一种用于提高硅片表面全局平整度的抛光液及其制备方法与流程

1.本发明涉及化学机械抛光技术领域，具体涉及一种用于提高硅片表面全局平整度的抛光液及其制备方法。


背景技术：

2.随着半导体行业的迅速发展，半导体材料已经发展到了第三代，但作为第一代的硅材料仍然在全球的半导体芯片和器件中占据95％以上。主流硅片的尺寸也从最初的2英寸发展到了目前的主流12英寸，硅片尺寸的变大导致过往的抛光工艺与抛光液并不能很好地满足更加严格的硅片表面平整度要求。
3.随着硅片尺寸的变大，传统的硅片抛光工艺已经由原来的三道工艺缩减到了两道抛光工艺，分别是粗抛与精抛，传统的硅片三道抛光工艺包括：粗抛、中抛和精抛。其中：粗抛要求具有较高的抛光速率，以去除硅片表面由加工工序残留下来的表面损伤层，提高硅片表面的平整度，降低表面粗糙度，确保硅片表面具有极高的纳米形貌特征，并解决化学机械抛光(cmp)后的雾缺陷、划伤、金属杂质沾污等问题，确保表面无化学腐蚀问题；精抛的目的则是确保硅片表面具有极低的表面粗糙度，并解决颗粒沾污等问题。
4.在粗抛过程中若无法实现较高的全局平整度，则会影响芯片后续的工艺步骤，从而影响器件的性能与芯片的良品率。针对这一问题，实现硅片高水平的全局平坦化就显得尤为重要，但目前现有的化学机械抛光液并不能很好的满足硅片粗抛过程中较高全局平整度的要求。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于：针对目前的抛光液不能满足硅片抛光过程中高全局平整度要求的问题，而提供了一种新的抛光液，本发明的抛光液解决了硅片抛光后一致性差的问题，提高了硅片表面全局平整度。
6.本发明是通过如下技术方案实现的：
7.一种用于提高硅片表面全局平整度的抛光液，其特征在于，所述的抛光液包括如下组分：
8.硅溶胶60～75wt％，硅烷偶联剂0.05～1.0wt％，活性剂0.1～1.0wt％，杀菌剂0.3～1.0wt％，ph调节剂，以及余量去离子水；所述的ph调节剂用于调节使所述抛光液的ph为9～10。
9.具体的，本发明提供的一种用于提高硅片表面全局平整度的抛光液在使用时：先用去离子水稀释后再对硅片进行化学机械抛光(cmp)，所述抛光液与去离子水的稀释比例为1：(20～40)。
10.进一步的，一种用于提高硅片表面全局平整度的抛光液：所述硅溶胶的粒径为20～120nm。
11.进一步的，一种用于提高硅片表面全局平整度的抛光液：所述的硅烷偶联剂选自
乙烯基硅烷、氨基硅烷、环氧基硅烷中的至少一种。
12.进一步的，一种用于提高硅片表面全局平整度的抛光液：所述的乙烯基硅烷选自乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(-甲氧基乙氧基)硅烷中的一种或多种；
13.所述的氨基硅烷选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、苯氨基甲基三乙氧基硅烷中的一种或多种；
14.所述的环氧基硅烷选自γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。
15.优选的，所述的硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
16.进一步的，一种用于提高硅片表面全局平整度的抛光液：所述的活性剂选自聚丙烯酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚乙烯醇、烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯中的一种或多种。
17.优选的，所述的活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚与烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯的混合物，且二者的质量比为0.2：0.33。
18.进一步的，一种用于提高硅片表面全局平整度的抛光液：所述的杀菌剂选自1,2-苯并异噻唑啉-3-酮(bit)、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。
19.优选的，所述的杀菌剂为1,2-苯并异噻唑啉-3-酮(bit)。
20.进一步的，一种用于提高硅片表面全局平整度的抛光液：所述的抛光液包括如下组分：
21.硅溶胶60～75wt％，硅烷偶联剂0.05～1.0wt％，活性剂0.1～1.0wt％，杀菌剂0.3～1.0wt％，ph调节剂1.0～5.5wt％，以及余量去离子水。
22.进一步的，一种用于提高硅片表面全局平整度的抛光液：所述的ph调节剂选自四乙基氢氧化铵、四甲基氢氧化铵(tmah)、氨水、单乙醇胺、三乙醇胺、氢氧化钾、乙二胺、二乙烯三胺(deta)、三乙烯四胺、柠檬酸、羟乙基乙二胺、乳酸、甘氨酸中的一种或多种。
23.一种用于提高硅片表面全局平整度的抛光液的制备方法，其特征在于，该方法用于制备上述的抛光液，该方法包括如下步骤：
24.s1、按比例，将所述ph调节剂、活性剂以及杀菌剂加入到部分的去离子水中，搅拌均匀，制成预混液；
25.s2、将所述硅溶胶预热，然后向其中滴加所述硅烷偶联剂，获得改性硅溶胶；
26.s3、将所述预混液加入所述改性硅溶胶中，搅拌均匀，补足去离子水，制得用于提高硅片表面全局平整度的抛光液。
27.进一步的，一种用于提高硅片表面全局平整度的抛光液的制备方法：该方法包括如下具体步骤：
28.s1、按比例，将所述ph调节剂、活性剂以及杀菌剂加入到部分的去离子水中，在20～30℃下搅拌均匀，制成预混液；其中：搅拌速率为300～500r/min；
29.s2、将所述硅溶胶预热至30～50℃，然后边搅拌边缓慢向其中滴加所述硅烷偶联剂对所述硅溶胶进行改性，获得改性硅溶胶；
30.s3、将所述预混液加入所述改性硅溶胶中，搅拌均匀，然后补足去离子水，制得用于提高硅片表面全局平整度的抛光液。
31.本发明的有益效果：
32.(1)本发明提供的一种用于提高硅片表面全局平整度的抛光液，利用了硅烷偶联剂对所述硅溶胶进行改性，能够有效提高硅片化学机械抛光后硅片表面的全局平整度，一致性高。
33.(2)本发明利用硅烷偶联剂使不同粒径的硅溶胶大小相连，改变其性质，相比于普遍的球形硅溶胶，其在硅片抛光过程中，极大提高了硅片表面的一致性，使全局平整度达到纳米级别。
具体实施方式
34.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。
35.实施例1
36.一种用于提高硅片表面全局平整度的抛光液，其特征在于，所述的抛光液包括如下组分：
37.硅溶胶60.0wt％，硅烷偶联剂0.5wt％，活性剂0.1wt％，杀菌剂0.5wt％，ph调节剂5.0wt％，以及余量去离子水；所述抛光液的ph为9～10；
38.其中：所述的硅溶胶由粒径60nm的硅溶胶和粒径100nm的硅溶胶混合而成，且粒径60nm的硅溶胶占比为40.0wt％、粒径100nm的硅溶胶占比为20.0wt％；
39.所述的硅烷偶联剂选用γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂；所述的活性剂选用脂肪醇聚氧乙烯醚；所述的杀菌剂选用1,2-苯并异噻唑啉-3-酮(bit)；所述的ph调节剂选用四甲基氢氧化铵(tmah)；
40.上述抛光液的制备方法，包括如下具体步骤：
41.s1、按各组分的质量分数，在预混罐中将ph调节剂(tmah)、活性剂(脂肪醇聚氧乙烯醚)以及杀菌剂(bit)依次加入到部分的去离子水中，在20～30℃下以300～500r/min的速率搅拌至均匀溶解，制成预混液；
42.s2、将上述的硅溶胶预热至45℃，然后边搅拌边缓慢向其中滴加γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂，利用硅烷偶联剂对硅溶胶进行改性，获得改性硅溶胶；
43.s3、将上述预混液加入到改性硅溶胶中，均匀搅拌5分钟，然后用剩余去离子水冲洗预混罐并倒入改性硅溶胶中，即制得用于提高硅片表面全局平整度的抛光液。
44.实施例2
45.一种用于提高硅片表面全局平整度的抛光液，其特征在于，所述的抛光液包括如下组分：
46.硅溶胶60.0wt％，硅烷偶联剂0.4wt％，活性剂0.2wt％，杀菌剂0.5wt％，ph调节剂4.5wt％，以及余量去离子水；所述抛光液的ph为9～10；
47.其中：所述的硅溶胶由粒径60nm的硅溶胶和粒径100nm的硅溶胶混合而成，且粒径60nm的硅溶胶占比为40.0wt％、粒径100nm的硅溶胶占比为20.0wt％；
48.所述的硅烷偶联剂选用γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷偶联剂；所述的活
性剂选用烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯；所述的杀菌剂选用1,2-苯并异噻唑啉-3-酮(bit)；所述的ph调节剂选用二乙烯三胺(deta)；
49.上述抛光液的制备方法，包括如下具体步骤：
50.s1、按各组分的质量分数，在预混罐中将ph调节剂(deta)、活性剂(烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯)以及杀菌剂(bit)依次加入到部分的去离子水中，在20～30℃下以300～500r/min的速率搅拌至均匀溶解，制成预混液；
51.s2、将上述的硅溶胶预热至45℃，然后边搅拌边缓慢向其中滴加γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷偶联剂，利用硅烷偶联剂对硅溶胶进行改性，获得改性硅溶胶；
52.s3、将上述预混液加入到改性硅溶胶中，均匀搅拌5分钟，然后用剩余去离子水冲洗预混罐并倒入改性硅溶胶中，即制得用于提高硅片表面全局平整度的抛光液。
53.实施例3
54.一种用于提高硅片表面全局平整度的抛光液，其特征在于，所述的抛光液包括如下组分：
55.硅溶胶60.0wt％，硅烷偶联剂0.6wt％，活性剂0.2wt％，杀菌剂0.3wt％，ph调节剂5.0wt％，以及余量去离子水；所述抛光液的ph为9～10；
56.其中：所述的硅溶胶由粒径60nm的硅溶胶和粒径100nm的硅溶胶混合而成，且粒径60nm的硅溶胶占比为40.0wt％、粒径100nm的硅溶胶占比为20.0wt％；
57.所述的硅烷偶联剂选用乙烯基三甲氧基硅烷偶联剂；所述的活性剂选用烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯；所述的杀菌剂选用1,2-苯并异噻唑啉-3-酮(bit)；所述的ph调节剂选用四甲基氢氧化铵(tmah)；
58.上述抛光液的制备方法，包括如下具体步骤：
59.s1、按各组分的质量分数，在预混罐中将ph调节剂(tmah)、活性剂(烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯)以及杀菌剂(bit)依次加入到部分的去离子水中，在20～30℃下以300～500r/min的速率搅拌至均匀溶解，制成预混液；
60.s2、将上述的硅溶胶预热至45℃，然后边搅拌边缓慢向其中滴加乙烯基三甲氧基硅烷偶联剂，利用硅烷偶联剂对硅溶胶进行改性，获得改性硅溶胶；
61.s3、将上述预混液加入到改性硅溶胶中，均匀搅拌5分钟，然后用剩余去离子水冲洗预混罐并倒入改性硅溶胶中，即制得用于提高硅片表面全局平整度的抛光液。
62.实施例4
63.一种用于提高硅片表面全局平整度的抛光液，其特征在于，所述的抛光液包括如下组分：
64.硅溶胶60.0wt％，硅烷偶联剂0.3wt％，活性剂0.3wt％，杀菌剂0.3wt％，ph调节剂5.0wt％，以及余量去离子水；所述抛光液的ph为9～10。
65.实施例4与实施例1的区别在于：实施例4中的组分含量与实施例1不同，其余相同。
66.实施例5
67.一种用于提高硅片表面全局平整度的抛光液，其特征在于，所述的抛光液包括如下组分：
68.硅溶胶60.0wt％，硅烷偶联剂0.3wt％，活性剂0.3wt％，杀菌剂0.5wt％，ph调节剂5.5wt％，以及余量去离子水；所述抛光液的ph为9～10。
69.实施例5与实施例2的区别在于：实施例5中的组分含量与实施例2不同，其余相同。
70.实施例6
71.一种用于提高硅片表面全局平整度的抛光液，其特征在于，所述的抛光液包括如下组分：
72.硅溶胶70.0wt％，硅烷偶联剂0.8wt％，活性剂1.0wt％，杀菌剂0.8wt％，ph调节剂1.76wt％，以及余量去离子水；
73.其中：所述的硅溶胶由粒径20nm的硅溶胶和粒径120nm的硅溶胶混合而成，且粒径20nm的硅溶胶占比为45.0wt％、粒径120nm的硅溶胶占比为25.0wt％；
74.所述的硅烷偶联剂选用γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂；所述的活性剂选用聚丙烯酰胺；所述的杀菌剂选用2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮；所述的ph调节剂选用氢氧化钾与四甲基氢氧化铵(tmah)的混合物，且二者的质量比为0.52：1.24；
75.上述抛光液的制备方法，包括如下具体步骤：
76.s1、按各组分的质量分数，在预混罐中将ph调节剂(koh和tmah)、活性剂(聚丙烯酰胺)以及杀菌剂(2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮)依次加入到部分的去离子水中，在20～30℃下以300～500r/min的速率搅拌至均匀溶解，制成预混液；
77.s2、将上述的硅溶胶预热至30～50℃，然后边搅拌边缓慢向其中滴加γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂，利用硅烷偶联剂对硅溶胶进行改性，获得改性硅溶胶；
78.s3、将上述预混液加入到改性硅溶胶中，均匀搅拌5分钟，然后用剩余去离子水冲洗预混罐并倒入改性硅溶胶中，即制得用于提高硅片表面全局平整度的抛光液。
79.实施例7
80.一种用于提高硅片表面全局平整度的抛光液，其特征在于，所述的抛光液包括如下组分：
81.硅溶胶75.0wt％，硅烷偶联剂1.0wt％，活性剂0.53wt％，杀菌剂1.0wt％，ph调节剂3.0wt％，以及余量去离子水；
82.其中：所述的硅溶胶由粒径40nm的硅溶胶和粒径80nm的硅溶胶混合而成，且粒径40nm的硅溶胶占比为50.0wt％、粒径80nm的硅溶胶占比为25.0wt％；
83.所述的硅烷偶联剂选用γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂；
84.所述的活性剂选用脂肪醇聚氧乙烯醚与烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯的混合物，且二者的质量比为0.2：0.33；
85.所述的杀菌剂选用2-甲基-5-氯-4-异噻唑啉-3-酮；所述的ph调节剂选用三乙烯四胺；
86.上述抛光液的制备方法，包括如下具体步骤：
87.s1、按各组分的质量分数，在预混罐中将ph调节剂(三乙烯四胺)、活性剂以及杀菌剂依次加入到部分的去离子水中，在20～30℃下以300～500r/min的速率搅拌至均匀溶解，制成预混液；
88.s2、将上述的硅溶胶预热至30～50℃，然后边搅拌边缓慢向其中滴加γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂，利用硅烷偶联剂对硅溶胶进行改性，获得改性硅溶胶；
89.s3、将上述预混液加入到改性硅溶胶中，均匀搅拌5分钟，然后用剩余去离子水冲洗预混罐并倒入改性硅溶胶中，即制得用于提高硅片表面全局平整度的抛光液。
90.效果测试：
91.上述实施例1～7所得的抛光液使用方法为：将实施例1～7制备的抛光液用去离子水稀释后(抛光液与去离子水的体积比为1：20)，再用于对12英寸的硅片进行化学机械抛光(cmp)；
92.(1)测得上述实施例1制备的抛光液对硅片的去除速率为硅片表面粗糙度为0.29nm，硅片表面全局平整度dp值由抛光前的90％上升到96％；
93.(2)测得上述实施例2制备的抛光液对硅片的去除速率为硅片表面粗糙度为0.34nm，硅片表面全局平整度dp值由抛光前的88％上升到95％；
94.(3)测得上述实施例3制备的抛光液对硅片的去除速率为硅片表面粗糙度为0.27nm，硅片表面全局平整度dp值由抛光前的89％上升到97％；
95.(4)测得上述实施例4制备的抛光液对硅片的去除速率为硅片表面粗糙度为0.31nm，硅片表面全局平整度dp值由抛光前的89％上升到95％；
96.(5)测得上述实施例5制备的抛光液对硅片的去除速率为硅片表面粗糙度为0.30nm，硅片表面全局平整度dp值由抛光前的88％上升到96％；
97.(6)测得上述实施例6制备的抛光液对硅片的去除速率为硅片表面粗糙度为0.28nm，硅片表面全局平整度dp值由抛光前的90％上升到97％；
98.(7)测得上述实施例7制备的抛光液对硅片的去除速率为硅片表面粗糙度为0.32nm，硅片表面全局平整度dp值由抛光前的89％上升到96％。
99.可以看出本发明提供的抛光液具有较高的去除速率，其在硅片cmp过程中极大地提高了硅片表面的一致性，使全局平整度达到纳米级别，有效提高了硅片化学机械抛光后硅片表面的全局平整度。
100.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。

技术特征：
1.一种用于提高硅片表面全局平整度的抛光液，其特征在于，所述的抛光液包括如下组分：硅溶胶60～75wt％，硅烷偶联剂0.05～1.0wt％，活性剂0.1～1.0wt％，杀菌剂0.3～1.0wt％，ph调节剂，以及余量去离子水；所述的ph调节剂用于调节使所述抛光液的ph为9～10。2.根据权利要求1所述的一种用于提高硅片表面全局平整度的抛光液，其特征在于，所述硅溶胶的粒径为20～120nm。3.根据权利要求1所述的一种用于提高硅片表面全局平整度的抛光液，其特征在于，所述的硅烷偶联剂选自乙烯基硅烷、氨基硅烷、环氧基硅烷中的至少一种。4.根据权利要求3所述的一种用于提高硅片表面全局平整度的抛光液，其特征在于，所述的乙烯基硅烷选自乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(-甲氧基乙氧基)硅烷中的一种或多种；所述的氨基硅烷选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、苯氨基甲基三乙氧基硅烷中的一种或多种；所述的环氧基硅烷选自γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。5.根据权利要求1所述的一种用于提高硅片表面全局平整度的抛光液，其特征在于，所述的活性剂选自聚丙烯酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚乙烯醇、烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯中的一种或多种。6.根据权利要求1所述的一种用于提高硅片表面全局平整度的抛光液，其特征在于，所述的杀菌剂选自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所述的一种用于提高硅片表面全局平整度的抛光液，其特征在于，所述的抛光液包括如下组分：硅溶胶60～75wt％，硅烷偶联剂0.05～1.0wt％，活性剂0.1～1.0wt％，杀菌剂0.3～1.0wt％，ph调节剂1.0～5.0wt％，以及余量去离子水。8.根据权利要求1或7所述的一种用于提高硅片表面全局平整度的抛光液，其特征在于，所述的ph调节剂选自四乙基氢氧化铵、四甲基氢氧化铵、氨水、单乙醇胺、三乙醇胺、氢氧化钾、乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、柠檬酸、羟乙基乙二胺、乳酸、甘氨酸中的一种或多种。9.一种用于提高硅片表面全局平整度的抛光液的制备方法，其特征在于，该方法用于制备权利要求1～8任一项所述的抛光液，该方法包括如下步骤：s1、按比例，将所述ph调节剂、活性剂以及杀菌剂加入到部分的去离子水中，搅拌均匀，制成预混液；s2、将所述硅溶胶预热，然后向其中滴加所述硅烷偶联剂，获得改性硅溶胶；s3、将所述预混液加入所述改性硅溶胶中，搅拌均匀，补足去离子水，制得用于提高硅片表面全局平整度的抛光液。10.根据权利要求9所述的一种用于提高硅片表面全局平整度的抛光液的制备方法，其特征在于，该方法包括如下具体步骤：s1、按比例，将所述ph调节剂、活性剂以及杀菌剂加入到部分的去离子水中，在20～30
℃下搅拌均匀，制成预混液；其中：搅拌速率为300～500r/min；s2、将所述硅溶胶预热至30～50℃，然后边搅拌边缓慢向其中滴加所述硅烷偶联剂对所述硅溶胶进行改性，获得改性硅溶胶；s3、将所述预混液加入所述改性硅溶胶中，搅拌均匀，然后补足去离子水，制得用于提高硅片表面全局平整度的抛光液。

技术总结
本发明公开了一种用于提高硅片表面全局平整度的抛光液及其制备方法；抛光液包括如下质量分数的组分：硅溶胶60～75％，硅烷偶联剂0.05～1.0％，活性剂0.1～1.0％，杀菌剂0.3～1.0％，pH调节剂及余量去离子水；抛光液的pH为9～10。制备方法：S1、将pH调节剂、活性剂以及杀菌剂加到部分去离子水中，制成预混液；S2、将硅溶胶预热，向其中滴加硅烷偶联剂，获得改性硅溶胶；S3、将预混液加入改性硅溶胶中，补足去离子水，制得抛光液。本发明提供的抛光液具有较高的去除速率，其在硅片CMP过程中极大地提高了硅片表面的一致性，使全局平整度达到纳米级别，有效提高了硅片化学机械抛光后硅片表面的全局平整度。全局平整度。


技术研发人员：雷双双 田建颖 井锋 张俊华
受保护的技术使用者：江苏山水半导体科技有限公司
技术研发日：2023.05.06
技术公布日：2023/8/9