一种氮化铝蚀刻液及其应用的制作方法

1.本发明属于电子化学品领域，涉及一种蚀刻液，具体为一种氮化铝蚀刻液及其应用。


背景技术：

2.氮化铝具有优异介电性、压电性的宽禁带半导体材料，是在半导体领域中重要的电子材料。在用于除去氮化铝层的湿法蚀刻工艺中，常使用氢氧化钾水溶液。单独的氢氧化钾水溶液存在一些无法避免的缺点，例如：氮化铝层在某些晶面难以被单独的氢氧化钾水溶液蚀刻，同时在制备氮化铝层时氮化铝也会和衬底材料产生合金变的难以被蚀刻。
3.目前，对于氮化铝蚀刻过程中生成难以被蚀刻的锥型残留还没有高效的解决方案，在半导体器件制程过程中，如若某一材料层产生过多的残留，则会引起整体产品良率下降。
4.为了解决以上的问题，需要在氢氧化钾水溶液中增加其他添加剂，来帮助氢氧化钾水溶液提升蚀刻能力，有效解决锥型残留的问题。


技术实现要素：

5.本发明提供一种氮化铝蚀刻液及其应用，可以高效去除氮化铝的锥形针状残留。
6.本发明的技术方案是，一种氮化铝蚀刻液，按质量百分数计，包括碱性物质10～20％、添加剂0.1-0.8％，表面活性剂0.01-0.05％，其余为水。
7.进一步地，所述碱性物质为氢氧化钾、氢氧化钠中的一种或几种。
8.进一步地，所述碱性物质还包括乙二胺、四甲基氢氧化铵中的一种或两种，添加量占总蚀刻液的0.01-0.1％。
9.进一步地，所述添加剂为柠檬酸铵、乙酸铵、柠檬酸三铵、三乙醇胺、n，n
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二环己基碳二亚胺、聚丙烯酰胺中的一种或几种的组合。
10.进一步地，所述表面活性剂为2-十一烷基咪唑啉、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、聚乙二醇、苯磺酸钠、烷基磺酸盐中的一种或几种的组合。
11.进一步地，所述水为去离子水、蒸馏水、纯水或超纯水中的一种或多种。
12.本发明还涉及所述的氮化铝蚀刻液在蚀刻氮化铝层中的应用。
13.本发明还涉及所述的氮化铝蚀刻液在蚀刻不同材料的复合基底层上的氮化铝层中的用途，包括碱性物质12～15％、添加剂0.5-0.8％，表面活性剂0.01-0.05％，其余为水。
14.本发明还涉及所述的氮化铝蚀刻液在蚀刻硅半导体基底层上的氮化铝层中的用途，包括碱性物质：16～18％、添加剂0.2-0.6％；表面活性剂0.01-0.05％，其余为水；该蚀刻液用于蚀刻硅半导体基底层上的氮化铝层。
15.进一步地，具体方法是将待蚀刻样品采用蚀刻液进行浸泡或喷淋处理，后清洗干燥。
16.本发明具有以下有益效果：
17.1、本发明通过的碱性物质中，以强碱性氢氧化物为主，添加有机碱作为辅助碱性物质，一方面可增强溶液碱性，另一方面可削弱碱蚀刻的各向异性，从而一定程度上减少氮化铝锥形针状残留的数量。
18.2、氮化铝的碱蚀刻分两步进行，首先水解生成氧化铝和一水合氨，而后氧化铝和氢氧根反应生成偏氯酸根。本发明中加入添加剂可以作为螯合剂去螯合一部分铝，从而促进水解反应的正向进行，有助于改善碱性蚀刻液对氮化铝的蚀刻速率。
19.3、本发明蚀刻液中包含的长链烷基类表面活性剂，改善溶液的表面张力等性质，使溶液与被蚀刻层的接触角减小，增加其蚀刻效果。
20.4、本发明所提供的蚀刻液可以有效解决锥型残留的问题，在相同的时间下，可以更好优化蚀刻效果。
附图说明
21.图1为对比例1氮化铝蚀刻效果图；
22.图2为蚀刻后的残留的截面图；
23.图3为对比例2氮化铝蚀刻效果图；
24.图4为实施例1氮化铝蚀刻效果图；
25.图5为实施例2氮化铝蚀刻效果图；
26.图6为实施例3氮化铝蚀刻效果图；
27.图7为实施例4氮化铝蚀刻效果图；
28.图8为实施例5氮化铝蚀刻效果图；
29.图9为实施例6氮化铝蚀刻效果图；
30.图10为实施例7氮化铝蚀刻效果图；
31.图11为实施例8氮化铝蚀刻效果图；
32.图12为实施例3所述蚀刻液钨表面蚀刻效果图；
33.图13为实施例4所述蚀刻液钨表面蚀刻效果图。
具体实施方式
34.下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。
35.对比例1
36.一种氮化铝蚀刻液，按质量百分数计，其中氢氧化钾含量为12％，聚乙二醇400含量为0.05％，其余为水。
37.按照上述配比混合的蚀刻液后在60℃的情况下蚀刻硅基底的氮化铝单片实验。首先将单片切割成2*2cm的大小，为了去除表面的氧化层，将切割好的单片放在低浓度的碱液中清洗10s，去离子水清洗，利用椭偏光谱偏振仪对氮化铝片进行测量，通过模型拟合计算得到氮化铝的初始厚度，单片测量4个点取平均值。而后将氮化铝片放入蚀刻液中蚀刻10s，清洗干净并用氮气吹干，采用椭偏光谱偏振仪测试氮化铝光谱(保持测试点与蚀刻前一致)，拟合计算并取平均值得到氮化铝厚度，计算可得氮化铝片蚀刻速率，在上述配比的蚀刻液中氮化铝的蚀刻速率为
38.为了研究该蚀刻液对残留的影响，将氮化铝片放入该蚀刻液中蚀刻的时长延长至1min，取出后去离子水清洗，氮气吹干；再将其在扫描电子显微镜(sem)中观察硅基底表面上的锥形针状残留的数量，如图1，计数得，在氮化铝片和的残留数量为548个残留点，通过图2的截面图可以看出，其残留的形状为锥形针状。
39.对比例2
40.一种氮化铝蚀刻液，按质量百分数计，其中氢氧化钾含量为16％，聚乙二醇400含量为0.05％，其余为水。
41.按照对比例1中的方法在60℃下对硅基底上的氮化铝单片进行蚀刻实验，得氮化铝的蚀刻速率为再通过sem进行观察表面残留情况，如图3，计数得，在氮化铝片上的残留数量为139个残留点。
42.实施例1
43.一种氮化铝蚀刻液，其中碱性物质氢氧化钾含量为12％，添加剂三乙醇含量为胺0.2％，聚乙二醇400含量为0.05％，其余为水。
44.按照对比例1中的方法在60℃下对硅基底上的氮化铝单片进行蚀刻实验，得氮化铝的蚀刻速率为再通过sem进行观察表面残留情况，如图4，计数得，在氮化铝片上的残留数量为62个残留点。
45.实施例2
46.一种氮化铝蚀刻液，按质量百分数计，其中氢氧化钾含量为12％，添加剂三乙醇胺含量为0.5％，聚乙二醇400含量为0.05％，其余为水。
47.按照对比例1中的方法在60℃下对硅基底上的氮化铝单片进行蚀刻实验，得氮化铝的蚀刻速率为再通过sem进行观察表面残留情况，如图5，计数得，在氮化铝片上的残留数量为43个残留点。
48.实施例3
49.一种氮化铝蚀刻液，按质量百分数计，其中氢氧化钾含量为12％，三乙醇胺含量为0.8％，聚乙二醇400含量为0.05％，其余为水。
50.按照对比例1中的方法在60℃下对硅基底上的氮化铝单片进行蚀刻实验，得氮化铝的蚀刻速率为再通过sem进行观察表面残留情况，如图6，计数得，在氮化铝片上的残留数量为6个残留点。
51.实施例4
52.一种氮化铝蚀刻液，按质量百分数计，其中氢氧化钾的含量为16％，添加剂三乙醇胺含量为0.5％，聚乙二醇400含量为0.05％，其余为水。
53.按照对比例1中的方法在60℃下对硅基底上的氮化铝单片进行蚀刻实验，得氮化铝的蚀刻速率为再通过sem进行观察表面残留情况，如图7，计数得，在氮化铝片上的残留数量为4个残留点。
54.过强的碱性对金属层有蚀刻影响，一般会用在非金属层上掺钪氮化铝层的蚀刻。按照对比例1中的方法，用实施例3和实施例4中的蚀刻液在60℃下于钨金属表面蚀刻相同的时间，采用实施例3中蚀刻液蚀刻后钨金属表面结构完整，如图12；而采用实施例4中的蚀刻液蚀刻后钨金属表面形成疏松多孔的结构，如图13。
55.实施例5
56.一种氮化铝蚀刻液，按质量百分数计，其中碱性物质为氢氧化钠含量为12％，添加剂三乙醇胺含量为0.8％，聚乙二醇400含量0.05％，其余为水。
57.按照对比例1中的方法在60℃下对硅基底上的氮化铝单片进行蚀刻实验，得氮化铝的蚀刻速率为再通过sem进行观察表面残留情况，如图8，计数得，在氮化铝片上的残留数量为7个残留点。
58.实施例6
59.一种氮化铝蚀刻液，按质量百分数计，其中碱性物质为氢氧化钾含量为12％，添加剂柠檬酸铵含量为0.8％，聚乙二醇400含量为0.05％，其余为水。
60.按照对比例1中的方法在60℃下对硅基底上的氮化铝单片进行蚀刻实验，得氮化铝的蚀刻速率为再通过sem进行观察表面残留情况，如图9，计数得，在氮化铝片上的残留数量为12个残留点。
61.实施例7
62.一种氮化铝蚀刻液，按质量百分数计，其中碱性物质为氢氧化钾含量为12％，添加剂柠檬酸三铵含量为0.8％，聚乙二醇400含量为0.05％，其余为水。
63.按照对比例1中的方法在60℃下对硅基底上的氮化铝单片进行蚀刻实验，得氮化铝的蚀刻速率为再通过sem进行观察表面残留情况，如图10，计数得，在氮化铝片上的残留数量为8个残留点。
64.实施例8
65.一种氮化铝蚀刻液，按质量百分数计，其中碱性物质为氢氧化钾含量为12％，添加剂乙酸铵含量为0.4％、三乙醇胺含量为0.4％，聚乙二醇400含量0.05％，其余为水。
66.按照对比例1中的方法在60℃下对硅基底上的氮化铝单片进行蚀刻实验，得氮化铝的蚀刻速率为再通过sem进行观察表面残留情况，如图11，计数得，在氮化铝片上的残留数量为6个残留点。
67.如表1所展示为对比例1～2和实施例1～8的蚀刻数据与残留数量，对比例1为空白对照，氮化铝蚀刻速率低，并且表面残留数量多。对比例2较对比例1提高了碱的浓度，蚀刻速率提高，残留数量减少，但并不能有效解决残留。实施例1-3在对比例1的基础上逐量添加了三乙醇胺，氮化铝的蚀刻速率有效升，实施例3中的配比减少氮化铝表面残留的效率达到98.9％。实施例4较对比例2添加了一定的三乙醇胺，有效提高了氮化铝的蚀刻速率，同时减少氮化铝表面残留的效率达到97.1％。实施例5较实施例3改变了碱的类型，其氮化铝蚀刻效果没有产生较大的差别。实施例6-8类比的三种同类型添加剂的一种或几种，都能达到和实施例3相近的蚀刻效果。
68.表1.对比例1和2与实施例1-4进行蚀刻实验的数据及残留数量
[0069][0070][0071]
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本技术中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。