[發(fā)明專利]一種硅片化學(xué)機(jī)械拋光漿料配方

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110430568.3
• 申請(qǐng)日: 2012-03-15
• 公開（公告）號(hào): CN102559065A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李永繡;項(xiàng)神佑;李靜;李東平;周雪珍;劉艷珠;周新木
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南昌大學(xué)
• 主分類號(hào): C09G1/02
• 分類號(hào): C09G1/02
• 代理公司: 南昌市平凡知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 36122
• 代理人: 夏材祥

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種拋光漿料的配方，特別適用于硅片化學(xué)機(jī)械拋光。

背景技術(shù)

化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）是目前最重要的全局平坦化技術(shù)，也是超大規(guī)模集成電路制造（ULSI）工藝中的全局平坦化的唯一技術(shù)。硅片是集成電路及發(fā)光二極管的主要襯底材料，其表面粗糙度是影響集成電路刻蝕線寬和薄膜生長(zhǎng)的重要因素之一。隨著集成電路集成度的不斷提高，特征尺寸的不斷減小，對(duì)硅片的加工精度和表面質(zhì)量的要求越來越高。因此，高質(zhì)、高效拋光漿料的配制就是全局平坦化技術(shù)的重點(diǎn)和關(guān)鍵。

化學(xué)機(jī)械拋光工藝是利用拋光（漿料）液的化學(xué)作用和外加壓力的機(jī)械作用，在拋光墊上對(duì)硅片進(jìn)行拋光。在化學(xué)和機(jī)械的協(xié)同作用下，獲得高的切削速度和高質(zhì)量的拋光硅片，因此拋光液在化學(xué)機(jī)械拋光中起著重要作用。

拋光漿料的組成主要包括拋光磨料、水和添加劑。一般認(rèn)為，拋光粉（或稱磨料）是制備拋光漿料液的關(guān)鍵材料。性能優(yōu)良、分散性好、硬度適中的磨料粒子是配制高效拋光液的基礎(chǔ)。目前．國(guó)際上硅拋光技術(shù)廣泛采用的磨料為SiO₂,其次為氧化鈰。由于SiO₂磨料的硬度與硅晶片的硬度相當(dāng)，容易使硅晶片表面產(chǎn)生劃痕，影響硅片質(zhì)量。采用CeO₂磨料可以取得更高拋光效率和選擇性，但隨著國(guó)家對(duì)稀土資源的調(diào)控，CeO₂磨料的價(jià)格翻了幾番，拋光成本大幅度增加，使相關(guān)企業(yè)面臨前所未有的壓力。本發(fā)明旨在開發(fā)一類以二氧化鈦為磨料的拋光漿料，通過添加劑來提高其拋光速率，以彌補(bǔ)上述存在的問題和不足。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提供一種拋光速度快，拋光質(zhì)量高和后清洗方便且成本低的拋光（漿料）液配方。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是以二氧化鈦為磨料，并添加合適的添加劑來提高其對(duì)硅片的拋光速度，提高拋光硅片的表面質(zhì)量。

本發(fā)明所述的拋光漿料由二氧化鈦磨料、添加劑、分散劑、pH調(diào)節(jié)劑及純水組成；各種組分的質(zhì)量百分比為：二氧化鈦磨料（最好為銳鈦礦型二氧化鈦）為0.1%～5%，最佳值在0.5%～4%，其粒徑控制在3000nm以下，最好在100～1500nm之間；添加劑為單乙醇胺和二乙醇胺中的一種或其混合物，其質(zhì)量百分含量為0.005%～0.3%，最佳值為0.02～0.055%之間；分散劑為偏磷酸鈉、聚乙二醇和聚乙烯醇一種或多種，其質(zhì)量百分含量為0%～1.0%，其中0%含量意味著也可以不加除單乙醇胺和二乙醇胺外的任何其他分散劑；用于調(diào)節(jié)漿料pH值的調(diào)節(jié)劑是NaOH、單乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的一種及其組合，其質(zhì)量百分比含量為0%～1.5%；其余為純水；漿料pH值為10.0～12.5，最佳值為11.5～12.0之間。

本發(fā)明所述的拋光磨料為市售二氧化鈦，最好為銳鈦礦型。雖然粒徑有點(diǎn)大，但銳鈦礦型二氧化鈦磨料粒子的硬度比CeO₂磨料粒子的硬度還要小，所以對(duì)硅片不會(huì)造成劃傷；另外，TiO₂磨料無毒，來源廣，價(jià)格不高，作業(yè)條件好，安全可靠。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過一些添加劑的使用，大大改善了二氧化鈦顆粒表面性質(zhì)，提高了磨料在水溶液中的懸浮穩(wěn)定性，進(jìn)而明顯提高拋光速率、對(duì)單晶硅片不產(chǎn)生表面缺陷、并降低表面粗糙度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)硅片的高效超高精度化學(xué)機(jī)械拋光，保證硅片表面的質(zhì)量。本發(fā)明的拋光液為堿性，拋光后清洗方便，磨料粒子為非常便宜的銳鈦礦型二氧化鈦，使成本大大降低。

附圖說明

圖1：所用二氧化鈦磨料的掃描電鏡圖。其粒徑大部分小于1000納米，顆粒分散性良好。

圖2：所用二氧化鈦磨料的XRD衍射圖，表明其晶相為銳鈦礦型。

圖3：采用銳鈦礦型二氧化鈦磨料拋光單晶硅片材料的去除速率（MRR）與漿料pH值之間的關(guān)系，證明硅片拋光的最佳pH值范圍在11～12之間的堿性區(qū)域。

圖4：在最佳起始pH值（11.5）和二氧化鈦固含量(0.5%)的條件下，漿料中添加不同量的單乙醇胺對(duì)拋光單晶硅片的切削速度（MRR值）的影響。表明單乙醇胺的加入可以大大提高二氧化鈦拋光單晶硅片的切削速度，其添加量在0.02～0.055%范圍內(nèi)處于最佳效果范圍。

圖5:?在二氧化鈦固含量0.5%，pH為11.5的條件下，不同的添加劑對(duì)拋光切削速度(MRR值)的影響。證明單乙醇胺的效果最好，二乙醇胺次之，三乙醇胺不能提高M(jìn)RR值。