KR20190060325A - 절연막 식각액 조성물 및 이를 이용한 패턴 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예들의 절연막 식각액 조성물은 인산, 규소 원자와 링커기를 통해 분리된 인산 용해성기를 포함하는 실란 화합물, 및 여분의 물을 포함한다. 인산 용해성기 함유 실란 화합물에 의해 산화막이 패시베이션되고 용해성이 향상되어 식각 특성이 향상될 수 있다.
Description
본 발명은 절연막 식각액 조성물 및 이를 이용한 패턴 형성 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 무기산 기반의 절연막 식각액 조성물 및 이를 이용한 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
예를 들면, 액정 표시(liquid crystal display: LCD) 장치 또는 유기 발광 다이오드(organic light emitting display: OLED) 표시 장치 등과 같은 화상 표시 장치의 백-플레인 기판에는 박막 트랜지스터(TFT) 및 각종 화소 회로가 배열되며, 도전성 구조물들을 절연시키는 층간 절연막, 게이트 절연막, 비아 절연막 등과 같은 절연막들이 형성된다.
또한, 메모리 소자와 같은 반도체 장치에서도, 예를 들면, 실리콘 혹은 게르마늄 기판 상에 소자 분리막, 층간 절연막, 게이트 절연막 등과 같은 절연막들이 형성된다.
예를 들면, 상기 절연막들은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 포함하도록 증착되어 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막을 함께 포함할 수 있다.
상기 절연막을 식각하여 절연 패턴 형성시, 특정한 막에 대해 선택적으로 식각이 필요할 수 있다. 예를 들면, 실리콘 질화막에 대한 선택적 식각 공정이 요구될 수 있다. 이 경우, 실리콘 산화막은 충분히 보호하면서 실리콘 질화막만을 식각하기 위한 식각액 조성물이 사용될 수 있다.
이에 따라, 상기 실리콘 산화막을 보호하기 위해 식각액 조성물에 추가 성분이 포함될 수 있다. 그러나, 상기 추가 성분이 식각 성분으로 작용하는 산과 상용성이 떨어지는 경우 오히려 전체적인 식각률이 저하되고, 충분한 실리콘 산화막의 보호 효과도 구현되지 않을 수 있다.
예를 들면, 한국등록특허공보 제10-0823461호는 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막을 함께 식각할 수 있는 조성물을 개시하고 있으나. 상술한 선택적 식각 공정이 구현되기는 어렵다.
본 발명의 일 과제는 향상된 식각 선택성 및 식각 균일성을 갖는 절연막 식각액 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 과제는 상기 절연막 식각액 조성물을 사용한 패턴 형성 방법을 제공하는 것이다.
1. 인산; 규소 원자와 링커기를 통해 분리된 인산 용해성기를 포함하는 실란 화합물; 및 여분의 물을 포함하는 절연막 식각액 조성물.
2. 위 1에 있어서, 상기 인산 용해성기는 아민기, 산기, 히드록실기 및 에테르기로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는, 절연막 식각액 조성물.
3. 위 2에 있어서, 상기 실란 화합물은 아민기를 포함하며, 하기의 화학식 1 내지 15로 표시되는 화합물들로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는, 절연막 식각액 조성물:
4. 위 2에 있어서, 상기 실란 화합물은 산기를 포함하며, 하기의 화학식 16 내지 19로 표시되는 화합물들로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는, 절연막 식각액 조성물:
5. 위 2에 있어서 상기 실란 화합물은 히드록실기를 포함하며, 하기의 화학식 20 내지 22로 표시되는 화합물들로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는, 절연막 식각액 조성물:
6. 위 2에 있어서, 상기 실란 화합물은 에테르기를 포함하며, 하기의 화학식 23으로 표시되는 화합물을 포함하는, 절연막 식각액 조성물:
(화학식 23 중, n은 1 내지 3의 정수임).
7. 위 1에 있어서, 상기 링커기는 적어도 탄소수 2 이상의 알킬기 혹은 아릴기를 포함하는, 절연막 식각액 조성물.
8. 위 1에 있어서, 상기 실란 화합물은 상기 인산 용해성기를 사이에 두고 연결된 복수의 실란기들을 포함하는, 절연막 식각액 조성물.
9. 위 1에 있어서, 상기 실란 화합물은 85% 인산 수용액 10g에 1g 양만큼 혼합 시, 상온에서 1분간 교반 및 1분간 상온에서 방치 이후, 상분리가 발생되지 않는 화합물들 중에서 선택되는, 절연막 식각액 조성물.
10. 기판 상에 산화막 및 질화막을 형성하는 단계; 및
상기 질화막을 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항의 절연막 식각액 조성물을 사용하여 선택적으로 식각하는 단계를 포함하는, 패턴 형성 방법.
11. 위 10에 있어서, 상기 산화막은 실리콘 산화물을 포함하며, 상기 질화막은 실리콘 질화물을 포함하는, 패턴 형성 방법.
본 발명의 실시예들에 따른 절연막 식각액 조성물은 인산 및 인산 용해성기를 포함하는 실란 화합물을 포함할 수 있다. 상기 인산 용해성기에 의해 인산과의 초기 상분리 없이 상기 실란 화합물이 조성물 내에 균일하게 분포 및 용해될 수 있다. 따라서, 식각 공정의 초기 단계에서부터 상기 실란 화합물의 응집 혹은 겔화(gelation) 없이 균일한 식각률 및 산화막 패시베이션을 유지할 수 있다.
상기 인산 용해성기는 실란 화합물에 포함된 규소 원자와 링커기를 통해 소정의 거리로 이격될 수 있다. 따라서, 인접한 실란 화합물 사이의 응집 가능성이 더 감소되며, 인산 내 분산 효과가 더욱 향상될 수 있다. 또한, 상기 링커기에 의해 산화막에 대한 인산 침투의 배리어 효과가 추가적으로 구현될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따른 절연막 식각 조성물은 실리콘 산화막의 식각은 억제하면서 실리콘 질화막을 식각하는 질화막의 선택적 식각 공정에 효과적으로 활용될 수 있다.
도 1 내지 도 3은 예시적인 실시예들에 따른 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.
도 4 내지 도 6은 예시적인 실시예들에 따른 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.
도 4 내지 도 6은 예시적인 실시예들에 따른 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.
본 발명의 실시예들은 인산 및 인산 용해성기를 포함하는 실란 화합물을 포함하며, 산화막 대비 질화막에 대해 높은 식각선택성을 갖는 절연막 식각 조성물을 제공한다. 또한, 상기 절연막 식각 조성물을 활용한 패턴 형성 방법을 제공한다.
이하에서, 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다.
<절연막
식각
조성물>
예시적인 실시예들에 따른 절연막 식각 조성물은 인산, 인산 용해성기를 포함하는 실란 화합물 및 여분의 물을 포함할 수 있다.
상기 질화막 식각 조성물은 산화막(예를 들면, 실리콘 산화막) 및 질화막(예를 들면, 실리콘 질화막)을 동시에 포함하는 구조물 상에 공급되어 상기 산화막은 실질적으로 손상시키지 않으면서 상기 질화막만을 고선택비로 식각하기 위해 사용될 수 있다.
예를 들면, 상기 절연막 식각 조성물은 반도체 장치의 제조 공정에 있어서, 실리콘 질화막을 선택적으로 식각하기 위해 사용될 수 있다.
인산은 예를 들면, H3PO4의 화학식으로 표시될 수 있으며, 질화막 식각을 위한 주 식각 성분으로 작용할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 상기 질화막 식각 조성물은 상기 조성물의 총 중량 대비 중량 퍼센트로 표시하여 약 80 내지 약 95 중량%의 인산을 포함할 수 있다.
인산의 함량이 약 80 중량% 미만인 경우, 전체적인 식각 속도가 저하될 수 있다. 인산의 함량이 약 95 중량%를 초과하는 경우 질화막 뿐만 아니라, 산화막 또는 금속막과 같은 도전막의 식각 속도가 함께 증가하여 질화막에 대한 식각 선택비가 감소될 수 있다.
바람직하게는, 식각 속도 및 선택비를 함께 고려하여 인산의 함량은 약 80 내지 90중량%로 조절될 수 있다.
상기 실란 화합물은 규소(Si) 원자 및 상기 규소 원자에 결합된 3개의 패시베이션 기들을 포함할 수 있다. 상기 패시베이션 기는 예를 들면, 알콕시기, 히드록실기 또는 할로겐 원자를 포함하며, 실리콘 산화막 표면에 흡착 또는 화학적 상호작용을 통해 패시베이션 층을 형성할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 규소 원자는 상기 3개의 패시베이션기들을 제외한 나머지 결합 사이트를 통해 상기 인산 용해성기와 결합될 수 있다.
상기 인산 용해성기는 아민기, 산기(예를 들면, 카르복실산, 술폰산 또는 포스폰산), 히드록실기 또는 에테르기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 인산 용해성기는 실란기 혹은 상기 규소 원자와 링커기에 의해 연결되며, 이에 따라 소정의 거리로 이격될 수 있다.
예를 들면, 상기 링커기는 적어도 탄소수 2 이상의 알킬기 혹은 아릴기를 포함하는 유기기일 수 있다. 상기 링커기에 의해 상기 인산 용해성기 및 상기 실란기 사이의 적정 거리가 유지되므로, 상기 인산 용해성기의 입체 장애에 의해 상기 실란기를 통한 산화막 패시베이션 효과가 방해되지 않을 수 있다. 또한, 상기 링커기에 의해 상기 실란기의 상호 응집이 방지되어 상기 실란 화합물의 용해성 또는 분산성이 보다 증가될 수 있다.
또한, 상기 실란 화합물이 산화막 표면에 흡착되어 패시베이션층을 형성하는 경우, 상기 링커기가 노출되어 무기산인 인산의 침투를 추가적으로 차단할 수 있다. 따라서, 상기 산화막 상에 추가적인 배리어가 형성될 수 있다.
상기 링커기의 길이가 지나치게 증가되는 경우 상기 실란 화합물의 용해성이 오히려 감소할 수 있으므로, 바람직하게는 상기 링커기는 탄소수 2 내지 10의 알킬기 혹은 아릴기를 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 인산 용해성기로서 아민기를 포함하는 실란 화합물은 하기의 화학식 1 내지 15의 화합물들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 화학식 14 및 화학식 15의 화합물들에서와 같이, 복수의 실란기들이 상기 인산 용해성기를 사이에 두고 결합될 수 있다. 따라서, 상기 패시베이션들의 수가 증폭되어 산화막 보호 효과가 더욱 상승할 수 있다.
또한, 화학식 (15)의 화합물에서와 같이 상기 실란기들 사이에 복수의 인산 용해성기들(예를 들면, 아민기들)이 결합될 수 있다. 따라서, 상기 산화막 보호 효과와 함께 인산에의 상용성, 용해성 및 겔화 방지 효과를 더욱 효과적으로 구현할 수 있다.
예를 들면, 상기 인산 용해성기로서 산기를 포함하는 실란 화합물은 하기의 화학식 16 내지 19의 화합물들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 화학식 16 내지 19로 표시된 바와 같이, 상기 인산 용해성기로 산기를 포함하는 경우, 인산 용해성을 더욱 증가시키기 위해 규소 원자에 결합된 패시베이션 기로서 히드록실기를 사용할 수 있다.
예를 들면, 상기 인산 용해성기로서 히드록실기를 포함하는 실란 화합물은 하기의 화학식 20 내지 22의 화합물들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 화학식 20 내지 22로 표시된 바와 같이, 상기 히드록실기는 아마이드 그룹의 잔기로서 결합되거나, 3차 아민의 말단기로서 결합될 수 있다. 또한 복수의 히드록실기들이 포함될 수 있다. 이에 따라, 인산 용해성이 보다 증폭될 수 있다.
예를 들면, 상기 인산 용해성기로서 에테르기를 포함하는 실란 화합물은 하기의 화학식 23의 화합물을 포함할 수 있다.
화학식 23에서 n은 예를 들면, 1 내지 3의 정수이다. 화학식 23에 표시된 바와 같이 복수의 에테르기들이 직렬적으로 연결됨에 따라, 말단의 실란기들이 킬레이팅 작용을 통해 산화막을 보호할 수 있다.
상기 화학식들에서 "Et"는 에틸기를 나타낸다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 인산 용해성기를 포함하는 실란 화합물은 소정의 인산 상용성을 만족하도록 선택될 수 있다. 본 출원에서 "인산 상용성"은 85% 인산 수용액 10g에 실란 화합물 1g을 가하고, 상온에서 1분간 교반 후, 추가적으로 1분간 상온에서 방치 했을 때 상분리가 관찰되지 않는 것을 의미한다.
비교예에 있어서, 규소 원자에 4개의 패시베이션기들(알콕시기, 히드록실기, 수소, 알킬기 등)이 결합된 실란 화합물들 혹은 실록산 화합물(-Si-O-Si- 구조 포함)의 경우 인산 수용액에 투입되는 경우, 상기 인산 수용액 내에 용해되기 전에 가수분해될 수 있다. 따라서, 가수분해된 분해물끼리 응집되어 겔화 또는 상분리가 발생되며, 겔화된 응집체 혹은 상분리가 다시 제거되기 위해 상당한 시간이 소요될 수 있다.
그러나, 예시적인 실시예들에 따른 상기 실란 화합물들은 인산 수용액에 투입되어 가수분해 되기 전에 상기 인산 용해성기의 작용에 의해 먼저 용해될 수 있다. 따라서, 조성물 혼합 초기단계에서부터 상분리 혹은 겔화가 발생하기 않으며 바로 식각 공정에 사용되어 균일한 식각 특성 및 산화막 패시베이션 효과를 장시간 유지할 수 있다.
또한, 상기 비교예의 실란 화합물 혹은 실록산 화합물은 실리콘 산화물과 실질적으로 유사한 구조를 가지므로 오히려 인산에 의해 실리콘 산화막과 함께 분해될 수 있다. 예를 들면, 조성물의 온도가 150℃ 이상으로 올라가는 식각 공정시, 상기 실록산 화합물은 분해될 수 있으며, 이에 따라 초기의 식각 특성이 지속적으로 유지되지 않을 수 있다.
그러나 예시적인 실시예들에 따르면, 비교예의 상기 실란 화합물 또는 상기 실록산 화합물 대신 인산 용해성기를 포함하는 실란 화합물을 사용하며, 이에 따라 응집체, 잔류물, 겔화의 발생 없이 통해 일정한 산화막 패시베이션 및 식각 특성(예를 들면, 식각률)을 장시간 유지할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 절연막 식각 조성물은 불소 함유 화합물은 포함하지 않을 수 있다. 이에 따라, 불소 성분에 의한 산화막의 식각손상을 방지할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 절연막 식각 조성물은 예를 들면 옥심계 화합물과 같이 식각 대상체에 잔류물 혹은 상분리를 초래할 수 있는 성분은 포함하지 않을 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 절연막 식각 조성물은 조성물 총 중량 중 약 0.0001 내지 1 중량%의 상기 인산 용해성기 함유 실란 화합물을 포함할 수 있다. 상기 인산 용해성기 함유 실란 화합물의 함량이 약 0.0001 중량% 미만인 경우, 산화막 패시베이션이 실질적으로 구현되지 않을 수 있다. 상기 인산 용해성기 함유 실란 화합물의 함량이 약 1 중량%를 초과하는 경우, 오히려 인산의 식각 성능이 지나치게 저해되며, 용해성도 저하될 수 있다.
바람직하게는, 산화막 패시베이션 효과 및 인산 용해성을 고려하여, 상기 인산 용해성기 함유 실란 화합물의 함량은 조성물 총 중량 중 약 0.001 내지 0.1 중량%로 조절될 수 있다.
상기 절연막 식각 조성물은 여분의 물(예를 들면, 탈이온수)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 인산은 수용액 형태(예를 들면, 85% 인산)로 제공될 수 있으며, 상기 인산 용해성기 함유 실란 화합물은 인산 수용액 100중량부에 대해 상술한 함량으로 혼합될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 절연막 식각 조성물은 상술한 인산, 인산 용해성기 함유 실란 화합물, 및 여분의 물로 실질적으로 구성될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 절연막 식각 조성물은 상기 인산 용해성기 함유 실란 화합물의 패시베이션 성능 및 인산의 식각효율을 저해하지 않는 범위 내에서 식각 증진제와 같은 추가 성분을 포함할 수도 있다.
<패턴 형성 방법>
도 1 내지 도 3은 예시적인 실시예들에 따른 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.
도 1을 참조하면, 기판(100) 상에 산화막(110) 및 질화막(120)을 순차적으로 형성할 수 있다.
기판(100)은 단결정 실리콘, 단결정 게르마늄과 같은 반도체 물질을 포함할 수 있으며, 폴리실리콘을 포함하도록 형성될 수도 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 산화막(110)은 실리콘 산화물을 포함하도록 형성될 수 있다. 산화막(110)은 화학 기상 증착(CVD) 공정, 스퍼터링(sputtering) 공정, 물리 기상 증착(PVD) 공정, 원자층 증착(ALD) 공정 등을 통해 형성될 수 있다.
산화막(110)상에 질화막(130)을 형성할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 질화막(130)은 실리콘 질화물을 포함하도록 CVD 공정, PVD 공정, 스퍼터링 공정, ALD 공정 등을 통해 형성할 수 있다.
도 2를 참조하면, 질화막(120) 상에 포토레지스트 패턴(130)을 형성할 수 있다. 예를 들면, 질화막(120) 상에 포토레지스트 막을 형성한 후, 선택적 노광 공정 및 현상 공정을 통해 상기 포토레지스트 막의 일부를 제거할 수 있다.
이에 따라, 질화막(120)의 상면의 일부를 노출시키는 포토레지스트 패턴(130)이 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 포토레지스트 패턴(130)을 식각마스크로 사용하며, 상술한 예시적인 실시예들에 따른 절연막 식각액 조성물을 사용하는 습식 식각 공정을 수행할 수 있다.
이에 따라, 노출된 질화막(120) 부분을 제거하여 질화막 패턴(125)을 형성할 수 있다. 상술한 바와 같이, 예시적인 실시예들에 따른 절연막 식각액 조성물은 인산 용해성기 함유 실란 화합물에 의해 현저히 향상된 산화막 패시베이션을 제공할 수 있다. 따라서, 산화막(110) 표면은 실질적으로 식각 혹은 손상되지 않고, 질화막(120)만 선택적으로 식각될 수 있다.
식각 공정의 효율성을 위해, 상기 식각액 조성물의 온도는 약 150℃ 이상의 온도로 가열될 수 있다. 상기 인산 용해성기 함유 실란 화합물은 상대적으로 고온에서도 안정하므로, 초기의 식각률 및 패시베이션 성능을 균일하게 유지할 수 있다.
포토레지스트 패턴(130)은 이후, 스트립(strip) 공정 및/또는 애싱(ashing) 공정을 통해 제거될 수 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 질화막(120)을 부분적으로 식각할 수도 있으나, 상기 식각액 조성물을 사용하여 질화막(120)을 전체적으로 제거할 수도 있다. 이 경우에도, 산화막(110)의 상면 전체가 상기 인산 용해성기 함유 실란 화합물에 의해 전체적으로 패시베이션 되어 식각 손상으로부터 보호될 수 있다.
도 4 내지 도 6은 예시적인 실시예들에 따른 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.
도 4를 참조하면, 기판(200) 상에 복수의 산화막들(210) 및 복수의 질화막들(220)을 교대로 반복적으로 적층할 수 있다.
도 5를 참조하면, 산화막들(210) 및 질화막들(220)을 관통하는 관통 패턴(230)을 형성할 수 있다. 예를 들면, 산화막들(210) 및 질화막들(220)을 건식 식각을 통해 함께 식각하여 개구부를 형성한 후, 상기 개구부 내에 충진 물질을 채워 관통 패턴(230)을 형성할 수 있다. 관통 패턴(230)은 폴리실리콘과 같은 반도체 물질, 또는 금속과 같은 도전 물질을 포함할 수 있다.
도 6을 참조하면, 상술한 예시적인 실시예들에 따른 식각액 조성물을 사용하여 질화막들(220)을 선택적으로 제거할 수 있다.
이에 따라, 관통 패턴(230) 측벽 상에 산화막들(210)이 잔류하고, 질화막들(220) 제거된 공간에 의해 갭들(240)이 정의될 수 있다. 갭들(240)에는 예를 들면, 금속막과 같은 도전막이 충진될 수 있다. 산화막들(210)은 상기 식각 공정 시 상기 인산 용해성기 함유 실란 화합물에 의해 전체적으로 패시베이션 되어 식각 손상으로부터 보호될 수 있다.
상술한 패턴 형성 방법은 예시적인 것이며, 본 발명의 실시예들에 따른 절연막 식각 조성물은 반도체 장치 혹은 디스플레이 장치에 포함되는 다양한 절연 구조 형성(예를 들면, 게이트 절연막, 배리어막, 소자 분리막 등)을 위해 적용될 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 구체적인 실시예 및 비교예들을 포함하는 실험예를 제시하나, 이는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예
및
비교예
85% 인산 수용액에 하기의 실란 화합물들을 0.1중량부씩 혼합하여 실시예들의 식각액 조성물을 제조하였다.
하기의 화학식들에서 "Et"는 에틸기, "Me"는 메틸기를 나타낸다.
1) 실시예 1
2) 실시예 2
3) 실시예 3
4) 실시예 4
5) 실시예 5
85% 인산 수용액에 하기의 실란계 화합물들을 0.1중량부씩 혼합하여 비교예들의 식각액 조성물을 제조하였다.
1) 비교예 1
2) 비교예 2
3) 비교예 3
실험예
(1) 실리콘
질화막
(
SiN
)
식각속도
(Etch Rate: E/R) 측정
실리콘 질화막(SiN) 5000Å 두께의 웨이퍼를 2x2cm2의 크기로 잘라서 샘플을 제조하고, 상기 샘플을 상기의 실시예 및 비교예의 조성물들 내에 160℃의 온도에서 3분간 침지하였다. 이후, 탈이온수(DIW)로 세정 및 건조 후에, 주사전자현미경(SEM)으로 막두께를 측정하여 식각 속도(Å/min)를 측정하였다.
(2) 실리콘 산화막(
SiO
2
)
식각속도
측정
실리콘 산화막(SiO2) 400Å 두께의 웨이퍼를 2x2cm2의 크기로 잘라서 샘플을 제조하고, 상기 샘플을 표 1에 기재된 실시예 및 비교예의 조성물들 내에 160℃의 온도에서 30초간 침지하였다. 이후, 탈이온수(DIW)로 세정 및 건조 후에, 엘립소미터(Ellipsometer)로 막두께를 측정하여 식각 속도(Å/min)를 측정하였다.
한편 실시예 및 비교예의 식각액 조성물에 대해 경시처리를 위해서 60℃의 온도를 유지하면서 4주간 방치하였다. 이후 (1)에서와 동일한 방법으로 실리콘 산화막에 대한 식각속도를 측정하였다.
(3) 인산 상용성 평가
상술한 정의에 따라 "인산 상용성"을 평가하였다. 구체적으로, 85% 인산 수용액 10g에 실란 화합물 1g을 가하고, 상온에서 1분간 교반 후, 추가적으로 1분간 상온에서 방치 했을 때 상분리 생성여부를 평가하였다. 상분리가 관찰되는 경우 "X", 관찰되지 않는 경우 "○"로 표시하였다.
평가결과는 하기의 표 1에 나타낸다.
| 구분 | SiN E/R (Å/min) (A) |
SiO2 E/R (Å/min) (B) |
식각 선택비 (A/B) |
경시처리 (4주)후 SiN E/R (Å/min) (C) |
경시처리 (4주) 후 SiO2 E/R (Å/min) (D) |
경시처리 (4주) 후 식각 선택비 (C/D) |
인산 상용성 |
| 실시예 1 | 113 | 4.1 | 27 | 112 | 4.3 | 26 | ○ |
| 실시예 2 | 109 | 0.1이하 | 1090 이상 | 110 | 0.1이하 | 1010 이상 | ○ |
| 실시예 3 | 110 | 3.6 | 31 | 109 | 3.8 | 29 | ○ |
| 실시예 4 | 109 | 3.9 | 28 | 113 | 4.1 | 28 | ○ |
| 실시예 5 | 112 | 0.3 | 373 | 110 | 0.3 | 367 | ○ |
| 비교예 1 | 109 | 3.2 | 34 | 111 | 6.1 | 18 | X |
| 비교예 2 | 111 | 3.4 | 33 | 113 | 7.8 | 14 | X |
| 비교예 3 | 112 | 3.7 | 30 | 110 | 7.3 | 15 | X |
표 1을 참조하면, 인산 용해성기 함유 실란 화합물을 사용한 실시예의 경우 상분리가 관찰되지 않았으며, 경시 처리 전후 실질적으로 동일하거나 유사한 식각 선택비가 유지되었다.
비교예들의 경우, 모두 조성물 혼합 후 응집, 겔화에 따른 상분리가 관찰되었다. 이에 따라 경시처리 후 식각 선택비가 급격히 저하되었다.
100, 200: 기판
110, 210: 산화막
120, 220: 질화막 130: 포토레지스트 패턴
230: 관통 패턴
120, 220: 질화막 130: 포토레지스트 패턴
230: 관통 패턴
Claims (11)
- 인산;
규소 원자와 링커기를 통해 분리된 인산 용해성기를 포함하는 실란 화합물; 및
여분의 물을 포함하는 절연막 식각액 조성물.
- 청구항 1에 있어서, 상기 인산 용해성기는 아민기, 산기, 히드록실기 및 에테르기로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는, 절연막 식각액 조성물.
- 청구항 2에 있어서, 상기 실란 화합물은 아민기를 포함하며, 하기의 화학식 1 내지 15로 표시되는 화합물들로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는, 절연막 식각액 조성물:
.
- 청구항 2에 있어서, 상기 실란 화합물은 산기를 포함하며, 하기의 화학식 16 내지 19로 표시되는 화합물들로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는, 절연막 식각액 조성물:
.
- 청구항 2에 있어서 상기 실란 화합물은 히드록실기를 포함하며, 하기의 화학식 20 내지 22로 표시되는 화합물들로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는, 절연막 식각액 조성물:
.
- 청구항 2에 있어서, 상기 실란 화합물은 에테르기를 포함하며, 하기의 화학식 23으로 표시되는 화합물을 포함하는, 절연막 식각액 조성물:
(화학식 23 중, n은 1 내지 3의 정수임).
- 청구항 1에 있어서, 상기 링커기는 적어도 탄소수 2 이상의 알킬기 혹은 아릴기를 포함하는, 절연막 식각액 조성물.
- 청구항 1에 있어서, 상기 실란 화합물은 상기 인산 용해성기를 사이에 두고 연결된 복수의 실란기들을 포함하는, 절연막 식각액 조성물.
- 청구항 1에 있어서, 상기 실란 화합물은 85% 인산 수용액 10g에 1g 양만큼 혼합 시, 상온에서 1분간 교반 및 1분간 상온에서 방치 이후, 상분리가 발생되지 않는 화합물들 중에서 선택되는, 절연막 식각액 조성물.
- 기판 상에 산화막 및 질화막을 형성하는 단계; 및
상기 질화막을 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항의 절연막 식각액 조성물을 사용하여 선택적으로 식각하는 단계를 포함하는, 패턴 형성 방법.
- 청구항 10에 있어서, 상기 산화막은 실리콘 산화물을 포함하며, 상기 질화막은 실리콘 질화물을 포함하는, 패턴 형성 방법.
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