[发明专利]包含正电和负电二氧化硅粒子的CMP抛光组合物

说明书

本发明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。

本发明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。

本发明的表述

1.根据本发明，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pH 3.5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。