CN113969107A - 用于大尺寸硅边抛的化学机械抛光液及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于化学机械抛光领域，尤其涉及一种用于大尺寸硅边抛的化学机械抛光液及其制备方法和应用，所述抛光液包括如下重量份组分：硅溶胶650份；金属螯合剂2‑4份；钾盐速率促进剂5‑20份；碱性速率促进剂60‑90份；表面活性剂1‑10份；杀菌剂3‑5份％；pH调节剂5‑10份；去离子水213‑386份。本发明的抛光液通过加入钾离子可以有效提高大尺寸硅边缘的抛光速率、降低大尺寸硅边缘的表面粗糙度，能够满足微电子行业的精度要求。

Description

用于大尺寸硅边抛的化学机械抛光液及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及化学机械抛光领域，尤其是涉及一种用于大尺寸硅边抛的化学机械抛光液及其制备方法和应用。
背景技术
随着集成电路技术的快速发展，半导体硅片的尺寸在不断地扩大，目前最大的硅片直径已经增加到300mm，处于其边缘范围内的芯片总数占有很大比例，因此硅片边缘的加工质量将直接影响整个硅片上的芯片总量及成品率，这使得对硅片衬底边缘的要求越来越高。硅片边缘抛光的目的是为了去除硅片边缘残留的腐蚀坑和损伤层，使边缘变得光滑、硅片更加坚固，抛光后的边缘能将颗粒吸附降到最低，以确保硅片边缘表面的加工精度和较高的良品率。如果硅片边缘处理不当，很容易将边缘上的有害微粒带到硅片正表面，而且硅片边缘上的晶格缺陷、损伤或粗糙也会导致硅片在后序高温外延加工过程中形成错位缺陷，导致边缘破裂或者带来正面上的缺陷。因此，大尺寸(300mm)硅片边缘的抛光是硅片加工技术中至关重要的一步。目前，化学机械抛光(CMP)技术被广泛地应用到硅片边缘抛光加工中，其可以起到消除切痕、去除损伤层以及改善面型精度等非常重要的作用。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提高大尺寸硅边缘的抛光速率并降低大尺寸硅边缘粗糙度，以确保硅片边缘表面的加工精度，提供一种用于大尺寸硅边抛的化学机械抛光液及其制备方法和应用。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种用于大尺寸硅片边缘抛光的抛光液，
包括如下重量份组分：硅溶胶650份；金属螯合剂2-4份；钾盐速率促进剂5-20份；碱性速率促进剂60-90份；表面活性剂1-10份；杀菌剂3-5份％；pH调节剂5-10份；去离子水213-386份。
优选的，包括如下重量份组分：硅溶胶650份；金属螯合剂2份；钾盐速率促进剂5份；碱性速率促进剂90份；表面活性剂10份；杀菌剂3份；pH调节剂6份；去离子水234份。
进一步地，所述硅溶胶的粒径为40nm—60nm，pH值在8-11之间，粘度为3.5-4.2，分散度为±3％。
进一步地，所述金属螯合剂为甘氨酸、柠檬酸、酒石酸、二乙烯三胺五乙酸、硫酸铵、乙二胺四乙酸中的一种或几种。
进一步地，所述钾盐速率促进剂为二乙烯三胺五乙酸五钾、柠檬酸钾、酒石酸钾、乙二胺四乙酸四钾、乙二胺四乙酸二钾中的一种或几种，；所述的碱性速率促进剂为四乙基氢氧化铵、四甲基氢氧化铵、氨水、氢氧化钾、乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、哌嗪、羟乙基乙二胺中的一种或多种。
进一步地，所述表面活性剂为十二烷基二甲基氧化胺、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钾、十二烷基苯磺酸铵、十二烷基硫酸铵、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基醇酞胺、脂肪铵聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、聚乙二醇、丙三醇中的一种或几种。
进一步地，所述杀菌剂为1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、2-甲基-5-氯-4-异噻唑啉-3-酮中的一种或多种。
进一步地，所述pH值调节剂为柠檬酸、乳酸、甘氨酸中的一种或多种。
优选的，所述的金属螯合剂为乙二胺四乙酸，钾盐速率促进剂为二乙烯三胺五乙酸五钾、碱性速率促进剂为四甲基氢氧化铵以及哌嗪，且二者的比例为8:1；灭菌剂为1,2-苯并异噻唑啉-3-酮，pH调节剂为甘氨酸。
进一步地，使用时，需要用去离子水将边抛液进行稀释后使用，抛光液与去离子水的稀释比例为1:20-40。
进一步地，该边抛液的pH值控制在10-12。
本发明还包括一种用于大尺寸硅边抛的化学机械抛光液的制备方法，其特征在于,包括如下制备步骤：
首先分别将金属螯合剂、钾盐速率促进剂、碱性速率促进剂、表面活性剂以及杀菌剂加入到一定量去离子水中，搅拌均匀并溶解，制成预混液；其次将一定量的pH调节剂加入硅溶胶中搅拌均匀溶解；最后边搅拌边将预混液倒入硅溶胶中，即得。
本发明还包括所述的化学机械抛光液的使用方法，包括将所述抛光液用去离子水稀释后对硅片抛光，所述抛光液与去离子水的稀释比例为1:20-40。
本发明还包括所述的化学机械抛光液在12英寸单晶硅边抛领域中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明通过加入适量的钾盐速率促进剂，可以有效地提高大尺寸硅边缘的抛光速率，同时，碱性速率促进剂可以跟硅反应，生成可溶性的硅酸盐，从而提高去除速率。
2、本发明的抛光液通过各种组分的协同作用及合理配比，可以有效降低大尺寸硅边缘表面的粗糙度，能够满足微电子行业的精度要求。
附图说明
图1是大尺寸硅边抛后表面粗糙度示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明做进一步详细说明，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
实施例一:
配制1000g碱性抛光液：
依次将80g四甲基氢氧化铵(碱性速率调节剂)、2g乙二胺四乙酸(金属螯合剂)、10g哌嗪(碱性速率调节剂)、20g柠檬酸钾(钾盐速率促进剂)、1g聚乙烯吡咯烷酮(表面活性剂)、5g 1,2-苯并异噻唑啉-3-酮(杀菌剂)加入到227g去离子水中，搅拌温度为20-30℃，搅拌速度为300-500r/min，搅拌至均匀溶解，制成预混液；然后取5g甘氨酸(pH调节剂)加入到粒径为60nm的650g硅溶胶中，搅拌至均匀溶解；最后在高速搅拌下将预混液缓慢倒入硅溶胶中，继续搅拌5min，使其pH值在11-12范围，即得硅边抛液。将配制好的抛光液过滤，稀释二十倍后用于12英寸硅片边缘抛光。抛光实验使用BBS KINMEI边抛仪，抛光压力为10N、抛光头转速240rpm、抛光时间30s。测得硅的去除速率为6847/min，表面粗糙度为0.31nm。
实施例二
配制1000g碱性抛光液：
依次将80g四甲基氢氧化铵、4g二乙烯三胺五乙酸、10g哌嗪、20g柠檬酸钾、10g丙三醇、5g 1,2-苯并异噻唑啉-3-酮加入到213g去离子水中，搅拌温度为20-30℃，搅拌速度为300-500r/min，搅拌至均匀溶解，制成预混液；然后取8g甘氨酸(pH调节剂)加入到粒径为60nm的650g硅溶胶中，搅拌至均匀溶解；最后在高速搅拌下将预混液缓慢倒入硅溶胶中，继续搅拌5min，使其pH值在11-12范围，即得硅边抛液。将配制好的抛光液过滤，稀释二十倍后用于12英寸硅片边缘抛光。抛光实验使用BBS KINMEI边抛仪，抛光压力为10N、抛光头转速240rpm、抛光时间30s。测得硅的去除速率为7251/min，表面粗糙度为0.273nm。
实施例三
配制1000g碱性抛光液：
依次将80g四甲基氢氧化铵、2g乙二胺四乙酸、10g哌嗪、5g二乙烯三胺五乙酸五钾、10g丙三醇、3g 1,2-苯并异噻唑啉-3-酮加入到234g去离子水中，搅拌温度为20-30℃，搅拌速度为300-500r/min，搅拌至均匀溶解，制成预混液；然后取6g甘氨酸(pH调节剂)加入到粒径为60nm的650g硅溶胶中，搅拌至均匀溶解；最后在高速搅拌下将预混液缓慢倒入硅溶胶中，继续搅拌5min，使其pH值在11-12范围，即得硅边抛液。将配制好的抛光液过滤，稀释二十倍后用于12英寸硅片边缘抛光。抛光实验使用BBS KINMEI边抛仪，抛光压力为10N、抛光头转速240rpm、抛光时间30s。测得硅的去除速率为7823/min，表面粗糙度为0.257nm。
实施例四
配制1000g碱性抛光液：
依次将50g二乙烯三胺、4g二乙烯三胺五乙酸、10g哌嗪、5g乙二胺四乙酸四钾、1g聚乙二醇、5g 1,2-苯并异噻唑啉-3-酮加入到267g去离子水中，搅拌温度为20-30℃，搅拌速度为300-500r/min，搅拌至均匀溶解，制成预混液；然后取8g甘氨酸(pH调节剂)加入到粒径为60nm的650g硅溶胶中，搅拌至均匀溶解；最后在高速搅拌下将预混液缓慢倒入硅溶胶中，继续搅拌5min，使其pH值在11-12范围，即得硅边抛液。将配制好的抛光液过滤，稀释二十倍后用于12英寸硅片边缘抛光。抛光实验使用BBS KINMEI边抛仪，抛光压力为10N、抛光头转速240rpm、抛光时间30s。测得硅的去除速率为7540/min，表面粗糙度为0.316nm。
对比例一
配制1000g碱性抛光液：
依次将80g四甲基氢氧化铵、2g乙二胺四乙酸、10g哌嗪、1g聚乙烯吡咯烷酮、5g 1,2-苯并异噻唑啉-3-酮加入到247g去离子水中，搅拌温度为20-30℃，搅拌速度为300-500r/min，搅拌至均匀溶解，制成预混液；然后取5g甘氨酸(pH调节剂)加入到粒径为60nm的650g硅溶胶中，搅拌至均匀溶解；最后在高速搅拌下将预混液缓慢倒入硅溶胶中，继续搅拌5min，使其pH值在11-12范围，即得硅边抛液。将配制好的抛光液过滤，稀释二十倍后用于12英寸硅片边缘抛光。抛光实验使用BBS KINMEI边抛仪，抛光压力为10N、抛光头转速240rpm、抛光时间30s。测得硅的去除速率为5750/min，表面粗糙度为0.389nm。
对比例二
配制1000g碱性抛光液：
依次将80g四甲基氢氧化铵、4g二乙烯三胺五乙酸、10g哌嗪、10g丙三醇加入到386g去离子水中，搅拌温度为20-30℃，搅拌速度为300-500r/min，搅拌至均匀溶解，制成预混液；然后取10g甘氨酸(pH调节剂)加入到粒径为60nm的500g硅溶胶中，搅拌至均匀溶解；最后在高速搅拌下将预混液缓慢倒入硅溶胶中，继续搅拌5min，使其pH值在11-12范围，即得硅边抛液。将配制好的抛光液过滤，稀释二十倍后用于12英寸硅片边缘抛光。抛光实验使用BBS KINMEI边抛仪，抛光压力为10N、抛光头转速240rpm、抛光时间30s。测得硅的去除速率为5127/min，表面粗糙度为0.49nm。图1示出各大尺寸硅边抛后表面粗糙度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于大尺寸硅边抛的化学机械抛光液，其特征在于，包括如下重量份组分：硅溶胶650份；金属螯合剂2-4份；钾盐速率促进剂5-20份；碱性速率促进剂60-90份；表面活性剂1-10份；杀菌剂3-5份％；pH调节剂5-10份；去离子水213-386份。
2.根据权利要求1所述的用于大尺寸硅边抛的化学机械抛光液，其特征在于，包括如下重量份组分：硅溶胶650份；金属螯合剂2份；钾盐速率促进剂5份；碱性速率促进剂90份；表面活性剂10份；杀菌剂3份；pH调节剂6份；去离子水234份。
3.根据权利要求1所述的用于大尺寸硅边抛的化学机械抛光液，其特征在于，所述的金属螯合剂包括甘氨酸、柠檬酸、酒石酸、二乙烯三胺五乙酸、硫酸铵、乙二胺四乙酸中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的用于大尺寸硅边抛的化学机械抛光液，其特征在于，所述的钾盐速率促进剂包括二乙烯三胺五乙酸五钾、柠檬酸钾、酒石酸钾、乙二胺四乙酸四钾、乙二胺四乙酸二钾中的一种或多种；所述的碱性速率促进剂为四乙基氢氧化铵、四甲基氢氧化铵、氨水、氢氧化钾、乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、哌嗪、羟乙基乙二胺中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的用于大尺寸硅边抛的化学机械抛光液，其特征在于：所述表面活性剂包括十二烷基二甲基氧化胺、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钾、十二烷基苯磺酸铵、十二烷基硫酸铵、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基醇酞胺、脂肪铵聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、聚乙二醇、丙三醇中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的用于大尺寸硅边抛的化学机械抛光液，其特征在于，所述的杀菌剂为1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、2-甲基-5-氯-4-异噻唑啉-3-酮中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的用于大尺寸硅边抛的化学机械抛光液，其特征在于，所述pH值调节剂包括、柠檬酸、、乳酸、甘氨酸中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的用于大尺寸硅边抛的化学机械抛光液，其特征在于，所述化学机械抛光液的pH值为10-12。
9.一种如权利要求1-8中任一项所述的用于大尺寸硅边抛的化学机械抛光液的制备方法，其特征在于,包括如下制备步骤：
首先分别将金属螯合剂、钾盐速率促进剂、碱性速率促进剂、表面活性剂以及杀菌剂加入到一定量去离子水中，搅拌均匀并溶解，制成预混液；其次将一定量的pH调节剂加入硅溶胶中搅拌均匀溶解；最后边搅拌边将预混液倒入硅溶胶中，即得。
10.如权利要求1-9任一所述的化学机械抛光液的使用方法，包括将所述抛光液用去离子水稀释后对硅片抛光，所述抛光液与去离子水的稀释比例为1:20-40。
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