[发明专利]用于硅晶圆基材的复合磨料化学机械抛光浆料及制备方法

说明书

本发明提供了一种用于硅晶圆基材的复合磨料化学机械抛光浆料及制备方法，包括以下重量百分比的组分：氧化铝/二氧化硅复合磨料0.5%‑15wt%、0.3%‑7.5wt%配合剂、1.5%‑12wt%氧化剂、0.004%‑0.05wt%有机胺化合物、pH调节剂，其余为水。本发明通过简单的水热‑高温矿化法制备得到片状氧化铝，通过有机硅源水解法制备得到球形二氧化硅和非球形二氧化硅，通过片状氧化铝与球形二氧化硅或非球形二氧化硅组成复合磨料，配制成化学机械抛光浆料，为提高抛光效率，降低表面损伤率，提高晶圆全局平坦化提供了一种可行性技术路线。

技术领域

本发明涉及纳米级全局平坦化精密超精密加工技术领域，具体涉及一种用于硅晶圆基材的复合磨料化学机械抛光浆料及制备方法。

背景技术

化学机械抛光技术（CMP）是目前几乎唯一的可以提供全局平面化的技术，广泛应用于集成电路（IC）和超大规模集成电路中（ULSI）对基体材料硅晶片的抛光。

CMP将超细粒子的机械研磨作用与氧化剂的化学腐蚀作用有机地结合起来，对材料表面进行超精加工，可得到用其它任何平面化加工不能得到的低的表面形貌变化。其中CMP技术的关键之一为研磨料的制备和抛光液的分散稳定，它们直接影响CMP的抛光速率、选择性以及对基片表面的损伤等各项指标。

氧化铝和二氧化硅是目前广泛采用的磨料。然而，氧化铝在配制浆料的过程中，存在分散稳定性不好、易团聚等缺点，往往在几分钟内就会出现沉淀，颗粒变粗，所以在抛光中表面划伤严重，损伤层深。另外，当前主流的二氧化硅研磨颗粒为纳米级烧结的或无定型的二氧化硅。烧结的二氧化硅有棱角，硬度较大，抛光过程中去除速率较快，但是容易在晶片表面产生划伤；无定型二氧化硅一般为球形，边缘光滑，硬度较小，抛光过程中对晶片表面损伤较小，但是存在抛光速率较低的问题（球形颗粒在抛光过程中容易滚动）。由此，如何提高抛光浆料磨粒的分散稳定性，提高材料抛光速率而又不损伤材料表面质量，是CMP抛光液面临的一大难题。

当前，解决上述问题的路径之一是研磨颗粒趋向于稳定化、小粒径化以及独特化。片状氧化铝相对于常规的纳米氧化铝，其平整光滑的片形表面对于被磨对象(如半导体硅晶片，智能手机外壳等等)来说不易划伤，产品的合格品率可因此提高10%至15%。而成为高精密微电子行业，宝石加工业和金属陶瓷行业的新宠。非球形二氧化硅颗粒具有独特的形状、较大的比表面积和较软的质地，可以同时实现抛光的快速化与高表面质量的完美结合，也深得研究者青睐。

解决上述问题的路径之二是磨料的复合，即磨料同时具有两种或两种以上的成分。相关研究指出，复合磨料在抛光过程中具有更高的去除速率、更大的材料去除选择比以及更少的表面缺陷等（Journal of The Electrochemical Society，2003，1 50(5)：G314-G318；Electrochemical and Solid．State Letters，2002，5(7)：G48G50）。

因此，有必要开发一种用于硅晶圆基材的复合磨料（片状氧化铝与球形二氧化硅或非球形二氧化硅复合磨料）化学机械抛光浆料，来解决上述问题，例如：单一氧化铝磨粒的分散不稳定；单一二氧化硅磨料抛光效率低；基片表面损伤严重等。

发明内容

本发明提出了一种用于硅晶圆基材的复合磨料化学机械抛光浆料及制备方法，该浆料为解决现有化学机械抛光液存在的问题（例如，单一磨料分散不稳定，单一磨料抛光效率低，基片表面损伤严重等问题）提供了一种可行性技术路径。同时提供的抛光浆料具有配制方法简单、成本低，宽泛的pH值调节范围，赋予其更广泛的适用领域。

实现本发明的技术方案是：

一种用于硅晶圆基材的复合磨料化学机械抛光浆料，包括以下重量百分比的组分：氧化铝/二氧化硅复合磨料0.5%-15wt%、0.3%-7.5wt%配合剂、1.5%-12wt%氧化剂、0.004%-0.05 wt%有机胺化合物、pH调节剂，其余为水。