[发明专利]纳米二氧化硅抛光剂及其制备方法

说明书

本发明属于电子器件平坦化加工领域，涉及一种半导体器件加工过程中多层绝缘膜和金属层的平坦化加工用的二氧化硅(SiO₂)抛光料浆及其制备方法。

随着信息产业的迅猛发展，电子器件的集成化程度越来越高，多层布线技术则成为不可缺少的一项技术。在电子器件缩小的同时，器件表面的形状也复杂化了，为了提高多层布线的可靠性，获得较高的合格率，器件表面的平坦化加工就显得十分重要。为此，众多的科技人员研究开发了各自的平坦化加工技术，最为成功的是1992年6月由IBM和Microtechnology公司联合开发的机械研磨和化学腐蚀相结合的抛光技术，简称CMP技术，(SiO₂)水溶液是目前最具代表性的CMP技术用抛光剂。其主要成份为纳米(SiO₂)粉体和水。由于(SiO₂)粉体具有很高的比表面积，一般在100m²/g以上，同时具有较低的表观密度，一般在50kg/m³左右。因此，如果使用普通的纳米(SiO₂)粉体，就难以制备高含固量和低粘度的水溶胶，美国专利5116535和5246624分别公开了两种纳米(SiO₂)胶态分散体的制备方法，其中(SiO₂)的浓度大约为35％～65％，其采用的(SiO₂)粉体的比表面积要求小于75m²/g，最好为50m²/g，这是一种很特殊的(SiO₂)粉体，通常气相法难以达到如此低的比表面积；美国专利2984629公开了另一种纳米(SiO₂)胶态分散体的制备方法，其中(SiO₂)的浓度大约为40％，采用的是一种经过机械压缩的、表观密度高达100～250kg/m³的气相法(SiO₂)粉体；英国专利1326574所公开的方法(SiO₂)的浓度大约为70％，也对(SiO₂)粉体比表面积提出了特定的要求。

因此如果采用普通的纳米(SiO₂)粉体，一般只能得到(SiO₂)浓度为10％左右的水溶胶，粘度在1Pa.s左右，易团聚、沉降，不稳定，平均粒度大，一般为800nm左右，粒径分布宽，不能满足CMP抛光要求。其他如日本不二兄3050抛光剂，采用工业白碳黑或硅酸钠为原料，同样也存在着料浆浓度低、粘度高、研磨抛光性能不够理想等缺点。为此，研究开发高性能的纳米抛光剂已成为产业部门的迫切需要。

本发明的目的在于克服现有技术的上述缺点，公开一种采用气相法或液相法纳米SiO₂粉体制备的、粉体比表面积不需严格限制的、其SiO₂的浓度最高可达60％(质量)、粘度一般在0.1Pa.s以下的高性能CMP技术用SiO₂抛光剂及其制备方法。

本发明的构思是这样的：由于纳米SiO₂粉体比表面积大，易在空气和水等分散介质中团聚形成大颗粒，因此，以纳米SiO₂粉体为抛光剂的主要原料时，(1)．必须对SiO₂粉体进行表面处理，(2)．必须对加入的水进行水质调制，(3)．必须加入分散剂，以使SiO₂在水中能保持良好的分散状态，同时使SiO₂的水溶液具有高浓度、低粘度和高分散稳定性的特点。

根据上述构思，本发明提出了一种新的SiO₂抛光剂，所说的抛光剂由纳米SiO₂粉体、水、分散稳定剂、润湿调节剂、pH调节剂和表面处理剂组成，其中：

(1)．SiO₂的含量可根据最终产品的要求加以确定，最高可达60％(wt.)；

(2)．溶液中分散稳定剂和表面处理剂与SiO₂的配比如下：

      分散稳定剂：(SiO₂)=0.01～8.0％(wt.)

      表面处理剂：(SiO₂)=0.01～8.0％(wt.)

(3)．润湿调节剂加入的量能使最初的纯水的PH值达到2～4

(4)．pH调节剂加入的量能使最终产品的PH值达到8.5～13；

(5)．产品的粘度＜0.1Pa.s