一种用于硅晶圆的化学机械精抛液、制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供一种用于硅晶圆的化学机械精抛液、制备方法及用途，所述精抛液包括以下质量百分数的组分：5%~15%的高纯硅溶胶、0.01%~0.5%的粘度调节剂、0.1%~0.5%的pH调节剂、0.001%~0.05%的表面活性剂，余量为水。本发明专利技术的精抛液通过粘度调节剂可有效提高精抛液粘度，抛光时形成较厚压力膜，降低晶圆表面缺陷数和粗糙度。数和粗糙度。

【技术实现步骤摘要】
一种用于硅晶圆的化学机械精抛液、制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及一种化学机械抛光(CMP)
，具体涉及一种用于硅晶圆的化学机械精抛液、制备方法及用途。

技术介绍

[0002]半导体技术在过去几十年间得到了迅速的发展，硅晶圆从50mm到300mm越做越大，电子器件的关键尺寸正在不断的缩小。由于器件尺寸逐渐缩小以及光学光刻设备焦深的减小，集成电路制造工艺对硅晶圆表面的要求也随之提高到纳米级，硅晶圆表面的平整度将直接关系到芯片的性能质量。
[0003]硅晶圆表面加工工艺流程为:硅单晶锭
→
割断
→
定向
→
滚磨
→
腐蚀
→
切片
→
磨片
→
倒角
→
化学减薄
→
抛光
→
清洗
→
检测。而抛光是制备晶格完整，表面无损伤硅晶圆的最后工序,它成为半导体器件制造技术中至关重要的一步。目前对硅晶圆抛光质量要求越来越高，如对抛光片表面的金属杂质沾污和颗粒有极其严格的要求和控制，因为抛光片表面的颗粒和金属杂质沾污会严重影响击穿特性、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。
[0004]因此，硅晶圆的精抛光对提高其表面质量具有重要的意义。要求在较短时间内提高硅晶圆表面平整度，降低表面缺陷。专利CN101693813A公布了一种硅基精抛液，其组成仅包含高纯硅溶胶、pH调节剂、表面活性剂和水，通过实施例验证仅添加表面活性剂并不能获得最佳表面质量。专利CN113881347A公布了一种化学机械精抛液，通过不同形貌磨料进行复合，提高硅晶圆的抛光速率同时减少硅晶圆的划伤。但是该专利中所用多聚椭球形磨料，目前还没有稳定成熟的工艺，存在一定局限性。专利CN112175524A公布了一种蓝宝石抛光组合物，其中增稠剂作用是提高抛光液与晶圆之间的摩擦力，从而提高抛光速率，这与本专利粘度调节剂作用完全相反。专利US20210332264A1公布了一种抛光组合，使用两种粘度调节剂，起到悬浮颗粒作用，保证抛光液稳定性，但对降低晶圆表面缺陷数和粗糙度收效甚微。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的是设计一种用于硅晶圆的化学机械精抛液，通过粘度调节剂可有效提高精抛液粘度，抑制硅晶圆的去除速率，降低表面缺陷。
[0006]本专利技术的另一目的在于提供这种化学机械精抛液的制备方法。
[0007]本专利技术的再一目的在于提供这种化学机械精抛液的应用。
[0008]为了实现以上的专利技术目的，本专利技术采用如下的技术方案：
[0009]一种用于硅晶圆的化学机械精抛液，包括以下质量百分含量的组分：5％～15％的高纯硅溶胶、0.01％～0.5％的粘度调节剂、0.1％～0.5％的pH调节剂、0.001％～0.05％的表面活性剂，余量为水。
[0010]在一个具体的实施方案中，所述的高纯硅溶胶金属离子含量小于0.1ppm，一次粒径为10～50nm。
[0011]在一个具体的实施方案中，所述的粘度调节剂选自羧甲基淀粉、羧乙基淀粉、羟乙基淀粉、羟丙基淀粉中的任意一种或至少两种的组合，优选为羟丙基淀粉。
[0012]在一个具体的实施方案中，所述的pH调节剂选自氢氧化钾、氢氧化铵、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵中的任一种，优选为四甲基氢氧化铵。
[0013]在一个具体的实施方案中，所述的表面活性剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚，例如选自AEO3、AEO5、AEO7、AEO9、E1006、E1306中的任一种，优选为E1006。
[0014]在一个具体的实施方案中，所述用于硅晶圆的化学机械精抛液的pH范围为10～11，稀释10～30倍后pH范围为10～11。
[0015]本专利技术还提供一种上述硅晶圆所用化学机械精抛液的制备方法，步骤包括：
[0016]1)取高纯硅溶胶与一半水混合均匀，得分散液；
[0017]2)将粘度调节剂、pH调节剂、表面活性剂与剩余一半水混合均匀后，加入到步骤1)的分散液中，充分混合均匀后，得硅晶圆所用化学机械精抛液。
[0018]本专利技术所述硅晶圆化学机械精抛液的使用方法，该抛光液可以使用水(优选超纯水)稀释10～30倍后进行抛光，均满足对硅晶圆的化学机械抛光要求。
[0019]本专利技术所述化学机械精抛液，在硅晶圆的化学机械抛光中的应用，或者以硅为衬底的晶圆。
[0020]所述化学机械精抛液适用的抛光条件为：硅晶圆直径200或300mm，抛光垫POLYPAS 27NX系列，抛光压力100～200g/cm2，抛光温度为25～30℃，抛光头及抛光盘转速10～30rpm，抛光时间1～10min，精抛液流速1～5L/min，单位面积精抛液用量5～20mL/cm2。
[0021]在一个具体的应用方案中，抛光条件例如为：抛光机台类型SPEEDFAM或EBARA，硅晶圆直径200mm，抛光垫POLYPAS 275NX，抛光压力150g/cm2，抛光温度为27℃，抛光头及抛光盘转速30rpm，抛光时间6min，抛光液流速3L/min，单位面积抛光液用量16mL/cm2，抛光液不可循环使用。
[0022]与现有技术相比，本专利技术技术方案的有益效果在于：
[0023]1)本专利技术的硅晶圆所用化学机械精抛液中，采用的粘度调节剂(如羟丙基淀粉)具有多羟基结构，可与周围水分子形成氢键，提高粘度调节剂本身的流体体积，从而达到增稠的效果。
[0024]2)本专利技术的硅晶圆所用化学机械精抛液，在抛光过程中，精抛液由于粘度大，流动性差，形成的压力膜较厚，可抑制硅晶圆去除速率。同时阻碍精抛液中二氧化硅纳米颗粒与晶圆接触，减少颗粒残留和表面划伤，降低晶圆表面缺陷数和表面粗糙度。
附图说明
[0025]图1为本专利技术用于硅晶圆的化学机械精抛液的粘度和羟丙基淀粉浓度的关系折线图。
[0026]图2为本专利技术实施例10抛光后硅晶圆在原子力显微镜下的照片。
具体实施方式
[0027]为了更好的理解本专利技术的技术方案，下面的实施例将对本专利技术所提供的方法予以进一步的说明，但本专利技术不限于所列出的实施例，还应包括在本专利技术的权利要求范围内其他任何公知的改变。
[0028]本专利技术实施例采用的主要原料来源信息如下：
[0029]高纯硅溶胶：购自日本FUSO公司，PL系列硅溶胶，一次粒径10～50nm；
[0030]粘度调节剂：均购自上海玻尔化学试剂有限公司；
[0031]其他试剂若无特别说明均为市场购买的普通原料。
[0032]实施例1～10
[0033]制备硅晶圆所用化学机械精抛液，其配方中除水以外的原料组分及质量百分含量组成如表1所示，余量为超纯水，各组分质量百分含量之和为100％，步骤为：
[0034]1)取高纯硅溶胶，在搅拌条件下加入一半水稀释，混合均匀，得分散本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于硅晶圆的化学机械精抛液，其特征在于，包括以下质量百分含量的组分：5％～15％的高纯硅溶胶、0.01％～0.5％的粘度调节剂、0.1％～0.5％的pH调节剂、0.001％～0.05％的表面活性剂，余量为水。2.根据权利要求1所述的化学机械精抛液，其特征在于，所述的高纯硅溶胶金属离子含量小于0.1ppm，一次粒径为10～50nm。3.根据权利要求1所述的化学机械精抛液，其特征在于，所述的粘度调节剂选自羧甲基淀粉、羧乙基淀粉、羟乙基淀粉、羟丙基淀粉中的至少任一种，优选为羟丙基淀粉。4.根据权利要求1所述的化学机械精抛液，其特征在于，所述的pH调节剂选自氢氧化钾、氢氧化铵、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵中的任一种，优选为四甲基氢氧化铵。5.根据权利要求1所述的化学机械精抛液，其特征在于，所述的表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚，优选为AEO3、AEO5、AEO7、AEO9、E1006、E1306中的任一种，更优选为E1006。6.根据权利要求1～5任一项所述的化学机械精抛液，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐贺，卫旻嵩，卞鹏程，王庆伟，王永东，李国庆，崔晓坤，王瑞芹，
申请(专利权)人：万华化学集团电子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：