专利名称：硅单晶衬底材料抛光液及其制备方法
技术领域：
本发明涉及化学机械抛光液及其制备方法，特别是涉及一种用于硅单晶衬底材料的抛光液及其制备方法。
背景技术：
硅单晶是目前IC的主要衬底材料，随着IC的集成度不断提高，特征尺寸不断减小，对硅片表面的完美性要求越来越高，要求硅片表面高平整、低粗糙、高洁净。因为抛光片表面的颗粒和金属杂质沾污会严重影响到击穿特性、界面态和少子寿命，特别是对表面效应型的MOS大规模集成电路影响更大，所以对抛光片表面的平整度、缺陷、粗糙度、金属杂质沾污和颗粒有极其严格的要求和控制。如生产64兆线宽为0.35μm的DRAM器件，要求抛光硅片表面的重金属杂质沾污全部小于5×1010atoms/cm2，抛光硅片表面大于0.2μm的颗粒总数小于20个/片。
硅片抛光通常包括粗抛、精抛两步，粗抛的目的是将研磨造成的损伤层和畸变层高效率的去除，并达到一定的平整度，对粗抛的要求是在保证平整度的情况下，实现高效率、高速率；而精抛的主要任务是去除粗抛过程存在的损伤层，实现表面低粗糙度，且在强聚光照垂射下，无雾出现。精抛是硅片加工的最后一个环节，精抛结果的好坏直接影响到器件的电特性。
抛光液是获得抛光效果的关键，目前应用于粗抛的抛光液通常是用无机碱来调pH值，如氢氧化钠、氢氧化钾、氨水等，抛光速率不够高，且容易出现桔皮状缺陷。精抛中由于温度较低，化学反应慢致使抛光速率变慢，所以这些公司采用较大粒径磨料(50-70nm)提高精抛光过程中的机械作用，以此提高抛光速率，进而提高生产效率。但是这种方法也同时产生了抛光雾缺陷、表面划伤、残余颗粒吸附难于清洗、金属离子沾污等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处，解决硅单晶衬底材料抛光液在抛光过程中存在的衬底片表面粗糙度高、易划伤、易塌边等问题，而公开一种化学作用强、去除速率快、表面粗糙度低、无划伤，且成本低的硅单晶衬底材料的抛光液及其制备方法。
为实现上述目的本发明所采用的实施方式如下本发明根据硅单晶衬底材料的化学性质，选用碱性介质，自制SiO2水溶胶作为磨料，粒径为15-100nm，pH值为9-13.5，并加入FA/O表面活性剂来制备抛光液。并利用不同抛光工艺条件下两步抛光法进行抛光，可实现硅单晶衬底材料表面的低粗糙度，并能满足工业上对硅单晶衬底片CMP精密加工的要求。
一种硅单晶衬底材料抛光液，其特征是所述抛光液配制成分和重量％比组成如下磨料 1-95 FA/OpH调节剂 0.5-10醚醇类活性剂 0.5-1.5去离子水 余量。
所述磨料是粒径15-100nm的SiO2溶胶，其浓度30％-50％。
所述的FA/O pH调节剂为胺碱。
所述的pH调节剂为乙二胺四乙酸四(四羟乙基乙二胺)；作为抛光液pH调节剂，可起到缓冲剂的作用，又可生成大分子产物且溶于水，同时对多种金属离子起螯合作用，使反应产物在小的机械作用下即可脱离加工表面，同时还能起到络合及螯合作用。
所述的醚醇类活性剂是非离子活性剂，可选择FA/O表面活性、OII-7((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)7-H)、OII-10((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)10-H)、O-20(C12-18H25-37-C6H4-O-CH2CH2O)70-H)、JFC的一种或一种以上。表面活性剂可降低表面张力，提高凹凸选择比，又能起到渗透和润滑作用，既能增强了输运过程，又能达到高平整、高光洁的表面。
一种硅单晶衬底材料抛光液的制备方法，分别制备为粗抛液和精抛液，其特征是包括以下步骤
(1)粗抛液a.将粒径15-100nm、浓度为30-50％的SiO2磨料，用去离子水稀释，b.用pH调节剂调节上述溶液使pH值在9-13.5范围内，c.在调节完pH后，边搅拌边加入0.5-1.0％的醚醇类活性剂；(2)精抛液a.选用粒径15-25nm、浓度30-50％的SiO2磨料，用去离子水稀释，b.用FA/O pH调节剂调节pH值在9-12范围内，在调节过程中碱性助剂必须边搅拌边加入，c.在调节完pH后，边搅拌边加入0.5-1.0％FA/O表面活性剂。
通过研究发现在CMP动力学过程中，化学过程是控制过程，化学过程提高会有效降低粗糙度、控制划伤、大大提高效率、提高表面洁净度，我们首先研发出在CMP条件下能和硅反应产物形成易溶于水的大分子化合物，且对几十种金属离子形成极稳定的络合物，且在pH值大于12.5时保证磨料稳定性的FA/O新试剂，对抛光液性能获得了质的突破。
本发明可制成粗抛液和精抛液，分别适用于粗抛和精抛工艺，采用粗抛液实现高去除速率，当去除量接近所要求范围时，再用精抛液在大流量、低温、低压力下实现低粗糙度的控制。
本发明具有如下有益效果1.选用纳米SiO2溶胶作为抛光液磨料，其粒径小(15-100nm)、浓度高(＞40％)、硬度小(损伤小)、分散度好，能够达到高速率、高平整、低损伤、无污染，有效解决了现有Al2O3磨料硬度大、易划伤、易沉淀等诸多弊端。
2.该抛光液为碱性抛光液，易生成可溶性的化合物，从而易脱离抛光表面，可对设备无腐蚀，硅溶胶稳定性好。
3.选用表面活性剂，增加了高低选择比，大大降低了表面张力、减小了损伤层、提高了硅片表面的均一性及交换速率，增强了输运过程，同时表面凹凸差大大降低，从而有效的提高表面的平整度及降低粗糙度。
4.选用大分子胺碱作为抛光液pH调节剂，可起到缓冲剂的作用，又可生成大分子产物且溶于水，使反应产物在小的机械作用下即可脱离加工表面，同时还能起到络合及螯合作用。
5.配方简单合理、制备工艺简捷，降低成本价格；一剂多用，应用广泛。
(2)精抛液取粒径15-25nmSiO2溶胶800g，边搅拌边放入2820g去离子水，然后取320g乙二胺四乙酸四(四羟乙基乙二胺)，60gFA/O活性剂边搅拌边倒入上述液体；搅拌均匀后得4000g硅单晶衬底抛光液。表面活性剂同样可选择加入FA/O、OII-7((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)7-H)、OII-10((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)10-H)、O-20(C12-18H25-37-C6H4-O-CH2CH2O)70-H)的一种或一种以上。
实施例2(1)粗抛液取粒径15-100nm SiO2溶胶3600g，边搅拌边放入180g去离子水，然后取210g乙二胺四乙酸四(四羟乙基乙二胺)，10gFA/O活性剂，边搅拌边倒入上述液体；搅拌均匀后得4000g硅单晶衬底抛光液。
(2)精抛液取粒径15-25nmSiO2溶胶3600g，边搅拌边放入1200g去离子水，然后取160g乙二胺四乙酸四(四羟乙基乙二胺)，40gFA/O活性剂，边搅拌边倒入上述液体；搅拌均匀后得5000g硅单晶衬底抛光液。
上述参照实施例对硅单晶衬底材料抛光液及其制备方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种硅单晶衬底材料抛光液，其特征是所述抛光液配制成分和重量％比组成如下磨料 1-95 FA/O pH调节剂 0.5-10醚醇类活性剂 0.5-1.5 去离子水 余量。
2.根据权利要求1所述的硅单晶衬底材料抛光液，其特征是所述磨料是粒径15-25nm的SiO2溶胶，其浓度30％-50％。
3.根据权利要求1所述的硅单晶衬底材料抛光液，其特征是所述的FA/OpH调节剂为胺碱。
4.根据权利要求3所述的硅单晶衬底材料抛光液，其特征是所述的胺碱为乙二胺四乙酸四(四羟乙基乙二胺)。
5.根据权利要求1所述的硅单晶衬底材料抛光液，其特征是所述的醚醇类活性剂为FA/O表面活性剂、OII-7((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)7-H)、OII-10((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)10-H)、O-20(C12-18H25-37-C6H4-O-CH2CH2O)70-H)一种或一种以上。
6.一种根据权利要求1的硅单晶衬底材料抛光液的制备方法，分别制备为粗抛液和精抛液，其特征是包括以下步骤(1)粗抛液a.选用粒径15-100nm、浓度为30-50％的SiO2磨料，用去离子水稀释，b.用pH调节剂调节上述溶液使pH值在9-13.5范围内，c.在调节完pH后，边搅拌边加入0.5-1.0％的醚醇类活性剂；(2)精抛液a.选用粒径15-25nm、浓度为30-50％的SiO2磨料，用去离子水稀释，b.用FA/O pH调节剂调节pH值在9-12范围内，在调节过程中碱性助剂必须边搅拌边加入，c.在调节完pH后，边搅拌边加入0.5-1.0％FA/O表面活性剂。
全文摘要
本发明涉及一种硅单晶衬底材料抛光液及其制备方法，其特征是所述抛光液配制成分和重量％比组成如下磨料1－95；FA/O pH调节剂0.5－10；醚醇类活性剂0.5－1；去离子水余量。按上述成分配比分别制成粗抛液和精抛液。该抛光液选用具有在CMP条件下能生成大分子溶于水的硅酸盐且能将抛光液中微量金属离子生成极稳定的络合物的新胺碱，同时起到pH值调节剂、二氧化硅水溶胶稳定剂、缓冲剂、络合剂的作用，调节pH值为9－13.5。采用小粒径、高活性、低表面张力的抛光液，可实现硅单晶衬底材料表面抛光低粗糙、低损伤、无非均化腐蚀坑、高速率、高洁净以及不污染环境、不腐蚀设备。
文档编号H01L21/304GK1861723SQ20061001429
公开日2006年11月15日 申请日期2006年6月9日 优先权日2006年6月9日
发明者刘玉岭, 檀柏梅 申请人:河北工业大学