納米二氧化鈰拋光液組合物的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種適用于水晶、光掩模用石英玻璃、半導(dǎo)體裝置、玻璃制硬盤(pán)、硅氧烷類(lèi)等的半導(dǎo)體裝置的層間絕緣膜用低介電常數(shù)材料等拋光用氧化鈰拋光液。該拋光液含有表面改性的納米氧化鈰、二氧化硅、分散劑、氧化劑、堿性化合物、醇化合物和水。其中，優(yōu)選用硬脂酸處理過(guò)的納米氧化鈰，其粒徑優(yōu)選10-100nm，質(zhì)量含量為1-10％；優(yōu)選膠體二氧化硅的粒徑為40-100nm，質(zhì)量含量為0.1-5％；優(yōu)選0.01-5％的高分子分散劑，1-10％的過(guò)氧化氫氧化劑，其余為醇水混合物，漿料的pH值在8-10。本發(fā)明的納米氧化鈰拋光液，選擇表面改性的納米氧化鈰，加入適量的二氧化硅，既減少了研磨引發(fā)時(shí)間又提高了處理穩(wěn)定性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】納米二氧化鈰拋光液組合物

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種納米二氧化鈰拋光液組合物，該拋光液組合物具有良好的分散性及存儲(chǔ)穩(wěn)定性，并且具有優(yōu)異的拋光性，拋光效率高，表面性能好，不會(huì)產(chǎn)生劃痕。使用于水晶、光掩模用石英玻璃、半導(dǎo)體裝置、玻璃制硬盤(pán)、硅氧烷類(lèi)、有機(jī)聚合物類(lèi)、多孔材料類(lèi)、CVD聚合物等的半導(dǎo)體裝置的層間絕緣膜用低介電常數(shù)材料的拋光。

【背景技術(shù)】
[0002]稀土氧化物二氧化鈰是一種廉價(jià)而用途廣泛的材料，相比于氧化鋁和二氧化硅磨料，氧化鈰磨料硬度低，從而難以劃傷研磨表面，且具有拋光表面粗糙度低，拋光效率高等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛用于半導(dǎo)體、絕緣薄層、精密玻璃、超大規(guī)模集成電路二氧化硅介質(zhì)層化學(xué)機(jī)械拋光，還有光掩模用玻璃的表面、硬盤(pán)用玻璃基板、液晶或電漿顯示器用玻璃基板、CRT用玻璃等玻璃、水晶的研磨。但傳統(tǒng)的氧化鈰漿料具有以下缺點(diǎn):經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存后，漿料不穩(wěn)定，氧化鈰顆粒易沉淀，并且再分散時(shí)容易團(tuán)聚形成大顆粒。而這些大顆粒的存在，將會(huì)在晶片的表面上產(chǎn)生劃痕。
[0003]目前用在高精密拋光中的氧化鈰拋光液，對(duì)粉體的粒度、形貌及其粒度分布均勻性要求越來(lái)越高，顆粒越細(xì)、越接近球形、分布越均勻，則拋光效果越好。因此，納米氧化鈰拋光液的研究和應(yīng)用越來(lái)越多。但是，納米粒子因具有極高的表面能易于團(tuán)聚，從而限制了它的應(yīng)用。膠體二氧化硅顆粒具有的球形表明形狀，且接近于單分散狀態(tài)存在，很難形成聚集的顆粒，因此可以減少被拋光表面的劃痕，適量的膠體二氧化硅與納米氧化鈰基拋光液復(fù)合使用，不僅可以提高拋光速度，并且可以最小化使用沒(méi)有二氧化硅的拋光液時(shí)由于最初時(shí)間內(nèi)的變化導(dǎo)致的工藝不穩(wěn)定性。這使得拋光工藝開(kāi)始時(shí)的停止時(shí)間最小化，因而提高了拋光工藝的產(chǎn)量，節(jié)約了成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于:提供一種納米氧化鈰拋光液組合物，該拋光液組合物選用表面改性的納米氧化鈰與膠體二氧化硅復(fù)合作為磨料，經(jīng)過(guò)表面改性的納米氧化鈰可以較好地分散到體系中，不易團(tuán)聚成大顆粒；而適量的二氧化硅加入，不僅提高了拋光速度，而且可以最小化使用沒(méi)有二氧化硅的拋光液時(shí)由于最初時(shí)間內(nèi)的變化導(dǎo)致的工藝不穩(wěn)定性，這使得拋光工藝開(kāi)始時(shí)的停止時(shí)間最小化，因而提高了拋光工藝的產(chǎn)量，節(jié)約了成本。而拋光液中的分散劑，使得拋光液具有更好的穩(wěn)定性，更低的表面張力、高流動(dòng)性和滲透性，可以降低拋光中的摩擦阻力并取得更佳的潤(rùn)滑作用，在提高拋光效率的同時(shí)有更佳拋光效果，并且可以降低生產(chǎn)成本。
[0005]為了達(dá)到上述目的，所屬拋光液還含有氧化劑、堿性化合物、醇化合物和水。
[0006]本發(fā)明提供納米氧化鈰拋光液可用于水晶、光掩模用石英玻璃、半導(dǎo)體裝置或玻璃制硬盤(pán)等的拋光。另外，也適用于硅氧烷類(lèi)、有機(jī)聚合物類(lèi)、多孔材料類(lèi)、CVD聚合物等的半導(dǎo)體裝置的層間絕緣膜用低介電常數(shù)材料的拋光。

【具體實(shí)施方式】
[0007]為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，詳細(xì)說(shuō)明如下:
[0008]本實(shí)施狀態(tài)的拋光液組合物含有表面改性的納米氧化鈰、二氧化硅、氧化劑、堿性化合物、分散劑、醇化合物和水。
[0009]拋光液中的納米氧化鈰和二氧化硅，承擔(dān)著拋光磨料的作用。拋光液中納米氧化鈰優(yōu)選經(jīng)過(guò)表面改性的納米氧化鈰。表面改性后的納米粒子，在體系中不易團(tuán)聚，能達(dá)到較好的分散性。常用的表面改性劑如硬脂酸、月桂酸、烷基苯磺酸鈉、Span-80。本發(fā)明優(yōu)選硬脂酸表面活性劑，硬脂酸的用量為處理粉料質(zhì)量的0.1_10%。本發(fā)明選用粒徑為10-100納米的氧化鈰，含量控制在1_10%。
[0010]拋光液中的二氧化硅，可以是膠體二氧化硅、氣相二氧化硅或沉淀法二氧化硅，也可以是其中的幾種的混合物，本發(fā)明優(yōu)選粒徑為40-100納米的膠體二氧化硅，二氧化硅的含量控制在0.1_5%。
[0011]拋光液中的分散劑是不含金屬離子類(lèi)的分散劑，可以是高分子分散劑和表面活性劑一種或幾種的混合物。該分散劑可以使磨料在拋光液中穩(wěn)定存在，并且使拋光液具有更低的表面張力、高流動(dòng)性和滲透性，可以降低拋光中的摩擦阻力并取得更佳的潤(rùn)滑作用，使拋光后的工件表面粗糙度變的更小，在提高拋光效率的同時(shí)有更佳拋光效果。常用的分散劑有:聚丙烯酸、聚乙烯硫酸、聚異丁烯酸、聚丙烯酰胺、聚芳基胺、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸銨、聚羧酸酯、羧基-丙烯基聚合物丙烯酸聚合物及其銨鹽、甲基丙烯酸聚合物及其銨鹽、聚乙烯醇、十二烷基硫酸銨、聚環(huán)氧乙烷月桂基醚硫酸銨、聚環(huán)氧乙烷月桂基醚、聚單硬脂酸乙二醇酯、一乙醇胺、二乙醇胺、油酸銨、月桂酸胺、月桂基硫酸三乙醇胺、聚氧乙烯脫水山梨醇單月桂酸酯、聚乙二醇二硬脂酸酯、聚乙二醇單硬脂酸酯，十二烷基硫酸三乙醇胺、聚羧酸型高分分散劑、聚氧乙烯十八烯基醚、聚氧乙烯十八烷基醚、硬脂胺乙酸酯、十八烷基甜菜堿、十二烷基甜菜堿、聚乙烯吡咯烷酮。本發(fā)明使用的分散劑可以是上述一種或兩種以上的混合物，分散劑的用量一般控制在0.01-5%。
[0012]拋光液中的氧化劑和堿性化合物，可以輔助對(duì)基板表面的化學(xué)機(jī)械拋光，作為拋光促進(jìn)劑，輔助磨料進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光的作用。常用的有氯酸鹽、高氯酸鹽、亞氯酸鹽、硝酸鐵、過(guò)氧化物及過(guò)硫酸鹽等，本發(fā)明優(yōu)選的是過(guò)氧化氫，其的含量控制在196-10%。
[0013]拋光液中的堿性化合物，用于腐蝕或者刻蝕對(duì)表面進(jìn)行化學(xué)拋光，作為拋光促進(jìn)劑，輔助膠體磨料進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光的作用。拋光液中的堿性化合物可以是氫氧化鋰、氫氧化鉀、氫氧化鈉、碳酸鉀、碳酸氫鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉等的無(wú)機(jī)堿性化合物。也可以是氨，如氫氧化銨、氫氧化四甲基銨、碳酸氫銨及碳酸銨等銨鹽，還有可能是甲胺、二甲胺、三甲胺、乙胺、(一)乙胺醇、Ν-(β-胺乙基)哌嗪、六亞甲基二胺、二亞乙基三胺、三亞乙基四胺、無(wú)水哌嗪、六水合哌嗪、1-(2-胺乙基)哌嗪、N-甲基哌嗪等胺，其中為了提高拋光液的拋光效率，理想的選擇是氫氧化鋰、氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化四甲基銨，堿性氧化物可以提高磨料的分散度并使拋光液較易清洗，堿性化合物的含量一般控制在1-10%。
[0014]拋光液組合物中的醇類(lèi)化合物是用來(lái)預(yù)先潤(rùn)濕表面處理過(guò)的納米氧化鈰顆粒，以便使納米氧化鈰更好的分散到體系中。本發(fā)明額醇類(lèi)化合物可以是:甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、聚乙二醇、木糖醇、三甘醇、聚丙二醇、新戊二醇一種或幾種的混合物，醇和水的質(zhì)量比一般控制在0.1: 1-1:1。
[0015]拋光液組合物的其余部分為去離子水，為了減少水中的金屬粒子對(duì)拋光液的污染，得到性能優(yōu)異的拋光液，優(yōu)先于超純水。
[0016]本發(fā)明的納米氧化鈰拋光液組合物不但能用于研磨在半導(dǎo)體基板上形成的氧化硅絕緣膜，而且還能用于研磨在含有所定配線(xiàn)的配線(xiàn)板上形成的二氧化硅絕緣膜，以及對(duì)玻璃，氮化硅等無(wú)機(jī)絕緣膜，光掩模、透鏡、棱鏡等光學(xué)玻璃、ITO等無(wú)機(jī)導(dǎo)電膜，由玻璃和結(jié)晶材料構(gòu)成的光集成電路、光開(kāi)關(guān)元件、光導(dǎo)波路，光纖維的端面，閃爍器等光學(xué)用單晶，固體激光單晶，青色激光用LED(發(fā)光二極管)剛玉基板，碳化硅、GaP、GaAS等半導(dǎo)體單晶，磁盤(pán)用玻璃基板，磁頭等拋光。
[0017]采用本發(fā)明提供的拋光液玻璃基片進(jìn)行拋光，60min后，可以使得玻璃表面粗糙度由1.721nm降到0.853，可有效消除凹坑、突起、劃痕等表面缺陷，并且拋光后的玻璃基片表面光滑、平坦，表面微觀起伏小，拋光效果優(yōu)異，沒(méi)有劃痕。
[0018]下面就以具體實(shí)例來(lái)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。
[0019]根據(jù)需要，先用I %硬脂酸對(duì)外購(gòu)的納米氧化鈰進(jìn)行表面處理，外購(gòu)氧化鈰的粒徑為SOnm左右，然后用10g甲醇潤(rùn)濕500g該表面處理過(guò)的納米氧化鈰，接著分別添加天津西美科技有限公司生產(chǎn)的80nm膠體二氧化硅200g，外購(gòu)高分子分散劑聚環(huán)氧乙烷月桂基醚硫酸銨100g，過(guò)氧化氫300g，用氫氧化鉀調(diào)節(jié)pH值約為9，配制出1kg拋光液。
[0020]采用上述實(shí)施例拋光液對(duì)玻璃基片進(jìn)行拋光實(shí)驗(yàn)，采用日本SPEEDFAM公司生產(chǎn)的SPEEDFAM216824M型拋光機(jī)，RODEL公司生產(chǎn)的DPC5150型拋光墊，對(duì)玻璃基片進(jìn)行拋光。拋光條件如表1、表2。

【權(quán)利要求】
1.一種納米氧化鈰拋光液組合物，其特征在于:該拋光液組合物含有表面改性的納米氧化鈰、二氧化硅、氧化劑、堿性化合物、分散劑、醇化合物和水。
2.按照權(quán)利要求1所述的納米氧化鈰拋光液組合物，其特征在于:所述的納米氧化鈰預(yù)先使用表面活性劑對(duì)其進(jìn)行表面處理。
3.按照權(quán)利要求2所述，其特征在于:所述表面活性劑為硬脂酸，且表面活性劑的使用量為處理粉末質(zhì)量的0.1-10%。
4.按照權(quán)利要求1所述的納米氧化鋪拋光液組合物，其特征在于:所述納米氧化鋪粒子的粒徑在1-1OOnm,所述氧化鋪的質(zhì)量含量為1_10%。
5.按照權(quán)利要求1所述的納米氧化鈰拋光液組合物，其特征在于:所述二氧化硅是膠體二氧化硅、氣相二氧化硅或者沉淀法二氧化硅，優(yōu)選膠體二氧化硅。
6.按照權(quán)利要求5所述，其特征在于:所述膠體二氧化硅的粒徑在40-100nm，所述膠體二氧化硅的質(zhì)量含量為0.1-5%。
7.按照權(quán)利要求1所述的納米氧化鈰拋光液組合物，其特征在于:所述氧化劑為過(guò)氧化物及其它強(qiáng)氧化劑，優(yōu)先于過(guò)氧化氫，所述過(guò)氧化氫的質(zhì)量含量為1-10%。
8.按照權(quán)利要求1所述的納米氧化鈰拋光液組合物，其特征在于:所述堿性化合物，一般選自氫氧化鉀、氫氧化鈉、碳酸鉀、碳酸鈉和四甲基氫氧化銨等中的至少一種。
9.按照權(quán)利要求1所述的納米氧化鈰拋光液組合物，其特征在于:所述分散劑為高分子分散劑及其它表明活性 劑的一種或幾種的混合物，所述分散劑的質(zhì)量含量為0.01-5%。
10.按照權(quán)利要求1所述的納米氧化鈰拋光液組合物，其特征在于:所述醇化合物為各種小分子醇類(lèi)及大分子醇類(lèi)的一種或幾種的混合物。
11.按照權(quán)利要求1所述的納米氧化鈰拋光液組合物，其特征在于:其余組分為去離子水，優(yōu)選于超純水。
12.按照權(quán)利要求10、11所述，其特征在于醇化合物與水的質(zhì)量比為0.1: 1-1: I。
13.按照權(quán)利要求1所述的納米氧化鈰拋光液組合物，其特征在于:所述拋光液組合物中加入了適量的二氧化硅，其減少了研磨引發(fā)時(shí)間并提高了處理穩(wěn)定性。
14.按照權(quán)利要求1所述的納米氧化鈰拋光液組合物，其特征在于:該拋光液可用于水晶、光掩模用石英玻璃、半導(dǎo)體裝置或玻璃制硬盤(pán)等的拋光。另外，也適用于硅氧烷類(lèi)、有機(jī)聚合物類(lèi)、多孔材料類(lèi)、CVD聚合物等的半導(dǎo)體裝置的層間絕緣膜用低介電常數(shù)材料的拋光。
【文檔編號(hào)】C09G1/02GK104178033SQ201310201275
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2013年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月27日
【發(fā)明者】高如山 申請(qǐng)人:天津西美半導(dǎo)體材料有限公司