[發明專利]一種硅晶圓的蝕刻液

在審

• 申請號: 201811435355.8
• 申請日: 2018-11-28
• 公開（公告）號: CN109321253A
• 公開（公告）日: 2019-02-12
• 發明（設計）人: 李少平;張庭;賀兆波;尹印;馮凱;萬楊陽;王書萍
• 申請（專利權）人: 湖北興福電子材料有限公司
• 主分類號: C09K13/08
• 分類號: C09K13/08
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 成鋼

本發明公開了一種硅晶圓的蝕刻液，主要成分包括電子級硝酸、電子級氫氟酸、電子級硫酸、電子級磷酸、電子級醋酸、表面活性劑、超純水。其中，硝酸作為氧化劑，將硅氧化成硅的氧化物；氫氟酸作為溶解劑，將硅的氧化物溶解、去除，實現對硅晶圓的蝕刻；硫酸可以提高溶液粘度，穩定反應速率，不改變蝕刻形貌，增加蝕刻均勻性；磷酸也可以提高溶液粘度，提高傳質阻，降低蝕刻速率，不改變蝕刻形貌；醋酸作為稀釋劑，降低硝酸的電離度，抑制硝酸的氧化能力，降低反應速率，影響蝕刻后的表面形貌；表面活性劑降低溶液的表面張力，改善硅晶圓蝕刻后的表面形貌。本蝕刻液的蝕刻速率穩定可控、蝕刻表面均勻平整。

技術領域

本發明涉及一種硅晶圓制造過程中的蝕刻液，通過對硅晶圓表面的化學處理，以滿足半導體芯片的設計和制造要求。

背景技術

半導體硅晶圓制造是多階段制造過程，把晶棒加工成為硅晶圓片需要經過切割、倒角、研磨、腐蝕、拋光等工序，在硅晶圓片加工流程中，后道工序的品質輸出可能與前道工序的制造缺陷相關，甚至某些品質問題會一直被諸多后道工序繼承，最終流向客戶端。

半導體產業中所使用的硅晶圓片需要具有良好的平整度和較低的表面缺陷，但經切割、研磨所得到的硅晶圓片往往平整度較差，表面帶有機械加工損傷，在化學機械拋光之前需要徹底去除這些損傷，硅晶圓片制造行業一般使用濕法酸腐蝕來完成大去除量的腐蝕加工。由于化學機械拋光過程的品質輸出顯著地受來料品質的影響，酸腐蝕的過程目標不止限于完全剝離前道工序的機械損傷，而且需要為后道工序提供一種有益于品質輸出的平整度和幾何形狀。

現有技術中使用硝酸和氫氟酸體系難以實現對蝕刻速率和表面的調控，需要添加其他成分來改善蝕刻液的性能。例如，專利文獻1采用兩步式濕蝕刻對晶圓背面進行減薄，首先使用氫氟酸、硝酸、磷酸和硫酸的混合物對硅襯底進行蝕刻至露出外延層，然后采用氫氟酸、硝酸和醋酸的混合物對硅襯底和露出的外延層進行選擇性蝕刻，完成了超薄且均勻晶圓的制備，但兩步式濕蝕刻增加了處理步驟，操作起來更復雜。專利文獻2使用硝酸、氫氟酸以及硫酸的混合溶液對硅基板進行蝕刻，但該蝕刻液有助于使硅基板的表面粗糙化，不能得到具有良好平整度的表面。

專利文獻1：一種晶圓背面減薄方法 CN 103077889 A

專利文獻2：蝕刻液以及硅基板的表面粗糙化的方法 CN 106356296 A。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種操作簡單、平整度優良的蝕刻液，其蝕刻速率穩定可控、蝕刻表面均勻平整，以滿足半導體芯片制造對硅晶圓的品質要求。

本發明涉及一種硅晶圓的蝕刻液，所述蝕刻液的組成包括：占蝕刻液總重量10-50%的電子級硝酸，1-5%的電子級氫氟酸，5-20%的電子級硫酸，10-30%的電子級磷酸，1-10%的電子級醋酸，0.001-3%的表面活性劑，20-50%的水。所述的水是電阻率≥15.0MΩ*cm（25℃）的超純水。

進一步地，本發明涉及上述蝕刻液，所述的硝酸作為氧化劑，將硅氧化成硅的氧化物；氫氟酸作為溶解劑，與硅的氧化物生成可溶性的H₂SiF₆。其總的反應如下：3Si + 4HNO₃+ 18HF → 3H₂SiF₆ + 4NO + 8H₂O，本申請中所述的酸處理使用硝酸、氫氟酸體系，硝酸將硅氧化成硅的氧化物，氫氟酸將硅的氧化物溶解、去除。

所述的硫酸用來提高溶液粘度，降低反應速率、不改變蝕刻形貌，同時保持蝕刻的穩定性和均一性。磷酸用于提高溶液粘度，提高傳質阻，降低蝕刻速率，也不改變蝕刻形貌。

所述的醋酸作為稀釋劑，抑制硝酸氧化能力，減緩反應速率，影響蝕刻后表面形貌。

所述的表面活性劑可以降低溶液的表面張力，改善溶液的浸潤性，使溶液能夠均勻的蝕刻晶圓表面。