CN112680112A

CN112680112A - 一种用于硅片抛光粗抛工序的抛光液及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN112680112A
Application number: CN202011604304.0A
Authority: CN
Inventors: 裴亚利; 赵雪振; 操应军; 刘阳
Original assignee: Beijing Aerospace Sai De Science & Technology Development Co ltd
Current assignee: Beijing Aerospace Sai De Science & Technology Development Co ltd
Priority date: 2020-12-29
Filing date: 2020-12-29
Publication date: 2021-04-20

Abstract

本发明公开了一种用于硅片抛光粗抛工序的抛光液及其制备方法和应用，属于抛光液领域，包括如下重量百分比的组分：二氧化硅胶体20％‑40％、非离子活性剂0.01％‑0.05％、分散剂0.1％‑0.5％、络合剂1％‑5％和抑泡剂0.05％‑0.1％，有机碱调节pH至11‑13，余量为去离子水。本发明采用二氧化硅胶体为主要原料，并通过合理搭配助剂，可提供较快的粗抛速率，从而达到最佳的抛光效果。

Description

一种用于硅片抛光粗抛工序的抛光液及其制备方法和应用

技术领域

本发明主要涉及抛光领域，特别是涉及一种用于硅片粗抛抛光工序的抛光液及其制备方法和应用。

背景技术

1965年Walsh和Herzog首次提出化学机械抛光技术以来，以硅溶胶为主要成分的抛光方法，已经成为硅衬底材料抛光的最主流工艺。一方面，由于二氧化硅胶体质地较软，不容易对硅片表面造成划伤；另一方面，二氧化硅胶体的化学稳定性和储存稳定性好，可以满足电子加工的可靠性要求。除了硅溶胶外，硅片抛光液通常包含氧化剂、分散剂、稳定剂等成分，在抛光过程中，它一方面利用自身的腐蚀作用与硅片表面发生化学反应，一方面利用胶体磨粒进行机械摩擦，同时抛光液在抛光垫上的流动又起到传输热量并带走研磨产生的硅颗粒的作用。因此，抛光液对硅片抛光加工有着至关重要的影响。

按照硅片加工的通常工艺，一般抛光工序分为粗抛、中抛和精抛，其中粗抛起到去除表面划伤和杂质的作用。出于对提高加工效率和降低成本的需求，希望粗抛所用的抛光液具有去除速率快，循环次数多，使用时间长的性能优势。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于硅片抛光粗抛工序的抛光液及其制备方法和应用，使用该抛光液粗抛，能够达到较高的去除速率和较高的良率，可有效提高加工效率、降低成本。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：

一方面，提供一种用于硅片抛光粗抛工序的抛光液，包括如下重量百分比的组分：二氧化硅胶体20％-40％、非离子活性剂0.01％-0.05％、分散剂0.1％-0.5％、络合剂1％-5％和抑泡剂0.05％-0.1％，有机碱调节pH至11-13，余量为去离子水。优选地，二氧化硅胶体30％-40％、非离子活性剂0.02％-0.03％、分散剂0.3％-0.5％、络合剂3％-5％和抑泡剂0.07％-0.1％，有机碱调节pH至12.5-13，余量为去离子水。

本发明采用二氧化硅胶体为主要原料，通过助剂椰子油脂肪醇二乙醇酰胺，聚乙二醇2000，三乙醇胺，氨水的复合添加，发现可以更好的抑制在抛光中出现的晶片划伤可提供较快的粗抛速率，从而达到最佳的抛光效果。

为了达到更好的抛光效果，采用的所述二氧化硅胶体粒径优选为30nm-35nm。

进一步地，所述二氧化硅胶体中二氧化硅的含量为30～40％wt，优选为40％wt。为了达到更好的抛光效果，本发明采用的二氧化硅胶体粒径优选为30nm-35nm，常规的，对于该粒径范围硅溶胶，一般采用X射线小角散射法(Small Angel X-Ray Scattering)或透射电子显微镜图像法(TEM)检测一次粒径。通常，采用碱滴定法，可以推算出二氧化硅胶体表面的硅羟基数量，并进一步推算出胶体直径。本发明的发明人通过对比发现二氧化硅表面硅羟基数量不同，带来的抛光表面效果不同。具体的，依据公开方法，用0.1mol/L的氢氧化钠标准溶液，滴定1.5g(以SiO2计)硅溶胶，记录溶液pH值从4到9所消耗的氢氧化钠的体积V，得到比表面积S＝32V-25，再依据经验公式可以推算出胶体粒径为d＝2720/S。并且惊奇的发现，这个粒径(dSi-OH)与X射线小角散射法(dX-Ray)的比值与抛光效果直接存在一些联系。通过对比，本发明优选出最佳范围是d_Si-OH/d_X-Ray＝1.1-1.3，其中X射线小角散射法一次粒径数据由日本理学Rigaku3014型X射线衍射光谱仪测定.d_Si-OH为根据二氧化硅胶体表面的硅羟基数量推算出的二氧化硅胶体直径，d_X-Ray为X射线小角散射法测出的二氧化硅胶体粒径。

进一步地，所述有机碱采用四甲基氢氧化铵、乙二胺和三乙烯二胺中的一种或多种，优选为四甲基氢氧化铵。

进一步地，所述非离子活性剂为椰子油脂肪醇二乙醇酰胺、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚和油酸二乙醇酰胺中的一种或多种，可以优选椰子油脂肪醇二乙醇酰胺。

进一步地，所述分散剂为聚乙二醇2000、三乙基己基磷酸、甲基戌醇和纤维素衍生物中的一种或多种，可以优选聚乙二醇2000。

进一步地，所述络合剂为三乙醇胺、二羟基甘氨酸、二乙醇胺和乙二胺四醋酸中的一种或多种，可以优选三乙醇胺。

进一步地，所述抑泡剂为有机硅抑泡剂。

另一方面，提供一种所述的用于硅片抛光粗抛工序的抛光液的制备方法，包括如下步骤：将二氧化硅胶体放入搅拌桶中，依次将稀释好的活性剂、分散剂、络合剂加入搅拌桶中，搅拌10分钟，后加入抑泡剂，最后调节PH值，搅拌40分钟。

再一方面，提供一种所述的用于硅片抛光粗抛工序的抛光液的应用，在硅片加工工艺中进行粗抛抛光的应用。

采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：

本发明采用二氧化硅胶体为主要原料，通过助剂椰子油脂肪醇二乙醇酰胺，聚乙二醇2000，三乙醇胺，氨水的复合添加，发现可以更好的抑制在抛光中出现的晶片划伤。可提供较快的粗抛速率，从而达到最佳的抛光效果。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明不局限于下述实施例，任何在本发明的启示下得出的与本发明相同或相近似的产品，均在保护范围之内。

为了达到更好的抛光效果，本发明采用的二氧化硅胶体粒径优选为30nm-35nm，常规的，对于该粒径范围硅溶胶，一般采用X射线小角散射法(Small Angel X-RayScattering)或透射电子显微镜图像法(TEM)检测一次粒径。本发明的发明人发现可以采用碱滴定法，可以推算出二氧化硅胶体表面的硅羟基数量，并进一步推算出胶体直径。通过对比发现二氧化硅表面硅羟基数量不同，带来的抛光表面效果不同。具体的，依据公开方法，用0.1mol/L的氢氧化钠标准溶液，滴定1.5g(以SiO2计)硅溶胶，记录溶液pH值从4到9所消耗的氢氧化钠的体积V，得到比表面积S＝32V-25，再依据经验公式可以推算出胶体粒径为d＝2720/S。并且惊奇的发现，这个粒径(dSi-OH)与X射线小角散射法(dX-Ray)的比值与抛光效果直接存在一些联系。通过对比，本发明优选出最佳范围是dSi-OH/dX-Ray＝1.1-1.3，其中X射线小角散射法一次粒径数据由日本理学Rigaku3014型X射线衍射光谱仪测定.为了进一步验证，通过A,B厂家的二氧化硅胶体进行检测，两种胶体的特性可见表1.

表1.A、B厂家二氧化硅胶体的性能

对A、B厂家的二氧化硅胶体分别进行实验，制备抛光液组合物，如表2所示。

表2 A、B厂家二氧化硅胶体所组成的抛光液组合物

按照实施例进行抛光实验，抛光实验方法：

将上述组合物与去离子水按1:30的质量比例稀释，抛光条件如下：国产910单面抛光机，4寸单晶硅圆片，SUBA600抛光布，开槽20mmx20mm，国产无蜡垫，抛光压力200g/cm²，抛光转速50r/min，抛光液流量50L/h，抛光时间20分钟，测厚：台式测厚仪，测量四个边角加中心点，取平均数值，清洗设备：超声清洗，每组抛光24片。实验结果如表3：

表3 A、B厂家二氧化硅胶体组成的抛光液组合物的抛光实验结果

由实施例可见，A厂家的二氧化硅胶体效果好，所以优选A厂家二氧化硅胶体。按照A厂家二氧化硅胶体制作比较例，抛光液的组成如表4所示。

表4 A厂家实施例及对比例1～4的抛光液组成

比较结果如表5：

表5 A厂家实施例及对比例1～4的抛光液的抛光效果

由比较例可见，椰子油脂肪醇二乙醇酰胺，聚乙二醇2000，三乙醇胺，氨水的复合添加，可以更好的抑制晶片抛光中造成的划伤，可达到更好的效果。

使用A厂家实施例配制抛光液，同液持续多次抛光，查看速率、以及合格率。实验效果如下如表6：

表6 A厂家实施例持续多次抛光效果

由表6可知，使用同组液，连续多次抛光，成品率可保持在90％以上。

上述实施例中，有机碱四甲基氢氧化铵可以替换为乙二胺或三乙烯二胺，或者混搭，也能达到较好的抛光效果。

进一步地，非离子活性剂椰子油脂肪醇二乙醇酰胺可以替换为烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚和油酸二乙醇酰胺中的一种或多种，也可以与其它活性剂混搭，也能达到较好的抛光效果。

进一步地，分散剂聚乙二醇2000可以替换为三乙基己基磷酸、甲基戌醇和纤维素衍生物中的一种或多种，或者混搭，也能达到较好的抛光效果。

进一步地，络合剂三乙醇胺可以替换为二羟基甘氨酸、二乙醇胺和乙二胺四醋酸中的一种或多种，或者混搭，也能达到较好的抛光效果。

本发明抛光液可提供较快的粗抛速率，使硅片粗抛良率保持在90％以上。

本发明的发明人认为：碱滴定法置换出二氧化硅表面羟基从而计算出硅羟基数量，通过该数值与X射线小角散射法粒径比值代表了颗粒的密实程度，根据硅片材料的抛光特性，其材质本身较软，颗粒密实程度过高，会造成表面划伤。另外，颗粒密实度低代表其内部孔隙率高，吸附性能好，快速抛光过程容易将抛光下来的微小颗粒带走。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种用于硅片抛光粗抛工序的抛光液，其特征在于，包括如下重量百分比的组分：二氧化硅胶体20％-40％、非离子活性剂0.01％-0.05％、分散剂0.1％-0.5％、络合剂1％-5％和抑泡剂0.05％-0.1％，有机碱调节pH至11-13，余量为去离子水。

2.根据权利要求1所述的用于硅片抛光粗抛工序的抛光液，其特征在于，二氧化硅胶体30％-40％、非离子活性剂0.02％-0.03％、分散剂0.3％-0.5％、络合剂3％-5％和抑泡剂0.07％-0.1％，有机碱调节pH至12.5-13，余量为去离子水。

3.根据权利要求1或2所述的用于硅片抛光粗抛工序的抛光液，其特征在于，所述二氧化硅胶体的粒径满足式(1)的条件：

d_Si-OH/d_X-Ray＝1.1-1.3 (1)

式(1)中，d_Si-OH为根据二氧化硅胶体表面的硅羟基数量推算出的二氧化硅胶体直径，d_X-Ray为X射线小角散射法测出的二氧化硅胶体粒径。

4.根据权利要求1至3任一所述的用于硅片抛光粗抛工序的抛光液，其特征在于，所述二氧化硅胶体粒径为30nm-35nm；

和/或，所述二氧化硅胶体中二氧化硅的含量为30～40％wt。

5.根据权利要求1至4任一所述的用于硅片抛光粗抛工序的抛光液，其特征在于，所述有机碱采用四甲基氢氧化铵、乙二胺和三乙烯二胺中的一种或多种。

6.根据权利要求1至5任一所述的用于硅片抛光粗抛工序的抛光液，其特征在于，所述非离子活性剂为椰子油脂肪醇二乙醇酰胺、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚和油酸二乙醇酰胺中的一种或多种。

7.根据权利要求1至6任一所述的用于硅片抛光粗抛工序的抛光液，其特征在于，所述分散剂为聚乙二醇2000、三乙基己基磷酸、甲基戌醇和纤维素衍生物中的一种或多种。

8.根据权利要求1至7任一所述的用于硅片抛光粗抛工序的抛光液，其特征在于，所述络合剂为三乙醇胺、二羟基甘氨酸、二乙醇胺和乙二胺四醋酸中的一种或多种；

和/或，所述抑泡剂为有机硅抑泡剂。

9.一种权利要求1至8任一所述的用于硅片抛光粗抛工序的抛光液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将二氧化硅胶体放入搅拌桶中，依次将稀释好的活性剂、分散剂、络合剂加入搅拌桶中，搅拌10分钟，后加入抑泡剂，最后调节PH值，搅拌40分钟。

10.一种权利要求1至8任一所述的用于硅片抛光粗抛工序的抛光液的应用，其特征在于，在硅片加工工艺中进行粗抛抛光的应用。