[发明专利]一种高去除低划伤的硅片化学机械抛光组合物及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体硅衬底材料粗抛光用的抛光组合物技术领域，特别涉及一种高去除低划伤的硅片化学机械抛光组合物及制备方法。该种组合物对单晶硅片去除速率高以及具有长时间抛光抛光垫残余产物容易流动，从而具有划伤较少、无腐蚀斑、凹坑的特点。

背景技术

半导体硅衬底用抛光液是IC制造工业前端制程的关键耗材，是硅单晶抛光片的重要配套材料。IC用硅衬底片抛光通常由粗抛、细抛和精抛三步抛光组成。而半导体元器件用抛光液通常只有粗抛一步即可满足后道工序的要求。用于去除硅片表面因研磨造成的微缺陷和应力层的粗抛是硅片抛光中最重要的工序，硅片抛光过程中所用的抛光组合物耗材具有重要的市场空间。产业化过程中，粗抛的技术要求主要是生产高效率、表面低损伤两方面的指标。这两方面的要求具有一定的内在矛盾性：生产高效率意味着去除高，抛光产物多，局部抛光液粒子凝聚，导致抛光垫沉积加剧；而表面损伤正是这种沉积物在抛光时的高温高压条件下凝聚成块或结晶成硬物造成的。所以两种性能的综合平衡是开发一种成功抛光组合物的关键所在。

通常，提高抛光液去除量的措施有：一方面选择适宜的硅溶胶磨粒，使其在具有较高的磨削效率的同时，还有携带抛光产物有效脱离的能力；另一方面选择合适的有机碱及化学组成进行配合，使抛光液能高效地发挥腐蚀去除的性能；最后选择合适的配置工艺。降低抛光液表面损伤的措施有：获得稳定的配方体系，储存和抛光时较少产生聚集和碎裂。通常采用的办法是选择合适的助剂，以有利于提高体系的润湿性、分散性，使抛光产物不易在抛光垫上残留，能在抛光液中稳定存在又不影响抛光液的其它性能。国内的公开专利CN1861723A以及CN1944559A利用非离子型的表面活性剂，如脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基醇酰胺、FA/O活性剂与能反应生成大分子反应物的有机胺碱配合使用。该抛光液能对磨料和反应产物从衬底表面有效地洗脱，具有良好的流动性和质量传输一致性，抛光后易于清洗。

发明内容

本发明针对传统抛光液在抛光过程中存在的沉积缺陷和去除不足的缺点，本着实用、经济、有效的原则，通过选择合适的助剂体系，特别是是通过使用的有机硅类的抛光助剂，开发出一种用于硅晶片粗抛光的抛光组合物。有机硅类稳定剂的加入使组合物储存时间延长，在具有高去除率的同时还可以多次循环使用；有机硅类分散剂的加入使组合物在抛光垫上残留少，能有效减少抛光垫的产物沉积和降低硅片表面划伤率。

本发明采用的技术方案为：

一种用于硅晶片抛光的抛光组合物，其特征在于，该抛光组合物的主体组成成分为胶体二氧化硅颗粒、有机碱，功能助剂为有机硅类稳定剂、有机硅类分散剂、有机酸螯合剂和润湿剂；其pH值稳定在10～12之间；

该抛光组合物中各组分按重量百分比如下：

胶体二氧化硅颗粒：0.5～10wt％；

有机碱：0.01～5wt％；

有机硅分散剂：0.001～1.0wt％；

有机硅稳定剂：0.001～2.0wt％；

有机酸螯合剂：0.001～2.0wt％；

润湿剂：0.001～2.0wt％；H

其余为去离子水；

所述有机硅类分散剂化学特征如下所示：

R₁R₂R₃Si(R₄)_nY

在此化学式中，R₁、R₂和R₃为疏水性取代基，Y为离子性亲水性官能团；其中，R₁、R₂和R₃分别独立的表示甲基、乙基、甲氧基、乙氧基、硅氧烷基，R₄表示亚烷基，n为1～4之间的整数，Y表示羧酸根、碳酸根、胺基、铵基、磺酸根、膦酸根。所述亚烷基优选具备1～4个碳原子的低级亚烷基。R₁、R₂和R₃可表示三个相同的取代基或表示不同取代基。

所述有机硅类稳定剂化学特征如下所示：

Y′(CH₂)_mSiX₁X₂X₃