本发明涉及一种硅晶圆制造过程中的蚀刻液，通过对硅晶圆表面的化学处理，以满足半导体芯片的设计和制造要求。
背景技术：
半导体硅晶圆制造是多阶段制造过程，把晶棒加工成为硅晶圆片需要经过切割、倒角、研磨、腐蚀、抛光等工序，在硅晶圆片加工流程中，后道工序的品质输出可能与前道工序的制造缺陷相关，甚至某些品质问题会一直被诸多后道工序继承，最终流向客户端。
半导体产业中所使用的硅晶圆片需要具有良好的平整度和较低的表面缺陷，但经切割、研磨所得到的硅晶圆片往往平整度较差，表面带有机械加工损伤，在化学机械抛光之前需要彻底去除这些损伤，硅晶圆片制造行业一般使用湿法酸腐蚀来完成大去除量的腐蚀加工。由于化学机械抛光过程的品质输出显著地受来料品质的影响，酸腐蚀的过程目标不止限于完全剥离前道工序的机械损伤，而且需要为后道工序提供一种有益于品质输出的平整度和几何形状。
现有技术中使用硝酸和氢氟酸体系难以实现对蚀刻速率和表面的调控，需要添加其他成分来改善蚀刻液的性能。例如，专利文献1采用两步式湿蚀刻对晶圆背面进行减薄，首先使用氢氟酸、硝酸、磷酸和硫酸的混合物对硅衬底进行蚀刻至露出外延层，然后采用氢氟酸、硝酸和醋酸的混合物对硅衬底和露出的外延层进行选择性蚀刻，完成了超薄且均匀晶圆的制备，但两步式湿蚀刻增加了处理步骤，操作起来更复杂。专利文献2使用硝酸、氢氟酸以及硫酸的混合溶液对硅基板进行蚀刻，但该蚀刻液有助于使硅基板的表面粗糙化，不能得到具有良好平整度的表面。
专利文献1：一种晶圆背面减薄方法cn103077889a
专利文献2：蚀刻液以及硅基板的表面粗糙化的方法cn106356296a。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种操作简单、平整度优良的蚀刻液，其蚀刻速率稳定可控、蚀刻表面均匀平整，以满足半导体芯片制造对硅晶圆的品质要求。
本发明涉及一种硅晶圆的蚀刻液，所述蚀刻液的组成包括：占蚀刻液总重量10-50%的电子级硝酸，1-5%的电子级氢氟酸，5-20%的电子级硫酸，10-30%的电子级磷酸，1-10%的电子级醋酸，0.001-3%的表面活性剂，20-50%的水。所述的水是电阻率≥15.0mω*cm（25℃）的超纯水。
进一步地，本发明涉及上述蚀刻液，所述的硝酸作为氧化剂，将硅氧化成硅的氧化物；氢氟酸作为溶解剂，与硅的氧化物生成可溶性的h2sif6。其总的反应如下：3si+4hno3+18hf→3h2sif6+4no+8h2o，本申请中所述的酸处理使用硝酸、氢氟酸体系，硝酸将硅氧化成硅的氧化物，氢氟酸将硅的氧化物溶解、去除。
所述的硫酸用来提高溶液粘度，降低反应速率、不改变蚀刻形貌，同时保持蚀刻的稳定性和均一性。磷酸用于提高溶液粘度，提高传质阻，降低蚀刻速率，也不改变蚀刻形貌。
所述的醋酸作为稀释剂，抑制硝酸氧化能力，减缓反应速率，影响蚀刻后表面形貌。
所述的表面活性剂可以降低溶液的表面张力，改善溶液的浸润性，使溶液能够均匀的蚀刻晶圆表面。
所述的表面活性剂为非离子表面活性剂，优选聚氧乙烯辛基苯酚醚-10、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯、环氧乙烷环氧丙烷嵌段聚醚等中的一种或几种的混合物。
采用本发明的蚀刻液对硅片进行蚀刻，蚀刻液中各成分的添加混合顺序为：pfa瓶→超纯水→硫酸→磷酸→硝酸→醋酸→氢氟酸→表面活性剂。
本发明涉及上述配制过程是在盛有大量水的容器中进行，采用水浴使溶液的温度稳定在室温；每加入一种成分必须待温度冷却后再加入下一种成分，防止易挥发性酸由于溶液温度升高挥发导致含量降低。
按配制顺序将蚀刻液的原料混合均匀后待用，将切割成3cm*4cm的p型硅片放入自制的卡槽中并将卡槽放在蚀刻液的上部，使硅片浸泡在蚀刻液中，并在蚀刻液的底部加入磁子，放在磁力搅拌器上进行浸泡搅拌，保证均匀蚀刻。蚀刻温度和时间分别为25℃和0-5min。
蚀刻完后对硅片的平整度和蚀刻速率进行检测。
本发明的技术方案中硝酸作为氧化剂，将硅氧化成硅的氧化物；氢氟酸作为溶解剂，将硅的氧化物溶解、去除；硫酸可以提高溶液粘度，稳定反应速率，不改变蚀刻形貌，增加蚀刻均匀性；磷酸也可以提高溶液粘度，提高传质阻，降低蚀刻速率，也不改变蚀刻形貌；醋酸作为稀释剂，降低硝酸的电离度，抑制硝酸的氧化能力，降低反应速率，影响蚀刻后的表面形貌；表面活性剂降低溶液的表面张力，改善硅晶圆蚀刻后的表面形貌。本蚀刻液可以通过调控蚀刻液各成分的含量，得到可控的蚀刻速率和蚀刻表面，且保持蚀刻的稳定性、均匀性、平整性。
本发明在传统的硝酸、氢氟酸体系中，添加了硫酸、磷酸、醋酸及表面活性剂，可以保证稳定的蚀刻速率，且能够通过调控蚀刻液中各组分的含量来调节蚀刻速率，实现精确蚀刻不同厚度的要求。另外，由于蚀刻液的表面张力低、浸润性好，可以实现对硅晶圆的均匀蚀刻，蚀刻后晶圆表面光滑，具有良好可控的平整度。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。对本发明做进一步详细的说明，但不限于这些实施例。
原料浓度的选择：电子级硝酸可为70%的硝酸水溶液，电子级氢氟酸可为50%的氢氟酸水溶液，电子级硫酸可为97%的硫酸水溶液，电子级磷酸可为90%的硫酸水溶液，电子级醋酸可为99%的醋酸水溶液，但不限于上述各浓度值。
使用双面抛光的p型硅晶圆片进行蚀刻实验，p型硅片的原始厚度为725μm。
实施例1
蚀刻液1的组成：38wt%电子级硝酸、3wt%电子级氢氟酸、15wt%电子级硫酸、15wt%电子级磷酸、5wt%电子级醋酸、0.005wt%聚氧乙烯辛基苯酚醚-10、23.995wt%超纯水。
按配制顺序将蚀刻液1混合均匀后待用，将切割成3cm*4cm的p型硅片放入自制的卡槽中并将卡槽放在蚀刻液1的上部，使硅片浸泡在蚀刻液1中，并在蚀刻液1的底部加入磁子，放在磁力搅拌器上进行搅拌，保证均匀蚀刻。蚀刻温度和时间分别为25℃和2min。
蚀刻完后对硅片的平整度和蚀刻速率进行检测，可得到经蚀刻液1处理后，平整度为0.40μm，蚀刻速率为7μm/min。蚀刻液1经循环蚀刻5次后，硅片的平整度和蚀刻速率分别为0.42μm和6.79μm/min。
实施例2
蚀刻液2的组成：38wt%电子级硝酸、3wt%电子级氢氟酸、15wt%电子级硫酸、15wt%电子级磷酸、6wt%电子级醋酸、0.005wt%聚氧乙烯辛基苯酚醚-10、22.995wt%超纯水。
按配制顺序将蚀刻液2混合均匀后待用，将切割成3cm*4cm的p型硅片放入自制的卡槽中并将卡槽放在蚀刻液2的上部，使硅片浸泡在蚀刻液2中，并在蚀刻液2的底部加入磁子，放在磁力搅拌器上进行搅拌，保证均匀蚀刻。蚀刻温度和时间分别为25℃和3min。
蚀刻完后对硅片的平整度和蚀刻速率进行检测，可得到经蚀刻液2处理后，平整度为0.34μm，蚀刻速率为6μm/min。蚀刻液2经循环蚀刻5次后，硅片的平整度和蚀刻速率分别为0.37μm和5.82μm/min。
实施例3
蚀刻液3的组成：30wt%电子级硝酸、5wt%电子级氢氟酸、10wt%电子级硫酸、15wt%电子级磷酸、5wt%电子级醋酸、0.01wt%脂肪醇聚氧乙烯醚、34.99wt%超纯水。
按配制顺序将蚀刻液3混合均匀后待用，将切割成3cm*4cm的p型硅片放入自制的卡槽中并将卡槽放在蚀刻液3的上部，使硅片浸泡在蚀刻液3中，并在蚀刻液3的底部加入磁子，放在磁力搅拌器上进行搅拌，保证均匀蚀刻。蚀刻温度和时间分别为25℃和2min。
蚀刻完后对硅片的平整度和蚀刻速率进行检测，可得到经蚀刻液3处理后，平整度为0.53μm，蚀刻速率为10μm/min。蚀刻液3经循环蚀刻5次后，硅片的平整度和蚀刻速率分别为0.58μm和9.7μm/min。
实施例4
蚀刻液4的组成：30wt%电子级硝酸、2wt%电子级氢氟酸、10wt%电子级硫酸、10wt%电子级磷酸、2wt%电子级醋酸、0.01wt%聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯、45.99wt%超纯水。
按配制顺序将蚀刻液4混合均匀后待用，将切割成3cm*4cm的p型硅片放入自制的卡槽中并将卡槽放在蚀刻液4的上部，使硅片浸泡在蚀刻液4中，并在蚀刻液4的底部加入磁子，放在磁力搅拌器上进行搅拌，保证均匀蚀刻。蚀刻温度和时间分别为25℃和1min。
蚀刻完后对硅片的平整度和蚀刻速率进行检测，可得到经蚀刻液4处理后，平整度为0.67μm，蚀刻速率为12μm/min。蚀刻液4经循环蚀刻5次后，硅片的平整度和蚀刻速率分别为0.71μm和11.8μm/min。
实施例5
蚀刻液5的组成：30wt%电子级硝酸、2wt%电子级氢氟酸、10wt%电子级硫酸、10wt%电子级磷酸、4wt%电子级醋酸、0.03wt%聚氧乙烯辛基苯酚醚-10和脂肪醇聚氧乙烯醚的混合物、43.97wt%超纯水。
按配制顺序将蚀刻液5混合均匀后待用，将切割成3cm*4cm的p型硅片放入自制的卡槽中并将卡槽放在蚀刻液5的上部，使硅片浸泡在蚀刻液5中，并在蚀刻液5的底部加入磁子，放在磁力搅拌器上进行搅拌，保证均匀蚀刻。蚀刻温度和时间分别为25℃和3min。
蚀刻完后对硅片的平整度和蚀刻速率进行检测，可得到经蚀刻液5处理后，平整度为0.52μm，蚀刻速率为10μm/min。蚀刻液5经循环蚀刻5次后，硅片的平整度和蚀刻速率分别为0.56μm和9.75μm/min。
显然，上述实施例仅仅是为了清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。