KR102543520B1 - 에칭 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 우수한 식각 프로파일로 에칭의 정밀 제어가 가능한 에칭 조성물을 제공한다.

Description

에칭 조성물{Etching composition}

본 발명은 실리콘 소재의 에칭에 사용되는 에칭 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 제조 장치에 사용되는 실리콘 소재 부품의 에칭에 사용되는 에칭 조성물에 관한 것이다.

반도체 소자는 일반적으로 반도체 기판 상부에 반도체막, 도전막 또는 절연막을 형성한 후, 식각하는 과정을 거쳐 제조되며, 상기 박막 형성 공정과 식각 공정에 플라즈마 처리 장치가 사용된다. 플라즈마 처리 장치는 웨이퍼가 안치되는 하부 전극, 웨이퍼의 에지 영역에 마련되는 에지링, 하부 전극의 상측에 마련되어 샤워 헤드 기능을 갖는 상부 전극을 구비한다.

에지링, 샤워 헤드 등의 부품은 실리콘을 이용하여 제작될 수 있으며, 일반적으로, 샤워 헤드 등의 부품은 실리콘 잉곳 단결정 성장, 잉곳 절단, 그라인딩, 테두리 연마, 홀 연마, 홀 에칭, 미세 그라인딩, 래핑(lapping), 에칭 및 세정의 단계를 거쳐 제조된다. 제조 과정 중, 특히 그라인딩 및 래핑 단계를 거치면서 실리콘 소재의 부품에 물리적인 힘이 가해지고, 그 결과 실리콘 소재의 표면 일부가 파이거나 미세한 균열이 발생할 수 있다. 이러한 표면 손상은 부품의 피로 파괴 또는 소재 내부로의 가스 유입 등을 유발할 수 있다. 따라서, 그라인딩 및 래핑 후 에칭하여, 실리콘 표면의 손상층을 제거하는 과정이 필요하다.

종래의 에칭 조성물은 산성의 조성물로서 식각 방향성 제어 능력(식각 프로파일)이 열세하여, 에지 부분에 과식각 현상이 발생하는 문제가 있고, 이에 따라 부품 표면의 형상이나 공정 조건에 따라 별도의 약액으로 처리하는 과정이 요구되기도 한다. 또한, 습식 식각의 경우 선택비가 우수하고, 저비용의 용이한 공정이라는 장점이 있으나, 높은 불량률로 인하여 수율이 저하되는 문제가 있다. 이에 우수한 식각 프로파일로 건식 식각에 준하는 수준의 에칭 정밀 제어가 가능하고, 높은 범용성을 갖는 에칭 조성물이 요구되고 있다.

본 발명은 우수한 식각 프로파일로 에칭의 정밀 제어가 가능한 에칭 조성물을 제공한다.

본 발명의 에칭 조성물은 무기산, 불화 암모늄, 불소계 계면활성제 및 물을 포함한다.

본 발명에 따른 에칭 조성물은 우수한 식각 프로파일로 에칭의 정밀 제어가 가능하다. 또한, 본 발명에 따른 에칭 조성물은 실리콘 소재의 샤워 헤드, 에지링 등의 반도체 장치용 부품의 에칭에 적용 가능하며, 그라인딩 및 래핑 공정에 의해 손상된 실리콘 표면의 손상층을 효과적으로 제거할 수 있다.

도 1은 불소계 계면활성제를 사용한 경우의 홀 주변의 식각 상태를 나타낸 것이다.
도 2는 탄화수소계 계면활성제를 사용한 경우의 홀 주변의 식각 상태를 나타낸 것이다.
도 3은 실시예 1의 에칭 조성물을 사용하여 에칭된 샤워 헤드의 표면 사진이다.
도 4는 비교예 1의 에칭 조성물을 사용하여 에칭된 샤워 헤드의 표면 사진이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 하기 내용에 의해서만 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 각 구성요소가 다양하게 변형되거나 또는 선택적으로 혼용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 에칭 조성물은 무기산, 불화 암모늄, 불소계 계면활성제 및 물을 포함한다.

무기산은 에칭 속도를 제어하고, 실리콘 소재의 표면을 식각하는 역할을 한다. 상기 무기산으로 인산, 질산, 황산, 염산, 과염소산, 붕불화수소산, 요오드산, 브롬산, 불산 등을 사용할 수 있고, 이들을 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.

일례로, 상기 무기산은 질산과 인산을 포함할 수 있다. 이 경우, 질산은 에칭 속도를 제어하고 실리콘 표면을 식각하며, 인산은 실리콘 표면의 식각 후 에칭 속도를 제어한다. 홀(hole)이나 패턴(pattern)을 형성하는 경우, 해당 부분은 에칭 조성물의 흐름으로 인해 더욱 많은 물리력을 받게 되어, 홀이나 패턴이 형성되지 않은 표면에 비해 식각률이 높아, 표면과 에칭 격차가 발생할 수 있다. 인산은 점도가 높은 무기산으로 에칭 조성물의 점도를 상승시키고, 그 결과 홀이나 패턴을 경유하는 에칭 조성물의 양을 감소시켜, 해당 부분의 과식각 현상을 보정할 수 있다. 따라서, 무기산으로 인산을 포함하는 경우 표면과 홀 또는 패턴 간의 에칭 격차를 보정하는 데 더욱 효과적이다.

상기 무기산은 에칭 조성물 총 중량을 기준으로, 40 내지 90 중량%, 예를 들어 50 내지 80 중량%, 다른 예로 60 내지 70 중량% 포함 될 수 있다. 무기산의 함량이 전술한 범위 미만인 경우 공정에 적합한 에칭 속도를 제공하지 못할 수 있고, 전술한 범위를 초과하는 경우 실리콘 소재 표면의 손상층뿐 아니라 내부까지 에칭될 수 있다.

일례로, 상기 에칭 조성물 총 중량을 기준으로, 질산 15 내지 25 중량% 및 인산 35 내지 50 중량%를 포함할 수 있다.

불화 암모늄은 불소 이온을 제공하여, 실리콘 손상층을 식각하고 표면을 균일하게 하는 역할을 한다. 불화 암모늄은 에칭 조성물 총 중량을 기준으로, 0.1 내지 10 중량%, 예를 들어 1 내지 5 중량% 포함될 수 있다. 불화 암모늄의 함량이 전술한 범위 미만인 경우 공정에 적합한 에칭 속도나 처리 속도를 제공하지 못할 수 있고, 전술한 범위를 초과하는 경우 석출될 수 있다.

본 발명의 계면활성제로는 표면장력 개선에 유리한 불소계 계면활성제를 사용할 수 있다. 도 1 및 도 2는 각각 불소계 계면활성제 및 탄화수소계 계면활성제를 사용한 경우, 홀 주변의 식각 상태를 나타낸 것이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 불소계 계면활성제의 경우 불소원(Fluorine Source)의 특성에 따라 특정한 방향성을 갖고 실리콘 소재의 표면과 접촉한다. 그 결과, 표면장력 저하 및 식각 방향 제어가 우수하여, 에지의 과식각 현상을 제어할 수 있다. 반면, 도 2에 나타낸 바와 같이, 탄화수소계 계면활성제를 사용할 경우 식각 방향 제어에 한계가 있고, 에지의 과식각 현상이 발생할 수 있다.

상기 불소계 계면활성제로는 음이온성 불소계 계면활성제, 양이온성 불소계 계면활성제, 비이온성 불소계 계면활성제, 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다. 일례로, 상기 불소계 계면활성제는 불소계 음이온성 계면활성제일 수 있다. 샤워헤드 등의 실리콘 소재의 부품 제조 과정에서, 실리콘 잉곳 단결정 성장을 위해 일반적으로 보론이 도펀트로 이용된다. 양이온성 계면활성제의 경우 실리콘 소재 부품의 내부에 잔존 가능한 보론과 반응할 가능성이 있고, 이 경우 줄(Line) 형상의 얼룩이 발생할 수 있다. 한편, 비이온성 계면활성제의 경우 표면장력 저하 능력이 불충분할 수 있다.

불소계 계면활성제는 에칭 조성물 총 중량을 기준으로, 0.1 내지 10 중량%, 예를 들어 1 내지 5 중량% 포함될 수 있다. 계면활성제의 함량이 전술한 범위 미만인 경우 식각 방향 제어가 불충분하여 에지의 과식각 현상이 발생할 수 있고, 전술한 범위를 초과하는 경우 무기산 및 불화 암모늄의 함량이 부족하여 공정에 적합한 에칭 속도를 제공하지 못할 수 있다.

본 발명의 에칭 조성물은 에칭 조성물 총 중량 100 중량%를 만족시키는 잔량의 물을 포함한다. 일례로, 물은 초순수(18 ㏁ 이상)일 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 어떠한 의미로든 본 발명의 범위가 실시예로 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1-6]

하기 표 1의 조성에 따라, 무기산, 불화 암모늄, 계면활성제 및 물을 혼합하여 실시예 1-6의 에칭 조성물을 제조하였다.

[비교예 1-3]

하기 표 1의 조성에 따라, 무기산, 불화 암모늄, 계면활성제 및 물을 혼합하여 비교예 1-3의 에칭 조성물을 제조하였다.

[실험예]

실리콘 잉곳 단결정 성장, 잉곳 절단, 그라인딩, 테두리 연마, 홀 연마, 홀 에칭, 미세 그라인딩 및 래핑(lapping) 공정을 거쳐 실리콘 소재의 샤워 헤드를 제조하였다. 상기 샤워 헤드를 각 실시예 및 비교예의 에칭 조성물에 27 ℃ 온도에서 10분간 침적시켜 식각한 후 탈이온수로 세정하고, 건조하였다. 각 실시예 및 비교예의 에칭 조성물로 식각된 샤워 헤드 표면의 식각 두께를 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 또한, 샤워 헤드 표면의 식각 상태를 육안으로 관찰하였으며, 표면 상태를 촬영한 사진을 하기 도 3, 4에 나타내었다.

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1-6의 에칭 조성물을 사용한 경우, 손상된 실리콘 표면의 손상층을 효과적으로 제거하고, 우수한 식각 프로파일로 에칭을 정밀 제어한 결과 우수한 표면 상태를 제공함을 확인할 수 있다. 반면, 비교예 1-3의 에칭 조성물을 사용한 경우, 표면에 반점 및 얼룩이 발생한 것을 확인할 수 있는데, 이는 해당 조성물이 우수한 식각 프로파일을 제공하지 못한 결과 표면과 홀 간의 에칭 격차를 효과적으로 보정하지 못한 것으로 분석된다.

도 3은 실시예 1의 에칭 조성물을 사용하여 에칭된 샤워 헤드의 표면 사진이고, 도 4는 비교예 1의 에칭 조성물을 사용하여 에칭된 샤워 헤드의 표면 사진이다. 도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 에칭 조성물을 사용하여 에칭한 경우, 샤워 헤드의 홀 주변에 반점이나 얼룩 등, 과식각으로 인한 현상이 발견되지 않았다. 반면, 도 4에 나타난 바와 같이, 불화 암모늄의 함량이 본원발명의 범위를 초과하고, 불소계 계면활성제를 사용하지 않은 비교예 1의 에칭 조성물을 사용하여 에칭한 경우, 과식각되어 샤워 헤드의 홀 주변에 흰색 반점이 발생하고, 샤워헤드 표면에 얼룩이 발생하였다.

Claims (6)

1. 에칭 조성물 총 중량을 기준으로, 무기산 50 내지 80 중량%, 불화 암모늄 0.1 내지 10 중량%, 불소계 계면활성제 0.1 내지 10 중량% 및 잔량의 물을 포함하는 에칭 조성물로서,
   상기 무기산이 질산 및 인산을 포함하고,
   상기 에칭 조성물 총 중량을 기준으로, 질산 15 내지 25 중량% 및 인산 35 내지 50 중량%를 포함하는 에칭 조성물.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 불소계 계면활성제가 불소계 음이온성 계면활성제인 에칭 조성물.
5. 제1항에 있어서, 실리콘 소재의 반도체 장치용 부품의 에칭에 사용되는 에칭 조성물.
6. 제1항에 있어서, 실리콘 소재의 샤워 헤드의 에칭에 사용되는 에칭 조성물.

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