一种可循环使用的硅片化学机械抛光液的制作方法

1.本发明涉及硅片粗抛光技术领域，具体涉及一种可循环使用的硅片化学机械抛光液。

背景技术：

2.硅片的化学机械抛光(cmp)分为三步：粗抛、中抛、精抛。第一步是粗抛光，即去除磨削损伤层，此步骤中的去除率很高。第二步是中抛光，这是为了提高表面光滑度和获得较低的粗糙度。去除速度较慢，但硅片表面仍有微缺陷。第三步是精抛光，即去除划痕、凹坑、有机残留物、颗粒和其他微观缺陷，使表面具有很好的纳米形貌，并降低表面的雾度(haze)值。
3.硅片粗抛光的主要指标是去除速率。在保证高去除速率的同时，使抛光液能够合理地循环利用，延长使用寿命，可以有效降低抛光加工的成本。
4.目前，大多硅片加工厂在粗抛阶段只对去除速率有要求，若能保证抛光液在长时间使用后去除速率不衰减，或者衰减幅度较小，即可有效降低加工成本。目前，市面上大多硅粗抛液只能单次使用，或是循环短时间内就需补加新液，难以实现长时有效的循环。

技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种可循环使用的硅片化学机械抛光液，在保证高去除速率的同时，能够长期高效循环使用。
6.本发明提供了一种可循环使用的硅片化学机械抛光液，其组成包含硅溶胶磨料、ph调节剂a、ph调节剂b、表面活性剂、去离子水，其特征为：所述组分按质量百分比计包含如下：硅溶胶磨料：15-25％；ph调节剂a：1％-3％，其种类为季铵碱；ph调节剂b：5％-15％，其种类为伯胺碱、仲胺碱、叔胺碱中的一种或几种；表面活性剂：0.01％-0.1％，其种类为非离子表面活性剂；余量为去离子水。
7.所述ph调节剂a：季铵碱为四甲基氢氧化铵(tmah)、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、苄基三甲基氢氧化铵、1-金刚烷基三甲基氢氧化铵、氢氧化六甲双铵或它们的衍生物中的至少一种。
8.所述ph调节剂b：伯胺碱为一乙醇胺(mea)、一异丙醇胺或它们的衍生物；仲胺碱为二乙醇胺(dea)、二异丙醇胺或它们的衍生物中的至少一种；叔胺碱为三乙醇胺(tea)、三异丙醇胺、n,n-二甲基乙醇胺、n,n-二乙基乙醇胺、n-甲基二乙醇胺、n-乙基二乙醇胺或它们的衍生物中的至少一种。
9.所述抛光液中，还可以加入螯合剂：乙二胺四乙酸、二乙基三胺五乙酸、乙二胺四亚甲基磷酸、二乙三胺五亚乙基膦酸，以及它们的盐中的一种或多种，用于螯合金属离子。
10.优选地，所述硅溶胶磨料中磨料粒径为40-80nm；所述ph调节剂b质量含量为：10％-15％，ph调节剂a的质量含量为：2％-3％；表面活性剂的质量含量为：0.05％-0.08％。
11.所述表面活性剂可以为jfce、aeo-3、aeo-7、aeo-9中的任一种。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
13.本发明中季铵碱作为有机强碱，在水中完全电离，保证高去除速率，同时伯胺碱、仲胺碱、叔胺碱作为有机弱碱，可以在水中电离出oh-，填补抛光过程中消耗掉的oh-，保证循环能力。有机强碱与有机弱碱相结合，在保证高去除速率的同时，延长了抛光液的使用寿命，使抛光液能够循环使用，有效节约了成本。
附图说明
14.图1为实施例1-11的抛光测试结果对比图。
具体实施方式
15.下面结合实施例及附图进一步解释本发明，但并不以此作为对本技术保护范围的限定。
16.本发明抛光液中同时加入了有机强将和有机弱碱，季铵碱作为有机强碱，在水中完全电离，以离子形式存在于抛光液中，提供了抛光过程中所需的oh-。从而在机械作用下，保证了化学反应的充分进行，机械作用和化学反应共同作用，以达到高去除速率。伯胺碱、仲胺碱、叔胺碱作为有机弱碱，能够以分子形式存在于抛光液中，并可以在水中电离出oh-，维持分子与离子间的动态平衡。在抛光过程中，由于化学作用会消耗部分oh-，打破了分子与离子间的动态平衡。为了维持平衡，此类有机弱碱则会不断电离出oh-，来维持抛光液中oh-的浓度，保证抛光速率，使抛光液能够合理的循环利用，本技术的抛光液在使用五个小时之后仍能保证具有较高的去除速率。
17.实施例1
18.抛光液配比：
19.粒径为60nm的硅溶胶磨料：20％；tmah：2％；jfce：0.05％；余量为去离子水。
20.抛光条件：
21.机台：universal-150b；抛头/抛盘转速：87/93rpm；压力：3psi；流量150ml/min；抛光时间：30min；使用时抛光液再用去离子水进行稀释，此时抛光液与去离子水的稀释比为1：20。
22.实施例2
23.抛光液配比：
24.粒径为60nm的硅溶胶磨料：20％；mea：10％；jfce：0.05％；余量为去离子水。
25.抛光条件：同实施例1
26.实施例3
27.抛光液配比：
28.粒径为60nm的硅溶胶磨料：20％；dea：10％；jfce：0.05％；余量为去离子水。
29.抛光条件：同实施例1
30.实施例4
31.抛光液配比：
32.粒径为60nm的硅溶胶磨料：20％；tea：10％；jfce：0.05％；余量为去离子水。
33.抛光条件：同实施例1
34.实施例5
35.抛光液配比：
36.粒径为60nm的硅溶胶磨料：20％；tmah：1％；mea：10％；jfce：0.05％；余量为去离子水。
37.抛光条件：同实施例1
38.实施例6
39.抛光液配比：
40.粒径为60nm的硅溶胶磨料：20％；tmah：2％；mea：10％；jfce：0.05％；余量为去离子水。
41.抛光条件：同实施例1
42.实施例7
43.抛光液配比：
44.粒径为60nm的硅溶胶磨料：20％；tmah：3％；mea：10％；jfce：0.05％；余量为去离子水。
45.抛光条件：同实施例1
46.实施例8
47.抛光液配比：
48.粒径为60nm的硅溶胶磨料：20％；tmah：2％；mea：5％；jfce：0.05％；余量为去离子水。
49.抛光条件：同实施例1
50.实施例9
51.抛光液配比：
52.粒径为60nm的硅溶胶磨料：20％；tmah：2％；mea：15％；jfce：0.05％；余量为去离子水。
53.抛光条件：同实施例1
54.实施例10
55.抛光液配比：
56.粒径为60nm的硅溶胶磨料：20％；tmah：2％；dea：10％；jfce：0.05％；余量为去离子水。
57.抛光条件：同实施例1
58.实施例11
59.抛光液配比：
60.粒径为60nm的硅溶胶磨料：20％；tmah：2％；tea：10％；jfce：0.05％；余量为去离子水。
61.抛光条件：同实施例1
62.表1为本技术中实施例1-11的相关配方；表2给出了不同实施例的多次抛光的测试结果。
63.表1：
[0064][0065]
表2：抛光测试结果
[0066][0067]
实施例12
[0068]
本实施例在实施例6的基础上，改变ph调节剂a的种类，使用四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、苄基三甲基氢氧化铵、1-金刚烷基三甲基氢氧化铵来代替tmah。
[0069]
实施例13
[0070]
本实施例在实施例6的基础上，改变ph调节剂b的种类，使用一异丙醇胺、二异丙醇胺、n-甲基二乙醇胺、n-乙基二乙醇胺或者一乙醇胺与三乙醇胺的混合物(质量比1:1混合)来代替mea。
[0071]
实施例14
[0072]
本实施例在实施例6的基础上，加入螯合剂：乙二胺四乙酸、二乙基三胺五乙酸、乙二胺四亚甲基磷酸、二乙三胺五亚乙基膦酸，以及它们的盐中的一种或多种，质量占比为0.2％。
[0073]
实施例15
[0074]
本实施例在实施例6的基础上，改变表面活性剂的种类，使用aeo-3、aeo-7、aeo-9来代替jfce。
[0075]
经测试，本发明实施例12、实施例13、实施例14和实施例15中抛光液的去除速率均在0.9μm/min以上，经过八车循环使用后的去除速率仍在0.8μm/min以上，衰减率控制在8％以内，能够实现在高去除速率的前提下循环多次使用。
[0076]
本发明未述及之处适用于现有技术。

技术特征：

1.一种可循环使用的硅片化学机械抛光液，包含硅溶胶磨料、表面活性剂、去离子水，其特征为：所述抛光液中还包括有ph调节剂a、ph调节剂b，各组分按质量百分比计分别为：硅溶胶磨料：15-25％；ph调节剂a：1％-3％，其种类为季铵碱；ph调节剂b：5％-15％，其种类为伯胺碱、仲胺碱、叔胺碱中的一种或几种；表面活性剂：0.01％-0.1％，其种类为非离子表面活性剂；余量为去离子水。2.根据权利要求1所述的可循环使用的硅片化学机械抛光液，其特征在于，所述ph调节剂a为四甲基氢氧化铵(tmah)、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、苄基三甲基氢氧化铵、1-金刚烷基三甲基氢氧化铵、氢氧化六甲双铵或它们的衍生物中的至少一种；所述ph调节剂b：一乙醇胺(mea)、一异丙醇胺或它们的衍生物；二乙醇胺(dea)、二异丙醇胺或它们的衍生物中的至少一种；三乙醇胺(tea)、三异丙醇胺、n,n-二甲基乙醇胺、n,n-二乙基乙醇胺、n-甲基二乙醇胺、n-乙基二乙醇胺或它们的衍生物中的至少一种。3.根据权利要求1所述的可循环使用的硅片化学机械抛光液，其特征在于，所述ph调节剂b的质量含量为：10％-15％；ph调节剂a的质量含量为：2％-3％；表面活性剂的质量含量为：0.05％-0.08％。4.根据权利要求1所述的可循环使用的硅片化学机械抛光液，其特征在于，所述硅溶胶磨料中磨料粒径为40-80nm。5.根据权利要求1所述的可循环使用的硅片化学机械抛光液，其特征在于，所述表面活性剂为jfce、aeo-3、aeo-7、aeo-9中的任一种。6.根据权利要求1所述的可循环使用的硅片化学机械抛光液，其特征在于，所述季铵碱作为有机强碱，在水中完全电离，以离子形式存在于抛光液中，提供了抛光过程中所需的oh-，以达到高去除速率；伯胺碱、仲胺碱、叔胺碱作为有机弱碱，能够以分子形式存在于抛光液中，并能在水中电离出oh-，维持分子与离子间的动态平衡；在抛光过程中，由于化学作用会消耗部分oh-，打破了分子与离子间的动态平衡，为了维持平衡，此类有机弱碱则会不断电离出oh-，来维持抛光液中oh-的浓度，保证抛光速率，使抛光液能够循环使用。7.根据权利要求1所述的可循环使用的硅片化学机械抛光液，其特征在于，所述抛光液的去除速率均在0.9μm/min以上，经过八车循环使用后的去除速率仍在0.8μm/min以上，衰减率控制在8％以内，能够实现在高去除速率的前提下循环多次使用。8.根据权利要求1-7任一所述的可循环使用的硅片化学机械抛光液，其特征在于，所述抛光液中，还可加入螯合剂：乙二胺四乙酸、二乙基三胺五乙酸、乙二胺四亚甲基磷酸、二乙三胺五亚乙基膦酸，以及它们的盐中的一种或多种。

技术总结

本发明为一种可循环使用的硅片化学机械抛光液，包含硅溶胶磨料、表面活性剂、去离子水、pH调节剂A、pH调节剂B，各组分按质量百分比计分别为：硅溶胶磨料：15-25％；pH调节剂A：1％-3％，其种类为季铵碱；pH调节剂B：5％-15％，其种类为伯胺碱、仲胺碱、叔胺碱中的一种或几种；表面活性剂：0.01％-0.1％，其种类为非离子表面活性剂；余量为去离子水。所述抛光液的去除速率均在0.9μm/min以上，经过八车循环使用后的去除速率仍在0.8μm/min以上，衰减率控制在8％以内，能够实现在高去除速率的前提下循环多次使用。下循环多次使用。下循环多次使用。