[發(fā)明專利]一種二氧化硅顆粒改性的制備方法及應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310731816.7
• 申請日: 2013-12-26
• 公開（公告）號: CN104745145A
• 公開（公告）日: 2015-07-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳寶明;荊建芬;高嫄
• 申請（專利權(quán)）人: 安集微電子（上海）有限公司
• 主分類號: C09K3/14
• 分類號: C09K3/14;C09C1/28;C09C3/12;C09G1/02
• 代理公司: 上海翰鴻律師事務(wù)所 31246
• 代理人: 李佳銘

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種二氧化硅顆粒改性的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

在集成電路的制造過程中，硅晶圓基片上往往構(gòu)建了成千上萬的結(jié)構(gòu)單元，這些結(jié)構(gòu)單元通過多層金屬互連進一步形成功能性電路和元器件。在多層金屬互連結(jié)構(gòu)中，金屬導(dǎo)線之間填充二氧化硅或摻雜其他元素的二氧化硅作為層間介電質(zhì)(ILD)。隨著集成電路金屬互連技術(shù)的發(fā)展和布線層數(shù)的增加，化學機械拋光(CMP)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于芯片制造過程中的表面平坦化。這些平坦化的芯片表面有助于多層集成電路的生產(chǎn)，且防止將電介層涂覆在不平表面上引起的畸變。

CMP工藝就是使用一種含磨料的混合物和拋光墊拋光集成電路表面。在典型的化學機械拋光方法中，將襯底直接與旋轉(zhuǎn)拋光墊接觸，用一載重物在襯底背面施加壓力。在拋光期間，墊片和操作臺旋轉(zhuǎn)，同時在襯底背面保持向下的力，將磨料和化學活性溶液（通常稱為拋光液或拋光漿料）涂于墊片上，該拋光液與正在拋光的薄膜發(fā)生化學反應(yīng)開始進行拋光過程。

二氧化硅作為集成電路中常用的介電材料，在很多拋光工藝中都會涉及二氧化硅介電層的去除。如在氧化物層間介質(zhì)拋光過程中，拋光漿料主要用于去除氧化物介電層并平坦化；在淺溝槽隔離層拋光時，拋光液主要用于去除以及平坦化氧化物介電層并停在氮化硅上；在阻擋層拋光中，拋光液需要去除二氧化硅，銅和銅阻擋層；在硅通孔（TSV）工藝，通孔的形成也需要用拋光液去除多余的二氧化硅。在這些拋光工藝中，都要求較高的氧化物介電層的去除速率以保證產(chǎn)能。

氧化物介電材料包括薄膜熱氧化二氧化硅(thin?thermal?oxide)、高密度等離子二氧化硅(high?density?plasma?oxide)、硼磷化硅玻璃(borophosphosilicate?glass)、四乙氧基二氧化硅(PETEOS)和摻碳二氧化硅(carbon?doped?oxide)等。為了達到較高的氧化物材料去除速率，通常通過提高研磨顆粒的用量來達到，這樣做會提高拋光液的成本，而且研磨顆粒用量的增大不利于濃縮。專利WO2010033156A2中使用了季銨鹽，季膦鹽，氨基硅烷類化合物用于阻擋層拋光過程中提高二氧化硅材料的去除速率。

CN101914313B中公開了一種陽離子水性納米二氧化硅，由下列方法制成：1)將水與十八烷基二甲基芐基氯化銨、濃鹽酸加入反應(yīng)器中，攪拌溶解；2)將納米二氧化硅微粉加入反應(yīng)器中，攪拌得到低粘度半透明溶液；3)在步驟2)攪拌的同時，將氨基硅烷偶聯(lián)劑滴加到反應(yīng)器中；4)調(diào)節(jié)溶液pH值到3～4，繼續(xù)攪拌溶液得到半透明狀陽離子水性納米二氧化硅。然而需要說明的是，該申請中其改性二氧化硅顆粒是用于防水涂層漿料中，本專利是為集成電路晶片的拋光液使用，用途差異性很大，從而導(dǎo)致該篇專利中的技術(shù)方案和本申請差異較大。舉例來說，該專利中使用HCl作為pH調(diào)節(jié)劑，而IC行業(yè)不能使用含有Cl離子的酸作為pH調(diào)節(jié)劑。又如由于作為涂料，CN101914313B的穩(wěn)定性評價為室溫放置不凝膠，本專利的穩(wěn)定性評價為室溫和烘箱40度放置的二氧化硅顆粒的平均粒徑需要在產(chǎn)品使用有效期內(nèi)保持穩(wěn)定，要求更高。又如，對比文獻穩(wěn)定的二氧化硅顆粒的pH為3～4，該pH值對于水性二氧化硅的研磨顆粒，是公知的穩(wěn)定范圍，而一般而言pH為4-7時，為較不穩(wěn)定的溶液環(huán)境。由于水分散的二氧化硅顆粒在pH4～5為不穩(wěn)定pH條件，本專利通過加料方式對改性的二氧化硅顆粒研究，使其在pH4～5具有很好的穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開一種技術(shù)方案，通過制備工藝的優(yōu)化可顯著提高改性二氧化硅顆粒的穩(wěn)定性，以便于儲存和運輸。使用該改性二氧化硅顆粒制備的拋光液具有較高的二氧化硅去除速率，可用于涉及二氧化硅材料去除的拋光。

本發(fā)明揭示了一種改性二氧化硅顆粒的制備方法包括以下步驟：

a)將氨基硅烷偶聯(lián)劑溶于水中;

b)加入堿性或酸性穩(wěn)定的二氧化硅研磨顆粒；

c)加入酸性pH調(diào)節(jié)劑；

從而將pH值最終調(diào)節(jié)為4-5。

其中(a),(b),(c)步驟的先后順序依次可為步驟(a),(b),(c),步驟(a),(c),(b),或者步驟(b),(c),(a)。

本發(fā)明的漿料通過制備工藝的優(yōu)化，顯著改善其穩(wěn)定性。

其中二氧化硅顆粒的含量為質(zhì)量百分比0.5～30wt%,優(yōu)選為3～15wt%;粒徑為20～200nm,優(yōu)選為20～120nm。

其中，在實施步驟(a),(b),(c)時，可伴隨有攪拌，且攪拌時，轉(zhuǎn)速為100-300r/min。