硅片化学机械抛光液及制备方法与流程

本申请涉及半导体抛光，特别是关于一种硅片化学机械抛光液及制备方法。

背景技术：

1、集成电路制造技术深入亚微米技术时代后，利用化学机械抛光技术对硅片表面进行平坦化处理必不可少。化学机械抛光(cmp)技术旨在通过化学作用和机械作用协同，达到厚度去除，表面平坦，应力消除等效果。具体而言，化学机械抛光工艺是在硅片背面施加压力，将硅片与抛光液、抛光垫直接接触，抛光液与正在抛光的硅片表面发生化学反应，而抛光垫和抛光头旋转产生相对运动，在压力的作用下将反应后的产物迅速去除。硅片抛光主要包括粗抛、精抛和边缘抛等阶段：粗抛是以高效的去除速率去除研磨工艺造成的表面损伤，精抛则是为了获得极低的粗糙度、低颗粒残留及低haze值。而在现代的cmp工艺中，兼顾效率与粗糙度才能提高生产效益。

2、硅片抛光液主要由磨粒、抛光速率促进剂、表面活性剂、螯合剂和水等组分构成。依据抛光阶段的不同，抛光液的组成也有所不同。现有技术中常用的硅片抛光速率促进剂主要有无机碱和有机碱，无机碱大部分含碱金属离子，抛光过程中易造成金属离子残留，影响硅片质量，不适合硅片精抛；而不含金属离子的氨水则存在自身不够稳定，易见光受热分解，有刺激性气味，并且挥发的程度随着浓度增加而增加，抛光速率低的缺点。有机碱作为速率促进剂时具有抛光速率快的优点，但是抛光后粗糙度较差。

3、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本申请的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种硅片化学机械抛光液及其制备方法和应用，以解决现有技术中硅片抛光液的抛光速率促进剂主要有无机碱和有机碱，大部分无机碱含有金属粒子，易造成金属离子残留，影响硅片质量，氨水不够稳定，易分解，有刺激性气味，抛光速率低，有机碱抛光后粗糙度较差的技术问题。

2、为实现上述目的，本申请采用的一个技术方案是：

3、提供一种硅片化学机械抛光液，包括以下重量份组份：

4、磨粒，5～15份；

5、速率促进剂，0.4～1.6份；

6、表面活性剂，0.001～0.02份；

7、其中，所述速率促进剂由氨水和有机碱组成。

8、在一个或多个实施方式中，所述有机碱包括二乙胺、三乙胺、乙二胺、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、无水哌嗪、n-甲基哌嗪、四氢吡咯、咪唑啉中的一种或多种组合。

9、在一个或多个实施方式中，所述有机碱为四甲基氢氧化铵或哌嗪。

10、在一个或多个实施方式中，所述速率促进剂中氨水和有机碱的重量比为7：1～1：7。

11、在一个或多个实施方式中，所述速率促进剂中氨水和有机碱的重量比为5：3～3：5。

12、在一个或多个实施方式中，所述表面活性剂为非离子表面活性剂，且所述表面活性剂包括聚乙二醇、聚氧乙烯、聚氧丙烯、壬基酚聚氧乙烯醚和烷基酚聚氧乙烯醚中的一种或多种组合。

13、在一个或多个实施方式中，所述磨粒为二氧化硅研磨颗粒，且所述磨粒的粒径为30～120nm。

14、在一个或多个实施方式中，所述硅片化学机械抛光液的ph值为9～12.5。

15、为实现上述目的，本申请采用的另一个技术方案是：

16、提供一种硅片化学机械抛光液的制备方法，包括：

17、将氨水和有机碱搅拌分散在水中，得到混合液；

18、在所述混合液内加入磨粒和表面活性剂，搅拌均匀，得到硅片化学机械抛光液。

19、在一个或多个实施方式中，所述将氨水和有机碱搅拌分散在水中的步骤中，所述氨水和有机碱的重量比为7：1～1：7。

20、在一个或多个实施方式中，所述氨水和有机碱的重量比为5：3～3：5。

21、在一个或多个实施方式中，所述磨粒为二氧化硅研磨颗粒，且所述磨粒的粒径为30～120nm；所述表面活性剂为非离子表面活性剂，且所述表面活性剂包括聚乙二醇、聚氧乙烯、聚氧丙烯、壬基酚聚氧乙烯醚和烷基酚聚氧乙烯醚中的一种或多种组合。

22、区别于现有技术，本申请的有益效果是：

23、本申请通过将氨水和有机碱复配作为速率促进剂，氨水与有机碱在水中均电离出氢氧根，由于氨水的电离程度弱(pkb＝4.74)，当体系内有多种碱时，氨水的电离程度被抑制，溶液内的氢氧根浓度低于单一组分，参与化学机械抛光中化学腐蚀的氢氧根数目低于单一强碱，且能维持恒定的浓度；同时，有机碱中的阳离子由于其空间位阻较大，剥离硅片表面的速率优于无机碱；因此氨水和有机碱能够协同作用，一方面能够有效避免单一高浓度氨水易挥发、不稳定、抛光速率低的缺点；另一方面，基于氨水的抛光后表面粗糙度低的优势，以及有机碱抛光速率高的优势，能够很好的保持溶液的ph值稳定，抛光的一致性好，能够达到较高去除速率，低表面粗糙度的效果，在抛光速率高于130nm/min时，表面粗糙度也能够达到0.3nm以下；

24、本申请以哌嗪等作有机碱与氨水复配时，环状氨化合物的结构的氮原子上有一对孤对电子，能占据金属离子上的空轨道，产生价键作用力，有利于金属离子的去除，起到降低金属杂质污染的风险的作用。

技术特征：

1.一种硅片化学机械抛光液，其特征在于，包括以下重量份组份：

2.根据权利要求1所述的硅片化学机械抛光液，其特征在于，所述有机碱包括二乙胺、三乙胺、乙二胺、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、无水哌嗪、n-甲基哌嗪、四氢吡咯、咪唑啉中的一种或多种组合。

3.根据权利要求2所述的硅片化学机械抛光液，其特征在于，所述有机碱为四甲基氢氧化铵或哌嗪。

4.根据权利要求1所述的硅片化学机械抛光液，其特征在于，所述速率促进剂中氨水和有机碱的重量比为7：1～1：7；优选的，所述速率促进剂中氨水和有机碱的重量比为5：3～3：5。

5.根据权利要求1所述的硅片化学机械抛光液，其特征在于，所述表面活性剂为非离子表面活性剂，且所述表面活性剂包括聚乙二醇、聚氧乙烯、聚氧丙烯、壬基酚聚氧乙烯醚和烷基酚聚氧乙烯醚中的一种或多种组合。

6.根据权利要求1所述的硅片化学机械抛光液，其特征在于，所述磨粒为二氧化硅研磨颗粒，且所述磨粒的粒径为30～120nm。

7.根据权利要求1所述的硅片化学机械抛光液，其特征在于，所述硅片化学机械抛光液的ph值为9～12.5。

8.一种硅片化学机械抛光液的制备方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述将氨水和有机碱搅拌分散在水中的步骤中，所述氨水和有机碱的重量比为7：1～1：7；优选的，所述氨水和有机碱的重量比为5：3～3：5。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述磨粒为二氧化硅研磨颗粒，且所述磨粒的粒径为30～120nm；所述表面活性剂为非离子表面活性剂，且所述表面活性剂包括聚乙二醇、聚氧乙烯、聚氧丙烯、壬基酚聚氧乙烯醚和烷基酚聚氧乙烯醚中的一种或多种组合。

技术总结
本申请公开了一种硅片化学机械抛光液及制备方法，硅片化学机械抛光液包括以下重量份组份：磨粒，5～15份；速率促进剂，0.4～1.6份；表面活性剂，0.001～0.02份；其中，所述速率促进剂由氨水和有机碱组成。本申请通过将氨水和有机碱复配作为速率促进剂，氨水和有机碱协同作用，一方面能够有效避免单一高浓度氨水易挥发、不稳定、抛光速率低的缺点；另一方面，基于氨水的抛光后表面粗糙度低的优势，以及有机碱抛光速率高的优势，能够很好的保持溶液的pH值稳定，抛光的一致性好，能够达到较高去除速率，低表面粗糙度的效果，在抛光速率高于130nm/min时，表面粗糙度也能够达到0.3nm以下。

技术研发人员：何雨豪,邢怀勇,朱颜
受保护的技术使用者：江苏南大光电材料股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29