[发明专利]特别用于应变或应力硅材料的刻蚀组合物、表征这种材料表面上的缺陷的方法，和用刻蚀组合物处理这种表面的工艺

说明书

技术领域

本发明涉及表征硅表面，特别是应力或应变硅表面上的缺陷的方法、用刻蚀溶液处理硅表面的方法，以及待用于本发明的方法和工艺中的刻蚀溶液。

特别地，本发明涉及可存在于半导体薄膜中的堆垛层错和/或位错的显示。

背景技术

用于微电子器件的衬底中的晶体缺陷是高度不利的，因为它们对使用衬底，如晶片，特别是绝缘体上硅(SOI)型晶片形成的集成电路的功能和可靠性具有不利影响。用于识别晶体缺陷并由此表征衬底表面质量的典型方法是使用所谓的结构刻蚀溶液。这些刻蚀溶液能够装饰晶体缺陷，因为在施用所述结构刻蚀溶液之后晶体缺陷导致小丘或蚀孔。

已提出用于硅表面的各种刻蚀溶液，其通常需要存在强氧化剂。

F.SECCO在Journal of Electrochemical Society，119，no.7，第948-951页(1972)中描述了用于显示硅中的蚀孔的刻蚀溶液，其由氢氟酸和水性碱金属重铬酸盐的混合物组成。碱金属重铬酸盐用作氧化剂，而氢氟酸溶解氧化产物，即二氧化硅。然而，铬酸盐，特别是重铬酸盐是高度毒性的，因为它们能够与细胞和DNA相互作用。

W.C.Dash在Journal of Applied Physics，vol.27，no.10，第1193-1195页(1956)中公开了能够显示半导体衬底上的缺陷的另外的刻蚀溶液，其由氢氟酸、硝酸和乙酸组成。尽管该溶液能够刻蚀包括硅衬底的半导体衬底，Dash的刻蚀溶液不能区分不同类型的缺陷，进而不能提供满意的刻蚀速率。

US 2,619,414公开了施用至半导体表面上以改进它们的电学特性的另外的化学刻蚀剂。在US 2,619,414中公开的化学刻蚀剂包含乙酸、硝酸、氢氟酸和溴。US 2,619,414中公开的组合物的缺点是高度不稳定和挥发性的溴的使用，由于溴从组合物蒸发，使得该现有技术文献的化学刻蚀剂仅能在低温下在黑暗中储存极短时间，并仅能在通风下操作。尽管溴不如铬酸盐或重铬酸盐那样毒性，但在使用US 2,619,414的化学刻蚀剂时仍然需要采取预防措施。

EP 1734572涉及用无铬刻蚀溶液评估具有低电阻率的硅晶片上的晶体缺陷的方法。所述刻蚀溶液由氢氟酸、硝酸、乙酸、水和优选的碘化钾组成。

JP 2004-235350描述了使用刻蚀溶液刻蚀SOI晶片以评估晶体缺陷的方法，所述刻蚀溶液包含氢氟酸、硝酸、乙酸、水和优选的碘化钾。

JP 2003-209150涉及检测降低半导体器件的电学性质的晶体缺陷的方法。用于检测的刻蚀溶液由氢氟酸、硝酸、乙酸、水和碘或碘化物组成。

EP 1852905公开了具有低电阻率的硅单晶的刻蚀方法。EP1852905的刻蚀溶液包含氢氟酸、硝酸、乙酸、水和优选的碘化钾，其具有0.1微米/分钟以上的刻蚀速率，并对于检测体内微缺陷(BMDs)特别有效。然而，这些刻蚀溶液能够检测BMDs，但不能检测特征在于不同的活化能和较低的应变场的缺陷，如位错和堆垛层错。

此外，已开发新型含硅材料并发现它们的应用领域要求进一步改变和调整用于处理含硅表面的化学品。这种新型含硅材料的代表性的例子为在绝缘体型晶片上的应变硅，即所有已知的刻蚀组合物均不适合的材料以及显示需要显示的新型缺陷的另外的材料。

本发明的目的

鉴于半导体工业的进步，特别是涉及用于制造集成电路的最小特征尺寸的减小，需要引入新的衬底材料，如绝缘体上硅(SOI)或绝缘体上应变硅(sSOI)，以及质量表征的改进方法，特别是关于如下特征：

-满意的刻蚀速率，使得即使是薄的衬底也能在对刻蚀速率/刻蚀时间/去除的表面厚度充分控制的情况下进行刻蚀。

-刻蚀敏感性，即检测不同类型缺陷(如对应于空位汇聚和氧沉淀的D缺陷)的可能性，最优选在一类刻蚀处理之后识别不同类型缺陷，特别是检测位错和/或堆垛层错的可能性。

-通过使用合适的刻蚀组合物的组分降低健康风险和环境问题，而不牺牲所需性质、刻蚀速率、刻蚀敏感性等。

-刻蚀组合物的稳定性，使得一些可储存一段时间并无需高度复杂的安全措施进行操作。

发明内容

上述概述的目的已通过如权利要求1所述的刻蚀溶液得以解决。优选的具体实施方案如从属权利要求2至5所述。本发明进一步提供了如权利要求6所述的一种表征硅表面上的缺陷的方法。其优选的具体实施方案如从属权利要求7至10和15所述。最后，本发明提供了如权利要求11所述的刻蚀硅表面的工艺。优选的具体实施方案如从属权利要求12至15所述。