化学机械研磨组合物制造技术

＊＊＊ 本发明专利技术关于一种化学机械研磨组合物，其包含５～５０重量％的煅制二氧化硅，及０．１～１０重量％的有机碱，所述碱选自如式（Ⅰ）所示的羟烷基胺，式中Ｒ、Ｒ′及Ｒ″各自表示氢或碳数１～６的羟烷基，及如式（Ⅱ）所示的多胺基碱，式中Ｒ↓［１］、Ｒ↓［２］、Ｒ↓［３］、Ｒ↓［４］、Ｒ↓［５］、Ｒ↓［６］及Ｒ↓［７］各自表示氢、碳数１～６的烷基、胺烷基或羟烷基，ｎ↓［１］为０～４的整数，而ｎ↓［２］及ｎ↓［３］各自为０～６的整数。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种化学机械研磨组合物，该研磨组合物包含5～50重量％的煅制二氧化硅(fumed silica)，及0.1～10重量％的有机碱。特定言的，该研磨组合物用于研磨半导体的表面。于半导体工业中，研磨半导体晶片表面为一种广泛应用的技术，以使半导体晶片的表面平坦，并降低半导体晶片的厚度。一般而言，该研磨方法是将半导体晶片置于配有研磨头的旋转研磨平面上，于晶片表面上施用包含研磨颗粒的化学机械研磨组合物浆液，以增进研磨效率。常用于化学机械研磨组合物中的研磨颗粒包含胶态二氧化硅(colloidal silica)与煅制二氧化硅。该研磨组合物中除包含研磨颗粒外，通常可藉由添加一或数种碱类，以调整该研磨组合物的pH值。美国专利第4,169,337号是使用胶态二氧化硅或硅胶(silicagel)与水溶性胺的掺合物，以作为研磨半导体表面用的研磨组合物。美国专利第5,230,833号揭示包含胶态二氧化硅、有机碱及杀菌剂的研磨组合物。上述使用胶态二氧化硅制造研磨组合物的现有技术皆具有共同的缺点。首先，胶态二氧化硅的颗粒大小分布不均，虽以控制研磨品质。其次，使用胶态二氧化硅不易制造固形物含量大于20％的高纯度研磨组合物。因此，目前通常使用煅制二氧化硅以制造化学机械研磨组合物。此种研磨组合物的制备方法包括以高剪切力搅拌，使煅制二氧化硅悬浮于水中，另外加入一或数种碱类以调整浆液的pH值，稳定悬浮的煅制二氧化硅。美国专利第2,984,629号是揭示使用碱金属碱以稳定悬浮煅制二氧化硅的方法。美国专利第5,382,272号所揭示的研磨组合物是于煅制二氧化硅中加入氧化铈和氧化锆，以增加研磨组合物的刮去速率。美国专利第5,264,010号是合并使用煅制二氧化硅及胶态二氧化硅，并加入氧化铈以增加刮去速率，同时使用各种表面活性剂和氢氧化钾或氨水来稳定悬浮的煅制二氧化硅颗粒。然而，上述使用煅制二氧化硅的研磨组合物亦有缺点存在。以碱金属碱(例如氢氧化钾或氢氧化钠)调整研磨组合物的pH值，固然可使研磨组合物获得极佳的稳定性，但因K+与Na+是极小的易移动的离子，易渗入晶片中而造成晶片的污染，降低半导体元件的品质。若采用氨水来调整研磨组合物的pH值，虽然可避免K+与Na+的污染，然因氨水易于挥发，除产生恶臭的外，亦会对制程造成污染而降低其品质。为避免上述缺点，美国专利第5,139,571号是使用季铵盐来调整包含煅制二氧化硅之研磨组合物的pH值。然因季铵盐的碱性较低，必须大量添加方可使研磨组合物达到较高的pH值，于研磨阶段结束后，为去除大量的季铵盐，将使后续的清洁阶段极不易进行。因此，于半导体制造过程中，仍需求具较佳性质的化学机械研磨组合物，其中用以稳定煅制二氧化硅的碱类须不含易移动的碱金属离子、不具挥发性，且碱性高，以克服现有技术中的缺点，制备高品质的半导体元件。另外，该碱类亦需具极佳的水溶性，可于清洁阶段中极易去除而不会残留在晶片上方，且该碱类可使所得化学机械研磨组合物浆液具较低的粘度，以利使用操作。本专利技术的目的是提供一种化学机械研磨组合物，该研磨组合物包含5～50重量％的煅制二氧化硅，及0.1～10重量％的有机碱，所述碱是选自羟烷基胺及多胺基碱。上述选自羟烷基胺及多胺基碱的有机碱具有以下特性(1)本身的分子大，不易渗入晶片；(2)沸点皆远高于水，不易挥发；(3)碱性强；(4)具极佳的水溶性，易于清除而不会残留于晶片上；(5)可降低浆液中二氧化硅分子间的引力，使二氧化硅颗粒较易分散于浆液中，故浆液整体具较低的粘度，有利于使用操作。因此，上述有机碱可稳定悬浮煅制二氧化硅颗粒，又不会污染半导体制造过程，而可制备高品质的半导体元件。本专利技术提供一种化学机械研磨组合物，该研磨组合物包含5～50重量％的煅制二氧化硅、0.1～10重量％的有机碱，其是选自羟烷基胺及多胺基碱。根据本专利技术的研磨组合物所包含的煅制二氧化硅的含量为5～50重量％，较佳含量为15～30重量％。于本专利技术中使用的煅制二氧化硅是一般市售者，可利用四氯化硅在氢氧焰中燃烧反应制备而得，其反应式如下燃烧过程中所产生的煅制二氧化硅分子，经过冷后凝聚形成小聚集体，这些小聚集体经互相碰撞而结为一体，形成兰维有分枝的链状聚集体。由于煅制二氧化硅具有如纯度高、比表面积大、及粒径分布窄等优点，故适用于做为化学机械研磨组合物中的磨擦颗粒使用。根据本专利技术之研磨组合物所包含的有机碱的含量为0.1～10重量％，较佳含量为1.5～5重量％。于本专利技术中使用的有机碱是选自羟烷基胺及多胺基碱，及以调整研磨组合物的pH值。所述羟烷基胺可为包含一、二或三个羟烷基取代基的胺类，其化学式是如式(Ⅰ)所示 式中R、R＇及R″可相同或不同，各自表示氢或羟烷基，羟烷基的碳数较佳为1～6。具体而言，该羟烷基胺可为三乙醇胺、二乙醇胺、乙醇胺、三异丙醇胺、二异丙醇胺、异丙醇胺、丁醇胺、或其混合物，其中较佳为三乙醇胺或乙醇胺。该多胺基碱是如式(Ⅱ)所示 式中R1、R2、R3、R4、R5、R6及R7可相同或不同，各自表示氢、烷基、胺烷基或羟烷基，各取代基的碳数较佳为1～6，更佳为1～3；n1为0～4的整数，代表胺基重覆单元的个数，n4较佳为0或1；而n2及n3各目为0～6的整数，代表碳链重覆单元的个数，n2及n3较佳为0～3的整数。当n1=0时，该多胺基碱为如式(Ⅲ)所示的二胺基碱 两个氮原子通过未经取代或经取代的碳链联接，碳链重覆单元数n2为0～6的整数，较佳为0～3的整数，当n2大于1时，R6可相同或不同。具体而言，该二胺基碱可为乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊二胺、1,2-二胺丙烷、N-甲基乙二胺、二甲基乙二胺、N-乙基乙二胺、N-甲基-1,3-丙二胺、3-二甲胺基丙胺、N-异丙基乙二胺、N,N,N＇,N′-四甲基二胺甲烷、N,N,N＇-三甲基乙二胺、N,N,N＇,N＇-四甲基乙二胺、1,6-己二胺、N,N-二乙基乙二胺、N,N-二甲基-N＇-乙基乙二胺、N,N,N＇,N＇-四甲基-1,4-丁二胺、N,N,N＇-三乙基乙二胺、1,3-二氨基-2-羟丙烷、2-(2-氨基乙胺)-乙醇、N,N＇-双(2-羟乙基)乙二胺、N,N,N＇,N＇-四(2-羟丙基)乙二胺、1,3-双(三(羟甲基)甲胺基)丙烷、或其混合物，其中较佳为乙二胺。另外，氮原子上的取代基R1、R2、R3及R4可以两两成环，例如R1可与R2形成多员环，R1亦可与R3形成多员环。具体而言，R1与R2成环的二胺基碱可为1-(2-氨基乙基)吡咯烷、2-(氨甲基)-1-乙基吡咯烷、2-(2-氨基乙基)-1-甲基吡咯烷、二吡咯烷基甲烷、4-吡咯烷基吡咯烷、4-(2-氨基乙基吗啉、或其混合物，而R1与R3成环的二胺基碱可为六氢吡嗪、1-甲基六氢吡嗪、1,4-二甲基六氢吡嗪、2-甲基六氢吡嗪、2,6-二甲基六氢吡嗪、1-(2-羟乙基)六氢吡嗪、1-(2-氨基乙基)六氢吡嗪、或其混合物，其中较佳为六氢吡嗪。再者，两个氮原子间联接碳键上的取代基R6的一与氮原子上的取代基R1、R2、R3及R4亦可形成多员环，例如R1可与R6形成多员环。具体而言，R1与R6成环的二胺基碱可为2-(氨甲基)-1-乙基吡咯烷、2-(2-氨乙基)-1-甲基吡咯烷、3-氨基六氢吡啶、1-甲基-4-(甲胺基)-六氢本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种化学机械研磨组合物，其包含５～５０重量％的煅制二氧化硅，及０．１～１０重量％的有机碱，所述碱选自如式（Ⅰ）所示的羟烷基胺： ＊＊＊ （Ⅰ） 式中Ｒ、Ｒ′及Ｒ″各自表示氢氧或碳数１～６的羟烷基， 及如式（Ⅱ）所示的多胺基碱： ＊＊＊ （Ⅱ） 式中Ｒ↓［１］、Ｒ↓［２］、Ｒ↓［３］、Ｒ↓［４］、Ｒ↓［５］、Ｒ↓［６］及Ｒ↓［７］各自表示氢、碳数１～６的烷基、胺烷基或羟烷基，ｎ↓［１］为０～４的整数，而ｎ↓［２］及ｎ↓［３］各自为０～６的整数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李宗和，
申请(专利权)人：长兴化学工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]