大规模集成电路化学机械抛光新材料的制备及应用

(中南大学无机材料系，湖南长沙410083)

该项目是科技部重大国际合作项目。

一、内容介绍

(1)目的和意义

世界半导体工业进入大尺寸晶圆时代后，要求IC元器件具有最佳的表面平整度，以满足微米和亚微米集成电路的制造工艺。化学机械抛光(CMP)是目前全局平坦化中最好的技术，也是解决多层绝缘介质层和多层金属布线整体平坦化的唯一有效方法，加工工艺简单，成本低。

世界上CMPA清漆和微米级磨料的供应商只有几家，国内半导体厂的需求依赖进口。与进口CMPA清漆产品相比，国产CMPA清漆产品不仅新鲜，而且价格合理，交货快捷，配套服务及时，技术支持专业。

(2)关键技术

1.锆英砂-Al2O3系统高温熔盐相平衡规律及颗粒分级技术研究

测定锆英砂-Al2O3体系的高温熔盐相平衡，利用XRD技术研究平衡物种的组成，确定形成高性能ZrSiO4-α-Al2O3磨料的条件；研究了超细粉碎和控制分级技术，确定了获得粒度分布均匀、分散性好、有一定规则棱角的磨料的工艺条件。开发了一种利用天然锆英砂生产高附加值电子器件磨料的自然资源高值化利用途径。

2.复合纳米粒子的制备及稳定分散技术。

研究内容包括:(1)通过对纳米SiO _ 2-Al _ 2O _ 3、SiO _ 2-CEO _ 2和Al _ 2O _ 3-CEO _ 2的控制生长的基础研究，确定了球形纳米复合粒子的形成条件和Na+的去除工艺条件；研究纳米复合粉体的表面化学性质和溶液化学性质；研究了不同离子强度、pH值和溶液性质下复合粒子体系悬浮液中粒子表面电荷的变化规律。研究了抛光液体系的动力学和电学性质，以及抛光液团聚的机理和动力学，确定了抛光液稳定化的工艺条件。基于SiO _ 2体系、SiO _ 2-al2o _ 3体系和SiO _ 2-CEO _ 2体系的纳米粗抛光和细抛光理论，开发了具有国际先进水平的多用途CMP抛光液产品。

3.利用分子模拟技术研究抛光液配方。

基于计算化学，利用cerius2.0、gaussian 98等软件在SGI工作站上模拟抛光液中各组分与硅片表面的相互作用，可以指导抛光液配方的设计。

二、推广应用

利用天然锆英砂制备微米级磨料及纳米颗粒均匀稳定化技术在国内外尚属首次。关键技术是均匀Zr SiO 4-α-al2o 3相的形成、合适的粉碎分级技术、纳米粒子的制备和均匀稳定化技术及工艺。在高温熔盐相图方面，利用神经网络技术成功地预测了多元熔盐体系的相图，并在KBr-硫酸锰-氯化铯体系中得到应用。在细颗粒分级技术的研究中，实验室可以获得平均粒度为7.21μm、粒度分布集中的ZrSiO4-α-Al2O3颗粒，说明锆英砂可以制备高档磨料，但该产品的核心技术在于相图的控制，以获得成分均匀的产品。其思路是通过实验得到二元相图，然后通过神经网络技术模拟锆英砂中主要杂质Fe2O3、MgO、CaO、TiO2的影响和熔融类型，从而确定平衡固相的种类和组成，以达到分离杂质，获得均匀的ZrSiO4-α-Al2O3产品的目的。

三。识别、奖励和专利

本项目已申请国家发明专利4项，相关产品已在国内部分单位试用，效果理想，在半导体领域具有较大的推广价值。