[發明專利]一種pH穩定性提高的碳化硅化學機械拋光液及其應用

有效

• 申請號: 201811303460.6
• 申請日: 2018-11-02
• 公開（公告）號: CN109554119B
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 竇文濤;宗艷民;梁慶瑞;王含冠;其他發明人請求不公開姓名
• 申請（專利權）人: 山東天岳先進材料科技有限公司
• 主分類號: C09G1/02
• 分類號: C09G1/02;H01L21/304
• 代理公司: 濟南千慧專利事務所(普通合伙企業) 37232
• 代理人: 吳紹群

本發明提出了一種pH穩定性提高的碳化硅化學機械拋光液，所述拋光液包括：氧化劑、高硬度磨料和pH穩定劑，所述pH穩定劑為硝酸鋁。本發明的拋光液在進行化學機械拋光過程能很好的保持pH值的穩定性，并且拋光液的分散穩定性好且分散均勻。本發明由于在拋光液中加入了pH值穩定劑硝酸鋁，使得該拋光液在進行化學機械拋光過程中的pH值穩定性更強，并且拋光液不容易發生硬團聚。本發明的拋光液對環境無污染，可以采用循環供料的方式使用。

技術領域

本發明涉及化學機械拋光技術領域，尤其涉及一種pH值穩定的碳化硅化學機械拋光液及其應用。

背景技術

由于碳化硅的高硬度(9.5)和強化學惰性，目前使用堿性過氧化氫-氧化硅CMP拋光液的拋光速度非常低(50nm/hr)，原因有兩個：一是氧化硅的硬度小(6～7)；二是堿性條件下氧化劑的化學作用弱。因此，使用硬度僅次于碳化硅的α-Al₂O₃磨料的酸性(pH7，尤其是pH4)碳化硅化學機械拋光液成為主流。

為提高化學氧化作用，高錳酸鉀成為最廣泛使用的氧化劑，但高錳酸鉀在氧化過程中會消耗H⁺，拋光液的pH增大，磨料的穩定性下降，發生團聚沉降，造成拋光液的不穩定，容易產生劃痕，從而影響拋光質量，因此，穩定拋光液的pH就成為關鍵。

Cabot公司公開了連續的碳化硅CMP拋光液，使用高錳酸鉀作為氧化劑，并使用常規的pH緩沖體系，能夠保證CMP拋光液使用前的pH值處于合理的范圍內，但很難保證CMP拋光液在使用過程中始終處于酸性范圍內。Sinmat公司使用高錳酸鉀作為氧化劑，pH為4，以核(氧化硅或氧化鋁)-殼(錳氧化物)顆粒為磨料，該顆粒外殼的硬度較小(6)，不適用于碳化硅的化學機械拋光。ASAHI GLASS公司CMP拋光液以高錳酸鉀為氧化劑，酸性氧化硅或氧化鈰為磨料，在拋光液的使用過程中，pH值得不到控制，并且磨料硬度較低，因此，ASAHIGLASS公司的CMP拋光液對碳化硅的拋光效率低。

鑒于現有技術中的碳化硅CMP拋光液在化學機械拋光過程中很難保證pH值的穩定性，本發明采用特定的酸性表面改性劑以及pH穩定劑，能夠保證CMP拋光液的pH值在碳化硅化學機械拋光過程中始終處于合適的范圍內。

發明內容

目前高錳酸鉀已成為高速高效SiC化學機械拋光液的主流氧化劑，但在高錳酸鉀的氧化過程中會消耗大量氫離子，導致拋光液的pH值升高，磨料發生不可逆團聚，控制拋光液的pH值就變得非常重要，而專利中廣泛提及的pH緩沖體系，無法控制拋光液的pH為3.5～4，且作用單一，只起到pH緩沖劑的作用，對拋光液的穩定性無作用或起反作用；而硝酸鋁一方面可以起到pH穩定緩沖作用，另一方面，Al³⁺可以同時穩定拋光過程中拋下來的碎屑和高錳酸鉀發生氧化作用后形成錳氧化物(如MnO₂)，從而減少了拋光過程中形成的“雜質”對拋光液穩定性的影響，本發明拋光液可以循環使用。

控制磨料顆粒的聚集、團聚是保證拋光質量的關鍵所在，目前廣泛使用的分散穩定劑是表面活性劑或聚合物，雖然在在上述專利中也使用表面活性劑或聚合物分散穩定劑，但實際上在實驗過程中，高錳酸鉀存在下，這些常規分散穩定劑均起不到穩定作用，甚至破壞拋光液的穩定性。而使用核-殼(無機/有機或無機/無機)磨料顆粒，存在制備工藝復雜繁瑣，質量控制難。因此，采取了耐高錳酸鉀氧化的水溶性小分子酸(如乙酸、丙酸等)對氧化鋁表面改性，一方面提供一個軟層，另一方面抑制氧化鋁的聚集團聚。

為了解決現有碳化硅化學機械拋光液的pH值穩定性不好的問題，本發明提出了一種pH值穩定的碳化硅化學機械拋光液，該拋光液包括：氧化劑、高硬度磨料和pH穩定劑，所述pH穩定劑為硝酸鋁。由于該拋光液中加入了pH值穩定劑硝酸鋁，使得該拋光液在進行化學機械拋光過程中的pH值穩定性更強，并且拋光液不容易發生硬團聚。

一方面，本發明提供了一種pH穩定性提高的碳化硅化學機械拋光液，所述拋光液包括：氧化劑、高硬度磨料和pH穩定劑，所述pH穩定劑為硝酸鋁。