CN114350367B - 一种低泡且蚀刻均匀的蚀刻液 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低泡且蚀刻均匀的蚀刻液，主要成分包括氢氟酸、氟化铵、表面活性剂和超纯水。本发明的蚀刻液中通过加入表面活性剂，表面活性剂具有优良的润湿性且低泡，能够降低蚀刻液的接触角大小，提高蚀刻液浸润性，同时降低表面张力，使蚀刻液与光刻胶下的二氧化硅薄膜接触良好，由于产生气泡量少，能够避免由于气泡导致的蚀刻不均匀问题，保持均匀蚀刻。本发明所述的蚀刻液浸润性优、表面张力低、气泡少，能够均匀蚀刻光刻胶下的二氧化硅薄膜，不产生二氧化硅残留，且对光刻胶无影响。

Description

一种低泡且蚀刻均匀的蚀刻液
技术领域
本发明属于蚀刻液技术领域，具体的说涉及一种低泡且蚀刻均匀的蚀刻液。
背景技术
湿法蚀刻是将被蚀刻材料浸泡在腐蚀液内进行腐蚀的技术，是各向同性的蚀刻方法，利用化学反应过程去除待蚀刻区域的薄膜材料，通常SiO2采用湿法蚀刻技术。缓冲氧化物蚀刻剂是用于去除SiO2的常规湿法蚀刻剂，通常由氢氟酸、氟化铵和水组成，可作为清洗剂、蚀刻剂，在半导体工业中常用于蚀刻无光刻胶护罩的氧化层，对蚀刻剂的表面张力、浸润性能要求不高。
对于含光刻胶或结构的氧化层蚀刻，蚀刻剂的表面张力、浸润性是影响蚀刻速率和蚀刻质量的关键因素。一般通过在缓冲氧化物蚀刻剂中加入表面活性剂降低表面张力，改善蚀刻效果，但有些表面活性剂对光刻胶的接触角较大，渗透复杂微观表面的能力较差，且含有丰富的泡沫，会导致氧化层的蚀刻不均匀，某些区域存在氧化层残留现象，影响后续的工艺制程。
发明内容
本发明提出了一种低泡且蚀刻均匀的蚀刻液，通过加入低泡、润湿性优良的非离子表面活性剂，不需要另外加入消泡剂，来降低蚀刻液的表面张力、提高蚀刻液的浸润性，避免在蚀刻过程中产生大量气泡，遮掩二氧化硅薄膜，影响蚀刻的进行，导致出现蚀刻不均匀的现象。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案为：
一种低泡且蚀刻均匀的蚀刻液，所述的蚀刻液成分包括占蚀刻液总重量3-9％的氢氟酸、30-40％的氟化铵、0.005-0.1％的表面活性剂、剩余为超纯水。
优选地，所述蚀刻液成分中的氟化铵pH值为8.15-8.25。
优选地，所述表面活性剂为非离子表面活性剂。
进一步优选地，所述非离子表面活性剂包括十二碳炔二醇聚氧乙烯醚、脂肪醇烷氧基化合物LF-431、脂肪醇聚氧烷基醚LF-221、异构醇LF-901、异构十三醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚L-61中的一种或几种组合。
上述蚀刻液，所述的氢氟酸起到蚀刻的作用，氟化铵提供氟离子起到稳定蚀刻速率和延长lifetime的作用；表面活性剂能够降低蚀刻液的接触角大小，提高蚀刻液浸润性，同时降低表面张力，使蚀刻液与光刻胶下的二氧化硅薄膜接触良好，另外由于产生气泡量少，能够避免大量气泡导致的蚀刻不均匀问题，保持均匀蚀刻。
进一步地，本发明涉及上述蚀刻液，蚀刻液浸润性优、表面张力低、气泡少，能够均匀蚀刻光刻胶下的二氧化硅薄膜，不产生二氧化硅残留，且对光刻胶无影响。
本发明的有益效果
本发明的优点和有益效果在于：在本发明中，通过加入低泡且润湿性优良的非离子表面活性剂，可以降低蚀刻液的接触角大小和表面张力，使蚀刻液与光刻胶下的二氧化硅薄膜接触良好；同时由于低泡性能，在循环或搅拌的蚀刻过程中不会产生大量气泡，不会影响二氧化硅薄膜的蚀刻速率，使二氧化硅薄膜在蚀刻过程中始终保持均匀蚀刻的状态，蚀刻后Si基底表面的粗糙度低。
附图说明
图1为本发明所述的wafer结构示意图，本发明的蚀刻液从两侧进入去蚀刻光刻胶底下的二氧化硅层；
图2为蚀刻后的结构示意图。
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。实施例中使用的带光刻胶wafer，光刻胶下的二氧化硅薄膜厚度为
Figure BDA0003415330240000021
蚀刻温度为25℃，蚀刻液的蚀刻速率为/>
Figure BDA0003415330240000022
蚀刻时间为6min，蚀刻方式为搅拌浸泡蚀刻。
蚀刻液配制完成后，先使用接触角仪检测蚀刻液在wafer上的接触角大小，然后使用表面张力仪检测蚀刻液在25℃下的表面张力；消泡性测试实验过程为：将相同体积的蚀刻液装入100mL塑料管中，垂直震荡30s，停止60s后测定泡沫高度；在25℃蚀刻6min后，使用显微镜观察光刻胶是否存在脱胶现象，然后将光刻胶剥离，使用SEM和AFM分别检测暴露出来Si基底表面是否存在二氧化硅残留和暴露出来Si基底表面的粗糙度大小。
实施例中各组分与含量见表1。
表1为实施例与对比例的组分及含量
Figure BDA0003415330240000031
实验结果见下表2。
表2实施例测试指标结果
Figure BDA0003415330240000032
Figure BDA0003415330240000041
由表2的评价结果表明，实施例蚀刻液组合物的接触角均＜40°，表面张力均＜37mN/m，泡沫高度均在0.2cm以下，蚀刻后无光刻胶脱胶现象，且光刻胶剥离后暴露出来Si基底上无二氧化硅残留，暴露出来Si基底粗糙度Ra均＜0.4nm。实施例蚀刻液组合物浸润性优、表面张力低、气泡少，蚀刻后不产生二氧化硅残留，暴露出来Si基底粗糙度低，且对光刻胶无影响。
对比例1中无表面活性剂，由于接触角和表面张力大，蚀刻液浸润性差，蚀刻6min后暴露出来Si基底上存在二氧化硅残留，粗糙度高；对比例2中由于添加的表面活性剂量较少，接触角和表面张力较大，蚀刻液浸润性较差，暴露出来Si基底上存在二氧化硅残留，粗糙度较高；对比例3中由于加入的表面活性剂量很多，蚀刻液中气泡多，气泡抑制了蚀刻液对二氧化硅的蚀刻，导致蚀刻6min后暴露出来Si基底上存在二氧化硅残留，粗糙度升高；对比例4中加入的非离子表面活性剂异构十醇醚XP-70，虽然与实施例中的效果一致，但该活性剂在室温下为浑浊的液体且会形成沉积物，会造成wafer表面颗粒污染，当经过机台滤芯过滤后，会将蚀刻液中的有效成分过滤掉，导致蚀刻效果变差；对比例5中加入的非离子表面活性剂泡沫丰富，气泡抑制了蚀刻液对二氧化硅的蚀刻，导致蚀刻6min后暴露出来Si基底上存在二氧化硅残留，粗糙度升高；对比例6中加入的表面活性剂为阳离子表面活性剂，该活性剂加入后泡沫丰富，将二氧化硅的蚀刻速率降低至
Figure BDA0003415330240000042
左右，显著抑制二氧化硅的蚀刻速率，导致wafer表面均匀性差，且存在光刻胶脱胶现象；对比例7中加入的表面活性剂为阴离子表面活性剂，由于蚀刻液中气泡较多，气泡抑制了蚀刻液对二氧化硅的蚀刻，导致蚀刻6min后暴露出来Si基底上存在二氧化硅残留，粗糙度高，且该阴离子表面活性剂中含金属Na，会对wafer表面造成金属污染。
氟化铵的pH决定氟化铵中含有的氢氟酸量和氨量，pH值越小，氟化铵中含有的氢氟酸量越高，会导致二氧化硅的蚀刻速率变快，不利于对蚀刻图形的控制；pH值越高，氟化铵中的氨量越高，使蚀刻液体系中的氢氟酸含量降低，导致蚀刻速率变慢，增加蚀刻处理的时间，蚀刻液的lifetime缩短。
在蚀刻液体系中，氢氟酸含量每增加0.1％，蚀刻速率会增加
Figure BDA0003415330240000051
如当氟化铵的pH值为7.32时，氟化铵中含0.58％的氢氟酸，会额外引入0.48％氢氟酸，导致蚀刻液中氢氟酸含量为8.78％，蚀刻速率增加至/>
Figure BDA0003415330240000052
当氟化铵pH值为8.15-8.25时，氟化铵中不含氢氟酸且不会含有氨，不会影响产品各组分的最终含量，能够确保蚀刻液的使用稳定性。
上述实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种低泡且蚀刻均匀的蚀刻液，其特征在于，所述的蚀刻液成分包括占蚀刻液总重量3-9%的氢氟酸、30-40%的氟化铵、0.005-0.1%的表面活性剂、剩余为水；
所述蚀刻液成分中的氟化铵pH值为8.15-8.25；
所述表面活性剂为非离子表面活性剂；非离子表面活性剂包括十二碳炔二醇聚氧乙烯醚、脂肪醇烷氧基化合物LF-431、脂肪醇聚氧烷基醚LF-221、异构醇LF-901、异构十三醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚醚L-61中的一种或几种组合。
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