本发明专利技术提供一种含水化学机械平坦化(CMP)抛光组合物，其包含0.25wt.％到30wt.％的含水胶状二氧化硅颗粒，所述胶状二氧化硅颗粒内含有三烷基锍基团、三烷基氧化锍基团或两者，优选地含有三甲基氧化锍基团、三甲基锍基团或两者。所述组合物的pH为2到7，此外，胶状二氧化硅颗粒在pH为3.5时具有正ζ电位，且固体含量为2wt.％，而不需要带正电的未结合的添加剂。
Composition of CMP slurry containing silicon dioxide with trimethylmatrium oxide cation
【技术实现步骤摘要】
含有具有三甲基氧化锍阳离子的二氧化硅的CMP浆料组合物本专利技术涉及含水化学机械平坦化(CMP)抛光组合物，其包括胶状二氧化硅颗粒，所述胶状二氧化硅颗粒内含有三烷基锍基团、三烷基氧化锍基团或两者；优选地，含有三甲基氧化锍基团、三甲基锍基团或两者。目前，已经公开有带正电的二氧化硅颗粒，并且显示其可用于抛光带负电的半导体晶片，因为允许在浆料中使用较低浓度的颗粒。已知的几种制备内部具有阳离子氮物种的二氧化硅颗粒的方法能够改变二氧化硅颗粒的等电点，从而使二氧化硅颗粒在水溶液中保持带正电荷，且比单个二氧化硅颗粒具有更高的pH。根据测量方法，二氧化硅颗粒在水中的等电点(IEP)为pH2到3.1。含有捕获的阳离子氮物种的二氧化硅颗粒可以具有更高的pH等电点，允许在高于二氧化硅IEP约3且低于改性二氧化硅颗粒IEP的pH下配制抛光浆料。然而，阳离子氮化合物在工业应用中具有毒性。四甲基铵化合物是造成台湾半导体工业多起死亡的原因，半导体工业希望逐步淘汰四甲基铵和其他小的氮阳离子的使用。这些小的氮阳离子在环境中能够长期存在，导致水生毒性。White等人的美国专利号US9,129,907公开了一种CMP抛光组合物，其包含含水胶状二氧化硅和至少一种选自鏻盐、硫盐或其结合的鎓盐添加剂，该组合物的pH为5或更低。该组合物表现出有效的氧化物去除速率。然而，White仅公开了一种改进CMP抛光组合物的添加剂方法，与在颗粒内或颗粒上具有捕获电荷的颗粒相比，该方法的去除速率有限。另外，用于改变二氧化硅电荷的任何自由浮动的添加剂可以参与动态结合平衡，因此可以在CMP抛光期间干扰其他表面。其他表面可包含CMP抛光垫、浆料进料线、CMP调节盘和用于抛光的晶片衬底。本专利技术人致力于解决提供具有高于pH3的正ζ电位的含水二氧化硅CMP抛光组合物的问题，而不需要在浆料中使用自由浮动添加剂反转颗粒电荷。
技术实现思路
1.根据本专利技术，含水化学机械平坦化(CMP)抛光组合物包括：0.25wt.％到30wt.％，或优选地，0.5wt.％到24wt.％的含水胶状二氧化硅颗粒，所述含水胶状二氧化硅颗粒内含有三烷基锍基团(trialkylsulfoniumgroups)、三烷基氧化锍基团或两者；优选地，含有三甲基氧化锍基团、三甲基锍基团或两者，所述组合物的pH为2到7，或优选地为3到4.5，并且其中所述颗粒在pH为3.5时的ζ电位为-2mV到40mV，或优选地正ζ电位，且固体含量为2wt.％。2.根据本专利技术的含水化学机械平坦化(CMP)抛光组合物，其中所述颗粒在pH为3.5时的电位为1mV到20mV，或优选地2mV到15mV，且固体含量为2wt.％。3.根据如上述第1或2项中任一项所述的本专利技术的含水化学机械平坦化(CMP)抛光组合物，其中三烷基锍或三烷基氧化锍基团中的烷基独立地包含C1至C4烷基，或C1至C4支链烷基。4.根据上述第1、2或3项中任一项所述的本专利技术的含水化学机械平坦化(CMP)抛光组合物，其中所述含水胶状二氧化硅颗粒还含有一个或多个氨基硅烷基团，例如氨基烷氧基硅烷，或优选具有仲胺或叔胺基团的可水解氨基硅烷。5.根据上述第4项所述的本专利技术的含水化学机械平坦化(CMP)抛光组合物，其中含水氨基硅烷包含含有一个或多个叔胺基团的氨基硅烷，例如N，N-(二乙基氨基甲基)三乙氧基硅烷(DEAMS)，或含有一个或多个仲胺基团的氨基硅烷，例如N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷(AEAPS)或N-氨基乙基氨基乙基氨基丙基三甲氧基硅烷(DEAPS，亦称为DETAPS)。6.根据上述第1、2、3、4或5项中任一项所述的本专利技术的含水化学机械平坦化(CMP)抛光组合物，其中所述胶状二氧化硅的z-平均粒径(DLS)范围为24nm到250nm，或优选为30nm到150nm。7.根据上述第1至6项中任一项所述的含水化学机械平坦化(CMP)抛光组合物，所述组合物还包含一定量的用于调节pH的硝酸或KOH。8.根据上述第1至7项中任一项所述的含水化学机械平坦化(CMP)抛光组合物，其用于抛光电介质或含氧化物的基底，其中所述组合物不包含氧化剂化合物，例如氧化铁。9.根据本专利技术的第二方面，一种制备含水CMP抛光组合物的方法，其包含：(a1)提供pH低于4.0，固体浓度为1wt.％到20wt.％，或优选为2wt.％到10wt.％的含水硅酸；或(a2)通过组合过量的质子化形式的含有酸官能团的含水阳离子交换树脂(例如，磺酸官能离子交换树脂或另一种酸基官能离子交换树脂，其能够使硅酸盐阴离子如膦酸质子化)与固体形式或固体含量为5wt.％到50wt.％的含水分散液的形式的硅酸碱金属盐如原硅酸钠或水玻璃，以便优选通过将硅酸碱金属盐缓慢加入含水阳离子交换树脂中并使pH随碱金属被阳离子交换树脂消耗而降低，保持分散液的pH低于9，或优选低于8，从而形成与(a1)中相同固体浓度的含水硅酸；分别地，提供固体含量为2wt.％到20wt.％且pH为2.1到4，或优选2.5到3.5的反应性含水胶状二氧化硅分散液，如果需要，通过以质子化形式处理含有阳离子交换树脂的含水胶状二氧化硅分散液，以降低所述反应性含水胶状二氧化硅分散液的pH，从而去除碱金属和自由浮动的阳离子；向反应性含水胶状二氧化硅分散液中加入三烷基锍盐或三烷基氧化锍盐或氢氧化物或其混合物，优选为三甲基碘化锍或三甲基氢氧化锍，或三甲基碘化氧化锍或三甲基氢氧化氧化锍，或其混合物，以形成反应混合物；将反应混合物加热至70℃到120℃的反应温度，或优选为85℃到115℃；将含水硅酸按时间加入反应混合物中，例如30到900分钟，或优选为30到360分钟，以产生硅酸和胶体二氧化硅的部分反应的分散液；可选地，使反应混合物在反应温度下额外反应30到600分钟，或者，优选在进料完成后30到300分钟；将反应混合物的pH快速调节至8到10，或优选9到10，以形成碱性反应混合物；可选地，在调节pH时，同时将反应混合物冷却至20℃到40℃；以及将碱性反应混合物加热至70℃到120℃，或优选为85℃到115℃，以使硅酸优选聚合60到600分钟，或者，优选地，聚合30到300分钟。10.根据本专利技术的第二方面，制备含水CMP抛光组合物的方法包含：(a1)提供pH低于4.0且固体浓度为1wt.％到20wt.％，或优选地2wt.％到10wt.％的含水硅酸；或(a2)通过组合过量的质子化形式的含有酸官能团的含水阳离子交换树脂(例如，磺酸官能离子交换树脂或另一种酸基官能离子交换树脂，其能够使硅酸盐阴离子如膦酸质子化)与固体形式或固体含量为5wt.％到50wt.％的含水分散液的形式的硅酸碱金属盐如原硅酸钠或水玻璃，以便优选通过将硅酸碱金属盐缓慢加入含水阳离子交换树脂中并使pH随碱金属被阳离子交换树脂消耗而降低，保持分散液的pH低于9，或优选低于8，从而形成与(a1)中相同固体浓度的含水硅酸；分别地，提供固体含量为2wt.％到20wt.％且pH为7到11，或优选为8到10的反应性含水胶状二氧化硅分散液；向反应性含水胶状二氧化硅分散液中加入三烷基锍盐或三烷基氧化锍盐或氢氧化物或其混合物，优选为三甲基碘化锍或三甲基氢氧化锍，或三甲基碘化氧化锍或三甲基氢氧化氧化锍或其混合物，以形成反应混合物；本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种含水化学机械平坦化(CMP)抛光组合物，所述抛光组合物包括：0.25wt.％到30wt.％的含水胶状二氧化硅颗粒；所述含水胶状二氧化硅颗粒内含有三烷基锍基团、三烷基氧化锍基团或两者；所述组合物pH为2到7；进一步地，其中，所述颗粒在pH为3.5时具有‑2mV到40mV的ζ电位，并且固体含量为2wt.％。
【技术特征摘要】
2017.12.14 US 15/8422971.一种含水化学机械平坦化(CMP)抛光组合物，所述抛光组合物包括：0.25wt.％到30wt.％的含水胶状二氧化硅颗粒；所述含水胶状二氧化硅颗粒内含有三烷基锍基团、三烷基氧化锍基团或两者；所述组合物pH为2到7；进一步地，其中，所述颗粒在pH为3.5时具有-2mV到40mV的ζ电位，并且固体含量为2wt.％。2.根据权利要求1所述的含水化学机械平坦化(CMP)抛光组合物，其中所述含水胶状二氧化硅内含有三甲基氧化锍基团、三甲基锍基团或两者。3.根据权利要求1所述的含水化学机械平坦化(CMP)抛光组合物，其中所述三烷基锍基团或三烷基氧化锍基团中的烷基独立地包含C1至C4烷基或C1至C4支链烷基。4.根据权利要求1所述的含水化学机械平坦化(CMP)抛光组合物，其中所述组合物在pH为3.5时具有1mV到20mV的ζ电位，并且固体含量为2wt.％。5.根据权利要求1所述的含水化学机械平坦化(CMP)抛光组合物，其中所述含水胶状二氧化硅颗粒还含有一个或多个氨基硅烷基团。6.根据权利要求5所述的含水化学机械平坦化(CMP)抛光组合物，其中所述含水氨基硅烷包含一个氨基硅烷，所述氨基硅烷含有一个或多个叔胺基团或一个或多个仲胺基团。7.根据权利要求1所述的含水化学机械平坦化(CMP)抛光组合物，其中胶状二氧化硅的z-平均粒径(DLS)范围为24nm到250nm。8.根据权利要求1所述的含水化学机械平坦化(CMP)抛光组合物，所述组合物还包含一定量的用于调节pH的硝酸或KOH。9.一种制备含水CMP抛光组合物的方法，其包括：(a1)提供pH低于4.0且固体浓度为1wt.％到20wt.％的含水硅酸，或(a2)通过组合过量的质子化形式的含有酸官能团的含水阳离子交...
【专利技术属性】
技术研发人员：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
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