TW202000846A - 拋光料漿組合物 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及一種拋光料漿組合物，更具體地，涉及一種包括膠體二氧化矽拋光粒子；金屬氧化物單分子螯合劑；氧化劑；及pH調節劑、水溶性聚合物或兩者全部的拋光料漿組合物。

Description

拋光料漿組合物
本發明涉及拋光料漿組合物。
近來，在半導體及顯示器工業領域，越來越多地需要對構成元件的各種薄膜實施化學機械研磨(CMP)製程。
化學機械研磨(CMP)製程是將半導體晶片表面接觸拋光墊，在旋轉運動的同時利用包括拋光劑與各種化合物的料漿進行拋光使其平坦的製程。通常所熟知的對於金屬的拋光製程，通過重複使用氧化劑形成金屬氧化物(MOx )的程序，以及利用拋光粒子去除形成的金屬氧化物的程序來實現。
多用作半導體元件的佈線的鎢層的拋光製程同樣也是通過重複利用氧化劑和電位調節劑形成鎢的氧化物(WO3 )的程序和利用拋光粒子去除鎢的氧化物的程序的機制來實現。並且，在鎢層的下部會形成絕緣膜或者溝槽(trench)等圖案。此時，在CMP製程中要求鎢層與絕緣膜的高的拋光選擇比(selectivity)。由此，為了提高對於絕緣膜的鎢拋光選擇比，向料漿添加多種成分，或者控制料漿中所含有的氧化劑與催化劑的含量。儘管做了很多努力，但至今仍未開發出實現高的拋光選擇比，或者調節期待的拋光選擇比從而提高拋光性能的鎢拋光料漿。
此外，作为具有高導電性與透光率的無機物，廣泛使用氧化銦錫(ITO，indium tin oxide)、氧化銦鋅（IZO，indium zinc oxide）、ITZO(indium tin zinc oxide)等，用於顯示器装置的覆蓋基板表面的ITO薄膜，有機發光二極體(OLED)等顯示器基板及面板、觸摸面板，太陽電池等透明電極，抗靜電薄膜等。通常，為了將ITO薄膜沉積在基板上，多使用直流磁控濺射(DC-Magnetron Sputtering)、射頻濺射(RF-Sputtering)、離子束濺射(Ion Beam Sputtering)、電子束蒸發(e-Beam Evaporation)等物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition)與溶膠-凝膠(Sol-Gel)、噴霧熱解(Spray Pyrolysis)等化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition)，其中最廣為使用的是利用直流磁控濺射製造的薄膜，該薄膜具有Rrms 1nm以上，Rpv 20nm以上的高的表面照度，當用於有機發光二極體時，由於電流密度集中，有機物會受到損傷產生暗壞點等不良，此外，ITO薄膜的非均勻性的刮痕及表面殘留物(吸附在ITO表面的異物)，為通過鄰近ITO層的二極體流動的電流提供洩漏的路徑，而引發串線及低電阻的問題。
因此，試圖通過對ITO薄膜進行平坦化解決上述言及的問題。代表性的方法有離子束濺射與離子電鍍法。然而，上述離子輔助沉積法雖然能夠沉積具有平坦表面的薄膜，但沉積速度慢，無法實現大面積沉積，因此難以適用於量產，此外，還有對薄膜表面進行微拋光實現平坦化的方法、利用具有拋光能力的表面的剛性部件進行平坦化的方法、使用利用表面改性劑沉澱的液體平坦化劑、平坦化蝕刻、加壓平坦化及燒蝕(ablation)等方法，但現有的拋光、表面改性劑沉澱，蝕刻等平坦化製程在完成平坦化製程後，會在ITO薄膜的表面產生不期待的刮痕缺陷以及表面污染等問題。
積體電路由形成在矽支撐件或矽上的數百個活動元件構成，為形成功能性電路，各活動元件相互連接，活動元件的各層基於多層級相互連接方式實現連接。積體電路的連接層通常具有連接為第一金屬層、連接層、第二金屬層、連接層以及第三金屬層的金屬化層級。用於連接層的塗覆的及非塗覆的二氧化矽(SiO2)等電媒體，在矽支撐件中也用於將不同層級的金屬層進行電性隔離。
在積體電路及其他電子設備的製造中，導電性、半導電性及流展性材料的多個層在基板的表面沉積或從表面去除。導電性、半導電性及流展性材料的薄膜層能夠通過許多沉積技術進行沉積。在現代加工中普遍使用的沉積技術也被熟知為濺射，有物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)、電漿增強化學氣相沉積(PECVD)及電化學電鍍(ECP)。
由於材料的各層連續沉積並去除，基板的最上層表面在整體上可能不夠平坦，進而需要平坦化。表面平坦化，或者表面「拋光」是從基板的表面去除材料，從而形成平整且平坦的表面的製程。平坦化多用於去除粗糙表面、凝集的材料、晶格，受損部位、刮痕及被污染的層或材料等不良的表面形態及表面缺陷。並且，平坦化為金屬化及加工的後續階段提供特徵，並去除過度沉積的材料以提供平坦的表面，用於為基板形成特徵。
金屬CMP製程是利用拋光粒子去除由於氧化劑形成的氧化膜的重複程序，為提高拋光率，可以加速氧化程序，或者，設計料漿從而有效地去除所形成的氧化膜。最方便的是提高腐蝕金屬的氧化物的濃度來加快高拋光速度的方法，但隨著腐蝕速度的提高，會導致腐蝕為元件的電學特性形成佈線層的接縫(seam)或接觸(contact)部分，反而降低元件的可靠性和產量。
通過包括在料漿的氧化劑去除形成的氧化膜的程序有物理性作用和化學性作用。物理性有關拋光粒子，主要涉及拋光粒子的濃度與大小。拋光粒子的濃度越高拋光速度越快，但高濃度的拋光粒子會引起刮痕等缺陷，降低料漿的分散穩定性，還可能縮短使用時間。拋光粒子的大小存在適合的範圍，過大或過小反而會導致拋光速度的降低。
本發明為解決上述問題，提供一種包括膠體二氧化矽拋光粒子的拋光料漿組合物，改善對於適用於半導體元件及顯示器元件的薄膜表面的平坦化製程。
更具體地，根據本發明的一實施例，提供一種拋光料漿組合物，包括：膠體二氧化矽拋光粒子；氧化劑；金屬氧化物單分子螯合劑；及水溶性聚合物。
根據本發明的一實施例，涉及一種拋光料漿組合物，包括：膠體二氧化矽拋光粒子；氧化劑；金屬氧化物單分子螯合劑；及pH調節劑。
然而，本發明要解決的問題並非受限於上述言及的問題，未言及的其他問題將通過下面的記載由本領域一般技藝人士所明確理解。
根據本發明的一實施例，涉及一種拋光料漿組合物，包括：膠體二氧化矽拋光粒子；金屬氧化物單分子螯合劑；氧化劑；及pH調節劑、水溶性聚合物或兩者全部。
根據本發明的一實施例，涉及一種拋光料漿組合物，包括：膠體二氧化矽拋光粒子；氧化劑；金屬氧化物單分子螯合劑；及pH調節劑。
根據本發明的一實施例，涉及一種拋光料漿組合物，包括：膠體二氧化矽拋光粒子；氧化劑；金屬氧化物單分子螯合劑；及水溶性聚合物。
根據本發明的一實施例，所述膠體二氧化矽拋光粒子是所述料漿組合物的0.0001重量份至20重量份。
根據本發明的一實施例，所述膠體二氧化矽拋光粒子是所述料漿組合物的0.5重量份以上5重量份以下。
根據本發明的一實施例，所述膠體二氧化矽拋光粒子的大小是10nm至300nm。
根據本發明的一實施例，所述膠體二氧化矽拋光粒子在pH值1至12中具有-1mV至-100mV的ζ電位。
根據本發明的一實施例，所述膠體二氧化矽拋光粒子是10nm至300nm的單一大小粒子，或者是具有10nm至300nm的不同大小的兩種以上混合粒子。
根據本發明的一實施例，所述膠體二氧化矽拋光粒子包括10nm至150nm的第一大小的粒子及150nm至300nm的第二大小的粒子。
根據本發明的一實施例，所述金屬氧化物單分子螯合劑包括從由乙醛酸、檸檬酸、蘋果酸、馬來酸、丙二酸、草酸、琥珀酸、乳酸、酒石酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、富馬酸、乙酸、丁酸、癸酸、己酸、辛酸、戊二酸、乙醇酸、甲酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕櫚酸、鄰苯二甲酸、丙酸、丙酮酸、硬脂酸及戊酸組成的組中選擇的一種以上。
根據本發明的一實施例，所述金屬氧化物單分子螯合劑是所述料漿組合物的0.00001重量份至10重量份。
根據本發明的一實施例，所述pH調節劑包括酸性物質或鹼性物質，所述酸性物質包括從由硝酸、鹽酸、磷酸、硫酸、氫氟酸、溴酸、碘酸、甲酸、丙二酸、馬來酸、草酸、醋酸、己二酸、檸檬酸、乙酸、丙酸、富馬酸、水楊酸、庚二酸、苯甲酸、琥珀酸、鄰苯二甲酸、丁酸、戊二酸、谷氨酸、乙醇酸、乳酸、天門冬氨酸、酒石酸及各自的鹽組成的組中選擇的一種以上，所述鹼性物質包括從由氨甲基丙醇(ammonium methyl propanol；AMP)、羥化四甲銨(tetra methyl ammonium hydroxide；TMAH)、氫氧化銨、氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化鎂、氫氧化銣、氫氧化銫、碳酸氫鈉、碳酸鈉、咪唑及各自的鹽中組成的組中選擇的一種以上。
根據本發明的一實施例，所述拋光料漿組合物用於對包括從由氧化矽膜、金屬膜、金屬氧化膜及無機氧化膜組成的組中選擇的一種以上的薄膜的拋光。
根據本發明的一實施例，所述拋光料漿組合物適用於半導體元件、顯示器元件或兩者全部的拋光製程。
根據本發明的一實施例，所述金屬膜及金屬氧化膜分別包括從由銦(In)、錫(Sn)、矽(Si)、鈦(Ti)、釩(V)、釓(Gd)、鎵(Ga)、錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鋁(Al)、鈮(Nb)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鉭(Ta)、釕(Ru)、鎢(W)、釹(Nd)、銣(Rb)、金(Au)及鉑(Pt)組成的組中選擇的一種以上。
根據本發明的一實施例，所述無機氧化膜包括從由氟摻雜氧化錫（FTO，SnO2：F）、氧化銦錫（ITO，indium tin oxide）、氧化銦鋅（IZO，indium zinc oxide）、氧化銦鎵鋅(IGZO，indium gallium zinc oxide)、Al摻雜ZnO(AZO，Al-doped ZnO)、氧化鋁鎵鋅(AGZO，Aluminum Gallium Zinc Oxide)、氧化銦鋅錫(IZTO，Indium Zinc Tin Oxide)、氧化銦鋁鋅(IAZO，Indium Aluminum Zinc Oxide)、氧化銦鎵錫(IGTO，Indium Gallium Tin Oxide)、氧化銻錫(ATO，Antimony Tin Oxide)、氧化鋅鎵(GZO，Gallium Zinc Oxide)、氮化IZO(IZON，IZO Nitride)、SnO2 、ZnO、IrOx 、RuOx 及NiO組成的組中選擇的一種以上。
根據本發明的一實施例，利用所述料漿組合物對物件膜進行拋光時，對與物件膜的拋光速度是100Å/min以上。
根據本發明的一實施例，利用所述料漿組合物對物件膜進行拋光後，表面的平坦度為5%以下。
根據本發明的一實施例，利用所述料漿組合物對物件膜進行拋光後，相比拋光前，元件的透明度提高5%以上。
根據本發明的一實施例，利用所述料漿組合物對氧化膜進行拋光時，對於氧化膜的拋光速度是100Å/min至200Å/min。
根據本發明的一實施例，所述金屬氧化物單分子螯合劑的pKa大於1.0小於4.5。
根據本發明的一實施例，所述金屬氧化物單分子螯合劑是碳個數為2個以上5個以下酸性化合物，包括2個以上從由羥基(-OH)，羰基(C=O)及羧基(-COOH)組成的組中選擇的一種以上。
根據本發明的一實施例，所述金屬氧化物單分子螯合劑是所述料漿組合物的0.1重量份至1.0重量份。
根據本發明的一實施例，所述金屬氧化物單分子螯合劑包括從由丙二酸、酒石酸、乙醛酸、草酸、乳酸及戊二酸組成的組中選擇的一種以上。
根據本發明的一實施例，所述膠體二氧化矽拋光粒子的含量是所述料漿組合物的1重量份至10重量份。
根據本發明的一實施例，所述氧化劑包括從由過氧化氫、尿素過氧化氫、尿素、過碳酸鹽、高碘酸、高碘酸鹽、高氯酸、高氯酸鹽、高溴酸、高溴酸鹽、過硼酸、過硼酸鹽、過錳酸、過錳酸鹽、過硫酸鹽、溴酸鹽、氯酸鹽、亞氯酸鹽、鉻酸鹽、碘酸鹽、碘酸、過硫酸銨、過氧化苯甲醯、過氧化鈣、過氧化鋇、過氧化鈉及過氧化尿素組成的組中選擇的一種以上
根據本發明的一實施例，所述氧化劑是所述料漿組合物的0.5重量份至5重量份。
根據本發明的一實施例，所述水溶性聚合物包括從由聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸酯、聚乙二醇、苯乙烯磺酸、2-丙烯醯胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、乙烯基磺酸及乙烯基膦酸、聚苯乙烯磺酸組成的組中選擇的一種以上。
根據本發明的一實施例，所述水溶性聚合物的含量是1ppm至50ppm。 [發明的效果]
本發明提供一種拋光料漿組合物，利用膠體二氧化矽拋光粒子為各拋光物件膜確保充分的拋光量，在進行拋光製程時，能夠避免或降低刮痕性缺陷。
本發明的拋光料漿組合物將化學機械研磨製程(CMP)用於半導體元件及顯示器元件的平坦化製程，具體地，用於無機氧化膜及顯示器元件的無機氧化膜的平坦化製程。
本發明的拋光料漿組合物能夠確保需要對氧化膜、金屬膜及無機氧化膜進行平坦化製程的半導體佈線用元件、顯示器基板、面板等的平坦程度及/或透光度，提高後製程的效率。
本發明的拋光料漿組合物利用一次粒子及二次粒子的大小不同的膠體二氧化矽拋光粒子，為各拋光物件提供充分的拋光量，在拋光製程後改善拋光膜表面的粗糙度(Roughness)及霧度(Haze)，在後製程確保光學特性，還包括金屬螯合劑，提高金屬氧化物的化學拋光速度，改善被拋光膜的拋光率。
下面，參考附圖對本發明的實施例進行詳細說明。能夠對下面說明的實施例進行多種變更，因此，實施例並非用於限制或限定本發明的範圍。對於實施例的變更、均等物及其替代物均屬於本發明要求的範圍。
實施例中使用的術語僅用於說明特定實施例，並非用於限定。在內容中沒有特別說明的情況下，單數表達包括複數含義。在本說明書中，「包括」或者「具有」等術語用於表達存在說明書中所記載的特徵、數值、步驟、操作、構成要素、配件或其組合，並不排除還具有一個或以上的其他特徵、數值、步驟、操作、構成要素、配件或其組合，或者這種可能性。
在沒有其他定義的情況下，包括技術或者科學術語在內的在此使用的全部術語，都具有本領域一般技藝人士所理解的通常的含義。通常使用的與詞典定義相同的術語，應理解為與相關技術的通常的內容相一致的含義，在本案中沒有明確言及的情況下，不能過度理想化或解釋為形式上的含義。
並且，在參照附圖進行說明的程序中，與元件符號無關，相同的構成要素賦予相同的元件符號，並省略對此的重複的說明。在說明實施例的程序中，當判斷對於相關公知技術的具體說明會不必要地混淆實施例時，省略對其詳細說明。
下面，參照實施例對本發明的拋光料漿組合物進行具體說明。然而，本發明並非受限於實施例。
本發明涉及拋光料漿組合物，根據本發明的一實施例，所述料漿組合物包括膠體二氧化矽拋光粒子；氧化劑；金屬氧化物單分子螯合劑；pH調節劑，水溶性聚合物或兩者全部。
根據本發明的一實施例，所述膠體二氧化矽拋光粒子是所述料漿組合物的0.0001重量份至20重量份；0.0001重量份至10重量份；1重量份至10重量份；或超過0.5重量份至5重量份以下。包括在該範圍內時，能夠在拋光後改善透明度及/或平坦化，最小化缺陷及刮痕等。
所述膠體二氧化矽拋光粒子是指非晶二氧化矽微粒形成作為在流體中穩定的分散狀態的膠體狀態，應用於多種應用領域，作為例子，用於製造無機塗料的粘合劑、耐熱及光學塗覆劑，用於拋光的CMP(Chemical Mechanical Polishing)料漿等。
所述膠體二氧化矽拋光粒子不僅在拋光料漿組合物內執行拋光粒子的功能，同時執行對金屬膜進行氧化的氧化劑的功能。所述CMP根據加工物件及目的，能夠是形成層間絕緣膜(ILD：interlayer dielectric)的氧化膜(oxide)CMP；形成鋁(Al)、鎢(W)、銅(Cu)等金屬佈線的金屬(Metal)CMP；提高元件之間的電絕緣從而提高動作特性與集成度的溝槽隔離(STI：shallow trench isolation)CMP，其中本發明中使用屬於多用於氧化膜(oxide)CMP料漿類的用於氧化膜(oxide)CMP的二氧化矽拋光粒子。
所述膠體二氧化矽拋光粒子的大小能夠是10nm至300nm。當所述粒子大小不到10nm時，隨著產生過多的小粒子會降低拋光物件膜的平坦度，在拋光物件膜的表面產生過多的缺陷，降低拋光率；當超過300nm時，無法實現單分散性，在機械研磨後，難以調節平坦度、透明度以及缺陷。根據粒子的形態，所述大小可以是其直徑、長度、厚度等。
為改善料漿的分散性，對拋光物件膜的拋光性能，平坦化程度及透明度，所述膠體二氧化矽拋光粒子能夠是大小為10nm至300nm的單一大小粒子或者10nm至300nm的兩種以上不同大小的混合粒子。例如，所述膠體二氧化矽拋光粒子能夠包括具有10nm至150nm；或10nm至40nm的第一大小(一次粒子)及40nm至100nm或150nm至300nm的第二大小(二次粒子)的粒子。
所述膠體二氧化矽拋光粒子的形象能夠是從由球形、角形、針形、以及板形的形象組成的組中選擇的一種以上。
所述膠體二氧化矽拋光粒子在pH1至12中具有-1mV至-100mV的ζ電位；在pH1至6具有-10mV至-70mV的ζ電位；或在pH2.5至6具有-10mV至-70mV。這在酸性區域也具有高的ζ電位絕對值，由此，分散穩定性高，對於拋光物件膜具有優秀的拋光能力。
所述膠體二氧化矽拋光粒子在拋光料漿組合物內不僅執行拋光粒子的功能，同時還具有對金屬膜進行氧化的氧化劑的功能。
所述膠體二氧化矽拋光粒子能夠製備具有高分散穩定性的拋光料漿組合物。並且，能夠促進拋光物件膜(例如無機氧化膜)的氧化從而實現易於對無機氧化膜進行研磨的高的拋光特性，並且，最小化刮痕缺陷，提高ITO等無機氧化膜的平坦度及透明度。
所述膠體二氧化矽拋光粒子的製備方法能夠使用本領域公知的粒子製備方法，沒有特別的限制，作為示例，有水熱合成法、溶膠-凝膠法、沉澱法或直接氧化法。
隨著所述膠體二氧化矽拋光粒子的粒子大小增大拋光率提高，但會在被拋光膜表面產生粗糙度(Roughness)，降低霧度(Haze)等。
所述膠體二氧化矽拋光粒子的大小，以及基於不同大小的凝聚度是與是否在被拋光膜表面發生刮痕相關的因素。此時，如果基於所述一次粒子及二次粒子的凝聚度適當調節比率水平，能夠改善拋光製程後的拋光膜表面的粗糙度(Roughness)及霧度(Haze)，在後製程中提供能夠確保光學特性的拋光料漿組合物，並且提高拋光選擇比，縮短拋光製程的時間，提高生產效率。
按照所述不同大小的一次粒子及二次粒子的膠體二氧化矽粒子的粒子大小，拋光特性具有差異，通過適當進行混合，能夠提供改善的效果。
所述一次粒子及二次粒子是能夠自我調節的用於調節拋光粒子的集成結構及性質的優選方法，所述一次粒子相互聚集(aggregation)形成二次粒子。
當具有所述膠體二氧化矽拋光粒子的10m2 /g至150m2 /g範圍內的比表面積時，具有相對較低的多孔性，能夠改善拋光效率
所述膠體二氧化矽拋光粒子的比表面積能夠使用NaOH滴定來測量。
根據本發明的一實施例，所述金屬氧化物單分子螯合劑能夠與氧化劑一起相互作用，提高拋光結果。所述金屬氧化物單分子螯合劑通過將能夠通過表面螯合反應影響表面粗糙度的金屬離子結合為螯合物，從而實現提高表面粗糙度的效果。並且，所述金屬氧化物單分子螯合劑能夠作為螯合劑使用。
所述金屬氧化物單分子螯合劑的pKa值能夠是1.0以上4.5以下。所述金屬氧化物單分子螯合劑不僅能夠滿足pKa值為1.0以上4.5以下，還同時滿足碳個數為2至5個以下及/或對於無機膜的拋光率超過100Å/min。
所述金屬氧化物單分子螯合劑是碳個數為2個以上5個以下的酸性化合物，能夠包括2個以上從由羥基(-OH)，羰基(C=O)及羧基(-COOH)組成的組中選擇的一種作用基。
所述金屬氧化物單分子螯合劑能夠與氧化劑共同使用提高拋光結果。
所述金屬氧化物單分子螯合劑是酸性化合物，優選地，pKa值為1.0以上4.5以下，更優選地，為1.25以上4.3以下，同時，碳個數為2至5以下，對於無機膜的拋光率超過100Å/min。
滿足所述pKa條件，碳個數及對於無機膜的拋光率條件的金屬氧化物單分子螯合劑通過將能夠基於表面螯合反應對表面粗糙度產生影響的金屬離子結合為螯合物從而起到提高表面粗糙度的效果。
所述金屬氧化物單分子螯合劑，在通過電化學分析繪製基於氧化劑含量的動電位極化曲線時，能夠顯示相對較高的電流密度值，由於電流密度高會加快腐蝕速度，因此能夠將此解釋為基於氧化而發生活躍的拋光。
所述金屬氧化物單分子螯合劑能夠包括2個以上從由羥基(-OH)，羰基(C=O)及羧酸(-COOH)組成的組中選擇的一種以上作用基，所述作用基能夠通過電負性高的氧吸引電子而具有酸度。
當使用所述金屬氧化物單分子螯合劑時，隨著持續進行CMP拋光，對持續產生的金屬氧化物持續螯合，持續防止金屬氧化物再次吸附至待拋光的金屬層。
所述金屬氧化物單分子螯合劑包括從由檸檬酸、蘋果酸、馬來酸、丙二酸、草酸、琥珀酸、乳酸、酒石酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、富馬酸、乙酸、丁酸、癸酸、己酸、辛酸、戊二酸、乙醇酸、甲酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕櫚酸、鄰苯二甲酸、丙酸、丙酮酸、硬脂酸及戊酸組成的組中選擇的一種以上。
所述金屬氧化物單分子螯合劑包括從由丙二酸、酒石酸、乙醛酸、草酸、乳酸及戊二酸組成的組中選擇的一種以上。
所述金屬氧化物單分子螯合劑是所述料漿組合物的0.00001重量份至10重量份；0.01重量份至5重量份；或者0.1重量份至1.0重量份，當包括在所述範圍內時，不僅能夠確保料漿組合物的粒子分散性及穩定性，還能夠提高所述金屬氧化物單分子螯合劑與氧化劑的相互作用或反作用效果，在拋光料漿組合物內維持穩定性，形成均勻的氧化膜。
當氧化劑對金屬表面進行氧化而起到使拋光更加容易的作用時，所述金屬氧化物單分子螯合劑防止因過度氧化而過度產生鈍態層，降低拋光率及表面粗糙度的問題。
隨著使用所述金屬氧化物單分子螯合劑，能夠持續提高拋光速度，減少表面缺陷。
能夠單獨使用所述金屬氧化物單分子螯合劑或包括輔助螯合劑。
根據本發明的一實施例，所述pH調節劑能夠防止拋光物件膜的腐蝕或拋光機的腐蝕，為拋光性能提供適合的pH範圍，所述pH調節劑包括酸性物質或鹼性物質，所述酸性物質包括從由硝酸、鹽酸、磷酸、硫酸、氫氟酸、溴酸、碘酸、甲酸、丙二酸、馬來酸、草酸、醋酸、己二酸、檸檬酸、乙酸、丙酸、富馬酸、水楊酸、庚二酸、苯甲酸、琥珀酸、鄰苯二甲酸、丁酸、戊二酸、谷氨酸、乙醇酸、乳酸、天門冬氨酸、酒石酸及各自的鹽組成的組中選擇的一種以上，所述鹼性物質包括從由氨甲基丙醇(ammonium methyl propanol；AMP)、羥化四甲銨(tetra methyl ammonium hydroxide；TMAH)、氫氧化銨、氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化鎂、氫氧化銣、氫氧化銫、碳酸氫鈉、碳酸鈉、咪唑及各自的鹽中組成的組中選擇的一種以上。
根據本發明的一實施例，所述氧化劑包括從由過氧化氫、尿素過氧化氫、尿素、過碳酸鹽、高碘酸、高碘酸鹽、高氯酸、高氯酸鹽、高溴酸、高溴酸鹽、過硼酸、過硼酸鹽、過錳酸、過錳酸鹽、過硫酸鹽、溴酸鹽、氯酸鹽、亞氯酸鹽、鉻酸鹽、碘酸鹽、碘酸、過硫酸銨、過氧化苯甲醯、過氧化鈣、過氧化鋇、過氧化鈉及過氧化尿素組成的組中選擇的一種以上。
所述氧化劑是所述料漿組合物的0.005重量份至10重量份；0.05重量份至5重量份；或0.5重量份至5重量份。當包括在所述範圍內時，能夠提供對於拋光物件膜的適合的拋光速度，防止隨著氧化劑的含量增加導致拋光物件膜的腐蝕、侵蝕以及表面變硬(hard)。
根據本發明的一實施例，所述水溶性聚合物包括從由聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸酯、聚乙二醇、苯乙烯磺酸、2-丙烯醯胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、乙烯基磺酸及乙烯基膦酸、聚苯乙烯磺酸組成的組中選擇的一種以上。
所述水溶性聚合物優選地包括聚丙烯酸、聚苯乙烯磺酸或兩者全部。
所述水溶性聚合物能夠與其他添加劑一起對對於被拋光膜的選擇比進行調節。
所述水溶性聚合物的含量能夠是1ppm至50ppm。
當所述水溶性聚合物含量不到1ppm時，由於添加劑較低幾乎沒有對添加劑的作用，當超過50ppm時，一起添加的其他添加劑無法正常發揮作用，難以調節選擇比。
優選地，本發明的拋光料漿組合物的pH，調節為能夠基於拋光粒子發揮分散穩定性及適當的拋光速度的程度，所述拋光料漿組合物的pH是1至12，優選為1至6的酸性pH範圍。
所述拋光料漿組合物的ζ電位是-1mV至-100mVζ電位，優選具有-10mV至-70mV的ζ電位。ζ電位的絕對值越高，粒子之間相互排斥的力越強，不易發生凝集現象。本發明的所述拋光料漿組合物在酸性區域也具有高的ζ電位絕對值，由此，能夠實現分散穩定性高的拋光能力。
根據本發明的一實施例，所述拋光料漿組合物能夠適用於半導體元件，顯示器元件或兩者全部的拋光製程。
所述拋光料漿組合物能夠用於將包括從由絕緣膜、金屬膜、金屬氧化膜及無機氧化膜組成的組中選擇的一種以上的薄膜作為拋光物件膜的半導體元件及顯示器元件的平坦化製程。例如，採用絕緣膜、金屬膜、金屬氧化膜及/或無機氧化膜的半導體元件及採用無機氧化膜的顯示器元件的平坦化製程。
所述絕緣膜能夠是矽或氧化矽膜，所述金屬膜及金屬氧化膜能夠分別包括從由銦(In)、錫(Sn)、矽(Si)、鈦(Ti)、釩(V)、釓(Gd)、鎵(Ga)、錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鋁(Al)、鈮(Nb)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鉭(Ta)、釕(Ru)、鎢(W)、釹(Nd)、銣(Rb)、金(Au)及鉑(Pt)組成的組中選擇的一種以上。
所述無機氧化膜能夠包括從由銦(In)、錫(Sn)、矽(Si)、鈦(Ti)、釩(V)、 釓(Gd)、鎵(Ga)、錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鋁(Al)、鈮(Nb)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鉭(Ta)、釕(Ru)、鎢(W)、錫(Sn)、鋁(Al)、銻(Sb)及銥(Ir)組成的組中選擇的一種以上的氧化物、氮化物或兩者全部，能夠塗覆有鹵素等。例如，能夠包括從由氟摻雜氧化錫（FTO，SnO2：F）、氧化銦錫（ITO，indium tin oxide）、氧化銦鋅（IZO，indium zinc oxide）、氧化銦鎵鋅(IGZO，indium gallium zinc oxide)、Al摻雜ZnO(AZO，Al-doped ZnO)、氧化鋁鎵鋅(AGZO，Aluminum Gallium Zinc Oxide)、Ga摻雜ZnO(GZO，Ga-doped ZnO)、氧化銦鋅錫(IZTO，Indium Zinc Tin Oxide)、氧化銦鋁鋅(IAZO，Indium Aluminum Zinc Oxide)、氧化銦鎵錫(IGTO，Indium Gallium Tin Oxide)、氧化銻錫(ATO，Antimony Tin Oxide)、氧化鋅鎵(GZO，Gallium Zinc Oxide)、氮化IZO(IZON，IZO Nitride)、SnO2 、ZnO、IrOx、RuOx及NiO組成的組中選擇的一種以上。優選為ITO(indiumtin oxide)。
所述半導體元件及顯示器元件的平坦化製程能夠適用於包括從由銦(In)、錫(Sn)、矽(Si)、鈦(Ti)、釩(V)、釓(Gd)、鎵(Ga)、錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鋁(Al)、鈮(Nb)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鉭(Ta)、釕(Ru)、鎢(W)、錫(Sn)、鋁(Al)、銻(Sb)及銥(Ir)組成的組中選擇的一種以上元素氮化膜，例如，SiN等氮化膜、Hf系、Ti系、Ta系氧化物等的高介電常數薄膜；矽、非晶矽、SiC、SiGe、Ge、GaN、GaP、GaAs、有機半導體等的半導體膜；GeSbTe等相變化膜；聚醯亞胺系、聚苯並惡唑系、丙烯酸系、環氧系、苯酚系等聚合物樹脂薄膜等。
所述顯示器元件能夠是基板或面板、TFT或有機電致發光顯示器元件。
根據本發明的一實施例，所述拋光料漿組合物還能夠適用於包括從由玻璃、矽、SiC、SiGe、Ge、GaN、GaP、GaAs、藍寶石、塑膠等組成的組中選擇的一種以上的基板的拋光製程。
根據本發明的一實施例，所述拋光料漿組合物對拋光物件膜的拋光速度是100Å/min以上；500Å/min以上；或者1000Å/min以上。例如，當利用所述拋光料漿組合物對氧化膜進行拋光時，對與氧化膜的拋光率是100Å/min至200Å/min。
所述拋光率是完成拋光後使用晶片薄膜塗層厚度測量儀測量的氧化膜的厚度。所述拋光率是測量[拋光前晶片的厚度–拋光後晶片的厚度]/1min的值。當所述拋光率不到100Å/min時，由於無法實現充分的拋光速度及基於此的選擇比，會導致品質降低；當超過200Å/min時，會發生過度蝕刻的問題。
根據本發明的一實施例，利用所述拋光料漿組合物對所述拋光對象膜進行拋光後，表面平坦度為5%以下。
根据本發明的一實施例，利用所述拋光料漿組合物對所述拋光對象膜進行拋光後，表面的峰谷比(peak to valley；PV)值為100nm以下，或者，表面粗糙度(roughness)為10nm以下。峰谷比值及表面粗糙度的程度能夠利用原子力顯微鏡進行測量。
根據本發明的一實施例，利用所述拋光料漿組合物對所述拋光物件膜進行拋光後，元件的透明度提高5%以上。
下面，參照實施例及比較例對本發明進行詳細說明。但本發明的技術思想並非限定於此。
實施例1：包括膠體二氧化矽拋光粒子的拋光料漿組合物
膠體二氧化矽拋光粒子為4重量%，作為氧化劑的過氧化氫為0.5重量%，作為金屬氧化物單分子螯合劑的丙二酸為0.1重量%及添加作為pH調節劑的硝酸，製備pH2.5的拋光料漿組合物。
實施例2：包括膠體二氧化矽拋光粒子的拋光料漿組合物
除了金屬氧化物單分子螯合劑為1.00重量%之外，按照與實施例1相同的方法製備拋光料漿組合物。
實施例3：包括膠體二氧化矽拋光粒子的拋光料漿組合物
除了膠體二氧化矽拋光粒子為6重量%及金屬氧化物單分子螯合劑為0.07重量%之外，按照與實施例1相同的方法製備拋光料漿組合物。
實施例4：包括膠體二氧化矽拋光粒子的拋光料漿組合物
除了膠體二氧化矽拋光粒子為0.5重量%及金屬氧化物單分子螯合劑為0.5重量%之外，按照與實施例1相同的方法製備拋光料漿組合物。
比較例1：包括二氧化矽拋光粒子的拋光料漿組合物
利用市面上銷售的二氧化矽拋光粒子，除了不使用金屬氧化物單分子螯合劑，並且拋光粒子為2重量%之外，按照與實施例1相同的方法製備拋光料漿組合物。(1) 分散穩定性評價 ( ζ電位變化 )
為對實施例1及比較例1的拋光粒子的分散穩定性進行評價，比較了基於實施例1及比較例1的拋光粒子初期ζ電位與10天後的ζ電位。下面表1為本發明的實施例1及比較例1的拋光粒子的初期ζ電位與10天後ζ電位的比較 【表1】
Figure 108121062-A0304-0001
參照表1，對於本發明的膠體二氧化矽拋光粒子，在10天後也具有高的ζ電位絕對值，由此，相比比較例1的拋光粒子分散穩定性更高。(2) 拋光特性評價
利用實施例及比較例的拋光料漿組合物，根據下面的拋光條件對含有ITO薄膜的基板進行拋光。 [拋光條件] 1. 拋光裝置：Bruker公司的CETR CP-4 2. 晶片：6 cm X 6 cm ITO膜透明基板 3. 壓板壓力(platen pressure)：3 psi 4. 主軸轉速(spindle speed)：69 rpm 5. 壓板轉速(platen speed)：70 rpm 6. 流量(flow rate)：100 ml/min
為評價拋光特性，利用實施例及比較例的拋光料漿組合物對ITO薄膜基板進行拋光後，比較拋光速度及平坦度。下面表2是利用本發明的實施例及比較例的拋光料漿組合物對ITO膜基板進行拋光後的拋光速度及平坦度。 【表2】
Figure 108121062-A0304-0002
參照表2，當使用本發明的實施例1至4的包括膠體二氧化矽的拋光料漿組合物時，對ITO薄膜的拋光速度及平坦度優秀，最小化類似刮痕的缺陷，改善基板的透明度。實施例 5
作為拋光材料的膠體二氧化矽含量為0.5%，作為氧化劑的過氧化氫為0.5%，作為pKa值為4.5以下並且碳個數為2至5個的金屬氧化物螯合劑的丙二酸(pKa 2.8)為0.5重量%，作為水溶性聚合物的聚丙烯酸及聚苯乙烯磺酸含量為25ppm。實施例 6
除代替丙二酸使用酒石酸(pKa 2.9)作為pKa值為4.5以下並且碳個數為2至5個的金屬氧化物螯合劑之外，按照與所述實施例1相同的方式製備。實施例 7
除代替丙二酸使用乙醛酸(pKa 3.18)作為pKa值為4.5以下並且碳個數為2至5個的金屬氧化物螯合劑之外，按照與所述實施例1相同的方式製備。實施例 8
除代替丙二酸使用草酸(pKa 1.25)作為pKa值為4.5以下並且碳個數為2至5個的金屬氧化物螯合劑之外，按照與所述實施例1相同的方式製備。實施例 9
除代替丙二酸使用乳酸(pKa 3.83)作為pKa值為4.5以下並且碳個數為2至5個的金屬氧化物螯合劑之外，按照與所述實施例1相同的方式製備。實施例 10
除代替丙二酸使用戊二酸(pKa 4.3)作為pKa值為4.5以下並且碳個數為2至5個的金屬氧化物螯合劑之外，按照與所述實施例1相同的方式製備。比較例 2
在與所述實施例1相同的條件進行試驗，不添加金屬氧化物螯合劑。比較例 3
作為金屬氧化物螯合劑添加0.5重量%的檸檬酸之外，按照與所述比較例1相同的方式製備。比較例 4
作為金屬氧化物螯合劑添加0.5重量%的異煙酸之外，按照與所述比較例1相同的方式製備。
利用所述實施例5至10及比較例2至4的料漿組合物對氧化膜進行拋光測量拋光率，拋光條件為給料量(Feeding rate)：300 ml，壓力(Pressure)：4psi，拋光時間(Polishing Time)：1min。
更具體地，對作為實施例5至10及比較例2至4的金屬氧化物螯合劑特性的pKa值，碳個數及對無機膜拋光率進行測量的內容如下表3。 【表3】
Figure 108121062-A0304-0003
根據實施例5至10製備的料漿組合物，含量適當的金屬氧化物單分子螯合劑與氧化劑，能夠改善拋光率。
綜上，通過有限的附圖對實施例進行了說明，本領域一般技藝人士能夠基於所述記載進行多種更改與變形。例如，所說明的技術按照與說明的方法不同的循序執行，及/或所說明的構成要素按照與說明的方法不同的形態進行結合或組合，或者由其他構成要素或者均等物置換或代替，也能得到適當的結果。
由此，其他體現，其他實施例以及請求項範圍的均等物，均屬於本發明的請求項範圍。
無
圖1為顯示本發明的根據實施例5至9及比較例4至6製備的料漿組合物的拋光率圖表。
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Claims (20)

  1. 一種拋光料漿組合物，包括： 膠體二氧化矽拋光粒子；金屬氧化物單分子螯合劑；氧化劑；及pH調節劑、水溶性聚合物或兩者全部。
  2. 根據請求項1之拋光料漿組合物， 所述膠體二氧化矽拋光粒子是所述料漿組合物的0.0001重量份至20重量份。
  3. 根據請求項1之拋光料漿組合物， 所述膠體二氧化矽拋光粒子是10nm至300nm的單一大小粒子，或者是具有10nm至300nm的不同大小的兩種以上混合粒子。
  4. 根據請求項1之拋光料漿組合物， 所述膠體二氧化矽拋光粒子包括10nm至150nm的第一大小的粒子及150nm至300nm的第二大小的粒子。
  5. 根據請求項1之拋光料漿組合物， 所述金屬氧化物單分子螯合劑是所述料漿組合物的0.00001重量份至10重量份。
  6. 根據請求項1之拋光料漿組合物， 所述金屬氧化物單分子螯合劑是碳個數為2個以上5個以下酸性化合物，並且，包括2個以上從由羥基(-OH)、羰基(C=O)及羧基(-COOH)組成的組中選擇的一種以上的作用基。
  7. 根據請求項1之拋光料漿組合物， 所述金屬氧化物單分子螯合劑包括從由乙醛酸、檸檬酸、蘋果酸、馬來酸、丙二酸、草酸、琥珀酸、乳酸、酒石酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、富馬酸、乙酸、丁酸、癸酸、己酸、辛酸、戊二酸、乙醇酸、甲酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕櫚酸、鄰苯二甲酸、丙酸、丙酮酸、硬脂酸及戊酸組成的組中選擇的一種以上。
  8. 根據請求項1之拋光料漿組合物， 所述金屬氧化物單分子螯合劑的pKa大於1.0小於4.5。
  9. 根據請求項1之拋光料漿組合物， 所述氧化劑的含量對比整體所述料漿組合物為0.5%至5%。
  10. 根據請求項1之拋光料漿組合物， 所述氧化劑包括從由過氧化氫、尿素過氧化氫、尿素、過碳酸鹽、高碘酸、高碘酸鹽、高氯酸、高氯酸鹽、高溴酸、高溴酸鹽、過硼酸、過硼酸鹽、過錳酸、過錳酸鹽、過硫酸鹽、溴酸鹽、氯酸鹽、亞氯酸鹽、鉻酸鹽、碘酸鹽、碘酸、過硫酸銨、過氧化苯甲醯、過氧化鈣、過氧化鋇、過氧化鈉及過氧化尿素組成的組中選擇的一種以上。
  11. 根據請求項1之拋光料漿組合物， 所述pH調節劑包括酸性物質或鹼性物質，所述酸性物質包括從由硝酸、鹽酸、磷酸、硫酸、氫氟酸、溴酸、碘酸及各自的鹽組成的組中選擇的一種以上，所述鹼性物質包括從由氨甲基丙醇、羥化四甲銨、氫氧化銨、氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化鎂、氫氧化銣、氫氧化銫、碳酸氫鈉、碳酸鈉、咪唑及各自的鹽組成的組中選擇的一種以上。
  12. 根據請求項1之拋光料漿組合物， 所述水溶性聚合物的含量是1ppm至50ppm。
  13. 根據請求項1之拋光料漿組合物， 所述水溶性聚合物包括從由聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸酯、聚乙二醇、苯乙烯磺酸、2-丙烯醯胺-2-甲基丙磺酸、乙烯基磺酸及乙烯基膦酸、聚苯乙烯磺酸組成的組中選擇的一種以上。
  14. 根據請求項1之拋光料漿組合物， 所述拋光料漿組合物用於對包括從由氧化矽膜、金屬膜、金屬氧化膜及無機氧化膜組成的組中選擇的一種以上的薄膜的拋光。
  15. 根據請求項1之拋光料漿組合物， 所述拋光料漿組合物用於半導體元件、顯示器元件或兩者全部的拋光製程。
  16. 根據請求項1之拋光料漿組合物， 所述金屬膜及金屬氧化膜分別包括從由銦、錫、矽、鈦、釩、釓、鎵、錳、鐵、鈷、銅、鋅、鋯、鉿、鋁、鈮、鎳、鉻、鉬、鉭、釕、鎢、釹、銣、金及鉑組成的組中選擇的一種以上。
  17. 根據請求項1之拋光料漿組合物， 所述無機氧化膜包括從由氟摻雜氧化錫、氧化銦錫、氧化銦鋅、氧化銦鎵鋅、Al摻雜ZnO、氧化鋁鎵鋅、氧化銦鋅錫、氧化銦鋁鋅、氧化銦鎵錫、氧化銻錫、氧化鋅鎵、氮化IZO、SnO2 、ZnO、IrOx 、RuOx 及NiO組成的組中選擇的一種以上。
  18. 根據請求項1之拋光料漿組合物， 利用所述料漿組合物對物件膜進行拋光時，對於物件膜的拋光速度是100Å/min以上。
  19. 根據請求項1之拋光料漿組合物， 利用所述料漿組合物對物件膜進行拋光後，表面的平坦度為5%以下。
  20. 根據請求項1之拋光料漿組合物， 利用所述料漿組合物對物件膜進行拋光後，相比拋光前，元件的透明度提高5%以上。
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