抛光组合物制造技术

用于抛光半导体晶片的抛光组合物，该组合物包含水，优选为胶态二氧化硅的研磨剂，具有至少约１，０００，０００的分子量的水溶性纤维素和优选为氨的碱性化合物。还可以向该抛光组合物中加入氢氧化四甲铵。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

一般而言，本专利技术涉及化学机械抛光，且更具体涉及在半导体工业中的硅片抛光工艺中用作抛光浆料的组合物。
技术介绍
用于半导体工业的硅片在用于器件制造工艺之前必需具有高度的表面完美性。一般通过使用抛光组合物(根据其性质下文中有时称其为浆料)抛光该晶片来制造这些表面。抛光浆料通常由一种组合物组成，该组合物包含一定浓度的亚微米颗粒。结合压在衬底上并旋转的弹性垫，将部件或衬底浸入该浆料或在其中冲洗，以便在载荷下将浆料颗粒压在衬底上。垫的横向运动会使浆料颗粒移过衬底表面，引起衬底表面的磨损，或体积移除。理想地，该工艺可导致突出表面部件的选择性侵蚀以致当完成该工艺时可产生直到最细小水平细节的完美平坦表面。工业中所实行的硅抛光工艺由两个或多个步骤组成。在第一个或者粗抛光步骤中，除去晶片切割和成形留下的大缺陷。该晶片表面呈现平滑和镜面状但仍包含许多微小的缺陷。通过随后的一些最后抛光步骤除去这些缺陷，该步骤可从表面上除去更多的物质并磨去表面缺陷从而最大程度上减小表面粗糙并产生低雾浊(haze)表面。通常通过扫描光散射检测器对抛光晶片上的表面粗糙和表面缺陷/颗粒的浓度进行测量。在硅片工业中广泛使用多种的型号，例如Censor ANS100，Tencor6200和Estek WIS9000。所有的检测器使用相同的操作原理，即它们可测量来自晶片表面上的非镜面反射光的程度。使用高强度的激光束扫过该晶片的表面。在离轴检测器中收集非镜面反射光，并分析该散射光的信号强度。表面粗糙可产生低强度的普通(generallized)光散射，通常称之为雾浊。颗粒或其它不连续的表面缺陷可产生更强的点光源散射。这些散射点光源的强度按照与不同尺寸的乳胶标准刻度球的强度进行比较进行等级划分。通常将这些点光源称为光点缺陷或LPDs且根据测量技术和一定术语对它们的分布划分等级，该技术和术语由C.R.Helms和B.E.Dead编辑的“ThePhysics and Chemistry of SiO2and the Si-SiO2Interface”，第401-411页，Plenum Press，New York(1988)中的P.O.Hahn等人在题名为“Si-SiO2Interface RoughnessCanses and Effects”的文章给出，这里引入作为参考文献。据本专利技术人所知，在传统的两步抛光中，可能在第二步抛光中获得具有良好表面粗糙的衬底表面，但切削率非常低。对于最后抛光步骤，特别是在分两步进行的最后抛光中，通常是通过抛光组合物进行抛光，该组合物是以这样的方式配制的将氧化铝或其它研磨剂充分粉碎并调整以获得合适的颗粒尺寸，向其中加入水，然后向其中加入硝酸铝或多种有机酸和其它抛光加速剂，或者使用包含胶态二氧化硅和水的抛光组合物。然而，借助于前一种抛光组合物的抛光具有机械部分和化学部分之间均衡不佳的问题，并趋向于形成微小突起(microprotrusion)或细小凹点。借助于后一种抛光组合物的抛光具有切削率过低的问题，以至抛光用时长，生产率低且难于防止微小突起，细小凹点和其它表面缺陷的形成。因此，期望开发具有高的抛光去除速率且能够形成非常平滑的低雾浊抛光表面的抛光组合物或表面处理组合物。存在许多有关用于抛光硅片的浆料的背景专利。Minoru和Yutaka(日本未审专利公开11-116942)描述了用于硅片的抛光浆料，该浆料由二氧化硅，水，水溶性聚合物，碱性化合物，醇式羟基化合物，和羟基含氮化合物组成。没有披露该水溶性聚合物的高分子量和高多分散性的临界状态。此外，其披露了羟乙基纤维素结合聚乙烯醇的使用，但是没有披露羟乙基纤维素单独的使用。Miyishata和Minami(欧洲专利申请EP0 933 166 A1)描述了由包含二氧化硅颗粒作为主要成分的研磨剂，作为溶剂的水，和水溶性纤维素组成的抛光试剂。没有给出高分子量和高多分散性的临界状态。专利技术简述本专利技术提供了一种抛光组合物，该抛光组合物具有高的抛光去除速率且该组合物能够形成非常平滑并具有低雾浊的抛光表面。一种情形中，本专利技术是包含花生状胶态二氧化硅颗粒，水溶性纤维素，氨和水的抛光组合物。另一种情形中，本专利技术是包含研磨剂，具有至少约1,000,000分子量的水溶性纤维素，碱性化合物和水的抛光组合物。又一种情形中，本专利技术是包含研磨剂，具有至少约5MW/Mn的多分散性的水溶性纤维素，碱性化合物和水的抛光组合物。由下面的详述本专利技术的其它目的，特征和优点将变得显而易见。然而，应明白是当描述本专利技术的实施方案时，该详述和具体的实施例仅以举例说明的方式给出，只是通过该详述之后的权利要求对本专利技术进行限定。附图简述附图说明图1是说明当依照本专利技术的组合物中的羟乙基纤维素的浓度变化时，衬底雾浊效果的曲线图，以40∶1稀释的组合物进行测试。图2是说明对于依照本专利技术的抛光组合物，不同浓度的氨下抛光去除速率的曲线图，以20∶1的稀释进行测试。图3是说明对于依照本专利技术的抛光组合物，不同浓度的氢氧化四甲氨下抛光去除速率的曲线图，以40∶1的稀释进行测试。优选实施方案详述已开发了用于抛光硅半导体晶片且通常优于工业标准的最后抛光组合物或浆料。相比相应的现有工业标准的最后硅抛光浆料，该浆料具有更高的去除速率以便除去损伤层并产生更低雾浊的表面。该浆料包含研磨剂，水溶性纤维素，碱性化合物和水。通过混合并分散该研磨剂，水溶性纤维素，碱性化合物和水形成该浆料。用于使这些组分在水中分散或溶解的方法是任意的。例如，可以通过使用叶片型搅拌机进行搅拌或通过超声分散将其分散。此外，这些组分的混合顺序是任意的而且还可以同时进行。对于形成于半导体衬底上的薄膜进行的抛光，用水稀释该浆料以便使稀释的浆料优选为稀释前浆料浓度的约1/20至约1/80，且更优选为稀释前浆料浓度的约1/20至约1/40。为了稀释该浆料，通过浆料喷嘴和另一个分散剂喷嘴将浆料和分散剂同时提供到安置于抛光盘的半导体晶片上。在优选的方法中，将该浆料和分散剂进行预混合然后应用到半导体晶片上。研磨剂在本专利技术的抛光组合物中，优选使用的研磨剂是胶态二氧化硅。优选使用的胶态二氧化硅颗粒是可得自日本Fuso公司的Fuso PL-3胶态二氧化硅和可得自Rodel Nitta的Rodel Particle公司的胶态二氧化硅。这些胶态二氧化硅是非球状的，表现为类似于花生的形状且具有比标准胶态二氧化硅更粗糙的表面。通过将两个较小的一次颗粒结合在一起形成最终的二次颗粒实现这种现象。将用于形成花生形状的一次颗粒保持在50纳米以下。当增加颗粒尺寸时，该胶态二氧化硅颗粒会丧失其花生状。例如300nm的Fuso颗粒是球形而不是花生状。这是由于可导致颗粒变成球形的Ostwald熟化所引起的。这种粗糙和形状据推断最适合用于硅的最后抛光，因为相比常规的球形固体胶态二氧化硅颗粒该颗粒较软。20∶1至40∶1稀释的本专利技术的浆料中胶态二氧化硅颗粒的数量是约0.01wt％至约1.00wt％，优选约0.10wt％至约0.5wt％，基于稀释后浆料的总量。如果该研磨剂的含量过小，抛光去除速率将较低，而且处理耗时较长，因此生产率将过低而不实用。另一方面，如果该含量过大，难于维持均匀的分散体，且该组合物的粘度会过大从而将难于操作本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于抛光硅片的抛光组合物，该组合物按重量百分比包含：０．０１至１的花生状胶态二氧化硅颗粒，该花生状二氧化硅颗粒具有小于５０ｎｍ的一次颗粒尺寸；用于为硅片提供亲水表面的水溶性纤维素；用于将ｐＨ提高到至少８的氢氧根离子源 ；和水。

【技术特征摘要】
US 2002-2-21 10/081,7071.用于抛光硅片的抛光组合物，该组合物按重量百分比包含0.01至1的花生状胶态二氧化硅颗粒，该花生状二氧化硅颗粒具有小于50nm的一次颗粒尺寸；用于为硅片提供亲水表面的水溶性纤维素；用于将pH提高到至少8的氢氧根离子源；和水。2.权利要求1的抛光组合物，其中该水溶性纤维素包括羟乙基纤维素。3.权利要求2的抛光组合物，其中该羟乙基纤维素具有至少约5MW/Mn的多分散性。4.权利要求1的抛光组合物，其中该花生状胶态二氧化硅颗粒具有约20nm至约120nm范围的平均颗粒尺寸。5.权利要求1的抛光组合物，该组合物包含0.0003至0.05重量百分比的氢氧化四甲铵...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐浩峰，J匡希，
申请(专利权)人：CMP罗姆和哈斯电子材料控股公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]