KR102398593B1 - Etching composition for silicon nitride film - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실리콘 산화막에 대한 식각율을 최소화하고, 실리콘 질화막을 선택적으로 식각할 수 있으며, 장기간 사용하여도 실리콘 질화막 및 실리콘 산화막의 식각 속도와 식각 선택비의 변화 및 파티클 문제를 유발하지 않는 선택적 실리콘 질화막 식각용 식각 조성물에 관한 것이다.The present invention minimizes the etch rate of the silicon oxide film, can selectively etch the silicon nitride film, and does not cause changes in the etch rate and etch selectivity of the silicon nitride film and the silicon oxide film even after long-term use and does not cause particle problems. It relates to an etching composition for etching a nitride film.

Description

실리콘 질화막에 대한 선택적 에칭을 위한 식각 조성물{ETCHING COMPOSITION FOR SILICON NITRIDE FILM}Etching composition for selective etching of silicon nitride film {ETCHING COMPOSITION FOR SILICON NITRIDE FILM}

본 발명은 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 식각함에 있어서, 실리콘 질화막을 실리콘 산화막 대비 선택적으로 식각 가능하며, 장기간의 사용에도 실리콘 질화막에 대한 식각 선택비에 영향을 주지 않고, 식각 속도를 일정하게 유지할 뿐 아니라 파티클 문제를 유발하지 않는 습식용 식각 조성물에 관한 것이다. In the present invention, in etching the silicon oxide film and the silicon nitride film, the silicon nitride film can be selectively etched compared to the silicon oxide film, and the etch selectivity to the silicon nitride film is not affected even after long-term use, and the etching rate is maintained constant. It relates to an etching composition for wet use that does not cause particle problems.

실리콘 산화막(SiO2) 및 실리콘 질화막(SiNx)은 반도체 제조공정에서 사용되는 대표적인 절연막이다. 이들은 단독으로 사용되거나 혹은 1층 이상의 실리콘 산화막 및 1층 이상의 실리콘 질화막이 교대로 적층되어 사용되기도 한다. 또한 상기 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막은 금속 배선과 같은 도전성 패턴을 형성하기 위한 하드마스크(Hard mask)로서도 사용된다.A silicon oxide film (SiO 2 ) and a silicon nitride film (SiNx) are representative insulating films used in a semiconductor manufacturing process. These may be used alone, or one or more silicon oxide films and one or more silicon nitride films may be alternately stacked. In addition, the silicon oxide film and the silicon nitride film are also used as a hard mask for forming a conductive pattern such as a metal wiring.

종래 반도체 제조공정에서 실리콘 질화막을 제거하기 위해서, 인산(Phosphoric acid)을 사용하고 있으나, 상기 인산은 고온에서 지속적으로 수분의 증발에 의한 농축이 진행되어 질화막과 산화막의 식각률에 영향을 미치기 때문에 순수(Deionized Water)를 지속적으로 공급해야 한다. 그러나 공급하는 순수의 양이 약간만 변하여도 실리콘 질화막의 제거시 불량을 야기할 수 있으며, 인산 자체가 강산으로 부식성을 가지고 있어 취급하기가 까다롭다는 문제점을 가진다. 또한 실리콘 질화막은 인산과 반응하여 H2SiO3 형태로 변화한다. 이는 물에 녹아 Si(OH)4 형태가 되며, Si(OH)4가 다른 Si(OH)4와 결합하여 파티클을 형성하거나 SiO2막 표면에 결합하여 식각속도를 감소시킨다. 또한 르 샤틀리에의 원리에 의해 식각 조성물에서 생성물의 농도가 진해짐에 따라 실리콘 질화막의 식각 속도를 현저하게 감소시킨다.In order to remove the silicon nitride film in the conventional semiconductor manufacturing process, phosphoric acid is used, but the phosphoric acid is continuously concentrated by evaporation of water at a high temperature. Deionized Water) must be continuously supplied. However, even a slight change in the amount of supplied pure water may cause defects in the removal of the silicon nitride film, and phosphoric acid itself is corrosive as a strong acid, so it is difficult to handle. In addition, the silicon nitride film reacts with phosphoric acid to change into H 2 SiO 3 form. It dissolves in water to form Si(OH) 4 , and Si(OH) 4 combines with other Si(OH) 4 to form particles or SiO 2 reduces the etch rate by bonding to the surface of the film. In addition, according to Le Chatelier's principle, as the concentration of the product in the etching composition increases, the etching rate of the silicon nitride layer is significantly reduced.

이러한 문제점을 해결하기 위해 다양한 연구가 진행되었으며, 이의 연구는 크게 3가지로 분류될 수 있다. Various studies have been conducted to solve these problems, and these studies can be broadly classified into three categories.

첫째, 실리콘 질화막의 식각 속도를 높이는 기술이다. 일예로, 인산을 가열하여 폴리인산을 얻은 후 100℃ 이상에서 식각하여 선택비를 높이는 식각방법이 제안되었으나, 폴리인산의 안정성 및 결정 구조에 따른 선택비 향상 효과가 검증된 바 없고, 폴리인산의 농도를 정량하기 어려우며, 수화시 과량의 열 발생으로 공정온도의 제어가 어렵다. 또한, 실리콘 산화막의 식각 속도 또한 함께 높아지므로, 미세 공정에 적용하기에 어려운 점이 있어 바람직하지 않았다.First, it is a technology that increases the etching speed of the silicon nitride film. For example, an etching method has been proposed to increase the selectivity by heating phosphoric acid to obtain polyphosphoric acid and then etching at 100° C. or higher. However, the effect of improving the selectivity according to the stability and crystal structure of polyphosphoric acid has not been verified. It is difficult to quantify the concentration, and it is difficult to control the process temperature due to excessive heat generation during hydration. In addition, since the etching rate of the silicon oxide film is also increased, it is difficult to apply the silicon oxide film to a fine process, which is not preferable.

둘째, 실리콘 산화막의 식각 속도를 늦추는 기술이다. 일예로, 인산에 황산, 산화제를 첨가하여 선택적으로 실리콘 질화막을 식각할 수 있는 식각 용액이 제시되었으나, 황산 첨가의 경우 실리콘 산화막뿐만 아니라 실리콘 질화막의 식각 속도까지 늦추는 문제점을 가져 생산성에서 손해를 본다. Second, it is a technology that slows down the etching rate of the silicon oxide film. As an example, an etching solution capable of selectively etching a silicon nitride film by adding sulfuric acid and an oxidizing agent to phosphoric acid has been proposed, but in the case of adding sulfuric acid, the etching speed of the silicon nitride film as well as the silicon oxide film is slowed down, resulting in a loss in productivity.

셋째, 불소계 화합물을 첨가하는 기술이다. 일예로, 인산에 질산과 불산을 미량 투입함으로써, 실리콘 질화막에 대한 고 선택비를 얻는 식각 방법이 제시되었으나, 이는 불산의 첨가로 인하여 실리콘 산화막의 식각 속도가 높아지는 문제점을 가진다. 또 다른 일예로, 실리콘계 불화물을 첨가하여 실리콘 질화막을 선택적으로 식각할 수 있는 식각 용액이 제시되었으나, 이는 실리콘의 과다 첨가로 인하여 웨이퍼 표면에 파티클을 야기한다는 문제점을 가지며, 식각 용액의 수명이 매우 짧고, 첨가제와의 혼용성이 떨어지는 등의 문제점을 갖는다.Third, it is a technology for adding a fluorine-based compound. As an example, an etching method for obtaining a high selectivity for a silicon nitride film by adding a small amount of nitric acid and hydrofluoric acid to phosphoric acid has been proposed, but this has a problem in that the etching rate of the silicon oxide film is increased due to the addition of hydrofluoric acid. As another example, an etching solution capable of selectively etching a silicon nitride film by adding a silicon-based fluoride has been presented, but this has a problem in that it causes particles on the wafer surface due to excessive silicon addition, and the life of the etching solution is very short and , has problems such as poor compatibility with additives.

따라서, 상기한 단점을 극복하는 새로운 조성의 식각 용액 개발이 필요하다.Therefore, it is necessary to develop an etchant solution having a new composition that overcomes the above disadvantages.

이에, 본 발명자는 종래 기술의 한계를 인식하고 연구를 심화한 결과, 인산과 소정의 함질소 식각 안정제의 함량을 조절함으로써, 장기간 사용시에도 선택비에 영향 없이 일정한 식각 속도를 유지할 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventor recognized the limitations of the prior art and, as a result of intensifying research, confirmed that by adjusting the content of phosphoric acid and a predetermined nitrogen-containing etch stabilizer, a constant etching rate can be maintained without affecting the selectivity even during long-term use. The present invention was completed.

한국공개특허공보 제2012-0077676호Korean Patent Publication No. 2012-0077676

본 발명의 목적은 실리콘 산화막 대비 실리콘 질화막을 선택적으로 식각 할 수 있는 식각 조성물을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide an etching composition capable of selectively etching a silicon nitride layer compared to a silicon oxide layer.

본 발명의 또 다른 목적은 처리시간이 증가하여도 실리콘 질화막에 대한 식각 속도 및 식각 선택비의 변화가 없는 안정된 식각 조성물을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a stable etching composition in which there is no change in the etching rate and the etching selectivity for the silicon nitride layer even when the treatment time is increased.

본 발명의 또 다른 목적은 반도체 제조공정시, 실리콘 산화막을 포함하는 주변에 존재하고 있는 다른 막에 대한 데미지를 최소화하고, 반도체 소자 특성에 영향을 미치는 파티클 발생 등의 문제점을 갖지 않는 실리콘 질화막용 식각 조성물을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to minimize damage to other films existing in the vicinity including the silicon oxide film during the semiconductor manufacturing process, and to etch for silicon nitride film that does not have problems such as generation of particles affecting semiconductor device characteristics. to provide a composition.

본 발명은 상술된 과제를 해결하기 위하여, 조성물 총 중량을 기준으로 30 내지 95 중량%의 인산, 0.005 내지 10 중량%의 함질소 식각 안정제 및 잔량의 물을 포함하는 식각 조성물을 제공한다. 상기 식각 조성물은 실리콘 산화막 대비 실리콘 질화막을 선택적으로 식각하는 것을 특징으로 한다.The present invention provides an etching composition comprising 30 to 95% by weight of phosphoric acid, 0.005 to 10% by weight of a nitrogen-containing etch stabilizer and the remaining amount of water, based on the total weight of the composition, in order to solve the above problems. The etching composition is characterized in that the silicon nitride layer compared to the silicon oxide layer is selectively etched.

본 발명의 일 실시예에 따른 식각 조성물은 아민계 화합물, 아미드계 화합물, 우레아계 화합물 및 이소시아네이트계 화합물 등에서 선택되는 하나 이상의 함질소 식각 안정제를 포함하는 것일 수 있다.The etching composition according to an embodiment of the present invention may include at least one nitrogen-containing etch stabilizer selected from an amine-based compound, an amide-based compound, a urea-based compound, and an isocyanate-based compound.

본 발명의 일 실시예에 따른 식각 조성물은 실리콘계 화합물을 더 포함하는 것일 수 있다.The etching composition according to an embodiment of the present invention may further include a silicon-based compound.

본 발명에 따른 식각 조성물은 실리콘 질화막을 실리콘 산화막 대비 선택적으로 제거할 수 있으며, 실리콘 산화막의 데미지를 최소화하고, 파티클 발생을 효과적으로 방지하여, 식각 공정에서 원치 않는 손상을 방지할 수 있다. The etching composition according to the present invention can selectively remove the silicon nitride layer compared to the silicon oxide layer, minimize damage to the silicon oxide layer, and effectively prevent particle generation, thereby preventing unwanted damage in the etching process.

또한 본 발명에 따른 식각 조성물은 보관 안정성이 우수하고, 장기간의 사용 또는 보관 중에도 불구하고 실리콘 질화막에 대한 식각 속도 및 식각 선택비를 유지할 수 있어, 궁극적으로 실리콘 질화막을 선택적으로 식각하기 위한 반도체 제조공정에서의 생산성을 향상시킬 수 있다.In addition, the etching composition according to the present invention has excellent storage stability, and can maintain an etch rate and an etch selectivity for a silicon nitride film despite long-term use or storage, and ultimately a semiconductor manufacturing process for selectively etching a silicon nitride film productivity can be improved.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 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 질화막에 대한 선택적 식각을 위한 식각 조성물 및 이를 이용한 식각 방법에 관하여 상세히 설명하기로 한다.Advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be embodied in various different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the art to which the present invention pertains It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Hereinafter, an etching composition for selective etching of a silicon nitride layer according to the present invention and an etching method using the same will be described in detail.

본 발명의 용어, "식각 선택비(ESiNx / ESiO2)"는 실리콘 산화막의 식각 속도(ESiO2) 대비 실리콘 질화막의 식각 속도(ESiNx)의 비를 의미한다. 또한, 실리콘 산화막의 식각 속도가 거의 0에 가까워지거나 식각 선택비의 수치가 큰 경우, 실리콘 질화막을 선택적으로 식각할 수 있음을 의미한다.As used herein, the term “etch selectivity (E SiNx / E SiO 2 )” refers to the ratio of the etch rate (E SiO 2 ) of the silicon oxide layer to the etch rate (E SiNx ) of the silicon nitride layer. In addition, when the etching rate of the silicon oxide layer approaches zero or the etch selectivity is high, it means that the silicon nitride layer can be selectively etched.

본 발명의 용어, "식각 선택비의 변화"은 동일한 식각 조성물을 이용하여 2회 이상 식각 공정을 반복 수행하는 경우, 초기 식각 선택비 대비 식각 선택비의 차이에 대한 절대값을 의미한다.As used herein, the term “change in etch selectivity” refers to an absolute value of the difference in etch selectivity compared to initial etch selectivity when the etch process is repeatedly performed two or more times using the same etch composition.

본 발명의 용어, "식각 속도 감소율(Etch rate drift, △ERD)"는 동일한 식각 조성물을 이용하여 2회 이상 식각 공정을 반복 수행하는 경우, 초기 식각 속도 대비 식각 속도의 변화율을 의미한다. 일반적으로 식각 공정을 반복 수행함에 따라 식각능, 즉 식각 속도가 감소되는 경향을 보임에 따라 감소율이라 정의하며, 변화율 역시 동일한 의미로 해석됨은 물론이다.As used herein, the term "Etch rate drift (ΔERD)" refers to a rate of change of the etch rate compared to the initial etch rate when the etch process is repeatedly performed two or more times using the same etch composition. In general, as the etching process is repeatedly performed, the etchability, that is, the etching rate, tends to decrease, so it is defined as a decrease rate, and the rate of change is also interpreted in the same meaning.

본 발명에 따른 식각 조성물은 소정의 함질소 식각 안정제를 선택하여 인산과 적정 혼합비로 조합됨에 따라 에천트(etchant)에 의한 식각능은 훼손되지 않으면서도, 실리콘 산화막의 데미지를 최소화하고, 파티클 발생을 효과적으로 방지할 수 있다. 더욱이 본 발명에 따른 식각 조성물은 높은 안정성으로 처리 시간이 증가함에도 불구하고, 실리콘 질화막에 대한 식각 속도 및 식각 선택비를 오랫동안 유지할 수 있다. The etching composition according to the present invention selects a predetermined nitrogen-containing etch stabilizer and mixes it with phosphoric acid in an appropriate mixing ratio, so that the etching ability by the etchant is not damaged, while minimizing the damage to the silicon oxide film and reducing the generation of particles. can be effectively prevented. Moreover, the etching composition according to the present invention has high stability and can maintain an etching rate and an etching selectivity for a silicon nitride layer for a long time despite an increase in treatment time.

구체적으로, 본 발명에 따른 식각 조성물은 조성물 총 중량을 기준으로 30 내지 95 중량%의 인산, 0.005 내지 10 중량%의 함질소 식각 안정제 및 잔량의 물을 포함하는 것을 특징으로 한다.Specifically, the etching composition according to the present invention is characterized in that it contains 30 to 95% by weight of phosphoric acid, 0.005 to 10% by weight of a nitrogen-containing etch stabilizer, and the remaining amount of water, based on the total weight of the composition.

본 발명의 일 실시예에 따른 식각 조성물의 상기 함질소 식각 안정제는 아민계 화합물, 아미드계 화합물, 우레아계 화합물 및 이소시아네이트계 화합물 등에서 선택되는 하나 이상일 수 있다. The nitrogen-containing etch stabilizer of the etching composition according to an embodiment of the present invention may be at least one selected from an amine-based compound, an amide-based compound, a urea-based compound, an isocyanate-based compound, and the like.

상기 함질소 식각 안정제는 식각 공정 후 생성되는 Si(OH)4를 안정화하여, 반복적인 식각 공정을 수행함에도 불구하고 실리콘 질화막과 실리콘 산화막에 대한 식각 속도 및 식각 선택비(ESiNx / ESiO2)를 유지할 수 있다는 측면에서, 적어도 하나 이상의 알킬, 알콕시, 알칸올 등의 지방족 치환기를 갖는 것일 수 있다. The nitrogen-containing etch stabilizer stabilizes Si(OH) 4 generated after the etching process, thereby increasing the etch rate and etch selectivity (E SiNx / E SiO2 ) for the silicon nitride film and the silicon oxide film despite the repeated etching process. In terms of maintaining it, it may have at least one or more aliphatic substituents such as alkyl, alkoxy, and alkanol.

일 구체예로서, 상기 함질소 식각 안정제는 알킬아민, 알칸올아민, 알콕시아민 및 다가에틸렌아민 등에서 선택되는 아민계 화합물; N-알킬아미드, N-알킬 아세트아미드 및 알킬이미드 등에서 선택되는 아미드계 화합물; 및 알킬 이소시아네이트 등에서 선택되는 이소시아네이트계 화합물; 에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.In one embodiment, the nitrogen-containing etch stabilizer is an amine-based compound selected from alkylamines, alkanolamines, alkoxyamines and polyvalent ethyleneamines; an amide-based compound selected from N-alkylamide, N-alkyl acetamide, and alkylimide; and isocyanate-based compounds selected from alkyl isocyanates and the like; It may be one or more selected from.

상기 아민계 화합물의 비한정적인 일예로, 메틸아민, 에틸아민, 프로필아민, 부틸아민, 펜틸아민, 헥실아민, 헵틸아민, 옥틸아민, 노닐아민 등의 1차 알킬아민; 디메틸아민, 디에틸아민, 디프로필아민, 디부틸아민, 메틸에틸아민, 메틸프로필아민, 메틸부틸아민 등의 2차 알킬아민; 트리메틸아민, 트리에틸아민, 트리프로필아민, 트리부틸아민, 트리펜틸아민, 디메틸에틸아민, 메틸디에틸아민, 메틸디프로필아민 등의 3차 알킬아민; 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 모노프로판올아민, 아미노에탄올, 에틸아미노에탄올, 메틸아미노에탄올, 메틸디에탄올아민, 디메틸에탄올아민, 디에틸아미노에탄올, 아미노에틸아미노에탄올, 아미노프로판올, 아미노부탄올, 디부탄올아민 등의 알칸올아민; 2-메톡시에틸아민, 3-메톡시프로필아민, (부톡시메틸)디에틸아민, (메톡시메틸)디에틸아민, (메톡시메틸)디메틸아민, (부톡시메틸)디메틸아민, (이소부톡시메틸)디메틸아민, (메톡시메틸)디에탄올아민, (히드록시에틸옥시메틸)디에틸아민, 메틸(메톡시메틸)아미노에탄, 메틸(메톡시메틸)디에탄올아민, (히드록시에틸옥시메틸)디에틸아민, 메틸(메톡시메틸)아미노에탄, 메틸(메톡시메틸)아미노에탄올, 메틸(부톡시메틸)아미노에탄올, (아미노에톡시)에탄올 등의 알콕시아민; 및 에틸렌디아민, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라아민, 테트라에틸렌펜타아민 등 다가에틸렌 아민; 등을 들 수 있으나 이에 한정되지 않는다. Non-limiting examples of the amine-based compound include primary alkylamines such as methylamine, ethylamine, propylamine, butylamine, pentylamine, hexylamine, heptylamine, octylamine, and nonylamine; secondary alkylamines such as dimethylamine, diethylamine, dipropylamine, dibutylamine, methylethylamine, methylpropylamine, and methylbutylamine; tertiary alkylamines such as trimethylamine, triethylamine, tripropylamine, tributylamine, tripentylamine, dimethylethylamine, methyldiethylamine, and methyldipropylamine; Monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, monopropanolamine, aminoethanol, ethylaminoethanol, methylaminoethanol, methyldiethanolamine, dimethylethanolamine, diethylaminoethanol, aminoethylaminoethanol, aminopropanol, aminobutanol , alkanolamines such as dibutanolamine; 2-Methoxyethylamine, 3-methoxypropylamine, (butoxymethyl)diethylamine, (methoxymethyl)diethylamine, (methoxymethyl)dimethylamine, (butoxymethyl)dimethylamine, (isobu Toxymethyl) dimethylamine, (methoxymethyl) diethanolamine, (hydroxyethyloxymethyl) diethylamine, methyl (methoxymethyl) aminoethane, methyl (methoxymethyl) diethanolamine, (hydroxyethyloxy alkoxyamines such as methyl)diethylamine, methyl(methoxymethyl)aminoethane, methyl(methoxymethyl)aminoethanol, methyl(butoxymethyl)aminoethanol, and (aminoethoxy)ethanol; and polyvalent ethylene amines such as ethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetraamine and tetraethylenepentaamine; and the like, but is not limited thereto.

상기 아미드계 화합물의 비한정적인 일예로, N-메틸포름아미드, N-에틸포름아미드, N-프로필포름아미드, N-부틸포름아미드, N-펜틸포름아미드, N-헥실포름아미드, N-헵틸포름아미드, N-옥틸포름아미드, N-노닐포름아미드, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디에틸포름아미드 등의 N-알킬 포름아미드; N-메틸아세트아미드, N,N-디메틸아세트아미드 등의 N-알킬 아세트아미드; 및 프로판아미드, 부탄아미드, 펜탄아미드, 헥산아미드, 헵탄아미드, 옥탄아미드, 노난아미드 등의 알칸아미드; 등을 들 수 있으나 이에 한정되지 않는다. Non-limiting examples of the amide compound include N-methylformamide, N-ethylformamide, N-propylformamide, N-butylformamide, N-pentylformamide, N-hexylformamide, N-heptyl N-alkyl formamides such as formamide, N-octylformamide, N-nonylformamide, N,N-dimethylformamide, and N,N-diethylformamide; N-alkyl acetamides such as N-methylacetamide and N,N-dimethylacetamide; and alkanamides such as propanamide, butanamide, pentanamide, hexanamide, heptanamide, octanamide, and nonanamide; and the like, but is not limited thereto.

상기 우레아계 화합물은 우레아(urea, CH4N2O); 및 N,N-다이메틸우레아, N,N-다이에틸우레아, N,N,N',N'-테트라메틸우레아, N,N,N',N'-테트라에틸우레아 등의 알킬우레아; 등을 들 수 있으나 이에 한정되지 않는다.The urea-based compound is urea (urea, CH 4 N 2 O); and alkylureas such as N,N-dimethylurea, N,N-diethylurea, N,N,N',N'-tetramethylurea, N,N,N',N'-tetraethylurea; and the like, but is not limited thereto.

상기 이소시아네이트계 화합물의 비한정적인 일예로, 메틸이소시아네이트, 에틸이소시아네이트, 프로필이소시아네이트, 부틸이소시아네이트, 펜틸이소시아네이트, 헥실이소시아네이트, 헵틸이소시아네이트, 옥틸이소시아네이트, 노닐이소시아네이트 등의 알킬이소시아네이트를 들 수 있으나 이에 한정되지 않는다. Non-limiting examples of the isocyanate-based compound include, but are not limited to, alkyl isocyanates such as methyl isocyanate, ethyl isocyanate, propyl isocyanate, butyl isocyanate, pentyl isocyanate, hexyl isocyanate, heptyl isocyanate, octyl isocyanate, and nonyl isocyanate.

본 발명의 일 실시예에 따른 식각 조성물은 상술된 조성비로 혼합됨에 따라 처리 시간이 증가함에도 불구하고, 실리콘 질화막에 대한 식각 속도 및 식각 선택비를 일정하게 유지시킬 수 있다. 더욱이, 식각 공정 후 발생되는 파티클을 최소화 할 수 있다. 이와 같은 효과는 실리콘 질화막의 식각시 생성되는 Si(OH)4를 함질소 식각 안정제가 수소 결합 등의 극성 결합을 통해 안정화시키기 때문으로 예상된다.The etching composition according to an embodiment of the present invention may maintain a constant etch rate and etch selectivity for the silicon nitride layer despite an increase in processing time as the composition ratio is mixed as described above. Moreover, it is possible to minimize particles generated after the etching process. This effect is expected because the nitrogen-containing etch stabilizer stabilizes Si(OH) 4 generated during etching of the silicon nitride layer through polar bonding such as hydrogen bonding.

본 발명의 일 실시예에 따른 식각 조성물에 포함되는 인산은 조성물 내에 수소 이온을 제공하며, 고온의 공정 조건을 유지할 수 있게 하여 실리콘 질화막을 선택적으로 식각하는 역할을 한다.Phosphoric acid included in the etching composition according to an embodiment of the present invention serves to selectively etch the silicon nitride layer by providing hydrogen ions in the composition and maintaining high-temperature process conditions.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 식각 조성물은 물을 잔량 포함할 수 있으며, 상기 물은 특별히 한정되는 것은 아니며, 탈이온수인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 반도체 공정용 탈이온수로서 비저항값이 18㏁·cm 이상인 것이 좋다.In addition, the etching composition according to an embodiment of the present invention may include a residual amount of water, and the water is not particularly limited, and is preferably deionized water, more preferably deionized water for semiconductor processing, and has a specific resistance value of 18 It is better to be more than ㏁·cm.

일 구체예로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 식각 조성물은 조성물 총 중량을 기준으로 바람직하게 50 내지 95 중량%의 인산, 0.05 내지 10 중량%의 함질소 식각 안정제 및 잔량의 물을 포함할 수 있다. 이와 같은 범위에서 식각 공정에서의 안정성이 유지되며 파티클의 발생을 효과적으로 방지할 수 있다.In one embodiment, the etching composition according to an embodiment of the present invention may include preferably 50 to 95% by weight of phosphoric acid, 0.05 to 10% by weight of a nitrogen-containing etch stabilizer, and the remaining amount of water based on the total weight of the composition. there is. In this range, stability in the etching process is maintained and generation of particles can be effectively prevented.

일 구체예로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 식각 조성물은 조성물 총 중량을 기준으로 보다 바람직하게 70 내지 95 중량%의 인산, 0.05 내지 3 중량%의 함질소 식각 안정제 및 잔량의 물을 포함할 수 있다. 이와 같은 범위에서 140 ℃ 이상의 고온 식각 공정에서의 안정성이 유지되어 파티클의 발생을 효과적으로 방지함은 물론 반복적인 식각 공정을 수행함에도 불구하고 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막에 대한 식각 속도를 일정하게 유지시킬 수 있다. In one embodiment, the etching composition according to an embodiment of the present invention, based on the total weight of the composition, more preferably 70 to 95% by weight of phosphoric acid, 0.05 to 3% by weight of a nitrogen-containing etch stabilizer, and the remaining amount of water. can In this range, stability in a high-temperature etching process of 140 ° C. or higher is maintained to effectively prevent the generation of particles, and the etching rate for the silicon oxide film and the silicon nitride film can be kept constant despite repeated etching processes. .

본 발명의 일 실시예에 따른 식각 조성물은 실리콘 질화막에 대한 식각 속도가 30 내지 100 Å/min 일 수 있으며, 좋게는 40 내지 100 Å/min, 보다 좋게는 50 내지 100 Å/min일 수 있다. In the etching composition according to an embodiment of the present invention, the etching rate for the silicon nitride layer may be 30 to 100 Å/min, preferably 40 to 100 Å/min, more preferably 50 to 100 Å/min.

본 발명의 일 실시예에 따른 식각 조성물은 실리콘 산화막 대비 실리콘 질화막에 대한 식각 선택비(ESiNx / ESiO2)가 3.0 이상으로, 반복적인 식각 공정 후에도 하기 관계식 1 및 2의 식각 속도 감소율을 만족하는 것 일 수 있다.The etching composition according to an embodiment of the present invention has an etch selectivity ratio (E SiNx / E SiO2 ) for a silicon nitride film to a silicon oxide film of 3.0 or more, which satisfies the etch rate reduction rate of the following Relations 1 and 2 even after repeated etching processes. can be one

[관계식 1][Relational Expression 1]

△ERDSiNx ≤ 5%△ERD SiNx ≤ 5%

[관계식 2][Relational Expression 2]

△ERDSiO2 ≤ 5%△ERD SiO2 ≤ 5%

[관계식 1 및 2에서, [In Relations 1 and 2,

△ERDSiNx은 실리콘 질화막에 대한 초기 식각 속도 대비 식각 속도 감소율이고; ΔERD SiNx is an etch rate decrease rate compared to the initial etch rate for the silicon nitride film;

△ERDSiO2은 실리콘 산화막에 대한 초기 식각 속도 대비 식각 속도 감소율이다.]ΔERD SiO2 is the rate of decrease in the etch rate compared to the initial etch rate for the silicon oxide layer.]

이때, 상기 식각 속도 감소율은 동일한 식각 조성물을 이용하여 동일한 식각 공정을 2회 이상 반복 수행하는 경우, 초기 식각 속도 대비 식각 속도의 변화율을 의미한다. 이때, 상기 식각 조성물을 이용한 식각은 157 ℃하에서 10분간 식각 대상 물질을 침지하는 조건에서 수행되는 것일 수 있다.In this case, when the same etching process is repeatedly performed two or more times using the same etching composition, the reduction rate of the etching rate means a change rate of the etching rate compared to the initial etching rate. In this case, the etching using the etching composition may be performed under the condition of immersing the material to be etched at 157° C. for 10 minutes.

일 구체예로서, 알킬아민, 알칸올아민, 알콕시아민, 다가에틸렌아민, N-알킬아미드, N-알킬 아세트아미드, 알킬이미드, 알킬 이소시아네이트 등에서 선택되는 함질소 식각 안정제를 사용하는 경우, 실리콘 질화막에 대한 식각 속도 감소율을 3% 이하로 현저하게 줄일 수 있어 바람직하다.In one embodiment, when a nitrogen-containing etch stabilizer selected from alkylamine, alkanolamine, alkoxyamine, polyvalent ethyleneamine, N-alkylamide, N-alkyl acetamide, alkylimide, alkyl isocyanate, etc. is used, the silicon nitride film It is preferable because the reduction rate of the etch rate can be remarkably reduced to 3% or less.

본 발명의 일 실시예에 따른 식각 조성물은 실리콘 산화막 대비 실리콘 질화막의 식각 선택비(ESiNx / ESiO2)가 3.0 이상 일 수 있다. 좋게는 3.0 이상 500 이하, 보다 좋게는 4.0 이상 500이하, 특히 좋게는 5.0 이상 300이하일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. In the etching composition according to an embodiment of the present invention, the etching selectivity of the silicon nitride layer to the silicon oxide layer (E SiNx / E SiO2 ) may be 3.0 or more. Preferably 3.0 or more and 500 or less, more preferably 4.0 or more and 500 or less, and particularly preferably 5.0 or more and 300 or less, but is not limited thereto.

일 구체예로서, 상기 식각 조성물은 반복적인 식각 공정 후에도 식각 선택비의 변화가 0.5 이하인 것 일 수 있으며, 좋게는 0 내지 0.4 이하, 보다 좋게는 0 내지 0.3 이하일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. In one embodiment, the etching composition may have a change in etch selectivity of 0.5 or less even after repeated etching processes, preferably 0 to 0.4 or less, and more preferably 0 to 0.3 or less, but is not limited thereto.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 식각 조성물은 실리콘계 화합물을 더 포함함으로써, 실리콘 질화막에 대한 식각 선택비를 현저하게 향상시킬 수 있다. In addition, since the etching composition according to an embodiment of the present invention further includes a silicon-based compound, it is possible to remarkably improve the etch selectivity for the silicon nitride layer.

종래 불소계 화합물물 등을 사용함에 따라 실리콘 산화막 대비 실리콘 질화막에 대한 식각 선택비를 높이고자 하는 시도가 있었으나, 기판 표면에 파티클을 야기함은 물론 이들에 의해 식각 조성물의 식각능이 현저하게 줄어 수명이 저하되는 등의 문제점을 가졌다.Conventional attempts have been made to increase the etch selectivity of the silicon nitride film compared to the silicon oxide film by using a fluorine-based compound, but not only cause particles on the surface of the substrate, but also the etchability of the etching composition is significantly reduced and the lifespan is reduced. There were problems such as

본 발명에 따른 식각 조성물은 비불소계 식각 조성물이며, 인산 및 소정의 함질소 식각 안정제의 조합에 의해 식각능의 안정성이 확보되어, 추가의 첨가제에 의한 식각능 저하를 발생시키지 않음과 동시에 추가의 첨가제, 특히 실리콘계 화합물과의 조합에 따라 실리콘 산화막 대비 실리콘 질화막에 대한 식각 선택비를 획기적으로 높일 수 있음을 확인하였다. The etching composition according to the present invention is a non-fluorine-based etching composition, and the stability of the etching ability is secured by the combination of phosphoric acid and a predetermined nitrogen-containing etching stabilizer, and the etching ability does not decrease due to the additional additive and at the same time, additional additives , in particular, it was confirmed that the etching selectivity for the silicon nitride film compared to the silicon oxide film could be remarkably increased according to the combination with the silicon-based compound.

상기 실리콘계 화합물은 본 발명에 따른 식각 조성물의 식각능을 저하시키지 않는 다면 제한없이 사용될 수 있음은 물론이며, 일 구체예로 하기 화학식 1로 표시되는 것일 수 있다.Of course, the silicone-based compound may be used without limitation as long as it does not reduce the etching ability of the etching composition according to the present invention, and in one embodiment, it may be one represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Si(OR1)4 - n(R2)n Si(OR 1 ) 4 - n (R 2 ) n

[화학식 1에서, [In Formula 1,

R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 및 (C1-C3)알킬에서 선택되고;R 1 and R 2 are each independently selected from hydrogen and (C1-C3)alkyl;

n은0 내지 3의 정수이다.]n is an integer from 0 to 3.]

상기 실리콘계 화합물의 비한정적인 일예로 오쏘실리산(오쏘규산), 테트라메틸오쏘실리케이트, 테트라에틸오쏘실리케이트, 테트라프로필오쏘실리케이트 및 테트라이소프로필오쏘실리케이트 등을 들 수 있다. Non-limiting examples of the silicone-based compound include orthosilicic acid (orthosilicic acid), tetramethylorthosilicate, tetraethylorthosilicate, tetrapropylorthosilicate, and tetraisopropylorthosilicate.

이때, 상기 실리콘계 화합물은 조성물 총 중량을 기준으로 0.01 내지 5 중량%로 포함될 수 있으며, 좋게는 0.01 내지 3 중량%, 보다 좋게는 0.05 내지 1 중량%로 사용될 수 있다.In this case, the silicone-based compound may be included in an amount of 0.01 to 5% by weight based on the total weight of the composition, preferably 0.01 to 3% by weight, and more preferably 0.05 to 1% by weight.

요컨대, 본 발명의 일 실시예에 따른 식각 조성물에서 상기 인산은 주 에천트로 작용하며, 상술된 소정의 함질소 식각 안정제와 조합됨에 따라 실리콘 산화막 대비 실리콘 질화막을 선택적으로 식각 할 수 있음은 물론이고, 식각 조성물의 안정성을 현저하게 향상시킬 수 있다. 또한 장기간의 사용에도 불구하고, 실리콘 산화막 대비 실리콘 질화막에 대한 식각 선택비를 유지할 수 있어, 일정비율로 실리콘 질화막을 식각할 수 있다. In short, in the etching composition according to an embodiment of the present invention, the phosphoric acid acts as a main etchant, and as it is combined with the above-described predetermined nitrogen-containing etch stabilizer, it is possible to selectively etch the silicon nitride film compared to the silicon oxide film, of course, The stability of the etching composition may be remarkably improved. In addition, despite long-term use, the etch selectivity for the silicon nitride layer compared to the silicon oxide layer can be maintained, so that the silicon nitride layer can be etched at a certain ratio.

더불어, 본 발명의 일 실시예에 따른 식각 조성물은 식각시 발생하는 식각 잔사(예컨대, 파티클)를 최소화하여, 식각 불량을 효과적으로 방지할 수 있다. In addition, the etching composition according to an embodiment of the present invention can effectively prevent etching defects by minimizing etching residues (eg, particles) generated during etching.

본 발명의 일 실시예에 따른 식각 조성물은 당업계에서 통상적으로 사용되는 임의의 첨가제를 더 포함할 수 있음은 물론이다. 이때, 상기 임의의 첨가제는 킬레이트제, 산화 방지제, 식각 조절제, 유기용제 등에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.Of course, the etching composition according to an embodiment of the present invention may further include any additives commonly used in the art. In this case, the optional additive may be one or more selected from a chelating agent, an antioxidant, an etch control agent, an organic solvent, and the like.

본 발명은 상기 식각 조성물을 이용하여 실리콘 산화막 대비 실리콘 질화막을 선택적으로 식각하는 방법을 제공한다. 이때, 상기 식각하는 방법은 당업계에서 통상적으로 사용되는 방법에 따라 수행될 수 있다. The present invention provides a method of selectively etching a silicon nitride layer compared to a silicon oxide layer using the etching composition. In this case, the etching method may be performed according to a method commonly used in the art.

일 구체예로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 식각하는 방법은 기판 상에 실리콘 산화막을 증착하는 단계; 상기 실리콘 산화막 상에 실리콘 질화막을 증착하는 단계; 상기 실리콘 질화막 상에 포토레지스트 막을 형성한 후 패턴화하는 단계; 및 본 발명의 식각 조성물을 사용하여 상기 패턴화된 포토레지스트 막이 형성된 실리콘 질화막을 선택적으로 식각하는 단계;를 포함하는 것일 수 있다. In one embodiment, the etching method according to an embodiment of the present invention includes depositing a silicon oxide film on a substrate; depositing a silicon nitride film on the silicon oxide film; patterning after forming a photoresist film on the silicon nitride film; and selectively etching the silicon nitride film on which the patterned photoresist film is formed using the etching composition of the present invention.

이때,상기 기판 상에 형성되는 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 포토레지스트 막 등은 각각 단일막, 이중막 또는 다중막(다층막)으로 형성될 수 있으며, 이중막 또는 다중막일 경우 그 적층 순서가 특별히 한정되지 않는다. At this time, the silicon oxide film, silicon nitride film, photoresist film, etc. formed on the substrate may each be formed as a single film, a double film, or a multi-layer (multi-layer film), and in the case of a double film or a multi-layer, the stacking order is not particularly limited. does not

또한 상기 기판은 실리콘, 석영, 유리, 실리콘 웨이퍼, 고분자, 금속 및 금속 산화물 등을 사용할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 상기 고분자 기판은 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 폴리카보네이트(Polycarbonate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylene naphthalate), 환상올레핀 폴리머(cycloolefin polymer) 등과 같은 필름 기판을 이용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. In addition, as the substrate, silicon, quartz, glass, a silicon wafer, a polymer, a metal, a metal oxide, etc. may be used, but the present invention is not limited thereto. As the polymer substrate, a film substrate such as polyethylene terephthalate, polycarbonate, polyimide, polyethylene naphthalate, cycloolefin polymer, etc. may be used, but limited thereto doesn't happen

본 발명의 일 실시예에 따른 식각하는 방법은 상기 실리콘 질화막을 상기 실리콘 산화막 보다 빠르게 식각하여, 실리콘 질화막을 선택적으로 식각 할 수 있다. 또한 실리콘 산화막이 불필요하게 제거되거나 손상되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.The etching method according to an embodiment of the present invention may selectively etch the silicon nitride layer by etching the silicon nitride layer faster than the silicon oxide layer. In addition, it is possible to effectively prevent the silicon oxide film from being unnecessarily removed or damaged.

본 발명에서 실리콘 질화막이라 함은 SiN, SiON, doped SiN 막 등을 포함하는 개념으로서 게이트 전극 등의 형성 시 절연막으로 많이 사용되는 막질을 의미한다.In the present invention, the silicon nitride film is a concept including SiN, SiON, doped SiN film, and the like, and means a film quality that is often used as an insulating film when forming a gate electrode.

또한 본 발명에서 실리콘 산화막은 당업계에서 통상적으로 사용되는 실리콘 산화막이라면 제한되지 않으나, 일예로 SOD(Spin On Dielectric)막, HDP(High Density Plasma)막, 열산화막 (thermal oxide), BPSG(Borophosphate Silicate Glass)막, PSG(Phospho Silicate Glass)막, BSG(Boro Silicate Glass)막, PSZ(Polysilazane)막, FSG(Fluorinated Silicate Glass)막, LPTEOS(Low Pressure Tetra Ethyl Ortho Silicate)막, PETEOS(Plasma Enhanced Tetra Ethyl Ortho Silicate)막, HTO(High Temperature Oxide)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), O3-TEOS(O3-Tetra Ethyl Ortho Silicate)막 등을 들 수 있다. In addition, the silicon oxide film in the present invention is not limited as long as it is a silicon oxide film commonly used in the art, but for example, a Spin On Dielectric (SOD) film, a High Density Plasma (HDP) film, a thermal oxide film, or a borophosphate silicate (BPSG) film. Glass) film, PSG (Phospho Silicate Glass) film, BSG (Boro Silicate Glass) film, PSZ (Polysilazane) film, FSG (Fluorinated Silicate Glass) film, LPTEOS (Low Pressure Tetra Ethyl Ortho Silicate) film, PETEOS (Plasma Enhanced Tetra) film Ethyl Ortho Silicate) Film, HTO (High Temperature Oxide) Film, MTO (Medium Temperature Oxide) Film, USG (Undoped Silicate Glass) Film, SOG (Spin On Glass) Film, APL (Advanced Planarization Layer) Film, ALD (Atomic Layer) Film Deposition) film, PE-Plasma Enhanced oxide film, O3-TEOS (O3-Tetra Ethyl Ortho Silicate) film, etc. are mentioned.

이때, 상기 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막은 목적에 따라 다양한 두께로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막은 각각 독립적으로 100 내지 3,000Å의 두께로 형성될 수 있나 이에 한정되는 것은 아니다.In this case, the silicon oxide film or the silicon nitride film may be formed in various thicknesses depending on the purpose. For example, the silicon oxide film or the silicon nitride film may be independently formed to have a thickness of 100 to 3,000 Å, but is not limited thereto.

또한 본 발명에 따른 식각 조성물을 이용하여 실리콘 질화막을 선택적으로 식각하는 방법은 당업계에서 통상적으로 사용되는 방법에 따라 수행될 수 있으며, 일예로 침지시키는 방법, 분사(spray)하는 방법 등을 들 수 있다. 이때, 상기 식각하는 방법은 100 ℃ 이상의 공정 온도에서 수행될 수 있으며, 좋게는 100 내지 500 ℃, 보다 좋게는 100 내지 300 ℃의 공정 온도에서 수행 될 수 있으며, 적정 온도는 다른 공정과 기타 요인을 고려하여 필요에 따라 변경될 수 있음은 물론이다.In addition, the method of selectively etching the silicon nitride layer using the etching composition according to the present invention may be performed according to a method commonly used in the art, and examples include a method of immersion, a method of spraying, etc. there is. At this time, the etching method may be carried out at a process temperature of 100 ° C. or higher, preferably at 100 to 500 ° C., more preferably at a process temperature of 100 to 300 ° C. The appropriate temperature is different from other processes and other factors. Of course, it may be changed according to need in consideration.

또한 본 발명은 상술된 식각하는 방법을 포함하는 반도체 소자의 제조 방법을 제공한다. The present invention also provides a method of manufacturing a semiconductor device including the above-described etching method.

본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법에 따르면, 실리콘 산화막과 실리콘 질화막이 교대로 적층되거나 혼재되어 있는 경우 실리콘 질화막에 대한 선택적 식각이 가능하며, 실리콘 산화막의 손상을 효과적으로 억제함으로써, 식각에 의한 실리콘 산화막의 데미지를 최소화 한다. According to the method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, when the silicon oxide film and the silicon nitride film are alternately stacked or mixed, selective etching of the silicon nitride film is possible, and by effectively suppressing damage to the silicon oxide film, the etching Minimize the damage to the silicon oxide film by

또한 종래 식각 공정에서 문제가 되었던 잔사 발생을 효과적으로 방지하여, 공정의 안정성 및 신뢰성을 확보할 수 있다.In addition, it is possible to effectively prevent the generation of residues, which has been a problem in the conventional etching process, thereby securing the stability and reliability of the process.

따라서, 본 발명에 따른 식각하는 방법은 실리콘 질화막을 실리콘 산화막 대비 선택적으로 제거 가능하며, 처리 시간이 증가함에도 불구하고 식각 속도 및 식각 선택비를 일정하게 유지할 수 있어, 실리콘 질화막의 선택적 식각이 필요한 공정에 효율적으로 적용될 수 있다.Therefore, in the etching method according to the present invention, the silicon nitride film can be selectively removed compared to the silicon oxide film, and the etching rate and the etching selectivity can be kept constant despite the increase in processing time, so a process requiring selective etching of the silicon nitride film can be effectively applied to

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 하기의 실시예는 본 발명의 범위 내에서 당업자에 의해 적절히 수정, 변경될 수 있음은 물론이다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, the following examples are provided to explain the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited by the following examples. Of course, the following examples can be appropriately modified and changed by those skilled in the art within the scope of the present invention.

또한, 본 발명에서 달리 언급하지 않는 한 온도는 모두 ℃ 단위이고, 사용된 조성물의 사용량은 중량%의 단위이다.In the present invention, unless otherwise stated, all temperatures are in °C, and the amount of the composition used is in units of weight %.

(실험예 1)실리콘 질화막 및 실리콘 산화막의 식각량 및 식각 속도의 측정(Experimental Example 1) Measurement of etch rate and etching rate of silicon nitride film and silicon oxide film

하기 실시예 및 비교예에서 제조된 식각 조성물의 식각 성능을 알아보기 위하여 CVD 방법을 이용하여 반도체 제조 과정과 동일하게 증착하여 실리콘 질화막(SiN막) 웨이퍼 및 실리콘 산화막(LPTEOS막) 웨이퍼를 각각 준비하였다.In order to examine the etching performance of the etching compositions prepared in the following Examples and Comparative Examples, a silicon nitride film (SiN film) wafer and a silicon oxide film (LPTEOS film) wafer were prepared by depositing in the same manner as in the semiconductor manufacturing process using the CVD method. .

식각을 시작하기 전, 박막 두께 측정 장비인 엘립소미터(Ellipsometer, NANO VIEW, SEMG-1000)를 이용하여 식각 전의 두께를 측정하였다. 석영 재질의 배쓰(bath)내에서 식각 온도 157℃로 유지되고 있는 실리콘 질화막 식각액(실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 4)에 웨이퍼를 각 10분씩 담궈 식각 공정을 진행하였다. 식각이 완료된 후에 초순수로 세정한 후 건조 장치를 이용하여 잔여 식각액 및 수분을 완전히 건조시켰다. 또한 상기 방법을 1 배치로 하여 약액 교환없이 10배치를 수행하여 평가하였다.Before etching, the thickness before etching was measured using an ellipsometer (Ellipsometer, NANO VIEW, SEMG-1000), which is a thin film thickness measuring device. The etching process was performed by immersing the wafer in a silicon nitride etchant (Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 4) maintained at an etching temperature of 157° C. in a quartz bath for 10 minutes each. After the etching was completed, it was washed with ultrapure water and then the remaining etchant and moisture were completely dried using a drying device. In addition, the method was evaluated by performing 10 batches without changing the chemical solution using 1 batch.

이때, 식각 속도는 엘립소미터(Ellipsometer, J.A WOOLLAM社, M-2000U)를 이용하여 식각 전의 두께와 식각 후의 두께의 차이를 식각 시간(분)으로 나누어 산출하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 기재하였다.At this time, the etching rate was calculated by dividing the difference between the thickness before etching and the thickness after etching by the etching time (minutes) using an ellipsometer (Ellipsometer, J.A WOOLLAM, M-2000U), and the results are described in Table 2 below. did

(실험예 2) 실리콘 산화막에 대한 실리콘 질화막의 선택적 식각 평가(Experimental Example 2) Evaluation of selective etching of silicon nitride film to silicon oxide film

실리콘 질화막의 식각 속도와 실리콘 산화막의 식각 속도의 비에 의해 식각 선택비(실리콘 질화막의 식각 속도/실리콘 산화막의 식각 속도)를 계산하여 하기 표 2에 기재하였다.The etching selectivity (etch rate of silicon nitride film/etch rate of silicon oxide film) was calculated based on the ratio of the etching rate of the silicon nitride film and the etching rate of the silicon oxide film, and is shown in Table 2 below.

(실험예 3) 파티클 발생 정도 평가(Experimental Example 3) Evaluation of particle generation

하기 실시예 및 비교예에서 식각된 실리콘 산화막의 표면을 전자 주사 현미경(SEM)으로 측정하여 파티클의 발생 여부를 검사하여 하기 표 2에 기재하였다.The surface of the silicon oxide film etched in the following Examples and Comparative Examples was measured with a scanning electron microscope (SEM) to examine whether or not particles were generated, and it is shown in Table 2 below.

(실시예 1 내지 9 및 비교예 1 내지 5)(Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 5)

하기 표 1에 기재된 조성비로 혼합한 후 상온에서 5분간 500rpm의 속도로 교반하여 실리콘 질화막 식각 조성물을 제조하였다. 물의 함량은 조성물 총 중량이 100 중량%가 되도록 하는 잔량으로 하였다. After mixing in the composition ratio shown in Table 1 below, the mixture was stirred at a speed of 500 rpm at room temperature for 5 minutes to prepare a silicon nitride etching composition. The content of water was set as the remaining amount such that the total weight of the composition was 100% by weight.

Figure 112017042786986-pat00001
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Figure 112017042786986-pat00002
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Figure 112017042786986-pat00003
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Figure 112017042786986-pat00004
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Figure 112017042786986-pat00005
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상기 표 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 식각 조성물은 실리콘 산화막 대비 실리콘 질화막에 대한 선택비가 우수할 뿐 아니라 식각 공정을 반복 수행하는 동안에도 이의 식각능(예컨대, 실리콘 질화막에 대한 식각 속도 및 식각 선택비 등)의 변화를 거의 보이지 않음을 알 수 있다. As shown in Table 2, the etching composition according to the present invention has excellent selectivity for the silicon nitride film compared to the silicon oxide film, and its etchability (eg, the etching rate for the silicon nitride film and It can be seen that there is almost no change in etching selectivity, etc.).

또한 본 발명에 따른 식각 조성물은 지방족 치환기를 가지는 함질소 식각 안정제를 채용하는 경우, 보다 우수한 식각능을 구현할 수 있음을 확인하였으며, 추가적으로 실리콘계 화합물을 더 포함함에 따라, 식각능의 저하없이 실리콘 산화막 대비 실리콘 질화막의 식각 선택비를 현저하게 향상시킬 수 있음을 확인하였다. 또한 본 발명에 따른 식각 조성물은 식각 공정 후 기판에 파티클 등의 문제를 발생시키지 않아, 제작된 반도체 소자의 불량율을 최소화 할 수 있다.In addition, it was confirmed that, when the etching composition according to the present invention employs a nitrogen-containing etching stabilizer having an aliphatic substituent, it was confirmed that better etching ability could be realized. It was confirmed that the etch selectivity of the silicon nitride film could be remarkably improved. In addition, since the etching composition according to the present invention does not cause problems such as particles on the substrate after the etching process, it is possible to minimize the defect rate of the manufactured semiconductor device.

또한 비교예 1 내지 4의 경우, 파티클이 발생되어 실리콘 질화막을 식각하는데 부적합하였다. 또한 비교예 5의 경우, 파티클 발생은 관찰되지 않았으나 고온 공정의 수행이 불가하여 실리콘 질화막에 대한 식각 속도가 현저하게 낮음을 확인할 수 있었다.In addition, in the case of Comparative Examples 1 to 4, particles were generated, which was not suitable for etching the silicon nitride layer. In addition, in the case of Comparative Example 5, particle generation was not observed, but it was confirmed that the etching rate for the silicon nitride layer was remarkably low because the high-temperature process could not be performed.

요컨대, 본 발명에 따른 식각 조성물은 소정의 함질소 식각 안정제를 인산과 조합함에 따라 실리콘 질화막을 선택적으로 식각 가능케함은 물론 장기간의 사용에도 불구하고, 초기의 식각능을 유지함으로써 생산 효율을 현저하게 높일 수 있다. 또한 식각 공정시 실리콘 산화막의 막질 손상을 최소화함과 동시에 파티클 발생을 효과적으로 방지할 수 있어 고품질의 반도체 소자를 제공할 수 있다.In short, the etching composition according to the present invention enables selective etching of the silicon nitride film by combining a predetermined nitrogen-containing etching stabilizer with phosphoric acid, as well as maintaining the initial etching ability despite long-term use, thereby significantly improving production efficiency can be raised In addition, it is possible to provide a high-quality semiconductor device by minimizing damage to the film quality of the silicon oxide film during the etching process and at the same time effectively preventing the generation of particles.

상기 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.The present invention is not limited by the above-described embodiments and the accompanying drawings, and it is common in the art to which the present invention pertains that various substitutions, modifications and changes are possible without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those who have knowledge.

Claims (10)

조성물 총 중량을 기준으로 30 내지 95 중량%의 인산, 0.005 내지 10 중량%의 함질소 식각 안정제 및 잔량의 물을 포함하며,
상기 함질소 식각 안정제는 알칸올아민, 알콕시아민 및 다가에틸렌아민에서 선택되는 아민계 화합물; N-알킬아미드, N-알킬 아세트아미드 및 알킬이미드에서 선택되는 아미드계 화합물; 우레아 및 알킬우레아에서 선택되는 우레아계 화합물; 및 알킬이소시아네이트에서 선택되는 이소시아네이트계 화합물; 에서 선택되는 하나 이상인, 실리콘 산화막 대비 실리콘 질화막을 선택적으로 식각하기 위한 식각 조성물.
30 to 95% by weight of phosphoric acid, 0.005 to 10% by weight of a nitrogen-containing etch stabilizer, and the balance of water, based on the total weight of the composition;
The nitrogen-containing etching stabilizer is an amine-based compound selected from alkanolamine, alkoxyamine, and polyvalent ethyleneamine; an amide compound selected from N-alkylamide, N-alkyl acetamide and alkylimide; a urea-based compound selected from urea and alkylurea; And an isocyanate-based compound selected from alkyl isocyanate; One or more selected from, an etching composition for selectively etching a silicon nitride layer compared to a silicon oxide layer.
삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
반복적인 식각 공정 후의 식각 속도 감소율은 하기 관계식 1 및 2를 만족하는 것인 식각 조성물.
[관계식 1]
△ERDSiNx ≤ 5%
[관계식 2]
△ERDSiO2 ≤ 5%
[관계식 1 및 2에서,
△ERDSiNx은 실리콘 질화막에 대한 초기 식각 속도 대비 식각 속도 감소율이고;
△ERDSiO2은 실리콘 산화막에 대한 초기 식각 속도 대비 식각 속도 감소율이다.]
The method of claim 1,
An etching composition that satisfies the following Relations 1 and 2, wherein the reduction rate of the etching rate after the repeated etching process is performed.
[Relational Expression 1]
△ERD SiNx ≤ 5%
[Relational Expression 2]
△ERD SiO2 ≤ 5%
[In Relations 1 and 2,
ΔERD SiNx is an etch rate decrease rate compared to the initial etch rate for the silicon nitride film;
ΔERD SiO2 is the rate of decrease in the etch rate compared to the initial etch rate for the silicon oxide layer.]
제 1항에 있어서,
하기 관계식 3의 식각 선택비를 만족하는 것인 식각 조성물.
[관계식 3]
3.0 ≤ ESiNx / ESiO2
[관계식 3에서,
ESiNx은 실리콘 질화막에 대한 식각 속도이고;
ESiO2은 실리콘 산화막에 대한 식각 속도이다.]
The method of claim 1,
An etching composition that satisfies the etching selectivity of the following Relational Equation 3.
[Relational Expression 3]
3.0 ≤ E SiNx / E SiO2
[In Relation 3,
E SiNx is the etch rate for the silicon nitride film;
E SiO2 is the etch rate for the silicon oxide film.]
제 5항에 있어서,
반복적인 식각 공정 후에도 식각 선택비의 변화가 0.5 이하인 식각 조성물.
6. The method of claim 5,
An etching composition having a change in the etching selectivity of 0.5 or less even after repeated etching processes.
제 6항에 있어서
상기 실리콘 질화막에 대한 식각 속도는 30 내지 100 Å/min인 식각 조성물.
7. The method of claim 6
An etching rate of 30 to 100 Å/min for the silicon nitride layer is an etching composition.
제 1항에 있어서,
실리콘계 화합물을 더 포함하는 식각 조성물.
The method of claim 1,
Etching composition further comprising a silicon-based compound.
제 8항에 있어서,
상기 실리콘계 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 것인 식각 조성물.
[화학식 1]
Si(OR1)4-n(R2)n
[화학식 1에서,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 및 (C1-C3)알킬에서 선택되고;
n은0 내지 3의 정수이다.]
9. The method of claim 8,
The silicon-based compound is an etching composition represented by the following formula (1).
[Formula 1]
Si(OR 1 ) 4-n (R 2 ) n
[In Formula 1,
R 1 and R 2 are each independently selected from hydrogen and (C1-C3)alkyl;
n is an integer from 0 to 3.]
제 1항에 있어서,
100 ℃ 이상의 고온 식각을 위한 식각 조성물.
The method of claim 1,
Etching composition for high temperature etching of 100 ℃ or more.
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