一种硅晶片精抛光组合物及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及化学机械抛光（CMP)领域，特别涉及一种可实现硅晶片近极限抛光的 精抛组合物。
【背景技术】
[0002] 集成电路硅衬底晶片正逐渐发展到450mm直径，对加工精度、表面粗糙度、 表面缺陷、表面洁净度等提出更高的要求。按SIA的技术要求，硅片表面总厚度变化 (TTV)〈0. 2 μ m，表面粗糙度达到亚纳米级，硅片表面0. 05 μ m的颗粒少于50个/片。高度 平坦化、极低表面粗糙度、极低微观缺陷的表面成为下一代高技术电子产品制造中的共同 要求，这些要求甚至接近极限。
[0003] 目前，利用化学机械抛光（CMP)技术对硅片表面进行平坦化处理，已成为集成电 路制造技术进入深亚微米以后技术时代必不可少的工艺步骤之一，国内外已相继公开了一 批相关专利技术，如 EP0371147B1、US5352277、CN101671528A、CN102061131A。
[0004] 传统的CMP系统由以下三部分组成：旋转的硅晶片夹持装置、承载抛光垫的工作 台、抛光液（浆料）供应系统。抛光时，旋转的工件以一定的压力施于随工作台一起旋转的 抛光垫上，抛光液在工件与抛光垫之间流动，并在工件表面产生化学反应，工件表面形成的 化学反应物由磨料的机械摩擦作用去除。在化学成膜与机械去膜的交替过程中，通过化学 与机械的共同作用从工件表面去除极薄的一层材料，最终实现超精密表面加工，在实际生 产中，硅晶片的最终精抛光是表面质量的决定性步骤。
[0005] 集成电路硅晶片表面的发展趋势为近极限光滑，因此，有效控制磨粒造成的沉积、 凹坑、划痕等表面损伤是检验硅晶片精抛光液的重要指标之一，按目前集成电路对硅晶片 衬底的要求，硅片表面颗粒（0.05 μm的颗粒）密度需控制在0.28(个/cm2)以内。近极限 光滑表面指的是被加工表面的质量，包括加工表面粗糙度等接近国际上的加工技术所能达 到的极限。随着抛光颗粒的不断降低，颗粒的切削作用减弱，材料去除机制将发生变化，从 颗粒磨削向分子/原子去除演变。尤其是抛光颗粒尺寸降低到几个纳米时，颗粒的表面能、 表面化学性质、吸附特性等将对抛光过程中颗粒运动及与材料作用机理产生显著影响，有 助于近极限的光滑表面抛光的实现，解决CMP抛光技术中磨粒造成的凹坑、划痕等表面损 伤等问题，避免抛光雾和划痕的产生及其引起的图形缺陷、外延缺陷和后续布线的完整性。
[0006] 现阶段，已有一些专利和文献报道了如何减少颗粒沉积和划痕微缺陷的方法，但 直接从采用极小纳米颗粒的角度出发，减少缺陷和提高表面精度方面还未见明确说明。
【发明内容】
[0007] 本发明克服了现有技术中存在的硅晶片精抛光液在抛光过程中由颗粒造成的一 系列缺陷问题，公开了一种可实现硅晶片近极限抛光的硅晶片精抛光组合物及制备方法。
[0008] 为了实现上述目标，本发明采用了粒径降低到几个纳米的抛光颗粒，及稳定此抛 光颗粒的羟基含氮碱性化合物及羟基羧基酸性化合物，这些组分有效的保持了颗粒的稳定 及分散，提高了抛光后硅晶片表面的精度和质量。
[0009] 一种可实现硅晶片近极限抛光的硅晶片精抛光组合物，其由粒径0. I-IOnm纳米 的抛光颗粒、羟基含氮碱性化合物、羟基羧基酸性化合物、碱性化合物、高分子化合物、表面 活性剂和去离子水组成。
[0010] 本发明所述组合物各组分配比如下：
[0011]
【主权项】
1. 一种硅晶片精抛光组合物，其特征在于，该组合物包括二氧化硅溶胶、羟基含氮碱性 化合物、羟基羧基酸性化合物、碱性化合物、高分子化合物、表面活性剂和去离子水；所述二 氧化硅溶胶中磨粒的粒径为0. l-l〇nm。
2. 根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述组合物各组分配比如下： 二氧化硅溶胶 卜10wt% 羟基含氮碱性化合物 0.0卜0.5wt% 羟基羧基酸性化合物 0.0丨?0.5wt% 碱性化合物 0.1?5wt% 高分子化合物 0.0卜0.4wt% 表面活性剂 0.01~0.5wt% 去离子水 余量。
3. 根据权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，所述二氧化硅溶胶是粒径为0. 1? IOnm的胶体二氧化硅，pH小于6的酸性硅溶胶。
4. 根据权利要求3所述的组合物，其特征在于，所述羟基羧基酸性化合物为柠檬酸、水 杨酸、羟基乙酸、苹果酸、乳酸中的一种。
5. 根据权利要求3所述的组合物，其特征在于，所述羟基含氮碱性化合物为异丙醇胺、 乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的一种。
6. 根据权利要求3所述的组合物，其特征在于，所述高分子化合物为纤维素，具体为羧 甲基纤维素、磺酸乙基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素、羧乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维 素、羟丁基甲基纤维素、羟乙基纤维素中的一种或几种。
7. 根据权利要求3所述的组合物，其特征在于，所述表面活性剂为非离子表面活性剂。 非离子表面活性剂为聚乙烯醇（PVA)、聚乙二醇（PEG)、聚乙烯醚（PEO)、吐温（TWEEN)中的 一种或几种。
8. 根据权利要求3所述的组合物，其特征在于，所述碱性化合物为碳酸铵、碳酸氢铵、 氨水、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、三甲基羟乙基 氢氧化按、二甲基二轻乙基氢氧化按、无水哌嗪或六水哌嗪中的一种或几种。
9. 根据权利要求3所述的组合物，其特征在于，所述组合物的pH为8?12。
10. 根据权利要求3所述的组合物，其特征在于，所述组合物含0. 1?IOnm酸性硅溶 胶8wt%，含0· lwt%轻基乙酸、0· 4wt%二乙醇胺、0· 3wt%轻乙基纤维素、0· 05wt%轻丙基 甲基纤维素、〇· 3wt %聚乙稀醚、2. Owt %氨水。
11. 根据权利要求1-10项中任一项所述的组合物的制备方法，其特征在于，该方法包 括以下步骤： (1) 在容器1中，加入将分散于水中并高速搅拌的0. 1?IOnm的酸性纳米二氧化硅溶 胶与羟基羧基酸性化合物混合，搅拌5分钟以上； (2) 向容器1中加入羟基含氮碱性化合物，搅拌5分钟以上； (3) 在容器2中，加入纤维素高分子化合物，再加入表面活性剂，搅拌5分钟以上； (4) 向容器2中再加入容器1中的混合物，搅拌5分钟以上； (5)加入碱性化合物，搅拌混合后得到成品。
【专利摘要】本发明涉及一种硅晶片精抛光组合物及制备方法，涉及化学机械抛光(CMP)领域，该组合物包括二氧化硅溶胶、羟基含氮碱性化合物、羟基羧基酸性化合物、碱性化合物、高分子化合物、表面活性剂和去离子水；所述二氧化硅溶胶中磨粒的粒径为0.1-10nm。本发明采用了粒径降低到几个纳米的抛光颗粒，及稳定此抛光颗粒的羟基含氮碱性化合物及羟基羧基酸性化合物，这些组分有效的保持了颗粒的稳定及分散，提高了抛光后硅晶片表面的精度和质量。
【IPC分类】H01L21-304, C09G1-02
【公开号】CN104530987
【申请号】CN201410758563
【发明人】潘国顺, 顾忠华, 龚桦, 邹春莉, 罗桂海, 王鑫, 陈高攀
【申请人】深圳市力合材料有限公司, 清华大学, 深圳清华大学研究院
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月10日