KR102284211B1 - Method for preparing etching solution - Google Patents

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Abstract

본 발명은 식각 용액의 제조 방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 식각 용액 중 실리콘계 첨가제의 용해도 및 분산성을 향상시키는 것이 가능한 식각 용액의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing an etching solution, and more particularly, to a method for preparing an etching solution capable of improving solubility and dispersibility of a silicon-based additive in an etching solution.

Description

식각 용액의 제조 방법{METHOD FOR PREPARING ETCHING SOLUTION}Manufacturing method of etching solution {METHOD FOR PREPARING ETCHING SOLUTION}

본 발명은 식각 용액의 제조 방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 식각 용액 중 실리콘계 첨가제의 용해도 및 분산성을 향상시키는 것이 가능한 식각 용액의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing an etching solution, and more particularly, to a method for preparing an etching solution capable of improving solubility and dispersibility of a silicon-based additive in an etching solution.

현재 실리콘 질화막과 실리콘 산화막을 식각하는 방법은 여러가지가 있는데 건식 식각법과 습식 식각법이 주로 사용되는 방법이다.Currently, there are various methods for etching a silicon nitride film and a silicon oxide film, but dry etching and wet etching 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 generally an etching method using a gas, and has the advantage that the isotropy is superior to the wet etching method.

일반적으로 습식 식각법으로는 식각 용액으로서 인산을 사용하는 방법이 잘 알려져 있으며, 인산에 의한 실리콘 질화막의 식각은 다음과 같은 화학 반응을 통해 진행된다.In general, as a wet etching method, a method using phosphoric acid as an etching solution is well known, and etching of a silicon nitride layer by phosphoric acid proceeds through the following chemical reaction.

4H3PO4 + 3Si3N4 + 27H2O 4(NH4)3PO4 + 9H2SiO3 4H 3 PO 4 + 3Si 3 N 4 + 27H 2 O 4(NH 4 ) 3 PO 4 + 9H 2 SiO 3

실리콘 질화막의 식각을 위해 순수한 인산만 사용할 경우, 소자가 미세화됨에 따라 실리콘 질화막뿐만 아니라 실리콘 산화막까지 식각됨으로써 각종 불량 및 패턴 이상이 발생되는 등의 문제가 발생할 수 있기 때문에 실리콘 산화막의 식각 속도를 더욱 낮출 필요가 있다.If only pure phosphoric acid is used for etching the silicon nitride film, as the device becomes miniaturized, not only the silicon nitride film but also the silicon oxide film may be etched, which may cause problems such as various defects and pattern abnormalities. There is a need.

한편, 실리콘 질화막의 식각 속도를 더욱 증가시키기 위해 불소를 포함하는 화합물을 첨가제로서 사용하는 시도가 있었으나, 불소는 실리콘 산화막의 식각 속도까지 증가시킨다는 단점을 가지고 있다.On the other hand, there have been attempts to use a compound containing fluorine as an additive to further increase the etching rate of the silicon nitride film, but fluorine has a disadvantage in that it increases the etching rate of the silicon oxide film.

이에 따라, 최근에는 실리콘 질화막의 식각 속도를 증가시키는 한편 실리콘 산화막의 식각 속도를 낮추기 위해 실리콘계 첨가제를 인산에 분산시켜 제조한 식각 용액을 사용하고 있다.Accordingly, in recent years, an etching solution prepared by dispersing a silicon-based additive in phosphoric acid is used to increase the etching rate of the silicon nitride layer and decrease the etching rate of the silicon oxide layer.

이 때, 인산 중 실리콘계 첨가제의 분산성은 실리콘 산화막의 식각 속도와 연관되어 있다. 즉, 인산 중 실리콘계 첨가제가 고르게 분산되어 있으면 실리콘 산화막에 대한 식각 속도의 변동이 작으면서 일정하다. 반면, 인산 중 실리콘계 첨가제의 분산성이 나쁘면 실리콘 산화막에 대한 식각 속도의 변동이 크다는 문제가 있다.In this case, the dispersibility of the silicon-based additive in phosphoric acid is related to the etching rate of the silicon oxide layer. That is, when the silicon-based additive in phosphoric acid is evenly dispersed, the variation in the etching rate for the silicon oxide film is small and constant. On the other hand, if the dispersibility of the silicon-based additive in phosphoric acid is poor, there is a problem in that the etching rate for the silicon oxide film is greatly varied.

본 발명은 식각 용액 중 실리콘계 첨가제의 용해도 및 분산성을 향상시키는 것이 가능한 식각 용액의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a method for preparing an etching solution capable of improving the solubility and dispersibility of a silicon-based additive in the etching solution.

특히, 본 발명은 실리콘계 첨가제로서 실리카를 사용하는 인산계 식각 용액 중 실리카의 분산성을 향상시켜 실리콘 기판의 식각시 실리콘 산화막에 대한 식각 속도의 변동을 낮추는 것이 가능한 식각 용액의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In particular, the present invention is to improve the dispersibility of silica in a phosphoric acid-based etching solution using silica as a silicon-based additive to provide a method for preparing an etching solution capable of lowering the fluctuation of the etching rate for the silicon oxide film during etching of a silicon substrate. The purpose.

상술한 기술적 과제의 해결을 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면, (a) 무기산 수용액 및 실리카를 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 단계 및 (b) 상기 혼합 용액에 전자기파를 가하는 단계를 포함하는 식각 용액의 제조 방법이 제공된다.In order to solve the above technical problem, according to an aspect of the present invention, (a) preparing a mixed solution by mixing an aqueous inorganic acid solution and silica, and (b) an etching solution comprising the steps of applying electromagnetic waves to the mixed solution A method of manufacturing is provided.

여기서, 무기산 수용액과 실리카가 혼합된 혼한 용액으로 전자기파를 가함으로써 혼합 용액 중 실리카의 용해도 및 분산성이 향상된 식각 용액을 제조하는 것이 가능하다.Here, it is possible to prepare an etching solution having improved solubility and dispersibility of silica in the mixed solution by applying electromagnetic waves to a mixed solution in which an inorganic acid aqueous solution and silica are mixed.

이 때, 혼합 용액으로 가해지는 전자기파는 마이크로파 또는 자외선일 수 있다.In this case, electromagnetic waves applied to the mixed solution may be microwaves or ultraviolet rays.

본 발명에 따르면, 식각 용액 중 실리콘계 첨가제, 특히 실리카의 용해도 및 분산성을 향상시키는 것이 가능하며, 이를 통해 실리콘 기판의 식각시 실리콘 산화막에 대한 식각 속도의 변동을 낮추는 것이 가능하다.According to the present invention, it is possible to improve the solubility and dispersibility of the silicon-based additive, particularly silica, in the etching solution, and through this, it is possible to lower the variation in the etching rate for the silicon oxide layer when the silicon substrate is etched.

또한, 식각 용액 중 실리콘계 첨가제를 용해 및 분산시키기 위한 단순 가열 대비 보다 적은 에너지 및 시간을 소비하여도 식각 용액 중 실리콘계 첨가제의 충분한 용해도 및 분산성을 확보하는 것이 가능하다는 이점이 있다.In addition, there is an advantage in that it is possible to secure sufficient solubility and dispersibility of the silicon-based additive in the etching solution even when less energy and time are consumed compared to simple heating for dissolving and dispersing the silicon-based additive in the etching solution.

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 methods for achieving them will become apparent with reference to the following embodiments. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, and only these 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 fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.

본원에서 알킬기인 Ra (a는 1 내지 6의 정수)는 C1-C10 알킬, C6-C12 사이클로알킬 및 적어도 하나의 헤테로 원자를 포함하는 C2-C10 헤테로알킬을 포함하며, 추가적으로, 알킬기의 임의의 인접한 탄소에 불포화 결합이 존재하는 C2-C10 알케닐 또는 C2-C10 알키닐일 수 있다.Herein, the alkyl group R a (a is an integer of 1 to 6) includes C 1 -C 10 alkyl, C 6 -C 12 cycloalkyl and C 2 -C 10 heteroalkyl containing at least one hetero atom, Additionally, where the unsaturated bonds present in any of the adjacent carbon of the alkyl group is C 2 -C 10 alkenyl or C 2 -C 10 alkynyl can be imidazol.

본원에서 Ca-Cb 작용기는 a 내지 b 개의 탄소 원자를 갖는 작용기를 의미한다. A C a -C b functional group herein refers to a functional group having a to b carbon atoms.

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. For example, C a -C b alkyl refers to saturated aliphatic groups having a to b carbon atoms, including straight chain alkyl and branched alkyl and the like. A straight chain or branched alkyl has 10 or fewer (eg C 1 -C 10 straight chain, C 3 -C 10 comminuted), preferably 4 or less, more preferably 3 or less carbon atoms in its backbone. 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 - May be octyl.

본원에서 사이클로알킬 또는 헤테로 원자를 포함하는 헤테로사이클로알킬은 달리 정의되지 않는 한 각각 알킬 또는 헤테로알킬의 고리형 구조로 이해될 수 있을 것이다.As used herein, cycloalkyl or heterocycloalkyl containing a hetero atom will be understood as a cyclic structure of alkyl or heteroalkyl, respectively, unless otherwise defined.

탄화수소 고리의 비제한적인 예로는 사이클로펜틸, 사이클로헥실, 1-사이클로헥세닐, 3-사이클로헥세닐 및 사이클로헵틸 등이 있다.Non-limiting examples of hydrocarbon rings 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 - Piperazinil, etc.

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

Ra가 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.Bonded to the carbon of a hybrid mixed sp- carbon or alkynyl - R a is an alkenyl or alkynyl imidazol time, alkenyl of sp 2 - mixed-carbon, or alkynyl of sp- sp 2 hybrid of the alkenyl carbon is bonded directly or Al It may be in a form indirectly bonded by sp 3 -hybrid carbon of alkyl.

이하, 본 발명에 따른 식각 용액의 제조 방법에 대하여 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, a method for preparing an etching solution according to the present invention will be described in detail.

본 발명의 일 측면에 따르면, (a) 무기산 수용액 및 실리카를 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 단계 및 (b) 상기 혼합 용액에 전자기파를 가하는 단계를 포함하는 식각 용액의 제조 방법이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method for preparing an etching solution comprising the steps of (a) preparing a mixed solution by mixing an aqueous inorganic acid solution and silica, and (b) applying an electromagnetic wave to the mixed solution.

여기서, 무기산 수용액은 황산, 질산, 인산, 규산, 불산, 붕산, 염산 및 과염소산으로부터 선택되는 적어도 하나의 무기산을 포함하는 수용액일 수 있다. 또한, 상술한 무기산 이외 무수 인산, 피로인산 또는 폴리인산이 사용될 수 있다.Here, the inorganic acid aqueous solution may be an aqueous solution containing at least one inorganic acid selected from sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, silicic acid, hydrofluoric acid, boric acid, hydrochloric acid, and perchloric acid. In addition, phosphoric anhydride, pyrophosphoric acid or polyphosphoric acid other than the above-mentioned inorganic acid may be used.

무기산 수용액은 식각 용액의 pH를 유지시켜 식각 용액 내 존재하는 다양한 형태의 실리콘계 첨가제가 실리콘계 파티클로 변화하는 것을 억제 하는 성분이다.The inorganic acid aqueous solution is a component that maintains the pH of the etching solution and prevents the various types of silicon-based additives present in the etching solution from changing into silicon-based particles.

여기서, 무기산 수용액을 구성하는 무기산은 극성 분자인 것이 바람직하다. 극성 분자에 전자기파, 특히 마이크로파를 가할 경우 극성 분자는 전자기파의 파장에 따라 회전하기 때문에 랜덤 진동(random vibration)하는 대신 정렬된 회전(aligned rotation)을 할 수 있다.Here, the inorganic acid constituting the inorganic acid aqueous solution is preferably a polar molecule. When electromagnetic waves, particularly microwaves, are applied to polar molecules, aligned rotation can be performed instead of random vibrations because the polar molecules rotate according to the wavelength of the electromagnetic wave.

이 때, 마이크로파에 의해 정렬된 회전을 하는 극성 분자는 인접한 실리카와의 마찰열을 상승시킬 수 있으며, 이를 통해 무기산 수용액 중으로 실리카가 용해 및 분산되는 것을 촉진할 수 있다.At this time, the polar molecules that rotate aligned by microwaves may increase frictional heat with adjacent silica, thereby promoting dissolution and dispersion of silica in the inorganic acid aqueous solution.

본 발명에서 사용되는 실리카는 혼합 용액 중 100 내지 5,000 ppm으로 존재하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 실리카는 100 내지 2,500 ppm의 함량으로 포함된다.The silica used in the present invention is preferably present in an amount of 100 to 5,000 ppm in the mixed solution, and more preferably, the silica is included in an amount of 100 to 2,500 ppm.

혼합 용액 중 실리카가 100 ppm 미만으로 존재할 경우, 혼합 용액으로 전자기파를 가하여 얻을 수 있는 실리카의 용해 및 분산 효과가 미미할 수 밖에 없다. 또한, 최종 산물인 식각 용액 중 실리카에 의한 실리콘 산화막의 보호 효과가 불충분할 수 있다. When the amount of silica in the mixed solution is less than 100 ppm, the effect of dissolving and dispersing silica obtained by applying electromagnetic waves to the mixed solution is inevitably insignificant. In addition, the protective effect of the silicon oxide layer by the silica in the etching solution, which is the final product, may be insufficient.

반면, 혼합 용액 중 실리카의 함량이 5,000 ppm를 초과할 경우, 최종 산물인 식각 용액 중 실리카 사이의 극성 상호작용(예를 들어, 수소 결합)의 가능성이 증가할 우려가 있다.On the other hand, when the content of silica in the mixed solution exceeds 5,000 ppm, the possibility of polar interaction (eg, hydrogen bonding) between silica in the etching solution as the final product may increase.

이 경우, 실리카 사이의 응집에 의해 식각 용액 내 실리카의 분산성이 떨어져 실리콘 산화막에 대한 보호 효과가 감소할 우려가 있다. 또한, 실리카 사이의 응집에 의해 역상 실리카 자체가 마이크로미터 단위의 실리콘계 파티클로 성장할 우려가 있다. 본 발명에서 사용되는 실리카는 콜로이달 실리카 또는 흄드 실리카 형태로 제공될 수 있다. 또한, 본 발명에서 사용되는 실리카는 표면 및 말단의 실리콘 원자에 결합된 (A) 하이드록시기(-OH)는 (B) 포화 또는 불포화 탄화수소기로 치환된 역상 실리카도 가능하다.In this case, there is a fear that the dispersibility of silica in the etching solution decreases due to aggregation between the silicas, thereby reducing the protective effect on the silicon oxide layer. In addition, there is a risk that the reversed-phase silica itself may grow into micrometer-sized silicon-based particles due to aggregation between silicas. The silica used in the present invention may be provided in the form of colloidal silica or fumed silica. In addition, the silica used in the present invention may be a reverse phase silica in which (A) a hydroxyl group (-OH) bonded to a silicon atom at the surface and a terminal is substituted with (B) a saturated or unsaturated hydrocarbon group.

여기서, 역상 실리카는 일반적으로 친수성 실리카의 표면 및 말단의 실리콘 원자에 결합된 (A) 하이드록시기(-OH)가 (B) 포화 또는 불포화 탄화수소기 또는 (C) 실록산기로 치환된 형태의 실리카를 의미한다.Here, the reverse phase silica is generally a silica in which (A) a hydroxyl group (-OH) bonded to a silicon atom on the surface and a terminal of the hydrophilic silica is substituted with (B) a saturated or unsaturated hydrocarbon group or (C) a siloxane group. it means.

역상 실리카는 표면 및 말단의 임의의 위치에 존재하는 실리콘 원자 중 일부에 하이드록시기(-OH)가 결합된 형태를 가짐에 따라 실리콘 산화막과의 극성 상호작용을 통해 실리콘 산화막의 표면에 부착되어 실리카 보호층(passivation layer)을 형성하는 것이 가능하다.Reversed silica has a form in which a hydroxyl group (-OH) is bonded to some of the silicon atoms present at arbitrary positions on the surface and at the ends, so it is attached to the surface of the silicon oxide film through a polar interaction with the silicon oxide film to form silica. It is possible to form a passivation layer.

이 경우, 역상 실리카에 의해 실리콘 산화막의 표면에 보호층이 형성됨에 따라 무기산 또는 불소-함유 화합물 등에 의해 실리콘 산화막이 식각되는 것을 방지하는 것이 가능하다.In this case, as a protective layer is formed on the surface of the silicon oxide film by the reverse phase silica, it is possible to prevent the silicon oxide film from being etched by an inorganic acid or a fluorine-containing compound or the like.

또한, 역상 실리카는 표면 및 말단에 존재하는 실리콘 원자에 탄화수소기가 결합됨에 따라 소수성 표면을 형성하는 것이 가능하다. 이에 따라, 인접한 역상 실리카 사이에 일정 수준의 입체 장애를 부여하는 것이 가능한 바, 역상 실리카끼리 응집되어 실리콘계 파티클을 형성하는 것을 방지할 수 있다.In addition, the reverse phase silica is capable of forming a hydrophobic surface as hydrocarbon groups are bonded to silicon atoms present on the surface and at the ends. Accordingly, since it is possible to impart a certain level of steric hindrance between adjacent reversed silicas, it is possible to prevent the inversed silicas from being aggregated to form silicon-based particles.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 실리카의 표면 및 말단의 실리콘 원자에 결합된 (A) 하이드록시기(-OH)가 (B) 포화 또는 불포화 탄화수소기로 치환된 역상 실리카는 하기의 화학식 1로 표시되는 반복 단위를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the reverse phase silica in which (A) a hydroxyl group (-OH) bonded to a silicon atom at the surface and a terminal of the silica is substituted with a saturated or unsaturated hydrocarbon group is represented by the following formula (1) contains repeating units.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112017037703473-pat00001
Figure 112017037703473-pat00001

여기서, R3 내지 R8은 각각 독립적으로 C1-C10 알킬, C6-C12 사이클로알킬, 적어도 하나의 헤테로 원자를 포함하는 C2-C10 헤테로알킬, C2-C10 알케닐 및 C2-C10 알키닐로부터 선택되는 탄화수소기 또는 하이드록시기이며, R3 내지 R6 중 적어도 하나는 탄화수소기이다.wherein R 3 to R 8 are each independently 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 and A hydrocarbon group or a hydroxy group selected from C 2 -C 10 alkynyl, and at least one of R 3 to R 6 is a hydrocarbon group.

역상 실리카의 표면 및 말단의 실리콘 원자에 결합된 (B) 포화 또는 불포화 탄화수소기 대비 (A) 하이드록시기(-OH)의 비율이 클 경우, 역상 실리카와 실리콘 산화막 사이의 극성 상호작용이 더욱 증가할 수 있으나, 역상 실리카 사이의 극성 상호작용(예를 들어, 수소 결합)의 가능성 역시 증가할 수 있다.When the ratio of (A) hydroxy groups (-OH) to (B) saturated or unsaturated hydrocarbon groups bonded to the silicon atoms on the surface and terminal of the reverse phase silica is large, the polar interaction between the reverse phase silica and the silicon oxide film is further increased However, it may also increase the likelihood of polar interactions (eg hydrogen bonding) between the reversed phase silicas.

이 경우, 역상 실리카 사이의 응집에 의해 식각 용액 내 역상 실리카의 분산성이 떨어져 실리콘 산화막에 대한 보호 효과가 감소할 우려가 있다. 또한, 역상 실리카 사이의 응집에 의해 역상 실리카 자체가 마이크로미터 단위의 실리콘계 파티클로 성장할 우려가 있다.In this case, the dispersibility of the reverse phase silica in the etching solution is deteriorated due to aggregation between the reverse phase silicas, and there is a fear that the protective effect on the silicon oxide layer may be reduced. In addition, there is a risk that the reversed-phase silica itself may grow into micrometer-sized silicon-based particles due to aggregation between the reversed-phase silicas.

반면, 역상 실리카의 표면 및 말단의 실리콘 원자에 결합된 (A) 하이드록시기(-OH)의 비율이 극히 적을 경우, 역상 실리카와 실리콘 산화막 사이의 극성 상호작용이 감소하여 역상 실리카에 의한 보호 효과가 구현되기 어려울 수 있다. 또한, 무기산 수용액 중 역상 실리카를 용해 및 분산시키기 위해 전자기파가 가해질 때, 역상 실리카의 표면 및 말단의 실리콘 원자에 결합된 (A) 하이드록시기(-OH)의 비율이 극히 적을 경우 전자기파의 파장에 따른 역상 실리카의 정렬된 회전이 부족해질 우려가 있다.On the other hand, when the ratio of (A) hydroxyl groups (-OH) bonded to the silicon atoms at the surface and the terminal of the reverse phase silica is extremely small, the polar interaction between the reverse phase silica and the silicon oxide film is reduced, so that the protective effect of the reverse phase silica is reduced. may be difficult to implement. In addition, when electromagnetic waves are applied to dissolve and disperse the reverse phase silica in the aqueous inorganic acid solution, when the ratio of (A) hydroxyl groups (-OH) bonded to the silicon atoms at the surface and the terminal of the reverse phase silica is extremely small, the wavelength of the electromagnetic wave There is a fear that the aligned rotation of the reverse phase silica is insufficient.

본원에서 역상 실리카는 화학식 1로 표시되는 반복 단위만을 포함할 수 있으나, 화학식 1로 표시되는 반복 단위의 전 또는 후, 화학식 1로 표시되는 반복 단위 사이에 위치하는 임의의 실리콘 원자에 하이드록시기가 결합된 형태를 가질 수 있다.Herein, the reverse phase silica may include only the repeating unit represented by Formula 1, but a hydroxyl group is bonded to any silicon atom positioned between the repeating units represented by Formula 1 before or after the repeating unit represented by Formula 1 may have a given form.

예를 들어, 화학식 1로 표시되는 반복 단위를 포함하는 역상 실리카는 하기의 화학식 1-1로 표시될 수 있다.For example, the reverse phase silica including the repeating unit represented by Formula 1 may be represented by Formula 1-1 below.

[화학식 1-1][Formula 1-1]

Figure 112017037703473-pat00002
Figure 112017037703473-pat00002

여기서, m 및 m'은 화학식 1로 표시되는 반복 단위의 수를 의미하며, m 및 m'은 역상 실리카의 평균 직경이 1 nm 내지 10 μm의 범위 내에 존재하도록 적절히 선택될 수 있다.Here, m and m' mean the number of repeating units represented by the formula (1), and m and m' may be appropriately selected so that the average diameter of the reversed-phase silica exists in the range of 1 nm to 10 μm.

본 발명에 따른 식각 용액에 사용되는 역상 실리카의 평균 직경은 5 nm 내지 10 μm인 것이 바람직하다.The average diameter of the reverse phase silica used in the etching solution according to the present invention is preferably 5 nm to 10 μm.

역상 실리카의 평균 직경이 5 nm 미만인 경우, 반응에 참여하는 경향이 줄어들어 식각시 실리콘 산화막에 대한 보호 효과가 거의 생기지 않을 수 있다.When the average diameter of the reversed silica is less than 5 nm, the tendency to participate in the reaction is reduced, so that there may be little protective effect on the silicon oxide layer during etching.

또한, 실리콘 기판(예를 들어, 실리콘 질화막)에 대한 식각 속도를 증가시키기 위해 불소-함유 화합물과 역상 실리카를 같이 사용함에 따라 불소-함유 화합물에 의해 역상 실리카가 식각될 경우, 역상 실리카의 크기는 더욱 미세해질 수 밖에 없어 실리콘 산화막에 대한 보호능을 상실할 우려가 있다.In addition, when the reverse phase silica is etched by the fluorine-containing compound as the fluorine-containing compound and the reverse phase silica are used together to increase the etching rate for a silicon substrate (eg, a silicon nitride film), the size of the reverse phase silica is There is a risk of losing the protective ability to the silicon oxide film because it is inevitably finer.

또한, 1 nm 미만의 평균 직경을 가지는 역상 실리카를 불소-함유 화합물과 같이 사용할 경우, 역상 실리카를 구성하는 실리콘 원자가 SiF4 형태로 식각되어 식각 용액 중 역상 실리카의 농도가 변할 우려가 있다.In addition, when reverse-phase silica having an average diameter of less than 1 nm is used together with a fluorine-containing compound, silicon atoms constituting the reverse-phase silica are etched in the form of SiF 4 , and there is a fear that the concentration of reverse-phase silica in the etching solution is changed.

반면, 역상 실리카의 평균 직경이 10 μm를 초과할 경우, 역상 실리카 사이의 상호 작용에 의해 수 내지 수십 마이크로미터 단위의 실리콘계 파티클로 성장할 우려가 있다. On the other hand, when the average diameter of the reversed silica exceeds 10 μm, there is a risk of growth into silicon-based particles of several to tens of micrometers due to the interaction between the reversed silica.

본 발명에 따르면, 무기산 수용액과 실리카가 혼합된 혼한 용액으로 전자기파를 가함으로써 혼합 용액 중 실리카의 용해도 및 분산성이 향상된 식각 용액을 제조하는 것이 가능하다(단계 (b)).According to the present invention, it is possible to prepare an etching solution with improved solubility and dispersibility of silica in the mixed solution by applying electromagnetic waves to a mixed solution in which an inorganic acid aqueous solution and silica are mixed (step (b)).

이 때, 혼합 용액으로 가해지는 전자기파는 마이크로파 및 자외선으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.In this case, the electromagnetic wave applied to the mixed solution may be at least one selected from microwaves and ultraviolet rays.

예를 들어, 혼합 용액으로 마이크로파 또는 자외선이 가해지거나, 혼합 용액으로 마이크로파와 자외선이 동시에 가해지거나, 마이크로파와 자외선이 순차적으로 가해질 수 있다.For example, microwaves or ultraviolet rays may be applied to the mixed solution, microwaves and ultraviolet rays may be simultaneously applied to the mixed solution, or microwaves and ultraviolet rays may be sequentially applied to the mixed solution.

종래 기술에 있어서, 혼합 용액에 열을 가하여 실리카를 분산 또는 용해시켰으나 본 발명은 열을 가하는 공정 또는 수단 없이 전자기파만으로 실리카를 분산 또는 용해시키는 것을 특징으로 한다.In the prior art, silica was dispersed or dissolved by applying heat to the mixed solution, but the present invention is characterized in that silica is dispersed or dissolved only by electromagnetic waves without a process or means for applying heat.

다만, 전자기파를 가하는 공정 이후에 그 분산 또는 용해상태를 유지시켜주기 위한 가열 공정은 수반될 수 있으며, 이는 전자기파를 가하는 수단인 마이크로파나 자외선이 없는 공간에서 이뤄질 수 있다.However, after the process of applying electromagnetic waves, a heating process for maintaining the dispersed or dissolved state may be accompanied, and this may be done in a space without microwaves or ultraviolet rays, which are means for applying electromagnetic waves.

특히, 마이크로파의 경우 혼합용액을 석영 등의 투명 또는 반투명이나 전자기파가 통과할 수 있는 용기에 담아 이를 마이크로파 제공 수단이 구비된 공정에 투입하는 방식으로 진행할 수 있으며, 추가적으로 이동식 마이크로파 제공 수단이 가능할 경우 혼합용액의 산성 조건을 고려하여 내산성이 있는 물질(석영 등)로 보호시킨 후 마이크로파 제공 수단을 혼합용액에 넣는 방식도 가능하다.In particular, in the case of microwaves, the mixed solution may be placed in a transparent or translucent container such as quartz or a container through which electromagnetic waves can pass, and the mixture may be introduced into a process equipped with a microwave providing means. Considering the acidic condition of the solution, it is also possible to protect the solution with an acid-resistant material (such as quartz), and then add a microwave providing means to the mixed solution.

일 실시예에 있어서, 혼합 용액으로 가해지는 전자기파가 마이크로파일 경우, 소정의 직경을 가지는 실리카는 마이크로파에 의해 정렬된 회전(aligned rotation)을 하게 된다.In one embodiment, when the electromagnetic wave applied to the mixed solution is a microwave, silica having a predetermined diameter performs aligned rotation by the microwave.

실리카의 정렬된 회전을 위해 바람직한 마이크로파의 파장은 200 MHz 내지 20 GHz이며, Rating Power은 0.5 KW 에서 10 KW이다. 상기 조건 내에서 실리카의 회전 또는 진동이 구현될 수 있으며, 마이크로파의 파장이 너무 짧을 경우 실리카 분자 구조에 영향을 줄 우려가 있는 반면, 마이크로파의 파장이 너무 길 경우 실리카에 충분한 에너지를 전달하지 못할 수 있다.The preferred wavelength of the microwave for the ordered rotation of silica is 200 MHz to 20 GHz, and the rating power is 0.5 KW to 10 KW. The rotation or vibration of silica may be implemented within the above conditions, and if the wavelength of the microwave is too short, it may affect the silica molecular structure, whereas if the wavelength of the microwave is too long, it may not be able to deliver sufficient energy to the silica. there is.

정렬된 회전을 하는 실리카는 회전하지 않거나 랜덤 진동(random vibration)하는 실리카에 비해 인접한 실리카와의 더 큰 마찰력을 갖게 되어 상대적으로 빠른 시간 안에 혼합 용액으로 용해 및 분산되는 것이 가능하다.The silica in the aligned rotation has a greater frictional force with the adjacent silica than the silica that does not rotate or randomly vibrates, so it is possible to dissolve and disperse into a mixed solution within a relatively short time.

다른 실시예에 있어서, 혼합 용액으로 가해지는 전자기파가 자외선일 경우, 자외선에 의해 발생된 라디칼에 의한 실리카의 분해가 촉진되어 혼합 용액 중 실리카의 용해도 및 분산성을 향상시키는 것이 가능하다.In another embodiment, when the electromagnetic wave applied to the mixed solution is ultraviolet, decomposition of silica by radicals generated by the ultraviolet is accelerated, so that it is possible to improve the solubility and dispersibility of silica in the mixed solution.

자외선을 조사하는 방식으로는 마이크로파를 조사하는 방식과 유사하게 혼합 용액을 용기에 담아 자외선 제공 수단에 넣거나, 내산성을 가진 물질로 둘러쌓인 자외선 제공 수단을 혼합 용액에 넣는 방식이 사용될 수 있다.As a method of irradiating ultraviolet rays, similar to the method of irradiating microwaves, a method of putting the mixed solution in a container and putting the ultraviolet light providing means, or putting the ultraviolet light providing means surrounded by an acid-resistant material into the mixed solution may be used.

특히, 혼합 용액에 자외선을 가하기 전 불소-함유 화합물을 더 첨가할 경우, 자외선에 의해 불소 라디칼이 생성될 수 있으며, 불소 라디칼은 실리카의 분해를 더욱 촉진시킬 수 있다.In particular, when a fluorine-containing compound is further added to the mixed solution before applying ultraviolet rays, fluorine radicals may be generated by ultraviolet rays, and the fluorine radicals may further accelerate the decomposition of silica.

혼합 용액 중 라디칼 생성을 위해 바람직한 자외선의 파장은 175 nm 내지 300 nm이다.A preferred wavelength of ultraviolet light for radical generation in the mixed solution is 175 nm to 300 nm.

불소-함유 화합물은 자외선이 조사될 경우 불소 라디칼의 발생원이 됨과 동시에 나아가 최종 산물인 식각 용액에서 실리콘 기판(특히, 실리콘 질화막)의 식각 속도를 향상시키는 역할을 할 수 있다.The fluorine-containing compound can serve as a source of fluorine radicals when irradiated with ultraviolet rays and further improve the etching rate of a silicon substrate (particularly, a silicon nitride layer) in an etching solution, which is a final product.

본 발명에 따라 제조된 식각 용액을 사용할 경우, 역상 실리카에 의해 실리콘 산화막이 보호될 수 있는 바, 불소-함유 화합물에 의해 실리콘 산화막이 식각되는 것을 줄일 수 있다.When the etching solution prepared according to the present invention is used, since the silicon oxide layer may be protected by the reverse phase silica, etching of the silicon oxide layer by the fluorine-containing compound may be reduced.

본 발명에서 사용되는 불소-함유 화합물은 혼합 용액 중 10 내지 2,500 ppm으로 존재하는 것이 바람직하다.The fluorine-containing compound used in the present invention is preferably present in an amount of 10 to 2,500 ppm in the mixed solution.

혼합 용액 중 불소-함유 화합물이 10 ppm 미만으로 존재할 경우, 자외선 조사에 따라 생성되는 불소 라디칼의 양이 적어 불소 라디칼에 의한 실리카의 용해 및 분산 효과가 미미하다.When the amount of the fluorine-containing compound in the mixed solution is less than 10 ppm, the amount of fluorine radicals generated by UV irradiation is small, so that the effect of dissolving and dispersing silica by the fluorine radicals is insignificant.

반면, 혼합 용액 중 실리카의 함량이 2,500 ppm를 초과할 경우, 최종 산물인 식각 용액 중 불소-함유 화합물의 함량이 과도하게 많아 실리콘 산화막에 대한 식각 속도가 증가할 우려가 있다.On the other hand, when the content of silica in the mixed solution exceeds 2,500 ppm, the content of the fluorine-containing compound in the etching solution, which is the final product, is excessively high, so that the etching rate for the silicon oxide layer may increase.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 무기산 수용액에 실리카를 혼합함과 동시에 전자기파를 가할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, an electromagnetic wave may be applied at the same time as silica is mixed with the inorganic acid aqueous solution.

이에 따라, 무기산 수용액과 실리카가 혼합되는 초기 단계부터 전자기파가 가해짐으로써 무기산 수용액으로의 실리카의 용해도를 더욱 향상시키는 것이 가능하다. 또한, 무기산 수용액과 실리카의 혼합이 종료됨과 동시에 곧바로 무기산 수용액 중 실리카가 효과적으로 분산된 용액을 얻을 수 있다는 이점이 있다.Accordingly, it is possible to further improve the solubility of silica in the inorganic acid aqueous solution by applying electromagnetic waves from the initial stage in which the inorganic acid aqueous solution and silica are mixed. In addition, there is an advantage that a solution in which silica is effectively dispersed in the inorganic acid aqueous solution can be obtained immediately after the mixing of the inorganic acid aqueous solution and the silica is completed.

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

일 실시예에 있어서, 불소-함유 화합물은 불화수소, 불화암모늄, 중불화암모늄 및 불화수소암모늄으로부터 선택되는 적어도 하나이다. 또한, 다른 실시예에 있어서, 불소-함유 화합물은 유기계 양이온과 불소계 음이온이 이온 결합된 형태의 화합물일 수 있다.In one embodiment, the fluorine-containing compound is at least one selected from hydrogen fluoride, ammonium fluoride, ammonium bifluoride and ammonium bifluoride. Also, in another embodiment, the fluorine-containing compound may be a compound in which an organic cation and a fluorine-based anion are ionically 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 alkylammonium and a fluorine-based anion are ionically 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 an alkylpyrrolium, alkylimidazolium, alkylpyrazolium, alkyloxazolium, alkylthiazolium, alkylpyridinium, alkylpyrimidinium, alkylpyridazinium, alkylpyra An organic cation selected from zinium, alkylpyrrolidinium, alkylphosphonium, alkylmorpholinium and alkylpiperidinium with fluorophosphate, fluoroalkyl-fluorophosphate, fluoroborate and fluoroalkyl-fluoro The fluorine-based anion selected from roborate may be an ionic liquid in an ion-bonded form.

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.Compared to hydrogen fluoride or ammonium fluoride, which are generally used as fluorine-containing compounds in the etching solution, the fluorine-containing compound provided in the form of an ionic liquid has a high boiling point and decomposition temperature. As it is decomposed during the etching process performed at high temperature There is an advantage in that there is little possibility of changing the composition of the etching solution.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 혼합 용액에 전자기파를 가한 후 열처리하는 단계가 추가적으로 수행될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the step of heat treatment after applying electromagnetic waves to the mixed solution may be additionally performed.

특히, 혼합 용액으로 가해지는 전자기파가 자외선일 경우, 자외선 조사에 의해 발생된 불소 라디칼이 실리카와 반응하는데 필요한 에너지를 추가적인 열처리를 통해 공급할 수 있다.In particular, when the electromagnetic wave applied to the mixed solution is ultraviolet light, energy required for the fluorine radicals generated by ultraviolet irradiation to react with silica may be supplied through additional heat treatment.

이 때, 열처리는 직접 가열하는 방식이 사용되거나 전자기파의 일종인 마이크로파를 조사하는 방식이 이용될 수 있다.In this case, a direct heating method may be used for the heat treatment or a method of irradiating microwaves, which is a type of electromagnetic wave, may be used.

즉, 혼합 용액으로 자외선을 가하여 불소 라디칼을 생성한 후 마이크로파를 가할 경우, 불소 라디칼과 실리카가 반응하는데 필요한 에너지가 공급될 뿐만 아니라 혼합 용액 중 극성을 띄는 분자들의 정렬된 회전을 유도하여 마찰에 따른 실리카의 용해 및 분산을 더욱 촉진시킬 수 있다.That is, when ultraviolet rays are applied to the mixed solution to generate fluorine radicals and then microwaves are applied, the energy required for the reaction between the fluorine radicals and silica is supplied as well as inducing ordered rotation of polar molecules in the mixed solution, resulting in friction It can further promote dissolution and dispersion of silica.

본 발명에 따른 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 by the etching solution according to the present invention preferably includes at least a silicon oxide layer (SiO x ), and may include a silicon oxide layer and a silicon nitride layer (Si x N y , SI x O y N z ) at the same time. . also. In the case of a silicon substrate including a silicon oxide layer and a silicon nitride layer at the same time, the silicon oxide layer and the silicon nitride layer 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, HDP (High Density Plasma) film, thermal oxide film, BPSG (Borophosphate Silicate Glass) film, PSG (Phospho Silicate Glass) film depending on the use and type of material, etc. , BSG (Boro Silicate Glass) film, PSZ (Polysilazane) film, FSG (Fluorinated Silicate Glass) film, LP-TEOS (Low Pressure Tetra Ethyl Ortho Silicate) film, PETEOS (Plasma Enhanced Tetra Ethyl Ortho Silicate) film, HTO (High Pressure Tetra Ethyl Ortho Silicate) film Temperature Oxide) film, MTO (Medium Temperature Oxide) film, USG (Undoped Silicate Glass) film, SOG (Spin On Glass) film, APL (Advanced Planarization Layer) film, ALD (Atomic Layer Deposition) film, PE-Oxide film (Plasma) film Enhanced oxide) or O 3 -TEOS (O 3 -Tetra Ethyl Ortho Silicate) and the like.

일반적으로, 실리콘 산화막을 구성하는 다수의 실리콘 입자 또는 원자는 하이드록시기(-OH)로 치환된 상태로 존재하기 때문에 식각 중 또는 식각 후 세정 중 물과 만나 실리콘계 파티클로 성장할 우려가 존재한다. In general, since a large number of silicon particles or atoms constituting the silicon oxide film exist in a state substituted with a hydroxyl group (-OH), there is a risk of growing into silicon-based particles by meeting with water during etching or during cleaning after etching.

본 발명에 따라 제조된 식각 용액을 사용할 경우, 식각 용액 중 고르게 용해 및 분산된 실리카에 의해 실리콘 기판, 특히, 실리콘 산화막의 표면에 보호막을 형성하는 것이 가능하다.When the etching solution prepared according to the present invention is used, it is possible to form a protective film on the surface of the silicon substrate, in particular, the silicon oxide film by the silica evenly dissolved and dispersed in the etching solution.

이에 따라, 식각 중 무기산에 의해 실리콘 산화막이 식각되는 비율을 줄이고, 나아가 식각 중 또는 식각 후 세정 중 실리콘계 파티클이 생성되는 것을 줄이거나 억제할 수 있다.Accordingly, it is possible to reduce the rate at which the silicon oxide layer is etched by the inorganic acid during etching and further reduce or suppress the generation of silicon-based particles during etching or cleaning after etching.

또한, 식각 용액 중 실리카가 고르게 용해 및 분산됨에 따라 실리콘 산화막에 대한 식각 속도의 편차를 줄여 식각 품질을 더욱 향상시키는 것이 가능하다.In addition, as silica is uniformly dissolved and dispersed in the etching solution, it is possible to further improve the etching quality by reducing the deviation of the etching rate for the silicon oxide layer.

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.

실험예Experimental example

식각 용액의 제조Preparation of etching solution

85% 인산 수용액 750g에 200 ppm의 흄드 실리카(평균 직경 100 nm)을 혼합하여 혼합 용액을 제조하였다. 이어서, 혼합 용액에 직접 열을 가하여 인산 수용액 중 흄드 실리카를 용해 및 분산시키는 가열 방식과 전자기파를 가하여 인산 수용액 중 흄드 실리카를 용해 및 분산시키는 가열 방식으로 나누어 식각 용액을 제조하였다.A mixed solution was prepared by mixing 200 ppm of fumed silica (average diameter of 100 nm) with 750 g of an 85% aqueous phosphoric acid solution. Then, an etching solution was prepared by dividing it into a heating method in which heat was directly applied to the mixed solution to dissolve and disperse the fumed silica in the aqueous phosphoric acid solution and a heating method in which electromagnetic waves were applied to dissolve and disperse the fumed silica in the aqueous phosphoric acid solution.

실시예 1Example 1

혼합 용액이 165℃를 유지하도록 400 MHz 파장의 마이크로파를 1시간 동안 가하여 혼합 용액 중 흄드 실리카를 용해 및 분산시켰다.A microwave of 400 MHz wavelength was applied for 1 hour so that the mixed solution was maintained at 165° C. to dissolve and disperse the fumed silica in the mixed solution.

실시예 2Example 2

50 ppm의 불화암모늄을 추가적으로 첨가한 혼합 용액에 220 nm 파장의 자외선을 1시간 동안 가한 후 혼합 용액이 165℃를 유지하도록 30분 동안 가열하여 혼합 용액 중 흄드 실리카를 용해 및 분산시켰다.To the mixed solution to which 50 ppm of ammonium fluoride was additionally added, ultraviolet light of 220 nm wavelength was applied for 1 hour, and then the mixed solution was heated for 30 minutes to maintain 165° C. to dissolve and disperse the fumed silica in the mixed solution.

실시예 3Example 3

50 ppm의 불화암모늄을 추가적으로 첨가한 혼합 용액에 220 nm 파장의 자외선을 1시간 동안 가한 후 혼합 용액이 165℃를 유지하도록 400 MHz 파장의 마이크로파를 30분 동안 가하여 혼합 용액 중 흄드 실리카를 용해 및 분산시켰다.To the mixed solution to which 50 ppm of ammonium fluoride was additionally added, a 220 nm wavelength ultraviolet light was applied for 1 hour, and then a microwave of 400 MHz wavelength was applied for 30 minutes so that the mixed solution was maintained at 165° C. to dissolve and disperse the fumed silica in the mixed solution. did it

비교예 1 내지 비교예 3Comparative Examples 1 to 3

혼합 용액이 165℃를 유지하도록 1시간(비교예 1), 2시간(비교예 2) 및 3시간(비교예 3) 동안 직접 열을 가하여 혼합 용액 중 흄드 실리카를 용해 및 분산시켰다.Heat was applied directly for 1 hour (Comparative Example 1), 2 hours (Comparative Example 2), and 3 hours (Comparative Example 3) so that the mixed solution was maintained at 165° C. to dissolve and disperse the fumed silica in the mixed solution.

식각 용액의 평가Evaluation of the etching solution

서로 다른 가열 방식에 의해 제조된 식각 용액을 사용하여 실리콘 기판(예를 들어, 실리콘 산화막과 실리콘 질화막이 동시에 존재하는 실리콘 기판)을 식각할 때, 식각 용액이 실리콘 산화막에 끼치는 영향을 살펴보기 위해 하기와 같이 실리콘 산화막에 대한 식각 용액의 영향 평가를 수행하였다.When etching a silicon substrate (for example, a silicon substrate in which a silicon oxide film and a silicon nitride film exist simultaneously) using etching solutions prepared by different heating methods, the following is to examine the effect of the etching solution on the silicon oxide film The effect of the etching solution on the silicon oxide film was evaluated as shown.

우선, 165℃로 가열된 식각 용액으로 실리콘 산화막(thermal oxide layer)을 포함하는 실리콘 기판을 3분 동안 침지시켜 식각하였다. 식각 전 및 식각 후 실리콘 산화막의 두께는 엘립소미트리(Nano-View, SE MG-1000; Ellipsometery)를 이용하여 5회 측정하였다. 식각 속도는 식각 전 및 식각 후 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막의 두께 차이를 식각 시간(3분)으로 나누어 산출하였다.First, a silicon substrate including a thermal oxide layer was immersed in an etching solution heated to 165° C. for 3 minutes to etch. The thickness of the silicon oxide film before and after etching was measured five times using an ellipsometer (Nano-View, SE MG-1000; Ellipsometery). The etching rate was calculated by dividing the difference in the thickness of the silicon oxide film and the silicon nitride film before and after the etching by the etching time (3 minutes).

구분division 회차round 식각 전 두께
(nm)
thickness before etching
(nm)
식각 후 두께
(nm)
thickness after etching
(nm)
식각 속도etch rate 식각 속도
표준편차
etch rate
Standard Deviation
비교예 1Comparative Example 1 1One 1037.521037.52 1036.421036.42 1.301.30 0.6128
0.6128
22 1036.871036.87 1036.791036.79 0.080.08 33 1037.441037.44 1036.071036.07 1.571.57 44 1038.031038.03 1037.461037.46 0.470.47 55 1037.611037.61 1037.291037.29 0.620.62 비교예 2Comparative Example 2 1One 1035.521035.52 1034.501034.50 1.021.02 0.4354
0.4354
22 1034.571034.57 1034.341034.34 0.230.23 33 1033.961033.96 1032.731032.73 1.231.23 44 1034.531034.53 1034.191034.19 0.340.34 55 1033.811033.81 1032.931032.93 0.880.88 비교예 3Comparative Example 3 1One 1032.121032.12 1031.141031.14 0.980.98 0.2951
0.2951
22 1032.4441032.444 1032.011032.01 0.430.43 33 1033.111033.11 1032.331032.33 0.780.78 44 1032.851032.85 1032.601032.60 0.250.25 55 1033.051033.05 1032.601032.60 0.450.45 실시예 1Example 1 1One 1036.151036.15 1035.301035.30 0.860.86 0.08190.0819 22 1036.851036.85 1036.071036.07 0.780.78 33 1035.421035.42 1034.511034.51 0.910.91 44 1035.911035.91 1035.221035.22 0.690.69 55 1036.211036.21 1035.401035.40 0.810.81 실시예 2Example 2 1One 1035.091035.09 1034.301034.30 0.790.79 0.05210.0521 22 1033.911033.91 1033.101033.10 0.810.81 33 1034.871034.87 1033.981033.98 0.890.89 44 1035.961035.96 1035.051035.05 0.910.91 55 1036.471036.47 1035.631035.63 0.840.84 실시예 3Example 3 1One 1034.511034.51 1034.361034.36 0.150.15 0.1840.184 22 1032.941032.94 1032.761032.76 0.180.18 33 1036.191036.19 1035.961035.96 0.230.23 44 1035.611035.61 1035.441035.44 0.170.17 55 1035.781035.78 1035.591035.59 0.190.19

비교예 1의 결과를 살펴보면, 식각 회차별 실리콘 산화막에 대한 식각 결과(식각 두께 및 식각 속도)의 편차가 심한 것을 확인할 수 있으며, 비교예 2 및 비교예 3의 결과를 살펴보면, 비교예 1 대비 직접 가열 시간이 늘어날수록 식각 회차별 실리콘 산화막에 대한 식각 결과(식각 두께 및 식각 속도)의 편차가 감소하는 것을 확인할 수 있다.Looking at the results of Comparative Example 1, it can be seen that the deviation of the etching results (etch thickness and etching rate) for the silicon oxide film for each etching cycle is severe. Looking at the results of Comparative Examples 2 and 3, it is directly compared to Comparative Example 1 As the heating time increases, it can be seen that the deviation of the etching result (etch thickness and etching rate) for the silicon oxide film for each etching cycle decreases.

즉, 비교예 1과 같이 직접 가열 시간이 1시간에 불과할 경우, 식각 용액 중 실리카의 용해 및 분산이 충분히 이루어지지 않아 식각 결과의 편차가 심하나 직접 가열 시간이 늘어날수록 식각 용액 중 실리카가 점차적으로 용해 및 분산되어 비교예 1 대비 비교예 2 및 비교예 3에서 식각 결과의 편차가 다소 감소하는 결과를 나타내는 것이다.That is, when the direct heating time is only 1 hour as in Comparative Example 1, the dissolution and dispersion of silica in the etching solution is not sufficiently performed, so the etching result is greatly varied. However, as the direct heating time increases, the silica in the etching solution is gradually dissolved. and dispersion, indicating that the deviation of the etching results in Comparative Examples 2 and 3 compared to Comparative Example 1 is somewhat reduced.

반면, 마이크로파를 이용한 간접 가열(실시예 1)의 경우, 비교예 1과 같이 가열 시간이 1시간에 불과하나 식각 속도의 표준편차는 0.0519에 불과하여 비교예 1 내지 비교예 3 대비 식각 결과의 편차가 대폭 감소한 것을 확인할 수 있다.On the other hand, in the case of indirect heating using microwaves (Example 1), as in Comparative Example 1, the heating time was only 1 hour, but the standard deviation of the etching rate was only 0.0519, so the deviation of the etching result compared to Comparative Examples 1 to 3 It can be seen that there is a significant decrease in

이는 식각 용액 중 실리카는 직접 가열과 달리 마이크로파에 의해 정렬된 회전(aligned rotation)을 하게 되며, 정렬된 회전을 하는 실리카는 회전하지 않거나 랜덤 진동(random vibration)하는 실리카에 비해 인접한 실리카와의 더 큰 마찰력을 갖게 되어 상대적으로 빠른 시간 안에 혼합 용액으로 용해 및 분산되는 것이 가능하기 때문이다.Unlike direct heating, silica in the etching solution undergoes aligned rotation by microwaves, and silica with aligned rotation does not rotate or has a larger size with adjacent silica than silica with random vibration. This is because it is possible to dissolve and disperse into a mixed solution within a relatively short time by having frictional force.

한편, 자외선 조사 후 직접 가열한 실시예 2의 경우, 가열 시간은 30분에 불과하나, 식각 속도의 표준편차는 0.0521에 불과하여 비교예 1 내지 비교예 3 대비 식각 결과의 편차가 대폭 감소한 것을 확인할 수 있다.On the other hand, in the case of Example 2, which was directly heated after UV irradiation, the heating time was only 30 minutes, but the standard deviation of the etching rate was only 0.0521, so it was confirmed that the deviation of the etching results compared to Comparative Examples 1 to 3 was significantly reduced. can

혼합 용액 중 존재하는 불소-함유 화합물은 자외선 조사에 의해 불소 라디칼을 발생시키며, 이러한 불소 라디칼은 실리카의 용해 및 분산을 촉진시켜 비교예들보다 적은 시간만큼 가열하더라도 혼합 용액 중 실리카를 충분히 용해 및 분산시키는 것이 가능하다.The fluorine-containing compound present in the mixed solution generates fluorine radicals by UV irradiation, and these fluorine radicals promote dissolution and dispersion of silica to sufficiently dissolve and disperse silica in the mixed solution even when heated for a shorter time than in Comparative Examples. it is possible to do

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.In the above, although an embodiment of the present invention has been described, those of ordinary skill in the art can add, change, delete or add components within the scope that does not depart from the spirit of the present invention described in the claims. It will be said that various modifications and changes of the present invention can be made by, and this is also included within the scope of the present invention.

Claims (9)

(a) 무기산 수용액 및 실리카를 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 단계; 및
(b) 상기 혼합 용액에 전자기파를 가하는 단계;
를 포함하고,
상기 실리카의 표면 및 말단의 실리콘 원자에 결합된 (A) 하이드록시기(-OH)는 (B) 포화 또는 불포화 탄화수소기로 치환된 역상 실리카인,
식각 용액의 제조 방법.
(a) preparing a mixed solution by mixing an aqueous inorganic acid solution and silica; and
(b) applying electromagnetic waves to the mixed solution;
including,
(A) hydroxyl group (-OH) bonded to the silicon atom on the surface and terminal of the silica is (B) reversed-phase silica substituted with a saturated or unsaturated hydrocarbon group,
A method for preparing an etching solution.
제1항에 있어서,
상기 무기산 수용액은 황산, 질산, 인산, 규산, 불산, 붕산, 염산, 과염소산, 무수인산, 피로인산 및 폴리인산으로부터 선택되는 적어도 하나의 무기산을 포함하는 수용액인,
식각 용액의 제조 방법.
According to claim 1,
The inorganic acid aqueous solution is an aqueous solution containing at least one inorganic acid selected from sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, silicic acid, hydrofluoric acid, boric acid, hydrochloric acid, perchloric acid, phosphoric anhydride, pyrophosphoric acid and polyphosphoric acid,
A method for preparing an etching solution.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 실리카의 평균 직경은 1 nm 내지 10 μm인,
식각 용액의 제조 방법.
According to claim 1,
The average diameter of the silica is 1 nm to 10 μm,
A method for preparing an etching solution.
제4항에 있어서,
상기 전자기파는 마이크로파 및 자외선으로부터 선택되는 적어도 하나인,
식각 용액의 제조 방법.
5. The method of claim 4,
The electromagnetic wave is at least one selected from microwaves and ultraviolet rays,
A method for preparing an etching solution.
제5항에 있어서,
상기 마이크로파의 파장은 200 MHz 내지 20 GHz인,
식각 용액의 제조 방법.
6. The method of claim 5,
The wavelength of the microwave is 200 MHz to 20 GHz,
A method for preparing an etching solution.
제5항에 있어서,
상기 자외선의 파장은 175 nm 내지 300 nm인,
식각 용액의 제조 방법.
6. The method of claim 5,
The wavelength of the ultraviolet is 175 nm to 300 nm,
A method for preparing an etching solution.
제1항에 있어서,
상기 혼합 용액에 전자기파를 가하기 전 불소-함유 화합물을 혼합하는 단계를 더 포함하는,
식각 용액의 제조 방법.
According to claim 1,
Further comprising the step of mixing the fluorine-containing compound before applying electromagnetic waves to the mixed solution,
A method for preparing an etching solution.
제1항에 있어서,
단계 (a)와 단계 (b)는 동시에 수행되는,
식각 용액의 제조 방법.
According to claim 1,
Steps (a) and (b) are performed simultaneously,
A method for preparing an etching solution.
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