硅石和硅石型淤浆制造技术

本发明专利技术涉及硅石、淤浆组合物及其制备方法。尤其，本发明专利技术的硅石包括聚集的初级粒子。引入了硅石的淤浆组合物适合于抛光制品，尤其可用于半导体基片和其它微电子基片的化学机械平整处理。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本申请要求2001年6月14日提出的美国专利申请序号09/882,549的优先权，该申请全面引入本文供参考。专利技术概述本专利技术涉及硅石，硅石型淤浆组合物，以及制备方法。尤其，该硅石包括聚集的初级粒子；以及引入了该硅石的淤浆组合物适合于抛光制品，尤其可用于半导体基片和其它微电子基片的化学机械平整处理(“CMP”)。通常，在半导体基片上形成许多集成电路，用于制造半导体晶片。集成电路一般通过系列加工步骤来形成，其中在基片上形成材料，比如导电、绝缘和半导体材料的图案层。在半导体基片上的铜和钽金属互连的使用在本领域中是已知的。一般，铜用作导电互连，其被绝缘中间层介电材料(ILD)比如二氧化硅所包围，而钽用作铜和ILD之间的阻隔层，用于防止铜迁移到ILD中。CMP是已知用于从半导体基片上除去这种金属材料的技术。金属除去速率的控制以及在铜、钽、钨、铝和ILD之间的选择性例如对于获得平面度要求是所需的。制品比如半导体基片的粗糙表面加工成平滑表面的CMP一般包括以受控的重复运动用抛光垫的工作表面摩擦该粗糙表面。因此，该方法一般包括在流体的存在下使抛光垫和半导体基片相互贴着旋转。该流体可以含有颗粒材料比如氧化铝，二氧化铈，硅石或它们的混合物。该垫和颗粒材料用于机械平整加工半导体基片，而流体和颗粒材料用于化学平整加工基片并有利于从制品的粗糙表面除去和带走磨蚀的材料。为了使半导体晶片上的集成电路的密度最大化，有必要在半导体晶片生产工艺的各个阶段具有极平整的基片。这样，半导体晶片制造一般包括至少一个，通常多个平整加工步骤。本领域已知在CMP工艺中采用氧化铝和硅石研磨剂。US专利5,980,775公开了包含氧化剂、至少一种催化剂、至少一种稳定剂和金属氧化物研磨剂比如氧化铝或硅石的CMP组合物。此外，该专利公开了采用该CMP组合物来抛光基片的至少一金属层的方法。US专利6,136,711公开了包含能够蚀刻钨的化合物，至少一种钨蚀刻抑制剂和金属氧化物研磨剂比如氧化铝或硅石的CMP组合物。此外，该专利公开了使用该CMP组合物来抛光含有钨的基片的方法。US专利5,904,159公开了包含分散硅石的抛光淤浆，它通过将热解法硅石颗粒分散在水性溶剂中来获得，其中平均初级粒径是5-30nm，具有3-6的光散射指数和1.5wt％的硅石浓度，以及按重量基准计的30-100nm的平均次级粒径。一般，氧化铝的使用在本领域中被认为是理想的，因为氧化铝颗粒对二氧化硅的化学反应性低于硅石颗粒，因此，氧化铝颗粒显示了比硅石颗粒更高的金属选择性。如果没有高选择性，不希望有的量的二氧化硅层可能与金属一起被抛光掉。然而，氧化铝淤浆一般成本更高，比硅石淤浆更易于产生缺陷。通常，氧化铝粒比硅石颗粒更难分散。因此，希望开发表现了受控去除速率和相对于各种金属颗粒的高选择性的硅石淤浆。这里使用的“选择性”是指两种或多种材料在CMP过程中的去除速率的比率。例如，铜对钽的选择性代表铜的去除速率与钽的去除速率的比率。现已发现，含有具有本专利技术的规定特性的硅石的淤浆组合物提供了就金属去除速率和选择性而言的性能优点。根据本专利技术，提供了包括初级粒子的聚集体的硅石，所述初级粒子具有至少七(7)纳米的平均直径，其中所述聚集体具有小于一(1)微米的聚集体尺寸；以及至少7个羟基/平方纳米的羟基含量。在非限制性实施方案中，本专利技术的硅石能够包括沉淀硅石。本专利技术还包括了包含本专利技术的所述硅石的硅石型淤浆。要指出的是，如在本说明书和所附权利要求书中使用的单数形式包括复数指代物，除非特意和明确地限于一个指代物。对于本专利技术来说，除非另有规定，表示在说明书和权利要求书中使用的成分的量、反应条件等的所有数值被理解为在所有情况下可以用词语“大约”来修饰。因此，除非有相反的规定，在以下说明书和所附权利要求书中给出的数值参数是近似值，其可以根据寻求由本专利技术获得的所需性能来改变。至少，并且不是试图限制权利要求书的范围的等同原则的应用，各数值参数应该至少按照所报道的有效数字通过应用普通四舍五入技术来解释。尽管阐明本专利技术的宽范围的数值范围和参数是近似值，但在具体实施例中给出的数值尽可能精确地报道。然而，任何数值固有地含有必然由在它们各自试验测量中存在的标准偏差导致的某些误差。表征本专利技术的特征在属于本公开的一部分的权利要求书中特征性地指出。本专利技术的这些和其它特征，它的操作优点以及通过它的使用获得的具体目的可以更完全地从以下详细说明和实施例中了解。本专利技术的详细说明硅石可以通过本领域已知的各种方法来制备。一般，硅石可以通过将可溶性金属硅酸盐的水溶液与酸合并来制备。可溶性金属硅酸盐可以是碱金属硅酸盐，例如、但不限于硅酸钠或硅酸钾。酸可以选自各种各样的无机酸，有机酸，二氧化碳，或它们的混合物。该硅酸盐/酸淤浆然后可以陈化。酸或碱可以加入到硅酸盐/酸淤浆中。所得硅石颗粒可以从该混合物的液体部分中分离。分离的硅石可以用水洗涤，湿硅石产品可以干燥，然后干燥的硅石可以使用普通洗涤、干燥和分离方法与其它反应产物的残留物分离。本领域已知的是，当硅酸盐聚合成足够高的分子量，使得聚合物大小超过一(1)纳米时，能够形成离散的硅石颗粒。这些颗粒在本文和权利要求书称为“初级粒子”。本领域已经描述了用于表征初级粒子的各种方法(例如，“The Chemistry of Silica”，Ralph K.Iler，1979，John Wiley & Sons，New York，第5章)。在可供选择的非限制性实施方案中，初级粒子可以具有至少7纳米，或至少10纳米，或至少15纳米的平均直径。如在本文和权利要求书中使用的本专利技术的硅石的初级粒子的平均直径能够使用CTAB比表面积计算。该计算包括将2720除以CTAB比表面积(平方米/克)。该方法类似于关于具有2.2克/立方厘米的骨架密度的无定形硅石的Iler参考文献中所述的方法。在又一个非限制性实施方案中，初级粒子可以是大致球形的。具有小于大约100纳米的粒度的初级粒子可以显示聚集在一起并除了初级粒子内的硅氧烷键以外还形成粒子之间的共价硅氧烷键(例如“Iler”)的倾向性。这些以共价键结合的初级粒子的群组在本文和权利要求书中称为“聚集体”。本领域已经描述了用于表征聚集体的各种方法(例如“Iler”)。在本专利技术的一个非限制性实施方案中，在硅石的初级粒子之间的键可以是充分弱的，使得当施加机械剪切时，键可以破坏。机械剪切可以使用技术人员已知的各种方法来施加。在一个非限制性实施方案中，机械剪切使用市购设备比如普通均化器NanomiserTM或MicrofluidizerTM施加。在可供选择的非限制性实施方案中，本专利技术的硅石可以包括具有小于一(1)微米，或小于0.5微米的聚集体尺寸的聚集初级粒子。在又一个非限制性实施方案中，在硅石的初级粒子之间的键可以破坏，从而提供分散体或淤浆，其中聚集体尺寸可以小于一(1)微米，或小于0.5微米。聚集体的尺寸可以通过技术人员已知的各种方法来测定。在一个非限制性实施方案中，聚集体的尺寸可以通过使用光散射技术来测定，比如、但不限于Coulter LS粒度分析仪。如在本文和权利要求书中使用的术语“聚集体尺寸”是指使用Coulter Counter LS粒度分析仪通过光散本文档来自技高网...

【技术保护点】
硅石，其包括：（ａ）初级粒子的聚集体，所述初级粒子具有至少七（７）纳米的平均直径，其中所述聚集体具有小于一（１）微米的聚集体尺寸；和（ｂ）至少七（７）个羟基／平方纳米的羟基含量。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：SD赫尔灵，CP麦克卡恩，SV巴布，李玉琢，S纳拉亚南，
申请(专利权)人：PPG工业俄亥俄公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]