[發(fā)明專利]雙粒徑非球形二氧化硅、制備方法及其制備的拋光漿料

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011524358.6
• 申請(qǐng)日: 2020-12-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112390262A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張延強(qiáng);李輝;馬科;賈永高;劉三川
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鄭州中科新興產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): C01B33/18
• 分類號(hào): C01B33/18;C09G1/02;C09K3/14
• 代理公司: 鄭州優(yōu)盾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41125
• 代理人: 王紅培

本發(fā)明提供了一種雙粒徑非球形二氧化硅、制備方法及其制備的拋光漿料，在水醇體系中，以硅酸四乙酯(TEOS)作為硅源，氨水作為催化劑，金屬鹽作為形貌、粒徑控制劑，水解、成核、生長(zhǎng)制備得到雙粒徑非球形二氧化硅。本發(fā)明提供的堿性雙粒徑非球形二氧化硅化學(xué)機(jī)械拋光漿料在拋光過(guò)程中大小粒徑的磨料粒子能夠協(xié)同作用（大粒徑磨料填充拋光墊中大的微孔或溝槽，小粒徑磨料填充拋光墊中小的微孔或溝槽），進(jìn)而優(yōu)化拋光液在拋光墊表面的拋光液流動(dòng)和分布，同時(shí)提高拋光效率，降低拋光表面的微粗糙度，減小損傷層厚度，提供了一種潛在的技術(shù)路線。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及化學(xué)機(jī)械拋光液制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙粒徑非球形二氧化硅、制備方法及其制備的拋光漿料。

背景技術(shù)

近年來(lái)，半導(dǎo)體器件高度集成化及高速化，設(shè)計(jì)尺寸逐漸縮小、配線多層化已成為必然趨向，多層布線關(guān)鍵課題平坦化技術(shù)格外受到注目。雖然目前有多種平坦化技術(shù)，但化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)（CMP）已被證明是目前最佳也是唯一能夠?qū)崿F(xiàn)全局平坦化的技術(shù)。

拋光液是CMP技術(shù)的最重要構(gòu)成部分。其一般由磨料、pH值調(diào)節(jié)劑、氧化劑、分散劑和去離子水等添加劑組成。當(dāng)前，在“極大規(guī)模集成電路平坦化材料與工藝技術(shù)”進(jìn)入65納米及其以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)上，國(guó)外主要采用以機(jī)械為主的酸性CMP技術(shù)路線。然而，隨著微電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，酸性CMP技術(shù)顯現(xiàn)出多項(xiàng)亟待解決的技術(shù)難題，比如高粗糙度、難清洗、銅離子沾污、多種材料速率差引起的碟形坑深等問(wèn)題。

目前市場(chǎng)上使用最為廣泛的幾種磨料是SiO₂、CeO₂、Al₂O₃。其中，SiO₂常被用于硅片、化合物晶體、金屬、寶石等的拋光加工。但在拋光過(guò)程中小粒徑二氧化硅易產(chǎn)生凝膠，對(duì)硬底材料拋光速率低。Cabot、Rodel等公司為提高拋光速率，采用大粒徑的二氧化硅磨料，來(lái)增強(qiáng)機(jī)械磨削作用，進(jìn)而解決拋光效率低的問(wèn)題，但又不可避免的引起表面劃傷及顆粒殘余等問(wèn)題。當(dāng)前，國(guó)際上普遍采用的二氧化硅磨料粒徑為50～70nm。

拋光墊是控制和優(yōu)化CMP的另一關(guān)鍵組成。在CMP工藝中應(yīng)用的拋光墊主要是高分子材料拋光墊，其主要成分是發(fā)泡體固化的聚氨酯。拋光墊表面和內(nèi)部有很多微孔，表面具有一定數(shù)量的微凸體，較為粗糙。拋光墊的力學(xué)性能，微孔形狀、孔隙率、溝槽形狀等表面組織特征，都可以通過(guò)影響拋光液流動(dòng)和分布，來(lái)決定拋光效率和平坦性指標(biāo)，因此通過(guò)不同粒徑的磨料，來(lái)優(yōu)化拋光液在拋光墊表面的分布和流動(dòng)對(duì)于平坦化的效果非常關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種雙粒徑非球形二氧化硅、制備方法及其制備的拋光漿料，本發(fā)明雙粒徑非球形二氧化硅磨料制備方法，相比于報(bào)道的硅粉水解法和離子交換法，環(huán)境友好、條件溫和、操作簡(jiǎn)單。本發(fā)明提供的堿性雙粒徑非球形二氧化硅化學(xué)機(jī)械拋光漿料在拋光過(guò)程中大小粒徑的磨料粒子能夠協(xié)同作用（大粒徑磨料填充拋光墊中大的微孔或溝槽，小粒徑磨料填充拋光墊中小的微孔或溝槽），進(jìn)而優(yōu)化拋光液在拋光墊表面的拋光液流動(dòng)和分布，同時(shí)提高拋光效率，Cu與阻擋層去除速率的一致性，降低拋光表面的微粗糙度，提供了一種潛在的技術(shù)路線。同時(shí)該漿料呈堿性，能夠有效克服酸性拋光液引起的Cu 線條的腐蝕等問(wèn)題。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種雙粒徑非球形二氧化硅的制備方法，步驟如下：在水醇體系中，以硅酸四乙酯(TEOS)作為硅源，氨水作為催化劑，金屬鹽作為形貌、粒徑控制劑，水解、成核、生長(zhǎng)制備得到雙粒徑非球形二氧化硅。

將氨水、乙醇與金屬鹽溶液混合，快速加入硅酸四乙酯或硅酸四乙酯的乙醇溶液，在25-60℃下反應(yīng)16h得到雙粒徑非球形二氧化硅。

所述金屬鹽為一價(jià)金屬鹽與二價(jià)金屬鹽中的任一種，金屬鹽的用量為20-200ppm。

所述一價(jià)金屬鹽包括氯化鉀、氯化鈉、氯化鋰或醋酸銀，二價(jià)金屬鹽包括醋酸鋅、氯化鎂或氯化銅。