CN116554788B - 一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液及其制备与使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液及其制备与使用方法；精抛液包括：磨料200～400份；pH调节剂5～35份；大分子聚合物3～10份；表面活性剂0.1～20份；消泡剂0.005～0.2及去离子水530～795份；精抛液的pH为10～11。制备：S1、将pH调节剂、大分子聚合物和表面活性剂加到部分去离子水中，获得预混液；S2、将预混液加到磨料中，获得基液；S3、用剩余去离子水将消泡剂稀释后加入到基液中，制得精抛液。使用：将精抛液稀释后对硅片进行CMP。本发明提供的精抛液利用pH调节剂、大分子聚合物及表面活性剂，提高了硅去除速率、亲水性及抛光液的分散性，降低了硅片CMP后表面颗粒缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及硅片表面精抛技术领域，具体涉及一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液及其制备与使用方法。
背景技术
硅片是广泛应用于半导体和光学器件行业的衬底材料，在半导体器件制造过程中，化学机械抛光(CMP)是唯一可以实现硅片全局和局部平坦化的关键技术。硅片的化学机械抛光(CMP)过程通常分为三步：粗抛、中抛和精抛；其中，精抛是硅片化学机械抛光的最后一步抛光，也是各项参数要求极高的一步抛光。硅片在精抛后通常要求具有极低的表面颗粒缺陷，否则将会影响后续的离子注入等工序。针对这一问题，开发出一款能够大幅降低化学机械抛光后硅片表面颗粒缺陷的精抛液显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于：为了进一步提高化学机械抛光的效果，本发明提供了一种能够有效降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液及其制备方法，采用本发明的精抛液进行CMP能够使硅片在抛光后满足具有极低表面颗粒缺陷的技术效果。
本发明是通过如下技术方案实现的：
本发明提供一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液，其特征在于，所述的精抛液包括如下重量份数的组分：
磨料200～400份；pH调节剂5～35份；大分子聚合物3～10份；表面活性剂0.1～20份；消泡剂0.005～0.2以及去离子水530～795份；所述精抛液的pH值为10～11。
具体的，本发明所述的一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液，通过引入大分子聚合物利用其修饰磨料，能够有效减少所述磨料在硅片化学机械抛光过程中对硅片表面的损伤，降低硅片抛光面的粗糙度，有效降低硅片表面的颗粒缺陷，提高该精抛液对硅片的抛光效果。
进一步的，一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液：所述的磨料选自粒径20～40nm的高纯硅溶胶。所述的硅溶胶是由纳米级的二氧化硅颗粒分散于水中或溶剂形成的分散液。
进一步的，一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液：所述的pH调节剂选自氨水、二乙烯三胺、三乙烯四胺、单乙醇胺、三乙醇胺、甘氨酸、柠檬酸中的一种或几种的混合物。
进一步的，一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液：所述的大分子聚合物选自PVP-K15(聚乙烯吡咯烷酮K15)、PVP-K30(聚乙烯吡咯烷酮K30)、PVP-K60(聚乙烯吡咯烷酮K60)、PVP-K90(聚乙烯吡咯烷酮K90)中的一种或几种的混合物。
进一步的，一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液：所述的表面活性剂选自JFC-E、脂肪醇聚氧乙烯醚3(AEO3)、脂肪醇聚氧乙烯醚7(AEO7)、脂肪醇聚氧乙烯醚9(AEO9)、脂肪醇醚磷酸酯(MOA-3P)、异构十碳醇聚氧乙烯醚(XP-90)、聚乙二醇400(PEG400)、聚乙二醇600(PEG600)、聚乙二醇2000(PEG2000)、聚乙二醇6000(PEG6000)中的一种或几种的混合物。
进一步的，一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液：所述的消泡剂选自X-852消泡剂、FE-1410、AFE-3168、AFE-1267中的一种或几种的混合物。其中：X-852消泡剂为广州市鸿泰新材料有限公司生产的硅溶胶专用消泡剂，型号为X-852。
一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液的制备方法，其特征在于，该方法用于制备上述的一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液，该方法包括如下步骤：
S1、按重量份数，将所述pH调节剂、所述大分子聚合物和所述表面活性剂加入到部分的去离子水中并搅拌均匀，获得预混液；
S2、将所述预混液加入到所述磨料中并搅拌均匀，获得基液；
S3、用剩余的去离子水将所述消泡剂稀释，然后加入到所述基液中并搅拌均匀，制得降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液。
一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液的使用方法，其特征在于，上述的一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液的使用方法为：将所述的精抛液用去离子水稀释后作为抛光液对硅片进行化学机械抛光。
进一步的，一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液的使用方法：所述的精抛液与所述去离子水的稀释比例为1：(30～40)。
本发明的有益效果：
(1)本发明提供的一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液：一是通过对配方的优选，加入pH调节剂使精抛液呈强碱性，进一步提高了硅的去除速率，修复粗抛、中抛后硅片表面的凹坑或凸起，降低精抛后因去除速率不足导致的颗粒缺陷；二是通过加入大分子聚合物，改变硅片表面特性，提高硅片表面亲水性，防止化学机械抛光后磨料颗粒对硅片表面的附着，降低硅片表面的颗粒沾污，降低硅片表面的颗粒缺陷；三是通过加入具有分散、润湿作用的表面活性剂，利用其在硅溶胶(磨料)颗粒表面的包裹作用，降低硅溶胶在硅片表面的吸附沾污。
(2)本发明的精抛液通过引入大分子聚合物利用其修饰磨料，能够有效减少所述磨料在硅片化学机械抛光过程中对硅片表面的损伤，降低硅片抛光面的粗糙度，有效降低硅片表面的颗粒缺陷，提高该精抛液对硅片的抛光效果。
(3)本发明提供的一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液充分利用了pH调节剂、大分子聚合物以及表面活性剂之间的协同作用，通过提高硅去除速率、亲水性以及抛光液的分散性，大幅降低了硅片化学机械抛光后表面的颗粒缺陷。
具体实施方式
下面将结合具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液，其特征在于，所述的精抛液包括如下重量份数的组分：
磨料200份；pH调节剂21份；大分子聚合物3份；表面活性剂10.1份；消泡剂0.005份以及去离子水765.895份；所述精抛液的pH值为10.9；
其中：所述的磨料为粒径20nm的高纯硅溶胶；
所述的pH调节剂由5份的三乙烯四胺和16份的氨水组成；
所述的大分子聚合物采用聚乙烯吡咯烷酮K30(PVP-K30)；
所述的表面活性剂由10份的聚乙二醇400(PEG400)和0.1份的脂肪醇醚磷酸酯(MOA-3P)组成；
所述的消泡剂采用X-852消泡剂。
上述实施例1提供的一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液的制备方法，包括如下具体步骤：
S1、按重量份数，将21份的pH调节剂(包括三乙烯四胺和氨水)、3份的大分子聚合物(PVP-K30)和10.1份的表面活性剂(包括PEG400和MOA-3P)加入到500份的去离子水中并搅拌均匀，获得预混液；
S2、将上述的预混液加入到200份的磨料(粒径20nm的高纯硅溶胶)中并搅拌均匀，获得基液；
S3、将0.005份的消泡剂(X-852消泡剂)加入到265.895份的去离子水(剩余去离子水)中进行稀释，然后再加入到上述的基液中并搅拌均匀，即可制得一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液，其pH值为10.9。
实施例2
一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液，其特征在于，所述的精抛液包括如下重量份数的组分：
磨料200份；pH调节剂23.5份；大分子聚合物3份；表面活性剂10.1份；消泡剂0.005份以及去离子水763.395份；所述精抛液的pH值为10.97；
其中：所述的磨料为粒径20nm的高纯硅溶胶；
所述的pH调节剂由7.5份的三乙烯四胺和16份的氨水组成；
所述的大分子聚合物采用聚乙烯吡咯烷酮K30(PVP-K30)；
所述的表面活性剂由10份的聚乙二醇400(PEG400)和0.1份的脂肪醇醚磷酸酯(MOA-3P)组成；
所述的消泡剂采用X-852消泡剂。
上述实施例2提供的一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液的制备方法，包括如下具体步骤：
S1、按重量份数，将23.5份的pH调节剂(包括三乙烯四胺和氨水)、3份的大分子聚合物(PVP-K30)和10.1份的表面活性剂(包括PEG400和MOA-3P)加入到500份的去离子水中并搅拌均匀，获得预混液；
S2、将上述的预混液加入到200份的磨料(粒径20nm的高纯硅溶胶)中并搅拌均匀，获得基液；
S3、将0.005份的消泡剂(X-852消泡剂)加入到263.395份的去离子水(剩余去离子水)中进行稀释，然后再加入到上述的基液中并搅拌均匀，即可制得一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液，其pH值为10.97。
实施例3
一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液，其特征在于，所述的精抛液包括如下重量份数的组分：
磨料200份；pH调节剂26.23份；大分子聚合物3份；表面活性剂10.1份；消泡剂0.005份以及去离子水760.665份；所述精抛液的pH值为10.98；
其中：所述的磨料为粒径20nm的高纯硅溶胶；
所述的pH调节剂由10份的三乙烯四胺、16份的氨水和0.23份的甘氨酸组成；
所述的大分子聚合物采用聚乙烯吡咯烷酮K30(PVP-K30)；
所述的表面活性剂由10份的聚乙二醇400(PEG400)和0.1份的脂肪醇醚磷酸酯(MOA-3P)组成；
所述的消泡剂采用X-852消泡剂。
上述实施例3提供的一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液的制备方法，包括如下具体步骤：
S1、按重量份数，将26.23份的pH调节剂(包括三乙烯四胺、氨水和甘氨酸)、3份的大分子聚合物(PVP-K30)和10.1份的表面活性剂(包括PEG400和MOA-3P)加入到500份的去离子水中并搅拌均匀，获得预混液；
S2、将上述的预混液加入到200份的磨料(粒径20nm的高纯硅溶胶)中并搅拌均匀，获得基液；
S3、将0.005份的消泡剂(X-852消泡剂)加入到260.665份的去离子水(剩余去离子水)中进行稀释，然后再加入到上述的基液中并搅拌均匀，即可制得一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液，其pH值为10.98。
实施例4
一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液，其特征在于，所述的精抛液包括如下重量份数的组分：
磨料400份；pH调节剂21份；大分子聚合物3份；表面活性剂10.1份；消泡剂0.005份以及去离子水565.895份；所述精抛液的pH值为10.87；
其中：所述的磨料为粒径20nm的高纯硅溶胶；
所述的pH调节剂由5份的三乙烯四胺和16份的氨水组成；
所述的大分子聚合物采用聚乙烯吡咯烷酮K30(PVP-K30)；
所述的表面活性剂由10份的聚乙二醇400(PEG400)和0.1份的脂肪醇醚磷酸酯(MOA-3P)组成；
所述的消泡剂采用X-852消泡剂。
上述实施例4提供的一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液的制备方法，包括如下具体步骤：
S1、按重量份数，将21份的pH调节剂(包括三乙烯四胺和氨水)、3份的大分子聚合物(PVP-K30)和10.1份的表面活性剂(包括PEG400和MOA-3P)加入到500份的去离子水中并搅拌均匀，获得预混液；
S2、将上述的预混液加入到400份的磨料(粒径20nm的高纯硅溶胶)中并搅拌均匀，获得基液；
S3、将0.005份的消泡剂(X-852消泡剂)加入到65.895份的去离子水(剩余去离子水)中进行稀释，然后再加入到上述的基液中并搅拌均匀，即可制得一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液，其pH值为10.87。
实施例5
一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液，其特征在于，所述的精抛液包括如下重量份数的组分：
磨料400份；pH调节剂19份；大分子聚合物3份；表面活性剂10.1份；消泡剂0.005份以及去离子水567.895份；所述精抛液的pH值为10.68；
其中：所述的磨料为粒径20nm的高纯硅溶胶；
所述的pH调节剂由3份的三乙烯四胺和16份的氨水组成；
所述的大分子聚合物采用聚乙烯吡咯烷酮K30(PVP-K30)；
所述的表面活性剂由10份的聚乙二醇400(PEG400)和0.1份的脂肪醇醚磷酸酯(MOA-3P)组成；
所述的消泡剂采用X-852消泡剂。
上述实施例5提供的一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液的制备方法，包括如下具体步骤：
S1、按重量份数，将19份的pH调节剂(包括三乙烯四胺和氨水)、3份的大分子聚合物(PVP-K30)和10.1份的表面活性剂(包括PEG400和MOA-3P)加入到500份的去离子水中并搅拌均匀，获得预混液；
S2、将上述的预混液加入到400份的磨料(粒径20nm的高纯硅溶胶)中并搅拌均匀，获得基液；
S3、将0.005份的消泡剂(X-852消泡剂)加入到67.895份的去离子水(剩余去离子水)中进行稀释，然后再加入到上述的基液中并搅拌均匀，即可制得一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液，其pH值为10.68。
对比例1
一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液，其特征在于，所述的精抛液包括如下重量份数的组分：
磨料400份；pH调节剂21份；大分子聚合物3份；表面活性剂10.1份；消泡剂0.005份以及去离子水565.895份；所述精抛液的pH值为10.85；
其中：所述的pH调节剂由5份的四甲基氢氧化铵(TMAH)和16份的氨水组成。
上述对比例1与实施例4的区别在于：pH调节剂的组成不同。
对比例2
一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液，其特征在于，所述的精抛液包括如下重量份数的组分：
磨料200份；pH调节剂21份；表面活性剂10.1份；消泡剂0.005份以及去离子水768.895份；所述精抛液的pH值为10.95；
其中：所述的磨料为粒径20nm的高纯硅溶胶；
所述的pH调节剂由5份的三乙烯四胺和16份的氨水组成；
所述的表面活性剂由10份的聚乙二醇400(PEG400)和0.1份的脂肪醇醚磷酸酯(MOA-3P)组成；
所述的消泡剂采用X-852消泡剂。
上述对比例2提供的一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液的制备方法，包括如下具体步骤：
S1、按重量份数，将21份的pH调节剂(包括三乙烯四胺和氨水)和10.1份的表面活性剂(包括PEG400和MOA-3P)加入到500份的去离子水中并搅拌均匀，获得预混液；
S2、将上述的预混液加入到200份的磨料(粒径20nm的高纯硅溶胶)中并搅拌均匀，获得基液；
S3、将0.005份的消泡剂(X-852消泡剂)加入到268.895份的去离子水(剩余去离子水)中进行稀释，然后再加入到上述的基液中并搅拌均匀，即可制得一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液，其pH值为10.95。
上述对比例2与实施例1的区别在于：对比例2中未添加大分子聚合物，其余皆与实施例1相同。
对比例3
一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液，其特征在于，所述的精抛液包括如下重量份数的组分：
磨料200份；pH调节剂21份；大分子聚合物3份；消泡剂0.005份以及去离子水775.995份；所述精抛液的pH值为10.87；
其中：所述的磨料为粒径20nm的高纯硅溶胶；
所述的pH调节剂由5份的三乙烯四胺和16份的氨水组成；
所述的大分子聚合物采用聚乙烯吡咯烷酮K30(PVP-K30)；
所述的消泡剂采用X-852消泡剂。
上述对比例3提供的一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液的制备方法，包括如下具体步骤：
S1、按重量份数，将21份的pH调节剂(包括三乙烯四胺和氨水)和3份的大分子聚合物(PVP-K30)加入到500份的去离子水中并搅拌均匀，获得预混液；
S2、将上述的预混液加入到200份的磨料(粒径20nm的高纯硅溶胶)中并搅拌均匀，获得基液；
S3、将0.005份的消泡剂(X-852消泡剂)加入到275.895份的去离子水(剩余去离子水)中进行稀释，然后再加入到上述的基液中并搅拌均匀，即可制得一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液，其pH值为10.87。
上述对比例3与实施例1的区别在于：对比例3中未添加表面活性剂，其余皆与实施例1相同。
化学机械抛光(CMP)：
将上述实施例1～6及对比例1～2所得的精抛液用去离子水稀释(精抛液与去离子水的稀释比例为1：30)后作为抛光液对硅片进行化学机械抛光，得到实施例1～6及对比例1～2所得各精抛液的抛光速率，同时检测CMP后硅片表面颗粒缺陷，其结果参见下表1：表1为采用实施例1～6及对比例1～2所得精抛液对硅片进行CMP后硅片的抛光速率及CMP后硅片表面颗粒缺陷的结果统计
| RR(A/min) | LPD-0.065(ea) | |
| 实施例1 | 718 | 9.05 |
| 实施例2 | 730 | 8.1 |
| 实施例3 | 2292 | 7.2 |
| 实施例4 | 1948 | 14.02 |
| 实施例5 | 1542 | 25.87 |
| 对比例1 | 960 | 400 |
| 对比例2 | 845 | 1523 |
| 对比例3 | 2598 | 3567 |
由表1中对比例1和实施例4的结果可以看出，对比例1将实施例4中碱性更强的pH调节剂三乙烯四胺替换为四甲基氢氧化铵后，大幅降低了硅的去除速率，并且使得CMP后硅片表面的颗粒缺陷大幅升高，由此可以说明本发明优选采用的pH调节剂可以有效提高硅的去除速率，可以大幅降低CMP后硅片表面的颗粒缺陷，解决了因精抛去除量不足未能修复粗/中抛后表面的凹坑或凸起的缺陷问题。
由表1中实施例1～3的结果可以看出，在低磨料浓度下，通过提高pH调节剂(三乙烯四胺)的浓度后，可以进一步降低硅片CMP后表面的颗粒缺陷。
由表1中对比例2和实施例1的结果可以看出，当对比例2中不含大分子聚合物(PVP-K30)时，硅片表面的亲水性较差，在硅片CMP后长时间的暴露于空气中会造成颗粒吸附在硅片表面，不易清洗，会导致硅片表面颗粒缺陷升高，因此表面颗粒缺陷较差；本发明通过在精抛液中引入大分子聚合物，其能够大幅降低硅片表面颗粒缺陷。
由表1中对比例3和实施例1的结果可以看出，当对比例3中不含表面活性剂时，硅片表面颗粒缺陷较多，即无表面活性剂时磨料(硅溶胶)更容易吸附在硅片表面，本发明通过加入表面活性剂，其会覆盖在硅溶胶表面，防止硅溶胶颗粒沾污硅片，从而降低了硅片表面颗粒缺陷。
上述为本发明的较佳实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。凡由本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (5)
1.一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液，其特征在于，所述的精抛液由如下重量份数的组分组成：
磨料200～400份；pH调节剂5～35份；大分子聚合物3～10份；表面活性剂0.1～20份；消泡剂0.005～0.2份以及去离子水530～795份；所述精抛液的pH值为10～11；
所述的大分子聚合物选自PVP-K15、PVP-K30、PVP-K60、PVP-K90中的一种或几种的混合物；所述的pH调节剂为氨水和三乙烯四胺的混合物，或者为氨水、三乙烯四胺和甘氨酸的混合物；所述的表面活性剂为脂肪醇醚磷酸酯和聚乙二醇400的混合物；所述的磨料选自粒径20～40nm的高纯硅溶胶。
2.根据权利要求1所述的一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液，其特征在于，所述的消泡剂选自X-852消泡剂、FE-1410、AFE-3168、AFE-1267中的一种或几种的混合物。
3.一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液的制备方法，其特征在于，该方法用于制备权利要求1～2任一项所述的一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液，该方法包括如下步骤：
S1、按重量份数，将所述pH调节剂、所述大分子聚合物和所述表面活性剂加入到部分的去离子水中并搅拌均匀，获得预混液；
S2、将所述预混液加入到所述磨料中并搅拌均匀，获得基液；
S3、用剩余的去离子水将所述消泡剂稀释，然后加入到所述基液中并搅拌均匀，制得降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液。
4.一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液的使用方法，其特征在于，权利要求1～2任一项所述的一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液的使用方法为：将所述的精抛液用去离子水稀释后作为抛光液对硅片进行化学机械抛光。
5.根据权利要求4所述的一种降低硅片表面颗粒缺陷的精抛液的使用方法，其特征在于，所述的精抛液与所述去离子水的稀释比例为1：(30～40)。
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