[发明专利]一种可抑制颗粒沉积的硅晶片精抛光组合液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学机械抛光（CMP）领域，特别涉及一种可抑制颗粒沉积的硅晶片精抛光组合液。

背景技术

硅晶片是集成电路（IC）的主要衬底，随着集成电路集成度的不断提高，特征尺寸的不断减小，对硅晶片的加工精度和表面质量的要求越来越高。目前，利用化学机械抛光（CMP）技术对硅晶片表面进行平坦化处理，已成为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，国内外已相继公开了一批相关专利技术，如EP0371147B1、US5352277、CN101671528A、CN102061131A。

传统的CMP系统由以下三部分组成：旋转的硅晶片夹持装置、承载抛光垫的工作台、抛光液（浆料）供应系统。抛光时，旋转的硅晶片以一定的压力施于随工作台一起旋转的抛光垫上，抛光液在硅晶片与抛光垫之间流动，并在硅晶片表面产生化学反应，硅晶片表面形成的化学反应物由磨料的机械摩擦作用去除。在化学成膜与机械去膜的交替过程中，通过化学与机械的共同作用从硅晶片表面去除极薄的一层材料，最终实现超精密表面加工。

通常，在工业中为了实现硅晶片的抛光加工精度，达到集成电路硅晶片要求的技术指标，需进行二步化学机械抛光（CMP）（粗抛光和精抛光），在对硅晶片表面进行分步化学机械抛光时，每步抛光所使用的抛光液及相应的抛光工艺条件均有所不同，所对应的硅晶片各步所要达到的加工精度也不同。在粗抛光步骤中，除去硅晶片切割和成形残留下的表面损伤层，加工成镜面，最后通过对硅晶片进行精抛光，从而最大程度上降低表面粗糙度及其他自由微小缺陷。

在实际生产中，硅晶片的最终精抛光是表面质量的决定性步骤，在精抛光过程中易产生抛光雾和划痕等缺陷，而产生这些缺陷的原因之一就是颗粒的沉积。颗粒的沉积导致抛光雾和划痕的产生，引起图形缺陷、外延缺陷、影响布线的完整性，是高成品率的最大障碍，特别是在硅晶片键合时，引入微隙，同时也引起位错，影响键合强度和表层质量。因此，有效控制颗粒沉积是检验硅晶片精抛光液的重要指标之一。目前，通过较好的清洗工艺可以将大部分残留在硅晶片表面的亚微米和纳米颗粒去除，但仍有一些在抛光过程中形成的“顽固”颗粒（一般为小于500nm的颗粒或颗粒团）无法通过清洗彻底去除。因此，若在抛光过程中就对颗粒残留进行控制，再经过后续清洗过程，沉积在硅晶片表面的颗粒就有希望彻底去除。本发明的硅晶片精抛光组合液能够将沉积颗粒的大小控制在100nm以内，并同时实现表面质量高，表面粗糙度低。

发明内容

本发明克服了现有技术中硅晶片精抛光液在抛光过程中颗粒沉积的难题，提出了一种抛光硅晶片表面精度高，颗粒残留少的硅晶片精抛光组合液。

为了实现上述目标，本发明采用了胶体二氧化硅/水溶性聚合物复合磨粒，含羟基和/或胺基的表面保护剂，这些组分有效的抑制了颗粒的沉积，提高了抛光后硅晶片表面的精度和质量。

本发明的一种可抑制颗粒沉积的硅晶片精抛光组合液，包括胶体二氧化硅/水溶性聚合物复合磨粒、含羟基和/或胺基的表面保护剂、碱性化合物、表面活性剂和去离子水；该精抛光组合液的pH值为8～12。

本发明的精抛光组合液的组分配比为：

所述的胶体二氧化硅/水溶性聚合物复合磨粒的两者比例为12～400:1。

所述的胶体二氧化硅的平均粒径为18～80nm。

所述的胶体二氧化硅/水溶性聚合物复合磨粒的水溶性聚合物为瓜尔胶、黄原胶、海藻酸钠、羧甲基淀粉、醋酸纤维素、羧甲基纤维素、磺酸乙基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素、甲基纤维素、羧乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟丁基甲基纤维素、羟乙基纤维素、脂类改性的羟乙基纤维素或脂类改性的羟丙基纤维素中的一种或几种。

所述的所述含羟基和/或胺基的表面保护剂为，聚乙烯醇、聚乙烯醇与聚苯乙烯嵌段共聚物、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚氧化乙烯和环氧乙烷-环氧丙烷嵌段共聚物、聚丙烯酸、甲基胺、二甲基胺、三甲基胺、乙基胺、二乙基胺、三乙基胺、异丙醇胺、四乙基胺、二乙基三胺、三乙基四胺、羟乙基乙二胺、六亚甲基二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的一种或几种。

所述的碱性化合物为，氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸氢钾、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸钠、氨水、氨基丙醇、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、三甲基羟乙基氢氧化铵、二甲基二羟乙基氢氧化铵、无水哌嗪或六水哌嗪中的一种或几种。