KR0175009B1 - 식각용액 및 이를 이용한 반도체 장치의 식각방법 - Google Patents

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Abstract

실리콘과 실리콘산화막간의 식각선택비 조절이 가능한 식각용액을 이용한 반도체 장치의 식각방법에 관하여 개시한다. 상기 식각용액은 불화암모늄, 불산 및 순수로 구성된 제1용액과 과산화수소수 및 순수로 구성된 제2용액의 혼합용액이며, 상기 제1용액은 상기 불화암모늄과 불산의 비를 7:1의 비율로 순수에 18% 포함된 용액이며, 상기 제2용액은 상기 과산화수소수와 순수의 비를 3:7로 구성된다. 본 발명의 식각용액을 이용하여 실리콘산화막이 형성된 실리콘 기판을 식각할 때, 실리콘과 실리콘산화막의 식각선택비를 조절할 수 있어 공정을 단순화하고 식각효과를 극대화 시킬 수 있다.

Description

식각용액 및 이를 이용한 반도체 장치의 식각방법
제1도 내지 제3도는 종래 기술에 의하여 손상된 실리콘층을 제거하는 방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도들이다.
제4도는 본 발명에 의하여 손상된 실리콘층을 제거하는 방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도들이다.
제5도는 본 발명의 식각용액에 대한 산화막 및 비정질실리콘막의 식각율을 나타낸 그래프이다.
본 발명은 반도체장치의 제조에 사용되는 식각용액 및 이를 이용한 반도체 장치의 식각방법에 관한 것으로, 특히 실리콘과 실리콘산화막간의 식각선택비 조절이 가능한 식각용액을 이용한 반도체 장치의 식각방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라 반도체 소자의 수직구조가 더욱더 복잡하여 미세한 패턴의 형성을 위한 식각공정 및 세정공정이 어려워지고 있다. 특히, 소자분리 또는 커패시터의 제작을 위하여 형성하는 트렌치는 높은 에너지의 이온을 사용하여 실리콘 기판을 식각하기 때문에, 식각 후에 손상된 실리콘층이 필연적으로 발생한다.
따라서, 상기 손상된 실리콘층으로 인한 소자의 전기적 특성 열화를 방지하기 위하여, 상기 손상된 실리콘층은 반드시 제거되어야 한다.
제1도 내지 제3도는 종래 기술에 의하여 손상된 실리콘층을 제거하는 방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도들이다.
제1도는 반도체 기판(10)에 제1산화막(12), 제2산화막(14)을 순차적으로 형성한 후 이를 식각하여 트렌치(16)를 형성하는 단계를 나타낸다. 구체적으로, 반도체 기판(10), 예컨대 실리콘 기판 상에 열산화법에 의하여 제1산화막(12)을 형성한다. 이어서, 상기 제1산화막(12) 상에 화학기상증착법(CVD방법)에 의하여 제2산화막(14)을 형성한다. 다음에, 상기 제2산화막(14), 제1산화막(12) 및 기판(10)을 순차적으로 이방성 식각하여 트렌치(16)를 형성한다 이때, 트렌치(16)하부에는 이방성식각시 사용된 높은 에너지의 이온에 의하여 손상된 실리콘층(17)이 형성된다.
제2도는 상기 손상된 실리콘층(17)을 제거하는 단계를 나타낸다.
구체적으로. 상기 손상된 실리콘층(17)을 질산(HNO3)과 불산(HF)이 혼합된 식각용액으로 식각한다. 그런데, 상기 질산과 불산이 혼합된 식각용액은 실리콘의 식각속도가 수㎛/분으로 대단히 빨라 식각이 필요한 두께, 즉 수십nm를 식각하기에는 적절치 못하다. 또한, 식각속도를 느리게 하기 위하여, 상기 식각용액을 희석하였을 경우에도 수nm에서 수십nm로 식각속도의 산포가 심하여 사용하기에 적절하지 못하다. 또한, 상기 식각용액으로 실리콘 기판을 식각할 경우 실리콘산화막은 실리콘 기판에 비하여 약1/10의 식각율을 갖으므로, 식각 후에는 참조부호 A와 같이 언더컷트가 발생하여 트렌치를 채우는 후속공정을 어렵게 한다.
제3도는 제3산화막(18) 및 폴리실리콘층(20)을 형성하는 단계를 나타낸다. 구체적으로, 트렌치(16)의 표면에 제3산화막(18)을 형성한 후 트렌치(16)를 매립하도록 폴리실리콘층(20)을 형성한다. 이때, 상기 제2도에서 생긴 언더컷트의 영향으로 트렌치(16) 내부에 공공(21)이 생기는 문제점이 있다.
한편, 손상된 실리콘층을 제거하는 다른 방법으로는 손상된 실리콘층을 산화한 후 이렇게 형성된 산화막을 희석된 불산용액으로 식각할 수 있다. 그러나, 상기 손상된 실리콘층을 산화시켜 제거하는 방법은 산화공정이 추가로 필요하고 비용이 추가되는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기 손상된 실리콘층을 효과적으로 제거할 수 있는 반도체 장치의 식각용액을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 식각용액을 이용하여 손상된 실리콘층을 효과적으로 제거할 수 있는 반도체 장치의 식각방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 반도체 장치의 식각에 이용되는 식각용액에 있어서, 상기 식각용액은 불화암모늄, 불산 및 순수로 구성된 제1용액과 과산화수소수 및 순수로 구성된 제2용액의 혼합용액이며, 상기 제1용액은 상기 불화암모늄과 불산의 비를 7:1의 비율로 순수에 18% 포함된 용액이며, 상기 제2용액은 상기 과산화수소수와 순수의 비를 3:7인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 식각용액을 제공한다.
상기 제1용액과 제2용액의 혼합비는 부피비로 1/25 이하로 구성하며, 상기 식각용액은 계면 활성제가 더 포함되어 있을 수 있다.
또한, 상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 실리콘 산화막이 형성된 실리콘 기판의 식각방법에 있어서, 상기 식각방법은 불화암모늄과 불산의 비를 7:1의 비율로 순수에 18% 포함된 제1용액과 과산화수소수와 순수의 비를 3:7한 제2용액을 혼합한 식각용액을 사용하여 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 식각방법을 제공한다.
상기 제1용액과 제2용액의 혼합비는 부피비로 1/25 이하로 조절하여 식각하며, 상기 식각용액은 계면 활성제가 더 포함되어 있을 수 있다.
본 발명의 식각용액을 이용하여 실리콘산화막이 형성된 실리콘 기판을 식각할 때, 실리콘과 실리콘산화막의 식각선택비를 조절할 수 있어 공정을 단순화하고 식각효과를 극대화 시킬 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명자가 안출한 식각용액을 설명한다. 본 발명의 식각용액은 불화암모늄, 불산 및 순수로 구성된 제1용액과 상기 과산화수소수와 순수로 구성된 제2용액의 혼합용액으로 구성한다. 본 발명의 식각용액은 실리콘 기판의 표면 산화를 위하여 과산화수소수를 포함되어 있으며, 산화된 실리콘 기판의 표면의 제거를 위하여 불산농도가 균일하게 유지되도록 불화암모늄이 포함되어 있다.
상기 제1용액은 불화암모늄 및 불산의 비가 7:1로 순수에 18% 포함된 용액으로 구성하며, 상기 제2용액의 과산화수소수 및 순수의 비는 3:7로 구성한다. 또한, 상기 제1용액과 제2용액의 부피비로 1/25이하로 구성한다. 특히, 본 발명의 식각용액은 계면에너지를 효과적으로 낮추어 윗팅(wetting) 특성을 향상시키기 위하여 계면 활성제를 더 첨가할 수 있다.
다음에 본 발명의 식각용액을 이용하여 식각방법을 설명한다.
제4도는 본 발명에 의하여 손상된 실리콘층을 제거하는 방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도이다.
먼저, 반도체 기판(100) 상에 열산화법에 의하여 제1산화막(102)을 형성한다. 이어서, 상기 제1산화막(102) 상에 CVD방법에 의하여 제2산화막(104)을 형성한다. 다음에, 상기 제2산화막(104), 제1산화막(102) 및 기판(100)을 순차적으로 이방성 식각하여 트렌치(106)를 형성한다. 이때, 트렌치(160) 하부에는 식각시 사용된 높은 에너지의 이온에 의하여 손상된 실리콘층(도시 안함)이 형성된다.
이어서, 상기 손상된 실리콘층을 본 발명에 의하여 불화암모늄(NH4F), 불산(HF), 과산화수소수(H2O2) 및 순수로 구성된 식각용액을 이용하여 식각한다.
여기서, 산화막과 실리콘간의 식각율에 대하여 제5도를 참조하여 설명한다. 제5도는 본 발명의 식각용액에 대한 산화막 및 비정질실리콘막의 식각율을 나타낸 그래프이다.
구체적으로, X축은 불화암모늄(NH4F)과 불산(HF)으로 구성된 제1용액과 과산화수소수(H2O2) 및 순수로 구성된 제2용액의 부피비를 1/25에서 1/240까지 변화시킨 식각용액을 나타낸다. Y축은 비정질실리콘막(42)과 산화막(40)의 식각율을 나타낸다. 제5도를 살펴보면, 산화막과 실리콘 기판간의 식각선택비를 약0.5∼3으로 유지하면서 실리콘 기판의 식각량이 분당 50∼300Å까지 조절할 수 있다.
이렇게 되면, 상기 제2도와 비교할 때 상기 제4도의 참조부호 B에 도시한 바와 같이 언더컷 현상을 방지할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 식각용액은 식각균일도(uniformity)를 3% 내외로 조절이 가능하다.
다음에, 트렌치의 표면에 제3산화막(도시 안함)을 형성한 후 트렌치를 매립하도록 폴리실리콘층(도시 안함)을 형성한다. 이어서, 후속되는 반도체 장치의 제조공정을 진행한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 식각용액을 이용하여 실리콘산화막이 형성된 실리콘 기판을 식각할 때, 실리콘과 실리콘산화막의 식각선택비를 조절할 수 있어 공정을 단순화하고 식각효과를 극대화 시킬 수 있다.
본 발명이 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상 내에서 당분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 명백하다.

Claims (6)

  1. 반도체 장치의 식각에 이용되는 식각용액에 있어서, 상기 식각용액은 불화암모늄, 불산 및 순수로 구성된 제1용액과 과산화수소 및 순수로 구성된 제2용액의 혼합용액이며, 상기 제1용액은 상기 불화암모늄과 불산의 비를 7:1의 비율로 순수에 18% 포함된 용액이며, 상기 제2용액은 상기 과산화수소와 순수의 비를 3:7인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 식각용액.
  2. 제1에 있어서, 상기 제1용액과 제2용액의 혼합비는 부피비로 1/25 이하인 것을 특징으로 다는 반도체 장치의 식각용액.
  3. 제1항에 있어서, 상기 식각용액은 계면 활성제가 더 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 식각용액.
  4. 실리콘 산화막이 형성된 실리콘 기판의 식각방법에 있어서, 상기 식각방법은 불화암모늄과 불산의 비를 7:1의 비율로 순수에 18% 포함된 제1용액과 과산화수소와 순수의 비를 3:7한 제2용액을 혼합한 식각용액을 사용하여 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 식각방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1용액과 제2용액의 혼합비는 부피비로 1/25 이하로 조절하여 식각하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 식각방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 식각용액은 계면 활성제가 더 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 식각방법.
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