CN104039925B - 蚀刻溶液组合物和使用该蚀刻溶液组合物的湿蚀刻方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种蚀刻溶液组合物。并且根据本发明的一个实施方案的蚀刻溶液组合物包括3～20重量百分比的氢氟酸，5～40重量百分比的硝酸，10～60重量百分比的醋酸，和2～20重量百分比的催化剂，其余为水。催化剂可以包括选自铵基化合物和磺酸基化合物中的至少一种的混合物。
Description
技术领域
本发明涉及一种蚀刻溶液组合物和使用该蚀刻溶液组合物的湿蚀刻方法。更具体地，下文的公开内容涉及一种蚀刻溶液组合物和使用该蚀刻溶液组合物的湿蚀刻方法，其能够在蚀刻半导体衬底时选择性地蚀刻高浓度掺杂层和低浓度掺杂层，并提高蚀刻速率。
背景技术
对于半导体器件来说，将金属线形成在衬底上，一般通过溅射等形成金属层的过程，在金属层上形成具有预定图形的光致抗蚀剂的过程，以及利用光致抗蚀剂作为接触掩膜进行蚀刻的蚀刻过程。其中，蚀刻过程通过等离子体等的干蚀刻以及采用蚀刻溶液的湿蚀刻进行。干蚀刻需要复杂的条件，例如高真空度等，并且成本太高，因此当存在适当的蚀刻溶液时湿蚀刻更为有利。
在相关技术中，氢氟酸缓冲溶液用作硅片等的蚀刻溶液，其中氢氟酸和氟化铵以适当的比例互相混合从而达到所期望的蚀刻速率。但是氢氟酸缓冲溶液可能导致过快的蚀刻，而且当暴露于氢氟酸缓冲溶液的时间较长时更多的金属会被腐蚀。
韩国专利公开号为2008-0106695，名称为“蚀刻溶液和使用该蚀刻溶液制造半导体器件的方法”的韩国专利公开了通过选择已注入不同剂量掺杂离子的掺杂区域中的一个并采用允许均匀蚀刻的蚀刻溶液制造半导体器件，但是此种半导体器件不具备期望程度的均匀表面。
发明内容
技术问题
本发明的目的是提供一种蚀刻溶液组合物和使用该蚀刻溶液组合物的湿蚀刻方法，其能够有效地蚀刻半导体衬底。
本发明的另一个目的是提供一种蚀刻溶液组合物和使用该蚀刻溶液组合物的湿蚀刻方法，其能够在蚀刻半导体衬底时选择性地蚀刻高浓度掺杂层和低浓度掺杂层，并提高蚀刻速率。
本发明的另一个目的是提供一种蚀刻溶液组合物和使用该蚀刻溶液组合物的湿蚀刻方法，其能够降低硅半导体衬底的表面的粗糙度。
技术方案
在一方面，提供一种用于半导体衬底的蚀刻溶液组合物，该蚀刻溶液组合物包括，3～20重量百分比(wt％)的氢氟酸，5～40重量百分比的硝酸，10～60重量百分比的醋酸，2～20重量百分比的催化剂，其余为水，其中催化剂为选自铵基化合物或磺酸基化合物中的任意一种、两种或多种。
该铵基化合物可以是选自苯甲酸铵、碳酸铵、醋酸铵、碘化铵、氯化铵、磷酸铵、磷酸氢二铵和磷酸三铵中的任意一种、两种或多种。
该磺酸基化合物可以是选自对甲苯磺酸、甲磺酸、十二烷基苯磺酸、硫酸、硫酸钠、硫酸钾、硫酸氢钠、硫酸氢钾、硫酸铁、硫酸苯胺、乙烷磺酸和三氟甲烷磺酸中的任意一种、两种或多种。
该蚀刻溶液组合物可用于蚀刻硅半导体衬底。
在另一总的方面，提供一种湿蚀刻半导体衬底的方法，该方法包括：制备蚀刻溶液组合物，其包括3～20重量百分比的氢氟酸，5～40重量百分比的硝酸，10～60重量百分比的醋酸，2～20重量百分比的催化剂，其余为水，并使用选自铵基化合物或磺酸基化合物中的任意一种、两种或多种作为催化剂；以及利用所制备的蚀刻溶液组合物蚀刻半导体衬底。
该铵基化合物可以是选自苯甲酸铵、碳酸铵、醋酸铵、碘化铵、氯化铵、磷酸铵、磷酸氢二铵和磷酸三铵中的任一种、两种或多种。
该磺酸基化合物可以是选自对甲苯磺酸、甲磺酸、十二烷基苯磺酸、硫酸、硫酸钠、硫酸钾、硫酸氢钠、硫酸氢钾、硫酸铁、硫酸苯胺、乙烷磺酸和三氟甲烷磺酸中的任一种、两种或多种。
蚀刻速率可以为1.5～4.5μm/min。
半导体衬底的蚀刻可在20～80℃进行1分钟到5分钟。
半导体衬底可以包括硅衬底。
有益效果
当利用根据本发明的蚀刻溶液组合物对硅衬底进行湿蚀刻时，半导体衬底的高浓度掺杂层能够以2～5μm/min(分钟)进行蚀刻，而对半导体衬底的低浓度掺杂层的蚀刻可以最小化，并能够获得均匀表面。
附图说明
图1是扫描电子显微镜(SEM)图像，其示出了具有掺杂浓度的掺杂层，即本发明中使用的在湿蚀刻前的硅半导体衬底；
图2是采用实施例5中制备的蚀刻溶液湿蚀刻后的硅半导体衬底的SEM图像；
图3是示出采用实施例5中制备的蚀刻溶液湿蚀刻后的硅半导体衬底的粗糙度的SEM图像；以及
图4是采用比较例2中制备的蚀刻溶液湿蚀刻后的硅半导体衬底的SEM图像。
具体实施方式
本发明涉及一种蚀刻溶液组合物和使用该蚀刻溶液组合物的湿蚀刻方法，其用于蚀刻半导体衬底，该半导体衬底可以包括硅衬底。更具体地，本发明涉及一种蚀刻溶液组合物和使用该蚀刻溶液组合物的湿蚀刻方法，其用于选择性地蚀刻硅半导体衬底的高浓度掺杂层和低浓度掺杂层。另外，本发明涉及一种蚀刻溶液组合物和使用该蚀刻溶液组合物的湿蚀刻方法，其能够降低硅半导体衬底的表面的粗糙度。
在下文中，将对本发明进行详细描述。
本发明中的蚀刻溶液组合物可包括，3～20重量百分比(wt％)的氢氟酸，5～40重量百分比的硝酸，10～60重量百分比的醋酸，2～20重量百分比的催化剂，并且其余为水。
在本发明中，在蚀刻以硅为主要成分的衬底时，氢氟酸用来提供与硅具有强亲和性的氟离子，可具有3～20重量百分比的含量。当氟的含量在上述含量范围时，这种浓度可优选于选择性蚀刻高浓度掺杂层。
在本发明中，硝酸用于活化氟，其可具有5～40重量百分比的含量。当硝酸的含量在上述范围时，氟更加活跃，从而选择性地蚀刻硅衬底的高浓度掺杂层，并同时降低半导体衬底的粗糙度。
在本发明中，醋酸抑制硝酸的分解并提高硅半导体衬底的湿润性，其可优选具有10～60重量百分比的含量。当醋酸的含量在上述范围时，可增加半导体衬底的湿润性，并保持半导体衬底的蚀刻特性。对于水，可优选使用去离子水，但本发明不限于此。水可优选地作为剩余部分包含在内，由此本发明蚀刻溶液组合物的总重量为100重量百分比。
对于催化剂，可以包括选自铵基化合物或磺酸基化合物中的任一种、两种或多种，其含量为2～20重量百分比，优选地为3～13重量百分比。
铵基化合物可以是选自苯甲酸铵、碳酸铵、醋酸铵、碘化铵、氯化铵、磷酸铵、磷酸氢二铵和磷酸三铵中的任一种、两种或多种。在上述铵基化合物中，可优选使用磷酸氢二铵。
磺酸基化合物可以是选自对甲苯磺酸、甲磺酸、十二烷基苯磺酸、硫酸、硫酸钠、硫酸钾、硫酸氢钠、硫酸氢钾、硫酸铁、硫酸苯胺、乙烷磺酸和三氟甲烷磺酸中的任一种、两种或多种。在上述磺酸基化合物中，可优选使用对甲苯磺酸、甲磺酸和十二烷基苯磺酸。
在本发明中，催化剂含量可以为2～20重量百分比，优选3～13重量百分比。当催化剂的含量低于2重量百分比时，对于高浓度掺杂层的蚀刻速率不够快。如果高于20重量百分比，低浓度掺杂层可能由于高蚀刻速率而被蚀刻。
本发明的蚀刻溶液组合物可以为蚀刻硅衬底的蚀刻溶液组合物。
另外，在采用湿蚀刻组合物进行湿蚀刻情况下，湿蚀刻方法并无特别限制，根据需要，可以采用如分批式(DIP)或单晶片式(SPIN)方法。本发明中湿蚀刻的方法可以包括：制备蚀刻溶液组合物，其包括3～20重量百分比的氢氟酸，5～40重量百分比的硝酸，10～60重量百分比的醋酸，2～20重量百分比的催化剂，并且其余为水，以及采用选自铵基化合物或磺酸基化合物中的任一种、两种或多种作为催化剂；并利用所制备的蚀刻溶液组合物蚀刻半导体衬底。半导体衬底可使用本发明中的蚀刻溶液组合物在20～80℃蚀刻1分钟到5分钟。
在采用湿蚀刻法蚀刻半导体衬底的情况下，蚀刻速率可以优选为1.5～5.1μm/min。当湿蚀刻半导体衬底的温度和处理时间在上述范围内时，蚀刻速率可以进一步提高。此处，湿蚀刻方法中的半导体衬底可以包括硅衬底。
在本发明蚀刻溶液组合物的制备过程中，当各组分混合时，他们可能会彼此反应从而发热。因此，可优选地按顺序将水、氢氟酸和硝酸放入搅拌球，然后将搅拌球放置足够长的时间以便热量完全散除。之后可向搅拌球中添加醋酸和催化剂以制备蚀刻溶液组合物。在这种情况下，为减少蚀刻溶液的制备时间，可在通过冷装置制冷却搅拌球时对蚀刻溶液进行混合。
在下文中，将参照附图1到4，采用本发明的实施例和比较例，通过评估蚀刻溶液组合物的特性来进行更详细地描述本发明。但是，下述实施例用于说明本发明，可不受下述实施例的限制而对本发明进行多种修改和变换。
在下文中，通过下述方法测量参数并列在下面的表3中。
粗糙度测量
粗糙度通过扫描电子显微镜(SEM)进行测量。
为便于评估，O表示低粗糙度、Δ为轻微粗糙度、X为高粗糙度而XX为显著的粗糙度。
[实施例1]
将42.5wt％的蒸馏水，4.0wt％的氢氟酸，和20.90wt％的硝酸缓慢添加至100L的反应容器中。此外，将32.50wt％的醋酸和2.0wt％的对甲苯磺酸添加并混合，以制备蚀刻溶液组合物。
将所制备的蚀刻溶液组合物控制在25℃，并且所制备的蚀刻溶液组合物通过使用旋转蚀刻器，以2L/min的流量在300PRM下，喷射到制备的硅半导体衬底上3分钟，然后在500RPM下用蒸馏水清洗1分钟。为了去除衬底上残留的蒸馏水，在500RPM下通过使用氮气经1分30秒使衬底完全干燥。在此，所测量的蚀刻速率示于表3中。
[实施例2-16]
利用与实施例1中相同的方法混合下面表1所示的组分以制备蚀刻溶液组合物。将所制备的蚀刻溶液组合物控制在25℃，所制备的蚀刻溶液组合物通过使用旋转蚀刻器，以2L/min的流量和300PRM的转速，喷射到制备的硅半导体衬底上3分钟，然后在500RPM下用蒸馏水清洗1分钟。为了去除衬底上残留的蒸馏水，在500RPM下通过使用氮气经1分30秒使衬底完全干燥。在此，所测量的蚀刻速率示于表3中。
[表1]
[比较例1]
将13.77wt％的蒸馏水、4.2wt％的氢氟酸和23.54wt％的硝酸缓慢添加至100L的反应容器中。此外，将58.49wt％的醋酸添加并混合，以制备蚀刻溶液组合物。将所制备的蚀刻溶液组合物控制在25℃，所制备的蚀刻溶液组合物通过旋转蚀刻器，以2L/min的流量在300PRM下，喷射到制备的硅半导体衬底上3分钟，然后在500RPM下用蒸馏水清洗1分钟。为了去除衬底上残留的蒸馏水，在500RPM下通过使用氮气经1分30秒使衬底完全干燥。在此，所测量的蚀刻速率示于表3中。
[比较例2]
将14.5wt％的蒸馏水、4.0wt％的氢氟酸和20.90wt％的硝酸缓慢添加至100L的反应容器中。此外，将50.7wt％的醋酸和9.9wt％的磷酸添加并混合，以制备蚀刻溶液组合物。将所制备的蚀刻溶液组合物控制在25℃，所制备的蚀刻溶液组合物通过旋转蚀刻器，以2L/min的流量在300PRM下，喷射到制备的硅半导体衬底上3分钟，然后在500RPM下用蒸馏水清洗1分钟。为了去除衬底上残留的蒸馏水，在500RPM下通过使用氮气经1分30秒使衬底完全干燥。在此，所测量的蚀刻速率示于表3中。
[比较例3]
将42.5wt％的蒸馏水、4.0wt％的氢氟酸和20.9wt％的硝酸缓慢添加至100L的反应容器中。此外，将32.5wt％的醋酸和0.1wt％的对甲苯磺酸添加并混合，以制备蚀刻溶液组合物。将所制备的蚀刻溶液组合物控制在25℃，所制备的蚀刻溶液组合物通过旋转蚀刻器，以2L/min的流量并在300PRM下，喷射到制备的硅半导体衬底上3分钟，然后在500RPM下用蒸馏水清洗1分钟。为了去除衬底上残留的蒸馏水，在500RPM下通过使用氮气经1分30秒使衬底完全干燥。在此，所测量的蚀刻速率示于表3中。
[对比例4～8]
利用与较3中相同的方法混合下面表2所示的组分以制备蚀刻溶液组合物。将所制备的蚀刻溶液组合物控制在25℃，所制备的蚀刻溶液组合物通过旋转蚀刻器，以2L/min的流量在300PRM下，喷射到制备的硅半导体衬底上3分钟，然后在500RPM下用蒸馏水清洗1分钟。为了去除衬底上残留的蒸馏水，在500RPM下通过使用氮气经1分30秒使衬底完全干燥。在此，所测量的蚀刻速率示于表3中。
[表2]
[表3]
Claims (6)
1.一种用于半导体衬底的蚀刻溶液组合物，所述蚀刻溶液组合物包括，3～20重量百分比的氢氟酸，5～40重量百分比的硝酸，10～60重量百分比的醋酸，2～20重量百分比的磺酸基催化剂，并且其余为水，所述磺酸基催化剂选自对甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸和甲磺酸中的任意一种或多种。
2.根据权利要求1所述的蚀刻溶液组合物，其中所述蚀刻溶液组合物用于蚀刻硅半导体衬底。
3.一种湿蚀刻半导体衬底的方法，所述方法包括：
制备蚀刻溶液组合物，所述蚀刻溶液组合物包括3～20重量百分比的氢氟酸，5～40重量百分比的硝酸，10～60重量百分比的醋酸，2～20重量百分比的磺酸基催化剂，其余为水，所述磺酸基催化剂选自对甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸和甲磺酸中的任意一种或多种；和
采用所制备的蚀刻溶液组合物蚀刻半导体衬底。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述蚀刻溶液组合物的蚀刻速率为1.5～4.5μm/min。
5.根据权利要求3所述的方法，其中所述半导体衬底的蚀刻在20～80℃进行1分钟到5分钟。
6.根据权利要求3所述的方法，其中所述半导体衬底包括硅衬底。
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