CN102399496A - 用于晶片粗抛光的研磨组合物 - Google Patents
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Abstract
一种用于晶片粗抛光的研磨组合物，包括：(A)具有平均粒径为5纳米至150纳米的研磨粒子；(B)pH稳定剂，其pKa值介于9至10之间，且该pH稳定剂的含量占该研磨粒子的7wt％至28wt％；(C)研磨加速剂；以及(D)水。本发明研磨组合物能有效减少研磨粒子与抛光过程中的副产物胶化，且能在提升抛光速度的同时维持抛光质量稳定，提升抛光垫的性能及寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于晶片粗抛光的研磨组合物，特别是涉及一种减缓抛光速度衰退的用于晶片粗抛光的研磨组合物。
背景技术
半导体工业中，硅晶片基材必须处理成平坦表面后，才可用于集成电路装置(IC Device)制造。一般而言，用于平坦化硅晶片表面的抛光方法，是将晶片置于配有抛光垫(Pad)的旋转抛光机台上，在晶片表面施加包含亚微米粒子的抛光浆液，以达到平坦化效果。
化学机械抛光(CMP)程序为硅晶片制造中的最后程序，用以降低晶片表面的微粗糙度以使晶片表面平面化及移除物理表面缺陷，例如微刮痕和凹陷标志。晶片抛光之后，即具有一具有低表面缺陷的镜面。抛光晶片所用的CMP程序通常以两步或更多步进行。晶片粗抛光步骤为一需要高抛光速度以移除晶片表面上的深刮痕的抛光步骤。然而，抛光时产生的副产物会令如二氧化硅的研磨粒子失去悬浮能力，瞬时胶化附着于抛光垫表面，使抛光能力下降，且当抛光速度加快，上述问题更为严重。
另外，美国专利US 7,253,111揭露了一种用于研磨阻挡层(barrier)的抛光溶液，其使用EDTA或柠檬酸减缓抛光溶液的黄变。另外，美国专利US6,509,269则揭露了一种含非离子性表面活性剂的抛光溶液，以减缓抛光垫的钝化或光滑(glazing)，然而该抛光溶液用于铝或铝合金的平坦化，而非用于晶片的粗抛光。
因此，如何开发一种用于晶片粗抛光的研磨组合物，降低抛光垫抛光速度的衰退，维持抛光研磨质量，且能提升抛光垫的寿命，实为目前亟待解决的课题。
发明内容
为实现上述及其他目的，本发明提供一种用于晶片粗抛光的研磨组合物，包括：(A)具有平均粒径为5纳米至150纳米的研磨粒子；(B)pH稳定剂，其pKa值介于9至10之间，且该pH稳定剂的含量占该研磨粒子的7wt％至28wt％；(C)研磨加速剂；以及(D)水。
本发明研磨粒子是选自二氧化硅、三氧化二铝、二氧化钛、二氧化铈及二氧化锆所组成的组中的一种或多种，且使用平均粒径分布较小的研磨粒子有利于提升抛光速度。
本发明用于晶片粗抛光的研磨组合物中，该pH稳定剂可为选自烷醇胺、无机酸及有机酸所组成的组中的一种或多种。该烷醇胺可为选自单乙醇胺(monoethanolamine)、二乙醇胺(diethanolamine)及三乙醇胺(triethanolamine)所组成的组中的一种或多种。而该无机酸可为硼酸。
此外，为有效提供较快的抛光速度，本发明的用于晶片粗抛光的研磨组合物包含研磨加速剂，该研磨加速剂可为选自哌嗪(piperazine)、哌嗪盐、四甲基氢氧化铵(tetramethylammonium hydroxide)及四甲基氢氧化铵盐所组成的组中的一种或多种，且该研磨加速剂的含量占该研磨粒子的11wt％至35wt％。本发明的用于晶片粗抛光的研磨组合物还可包括pH调节剂，其选自氢氧化钠、氢氧化钾、硫酸、盐酸或磷酸，任选添加的pH调节剂主要是将组合物的pH值调整至10左右。
在另一实例中，本发明的用于晶片粗抛光的研磨组合物还可包括螯合剂及表面活性剂，该螯合剂的含量占该研磨粒子的5.9wt％至20wt％，表面活性剂的含量则占该研磨粒子的0.16wt％至0.18wt％。
本发明的研磨组合物用于晶片粗抛光，能有效减少研磨粒子与抛光过程中的副产物胶化而附着于抛光垫，且能在提升抛光速度的同时维持抛光质量稳定，并延缓抛光垫变色，提升抛光垫的性能及寿命。
具体实施方式
以下，通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易了解本发明的优点及功效。本发明也可通过其它不同的实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明所揭示的精神下赋予不同的修饰与变更。
本发明提供一种用于晶片粗抛光的研磨组合物，包括：(A)具有平均粒径为5纳米至150纳米的研磨粒子；(B)pH稳定剂，其pKa值介于9至10之间，且该pH稳定剂的含量占该研磨粒子的7wt％至28wt％；(C)研磨加速剂；以及(D)水。
本发明研磨粒子是选自二氧化硅、三氧化二铝、二氧化钛、二氧化铈及二氧化锆所组成的组中的一种或多种，且使用平均粒径分布较小的研磨粒子有利于提升抛光速度。
本发明的用于晶片粗抛光的研磨组合物中，该pH稳定剂可为选自其pKa值介于9至10的烷醇胺、无机酸及有机酸所组成的组中的一种或多种。该烷醇胺可为选自单乙醇胺(pKa＝9.50)、二乙醇胺(pKa＝9.93)及三乙醇胺(pKa＝9.8)所组成的组中的一种或多种，而该无机酸的实例如硼酸(pKa＝9.23)。本发明组合物中，添加pH稳定剂能在进行晶片粗抛光时，使本发明组合物的pH值得以维持在9至10.5之间，避免局部pH值的过酸及过碱，能有效减少研磨粒子与抛光过程中的副产物胶化而附着于抛光垫，且能在提升抛光速度的同时维持抛光质量稳定，并延缓抛光垫变色，提升抛光垫的性能及寿命。
此外，为有效提供较快的抛光速度，本发明的用于晶片粗抛光的研磨组合物包含研磨加速剂，该研磨加速剂可为选自哌嗪、哌嗪盐、四甲基氢氧化铵及四甲基氢氧化铵盐所组成的组中的一种或多种，且该研磨加速剂的含量占该研磨粒子的11wt％至35wt％。本发明的用于晶片粗抛光的研磨组合物还包括pH调节剂，其选自氢氧化钠、氢氧化钾、硫酸、盐酸或磷酸，任选添加的pH调节剂主要是将组合物的pH值调整至10左右。
在另一实例中，本发明的用于晶片粗抛光的研磨组合物还可包括螯合剂及表面活性剂，该螯合剂的含量占该研磨粒子的5.9wt％至20wt％，表面活性剂的含量则占该研磨粒子的0.16wt％至0.18wt％。具体实施例中，使用氮基三醋酸的钠盐做为螯合剂，当然，也可直接使用氮基三醋酸为螯合剂。
以下，通过特定的具体实施例进一步说明本发明的特点与功效，但并非用于限制本发明的范畴。
实施例
制备例用于晶片粗抛光的研磨组合物的配制
下表1中各实施例及比较例的研磨组合物是依后述步骤配制而得。
首先在容器中添加如纯水或去离子水，接着添加研磨加速剂，再添加pH稳定剂，之后任选添加pH调节剂将组合物的pH值调整至10左右。此外，可任选添加螯合剂及表面活性剂，最后添加研磨粒子。前述每一配制步骤皆在均匀混合各成分后进行。
测试例 使用所配制的研磨组合物进行晶片抛光
在此实例中，使用担载型号为SUBA600的抛光垫的研磨机(SECULARXJ-36)研磨6英寸晶片，该抛光机具有四个研磨头，每个研磨头可承载三片6英寸晶片。研磨过程中，该抛光机的载盘盘面温度为31℃至34℃，转速为50RPM，研磨头压力为0.12Mpa，研磨组合物浆液的流速为8L/min。开始抛光后，每小时纪录晶片的厚度变化并以肉眼观察抛光垫颜色，当抛光垫转变为黄褐色时，即认定为抛光垫寿命终点。此外，持续回收使用抛光用的研磨组合物浆液，直到抛光垫寿命终点。
本发明中，抛光速度衰退百分比的计算为将第一小时(A)与最后一小时(B)的抛光速度差值除以第一小时的抛光速度(A)而得，如下式所示。
抛光速度衰退＝[(A-B/A)]*100％
抛光垫总移除量为所有晶片被研磨去除的厚度总和。
表1研磨组合物的成份
TMAH：Tetramethylammonium hydroxide；四甲基氢氧化铵。
NTA：Nitrilotriacetate；氮基三醋酸酯。
DP7530：PO/EO copolymer；PO/EO共聚物。
SEQ7G：阴离子型分散螫合剂(台界化学工业股份有限公司)。
pH调节剂：任选添加，主要将组合物的pH值调整至10左右。
表1中，pH稳定剂、研磨加速剂、pH调节剂、螯合剂及表面活性剂的含量以占二氧化硅含量(100重量份)为基准计算。
用于本测试例的研磨组合物，再加水配制成固含量为1wt％的状态后使用。通常，用于研磨的研磨组合物，其固含量范围约介于0.5wt％至20wt％之间。
由上表1结果可知，以不含pH稳定剂的研磨组合物浆液抛光晶片，抛光速度衰退相当严重，而使用含有pH稳定剂的本发明研磨组合物抛光晶片，可大幅降低抛光垫抛光速度的衰退，维持抛光研磨质量，且在抛光垫寿命终了前可移除较多的晶片厚度，即明显提升抛光垫的寿命。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，凡本领域技术人员在未脱离本发明所揭示精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由权利要求书所涵盖。
Claims (8)
1.一种用于晶片粗抛光的研磨组合物，包括：
(A)具有平均粒径为5纳米至150纳米的研磨粒子；
(B)pH稳定剂，其pKa值介于9至10之间，且该pH稳定剂的含量占该研磨粒子的7wt％至28wt％；
(C)研磨加速剂；以及
(D)水。
2.如权利要求1所述的用于晶片粗抛光的研磨组合物，其中，该研磨粒子是选自二氧化硅、三氧化二铝、二氧化钛、二氧化铈及二氧化锆所组成的组中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的用于晶片粗抛光的研磨组合物，其中，该pH稳定剂是选自pKa值介于9至10之间的烷醇胺、无机酸及有机酸所组成的组中的一种或多种。
4.如权利要求3所述的用于晶片粗抛光的研磨组合物，其中，该pH稳定剂烷醇胺是选自单乙醇胺、二乙醇胺及三乙醇胺所组成的组中的一种或多种。
5.如权利要求3所述的用于晶片粗抛光的研磨组合物，其中，该pH稳定剂无机酸为硼酸。
6.如权利要求1所述的用于晶片粗抛光的研磨组合物，其中，该研磨加速剂是选自哌嗪、哌嗪盐、四甲基氢氧化铵及四甲基氢氧化铵盐所组成的组中的一种或多种，且该研磨加速剂的含量占该研磨粒子的11wt％至35wt％。
7.如权利要求1所述的用于晶片粗抛光的研磨组合物，其中，还包括螯合剂，其含量占该研磨粒子的5.9wt％至20wt％。
8.如权利要求1所述的用于晶片粗抛光的研磨组合物，其中，还包括表面活性剂，其含量占该研磨粒子的0.16wt％至0.18wt％。
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