[发明专利]适用于硅片粗抛光的化学机械抛光组合物及其应用

说明书

本发明公开了一种适用于硅片粗抛光的化学机械抛光组合物及其应用，所述化学机械抛光组合物包括研磨颗粒、含有重氮基团的化合物、pH值调节剂、络合剂和去离子水。本发明的抛光组合物中含有重氮基团的化合物中的重氮基团，带有一个单位的正电荷，与表面带有电荷的研磨粒子发生协同作用，实现了抛光组合物对硅的高速去除。

技术领域

本发明涉及化学机械抛光技术领域，具体涉及一种适用于硅片粗抛光的化学机械抛光组合物及其应用。

技术背景

芯片需求的增长对整个产业链生产效率的提升提出了新的挑战。制备芯片所需的半导体基片(如硅片)要经过化学机械抛光(CMP)工序，以获得满足使用需求的表面质量和厚度偏差。CMP效率的提升有助于提升芯片产能、降低生产成本。

硅片的CMP主要包括粗抛光和精抛光步骤。粗抛光主要用于去除前道工序在硅片表面产生的微米级划伤，将硅片表面粗糙度降低到纳米尺度，要求抛光组合物提供约1-2μm/min的去除速率。精抛光用于提升硅片的表面质量，降低硅片表面的粗糙度至埃级，总厚度偏差降低到微米级，要求抛光组合物提供约1000-2000埃/分的去除速率。在成熟的工艺条件下，CMP效率的提升主要来自于粗抛光用抛光组合物性能的提升。

硅片抛光液的主要组成为研磨粒子、速率促进剂、pH值调节剂、络合剂和水，还含有腐蚀抑制剂、杀菌剂、分散剂等。硅片的化学机械抛光中，研磨粒子在硅片的去除中发挥的作用较小，决定抛光液对硅片去除能力的关键组分为速率促进剂，且硅片粗抛光更倾向于追求对硅片的高速去除。因此，硅片粗抛光液配方以速率促进剂为核心来设计。

US3170273A提到低分子量脂肪族胺是一种非常高效的硅片抛光速率促进剂，但胺类物质会增加基材的颗粒缺陷、产生抛光雾。CN102477261B和US8273142B2提到以有机羧酸作为速率促进剂，但其对速率的提升效果有限。CN111378369A以哌嗪、乙醇胺和二乙烯三胺中的一种或多种组合作为速率促进剂，该组合物抛光的硅片表面质量较好，但速率较低。US4462188A中提到的季铵盐或者季铵碱是非常有效的速率促进剂，但相比于其他类速率促进剂，该物质需要很高的含量才能达到所需的抛光速率，但该类物质毒性较大，配方中不宜过多的使用。因此，仍有必要从化学配方的角度改善抛光液组分，以克服前述现有技术仍存在的各种弊端。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种适用于硅片粗抛光的化学机械抛光组合物，所述抛光组合物可以实现对硅的高速去除。

本发明的另一目的在于提供这种适用于硅片粗抛光的化学机械抛光组合物在化学机械抛光中的应用。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种适用于硅片粗抛光的化学机械抛光组合物，所述化学机械抛光组合物包括研磨颗粒、含有重氮基团的化合物、pH值调节剂、络合剂和去离子水。

在一个优选的实施方案中，所述化学机械抛光组合物各组分的质量百分含量为：0.1wt％-10wt％的研磨粒子，0.01wt％-5wt％的含有重氮基团的化合物，0.01wt％-0.5wt％的pH值调节剂，0.01wt％-0.1wt％的络合剂，余量为去离子水。

在一个具体的实施方案中，所述研磨粒子选自氧化硅、氧化锆、氧化铈、氧化铝、碳化硅粒子中的一种或多种；优选地，所述研磨粒子为氧化硅。

在一个具体的实施方案中，所述氧化硅研磨粒子由单质硅法、离子交换法、溶胶凝胶法中的任一种方法制备得到的硅溶胶。

在一个具体的实施方案中，所述研磨粒子的尺寸为10-300nm，优选为30-90nm。

在一个具体的实施方案中，所述含重氮基团的化合物选自氢氧化重氮苯、硝酸重氮苯、重氮苯磺酸、氯化重氮苯、巯基重氮盐、重氮苯硫酸盐中的一种或多种，优选为硝酸重氮苯或重氮苯磺酸。