选择性晶体硅刻蚀液、晶圆硅片的刻蚀方法及其应用的制作方法
选择性晶体硅刻蚀液、晶圆硅片的刻蚀方法及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明揭示了一种选择性晶体硅刻蚀液，该刻蚀液包括：体积百分比大于0vol％且小于等于80vol％的硝酸；体积百分比大于0vol％且小于等于20vol％氢氟酸；以及体积百分比大于0vol％且小于等于50vol％乙酸。同时提供一种晶圆硅片的刻蚀方法，包括：提供所述的选择性晶体硅刻蚀液；将若干晶圆硅片置于所述选择性晶体硅刻蚀液中；在密闭环境下，将包含若干晶圆硅片的选择性晶体硅刻蚀液加温至25℃～50℃，并在此温度下保持10sec～1800sec使所述若干晶圆硅片的表面得到刻蚀。该晶圆硅片的刻蚀方法可以用于晶圆背面的硅刻蚀。用该选择性晶体硅刻蚀液的晶圆硅片的刻蚀方法，解决了现有的晶圆背面的晶体硅的刻蚀的均一性和粗糙度差的问题。
【专利说明】选择性晶体硅刻蚀液、晶圆硅片的刻蚀方法及其应用【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及一种选择性晶体硅刻蚀液、晶圆硅片的刻蚀方法及其应用。
【背景技术】
[0002]通常情况下,影像感测器为前面照度(Front Side Illumination,简称FSI),感光层、金属层、介电层和透镜等其它光学元件设置在硅基板上，光线透过透镜、金属层、介电层到达感光层。由于金属层和介电层的阻碍和光的折射、反射等，使得到达感光层的光总量大为减少，这样的结果是降低了影像感测器的灵敏度。为了得到较高的灵敏度，背面照度(Back Side Illumination,简称BSI)像素技术被开发应用。BSI影像感测器的透镜、感光层与金属层、介质层分别位于硅基板的相对两个表面上，光线经过透镜直接到达感光层，较少的光线被损耗，从而使得影像感光器具有较高的灵敏度。
[0003]BSI技术中非常重要的一步为晶圆背面的晶体硅的刻蚀，如图1所示，图1中P型重掺杂硅层101位于P型轻掺杂硅层102的下方，图形层103位于P型重掺杂硅层101的下方。在湿法刻蚀时，从晶圆背面进行刻蚀，P型重掺杂硅层101为被刻蚀层，P型轻掺杂硅层102为刻蚀停止层。所以，晶圆背面的晶体硅的刻蚀的均一性和粗糙度会影响BSI影像感光器具有较高的性能。但在现有技术中，一般只用硝酸和氢氟酸的混合溶液作为湿法刻蚀的刻蚀液，来对晶体硅进行刻蚀，但利用该刻蚀液进行湿法刻蚀后，P型轻掺杂硅层102的剩余厚度的均一性和P型轻掺杂硅层102表面的粗糙度都比较差，无法满足BSI影像感光器的要求。 [0004]所以，如何提供一种晶圆硅片的刻蚀方法，能够提高晶圆背面的晶体硅的刻蚀的均一性并降低粗糙度，已成为本领域技术人员需要解决的问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于，解决现有的晶圆背面的晶体硅的刻蚀的均一性和粗糙度差的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供一种选择性晶体硅刻蚀液，包括:
[0007]体积百分比大于0vol%且小于等于80vol%的硝酸；
[0008]体积百分比大于Ovol %且小于等于20vol%氢氟酸；以及
[0009]体积百分比大于Ovol %且小于等于50vol%乙酸。
[0010]进一步的，所述选择性晶体硅刻蚀液还包括:体积百分比大于0VOl%且小于等于20vol%的表面活性剂。
[0011]进一步的，所述表面活性剂的摩尔浓度为20%~80%。
[0012]进一步的，所述表面活性剂为:
[0013]通式为R1-COOM的羧酸或其金属盐,其中，R1为一个烷基，M为一个氢离子或一个金属阳离子；[0014]通式为NH2-R2-OH的醇胺，其中，R2为一个亚烷基；
[0015]通式为R3-[R4_0]n-R5的醚,其中，R3和R5相同或不同并各自为一个氢离子或一个烷基，R4为一个亚烷基，n为大于等于I的自然数；或
[0016]两种或多种上述表面活性剂的混合物。
[0017]进一步的，所述乙酸的摩尔浓度为20%~90%。
[0018]进一步的，所述硝酸的摩尔浓度为10%~60%。
[0019]进一步的，所述氢氟酸的摩尔浓度为20%~60%。
[0020]进一步的，提供一种晶圆硅片的刻蚀方法，包括: [0021]提供如权利要求1-7中任何一项所述的选择性晶体硅刻蚀液；
[0022]将若干晶圆硅片置于所述选择性晶体硅刻蚀液中；
[0023]在密闭环境下，将包含若干晶圆硅片的选择性晶体硅刻蚀液加温至25°C~50°C，并在此温度下保持IOsec~ISOOsec，使所述若干晶圆硅片的表面得到刻蚀。
[0024]进一步的，提供一种晶圆硅片的刻蚀方法的应用，所述晶圆硅片的刻蚀方法用于晶圆背面的硅刻蚀，所述晶圆硅片的最底层为图形层，所述图形层上为P型重掺杂硅层，所述P型重掺杂硅层上为P型轻掺杂硅层。
[0025]进一步的，所述P型重掺杂硅层对P型轻掺杂硅层的刻蚀选择比大于10。
[0026]与现有技术相比，本发明提供的选择性晶体硅刻蚀液、晶圆硅片的刻蚀方法及其应用具有以下优点:
[0027]1、本发明的选择性晶体硅刻蚀液，包括体积百分比大于Ovol %且小于等于50vol %乙酸，与现有技术相比，乙酸的加入会降低刻蚀液的介电常数，从而降低硝酸和氢氟酸的解离度，使得刻蚀速率降低，增加了刻蚀反应的时间，提高了 P型重掺杂硅层与P型轻掺杂硅层的刻蚀选择比，使得刻蚀的均一性得到提高；另外，乙酸会降低刻蚀液的表面张力，避免刻蚀反应过于激烈，使得刻蚀反应变得平缓，从而降低刻蚀停止层表面的粗糙度。
[0028]2、本发明的选择性晶体硅刻蚀液还包括体积百分比大于Ovo I %且小于等于50vol %的表面活性剂，表面活性剂的加入可以进一步的降低刻蚀液的表面张力，提高刻蚀的均一性，降低刻蚀停止层表面的粗糙度。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1为现有技术中晶圆背面的晶体娃的刻蚀的不意图；
[0030]图2为本发明一实施例的晶圆硅片的刻蚀方法的流程图。
【具体实施方式】
[0031]下面将结合示意图对本发明的选择性晶体硅刻蚀液、晶圆硅片的刻蚀方法及其应用进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
[0032]为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
[0033]在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0034]本发明的核心思想在于，提供一种选择性晶体硅刻蚀液，通过在硝酸和氢氟酸的混合液中加入体积百分比大于0VOl%且小于等于50vol%乙酸，降低刻蚀液的介电常数，降低硝酸和氢氟酸的解离度，提高了 P型重掺杂硅层对P型轻掺杂硅层的刻蚀选择比，并降低刻蚀液的表面张力。
[0035]结合上述核心思想，本发明提供一种选择性晶体硅刻蚀液，包括:体积百分比大于Ovol %且小于等于80vol %的硝酸，较佳的，硝酸的体积百分比为20vol %>40vol %>60vol %;体积百分比大于Ovol %且小于等于20vol %氢氟酸，较佳的，氢氟酸的体积百分比为5vol %、IOvol %、15vol % ；以及体积百分比大于Ovol %且小于等于50vol %乙酸,较佳的，乙酸的体积百分比为15vol % >30vol % >45vol %。
[0036]其中，所述乙酸的摩尔浓度较佳的为20 %~90 %，如30 %、50 %、70 %，但乙酸的摩尔浓度并不限于20%~90%，乙酸的摩尔浓度为10%等亦在本发明的思想范围之内；所述硝酸的摩尔浓度较佳的为10%~60%，如20%、40%、50%，但硝酸的摩尔浓度并不限于10%~60%，硝酸的摩尔浓度为80%等亦在本发明的思想范围之内；所述氢氟酸的摩尔浓度较佳的为20%~60%，如30%、45%、50%，但氢氟酸的摩尔浓度并不限于20%~60%，氢氟酸的摩尔浓度为10 %或80 %等亦在本发明的思想范围之内。
[0037]硝酸、氢氟酸和乙酸的体积比，以及硝酸、氢氟酸和乙酸各自的摩尔浓度均可在上述范围内任意组合。乙酸的加入会降低刻蚀液的介电常数，从而降低硝酸和氢氟酸的解离度，降低刻蚀速率，增加了刻蚀反应的时间，使得刻蚀的均一性得到提高；另外，乙酸会降低刻蚀液的表面张力，避免刻蚀反应过于激烈，使得刻蚀反应变得平缓，从而降低刻蚀停止层表面的粗糙度。
`[0038]较佳的，选择性晶体硅刻蚀液还可以包括体积百分比大于0VOl%且小于等于20vol %的表面活性剂，较佳的，表面活性剂的体积比为5vol %、IOvol %、15vol %。表面活性剂的加入可以进一步的降低刻蚀液的表面张力，提高刻蚀的均一性，降低刻蚀停止层表面的粗糙度。所述表面活性剂的摩尔浓度较佳的为20 %~80 %，如30 %、40 %、50 %、70 %，但表面活性剂的摩尔浓度并不限于20%~80%，如表面活性剂的摩尔浓度为10%或90%等亦在本发明的思想范围之内。
[0039]所述表面活性剂的摩尔浓度选自:通式为R1-COOM的羧酸或其金属盐，其中，R1为一个烷基，M为一个氢离子或一个金属阳离子；通式为NH2-R2-OH的醇胺，其中，R2为一个亚烷基；通式为R3-[R4_0]n-R5的醚，其中，R3和R5相同或不同并各自为一个氢离子或一个烷基，R4为一个亚烷基，η为大于等于I的自然数；和两种或多种上述表面活性剂的混合物。
[0040]上述通式中，“烷基”是指支链烷基或具有I~20个碳原子、较好3~15个碳原子、更好5~12个碳原子的直链烷基，所述烷基中的任意一个、多个或全部氢原子可任选地各自被一个或多个选自以下的取代基所取代=C1,烷氧基、CV6羧基、Sih6硅烷基、C2_1(l酰胺基和芳基。其中芳基指具有5~22个碳原子的芳基，例如苯基或萘基等；上述通式中，“烷基”还包括其中任一个、多个或全部氢离子被卤离子所取代的烷基，其非限定性例子有，CF3-> CHF2-, C2F5-, CF3CHF-, C4F9-等。在本文中，“金属阳离子”指碱金属阳离子，包括例如单价或多价的金属阳离子，如锂离子、钠离子、镁离子、钙离子、铁离子和铝离子等。
[0041 ] 所述羧酸或其金属盐表面活性剂的非限定性例子有:CF3 (CH2CF2) 6C00H、C17H35COONa, CF3 (CH2) 4C00Na、C15H13COOK, (C2H5) 3SICH2COONa 等。所述醇胺表面活性剂的非限定性例子有:N(CH2CH2OH) 3、C4H11NO2等。所述醚表面活性剂的非限定性例子有:CF3C2H4 (C2H4O) 2H、CF3C2H4 (C2H4O) 4H、C2F5C2H4 (C2H4O) 2H、C2F5C2H4 (C2H4O) 4H、C8H17C2H4 (C2H4O) 6H 等。
[0042]本发明选择性晶体硅刻蚀液的表面活性剂可以使一种或多种表面活性剂，如CF3 (CH2CF2) 6C00H和CF3C2H4 (C2H4O) 2H表面活性剂的混合。但本发明的表面活性剂并不限于上述列举的表面活性剂，由于本发明选择性晶体硅刻蚀液为酸性刻蚀液，所以只要是能在酸性环境下使用的表面活性剂，亦在本发明的思想范围之内。
[0043]本发明选择性晶体硅刻蚀液可用本领域已知的任何常规方法制备，不做特别限制。
[0044]本发明的另一方面涉及一种采用上述选择性晶体硅刻蚀液作为湿法刻蚀液的晶圆硅片的刻蚀方法，参考图2，图2为本发明一实施例的晶圆硅片的刻蚀方法的流程图，包括以下步骤:
[0045]进行步骤S11，提供 上述选择性晶体硅刻蚀液；
[0046]进行步骤S12，将若干晶圆硅片置于所述选择性晶体硅刻蚀液中；
[0047]进行步骤S13，在密闭环境下，将包含若干晶圆硅片的选择性晶体硅刻蚀液加温至25°C~50°C，并在此温度下保持IOsec~1800sec，使所述若干晶圆硅片的表面得到刻蚀。其中，较佳的温度为25°C、30°C、40°C、50°C，较佳的保持时间为50sec、IOOsec、150sec、180sec、200sec、300sec、500sec、800sec、1200sec,以保证反应完全，但具体的时间由被刻蚀层的厚度决定。
[0048]本发明的晶圆硅片的刻蚀方法可以用于晶圆背面的硅刻蚀，其中，P型重掺杂硅层为被刻蚀层，P型轻掺杂硅层为刻蚀停止层。采用上述选择性晶体硅刻蚀液作为湿法刻蚀液的晶圆硅片的刻蚀方法对晶圆背面的硅刻蚀时，P型重掺杂硅层对P型轻掺杂硅层的刻蚀选择比大于10，甚至高达30以上。但本发明的晶圆硅片的刻蚀方法并不限于用于晶圆背面的硅刻蚀，亦可用于晶圆正面的硅刻蚀，只需调节刻蚀液中各组分的体积比即可。
[0049]以下结合具体的实施例来具体的说明本发明，应当明确的是，本发明的内容并不限制于以下实施例，其他通过本领域普通技术人员的常规技术手段的改进亦在本发明的思想范围之内。
[0050]【第一实施例】
[0051]在本实施例中，将40vol%的硝酸、20vol%氢氟酸和40vol %乙酸混合制得选择性晶体硅刻蚀液。其中，硝酸的摩尔浓度为60%，氢氟酸的摩尔浓度为30%，乙酸的摩尔浓度为30%。
[0052]将若干晶圆硅片置于按本实施例的比例制备得到的选择性晶体硅刻蚀液中，其中，晶圆硅片用于BSI技术，晶圆背面最底层为图形层103，图形层103上为P型重掺杂硅层101，P型重掺杂硅层101上为P型轻掺杂硅层102。在湿法刻蚀时，对晶圆背面进行刻蚀，P型重掺杂硅层101为被刻蚀层，P型轻掺杂硅层102为刻蚀停止层。[0053]在密闭环境下，将包含若干晶圆硅片的选择性晶体硅刻蚀液加温至25°C，并在此温度下保持90sec，使所述若干晶圆硅片的表面得到充分刻蚀。[0054]实验测得，本实施例中，经刻蚀，露出的P型轻掺杂硅层102的表面粗糙度较差，刻蚀后剩余的P型轻掺杂硅层102的厚度的均一性(Uniformity)为0.85%；P型重掺杂硅层对P型轻掺杂硅层的刻蚀选择比为11.3。
[0055]【第二实施例】
[0056]在本实施例中，将50vol %的硝酸、15vol %氢氟酸、30vol %乙酸和5vol %表面活性剂混合制得选择性晶体硅刻蚀液。其中，硝酸的摩尔浓度为40%，氢氟酸的摩尔浓度为40%，乙酸的摩尔浓度为20%，表面活性剂的摩尔浓度为20%，表面活性剂为C15H13C00K。
[0057]将若干晶圆硅片置于按本实施例的比例制备得到的选择性晶体硅刻蚀液中，其中，晶圆硅片用于BSI技术，晶圆背面最底层为图形层103，图形层103上为P型重掺杂硅层101，P型重掺杂硅层101上为P型轻掺杂硅层102。在湿法刻蚀时，对晶圆背面进行刻蚀，P型重掺杂硅层101为被刻蚀层，P型轻掺杂硅层102为刻蚀停止层。
[0058]在密闭环境下，将包含若干晶圆硅片的选择性晶体硅刻蚀液加温至30°C，并在此温度下保持150sec，使所述若干晶圆硅片的表面得到充分刻蚀。
[0059]实验测得，本实施例中，经刻蚀，露出的P型轻掺杂硅层102的表面平整，刻蚀后剩余的P型轻掺杂硅层102的厚度的均一性(Uniformity)为0.91 %;选P型重掺杂硅层对P型轻掺杂硅层的刻蚀选择比为18.6。
[0060]【第三实施例】
[0061]在本实施例中，将IOvol %的硝酸、20vol %氢氟酸、50vol %乙酸和20vol %表面活性剂混合制得选择性晶体硅刻蚀液。其中，硝酸的摩尔浓度为40%，氢氟酸的摩尔浓度为20%，乙酸的摩尔浓度为50%，表面活性剂的摩尔浓度为70%，表面活性剂为CF3 (CH2) 4C00Na 和 CF3C2H4 (C2H4O) 2H。
[0062]将若干晶圆硅片置于按本实施例的比例制备得到的选择性晶体硅刻蚀液中，其中，晶圆硅片用于BSI技术，晶圆背面最底层为图形层103，图形层103上为P型重掺杂硅层101，P型重掺杂硅层101上为P型轻掺杂硅层102。在湿法刻蚀时，对晶圆背面进行刻蚀，P型重掺杂硅层101为被刻蚀层，P型轻掺杂硅层102为刻蚀停止层。
[0063]在密闭环境下，将包含若干晶圆硅片的选择性晶体硅刻蚀液加温至40°C，并在此温度下保持200seC，使所述若干晶圆硅片的表面得到充分刻蚀。
[0064]实验测得，本实施例中，经刻蚀，露出的P型轻掺杂硅层102的表面较平整，刻蚀后剩余的P型轻掺杂硅层102的厚度的均一性(Uniformity)为0.94% ；P型重掺杂硅层对P型轻掺杂硅层的刻蚀选择比为32.28。
[0065]【第四实施例】
[0066]在本实施例中，将80vol %的硝酸、5vol %氢氟酸、IOvol %乙酸和5vol %表面活性剂混合制得选择性晶体硅刻蚀液。其中，硝酸的摩尔浓度为10%，氢氟酸的摩尔浓度为60%，乙酸的摩尔浓度为90%，表面活性剂的摩尔浓度为80%，表面活性剂为CF3 (CH2) 4C00Na 和 CF3C2H4 (C2H4O) 2H。
[0067]将若干晶圆硅片置于按本实施例的比例制备得到的选择性晶体硅刻蚀液中，其中，晶圆硅片用于BSI技术，晶圆背面最底层为图形层103，图形层103上为P型重掺杂硅层101，P型重掺杂硅层101上为P型轻掺杂硅层102。在湿法刻蚀时，对晶圆背面进行刻蚀，P型重掺杂硅层101为被刻蚀层，P型轻掺杂硅层102为刻蚀停止层。
[0068]在密闭环境下，将包含若干晶圆硅片的选择性晶体硅刻蚀液加温至50°C，并在此温度下保持lOOOsec，使所述若干晶圆硅片的表面得到充分刻蚀。
[0069]实验测得，本实施例中，经刻蚀，露出的P型轻掺杂硅层102的表面很平整，刻蚀后剩余的P型轻掺杂硅层102的厚度的均一性(Uniformity)为0.89% ；P型重掺杂硅层对P型轻掺杂硅层的刻蚀选择比为22.3。
[0070]第一实施例至第四实施例的各组数据与现有技术的数据对比请参见表1。
[0071]表1
【权利要求】
1.一种选择性晶体娃刻蚀液，包括: 体积百分比大于Ovol %且小于等于SOvol %的硝酸； 体积百分比大于Ovol %且小于等于20VOl%氢氟酸；以及 体积百分比大于Ovol %且小于等于50vol%乙酸。
2.如权利要求1所述的选择性晶体硅刻蚀液，其特征在于，所述选择性晶体硅刻蚀液还包括:体积百分比大于Ovol%且小于等于20Vol%的表面活性剂。
3.如权利要求2所述的选择性晶体硅刻蚀液，其特征在于，所述表面活性剂的摩尔浓度为20%~80%。
4.如权利要求2所述的选择性晶体硅刻蚀液，其特征在于，所述表面活性剂为: 通式为R1-COOM的羧酸或其金属盐,其中，R1为一个烷基，M为一个氢离子或一个金属阳离子； 通式为NH2-R2-OH的醇胺，其中，R2为一个亚烷基； 通式为R3-[R4-OJn-R5的醚，其中，R3和R5相同或不同并各自为一个氢离子或一个烷基，R4为一个亚烷基，n为大于等于I的自然数；或两种或多种上述表面活性剂的混合物。
5.如权利要求1-4中任何一项所述的选择性晶体硅刻蚀液，其特征在于，所述乙酸的摩尔浓度为20 %~90 %。`
6.如权利要求1-4中任何一项所述的选择性晶体硅刻蚀液，其特征在于，所述硝酸的摩尔浓度为10%~60%。
7.如权利要求1-4中任何一项所述的选择性晶体硅刻蚀液，其特征在于，所述氢氟酸的摩尔浓度为20 %~60 %。
8.一种晶圆硅片的刻蚀方法，包括: 提供如权利要求1-7中任何一项所述的选择性晶体硅刻蚀液； 将若干晶圆硅片置于所述选择性晶体硅刻蚀液中； 在密闭环境下，将包含若干晶圆娃片的选择性晶体娃刻蚀液加温至25°C~50°C,并在此温度下保持IOsec~ISOOsec，使所述若干晶圆硅片的表面得到刻蚀。
9.一种如权利要求8中的晶圆硅片的刻蚀方法的应用，其特征在于，所述晶圆硅片的刻蚀方法用于晶圆背面的硅刻蚀，所述晶圆硅片的最底层为图形层，所述图形层上为P型重掺杂娃层，所述P型重掺杂娃层上为P型轻掺杂娃层。
10.如权利要求9中的晶圆硅片的刻蚀方法的应用，其特征在于，所述P型重掺杂硅层对P型轻掺杂硅层的刻蚀选择比大于10。
【文档编号】H01L21/306GK103668210SQ201210335557
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月11日 优先权日:2012年9月11日
【发明者】史爽, 常延武 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司
【专利摘要】本发明揭示了一种选择性晶体硅刻蚀液，该刻蚀液包括：体积百分比大于0vol％且小于等于80vol％的硝酸；体积百分比大于0vol％且小于等于20vol％氢氟酸；以及体积百分比大于0vol％且小于等于50vol％乙酸。同时提供一种晶圆硅片的刻蚀方法，包括：提供所述的选择性晶体硅刻蚀液；将若干晶圆硅片置于所述选择性晶体硅刻蚀液中；在密闭环境下，将包含若干晶圆硅片的选择性晶体硅刻蚀液加温至25℃～50℃，并在此温度下保持10sec～1800sec使所述若干晶圆硅片的表面得到刻蚀。该晶圆硅片的刻蚀方法可以用于晶圆背面的硅刻蚀。用该选择性晶体硅刻蚀液的晶圆硅片的刻蚀方法，解决了现有的晶圆背面的晶体硅的刻蚀的均一性和粗糙度差的问题。
【专利说明】选择性晶体硅刻蚀液、晶圆硅片的刻蚀方法及其应用【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及一种选择性晶体硅刻蚀液、晶圆硅片的刻蚀方法及其应用。
【背景技术】
[0002]通常情况下,影像感测器为前面照度(Front Side Illumination,简称FSI),感光层、金属层、介电层和透镜等其它光学元件设置在硅基板上，光线透过透镜、金属层、介电层到达感光层。由于金属层和介电层的阻碍和光的折射、反射等，使得到达感光层的光总量大为减少，这样的结果是降低了影像感测器的灵敏度。为了得到较高的灵敏度，背面照度(Back Side Illumination,简称BSI)像素技术被开发应用。BSI影像感测器的透镜、感光层与金属层、介质层分别位于硅基板的相对两个表面上，光线经过透镜直接到达感光层，较少的光线被损耗，从而使得影像感光器具有较高的灵敏度。
[0003]BSI技术中非常重要的一步为晶圆背面的晶体硅的刻蚀，如图1所示，图1中P型重掺杂硅层101位于P型轻掺杂硅层102的下方，图形层103位于P型重掺杂硅层101的下方。在湿法刻蚀时，从晶圆背面进行刻蚀，P型重掺杂硅层101为被刻蚀层，P型轻掺杂硅层102为刻蚀停止层。所以，晶圆背面的晶体硅的刻蚀的均一性和粗糙度会影响BSI影像感光器具有较高的性能。但在现有技术中，一般只用硝酸和氢氟酸的混合溶液作为湿法刻蚀的刻蚀液，来对晶体硅进行刻蚀，但利用该刻蚀液进行湿法刻蚀后，P型轻掺杂硅层102的剩余厚度的均一性和P型轻掺杂硅层102表面的粗糙度都比较差，无法满足BSI影像感光器的要求。 [0004]所以，如何提供一种晶圆硅片的刻蚀方法，能够提高晶圆背面的晶体硅的刻蚀的均一性并降低粗糙度，已成为本领域技术人员需要解决的问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于，解决现有的晶圆背面的晶体硅的刻蚀的均一性和粗糙度差的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供一种选择性晶体硅刻蚀液，包括:
[0007]体积百分比大于0vol%且小于等于80vol%的硝酸；
[0008]体积百分比大于Ovol %且小于等于20vol%氢氟酸；以及
[0009]体积百分比大于Ovol %且小于等于50vol%乙酸。
[0010]进一步的，所述选择性晶体硅刻蚀液还包括:体积百分比大于0VOl%且小于等于20vol%的表面活性剂。
[0011]进一步的，所述表面活性剂的摩尔浓度为20%~80%。
[0012]进一步的，所述表面活性剂为:
[0013]通式为R1-COOM的羧酸或其金属盐,其中，R1为一个烷基，M为一个氢离子或一个金属阳离子；[0014]通式为NH2-R2-OH的醇胺，其中，R2为一个亚烷基；
[0015]通式为R3-[R4_0]n-R5的醚,其中，R3和R5相同或不同并各自为一个氢离子或一个烷基，R4为一个亚烷基，n为大于等于I的自然数；或
[0016]两种或多种上述表面活性剂的混合物。
[0017]进一步的，所述乙酸的摩尔浓度为20%~90%。
[0018]进一步的，所述硝酸的摩尔浓度为10%~60%。
[0019]进一步的，所述氢氟酸的摩尔浓度为20%~60%。
[0020]进一步的，提供一种晶圆硅片的刻蚀方法，包括: [0021]提供如权利要求1-7中任何一项所述的选择性晶体硅刻蚀液；
[0022]将若干晶圆硅片置于所述选择性晶体硅刻蚀液中；
[0023]在密闭环境下，将包含若干晶圆硅片的选择性晶体硅刻蚀液加温至25°C~50°C，并在此温度下保持IOsec~ISOOsec，使所述若干晶圆硅片的表面得到刻蚀。
[0024]进一步的，提供一种晶圆硅片的刻蚀方法的应用，所述晶圆硅片的刻蚀方法用于晶圆背面的硅刻蚀，所述晶圆硅片的最底层为图形层，所述图形层上为P型重掺杂硅层，所述P型重掺杂硅层上为P型轻掺杂硅层。
[0025]进一步的，所述P型重掺杂硅层对P型轻掺杂硅层的刻蚀选择比大于10。
[0026]与现有技术相比，本发明提供的选择性晶体硅刻蚀液、晶圆硅片的刻蚀方法及其应用具有以下优点:
[0027]1、本发明的选择性晶体硅刻蚀液，包括体积百分比大于Ovol %且小于等于50vol %乙酸，与现有技术相比，乙酸的加入会降低刻蚀液的介电常数，从而降低硝酸和氢氟酸的解离度，使得刻蚀速率降低，增加了刻蚀反应的时间，提高了 P型重掺杂硅层与P型轻掺杂硅层的刻蚀选择比，使得刻蚀的均一性得到提高；另外，乙酸会降低刻蚀液的表面张力，避免刻蚀反应过于激烈，使得刻蚀反应变得平缓，从而降低刻蚀停止层表面的粗糙度。
[0028]2、本发明的选择性晶体硅刻蚀液还包括体积百分比大于Ovo I %且小于等于50vol %的表面活性剂，表面活性剂的加入可以进一步的降低刻蚀液的表面张力，提高刻蚀的均一性，降低刻蚀停止层表面的粗糙度。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1为现有技术中晶圆背面的晶体娃的刻蚀的不意图；
[0030]图2为本发明一实施例的晶圆硅片的刻蚀方法的流程图。
【具体实施方式】
[0031]下面将结合示意图对本发明的选择性晶体硅刻蚀液、晶圆硅片的刻蚀方法及其应用进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
[0032]为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
[0033]在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0034]本发明的核心思想在于，提供一种选择性晶体硅刻蚀液，通过在硝酸和氢氟酸的混合液中加入体积百分比大于0VOl%且小于等于50vol%乙酸，降低刻蚀液的介电常数，降低硝酸和氢氟酸的解离度，提高了 P型重掺杂硅层对P型轻掺杂硅层的刻蚀选择比，并降低刻蚀液的表面张力。
[0035]结合上述核心思想，本发明提供一种选择性晶体硅刻蚀液，包括:体积百分比大于Ovol %且小于等于80vol %的硝酸，较佳的，硝酸的体积百分比为20vol %>40vol %>60vol %;体积百分比大于Ovol %且小于等于20vol %氢氟酸，较佳的，氢氟酸的体积百分比为5vol %、IOvol %、15vol % ；以及体积百分比大于Ovol %且小于等于50vol %乙酸,较佳的，乙酸的体积百分比为15vol % >30vol % >45vol %。
[0036]其中，所述乙酸的摩尔浓度较佳的为20 %~90 %，如30 %、50 %、70 %，但乙酸的摩尔浓度并不限于20%~90%，乙酸的摩尔浓度为10%等亦在本发明的思想范围之内；所述硝酸的摩尔浓度较佳的为10%~60%，如20%、40%、50%，但硝酸的摩尔浓度并不限于10%~60%，硝酸的摩尔浓度为80%等亦在本发明的思想范围之内；所述氢氟酸的摩尔浓度较佳的为20%~60%，如30%、45%、50%，但氢氟酸的摩尔浓度并不限于20%~60%，氢氟酸的摩尔浓度为10 %或80 %等亦在本发明的思想范围之内。
[0037]硝酸、氢氟酸和乙酸的体积比，以及硝酸、氢氟酸和乙酸各自的摩尔浓度均可在上述范围内任意组合。乙酸的加入会降低刻蚀液的介电常数，从而降低硝酸和氢氟酸的解离度，降低刻蚀速率，增加了刻蚀反应的时间，使得刻蚀的均一性得到提高；另外，乙酸会降低刻蚀液的表面张力，避免刻蚀反应过于激烈，使得刻蚀反应变得平缓，从而降低刻蚀停止层表面的粗糙度。
`[0038]较佳的，选择性晶体硅刻蚀液还可以包括体积百分比大于0VOl%且小于等于20vol %的表面活性剂，较佳的，表面活性剂的体积比为5vol %、IOvol %、15vol %。表面活性剂的加入可以进一步的降低刻蚀液的表面张力，提高刻蚀的均一性，降低刻蚀停止层表面的粗糙度。所述表面活性剂的摩尔浓度较佳的为20 %~80 %，如30 %、40 %、50 %、70 %，但表面活性剂的摩尔浓度并不限于20%~80%，如表面活性剂的摩尔浓度为10%或90%等亦在本发明的思想范围之内。
[0039]所述表面活性剂的摩尔浓度选自:通式为R1-COOM的羧酸或其金属盐，其中，R1为一个烷基，M为一个氢离子或一个金属阳离子；通式为NH2-R2-OH的醇胺，其中，R2为一个亚烷基；通式为R3-[R4_0]n-R5的醚，其中，R3和R5相同或不同并各自为一个氢离子或一个烷基，R4为一个亚烷基，η为大于等于I的自然数；和两种或多种上述表面活性剂的混合物。
[0040]上述通式中，“烷基”是指支链烷基或具有I~20个碳原子、较好3~15个碳原子、更好5~12个碳原子的直链烷基，所述烷基中的任意一个、多个或全部氢原子可任选地各自被一个或多个选自以下的取代基所取代=C1,烷氧基、CV6羧基、Sih6硅烷基、C2_1(l酰胺基和芳基。其中芳基指具有5~22个碳原子的芳基，例如苯基或萘基等；上述通式中，“烷基”还包括其中任一个、多个或全部氢离子被卤离子所取代的烷基，其非限定性例子有，CF3-> CHF2-, C2F5-, CF3CHF-, C4F9-等。在本文中，“金属阳离子”指碱金属阳离子，包括例如单价或多价的金属阳离子，如锂离子、钠离子、镁离子、钙离子、铁离子和铝离子等。
[0041 ] 所述羧酸或其金属盐表面活性剂的非限定性例子有:CF3 (CH2CF2) 6C00H、C17H35COONa, CF3 (CH2) 4C00Na、C15H13COOK, (C2H5) 3SICH2COONa 等。所述醇胺表面活性剂的非限定性例子有:N(CH2CH2OH) 3、C4H11NO2等。所述醚表面活性剂的非限定性例子有:CF3C2H4 (C2H4O) 2H、CF3C2H4 (C2H4O) 4H、C2F5C2H4 (C2H4O) 2H、C2F5C2H4 (C2H4O) 4H、C8H17C2H4 (C2H4O) 6H 等。
[0042]本发明选择性晶体硅刻蚀液的表面活性剂可以使一种或多种表面活性剂，如CF3 (CH2CF2) 6C00H和CF3C2H4 (C2H4O) 2H表面活性剂的混合。但本发明的表面活性剂并不限于上述列举的表面活性剂，由于本发明选择性晶体硅刻蚀液为酸性刻蚀液，所以只要是能在酸性环境下使用的表面活性剂，亦在本发明的思想范围之内。
[0043]本发明选择性晶体硅刻蚀液可用本领域已知的任何常规方法制备，不做特别限制。
[0044]本发明的另一方面涉及一种采用上述选择性晶体硅刻蚀液作为湿法刻蚀液的晶圆硅片的刻蚀方法，参考图2，图2为本发明一实施例的晶圆硅片的刻蚀方法的流程图，包括以下步骤:
[0045]进行步骤S11，提供 上述选择性晶体硅刻蚀液；
[0046]进行步骤S12，将若干晶圆硅片置于所述选择性晶体硅刻蚀液中；
[0047]进行步骤S13，在密闭环境下，将包含若干晶圆硅片的选择性晶体硅刻蚀液加温至25°C~50°C，并在此温度下保持IOsec~1800sec，使所述若干晶圆硅片的表面得到刻蚀。其中，较佳的温度为25°C、30°C、40°C、50°C，较佳的保持时间为50sec、IOOsec、150sec、180sec、200sec、300sec、500sec、800sec、1200sec,以保证反应完全，但具体的时间由被刻蚀层的厚度决定。
[0048]本发明的晶圆硅片的刻蚀方法可以用于晶圆背面的硅刻蚀，其中，P型重掺杂硅层为被刻蚀层，P型轻掺杂硅层为刻蚀停止层。采用上述选择性晶体硅刻蚀液作为湿法刻蚀液的晶圆硅片的刻蚀方法对晶圆背面的硅刻蚀时，P型重掺杂硅层对P型轻掺杂硅层的刻蚀选择比大于10，甚至高达30以上。但本发明的晶圆硅片的刻蚀方法并不限于用于晶圆背面的硅刻蚀，亦可用于晶圆正面的硅刻蚀，只需调节刻蚀液中各组分的体积比即可。
[0049]以下结合具体的实施例来具体的说明本发明，应当明确的是，本发明的内容并不限制于以下实施例，其他通过本领域普通技术人员的常规技术手段的改进亦在本发明的思想范围之内。
[0050]【第一实施例】
[0051]在本实施例中，将40vol%的硝酸、20vol%氢氟酸和40vol %乙酸混合制得选择性晶体硅刻蚀液。其中，硝酸的摩尔浓度为60%，氢氟酸的摩尔浓度为30%，乙酸的摩尔浓度为30%。
[0052]将若干晶圆硅片置于按本实施例的比例制备得到的选择性晶体硅刻蚀液中，其中，晶圆硅片用于BSI技术，晶圆背面最底层为图形层103，图形层103上为P型重掺杂硅层101，P型重掺杂硅层101上为P型轻掺杂硅层102。在湿法刻蚀时，对晶圆背面进行刻蚀，P型重掺杂硅层101为被刻蚀层，P型轻掺杂硅层102为刻蚀停止层。[0053]在密闭环境下，将包含若干晶圆硅片的选择性晶体硅刻蚀液加温至25°C，并在此温度下保持90sec，使所述若干晶圆硅片的表面得到充分刻蚀。[0054]实验测得，本实施例中，经刻蚀，露出的P型轻掺杂硅层102的表面粗糙度较差，刻蚀后剩余的P型轻掺杂硅层102的厚度的均一性(Uniformity)为0.85%；P型重掺杂硅层对P型轻掺杂硅层的刻蚀选择比为11.3。
[0055]【第二实施例】
[0056]在本实施例中，将50vol %的硝酸、15vol %氢氟酸、30vol %乙酸和5vol %表面活性剂混合制得选择性晶体硅刻蚀液。其中，硝酸的摩尔浓度为40%，氢氟酸的摩尔浓度为40%，乙酸的摩尔浓度为20%，表面活性剂的摩尔浓度为20%，表面活性剂为C15H13C00K。
[0057]将若干晶圆硅片置于按本实施例的比例制备得到的选择性晶体硅刻蚀液中，其中，晶圆硅片用于BSI技术，晶圆背面最底层为图形层103，图形层103上为P型重掺杂硅层101，P型重掺杂硅层101上为P型轻掺杂硅层102。在湿法刻蚀时，对晶圆背面进行刻蚀，P型重掺杂硅层101为被刻蚀层，P型轻掺杂硅层102为刻蚀停止层。
[0058]在密闭环境下，将包含若干晶圆硅片的选择性晶体硅刻蚀液加温至30°C，并在此温度下保持150sec，使所述若干晶圆硅片的表面得到充分刻蚀。
[0059]实验测得，本实施例中，经刻蚀，露出的P型轻掺杂硅层102的表面平整，刻蚀后剩余的P型轻掺杂硅层102的厚度的均一性(Uniformity)为0.91 %;选P型重掺杂硅层对P型轻掺杂硅层的刻蚀选择比为18.6。
[0060]【第三实施例】
[0061]在本实施例中，将IOvol %的硝酸、20vol %氢氟酸、50vol %乙酸和20vol %表面活性剂混合制得选择性晶体硅刻蚀液。其中，硝酸的摩尔浓度为40%，氢氟酸的摩尔浓度为20%，乙酸的摩尔浓度为50%，表面活性剂的摩尔浓度为70%，表面活性剂为CF3 (CH2) 4C00Na 和 CF3C2H4 (C2H4O) 2H。
[0062]将若干晶圆硅片置于按本实施例的比例制备得到的选择性晶体硅刻蚀液中，其中，晶圆硅片用于BSI技术，晶圆背面最底层为图形层103，图形层103上为P型重掺杂硅层101，P型重掺杂硅层101上为P型轻掺杂硅层102。在湿法刻蚀时，对晶圆背面进行刻蚀，P型重掺杂硅层101为被刻蚀层，P型轻掺杂硅层102为刻蚀停止层。
[0063]在密闭环境下，将包含若干晶圆硅片的选择性晶体硅刻蚀液加温至40°C，并在此温度下保持200seC，使所述若干晶圆硅片的表面得到充分刻蚀。
[0064]实验测得，本实施例中，经刻蚀，露出的P型轻掺杂硅层102的表面较平整，刻蚀后剩余的P型轻掺杂硅层102的厚度的均一性(Uniformity)为0.94% ；P型重掺杂硅层对P型轻掺杂硅层的刻蚀选择比为32.28。
[0065]【第四实施例】
[0066]在本实施例中，将80vol %的硝酸、5vol %氢氟酸、IOvol %乙酸和5vol %表面活性剂混合制得选择性晶体硅刻蚀液。其中，硝酸的摩尔浓度为10%，氢氟酸的摩尔浓度为60%，乙酸的摩尔浓度为90%，表面活性剂的摩尔浓度为80%，表面活性剂为CF3 (CH2) 4C00Na 和 CF3C2H4 (C2H4O) 2H。
[0067]将若干晶圆硅片置于按本实施例的比例制备得到的选择性晶体硅刻蚀液中，其中，晶圆硅片用于BSI技术，晶圆背面最底层为图形层103，图形层103上为P型重掺杂硅层101，P型重掺杂硅层101上为P型轻掺杂硅层102。在湿法刻蚀时，对晶圆背面进行刻蚀，P型重掺杂硅层101为被刻蚀层，P型轻掺杂硅层102为刻蚀停止层。
[0068]在密闭环境下，将包含若干晶圆硅片的选择性晶体硅刻蚀液加温至50°C，并在此温度下保持lOOOsec，使所述若干晶圆硅片的表面得到充分刻蚀。
[0069]实验测得，本实施例中，经刻蚀，露出的P型轻掺杂硅层102的表面很平整，刻蚀后剩余的P型轻掺杂硅层102的厚度的均一性(Uniformity)为0.89% ；P型重掺杂硅层对P型轻掺杂硅层的刻蚀选择比为22.3。
[0070]第一实施例至第四实施例的各组数据与现有技术的数据对比请参见表1。
[0071]表1
【权利要求】
1.一种选择性晶体娃刻蚀液，包括: 体积百分比大于Ovol %且小于等于SOvol %的硝酸； 体积百分比大于Ovol %且小于等于20VOl%氢氟酸；以及 体积百分比大于Ovol %且小于等于50vol%乙酸。
2.如权利要求1所述的选择性晶体硅刻蚀液，其特征在于，所述选择性晶体硅刻蚀液还包括:体积百分比大于Ovol%且小于等于20Vol%的表面活性剂。
3.如权利要求2所述的选择性晶体硅刻蚀液，其特征在于，所述表面活性剂的摩尔浓度为20%~80%。
4.如权利要求2所述的选择性晶体硅刻蚀液，其特征在于，所述表面活性剂为: 通式为R1-COOM的羧酸或其金属盐,其中，R1为一个烷基，M为一个氢离子或一个金属阳离子； 通式为NH2-R2-OH的醇胺，其中，R2为一个亚烷基； 通式为R3-[R4-OJn-R5的醚，其中，R3和R5相同或不同并各自为一个氢离子或一个烷基，R4为一个亚烷基，n为大于等于I的自然数；或两种或多种上述表面活性剂的混合物。
5.如权利要求1-4中任何一项所述的选择性晶体硅刻蚀液，其特征在于，所述乙酸的摩尔浓度为20 %~90 %。`
6.如权利要求1-4中任何一项所述的选择性晶体硅刻蚀液，其特征在于，所述硝酸的摩尔浓度为10%~60%。
7.如权利要求1-4中任何一项所述的选择性晶体硅刻蚀液，其特征在于，所述氢氟酸的摩尔浓度为20 %~60 %。
8.一种晶圆硅片的刻蚀方法，包括: 提供如权利要求1-7中任何一项所述的选择性晶体硅刻蚀液； 将若干晶圆硅片置于所述选择性晶体硅刻蚀液中； 在密闭环境下，将包含若干晶圆娃片的选择性晶体娃刻蚀液加温至25°C~50°C,并在此温度下保持IOsec~ISOOsec，使所述若干晶圆硅片的表面得到刻蚀。
9.一种如权利要求8中的晶圆硅片的刻蚀方法的应用，其特征在于，所述晶圆硅片的刻蚀方法用于晶圆背面的硅刻蚀，所述晶圆硅片的最底层为图形层，所述图形层上为P型重掺杂娃层，所述P型重掺杂娃层上为P型轻掺杂娃层。
10.如权利要求9中的晶圆硅片的刻蚀方法的应用，其特征在于，所述P型重掺杂硅层对P型轻掺杂硅层的刻蚀选择比大于10。
【文档编号】H01L21/306GK103668210SQ201210335557
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月11日 优先权日:2012年9月11日
【发明者】史爽, 常延武 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司
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