具有改进再循环性能的化学机械抛光组合物制造技术

本发明专利技术涉及化学机械抛光组合物以及使用可用于抛光硅晶片的相同组合物对含有硅材料的基材进行化学机械抛光的方法。本发明专利技术具体涉及一种化学机械抛光组合物，其包含胶体二氧化硅磨粒、含氮化合物、螯合剂、阴离子聚合物，其特征在于所述胶体二氧化硅磨粒在组合物中9至12的pH下具有至少

【技术实现步骤摘要】
具有改进再循环性能的化学机械抛光组合物


[0001]本专利技术属于化工
，具体涉及一种具有改进再循环性能的化学机械抛光组合物。

技术介绍

[0002]化学机械抛光(CMP)是指同时通过化学和机械力对晶片等产品的表面进行抛光处理，CMP组合物常用于微机电和集成电路领域中。这些组合物通常是水溶液，包含分散在组合物中的各种化学添加剂和磨粒。CMP组合物也称为抛光浆料、CMP浆料或抛光组合物。CMP组合物极大地影响基材抛光和平滑化过程中的许多因素，例如基材的材料去除率、平坦化和缺陷率。
[0003]含硅基材经常用于许多应用中，例如电子、太阳能和纳米技术设备。例如用于电子设备的硅晶片是通过提拉法从单晶硅锭获得的。硅锭用金刚石锯切成薄的晶片。在称为研磨的粗抛光工艺之后，用CMP组合物抛光晶片以获得具有所需厚度和平整度的晶片。晶片在多个抛光步骤中抛光，包括初级抛光、可选的次级抛光和最终抛光。对于初级抛光步骤，需要高材料去除率。含有金属氧化物颗粒如二氧化硅的CMP组合物经常用于含硅基材的初级抛光。
[0004]为了降低制造成本、废品数目和环境负担，CMP组合物通常再循环使用。例如，CMP组合物用于抛光，从抛光装置中排出，收集在罐中，并再循环回到抛光装置中用于进一步抛光。然而，通常在再循环期间，材料去除率随时间降低，例如由于磨粒的活性损失、在抛光过程中形成的不希望组分的积累、以及组合物的化学添加剂的活性损失。CMP组合物的抛光活性降低导致CMP组合物可再循环用于抛光的时间减少，并且需要更换CMP组合物，导致制造成本和环境负担增加。仍然需要表现出高材料去除率且可实现再循环时间增加的、适用于抛光含硅基材的包含二氧化硅磨粒的CMP组合物。

技术实现思路

[0005]本专利技术的一个目的是克服现有技术的问题。具体来说，本专利技术的一个目的是提供一种适用于初级抛光含硅基材如硅晶片的新型CMP组合物，其一方面表现出高材料去除率，另一方面减少再循环过程中材料去除率的降低。
[0006]本专利技术解决了上述问题，本专利技术的化学机械抛光组合物包括胶体二氧化硅磨粒、含氮化合物、螯合剂和阴离子聚合物；其中胶态二氧化硅磨粒在组合物中在pH 9至12下具有至少
‑
3mV的zeta电位，阴离子聚合物具有至多50,000g/mol的分子量。
[0007]CMP组合物(本文称为“组合物”)包含分散在水性载体中的磨粒。所述磨粒可以帮助在抛光过程中从基材表面去除多余的材料。优选所述磨粒是选自铈氧化物(二氧化铈)、铝氧化物(氧化铝)、硅氧化物(二氧化硅)、锆氧化物(氧化锆)、钛氧化物(二氧化钛)、锗氧化物(氧化锗)、镁氧化物(氧化镁)、镍氧化物、镓氧化物(氧化镓)、钇氧化物(氧化钇)及其组合的金属氧化物磨粒。优选所述磨粒包含至少72(重量)wt％、更优选至少83wt％、更优选
至少91wt％、更优选至少96wt％、最优选至少98wt％的二氧化硅。在特别优选的实施方案中，所述磨粒是二氧化硅磨粒。
[0008]所述二氧化硅磨粒可以例如是气相二氧化硅(热解二氧化硅)、胶态二氧化硅及其混合物。术语胶态二氧化硅是指通过湿法制备的颗粒，而术语气相二氧化硅是指通过热解法或火焰水解法制备的二氧化硅。在特别优选的实施方案中，所述磨粒是胶态二氧化硅。胶态二氧化硅可以通过湿法，例如沉淀(沉淀二氧化硅)、缩聚或类似工艺获得。在特别优选的实施方案中，胶体二氧化硅磨粒是沉淀二氧化硅。
[0009]在使用时，所述组合物优选包含至少0.003wt％、更优选至少0.04wt％、更优选至少0.08wt％、更优选至少0.16wt％、更优选至少0.31wt％的磨粒。如果磨粒的wt百分比低，则CMP处理期间材料去除率会降低。本文所用术语“使用时”是指在CMP过程中将所述组合物应用到基材表面的时刻。如果磨粒的wt百分比高，颗粒会形成不希望的聚集体，聚集体会沉积并缩短组合物的保质期。因此在使用时，所述组合物优选包含至多20.2wt％、更优选至多16.4wt％、更优选至多12.4wt％、更优选至多9.6wt％、更优选至多7.8wt％的磨粒。在优选的实施方案中，所述组合物包含0.08wt％至12.4wt％、更优选0.16wt％至9.6wt％、更优选0.31wt％至7.8wt％的磨粒。
[0010]所述磨粒可以作为单个颗粒、聚集体及其混合物存在于所述组合物中。单个颗粒可以例如通过范德华力彼此附着，从而形成超过一个的单个颗粒的聚集体。聚集体的形成是可逆的。本文所用的术语磨粒是指单个颗粒、聚集体及其混合物。单个颗粒和聚集体的数目可以由本领域技术人员通过透射电子显微镜(TEM)或扫描电子显微镜(SEM)图像确定。分析应基于统计学上有意义的大量随机选择的颗粒，例如至少300个。发现聚集体的数目更多可以提高基材的材料去除率。优选所述磨粒包含至少占磨粒10wt％、更优选至少20wt％、更优选至少30wt％、更优选至少40wt％、最优选至少50wt％的聚集体。
[0011]优选所述磨粒具有球形形态。术语球形形态不限于完美的球体，是指没有实质性边缘和顶点(角)的任何圆形形态，例如球状、椭圆状、葡萄状结构等。所述形态可由本领域技术人员例如使用透射电子显微镜(TEM)或扫描电子显微镜(SEM)图像确定。
[0012]所述磨粒的平均粒径(直径)会影响材料去除率。如本领域技术人员所知，平均粒径可以通过动态光散射测量(例如用来自Malvern Instruments的Malvern Mastersizer S)获得。通过该测量获得的曲线图提供了具有一定尺寸的颗粒的累积体积百分比。平均粒径(D50)是50体积％颗粒的粒径小于该值的粒径。较小的D50会导致材料去除率降低。优选所述磨粒具有动态光散射测量为至少5nm、更优选至少11nm、更优选至少23nm、更优选至少33nm、最优选至少48nm的D50。然而，如果D50太大，则在CMP处理过程中，基材表面会出现大量不希望有的缺陷，例如划痕。优选所述磨粒具有动态光散射测量为至多380nm、更优选至多221nm、更优选至多181nm、更优选至多151nm、最优选至多125nm的D50。在优选的实施方案中，所述磨粒具有动态光散射测量为11nm至221nm、更优选23nm至181nm、更优选33nm至151nm、最优选48nm到125nm的D50。
[0013]D10是10体积％颗粒的粒径小于该值的粒径。优选所述磨粒具有动态光散射测量为至少3nm、更优选至少9nm、更优选至少18nm、更优选至少28nm、最优选至少39nm的D10。磨粒的D10较小会增加CMP处理过程中基材表面上的颗粒堆积密度(减少空隙体积)，这有助于提高材料去除率。因此，所述磨粒优选具有动态光散射测量为至多320nm、更优选至多
211nm、更优选至多152nm、更优选至多112nm、最优选至多87nm的D10。在优选的实施方案中，所述磨粒具有动态光散射测量为9nm至211nm、更优选18nm至152nm、更优选28nm至112nm、最优选39nm到87nm的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于抛光含有硅材料的基材的化学机械抛光组合物，该组合物包含：胶体二氧化硅磨粒，含氮化合物，螯合剂，阴离子聚合物；其中所述胶态二氧化硅磨粒在组合物中9
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12的pH下具有至少
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3mV的zeta电位，和其中所述阴离子聚合物具有至多为50,000g/mol的分子量。2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，在使用时，所述组合物包含至多20.2wt％的磨粒。3.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述组合物具有至少7.0的pH。4.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述含氮化合物与所述螯合剂和聚合物之和的重量百分比至多为100。5.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述含氮化合物是直链伯二胺、哌嗪、胍、胆碱、链烷...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐炎华，田露，NP，
申请(专利权)人：昂士特科技深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：