TWI629341B - 能夠抑制顆粒出現的蝕刻溶液 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種能夠抑制顆粒出現的蝕刻溶液，其包括其中三個或更多個親水性官能團獨立鍵合到矽原子上的第一矽烷化合物和其中一個或兩個親水性官能團獨立鍵合到矽原子上的第二矽烷化合物。

Description

能夠抑制顆粒出現的蝕刻溶液
本發明關於一種在氮化矽蝕刻完成之後能夠抑制矽基顆粒出現的蝕刻溶液。
使用磷酸作為氮化矽層的蝕刻劑是眾所周知的方法。
當使用純磷酸時，由於磷酸蝕刻氮化矽和氧化矽二者，因此高選擇性是不可能的。因此，在蝕刻製程中出現諸如缺陷、圖案異常和顆粒出現的問題。
同時，嘗試使用含氟化合物作為添加劑，以進一步提高氮化矽層的蝕刻速率。然而，氟也增加了氮化矽層的蝕刻速率。
近年來，將矽添加劑添加到磷酸中以減少氧化矽層以實現高選擇性。由於主要用作矽添加劑的矽烷化合物對包括磷酸的蝕刻溶液的溶解度低，所以使用其中親水性官能團(例如，能夠鍵合氫的基團)與矽原子鍵合的矽烷化合物來增加矽烷化合物在磷酸溶液中的溶解度。
當矽烷中存在官能團時，化合物的溶解度將在磷酸中增加；因此，可以確保矽烷化合物對蝕刻溶液的適當溶解度。然而，當蝕刻溶液中矽烷化合物的濃度增加至抑制氧化矽E/R(蝕刻速率)時，由於也抑制氮化矽E/R而降低了選擇性。
此外，如果使用太多的矽添加劑，矽添加劑將結合在一起，而產生不可控的細微性結果，導致晶片和顆粒結合，而產生晶片缺陷。
本公開內容的目的是提供一種用於氮化矽層的蝕刻溶液，其通過使用基於矽烷化合物的矽添加劑能夠提高氮化矽層相對氧化矽層的選擇性。
本公開內容的另一個目的是提供一種用於氮化矽層的蝕刻溶液，其通過使用含氟化合物能夠補償由於使用矽添加劑而降低的蝕刻速率。
本公開內容的目的不限於上述目的，並且本領域技術人員可以從以下描述中理解其它目的和優點。此外，將容易地理解，本公開內容的目的和優點可以通過所附申請專利範圍及其組合中所述的手段來實施。
根據本公開內容的一個方面，一種用於氮化矽層的蝕刻溶液包括：包含無機酸和有機酸中至少一種酸的水溶液；包含1-6個矽原子的第一矽烷化合物，其中至少一個矽原子與三個或更多個親水官能團鍵合；包含1-6個矽原子的第二矽烷化合物，其中與一個矽原子鍵合的親水性官能團的數目最多為2；和含氟化合物。
在能夠抑制顆粒出現的蝕刻液的pH條件下，所述親水性官能團可以是羥基或是可以被羥基取代的官能團。
根據本公開內容的另一方面，提供一種蝕刻後(post-eching)清洗溶液，其在用包括矽添加劑的蝕刻溶液蝕刻矽基底之後，在清洗時能夠減少或抑制矽基顆粒出現。
參照附圖，上述目的、特徵和優點將通過詳細描述變得顯而易見。對實施方式進行詳細的描述使本領域技術人員能夠容易地實施本公開內容的技術思想。可以省略對習知的功能或構造的詳細描述，以免不必要地模糊本公開內容的要點。下文，將參照附圖詳細地描述本公開內容的實施方式。在附圖中，同樣的附圖標記表示同樣的元件。
根據本公開內容的一個例示性實施方式，用於氮化矽層的蝕刻溶液可以包括：包括無機酸和有機酸中至少一種酸的水溶液(下文稱為酸性水溶液)，包含1-6個矽原子的第一矽烷化合物，其中至少一個矽原子與三個或更多個親水性官能團鍵合，包含1-6個矽原子的第二矽烷化合物，其中與一個矽原子鍵合的親水性官能團的數目最多為2，和含氟化合物。
其中無機酸可以是選自硫酸、硝酸、磷酸、矽酸、氫氟酸、硼酸、鹽酸和高氯酸中的至少一種。此外，除了上述無機酸之外，可以使用磷酸酐、焦磷酸或多磷酸。
其中有機酸可以是選自乙酸、檸檬酸、甲酸、葡萄糖酸、乳酸、草酸、酒石酸和氫碳酸(hydrogen carbonic acid)中的至少一種。此外，除了上述有機酸之外，可以使用有機酸如丙酸、丁酸、棕櫚酸、硬脂酸、油酸、丙二酸、琥珀酸、馬來酸、乙醇酸、戊二酸、己二酸、磺基琥珀酸、戊酸、己酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、乳酸、蘋果酸、檸檬酸、酒石酸、苯甲酸、水楊酸、對甲苯磺酸、萘甲酸、煙酸、甲苯酸、茴香酸、曙光酸和酞酸等。如果需要，可以使用包含無機酸和有機酸的混合酸的酸性水溶 液。
其中無機酸和有機酸可以以水溶液中鹽的形式存在，且所述鹽較佳為具有銨鹽的形式。
酸性水溶液是保持蝕刻溶液的pH以抑制存在於蝕刻溶液中的各種矽烷化合物變成矽基顆粒的成分。
在一個例示性實施方式中，基於100重量份能夠抑制顆粒出現的蝕刻溶液計，酸性水溶液的含量較佳為60至90重量份。
當基於100重量份能夠抑制顆粒出現的蝕刻溶液計，酸性水溶液的含量小於60重量份時，氮化矽層的蝕刻速率可能降低，並因此，可能不能充分地蝕刻氮化矽層，或者可能降低蝕刻氮化矽層的製程效率。
另一方面，當基於100重量份的能夠抑制顆粒出現的蝕刻溶液計，酸性水溶液的含量大於90重量份時，不僅可能過度增加氮化矽層的蝕刻速率，而且由於氧化矽層被快速蝕刻，所以也可能降低氮化矽層相對氧化矽層的選擇性。此外，當氧化矽層被蝕刻時，可能引起矽基底的缺陷。
根據本公開內容的一個例示性實施方式，能夠抑制顆粒出現的蝕刻溶液包括以下化學式1或化學式2表示的第一矽烷化合物，以增加氮化矽層相對氧化矽層的選擇性。
如下面的化學式1所示，本公開內容的第一矽烷化合物可以定義為其中R1至R4的官能團與一個矽原子鍵合的化合物。其中R1至R4中的至少3個為親水性官能團。
[化學式1]
在化學式1中，R1至R4各自獨立地是親水性官能團，或者是選自氫、C1-C10烷基、C6-C12環烷基、包含至少一個雜原子的C2-C10雜烷基、C2-C10烯基、C2-C10炔基、C1-C10鹵烷基、C1-C10氨基烷基、芳基、雜芳基、芳烷基、甲矽烷氧基和矽氧烷的官能團。
此外，如下面的化學式2所示，本公開內容的第一矽烷化合物可以定義為其中連續鍵合至少兩個矽原子的矽烷化合物：
在化學式2中，R5至R10各自獨立地是親水性官能團，或者是選自氫、C1-C10烷基、C6-C12環烷基、包含至少一個雜原子的C2-C10雜烷基、C2-C10烯基、C2-C10炔基、C1-C10鹵烷基、C1-C10氨基烷基、芳基、雜芳基、芳烷基、甲矽烷氧基和矽氧烷的官能團，且n為1至5的整數。
也就是說，第一矽烷化合物包含1至6個矽原子，並且具體包含至少一個與三個或更多個親水性官能團鍵合的矽原子，因此可以確保在包括酸性水溶液的用於氮化矽層的蝕刻溶液中足夠的溶解度，並且可以與矽基底特別是氧化矽層形成較強的親水性相互作用。
通過強親水性相互作用連接到氧化矽層表面的第一矽烷化合物可以防止矽基底被氧化矽層的無機酸或含氟化合物蝕刻。
在酸性水溶液的pH條件下，與矽原子鍵合的親水性官能團是羥基或是可被羥基取代的官能團。
其中在酸性水溶液的pH條件下，可以被羥基取代的官能團的非限制性實例包括氨基、鹵素基團、磺酸基團、膦酸基團、磷酸基團、硫醇基團、烷氧基、醯胺基、酯基、酸酐基、醯鹵基、氰基、羧基和唑基(azole)。因此，在酸性水溶液的pH條件下，可以被羥基取代的官能團不必限於上述官能團，應理解為包括在酸性水溶液的pH條件下可以被羥基取代的任何官能團。
本公開內容中酸性水溶液的pH條件是4以下。當酸性水溶液的pH條件大於4時，存在於能夠抑制顆粒出現的蝕刻溶液中的第一矽烷化合物的穩定性可能由於較高的pH而降低，並因此，矽烷化合物可以作為矽基顆粒的來源。
本公開內容中的鹵素是指氟(-F)、氯(-Cl)、溴(-Br)或碘(-I)，鹵烷基是指被上述鹵素取代的烷基。例如，鹵甲基是指甲基(-CH2X、-CHX2或-CX3)，其中甲基的至少一個氫被鹵素取代。
此外，本公開內容中的烷氧基是指-O-(烷基)基團和-O-(未取代的環烷基)基團，並且是具有一個或更多個醚基和1-10個碳原子的直鏈或支鏈烴。
具體地，烷氧基包括甲氧基、乙氧基、丙氧基、異丙氧基、正丁氧基、叔丁氧基、仲丁氧基、正戊氧基、正己氧基、1,2-二甲基丁氧基、環丙氧基、環丁氧基、環戊氧基、環己氧基等，但不限於此。
當Ra(其中a是選自1至4的整數)是烯基或炔基時，烯基的 sp2-雜化碳或炔基的sp-雜化碳可以直接鍵合或者可以通過所鍵合的烷基的sp3-雜化碳間接鍵合到烯基的sp2雜化碳上或炔基的sp-雜化碳上。
本文中的Ca-Cb官能團是指碳原子數為a-b的官能團。例如，Ca-Cb烷基是指飽和脂族基團，包括其中碳原子數為a-b的直鏈烷基和支鏈烷基。直鏈烷基或支鏈烷基的主鏈中具有10個或更少的碳原子(例如，C1-C10直鏈、C3-C10支鏈)，較佳4個或更少，更較佳3個或更少。
具體地，烷基可以是甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、伸丁基、異丁基、叔丁基、戊-1-基、戊-2-基、戊-3-基、3-甲基丁-1-基、3-甲基丁-2-基、2-甲基丁-2-基、2,2,2-三甲基乙-1-基、正己基、正庚基和正辛基。
除非另有定義，本文所用的芳基是指包括相互共軛或共價鍵合的單環或多環(較佳為一至四個環)的不飽和芳環。芳基的非限制性實例包括苯基、聯苯基、鄰三聯苯、間三聯苯、對三聯苯、1-萘基、2-萘基、1-蒽基、2-蒽基、9-蒽基、1-菲基、2-菲基、3-菲基、4-菲基、9-菲基、1-芘基、2-芘基和4-芘基等。
本文所用的雜芳基是指其中如上定義的芳基中的一個或多個碳原子被非碳原子如氮、氧或硫取代的官能團。
雜芳基的非限制性實例包括呋喃基、四氫呋喃基、吡咯基、吡咯烷基、噻吩基、四氫噻吩基、噁唑基、異噁唑基、三唑基、噻唑基、異噻唑基、吡唑基、吡唑烷基、噁二唑基、噻二唑基、咪唑基、咪唑啉基、吡啶基、噠嗪基、三嗪基、呱啶基、嗎啉基、硫代嗎啉基、吡嗪基、呱啶基、嘧啶基、萘啶基、苯並呋喃基、苯並噻吩基、吲哚基(indolyl)、吲哚 基(indolynyl)、吲哚嗪基、吲唑基、喹嗪基、喹啉基、異喹啉基、噌啉基、酞嗪基、喹唑啉基、喹喔啉基、蝶啶基、奎寧環基、哢唑基、吖啶基、吩嗪基、吩噻嗪基、吩噁嗪基、嘌呤基、苯並咪唑基、苯並噻唑基等，以及與它們共軛的類似物。
本文使用的芳烷基是其中芳基被烷基的碳取代的形式的官能團，並具有通式為-(CH2)nAr。芳烷基的實例包括苄基(-CH2C6H5)或苯乙基(-CH2CH2C6H5)等。
除非另有定義，本文所用烴環(以下稱為環烷基)或包含雜原子的烴環(以下稱為雜環烷基)分別被理解為烷基的環狀結構或雜烷基的環狀結構。
環烷基的非限制性實例包括環戊基、環己基、1-環己烯基、3-環己烯基和環庚基等。
雜環烷基的非限制性實例包括1-(1,2,5,6-四氫吡啶基)、1-呱啶基、2-呱啶基、3-呱啶基、4-嗎啉基、3-嗎啉基、四氫呋喃-2-基、四氫噻吩-2-基、四氫噻吩-3-基、1-呱嗪基和2-呱嗪基等。
此外，環烷基或雜環烷基可以與另一個環烷基、另一個雜環烷基、芳基或雜芳基共軛，或者可以與其共價鍵合。
本文使用的甲矽烷氧基是其中甲矽烷基被氧取代的形式的官能團，並具有通式-O-Si(R)3。
在用於氮化矽層的蝕刻溶液中，第一矽烷化合物較佳為100-10000ppm。
當能夠抑制顆粒出現的蝕刻溶液中的第一矽烷化合物以小 於100ppm存在時，增加氮化矽層相對氧化矽層的選擇性的效果可能不足。另一方面，當能夠抑制顆粒出現的蝕刻溶液中的第一矽烷化合物大於10,000ppm時，根據能夠抑制顆粒出現的蝕刻溶液中增加的矽濃度，氮化矽層的蝕刻速率可能相應地降低，且第一矽烷化合物本身可以作為矽基顆粒的來源。
根據本公開內容的例示性實施方式，能夠抑制顆粒出現的蝕刻溶液可以包括作為矽添加劑的第一矽烷化合物以補償氮化矽層的蝕刻速率的降低，並且同時還可以包括含氟化合物，以提高整體蝕刻製程的效率。
本文所用的含氟化合物是指能夠解離氟離子的任何類型的化合物。
在一個例示性實施方式中，含氟化合物是選自氟化氫、氟化銨、二氟化銨和氟化氫銨中的至少一種。
此外，在另一個示例性實施方式中，含氟化合物可以是其中有機陽離子和氟基陰離子進行離子鍵合的化合物。
例如，含氟化合物可以是其中烷基銨和氟基陰離子被離子鍵合的化合物。其中烷基銨是具有至少一個烷基的銨，並且可以具有最多四個烷基。烷基如上所定義。
作為另一個例子，含氟化合物可以是其中有機陽離子和氟基陰離子進行離子鍵合的離子液體，有機陽離子選自烷基吡咯鎓、烷基咪唑鎓、烷基吡唑鎓、烷基噁唑鎓、烷基噻唑鎓、烷基吡啶鎓、烷基嘧啶鎓、烷基噠嗪鎓、烷基吡嗪鎓、烷基吡咯烷鎓、烷基鏻、烷基嗎啉鎓和烷基呱啶鎓，和氟基陰離子選自氟磷酸鹽、氟烷基氟磷酸鹽、氟硼酸鹽和氟烷基 氟硼酸鹽。
與通常用作能夠抑制顆粒出現的蝕刻溶液中含氟化合物的氟化氫或氟化銨相比，以離子液體的形式提供的含氟化合物具有高沸點和高分解溫度。因此，存在的優點是，不必關注在高溫下進行的蝕刻製程中由於分解而改變蝕刻溶液的組成。
然而，當在能夠抑制顆粒出現的蝕刻溶液中由於含有過量的含氟化合物而在蝕刻溶液中殘留過量的氟或氟離子時，可以提高氮化矽層的蝕刻速率以及氧化矽層的蝕刻速率。
根據本公開內容，由化學式3或4所示的第二矽烷化合物另外包括在能夠抑制顆粒出現的蝕刻溶液中，並因此可以抑制由含氟化合物引起的氧化矽層的蝕刻速度增加的問題。
如下面的化學式3所示，本公開內容的第二矽烷化合物可以定義為其中R11至R14的官能團與一個矽原子鍵合的化合物。其中R11至R14中的親水性官能團數為1-2。
在化學式3中，R11至R14各自獨立地是親水性官能團，或者是選自氫、C1-C10烷基、C6-C12環烷基、包含至少一個雜原子的C2-C10雜烷基、C2-C10烯基、C2-C10炔基、C1-C10鹵烷基、C1-C10氨基烷基、芳基、雜芳基、芳烷基、甲矽烷氧基和矽氧烷的官能團。
此外，如下面的化學式4所示，本公開內容的第二矽烷化合物可以定義為其中連續鍵合至少兩個矽原子的矽烷化合物：
在化學式4中，R15至R20各自獨立地是親水性官能團，或者是選自氫、C1-C10烷基、C6-C12環烷基、包含至少一個雜原子的C2-C10雜烷基、C2-C10烯基、C2-C10炔基、C1-C10鹵烷基、C1-C10氨基烷基、芳基、雜芳基、芳烷基、甲矽烷氧基和矽氧烷的官能團，且n為1至5的整數。
也就是說，第二矽烷化合物包含1至6個矽原子，並且包含與矽原子鍵合的親水性官能團，從而確保在能夠抑制顆粒出現的包括酸性水溶液的蝕刻溶液中適當的溶解度水準。
因此，在能夠抑制顆粒出現的蝕刻溶液中以適當溶解的狀態存在的第二矽烷化合物可以與相對於第一矽烷化合物過量地含有的含氟化合物適當地反應，從而防止了氧化矽層的蝕刻速率增加。
此外，第二矽烷化合物的親水性官能團的數量比第一矽烷化合物少，並因此可以將作為矽基顆粒的核的可能性最小化。
特別地，第二矽烷化合物具有最多兩個親水性官能團，以確保在能夠抑制顆粒出現的蝕刻溶液中的溶解度，從而在酸性水溶液的pH條件下具有最多兩個矽羥基(-Si-OH)。
其中其中第二矽烷化合物具有最多兩個親水性官能團的說 明是指與一個矽原子鍵合的親水性官能團的數量最多為兩個。此外，為了確保在用於氮化矽層的蝕刻溶液中的溶解度，較佳第二矽烷化合物具有至少一個親水性官能團。
因此，當存在形成第二矽烷化合物的一個矽原子時，較佳與矽原子鍵合的四個官能團中的親水性官能團的數量為一個或兩個。此外，當形成第二矽烷化合物的矽原子數為2個或更多個時，較佳包括與最多兩個親水性官能團鍵合的至少一個矽原子。
其中在酸性水溶液的pH條件下，當第二矽烷化合物中的親水性官能團被矽羥基(-Si-OH)取代時，第二矽烷化合物與第一矽烷化合物或第二矽烷化合物通過矽羥基(-Si-OH)聚合生長成矽酮(silicone)二聚體、矽酮低聚物或具有規則的一維或二維排列的矽油，並因此，可以預先防止由於隨機生長引起的矽基顆粒出現。
在用於氮化矽層的蝕刻溶液中，第二矽烷化合物較佳為100-30,000ppm。
當在能夠抑制顆粒出現的蝕刻溶液中第二矽烷化合物以小於100ppm的濃度存在時，可能難以通過以過量的含量存在的含氟化合物來抑制氧化矽層的蝕刻，且可能難以抑制由第一矽烷化合物引起的矽基顆粒的出現。
如上所述，根據本公開內容的能夠抑制顆粒出現的蝕刻溶液可以保持氮化矽層相對氧化矽層的高選擇性，並且同時可以在蝕刻或蝕刻後清洗期間控制矽基顆粒的出現。
因此，當在165℃下使用根據本公開內容的能夠抑制顆粒出 現的蝕刻溶液對氮化矽層進行蝕刻1分鐘時，所出現的矽基顆粒的平均直徑可以為0.1μm以下。
根據本公開內容的另一方面，提供一種在用包括矽添加劑的蝕刻溶液蝕刻矽基底(晶片)之後，在清洗時能夠減少或抑制矽基顆粒出現的蝕刻後清洗溶液。
更具體地，根據本公開內容的示例性實施方式的蝕刻後清洗溶液可以包括酸性水溶液和由化學式3或4表示的第二矽烷化合物。其中除非另有定義，酸性水溶液和第二矽烷化合物的定義與能夠抑制顆粒出現的蝕刻溶液中所定義的相同。
其中酸性水溶液是在蝕刻過程中以奈米單位除去矽基顆粒的成分，並且同時通過保持清洗溶液的pH抑制清洗溶液中存在的矽烷化合物變為矽基顆粒。
此外，在用包括矽添加劑的蝕刻溶液蝕刻矽基底之後的清洗時，酸性水溶液中的酸可以溶解或分散存在於矽基底中的各種污染物(包括奈米尺寸的矽基顆粒)。因此，在使用去離子水等進行二次清洗時，在使用清洗溶液對矽基底進行一次清洗之後，可以容易地從矽基底去除各種污染物。
在一個示例性實施方式中，基於100重量份清洗溶液計，酸性水溶液的含量較佳為60至95重量份。
當基於100重量份的清洗溶液，酸性水溶液的含量小於60重量份時，由於清洗溶液的pH增加，在蝕刻後留在矽基底上的蝕刻液中所使用的矽基添加劑出現矽基顆粒，並因此可能降低清洗過程的效率。
另一方面，當基於100重量份的清洗溶液計，酸性水溶液的含量大於95重量份時，酸性水溶液的黏度可能過高，並因此可能會降低清洗溶液的流動性。當酸性水溶液的流動性降低時，可能降低清洗過程的效率或者可能損壞矽基底的表面。例如，由於氧化矽層的蝕刻，矽基底的表面損傷可能包括圖案缺陷等。
此外，酸性水溶液中的水分含量較佳為40重量%以下，更佳為5-15重量%。
當酸性水溶液中的水含量大於40重量%時，由於清洗溶液的pH值增加，留在矽基底上的蝕刻溶液中所使用的矽添加劑可能出現矽基顆粒。另一方面，當酸性水溶液中的水含量小於5重量%時，不僅可能降低清洗溶液的流動性，而且由於矽基底被清洗溶液蝕刻，矽基底也可能被過度蝕刻。
此外，包含無機酸和/或有機酸的酸性水溶液的pH較佳為4以下。
當酸性水溶液的pH大於4時，由於清洗溶液中含有的水含量過多和pH高，所以由留在矽基底上的蝕刻溶液中所使用的矽添加劑可能出現矽基顆粒。
由化學式3或4表示的第二矽烷化合物具有其中至少一個或最多兩個親水性官能團與一個矽原子鍵合的形式，並且可以充分確保包括酸性水溶液的清洗溶液中的溶解性。
此外，由化學式3或4表示的第二矽烷化合物具有最多兩個親水性官能團，並因此在清洗時矽烷化合物本身作為矽基顆粒的來源幾乎不 可能。
在酸性水溶液的pH條件下，具有最多兩個矽羥基(-Si-OH)的第二矽烷化合物與存在於具有幾奈米尺寸的矽基顆粒中的矽羥基(-Si-OH)聚合，所述矽基顆粒在蝕刻後存在於矽基底上以產生矽-矽氧烷化合物。
其中與化學式3或4所示的第二矽烷化合物不同，當與形成矽烷化合物的矽原子鍵合的親水性官能團數量為3以上時(例如，第一矽烷化合物)，和當具有矽羥基的矽烷化合物與具有幾奈米尺寸的矽基顆粒聚合時，由於可聚合官能團的數量較多，所以可以實現隨機生長。因此，存在可能出現微米尺寸的矽基顆粒的風險。
因此，如化學式3或化學式4所示，根據本公開內容的各種實施方式，清洗溶液中使用的第二矽烷化合物將與清洗溶液中存在的矽顆粒鍵合的羥基替代為矽氧烷基，其形式為在蝕刻之後在清洗矽基底時不可能發生進一步聚合。因此，可以防止矽基顆粒生長並沉澱為微米尺寸的矽基顆粒。
其中第二矽烷化合物在清洗溶液中的濃度較佳為100-5,000ppm。
當清洗溶液中的第二矽烷化合物以小於100ppm存在時，在用包含矽添加劑的蝕刻溶液蝕刻矽基底之後執行的清洗過程中，抑制奈米尺寸的矽基顆粒生長成微米尺寸的矽基顆粒的效果可能不足。
另一方面，當清洗溶液中的第二矽烷化合物以超過5,000ppm存在時，存在矽烷化合物難以在清洗溶液中充分溶解的狀態存在的問題。
如上所述，存在於清洗溶液中的矽烷化合物可以抑制在利用包括矽添加劑的蝕刻溶液蝕刻矽基底之後進行清洗時矽基顆粒的生長機理。因此，可以通過使用根據本公開內容的清洗溶液來防止在蝕刻之後清洗矽基底時矽基顆粒的生長和沉澱。
結果，可能降低由矽基顆粒引起的矽基底和/或設備中的缺陷。
此外，當使用根據本公開內容的清洗溶液時，即使用包括矽添加劑的蝕刻溶液蝕刻矽基底，也可以減少或抑制清洗時矽基顆粒的出現，並因此，可以更容易地設計蝕刻溶液的組成。也就是說，不需要使用其他昂貴的添加劑作為矽酮添加劑的替代物。
根據本公開內容的另一方面，提供一種在用包括矽添加劑的蝕刻溶液蝕刻矽基底之後，在清洗時能夠減少或抑制矽基顆粒出現的蝕刻後清洗基底的方法。
更具體地，根據本公開內容的示例性實施方式的蝕刻後清洗基底的方法包括初步清洗步驟，即用清洗溶液初步清洗用包括矽添加劑的蝕刻溶液蝕刻的基底，以及二次清洗步驟，即用水二次清洗初步清洗的基底。
根據本公開內容的示例性實施方式的清洗基底的方法基於的前提是用包括矽添加劑的蝕刻溶液蝕刻矽基底。
根據本公開內容，蝕刻的基底用包括第二矽烷化合物的酸性水溶液進行初步清洗，並因此，矽羥基以其中不可能發生進一步聚合的形式被矽氧烷基團取代，從而防止矽基顆粒生長和沉澱成微米尺寸的矽基顆 粒。
其中對蝕刻的基底初步清洗時的清洗溶液的溫度較佳為70-160℃。
通常，蝕刻用蝕刻溶液的溫度為150℃以上。因此，當初步清洗時的清洗溶液的溫度低於70℃時，由於矽基底的溫度快速變化，矽基底可能受損。另外，當初步清洗時的清洗溶液的溫度超過160℃時，矽基底可能受到過熱的損壞。
隨後，將初步清洗的基底用水(例如去離子水)二次清洗，以從矽基底去除各種污染物。
其中對初步清洗的基底進行二次清洗時水的溫度較佳為25-80℃。
在下文中，將提供本公開內容的具體實施例。應當注意，僅為了具體舉例說明或解釋本公開內容而提供以下將描述的實施例，因此本公開內容不限於以下實施例。
實驗實施例1.抑制氧化矽顆粒生長的資料
實施例
根據實施例的用於氮化矽層的蝕刻溶液的組成示於下表1中。
根據實施例1至8的用於氮化矽層的每種蝕刻溶液包括85重量%的磷酸和15重量%的水，並且包含以ppm為單位計的第一矽烷化合物、第二矽烷化合物和含氟化合物，如上表1所示。
在實施例1中使用作為第一矽烷化合物的四乙氧基矽烷、作為第二矽烷化合物的三甲基羥基矽烷和作為含氟化合物的氟化氫。
在實施例2中使用作為第一矽烷化合物的四羥基矽烷、作為第二矽烷化合物的三甲基羥基矽烷和作為含氟化合物的氟化氫銨。
在實施例3中使用作為第一矽烷化合物的四羥基矽烷、作為第二矽烷化合物的氯三甲基矽烷和作為含氟化合物的氟化銨。
在實施例4中使用作為第一矽烷化合物的3-氨基丙基三羥基矽烷、作為第二矽烷化合物的二氯二甲基矽烷和作為含氟化合物的氟化銨。
在實施例5中使用作為第一矽烷化合物的六羥基二矽氧烷、作為第二矽烷化合物的1,3-二矽氧烷二醇和作為含氟化合物的氟化銨。
在實施例6中使用作為第一矽烷化合物的三甲氧基羥基矽 烷、作為第二矽烷化合物的三甲基羥基矽烷和作為含氟化合物的氟化氫。
在實施例7中使用作為第一矽烷化合物的丁基三羥基矽烷、作為第二矽烷化合物的三甲基羥基矽烷和作為含氟化合物的氟化氫。
在實施例8中使用作為第一矽烷化合物的四羥基矽烷、作為第二矽烷化合物的氯三甲基矽烷和作為含氟化合物的氟化氫。
對比例
根據對比例的用於氮化矽層的蝕刻溶液的組成示於下表2中。
根據對比例1至4的用於氮化矽層的每種蝕刻溶液包括85重量%的磷酸和餘量的水，並且包含以ppm為單位計的第一矽烷化合物和含氟化合物，如上表2所示。
在對比例1中使用作為第一矽烷化合物的四羥基矽烷和作為含氟化合物的氟化氫。
在對比例2中使用作為第一矽烷化合物的四羥基矽烷和作為含氟化合物的氟化氫銨。
在對比例3中使用作為第一矽烷化合物的四羥基矽烷和作為含氟化合物的氟化銨。
在對比例4中使用作為第一矽烷化合物的3-氨基丙基三羥基矽烷和作為含氟化合物的氟化銨。
實驗結果
將具有實施例和對比例的組成的用於氮化矽層的各種蝕刻溶液在各自的溫度(145℃、157℃和165℃)下煮沸0.5小時、1小時和2小時，並且氮化矽層和氧化矽層被蝕刻1分鐘。作為熱生長氧化物層的氧化矽層在165℃的純磷酸溶液下的蝕刻速率為2Å/min。
氮化矽層和氧化矽層在放入蝕刻溶液之前進行平整化處理，其中通過將層在通過以200：1的比例稀釋50重量%的氫氟酸製備的氫氟酸稀釋液中浸沒30秒鐘進行平整化處理。
完成用於蝕刻溫度和蝕刻時間的每次蝕刻，並且然後用細微性分析儀分析每種蝕刻溶液，並測量蝕刻溶液中存在的矽基顆粒的平均直徑。
在165℃下蝕刻5分鐘後，通過橢圓率計計算每分鐘的平均蝕刻量來確定蝕刻速率。
測定結果示於下表3-14。
對具有根據實施例1-8的組成的用於氮化矽層的蝕刻溶液的各自粒徑進行了分析，結果可以確認矽基顆粒不存在於蝕刻溶液中或具有非常小的直徑為0.01μm以下。
特別地，可以確認即使在能夠抑制顆粒出現的蝕刻溶液長時間高溫煮沸的情況下，也難以形成矽基顆粒。
此外，作為在165℃下每分鐘蝕刻量的測定結果，即使在蝕刻溶液中添加含氟化合物，也可以確認蝕刻速度與純磷酸相同。
另一方面，對具有對比例1-4的組成的用於氮化矽層的蝕刻溶液的粒徑進行了分析，結果確認了直徑各為20μm以上的矽基顆粒存在於如下表11-14所示的蝕刻溶液中。
此外，可以確認，通過含氟化合物，增加了氧化矽層的每分鐘蝕刻量。
實驗實施例2.蝕刻後清洗溶液
實驗結果1
在將包括氮化矽層的矽基底放入蝕刻溶液之前，將矽基底在通過以200：1的比例稀釋50重量%的氫氟酸製備的溶液中浸沒30秒鐘進行平整化。
接著，使用含有500ppm四羥基矽烷和500ppm氟化銨(NH4F)的85%磷酸水溶液蝕刻平整化的矽基底5分鐘，然後用各具有根據各實施例和比較例的組成的80℃的清洗溶液初步清洗10秒，然後在80℃下用去離子水二次清洗30秒。
分別提取初步清洗完成後的清洗溶液和二次清洗完成後的去離子水，通過細微性分析儀測定清洗溶液和去離子水中存在的矽基顆粒的平均粒徑。
下面的表15示出了實施例9和10以及對比例5至7的清洗溶液的組成，以及清洗溶液和清洗後的去離子水中存在的矽基顆粒的平均直徑的測量結果。
實驗結果2
在將包括氮化矽層的矽基底放入蝕刻溶液之前，將矽基底在 通過以200：1的比例稀釋50重量%的氫氟酸製備的溶液中浸沒30秒鐘進行平整化。
接著，使用含有500ppm 3-氨基丙基矽烷三醇和500ppm氟化銨(NH4F)的85%磷酸水溶液蝕刻平整化的矽基底5分鐘，然後用各具有根據各實施例和比較例的組成的80℃的清洗溶液初步清洗10秒，然後在80℃下用去離子水二次清洗30秒。
分別提取初步清洗完成後的清洗溶液和二次清洗完成後的去離子水，通過細微性分析儀測定清洗溶液和去離子水中存在的矽基顆粒的平均粒徑。
下面的表16示出了實施例11和13以及對比例8至10的清洗溶液的組成，以及清洗溶液和清洗後的去離子水中存在的矽基顆粒的平均直徑的測量結果。
實驗結果3
在將包括氮化矽層的矽基底放入蝕刻溶液之前，將矽基底在通過以200：1的比例稀釋50重量%的氫氟酸製備的溶液中浸沒30秒鐘進行平整化。
接著，使用含有500ppm 3-氨基丙基矽烷三醇和500ppm氟化銨(NH4F)的80%磷酸水溶液蝕刻平整化的矽基底5分鐘，然後用各具有根據各實施例和比較例的組成的80℃的清洗溶液初步清洗10秒，然後在80℃下用去離子水二次清洗30秒。
分別提取初步清洗完成後的清洗溶液和二次清洗完成後的去離子水，通過細微性分析儀測定清洗溶液和去離子水中存在的矽基顆粒的平均粒徑。
下面的表17示出了實施例14以及對比例11的清洗溶液的組成，以及清洗溶液和清洗後的去離子水中存在的矽基顆粒的平均直徑的測量結果。
實驗結果4
在將包括氮化矽層的矽基底放入蝕刻溶液之前，將矽基底在通過以200：1的比例稀釋50重量%的氫氟酸製備的溶液中浸沒30秒鐘進行平整化。
接著，使用含有500ppm四羥基矽烷和500ppm氟化銨(NH4F)的80%磷酸水溶液蝕刻平整化的矽基底5分鐘，然後用各具有根據各實施例和比較例的組成的80℃的清洗溶液初步清洗10秒，然後在80℃下用去離子水二次清洗30秒。
分別提取初步清洗完成後的清洗溶液和二次清洗完成後的 去離子水，通過細微性分析儀測定清洗溶液和去離子水中存在的矽基顆粒的平均粒徑。
下面的表18示出了實施例15和16以及對比例12的清洗溶液的組成，以及清洗溶液和清洗後的去離子水中存在的矽基顆粒的平均直徑的測量結果。
實驗結果5
在將包括氮化矽層的矽基底放入蝕刻溶液之前，將矽基底在通過以200：1的比例稀釋50重量%的氫氟酸製備的溶液中浸沒30秒鐘進行平整化。
接著，使用含有500ppm四羥基矽烷和500ppm氟化銨(NH4F)的80%磷酸水溶液蝕刻平整化的矽基底5分鐘，然後用各具有根據各實施例和比較例的組成的在各種溫度的清洗溶液初步清洗10秒，然後在80℃下用去離子水二次清洗30秒。
分別提取初步清洗完成後的清洗溶液和二次清洗完成後的去離子水，通過細微性分析儀測定清洗溶液和去離子水中存在的矽基顆粒的平均粒徑。
下面的表19示出了實施例17和18以及對比例13至14的清洗溶液的組成，以及清洗溶液和清洗後的去離子水中存在的矽基顆粒的平均直徑的測量結果。
根據本公開內容的能夠抑制顆粒出現的蝕刻溶液可以包括能夠增加氮化矽層相對氧化矽層的選擇性的矽烷化合物類矽添加劑，並且還可以包括能夠補償由於使用矽添加劑而降低的蝕刻速率的含氟化合物。
此外，根據本公開內容的能夠抑制顆粒出現的蝕刻溶液使用具有不同數目的與矽原子鍵合的親水性官能團的不同種類的矽烷化合物，並因此可以防止氧化矽層的蝕刻速率由於在蝕刻溶液中存在過量的氟而增加。
此外，由於根據本公開內容的能夠抑制顆粒出現的蝕刻溶液 能夠有效地抑制矽基顆粒的出現，可以防止由於在蝕刻期間或蝕刻後清洗期間出現的矽基顆粒而引起的矽基底缺陷或蝕刻裝置和清洗裝置故障。
特別地，根據本公開內容，由化學式3表示的矽烷化合物可以用矽氧烷基取代在清洗溶液中存在的包含羥基的矽顆粒的羥基，其形式為其中在蝕刻之後清洗矽基底時不可能發生進一步聚合反應，並因此可以防止矽基顆粒的生長和沉澱。
在不脫離本公開內容的範圍和精神的情況下，本發明所屬領域的技術人員可以對上述公開內容進行各種替代、改變和修改。因此，本公開內容不限於上述例示性實施方式。

Claims (12)

  1. 一種用於抑制顆粒出現的蝕刻溶液，包括：一包含磷酸和有機酸中的至少一種酸的水溶液；一包含1-6個矽原子的第一矽烷化合物，其中至少一個矽原子與三個或更多個親水性官能團鍵合；一包含1-6個矽原子的第二矽烷化合物，其中與一個矽原子鍵合的親水性官能團的數目最多為2；以及一含氟化合物；其中所述第一矽烷化合物在蝕刻溶液中具有100至10,000ppm的濃度以及所述第二矽烷化合物在所述蝕刻溶液中具有100至30000ppm的濃度。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的用於抑制顆粒出現的蝕刻溶液，其中所述有機酸是選自乙酸、檸檬酸、甲酸、葡萄糖酸、乳酸、草酸、酒石酸和氫碳酸中的至少一種。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述的用於抑制顆粒出現的蝕刻溶液，其中所述親水性官能團是羥基或在蝕刻溶液的pH條件下可被羥基取代的官能團。
  4. 根據申請專利範圍第3項所述的用於抑制顆粒出現的蝕刻溶液，其中在所述蝕刻溶液的pH條件下用一羥基可取代的一官能團選自氨基、鹵素基團、磺酸基團、膦酸基團、磷酸基團、硫醇基團、烷氧基、醯胺基、酯基、酸酐基、醯鹵基、氰基、羧基和唑基。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述的用於抑制顆粒出現的蝕刻溶液，其中所述第一矽烷化合物由以下化學式1或化學式2表示：[化學式1] 在化學式1中，R1至R4各自獨立地是所述親水性官能團，或者是選自氫、C1-C10烷基、C6-C12環烷基、包含至少一個雜原子的C2-C10雜烷基、C2-C10烯基、C2-C10炔基、C1-C10鹵烷基、C1-C10氨基烷基、芳基、雜芳基、芳烷基、甲矽烷氧基和矽氧烷的官能團，以及 在化學式2中，R5至R20各自獨立地是所述親水性官能團，或者是選自氫、C1-C10烷基、C6-C12環烷基、包含至少一個雜原子的C2-C10雜烷基、C2-C10烯基、C2-C10炔基、C1-C10鹵烷基、C1-C10氨基烷基、芳基、雜芳基、芳烷基、甲矽烷氧基和矽氧烷的官能團，且n是1-5的整數。
  6. 根據申請專利範圍第5項所述的用於抑制顆粒出現的蝕刻溶液，其中所述親水性官能團選自羥基、氨基、鹵素基團、磺酸基團、膦酸基團、磷酸基團、硫醇基團、烷氧基、醯胺基、酯基、酸酐基、醯鹵基、氰基、羧基和唑基。
  7. 根據申請專利範圍第1項所述的用於抑制顆粒出現的蝕刻溶液，其中所述第二矽烷化合物由以下化學式3或化學式4表示： 在化學式3中，R11至R14各自獨立地是所述親水性官能團，或者是選自氫、C1-C10烷基、C6-C12環烷基、包含至少一個雜原子的C2-C10雜烷基、C2-C10烯基、C2-C10炔基、C1-C10鹵烷基、C1-C10氨基烷基、芳基、雜芳基、芳烷基、甲矽烷氧基和矽氧烷的官能團，以及 在化學式4中，R15至R20各自獨立地是所述親水性官能團，或者是選自氫、C1-C10烷基、C6-C12環烷基、包含至少一個雜原子的C2-C10雜烷基、C2-C10烯基、C2-C10炔基、C1-C10鹵烷基、C1-C10氨基烷基、芳基、雜芳基、芳烷基、甲矽烷氧基和矽氧烷的官能團，且n是1-5的整數。
  8. 根據申請專利範圍第7項所述的用於抑制顆粒出現的蝕刻溶液，其中所述親水性官能團選自羥基、氨基、鹵素基團、磺酸基團、膦酸基團、磷酸基團、硫醇基團、烷氧基、醯胺基、酯基、酸酐基、醯鹵基、氰基、羧基和唑基。
  9. 根據申請專利範圍第1項所述的用於抑制顆粒出現的蝕刻溶液，其中所述 含氟化合物是選自氟化氫、氟化銨、二氟化銨和氟化氫銨中的至少一種。
  10. 根據申請專利範圍第1項所述的用於抑制顆粒出現的蝕刻溶液，其中所述含氟化合物是其中一有機陽離子和一氟基陰離子進行離子鍵合的化合物。
  11. 根據申請專利範圍第10項所述的用於抑制顆粒出現的蝕刻溶液，其中所述有機陽離子選自烷基銨、烷基吡咯鎓、烷基咪唑鎓、烷基吡唑鎓、烷基噁唑鎓、烷基噻唑鎓、烷基吡啶鎓、烷基嘧啶鎓、烷基噠嗪鎓、烷基吡嗪鎓、烷基吡咯烷鎓、烷基鏻、烷基嗎啉鎓和烷基呱啶鎓。
  12. 根據申請專利範圍第10項所述的用於抑制顆粒出現的蝕刻溶液，其中所述氟基陰離子選自氟化物、氟磷酸鹽、氟烷基-氟磷酸鹽、氟硼酸鹽和氟烷基氟硼酸鹽。
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