CN115093794B - 一种多晶硅抛光组合物及其应用 - Google Patents
一种多晶硅抛光组合物及其应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种多晶硅抛光组合物及其应用，所述多晶硅抛光组合物以纳米二氧化硅胶体为主要抛光组分，并添加有高哌嗪类物质和酮酸类物质作为助剂。本发明的抛光组合物中同时添加高哌嗪类物质和酮酸类物质分别作为速率促进剂和选择性抑制剂，绿色低毒，对多晶硅材料去除速率高，对氧化硅、氮化硅选择性大，抛光缺陷少，与现有技术相比，具有明显优势。
Description
技术领域
本发明涉及化学机械抛光技术领域，尤其涉及一种多晶硅抛光组合物及其应用。
背景技术
集成电路的发展极大地促进了人类社会向信息化、智能化方向迈进的速度，在此过程中一些关键材料的开发应用发挥了重要作用，多晶硅就是其中之一。多晶硅是单质硅的一种，其内部晶粒的晶面取向各异，与单晶硅相比其导电性明显较弱，但微量掺杂即可大幅影响其导电性。在MOSFET制备过程中，多晶硅与铝相比“功函数”更低，所对应的阈值电压也更低，即可实现以更低的电源电压运行电路，而且多晶硅还具有耐高温、耐离子注入以及具有“自对准效应”等优点，因此目前多晶硅是集成电路制造过程中的主要栅极材料。
多晶硅栅的传统制备工艺包括沉积、光刻、刻蚀三个主要步骤，但随着技术节点的不断缩小，采用该流程制备的多晶硅栅，其表面和侧壁均已不能满足后续工艺的要求。因此，当IC制程发展到28nm以下时，多晶硅栅的制备需要采用新的工艺，具体步骤包括：1)在热氧化的SiO2或气相沉积的Si3N4上刻蚀成槽；2)气相沉积多晶硅层；3)CMP去除多余的多晶硅；4)用刻蚀液去除SiO2或Si3N4介质层，这样即可形成表面光滑平整，侧壁陡直的多晶硅栅，可以说这一过程中CMP技术的引入发挥了重要作用。该过程中CMP(化学机械抛光技术)就是用含有磨料的抛光液和聚氨酯抛光垫所产生的的化学作用、机械作用以及两种作用的结合去抛光多晶硅表面，抛光过程中化学物质与表层多晶硅反应形成软质层，软质层再经磨料和抛光垫的机械作用剥离去除，因此抛光液在CMP过程中发挥了重要作用。
由于氧化硅与多晶硅的莫氏硬度接近，而且氧化硅还具有粒度细，抛光后表面损伤小，易清洁等优点，因此目前行业中主要将硅溶胶作为多晶硅抛光液的磨料。另外，为保证一定的多晶硅去除速率以及抛光表面的均匀性和对介质材料的选择性，多晶硅抛光液中还添加有速率促进剂、选择性抑制剂、表面活性剂、速率抑制剂、pH调节剂等成分。然而，目前市场上多晶硅抛光液添加的主要速率促进剂为毒性大、腐蚀性强的有机铵或脂肪族有机胺，对生产、运输相关人员有较大的安全风险；同时相关的速率抑制剂、表面活性剂等成分研究也不充分，抛光材料之间的选择性还不够，抛光表面的均匀性差，容易大量出现Dishing、Erosion等缺陷，对器件的性能易产生不良影响。
韩国公开专利KR100643628B1、KR100660767B1、KR10109466 2B1、KR101178716B1均提出在多晶硅抛光组合物中加入季铵碱，如四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵，作为速率促进剂抛光多晶硅材料，能够实现较高的多晶硅去除速率，同时保持相对较低的氧化硅、氮化硅去除速率，但该类物质静态腐蚀严重，抛光缺陷(如Dishing)的控制还不够理想。另外，季铵碱类化合物毒性较大，腐蚀性较强，对生产人员安全风险较大，其抛光后废液处理也成本较高，已逐渐不适应目前行业绿色、环保的发展趋势。
公开专利CN103080256B采用氧化铈磨料，并添加有阴离子磷酸盐分散剂和三氮唑、哌嗪等有机胺，实现了对氧化硅、氮化硅的高去除速率，而多晶硅去除速率则仅为每分钟几十埃，反向选择性明显。还有一些专利提到在组合物体系中加入一些助剂，通过吸附作用改变氧化硅、氮化硅的等电点，进而调节氧化硅和氮化硅之间的选择性，如美国公开专利US20080116171A1和韩国公开专利KR1020090035063A均提到向组合物中添加氨基酸类物质以抑制氧化硅的去除速率，韩国公开专利KR100851235B1提到采用氧化铈磨料和添加阴离子或非离子表面活性剂的方式抑制氮化硅的去除速率。这些组合物大多数是中性或酸性的，体系内OH-的浓度低，对Si-Si键的极化作用弱，使得多晶硅的去除速率受到明显的抑制，因此其应用存在一定的局限性。
另外，韩国公开专利KR20100014849A则提出向多晶硅组合物中加入脂肪族铵盐型的阳离子表面活性剂，如辛基三甲基溴化铵、癸基三甲基溴化铵、月桂基三甲基氯化铵，以实现同时抑制氧化硅和氮化硅去除速率，提高抛光选择性的目的，然而这些助剂也向抛光组合物中引入了有害的卤素，容易对抛光设备造成腐蚀破坏，同时也容易对抛光表面质量产生不利影响。
因此，有必要从化学配方的角度改善抛光组合物的组分，以在绿色低毒的基础上实现高多晶硅去除速率、高抛光选择性、低抛光缺陷的目的，克服上述现有技术的弊端。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种多晶硅抛光组合物，通过向纳米二氧化硅胶体中添加高哌嗪类物质和酮酸类物质分别作为速率促进剂和选择性抑制剂，可有效提高多晶硅去除速率同时抑制氧化硅、氮化硅去除速率，实现组合物对多晶硅和氧化硅、氮化硅抛光的高选择性。
本发明的另一目的在于提供这种多晶硅抛光组合物在多晶硅化学机械抛光中的应用。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种多晶硅抛光组合物，以纳米二氧化硅胶体为磨料，其中，还包括高哌嗪类物质作为速率促进剂和酮酸类物质作为选择性抑制剂。
在一个优选的实施方案中，所述多晶硅抛光组合物包括纳米二氧化硅胶体、高哌嗪类物质、酮酸类物质、表面活性剂、pH调节剂、保湿剂、抑菌剂和去离子水。
在一个优选的实施方案中，所述多晶硅抛光组合物各组分含量为：纳米二氧化硅胶体5～30wt％、高哌嗪类物质0.5～8wt％、酮酸类物质0.05～2wt％、表面活性剂0.05～2wt％、pH调节剂0.05～3wt％、保湿剂0.01～2wt％、抑菌剂0.005～1.0wt％，余量为去离子水。
在一个更优选的实施方案中，所述多晶硅抛光组合物各组分含量为：纳米二氧化硅胶体10～25wt％、高哌嗪类物质2～6wt％、酮酸类物质0.1～1wt％、表面活性剂0.1～1wt％、pH调节剂0.5～1.5wt％、保湿剂0.1～1.0wt％、抑菌剂0.05～0.1wt％，余量为去离子水。
在一个具体的实施方案中，所述纳米二氧化硅胶体的平均粒径为30-90nm，浓度为20-40wt％。
在一个具体的实施方案中，所述高哌嗪类物质选自高哌嗪、1-Boc-高哌嗪、1-甲基高哌嗪、1-乙基高哌嗪、1-甲酰基高哌嗪、1-乙酰基高哌嗪、1,7-二甲基-1,4-高哌嗪、1-(2-甲氧基乙基)高哌嗪、1-(2-氨乙基)-4-甲基高哌嗪、1-异丁基-1,4-高哌嗪、1-吡嗪-2-基-1,4-高哌嗪、1-(2-嘧啶基)高哌嗪、1-(2-吡啶基)-高哌嗪、1-(3-甲基-2-吡啶基)高哌嗪、1-(6-甲基-2-哌啶基)高哌嗪、1-吡啶-2-基甲基-1,4-高哌嗪、1-苄基高哌嗪、1-(2-吡啶-4-基乙基)-1,4-高哌嗪、1-(2-甲基苄基)高哌嗪、1-(3-甲基苄基)高哌嗪、1-(4-甲基苄基)高哌嗪、1-Boc-5-甲基-1,4-高哌嗪、1-Boc-3-氧代高哌嗪、1-Boc-4-(2-羟基乙基)高哌嗪、2-Boc-4-(2-吡啶基)高哌嗪、1-环丁基-4-(哌啶-4-羰基)-1,4-高哌嗪中的至少任一种；优选为高哌嗪、1-甲基高哌嗪、1-(2-甲氧基乙基)高哌嗪、1-吡嗪-2-基-1,4-高哌嗪、1-(2-嘧啶基)高哌嗪、1-苄基高哌嗪中的至少任一种。
在一个具体的实施方案中，所述酮酸类物质选自季酮酸、2-酮丁酸、2-羟基-丁酸酮、2-咪唑啉酮-4-羧酸、克酮酸、2-酮戊二酸、2-戊酮酸、(R)-3-酮环戊酸、4-环己酮羧酸、4-酮庚二酸、2-吲哚酮-4-羧酸、苦酮酸、6-甲基色酮-2-羧酸、萘啶酮酸、9-芴酮-1-羧酸、9-芴酮-2-羧酸、酮咯酸、2,7-二甲基-9-芴酮-4-羧酸、3-甲基黄酮-8-甲酸、4-二乙氨基酮酸中的至少任一种；优选为季酮酸、2-戊酮酸、4-环己酮羧酸、2-吲哚酮-4-羧酸、酮咯酸、4-二乙氨基酮酸中的至少任一种。
在一个具体的实施方案中，所述表面活性剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚、月桂醇聚氧乙烯醚、异构醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯烷基醇酰胺中的至少任一种。
在一个具体的实施方案中，所述pH调节剂选自四氮唑、咪唑、1-甲基咪唑、2-甲基咪唑、4-甲基咪唑、吡唑、1-甲基吡唑、3-甲基吡唑、4-甲基吡唑中的至少任一种；优选地，调节所述硅抛光组合物的pH值为10～12.5。
在一个具体的实施方案中，所述保湿剂选自丙二醇、丁二醇、已二醇、丙三醇、山梨醇、氨基环戊醇中的至少任一种。
在一个具体的实施方案中，所述抑菌剂选自2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、2-甲基-5-氯-4-异噻唑啉-3-酮、2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮中的至少任一种。
另一方面，前述的多晶硅抛光组合物在多晶硅化学机械抛光中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明以纳米二氧化硅胶体作为基础磨料，具有抛光速率快，抛光表面清洁，不易在多晶硅表面产生凹形缺陷(如Dishing)的优点，另外在抛光组合物中添加高哌嗪类物质和酮酸类物质分别作为速率促进剂和选择性抑制剂，提高了多晶硅材料的去除速率和对介质材料的抛光选择性，同时也具有绿色低毒的特点，与现有技术相比，具有显著优势。
具体实施方式
为了更好理解本发明的技术方案，下面的实施例将对本发明所提供的方法予以进一步的说明，但本发明不限于所列出的实施例，还应包括在本发明的权利要求范围内其他任何公知的改变。
一种多晶硅抛光组合物，所述多晶硅抛光组合物以纳米二氧化硅胶体为主要抛光组分，并添加有高哌嗪类物质和酮酸类物质分别作为速率促进剂和选择性抑制剂，即在现有的以纳米二氧化硅胶体为磨料的多晶硅化学机械抛光液的基础上，添加高哌嗪类物质和酮酸类物质作为助剂得到本发明的多晶硅抛光组合物。
其中，所用的高哌嗪类物质结构上是在高哌嗪环上连接有短链烷基、酰基、嘧啶基、吡啶基、哌啶基等基团的杂环类有机弱碱，酮酸类物质是同时含有羰基和羧基的有机弱酸，所述高哌嗪类物质和酮酸类物质在抛光组合物中所占质量比分别为0.5～8wt％(包括但不限于0.8wt％、1.0wt％、1.2wt％、1.5wt％、2.0wt％、2.5wt％、3.0wt％、3.5wt％、4.0wt％、4.5wt％、5.0wt％、5.5wt％、6.0wt％、6.5wt％、7.0wt％、7.5wt％)、0.05～2wt％(包括但不限于0.1wt％、0.12wt％、0.15wt％、0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％、1.0wt％、1.2wt％、1.4wt％、1.6wt％、1.8wt％)。
硅溶胶磨料在组合物中主要发挥机械磨削作用，但沉积的多晶硅膜层与氧化硅磨料的硬度接近，所以直接用硅溶胶研磨的去除速率较低，也容易产生缺陷，因此需要添加速率促进剂软化多晶硅的表层。作为速率促进剂的化合物能够在体系中电离或水解产生大量的OH-,使得多晶硅表面的Si-Si键被极化，进而有利于在多晶硅表面持续形成以硅氧化物为主要成分的软质层，另外，IC级别的抛光组合物还要求速率促进剂不含各种有害的金属离子，因此一般多晶硅抛光组合物的速率促进剂主要是有机碱。其中，通常使用的季铵碱类化合物和脂肪族有机胺，其腐蚀性大，毒性强，而且其对多晶硅表面的静态腐蚀速率也较大，容易引起缺陷；另外，这些物质在浓缩体系中离子强度也较大，容易引起硅溶胶磨料的团聚。
本发明采用的速率促进剂为高哌嗪类物质，属于杂环类有机胺，N上孤对电子云密度大，N-H键不易断裂，在水中溶解后，N具有一定的吸质子能力，可以使体系内OH-释放，而整个环结构稳定且带正电荷，非常容易与多晶硅软质层表面的SiO3 2-形成胶团，其作为速率促进剂既能提高抛光速率，也有利于产生高质量的抛光表面。高哌嗪类物质属于有机弱碱，离子强度小，因此其在组合物中的添加量可以相对更高，而不至于在浓缩的条件下导致硅溶胶颗粒的团聚。另外，其与同是杂环有机胺的哌嗪相比，高哌嗪类物质环内两个N之间相距更远，相互之间的吸电子诱导效应更低，碱性相对更强一些，因此抛光的效率也更高。
多晶硅抛光过程中，非常希望介质材料稳定，以防产生大量Dishing、Erosion等缺陷，因此化学助剂体系中选择性抑制剂也很重要。本发明作为选择性抑制剂的酮酸类物质属于含有羰基的有机弱酸，其分子中羰基和羧基同时存在，当其在水相体系中电离后，羰基使整个基团的吸电子能力增强，因此与一般的有机弱酸相比，酮酸更容易以C-O-Si键的形式与氧化硅、氮化硅紧密吸附，而其在多晶硅表面的吸附则不明显。抛光过程中，酮酸类物质在SiO2、Si3N4表面吸附成膜，抑制了这两种材料所受的机械摩擦作用，但对多晶硅材料的影响较小，因此其增强了抛光过程中多晶硅对氧化硅、氮化硅材料之间的选择性，有利于减少抛光缺陷的产生。
其中，所述纳米二氧化硅胶体的粒径为30-90nm，例如包括但不限于30nm、35nm、40nm、45nm、50nm、55nm、60nm、65nm、70nm、75nm、80nm、85nm、90nm，所述二氧化硅溶胶的浓度为20-40wt％，例如包括但不限于20wt％、25wt％、30wt％、35wt％、40wt％。
作为所述的高哌嗪类物质，例如选自高哌嗪、1-Boc-高哌嗪、1-甲基高哌嗪、1-乙基高哌嗪、1-甲酰基高哌嗪、1-乙酰基高哌嗪、1,7-二甲基-1,4-高哌嗪、1-(2-甲氧基乙基)高哌嗪、1-(2-氨乙基)-4-甲基高哌嗪、1-异丁基-1,4-高哌嗪、1-吡嗪-2-基-1,4-高哌嗪、1-(2-嘧啶基)高哌嗪、1-(2-吡啶基)-高哌嗪、1-(3-甲基-2-吡啶基)高哌嗪、1-(6-甲基-2-哌啶基)高哌嗪、1-吡啶-2-基甲基-1,4-高哌嗪、1-苄基高哌嗪、1-(2-吡啶-4-基乙基)-1,4-高哌嗪、1-(2-甲基苄基)高哌嗪、1-(3-甲基苄基)高哌嗪、1-(4-甲基苄基)高哌嗪、1-Boc-5-甲基-1,4-高哌嗪、1-Boc-3-氧代高哌嗪、1-Boc-4-(2-羟基乙基)高哌嗪、2-Boc-4-(2-吡啶基)高哌嗪、1-环丁基-4-(哌啶-4-羰基)-1,4-高哌嗪中的至少任一种，例如上述高哌嗪类物质中的任一种、任两种组合或以上，优选为高哌嗪、1-甲基高哌嗪、1-(2-甲氧基乙基)高哌嗪、1-吡嗪-2-基-1,4-高哌嗪、1-(2-嘧啶基)高哌嗪、1-苄基高哌嗪。
作为所述的酮酸类物质，例如选自季酮酸、2-酮丁酸、2-羟基-丁酸酮、2-咪唑啉酮-4-羧酸、克酮酸、2-酮戊二酸、2-戊酮酸、(R)-3-酮环戊酸、4-环己酮羧酸、4-酮庚二酸、2-吲哚酮-4-羧酸、苦酮酸、6-甲基色酮-2-羧酸、萘啶酮酸、9-芴酮-1-羧酸、9-芴酮-2-羧酸、酮咯酸、2,7-二甲基-9-芴酮-4-羧酸、3-甲基黄酮-8-甲酸、4-二乙氨基酮酸中的任一种、任两种组合或以上，优选为季酮酸、2-戊酮酸、4-环己酮羧酸、2-吲哚酮-4-羧酸、酮咯酸、4-二乙氨基酮酸。
除了上述纳米二氧化硅胶体为磨料，并加入高哌嗪类物质和酮酸类物质这三种主要成分外，本发明不限定抛光组合物中添加的任何其它添加剂成分，可适用于常规的各种多晶硅化学机械抛光液体系，还可以根据改善抛光表面质量和提高组合物稳定性的需求，技术人员可任意选择表面活性剂、pH调节剂、保湿剂、抑菌剂的一种或多种添加到抛光组合物中。
其中，所述表面活性剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚、月桂醇聚氧乙烯醚、异构醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯烷基醇酰胺中的至少任一种，例如上述速率促进剂中的任一种、任两种组合或以上，优选为脂肪醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯烷基醇酰胺。所述表面活性剂用于降低组合物的表面张力，减小组合物和多晶硅材料表面的接触角，增强其在多晶硅材料表面的铺展性能，从而降低抛光后多晶硅材料的表面粗糙度，也有利于提高抛光后晶圆表面的均匀性，改善抛光表面质量。
作为所述的pH调节剂，例如选自四氮唑、咪唑、1-甲基咪唑、2-甲基咪唑、4-甲基咪唑、吡唑、1-甲基吡唑、3-甲基吡唑、4-甲基吡唑中的至少任一种，例如上述pH调节剂中的任一种、任两种组合或以上，优选为四氮唑、咪唑。所述pH调节剂用于调节浓缩液的pH值，防止浓缩液碱性太强而引起纳米氧化硅颗粒溶解，同时其电离或水解产生的阴离子对组合物中的金属离子具有络合作用。
作为所述的保湿剂，例如选自丙二醇、丁二醇、已二醇、丙三醇、山梨醇、氨基环戊醇中的至少一种，例如上述润湿剂中的任一种、任两种组合或以上，优选为丙三醇、氨基环戊醇。所述保湿剂用于抑制组合物在储存过程中的水分流失，以增强硅溶胶颗粒的稳定性，延长组合物的储存放置寿命。
作为所述的抑菌剂，例如选自2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、2-甲基-5-氯-4-异噻唑啉-3-酮、2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮中的至少一种，例如上述抑菌剂中的任一种、任两种组合或以上，优选为2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮。所述抑菌剂用于抑制抛光液中细菌、真菌的繁殖，防止微生物的代谢产物引起抛光液的老化失效。
在一个具体的实施方案中，所述组合物由以下配比的各组分制成：
其中所述多晶硅抛光组合物的pH值为10～12.5，例如包括但不限于10、10.5、11、11.5、12、12.5，优选为11～12。
本发明的多晶硅抛光组合物的制备方法，例如按照本领域公知的各组分混合即可，具体地，例如一种多晶硅抛光组合物的制备方法，包括含有高哌嗪类物质和酮酸类物质与纳米二氧化硅胶体及其他助剂混合的步骤。
在一个优选的实施方案中，本发明的所述的高哌嗪类物质、酮酸类物质、表面活性剂、pH调节剂、保湿剂、抑菌剂先充分混合分散，形成组合物的化学助剂。
然后，将化学助剂再加入到纳米二氧化硅胶体中，充分搅拌分散后形成本发明所述的多晶硅抛光组合物，这一过程中的分散手段包括但不限于机械搅拌、超声波分散、磁力搅拌中的任意一种或多种。
下面通过更具体的实施例进一步解释说明本发明，但不构成任何的限制。
以下实施例中，多晶硅晶圆抛光测试时使用的抛光机为Speedfam 36B型单面抛光机；所用的抛光垫为IC1010型，抛光材料为200mm wafer，抛光转速为65rpm，抛光压力为2.0psi，流量为1.2L/min，抛光时间为1min，抛光温度控制在30～32℃。所用的抛光液经过滤后由蠕动泵输送到抛光盘上，每次抛光后都使用修整器对抛光垫进行修整保养，每次抛光前都进行预抛光。
去除速率测试：采用膜厚仪分别测量抛光去除的多晶硅薄膜厚度、氧化硅薄膜厚度和氮化硅薄膜厚度，根据抛光时间，分别计算三者的去除速率---MRR()。
选择性比较:计算相同时间内多晶硅去除速率和氧化硅去除速率的比值，计算相同时间内多晶硅去除速率和氮化硅去除速率的比值，并进行比较。
若无特殊说明，本发明实施例及对比例所使用的原料及试剂，均可通过市售商业途径购买获得。
实施例1
将10g高哌嗪、1g季酮酸、1g脂肪醇聚氧乙烯醚、1g四氮唑、0.2g丙三醇、0.1g 2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮溶于400g去离子水中，搅拌均匀，然后将该溶液边搅拌边加入到500g 20wt％纳米二氧化硅胶体(平均粒径30nm)中，继续加去离子水至分散液总质量为2kg，磁力搅拌30min，封装，分散液pH值为10。
实施例2
将20g 1-甲基高哌嗪、2g 2-戊酮酸、2g聚氧乙烯烷基胺、10g四氮唑、2g丙三醇、1g2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮溶于400g去离子水中，搅拌均匀，然后将该溶液边搅拌边加入到1000g 20wt％纳米二氧化硅胶体(平均粒径30nm)，继续加去离子水至分散液总质量为2kg，磁力搅拌30min，封装，分散液pH值为10.5。
实施例3
将40g 1-(2-甲氧基乙基)高哌嗪、6g 4-环己酮羧酸、8g聚氧乙烯烷基醇酰胺、12g四氮唑、6g氨基环戊醇、1.6g 2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮溶于400g去离子水中，搅拌均匀，然后将该溶液边搅拌边加入到1200g 30wt％纳米二氧化硅胶体(平均粒径50nm)，继续加去离子水至分散液总质量为2kg，磁力搅拌30min，封装，分散液pH值为11.0。
实施例4
将80g 1-吡嗪-2-基-1,4-高哌嗪、10g 2-吲哚酮-4-羧酸、12g聚氧乙烯烷基胺、22g咪唑、10g氨基环戊醇、2g 2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮溶于400g去离子水中，搅拌均匀，然后将该溶液边搅拌边加入到1000g 40wt％纳米二氧化硅胶体(平均粒径70nm)，继续加去离子水至分散液总质量为2kg，磁力搅拌30min，封装，分散液pH值为11.3。
实施例5
将100g 1-(2-嘧啶基)高哌嗪、16g酮咯酸、16g聚氧乙烯烷基醇酰胺、30g咪唑、16g氨基环戊醇、7g 2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮溶于400g去离子水中，搅拌均匀，然后将该溶液边搅拌边加入到1250g 40wt％纳米二氧化硅胶体(平均粒径70nm)，继续加去离子水至分散液总质量为2kg，磁力搅拌30min，封装，分散液pH值为11.5。
实施例6
将120g 1-苄基高哌嗪、20g 4-二乙氨基酮酸、20g聚氧乙烯烷基醇酰胺、50g咪唑、20g氨基环戊醇、2g 2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮溶于400g去离子水中，搅拌均匀，然后将该溶液边搅拌边加入到1000g 40wt％纳米二氧化硅胶体(平均粒径70nm)，继续加去离子水至分散液总质量为2kg，磁力搅拌30min，封装，分散液pH值为11.5。
实施例7
将160g高哌嗪、30g 2-戊酮酸、28g聚氧乙烯烷基胺、60g咪唑、30g氨基环戊醇、20g2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮溶于400g去离子水中，搅拌均匀，然后将该溶液边搅拌边加入到1000g 40wt％纳米二氧化硅胶体(平均粒径50nm)，继续加去离子水至分散液总质量为2kg，磁力搅拌30min，封装，分散液pH值为12.0。
实施例8
将80g 1-甲基高哌嗪、40g季酮酸、40g脂肪醇聚氧乙烯醚、20g四氮唑、40g丙三醇、1.2g 2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮溶于400g去离子水中，搅拌均匀，然后将该溶液边搅拌边加入到1000g 30wt％纳米二氧化硅胶体(平均粒径50nm)，继续加去离子水至分散液总质量为2kg，磁力搅拌30min，封装，分散液pH值为11.6。
实施例9
将40g 1-(2-嘧啶基)高哌嗪、10g酮咯酸、10g聚氧乙烯烷基胺、4g四氮唑、10g丙三醇、10g 2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮溶于400g去离子水中，搅拌均匀，然后将该溶液边搅拌边加入到1500g 40wt％纳米二氧化硅胶体(平均粒径90nm)，继续加去离子水至分散液总质量为2kg，磁力搅拌30min，封装，分散液pH值为11.2。
实施例10
将100g 1-甲基高哌嗪、10g 4-二乙氨基酮酸、6g脂肪醇聚氧乙烯醚、40g咪唑、16g丙三醇、2g 2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮溶于400g去离子水中，搅拌均匀，然后将该溶液边搅拌边加入到1200g 30wt％纳米二氧化硅胶体(平均粒径50nm)，继续加去离子水至分散液总质量为2kg，磁力搅拌30min，封装，分散液pH值为12.5。
对比例1
助剂中不加高哌嗪，添加10g哌嗪，其他同实施例1一致。
对比例2
助剂中不加1-苄基高哌嗪，添加120g乙二胺，其他同实施例6一致。
对比例3
助剂中不加1-吡嗪-2-基-1,4-高哌嗪，添加80g四乙基氢氧化铵，其他同实施例4一致。
对比例4
助剂中不加4-环己酮羧酸，添加6g草酸，其他同实施例3一致。
对比例5
助剂中不加酮咯酸，添加16g丙二酸，其他同实施例5一致。
对比例6
助剂中不加酮咯酸，其他同实施例5一致。
将各实施例和对比例抛光组合物按体积比1:10稀释后进行抛光测试，抛光测试结果见下表1：
表1抛光测试结果
比较上表1对比例1与实施例1，可以发现当速率促进剂同样是杂环类有机胺时，添加同等质量高哌嗪的实施例1对多晶硅的去除速率明显更高于对比例1，而对比例和实施例对氧化硅、氮化硅的去除速率没有明显的差异，但对比例的碟形缺陷比实施例更大一些，这表明高哌嗪作为组合物的速率促进剂有更高的抛光速率，更好的抛光表面质量。
比较对比例2与实施例6，对比例3和实施例4，能够发现对比例2、对比例3在相同条件下对多晶硅的去除速率均没有超过实施例6、实施例4，而对比例对氧化硅、氮化硅的去除速率又稍高于实施例，抛光产生的碟形腐蚀也比实施例高，因此对比例的抛光选择性低于实施例，抛光质量也比实施例差。这表明实施例中所采用的高哌嗪类物质与对比例所采用的脂肪族有机胺或有机铵相比，对多晶硅的去除效果更好，而且更能避免抛光缺陷的产生，其原因可能是高哌嗪类物质特殊的杂环化学结构，在抛光过程中发挥的化学作用与磨料发挥的机械作用更协调，更不易产生恶性腐蚀或过度抛光等问题。
比较上表1中对比例4与实施例3，对比例5与实施例5，能够发现对比例3、对比例4在相同条件下对氧化硅、氮化硅的去除速率明显高于实施例3、实施例5，而对比例和实施例对多晶硅材料的去除速率接近，因此对比例的选择性明显大幅低于实施例，而抛光产生的碟形缺陷明显高于实施例。这表明组合物中添加酮酸类物质作为选择性抑制剂，与一般的有机弱酸(如草酸，丙二酸)相比，更能够发挥抑制氧化硅、氮化硅去除速率的效果。原因可能是酮酸类物质分子中含有羰基，与一般的有机弱酸相比，更能够与氧化硅、氮化硅表面成键吸附。比较对比例6和实施例5，也再次体现出酮酸类物质对提高抛光选择性，降低抛光缺陷的作用。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。本领域技术人员可以理解，在本说明书的教导之下，可对本发明做出一些修改或调整。这些修改或调整也应当在本发明权利要求所限定的范围之内。
Claims (13)
1.一种多晶硅抛光组合物，以纳米二氧化硅胶体为磨料，其特征在于，还包括高哌嗪类物质作为速率促进剂和酮酸类物质作为选择性抑制剂；各组分含量为：纳米二氧化硅胶体5～30wt％、高哌嗪类物质0.5～8wt％、酮酸类物质0.05～2wt％、表面活性剂0.05～2wt％、pH调节剂0.05～3wt％、保湿剂0.01～2wt％、抑菌剂0.005～1.0wt％，余量为去离子水。
2.根据权利要求1所述的多晶硅抛光组合物，其特征在于，各组分含量为：纳米二氧化硅胶体10～25wt％、高哌嗪类物质2～6wt％、酮酸类物质0.1～1wt％、表面活性剂0.1～1wt％、pH调节剂0.5～1.5wt％、保湿剂0.1～1wt％、抑菌剂0.05～0.1wt％，余量为去离子水。
3.根据权利要求1或2所述的多晶硅抛光组合物，其特征在于，所述纳米二氧化硅胶体的平均粒径为30-90nm，质量浓度为20-40wt％。
4.根据权利要求1或2所述的多晶硅抛光组合物，其特征在于，所述高哌嗪类物质选自高哌嗪、1-甲基高哌嗪、1-乙基高哌嗪、1-Boc-高哌嗪、1-甲酰基高哌嗪、1-乙酰基高哌嗪、1,7-二甲基-1,4-高哌嗪、1-(2-甲氧基乙基)高哌嗪、1-(2-氨乙基)-4-甲基高哌嗪、1-异丁基-1,4-高哌嗪、1-吡嗪-2-基-1,4-高哌嗪、1-(2-嘧啶基)高哌嗪、1-(2-吡啶基)-高哌嗪、1-(3-甲基-2-吡啶基)高哌嗪、1-(6-甲基-2-哌啶基)高哌嗪、1-吡啶-2-基甲基-1,4-高哌嗪、1-苄基高哌嗪、1-(2-吡啶-4-基乙基)-1,4-高哌嗪、1-(2-甲基苄基)高哌嗪、1-(3-甲基苄基)高哌嗪、1-(4-甲基苄基)高哌嗪、1-Boc-5-甲基-1,4-高哌嗪、1-Boc-3-氧代高哌嗪、1-Boc-4-(2-羟基乙基)高哌嗪、2-Boc-4-(2-吡啶基)高哌嗪、1-环丁基-4-(哌啶-4-羰基)-1,4-高哌嗪中的至少任一种。
5.根据权利要求4所述的多晶硅抛光组合物，其特征在于，所述高哌嗪类物质选自高哌嗪、1-甲基高哌嗪、1-(2-甲氧基乙基)高哌嗪、1-吡嗪-2-基-1,4-高哌嗪、1-(2-嘧啶基)高哌嗪、1-苄基高哌嗪中的至少任一种。
6.根据权利要求1或2所述的多晶硅抛光组合物，其特征在于，所述酮酸类物质选自季酮酸、2-酮丁酸、2-羟基-丁酸酮、2-咪唑啉酮-4-羧酸、克酮酸、2-酮戊二酸、2-戊酮酸、(R)-3-酮环戊酸、4-环己酮羧酸、4-酮庚二酸、2-吲哚酮-4-羧酸、苦酮酸、6-甲基色酮-2-羧酸、萘啶酮酸、9-芴酮-1-羧酸、9-芴酮-2-羧酸、酮咯酸、2,7-二甲基-9-芴酮-4-羧酸、3-甲基黄酮-8-甲酸、4-二乙氨基酮酸中的至少任一种。
7.根据权利要求6所述的多晶硅抛光组合物，其特征在于，所述酮酸类物质选自季酮酸、2-戊酮酸、4-环己酮羧酸、2-吲哚酮-4-羧酸、酮咯酸、4-二乙氨基酮酸中的至少任一种。
8.根据权利要求1或2所述的多晶硅抛光组合物，其特征在于，所述表面活性剂属于非离子型，选自脂肪醇聚氧乙烯醚、月桂醇聚氧乙烯醚、异构醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯烷基醇酰胺中的至少任一种。
9.根据权利要求1或2所述的多晶硅抛光组合物，其特征在于，所述pH调节剂选自四氮唑、咪唑、1-甲基咪唑、2-甲基咪唑、4-甲基咪唑、吡唑、1-甲基吡唑、3-甲基吡唑、4-甲基吡唑中的至少任一种。
10.根据权利要求1或2所述的多晶硅抛光组合物，其特征在于，调节所述多晶硅抛光组合物的pH值为10～12.5。
11.根据权利要求1或2所述的多晶硅抛光组合物，其特征在于，所述保湿剂选自丙二醇、丁二醇、已二醇、丙三醇、山梨醇、氨基环戊醇中的至少任一种。
12.根据权利要求1或2所述的多晶硅抛光组合物，其特征在于，所述抑菌剂选自2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、2-甲基-5-氯-4-异噻唑啉-3-酮、2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮中的至少任一种。
13.权利要求1-12任一项所述的多晶硅抛光组合物在多晶硅化学机械抛光中的应用。
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