專利名稱：一種二氧化硅基cmp拋光液及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及CMP (化學(xué)機(jī)械拋光)拋光液，特別涉及一種應(yīng)用于超大規(guī)模集成電路硅襯底及層間介質(zhì)全局平坦化的二氧化硅基CMP拋光液及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著超大規(guī)模集成電路器件特征尺寸的減小和集成度的提高，要求作為硅襯底或?qū)娱g介質(zhì)表面平均粗糙度Ra和平均波紋度Wa均應(yīng)< lnm，為此，CMP拋光液必須做到高速率、低損傷、高選擇性和容易清洗。為了提高品競爭能力，在滿足這些要求的同時還必須千方百計降低生產(chǎn)成本，降低能源消耗和環(huán)境污染。但是對于二氧化硅基CMP拋光液的制造過程而言，公知的制備方法多是通過晶體生長法，即先將水玻璃原料溶解于水中，通過離子交換樹脂將硅酸鈉中的鈉離子交換出來，得到SiO2晶種。并在一定的工藝條件下，讓SiO2顆粒長大到需要的粒度大小及分布，再經(jīng)過超濾、濃縮制得成品。例如，美國專利US 4356107·公開的高溫高壓法在130-370°C的高壓容器中制得40nm左右的硅溶膠。此方法采用的設(shè)備投資大，生產(chǎn)成本高，安全隱患也多。用該專利提供的方法生產(chǎn)的產(chǎn)品還存在著金屬離子含量高，易吸附，難清洗等問題。美國專利US 3440174、US 3673104、US 3947376公開的在常壓條件制備大粒徑硅溶膠的方法，反應(yīng)時間長，能耗特別大。中國專利CN 1155514A公開的大顆粒納米SiO2硅溶膠的制造方法，雖然也在常壓下進(jìn)行，但粒度分散性較大，且反應(yīng)時間長達(dá)24小時，最后還須用微孔膜濾除小于20nm的顆粒，最終產(chǎn)品含有多種金屬雜質(zhì)離子?？梢娡ㄟ^簡化工藝流程提高操作的專業(yè)化程度來保證產(chǎn)品質(zhì)量是當(dāng)今需要解決的重要課題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種二氧化硅基CMP拋光液及其制備方法。通過直接采用專業(yè)化企業(yè)以及規(guī)?；a(chǎn)的指定規(guī)格納米二氧化硅粉體作為拋光液的磨料，在通過分散劑表面改性，運(yùn)用高速機(jī)械攪拌，高剪切研磨和超聲波分散等技術(shù)手段把納米微粒特有的大比表面積及由于小尺寸效應(yīng)，量子尺寸效應(yīng)及宏觀量子隧道效應(yīng)等導(dǎo)致的表面自由能高，熱力學(xué)狀態(tài)不穩(wěn)定，極易凝聚成團(tuán)的SiO2粉體穩(wěn)定地分散到納米級，制備出市場適用的CMP拋光液?？梢杂糜诔笠?guī)模集成電路硅襯底、層間電介質(zhì)、淺溝槽隔離絕緣體、導(dǎo)體和鑲嵌金屬的化學(xué)機(jī)械拋光。本發(fā)明米取的技術(shù)方案是一種二氧化娃基CMP拋光液,其特征在于拋光液中含有重量百分比為10 50%的納米二氧化硅研磨料，0. I 10%的分散劑，0. I 10%的潤濕劑，0. I 10%的螯合劑，0.01 1%的PH調(diào)節(jié)劑，其余為去離子水。本發(fā)明所述的一種二氧化硅基CMP拋光液的制備方法，其特征在于包括如下步驟
(一) 按照比例先將分散劑、潤濕劑、螯合劑溶于去離子水中攪拌至完全溶解；
(二).加PH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)溶液PH值；(三).按照比例邊攪拌邊加入納米二氧化硅研磨料；
(四).將攪拌均勻的溶液通過研磨機(jī)進(jìn)行研磨；
(五).最后再經(jīng)超聲波進(jìn)行分散，即制得成品。超聲波分散時間為30 60分鐘。本發(fā)明通過加入表面活性劑作為分散劑降低磨料粒子表面活性和自由能，防止自發(fā)凝聚成團(tuán)；利用高速機(jī)械攪拌使磨料粒子在液體中分散的更均勻；對液體進(jìn)行高剪切力研磨，破壞掉已生成聚團(tuán)；對液體進(jìn)行超聲波分散，防止磨料顆粒沉降，提高分散穩(wěn)定性。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有以下優(yōu)點(diǎn)
I.由于選用指定規(guī)格的納米二氧化硅研磨料粒度分布窄，拋光速率容易調(diào)控，平坦化 效率高。2.工藝流程簡化，生產(chǎn)設(shè)備減少，成本降低。3.研磨料利用率高，浪費(fèi)少，加工表面容易清洗。4.拋光液呈堿性(PH ^ 10)，不腐蝕設(shè)備。5.節(jié)約了能源，環(huán)境污染減小。
具體實施例方式以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不局限于以下實施例。本發(fā)明所采用的納米二氧化硅粉體、分散劑、潤濕劑、螯合劑以及PH調(diào)節(jié)劑均為常規(guī)市售工業(yè)品及分析純或者化學(xué)純化學(xué)試劑。二氧化硅基CMP拋光液中的納米二氧化硅研磨料選用專業(yè)公司生產(chǎn)的納米二氧化硅粉體。納米二氧化硅粉體的平均粒徑為10 180nm。納米二氧化硅粉體可以由氣相化學(xué)反應(yīng)法、沉淀法、溶膠-凝膠法和微乳液法等方法制得。分散劑是非離子表面活性劑，選用脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、聚氧乙烯基醇酰胺及聚醚類化合物中的任意一種。潤濕劑選用高級脂肪酸鹽、磺酸鹽、硫酸酯鹽、甲醇、乙醇及異丙醇中的任意一種或兩種。高級脂肪酸鹽、磺酸鹽、硫酸酯鹽屬于陰離子表面活性劑。螯合劑選用檸檬酸銨、乙二胺四乙酸胺、四(2-羥乙基)乙二胺、羧甲基纖維素及水溶性丙烯酸聚酯樹脂中的任意一種或兩種。PH調(diào)節(jié)劑選用氨水、三乙醇胺、四甲基氫氧化銨中的任意一種或兩種混合物。二氧化硅基CMP拋光液PH值為8 12。實施例I :配制100克二氧化硅基CMP拋光液
取70克去離子水，在強(qiáng)烈攪拌下依次加入2克脂肪醇聚氧乙烯(9)醚分散劑，0. 6克脂肪酸鹽和0. 4克乙醇，0. 5克四(2-羥乙基)乙二胺螯合劑及0. 5克羧甲基纖維素；攪拌至均勻透明，使固體完全溶解，并用三乙醇胺調(diào)節(jié)溶液PH值到10左右，再緩緩向溶液中加入15克粒徑為20 30nm的納米二氧化硅粉體，邊加入邊劇烈地攪拌，在攪拌過程中，可根據(jù)溶液總量適當(dāng)加入少量去離子水，并將溶液中的固體顆粒簇團(tuán)搗碎，繼續(xù)攪拌均勻，最后再進(jìn)行超聲分散30分鐘，即制得成品。穩(wěn)定性測試將制得的拋光液注入50ml玻璃比色管中，至液面與管最上部的刻度持平；然后于室溫下靜置24小時，觀察液體分水程度，上層清液的厚度為4. 4mm (以上層清液的厚度不得超過5mm為合格)。Zeta電位測試采用JS94F型微電泳儀測試拋光液中磨料顆粒的表面Zeta電位，其絕對值為58mv (其絕對值應(yīng)在50 70mv為合格)。 實施例2 :配制200克二氧化硅基CMP拋光液
先取170克去離子水，在強(qiáng)烈的攪拌下依次加入4克聚氧乙烯基醇酰胺分散劑，2克甲醇，0. 8克乙二胺四乙酸二胺螯合劑及I. 2克羧甲基纖維素，攪拌至均勻透明，使固體完全溶解，并用四甲基氫氧化銨調(diào)節(jié)溶液PH值近似等于10，再緩緩向溶液中加入20克粒徑為60 SOnm的納米二氧化硅粉體，邊加入邊劇烈地攪拌，在攪拌過程中，可根據(jù)溶液總量適當(dāng)加入少量去離子水，并將溶液中的固體顆粒簇團(tuán)搗碎，繼續(xù)攪拌均勻，最后再進(jìn)行超聲分散40分鐘，即制得成品。 穩(wěn)定性測試將制得的拋光液注入到50ml比色管中，直到管中的液面與管最上面的刻度線持平，然后于室溫下靜置24小時，觀察液體分水程度，上層清液厚度為4. 5mm (以上層清液的厚度不得超過5mm為合格)。Zeta電位測試采用JS94F型微電泳儀測試拋光液中磨料顆粒的表面Zeta電位，其絕對值為60mv (其絕對值應(yīng)在50 70mv為合格)。實施例3 :配制500克二氧化硅基CMP拋光液
先取360克去離子水，在強(qiáng)烈的攪拌下依次加入8克脂肪酸聚氧乙烯酯，5克乙醇，3克檸檬酸銨螯合劑及6克羧甲基纖維素，攪拌至均勻透明，使固體完全溶解，并用氨水和三乙醇胺混合液調(diào)節(jié)溶液PH值近似等于10，再緩緩向溶液中加入120克粒徑為100 120nm的納米二氧化硅粉體，邊加入邊劇烈地攪拌，在攪拌過程中，可根據(jù)溶液總量適當(dāng)加入少量去離子水，并將溶液中的固體顆粒簇團(tuán)搗碎，繼續(xù)攪拌均勻，最后再進(jìn)行超聲分散50分鐘，SP制得成品。穩(wěn)定性測試將制得的拋光液注入到50ml比色管中，直到管內(nèi)液面與管上面的刻度線持平，然后于室溫下靜置24小時，觀察溶液分水程度，上層清液厚度為4. 8mm (以上層清液的厚度不得超過5mm為合格)。Zeta電位測試采用JS94F型微電泳儀測試拋光液中磨料顆粒表面的Zeta電位，其絕對值為62mv (其絕對值應(yīng)在50 70mv為合格)。以上實施例適用于二氧化硅基CMP拋光液的小劑量配制，在加PH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)溶液PH值時，通過采用滴管滴入即可達(dá)到調(diào)節(jié)溶液PH值近似等于10的要求，同時在向溶液中加入納米二氧化硅粉體時，邊加入邊劇烈地攪拌，并將溶液中的固體顆粒簇團(tuán)搗碎。如果形成大規(guī)模生產(chǎn)，則按照比例邊攪拌邊加入納米二氧化硅粉體，將攪拌均勻的溶液通過研磨機(jī)進(jìn)行研磨，即可達(dá)到要求。
權(quán)利要求
1.一種二氧化娃基CMP拋光液,其特征在于拋光液中含有重量百分比為10 50%的納米二氧化硅研磨料，O. I 10%的分散劑，O. I 10%的潤濕劑，O. I 10%的螯合劑，0.01 1%的PH調(diào)節(jié)劑，其余為去離子水。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種二氧化硅基CMP拋光液，其特征在于所述的納米二氧化硅研磨料選用納米二氧化硅粉體。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種二氧化娃基CMP拋光液,其特征在于所述的分散劑選用脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、聚氧乙烯基醇酰胺及聚醚類化合物中的任意一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種二氧化硅基CMP拋光液，其特征在于所述的潤濕劑選用脂肪酸鹽、磺酸鹽、硫酸酯鹽、甲醇、乙醇及異丙醇中的任意一種或兩種。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種二氧化娃基CMP拋光液,其特征在于所述的螯合劑選用檸檬酸銨、乙二胺四乙酸胺、四(2-羥乙基)乙二胺、羧甲基纖維素及水溶性丙烯酸聚酯樹脂中的任意一種或兩種。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種二氧化硅基CMP拋光液，其特征在于所述的PH調(diào)節(jié)劑選用氨水、三乙醇胺、四甲基氫氧化銨中的任意一種或兩種混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種二氧化硅基CMP拋光液，其特征在于所述的納米二氧化硅粉體的平均粒徑為10 180nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種二氧化娃基CMP拋光液,其特征在于所述的拋光液的PH值為8 12。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種二氧化娃基CMP拋光液的制備方法,其特征在于包括如下步驟 (一).按照比例先將分散劑、潤濕劑、螯合劑溶于去離子水中攪拌至完全溶解； (二).加PH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)溶液PH值； (三).按照比例邊攪拌邊加入納米二氧化硅研磨料； (四).將攪拌均勻的溶液通過研磨機(jī)進(jìn)行研磨； (五)·最后再經(jīng)超聲波進(jìn)行分散，即制得成品。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種二氧化娃基CMP拋光液的制備方法,其特征在于超聲波分散時間為30 60分鐘。
全文摘要
本發(fā)明提供一種應(yīng)用于超大規(guī)模集成電路硅襯底及層間介質(zhì)全局平坦化的二氧化硅基CMP拋光液及其制備方法。拋光液中含有重量百分比為10～50％的納米二氧化硅研磨料，0.1～10％的分散劑，0.1～10％的潤濕劑，0.1～10％的螯合劑，0.01～1％的pH調(diào)節(jié)劑，其余為去離子水。該拋光液是通過用表面活性劑改性，強(qiáng)力機(jī)械攪拌，高剪切研磨以及超聲波分散等手段，克服了納米級磨料顆粒極易絮凝、團(tuán)聚問題進(jìn)行制備的。由于磨料的粒度分布窄，范圍可選擇，拋光速率容易調(diào)控，拋光液為堿性，不腐蝕設(shè)備，損傷少、易清洗、不污染環(huán)境?？梢杂糜诔笠?guī)模集成電路硅襯底、層間電介質(zhì)、淺溝槽隔離絕緣體、導(dǎo)體和鑲嵌金屬的化學(xué)機(jī)械拋光。
文檔編號C09G1/02GK102796460SQ20121031788
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月31日
發(fā)明者高桂花, 張?zhí)m田 申請人:安特迪(天津)科技有限公司