磷酸复合刻蚀剂、刻蚀设备以及半导体结构的制备方法与流程

本发明涉及刻蚀，尤其涉及一种磷酸复合刻蚀剂、刻蚀设备以及半导体结构的制备方法。

背景技术：

1、半导体器件在目前的生产生活中非常重要。氧化硅和氮化硅均可以作为半导体器件中的绝缘材料。在目前的半导体工艺制程中，经常需要采用氧化硅和氮化硅将不同的部件进行绝缘间隔。另外，氧化硅和氮化硅还可以作为半导体制程工艺中的硬质掩模材料，以便于对半导体或金属材料进行图案化处理。在半导体制程工艺中，经常需要对氮化硅和氧化硅进行选择性刻蚀。

2、磷酸的水溶液是一种常用的能够选择性刻蚀氮化硅而基本不影响氧化硅的刻蚀剂。在刻蚀氮化硅的过程中，水与氮化硅发生反应，磷酸作为该反应的催化剂。传统技术中通常采用浓度较高的磷酸水溶液进行刻蚀。随着半导体制程工艺的进步，半导体器件中各部件的尺寸也越来越小，在实际制备过程中经常需要面临较为复杂的高深宽比孔洞结构的刻蚀加工。而传统技术中的磷酸水溶液在面临高深宽比孔洞结构的刻蚀加工时，刻蚀均一性较差，导致器件容易产生缺陷，难以满足实际需求。

技术实现思路

1、基于此，为了提高刻蚀均一性，尽可能改善由于刻蚀不均导致的缺陷，有必要提供一种磷酸复合刻蚀剂。

2、根据本公开的一些实施例，提供了一种磷酸复合刻蚀剂，其包括水、磷酸、有机添加剂以及表面活性剂，所述有机添加剂的分子结构含有烃基和与所述烃基相连接的羟基，在所述磷酸复合刻蚀剂中，所述磷酸的质量占比为65%~75%，所述有机添加剂的质量占比≥2%。

3、在本公开的一些实施例中，在所述有机添加剂的分子结构中，所述烃基选自碳原子数大于4的烷烃基。

4、在本公开的一些实施例中，所述有机添加剂的分子结构含有多个羟基。

5、在本公开的一些实施例中，所述有机添加剂选自戊二醇、季戊四醇、己二醇、三羟甲基丙烷、庚二醇、辛二醇、木糖醇和山梨糖醇中的一种或多种。

6、在本公开的一些实施例中，所述表面活性剂在所述磷酸复合刻蚀剂中的质量占比为0.8%~1%。

7、在本公开的一些实施例中，所述表面活性剂选自十二烷烃基磺酸钠、十二烷烃基苯磺酸钠、脂肪醇醚硫酸钠和脂肪酸甲酯乙氧基化物磺酸盐中的一种或多种。

8、在本公开的一些实施例中，在所述磷酸复合刻蚀剂中，所述磷酸与所述有机添加剂的质量比为（10~30）:1。

9、在本公开的一些实施例中，所述有机添加剂的质量占比为2%~6%。

10、在本公开的一些实施例中，所述磷酸复合刻蚀剂的共沸点为110℃~130℃。

11、进一步地，本公开还提供了一种刻蚀设备。该刻蚀设备包括如上述任一实施例所述的磷酸复合刻蚀剂。

12、进一步地，本公开还提供了一种半导体结构的制备方法。该半导体结构的制备方法包括如下步骤：

13、在基底上制备氮化硅材料层；以及，

14、采用如上述任一实施例所述的磷酸复合刻蚀剂对所述氮化硅材料层进行刻蚀。

15、磷酸水溶液的粘度对于其深孔刻蚀能力具有明显影响。磷酸水溶液的粘度越高，其填孔能力就越差，则其对高深宽比孔洞结构的刻蚀均一性就越低。相反地，磷酸水溶液的粘度越低，其填孔能力就越好，则其对高深宽比孔洞结构的刻蚀均一性就越高。通常，磷酸水溶液的温度越低，其粘度越高。并且磷酸水溶液中的磷酸浓度越高，其粘度越高。因此可以通过加热的方式和调节磷酸浓度的方式以降低磷酸水溶液的粘度。但是磷酸水溶液的沸点会随着磷酸浓度的降低而明显降低，因此传统技术中往往会采用较高浓度的磷酸水溶液，例如目前常用的磷酸水溶液中的磷酸浓度为85%。

16、本公开提出了以下技术构思：在降低磷酸浓度的同时提高磷酸复合刻蚀剂的沸点，使得该磷酸复合刻蚀剂在较低浓度下依然能够被加热到较高的温度，进而使得该磷酸复合刻蚀剂的粘度相较于传统技术能够进一步降低。本公开中的磷酸复合刻蚀剂包括：水、磷酸、有机添加剂以及表面活性剂，有机添加剂包括烃基和与烃基相连接的羟基，在磷酸复合刻蚀剂中，磷酸的质量占比为65%~75%，有机添加剂的质量占比≥2%。

17、在该磷酸复合刻蚀剂中，有机添加剂中的羟基能够与磷酸分子之间形成氢键，以使得磷酸分子和有机添加剂复合并形成二元自组装复合物。该二元自组装复合物中的烃基与表面活性剂中的非极性基团相亲和，表面活性剂中的极性基团又能够与水相亲和，通过表面活性剂的媒介作用，使得该二元自组装复合物能够均匀分散于水中。相较于单一的磷酸分子，该二元自组装复合物的整体结构更为复杂，因而更不易于蒸发，从而使得该磷酸复合刻蚀剂的共沸点得到提高。该磷酸复合刻蚀剂在采用较低浓度的磷酸时依然能够维持较高的共沸点，有利于其在刻蚀过程中获得更低的粘度，因此该磷酸复合刻蚀剂在面临高深宽比孔洞结构的刻蚀加工时具有更高的刻蚀均一性。

18、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。

技术特征：

1.一种磷酸复合刻蚀剂，其特征在于，包括水、磷酸、有机添加剂以及表面活性剂，所述有机添加剂的分子结构含有烃基和与所述烃基相连接的羟基，在所述磷酸复合刻蚀剂中，所述磷酸的质量占比为65%~75%，所述有机添加剂的质量占比≥2%。

2.根据权利要求1所述的磷酸复合刻蚀剂，其特征在于，在所述有机添加剂的分子结构中，所述烃基选自碳原子数大于4的烷烃基。

3.根据权利要求2所述的磷酸复合刻蚀剂，其特征在于，所述有机添加剂的分子结构含有多个羟基。

4.根据权利要求2所述的磷酸复合刻蚀剂，其特征在于，所述有机添加剂选自戊二醇、季戊四醇、己二醇、三羟甲基丙烷、庚二醇、辛二醇、木糖醇和山梨糖醇中的一种或多种。

5.根据权利要求1~4任意一项所述的磷酸复合刻蚀剂，其特征在于，所述表面活性剂在所述磷酸复合刻蚀剂中的质量占比为0.8%~1%。

6.根据权利要求5所述的磷酸复合刻蚀剂，其特征在于，所述表面活性剂选自十二烷烃基磺酸钠、十二烷烃基苯磺酸钠、脂肪醇醚硫酸钠和脂肪酸甲酯乙氧基化物磺酸盐中的一种或多种。

7.根据权利要求1~4及6任意一项所述的磷酸复合刻蚀剂，其特征在于，在所述磷酸复合刻蚀剂中，所述磷酸与所述有机添加剂的质量比为（10~30）:1；和/或，

8.根据权利要求1~4及6任意一项所述的磷酸复合刻蚀剂，其特征在于，所述磷酸复合刻蚀剂的共沸点为110℃~130℃。

9.一种刻蚀设备，其特征在于，所述刻蚀设备包括如权利要求1~8任意一项所述的磷酸复合刻蚀剂。

10.一种半导体结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结本公开提供了一种磷酸复合刻蚀剂、刻蚀设备以及半导体结构的制备方法。该磷酸复合刻蚀剂包括水、磷酸、有机添加剂以及表面活性剂，有机添加剂包括烃基和与烃基相连接的羟基，在磷酸复合刻蚀剂中，磷酸的质量占比为65%~75%，有机添加剂的质量占比≥2%。在该磷酸复合刻蚀剂中，有机添加剂中的羟基能够与磷酸分子之间形成氢键，以使得磷酸分子和有机添加剂复合并形成二元自组装复合物。通过表面活性剂的媒介作用，使得该二元自组装复合物能够均匀分散于水中。该磷酸复合刻蚀剂在采用较低浓度的磷酸时依然能够维持较高的共沸点，有利于其在刻蚀过程中能够获得更低的粘度，因此该磷酸复合刻蚀剂在面临高深宽比孔洞结构的刻蚀加工时具有更高的刻蚀均一性。技术研发人员：李政,杨昱霖,曹平,段金燕受保护的技术使用者：合肥新晶集成电路有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/13