CN117757477A - 一种蚀刻液的配方及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种蚀刻液的配方及其应用，所述蚀刻液的配方由如下重量百分比的组分组成：氟化铵30~35%，氢氟酸4~8%，氯化氢3~5%，表面活性剂0.1~0.25%，余量为超纯水，所述表面活性剂包括含氟醇与含氟羧酸。本发明通过加入含氟醇与含氟羧酸联用作为表面活性剂，能够降低蚀刻液的接触角大小，提高蚀刻液浸润性。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，具有很好的应用前景。
Description
技术领域
该发明属于蚀刻液技术领域，具体涉及一种蚀刻液的配方及其应用。
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，是各向同性的蚀刻法，把硅片浸泡在一定的化学试剂或试剂溶液中，使没有被抗蚀剂掩蔽的那一部分薄膜表面与试剂发生化学反应而被除去。例如，用一种含有氢氟酸的溶液刻蚀二氧化硅薄膜，用磷酸刻蚀铝薄膜等。这种在液态环境中进行刻蚀的工艺称为“湿法”工艺，其优点是操作简便、对设备要求低、易于实现大批量生产，并且刻蚀的选择性也好。现有技术中的蚀刻液通常包括氢氟酸、氯化氢、氟化铵和水，但是需要加入消泡剂组分，而且蚀刻液的浸润性不足，且易出现蚀刻不均匀的现象。湿法刻蚀的另一问题，是抗蚀剂在溶液中，特别在较高温度的溶液中易受破坏而使掩蔽失效，因而对于那些只能在这种条件下刻蚀的薄膜必须采用更为复杂的掩蔽方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种蚀刻液的配方及其应用，本发明提供了一种低泡且蚀刻均匀的蚀刻液，通过加入一些含氟醇和低泡、润湿性优良的含氟羧酸作为表面活性剂，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。
为达到上述要求，本发明采用以下技术方案：
一种低泡且蚀刻均匀的蚀刻液，所述的蚀刻液成分由如下重量百分比的组分组成：氟化铵30～35％，氢氟酸4～8％，氯化氢3～5％，表面活性剂0.1～0.25％，余量为超纯水，所述表面活性剂包括含氟醇与含氟羧酸。
优选地，所述蚀刻液的pH值为6～7。
优选地，所述的一种蚀刻液的配方，由如下重量百分比的组分组成：氟化铵30～35％，氢氟酸7～8％，氯化氢3～5％，表面活性剂0.15～0.25％(优选为0.2％)，余量为超纯水。
优选地，所述蚀刻液表面活性剂成分中的含氟醇为三氟乙醇、四氟丙醇、八氟戊醇中的一种或两种以上任意比例的混合物。
优选地，所述蚀刻液表面活性剂成分中的含氟羧酸为全氟己酸、全氟-2-甲基-3,6,8-三氧杂壬酸、全氟-2-甲基-3-氧杂己酸的一种或几种组合。
优选地，所述含氟醇的质量占含氟醇与含氟羧酸两者总质量的10-40％，优选为20-30％。
本发明提供的蚀刻液的配方能够很好的应用在对二氧化硅薄膜蚀刻中。
本发明提供的上述蚀刻液，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使用寿命的作用；含氟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。
本发明取得的有益效果是：在本发明中，通过加入含氟醇与润湿性优良的含氟羧酸联用作为表面活性剂，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。
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蚀光刻胶下的二氧化硅薄膜厚度为蚀刻温度为25℃，蚀刻液的蚀刻速率为/> 蚀刻时间为5min，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1min后测定泡沫高度。在25℃蚀刻5min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。
本发明各实施例的蚀刻液的配方中，各组分及重量百分比含量参见表1中。
表1为实施例与对比例的组分及含量
表1
表1中各实施例的蚀刻液进行实验检测的实验结果见表2。
表2实施例测试指标结果
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，既没有含氟醇又没有含氟羧酸作为表面活性剂。由于接触角和表面张力大，蚀刻液浸润性差，蚀刻5min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和4中由于添加的表面活性剂量较少，且添加剂单一，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和5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5min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和7中加入的含氟醇和含氟羧酸联用作为表面活性剂，气泡抑制了蚀刻液对二氧化硅的蚀刻，但由于添加量过少或者过多，导致蚀刻5min后暴露出来Si基底上存在二氧化硅残留，粗糙度升高。
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，蚀刻液的使用寿命缩短。在蚀刻液体系中，氢氟酸含量每增加0.1％，蚀刻速率会增加。如当氟化铵的pH值为5.32时，氟化铵中含0.58％的氢氟酸，会额外引入0.4％氢氟酸，导致蚀刻液中氢氟酸含量为8.78％，蚀刻速率增加至氟化铵pH值为6～7时，氟化铵中不含氢氟酸且会含有氨，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。
Claims (7)
1.一种蚀刻液的配方，其特征在于，由如下重量百分比的组分组成：氟化铵30~35%，氢氟酸4~8%，氯化氢3~5%，表面活性剂0.1~0.25%，余量为超纯水，所述表面活性剂包括含氟醇与含氟羧酸。
2.根据权利要求1所述的一种蚀刻液的配方，其特征在于，所述蚀刻液的pH值为6~7。
3.根据权利要求1所述的一种蚀刻液的配方，其特征在于，由如下重量百分比的组分组成：氟化铵30~35%，氢氟酸7~8%，氯化氢3~5%，表面活性剂0.15~0.25%，余量为超纯水。
4.根据权利要求1所述的一种蚀刻液的配方，其特征在于，所述表面活性剂成分中的含氟醇为三氟乙醇、四氟丙醇、八氟戊醇中的一种或两种以上任意比例的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种蚀刻液的配方，其特征在于，所述表面活性剂成分中的含氟羧酸为全氟己酸、全氟-2-甲基-3,6,8-三氧杂壬酸、全氟-2-甲基-3-氧杂己酸的一种或几种组合。
6.根据权利要求1所述的一种蚀刻液的配方，其特征在于，所述含氟醇的质量占含氟醇与含氟羧酸两者总质量的10-40%，优选为20-30%。
7.如权利要求1-6任一所述的一种蚀刻液的配方应用在半导体关于二氧化硅薄膜蚀刻的应用。
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