CN101096577A - 一种防冻型抛光液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种防冻型抛光液，其特征在于它是由SiO₂溶胶、有机碱、表面活性剂、防冻剂和水混合组成，其中SiO₂溶胶占25％～45％，有机碱占5％～10％，表面活性剂占1％～3％，防冻剂占3～10％，水占32％～66％。其制备方法为取料、过滤、搅拌、再次过滤、产品分装、产品检测。本发明的优越性在于：SiO₂水溶胶抛光液中加入了自主研发的防冻液，可以在零下8℃保持液体状态不冻结而零下11℃以下逐渐冻结，但解冻后SiO₂水溶胶抛光液不凝胶，仍可以正常使用；防冻型抛光液中选用的有机碱能够提高均匀腐蚀的性质，保证抛光的一致性；选用的表面活性剂和渗透剂具有水溶性好、渗透力强、无污染等优点。

Description

一种防冻型抛光液及其制备方法

(一)技术领域：

本发明涉及一种防冻抛光液，特别是一种衬底材料的防冻型抛光液及其制备方法。

(二)背景技术：

抛光液是影响半导体材料化学机械全局平面化(即CMP，以下简称CMP)的决定性因素。它既影响CMP化学作用过程，又影响到机械作用过程.抛光液中的化学成分能够调整pH值，影响氧化物表面的带电类型和电荷量，决定表面的水合过程等化学反应过程。抛光液中的磨料在压力作用下与表面摩擦，影响着反应产物的去除速率。

传统的衬底材料抛光液种类很多：氧化镁水剂、氧化铝水剂、二氧化钦碱性液、二氧化硅碱性液、三氧化二铬氧化性溶液和铜离子溶液等。目前用于层间绝缘膜的抛光液是气相白炭黑，在超纯水中分散形成，二次凝聚后的粒径大小为100nm-200nm.考虑抛光液的稳定性及抛光速率的一致性，其适合的pH值为10～11左右。

美国的一些公司，如Cabot、Rodel等公司采用大粒径磨料(130m左右)来增强抛光过程中的机械作用，进而提高抛光速率，但这种方法同时也产生了表面划伤、残余颗粒难以清洗、抛光液流动性差、易沉淀等缺陷。所以，对衬底材料抛光液的发展方向，应该采取以化学作用为主，采用SiO₂溶胶小粒径磨料、高pH值溶液的技术路线，从而取得高的材料去除率，极低的划伤和颗粒残留，流动性和稳定性都较好的抛光液。

但是SiO₂水溶胶抛光液由于纳米级SiO₂颗粒在零度以下会逐渐凝胶，而解冻后凝结体不会变会原始的分散状态，而是聚合成块，导致无法应用于生产，致使用户需要在冬节来临之前采购整个冬季的用量，导致用户仓储压力过大；或者使用保温车运输，增加运输成本。因此，开发一种工艺简单、便于运输且防冻性能好的抛光液受到了广泛关注。

(三)发明内容：

本发明的目的在于提供一种防冻型抛光液及其制备方法，它能克服SiO₂水溶胶抛光液由于纳米级SiO₂颗粒在零度以下会逐渐凝胶，而解冻后凝结体不会变回原始的分散状态的缺点，保证用户在冬季也达到良好的使用效果，而且制备工艺简单，满足环保要求。

本发明的技术方案：一种防冻型抛光液，其特征在于它是由SiO₂溶胶、有机碱、表面活性剂、防冻剂和水混合组成，其中SiO₂溶胶占25％～45％，有机碱占5％～10％，表面活性剂占1％～3％，防冻剂占3～10％。水占32％～66％。

上述所说的防冻型抛光液的组成部分中，所说的SiO₂溶胶是粒径10～130nm的二氧化硅溶胶。

上述所说的防冻型抛光液的组成部分中，所说的有机碱是多羟多胺、胺碱、羟胺或醇胺。

上述所说的防冻型抛光液的组成部分中，所说的表面活性剂是聚氧乙烯系非离子表面活性剂、多元醇酯类非离子表面活性剂和高分子及元素有机系非离子表面活性剂中的一种或两种以上组合。

上述所说的聚氧乙烯系非离子表面活性剂是聚氧乙烯烷基酚、聚氧乙烯脂肪醇、聚氧乙烯脂肪酸酯、聚氧乙烯胺或聚氧乙烯酰胺。

上述所说的多元醇酯类非离子表面活性剂是乙二醇酯、甘油酯或聚氧乙烯多元醇酯。

上述所说的高分子及元素有机系非离子表面活性剂是环氧丙烷均聚物、元素有机系聚醚或聚氧乙烯无规共聚物。

上述所说的防冻型抛光液的组成部分中，所说的防冻剂是甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇或聚乙二醇。

一种防冻型抛光液的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：

(1)将SiO₂溶胶、有机碱、表面活性剂、防冻剂、水按配方比例取料；

(2)将所取的SiO₂溶胶在室温下经过滤器过滤；

(3)将过滤后的SiO₂溶胶与防冻剂、有机碱灌入离子交换柱内，加入作为助剂的表面活性剂及水，在真空状态下充分搅拌；

(4)将混合均匀后的物料经过滤器再次过滤，得到防冻型抛光液产品；

(5)产品分装；

(6)产品检测。

本发明的工作原理在于：最早的防冻剂是一些无机盐类物质的水溶液，其缺点是冰点下降不大，更严重的是具有一定腐蚀性。后来改用甲醇、乙醇、乙二醇和丙三醇(醇类物质)等作为防冻剂。本案防冻型抛光液中的主要成分是：SiO₂溶胶、有机碱、多种表面活性剂等。在保持抛光液的化学性质不变化的条件下加入适量的防冻剂，可增强抗冻效果，且不影响抛光液的正常使用。

在防冻型抛光液中采用一种特选的有机碱，作为pH值调节剂，有机碱的氢氧根在溶液中缓慢电离，能够长时间的腐蚀表面，同时可以保证腐蚀的均匀性，优化衬底表面粗糙度；同时有机碱还具有络合作用，能够去除部分金属离子。有机碱同时作为pH值调制剂、络合剂、缓蚀剂、分散剂、助氧剂实现了一剂多用。防冻型抛光液中采用特选的非离子表面活性剂能够降低溶液的表面张力，而且具有很强的渗透能力可以增加质量交换，提高抛光的去除速率。另外活性剂还可以实现优先吸附，并在衬底表面形成保护层，防止污染物的二次吸附，能有效去除颗粒等污染物。防冻型抛光液中采用具有高效螯合剂，与金属离子形成大分子稳定的螯合物，能够有效去除几十种金属离子。

本发明的优越性和技术效果在于：(1)SiO₂水溶胶抛光液中加入了防冻液，可以在零下8℃保持液体状态不冻结，零下11℃以下逐渐冻结，但解冻后SiO₂水溶胶抛光液不凝胶，解冻后仍可以正常使用；(2)防冻型抛光液中加入的防冻剂，可以增加抛光液的表面张力；(3)防冻型抛光液中选用有机碱，能够提高均匀腐蚀的性质，保证抛光的一致性；(4)防冻型抛光液中加入了特选的活性剂，能够降低抛光液的表面张力，增强抛光液的渗透性，能够促进质量交换，提高去除速率等；(5)防冻型抛光液中选用的表面活性剂和渗透剂具有水溶性好、渗透力强、无污染等优点；(6)防冻型抛光液中选用高效螯合剂，具有十三个以上螯合环，无金属离子沾污，能够和几十种金属离子形成稳定的螯合物；(7)清洗剂中选用的化学试剂，不污染环境，不易燃烧，属于非破坏臭氧层物质，满足环保要求。

(四)附图说明：

附图为本发明所涉一种防冻型抛光液及其制备方法中抛光液制备方法流程图。

(五)具体实施方式：

实施例1：一种防冻型抛光液，其特征在于它是由SiO₂溶胶、有机碱、表面活性剂、防冻剂和水混合组成。

上述所说的防冻型抛光液的包括七种成分：

成分I：SiO₂溶胶；

成分II：选择有机碱中的三乙醇胺(HOCH₂CH₂)₃；

成分III：选择防冻剂中的乙二醇；

成分IIII：选择表面活性剂中聚氧乙烯醚类渗透剂的环氧乙烷和高级脂肪醇的缩合物(JFC)R-O(C₂H₄O)_nH；

成分V：选择聚氧乙烯醚类表面活性剂中的脂肪醇聚氧乙烯(20)醚，RO(CH₂CH₂O)₂₀H R＝C_12-18H_25-37；

成分VI：选择表面活性剂中的乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA)；

成分VII：H₂O；

七种成分的配比为：成分I占30％，成分II占10％，成分III占10％，成分IIII占3％，成分V占1％，成分VI占1％，成分VII占45％。

上述防冻型抛光液的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：

(1)将SiO₂溶胶、三乙醇胺、环氧乙烷和高级脂肪醇的缩合物、脂肪醇聚氧乙烯、乙二胺四乙酸二钠盐、乙二醇、水按上述配方比例取料；

(2)将所取的SiO₂溶胶在室温下经过滤器过滤；

(3)将过滤后的SiO₂溶胶、乙二醇、三乙醇胺灌入离子交换柱内，加入环氧乙烷和高级脂肪醇的缩合物、脂肪醇聚氧乙烯、乙二胺四乙酸二钠盐和水，在真空状态下充分搅拌；

(4)将混合均匀后的物料经过滤器再次过滤，得到防冻型抛光液产品；

(5)产品分装；

(6)产品检测。

实施例2：一种防冻型抛光液，其特征在于它是由SiO₂溶胶、有机碱、表面活性剂、防冻剂和水混合组成。

上述所说的防冻型抛光液的包括七种成分：

成分I：SiO₂溶胶；

成分II：选择有机碱中的四甲基氢氧化胺；

成分III：选择防冻剂中的聚乙二醇；

成分IIII：选择表面活性剂中的聚氧乙烯失水山梨糖醇单油酸酯(吐温-80)；

成分V：选择表面活性剂中的辛醇聚氧乙烯醚二乙二胺；

成分VI：选择表面活性剂中的四乙酸四羟乙基乙二胺盐；

成分VII：H₂O；

七种成分的配比为：成分I占30％，成分II占10％，成分III占10％，成分IIII占3％，成分V占1％，成分VI占1％，成分VII占45％。

上述防冻型抛光液的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：

(1)将SiO₂溶胶、四甲基氢氧化胺、聚氧乙烯失水山梨糖醇单油酸酯、辛醇聚氧乙烯醚二乙二胺、四乙酸四羟乙基乙二胺盐、聚乙二醇、水按配方比例取料；

(2)将所取的SiO₂溶胶在室温下经过滤器过滤；

(3)将过滤后的SiO₂溶胶与聚乙二醇、四甲基氢氧化胺灌入离子交换柱内，加入聚氧乙烯失水山梨糖醇单油酸酯、辛醇聚氧乙烯醚二乙二胺、四乙酸四羟乙基乙二胺盐和水，在真空状态下充分搅拌；

(4)将混合均匀后的物料经过滤器再次过滤，得到防冻型抛光液产品；

(5)产品分装；

(6)产品检测。

Claims (10)

1、一种防冻型抛光液，其特征在于它是由SiO₂溶胶、有机碱、表面活性剂、防冻剂和水混合组成，其中SiO₂溶胶占25％～45％，有机碱占5％～10％，表面活性剂占1％～3％，防冻剂占3～10％，水占32％～66％。

2、根据权利要求1所说的一种防冻型抛光液，其特征在于所说的SiO₂溶胶是粒径10～130nm的二氧化硅溶胶。

3、根据权利要求1所说的一种防冻型抛光液，其特征在于所说的有机碱是多羟多胺、胺碱、羟胺或醇胺。

4、根据权利要求1所说的一种防冻型抛光液，其特征在于所说的表面活性剂是聚氧乙烯系非离子表面活性剂、多元醇酯类非离子表面活性剂和高分子及元素有机系非离子表面活性剂中的一种或两种以上组合。

5、根据权利要求4所说的一种防冻型抛光液，其特征在于所说的聚氧乙烯系非离子表面活性剂是聚氧乙烯烷基酚、聚氧乙烯脂肪醇、聚氧乙烯脂肪酸酯、聚氧乙烯胺或聚氧乙烯酰胺。

6、根据权利要求4所说的一种防冻型抛光液，其特征在于所说的多元醇酯类非离子表面活性剂是乙二醇酯、甘油酯或聚氧乙烯多元醇酯。

7、根据权利要求4所说的一种防冻型抛光液，其特征在于所说的高分子及元素有机系非离子表面活性剂是环氧丙烷均聚物、元素有机系聚醚或聚氧乙烯无规共聚物。

8、根据权利要求1所说的一种防冻型抛光液，其特征在于所说的防冻剂是醇、乙醇、乙二醇、丙三醇或聚乙二醇。

9、根据权利要求1所说的一种防冻型抛光液，其特征在于防冻抛光液中包括七种成分：

成分I选择SiO₂溶胶，占30％；

成分II选择有机碱中的三乙醇胺(HOCH₂CH₂)₃，占10％；

成分III选择防冻剂中的乙二醇，占10％；

成分IIII选择表面活性剂中聚氧乙烯醚类渗透剂的环氧乙烷和高级脂肪醇的缩合物(JFC)R-O(C₂H₄O)_nH，占3％；

成分V选择聚氧乙烯醚类表面活性剂中的脂肪醇聚氧乙烯(20)醚RO(CH₂CH₂O)₂₀H，R＝C_12-18H_25-37，占1％；

成分VI选择表面活性剂中的乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA)，占1％；

成分VII是H₂O，占45％。

10、一种防冻型抛光液的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：

(1)将SiO₂溶胶、有机碱、表面活性剂、防冻剂、水按配方比例取料；

(2)将所取的SiO₂溶胶在室温下经过滤器过滤；

(3)将过滤后的SiO₂溶胶与防冻剂、有机碱灌入离子交换柱内，加入作为助剂的表面活性剂及水，在真空状态下充分搅拌；

(4)将混合均匀后的物料经过滤器再次过滤，得到防冻型抛光液产品；

(5)产品分装；

(6)产品检测。