KR101730453B1 - Etchant compositions for nitride layers and methods of manufacturing semiconductor devices using the same - Google Patents

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Abstract

The present invention is to provide an etchant composition for nitride layers having an improved etchant selective ratio, and a method for manufacturing a semiconductor device using the same. The etchant composition for nitride layers comprises phosphoric acid, a silicon-fluorine compound containing a silicon-fluorine bond, an adsorption preventing agent and water.

Description

질화막 식각 조성물 및 이를 이용한 반도체 장치의 제조 방법{ETCHANT COMPOSITIONS FOR NITRIDE LAYERS AND METHODS OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICES USING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a nitride film etching composition, and a method of manufacturing a semiconductor device using the nitride film etching composition. BACKGROUND ART < RTI ID = 0.0 >

본 발명은 질화막 식각 조성물 및 이를 이용한 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 산 성분 및 첨가제를 포함하는 질화막 식각 조성물 및 이를 이용한 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nitride-based etching composition and a method of manufacturing a semiconductor device using the same. More particularly, the present invention relates to a nitride film etching composition including an acid component and an additive, and a method of manufacturing a semiconductor device using the same.

예를 들면, 반도체 장치의 제조에 있어서, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막과 같은 다양한 절연막들이 적층될 수 있다. 상기 반도체 장치에 포함되는 다양한 패턴 형성의 필요에 따라, 상기 실리콘 질화막의 선택적 식각 공정이 요구될 수 있다.For example, in manufacturing a semiconductor device, various insulating films such as a silicon oxide film and a silicon nitride film can be laminated. A selective etching process of the silicon nitride film may be required depending on the necessity of forming various patterns included in the semiconductor device.

상기 실리콘 질화막은 예를 들면, 인산을 포함하는 식각액 또는 식각 조성물을 사용하는 습식 식각 공정을 통해 제거될 수 있다.The silicon nitride film may be removed by, for example, a wet etching process using an etching solution containing phosphoric acid or an etching composition.

특허문헌 1에서는 인산 및 불산을 포함하는 반도체 소자의 질화막 식각액을 개시하고 있다. 그러나, 불산이 식각액에 포함되는 경우 실리콘 산화막도 함께 제거되어 산화막 대비 질화막의 충분한 식각 선택비가 확보되기 어렵다.Patent Document 1 discloses a nitride film etchant for semiconductor devices including phosphoric acid and hydrofluoric acid. However, when hydrofluoric acid is included in the etching solution, the silicon oxide film is also removed, so that it is difficult to secure a sufficient etch selectivity ratio of the nitride film to the oxide film.

특허문헌 2에서는 인산에 옥심실란을 포함하는 실리콘 질화막 식각용 조성물을 개시하고 있다, 그러나, 상기 조성물은 탈이온수와 같은 용매에 용해도가 낮아 반도체 기판 또는 실리콘 산화막 상에 흡착 잔류물을 생성할 수 있다.Patent Document 2 discloses a composition for etching a silicon nitride film containing oxime silane in phosphoric acid. However, since the composition has a low solubility in a solvent such as deionized water, it can produce adsorbed residues on a semiconductor substrate or a silicon oxide film .

1. 공개특허공보 10-2005-0003163(2005.01.10.)1. Published Patent Application No. 10-2005-0003163 (Oct. 10, 2005) 2. 공개특허공보 10-2011-0037741(2011.04.13.)2. Open Patent Publication No. 10-2011-0037741 (Apr. 13, 2011)

본 발명의 일 과제는 향상된 식각 선택비를 갖는 질화막 식각 조성물을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a nitride-based etching composition having an improved etch selectivity.

본 발명의 일 과제는 목적은 향상된 식각 선택비를 갖는 질화막 식각 조성물을 이용한 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device using a nitride film etching composition having an improved etching selectivity.

그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제들에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, but may be variously expanded without departing from the spirit and scope of the present invention.

상술한 본 발명의 일 과제 달성을 위한, 본 발명의 실시예들에 따른 질화막 식각 조성물은 인산, 실리콘-불소 결합(Si-F 결합)을 포함하는 실리콘-불소 화합물, 흡착 방지제 및 물을 포함할 수 있다.In order to accomplish one aspect of the present invention, a nitride-based etching composition according to embodiments of the present invention includes a silicon-fluorine compound containing phosphoric acid, a silicon-fluorine bond (Si-F bond) .

예시적인 실시예들에 따르면, 상기 질화막 식각 조성물은, 80 중량% 내지 90 중량%의 상기 인산, 0.02 중량% 내지 0.1 중량%의 상기 실리콘-불소 화합물, 0.001 중량% 내지 0.05 중량%의 상기 흡착 방지제 및 여분의 물을 포함할 수 있다.According to exemplary embodiments, the nitridation film etch composition comprises 80 wt% to 90 wt% of the phosphoric acid, 0.02 wt% to 0.1 wt% of the silicon-fluorine compound, 0.001 wt% to 0.05 wt% And extra water.

예시적인 실시예들에 따르면, 상기 흡착 방지제는 하기의 화학식 1의 화합물을 포함한다.According to exemplary embodiments, the adsorption inhibitor comprises a compound of the following formula (1).

<화학식 1>&Lt; Formula 1 >

Figure 112016072696124-pat00001
Figure 112016072696124-pat00001

(화학식 1에서, R1은 Li, Na 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기를 나타내며, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로, F, Cl 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기를 나타내며, R5, R6 및 R7은 각각 독립적으로, F, Br 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기를 나타낸다.)(Wherein R 1 represents Li, Na or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, R 2, R 3 and R 4 each independently represent F, Cl or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and R 5, R 6, Independently represents F, Br or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.

예시적인 실시예들에 따르면, 상기 질화막 식각 조성물은 불소계 계면활성제를 더 포함할 수 있다.According to exemplary embodiments, the nitride film etching composition may further include a fluorine-based surfactant.

예시적인 실시예들에 따르면, 상기 불소계 계면활성제는 암모늄 플루오로 알킬 설포네이트(ammonium fluoroalkylsulfonate)를 포함할 수 있다.According to exemplary embodiments, the fluorinated surfactant may comprise ammonium fluoroalkylsulfonate.

예시적인 실시예들에 따르면, 상기 실리콘-불소 화합물은 암모늄 헥사플루오로실리케이트(ammonium hexafluorosilicate: AHFS), 암모늄 플루오로실리케이트(ammonium fluorosilicate: AFS), 소듐 플루오로실리케이트(sodium fluorosilicate: SFS), 실리콘 테트라플루오라이드(silicon tetrafluoride: STF) 및/또는 헥사플루오로실리식 산(hexafluorosilicic acid: HFSA)을 포함할 수 있다.According to exemplary embodiments, the silicon-fluorine compound is selected from the group consisting of ammonium hexafluorosilicate (AHFS), ammonium fluorosilicate (AFS), sodium fluorosilicate (SFS), silicon tetra And may include silicon tetrafluoride (STF) and / or hexafluorosilicic acid (HFSA).

예시적인 실시예들에 따르면, 상기 실리콘-불소 화합물은 AHFS를 포함할 수 있다.According to exemplary embodiments, the silicon-fluorine compound may comprise AHFS.

상술한 본 발명의 일 과제 달성을 위한, 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법에 따르면, 기판 상에 층간 절연막들 및 희생막들을 교대로 반복적으로 적층할 수 있다. 상기 층간 절연막들 및 상기 희생막들을 관통하는 복수의 채널들을 형성할 수 있다. 인접하는 일부의 상기 채널들 사이의 상기 층간 절연막들 및 상기 희생막들 부분을 식각하여 개구부를 형성할 수 있다. 인산, 실리콘-불소 결합(Si-F 결합)을 포함하는 실리콘-불소 화합물, 흡착 방지제 및 여분의 물을 포함하는 질화막 식각 조성물을 사용하여 상기 개구부에 의해 노출된 상기 희생막들을 제거할 수 있다. 상기 희생막들이 제거된 공간 각각에 게이트 라인을 형성할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a semiconductor device, the method comprising the steps of: stacking interlayer insulating films and sacrificial layers alternately and repeatedly on a substrate; A plurality of channels passing through the interlayer insulating films and the sacrificial layers may be formed. The interlayer insulating films and portions of the sacrificial films between adjacent ones of the channels may be etched to form openings. The sacrificial films exposed by the openings can be removed using a nitride-based etchant composition comprising phosphoric acid, a silicon-fluorine compound comprising a silicon-fluorine bond (Si-F bond), an adsorption inhibitor and an excess of water. A gate line may be formed in each of the spaces where the sacrificial layers are removed.

예시적인 실시예들에 따르면, 상기 질화막 식각 조성물은 상기 조성물의 총 중량 대비 약 80 중량% 내지 약 90 중량%의 상기 인산, 약 0.02 중량% 내지 약 0.1 중량%의 상기 실리콘-불소 화합물, 약 0.001 중량% 내지 약 0.05 중량%의 상기 흡착 방지제 및 상기 여분의 물을 포함할 수 있다.According to exemplary embodiments, the nitride etch composition comprises about 80 wt% to about 90 wt% of the phosphoric acid, about 0.02 wt% to about 0.1 wt% of the silicon-fluorine compound, about 0.001 To about 0.05% by weight of the adsorption inhibitor and the excess water.

예시적인 실시예들에 따르면, 상기 층간 절연막은 실리콘 산화물을 포함하며, 상기 희생막은 실리콘 질화물을 포함할 수 있다.According to exemplary embodiments, the interlayer insulating film includes silicon oxide, and the sacrificial layer may include silicon nitride.

예시적인 실시예들에 따르면, 상기 실리콘-불소 화합물은 암모늄 헥사플루오로실리케이트(AHFS)를 포함할 수 있다.According to exemplary embodiments, the silicon-fluorine compound may comprise ammonium hexafluorosilicate (AHFS).

전술한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 질화막 식각 조성물은 인산, 실리콘-불소 화합물, 및 흡착 방지제를 포함할 수 있다. 상기 실리콘-불소 화합물에 의해 질화막에 대한 식각 속도를 촉진함과 동시에, 상기 흡착 방지제의 상호 작용을 통해 실리콘 산화막의 손상을 방지하고, 식각 부산물의 식각 대상 구조물로의 재흡착을 방지할 수 있다. As described above, according to embodiments of the present invention, the nitride film etching composition may include phosphoric acid, a silicon-fluorine compound, and an anti-adsorption agent. The silicon-fluorine compound promotes the etching rate for the nitride film, and the silicon oxide film is prevented from being damaged through the interaction of the anti-adsorption agent, and the re-adsorption of the etching by-products to the etching target structure can be prevented.

그러므로, 상기 식각 조성물을 사용하여 예를 들면, 약 200 이상의 높은 산화막 대비 질화막의 식각 선택비를 확보하면서, 상기 식각 대상 구조물의 손상 없이 고해상도의 식각 공정이 구현될 수 있다.Therefore, a high-resolution etching process can be realized without damaging the structure to be etched, for example, while ensuring the etch selectivity ratio of the nitride film to the high oxide film of about 200 or more by using the etching composition.

도 1 내지 도 15는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도 및 단면도들이다.1 to 15 are a plan view and a cross-sectional view for explaining a manufacturing method of a semiconductor device according to exemplary embodiments.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 각 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. In the drawings of the present invention, the dimensions of the structures are enlarged to illustrate the present invention in order to clarify the present invention.

본 발명에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. In the present invention, the terms first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

본 발명에 있어서, 각 층(막), 영역, 전극, 패턴 또는 구조물들이 대상체, 기판, 각 층(막), 영역, 전극 또는 패턴들의 "상에", "상부에" 또는 "하부"에 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 각 층(막), 영역, 전극, 패턴 또는 구조물들이 직접 기판, 각 층(막), 영역, 또는 패턴들 위에 형성되거나 아래에 위치하는 것을 의미하거나, 다른 층(막), 다른 영역, 다른 전극, 다른 패턴 또는 다른 구조물들이 대상체나 기판 상에 추가적으로 형성될 수 있다. In the present invention, it is to be understood that each layer (film), region, electrode, pattern or structure may be formed on, over, or under the object, substrate, layer, Means that each layer (film), region, electrode, pattern or structure is directly formed or positioned below a substrate, each layer (film), region, or pattern, , Other regions, other electrodes, other patterns, or other structures may additionally be formed on the object or substrate.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.For the embodiments of the invention disclosed herein, specific structural and functional descriptions are set forth for the purpose of describing an embodiment of the invention only, and it is to be understood that the embodiments of the invention may be practiced in various forms, But should not be construed as limited to the embodiments set forth in the claims.

즉, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. That is, the present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the following description. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

질화막 식각 조성물Nitride film etching composition

예시적인 실시예들에 따른 질화막 식각 조성물은 인산, 실리콘-불소(Si-F) 화합물, 흡착 방지제 및 여분의 물을 포함할 수 있다.The nitride etch composition according to exemplary embodiments may comprise phosphoric acid, a silicon-fluorine (Si-F) compound, an adsorption inhibitor, and excess water.

상기 질화막 식각 조성물은 산화막 및 질화막을 동시에 포함하는 구조물 상에 공급되어 상기 산화막은 실질적으로 손상시키지 않으면서 상기 질화막만을 고선택비로 식각하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 상기 흡착 방지제에 의해 식각 공정에서 발생되는 실리콘 부산물의 재흡착을 방지할 수 있다.The nitride film etching composition may be supplied on a structure containing an oxide film and a nitride film at the same time so as to etch only the nitride film with a high selectivity ratio without substantially damaging the oxide film. In addition, the adsorption inhibitor can prevent re-adsorption of silicon by-products generated in the etching process.

예를 들면, 상기 질화막 식각 조성물은 반도체 장치의 제조 공정에 있어서, 실리콘 질화막을 선택적으로 식각하기 위해 사용될 수 있다For example, the nitride film etching composition can be used to selectively etch a silicon nitride film in a manufacturing process of a semiconductor device

인산은 예를 들면, H3PO4의 화학식으로 표시될 수 있으며, 질화막 식각을 위한 주 식각 성분으로 작용할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 상기 질화막 식각 조성물은 상기 조성물의 총 중량 대비 중량 퍼센트로 표시하여 약 80 중량% 내지 약 90 중량%의 인산을 포함할 수 있다. Phosphoric acid can be represented, for example, by the formula H 3 PO 4 and can act as a major etch component for nitride etch. According to exemplary embodiments, the nitride etch composition may comprise from about 80 wt% to about 90 wt% phosphoric acid, expressed as percent by weight relative to the total weight of the composition.

인산의 함량이 약 80 중량% 미만인 경우, 전체적인 식각 속도가 저하될 수 있다. 인산의 함량이 약 90 중량%를 초과하는 경우 질화막 뿐만 아니라, 산화막 또는 금속막과 같은 도전막의 식각 속도가 함께 증가하여 질화막에 대한 식각 선택비가 감소될 수 있다.If the content of phosphoric acid is less than about 80% by weight, the overall etching rate may be lowered. When the content of phosphoric acid exceeds about 90 wt%, the etching rate of the conductive film such as an oxide film or a metal film as well as the nitride film increases together, so that the etching selectivity to the nitride film can be reduced.

상기 실리콘-불소 화합물은 하나의 분자 내에 Si-F 결합을 갖는 화합물을 포함할 수 있다. 실리콘 원자에 불소 원자가 결합됨에 따라, 상기 조성물 또는 인산 용액에의 용해도가 향상될 수 있다. 또한, 불소가 포함됨에 따라, 식각 속도가 향상될 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 상기 실리콘 원자는 상기 불소 원자에 결합되어 불소 성분에 의해 산화막의 식각 속도가 상승되는 것을 차단 혹은 완충하는 역할을 수행할 수 있다.The silicon-fluorine compound may include a compound having a Si-F bond in one molecule. As the fluorine atom is bonded to the silicon atom, the solubility in the composition or the phosphoric acid solution can be improved. Further, as fluorine is contained, the etching rate can be improved. In exemplary embodiments, the silicon atom may be bonded to the fluorine atom to block or buffer the etching rate of the oxide layer from being increased by the fluorine component.

그러므로, 상기 질화막 식각 조성물에 상기 실리콘-불소 화합물이 포함됨에 따라, 산화막의 식각 속도가 억제되면서 질화막의 식각 속도가 향상될 수 있다. 이에 따라, 상기 질화막 식각 조성물을 사용하여 습식 식각 공정을 수행하는 경우 산화막 대비 질화막의 식각 선택비가 현저히 향상될 수 있다.Therefore, as the silicon-fluorine compound is included in the nitride-based etching composition, the etching rate of the oxide film can be suppressed and the etching rate of the nitride film can be improved. Accordingly, when performing the wet etching process using the nitride film etching composition, the etching selectivity ratio of the nitride film to the oxide film can be remarkably improved.

예시적인 실시예들에 따르면, 상기 질화막 식각 조성물은 상기 조성물의 총 중량 대비 약 0.02 중량% 내지 약 0.1 중량%의 상기 실리콘-불소 화합물을 포함할 수 있다.According to exemplary embodiments, the nitride etch composition may comprise about 0.02 wt.% To about 0.1 wt.% Of the silicon-fluorine compound relative to the total weight of the composition.

상기 실리콘-불소 화합물의 함량이 약 0.02 중량% 미만인 경우, 전체적인 식각 속도가 저하될 수 있다. 상기 실리콘-불소 화합물의 함량이 약 0.1 중량%를 초과하는 경우, 불소 성분의 증가로 인해 오히려 질화막에 대한 식각 선택비가 감소할 수 있다.If the content of the silicon-fluorine compound is less than about 0.02% by weight, the overall etching rate may be lowered. If the content of the silicon-fluorine compound exceeds about 0.1 wt%, the etch selectivity to the nitride film may be reduced due to the increase of the fluorine component.

예시적인 실시예들에 따르면, 상기 실리콘-불소 화합물은 암모늄 헥사플루오로실리케이트(ammonium hexafluorosilicate: AHFS), 암모늄 플루오로실리케이트(ammonium fluorosilicate: AFS), 소듐 플루오로실리케이트(sodium fluorosilicate: SFS), 실리콘 테트라플루오라이드(silicon tetrafluoride: STF) 또는 헥사플루오로실리식 산(hexafluorosilicic acid: HFSA)을 포함할 수 있다, 이들은 단독으로 혹은 2 이상이 조합되어 사용될 수 있다. According to exemplary embodiments, the silicon-fluorine compound is selected from the group consisting of ammonium hexafluorosilicate (AHFS), ammonium fluorosilicate (AFS), sodium fluorosilicate (SFS), silicon tetra And may include silicon tetrafluoride (STF) or hexafluorosilicic acid (HFSA), which may be used alone or in combination of two or more.

일부 실시예들에 있어서, 상기 실리콘-불소 화합물로서 AHFS를 사용할 수 있다. AHFS는 6개의 불소 원자가 결합된 암모늄 계열 화합물로서 다른 실리콘-불소 화합물 대비 질화막에 대해 높은 식각 속도를 나타낼 수 있다. In some embodiments, AHFS may be used as the silicon-fluorine compound. AHFS is an ammonium-based compound with six fluorine atoms bonded and can exhibit high etching rates for nitride films compared to other silicon-fluoride compounds.

상기 흡착 방지제는 상기 질화막 식각 조성물에 미량으로 첨가되어 식각 공정에서 발생된 상기 실리콘 부산물의 식각 대상 구조물로의 재흡착 또는 역흡착을 방지할 수 있다.The anti-adsorption agent may be added to the nitride film etching composition in a small amount to prevent re-adsorption or reverse adsorption of the silicon by-products generated in the etching process into the structure to be etched.

상기 흡착 방지제는 예를 들면, 대전 방지제로서 제공될 수 있다. 예를 들면, 상기 흡착 방지제 의해 상기 식각 대상 구조물의 표면 또는 상기 실리콘 부산물에 포함된 전하가 제거 또는 중화될 수 있다. 따라서, 상기 실리콘 부산물이 상기 식각 대상 구조물의 표면에 재흡착되는 것을 차단할 수 있다.The anti-adsorption agent may be provided, for example, as an antistatic agent. For example, the surface of the structure to be etched or the charge contained in the silicon by-product can be removed or neutralized by the adsorption inhibitor. Thus, it is possible to prevent the silicon by-product from being reabsorbed on the surface of the etch target structure.

예시적인 실시예들에 따르면, 상기 흡착 방지제는 아래의 화학식 1로 나타내지는 화합물을 포함할 수 있다.According to exemplary embodiments, the adsorption inhibitor may include a compound represented by the following formula (1).

<화학식 1>&Lt; Formula 1 >

Figure 112016072696124-pat00002
Figure 112016072696124-pat00002

(화학식 1에서, R1은 Li, Na 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기를 나타내며, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로, F, Cl 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기를 나타내며, R5, R6 및 R7은 각각 독립적으로, F, Br 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기를 나타낸다.)(Wherein R 1 represents Li, Na or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, R 2, R 3 and R 4 each independently represent F, Cl or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and R 5, R 6, Independently represents F, Br or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.

바람직하게, 상기 화학식 1에서, R1은 Li을 나타내고, R2, R3, R4, R5, R6 및 R7은 각각 F를 나타낼 수 있다.Preferably, in the above formula (1), R1 represents Li, and R2, R3, R4, R5, R6 and R7 each represent F.

예시적인 실시예들에 따르면, 상기 질화막 식각 조성물은 상기 조성물의 총 중량 대비 약 0.001 중량% 내지 약 0.05 중량%의 상기 흡착 방지제를 포함할 수 있다.According to exemplary embodiments, the nitride etch composition may comprise from about 0.001% to about 0.05% by weight of the adsorption inhibitor based on the total weight of the composition.

상기 흡착 방지제의 함량이 약 0.001 중량% 미만인 경우, 상기 실리콘 부산물의 충분한 재흡착 방지 효과가 구현되지 않을 수 있다. 상기 흡착 방지제의 함량이 약 0.05 중량%를 초과하는 경우, 상기 질화막 식각 조성물의 다른 성분들의 식각 작용이 저지되어 식각 속도 또는 식각 선택비가 저하될 수 있다. 바람직하게, 상기 흡착 방지제의 함량은 0.001 중량% 내지 0.02 중량% 일 수 있으며, 보다 바람직하게 0.001 중량% 내지 0.01 중량%일 수 있다.If the content of the adsorption inhibitor is less than about 0.001% by weight, the effect of preventing the re-adsorption of the silicon by-products may not be sufficiently realized. If the content of the adsorption inhibitor is more than about 0.05% by weight, the etching action of the other components of the nitride film etching composition may be inhibited, and the etching rate or etching selectivity may be lowered. Preferably, the content of the adsorption inhibitor may be 0.001 wt% to 0.02 wt%, and more preferably 0.001 wt% to 0.01 wt%.

상기 질화막 식각 조성물에 포함되는 여분의 물은 예를 들면, 증류수 또는 탈이온수(deionized water: DIW)를 포함하며, 상기 조성물의 잔량으로 포함될 수 있다.The excess water contained in the nitride film etching composition includes, for example, distilled water or deionized water (DIW), and may be included as a remaining amount of the composition.

일부 예시적인 실시예들에 있어서, 상기 질화막 식각 조성물은 불소계 계면활성제를 더 포함할 수 있다. 상기 불소계 계면활성제는 상기 식각 대상 구조물의 표면 장력을 낮추어 식각 균일도 및 식각 해상도를 향상시킬 수 있다.In some exemplary embodiments, the nitride etch composition may further comprise a fluorochemical surfactant. The fluorine-based surfactant may improve the etching uniformity and the etching resolution by lowering the surface tension of the structure to be etched.

상기 불소계 계면활성제의 예로서 암모늄 플루오로 알킬 설포네이트(ammonium fluoroalkylsulfonate)를 들 수 있다.Examples of the fluorine-based surfactant include ammonium fluoroalkylsulfonate.

일부 실시예들에 있어서, 상기 불소계 계면 활성제가 첨가되는 경우 상기 조성물의 총 중량 대비 약 0.001 중량% 내지 약 0.01 중량%의 함량으로 첨가될 수 있다. 상기 불소계 계면 활성제의 함량이 약 0.01 중량%를 초과하는 경우 불소 성분에 의해 식각 선택비가 저하될 수 있다.In some embodiments, the fluorosurfactant may be added in an amount of about 0.001% to about 0.01% by weight based on the total weight of the composition when added. If the content of the fluorine-based surfactant exceeds about 0.01% by weight, the etch selectivity may be lowered by the fluorine component.

일부 실시예들에 있어서, 상기 질화막 식각 조성물은 상술한 인산, 실리콘-불소 화합물, 흡착 방지제 및 여분의 물로 실질적으로 구성될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 질화막 식각 조성물은 상술한 인산, 실리콘-불소 화합물, 흡착 방지제, 불소계 계면활성제 및 여분의 물로 실질적으로 구성될 수 있다.In some embodiments, the nitride etch composition may be substantially composed of the phosphoric acid, silicon-fluorine compound, adsorption inhibitor and excess water described above. In one embodiment, the nitride-based etching composition may be substantially composed of the above-mentioned phosphoric acid, a silicon-fluorine compound, an adsorption inhibitor, a fluorine-based surfactant, and an excess of water.

예시적인 실시예들에 따르면, 상기 질화막 식각 조성물은 불산, 불화 암모늄과 같은 추가적인 불소 함유 식각 성분들을 포함하지 않을 수 있다. 따라서, 산화막에 대한 식각이 억제되어 질화막에 대한 높은 식각 선택비가 구현될 수 있다.According to exemplary embodiments, the nitride etch composition may not include additional fluorine containing etch components such as hydrofluoric acid, ammonium fluoride, and the like. Therefore, the etching for the oxide film is suppressed, and a high etching selectivity for the nitride film can be realized.

상술한 바와 같이, 예시적인 실시예들에 따른 질화막 식각 조성물은 상기 실리콘-불소 화합물에 의해 질화막에 대한 높은 식각 선택비를 확보할 수 있다. 또한, 상기 흡착 방지제의 상호작용에 의해 식각 공정으로부터 발생되는 상기 실리콘 부산물의 재흡착을 방지하면서 제거할 수 있다.As described above, the nitride-based etching composition according to the exemplary embodiments can ensure a high etch selectivity for the nitride film by the silicon-fluorine compound. Also, by the interaction of the adsorption inhibitor, the silicon by-product generated from the etching process can be prevented from being re-adsorbed.

반도체 장치의 제조 방법Method for manufacturing semiconductor device

도 1 내지 도 15는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도 및 단면도들이다. 구체적으로, 도 2 및 도 9는 상기 반도체 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 평면도들이다. 도 1, 도 3 내지 도 8, 및 도 10 내지 도 15는 도 2 및 도 9에 표시된 I-I'라인을 따라 제1 방향을 따라 절단한 단면도들이다.1 to 15 are a plan view and a cross-sectional view for explaining a manufacturing method of a semiconductor device according to exemplary embodiments. 2 and 9 are plan views for explaining a method of manufacturing the semiconductor device. FIGS. 1, 3 to 8, and 10 to 15 are cross-sectional views taken along the line I-I 'shown in FIGS. 2 and 9 along the first direction.

예를 들면, 도 1 내지 도 15는 기판 상면에 대해 수직한 채널을 갖는 수직형 메모리 장치의 제조 방법을 도시하고 있다.For example, Figures 1 to 15 illustrate a method of fabricating a vertical memory device having a channel perpendicular to the top surface of the substrate.

도 1 내지 도 15에서, 기판 상면에 실질적으로 수직한 방향을 제1 방향, 상기 기판 상면에 평행하면서 서로 교차하는 두 방향을 각각 제2 방향 및 제3 방향으로 정의한다. 예를 들면, 상기 제2 방향 및 상기 제3 방향은 실질적으로 서로 수직하게 교차할 수 있다. 도면상에 화살표로 표시된 방향과 이의 반대 방향은 동일 방향으로 설명한다.In FIGS. 1 to 15, a direction substantially perpendicular to the upper surface of the substrate is defined as a first direction, and two directions parallel to the upper surface of the substrate and intersecting with each other are defined as a second direction and a third direction, respectively. For example, the second direction and the third direction may be substantially perpendicular to each other. The direction indicated by the arrow in the figure and the direction opposite thereto are described in the same direction.

도 1을 참조하면, 기판(100) 상에 복수의 층간 절연막들(102, 예를 들면, 102a 내지 102g) 및 희생막들(104, 예를 들면 104a 내지 104f)을 교대로 반복적으로 적층하여 몰드 구조물(105)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 1, a plurality of interlayer insulating films 102 (for example, 102a to 102g) and sacrificial films 104 (for example, 104a to 104f) are alternately and repeatedly laminated on a substrate 100, The structure 105 can be formed.

기판(100)으로서 단결정 실리콘 기판, 단결정 게르마늄 기판과 같은 반도체 기판을 사용할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 기판(100)은 상기 반도체 장치의 p형 웰(well)로서 제공될 수 있다.As the substrate 100, a semiconductor substrate such as a single crystal silicon substrate or a single crystal germanium substrate can be used. In some embodiments, the substrate 100 may be provided as a p-type well of the semiconductor device.

예시적인 실시예들에 따르면, 층간 절연막들(102)은 실리콘 산화물, 실리콘 탄산화물 혹은 실리콘 산불화물과 같은 산화물 계열의 물질을 사용하여 형성될 수 있다. 희생막들(104)은 층간 절연막(102)에 대해 높은 식각 선택비를 가지며, 습식 식각 공정에 의해 용이하게 제거될 수 있는 물질을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 희생막들(104)은 실리콘 질화물(SiN) 또는 실리콘 붕질화물(SiBN)과 같은 질화물 계열의 물질을 사용하여 형성될 수 있다.According to exemplary embodiments, the interlayer insulating films 102 may be formed using an oxide-based material such as silicon oxide, silicon carbonitride, or silicon oxyfluoride. The sacrificial films 104 may have a high etch selectivity to the interlayer insulating film 102 and may be formed using a material that can be easily removed by a wet etching process. For example, the sacrificial films 104 may be formed using a nitride based material such as silicon nitride (SiN) or silicon boron nitride (SiBN).

층간 절연막(102) 및 희생막(104)은 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition: CVD) 공정, 플라즈마 강화 화학 기상 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition: PECVD) 공정, 스핀 코팅(Spin Coating) 공정 등을 통해 형성될 수 있다. 기판(100) 상면에 직접 형성되는 최하층의 층간 절연막(102a)의 경우, 기판(100)의 상기 상면을 열산화시켜 형성될 수도 있다.The interlayer insulating layer 102 and the sacrificial layer 104 may be formed through a chemical vapor deposition (CVD) process, a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) process, a spin coating process, or the like. . In the case of the lowermost interlayer insulating film 102a directly formed on the upper surface of the substrate 100, the upper surface of the substrate 100 may be formed by thermal oxidation.

희생막들(104)은 후속 공정을 통해 제거되어 그라운드 선택 라인(Ground Selection Line: GSL), 워드 라인(word line) 및 스트링 선택 라인(String Selection Line: SSL)이 형성되는 공간을 제공할 수 있다. 따라서, 층간 절연막들(102) 및 희생막들(104)이 적층되는 수는 이후 형성되는 상기 GSL, 워드 라인 및 SSL이 적층되는 수에 따라 달라질 수 있다. The sacrificial films 104 may be removed through a subsequent process to provide a space in which a ground selection line (GSL), a word line, and a String Selection Line (SSL) are formed . Accordingly, the number of the interlayer insulating films 102 and the sacrificial films 104 stacked may be varied depending on the number of the GSLs, word lines, and SSL formed later.

예를 들면, 상기 GSL 및 SSL은 각각 1개의 층에 형성되고, 상기 워드 라인은 4개의 층에 형성될 수 있다. 이 경우, 희생막들(104)은 모두 6개의 층으로 적층되며 층간 절연막들(102)은 모두 7개의 층으로 적층될 수 있다. For example, the GSL and SSL may be formed in one layer, respectively, and the word lines may be formed in four layers. In this case, the sacrificial films 104 are all stacked in six layers, and the interlayer insulating films 102 can be all stacked in seven layers.

그러나, 층간 절연막들(102) 및 희생막들(104)이 적층되는 수는 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 GSL 및/또는 SSL은 각각 2개의 층으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 워드 라인은 4개, 8개 혹은 16개의 층으로 형성될 수 있다. 상기 워드 라인은 16개 이상의 층으로, 예를 들면 2 x n개 층으로(n은 8 이상의 정수) 형성될 수도 있다.However, the number of the interlayer insulating films 102 and the sacrificial films 104 stacked is not particularly limited. For example, the GSL and / or SSL may each be formed of two layers. The word line may be formed of four, eight, or sixteen layers. The word lines may be formed in 16 or more layers, for example, 2 x n layers (n is an integer of 8 or more).

도 2 및 도 3을 참조하면, 몰드 구조물(105)을 관통하여 기판(100) 상면을 노출시키는 채널 홀들(110)을 형성할 수 있다.Referring to FIGS. 2 and 3, channel holes 110 may be formed through the mold structure 105 to expose the upper surface of the substrate 100.

예시적인 실시예들에 따르면, 최상층의 층간 절연막(102g) 상에 하드 마스크(도시되지 않음)를 형성하고, 상기 하드 마스크를 식각 마스크로 사용하는 건식 식각 공정을 통해 층간 절연막들(102) 및 희생막들(104)을 순차적으로 식각하여 채널 홀들(110)을 형성할 수 있다.According to exemplary embodiments, a hard mask (not shown) is formed on the uppermost interlayer insulating film 102g, and the interlayer insulating films 102 and the sacrificial layer 102 are formed through a dry etching process using the hard mask as an etch mask. The channel holes 110 may be formed by etching the films 104 sequentially.

상기 하드 마스크는 예를 들면, 실리콘 계열 또는 탄소 계열의 스핀-온 하드 마스크(Spin on Hard Mask: SOH) 물질 또는 포토레지스트 물질을 사용하여 형성될 수 있다. 채널 홀(110) 형성 후 상기 하드 마스크는 애싱 공정 및/또는 스트립 공정을 통해 제거될 수 있다.The hard mask may be formed using, for example, a silicon-based or carbon-based spin-on hard mask (SOH) material or a photoresist material. After formation of the channel hole 110, the hard mask may be removed through an ashing process and / or a strip process.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제3 방향을 따라 복수의 채널 홀들(110)이 형성되어 채널 홀 열(column)이 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2 방향을 따라, 복수의 상기 채널 홀 열들이 형성될 수 있다. As shown in FIG. 2, a plurality of channel holes 110 may be formed along the third direction to form a channel hole column. In addition, a plurality of the channel hole rows may be formed along the second direction.

상기 채널 홀 열들은 상기 제2 방향 및/또는 상기 제3 방향을 따라 채널 홀들(110)이 지그-재그(zig-zag) 형태로 배치되도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 기판(100)의 단위 면적당 형성되는 채널 홀(110)의 밀집도를 증가시킬 수 있다.The channel holes may be formed in a zig-zag manner along the second direction and / or the third direction. Accordingly, the density of the channel holes 110 formed per unit area of the substrate 100 can be increased.

소정의 개수의 상기 채널 홀 열들이 하나의 채널 홀 그룹을 형성할 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 4개의 채널 홀 열들이 하나의 상기 채널 홀 그룹을 정의할 수 있다. 도 2에서는 하나의 상기 채널 홀 그룹만이 도시되었으나, 상기 제2 방향을 따라 복수의 상기 채널 홀 그룹들이 형성될 수 있다.The predetermined number of the channel hole rows may form one channel hole group. For example, the four channel hole sequences shown in FIG. 2 may define one channel hole group. Although only one channel hole group is shown in FIG. 2, a plurality of the channel hole groups may be formed along the second direction.

도 4를 참조하면, 채널 홀들(110)의 측벽 및 저면들과 최상층의 층간 절연막(102g) 상면을 따라 유전막(115)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 4, the dielectric layer 115 may be formed along the sidewalls and bottoms of the channel holes 110 and the upper surface of the uppermost interlayer insulating layer 102g.

예를 들면, 유전막(115)은 구체적으로 도시하지는 않았으나, 블로킹 막, 전하 저장막 및 터널 절연막을 순차적으로 적층하여 형성될 수 있다.For example, although not specifically shown, the dielectric film 115 may be formed by sequentially laminating a blocking film, a charge storage film, and a tunnel insulating film.

상기 블로킹 막은 실리콘 산화물과 같은 산화물을 사용하여 형성될 수 있고, 상기 전하 저장막은 실리콘 질화물과 같은 질화물 또는 금속 산화물을 사용하여 형성될 수 있으며, 상기 터널 절연막은 실리콘 산화물과 같은 산화물을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 유전막(115)은 산화막-질화막-산화막이 순차적으로 적층된 ONO(Oxide-Nitride-Oxide) 구조를 갖도록 형성될 수 있다. 상기 블로킹막, 전하 저장막 및 터널 절연막들은 각각 CVD 공정, PECVD 공정, 원자층 증착(Atomic Layer Deposition: ALD 공정) 등을 통해 형성될 수 있다.The blocking film may be formed using an oxide such as silicon oxide, and the charge storage film may be formed using a nitride such as silicon nitride or a metal oxide, and the tunnel insulating film may be formed using an oxide such as silicon oxide . For example, the dielectric layer 115 may be formed to have an ONO (Oxide-Nitride-Oxide) structure in which an oxide-nitride-oxide-oxide layer is sequentially stacked. The blocking film, the charge storage film, and the tunnel insulating films may be formed through a CVD process, a PECVD process, an atomic layer deposition (ALD process), or the like.

도 5를 참조하면, 유전막(115)을 부분적으로 제거하여 유전막 구조물(120)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 5, the dielectric layer 115 may be partially removed to form the dielectric layer structure 120.

예를 들면, 에치-백(etch-back) 공정을 통해 유전막(115)의 상부 및 저부를 부분적으로 제거할 수 있다. 이에 따라, 유전막(115)의 최상층의 층간 절연막(102g) 상기 상면 및 기판(100)의 상기 상면 상에 형성된 부분들이 실질적으로 제거되어 유전막 구조물(120)이 형성될 수 있다.For example, the top and bottom portions of the dielectric layer 115 may be partially removed through an etch-back process. The upper surface of the interlayer insulating film 102g on the uppermost layer of the dielectric film 115 and portions formed on the upper surface of the substrate 100 may be substantially removed to form the dielectric film structure 120. [

유전막 구조물(120)은 채널 홀(110) 내부에 형성될 수 있다. 예를 들면, 유전막 구조물(120)은 채널 홀(110)의 측벽 상에 형성되며, 실질적으로 스트로우(straw) 형상 또는 실린더 쉘(shell) 형상을 가질 수 있다. 유전막 구조물(120)이 형성됨에 따라 기판(100)의 상기 상면이 다시 노출될 수 있다.The dielectric layer structure 120 may be formed in the channel hole 110. For example, the dielectric layer structure 120 may be formed on the sidewalls of the channel hole 110 and may have a substantially straw or cylinder shell shape. As the dielectric film structure 120 is formed, the upper surface of the substrate 100 may be exposed again.

도 6을 참조하면, 최상층의 층간 절연막(102g) 및 유전막 구조물(120)의 표면들, 및 기판(100)의 상기 상면을 따라 채널막(125)을 형성하고, 채널막(125) 상에 채널 홀(110) 나머지 부분을 채우는 제1 매립막(127)을 형성할 수 있다.6, a channel film 125 is formed along the upper surfaces of the uppermost interlayer insulating film 102g and the dielectric film structure 120 and the upper surface of the substrate 100, and a channel film 125 is formed on the channel film 125. [ The first buried layer 127 filling the remaining portion of the hole 110 can be formed.

예시적인 실시예들에 따르면, 채널막(125)은 선택적으로 불순물이 도핑된 폴리실리콘 혹은 비정질 실리콘을 포함하도록 형성될 수 있다. 제1 매립막(127)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물과 같은 절연 물질을 포함하도록 형성될 수 있다. 채널막(125) 및 제1 매립막(127)은 CVD 공정, PECVD 공정, ALD 공정 등을 통해 형성될 수 있다.According to exemplary embodiments, the channel film 125 may be selectively formed to include polysilicon doped with impurities or amorphous silicon. The first buried film 127 may be formed to include an insulating material such as silicon oxide or silicon nitride. The channel film 125 and the first buried film 127 may be formed through a CVD process, a PECVD process, an ALD process, or the like.

일 실시예에 따르면, 채널막(125)은 채널 홀(110) 내부를 완전히 채우도록 형성될 수도 있다. 이 경우, 제1 매립막(127)의 형성은 생략될 수 있다.According to one embodiment, the channel film 125 may be formed to completely fill the inside of the channel hole 110. In this case, the formation of the first embedded film 127 may be omitted.

도 7을 참조하면, 최상층의 층간 절연막(102g)이 노출될 때까지 제1 매립막(127) 및 채널막(125)을 평탄화하여 유전막 구조물(120)의 측벽으로부터 순차적으로 적층되어 채널 홀(110) 내부를 채우는 채널(130) 및 제1 매립 패턴(135)을 형성할 수 있다. 상기 평탄화 공정은 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polish: CMP) 공정 및/또는 에치-백 공정을 포함할 수 있다.7, the first buried layer 127 and the channel layer 125 are planarized until the interlayer dielectric layer 102g of the uppermost layer is exposed, and are sequentially stacked from the side walls of the dielectric layer structure 120, The channel 130 and the first buried pattern 135 may be formed. The planarization process may include a chemical mechanical polishing (CMP) process and / or an etch-back process.

채널(130)은 실질적으로 컵 형상을 가지며, 채널 홀(110)에 의해 노출된 기판(100)의 상기 상면과 접촉될 수 있다. 제1 매립 패턴(135)은 실질적으로 필라(pillar) 혹은 속이 찬 원기둥 형상을 가질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 채널막(125)이 채널 홀(110) 내부를 완전히 채우도록 형성되는 경우, 제1 매립 패턴(135)의 형성은 생략되며, 채널(130)은 실질적으로 필라(pillar) 혹은 속이 찬 원기둥 형상을 가질 수 있다.The channel 130 has a substantially cup shape and can be in contact with the upper surface of the substrate 100 exposed by the channel hole 110. The first embedding pattern 135 may have a substantially pillar or hollow cylindrical shape. The formation of the first buried pattern 135 is omitted and the channel 130 is substantially a pillar and the second buried pattern 135 is formed in the channel 130. In one embodiment, Or it may have a hollow cylinder shape.

한편, 채널 홀(110) 마다 채널(130)이 형성됨에 따라, 상술한 채널 홀 열의 배열 형태에 대응되는 채널 열이 형성될 수 있다. 또한, 예를 들면 4개의 채널 열이 하나의 채널 그룹을 형성할 수 있다.Meanwhile, as the channel 130 is formed for each channel hole 110, a channel column corresponding to the arrangement of the channel hole columns may be formed. In addition, for example, four channel columns can form one channel group.

일 실시예에 있어서, 유전막 구조물(120) 및 채널(130)을 형성하기 전에 채널 홀(110) 저부를 채우는 반도체 패턴(도시되지 않음)을 더 형성할 수도 있다. 예를 들면, 상기 반도체 패턴은 기판(100) 상면을 씨드로 사용하는 선택적 에피택셜 성장(Selective Epitaxial Growth: SEG) 공정을 수행하여 형성될 수 있다. 상기 반도체 패턴은 폴리실리콘 혹은 단결정 실리콘을 포함할 수 있다.In one embodiment, a semiconductor pattern (not shown) may be further formed to fill the bottom of the channel hole 110 prior to forming the dielectric layer structure 120 and the channel 130. For example, the semiconductor pattern may be formed by performing a selective epitaxial growth (SEG) process using a top surface of the substrate 100 as a seed. The semiconductor pattern may include polysilicon or single crystal silicon.

도 8을 참조하면, 채널 홀(110) 상부를 채우는 패드(140)를 형성할 수 있다.Referring to FIG. 8, a pad 140 filling the channel hole 110 may be formed.

예를 들면, 도 8에 도시된 바와 같이, 유전막 구조물(120), 채널(130) 및 제1 매립 패턴(135)의 상부를 에치-백 공정을 통해 제거하여 리세스(137)를 형성한다. 이후, 리세스(137)를 채우는 패드막을 제1 매립 패턴(135), 채널(130), 유전막 구조물(120) 및 최상층의 층간 절연막(102g) 상에 형성하고, 최상층의 층간 절연막(102g의 상면이 노출될 때까지 상기 패드막의 상부를 예를 들면, CMP 공정을 통해 평탄화하여 패드(140)를 형성할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 상기 패드막은 폴리실리콘 또는 예를 들면 n형 불순물이 도핑된 폴리실리콘을 포함하도록 형성될 수 있다. 이와는 달리, 상기 패드막은 비정질 실리콘을 사용하여 예비 패드막을 형성 후 이를 결정화시킴으로써 형성될 수도 있다. 8, the upper portions of the dielectric film structure 120, the channel 130, and the first buried pattern 135 are removed through an etch-back process to form a recess 137. [ Thereafter, a pad film filling the recess 137 is formed on the first buried pattern 135, the channel 130, the dielectric film structure 120 and the uppermost interlayer insulating film 102g, and the uppermost interlayer insulating film 102g The upper portion of the pad film may be planarized by, for example, a CMP process to form the pad 140. According to exemplary embodiments, the pad film may be formed of polysilicon or an n-type impurity May be formed to include the doped polysilicon. Alternatively, the pad film may be formed by forming a preliminary pad film using amorphous silicon and then crystallizing the preliminary pad film.

도 9 및 도 10을 참조하면, 몰드 구조물(105)을 부분적으로 식각하여 개구부(150)를 형성할 수 있다.Referring to FIGS. 9 and 10, the mold structure 105 may be partially etched to form the opening 150.

예를 들면, 패드들(140)을 커버하며 상기 제2 방향으로 인접하는 일부 상기 채널 열들 사이의 최상층의 층간 절연막(102g)을 부분적으로 노출시키는 하드 마스크(도시되지 않음)를 형성할 수 있다. 상기 하드 마스크를 식각 마스크로 사용하는 건식 식각 공정을 통해 층간 절연막들(102) 및 희생막들(104)을 식각하여 개구부(150)를 형성할 수 있다. 상기 하드 마스크는 예를 들면, 포토레지스트 혹은 SOH 물질을 사용하여 형성될 수 있다. 또한 상기 하드 마스크는 개구부(150) 형성 후에 애싱 및/또는 스트립 공정을 통해 제거될 수 있다.For example, a hard mask (not shown) may be formed that covers the pads 140 and partially exposes the uppermost interlayer insulating film 102g between some of the channel columns adjacent in the second direction. The opening 150 may be formed by etching the interlayer insulating films 102 and the sacrificial films 104 through a dry etching process using the hard mask as an etching mask. The hard mask may be formed using, for example, a photoresist or an SOH material. The hard mask may also be removed through an ashing and / or strip process after formation of the openings 150.

개구부(150)는 상기 제1 방향을 따라 몰드 구조물(105)을 관통하여 기판(100) 상면을 노출시킬 수 있다. 또한, 개구부(150)는 상기 제3 방향을 따라 연장되며, 복수의 개구부들(150)이 상기 제2 방향을 따라 형성될 수 있다.The opening 150 may expose the upper surface of the substrate 100 through the mold structure 105 along the first direction. Also, the opening 150 may extend along the third direction, and a plurality of openings 150 may be formed along the second direction.

개구부(150)는 게이트 라인 컷(cut) 영역으로 제공될 수 있다. 제2 방향을 따라 이웃하는 개구부들(150)에 의해 상기 채널 그룹이 정의될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 소정의 개수, 예를 들면 4개의 상기 채널 열들이 이웃하는 개구부들(150)에 의해 그룹화될 수 있다.The opening 150 may be provided in a gate line cut region. The channel group may be defined by the openings 150 neighboring along the second direction. In one embodiment, a predetermined number, e.g., four, of the channel columns may be grouped by neighboring openings 150. [

한편, 개구부들(150)이 형성됨에 따라, 층간 절연막들(102) 및 희생막들(104)은 각각 층간 절연 패턴들(106, 예를 들면, 106a 내지 106g) 및 희생 패턴들(108, 예를 들면, 108a 내지 108f)로 변환될 수 있다. 층간 절연 패턴(106) 및 희생 패턴(108)은 상기 채널 그룹을 감싸며 연장하는 라인 형상 또는 플레이트 형상을 가질 수 있다.On the other hand, as the openings 150 are formed, the interlayer insulating films 102 and the sacrificial films 104 are formed on the interlayer insulating patterns 106 (for example, 106a to 106g) and the sacrificial patterns 108 For example, 108a to 108f. The interlayer insulating pattern 106 and the sacrificial pattern 108 may have a line shape or a plate shape extending and extending around the channel group.

도 11을 참조하면, 개구부(150)에 의해 측벽이 노출된 희생 패턴들(108)을 제거할 수 있다. 희생 패턴들(108)이 제거되면, 각 층의 층간 절연 패턴들(106) 사이에 갭(gap)(160)이 형성되며, 갭(160)에 의해 유전막 구조물(120)의 외측벽이 일부 노출될 수 있다.Referring to FIG. 11, the opening 150 may remove the sacrificial patterns 108 on which the side walls are exposed. When the sacrificial patterns 108 are removed, a gap 160 is formed between the interlayer dielectric patterns 106 of each layer, and the outer wall of the dielectric film structure 120 is partially exposed by the gap 160 .

상술한 바와 같이, 희생 패턴(108) 및 층간 절연 패턴(106)은 각각 질화물 계열 물질 및 산화물 계열 물질을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 희생 패턴(108) 및 층간 절연 패턴(106)은 각각 실리콘 질화물(Si3N4) 및 실리콘 산화물(SiO2)을 포함할 수 있다.As described above, the sacrificial pattern 108 and the interlayer dielectric pattern 106 may comprise a nitride-based material and an oxide-based material, respectively. According to exemplary embodiments, the sacrificial pattern 108 and the interlayer dielectric pattern 106 may comprise silicon nitride (Si 3 N 4 ) and silicon oxide (SiO 2 ), respectively.

이에 따라, 희생 패턴(108)은 상술한 예시적인 실시예들에 따른 질화막 식각 조성물을 사용한 습식 식각 공정을 통해 제거될 수 있다.Thus, the sacrificial pattern 108 may be removed through a wet etch process using a nitride etch composition according to the exemplary embodiments described above.

상기 질화막 식각 조성물은 인산, 실리콘-불소(Si-F) 화합물, 흡착 방지제 및 여분의 물을 포함할 수 있다. 일부 예시적인 실시예들에 있어서, 상기 질화막 식각 조성물은 상기 질화막 식각 조성물의 총 중량 대비 약 80 중량% 내지 90 중량%의 인산, 약 0.02 중량% 내지 약 0.1 중량%의 상기 실리콘-불소 화합물, 약 0.001 중량% 내지 약 0.05 중량%의 상기 흡착 방지제 및 여분의 물을 포함할 수 있다.The nitride film etch composition may include phosphoric acid, a silicon-fluorine (Si-F) compound, an adsorption inhibitor, and an excess of water. In some exemplary embodiments, the nitride etch composition comprises about 80 wt.% To about 90 wt.% Phosphoric acid, about 0.02 wt.% To about 0.1 wt.% Of the silicon-fluorine compound relative to the total weight of the nitride etch composition, From 0.001 wt% to about 0.05 wt% of the adsorption inhibitor and the excess water.

일부 실시예들에 있어서, 상기 질화막 식각 조성물은 불소계 계면활성제를 더 포함할 수도 있다.In some embodiments, the nitride etch composition may further comprise a fluorochemical surfactant.

상기 질화막 식각 조성물에 의해 희생 패턴(108)은 층간 절연 패턴(106)에 대해 적어도 약 200의 식각 선택비를 가지고 식각되어 제거될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 상기 질화막 식각 조성물에 의해 희생 패턴(108)은 약 200 이상의 식각 선택비로 제거될 수 있다.The sacrificial pattern 108 can be etched away with the nitride etch composition with an etch selectivity ratio of at least about 200 to the interlayer dielectric pattern 106. According to exemplary embodiments, the sacrificial pattern 108 may be removed by the nitride etch composition with an etch selectivity of about 200 or greater.

도 10에 도시된 바와 같이 층간 절연 패턴(106) 및 희생 패턴(108)이 교대로 반복 적층되거나, 3차원으로 적층되는 경우에는 식각액이 질화물에 대한 소정의 식각 선택비를 갖는다고 하더라도, 층간 절연 패턴(108)이 손상될 수 있다. 이 경우, 후속 공정에 의해 갭(160) 내부에 게이트 라인을 형성 시, 인접하는 층들에 형성된 상기 게이트 라인들이 완전히 분리되지 않아 반도체 장치의 동작 신뢰성을 저하시킬 수 있다.Even when the interlayer insulating pattern 106 and the sacrificial pattern 108 are alternately repeatedly stacked or laminated in three dimensions as shown in FIG. 10, the etchant has a predetermined etch selectivity to the nitride, The pattern 108 may be damaged. In this case, when the gate line is formed in the gap 160 by a subsequent process, the gate lines formed in the adjacent layers are not completely separated, which may lower the operational reliability of the semiconductor device.

또한, 층간 절연 패턴(106)이 소량이라도 상기 습식 식각 공정에 의해 식각되는 경우, 예를 들면 실리콘 산화물을 포함하는 식각 부산물이 기판(100) 또는 다른 구조물에 흡착되는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 상기 습식 식각 공정으로부터 발생되는 각종 실리콘 부산물이 재흡착될 수 있다.Further, even if a small amount of the interlayer insulating pattern 106 is etched by the wet etching process, for example, etching by-products containing silicon oxide may be adsorbed on the substrate 100 or other structures. In addition, various silicon by-products generated from the wet etching process can be reabsorbed.

그러나, 상기 질화막 식각 조성물의 경우, 상기 실리콘-불소 화합물에 의해 실리콘 질화물을 포함하는 희생 패턴(108)에 대한 높은 식각 선택비를 확보할 수 있다. 또한, 상기 흡착 방지제의 상호작용에 의해 식각 공정으로부터 발생되는 상기 실리콘 부산물의 재흡착을 방지하면서 제거할 수 있다. 예를 들면, 상기 흡착 방지제에 의해 개구부(150)의 측벽이 표면 처리되어 상기 실리콘 부산물의 재흡착이 억제될 수 있다.However, in the case of the nitride film etching composition, a high etch selectivity for the sacrificial pattern 108 including silicon nitride can be ensured by the silicon-fluorine compound. Also, by the interaction of the adsorption inhibitor, the silicon by-product generated from the etching process can be prevented from being re-adsorbed. For example, the sidewall of the opening 150 may be surface treated with the adsorption inhibitor to suppress the re-adsorption of the silicon by-product.

따라서, 예를 들면 약 200 이상의 고 식각 선택비로 희생 패턴들(108)을 제거할 수 있다.Thus, for example, the sacrificial patterns 108 can be removed with a high etch selectivity ratio of about 200 or more.

일부 실시예들에 있어서, 상기 실리콘-불소 화합물로서 AHFS를 사용할 수 있다. 또한, 상기 흡착 방지제로서, 아래의 화학식 1로 나타내지는 화합물이 사용될 수 있다.In some embodiments, AHFS may be used as the silicon-fluorine compound. As the adsorption inhibitor, a compound represented by the following formula (1) may be used.

<화학식 1>&Lt; Formula 1 >

Figure 112016072696124-pat00003
Figure 112016072696124-pat00003

(화학식 1에서, R1은 Li, Na 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기를 나타내며, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로, F, Cl 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기를 나타내며, R5, R6 및 R7은 각각 독립적으로, F, Br 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기를 나타낸다.)(Wherein R 1 represents Li, Na or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, R 2, R 3 and R 4 each independently represent F, Cl or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and R 5, R 6, Independently represents F, Br or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.

도 12를 참조하면, 갭들(160)을 채우는 게이트 전극막(165)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 12, a gate electrode film 165 filling the gaps 160 can be formed.

예시적인 실시예들에 따르면, 노출된 유전막 구조물(120)의 상기 외측벽들, 층간 절연 패턴들(106)의 표면들, 노출된 기판(100)의 상면 및 패드(140)의 상면을 따라 게이트 전극막을 형성할 수 있다. 상기 게이트 전극막은 갭들(160)을 완전히 채우며, 제2 개구부(150)를 부분적으로 채우도록 형성될 수 있다.In accordance with exemplary embodiments, a plurality of gate electrodes are formed along the outer walls of the exposed dielectric layer structure 120, the surfaces of the interlayer dielectric patterns 106, the upper surface of the exposed substrate 100, A film can be formed. The gate electrode film completely fills the gaps 160 and may be formed to partially fill the second openings 150.

게이트 전극막(165)은 금속 혹은 금속 질화물을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 게이트 전극막(165)은 텅스텐, 텅스텐 질화물, 티타늄, 티타늄 질화물, 탄탈륨, 탄탈륨 질화물, 백금 등의 전기 저항 및 일함수가 낮은 금속 혹은 금속 질화물을 사용하여 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 게이트 전극막(165)은 금속 질화물을 포함하는 배리어막 및 금속을 포함하는 금속막이 적층된 다층막으로 형성될 수 있다. 게이트 전극막(165)은 CVD 공정, PECVD 공정, ALD 공정, 물리 기상 증착(Physical Vapor Deposition: PVD) 공정 또는 스퍼터링(sputtering) 공정 등을 이용하여 형성될 수 있다.The gate electrode film 165 may be formed using a metal or a metal nitride. For example, the gate electrode film 165 may be formed using a metal or a metal nitride having a low work function and electrical resistance such as tungsten, tungsten nitride, titanium, titanium nitride, tantalum, tantalum nitride, and platinum. According to one embodiment, the gate electrode film 165 may be formed of a multilayer film in which a barrier film including a metal nitride and a metal film including a metal are stacked. The gate electrode film 165 may be formed using a CVD process, a PECVD process, an ALD process, a physical vapor deposition (PVD) process, or a sputtering process.

일 실시예에 있어서, 게이트 전극막(165)을 형성하기 전에 갭들(160)의 내벽들 및 층간 절연 패턴들(106)의 상기 표면들을 따라, 예를 들면 실리콘 산화물 혹은 금속 산화물을 사용하여 인터페이스 막(도시되지 않음)을 더 형성할 수 있다.In one embodiment, along the surfaces of the inner walls of the gaps 160 and the interlayer dielectric patterns 106 before forming the gate electrode film 165, (Not shown) can be further formed.

도 13을 참조하면, 게이트 전극막(165)을 부분적으로 제거하여 각 층의 갭(160) 내부에 게이트 라인(170, 예를 들면 170a 내지 170f)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 13, the gate electrode film 165 may be partially removed to form gate lines 170 (for example, 170a to 170f) in the gaps 160 of each layer.

예를 들면, 게이트 전극막(165)의 상부를 예를 들면, CMP 공정을 통해 최상층의 층간 절연막 패턴(106g)이 노출될 때까지 평탄화할 수 있다. 이후, 개구부(150) 내부 및 기판(100)의 상기 상면 상에 형성된 게이트 전극막(165) 부분을 식각함으로써 게이트 라인들(170)을 형성할 수 있다. 게이트 전극막(165)은 예를 들면, 과산화수소(H2O2)를 포함하는 습식 식각 공정을 통해 부분적으로 식각될 수 있다.For example, the upper portion of the gate electrode film 165 can be planarized by, for example, a CMP process until the uppermost interlayer insulating film pattern 106g is exposed. The gate lines 170 may then be formed by etching the portions of the gate electrode film 165 formed within the openings 150 and on the upper surface of the substrate 100. [ The gate electrode film 165 may be partially etched through a wet etching process that includes, for example, hydrogen peroxide (H 2 O 2 ).

게이트 라인들(170)은 기판(100)의 상기 상면으로부터 상기 제1 방향을 따라 순차적으로 이격되어 형성된 GSL, 워드 라인 및 SSL을 포함할 수 있다. 예를 들면, 최하층의 게이트 라인(170a)은 상기 GSL로 제공될 수 있다. 상기 GSL 상부의 4층의 게이트 라인들(170b, 170c, 170d, 170e)은 상기 워드 라인으로 제공될 수 있다. 상기 워드 라인 상부의 최상층의 게이트 라인(170f)은 상기 SSL로 제공될 수 있다. 그러나, 상기 GSL, 워드 라인 및 SSL의 개수가 특별히 한정되는 것은 아니며, 상기 수직형 메모리 장치의 회로 설계 및 집적도에 따라 변화될 수 있다.The gate lines 170 may comprise a GSL, a word line, and a SSL formed sequentially apart from the upper surface of the substrate 100 along the first direction. For example, the lowest gate line 170a may be provided with the GSL. The four-layer gate lines 170b, 170c, 170d, and 170e above the GSL may be provided as the word lines. The uppermost gate line 170f above the word line may be provided by the SSL. However, the number of the GSL, the word line, and the SSL is not particularly limited, and may be changed according to the circuit design and the degree of integration of the vertical memory device.

각 층의 게이트 라인(170)은 유전막 구조물(120) 및 채널(130)을 감싸며 상기 제3 방향으로 연장되도록 형성될 수 있다. 또한, 각 층의 게이트 라인(170)은, 소정의 개수의 상기 채널 열들, 예를 들면 4개의 채널 열들을 포함하는 상기 채널 그룹을 감싸며 연장될 수 있다. 따라서, 상기 채널 그룹을 감싸고 상기 제3 방향으로 연장하며, 상기 제1 방향으로 적층된 게이트 라인들(170)에 의해 게이트 라인 구조체가 정의될 수 있다.The gate line 170 of each layer may surround the dielectric film structure 120 and the channel 130 and may be formed to extend in the third direction. In addition, the gate line 170 of each layer may extend around the channel group including a predetermined number of the channel columns, for example, four channel columns. Thus, the gate line structure can be defined by the gate lines 170 that surround the channel group and extend in the third direction, and are stacked in the first direction.

도 14를 참조하면, 개구부(150)에 의해 노출된 기판(100) 상부에 불순물 영역(101)을 형성하고, 개구부(150)를 채우는 제2 매립 패턴(175)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 14, the impurity region 101 may be formed on the substrate 100 exposed by the opening 150, and the second buried pattern 175 may be formed to fill the opening 150.

예를 들면, 패드(140) 상면을 커버하는 이온 주입 마스크(도시되지 않음)를 형성하고 상기 이온 주입 마스크를 이용하여 예를 들면, 인(P) 또는 비소(As)와 같은 n형 불순물을 주입함으로써 불순물 영역(101)을 형성할 수 있다. For example, an ion implantation mask (not shown) covering the upper surface of the pad 140 is formed and an n-type impurity such as phosphorus (P) or arsenic (As) is implanted using the ion implantation mask The impurity region 101 can be formed.

불순물 영역(101)은 예를 들면, 상기 제3 방향으로 연장되며 상기 수직형 메모리 장치의 공통 소스 라인(Common Source Line: CSL)으로 제공될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 불순물 영역(101) 상에, 니켈 실리사이드 패턴 또는 코발트 실리사이드 패턴과 같은 금속 실리사이드 패턴(도시되지 않음)을 더 형성할 수도 있다. 이에 따라, 불순물 영역(101)과 예를 들면, CSL 콘택(도시되지 않음) 사이의 저항을 감소시킬 수 있다.The impurity region 101 may extend in the third direction, for example, and may be provided as a common source line (CSL) of the vertical memory device. In one embodiment, a metal suicide pattern (not shown) such as a nickel suicide pattern or a cobalt suicide pattern may be further formed on the impurity region 101. Thus, the resistance between the impurity region 101 and, for example, the CSL contact (not shown) can be reduced.

이후, 기판(100), 최상층의 층간 절연막 패턴(106g) 및 패드(140) 상에 개구부(150)를 채우는 제2 매립막을 형성하고, 상기 제2 매립막 상부를 최상층의 층간 절연막 패턴(106g)이 노출될 때까지 에치-백 공정 및/또는 CMP 공정 등을 통해 평탄화 함으로써 제2 매립 패턴(175)을 형성할 수 있다. 상기 제2 매립막은 실리콘 산화물과 같은 절연물질을 사용하여 형성될 수 있다.Thereafter, a second buried film is formed on the substrate 100, the uppermost interlayer insulating film pattern 106g and the pad 140 to fill the opening 150, and the upper portion of the second buried film is covered with the uppermost interlayer insulating film pattern 106g. The second buried pattern 175 may be formed by planarization through an etch-back process and / or a CMP process until the exposed portions are exposed. The second buried layer may be formed using an insulating material such as silicon oxide.

도 15를 참조하면, 최상층의 층간 절연 패턴(106g), 제2 매립 패턴(175) 및 패드(140) 상에 상부 절연막(180)을 형성할 수 있다. 상부 절연막(180) 실리콘 산화물과 같은 절연물질을 사용하여 CVD 공정, 스핀 코팅 공정 등을 통해 형성할 수 있다.Referring to FIG. 15, the upper insulating layer 180 may be formed on the uppermost interlayer insulating pattern 106g, the second buried pattern 175, and the pad 140. An upper insulating film 180, an insulating material such as silicon oxide, and the like through a CVD process, a spin coating process, or the like.

이후, 상부 절연막(180)을 관통하여 패드(140)와 접촉하는 비트 라인 콘택(185)을 형성할 수 있다. 이어서, 비트 라인 콘택(185)과 전기적으로 연결되는 비트 라인(190)을 상부 절연막(180) 상에 형성할 수 있다. 비트 라인 콘택(185) 및 비트 라인(190)은 금속, 금속 질화물, 도핑된 폴리실리콘 등을 사용하여 PVD 공정, ALD 공정, 스퍼터링 공정 등을 통해 형성될 수 있다. Thereafter, the bit line contact 185 that contacts the pad 140 through the upper insulating layer 180 can be formed. A bit line 190 electrically connected to the bit line contact 185 may then be formed on the upper insulating layer 180. The bit line contact 185 and the bit line 190 may be formed through a PVD process, an ALD process, a sputtering process, or the like using a metal, a metal nitride, a doped polysilicon, or the like.

비트 라인 콘택(185)은 패드(140)와 대응하도록 복수 개로 형성되어 비트 라인 콘택 어레이를 형성할 수 있다. 또한, 비트 라인(190)은 예를 들면, 상기 제2 방향으로 연장하며, 복수의 패드들(140)과 전기적으로 연결되며 연장될 수 있다. 또한, 복수의 비트 라인들(190) 상기 제3 방향으로 배열될 수 있다.The bit line contacts 185 may be formed to correspond to the pads 140 to form bit line contact arrays. In addition, the bit line 190 may extend in the second direction, for example, and may be electrically connected to the plurality of pads 140 and extended. In addition, a plurality of bit lines 190 may be arranged in the third direction.

이하에서는, 구체적인 실험예를 통해 예시적인 실시예들에 따른 질화막 식각 조성물의 식각 특성에 대해 설명한다.Hereinafter, etching characteristics of the nitride-based etching composition according to exemplary embodiments will be described with reference to concrete examples.

실험예Experimental Example

아래의 표 1에 따라 인산 및 물(DIW), 또는 인산 및 물에 실리콘-불소 화합물을 첨가한 비교예의 식각 조성물들을 제조하였다. 또한, 인산, 물 및 실리콘-불소 화합물에 흡착방지체 및/또는 불소계 계면활성제를 첨가한 실시예 1 내지 8의 식각 조성물들을 제조하였다. 흡착 방지제로는 아래의 1의 화합물을 사용하였으며, 화학식 1에서, R1은 Li, R2, R3, R4, R5, R6 및 R7은 각각 F를 나타낸다.The comparative etching compositions with phosphoric acid and water (DIW) or silicon-fluorine compounds in phosphoric acid and water were prepared according to Table 1 below. Further, the etching compositions of Examples 1 to 8, in which the adsorbing preventive and / or the fluorine-containing surfactant were added to the phosphoric acid, water and the silicon-fluorine compound were prepared. R1 is Li, R2, R3, R4, R5, R6 and R7 each represent F. The compound of the following formula 1 is used as the adsorption inhibitor.

<화학식 1>&Lt; Formula 1 >

Figure 112016072696124-pat00004
Figure 112016072696124-pat00004

[표 1][Table 1]

Figure 112016072696124-pat00005
Figure 112016072696124-pat00005

각 조성물들을 사용하여 실리콘 질화막(Si3N4) 및 열산화막(SiO2)에 대한 식각속도(Å/min)를 160 oC에서 측정하고, 이에 따라 산화막 대비 질화막의 식각 선택비를 계산하였다. 또한, 식각 공정 후 식각 부산물의 재흡착 발생여부를 관찰하였다.The etch rate (Å / min) of the silicon nitride film (Si 3 N 4 ) and the thermal oxide film (SiO 2 ) was measured at 160 ° C using each composition and the etch selectivity ratio of the nitride film to the oxide film was calculated. In addition, it was observed whether or not the re-adsorption of etching by-products occurred after the etching process.

실험 결과는 아래의 표 2에 나타낸다.The experimental results are shown in Table 2 below.

[표 2][Table 2]

Figure 112016072696124-pat00006
Figure 112016072696124-pat00006

표 2를 참조하면, 인산에 실리콘-불소 화합물을 첨가시킨 비교예 2 내지 비교예 8의 조성물들의 경우, 식각 선택비가 비교예 1의 조성물보다 향상되나, 질화막 및/또는 산화막으로부터 식각 부산물의 재흡착 현상이 관찰되었다. 비교예 2 내지 비교예 6에 있어서, 상기 실리콘-불소 화합물로서 AHFS를 사용한 경우, 가장 높은 질화막에 대한 식각 속도 및 식각 선택비가 획득되었다.Referring to Table 2, in the case of the compositions of Comparative Examples 2 to 8 in which a phosphorus-silicon-phosphorus compound was added, the etch selectivity was improved as compared with the composition of Comparative Example 1, but the re-adsorption of etch by-products from the nitride film and / A phenomenon was observed. In Comparative Examples 2 to 6, when the AHFS was used as the silicon-fluorine compound, the etch rate and etch selectivity for the highest nitride film were obtained.

또한, 흡착 방지제를 포함한 실시예 1, 3, 5-8의 조성물의 경우, 흡착이 관찰되지 않았음을 확인할 수 있다.In addition, in the case of the compositions of Examples 1, 3 and 5-8 containing an adsorption inhibitor, it can be confirmed that no adsorption was observed.

상기 실험예를 통해, 상기 식각 조성물 내에 상기 실리콘 화합물 및 상기 흡착 방지제가 함께 첨가됨으로써 질화막에 대한 식각 속도가 향상되고, 산화막이 보호되어 식각 선택비가 향상됨을 확인할 수 있다. 또한, 식각 부산물이 감소되며, 상기 식각 대상물의 재흡착이 차단됨을 확인할 수 있다.It can be seen from the above Experimental Example that the etch rate for the nitride film is improved by the addition of the silicon compound and the adsorption inhibitor in the etch composition, and the oxide film is protected, thereby improving the etch selectivity. Further, it can be confirmed that the etching by-products are reduced and the re-adsorption of the etching object is blocked.

추가적으로, 상기 식각 조성물 내에 상기 불소계열 계면활성제가 첨가됨으로써, 질화막에 대한 식각 속도가 더욱 향상되었음을 확인할 수 있다.In addition, it can be confirmed that the etching rate for the nitride film is further improved by adding the fluorine series surfactant into the etching composition.

본 발명에 실시예들에 따른 질화막 식각액 조성물을 사용하여, 식각 부산물의 흡착 및 산화막의 손상없이 실질적으로 질화막만을 선택적으로 제거할 수 있다. 따라서, 상기 질화막 식각액 조성물을 사용하여 고집적도 및 미세 임계치수를 갖는 수직형 메모리 장치 제조 공정에 있어서, 실리콘 질화물을 포함하는 희생막을 효과적으로 제거할 수 있다. 또한, 상기 식각액 조성물은 질화막 식각이 필요한 다양한 반도체 장치의 제조 공정에 활용될 수 있다.By using the nitride-based etchant composition according to the embodiments of the present invention, it is possible to selectively remove only the nitride film substantially without adsorbing etching by-products and damaging the oxide film. Accordingly, in the vertical memory device fabrication process using the nitride film etchant composition having a high degree of integration and a fine critical dimension, the sacrificial film containing silicon nitride can be effectively removed. In addition, the etchant composition can be utilized in various semiconductor device manufacturing processes requiring nitride film etching.

상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. It will be understood that the present invention can be changed.

100: 기판 101: 불순물 영역
102: 층간 절연막 104: 희생막
106: 층간 절연 패턴 108: 희생 패턴
105: 몰드 구조물 110: 채널 홀
115: 유전막 120: 유전막 구조물
125: 채널막 127: 제1 매립막
130: 채널 135: 제1 매립막 패턴
137: 리세스 140: 패드
150: 개구부 160: 갭
165: 게이트 전극막 170: 게이트 라인
175: 제2 매립막 패턴 180: 상부 절연막
185: 비트 라인 콘택 190: 비트 라인
100: substrate 101: impurity region
102: interlayer insulating film 104: sacrificial film
106: interlayer insulation pattern 108: sacrificial pattern
105: mold structure 110: channel hole
115: Dielectric film 120: Dielectric film structure
125: channel film 127: first buried film
130: channel 135: first embedded film pattern
137: recess 140: pad
150: opening 160: gap
165: gate electrode film 170: gate line
175: second embedded film pattern 180: upper insulating film
185: bit line contact 190: bit line

Claims (12)

인산;
실리콘-불소 결합(Si-F 결합)을 포함하는 실리콘-불소 화합물;
흡착 방지제; 및
물을 포함하며,
상기 흡착 방지제는 하기의 화학식 1의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 질화막 식각 조성물.
<화학식 1>
Figure 112016118578146-pat00024

(화학식 1에서, R1은 Li, Na 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기를 나타내며, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로, F, Cl 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기를 나타내며, R5, R6 및 R7은 각각 독립적으로, F, Br 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기를 나타낸다.)
Phosphoric acid;
Silicon-fluorine compounds comprising silicon-fluorine bonds (Si-F bonds);
An adsorption inhibitor; And
Water,
Wherein the adsorption inhibitor comprises a compound represented by the following formula (1).
&Lt; Formula 1 >
Figure 112016118578146-pat00024

(Wherein R 1 represents Li, Na or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, R 2, R 3 and R 4 each independently represent F, Cl or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and R 5, R 6, Independently represents F, Br or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.
제1항에 있어서, 80 중량% 내지 90 중량%의 상기 인산, 0.02 중량% 내지 0.1 중량%의 상기 실리콘-불소 화합물, 0.001 중량% 내지 0.05 중량%의 상기 흡착 방지제 및 여분의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 질화막 식각 조성물.The cleaning composition of claim 1, further comprising 80 wt% to 90 wt% of the phosphoric acid, 0.02 wt% to 0.1 wt% of the silicon-fluorine compound, 0.001 wt% to 0.05 wt% of the anti- Wherein the nitride film etch composition comprises: 삭제delete 제1항에 있어서, 불소계 계면활성제를 더 포함하는 질화막 식각 조성물.The nitride-based etching composition according to claim 1, further comprising a fluorine-based surfactant. 제4항에 있어서, 상기 불소계 계면활성제는 암모늄 플루오로 알킬 설포네이트(ammonium fluoroalkylsulfonate)를 포함하는 질화막 식각 조성물.The nitride-based etching composition according to claim 4, wherein the fluorine-based surfactant comprises ammonium fluoroalkylsulfonate. 제1항에 있어서, 상기 실리콘-불소 화합물은 암모늄 헥사플루오로실리케이트(ammonium hexafluorosilicate: AHFS), 암모늄 플루오로실리케이트(ammonium fluorosilicate: AFS), 소듐 플루오로실리케이트(sodium fluorosilicate: SFS), 실리콘 테트라플루오라이드(silicon tetrafluoride: STF) 및 헥사플루오로실리식 산(hexafluorosilicic acid: HFSA)으로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화막 식각 조성물.The method of claim 1, wherein the silicon-fluorine compound is selected from the group consisting of ammonium hexafluorosilicate (AHFS), ammonium fluorosilicate (AFS), sodium fluorosilicate (SFS), silicon tetrafluoride at least one selected from the group consisting of silicon tetrafluoride (STF) and hexafluorosilicic acid (HFSA). 제6항에 있어서, 상기 실리콘-불소 화합물은 AHFS를 포함하는 질화막 식각 조성물.The nitride-based etching composition according to claim 6, wherein the silicon-fluorine compound comprises AHFS. 기판 상에 층간 절연막들 및 희생막들을 교대로 반복적으로 적층하는 단계;
상기 층간 절연막들 및 상기 희생막들을 관통하는 복수의 채널들을 형성하는 단계;
인접하는 일부의 상기 채널들 사이의 상기 층간 절연막들 및 상기 희생막들 부분을 식각하여 개구부를 형성하는 단계;
인산, 실리콘-불소 결합(Si-F 결합)을 포함하는 실리콘-불소 화합물, 흡착 방지제 및 여분의 물을 포함하는 질화막 식각 조성물을 사용하여 상기 개구부에 의해 노출된 상기 희생막들을 제거하는 단계; 및
상기 희생막들이 제거된 공간 각각에 게이트 라인을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 흡착 방지제는 하기의 화학식 1의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
<화학식 1>
Figure 112016118578146-pat00025

(화학식 1에서, R1은 Li, Na 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기를 나타내며, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로, F, Cl 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기를 나타내며, R5, R6 및 R7은 각각 독립적으로, F, Br 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기를 나타낸다.)
Alternately and repeatedly depositing interlayer insulating films and sacrificial films on a substrate;
Forming a plurality of channels through the interlayer dielectric films and the sacrificial films;
Etching the portions of the interlayer insulating films and the sacrificial films between adjacent ones of the channels to form openings;
Removing the sacrificial layers exposed by the opening using a nitride-based etching composition comprising phosphoric acid, a silicon-fluorine compound comprising a silicon-fluorine bond (Si-F bond), an adsorption inhibitor and an excess of water; And
Forming a gate line in each of the spaces in which the sacrificial films are removed,
Wherein the adsorption inhibitor comprises a compound represented by the following formula (1).
&Lt; Formula 1 >
Figure 112016118578146-pat00025

(Wherein R 1 represents Li, Na or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, R 2, R 3 and R 4 each independently represent F, Cl or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and R 5, R 6, Independently represents F, Br or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.
제8항에 있어서, 상기 질화막 식각 조성물은 상기 조성물의 총 중량 대비 80 중량% 내지 90 중량%의 상기 인산, 0.02 중량% 내지 0.1 중량%의 상기 실리콘-불소 화합물, 0.001 중량% 내지 0.05 중량%의 상기 흡착 방지제 및 상기 여분의 물을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.9. The method of claim 8, wherein the nitride etch composition comprises 80 to 90% by weight of the phosphoric acid, 0.02 to 0.1% by weight of the silicon-fluorine compound, 0.001 to 0.05% The adsorption inhibitor, and the excess water. 제8항에 있어서, 상기 층간 절연막은 실리콘 산화물을 포함하며, 상기 희생막은 실리콘 질화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.9. The method according to claim 8, wherein the interlayer insulating film comprises silicon oxide, and the sacrificial layer comprises silicon nitride. 삭제delete 제8항에 있어서, 상기 실리콘-불소 화합물은 암모늄 헥사플루오로실리케이트(AHFS)를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.9. The method of claim 8, wherein the silicon-fluorine compound comprises ammonium hexafluorosilicate (AHFS).
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