RU2615596C2 - Состав селективного травителя для химических процессов утонения кремниевых пластин - Google Patents
Состав селективного травителя для химических процессов утонения кремниевых пластин Download PDFInfo
- Publication number
- RU2615596C2 RU2615596C2 RU2015112960A RU2015112960A RU2615596C2 RU 2615596 C2 RU2615596 C2 RU 2615596C2 RU 2015112960 A RU2015112960 A RU 2015112960A RU 2015112960 A RU2015112960 A RU 2015112960A RU 2615596 C2 RU2615596 C2 RU 2615596C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- etching
- cation
- composition
- thinning
- silicon
- Prior art date
Links
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 34
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 31
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 30
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 title claims abstract description 6
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 50
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 35
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims abstract description 11
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 claims abstract description 10
- -1 fluoride ions Chemical class 0.000 claims abstract description 9
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims abstract description 4
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims abstract description 4
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000011591 potassium Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims abstract description 4
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 claims description 14
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 claims description 6
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims description 6
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 claims description 5
- 239000002563 ionic surfactant Substances 0.000 claims description 5
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 claims description 3
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011630 iodine Substances 0.000 claims description 3
- 150000002221 fluorine Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005498 polishing Methods 0.000 abstract description 2
- 150000001450 anions Chemical group 0.000 abstract 2
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 abstract 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 abstract 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 15
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 6
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 5
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 4
- 239000003093 cationic surfactant Substances 0.000 description 4
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 2
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 2
- 125000000896 monocarboxylic acid group Chemical group 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-N Nitrous acid Chemical compound ON=O IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
- H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
- H01L21/30604—Chemical etching
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Weting (AREA)
Abstract
Изобретение относится к составам селективных полирующих травителей, используемых в процессах химического утонения эпитаксиальных кремниевых пластин при производстве полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. Технический результат заключается в достижении высокой стабильности процесса травления и высокого качества полированной поверхности создаваемой кремниевой мембраны. Состав селективного травителя для химических процессов утонения кремниевых пластин включает 1 объемную часть плавиковой кислоты, 3 объемных части азотной кислоты, N объемных частей уксусной кислоты, где N находится в диапазоне от 6 до 12 в зависимости от конкретных требований к скорости и селективности процесса травления, и 0,5÷1 части 0,1% раствора синтезированного фторпроизводного амфолитного комплекса ПАВ с катионактивными и анионактивными группами, выполненного на основе поверхностно-активных веществ вида RFSO2-N-R1R2R3-R4+A-, где А представляет собой анион галогена, и RFSO2-N-R1R2R3R4-К+, где К представляет собой катион (натрий, калий, аммоний), a RF - радикал, содержащий ионы фтора, причем в составе амфолитного комплекса катион- и анионактивные группы взяты в равных долях, а в качестве ПАВ используются флактониты А76 и К76. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к составам селективных травителей, используемых в процессах химического утонения эпитаксиальных кремниевых пластин при производстве полупроводниковых приборов и интегральных схем.
В производстве кремниевых полупроводниковых приборов и интегральных схем широко распространен процесс утонения кремниевых пластин, осуществляемый в конце технологического цикла, после завершения формирования структуры приборов на лицевой стороне пластины. Такое утонение возможно, так как в готовой полупроводниковой структуре большая часть толщины пластины не участвует в функционировании прибора. Поэтому в тех случаях, когда масса и габарит конечного изделия имеют существенное значение (например, в мобильных устройствах, идентификационных картах), целесообразно применять утонение кремниевых пластин с обратной стороны подложки.
Утонение пластин с обратной стороны подложки также находит применение в технологии кремниевых многоэлементных фотоприемников - фоточувствительных приборов с зарядовой связью (ФПЗС) и фотоприемников на основе КМОП-структур. В обычных многоэлементных фотоприемниках, освещаемых с лицевой стороны подложки, величина квантовой эффективности QE приемника ограничена. В ФПЗС это ограничение обусловлено поглощением света в полупрозрачных электродах, изготавливаемых из поликристаллического кремния, а в КМОП-фотоприемниках ограничение величины QE связано, главным образом, с тем, что значительная часть площади фоточувствительного элемента (пиксела) фотоприемника занята непрозрачными металлическими электродами. Указанное ограничение величины QE может быть преодолено в фотоприемниках, освещаемых с обратной стороны подложки, в конструкции которых на фотоприемной поверхности отсутствуют поглощающие или отражающие электроды. В случае, если на фотоприемную поверхность нанесено подходящее антиотражающее покрытие, квантовая эффективность фотоприемника может приближаться к величине 100%. Однако, чтобы избежать снижения разрешающей способности фотоприемника, освещаемого с обратной стороны подложки, необходимо обеспечить утонение подложки до толщины, равной или немного превышающей глубину области пространственного заряда (ОПЗ) в фотоприемнике. В большинстве случаев необходимая толщина заключена в диапазоне 5-30 мкм.
Способы утонения подложки можно разделить на две группы:
- способы, использующие двухэтапный процесс, в котором большая часть толщины пластины удаляется путем механического шлифования, а оставшаяся часть удаляется методом химического травления, что позволяет устранить механические повреждения, оставшиеся после процесса шлифования,
- процесс, в котором все утонение пластины осуществляется исключительно за счет химического травления.
Каждый из этих способов имеет свои преимущества и недостатки, но в любом случае значительная часть толщины пластины удаляется методом химического травления.
Широко известен способ химического травления, в котором используются кислотные травители, базовая композиция которых состоит из смеси азотной кислоты HNO3 и плавиковой кислоты HF. Обычно в травители этого типа добавляется в определенной пропорции либо вода, либо (что чаще) уксусная кислота СН3СООН. В последнем случае для обозначения травителя такого типа в англоязычной литературе используется аббревиатура HNA (Hydrofluoric-Nitric-Acetic [acids]). Для травителей, содержащих только азотную и плавиковую кислоты, используется обозначение HN.
Общая схема реакции достаточно сложна и, по-видимому, включает разные пути протекания реакции, поэтому мы будем говорить только о преимущественном пути реакции [1]. Принятая в настоящее время основная схема реакции может быть описана следующим образом.
Окислительно-восстановительная реакция происходит на участках кремниевого образца, которые попеременно играют роль виртуальных катодов и анодов.
На анодном участке происходит взаимодействие ковалентно связанного атома кремния с дырками h+, которые транспортируются с катодного участка.
Дырки, главным образом, образуются в результате следующей реакции:
Как можно видеть, дырки и молекулы азотистой кислоты продуцируются в реакции (1) в автокаталитическом цикле.
На анодном участке в результате атомов кремния с дырками образуются четырехзарядные катионы кремния Si4+, которые взаимодействуют с гидроксильными группами ОН- из водного раствора с образованием диоксида кремния и выделением газообразного водорода:
Диоксид кремния SiO2, взаимодействуя с HF, образует растворимую в воде кремнефтористоводородную кислоту H2SiF6, которая является конечным продуктом реакции:
Полную реакцию растворения кремния можно записать следующим образом:
Из литературы известно множество рецептур травителей состава HNA. Критерием выбора оптимального состава травителя является возможность получения в результате травления (при использовании подходящего оборудования) высокой равномерности травления по площади пластины и малой величины микрошероховатости при одновременном обеспечении достаточной скорости травления.
Задача обеспечения однородности травления по площади пластины является достаточно нетривиальной, учитывая весьма жесткие требования к величине однородности. В частности, для выполнения требований по однородности чувствительности многоэлементных фотоприемников неоднородность толщины подложки готового прибора не должна превышать нескольких десятых долей микрона. Таким образом, постановка задачи предполагает обеспечение неоднородности травления по площади пластины, не превышающей 1%. Это, очевидно, представляет собой весьма сложную задачу.
Существуют различные подходы к решению данной задачи.
Один из подходов основан на измерении специализированными приборами толщины пластины в различных точках в ходе процесса травления (in situ) и корректировке процесса травления на основе полученных данных [2], [3]. На этом принципе основан целый ряд высокоэффективных автоматизированных установок травления, в которых пластина в процессе травления располагается горизонтально на вращающемся столике.
Травитель в этих установках подается на вращающуюся пластину сверху через сопло или форсунку (одну или несколько), при этом обеспечивается отвод сброшенного с пластины травителя в дренажную линию и циркуляция его в установке по замкнутому контуру. Размещенный над пластиной оптический сенсор (сенсоры) в ходе процесса обеспечивает картографирование толщины пластины по всей ее поверхности. На основе полученной карты неравномерности управляющая система установки формирует управляющий сигнал, обеспечивающий надлежащее перемещение форсунки (форсунок) по радиусу относительно центра вращения. Примерами таких установок могут служить SEZ 203 (SEZ AG, Villach, Austria), SSEC 3300 (Solid State Equipment Corp., USA).
Данная технологическая схема обеспечивает высокую скорость травления при хорошей однородности, однако ее недостатком является необходимость высоких капитальных затрат на приобретение сложного дорогостоящего оборудования.
Альтернативным подходом к обеспечению высокой однородности травления является использование кремниевых подложек, структура которых включает стоп-слой, расположенный на необходимой глубине в кремниевой подложке. Если рецептура травителя такова, что по достижении стоп-слоя обеспечивается практически полная остановка травления, то в результате травления может быть достигнута очень высокая однородность толщины по площади пластины.
Одним из возможных вариантов реализации принципа травления со стоп-слоем является использование кремниевых структур с эпитаксиальным слоем, концентрация в котором сильно отличается от подложки. В этом случае высокая селективность травления может быть достигнута при использовании травителей системы HNA с определенной концентрацией ингредиентов.
Свойством селективности по концентрации в наибольшей степени обладают травители системы HNA со следующим соотношением ингредиентов - 1:3:(8-12). Соотношения здесь и далее выражены в объемных долях для водных растворов кислот стандартных концентраций (HF - 49%, HNO3 - 70%, СН3СООН - 99,5%).
Впервые подобный травитель системы HNA с соотношением ингредиентов 1:3:12 был предложен в 1956 г. Дэшем для выявления дислокаций в образцах германия и кремния с кристаллографическими ориентациями (111) и (100) [4].
Модифицированный травитель Дэша с соотношением ингредиентов 1:3:10 аналогичным образом применялся для выявления дислокаций на образцах кремния ориентации (100), (111), (110) и (112).
Еще одна модификация травителя Дэша с соотношением ингредиентов 1:3:8 также применялась для выявления кристаллографических дефектов [5].
В 1973 г. Хисаши Мураока (Н. Muraoka) с соавторами выполнил исследование зависимости скорости травления кремния в травителях системы HNA с различными соотношениями ингредиентов от концентрации легирующих примесей p- и n- типа [6], [7]. Результаты этого исследования, приведенные на рис. 1, показывают, что среди всех исследованных травитель Дэша состава 1:3:8 обладает наиболее резкой зависимостью скорости травления от концентрации.
В статье [6] приводятся следующие данные по скоростям травления кремния.
Результаты, полученные Мураокой для скоростей травления, слабо зависят от кристаллографической ориентации, типа проводимости и конкретной легирующей примеси (В, Р, As или Sb).
На рис. 2 на треугольной диаграмме приведена область концентраций, для которой селективность травления превышает 10 (на рисунке эта область заштрихована).
Способ, в котором для остановки травления на границе стоп-слоя используется селективный травитель системы HNA с соотношением концентраций 1:3:8 (или близким к нему) в англоязычной литературе называют "методом Мураока". Данный состав выбран в качестве прототипа.
В практической реализации этого способа используются кремниевые структуры, включающие относительно высокоомный эпитаксиальный слой на сильнолегированной подложке, т.е. имеющие структуру р-р+ или n-n+.
В частности, для производства ФПЗС, как правило, используются пластины структуры p-p+. Это позволяет при производстве ФПЗС с освещением с обратной стороны подложки осуществлять утонение подложки методом Мураока.
В качестве примера реализации этого метода можно привести патент [8]. В этой работе травление кремниевых пластин с эпитаксиальным слоем проводилось в растворе HNA (1:3:10).
Одной из проблем, возникающих при использовании метода Мураока, является ухудшение характеристик травителя по мере увеличения количества обработанных пластин ("эффект загрузки"). Это ухудшение характеристик связано с накоплением в объеме травителя продуктов травления, в частности кремнефтористоводородной кислоты H2SiF6, результатом чего является снижение скорости травления, ухудшение равномерности и возрастание микрошероховатости. В частности, в литературе отмечается существенное ухудшение характеристик травления, наблюдающееся при накоплении в растворе кремнефтористоводородной кислоты в концентрации более 10%.
Известен способ улучшения стабильности процесса травления кремния и его соединений за счет введения в состав травителей реакционно-способных поверхностно-активных веществ (ПАВ), позволяющих осуществить отвод продуктов реакции из зоны травления за счет образования неактивных соединений. В частности, корпорацией Minnesota Mining and Manufacturing Co. (3М) были разработаны фторпроизводные поверхностно-активные вещества (ПАВ) с торговыми названиями FC-98 и FC-99. Их химический состав и структурные формулы близки к описанным в патенте [9]. Структурные формулы этих веществ можно представить как RFSO2-N-R1R2R3-R4 +и RFSO2-N-R1R2R3R4 -, где RF - радикал содержащий ионы фтора, a R4 - определяет катион- или анионную активность.
Известны технические решения, при которых в процессах травления кремния, используемых в микротехнологии (производстве полупроводниковых приборов и изделий микросистемной техники) используют катионактивные ПАВ, а процессах травления двуокиси кремния SiO2 - анионактивные. Для этих целей в СССР были разработаны анионактивные и катионактивные фторсодержащие ПАВ, аналогичные по составу описанным в патенте США №4055458. Эти вещества, известные под фирменным наименованием «Флактониты», выпускались по техническим условиям ТУ 301-02-48-89 "ПАВ фторсодержащие". Их состав можно выразить общими структурными формулами вида:
- для К-76 RFSO2-N-R1R2R3-R4+A-, где А представляет собой анион галогена (хлор, бром, иод);
-для А-76 RFSO2-N-R1R2R3R4-К+, где К представляет собой катион (натрий, калий, аммоний).
- RF - фторуглеводородный радикал, (например, C8F17),
-R1, R2, R3 - углеводородные радикалы различных классов.
Как было указано выше, обычно в составах для травления кремния применяют катионактивные ПАВ. Недостаток данных травителей заключается в том, что катионактивные ПАВ взаимодействуют не со всеми образующимися промежуточными продуктами реакции, что приводит к временной нестабильности процесса травления, т.к. кинетика процесса в этом случае определяется скоростью отвода продуктов реакции из зоны реакции. Из-за этого не могут быть в полной мере решены задачи стабилизации во времени процесса травления, достижения высокой селективности травления и высокой однородности толщины утоненных пластин, обеспечения низких значений микрошероховатости.
Задача изобретения - создание состава с улучшенными свойствами для процессов химического утонения кремниевых пластин.
Технический результат изобретения заключается в стабилизации процесса химического утонения кремния, в повышении технологичности процесса, улучшении показателей качества поверхности, улучшении достигаемой однородности толщины утоненных пластин, при значительном снижении растрава, в повышении выхода годных изделий.
Технический результат достигается за счет того, что состав селективного травителя для химических процессов утонения кремниевых пластин включает 1 объемную часть плавиковой кислоты, 3 объемных части азотной кислоты, N объемных частей уксусной кислоты, где N находится в диапазоне от 6 до 12 в зависимости от конкретных требований к скорости и селективности процесса травления, и 0,5÷1 части 0,1% раствора синтезированного фторпроизводного амфолитного комплекса ПАВ с катионактивными и анионактивными группами, выполненного на основе поверхностно-активных веществ вида RFSO2-N-R1R2R3-R4+A- где А представляет собой анион галогена, и RFSO2-N-R1R2R3R4-К+, где К представляет собой катион, a RF - радикал, содержащий ионы фтора, причем в составе амфолитного комплекса катион- и анионактивные группы взяты в равных долях, а в качестве ПАВ используются флактониты А76 и К76. Дополнительно в качестве аниона галогена используют хлор, бром или йод, а в качестве катиона - натрий, калий, аммоний.
Особенность технического решения заключается в том, что состав содержит комплекс ПАВ, включающий как анионактивные, так и катионактивные группы, и тем самым обеспечивающий взаимодействие со всеми как промежуточными, так и конечными продуктами реакций, происходящих в процессе химического утонения кремниевых пластин с образованием неактивных соединений, отводимых из зоны реакции. Данный комплекс тем самым позволяет стабилизировать процесс травления, улучшить качество поверхности утоненных пластин, значительно снизить неоднородность их толщины, уменьшить микрошероховатость, значительно уменьшить растрав и повысить выход годных изделий в производстве различных типов полупроводниковых приборов и интегральных схем, в частности многоэлементных фотоприемников, освещаемых с обратной стороны подложки.
Состав селективного полирующего травителя для химического утонения кремниевых пластин изготавливают следующим образом:
- предварительно изготавливают 0,1% раствор синтезированного фторпроизводного амфолитного комплекса ПАВ с катион- и анионактивными группами путем растворения в 1000 мл горячей воды 1 г флактонита А76 и 1 г флактонита К76 с последующей выдержкой раствора в течение не менее суток;
- затем раствор вводят в нужном количестве в состав травления, состоящий из 1 части плавиковой кислоты, 3 частей азотной кислоты и N частей уксусной кислоты, где N находится в интервале от 6 до 12 в зависимости от требований к скорости и селективности процесса травления.
На рис. 3 изображены вертикальные профили боковой стенки фигуры травления при использовании травителей различного состава:
1 - травящий раствор без ПАВ - угол стенки около 30°;
2 - травящий раствор с катионактивным ПАВ - угол травления около 50°;
3 - травящий раствор с амфолитным ПАВ - угол травления около 65°.
В результате применения амфолитного комплекса ПАВ получено снижение растрава, отображаемого на рис. 3 углом наклона боковой стенки фигуры травления (горизонтальная линия изображает дно фигуры травления, а вертикальная линия - недостижимый при жидкостном травлении идеальный профиль).
Литература
[1]. Madou J.M. (ed.) Fundamentals of Microfabrication and Nanotechnology, 3rd edition, vol. II, Manufacturing Techniques for Microfabrication and Nanotechnology. - Boca Raton, London, New York: CRC Press, 2012, pp. 240-246.
[2]. US Pat. 6.168.965. Malinovich Y., Koltin E. Method of making backside illuminated image sensor. Jan. 2, 2001.
[3]. US Pat 7.972.969. Yang, K.-F. et al. Method and Apparatus for Thinning a Substrate.
[4]. Dash, W.C. J. Appl. Phys., v. 27, p. 1193 (1956).
[5]. Grubel, R.O. (ed.). Metallurgy of Elemental and Compound Semiconductors, Vol 12, New York: Interscience, 1961, p. 469.
[6]. H. Muraoka et al. "Controlled Preferential Etching Technology", in Proc. of Semiconductor Silicon 1973, Huff H.R. and Burgess R.R. (Eds.), Princeton, N.J.: Electrochemical Society, 1973, (Softbound Sym. Series), p. 327-338.
[7]. Muraoka H., Ohashi T., Sumitomo T. US Pat. 3,767,494. "Method for Manufacturing a Semiconductor Photosensitive Device". Oct. 23, 1973.
[8]. US Pat. 4372803. Gigante J.R. Method for etch thinning silicon devices.
[9]. US Pat. №4055458 Niederprüm et al. "Etching Glass with HF and Fluorine-Containing Surfactant".
Claims (3)
1. Состав селективного травителя для химических процессов утонения кремниевых пластин включает 1 объемную часть плавиковой кислоты, 3 объемных части азотной кислоты, N объемных частей уксусной кислоты, где N находится в диапазоне от 6 до 12 в зависимости от конкретных требований к скорости и селективности процесса травления, и 0,5÷1 части 0,1% раствора синтезированного фторпроизводного амфолитного комплекса ПАВ с катионактивными и анионактивными группами, выполненного на основе поверхностно-активных веществ вида RFSO2-N-R1R2R3-R4+A-, где А представляет собой анион галогена, и RFSO2-N-R1R2R3R4-К+, где К представляет собой катион, RF - радикал, содержащий ионы фтора, причем в составе амфолитного комплекса катион- и анионактивные группы взяты в равных долях, а в качестве ПАВ используются флактониты А76 и К76.
2. Состав селективного травителя для химических процессов утонения кремниевых пластин по п. 1, отличающийся тем, что в качестве аниона галогена используют одно из нижеперечисленых веществ: хлор, бром, йод.
3. Состав селективного травителя для химических процессов утонения кремниевых пластин по п. 1, отличающийся тем, что в качестве катиона используют одно из нижеперечисленных веществ: натрий, калий, аммоний.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015112960A RU2615596C2 (ru) | 2015-04-08 | 2015-04-08 | Состав селективного травителя для химических процессов утонения кремниевых пластин |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015112960A RU2615596C2 (ru) | 2015-04-08 | 2015-04-08 | Состав селективного травителя для химических процессов утонения кремниевых пластин |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015112960A RU2015112960A (ru) | 2016-10-27 |
| RU2615596C2 true RU2615596C2 (ru) | 2017-04-05 |
Family
ID=57216188
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015112960A RU2615596C2 (ru) | 2015-04-08 | 2015-04-08 | Состав селективного травителя для химических процессов утонения кремниевых пластин |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2615596C2 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4055458A (en) * | 1975-08-07 | 1977-10-25 | Bayer Aktiengesellschaft | Etching glass with HF and fluorine-containing surfactant |
| RU1822299C (ru) * | 1990-01-26 | 1995-05-20 | Всесоюзный Электротехнический Институт Им.В.И.Ленина | Способ травления кремниевых изделий |
| WO2009130050A1 (en) * | 2008-04-25 | 2009-10-29 | S.O.I. Tec Silicon On Insulator Technolgies | Etching composition, in particular for strained or stressed silicon materials, method for characterizing defects on surfaces of such materials and process of treating such surfaces with the etching composition |
| US7972969B2 (en) * | 2008-03-06 | 2011-07-05 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Method and apparatus for thinning a substrate |
| US8461057B2 (en) * | 1999-12-22 | 2013-06-11 | Basf Aktiengesellschaft | Process for the rough-etching of silicon solar cells |
-
2015
- 2015-04-08 RU RU2015112960A patent/RU2615596C2/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4055458A (en) * | 1975-08-07 | 1977-10-25 | Bayer Aktiengesellschaft | Etching glass with HF and fluorine-containing surfactant |
| RU1822299C (ru) * | 1990-01-26 | 1995-05-20 | Всесоюзный Электротехнический Институт Им.В.И.Ленина | Способ травления кремниевых изделий |
| US8461057B2 (en) * | 1999-12-22 | 2013-06-11 | Basf Aktiengesellschaft | Process for the rough-etching of silicon solar cells |
| US7972969B2 (en) * | 2008-03-06 | 2011-07-05 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Method and apparatus for thinning a substrate |
| WO2009130050A1 (en) * | 2008-04-25 | 2009-10-29 | S.O.I. Tec Silicon On Insulator Technolgies | Etching composition, in particular for strained or stressed silicon materials, method for characterizing defects on surfaces of such materials and process of treating such surfaces with the etching composition |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2015112960A (ru) | 2016-10-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0133584B1 (en) | Etchant composition | |
| US7628932B2 (en) | Wet etch suitable for creating square cuts in si | |
| CN103666478B (zh) | 一种非离子型低表面张力的酸性氟化铵蚀刻液 | |
| CN111793531A (zh) | 用于去除蚀刻残余物的清洗液 | |
| Zubel et al. | Silicon anisotropic etching in TMAH solutions containing alcohol and surfactant additives | |
| CN103314449A (zh) | 用于太阳能电池发射体的湿化学反向蚀刻的方法 | |
| EP1558697A1 (en) | Fluorinated surfactants for buffered acid etch solutions | |
| SG178308A1 (en) | Microprocessing treatment agent and microprocessing treatment method using same | |
| Brockmeier et al. | Surface tension and its role for vertical wet etching of silicon | |
| US3966517A (en) | Manufacturing semiconductor devices in which silicon slices or germanium slices are etched and semiconductor devices thus manufactured | |
| CN112608753A (zh) | 一般电阻硅产品的蚀刻液及其蚀刻方法 | |
| RU2615596C2 (ru) | Состав селективного травителя для химических процессов утонения кремниевых пластин | |
| CN108987267A (zh) | 在基板上制造结构的方法 | |
| US3738882A (en) | Method for polishing semiconductor gallium arsenide planar surfaces | |
| WO2012023613A1 (ja) | テクスチャー形成用組成物、シリコン基板の製造方法、及びテクスチャー形成用組成物調製キット | |
| Adachi et al. | Chemical etching of GaAs | |
| EP0278628B1 (en) | Etching solutions containing ammonium fluoride | |
| CN102421886A (zh) | 清洗液和清洗方法 | |
| JP2006093453A (ja) | アルカリエッチング液及びアルカリエッチング方法 | |
| JPS63114128A (ja) | 表面処理液 | |
| TW202231843A (zh) | 矽蝕刻液、使用該蝕刻液之矽裝置的製造方法及基板處理方法 | |
| Lamichhane et al. | Etching of crystalline silicon in thermal environment | |
| JP2014033046A (ja) | テクスチャー形成用組成物、シリコン基板の製造方法、及びテクスチャー形成用組成物調製キット | |
| US20230287270A1 (en) | Silicon etching liquid, and method for producing silicon device and method for processing silicon substrate, each using said etching liquid | |
| KR101576286B1 (ko) | 실리콘 웨이퍼의 이방성 식각 방법 및 그 장치 |