Brevet FR3056987A1 — publié le 20180406

COMPOSITON DE POLISSAGE COMPRENANT DES PARTI( nE SILICE POSITIVES ET NEGATIVES La présente invention concerne des compositions de polissage 5 (CMP) de planarisation mécano-chimique aqueuses comprern, H-:e composition de particules de silice positivemer., d'unc, ,-.7c,-nposition de nér_Itivement chargée, paH. dans lesquelies les particules positiv'm chargée:, des eticules de silice contenant in g oL e aminosW=,,ric et la taiU: 10 des particules de la composition ice positivement cF est supérieure à la :aie moyenne de eticule de la composition négativement charg , que des procédés de fabrication de celles.- Le . partinuies abrasives a dans !e passé nue fois augmenté H tsue dc pcsecje d'une 71H'it Cr' de substrat c:(»..itelu.Li-lt 15 ou un cx de dans le procécli: CML cM p anî3d',-;ation mdcano-chimidu(-2 ou sinon ce procédé. utilisant des aminosilanes dans des compositions de polissage CMP de silice aqueuses ont dans le passé toujours présenté des problèmes de stabilisation à l'expédition. Les particules de J-ce se gélifient ou s'agrègent typiquement dans l'intervalle de pH de 4 à 7,5, particulièrement dans des concentrés avec des particules de silice au-dessus de 20 % en masse de la solution. L'addition de silane aux compositions de polissage CMP pour aider au polissage peut ajouter une charge positive de sorte que moins de silice est nécessaire ; cependant, 25 l'additior, ,,l'arninosilane à des compositions de polissage CMP de silice crée des probiemes de stabilité à un pH de 4 à 7, pH auquel les particules de silice positivement chargées présentent des taux de retrait élevés pour le polissage de surfaces de dioxyde de silicium. L'addition d'aminosilane peut réduire la répulsion électrostatique des surfaces de silice dans des 30 compositions de polissage CMP contenant de la silice, abaissant par-là leur stabilité colloïdale. La publication de brevet US n° US20150267082 au nom de Grumbine et al. décrit des mélanges de deux, une première et une seconde, particules de silice, dont la première particule est une silice 35 colloïdale ayant une taille moyenne de particule de 10 à 130 nm et présente une charge positive permanente d'au moins 10 mV et dont la 3056987 2 seconde particule présente une charge neutre ou positive non-permanente et une *aille moyenne de particule de 80 à 200 nm. La première particu`,H,..- de silice est traitée avec un aminosilane et la seconde particule de silice peut être traitée avec un composé d'amine quaternaire. Grumbine et al. ne décrit pas de procédé détaillé destiné au traitement de la premià.e particule de silice avec l'aminosilane. Les :-)mpositior- décrites dans Grumbine nt ne parviennent pas à fournir amélioré de substrats ci' !es, tels que de tét.-^éthoxysilane (TEOS). ràsents inventeurs 'prit donnés comme but de res le problème pie la fourHture de compositions de polissage CMP de s'IF aqueuse améliorent le CMP triques, tels ciL, U bstrats - --triques à iterri ENONCE DE L'INVENTION 15 s compositions ,'Ssage (CMP) de on mécanc-, e aqueuses compr ment un mélange d'une composition de particules de silice positivement chargées avec au total de 3 à 20 % en rr, - ou de 3 à 17,5 en masse, de 20 préférence de 5 à 12 % en masse, uu, de manière plus préférable, de 7 à 10 % en masse, rapporté aux matières solides totales de particules de silice dans la composition de polissage CMP, d'une ou plusieurs compositions de particules de silice négativement chargées dans lesquelles les particules de silice négativement chargées présentent, avant la 25 formation du mélange. InQ taulede particule z-moyenne comme !terminée par diffusic: tuque de la lumière (DLS) de 5 à 50 nm et où, avant la formation du mélange, le rapport de taille de particule z-moyenne (DLS) des particules de silice dans la composition de particules de silice positivement chargées à celle des particules de silice dans les une 30 ou plusieurs compositions de particules de silice négativement chargées est de 1:1 à 5:1 ou, de préférence, de 5:4 à 3:1. 2. Les compositions de polissage CMP aqueuses telles que présentées dans l'article 1, ci-dessus, où la composition de particules de silice positivement chargées comprend des particules de silice contenant 35 un ou plusieurs aminosilanes choisis parmi un aminosilane contenant un groupe amine tertiaire, tel que le N,N-(diéthylaminométhyl)triéthoxysilane, 3056987 un aminosilane contenant au moins un groupe amine secondaire, tel que le N-aminoéthylaminopropyltriméthoxysilane (AEAPS) ou le N-éthylaminoéthylaminopropyltriméthoxysilane (DEAPS alias DETAPS), ou des mélanges de ceux-ci, de préférence, contenant un groupe amine tertiaire. 3. Les compositions de polissage CMP aqueuses selon l'un des articles 1 ou 2, ci-dessus, à le potentiel de la composition de 7uIE.:H, silice positivement chargées est e 10 à 35 mV à un pH de préféré e;, de 15 à 30 mV. 4. Les compositions de polissage CMP aqueuses selon l'un des 10 article:3 2 ou 3, d--dessus, qui présentent un pH de 3,5 à 5 ou, de préférence, un pH de 4,0 à 4,7. compciGtions de po:l aque Liscs articles 1, W, ou essus, qui r prennent une Î-natières .solides -ules de t % en 15 COM 1 roi-ment:. concentré ayant une 15 à 25 % en m7.1:- ou, encore mieux de 18 à en rr.. 6. LU' composition :. de polissage CMP aqueuses l'un des articles 1 à 5, ci-dessus, qui comprennent des particules de agrégées 20 créées par le mélange de deux types de particules de silices de charge opposée. 7. Les compositions de polissage CMP aqueuses selon l'un des. articles 1 à 6, ci-dessus, où la taille de particule z-moyenne comme déterminée par diffusion dynamique de la lumière (DLS) des particules de 25 silice dans la composition de particules de silice positivement chargées est de 25 à 150 nm, de ,çe-çmnce de 30 à m, avant la formation du mélange. 8. Selon un aspect séparé de la présente invention, des procédés de fabrication de compositions de polissage (CMP) de 30 planarisation mécano-chimique aqueuses comprennent l'ajustement du pH d'un aminosilane aqueux à une valeur de 3 à 8, de préférence, de 3,5 à 4,5 avec un acide fort, de préférence de l'acide nitrique, la mise au repos de celui-ci sur une période de 5 à 600 minutes ou, de préférence, de 5 à 120 minutes pour hydrolyser toute liaison silicate dans l'aminosilane et 35 former un aminosilane aqueux hydrolysé et, si nécessaire, l'ajustement du pH de l'aminosilane aqueux hydrolysé à une valeur de 3,5 à 5, de 3056987 préférence, de 3,5 à 4,5 avec un acide fort ; séparément, rajustement du pH d'une première suspension de silice aqueuse ayant une taille de particule z-moyenne comme déi-rminée par dispen--, de lumière dynamique (DLS) de 25 à 150 nm, de préférence de 30 à 70 nm, à une valeur de 3,5 à 5, de préférence de 4,0 à 4,7 avec IL acide fort, de préférence, de nitrique pour former une première suspension de silice aqueuse la combinaison de la rmière suspension de siLc et de 7riinoi!ene aqueux hyc former une compositr.i particules ch:': 10 aqueuse ; séparément'stement du pH aqueuses de silice né.. .,.,'.rement char( 7-moyenne (DLS) de, 5 L. nm à Li UL acide ve.vec rllerrent !-)our plusiHTs :'pensions un taille. cL particule de rence pij)LH' ce, ron riev une seconde composition de suspension de silice aqueuse 15 combinaison de la composition de de pnrticules sike ositivement 7.1CH..muse avec la secnnde composition cic -r!mu nIni de silice aqueuse unc ant Lotale a seconc.-_: suspension de silice aqueuse de 3 à 20 % en masse, ou, de 3 à 17,5 % en masse, ou, de préférence, de 5 à 12 % en masse, ou, de manière plus 20 nréférable, de 7 à 10 % en masse, rapportée à la masse totale de matières solides de particules de silice dans la composition de polissage CMP, où le rapport de la taille de particule z-moyenne de la silice dans la première suspension de silice aqueuse à la taille de particule z-moyenne de la silice dans la seconde composition de suspension de Hce aqueuse 25 est de 1:1 à 5:1 ou, de préférence, de 5:1 '1:1. 9. Les procédés de fabrication dune coi de polissage cr,17 aqueuse selon l'article 8, où l'aminosilane aqueux comprend un ou aminosilanes choisis parmi un aminc.}Aane contenant un groupe amine tertiaire, tel que le N,N-(diéthylaminométhyl)triéthoxysilane, un 30 aminosilane contenant au moins un groupe amine secondaire, tel que le N-aminoéthylaminopropyl- triméthoxysilane (AEAPS) ou le Néthylaminoéthylaminopropyltriméthoxysilane (DEAPS alias DETAPS), ou des mélanges de ceux-ci. 10. Les procédés de fabrication d'une composition de polissage 35 CMP aqueuse selon l'un quelconque des articles 8 ou 9, ci-dessus, où la composition est un concentré et les matières solides totales de particules 3056987 de silice de la composition de polissage (CMP) de planarisation mécano- h aqueuse représentent de 15 à 25 % en masse ou, de prei-erence, de 18 à 24 % en masse. 11. Les procédés de fabrication d'une composition d ssage CMP aqueuse selon l'un des articles 8, 9 ou 10, ci-dessus, comprenant de plus la dilution de la composition pc:i5sage (CMP) aquece à une teneur totale en matières solides de particules de silice % en massc, apporté à la masse trtàle de !a cr,rnry-,Çtfr)rt, Sans indication contraire, les c..iDnditions de tempéra. tore et de -ession sont la température ambiante Fa pression atmosp in. - . sont inclusifs corn er comme présent sans ceflo,:-- et à des combinaisons 15chaque a temative, Le ter.e (poiy; t ainsi référence à L'amine, :es mélanges es intervalles sont inclusifs et combinables. Le turri intervalle de 50 à 3 000 cPs, ou de 100 cPs ou plus" inclurait par exe chacun de 50 à 100 cPs, 50 à 3 000 cPs et 100 à 3 000 cPs. 20 Le terme "ASTM" fait référence à r4 r." iblications de ASTM International, West Conshohocken, PA. Le terme "ISO" fait référence à des publications de l'Organisation Internationale de Normalisation (International Organization for Standardization), Genève, CH. 25 Le terme "base dure" fait réfen... des:: iroxydes de métaux, incluant des hydrox-, - de métaux alcaiins, tels que NaOH, KOH, ou CsOH. Le terme "matières solides de particules de Aioue' une composition donnée, la quantité totale de partici.-:s de 30 positivement chargées, plus la quantité totale de particules de négativement chargées, plus la quantité totale de toute autre partict., de silice, incluant toute matière avec laquelle ces particules sont traitées. Le terme "matières solides" indique toute matière différente de l'eau ou de l'ammoniac qui ne se volatilise pas dans les conditions 35 d'utilisation, quel que soit son état physique. Les silanes ou additifs 3056987 6 liquides qui ne se volatilisent pas dans les conditions d'utilisation sont ainsi considérés comme des "matières solides". Le terme "acide fort" fait référence à des acides protiques ayant un pKa de 2 ou inférieur, tels que des acides inorganiques comme l'acide sulfurique ou nitrique. Le terme "conditic -ipér..31.-i.re., et la pression auxquelles une r( donnée est u, incluant des augmentations de tempéra ression pendant i'ulilisatirin, masse" représente pourcent en mas-,Er':. e particule z-moyeri- de ir1 co ion iridiQuée irne est 1.. .in dispositif 10 Jorn InsLrumer Malve IJK) can des f---0--icants. La taille z-iro,fenne eSt la moyenne Harmoniqi.e pondérée en intensité, laquell,e ISC ISO pend ont été Les mesur par-' o es ;pensions concen ou msions comme décrites dans les cxempics. Sans indica'L:i contr.:,2 mesures 20 de diiie de particule ont été réalisées sur des compositions de suspensions diluées jusqu'à des matières solides de particules de silice à 1. % en masse/masse et ayant un pH de 3,5 à 4,5. Le terme "potentiel zêta" fait référence au potentiel électrocinétique d'une composition donnée comme mesuré pE>H- un instrument Malvern Zetasizer (Malvern Instruments, Malvern, (.L). Sans ,7771traire, toutes les mesures de potentiel zêta ont é1: réalisées sur des compositions de suspension données au pH et à la teneur en matières solides listés dans les exemples, telles que des concentrés. La valeur citée a été considérée à partir d'une mesure moyennée des valeurs 30 zêta en utilisant >20 acquisitions prises par l'instrument pour chaque composition indiquée. La concentration de particules de silice, la force ionique, et le pH de la solution de mesure affectent tous le potentiel zêta. Les présents inventeurs ont trouvé de manière surprenante que le mélange d'une composition de particules de silice positivement 35 chargées avec une faible quantité d'une composition de particules de silice négativement chargées qui sont de dimension inférieure ou égale à celle 3056987 7 des particules de silice positivement chargées fournit des taux de polissage améliorés sur des galettes de silice (TEOS) sans significativement impacter le potentiel zêta positif des particules de silice positivement chargées. De plus, les présents inventeurs ont trouvé que l'addition d'une faible quantité des particules de silice négativement chargées plus petites (z-moyenne (DLS) de 5 à 50 nm) peut substantiellement améliorer les taux de polissage de particules de silice contenant un groupe Jsilaner -.-,mpositions aqueuses contenant le mélange des particules de sill' -.nt colloïdalement stables (sans 10 sédimer:. visible) à température ,;.-jante pendant CCIMpositions présen 0ta (potentiel a taille mov:-::,i:np. lumière. Un p à la fois une diminution relinin. é de moins de 30 O/ et une - -minée v:6. - dans les produire:.:JeF, 01-i'd_T,-1177:TU - is nég L positives dEns ceux-ci. simple mélange d'une particule de si' égative avec une particule de silice positive crée des compositions qt vent contenir des agrégats ou des particules secondaires, tels que des particules de silice 20 positivement chargées présentant des particules de négativement chargées sur leur surface, ayant un effet de polissage amélioré dans l'intervalle de pH de 3,5 à 5 par rapport à un mélange connu de deux compositions de particules (tel que décrit dans Grumbine et al.). De plus, selon la présente invention, juste une particule de silice est modifiée ou 25 traitée en surface pour former une _:omposition de silice positivement chargée. La présente invenfinn permet par de nuire varier l'agrégation de particules de . 1 .o à tout moment après modification des particules de silice par combinaison de la compositic .Je silice traitée à l'aminosilane ou positivement chargée modifiée avec des particules de 30 silice négativement chargées. La présente invention permet par-là la formulation de propriétés de suspension sur mesure pour toute application spécifique aux points de distributiur d'utilisation, à l'opposé de celui du point de fabrication. Selon l'aminosilane aqueux hydrolysé de la présente invention, de telles compositions peuvent être laissées au repos afin d'hydrolyser toute liaison silicate formée lors du stockage. Pour des aminosilanes 3056987 contenant un ou plusieurs groupes amine secondaire, le pH de tels aminosilanes aqueux est maintenu à une valeur de 7 à 8 pendant de 5 à 600 minutes, avantageusement de 5 à 120 minutes, avant que le pH soit ajusté à une valeur de 3,5 à 5 avec un acide fort. Comme on ne préfère 5 pas les aminosilanes présentant un ou plusieurs groupes amine secondaire, le procédé préféré de fat, ation d'un aminosilane aqueux :.,drolysé comprend l'ajustement du r l de l'aminosilane aqueux de la présente in-enffr)n, par exemple dur .sentant un ou plusieurs groupes -nino tertiaire, à un pH de 3,5 à r et la mise au ret-- - celui-ci 10 pendant de 5 à 600 ou de 5 à 120 mi, Afin d'assur,.... polissage CMP aqueu ii-ésentent un p. - oeirPositions ont l'intervalle du pH sou I Selon la préseritn les paric .fiées sont formées par mélange de particules de silice daru,.,n suspension de silice aqueuse avec une composition d'aminosilane hydrolysée. Lors du mélange, le pH de la suspension de silice aqueux de la composition d'aminosilane aqueuse hydrolysée est. e 3,5 à 5. Les particules de silice dans la composition de particules de sHce positivement chargées contiendront ainsi l'aminosilane ; les particules de silice positivement chargées, par exemple, contiendront l'aminosilane lié à ou associé avec la surface des particules de silice. Selon la préser.: invention, les arninry- dans les particules de silice positivement chaiées sont utiiH- quantii-^s telles u ph d'aminosilane est utilisé avec des particules de silice plus petites -='- moins d'aminosilane est utilisé avec des particules de ïe plus grandes. Les aminosilanes appropriés pour une Hilisation dans fabrication des particules de silice positivement chargées et contenant un groupe aminosilane de la présente invention sont des aminosilanes contenant un groupe amine tertiaire et un groupe amine secondaire. De tels aminosilanes sont plus facilement hydrolysés dans l'intervalle de pH souhaité des compositions de polissage CMP de silice aqueuses de la présente invention (pH 3,5 à 5) que les aminosilanes contenant un groupe amine primaire. colloïdale des conT. présente les à 5 ou, di'L à perdre de stabï us de 3056987 9 Les aminosilanes contenant un groupe a, ne secondaire de la invention ont une meilleure nerformance lorsque les une ou plt -ompositions articulesnégativement chargées sont ese .Jans des quantités totales de 3 z 1/0 en masse, rapporté à la ,asse totale des matière- ides de cules de s iC 7ris la De préférence, s compo de la ivention la n e de 1.1,7 He 3 à noies par Ky ut inaUtrt-,1-.. _:; de p,: de silice kg de 10 , ou, encore mieux, de 3 â REVENDICATIONS1. Composition de polissage (CMP) dP planarisatio rn-canotimique aqueuse caractérisée en ce qu'elle cor .end un mélange d'une osition de particules de :lice positivement cnargées avec de 3 à 20 en masse au total, rapporté aux matières soli, - de particules silice totales dans la composition de polissage ou plusieurs compositions de Particules de silice négativement chan - dans lescp les d( e négtivemer forrriLior 10 clariye, présenten17 ,- r diffusion dynarr du mélang de particule (-;.-,)mme de la lumière de 5 rapport de taHc la ,'ant la , 15 plusieurs compositions particules e ilic nég-tivement chargées de 1:1 à 5:1. 2. Comp.:.)sition de polissage 11) aqueuse selon la revendication 1, caractérisée i que la quantité totale des une ou plusieurs compositions de particules de silice négativement chargées est 20 de 5 à 12 % en masse, rapporté aux matières solides totales de particules de silice da;-i.:; la composition - 'glissage CMP. 3. Composition Ue polissage CMP aqueuse selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le rapport de taille de particule z-moyenne (DLS) des particules de silice dans la composition de 25 particules de silice positivement chargées aux particules de silice dans les une ou plusieurs compositions de particules d ce négativement (14es est de 5:4 à 3:1. 4. Composition de polissage CMP aqueuse selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la composition de partic..iles 30 de silice positivement chargées comprend des particules de silice contenant un ou plusieurs aminosilanes choisis parmi un aminosilane contenant un groupe amine tertiaire, un aminosilane contenant au màL'- un groupe amine secondaire, ou des mélanges de ceux-ci. 5. Composition de polissage CMP aqueuse selon la revendica- 35 tion 4, caractérisée en ce que l'aminosilane contient un groupe amine tertiaire, 3056987 19 6. Composition de polissage CMP aqueuse selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le potentiel zêta de la composition de particules de silice positivement chargées est de 10 à 35 mV à un pH 7,5. . .,:Composition de lissage CMF i .:se selon l'une hies revendications 1 à 6, caractéH'i. , en ce ente un pH de 3,5 5. 8. Composition c1(. lssage CMP aqueuse selon l'une des revendication 1 à 7, caractért.:- en ce qu'elle comprend une teneur totale en solides de partie iP rie 1 à 30 9. Composition de CMP acideu. . la .:ation 8, c:aractérisée ce que ladite corri_ est un co n c rend une -E ur totale en solides % , i ... ai brïcati, c moosiLon po! (CMP) de i lahs loi, nécano-chimid :q 1'.- caractérisé en ce q comprend : «ustement du p' 1 ylosilane aqueux à une valeur de 3 à 8 avec un acide fort, la mise au repos de -ci sur une période de 5 à 600 minutes pour hydrolyser toute liaison ate dans I .-:silane et former un aminosilane aqueux hydrolysé, et, si nécessaire, ment du pH de Parninosilane aqueux hydrolysé à une v de 3,5 à ; séparément, l'ajustement du pH d' iremière suspension de silice aqueuse ayant une taille de particule z-moyenne comme déterminée par diffusion dynamique de la lumière (DLS) de 25 à 150 nm à une valeur 25 de 3,5 à 5 avec un acide fort pour former une première suspension de ;ice aqueuse ; la combinaison de la première suspension de cpijce aqueuse et de l'aminosilane aqueux hydrolysé, avec cisaillement ar former une composition de particules de silice positivement chargées aqueuse ; 30 séparément, l'ajustement du pH d'une ou plusieurs secondes suspensions de silice aqueuses ayant une taille de particule z-moyenne (DLS) de 5 à 50 nm à une valeur de 3,5 à 5 avec un acide fort pour former une seconde composition de suspension aqueuse ; et, la combinaison de la composition de particules de silice 35 positivement chargée aqueuse avec la seconde composition de suspension de silice aqueuse dans une quantité totale de la seconde composition de 3056987 20 suspension de silice aqueuse de 3 à 20 % en masse, rapporté à la masse totale des matières solides de particules de silice dans la composition de polissage CMP, où le rapport de la taille de particule z-moyenne de la silice dans la première suspension de silice aqueuse à la taille de particule z-moyenne de la silice dans la seconde composition de suspension de silice aqueuse est de 1:1 à 5:1.