一種可實(shí)現(xiàn)快速穩(wěn)定拋光的拋光液的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種硅襯底材料化學(xué)機(jī)械拋光液，具體涉及一種可實(shí)現(xiàn)單晶硅快速穩(wěn) 定拋光的拋光液。
【背景技術(shù)】
[0002] 單晶硅是最重要的半導(dǎo)體材料之一，應(yīng)用的尺寸從最初的2英寸（50cm)發(fā)展到8 英寸（450cm)，一直都是現(xiàn)代集成電路發(fā)展的基石。隨著摩爾定律的發(fā)展，晶圓尺寸的擴(kuò)大 及芯片特征尺寸不斷的減少，芯片加工過(guò)程步驟越來(lái)越繁瑣，要求也越來(lái)越高，如何保證加 工效率和質(zhì)量是當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)。
[0003] 作為芯片制造重要步驟，化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)是芯片特征尺寸降低的重要保證。為 了降低表面的粗糙度和應(yīng)力層、提高平整度，硅襯底材料需要經(jīng)過(guò)粗、細(xì)、精等拋光過(guò)程，要 求更高的襯底還需要增加一個(gè)以上的拋光步驟。因此，提高拋光過(guò)程的效率具有十分重要 的意義。
[0004] 硅襯底粗拋光過(guò)程去除量最大，占整個(gè)拋光步驟絕大部分的去除量，這個(gè)過(guò)程對(duì) 硅表面的應(yīng)力層和平整度影響最大。在滿足去除量的條件下，為了縮短拋光時(shí)間可以從拋 光液和拋光工藝兩個(gè)方面改進(jìn)。在拋光液方面，增大拋光液的化學(xué)腐蝕作用有利于拋光速 率的加快，但是化學(xué)作用的增強(qiáng)表面較易于出現(xiàn)腐蝕缺陷，需要加入其它助劑來(lái)保護(hù)，而助 劑的加入又可能帶來(lái)拋光速率的下降問(wèn)題，反而得不償失；除此之外，增加拋光液的固含量 是另一改進(jìn)方法，而固含量的增加副作用同樣不容忽視：除了表面的劃傷之外，較深的應(yīng)力 層會(huì)給接下來(lái)的加工增加困難。在拋光工藝方面，最有效的做法是增加拋光過(guò)程的壓強(qiáng)，專 利CN 102172878B采用分段加壓法，壓強(qiáng)最高加到lkg/cm2,較大的壓強(qiáng)很可能會(huì)產(chǎn)生較深 的應(yīng)力層。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，解決在常規(guī)的工藝條件下，不影響應(yīng)力 層和表面粗糙度的前提下提高硅襯底拋光去除速率的問(wèn)題，而提供一種硅襯底材料快速穩(wěn) 定拋光的拋光液。
[0006] 一種可實(shí)現(xiàn)快速穩(wěn)定拋光的拋光液，其特征在于，所述的拋光液包含：
[0007] 5-20wt %的納米級(jí)磨料，所述的磨料選自膠體二氧化娃顆粒；
[0008] l-10wt%的堿性腐蝕劑；
[0009] 5-10wt%的鹽，所述的鹽選自水溶性鈉鹽、鉀鹽或銨鹽；
[0010] 0? oi-lwt%的穩(wěn)定劑；
[0011] 去離子水余量。
[0012] 所述膠體二氧化娃顆粒粒徑分布范圍為40-80nm，其平均粒徑為55nm。
[0013] 所述堿性腐蝕劑為氫氧化鉀、氫氧化鈉、氨、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、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、吡啶、哌嗪、咪唑、雙胍、四 甲基胍中的一種或幾種。
[0014] 所述水溶性鈉鹽、鉀鹽或銨鹽的陰離子包括氯、氟、溴、碘、氯酸、次氯酸、溴酸、次 溴酸、硫酸、亞硫酸、硫代硫酸、硝酸、亞硝酸、磷酸、硼酸、碳酸及其酸式鹽中的一種或幾種。
[0015] 所述水溶性鈉鹽為氯化鈉、氟化鈉、溴化鈉、碘化鈉、氯酸鈉、次氯酸鈉、溴酸鈉、次 溴酸鈉、硫酸鈉、硫酸氫鈉、亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、硫代硫酸鈉、硝酸鈉、亞硝酸鈉、磷酸鈉、 磷酸氫鈉、磷酸二氫鈉、硼酸鈉、硼酸氫鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉中的至少一種；所述水溶性鉀 鹽為氯化鉀、氟化鉀、溴化鉀、碘化鉀、氯酸鉀、次氯酸鉀、溴酸鉀、次溴酸鉀、硫酸鉀、硫酸氫 鉀、亞硫酸鉀、亞硫酸氫鉀、硫代硫酸鉀、硝酸鉀、亞硝酸鉀、磷酸鉀、磷酸氫鉀、磷酸二氫鉀、 硼酸鉀、硼酸氫鉀、碳酸鉀、碳酸氫鉀中的至少一種；所述水溶性銨鹽包括氯化銨、氟化銨、 溴化銨、碘化銨、氯酸銨、次氯酸銨、溴酸銨、次溴酸銨、硫酸銨、硫酸氫銨、亞硫酸銨、亞硫酸 氫銨、硫代硫酸銨、硝酸銨、亞硝酸銨、磷酸銨、磷酸氫銨、磷酸二氫銨、硼酸銨、硼酸氫銨、碳 酸銨、碳酸氫銨中的至少一種。
[0016] 所述穩(wěn)定劑選自一類主鏈為聚醚結(jié)構(gòu)，末端活性官能團(tuán)為胺基的聚醚胺；所述穩(wěn) 定劑分子量小于10000。
[0017] 所述聚醚胺有單胺、二胺、三胺、仲胺、位阻胺和聚四亞甲基乙二醇基的聚醚胺。
[0018] 所述單胺系列是由單醇引發(fā)劑與環(huán)氧丙烷或環(huán)氧乙烷反應(yīng)，再將反應(yīng)產(chǎn)物端羥基 轉(zhuǎn)化為胺基得到，型號(hào)有M-600、M-1000、M-2005、M-2070 ;所述二胺系列包括D系列、ED 系列，EDR 系列，包括 D-230、D-400、D-2000、D-4000、ED-600、ED-900、ED-2003、EDR-104、 EDR-148、EDR-176 ;所述三胺系列由三醇引發(fā)劑與環(huán)氧丙烷反應(yīng)后經(jīng)胺基化端羥基得到的 三元胺，包括T-403、T-3000、T-5000 ;所述的仲胺系列是由端胺基與酮類反應(yīng)得到的具有 空間位阻的仲胺，包括SD-231、SD-401、SD-2001、ST-404 ;SD代表二元仲胺，ST代表三元仲 胺；所述的聚四亞甲基乙二醇基聚醚胺包括XTJ-542、XTJ-548、XTJ-559。
[0019] 本發(fā)明的拋光液的pH值在9-12之間。
[0020] 本發(fā)明的拋光液電導(dǎo)率大于30ms/cm。
[0021] 本發(fā)明的拋光液是濃縮液，使用時(shí)需加入去離子水稀釋到一定的倍數(shù)使用。
[0022] 本發(fā)明的拋光液特點(diǎn)在于，拋光液中強(qiáng)電解質(zhì)及時(shí)分解并帶走拋光過(guò)程中產(chǎn)生不 溶解物質(zhì)，始終保持活性較高硅晶片表面和無(wú)殘留的拋光布表面，保證了拋光過(guò)程的穩(wěn)定 快速去除。
[0023] 本發(fā)明拋光液可以達(dá)到1.5 ym/min以上，在同等工藝條件下是普通商用拋光液 的1. 5倍。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面通過(guò)具體實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅僅局限 于下述實(shí)施例。
[0025] 實(shí)驗(yàn)中使用的拋光機(jī)為SpeedFAM36型單面拋光機(jī)；每次循環(huán)拋光時(shí)間為15min ; 壓強(qiáng)為300g/cm2,每次同時(shí)拋12個(gè)6寸（100)P型單晶硅片，拋光液流量1.5L/min，轉(zhuǎn)速 50rpm，使用Suba800拋光墊，拋光溫度控制在40°C以下，拋光液稀釋8倍使用。
[0026] 每次拋光完成之后，通過(guò)測(cè)量厚度差得到去除量。具體測(cè)量方法為：在每一個(gè)拋光 頭上選取一片硅片測(cè)量，每一片硅片沿著其直徑分別均勻測(cè)量三個(gè)點(diǎn)。最后得到的結(jié)果為 十二個(gè)點(diǎn)的平均值。
[0027] 附表為各組分及拋光結(jié)果。
[0028]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種可實(shí)現(xiàn)快速穩(wěn)定拋光的拋光液，其特征在于，所述的拋光液包含： 5-20wt %的納米級(jí)磨料，所述的磨料選自膠體二氧化娃顆粒； I-IOwt %的堿性腐蝕劑； 5-10wt %的鹽，所述的鹽選自水溶性鈉鹽、鉀鹽或銨鹽；
0. ΟΙ-lwt%的穩(wěn)定劑； 去尚子水余量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光液，其特征在于，所述膠體二氧化硅顆粒粒徑分布范圍 為40-80nm，其平均粒徑為55nm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光液，其特征在于，所述堿性腐蝕劑為氫氧化鉀、氫氧化 鈉、氨、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、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、吡啶、哌嗪、咪唑、雙胍、四甲基胍中的一種或幾種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光液，其特征在于，所述水溶性鈉鹽、鉀鹽或銨鹽的陰離 子包括氯、氟、溴、碘、氯酸、次氯酸、溴酸、次溴酸、硫酸、亞硫酸、硫代硫酸、硝酸、亞硝酸、磷 酸、硼酸、碳酸及其酸式鹽中的一種或幾種。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光液，其特征在于，所述水溶性鈉鹽為氯化鈉、氟化鈉、溴 化鈉、碘化鈉、氯酸鈉、次氯酸鈉、溴酸鈉、次溴酸鈉、硫酸鈉、硫酸氫鈉、亞硫酸鈉、亞硫酸氫 鈉、硫代硫酸鈉、硝酸鈉、亞硝酸鈉、磷酸鈉、磷酸氫鈉、磷酸二氫鈉、硼酸鈉、硼酸氫鈉、碳酸 鈉、碳酸氫鈉中的至少一種；所述水溶性鉀鹽為氯化鉀、氟化鉀、溴化鉀、碘化鉀、氯酸鉀、次 氯酸鉀、溴酸鉀、次溴酸鉀、硫酸鉀、硫酸氫鉀、亞硫酸鉀、亞硫酸氫鉀、硫代硫酸鉀、硝酸鉀、 亞硝酸鉀、磷酸鉀、磷酸氫鉀、磷酸二氫鉀、硼酸鉀、硼酸氫鉀、碳酸鉀、碳酸氫鉀中的至少一 種；所述水溶性銨鹽包括氯化銨、氟化銨、溴化銨、碘化銨、氯酸銨、次氯酸銨、溴酸銨、次溴 酸銨、硫酸銨、硫酸氫銨、亞硫酸銨、亞硫酸氫銨、硫代硫酸銨、硝酸銨、亞硝酸銨、磷酸銨、磷 酸氫銨、磷酸二氫銨、硼酸銨、硼酸氫銨、碳酸銨、碳酸氫銨中的至少一種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光液，其特征在于，所述穩(wěn)定劑選自一類主鏈為聚醚結(jié)構(gòu)， 末端活性官能團(tuán)為胺基的聚醚胺；所述穩(wěn)定劑分子量小于1〇〇〇〇。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的拋光液，其特征在于，所述聚醚胺有單胺、二胺、三胺、仲胺、 位阻胺和聚四亞甲基乙二醇基的聚醚胺。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的拋光液，其特征在于，所述單胺系列是由單醇引發(fā)劑與環(huán) 氧丙烷或環(huán)氧乙烷反應(yīng)，再將反應(yīng)產(chǎn)物端羥基轉(zhuǎn)化為胺基得到，型號(hào)有M-600、M-1000、 M-2005、M-2070 ;所述二胺系列包括D系列、ED系列，EDR系列，包括D-230、D-400、D-2000、 D-4000、ED-600、ED-900、ED-2003、EDR-104、EDR-148、EDR-176 ;所述三胺系列由三醇引 發(fā)劑與環(huán)氧丙烷反應(yīng)后經(jīng)胺基化端羥基得到的三元胺，包括T-403、T-3000、T-5000 ;所 述的仲胺系列是由端胺基與酮類反應(yīng)得到的具有空間位阻的仲胺，包括SD-231、SD-401、 SD-2001、ST-404 ;SD代表二元仲胺，ST代表三元仲胺；所述的聚四亞甲基乙二醇基聚醚胺 包括 XTJ-542、XTJ-548、XTJ-559。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1-8項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的拋光液，其特征在于，所述拋光液的pH值為 9-12〇
10. 根據(jù)權(quán)利要求1-8項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的拋光液，其特征在于，所述拋光液電導(dǎo)率大于 30ms/cm〇
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種可實(shí)現(xiàn)快速穩(wěn)定拋光的拋光液，屬于半導(dǎo)體化學(xué)機(jī)械拋光領(lǐng)域。本發(fā)明中的主要成分包括二氧化硅磨粒、堿性腐蝕劑、聚醚胺類穩(wěn)定劑及可溶性鹽。本發(fā)明的拋光液電導(dǎo)率大于30ms/cm，利用高電解質(zhì)條件下拋光液中強(qiáng)電解作用及時(shí)分解并帶走拋光過(guò)程中產(chǎn)生不溶解物質(zhì)，始終保持活性較高硅晶片表面和無(wú)殘留的拋光布表面，保證了拋光過(guò)程的穩(wěn)定快速去除。本發(fā)明拋光液可以達(dá)到1.5μm/min以上，在同等工藝條件下是普通商用拋光液的1.5倍。
【IPC分類】C09G1-02
【公開(kāi)號(hào)】CN104650740
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410758849
【發(fā)明人】潘國(guó)順, 陳高攀, 顧忠華, 羅桂海, 龔樺
【申請(qǐng)人】深圳市力合材料有限公司, 清華大學(xué), 深圳清華大學(xué)研究院
【公開(kāi)日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2014年12月10日