[发明专利]一种二氧化硅颗粒改性的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种二氧化硅颗粒改性的制备方法及其应用。

背景技术

在集成电路的制造过程中，硅晶圆基片上往往构建了成千上万的结构单元，这些结构单元通过多层金属互连进一步形成功能性电路和元器件。在多层金属互连结构中，金属导线之间填充二氧化硅或掺杂其他元素的二氧化硅作为层间介电质(ILD)。随着集成电路金属互连技术的发展和布线层数的增加，化学机械抛光(CMP)已经广泛应用于芯片制造过程中的表面平坦化。这些平坦化的芯片表面有助于多层集成电路的生产，且防止将电介层涂覆在不平表面上引起的畸变。

CMP工艺就是使用一种含磨料的混合物和抛光垫抛光集成电路表面。在典型的化学机械抛光方法中，将衬底直接与旋转抛光垫接触，用一载重物在衬底背面施加压力。在抛光期间，垫片和操作台旋转，同时在衬底背面保持向下的力，将磨料和化学活性溶液（通常称为抛光液或抛光浆料）涂于垫片上，该抛光液与正在抛光的薄膜发生化学反应开始进行抛光过程。

二氧化硅作为集成电路中常用的介电材料，在很多抛光工艺中都会涉及二氧化硅介电层的去除。如在氧化物层间介质抛光过程中，抛光浆料主要用于去除氧化物介电层并平坦化；在浅沟槽隔离层抛光时，抛光液主要用于去除以及平坦化氧化物介电层并停在氮化硅上；在阻挡层抛光中，抛光液需要去除二氧化硅，铜和铜阻挡层；在硅通孔（TSV）工艺，通孔的形成也需要用抛光液去除多余的二氧化硅。在这些抛光工艺中，都要求较高的氧化物介电层的去除速率以保证产能。

氧化物介电材料包括薄膜热氧化二氧化硅(thin thermal oxide)、高密度等离子二氧化硅(high density plasma oxide)、硼磷化硅玻璃(borophosphosilicate glass)、四乙氧基二氧化硅(PETEOS)和掺碳二氧化硅(carbon doped oxide)等。为了达到较高的氧化物材料去除速率，通常通过提高研磨颗粒的用量来达到，这样做会提高抛光液的成本，而且研磨颗粒用量的增大不利于浓缩。专利WO2010033156A2中使用了季铵盐，季膦盐，氨基硅烷类化合物用于阻挡层抛光过程中提高二氧化硅材料的去除速率。

CN101914313B中公开了一种阳离子水性纳米二氧化硅，由下列方法制成：1)将水与十八烷基二甲基苄基氯化铵、浓盐酸加入反应器中，搅拌溶解；2)将纳米二氧化硅微粉加入反应器中，搅拌得到低粘度半透明溶液；3)在步骤2)搅拌的同时，将氨基硅烷偶联剂滴加到反应器中；4)调节溶液pH值到3～4，继续搅拌溶液得到半透明状阳离子水性纳米二氧化硅。然而需要说明的是，该申请中其改性二氧化硅颗粒是用于防水涂层浆料中，本专利是为集成电路晶片的抛光液使用，用途差异性很大，从而导致该篇专利中的技术方案和本申请差异较大。举例来说，该专利中使用HCl作为pH调节剂，而IC行业不能使用含有Cl离子的酸作为pH调节剂。又如由于作为涂料，CN101914313B的稳定性评价为室温放置不凝胶，本专利的稳定性评价为室温和烘箱40度放置的二氧化硅颗粒的平均粒径需要在产品使用有效期内保持稳定，要求更高。又如，对比文献稳定的二氧化硅颗粒的pH为3～4，该pH值对于水性二氧化硅的研磨颗粒，是公知的稳定范围，而一般而言pH为4-7时，为较不稳定的溶液环境。由于水分散的二氧化硅颗粒在pH4～5为不稳定pH条件，本专利通过加料方式对改性的二氧化硅颗粒研究，使其在pH4～5具有很好的稳定性。

发明内容

本发明公开一种技术方案，通过制备工艺的优化可显著提高改性二氧化硅颗粒的稳定性，以便于储存和运输。使用该改性二氧化硅颗粒制备的抛光液具有较高的二氧化硅去除速率，可用于涉及二氧化硅材料去除的抛光。

本发明揭示了一种改性二氧化硅颗粒的制备方法包括以下步骤：

a)将氨基硅烷偶联剂溶于水中;

b)加入碱性或酸性稳定的二氧化硅研磨颗粒；

c)加入酸性pH调节剂；

从而将pH值最终调节为4-5。

其中(a),(b),(c)步骤的先后顺序依次可为步骤(a),(b),(c),步骤(a),(c),(b),或者步骤(b),(c),(a)。

本发明的浆料通过制备工艺的优化，显著改善其稳定性。

其中二氧化硅颗粒的含量为质量百分比0.5～30wt%,优选为3～15wt%;粒径为20～200nm,优选为20～120nm。

其中，在实施步骤(a),(b),(c)时，可伴随有搅拌，且搅拌时，转速为100-300r/min。