[发明专利]一种制备pH稳定性提高的碳化硅化学机械抛光液的方法

说明书

本发明提出了一种制备pH稳定性提高的碳化硅化学机械抛光液的方法，所述制备方法包括以下步骤：用表面改性剂对高硬度磨料分散液进行表面改性，再依次加入pH稳定剂和氧化剂，其中表面改性剂为有机酸。本发明的抛光液在进行化学机械抛光过程能很好的保持pH值的稳定性，并且抛光液的分散稳定性好且分散均匀。本发明由于该抛光液的制备方法中加入了pH稳定剂，使得该抛光液在进行化学机械抛光过程中的pH值稳定性更强，并且在抛光液中使用有机酸表面改性剂对高硬度磨料分散液进行表面改性，使得抛光液不容易发生硬团聚。本发明的抛光液对环境无污染，可以采用循环供料的方式使用。

技术领域

本发明涉及化学机械抛光技术领域，尤其涉及一种制备pH稳定性提高的碳化硅化学机械抛光液的方法。

背景技术

由于碳化硅的高硬度(9.5)和强化学惰性，目前使用碱性过氧化氢-氧化硅CMP抛光液的抛光速度非常低(<50nm/hr)，原因有两个：一是氧化硅的硬度小(6～7)；二是碱性条件下氧化剂的化学作用弱。因此，使用硬度仅次于碳化硅的α-Al₂O₃磨料的酸性(pH<7，尤其是pH<4)碳化硅化学机械抛光液成为主流。

为提高化学氧化作用，高锰酸钾成为最广泛使用的氧化剂，但高锰酸钾在氧化过程中会消耗H⁺，抛光液的pH增大，磨料的稳定性下降，发生团聚沉降，造成抛光液的不稳定，容易产生划痕，从而影响抛光质量，因此，稳定抛光液的pH就成为关键。

Cabot公司公开了连续的碳化硅CMP抛光液，使用高锰酸钾作为氧化剂，并使用常规的pH缓冲体系，能够保证CMP抛光液使用前的pH值处于合理的范围内，但很难保证CMP抛光液在使用过程中始终处于酸性范围内。Sinmat公司使用高锰酸钾作为氧化剂，pH为4，以核(氧化硅或氧化铝)-壳(锰氧化物)颗粒为磨料，该颗粒外壳的硬度较小(<6)，不适用于碳化硅的化学机械抛光。ASAHI GLASS公司CMP抛光液以高锰酸钾为氧化剂，酸性氧化硅或氧化铈为磨料，在抛光液的使用过程中，pH值得不到控制，并且磨料硬度较低，因此，ASAHIGLASS公司的CMP抛光液对碳化硅的抛光效率低。

鉴于现有技术中的碳化硅CMP抛光液在化学机械抛光过程中很难保证pH值的稳定性，本发明采用特定的酸性表面改性剂以及pH稳定剂，能够保证CMP抛光液的pH值在碳化硅化学机械抛光过程中始终处于合适的范围内。

发明内容

目前高锰酸钾已成为高速高效SiC化学机械抛光液的主流氧化剂，但在高锰酸钾的氧化过程中会消耗大量氢离子，导致抛光液的pH值升高，磨料发生不可逆团聚，控制抛光液的pH值就变得非常重要，而专利中广泛提及的pH缓冲体系，无法控制抛光液的pH为3.5～4，且作用单一，只起到pH缓冲剂的作用，对抛光液的稳定性无作用或起反作用；而硝酸铝一方面可以起到pH稳定缓冲作用，另一方面，Al³⁺可以同时稳定抛光过程中抛下来的碎屑和高锰酸钾发生氧化作用后形成锰氧化物(如MnO₂)，从而减少了抛光过程中形成的“杂质”对抛光液稳定性的影响，本发明抛光液可以循环使用。

控制磨料颗粒的聚集、团聚是保证抛光质量的关键所在，目前广泛使用的分散稳定剂是表面活性剂或聚合物，虽然在在上述专利中也使用表面活性剂或聚合物分散稳定剂，但实际上在实验过程中，高锰酸钾存在下，这些常规分散稳定剂均起不到稳定作用，甚至破坏抛光液的稳定性。而使用核-壳(无机/有机或无机/无机)磨料颗粒，存在制备工艺复杂繁琐，质量控制难。因此，采取了耐高锰酸钾氧化的水溶性小分子酸(如乙酸、丙酸等)对氧化铝表面改性，一方面提供一个软层，另一方面抑制氧化铝的聚集团聚。