一种高选择性且低泡的蚀刻液

技术领域

本发明涉及半导体制造工业中一种高选择性且低泡的缓冲氧化物蚀刻液，该蚀刻液可快速对氧化硅薄膜进行蚀刻，同时可抑制多晶硅层及氮化硅层的蚀刻，更具体涉及一种有高选择比要求的沟槽结构蚀刻。

背景技术

湿电子化学品是集成电路中的关键性基础化工材料，是微电子、光电子湿法工艺制程(主要包括湿法刻蚀、清洗、显影、剥离等)中使用的各种液体化工材料，属于重要的晶圆制造材料之一。二氧化硅层可用作MOS器件的保护层或栅氧化层；多晶硅与二氧化硅的界面特性优良，并可通过掺杂可得到特定的电阻，可用作栅电极；氮化硅可很好抑制杂质、潮气的扩散，可做钝化保护层。在蚀刻或清洗工艺中，使用的电子化学品在保证二氧化硅蚀刻无残留的同时，需对多晶硅、氮化硅尽可能的不造成腐蚀。

二氧化硅蚀刻通常选用缓冲氧化物蚀刻液(BOE)，其主要成分是HF、NH

发明内容

本发明提供一种高选择性且低泡的缓冲氧化物蚀刻液及其制备方法，该蚀刻液可快速对氧化硅薄膜进行蚀刻，同时可保护多晶硅层及氮化硅层，满足不同制程中的二氧化硅层对多晶硅层和氮化硅层的蚀刻选择比要求。

本发明涉及一种高选择性且低泡的蚀刻液，所述蚀刻液的组成包括：1-15％的氢氟酸、10-25％的氟化铵、0.01-0.3％的添加剂、0.05-0.5％的表面活性剂，剩余为超纯水。

进一步地，本发明涉及上述蚀刻液，氢氟酸为电子级，质量浓度为48-50％。

进一步地，本发明涉及上述蚀刻液，氟化铵为电子级，质量浓度为38-41％。

进一步地，本发明涉及上述蚀刻液，超纯水在25℃的电阻率不低于18兆欧。

进一步地，本发明涉及上述蚀刻液，添加剂为选自聚(4-乙烯基吡啶对甲苯磺酸盐)、聚茴香磺酸钠、聚(4-苯乙烯磺酸)、聚二乙烯磺酸钾、聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)中的至少一种。

进一步地，本发明涉及上述蚀刻液，表面活性剂为选自烷氧基聚乙烯氢氧基乙醇、N-乙基全氟辛基磺酰胺乙醇、乙氧基化-C12-18-醇的任意一种。

进一步地，本发明涉及上述蚀刻液，氢氟酸用于蚀刻二氧化硅薄膜；氟化氢铵用于提供氟离子，稳定蚀刻液的蚀刻速率；添加剂可同时抑制多晶硅层及氮化硅层蚀刻，并且在溶液体系中分散性好、不易起泡，使得晶圆表面蚀刻平整；表面活性剂主要用于降低蚀刻液的表面张力，提高蚀刻液浸润性，降低晶圆表面粗糙度。

进一步地，本发明涉及上述蚀刻液，表面张力范围为20-35mN/m(25℃)。

进一步地，本发明涉及使用的二氧化硅薄膜为热法二氧化硅；涉及使用的多晶硅有掺杂(D-Poly)、非掺杂(U-Poly)两种。

进一步地，本发明涉及上述蚀刻液，蚀刻液对二氧化硅层和D-Poly具有高选择性，蚀刻速率选择比≥350；蚀刻液对二氧化硅层和U-Poly具有高选择性，蚀刻速率选择比≥1000；蚀刻液对二氧化硅层和氮化硅层具有高选择性，蚀刻速率选择比≥12。

进一步地，本发明涉及上述蚀刻液，具体涉及一种有高选择比要求的沟槽结构蚀刻，也适用于二氧化硅层对多晶硅层、氮化硅层具有高蚀刻选择比要求的不同制程。

附图说明

图1为有高选择比要求的沟槽结构蚀刻示意图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进一步说明，但本发明并不限于所述的实施例。

首先按照成分组成配制蚀刻液，搅拌混合30min，再将装有蚀刻液的PFA瓶放入低温恒温槽(25℃)中,待蚀刻液温度与低温恒温槽一致，分别将二氧化硅薄膜晶圆片、氮化硅薄膜晶圆片、D-Poly晶圆片、U-Poly晶圆片放入蚀刻液中静置蚀刻。蚀刻前后用椭圆偏振光谱仪检测二氧化硅薄膜晶圆片、氮化硅薄膜晶圆片、D-Poly晶圆片、U-Poly晶圆片厚度，根据蚀刻前后的厚度差/蚀刻时间分别计算出对应蚀刻速率。

表面张力检测：检测蚀刻液在25℃下的表面张力。

消泡性测试实验过程：将20mL体积的蚀刻液装入100mL塑料管中，垂直震荡30s，停止5s后测定泡沫高度。

实施例1

实施例1的组成：4.0wt％氢氟酸、20wt％氟化铵、0.05wt％聚(4-苯乙烯磺酸)、0.1％N-乙基全氟辛基磺酰胺乙醇、余量为水。

实施例2

实施例2的组成：6.0wt％氢氟酸、20wt％氟化铵、0.08wt％聚(4-苯乙烯磺酸)、0.1％N-乙基全氟辛基磺酰胺乙醇、余量为水。

实施例3

实施例3的组成：8.0wt％氢氟酸、20wt％氟化铵、0.08wt％聚(4-苯乙烯磺酸)、0.1％N-乙基全氟辛基磺酰胺乙醇、余量为水。

实施例4

实施例4的组成：8.0wt％氢氟酸、20wt％氟化铵、0.15wt％聚(4-乙烯基吡啶对甲苯磺酸盐)、0.2％烷氧基聚乙烯氢氧基乙醇、余量为水。

实施例5

实施例5的组成：8.0wt％氢氟酸、20wt％氟化铵、0.2wt％聚(4-苯乙烯磺酸)、0.3％N-乙基全氟辛基磺酰胺乙醇、余量为水。

实施例6

实施例6的组成：4.0wt％氢氟酸、20wt％氟化铵、0.3wt％聚(4-乙烯基吡啶对甲苯磺酸盐)、0.5wt％烷氧基聚乙烯氢氧基乙醇、余量为水。

实施例7

实施例7的组成：8.0wt％氢氟酸、20wt％氟化铵、0.3wt％聚(4-乙烯基吡啶对甲苯磺酸盐)、0.5wt％烷氧基聚乙烯氢氧基乙醇、余量为水。

实施例8

实施例8的组成：6wt％氢氟酸、20wt％氟化铵、0.01wt％聚(4-乙烯基吡啶对甲苯磺酸盐)、0.05wt％烷氧基聚乙烯氢氧基乙醇、余量为水。

实施例9

实施例9的组成：8.0wt％氢氟酸、20wt％氟化铵、0.01wt％聚(4-乙烯基吡啶对甲苯磺酸盐)、0.05wt％烷氧基聚乙烯氢氧基乙醇、余量为水。

比较例1

比较例1的组成：4.0wt％氢氟酸、20wt％氟化铵、余量为水。

比较例2

比较例2的组成：8.0wt％氢氟酸、20wt％氟化铵、0.06wt％聚(4-乙烯基吡啶对甲苯磺酸盐)、余量为水。

比较例3

比较例3的组成：8.0wt％氢氟酸、20wt％氟化铵、0.2wt％烷氧基聚乙烯氢氧基乙醇、余量为水。

比较例4

比较例4的组成：8.0wt％氢氟酸、20wt％氟化铵、0.003wt％聚(4-苯乙烯磺酸)、0.25wt％烷氧基聚乙烯氢氧基乙醇、余量为水。

比较例5

比较例5的组成：8.0wt％氢氟酸、20wt％氟化铵、0.1wt％聚(4-苯乙烯磺酸)、0.01wt％乙氧基化-C12-18-醇、余量为水。

比较例6

比较例6的组成：4wt％氢氟酸、20wt％氟化铵、0.5wt％聚(4-乙烯基吡啶对甲苯磺酸盐)、1wt％乙氧基化-C12-18-醇、余量为水。

比较例7

比较例7的组成：6wt％氢氟酸、20wt％氟化铵、0.002wt％聚(4-乙烯基吡啶对甲苯磺酸盐)、0.01wt％乙氧基化-C12-18-醇、余量为水。

表1.蚀刻液性状、表面张力、泡沫高度

表2.蚀刻速率、蚀刻选择比

由表1可知，实施例1-9中蚀刻液的表面张力均在20-35mN/m范围内，蚀刻液均为澄清状态，泡沫高度均在0.2cm以下。由表2可知实施例1-9中，蚀刻液对D-Poly、U-Poly、氮化硅层有明显的抑制作用，二氧化硅层与D-Poly的蚀刻速率选择比≥350；二氧化硅层与U-Poly的蚀刻速率选择比≥1000；二氧化硅层与氮化硅的蚀刻速率选择比≥12。比较例1中不含有添加剂与表面活性剂，其表面张力大，对D-Poly、U-Poly、氮化硅层蚀刻速率快，蚀刻速率选择比低。比较例2中不含有表面活性剂，表面张力大，但对D-Poly、U-Poly、氮化硅层蚀刻有抑制作用，蚀刻速率选择比高。比较例3中不含有添加剂，表面张力低，但对D-Poly、U-Poly、氮化硅层蚀刻无抑制作用。比较例4-7中，当表面活性剂过低时，表面张力降低不明显；当添加剂含量过低时，对D-Poly、U-Poly、氮化硅层蚀刻抑制作用减弱，当添加剂过量，溶液呈浑浊状态，会造成晶圆片的颗粒沾污。

显然，上述实施例和比较例仅仅是为了清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。图1为列举的有高选择比要求的沟槽结构蚀刻示意图，蚀刻液也适用于二氧化硅层对多晶硅层、氮化硅层有高蚀刻选择比要求的不同制程。对于所属领域的技术人员来说，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。