하는방법, 및락테이트-함유용액으로위필름을코팅하여얻어지는기판이본원에기술된다. 다수의특정세부사항들을이하에서설명한다. 그러나, 당업계의숙련자들은이들특정세부사항들이본발명의실시양태들을실시하는데필수적이지않다는것을이해할것이다. 본발명에따른소정의예시적인실시양태들을설명하고이를첨부도면으로나타내었지만, 이들실시양태들은단순히본발명을예시하기위한것일뿐본발명을한정하기위한것은아니어서, 본발명은설명하고도시한특정구조및배열에제한되지않고, 당업계의숙련자들은본발명을다양하게수정할수있다. 다른예에서는, 본발명의실시양태들을불필요하게불명료하지않게하기위해, 잘알려진반도체제조공정, 기술, 재료, 장치등을구체적으로설명하지는않는다. 알루미늄계금속필름을식각하기전에알루미늄계금속필름에락테이트-함유용액을도포하여알루미늄계금속필름의부식을최소화할수있다. 알루미늄계금속필름을부식성식각제 (etchant) 로식각하기전에알루미늄계금속필름에락테이트-함유용액을도포한다. 알루미늄계필름의부식을최소화하면, 디지털텔레비전용실리콘상액정 (liquid crystal on silicon; LCOS) 마이크로프로세서에사용되는알루미늄계금속으로부터형성되는고반사성화소배열의수율및성능을향상시킬수있다. 도 2a는반도체기판 (200) 과, 그상부에형성된알루미늄계금속필름 (210) 박층을나타낸것이다. 반도체기판 (200) 은단결정실리콘일수있다. 알루미늄계금속필름 (210) 은대략 1000A 내지 1500A 범위의두께를가질수있다. 알루미늄계금속필름 (210) 은순수알루미늄또는알루미늄-구리합금일수있다. 알루미늄-구리합금은구리가대략 1% ~ 5% 범위, 보다구체적으로는구리가대략 5% 로존재할수있다. 알루미늄의전자이동 (electromigration) 을방지하기위해알루미늄에구리를첨가한다. 알루미늄계금속필름 (210) 의반사율을가능한한좋게하는데필름 (210) 을얇게하는것이유용하다. 락테이트-함유용매 (220) 를알루미늄계금속필름 (210) 상으로분배하여알루미늄계금속필름 (210) 에락테이트-함유용매 (220) 를도포하고, 락테이트-함유용매 (220) 가그자체로퍼져나가게하거나, 기판 (200) 을회전 (spinning) 시켜락테이트-함유용매 (220) 를분배한다. 락테이트-함유용매 (220) 를분배할때회전법을사용하는경우, 기판 (200) 은대략 1200 rpm 내지 1700 rpm 범위의속도로대략 1 초내지 3 초범위의시간동안회전시킬수있다. 락테이트-함유용매 (220) 는에틸락테이트일수있다. 에틸락테이트는독성이없고값이싸다. 알루미늄계금속필름 (210) 에도포되는에틸락테이트의양은알루미늄계금속필름 (210) 의부식을방지할만큼의충분한양일수있다. 락테이트-함유용매 (22 0) 가알루미늄계금속필름 (210) 의입자경계로침투하는데충분한시간동안알루미늄계금속필름 (210) 에락테이트-함유용매 (220) 를도포한다. 입자경계 (grain boundary) 는알루미늄계금속필름 (210) 내에있는상이한결정들사이의경계이다. 입자경계는종종부식이시작되는금속부위이다. 알루미늄계금속필름 (210) 의부식을방지하는기작은락테이트가입자경계를채우고, 염소이온, 수분및기타수성오염물질들이금속입자로침투하고, 부식및피팅반응이시작되는것을방지하는것일수있기때문에, 알루미늄계금속필름 (21 0) 의입자경계로침투하는것이중요할수있다. 그다음, 알루미늄계금속필름 (210) 표면에서락테이트-함유용매 (220) 를부분적또는완전히증발시킨다. 기판 (200) 을회전시키면락테이트-함유용매의증발을도울 - 4 -
수있다. <11> 도 2b에나타낸바와같이, 알루미늄계금속층 (210) 에락테이트-함유용매 (220) 을도포한후, 알루미늄계금속층 (210) 상에, 예컨대디아조나프탈퀴논 / 노볼락 (diazonapthalquinone/novolac) 유형의포토레지스트 (230) 를증착할수있다. 포토레지스트 (230) 가원하는두께로될때까지회전시킬수있다. 포토레지스트는대략 2500A 내지 4500A 범위의두께를가질수있다. 락테이트-함유용매 (220) 로처리한알루미늄계금속층 (210) 위에사용된포토레지스트 (230) 의양은락테이트-함유용매로처리하지않은금속층들상에사용된포토레지스트 (230) 의양보다대략 60% 정도적다. 그다음, 포토레지스트 (230) 를마스크시키고, 방사선에노출시켜조사부분의포토레지스트 (230) 의용해도를변화시킨다. 그러면, 포토레지스트 (230) 가현상되어도 2c에도시한바와같이패턴화된포토레지스트 (230) 를형성한다. 패턴화된포토레지스트 (230) 는금속화소배열을생성하는알루미늄계금속필름 (210) 으로식각되는패턴을생성한다. 그다음, 염소플라즈마식각제으로알루미늄-금속계필름 (210) 을식각하여도 2d에도시한바와같은구조를형성한다. 염소플라즈마식각제는 BCl 3, BCl 4 또는 SiCl 4 와같이염소를함유하는화합물의플라즈마로부터형성될수있다. 알루미늄-금속계필름 (210) 을식각한후, 박리실 (ashing chamber) 에서포토레지스트 (230) 를박리시킴으로써포토레지스트 (230) 을제거한다. 그다음, 포토레지스트 (230) 와같은고분자계재료들을제거할수있는용매를사용하는습식벤치 (wet bench) 에서포토레지스트 (230) 잔사들을제거한다. 포토레지스트 (230) 를제거할때사용되는용매는에틸렌글리콜, 마이크로스트립 (Microstrip)( 아치케미칼즈 (Arch Chemicals)) 또는 EG3( 에어프로덕츠 (Air Products)) 를함유하는것일수있다. 알루미늄계금속필름 (210) 에락테이트-함유용액을적용하면, 동일목적을위해독점적으로또는달리지정된, 에틸렌글리콜함유고분자제거화학물질또는다른화학혼합물로인해피팅부식을방지할수도있다. 도 2e는포토레지스트 (230) 을제거한후, 식각된알루미늄계금속필름 (210) 으로부터형성한금속화소들 (240) 을나타낸것이다. 일실시양태에있어서, 금속화소들 (240) 은고화질텔레비전 (HDTV) 마이크로칩용 1024 화소 768 화소를갖는화소배열의일부분일수있다. 하나의 8 인치실리콘웨이퍼상에는대략 64 개의다이 (die) 들이있을수있으며, 여기서각다이는 1024 768 화소라는하나의화소배열을포함한다. <12> <13> 도 3은금속화소배열 (300) 아래층에형성된 CMOS 트랜지스터가있는반도체기판 (310) 으로형성한 HDTV 마이크로칩다이를나타낸것이다. 금속화소배열 (300) 은알루미늄-구리합금으로형성할수있다. HDTV 마이크로칩다이를형성하기위해, 각각의금속화소배열들 (300) 둘레에스페이서들 (330) 을위치시키고, 유리덮개 (glass lid)(320) 를스페이서들 (330) 과금속화소배열들 (300) 상에위치시켜각금속화소배열들 (300) 상에위치하는액정 (liquid crystal)(340) 을함유시킨다. 유리덮개 (320) 와금속화소배열 (300) 사이의공간두께는대략 1 μm이다. 유리덮개 (320) 를정위치시켜접착시키고고정시킨후, 금속화소배열들 (300) 을개별적인다이들로잘라도 3에도시한바와같은개별적인 HDTV 마이크로칩다이들을형성한다. 금속화소배열 (300) 은높은반사율을가지며, 입사광 (350) 을반사시킬수있다. 이상과같이, 본발명을몇몇실시양태에의해설명하였다. 그러나, 당업계의숙련자들은위에서기술한실시양태들로본발명이한정되지않으며, 이하에첨부되는특허청구범위의기술적사상과범위내에서본발명을수정및변경하여실시할수있는것으로이해할것이다. <5> <6> <7> 도면의간단한설명도 1은부식피크들과피팅부식이있는종래기술의금속화소배열의횡단면도를나타낸것이다. 도 2a ~ 2e는락테이트-함유용액으로금속화소배열을형성하는금속필름을코팅한다음, 금속화소배열을식각하여형성하는방법의횡단면도를나타낸것이다. 도 3은실리콘상액정마이크로프로세서다이 (die) 의횡단면도를나타낸것이다. - 5 -
도면 도면 1 도면 2a 도면 2b 도면 2c 도면 2d - 6 -
도면 2e 도면 3-7 -