一种硅晶圆化学机械抛光液、制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供一种硅晶圆化学机械抛光液、使用方法及其应用，其质量百分数组成包括10％～30％的高纯硅溶胶、0.1％～0.5％的pH调节剂、0.1％～1％的乙烯基吡咯烷酮

【技术实现步骤摘要】
一种硅晶圆化学机械抛光液、制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及化学机械抛光(CMP)
，具体涉及一种硅晶圆化学机械抛光液、制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]半导体器件通常要求达到纳米级的平整度，要不然各处电阻值不均匀，光刻也刻不准确，目前最好的工艺是用化学(液体)和机械(垫子)结合起来的方式。在化学机械抛光工艺中，最重要的两种材料是抛光液和抛光垫。抛光消耗的成本占比大概7％，却是半导体生产过程中重复次数最多的步骤，28nm制程的芯片，全程要12次抛光，现在芯片越来越小，到了10nm制程，抛光要重复30次，用掉30多种不同的抛光液。
[0003]CMP抛光液(Slurry)是平坦化工艺中的磨料和化学添加剂的混合物，Slurry主要是由磨料、表面活性剂、pH缓冲剂、氧化剂和腐蚀抑制剂等成分组成，其中磨料一般包括纳米级二氧化硅(SiO2)、纳米级三氧化二铝(Al2O3)、纳米级氧化铈(CeO2)。其他添加剂一般根据被研磨材料不同，搭配组合成不同类型的抛光液，由此可分为非金属抛光液、金属抛光液以及其他特殊抛光液。
[0004]硅晶圆抛光液属于非金属抛光液，硅晶圆抛光工序分为边抛、粗抛、中抛和精抛，硅晶圆抛光液的专利主要分别集中在粗抛和精抛，目前没有任何专利提到一款抛光液可兼顾两个工序。现有技术中，需使用的抛光液种类繁多，给存储和运输等带来了麻烦。若能开发一种可兼顾两个或多个抛光工序的抛光液，将给抛光液的存储、运输、使用等带来极大的便利。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的是设计一种可应用于中抛和精抛的硅晶圆化学机械抛光液，该抛光液稀释20～39倍可应用于硅晶圆中抛光，抛光后晶圆表面无亲水性，可修复表面微划伤；抛光液稀释1～19倍可应用于硅晶圆精抛光，抛光后晶圆表面强亲水性，避免磨料粒子与空气杂质的沾污，从而获得低表面缺陷。
[0006]本专利技术的再一目的在于提供上述硅晶圆化学机械抛光液的制备方法。
[0007]本专利技术的又一目的在于提供这种硅晶圆化学机械抛光液的应用。
[0008]为实现以上的技术效果，本专利技术采用如下的技术方案：
[0009]一种硅晶圆化学机械抛光液，以质量百分含量计，包括以下组分：10％～30％的高纯硅溶胶、0.5％～1％的pH调节剂、0.1％～1％的乙烯基吡咯烷酮
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季铵盐共聚物，余量为水。
[0010]在一个优选的实施方案中，以质量百分含量计，包括以下组分：15％～25％的高纯硅溶胶、0.5％～1％的pH调节剂、0.3％的乙烯基吡咯烷酮
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季铵盐共聚物，余量为水。
[0011]在一个具体的实施方案中，所述高纯硅溶胶的金属离子含量小于0.1ppm，一次粒径为10～50nm。
[0012]在一个具体的实施方案中，所述的乙烯基吡咯烷酮
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季铵盐共聚物选自乙烯基吡咯烷酮
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甲基丙烯酸二甲氨乙酯季铵盐共聚物、乙烯基吡咯烷酮
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乙烯基咪唑季铵盐共聚物、乙烯基吡咯烷酮
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甲基丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵共聚物中的任一种，优选为乙烯基吡咯烷酮
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甲基丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵共聚物。
[0013]在一个具体的实施方案中，所述的pH调节剂选自氢氧化钾、氢氧化铵、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵中的任一种，优选为四甲基氢氧化铵。
[0014]在一个具体的实施方案中，所述硅晶圆化学机械抛光液的pH值为10～12。
[0015]另一方面，本专利技术还提供一种上述硅晶圆化学机械抛光液的制备方法，包括以下步骤：
[0016]1)将乙烯基吡咯烷酮
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季铵盐共聚物、pH调节剂与水混合均匀，得分散液；
[0017]2)将高纯硅溶胶加入到步骤1)的分散液中，充分混合均匀后，得硅晶圆化学机械抛光液。
[0018]再一方面，本专利技术还提供了上述硅晶圆化学机械抛光液在化学机械抛光中的应用。
[0019]在一个具体的实施方案中，所述硅晶圆化学机械抛光液适用于以硅为衬底的晶圆种类。
[0020]在一个具体的实施方案中，将所述硅晶圆化学机械抛光液稀释1～19倍可应用于硅晶圆精抛光，稀释20～39倍可应用于硅晶圆中抛光；优选地，稀释后的pH值为8～10。其中，该抛光液可以使用水(优选超纯水)稀释1～19倍应用于硅晶圆精抛光，抛光液还可以使用水(优选超纯水)稀释20～39倍应用于硅晶圆中抛光。
[0021]在一个具体的实施方案中，硅晶圆中抛光的条件为：抛光机台类型HWATSING或EBARA，硅晶圆直径200或300mm，抛光垫SUBA系列，抛光压力200g/cm2，抛光温度为25～30℃，抛光头及抛光盘转速87/93rpm，抛光液流速300mL/min。
[0022]在一个具体的实施方案中，硅晶圆精抛光的条件为：抛光机台类型HWATSING或EBARA，硅晶圆直径200或300mm，抛光垫POLYPAS 27NX系列，抛光压力150g/cm2，抛光温度为25～30℃，抛光头及抛光盘转速87/93rpm，抛光液流速250mL/min。
[0023]与现有技术相比，本专利技术技术方案的有益效果在于：
[0024]1)本专利技术的硅晶圆化学机械抛光液，通过调节稀释倍数，可同时应用于中抛和精抛，操作简便，方便存储和运输，避免晶圆污染，节约成本。
[0025]2)本专利技术的硅晶圆化学机械抛光液，在中抛光过程中，稀释20～39倍后乙烯基吡咯烷酮
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季铵盐共聚物含量小于150ppm，晶圆表面无亲水性，具有一定去除速率，同时通过内酰胺和N
+
结构吸附到晶圆表面凹陷处，可修复表面微划伤。
[0026]3)本专利技术的硅晶圆化学机械抛光液，在精抛光过程中，稀释1～19倍后乙烯基吡咯烷酮
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季铵盐共聚物含量大于150ppm，通过氢键和N
+
结构与晶圆表面结合，形成一层透明、柔软的薄膜，暴露出的C＝O结构赋予抛光后晶圆表面强亲水性，避免磨料粒子与空气杂质的沾污，从而获得低表面缺陷。
附图说明
[0027]图1为实施例3抛光后晶圆表面亲水性效果示意图。
[0028]图2为实施例7抛光后晶圆表面亲水性效果示意图。
具体实施方式
[0029]为了更好的理解本专利技术的技术方案，下面的实施例将对本专利技术所提供的方法予以进一步的说明，但本专利技术不限于所列出的实施例，还应包括在本专利技术的权利要求范围内其他任何公知的改变。
[0030]一种硅晶圆化学机械抛光液，以质量百分含量计，包括以下组分：10％～30％的高纯硅溶胶、0.5％～1％的pH调节剂、0.1％～1％的乙烯基吡咯烷酮
‑
季铵盐共聚物，余量为水。
[0031]其中，所述高纯硅溶胶的制备方法没有特别的限制，可以采用现有技术所有公知的方法，本专利技术优选高纯硅溶胶的金属离子含量小本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅晶圆化学机械抛光液，其特征在于，以质量百分含量计，包括以下组分：10％～30％的高纯硅溶胶、0.5％～1％的pH调节剂、0.1％～1％的乙烯基吡咯烷酮
‑
季铵盐共聚物，余量为水；优选地，包括以下组分：15％～25％的高纯硅溶胶、0.5％～1％的pH调节剂、0.3％的乙烯基吡咯烷酮
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季铵盐共聚物，余量为水。2.根据权利要求1所述的硅晶圆化学机械抛光液，其特征在于，所述高纯硅溶胶的金属离子含量小于0.1ppm，一次粒径为10～50nm。3.根据权利要求1所述的硅晶圆化学机械抛光液，其特征在于，所述的乙烯基吡咯烷酮
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季铵盐共聚物选自乙烯基吡咯烷酮
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甲基丙烯酸二甲氨乙酯季铵盐共聚物、乙烯基吡咯烷酮
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乙烯基咪唑季铵盐共聚物、乙烯基吡咯烷酮
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甲基丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵共聚物中的任一种，优选为乙烯基吡咯烷酮
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甲基丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵共聚物。4.根据权利要求1所述的硅晶圆化学机械抛光液，其特征在于，所述的pH调节剂选自氢氧化钾、氢氧化铵、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵中的任一种，优选为四甲基氢氧化铵。5.根据权利要求1所述的硅晶圆化学机械抛光液，其特征在于，所述硅晶圆化学机械抛光液的pH值为10～12。6.一种权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：徐贺，卫旻嵩，卞鹏程，王庆伟，王永东，王瑞芹，李国庆，朱林君，张宏源，
申请(专利权)人：万华化学集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：