CN115287070B - 一种稳定氮化硅蚀刻速率的无机高选择比蚀刻液 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种稳定氮化硅蚀刻速率的无机高选择比蚀刻液，其主要成分包括无机酸、无机硅胺、预溶剂、调节剂和水组成，本发明的蚀刻液可通过抑制二氧化硅的蚀刻速率提高氮化硅对氧化硅的蚀刻选择比，选择性地去除氮化物膜，提升蚀刻液的寿命，并且能在蚀刻液蚀刻过程中Si含量增加情况下稳定氮化硅蚀刻速率，提高蚀刻液的高温稳定性，避免有机胶质残留在晶圆上。
Description
技术领域
本发明属于电子化学品领域，具体涉及一种稳定氮化硅蚀刻速率的无机高选择比蚀刻液及其制备方法
背景技术
随着全球的数据量的剧增，平面结构的NAND闪存已接近其实际扩展极限，各大存储器厂商都向着更高存储容量的3D NAND发展，3D NAND技术相较于平面结构的NAND储存容量成倍增加。
平面结构的NAND制造工艺中，氮化硅层覆盖在氧化硅层之上，蚀刻时磷酸先接触氮化硅，氮化硅层被完全蚀刻后氧化硅层才会与磷酸接触，且磷酸对氧化硅的蚀刻速率很慢。所以只要控制好蚀刻时间，磷酸对氧化硅层的影响可以忽略。但在3D NAND工艺中氮化硅层与氧化硅层是交替层叠结构，磷酸从侧面蚀刻氮化硅，氮化硅层与氧化硅层同时接触磷酸，普通磷酸在蚀刻氮化硅层的同时也会对氧化硅层有所蚀刻。所以需要蚀刻液对氮化硅层具有高选择性，蚀刻氮化硅层的同时几乎不蚀刻氧化硅层。
现有文献已公开的高选择性氮化硅蚀刻液或多或少存在一些缺点：系列专利CN111925796-CN111925805中所公开的蚀刻液包含：含硅添加剂、磷酸和水，所使用的含硅添加剂均属于有机硅；专利KR1020160111073所公开的蚀刻液包含：氟硅化合物、有机磺酸亚胺类吸附抑制剂、有机高分子吸附剂和水性氮化硅蚀刻剂，同样含有较多的有机成分。
随着3D NAND结构层数的增加，氮化硅蚀刻工艺时间会不断增加，且考虑到药液重复利用等问题，蚀刻液需要在高温下(150℃/160℃)以上保持数十甚至上百小时，现有技术中典型的蚀刻液均为在磷酸中添加有机添加剂，因蚀刻时间延长，现有技术中典型的蚀刻液由于高温磷酸的强脱水性会出现蚀刻液变色(变质)、晶圆上含C胶质残留剧增、蚀刻液中颗粒数量升高，随蚀刻液中硅含量升高而氮化硅蚀刻速率下降明显等严重问题。
发明内容
本发明针对现有蚀刻液在进行氮化硅和二氧化硅选择性蚀刻时，工艺过程中短时间内溶液中颗粒和沉淀较多导致蚀刻液寿命短，蚀刻后晶圆上出现胶质残留，长时间使用出现变色，随蚀刻液中硅含量升高而氮化硅蚀刻速率下降明显等不足，而提供了一种稳定氮化硅蚀刻速率的无机高选择比蚀刻液及其制备方法。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种稳定氮化硅蚀刻速率的无机高选择比蚀刻液，蚀刻液为电子级产品，其主要成分包含占蚀刻液质量百分比75-89％的无机酸、0.5-1.5％的无机硅胺、1-3％的预溶剂、0.2-1％的调节剂，余量为水。
上述方案中，所述的无机酸为高沸点酸；
上述方案中，所述的高沸点酸为磷酸、硫酸中的一种或几种的组合物。
上述方案中，所述的高沸点酸优选磷酸。
上述方案中，所述的无机硅胺为无机氢硅胺或无机氯硅胺，
通式为：NqHm+qSinCl2n+2-m
n为1-5的自然数，q为自然数，q≥1，且-q≤m≤n+2。所述的无机氢硅胺结构式包括
所述的无机氯硅胺结构式包括
上述方案中，所述的预溶剂为浓度大于98％的磷酸、浓度大于96％的硫酸、无水亚磷酸、无水次磷酸中的一种或几种的组合物。
上述方案中，所述的预溶剂优选为浓度大于98％的磷酸或浓度大于96％的硫酸。
上述方案中，所述的无机硅胺与预溶剂的质量比1:1-1:4。
上述方案中，所述的调节剂为硫酸羟胺、盐酸羟胺和磷酸羟胺中的一种或几种的组合物。
上述方案中，所述的高选择比指蚀刻液对氮化硅和二氧化硅的蚀刻速率选择比＞500。
上述方案中，所述的稳定氮化硅蚀刻速率指蚀刻液在因蚀刻至蚀刻液中Si浓度上升250ppm时对氮化硅的蚀刻速率变化＜1.2A/min。
上述方案中，所述蚀刻液的总碳TC含量＜10ppm。
上述方案中，所述的蚀刻液具有高温稳定性，当所述蚀刻液温度在150℃以上，维持40小时以上时，蚀刻液的色度变化＜30Hazen。
进一步的上述方案中，所述的蚀刻液具有高温稳定性，当所述蚀刻液温度在160℃以上，维持50小时以上时，蚀刻液的色度变化＜30Hazen。
上述方案中，所述蚀刻液的配置方法包括以下步骤：
(1)按比例称取适当预溶剂与无机硅胺；
(2)在预溶剂中加入无机硅胺，混合均匀，搅拌冷凝回流状态下加热至80-100℃保持40-60分钟，冷却后储存备用；
(3)将调节剂加入到无机酸中混匀备用；
(4)将步骤(2)中的混合物加入到步骤(3)中的混合物中，混合均匀，制成稳定氮化硅蚀刻速率的无机高选择比蚀刻液。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的有益效果
1.稳定氮化硅蚀刻速率的无机高选择比蚀刻液中的无机硅胺在预溶剂作用下，可以很好地溶解在无机酸中，不同于一般表面活性剂具有两相亲和的亲水亲油不同部分。在搅拌或湍流时不会产生泡沫而导致堵塞滤芯、出现影响结构底层蚀刻效果等不良影响；
2.本发明中的稳定氮化硅蚀刻速率的无机高选择比蚀刻液不含有机组分和C元素，在长时间加热使用过程中不会由于高温磷酸/硫酸的强脱水性而产生变色或有机物碳化的现象，高温稳定性好。在完成氮化硅蚀刻后也不会在晶圆上出现胶质残留现象。
3.稳定氮化硅蚀刻速率的无机高选择比蚀刻液中的无机硅胺和调节剂无机酸羟胺的协同作用，可以很好的稳定氮化硅的蚀刻速率，使得蚀刻液在因蚀刻至蚀刻液中Si浓度上升250ppm时对氮化硅的蚀刻速率变化＜1.5A/min，有利于蚀刻工艺的稳定。
附图说明
图1为实施例1晶圆无胶质残留的光学图片。
图2为对比例1晶圆有胶质残留的光学图片。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
本文所述的无机硅化合物在一些实施例中可为化学式(1)-(3)表示，但这些仅为实例，本发明的构思并不仅限于此。
化学式(1)：
三氨基硅烷(CAS：14044-96-3)
化学式(2)：
N，N-二(三氯硅基)胺(CAS：14657-30-8)
化学式(3)：
N，N-二硅烷基-硅烷胺(CAS：13862-16-3)
对比例中有机硅化合物可为化学式(4)-(5)表示化学式(4)：
六甲基二硅氮烷(CAS：999-97-3)
化学式(5)：
九甲基三硅氮烷(CAS：1586-73-8)
实施例1-12
符合本发明所构思实施例与对比例的各组分含量列于表1，余量为水。
表1
上述实施例1-12以及对比例3-5均按下述步骤配置：
(1)按上述表格中的比例取样备用；
(2)在预溶剂中加入无机硅胺，混合均匀，搅拌冷凝回流状态下加热至80℃保持60分钟，冷却后储存备用；
(3)将调节剂(若有)加入到无机酸中混匀备用；
(4)将步骤(2)中的混合物加入到步骤(3)中的混合物中，混合均匀，制成稳定氮化硅蚀刻速率的无机高选择比蚀刻液。
上述对比例1-2按下述步骤配置：
(1)按上述表格中的比例取样备用；
(2)在预溶剂中加入甲基硅氮烷，混合均匀，搅拌冷凝回流状态下加热至80℃保持60分钟，冷却后储存备用；
(3)将调节剂加入到无机酸中混匀备用；
(4)将步骤(2)中的混合物加入到步骤(3)中的混合物中，混合均匀，制成对比蚀刻液。
(1)蚀刻速率的检测方法按下述方式进行：
蚀刻对象：氮化硅膜和氧化硅膜(厚度分别约为1000A和300A)
蚀刻温度：160℃±1℃。
蚀刻容器：石英槽。
蚀刻时间：对氮化硅膜进行300秒蚀刻，氧化硅膜进行7200秒的蚀刻。
(2)蚀刻速率测量方法：使用椭偏仪，在蚀刻之前和蚀刻之后测量氮化硅膜和氧化硅膜的薄膜厚度，蚀刻速率通过用初始厚度与蚀刻后的厚度之差除以蚀刻时间(分钟)计算得出。选择比表示氮化硅膜蚀刻速率与氧化硅膜蚀刻速率的比值。
(3)增加蚀刻液中Si含量的方法：采用(1)、(2)的蚀刻检测方法及速率检测方法，加入定量的250ppm的氮化硅进行蚀刻及蚀刻速率检测。
(4)残留数测量方法：将氧化硅膜层晶圆浸没在160℃蚀刻液中300秒后取出，经水洗、SC1清洗、IPA干燥后，通过显微光学检测仪扫描、软件分析晶圆表面单位面积粒子残留数。
(5)色度检测方法：将实施例与对比例中蚀刻液在160℃下保持50h后，冷却取样，使用紫外可见分光光度计455nm单波长色度检测方法测量溶液色度。
通过根据本发明所构思的实施方式以多种组合配制的稳定氮化硅蚀刻速率的无机高选择比蚀刻液进行蚀刻与加热实验，蚀刻液初始增加硅浓度为0ppm下的结果列于表2。
表2
注：蚀刻液初始色度均＜1.
通过根据本发明所构思的实施方式以多种组合配制的稳定氮化硅蚀刻速率的无机高选择比蚀刻液进行蚀刻与加热实验，蚀刻液硅浓度增加250ppm(上述的步骤(3))下的结果列于表3。
表3
对比上述实施例与对比例，数据显示，相对于有机硅类添加剂，本发明使用的无机硅胺添加剂可以保证蚀刻液整体属于无C体系，在抗高温性能方面有明显优势，蚀刻液温度在160℃以上，维持50小时以上时，蚀刻液的色度变化＜30Hazen；而且由于蚀刻液是无机体系，不会在使用过程中由于高温磷酸/硫酸的强脱水性而在晶圆上出现胶质残留现象。预溶剂的加入使无机硅化合物可以很好地溶解在无机酸中，形成均一体系；通过实施例与对比例的对比数据可以看出，本发明的蚀刻液具有更长的使用寿命，以及更好的稳定氮化硅蚀刻速率的效果。
显然，上述实施例仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，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 (5)
1.一种稳定氮化硅蚀刻速率的无机高选择比蚀刻液，其特征在于，蚀刻液为电子级产品，其主要成分包含占蚀刻液质量百分比75-89%的无机酸、0.5-1.5%的无机硅胺、1-3%的预溶剂、0.2-1%的调节剂，余量为水，所述的无机酸为磷酸和/或硫酸，所述的预溶剂为浓度大于98%的磷酸、浓度大于96%的硫酸、无水亚磷酸、无水次磷酸中的一种或几种的组合物，所述的无机硅胺为、/>、或/>，所述的调节剂为硫酸羟胺、盐酸羟胺和磷酸羟胺中的一种或几种的组合物。
2.根据权利要求1所述的稳定氮化硅蚀刻速率的无机高选择比蚀刻液，其特征在于，所述的无机硅胺与预溶剂的质量比1:1-1:4。
3.根据权利要求1所述的稳定氮化硅蚀刻速率的无机高选择比蚀刻液，其特征在于，所述的高选择比指蚀刻液对氮化硅和二氧化硅的蚀刻速率选择比＞500；所述的稳定氮化硅蚀刻速率指蚀刻液在因蚀刻至蚀刻液中Si浓度上升250ppm时对氮化硅的蚀刻速率变化＜1.2A/min。
4.根据权利要求1所述的稳定氮化硅蚀刻速率的无机高选择比蚀刻液，其特征在于，所述蚀刻液的总碳TC含量＜10 ppm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的稳定氮化硅蚀刻速率的无机高选择比蚀刻液的配置方法，其特征在于，所述蚀刻液的配置方法包括以下步骤：
（1）按比例称取适当预溶剂与无机硅胺；
（2）在预溶剂中加入无机硅胺，混合均匀，搅拌冷凝回流状态下加热至80-100℃保持40-60分钟，冷却后储存备用；
（3）将调节剂加入到无机酸中混匀备用；
（4）将步骤（2）中的混合物加入到步骤（3）中的混合物中，混合均匀，制成稳定氮化硅蚀刻速率的无机高选择比蚀刻液。
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| CN202210789280.3A Active CN115287070B (zh) | 2022-07-06 | 2022-07-06 | 一种稳定氮化硅蚀刻速率的无机高选择比蚀刻液 |
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| JP2012033561A (ja) * | 2010-07-28 | 2012-02-16 | Sanyo Chem Ind Ltd | 窒化ケイ素用エッチング液 |
| CN109689838A (zh) * | 2016-12-26 | 2019-04-26 | 秀博瑞殷株式公社 | 蚀刻用组合物和使用该蚀刻用组合物制造半导体器件的方法 |
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-
2022
- 2022-07-06 CN CN202210789280.3A patent/CN115287070B/zh active Active
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