包含正电和负电二氧化硅粒子的CMP抛光组合物制造技术

本发明专利技术提供水性化学机械平坦化(CMP)抛光组合物，其包含带正电二氧化硅粒子组合物与以所述CMP抛光组合物中的总二氧化硅粒子固体计总共3到20wt.％的一种或多种带负电二氧化硅粒子组合物，其中所述二氧化硅粒子具有如动态光散射(DLS)所测定的5到50nm的z平均粒子尺寸。所述带正电二氧化硅粒子组合物中的二氧化硅粒子与所述一种或多种带负电二氧化硅粒子组合物中的二氧化硅粒子的z平均粒子尺寸(DLS)比率在1:1到5:1，或优选5:4到3:1范围内。所述组合物实现介电或氧化物衬底的改进的抛光且在室温下稳定贮存至少7天。

CMP polishing compound containing positive and negative silicon dioxide particles

The present invention provides water-based chemical mechanical planarization (CMP) polishing composition, which contains positively charged silica particles and silica particles to the total composition of the solid CMP polishing composition in a total of 3 meter to one or more 20wt.% negatively charged silica particle composition, wherein the silica particles with dynamic light scattering (DLS) the 5 measured 50nm Z average particle size. The average particle size (DLS) ratio of SiO2 particles in the positively charged silicon dioxide particle composition to the silica particles in the one or more negatively charged silica particle compositions is between 1:1 to 5:1, or the range from Z to 3:1. The composition realizes improved polishing on dielectric or oxide substrates and is stored at room temperature for at least 7 days at room temperature.

【技术实现步骤摘要】
包含正电和负电二氧化硅粒子的CMP抛光组合物本专利技术涉及包含带正电二氧化硅粒子组合物与带负电二氧化硅组合物的混合物的水性化学机械平坦化(CMP)抛光组合物，确切地说，其中带正电二氧化硅粒子为含有氨基硅烷基团的二氧化硅粒子，且带正电二氧化硅组合物的平均粒子尺寸大于带负电二氧化硅组合物的平均粒子尺寸，以及涉及制得所述组合物的方法。此前，在化学机械平坦化CMP方法中，研磨粒子的混合有时已提高含有SiO2或氧化物的衬底表面的抛光速率，或以其它方式改进所述方法。此前，在水性二氧化硅CMP抛光组合物中使用氨基硅烷的那些始终具有运送稳定性问题。二氧化硅粒子典型地在4到7.5的pH范围内或聚集，尤其在二氧化硅粒子高于按溶液的重量计20％的浓缩液中。将硅烷添加到CMP抛光组合物中以有助于抛光能够添加正电荷，因此需要更少的二氧化硅；然而，将氨基硅烷添加到二氧化硅CMP抛光组合物中在4到7的pH下产生稳定性问题，在所述pH下带正电二氧化硅粒子针对二氧化硅表面的抛光具有较高去除速率。添加氨基硅烷能够降低含有二氧化硅的CMP抛光组合物中的二氧化硅表面的静电排斥力，从而降低其胶体稳定性。Grumbine等人的美国专利公开案第US20150267082号公开两种(第一与第二)二氧化硅粒子的混合物，所述第一粒子为具有10到130nm的平均粒子尺寸的胶态二氧化硅且具有至少10mV的永久性正电荷，且所述第二粒子具有中性或非永久性正电荷和80到200nm的平均粒子尺寸。第一二氧化硅粒子用氨基硅烷处理且第二二氧化硅粒子可用季胺化合物处理。Grumbine未能公开一种用氨基硅烷处理第一二氧化硅粒子的详细方法。另外，Grumbine中所公开的组合物未能提供介电衬底，如四乙氧基硅烷(TEOS)的改进抛光。本专利技术人致力于解决提供改进介电衬底，如层间介电质(ILD)的CMP抛光组合物的水性二氧化硅CMP抛光组合物的问题。本专利技术的表述1.根据本专利技术，水性化学机械平坦化(CMP)抛光组合物包含带正电二氧化硅粒子组合物与以所述CMP抛光组合物中的总二氧化硅粒子固体计总共3到20wt.％，或3到17.5wt.％，优选5到12wt.％，或更优选7到10wt.％的一种或多种带负电二氧化硅粒子组合物的混合物，其中带负电二氧化硅粒子在形成所述混合物之前具有如动态光散射(DLS)所测定的5到50nm的z平均粒子尺寸，其中在形成所述混合物之前，带正电二氧化硅粒子组合物中的二氧化硅粒子与一种或多种带负电二氧化硅粒子组合物中的二氧化硅粒子的z平均粒子尺寸(DLS)比率在1:1到5:1，或优选5:4到3:1范围内。2.如上述项目1中所阐述的水性CMP抛光组合物，其中所述带正电二氧化硅粒子组合物包含二氧化硅粒子，其含有选自以下的一种或多种氨基硅烷：含有叔胺基的氨基硅烷，如N,N-(二乙基氨基甲基)三乙氧基硅烷；含有至少一个仲胺基的氨基硅烷，如N-氨基乙基氨基丙基三甲氧基硅烷(AEAPS)或N-乙基氨基乙基氨基丙基三甲氧基硅烷(DEAPS，也称为DETAPS)或其混合物，优选地，含有叔胺基。3.如上述项目1或2中任一项所阐述的水性CMP抛光组合物，其中所述带正电二氧化硅粒子组合物的ζ电位在pH3.5下在10到35mV，或优选15到30mV范围内。4.如上述项目1、2或3中任一项所阐述的水性CMP抛光组合物，其中所述组合物具有3.5到5的pH，或优选4.0到4.7的pH。5.如上述项目1、2、3或4中任一项所阐述的水性CMP抛光组合物，其中所述组合物包含1到30wt.％的总二氧化硅粒子固体含量，或优选地，其中所述组合物为具有15到25wt.％，或更优选18到24wt.％的总二氧化硅粒子固体含量的浓缩物。6.如上述项目1到5中任一项所阐述的水性CMP抛光组合物，其中所述组合物包含通过混合两种类型带相反电荷的二氧化硅粒子产生的聚集二氧化硅粒子。7.如上述项目1到6中任一项所阐述的水性CMP抛光组合物，其中在形成所述混合物之前，所述带正电二氧化硅粒子组合物中的二氧化硅粒子的如动态光散射(DLS)所测定的z平均粒子尺寸在25到150nm，优选30到70nm范围内。8.根据本专利技术的单独方面，制得水性化学机械平坦化(CMP)抛光组合物的方法包含用强酸，优选硝酸，将水性氨基硅烷的pH调节到3到8，优选3.5到4.5，使其静置5到600分钟，或优选5到120分钟的时间以使氨基硅烷中的任何硅酸盐键水解且形成水解的水性氨基硅烷；以及用强酸将水解的水性氨基硅烷的pH调节到3到5，优选3.5到4.5；单独地，用强酸，优选硝酸，将具有如动态光散射(DLS)所测定的25到150nm，优选30到70nm的z平均粒子尺寸的第一水性二氧化硅浆料的pH调节到3.5到5，优选4.0到4.7的pH以形成第一水性二氧化硅浆料；用剪切组合第一水性二氧化硅浆料和水解的水性氨基硅烷以形成水性带正电二氧化硅粒子组合物；单独地，用强酸，优选硝酸，将具有5到50nm的z平均粒子尺寸(DLS)的一种或多种带负电水性二氧化硅浆料的pH调节到3.5到5，优选4.0到4.7以形成第二水性二氧化硅浆料组合物；以及将水性带正电二氧化硅组合物与第二水性二氧化硅浆料组合物组合，第二水性二氧化硅浆料组合物的总量为以CMP抛光组合物中的二氧化硅粒子固体的总重量计3到20wt.％，或3到17.5wt.％，或优选5到12wt.％，或更优选7到10wt.％，其中第一水性二氧化硅浆料中的二氧化硅的z平均粒子尺寸与第二水性二氧化硅浆料组合物中的二氧化硅的z平均粒子尺寸的比率在1:1到5:1，或优选5:4到3:1范围内。9.根据如本专利技术的项目8中的制得水性CMP抛光组合物的方法，其中所述水性氨基硅烷包含一种或多种氨基硅烷，其选自含有叔胺基的氨基硅烷，如N,N-(二乙基氨基甲基)三乙氧基硅烷；含有至少一个仲胺基的氨基硅烷，如N-氨基乙基氨基丙基三甲氧基硅烷(AEAPS)或N-乙基氨基乙基氨基丙基三甲氧基硅烷(DEAPS，也称为DETAPS)或其混合物。10.根据如上述本专利技术的项目8或9中任一项中的制得水性CMP抛光组合物的方法，其中所述组合物为浓缩物且所述水性化学机械平坦化(CMP)抛光组合物的总二氧化硅粒子固体在15到25wt.％，或优选18到24wt.％范围内。11.根据如上述本专利技术的项目8、9或10中任一项的制得水性CMP抛光组合物的方法，所述方法进一步包含将所述水性CMP抛光组合物稀释到以组合物的总重量计1到10wt.％的总二氧化硅粒子固体。除非另外指示，否则温度和压力的条件均为环境温度和标准压力。所叙述的全部范围具有包括性和可组合性。除非另外指示，否则含有圆括号的任何术语均可替代地指全部术语(如同圆括号不存在以及术语没有它们一般)以及每个替代方案的组合。因此，术语“(聚)胺”是指胺、多元胺或其混合物。全部范围都是包括性和可组合性的。举例来说，术语“50到3000cp或100cp或更大的范围”将包括50cp到100cp、50cp到3000cp以及100cp到3000cp中的每一个。如本文所使用，术语“ASTM”是指宾夕法尼亚州西康舍霍肯ASTM国际性组织(ASTMInternational,WestConshohocken,PA)的出版物。如本文本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水性化学机械平坦化(CMP)抛光组合物，其包含带正电二氧化硅粒子组合物与以所述CMP抛光组合物中的总二氧化硅粒子固体计总共3到20wt.％的一种或多种带负电二氧化硅粒子组合物的混合物，其中所述带负电二氧化硅粒子在形成所述混合物之前具有如动态光散射(DLS)所测定的5到50nm的z平均粒子尺寸，且其中，在形成所述混合物之前，所述带正电二氧化硅粒子组合物中的二氧化硅粒子与所述一种或多种带负电二氧化硅粒子组合物中的二氧化硅粒子的z平均粒子尺寸(DLS)比率在1:1到5:1范围内。

【技术特征摘要】
2016.09.30 US 15/2818731.一种水性化学机械平坦化(CMP)抛光组合物，其包含带正电二氧化硅粒子组合物与以所述CMP抛光组合物中的总二氧化硅粒子固体计总共3到20wt.％的一种或多种带负电二氧化硅粒子组合物的混合物，其中所述带负电二氧化硅粒子在形成所述混合物之前具有如动态光散射(DLS)所测定的5到50nm的z平均粒子尺寸，且其中，在形成所述混合物之前，所述带正电二氧化硅粒子组合物中的二氧化硅粒子与所述一种或多种带负电二氧化硅粒子组合物中的二氧化硅粒子的z平均粒子尺寸(DLS)比率在1:1到5:1范围内。2.根据权利要求1所述的水性CMP抛光组合物，其中所述一种或多种带负电二氧化硅粒子组合物的总量在以所述CMP抛光组合物中的总二氧化硅粒子固体计5到12wt.％范围内。3.根据权利要求1所述的水性CMP抛光组合物，其中所述带正电二氧化硅粒子组合物中的二氧化硅粒子与所述一种或多种带负电二氧化硅粒子组合物中的二氧化硅粒子的z平均粒子尺寸(DLS)比率在5:4到3:1范围内。4.根据权利要求1所述的水性CMP抛光组合物，其中所述带正电二氧化硅粒子组合物包含含有一种或多种氨基硅烷的二氧化硅粒子，所述氨基硅烷选自含有叔胺基的氨基硅烷、含有至少一个仲胺基的氨基硅烷或其混合物。5.根据权利要求4所述的水性CMP抛光组合物，其中所述氨基硅烷含有叔胺基。6.根据权利要求1所述的水性CMP抛光组合物，其中所述带正电二氧化硅粒子组合物的ζ电位...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭毅，D·莫斯利，
申请(专利权)人：罗门哈斯电子材料CMP控股股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US