CN103184113A - 二氧化硅去除溶液及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种二氧化硅去除溶液及其制备方法和应用。所述二氧化硅去除溶液以质量百分比计含有24.0％～40.0％醋酸、3.4％～7.3％氢氟酸、16.0％～27.0％氟化铵，余量为水。本发明的二氧化硅去除溶液具有良好的选择性，即能够完全去除铝层表面的二氧化硅层以及铝层之间的二氧化硅层，而对铝层基本无腐蚀，所以能够最大程度地保持原有铝层的形貌。并且，利用本发明的二氧化硅去除溶液去除二氧化硅层时，操作简单且工艺成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种二氧化硅去除溶液及其制备方法和应用，特别涉及去除半导体芯片中覆盖铝层的钝化层中的二氧化硅层以及铝层之间的二氧化硅层的二氧化硅去除溶液及其制备方法和应用。
背景技术
半导体芯片通常依次由硅衬底、多晶硅层、介质层、金属层和钝化层构成，其中，介质层通常为二氧化硅层，金属层通常由铝构成，钝化层通常由下层的二氧化硅层和上层的氮化硅层构成。铝层在半导体芯片中发挥电路连接作用，并且铝层结构的观察对于监控半导体芯片的生产、失效分析、产品开发、反向设计尤为重要。目前，为了观察铝层结构，主要是应用等离子体刻蚀技术去除铝层上方的钝化层以及铝层之间的二氧化硅层。由于钝化层分为两层，即，上方的氮化硅层和下方的二氧化硅层，所以需要进行两步等离子刻蚀分别去除钝化层中的氮化硅层以及钝化层中的二氧化硅层和铝层之间的二氧化硅层，由此暴露铝层形貌。应用等离子体刻蚀技术去除钝化层，虽然残留下来的铝层表面干净，但同时存在着设备成本高昂，配套设施较多，效率低下，操作复杂等缺点。
发明内容
本发明鉴于上述情况，提供一种二氧化硅去除溶液，其能够通过简单的操作且以低成本去除半导体芯片中覆盖铝层的二氧化硅层以及铝层之间的二氧化硅层，从而清晰、完整地暴露出铝层形貌。具体方案如下。
一种二氧化硅去除溶液，以质量百分比计，含有24.0％～40.0％醋酸、3.4％～7.3％氢氟酸、16.0％～27.0％氟化铵，余量为水。优选含有31.9％～40.0％醋酸、3.4％～4.5％氢氟酸、23.6％～27.0％氟化铵。更优选含有31.9％醋酸、4.3％氢氟酸、23.6％氟化铵。如果氢氟酸含量高于7.3％，则降低本发明的二氧化硅去除溶液的选择性，从而在去除二氧化硅的同时，还部分腐蚀了铝层，导致铝条上方的二氧化硅层还未完全去除时，就已经损坏了铝层的完整性。如果氢氟酸含量低于3.4％，则去除效率降低，容易导致二氧化硅去除不完全。如果醋酸含量低于24.0％，醋酸对二氧化硅去除速率的调整效果不明显，导致难以控制二氧化硅去除程度。如果醋酸含量高于40.0％，则去除效率降低，容易导致二氧化硅去除不完全。本发明中的氟化铵可以在去除溶液中不断提供氟离子，已持续去除工艺，且具有调整去除速率的效果。如果氟化铵的含量低于16.0％，则持续去除工艺和调整去除速率的效果不明显，导致难以控制去除速度。如果含量高于27.0％，则有可能降低去除效率，导致生产率降低。
本发明的二氧化硅去除溶液可以通过混合醋酸、氢氟酸、氟化铵而制备得到。只要能够制备得到所需要的二氧化硅去除溶液，可以使用任一浓度的醋酸或冰醋酸，优选市售的醋酸或冰醋酸。同理，可以使用任一浓度的氢氟酸，优选市售的氢氟酸。氟化铵可以为任一浓度的氟化铵溶液或氟化铵固体。例如可以通过混合质量百分比浓度为99％的醋酸、质量百分比浓度为49％的氢氟酸、质量百分比浓度为40％的氟化铵溶液来制备所述二氧化硅去除溶液。
本发明还涉及二氧化硅去除溶液在半导体芯片中的应用。
在应用本发明的二氧化硅去除溶液去除二氧化硅层时，优选将所述半导体芯片在所述二氧化硅去除溶液中浸泡，优选浸泡6～8分钟，以去除所述半导体芯片中覆盖铝层的钝化层中的二氧化硅层以及铝层之间的二氧化硅层，从而清晰且完整地暴露铝层形貌。在去除二氧化硅层前，可以利用现有技术去除钝化层中的氮化硅层。如果将半导体芯片在二氧化硅去除溶液中浸泡时间过长，则连接铝层和衬底的二氧化硅层也被部分去除，导致部分铝条发生偏移。如果浸泡时间过短，则导致不能完全去除覆盖铝层的钝化层中的二氧化硅层以及铝层之间的二氧化硅层，从而无法获得清晰、完整的铝层形貌，也就无法进行准确的分析和判断。
本发明的二氧化硅去除溶液具有良好的选择性，即能够完全去除覆盖铝层的钝化层中的二氧化硅层以及铝层之间的二氧化硅层，而对铝层基本无腐蚀，所以能够最大程度地保持原有铝层的形貌，进而能够准确地进行分析和判断。并且，利用本发明的二氧化硅去除溶液去除二氧化硅层时，操作简单，工艺成本低。
附图说明
图1是表示去除氮化硅层前半导体芯片的剖视图；
图2是表示去除了氮化硅层后半导体芯片的剖视图；
图3是表示使用实施例1中的二氧化硅去除溶液去除了二氧化硅层后半导体芯片的剖视图；
图4是表示使用实施例1中的二氧化硅去除溶液去除了二氧化硅层后半导体芯片的俯视图；
图5是表示使用实施例2中的二氧化硅去除溶液去除了二氧化硅层后半导体芯片的俯视图；
图6是表示使用实施例3中的二氧化硅去除溶液去除了二氧化硅层后半导体芯片的俯视图；
图7是表示使用比较例1中的二氧化硅去除溶液去除了二氧化硅层后半导体芯片的剖视图。
具体实施方式
以下利用具体实施例来说明本发明，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
二氧化硅去除溶液的制备
室温下将质量百分比浓度为99％的醋酸、质量百分比浓度为49％的氢氟酸、质量百分比浓度为40％的氟化铵溶液按照体积比4∶1∶7进行混合，得二氧化硅去除溶液1，其中，以质量百分比计，含有醋酸31.9％，氢氟酸4.3％，氟化铵23.6％。
二氧化硅层的去除
首先利用现有技术中记载的方法去除如图1所示的半导体芯片中覆盖铝层3的钝化层中的氮化硅层1。例如，将半导体芯片浸泡在质量百分比浓度为70％～86％的磷酸中，加热至170℃左右，约10分钟后即可去除氮化硅层1。如图2所示，去除了氮化硅层的半导体芯片暴露出钝化层中的二氧化硅层2。
然后将上述去除了氮化硅层的半导体芯片浸泡在实施例1中制备的二氧化硅去除溶液1中，每隔2分钟取出观察二氧化硅层去除情况，在6分钟左右二氧化硅层完全去除。此时半导体芯片的铝层形貌如图4所示。
由图3可以看出，在二氧化硅去除溶液1中浸泡后的半导体芯片已经去除了钝化层中的二氧化硅层2和铝层3之间的二氧化硅层2，并且由图4可以看出二氧化硅去除完全，铝层形貌清晰、完整，未发生断条、脱落等。
实施例2
二氧化硅去除溶液的制备
室温下将质量百分比浓度为99％的醋酸、质量百分比浓度为49％的氢氟酸、质量百分比浓度为40％的氟化铵溶液进行混合，得二氧化硅去除溶液2，其中，以质量百分比计，含有醋酸31.9％，氢氟酸3.4％，氟化铵23.6％。
二氧化硅层的去除
除了使用上述二氧化硅去除溶液2以外，与实施例1相同地进行操作。所得的铝层形貌如图5所示。由图5可以看出二氧化硅去除完全，铝层形貌清晰、完整，未发生断条、脱落等。
实施例3
二氧化硅去除溶液的制备
室温下将质量百分比浓度为99％的醋酸、质量百分比浓度为49％的氢氟酸、质量百分比浓度为40％的氟化铵溶液进行混合，得二氧化硅去除溶液3，其中，以质量百分比计，含有醋酸31.9％，氢氟酸4.5％，氟化铵27％。
二氧化硅层的去除
除了使用上述二氧化硅去除溶液3以外，与实施例1相同地进行操作。所得的铝层形貌如图6所示。由图6可以看出二氧化硅去除完全，铝层形貌清晰、完整，未发生断条、脱落等。
实施例4
二氧化硅去除溶液的制备
室温下将醋酸、氢氟酸、氟化铵溶液进行混合，得二氧化硅去除溶液4，其中，以质量百分比计，含有醋酸31.9％，氢氟酸3.4％，氟化铵16％。
二氧化硅层的去除
除了使用上述二氧化硅去除溶液4以外，与实施例1相同地进行操作。对所得的铝层形貌进行观察，发现二氧化硅去除完全，铝层形貌清晰、完整，且未发生断条、脱落等。
实施例5
二氧化硅去除溶液的制备
室温下将醋酸、氢氟酸、氟化铵溶液进行混合，得二氧化硅去除溶液5，其中，以质量百分比计，含有醋酸31.9％，氢氟酸7.3％，氟化铵27％。
二氧化硅层的去除
除了使用上述二氧化硅去除溶液5以外，与实施例1相同地进行操作。对所得的铝层形貌进行观察，发现二氧化硅去除完全，铝层形貌清晰、完整，且未发生断条、脱落等。
实施例6
二氧化硅去除溶液的制备
室温下将醋酸、氢氟酸、氟化铵溶液进行混合，得二氧化硅去除溶液6，其中，以质量百分比计，含有醋酸24％，氢氟酸7.3％，氟化铵27％。
二氧化硅层的去除
除了使用上述二氧化硅去除溶液6以外，与实施例1相同地进行操作。对所得的铝层形貌进行观察，发现二氧化硅去除完全，铝层形貌清晰、完整，且未发生断条、脱落等。
实施例7
二氧化硅去除溶液的制备
室温下将醋酸、氢氟酸、氟化铵溶液进行混合，得二氧化硅去除溶液7，其中，以质量百分比计，含有醋酸24％，氢氟酸3.4％，氟化铵16％。
二氧化硅层的去除
除了使用上述二氧化硅去除溶液7以外，与实施例1相同地进行操作。对所得的铝层形貌进行观察，发现二氧化硅去除完全，铝层形貌清晰、完整，且未发生断条、脱落等。
实施例8
二氧化硅去除溶液的制备
室温下将醋酸、氢氟酸、氟化铵溶液进行混合，得二氧化硅去除溶液8，其中，以质量百分比计，含有醋酸24％，氢氟酸4.5％，氟化铵27％。
二氧化硅层的去除
除了使用上述二氧化硅去除溶液8以外，与实施例1相同地进行操作。对所得的铝层形貌进行观察，发现二氧化硅去除完全，铝层形貌清晰、完整，且未发生断条、脱落等。
实施例9
二氧化硅去除溶液的制备
室温下将醋酸、氢氟酸、氟化铵溶液进行混合，得二氧化硅去除溶液9，其中，以质量百分比计，含有醋酸24％，氢氟酸3.4％，氟化铵27％。
二氧化硅层的去除
除了使用上述二氧化硅去除溶液9以外，与实施例1相同地进行操作。对所得的铝层形貌进行观察，发现二氧化硅去除完全，铝层形貌清晰、完整，且未发生断条、脱落等。
实施例10
二氧化硅去除溶液的制备
室温下将醋酸、氢氟酸、氟化铵溶液进行混合，得二氧化硅去除溶液10，其中，以质量百分比计，含有醋酸40％，氢氟酸3.4％，氟化铵16％。
二氧化硅层的去除
除了使用上述二氧化硅去除溶液10以外，与实施例1相同地进行操作。对所得的铝层形貌进行观察，发现二氧化硅去除完全，铝层形貌清晰、完整，且未发生断条、脱落等。
实施例11
二氧化硅去除溶液的制备
室温下将醋酸、氢氟酸、氟化铵溶液进行混合，得二氧化硅去除溶液11，其中，以质量百分比计，含有醋酸40％，氢氟酸7.3％，氟化铵27％。
二氧化硅层的去除
除了使用上述二氧化硅去除溶液11以外，与实施例1相同地进行操作。对所得的铝层形貌进行观察，发现二氧化硅去除完全，铝层形貌清晰、完整，且未发生断条、脱落等。
实施例12
二氧化硅去除溶液的制备
室温下将醋酸、氢氟酸、氟化铵溶液进行混合，得二氧化硅去除溶液12，其中，以质量百分比计，含有醋酸40％，氢氟酸4.3％，氟化铵23.6％。
二氧化硅层的去除
除了使用上述二氧化硅去除溶液12以外，与实施例1相同地进行操作。对所得的铝层形貌进行观察，发现二氧化硅去除完全，铝层形貌清晰、完整，且未发生断条、脱落等。
实施例13
二氧化硅去除溶液的制备
室温下将醋酸、氢氟酸、氟化铵溶液进行混合，得二氧化硅去除溶液13，其中，以质量百分比计，含有醋酸40％，氢氟酸7.3％，氟化铵16％。
二氧化硅层的去除
除了使用上述二氧化硅去除溶液13以外，与实施例1相同地进行操作。对所得的铝层形貌进行观察，发现二氧化硅去除完全，铝层形貌清晰、完整，且未发生断条、脱落等。
比较例1
二氧化硅去除溶液的制备
室温下将醋酸、氢氟酸、氟化铵溶液进行混合，得二氧化硅去除溶液14，其中，以质量百分比计，含有醋酸20％，氢氟酸10％，氟化铵15％。
二氧化硅层的去除
除了使用上述二氧化硅去除溶液14以外，与实施例1相同地进行操作。所得的铝层形貌如图7所示。由图7可以看出二氧化硅去除溶液14在去除二氧化硅的同时，还部分腐蚀了铝层，导致铝条上方的二氧化硅层还未完全去除时，就已经损坏了铝层形貌的完整性。因此，二氧化硅去除溶液4的去除选择性差。
比较例2
二氧化硅去除溶液的制备
室温下将醋酸、氢氟酸、氟化铵溶液进行混合，得二氧化硅去除溶液15，其中，以质量百分比计，含有醋酸20％，氢氟酸7.3％，氟化铵16％。
二氧化硅层的去除
除了使用上述二氧化硅去除溶液15以外，与实施例1相同地进行操作。对所得的铝层形貌进行观察，发现铝条上方的二氧化硅层还未完全去除时，就已经损坏了铝层形貌的完整性。
比较例3
二氧化硅去除溶液的制备
室温下将醋酸、氢氟酸、氟化铵溶液进行混合，得二氧化硅去除溶液16，其中，以质量百分比计，含有醋酸20％，氢氟酸3％，氟化铵27％。
二氧化硅层的去除
除了使用上述二氧化硅去除溶液16以外，与实施例1相同地进行操作。对所得的铝层形貌进行观察，发现二氧化硅去除不完全。
比较例4
二氧化硅去除溶液的制备
室温下将醋酸、氢氟酸、氟化铵溶液进行混合，得二氧化硅去除溶液17，其中，以质量百分比计，含有醋酸20％，氢氟酸3％，氟化铵15％。
二氧化硅层的去除
除了使用上述二氧化硅去除溶液17以外，与实施例1相同地进行操作。对所得的铝层形貌进行观察，发现二氧化硅去除不完全。
比较例5
二氧化硅去除溶液的制备
室温下将醋酸、氢氟酸、氟化铵溶液进行混合，得二氧化硅去除溶液18，其中，以质量百分比计，含有醋酸50％，氢氟酸7.3％，氟化铵27％。
二氧化硅层的去除
除了使用上述二氧化硅去除溶液18以外，与实施例1相同地进行操作。对所得的铝层形貌进行观察，发现二氧化硅去除不完全。
比较例6
二氧化硅去除溶液的制备
室温下将醋酸、氢氟酸、氟化铵溶液进行混合，得二氧化硅去除溶液19，其中，以质量百分比计，含有醋酸40％，氢氟酸7.3％，氟化铵40％。
二氧化硅层的去除
除了使用上述二氧化硅去除溶液19以外，与实施例1相同地进行操作。对所得的铝层形貌进行观察，发现二氧化硅去除不完全。
比较例7
二氧化硅去除溶液的制备
室温下将醋酸、氢氟酸、氟化铵溶液进行混合，得二氧化硅去除溶液20，其中，以质量百分比计，含有醋酸25％，氢氟酸7.3％，氟化铵10％。
二氧化硅层的去除
除了使用上述二氧化硅去除溶液20以外，与实施例1相同地进行操作。对所得的铝层形貌进行观察，发现连接铝层和衬底的二氧化硅层也被少部分去除，导致各别铝条发生偏移。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的构思和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种二氧化硅去除溶液，其特征在于，以质量百分比计，含有24.0％～40.0％醋酸、3.4％～7.3％氢氟酸、16.0％～27.0％氟化铵，余量为水。
2.根据权利要求1所述的二氧化硅去除溶液，其特征在于，含有31.9％～40.0％醋酸、3.4％～4.5％氢氟酸、23.6％～27.0％氟化铵。
3.根据权利要求2所述的二氧化硅去除溶液，其特征在于，含有31.9％醋酸、4.3％氢氟酸、23.6％氟化铵。
4.制备权利要求1所述的二氧化硅去除溶液的方法，其特征在于，通过混合醋酸、氢氟酸、氟化铵和水而制备所述的二氧化硅去除溶液。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过混合质量百分比浓度为99％的醋酸、质量百分比浓度为49％的氢氟酸、质量百分比浓度为40％的氟化铵溶液来制备所述的二氧化硅去除溶液。
6.权利要求1或2所述的二氧化硅去除溶液在半导体芯片中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，将所述半导体芯片在所述二氧化硅去除溶液中浸泡。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，将所述半导体芯片在所述二氧化硅去除溶液中浸泡6～8分钟。
9.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述二氧化硅去除溶液去除所述半导体芯片中覆盖铝层的钝化层中的二氧化硅层以及铝层之间的二氧化硅层。
10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，包括以下步骤：
(1)去除半导体芯片的钝化层中的氮化硅层；
(2)去除半导体芯片中覆盖铝层的钝化层中的二氧化硅层以及铝层之间的二氧化硅层。
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