选择性硅石抛光的浆料组合物和方法技术

一种用于化学‑机械抛光的酸性浆料组合物，其包含酸性pH调节剂和包含季铵化芳族杂环的阳离子型抛光抑制剂。季铵化芳族杂环赋予硅石相对于晶体硅至少100的抛光选择性。

Slurry composition and method for selective silica polishing

An acid slurry composition for chemical and mechanical polishing comprises an acid pH regulator and a cationic polishing inhibitor containing quaternary ammonium aromatic heterocycles. Quaternary aromatic heterocycles give silicon at least 100 polishing selectivity relative to crystalline silicon.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】选择性硅石抛光的浆料组合物和方法专利
本专利技术涉及用于化学-机械抛光(chemical-mechanicalpolish)包含硅石(silica)和晶体硅的基底的浆料组合物(slurrycomposition)以及使用该浆料组合物的方法。
技术介绍
现有技术对浆料的化学机械抛光在硅石(二氧化硅(silicondioxide))和多晶硅(晶体硅)之间显示出较差的选择性。随着工业继续寻求生产量(productionthroughput)的改进以便提高成本效益，使用各种磨料同时获得高表面质量的较高的硅石对多晶硅的抛光选择性变得高度合意的。专利技术简述本专利技术提供了增加硅石(二氧化硅)优先于多晶硅的抛光速率(polishrate)的选择性的方法。该方法涉及含有抛光抑制剂的酸性含水浆料，所述抛光抑制剂包含阳离子型有机化合物。特别地，阳离子型有机化合物是季铵化芳族杂环或包含季铵化芳族杂环。根据本专利技术的浆料组合物是酸性的。多晶硅在本领域中已知在暴露于中性和碱性含水环境时通过水解分解。这些环境可以定义为具有7和更高的pH值的水溶液。这种行为在pH水平略低于7时表现出来是可能的。在pH7和更高的含水环境中，多晶硅通过水解分解并形成氢氧化硅。在pH7和更高的相同的含水环境中，硅石也形成氢氧化硅。因此，在pH7和更高的含水环境中，硅石以大于50的选择性优先于多晶硅的选择性抛光变得困难。这是因为硅石和多晶硅二者都开始分解并基本上转化为相同的材料—氢氧化硅。根据本专利技术的浆料组合物可以被用于抛光包含硅石和多晶硅的非均匀基底表面，其中硅石相对于多晶硅的优先性(preference)(选择性)可以是至少50、至少75、至少100、至少125、至少150或至少175。还设想高于上述值或在上述值之间的值。本专利技术还提供了使用该浆料组合物抛光非均匀基底表面的方法。本专利技术的前述特征和其他特征在下文中被更充分地描述并且在权利要求中被特别指出，下面的描述详细阐述了本专利技术的某些说明性实施方案，然而，这些仅仅指示了可以在其中采用本专利技术的原理的各种方式中的一些。专利技术详述本专利技术提供了增加硅石优先于多晶硅的抛光速率的选择性的方法。该方法涉及含有抛光抑制剂的含水浆料，所述抛光抑制剂包含阳离子型有机化合物。特别地，阳离子型有机化合物是季铵化芳族杂环或包含季铵化芳族杂环。本专利技术提供酸性含水抛光浆料组合物，其包含水(优选地去离子水)、二氧化铈颗粒、pH调节剂以及抑制多晶硅优先于硅石的抛光速率的剂。改进硅石相对于多晶硅的抛光选择性的剂是抑制剂，该抑制剂降低多晶硅的绝对抛光速率，同时保持硅石的抛光速率基本上不变，从而将硅石相对于多晶硅的抛光选择性提高约100倍。pH调节剂在浆料中存在至以下所需的程度：将pH降低至5.5或低于5.5；优选地至5或低于5，更优选地至4.5或低于4.5，并且还更优选地至4或低于4。季铵化芳族杂环包括杂环芳族环结构或多环结构，该多环结构是稠合的或通过不是任一个环结构的一部分的至少一个原子彼此分离。季铵化芳族杂环包含能够显示四价状态(quaternarystate)的至少一个原子。这样的原子的非限制性实例包括氮(铵)和磷(鏻)。对化合物的分子量没有限制。该化合物在性质上可以是聚合的或低聚的，或者包括低分子量物质。该化合物可以包括一个四价位点或多个位点，没有限制。对侧基的长度或结构没有限制。四价(带正电荷的-阳离子)原子与带负电荷的阴离子平衡。对带负电荷的阴离子没有限制。典型的但非限制性的阴离子包括氢氧化物、氯化物、溴化物、碘化物、硝酸根、硫酸根和磷酸根。根据本专利技术的浆料组合物可以被用于抛光包含硅石和多晶硅的非均匀基底表面，其中硅石相对于多晶硅的优先性可以是至少50、至少75、至少100、至少125、至少150或至少175。还设想大于上述值和在上述值之间的值。本专利技术还提供了使用该浆料组合物抛光非均匀基底表面的方法。在下文单独讨论浆料组合物的每种组分。磨料颗粒.浆料组合物优选地包含按重量计从约0.05％至约30％、优选地按重量计约0.05％至20％并且更优选地按重量计从约0.1％至约7％的磨料颗粒。合适的磨料颗粒的非限制性实例包括二氧化铈、氧化铝、氧化锆、硅石和/或二氧化钛。用于根据本专利技术的浆料组合物中的磨料颗粒优选地具有从约0.001μm至约3.0μm的平均粒度(D平均)。更优选地，颗粒具有在从约0.05μm至约1.0μm的范围内的平均粒度(D平均)。抛光抑制剂.浆料组合物优选地包含在浆料组合物中存在的总固体的按重量计以下范围内的量的一种或更多种抑制剂：从约0.1％至约30％，优选地约0.25％至25％，更优选地约0.5％至约20％。概括地说，用于改进硅石相对于多晶硅的抛光选择性的合适的抑制剂是阳离子型有机化合物。本专利技术中感兴趣的阳离子型有机化合物是季铵化芳族杂环。季铵化芳族杂环可以包含4-8个原子，优选地5个或6个原子，最优选地6个原子。季铵化芳族杂环包含能够获得四价状态的至少一个杂原子。能够获得四价状态的原子的非限制性实例包括氮和磷。季铵化芳族杂环还可以包含至少一个饱和或不饱和的、任选地被取代的C1至C100烃残基，所述烃残基键合至杂环的至少一个原子。在各种实施方案中，烃残基可以具有1-75个、1-50个或1-25个碳原子。优选地，烃残基具有1个至24个碳原子，或1-18个或1-12个或1-6个碳原子。季铵化芳族杂环可以是离子液体的一部分。离子液体是盐，离子在所述盐中配位不良，这导致这些溶剂在低于100℃或甚至在室温(室温离子液体，RTIL)是液体。对化合物的分子量没有限制。该化合物在性质上可以是聚合的或低聚的，或者包括低分子量物质。该化合物可以包括一个四价位点或多个位点，没有限制。对侧基的长度或结构没有限制。四价(阳离子)原子与带负电荷的阴离子平衡。对带负电荷的阴离子没有限制。典型的非限制性的阴离子包括氢氧化物、氯化物、氟化物、溴化物、碘化物、硝酸根、硫酸根和磷酸根。季铵化芳族杂环可以是包含至少两个环结构的多杂环(multipleheterocycle)。多环结构可以是稠合在一起的，其中所述至少两个环结构中的一个或更多个包含至少一个季铵化原子。可选择地，多杂环可以包含由是至少两个环结构的一部分的至少一个原子连接的至少两个环结构，或可以包含由不是至少两个环结构的一部分的至少一个原子连接的至少两个环结构。所述至少两个环结构中的一个或更多个包含至少一个季铵化原子。通常，可用于本文的抑制剂可以基于杂环芳族化合物，例如吡啶、吡咯烷、咪唑啉、吡唑啉、噁唑啉、异噁唑啉、三唑啉、噁二唑啉(oxadiazoline)、噻二唑啉、二噻唑啉(dithiazoline)、二嗪类、噁嗪类、噻嗪类、三嗪类、吲哚类、异吲哚类、苯并咪唑类、嘌呤类、吲唑、苯并异噁唑、苯并噁唑、苯并噻唑、喹啉、异喹啉、喹喔啉、吖啶、嘧啶、喹唑啉、噌啉和酞嗪。抑制剂的非限制性实例包括选自由以下组成的组的季铵化芳族杂环：氯化十六烷基吡啶鎓、溴化1-丁基-3-甲基吡啶鎓、氯化1-丁基吡啶鎓、氯化1-甲基-3-己基咪唑鎓、氯化1-甲基-3-辛基咪唑鎓、四氟硼酸1-己基-3-甲基咪唑鎓、氯化1,4-二甲基-1,2,4-三唑鎓、乙酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、溴化3-(2-羟基乙基)噻唑鎓、碘化2,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种酸性含水浆料组合物，包含：磨料颗粒，所述磨料颗粒选自由二氧化铈、氧化铝、氧化锆、硅石、二氧化钛及其组合组成的组；足量的pH调节剂，所述pH调节剂使浆料pH达到低于5；以及阳离子型抛光抑制剂，所述阳离子型抛光抑制剂包含季铵化芳族杂环。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.26 US 62/379,9161.一种酸性含水浆料组合物，包含：磨料颗粒，所述磨料颗粒选自由二氧化铈、氧化铝、氧化锆、硅石、二氧化钛及其组合组成的组；足量的pH调节剂，所述pH调节剂使浆料pH达到低于5；以及阳离子型抛光抑制剂，所述阳离子型抛光抑制剂包含季铵化芳族杂环。2.如权利要求1所述的酸性含水浆料组合物，其中所述pH调节剂选自由以下组成的组：硝酸、盐酸、硫酸、乙酸、氢溴酸、甲酸、丙酸、乳酸、乙醇酸及其组合。3.如权利要求1所述的酸性含水浆料组合物，其中所述季铵化芳族杂环包含4-8个原子。4.如权利要求1所述的酸性含水浆料组合物，其中所述季铵化芳族杂环包含至少一个选自由氮和磷组成的组的杂原子。5.如权利要求1所述的酸性含水浆料组合物，其中所述季铵化芳族杂环还包含至少一个具有1个至100个碳原子的饱和或不饱和的、任选地被取代的烃残基，所述烃残基键合至所述杂环的至少一个原子。6.如权利要求5所述的酸性含水浆料组合物，其中所述烃残基具有1个至24个碳原子。7.如权利要求1所述的酸性含水浆料组合物，其中所述季铵化芳族杂环是离子液体的一部分。8.如权利要求1所述的酸性含水浆料组合物，其中至少一个阴离子与所述季铵化芳族杂环缔合以向所述组合物提供电中性，所述阴离子选自由氢氧化物、氯化物、溴化物、碘化物、硝酸根、硫酸根、磷酸根及其组合组成的组。9.如权利要求1所述的酸性含水浆料组合物，其中所述季铵化芳族杂环其中所述季铵化芳族杂环是包含至少两个环结构的多杂环。10.如权利要求9所述的酸性含水浆料组合物，其中所述多杂环包含稠合在一起的至少两个环结构，其中所述至少两个环结构中的至少一个包含至少一个季铵化原子。11.如权利要求9所述的酸性含水浆料组合物，其中所述多杂环包含由至少一个原子连接的至少两个环结构，其中所述至少一个原子不是所述至少两个环结构的一部分，其中所述至少两个环结构中的一个或更多个包含至少一个季铵化原子。12.如权利要求1所述的酸性含水浆料组合物，其中所述季铵化芳族杂环选自由以下组成的组：氯化十六烷基吡啶鎓、溴化1-丁基-3-甲基吡啶鎓、氯化1-丁基吡啶鎓、氯化1-甲基-3-己基咪唑鎓、氯化1-甲基-3-辛基咪唑鎓、四氟硼酸1-己基-3-甲基咪唑鎓、氯化1,4-二甲基-1,2,4-三唑鎓、乙酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓、溴化3-(2-羟基乙基)噻唑鎓、碘化2,3,3-三甲基-1-丙基-3H-吲哚鎓、碘化1,...

【专利技术属性】
技术研发人员：纳撒尼尔·D·乌尔班，
申请(专利权)人：福禄公司，
类型：发明
国别省市：美国,US