[發明專利]一種超高純二氧化硅溶膠的純化方法

無效

• 申請號: 200910077035.4
• 申請日: 2009-01-16
• 公開（公告）號: CN101475180A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發明（設計）人: 潘國順;顧忠華;雒建斌;路新春;劉巖
• 申請（專利權）人: 清華大學;深圳清華大學研究院
• 主分類號: C01B33/148
• 分類號: C01B33/148;C09G1/02
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司
• 代理人: 童曉琳

技術領域

本發明屬于及化學機械拋光技術領域，特別涉及一種超高純二氧化硅溶膠的純化方法。?

背景技術

在過去的幾十年里，一個以計算機、互聯網、無線通信和全球定位系統組成的信念社會逐漸形成。這個信息社會的核心部分是由眾多內建于系統中的細小集成電路(IC)芯片支持和構成的，集成電路已經廣泛應用于生活中的各個領域。在電子制造領域，戈登·摩爾于1965年提出了他著名的觀察結果，即人所共知的“摩爾定律”。摩爾發現并預測在一片相同尺寸的集成電路晶片上，所容納的晶體管數量會每兩年翻一倍。摩爾定律對半導體業產生了巨大影響，激勵所有從業人員，在它提出的40多年的時間里，半導體行業一直按照摩爾定律的速度發展。2007年，各類60～65nm水平的計算動態隨機存儲器(DRAM)、閃存(FLASH)、專用集成電路(ASIC)、現場可編程器件(FPGA)等電路產品已經大批量生產，45nm工藝技術的成熟程度也在不斷提高，多類產品開發成功，商品化產品開始進入市場。作為45nm之后的32nm技術，近期也取得了進展。?

隨著集成電路的集成度日益提高，單元圖形的尺寸日益微化，污染物對器件的影響也愈加突出，半導體器件污染物主要有微顆粒、金屬離子、化學物質和細菌，這些污染物通常以原子、離子、分子、粒子或膜的形式通過化學或物理吸附的方式存在于器件表面，其中原子型雜質主要是指重、貴金屬原子，如Ba、Sr、Hf、Pt、Cr、Co等，拋光片表面金屬污染嚴重地影響著超大規模集成電路(ULSI)?的性能和成品率。金屬離子污染主要影響器件表面的導電性、氧化物的完整性和其它器件穩定性參數等。同時，金屬離子會形成微結構缺陷或霧狀缺陷，導致器件性能下降，成品率降低。?

例如，在130nm節點被認為是可以忽略的缺陷在這種情況下成為致命缺陷。在130nm節點下Ta與Cu連接部分的細微缺陷是被容許的，而在65nm及以下節點時，大于10nm的缺陷都是不可接受的。?

一般來說，在65nm及以下節點，對芯片性能有較大影響的污染及污染源有：?

(1)電性能的影響：F^-、Cl^-、Br^-、I^-及SO₄^2-對Cu的腐蝕；?

(2)點狀缺陷：溶劑、醇、胺；?

(3)劃痕、孔蝕：拋光顆?；蛑亟饘匐x子Al、Fe、Zr等；?

這些污染和缺陷的形成與拋光液中納米SiO₂膠體粒子密切相關。下表是半導體技術發展藍圖2007年公布的對硅片表面離子殘留要求。?

表1??20?07公布的半導體技術發展藍圖中硅片表面離子殘留要求?

據統計，有超過50％的成品損失率是由器件表面污染所造成的。在拋光過程中，金屬離子污染主要來自于用于拋光的硅溶膠中，這就對納米SiO₂膠體的純度提出更高的要求。?

硅溶膠是二氧化硅顆粒在水中的懸浮狀分散液，是半導體拋光液里的主要成分，是微電子工業中不可或缺的耗材。由于在拋光過程中對硅片的金屬污染主要?來自于硅溶膠，則降低硅溶膠中金屬離子的含量顯得至關重要，制備低鈉，低金屬離子含量的硅溶膠的方法已有多篇專利報道。?

阿克蘇(EP1?N·V·230153)、前島昆佳(JP2003089786)和M·O·林斯登(CN1379733A)以水玻璃為原料，在離子交換水玻璃過程中加入過量螯合劑，使重金屬離子沉積后再用離子交換法制備得納米SiO₂膠體。此方法雖然可以得到純度較高的硅溶膠，但這種提純方法難以得到適用于新一代芯片化學機械拋光(CMP)要求的高純度硅溶膠；其次，這種方法僅在硅酸純化一步就要花去2～3小時，制備效率不高。?

專利CN100363255C將制備后的納米SiO₂膠體進行后期離子交換處理，以期得到純度更高的納米SiO₂膠體，雖然離子交換可去除大部分主要的痕量金屬，但由于其使用的方法是簡單的單床樹脂提純，采取待提純硅溶膠與離子交換樹脂動態攪拌方式，由于采取機械動態攪拌方式容易造成樹脂破碎，影響硅溶膠最終提純效果，由于其提純工藝不是很合理，所以用其方法提純后的硅溶膠的金屬離子含量只能降低致幾個ppm，難以將痕量金屬離子含量降低到1ppm以下。?