[發(fā)明專利]一種非球形二氧化硅溶膠及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210587490.0
• 申請日: 2012-12-28
• 公開（公告）號: CN103896287A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梁晨亮;王良詠;劉衛(wèi)麗;宋志棠
• 申請（專利權(quán)）人: 上海新安納電子科技有限公司;中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號: C01B33/14
• 分類號: C01B33/14
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 許亦琳;余明偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及CMP技術(shù)拋光領(lǐng)域，特別是涉及一種非球形二氧化硅溶膠及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著半導體工業(yè)沿著摩爾定律發(fā)展，芯片集成度隨時間呈指數(shù)上升，性能也呈指數(shù)提高。驅(qū)使著加工工藝向著更高的電流密度、更高的時鐘頻率和更多的互連層轉(zhuǎn)移。由于器件尺寸的縮小，光學光刻設(shè)備焦深的減小，要求晶片表面可接受的分辨率的平整度達到納米級。為解決這一問題，能夠?qū)崿F(xiàn)全局平坦化的化學機械拋光(Chemical?Mechanical?Polishing，CMP)技術(shù)，一舉成為半導體制造重要關(guān)鍵工藝之一。CMP技術(shù)在實行過程中，拋光墊和晶圓片作相對轉(zhuǎn)動，拋光液在兩者之間流動，以此達到全局平坦化的目的。

在CMP工藝的諸多應用中，氧化硅介電材料的拋光一直占據(jù)著很重要的位置。傳統(tǒng)的CMP拋光漿料中磨料主要有兩種，即煅燒二氧化硅（Fumed?Silica）和膠體二氧化硅(ColloidalSilica)，且膠體二氧化硅多為球形。煅燒的二氧化硅呈多邊形的晶體形態(tài)，其棱角雖然有助于拋光速率的提升，但對片子的剛性損傷太嚴重，經(jīng)拋光后的片子劃痕很多。而球形的膠體二氧化硅磨料對芯片表面的劃傷非常少，但拋光速率的進一步提高已經(jīng)成為制約其應用的一個瓶頸。

為了加快拋光速率，同時又不損傷表面，非球形的膠體二氧化硅越來越受到關(guān)注。已經(jīng)有許多研究人員作出了很多有益的嘗試。在CN101626979A中，日產(chǎn)化學工業(yè)株式會社的大森豐等人研發(fā)除了一種呈細長形狀的二氧化硅顆粒，該顆粒的水溶膠具有非常好的被膜性。而在專利CN101402829A中，施為德發(fā)明了一種馬鈴薯形狀的二氧化硅顆粒，該顆粒摩擦系數(shù)大，拋光速率快，干結(jié)物硬度小，拋光片劃痕少。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種新型非球形二氧化硅溶膠及其制備方法，制得的溶膠顆粒為非圓球形，形狀為2~10個小顆粒聚集成的花生形或梅花形，粒徑大小為30-100nm，摩擦系數(shù)大，拋光效率高。經(jīng)驗證，使用本發(fā)明的硅溶膠可將拋光速率提升40%以上，同時拋光片較少有劃痕產(chǎn)生。

本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面提供一種非球形二氧化硅溶膠，包括液體介質(zhì)和溶膠顆粒，所述溶膠顆粒由2~10個二氧化硅膠體粒子聚集而成。

所述的非球形二氧化硅溶膠，其特征是：所述二氧化硅膠體粒子經(jīng)掃描電鏡觀察粒徑為30-100nm，動力學激光散射（DLS）測得的粒徑為30-50nm；液體介質(zhì)是水，pH為8~10。

優(yōu)選的，所述溶膠顆粒由2~10個二氧化硅膠體粒子聚集而成，并呈花生狀或梅花狀。

本發(fā)明第二方面提供所述非球形二氧化硅溶膠的制備方法，包括如下步驟：

1）在含SiO2重量百分比2-6%，pH=2.5-4的活性硅酸溶液中，加入水溶性鈣鹽、鎂鹽或者它們的混合物水溶液，鈣鹽、鎂鹽或者它們的混合物與上述活性硅酸中SiO2的重量比為1000-10000ppm，進行混合，并震蕩攪拌0.5-3h；

2）在步驟1制得的水溶液中加入堿金屬氫氧化物或有機堿的水溶性溶液進行混合，使SiO2/M2O的摩爾比為10-300，溶液pH為8.5-10.5，其中M表示堿金屬離子或有機堿分子；

3）將步驟2所得溶液加熱，溫度為70℃-110℃，加熱攪拌時間為0.5-6小時，制成起始硅溶膠；

4）將步驟3所得溶膠通過陽離子交換床和陰離子交換床，進一步除去離子，制成pH=9-11的堿性硅溶膠；

5）將適量苯乙烯單體溶于醇中，攪拌均勻，與步驟4所得的溶膠混合，并加入適量過氧化苯甲酰，使得苯乙烯單體體積與溶膠體積比為0.1-1:1000，過氧化苯甲酰質(zhì)量為0.1-1g；

6）將步驟5所得混合溶液在25-60℃的溫度下持續(xù)攪拌2-6h，直至苯乙烯完全聚合；

7）將步驟6所得溶膠中加入活性硅酸，加入方法為：將起始溶膠放入常規(guī)帶攪拌的加熱裝置中，在95-110℃的溫度下加熱攪拌，蒸出水的速度為80-100升/小時，滴加活性硅酸，加入速度為80-100升/小時，采用橫液面生長法，控制硅酸加入量和蒸發(fā)水量相等。加入硅酸的量與起始硅溶膠體積比為5-10:1，加入時間為10-30小時，制得二氧化硅含量為25~35%的非球形二氧化硅溶膠。

本發(fā)明第三方面提供所述非球形二氧化硅溶膠在CMP拋光領(lǐng)域的應用。