KR20190127049A - Silane compound, insulation layer etchant composition comprising the same and method of forming pattern using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 특정 구조의 실란 화합물, 이를 포함하는 절연막 식각액 조성물 및 이를 이용한 패턴 형성 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 친수성기를 포함하는 다이-포달 실란 화합물, 무기산 기반의 절연막 식각액 조성물 및 이를 이용한 패턴 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a silane compound having a specific structure, an insulating film etchant composition comprising the same, and a pattern forming method using the same. More specifically, the present invention relates to a die-podal silane compound including a hydrophilic group, an inorganic acid-based insulating film etchant composition, and a pattern forming method using the same.
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.For example, a thin film transistor (TFT) and various pixel circuits are arranged on a back-plane substrate of an image display device such as a liquid crystal display (LCD) device or an organic light emitting display (OLED) display device. Insulating layers, such as an interlayer insulating film, a gate insulating film, a via insulating film, and the like, are formed to insulate the conductive structures.
또한, 메모리 소자와 같은 반도체 장치에서도, 예를 들면, 실리콘 혹은 게르마늄 기판 상에 소자 분리막, 층간 절연막, 게이트 절연막 등과 같은 절연막들이 형성된다.Also in semiconductor devices such as memory devices, insulating films such as device isolation films, interlayer insulating films, gate insulating films and the like are formed on silicon or germanium substrates, for example.
예를 들면, 상기 절연막들은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 포함하도록 증착되어 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막을 함께 포함할 수 있다.For example, the insulating layers may be deposited to include silicon oxide or silicon nitride to include a silicon oxide layer and a silicon nitride layer.
상기 절연막을 식각하여 절연 패턴 형성 시, 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.When the insulating layer is etched to form an insulation pattern, etching may be selectively performed on a specific layer. For example, a selective etching process for the silicon nitride film may be required. In this case, an etchant composition for etching only the silicon nitride film may be used while sufficiently protecting the silicon oxide film.
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 식각 공정이 진행됨에 따라 응집, 겔화 등에 의해 균일한 식각특성이 구현되지 않을 수 있다.Accordingly, additional components may be included in the etchant composition to protect the silicon oxide layer. However, when the additional component is incompatible with the acid acting as an etching component, as the etching process proceeds, uniform etching characteristics may not be realized due to coagulation and gelation.
예를 들면, 한국등록특허공보 제10-0823461호는 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막을 함께 식각할 수 있는 조성물을 개시하고 있으나. 상술한 선택적 식각 공정이 구현되기는 어렵다.For example, Korean Patent Publication No. 10-0823461 discloses a composition capable of etching a silicon oxide film and a silicon nitride film together. It is difficult to implement the above-described selective etching process.
본 발명의 일 과제는 수용액에 투입 시 겔화 또는 응집 현상이 억제된 실란 화합물을 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a silane compound in which gelation or aggregation phenomenon is suppressed when added to an aqueous solution.
본 발명의 일 과제는 향상된 식각선택성 및 식각균일성을 갖는 절연막 식각액 조성물을 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide an insulating film etching liquid composition having improved etching selectivity and etching uniformity.
본 발명의 일 과제는 상기 절연막 식각액 조성물을 사용한 패턴 형성 방법을 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a pattern forming method using the insulating film etching solution composition.
1. 하기 화학식 1로 표현되는 실란 화합물:1. Silane compound represented by the following formula (1):
[화학식 1][Formula 1]
(화학식 1 중, R1 및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 4의 알킬(alkyl)기이고, R3 및 R4는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 4의 알칸디일(alkanediyl)기이고, X, Y는 각각 독립적으로 NH, O 또는 S이고, Z는 C, S 또는 P-OR5이고, R5는 탄소수 1 내지 4의 알킬(alkyl)기임)(In formula 1, R 1 and R 2 are each independently an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, R 3 and R 4 are each independently an alkanediyl group having 1 to 4 carbon atoms, X , Y are each independently NH, O or S, Z is C, S or P-OR 5 , R 5 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms)
2. 위 1에 있어서, 상기 화학식 1로 표현되는 실란 화합물은 하기 화학식 2 내지 6으로 표현되는 화합물을 포함하는, 실란 화합물:2. In the above 1, wherein the silane compound represented by Formula 1 comprises a compound represented by the following formula 2 to 6, silane compound:
[화학식 2] [Formula 2]
[화학식 3][Formula 3]
[화학식 4][Formula 4]
[화학식 5][Formula 5]
[화학식 6][Formula 6]
3. 위 1에 있어서, 상기 실란 화합물은 수용성 실란 화합물인, 실란 화합물.3. The silane compound according to the above 1, wherein the silane compound is a water-soluble silane compound.
4. 위 1에 있어서, 상기 실란 화합물은 상온에서 물 100g에 1g을 혼합하고, 상온에서 1분간 교반 후 추가적으로 1분간 상온에서 방치 했을 때 상분리가 발생되지 않는 화합물들 중에서 선택되는, 실란 화합물.4. The silane compound according to the above 1, wherein the silane compound is mixed with 100 g of water at room temperature at 1 g, and stirred at room temperature for 1 minute, and then left at room temperature for an additional 1 minute.
5. 인산; 및 하기 화학식 1로 표현되는 실란 화합물을 포함하는 절연막 식각액 조성물:5. phosphoric acid; And an insulating film etchant composition comprising a silane compound represented by Formula 1 below:
[화학식 1][Formula 1]
(화학식 1 중, R1 및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 4의 알킬(alkyl)기이고, R3 및 R4는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 4의 알칸디일(alkanediyl)기이고, X, Y는 각각 독립적으로 NH, O, 또는 S이고, Z는 C, S 또는 P-OR5이고, R5는 탄소수 1 내지 4의 알킬(alkyl)기임)(In formula 1, R 1 and R 2 are each independently an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, R 3 and R 4 are each independently an alkanediyl group having 1 to 4 carbon atoms, X , Y are each independently NH, O, or S, Z is C, S or P-OR 5 , R 5 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms)
6. 위 5에 있어서, 상기 화학식 1로 표현되는 실란 화합물은 하기 화학식 2 내지 6으로 표현되는 화합물을 포함하는, 절연막 식각액 조성물:6. In the above 5, wherein the silane compound represented by Formula 1 comprises a compound represented by the following formula 2 to 6, insulating film etching solution composition:
[화학식 2] [Formula 2]
[화학식 3][Formula 3]
[화학식 4][Formula 4]
[화학식 5][Formula 5]
[화학식 6][Formula 6]
7. 위 5에 있어서, 상기 실란 화합물의 함량은 조성물 총 중량 중 0.0001 내지 1중량%인, 절연막 식각액 조성물.7. In the above 5, wherein the content of the silane compound is 0.0001 to 1% by weight of the total weight of the composition, the insulating film etching liquid composition.
8. 기판 상에 산화막 및 질화막을 형성하는 단계; 및8. forming an oxide film and a nitride film on the substrate; And
상기 질화막을 위 5 내지 7 중 어느 하나의 절연막 식각액 조성물을 사용하여 선택적으로 식각하는 단계를 포함하는, 패턴 형성 방법.Selectively etching the nitride film using the insulating film etchant composition of any one of 5 to 7, above, a pattern forming method.
9. 위 8에 있어서, 상기 산화막은 실리콘 산화물을 포함하며, 상기 질화막은 실리콘 질화물을 포함하는, 패턴 형성 방법.9. The method of claim 8, wherein the oxide film includes silicon oxide and the nitride film includes silicon nitride.
본 발명의 실시예들에 따른 특정 구조의 실란 화합물은 친수성기를 포함하고 있어 수용액에 투입 시 겔화 또는 응집 현상이 억제될 수 있다.The silane compound having a specific structure according to embodiments of the present invention includes a hydrophilic group, and thus gelation or aggregation may be suppressed when added to an aqueous solution.
본 발명의 실시예들에 따른 특정 구조의 실란 화합물은 트리알콕시실릴기를 포함하고 있어 규소 산화물, 예를 들면 실리콘 산화막 등에 대한 패시베이션 기능을 수행할 수 있다.The silane compound having a specific structure according to embodiments of the present invention may include a trialkoxysilyl group to perform a passivation function for silicon oxide, for example, silicon oxide film.
본 발명의 실시예들에 따른 절연막 식각액 조성물은 특정 구조의 실란 화합물을 포함하여, 산화막 패시베이션을 유지하면서 식각 안정성을 향상시킬 수 있다.The insulating film etchant composition according to the embodiments of the present invention may include a silane compound having a specific structure, thereby improving etching stability while maintaining oxide passivation.
예시적인 실시예들에 따른 절연막 식각액 조성물은 실리콘 산화막의 식각은 억제하면서 실리콘 질화막을 식각하는, 질화막의 선택적 식각 공정에 효과적으로 활용될 수 있다.The insulating film etchant composition according to the exemplary embodiments may be effectively used for the selective etching process of the nitride film to etch the silicon nitride film while suppressing the etching of the silicon oxide film.
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.1 to 3 are schematic cross-sectional views for describing a method of forming a pattern according to example embodiments.
4 through 6 are schematic cross-sectional views for describing a method of forming a pattern according to example embodiments.
본 발명의 실시예들은 특정 화학구조의 실란 화합물을 제공한다. 본 발명의 실시예들에 따른 특정 구조의 실란 화합물은 수용성을 갖추어 수용액에 투입 시 겔화 또는 응집 현상이 억제될 수 있다.Embodiments of the present invention provide silane compounds of specific chemical structures. The silane compound having a specific structure according to the embodiments of the present invention may be water-soluble so that gelation or agglomeration may be suppressed when added to an aqueous solution.
본 명세서에서 사용하는 용어 "Et"는 에틸(ethyl)기를 지칭하는 의미로 사용하였다.As used herein, the term "Et" is used to mean an ethyl group.
이하에서, 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
<실란 화합물> < Silane compound>
본원 발명의 실시예들에 따른 실란 화합물은 하기 화학식 1로 표현되는 실란 화합물을 포함할 수 있다.The silane compound according to the embodiments of the present invention may include a silane compound represented by Formula 1 below.
[화학식 1][Formula 1]
화학식 1에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 4의 알킬(alkyl)기일 수 있고, R3 및 R4는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 4의 알칸디일(alkanediyl)기일 수 있다. X, Y는 각각 독립적으로 NH, O 또는 S일 수 있다. Z는 C, S 또는 P-OR5일 수 있고, R5는 탄소수 1 내지 4의 알킬(alkyl)기일 수 있다.In Formula 1, R 1 and R 2 may each independently be an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and R 3 and R 4 may each independently be an alkanediyl group having 1 to 4 carbon atoms. X, Y may be each independently NH, O or S. Z may be C, S or P-OR 5 , and R 5 may be an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.
(1-1) 트리알콕시실릴기(T-실릴)(1-1) trialkoxysilyl group (T-silyl)
상기 실란 화합물은 트리알콕시기를 포함하는 실릴기(이하 'T-실릴'이라 한다)를 포함할 수 있다. 상기 T-실릴에 포함된 알콕시기는 수용액 상에서 가수분해 등을 통해 히드록시(-OH)기로 치환될 수 있다. 예를 들면, 치환된 히드록시기는 실리콘 산화막 또는 용액 속 규소 산화물과 반응하여 결합을 형성할 수 있다.The silane compound may include a silyl group including a trialkoxy group (hereinafter referred to as 'T-silyl'). The alkoxy group included in the T-silyl may be substituted with a hydroxy (-OH) group through hydrolysis in an aqueous solution. For example, the substituted hydroxy group may react with the silicon oxide film or the silicon oxide in the solution to form a bond.
상기 T-실릴로 인하여 본 발명의 일 실시예에 따른 실란 화합물은 후술하는 질화막에 대한 선택적 식각 공정에서 산화막을 보호하는 패시베이션 기능을 수행할 수 있으며, 상기 질화막에 대한 선택적 식각 과정의 부산물인 실리콘 산화물을 안정화시키는 기능도 수행할 수 있다.Due to the T-silyl, the silane compound according to an embodiment of the present invention may perform a passivation function for protecting an oxide film in a selective etching process for a nitride film described later, and a silicon oxide which is a by-product of the selective etching process for the nitride film. It can also perform a function to stabilize.
일부 실시예에 있어서, 상기 R1 및 R2는 탄소수 1 내지 4의 알킬(alkyl)기일 수 있다. 예를 들면, 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, n-부틸, sec-부틸, 이소부틸 및 t-부틸으로 이루어진 군에서 선택될 수 있고, 바람직하게는 R1 및 R2 중 적어도 하나는 에틸 또는 프로필일 수 있고, 더욱 바람직하게는 R1 및 R2 모두 에틸일 수 있다.In some embodiments, R 1 and R 2 may be an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. For example, R 1 and R 2 may be each independently selected from the group consisting of methyl, ethyl, propyl, isopropyl, n-butyl, sec-butyl, isobutyl and t-butyl, preferably R At least one of 1 and R 2 may be ethyl or propyl, and more preferably both R 1 and R 2 may be ethyl.
(1-2) 링커기(1-2) Linker Machine
일부 실시에에 있어서, 상기 T-실릴은 상기 화학식 1의 R3 및 R4로 표현되는 링커를 통해 서로 이격될 수 있다. 상기 링커에 의해 실질적으로 상기 실리콘 산화막을 보호하는 킬레이팅 효과가 구현되어 상기 실리콘 산화막 보호 효과가 추가적으로 상승할 수 있다. 또한, 고온 인산에서도 상기 실란기들의 분해가 억제되어 장시간 동안 균일한 식각 성능이 유지될 수 있다.In some embodiments, the T-silyl may be spaced apart from each other through a linker represented by R 3 and R 4 of Formula 1. By the linker, the chelating effect of substantially protecting the silicon oxide layer may be implemented, and thus the silicon oxide layer protection effect may be further increased. In addition, even in high temperature phosphoric acid, decomposition of the silane groups may be suppressed to maintain a uniform etching performance for a long time.
일부 실시예에 있어서, R3 및 R4는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 4의 알칸디일(alkanediyl)기일 수 있다. 예를 들면, 상기 R3 및 R4는 각각 독립적으로 메틸렌, 에틸렌, 프로필렌, 이소프로필렌, n-부틸렌, sec-부틸렌, 이소부틸렌 및 t-부틸렌으로 이루어진 군에서 선택될 수 있고, 바람직하게는 R1 및 R2 중 적어도 하나는 에틸렌, 프로필렌 또는 n-부틸렌일 수 있고, 더욱 바람직하게는 R1 및 R2 모두 프로필렌일 수 있다.In some embodiments, R 3 and R 4 can each independently be an alkanediyl group having 1 to 4 carbon atoms. For example, R 3 and R 4 may be each independently selected from the group consisting of methylene, ethylene, propylene, isopropylene, n-butylene, sec-butylene, isobutylene and t-butylene, Preferably at least one of R 1 and R 2 may be ethylene, propylene or n-butylene, and more preferably both R 1 and R 2 may be propylene.
(1-3) 친수성기(1-3) hydrophilic group
상기 실란 화합물은 중심부에 친수성기를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 화학식 1의 -XZOY-는 친수성기일 수 있다. 실란 화합물이 중심부에 친수성기를 포함할 경우, 상기 실란 화합물을 수용액에 투입 시 겔화 또는 응집 현상이 억제될 수 있고, 수용성을 갖출 수 있다.The silane compound may include a hydrophilic group in the center portion. For example, -XZOY- of Formula 1 may be a hydrophilic group. When the silane compound contains a hydrophilic group in the center, when the silane compound is added to an aqueous solution, gelation or aggregation may be suppressed and water may be provided.
예를 들면, 상기 T-실릴은 가수분해를 통해 알콕시기가 히드록시기로 치환될 수 있고, 상기 치환된 히드록시기는 규소 산화물, 예를 들면 실리콘 산화막과 결합성을 나타낼 수 있다. 문제는, 상기 규소 원자와 직접 연결되는 히드록시기는 다른 실란 화합물과도 반응할 수 있으며, 이로 인해 실란 화합물이 용해되지 않고 응집되는, 겔화 또는 응집 현상이 발생할 수 있다.For example, the T-silyl may be substituted with an alkoxy group to a hydroxy group through hydrolysis, and the substituted hydroxy group may exhibit a bond with a silicon oxide, for example, a silicon oxide film. The problem is that the hydroxy group directly connected with the silicon atom may react with other silane compounds, which may cause gelation or aggregation phenomenon, in which the silane compound is not dissolved but aggregates.
하지만, 본원 발명의 일 실시예에 따른 실란 화합물은 친수성기를 포함함에 따라, 겔화 또는 응집 현상이 발생하기 전에 빠르게 분산되어, 겔화 또는 응집 현상이 억제될 수 있다. 따라서, 기존의 실란 화합물을 사용하는 경우보다 더 빠르게 더 많은 양을 투입할 수 있는 장점이 있다.However, as the silane compound according to an embodiment of the present invention includes a hydrophilic group, the silane compound may be rapidly dispersed before gelation or aggregation occurs, thereby preventing gelation or aggregation. Therefore, there is an advantage that can be added to a larger amount faster than using a conventional silane compound.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 -XZOY-로 표현되는 친수성기는 하기 화학식 1-1 내지 1-5로 표현되는 친수성기를 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment, the hydrophilic group represented by -XZOY- may include a hydrophilic group represented by the following Chemical Formulas 1-1 to 1-5.
[화학식 1-1][Formula 1-1]
[화학식 1-2][Formula 1-2]
[화학식 1-3][Formula 1-3]
[화학식 1-4][Formula 1-4]
[화학식 1-5][Formula 1-5]
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 화학식 1로 표현되는 실란 화합물은 하기 화학식 2 내지 6으로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다.In exemplary embodiments, the silane compound represented by Chemical Formula 1 may include a compound represented by the following Chemical Formulas 2 to 6.
[화학식 2] [Formula 2]
[화학식 3][Formula 3]
[화학식 4][Formula 4]
[화학식 5][Formula 5]
[화학식 6][Formula 6]
일부 실시예에 있어서, 상기 실란 화합물은 수용성 실란 화합물들 중에서 선택될 수 있다. 본 명세서에서, 상기 "수용성 실란 화합물"은 상온에서 물 100g 에 실란 화합물 1g 양만큼 혼합하고, 상온에서 1분간 교반 후 추가적으로 5분간 상온에서 방치 이후에 상분리 또는 파티클이 관측되지 않는 실란 화합물을 의미한다. 위에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 실란 화합물은 친수성기를 포함함으로써 수용성을 띌 수 있다.In some embodiments, the silane compound may be selected from water soluble silane compounds. In the present specification, the "water-soluble silane compound" means a silane compound which is mixed with 100 g of water at room temperature by an amount of 1 g of the silane compound, stirred for 1 minute at room temperature, and left for 5 minutes at room temperature, and then no phase separation or particles are observed. . As described above, the silane compound according to the embodiments of the present invention may be water soluble by including a hydrophilic group.
<절연막 식각액 조성물> < Insulator etching solution composition>
본 발명의 실시예들에 따른 절연막 식각액 조성물은 인산 및 하기 화학식 1로 표현되는 실란 화합물을 포함할 수 있다.The insulating film etchant composition according to the embodiments of the present invention may include phosphoric acid and a silane compound represented by Chemical Formula 1 below.
[화학식 1][Formula 1]
화학식 1에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 4의 알킬(alkyl)기일 수 있고, R3 및 R4는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 4의 알칸디일(alkanediyl)기일 수 있다. X, Y는 각각 독립적으로 NH, O 또는 S일 수 있다. Z는 C, S 또는 P-OR5 이고, R5는 탄소수 1 내지 4의 알킬(alkyl)기일 수 있다.In Formula 1, R 1 and R 2 may each independently be an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and R 3 and R 4 may each independently be an alkanediyl group having 1 to 4 carbon atoms. X, Y may be each independently NH, O or S. Z is C, S or P-OR 5 , R 5 may be an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.
예를 들면, 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, n-부틸, sec-부틸, 이소부틸 및 t-부틸으로 이루어진 군에서 선택될 수 있고, 바람직하게는 R1 및 R2 중 적어도 하나는 에틸 또는 프로필일 수 있고, 더욱 바람직하게는 R1 및 R2 모두 에틸일 수 있다.For example, R 1 and R 2 may be each independently selected from the group consisting of methyl, ethyl, propyl, isopropyl, n-butyl, sec-butyl, isobutyl and t-butyl, preferably R At least one of 1 and R 2 may be ethyl or propyl, and more preferably both R 1 and R 2 may be ethyl.
예를 들면, 상기 R3 및 R4는 각각 독립적으로 메틸렌, 에틸렌, 프로필렌, 이소프로필렌, n-부틸렌, sec-부틸렌, 이소부틸렌 및 t-부틸렌으로 이루어진 군에서 선택될 수 있고, 바람직하게는 R1 및 R2 중 적어도 하나는 에틸렌, 프로필렌 또는 n-부틸렌일 수 있고, 더욱 바람직하게는 R1 및 R2 모두 프로필렌일 수 있다.For example, R 3 and R 4 may be each independently selected from the group consisting of methylene, ethylene, propylene, isopropylene, n-butylene, sec-butylene, isobutylene and t-butylene, Preferably at least one of R 1 and R 2 may be ethylene, propylene or n-butylene, and more preferably both R 1 and R 2 may be propylene.
예시적인 실시예에 있어서, 상기 절연막 식각액 조성물은 산화막 및 질화막을 동시에 포함하는 구조물 상에 공급되어 상기 산화막은 실질적으로 손상시키지 않으면서 상기 질화막만을 고선택비로 식각하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 산화막은 실리콘 산화막일 수 있고, 상기 질화막은 실리콘 질화막일 수 있다.In an exemplary embodiment, the insulating film etchant composition may be supplied onto a structure including an oxide film and a nitride film at the same time to be used to etch only the nitride film at a high selectivity without substantially damaging the oxide film. For example, the oxide layer may be a silicon oxide layer, and the nitride layer may be a silicon nitride layer.
예를 들면, 상기 절연막 식각액 조성물은 반도체 장치의 제조 공정에 있어서, 실리콘 질화막을 선택적으로 식각하기 위해 사용될 수 있다.For example, the insulating film etchant composition may be used to selectively etch the silicon nitride film in the manufacturing process of the semiconductor device.
인산은 예를 들면, H3PO4의 화학식으로 표시될 수 있으며, 질화막 식각을 위한 주 식각 성분으로 작용할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 상기 질화막 식각액 조성물은 상기 조성물의 총 중량 대비 중량 퍼센트로 표시하여 약 80 내지 약 95 중량%의 인산을 포함할 수 있다.Phosphoric acid may be represented, for example, by the chemical formula of H 3 PO 4 , and may serve as a main etching component for nitride film etching. In example embodiments, the nitride film etchant composition may include about 80 to about 95 wt% of phosphoric acid in terms of weight percent based on the total weight of the composition.
인산의 함량이 약 80 중량% 미만인 경우, 전체적인 식각 속도가 저하될 수 있다. 인산의 함량이 약 95중량%를 초과하는 경우 질화막 뿐만 아니라, 산화막 또는 금속막과 같은 도전막의 식각 속도가 함께 증가하여 질화막에 대한 식각 선택비가 감소될 수 있다.If the content of phosphoric acid is less than about 80% by weight, the overall etching rate may be lowered. When the content of phosphoric acid exceeds about 95% by weight, the etching rate of not only the nitride film but also the conductive film such as the oxide film or the metal film may increase together, thereby reducing the etching selectivity of the nitride film.
바람직하게는, 식각속도 및 선택비를 함께 고려할 때, 인산의 함량은 약 80 내지 90중량%로 조절될 수 있다.Preferably, considering the etching rate and the selection ratio together, the content of phosphoric acid may be adjusted to about 80 to 90% by weight.
상기 절연막 식각액 조성물 내 상기 화학식 1로 표현되는 실란 화합물은 질화막이 식각되는 동안 산화막을 보호하는, 이른바 패시베이션 작용을 수행할 수 있다. 상기 실란 화합물은 양단에 T-실릴을 포함하고 있다. 상기 T-실릴에 포함된 알콕시기는 가수분해 등을 통해 히드록시(-OH)기로 치환될 수 있으며, 상기 치환된 히드록시기는 이후 규소 산화물과 상호작용을 통해 산화막에 대한 패시베이션층 또는 배리어를 형성할 수 있다. 상기 패시베이션 작용을 통해 상기 절연막 식각액 조성물은 산화막에 대한 고선택비를 가질 수 있다.The silane compound represented by Chemical Formula 1 in the insulating film etchant composition may perform a so-called passivation function to protect the oxide film while the nitride film is etched. The silane compound contains T-silyl at both ends. The alkoxy group included in the T-silyl may be substituted with a hydroxy (-OH) group through hydrolysis and the like, and the substituted hydroxy group may then form a passivation layer or barrier for the oxide layer through interaction with silicon oxide. have. Through the passivation action, the insulating film etchant composition may have a high selectivity with respect to the oxide film.
또한, 상기 실란 화합물은 질화막 식각 산물인 규소 산화물을 감싸 안정화 시키는 역할도 수행할 수 있다. 실리콘 질화막의 식각 부산물로 규소 산화물이 생성될 수 있다. 상기 규소 산화물의 용액 내 농도가 높아질 경우, 르 샤틀리에 원리(Le Chatelier's Principle) 또는 평형 법칙(Equilibrium Law)에 의해 반응의 정반응은 억제되며, 실리콘 질화막의 처리매수는 감소할 수 있다. 하지만 본 발명의 실시예에 따른 절연막 식각액 조성물은 상기 화학식 1로 표현되는 실란 화합물을 통해 용액 내 상기 규소 산화물을 안정화시킬 수 있어 실리콘 질화막에 대한 높은 처리매수를 유지할 수 있다.In addition, the silane compound may also play a role of encapsulating and stabilizing silicon oxide, which is a nitride film etching product. Silicon oxide may be generated as an etching byproduct of the silicon nitride layer. When the concentration of the silicon oxide in the solution is increased, the reaction of the reaction may be suppressed by the Le Chatelier's Principle or the Equilibrium Law, and the number of sheets of silicon nitride may be reduced. However, the insulating film etchant composition according to the embodiment of the present invention can stabilize the silicon oxide in the solution through the silane compound represented by Chemical Formula 1, thereby maintaining a high number of treatments for the silicon nitride film.
구체적으로, 상기 화학식 1의 실란 화합물은 양단의 T-실릴을 통해 규소 산화물을 에워쌀 수 있다. 한편, 상기 실란 화합물은 친수성기를 포함하고 있어 수용성을 나타낼 수 있다. 이 경우, 상기 실란 화합물에 의해 규소 산화물이 포집됨에 따라 용액 내 유리된 규소 화합물의 농도가 감소하게 되어, 질화막에 대한 높은 처리매수를 유지할 수 있다.Specifically, the silane compound of Formula 1 may surround silicon oxide through T-silyl at both ends. On the other hand, the silane compound may contain a hydrophilic group and can exhibit water solubility. In this case, as the silicon oxide is collected by the silane compound, the concentration of the free silicon compound in the solution decreases, thereby maintaining a high number of treated sheets for the nitride film.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 실란 화합물은 겔화 및 응집 현상이 억제되고, 양단에 T-실릴을 포함하여 킬레이트 효과에 의해 산화막과의 결합력이 우수하여, 소량의 사용으로도 높은 식각 선택성을 얻을 수 있다.In addition, the silane compound according to the embodiments of the present invention, the gelation and aggregation phenomenon is suppressed, including the T-silyl at both ends has excellent bonding strength with the oxide film by the chelate effect, high etching selectivity even with a small amount of use You can get it.
일부 실시예들에 있어서, 상기 절연막 식각액 조성물은 조성물 총 중량 중 약 0.0001 내지 1중량%의 상기 실란 화합물을 포함할 수 있다. 상기 실란 화합물의 함량이 약 0.0001 중량% 미만인 경우, 산화막 패시베이션이 실질적으로 구현되지 않을 수 있다. 상기 실란 화합물의 함량이 약 1중량%를 초과하는 경우, 오히려 인산의 식각 성능이 지나치게 저해되거나 경시 안정성이 떨어질 수 있다.In some embodiments, the insulating film etchant composition may include about 0.0001 to 1% by weight of the silane compound in the total weight of the composition. When the content of the silane compound is less than about 0.0001 wt%, oxide passivation may not be substantially implemented. When the content of the silane compound exceeds about 1% by weight, rather, the etching performance of phosphoric acid may be excessively inhibited or the stability over time may deteriorate.
바람직하게는, 산화막 패시베이션 효과 및 식각 균일성을 고려하여, 상기 실란 화합물의 함량은 조성물 총 중량 중 약 0.001 내지 1중량%, 보다 바람직하게는 0.001 내지 0.1중량%로 조절될 수 있다.Preferably, in consideration of the oxide passivation effect and etching uniformity, the content of the silane compound may be adjusted to about 0.001 to 1% by weight, more preferably 0.001 to 0.1% by weight of the total weight of the composition.
상기 절연막 식각액 조성물은 여분의 물(예를 들면, 탈이온수)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 인산은 수용액 형태(예를 들면, 85 중량% 인산)로 제공될 수 있으며, 상기 실란 화합물은 인산 수용액 100중량부에 대해 상술한 함량으로 혼합될 수 있다.The insulating film etchant composition may include excess water (eg, deionized water). For example, the phosphoric acid may be provided in the form of an aqueous solution (eg, 85% by weight phosphoric acid), and the silane compound may be mixed in the amount described above with respect to 100 parts by weight of the aqueous solution of phosphoric acid.
일부 실시예들에 있어서, 상기 절연막 식각액 조성물은 상술한 인산, 상기 실란 화합물 및 여분의 물로 실질적으로 구성될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 절연막 식각액 조성물은 상기 실란 화합물의 패시베이션 성능 및 경시 안정성을 저해하지 않는 범위 내에서 식각증진제와 같은 추가 성분을 포함할 수도 있다.In some embodiments, the insulating film etchant composition may be substantially composed of the above-described phosphoric acid, the silane compound, and excess water. In some embodiments, the insulating film etchant composition may include additional components such as an etching enhancer within a range that does not impair passivation performance and stability over time of the silane compound.
<패턴 형성 방법><Pattern forming method>
도 1 내지 도 3은 예시적인 실시예들에 따른 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.1 to 3 are schematic cross-sectional views for describing a method of forming a pattern according to example embodiments.
도 1을 참조하면, 기판(100) 상에 산화막(110) 및 질화막(120)을 순차적으로 형성할 수 있다.Referring to FIG. 1, the
기판(100)은 단결정 실리콘, 단결정 게르마늄과 같은 반도체 물질을 포함할 수 있으며, 폴리실리콘을 포함하도록 형성될 수도 있다.The
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, 원자층증착(ALD) 공정 등을 통해 형성될 수 있다.In example embodiments, the
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.The
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.Referring to FIG. 2, a
이에 따라, 질화막(120)의 상면의 일부를 노출시키는 포토레지스트 패턴(130)이 형성될 수 있다.Accordingly, the
도 3을 참조하면, 포토레지스트 패턴(130)을 식각마스크로 사용하며, 상술한 예시적인 실시예들에 따른 절연막 식각액 조성물을 사용하는 습식 식각 공정을 수행할 수 있다.Referring to FIG. 3, a wet etching process using the
이에 따라, 노출된 질화막(120) 부분을 제거하여 질화막 패턴(125)을 형성할 수 있다. 상술한 바와 같이, 예시적인 실시예들에 따른 절연막 식각액 조성물은 상술한 실란 화합물에 의해 현저히 향상된 산화막 패시베이션을 장시간 안정적으로 제공할 수 있다. 따라서, 산화막(110) 표면은 실질적으로 식각 혹은 손상되지 않고, 질화막(120)만 선택적으로 식각될 수 있다.Accordingly, the exposed
식각 공정의 효율성을 위해, 상기 식각액 조성물의 온도는 약 150℃이상의 온도로 가열될 수 있다. 포토레지스트 패턴(130)은 이후, 스트립(strip) 공정 및/또는 애싱(ashing) 공정을 통해 제거될 수 있다.For the efficiency of the etching process, the temperature of the etchant composition may be heated to a temperature of about 150 ℃ or more. The
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 상술한 실란 화합물에 의해 전체적으로 패시베이션되어 식각 손상으로부터 보호될 수 있다.1 to 3, the
도 4 내지 도 6은 예시적인 실시예들에 따른 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.4 through 6 are schematic cross-sectional views for describing a method of forming a pattern according to example embodiments.
도 4를 참조하면, 기판(200) 상에 복수의 산화막들(210) 및 복수의 질화막들(220)을 교대로 반복적으로 적층할 수 있다.Referring to FIG. 4, a plurality of
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.Referring to FIG. 5, a through
도 6을 참조하면, 상술한 예시적인 실시예들에 따른 식각액 조성물을 사용하여 질화막들(220)을 선택적으로 제거할 수 있다. Referring to FIG. 6, the nitride layers 220 may be selectively removed using the etchant composition according to the exemplary embodiments described above.
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 상술한 실란 화합물에 의해 전체적으로 패시베이션 되어 식각 손상으로부터 보호될 수 있다.Accordingly, the oxide layers 210 may remain on the sidewall of the through
상술한 패턴 형성 방법은 예시적인 것이며, 본 발명의 실시예들에 따른 절연막 식각액 조성물은 반도체 장치 혹은 디스플레이 장치에 포함되는 다양한 절연 구조 형성(예를 들면, 게이트 절연막, 배리어막, 소자 분리막 등)을 위해 적용될 수 있다.The above-described pattern forming method is exemplary, and the insulating film etchant composition according to the embodiments of the present invention may be used to form various insulating structures (eg, gate insulating film, barrier film, device isolation film, etc.) included in a semiconductor device or a display device. Can be applied for
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.Hereinafter, an experimental example including specific examples and comparative examples is provided to help understanding of the present invention, which is intended to illustrate the present invention, but not to limit the appended claims, and the scope and spirit of the present invention. It is apparent to those skilled in the art that various changes and modifications to the embodiments can be made within the scope, and such variations and modifications are within the scope of the appended claims.
<실란 화합물의 제조><Production of Silane Compound>
합성예 1Synthesis Example 1
3구 넓은 바닥 플라스크에 (triethoxysilyl)methyl carbamate 20.0 g, (triethoxysilyl)methanol 16.4g을 투입하고 150℃까지 승온 후 12시간 교반하고 반응을 종료하였다. 이 혼합물을 감압증류로 정제하여 하기 화학식 2의 bis((triethoxysilyl)methyl) carbonate 0.3 g을 얻었다.20.0 g of (triethoxysilyl) methyl carbamate and 16.4 g of (triethoxysilyl) methanol were added to a three neck wide bottom flask. The mixture was purified by distillation under reduced pressure to obtain 0.3 g of bis ((triethoxysilyl) methyl) carbonate of the following Chemical Formula 2.
[화학식 2][Formula 2]
상기 화학식 2에 대해 1H-NMR 분석을 실시하였다. NMR 분석결과는 하기 표 1과 같다. 하기 표 1에서, 번호는 상기 화학식 2의 대응되는 번호가 마킹된 탄소원자를 의미한다.1H-NMR analysis was performed on Chemical Formula 2. NMR analysis results are shown in Table 1 below. In Table 1 below, the number means the carbon atom marked with the corresponding number of the formula (2).
이하 합성예 1 내지 5에서 동일한 NMR 분석을 실시하였다.The same NMR analysis was performed in Synthesis Examples 1 to 5 below.
합성예Synthesis Example 2 2
3구 넓은 바닥 플라스크에 3-(triethoxysilyl)propan-1-amine 20.0 g, (triethoxysilyl)methanol 17.6g, urea 10.5g, Potassium carbonate 52.0g 을 투입하고 150℃까지 승온 후 24시간 교반하고 반응을 종료하였다. 이 혼합물을 감압증류로 정제하여 하기 화학식 3의 (triethoxysilyl)methyl (3-(triethoxysilyl)propyl)carbamate 0.3 g을 얻었다.20.0 g of 3- (triethoxysilyl) propan-1-amine, 17.6 g of (triethoxysilyl) methanol, 10.5 g of urea, and 52.0 g of Potassium carbonate were added to a three neck wide bottom flask, and the reaction mixture was stirred for 24 hours, and the reaction was terminated. . The mixture was purified by distillation under reduced pressure to obtain 0.3 g of (triethoxysilyl) methyl (3- (triethoxysilyl) propyl) carbamate of Chemical Formula 3 below.
[화학식 3][Formula 3]
상기 화합물에 대해 NMR 분석을 실시한 결과는 하기 표 2와 같다. The NMR analysis of the compound is shown in Table 2 below.
합성예Synthesis Example 3 3
3구 넓은 바닥 플라스크에 3-(triethoxysilyl)propan-1-amine 20.0 g, dichloromethane 100g을 넣고 0 ℃까지 냉각하였다. 냉각된 플라스크에 triethoxy(3-isocyanatopropyl)silane 22.4g 과 dichloromethane 100g 혼합액을 천천히 적가하였다. 적가 후 8시간 환류교반하고 반응을 종료하였다. 이 혼합물을 감압농축하여 표제화합물 1,3-bis(3-(triethoxysilyl)propyl)urea 39.9 g을 얻었다.20.0 g of 3- (triethoxysilyl) propan-1-amine and 100 g of dichloromethane were added to a three neck wide bottom flask and cooled to 0 ° C. 22.4 g of triethoxy (3-isocyanatopropyl) silane and 100 g of dichloromethane were slowly added dropwise to the cooled flask. After the addition, the mixture was stirred under reflux for 8 hours and the reaction was terminated. The mixture was concentrated under reduced pressure to give 39.9 g of the title compound 1,3-bis (3- (triethoxysilyl) propyl) urea.
[화학식 4][Formula 4]
상기 화합물에 대해 NMR 분석을 실시한 결과는 하기 표 3과 같다. The NMR analysis of the compound is shown in Table 3 below.
합성예Synthesis Example 4 4
3구 넓은 바닥 플라스크에 ethyl phosphorodichloridate 8.4 g, dichloromethane 60g, triethylamine 9.4g을 넣고 0 ℃까지 냉각하였다. 냉각된 플라스크에 (triethoxysilyl)methanol 20.0g 과 dichloromethane 100g 혼합액을 천천히 적가하였다. 적가 후 5시간 실온에서 교반하고 반응을 종료하였다. 이 혼합물을 증류수로 세척한 후 감압하에 농축하여 표제화합물 ethyl bis((triethoxysilyl)methyl) phosphate 44.3 g을 얻었다.Into a three neck wide bottom flask, 8.4 g of ethyl phosphorodichloridate, 60 g of dichloromethane, and 9.4 g of triethylamine were added and cooled to 0 ° C. 20.0 g of triethoxysilyl methanol and 100 g of dichloromethane were slowly added dropwise to the cooled flask. After dropping, the mixture was stirred for 5 hours at room temperature and the reaction was terminated. The mixture was washed with distilled water and concentrated under reduced pressure to obtain 44.3 g of the title compound ethyl bis ((triethoxysilyl) methyl) phosphate.
[화학식 5][Formula 5]
상기 화합물에 대해 NMR 분석을 실시한 결과는 하기 표 4와 같다. The NMR analysis of the compound is shown in Table 4 below.
합성예Synthesis Example 5 5
3구 넓은 바닥 플라스크에 ethyl phosphorodichloridate 7.4 g, dichloromethane 60g, triethylamine 8.3g을 넣고 0 ℃까지 냉각하였다. 냉각된 플라스크에 3-(triethoxysilyl)propan-1-amine 20.0g 과 dichloromethane 60g 혼합액을 천천히 적가하였다. 적가 후 5시간 실온에서 교반하고 반응을 종료하였다. 이 혼합물을 증류수로 세척한 후 감압하에 농축하여 하기 화학식 6의 화합물 46.1 g을 얻었다.7.4 g of ethyl phosphorodichloridate, 60 g of dichloromethane, and 8.3 g of triethylamine were added to a three neck wide bottom flask and cooled to 0 ° C. 20.0 g of 3- (triethoxysilyl) propan-1-amine and 60 g of dichloromethane were slowly added dropwise to the cooled flask. After dropping, the mixture was stirred for 5 hours at room temperature and the reaction was terminated. The mixture was washed with distilled water, and then concentrated under reduced pressure to obtain 46.1 g of the compound represented by Chemical Formula 6.
[화학식 6][Formula 6]
상기 화합물에 대해 NMR 분석을 실시한 결과는 하기 표 5와 같다. The NMR analysis of the compound is shown in Table 5 below.
실시예Example 및 And 비교예Comparative example (1)(One)
실시예Example 1의 제조 1, manufacture
85 중량% 인산 수용액 100 중량부에 대해 상기 합성예 1의 화합물을 0.05중량부 혼합하여 실시예 1의 절연막 식각액 조성물을 제조하였다. The insulating film etchant composition of Example 1 was prepared by mixing 0.05 parts by weight of the compound of Synthesis Example 1 with respect to 100 parts by weight of an aqueous solution of 85% by weight phosphoric acid.
(2) 실시예 2의 제조(2) Preparation of Example 2
85 중량% 인산 수용액 100 중량부에 대해 상기 합성예 2의 화합물을 0.05중량부 혼합하여 실시예 2의 절연막 식각액 조성물을 제조하였다. The insulating film etchant composition of Example 2 was prepared by mixing 0.05 parts by weight of the compound of Synthesis Example 2 with respect to 100 parts by weight of an aqueous 85% by weight phosphoric acid solution.
(3) 실시예 3의 제조(3) Preparation of Example 3
85 중량% 인산 수용액 100 중량부에 대해 상기 합성예 3의 화합물을 0.05중량부 혼합하여 실시예 3의 절연막 식각액 조성물을 제조하였다. The insulating film etchant composition of Example 3 was prepared by mixing 0.05 parts by weight of the compound of Synthesis Example 3 with respect to 100 parts by weight of an aqueous 85% by weight phosphoric acid solution.
(4) 실시예 4의 제조(4) Preparation of Example 4
85 중량% 인산 수용액 100 중량부에 대해 상기 합성예 4의 화합물을 0.05중량부 혼합하여 실시예 4의 절연막 식각액 조성물을 제조하였다. The insulating film etchant composition of Example 4 was prepared by mixing 0.05 parts by weight of the compound of Synthesis Example 4 with respect to 100 parts by weight of an aqueous solution of 85 wt% phosphoric acid.
(5) 실시예 5의 제조(5) Preparation of Example 5
85 중량% 인산 수용액 100 중량부에 상기 합성예 5의 화합물을 0.05중량부 혼합하여 실시예 5의 절연막 식각액 조성물을 제조하였다. An insulating film etchant composition of Example 5 was prepared by mixing 0.05 parts by weight of the compound of Synthesis Example 5 with 100 parts by weight of an aqueous solution of 85 wt% phosphoric acid.
(6) 비교예 1의 제조(6) Preparation of Comparative Example 1
85 중량% 인산 수용액 100중량부에 대해 하기 화학식 7로 표현되는 화합물을 1중량부 혼합하여 비교예 1의 절연막 식각액 조성물을 제조하였다.An insulating film etchant composition of Comparative Example 1 was prepared by mixing 1 part by weight of a compound represented by the following Formula 7 with respect to 100 parts by weight of an 85% by weight aqueous solution of phosphoric acid.
[화학식 7][Formula 7]
(7) 비교예 2의 제조(7) Preparation of Comparative Example 2
85 중량% 인산 수용액 100 중량부에 대해 하기 화학식 8로 표현되는 화합물을 0.05중량부 혼합하여 비교예 2의 절연막 식각액 조성물을 제조하였다.An insulating film etchant composition of Comparative Example 2 was prepared by mixing 0.05 parts by weight of a compound represented by the following Formula 8 with respect to 100 parts by weight of an aqueous 85% by weight phosphoric acid solution.
[화학식 8][Formula 8]
(8) 비교예 3의 제조(8) Preparation of Comparative Example 3
85 중량% 인산 수용액 100 중량부에 대해 하기 화학식 9로 표현되는 화합물을 1중량부 혼합하여 비교예 3의 절연막 식각액 조성물을 제조하였다.An insulating film etchant composition of Comparative Example 3 was prepared by mixing 1 part by weight of a compound represented by the following Formula 9 with respect to 100 parts by weight of an 85% by weight aqueous solution of phosphoric acid.
[화학식 15][Formula 15]
실험예Experimental Example
(1) 수용성 평가(1) Water solubility evaluation
실시예 및 비교예의 절연막 식각액 조성물의 수용성을 평가하였다. 구체적으로, 상온에서 물 100g에 실시예 및 비교예의 절연막 식각액 조성물 1g을 혼합하고, 상온에서 1분간 교반 후 추가적으로 5분간 상온에서 방치 했을 때 상분리 생성여부를 평가하였다.The water solubility of the insulating film etching liquid composition of an Example and a comparative example was evaluated. Specifically, 1 g of the insulating film etchant composition of Examples and Comparative Examples was mixed with 100 g of water at room temperature, and stirred for 1 minute at room temperature, and then left for 5 minutes at room temperature to evaluate whether phase separation was generated.
<용해성 판정>Solubility determination
◎: 상온 방치 상태에서 미용해 폴리머가 육안으로 확인되지 않음.(Double-circle): Undissolved polymer is not visually recognized in the state of normal temperature standing.
○: 상온 상태에서 미용해 폴리머가 육안으로 확인되지 않으나, 상온 방치 상태에서 소량의 미용해 폴리머가 육안으로 확인됨.(Circle): Undissolved polymer is not visually recognized at room temperature, but a small amount of undissolved polymer is visually confirmed at room temperature.
△: 상온 상태에서 소량의 미용해 폴리머가 육안으로 확인됨.(Triangle | delta): A small amount of undissolved polymer is visually recognized in a normal temperature state.
×: 상온 상태에서 미용해 폴리머가 육안으로 확인됨.X: Undissolved at normal temperature, the polymer is visually confirmed.
(2) 겔(Gel)화 방지특성(인산 상용성)평가(2) Evaluation of gelation prevention property (phosphate compatibility)
실시예 및 비교예의 식각액 조성물의 겔화 방지 특성을 평가하였다. 구체적으로, 상기 실시예 및 비교예의 절연막 식각액 조성물을 상온에서 1분간 교반 후, 추가적으로 1분간 상온에서 방치 했을 때 상분리 여부를 평가하였다.The gelation prevention properties of the etching liquid compositions of Examples and Comparative Examples were evaluated. Specifically, when the insulating film etchant composition of the Examples and Comparative Examples were stirred at room temperature for 1 minute, and then left at room temperature for 1 minute, the separation of the phases was evaluated.
<용해성 판정>Solubility determination
◎: 상온 방치 상태에서 미용해 폴리머가 육안으로 확인되지 않음.(Double-circle): Undissolved polymer is not visually recognized in the state of normal temperature standing.
○: 상온 상태에서 미용해 폴리머가 육안으로 확인되지 않으나, 상온 방치 상태에서 소량의 미용해 폴리머가 육안으로 확인됨.(Circle): Undissolved polymer is not visually recognized at room temperature, but a small amount of undissolved polymer is visually confirmed at room temperature.
△: 상온 상태에서 소량의 미용해 폴리머가 육안으로 확인됨.(Triangle | delta): A small amount of undissolved polymer is visually recognized in a normal temperature state.
×: 상온 상태에서 미용해 폴리머가 육안으로 확인됨.X: Undissolved at normal temperature, the polymer is visually confirmed.
(3) 실리콘 질화막(SiN) 식각속도(Etch Rate: E/R) 측정(3) Silicon Nitride (SiN) Etch Rate (E / R) Measurement
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.A sample was prepared by cutting a silicon nitride film (SiN) 5000 mm thick wafer into a size of 2 × 2 cm 2 , and the sample was immersed in the compositions of Examples and Comparative Examples at a temperature of 160 ° C. for 3 minutes. Then, after washing and drying with deionized water (DIW), the film thickness was measured by scanning electron microscope (SEM) to measure the etching rate (Å / min).
(4) 실리콘 산화막(SiO(4) silicon oxide film (SiO 22 ) 식각속도 측정) Etch Speed Measurement
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.A silicon oxide film (SiO 2 ) 400 mm thick wafer was cut into a size of 2 × 2 cm 2 , and a sample was prepared. Then, after washing and drying with deionized water (DIW), the film thickness was measured with an ellipsometer to measure the etching rate (속도 / min).
평가 결과는 하기의 표 6에 나타낸다.The evaluation results are shown in Table 6 below.
방지Gel
Prevention
(Å/min)
(A)SiN E / R
(Å / min)
(A)
(Å/min)
(B)SiO 2 E / R
(Å / min)
(B)
선택비
(A/B)Etching
Selectivity
(A / B)
표 6을 참조하면, 다이-실란포달과 친수성기를 함께 포함하는 실란 화합물이 사용된 실시예들의 경우, 겔화 또는 응집 현상이 억제되었으며, 질화막에 대한 높은 레벨의 식각선택비가 유지되는 실험 결과을 얻을 수 있었다.모노-실란포달인 테트라에톡시실란이 사용된 비교예 1의 경우, 산화막에 대한 충분한 패시베이션 효과를 발휘하지 못해 질화막에 대한 낮은 식각 선택비가 측정되었다.Referring to Table 6, in the case of using the silane compound containing a di-silane ford and a hydrophilic group, the gelation or aggregation phenomenon was suppressed, it was possible to obtain an experimental result of maintaining a high level of etching selectivity for the nitride film In Comparative Example 1 in which tetraethoxysilane, a mono-silanepodal, was used, a low etching selectivity for the nitride film was measured because it did not exhibit sufficient passivation effect on the oxide film.
친수성기가 포함되지 않은 다이-포달실란 화합물이 사용된 비교예 2의 경우, 질화막에 대한 식각선택비는 우수하였으나, 겔화 또는 응집 현상이 발생하는 문제점이 관찰되었다.In Comparative Example 2 in which a di-podalsilane compound containing no hydrophilic group was used, the etching selectivity with respect to the nitride film was excellent, but a problem in which gelation or aggregation occurred was observed.
싱글-포달과 아민기를 포함하는 비교예 3의 경우, 친수성기를 포함하여 겔화 또는 응집 현상은 억제되었으나, 산화막에 대한 충분한 패시베이션 층을 형성하지 못해 질화막에 대한 낮은 식각 선택비를 나타내었다.In Comparative Example 3 including a single-podal and an amine group, the gelation or aggregation phenomenon including the hydrophilic group was suppressed, but it did not form a sufficient passivation layer for the oxide film, resulting in a low etching selectivity for the nitride film.
100, 200: 기판
110, 210: 산화막
120, 220: 질화막
130: 포토레지스트 패턴
230: 관통 패턴100, 200:
120 and 220: nitride film 130: photoresist pattern
230: through pattern
Claims (9)
[화학식 1]
(화학식 1 중, R1 및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 4의 알킬(alkyl)기이고, R3 및 R4는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 4의 알칸디일(alkanediyl)기이고, X, Y는 각각 독립적으로 NH, O 또는 S이고, Z는 C, S 또는 P-OR5이고, R5는 탄소수 1 내지 4의 알킬(alkyl)기임)Silane compounds represented by the following formula (1):
[Formula 1]
(In formula 1, R 1 and R 2 are each independently an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, R 3 and R 4 are each independently an alkanediyl group having 1 to 4 carbon atoms, X , Y are each independently NH, O or S, Z is C, S or P-OR 5 , R 5 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms)
[화학식 2]
[화학식 3]
[화학식 4]
[화학식 5]
[화학식 6]
The silane compound of claim 1, wherein the silane compound represented by Chemical Formula 1 comprises a compound represented by the following Chemical Formulas 2 to 6.
[Formula 2]
[Formula 3]
[Formula 4]
[Formula 5]
[Formula 6]
하기 화학식 1로 표현되는 실란 화합물을 포함하는 절연막 식각액 조성물:
[화학식 1]
(화학식 1 중, R1 및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 4의 알킬(alkyl)기이고, R3 및 R4는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 4의 알칸디일(alkanediyl)기이고,X, Y는 각각 독립적으로 NH, O, 또는 S이고, Z는 C, S또는 P-OR5이고, R5는 탄소수 1 내지 4의 알킬(alkyl)기임)Phosphoric acid; And
An insulating film etching liquid composition comprising a silane compound represented by Formula 1 below:
[Formula 1]
(In Formula 1, R 1 and R 2 are each independently an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, R 3 and R 4 are each independently an alkanediyl group having 1 to 4 carbon atoms, X , Y are each independently NH, O, or S, Z is C, S or P-OR 5 , R 5 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms)
[화학식 2]
[화학식 3]
[화학식 4]
[화학식 5]
[화학식 6]
The method of claim 5, wherein the silane compound represented by Formula 1 comprises a compound represented by the following formula 2 to 6, insulating film etching solution composition:
[Formula 2]
[Formula 3]
[Formula 4]
[Formula 5]
[Formula 6]
상기 질화막을 청구항 5 내지 7 중 어느 한 항의 절연막 식각액 조성물을 사용하여 선택적으로 식각하는 단계를 포함하는, 패턴 형성 방법.Forming an oxide film and a nitride film on the substrate; And
Selectively etching the nitride film using the insulating film etchant composition according to any one of claims 5 to 7.
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