[发明专利]含有二氧化铈、二氧化硅和氨基酸的分散体

说明书

技术领域

本发明涉及含有二氧化铈、二氧化硅以及氨基酸的分散体，及其制备和用途。

背景技术

众所周知，二氧化铈分散体可用于抛光玻璃表面、金属表面和电介质表面(dielectric surface)，既可用于粗抛光(coarse polishing)(高的材料去除(high material removal)、不规则轮廓irregular profile、划痕)，也可用于精细抛光(低的材料去除、光滑表面、如果有的话，些许划痕)。常被认为是缺点的是，二氧化铈颗粒和要抛光的表面会带有不同的电荷并因此彼此吸引。因此，很难再次从已抛光的表面去除二氧化铈颗粒。

US 7112123公开了一种用于抛光玻璃表面、金属表面和电介质表面的分散体，其含有作为研磨剂的从0.1到50重量％的二氧化铈颗粒和从0.1到10重量％的粘土研磨颗粒、90％具有从10nm到10μm的粒径的粘土研磨颗粒，90％的具有从100nm到10μm的粒径的二氧化铈颗粒。二氧化铈颗粒、粘土研磨颗粒和作为被抛光表面的玻璃均带有负的表面电荷。与仅仅基于二氧化铈颗粒的分散体相比，这种分散体能够显著地产生更高的材料去除。然而，这种分散体会引起高的缺陷率(defect rate)。

US5891205公开了一种含有二氧化硅和二氧化铈的碱性分散体。二氧化铈颗粒的粒径小于或等于二氧化硅颗粒的尺寸。存在于分散体的二氧化铈颗粒来源于气相方法，其不会聚集，且粒径小于或等于100nm。根据US5891205，由于二氧化铈颗粒和二氧化硅颗粒的存在，材料的去除率急剧地升高。为了实现上述结果，二氧化硅/二氧化铈的重量比应为7.5∶1到1∶1。二氧化硅优选粒径低于50nm且二氧化铈的粒径低于40nm。总之，a)二氧化硅的比例大于二氧化铈的比例，并且b)二氧化硅颗粒大于二氧化铈颗粒。

与仅仅基于二氧化铈颗粒的分散体相比，公开在US5891205中的分散体显著地产生更高的材料去除。与仅仅基于二氧化铈颗粒的分散体相比，这种分散体显著地产生更高的材料去除。然而，所述分散体会引起高的缺陷率。

WO2004/69947公开了含硅电介质层的抛光方法，其中分散体可包含作为研磨颗粒的二氧化硅、二氧化铈或两者的组合，并且使用了氨基酸。分散体的pH值必须是7或更低，以获得令人满意的抛光效果。

US6491843公开了一种水性分散体，据说其对于SiO₂和Si₃N₄的材料去除率具有高选择性。该分散体含有研磨颗粒和兼具羧基和次氯化物或含胺官能团的有机化合物。所述的合适有机化合物包括氨基酸。原则上，所有的研磨颗粒都被认为是合适的，但是特别优选的是氧化铝、二氧化铈、氧化铜、氧化铁、氧化镍、氧化锰、二氧化硅、碳化硅、氮化硅、氧化锡、二氧化钛、碳化钛、氧化钨、氧化钇、氧化锆或上述化合物的混合物。然而，在实施例中，仅二氧化铈被提到作为研磨颗粒。

所需要的分散体是能提供具有低缺陷率、高的材料去除率和高选择性的分散体。在抛光并清洁晶片后，如果有的话，表面上应该仅有少量的沉积物。

发明内容

目前已经发现，令人吃惊的是，通过含有二氧化铈和胶体二氧化硅(colloidal silicon dioxide)颗粒和一种或多种氨基羧酸和/或其盐的分散体可实现该目标，其中

-二氧化硅颗粒的ζ电位是负的，二氧化铈颗粒的ζ电位是正的或等于零，且分散体的ζ电位总体是负的，

-二氧化铈颗粒的平均粒径不超过200nm，二氧化硅颗粒的平均粒径低于100nm，

-在基于分散体的总量的各情况下，

二氧化铈颗粒的含量是从0.01到50重量％，二氧化硅颗粒是从0.01到10重量％，并且

氨基羧酸及其盐的含量为0.01到5重量％，

-分散体的pH值是从7.5到10.5。

ζ电位是颗粒的表面电荷的度量。ζ电位指的是分散体中的颗粒/电解质的电化学双层内部的剪切水平面(shear level)上的电位。与ζ电位关联的一个重要参数是颗粒的等电点(IEP)。IEP指定了ζ电位是零时的pH值。ζ电位越大，分散体越稳定。

表面上的电荷密度会受到周围电解质中的电位决定离子(potential-determining ion)的浓度改变的影响。

同样材料的颗粒会具有相同极性的表面电荷，因此会彼此排斥。然而，当ζ电位太小时，排斥力不能抵消颗粒的范德华力，因此颗粒会发生絮凝并可能沉降。