[发明专利]一种酸性蚀刻液及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于蚀刻液及其制备方法和应用领域，特别涉及一种酸性蚀刻液及其制备方法和应用。

背景技术

计算机等电子器件中的半导体装置，有作为控制元件和记忆元件的半导体集成电路和光半导体。这些半导体装置在制造过程，需要对硅、GaAs、GaP、InP等基板进行蚀刻或金属薄膜积层形成回路。特别是针对使用硅片的半导体装置在产业上使用最广、使用量最多。半导体装置制造过程中，在基板上形成回路之前需要对基板进行多道表面处理。而蚀刻过程在确定基板状态上及其重要。

上述蚀刻的传统工艺，是使用硝酸、氢氟酸、硫酸、磷酸、醋酸等混合酸的制绒液进行蚀刻，这些酸性制绒液与NaOH、KOH等碱性制绒等并用进行蚀刻时，含有缓冲液成分。

硅片制造工艺，一般按硅晶锭的提拉、硅锭的切片、研磨、蚀刻、抛光的顺序进行，研磨后的硅片要求极高的平坦度，为除去残留沙粒和除去加工损伤层，通过蚀刻等除去40～60微米表面，研磨后的形状精度难以得到保证。

作为硅片的蚀刻液，一般使用氢氟酸、硝酸、醋酸的3组分系混酸液或氟酸、硝酸、磷酸的3组分系，也有使用添加硫酸的4组分系。还有磷酸中添加氟化氢的蚀刻液，还有硝酸、氢氟酸和氟硅酸组成的蚀刻液。也有用氟硅酸、氢氟酸、过氧水、氨或氟化铵组成的酸性溶液用作硅晶体表面羟基化处理液。

最近，对设备的集成度的提高带来对形状精度的高要求化，许多制造商采用酸性蚀刻液和碱性蚀刻液组合使用的工艺，这种合用型蚀刻液，碱性蚀刻液的蚀刻量在10～30微米程度较大值，酸性蚀刻量需要保持在5～20微米的较小值，蚀刻液与硅片的接触时间(蚀刻时间)必须控制在5～20秒非常短的时间内。

然而，上述极短时间的操作在现有的蚀刻设备上难以实施，特别是在提拉硅片时会发生机械故障。为了解决这些问题，有通过将上述混酸溶液中醋酸和磷酸的浓度提高来调整蚀刻速度的方法。事实上，醋酸和磷酸并不直接参与硅的腐蚀反应，只是起到减小蚀刻速度的阻滞剂的作用。

在氢氟酸、硝酸、醋酸的3组分体系的蚀刻液中，为减少蚀刻速度增加醋酸的情况下，会出现蚀刻反应不均匀、蚀刻不匀的现象。这可能是由于醋酸的增加会妨碍硝酸对硅的氧化反应。具体地说，是由于蚀刻液中氧化剂的浓度分布发生了不匀，导致硅片表面进行均匀的氧化。硅片蚀刻不匀，就会导致硅片品质的管理、维持上的困难，高浓度醋酸的蚀刻液的使用有难度。

相比之下，在氢氟酸、硝酸、磷酸的3组分体系的蚀刻液中，为减少蚀刻速度增加磷酸的情况下，新调制的新鲜蚀刻液在开始蚀刻是可以降低蚀刻速度，但由于下面的原因，在蚀刻重复进行的过程中，蚀刻速度会异常升高，出现暴蚀现象，使得蚀刻过程难以控制。氢氟酸与磷酸混合，会产生氟磷酸盐。氟磷酸盐不参与蚀刻反应，会因与蚀刻反应过程中产生的水发生水解反应，解离成促使蚀刻速度上升的氢氟酸和磷酸。氢氟酸和磷酸的浓度，随着蚀刻过程的进行不断升高，最终结果，使得蚀刻速度异常升高，产生暴蚀现象。用氢氟酸、硝酸、磷酸的混酸进行蚀刻时，如果蚀刻速度达到12μm/分(0.2μm/秒)就认定为暴蚀。

如上所述，在由氢氟酸、硝酸、醋酸(或磷酸)的3组分蚀刻液中，除了蚀刻过程中蚀刻速度难以控制的问题外，蚀刻性能的下降和蚀刻过程的不稳定性也是问题。此外，蚀刻液中含有醋酸和磷酸，还有臭气的气味问题，造成废液难以处理的困难。使用后的废液难以回收再生，成为行业的大问题。

另一方面，如上所述，含有氟硅酸盐组分的蚀刻液尚未获得良好的蚀刻性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种酸性蚀刻液及其制备方法和应用，该蚀刻液与传统的蚀刻液不同，不需要对环境造成较大负担的醋酸、磷酸等，不会产生异味，也可减小废弃物的负荷。

本发明的一种酸性蚀刻液，所述蚀刻液的组成包括：1～20wt％的氢氟酸，20～60wt％的硝酸，1～20wt％的氟硅酸，其余为水。

所述蚀刻液的组成包括：2～15wt％的氢氟酸，25～40wt％的硝酸，2.5～15wt％的氟硅酸，其余为水。

所述蚀刻液的组成包括：5～15wt％的氢氟酸，30～40wt％的硝酸，5～14.5wt％的氟硅酸，其余为水。

所述蚀刻液的组成还包括：0.01～10wt％的醋酸和/或0.01～10wt％的磷酸。

所述蚀刻液的组成还包括表面活性剂或螯合剂。

所述蚀刻液pH≤1。

本发明的一种酸性蚀刻液的制备方法，包括：