KR20040009443A - 반도체 소자의 산화막 식각용 화학 용액 - Google Patents

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Abstract

반도체 소자의 산화막 식각용 화학 용액에 관한 것으로, 그 목적은 반도체 소자의 산화막을 식각하기 위해 화학용액 내에 시편을 침지할 때 금속막이 손실되지 않도록 하는 데 있다. 이를 위해 본 발명에서는 산화막 식각용 화학 용액으로서, SOE(standard oxide etchant : 표준 산화물 식각용 화학 용액) 및 BOE(buffer oxide etchant : 버퍼 산화물 식각용 화학 용액) 중의 어느 하나 또는 둘과 에틸렌글리콜(ethylenglycol)이 (0.1~3) : 1 의 중량비율로 혼합된 화학 용액을 사용하는 것을 특징으로 하며, 이 때 SOE는 H2O와 NH4F와 CH3COOH가 207 : 62.5 : 250 의 중량비율로 혼합된 것이고, BOE는 H2O와 NH4F와 HF가 52.2 : 29 : 13 의 중량비율로 혼합된 것이다.

Description

반도체 소자의 산화막 식각용 화학 용액 {Chemical solution for etching oxide of semiconductor device}
본 발명은 반도체 소자의 제조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 불량 분석용 시편 제작을 위해 산화막을 식각할 때 사용하는 화학 용액에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자의 분석을 위해서는 평면 시편 또는 단면 시편을 제작한 후 제작된 시편을 전자 현미경으로 관측한다. 시편을 제작할 때에는 산화물을 제거하기 위해 산화물 식각용 화학용액 내에 시편을 침지하는데, 이 때 금속물질은 손상되지 않고 산화물만을 제거하는 것이 중요하다.
한편, 최근 반도체 소자의 고집적화 추세에 따라 소자의 종횡비가 커지게 되고 따라서 종횡비가 큰 금속간 갭을 보이드(void) 없이 완전히 매립하기 위해 고밀도 플라즈마(HDP : high density plasma) 공정으로 산화막을 형성한다.
이러한 HDP 산화막을 시편 제작을 위해 제거할 때에는 산화물 식각용 화학용액 내에 시편을 장시간 침지하여야 하는데, 장시간 침지하다보면 Al 등의 금속물질이 손실되기 때문에 불량 분석 판단에 혼란을 유발하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 산화막을 제거하기 위해, 특히 HDP 산화막을 제거하기 위해 화학용액 내에 시편을 침지할 때 금속막이 손실되지 않도록 하는 데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 반도체 소자의 산화막 식각용 화학 용액으로서 SOE 및 BOE 중의 어느 하나 또는 둘과 에틸렌글리콜(ethylenglycol)이 (0.1~3) : 1 의 중량비율로 혼합된 화학 용액을 사용하는 것을 특징으로 한다.
여기서 SOE는 H2O와 NH4F와 CH3COOH가 207 : 62.5 : 250 의 중량비율로 혼합된 용액이고, BOE는 H2O와 NH4F와 HF가 52.2 : 29 : 13 의 중량비율로 혼합된 용액이다.
상기한 산화막 식각용 화학 용액은 특히 HDP 산화막을 식각할 때 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기한 산화막 식각용 화학 용액에서 에틸렌글리콜이 혼합비율이 높을수록 산화막의 식각속도가 느리다.
이하, 본 발명에 따른 반도체 소자의 산화막 식각용 화학 용액에 대해 상세히 설명한다.
일반적으로 산화물을 제거하기 위한 화학 용액으로는, 이른바 표준 산화물 식각용 화학 용액(standard oxide etchant : SOE, 이하 SOE라 칭한다), 또는 버퍼산화물 식각용 화학 용액(buffer oxide etchant : BOE) 등이 있다. 여기서 SOE는 H2O와 NH4F와 CH3COOH가 207 : 62.5 : 250 의 중량비율로 혼합된 용액이고, BOE는 H2O와 NH4F와 HF가 52.2 : 29 : 13 의 중량비율로 혼합된 용액이다.
예를 들어 에스오지(SOG : spin on glass) 공정으로 형성한 산화막을 제거하기 위해서는 SOE 용액에 시편을 1~3분 정도동안 침지하여 에스오지 산화막을 제거한다.
한편, 최근 반도체 소자의 고집적화 추세에 따라 회로 패턴의 종횡비가 커지면서 금속간 갭의 종횡비도 커지게 되었으며, 종횡비가 큰 금속간 갭을 보이드 없이 완전히 매립하기 위해 HDP 공정이 등장하였는데, 이러한 HDP 산화막을 제거할 때에는 에스오지 산화막 등의 다른 산화막의 경우에 비해 장시간 동안 화학 용액 내에 침지하여야 한다. 그러나 장시간 침지하다보면 금속막이 손실되는 위험이 높아지므로 금속막의 손실없이 HDP 산화막을 제거하는 것이 더욱 중요해진다.
본 발명에서는 전자 현미경을 이용한 반도체 소자의 불량 분석을 위해 평면 시편 또는 단면 시편을 제작할 때, 산화막 식각용 화학 용액으로서 SOE 및 BOE 중의 어느 하나 또는 둘 다와 에틸렌글리콜을 혼합하여 사용하며, 그 혼합비는 (0.1~3) : 1 의 중량비이다.
이 때, SOE를 사용하지 않고 BOE 및 에틸렌글리콜만을 혼합할 때에는 BOE : 에틸렌글리콜의 혼합비가 (0.1~3) : 1 의 중량비인 것도 가능하지만, 바람직하게는 (0.1~2) : 1 의 중량비로 한다.
또한, 일 예로서 만약 SOE : BOE : 에틸렌글리콜이 35:0.5:25의 중량비율로 혼합된 용액을 사용하는 경우, 화학 용액의 총 조성은 H2O : NH4F : CH3COOH : HF : 에틸렌글리콜이 206:63:244:1:362 의 중량비가 되고, 만약 SOE : BOE : 에틸렌글리콜이 35:1:25의 중량비율로 혼합된 용액을 사용하는 경우, 화학 용액의 총 조성은 H2O : NH4F : CH3COOH : HF : 에틸렌글리콜이 105:33:122:1:181 의 중량비가 된다.
이 때, 에틸렌글리콜이 혼합비율이 높을수록 산화막의 식각속도가 느려지는 반면에, 식각속도가 느리면 보다 정밀하게 식각을 제어하는 것이 가능해지므로, 작업자는 식각속도와 정밀도를 모두 고려하여 상기한 혼합비율 범위 내에서 적정값을 선택하여 사용하는 것이 좋다.
이와 같은 산화막 식각용 화학 용액을 사용하면 에틸렌글리콜이 금속막의 측벽에 SOE 또는 BOE 용액으로부터 금속막을 보호하는 얇은 막을 형성하여 금속막의 손실을 방지해준다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
먼저, 반도체 기판의 구조물 상에 회로 형성을 위해 형성된 금속막 패턴에서 금속간 갭을 완전히 매립하도록 HDP 산화막을 8000Å 정도 증착하고 그 위에 티이오에스(TEOS : tetraethyl orthosilicate)막을 16000Å 정도 증착한 후, 화학기계적 연마 공정으로 티이오에스막을 8000Å 정도 제거하여 상면을 평탄화하였다.
다음, 반도체 소자의 불량 분석용 평면 시편 또는 단면 시편을 제작하기 위해, 상기한 반도체 소자를, SOE와 BOE와 에틸렌글리콜이 35:1:25의 중량비율로 혼합된 용액, 즉 총 조성이 H2O : NH4F : CH3COOH : HF : 에틸렌글리콜이 105:33:122:1:181 의 중량비율인 화학 용액 내에 20분 정도 침지하여 표면으로부터 티이오에스 산화막 및 HDP 산화막을 제거하였다.
그 결과, 금속막은 손실되지 않고 티이오에스 산화막 및 HDP 산화막만이 제거되었으며, 따라서 분석자가 소자 불량을 판단하는데 혼선이 줄어들었다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 산화막 식각용 화학 용액으로서 SOE 및 BOE 중의 어느 하나 또는 둘과 에틸렌글리콜이 (0.1~3) : 1 의 중량비율로 혼합된 화학 용액을 사용하여 금속막의 측벽에 보호막을 얇게 형성함으로써 화학 용액에 시편을 침지하는 동안에 금속막이 손실되는 것을 방지하는 효과가 있다.
따라서 보다 정확한 불량 분석을 가능하게 하는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. SOE(standard oxide etchant : 표준 산화물 식각용 화학 용액) 및 BOE(buffer oxide etchant : 버퍼 산화물 식각용 화학 용액) 중의 어느 하나 또는 둘과 에틸렌글리콜(ethylenglycol)이 (0.1~3) : 1 의 중량비율로 혼합된 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 산화막 식각용 화학 용액:
    상기 SOE는 H2O와 NH4F와 CH3COOH가 207 : 62.5 : 250 의 중량비율로 혼합된 것이고, 상기 BOE는 H2O와 NH4F와 HF가 52.2 : 29 : 13 의 중량비율로 혼합된 것임.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 BOE와 에틸렌글리콜이 (0.1~2) : 1 의 중량비율로 혼합된 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 산화막 식각용 화학 용액.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 산화막은 고밀도 플라즈마(HDP : high density plasma) 공정에 의해 형성된 산화막인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 산화막 식각용 화학 용액.
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