CN115725241B - 一种多晶硅抛光组合物及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多晶硅抛光组合物及其应用，所述多晶硅抛光组合物以纳米二氧化硅胶体为主要抛光组分，并添加有聚醇醚类物质和烷基葡糖酰胺类物质作为助剂。本发明的抛光组合物中同时添加聚醇醚类物质和烷基葡糖酰胺类物质作为表面活性剂，绿色低毒，在保持较高多晶硅去除速率的条件下，有效抑制碟形凹陷的产生，与现有技术相比，具有明显优势。
Description
技术领域
本发明涉及化学机械抛光技术领域，尤其涉及一种多晶硅抛光组合物及其应用。
背景技术
多晶硅是单质硅的一种，在MOSFET制备过程中，多晶硅与铝相比“功函数”更低，所对应的阈值电压也更低，即可实现以更低的电源电压运行电路，而且多晶硅还具有耐高温、耐离子注入以及具有“自对准效应”等优点，因此目前多晶硅是集成电路制造过程中的主要栅极材料。在多晶硅栅制造过程中，需要进行化学机械抛光(CMP)，其中抛光液中碱性化合物产生的OH-使多晶硅表面持续形成软质层，软质层在磨料和抛光垫的机械作用下去除。
在抛光过程中，通常需要同时抛光多晶硅和介质材料---氧化硅或氮化硅。虽然多晶硅材料表面是疏水的，但氧化硅、氮化硅表面是亲水的，而实际上多晶硅栅的宽度基本都属微纳级别，因此多晶硅表面非常容易与化学助剂发生化学腐蚀，结果是其表面容易产生因过度腐蚀而导致的碟形凹陷(Dishing)，在抛光过程中碟形凹陷是造成抛光平坦性下降的主要原因，是抛光多晶硅栅表面质量的关键指标。
由于氧化硅与多晶硅硬度接近，且氧化硅还具有粒度细，抛光后表面损伤小，易清洁等优点，因此目前行业中纳米二氧化硅胶体是多晶硅抛光液的主要磨料。另外，多晶硅抛光液中还添加有碱性化合物、pH调节剂、表面活性剂和水等成分；其中表面活性剂可以发挥抑制抛光缺陷(Dishing)，提高抛光表面质量的作用。
现有技术中，韩国公开专利KR20100014849A提出向多晶硅抛光组合物中加入脂肪族铵盐型的阳离子表面活性剂(如辛基三甲基溴化铵)，以控制缺陷，提高抛光表面质量，但这类助剂含有卤素，毒性较大，容易导致抛光后介质材料(氧化硅、氮化硅)的介电性能下降，同时也容易对抛光设备造成腐蚀破坏。
专利CN1939663A提出向多晶硅抛光组合物中加入表面活性剂HEC，但HEC容易造成纳米硅溶胶的微团聚，使抛光组合物难以长时间存储。
专利CN103620747A提出向多晶硅抛光组合物中加入的表面活性剂为POE型聚合物和一些水溶性多糖聚合物(如淀粉、羟甲基纤维素)，虽然这些聚合物能够发挥控制碟形凹陷的作用，但对多晶硅去除速率的抑制作用也非常明显。同样，专利CN112552824A也提出向多晶硅抛光组合物中加入两种及以上不同分子量的含有内酰胺环的水溶性高分子聚合物作为表面活性剂，以控制碟形凹陷，减少抛光后表面残留，但这些聚合物同样会使多晶硅的去除速率受到明显的抑制。
总体来看，现有技术难以在控制碟形凹陷和抛光速率之间同时取得良好的效果，仍需通过对化学配方中表面活性剂等成分进行合理调控和组合，以在环保绿色的基础上实现高多晶硅去除速率、低碟形凹陷的效果，克服上述现有技术的弊端。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种多晶硅抛光组合物，通过向纳米二氧化硅胶体中同时添加两类水溶性化合物作为表面活性剂，两者发挥协同作用，可在较高多晶硅去除速率的基础上，保持较低水平的碟形凹陷，提高多晶硅栅化学机械抛光时的质量和效率。
本发明的另一目的在于提供这种多晶硅抛光组合物在多晶硅化学机械抛光中的应用。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种多晶硅抛光组合物，以纳米二氧化硅胶体为磨料，其中，还包括聚醇醚类物质和烷基葡糖酰胺类物质作为表面活性剂。
在一个优选的实施方案中，所述多晶硅抛光组合物包括纳米二氧化硅胶体、表面活性剂、碱性化合物、pH调节剂和去离子水；其中，所述表面活性剂同时包含第一类表面活性剂(聚醇醚类物质)和第二类表面活性剂(烷基葡糖酰胺类物质)。
在一个优选的实施方案中，所述多晶硅抛光组合物各组分含量为：纳米二氧化硅胶体5～24wt％、表面活性剂0.006～1.2wt％、碱性化合物0.5～7wt％、pH调节剂0.01～1wt％，余量为去离子水；其中，表面活性剂中第一类表面活性剂(聚醇醚类物质)和第二类表面活性剂(烷基葡糖酰胺类物质)的重量比为1:1～1:14。
在一个更优选的实施方案中，所述多晶硅抛光组合物各组分含量为：纳米二氧化硅胶体10～18wt％、表面活性剂0.15～0.75wt％、碱性化合物1～5wt％、pH调节剂0.05～0.5wt％，余量为去离子水；其中，表面活性剂中第一类表面活性剂(聚醇醚类物质)和第二类表面活性剂(烷基葡糖酰胺类物质)的重量比为1:4～1:9。
在一个具体的实施方案中，所述纳米二氧化硅胶体的平均粒径为60-90nm，浓度为20wt％～30wt％。
在一个具体的实施方案中，所述表面活性剂中的第一类表面活性剂为聚醇醚类物质，选自聚乙二醇单甲醚、聚乙二醇二甲醚、聚乙二醇单辛醚、聚乙二醇三甲基壬基醚、聚乙二醇二乙烯基醚、聚乙二醇辛基苯基醚、聚乙二醇壬基苯基醚、聚乙二醇烯丙基甲基醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇十二烷基醚、聚乙二醇十六烷基醚、聚乙二醇十八烷基醚、聚乙二醇缩水甘油基十二烷基醚、聚乙二醇双(3-氨丙基)醚、聚乙二醇单(2-月桂酰胺基乙基)醚、聚丙二醇单甲醚、聚丙二醇单丁醚、聚丙二醇-单异十三烷基醚、聚丙二醇十八烷基醚、聚丙二醇二缩水甘油醚中的至少任一种，优选为聚乙二醇单甲醚、聚乙二醇三甲基壬基醚、聚乙二醇烯丙基甲基醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇十二烷基醚、聚丙二醇单丁醚、聚丙二醇二缩水甘油醚中的至少任一种。
在一个具体的实施方案中，所述表面活性剂中的第二类表面活性剂为烷基葡糖酰胺类物质，选自羟乙基月桂葡糖酰胺、丁基月桂葡糖酰胺、辛基葡萄糖酰胺、十二酰基胺乙基葡糖酰胺、十二烷基甲基葡糖酰胺、己酰基甲基葡糖酰胺、癸酰基甲基葡糖胺、辛酰基甲基葡糖胺、壬酰基甲基葡萄糖胺、十四烷基葡糖酰胺、十六烷基葡糖酰胺、十八烷基葡糖酰胺、乙酰基正八烷葡糖酰胺、乙酰基正十烷葡糖酰胺、乙酰基正十二烷葡糖酰胺、丙酰基正八烷葡糖酰胺、丙酰基正十烷葡糖酰胺、丙酰基正十二烷葡糖酰胺、N-(3-三乙氧硅基丙基)葡糖酰胺、椰油酰基甲基葡萄糖胺、肉豆蔻酰甲基葡糖酰胺中的至少任一种，优选为癸酰基甲基葡糖胺、十二烷基甲基葡糖酰胺、辛酰基甲基葡糖胺、十八烷基葡糖酰胺、N-(3-三乙氧硅基丙基)葡糖酰胺中的至少任一种。
在一个具体的实施方案中，所述碱性化合物为有机胺类或季铵碱，选自高哌嗪、甲基高哌嗪、乙基高哌嗪、甲酰基高哌嗪、哌嗪、甲基哌嗪、吡嗪、哒嗪、单乙醇胺、异丙醇胺、咪唑、甲基咪唑、碳酸胍、四甲基胍、乙二胺、氢氧化铵、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵中的至少任一种，优选为单乙醇胺、乙二胺、氢氧化铵、四甲基氢氧化铵。
在一个具体的实施方案中，所述pH调节剂为氨基酸类物质，选自赖氨酸、组氨酸、脯氨酸、丙氨酸、甘氨酸、缬氨酸、丝氨酸、酪氨酸、谷氨酸、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、色氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、天冬氨酸、半胱氨酸中的至少任一种；优选为赖氨酸、甘氨酸。优选地，调节所述多晶硅抛光组合物的pH值为10～12。
另一方面，前述的多晶硅抛光组合物在多晶硅化学机械抛光中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明以纳米二氧化硅胶体作为基础磨料，具有抛光速率快，抛光表面清洁的优点。另外在抛光组合物中按比例同时添加第一类表面活性剂和第二类表面活性剂，有效地抑制了抛光表面的碟形凹陷，在保持对多晶硅材料较高去除速率的同时，也具有绿色低毒的特点，与现有技术相比，具有显著优势。
具体实施方式
为了更好理解本发明的技术方案，下面的实施例将对本发明所提供的方法予以进一步的说明，但本发明不限于所列出的实施例，还应包括在本发明的权利要求范围内其他任何公知的改变。
一种多晶硅抛光组合物，所述多晶硅抛光组合物以纳米二氧化硅胶体为主要抛光组分，并添加有第一类表面活性剂和第二类表面活性剂，即在现有的以纳米二氧化硅胶体为磨料的多晶硅化学机械抛光液的基础上，同时添加聚醇醚类物质和烷基葡糖酰胺类物质作为表面活性剂得到本发明的多晶硅抛光组合物。
其中，所述表面活性剂中的第一类表面活性剂是聚醇醚类水溶性聚合物，属于非离子表面活性剂，整体呈链状，以小分子醇的聚合物为主体，分子中含有醚键、醇羟基，同时也存在烷基、烯基、烯丙基、苯基、氨丙基、酰胺基等基团的至少一种。所述表面活性剂中的第二类表面活性剂是烷基葡糖酰胺类物质，也属于非离子表面活性剂，其分子的一端为C8～C22的烷基，另一端为酰胺基和多个醇羟基，因此其表现出明显的亲疏水特点。
所述第一类表面活性剂和第二类表面活性剂在抛光组合物中所占总质量比为0.006～1.2wt％(包括但不限于0.006wt％、0.05wt％、0.15wt％、0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％、1wt％、1.1wt％、1.2wt％)；所述第一类表面活性剂和第二类表面活性剂的重量比为1:1～1:14(包括但不限于1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10、1:11、1:12、1:13、1:14)。
在多晶硅材料的抛光过程中，碱性化合物能够在体系中电离或水解产生大量的OH-，OH-与多晶硅表面的Si-H发生亲核反应，最终Si-H逐渐向Si-OH转化，多晶硅表面持续形成以硅氧化物为主要成分的软质层，软质层在磨料和抛光垫的机械作用下去除。一般来说，由于纳米氧化硅磨料和沉积的多晶硅膜层的硬度接近，直接用硅溶胶抛光的去除速率比较低，因此多晶硅抛光过程中，化学腐蚀作用是非常重要的。可以说在多晶硅的抛光过程中，化学腐蚀作用对去除速率的调控是占主导地位的，但是化学腐蚀作用与机械作用相比，其可控性相对较差，非常容易使抛光过程中的低凹处不断腐蚀加深，最终产生较大的碟形凹陷，严重影响栅极的性能。
针对这一问题，行业内通常是加入一些聚合物类的表面活性剂，使其在多晶硅表面形成一层膜层，使得抛光过程中低凹处受到的化学腐蚀作用减弱，从而控制蝶形凹陷的深度，一般来说，聚合物形成的膜层越致密，碟形凹陷越小。但是加入大量这些聚合物类的表面活性剂在多晶硅表面形成致密膜层之后，虽然碟形凹陷被有效抑制，但这些聚合物膜层对多晶硅的去除速率也产生了明显的抑制作用；反之，如果聚合物的加入量不足，虽然去除速率较高，但碟形凹陷也较大。
在研究解决这一问题过程中，本申请的发明人发现采用特定种类的非聚合物类表面活性剂和特定种类的聚合物类表面活性剂，再按特定比例将两者同时加入，在研磨体系中两者发挥协同作用，可以有效抑制碟形凹陷，同时也能使多晶硅去除速率保持较高水平。由于多晶硅抛光组合物应用于IC制程中栅极的制造，因此其中的金属离子和卤素被严格的控制，所采用的非聚合物类表面活性剂为非离子型。
本发明采用的表面活性剂包括第一类表面活性剂和第二类表面活性剂。其中第一类表面活性剂为聚醇醚类物质，整体呈长链状，其分子中含有大量的疏水基团和亲水基团，因此非常容易在疏水的多晶硅表面吸附形成一层膜层。通过合理控制该类物质的添加量，其在多晶硅表面仅形成一层较薄的膜层，在机械作用下化学助剂对多晶硅的化学腐蚀作用受到的影响较小，但在机械作用停止的情况下，其能够发挥抑制静态化学腐蚀(SER)的作用，可以有效抑制碟形凹陷的发生。
其中第二类表面活性剂为烷基葡糖酰胺类物质，其分子中含有的烷基为疏水基，醇羟基为亲水基，其碳链长度相对较短，也容易在多晶硅表面发生亲疏水吸附，但其吸附膜层不致密，该膜层对多晶硅抛光过程中化学作用的抑制相对较小，因此其对多晶硅去除速率的影响不大。该类物质还有一定的起泡性，其泡沫大小和烷基链的长度有关，一般来说，烷基链越长，气泡越多。在抛光过程中，碟形凹陷的产生是不可避免的，由于抛光压力在碟形凹陷处相对较小，该类表面活性剂容易在凹陷位置处吸附积累并产生气泡，其膜层和气泡对化学助剂产生了阻隔作用，使得碟形凹陷处的化学腐蚀过程被抑制，从而使凹陷的深度被控制在一个较低的水平。
其中，所述纳米二氧化硅胶体的粒径为60-90nm，例如包括但不限于60nm、65nm、70nm、75nm、80nm、85nm、90nm，所述二氧化硅溶胶的质量浓度为20～30wt％,例如包括但不限于20wt％、30wt％。
作为所述的表面活性剂中的第一类表面活性剂，属于聚醇醚类物质，例如选自聚乙二醇单甲醚、聚乙二醇二甲醚、聚乙二醇单辛醚、聚乙二醇三甲基壬基醚、聚乙二醇二乙烯基醚、聚乙二醇辛基苯基醚、聚乙二醇壬基苯基醚、聚乙二醇烯丙基甲基醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇十二烷基醚、聚乙二醇十六烷基醚、聚乙二醇十八烷基醚、聚乙二醇缩水甘油基十二烷基醚、聚乙二醇双(3-氨丙基)醚、聚乙二醇单(2-月桂酰胺基乙基)醚、聚丙二醇单甲醚、聚丙二醇单丁醚、聚丙二醇-单异十三烷基醚、聚丙二醇十八烷基醚、聚丙二醇二缩水甘油醚中的至少任一种，例如上述聚醇醚类物质中的任一种、任两种组合或以上，优选为聚乙二醇单甲醚、聚乙二醇三甲基壬基醚、聚乙二醇烯丙基甲基醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇十二烷基醚、聚丙二醇单丁醚、聚丙二醇二缩水甘油醚。
作为所述的表面活性剂中的第二类表面活性剂，属于烷基葡糖酰胺类物质，例如选自羟乙基月桂葡糖酰胺、丁基月桂葡糖酰胺、辛基葡萄糖酰胺、十二酰基胺乙基葡糖酰胺、十二烷基甲基葡糖酰胺、己酰基甲基葡糖酰胺、癸酰基甲基葡糖胺、辛酰基甲基葡糖胺、壬酰基甲基葡萄糖胺、十四烷基葡糖酰胺、十六烷基葡糖酰胺、十八烷基葡糖酰胺、乙酰基正八烷葡糖酰胺、乙酰基正十烷葡糖酰胺、乙酰基正十二烷葡糖酰胺、丙酰基正八烷葡糖酰胺、丙酰基正十烷葡糖酰胺、丙酰基正十二烷葡糖酰胺、N-(3-三乙氧硅基丙基)葡糖酰胺、椰油酰基甲基葡萄糖胺、肉豆蔻酰甲基葡糖酰胺中的任一种、任两种组合或以上，优选为癸酰基甲基葡糖胺、十二烷基甲基葡糖酰胺、辛酰基甲基葡糖胺、十八烷基葡糖酰胺、N-(3-三乙氧硅基丙基)葡糖酰胺。
除了上述纳米二氧化硅胶体为磨料，并加入第一类表面活性剂和第二类表面活性剂这三种主要成分外，本发明不限定抛光组合物中添加的任何其它添加剂，可适用于常规的各种多晶硅化学机械抛光液体系，还可以根据提高多晶硅去除速率和提高组合物稳定性的需求，技术人员可任意选择碱性化合物、pH调节剂以及润湿剂、分散剂、杀菌剂的一种或多种添加到抛光组合物中。
其中，所述碱性化合物，例如选自高哌嗪、甲基高哌嗪、乙基高哌嗪、甲酰基高哌嗪、哌嗪、甲基哌嗪、吡嗪、哒嗪、单乙醇胺、异丙醇胺、咪唑、甲基咪唑、碳酸胍、四甲基胍、乙二胺、氢氧化铵、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵中的至少任一种，例如上述碱性化合物中的任一种、任两种组合或以上，优选为单乙醇胺、乙二胺、氢氧化铵、四甲基氢氧化铵。所述碱性化合物在分散体系中发生水解，使得抛光组合物中OH-的浓度保持较高水平，以利于多晶硅表面软质层的快速形成。
作为所述的pH调节剂，例如选自赖氨酸、组氨酸、脯氨酸、丙氨酸、甘氨酸、缬氨酸、丝氨酸、酪氨酸、谷氨酸、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、色氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、天冬氨酸、半胱氨酸中的至少任一种，例如上述pH调节剂中的任一种、任两种组合或以上，优选为赖氨酸、甘氨酸。所述pH调节剂用于调节浓缩液的pH值，防止浓缩液碱性太强而引起纳米二氧化硅胶体颗粒溶解，同时其电离产生的阴离子对组合物中的金属离子具有络合作用。
在一个具体的实施方案中，所述组合物由以下配比的各组分制成：
其中所述多晶硅抛光组合物的pH值为10～12，例如包括但不限于10、10.5、11、11.5、12，优选为10.5～11.5。
所述第一类表面活性剂和第二类表面活性剂的重量比为1:1～1:14，例如包括但不限于1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10、1:11、1:12、1:13、1:14，优选为1:4～1:9。
本发明的多晶硅抛光组合物的制备方法，例如按照本领域公知的各组分混合即可，具体地，例如一种多晶硅抛光组合物的制备方法，包括含有表面活性剂与纳米二氧化硅胶体及其他助剂混合的步骤。
在一个优选的实施方案中，本发明所述的第一类表面活性剂、第二类表面活性剂、碱性化合物、pH调节剂先充分混合分散，形成组合物的化学助剂。
然后，将化学助剂再加入到纳米二氧化硅胶体中，充分搅拌分散后形成本发明所述的多晶硅抛光组合物，这一过程中的分散手段包括但不限于机械搅拌、超声波分散、磁力搅拌中的任意一种或多种。
下面通过更具体的实施例进一步解释说明本发明，但不构成任何的限制。
以下实施例中，晶圆抛光测试时使用的抛光机为Ebara F-REX200型抛光机；所用的抛光垫为IC1010型，抛光材料为200mm图案化wafer，抛光上下盘转速为81/80rpm，抛光压力为2.0psi，流量为2L/min，抛光时间为1min，抛光温度控制在30～32℃。所用的抛光液经过滤后由蠕动泵输送到抛光盘上，每次抛光后都使用修整器对抛光垫进行修整保养，每次抛光前都进行预抛光。
去除速率测试：采用非金属膜厚仪(TohoSpec 3100)测量抛光去除的多晶硅薄膜厚度，根据抛光时间，计算去除速率---MRR(/min)。
碟形凹陷测量：用原子力显微镜(Bruker-Dimension)测量碟形凹陷的深度，单位为
若无特殊说明，本发明实施例及对比例所使用的原料及试剂，均可通过市售商业途径购买获得，如聚醇醚类物质中的聚乙二醇单甲醚、聚乙二醇烯丙基甲基醚来自南通九泽化工有限公司，聚乙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚来自广东翁江化学试剂有限公司，聚丙二醇单丁醚来自武汉卡米克科技有限公司，聚乙二醇十二烷基醚来自上海麦克林生化科技有限公司，聚乙二醇三甲基壬基醚来自南京化学试剂股份有限公司；如烷基葡糖酰胺类物质中的辛酰基甲基葡糖胺来自湖北云镁科技有限公司，十二烷基甲基葡糖酰胺来自广州市宸宇化工有限责任公司，癸酰基甲基葡糖胺来自南京网化化工科技有限公司，十八烷基葡糖酰胺来自河北药成医药科技有限责任公司，N-(3-三乙氧硅基丙基)葡糖酰胺来自昊睿化学(上海)有限公司。
实施例1
将0.06g聚乙二醇单甲醚、0.06g十二烷基甲基葡糖酰胺、10g氢氧化铵、0.2g甘氨酸，加入到300g去离子水中，搅拌均匀，然后将该溶液边搅拌边加入到500g 20wt％纳米二氧化硅胶体(平均粒径60nm)中，继续加去离子水至分散液总质量为2kg，磁力搅拌30min，封装，分散液pH值为10。
实施例2
将0.25g聚乙二醇三甲基壬基醚、0.75g辛酰基甲基葡糖胺、20g氢氧化铵、1g赖氨酸，加入到300g去离子水中，搅拌均匀，然后将该溶液边搅拌边加入到700g 20wt％纳米二氧化硅胶体(平均粒径60nm)中，继续加去离子水至分散液总质量为2kg，磁力搅拌30min，封装，分散液pH值为10.5。
实施例3
将0.6g聚乙二醇烯丙基甲基醚、2.4g十八烷基葡糖酰胺、40g四甲基氢氧化铵、2g甘氨酸，加入到300g去离子水中，搅拌均匀，然后将该溶液边搅拌边加入到1000g 20wt％纳米二氧化硅胶体(平均粒径70nm)中，继续加去离子水至分散液总质量为2kg，磁力搅拌30min，封装，分散液pH值为11.0。
实施例4
将1g聚乙二醇十二烷基醚、5g癸酰基甲基葡糖胺、50g氢氧化铵、2.4g甘氨酸，加入到300g去离子水中，搅拌均匀，然后将该溶液边搅拌边加入到1200g20wt％纳米二氧化硅胶体(平均粒径70nm)中，继续加去离子水至分散液总质量为2kg，磁力搅拌30min，封装，分散液pH值为11.2。
实施例5
将1g聚乙二醇二缩水甘油醚、7g N-(3-三乙氧硅基丙基)葡糖酰胺、60g乙二胺、4g甘氨酸，加入到300g去离子水中，搅拌均匀，然后将该溶液边搅拌边加入到1500g 20wt％纳米二氧化硅胶体(平均粒径70nm)中，继续加去离子水至分散液总质量为2kg，磁力搅拌30min，封装，分散液pH值为11.3。
实施例6
将1.25g聚丙二醇单丁醚、8.75g十八烷基葡糖酰胺、100g单乙醇胺、10g赖氨酸，加入到300g去离子水中，搅拌均匀，然后将该溶液边搅拌边加入到1200g30wt％纳米二氧化硅胶体(平均粒径90nm)中，继续加去离子水至分散液总质量为2kg，磁力搅拌30min，封装，分散液pH值为11.5。
实施例7
将1.2g聚丙二醇二缩水甘油醚、10.8g N-(3-三乙氧硅基丙基)葡糖酰胺、120g单乙醇胺、16g赖氨酸，加入到300g去离子水中，搅拌均匀，然后将该溶液边搅拌边加入到1400g 30wt％纳米二氧化硅胶体(平均粒径90nm)中，继续加去离子水至分散液总质量为2kg，磁力搅拌30min，封装，分散液pH值为11.7。
实施例8
将1.5g聚乙二醇单甲醚、13.5g癸酰基甲基葡糖胺、140g单乙醇胺、20g赖氨酸，加入到300g去离子水中，搅拌均匀，然后将该溶液边搅拌边加入到1500g20wt％纳米二氧化硅胶体(平均粒径70nm)中，继续加去离子水至分散液总质量为2kg，磁力搅拌30min，封装，分散液pH值为12.0。
实施例9
将1.75g聚丙二醇二缩水甘油醚、19.25g十二烷基甲基葡糖酰胺、70g乙二胺、4.6g甘氨酸，加入到300g去离子水中，搅拌均匀，然后将该溶液边搅拌边加入到1600g 30wt％纳米二氧化硅胶体(平均粒径90nm)中，继续加去离子水至分散液总质量为2kg，磁力搅拌30min，封装，分散液pH值为11.3。
实施例10
将1.6g聚乙二醇烯丙基甲基醚、22.4g辛酰基甲基葡糖胺、100g单乙醇胺、6g赖氨酸，加入到400g去离子水中，搅拌均匀，然后将该溶液边搅拌边加入到1500g 20wt％纳米二氧化硅胶体(平均粒径70nm)中，继续加去离子水至分散液总质量为2kg，磁力搅拌30min，封装，分散液pH值为11.7。
对比例1
助剂中不加聚乙二醇三甲基壬基醚和辛酰基甲基葡糖胺，其他同实施例2一致。
对比例2
助剂中不加聚丙二醇单丁醚和十八烷基葡糖酰胺，其他同实施例6一致。
对比例3
助剂中表面活性剂仅加1.25g聚丙二醇单丁醚，其他同实施例6一致。
对比例4
助剂中表面活性剂仅加8.75g十八烷基葡糖酰胺，其他同实施例6一致。
对比例5
助剂中表面活性剂加6.67g聚丙二醇单丁醚和3.33g十八烷基葡糖酰胺，其他同实施例6一致。
对比例6
助剂中表面活性剂加0.625g聚丙二醇单丁醚和9.375g十八烷基葡糖酰胺，其他同实施例6一致。
对比例7
助剂中表面活性剂加10g聚乙二醇-600，其他同实施例6一致。
对比例8
助剂中表面活性剂加10g脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-7，其他同实施例6一致。
将各实施例和对比例抛光组合物按质量比1:9稀释后进行抛光测试，抛光测试结果见下表1：
表1抛光测试结果
比较上表1中对比例1与实施例2，对比例2与实施例6，可以发现当作为实施例的抛光组合物按比例同时添加了第一类表面活性剂和第二类表面活性剂时，与未添加这两类表面活性剂的对比例相比，在去除速率比较接近的情况下，对比例碟形凹陷深度大幅增加，抛光表面质量比实施例明显下降。这表明，本发明所述的两类表面活性剂有效的抑制抛光过程中碟形凹陷的产生和扩大，能够在研磨中将化学腐蚀作用控制在和机械作用更加同步协调的水平。
比较上表1中对比例3、对比例4与实施例6，可以发现与实施例相比，当对比例组合物中仅单独加入第一类或第二类表面活性剂，且加入量与其在实施例中加入量一致时，对比例组合物对多晶硅的去除速率比实施例稍高，但产生的碟形凹陷深度却明显大于实施例，抛光表面的质量明显下降。综合比较对比例2、对比例3、对比例4与实施例6，可以发现只添加一种第一或第二类表面活性剂，与完全未添加表面活性剂相比，抛光组合物抛光后碟形凹陷的上升趋势是有一定程度的抑制，但效果明显弱于按一定比例同时加入所述两类表面活性剂的抛光组合物，即所述的两类表面活性剂对碟形凹陷的抑制倾向于发挥协同作用。
比较上表1中对比例5、对比例6与实施例6，可以发现对比例5的去除速率大幅低于实施例6，但碟形凹陷仍高于实施例6，而对比例6虽然去除速率与实施例6接近，但碟形凹陷大幅增加，即实施例组合物能够同时产生更好的抛光表面质量和良好的抛光效率。这表明，当两类表面活性剂的总量一定，但比例发生明显变化后，如第一类/第二类表面活性剂的比例为2:1，此时聚醇醚类物质含量太高，则容易使得多晶硅去除速率偏低，限制组合物的应用。相反，当第一类/第二类表面活性剂的比例为1:15，两类表面活性剂中烷基葡糖酰胺类物质含量过高，研磨过程中容易产生过多的气泡，从而会导致多晶硅表面抛光不均匀。综合来看，当两者比例不在合适区间时，发挥的协同作用将大幅减弱，产生的抛光效果明显变差，当两者的比例在1:14区间内时，协同效果良好。
比较上表1中对比例7、对比例8与实施例6，可以发现当组合物中的表面活性剂为PEG-600或AEO-7，且添加量与实施例一致时，对比例多晶硅的去除速率明显低于实施例，但碟形凹陷深度仍比实施例稍高，多晶硅去除速率降低的原因可能是PEG-600或AEO-7在多晶硅表面的吸附作用强，大量的聚合物吸附使得抛光过程中的化学作用被减弱，比较而言，本发明中的第一和第二类表面活性剂按比例复合使用，产生的抛光质量和效率更优。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。本领域技术人员可以理解，在本说明书的教导之下，可对本发明做出一些修改或调整。这些修改或调整也应当在本发明权利要求所限定的范围之内。
Claims (11)
1.一种多晶硅抛光组合物，以纳米二氧化硅胶体为磨料，其特征在于，还包括聚醇醚类物质和烷基葡糖酰胺类物质作为表面活性剂；各组分含量为：纳米二氧化硅胶体5~24wt%、表面活性剂0.006~1.2wt%、碱性化合物0.5~7wt%、pH调节剂0.01~1wt%，余量为去离子水；
所述聚醇醚类物质表面活性剂选自聚乙二醇单甲醚、聚乙二醇二甲醚、聚乙二醇单辛醚、聚乙二醇三甲基壬基醚、聚乙二醇二乙烯基醚、聚乙二醇辛基苯基醚、聚乙二醇壬基苯基醚、聚乙二醇烯丙基甲基醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇十二烷基醚、聚乙二醇十六烷基醚、聚乙二醇十八烷基醚、聚乙二醇缩水甘油基十二烷基醚、聚乙二醇双(3-氨丙基)醚、聚乙二醇单(2-月桂酰胺基乙基)醚、聚丙二醇单甲醚、聚丙二醇单丁醚、聚丙二醇-单异十三烷基醚、聚丙二醇十八烷基醚、聚丙二醇二缩水甘油醚中的至少任一种；
所述烷基葡糖酰胺类物质表面活性剂选自羟乙基月桂葡糖酰胺、丁基月桂葡糖酰胺、辛基葡萄糖酰胺、十二酰基胺乙基葡糖酰胺、十二烷基甲基葡糖酰胺、己酰基甲基葡糖酰胺、癸酰基甲基葡糖胺、辛酰基甲基葡糖胺、壬酰基甲基葡萄糖胺、十四烷基葡糖酰胺、十六烷基葡糖酰胺、十八烷基葡糖酰胺、乙酰基正八烷葡糖酰胺、乙酰基正十烷葡糖酰胺、乙酰基正十二烷葡糖酰胺、丙酰基正八烷葡糖酰胺、丙酰基正十烷葡糖酰胺、丙酰基正十二烷葡糖酰胺、N-(3-三乙氧硅基丙基)葡糖酰胺、椰油酰基甲基葡萄糖胺、肉豆蔻酰甲基葡糖酰胺中的至少任一种；
所述表面活性剂中聚醇醚类物质和烷基葡糖酰胺类物质的质量比为1:1 ~ 1:14；
所述pH调节剂调节所述多晶硅抛光组合物的pH值为10~12。
2.根据权利要求1所述的多晶硅抛光组合物，其特征在于，各组分含量为：纳米二氧化硅胶体10~18wt%、表面活性剂0.15~0.75wt%、碱性化合物1~5wt%、pH调节剂0.05~0.5wt%，余量为去离子水。
3.根据权利要求1或2所述的多晶硅抛光组合物，其特征在于，所述表面活性剂中聚醇醚类物质和烷基葡糖酰胺类物质的质量比为1:4 ~ 1:9。
4.根据权利要求1或2所述的多晶硅抛光组合物，其特征在于，所述纳米二氧化硅胶体的平均粒径为60-90nm，质量浓度为20 wt%~30wt%。
5.根据权利要求1或2所述的多晶硅抛光组合物，其特征在于，所述聚醇醚类物质表面活性剂选自聚乙二醇单甲醚、聚乙二醇三甲基壬基醚、聚乙二醇烯丙基甲基醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇十二烷基醚、聚丙二醇单丁醚、聚丙二醇二缩水甘油醚中的至少任一种。
6.根据权利要求1或2所述的多晶硅抛光组合物，其特征在于，所述烷基葡糖酰胺类物质表面活性剂选自癸酰基甲基葡糖胺、十二烷基甲基葡糖酰胺、辛酰基甲基葡糖胺、十八烷基葡糖酰胺、N-(3-三乙氧硅基丙基)葡糖酰胺中的至少任一种。
7.根据权利要求1或2所述的多晶硅抛光组合物，其特征在于，所述碱性化合物选自高哌嗪、甲基高哌嗪、乙基高哌嗪、甲酰基高哌嗪、哌嗪、甲基哌嗪、吡嗪、哒嗪、单乙醇胺、异丙醇胺、咪唑、甲基咪唑、碳酸胍、四甲基胍、乙二胺、氢氧化铵、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵中的至少任一种。
8.根据权利要求7所述的多晶硅抛光组合物，其特征在于，所述碱性化合物选自单乙醇胺、乙二胺、氢氧化铵、四甲基氢氧化铵。
9.根据权利要求1或2所述的多晶硅抛光组合物，其特征在于，所述pH调节剂选自赖氨酸、组氨酸、脯氨酸、丙氨酸、甘氨酸、缬氨酸、丝氨酸、酪氨酸、谷氨酸、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、色氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、天冬氨酸、半胱氨酸中的至少任一种。
10.根据权利要求9所述的多晶硅抛光组合物，其特征在于，所述pH调节剂为赖氨酸、甘氨酸。
11.权利要求1-10任一项所述的多晶硅抛光组合物在多晶硅化学机械抛光中的应用。
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