[發(fā)明專利]一種非球形硅溶膠的制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110240830.8
• 申請(qǐng)日: 2011-08-22
• 公開（公告）號(hào): CN102390838A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 仲躋和;唐會(huì)明;馬超;徐功濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津晶嶺電子材料科技有限公司
• 主分類號(hào): C01B33/14
• 分類號(hào): C01B33/14
• 代理公司: 南京正聯(lián)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32243
• 代理人: 盧霞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種非球形二氧化硅溶膠的制備方法,?屬于微電子化學(xué)機(jī)械拋光或平坦化技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著微電子技術(shù)朝著器件微細(xì)化、結(jié)構(gòu)多層化的發(fā)展，為了使半導(dǎo)體襯底材料以及集成電路芯片的表面達(dá)到納米級(jí)甚至原子級(jí)的平整度，需要采用化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）或平坦化工藝。

化學(xué)機(jī)械拋光借助化學(xué)腐蝕和機(jī)械磨削的協(xié)同作用來實(shí)現(xiàn)材料表面的快速全局平坦化。在化學(xué)機(jī)械拋光過程中，拋光液發(fā)揮著化學(xué)腐蝕和機(jī)械磨削的雙重作用。拋光液包括研磨料、可溶性化學(xué)物質(zhì)和水介質(zhì)三部分，其中研磨料提供機(jī)械磨削作用，可溶性化學(xué)物質(zhì)用于腐蝕材料表面，水介質(zhì)為拋光液提供良好的流動(dòng)性。作為發(fā)揮機(jī)械作用的研磨料，其磨料種類、顆粒尺寸、形貌以及固含量很大程度上決定著拋光液的拋光速率和拋光質(zhì)量。

膠體型二氧化硅是目前拋光液漿料中使用最多的一種優(yōu)選研磨料。本領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)中通常以水玻璃為原料，通過離子交換法制備小粒徑晶種母液，經(jīng)粒徑增長反應(yīng)和濃縮工藝制備一定濃度、粒徑為十至數(shù)十納米的硅溶膠。此法制備的硅溶膠硬度適中、粘度低、粘附性弱，但具有工藝過程復(fù)雜、生長周期長、能耗高、經(jīng)濟(jì)效益低等缺陷。此外，通過單質(zhì)硅溶解法和Stober法也可制得CMP用硅溶膠。

目前，用于CMP研磨拋光工藝中的拋光液均采用上述三種方法制備的球型納米二氧化硅磨料，能夠有效地解決氣相二氧化硅作為磨料時(shí)產(chǎn)生的劃痕、波紋和清潔問題，但拋光速率低。增加CMP拋光液中球型粒子的濃度能夠提高拋光速率，但會(huì)增加原料成本、清潔費(fèi)用和廢拋光液的處理費(fèi)用等。

改變硅溶膠的形貌，將拋光液中傳統(tǒng)的球型硅溶膠磨料換為非球形硅溶膠能夠有效地提高拋光速率，這主要是因?yàn)榉乔蛐湍チ系幕瑒?dòng)摩擦系數(shù)要高于球形磨料的滾動(dòng)摩擦系數(shù)。如專利文獻(xiàn)CN101747841A中公開了一種含有二聚啞鈴型和/或多聚鏈型二氧化硅溶膠研磨顆粒的化學(xué)機(jī)械拋光液，相比于球型單分散硅溶膠顆粒作為磨料的拋光液，對(duì)介質(zhì)材料的拋光效果具有更高的去除速率，拋光后的晶圓表面管解讀和平坦度較好，能夠滿足各種工藝條件下對(duì)介質(zhì)材料表面的要求。

目前，對(duì)于非球形二氧化硅顆粒制備的研究主要集中在加入添加劑或?qū)ι傻墓枞苣z進(jìn)行改性這兩個(gè)方面。如專利文獻(xiàn)US6334880公開了一種非球形二氧化硅顆粒的制備方法，將含有小粒徑（低于100nm）的球型或接近球型二氧化硅顆粒的硅溶膠進(jìn)行稀釋，通過改變?nèi)芤旱腜H、溫度、離子濃度、加入鹽等途徑促進(jìn)小粒徑二氧化硅粒子發(fā)生二次成核，形成兩個(gè)或兩個(gè)以上的非球形二氧化硅粒子聚合體，并將其用作化學(xué)機(jī)械拋光所需的磨料。專利文獻(xiàn)US5221497中公開了一種具有細(xì)長形狀的硅溶膠的制備方法，通過向活性硅酸的膠體水溶液或平均粒徑在3~30nm的酸性硅溶膠中加入鈣鹽、鎂鹽或其混合物，在60~300℃下加熱0.5~40h，制得粒徑在5~40nm范圍的細(xì)長形狀的二氧化硅粒子，并將其用于玻璃鍍膜。專利文獻(xiàn)US2900348中公開了一種采用解膠法制備非球形二氧化硅粒子的硅溶膠的方法，將由水玻璃的水溶液中加入酸制備硅凝膠，用水洗滌后加入堿調(diào)節(jié)PH為9~9.5，然后加熱至95~100℃使其變成非球形硅溶膠，并將其用作地板蠟防滑劑、紡織品的防滑防靜電劑、感光紙的預(yù)涂膜和膠乳橡膠的填充物。

傳統(tǒng)球形硅溶膠顆粒作為化學(xué)機(jī)械拋光液磨料時(shí)存在的材料去除率低的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種非球形二氧化硅溶膠的制備方法，解決上述問題：（1）去除率與氣相二氧化硅相當(dāng)，但劃痕明顯減少并具有較優(yōu)的清潔力；（2）相比于含同樣大小和濃度球型磨料的拋光液，具有更高的材料去除率。

本發(fā)明的非球形硅溶膠的制備方法，包括以下步驟：

（1）在醇溶劑中加入堿和去離子水配成混合液A并充分?jǐn)嚢杈鶆颍辉诖既軇┲屑尤胝杷嵋阴ヅ涑苫旌弦築并充分?jǐn)嚢杈鶆颍粚⒒旌弦築加入到混合液A中，在20～50℃下恒溫恒速攪拌反應(yīng)5～8h，反應(yīng)過程中的pH控制在7.5～10，得到粒徑20～50nm的非球形硅溶膠晶種母液；

（2）將上步制得的溶液與去離子水等體積混合稀釋，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝螅訜峄旌弦菏勾颊舭l(fā)，加熱溫度為醇的沸點(diǎn)，將混合液蒸發(fā)至原體積的二分之一或低于二分之一，得到醇低于5wt%的水溶性硅溶膠。

優(yōu)選地，

在步驟（1）和（2）之間還包括以下步驟：在制得的晶種母液中加入摩爾比為2:1的去離子水和正硅酸乙酯，在溫度20～50℃下恒溫恒速攪拌反應(yīng)，進(jìn)行多步生長，得到粒徑50～100nm的非球形硅溶膠醇溶液。