[發明專利]一種高去除低劃傷的硅片化學機械拋光組合物及制備方法

有效

• 申請號: 201110002322.6
• 申請日: 2011-01-06
• 公開（公告）號: CN102127373A
• 公開（公告）日: 2011-07-20
• 發明（設計）人: 潘國順;李拓;顧忠華;雒建斌;路新春;劉巖
• 申請（專利權）人: 清華大學;深圳市力合材料有限公司;深圳清華大學研究院
• 主分類號: C09G1/02
• 分類號: C09G1/02;H01L21/02
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 童曉琳

技術領域

本發明屬于半導體硅襯底材料粗拋光用的拋光組合物技術領域，特別涉及一種高去除低劃傷的硅片化學機械拋光組合物及制備方法。該種組合物對單晶硅片去除速率高以及具有長時間拋光拋光墊殘余產物容易流動，從而具有劃傷較少、無腐蝕斑、凹坑的特點。

背景技術

半導體硅襯底用拋光液是IC制造工業前端制程的關鍵耗材，是硅單晶拋光片的重要配套材料。IC用硅襯底片拋光通常由粗拋、細拋和精拋三步拋光組成。而半導體元器件用拋光液通常只有粗拋一步即可滿足后道工序的要求。用于去除硅片表面因研磨造成的微缺陷和應力層的粗拋是硅片拋光中最重要的工序，硅片拋光過程中所用的拋光組合物耗材具有重要的市場空間。產業化過程中，粗拋的技術要求主要是生產高效率、表面低損傷兩方面的指標。這兩方面的要求具有一定的內在矛盾性：生產高效率意味著去除高，拋光產物多，局部拋光液粒子凝聚，導致拋光墊沉積加劇；而表面損傷正是這種沉積物在拋光時的高溫高壓條件下凝聚成塊或結晶成硬物造成的。所以兩種性能的綜合平衡是開發一種成功拋光組合物的關鍵所在。

通常，提高拋光液去除量的措施有：一方面選擇適宜的硅溶膠磨粒，使其在具有較高的磨削效率的同時，還有攜帶拋光產物有效脫離的能力；另一方面選擇合適的有機堿及化學組成進行配合，使拋光液能高效地發揮腐蝕去除的性能；最后選擇合適的配置工藝。降低拋光液表面損傷的措施有：獲得穩定的配方體系，儲存和拋光時較少產生聚集和碎裂。通常采用的辦法是選擇合適的助劑，以有利于提高體系的潤濕性、分散性，使拋光產物不易在拋光墊上殘留，能在拋光液中穩定存在又不影響拋光液的其它性能。國內的公開專利CN1861723A以及CN1944559A利用非離子型的表面活性劑，如脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基醇酰胺、FA/O活性劑與能反應生成大分子反應物的有機胺堿配合使用。該拋光液能對磨料和反應產物從襯底表面有效地洗脫，具有良好的流動性和質量傳輸一致性，拋光后易于清洗。

發明內容

本發明針對傳統拋光液在拋光過程中存在的沉積缺陷和去除不足的缺點，本著實用、經濟、有效的原則，通過選擇合適的助劑體系，特別是是通過使用的有機硅類的拋光助劑，開發出一種用于硅晶片粗拋光的拋光組合物。有機硅類穩定劑的加入使組合物儲存時間延長，在具有高去除率的同時還可以多次循環使用；有機硅類分散劑的加入使組合物在拋光墊上殘留少，能有效減少拋光墊的產物沉積和降低硅片表面劃傷率。

本發明采用的技術方案為：

一種用于硅晶片拋光的拋光組合物，其特征在于，該拋光組合物的主體組成成分為膠體二氧化硅顆粒、有機堿，功能助劑為有機硅類穩定劑、有機硅類分散劑、有機酸螯合劑和潤濕劑；其pH值穩定在10～12之間；

該拋光組合物中各組分按重量百分比如下：

膠體二氧化硅顆粒：0.5～10wt％；

有機堿：0.01～5wt％；

有機硅分散劑：0.001～1.0wt％；

有機硅穩定劑：0.001～2.0wt％；

有機酸螯合劑：0.001～2.0wt％；

潤濕劑：0.001～2.0wt％；H

其余為去離子水；

所述有機硅類分散劑化學特征如下所示：

R₁R₂R₃Si(R₄)_nY

在此化學式中，R₁、R₂和R₃為疏水性取代基，Y為離子性親水性官能團；其中，R₁、R₂和R₃分別獨立的表示甲基、乙基、甲氧基、乙氧基、硅氧烷基，R₄表示亞烷基，n為1～4之間的整數，Y表示羧酸根、碳酸根、胺基、銨基、磺酸根、膦酸根。所述亞烷基優選具備1～4個碳原子的低級亞烷基。R₁、R₂和R₃可表示三個相同的取代基或表示不同取代基。

所述有機硅類穩定劑化學特征如下所示：

Y′(CH₂)_mSiX₁X₂X₃