一種硅片拋光組合物及其應用制造技術

本發明專利技術公開了一種硅片拋光組合物及其應用，所述硅片拋光組合物以二氧化硅水溶膠及有機堿為主要拋光組分，額外添加有酯類化合物、堿金屬鹽化合物。本發明專利技術通過在硅片拋光組合物中額外加入酯類化合物、堿金屬鹽化合物，可以有效減少CMP機臺在硅片拋光過程中產生的震動頻率，從而實現硅片在CMP過程中的均勻平穩去除，進一步提高硅晶圓的表面質量，延長設備使用壽命。用壽命。

【技術實現步驟摘要】
一種硅片拋光組合物及其應用


[0001]本專利技術涉及化學機械拋光
，具體涉及一種硅片拋光組合物及其應用。

技術介紹

[0002]化學機械拋光(CMP)是目前最為普遍的半導體材料表面平整技術，它是將機械摩擦和化學腐蝕相結合的工藝，兼具了二者的優點，可以獲得比較完美的晶片表面。硅片CMP一般采用的是堿性二氧化硅拋光液，利用堿與硅的化學腐蝕反應生成可溶性硅酸鹽，再通過細小柔軟，比表面積大、帶有負電荷的SiO2膠粒的吸附作用及其與拋光墊和硅片間的機械摩擦作用，及時去除反應產物，從而達到去除晶片表面損傷層與玷污雜質的拋光目的，這種化學和機械的共同作用過程就是硅片的CMP過程。
[0003]硅晶圓表面含有一層薄薄的自然氧化層，由于氧化層具有極高的親水性，拋光液可以輕易進入拋光墊(Pad)與晶圓表面的空隙對晶圓進行充分潤濕，這會使拋光頭內部與外部形成比較大的壓強差，使晶圓與Pad之間不會輕易產生滑動。此外，拋光液對氧化層極高的潤濕性，也會使Pad與晶圓拋光面之間分子作用力極高，導致Pad與硅晶圓之間滑動摩擦阻力急劇增大。因此，在拋光過程中機臺容易產生震動，尤其是在拋光開始階段或拋光液被高倍率稀釋條件下，持續運轉機器，不僅會極大縮短機臺的使用壽命，且加大了拋光機臺的碎片風險。專利WO2011/069344A1通過在金屬鎢拋光液中加入陽離子表面活性劑減少金屬與Pad表面之間機械摩擦，從而減少機臺的異響，然而對于硅片CMP，表面活性劑的加入會極大地削減拋光液的拋光速率，且表面活性劑的加入會進一步降低拋光液與氧化層之間的接觸角，可能有導致震動異響加劇的風險。
[0004]因此，仍然需要一種硅片拋光組合物，能夠在不降低硅晶圓去除速率的同時，減少在硅晶圓拋光過程中的震動異響問題，從而保證硅晶圓CMP的平穩運行。

技術實現思路

[0005]為解決上述技術問題，本專利技術提供了一種硅片拋光組合物，通過在常規硅片拋光液中額外加入酯類化合物、堿金屬鹽化合物，可以實現在高硅片去除速率的基礎上進一步減少機臺的震動異響頻率，從而保證硅晶圓CMP的平穩運行。
[0006]本專利技術的另一目的在于提供這種硅片拋光組合物在硅晶圓化學機械拋光中的應用。
[0007]為實現上述專利技術目的，本專利技術采用如下的技術方案：
[0008]一種硅片拋光組合物，包括以下組分：二氧化硅水溶膠、有機堿、酯類化合物、堿金屬鹽化合物、pH調節劑、去離子水。
[0009]在一個具體的實施方案中，所述硅片拋光組合物包括以下重量百分含量的組分：
[0010][0011]在一個具體的實施方案中，所述二氧化硅水溶膠的粒徑為30
?
120nm，固含量為10
?
50wt％。
[0012]在一個具體的實施方案中，所述有機堿選自甲基胺、二甲基胺、三甲基胺、乙基胺、二乙基胺、三乙基胺、乙二胺、羥乙基乙二胺、單乙醇胺、N
?
(β
?
胺基乙基)乙醇胺、六亞甲基二胺、二亞乙基三胺、三亞己基四胺、1
?
(2
?
胺基乙基)哌嗪、N
?
甲基哌嗪、哌嗪、咪唑、1甲基咪唑、N甲基咪唑、四甲基胍、碳酸胍、鹽酸胍、四甲基氫氧化銨、四甲基氯化銨、四甲基溴化銨、四甲基氟化銨、四乙基氫氧化銨、四乙基氯化銨、四乙基溴化銨、四乙基氟化銨中的至少任一種，優選為四甲基氫氧化銨。有機堿是硅片拋光組合物中的常用組分，可以有效提高硅片的去除速率。
[0013]在一個具體的實施方案中，所述酯類化合物選自乙酸乙酯、乙酸甲酯、乙二酸二乙酯、二乙酸乙二酯、乙酸苯酯、乙酸異戊酯、丁酸乙酯、丁酸甲酯、戊酸戊酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙烯酸辛酯、苯甲酸甲酯、鄰苯二甲酸—丁酯、鄰苯二甲酸二丁酯、檸檬酸三乙酯、鄰氨基苯甲酸甲酯、2
?
二甲基丁酸乙酯、3
?
巰基丙酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、三硝酸甘油酯中的至少任一種，優選為乙酸乙酯。
[0014]在一個具體的實施方案中，所述堿金屬鹽化合物選自氫氧化鈉、氫氧化鉀、氯化鈉、氯化鉀、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、硝酸鈉、硝酸鉀、磷酸鈉、磷酸鉀、草酸鈉、草酸鉀、醋酸鈉、醋酸鉀、檸檬酸鈉、檸檬酸鉀、酒石酸鈉、酒石酸鉀、乙二胺四乙酸二鈉、乙二胺四乙酸二鉀中的至少任一種，優選為氫氧化鉀、碳酸鉀。
[0015]本專利技術中，酯類化合物與堿金屬鹽化合物共同加入，可以極大地減少機臺的震動頻率，其主要作用機理尚不明確，可以理解為如下原因：
[0016]據分析了解，Pad與晶圓表面之間極高的分子間作用力與極大的壓強差是導致晶圓在Pad表面滑動阻力增大、機臺震動的主要原因，加入本專利技術的酯類化合物及堿金屬化合物的主要的目是減少上述分子間作用力與壓強差。酯類化合物的非親水性(即親油性)可以降低拋光液在氧化層晶圓表面的潤濕性能，使拋光液在晶圓表面的分布呈現不連續性(即點狀或局部分布)，拋光液的不連續性分布(即有大量空氣存在)減弱了拋光頭內外的壓強差及晶圓與拋光液之間的總分子間作用力，從而減少了機臺的震動頻率；然而，大多酯類化合物在水溶液中的溶解度極低，且大量存在會降低硅片的拋光速率；而堿金屬鹽化合物的加入可以進一步增加拋光液的表面張力，使拋光液在晶圓表面的接觸角增大，拋光液在硅晶圓表面的點狀分布更加明顯，進一步減弱了上述壓強差與總分子間作用力，且彌補了酯
類化合物無法大量加入的缺陷。
[0017]在一個優選的實施方案中，所述酯類化合物和所述堿金屬鹽化合物的質量比0.01
?
10，例如包括但不限于0.1、0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5、10，優選為0.1
?
5。經研究發現，所述酯類化合物和所述堿金屬鹽化合物的質量比在該范圍內，兩者能起到很好的配合作用，減少在硅晶圓拋光過程中的震動異響的效果最好。
[0018]在一個具體的實施方案中，所述pH值調節劑選自氯化氫、硝酸、硫酸、磷酸、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、四甲基氫氧化銨、咪唑、哌嗪、甲基咪唑、1,2,4
?
三氮唑、四甲基胍、甲酸、乙酸、丙酸、衣康酸、琥珀酸、酒石酸、檸檬酸、馬來酸、乙醇酸、丙二酸、草酸、丁二酸、蘋果酸、葡萄糖酸、丙氨酸、甘氨酸、乳酸、三氟乙酸、乙二胺四乙酸、氮川三乙酸、二乙烯三胺五乙酸、三乙烯二胺、丙二胺四乙酸、羥乙基乙二胺、羥乙基乙二胺三乙酸、焦磷酸、2
?
氨基乙基膦酸、1
?
羥基乙叉1,1
?
二膦酸、氨基三亞甲基膦酸、乙二胺四亞甲基膦酸、二亞乙基三胺五亞甲基膦酸、乙烷
?
1,1
?
二膦酸、乙烷
?
1,1,2
?
三膦酸、甲烷羥基膦酸、1
?
膦酰基丁烷
?
2,3,4
?
三羧酸或其鹽類中的至少任一本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種硅片拋光組合物，其特征在于，包括以下組分：二氧化硅水溶膠、有機堿、酯類化合物、堿金屬鹽化合物、pH調節劑、去離子水。2.根據權利要求1所述的硅片拋光組合物，其特征在于，所述硅片拋光組合物包括以下重量百分含量的組分：余量為去離子水。3.根據權利要求1或2所述的硅片拋光組合物，其特征在于，所述二氧化硅水溶膠的粒徑為30
?
120nm，固含量為10
?
50wt％。4.根據權利要求1或2所述的硅片拋光組合物，其特征在于，所述有機堿選自甲基胺、二甲基胺、三甲基胺、乙基胺、二乙基胺、三乙基胺、乙二胺、羥乙基乙二胺、單乙醇胺、N
?
(β
?
胺基乙基)乙醇胺、六亞甲基二胺、二亞乙基三胺、三亞己基四胺、1
?
(2
?
胺基乙基)哌嗪、N
?
甲基哌嗪、哌嗪、咪唑、1甲基咪唑、N甲基咪唑、四甲基胍、碳酸胍、鹽酸胍、四甲基氫氧化銨、四甲基氯化銨、四甲基溴化銨、四甲基氟化銨、四乙基氫氧化銨、四丙基氫氧化銨、四丁基氫氧化銨、四乙基氯化銨、四乙基溴化銨、四乙基氟化銨中的至少任一種，優選為四甲基氫氧化銨。5.根據權利要求1或2所述的硅片拋光組合物，其特征在于，所述酯類化合物選自乙酸乙酯、乙酸甲酯、乙二酸二乙酯、二乙酸乙二酯、乙酸苯酯、乙酸異戊酯、丁酸乙酯、丁酸甲酯、戊酸戊酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙烯酸辛酯、苯甲酸甲酯、鄰苯二甲酸—丁酯、鄰苯二甲酸二丁酯、檸檬酸三乙酯、鄰氨基苯甲酸甲酯、2
?
二甲基丁酸乙酯、3
?
巰基丙酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、三硝酸甘油酯中的至少任一種，優選為乙酸乙酯。6.根據權利要求1或2所述的硅片拋光組合物，其特征在于，所述堿金屬鹽化合物選自氫氧化鈉、氫氧化鉀、氯化鈉、氯化鉀、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、硝酸鈉、硝酸鉀、磷酸鈉、磷酸鉀、草酸鈉、草酸鉀、...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王慶偉，卞鵬程，徐賀，王永東，王瑞芹，李國慶，崔曉坤，
申請(專利權)人：萬華化學集團電子材料有限公司，
類型：發明
國別省市：