KR20210028447A - 식각 조성물, 이를 이용한 절연막의 식각방법 및 반도체 소자의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 식각액 조성물을 제공하고자 하는 것으로서, 본 발명의 일 구현예에 따른 식각액 조성물은 인산, Si 원자를 하나 이상 포함하는 실란 화합물 및 다음 화학식 1로 표시되는 암모늄염을 포함한다.
Figure pat00053
(1)
여기서, L1 내지 L3는 독립적으로 치환 또는 비치환된 하이드로카빌렌이고,
R1 내지 R4는 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 하이드로카빌이고,
X는 n가 음이온이며, n은 1 내지 3의 정수이다.

Description

식각 조성물, 이를 이용한 절연막의 식각방법 및 반도체 소자의 제조방법{ETCHING COMPOSITION, METHOD FOR ETCHING INSULATING LAYER OF SEMICONDUCTOR DEVICES USING THE SAME AND METHOD FOR PREPARING SEMICONDUCTOR DEVICES}
본 발명은 식각 조성물, 특히 산화막의 식각율을 최소화하면서 질화막을 선택적으로 제거할 수 있는 고선택비의 식각 조성물에 관한 것이다.
실리콘 산화막(SiO2) 등의 산화막 및 실리콘 질화막(SiNx) 등의 질화막은 대표적인 절연막으로서, 반도체 제조 공정에서 이들 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막 각각 단독으로, 또는 1층 이상의 막들이 교대로 적층되어 사용된다. 또한, 이러한 산화막 및 질화막은 금속 배선 등의 도전성 패턴을 형성하기 위한 하드마스크로도 이용된다.
질화막을 제거하기 위한 습식 식각 공정에서는 일반적으로 인산(phosphoric acid)과 탈이온수(deionized water)의 혼합물이 사용되고 있다. 탈이온수는 식각율 감소 및 산화막에 대한 식각 선택성의 변화를 방지하기 위하여 첨가되는 것이나, 공급되는 탈이온수의 양의 미세한 변화에도 질화막 식각 제거 공정에 불량이 발생하는 문제가 있다. 또한, 인산은 강산으로서 부식성을 가지고 있어 취급에 어려움이 있다.
이를 해결하기 위한 종래 기술로 인산(H3PO4)에 불산(HF) 또는 질산(HNO3) 등을 포함하는 식각 조성물을 이용하여 질화막을 제거하는 방법이 공지되었으나, 오히려 질화막과 산화막의 식각 선택비를 저해시키는 결과를 초래하였다. 또한, 인산과 규산염, 또는 규산을 포함하는 식각 조성물을 이용하는 기술도 공지되어 있으나, 규산이나 규산염은 기판에 영향을 미칠 수 있는 파티클을 유발하여 오히려 반도체 제조 공정에 적합하지 못한 문제점이 있다.
그러나, 이러한 질화막 제거를 위한 습식 식각 공정에서 인산을 이용하는 경우, 질화막과 산화막의 식각 선택비 저하로 인하여 질화막뿐 아니라 SOD 산화막까지 식각되어 유효 산화막 높이(Effective Field Oxide Height, EFH)를 조절하는 것이 어려워진다. 이에 따라 질화막 제거를 위한 충분한 습식 식각 시간을 확보할 수 없거나, 추가적인 공정을 필요로 하게 되며, 변화를 유발하여 소자 특성에 악영항을 미치게 된다.
따라서, 반도체 제조 공정에서 산화막에 대하여 질화막을 선택적으로 식각하면서도 파티클 발생과 같은 문제점을 갖지 않는 고선택비의 식각 조성물이 요구되는 실정이다.
한편, 종래 식각 조성물에 첨가되는 첨가제인 실란계 첨가제는 용해도가 낮아 적정 용해도가 확보되지 않고, 이로 인해 식각 조성물 내에서 파티클의 석출 및 기판의 이상성장을 야기하는 문제가 있었다. 이러한 파티클은 실리콘 기판에 잔류하여 기판상에 구현되는 소자의 불량을 야기하거나 식각 또는 세정 공정에 사용되는 장비에 잔류하여 장비 고장을 야기하는 문제가 있다.
나아가 식각액의 장기 보관 시 질화막과 실리콘 산화막의 식각 속도가 변화하게 되어 선택도가 변화될 수 있다.
본 발명은 산화막의 식각율을 최소화하면서 질화막을 선택적으로 제거할 수 있으며, 소자 특성에 악영향을 미치는 파티클 발생 등의 문제점을 갖지 않는 고선택비의 식각 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 저장안정성이 우수한 식각 조성물을 제공하고자 하는데 또 다른 목적이 있다.
나아가, 상기 식각 조성물을 이용한 절연막의 식각방법 및 반도체 소자의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 식각액 조성물을 제공하고자 하는 것으로서, 본 발명의 일 구현예에 따른 식각액 조성물은 인산, Si 원자를 하나 이상 포함하는 실란 화합물 및 다음 화학식 1로 표시되는 암모늄염을 포함한다.
Figure pat00001
(1)
여기서, L1 내지 L3는 독립적으로 치환 또는 비치환된 하이드로카빌렌이고, R1 내지 R4는 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 하이드로카빌이고, Xn -는 n가 음이온이며, n은 1 내지 3의 정수이다.
상기 X는 할로겐, C1-C10 카르복실레이트, 토실레이트, 설페이트, 메실레이트, 비설페이트, 카보네이트, 비카보네이트, 포스페이트, 하이드로겐 포스페이트, 디하이드로겐 포스페이트 및 니트레이트로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
상기 L1 내지 L3는 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1-C5알킬렌일 수 있으며, 모두 동일한 것이 보다 바람직하고, 예를 들어, 상기 L1 내지 L3는 -CH2CH2- 또는 -CH2CH(CH3)-일 수 있다.
상기 하이드로카빌은 치환 또는 비치환된 C1-C20알킬 또는 치환 또는 비치환된 C6-C20아릴일 수 있다.
예를 들어, 상기 R1 내지 R3는 수소이고, R4는 수소 또는 C1-C20알킬일 수 있고, 보다 구체적으로, 상기 R4는 수소 또는 -CH3일 수 있다.
상기 화학식 1은 다음 (1) 내지 (14)의 구조에서 선택되는 것일 수 있다.
Figure pat00002
,
Figure pat00003
,
Figure pat00004
,
Figure pat00005
,
Figure pat00006
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Figure pat00007
,
Figure pat00008
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Figure pat00009
,
Figure pat00010
Figure pat00011
,
Figure pat00012
,
Figure pat00013
,
Figure pat00014
,
Figure pat00015
(OAc는 아세테이트를 나타내며, OTs는 토실레이트를 나타내고, OMs는 메실레이트를 나타낸다.)
상기 실란 화합물은 화학식 2로 표시되는 것일 수 있다.
Figure pat00016
(2)
상기 화학식 2에서, R51 내지 R54는 서로 독립적으로 수소, 하이드로카빌, 헤테로하이드로카빌이고, R51 내지 R54는 각각 존재하거나 또는 2개 이상이 헤테로 원소를 통해 서로 연결된 고리형태이다.
상기한 각 구현예의 식각액 조성물은 인산 70 내지 95중량%, 실란화합물 0.001 내지 5중량%, 화학식 1로 표시되는 암모늄염 0.001 내지 10중량%를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은 상기한 식각액 조성물을 이용한 절연막의 식각 방법을 제공하며, 또한, 상기 절연막의 식각 방법을 포함하는 반도체 소자의 제조방법을 또한 제공한다.
본 발명에 따른 식각 조성물은 산화막에 대한 질화막의 식각 선택비가 높다.
또한, 본 발명의 식각 조성물을 이용하면 질화막 제거 시에 산화막의 막질 손상이나 산화막의 식각으로 인한 전기적 특성 저하를 방지하고, 파티클 발생을 방지하여, 소자 특성을 향상시킬 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 절연막의 식각방법을 예시한 공정 단면도이다.
본 발명은 식각 조성물, 특히 산화막의 식각율을 최소화하면서 질화막을 선택적으로 제거할 수 있는 고선택비를 가지며, 또한, 저장안정성이 우수한 식각 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명의 식각 조성물은 인산을 포함한다. 상기 인산은 실리콘 질화물과 반응하여 질화물을 식각하는 것으로서, 상기 인산은 하기 반응식 (1)과 같이 반응하여 실리콘 질화물을 식각한다.
3Si3N4 + 27H2O + 4H3PO4 → 4(NH4)3PO4 + 9SiO2H2O (1)
본 발명의 식각 조성물은 다음의 화학식 1로 표시되는 암모늄염을 포함한다.
Figure pat00017
상기 화학식 1에서, L1 내지 L3는 독립적으로 치환 또는 비치환된 하이드로카빌렌이다. 상기 L1 내지 L3는 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1-C5알킬렌, 예를 들어, -CH2CH2-, -CH2CH(CH3)-일 수 있다. 상기 L1 내지 L3는 서로 상이할 수 있음은 물론, 모두 동일한 것일 수 있다.
상기 화학식 1에서, R1 내지 R4는 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 하이드로카빌이다. 상기 하이드로카빌은 치환 또는 비치환된 C1-C20알킬 또는 치환 또는 비치환된 C6-C20아릴일 수 있다. 상기 R1 내지 R4는 서로 상이할 수 있음은 물론, 2 이상이 동일한 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 R1 내지 R3는 수소이고, R4는 수소 또는 -CH3와 같은 치환 또는 비치환된 C1-C20알킬일 수 있다.
상기 화학식 1에서 Xn -는 n가의 음이온으로서, 바람직하게는 n이 1 내지 3 중 어느 하나의 정수인 음이온일 수 있다. 예를 들면, 상기 X는 F, Cl, Br, I 등의 할로겐 원소일 수 있으며, 아세테이트와 같은 C1-C10 카르복실레이트, 토실레이트, 설페이트, 메실레이트, 비설페이트, 카보네이트, 비카보네이트, 포스페이트, 하이드로겐 포스페이트, 디하이드로겐 포스페이트 및 니트레이트로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것일 수 있다.
본 발명에서 제공하는 암모늄염은 실란화합물에 대하여 구조적 안정성을 제공하여, 실란화합물의 분해 또는 이상 성장과 같은 현상의 발생을 억제하여 식각조성물의 파티클 생성을 억제하며, 실리콘 산화물에 대한 식각 억제 역할을 유지할 수 있도록 한다.
본 발명의 식각 조성물에 포함되는 암모늄염은 상기 화학식 1로 표시되는 것이라면 어느 하나를 단독으로 사용할 수 있음은 물론, 2 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 암모늄염을 예로 들면, 다음과 같은 식 (1) 내지 (14)의 암모늄염을 들 수 있다.
Figure pat00018
,
Figure pat00019
,
Figure pat00020
,
Figure pat00021
,
Figure pat00022
,
Figure pat00023
,
Figure pat00024
,
Figure pat00025
,
Figure pat00026
Figure pat00027
,
Figure pat00028
,
Figure pat00029
,
Figure pat00030
,
Figure pat00031
(OAc는 아세테이트를 나타내며, OTs는 토실레이트를 나타내고, OMs는 메실레이트를 나타낸다.)
상기 화학식 1의 암모늄염은 식각 조성물의 파티클 생성을 방지할 수 있으며, 전체 중량에 대해 0.001 내지 10중량%의 함량으로 첨가할 수 있다. 0.001중량% 미만으로 첨가하면 파티클 생성 억제효과가 미미하며, 10중량%를 초과하여 첨가하면 암모늄염이 파티클 생성을 가속화시킬 수 있다.
상기 화학식 1의 암모늄염은 예를 들어, 0.001 내지 5중량%, 0.001 내지 3중량%, 0.001 내지 2중량%, 0.001 내지 1중량%, 0.005 내지 5중량%, 0.005 내지 3중량%, 0.005 내지 2중량%, 0.005 내지 1중량%, 0.01 내지 5중량%, 0.01 내지 3중량%, 0.01 내지 2중량%, 0.01 내지 1중량%, 0.05 내지 5중량%, 0.05 내지 3중량%, 0.05 내지 2중량%, 0.05 내지 1중량%, 0.1 내지 5중량%, 0.1 내지 3중량%, 0.1 내지 2중량%, 0.1 내지 1중량%, 0.5 내지 5중량%, 0.5 내지 3중량%, 0.5 내지 2중량%, 0.5 내지 1중량%의 함량일 수 있다.
본 발명의 식각 조성물은 실란화합물을 포함한다. 본 발명에 있어서 실란화합물은 Si 원자를 하나 이상 포함하는 실란화합물이라면 적합하게 사용될 수 있으며, 보다 바람직하게는 다음의 화학식 2로 표시되는 실란화합물일 수 있다.
Figure pat00032
상기 화학식 2에서, R51 내지 R54는 서로 독립적으로 수소, C1-C20하이드로카빌과 같은 치환 또는 비치환된 하이드로카빌 또는 C1-C20헤테로하이드로카빌과 같은 치환 또는 비치환된 헤테로하이드로카빌일 수 있다. 상기 R51 내지 R54는 각각 존재하거나 또는 2개 이상이 헤테로 원소를 통해 서로 연결된 고리형태일 수 있다. 예를 들어, 수소, 치환 또는 비치환된 C1-C20알킬 또는 치환 또는 비치환된 C1-C20헤테로알킬 등일 수 있으며, 이때, 상기 헤테로 원소는 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면, N, S, O, P 등일 수 있다.
상기 화학식 2로 표시되는 실란화합물은 전체 식각 조성물 중량에 대하여 0.005 내지 1중량%의 함량으로 포함할 수 있다.
나아가, 본 발명의 식각 조성물은 화학식 1로 표시되는 암모늄염 이외의 암모늄염을 추가로 포함할 수 있다.
상기 암모늄염으로는 암모늄 이온을 갖는 화합물로서, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적으로 사용되는 것을 본 발명에서도 적합하게 사용할 수 있다. 이러한 암모늄염으로는 이에 한정하는 것은 아니지만, 예를 들어, 암모니아수, 암모늄클로라이드, 암모늄 아세트산, 암모늄인산염, 암모늄과옥시이황산염, 암모늄황산염, 암모늄불산염 등을 들 수 있으며, 이들 중 어느 하나를 단독으로 사용할 수 있음은 물론, 2 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다.
나아가, 본 발명의 식각 조성물은 식각 성능을 더욱 향상시키기 위해, 본 기술분야에서 통상적으로 사용되는 임의의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 첨가제로는 계면활성제, 금속이온 봉쇄제, 부식방지제 등을 들 수 있다.
본 발명의 식각 조성물은 산화막과 질화막을 포함하는 반도체 소자로부터 질화막을 선택적으로 식각 제거하기 위해 사용되는 것으로서, 상기 질화막은 실리콘 질화막, 예컨대, SiN 막, SiON 막 등을 포함할 수 있다.
또한, 산화막은 실리콘 산화막, 예컨대 SOD(Spin On Dielectric)막, HDP(High Density Plasma)막, 열산화(thermal oxide)막, BPSG(Borophosphate Silicate Glass)막, PSG(Phospho Silicate Glass)막, BSG(Boro Silicate Glass)막, PSZ(Polysilazane)막, FSG(Fluorinated Silicate Glass)막, LPTEOS(Low Pressure Tetra Ethyl Ortho Silicate)막, PETEOS(Plasma Enhanced Tetra Ethyl Ortho Silicate)막, HTO(High Temperature Oxide)막, MTO(Medium Temperature Oxide)막, USG(Undopped Silicate Glass)막, SOG(Spin On Glass)막, APL(Advanced Planarization Layer)막, ALD(Atomic Layer Deposition)막, PE-산화막(Plasma Enhanced oxide), O3-TEOS(O3-Tetra Ethyl Ortho Silicate)막 및 그 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 일 이상의 막일 수 있다.
본 발명의 식각 조성물을 이용하는 식각 공정은 습식 식각 방법, 예컨대 침지시키는 방법, 분사하는 방법 등에 의하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 식각 조성물을 사용하는 식각공정의 예를 도 1 및 도 2에 개략적으로 나타내었다. 도 1 및 도 2는, 일례로, 플래시 메모리 소자의 소자 분리 공정을 나타내는 공정 단면도이다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(10) 상에 터널산화막(11), 폴리실리콘막(12), 버퍼산화막(13) 및 패드질화막(14)을 차례로 형성한 후, 폴리실리콘막(12), 버퍼산화막(13) 및 패드질화막(14)을 선택적으로 식각하여 트렌치를 형성한다. 이어서, 트렌치를 갭필할 때까지 SOD 산화막(15)을 형성한 후, 패드질화막(14)을 연마정지막으로 하여 SOD 산화막(15)에 대해 CMP 공정을 실시한다.
다음으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 인산 용액을 이용한 습식 식각에 의하여 패드질화막(14)을 제거한 후, 세정 공정에 의하여 버퍼산화막(13)을 제거한다. 이로써, 필드 영역에 소자분리막(15A)이 형성된다.
식각 공정시 공정 온도는 50 내지 300℃의 범위, 바람직하게는 100 내지 200℃의 범위, 보다 바람직하게는 156 내지 163℃의 범위일 수 있으며, 적정 온도는 다른 공정과 기타 요인을 고려하여 필요에 따라 변경될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 식각 조성물을 이용하여 수행되는 식각 공정을 포함하는 반도체 소자의 제조방법에 따르면, 질화막과 산화막이 교대로 적층되거나 혼재되어 있는 경우 질화막에 대한 선택적 식각이 가능하다. 또한, 종래 식각 공정에서 문제가 되었던 파티클 발생을 방지하여 공정의 안정성 및 신뢰성을 확보할 수 있다.
따라서, 이러한 방법은 반도체 소자 제조공정에 있어서 산화막에 대하여 질화막의 선택적 식각이 필요한 여러 과정에 효율적으로 적용될 수 있다.
실시예
이하, 본 발명을 실시예를 들어 보다 구체적으로 설명한다. 이하의 실시예는 본 발명의 일 예에 대한 것으로서, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
[합성예 1]
트리에탄올아민 10g을 100ml의 둥근바닥 플라스크에 투입하고, 에탄올 30ml를 투입한 후 교반하였다.
N2 조건을 유지하면서 0℃로 냉각한 후 아세트산 4.1g을 서서히 투입하였다. 플라스크 외부 온도를 90℃까지 승온한 후 24시간 환류 반응하였다.
외부온도를 40℃로 냉각하고 감압 증류하여 에탄올을 모두 제거한 후, 12시간 동안 추가 진공 건조하여 아래 식 (1)의 암모늄염 첨가제 1을 얻었다.
Figure pat00033
(1)
1H-NMR (DMSO-d6): 5.00 (broad, 4H), 3.71 (t, 6H), 2.67 (t, 6H), 1.98 (s, 3H)
[합성예 2]
트리에탄올아민 10g을 100ml의 둥근바닥 플라스크에 투입하고, 아세토니트릴 30ml를 투입한 후 교반하였다.
N2 조건을 유지하면서 0℃로 냉각한 후 디메틸설페이트 4.3g을 서서히 투입하였다. 플라스크 외부 온도를 90℃까지 승온한 후 60시간 환류 반응하였다.
외부온도를 25℃로 냉각하고 아세토니트릴 층을 제거한 후, 아세토니트릴 30ml을 다시 플라스크에 투입하여 세정 제거하였다.
12시간 추가 진공 건조하여 아래 식 (2)의 암모늄염 첨가제 2를 얻었다.
Figure pat00034
(2)
1H-NMR (DMSO-d6): 4.78 (broad, 3H), 3.81 (m, 6H), 3.49 (t, 6H), 3.12 (s, 3H)
[합성예 3]
트리이소프로판올아민 5g을 100ml의 둥근바닥 플라스크에 투입하고, 에탄올 30ml를 투입한 후 교반하였다.
0℃로 냉각한 후 70% 질산 1.65ml를 서서히 투입하였다. 플라스크 외부 온도를 90℃까지 승온한 후 20시간 환류 반응하였다.
외부온도를 50℃로 냉각하고 감압 증류하여 에탄올을 제거하였다. 농축 잔사에 톨루엔 50ml를 투입하고 다시 감압 증류한 후 24시간 추가 진공 건조하여 아래 식 (3)의 암모늄염 첨가제 3을 얻었다.
Figure pat00035
(3)
1H-NMR (DMSO-d6): 4.94 (broad, 4H), 3.78 (m, 3H), 2.61 (m, 6H), 1.31 (m, 9H)
[합성예 4]
트리이소프로판올아민 10g을 100ml 둥근바닥 플라스크에 투입하고, 에탄올 30ml를 투입한 후 교반하였다.
0℃로 냉각한 후 메틸 p-톨루엔설포네이트 9.7g을 서서히 투입하였다. 플라스크 외부 온도를 90℃까지 승온한 후 24시간 환류 반응하였다.
외부온도를 50℃로 냉각하고 감압 증류하여 에탄올을 제거하였다. 농축 잔사에 아세톤 50ml를 투입하고 세정한 후, 다시 감압 증류하고, 24시간 추가 진공 건조하여 아래 식 (4)의 암모늄염 첨가제 4를 얻었다.
Figure pat00036
(4)
1H-NMR (DMSO-d6): 7.48 (d, 2H), 7.12 (d, 2H), 5.05 (broad, 3H), 3.69 (m, 3H), 2.59 (m, 6H), 2.28 (s, 3H), 1.42 (m, 9H).
실시예 1
반도체 웨이퍼 위에 500Å(옹스트롱)의 두께로 증착된 실리콘 산화막(SiOx)과 5000Å 두께의 실리콘 질화막(SiN)이 형성된 기판을 준비하였다.
표 1에 나타낸 것과 같이, 85% 인산 99.4중량%에 3-아미노프로필실란트리올 0.5중량%, 암모늄 첨가제 1 0.1중량%를 첨가하여 100중량%가 되도록 혼합하여 식각 조성물을 제조하였다.
실시예 2 내지 5
암모늄 첨가제 2 내지 5를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 식각 조성물을 각각 제조하였다.
비교예 1
암모늄 첨가제를 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 식각 조성물을 제조하였다.
비교예 2
암모늄 첨가제로 (NH4)OAc(암모늄 아세테이트)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 식각 조성물을 제조하였다.
<식각 조성물의 제조 및 선택비 측정>
실시예 1 내지 4 및 비교예 1에서 얻어진 각각의 식각 조성물을 둥근 플라스크에 넣고 60분간 가열하여 158℃로 상승시킨 뒤, 상기 실리콘 웨이퍼를 침지하여 720초, 6000초 침지시켜 식각공정을 수행하였다.
패턴이 형성된 실리콘 웨이퍼 표면을 선택적으로 식각한 후, 실리콘 산화막과 질화막의 식각 전/후 막질의 두께를 박막 두께 측정 장비(NANO VIEW, SEMG-1000)인 엘립소미트리를 이용하여 측정하고, 이로부터 실리콘 산화막의 식각속도(SiN E/R, Å)와 질화막의 식각속도(SiN E/R, Å) 및 선택비를 계산하였다. 그 결과를 표 1에 나타내었다.
선택비는 산화막 식각 속도에 대한 질화막 식각 속도의 비를 나타내며, 초기값과 식각 처리 후의 막 두께의 차이를 식각 시간(분)으로 나누어 산출한 값이다.
조성(중량%) 암모늄염
첨가제의
No./함량		 공정온도
(℃)		 SiN E/R
(Å)		 SiO E/R
(Å)		 선택비
85%
인산		 3-아미노프로필
실란트리올
비교예 1 99.5 0.5wt% - 158 68.3 0.32 213
비교예 2 99.4 0.5wt% (NH4)OAc/0.1wt% 158 72.7 0.21 346
실시예 1 99.4 0.5wt% 1/0.1wt% 158 87.9 0.12 733
실시예 2 99.4 0.5wt% 2/0.1wt% 158 87.3 0.11 794
실시예 3 99.4 0.5wt% 3/0.1wt% 158 85.6 0.09 951
실시예 4 99.4 0.5wt% 4/0.1wt% 158 91.3 0.15 609
표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 식각 조성물의 첨가제로서 암모늄염 첨가제 1 내지 4를 첨가한 식각 조성물에 적용하였을 때, 비교예 1에 비하여 식각 선택비가 현저하게 높게 나타남을 알 수 있다. 또한, 실리콘 질화막의 식각 속도(SiN E/R)의 면에서도, 비교예 1의 식각 조성물에 비해 현저히 우수한 효과를 나타내어 실리콘 질화막의 식각 공정에 최적화된 식각 조성물을 제공할 수 있음을 확인하였다. 이러한 결과로부터 본 발명에서 제안하는 암모늄염을 첨가제로 사용하는 경우, 활성 실리콘계 구조 안정성이 향상되는 결과를 확인할 수 있으며, 따라서, 실리콘 질화막의 식각 속도, 식각 선택비 및 식각 안정성을 향상시켜 식각 공정 효율을 향상시킬 수 있는 식각 조성물을 제공할 수 있음을 확인하였다.
식각 조성물의 경시변화 확인
상기 비교예 1과 실시예 1의 식각 조성물을 약 70℃에서 일정 기간 동안 보관한 후, 상기 식각 조성물을 매 7일마다 동일한 조건으로 다시 식각 테스트를 진행하였고, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
구분 보관 기간 SiN E/R(Å/min) SiO E/R(Å/min) 선택비
비교예 1 - 68.3 0.32 213
7일 66.7 0.35 191
14일 65.1 0.36 181
21일 61.3 0.39 157
실시예 1 - 87.9 0.12 733
7일 87.2 0.12 727
14일 86.6 0.12 722
21일 86.5 0.12 721
상기 표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 21일이 지난 후 비교예 1의 상기 식각 조성물은 식각 속도(SiN E/R, SiO E/R)와 선택비가 크게 감소하는 결과를 보였다. 그러나, 암모늄염 첨가제 1을 첨가한 실시예 1의 상기 식각 조성물은 식각 속도(SiN E/R, SiO E/R)와 선택비가 거의 변하지 않는 결과가 나타남을 알 수 있다. 이러한 결과로부터, 본 발명의 일 예에 따른 식각 조성물은 식각 속도 및 선택비가 우수함은 물론, 보관 안정성이 우수하여 장기 보관시에도 우수한 식각 특성을 유지할 수 있음을 알 수 있다.
이러한 결과는 암모늄염 첨가제 1의 구조적 안정성 효과로 3-아미노프로필실란트리올 간의 분해 또는 이상 성장과 같은 현상의 발생이 없이 SiO에 대한 식각 억제 역할을 유지할 수 있을 것으로 보여진다.

Claims (13)

  1. 인산, Si 원자를 하나 이상 포함하는 실란 화합물 및 다음 화학식 1로 표시되는 암모늄염을 포함하는 식각 조성물:
    Figure pat00037
    (1)
    여기서, L1 내지 L3는 독립적으로 치환 또는 비치환된 하이드로카빌렌이고,
    R1 내지 R4는 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 하이드로카빌이고,
    Xn -는 n가 음이온이며, n은 1 내지 3의 정수이다.
  2. 제1항에 있어서, 상기 X는 할로겐, C1-C10 카르복실레이트, 토실레이트, 설페이트, 메실레이트, 비설페이트, 카보네이트, 비카보네이트, 포스페이트, 하이드로겐 포스페이트, 디하이드로겐 포스페이트 및 니트레이트로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나인 식각 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 L1 내지 L3는 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1-C5알킬렌인 식각 조성물.
  4. 제3항에 있어서, 상기 L1 내지 L3는 모두 동일한 것인 식각 조성물.
  5. 제4항에 있어서, 상기 L1 내지 L3는 -CH2CH2- 또는 -CH2CH(CH3)-인 식각 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 하이드로카빌은 치환 또는 비치환된 C1-C20알킬 또는 치환 또는 비치환된 C6-C20아릴인 식각액 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 R1 내지 R3는 수소이고, R4는 수소 또는 C1-C20알킬인 식각 조성물.
  8. 제7항에 있어서, 상기 R4는 수소 또는 -CH3인 식각 조성물.
  9. 제8항에 있어서, 상기 화학식 1은 다음 (1) 내지 (14)의 구조에서 선택되는 것인 식각 조성물.
    Figure pat00038
    ,
    Figure pat00039
    ,
    Figure pat00040
    ,
    Figure pat00041
    ,
    Figure pat00042
    ,
    Figure pat00043
    ,
    Figure pat00044
    ,
    Figure pat00045
    ,
    Figure pat00046
    Figure pat00047
    ,
    Figure pat00048
    ,
    Figure pat00049
    ,
    Figure pat00050
    ,
    Figure pat00051

    (OAc는 아세테이트를 나타내며, OTs는 토실레이트를 나타내고, OMs는 메실레이트를 나타낸다.)
  10. 제1항에 있어서, 상기 실란 화합물은 화학식 2로 표시되는 것인 식각액 조성물:
    Figure pat00052
    (2)
    상기 화학식 2에서, R51 내지 R54는 서로 독립적으로 수소, 하이드로카빌, 헤테로하이드로카빌이고, R51 내지 R54는 각각 존재하거나 또는 2개 이상이 헤테로 원소를 통해 서로 연결된 고리형태이다.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 인산 70 내지 95중량%, 실란화합물 0.001 내지 5중량%, 화학식 1로 표시되는 암모늄염 0.001 내지 10중량%를 포함하는 것인 식각액 조성물.
  12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 식각액 조성물을 이용한 절연막의 식각 방법.
  13. 기판 상에 터널산화막, 폴리실리콘막, 버퍼산화막 및 패드질화막을 순차적으로 형성하는 단계,
    상기 폴리실리콘막, 상기 버퍼산화막 및 상기 패드질화막을 선택적으로 식각하여 트렌치를 형성하는 단계,
    SOD 산화막을 형성하여 상기 트렌치를 갭 충전(gap-fill)하는 단계,
    상기 패드질화막을 연마정지막으로 하여 상기 SOD 산화막에 대해 화학적 기계 연마(CMP) 공정을 실시하는 단계,
    제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 식각액 조성물을 이용한 습식 식각에 의하여 상기 패드질화막을 제거하는 단계, 및
    상기 버퍼산화막을 제거하는 단계
    를 포함하는 반도체 소자의 제조방법.
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