專利名稱：表面改性納米磨料硅片拋光液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硅片化學(xué)機(jī)械拋光用拋光液，尤其是一種可降低拋光表面粗糙度、清洗方便的表面改性納米磨料硅片拋光液。
背景技術(shù)：
娃片是集成電路(IC)的主要襯底材料，其表面粗糖度是影響集成電路刻蝕線寬的重要因素之一。隨著集成電路集成度的不斷提高，特征尺寸的不斷減小，對(duì)硅片的加工精度和表面質(zhì)量的要求也越來越高。目前，半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)(SIA)對(duì)于特征尺寸為0. 065 0.13iim的硅片要求是全局平整度(GBIR)小于2 y m、表面粗糙度達(dá)到納米和亞納米級(jí)、表面很小的殘余應(yīng)力和損傷層或無損傷，即對(duì)硅片加工的表面平整度、表面粗糙度、表面缺陷等提出更高的要求。目前，利用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)技術(shù)對(duì)硅片表面進(jìn)行平坦化處理，已成為集成電路制造技術(shù)進(jìn)入深亞微米以后技術(shù)時(shí)代必不可少的工藝步驟之一?；瘜W(xué)機(jī)械拋光工藝是在一定的向下壓力下將娃片和拋光臺(tái)/拋光墊保持旋轉(zhuǎn)，將拋光液輸入拋光墊上，在化學(xué)和機(jī)械的協(xié)同作用下，獲得高質(zhì)量的拋光硅片。用于硅片拋光的拋光液通常包括磨料(二氧化硅或氧化鋁)、分散劑及腐蝕劑(無機(jī)堿或有機(jī)堿)。但是，目前在使用含固體磨料的拋光液對(duì)娃片拋光時(shí)，對(duì)娃片表面存在損傷，極易出現(xiàn)拋光劃痕、凹坑等表面缺陷，造成硅片拋光后表面粗糙度大，同時(shí)，拋光后從硅片表面去除殘留拋光液的清洗步驟復(fù)雜，且不易清洗干凈。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問題，提供一種可降低拋光表面粗糙度、清洗方便的表面改性納米磨料硅片拋光液。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是表面改性納米磨料硅片拋光液，其特征在于是所述拋光液由表面改性納米磨料、兩性表面活性劑、高分子表面活性劑、含氮羧酸類螯合劑、有機(jī)胺及純水組成，pH值為10.0- 12. 0，優(yōu)選為11.0-11.5。各原料的質(zhì)量百分比為
表面改性納米磨料5% 50%
兩性表面活性劑1% 5%
高分子表面活性劑1%~5%
含氮羧酸類螯合劑0.5%~5%
有機(jī)胺1% 10%
純水余量
所述表面改性納米磨料采用SiO2或Al2O3將有機(jī)聚合物粒子表面改性后形成的復(fù)合聚合物粒子，粒徑為200 2000nm,所述有機(jī)聚合物粒子為聚苯乙烯、苯乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸類聚合物、聚乙烯、聚丙烯或聚酰胺中的一種或幾種；所述的表面改性是指將SiO2或Al2O3與有機(jī)聚合物粒子通過硅烷偶聯(lián)劑結(jié)合，所述的硅烷偶聯(lián)劑為乙
烯基三氯硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或4-縮水甘油基丁基三甲氧基硅烷。所述兩性表面活性劑選自烷基氨基丙酸鹽(RN+H2CH2CH2CO(T)、烷基二甲基甜菜堿(RN+(CH3)2CH2CO(T)，烷基羥基磺丙基甜菜堿[RN+(CH3)2CH2CH (OH) CH2SO3I、烷基二甲基羥丙基磷酸脂甜菜堿[RN+ (CH3) 2CH2CH (OH) CH2HPO4-]中的一種或幾種，其分子結(jié)構(gòu)中烷基的碳原子數(shù)為12 18。 所述高分子表面活性劑選自環(huán)氧乙烷-環(huán)氧丙烷嵌段共聚物、聚乙烯醇、聚乙烯醇嵌段共聚物或聚苯乙烯嵌段共聚物、聚乙二醇(400-4000)、聚乙烯亞胺表面活性劑中的一種或幾種。所述含氮羧酸類螯合劑選自乙二胺四乙酸、二亞乙基三胺五乙酸、三亞乙基四胺六乙酸、次氮基三乙酸或其銨鹽或鈉鹽中的一種或幾種。所述有機(jī)胺為四甲基氫氧化銨、四乙基氫氧化銨、四丙基氫氧化銨、四丁基氫氧化
銨、三甲基芐基氫氧化銨、三甲基羥乙基氫氧化銨、二甲基二羥乙基氫氧化銨、二乙胺、三乙胺、乙二胺、單乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、異丙醇胺、二異丙醇胺或三異丙醇胺中的一種或幾種。所述純水是經(jīng)過離子交換樹脂過濾的水，其電阻至少是18MQ。本發(fā)明通過用特定無機(jī)磨料將有機(jī)聚合物粒子表面改性，使有機(jī)聚合物粒子具有足夠的強(qiáng)度和硬度，且具有適當(dāng)?shù)娜嵝裕诩訅?、加速拋光條件下，拋光得以一種“柔性拋光”的漸進(jìn)方式進(jìn)行，從而改善拋光后表面的微觀狀況，降低粗糙度。同時(shí)，本發(fā)明拋光液含有兩性表面活性劑，拋光后殘留在硅片表面的污染物易清洗。
具體實(shí)施例方式各原料在其質(zhì)量范圍內(nèi)選擇,總質(zhì)量為100%。制備方法在機(jī)械攪拌條件下，將稱量的表面改性納米磨料加入到純水中，采用超聲分散，在分散好的表明改性納米磨料分散液中加入兩性表面活性劑、高分子表面活性劑、含氮羧酸類螯合劑，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝?，加入有機(jī)胺調(diào)節(jié)到需要的PH值范圍，即可。用本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行拋光實(shí)驗(yàn)采用美國CETR公司的CP-4拋光機(jī)，拋光壓力3Psi,下盤轉(zhuǎn)速IOOrpm,拋光液流量8ml/min,采用Sartorius CP22 型精密電子天平(精度0. Olmg)對(duì)拋光前后硅片稱重，計(jì)算其材料去除率，拋光后表面通過ZYG05022測試拋光后硅片表面粗糙度(RMS)。拋光后材料去除速率為R = 780 900nm，表面粗糙度Ra = 0. 10 0. 13nm。實(shí)施例I :聚苯乙烯SiO2改性納米磨料5% ；十二烷基氨基丙酸鈉2%;聚乙二醇400 2% ；乙二胺四乙酸1%;
四甲基氫氧化銨I純水余量，溶液pH值為11. 5。按照上述具體實(shí)施方法制備拋光液并進(jìn)行拋光實(shí)驗(yàn)，拋光后材料去除速率為R =780nm,表面粗糙度 Ra = 0. 10nm。實(shí)施例2 :聚苯乙烯SiO2改性納米磨料20% ；十二烷基氨基丙酸鈉1% ；
聚乙二醇400 2% ；乙二胺四乙酸1%;四甲基氫氧化銨I % ；純水余量，溶液pH值為11. 2。按照上述具體實(shí)施方法制備拋光液并進(jìn)行拋光實(shí)驗(yàn)，拋光后材料去除速率為R =820nm,表面粗糖度 Ra = 0. 10nm。實(shí)施例3 :聚苯乙烯SiO2改性納米磨料20% ；十八燒基氣基丙酸納3% ；聚乙二醇400 2% ；乙二胺四乙酸二鈉鹽1%;四乙基氫氧化銨I % ；純水余量，溶液pH值為11. 4。按照上述具體實(shí)施方法制備拋光液并進(jìn)行拋光實(shí)驗(yàn)，拋光后材料去除速率為R =820nm,表面粗糖度 Ra = 0. 10nm。實(shí)施例4 聚苯乙烯SiO2改性納米磨料50% ；十二烷基二甲基甜菜堿I % ；聚乙二醇400 5% ；乙二胺四乙酸二鈉鹽1%;單乙醇胺1%;純水余量，溶液pH值為11. 3。按照上述具體實(shí)施方法制備拋光液并進(jìn)行拋光實(shí)驗(yàn)，拋光后材料去除速率為R =850nm,表面粗糖度 Ra = 0. 12nm。實(shí)施例5 :聚乙烯SiO2改性納米磨料40 %十六烷基氨基丙酸鈉3%;聚乙二醇400 5% ；乙二胺四乙酸二鈉鹽1%;二乙醇胺 2%;純水余量，溶液pH值為11. 2。按照上述具體實(shí)施方法制備拋光液并進(jìn)行拋光實(shí)驗(yàn)，拋光后材料去除速率為R =830nm,表面粗糙度 Ra = 0. llnm。實(shí)施例6 :聚乙烯SiO2改性納米磨料40%十六烷基氨基丙酸鈉3%;
聚乙二醇400 5% ；乙二胺四乙酸二鈉鹽1%;乙二胺1%;純水余量，溶液pH值為11. 5。按照上述具體實(shí)施方法制備拋光液并進(jìn)行拋光實(shí)驗(yàn)，拋光后材料去除速率為R =825nm,表面粗糙度 Ra = 0. llnm。實(shí)施例I 聚苯乙烯Al2O3改性納米磨料5% ；十二烷基二甲基甜菜堿5 % ；聚乙烯醇2%;二亞乙基三胺五乙酸0.5%;二乙醇胺 3%;純水余量，溶液pH值為11. 5。按照實(shí)施例I的方法制備拋光液及進(jìn)行拋光實(shí)驗(yàn)，拋光后材料去除速率為R =830nm,表面粗糙度 Ra = 0. llnm。實(shí)施例8 聚苯乙烯Al2O3改性納米磨料25% ；十八烷基二甲基甜菜堿I % ；聚乙烯醇2%;二亞乙基三胺五乙酸0.5%;三乙胺1%;純水余量，溶液pH值為11.0。按照實(shí)施例I的方法制備拋光液及進(jìn)行拋光實(shí)驗(yàn)，拋光后材料去除速率為R =850nm,表面粗糖度 Ra = 0. 12nm。實(shí)施例9 聚苯乙烯Al2O3改性納米磨料50% ；十二烷基二甲基甜菜堿I % ；聚乙二醇10003%;二亞乙基三胺五乙酸0.5%;四甲基氫氧化銨2 % ；純水余量，溶液pH值為11. 3。按照具體實(shí)施例的方法制備拋光液及進(jìn)行拋光實(shí)驗(yàn)，拋光后材料去除速率為R =900nm，表面粗糖度 Ra = 0. 13nm。實(shí)施例10 聚乙烯Al2O3改性納米磨料35 % ；十六烷基二甲基甜菜堿I % ;聚乙二醇10003%;二亞乙基三胺五乙酸0.5%;二乙醇胺 2%;
純水余量，溶液pH值為11.0。
按照具體實(shí)施例的方法制備拋光液及進(jìn)行拋光實(shí)驗(yàn)，拋光后材料去除速率為R =840nm,表面粗糙度 Ra = 0. 12nm。
權(quán)利要求
1.一種表面改性納米磨料硅片拋光液,其特征在于由表面改性納米磨料、兩性表面活性劑、高分子表面活性劑、含氮羧酸類螯合劑、有機(jī)胺及純水組成，pH值為10. 0 12. 0，各原料的質(zhì)量百分比為表面改性納米磨料5% 50%兩性表面活性劑1%~5%高分子表面活性劑1%~5%含氮羧酸類螯合劑0.5%~5%有機(jī)胺1% 10%純水余量
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的表面改性納米磨料硅片拋光液，其特征在于所述的表面改性納米磨料是采用SiO2或Al2O3將有機(jī)聚合物粒子表面改性后形成的復(fù)合聚合物粒子，粒徑為200 2000nm,所述的有機(jī)聚合物粒子為聚苯乙烯、苯乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸類聚合物、聚乙烯、聚丙烯或聚酰胺中的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的表面改性納米磨料硅片拋光液，其特征在于所述的表面改性是指將SiO2或Al2O3與有機(jī)聚合物粒子通過硅烷偶聯(lián)劑結(jié)合，所述的硅烷偶聯(lián)劑為乙烯基三氯硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或4-縮水甘油基丁基三甲氧基硅燒。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的表面改性納米磨料硅片拋光液，其特征在于所述的兩性表面活性劑選自烷基氨基丙酸鹽(RN+H2CH2CH2CO(T)、烷基二甲基甜菜堿[RN+(CH3)2CH2C00_]，烷基羥基磺丙基甜菜堿[RN+ (CH3) 2CH2CH (OH) CH2SO3-]、烷基二甲基羥丙基磷酸脂甜菜堿[RN+(CH3)2CH2CH(OH) CH2HPO4I，中的一種或幾種，其分子結(jié)構(gòu)中烷基的碳原子數(shù)為12 18。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的表面改性納米磨料硅片拋光液，其特征在于所述的高分子表面活性劑選自環(huán)氧乙烷-環(huán)氧丙烷嵌段共聚物、聚乙烯醇、聚乙烯醇嵌段共聚物或聚苯乙烯嵌段共聚物、聚乙二醇、聚乙烯亞胺表面活性劑中的一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的表面改性納米磨料硅片拋光液，其特征在于所述的含氮羧酸類螯合劑選自乙二胺四乙酸、二亞乙基三胺五乙酸、三亞乙基四胺六乙酸、次氮基三乙酸或其銨鹽或鈉鹽中的一種或幾種。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的表面改性納米磨料硅片拋光液，其特征在于所述的有機(jī)胺為四甲基氫氧化銨、四乙基氫氧化銨、四丙基氫氧化銨、四丁基氫氧化銨、三甲基芐基氫氧化銨、三甲基羥乙基氫氧化銨、二甲基二羥乙基氫氧化銨、二乙胺、三乙胺、乙二胺、單乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、異丙醇胺、二異丙醇胺或三異丙醇胺中的一種或幾種。
全文摘要
本發(fā)明公開一種可降低拋光表面粗糙度、清洗方便的表面改性納米磨料硅片拋光液，由表面改性納米磨料、兩性表面活性劑、高分子表面活性劑、含氮羧酸類螯合劑、有機(jī)胺及純水組成，pH值為10.0～12.0，各原料的質(zhì)量百分比為表面改性納米磨料5％～50％，兩性表面活性劑1％～5％，高分子表面活性劑1％～5％，含氮羧酸類螯合劑0.5％～5％，有機(jī)胺1％～10％，純水余量，所述表面改性納米磨料是采用SiO2或Al2O3將有機(jī)聚合物粒子表面改性而形成的復(fù)合聚合物粒子，粒徑為200～2000nm。
文檔編號(hào)C09G1/02GK102660195SQ20121013133
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月2日
發(fā)明者侯軍, 崔京南, 高遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:常熟奧首光電材料有限公司