[發(fā)明專利]一種制備pH穩(wěn)定性提高的碳化硅化學(xué)機械拋光液的方法

有效

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• 申請日: 2018-11-02
• 公開（公告）號: CN109321141B
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 竇文濤;宗艷民;梁慶瑞;王含冠;其他發(fā)明人請求不公開姓名
• 申請（專利權(quán)）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
• 代理公司: 37232 濟南千慧專利事務(wù)所(普通合伙企業(yè))
• 代理人: 吳紹群<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發(fā)明提出了一種制備pH穩(wěn)定性提高的碳化硅化學(xué)機械拋光液的方法，所述制備方法包括以下步驟：用表面改性劑對高硬度磨料分散液進行表面改性，再依次加入pH穩(wěn)定劑和氧化劑，其中表面改性劑為有機酸。本發(fā)明的拋光液在進行化學(xué)機械拋光過程能很好的保持pH值的穩(wěn)定性，并且拋光液的分散穩(wěn)定性好且分散均勻。本發(fā)明由于該拋光液的制備方法中加入了pH穩(wěn)定劑，使得該拋光液在進行化學(xué)機械拋光過程中的pH值穩(wěn)定性更強，并且在拋光液中使用有機酸表面改性劑對高硬度磨料分散液進行表面改性，使得拋光液不容易發(fā)生硬團聚。本發(fā)明的拋光液對環(huán)境無污染，可以采用循環(huán)供料的方式使用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及化學(xué)機械拋光技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種制備pH穩(wěn)定性提高的碳化硅化學(xué)機械拋光液的方法。

背景技術(shù)

由于碳化硅的高硬度(9.5)和強化學(xué)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(xué)作用弱。因此，使用硬度僅次于碳化硅的α-Al₂O₃磨料的酸性(pH<7，尤其是pH<4)碳化硅化學(xué)機械拋光液成為主流。

為提高化學(xué)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(wěn)定性下降，發(fā)生團聚沉降，造成拋光液的不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生劃痕，從而影響拋光質(zhì)量，因此，穩(wěn)定拋光液的pH就成為關(guān)鍵。

Cabot公司公開了連續(xù)的碳化硅CMP拋光液，使用高錳酸鉀作為氧化劑，并使用常規(guī)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(nèi)，但很難保證CMP拋光液在使用過程中始終處于酸性范圍內(nèi)。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(xué)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(xiàn)有技術(shù)中的碳化硅CMP拋光液在化學(xué)機械拋光過程中很難保證pH值的穩(wěn)定性，本發(fā)明采用特定的酸性表面改性劑以及pH穩(wěn)定劑，能夠保證CMP拋光液的pH值在碳化硅化學(xué)機械拋光過程中始終處于合適的范圍內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容

目前高錳酸鉀已成為高速高效SiC化學(xué)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(dǎo)致拋光液的pH值升高，磨料發(fā)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(wěn)定性無作用或起反作用；而硝酸鋁一方面可以起到pH穩(wěn)定緩沖作用，另一方面，Al³⁺可以同時穩(wěn)定拋光過程中拋下來的碎屑和高錳酸鉀發(fā)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(zhì)”對拋光液穩(wěn)定性的影響，本發(fā)明拋光液可以循環(huán)使用。

控制磨料顆粒的聚集、團聚是保證拋光質(zhì)量的關(guān)鍵所在，目前廣泛使用的分散穩(wěn)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(wěn)定劑，但實際上在實驗過程中，高錳酸鉀存在下，這些常規(guī)分散穩(wěn)定劑均起不到穩(wěn)定作用，甚至破壞拋光液的穩(wěn)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(fù)雜繁瑣，質(zhì)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。