KR20210007097A - 실리콘 질화막 식각 용액 및 이를 사용한 반도체 소자의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실리콘 질화막 식각 용액 및 이를 사용한 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 콜로이달 실리카 입자들 간에 아미노산계, 싸이오에스터계(thioester) 또는 에스터계 그룹을 도입함에 따라 실리콘계 파티클 발생을 방지하며, 실리콘 산화막 대비 실리콘 질화막에 대한 식각 선택비를 향상시키는 것이 가능한 실리콘 질화막 식각 용액 및 이를 사용하여 수행되는 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 실리콘 질화막 식각 용액 및 이를 사용한 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 실리콘 산화막 대비 실리콘 질화막에 대한 식각 선택비를 향상시키는 것이 가능한 실리콘 질화막 식각 용액 및 이를 사용하여 수행되는 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
현재 실리콘 질화막과 실리콘 산화막을 식각하는 방법으로는 여러가지가 있는데 건식 식각법과 습식 식각법이 주로 사용되는 방법이다.
건식 식각법은 통상적으로 기체를 이용한 식각법으로서 등방성이 습식 식각법보다 뛰어나다는 장점이 있으나 습식 식각법보다 생산성이 많이 떨어지고 고가의 방식이라는 점에서 습식 식각법이 널리 이용되고 있는 추세이다.
일반적으로 습식 식각법으로는 식각 용액으로서 인산을 사용하는 방법이 잘 알려져 있다. 이 때, 실리콘 질화막의 식각을 위해 순수한 인산만 사용할 경우 소자가 미세화됨에 따라 실리콘 질화막뿐만 아니라 실리콘 산화막까지 식각됨에 따라 각종 불량 및 패턴 이상이 발생되는 등의 문제가 발생할 수 있기 때문에 실리콘 산화막에 보호막을 형성하여 실리콘 산화막의 식각 속도를 더욱 낮출 필요가 있다.
본 발명은 고온에서 수행되는 식각 공정에서 실리콘 산화막에 대한 식각 속도를 낮춰 실리콘 산화막 대비 실리콘 질화막에 대한 식각 선택비를 향상시키는 것이 가능한 실리콘 질화막 식각 용액을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상술한 실리콘 질화막 식각 용액을 사용하여 수행되는 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 기술적 과제의 해결을 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면, 실리콘 질화막 식각 용액은 인산 수용액 및 하기의 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
A 는 1μm 이하의 콜로이달 실리카 입자이며,
m 은 1 내지 5의 정수이고,
X 및 Z 는 각각 독립적으로 질소, 황 및 산소로부터 선택되며,
Y 는 수소, 아민, 하이드록시기, 알콕시기, 싸이올기 및 싸이오에터기로부터 선택되고,
n 은 0 내지 5의 정수이며,
R1 및 R2 는 각각 독립적으로 비공유 전자쌍, 수소, 할로겐, 할로알킬기, C1-C10 의 알킬기 및 C3-C10 의 시클로알킬기로부터 선택되고,
p 는 1 내지 5의 정수이다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상술한 실리콘 질화막 식각 용액을 사용하여 수행되는 반도체 소자의 제조 방법이 제공된다.
본 발명에 따른 실리콘 질화막 식각 용액 중 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 사용함에 따라 식각 조건에서 실리콘 산화막 대비 실리콘 질화막에 대한 식각 선택비를 향상시킬 수 있다.
또한, 본원에서 사용되는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 콜로이달 실리카 입자들 간에 아미노산계, 싸이오에스터계(thioester) 또는 에스터계 그룹을 도입함에 따라 실리콘계 파티클 발생을 방지할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 식각 용액을 이용한 실리콘 질화막 제거 공정을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 후술하는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
이하, 본 발명에 따른 실리콘 질화막 식각 용액에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 인산 수용액 및 하기의 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 실리콘 질화막 식각 용액이 제공된다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
A 는 1μm 이하의 콜로이달 실리카 입자이며,
m 은 1 내지 5의 정수이고,
X 및 Z 는 각각 독립적으로 질소, 황 및 산소로부터 선택되며,
Y 는 수소, 아민, 하이드록시기, 알콕시기, 싸이올기 및 싸이오에터기로부터 선택되고,
n 은 0 내지 5의 정수이며,
R1 및 R2 는 각각 독립적으로 비공유 전자쌍, 수소, 할로겐, 할로알킬기, C1-C10 의 알킬기 및 C3-C10 의 시클로알킬기로부터 선택되고,
p 는 1 내지 5의 정수이다.
본원에서 Ca-Cb 작용기는 a 내지 b 개의 탄소 원자를 갖는 작용기를 의미한다. 예를 들어, Ca-Cb 알킬은 a 내지 b 개의 탄소 원자를 갖는, 직쇄 알킬 및 분쇄 알킬 등을 포함하는 포화 지방족기를 의미한다. 직쇄 또는 분쇄 알킬은 이의 주쇄에 10개 이하(예를 들어, C1-C10의 직쇄, C3-C10의 분쇄), 바람직하게는 4개 이하, 보다 바람직하게는 3개 이하의 탄소 원자를 가진다.
구체적으로, 알킬은 메틸, 에틸, n-프로필, i-프로필, n-뷰틸, s-뷰틸, i-뷰틸, t-뷰틸, 펜트-1-일, 펜트-2-일, 펜트-3-일, 3-메틸뷰트-1-일, 3-메틸뷰트-2-일, 2-메틸뷰트-2-일, 2,2,2-트리메틸에트-1-일, n-헥실, n-헵틸 및 n-옥틸일 수 있다.
본원에서 시클로알킬(cycloalkyl)은 달리 정의되지 않는 한 각각 알킬의 고리형 구조로 이해될 수 있을 것이다.
시클로알킬의 비제한적인 예로는 시클로펜틸, 사이클로헥실, 1-시클로헥세닐, 3-시클로헥세닐 및 시클로헵틸 등이 있다.
본원에서 알콕시는 -O-(알킬)기와 -O-(비치환된 사이클로알킬)기 둘 다를 의미하는 것으로, 하나 이상의 에터기 및 1 내지 10 개의 탄소 원자를 갖는다. 구체적으로, 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 이소프로폭시, n-뷰톡시, tert-뷰톡시, sec-뷰톡시, n-펜톡시, n-헥속시, 1,2-다이메틸뷰톡시, 사이클로프로필옥시, 사이클로뷰틸옥시, 사이클로펜틸옥시, 사이클로헥실옥시 등을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본원에서 싸이올(thiol) 및 싸이오에터(thioether)는 유기 황 화함물을 의미하며, 구체적으로 싸이올은 -SH, 싸이오에터는 -S- 치환기를 의미한다.
본원에서 할로겐은 플루오로(-F), 클로로(-Cl), 브로모(-Br) 또는 요오도(-I)을 의미하며, 할로알킬은 상술한 할로겐으로 치환된 알킬을 의미한다. 예를 들어, 할로메틸은 메틸의 수소 중 적어도 하나가 할로겐으로 대체된 메틸(-CH2X, -CHX2또는 -CX3)을 의미한다.
본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 질화막 식각 용액은 실리콘계 파티클 발생을 방지하기 위해 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한다.
일반적으로, 콜로이달 실리카 입자들은 서로 결합하여 실리콘계 파티클로서 성장되는 문제가 발생된다. 실리콘계 파티클은 실리콘 기판에 잔류하여 기판 상에 구현되는 소자의 불량을 야기하거나 식각 공정에 사용되는 장비에 잔류하여 장비 고장을 야기할 수 있다.
본 발명의 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 A는 크기가 1μm 이하인 콜로이달 실리카(colloid silica) 입자를 나타낸다. 콜로이달 실리카 입자는 음전하를 띠는 무정질의 실리카(SiO2) 입자가 물 또는 유기용제와 같은 액체에서 콜로이드 상태를 나타낸다.
여기서, 본 발명의 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 콜로이달 실리카 입자간에 아미노산계(amino acid), 싸이오에스터계(thioester) 또는 에스터계(ester) 그룹을 도입함으로써, 상기 실리카 입자들이 서로 결합하여 응집되는 현상이 억제될 수 있다. 즉, 콜로이달 실리카 입자간을 아미노산계, 싸이오에스터계 또는 에스터계 그룹으로 연결하여 가수분해 반응을 억제함으로써, Si-O-Si 결합의 생성을 방지할 수 있다. 이에 따라, 화학식 1로 표시되는 화합물이 포함된 실리콘 질화막 식각 용액은 상온에서 콜로이달 실리카 입자의 크기가 일정하게 유지되어 실리콘 질화막 식각 용액의 보관성이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 고온의 식각 조건에서 콜로이달 실리카 입자들과 아미노산계, 싸이오에스터계(thioester) 또는 에스터계 그룹과의 결합이 끊어질 수 있다. 이에 따라, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 다시 작은 콜로이달 실리카 입자로 바뀌며, 상기 실리카 입자들은 실리콘 기판과 결합하여 보호막을 형성함으로써, 인산 수용액으로부터 실리콘 기판을 효과적으로 보호할 수 있다.
상기 콜로이달 실리카 입자들과 결합할 수 있는 아미노산계 그룹은 일예로, 아스파틱산(aspartic acid), 글루타믹산(glutamic acid) 등이 있으며, 이 때 화학식 1로 표시되는 화합물에서 상기 X 및 Z 는 질소이며, 상기 Y 는 아민일 수 있다.
또한 일예로, 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 2]
상기 화학식 2에서,
n 은 1 내지 5의 정수이고,
R1 및 R2 는 C1-C10 의 알킬기이며,
A, m 및 p 는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같다.
여기서, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물의 R1 및 R2 는 탄소수가 증가될수록 더욱 바람직하다. 구체적으로, 일 실시예에 따른 본 발명의 화학식 2로 표시되는 화합물간의 반응은 매커니즘 1 또는 매커니즘 2에 따라 진행될 수 있다.
[매커니즘 1]
[매커니즘 2]
상기 매커니즘 1의 화학식 2로 표시되는 화합물에서는 R1 및 R2가 수소이며, 상기 매커니즘 2의 화학식 2로 표시되는 화합물에서는 R1 및 R2가 아이소프로필(iso-propyl)이다. 상기 매커니즘 1, 2에서 나타난 바와 같이, 화학식 1로 표시되는 화합물에서 R1 및 R2 의 부피가 커질수록, 입체장애(steric hinderance)의 효과가 증가될 수 있다. 이에 따라, 콜로이달 실리카 입자들이 서로 결합하여 응집되는 현상이 보다 효과적으로 억제될 수 있다.
또한 에스터계 그룹도 콜로이달 실리카 입자들과 결합할 수 있으며, 이 때 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 3]
상기 화학식 3에서,
A, m 및 p 는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같다.
상술한 화학식 1로 표시되는 화합물은 실리콘 질화막 식각 용액 중 200 내지 100,000 ppm으로 존재하는 것이 바람직하다. 또한, 상술한 화학식 1로 표시되는 화합물은 실리콘 질화막 식각 용액 중 200 내지 60,000 ppm으로 존재하는 것이 더욱 바람직하다. 여기서, 첨가제의 함량은 실리콘 질화막 식각 용액 중 용해된 화학식 1로 표시되는 화합물의 양으로서, ppm의 단위로서 나타낸 것이다.
예를 들어, 실리콘 질화막 식각 용액 중 화학식 1로 표시되는 화합물이 5,000 ppm으로 존재한다는 것은 실리콘 질화막 식각 용액 중 용해된 화학식 1로 표시되는 화합물이 5,000 ppm인 것을 의미할 것이다.
실리콘 질화막 식각 용액 중 화학식 1로 표시되는 화합물이 200 ppm 미만으로 존재할 경우, 식각 조건 하에서 실리콘 화합물의 양이 충분하지 못해 실리콘 산화막 대비 실리콘 질화막에 대한 식각 선택비의 증가 효과가 미비할 수 있다.
반면, 실리콘 질화막 식각 용액 중 화학식 1로 표시되는 화합물이 100,000 ppm을 초과할 경우, 실리콘 질화막 식각 용액 내 실리콘 첨가제의 포화농도 증가로 인해 다량의 실리콘계 파티클이 생성되는 문제가 발생할 수 있다.
실리콘 기판은 실리콘 기판은 적어도 실리콘 산화막(SiOx)을 포함하는 것이 바람직하며, 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막(SixNy)을 동시에 포함할 수 있다. 또한. 실리콘 산화막과 실리콘 질화막이 동시에 포함된 실리콘 기판의 경우, 실리콘 산화막과 실리콘 질화막이 교대로 적층되거나 서로 다른 영역에 적층된 형태일 수 있다.
실리콘 산화막은 용도 및 소재의 종류 등에 따라 SOD (Spin On Dielectric)막, HDP (High Density Plasma)막, 열산화막(thermal oxide), BPSG (Borophosphate Silicate Glass)막, PSG (Phospho Silicate Glass)막, BSG (BoroSilicate Glass)막, PSZ (Polysilazane)막, FSG (Fluorinated Silicate Glass)막, LP-TEOS (Low Pressure TetraEthyl Ortho Silicate)막, PETEOS (Plasma Enhanced Tetra Ethyl Ortho Silicate)막, HTO (High TemperatureOxide)막, MTO (Medium Temperature Oxide)막, USG (Undopped Silicate Glass)막, SOG (Spin On Glass)막, APL (Advanced Planarization Layer)막, ALD (Atomic Layer Deposition)막, PE-산화막(Plasma Enhanced oxide)또는 O3-TEOS (O3-Tetra Ethyl Ortho Silicate) 등으로 언급될 수 있다.
여기서, 인산 수용액은 실리콘 질화막을 식각함과 동시에 식각 용액의 pH를 유지시켜 식각 용액 내 존재하는 다양한 형태의 실리콘 화합물이 실리콘계 파티클로 변화하는 것을 억제하는 성분이다.
일 실시예에 있어서, 실리콘 질화막 식각 용액 100 중량부에 대하여 인산 수용액은 60 내지 90 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
실리콘 질화막 식각 용액 100 중량부에 대하여 인산 수용액의 함량이 60 중량부 미만인 경우, 실리콘 질화막의 식각 속도가 저하되어 실리콘 질화막이 충분히 식각되지 않거나 실리콘 질화막의 식각의 공정 효율성이 저하될 우려가 있다.
반면, 실리콘 질화막 식각 용액 100 중량부에 대하여 인산 수용액의 함량이 90 중량부를 초과할 경우, 실리콘 질화막의 식각 속도의 증가량에 비해 실리콘 산화막의 식각 속도의 증가량이 커서 실리콘 산화막 대비 실리콘 질화막에 대한 식각 선택비가 저하될 수 있으며, 실리콘 산화막의 식각에 따른 실리콘 기판의 불량이 야기될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 질화막 식각 용액은 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함함에 따라 저하되는 실리콘 질화막의 식각 속도를 보상함과 동시에 전체적인 식각 공정의 효율을 향상시키기 위해 불소-함유 화합물을 더 포함할 수 있다.
본원에서 불소-함유 화합물은 불소 이온을 해리시킬 수 있는 임의의 형태의 화합물을 모두 지칭한다.
일 실시예에 있어서, 불소-함유 화합물은 불화수소, 불화암모늄, 중불화암모늄 및 불화수소암모늄으로부터 선택되는 적어도 하나이다.
또한, 다른 실시예에 있어서, 불소-함유 화합물은 유기계 양이온과 불소계 음이온이 이온 결합된 형태의 화합물일 수 있다.
예를 들어, 불소-함유 화합물은 알킬암모늄과 불소계 음이온이 이온 결합된 형태의 화합물일 수 있다. 여기서, 알킬암모늄은 적어도 하나의 알킬기를 가지는 암모늄으로서 최대 네 개의 알킬기를 가질 수 있다. 알킬기에 대한 정의는 전술한 바 있다.
또 다른 예에 있어서, 불소-함유 화합물은 알킬피롤리움, 알킬이미다졸리움, 알킬피라졸리움, 알킬옥사졸리움, 알킬티아졸리움, 알킬피리디니움, 알킬피리미디니움, 알킬피리다지니움, 알킬피라지니움, 알킬피롤리디니움, 알킬포스포니움, 알킬모포리니움 및 알킬피페리디니움으로부터 선택되는 유기계 양이온과 플루오로포스페이트, 플루오로알킬-플루오로포스페이트, 플루오로보레이트 및 플루오로알킬-플루오로보레이트으로부터 선택되는 불소계 음이온이 이온 결합된 형태의 이온성 액체일 수 있다.
실리콘 질화막 식각 용액 중 불소-함유 화합물로서 일반적으로 사용되는 불화수소 또는 불화암모늄에 비하여 이온성 액체 형태로 제공되는 불소-함유 화합물은 높은 끓는점 및 분해 온도를 가지는 바, 고온에서 수행되는 식각 공정 중 분해됨에 따라 식각 용액의 조성을 변화시킬 우려가 적다는 이점이 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상술한 실리콘 질화막 식각 용액을 사용하여 수행되는 반도체 소자의 제조 방법이 제공된다.
본 제조 방법에 따르면, 적어도 실리콘 질화막(SixNy)을 포함하는 실리콘 기판 상에서 상술한 식각 용액을 사용하여 실리콘 질화막에 대한 선택적인 식각 공정을 수행함으로써 반도체 소자를 제조하는 것이 가능하다.
반도체 소자의 제조에 사용되는 실리콘 기판은 실리콘 질화막(SixNy)을 포함하거나, 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막(SixNy)을 동시에 포함할 수 있다. 또한. 실리콘 산화막과 실리콘 질화막이 동시에 포함된 실리콘 기판의 경우, 실리콘 산화막과 실리콘 질화막이 교대로 적층되거나 서로 다른 영역에 적층된 형태일 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 NAND 소자의 제조 공정에 적용될 수 있다. 보다 구체적으로, NAND 형성을 위한 적층 구조체 중 실리콘 산화막에 대한 손실 없이 실리콘 질화막을 선택적으로 제거가 요구되는 공정 단계에서 상술한 식각 용액을 사용함으로써 수행될 수 있다.
일예로, 도 1은 본 발명에 따른 식각 용액을 이용한 실리콘 질화막 제거 공정을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 실리콘 기판(10) 상에 실리콘 질화막(11)과 실리콘 산화막(12)이 교대로 적층된 적층 구조체(20) 위에 마스크 패턴층(30)을 형성한 후, 이방성 식각 공정을 통해 트렌치(50)가 형성된다.
또한, 도 1을 참조하면, 적층 구조체(20) 내에 형성된 트렌치(50) 영역을 통해 본 발명에 따른 식각 용액이 투입되며, 이에 따라 실리콘 질화막(11)이 식각되고, 실리콘 산화막(12)과 마스크 패턴층(30)만 남게된다.
즉, 본 발명은 실리콘 산화막 대비 실리콘 질화막에 대한 식각 선택비가 향상된 식각 용액을 사용함으로써, 적층 구조체(20) 내 실리콘 산화막(12)의 식각을 최소화하며 충분한 시간 동안 실리콘 질화막(11)을 완전하고 선택적으로 제거할 수 있다. 이후, 실리콘 질화막(11)이 제거된 영역에 게이트 전극을 형성하는 단계가 포함된 후속 공정을 통해 반도체 소자를 제조할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
실시예
식각
용액의 제조
실시예 1 내지 5에서는 화학식 1로 표시되는 화합물을 인산 수용액에 첨가하여 초기 농도가 1,000 ppm이 되도록 식각 용액을 제조하였다.
실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 2에 따른 식각 용액 조성물은 표 1과 같다.
| 식각 용액 조성물 | 화학식 1의 화합물 | |
| 실시예 1 |
인산 수용액 (85중량%) + 화학식 1의 화합물 (0.1중량%) + 잔부 물 |
 |
| 실시예 2 |
 |
|
| 실시예 3 |
 |
|
| 실시예 4 |
 |
|
| 실시예 5 |
 |
|
| 비교예 1 |
인산 수용액(85중량%) + 잔부 물 |
- |
| 비교예 2 |
인산 수용액(85중량%) + 콜로이달 실리카(0.1중량%) + 잔부 물 |
실험예
실리카 응집 입자의 크기 측정
실시예 1 내지 5 및 비교예 2의 실리카 입자를 상온(25℃)에서 시간 경과에 따라 실리카 응집 입자의 크기를 측정하였다. 실시예 1 내지 5 및 비교예 2의 실리카 입자의 초기 크기는 5nm로 동일하며, 실리카 응집 입자들의 크기는 PSA(particle size analyzer)를 이용하여 측정하였다. 측정된 실리카 응집 입자의 크기는 하기 표 2와 같다.
| 시간 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 실시예 5 | 비교예 2 |
| 초기 | 5nm | 5nm | 5nm | 5nm | 5nm | 5nm |
| 12시간 후 | 5nm | 5nm | 5nm | 5nm | 5nm | 79nm, 120nm |
| 24시간 후 | 5nm | 5nm | 5nm | 5nm | 5nm | 345nm, 555nm |
| 3일 후 | 5nm | 5nm | 5nm | 5nm | 5nm | >1μm |
| 6일 후 | 12nm | 7nm | 8nm | 5nm | 5nm | >10μm |
| 12일 후 | 24nm | 10nm | 10nm | 5nm | 5nm | >10μm |
| 24일 후 | 31nm | 12nm | 13nm | 6nm | 5nm | >10μm |
| 한달 후 | 33nm | 15nm | 15nm | 7nm | 5nm | >10μm |
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 5는 비교예 2에 비해 실리카 입자들의 크기가 비교적 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있다.
특히 상기 표 2에 나타난 바와 같이, 화학식 1로 표시되는 화합물의 치환기의 부피가 클수록 실리카 입자들이 결합하여 응집되는 현상을 더욱 효과적으로 억제할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
실리콘 산화막 및 실리콘
질화막의
식각
속도 측정
화학식 1로 표시되는 화합물의 초기 농도가 200 ppm이 되도록 식각 용액을 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 2과 동일한 식각 용액을 제조하였다.
상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 2에 따른 실리콘 질화막 식각 용액을 175℃에서 500 Å 두께의 실리콘 산화막(thermal oxide layer) 및 실리콘 질화막을 가열된 식각 용액에 침지시켜 10분간 식각하였다.
식각 전 및 식각 후 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막의 두께는 엘립소미트리(Nano-View, SE MG-1000; Ellipsometery)를 이용하여 측정하였으며, 식각 속도는 식각 전 및 식각 후 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막의 두께 차이를 식각 시간(10분)으로 나누어 산출한 수치이다.
측정된 식각 속도는 하기의 표 3과 같다.
| 실리콘 산화막 식각 속도(  |
실리콘 질화막 식각 속도(  |
식각 선택비 (실리콘 질화막 식각 속도/ 실리콘 산화막 식각 속도) |
|
| 실시예 1 | 0.49 | 92.84 | 189.47 |
| 실시예 2 | 0.47 | 92.89 | 197.64 |
| 실시예 3 | 0.46 | 93.01 | 202.20 |
| 실시예 4 | 0.45 | 93.02 | 206.71 |
| 실시예 5 | 0.40 | 94.05 | 234.16 |
| 비교예 1 | 5.45 | 91.51 | 16.49 |
| 비교예 2 | 1.82 | 98.75 | 54.26 |
상기 표 3에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 5의 실리콘 질화막 식각 용액은 비교예 1 내지 2의 실리콘 질화막 식각 용액에 비해 실리콘 산화막에 대한 식각 속도를 낮출 수 있으며, 이에 따라 실리콘 산화막 대비 실리콘 질화막에 대한 식각 선택비가 향상됨을 확인할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10 : 실리콘 기판 11 : 실리콘 질화막
12 : 실리콘 산화막 20 : 적층 구조체
30 : 마스크 패턴층 50 : 트렌치
12 : 실리콘 산화막 20 : 적층 구조체
30 : 마스크 패턴층 50 : 트렌치
Claims (7)
- 인산 수용액; 및
하기의 화학식 1로 표시되는 화합물;을 포함하는
실리콘 질화막 식각 용액:
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
A 는 1μm 이하의 콜로이달 실리카 입자이며,
m 은 1 내지 5의 정수이고,
X 및 Z 는 각각 독립적으로 질소, 황 및 산소로부터 선택되며,
Y 는 수소, 아민, 하이드록시기, 알콕시기, 싸이올기 및 싸이오에터기로부터 선택되고,
n 은 0 내지 5의 정수이며,
R1 및 R2 는 각각 독립적으로 비공유 전자쌍, 수소, 할로겐, 할로알킬기, C1-C10 의 알킬기 및 C3-C10 의 시클로알킬기로부터 선택되고,
p 는 1 내지 5의 정수이다.
- 제1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 실리콘 질화막 식각 용액:
[화학식 2]
상기 화학식 2에서,
n 은 1 내지 5의 정수이고,
R1 및 R2 는 C1-C10 의 알킬기이며,
A, m 및 p 는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같다.
- 제1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 실리콘 질화막 식각 용액:
[화학식 3]
상기 화학식 3에서,
A, m 및 p는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같다.
- 제1항에 있어서,
상기 실리콘 질화막 식각 용액 중 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 200 내지 100,000 ppm 으로 포함되는 것을 특징으로 하는
실리콘 질화막 식각 용액.
- 제1항에 있어서,
상기 실리콘 질화막 식각 용액은 불화수소, 불화암모늄, 중불화암모늄 및 불화수소암모늄으로부터 선택되는 적어도 하나의 불소-함유 화합물을 더 포함하는,
실리콘 질화막 식각 용액.
- 제1항에 있어서,
상기 실리콘 질화막 식각 용액은 유기계 양이온과 불소계 음이온이 이온 결합된 형태를 가지는 불소-함유 화합물을 더 포함하는,
실리콘 질화막 식각 용액.
- 제 1 항에 따른 실리콘 질화막 식각 용액을 이용하여 수행되는 식각 공정을 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
Priority Applications (3)
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