[發明專利]一種去除半導體硅片表面缺陷的拋光組合物及其制備方法

有效

• 申請號: 201210209832.5
• 申請日: 2012-06-25
• 公開（公告）號: CN102766406A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發明（設計）人: 陳高攀;顧忠華;龔樺;鄒春莉;潘國順
• 申請（專利權）人: 深圳市力合材料有限公司;深圳清華大學研究院;清華大學
• 主分類號: C09G1/02
• 分類號: C09G1/02
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

技術領域

本發明屬于半導體表面拋光技術領域，特別涉及一種用于半導體硅片化學機械拋光(CMP)的拋光組合物，該組合物可以有效的去除半導體硅片表面腐蝕和微觀缺陷，并降低表面殘余應力、損傷層和粗糙度。

背景技術

20世紀70年代，多層金屬化技術被引入到集成電路制造工藝中，此技術使芯片的垂直空間得到有效的利用，并提高了器件的集成度。但這項技術使得半導體硅片表面不平整度加劇，由此引發的一系列問題，如引起光刻膠厚度不均進而導致光刻受限等，嚴重影響了大規模集成電路（ULSI）的發展。針對這一問題，業界先后開發了多種平坦化技術，主要有反刻、玻璃回流、旋涂膜層等，但效果并不理想。80年代末，IBM公司將CMP技術進行了發展使之應用于半導體硅片的平坦化，其在表面平坦化上的效果較傳統的平坦化技術有了極大的改善，從而使之成為了大規模集成電路制造中有關鍵地位的平坦化技術。

以硅材料為主的半導體專用材料已是電子信息產業最重要的基礎功能材料，在國民經濟和軍事工業中占有很重要的地位。全世界的半導體器件中有95%以上是用硅材料制成，其中85%的集成電路也是由硅材料制成。獲得表面加工精度更高的硅晶片是制造集成電路的重要環節，直接關系到集成電路的合格率。目前，IC技術已進入線寬小于0.1μm的納米電子時代，對硅單晶拋光片的表面平整度、缺陷和粗糙度等提出更高的要求。因此，一種可以有效去除表面腐蝕和微觀缺陷，并降低表面殘余應力、損傷層和粗糙度的新型拋光液是十分必要的。

目前，利用化學機械拋光(CMP)技術對半導體硅片表面進行平坦化處理，已經成為集成電路制造技術必不可少的工藝步驟之一。通常情況下，CMP分為初級拋光和終拋光兩個步驟。在初級拋光過程中使用的是粗拋液，粗拋液的特點是拋光速率快，可達到1μm/min左右，但是使用過程中容易引起嚴重腐蝕，而且拋光后表面微腐蝕較多，因而表面較為粗糙；在終拋光過程中，使用精拋液可以在很大程度上降低粗糙度和表面微小缺陷，但其去除缺陷能力十分有限，對于稍嚴重的腐蝕效率不高。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的缺陷，提出一種去除半導體硅片表面缺陷的拋光組合物及其制備方法，本發明可以快速有效地去除半導體硅片表面腐蝕和微觀缺陷，并降低表面殘余應力、損傷層和粗糙度，并獲得無顆粒殘留的一種新型CMP的組合物。

為了實現上述目標，拋光組合物中首先加入磨粒和一種或多種拋光加速劑以保證一定的拋光速度要求；其次，加入一種或多種表面保護劑可以控制二氧化硅磨粒和拋光加速劑對半導體硅片表面的作用，進而減少劃傷和腐蝕；再次，加入的一種或多種分散劑調節了拋光組合物的流變性能，以利于拋后獲得無殘留的表面。最后，一種或多種具有絡合性能的PH調節劑能夠減少拋后表面金屬離子殘留。特別需要指出的是：本發明中聚氧乙烯醚非離子表面活性劑作為表面保護劑與含有膦酸及羧酸基團pH調節劑的共同使用下，聚氧乙烯醚中的氧原子和氫原子分別與含有膦酸及羧酸基團pH調節劑中的氧原子和氫原子形成氫鍵，這種相互作用，使得他們更有利于吸附于半導體硅片表面，既增強化學腐蝕和去除速率的統一性又可以控制化學腐蝕的速度。其特點在于可以有效的去除半導體硅片表面腐蝕和微觀缺陷，并降低表面殘余應力、損傷層和粗糙度。

本發明的一種去除半導體硅片表面微觀缺陷的拋光組合物，該組合物包括膠體二氧化硅磨粒、拋光加速劑、表面保護劑、分散劑、pH調節劑，所述的組合物的pH值為8.0～10.5。

本發明的上述組合物的組分含量為：

膠體二氧化硅磨粒：5～80wt%；

拋光加速劑：0.01～20wt%；

表面保護劑：0.001～2wt%；

分散劑：0.001～2wt%；

pH調節劑：0.01～2wt%；

去離子水：余量。

其中，所述的拋光加速劑為，氫氧化鉀、氫氧化鈉、碳酸銨、碳酸氫銨、碳酸氫鉀、碳酸鉀、碳酸氫鈉、碳酸鈉、異丙醇胺、二異丙醇胺、氨基丙醇、四乙基胺、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、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種。

其中，所述的表面保護劑為，聚氧乙烯醚非離子表面活性劑中的一種或幾種。

其中，所述的聚氧乙烯醚非離子表面活性劑為，聚氧乙烯(9)月桂醇醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚中的一種或幾種。

其中，所述的分散劑為，聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯亞胺、聚氧化乙烯、聚丙烯酸和聚丙烯酰胺中的一種或幾種。