[发明专利]二氧化硅介质化学机械抛光液的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种抛光液的制备方法，特别涉及一种二氧化硅介质化学机械抛光液的制备方法。

背景技术

当前，集成电路制造业飞速发展，成为推动国民经济和社会信息化发展最主要的高新技术之一。为实现IC布线多层立体化并满足高分辨的光刻曝光精度，互连工艺中每一层二氧化硅(SiO₂)介质薄膜几乎都需要平坦化。SiO₂介质薄膜平坦化程度与微形貌差是制约IC中的元器件趋于更小特征尺寸，结构微细化、薄膜化和多层立体布线高聚集化发展的关键影响因素。

由于SiO₂介质的化学性能稳定，在CMP过程中水合化学作用较弱，抛光速率较低，为提高抛光速率，国际上通用的是采取增大磨料粒径的方法，以机械研磨为主，但由于磨料粘度大、粒径大，易沉降、造成划伤，且抛光液及抛光产物在表面吸附，难于清洗。因此，抛光后SiO₂介质表面状态不理想，粗糙度较高，有待改善。

SiO₂介质的抛光液制备过程中多采用机械搅拌的方法，存在大量的有机物、金属离子、大颗粒等有害污染且工序繁琐等问题。SiO₂介质抛光中存在的以上问题已经成为推广SiO₂介质广泛应用的一大障碍。

因此，提供一种简便易行、无污染、应用效果显著的二氧化硅介质化学机械抛光液的制备方法，是该技术领域科研人员不断开发研究的新课题之一。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，为解决公知SiO₂介质抛光液在制备过程中存在的有机物、金属离子、大颗粒等有害污染，提供一种二氧化硅介质化学机械抛光液的制备方法。

为实现上述目的本发明所采用的实施方式如下：

一种二氧化硅介质化学机械抛光液的制备方法，其特征在于实施步骤如下：以下均按重量百分比计：

（1）将磨料碱性纳米SiO₂水溶胶在负压下形成涡流吸入负压反应釜；所述磨料重量浓度为4-50wt%，加入量是所配抛光液总重量的20-90%；利用负压自动吸入硅溶胶，可避免在加料过程中引入污染物；

（2）在负压涡流状态下逐渐加入去离子水，加入量是所配抛光液总重量的5-75%；

（3）在负压涡流状态下逐渐加入胺碱为1-5%，胺碱调节pH值为9-13；在负压涡流状态下加入胺碱pH调节剂，以防止局部pH过高而导致边缘滞流层纳米硅溶胶的凝聚或溶解而无法使用； 

（4）在负压涡流状态下逐渐加入FA/OII型螯合剂为0.25-2%；

（5）在负压涡流状态下逐渐加入FA/OII型活性剂为0.25-2%； 

（6）充分搅拌均匀后进行灌装。

所述步骤（1）中反应器及管道形成密闭系统，材质为有机玻璃，管道选用无污染的聚丙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲脂中的一种。

所述步骤（1）中的磨料为粒径40-100nm、分散度<0.0001的SiO₂溶胶。所述步骤（3）中的胺碱是三乙醇胺、四乙基氢氧化胺、乙二胺、羟乙基乙二胺或多乙烯多胺中的一种以上。

所述步骤（6）中的搅拌时间为5-15分钟。

本发明方法的主要作用为：

抛光液制备反应器采用负压搅拌的方法可避免有机物、金属离子、大颗粒等有害污染物的引入；可使纳米硅溶胶在负压下呈涡流状态，防止滞流层硅溶胶的凝聚而失效；可使SiO₂溶胶不会在加入碱性pH调节剂过程中由于局部pH过高而凝聚导致抛光液失效。

本发明的有益效果是：

1．选用碱性抛光液，可对设备无腐蚀，硅溶胶在碱性条件下稳定性好，解决了酸性抛光液污染重、易凝胶等诸多弊端；SiO₂介质与胺碱易生成可溶性的胺化物，从而易脱离表面。

2．选用纳米SiO₂溶胶作为抛光液磨料，其粒径适中，40-100nm、浓度高可达到50wt%，硬度小、对晶片损伤小，分散度好，能够达到高速率高平整低损伤抛光，污染小、解决了Al₂O₃磨料硬度大易划伤、易沉淀的缺点。

3．选用的反应器原材料为无污染的聚丙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲脂等。

4．负压搅拌的抛光液制备方法可避免有机物、金属离子、大颗粒等有害污染物的引入。

5．使纳米硅溶胶在负压下呈涡流状态，可防止反应釜边缘滞流层硅溶胶因局部pH值不均衡而导致凝聚或溶解。