CN102010658B

CN102010658B - 钨钼合金材料化学机械抛光液的制备方法

Info

Publication number: CN102010658B
Application number: CN 201010230950
Authority: CN
Inventors: 刘玉岭; 潘国峰; 陈海涛
Original assignee: JINGLING MICRO-ELECTRONIC MATERIAL Co Ltd TIANJIN
Current assignee: JINGLING MICRO-ELECTRONIC MATERIAL Co Ltd TIANJIN
Priority date: 2010-07-21
Filing date: 2010-07-21
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2030-07-21
Also published as: CN102010658A

Abstract

本发明涉及一种钨钼合金材料化学机械抛光液的制备方法，旨在提供一种采用负压涡流搅拌的方法制备抛光液，以避免避免硅溶胶的凝胶或溶解，同时，避免有害物质进入抛光液中，提高抛光液的纯度。采用电阻为18MΩ的超纯去离子水清洗透明密闭反应器及其进料管道；将混合磨料溶胶加入到透明密闭反应器中，对透明密闭反应器抽真空使反应器内成负压完全涡流状态，形成涡流搅拌，边涡流搅拌边加入电阻为18MΩ以上的超纯去离子水；边涡流搅拌边将表面活性剂、FA/O螯合剂在负压的作用下抽入到透明密闭反应器中；边进行涡流搅拌边将碱性pH值调节剂在负压的作用下抽入到透明密闭反应器中，调节pH值为10～11，涡流搅拌均匀得到抛光液。

Description

钨钼合金材料化学机械抛光液的制备方法

技术领域

本发明属于材料表面处理技术，尤其涉及一种钨钼合金材料化学机械抛光液的制备方法。

背景技术

钨和钼都是银白色有光泽的金属，在常温下钨和钼很不活泼，与大多数非金属(除氟外)不发生反应，具有硬度大，耐磨、耐腐蚀等特性，广泛用于制造合金等领域。钨、钼能形成许多性能优良的杂多化合物。由于钨、钼具有优异的物理、机械、抗腐蚀和核性能，研究钨钼合金的表面平整化工艺有很大的实用价值。而目前钨钼合金表面平整化最大的困难就是去除速率偏低，以及表面粗糙度高。CMP是目前认为几乎唯一的可以提供全局平面化的技术。

目前国内对合金材料的抛光液研究方面甚少，所用的抛光液大部分靠进口，原因之一就是国内传统抛光液制备方法带来的污染等负面作用。传统的制备方法采用单一硅溶胶磨料与其他组分复配及机械搅拌等制备方法。硅溶胶磨料自身pH值6以下要在pH值调节剂作用下经过凝胶化区域(pH值6～8)得到制备的碱性抛光液。高浓度钨钼合金材料抛光液制备过程中，由于pH值调节剂在添加时不能在机械搅拌作用下在硅溶胶溶液中快速、均匀扩散，致使硅溶胶溶液层流区局部pH值过高而破坏硅溶胶自身的双电层结构发生凝聚(12＞pH值＞11.5)或水化溶解(pH值＞12)。所得抛光液再经过滤处理后，成品率进一步大幅下降。其次，开放式的机械搅拌方式与制备设备含有有机物、金属离子、大颗粒等有害成分，在搅拌过程中不可避免地会进入抛光液中，所制备的抛光液通常金属离子含量在几个ppm数量级以上，无法制备高纯度抛光液，造成后续加工中成本的提高及器件成品率的降低。特别是像钠离子等强电解质金属离子沾污浓度过高时会使硅溶胶凝胶，造成抛光液报废。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中的不足，提供一种使用非金属反应器采用负压涡流搅拌的方法制备高浓度钨钼合金材料表面化学机械抛光液，以避免避免硅溶胶的凝胶或溶解，同时，避免有机物、金属离子、大颗粒等有害物质进入抛光液中，提高抛光液的纯度。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

一种钨钼合金材料化学机械抛光液的制备方法，其特征是：

(1)采用电阻为18MΩ的超纯去离子水清洗透明密闭反应器及其进料管道；所述透明密闭反应器的材料为聚丙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲脂中的任一种；

(2)将混合磨料溶胶加入到透明密闭反应器中，对透明密闭反应器抽真空使反应器内成负压完全涡流状态，形成涡流搅拌，并在完全涡流搅拌的作用下边搅拌边加入电阻为18MΩ以上的超纯去离子水，得到稀释的硅溶胶溶液；

(3)边进行完全涡流搅拌边将表面活性剂、FA/O螯合剂在负压的作用下抽入到透明密闭反应器中；

(4)边进行完全涡流搅拌边将碱性pH值调节剂在负压的作用下抽入到透明密闭反应器中，调节pH值为10～11，完全涡流搅拌均匀得到抛光液；

得到的抛光液按质量百分比的组成为：表面活性剂为0.25-1％，FA/O螯合剂0.5-1％，碱性pH值调节剂为0.5-2％；混合磨料溶胶为50-60％，余量为电阻为18MΩ的超纯去离子水。

所述混合磨料溶胶是指在SiO₂的质量百分比浓度为40-50％、粒径为15-25nm的纳米级硅溶胶中加入Al₂O₃磨料粉末得到的混合物。所用Al₂O₃磨料粉末的加入量为纳米级硅溶胶重量的2-5％，Al₂O₃磨料粉末的粒径为200-500nm。

所述表面活性剂为FA/O表面活性剂、O_π-7((C₁₀H₂₁-C₆H₄-O-CH ₂CH₂O)₇-H)、O_π-10((C₁₀H₂₁-C₆H₄-O-CH₂CH₂O)₁₀-H)、O-20(C_12-18H_25-37-C₆H₄-O-CH₂CH₂O)₇₀-H)、JFC中的任一种。其中，FA/O表面活性剂为天津晶岭微电子材料有限公司市售产品。

所述碱性pH值调节剂可以选用抛光液常规组分，最好选用有机胺碱，如乙醇胺、四羟乙基乙二胺等。

FA/O螯合剂为天津晶岭微电子材料有限公司市售产品，为乙二胺四乙酸四(四羟乙基乙二胺)，可简写为NH₂RNH₂，其结构式为：

本发明具有下述技术效果：

1、本发明的抛光液制备过程中通过物料加入顺序的控制，使非离子表面活性剂充分包裹硅溶胶磨料颗粒表层，有效强化了硅溶胶磨料颗粒保护作用。在碱性pH调节剂作用下，负压完全涡流搅拌形式能使硅溶胶磨料快速通过凝胶化区域达到硅溶胶磨料自身胶粒稳定化，避免了传统机械搅拌下硅溶胶水溶液层流区局部碱性pH调节剂浓度过高而导致抛光液制备过程中硅溶胶的不可逆的快速凝聚与溶解。同时，采用完全呈涡流搅拌的方式，能够有效避免有机物、金属离子、大颗粒等有害物质进入抛光液中，提高抛光液的纯度，有效提高了抛光液制备的成品率。该制备方法工艺简单可控，大大提高了抛光液制备的生产效率与生产质量，大幅降低生产成本。

2、反应器使用透明的非金属材料，能够避免有机物、金属离子、大颗粒等有害物质进入到抛光液中，从而降低金属离子的浓度，避免因金属离子浓度过高造成硅溶胶凝聚现象的出现，同时，提高了抛光液的纯度，有利于提高钨钼合金材料的抛光质量，能够降低后续加工的成本，提高器件成品率。

3、本发明的抛光液为碱性，对设备无腐蚀，硅溶胶稳定性好，解决了酸性抛光液污染重、易凝胶等诸多弊端。而且，钨钼合金材料在pH值为9～12时，易生成可溶性的化合物，从而易脱离表面。

4、本发明选用纳米SiO₂溶胶及Al₂O₃的混合磨料作为抛光液磨料，其SiO₂粒径小(15-25nm)、浓度高(40-50％)、硬度小(对基片损伤度小)、分散度好，能够达到高速率高平整低损伤抛光、污染小，而Al₂O₃磨料粒径大(200～500nm)，所以去除速率快，解决了单一硅溶胶磨料去除速率低、易沉淀等诸多弊端。

具体实施方式

以下结合较佳实施例，对依据本发明提供的具体实施方式详述如下：

分散度的表示方法为：体均粒径/数均粒径。

实施例1

(1)采用电阻为18MΩ的超纯去离子水对透明聚乙烯材料密闭反应釜及进料管道清洗三遍，使清洗后废液的电阻不低于16MΩ。

(2)将SiO₂的质量百分比浓度为50％、粒径为15-25nm的纳米级硅溶胶1920g和粒径为200-500nm的Al₂O₃粉末80g加入到清洗后的透明密闭反应器中，使透明密闭反应器内呈负压完全涡流状态，并在完全涡流搅拌的作用下边搅拌边在负压的作用下抽入电阻为18MΩ超纯去离子水1880g，得到稀释的硅溶胶溶液。

(3)边进行完全涡流搅拌边通过清洗后的管道将FA/O表面活性剂40g、FA/O螯合剂40g依次加入到透明密闭反应釜中，持续保持完全涡流状态。

(5)边进行完全涡流搅拌边将40g乙醇胺通过清洗后的管道抽入到透明密闭反应器中，充分完全涡流搅拌5-15分钟后得到pH值为10-11的抛光液即可灌装。经检测金属离子含量达数十ppb级以下，分散度为1.12。

实施例2

(2)将SiO₂的质量百分比浓度为50％、粒径为15-25nm的纳米级硅溶胶2300g和粒径为200-500nm的Al₂O₃粉末100g加入到清洗后的透明密闭反应器中，使透明密闭反应器内呈负压完全涡流状态，并在完全涡流搅拌的作用下边搅拌边在负压的作用下抽入电阻为18MΩ超纯去离子水1500g，得到稀释的硅溶胶溶液。

(3)边进行完全涡流搅拌边通过清洗后的管道将JFC40g、FA/O螯合剂30g依次加入到透明密闭反应釜中，持续保持完全涡流状态。

(5)边进行完全涡流搅拌边将30g四羟乙基乙二胺通过清洗后的管道抽入到透明密闭反应器中，充分完全涡流搅拌5-15分钟后得到pH值为10-11的抛光液即可灌装。

经检测金属离子含量达数十ppb级以下，分散度为1.14。

Claims

1.一种钨钼合金材料化学机械抛光液的制备方法，其特征是：

（1）采用电阻为18MΩ的超纯去离子水清洗透明密闭反应器及其进料管道；所述透明密闭反应器的材料为聚丙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的任一种；

（2）将混合磨料溶胶通过清洗后的管道加入到清洗后的透明密闭反应器中，对透明密闭反应器抽真空使反应器内成负压完全涡流状态，形成涡流搅拌，并在完全涡流搅拌的作用下边搅拌边加入电阻为18MΩ以上的超纯去离子水，得到稀释的硅溶胶溶液；

（3）边进行完全涡流搅拌边将表面活性剂、FA/O螯合剂在负压的作用下抽入到透明密闭反应器中；

（4）边进行完全涡流搅拌边将碱性pH值调节剂在负压的作用下抽入到透明密闭反应器中，调节pH值为10～11，完全涡流搅拌均匀得到抛光液；

得到的抛光液按质量百分比的组成为：表面活性剂为0.25-1%，FA/O螯合剂0.5-1%，碱性pH值调节剂为0.5-2%；混合磨料溶胶为50-60%，余量为电阻为18M Ω的超纯去离子水；

所述混合磨料溶胶是在SiO₂的质量百分比浓度为40-50%、粒径为15-25nm的纳米级硅溶胶中加入Al₂O₃磨料粉末得到的混合物；其中所用Al₂O₃磨料粉末的加入量为纳米级硅溶胶重量的2-5%，Al₂O₃磨料粉末的粒径为200-500nm。

2.根据权利要求1所述的钨钼合金材料化学机械抛光液的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂为FA/O表面活性剂、O_π-10、O-20、O_π-7、JFC中的任一种。

3.根据权利要求1所述的钨钼合金材料化学机械抛光液的制备方法，其特征在于，所述碱性pH值调节剂为有机胺碱。