[发明专利]一种二氧化硅溶胶的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子制造及SiO₂胶体制备技术领域，特别涉及一种高纯二氧化复合型硅溶胶的制备方法。

背景技术

在电子制造领域，随着集成电路集成度的不断提高，特征线宽不断缩小，已进入纳米时代。在线宽不断减小的同时，为增大芯片产量，降低单元制造成本，要求硅晶片的直径不断增大。目前世界硅晶片的主流直径逐步从200mm转变到300mm，直径450mm的硅晶片也已研究成功。由于硅晶片表面的颗粒、金属污染、有机物污染、自然氧化膜和微粗糙度等严重地影响着ULSI(精密元器件制造技术)的性能和成品率，因此对硅晶片表面质量要求越来越严格。化学机械抛光(CMP)技术是唯一能够实现硅晶片局部和全局平坦化的方法。

目前，IC(集成电路)制造中平坦化技术应用主要集中在三个方面：(1)层间绝缘膜(ILD)的平坦化；(2)浅沟槽隔离(STI)中氧化物绝缘膜的去除；(3)镶嵌金属布线和金属膜的去除。在这些CMP工艺中，广泛使用以SiO₂为磨粒的抛光液。但目前技术面临挑战：

(1)CMP抛光液中颗粒度控制问题。CMP的磨粒尺寸一般在20～200nm之间。在采用常规技术制备的抛光液中，抛光粒子的均值粒度及其粒度分布曲线存在很多问题，往往在被抛光表面形成划痕；

(2)CMP后集成电路硅晶片表面颗粒及离子污染问题。线宽在65nm及以下节点的硅晶片，对抛光液的要求有了极大的提高，在130nm节点被认为是可以忽略的缺陷对于65nm及以下节点的硅晶片会成为致命缺陷。例如，在130nm节点下Ta与Cu连接部分的细微缺陷是被容许的，而在65nm节点时，大于10nm的缺陷都是不可接受的。

一般来说，在65nm及以下节点，对芯片性能有较大影响的污染及污染源有：

1)电性能的影响：F^－、Cl^－、Br^－、I^－及SO₄^2-对Cu的腐蚀；

2)点状缺陷：溶剂、醇、胺；

3)划痕、孔蚀：抛光颗粒或重金属离子Al、Fe、Zr等。

这些污染和缺陷的形成与抛光液中纳米SiO₂胶体粒子密切相关，这就对纳米SiO2胶体的纯度、抛光磨粒均匀度、抛光磨粒的易清洗性提出更高的要求。

刘玉岭等将制备后的纳米SiO₂胶体进行后期离子交换处理，以期得到纯度更高的纳米SiO₂胶体，虽然离子交换可去除大部分主要的痕量金属，但离子交换树脂有其交换极限，难以将痕量金属离子含量降低到100ppm以下。

Hoffmann等通过对水玻璃多次阴阳离子交换后再用离子交换法制备纳米SiO₂胶体，并将制备后的纳米SiO₂胶体再进行多次离子交换提纯，这种方法虽然将纳米SiO₂胶体的离子含量降低到了较低水平，但其制备工艺复杂，且离子含量难以降至ppb级。

专利(特公昭37-9961号)公开了一种制备硅溶胶的方法，采用添加单价阳离子可溶金属盐(碱金属盐)作为分散剂。这种方法在制造高含量硅溶胶的同时保持了低粘度。根据此方法，硅溶胶包含来自碱金属盐的金属杂质，因此不能制造高纯度硅溶胶。在同样的文献中还公开了使用包含较低烷基的铵盐作为分散剂的方法，其可以制造出不含金属杂质的硅溶胶。然而，由于这种铵盐的分散温度低，因此会在加热步骤中分解。从而导致铵盐作为分散剂的效力不足。而且，硅溶胶的粘度不能保持在恒定水平，这是因为分散剂在长期的存储步骤中会被分解或汽化。因此，粘度会增加并且随着时间的延续会导致凝胶化。

气相二氧化硅是由卤硅烷在氢氧焰中高温水解生成二氧化硅粒子，然后骤冷，颗粒经过聚集、分离、脱酸等后处理工艺而获得。

SiCl₄+4H₂+2O₂＝＝SiO₂+2H₂O+4HCl