CN110885979B - 一种缓释型硅斑蚀刻剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种缓释型硅斑蚀刻剂。所述硅斑蚀刻剂主要用于处理晶圆表面残留硅斑，组成包括以下按重量百分比含量计的成分：60~80%的酸性剂、1~5%的氧化剂、1~5%的氢氟酸缓释剂，0.1~1%的浸润剂及超纯水。晶圆制造过程中部分工序需进行金属膜层的腐蚀形成金属互联线，这些金属膜层由金属‑硅靶材溅射而成，金属腐蚀后会在晶圆表面形成硅斑残留，后续工艺要求在去除这些硅斑的同时，尽量不腐蚀晶圆表面其他膜层。该蚀刻剂针对性的蚀刻结构较疏松的硅斑，其中浸润剂增加了硅斑与蚀刻液的接触面积，避免蚀刻残留；氢氟酸缓释剂保证氢氟酸浓度维持在一定范围内，在稳定去除硅斑残留的同时避免对其余氧化硅、多晶硅或金属铝膜层造成腐蚀。
Description
技术领域
本发明属于电子化学品领域，具体涉及一种缓释型硅斑蚀刻剂。
背景技术
金属互联是在集成电路片上淀积金属薄膜，并通过蚀刻形成布线，把互相隔离的元件按一定要求互连成所需电路的工艺，在半导体集成电路的制造和封装方面铝是最常用的互连金属材料，但是铝和硅接触存在发生固固扩散、电阻偏大、发生电迁徙等现象，容易造成电路失效，为改善铝导线的性能，目前部分工艺采用铝-硅合金来代替单一金属铝布线。
铝-硅合金薄膜一般由铝-硅靶材溅射而成，在工艺过程中需通过蚀刻铝-硅合金薄膜形成金属互连线完成电路的接通。铝-硅合金薄膜在被腐蚀后会在晶圆表面形成硅斑残留，为不影响后续工艺的进行，必须去除这些硅斑，在去除过程中要尽量做到硅斑无残留且不腐蚀晶圆表面其他膜层(如铝-硅膜层、二氧化硅膜层及多晶硅膜层等)。
目前业界对铝-硅合金薄膜的蚀刻主要是采用干法蚀刻和湿法蚀刻，干法蚀刻直接去除铝-硅合金，具有选择性高、蚀刻无硅斑残留的优点，但是生产成本高；湿法蚀刻先用铝蚀刻液腐蚀铝-硅合金中的铝成分，残留的硅斑再用硅蚀刻液去除，现有硅蚀刻液主要采用硝酸-氢氟酸体系，存在使用寿命短、蚀刻选择性低的缺点，在蚀刻硅斑时容易产生残留或者过蚀刻其他膜层导致芯片电路失效良率降低。
发明内容
本发明针对现有半导体集成电路工艺中铝-硅薄膜干法蚀刻成本过高和湿法硅斑蚀刻液使用寿命短，选择性较低造成蚀刻异常的问题，目的在于提供一种速率稳定可控、具有较高蚀刻选择性、较长使用寿命的缓释型硅斑蚀刻剂。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种缓释型硅斑蚀刻剂，主要成分包括占蚀刻剂总重量60～80％的酸性剂、1～5％的氧化剂、1～5％的氢氟酸缓释剂、0.1～1％的浸润剂，余量为水。
上述方案中，所述的酸性剂为甲磺酸、乙磺酸、丙磺酸、丁磺酸中的一种，主要用于营造酸性氛围，使蚀刻反应易于发生。
上述方案中，所述的氧化剂包括次氯酸、氯酸、高氯酸、次溴酸、溴酸、高溴酸、高锰酸中的至少一种，用于将硅斑氧化成二氧化硅。
上述方案中，所述的氢氟酸缓释剂为氢氟酸与氢氟酸载体的缓冲液，氢氟酸载体与氢氟酸的比例为1:1～9:1，其中氢氟酸载体为氟钛酸、氟锆酸、氟钽酸等含氟路易斯酸中的一种，所述氢氟酸载体缓慢释放氢氟酸，与氢氟酸形成缓冲液，保持硅斑蚀刻剂中氢氟酸浓度稳定，使二氧化硅溶解速率在一定范围内可控，在稳定去除硅斑残留的同时避免对其余氧化硅、多晶硅或金属铝膜层造成腐蚀。
上述方案中，所述的浸润剂为N-辛基吡咯烷酮、聚氧乙烯烷醇酰胺中的一种，用于改善蚀刻剂表面张力，增加蚀刻剂与硅斑的接触面积，避免蚀刻残留。
本发明的有益效果
(1)采用强酸作为溶剂，调节硅斑蚀刻剂的酸度，提供酸性氛围，便于硝酸起到氧化作用。
(2)硅蚀刻液去除硅斑的过程一般分为两步：氧化剂先将硅斑氧化成二氧化硅，随后氢氟酸溶解二氧化硅生成易溶性氟硅酸。在缓释型硅斑蚀刻剂中，氧化剂含量较低，蚀刻剂仅能将结构较为疏松的硅斑氧化成二氧化硅，而对结构更为致密的多晶硅膜层、硅基底则难以氧化，避免硅斑蚀刻剂的过蚀刻。
(3)氢氟酸缓释剂中氢氟酸载体为含氟路易斯酸与氢氟酸配位化合物，可缓慢释放氢氟酸，其缓释效果使硅斑蚀刻剂中氢氟酸浓度在蚀刻过程中保持稳定，使二氧化硅溶解速率在一定范围内可控。氢氟酸载体水解缩合产生的无定形氧化物，对二氧化硅的溶解有一定抑制作用，使得蚀刻剂易于溶解硅斑氧化生成的疏松二氧化硅而难以溶解高温氧化生长的二氧化硅膜层，相比直接添加氢氟酸，使用包含氢氟酸载体的缓冲液反应更平稳，更容易调节蚀刻速率，且蚀刻剂内氢氟酸浓度可长时间保持在有效浓度，延长使用寿命。
(4)在硅斑蚀刻剂中添加浸润剂，可有效改善蚀刻剂的浸润性，增大蚀刻剂与硅斑的接触面积，N-辛基吡咯烷酮的剥离效果也可以避免硅斑蚀刻残留。
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。
实施例1
一种缓释型硅斑蚀刻剂，实施例1各组分质量百分比为：70％的甲磺酸、5％的次氯酸、1％氢氟酸+3％氟钛酸缓冲液、0.5％的N-辛基吡咯烷酮，余量为水。
对比例1不含氢氟酸载体，各组分质量百分比为：70％的甲磺酸、5％的次氯酸、4％氢氟酸、0.5％的聚乙二醇，余量为水
使用实施例1硅斑蚀刻剂和对比例1在25℃、旋转喷淋的实验条件下分别对晶圆表面硅斑进行蚀刻，蚀刻时间5min，其中晶圆表面硅斑厚度200nm左右、直径1000nm左右。蚀刻完后晶圆清洗干净进行测试，测试结果如下：
| 硅斑残留 | 二氧化硅蚀刻量 | 硅基底蚀刻量 | 使用寿命 | |
| 实施例1 | 无残留 | 20.4nm | 125.8nm | 1100片/200L |
| 对比例1 | 无残留 | 40.1nm | 211.7nm | 500片/200L |
实施例2
一种缓释型硅斑蚀刻剂，实施例2各组分质量百分比为：75％的甲磺酸、3％的次溴酸、1％氢氟酸+2％氟锆酸缓冲液、1％的聚氧乙烯烷醇酰胺，余量为水。
对比例2不含浸润剂，各组分质量百分比为：75％的甲磺酸、3％的次溴酸、1％氢氟酸+2％氟锆酸缓冲液，余量为水。
使用实施例2硅斑蚀刻剂和对比例2在25℃、旋转喷淋的实验条件下分别对晶圆表面硅斑进行蚀刻，蚀刻时间5min，其中晶圆表面硅斑厚度200nm左右、直径1000nm左右。蚀刻完后晶圆清洗干净进行测试，测试结果如下：
| 硅斑残留 | 二氧化硅蚀刻量 | 硅基底蚀刻量 | 使用寿命 | |
| 实施例2 | 无残留 | 11.2nm | 75.4nm | 900片/200L |
| 对比例2 | 有残留 | 9.8nm | 62.9nm | —— |
实施例3
一种缓释型硅斑蚀刻剂，实施例3各组分质量百分比为：80％的乙磺酸、2％的高锰酸、1％氢氟酸+1.5％氟钛酸缓冲液、0.7％的聚氧乙烯烷醇酰胺，余量为水。
使用实施例3硅斑蚀刻剂在25℃、旋转喷淋的实验条件下对晶圆表面硅斑进行蚀刻，蚀刻时间5min，其中晶圆表面硅斑厚度200nm左右、直径1000nm左右。蚀刻完后晶圆清洗干净进行测试，测试结果如下：
| 硅斑残留 | 二氧化硅蚀刻量 | 硅基底蚀刻量 | 使用寿命 | |
| 实施例3 | 无残留 | 8.9nm | 62.4nm | 800片/200L |
实施例4
一种缓释型硅斑蚀刻剂，实施例4各组分质量百分比为：75％的丙磺酸、3％的高氯酸、1％氢氟酸+2.5％氟锆酸缓冲液、0.7％的N-辛基吡咯烷酮，余量为水。
使用实施例4硅斑蚀刻剂25℃、旋转喷淋的实验条件下对晶圆表面硅斑进行蚀刻，蚀刻时间5min，其中晶圆表面硅斑厚度200nm左右、直径1000nm左右。蚀刻完后晶圆清洗干净进行测试，测试结果如下：
| 硅斑残留 | 二氧化硅蚀刻量 | 硅基底蚀刻量 | 使用寿命 | |
| 实施例4 | 无残留 | 12.1nm | 82.5nm | 1000片/200L |
实施例5
一种缓释型硅斑蚀刻剂，实施例5各组分质量百分比为：80％的甲磺酸、4％的氯酸、0.5％氢氟酸+4.5％氟钽酸缓冲液、0.4％的N-辛基吡咯烷酮，余量为水。
使用实施例5硅斑蚀刻剂在25℃、旋转喷淋的实验条件下对晶圆表面硅斑进行蚀刻，蚀刻时间5min，其中晶圆表面硅斑厚度200nm左右、直径1000nm左右。蚀刻完后晶圆清洗干净进行测试，测试结果如下：
| 硅斑残留 | 二氧化硅蚀刻量 | 硅基底蚀刻量 | 使用寿命 | |
| 实施例5 | 无残留 | 13.4nm | 116.5nm | 1000片/200L |
实施例6
一种缓释型硅斑蚀刻剂，实施例6各组分质量百分比为：70％的丁磺酸、4％的亚硝酸、0.5％氢氟酸+3.5％氟钽酸缓冲液、0.2％的聚氧乙烯烷醇酰胺，余量为水。
使用实施例6硅斑蚀刻剂在25℃、旋转喷淋的实验条件下对晶圆表面硅斑进行蚀刻，蚀刻时间5min，其中晶圆表面硅斑厚度200nm左右、直径1000nm左右。蚀刻完后晶圆清洗干净进行测试，测试结果如下：
| 硅斑残留 | 二氧化硅蚀刻量 | 硅基底蚀刻量 | 使用寿命 | |
| 实施例6 | 无残留 | 11.4nm | 110.3nm | 900片/200L |
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 (4)
1.一种缓释型硅斑蚀刻剂，其特征在于：所述蚀刻剂主要成分包含60~80wt%的酸性剂、1~5wt%的氧化剂、1~5wt%的氢氟酸缓释剂、0.1~1wt%的浸润剂，其余为水，所述氢氟酸缓释剂为氢氟酸与氢氟酸载体的缓冲液，氢氟酸载体与氢氟酸的比例为1~9:1，所述氢氟酸载体为氟钛酸、氟锆酸、氟钽酸中的一种；所述浸润剂为N-辛基吡咯烷酮、聚氧乙烯烷醇酰胺中的一种。
2.根据权利要求1所述的缓释型硅斑蚀刻剂，其特征在于：所述的酸性剂为甲磺酸、乙磺酸、丙磺酸、丁磺酸中的一种。
3.根据权利要求2所述的缓释型硅斑蚀刻剂，其特征在于：所述的氧化剂包括次氯酸、氯酸、高氯酸、次溴酸、溴酸、高溴酸、高锰酸中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的缓释型硅斑蚀刻剂，其特征在于：所述水为25℃下电阻率为15-18MΩ*cm的超纯水。
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Citations (5)
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