[发明专利]无铬刻蚀溶液及揭示缺陷的方法和处理衬底的工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种新颖的处理硅衬底和硅-锗衬底的无铬刻蚀溶液，本发明还涉及此类衬底的处理方法以及使用本发明所述溶液显示此类衬底缺陷的方法。

背景技术

微电子器件所用衬底中的晶体缺陷是非常讨厌的，因为它们对由这些衬底(例如晶片，特别是绝缘体上覆硅(SOI)型晶片)制作出的集成电路的功能和可靠性具有负面影响。典型的识别晶体缺陷进而表征衬底表面质量的方法是使用所谓的结构刻蚀溶液(structural etchingsolutions)。这类刻蚀速度依赖于晶体结构的刻蚀溶液能够识别晶体缺陷，因为使用结构刻蚀溶液后，晶体缺陷会产生蚀丘或者蚀坑。

许多现有用于硅表面的刻蚀溶液通常都需要强氧化剂。

F.Secco在Journal of Electrochemical Society，1972年第119卷第7期第948到951页提出了一种用于显示硅中蚀坑的刻蚀溶液，包含氢氟酸和碱金属重铬酸盐溶液的混合物。碱金属铬酸盐充当氧化剂而氢氟酸溶解氧化产物，即二氧化硅。然而铬酸盐，特别是重铬酸盐，因为能够与细胞和DNA相互作用，所以有剧毒。

W.C.Dash在Journal of Applied Physics，1956年第27卷第10期第1193到1195页提出了另一种能够显示半导体衬底缺陷的深层刻蚀(further etched)溶液，包含氢氟酸、硝酸和乙酸。尽管该刻蚀溶液能够刻蚀半导体衬底(包括硅衬底)，然而据Dash称它不能区分不同类型的缺陷，而且刻蚀速度不能令人满意。

美国专利2619414公开了另一种可用于半导体表面以提高其电特性的化学深层刻蚀剂。美国专利2619414公开的化学刻蚀剂包含乙酸、硝酸、氢氟酸以及溴。美国专利2619414公开的这个混合物的缺陷在于使用了溴，因为溴非常不稳定且易于挥发，因此依照该现有技术文献所述，因为溴会从混合物中蒸发出来，因此该刻蚀剂只能在低温黑暗环境下储存很短时间，而且只能在通风环境下使用。尽管溴不像铬酸盐或重铬酸盐具有毒性，然而根据美国专利2619414所述，在使用的时候，仍然要采取预防措施。

对于除了硅还含有锗的衬底，现有技术也提出了类似的刻蚀溶液。

D.G.Schimmel在J.Electrochem.Soc.，Solid State Science andTechnology，1979年第479到483页提出了一种含铬的溶液，主要特点在于氟化氢和三氧化铬的配比(HF/CrO₃)为1∶1。这种刻蚀溶液的主要缺点还是含有剧毒的铬。其他的含铬的刻蚀溶液有Wright提出的刻蚀溶液，包含氢氟酸(HF)、硝酸(HNO₃)、三氧化铬(CrO₃)、硝酸铜(Cu(NO₃)₂)，水以及乙酸。同样地，此类刻蚀溶液的主要缺点是使用了剧毒的重金属，尤其是铬(M.W.Jenkins，J.Electrochem.Soc.，1977年第124卷第757到762页)。

鉴于传统刻蚀溶液以上这些问题，寻求无铬刻蚀溶液的工作已经开始。前面已经提到Dash提出的刻蚀溶液，它含有氢氟酸、硝酸以及乙酸，即HF(浓度49％)、HNO₃(浓度70％)以及乙酸(浓度100％)的体积比为1∶3∶10。然而如前所述，Dash的刻蚀溶液能达到的刻蚀速度不能令人满意。其它的无铬刻蚀溶液例如有Sopori提出的氢氟酸(浓度49％)、硝酸(浓度70％)以及乙酸(浓度100％)按照36∶1-2∶20的体积比配成的溶液。这种刻蚀溶液能达到的刻蚀速度仍然不能令人满意，因此仅仅被用于处理多晶硅(B.L.Sopori，J.Electrochem.Soc.，1984年第131卷第667页)。

最后，日本标准JISHO 609-1999提出一种无铬刻蚀溶液作为溶液B。这种溶液由氢氟酸、硝酸、乙酸以及水按照1∶12-7∶3∶5.7的体积比构成。需要再次指出的是该溶液不能提供适当的刻蚀速度，而且因为不能产生均匀刻蚀，所以刻蚀结果不能令人满意。

发明内容

考虑到以上缺点以及半导体工业的发展，特别是制造集成电路的最小特征尺寸的减小以及新衬底材料的引入，例如绝缘体上覆硅(SOI)和应变绝缘体上覆硅(sSOI)，需要改良的刻蚀溶液以提供适当的质量特性，尤其是在以下方面：

满意的刻蚀速度，这样即使薄衬底也能以充分可控的刻蚀速度和时间进行刻蚀，且与表面厚度无关；