[发明专利]一种用于硅单晶片抛光的抛光液及其制备与应用

说明书

技术领域

本发明属于硅片加工中的化学机械抛光领域，具体涉及一种用于硅单晶片抛光的抛光液及其制备与应用。

背景技术

随着信息技术的飞速发展，信息产业已经成为21世纪全球经济的主导产业之一。微电子产品研究与生产和计算机制造在电子产业中起着先导作用，它们相辅相成，相互促进，进而快速发展，并呈现出高集成度和高性能化的发展趋势，进而对许多部件表面提出了前所未有的特殊要求。集成电路(IC)制造是电子信息产业的核心，随着集成电路产业的飞速发展，IC特征尺寸不断缩小，硅片尺寸不断增大，IC工艺变得越来越复杂和精细。随着集成电路的特征尺寸达到纳米级，光刻的精度要求也越来越高，要求衬底和IC材料的表面凹凸必须降至焦深的变化范围之内，即衬底或IC材料的表面需要高效平坦化。化学机械抛光(CMP)，是目前能提供超大规模集成电路制造过程中全面平坦化与芯片内联线表面全局平面化的一种新技术。单纯的化学抛光，表面光洁度高、损伤低、完美性好，但其表面平整度、平行度、抛光一致性较差；而单纯机械抛光一致性好，表面平整度高，但表面光洁度差，损伤层深。CMP利用化学与机械的微作用，综合了机械抛光和化学抛光的优点，避免了单一抛光的不足，优先去除凹凸表面上的突出部分，使之成为高低一致的表面，实现全面平坦化。应用CMP技术既可以得到较高的抛光速率，又能获得比较完美的表面，其平整度比其他方法高出多个数量级。CMP可以真正实现整个硅晶圆片表面的全面平坦化，而且加工方法简单、加工成本低，是目前国内外集成电路中硅衬底材料抛光的关键技术。

国内硅晶片的化学机械抛光可分为粗抛和精抛两个步骤，有些硅片加工厂为粗抛、中抛和精抛三个步骤。抛光步骤越多，所达到的精密度越高。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和光洁度，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。为了实现硅晶片粗抛光液抛光速率快，表面缺陷少(无划伤和拉丝等不良现象)，抛光后硅片表面易清洗等要求，国内外对硅片抛光液做了大量的研究，并取得了一定的进展。美国专利US4169337中公布了一种硅片抛光液，该抛光液含有粒径为4-200nm的胶体二氧化硅，0.1-5wt％的羟乙基乙二胺和水。该抛光液具有抛光速率快，表面质量好等优点，但是高的抛光速率是在高压力的抛光条件下获得的，在低压力下就不再占有优势。美国专利US4462188中公布了一种硅片抛光液，该抛光液在美国专利US4169337抛光液的基础上继续添加0.1-5wt％水溶性的季铵盐或者季铵碱(碳原子数不超过6)，可以提高硅片的抛光速率，但是没有提及硅片的表面质量。美国专利US4588421中公布了一种硅片抛光液，该抛光液含有二氧化硅磨料、0.1-5wt％的哌嗪、0.1-5wt％的水溶性的季铵盐或者季铵碱(碳原子数不超过6)和水。相比于美国专利US4169337的抛光液，美国专利US4588421抛光液中的哌嗪具有更多优点，首先是抛光速率快，其次是哌嗪在抛光液中颜色不会随着时间的变化而变色，再次是哌嗪在抛光液中能够抑制微生物的生长等等。但是该专利中也未涉及硅片表面质量的问题。因此，抛光速率快，表面质量好的抛光液成为新一代单晶硅抛光液的主流。

发明内容

本发明的目的提供一种用于硅单晶片抛光的抛光液及其制备和使用方法，以克服现有技术中的缺陷。采用本发明的抛光液对硅片进行化学机械抛光，具有抛光速度快，表面缺陷少(无划伤和拉丝等不良现象)，抛光后硅片表面易清洗等优点，特别适合硅单晶片的粗抛光。

本发明采用如下技术方案来解决上述现有技术问题：

本发明的用于硅单晶片抛光的抛光液，包括如下重量百分含量的组分：磨料20-40wt％、1，2-丙二胺0.5-5wt％、季铵盐或者季铵碱0.5-5wt％、水50-79wt％；所述抛光液中大于等于0.56μm的大颗粒数为20万颗/ml-80万颗/ml。

所述抛光液中大颗粒数即抛光液中≥0.56μm的颗粒数通过Accusizer^TM 780Optical Particle Sizer测试为20万颗/ml-80万颗/ml。由于二氧化硅磨料在制备或者抛光液在配制过程中会有一些灰尘等大颗粒引入，因此对抛光液中的大颗粒进行控制可以有效的降低硅片表面划伤，提高硅片表面质量。

所述抛光液的pH值为9.00-12.00。

所述磨料选用胶体二氧化硅，且所述磨料的含量以胶体二氧化硅中所含的二氧化硅颗粒计。