[发明专利]原位形成微纳气泡抛光液、其制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种原位形成微纳气泡抛光液、其制备方法及其应用。本发明的原位形成微纳气泡的抛光液，是将硼氢化钠引入碱性硅溶胶抛光液中，形成新型的碱性抛光液。利用抛光区域的摩擦热来催化硼氢化钠的水解反应。并因晶片与抛光垫之间极小的间隙以及气泡极短的生存时间，从而在抛光区域形成分布不一的微米级以及纳米级氢气气泡。与常规硅溶胶相比，本发明原位形成微纳气泡的抛光液对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。

技术领域

本发明涉及一种微米级粉体的精确分级方法及其应用，特别是涉及一种研磨抛光用磨料的制备方法及其应用，应用于制备特殊晶片研磨抛光工艺技术领域。

背景技术

二氧化硅作为集成电路晶体管中最重要的栅极氧化物介质材料，被广泛的应用于半导体制造业中。为了遵循摩尔定律，元件的尺寸进一步缩小，层数不断增多。但是在逐渐缩小的尺度下，粗糙氧化硅的表面会导致后续光刻胶涂层厚度不均匀以及在刻蚀时发生图案偏移，导致很多的缺陷。而通过表面平坦化技术能够减少这样的缺陷，同时降低了后续金属化层的厚度和堆叠高度。化学机械抛光(CMP)作为目前半导体加工中最常用的技术，通过化学腐蚀与机械磨削的协同作用能够实现晶片的全局平坦化。

抛光液作为CMP的关键的耗材之一，主要由氧化硅，氧化铈，氧化铝等磨粒和表面活性剂，络合剂，缓蚀剂，氧化剂等化学试剂构成。硅溶胶稳定性高、成本低、无污染，是众多工件常选用的抛光液。但是因为在二氧化硅膜中的抛光速率低而无法满足日益增长的抛光生产要求。直径小于50μm微纳气泡具有比表面积大，存在时间长等优点。另外，微纳气泡破裂能够产生的极高的能量。但是其在抛光领域的应用还非常少。

发明内容

为了解决现有技术中使用硅溶胶抛光二氧化硅膜时抛光速率低下的问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种原位形成微纳气泡抛光液、其制备方法及其应用，采用以上含有硼氢化钠的碱性硅溶胶，应用于氧化硅晶片的抛光中，可显著提高抛光速率，并降低了晶片的表面粗糙度，达到了“高效率、高精度”的抛光效果。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种原位形成微纳气泡的抛光液，是在抛光过程中在抛光区域形成纳米～微米级气泡的抛光液。

优选地，本发明原位形成微纳气泡的抛光液，原位形成的微纳气泡的直径尺寸为0.1μm～100μm。进一步优选原位形成的微纳气泡的直径尺寸为0.2μm～100μm。

优选地，本发明通过向碱性硅溶胶中添加硼氢化钠，搅拌均匀，得到含有硼氢化钠的碱性硅溶胶抛光液；在抛光过程中，抛光垫-磨粒-被抛光材料表面三体摩擦所产生的摩擦热，促进了硼氢化钠的水解反应，在抛光区域聚集形成微纳氢气气泡，同时形成的微纳气泡在剪切力作用下发生爆破，释放出能量，辅助增强抛光过程。在抛光过程中，使用含有硼氢化钠的碱性硅溶胶抛光液，促进了硼氢化钠的水解反应，在抛光区域聚集形成微纳气泡，因为抛光垫与晶片之间的间隙极小以及极短的生存时间，限制了气泡的尺寸在微米级和纳米级，同时形成的微纳气泡在强大的剪切力作用下发生爆破。

优选地，按照质量百分计算，本发明原位形成微纳气泡的抛光液中的硼氢化钠固体质量分数为0.1～0.7wt.％，抛光液pH为10±0.5。进一步优选原位形成微纳气泡的抛光液中的硼氢化钠固体质量分数为0.2～0.7wt.％。

优选地，本发明原位形成微纳气泡的抛光液中的二氧化硅磨粒固体质量分数不高于5wt.％，二氧化硅磨粒粒径不大于110nm。

一种本发明原位形成微纳气泡抛光液的制备方法，通过向碱性硅溶胶中添加硼氢化钠制备抛光液，其方法步骤如下：

(1)向硅溶胶中加入去离子水，并采用质量百分比浓度不低于3wt.％的NaOH溶液调节混合溶液pH为10±0.5，得到稀释后的碱性硅溶胶；