一种半导体用选择性电化学硅蚀刻液及蚀刻方法与流程

本发明涉及半导体制造行业中电子化学品，具体涉及一种半导体制造行业中硅的选择性电化学蚀刻液及蚀刻方法。

背景技术：

1、近些年来，随着使用半导体器件的各种智能移动设备，如移动电话、笔记本电脑、平板电脑、新能源汽车等的需求不断增加，半导体制造产业对半导体器件各方面的性能要求也越来越高。而在制造这些复杂的半导体器件，如肖特基二极管、绝缘栅双极型晶体管（igbt）、双极结型晶体管（bjt）、pin二极管等的过程中，有时候需要对不同掺杂类型的半导体硅（p-si和n-si）进行选择性的蚀刻才能实现其功能。

2、业内常规的选择性蚀刻硅的方法是使用hf、hno3、hac和水的混合物作为蚀刻液进行化学蚀刻，然而这种选择性蚀刻硅的方法需要用到氧化性极强的hno3，蚀刻速率不可控且选择性较低。目前还没有相关专利公开电化学选择性蚀刻p-si或n-si的蚀刻液和蚀刻方法，cn105981131b仅公开了可以使用电化学处理至少部分地选择性增大半导体层地孔隙率，而并未提出一种具体的选择性硅电化学蚀刻液和相关的电化学蚀刻方法。

3、因此，开发一种不含强氧化剂的电化学硅蚀刻液选择性地刻蚀硅，既可以避免使用危险性极强的强氧化剂hno3，同时通过控制电化学参数可以精准调控硅的蚀刻速率和选择性。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种半导体用选择性电化学硅蚀刻液及蚀刻方法，该选择性电化学硅蚀刻液不含任何危险的强氧化剂，可以经济高效地选择性刻蚀n-si和p-si中的n-si，选择性好且可以通过电化学参数控制n-si的蚀刻速率，可控性强。

2、为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一是使用一种选择性电化学硅蚀刻液，所述选择性电化学硅蚀刻液包含以下质量百分数原料：1-8%的氢氟酸，1-10%的导电化合物，0.01%-2%的表面活性剂，以及余量的超纯水。

3、进一步地，所述导电化合物为醋酸、醋酸铵、草酸、草酸铵、柠檬酸、柠檬酸铵、酒石酸、酒石酸铵、乳酸、乳酸铵、苹果酸、苹果酸铵中的一种或几种。

4、进一步地，所述导电化合物为醋酸、醋酸铵、柠檬酸、柠檬酸铵中的一种或几种。

5、进一步地，所述表面活性剂为聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚乙二醇800、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪胺聚氧乙烯醚、月桂醇聚氧乙烯醚中的一种或几种。

6、进一步地，所述表面活性剂为聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚乙二醇800中的一种或几种。

7、进一步地，所述蚀刻液可以选择性地蚀刻p-si和n-si中的n-si。

8、二是使用一种半导体用选择性电化学硅蚀刻液的蚀刻方法，其电化学蚀刻过程包括以下步骤：

9、（1）配制一定量的电化学硅蚀刻液并将其置于容器中；

10、（2）分别将阳极、阴极和参比电极置于电化学硅蚀刻液中；

11、（3）对阳极施加一定的电压，进行电化学蚀刻；

12、（4）一段时间后，取下阳极并用超纯水清洗干净，氮气吹干。

13、进一步地，步骤（2）所述的阳极为待选择性刻蚀的同时含有n-si和p-si的晶圆片，阴极为铂片电极，参比电极为ag/agcl参比电极。

14、进一步地，步骤（3）所施加的电压为-0.5 v~1.2 v（vs. ag/agcl）。

15、本发明的另一技术方案是提供一种在包含p-si和n-si硅片中选择性蚀刻n-si的蚀刻方法，采用所述的方法进行蚀刻。

16、上述技术方案中，选择性蚀刻n-si的机理如下：在电化学体系中由于n-si比p-si更容易被氧化，通过调控电化学电压可以控制n-si被氧化而p-si不被氧化，进一步氧化成硅氧化物的n-si被电化学蚀刻液中的hf化学蚀刻，而p-si没有发生氧化不会被hf所蚀刻，因此达到电化学选择性蚀刻n-si的目的。

17、本发明的有益效果在于：

18、1.本发明提出的选择性电化学硅蚀刻液不含有任何危险的强氧化剂，如hno3等，通过电化学氧化这种绿色高效的方式取代传统氧化剂的作用。

19、2.本发明提出的选择性电化学硅蚀刻液的蚀刻方法可以通过控制所施加的电压调控n-si的蚀刻速率，选择性好。

技术特征：

1.一种半导体用选择性电化学硅蚀刻液的蚀刻方法，其特征在于：电化学蚀刻过程包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的半导体用选择性电化学硅蚀刻液的蚀刻方法，其特征在于：所述选择性电化学硅蚀刻液包含以下质量百分数的原料：1-8%的氢氟酸，1-10%的导电化合物，0.01%-2%的表面活性剂，以及余量的超纯水。

3.根据权利要求2所述的半导体用选择性电化学硅蚀刻液的蚀刻方法，其特征在于：所述导电化合物为醋酸、醋酸铵、草酸、草酸铵、柠檬酸、柠檬酸铵、酒石酸、酒石酸铵、乳酸、乳酸铵、苹果酸、苹果酸铵中的一种或几种。

4.根据权利要求2所述的半导体用选择性电化学硅蚀刻液的蚀刻方法，其特征在于：所述表面活性剂为聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚乙二醇800、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪胺聚氧乙烯醚、月桂醇聚氧乙烯醚中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的半导体用选择性电化学硅蚀刻液的蚀刻方法，其特征在于：步骤（2）中所述的阳极为同时含有n-si和p-si的晶圆片，阴极为铂片电极，参比电极为ag/agcl参比电极。

6.根据权利要求5所述的半导体用选择性电化学硅蚀刻液的蚀刻方法，其特征在于：所述含有n-si和p-si的晶圆片中，n-si和p-si交替沉积在硅片上，形成至少两层交叉叠层开槽结构片，n-si和p-si通过开槽部位可直接接触蚀刻液。

7.根据权利要求1所述的半导体用选择性电化学硅蚀刻液的蚀刻方法，其特征在于：步骤（3）所施加的电压为-0.5 v~1.2 v（vs. ag/agcl）。

8.根据权利要求1所述的半导体用选择性电化学硅蚀刻液的蚀刻方法，其特征在于：步骤（3）中电化学蚀刻温度为15-25℃。

9.一种在包含p-si和n-si硅片中选择性蚀刻n-si的蚀刻方法，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的方法进行蚀刻。

技术总结本发明公开了一种半导体用选择性电化学硅蚀刻液及蚀刻方法，选择性电化学硅蚀刻液包含1‑8%的氢氟酸，1‑10%的导电化合物，0.01%‑2%的表面活性剂，以及余量的超纯水。电化学蚀刻时将待选择性蚀刻的同时含有n‑Si和p‑Si的晶圆片作为电化学阳极，通过电化学选择性的阳极氧化，并通过电化学蚀刻液中的氢氟酸去除已被选择性氧化的硅层，可以达到选择性蚀刻n‑Si而保持p‑Si完全不被蚀刻的目的。本发明提出的选择性电化学硅蚀刻液不含任何强氧化剂，且通过控制电化学电压可以非常方便地控制n‑Si的蚀刻速率，可控性强。技术研发人员：秦祥,李少平,贺兆波,叶瑞,余迪受保护的技术使用者：湖北兴福电子材料股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/11