[發(fā)明專利]一種線狀納米二氧化硅溶膠及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410854330.7
• 申請日: 2014-12-30
• 公開（公告）號: CN104556060A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁晨亮;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(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號: C01B33/141
• 分類號: C01B33/141;C09G1/02
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所 31219
• 代理人: 郭婧婧;許亦琳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及CMP技術(shù)拋光領(lǐng)域，特別是涉及一種線狀納米二氧化硅溶膠及其制備方法。

背景技術(shù)

為滿足龐大的半導(dǎo)體市場需求和應(yīng)對消費(fèi)者對產(chǎn)品性能越來越高的要求，半導(dǎo)體器件運(yùn)行速度越來越快，存儲容量也越來越高，芯片特征尺寸和集成度一直沿著美國英特爾公司創(chuàng)始人G.Moore提出的摩爾定律飛速發(fā)展。驅(qū)使著加工工藝向著更高的電流密度、更高的時(shí)鐘頻率和更多的互連層轉(zhuǎn)移。由于器件尺寸的縮小，光學(xué)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(dá)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(xué)機(jī)械拋光(Chemical?Mechanical?Polishing，CMP)技術(shù)，一舉成為半導(dǎo)體制造重要關(guān)鍵工藝之一。CMP技術(shù)在實(shí)行過程中，拋光墊和晶圓片作相對轉(zhuǎn)動(dòng)，拋光液在兩者之間流動(dòng)，以此達(dá)到全局平坦化的目的。

自1980s年IBM引入CMP技術(shù)以來，CMP在半導(dǎo)體制造過程中的應(yīng)用越來越廣泛。在CMP工藝的諸多應(yīng)用中，氧化硅介電材料拋光一直占據(jù)著很重要的位置。據(jù)2010年市場咨詢公司Linx調(diào)查顯示，氧化硅介電材料拋光約占據(jù)了超過20％的市場份額。因氧化硅質(zhì)硬、呈化學(xué)惰性(僅與HF和強(qiáng)堿反應(yīng))、在拋光中主要以機(jī)械去除為主，半導(dǎo)體廠中通常采用20wt％甚至更高濃度的二氧化硅拋光液、4-6psi的高拋光壓力對二氧化硅薄膜進(jìn)行拋光，然而也僅僅能達(dá)到約100nm/min的去除速率。因此，如何優(yōu)化拋光液以降低拋光液濃度、機(jī)械壓力，從而達(dá)到提高氧化硅去除速率的同時(shí)降低拋光液成本和能耗，一直受到半導(dǎo)體界所關(guān)注。

為加快氧化硅去除速率，很多研究人員做出了很多有益的嘗試。早在1990年，L.M?Cook在他的文章(Lee?M.Cook.J.Non-Cryst.Solids,120,152-171,1990.)中提到了使用鄰苯二酚促進(jìn)劑，可通過鄰苯二酚與氧化硅去除產(chǎn)物(原硅酸)之間的配位來加快氧化硅的拋光；而在專利CN?101463226中，安集微電子有限公司宋偉紅等人聲稱使用含1-4個(gè)氮原子的雜環(huán)化合物以及衍生物，氧化硅去除速率可由40nm/min提高到約90nm/min。在安集微電子有限公司的另一篇專利(CN?101638557)中，陳國棟等人揭示在拋光液中使用碳原子數(shù)目為2-8的多元羧酸(鹽)和一取代有機(jī)膦酸(鹽)作為速率增助劑，也可促進(jìn)氧化硅的拋光。以酒石酸鉀為例，他們的數(shù)據(jù)顯示氧化硅去除速率可由270nm/min進(jìn)一步提高到310nm/min。

以上專利均通過在拋光液中添加各種螯合劑、促進(jìn)劑來提高拋光速率，這樣做的問題在于這些化學(xué)物質(zhì)易粘附在芯片晶圓上，給后續(xù)的清洗工藝帶來麻煩。人們開始尋找添加劑較少的拋光液，其中研磨顆粒為煅燒二氧化硅(fumed?silica)的拋光液可顯著提高拋光速率，因二氧化硅經(jīng)過煅燒晶化后，硬度大幅度上升，與晶圓的機(jī)械作用增強(qiáng)。然而，其缺點(diǎn)也是顯著的：正是因?yàn)殪褵趸栌捕忍?，易在晶圓上留下不可修復(fù)的劃痕缺陷，這是不能容忍的。

如何將高拋光速率與低表面缺陷、低污染結(jié)合到一起，是今后CMP拋光液研究的主要方向。

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，提供一種線狀二氧化硅溶膠及其制備方法，制得的溶膠顆粒為線狀，長度為100～200nm，摩擦系數(shù)大，拋光效率高。經(jīng)驗(yàn)證，使用本發(fā)明的硅溶膠可將拋光速率提升20％以上，同時(shí)拋光片較少有劃痕產(chǎn)生。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面提供一種線狀二氧化硅溶膠，包括液體介質(zhì)和溶膠顆粒，所述溶膠顆粒為線狀二氧化硅顆粒。

所述的線狀二氧化硅溶膠，其特征是：所述二氧化硅膠體粒子經(jīng)掃描電鏡觀察呈明顯線形，長度為100～200nm，分布較為均勻(圖1)。液體介質(zhì)是水，pH為8～10。

優(yōu)選的，所述溶膠顆粒為長度150nm的線狀二氧化硅顆粒。

本發(fā)明第二方面提供所述線狀二氧化硅溶膠的制備方法，包括如下步驟：

1)以正硅酸乙酯(TEOS)作為硅源，將其與醇類溶劑按比例混合；

2)在步驟1制得的溶液中加入酸性溶液進(jìn)行混合；

3)將步驟2所得溶液在常溫、常壓下持續(xù)攪拌1～3h，并密封陳化24～72h；

4)將步驟3所得溶液離心分散清洗，離心速度為2000～10000rpm，離心時(shí)間為15～60min；

5)將步驟4所得溶液撇去上清液，下部渾濁液與上清液等量的超純水混合，超聲20～60min；

6)將步驟5所得溶液重復(fù)步驟4、步驟5，直到溶液中殘余有機(jī)碳含量在1000ppm以下，pH值為6.5～7.5；