CN110804441A - 一种抑制二氧化硅蚀刻的磷酸蚀刻液 - Google Patents

一种抑制二氧化硅蚀刻的磷酸蚀刻液 Download PDF

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张庭
郝晓斌
贺兆波
冯凯
王书萍
尹印
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张演哲
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Abstract

本发明公开了一种抑制二氧化硅蚀刻的磷酸蚀刻液，其蚀刻液的主要成分包括磷酸、含硅无机物和含硅有机物中的一种或两种、添加剂。在磷酸中添加含硅无机物和/或含硅有机物，抑制二氧化硅蚀刻反应的正向进行；添加剂的作用是将含硅无机物和/或含硅有机物均匀地分散在磷酸中，保证溶液的均一性。本发明中的磷酸蚀刻液能够保证二氧化硅层尽可能少的被蚀刻，起到保护二氧化硅层的作用。

Description

一种抑制二氧化硅蚀刻的磷酸蚀刻液
技术领域
本发明涉及一种抑制二氧化硅蚀刻的磷酸蚀刻液，使用含硅无机物和/或含硅有机物、添加剂来保护二氧化硅层尽可能少的被蚀刻。
背景技术
CMOS电路的双阱工艺流程包括①在硅衬底上热氧化生长一层薄二氧化硅层，再LPCVD一层氮化硅阻挡层。②光刻出n阱窗口，然后离子注入磷，去胶。③在n阱窗口生长约350nm的厚二氧化硅层，窗口以外的区域有氮化硅覆盖，不会形成厚二氧化硅层；去除氮化硅层，露出p阱区；n阱区上有厚二氧化硅层覆盖，可以阻挡随后的硼离子注入，即自对准注入p阱杂质硼。④进行退火，使双阱中的杂质扩散推进，同时热生长二氧化硅层。
氮化硅的蚀刻通常是采用热磷酸来实现，但热磷酸同时也会对下层的二氧化硅层产生一定的蚀刻，且二氧化硅层的蚀刻速率约为
Figure BDA0002266171370000011
若在使用磷酸蚀刻氮化硅的过程中，对二氧化硅也存在蚀刻，则不利于CMOS电路的双阱工艺结构的形成。
针对上述问题，需要在磷酸中添加“保护剂”，发明一种抑制二氧化硅蚀刻的磷酸蚀刻液，尽可能少的蚀刻二氧化硅层。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种抑制二氧化硅蚀刻的磷酸蚀刻液，保护二氧化硅层尽可能少的被蚀刻。
本发明涉及一种抑制二氧化硅蚀刻的磷酸蚀刻液，所述蚀刻液的组成包括占蚀刻液总重量≥97％的磷酸、0.01-2％的硅化物、0.001-1％的添加剂。进一步地，本发明涉及上述蚀刻液，磷酸为主成分，且磷酸浓度为85％。
进一步地，本发明涉及上述蚀刻液，硅化物含量优选0.05-0.5％，包括含硅无机物和/或含硅有机物，且当硅化物为含硅无机物和含硅有机物的组合物时，含硅无机物和含硅有机物的质量比为0.1-3:1的组合物。
进一步地，本发明涉及上述蚀刻液，所述的含硅无机物包括二氧化硅粉末、白炭黑、硅酸钠、四氯化硅等中的至少一种；含硅有机物包括硅酸四乙酯、正硅酸丁酯、三甲基氯硅烷、二甲基二氯硅烷、丙基三氯硅烷、四甲氧基硅烷等中的至少一种。
进一步地，本发明涉及上述蚀刻液，添加剂含量优选0.01-1％。所述的添加剂包括柠檬酸、聚乙二醇、纤维素衍生物、丙二醇嵌段聚醚、脂肪酸聚乙二醇酯等中的至少一种。
采用本发明的蚀刻液对二氧化硅层进行蚀刻时，蚀刻温度为157-162℃，蚀刻时间为10-180min。
本发明的蚀刻液用于抑制二氧化硅层的蚀刻，为了便于验证蚀刻液的效果，本发明使用仅淀积了二氧化硅薄膜的晶圆样片来进行蚀刻实验，其结构如图1所示。
其中二氧化硅的蚀刻反应机理如下：
Figure BDA0002266171370000021
根据二氧化硅的反应机理公式可知，二氧化硅的蚀刻反应是一个可逆的过程，若需要抑制二氧化硅的蚀刻反应，可以通过添加含硅化合物，使二氧化硅的蚀刻反应逆向进行，仅进行少量的正向蚀刻；而添加剂的加入是用于促进含硅化合物的溶解，使含硅化合物均一分散于磷酸中，二氧化硅层的少量蚀刻呈均匀蚀刻。
附图说明
图1为二氧化硅薄膜的单片结构，其中，1.硅基底、2.二氧化硅薄膜。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。对本发明做进一步详细的说明，但不限于这些实施例。
为了便于操作，配制的蚀刻液总量为300g，生产中大量配制按该方法扩大制得。蚀刻温度为160℃，二氧化硅样片的蚀刻时间为120min。根据公式①计算二氧化硅样片的蚀刻速率。
实施例1
各原料需称取的量为：85％磷酸299.507g，二氧化硅粉末0.193g，甲基纤维素0.300g。
称取甲基纤维素加入到已称好的85％磷酸中，搅拌混合均匀后，再加入二氧化硅粉末，搅拌混合均匀后进行蚀刻实验。
蚀刻前后利用超纯水清洗、氮气吹干二氧化硅样片，并使用椭圆偏振光谱仪测试蚀刻前后二氧化硅样片的厚度，采用公式①计算二氧化硅样片的蚀刻速率。
实施例2
各原料需称取的量为：85％磷酸298.752g，三甲基氯硅烷0.348g，柠檬酸0.900g。
称取柠檬酸加入到已称好的85％磷酸中，搅拌混合均匀后，再加入三甲基氯硅烷，搅拌混合均匀后进行蚀刻实验。
蚀刻前后均利用超纯水清洗、氮气吹干二氧化硅样片，并使用椭圆偏振光谱仪测试蚀刻前后二氧化硅样片的厚度，采用公式①计算二氧化硅样片的蚀刻速率。
实施例3
各原料需称取的量为：85％磷酸299.306g，二氧化硅粉末0.128g、三甲基氯硅烷0.116g，甲基纤维素0.450g。
称取甲基纤维素加入到已称好的85％磷酸中，搅拌混合均匀后加入二氧化硅粉末，待将混合溶液搅拌均匀后再加入三甲基氯硅烷，搅拌混合均匀后进行蚀刻实验。
蚀刻前后均利用超纯水清洗、氮气吹干二氧化硅样片，并使用椭圆偏振光谱仪测试蚀刻前后二氧化硅样片的厚度，采用公式①计算二氧化硅样片的蚀刻速率。
实施例4
各原料需称取的量为：85％磷酸298.752g，三甲基氯硅烷0.348g，甲基纤维素0.300g、柠檬酸0.600g。
先称取柠檬酸加入到已称好的85％磷酸中，待搅拌混合均匀后再加入甲基纤维素，搅拌混合均匀后，再加入三甲基氯硅烷，最终溶液搅拌混合均匀后进行蚀刻实验。
蚀刻前后均利用超纯水清洗、氮气吹干二氧化硅样片，并使用椭圆偏振光谱仪测试蚀刻前后二氧化硅样片的厚度，采用公式①计算二氧化硅样片的蚀刻速率。
比较例1
各原料需称取的量为：85％磷酸300g。
蚀刻前后均利用超纯水清洗、氮气吹干二氧化硅样片，并使用椭圆偏振光谱仪测试蚀刻前后二氧化硅样片的厚度，采用公式①计算二氧化硅样片的蚀刻速率。
比较例2
各原料需称取的量为：85％磷酸299.807g，二氧化硅粉末0.193g。
称取二氧化硅粉末加入到已称好的85％磷酸中，搅拌混合均匀后进行蚀刻实验。
蚀刻前后均利用超纯水清洗、氮气吹干二氧化硅样片，并使用椭圆偏振光谱仪测试蚀刻前后二氧化硅样片的厚度，采用公式①计算二氧化硅样片的蚀刻速率。
比较例3
各原料需称取的量为：85％磷酸299.700g，甲基纤维素0.300g。
称取甲基纤维素加入到已称好的85％磷酸中，搅拌混合均匀后进行蚀刻实验。
蚀刻前后均利用超纯水清洗、氮气吹干二氧化硅样片，并使用椭圆偏振光谱仪测试蚀刻前后二氧化硅样片的厚度，采用公式①计算二氧化硅样片的蚀刻速率。
实验结果见下表1。
表1
Figure BDA0002266171370000041
由表1的评价结果表明，实施例均能实现二氧化硅层在蚀刻120min后蚀刻的厚度仅
Figure BDA0002266171370000042
左右，保证了二氧化硅层尽可能少的被蚀刻。另比较例2虽然也能达到实施例的效果，但二氧化硅粉末在磷酸中分散性较差，在客户端使用的过程中，会对芯片造成颗粒污染。
显然，上述实施例和比较例仅仅是为了清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种抑制二氧化硅蚀刻的磷酸蚀刻液，其特征在于，所述蚀刻液成分包括占蚀刻液总重量≥97%的磷酸、0.01-2%的硅化物、0.001-1%的添加剂；所述的硅化物包括含硅无机物和/或含硅有机物。
2.根据权利要求1所述的抑制二氧化硅蚀刻的磷酸蚀刻液，其特征在于，所述蚀刻液中磷酸的浓度为85%。
3.根据权利要求1所述的抑制二氧化硅蚀刻的磷酸蚀刻液，其特征在于，所述的硅化物中的含硅无机物包括二氧化硅粉末、白炭黑、硅酸钠、四氯化硅等中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的抑制二氧化硅蚀刻的磷酸蚀刻液，其特征在于，所述的硅化物中的含硅有机物包括硅酸四乙酯、正硅酸丁酯、三甲基氯硅烷、二甲基二氯硅烷、丙基三氯硅烷、四甲氧基硅烷等中的至少一种。
5.根据权利要求3或4所述的抑制二氧化硅蚀刻的磷酸蚀刻液，其特征在于，所述的硅化物含量优选0.05-0.5%，其中硅化物为含硅无机物和含硅有机物的混合物时，含硅无机物和含硅有机物的质量比为0.1-3 : 1。
6.根据权利要求1所述的抑制二氧化硅蚀刻的磷酸蚀刻液，其特征在于，所述的添加剂含量优选0.01-1%。
7.根据权利要求6所述的抑制二氧化硅蚀刻的磷酸蚀刻液，其特征在于，所述的添加剂包括柠檬酸、聚乙二醇、纤维素衍生物、丙二醇嵌段聚醚、脂肪酸聚乙二醇酯中的至少一种。
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