[发明专利]一种超高纯二氧化硅溶胶的纯化方法无效

专利信息
申请号: 200910077035.4 申请日: 2009-01-16
公开(公告)号: CN101475180A 公开(公告)日: 2009-07-08
发明(设计)人: 潘国顺;顾忠华;雒建斌;路新春;刘岩 申请(专利权)人: 清华大学;深圳清华大学研究院
主分类号: C01B33/148 分类号: C01B33/148;C09G1/02
代理公司: 北京众合诚成知识产权代理有限公司 代理人: 童晓琳
地址: 100084北*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 高纯 二氧化硅 溶胶 纯化 方法
【说明书】:

技术领域

本发明属于及化学机械抛光技术领域,特别涉及一种超高纯二氧化硅溶胶的纯化方法。 

背景技术

在过去的几十年里,一个以计算机、互联网、无线通信和全球定位系统组成的信念社会逐渐形成。这个信息社会的核心部分是由众多内建于系统中的细小集成电路(IC)芯片支持和构成的,集成电路已经广泛应用于生活中的各个领域。在电子制造领域,戈登·摩尔于1965年提出了他著名的观察结果,即人所共知的“摩尔定律”。摩尔发现并预测在一片相同尺寸的集成电路晶片上,所容纳的晶体管数量会每两年翻一倍。摩尔定律对半导体业产生了巨大影响,激励所有从业人员,在它提出的40多年的时间里,半导体行业一直按照摩尔定律的速度发展。2007年,各类60~65nm水平的计算动态随机存储器(DRAM)、闪存(FLASH)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程器件(FPGA)等电路产品已经大批量生产,45nm工艺技术的成熟程度也在不断提高,多类产品开发成功,商品化产品开始进入市场。作为45nm之后的32nm技术,近期也取得了进展。 

随着集成电路的集成度日益提高,单元图形的尺寸日益微化,污染物对器件的影响也愈加突出,半导体器件污染物主要有微颗粒、金属离子、化学物质和细菌,这些污染物通常以原子、离子、分子、粒子或膜的形式通过化学或物理吸附的方式存在于器件表面,其中原子型杂质主要是指重、贵金属原子,如Ba、Sr、Hf、Pt、Cr、Co等,抛光片表面金属污染严重地影响着超大规模集成电路(ULSI) 的性能和成品率。金属离子污染主要影响器件表面的导电性、氧化物的完整性和其它器件稳定性参数等。同时,金属离子会形成微结构缺陷或雾状缺陷,导致器件性能下降,成品率降低。 

例如,在130nm节点被认为是可以忽略的缺陷在这种情况下成为致命缺陷。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及以下节点时,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SO42-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。下表是半导体技术发展蓝图2007年公布的对硅片表面离子残留要求。 

表1  20 07公布的半导体技术发展蓝图中硅片表面离子残留要求 

据统计,有超过50%的成品损失率是由器件表面污染所造成的。在抛光过程中,金属离子污染主要来自于用于抛光的硅溶胶中,这就对纳米SiO2胶体的纯度提出更高的要求。 

硅溶胶是二氧化硅颗粒在水中的悬浮状分散液,是半导体抛光液里的主要成分,是微电子工业中不可或缺的耗材。由于在抛光过程中对硅片的金属污染主要 来自于硅溶胶,则降低硅溶胶中金属离子的含量显得至关重要,制备低钠,低金属离子含量的硅溶胶的方法已有多篇专利报道。 

阿克苏(EP1 N·V·230153)、前岛昆佳(JP2003089786)和M·O·林斯登(CN1379733A)以水玻璃为原料,在离子交换水玻璃过程中加入过量螯合剂,使重金属离子沉积后再用离子交换法制备得纳米SiO2胶体。此方法虽然可以得到纯度较高的硅溶胶,但这种提纯方法难以得到适用于新一代芯片化学机械抛光(CMP)要求的高纯度硅溶胶;其次,这种方法仅在硅酸纯化一步就要花去2~3小时,制备效率不高。 

专利CN100363255C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,但由于其使用的方法是简单的单床树脂提纯,采取待提纯硅溶胶与离子交换树脂动态搅拌方式,由于采取机械动态搅拌方式容易造成树脂破碎,影响硅溶胶最终提纯效果,由于其提纯工艺不是很合理,所以用其方法提纯后的硅溶胶的金属离子含量只能降低致几个ppm,难以将痕量金属离子含量降低到1ppm以下。 

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