[发明专利]一种硅片化学机械抛光液及其应用

说明书

本发明公开了一种硅片化学机械抛光液及其应用，所述抛光液包含纳米氧化硅磨料、速率促进剂、表面活性剂和去离子水。本发明的化学机械抛光液是一种用于硅晶圆片的抛光液，通过添加一定量的特定表面活性剂，能够获得良好的表面粗糙度，改善抛光后硅晶圆片的表面质量。

技术领域

本发明涉及化学机械抛光技术领域，尤其涉及一种用于半导体硅片材料的化学机械抛光液。

背景技术

众所周知，硅材料因具有单方向导电特性、热敏特性、光电特性、掺杂特性等优良性能，可以生长为大尺寸高纯度晶体，且储量丰富、价格低廉，故成为全球应用最广泛、最重要的半导体基础材料。硅片是制造芯片的基本衬底材料，目前全球半导体市场中，90％以上的芯片和传感器都是基于硅材料制造而成。硅片表面的粗糙度是影响集成电路刻蚀线宽的重要因素之一，随着集成电路集成度的不断提高，特征尺寸的不断减小，对硅片的加工精度和表面质量的要求也越来越高。例如，半导体行业协会对于特征尺寸为0.065～0.13μm的硅片要求是：全局平整度2μm、表面粗糙度达到纳米和亚纳米级、表面很小的残余应力和损失层或无损伤。

利用化学机械抛光技术对硅片表面进行平坦化处理，是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。化学机械抛光(CMP)工艺就是使用一种含磨料的混合物以及抛光垫，通过化学作用及机械作用，来抛光硅片的表面。在典型的CMP中，将硅片衬底直接与旋转抛光垫接触，同时用一载重物在衬底背面施加压力。在抛光期间，将磨料和化学活性溶液(通常称为抛光液或抛光浆料)涂于抛光垫上，该抛光液与正在抛光的硅片表面发生化学反应，抛光垫和操作台旋转，产生相对运动，同时在衬底背面保持向下的力，进行抛光过程。

通常，硅片的化学机械抛光过程，在切片和研磨工艺之后，分为2个步骤：第一步采用较高的下压力，以快且高效的去除速率去除因切割和研磨工艺造成的表面损伤；第二步采用较低的下压力，以较低的去除速率去除表面损伤层，获得良好的表面粗糙度，从而实现平坦化。然而，由于磨料硬度、机械作用等因素，硅片的表面粗糙度仍然较大，表面仍然会存在划痕、凹坑等表面缺陷。如何获得良好的表面粗糙度一直是业界研究的热点。专利CN101974296A采用了一种核壳结构的复合纳米磨料，专利CN102660195A对磨料进行了表面改性，两者都是通过降低磨料表面的硬度的方法，以减少磨料引起的表面划伤和损伤。但是磨料硬度的降低，会使得抛光速率降低，延长抛光时间，降低抛光的效率。

因此，硅片的CMP工艺中，在不降低抛光速率的前提下，如何获得良好的表面粗糙度仍是当前需要解决的重要问题。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，通过添加少量的特殊表面活性剂，使得硅片在CMP工艺后，能够获得良好的表面粗糙度，改善抛光后硅晶圆片的表面质量。

本发明的再一目的在于提供这种硅片化学机械抛光液在硅片化学机械抛光中的应用。

为了实现以上的发明目的，本发明采用如下的技术方案：

一种硅片化学机械抛光液，以所述抛光液总重量计，包括质量百分数为5％～20％的氧化硅磨料、0.2～12％的速率促进剂、0.001～0.02％的表面活性剂、余量为水。

在一个优选的实施方案中，所述的硅片化学机械抛光液，以所述抛光液总重量计，包括质量百分数为10％～20％的氧化硅磨料、0.5～10％的速率促进剂、0.003～0.015％的表面活性剂、余量为水。

在一个具体的实施方案中，所述的速率促进剂选自乙二胺、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、哌嗪、单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺或异丙醇胺中的一种或几种，优选为哌嗪。