專利名稱：硅單晶襯底材料拋光液及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及化學機械拋光液及其制備方法，特別是涉及一種用于硅單晶襯底材料的拋光液及其制備方法。
背景技術：
硅單晶是目前IC的主要襯底材料，隨著IC的集成度不斷提高，特征尺寸不斷減小，對硅片表面的完美性要求越來越高，要求硅片表面高平整、低粗糙、高潔凈。因為拋光片表面的顆粒和金屬雜質沾污會嚴重影響到擊穿特性、界面態(tài)和少子壽命，特別是對表面效應型的MOS大規(guī)模集成電路影響更大，所以對拋光片表面的平整度、缺陷、粗糙度、金屬雜質沾污和顆粒有極其嚴格的要求和控制。如生產(chǎn)64兆線寬為0.35μm的DRAM器件，要求拋光硅片表面的重金屬雜質沾污全部小于5×1010atoms/cm2，拋光硅片表面大于0.2μm的顆?？倲?shù)小于20個/片。
硅片拋光通常包括粗拋、精拋兩步，粗拋的目的是將研磨造成的損傷層和畸變層高效率的去除，并達到一定的平整度，對粗拋的要求是在保證平整度的情況下，實現(xiàn)高效率、高速率；而精拋的主要任務是去除粗拋過程存在的損傷層，實現(xiàn)表面低粗糙度，且在強聚光照垂射下，無霧出現(xiàn)。精拋是硅片加工的最后一個環(huán)節(jié)，精拋結果的好壞直接影響到器件的電特性。
拋光液是獲得拋光效果的關鍵，目前應用于粗拋的拋光液通常是用無機堿來調pH值，如氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水等，拋光速率不夠高，且容易出現(xiàn)桔皮狀缺陷。精拋中由于溫度較低，化學反應慢致使拋光速率變慢，所以這些公司采用較大粒徑磨料(50-70nm)提高精拋光過程中的機械作用，以此提高拋光速率，進而提高生產(chǎn)效率。但是這種方法也同時產(chǎn)生了拋光霧缺陷、表面劃傷、殘余顆粒吸附難于清洗、金屬離子沾污等問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服上述不足之處，解決硅單晶襯底材料拋光液在拋光過程中存在的襯底片表面粗糙度高、易劃傷、易塌邊等問題，而公開一種化學作用強、去除速率快、表面粗糙度低、無劃傷，且成本低的硅單晶襯底材料的拋光液及其制備方法。
為實現(xiàn)上述目的本發(fā)明所采用的實施方式如下本發(fā)明根據(jù)硅單晶襯底材料的化學性質，選用堿性介質，自制SiO2水溶膠作為磨料，粒徑為15-100nm，pH值為9-13.5，并加入FA/O表面活性劑來制備拋光液。并利用不同拋光工藝條件下兩步拋光法進行拋光，可實現(xiàn)硅單晶襯底材料表面的低粗糙度，并能滿足工業(yè)上對硅單晶襯底片CMP精密加工的要求。
一種硅單晶襯底材料拋光液，其特征是所述拋光液配制成分和重量％比組成如下磨料 1-95 FA/OpH調節(jié)劑 0.5-10醚醇類活性劑 0.5-1.5去離子水 余量。
所述磨料是粒徑15-100nm的SiO2溶膠，其濃度30％-50％。
所述的FA/O pH調節(jié)劑為胺堿。
所述的pH調節(jié)劑為乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)；作為拋光液pH調節(jié)劑，可起到緩沖劑的作用，又可生成大分子產(chǎn)物且溶于水，同時對多種金屬離子起螯合作用，使反應產(chǎn)物在小的機械作用下即可脫離加工表面，同時還能起到絡合及螯合作用。
所述的醚醇類活性劑是非離子活性劑，可選擇FA/O表面活性、OII-7((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)7-H)、OII-10((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)10-H)、O-20(C12-18H25-37-C6H4-O-CH2CH2O)70-H)、JFC的一種或一種以上。表面活性劑可降低表面張力，提高凹凸選擇比，又能起到滲透和潤滑作用，既能增強了輸運過程，又能達到高平整、高光潔的表面。
一種硅單晶襯底材料拋光液的制備方法，分別制備為粗拋液和精拋液，其特征是包括以下步驟
(1)粗拋液a.將粒徑15-100nm、濃度為30-50％的SiO2磨料，用去離子水稀釋，b.用pH調節(jié)劑調節(jié)上述溶液使pH值在9-13.5范圍內，c.在調節(jié)完pH后，邊攪拌邊加入0.5-1.0％的醚醇類活性劑；(2)精拋液a.選用粒徑15-25nm、濃度30-50％的SiO2磨料，用去離子水稀釋，b.用FA/O pH調節(jié)劑調節(jié)pH值在9-12范圍內，在調節(jié)過程中堿性助劑必須邊攪拌邊加入，c.在調節(jié)完pH后，邊攪拌邊加入0.5-1.0％FA/O表面活性劑。
通過研究發(fā)現(xiàn)在CMP動力學過程中，化學過程是控制過程，化學過程提高會有效降低粗糙度、控制劃傷、大大提高效率、提高表面潔凈度，我們首先研發(fā)出在CMP條件下能和硅反應產(chǎn)物形成易溶于水的大分子化合物，且對幾十種金屬離子形成極穩(wěn)定的絡合物，且在pH值大于12.5時保證磨料穩(wěn)定性的FA/O新試劑，對拋光液性能獲得了質的突破。
本發(fā)明可制成粗拋液和精拋液，分別適用于粗拋和精拋工藝，采用粗拋液實現(xiàn)高去除速率，當去除量接近所要求范圍時，再用精拋液在大流量、低溫、低壓力下實現(xiàn)低粗糙度的控制。
本發(fā)明具有如下有益效果1.選用納米SiO2溶膠作為拋光液磨料，其粒徑小(15-100nm)、濃度高(＞40％)、硬度小(損傷小)、分散度好，能夠達到高速率、高平整、低損傷、無污染，有效解決了現(xiàn)有Al2O3磨料硬度大、易劃傷、易沉淀等諸多弊端。
2.該拋光液為堿性拋光液，易生成可溶性的化合物，從而易脫離拋光表面，可對設備無腐蝕，硅溶膠穩(wěn)定性好。
3.選用表面活性劑，增加了高低選擇比，大大降低了表面張力、減小了損傷層、提高了硅片表面的均一性及交換速率，增強了輸運過程，同時表面凹凸差大大降低，從而有效的提高表面的平整度及降低粗糙度。
4.選用大分子胺堿作為拋光液pH調節(jié)劑，可起到緩沖劑的作用，又可生成大分子產(chǎn)物且溶于水，使反應產(chǎn)物在小的機械作用下即可脫離加工表面，同時還能起到絡合及螯合作用。
5.配方簡單合理、制備工藝簡捷，降低成本價格；一劑多用，應用廣泛。
(2)精拋液取粒徑15-25nmSiO2溶膠800g，邊攪拌邊放入2820g去離子水，然后取320g乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)，60gFA/O活性劑邊攪拌邊倒入上述液體；攪拌均勻后得4000g硅單晶襯底拋光液。表面活性劑同樣可選擇加入FA/O、OII-7((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)7-H)、OII-10((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)10-H)、O-20(C12-18H25-37-C6H4-O-CH2CH2O)70-H)的一種或一種以上。
實施例2(1)粗拋液取粒徑15-100nm SiO2溶膠3600g，邊攪拌邊放入180g去離子水，然后取210g乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)，10gFA/O活性劑，邊攪拌邊倒入上述液體；攪拌均勻后得4000g硅單晶襯底拋光液。
(2)精拋液取粒徑15-25nmSiO2溶膠3600g，邊攪拌邊放入1200g去離子水，然后取160g乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)，40gFA/O活性劑，邊攪拌邊倒入上述液體；攪拌均勻后得5000g硅單晶襯底拋光液。
上述參照實施例對硅單晶襯底材料拋光液及其制備方法進行的詳細描述，是說明性的而不是限定性的，可按照所限定范圍列舉出若干個實施例，因此在不脫離本發(fā)明總體構思下的變化和修改，應屬本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種硅單晶襯底材料拋光液，其特征是所述拋光液配制成分和重量％比組成如下磨料 1-95 FA/O pH調節(jié)劑 0.5-10醚醇類活性劑 0.5-1.5 去離子水 余量。
2.根據(jù)權利要求1所述的硅單晶襯底材料拋光液，其特征是所述磨料是粒徑15-25nm的SiO2溶膠，其濃度30％-50％。
3.根據(jù)權利要求1所述的硅單晶襯底材料拋光液，其特征是所述的FA/OpH調節(jié)劑為胺堿。
4.根據(jù)權利要求3所述的硅單晶襯底材料拋光液，其特征是所述的胺堿為乙二胺四乙酸四(四羥乙基乙二胺)。
5.根據(jù)權利要求1所述的硅單晶襯底材料拋光液，其特征是所述的醚醇類活性劑為FA/O表面活性劑、OII-7((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)7-H)、OII-10((C10H21-C6H4-O-CH2CH2O)10-H)、O-20(C12-18H25-37-C6H4-O-CH2CH2O)70-H)一種或一種以上。
6.一種根據(jù)權利要求1的硅單晶襯底材料拋光液的制備方法，分別制備為粗拋液和精拋液，其特征是包括以下步驟(1)粗拋液a.選用粒徑15-100nm、濃度為30-50％的SiO2磨料，用去離子水稀釋，b.用pH調節(jié)劑調節(jié)上述溶液使pH值在9-13.5范圍內，c.在調節(jié)完pH后，邊攪拌邊加入0.5-1.0％的醚醇類活性劑；(2)精拋液a.選用粒徑15-25nm、濃度為30-50％的SiO2磨料，用去離子水稀釋，b.用FA/O pH調節(jié)劑調節(jié)pH值在9-12范圍內，在調節(jié)過程中堿性助劑必須邊攪拌邊加入，c.在調節(jié)完pH后，邊攪拌邊加入0.5-1.0％FA/O表面活性劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種硅單晶襯底材料拋光液及其制備方法，其特征是所述拋光液配制成分和重量％比組成如下磨料1－95；FA/O pH調節(jié)劑0.5－10；醚醇類活性劑0.5－1；去離子水余量。按上述成分配比分別制成粗拋液和精拋液。該拋光液選用具有在CMP條件下能生成大分子溶于水的硅酸鹽且能將拋光液中微量金屬離子生成極穩(wěn)定的絡合物的新胺堿，同時起到pH值調節(jié)劑、二氧化硅水溶膠穩(wěn)定劑、緩沖劑、絡合劑的作用，調節(jié)pH值為9－13.5。采用小粒徑、高活性、低表面張力的拋光液，可實現(xiàn)硅單晶襯底材料表面拋光低粗糙、低損傷、無非均化腐蝕坑、高速率、高潔凈以及不污染環(huán)境、不腐蝕設備。
文檔編號H01L21/304GK1861723SQ20061001429
公開日2006年11月15日 申請日期2006年6月9日 優(yōu)先權日2006年6月9日
發(fā)明者劉玉嶺, 檀柏梅 申請人:河北工業(yè)大學