用于化学机械抛光的浆料组合物制造技术

技术编号:20020474 阅读:25 留言:0更新日期:2019-01-06 01:48
公开了一种用于化学机械抛光的浆料组合物,该组合物表现出在酸性气氛下pH随时间的变化小,从而可易于长期储存。用于化学机械抛光的浆料组合物包含磨料、0.000006重量%至0.01重量%的铝、和水。优选的是,磨料的表面上的硅烷醇基团的数量和铝含量满足以下数学式的要求。[数学式1]0.0005≤(S*C)*100≤4.5,其中S是1nm

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于化学机械抛光的浆料组合物
本专利技术涉及一种化学机械抛光浆料组合物,并且更特别地涉及这样的化学机械抛光浆料组合物:其在酸性条件下pH随时间的变化小并因此具有良好的长期储存特性。
技术介绍
应用集成电路技术的半导体芯片包括大量的功能元件,例如晶体管、电容器、电阻器等,并且这些单独的功能元件通过以预定形状图案化的线彼此连接以形成电路。经过几代之后,集成半导体芯片的尺寸变得更小并且其功能性得到放大。然而,在减小电子元件尺寸方面存在固有限制。因此,已经积极研究并开发了电子元件的多级互连技术。因此,为了制造具有多级互连的半导体器件,应进行金属膜的平坦化工艺。由于金属膜具有高强度,通常不容易对金属膜进行抛光,因此为了有效地对金属膜进行抛光,将金属膜转换为具有相对低强度的金属氧化物,然后进行抛光。在使用二氧化硅作为用于对金属膜进行抛光的浆料组合物中的磨料时,浆料组合物在酸性条件下的储存时间越长,颗粒尺寸或pH随时间的变化(如增加)就越大,这可能导致其贮存寿命的问题。
技术实现思路
技术问题本专利技术的一个目的是提供这样的化学机械抛光浆料组合物:其在酸性条件中在保持优异的抛光性能的同时具有即使在长期储存时变化也很小的长期储存稳定性。为了实现以上目的,本专利技术提供了一种化学机械浆料组合物,其包含:磨料;0.000006重量%至0.01重量%的铝;和水。优选的是,所述磨料的表面上的硅烷醇基团的数量和铝含量满足下式1的要求;[式1]0.0005≤(S*C)*100≤4.5其中,S是1nm2的磨料表面上存在的硅烷醇基团的数量(单位:个/nm2),以及C是所述浆料组合物中的铝含量(重量%)。有益效果根据本专利技术的浆料组合物具有优异的稳定性。由于在酸性区域中pH在随时间变化期间增加,常规的浆料组合物可能发生抛光性能降低。并且这种浆料可能发生划痕增加或抛光速率变化。因此,根据本专利技术的浆料组合物防止划痕增加或抛光速率变化并且还具有改善的贮存寿命,并且适合于长时间储存。具体实施方式在下文中,将详细描述本专利技术。根据本专利技术的化学机械抛光浆料组合物包含磨料、铝和水。该浆料组合物在抛光速度和较少的划痕形成方面优异,还具有优异的稳定性并因此可以长时间储存。磨料用于对待抛光膜进行抛光,并且使用基于二氧化硅的磨料,例如热解法二氧化硅、胶态二氧化硅或其混合物。磨料的颗粒尺寸为5nm至200nm,特别地10nm至150nm。相对于总的浆料组合物,磨料的含量为0.001重量%至20重量%,特别地0.01重量%至10重量%,更特别地0.1重量%至5重量%。如果磨料的颗粒尺寸太小或者其含量太少,则金属膜的抛光速率可能降低,而如果磨料的颗粒尺寸太大或者其含量太多,则可能在金属膜和硅氧化物膜上过度产生划痕。基于二氧化硅的磨料的表面上的硅烷醇基团意指Si-OH或Si-O-官能团,并且确认当磨料表面上的硅烷醇基团的数量增加时抛光速率是优异的。当磨料在该磨料的表面上具有大量的具有化学活性的硅烷醇基团时,磨料容易与氧化物膜的表面上的羟基键合并且氧化物膜的表面容易通过物理摩擦除去,使得预期抛光速率会增加。另外,硅烷醇基团越多,则Si-O-Si缩合度越低且物理摩擦越小,所以划痕减少。另一方面,当磨料表面上的硅烷醇基团的量过大时,在酸性条件中的分散稳定性降低并且pH在长时间的储存期间变化。如果发生储存稳定性问题例如pH变化,则即使抛光性能例如抛光速率优异,产品品质也不能长时间保持并且适销性降低。市售的浆料产品通常需要至少3至6个月的储存稳定性。因此,根据本专利技术的浆料组合物通过使用基于二氧化硅的磨料可以提高该浆料组合物的抛光速率并且抑制划痕的出现,所述基于二氧化硅的磨料在磨料表面上具有一定数目的硅烷醇基团,优选1个/nm2至10个/nm2,更优选1个/nm2至8个/nm2,并且更优选2个/nm2至5个/nm2。当硅烷醇基团的数量小于1个/nm2时,抛光速率太低,使得不均匀性和划痕增加。当硅烷醇基团的数量超过10个/nm2时,抛光速率的协同效应降低,并且磨料表面的活性过高,使得分散稳定性降低,并且可能引起聚集和沉淀。本专利技术的化学机械抛光浆料组合物中使用的铝充当一种pH稳定剂,其抑制在该浆料组合物的长期储存期间的pH变化,从而改善浆料组合物的稳定性。铝包括铝盐(铝盐化合物)并且根据需要可以由铝盐制成。铝盐可以包括氯化物(Cl)、硫酸盐(SO4)、铵盐(NH4)、钾盐(K)、氢氧化物(OH)、甲基化产物(CH3)、磷化物(P)或其混合物,尤其是氯化物(Cl)、硫酸盐(SO4)、钾(K)或其混合物。例如,铝可以选自氯化铝(AlCl3)、硫酸铝(Al2(SO4)3)、硫酸铝铵((NH4)Al(SO4)2)、硫酸铝钾(KAl(SO4)2)、氢氧化铝(Al(OH)3)、三甲基铝(C6H18Al2)、磷化铝(AlP)及其混合物,优选氯化铝、硫酸铝、硫酸铝铵、硫酸铝钾及其混合物,更优选氯化铝、硫酸铝、硫酸铝钾及其混合物,最优选氯化铝、硫酸铝及其混合物。铝可以以铝盐的形式和/或与磨料和/或铝离子组合地存在于浆料组合物中。即,在本专利技术的组合物中,铝可以以选自铝盐、其中铝原子吸附在磨料表面上的形式、和铝离子(Al3+)中的至少一种状态存在。在本专利技术的化学机械抛光浆料组合物中,铝含量为0.000006重量%至0.01重量%,特别地0.0001重量%至0.005重量%。如果铝的含量太小,则对pH随时间变化的抑制可能不好。如果铝的含量太大,则颗粒尺寸可能增加。即,观察到这种现象:如果浆料中的铝含量在酸性条件中超过0.01重量%,则无论二氧化硅表面上的硅烷醇基团的数量如何都会使双电层压缩,从而引起磨料的聚集并增加颗粒尺寸。离子浓度越高或者离子的化合价越大,双电层被压缩得就越多,从而出现絮凝。因此,根据本专利技术,可以仅通过并入少量的铝盐来在不增加颗粒尺寸的情况下有效地稳定pH。另外,过度使用铝是不期望的,因为它可能污染半导体工艺。根据本专利技术的一个方面,在本专利技术的浆料组合物中,当磨料表面上的硅烷醇基团的数量和铝含量满足下式1的要求时,更有效地抑制在浆料组合物的长期储存期间的pH变化并且使浆料组合物稳定。[式1]0.0005≤(S*C)*100≤4.5其中,S是1nm2的磨料表面上存在的硅烷醇基团的数量(单位:个/nm2),以及C是浆料组合物中的铝含量(重量%)。硅烷醇基团的数量可以通过核磁共振(NMR)分析、热重分析(TGA)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、滴定等来测量。在本专利技术中,通过使用NaOH滴定进行测量。当铝含量在该水平之上时,磨料表面上的硅烷醇基团(S)的数量越多,双电层的厚度被压缩得就更多,进而可分散性迅速降低。因此,根据磨料表面上的硅烷醇基团的数量,如果包含过量的铝,则分散稳定性由于颗粒尺寸的增加而降低。即,通过包含根据磨料表面上的硅烷醇基团的数量满足式1的要求的适当量的铝,可以在不增加颗粒尺寸的情况下获得pH稳定效果。当磨料表面上的硅烷醇基团的数量(S)和铝含量(C)的乘积((S*C)*100)超过4.5时,可以获得pH稳定效果,然而,磨料颗粒的表面稳定性降低并且颗粒尺寸增加。相反地,如果磨料表面上的硅烷醇基团的数量(S)和铝含量(C)的乘积((S*C)*100)小于0.0005,则不能获得p本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种化学机械抛光浆料组合物,包含:磨料;0.000006重量%至0.01重量%的铝;和水。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.19 KR 10-2016-00612301.一种化学机械抛光浆料组合物,包含:磨料;0.000006重量%至0.01重量%的铝;和水。2.根据权利要求1所述的化学机械抛光浆料组合物,其中所述磨料选自热解法二氧化硅、胶态二氧化硅及其混合物,所述磨料的含量为0.001重量%至20重量%。3.根据权利要求1所述的化学机械抛光浆料组合物,其中所述磨料的表面上的硅烷醇基团的数量为1个/nm2至10个/nm2。4.根据权利要求1所述的化学机械抛光浆料组合物,其中所述铝以选自铝盐、其中铝原子吸附在磨料表面上的形式、和铝离子(Al3+)中的至少一种状态存在。5.根据权利要求4所述的化学机械抛光浆料组合物,其中所述铝盐选自铝的氯化物(Cl)、硫酸盐(SO4)、铵盐(NH4)、钾盐(K)、氢氧化物(OH)、甲基化产物(CH3)和磷化物(P),及其混合物。6.根据权利要求1所述的化学机械抛光浆料组合物,其中所述磨料的表面上的硅烷醇基团的数量和所述铝的含量满足以下数学式1的要求:[数学式1]0.0005≤(S*C)*100≤4.5其中,S是1nm2的磨料表面上存在的硅烷醇基团的数量(单位:个/nm2),以及C是所述浆料组合物中的铝含量(重量%)。7.根据权利要求1所述的化学机械抛光浆料组合物,还包含pH调节剂,其...

【专利技术属性】
技术研发人员:朴惠贞金宰贤朴锺大李敏键申宗哲陈成勋
申请(专利权)人:东进世美肯株式会社
类型:发明
国别省市:韩国,KR

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