一种浓缩化学机械平坦化浆料产品及其使用方法

专利名称：一种浓缩化学机械平坦化浆料产品及其使用方法
技术领域：
本发明涉及一种化学机械平坦化浆料产品及其使用方法，具体的涉及一种 浓縮化学机械平坦化浆料产品及其使用方法。
背景技术：
随着微电子技术的发展，甚大规模集成电路芯片集成度已达几十亿个元器 件，特征尺寸已经进入纳米级，这就要求微电子工艺中的几百道工序，尤其是
多层布线、衬底、介质必须要经过化学机械平坦化(CMP)。化学机械平坦化浆 料能够选择性地促进特定半导体表面材料的去除，常规的化学机械平坦化浆料 包含研磨颗粒和各种化学添加物，例如研磨速率提升剂，腐蚀抑制剂，氧化剂， 酸碱度调节剂等和载体。通常，化学机械平坦化浆料中作为载体的水会占总重 量的70-80%，甚至更高，而几乎每一个用户端都已经拥有成本低廉的去离子水。 因此，这在成本上显然不合理。因而，浓缩化学机械平坦化浆料的制备日益受 到业界的关注。目前，浓縮化学机械平坦化浆料的制备及其使用中，存在一个 带来很多困扰的瓶颈问题浆料中的一些成分可能会影响其他成分的浓縮，尤 其是研磨颗粒可能与一些化学添加剂有着复合作用，使得浓縮浆料的浓縮比例 大受限制而且使用寿命大大降低。并且，对于浓縮浆料中究竟是哪些成分影响 了其他成分的浓缩，需要大量的实验数据的分析研究。目前，尚未有这方面的 报道。因此，从长远来看，亟待解决此问题。
本发明所要解决的技术问题是现有技术中，因浓缩化学机械平坦化桨料 中各成分间有相互作用，会彼此影响彼此的浓縮，使得浓缩浆料的浓縮比例大 受限制并且使用寿命大大降低；而对于浓縮浆料中究竟是哪些成分影响其他成 分的浓縮目前尚未有报道，并且也非本领域可轻易得出的结果。为克服上述问 题，本发明提供一种浓縮化学机械平坦化浆料产品及其使用方法。
本发明的浓縮化学机械平坦化浆料产品中，影响其他成分浓縮，或者易受 其他浓縮成分影响，或者在浓縮状态下不稳定的成分为独立分装。
其中，所述的影响其他成分浓縮的成分较佳的为在浓缩条件下，会使浓 縮研磨颗粒的Z电位的绝对值降低到小于或等于5毫伏的化学添加剂；或者会
使浓縮研磨颗粒的平均粒径在40-45"C下一周之内增加量大于或等于100%的化
学添加剂。由于z电位是表示粒子表面所带电荷的参数，z电位的绝对值小于
或等于5毫伏表明粒子表面基本不带电荷，粒子就可能发生聚集；而颗粒的平 均粒径的显著增加则是粒子已经发生聚集的一个显著信号。所述的易受其他浓 縮成分影响为氧化剂，如过氧化氢等。
本发明的较佳例为该浓縮化学机械平坦化桨料产品包括两个独立分装的 部分浓縮部分1.浓縮的研磨颗粒；浓縮部分2.浓缩的化学添加剂。具体的 较佳实例为浓缩部分1含有胶态三氧化二铝颗粒；浓缩部分2含有甘氨酸、 5-氨基四氮唑和pH调节剂。其中浓縮部分2还可含有本领域常用表面活性剂、 稳定剂和灭菌剂中的一种或多种。
本发明的另一较佳例为该浓缩化学机械平坦化浆料产品包括两个独立分
装的部分浓縮部分1.研磨颗粒和利于或不影响研磨颗粒浓缩的化学添加剂的 浓縮混合物；浓縮部分2.影响研磨颗粒浓縮或者易受其他浓縮成分影响的化学 添加剂。具体的较佳实例为浓縮部分1.胶态二氧化硅颗粒、苯并氮唑和pH 调节剂；浓縮部分2.多氨基多醚基四亚甲基膦酸。另一具体的较佳实例为浓
縮部分l.胶态二氧化硅颗粒、2-膦酸丁烷基-l,2,4-三羧酸、苯并氮唑和pH调节 剂；所述的浓缩部分2.过氧化氢。其中浓縮部分1还可含有本领域常用表面活 性剂、稳定剂和灭菌剂中的一种或多种。
本发明一个包括两个以上独立分装部分的较佳实例为浓缩部分1含有胶 态二氧化硅颗粒；浓缩部分2含有羟基乙叉二膦酸，5-氨基四氮唑和pH调节剂； 浓縮部分3含有过氧化氢。其中浓縮部分2还可含有本领域常用表面活性剂、 稳定剂和灭菌剂中的一种或多种。
本发明进一步的还涉及本发明的浓缩化学机械平坦化浆料产品的使用方 法，其具体步骤为设所述的浓縮化学机械平坦化浆料产品共有n个独立分装 部分，每个部分的浓縮倍数依次为A2……An;使用时按下述比例进行稀释 混合浓縮部分1:浓縮部分2:……浓縮部分n:去离子水=(1/A^: (1/A2): :
<formula>formula see original document page 7</formula>即可制得浓縮化学机械平坦化浆料。
本发明的两个较佳例的使用方法为设所述的浓縮部分1的浓縮倍数为A， 所述的浓缩部分2的浓縮倍数为B;使用时按下述比例进行稀释混合浓縮部分
1:浓縮部分2:去离子水-(l/A): (1/B): (l-l/A-l/B)，即可制得浓縮化学机械平
坦化浆料。
本发明所用试剂及原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于与现有技术相比，本发明的浓縮化学机械平
坦化浆料产品可提高浓缩比，并大大延长了浓缩化学机械平坦化浆料的使用寿 命，克服了现有技术在制备浓縮化学机械平坦化浆料中的瓶颈问题，大大降低 了制造，运输，贮备等方面成本。尤其是经过大量的实验分析研究，本发明得 出了几类具体的影响其它成分浓縮的成分，并提供了几类较佳的浓縮化学机械 平坦化浆料产品实例。
具体实施例方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所 述的实施例范围之中。实施例中各成分百分比均为质量百分比。 实施例l
浓缩化学机械平坦化浆料产品，其包括两个独立分装的部分:浓縮部分1.浓 縮的研磨颗粒，浓縮倍数为5;浓縮部分2.浓縮的化学添加剂，浓縮倍数为8。
具体来说，浓缩的研磨颗粒为胶态三氧化二铝颗粒，浓度为25%，浓縮倍 数为5倍；浓縮的化学添加剂包括6%甘氨酸，0.8%5-氨基四氮唑，0.02%氢氧 化钾(pH调节剂)、1600ppm聚丙烯酸(表面活性剂)，400ppm异噻唑啉酮(灭 菌剂)，浓縮倍数为8倍。使用时按下述比例进行稀释混合浓縮部分h浓缩 部分2:去离子7K气l/5): (1/8): (1-1/5-1/8)，即可制得可使用的化学机械平坦化浆 料。最终稀释后桨料配方为5%胶态三氧化二铝颗粒、0.75%甘氨酸、0.1% 5-氨 基四氮唑、0.0025%氢氧化钾、200ppm聚丙烯酸和50ppm异噻唑啉酮，pH=5.0。
此浓縮样中，高浓度的甘氨酸和5-氨基四氮唑使浓縮胶态三氧化二铝颗粒 的平均粒径在烘箱中(40-45°C) —周之内增加100%。这表明研磨颗粒明显发生 聚集，浓縮胶态三氧化二铝颗粒的稳定性受到很大影响。所以，将这两种化学
添加剂与研磨颗粒分开，从而提高可使用的浓縮比，延长浓缩样品的使用寿命， 并节省了制造，运输，贮备等方面的成本，提高了经济效益。
实施例2
浓縮化学机械平坦化浆料产品包括两个独立分装的部分浓縮部分l.研磨 颗粒和利于或不影响研磨颗粒浓縮的化学添加剂的浓縮混合物，浓縮倍数为6;
浓縮部分2.影响研磨颗粒浓縮的化学添加剂的浓縮物，浓缩倍数为25。
具体来说，浓縮部分1包括浓度为30%胶态二氧化硅颗粒、0.6%苯并氮 唑、0.05%氢氧化钾(pH调节剂)、1200ppm聚丙烯酸(表面活性剂)，1200ppm 乙二胺四甲亚基膦酸(稳定剂)和300ppm异噻唑啉酮(灭菌剂)，浓縮倍数为 6倍；浓縮的化学添加剂包括50%多氨基多醚基四亚甲基膦酸，浓縮倍数为25
倍。使用时按下述比例进行稀释混合浓縮部分1:浓縮部分2:去离子水=(1/6):
(1/25): (1-1/6-1/25)，即可制得可使用的化学机械平坦化浆料。最终稀释后桨料配 方为5%胶态二氧化硅颗粒、2%多氨基多醚基四亚甲基膦酸、0.1%苯并氮唑、 0.0083%氢氧化钾、200ppm聚丙烯酸、200ppm乙二胺四甲亚基膦酸和50ppm异 噻唑啉酮，pH=2.5。
此浓縮样中，由于高浓度的多氨基多醚基四亚甲基膦酸使浓縮胶态二氧化 硅颗粒的Z电位的绝对值降为5毫伏。这表面研磨颗粒表面基本不带电荷，浓 縮胶态二氧化硅颗粒的稳定性受到很大影响。而苯并氮唑对浓縮胶态二氧化硅 颗粒的稳定性则没有显著影响。所以将多氨基多醚基四亚甲基膦酸与其他成分 分开，大大提高了可使用的浓縮比，提高浓縮样品的使用寿命，节省了制造， 实施例3
浓缩化学机械平坦化浆料产品包括两个独立分装的部分浓缩部分1.研磨 颗粒和利于或不影响研磨颗粒浓縮的化学添加剂的浓縮混合物，浓縮倍数为6; 浓縮部分2.易受其他浓縮成分影响化学添加剂的浓缩物，浓縮倍数为10。
具体来说，浓縮部分1包括浓度为30%胶态二氧化硅颗粒、1.2%2-膦酸丁 烷基-l,2，4-三羧酸、0.6%苯并氮唑、0.05%氢氧化钾(pH调节剂)、1200ppm聚 丙烯酸(表面活性剂)，1200ppm乙二胺四甲亚基膦酸(稳定剂)，300ppm异噻 唑啉酮(灭菌剂)，浓缩倍数为6倍；易受其他浓缩成分影响的化学添加剂的浓 縮物为浓度30%过氧化氢，浓縮倍数为10倍。使用时按下述比例进行稀释混 合浓縮部分l:浓縮部分2:去离子水=(1/6): (1/10): (1-1/6-1/10)，即可制得可 使用的化学机械平坦化浆料。最终稀释后浆料配方为5%胶态二氧化硅颗粒、 0.2%2-膦酸丁垸基-1，2，4-三羧酸、0,1%苯并氮唑、0.0083%氢氧化钾、200ppm聚 丙烯酸、200ppm乙二胺四甲亚基膦酸、50ppm异噻唑啉酮和3%过氧化氢， pH=3.0。
此浓縮样中，由于其它物质对浓縮胶态二氧化硅颗粒的稳定性没有显著影 响，而浓縮的过氧化氢易受其他的化学添加剂影响，故将其独立分装，提高了 可使用的浓縮比，提高浓縮样品的使用寿命，节省了制造，运输，贮备等方面 的成本，提高了经济效益。
实施例4
浓缩化学机械平坦化浆料产品，其包括三个独立分装的部分:浓縮部分1.浓 縮的研磨颗粒，浓縮倍数为10;浓縮部分2.浓縮的化学添加剂，浓縮倍数为10，浓縮部分3.浓縮的过氧化氢30%，浓缩倍数为6。
具体来说，浓縮的研磨颗粒为胶态二氧化硅颗粒，浓度为20%，浓縮倍数 为10倍；浓縮的化学添加剂包括5%羟基乙叉二膦酸、3%1-氢-四氮唑、0.05% 氢氧化钾(pH调节剂)、2000ppm聚丙烯酸(表面活性剂)、2000ppm乙二胺四 甲亚基膦酸(稳定剂)和500ppm异噻唑啉酮(灭菌剂)，浓縮倍数为10倍； 浓縮部分3.浓縮的过氧化氢30%，浓縮倍数为6。使用时按下述比例进行稀释 混合浓缩部分1:浓缩部分2:浓縮部分3:去离子水=(1/10): (1/10): (1/6)(1-1/10-1/10-1/6)，即可制得可使用的化学机械平坦化浆料。最终稀释后浆料配 方为2%胶态二氧化硅颗粒、0.5%羟基乙叉二膦酸、0.3%1-氢-四氮唑、0.005% 氢氧化钾、200ppm聚丙烯酸、200ppm乙二胺四甲亚基膦酸、50ppm异噻唑啉 酮和5%过氧化氢，pH=3.0。
此浓縮样中，由于在pH:3.0浓縮胶态二氧化硅颗粒稳定性不好，同时其他 的化学添加剂容易使浓縮的过氧化氢分解，我们将研磨颗粒、氧化剂和其他化 学添加剂分别独立分开，大大提高了可使用的浓縮比，提高浓缩样品的使用寿 命，节省了制造，运输，贮备等各方面的成本，提高了经济效益。
权利要求
1.一种浓缩化学机械平坦化浆料产品，其特征在于该产品中影响其他成分浓缩，或者易受其他浓缩成分影响，或者在浓缩状态下不稳定的成分为独立分装。
2. 如权利要求l所述的浓縮化学机械平坦化浆料产品，其特征在于所述的影 响其他成分浓縮的成分为在浓縮条件下，会使浓縮研磨颗粒的Z电位的绝 对值降低到小于或等于5毫伏的化学添加剂；或者会使浓縮研磨颗粒的平均 粒径在40-45。C下一周之内增加量大于或等于100%的化学添加剂；所述的易 受其他浓縮成分影响的成分为氧化剂。
3. 如权利要求2所述的浓縮化学机械平坦化浆料产品，其特征在于所述的氧 化剂为过氧化氢。
4. 如权利要求l所述的浓缩化学机械平坦化浆料产品，其特征在于该产品包括 两个独立分装的部分浓縮部分l:浓縮的研磨颗粒； 浓縮部分2:浓縮的化学添加剂。
5. 如权利要求4所述的浓缩化学机械平坦化浆料产品，其特征在于所述的浓 缩部分1含胶态三氧化二铝颗粒；所述的浓縮部分2含甘氨酸、5-氨基四氮 唑和pH调节剂。
6. 如权利要求l所述的浓缩化学机械平坦化浆料产品，其特征在于该产品包括两个独立分装的部分浓縮部分1:研磨颗粒和利于或不影响研磨颗粒浓縮的化学添加剂的浓縮混 合物；浓縮部分2:影响研磨颗粒浓缩，或者易受其他浓縮成分影响的化学添加剂。
7.如权利要求6所述的浓縮化学机械平坦化浆料产品，其特征在于所述的浓 縮部分1含胶态二氧化硅颗粒、苯并氮唑和pH调节剂；所述的浓縮部分2 含多氨基多醚基四亚甲基膦酸。
8. 如权利要求6所述的浓縮化学机械平坦化浆料产品，其特征在于所述的浓縮部分1含胶态二氧化硅颗粒、2-膦酸丁烷基-l，2，4-三羧酸、苯并氮唑和pH 调节剂；所述的浓縮部分2含过氧化氢。
9. 如权利要求l所述的浓縮化学机械平坦化浆料产品，其特征在于该产品包括三个独立分装的部分 浓缩部分l含有胶态二氧化硅颗粒浓縮部分2含有羟基乙叉二膦酸，5-氨基四氮唑，pH调节剂； 浓缩部分3含有过氧化氢。
10. 如权利要求5、 7、 8和9中的任一项所述的浓缩化学机械平坦化浆料产品， 其特征在于权利要求5、 9中所述的浓縮部分2，或权利要求7或8中所述 浓缩部分1还含有表面活性剂、稳定剂和灭菌剂中的一种或多种。
11. 如权利要求1所述的浓縮化学机械平坦化浆料产品的使用方法，其特征在于设所述的浓縮化学机械平坦化浆料产品共有n个独立分装部分，每个部分的 浓縮倍数依次为A,、 A2……An;使用时按下述比例进行稀释混合浓縮部分 1:浓縮部分2:……浓缩部分n:去离子水-(l/AO: (1/A2):……(1/An)(1-1/A!-1/A2-……-1/An)，即可制得浓縮化学机械平坦化浆料。
12. 如权利要求4 8中任一项所述的浓缩化学机械平坦化桨料产品的使用方法， 其特征在于设所述的浓缩部分1的浓縮倍数为A，所述的浓縮部分2的浓縮倍数为B;使用时按下述比例进行稀释混合浓縮部分l:浓縮部分2:去 离子水气1/A): (1/B): (l-l/A-l/B)，即可制得浓縮化学机械平坦化浆料。
全文摘要
本发明公开了一种浓缩化学机械平坦化浆料产品该产品中影响其他成分浓缩的成分为独立分装；及其使用方法设所述的浓缩化学机械平坦化浆料产品共有n个独立分装部分，每个部分的浓缩倍数依次为A₁、A₂……A_n；使用时按下述比例进行稀释混合浓缩部分1∶浓缩部分2∶……浓缩部分n∶去离子水＝(1/A₁)∶(1/A₂)∶……∶(1/A_n)∶(1-1/A₁-1/A₂-……-1/A₂)，即可。本发明的浓缩化学机械平坦化浆料产品可提高浓缩比，并大大延长了浓缩化学机械平坦化浆料的使用寿命，克服了现有技术中制备浓缩化学机械平坦化浆料的瓶颈问题，极大的降低了产品制造，运输，贮备等方面成本，具有较高的经济价值。
文档编号H01L21/304GK101358125SQ20071004458
公开日2009年2月4日 申请日期2007年8月3日 优先权日2007年8月3日
发明者春 徐 申请人:安集微电子(上海)有限公司