CN109233644A - 一种精抛光液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精抛光液及其制备方法，所述精抛光液包括如下重量百分比的组分：纳米氧化铝微粉10‑30％，分散剂5‑10％，螯合剂1‑5％，氧化剂0.5‑5％，抗菌剂0.01‑0.5％，水余量。该发明制备的精抛光液抛光效果好、抛光效率高，挥发性小、对环境无害，且抛光后工件的平整度高，用于半导体的化学机械抛光，尤其是在集成电路中化学机械抛光的应用。

Description

一种精抛光液及其制备方法

技术领域

本发明属于抛光液技术领域，涉及一种精抛光液及其制备方法。

背景技术

随着半导体制造技术飞跃发展,集成电路制造技术已经跨入0.1μm甚至更小的尺寸水平，加工工艺向着更高的电流密度、更高的时钟频率和更多的互联层转移。化学机械抛光简称CMP，其工作原理是加工件在外加压力以及抛光浆料在抛光垫作旋转运动，借助CMP加工液中的磨料的机械磨削和氧化剂的化学腐蚀作用使工件表面达到平坦化要求，CMP技术是从实践发展起来的，其并没有完整的理论资料。

目前，CMP是唯一能够实现硅片局部和全局平坦化的技术。实务当中的化学机械抛光加工分粗磨、中磨和精抛等工序，其中精抛最终决定产品质量的好坏，因此，化学机械精抛液是关键因素之一。CMP的加工液也在不断的更新。

CN105734574A公开了一种抛光液，包括如下质量份的各组分：磷酸1020份～1360份；硫酸367份～734份；铝离子3份～30份；强氧化剂5份～40份；缓蚀剂0.5份～10份；光亮剂0.1份～4份。该发明制备的抛光液具有较好的抛光效果和较高的抛光效率，但是不利于环保。

CN108060421A公开了一种金属材料抛光液，由以下组份的原料制成：柠檬酸13-18份，十二烷基苯磺酸钠8-11份，硬脂酰胺11-13份，草酸钠5-7份，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠7-9份，丙二醇4-6份，胶态二氧化硅5-7份，四硼酸钠12-15份，三梨醇3-7份，乙二醇3-5份；该发明制备的金属材料抛光液增光性好，对环境无害，但是其抛光效果有待提高。

CN102953063A公开了一种金属抛光液，按重量百分数计，由以下各组份组成：油酸钠15～20％、柠檬酸2～5％、三聚磷酸钠5～7％、十二烷基苯磺酸钠3～4％、油基羟乙基咪唑啉1～2％、石英砂8～10％，余量为水；该发明制备的抛光液可有效的消除油污和锈斑，但是不适用于化学机械抛光。

因此，开发一种抛光效果好、抛光效率高、抛光平整化高，且对环境无害的精抛光液非常有必要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种精抛光液及其制备方法，所述精抛光液抛光效果好、抛光效率高，挥发性小、对环境无害，且抛光后工件的平整度高，用于半导体的化学机械抛光，尤其是在集成电路中的应用。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的目的之一在于提供一种精抛光液，所述精抛光液包括如下重量百分比的组分：

本发明选用纳米球形氧化铝微粉为磨料，可提高产品的稳定性，且磨削量大，大大提高生产效率；分散剂和螯合剂配合使用，搭配作用，可软化水质，避免分散剂和水中微量元素结合，影响分散效果，解决了氧化铝磨料易板结，不利于存放的问题。

在本发明中，所述纳米球形氧化铝微粉的重量百分比为10-30％，例如10％、12％、15％、17％、20％、22％、25％、27％、30％等。

本发明以纳米球形氧化铝为磨料，一方面可提高产品的稳定性，另一方面因为纳米球形氧化铝的硬度高，流动性好，且易于分散，可提高产品的平整性，且磨削量大，大大提高了生产效率。

在本发明中，所述分散剂的重量百分比为5-10％，例如5％、6％、7％、8％、9％、10％等。

在本发明中，所述螯合剂的重量百分比为1-5％，例如1％、2％、3％、4％、5％等。

在本发明中，所述氧化剂的重量百分比为0.5-5％，例如0.5％、0.8％、1％、1.2％、1.5％、1.8％、2％、2.3％、2.5％、2.8％、3％、3.2％、3.5％、3.8％、4％、4.2％、4.5％、4.8％、5％等。

在本发明中，所述抗菌剂的重量百分比为0.01-0.5％，例如0.01％、0.05％、0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％、0.35％％、0.4％、0.45％、0.5％等。

在本发明中，所述水的添加量为余量，使得精抛光液所有成分含量总和为100％。

作为本发明的优选技术方案，所述精抛光液包括如下重量百分比的组分：

作为本发明的优选技术方案，所述精抛光液包括如下重量百分比的组分：

在本发明中，所述纳米球形氧化铝微粉的粒径为80-100nm，例如80nm、82nm、85nm、87nm、90nm、92nm、95nm、98nm、100nm等。

在本发明中，所述纳米球形氧化铝微粉是通过气相法或溶液凝胶法制备得到。

本发明以纳米球形氧化铝为磨料，一方面可提高产品的稳定性，另一方面因为纳米氧化铝的硬度高，流动性好，且易于分散，可提高产品的平整性，磨削量大，大大提高了生产效率，且抛光后的工件易于清洗；若纳米氧化铝的粒径太小，则不利于分散，且会对工件产生较大的磨损，影响产品的稳定性；若纳米氧化铝的粒径较大，价格较贵，不利于工业生产应用。

在本发明中，所述分散剂包括萘磺酸盐聚合物、葵二酸或异丙醇胺中的任意一种或至少两种的组合，优选萘磺酸盐聚合物。

在本发明中，所述萘磺酸盐聚合物的数均分子量为2300-4800，例如2300、2500、2700、3000、3300、3500、3800、4000、4200、4500、4800等。

本发明选用分子量为2300-4800的萘磺酸盐聚合物作为分散剂，可有效的解决纳米氧化铝微粉易团聚、板结的问题，悬浮性较好。

在本发明中，所述螯合剂为羟乙基乙二胺、二羟基戊三酸、羟基丁二酸或磺基水杨酸中任意一种或至少两种的组合，优选羟乙基乙二胺和二羟基戊三酸的组合。

在本发明中，所述羟乙基乙二胺和二羟基戊三酸的质量比0.5:1-1:1，例如0.5:1、0.6:1、0.7:1、0.8:1、0.9:1、1:1等。

本发明选用羟乙基乙二胺和二羟基戊三酸二者配合使用具有较好的螯合效果，从而提高最终产品的抛光效果；若二者的比例范围不在本发明规定的范围内，则螯合作用会降低，从而影响最终产品的性能。

在本发明中，分散剂和螯合剂配合使用，搭配作用，可软化水质，避免分散剂和水中微量元素结合，影响分散效果，解决了氧化铝磨料易板结，不利于存放的问题。

在本发明中，所述氧化剂为高铁酸钠、硫代硫酸钠或硫代硫酸铵中任意一种或至少两种的组合，优选硫代硫酸钠。

在本发明中，所述抗菌剂包括磷酸二氢铵、甲基异噻唑酮、咪唑类、季铵盐等中的任意一种或至少两种的组合，优选甲基异噻唑酮。

本发明选用的甲基异噻唑酮既可作为杀菌剂，也可作为防腐剂，同时还可作为杀虫剂，对抑制微生物的生长有很好的作用。

本发明的目的之二在于提供了一种精抛光液的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将纳米氧化铝微粉、分散剂和水混合，搅拌溶解，得到第一混合物；

(2)将螯合剂、氧化剂以及其他助剂加入步骤(1)制备得到的第一混合物中，搅拌溶解，得到所述精抛光液。

本发明在制备精抛光液过程中，先将纳米氧化铝微粉、分散剂和水混合均匀后，再将其他助剂混合在一起利于纳米氧化铝磨料分散均匀，并且利于体系稳定，若将所有原料直接混合，则不利于体系的稳定，会缩短保存时间，因此制备工艺简单，生产周期短，体系稳定，利于长久保存。

本发明的目的之三在于提供一种如目的之一所述的精抛光液在集成电路化学机械抛光中的应用。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明选用纳米级球形氧化铝微粉，和分散剂搭配使用，一方面可提高产品的稳定性，另一方面可提高抛光后产品表面的平整度；本发明选用分散剂和螯合剂，配合使用，可以软化水质，避免分散剂和水中的微量元素结合，影响分散效果；本发明制备的精抛光液抛光效率高，挥发性小，对人身体健康危害小，抛光后工件的平整度高，不会对工件产生划痕，且制备工艺简单，生产周期短，体系稳定，保质期久，应用范围广。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

本实施例提供一种精抛光液，包括如下重量百分比的组分：

其中纳米球形氧化铝微粉的粒径为100nm，分散剂为萘磺酸盐聚合物，萘磺酸盐聚合物的分子量为4000，所述螯合剂为羟乙基乙二胺和二羟基戊三酸的组合，羟乙基乙二胺和二羟基戊三酸的质量比0.8:1，氧化剂为硫代硫酸钠，抗菌剂为甲基异噻唑酮。

所述精抛光液的制备方法为：

(1)将纳米氧化铝微粉、分散剂和水混合，搅拌溶解，得到第一混合物；

(2)将螯合剂、氧化剂以及其他助剂加入步骤(1)制备得到的第一混合物中，搅拌溶解，得到所述精抛光液。

实施例2

本实施例提供一种精抛光液，包括如下重量百分比的组分：

其中纳米球形氧化铝微粉的粒径为80nm，分散剂为萘磺酸盐聚合物，萘磺酸盐聚合物的分子量为3000，所述螯合剂为羟乙基乙二胺和二羟基戊三酸的组合，羟乙基乙二胺和二羟基戊三酸的质量比1:1，氧化剂为硫代硫酸钠，抗菌剂为甲基异噻唑酮。

所述精抛光液的制备方法为：

(1)将纳米氧化铝微粉、分散剂和水混合，搅拌溶解，得到第一混合物；

(2)将螯合剂、氧化剂以及其他助剂加入步骤(1)制备得到的第一混合物中，搅拌溶解，得到所述精抛光液。

实施例3

本实施例提供一种精抛光液，包括如下重量百分比的组分：

其中纳米球形氧化铝微粉的粒径为100nm，分散剂为萘磺酸盐聚合物，萘磺酸盐聚合物的分子量为4800，所述螯合剂为羟乙基乙二胺和二羟基戊三酸的组合，羟乙基乙二胺和二羟基戊三酸的质量比0.5:1，氧化剂为硫代硫酸钠，抗菌剂为甲基异噻唑酮。

所述精抛光液的制备方法为：

(1)将纳米氧化铝微粉、分散剂和水混合，搅拌溶解，得到第一混合物；

(2)将螯合剂、氧化剂以及其他助剂加入步骤(1)制备得到的第一混合物中，搅拌溶解，得到所述精抛光液。

实施例4

本实施例提供一种精抛光液，包括如下重量百分比的组分：

其中纳米球形氧化铝微粉的粒径为100nm，分散剂为萘磺酸盐聚合物，萘磺酸盐聚合物的分子量为2300，所述螯合剂为羟乙基乙二胺和二羟基戊三酸的组合，羟乙基乙二胺和二羟基戊三酸的质量比0.7:1，氧化剂为硫代硫酸钠，抗菌剂为甲基异噻唑酮。

所述精抛光液的制备方法为：

(1)将纳米氧化铝微粉、分散剂和水混合，搅拌溶解，得到第一混合物；

(2)将螯合剂、氧化剂以及其他助剂加入步骤(1)制备得到的第一混合物中，搅拌溶解，得到所述精抛光液。

实施例5

本实施例提供一种精抛光液，包括如下重量百分比的组分：

其中纳米球形氧化铝微粉的粒径为95nm，分散剂为萘磺酸盐聚合物，萘磺酸盐聚合物的分子量为2500，所述螯合剂为羟乙基乙二胺和二羟基戊三酸的组合，羟乙基乙二胺和二羟基戊三酸的质量比0.8:1，氧化剂为硫代硫酸钠，抗菌剂为甲基异噻唑酮。

所述精抛光液的制备方法为：

(1)将纳米氧化铝微粉、分散剂和水混合，搅拌溶解，得到第一混合物；

(2)将螯合剂、氧化剂以及其他助剂加入步骤(1)制备得到的第一混合物中，搅拌溶解，得到所述精抛光液。

实施例6

该实施例与实施例1的不同之处仅在于，纳米氧化铝微粉的粒径为50nm，其余原料与原料用量以及制备方法均与实施例1相同。

实施例7

该实施例与实施例1的不同之处仅在于，纳米氧化铝微粉的粒径为150nm，其余原料与原料用量以及制备方法均与实施例1相同。

实施例8

该实施例与实施例1的不同之处仅在于，羟乙基乙二胺和二羟基戊三酸的质量比为0.2:1，其余原料与原料用量以及制备方法均与实施例1相同。

实施例9

该实施例与实施例1的不同之处仅在于，羟乙基乙二胺和二羟基戊三酸的质量比为2:1，其余原料与原料用量以及制备方法均与实施例1相同。

实施例10

该实施例与实施例1的不同之处仅在于，萘磺酸盐聚合物的分子量为1500，其余原料与原料用量以及制备方法均与实施例1相同。

实施例11

该实施例与实施例1的不同之处仅在于，萘磺酸盐聚合物的分子量为6000，其余原料与原料用量以及制备方法均与实施例1相同。

实施例12

该实施例与实施例1的不同之处仅在于，用葵二酸替代萘磺酸盐聚合物，其余原料与原料用量以及制备方法均与实施例1相同。

实施例13

该实施例与实施例1的不同之处仅在于，用高铁酸钠替代硫代硫酸钠，其余原料与原料用量以及制备方法均与实施例1相同。

实施例14

该实施例与实施例1的不同之处仅在于，用磷酸二氢铵替代甲基异噻唑酮，其余原料与原料用量以及制备方法均与实施例1相同。

对比例1

该对比例与实施例1的不同之处仅在于精抛光液的制备原料中不包括螯合剂，而分散剂的添加量为实施例1中分散剂和螯合剂的添加量之和，即分散剂添加的重量百分比为10％，其余原料与原料用量以及制备方法均与实施例1相同。

对比例2

该对比例与实施例1的不同之处仅在于精抛光液的制备原料中不包括分散剂，其余原料与原料用量以及制备方法均与实施例1相同。

对比例3

该对比例与实施例1的不同之处仅在于精抛光液的制备原料中不包括分散剂和螯合剂，其余原料与原料用量以及制备方法均与实施例1相同。

利用抛光机使用实施例1-14和对比例1-3所述的精抛光液，配合阻尼布对铜合金板进行研磨抛光处理，测试研磨后铜合金工件的粗糙度以及去除尺寸；用光度仪测试光泽度；以及通过气质联用测试VOC的含量；测试后的结果如表1：

表1

由表1的结果可知，本发明制备的精抛光液具有较好的抛光效果，抛光后工件的平整化高，光泽度好，表面无划痕，且对环境无害；由实施例1和实施例6-7的对比可知，制备原料中纳米氧化铝微粉的粒径不在本发明规定的范围内，会影响抛光效果，当粒径较高时，产品性能较好，但是价格较贵不利于工业应用，当粒径偏低时，工件的粗糙度会较高；由实施例1和实施例8-9的对比可知，制备原料中羟乙基乙二胺和二羟基戊三酸的组分配比不在本发明限定的范围内，则抛光效果达不到最佳，且会影响工件的平整光滑度；由实施例1和实施例10-14的对比可知，当用其他的原料替代时，则抛光效果达不到最佳，且会增加工件的粗糙度Ra；由实施例1和对比例1的对比可知，当制备原料中不包括螯合剂时，则会影响抛光效果，且工件表面的粗糙度也较高；由实施例1和对比例2的对比可知，当制备原料中不包括分散剂，则制备的精抛光液会大大影响玻璃工件的平滑程度；由实施例1和对比例3的对比可知，当精抛光液的制备原料中不包括分散剂和螯合剂时，则会对抛光效果产生较大影响，且会对抛光后的工件产生较大影响；因此，本发明提供的精抛光液可以保证具有较好的抛光效果，抛光后的工件平整度和光滑度均较高，且对环境无害。

申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种精抛光液，其特征在于，所述精抛光液包括如下重量百分比的组分：

2.根据权利要求1所述的精抛光液，其特征在于，所述精抛光液包括如下重量百分比的组分：

3.根据权利要求1或2所述的精抛光液，其特征在于，所述精抛光液包括如下重量百分比的组分：

4.根据权利要求1-3任一项所述的精抛光液，其特征在于，所述纳米球形氧化铝微粉的粒径为80-100nm；

优选地，所述纳米球形氧化铝微粉是通过气相法或溶液凝胶法制备得到。

5.根据权利要求1-4任一项所述的精抛光液，其特征在于，所述分散剂为萘磺酸盐聚合物、葵二酸或异丙醇胺中的任意一种或至少两种的组合，优选萘磺酸盐聚合物；

优选地，所述萘磺酸盐聚合物的数均分子量为2300-4800。

6.根据权利要求1-5任一项所述的精抛光液，其特征在于，所述螯合剂为羟乙基乙二胺、二羟基戊三酸、羟基丁二酸或磺基水杨酸中的任意一种或至少两种的组合，优选羟乙基乙二胺和二羟基戊三酸的组合；

优选地，所述羟乙基乙二胺和二羟基戊三酸的质量比0.5:1-1:1。

7.根据权利要求1-6任一项所述的精抛光液，其特征在于，所述氧化剂为高铁酸钠、硫代硫酸钠或硫代硫酸铵中的任意一种或至少两种的组合，优选硫代硫酸钠。

8.根据权利要求1-7任一项所述的精抛光液，其特征在于，所述抗菌剂包括磷酸二氢铵、甲基异噻唑酮、咪唑类或季铵盐中的任意一种或至少两种的组合，优选甲基异噻唑酮。

9.根据权利要求1-8任一项所述的精抛光液的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将纳米氧化铝微粉、分散剂和水混合，搅拌溶解，得到第一混合物；

(2)将螯合剂、氧化剂以及其他助剂加入步骤(1)制备得到的第一混合物中，搅拌溶解，得到所述精抛光液。

10.根据权利要求1-9所述的精抛光液在集成电路化学机械抛光中的应用。