一種化學(xué)機(jī)械拋光液的應(yīng)用的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明揭示了一種化學(xué)機(jī)械拋光液在硅基材料拋光中的應(yīng)用，該拋光液至少含有研磨顆粒和氧化劑。該拋光液可用于拋光硅基材料如多晶硅和單晶硅，拋光后的硅基晶片表面粗糙度低，親水性好，有利于降低表面缺陷。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種化學(xué)機(jī)械拋光液的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種化學(xué)機(jī)械拋光液的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]硅(單晶硅/多晶硅)材料在集成電路中被廣泛應(yīng)用，硅片的制造需要很多生產(chǎn)工藝步驟，包括晶體生長(zhǎng)，切片，研磨，刻蝕，拋光和清洗。其中，化學(xué)機(jī)械拋光被用來(lái)去除多余的材料和在其他制程中形成的表面缺陷如劃傷、表面形貌缺陷等，使之可用于制造集成電路。
[0003]為了保證產(chǎn)能，通常市售的硅化學(xué)機(jī)械拋光液的拋光速率較高，拋光后晶片后表面粗糙度高，表面疏水，拋光后清洗困難，容易出現(xiàn)水潰、研磨顆粒殘留、霧度高等缺陷。這些缺陷會(huì)對(duì)半導(dǎo)體器件的良率產(chǎn)生影響。在工業(yè)生產(chǎn)中，通常會(huì)使用一些特殊的清洗液來(lái)清洗拋光后的硅晶片，清洗后雖然能減少磨料顆粒殘留、霧度缺陷等，但卻無(wú)法降低晶片表面粗糙度。因此需要使用一種新的拋光方法和拋光液來(lái)同時(shí)解決這個(gè)問(wèn)題。
[0004]另一方面,在實(shí)施了研磨、蝕刻、拋光等處理后，可能有金屬雜質(zhì)如金屬本身、金屬氫氧化物、金屬氧化物附著、殘存于硅晶片表面，這些金屬雜質(zhì)會(huì)對(duì)半導(dǎo)體器件的可靠性等產(chǎn)生影響。本發(fā)明通過(guò)添加一些絡(luò)合劑來(lái)捕獲和除去這些可能存在的金屬雜質(zhì)。
[0005]一日本專(zhuān)利JP2011082372 (A)揭示了一種用于硅晶片的清洗液，其含有無(wú)機(jī)銨鹽(氯化銨、碳酸銨等)，過(guò)氧化氫和水，該清洗液還包含氫氧化銨來(lái)調(diào)節(jié)pH并增加清洗能力。使用該清洗液可抑制霧度水平的下降?？梢砸种旗F度水平的下降，但不能改善拋光后的表面粗糙度。
`[0006]一美國(guó)專(zhuān)利US200619685A1揭示了一種拋光液，其含有研磨顆粒，pH調(diào)節(jié)劑，水溶性增稠劑和螯合劑，其中螯合劑包含至少一種醋酸螯合劑和一種磷酸螯合劑。該拋光液可減少晶圓表面的缺陷數(shù)量，降低晶圓表面粗糙度和霧度。水溶性增稠劑的作用是減少二氧化硅顆粒的聚結(jié)，減少晶圓表面的光點(diǎn)缺陷。醋酸螯合劑和/或磷酸螯合劑的作用是減少或防止金屬離子在晶圓表面的殘留并且進(jìn)一步提高二氧化硅的分散穩(wěn)定性。成分復(fù)雜，單獨(dú)使用醋酸螯合劑或磷酸螯合劑時(shí)拋光液穩(wěn)定性不夠好(大顆粒隨時(shí)間增加)。使用含有鈉離子的螯合劑，使得拋光液里的鈉離子含量增加，可能因鈉離子殘留對(duì)晶圓的可靠性產(chǎn)生影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供了一種化學(xué)機(jī)械拋光液的應(yīng)用，該拋光液在娃基材拋光中能降水在娃晶片表面低接觸角，該拋光液含有研磨顆粒和氧化劑，還可以含有至少一種絡(luò)合劑。該拋光液可用于硅晶片的第二步拋光，即在第一步使用具有很高硅去除速率的硅化學(xué)機(jī)械拋光液去除大量的硅，第二步使用本發(fā)明的拋光液去除少量的硅，改善拋光后的表面粗糙度，提高硅晶片表面的親水性，有利于減少研磨顆粒的吸附，降低霧度，降低表面缺陷，并有利于去除制程中可能存在的金屬離子雜質(zhì)。[0008]在本發(fā)明中，所述的研磨顆粒為二氧化硅、氧化鋁、摻雜鋁或覆蓋鋁的二氧化硅、二氧化鈰、二氧化鈦、高分子研磨顆粒中的一種或多種，優(yōu)選為二氧化硅。含量為0.5~20wt%，優(yōu)選為I~5wt% ;粒徑為20~200nm，優(yōu)選為20~120nm。
[0009]在本發(fā)明中，所述的氧化劑為過(guò)氧化氫、過(guò)氧化脲、過(guò)氧甲酸、過(guò)氧乙酸、過(guò)硫酸鹽、過(guò)碳酸鹽、高碘酸、高氯酸、高硼酸、高錳酸鉀和硝酸鐵中的一種或多種。優(yōu)選為過(guò)氧化氫。含量為0.01~5wt%，優(yōu)選為0.05~lwt%。
[0010]在本發(fā)明中，所述的拋光液的pH大于7，優(yōu)選為9~12。
[0011]在本發(fā)明中，本發(fā)明的拋光液還可以含有至少一種絡(luò)合劑，所述的絡(luò)合劑為任何合適的可與金屬離子形成可溶性化合物的添加劑，該絡(luò)合劑可以將拋光基材上可能存在的金屬離子溶解去除，避免殘留在基材中而影響電路的可靠性。合適的絡(luò)合劑包括氨羧化合物，有機(jī)羧酸，有機(jī)膦酸和有機(jī)胺等所述的氨羧化合物選自甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、賴(lài)氨酸、精氨酸、組氨酸、絲氨酸、天冬氨酸、蘇氨酸、谷氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、氨三乙酸、乙二胺四乙酸、環(huán)己烷四乙酸、乙二胺二琥珀酸、二乙烯三胺五乙酸和三乙烯四胺六乙酸中的一種或多種；所述的有機(jī)羧酸為醋酸、草酸、檸檬酸、酒石酸、丙二酸、丁二酸、蘋(píng)果酸、乳酸、沒(méi)食子酸和磺基水楊酸中的一種或多種；所述的有機(jī)膦酸為2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸、氨基三甲叉膦酸、羥基乙叉二膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸、2-羥基膦酸基乙酸、乙二胺四甲叉膦酸和多氨基多醚基甲叉膦酸中的一種或多種；所述的有機(jī)胺為乙二胺、二乙烯三胺、五甲基二乙烯三胺、多乙烯多胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺；所述的鹽為鉀鹽和/或銨鹽。絡(luò)合劑的含量為0.01~5wt%，優(yōu)選為0.01~Iwt%。
[0012]上述的化學(xué)機(jī)械拋光液，其中，還包括pH調(diào)節(jié)劑，粘度調(diào)節(jié)劑，消泡劑，殺菌劑等本領(lǐng)域常規(guī)的添加劑。
[0013]上述的化學(xué)機(jī)械拋光液可將除氧化劑以外的組分制備成濃縮樣品，使用前用去離子水稀釋到本發(fā)明的濃度范圍并添加氧化劑即可。
[0014]在本發(fā)明中，所述的拋光基材為硅基材，包括單晶硅和多晶硅。
[0015]本發(fā)明的拋光液可用于硅晶片的第二步拋光，即在第一步使用具有很高硅去除速率的硅化學(xué)機(jī)械拋光液去除大量的硅，第二步使用本發(fā)明的拋光液去除少量的硅，改善拋光后的表面粗糙度，提高硅晶片表面的親水性，有利于減少研磨顆粒的吸附，降低霧度，降低表面缺陷，并有利于去除制程中可能存在的金屬離子雜質(zhì)。
[0016]本發(fā)明的技術(shù)效果在于:
[0017]1)本發(fā)明的漿料可以降低拋光后硅基晶片表面的粗糙度；
[0018]2)本發(fā)明的衆(zhòng)料可以提聞娃基晶片拋光后表面的未水性，從而有利于降低表面缺陷如霧度和研磨顆粒的吸附。
[0019]3)本發(fā)明的漿料有利于去除制程中可能存在的金屬離子雜質(zhì)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1:第一步拋光并清洗后的硅晶片表面光學(xué)顯微鏡圖；
[0021]圖2:用對(duì)比2進(jìn)行第二步拋光并清洗后的硅晶片表面光學(xué)顯微鏡圖；
[0022]圖3:用實(shí)施例1進(jìn)行第二步拋光并清洗后的硅晶片表面光學(xué)顯微鏡圖；[0023]圖4:用實(shí)施例10進(jìn)行第二步拋光并清洗后的硅晶片表面光學(xué)顯微鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]本發(fā)明所用試劑及原料均市售可得。本發(fā)明的拋光液由上述成分簡(jiǎn)單均勻混合即可制得。
[0025]下面通過(guò)【具體實(shí)施方式】來(lái)進(jìn)一步闡述本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)。但本發(fā)明包括但不限于實(shí)施例的具體配方和組成。
[0026]制備實(shí)施例
[0027]表1給出了本發(fā)明的化學(xué)機(jī)械拋光液配方。以下所述百分含量均為質(zhì)量百分比含量。
[0028]第一步拋光條件:拋光液:AnjiDPP1550化學(xué)機(jī)械拋光液。拋光機(jī)臺(tái):8"Mirra，拋光墊Dow IC1010,拋光盤(pán)和拋光頭轉(zhuǎn)速為93/87rpm，下壓力3psi。拋光晶片:硅晶片，拋光后在清洗機(jī)臺(tái)內(nèi)用去離子水清洗硅晶片。
[0029]第二步拋光條件:將第一步拋光后的硅晶片用本發(fā)明的拋光液進(jìn)行拋光，拋光后在清洗機(jī)臺(tái)內(nèi)用去離子水清洗娃晶片。拋光機(jī)臺(tái)Alirra,拋光墊Fujibo H7000,拋光盤(pán)和拋光頭轉(zhuǎn)速為93/87rpm，下壓力3psi。第二步拋光所用拋光液及拋光結(jié)果見(jiàn)表1和圖1~4。
[0030]硅晶片表面粗糙度用XE-300P原子力顯微鏡測(cè)量所得，水在拋光后硅晶片表面的接觸角用DSAlOO接觸角測(cè)量?jī)x所測(cè)得，拋光后的硅晶片表面的研磨顆粒殘留狀況通過(guò)光學(xué)顯微鏡觀察。
`[0031]表1本發(fā)明的拋光液及第二步拋光后的硅晶片拋光的結(jié)果
【權(quán)利要求】
1.一種拋光液在硅基材拋光中降低水在硅晶片表面接觸角中的應(yīng)用，其特征在于:所述拋光液包含研磨顆粒以及氧化劑。
2.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于:所述的研磨顆粒選自二氧化硅、氧化鋁、摻雜鋁或覆蓋鋁的二氧化硅、二氧化鈰、二氧化鈦和高分子研磨顆粒中的一種或多種。
3.如權(quán)利要求2所述的應(yīng)用，其特征在于:所述的研磨顆粒為二氧化硅。
4.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于:所述的研磨顆粒的含量為0.5~20wt%。
5.如權(quán)利要求4所述的應(yīng)用,其特征在于:所述的研磨顆粒的含量為I~5wt%。
6.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于:所述的研磨顆粒的粒徑為20~200nm。
7.如權(quán)利要求6所述的應(yīng)用，其特征在于:所述的研磨顆粒的粒徑為20~120nm。
8.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于:所述的氧化劑選自過(guò)氧化氫、過(guò)氧化脲、過(guò)氧甲酸、過(guò)氧乙酸、過(guò)硫酸鹽、過(guò)碳酸鹽、高碘酸、高氯酸、高硼酸、高錳酸鉀和硝酸鐵中的一種或多種。
9.如權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于:所述的氧化劑為過(guò)氧化氫。
10.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于:所述的氧化劑的含量為0.01~5wt%。
11.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于:所述的氧化劑的含量為0.05~Iwt%。
12.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于:所述的拋光液的pH大于7。
13.如權(quán)利要求12所述的應(yīng)用，其特征在于:所述的拋光液的pH為9~12。
14.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用`，其特征在于:所述的拋光液還包含至少一種絡(luò)合劑。
15.如權(quán)利要求14所述的應(yīng)用，其特征在于:所述的絡(luò)合劑為能與金屬離子形成可溶性化合物的添加劑。
16.如權(quán)利要求15所述的應(yīng)用，其特征在于:所述的絡(luò)合劑為氨羧化合物，有機(jī)羧酸，有機(jī)膦酸和/或有機(jī)胺。
17.如權(quán)利要求16所述的應(yīng)用，其特征在于:所述的氨羧化合物選自甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、賴(lài)氨酸、精氨酸、組氨酸、絲氨酸、天冬氨酸、蘇氨酸、谷氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、氨三乙酸、乙二胺四乙酸、環(huán)己烷四乙酸、乙二胺二琥珀酸、二乙烯三胺五乙酸和三乙烯四胺六乙酸中的一種或多種；所述的有機(jī)羧酸為醋酸、草酸、檸檬酸、酒石酸、丙二酸、丁二酸、蘋(píng)果酸、乳酸、沒(méi)食子酸和磺基水楊酸中的一種或多種；所述的有機(jī)膦酸為2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸、氨基三甲叉膦酸、羥基乙叉二膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸、2-羥基膦酸基乙酸、乙二胺四甲叉膦酸和多氨基多醚基甲叉膦酸中的一種或多種；所述的有機(jī)胺為乙二胺、二乙烯三胺、五甲基二乙烯三胺、多乙烯多胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺；所述的鹽為鉀鹽和/或銨鹽。
18.如權(quán)利要求14所述的應(yīng)用，其特征在于:所述絡(luò)合劑的含量為0.01~5wt%。
19.如權(quán)利要求18所述的應(yīng)用，其特征在于:所述絡(luò)合劑的含量為0.01~lwt%。
20.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于:所述的硅基材包括單晶硅和多晶硅。
21.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于，所述拋光液還具備改善拋光后硅的表面粗糙度，提高硅晶片表面的親水性的作用。
【文檔編號(hào)】H01L21/02GK103865401SQ201210528325
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月10日
【發(fā)明者】荊建芬, 張建, 蔡鑫元 申請(qǐng)人:安集微電子（上海）有限公司