[发明专利]一种硅晶片精抛光组合物及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学机械抛光(CMP)领域，特别涉及一种可实现硅晶片近极限抛光的精抛组合物。

背景技术

集成电路硅衬底晶片正逐渐发展到450mm直径，对加工精度、表面粗糙度、表面缺陷、表面洁净度等提出更高的要求。按SIA的技术要求，硅片表面总厚度变化(TTV)<0.2μm，表面粗糙度达到亚纳米级，硅片表面0.05μm的颗粒少于50个/片。高度平坦化、极低表面粗糙度、极低微观缺陷的表面成为下一代高技术电子产品制造中的共同要求，这些要求甚至接近极限。

目前，利用化学机械抛光(CMP)技术对硅片表面进行平坦化处理，已成为集成电路制造技术进入深亚微米以后技术时代必不可少的工艺步骤之一，国内外已相继公开了一批相关专利技术，如EP0371147B1、US5352277、CN101671528A、CN102061131A。

传统的CMP系统由以下三部分组成：旋转的硅晶片夹持装置、承载抛光垫的工作台、抛光液(浆料)供应系统。抛光时，旋转的工件以一定的压力施于随工作台一起旋转的抛光垫上，抛光液在工件与抛光垫之间流动，并在工件表面产生化学反应，工件表面形成的化学反应物由磨料的机械摩擦作用去除。在化学成膜与机械去膜的交替过程中，通过化学与机械的共同作用从工件表面去除极薄的一层材料，最终实现超精密表面加工，在实际生产中，硅晶片的最终精抛光是表面质量的决定性步骤。

集成电路硅晶片表面的发展趋势为近极限光滑，因此，有效控制磨粒造成的沉积、凹坑、划痕等表面损伤是检验硅晶片精抛光液的重要指标之一，按目前集成电路对硅晶片衬底的要求，硅片表面颗粒(0.05μm的颗粒)密度需控制在0.28(个/cm2)以内。近极限光滑表面指的是被加工表面的质量，包括加工表面粗糙度等接近国际上的加工技术所能达到的极限。随着抛光颗粒的不断降低，颗粒的切削作用减弱，材料去除机制将发生变化，从颗粒磨削向分子/原子去除演变。尤其是抛光颗粒尺寸降低到几个纳米时，颗粒的表面能、表面化学性质、吸附特性等将对抛光过程中颗粒运动及与材料作用机理产生显著影响，有助于近极限的光滑表面抛光的实现，解决CMP抛光技术中磨粒造成的凹坑、划痕等表面损伤等问题，避免抛光雾和划痕的产生及其引起的图形缺陷、外延缺陷和后续布线的完整性。

现阶段，已有一些专利和文献报道了如何减少颗粒沉积和划痕微缺陷的方法，但直接从采用极小纳米颗粒的角度出发，减少缺陷和提高表面精度方面还未见明确说明。

发明内容

本发明克服了现有技术中存在的硅晶片精抛光液在抛光过程中由颗粒造成的一系列缺陷问题，公开了一种可实现硅晶片近极限抛光的硅晶片精抛光组合物及制备方法。

为了实现上述目标，本发明采用了粒径降低到几个纳米的抛光颗粒，及稳定此抛光颗粒的羟基含氮碱性化合物及羟基羧基酸性化合物，这些组分有效的保持了颗粒的稳定及分散，提高了抛光后硅晶片表面的精度和质量。

一种可实现硅晶片近极限抛光的硅晶片精抛光组合物，其由粒径0.1-10nm纳米的抛光颗粒、羟基含氮碱性化合物、羟基羧基酸性化合物、碱性化合物、高分子化合物、表面活性剂和去离子水组成。

本发明所述组合物各组分配比如下：

本发明所述二氧化硅溶胶是粒径为0.1～10nm的胶体二氧化硅，pH小于6的酸性硅溶胶。

本发明所述羟基羧基酸性化合物为柠檬酸、水杨酸、羟基乙酸、苹果酸、乳酸中的一种。

本发明所述羟基含氮碱性化合物为异丙醇胺、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的一种。

本发明所述高分子化合物为纤维素，具体为羧甲基纤维素、磺酸乙基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素、羧乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟丁基甲基纤维素、羟乙基纤维素中的一种或几种。

本发明所述表面活性剂为非离子表面活性剂。非离子表面活性剂为聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)、聚乙烯醚(PEO)、吐温(TWEEN)中的一种或几种。

本发明所述碱性化合物为碳酸铵、碳酸氢铵、氨水、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、三甲基羟乙基氢氧化铵、二甲基二羟乙基氢氧化铵、无水哌嗪或六水哌嗪中的一种或几种。

本发明所述组合物的pH为8～12。

本发明所述组合物含0.1～10nm酸性硅溶胶8wt％，含0.1wt％羟基乙酸、0.4wt％二乙醇胺、0.3wt％羟乙基纤维素、0.05wt％羟丙基甲基纤维素、0.3wt％聚乙烯醚、2.0wt％氨水。