[发明专利]硅溶胶及其制造方法

说明书

技术领域

相关申请的交叉引用

本申请为2007年7月25日递交的国际申请号为PCT/JP2007/064607的国际申请，要求于2006年7月31日提交的日本专利申请号为2006-209220的日本专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

本发明涉及一种硅溶胶及其制造方法，特别涉及一种高浓度、低粘度及高纯度的具有长期稳定性的硅溶胶，用于作为硅晶圆的抛光材料以及半导体器件的化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing，简称：CMP)步骤中，并且涉及一种在制造步骤中浓缩硅溶胶的具有高生产效率的硅溶胶的制造方法。

背景技术

近来，随着半导体技术的不断发展，需求一种包含极少量金属杂质的高纯度硅溶胶，用于硅晶圆的抛光以及半导体器件的CMP步骤中，这是因为它不会污染如硅晶圆等材料。

较佳地是要生产包含高浓度二氧化硅的硅溶胶，即高浓度硅溶胶。因为其不仅可以提高生产效率，而且还可以提高存储/运输的效率。进一步地，还因为它可以自由地控制的抛光剂的复合，即它可以提高复合的灵活性。因此，出现了各种有关高浓度硅溶胶的报导。

有关于硅溶胶在硅晶圆抛光中的使用，存在如下问题：被循环再利用的硅溶胶表现出一种粘度增大的趋势，这会干扰抛光剂的效力。因此，人 们希望硅溶胶即使在被循环再利用以后也能够表现出长期的稳定性和低粘度。

具有小的二氧化硅颗粒的硅溶胶尤其被用于300mm晶圆的终抛光中，其可以增加平整度而且不会引起损伤(无刮痕)。这种硅溶胶还被用作大规模集成电路(Large Scale Integrated，简称：LSI)的CMP步骤中的抛光剂，其中在LSI中设置有显著微型元件。具有小的二氧化硅颗粒的硅溶胶具有高精度，能够作为必须具备无刮痕平坦性及微观结构的抛光材料。因此，需要具有小的二氧化硅颗粒的高浓度硅溶胶。

例如，专利申请特公昭37-9961号公报公开了一种制备30％或更高浓度的硅溶胶的方法，采用添加单价阳离子可溶金属盐(碱金属盐)作为分散剂。这种方法在制造高浓度硅溶胶的同时保持了低粘度。根据本发方法，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，其可以制造出不包含金属杂质的硅溶胶。然而，由于这种铵盐的分解温度低，因此会在加热步骤中分解。从而会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。

为了解决上述问题，最近制造出了包含非常低浓度金属的硅溶胶。但是，二氧化硅浓度约为15％的重量百分比。制造15％或更低重量百分比的硅溶胶会产生如下问题：例如抛光剂的低生产效率和低复合灵活性。这也不适于运输和存储。

关于制造具有小的二氧化硅颗粒的硅溶胶还存在其他问题。与具有大的二氧化硅颗粒的硅溶胶相比，具有小的二氧化硅颗粒的硅溶胶很可能会凝结从而导致溶液的凝胶化。因此，粘度很容易增加，从而很难制造具有小的二氧化硅颗粒的高浓度硅溶胶。

尽管二氧化硅颗粒的尺寸各有不同，但对于具有高浓度、低粘度和高纯度的硅溶胶均有强烈的需求，但是现在尚未制造出能够满足这些条件的硅溶胶。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是，通过防止在制造后的存储步骤中发生粘度增长，提供一种具有长期稳定性和低粘度的高纯度且高浓度的硅溶胶及其制造方法。本发明还要提供一种高纯度且高浓度的硅溶胶及其制造方法，通过向反应液或溶剂置换浓缩液中添加特定浓度的分散剂，尽管硅溶胶中的二氧化硅颗粒尺寸各有不同，仍然能使其不经历粘度增加或凝胶化。

发明人发现具有长期稳定性和低粘度的高纯度且高浓度的硅溶胶可以通过使用分散剂制造，这种分散剂由一种或多种化合物构成，这些化合物可以从硫酸、硝酸、硫酸铵、硝酸铵、柠檬酸，安息香酸、安息香酸铵、柠檬酸三铵、柠檬酸二氢铵和四甲基柠檬酸铵中选取。分散剂可以被添加到高纯度的硅溶胶中，这种硅溶胶是将醇盐法制造的反应液进行浓缩和溶剂置换而制备的，在醇盐法中，烷氧基硅烷被进行水解和浓缩聚合，据此研发了本发明。