CN105778776A - 一种蓝宝石抛光废液的再使用方法 - Google Patents

Abstract

一种蓝宝石抛光废液的再使用方法。本发明涉及一种抛光高k金属栅的方法，其中用于抛光高k金属栅的抛光液为使用抛光时间超过1小时的蓝宝石抛光废液，该蓝宝石抛光废液中包含二氧化硅研磨颗粒，所述二氧化硅研磨颗粒的粒径在1nm-1000nm之间，所述蓝宝石抛光废液的pH值为在9-11之间。本发明的方法可同时满足高k金属栅超高Al/SiO₂抛光选择比的要求，又可实现蓝宝石抛光废液再处理。

Description

一种蓝宝石抛光废液的再使用方法

技术领域

本发明涉及一种蓝宝石抛光废液的再使用方法，同时也是一种抛光高k金属栅的新方法。

背景技术

随着节能灯、智能终端设备的推广，蓝宝石衬底得到了越来越广泛的应用。蓝宝石质硬(莫氏硬度为9，仅次于金刚石)、化学惰性，难以加工。但为达到所需的镜面效果，通常仍需耗费数小时进行化学机械抛光精抛工艺。目前蓝宝石精抛液需求量大，如很多大的蓝宝石厂，每月所需的精抛液在几十吨甚至上百吨。与此同时，废液处理成为一道难题。胶体二氧化硅(SiO₂)基碱性蓝宝石抛光废液，直接倾倒达不到环保要求；而每月处理几十吨甚至上百吨废液，则对利润微薄的蓝宝石厂构成沉重成本压力。

另一方面，在集成电路领域，随着晶体管特征尺寸的持续减小，高k金属栅技术几乎成为45nm以下级别制程的必备技术。这一技术对化学机械抛光工艺主要挑战有：高Al抛光速率以保证高加工效率；极低的SiO₂抛光速率以控制栅高度。为克服这一挑战，抛光颗粒的选择至关重要。选用胶体二氧化硅(SiO₂)时，通常只能得到100量级的Al对SiO₂材料的抛光选择比，但抛光液体系稳定、抛光后缺陷少；选用胶体氧化铝时，较容易得到1000量级的Al对SiO₂材料的优异抛光选择比，但基于氧化铝本身较差的稳定性，该抛光液难以得到实际应用。

如何同时解决以上两方面的技术问题，目前的现有技术均有不同的方法，而本申请的发明人，则创造性地提出，将蓝宝石抛光废液用于高k金属栅的抛光，既使得蓝宝石抛光废液得到再利用；又利用抛光废液中胶体二氧化硅表面被包裹上氧化铝的特性、解决了高k金属栅超高Al/SiO₂抛光选择比的要求。

发明内容

本发明的目的是克服前述现有技术中存在的缺陷，揭示了一种可同时满足高k金属栅超高Al/SiO₂抛光选择比的要求，又可实现蓝宝石抛光废液再处理的方法。

本发明的一方面在于提供一种抛光高k金属栅的方法，其中用于抛光高k金属栅的抛光液为使用抛光时间超过1小时的蓝宝石抛光废液，该蓝宝石抛光废液中包含二氧化硅研磨颗粒，所述二氧化硅研磨颗粒的粒径在1nm-1000nm之间，所述蓝宝石抛光废液的pH值为在9-11之间。

该蓝宝石抛光废液除二氧化硅研磨颗粒外，还包括有溶剂，例如水。

其中，前蓝宝石抛光废液在对高k金属栅进行抛光前，通过滤芯进行过滤纯化，例如经过0.3um滤芯过滤，以去除0.3um以上异常大颗粒。

其中，该用于抛光高k金属栅的抛光液，并不含有第三主族金属氧化物研磨颗粒。

根据本领域的一般理解，在高k金属栅的抛光中，为达到超高的Al/SiO2抛光选择比，只有使用金属氧化物颗粒，特别地为第三主族金属氧化物。而通常情况下，第三主族金属氧化物颗粒稳定性较胶体SiO₂差，难以实际应用。具体来说，在高k金属栅的抛光中，主要抛光的材料是Al/SiO2。在现有技术中，选用胶体二氧化硅(SiO2)作为研磨颗粒时，通常只能得到100量级的Al对SiO2材料的抛光选择比，但抛光液体系稳定、抛光后缺陷少。而选用这些金属氧化物时，较容易得到1000量级的Al对SiO2材料的优异抛光选择比，但基于金属氧化物本身较差的稳定性，该抛光液难以得到实际应用。通常情况下，抛光液的选择比越高，越能降低栅SiO2材料的高度损失。只要不产生新的其它缺陷，高Al对SiO2材料的抛光选择比对高k金属栅抛光有利。而本申请的发明人惊奇地发现，使用蓝宝石抛光废液中的二氧化硅研磨颗粒，不仅能够弥补金属氧化物颗粒不稳定的不足，且其Al/SiO2抛光选择比也可保持在较高的水平，足以满足高k金属栅的抛光要求。

以上蓝宝石抛光废液是指用于抛光蓝宝石的抛光液，其抛光时间超过1小时以上的抛光液。其也可以是重复使用超过二次以上的抛光液。更特别地，可以是重复使用超过四次以上的抛光液。其中，每次重复使用的时间均超过1小时。更优选地，为2小时。

一般而言，在蓝宝石抛光废液中所含有的二氧化硅研磨颗粒，可替代第三主族金属氧化物研磨颗粒，对高k金属栅进行抛光。此处作为举例，给出一种用于抛光高k金属栅的抛光液，其包括了氧化剂，螯合剂以及阳离子表面活性剂。

其中，上述氧化剂选自双氧水、过硫酸铵、硝酸铁等常规氧化剂中的一种或多种。

其中，上述氧化剂浓度在0-5wt％之间。

其中，上述螯合剂选自EDTA及多元羧酸、多元磷酸中的一种或多种等化合物。

其中，上述所述螯合剂浓度在0-5wt％之间。

其中，上述阳离子表面活性剂为季铵型表面活性剂。

其中，上述季铵型表面活性剂选自十二烷基三甲基溴化铵、十二烷基二甲基苄基溴化铵、十四烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基溴化铵和四丁基氯化铵中的任意一种或几种。

其中，上述阳离子表面活性剂浓度在0-1wt％之间。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

效果实施例

抛光条件相同，抛光参数如下：Logitech.抛光机，陶氏电子IC1000抛光垫，3英寸Al及SiO₂晶圆片，向下压力3psi，转盘转速/抛光头转速＝60/80rpm，抛光时间120s，化学机械抛光液流速100mL/min。结果如下表：

实施例1,2中的研磨颗粒是包含于已经应用于抛光蓝宝石，且重复使用四次的抛光废液中的研磨颗粒。且每次使用时间为2小时。

从以上实施例(对比例1，实施例1)中可知，相较单纯的未经蓝宝石抛光的二氧化硅研磨颗粒，本申请中从蓝宝石抛光废液中回收得到的研磨颗粒，其对二氧化硅的研磨速率降低，对铝的研磨速率略有提高，而整体而言，大大提高了铝/二氧化硅的选择比。从而，这种研磨颗粒，更适应于抛光高k金属栅。且从实施例2可知，将这种二氧化硅研磨颗粒进一步加入含有双氧水，EDTA以及阳离子表面活性剂的抛光液中，其对二氧化硅的研磨速率进一步降低，对铝/二氧化硅的选择比进一步提高，达到1000量级。

应当理解的是，本发明所述％均指的是质量百分含量。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (12)

1.一种抛光高k金属栅的方法，其特征在于，所述用于抛光高k金属栅的抛光液为使用抛光时间超过1小时的蓝宝石抛光废液，所述蓝宝石抛光废液中包含二氧化硅研磨颗粒，所述二氧化硅研磨颗粒的粒径在1nm-1000nm之间，所述蓝宝石抛光废液的pH值为在9-11之间。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述蓝宝石抛光废液在对高k金属栅进行抛光前，通过滤芯进行过滤纯化。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述用于抛光高k金属栅的抛光液中不含有第三主族金属研磨颗粒。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述二氧化硅研磨颗粒的浓度为0.00001-50wt％。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述于抛光高k金属栅的抛光液含有氧化剂，螯合剂以及阳离子表面活性剂。

6.如权利要求5所述的方法，其中，所述氧化剂选自双氧水、过硫酸铵、硝酸铁中的一种或多种。

7.如权利要求5所述的方法，其中，所述氧化剂浓度在0-5wt％之间。

8.如权利要求5所述的方法，其中，所述螯合剂选自EDTA及多元羧酸、多元磷酸中的一种或多种。

9.如权利要求5所述的方法，其中，所述螯合剂浓度在0-5wt％之间。

10.如权利要求5所述的方法，其中，所述阳离子表面活性剂为季铵型表面活性剂。

11.如权利要求10所述的方法，其中，所述季铵型表面活性剂选自十二烷基三甲基溴化铵、十二烷基二甲基苄基溴化铵、十四烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基溴化铵和四丁基氯化铵中的任意一种或几种。

12.如权利要求5所述的方法，其中，所述阳离子表面活性剂浓度在0-1wt％之间。