[發明專利]無鉻刻蝕溶液及揭示缺陷的方法和處理襯底的工藝

無效

• 申請號: 200710187095.2
• 申請日: 2007-11-23
• 公開（公告）號: CN101186827A
• 公開（公告）日: 2008-05-28
• 發明（設計）人: A·阿巴迪
• 申請（專利權）人: S.O.I.TEC絕緣體上硅技術公司
• 主分類號: C09K13/04
• 分類號: C09K13/04;H01L21/306
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司
• 代理人: 戈泊

技術領域

本發明涉及一種新穎的處理硅襯底和硅-鍺襯底的無鉻刻蝕溶液，本發明還涉及此類襯底的處理方法以及使用本發明所述溶液顯示此類襯底缺陷的方法。

背景技術

微電子器件所用襯底中的晶體缺陷是非常討厭的，因為它們對由這些襯底(例如晶片，特別是絕緣體上覆硅(SOI)型晶片)制作出的集成電路的功能和可靠性具有負面影響。典型的識別晶體缺陷進而表征襯底表面質量的方法是使用所謂的結構刻蝕溶液(structural?etchingsolutions)。這類刻蝕速度依賴于晶體結構的刻蝕溶液能夠識別晶體缺陷，因為使用結構刻蝕溶液后，晶體缺陷會產生蝕丘或者蝕坑。

許多現有用于硅表面的刻蝕溶液通常都需要強氧化劑。

F.Secco在Journal?of?Electrochemical?Society，1972年第119卷第7期第948到951頁提出了一種用于顯示硅中蝕坑的刻蝕溶液，包含氫氟酸和堿金屬重鉻酸鹽溶液的混合物。堿金屬鉻酸鹽充當氧化劑而氫氟酸溶解氧化產物，即二氧化硅。然而鉻酸鹽，特別是重鉻酸鹽，因為能夠與細胞和DNA相互作用，所以有劇毒。

W.C.Dash在Journal?of?Applied?Physics，1956年第27卷第10期第1193到1195頁提出了另一種能夠顯示半導體襯底缺陷的深層刻蝕(further?etched)溶液，包含氫氟酸、硝酸和乙酸。盡管該刻蝕溶液能夠刻蝕半導體襯底(包括硅襯底)，然而據Dash稱它不能區分不同類型的缺陷，而且刻蝕速度不能令人滿意。

美國專利2619414公開了另一種可用于半導體表面以提高其電特性的化學深層刻蝕劑。美國專利2619414公開的化學刻蝕劑包含乙酸、硝酸、氫氟酸以及溴。美國專利2619414公開的這個混合物的缺陷在于使用了溴，因為溴非常不穩定且易于揮發，因此依照該現有技術文獻所述，因為溴會從混合物中蒸發出來，因此該刻蝕劑只能在低溫黑暗環境下儲存很短時間，而且只能在通風環境下使用。盡管溴不像鉻酸鹽或重鉻酸鹽具有毒性，然而根據美國專利2619414所述，在使用的時候，仍然要采取預防措施。

對于除了硅還含有鍺的襯底，現有技術也提出了類似的刻蝕溶液。

D.G.Schimmel在J.Electrochem.Soc.，Solid?State?Science?andTechnology，1979年第479到483頁提出了一種含鉻的溶液，主要特點在于氟化氫和三氧化鉻的配比(HF/CrO₃)為1∶1。這種刻蝕溶液的主要缺點還是含有劇毒的鉻。其他的含鉻的刻蝕溶液有Wright提出的刻蝕溶液，包含氫氟酸(HF)、硝酸(HNO₃)、三氧化鉻(CrO₃)、硝酸銅(Cu(NO₃)₂)，水以及乙酸。同樣地，此類刻蝕溶液的主要缺點是使用了劇毒的重金屬，尤其是鉻(M.W.Jenkins，J.Electrochem.Soc.，1977年第124卷第757到762頁)。

鑒于傳統刻蝕溶液以上這些問題，尋求無鉻刻蝕溶液的工作已經開始。前面已經提到Dash提出的刻蝕溶液，它含有氫氟酸、硝酸以及乙酸，即HF(濃度49％)、HNO₃(濃度70％)以及乙酸(濃度100％)的體積比為1∶3∶10。然而如前所述，Dash的刻蝕溶液能達到的刻蝕速度不能令人滿意。其它的無鉻刻蝕溶液例如有Sopori提出的氫氟酸(濃度49％)、硝酸(濃度70％)以及乙酸(濃度100％)按照36∶1-2∶20的體積比配成的溶液。這種刻蝕溶液能達到的刻蝕速度仍然不能令人滿意，因此僅僅被用于處理多晶硅(B.L.Sopori，J.Electrochem.Soc.，1984年第131卷第667頁)。

最后，日本標準JISHO?609-1999提出一種無鉻刻蝕溶液作為溶液B。這種溶液由氫氟酸、硝酸、乙酸以及水按照1∶12-7∶3∶5.7的體積比構成。需要再次指出的是該溶液不能提供適當的刻蝕速度，而且因為不能產生均勻刻蝕，所以刻蝕結果不能令人滿意。

發明內容

考慮到以上缺點以及半導體工業的發展，特別是制造集成電路的最小特征尺寸的減小以及新襯底材料的引入，例如絕緣體上覆硅(SOI)和應變絕緣體上覆硅(sSOI)，需要改良的刻蝕溶液以提供適當的質量特性，尤其是在以下方面：

滿意的刻蝕速度，這樣即使薄襯底也能以充分可控的刻蝕速度和時間進行刻蝕，且與表面厚度無關；