[發明專利]含硅有機化合物在延長化學機械拋光液中研磨顆粒穩定性中的應用

有效

• 申請號: 201310354653.5
• 申請日: 2013-08-14
• 公開（公告）號: CN104371552B
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發明（設計）人: 高嫄;王晨;何華鋒;周文婷
• 申請（專利權）人: 安集微電子（上海）有限公司
• 主分類號: C09G1/02
• 分類號: C09G1/02
• 代理公司: 北京大成律師事務所11352
• 代理人: 李佳銘

技術領域

本發明涉及一種含硅有機化合物在延長化學機械拋光液中研磨顆粒穩定性中的應用。

背景技術

隨著半導體技術的不斷發展，以及大規模集成電路互連層的不斷增加，導電層和絕緣介質層的平坦化技術變得尤為關鍵。二十世紀80年代，由IBM公司首創的化學機械拋光（CMP）技術被認為是目前全局平坦化的最有效的方法。

化學機械拋光（CMP）由化學作用、機械作用以及這兩種作用結合而成。它通常由一個帶有拋光墊的研磨臺，及一個用于承載芯片的研磨頭組成。其中研磨頭固定住芯片，然后將芯片的正面壓在拋光墊上。當進行化學機械拋光時，研磨頭在拋光墊上線性移動或是沿著與研磨臺一樣的運動方向旋轉。與此同時，含有研磨顆粒的漿液被滴到拋光墊上，并因離心作用平鋪在拋光墊上。芯片表面在機械和化學的雙重作用下實現全局平坦化。

目前，化學機械拋光液（CMP）所用的研磨顆粒通常采用二氧化硅，包括硅溶膠（colloidal silica）和氣相二氧化硅（fumed silica）。它們本身是固體，但是在水溶液中可以均勻分散，不沉降，甚至可以保持1至3年的長期穩定性。

研磨顆粒在水相中的穩定性（不沉降）可以用雙電層理論解釋－由于每一個顆粒表面帶有相同的電荷，它們相互排斥，不會產生凝聚。

雙電層理論源于1879年，Helmholtz研究膠體運動時，最早提出雙電層模型。這個模型如同一個平板電容器，認為固體表面帶有某種電荷，介質帶有另一種電荷，兩者平行，且相距很近，1910和1913年，Gouy和Chapman先后作出改進，提出了一個擴散雙電層模型。這個模型認為，介質中的反離子不僅受固體表面離子的靜電吸引力、整齊地排列在表面附近，而且還要受熱運動的影響，使其離開表面，無規則地分散在介質中。這便形成擴散雙電層結構。1924年，Stern進一步改進了擴散雙電層模型，Stern認為擴散層應分成兩個部分：第一部分包括吸附在表面的一層離子，形成一個內部緊密的雙電層，稱為Stern層；第二部分才是Gouy—Chapman擴散層。兩層中的離子是相互平衡的。Stern雙電層模型可視為由Helmholtz模型和Gouy—Chapman模型組合而成。按照Stern模型，膠體離子在運動時，在切動面上會產生Zeta電勢。Zeta電勢是膠體穩定性的一個重要指標，因為膠體的穩定是與粒子間的靜電排斥力密切相關的。Zeta電勢的降低會使靜電排斥力減小，致使粒子間的van der Waals吸引力占優，從而引起膠體的聚沉和破壞。

膠體的穩定性除了受zeta電勢的影響，還受其他許多因素的影響。例如，受溫度的影響，在較高溫度下，顆粒無規則熱運動加劇，相互碰撞的幾率增加，會加速凝聚；例如，受pH值影響，在強堿性、強酸性條件下比中性穩定，其中堿性最穩定，PH值4-7區間最不穩定；例如，受表面活性劑種類的影響，有些表面活性可以起到分散劑的作用，提高穩定性，而有些表面活性劑會降低納米顆粒表面電荷，減小靜電排斥，加速沉降。在表面活性劑中，通常陰離子型表面活性劑有利于納米顆粒的穩定性，而陽離子型表面活性劑容易降低穩定性；再例如，和添加劑的分子量有關，太長的聚合物長鏈有時會纏繞納米顆粒，增加分散液的粘度，加速顆粒凝聚。因此，硅溶膠的穩定性受多反面因素的影響。

美國專利60142706和美國專利09609882公開了含有硅烷偶聯劑的拋光液和拋光方法。其中硅烷偶聯劑起到改變多種材料的拋光速度以及改善表面粗糙度的作用。這兩篇專利并沒有發現：在高離子強度（>0.1mol/Kg）時，硅烷偶聯劑可以起到對抗高離子強度的作用、穩定納米顆粒。因為通常在含有非常高的離子強度時（例如含有大于>0.2mol/Kg鉀離子），硅溶膠顆粒的雙電層會被大幅壓縮，靜電排斥力減小，迅速形成凝膠、破壞穩定性。除此之外，通過試驗還發現，硅烷偶聯劑并非在全部濃度范圍，而是在某個特定濃度范圍區間內才能起到穩定劑的作用，過高的硅烷偶聯劑濃度反而會加速納米顆粒的沉降。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是如何在高離子強度下，延長化學機械拋光液中研磨顆粒的穩定性和分散度。

本發明公開一種方法，采用含硅的有機化合物，在高電解質離子強度時，能夠穩定研磨顆粒，從而生產高倍濃縮的產品。

該含硅的有機化合物可以用下述通式表示：

通式：