一种高亲水性抛光组合物及其制备方法和应用与流程

本发明涉及化学机械抛光，具体涉及一种高亲水性硅片抛光组合物及其制备方法和应用。

背景技术：

1、化学机械抛光(cmp)是目前最为普遍的半导体材料表面平整技术，它是将机械摩擦和化学腐蚀相结合的工艺，兼具了二者的优点，可以获得比较完美的晶片表面。硅片cmp一般采用的是碱性二氧化硅抛光液，利用碱与硅的化学腐蚀反应生成可溶性硅酸盐，再通过细小柔软，比表面积大、带有负电荷的sio2胶粒的吸附作用及其与抛光垫和硅片间的机械摩擦作用，及时去除反应产物，从而达到去除晶片表面损伤层与玷污杂质的抛光目的，这种化学和机械的共同作用过程就是硅片的cmp过程。

2、硅片表面保持高亲水性可以使硅片在抛光结束后表面依然维持一种湿润状态，这不仅可以有效阻碍抛光液中氧化硅颗粒干燥后的结晶吸附，而且可以有效避免空气中尘埃粒子的沾污，更有利于抛光之后的清洗。目前，普遍采用在抛光液中添加水溶性聚合物的方式提高硅晶圆抛光后的表面亲水性，如中国专利cn 104736658a通过在硅片粗抛光液中加入羟乙基纤维素等水溶性聚合物，有效地提高了硅晶圆的表面亲水性；然而，水溶性聚合物的过量加入会极大降低硅片的抛光效率，而少量加入又不能有效改善晶圆表面亲水性。

3、因此，仍然需要一种能够在不降低抛光速率的前提下，可以进一步提高晶圆表面亲水性的抛光组合物。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种高亲水性硅片抛光组合物，通过在硅片抛光组合物中加入与硅电负性相近的化合物，能够进一步提高硅片表面亲水性、降低硅片腐蚀速率、减少硅片表面沾污，从而进一步提高抛光后硅片表面质量。

2、本发明的又一目的在于提供这种高亲水性硅片抛光组合物的制备方法。

3、本发明的再一目的在于提供这种高亲水性硅片抛光组合物的应用。

4、为实现上述发明目的，本发明采用如下的技术方案：

5、一种高亲水性硅片抛光组合物，包括二氧化硅水溶胶、速率促进剂、润湿剂、稳定剂、ph调节剂和润湿促进剂，其中，所述润湿促进剂选自与硅电负性相近的金属化合物。

6、在一个具体的实施方案中，所述硅片抛光组合物包括以下重量百分含量的组分(以所述抛光组合物的总质量计)：

7、

8、

9、余量为去离子水。

10、在一个具体的实施方案中，所述二氧化硅水溶胶的粒径为30-120nm，固含量为10-50wt％。

11、在一个具体的实施方案中，所述速率促进剂选自甲基胺、二甲基胺、三甲基胺、乙基胺、二乙基胺、三乙基胺、乙二胺、丙二胺、丁二胺、乙基乙二胺、单乙醇胺、n-(β-胺基乙基)乙醇胺、六亚甲基二胺、二亚乙基三胺、三亚己基四胺、1-(2-胺基乙基)哌嗪、n-甲基哌嗪、哌嗪、咪唑、甲基咪唑、1，2，4三氮唑、4-氨基-1,2,4-三氮唑、碳酸胍、盐酸胍、硝酸胍、四甲基氢氧化铵、四甲基氯化铵、四甲基溴化铵、四甲基氟化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、四乙基氯化铵、四乙基溴化铵、四乙基氟化铵的至少任一种；优选四甲基氢氧化铵。

12、在一个具体的实施方案中，所述稳定剂为有机酸稳定剂，优选选自甲酸、乙酸、丙酸、衣康酸、琥珀酸、酒石酸、柠檬酸、马来酸、乙醇酸、丙二酸、草酸、苹果酸、葡萄糖酸、丙氨酸、甘氨酸、乳酸、三氟乙酸、乙二胺四乙酸、氮川三乙酸、二乙烯三胺五乙酸、三乙烯二胺、丙二胺四乙酸、羟乙基乙二胺、羟乙基乙二胺三乙酸、焦磷酸、2-氨基乙基膦酸、1-羟基乙叉1,1-二膦酸、氨基三亚甲基膦酸、乙二胺四亚甲基膦酸、二亚乙基三胺五亚甲基膦酸、乙烷-1,1-二膦酸、乙烷-1,1,2-三膦酸、甲烷羟基膦酸、1-膦酰基丁烷-2,3,4-三羧酸或其盐类中的至少任一种；更优选为柠檬酸、草酸中的任一种。

13、在一个具体的实施方案中，所述润湿剂为水溶性聚合物，具体选自聚乙二醇、聚丙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯醇、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、马来亚酸酐-苯乙烯共聚物、甲基纤维素、乙基纤维素、丙基纤维素、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羟乙基丙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟丙基乙基纤维素、羧甲基纤维素、羧乙基纤维素、羧丙基纤维素、羧甲基乙基纤维素、羧甲基丙基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、明胶、卡拉胶、壳聚糖、蛋白质、淀粉、藻酸或其盐类中的至少任一种；优选聚乙二醇。

14、在一个具体的实施方案中，所述润湿剂的相对分子质量为200-2000000，优选为400-200000。

15、在一个具体的实施方案中，所述润湿促进剂中金属化合物的电负性与硅电负性差值的绝对值≤0.2ev；优选地，所述金属化合物选自锗、锡、铅、锑、铋、铁、钴、镍、铜中的至少任一种的氧化物、氢氧化物或其盐。

16、在一个优选的实施方案中，所述润湿促进剂选自锗酸钠、锗酸钾、锡酸钠、锡酸钾、一氧化锡、二氧化锡、偏锡酸、氯化亚锡、硫酸亚锡、二硫化锡、醋酸亚锡、辛酸亚锡、硼酸亚锡、氯化铅、醋酸铅、碳酸铅、硝酸铅、硫酸铅、草酸铅、硫化铅、一氧化铅、二氧化铅、四氧化三铅、重铬酸铅、柠檬酸铅、四甲基铅、四乙基铅、三氧化二锑、盐酸锑、溴酸锑、氟酸锑、三硫化二锑、三苯基锑、铋酸钠、铋酸钾、硝酸铁，四氧化三铁、三氧化二铁、硫酸铁、盐酸铁、氢氧化铁、硝酸钴、盐酸钴、氧化钴、氢氧化钴、柠檬酸钴、氢氧化镍、硫酸镍、硝酸镍、氯化镍、氧化镍、硫酸铜、醋酸铜、氧化铜和氧化亚铜、氯化铜和氯化亚铜、氯氧化铜、硝酸铜、柠檬酸铜中的至少任一种，优选锗酸钾、锡酸钾、草酸铅中的任一种。

17、在一个具体的实施方案中，所述ph调节剂选自氯化氢、硝酸、硫酸、磷酸、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、四甲基氢氧化铵、咪唑、哌嗪、甲基咪唑、1,2,4-三氮唑、四甲基胍、甲酸、乙酸、丙酸、衣康酸、琥珀酸、酒石酸、柠檬酸、马来酸、乙醇酸、丙二酸、草酸、丁二酸、苹果酸、葡萄糖酸、丙氨酸、甘氨酸、乳酸、三氟乙酸、乙二胺四乙酸、氮川三乙酸、二乙烯三胺五乙酸、三乙烯二胺、丙二胺四乙酸、羟乙基乙二胺、羟乙基乙二胺三乙酸、焦磷酸、2-氨基乙基膦酸、1-羟基乙叉1,1-二膦酸、氨基三亚甲基膦酸、乙二胺四亚甲基膦酸、二亚乙基三胺五亚甲基膦酸、乙烷-1,1-二膦酸、乙烷-1,1,2-三膦酸、甲烷羟基膦酸、1-膦酰基丁烷-2,3,4-三羧酸或其盐类中的至少任一种，优选为柠檬酸、丙二酸、酒石酸、乙二胺四乙酸、丙二胺四乙酸、羟乙基乙二胺三乙酸中的至少任一种，更优选为草酸、氯化氢、氢氧化钾、四甲基氢氧化铵；进一步优选为氢氧化钾或草酸。

18、在一个优选的实施方案中，所述硅片抛光组合物的ph值在9.5-12.5之间。

19、本发明另一方面，所述的高亲水性硅片抛光组合物的制备方法，包括以下步骤：

20、1)取一定量的润湿促进剂在水溶液中进行均匀溶解分散，得到分散液a；

21、2)向分散液a中先后加入一定量的有机酸稳定剂、水溶性聚合物进行搅拌混合均匀，得到分散液b；

22、3)向分散液b中先后加入一定量的速率促进剂、ph调节剂，进行混合搅拌均匀，得混合溶液c；

23、4)将步骤3)得到的混合溶液c加入到二氧化硅水溶胶中混合均匀，形成混合溶液d；补充需要水量，混合均匀后形成硅片抛光组合物e。

24、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

25、现有技术的硅片在进行抛光过程中，为提高硅片表面亲水性，抛光组合物中引入大量水溶性聚合物，这会极大降低硅片的抛光速率。本发明通过水溶性聚合物润湿剂与润湿促进剂的协同作用，能够进一步提高硅片表面亲水性、降低硅片腐蚀速率、减少硅片表面沾污，更有利于后道清洗，与现有技术相比，具有显著优势。