[發(fā)明專利]原位形成微納氣泡拋光液、其制備方法及其應用

有效

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• 申請日: 2021-06-01
• 公開（公告）號: CN113502128B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發(fā)明（設計）人: 雷紅;徐磊;丁如月;張瑋;袁曉玥
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C09G1/02
• 分類號: C09G1/02;B24B37/04
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

本發(fā)明公開了一種原位形成微納氣泡拋光液、其制備方法及其應用。本發(fā)明的原位形成微納氣泡的拋光液，是將硼氫化鈉引入堿性硅溶膠拋光液中，形成新型的堿性拋光液。利用拋光區(qū)域的摩擦熱來催化硼氫化鈉的水解反應。并因晶片與拋光墊之間極小的間隙以及氣泡極短的生存時間，從而在拋光區(qū)域形成分布不一的微米級以及納米級氫氣氣泡。與常規(guī)硅溶膠相比，本發(fā)明原位形成微納氣泡的拋光液對二氧化硅晶片的材料去除率提高了400％，并可有效降低二氧化硅晶片的表面粗糙度。

技術領域

本發(fā)明涉及一種微米級粉體的精確分級方法及其應用，特別是涉及一種研磨拋光用磨料的制備方法及其應用，應用于制備特殊晶片研磨拋光工藝技術領域。

背景技術

二氧化硅作為集成電路晶體管中最重要的柵極氧化物介質材料，被廣泛的應用于半導體制造業(yè)中。為了遵循摩爾定律，元件的尺寸進一步縮小，層數(shù)不斷增多。但是在逐漸縮小的尺度下，粗糙氧化硅的表面會導致后續(xù)光刻膠涂層厚度不均勻以及在刻蝕時發(fā)生圖案偏移，導致很多的缺陷。而通過表面平坦化技術能夠減少這樣的缺陷，同時降低了后續(xù)金屬化層的厚度和堆疊高度。化學機械拋光(CMP)作為目前半導體加工中最常用的技術，通過化學腐蝕與機械磨削的協(xié)同作用能夠實現(xiàn)晶片的全局平坦化。

拋光液作為CMP的關鍵的耗材之一，主要由氧化硅，氧化鈰，氧化鋁等磨粒和表面活性劑，絡合劑，緩蝕劑，氧化劑等化學試劑構成。硅溶膠穩(wěn)定性高、成本低、無污染，是眾多工件常選用的拋光液。但是因為在二氧化硅膜中的拋光速率低而無法滿足日益增長的拋光生產(chǎn)要求。直徑小于50μm微納氣泡具有比表面積大，存在時間長等優(yōu)點。另外，微納氣泡破裂能夠產(chǎn)生的極高的能量。但是其在拋光領域的應用還非常少。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術中使用硅溶膠拋光二氧化硅膜時拋光速率低下的問題，本發(fā)明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種原位形成微納氣泡拋光液、其制備方法及其應用，采用以上含有硼氫化鈉的堿性硅溶膠，應用于氧化硅晶片的拋光中，可顯著提高拋光速率，并降低了晶片的表面粗糙度，達到了“高效率、高精度”的拋光效果。

為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種原位形成微納氣泡的拋光液，是在拋光過程中在拋光區(qū)域形成納米～微米級氣泡的拋光液。

優(yōu)選地，本發(fā)明原位形成微納氣泡的拋光液，原位形成的微納氣泡的直徑尺寸為0.1μm～100μm。進一步優(yōu)選原位形成的微納氣泡的直徑尺寸為0.2μm～100μm。

優(yōu)選地，本發(fā)明通過向堿性硅溶膠中添加硼氫化鈉，攪拌均勻，得到含有硼氫化鈉的堿性硅溶膠拋光液；在拋光過程中，拋光墊-磨粒-被拋光材料表面三體摩擦所產(chǎn)生的摩擦熱，促進了硼氫化鈉的水解反應，在拋光區(qū)域聚集形成微納氫氣氣泡，同時形成的微納氣泡在剪切力作用下發(fā)生爆破，釋放出能量，輔助增強拋光過程。在拋光過程中，使用含有硼氫化鈉的堿性硅溶膠拋光液，促進了硼氫化鈉的水解反應，在拋光區(qū)域聚集形成微納氣泡，因為拋光墊與晶片之間的間隙極小以及極短的生存時間，限制了氣泡的尺寸在微米級和納米級，同時形成的微納氣泡在強大的剪切力作用下發(fā)生爆破。

優(yōu)選地，按照質量百分計算，本發(fā)明原位形成微納氣泡的拋光液中的硼氫化鈉固體質量分數(shù)為0.1～0.7wt.％，拋光液pH為10±0.5。進一步優(yōu)選原位形成微納氣泡的拋光液中的硼氫化鈉固體質量分數(shù)為0.2～0.7wt.％。

優(yōu)選地，本發(fā)明原位形成微納氣泡的拋光液中的二氧化硅磨粒固體質量分數(shù)不高于5wt.％，二氧化硅磨粒粒徑不大于110nm。

一種本發(fā)明原位形成微納氣泡拋光液的制備方法，通過向堿性硅溶膠中添加硼氫化鈉制備拋光液，其方法步驟如下：

(1)向硅溶膠中加入去離子水，并采用質量百分比濃度不低于3wt.％的NaOH溶液調節(jié)混合溶液pH為10±0.5，得到稀釋后的堿性硅溶膠；