本发明专利技术公开了属于在半导体硅衬底材料粗抛光用的抛光组合物技术领域的一种高稳定性的硅晶片化学机械抛光组合物。该抛光组合物各组分及其含量为：二氧化硅磨粒：0.5～50wt％；含硅稳定剂：0.01～10wt％；有机碱腐蚀剂：0.01～20wt％；有机酸螯合剂：0.01～10wt％；其它功能助剂：0.01～5.0wt％；去离子水：余量；该种抛光液稳定时间2年以上；进行重复抛光或循环抛光，pH值和去除速率亦能保持稳定，循环抛光次数可达10次。同时对硅片去除率大，可达到1.0μm/min以上，多次循环抛光去除率稳定。抛光液配置方便、使用简单、成本低廉，适合于半导体行业各种种类和尺寸的硅片粗抛光。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于在半导体硅衬底材料粗抛光用的抛光组合物
，特别涉及一种 高稳定性的硅晶片化学机械抛光组合物。以及具有多次抛光稳定抛光去除能力。
技术介绍
半导体硅衬底用抛光液是IC制造工业前端制程的关键耗材，是硅单晶抛光片的 重要配套材料，目前国产抛光液由于质量不稳定，关键性能参数不达标，0. ιμπι节点以下集 成电路用大尺寸单晶抛光液基本依赖进口。根据《半导体硅片用抛光液行业调研报告》，预 计到2011年国内硅片抛光液用量在1000吨左右。众所周知，硅衬底抛光用抛光液的组成主要由二氧化硅溶胶磨料、碱性腐蚀剂和 其它助剂组成。但由于磨料的粒径、稳定性、分散度和PH值的不同；各种腐蚀剂的去除能 力、助剂的选择和用量及稳定性的不同，造成硅片抛光液的整体抛光性能的巨大差异。抛光 液的PH值是影响抛光速率的重要参数，一般而言，硅衬底的抛光加工采用碱性抛光液，ρΗ 通常在10. 0 12. 0之间具有较好的去除速率。但抛光液在储存和抛光使用的过程中，都 会伴随有PH值的下降，特别是在抛光后下降幅度更大。因此，抛光液的ρΗ值是否稳定是衡 量抛光液稳定性的重要参数，通常认为PH值下降1个单位以上，去除率大幅下降，表面质量 变差即可认为开始丧失稳定性。为了提高抛光液的储存时间和使用寿命，提高抛光液的使 用效率，开发一种性能稳定的抛光液是非常必要的。通常，提高抛光液寿命的措施有一方面选择稳定性较好的硅溶胶磨粒，要求磨粒 具有合适的粒径、固含量，适中的硬度，稳定的分散度，储存和抛光时较少产生聚集和碎裂， 与抛光产物能较好地共存；另一方面选择合适的有机碱或对有机碱进行复配，使抛光液的 PH值在长时间储存和多次使用时都能有效地发挥腐蚀去除的性能；最后就是选择合适的 助剂，有报道使用表面活性剂和高分子分散剂等都有显著的作用。在一般条件下，硅溶胶磨 粒的参数很难定量和控制，各个性能之间相互影响，很难衡量孰优孰劣；使用表面活性剂和 高分子分散剂容易降低抛光去除速率，使抛光效率低下。
技术实现思路
本专利技术针对当前市场上常用抛光液使用过程中的缺陷和不足，本着实用、经济、有 效的原则，通过选择合适的稳定剂，特别是一种硅类的稳定剂及其水解缩聚物，开发出了一 种质量稳定的硅片粗抛液。在室温条件下保存两年以上不变质，可以循环或重复使用多次 而性能稳定。该抛光液适用性更广泛，实用性更优良，可以满足IC制造过程中硅单晶抛光 片的生产。本专利技术采用的技术方案为一种半导体硅片的碱性化学机械抛光液配方。—种用于硅晶片抛光的抛光组合物，该抛光组合物各组分及配比为二氧化硅磨粒0. 5 50wt% ；含硅稳定剂0· 01 IOwt% ；4有机碱腐蚀剂0. 01 20wt% ；有机酸螯合剂0. 01 IOwt% ；其它功能助剂0. 01 5. Owt% ；去离子水余量；所述含硅稳定剂为有机硅化合物，包括有机硅烷、有机硅氧烷或其水解低聚物，其 结构式为Y(CH2)nSiX1X2X3其中，η为整数(一般0彡η彡4)，&、&和&为可水解的基团；Y为有机官能团； 其中，Xp X2和X3分别独立的表示氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基、乙酰氧基、酮肟基； 可水解的基团水解时即生成硅醇(-Si (OH) 3)，能与无机物质通过氢键或者化学键结合，形 成硅氧烷；Y表示羟基、乙烯基、氨基、环氧基、甲基丙烯酰氧基、巯基或脲基等功能基团，也 能形成氢键或者新的化学键。所述的有机硅水解低聚物可通过有机硅分子溶于有机酸或有机碱水溶液中水解 制备。有机硅化合物的水解低聚物除包括上述有机硅的水解低聚物外还包括硅醇的低 聚物，其结构式为m · (Hi-I)H2O其结构式中χ = 0、1、2，是一种带有结合水的网状结构，m为整数(一般 1 彡 m 彡 4)。主要有 H4Si04、H2Si03、H2Si205、H6Si207、H10Si2O9, H4Si3O8 等中的一种或多种。所述的硅醇低聚物可为硅醇小分子于有机酸水溶液中水解制备并稳定熟化。所述的硅醇小分子可主要由使用高纯Na2SiO3通过阳离子交换树脂制备，并在有 机碱中稳定熟化。所述的硅醇小分子也可主要由使用高纯Na2SiO3通过阳离子交换柱制备，并在有 机酸中稳定熟化。所述有机硅化合物可为正硅酸乙酯、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基 三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、丙基三氯硅烷、Y-氯丙基三甲氧基 硅烷、Y-氯丙基三乙氧基硅烷、Y-氯丙基二乙氧基甲基硅烷、氯乙烯基三氯硅烷、乙烯基 三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基二甲氧基甲基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、 Y-氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三(β -甲氧乙氧基)硅烷、Y-环氧丙氧基丙基三甲氧基 硅烷、Y-巯丙基三乙氧基硅烷、Y-巯丙基三甲氧基硅烷、、甲基三叔丁基过氧硅烷、乙烯 基三叔丁基过氧硅烷、N- β -氨乙基-Y -氨丙基三甲氧基硅烷、苯胺基甲基三乙氧基硅烷、 Y-二乙烯三氨基丙基三乙氧基硅烷、Y-脲基丙基三乙氧基硅烷、3-(甲基丙烯酰氧)丙 基三甲氧基硅烷、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三乙氧基硅烷中的任意一种或它们的组合。含硅稳定剂为带功能官能团的有机硅偶联剂及其水解低聚物或者是无机硅酸及 其低聚物。其水解生成的硅醇键能与硅溶胶表面的硅醇键键合，均勻覆盖在硅溶胶表面，同 时由于功能官能团的作用，增强了硅溶胶之间的位阻效应，改变了硅溶胶的电荷分布，最终 提高了硅溶胶的稳定性；另外由于硅烷偶联剂水解生成的小分子物质的分散性和渗透性， 使生成的硅酸盐不易在硅片表面沉积，从而加速了反应剂与反应产物的质量传递，使化学 反应速度加快，表面更平整。5所述二氧化硅磨粒颗粒粒径为1 lOOnm，以溶胶的形式加入，所述二氧化硅溶胶 为采用离子交换法制备或者硅粉碱化法制备的碱性硅溶胶。化学腐蚀剂为有机碱，所述有机碱腐蚀剂为氨水、甲基胺、二甲基胺、三甲基胺、乙 基胺、二乙基胺、三乙基胺、异丙醇胺、二异丙醇胺、氨基丙醇、四乙基胺、乙醇胺、二乙醇胺、 二乙基三胺、三乙基四胺、羟乙基乙二胺、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化 铵、四丁基氢氧化铵、六亚甲基二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、无水哌嗪、六水哌嗪、三 乙烯四胺、二乙烯三胺中的任意一种或它们的组合。本专利技术中选用其中一种或一种以上有 机碱，保证高去除率和高平整度。所述有机酸螯合剂为乙二胺四乙酸、丙二胺四乙酸、二乙基三胺五乙酸、三乙基四 胺六乙酸、羟基亚乙基二膦酸、氨基三亚甲基膦酸、乙二胺四亚乙基膦酸、乙二胺四亚甲基 膦酸、二乙三胺五亚乙基膦酸、二乙三胺五亚甲基膦酸、三乙四胺六亚乙基膦酸、丙二胺四 亚乙基膦酸、丙二胺四亚甲基膦酸中的任意一种或它们的组合。有机酸螯合剂为主要为有 机膦酸类和有机乙酸类，用以降低体系中的游离金属离子。其他功能助剂为表面活性剂，能使抛光后硅晶片表面覆盖并呈亲水性，从而阻止 由于空气中灰尘、带电颗粒等的沉积变干而造成的缺陷。所述其它功能助剂可为聚氧乙烯 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、聚氧丙烯聚氧乙烯 嵌段共聚物、聚丙烯酰胺、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十四烷基二甲基苄基氯化 铵、十二烷基三甲基氯化铵、溴化十二烷基三甲基铵、本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于硅晶片抛光的抛光组合物，其特征在于该抛光组合物各组分及其含量为： 二氧化硅磨粒：０．５～５０ｗｔ％； 含硅稳定剂：０．０１～１０ｗｔ％； 有机碱腐蚀剂：０．０１～２０ｗｔ％； 有机酸螯合剂：０．０１～１０ｗｔ％； 其它功能助剂：０．０１～５．０ｗｔ％； 去离子水：余量； 所述含硅稳定剂为有机硅化合物，其结构式为： Ｙ（ＣＨ↓［２］）↓［ｎ］ＳｉＸ↓［１］Ｘ↓［２］Ｘ↓［３］ 其中，ｎ为整数，Ｘ↓［１］、Ｘ↓［２］和Ｘ↓［３］为可水解的基团；Ｙ为有机官能团；其中，Ｘ↓［１］、Ｘ↓［２］和Ｘ↓［３］分别独立的表示氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基、乙酰氧基、酮肟基；Ｙ表示羟基、乙烯基、氨基、环氧基、甲基丙烯酰氧基、巯基或脲基。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：潘国顺，李拓，顾忠华，雒建斌，路新春，刘岩，
申请(专利权)人：清华大学，深圳清华大学研究院，深圳市力合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：11
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