[發(fā)明專利]一種高純硅溶膠的純化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210018145.5
• 申請(qǐng)日: 2012-01-19
• 公開（公告）號(hào): CN102583406A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顧忠華;高源;龔樺;鄒春莉;潘國(guó)順
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳市力合材料有限公司;清華大學(xué);深圳清華大學(xué)研究院
• 主分類號(hào): C01B33/14
• 分類號(hào): C01B33/14
• 代理公司: 北京眾合誠(chéng)成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 薄觀玖

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高純硅溶膠的純化方法。

背景技術(shù)

隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，新型微制造技術(shù)及設(shè)備的不斷涌現(xiàn)和完善，半導(dǎo)體行業(yè)一直按照“摩爾定律”在迅速發(fā)展，即在一片相同尺寸的集成電路晶片上，所容納的晶體管數(shù)量會(huì)每?jī)赡攴槐叮陙?lái)，集成電路的發(fā)展主要有三個(gè)特征：①特征尺寸細(xì)微化，特征尺寸沿著0.25um、0.18um、0.13um、0.09um、0.045um發(fā)展，正在挑戰(zhàn)著硅基平面工藝的極限；②硅單晶片大直徑化，全球主要的IC大公司都已進(jìn)入Φ300um階段，Φ450也在不斷的發(fā)展當(dāng)中；③隨著特征尺寸的不斷細(xì)微化，單個(gè)芯片集成度已達(dá)到10⁸-10⁹，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到系統(tǒng)芯片階段。

隨著集成電路技術(shù)的進(jìn)步，大規(guī)模集成電路不斷向更細(xì)線寬，更高密度的方向發(fā)展。污染物對(duì)器件的影響愈加突出，主要包括微顆粒、化學(xué)物質(zhì)和細(xì)菌，這些污染物通常以原子、離子、分子、粒子或膜的形式通過(guò)化學(xué)或物理吸附的方式存在于器件表面，影響器件表面的導(dǎo)電性、氧化物的完整性和穩(wěn)定性參數(shù)，導(dǎo)致器件性能下降，成品率降低。這些污染物主要來(lái)自于配置拋光液所用的硅溶膠，硅溶膠是二氧化硅顆粒在水中的懸浮狀分散液，是半導(dǎo)體拋光液里的主要成分，是微電子工業(yè)中不可或缺的耗材。由于在拋光過(guò)程中對(duì)硅片的污染主要來(lái)自于硅溶膠，則降低硅溶膠中金屬離子的含量顯得至關(guān)重要，制備低金屬離子含量的硅溶膠的方法已有多篇專利報(bào)道。

專利CN100586851C以可以精餾提純的有機(jī)硅烷作為原料，將其溶解在無(wú)機(jī)酸(堿)或有機(jī)酸(堿)制得酸性硅酸(堿性含硅(或不含硅))溶液，將酸性硅酸溶液與堿性的含硅或不含硅溶液在105度以下的溫度反應(yīng)，制備成硅溶膠。最后通過(guò)加熱的方式排出甲醇乙醇等副產(chǎn)品及一部分的水。具有超高純(金屬離子含量小于1ppm)、耐堿性和可濃縮至高濃度的特點(diǎn)。但是，這種方法原料較貴，成本較高(原料利用率不到30％)，加熱產(chǎn)生的乙醇或甲醇對(duì)環(huán)境有污染。另外，這種方法制備的硅溶膠雖然純度較高，但硅溶膠內(nèi)還殘留有部分氨及醇，在新一代芯片拋光中產(chǎn)生不利影響。

專利CN101585541B以硅粉為原料，在催化條件下制備高純度硅溶膠，然后通過(guò)粒徑選擇器選擇粒徑，用離子交換樹脂、通過(guò)控制交換液流速脫除雜質(zhì)，最后添加穩(wěn)定劑制得電子級(jí)硅溶膠。由于此方法僅采用簡(jiǎn)單的離子交換樹脂對(duì)硅溶膠進(jìn)行純化，其去除金屬離子的能力有限，且效率不高。

專利CN101070161B公開了一種顆粒細(xì)小、粒徑分布窄的高活性硅溶膠的制備方法。其特征在于以硅酸鈉溶液為原料，采用改進(jìn)的離子交換法除去鈉離子后制得活性硅酸溶液，通過(guò)控制活性硅酸溶液比例、反應(yīng)pH值和加熱溫度，制備得到由超細(xì)二氧化硅顆粒組成的硅溶膠，最后通過(guò)超濾膜滲透法，制備得到高活性硅溶膠。具有顆粒小、粒度分布均勻、脫水和純化同步進(jìn)行、能耗低的優(yōu)點(diǎn)。但是此方法步驟繁瑣，制備效率不高，不適用于工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)。

專利CN101475180公開了一種超高純二氧化硅溶膠的純化方法，使待純化硅溶膠先后逆流經(jīng)過(guò)強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換床和強(qiáng)堿型陰離子交換床，添加螯合劑后，再逆流經(jīng)過(guò)強(qiáng)酸強(qiáng)堿型離子交換樹脂混合床，得到超高純硅溶膠。此方法效率較高，且純化后的硅溶膠中一些金屬離子的含量能夠降低到ppb級(jí)，但是對(duì)于Au⁺、Ag⁺、Pd²⁺、Cu²⁺和Pb²⁺還無(wú)法降低致ppb級(jí)。

另外，專利CN101475180公開的硅溶膠純化方法，須先將離子交換樹脂裝填進(jìn)離子交換柱，然后使硅溶膠逆流經(jīng)過(guò)離子交換柱，在靜態(tài)下實(shí)現(xiàn)硅溶膠的純化。雖然此方法已有很大突破，工藝較簡(jiǎn)單，產(chǎn)業(yè)化效率較高，但需優(yōu)化。

為了使純化后的硅溶膠更適用于IC行業(yè)對(duì)原料高純度的要求，使Au⁺、Ag⁺、Pd²⁺、Cu²⁺、Pb²⁺等金屬離子降低致ppb級(jí)，同時(shí)更適應(yīng)產(chǎn)業(yè)化的連續(xù)生產(chǎn)，使產(chǎn)業(yè)化過(guò)程簡(jiǎn)單，操作效率高，本專利提出了更佳的純化工藝路線。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開了一種適用于超大規(guī)模集成電路化學(xué)機(jī)械拋光的高純硅溶膠的純化方法，提供了一種有效降低高純度硅溶膠中金屬離子含量的方法。

本發(fā)明提供的一種高純硅溶膠的純化方法，其特征在于，該方法步驟如下：

(1)將強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換樹脂及強(qiáng)堿型陰離子交換樹脂分別進(jìn)行再生處理；