一种硅片衬底用抛光液及其制备方法与流程

本发明涉及化学机械抛光，具体涉及一种硅片衬底用抛光液及其制备方法。

背景技术：

1、化学机械抛光（chemical mechanical polishing,cmp）是目前实现硅片衬底全局平坦化的核心工艺技术，其通过磨料的机械研磨与化学试剂的腐蚀溶解协同作用，有效去除硅片表面的损伤层并获得纳米级平整度的表面。随着集成电路制程节点持续向5纳米乃至更先进方向发展，对硅片衬底的表面质量提出了近乎严苛的要求：不仅需要极低的表面粗糙度（ra<0.1nm）和完美的平整度，还必须严格控制表面金属沾污、颗粒缺陷以及抛光痕、雾斑等微观缺陷。传统的硅片抛光液通常以高纯二氧化硅溶胶为磨料，配合ph调节剂（如有机胺碱）、氧化剂及各类功能性添加剂构成。然而，现有抛光液体系在实际应用中仍面临诸多挑战：例如，粗抛过程中抛光速率稳定性差、循环寿命短；精抛阶段难以彻底消除表面微划伤，抛光痕问题突出；此外，抛光后硅片表面残留的金属离子和有机物沾污增加了后续清洗难度，影响最终器件的良率与可靠性。

2、为解决上述问题，研究者尝试在抛光液中引入各类功能性添加剂以优化抛光性能。现有技术中，已有采用杂环化合物改善抛光速率稳定性的报道，也有通过添加酰胺类润湿分散剂、高分子醇类润滑剂来降低表面粗糙度和改善抛光痕的尝试。然而，现有添加剂往往功能单一：有的侧重于金属离子络合，但难以兼顾表面疏水易清洗特性；有的虽能提供润滑作用减少划伤，但对金属沾污控制效果有限。如何通过分子结构设计，使单一添加剂同时具备腐蚀抑制、金属沾污控制、颗粒排斥和润滑减摩等多重功能，实现抛光过程与后清洗过程的协同优化，仍是本领域亟待解决的技术难题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种硅片衬底用抛光液及其制备方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种硅片衬底用抛光液，包括以下重量份的原料：磨料40-60份，表面活性剂0.5-1份，增强剂1-3份，水70-100份；所述抛光液的ph为10-11；

4、进一步地，所述ph用氢氧化钾或氢氧化铵进行调节；

5、进一步地，所述磨料为硅溶胶和纳米氧化铈的混合物，且二者的质量比为2:0.5-1，其中，硅溶胶粒径在30-36nm，纳米氧化铈的粒径小于100nm；

6、进一步地，所述表面活性剂为阳离子表面活性剂或非离子表面活性剂中的一种或多种；

7、所述增强剂由以下步骤制备：

8、步骤a1、在氮气条件下，将4-氯丁醇和三乙胺在n,n-二甲基甲酰胺中超声分散均匀，再分三次加入1,2,4-三氮唑，间隔10min，充分搅拌均匀，升温至85℃回流搅拌反应3-5h，旋蒸除去溶剂，柱层析提纯，二次旋蒸，即得三氮唑衍生物；

9、进一步地，步骤a1中4-氯丁醇、1,2,4-三氮唑和三乙胺的摩尔比为1:0.98-1.02:1-1.1；

10、步骤a2、将三氮唑衍生物和氢氧化钠在乙腈中充分搅匀，制得三氮唑衍生物混合液；将3-丁烯-1-醇和氢氧化钠在乙腈中充分搅匀，制得3-丁烯-1-醇混合液；再将三聚氯氰乙腈溶液，并置于冰水浴中，随后加入半份三氮唑衍生物混合液，维持冰水浴反应2.5-3.5h，再升温至45-55℃，加入剩余半份三氮唑衍生物混合液，维持温度反应7.5-8.5h，最后升温至90-95℃，加入3-丁烯-1-醇混合液，维持温度反应10.5-11.5h，减压蒸馏除去溶剂，无水乙醇洗涤，干燥，即得端双键改性剂；

11、进一步地，步骤a2所述三氮唑衍生物混合液中三氮唑衍生物、氢氧化钠和乙腈的用量比为0.2-0.4mol:8-16g:200ml；

12、进一步地，步骤a2所述3-丁烯-1-醇混合液中3-丁烯-1-醇、氢氧化钠和乙腈的用量比为0.1-0.2mol:4-8g:100ml；

13、进一步地，步骤a2所述三聚氯氰乙腈溶液是由三聚氯氰和乙腈以0.1-0.2mol:100ml的用量比混合搅拌制成；

14、步骤a3、将端双键改性剂、长链α-烯烃和碳酸二甲酯加入高压反应釜中，充分搅拌混合均匀，再加入引发剂2,2'-偶氮二异丁腈搅拌均匀，密闭反应釜，用氮气置换釜内空气三次，然后升温至65℃，向反应釜内通入乙烯和丙烯气体，维持反应釜内压力为1.5-2.0mpa，待压力稳定后，反应10-12h，反应结束后，加入甲基叔丁基醚和乙醇混合液进行沉淀，随后加入四氢呋喃溶解，重复三次（沉淀-溶解），干燥，即得增强剂；

15、进一步地，步骤a3中端双键改性剂、乙烯、丙烯和长链α-烯烃的摩尔比为0.1-0.4:0.3-0.5:0.1-0.3:0.05-0.2，且引发剂2,2'-偶氮二异丁腈用量为反应物总质量的0.8wt%-1.2wt%，反应物总量占总体系的25wt%-35wt%；

16、进一步地，步骤a3所述长链α-烯烃为十八烯、1-十六烯、1-十四烯或1-十二烯中的一种；

17、进一步地，步骤a3所述甲基叔丁基醚和乙醇混合液中甲基叔丁基醚和乙醇的体积比为5:1。

18、一种硅片衬底用抛光液的制备方法包括以下步骤：

19、将表面活性剂和增强剂加入水中充分搅拌均匀，再加入磨料搅拌均匀，最后调节ph为10-11，即得硅片衬底用抛光液。

20、本发明的有益效果：

21、本发明制备的硅片衬底用抛光液由磨料、表面活性剂、增强剂和水混合而成，且抛光液的ph为10-11。该抛光液用于单晶硅片衬底后，能降低硅片的表面粗糙度，抛光后硅片表面无划痕且平整，同时具有优异的去除速率。因此，将该抛光液用于单晶硅片衬底的抛光，具有很好的应用前景。

22、本发明的抛光液中采用硅溶胶和纳米氧化铈混合后的物质作为磨料，能降低抛光后硅片表面粗糙度，使硅片表面更加平滑。

23、本发明的发光液中还引入了增强剂，该增强剂是以端双键改性剂、乙烯、丙烯以及长链α-烯烃作为共聚单体，经自由基共聚反应制得；该增强剂在抛光过程中不仅能提升抛光后硅片的质量（降低表面粗糙度），还能提升表面洁净度，防止颗粒与有机物污染硅片表面。其中，端双键改性剂中的三嗪-三氮唑结构能利用三嗪环上的n原子和三氮唑上的n原子共同构成了一个多齿配位中心，这种“三嗪-三氮唑”组合体能以更平稳的构象吸附在硅片（或硅表面的氧化层、金属污染位点）上，它对硅羟基（si-oh）或金属离子具有更强的螯合常数，吸附更牢固，不易被抛光过程中的机械力冲刷掉；引入长链α-烯烃后，硅片表面会被烷基紧密覆盖，表面能显著降低，这使得抛光后的硅片表面对水的接触角极高，在最终的清洗甩干环节，水分会迅速脱离，实现无痕干燥，长链烷基在摩擦界面可以起到类似润滑油的作用，降低抛光垫与硅片之间的摩擦系数，这不仅减少了摩擦产生的热量（防止局部过热反应），还延长了抛光垫的寿命。此外，乙烯/丙烯主链和长链烷基在极性的水相抛光液中，会倾向于蜷缩或伸展以规避水分子，最终在硅片表面形成一层致密且具有一定弹性的疏水屏障，当抛光产生的废屑或抛光液中的磨料颗粒靠近硅片表面时，会将颗粒弹开，有效防止颗粒吸附；在抛光过程中，当磨料与硅片表面接触时，这层柔软的聚合物层可以起到缓冲垫的作用，分散应力，减少磨料对硅片表面晶格的直接冲击，从而降低划伤和亚表面损伤。