一种硅片抛光组合物及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种硅片抛光组合物及其应用，所述硅片抛光组合物以二氧化硅水溶胶及有机碱为主要抛光组分，额外添加有酯类化合物、碱金属盐化合物。本发明专利技术通过在硅片抛光组合物中额外加入酯类化合物、碱金属盐化合物，可以有效减少CMP机台在硅片抛光过程中产生的震动频率，从而实现硅片在CMP过程中的均匀平稳去除，进一步提高硅晶圆的表面质量，延长设备使用寿命。用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种硅片抛光组合物及其应用


[0001]本专利技术涉及化学机械抛光
，具体涉及一种硅片抛光组合物及其应用。

技术介绍

[0002]化学机械抛光(CMP)是目前最为普遍的半导体材料表面平整技术，它是将机械摩擦和化学腐蚀相结合的工艺，兼具了二者的优点，可以获得比较完美的晶片表面。硅片CMP一般采用的是碱性二氧化硅抛光液，利用碱与硅的化学腐蚀反应生成可溶性硅酸盐，再通过细小柔软，比表面积大、带有负电荷的SiO2胶粒的吸附作用及其与抛光垫和硅片间的机械摩擦作用，及时去除反应产物，从而达到去除晶片表面损伤层与玷污杂质的抛光目的，这种化学和机械的共同作用过程就是硅片的CMP过程。
[0003]硅晶圆表面含有一层薄薄的自然氧化层，由于氧化层具有极高的亲水性，抛光液可以轻易进入抛光垫(Pad)与晶圆表面的空隙对晶圆进行充分润湿，这会使抛光头内部与外部形成比较大的压强差，使晶圆与Pad之间不会轻易产生滑动。此外，抛光液对氧化层极高的润湿性，也会使Pad与晶圆抛光面之间分子作用力极高，导致Pad与硅晶圆之间滑动摩擦阻力急剧增大。因此，在抛光过程中机台容易产生震动，尤其是在抛光开始阶段或抛光液被高倍率稀释条件下，持续运转机器，不仅会极大缩短机台的使用寿命，且加大了抛光机台的碎片风险。专利WO2011/069344A1通过在金属钨抛光液中加入阳离子表面活性剂减少金属与Pad表面之间机械摩擦，从而减少机台的异响，然而对于硅片CMP，表面活性剂的加入会极大地削减抛光液的抛光速率，且表面活性剂的加入会进一步降低抛光液与氧化层之间的接触角，可能有导致震动异响加剧的风险。
[0004]因此，仍然需要一种硅片抛光组合物，能够在不降低硅晶圆去除速率的同时，减少在硅晶圆抛光过程中的震动异响问题，从而保证硅晶圆CMP的平稳运行。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种硅片抛光组合物，通过在常规硅片抛光液中额外加入酯类化合物、碱金属盐化合物，可以实现在高硅片去除速率的基础上进一步减少机台的震动异响频率，从而保证硅晶圆CMP的平稳运行。
[0006]本专利技术的另一目的在于提供这种硅片抛光组合物在硅晶圆化学机械抛光中的应用。
[0007]为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下的技术方案：
[0008]一种硅片抛光组合物，包括以下组分：二氧化硅水溶胶、有机碱、酯类化合物、碱金属盐化合物、pH调节剂、去离子水。
[0009]在一个具体的实施方案中，所述硅片抛光组合物包括以下重量百分含量的组分：
[0010][0011]在一个具体的实施方案中，所述二氧化硅水溶胶的粒径为30
‑
120nm，固含量为10
‑
50wt％。
[0012]在一个具体的实施方案中，所述有机碱选自甲基胺、二甲基胺、三甲基胺、乙基胺、二乙基胺、三乙基胺、乙二胺、羟乙基乙二胺、单乙醇胺、N
‑
(β
‑
胺基乙基)乙醇胺、六亚甲基二胺、二亚乙基三胺、三亚己基四胺、1
‑
(2
‑
胺基乙基)哌嗪、N
‑
甲基哌嗪、哌嗪、咪唑、1甲基咪唑、N甲基咪唑、四甲基胍、碳酸胍、盐酸胍、四甲基氢氧化铵、四甲基氯化铵、四甲基溴化铵、四甲基氟化铵、四乙基氢氧化铵、四乙基氯化铵、四乙基溴化铵、四乙基氟化铵中的至少任一种，优选为四甲基氢氧化铵。有机碱是硅片抛光组合物中的常用组分，可以有效提高硅片的去除速率。
[0013]在一个具体的实施方案中，所述酯类化合物选自乙酸乙酯、乙酸甲酯、乙二酸二乙酯、二乙酸乙二酯、乙酸苯酯、乙酸异戊酯、丁酸乙酯、丁酸甲酯、戊酸戊酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙烯酸辛酯、苯甲酸甲酯、邻苯二甲酸—丁酯、邻苯二甲酸二丁酯、柠檬酸三乙酯、邻氨基苯甲酸甲酯、2
‑
二甲基丁酸乙酯、3
‑
巯基丙酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、三硝酸甘油酯中的至少任一种，优选为乙酸乙酯。
[0014]在一个具体的实施方案中，所述碱金属盐化合物选自氢氧化钠、氢氧化钾、氯化钠、氯化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、硝酸钠、硝酸钾、磷酸钠、磷酸钾、草酸钠、草酸钾、醋酸钠、醋酸钾、柠檬酸钠、柠檬酸钾、酒石酸钠、酒石酸钾、乙二胺四乙酸二钠、乙二胺四乙酸二钾中的至少任一种，优选为氢氧化钾、碳酸钾。
[0015]本专利技术中，酯类化合物与碱金属盐化合物共同加入，可以极大地减少机台的震动频率，其主要作用机理尚不明确，可以理解为如下原因：
[0016]据分析了解，Pad与晶圆表面之间极高的分子间作用力与极大的压强差是导致晶圆在Pad表面滑动阻力增大、机台震动的主要原因，加入本专利技术的酯类化合物及碱金属化合物的主要的目是减少上述分子间作用力与压强差。酯类化合物的非亲水性(即亲油性)可以降低抛光液在氧化层晶圆表面的润湿性能，使抛光液在晶圆表面的分布呈现不连续性(即点状或局部分布)，抛光液的不连续性分布(即有大量空气存在)减弱了抛光头内外的压强差及晶圆与抛光液之间的总分子间作用力，从而减少了机台的震动频率；然而，大多酯类化合物在水溶液中的溶解度极低，且大量存在会降低硅片的抛光速率；而碱金属盐化合物的加入可以进一步增加抛光液的表面张力，使抛光液在晶圆表面的接触角增大，抛光液在硅晶圆表面的点状分布更加明显，进一步减弱了上述压强差与总分子间作用力，且弥补了酯
类化合物无法大量加入的缺陷。
[0017]在一个优选的实施方案中，所述酯类化合物和所述碱金属盐化合物的质量比0.01
‑
10，例如包括但不限于0.1、0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5、10，优选为0.1
‑
5。经研究发现，所述酯类化合物和所述碱金属盐化合物的质量比在该范围内，两者能起到很好的配合作用，减少在硅晶圆抛光过程中的震动异响的效果最好。
[0018]在一个具体的实施方案中，所述pH值调节剂选自氯化氢、硝酸、硫酸、磷酸、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、四甲基氢氧化铵、咪唑、哌嗪、甲基咪唑、1,2,4
‑
三氮唑、四甲基胍、甲酸、乙酸、丙酸、衣康酸、琥珀酸、酒石酸、柠檬酸、马来酸、乙醇酸、丙二酸、草酸、丁二酸、苹果酸、葡萄糖酸、丙氨酸、甘氨酸、乳酸、三氟乙酸、乙二胺四乙酸、氮川三乙酸、二乙烯三胺五乙酸、三乙烯二胺、丙二胺四乙酸、羟乙基乙二胺、羟乙基乙二胺三乙酸、焦磷酸、2
‑
氨基乙基膦酸、1
‑
羟基乙叉1,1
‑
二膦酸、氨基三亚甲基膦酸、乙二胺四亚甲基膦酸、二亚乙基三胺五亚甲基膦酸、乙烷
‑
1,1
‑
二膦酸、乙烷
‑
1,1,2
‑
三膦酸、甲烷羟基膦酸、1
‑
膦酰基丁烷
‑
2,3,4
‑
三羧酸或其盐类中的至少任一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅片抛光组合物，其特征在于，包括以下组分：二氧化硅水溶胶、有机碱、酯类化合物、碱金属盐化合物、pH调节剂、去离子水。2.根据权利要求1所述的硅片抛光组合物，其特征在于，所述硅片抛光组合物包括以下重量百分含量的组分：余量为去离子水。3.根据权利要求1或2所述的硅片抛光组合物，其特征在于，所述二氧化硅水溶胶的粒径为30
‑
120nm，固含量为10
‑
50wt％。4.根据权利要求1或2所述的硅片抛光组合物，其特征在于，所述有机碱选自甲基胺、二甲基胺、三甲基胺、乙基胺、二乙基胺、三乙基胺、乙二胺、羟乙基乙二胺、单乙醇胺、N
‑
(β
‑
胺基乙基)乙醇胺、六亚甲基二胺、二亚乙基三胺、三亚己基四胺、1
‑
(2
‑
胺基乙基)哌嗪、N
‑
甲基哌嗪、哌嗪、咪唑、1甲基咪唑、N甲基咪唑、四甲基胍、碳酸胍、盐酸胍、四甲基氢氧化铵、四甲基氯化铵、四甲基溴化铵、四甲基氟化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、四乙基氯化铵、四乙基溴化铵、四乙基氟化铵中的至少任一种，优选为四甲基氢氧化铵。5.根据权利要求1或2所述的硅片抛光组合物，其特征在于，所述酯类化合物选自乙酸乙酯、乙酸甲酯、乙二酸二乙酯、二乙酸乙二酯、乙酸苯酯、乙酸异戊酯、丁酸乙酯、丁酸甲酯、戊酸戊酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙烯酸辛酯、苯甲酸甲酯、邻苯二甲酸—丁酯、邻苯二甲酸二丁酯、柠檬酸三乙酯、邻氨基苯甲酸甲酯、2
‑
二甲基丁酸乙酯、3
‑
巯基丙酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、三硝酸甘油酯中的至少任一种，优选为乙酸乙酯。6.根据权利要求1或2所述的硅片抛光组合物，其特征在于，所述碱金属盐化合物选自氢氧化钠、氢氧化钾、氯化钠、氯化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、硝酸钠、硝酸钾、磷酸钠、磷酸钾、草酸钠、草酸钾、...

【专利技术属性】
技术研发人员：王庆伟，卞鹏程，徐贺，王永东，王瑞芹，李国庆，崔晓坤，
申请(专利权)人：万华化学集团电子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：