[發明專利]一種硅晶片精拋光組合物及制備方法

有效

• 申請號: 201410758563.7
• 申請日: 2014-12-10
• 公開（公告）號: CN104530987A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 潘國順;顧忠華;龔樺;鄒春莉;羅桂海;王鑫;陳高攀
• 申請（專利權）人: 深圳市力合材料有限公司;清華大學;深圳清華大學研究院
• 主分類號: C09G1/02
• 分類號: C09G1/02;H01L21/304
• 代理公司: 深圳市鼎言知識產權代理有限公司 44311
• 代理人: 哈達

技術領域

本發明涉及化學機械拋光(CMP)領域，特別涉及一種可實現硅晶片近極限拋光的精拋組合物。

背景技術

集成電路硅襯底晶片正逐漸發展到450mm直徑，對加工精度、表面粗糙度、表面缺陷、表面潔凈度等提出更高的要求。按SIA的技術要求，硅片表面總厚度變化(TTV)<0.2μm，表面粗糙度達到亞納米級，硅片表面0.05μm的顆粒少于50個/片。高度平坦化、極低表面粗糙度、極低微觀缺陷的表面成為下一代高技術電子產品制造中的共同要求，這些要求甚至接近極限。

目前，利用化學機械拋光(CMP)技術對硅片表面進行平坦化處理，已成為集成電路制造技術進入深亞微米以后技術時代必不可少的工藝步驟之一，國內外已相繼公開了一批相關專利技術，如EP0371147B1、US5352277、CN101671528A、CN102061131A。

傳統的CMP系統由以下三部分組成：旋轉的硅晶片夾持裝置、承載拋光墊的工作臺、拋光液(漿料)供應系統。拋光時，旋轉的工件以一定的壓力施于隨工作臺一起旋轉的拋光墊上，拋光液在工件與拋光墊之間流動，并在工件表面產生化學反應，工件表面形成的化學反應物由磨料的機械摩擦作用去除。在化學成膜與機械去膜的交替過程中，通過化學與機械的共同作用從工件表面去除極薄的一層材料，最終實現超精密表面加工，在實際生產中，硅晶片的最終精拋光是表面質量的決定性步驟。

集成電路硅晶片表面的發展趨勢為近極限光滑，因此，有效控制磨粒造成的沉積、凹坑、劃痕等表面損傷是檢驗硅晶片精拋光液的重要指標之一，按目前集成電路對硅晶片襯底的要求，硅片表面顆粒(0.05μm的顆粒)密度需控制在0.28(個/cm2)以內。近極限光滑表面指的是被加工表面的質量，包括加工表面粗糙度等接近國際上的加工技術所能達到的極限。隨著拋光顆粒的不斷降低，顆粒的切削作用減弱，材料去除機制將發生變化，從顆粒磨削向分子/原子去除演變。尤其是拋光顆粒尺寸降低到幾個納米時，顆粒的表面能、表面化學性質、吸附特性等將對拋光過程中顆粒運動及與材料作用機理產生顯著影響，有助于近極限的光滑表面拋光的實現，解決CMP拋光技術中磨粒造成的凹坑、劃痕等表面損傷等問題，避免拋光霧和劃痕的產生及其引起的圖形缺陷、外延缺陷和后續布線的完整性。

現階段，已有一些專利和文獻報道了如何減少顆粒沉積和劃痕微缺陷的方法，但直接從采用極小納米顆粒的角度出發，減少缺陷和提高表面精度方面還未見明確說明。

發明內容

本發明克服了現有技術中存在的硅晶片精拋光液在拋光過程中由顆粒造成的一系列缺陷問題，公開了一種可實現硅晶片近極限拋光的硅晶片精拋光組合物及制備方法。

為了實現上述目標，本發明采用了粒徑降低到幾個納米的拋光顆粒，及穩定此拋光顆粒的羥基含氮堿性化合物及羥基羧基酸性化合物，這些組分有效的保持了顆粒的穩定及分散，提高了拋光后硅晶片表面的精度和質量。

一種可實現硅晶片近極限拋光的硅晶片精拋光組合物，其由粒徑0.1-10nm納米的拋光顆粒、羥基含氮堿性化合物、羥基羧基酸性化合物、堿性化合物、高分子化合物、表面活性劑和去離子水組成。

本發明所述組合物各組分配比如下：

本發明所述二氧化硅溶膠是粒徑為0.1～10nm的膠體二氧化硅，pH小于6的酸性硅溶膠。

本發明所述羥基羧基酸性化合物為檸檬酸、水楊酸、羥基乙酸、蘋果酸、乳酸中的一種。

本發明所述羥基含氮堿性化合物為異丙醇胺、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的一種。

本發明所述高分子化合物為纖維素，具體為羧甲基纖維素、磺酸乙基纖維素、羧甲基羥乙基纖維素、羧乙基甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、羥丁基甲基纖維素、羥乙基纖維素中的一種或幾種。

本發明所述表面活性劑為非離子表面活性劑。非離子表面活性劑為聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)、聚乙烯醚(PEO)、吐溫(TWEEN)中的一種或幾種。

本發明所述堿性化合物為碳酸銨、碳酸氫銨、氨水、四甲基氫氧化銨、四乙基氫氧化銨、四丙基氫氧化銨、四丁基氫氧化銨、三甲基羥乙基氫氧化銨、二甲基二羥乙基氫氧化銨、無水哌嗪或六水哌嗪中的一種或幾種。

本發明所述組合物的pH為8～12。

本發明所述組合物含0.1～10nm酸性硅溶膠8wt％，含0.1wt％羥基乙酸、0.4wt％二乙醇胺、0.3wt％羥乙基纖維素、0.05wt％羥丙基甲基纖維素、0.3wt％聚乙烯醚、2.0wt％氨水。