[發明專利]一種二氧化硅介電材料用化學機械拋光液及其制備方法

有效

• 申請號: 201310419636.5
• 申請日: 2013-09-13
• 公開（公告）號: CN103484024A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 梁晨亮;王良詠;宋志棠;劉衛麗;秦飛
• 申請（專利權）人: 上海新安納電子科技有限公司;中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: C09G1/02
• 分類號: C09G1/02
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 梁海蓮

技術領域

本發明涉及一種化學機械拋光液，具體涉及一種二氧化硅介電材料用化學機械拋光液及其制備方法。

背景技術

自從1947年第一只晶體管在美國貝爾實驗室問世，到1959年第一塊集成電路（IC）誕生，再到今天的超大規模集成電路（ULSI）廣泛地運用于國防、民生等各個領域，IT技術不僅以燎原之勢席卷了20世紀后50年，而且在進入21世紀的十幾年中，其發展勢頭仍然未見減緩。1970年末，英特爾公司創始人G.Moore提出著名的“摩爾定律”。定律指出：電子芯片的集成度（單位面積上的元件數）每過18個月便會翻一番。從上世紀70年代至今，芯片特征尺寸和集成度一直沿著摩爾定律飛速發展。并且有預測稱，未來20年摩爾定律仍然難以被打破。隨著工藝向著更高的電流密度、更高的時鐘頻率和更多的互聯層轉移，器件尺寸的縮小以及光學光刻設備的減小，要求晶片表面可接受的分辨率平整度達到納米級。為解決這一問題，能夠實現全局平坦化的化學機械拋光（Chemical?Mechanical?Polishing,CMP）技術，一舉成為半導體制造重要關鍵工藝之一。CMP技術在實行過程中，拋光墊和晶片圓作相對轉動，拋光液在兩者之間流動，以此達到全局平坦化的目的。

美國的IBM公司在上世紀80年代最早引入超精密平坦化加工技術，并于1991年由Kaufman等人總結為CMP技術。由于是現如今唯一的一種全局平坦化技術，CMP在半導體制造過程中的地位愈發重要和牢固。據2010年市場咨詢公司Linx調查顯示，二氧化硅節點材料拋光約占據了20%的市場份額。因二氧化硅質地堅硬、化學活性不高（僅與HF和強堿反應）、在拋光中主要以機械去除為主，半導體廠中通常采用20wt%甚至更高濃度的二氧化硅膠體拋光液，在4～6psi的高拋光壓力下對二氧化硅薄膜進行拋光，然而也僅能達到約100nm/min的去除速率。因此，如何優化拋光液以降低拋光濃度、機械壓力，從而達到提高二氧化硅去除速率的同時降低拋光液成本和能耗，一直受到半導體界的廣泛關注。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺陷，提供一種二氧化硅介電材料用化學機械拋光液，可有效地運用于ULSI制造中二氧化硅介電層的化學機械拋光。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種二氧化硅介電材料用化學機械拋光液，以所述化學機械拋光液的總重量為基準計，包含以下重量百分比的組分：

氧化物拋光顆粒????1-50wt%；

余量為pH調節劑和水性介質；

優選的，一種二氧化硅介電材料用化學機械拋光液，以所述化學機械拋光液的總重量為基準計，包含以下重量百分比的組分：

氧化物拋光顆粒????5-30wt%；

余量為pH調節劑和水性介質；

優選的，所述二氧化硅介電材料用化學機械拋光液的pH值為3-5。

優選的，所述二氧化硅介電材料用化學機械拋光液的pH值為10-11。

優選的，所述氧化物拋光顆粒選自膠體二氧化硅(Colloidal?Silica)，粒徑為10-1500nm，由于膠體二氧化硅硬度小，同樣去除速率下，可有效保證被拋物的表面均一性和平整度；所述膠體二氧化硅的粒徑均是指由DLS激光測距儀（NicompTM380/ZLSξ電位/粒徑測定儀）測得的平均值。

優選的，所述膠體二氧化硅的粒徑為20-200nm。

優選的，所述pH調節劑選自硝酸、硫酸、磷酸、氫氧化鉀、羥乙基乙二氨、四甲基氫氧化氨和氨水。

優選的，所述pH調節劑選自氨水、氫氧化鉀和硝酸。

優選的，所述水性介質為去離子水。

本發明進一步提供所述二氧化硅介電材料用化學機械拋光液制備方法，包括以下步驟：

（1）配制pH值為7-11的硅酸水溶液；

（2）取步驟（1）制得的硅酸水溶液加熱至沸，保持沸騰15-60min；

（3）迅速導入冷卻容器中，3分鐘內迅速降至20～50℃；

（4）重新加熱至沸，然后持續滴加步驟（1）制得的硅酸水溶液，制得膠體二氧化硅溶液，并同時控制膠體二氧化硅溶液的pH為7.5～9.5；

（5）將所述膠體二氧化硅溶液經過濾、濃縮制得固含量為30～50wt%的硅溶膠，置于陰涼處備用；

（6）取步驟（5）制得的硅溶膠，加水性介質稀釋并用pH調節劑調節酸堿性即制得所述的二氧化硅介電材料用化學機械拋光液。

其中，

優選的，步驟（1）中，所述硅酸由水玻璃經離子交換法制得。