大尺寸硅片边缘的抛光液、抛光液制备方法及抛光方法

摘要

本发明实施例公开了一种大尺寸硅片边缘的抛光液、抛光液制备方法及抛光方法，所述抛光液包括下述以重量百分比计的组分：磨粒5～50 wt%；碱性腐蚀剂0.1～10 wt%；分散剂0.01～1 wt%；酸性物质0.1～10 wt%；表面活性剂0.001～0.1 wt%；去离子水余量。本发明利用超声振动辅助来提高边缘抛光中颗粒动能，在传统硅边缘抛光中磨粒切削作用基础上、增加磨粒在水平或垂直方向上的冲击作用，使得抛光中的机械作用增加，提高了大尺寸硅边缘抛光效率；同时为了平衡化学与机械作用，以及避免机械作用过强产生缺陷，本发明采用离子交换树脂通过离子交换法对磨粒进行表面改性，结合抛光液配方的调控，快速获得超光滑表面。

权利要求

1.一种大尺寸硅片边缘的抛光方法，其特征在于，采用稀释后的大尺寸硅片边缘的抛光液，并采用超声振动辅助的手段，利用抛光工具迫使抛光液中改性后的磨粒对大尺寸硅片边缘进行抛光；

所述大尺寸硅片边缘的抛光液包括下述以重量百分比计的组分：磨粒5～50wt％；

碱性腐蚀剂0.1～10wt％；

分散剂0.01～1wt％；

酸性物质0.1～10wt％；

表面活性剂0.001～0.1wt％；

去离子水余量；

所述磨粒为胶体溶液，pH值在2～12之间；所述胶体溶液的胶体颗粒为氧化硅、氧化铈、氧化铝、碳化硅、金刚石中的一种或几种，粒径分布范围为10～2000nm；所述磨粒为采用离子交换树脂通过离子交换法表面改性后的磨粒；

胶体溶液以1～20m/h流动态液体速率通过填装有离子交换树脂的离子交换柱进行表面改性；

所述离子交换树脂为磷酸型离子交换树脂、羧酸型离子交换树脂、磺酸型离子交换树脂、巯基型离子交换树脂、氨型离子交换树脂、羟基型离子交换树脂中的一种或几种；

所述分散剂包括瓜尔胶、黄原胶、醋酸纤维素、磺酸乙基纤维素、羧甲基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素、羧乙基甲基纤维素、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟丁基甲基纤维素中的一种或几种；

所述酸性物质包括盐酸、硝酸、硫酸、硼酸、磷酸、碳酸酸式钾、钠盐、柠檬酸、水杨酸、羟基乙酸、草酸、苹果酸、乳酸、氨基酸中的一种或几种；

所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、聚氧丙烯聚氧乙烯嵌段共聚物、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种。

2.如权利要求1所述的大尺寸硅片边缘的抛光方法，其特征在于，超声频率为1kHz～

0.2MHz。

3.如权利要求1所述的大尺寸硅片边缘的抛光方法，其特征在于，所述抛光工具振动方向为横向振动、纵向振动、椭圆振动中的一种或多种，抛光方式为轮式抛光、带式抛光一种或两种。

说明书

大尺寸硅片边缘的抛光液、抛光液制备方法及抛光方法

技术领域

[0001] 本发明涉及硅片加工技术领域，尤其涉及一种大尺寸硅片边缘的抛光液、抛光液制备方法及抛光方法。

背景技术

[0002] 随着集成电路线宽尺寸的降低，晶圆制造成本日益提高。在单个硅片上制造更多的芯片是降低成本的方式之一。因此，随着晶体生长技术的进步，硅片的尺寸可以越做越
大。由于硅片的面积与其半径的平方成正比关系。单个大尺寸硅片上容纳的芯片数量明显
提升。此外，由于硅片边缘处无法制造芯片，小尺寸硅片造成较大浪费，大尺寸硅片在同等
面积制备芯片数量上有较大优势。然而硅片尺寸增大，大尺寸硅片上缺陷造成的经济损失
也增加，因而大尺寸硅片制造标准要求也较高。8英寸及以上尺寸硅片边缘全部要进行化学
机械抛光，以降低边缘应力层，同时避免边缘碎屑滑落对芯片造成污染。

[0003] 专利99107174.3报道了用于硅晶片边缘抛光的组合物，组合物中仅含有硅溶胶和碱性化合物。专利201310753518.8介绍了一种适用于硅晶片边抛光的抛光组合物及其制备
方法，实现对硅片边缘的快速，无颗粒残留且外延后无菱锥缺陷的抛光。专利
201410808769.6适用于硅边缘化学机械抛光的抛光液，抛光液中含有保护硅片表面物质，
能吸附于抛光后边缘表面，形成缓冲层，显著降低应力，减少外延过程中的滑移线的产生。
上述专利均着眼于抛光后边缘质量提升，并未或较少涉及抛光效率问题。专利
202010521251.X从抛光过程入手，公开了一种硅片边抛补液系统、补液方法及硅片边抛方
法，对抛光液pH值进行控制，并在边缘抛光过程中及时补加液体维持抛光性能的稳定，并未
涉及抛光液、抛光液制备方法及抛光方法的改良。

发明内容

[0004] 本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种大尺寸硅片边缘的抛光液、抛光液制备方法及抛光方法，以提高了大尺寸硅边缘抛光效率，同时降低成本。

[0005] 为了解决上述技术问题，本发明实施例提出了一种大尺寸硅片边缘的抛光液，包括下述以重量百分比计的组分：

[0006] 磨粒5～50wt％；

[0007] 碱性腐蚀剂0.1～10wt％；

[0008] 分散剂0.01～1wt％；

[0009] 酸性物质0.1～10wt％；

[0010] 表面活性剂0.001～0.1wt％；

[0011] 去离子水余量。

[0012] 进一步地，所述磨粒为胶体溶液，pH值在2～12之间。

[0013] 进一步地，所述胶体溶液的胶体颗粒为氧化硅、氧化铈、氧化铝、碳化硅、金刚石中的一种或几种，粒径分布范围为10～2000nm。

[0014] 进一步地，所述磨粒为采用离子交换树脂通过离子交换法过表面改性后的磨粒。

[0015] 进一步地，胶体溶液以1～20m/h流动态液体速率通过填装有离子交换树脂的离子交换柱进行表面改性。

[0016] 进一步地，所述离子交换树脂为磷酸型离子交换树脂、羧酸型离子交换树脂、磺酸型离子交换树脂、巯基型离子交换树脂、氨型离子交换树脂、羟基型离子交换树脂中的一种
或几种。

[0017] 进一步地，所述分散剂包括瓜尔胶、黄原胶、醋酸纤维素、磺酸乙基纤维素、羧甲基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素、羧乙基甲基纤维素、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲
基纤维素、羟丁基甲基纤维素中的一种或几种。

[0018] 进一步地，所述酸性物质包括盐酸、硝酸、硫酸、磷酸、硼酸及硫酸、磷酸、碳酸酸式钾、钠盐，柠檬酸、水杨酸、羟基乙酸、草酸、苹果酸、乳酸、氨基酸中的一种或几种。

[0019] 进一步地，所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、聚氧丙烯聚氧乙烯嵌段共聚物、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种。

[0020] 相应地，本发明实施例还提供了一种大尺寸硅片边缘的抛光液制备方法，包括：

[0021] 步骤1：将磨粒以1～20m/h流动态液体速率通过填装有离子交换树脂的离子交换柱得到改性后的磨粒，所述磨粒为胶体溶液，pH值在2～12之间，所述胶体溶液的胶体颗粒
为氧化硅、氧化铈、氧化铝、碳化硅、金刚石中的一种或几种，粒径分布范围为10～2000nm；

[0022] 步骤2：按下述以重量百分比计的组分搅拌混合得到大尺寸硅片边缘的抛光液：

[0023] 改性后的磨粒5～50wt％；

[0024] 碱性腐蚀剂0.1～10wt％；

[0025] 分散剂0.01～1wt％；

[0026] 酸性物质0.1～10wt％；

[0027] 表面活性剂0.001～0.1wt％；

[0028] 去离子水余量。

[0029] 相应地，本发明实施例还提供了一种大尺寸硅片边缘的抛光方法，采用稀释后的上述的大尺寸硅片边缘的抛光液，并采用超声振动辅助的手段，利用抛光工具迫使抛光液
中改性后的磨粒对大尺寸硅片边缘进行抛光。

[0030] 进一步地，超声频率为1kHz～0.2MHz。

[0031] 进一步地，所述抛光工具振动方向为横向振动、纵向振动、椭圆振动中的一种或多种，抛光方式为轮式抛光、带式抛光一种或两种。

[0032] 本发明的有益效果为：本发明利用超声振动辅助来提高边缘抛光中颗粒动能，在传统硅边缘抛光中磨粒切削作用基础上、增加磨粒在水平或垂直方向上的冲击作用，使得
抛光中的机械作用增加，提高了大尺寸硅边缘抛光效率；同时为了平衡化学与机械作用，以
及避免机械作用过强产生缺陷，本发明对磨粒进行表面改性，同时结合抛光液配方的调控，
达到获得超光滑表面的效果。此外，本发明使用含有特殊基团的离子交换树脂，通过离子交
换法对磨粒表面改性，克服传统磨粒改性中步骤繁琐的缺点，本发明磨粒改性方法简单、成
本低廉，因此易于大规模生产。

具体实施方式

[0033] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

[0034] 本发明实施例的大尺寸硅片边缘的抛光液制备方法包括：

[0035] 步骤1：将磨粒以1～20m/h流动态液体速率通过填装有离子交换树脂的离子交换柱得到改性后的磨粒，所述磨粒为胶体溶液，pH值在2～12之间，所述胶体溶液的胶体颗粒
为氧化硅、氧化铈、氧化铝、碳化硅、金刚石中的一种或几种，粒径分布范围为10～2000nm；

[0036] 步骤2：按下述以重量百分比计的组分搅拌混合得到大尺寸硅片边缘的抛光液：

[0037] 改性后的磨粒5～50wt％；

[0038] 碱性腐蚀剂0.1～10wt％；

[0039] 分散剂0.01～1wt％；

[0040] 酸性物质0.1～10wt％；

[0041] 表面活性剂0.001～0.1wt％；

[0042] 去离子水余量。

[0043] 本发明制备的大尺寸硅片边缘抛光的抛光液是浓缩液，使用时需加入去离子水稀释到一定的倍数使用。本发明采用离子交换法生产改性磨粒及对抛光液配方调制，控制抛
光后表面质量，大幅提高了大尺寸硅片边缘抛光性能。

[0044] 作为一种实施方式，所述离子交换树脂为磷酸型离子交换树脂、羧酸型离子交换树脂、磺酸型离子交换树脂、巯基型离子交换树脂、氨型离子交换树脂、羟基型离子交换树
脂中的一种或几种。

[0045] 作为一种实施方式，分散剂包括瓜尔胶、黄原胶、醋酸纤维素、磺酸乙基纤维素、羧甲基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素、羧乙基甲基纤维素、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙
基甲基纤维素、羟丁基甲基纤维素中的一种或几种。

[0046] 作为一种实施方式，酸性物质包括盐酸、硝酸、硫酸、磷酸、硼酸及硫酸、磷酸、碳酸酸式钾、钠盐，柠檬酸、水杨酸、羟基乙酸、草酸、苹果酸、乳酸、氨基酸中的一种或几种。

[0047] 作为一种实施方式，表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)、壬基酚聚氧乙烯醚(NP‑10)、辛基酚聚氧乙烯醚(OP‑10)、聚氧丙烯聚氧乙烯嵌段共聚物(EO‑PO)、聚乙烯吡咯
烷酮(PVP)中的一种或几种。

[0048] 本发明实施例的大尺寸硅片边缘的抛光方法，采用稀释后大尺寸硅片边缘的抛光液，并采用超声振动辅助，以改变大尺寸硅片边缘抛光中改性磨粒作用方式。在超声的作用
下，磨粒的胶体颗粒对硅片的作用力增强；本发明的磨粒通过填装有离子交换树脂的离子
交换柱后，磨粒的胶体颗粒表面基团与离子交换树脂功能基团发生交换交换，改变了胶体
颗粒表面刚度，对抛光时胶体颗粒对硅片的作用强度进行了调控，提升了抛光效率和抛光
质量。

[0049] 作为一种实施方式，超声频率为1kHz～0.2MHz。

[0050] 作为一种实施方式，抛光工具振动方向为横向振动、纵向振动、椭圆振动中的一种或多种，抛光方式为轮式抛光、带式抛光一种或两种。

[0051] 本发明的大尺寸硅片边缘抛光的抛光方法提高了硅片边缘抛光效率。

[0052] 实施例一

[0053] 向离子交换柱中填装高度为80cm的羟基型离子交换树脂。将固含量为50％、平均颗粒粒径为1000nm的二氧化硅胶体以20m/h流动态液体速率通过填装有离子交换树脂的离
子交换柱，得到改性后的羟基二氧化硅胶体。在高速搅拌下，向改性后的纳米二氧化硅胶体
(磨粒)中依次加入5％的氢氧化钠(碱性腐蚀剂)、0.1％的羟丙基甲基纤维素(分散剂)、1％
的柠檬酸(酸性物质)、0.001％的脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO，表面活性剂)，继续搅拌至均匀。
将配制的抛光液过滤，稀释十倍后用于8英寸及12英寸硅片边缘抛光。抛光实验使用自制的
轮式超声辅助边缘抛光装置，超声波振动频率为0.1MHz，振动方式为垂直振动。抛光压力
5kg，抛光头转速800rpm，抛光垫型号为SUBA400，循环抛光中抛光液流量2L/min，抛光时间
30s，采用显微镜抛光后观察边缘无缺陷产生，表面粗糙度达到0.5nm。

[0054] 实施例二

[0055] 向离子交换柱中填装高度为80cm的巯基型离子交换树脂。将固含量为20％、平均颗粒粒径为2000nm的氧化铈胶体以10m/h流动态液体速率通过填装有离子交换树脂的离子
交换柱，得到改性后的巯基氧化铈胶体。在高速搅拌下，向改性后的氧化铈胶体(磨粒)中依
次加入10％的乙醇胺(碱性腐蚀剂)、0.1％的瓜尔胶(分散剂)、10％的乳酸(酸性物质)、
0.05％辛基酚聚氧乙烯醚(OP‑10，表面活性剂)，继续搅拌至均匀。将配制的抛光液过滤，稀
释十倍后用于8英寸及12英寸硅片边缘抛光。抛光实验使用自制的轮式超声辅助边缘抛光
装置，超声波振动频率为0.2MHz，振动方式为水平振动。抛光压力5kg，抛光头转速800rpm，
抛光垫型号为SUBA400，循环抛光中抛光液流量2L/min，抛光时间30s，采用显微镜抛光后观
察边缘无缺陷产生，表面粗糙度达到0.6nm。

[0056] 实施例三

[0057] 向离子交换柱中填装高度为80cm的氨基型离子交换树脂。将固含量为10％、平均颗粒粒径为80nm的氧化铝胶体以1m/h流动态液体速率通过填装有离子交换树脂的离子交
换柱，得到改性后的氨基氧化铝胶体。在高速搅拌下，向改性后的氧化铝胶体(磨粒)中依次
加入0.1％的氢氧化钾(碱性腐蚀剂)、0.01％的羟乙基纤维素(分散剂)、0.1％的硫酸(酸性
物质)、0.001％聚乙烯吡咯烷酮(PVP，表面活性剂)，继续搅拌至均匀。将配制的抛光液过
滤，稀释十倍后用于8英寸及12英寸硅片边缘抛光。抛光实验使用自制的带式超声辅助边缘
抛光装置，超声波振动频率为20kHz，振动方式为水平振动。抛光压力5kg，抛光头转速
800rpm，抛光垫型号为SUBA400，循环抛光中抛光液流量2L/min，抛光时间30s，采用显微镜
抛光后观察边缘无缺陷产生，表面粗糙度达到0.3nm。

[0058] 实施例四

[0059] 向离子交换柱中填装高度为80cm的羧酸基型离子交换树脂。将固含量为5％、平均颗粒粒径为10nm的碳化硅胶体以10m/h流动态液体速率通过填装有离子交换树脂的离子交
换柱，得到改性后的羧酸基碳化硅胶体。在高速搅拌下，向改性后的碳化硅胶体(磨粒)中依
次加入2％的乙二胺(碱性腐蚀剂)、1％的醋酸纤维素(分散剂)、5％的水杨酸(酸性物质)、
0.02％聚氧丙烯聚氧乙烯嵌段共聚物(EO‑PO，表面活性剂)，继续搅拌至均匀。将配制的抛
光液过滤，稀释十倍后用于8英寸及12英寸硅片边缘抛光。抛光实验使用自制的带式超声辅
助边缘抛光装置，超声波振动频率为1kHz，振动方式为水平振动。抛光压力5kg，抛光头转速
800rpm，抛光垫型号为SUBA400，循环抛光中抛光液流量2L/min，抛光时间30s，采用显微镜
观察抛光后边缘无缺陷产生，表面粗糙度达到0.4nm。

[0060] 实施例五

[0061] 向离子交换柱中填装高度为80cm的氨基型离子交换树脂。将固含量为20％、平均颗粒粒径为40nm的氧化硅胶体以20m/h流动态液体速率通过填装有离子交换树脂的离子交
换柱，得到改性后的氨基氧化硅胶体。在高速搅拌下，向改性后的纳米二氧化硅胶体(磨粒)
中依次加入5％的三乙醇胺(碱性腐蚀剂)、0.5％的羧甲基纤维素(分散剂)、1％的磷酸(酸
性物质)、0.05％聚氧丙烯聚氧乙烯嵌段共聚物(EO‑PO，表面活性剂)，继续搅拌至均匀。将
配制的抛光液过滤，稀释十倍后用于8英寸及12英寸硅片边缘抛光。抛光实验使用自制的带
式超声辅助边缘抛光装置，超声波振动频率为40kHz，振动方式为椭圆振动振动。抛光压力
5kg，抛光头转速800rpm，抛光垫型号为SUBA400，循环抛光中抛光液流量2L/min，抛光时间
30s，采用显微镜观察抛光后边缘无缺陷产生，表面粗糙度达到0.3nm。

[0062] 对比例一

[0063] 向固含量为20％、平均颗粒粒径为40nm的氧化硅胶体(磨粒)中依次加入5％的三乙醇胺(碱性腐蚀剂)、0.5％的羧甲基纤维素(分散剂)、1％的磷酸(酸性物质)、0.05％聚氧
丙烯聚氧乙烯嵌段共聚物(EO‑PO，表面活性剂)，继续搅拌至均匀。将配制的抛光液过滤，稀
释十倍后用于8英寸及12英寸硅片边缘抛光。抛光实验使用自制的带式超声辅助边缘抛光
装置，超声波振动频率为40kHz，振动方式为椭圆振动振动。抛光压力5kg，抛光头转速
800rpm，抛光垫型号为SUBA400，循环抛光中抛光液流量2L/min，抛光时间30s，采用显微镜
观察抛光后边缘有缺陷产生，表面粗糙度为1nm。

[0064] 对比例二

[0065] 向固含量为20％、平均颗粒粒径为40nm的氧化硅胶体(磨粒)中依次加入5％的三乙醇胺(碱性腐蚀剂)、0.5％的羧甲基纤维素(分散剂)、1％的磷酸(酸性物质)、0.05％聚氧
丙烯聚氧乙烯嵌段共聚物(EO‑PO，表面活性剂)，继续搅拌至均匀。将配制的抛光液过滤，稀
释十倍后用于8英寸及12英寸硅片边缘抛光。抛光实验使用自制的未超声辅助边缘抛光装
置，超声波振动频率为40kHz，振动方式为椭圆振动振动。抛光压力5kg，抛光头转速800rpm，
抛光垫型号为SUBA400，循环抛光中抛光液流量2L/min，抛光时间30s，采用显微镜观察抛光
后边缘大量缺陷未去除，表面粗糙度为2nm。

[0066] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换
和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。