CN108342184A - 半导体基板的研磨方法及研磨液 - Google Patents

Abstract

本发明的用于半导体基板的研磨液，包括金刚石粉、金属防蚀剂、烷烃类溶剂、添加剂和水，所述金属防蚀剂选自：三唑骨架的化合物、噻唑骨架化合物、苯并三唑中的一种或以上；所述添加剂含有：丙烯酸聚合物、三乙醇胺、聚乙烯和去离子水；所述烷烃类溶剂选自白油、石脑油中的一种或两种；所述金刚石粉的在研磨液中的含量为1～2重量％。该研磨液分散均匀、状态稳定、研磨速率快，加工的半导体晶片或基板无明显划痕，且防止研磨工具生锈。

Description

半导体基板的研磨方法及研磨液

技术领域

本发明涉及研磨液，尤其涉及一种在半导体元件的制造工序的研磨中使用的研磨液，以及使用该种研磨液的研磨方法。

背景技术

在以半导体集成电路为代表的半导体器件的开发中，为了实现小型化、高速化，对基于布线的微细化和层叠化的高密度化、高集成化的需要从未间断过。作为达到该目的的技术，以往采用的是化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，下称CMP)等各种技术。该CMP是实施层间绝缘膜等被加工膜的表面平坦化、插头的形成、埋入式金属布线的形成等时的必要技术，通过该技术可以对基板实施平滑化，除去形成布线时多余的金属薄膜，除去绝缘膜上多余的阻挡层等。

CMP的常规方法中，在圆形的研磨盘上粘贴研磨垫后，用研磨液浸渍研磨垫表面，之后向研磨垫按压基板(晶片)表面，并在其背面施加规定的压力(研磨压力)，在此状态下使研磨盘和基板进行旋转，通过产生的机械摩擦使基板表面达到平坦化。

用于CMP的金属用研磨溶液，通常含有磨粒(氧化铝、二氧化硅)和氧化剂(例如为过氧化氢、过硫酸)，具体原理是：由氧化剂氧化金属表面后用磨粒除去该氧化被膜，由此进行研磨。但是，使用该含固体磨粒的研磨液进行CMP时，有可能发生以下问题：如研磨伤(擦伤、划痕)、研磨面全部被过渡研磨的现象等。

在另外的一种双面研磨中使用的研磨液一般由去离子水、甘油、氨水、乙二胺和金刚石粉组成，但这样的研磨液缺点是悬浮能力差、研磨速率低、产品容易生锈，在研磨过程中造成大量划伤，研磨效果无法令人满意。

故此，亟待一种改进的研磨液，以克服以上缺陷。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种适用半导体基板的研磨液，其分散均匀、状态稳定、研磨速率快，加工的半导体晶片或基板无明显划痕，且防止研磨工具生锈。

本发明的另一目的在于提供一种半导体基板的研磨方法，其采用的研磨液分散均匀、状态稳定、研磨速率快，加工的半导体晶片或基板无明显划痕，且防止研磨工具生锈。

为实现上述目的，本发明提供一种用于半导体基板的研磨液，包括金刚石粉、金属防蚀剂、烷烃类溶剂、添加剂和水，所述金属防蚀剂选自：三唑骨架的化合物、噻唑骨架化合物、苯并三唑中的一种或以上；所述添加剂含有：丙烯酸聚合物、三乙醇胺、聚乙烯和去离子水；所述烷烃类溶剂选自白油、石脑油中的一种或两种；所述金刚石粉的在研磨液中的含量为1～2重量％。

较佳地，所述水、所述金属防蚀剂、所述烷烃类溶剂的体积比为100:5:3。

较佳地，所述添加剂的各组分的质量百分比如下：10％～15％丙烯酸聚合物、20％～25％三乙醇胺、5％～10％聚乙烯和去离子水余量。

较佳地，所述金刚石粉的颗粒直径小于100nm。

相应地，本发明的半导体基板的研磨方法，包括使用研磨工具对半导体基板的表面进行机械研磨，以及在机械研磨的过程中向所述半导体基板的表面供给上述的研磨液。

与现有技术相比，本发明的研磨液由金刚石粉、金属防蚀剂、烷烃类溶剂、添加剂和水组成，具有分散均匀、状态稳定、研磨速率快的特点，加工的半导体晶片或基板无明显划痕，且防止研磨工具生锈，具有良好的推广前景。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的研磨液及研磨方法做进一步说明，但不因此限制本发明。该研磨液用于半导体基板，如半导体晶圆、晶片的研磨，包括但不限于双面研磨。

本发明的研磨液主要由金刚石粉、金属防蚀剂、烷烃类溶剂、添加剂及水构成。优选采用去离子水。

具体地，金刚石粉作为研磨原料，具有硬度高、耐腐蚀性的特点。金刚石粉的比重在研磨液中的含量为1～2重量％，优选为1～1.5重量％，更优选为1重量％。而且，金刚石粉的颗粒直径小于100nm，优选为50～80nm，以提高研磨速度。

金属防蚀剂的作用在于在金属膜表面的氧化层上形成保护膜，从而研磨过程中防止研磨盘生锈，尤其是双面研磨中防止上下研磨盘生锈。特定地，所述金属防蚀剂选自：三唑骨架的化合物、噻唑骨架化合物、苯并三唑(BTA)中的一种或以上。

作为三唑骨架的化合物，可举例如下；1，2，3-三唑、1，2，4-三唑、3-氨基-1H-1，2，4-三唑、苯并三唑、1-羟基苯并三唑、1-二羟丙基苯并三唑、2，3-二羧丙基苯并三唑、4-羟基苯并三唑、4-羧基(-1H-)苯并三唑、4-羧基(-1H-)苯并三唑甲酯、4-羧基(-1H-)苯并三唑丁酯、4-羧基(-1H-)苯并三唑辛酯、5-己基苯并三唑、[1，2，3-苯并三唑-1-甲基][1，2，4-三唑-1-甲基][2-乙基己基]胺、甲苯并三唑、萘并三唑、二[(-苯并三唑基)甲基]磷酸酯、3-氨基三唑、5-甲基苯并三唑等。其中，由研磨速度与蚀刻速度角度考虑，以1，2，3-三唑、1，2，4-三唑、3-氨基-1H-1，2，4-三唑、4-氨基-4H-1，2，4-三唑、苯并三唑、1-羟基苯并三唑、5-甲基苯并三唑。上述化合物可选择一种或一种以上。

添加剂包括丙烯酸聚合物、三乙醇胺、聚乙烯和去离子水，该添加剂用于改善金刚石粉的表面活性，从而增强研磨液的稳定性，添加剂呈胶体状，无刺激性气味。其中丙烯酸聚合物、三乙醇胺、聚乙烯和去离子水的质量百分比分别为10％～15％丙烯酸聚合物、20％～25％三乙醇胺、5％～10％聚乙烯和去离子水余量。更佳为，10％丙烯酸聚合物、25％三乙醇胺、7％聚乙烯和58％去离子水。

在另一实施例中，添加剂的组分构成为：10％丙烯酸聚合物、20％三乙醇胺、5％聚乙烯和65％去离子水。

在另一实施例中，添加剂的组分构成为：15％丙烯酸聚合物、25％三乙醇胺、10％聚乙烯和50％去离子水。

在又一实施例中，添加剂的组分构成为：12％丙烯酸聚合物、22％三乙醇胺、10％聚乙烯和56％去离子水。

烷烃类溶剂选自白油、石脑油中的一种或两种。

在研磨液中，水、金属防蚀剂、烷烃类溶剂的体积比为100:5:3。

下面是研磨液的一个优选的制备方法。

首先，将去离子水、金属防蚀剂、烷烃类溶剂按照100：5：3的体积比混合，并且搅拌均匀，成为混合液体。

继而，将金刚石粉放入其中，每升混合液加入50克金刚石粉，颗粒大小为50～80nm。用搅拌器以500转/分钟的速度旋转搅拌成为中间液体。

将添加剂加入到中间液体中，用搅拌器以300转/分钟的速度旋转搅拌均匀并形成研磨液，其中添加剂的加入量为每100升中间液体加入25升添加剂。添加剂的组分有：质量百分比为10％丙烯酸聚合物、25％三乙醇胺、7％聚乙烯和58％去离子水。

上述制备的研磨液用于半导体基板的研磨工序，在预定的压力下循环使用。例如，用贴附有多孔质有机高分子类研磨布(研磨垫)等的研磨盘将基板夹住，向研磨面供给本发明的研磨液并施加一定高的载荷，同时使研磨盘或基板移动，从而进行研磨工序。或者，在对基板进行双面研磨，在上下研磨面供给本发明的研磨液以进行机械研磨。

本发明对于研磨的其他条件，例如研磨工具的种类、研磨垫的种类、研磨温度、研磨速度、研磨液的供给速度等，并未特别限制。

本发明的研磨液分散均匀、状态稳定、研磨速率快，加工的半导体晶片或基板无明显划痕，且防止研磨工具生锈，具有良好的推广前景。

以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种用于半导体基板的研磨液，包括金刚石粉、金属防蚀剂、烷烃类溶剂、添加剂和水，其特征在于：所述金属防蚀剂选自：三唑骨架的化合物、噻唑骨架化合物、苯并三唑中的一种或以上；所述添加剂含有：丙烯酸聚合物、三乙醇胺、聚乙烯和去离子水；所述烷烃类溶剂选自白油、石脑油中的一种或两种；所述金刚石粉的在研磨液中的含量为1～2重量％。

2.如权利要求1所述的研磨液，其特征在于：所述水、所述金属防蚀剂、所述烷烃类溶剂的体积比为100:5:3。

3.如权利要求1所述的研磨液，其特征在于：所述添加剂的各组分的质量百分比如下：10％～15％丙烯酸聚合物、20％～25％三乙醇胺、5％～10％聚乙烯和去离子水余量。

4.如权利要求1所述的研磨液，其特征在于：所述金刚石粉的颗粒直径小于100nm。

5.一种半导体基板的研磨方法，包括使用研磨工具对半导体基板的表面进行机械研磨，以及在机械研磨的过程中向所述半导体基板的表面供给如权利要求1～4任一项所述的研磨液。