阅读说明：本技术 磷酸刻蚀溶液 (Phosphoric acid etching solution ) 是由 徐融 苏界 孙文斌 于 2019-09-26 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种磷酸刻蚀溶液,其包括磷酸刻蚀剂及硅刻蚀抑制剂,所述硅刻蚀抑制剂包括还原性添加剂。所述磷酸刻蚀溶液能够避免外延硅层被刻蚀,进而提高存储器的性能。(The invention provides a phosphoric acid etching solution which comprises a phosphoric acid etching agent and a silicon etching inhibitor, wherein the silicon etching inhibitor comprises a reducing additive. The phosphoric acid etching solution can prevent the epitaxial silicon layer from being etched, and further improves the performance of the memory.)

磷酸刻蚀溶液

技术领域

本发明涉及半导体制作领域，尤其涉及一种磷酸刻蚀溶液。

背景技术

现有3D NAND存储器的形成过程一般包括：在衬底上形成隔离层和牺牲层交替层叠的堆叠结构；刻蚀所述堆叠结构，在堆叠结构中形成沟道通孔，在形成沟道通孔后，刻蚀沟道通孔底部的衬底，在衬底中形成凹槽；在沟道通孔底部的凹槽中，通过选择性外延生长(Selective Epitaxial Growth)形成外延硅层，通常该外延硅层也称作SEG；在所述沟道通孔中形成电荷存储层和沟道层，所述沟道层与外延硅层连接；去除牺牲层，在去除牺牲层的位置形成控制栅或字线。

其中，在去除牺牲层的步骤中，通常采用磷酸刻蚀溶液对牺牲层进行湿法刻蚀，以去除所述牺牲层。其缺点在于，在去除牺牲层的过程中，外延硅层也会被刻蚀，导致存储器性能受到影响。

因此，在去除牺牲层的工艺中，如何避免外延硅层被刻蚀，成为目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种磷酸刻蚀溶液，其能够避免外延硅层被刻蚀，进而提高存储器的性能。

为了解决上述问题，本发明提供了一种磷酸刻蚀溶液，其包括磷酸刻蚀剂及硅刻蚀抑制剂，所述硅刻蚀抑制剂包括还原性添加剂。

进一步，所述还原性添加剂具有还原性基团。

进一步，所述还原性基团为醛基。

进一步，在所述磷酸刻蚀溶液中，所述还原性添加剂的质量分数大于1％。

进一步，所述还原性添加剂的分解温度大于180摄氏度。

进一步，所述硅刻蚀抑制剂还包括吸附剂，所述吸附剂能够与硅表面的氢氧根反应，进而吸附在硅表面形成保护层。

进一步，所述吸附剂具有羟基基团。

进一步，所述羟基基团为硅醇基上的羟基基团。

进一步，在所述磷酸刻蚀溶液中，所述吸附剂的质量分数大于0.1％。

进一步，所述吸附剂的分解温度大于180摄氏度。

进一步，所述硅刻蚀抑制剂具有亲水性。

进一步，所述磷酸刻蚀溶液的温度范围为140℃～180℃。

本发明磷酸刻蚀溶液在不影响磷酸刻蚀溶液刻蚀效果的同时能够避免外延硅层被刻蚀，进而提高存储器的性能。

附图说明

图1是外延硅层被刻蚀的原理图；

图2是本发明磷酸刻蚀溶液的一

具体实施方式

的反应原理图；

图3是吸附剂与外延硅层表面的Si-OH键的反应原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的磷酸刻蚀溶液的具体实施方式做详细说明。

如背景技术所述，在去除牺牲层的工艺中，外延硅层也会被刻蚀。发明人发现，外延硅层被刻蚀的过程如下：图1是外延硅层被刻蚀的原理图，请参阅图1中(a)所示，空气会溶解在磷酸刻蚀溶液中，使得磷酸刻蚀溶液内具有大量的溶解氧(O)，则该溶解氧会氧化外延硅层的表面，在外延硅层的表面形成Si-O键；请参阅图1中(b)所示，Si-O键会与磷酸刻蚀溶液中的H结合，在硅外延层表面形成Si-OH键；请参阅图1中(c)所示，Si-OH键进一步与磷酸反应，形成氢氧化硅(Si(OH)₄)，即正硅酸，从而导致外延硅层被刻蚀。

发明人发现，在外延硅层被刻蚀的过程中，磷酸刻蚀溶液中溶解的氧成为关键，若是将磷酸刻蚀溶液中溶解的氧去除，则会避免外延硅层被刻蚀。

鉴于上述原因，本发明提供了一种磷酸刻蚀溶液，所述磷酸刻蚀溶液包括磷酸刻蚀剂及硅刻蚀抑制剂。所述磷酸刻蚀剂用于刻蚀牺牲层，所述硅刻蚀抑制剂用于抑制磷酸刻蚀溶液对外延硅层的刻蚀。

所述硅刻蚀抑制剂包括还原性添加剂，所述还原性添加剂具有还原性基团，例如醛基。所述还原性添加剂中的还原性基团能够与磷酸刻蚀溶液中溶解的氧结合而消耗掉磷酸刻蚀溶液中的溶解氧原子，从而避免磷酸刻蚀溶液中溶解的氧与外延硅层表面的硅原子结合，从而在根源上阻止了外延硅层被刻蚀。所述还原性添加剂能够降低氧化还原的电位，从而避免磷酸刻蚀溶液中溶解的氧与外延硅层表面的硅原子结合。

图2是本发明磷酸刻蚀溶液的一具体实施方式的反应原理图。请参阅图2，空气溶解在磷酸刻蚀溶液中形成大量的溶解氧原子(O)，溶解氧原子与还原性添加剂的还原性基团R1结合，使得溶解氧原子被吸附在还原性基团R1上，从而避免溶解氧原子与外延硅层表面的硅结合，避免外延硅层被进一步刻蚀。

优选地，在所述磷酸刻蚀溶液中，所述还原性添加剂的质量分数大于1％，使得磷酸刻蚀溶液中的溶解氧原子能够被充分吸附，从而避免磷酸刻蚀溶液中存在未被吸附的溶解氧原子。

进一步，所述还原性添加剂的分解温度大于180摄氏度，即大于在刻蚀工艺中磷酸刻蚀溶液的加热温度，以避免所述还原性添加剂受热分解而失效。

进一步，在本发明另一具体实施方式中，所述硅刻蚀抑制剂不仅包括还原性添加剂，还包括吸附剂。所述吸附剂能够与硅表面的羟基反应，进而吸附在硅表面形成保护层。进一步，所述吸附剂具有羟基。优选地，所述吸附剂上的羟基为硅醇基上的羟基基团。

具体地说，若所述还原性添加剂并未吸附所有的氧原子，在所述磷酸刻蚀溶液中还存在残余的氧原子，则请参阅图1中(a)及(b)所示，残余的氧原子会与外延硅层表面的硅结合，形成Si-O键，Si-O键会与磷酸刻蚀溶液中的H结合，在硅外延层表面形成Si-OH键。图3是吸附剂R2与外延硅层表面的Si-OH键的反应原理图，请参阅图3，吸附剂的羟基基团R2与外延硅层表面的Si-OH键中的羟基的结合，消耗掉外延硅层表面的羟基，则在外延硅层表面无羟基与磷酸刻蚀剂发生反应，即外延硅层表面无法与磷酸刻蚀剂反应，从而避免外延硅层表面被刻蚀。在还原性添加剂与磷酸刻蚀溶液中的溶解氧原子结合的基础上，吸附剂再在外延硅层的表面形成保护层，能够进一步保证外延硅层表面不被刻蚀，提高存储器的性能。

进一步，在所述磷酸刻蚀溶液中，所述吸附剂的质量分数大于0.1％，以充分发挥所述吸附剂的作用，进一步避免外延硅层被磷酸刻蚀溶液刻蚀。

进一步，所述吸附剂的分解温度大于180摄氏度。即大于在刻蚀工艺中磷酸刻蚀溶液的加热温度，以避免所述吸附剂受热分解而失效。

进一步，所述硅刻蚀抑制剂具有强亲水性，即所述还原性添加剂及所述吸附剂均具有强亲水性，以提高其与氧原子及氢氧根的结合。

为了进一步避免外延硅层被刻蚀，可提高所述磷酸刻蚀溶液的pH值接近1，以降低磷酸刻蚀溶液中氢离子的含量。磷酸刻蚀溶液中氢离子的含量降低能够减少外延硅层表面的Si-OH键数量，进一步避免外延硅层被刻蚀。

进一步，磷酸刻蚀溶液的温度也会影响Si-OH键与磷酸的反应。具体地说，若磷酸刻蚀溶液的温度过高，则会加速Si-OH键与磷酸的反应，所以，在本具体实施方式中，优选地，所述磷酸刻蚀溶液的温度范围为140℃～180℃，以降低Si-OH键与磷酸的反应，从而进一步避免外延硅层被刻蚀。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。