TWI242589B - Dispersion for chemical mechanical polishing - Google Patents

Description

1242589 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明關於氧化表面之化學機械拋光用的水性分散液 及其產製方法。 【先前技術】 含有二氧化矽的水性分散液用於廣範圍應用中。應用 實例包括紙的塗覆，玻璃纖維和石英玻璃的產製，及半導 體基底的化學機械拋光（CMP方法）。 一般的分散液大部分是源於膠態二氧化矽，矽膠，或 熱解產製的二氧化矽。 含有膠態二氧化矽的分散液顯出限定的小粒子尺寸及 良好的分散液安定性。在化學機械拋光中，在經拋光表面 上的缺陷比例（例如刮痕的數目）是低的。然而，缺點是 :比起含有經熱解產製的二氧化矽的分散液，在氧化表面 的拋光中移除速率是低的。 另一方面，含有經熱解產製的分散液引起較大數目的 刮痕，因一級粒子的聚集和附聚，而引起硬粒子。分散聚 集物和附聚物證實是難的，分散液較不安定且具有沈積或 膠化的傾向。 ΕΡ-Α-1148〇26描述一種藉氣溶膠而摻雜氧化鋁的二 氧化矽分散液及使用此分散液以在噴墨部門中製造塗覆用 泥釉及供化學機械拋光。申請具有1至200,000 ppm之極 廣範圍之二氧化鋁摻雜的水性分散液。然而，已發現：雖 -6 - (2) 1242589 然以此方式定義之分散液可以較佳爲用於噴墨部門中，它 在化學機械拋光中並沒有令人滿意之拋光效能。因此，依 EP-A-U48〇26所產製且含有摻雜20重量％氧化鋁的二氧 化矽的分散液具有極高的缺陷比例，然而低摻雜的粉末（ 例如1 〇 p p m氧化鋁）顯出低的移除速率。 【發明內容】 本發明的目的是要提供一種分散液，其在氧化表面之 化學機械拋光中允許高的移除速率，卻不在欲拋光之表面 上留下刮痕。 本發明提供一種氧化表面之化學機械磨光用之水性分 散液，其含有藉氣溶膠摻雜氧化鋁之經熱解產製的二氧化 砂粉末，其中該粉末具有相對於粉末總量0.0 1至3重量 %，較佳爲0.2至1 .5重量％的氧化鋁含量及最大0. 1微 米的平均粒子直徑於分散液中。 此粉末依EP-A-995718來製備。 在分散液中之平均粒子直徑可以藉例如動力光散射來 測定。對於依本發明的分散液而言，與數目有關及與體積 有關之平均粒子直徑低於0 . 1微米。 在氧化表面的化學機械抛光中，依本發明之分散液有 極好的移除速率，卻不產生刮痕。本發明之實質特徵是經 摻雜之二氧化矽粉末的氧化鋁含量是0.01至3重量％， 及在分散液中的平均粒子尺寸。若氧化鋁含量低於〇 . 〇 i 重量％，僅觀察到低的移除速率，若大於3重量％之摻雜 (3) 1242589 ，則拋光期間所產生之刮痕數目顯著增加 於具有低於〇. 1微米之平均粒子尺寸於分 若分散液中平均粒子尺寸超過0. 1微米， 明顯增加。 依本發明的分散液可以有8.5至1 1 用鹼氫氧化物，較佳爲氫氧化鉀溶液，氨 ，或胺或四烷基銨鹽，如四甲基銨氫氧化 系統以安定pH。 在依本發明之分散液中的粉末含量可 量％，較佳爲大於10重量％。 在依本發明之分散液中粉末的BET 於50至90 米2/克。 爲了安定依本發明之分散液以免沈積 加添加劑如表面活性物質及分散劑。表面 陰離子，陽離子，非離子或兩性本質或其 別表面活性物質所管制且可以在0.001至 。例如硫酸十二烷酯鈉，硫酸月桂酯鈉， 及其混合物可被使用。 本發明也提供依本發明之分散液的製 藉氣溶膠而摻雜氧化鋁之二氧化矽用至少 量輸入而分散在水性介質中。 具有此種能量輸入之合適系統的實例 子-靜子原則的系統，例如Ultra-Turrax 行星式揑合機/混合機可能有更高的能量 。此二陳述係關 散液中的粉末。 刮痕數目同樣會 之pH。pH可以 或氫氧化銨溶液 物。也可用緩衝 以是5至5 0重 表面積較佳爲介 及絮凝，可以添 活性物質可以有 混合。此量受個 2 重量％間變化 硫酸十二烷酯銨 法，其特徵在於 200 kJ/m3 之能 可能包括基於轉 機或磨碎機。用 輸入。此一系統 -8- (4) 1242589 較佳爲供具有高粘度之分散液之用，需要此一系統引入高 的切變能量以碎裂粒子。 高壓勻化器可較佳爲被使用以製備依本發明之分散液 。在這些裝置中，在高壓下之懸浮液之二道經分散之流經 一噴嘴來降壓。分散液之二噴射彼此確實地撞撃且硏磨粒 子本身。在另一實體中，預分散液再次置於高壓下，但粒 子碰撞壁之防護部分。此操作可重覆任何次數以得較小粒 子尺寸。 本發明也提供依本發明之分散液在氧化表面（較佳爲 二氧化矽）之機械化學拋光上的用途。 【實施方式】 實例 分析方法 粒子尺寸：在分散液中之平均粒子尺寸用Malvern所 供應之Zetasizer 3 000 Hsa來測定。 BET表面積：所用之粉末的表面積依DIN 66131來測 定。 粘度：所產製之分散液的粘度用Physica所供應之 MCR 3 00轉動流變計及CC 27測量燒杯來測定。粘度値 在5 00升/秒之切變速率下測定。此切變速率是在粘度實 質與切變應力無關之範圍中。 沈積物：沈積是在一周停留時間後於1 0 0 0毫升廣口 聚乙烯瓶中藉目視評估來評估。藉小心地傾斜瓶身，可能 -9 - (5) 1242589 存在之任何沈積物可容易地被偵測。 移除效能及非均勻性：用分散液所達成之移除效能 非均勻性藉使用Zeiss Axio speed分光光度計來測量塗 厚度。線掃描測量在每一情況中在排除6個邊之晶圓上 施。2 5個晶圓被拋光且評估以測定平均移除速率。 缺陷：在霧燈下目視或使用Cen son ANS 1 00表面 子計數計來進行缺陷（刮痕或粒子）的檢查。 粉末 依EP-A-99 5 7 1 8產製摻有0.25 重量％氧化鋁的二 化矽粉末P 1和摻雜8重量％氧化鋁之二氧化矽粉末P2 P1具有55 米2/克之BET表面積，P2有63 米2/克。 分散液 D1 : 36公斤去礦質水和104克之30% KOH溶液置 60升不銹鋼分批容器中。16.5公斤之粉末P1被取出且 Ystral所供應之分散及感應混合機（在4500 rpm下） 助下粗略地預分散。在粉末引入後，用來自Ystral之具 四個處理環，1 mm寬及1 1,5 00 rpm速度之靜子槽的z 轉子/靜子連續勻化器來完成分散。在11，500 rpm下 15分鐘分散期間，藉添加另外之KOH溶液調節pH 10.5且保持在此値。進一步的779克KOH被用來供此 的且藉添加I.5公斤的水建立30重量％之固體濃度。 此所得之分散液用高壓勻化器來硏磨，該勻化器是 和 層 實 粒 氧 於 在 之 有 66 之 至 因 由 -10- (6) 1242589

Sugino Machine Ltd.所供應之 HJP_25050 Ultimaizer 系統 ，在250 MPa壓力下且具有0.3 mm之鑽石噴嘴直徑及二 硏磨循環。 D2和D3 :以相同方式，分散液D2自粉末P2製備且 分散液D3由Degussa AG且稱爲P3之Aerosil 130所製 備。 這些分散液之另外的分析資料列於表1中。 表1 :分散液D 1至D 3 (1 >之分析資料___ 在分散液中之平均粒子直徑 分散液 數目 [nm] 體積 Γ nm] 粘度（2) [mP a s ] 沈積 D 1 62 78 4 No D2 87 99 5 No D3 100 140 15 No (1)固體含量30重量％，pH 10.5 ; (2)在5 00升/秒下 除了分散液D 1至D3之外，以下商業上可得到之分 散液也用來拋光。 D4: Klebosol 30N50 (Rodel)，固體含量 30 重量。/〇, 用氨來安定，pH 9.5 D5: Klebosol 1501 (Rodel)，固體含量 30 重量。/〇, 用KOH來安定，pH 10.9 D6 : Semi - Sperse 2 5 (Cabot Microelectronics)，固體 -11 - (7) 1242589 含量25 重量％，用KOH安定，pH 11.0，用水1:1來稀 拋光方法 設備：使用 Peter Wolters CMP Systeme所供應而配 備有PM200拋光機之P200 CMP群工具及Contrade供應 之刷式淸潔機以供拋光測試。用水或氨實施淸潔測試。 拋光頭配備有來自Rodel之DF200支持膜，且亦來 自Rodel之IC 1 000/Suba IV墊用來作爲拋光布。表2中 所列之參數用來供拋光方法。 表2 :拋光方法的參_ __ 力 1 5 00 N 設定點2) 19 0mm 內部支持壓力 3) 0 kPa 外部支持壓力 3) 10 kPa 振盪 -10 mm 夾盤速度 2 0 r p m 拋光板速度 3 3 r p m 分散液流速 18 0 ml/min 拋光時間 6 0 sec 1) 溫度：約25°C ; 2) 夾盤中心至拋光板中心的距離（mm )(拋光板直徑 =6 0 0 m m ) » 3 )使用二區夾盤，藉此’支持壓力可分開地供應至二區以 致有經改良之均勻性； -12- (8) 1242589 晶圓：200 mm砂晶圓，用1000 nm LPCVD TEOS塗覆（ 6 70 °C，7 5 0 mTorr )。 拋光結果 當用來供拋光時，與基於膠態二氧化矽，Klebosol 3〇N5〇 (D4)和15〇1 (D5)之經測試分散液相比，與基於熱 解的二氧化矽的SS25分散液（D6)相比，在移除速率和 非均勻性方法，依本發明之分散液是有利的，本發明之分 散液含有二氧化矽粉末，其摻有〇 . 2 5重量％氧化鋁且具 有0. 1微米下之平均粒子尺寸。在所測試之所有分散液中 D2有最高的移除速率，但它不適於拋光氧化塗層，因很 多的缺陷。 在後CMP淸潔後缺陷的測定對所測試之所有分散液 (除了 D2以外）產生類似的値（表3 )。 表3 :線掃描測量；^由光結果i ) 分散液 D1 D2 D3 D4 D5 D6 移除（nm/分鐘） 459 493 355 287 326 3 53 不均勻性（1) ( % ) 5.2 7.1 6.7 5.3 6.2 5.9 缺陷（2) 1 85 5 13 176 17 1 178 176 (1 )排除邊6 m m ; -13- 1 標準偏差1 δ ; 2 粒子尺寸0.25 - 1.00微米，用2%氨來刷洗。

Claims (1)

1. 拾、申請專利範圍 附件2A: 第921023 1 1號專利申請案 中文申請專利範圍替換本 民國94年6月7日修正 1 . 一種氧化表面之化學機械拋光用的水性分散液，其 含有藉氣溶膠摻雜氧化鋁之熱解產製的二氧化矽粉末’其 特徵爲該粉末具有相對於粉末總量〇·〇1至3重量％的氧 化鋁含量，及在分散液中最大〇·1微米之平均粒子直徑 〇 2 .如申請專利範圍第1項之水性分散液，其中該粉末 具有相對於粉末總量〇. 2至1 · 5重量％的氧化鋁含量。 3.如申請專利範圍第1項之水性分散液，其具有8.5 至1 1之pH。 4 .如申請專利範圍第1項之水性分散液，其中分散液 中粉末的含量介於5至5 0重量％間。 5 .如申請專利範圍第4項之水性分散液，其中分散液 中粉末的含量介於1 〇至5 0重量％之間。 6.如申請專利範圍第1項之水性分散液，其中BET表 面積介於50至90米2/克間。 7 .如申請專利範圍第1項之水性分散液，其含有表面 活性物質及/或分散劑。 8 .如申請專利範圍第1至7項中任一項之水性分散液 ，其係用於二氧化矽表面的化學機械拋光。 1242589 (2) 9 . 一種如申請專利範圍第1至7項之水性分散液的製 法，其特徵爲將藉氣溶膠摻雜氧化鋁的二氧化矽以至少 20 0 kJ/m3之能量輸入來分散在水性介質中。 1 〇 .如申請專利範圍第9項之水性分散液的製法，其 中使用高壓勻化器以供分散。

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