一种可实现快速稳定抛光的抛光液的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种硅衬底材料化学机械抛光液，具体涉及一种可实现单晶硅快速稳 定抛光的抛光液。
【背景技术】
[0002] 单晶硅是最重要的半导体材料之一，应用的尺寸从最初的2英寸（50cm)发展到8 英寸（450cm)，一直都是现代集成电路发展的基石。随着摩尔定律的发展，晶圆尺寸的扩大 及芯片特征尺寸不断的减少，芯片加工过程步骤越来越繁琐，要求也越来越高，如何保证加 工效率和质量是当前面临的挑战。
[0003] 作为芯片制造重要步骤，化学机械抛光技术是芯片特征尺寸降低的重要保证。为 了降低表面的粗糙度和应力层、提高平整度，硅衬底材料需要经过粗、细、精等抛光过程，要 求更高的衬底还需要增加一个以上的抛光步骤。因此，提高抛光过程的效率具有十分重要 的意义。
[0004] 硅衬底粗抛光过程去除量最大，占整个抛光步骤绝大部分的去除量，这个过程对 硅表面的应力层和平整度影响最大。在满足去除量的条件下，为了缩短抛光时间可以从抛 光液和抛光工艺两个方面改进。在抛光液方面，增大抛光液的化学腐蚀作用有利于抛光速 率的加快，但是化学作用的增强表面较易于出现腐蚀缺陷，需要加入其它助剂来保护，而助 剂的加入又可能带来抛光速率的下降问题，反而得不偿失；除此之外，增加抛光液的固含量 是另一改进方法，而固含量的增加副作用同样不容忽视：除了表面的划伤之外，较深的应力 层会给接下来的加工增加困难。在抛光工艺方面，最有效的做法是增加抛光过程的压强，专 利CN 102172878B采用分段加压法，压强最高加到lkg/cm2,较大的压强很可能会产生较深 的应力层。
【发明内容】
[0005] 本发明目的是针对现有技术存在的问题，解决在常规的工艺条件下，不影响应力 层和表面粗糙度的前提下提高硅衬底抛光去除速率的问题，而提供一种硅衬底材料快速稳 定抛光的抛光液。
[0006] 一种可实现快速稳定抛光的抛光液，其特征在于，所述的抛光液包含：
[0007] 5-20wt %的纳米级磨料，所述的磨料选自胶体二氧化娃颗粒；
[0008] l-10wt%的碱性腐蚀剂；
[0009] 5-10wt%的盐，所述的盐选自水溶性钠盐、钾盐或铵盐；
[0010] 0? oi-lwt%的稳定剂；
[0011] 去离子水余量。
[0012] 所述胶体二氧化娃颗粒粒径分布范围为40-80nm，其平均粒径为55nm。
[0013] 所述碱性腐蚀剂为氢氧化钾、氢氧化钠、氨、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、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、吡啶、哌嗪、咪唑、双胍、四 甲基胍中的一种或几种。
[0014] 所述水溶性钠盐、钾盐或铵盐的阴离子包括氯、氟、溴、碘、氯酸、次氯酸、溴酸、次 溴酸、硫酸、亚硫酸、硫代硫酸、硝酸、亚硝酸、磷酸、硼酸、碳酸及其酸式盐中的一种或几种。
[0015] 所述水溶性钠盐为氯化钠、氟化钠、溴化钠、碘化钠、氯酸钠、次氯酸钠、溴酸钠、次 溴酸钠、硫酸钠、硫酸氢钠、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、硫代硫酸钠、硝酸钠、亚硝酸钠、磷酸钠、 磷酸氢钠、磷酸二氢钠、硼酸钠、硼酸氢钠、碳酸钠、碳酸氢钠中的至少一种；所述水溶性钾 盐为氯化钾、氟化钾、溴化钾、碘化钾、氯酸钾、次氯酸钾、溴酸钾、次溴酸钾、硫酸钾、硫酸氢 钾、亚硫酸钾、亚硫酸氢钾、硫代硫酸钾、硝酸钾、亚硝酸钾、磷酸钾、磷酸氢钾、磷酸二氢钾、 硼酸钾、硼酸氢钾、碳酸钾、碳酸氢钾中的至少一种；所述水溶性铵盐包括氯化铵、氟化铵、 溴化铵、碘化铵、氯酸铵、次氯酸铵、溴酸铵、次溴酸铵、硫酸铵、硫酸氢铵、亚硫酸铵、亚硫酸 氢铵、硫代硫酸铵、硝酸铵、亚硝酸铵、磷酸铵、磷酸氢铵、磷酸二氢铵、硼酸铵、硼酸氢铵、碳 酸铵、碳酸氢铵中的至少一种。
[0016] 所述稳定剂选自一类主链为聚醚结构，末端活性官能团为胺基的聚醚胺；所述稳 定剂分子量小于10000。
[0017] 所述聚醚胺有单胺、二胺、三胺、仲胺、位阻胺和聚四亚甲基乙二醇基的聚醚胺。
[0018] 所述单胺系列是由单醇引发剂与环氧丙烷或环氧乙烷反应，再将反应产物端羟基 转化为胺基得到，型号有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发剂与环氧丙烷反应后经胺基化端羟基得到的 三元胺，包括T-403、T-3000、T-5000 ;所述的仲胺系列是由端胺基与酮类反应得到的具有 空间位阻的仲胺，包括SD-231、SD-401、SD-2001、ST-404 ;SD代表二元仲胺，ST代表三元仲 胺；所述的聚四亚甲基乙二醇基聚醚胺包括XTJ-542、XTJ-548、XTJ-559。
[0019] 本发明的抛光液的pH值在9-12之间。
[0020] 本发明的抛光液电导率大于30ms/cm。
[0021] 本发明的抛光液是浓缩液，使用时需加入去离子水稀释到一定的倍数使用。
[0022] 本发明的抛光液特点在于，抛光液中强电解质及时分解并带走抛光过程中产生不 溶解物质，始终保持活性较高硅晶片表面和无残留的抛光布表面，保证了抛光过程的稳定 快速去除。
[0023] 本发明抛光液可以达到1.5 ym/min以上，在同等工艺条件下是普通商用抛光液 的1. 5倍。
【具体实施方式】
[0024] 下面通过具体实施例进一步阐述本发明的优点，但本发明的保护范围不仅仅局限 于下述实施例。
[0025] 实验中使用的抛光机为SpeedFAM36型单面抛光机；每次循环抛光时间为15min ; 压强为300g/cm2,每次同时抛12个6寸（100)P型单晶硅片，抛光液流量1.5L/min，转速 50rpm，使用Suba800抛光垫，抛光温度控制在40°C以下，抛光液稀释8倍使用。
[0026] 每次抛光完成之后，通过测量厚度差得到去除量。具体测量方法为：在每一个抛光 头上选取一片硅片测量，每一片硅片沿着其直径分别均匀测量三个点。最后得到的结果为 十二个点的平均值。
[0027] 附表为各组分及抛光结果。
[0028]
【主权项】
1. 一种可实现快速稳定抛光的抛光液，其特征在于，所述的抛光液包含： 5-20wt %的纳米级磨料，所述的磨料选自胶体二氧化娃颗粒； I-IOwt %的碱性腐蚀剂； 5-10wt %的盐，所述的盐选自水溶性钠盐、钾盐或铵盐；
0. ΟΙ-lwt%的稳定剂； 去尚子水余量。
2. 根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于，所述胶体二氧化硅颗粒粒径分布范围 为40-80nm，其平均粒径为55nm。
3. 根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于，所述碱性腐蚀剂为氢氧化钾、氢氧化 钠、氨、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、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、吡啶、哌嗪、咪唑、双胍、四甲基胍中的一种或几种。
4. 根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于，所述水溶性钠盐、钾盐或铵盐的阴离 子包括氯、氟、溴、碘、氯酸、次氯酸、溴酸、次溴酸、硫酸、亚硫酸、硫代硫酸、硝酸、亚硝酸、磷 酸、硼酸、碳酸及其酸式盐中的一种或几种。
5. 根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于，所述水溶性钠盐为氯化钠、氟化钠、溴 化钠、碘化钠、氯酸钠、次氯酸钠、溴酸钠、次溴酸钠、硫酸钠、硫酸氢钠、亚硫酸钠、亚硫酸氢 钠、硫代硫酸钠、硝酸钠、亚硝酸钠、磷酸钠、磷酸氢钠、磷酸二氢钠、硼酸钠、硼酸氢钠、碳酸 钠、碳酸氢钠中的至少一种；所述水溶性钾盐为氯化钾、氟化钾、溴化钾、碘化钾、氯酸钾、次 氯酸钾、溴酸钾、次溴酸钾、硫酸钾、硫酸氢钾、亚硫酸钾、亚硫酸氢钾、硫代硫酸钾、硝酸钾、 亚硝酸钾、磷酸钾、磷酸氢钾、磷酸二氢钾、硼酸钾、硼酸氢钾、碳酸钾、碳酸氢钾中的至少一 种；所述水溶性铵盐包括氯化铵、氟化铵、溴化铵、碘化铵、氯酸铵、次氯酸铵、溴酸铵、次溴 酸铵、硫酸铵、硫酸氢铵、亚硫酸铵、亚硫酸氢铵、硫代硫酸铵、硝酸铵、亚硝酸铵、磷酸铵、磷 酸氢铵、磷酸二氢铵、硼酸铵、硼酸氢铵、碳酸铵、碳酸氢铵中的至少一种。
6. 根据权利要求1所述的抛光液，其特征在于，所述稳定剂选自一类主链为聚醚结构， 末端活性官能团为胺基的聚醚胺；所述稳定剂分子量小于1〇〇〇〇。
7. 根据权利要求6所述的抛光液，其特征在于，所述聚醚胺有单胺、二胺、三胺、仲胺、 位阻胺和聚四亚甲基乙二醇基的聚醚胺。
8. 根据权利要求7所述的抛光液，其特征在于，所述单胺系列是由单醇引发剂与环 氧丙烷或环氧乙烷反应，再将反应产物端羟基转化为胺基得到，型号有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 发剂与环氧丙烷反应后经胺基化端羟基得到的三元胺，包括T-403、T-3000、T-5000 ;所 述的仲胺系列是由端胺基与酮类反应得到的具有空间位阻的仲胺，包括SD-231、SD-401、 SD-2001、ST-404 ;SD代表二元仲胺，ST代表三元仲胺；所述的聚四亚甲基乙二醇基聚醚胺 包括 XTJ-542、XTJ-548、XTJ-559。
9. 根据权利要求1-8项中任一项所述的抛光液，其特征在于，所述抛光液的pH值为 9-12〇
10. 根据权利要求1-8项中任一项所述的抛光液，其特征在于，所述抛光液电导率大于 30ms/cm〇
【专利摘要】本发明公开了一种可实现快速稳定抛光的抛光液，属于半导体化学机械抛光领域。本发明中的主要成分包括二氧化硅磨粒、碱性腐蚀剂、聚醚胺类稳定剂及可溶性盐。本发明的抛光液电导率大于30ms/cm，利用高电解质条件下抛光液中强电解作用及时分解并带走抛光过程中产生不溶解物质，始终保持活性较高硅晶片表面和无残留的抛光布表面，保证了抛光过程的稳定快速去除。本发明抛光液可以达到1.5μm/min以上，在同等工艺条件下是普通商用抛光液的1.5倍。
【IPC分类】C09G1-02
【公开号】CN104650740
【申请号】CN201410758849
【发明人】潘国顺, 陈高攀, 顾忠华, 罗桂海, 龚桦
【申请人】深圳市力合材料有限公司, 清华大学, 深圳清华大学研究院
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2014年12月10日