KR20160005639A

KR20160005639A - 실리콘 산화물 제거용 에천트

Info

Publication number: KR20160005639A
Application number: KR1020140190742A
Authority: KR
Inventors: 이길호; 박진철
Original assignee: 솔브레인 주식회사
Priority date: 2014-07-07
Filing date: 2014-12-26
Publication date: 2016-01-15
Also published as: KR102393829B1

Abstract

실리콘 산화물을 에칭할 수 있는 에천트가 설명된다. 상기 에천트는 1wt% 내지 5wt%의 불산, 3wt% 내지 10wt% 불화암모늄, 0.5wt% 내지 3wt%의 초산염, 및 탈 이온수를 포함한다.

Description

실리콘 산화물 제거용 에천트{Etchant for Removing Silicon Oxide}

본 발명은 실리콘 산화물을 제거하는데 이용되는 에천트에 관한 것이다.

실리콘 산화물(silicon oxide, SiO₂)은 형성하기 쉽고, 가격이 저렴하며, 및 유전율이 낮아 반도체 소자, 평판 디스플레이 패널, 및 기타 다양한 전자 제품에 광범위하게 이용되는 물질이다. 따라서, 반도체 소자 및 평판 디스플레이 패널 등을 제조하는 데 있어서, 실리콘 산화물을 형성하는 공정들과 제거하는 공정들은 매우 다양한 형태로 다양한 곳에 적용 및 이용되고 있다.

실리콘 산화물을 제거하는 공정은 다른 물질들, 예를 들어, 실리콘 질화물(silicon nitride, SiN), 다양한 실리콘들(single crystalline, poly-crystalline, and amorphous silicon), 구리(Cu, copper) 또는 텅스텐(W) 같은 다양한 전도성 금속들과 함께 노출된 상태에서 수행된다. 이에 따라, 실리콘 산화물을 제거하는 공정에서, 실리콘 산화물 내에 존재하는 불순물들 및/또는 손상된 다른 물질들이 다양한 화합물 또는 폴리머를 형성하여 불용성(insoluble) 레지듀(residue)로 남아 공정 페일(fail)이 발생한다.

따라서, 적절한 식각 속도를 가지면서 불용성 레지듀가 적은 실리콘 산화물 제거용 에천트가 필요하다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 실리콘 산화물을 제거하는 에천트를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 실리콘 산화물 내에 존재하는 불순물들 및/또는 손상된 다른 물질들이 형성하는 불용성 화합물의 석출량이 낮은 에천트를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다양한 과제들은 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당 업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 에천트는 1wt% ~ 5wt%의 불산, 3wt% ~ 10wt% 불화암모늄, 0.5wt% 내지 3wt%의 초산염, 및 탈 이온수를 포함한다.

예를 들어, 불산은 상기 에천트 내에 2wt% ~ 4wt% 포함될 수 있다.

예를 들어, 상기 불화암모늄은 상기 에천트 내에 4wt% ~ 6wt% 포함될 수 있다.

예를 들어, 상기 초산염은 상기 에천트 내에 1wt% ~ 2wt% 포함될 수 있다.

예를 들어, 상기 초산염은 아세트산암모늄 (CH₃COONH₄), 아세트산칼륨 (CH₃COOK), 아세트산 나트륨 (Na(CH₃COOH)), 아세트산 칼슘 (Ca²(CH₃COO)₂), 또는 기타 초산염이 포함된 화합물들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명에 포함되어 있다.

본 발명의 기술적 사상에 의한 에천트는 적정한 실리콘 산화물 에칭 속도를 가지면서, 불용성 화합물의 석출량이 낮다. 따라서, 반도체 소자 및/ 또는 평판 디스플레이 패널 등, 실리콘 산화물을 제거하는 공정을 포함하는 제조 공정이 안정적으로 수행될 수 있다.

도 1 및 2는 본 발명의 다양한 실시예들에 의한 에천트를 이용하는 에칭 공정을 설명하는 도면들이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

도 1을 참조하면, 상기 에칭 공정은 유리 기판(10), 상기 유리 기판(10) 상의 금속 배선(20), 상기 금속 배선(20) 상의 실리콘 산화물 층(30), 및 상기 실리콘 산화물 층(30) 상에 에칭 마스크 패턴(40)이 형성된 가공물이 제공될 수 있다.

상기 금속 배선(20)은 구리(Cu)를 포함할 수 있다. 상기 에칭 마스크 패턴(40)은 개구부(O)를 가진 포토레지스트를 포함할 수 있다.

도 2를 참조하면, 상기 에칭 공정은 상기 가공물을 에천트 속에 담그어 상기 개구부(O)를 통하여 상기 실리콘 산화물 층(30)을 에칭하여 홀(H)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 상기 실리콘 산화물 층(30)이 에칭되면, 상기 홀(H) 내에 상기 금속 배선(20)이 노출될 수도 있다.

이후, 상기 에칭 공정은 상기 에칭 마스크(40)를 제거하는 것을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 실리콘 산화물 제거용 에천트는, 약 1 wt% ~ 5 wt%의 불산(HF), 약 3 wt% ~ 10 wt%의 불화암모늄(NH₃F), 약 0.5 wt% ~ 3 wt%의 초산염, 및 약 82 wt% ~ 95.5 wt%의 탈 이온수(De-Ionized Water)를 포함한다. 보다 상세하게, 상기 에천트는 약 2 wt% ~ 4 wt%의 불산(HF), 약 4 wt% ~ 6 wt%의 불화암모늄(NH₃F), 약 1 wt% ~ 2 wt%의 초산염, 및 약 88 wt% ~ 95 wt%의 탈 이온수를 포함할 수 있다.

상기 초산염은 아세트산 (CH₃COOH)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 초산염은 아세트산암모늄 (CH₃COONH₄), 아세트산칼륨 (CH₃COOK), 아세트산 나트륨 (Na(CH₃COOH)), 아세트산 칼슘 (Ca(CH₃COO)₂), 또는 기타 초산염이 포함된 화합물들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 불산은 실리콘 산화물을 주로 에칭하는 주 에칭제이고, 상기 불화암모늄은 불소기(F^-)를 제공하여 에칭 속도(etch rate) 및 에칭 균일도(etch uniformity)를 조절할 수 있다.

불산 및 불화암모늄을 이용하여 실리콘 산화물을 에칭하는 경우, 실리콘 산화물 내부 또는 레지듀로 존재하는 Mg, Ca, Al, 또는 기타 물질들이 불소기(F^-)와 결합하여 MgF₂, CaF₂, AlF₃ 등의 불용성 화합물들이 발생할 수 있다. 이러한 화합물들은 불산 및 물에 용해가 되지 않기 때문에 다양한 불량 및 결함으로 남는다. 특히, 상기 불화암모늄의 함량이 증가하면 불소기(F^-)의 공급량도 늘어나므로 상기 불용성 화합물들이 더욱 심하게 발생할 수 있다.

상기 초산염은 상기 불용성 화합물을 분해하여 물에 제거되도록 수 있다.

따라서, 본 발명의 기술적 사상은 불소, 불화암모늄, 및 초산염을 최적 비율로 함유한 에천트를 제공한다. 또한, 초산염 대신에 인산염, 질산염, 및 염산염을 함유한 에천트들을 이용하여 실험한 결과를 함께 제공한다.

표 1은 본 발명의 다양한 실시예에 의한 에천트들을 이용하여 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 유리 기판(10) 상의 구리를 포함하는 금속 배선(20)을 노출하도록 실리콘 산화물 층(30)을 제거하는 공정을 수행한 결과이다.

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	실시예 6
불산 (wt%)	3	5	3	3	3	3
불화암모늄 (wt%)	5	5	40	5	5	5
초산염 (wt%)	1	1	1	-	-	-
인산염 (wt%)	-	-	-	1	-	-
질산염 (wt%)	-	-	-	-	1	-
염산염 (wt%)	-	-	-	-	-	1
석출률 (%)	4~10	40~50	80~90	60~70	20~30	70~80
SiO₂ 식각속도	보통	매우 빠름	느림	보통	매우 빠름	빠름
기타	-	-	-	-	Cu 손상	이물발생

석출률: 실리콘 산화물을 에칭하고 필터에 걸러진 불용성 화합물들을 건조 후 질량을 측정하여 비교한 상대적 무게 비율. 초산염, 인산염, 질산염, 또는 염산염을 포함하지 않은 에천트를 이용하여 실리콘 산화물을 에칭하고 필터에 걸러진 불용성 화합물들을 100%로 가정한 상대 비율이다.

<실시예 1>

약 3 wt%의 불산(HF), 약 5 wt%의 불화암모늄(NH₃F), 약 1 wt%의 초산염, 및 약 91 wt%의 탈 이온수를 포함하는 본 발명의 제1 실시예에 의한 실리콘 산화물용 에천트를 이용하여 실리콘 산화물을 에칭하는 공정을 진행하였다.

상기 제1 실시예에 의한 실리콘 산화물용 에천트의 실리콘 산화물 식각 속도는 약 30 Å/sec 로서 보통 수준이었고, 및 불용성 화합물의 석출률은 약 4 ~ 10% 정도로 매우 우수하였다.

기타, 특이한 불량요인은 발생하지 않았다.

<실시예 2>

약 5 wt%의 불산(HF), 약 5 wt%의 불화암모늄(NH₃F), 약 1 wt%의 초산염, 및 약 89 wt%의 탈 이온수를 포함하는 본 발명의 제2 실시예에 의한 실리콘 산화물용 에천트를 이용하여 실리콘 산화물을 에칭하는 공정을 진행하였다.

상기 제2 실시예에 의한 실리콘 산화물용 에천트의 실리콘 산화물 식각 속도는 약 50 Å/sec 이상으로서 매우 빠른 수준이었고, 및 불용성 화합물의 석출률은 약 40 ~ 50% 정도였다.

기타, 특이한 불량요인은 발생하지 않았다.

<실시예 3>

약 3 wt%의 불산(HF), 약 40 wt%의 불화암모늄(NH₃F), 약 1 wt%의 초산염, 및 약 56 wt%의 탈 이온수를 포함하는 본 발명의 제3 실시예에 의한 실리콘 산화물용 에천트를 이용하여 실리콘 산화물을 에칭하는 공정을 진행하였다.

상기 제3 실시예에 의한 실리콘 산화물용 에천트의 실리콘 산화물 식각 속도는 약 20 Å/sec 미만으로서 느린 수준이었고, 및 불용성 화합물의 석출률은 약 80 ~ 90% 정도였다.

기타, 특이한 불량요인은 발생하지 않았다.

<실시예 4>

약 3 wt%의 불산(HF), 약 5 wt%의 불화암모늄(NH₃F), 약 1 wt%의 인산염, 및 약 91 wt%의 탈 이온수를 포함하는 본 발명의 제 실시예에 의한 실리콘 산화물용 에천트를 이용하여 실리콘 산화물을 에칭하는 공정을 진행하였다.

상기 제4 실시예에 의한 실리콘 산화물용 에천트의 실리콘 산화물 식각 속도는 약 30 Å/sec 이상으로서 보통 수준이었고, 및 불용성 화합물의 석출률은 약 60 ~ 70% 정도였다.

기타, 특이한 불량요인은 발생하지 않았다.

<실시예 5>

약 3 wt%의 불산(HF), 약 5 wt%의 불화암모늄(NH₃F), 약 1 wt%의 질산염, 및 약 91 wt%의 탈 이온수를 포함하는 본 발명의 제 실시예에 의한 실리콘 산화물용 에천트를 이용하여 실리콘 산화물을 에칭하는 공정을 진행하였다.

상기 실리콘 산화물용 에천트의 실리콘 산화물 식각 속도는 약 50 Å/sec 이상으로서 매우 빠른 수준이었고, 및 불용성 화합물의 석출률은 약 20 ~ 30% 정도였다.

그러나, 노출된 구리(Cu) 배선에 손상을 주는 것으로 나타났다.

<실시예 6>

약 3 wt%의 불산(HF), 약 5 wt%의 불화암모늄(NH₃F), 약 1 wt%의 염산염, 및 약 91 wt%의 탈 이온수를 포함하는 본 발명의 제 실시예에 의한 실리콘 산화물용 에천트를 이용하여 실리콘 산화물을 에칭하는 공정을 진행하였다.

상기 실리콘 산화물용 에천트의 실리콘 산화물 식각 속도는 약 40 Å/sec 정도로서 빠른 수준이었고, 및 불용성 화합물의 석출률은 약 70 ~ 80% 정도였다.

약간의 이물이 발생하였다.

이상, 실험예들을 비교하면, 제1 실시예에 의한 에천트가 상대적으로 매우 우수한 결과를 보이는 것을 알 수 있다.

제1 실시예에 의한 에천트는 에칭 공정에서 다음과 같은 화학적 반응을 일으키는 것으로 기대된다. (Ca 레지듀가 존재하는 것으로 가정)

CaF₂ + CH₃COOH → CH₃COOCa⁺ + HF₂ ^-

물에 대한 CH₃COOCa⁺ 의 용해도는 매우 높다. (34.7g/100mL)

즉, 불용성 화합물 (CaF₂)이 초산염에 의해 수용성 화합물로 변화하였다.

다른 실시예들에 의한 에천트들은 각각의 단점들을 보완할 수 있도록 각 성분들의 함량을 조절하거나, 다양한 첨가제들을 추가하는 연구가 계속되고 있다.

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

10: 유리 기판 20: 금속 배선
30: 실리콘 산화물 40: 에칭 마스크
O: 개구부 H: 홀

Claims

1wt% ~ 5wt%의 불산;
3wt% ~ 10wt% 불화암모늄;
0.5wt% 내지 3wt%의 초산염; 및
탈 이온수를 포함하는 에천트.

제1항에 있어서,
상기 불산은 2wt% ~ 4wt%인 에천트

제1항에 있어서,
상기 불화암모늄은 4wt% ~ 6wt%인 에천트.

제1항에 있어서,
상기 초산염은 1wt% ~ 2wt%인 에천트.

제1항에 있어서,
상기 초산염은 아세트산암모늄 (CH₃COONH₄), 아세트산칼륨 (CH₃COOK), 아세트산 나트륨 (Na(CH₃COOH)), 아세트산 칼슘 (Ca²(CH₃COO)₂), 또는 기타 초산염이 포함된 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 에천트.