KR101841050B1 - 식각 조성물 및 패턴화된 절연막 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 식각 조성물, 이를 이용한 패턴화된 절연막의 제조 방법, 패턴화된 절연막 및 이를 포함하는 반도체 소자에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 식각 조성물은 평면의 식각면을 형성할 수 있다. 그 결과 상기 식각 조성물로 식각된 절연막은 후속 공정에 도입될 수 있는 금속막 등을 우수한 품질로 형성하게 할 수 있다. 또한, 상기 식각 조성물은 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막을 동시에 식각할 수 있어 효율적으로 패턴화된 절연막을 제공할 수 있다.

Description

식각 조성물 및 패턴화된 절연막{COMPOSISION FOR ETCHING AND PATTERNED INSULATING FILM}
본 발명은 식각 조성물, 이를 이용한 패턴화된 절연막의 제조 방법, 패턴화된 절연막 및 이를 포함하는 반도체 소자에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 평면의 식각면을 형성할 수 있고, 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막을 동시에 식각할 수 있는 식각 조성물, 이를 이용한 패턴화된 절연막의 제조 방법, 패턴화된 절연막 및 이를 포함하는 반도체 소자에 관한 것이다.
실리콘 산화막(SiO2) 및 실리콘 질화막(SiNx)은 디스플레이 제조공정에서 가장 흔히 사용되는 대표적인 절연막이다. 두 가지 막은 단독으로 사용되거나 혹은 1층 이상의 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막이 교대로 적층되어 사용되기도 한다.
종래에는 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막이 적층된 절연막을 식각하는 방법으로 식각 조성물을 사용하는 방법이 이용되었다. 그러나, 종래에 사용되었던 식각 조성물로는 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막을 함께 식각하는 것이 어려웠으며, 실리콘 질화막보다 실리콘 산화막에 대한 식각 속도가 매우 높아 식각 후 형성되는 식각 길이가 매우 달랐다. 그 결과, 언더컷(Under-Cut) 또는 테일(Tail)이 과다하게 발생하는 문제점이 발생하였다.
또한, 식각된 절연막의 식각면은 곡면으로 후속 공정에서 증착되는 기타 금속막의 스텝 커버리지(Step Coverage)의 불량을 유발하게 되었고, 심한 경우에는 증착 금속막의 단락(Short)를 유발하는 문제점이 발생하였다.
본 발명의 목적은 평면의 식각면을 형성할 수 있고, 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막을 동시에 식각할 수 있는 식각 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 식각 조성물을 이용한 패턴화된 절연막의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 식각 조성물로 패턴화된 절연막을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기 패턴화된 절연막을 포함하는 반도체 소자를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 식각 조성물은 불화수소 0.5 내지 5.5 중량부, 불화암모늄 5 내지 40 중량부, 유기산 0.1 내지 4.5 중량부 및 용매 50 내지 95 중량부를 포함한다. 그리고 상기 식각 조성물은 하기 수식 1을 만족한다.
[수식 1]
│X - Y│
상기 수식 1에서, X는 대상막의 하부 식각면의 접선과 대상막이 형성된 기판의 면이 이루는 각이며, Y는 대상막의 상부 식각면의 접선과 대상막이 형성된 기판의 면이 이루는 각이고,
상기 대상막은 기판의 평평한 면에 형성된 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막의 적층막으로, 상기 식각 조성물에 의하여 식각된 것이며,
대상막의 하부 식각면은 대상막의 식각된 면과 기판이 만나는 모서리부터 대상막의 두께를 이등분하는 면과 대상막의 식각된 면이 만나는 제1 가상의 선분까지의 면이고, 대상막의 상부 식각면은 대상막의 식각면 중 상기 대상막의 하부 식각면을 제외한 면이며,
상기 하부 및 상부 식각면의 접선은 상기 대상막의 두께를 이등분하는 면과 대상막의 식각된 면이 만나는 제1 가상의 선분과 직각을 이루는 선이다.
상기 식각 조성물은 중불화암모늄을 추가로 포함할 수 있다.
상기 유기산으로는 아세트산, 에틸렌디아민테트라아세트산, 부탄산, 시트르산, 이미노디아세트산, 옥살산, 펜탄산, 석신산, 락트산 또는 이들은 혼합물 등이 예시될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 패턴화된 절연막의 제조 방법은 상기 식각 조성물을 이용하여 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 절연막을 식각하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 패턴화된 절연막은 기판; 및 상기 기판상에 형성되며, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 절연막을 포함한다. 그리고, 상기 절연막은 상기 식각 조성물에 의하여 형성된 패턴을 가지며, 하기 수식 2의 값이 5°이하이다.
[수식 2]
│P - Q│
상기 수식 2에서, P는 절연막의 하부 식각면의 접선과 절연막이 형성된 기판의 면이 이루는 각이며, Q는 절연막의 상부 식각면의 접선과 절연막이 형성된 기판의 면이 이루는 각이고,
절연막의 하부 식각면은 절연막의 식각된 면과 기판이 만나는 모서리부터 절연막의 두께를 이등분하는 면과 절연막의 식각된 면이 만나는 제1 가상의 선분까지의 면이고, 절연막의 상부 식각면은 절연막의 식각면 중 상기 절연막의 하부 식각면을 제외한 면이며,
상기 하부 및 상부 식각면의 접선은 상기 절연막의 두께를 이등분하는 면과 대상막의 식각된 면이 만나는 제1 가상의 선분과 직각을 이루는 선이다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 반도체 소자는 상기 패턴화된 절연막을 포함한다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 식각 조성물은 불화수소(HF), 불화암모늄(NH4F), 유기산 및 용매를 포함한다.
상기 불화수소 및 불화암모늄은 절연막 등을 식각할 수 있는 화합물로서, 이들의 함량을 조절하여 식각 성능을 제어할 수 있다.
상기 불화수소는 전체 식각 조성물 100 중량부에 대하여 0.5 내지 5.5 중량부, 1 내지 5 중량부, 1 내지 4 중량부 또는 2 내지 3 중량부로 식각 조성물에 배합될 수 있다.
또한, 상기 불화암모늄은 전체 식각 조성물 100 중량부에 대하여 5 내지 40 중량부, 5 내지 35 중량부, 5 내지 30 중량부, 5 내지 25 중량부 또는 5 내지 20 중량부로 사용될 수 있다.
상기와 같은 범위로 불화수소 및 불화암모늄을 배합한 경우, 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막을 동시에 식각할 수 있는 식각 조성물을 제공할 수 있다. 본 명세서에서 특별히 달리 규정하지 않는 한, 단위 중량부는 중량의 비율을 의미할 수 있다.
상기 식각 조성물은 불화수소 및 불화암모늄 외에 절연막 등을 식각할 수 있는 불소 화합물로 본 발명의 기술분야에서 사용되는 것을 추가로 포함할 수 있다. 하나의 예시에서 상기 식각 조성물은 전체 식각 조성물 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 10 중량부의 중불화암모늄(ammonium bifluoride, (NH4)HF2)를 포함할 수 있다.
상기 유기산은 탄소를 포함하는 산이다. 유기산은 식각 조성물에 의하여 식각된 면이 곡면으로 얻어지지 않고, 평면으로 얻어지게 한다. 그 결과 상기 식각면의 단면을 관찰하면 곡선형이 아닌 직선형으로 나타난다. 식각 조성물은 대체로 전자소자의 절연막을 패턴화하기 위하여 사용된다. 그러나, 패턴화된 절연막의 식각면이 곡면을 이루는 경우 후속 공정에서 증착되는 금속막 등의 품질을 불량하게 하며, 심한 경우 전자소자 내의 단락(short)를 유발하기도 한다. 따라서, 상기 식각 조성물은 적절한 유기산을 적절한 함량으로 포함함으로써 평면의 식각면을 얻어 상기와 같은 문제를 해결하였다.
식각 조성물에 의하여 식각된 면이 곡면 또는 평면인지 여부는 식각된 면을 상부 및 하부로 나누어 두 부분의 경사도를 비교함으로써 결정할 수 있다. 구체적으로, 식각 조성물이 곡면의 식각면을 형성하는지 평면의 식각면을 형성하는지는 하기 수식 1에 따른 값으로 구별할 수 있다. 상기 수식 1에 따른 값이 5°이하인 경우 평면의 식각면을 얻는 식각 조성물이라 할 수 있고, 상기 수식 1에 따른 값이 5°초과인 경우 곡면의 식각면을 얻는 식각 조성물이라 할 수 있다.
[수식 1]
│X - Y│
상기 수식 1에서, X는 대상막의 하부 식각면의 접선과 대상막이 형성된 기판의 면이 이루는 각이며, Y는 대상막의 상부 식각면의 접선과 대상막이 형성된 기판의 면이 이루는 각이다.
도 1을 참조하면, 대상막(20)은 기판(10)의 평평한 면에 형성된 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막의 적층막으로, 식각면의 형상을 알아보고자 하는 식각 조성물에 의하여 식각된 것이다.
구체적으로, 상기 대상막은 글라스 기판상에 글라스 기판의 S/D의 역할을 하는 Cu 배선 위에 약 100Å 두께의 실리콘 질화막을 증착하고, 상기 실리콘 질화막 상에 약 3000 Å 두께의 실리콘 산화막을 증착하여 형성된 것이다.
그리고 식각 조성물에 의한 식각은 분사식 식각 방식의 실험 장비에 상기 식각 조성물을 투입하여 대략 15 내지 40℃ 온도에 도달했을 때 상기 대상막이 형성된 기판에 상기 식각 조성물을 분사하여 진행한다.
상기 대상막(20)의 하부 식각면(A)은 대상막의 식각면에서 대상막의 두께(h)를 이등분하는 면(C)과 대상막(20)의 식각된 면이 만나는 제1 가상의 선분(f)을 기준으로 아래쪽에 존재하는 면이고, 상부 식각면(B)은 상기 제1 가상의 선분(f)을 기준으로 위쪽에 존재하는 면이다. 구체적으로, 하부 식각면(A)은 대상막(20)의 식각된 면과 기판(10)이 만나는 모서리(e)부터 상기 제1 가상의 선분(f)까지의 면으로 정의할 수 있다. 그리고 대상막의 상부 식각면(B)은 상기 대상막의 식각면 중 상기 대상막의 하부 식각면(A)을 제외한 면으로 정의할 수 있다.
상기 수식 1에서 X는 대상막의 하부 식각면(A)의 접선(i)이 대상막이 형성된 기판의 면과 이루는 각이며, Y는 대상막의 상부 식각면(B)의 접선(j)이 대상막이 형성된 기판의 면과 이루는 각이다. 여기서, 상기 접선들(i, j)은 상기 제1 가상의 선분(f)과 직각을 이룬다. 그리고, 상기 접선들(i, j)과 대상막이 형성된 기판의 면이 이루는 각은 기판으로부터 시계 방향 또는 반시계 방향의 각일 수 있으나, X 및 Y는 동일한 방향에서 측정한 각을 의미한다.
도 2를 참조하면, 식각 조성물로 식각된 면이 곡면을 이루는 경우 상부 식각면의 경사각과 하부 식각면의 경사각이 다르게 나타나고, 그 결과 수식 1의 값이 크게 나타난다. 그러나, 식각 조성물로 식각된 면이 평면을 이루는 경우 상부 식각면의 경사와 하부 식각면의 경사가 동일 내지는 유사하게 나타나고, 그 결과 수식 1의 값이 작게 나타난다.
대상막의 식각면의 단면이 곡선이면, 상부 및 하부 식각면의 접선이 여러 개일 수 있다. 이러한 경우, 기판과 가장 작은 각을 이루는 상부 식각면의 접선과 기판과 가장 작은 각을 이루는 하부 식각면의 접선을 선택하여 X 및 Y를 결정하거나 또는 기판과 가장 큰 각을 이루는 상부 식각면의 접선과 기판과 가장 큰 각을 이루는 하부 식각면의 접선을 선택하여 X 및 Y를 결정할 수 있다.
또한, 상기에서는 대상막의 식각면의 단면이 직선형인 경우 평면의 식각면이라 하고, 대상막의 식각면의 단면이 직선이 아닌 경우 곡면의 식각면이라 하였다. 그러나, 대상막의 식각면이 고르지 못하여 식각면의 단면이 직선형도 아니고, 곡선형도 아닌 경우에는 상부 및 하부 식각면의 접선을 결정하는 것이 어려울 수 있다. 이러한 경우에는, 상부 및 하부 식각면의 접선은 상부 및 하부 식각면의 경계를 잇는 제2 및 제3 가상의 선분으로 대체될 수 있다. 도 1을 참조하면, 하부 식각면의 경계를 잇는 제3 가상의 선분(미도시)은 대상막(20)의 식각된 면과 기판(10)이 만나는 모서리(e)의 어느 한 지점과 대상막의 두께(h)를 이등분하는 면(C)과 대상막(20)의 식각된 면이 만나는 제1 가상의 선분(f)의 어느 한 지점을 최단 거리로 연결한 선분이다. 또한, 상부 식각면의 경계를 잇는 제2 가상의 선분(미도시)은 대상막(20)의 식각된 면에서 상기 모서리(e)에 대응하여 식각면의 경계를 결정하는 모서리의 어느 한 지점과 대상막의 두께(h)를 이등분하는 면(C)과 대상막(20)의 식각된 면이 만나는 제1 가상의 선분(f)의 어느 한 지점을 최단 거리로 연결한 선분이다. 상기 제2 및 제3 가상의 선분들도 상기 제1 가상의 선분(f)과 직각을 이룬다. 그리고, 상기 제2 및 제3 가상의 선분들과 대상막이 형성된 기판의 면이 이루는 각은 기판으로부터 시계 방향 또는 반시계 방향의 각일 수 있으나, X 및 Y는 동일한 방향에서 측정한 각을 의미한다.
상기에서 식각면의 상부와 하부의 경사도를 비교하기 위하여 도 1 및 도 2의 형상을 가지는 식각면을 예로 들어 경사도를 평가하는 기준을 설명하였다. 따라서, 식각면의 형상이 도 1 및 도 2와 상이하더라도 상기 기준을 변형하여 식각면의 상부 및 하부의 경사도를 비교하는 것이 당업자에게 자명할 것이다.
상기 식각 조성물은 수식 1의 값을 5°이하, 4°이하 또는 3°이하로 낮출 수 있다. 수식 1의 값이 0°인 경우 식각면이 완전한 평면을 이룬다는 것이므로, 수식 1의 하한 값은 제한되지 않는다.
상기 유기산의 종류는 상술한 효과를 나타낼 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 하나의 예시에서 유기산으로는 아세트산(acetic acid), 에틸렌디아민테트라아세트산(ethylenediaminetetraacetic acid), 부탄산(butyric acid), 시트르산(citric acid), 이미노디아세트산(iminodiacetic acid), 옥살산(oxalic acid), 펜탄산(valeric acid), 석신산(succinic acid), 락트산(lactic acid) 또는 이들은 혼합물 등을 사용하여 수식 1의 값이 5°이하인 식각 조성물을 제공할 수 있다.
상기 유기산은 전체 식각 조성물 100 중량부에 대하여 0.1 내지 4.5 중량부, 0.1 내지 4 중량부 또는 0.5 내지 3.5 중량부로 사용될 수 있다. 상기 범위 미만으로 유기산을 식각 조성물에 배합한 경우 식각 조성물에 의한 식각면이 곡면으로 나타날 우려가 있으며, 상기 범위를 초과하여 유기산을 사용하는 경우 각 성분이 균일하게 용해된 상태의 식각 조성물을 얻지 못할 수 있다.
상기 식각 조성물은 용매를 더 포함할 수 있다. 용매는 전체 식각 조성물 100 중량부에 대하여 50 내지 95 중량부, 60 내지 95 중량부 또는 65 내지 95 중량부로 포함될 수 있다.
상기 용매는 물, 알코올, 글리콜 에테르, 에테르, 에스테르, 케톤, 카보네이트, 아미드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 알코올로는 메탄올, 에탄올, 이소프로탄올, n-프로판올, n-헥산올, n-옥탄올, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올, 테트라 하이드로 푸르푸릴 알코올, 글리세린 등을 들 수 있고, 상기 글리콜 에테르로는 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 프로피오네이트, 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 아세테이트 등을 들 수 있고, 상기 에테르로는 디에틸 에테르, 테트라하이드로푸란, 1,4-디옥산 등을 들 수 있고, 상기 에스테르로는 유산 에틸, 3-메톡시 프로피온산 메틸, 초산 메틸, 초산 에틸, γ-부티로락톤 등을 들 수 있고, 상기 케톤으로는 아세톤, 메틸 에틸 케톤 등을 들 수 있고, 상기 카보네이트로는 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트 등을 들 수 있고, 아미드로는 N,N-디메틸 아세트아미드, N,N-디메틸 포름아미드 등을 들 수 있다. 하나의 예시에서 상기 용매는 물일 수 있다.
상기 식각 조성물은 식각된 잔사를 제거하기 위하여 필요에 따라 계면활성제를 추가로 포함할 수 있다. 상기 계면활성제로는 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제 또는 비이온성 계면활성제를 모두 사용할 수 있다. 상기 양이온성 계면활성제로는 C8H17NH2 등의 아민류를 들 수 있고, 상기 음이온성 계면활성제로는 C8H17COOH 등의 탄화수소계 카르복시산, C8H17SO3H 등의 탄화수소계 술폰산, H(CF2)6COOH 등의 불소계 카르복시산을 들 수 있고, 비이온성 계면활성제로는 폴리옥시알킬렌알킬에테르 등의 에테르류를 들 수 있다. 상기 계면활성제는 상기 식각 조성물 100 중량부에 대하여 0.01 내지 1 중량부로 포함될 수 있다.
상기 식각 조성물은 pH 조절을 위하여 필요에 따라 알칼리성 화합물 또는 상기 불화수소 및 유기산 이외의 산을 더 첨가할 수 있다. 상기 알칼리성 화합물은 암모니아, 아민 또는 테트라 알킬 암모늄 수산화물, 함질소 복소환식 화합물일 수 있다. 상기 불화수소 및 유기산 이외의 산으로는 규산, 인산, 붕산, 염산, 황산, 질산 또는 과염소산 등의 무기산을 들 수 있다.
상기 식각 조성물은 금속 배선의 보호를 위하여 필요에 따라 트리아졸류, 이미다졸류 또는 티올 화합물 등의 부식 방지제를 더 포함할 수 있다.
상기 식각 조성물은 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 동시에 식각할 수 있다. 구체적으로, 상기 식각 조성물은 상기 불화수소에 대한 불화암모늄의 함량을 감소시킴으로써 실리콘 산화막과 실리콘 질화막을 동시에 식각할 수 있다. 따라서, 식각 조성물의 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막의 식각 속도의 비는 1:1 내지 6:1, 3:1 내지 5.5:1, 또는 3:1 내지 5:1 정도로 나타날 수 있다.
상기 식각 조성물은 상술한 성분 외에 당 업계에서 통상적으로 사용하는 첨가제를 더 포함하여 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 패턴화된 절연막의 제조 방법은 상기 식각 조성물을 이용하여 절연막을 식각하는 단계를 포함한다. 상기 절연막은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 상기 식각 조성물은 적절한 유기산을 적절한 함량으로 포함함에 따라 평면의 식각면을 형성할 수 있다.
상기 식각 방법은, 예를 들면, 상기 절연막을 기판 위에 형성하고, 상기 식각 조성물을 상기 절연막에 가한 후, 식각이 완료되면 상기 식각 조성물을 제거함으로써 수행될 수 있다.
상기 기판은, 예를 들어, 반도체 웨이퍼일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 기판은 어느 것이나 사용 가능하다.
상기 절연막에 상기 식각 조성물을 가하는 방법은 상기 절연막을 제거할 수 있는 방법이면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 방법은 도포, 침적, 분무 또는 분사 등의 방법일 수 있다. 특히 경시적인 조성 변화가 적고 식각 속도의 변화가 적다는 점에서 침적하는 방법(배치식 장치) 또는 분사하는 방법(매엽식 장치)을 이용할 수 있다.
상기 식각 조성물의 적용 온도는 15 내지 40℃, 바람직하게는 약 30℃일 수 있다. 상기 온도 범위 내에서 상기 식각 조성물을 상기 기판에 적용함으로써, 상기 절연막의 실리콘 산화막 또는 상기 실리콘 질화막을 선택적으로 식각할 수 있다. 상기 식각 조성물의 적용 시간은 상기 절연막의 두께 등을 고려하여 조절할 수 있다.
상기 식각 이후 상기 식각 조성물은 초순수 등으로 제거될 수 있다. 그리고, 패턴화된 절연막은 건조될 수 있다.
상기 패턴화된 절연막의 제조 방법은 상술한 공정 외에 당 업계에서 통상적으로 채용하는 공정을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 패턴화된 절연막은 기판; 및 상기 기판상에 형성되고, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 절연막을 포함하며, 상기 절연막은 상기 식각 조성물에 의하여 형성된 패턴을 가진다. 상기 절연막은 평면의 식각면을 얻을 수 있는 상기 식각 조성물에 의하여 식각된 것으로, 하기 수식 2의 값이 5°이하로 나타난다.
[수식 2]
│P - Q│
상기 수식 2에서, P는 절연막의 하부 식각면의 접선과 절연막이 형성된 기판의 면이 이루는 각이며, Q는 절연막의 상부 식각면의 접선과 절연막이 형성된 기판의 면이 이루는 각이다.
절연막의 하부 식각면은 절연막의 식각된 면과 기판이 만나는 모서리부터 절연막의 두께를 이등분하는 면과 절연막의 식각된 면이 만나는 제1 가상의 선분까지의 면이고, 절연막의 상부 식각면은 절연막의 식각면 중 상기 절연막의 하부 식각면을 제외한 면이다.
상기 하부 및 상부 식각면의 접선은 상기 절연막의 두께를 이등분하는 면과 대상막의 식각된 면이 만나는 제1 가상의 선분과 직각을 이루는 선이다.
상기 기판 및 절연막의 종류는 상술한 바와 같고, 식각면의 상부 및 하부의 경사를 통하여 식각면의 형상을 구별하는 방법은 전술하였으므로 자세한 설명은 생략한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 반도체 소자는 상기 패턴화된 절연막을 포함한다. 상기 반도체 소자의 종류는 본 발명에서 특별히 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 식각 조성물은 평면의 식각면을 형성할 수 있다. 그 결과 상기 식각 조성물로 식각된 절연막은 후속 공정에 도입될 수 있는 금속막 등을 우수한 품질로 형성하게 할 수 있다. 또한, 상기 식각 조성물은 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막을 동시에 식각할 수 있어 효율적으로 패턴화된 절연막을 제공할 수 있다.
도 1은 수식 1을 설명하기 위하여 식각된 대상막을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 도 1의 식각된 대상막의 단면도이다.
도 3은 비교예 1의 식각 조성물로 식각한 실리콘 산화막의 SEM 사진이다.
도 4는 비교예 2의 식각 조성물로 식각한 실리콘 산화막의 SEM 사진이다.
도 5는 비교예 3의 식각 조성물로 식각한 실리콘 산화막의 SEM 사진이다.
도 6은 비교예 6의 식각 조성물로 식각한 실리콘 산화막의 SEM 사진이다.
도 7은 실시예 1의 식각 조성물로 식각한 실리콘 산화막의 SEM 사진이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
[ 제조예 : 식각 조성물의 제조]
하기 표 1에 기재된 바와 같이 배합을 달리하면서 실시예 및 비교예의 식각 조성물을 제조하였다.
불화수소 불화암모늄 이미노디아세트산 암모늄 포스페이트 물
실시예 1 2.5 20.0 1.0 0 76.5
실시예 2 2.5 20.0 3.0 0 74.5
실시예 3 2.5 10.0 1.0 0 86.5
실시예 4 2.5 5.0 1.0 0 91.5
비교예 1 5.0 40.0 0 0 55
비교예 2 2.5 40.0 0 0 57.5
비교예 3 2.5 20.0 0 0 77.5
비교예 4 2.5 10.0 0 0 87.5
비교예 5 2.5 5.0 0 0 92.5
비교예 6 2.5 20.0 0 1.0 74.5
비교예 7 2.5 20.0 5.0 0 72.5
(단위: 중량부)
[ 실험예 : 식각 조성물의 성능 및 상기 식각 조성물로 패턴화된 절연막의 형상 분석]
상기 제조된 식각 조성물을 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막의 적층 구조를 가지는 절연막이 형성된 기판에 가하여 식각을 진행하였다.
구체적으로, 글라스 기판의 S/D의 역할을 하는 Cu 배선 위에 100Å 두께의 실리콘 질화막을 증착하고, 상기 실리콘 질화막 상에 3000Å 두께의 실리콘 산화막을 증착하여 절연막을 형성한 후, 상기 실리콘 산화막 상에 PR(포토레지스트) 패턴을 형성하고, 다이아몬드 칼을 이용하여 상기 글라스 기판을 5cm X 5cm로 절단하여 시편을 준비하였다.
분사식 식각 방식의 실험 장비(Mini-Etcher) 내에 실시예 1에서 제조한 식각 조성물을 투입하고, 온도를 30℃로 설정하였다. 그리고 상기 온도에 도달했을 때 상기 식각 조성물을 상기 시편에 분사하여 식각을 진행하였다. 총 식각 시간은 90초이었으며, 식각 시간을 15초 단위로 나누어 각 단위 시간 마다 식각된 두께를 SEM으로 분석하였다. 그리고 SEM 분석 결과를 이용하여 식각 속도, 실리콘 질화막의 테일 길이, 절연막의 상부 및 하부 식각면의 접선과 기판이 이루는 각의 차 및 절연막의 식각면의 형상을 평가하였다.
이와 같은 방법으로 실시예 2 내지 4 및 비교예 1 내지 7의 식각 조성물의 절연막에 대한 식각 속도, 실리콘 질화막의 테일 길이, 절연막의 상부 및 하부 식각면의 접선과 기판이 이루는 각의 차, 절연막의 식각면의 형상을 평가하였으며, 그 결과는 표 2에 나타내었다.
그리고 비교예 1, 2, 3 및 6과 실시예 1에 따른 식각 조성물로 식각된 절연막의 SEM 사진은 각각 도 3 내지 7에 나타내었다.
식각속도 비율
(SiO2 : SiNx)		 SiNx 테일 길이
(㎛)		 │X - Y│ 값 식각면의 형상
실시예 1 5.0:1 0.15 1.84 평면
실시예 2 5.0:1 0.14 2.03 평면
실시예 3 4.5:1 0.14 1.84 평면
실시예 4 4.0:1 0.10 1.84 평면
비교예 1 7.0:1 0.20 36.23 곡면
비교예 2 5.5:1 0.20 21.47 곡면
비교예 3 5.0:1 0.15 16.06 곡면
비교예 4 4.5:1 0.14 12.84 곡면
비교예 5 4.0:1 0.10 13.28 곡면
비교예 6 5.0:1 0.17 18.40 곡면
비교예 7 식각 조성물의 성분이 용해된 조성물이 얻어지지 않음
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 기판
20: 대상막 또는 절연막
A: 하부 식각면
B: 상부 식각면
C: 대상막의 두께를 이등분하는 면
e: 대상막의 식각된 면과 기판이 만나는 모서리
f: C면과 대상막의 식각된 면이 만나는 제1 가상의 선분
i: 하부 식각면의 접선
j: 상부 식각면의 접선

Claims (6)

  1. 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막의 적층막을 식각하는 식각 조성물에 있어서,
    상기 적층막에 하기 수식 1의 값이 5°이하인 패턴을 형성하기 위하여 불화수소 0.5 내지 5.5 중량부, 불화암모늄 5 내지 40 중량부, 유기산으로 이미노디아세트산 0.1 내지 4.5 중량부 및 용매로서 물 50 내지 95 중량부로 이루어지는 식각 조성물:
    [수식 1]
    │X - Y│
    상기 수식 1에서, X는 대상막의 하부 식각면의 접선과 대상막이 형성된 기판의 면이 이루는 각이며, Y는 대상막의 상부 식각면의 접선과 대상막이 형성된 기판의 면이 이루는 각이고,
    상기 대상막은 기판의 평평한 면에 형성된 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막의 적층막으로, 상기 식각 조성물에 의하여 식각된 것이며,
    대상막의 하부 식각면은 대상막의 식각된 면과 기판이 만나는 모서리부터 대상막의 두께를 이등분하는 면과 대상막의 식각된 면이 만나는 제1 가상의 선분까지의 면이고, 대상막의 상부 식각면은 대상막의 식각면 중 상기 대상막의 하부 식각면을 제외한 면이며,
    상기 하부 및 상부 식각면의 접선은 상기 대상막의 두께를 이등분하는 면과 대상막의 식각된 면이 만나는 제1 가상의 선분과 직각을 이루는 선이며,
    상기 하부 및 상부 식각면의 접선이 다수인 경우,
    X는 대상막의 하부 식각면의 접선과 대상막이 형성된 기판의 면이 이루는 가장 작은 각이고, Y는 대상막의 상부 식각면의 접선과 대상막이 형성된 기판의 면이 이루는 가장 작은 각이거나, 또는
    X는 대상막의 하부 식각면의 접선과 대상막이 형성된 기판의 면이 이루는 가장 큰 각이고, Y는 대상막의 상부 식각면의 접선과 대상막이 형성된 기판의 면이 이루는 가장 큰 각이다.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 따른 식각 조성물을 이용하여 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 절연막을 식각하는 단계를 포함하는 패턴화된 절연막의 제조 방법.
  5. 기판; 및 상기 기판상에 형성되며, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 절연막을 포함하고,
    상기 절연막은 제 1 항에 따른 식각 조성물에 의하여 형성된 패턴을 가지며, 하기 수식 2의 값이 5°이하인 패턴화된 절연막:
    [수식 2]
    │P - Q│
    상기 수식 2에서, P는 절연막의 하부 식각면의 접선과 절연막이 형성된 기판의 면이 이루는 각이며, Q는 절연막의 상부 식각면의 접선과 절연막이 형성된 기판의 면이 이루는 각이고,
    절연막의 하부 식각면은 절연막의 식각된 면과 기판이 만나는 모서리부터 절연막의 두께를 이등분하는 면과 절연막의 식각된 면이 만나는 제1 가상의 선분까지의 면이고, 절연막의 상부 식각면은 절연막의 식각면 중 상기 절연막의 하부 식각면을 제외한 면이며,
    상기 하부 및 상부 식각면의 접선은 상기 절연막의 두께를 이등분하는 면과 대상막의 식각된 면이 만나는 제1 가상의 선분과 직각을 이루는 선이며,
    상기 하부 및 상부 식각면의 접선이 다수인 경우,
    P는 절연막의 하부 식각면의 접선과 절연막이 형성된 기판의 면이 이루는 가장 작은 각이고, Q는 절연막의 상부 식각면의 접선과 절연막이 형성된 기판의 면이 이루는 가장 작은 각이거나, 또는
    P는 절연막의 하부 식각면의 접선과 절연막이 형성된 기판의 면이 이루는 가장 큰 각이고, Q는 절연막의 상부 식각면의 접선과 절연막이 형성된 기판의 면이 이루는 가장 큰 각이다.
  6. 제 5 항에 따른 패턴화된 절연막을 포함하는 반도체 소자.
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