[发明专利]一种去除半导体硅片表面缺陷的抛光组合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体表面抛光技术领域，特别涉及一种用于半导体硅片化学机械抛光(CMP)的抛光组合物，该组合物可以有效的去除半导体硅片表面腐蚀和微观缺陷，并降低表面残余应力、损伤层和粗糙度。

背景技术

20世纪70年代，多层金属化技术被引入到集成电路制造工艺中，此技术使芯片的垂直空间得到有效的利用，并提高了器件的集成度。但这项技术使得半导体硅片表面不平整度加剧，由此引发的一系列问题，如引起光刻胶厚度不均进而导致光刻受限等，严重影响了大规模集成电路（ULSI）的发展。针对这一问题，业界先后开发了多种平坦化技术，主要有反刻、玻璃回流、旋涂膜层等，但效果并不理想。80年代末，IBM公司将CMP技术进行了发展使之应用于半导体硅片的平坦化，其在表面平坦化上的效果较传统的平坦化技术有了极大的改善，从而使之成为了大规模集成电路制造中有关键地位的平坦化技术。

以硅材料为主的半导体专用材料已是电子信息产业最重要的基础功能材料，在国民经济和军事工业中占有很重要的地位。全世界的半导体器件中有95%以上是用硅材料制成，其中85%的集成电路也是由硅材料制成。获得表面加工精度更高的硅晶片是制造集成电路的重要环节，直接关系到集成电路的合格率。目前，IC技术已进入线宽小于0.1μm的纳米电子时代，对硅单晶抛光片的表面平整度、缺陷和粗糙度等提出更高的要求。因此，一种可以有效去除表面腐蚀和微观缺陷，并降低表面残余应力、损伤层和粗糙度的新型抛光液是十分必要的。

目前，利用化学机械抛光(CMP)技术对半导体硅片表面进行平坦化处理，已经成为集成电路制造技术必不可少的工艺步骤之一。通常情况下，CMP分为初级抛光和终抛光两个步骤。在初级抛光过程中使用的是粗抛液，粗抛液的特点是抛光速率快，可达到1μm/min左右，但是使用过程中容易引起严重腐蚀，而且抛光后表面微腐蚀较多，因而表面较为粗糙；在终抛光过程中，使用精抛液可以在很大程度上降低粗糙度和表面微小缺陷，但其去除缺陷能力十分有限，对于稍严重的腐蚀效率不高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提出一种去除半导体硅片表面缺陷的抛光组合物及其制备方法，本发明可以快速有效地去除半导体硅片表面腐蚀和微观缺陷，并降低表面残余应力、损伤层和粗糙度，并获得无颗粒残留的一种新型CMP的组合物。

为了实现上述目标，抛光组合物中首先加入磨粒和一种或多种抛光加速剂以保证一定的抛光速度要求；其次，加入一种或多种表面保护剂可以控制二氧化硅磨粒和抛光加速剂对半导体硅片表面的作用，进而减少划伤和腐蚀；再次，加入的一种或多种分散剂调节了抛光组合物的流变性能，以利于抛后获得无残留的表面。最后，一种或多种具有络合性能的PH调节剂能够减少抛后表面金属离子残留。特别需要指出的是：本发明中聚氧乙烯醚非离子表面活性剂作为表面保护剂与含有膦酸及羧酸基团pH调节剂的共同使用下，聚氧乙烯醚中的氧原子和氢原子分别与含有膦酸及羧酸基团pH调节剂中的氧原子和氢原子形成氢键，这种相互作用，使得他们更有利于吸附于半导体硅片表面，既增强化学腐蚀和去除速率的统一性又可以控制化学腐蚀的速度。其特点在于可以有效的去除半导体硅片表面腐蚀和微观缺陷，并降低表面残余应力、损伤层和粗糙度。

本发明的一种去除半导体硅片表面微观缺陷的抛光组合物，该组合物包括胶体二氧化硅磨粒、抛光加速剂、表面保护剂、分散剂、pH调节剂，所述的组合物的pH值为8.0～10.5。

本发明的上述组合物的组分含量为：

胶体二氧化硅磨粒：5～80wt%；

抛光加速剂：0.01～20wt%；

表面保护剂：0.001～2wt%；

分散剂：0.001～2wt%；

pH调节剂：0.01～2wt%；

去离子水：余量。

其中，所述的抛光加速剂为，氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸氢钾、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸钠、异丙醇胺、二异丙醇胺、氨基丙醇、四乙基胺、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、羟乙基乙二胺、六亚甲基二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、无水哌嗪、六水哌嗪中的一种或几种。

其中，所述的表面保护剂为，聚氧乙烯醚非离子表面活性剂中的一种或几种。

其中，所述的聚氧乙烯醚非离子表面活性剂为，聚氧乙烯(9)月桂醇醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚中的一种或几种。

其中，所述的分散剂为，聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯亚胺、聚氧化乙烯、聚丙烯酸和聚丙烯酰胺中的一种或几种。