KR100588890B1 - 반도체 소자의 다결정실리콘 제거를 위한 화학용액 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자의 불량 검사에 사용되는 화학용액에 관한 것이다.

본 발명의 반도체 소자의 게이트 산화막 검사를 위한 다결정실리콘 제거용 화학용액은 HNO₃(질산):C₅H₁₅NO₂(콜린):CH₃COOH(초산):HO(CH₂)₂OH(에틸렌글리콜)로 이루어짐에 기술적 특징이 있다.

따라서, 본 발명의 반도체 소자의 게이트 산화막 검사를 위한 다결정실리콘 제거용 화학용액은 게이트 산화막의 표면과 형태는 손상시키지 않으면서 게이트 산화막 상부의 다결정실리콘층만을 제거해 게이트 산화막에 대한 보다 정확한 불량 분석을 가능하게 하는 효과가 있다.

게이트 산화막, 게이트 전극, 다결정실리콘, 콜린,

Description

반도체 소자의 다결정실리콘 제거를 위한 화학용액{Poly silicon de-processing chemical for semiconductor device}

도 1은 반도체 소자의 트랜지스터를 도시한 단면도.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따라 다결정실리콘이 제거된 모습을 도시한 단면도.

도 3내지 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자현미경 사진.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 실리콘 기판 2: 드레인

3: 소스 4: 절연막 스페이서

5: 게이트 산화막 6: 게이트 전극

본 발명은 반도체 소자의 게이트 산화막 검사를 위한 다결정실리콘 제거용 화학용액에 관한 것으로, 보다 자세하게는 반도체 소자의 게이트 산화막에 발생한 결함을 확인하기 위해 게이트 산화막 상부에 위치한 게이트 전극을 구성하는 다결정실리콘을 제거하되 게이트 산화막에는 손상을 주지 않으면서 다결정실리콘만을 선택적으로 제거해주는 화학용액에 관한 것이다.

통상적인 HSG(Hemispherical Grain)를 적용한 커패시터를 갖는 반도체 소자는 실리콘 기판의 액티브 영역이 필드 영역의 아이솔레이션층에 의해 아이솔레이션되고, 액티브 영역의 실리콘 기판 상에 게이트 산화막이 형성되고 게이트 산화막의 일부 영역 상에 게이트 전극이 형성되며 액티브 영역 내에 게이트 전극을 사이에 두고 소스(source)와 드레인(drain)이 형성된다.

상기 반도체 소자의 게이트, 소스 및 드레인으로 이루진 트랜지스터에서 대부분의 게이트는 실리콘 기판 위에 산화막(이하 게이트 산화막으로 칭한다)과 다결정실리콘으로 된 게이트 전극이 적층된 상태로 구성되어 있다. 이러한 게이트 산화막의 두께는 불과 수십 Å 이하에 불과하며 이 게이트 산화막의 특성은 트랜지스터의 동작과 신뢰성 등에 막대한 영향을 미친다. 따라서 게이트 산화막에 발생하는 결함에 대한 관심이 증대되어 왔지만 이의 표면분석에는 어려움이 뒤따른다.

일반적으로 반도체 소자의 게이트 산화막 분석을 위해서는 평면 시편 또는 단면 시편을 제작한 후 제작된 시편을 전자현미경으로 관찰하였다. 이들 시편을 제작할 때는 게이트 산화막 상부의 다결정실리콘 층을 제기하기 위해 상기 시편을 화학용액 내에 침지시키게 되는데 이때 게이트 산화막의 표면과 형태는 손상시키지 않으면서 다결정실리콘만을 제거하는 것이 매우 중요하다.

종래에 다결정실리콘 제거용 화학용액으로 사용되었던 표준 용액은 [1 HF + (8∼10) HNO₃ + (8∼10) CH₃COOH]이었다. 상기 표준 용액은 실온에서 사용되며 에칭 속도가 너무 빠르기 때문에 분석하고자 하는 시편의 침지 시간은 대략적으로 10∼120초 이내로 한다. 하지만 상기 표준 용액은 다결정실리콘을 제거할 뿐만 아니라 분석하고자 하는 게이트 산화막의 표면과 형태도 변화시키는 경향이 있어 게이트 산화막 검사에 혼란을 유발하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다결정실리콘 제거용 화학용액을 사용해 게이트 산화막은 손상시키지 않으면서 다결정실리콘 층만을 제거할 수 있도록 하는 화학용액을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은 HNO₃(질산):C₅H₁₅NO₂(콜린):CH₃COOH(초산):HO(CH₂)₂OH(에틸렌글리콜)로 이루어진 화학용액에 의해 달성된다.

본 발명의 상기 화학용액의 구성비는 바람직하게는 [0.5 HNO₃ + 40 C₅H₁₅NO₂ + 1 CH₃COOH + 1 HO(CH₂)₂OH]으로 구성될 수 있다.

일 예로써, 만약 0.25몰의 HNO₃가 혼합된 혼합물을 사용하는 경우, 본 발명의 다결정실리콘 제거용 화학용액의 조성은 [0.25 HNO₃ + 20 C₅H₁₅NO₂ + 0.5 CH₃COOH + 0.5 HO(CH₂)₂OH]가 된다. 또한 1몰의 HNO₃가 혼합된 혼합물을 사용하는 경우, 본 발명의 다결정실리콘 제거용 화학용액의 조성은 [1 HNO₃ + 80 C₅H₁₅NO₂ + 2 CH₃COOH + 2 HO(CH₂)₂OH]가 된다.

본 발명에서는 반도체 소자의 게이트 산화막 분석을 위한 평면 또는 단면 시편을 상기 화학용액에 소정의 온도에서 소정의 시간 동안 침지시키되, 바람직하게는 상온에서 30분간 침지시킨다. 이때 상기 화학용액의 구성 성분 중에서 질산과 초산은 다결정실리콘의 식각에 관여하게 되고, 콜린과 에틸렌글리콜은 게이트 산화막의 표면을 보호함으로써 다결정실리콘이 제거되는 동안에 게이트 산화막의 표면과 형태가 변화되는 것을 방지해 준다.
이하 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
도 1과 도 2는 본 발명의 다결정실리콘 제거용 화학용액의 사용 예를 설명하기 위하여 나타내 보인 단면도이다. 먼저, 도 1은 실리콘 기판(1) 위의 절연막 스페이서(4) 사이에 게이트 산화막(5)과 다결정실리콘으로 된 게이트 전극(6)이 적층되어 있고 게이트 전극을 사이에 두고 소스(3)와 드레인(2)이 형성되어 있는 모습을 도시한 것이다. 다음 도 2는 분석하고자 하는 시편을 상기 화학용액에 실온에서 30분간 침지시킨 후 다결정실리콘층이 제거된 상태를 도시한 것이다. 게이트 산화막의 표면과 형태는 손상되지 않고 그대로 유지되면서 상부의 다결정실리콘 층만 제거돼 있다.
도 3내지 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자현미경 사진을 도시한 것이다. 도 3는 다결정실리콘이 제거되기 전의 모습이고, 도 4는 본 발명의 화학용액으로 시편을 처리한 후 다결정실리콘이 제거된 모습이다. 도 4에서 다결정실리콘 아래에 가려져 있던 게이트 산화막이 드러난 모습을 명확히 관찰할 수 있다.

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따라서 본 발명의 반도체 소자의 게이트 산화막 검사를 위한 다결정실리콘 제거용 화학용액은 검사하고자 하는 게이트 산화막에는 손상을 주지 않으면서 다결정실리콘 층만을 제거해 게이트 산화막의 표면과 형태가 변화되는 것을 방지함으로써 게이트 산화막에 대한 보다 정확한 불량 분석을 가능하게 하는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 반도체 소자의 다결정실리콘 제거용 화학용액에 있어서,

   HNO₃(질산):C₅H₁₅NO₂(콜린):CH₃COOH(초산):HO(CH₂)₂OH(에틸렌글리콜)로 이루어짐을 특징으로 하는 다결정실리콘 제거용 화학용액.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 화학용액의 질산:콜린:초산:에틸렌글리콜의 몰수 비는 0.5:40:1:1인 것을 특징으로 하는 다결정실리콘 제거용 화학용액.
3. 삭제

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