一種適用于大尺寸硅晶片拋光的拋光組合物及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種適用于大尺寸硅晶片拋光的拋光組合物及其制備方法，屬于化學(xué)機械拋光（CMP）領(lǐng)域。該組合物包括以下組分：酸性二氧化硅溶膠、硅溶膠顆粒穩(wěn)定劑、吸熱劑、堿性化合物、表面活性劑、去離子水余量；所述的大尺寸硅晶片直徑為200mm～300mm。本發(fā)明組合物通過組合物中穩(wěn)定的機械作用及化學(xué)作用，特別避免拋光過程中溫度失控現(xiàn)象，實現(xiàn)大尺寸硅晶片的均勻拋光，使大尺寸硅晶片的拋光速率快、表面平整度高，表面質(zhì)量好。
【專利說明】—種適用于大尺寸硅晶片拋光的拋光組合物及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及化學(xué)機械拋光(CMP)領(lǐng)域，特別涉及一種用于200mm以上硅晶片拋光的拋光組合物。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)是現(xiàn)代電子工業(yè)的核心，而半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)是硅材料工業(yè)。雖然有各種各樣新型的半導(dǎo)體材料不斷出現(xiàn)，但90%以上的半導(dǎo)體器件和電路，尤其是超大規(guī)模集成電路(ULSI)都是制作在高純優(yōu)質(zhì)的硅單晶拋光片和外延片上的。目前，超大規(guī)模集成電路制造技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了特征線寬0.1iim以下，300mm時代。[0003]化學(xué)機械拋光技術(shù)作為目前唯一的可以提供在整個圓硅晶片上全面平坦化的工藝技術(shù)，已廣泛地應(yīng)用到了半導(dǎo)體集成電路領(lǐng)域，硅拋光片產(chǎn)業(yè)發(fā)展在國內(nèi)有著良好前景，現(xiàn)在12英寸大直徑硅單晶襯底片已成為IC制造的主流技術(shù)，僅中國內(nèi)地正在建或擬建的300mm FAB代工廠有8條線，其對拋光液的需求很大，大尺寸硅片的單位制造成本增加，其良率的高低對成本起到關(guān)鍵作用，所以工藝的優(yōu)化和拋光液性能的穩(wěn)定變的異常關(guān)鍵。從完善我國硅產(chǎn)業(yè)鏈，提升硅產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平，發(fā)展技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)品的角度考慮，國內(nèi)研究發(fā)展12英寸級硅拋光片的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)非常必要。
[0004]隨著特征線寬的進一步微小化，對硅片表面的平坦化程度提出了更高的要求，200mm娃片可以通過娃片雙面研磨和拋光工藝就可滿足應(yīng)用要求。但對300_娃片,應(yīng)用中對硅片的正面不僅要求很高的全局平整度精度，而且要求更高的局部平整度。傳統(tǒng)的對基底硅材料的CMP為單面拋光，但是隨著超大規(guī)模集成電路的不斷發(fā)展，單面拋光已經(jīng)不能滿足更小線寬的要求，故在對用于線寬為0.13iim以下工藝的300_硅片的加工中需進行雙面化學(xué)機械拋光，這也是大直徑硅片加工的發(fā)展趨勢。例如，滿足65nm制造工藝要求的硅片，硅片正面要求全局平整度(GBIR)小于I微米，局部平整度(SFQR)小于0.07微米。
[0005]拋光溫度是影響硅片拋光速率與質(zhì)量的一個重要參數(shù)。隨著拋光溫度的增加，拋光液的化學(xué)反應(yīng)能力將會成指數(shù)關(guān)系的相應(yīng)增加，同時也會引起拋光液的快速揮發(fā)，這樣將導(dǎo)致硅片表面腐蝕嚴(yán)重、去除不均勻，從而使得拋光質(zhì)量下降。但拋光溫度過低又會使化學(xué)反應(yīng)速度降低，進而使得機械作用大于化學(xué)作用，硅片機械損傷嚴(yán)重。
[0006]拋光壓力與拋光轉(zhuǎn)速對拋光速度和拋光表面質(zhì)量影響很大，通常隨著拋光壓力與拋光轉(zhuǎn)速的增加，機械作用將增強，拋光速度也將增加。但使用過高的拋光壓力與轉(zhuǎn)速將會導(dǎo)致硅片拋光速度不均勻、拋光溫度升高且不易控制，從而使得出現(xiàn)劃傷的幾率大大增加，拋光質(zhì)量下降。
[0007]US2008/0127573公開了一種用于硅晶圓精密拋光用配方，其中包括pH值調(diào)節(jié)劑，水溶性增稠劑，表面活性劑，雜環(huán)胺等添加劑，通過調(diào)節(jié)成分配比和磨料粒徑能夠顯著減少硅片表面局部光散射缺陷、極大的降低霧缺陷和硅片表面的顯微粗糙度。但是沒有明確拋光液中各成分的濃度、各成分在拋光過程中的作用以及拋光去除率和拋光后的表面質(zhì)量。
[0008]Sasaki等人公開了一種含有硅烷偶聯(lián)劑改性的硅溶膠的硅片拋光組合物(專利EP0371147B1, JP09324174);河瀨昭博等人公開了一種添加螯合劑的硅片拋光組合物(專利W02004042812);專利US5876490和US3922393中采用了二氧化鈰涂層和氧化鋁涂層的二氧化硅；專利US4664679采用了減少膠體二氧化硅表面硅醇基團的改性方法。這些處理對缺陷的控制都取得了一定效果，但對于新一代更高要求的單晶硅拋光液，以上方法還存在一定局限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明針對現(xiàn)在技術(shù)中存在的不足，提出一種適用于大尺寸硅晶片拋光的拋光組合物及其制備方法，克服了傳統(tǒng)硅晶片拋光液在拋光過程中由于拋光溫度升高且不易控制而引起的表面缺陷多、拋光速度不均勻、全局平整度和局部平整度等參數(shù)指標(biāo)不高的難題。
[0010]本發(fā)明的一種適用于大尺寸硅晶片拋光的組合物，其特征在于，其組分及配比為:
[0011]
【權(quán)利要求】
1.一種適用于大尺寸硅晶片拋光的組合物，其特征在于，其組分及配比為:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于，所述酸性二氧化硅溶膠的二氧化硅平均粒徑為5nm~500nm,其粒子比表面積為50m2/g~400m2/g ;酸性娃溶膠的pH小于6。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于，所述硅溶膠顆粒穩(wěn)定劑為含有羥基、醚基、羧基和酰胺基的有機高分子，為聚環(huán)氧乙烷(PE0)、聚環(huán)氧丙烷(PP0)、聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酰胺(PAM)中的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于，所述吸熱劑為易分解的酸性化合物、酸性化合物的鹽。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的組合物，其特征在于，所述酸性化合物有草酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸及含碳酸根、碳酸氫根、亞硫酸根、亞硫酸氫根、硝酸根的鉀、鈉、銨鹽中的一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于，所述堿性化合物包括無機堿、有機堿。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的組合物，其特征在于，所述無機堿為堿金屬氫氧化物，氫氧化鉀或氫氧化鈉中的一種或幾種；有機堿為氨、甲基胺、二甲基胺、三甲基胺、乙基胺、二乙基胺、三乙基胺、異丙醇胺、氨基丙醇、四乙基胺、乙醇胺、二乙基三胺、三乙基四胺、羥乙基乙二胺、六亞甲基二胺、二亞乙基三胺、三亞乙基四胺、無水哌嗪、六水哌嗪中的一種或幾中；所述無機堿和有機堿單獨或混合使用。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于，所述表面活性劑為非離子表面活性劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的組合物，其特征在于，所述非離子表面活性劑為脂肪醇聚氧乙烯醚(AE0)、壬基酚聚氧乙烯醚(NP-10)、辛基酚聚氧乙烯醚(0P-10)、聚氧丙烯聚氧乙烯嵌段共聚物(E0-P0)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)中的一種或幾種。
10.一種用于大尺寸硅晶片拋光組合物的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 將分散于水中并高速攪拌的酸性二氧化硅溶膠與硅溶膠顆粒穩(wěn)定劑混合攪拌5~30分鐘； 向其中加入吸熱劑攪拌5~30分鐘,配制溫度控制在5~40度以內(nèi)； 再加入堿性化合物攪拌5~30分鐘,配制溫度控制在5~40度以內(nèi)； 加入表面活性劑攪拌，混合后得到本發(fā)明拋光組合物。
【文檔編號】C09G1/02GK103740281SQ201310753521
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】潘國順, 顧忠華, 羅桂海, 龔樺, 鄒春莉, 陳高攀, 王鑫 申請人:深圳市力合材料有限公司, 清華大學(xué), 深圳清華大學(xué)研究院