KR20200072028A - Etching solution for silicon substrate and method for preparing semiconductor device using the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a silicon substrate etching solution and, more specifically, to a silicon substrate etching solution capable of improving etching selectivity of a silicon nitride film compared to a silicon oxide film when etching the silicon nitride film by adjusting the concentration of a silane compound (eg, silicic acid) in the silicon substrate etching solution.

Description

실리콘 기판 식각 용액 및 이를 사용한 반도체 소자의 제조 방법{ETCHING SOLUTION FOR SILICON SUBSTRATE AND METHOD FOR PREPARING SEMICONDUCTOR DEVICE USING THE SAME}Silicon substrate etching solution and manufacturing method of semiconductor device using the same{ETCHING SOLUTION FOR SILICON SUBSTRATE AND METHOD FOR PREPARING SEMICONDUCTOR DEVICE USING THE SAME}

본 발명은 실리콘 기판 식각 용액 이를 사용한 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 실리콘 기판 식각 용액 중 실란 화합물(예를 들어, 실릭산)의 농도를 조절함으로써 실리콘 질화막의 식각시 실리콘 산화막 대비 실리콘 질화막에 대한 식각 선택비를 향상시키는 것이 가능한 실리콘 기판 식각 용액 및 이를 사용하여 수행되는 식각 공정을 포함하는 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device using the silicon substrate etching solution, and more specifically, by controlling the concentration of a silane compound (eg, silicic acid) in the silicon substrate etching solution, compared to a silicon oxide film when etching the silicon nitride film A silicon substrate etching solution capable of improving an etch selectivity to a silicon nitride film and a method of manufacturing a semiconductor device including an etching process performed using the same.

현재 실리콘 질화막과 실리콘 산화막을 식각하는 방법으로는 여러가지가 있는데 건식 식각법과 습식 식각법이 주로 사용되는 방법이다.At present, there are various methods of etching the silicon nitride film and the silicon oxide film, and the dry etching method and the wet etching method are mainly used.

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.The dry etching method is an etching method using a gas, and has an advantage in that isotropy is superior to the wet etching method, but the wet etching method is widely used because it is much less expensive and more expensive than the wet etching method.

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 산화막의 식각 속도를 더욱 낮출 필요가 있다.In general, a method of using phosphoric acid as an etching solution is well known as a wet etching method. At this time, if only pure phosphoric acid is used for etching the silicon nitride film, problems such as various defects and pattern abnormalities may occur due to the etching of the silicon nitride film as well as the silicon nitride film as the device becomes fine, so the etching rate of the silicon oxide film is etched. Needs to be lowered further.

본 발명은 실리콘 기판 식각 용액 중 실란 화합물(예를 들어, 실릭산)의 농도를 증가시켜 실리콘 산화막에 대한 식각 속도를 낮춰 실리콘 산화막 대비 실리콘 질화막에 대한 식각 선택비를 향상시키는 것이 가능한 실리콘 기판 식각 용액을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to increase the concentration of the silane compound (for example, silicic acid) in the silicon substrate etching solution to lower the etching rate for the silicon oxide film to improve the etching selectivity for the silicon nitride film compared to the silicon oxide film silicon substrate etching solution It aims to provide.

또한, 본 발명은 실리콘 산화막뿐만 아니라 실리콘 질화막에 대한 식각 속도까지 저하되거나 실리콘계 파티클이 생성되는 것을 방지할 수 있는 실리콘 기판 식각 용액을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a silicon substrate etching solution capable of preventing the silicon oxide film from being reduced to an etching rate with respect to the silicon nitride film or from forming silicon-based particles.

아울러, 본 발명은 상술한 실리콘 기판 식각 용액을 사용하여 수행되는 식각 공정을 포함하는 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device including an etching process performed using the above-described silicon substrate etching solution.

상술한 기술적 과제의 해결을 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면, 인산 수용액 및 하기의 화학식 1로 표시되는 실리콘 첨가제를 포함하는 실리콘 기판 식각 용액이 제공된다.In order to solve the above technical problem, according to an aspect of the present invention, a silicon substrate etching solution including an aqueous phosphoric acid solution and a silicone additive represented by Formula 1 below is provided.

[화학식 1] [Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, C1-C10 알킬, C6-C12 사이클로알킬, 적어도 하나의 헤테로 원자를 포함하는 C2-C10 헤테로알킬, C2-C10 알케닐, C2-C10 알키닐, C1-C10 할로알킬, C1-C10 아미노알킬, 아릴, 헤테로아릴, 아르알킬 및 하이드록시, 아미노, 할로겐, 설폰, 포스포닉, 포스포릭, 싸이올, 알콕시, 아마이드, 에스터, 산 무수물, 아실 할라이드, 시아노, 카복실 및 아졸로부터 선택되며, R1 내지 R4 중 적어도 하나는 헤테로아릴이다.Here, R 1 to R 4 are each independently hydrogen, C 1 -C 10 alkyl, C 6 -C 12 cycloalkyl, C 2 -C 10 heteroalkyl including at least one hetero atom, C 2 -C 10 al Kenyl, C 2 -C 10 alkynyl, C 1 -C 10 haloalkyl, C 1 -C 10 aminoalkyl, aryl, heteroaryl, aralkyl and hydroxy, amino, halogen, sulfone, phosphonic, phosphoric, cy All, alkoxy, amide, ester, acid anhydride, acyl halide, cyano, carboxyl and azole, and at least one of R 1 to R 4 is heteroaryl.

본 발명의 일 측면에 따른 실리콘 기판 식각 용액에서 사용되는 실리콘 첨가제의 25℃ 및 1bar에서 85% 인산 수용액에 대한 용해도는 100 ppm 이상인 것이 바람직하다.The solubility of the silicone additive used in the silicon substrate etching solution according to one aspect of the present invention in an aqueous solution of 85% phosphoric acid at 25°C and 1 bar is preferably 100 ppm or more.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상술한 실리콘 기판 식각 용액을 사용하여 수행되는 식각 공정을 포함하는 반도체 소자의 제조 방법이 제공된다.In addition, according to another aspect of the present invention, a method of manufacturing a semiconductor device including an etching process performed using the above-described silicon substrate etching solution is provided.

본 발명에서 사용되는 실리콘 첨가제는 실리콘 기판의 식각 조건에서 실리콘 기판 식각 용액 중 실란 화합물(예를 들어, 실릭산)의 농도를 증가시킴으로써 실리콘 산화막에 대한 식각 속도를 낮출 수 있다.The silicon additive used in the present invention can lower the etching rate for the silicon oxide film by increasing the concentration of the silane compound (eg, silicic acid) in the silicon substrate etching solution under the etching conditions of the silicon substrate.

이 때, 본원에서 사용되는 실리콘 첨가제는 실리콘 원자에 결합된 친수성의 헤테로아릴기를 포함함으로써 실리콘 기판 식각 용액에 대한 충분한 용해도를 확보할 수 있다.At this time, the silicone additive used herein can secure a sufficient solubility in the silicon substrate etching solution by including a hydrophilic heteroaryl group bonded to a silicon atom.

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.Advantages and features of the present invention, and a method of achieving them will be clarified with reference to embodiments described below. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, and only the present 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 completely inform the person having the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.

이하, 본 발명에 따른 실리콘 기판 식각 용액에 대하여 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, the silicon substrate etching solution according to the present invention will be described in detail.

본 발명의 일 측면에 따르면, 인산 수용액 및 하기의 화학식 1로 표시되는 실리콘 첨가제를 포함하는 실리콘 기판 식각 용액이 제공된다.According to an aspect of the present invention, a silicon substrate etching solution is provided that includes an aqueous phosphoric acid solution and a silicone additive represented by Formula 1 below.

본 발명에 따른 실리콘 기판 식각 용액의 식각 대상인 실리콘 기판은 적어도 실리콘 산화막(SiOx)을 포함하는 것이 바람직하며, 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막(SixNy, SIxOyNz)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.The silicon substrate to be etched of the silicon substrate etching solution according to the present invention preferably includes at least a silicon oxide film (SiO x ), and simultaneously includes a silicon oxide film and a silicon nitride film (Si x N y , SI x O y N z ). Can be. Also. In the case of a silicon substrate including a silicon oxide film and a silicon nitride film at the same time, the silicon oxide film and the silicon nitride film may be alternately stacked or stacked in different regions.

여기서, 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 (Boro Silicate Glass)막, PSZ (Polysilazane)막, FSG (Fluorinated Silicate Glass)막, LP-TEOS (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) 또는 O3-TEOS (O3-Tetra Ethyl Ortho Silicate) 등으로 언급될 수 있다.Here, the silicon oxide film is a SOD (Spin On Dielectric) film, a HDP (High Density Plasma) film, a thermal oxide film, a BPSG (Borophosphate Silicate Glass) film, a PSG (Phospho Silicate Glass) film, depending on the purpose and type of material. , BSG (Boro Silicate Glass) membrane, PSZ (Polysilazane) membrane, FSG (Fluorinated Silicate Glass) membrane, LP-TEOS (Low Pressure Tetra Ethyl Ortho Silicate) membrane, PETEOS (Plasma Enhanced Tetra Ethyl Ortho Silicate) membrane, HTO (High Temperature Oxide (MTO) film, MTO (Medium Temperature Oxide) film, USG (Undopped Silicate Glass) film, SOG (Spin On Glass) film, APL (Advanced Planarization Layer) film, ALD (Atomic Layer Deposition) film, PE-Oxide film (Plasma) Enhanced oxide) or O 3 -TEOS (O 3 -Tetra Ethyl Ortho Silicate).

여기서, 인산 수용액은 실리콘 질화막을 식각함과 동시에 식각 용액의 pH를 유지시켜 식각 용액 내 존재하는 다양한 형태의 실란 화합물이 실리콘계 파티클로 변화하는 것을 억제하는 성분이다.Here, the aqueous phosphoric acid solution is a component that inhibits the change of various types of silane compounds present in the etching solution into silicon-based particles by etching the silicon nitride film and maintaining the pH of the etching solution.

일 실시예에 있어서, 실리콘 기판 식각 용액 100 중량부에 대하여 인산 수용액은 60 내지 90 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.In one embodiment, the phosphoric acid aqueous solution is preferably included in 60 to 90 parts by weight based on 100 parts by weight of the silicon substrate etching solution.

실리콘 기판 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.When the content of the phosphoric acid aqueous solution is less than 60 parts by weight based on 100 parts by weight of the silicon substrate etching solution, the etching rate of the silicon nitride film is lowered, so that the silicon nitride film is not sufficiently etched or the process efficiency of etching the silicon nitride film may be deteriorated.

반면, 실리콘 기판 식각 용액 100 중량부에 대하여 인산 수용액의 함량이 90 중량부를 초과할 경우, 실리콘 질화막의 식각 속도가 과도하게 증가할 뿐만 아니라, 실리콘 산화막까지 빠르게 식각됨에 따라 실리콘 산화막 대비 실리콘 질화막에 대한 선택비가 저하될 수 있으며, 실리콘 산화막의 식각에 따른 실리콘 기판의 불량이 야기될 수 있다.On the other hand, when the content of the phosphoric acid aqueous solution exceeds 90 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the silicon substrate etching solution, the etching rate of the silicon nitride film is not only excessively increased, but also the silicon oxide film is rapidly etched, so that the silicon nitride film is compared to the silicon nitride film. The selectivity may be lowered, and defects in the silicon substrate due to etching of the silicon oxide film may be caused.

본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 기판 식각 용액은 실리콘 산화막 대비 실리콘 질화막에 대한 선택비를 높이기 위해 하기의 화학식 1로 표시되는 실리콘 첨가제를 포함할 수 있다. The silicon substrate etching solution according to an embodiment of the present invention may include a silicon additive represented by the following Chemical Formula 1 to increase the selectivity for the silicon nitride film compared to the silicon oxide film.

[화학식 1] [Formula 1]

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서, R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, C1-C10 알킬, C6-C12 사이클로알킬, 적어도 하나의 헤테로 원자를 포함하는 C2-C10 헤테로알킬, C2-C10 알케닐, C2-C10 알키닐, C1-C10 할로알킬, C1-C10 아미노알킬, 아릴, 헤테로아릴, 아르알킬 및 친수성 작용기로부터 선택된다.Here, R 1 to R 4 are each independently hydrogen, C 1 -C 10 alkyl, C 6 -C 12 cycloalkyl, C 2 -C 10 heteroalkyl including at least one hetero atom, C 2 -C 10 al Kenyl, C 2 -C 10 alkynyl, C 1 -C 10 haloalkyl, C 1 -C 10 aminoalkyl, aryl, heteroaryl, aralkyl and hydrophilic functional groups.

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, -CHX2 또는 -CX3)을 의미한다.Halogen herein means fluoro (-F), chloro (-Cl), bromo (-Br) or iodo (-I), haloalkyl means alkyl substituted with the aforementioned halogen. For example, halomethyl means methyl (-CH 2 X, -CHX 2 or -CX 3 ) in which at least one of the hydrogens of methyl is replaced by halogen.

또한, 본원에서 알콕시는 -O-(알킬)기와 -O-(비치환된 사이클로알킬)기 둘 다를 의미하는 것으로, 하나 이상의 에터기 및 1 내지 10 개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 또는 분쇄 탄화 수소이다.In addition, alkoxy as used herein means both an -O-(alkyl) group and an -O-(unsubstituted cycloalkyl) group, which is a straight chain or ground hydrocarbon having one or more ether groups and 1 to 10 carbon atoms.

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. Specifically, methoxy, ethoxy, propoxy, isopropoxy, n-butoxy, tert-butoxy, sec-butoxy, n-pentoxy, n-hexoxy, 1,2-dimethylbutoxy, Cyclopropyloxy, cyclobutyloxy, cyclopentyloxy, cyclohexyloxy, and the like, but is not limited thereto.

Ra (여기서, a는 1 내지 4로부터 선택되는 정수)가 알케닐 또는 알키닐일 때, 알케닐의 sp2-혼성 탄소 또는 알키닐의 sp-혼성 탄소가 직접적으로 결합되거나 알케닐의 sp2-혼성 탄소 또는 알키닐의 sp-혼성 탄소에 결합된 알킬의 sp3-혼성 탄소에 의해 간접적으로 결합된 형태일 수 있다.When R a (where a is an integer selected from 1 to 4) is alkenyl or alkynyl, sp 2 -mixed carbon of alkenyl or sp-mixed carbon of alkynyl is directly bonded or sp 2 -of alkenyl It may be in the form of indirectly bound by sp 3 -hybrid carbon of alkyl bound to sp-hybrid carbon of hybrid carbon or alkynyl.

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. C a -C b functional group as used herein refers to a functional group having a to b carbon atoms. For example, C a -C b alkyl means a saturated aliphatic group including straight-chain alkyl and pulverized alkyl having a to b carbon atoms. The straight chain or pulverized alkyl has 10 or fewer carbon atoms in its main chain (eg, C 1 -C 10 straight chain, C 3 -C 10 pulverized), preferably 4 or less, more preferably 3 or less carbon atoms Have

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.Specifically, alkyl is methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, n-butyl, s-butyl, i-butyl, t-butyl, pent-1-yl, pent-2-yl, pent-3-yl , 3-methylbut-1-yl, 3-methylbut-2-yl, 2-methylbut-2-yl, 2,2,2-trimethyleth-1-yl, n-hexyl, n-heptyl and n -It can be octyl.

본원에서 아릴은 달리 정의되지 않는 한, 단일 고리 또는 서로 접합 또는 공유결합으로 연결된 다중 고리(바람직하게는 1 내지 4개의 고리)를 포함하는 불포화 방향족성 고리를 의미한다. 아릴의 비제한적인 예로는 페닐, 바이페닐, o- 터페닐(terphenyl), m-터페닐, p-터페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 1-안트릴(anthryl), 2-안트릴, 9-안트릴, 1-페난트레닐(phenanthrenyl), 2-페난트레닐, 3--페난트레닐, 4--페난트레닐, 9-페난트레닐, 1-피레닐, 2-피레닐 및 4-피레닐 등이 있다.Aryl herein refers to an unsaturated aromatic ring comprising a single ring or multiple rings (preferably 1 to 4 rings) joined or covalently bonded to each other, unless otherwise defined. Non-limiting examples of aryl include phenyl, biphenyl, o-terphenyl, m-terphenyl, p-terphenyl, 1-naphthyl, 2-naphthyl, 1-anthryl, 2- Antryl, 9-anthryl, 1-phenanthrenyl, 2-phenanthrenyl, 3--phenanthrenyl, 4--phenanthrenyl, 9-phenanthrenyl, 1-pyrenyl, 2- Pyrenyl and 4-pyrrenyl.

본원에서 아르알킬은 아릴이 알킬의 탄소에 치환된 형태의 작용기로서, -(CH2)nAr의 총칭이다. 아르알킬의 예로서, 벤질(-CH2C6H5) 또는 페네틸(-CH2CH2C6H5) 등이 있다.Aralkyl is a functional group in the form of aryl in which aryl is substituted with carbon, and is a general term for -(CH 2 ) n Ar. Examples of aralkyl are benzyl (-CH 2 C 6 H 5 ) or phenethyl (-CH 2 CH 2 C 6 H 5 ).

본원에서 사이클로알킬(cycloalkyl) 또는 헤테로 원자를 포함하는 사이클로알킬(heterocycloalkyl)은 달리 정의되지 않는 한 각각 알킬 또는 헤테로 알킬의 고리형 구조로 이해될 수 있을 것이다.Cycloalkyl (heterocycloalkyl) including a cycloalkyl or a hetero atom herein may be understood as a cyclic structure of alkyl or heteroalkyl, respectively, unless defined otherwise.

사이클로알킬의 비제한적인 예로는 사이클로펜틸, 사이클로헥실, 1-사이클로헥세닐, 3-사이클로헥세닐 및 사이클로헵틸 등이 있다.Non-limiting examples of cycloalkyl include cyclopentyl, cyclohexyl, 1-cyclohexenyl, 3-cyclohexenyl and cycloheptyl.

헤테로 원자를 포함하는 사이클로알킬의 비제한적인 예로는 1-(1,2,5,6-테트라하이드로피리딜), 1-피페리디닐, 2-피페리디닐, 3-피페리디닐, 4-모르포리닐, 3-모르포리닐, 테트라하이드로퓨란-2-일, 테트라하드로퓨란-3-일, 테트라하이드로티엔-2-일, 테트라하이드로티엔-3-일, 1-피페라지닐 및 2-피페라지닐 등이 있다.Non-limiting examples of cycloalkyl containing heteroatoms include 1-(1,2,5,6-tetrahydropyridyl), 1-piperidinyl, 2-piperidinyl, 3-piperidinyl, 4- Morpholinyl, 3-morpholinyl, tetrahydrofuran-2-yl, tetrahydrofuran-3-yl, tetrahydrothien-2-yl, tetrahydrothien-3-yl, 1-piperazinyl and 2 -Piperazinyl and others.

또한, 사이클로알킬 또는 헤테로 원자를 포함하는 사이클로알킬은 여기에 사이클로알킬, 헤테로 원자를 포함하는 사이클로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴이 접합되거나 공유결합으로 연결된 형태를 가질 수 있다.In addition, cycloalkyl containing cycloalkyl or hetero atom may have a form in which cycloalkyl, cycloalkyl containing hetero atom, aryl or heteroaryl is conjugated or covalently linked.

실리콘 원자에 결합된 친수성 작용기는 하이드록시기 또는 인산 수용액의 pH 조건 하에서 하이드록시기로 치환 가능한 작용기를 의미한다.A hydrophilic functional group bonded to a silicon atom means a functional group that can be substituted with a hydroxy group or a hydroxyl group under the pH condition of an aqueous phosphoric acid solution.

여기서, 인산 수용액의 pH 조건 하에서 하이드록시기로 치환 가능한 작용기의 비제한적인 예로는 아미노, 할로겐, 설폰, 포스포닉, 포스포릭, 싸이올, 알콕시, 아마이드, 에스터, 산 무수물, 아실 할라이드, 시아노, 카복실 및 아졸가 있으며, 반드시 상술한 작용기에 한정되는 것은 아니며, 인산 수용액의 pH 조건 하에서 하이드록시기로 치환 가능한 임의의 작용기도 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.Here, non-limiting examples of functional groups that can be substituted with hydroxyl groups under the pH conditions of aqueous phosphoric acid solutions include amino, halogen, sulfone, phosphonic, phosphoric, thiol, alkoxy, amide, ester, acid anhydride, acyl halide, cyano, There are carboxyl and azole, and it is not necessarily limited to the functional groups described above, and it should be understood that it includes any functional group that can be substituted with a hydroxyl group under the pH condition of an aqueous phosphoric acid solution.

이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, R1 내지 R4 중 적어도 하나, 바람직하게는 적어도 두 개는 헤테로아릴일 수 있다. R1 내지 R4 중 두 개가 헤테로아릴인 경우, 두 개의 헤테로아릴은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.At this time, according to an embodiment of the present invention, at least one of R 1 to R 4 , preferably at least two may be heteroaryl. When two of R 1 to R 4 are heteroaryl, the two heteroaryls may be the same or different from each other.

일 실시예에 있어서, 실리콘 원자에 결합되는 헤테로아릴은 N-옥사이드기를 가지는 친수성 헤테로아릴 작용기일 수 있다. R1 내지 R4 중 두 개가 헤테로아릴인 경우, 두 개의 헤테로아릴 모두 N-옥사이드기를 가지거나 두 개의 헤테로아릴 중 하나의 헤테로아릴만 N-옥사이드기를 가질 수 있다. R1 내지 R4 중 세 개가 헤테로아릴인 경우, 세 개의 헤테로아릴 모두 N-옥사이드기를 가지거나 세 개의 헤테로아릴 중 하나 또는 두 개의 헤테로아릴만 N-옥사이드기를 가질 수 있다.In one embodiment, the heteroaryl attached to the silicon atom may be a hydrophilic heteroaryl functional group having an N-oxide group. When two of R 1 to R 4 are heteroaryl, both heteroaryls may have an N-oxide group or only one heteroaryl of the two heteroaryls may have an N-oxide group. When three of R 1 to R 4 are heteroaryl, all three heteroaryls may have an N-oxide group or only one or two heteroaryls of the three heteroaryls may have an N-oxide group.

여기서, 헤테로아릴은 피로릴, 피리딜, 옥사졸릴, 아이소옥사졸릴, 트리아졸릴, 티아졸릴, 아이소티아졸릴, 피라졸릴, 피라졸리디닐, 옥사디아졸릴, 티아디아졸릴, 이미다졸릴, 이미다졸리닐, 피리다지닐, 트리아지닐, 피페리디닐, 피라지닐 또는 피리미디닐일 수 있으며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.Here, heteroaryl is pyrroyl, pyridyl, oxazolyl, isooxazolyl, triazolyl, thiazolyl, isothiazolyl, pyrazolyl, pyrazolidinyl, oxadiazolyl, thiadiazolyl, imidazolyl, imidazoli Neil, pyridazinyl, triazinyl, piperidinyl, pyrazinyl or pyrimidinyl, but is not limited thereto.

즉, 본원에서 헤테로아릴은 고리 내 N-옥사이드기를 가질 수 있도록 헤테로 원자로서 질소를 포함하는 방향족성 고리로서 정의될 수 있다.That is, heteroaryl may be defined herein as an aromatic ring containing nitrogen as a hetero atom so as to have an N-oxide group in the ring.

상술한 헤테로아릴의 예시 외에도 헤테로아릴은 N-옥사이드기를 가지는 헤테로아릴에 비방향족성 또는 방향족성 고리가 접합된 형태의 헤테로아릴도 포함할 수 있다. In addition to the examples of heteroaryl described above, heteroaryl may also include heteroaryl in the form of a non-aromatic or aromatic ring conjugated to heteroaryl having an N-oxide group.

예를 들어, 헤테로아릴에 방향족성 고리가 접합된 형태의 헤테로아릴은 인돌릴, 아이소인돌릴, 벤즈이미다졸릴, 퓨리닐, 인다졸릴, 벤조옥사졸릴, 벤조아이소옥사졸릴, 벤조티아졸릴, 퀴놀리닐, 아이소퀴놀리닐, 퀴녹사리닐, 아크리디닐, 시놀리닐, 퀴나졸리닐 및 프탈라지닐 등을 포함한다.For example, heteroaryl in the form of an aromatic ring conjugated to heteroaryl is indolyl, isoindolyl, benzimidazolyl, purinyl, indazolyl, benzooxazolyl, benzoisooxazolyl, benzothiazolyl, qui Nolinyl, isoquinolinyl, quinoxalinyl, acridinyl, sinolinyl, quinazolinyl and phthalazinyl, and the like.

또한, 화학식 1로 표시되는 실리콘 첨가제의 실리콘 원자에는 N-옥사이드기를 가지는 헤테로아릴과 N-옥사이드기를 가지지 않는 헤테로아릴이 동시에 존재할 수도 있다.In addition, a heteroaryl having an N-oxide group and a heteroaryl not having an N-oxide group may be simultaneously present in a silicon atom of the silicone additive represented by Chemical Formula 1.

이 때, N-옥사이드기를 가지지 않는 헤테로아릴은 아릴 내 하나 이상의 탄소 원자가 질소, 산소 또는 황과 같은 비-탄소 원자로 치환된 작용기로서, 퓨릴, 테트라하이드로퓨릴, 피로릴, 피롤리디닐, 티에닐, 테트라하이드로티에닐, 옥사졸릴, 아이소옥사졸릴, 트리아졸릴, 티아졸릴, 아이소티아졸릴, 피라졸릴, 피라졸리디닐, 옥사디아졸릴, 티아디아졸릴, 이미다졸릴, 이미다졸리닐, 피리딜, 피리다지일, 트리아지닐, 피라지닐, 피페라이닐, 피리미디닐, 나프티리디닐, 벤조퓨라닐, 벤조티에닐, 인돌릴, 인도리닐, 인돌리지닐, 인다졸릴, 퀴놀리지닐, 퀴놀리닐, 아이소퀴놀리닐, 시놀리닐, 프탈라지닐, 퀴나졸리닐, 퀴녹사리닐, 프테리디닐, 퀴누클리디닐, 카바조일, 아크리디닐, 페나지닐, 페노티지닐, 페녹사지닐, 퓨리닐, 벤즈이미다졸릴 및 벤조티아졸릴 등과 이들이 접합된 유사체들이 있다.In this case, heteroaryl having no N-oxide group is a functional group in which one or more carbon atoms in aryl are substituted with non-carbon atoms such as nitrogen, oxygen, or sulfur, such as furyl, tetrahydrofuryl, pyrrolyl, pyrrolidinyl, thienyl, Tetrahydrothienyl, oxazolyl, isooxazolyl, triazolyl, thiazolyl, isothiazolyl, pyrazolyl, pyrazolidinyl, oxadiazolyl, thiadiazolyl, imidazolyl, imidazolinyl, pyridyl, pyridyl Dodyl, triazinyl, pyrazinyl, piperazinyl, pyrimidinyl, naphthyridinyl, benzofuranyl, benzothienyl, indolyl, indolinyl, indolinyl, indazolyl, quinolinyl, quinolinyl, Isoquinolinyl, sinolinyl, phthalazinyl, quinazolinyl, quinoxalinyl, pteridinyl, quinuclidinyl, carbazoyl, acridinyl, phenazinyl, phenothizinyl, phenoxazinyl, purinyl, Benzimidazyl and benzothiazolyl and the like, and analogs to which they are conjugated.

즉, 본 발명의 일 측면에 따른 실리콘 기판 식각 용액에서 사용되는 실리콘 첨가제는 실리콘 원자에 결합된 적어도 하나의 헤테로아릴을 포함하며, 헤테로아릴 중 적어도 하나는 N-옥사이드기를 가지는 친수성 헤테로아릴일 수 있다.That is, the silicon additive used in the silicon substrate etching solution according to an aspect of the present invention includes at least one heteroaryl bonded to a silicon atom, and at least one of the heteroaryls may be a hydrophilic heteroaryl having an N-oxide group. .

이에 따라, 본 발명에서 사용되는 실리콘 첨가제의 25℃ 및 1bar에서 85% 인산 수용액에 대한 용해도는 100 ppm 이상일 수 있다. 본원에서 용해도의 단위는 ppm으로서 나타내며, 실리콘 첨가제에 존재하는 작용기의 종류에 따라 실리콘 기판 식각 용액 중 존재하는 실리콘 첨가제의 용해도가 달라질 수 있다. 즉, 실리콘 첨가제에 친수성 작용기가 다수 존재할 경우, 실리콘 첨가제의 대부분은 실리콘 기판 식각 용액 중 용해될 수 있으나, 실리콘 첨가제에 친수성 작용기가 존재하지 않을 경우, 실리콘 기판 식각 용액 중 용해된 실리콘 첨가제의 양은 극히 적을 것이다.Accordingly, the solubility of the silicone additive used in the present invention in an aqueous solution of 85% phosphoric acid at 25°C and 1 bar may be 100 ppm or more. The unit of solubility herein is expressed in ppm, and the solubility of the silicon additive present in the silicon substrate etching solution may vary depending on the type of functional group present in the silicon additive. That is, when a large number of hydrophilic functional groups are present in the silicon additive, most of the silicon additives can be dissolved in the silicon substrate etching solution, but when no hydrophilic functional groups are present in the silicon additive, the amount of the silicon additive dissolved in the silicon substrate etching solution is extremely Will be less.

예를 들어, 25℃ 및 1bar에서 85% 인산 수용액에 대한 실리콘 첨가제의 용해도가 100 ppm 미만일 경우, 식각 조건에서 실리콘 기판 식각 용액 중 실란 화합물(예를 들어, 실릭산)이 충분한 농도로 존재하기 어렵기 때문에 실리콘 산화막에 대한 식각 속도를 충분히 낮출 수 없다.For example, when the solubility of the silicone additive in the 85% phosphoric acid aqueous solution at 25° C. and 1 bar is less than 100 ppm, it is difficult for the silane compound (eg, silic acid) to exist in a sufficient concentration in the etching solution of the silicon substrate under the etching conditions. Therefore, the etching rate for the silicon oxide film cannot be sufficiently lowered.

이 때, 실리콘 원자에 결합된 헤테로아릴기는 실리콘 원자와 상온에서는 안정적으로 결합을 유지함으로써 실리콘 기판 식각 용액 중 실란 화합물(예를 들어, 실릭산)의 농도가 급격하게 증가하는 것을 방지함으로써 실리콘 산화막뿐만 아니라 실리콘 질화막에 대한 식각 속도까지 저하되지 않도록 할 수 있다.At this time, the heteroaryl group bonded to the silicon atom is stably maintained at room temperature with the silicon atom, thereby preventing the concentration of the silane compound (for example, silicic acid) in the etching solution of the silicon substrate from rapidly increasing. In addition, it is possible to prevent the etching rate of the silicon nitride film from being lowered.

상술한 실리콘 첨가제는 실리콘 기판 식각 용액 중 100 내지 10,000 ppm으로 존재하는 것이 바람직하다. 여기서, 실리콘 첨가제의 함량은 실리콘 기판 식각 용액 중 용해된 실리콘 첨가제의 양으로서, ppm의 단위로서 나타낸 것이다. 예를 들어, 실리콘 기판 식각 용액 중 실리콘 첨가제가 100 ppm으로 존재한다는 것은 실리콘 기판 식각 용액 중 용해된 실리콘 첨가제가 100 ppm인 것을 의미할 것이다.It is preferable that the above-described silicon additive is present at 100 to 10,000 ppm in the silicon substrate etching solution. Here, the content of the silicon additive is the amount of the silicon additive dissolved in the silicon substrate etching solution, expressed in units of ppm. For example, the presence of the silicone additive in the silicon substrate etching solution at 100 ppm will mean that the dissolved silicone additive in the silicon substrate etching solution is 100 ppm.

실리콘 기판 식각 용액 중 실리콘 첨가제가 100 ppm 미만으로 존재할 경우, 식각 조건 하에서 실리콘 기판 식각 용액 중 실란 화합물(예를 들어, 실릭산)의 농도가 과도하게 낮아 실리콘 산화막 대비 실리콘 질화막에 대한 선택비의 증가 효과가 미비할 수 있다. When the silicon additive in the silicon substrate etching solution is less than 100 ppm, the concentration of the silane compound (for example, silicic acid) in the silicon substrate etching solution is excessively low under the etching conditions, thereby increasing the selectivity to the silicon nitride film compared to the silicon oxide film. The effect may be incomplete.

반면, 실리콘 기판 식각 용액 중 실리콘 첨가제가 10,000 ppm을 초과할 경우, 식각 조건 하에서 실리콘 기판 식각 용액 중 실란 화합물(예를 들어, 실릭산)의 양이 과도하게 많아져 실리콘 산화막뿐만 아니라 실리콘 질화막의 식각 속도까지 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 식각 용액 중 실란 화합물은 스스로 실리콘계 파티클의 소스로서 작용할 수 있다.On the other hand, when the silicon additive in the silicon substrate etching solution exceeds 10,000 ppm, the amount of the silane compound (e.g., silicic acid) in the silicon substrate etching solution is excessively increased under etching conditions to etch the silicon nitride film as well as the silicon oxide film. Problems that slow down to speed can occur. In addition, the silane compound in the etch solution can act as a source of silicon-based particles by itself.

본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 기판 식각 용액은 실리콘 첨가제를 사용함에 따라 저하되는 실리콘 질화막의 식각 속도를 보상함과 동시에 전체적인 식각 공정의 효율을 향상시키기 위해 불소-함유 화합물을 더 포함할 수 있다.The silicon substrate etching solution according to an embodiment of the present invention may further include a fluorine-containing compound to compensate for the etching rate of the silicon nitride film that is lowered by using a silicon additive and to improve the efficiency of the overall etching process. .

본원에서 불소-함유 화합물은 불소 이온을 해리시킬 수 있는 임의의 형태의 화합물을 모두 지칭한다.Fluorine-containing compounds herein refer to any type of compound capable of dissociating fluorine ions.

일 실시예에 있어서, 불소-함유 화합물은 불화수소, 불화암모늄, 중불화암모늄 및 불화수소암모늄으로부터 선택되는 적어도 하나이다.In one embodiment, the fluorine-containing compound is at least one selected from hydrogen fluoride, ammonium fluoride, ammonium bifluoride and ammonium hydrogen fluoride.

또한, 다른 실시예에 있어서, 불소-함유 화합물은 유기계 양이온과 불소계 음이온이 이온 결합된 형태의 화합물일 수 있다.Further, in another embodiment, the fluorine-containing compound may be a compound in which an organic type cation and a fluorine type anion are ion-bonded.

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.For example, the fluorine-containing compound may be a compound in which an alkylammonium and a fluorine anion are ion-bonded. Here, the alkylammonium is ammonium having at least one alkyl group, and may have up to four alkyl groups. The definition of the alkyl group has been described above.

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.In another example, the fluorine-containing compound is alkylpyrrolium, alkylimidazolium, alkylpyrazolium, alkyloxazolium, alkylthiazolium, alkylpyridinium, alkylpyrimidinium, alkylpyridazinium, alkylpyra Organic cations and fluorophosphates, fluoroalkyl-fluorophosphates, fluoroborates and fluoroalkyl-fluores selected from zinium, alkylpyrrolidinium, alkylphosphonium, alkylmorpholinium, and alkylpiperidinium The fluorine-based anion selected from roborate may be an ionic liquid in an ion-bonded form.

실리콘 기판 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.A fluorine-containing compound provided in an ionic liquid form as compared to hydrogen fluoride or ammonium fluoride commonly used as a fluorine-containing compound in a silicon substrate etching solution has a high boiling point and decomposition temperature, and decomposes during an etching process performed at a high temperature Accordingly, there is an advantage that there is little fear of changing the composition of the etching solution.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상술한 실리콘 기판 식각 용액을 사용하여 수행되는 식각 공정을 포함하는 반도체 소자의 제조 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, a method of manufacturing a semiconductor device including an etching process performed using the above-described silicon substrate etching solution is provided.

본 제조 방법에 따르면, 적어도 실리콘 질화막(SIxOyNz)을 포함하는 실리콘 기판 상에서 상술한 식각 용액을 사용하여 실리콘 질화막에 대한 선택적인 식각 공정을 수행함으로써 반도체 소자를 제조하는 것이 가능하다.According to the present manufacturing method, it is possible to manufacture a semiconductor device by performing a selective etching process on the silicon nitride film using the etching solution described above on a silicon substrate including at least a silicon nitride film (SI x O y N z ).

반도체 소자의 제조에 사용되는 실리콘 기판은 실리콘 질화막(SIxOyNz)을 포함하거나, 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막(SixNy, SIxOyNz)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.The silicon substrate used in the manufacture of the semiconductor device may include a silicon nitride film (SI x O y N z ), or a silicon oxide film and a silicon nitride film (Si x N y , SI x O y N z ) at the same time. Also. In the case of a silicon substrate including both a silicon oxide film and a silicon nitride film, the silicon oxide film and the silicon nitride film may be alternately stacked or stacked in different regions.

본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 플래시 메모리 소자의 소자 분리 공정, 디램 소자의 소자 분리 공정 또는 상변화 메모리 소자에서의 다이오드 형성 공정 중 실리콘 산화막에 대한 손실없이 실리콘 질화막의 선택적인 제거가 요구되는 공정 단계에 상술한 실리콘 기판 식각 용액을 사용함으로써 수행될 수 있다.The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention requires selective removal of a silicon nitride film without loss of a silicon oxide film during a device separation process of a flash memory device, a device separation process of a DRAM device, or a diode formation process in a phase change memory device. It may be performed by using the silicon substrate etching solution described above in the process step.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention are presented. However, the examples described below are only for specifically illustrating or explaining the present invention, and the present invention is not limited thereto.

실리콘 기판 식각 용액의 조성Composition of silicon substrate etching solution

실시예 1Example 1

인산 85 중량%, 하기의 화학식 2로 표시되는 실리콘 첨가제 1,000 ppm 및 잔량의 물을 혼합하여 실리콘 기판 식각 용액을 제조하였다.Phosphoric acid 85% by weight, a silicon additive represented by the following formula (2) 1,000 ppm and the remaining amount of water were mixed to prepare a silicon substrate etching solution.

[화학식 2][Formula 2]

Figure pat00003
Figure pat00003

실시예 2Example 2

하기의 화학식 3으로 표시되는 실리콘 첨가제를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실리콘 기판 식각 용액을 제조하였다.A silicon substrate etching solution was prepared in the same manner as in Example 1, except that the silicone additive represented by Chemical Formula 3 below was used.

[화학식 3][Formula 3]

Figure pat00004
Figure pat00004

실시예 3Example 3

하기의 화학식 4로 표시되는 실리콘 첨가제를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실리콘 기판 식각 용액을 제조하였다.A silicon substrate etching solution was prepared in the same manner as in Example 1, except that the silicone additive represented by Chemical Formula 4 below was used.

[화학식 4][Formula 4]

Figure pat00005
Figure pat00005

실시예 4Example 4

하기의 화학식 5로 표시되는 실리콘 첨가제를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실리콘 기판 식각 용액을 제조하였다.A silicon substrate etching solution was prepared in the same manner as in Example 1, except that the silicone additive represented by Chemical Formula 5 below was used.

[화학식 5][Formula 5]

Figure pat00006
Figure pat00006

실시예 5Example 5

하기의 화학식 6으로 표시되는 실리콘 첨가제를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실리콘 기판 식각 용액을 제조하였다.A silicon substrate etching solution was prepared in the same manner as in Example 1, except that the silicone additive represented by Chemical Formula 6 below was used.

[화학식 6][Formula 6]

Figure pat00007
Figure pat00007

실시예 6Example 6

하기의 화학식 7로 표시되는 실리콘 첨가제를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실리콘 기판 식각 용액을 제조하였다.A silicon substrate etching solution was prepared in the same manner as in Example 1, except that the silicone additive represented by Chemical Formula 7 below was used.

[화학식 7][Formula 7]

Figure pat00008
Figure pat00008

비교예 1Comparative Example 1

실리콘 첨가제를 사용하지 않은 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 실리콘 기판 식각 용액을 제조하였다.A silicon substrate etching solution was prepared in the same manner as in Example 1, except that no silicone additive was used.

비교예 2Comparative Example 2

하기의 화학식 8로 표시되는 실리콘 첨가제를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실리콘 기판 식각 용액을 제조하였다.A silicon substrate etching solution was prepared in the same manner as in Example 1, except that the silicone additive represented by Chemical Formula 8 below was used.

[화학식 8][Formula 8]

Figure pat00009
Figure pat00009

비교예 3Comparative Example 3

하기의 화학식 9로 표시되는 실리콘 첨가제를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실리콘 기판 식각 용액을 제조하였다.A silicon substrate etching solution was prepared in the same manner as in Example 1, except that the silicone additive represented by Chemical Formula 9 below was used.

[화학식 8][Formula 8]

Figure pat00010
Figure pat00010

실험예 1Experimental Example 1

각 실시예 및 비교예에 따른 조성을 가지는 실리콘 기판 식각 용액 중에서 실리콘 첨가제의 용해도를 측정하기 위해 25℃ 및 1bar에서 ICP로 측정하였다. 측정 결과는 하기의 표 1에 나타내었다.In order to measure the solubility of the silicone additive in the silicon substrate etching solution having a composition according to each example and comparative example, it was measured by ICP at 25°C and 1 bar. The measurement results are shown in Table 1 below.

구분division 식각 용액 중 용해된 실리콘 첨가제의 함량
(ppm)
Content of dissolved silicone additive in etching solution
(ppm)
실시예 1Example 1 10001000 실시예 2Example 2 997997 실시예 3Example 3 998998 실시예 4Example 4 10001000 실시예 5Example 5 10001000 실시예 6Example 6 999999 비교예 1Comparative Example 1 -- 비교예 2Comparative Example 2 10001000 비교예 3Comparative Example 3 2525

상기 표 1의 결과를 참고하면, 비교예 3과 달리 실시예 1 내지 실시예 6에서 사용된 실리콘 첨가제는 실리콘 원자에 결합된 친수성의 헤테로아릴기를 포함함으로써 실리콘 기판 식각 용액에 대한 충분한 용해도를 확보함으로써 실리콘 기판 식각 용액 중 실란 화합물(예를 들어, 실릭산)의 농도를 증가시켜 실리콘 산화막에 대한 식각 속도를 낮출 수 있음을 확인할 수 있다.Referring to the results of Table 1, unlike Comparative Example 3, the silicone additives used in Examples 1 to 6 include a hydrophilic heteroaryl group bonded to a silicon atom to ensure sufficient solubility in the silicon substrate etching solution. It can be seen that the etch rate for the silicon oxide film can be lowered by increasing the concentration of the silane compound (eg, silicic acid) in the silicon substrate etching solution.

실험예 2Experimental Example 2

각 실시예 및 비교예에 따른 조성을 가지는 실리콘 기판 식각 용액을 165℃로 가열한 후 각각 500 Å 두께의 실리콘 산화막(thermal oxide layer) 및 실리콘 질화막을 가열된 식각 용액에 3분 동안 침지시켜 식각하였다. 이 때, 165℃로 가열된 식각 용액의 pH는 2.0 ~ 2.5 범위 내로 측정되었다.After etching the silicon substrate etching solution having a composition according to each of Examples and Comparative Examples to 165° C., a 500 oxide thick silicon oxide layer and a silicon nitride film were immersed in a heated etching solution for 3 minutes to etch. At this time, the pH of the etching solution heated to 165 ℃ was measured in the range of 2.0 ~ 2.5.

식각 전 및 식각 후 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막의 두께는 엘립소미트리(Nano-View, SE MG-1000; Ellipsometery)를 이용하여 측정하였으며, 측정 결과는 5회 측정 결과의 평균값이다. 식각 속도는 식각 전 및 식각 후 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막의 두께 차이를 식각 시간(3분)으로 나누어 산출한 수치이다.The thickness of the silicon oxide film and the silicon nitride film before and after etching was measured using an ellipsometry (Nano-View, SE MG-1000; Ellipsometery), and the measurement result is an average value of five measurement results. The etching rate is a value calculated by dividing the thickness difference between the silicon oxide film and the silicon nitride film before and after etching by the etching time (3 minutes).

또한, 식각 완료 후 식각 용액을 입자크기분석기로 분석하여 식각 용액 내 존재하는 실리콘계 파티클의 평균 직경을 측정하였다.In addition, after the etching was completed, the etching solution was analyzed by a particle size analyzer to measure the average diameter of silicon-based particles present in the etching solution.

측정된 식각 속도 및 식각 용액 중 실리콘계 파티클의 평균 직경은 하기의 표 2에 나타내었다.The measured etching rate and the average diameter of the silicon-based particles in the etching solution are shown in Table 2 below.

구분division 실리콘계 파티클
평균 직경(μm)
Silicone particle
Average diameter (μm)
실리콘 산화막
식각 속도(Å/min)
Silicon oxide film
Etching speed (Å/min)
실리콘 질화막
식각 속도(Å/min)
Silicon nitride film
Etching speed (Å/min)
실시예 1Example 1 <0.01<0.01 0.410.41 91.1291.12 실시예 2Example 2 <0.01<0.01 0.050.05 89.7789.77 실시예 3Example 3 <0.01<0.01 0.370.37 92.0792.07 실시예 4Example 4 <0.01<0.01 0.400.40 92.1192.11 실시예 5Example 5 <0.01<0.01 0.380.38 91.7491.74 실시예 6Example 6 <0.01<0.01 0.320.32 92.1192.11 비교예 1Comparative Example 1 -- 5.795.79 92.1992.19 비교예 2Comparative Example 2 3.0 >3.0> 2.792.79 91.0391.03 비교예 3Comparative Example 3 <0.01<0.01 5.475.47 93.3393.33

표 1의 결과를 참고하면, 비교예 1과 같이 별도의 실리콘 첨가제를 사용하지 않는 경우에 비해 비교예 2와 같이 실리콘 첨가제로서 식각 용액 중 실리콘 농도를 증가시킬 수 있는 실란 화합물을 사용한 경우, 실리콘 산화막에 대한 식각 속도를 낮춰 결과적으로 실리콘 산화막 대비 실리콘 질화막에 대한 식각 선택비를 향상시키는 것이 가능하다. 다만, 비교예 2와 같이 실리콘 첨가제로서 실리콘 원자에 에톡시기가 결합된 실란 화합물을 사용할 경우, 실리콘계 파티클이 성장한 것을 확인할 수 있다.Referring to the results of Table 1, compared to the case where a separate silicone additive is not used as in Comparative Example 1, a silicon oxide film is used when a silane compound capable of increasing the silicon concentration in the etching solution is used as a silicone additive as in Comparative Example 2 As a result, it is possible to improve the etch selectivity for the silicon nitride film compared to the silicon oxide film by lowering the etch rate for. However, when using a silane compound in which an ethoxy group is bonded to a silicon atom as a silicon additive as in Comparative Example 2, it can be confirmed that silicon-based particles have grown.

한편, 비교예 3에서 사용된 실리콘 첨가제의 경우 실리콘 기판 식각 용액 내로 충분히 용해될 수 없어 실리콘 질화막에 대한 식각 선택비의 향상 효과가 미미한 것을 확인할 수 있다.On the other hand, in the case of the silicon additive used in Comparative Example 3 can not be sufficiently dissolved into the silicon substrate etching solution, it can be seen that the effect of improving the etching selectivity to the silicon nitride film is negligible.

실험예 3Experimental Example 3

각 실시예 및 비교예에 따른 조성을 가지는 실리콘 기판 식각 용액을 165℃에서 각각 0.5시간, 1시간 및 2시간으로 가열한 후 각각 500 Å 두께의 실리콘 산화막(thermal oxide layer) 및 실리콘 질화막을 가열된 식각 용액에 3분 동안 침지시켜 식각하였다. 이 때, 165℃로 가열된 식각 용액의 pH는 2.0 ~ 2.5 범위 내로 측정되었다.The silicon substrate etching solution having the composition according to each of the Examples and Comparative Examples was heated at 165°C for 0.5 hours, 1 hour, and 2 hours, respectively, and then a 500 Å thick silicon oxide layer and a silicon nitride film were heated and etched. The solution was etched by immersion for 3 minutes. At this time, the pH of the etching solution heated to 165 ℃ was measured in the range of 2.0 ~ 2.5.

식각 전 및 식각 후 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막의 두께는 엘립소미트리(Nano-View, SE MG-1000; Ellipsometery)를 이용하여 측정하였으며, 측정 결과는 5회 측정 결과의 평균값이다. 식각 속도는 식각 전 및 식각 후 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막의 두께 차이를 식각 시간(3분)으로 나누어 산출한 수치이다.The thickness of the silicon oxide film and the silicon nitride film before and after etching was measured using an ellipsometry (Nano-View, SE MG-1000; Ellipsometery), and the measurement result is an average value of five measurement results. The etching rate is a value calculated by dividing the thickness difference between the silicon oxide film and the silicon nitride film before and after etching by the etching time (3 minutes).

각각 가열된 시간을 달리한 실리콘 기판 식각 용액을 사용하여 측정된 식각 속도는 하기의 표 3 내지 표 5에 나타내었다.The etching rates measured using the silicon substrate etching solutions having different heating times are shown in Tables 3 to 5 below.

0.5시간 가열0.5 hour heating 실리콘 산화막
식각 속도(Å/min)
Silicon oxide film
Etching speed (Å/min)
실리콘 질화막
식각 속도(Å/min)
Silicon nitride film
Etching speed (Å/min)
실시예 1Example 1 0.410.41 91.2091.20 실시예 2Example 2 0.050.05 89.1989.19 실시예 3Example 3 0.370.37 92.1092.10 실시예 4Example 4 0.400.40 92.0692.06 실시예 5Example 5 0.380.38 91.1491.14 실시예 6Example 6 0.340.34 91.5191.51 비교예 1Comparative Example 1 5.795.79 92.7292.72 비교예 2Comparative Example 2 1.871.87 91.0091.00 비교예 3Comparative Example 3 4.594.59 93.0593.05

1시간 가열1 hour heating 실리콘 산화막
식각 속도(Å/min)
Silicon oxide film
Etching speed (Å/min)
실리콘 질화막
식각 속도(Å/min)
Silicon nitride film
Etching speed (Å/min)
실시예 1Example 1 0.400.40 91.2191.21 실시예 2Example 2 0.030.03 89.1889.18 실시예 3Example 3 0.350.35 92.0792.07 실시예 4Example 4 0.340.34 92.0992.09 실시예 5Example 5 0.360.36 91.2291.22 실시예 6Example 6 0.320.32 91.6391.63 비교예 1Comparative Example 1 5.875.87 92.5592.55 비교예 2Comparative Example 2 1.291.29 91.1191.11 비교예 3Comparative Example 3 3.673.67 93.0793.07

2시간 가열2 hours heating 실리콘 산화막
식각 속도(Å/min)
Silicon oxide film
Etching speed (Å/min)
실리콘 질화막
식각 속도(Å/min)
Silicon nitride film
Etching speed (Å/min)
실시예 1Example 1 0.340.34 91.2091.20 실시예 2Example 2 0.030.03 89.1989.19 실시예 3Example 3 0.340.34 92.1092.10 실시예 4Example 4 0.330.33 92.0692.06 실시예 5Example 5 0.350.35 91.1491.14 실시예 6Example 6 0.310.31 91.5491.54 비교예 1Comparative Example 1 5.795.79 92.7292.72 비교예 2Comparative Example 2 0.820.82 91.0091.00 비교예 3Comparative Example 3 3.513.51 93.0593.05

실리콘 기판 식각 용액의 가열 시간이 늘어남에 따라 실리콘 기판 식각 용액 중 실란 화합물(실릭산)의 함량이 점진적으로 증가하며, 이에 따라 실리콘 산화막에 대한 식각 속도가 점차 감소하며, 실리콘 산화막 대비 실리콘 질화막에 대한 식각 선택비가 향상됨을 확인할 수 있다.As the heating time of the silicon substrate etching solution increases, the content of the silane compound (silic acid) in the silicon substrate etching solution gradually increases, and accordingly, the etching rate for the silicon oxide film gradually decreases, and the silicon nitride film is compared to the silicon nitride film. It can be seen that the etch selectivity is improved.

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.As described above, one embodiment of the present invention has been described, but those skilled in the art can add, change, delete, or add elements within the scope of the present invention described in the claims. It will be said that the present invention can be variously modified and changed by the like, and this is also included within the scope of the present invention.

Claims (8)

인산 수용액; 및
하기의 화학식 1로 표시되는 실리콘 첨가제;
를 포함하는,
실리콘 기판 식각 용액:
[화학식 1]
Figure pat00011

여기서,
R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, C1-C10 알킬, C6-C12 사이클로알킬, 적어도 하나의 헤테로 원자를 포함하는 C2-C10 헤테로알킬, C2-C10 알케닐, C2-C10 알키닐, C1-C10 할로알킬, C1-C10 아미노알킬, 아릴, 헤테로아릴, 아르알킬 및 하이드록시, 아미노, 할로겐, 설폰, 포스포닉, 포스포릭, 싸이올, 알콕시, 아마이드, 에스터, 산 무수물, 아실 할라이드, 시아노, 카복실 및 아졸로부터 선택되며,
R1 내지 R4 중 적어도 하나는 헤테로아릴이며,
25℃ 및 1bar에서 85% 인산 수용액에 대한 상기 실리콘 첨가제의 용해도는 100 ppm 이상이다.
Aqueous phosphoric acid solution; And
A silicone additive represented by Formula 1 below;
Containing,
Silicon substrate etching solution:
[Formula 1]
Figure pat00011

here,
R 1 to R 4 are each independently hydrogen, C 1 -C 10 alkyl, C 6 -C 12 cycloalkyl, C 2 -C 10 heteroalkyl containing at least one hetero atom, C 2 -C 10 alkenyl, C 2 -C 10 alkynyl, C 1 -C 10 haloalkyl, C 1 -C 10 aminoalkyl, aryl, heteroaryl, aralkyl and hydroxy, amino, halogen, sulfone, phosphonic, phosphoric, thiol, Selected from alkoxy, amide, ester, acid anhydride, acyl halide, cyano, carboxyl and azole,
At least one of R 1 to R 4 is heteroaryl,
The solubility of the silicone additive in aqueous 85% phosphoric acid solution at 25° C. and 1 bar is 100 ppm or more.
제1항에 있어서,
상기 헤테로아릴은 N-옥사이드기를 가지는,
실리콘 기판 식각 용액.
According to claim 1,
The heteroaryl has an N-oxide group,
Silicon substrate etching solution.
제2항에 있어서,
상기 헤테로아릴은 피로릴, 피리딜, 옥사졸릴, 아이소옥사졸릴, 트리아졸릴, 티아졸릴, 아이소티아졸릴, 피라졸릴, 피라졸리디닐, 옥사디아졸릴, 티아디아졸릴, 이미다졸릴, 이미다졸리닐, 피리다지닐, 트리아지닐, 피페리디닐, 피라지닐 및 피리미디닐을 포함하는,
실리콘 기판 식각 용액.
According to claim 2,
The heteroaryl is pyrroyl, pyridyl, oxazolyl, isooxazolyl, triazolyl, thiazolyl, isothiazolyl, pyrazolyl, pyrazolidinyl, oxadiazolyl, thiadiazolyl, imidazolyl, imidazolinyl , Comprising pyridazinyl, triazinyl, piperidinyl, pyrazinyl and pyrimidinyl,
Silicon substrate etching solution.
제1항에 있어서,
상기 실리콘 기판 식각 용액 중 상기 실리콘 첨가제는 100 내지 10,000 ppm으로 포함되는,
실리콘 기판 식각 용액.
According to claim 1,
The silicon additive in the silicon substrate etching solution is included in 100 to 10,000 ppm,
Silicon substrate etching solution.
제1항에 있어서,
상기 실리콘 기판 식각 용액은 실리콘 산화막으로 이루어진 단일막 또는 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 동시에 포함하는 다층막을 식각하는,
실리콘 기판 식각 용액.
According to claim 1,
The silicon substrate etching solution is to etch a single film made of a silicon oxide film or a multilayer film including a silicon oxide film and a silicon nitride film at the same time.
Silicon substrate etching solution.
제1항에 있어서,
상기 실리콘 기판 식각 용액은 불화수소, 불화암모늄, 중불화암모늄 및 불화수소암모늄으로부터 선택되는 적어도 하나의 불소-함유 화합물을 더 포함하는,
실리콘 기판 식각 용액.
According to claim 1,
The silicon substrate etching solution further comprises at least one fluorine-containing compound selected from hydrogen fluoride, ammonium fluoride, ammonium bifluoride and ammonium hydrogen fluoride,
Silicon substrate etching solution.
제1항에 있어서,
상기 실리콘 기판 식각 용액은 유기계 양이온과 불소계 음이온이 이온 결합된 형태를 가지는 불소-함유 화합물을 더 포함하는,
실리콘 기판 식각 용액.
According to claim 1,
The silicon substrate etching solution further includes a fluorine-containing compound having an ion-bonded form of an organic cation and a fluorine anion,
Silicon substrate etching solution.
제 1 항에 따른 실리콘 기판 식각 용액을 사용하여 수행되는 식각 공정을 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.A method of manufacturing a semiconductor device including a “etching” process performed using the “silicon substrate etching solution” according to claim 1.
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