KR102311335B1 - Etching compositions and etching method using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 식각 조성물, 식각 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 반도체 제조 공정에서 습식 식각하는 경우, 산화막의 식각율을 최소화하면서 질화막을 선택적으로 제거할 수 있는 고선택비의 화합물을 포함하는 식각 조성물 및 이 식각 조성물을 이용한 식각 공정을 포함하는 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an etching composition, an etching method, and a method of manufacturing a semiconductor device using the same, and more particularly, in the case of wet etching in a semiconductor manufacturing process, a high selection capable of selectively removing a nitride layer while minimizing the etching rate of an oxide layer It relates to an etching composition including the compound of the ratio and a method of manufacturing a semiconductor device including an etching process using the etching composition.

Description

식각 조성물 및 이를 이용한 식각 방법{ETCHING COMPOSITIONS AND ETCHING METHOD USING THE SAME}Etching composition and etching method using the same

본 발명은 식각 조성물 및 이를 이용한 식각 방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 산화막의 식각율을 최소화하면서 질화막을 선택적으로 제거할 수 있는 고선택비의 화합물을 포함하는 식각 조성물 및 이 식각 조성물을 이용한 반도체 소자의 식각 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an etching composition and an etching method using the same, and more particularly, an etching composition comprising a compound of high selectivity capable of selectively removing a nitride film while minimizing the etching rate of an oxide film, and a semiconductor using the etching composition It relates to a method of etching a device.

반도체 제조 공정에 있어서, 실리콘 산화막(SiO2) 등의 산화막 및 실리콘 질화막(SiNx) 등의 질화막은 대표적인 절연막으로 각각 단독으로, 또는 1층 이상의 막들이 교대로 적층되어 사용된다. 상기 실리콘 질화막은 실리콘 산화막, 폴리 실리콘막, 실리콘 웨이퍼 표면 등과 접촉하는 구조로CVD (Chemical vapor deposition) 공정을 통해서 증착되며, 이는 건식 식각 및 습식 식각을 통해서 제거되는데, 인산(phosphoric acid)을 이용한 습식 식각이 널리 이용되고 있다. In a semiconductor manufacturing process, an oxide film such as a silicon oxide film (SiO 2 ) and a nitride film such as a silicon nitride film (SiN x ) are used as representative insulating films, either singly or by alternately stacking one or more layers. The silicon nitride layer is deposited through a chemical vapor deposition (CVD) process in a structure in contact with a silicon oxide layer, a polysilicon layer, and the surface of a silicon wafer, and is removed through dry etching and wet etching. Etching is widely used.

상기 실리콘 질화막을 제거하기 위한 습식 식각 공정에서는 일반적으로 인산과 탈이온수(deionized water)의 혼합물이 사용되고 있다. 상기 탈이온수는 식각율 감소 및 산화막에 대한 식각 선택성의 변화를 방지하기 위하여 첨가되는 것이나, 공급되는 탈이온수의 양의 미세한 변화에도 질화막 식각 제거 공정에 불량이 발생하는 문제가 있다. 또한, 인산은 강산으로서 부식성을 가지고 있어 취급에 어려움이 있다.In a wet etching process for removing the silicon nitride layer, a mixture of phosphoric acid and deionized water is generally used. The deionized water is added to prevent a decrease in an etch rate and a change in etch selectivity for the oxide film, but there is a problem in that a defect occurs in the etching removal process of the nitride film even with a slight change in the amount of deionized water supplied. In addition, phosphoric acid is a strong acid and has a corrosive property, so it is difficult to handle.

본 발명은 반도체 공정에서 실리콘 산화막에 비해 실리콘 질화막에 대한 식각 선택비가 높은 식각 조성물을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide an etching composition having a higher etch selectivity for a silicon nitride film than for a silicon oxide film in a semiconductor process.

본 발명은 실리콘 웨이퍼 식각시 실리콘 질화막 식각 속도가 향상된 식각 조성물을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide an etching composition having improved silicon nitride etching rate when etching a silicon wafer.

본 발명은 고온에서 수행되는 식각 공정에서 식각 속도가 안정적으로 유지되고 선택비가 저하되지 않는 식각 조성물을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide an etching composition in which an etching rate is stably maintained and a selectivity is not lowered in an etching process performed at a high temperature.

본 발명은 상기 식각 조성물을 이용한 식각 방법을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide an etching method using the etching composition.

본 발명의 일 구현예는 인산 및 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 식각 조성물을 제공한다. One embodiment of the present invention provides an etching composition including phosphoric acid and a compound represented by the following Chemical Formula 1.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112017084800574-pat00001
Figure 112017084800574-pat00001

상기 화학식 1에서,In Formula 1,

R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소, 히드록시기, C1~C10의 알킬기 및 C3~C10의 시클로알킬기로 이루어진 군에서 선택되고, R1 및 R2 중 하나 이상이 히드록시기이고, R3 내지 R5 중 하나 이상이 히드록시기이며,R 1 to R 5 are each independently selected from the group consisting of hydrogen, a hydroxyl group, a C 1 to C 10 alkyl group, and a C 3 to C 10 cycloalkyl group, at least one of R 1 and R 2 is a hydroxyl group, and R 3 At least one of R 5 is a hydroxyl group,

L1은 단일결합 또는 -[C(R6)(R7)]n-이고, L 1 is a single bond or -[C(R 6 )(R 7 )] n -,

n은 1 내지 6이며, n is 1 to 6,

R6 및 R7는 각각 독립적으로 수소 또는 C1~C5의 알킬기이다.R 6 and R 7 are each independently hydrogen or a C 1 ~ C 5 alkyl group.

본 발명의 다른 구현예는 상기 식각 조성물을 이용한 식각 방법을 제공한다.Another embodiment of the present invention provides an etching method using the etching composition.

본 발명은 인산에 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 첨가한 식각 조성물을 제공함으로써, 실리콘 산화막의 식각을 억제하고 실리콘 질화막을 선택적으로 식각할 수 있다.The present invention can suppress the etching of the silicon oxide layer and selectively etch the silicon nitride layer by providing an etching composition in which the compound represented by Formula 1 is added to phosphoric acid.

본 발명의 식각 조성물은 고온 안정성이 뛰어나고, 파티클 발생을 방지하여 소자 특성을 향상시킬 수 있다. The etching composition of the present invention has excellent high-temperature stability and may prevent particle generation to improve device characteristics.

종래에는 인산(H3PO4)에 불산(HF) 또는 질산(HNO3) 등을 포함하는 식각 조성물을 이용하여 질화막을 제거하는 기술이 공지되었으나, 오히려 산화막의 식각 속도 증가로 질화막과 산화막의 식각 선택비를 저해시키는 문제가 나타나게 된다. Conventionally, a technique for removing a nitride layer using an etching composition containing phosphoric acid (H 3 PO 4 ) and hydrofluoric acid (HF) or nitric acid (HNO 3 ), etc. has been known, but rather the etching of the nitride layer and the oxide layer due to an increase in the etching rate of the oxide layer Problems that impede the selection ratio appear.

산화막의 식각 속도를 낮추고 질화막의 식각 속도를 높이기 위해 실리콘 첨가제를 이용하는 기술이 공지되어 있으나, 실리콘 첨가제를 이용할 경우 식각 공정 후 많은 파티클을 발생시키고 인산의 재활용을 불가하게 하는 문제점이 있다.There is a known technique of using a silicon additive to decrease the etching rate of the oxide film and increase the etching rate of the nitride film.

또한 실리콘 첨가제를 고온의 인산안에서 끓이게 되면 첨가제의 작용기들이 떨어져 나오거나 고리화반응을 하여 변질이 되는데, 이렇게 되면 오래 끓일수록 식각비의 변화가 올 수 있다. In addition, when the silicone additive is boiled in high-temperature phosphoric acid, the functional groups of the additive are separated or deteriorated through a cyclization reaction.

따라서, 상기 언급한 문제점을 극복하여 실리콘 산화막에 대해 실리콘 질화막을 선택적으로 식각하면서도, 파티클 발생을 방지하고 고온에서 변성되지 않는 새로운 조성의 식각 조성물의 개발이 요구되고 있다.Accordingly, there is a need to develop an etching composition having a new composition that is not denatured at a high temperature while preventing the generation of particles while selectively etching the silicon nitride layer with respect to the silicon oxide layer by overcoming the above-mentioned problems.

이하, 본 발명에 대하여 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현 가능하다.The present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various different forms.

아래 열거된 정의는 본 발명을 기술하기 위해 사용된 다양한 용어들의 정의이다. 이들 정의는 달리 제한되지 않는 한, 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.The definitions listed below are definitions of various terms used to describe the present invention. These definitions are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the invention unless otherwise limited.

본 발명에서의 용어 “알킬”은 특별한 언급이 없는 한 탄소수 1 내지 10개의 직쇄 또는 측쇄의 포화 탄화수소에서 유래되는 1가의 치환기이며, 직쇄 또는 측쇄 알킬기는 이의 주쇄에 10개 이하(예를 들어, C1-C10의 직쇄, C3-C10의 측쇄), 바람직하게는 4개 이하, 보다 바람직하게는 3개 이하의 탄소 원자를 가진다. 알킬의 예로는 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, sec-부틸, tert-부틸, 펜틸, 헥실 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.The term "alkyl" in the present invention is a monovalent substituent derived from a linear or branched saturated hydrocarbon having 1 to 10 carbon atoms, unless otherwise specified, and the straight or branched alkyl group has 10 or less in its main chain (e.g., C 1 -C 10 straight chain, C 3 -C 10 branched chain), preferably 4 or less, more preferably 3 or less carbon atoms. Examples of alkyl include, but are not limited to, methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, sec-butyl, tert-butyl, pentyl, hexyl, and the like.

본 발명에서의 용어 "시클로알킬"은 특별한 언급이 없는 한 탄소수 3 내지 10개의 모노사이클릭 또는 폴리사이클릭 비-방향족 탄화수소로부터 유래된 고리형의 포화 탄화수소를 의미한다. 이러한 시클로알킬의 예로는 시클로프로필, 시클로펜틸, 시클로헥실, 바이시클로[2.1.1]헥실, 바이시클로[2.2.1]헵틸 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다. 본 발명에서 시클로알킬은 이의 고리 구조에 3,4,5,6 또는 7개의 탄소원자를 가질 수 있다. The term "cycloalkyl" in the present invention means a cyclic saturated hydrocarbon derived from a monocyclic or polycyclic non-aromatic hydrocarbon having 3 to 10 carbon atoms unless otherwise specified. Examples of such cycloalkyl include, but are not limited to, cyclopropyl, cyclopentyl, cyclohexyl, bicyclo[2.1.1]hexyl, bicyclo[2.2.1]heptyl, and the like. Cycloalkyl in the present invention may have 3,4,5,6 or 7 carbon atoms in its ring structure.

본 발명은 인산 및 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 식각 조성물을 제공한다.The present invention provides an etching composition comprising phosphoric acid and a compound represented by Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112017084800574-pat00002
Figure 112017084800574-pat00002

상기 화학식 1에서, R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소, 히드록시기, C1~C10의 알킬기 및 C3~C10의 시클로알킬기로 이루어진 군에서 선택되고, R1 및 R2 중 하나 이상이 히드록시기이고, R3 내지 R5 중 하나 이상이 히드록시기이며, L1은 단일결합 또는 -[C(R6)(R7)]n-이고, n은 1 내지 6이며, R6 및 R7는 각각 독립적으로 수소 또는 C1~C5의 알킬기이다.In Formula 1, R 1 to R 5 are each independently selected from the group consisting of hydrogen, a hydroxyl group, a C 1 to C 10 alkyl group, and a C 3 to C 10 cycloalkyl group, and at least one of R 1 and R 2 a hydroxyl group, at least one of R 3 to R 5 is a hydroxyl group, L 1 is a single bond or -[C(R 6 )(R 7 )] n -, n is 1 to 6, R 6 and R 7 are Each independently hydrogen or C 1 ~ C 5 Alkyl group.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the compound represented by the formula (1) may be a compound represented by the following formula (2).

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112017084800574-pat00003
Figure 112017084800574-pat00003

n, R1 내지 R5 각각은 상기 화학식 1에서 정의된 바와 같다.Each of n, R 1 to R 5 is as defined in Formula 1 above.

본 발명의 일 구현예에서, R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소, 히드록시기 또는 C1~C5의 알킬기일 수 있으며, 바람직하게는 R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소, 히드록시기, 메틸기, 에틸기, 프로필기 및 이소프로필기로 이루어진 군에서 선택될 수 있고, 보다 바람직하게는 R1 내지 R5는 모두 히드록시기일 수 있다.In one embodiment of the present invention, R 1 to R 5 are each independently hydrogen, a hydroxyl group or a C 1 to C 5 alkyl group, preferably R 1 to R 5 are each independently hydrogen, a hydroxyl group, a methyl group, It may be selected from the group consisting of an ethyl group, a propyl group, and an isopropyl group, and more preferably, R 1 to R 5 may be all hydroxyl groups.

본 발명의 일 구현예에서, 상기 화학식 1 로 표시되는 화합물은 (3-(트리히드록시실릴)프로필)보론산, (1-(트리메톡시실릴)프로판-2-일)보론산 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the compound represented by Formula 1 is (3-(trihydroxysilyl)propyl)boronic acid, (1-(trimethoxysilyl)propan-2-yl)boronic acid, and their It may be selected from the group consisting of combinations.

본 발명의 일 구현예에 따라, 인산에 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 첨가한 식각 조성물은 산화막의 식각율을 최소화하면서 질화막을 선택적으로 제거할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the etching composition in which the compound represented by Formula 1 is added to phosphoric acid can selectively remove the nitride layer while minimizing the etching rate of the oxide layer.

더욱 구체적으로, 본 발명의 일 구현예 따르면, 상기 화학식 1의 화합물을 포함하는 식각 조성물의 실리콘 산화막의 식각 속도는 0.1 내지 15 Å/min이다. 이 때, 본 발명의 실리콘 질화막/산화막 선택비는 15 이상을 가지게 되어, 산화막의 식각율을 최소화하면서 질화막을 선택적으로 제거할 수 있게 한다.More specifically, according to an exemplary embodiment of the present invention, the etching rate of the silicon oxide layer of the etching composition including the compound of Formula 1 is 0.1 to 15 Å/min. At this time, the silicon nitride film/oxide film selectivity ratio of the present invention is 15 or more, so that the nitride film can be selectively removed while minimizing the etch rate of the oxide film.

또한 본 발명의 식각 조성물은 고온 안정성이 뛰어나고, 파티클 발생을 방지하여 소자 특성을 향상시킬 수 있다. 본 발명의 식각 조성물은 실리콘 함유 화합물에서 루이스 산으로 작용하는 보론 그룹을 도입함으로써, 고온의 인산에서 성분이 변하거나 고리화 되어 식각비가 낮아지는 문제를 방지하고, 파티클 발생을 억제한다. N, O, P, S는 비공유 전자쌍을 가지고 있어 다른 원자에 전자를 제공할 수 있지만 보론은 오히려 하나의 배위가 비어 있어 다른 원자로부터 전자를 제공받을 수 있기 때문에 루이스 산으로 작용할 수 있다. 또한, 보론의 이러한 루이스 산으로서의 특징 때문에 고온의 인산에서 성분이 변하거나 실리콘-히드록시 그룹이 실리콘-옥시즌-실리콘으로 고분자화 되어 식각비가 낮아지는 일이 매우 힘들다. In addition, the etching composition of the present invention has excellent high-temperature stability, and prevents the generation of particles to improve device characteristics. The etching composition of the present invention introduces a boron group acting as a Lewis acid in the silicon-containing compound, thereby preventing the problem of lowering the etching ratio due to component change or cyclization in phosphoric acid at high temperature, and suppresses particle generation. N, O, P, and S have a lone pair of electrons and can donate electrons to other atoms, but boron can act as a Lewis acid because one of its coordination is vacant and can receive electrons from another atom. In addition, because of the characteristic of boron as a Lewis acid, it is very difficult to change the composition in phosphoric acid at high temperature or to polymerize the silicon-hydroxy group into silicon-oxygen-silicon to lower the etch rate.

본 발명의 일 구현예에서, 상기 식각 조성물은, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 100 내지 5000 ppm, 바람직하게는 500 내지 3000 ppm 으로 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the etching composition may include the compound represented by Formula 1 in an amount of 100 to 5000 ppm, preferably 500 to 3000 ppm.

상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 함량이 100 ppm 미만인 경우, 실리콘 첨가제가 부족하여 선택비가 매우 낮을 수 있다. When the content of the compound represented by Formula 1 is less than 100 ppm, the selectivity may be very low due to insufficient silicone additive.

또한, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물이 5000 ppm 를 초과하여 투입되는 경우, 많은 파티클이 발생하여 웨이퍼가 불량이 날 수도 있다.In addition, when the compound represented by Chemical Formula 1 is added in excess of 5000 ppm, many particles may be generated and the wafer may be defective.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 조성물은 인산을 80 내지 90 중량%, 화학식 1로 표시되는 화합물을 100 내지 5000 ppm로 포함할 수 있다. 더욱 바람직하게는 상기 인산을 80 내지 90 중량%, 바람직하게는 85 내지 90 중량%로 포함할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the composition may contain 80 to 90 wt% of phosphoric acid, and 100 to 5000 ppm of the compound represented by Formula 1. More preferably, the phosphoric acid may be included in an amount of 80 to 90% by weight, preferably 85 to 90% by weight.

상기 식각 조성물 내 인산을 80 중량% 미만으로 포함하는 경우, 이물질이 발생하거나 실리콘 질화막 식각 속도가 저하되어 질화막이 용이하게 제거되지 않을 우려가 있으며, 인산을 90 중량%를 초과하여 포함하는 경우, 인산의 농도가 지나치게 높아져 오히려 식각 속도가 줄어들 우려가 있다.When the etching composition contains less than 80% by weight of phosphoric acid, there is a risk that foreign substances are generated or the etching rate of the silicon nitride film is lowered, so that the nitride film is not easily removed. If the concentration of the etchant is too high, the etching rate may be reduced.

따라서, 본 발명에 따른 중량%와 ppm 범위로 인산 및 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 경우 식각 조성물은 반도체 공정시 적정 수준의 안정성을 유지하면서도 높은 실리콘 산화막/질화막 선택비 및 향상된 실리콘 질화막 식각 속도를 구현할 수 있어 안정적인 식각 공정을 가능하게 한다.Therefore, in the case of including phosphoric acid and the compound represented by Formula 1 in the weight % and ppm ranges according to the present invention, the etching composition maintains an appropriate level of stability during semiconductor processing, while maintaining a high silicon oxide/nitride selectivity and improved silicon nitride etching rate. can be implemented, enabling a stable etching process.

본 발명의 일 구현예에서, 식각 속도 향상을 위한 첨가제가 추가로 포함되는 것을 특징으로 하는, 식각 조성물일 수 있다.In one embodiment of the present invention, it may be an etching composition, characterized in that the additive for improving the etching rate is further included.

상기 첨가제는 식각 성능을 향상시키기 위하여 당업계에서 통상적으로 사용되는 임의의 첨가제를 말하는데, 계면활성제, 금속 이온 봉쇄제, 부식 방지제 등이 있다.The additive refers to any additive commonly used in the art to improve etching performance, such as a surfactant, a metal ion sequestering agent, and a corrosion inhibitor.

특히, 식각 속도 향상을 위한 첨가제가 포함되는 경우, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 500ppm 이상 포함되는 것이 고선택비 구현 측면에서 바람직하다.In particular, when an additive for improving the etching rate is included, 500 ppm or more of the compound represented by Formula 1 is preferably included in view of implementing a high selectivity.

본 발명의 일 구현예에서, 식각 조성물의 첨가제로 페놀계 화합물을 첨가할 수 있다. 페놀계 화합물로는 페놀(phenol), 벤젠다이올(benzenediol) 또는 벤젠트리올(benzenetriol)을 들 수 있다. 페놀계 화합물은 실리콘 계열의 첨가제가 고온의 인산에서 반응하여 생성되는 폴리 인산을 억제함으로써 궁극적으로 식각 조성물의 변색을 방지할 수 있다.In one embodiment of the present invention, a phenol-based compound may be added as an additive to the etching composition. The phenol-based compound may include phenol, benzenediol, or benzenetriol. The phenolic compound may ultimately prevent discoloration of the etching composition by suppressing polyphosphoric acid generated by the reaction of the silicon-based additive in high-temperature phosphoric acid.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 본 발명의 식각 조성물은 다음과 같이 제조할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the etching composition of the present invention may be prepared as follows.

상기 화학식 1 또는 2로 표시되는 화합물을 인산에 첨가하여 식각 조성물을 제조한다. 이때 식각 조성물 내의 화학식 1로 표시되는 화합물의 농도는 200 내지 50000 ppm 이며, 바람직하게는 1000 내지 20000 ppm 이다. An etching composition is prepared by adding the compound represented by Formula 1 or 2 to phosphoric acid. At this time, the concentration of the compound represented by Formula 1 in the etching composition is 200 to 50000 ppm, preferably 1000 to 20000 ppm.

상기 식각 조성물을 상온에서 10분 내지 3시간을 섞는데 바람직하게는 1시간 이다. 그 뒤 25 내지 100 oC 에서 교반시켜 주는데, 바람직하게는 65 내지 85 oC이다. 그 후 웨이퍼를 10초 내지 10분 식각하는데, 바람직하게는 1분 내지 5분 이다. 마지막으로 물로 1초 내지 5분 린스를 하는데, 바람직하게는 10초 내지 1분이다. Mixing the etching composition at room temperature for 10 minutes to 3 hours is preferably 1 hour. After that, it is stirred at 25 to 100 o C, preferably 65 to 85 o is C. Thereafter, the wafer is etched for 10 seconds to 10 minutes, preferably 1 minute to 5 minutes. Finally, rinse with water for 1 second to 5 minutes, preferably for 10 seconds to 1 minute.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 페놀계 화합물을 인산에 첨가할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, a phenolic compound may be added to phosphoric acid.

페놀계 화합물을 인산에 첨가하는데, 이때 페놀계 화합물의 농도는 100 내지 30000 ppm 이며, 바람직하게는 1000 내지 5000 ppm 이다. 그 후 아민 계열의 실리콘 첨가제를 넣어주는데 100 내지 30000 ppm이 가능하나, 바람직한 양은 5000 내지 10000 ppm이다. A phenolic compound is added to phosphoric acid, wherein the concentration of the phenolic compound is 100 to 30000 ppm, preferably 1000 to 5000 ppm. After that, 100 to 30000 ppm is possible to put the amine-based silicone additive, but the preferred amount is 5000 to 10000 ppm.

페놀계 화합물의 양이 100 ppm이하일 경우 인산안에서 고분자화되는 현상을 멈추기에 부족하고, 30000 ppm을 초과할 경우 오히려 인산안에서 잘 안 녹는 현상이 발생하게 된다.If the amount of the phenolic compound is less than 100 ppm, it is insufficient to stop the phenomenon of polymerization in phosphoric acid, and if it exceeds 30000 ppm, it is rather difficult to dissolve in phosphoric acid.

본 발명의 또 다른 구현예는 상기 제조된 식각 조성물을 이용해서 실리콘 박막을 식각하는 방법을 제공한다. Another embodiment of the present invention provides a method of etching a silicon thin film using the prepared etching composition.

본 발명의 일 구현예는 상기 식각 조성물을 이용하여 실리콘 질화막, 실리콘 산화막 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 식각하는 단계를 포함하는 식각 방법을 제공한다. One embodiment of the present invention provides an etching method comprising etching any one selected from the group consisting of a silicon nitride layer, a silicon oxide layer, and a combination thereof using the etching composition.

본 발명의 일 구현예는 상기 식각 조성물을 이용하여 수행되는 식각 공정을 포함하는 반도체 소자의 제조 방법을 제공한다. One embodiment of the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device including an etching process performed using the etching composition.

본 발명은 상기 식각 공정은 실리콘 산화막에 대하여 실리콘 질화막을 선택적으로 식각하는 것이며, 140 내지 195 의 온도에서 수행되는 것인 반도체 소자의 제조 방법 일 수 있으며, 그 외 공정은 통상 알려진 방법을 사용할 수 있으므로 자세한 설명은 생락하도록 한다. In the present invention, the etching process is to selectively etch a silicon nitride film with respect to a silicon oxide film, and may be a method for manufacturing a semiconductor device that is performed at a temperature of 140 to 195, and other processes may use commonly known methods. A detailed description is omitted.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention are presented. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

실시예Example

식각etching 조성물의 제조 Preparation of the composition

상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 인산에 첨가하여 초기 농도가 2000ppm이 되도록 식각 조성물을 제조하였다.An etching composition was prepared by adding the compound represented by Formula 1 to phosphoric acid to have an initial concentration of 2000 ppm.

실시예 1, 비교예 1 및 2에 따른 식각 조성물은 [표 1]과 같다.The etching compositions according to Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 are shown in [Table 1].

식각 조성물etching composition 인산phosphoric acid 규산silicic acid 화학식 1의 화합물compound of formula 1 종류Kinds 중량%weight% 실시예 1Example 1 85 중량%85% by weight --

Figure 112017084800574-pat00004
Figure 112017084800574-pat00004
1500ppm1500ppm 실시예 2Example 2 85 중량%85% by weight --
Figure 112017084800574-pat00005
Figure 112017084800574-pat00005
1500ppm1500ppm
비교예 1Comparative Example 1 85 중량%85% by weight -- -- -- 비교예 2Comparative Example 2 85 중량%85% by weight 1500ppm1500ppm -- --

[물성 측정][Measurement of physical properties]

상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 식각 조성물을 ALD SiOX 에 대해 165 oC에서 1분간 식각하였다. The etching compositions prepared according to Examples and Comparative Examples were etched for 1 minute at 165 o C for ALD SiO X .

총 5회에 걸쳐 식각비를 측정하였으며 그 평균 결과값은 하기 [표 2]와 같다. The etch rate was measured a total of 5 times, and the average result value is shown in [Table 2] below.

식각 전 두께 (Å)Thickness before etching (Å) 식각 후 두께 (Å)After etching thickness (Å) 식각비(Å/min)Etch rate (Å/min) 실시예 1Example 1 166.23166.23 156.03156.03 10.2010.20 실시예 2Example 2 167.24167.24 162.12162.12 5.125.12 비교예 1Comparative Example 1 167.87167.87 147.77147.77 20.1020.10 비교예 2Comparative Example 2 168.19168.19 155.79155.79 12.412.4

상기 [표 2]에서 보는 바와 같이, 실시예 1 및 2의 식각 조성물은 비교예 1 및 2의 식각 조성물에 비해 실리콘 산화막의 식각비가 낮은 것을 볼 수 있었다.As shown in [Table 2], the etching compositions of Examples 1 and 2 showed a lower etching ratio of the silicon oxide layer than the etching compositions of Comparative Examples 1 and 2.

[식각 속도 측정] [Etch rate measurement]

상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 식각 조성물을 식각 온도를 달리하면서 실리콘 질화막 기판을 넣어 식각을 진행하였다.The etching composition prepared according to Examples and Comparative Examples was etched by putting a silicon nitride film substrate while changing the etching temperature.

실리콘 질화막은 식각 조성물에 넣기 전 평탄화 작업을 진행하였으며, 평탄화작업은 50질량% 불산을 200:1로 희석한 후 희석 불산에 30초간 담가 진행하였다.The silicon nitride film was planarized before being put into the etching composition, and the planarization operation was carried out by diluting 50% by mass of hydrofluoric acid to 200:1 and then immersing it in diluted hydrofluoric acid for 30 seconds.

식각 속도는 엘립소미트리(Nano-View, SE MG-1000; Ellipsometery)를 이용하여 실리콘 질화막을 300초 동안 식각한 후, 양 막의 식각 전의 두께와 식각 후의 두께의 차이를 식각 시간(분)으로 나누어 산출하였다.The etching rate was determined by etching the silicon nitride film for 300 seconds using an ellipsometer (Nano-View, SE MG-1000; Ellipsometery), and dividing the difference between the thickness before and after etching of both films by the etching time (minutes). calculated.

하기 [표 3]에 시간에 따른 식각 속도의 결과값을 나타내었다.[Table 3] shows the results of the etching rate according to time.

구분division 공정온도 ()Process temperature () 질화막 식각 속도
(Å/min)
Nitride etch rate
(Å/min)
산화막 식각 속도
(Å/min)
Oxide etch rate
(Å/min)
선택비
(질화막/ 산화막)
selection fee
(nitride film/oxide film)
실시예 1Example 1 175175 201.112011.11 12.3012.30 16.3516.35 실시예 2Example 2 175175 200.15200.15 8.998.99 22.2622.26 비교예 1Comparative Example 1 175175 199.971999.97 31.8831.88 6.276.27 비교예 2Comparative Example 2 175175 201.55201.55 16.7216.72 12.0512.05

상기 [표 3]에 나타난 바와 같이 실시예 1및 2의 식각 조성물은 질화막의 식각 속도가 증가하고 산화막의 식각 속도가 억제함을 알 수 있었다.As shown in [Table 3], it was found that the etching compositions of Examples 1 and 2 increased the etching rate of the nitride film and suppressed the etching rate of the oxide film.

이는 본 발명에 따른 식각 조성물의 높은 선택비를 나타내는 것으로, 실리콘 식각 공정에서 본 발명의 효과를 확인할 수 있었다.This indicates a high selectivity of the etching composition according to the present invention, and the effect of the present invention was confirmed in the silicon etching process.

[색상 측정][Color Measurement]

실시예 3 및 비교예 3의 제조Preparation of Example 3 and Comparative Example 3

비교예 3으로 3-아미노프로필메틸디에톡시실란 (3-aminopropylmethyldiexhotysilane)을 인산에 첨가하여 초기 농도가 5000ppm이 되도록 식각 조성물을 제조하였다. In Comparative Example 3, an etching composition was prepared by adding 3-aminopropylmethyldiethoxysilane to phosphoric acid to have an initial concentration of 5000 ppm.

실시예 3은 비교예 3의 식각 조성물에 페놀을 10000ppm 추가하였다.In Example 3, 10000 ppm of phenol was added to the etching composition of Comparative Example 3.

하기 [표 4]은 실시예 3 및 비교예 3의 식각 조성물을 온도와 시간에 따라 관찰한 색상 변화의 데이터이다.The following [Table 4] shows data of color change observed in the etching compositions of Example 3 and Comparative Example 3 according to temperature and time.

온도(℃)Temperature (℃) 시간(min)time (min) 색상color 온도(℃)Temperature (℃) 시간(min)time (min) 색상color 실시예 3Example 3 155155 3030 황색yellow 비교예 3Comparative Example 3 155155 3030 황색yellow 6060 황색yellow 6060 진황색dark yellow 180180 진황색dark yellow 180180 연갈색light brown 360360 연갈색light brown 360360 흑색black 실시예 3Example 3 165165 3030 황색yellow 비교예 3Comparative Example 3 165165 3030 황색yellow 6060 황색yellow 6060 연갈색light brown 180180 진황색dark yellow 180180 진갈색dark brown 360360 적색Red 360360 흑색black 실시예 3Example 3 175175 3030 황색yellow 비교예 3Comparative Example 3 175175 3030 황색yellow 6060 진황색dark yellow 6060 진갈색dark brown 180180 적색Red 180180 흑색black 360360 연갈색light brown 360360 흑색black

상기 [표 4]에 나타난 바와 같이 실시예 3의 식각 조성물은 고온에서 시간에 따른 색상의 변화가 적으나, 비교예 3은 시간에 따른 색상의 변화가 매우 큰 것을 알 수 있었다.As shown in [Table 4], the etching composition of Example 3 showed little change in color over time at high temperature, but it was found that Comparative Example 3 had a very large change in color over time.

Claims (10)

인산; 및
하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는, 식각 조성물:
[화학식 1]
Figure 112017084800574-pat00006

상기 화학식 1에서,
R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소, 히드록시기, C1~C10의 알킬기 및 C3~C10의 시클로알킬기로 이루어진 군에서 선택되고, R1 및 R2 중 하나 이상이 히드록시기이고, R3 내지 R5 중 하나 이상이 히드록시기이며,
L1은 단일결합 또는 -[C(R6)(R7)]n-이고,
n은 1 내지 6이며,
R6 및 R7는 각각 독립적으로 수소 또는 C1~C5의 알킬기이다.
phosphoric acid; and
An etching composition comprising a compound represented by Formula 1 below:
[Formula 1]
Figure 112017084800574-pat00006

In Formula 1,
R 1 to R 5 are each independently selected from the group consisting of hydrogen, a hydroxyl group, a C 1 to C 10 alkyl group, and a C 3 to C 10 cycloalkyl group, at least one of R 1 and R 2 is a hydroxyl group, and R 3 At least one of R 5 is a hydroxyl group,
L 1 is a single bond or -[C(R 6 )(R 7 )] n -,
n is 1 to 6,
R 6 and R 7 are each independently hydrogen or a C 1 ~ C 5 alkyl group.
제 1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물이 하기 화학식 2로 표시되는 화합물인, 식각 조성물:
[화학식 2]
Figure 112017084800574-pat00007

n, R1 내지 R5 각각은 제1항에서 정의된 바와 같다.
The method of claim 1,
Etching composition, wherein the compound represented by the formula (1) is a compound represented by the following formula (2):
[Formula 2]
Figure 112017084800574-pat00007

Each of n, R 1 to R 5 is as defined in claim 1.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소, 히드록시기 또는 C1~C5의 알킬기인, 식각 조성물.
3. The method of claim 1 or 2,
R 1 to R 5 are each independently hydrogen, a hydroxy group, or a C 1 to C 5 alkyl group, the etching composition.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
R1 내지 R5이 모두 히드록시기인, 식각 조성물.
3. The method of claim 1 or 2,
R 1 to R 5 are all hydroxyl groups, the etching composition.
인산; 및
(3-(트리히드록시실릴)프로필)보론산, (1-(트리메톡시실릴)프로판-2-일)보론산 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물을 포함하는 식각 조성물.
phosphoric acid; and
An etching composition comprising a compound selected from the group consisting of (3-(trihydroxysilyl)propyl)boronic acid, (1-(trimethoxysilyl)propan-2-yl)boronic acid, and combinations thereof.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
인산 80 내지 90 중량% 및,
화학식 1 로 표시되는 화합물을 100 내지 5000 ppm
로 포함하는, 식각 조성물.
3. The method of claim 1 or 2,
80 to 90% by weight of phosphoric acid, and
100 to 5000 ppm of the compound represented by Formula 1
comprising, an etching composition.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 식각 조성물의 실리콘 산화막의 식각 속도는 0.1 내지 15 Å/min인 식각 조성물.
3. The method of claim 1 or 2,
An etching rate of the silicon oxide layer of the etching composition is 0.1 to 15 Å/min.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 식각 조성물의 실리콘 질화막/산화막 선택비는 15 이상인, 식각 조성물.
3. The method of claim 1 or 2,
The silicon nitride layer / oxide layer selectivity of the etching composition is 15 or more, the etching composition.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
식각 속도 향상을 위한 첨가제가 추가로 포함되는 것을 특징으로 하는, 식각 조성물.
3. The method of claim 1 or 2,
An etching composition, characterized in that it further comprises an additive for improving the etching rate.
제 1항 또는 제 2항에 따른 식각 조성물을 이용하여 실리콘 질화막, 실리콘 산화막 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 식각하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 식각 방법.
A method for etching a semiconductor device, comprising: etching any one selected from the group consisting of a silicon nitride layer, a silicon oxide layer, and a combination thereof using the etching composition according to claim 1 or 2 .
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