抛光液是CMP的关键要素之一,抛光液的性能直接影响抛光后表面的质量.抛光液一般由超细固体粒子研磨剂(如纳米SiO2、Al2O3粒子等)、表面活性剂、稳定剂、氧化剂、螯合剂、去离子水混合后组成,固体粒子提供研磨作用,化学氧化剂提供腐蚀溶解作用。
1、增稠剂
增稠剂又称胶凝剂,它主要是用来提高研磨液粘度,使磨料保持均匀的稳定的悬浮状态或乳浊状态,或形成胶体。增稠剂种类较多,选择时除要考虑产品的流动性、透明度、稠度、凝胶性、悬浮力与屈服值外,还应注意选用用量少而增稠效果好,与主体成分相容性好而不产生相分离,储存时不引起需变和离析的水溶性高分子化合物。一般采用的增稠剂为:多糖类高分子化合物(淀粉、黄原胶)、纤维素高分子化合物(羟甲基纤维素、羟乙基纤维素及其盐类)、聚丙烯酸乳液类(ASE-60)等。
2、分散剂
分散剂主要采用一种在分子内同时具有亲油性和亲水性两种相反性质的界面活性剂。可均匀分散那些难溶解于液体的无机固体颗粒,同时也能防止固体颗粒凝聚沉降,达到恳浮磨料的效果。分散剂的作用机理:这些界面活性剂吸附于固体颗粒的表面,使凝聚的固体颗粒表面易于湿润。高分子型的分散剂,在固体颗粒的表面形成吸附层,使固体颗粒表面的电荷增加,提高形成立体阻碍的颗粒间的反作用力。磨料通常硬度很高,加入分散剂可使研磨液具有良好的分散性,使磨料分布均匀,并且短时间内不会产生沉淀,在很大程度上提高了研磨速率和研磨质量。如果磨料分散不均匀,则会使表面平整度(TTV)大大下降且容易产生划伤。在研磨液中一般采用三聚磷酸盐类或聚丙烯酸类分散剂。
3、pH调节剂
抛光液中添加碱性物质,可以与硅片损伤层表面的硅原子发生反应,表面生成半程亲水性的硅氧化合物,现在通常加入的是有机碱,如果采用无机碱,会引入额外的金属离子,这些金属离子在研磨过程中,会附着在硅片表面,导致其清洗困难。有机碱除了有调节pH的作用以外,还对金属离子有螫合作用。研磨液一般用去离子水稀释十几倍后进行使用,目前所用到的有机碱通常是有机胺类,它具有一定的缓冲作用,使溶液的pH在一定范围内保持稳定状态。
4、蝥合剂
据文献报道,重金属杂质Fe会对硅片造成最严重的重金属污染,当Fe浓度达到1010/cm3以上时,就会对器件失效造成极为严重的影响。而硅片的研磨工艺是造成器件铁污染的主要原因,原因是研磨工艺中使用的研磨机基本上都采用球墨铸铁材质,在研磨过程中磨料会使铸铁磨盘不断损耗,大量的铁进入研磨液中。而硅片表面裸露着的新断的化学键,活性很强,极易吸附极性很强的铁离子,形成准化学键,吸附在硅片表面,一般很难清洗下来,因而造成重金属铁污染。