[发明专利]双粒径非球形二氧化硅、制备方法及其制备的抛光浆料

说明书

本发明提供了一种双粒径非球形二氧化硅、制备方法及其制备的抛光浆料，在水醇体系中，以硅酸四乙酯(TEOS)作为硅源，氨水作为催化剂，金属盐作为形貌、粒径控制剂，水解、成核、生长制备得到双粒径非球形二氧化硅。本发明提供的碱性双粒径非球形二氧化硅化学机械抛光浆料在抛光过程中大小粒径的磨料粒子能够协同作用（大粒径磨料填充抛光垫中大的微孔或沟槽，小粒径磨料填充抛光垫中小的微孔或沟槽），进而优化抛光液在抛光垫表面的抛光液流动和分布，同时提高抛光效率，降低抛光表面的微粗糙度，减小损伤层厚度，提供了一种潜在的技术路线。

技术领域

本发明涉及化学机械抛光液制备技术领域，具体涉及一种双粒径非球形二氧化硅、制备方法及其制备的抛光浆料。

背景技术

近年来，半导体器件高度集成化及高速化，设计尺寸逐渐缩小、配线多层化已成为必然趋向，多层布线关键课题平坦化技术格外受到注目。虽然目前有多种平坦化技术，但化学机械抛光技术（CMP）已被证明是目前最佳也是唯一能够实现全局平坦化的技术。

抛光液是CMP技术的最重要构成部分。其一般由磨料、pH值调节剂、氧化剂、分散剂和去离子水等添加剂组成。当前，在“极大规模集成电路平坦化材料与工艺技术”进入65纳米及其以下技术节点上，国外主要采用以机械为主的酸性CMP技术路线。然而，随着微电子技术的进一步发展，酸性CMP技术显现出多项亟待解决的技术难题，比如高粗糙度、难清洗、铜离子沾污、多种材料速率差引起的碟形坑深等问题。

目前市场上使用最为广泛的几种磨料是SiO₂、CeO₂、Al₂O₃。其中，SiO₂常被用于硅片、化合物晶体、金属、宝石等的抛光加工。但在抛光过程中小粒径二氧化硅易产生凝胶，对硬底材料抛光速率低。Cabot、Rodel等公司为提高抛光速率，采用大粒径的二氧化硅磨料，来增强机械磨削作用，进而解决抛光效率低的问题，但又不可避免的引起表面划伤及颗粒残余等问题。当前，国际上普遍采用的二氧化硅磨料粒径为50～70nm。

抛光垫是控制和优化CMP的另一关键组成。在CMP工艺中应用的抛光垫主要是高分子材料抛光垫，其主要成分是发泡体固化的聚氨酯。抛光垫表面和内部有很多微孔，表面具有一定数量的微凸体，较为粗糙。抛光垫的力学性能，微孔形状、孔隙率、沟槽形状等表面组织特征，都可以通过影响抛光液流动和分布，来决定抛光效率和平坦性指标，因此通过不同粒径的磨料，来优化抛光液在抛光垫表面的分布和流动对于平坦化的效果非常关键。

发明内容

本发明提出了一种双粒径非球形二氧化硅、制备方法及其制备的抛光浆料，本发明双粒径非球形二氧化硅磨料制备方法，相比于报道的硅粉水解法和离子交换法，环境友好、条件温和、操作简单。本发明提供的碱性双粒径非球形二氧化硅化学机械抛光浆料在抛光过程中大小粒径的磨料粒子能够协同作用（大粒径磨料填充抛光垫中大的微孔或沟槽，小粒径磨料填充抛光垫中小的微孔或沟槽），进而优化抛光液在抛光垫表面的抛光液流动和分布，同时提高抛光效率，Cu与阻挡层去除速率的一致性，降低抛光表面的微粗糙度，提供了一种潜在的技术路线。同时该浆料呈碱性，能够有效克服酸性抛光液引起的Cu 线条的腐蚀等问题。

实现本发明的技术方案是：

一种双粒径非球形二氧化硅的制备方法，步骤如下：在水醇体系中，以硅酸四乙酯(TEOS)作为硅源，氨水作为催化剂，金属盐作为形貌、粒径控制剂，水解、成核、生长制备得到双粒径非球形二氧化硅。

将氨水、乙醇与金属盐溶液混合，快速加入硅酸四乙酯或硅酸四乙酯的乙醇溶液，在25-60℃下反应16h得到双粒径非球形二氧化硅。

所述金属盐为一价金属盐与二价金属盐中的任一种，金属盐的用量为20-200ppm。

所述一价金属盐包括氯化钾、氯化钠、氯化锂或醋酸银，二价金属盐包括醋酸锌、氯化镁或氯化铜。