TWI753958B - 含有胺基矽烷基團之穩定二氧化矽粒子之水性組合物 - Google Patents

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Abstract

本發明提供具有極佳加熱老化及存放穩定性之水性化學機械平面化（CMP）拋光組合物，呈包括以下兩者之混合物之濃縮物形式：含有兩個四級銨基團之化合物，如六丁基C1 -C8 烷二銨二氫氧化物或其鹽，較佳N,N,N,N',N',N'-六丁基-1,4-丁二銨二氫氧化物（HBBAH）；及按所述組合物之總重量計，以固體形式呈1 wt.%至30 wt.%或較佳15 wt.%至22 wt.%之量的含有胺基矽烷基團的二氧化矽粒子，所述組合物之pH值介於3至5或較佳3.5至4.5範圍內，其中在45℃溫度下加熱老化至少6天之後，所述組合物對可見沈澱或沈降穩定，固體含量為15 wt.%。

Description

含有胺基矽烷基團之穩定二氧化矽粒子之水性組合物
本發明涉及水性化學機械平面化（CMP）拋光組合物，包括含有兩個四級銨基團之化合物，如N,N,N,N',N',N'-六丁基-1,4-丁二銨二氫氧化物（HBBAH）及含有胺基矽烷基團之二氧化矽粒子之混合物。
此前，在水性二氧化矽CMP拋光組合物中使用胺基矽烷之彼等者始終存在運送穩定性問題。此類水性CMP拋光組合物在4.5至5之pH值下使用時效果最佳。然而，二氧化矽粒子傾向於在4至7.5之pH值範圍內凝膠化或聚集，尤其在二氧化矽粒子固體超過20%重量百分比之情況下。將矽烷添加至CMP拋光組合物中以有助於拋光可增加正電荷，因此需要較少之二氧化矽；然而，在4至7之pH值下將胺基矽烷添加至CMP拋光組合物中產生穩定性問題。添加胺基矽烷可降低含有二氧化矽之CMP拋光組合物中二氧化矽表面之靜電排斥力，從而降低其膠體穩定性。
先前已知之處理或衍生胺基矽烷之二氧化矽粒子及四級銨化合物之混合物暴露於加速加熱老化測試時缺乏穩定性。舉例而言，加速加熱老化測試可在烘箱中在大於室溫（例如50℃）之溫度下進行以模擬混合物在室溫下長期儲存之影響，或模擬夏季月份期間不良溫度控制之影響。儘管使用稀釋液時穩定性升高，但運送在低於約10 wt.%之稀釋液中之水性二氧化矽漿料拋光組合物過於昂貴。
Grumbine等人之美國專利公開案第US20150267082號揭示兩種（第一與第二）二氧化矽粒子之混合物，所述第一粒子係平均粒度為10 nm至130 nm且永久性正電荷為至少10 mV之膠態二氧化矽，且所述第二粒子具有中性或非永久性正電荷及80 nm至200 nm之平均粒度。第一二氧化矽粒子用胺基矽烷處理且第二二氧化矽粒子可用四級胺化合物處理。Grumbine未能揭示一種用胺基矽烷處理第一二氧化矽粒子之詳細方法。Grumbine之CMP拋光組合物未能提供期望之存放穩定性。
本發明人致力於解決提供含有胺基矽烷且提供存放穩定CMP拋光組合物濃縮物之水性二氧化矽CMP拋光組合物之問題。
1. 根據本發明，水性化學機械平面化（CMP）拋光組合物包括以下兩者之混合物：含有兩個四級銨基團之化合物，如六丁基C1 -C8 烷二銨二氫氧化物或其鹽，如二鹵化物，較佳N,N,N,N',N',N'-六丁基-1,4-丁二銨二氫氧化物（HBBAH）；及按所述組合物之總重量計，以固體形式呈1 wt.%至30 wt.%或較佳15 wt.%至22 wt.%之量的含有一或多個陽離子氮原子的含有胺基矽烷基團的二氧化矽粒子，所述組合物之pH值介於3至5或較佳3.5至4.5，或更佳3.5至4.25範圍內，其中在水性CMP拋光組合物中，來自二氧化矽粒子上之胺基矽烷及含有兩個四級銨基團之化合物之陽離子氮原子的總量在170 nM/m2 至500 nM/m2 或較佳200 nM/m2 至400 nM/m2 二氧化矽粒子範圍內，並且另外其中在45℃溫度下加熱老化至少6天之後，所述組合物對可見沈澱或沈降穩定，固體含量為15 wt.%。
2. 如第1項中之水性化學機械平面化（CMP）拋光組合物，其中含有胺基矽烷基團之二氧化矽粒子包括：含有一或多個三級胺基之胺基矽烷，如N,N-(二乙基胺基甲基)三乙氧基矽烷（DEAMS）；或含有一或多個二級胺基之胺基矽烷，如N-(2-胺基乙基)-3-胺基丙基三甲氧基矽烷（AEAPS）或N-胺基乙基胺基乙基胺基丙基三甲氧基矽烷（DEAPS，又名DETAPS）。
3. 如第2項中之水性化學機械平面化（CMP）拋光組合物，其中以每平方公尺二氧化矽粒子表面積之二氧化矽粒子上陽離子氮原子之奈莫耳數（nM/m2 二氧化矽）為單位，胺基矽烷之量在70至500 nM/m2 二氧化矽，或較佳100至300 nM/m2 二氧化矽或更佳140至250 nM/m2 二氧化矽範圍內。
4. 如上述第1、2或3項中任一項之水性化學機械平面化（CMP）拋光組合物，其中含有兩個四級銨基團之化合物選自六丁基C1 -C8 烷二銨二氫氧化物或其鹽，如二鹵化物，例如N,N,N',N',N'-六丁基-1-6-己烷二銨二氫氧化物，較佳N,N,N',N',N'-六丁基-1,4-丁二銨二氫氧化物（HBBAH）。
5. 如第1、2、3或4項中任一項之水性化學機械平面化（CMP）拋光組合物，其中在水性CMP拋光組合物中，含有兩個四級銨基團之化合物之量在每m2 二氧化矽18至100 nM含有兩個四級銨基團之化合物（nM/m2 ）或較佳每m2 二氧化矽25至100 nM含有兩個四級銨基團（nM/m2 ）之化合物範圍內。
6. 如上述第1、2、3、4或5項中任一項之水性化學機械平面化（CMP）拋光組合物，其中二氧化矽之z平均粒度（DLS）在10至250 nm二氧化矽，或較佳12 nm至150 nm範圍內。
7. 如上述第1至6項中任一項之水性化學機械平面化（CMP）拋光組合物，其用於拋光含有基底之電介質或氧化物，其中所述組合物不包括氧化劑化合物，如氧化鐵。
8. 如上述第1至7項中任一項之水性化學機械平面化（CMP）拋光組合物，進一步包括緩衝液，所述緩衝液係pKa為3至7，或較佳pKa為3至6之(二)羧酸之羧酸鹽，呈每kg總（濕）組合物0至50毫莫耳（mm/kg），或較佳0.1至10 mm/kg總（濕）組合物之量。
9. 如上述第1至8項中任一項之水性化學機械平面化（CMP）拋光組合物，主要由含有胺基矽烷基團之二氧化矽粒子組成且按總二氧化矽固體計具有7 wt.%或更低或較佳4 wt.%或更低不含有胺基矽烷基團之二氧化矽粒子。
10. 根據本發明之單獨態樣，製備水性CMP拋光組合物之方法包括：用強酸，較佳硝酸將水性胺基矽烷之pH值調節至3.5至8，較佳3.5至4.5；及使其靜置5至600分鐘之時段（如長達120分鐘）以使胺基矽烷中之任何矽酸鹽鍵水解且形成每個胺基矽烷分子含有一或多個陽離子氮原子之水解的水性胺基矽烷；及用強酸將水性胺基矽烷之pH值調節至3至5，較佳3.5至4.5或更佳3.5至4.25；單獨地，用強酸，較佳硝酸將含有二氧化矽之水性二氧化矽組合物之pH值調節至3至5或較佳3.5至4.5以形成水性二氧化矽漿料，所述二氧化矽按水性二氧化矽組合物之總重量計以固體形式呈15至30 wt.%，或較佳15至22 wt.%之量且其中二氧化矽具有10 nm至250 nm二氧化矽，或較佳12至150 nm之z平均粒度（DLS）；用剪切使水性二氧化矽漿料及水解之水性胺基矽烷以（用每平方公尺二氧化矽粒子表面積之二氧化矽粒子上胺基矽烷之陽離子氮原子之奈莫耳數（nM/m2 二氧化矽）表現）在70至500或較佳100至300，或更佳140至250 nM/m2 二氧化矽範圍內之量結合以形成含有胺基矽烷基團之二氧化矽粒子組合物；及使含有胺基矽烷基團之二氧化矽粒子組合物與含有兩個四級銨基團之化合物結合以製得水性CMP拋光組合物，其中在水性CMP拋光組合物中，來自二氧化矽粒子上胺基矽烷及含有兩個四級銨基團之化合物之陽離子氮原子的總量在170至500或較佳200至400nM/m2 二氧化矽範圍內。
11. 如第10項中製備水性CMP拋光組合物之方法，其中水性胺基矽烷包括：含有一或多個三級胺基之胺基矽烷，如N,N-(二乙基胺基甲基)三乙氧基矽烷（DEAMS）；或含有一或多個二級胺基之胺基矽烷，如N-(2-胺基乙基)-3-胺基丙基三甲氧基矽烷（AEAPS）或N-胺基乙基胺基乙基胺基丙基三甲氧基矽烷（DEAPS，又名DETAPS）。
12. 如第10或11項中製備水性CMP拋光組合物之方法，其中含有兩個四級銨基團之化合物選自六丁基C1 -C8 烷二銨二氫氧化物或其鹽，如二鹵化物，較佳N,N,N,N',N',N'-六丁基-1,4-丁二銨二氫氧化物（HBBAH）。
13. 如第12項中製備水性CMP拋光組合物之方法，其中在水性CMP拋光組合物中，含有兩個四級銨基團之化合物之量在每m2 二氧化矽18至100或較佳25至100 nM含有兩個四級銨基團之化合物（18至100 nM/m2 二氧化矽或較佳25至100 nM/m2 二氧化矽）範圍內。
14. 如第10至13項中任一項之製備水性CMP拋光組合物之方法，進一步包括按所述組合物之總重量計，將水性CMP拋光組合物稀釋至1至10 wt.%之總二氧化矽含量。
除非另外指示，否則溫度及壓力之條件均為環境溫度及標準壓力。所敍述之全部範圍均具有包含性及可組合性。
除非另外指示，否則含有圓括號之任何術語均可替代地指全部術語，如同圓括號不存在以及術語無圓括號一樣，以及各替代方案之組合。因此，術語「(聚)胺」係指胺、聚胺或其混合物。
所有範圍均具有包含性及可組合性。舉例而言，術語「50至3000 cp或100 cp或更高之範圍」將包含50 cp至100 cp、50 cp至3000 cp以及100 cp至3000 cp中之每一者。
如本文所用，術語「ASTM」係指賓夕法尼亞州西康舍霍肯ASTM國際性組織（ASTM International, West Conshohocken, PA）之出版物。
如本文所使用，術語「陽離子氮原子」係指水性組合物中之四級銨氮或胺氮，其中溶液之pH值低於胺之質子化形式之pKa。根據每一個含有氮原子之正電荷之份額相加之公式確定「陽離子氮原子數目」，如下：
總陽離子氮原子= 1 × 胺基矽烷 + 2 × 雙胺基矽烷或二胺基矽烷 + 1 × 含有兩個四級銨基團之化合物， 其中單位為每m2 二氧化矽表面積之陽離子氮原子之奈莫耳數。
如本文所用，術語「膠體穩定」係指在45℃下加熱老化6天之後，給定組合物未留下可見沈降或沈澱物且展示如藉由馬爾文DLS儀器（Malvern DLS instrument）所量測之低於100%之z平均粒徑變化。
如本文所用，術語“硬鹼」係指金屬氫氧化物，包含鹼金屬（鹼土金屬）氫氧化物，如NaOH、KOH或Ca(OH)2 。
如本文所用，術語「加熱老化」意味在對流烘箱中在指定溫度下儲存且隨著在密封塑膠或玻璃瓶中進行儲存指定時間後之目測。「加熱老化穩定性」意味在45℃下老化6天而不損失澄清度或膠體穩定性且z平均粒度之增加不超過200%，較佳地，z平均粒度之增加不超過100%。
如本文所用，術語「ISO」係指瑞士日內瓦國際標準化組織（International Organization for Standardization, Geneva, CH）之出版物。
如本文所用，術語「二氧化矽粒子固體」意味，對於給定組合物，帶正電二氧化矽粒子之總量加帶負電二氧化矽粒子之總量加任何其他二氧化矽粒子之總量，包含用於處理彼等粒子中之任一者之任何物品。
如本文所用，術語「固體」意味除水或氨外之任何材料，其不在使用條件下揮發，無論其物理狀態為何。因此，在使用條件下不揮發之液體矽烷或添加劑視為「固體」。
如本文所用，術語「強酸」係指具有2或更小之pKa之質子酸，如無機酸，如硫酸或硝酸。
如本文所用，術語「使用條件」意味使用給定組合物所處之溫度及壓力，包含在使用期間溫度及壓力之提高。
如本文所用，術語「wt.%」表示重量百分比。
如本文所用，術語「z平均粒度（DLS）」意味如使用依據製造商建議校準之馬爾文澤塔斯則裝置（Malvern Zetasizer device）（英國馬爾文之馬爾文儀器公司（Malvern Instruments, Malvern, UK）），藉由動態光散射（DLS）所量測之指定組合物之z平均粒度。z平均粒度為強度權重調和平均尺寸，其為如藉由ISO方法所計算之直徑。（ISO13321:1996或其較新附屬ISO22412:2008）。術語「數均平均直徑」或「(D# )」使用馬爾文非負最小平方分佈分析計算，使用『通用』設定，70粒級以及0.01正則化值。非負最小平方分析由Provencher描述（S.W. Provencher, 《電腦物理學通訊（Comput. Phys. Commun.）》27 (1982), 229）。如實例中所描述，對濃縮漿料或稀釋漿料進行粒度量測。除非另外指示，否則對所有稀釋至1% w/w二氧化矽粒子固體且pH在3.5至4.5範圍內之漿料進行粒度量測。稀釋量測漿料之pH值保持儘可能接近濃縮物之pH值。
如本文所使用，術語比表面積（SSA）為以克為單位之每單位質量之以m2 為單位之粒子之總表面積。其藉由使用針對索特爾平均直徑（Sauter Mean Diameter）之等式計算，D[3,2]。索特爾平均直徑等於6乘以總粒子體積除以總粒子表面積。此重排至：
Figure 02_image001
使用強調較小粒子之加權因子使數均平均直徑自Z平均直徑在尺寸上向下移位。因為每單位質量之表面積與粒度成反比，所以此較好地表示表面積；此外，因為給定樣品中之少量聚集可在不顯著影響總表面積下對所計算之Z平均直徑造成較大影響，所以此較好地解釋聚集。藉由假設1公克粒子，使用以下等式將總表面積之以上等式轉化為比表面積。對於二氧化矽粒子，吾等使用2.2 g/cm3 之密度，且使用以奈米為單位之DLS數均平均直徑值（D# ）。因此，藉由下式得出以g/m2 為單位之比表面積：
Figure 02_image003
如本文所用，術語兩種粒子混合物之「加權平均二氧化矽比表面積」係指藉由以下確定之結果：
Figure 02_image005
其中Wta 及Wtb 係指混合物中粒子a及b之重量或重量分數，且SSAa 及SSAb 係指如上所述之彼等粒子之比表面積。就超過兩種粒子之混合物而言，上式可表現為對達至n種粒子之各種粒子之求和疊加（Wtn × SSAn /Wt總計 ）。
如本文所用，術語「ζ電位」係指所給定組合物之電荷，如藉由Malvern Zetasizer儀器所量測。所有ζ電位量測均針對（稀釋）之漿液組合物進行，如實例中所述。使用儀器進行＞20次採集，由ζ值之平均量測結果獲取每一指定組合物之報告值。
本發明人已意外地發現包括含有兩個四級銨基團之化合物，如N,N,N,N',N',N'-六丁基-1,4-丁二銨二氫氧化物（HBBAH）及含有一或多個胺基矽烷基團之二氧化矽粒子組合物之水性組合物，其中二氧化矽粒子表面上之胺基矽烷提供在維持高移除速率之同時穩定漿料以用於儲存、運送以及加熱老化之獨特能力。含有二氧化矽粒子之混合物之水性組合物在室溫下持續＞1個月仍保持膠體穩定。本發明實現在不需要粒子之其他增長步驟下水性二氧化矽漿料儲存穩定性。
根據本發明，含有兩個四級銨基團之合適化合物可包含N,N,N,N',N',N'-六丁基-1,4-丁二銨二氫氧化物（HBBAH）。
根據本發明，含有兩個四級銨基團之化合物之合適量在二氧化矽固體含量為1至30 wt.%或較佳15至24 wt.%之漿料之25至2000 ppm或較佳200至2000 ppm範圍內。所述量應足以確保穩定作用。為了使具有較高二氧化矽濃度及/或較低胺基矽烷濃度之濃縮物及組合物穩定，需要更多的含有兩個四級銨基團的化合物。為了使較小平均尺寸粒子穩定，由於其表面積增加並且可能寡聚化或凝膠化，因此還需要更多的化合物。
所測試之已知四級銨鹽或氫氧化物不提供商業CMP拋光組合物所需要之熱老化穩定性程度及移除速率之組合。一種已知之四級銨化合物，1-丁基-3-甲基咪唑氯化物（BMIC）可在高至將降低CMP拋光組合物之總移除速率之濃度位準下提供足夠的穩定性。
為了確保本發明之水性CMP拋光組合物之膠體穩定性，所述組合物具有3至5或較佳3.5至4.5範圍內之pH值。在高於所需pH範圍時，所述組合物往往會失去其穩定性。
根據本發明之組合物，以一定量使用含有胺基矽烷基團之二氧化矽粒子，使得較多之胺基矽烷用於較小二氧化矽粒子（具有較大表面積）並且較少胺基矽烷用於較大二氧化矽粒子。為了控制膠體穩定性，在低於5之pH值範圍中每單位表面積二氧化矽粒子之胺基矽烷中之陽離子氮原子數目應保持較低卻又使二氧化矽粒子具有正ζ電位。然而，每表面積二氧化矽粒子之陽離子氮原子過多會導致漿料之拋光能力損失，如藉由TEOS晶圓之移除速率所量測。單位二氧化矽表面積之陽離子氮原子數目亦為二氧化矽粒子表面之孔隙率、密度及矽烷醇濃度之函數；孔隙愈多或二氧化矽粒子之密度愈小，並且二氧化矽表面上之矽烷醇基團愈多，所需要之胺基矽烷愈多。
本發明之組合物之膠體穩定性涉及與二氧化矽粒子表面關聯之正電荷數目，表現為每平方公尺二氧化矽表面積之奈莫耳陽離子氮原子。因為使胺基質子化，所以在本發明之pH值（3至5）下，具有一個胺基之三級胺基矽烷及二級胺基矽烷每個胺基矽烷分子貢獻一個正電荷或陽離子氮原子。在本發明之組合物之pH值下，含有兩個胺基之雙(胺基)矽烷及胺基矽烷，如N-(2-胺基乙基)-3-胺基丙基矽烷每個胺基矽烷分子貢獻約2個正電荷或陽離子氮原子。不希望受理論所束縛，在本發明之含有二四級化合物之組合物中，一個正電荷充當去質子化矽烷醇基團之抗衡離子，而另一正電荷直接進入溶液提供帶正電陽離子氮原子。其他四級化合物，如具有一個四級銨基團之彼等四級化合物不能夠藉由此機制起作用，並且因此不能夠實現拋光效能及膠體穩定之本發明組合。
本發明之組合物「每單位二氧化矽表面積含有一定量陽離子氮原子」，單位為每平方公尺二氧化矽表面積之奈莫耳數（nM/m2 二氧化矽）。
用於製備本發明之含有胺基矽烷基團之二氧化矽粒子之合適胺基矽烷為含有三級胺基及二級胺基之胺基矽烷。本發明之組合物中之胺基矽烷在最初混合期間以水解水性胺基矽烷之形式存在，但會迅速變為吸附在二氧化矽粒子之表面上。
根據本發明之水解的水性胺基矽烷，使水性胺基矽烷組合物靜置以便使儲存裝置上形成之任何矽酸鹽鍵水解。對於含有一或多個二級胺基之胺基矽烷，在用強酸將pH值調節至3.5至5之前，此類水性胺基矽烷之pH值在7至8下保持5至600分鐘，如5至120分鐘。含有三級胺基之胺基矽烷與含有一級胺基之胺基矽烷相比在本發明之水性二氧化矽CMP拋光組合物之所需pH值範圍（pH 3至5）下更容易水解。較小百分比之胺基矽烷在水解步驟之後可以短鏈寡聚物之形式存在。
因為具有一或多個二級胺基之胺基矽烷並非較佳的，所以製備水解的水性胺基矽烷的較佳方法包括：將具有一或多個三級胺基之本發明之水性胺基矽烷之pH值調節至3.5至4.5之pH值並且使其靜置5至600分鐘或5至120分鐘。
本發明之組合物旨在用於介電質拋光，如層間介電質（ILD）。
實例：以下實例說明本發明之各種特徵。
在以下實例中，除非另外指明，否則溫度及壓力條件為環境溫度及標準壓力。
在以下實例中使用以下材料： HBBAH= N,N,N,N',N',N'-六丁基-1,4-丁二銨二氫氧化物（Sachem, Austin, TX）。 AEAPS= N-(2-胺基乙基)-3-胺基丙基三甲氧基矽烷，98%（Gelest Inc., Morrisville, PA）； DEAMS=(N,N-二乙基胺基甲基)三乙氧基矽烷，98%，（Gelest Inc.）； BMIC= 1-丁基-3-甲基咪唑氯化物，98%，（西格瑪-奧德裏奇（Sigma-Aldrich）, Milwaukee, WI）； BTMAC=苯甲基三甲基氯化銨，98%（西格瑪-奧德裏奇）。
實例中所用之各種二氧化矽粒子列舉於下表A中。 表A：二氧化矽粒子
Figure 106135510-A0304-0001
 1. Merck KgAA, 達姆施塔特, 德國。所有粒子均為球形並且由矽酸鈉原材料製得。2.藉由DLS所量測之數均平均直徑。3.以2720/D# 計算。4.對於各產物來自Merck KgAA之報告比表面積，無特定批次。
以下實例中使用以下縮寫： POU：使用點；RR：移除速率；SA：表面積；SSA：比表面積。
在以下實例中使用以下測試方法：
初始pH值及老化pH值：所測試組合物之「初始pH值」為製得下文所揭示之指定濃縮組合物時自其一次量測之pH值；「老化pH值」係在實例中指定之時間之後一次測得。
POU之pH：使用點之pH值（POU之pH值）係在用水將指定濃縮物組合物稀釋至指定固體含量之後的移除速率測試期間量測。
移除速率：如所指定，在指定下壓力及工作台及運載迴轉速率（rpm）下，且用指定CMP拋光墊及研磨漿料，在200 mL/min研磨漿料流動速率下，使用指定拋光機，如Strasbaugh 6EC 200 mm晶圓拋光機或「6EC RR」（加利福尼亞州聖路易斯奧比斯波（San Luis Obispo, CA））或應用材料MirraTM 200 mm拋光機或「Mirra RR」（加利福尼亞州聖克拉拉之應用材料公司（Applied Materials, Santa Clara, CA））在指定基板上進行拋光移除速率測試。使用DiagridTM AD3BG-150855金剛石墊調節器（臺灣基尼卡公司（Kinik Company, Taiwan））調節拋光墊。在墊調節器中，使用6.35 kg（14.0 lb）之下壓力持續20分鐘來使CMP拋光墊破裂並且隨後在拋光之前使用4.1 kg（9 lb）之下壓力持續10分鐘來進一步調節。在拋光期間，以10次掃描/分鐘，自距離拋光墊中心4.3至23.5 cm，以4.1 kg（9 lb）之下壓力進一步就地調節CMP拋光墊。移除速率係藉由使用KLA-TencorFX200度量工具（KLA-Tencor，加利福尼亞州米爾皮塔斯（Milpitas, CA）），使用49點螺旋掃描（排除3 mm邊緣）量測拋光前後之膜厚度來測定。
z平均粒徑：指定組合物之z平均粒徑使用依據製造商建議校準之馬爾文澤塔斯則裝置（英國馬爾文之馬爾文儀器公司），藉由動態光散射（DLS）來量測。z平均粒度為強度權重調及平均尺寸，其為如藉由ISO方法所計算之直徑。（ISO13321:1996或其較新附屬ISO22412:2008）。在如各實例中所描述之pH下針對稀釋粒子進行粒度量測。
ζ電位：以如上文所定義之方式藉由馬爾文澤塔斯則儀器量測指定組合物之ζ電位。針對使用pH 3.5之溶液將其稀釋至1%w/w二氧化矽之組合物進行ζ電位之量測，所述組合物在或接近3.5之pH值。
調配物實例：一般而言，使用硝酸將在水中稀釋之指定之二氧化矽漿料粒子調節至pH 4.25。將pH 4.25下之預水解胺基矽烷於水中之2-4% w/w溶液添加至粒子中以使所得漿料組合物達至每kg二氧化矽固體指定之矽烷毫莫耳數（mM/kg二氧化矽固體）。將漿料之pH值維持在3.5與4.25之間3小時，並且此時二氧化矽固體之含量為約總濕組合物之18-24 wt.%。使組合物與指定量之含有兩個四級銨基團之化合物結合並且除非另外指示，否則在室溫下老化。使用漿料之總濕重，以毫重量莫耳濃度（mm）為單位給出下表中四級或酸化合物之加入量，例如1 kg溶液中之3毫莫耳化合物為3毫重量莫耳濃度化合物。下文詳述特定調配方法。
移除速率測試：將漿料濃縮物稀釋至水中之4% w/w以進行移除速率測試，無後續pH值調節。在20.7 kPa（3 psi）下，以93 rpm之工作台速度及87rpm之基板運載速度操作Strasbaugh 6EC 200mm晶圓拋光機。為了測試效能，以200mL/min之流動速率拋光四乙氧基矽烷(TEOS)晶圓。除非另外指示，否則使用來自陶氏電子材料(Dow Electronic Materials)之IC1010TM墊。1010TM墊為胺基甲酸酯墊，80密耳厚，肖氏D硬度為57(密歇根州米特蘭之陶氏化學公司(The Dow Chemical Company,Midland,MI)，(陶氏(Dow))。
實例1：胺基矽烷含量對加熱老化穩定性之影響
在加熱老化測試開始之前使指定組合物靜置13日曆天。結果顯示在以下表1中。
Figure 106135510-A0305-02-0016-1
Figure 106135510-A0305-02-0016-2
在實例1A中，為了形成水解的水性胺基矽烷，使用硝酸將3.7% w/w DEAMS之溶液調節至pH 4.25以得到4.2公克水解DEAMS溶液。單獨地，使29.42公克DI水與144.3公克漿料A混合。使用硝酸將二氧化矽漿料之pH值降低至4.25。隨後將水解DEAMS溶液添加至二氧化矽溶液中混合。DEAMS及二氧化矽之間反應30分鐘之後，在pH 3.5下加入2.07 g 2% w/w HBBAH溶液（硝酸鹽形式）。視需要使用硝酸/KOH將所得漿料之pH調節至3.5以進行加熱老化。在實例1B中，將添加之水解DEAMS量提高至5.04 g並且對應降低水量。在老化29天之後，藉由在pH 3.5溶液中將漿料稀釋至1%固體藉由DLS量測加熱老化樣品之ζ電位及粒度。為了獲得樣品1A之DLS量測結果，藉由添加額外之pH 3.5硝酸溶液並且在水浴中超音波處理對其進行第一次再懸浮（但凝膠並未破裂）。
如以上表1中所示，充足含量之DEAMS及HBBAH在pH 3.5下在50℃下歷經4週儲存可防止凝膠化。實例1A及實例1B說明在HBBAH存在下提高DEAMS含量提高穩定性。 實例2：四級銨對加熱老化穩定性之影響
為了製備DEAMS（124 nM/m2 二氧化矽）漿料：使16.8公克DI水與392公克漿料A混合。使用硝酸將溶液之pH值降低至4.25。向此混合物中加入11.2公克水解DEAMS溶液，所述DEAMS溶液為使用硝酸調節至pH 4.25之3.7% w/w DEAMS單體。DEAMS及二氧化矽之間反應30分鐘之後，使用KOH及/或硝酸將pH值調節至4.0。隨後使用含28% w/w二氧化矽之DEAMS（124 nM/m2 二氧化矽）溶液之等分試樣，加入如下表2所示之毫重量莫耳濃度之四級銨及/或羧酸，製備含24%二氧化矽之DEAMS（124 nM/m2二氧化矽）溶液。視需要使用硝酸/KOH將所得漿料之pH調節至約4.1以進行加熱老化。
如下表2所示，在pH 4.1下儲存時，HBBAH對含有二胺基矽烷基團之氧化矽粒子DEAMS（124 nM/m2 二氧化矽）具有最佳的穩定能力。如下表2B所示，在加熱老化6天之後，每平方公尺二氧化矽之陽離子氮原子量不足以使組合物穩定。在比較實例2G及2M中，含有一個咪唑基之BMIC提供一種與比較實例2B、2K及2L中含有兩個四級銨基團之本發明HBBAH化合物表現接近一樣好的組合物，但在pH 4.1下使用肌胺酸作為緩衝液時需要使負載量加倍並且在6天之後凝膠。認為兩個丁二酸實例顯示在pH 4.4下維持熱穩定性比在pH 4.1 下更加困難。 表2：各種四級銨化合物2 之加熱老化結果
Figure 106135510-A0304-0004
 1. 肌胺酸為n-甲基甘胺酸；2.目測50℃加熱老化；3. 毫重量莫耳濃度（mm）=毫莫耳/公斤總濕重；*-表示比較實例。 表2B：總穩定陽離子氮原子
Figure 106135510-A0304-0005
 *-表示比較實例；1.單胺基矽烷， 二胺基矽烷及二四級銨分別貢獻1，2及1個陽離子氮原子；2.因為使用兩次，所以反映quat之濃度；quat具有一個陽離子氮原子。 實例3：HBBAH含量對加熱老化之影響
為了製備3A至3F中之DEAMS（156 nM/m2 二氧化矽）漿料：使4.66公克DI水與130.66公克漿料A混合。使用硝酸將溶液之pH值降低至4.25。向此混合物中加入4.67公克水解DEAMS溶液，所述DEAMS溶液為使用硝酸調節至pH 4.25之3.7% w/w DEAMS單體。DEAMS及二氧化矽之間反應60分鐘之後，使用KOH及/或硝酸將pH值調節至4.0。在比較實例3A中，在1%固體及pH 3.5下所量測之未進行加熱老化（在室溫下儲存6天）及無額外添加物之DEAMS（156 nM/m2 二氧化矽）溶液之粒度為36.91 nm（Z平均值）。
對於3G至3L中之DEAMS（154 nM/m2 二氧化矽）漿料：使4.20公克DI水與104.53公克漿料A及26.13 g漿料B混合。此提供重量平均二氧化矽SSA為127 m2 /g之80/20混合物重量。使用硝酸將溶液之pH值降低至4.25。向此混合物中加入5.13公克水解DEAMS溶液，所述DEAMS溶液為使用硝酸調節至pH 3.5之3.7% w/w DEAMS單體。在反應20分鐘之後，將pH調節至4.2。DEAMS及二氧化矽之間反應60分鐘之後，使用KOH及/或硝酸將pH值調節至4.0。
隨後使用含28% w/w二氧化矽之DEAMS（（156 nM/m2 二氧化矽）或（154 nM/m2 二氧化矽））組合物之等分試樣，加入如下表3所示之指定毫重量莫耳濃度之量的四級銨及/或羧酸，製備24 wt.%二氧化矽固體之漿料。視需要使用硝酸/KOH將所得漿料之pH值調節至4.1用於加熱老化並且在50℃下老化6天。進行目測，並且藉由使用pH 3.5硝酸溶液稀釋至1%固體並且在pH 3.5下量測未顯著增稠之溶液之粒度。凝膠化實例之pH量測結果（用^標註）藉由添加一些水並且超音波處理以使凝膠分散獲得。凝膠沒有重新分散，但液化程度足夠進行pH量測。 表3：含有兩個四級銨基團之化合物之濃度及固體含量之影響
Figure 106135510-A0304-0006
 *-表示比較實例；1. 毫重量莫耳濃度（mm）=毫莫耳/公斤組合物之總濕重。 表3B：總穩定陽離子氮原子
Figure 106135510-A0304-0007
 *-表示比較實例；1.為了穩定，單胺基矽烷、二胺基矽烷及二四級銨分別貢獻1個、2個及1個銨。
上表3及3B顯示在含有胺基矽烷基團之二氧化矽粒子之24 wt.%負載量下提高含有兩個四級銨基團之化合物含量較好地防止在漿料A混合物及漿料A/B混合物二者之加熱老化期間凝膠化。表3A及3B亦顯示含有兩個四級銨基團之化合物及胺基矽烷之具有較大表面積之二氧化矽粒子（如漿料B中之彼等者）之較佳或最有效含量提高。最終，在實例3J中，實例顯示添加提高量之含有兩個四級銨基團之化合物可提高加熱老化穩定性。在比較實例3H、3I及3L中，除非如3J實例中存在超過25nM/m2 二氧化矽之含有兩個四級銨基團之化合物或如在實例3K中存在在較佳pH值下所使用之有效緩衝液，否則24%之粒子固體含量使穩定變得困難。 實例4：在具有及不具有乙酸鹽緩衝液下含有兩個四級銨基團之化合物之影響
為了製備28% w/w二氧化矽之DEAMS（140 nM/m2 二氧化矽）：使12.83公克DI水與326.66公克漿料A混合。使用硝酸將溶液之pH值降低至4.25。向此混合物中加入10.50公克水解DEAMS溶液，所述DEAMS溶液為使用硝酸調節至pH 4.25之3.7% w/w DEAMS單體。DEAMS及二氧化矽之間反應30分鐘之後，使用KOH及/或硝酸將pH值調節至4.3。在室溫下30分鐘之後且在無額外添加物下實例4A至4S中之含有胺基矽烷基團之二氧化矽粒子（140 nM/m2 二氧化矽）之粒度為36.51 nm（Z平均值，在1 wt.%固體及pH 3.5下進行）。隨後使用DEAMS（140 nM/m2 二氧化矽）溶液之等分試樣，加入如下表4A及4B所示之毫重量莫耳濃度之四級銨及/或乙酸，製備24 wt.%含有胺基矽烷基團之二氧化矽粒子固體。視需要使用硝酸/KOH將所得漿料之pH值調節至4.2至4.3用於加熱老化並且在50℃下老化6天。 表4A：無緩衝液下加熱老化1
Figure 106135510-A0304-0008
 1. 50℃目測；2.毫重量莫耳濃度（mm）=毫莫耳/公斤總濕重；*-表示比較實例。 表4B：具有緩衝液下加熱老化1
Figure 106135510-A0304-0009
 1. 毫重量莫耳濃度（mm）=毫莫耳/公斤總濕重；2. 50℃目測；*-表示比較實例。 表4C：總穩定陽離子氮原子
Figure 106135510-A0304-0010
 *-表示比較實例；1.為了穩定，單胺基矽烷、二胺基矽烷及二四級銨分別貢獻1個、2個及1個銨。
如以上表4A及4B中所示，實例4B、4C、4J及4K中之HBBAH提供在50℃下之最佳加熱老化結果，所述結果包含提供相對於其他四級銨之最少粒子增長。在比較實例4G、4N、4O及4P中，在所使用之量超過HBBAH之兩倍時，BMIC可在用於無緩衝組合物中時使組合物穩定；並且在緩衝組合物中，僅所使用之量為HBBAH之四倍時（參見實例4J），BMIC方可在6天之後使漿料組合物穩定並且肉鹼接近使漿料組合物穩定。此等實例亦表明少量乙酸作為羧酸鹽緩衝液可藉由維持較小z平均粒徑略微提高加熱老化結果。 實例5：DEAMS對老化之影響
為了製備DEAMS（181 nM/m2 二氧化矽）漿料實例5A：使1166.63公克DI水與5599.94公克漿料A混合。使用硝酸將溶液之pH值降低至4.25。向此混合物中加入233.43公克水解DEAMS溶液，所述DEAMS溶液為使用硝酸調節至pH 4.25之3.7% w/w DEAMS單體。DEAMS及二氧化矽之間反應180分鐘之後，使用KOH及/或硝酸將pH值調節至4.1。為了DEAMS（181 nM/m2 二氧化矽）實例5B，使用相同之步驟但在180分鐘之後加入HBBAH（硝酸鹽形式）以製備含漿料0.7 mm之HBBAH。為了DEAMS（181 nM/m2 二氧化矽）實例5C，使用相同步驟但在180分鐘之後加入單乙酸鹽/單硝酸鹽形式之HBBAH以製備含漿料0.7 mm之HBBAH及含漿料0.7 mm之乙酸鹽。在45℃下之加熱老化結果展示於下表5A中。藉由用水將漿料濃縮物稀釋至1%固溶體進行粒度量測。 表5A：45℃下之加熱老化
Figure 106135510-A0304-0011
 1. 目測；2.毫重量莫耳濃度（mm）=毫莫耳/公斤總濕重；*-表示比較實例。 表5B：在Strasbaugh 6EC上SiO2表面（TEOS）之拋光
Figure 106135510-A0304-0012
 1. 毫重量莫耳濃度（mm）=毫莫耳/公斤總濕重；*-表示比較實例 表5C：總穩定陽離子氮原子
Figure 106135510-A0304-0013
 *-表示比較實例；1.為了穩定，單胺基矽烷、二胺基矽烷及二四級銨分別貢獻1個、2個及1個銨。
如以上表5A中所示，隨著粒子漿料老化存在pH值浮動。在此實施例中少量乙酸鹽緩衝液之存在不以顯著方式影響pH值浮動。然而，在實例5B及5C中，向DEAMS-二氧化矽粒子添加HBBAH使粒度增長（z平均值）顯著放緩。如上表5B所示，具有少量實例5C中緩衝液之本發明之組合物在加熱老化3週之後維持其移除速率。在加熱老化3週之後，實例5B之組合物僅損失其移除速率之6-7%。因為比較實例5A之組合物在加熱老化3週之後已凝膠化，所以沒有移除速率資料可用於所述組合物。 實例6：HBBAH對兩種二氧化矽粒子之混合物之穩定影響
為了實例6A至6J中之DEAMS（199 nM/m2 二氧化矽）漿料：使32.66公克DI水與160公克漿料A混合。使用硝酸將溶液之pH值降低至4.25。向此混合物中加入7.34公克水解DEAMS溶液，所述DEAMS溶液為使用硝酸調節至pH 4.25之3.7% w/w DEAMS單體。在漿料A之DEAMS及二氧化矽之間各反應10分鐘及60分鐘之後，使用KOH及/或硝酸將pH值調節至4.2。在18小時之後，使用硝酸將粒子調節至pH 3.5並且儲存7天。
藉由使儲存7天之後的DEAMS-漿料A（使用冰醋酸調節至pH 4.3）與DI水及漿料B粒子（199 nM/m2 二氧化矽）混合來製備下表6中之漿料。製備表6中之漿料以獲得18.6% w/w之漿料A-DEAMS（199 nM/m2 二氧化矽）粒子、1.4% w/w之pH調節漿料B粒子及額外HBBAH雙乙酸鹽及乙酸的量。漿料A+B組合物之加權平均表面積為119 m2 /g，使混合物降低至每m2 二氧化矽總計192 nM DEAMS。使用乙酸或KOH進行最終pH值調節，從而使濃縮粒子漿料之最終pH值設定成約4.4以進行加熱老化研究。在50℃烘箱中進行加熱老化，歷時27天。在pH 4.4及1%固體下在33.29 nm下量測加熱老化之前及無其他添加物下之混合粒子系統（漿料A+B）的起始粒度（Z平均值）。在pH 4.4下在1%固體濃度下藉由DLS量測表6中之粒度。陽離子氮原子之總量展示於下表6B中。 表6：混合水性二氧化矽漿料之加熱老化1
Figure 106135510-A0304-0014
 1. 50℃老化；2.以nm為單位之粒度；3.毫重量莫耳濃度（mm）=毫莫耳/公斤總濕重；*-表示比較實例。 表6B：總穩定陽離子氮原子
Figure 106135510-A0304-0015
 *-表示比較實例；1。為了穩定，單胺基矽烷、二胺基矽烷及二四級銨分別貢獻1個、2個及1個銨。
上表6及6B中之結果顯示提高HBBAH之含量提高粒子穩定性，達到的1.63 mm或751 ppm HBBAH（如實例6I）及以上（如實例6J）。在實例6B至6J之所有實例中，本發明HBBAH及胺基矽烷提高加熱老化之穩定性。在實例6E中，在6.6 mm（加入之5 mm加HBBAH鹽之0.8×2 mm）或400 ppm下添加過多乙酸（中和時以HBBAH乙酸鹽或乙酸鉀形式存在）並且提高溶液之總離子強度導致粒子穩定性之並非較佳的含量。對以上表3中之比較實例3G-3J及實例6B-6D進行比較時，加熱老化結果亦顯示提高粒子之DEAMS含量並且將二氧化矽粒子wt.%之量自24 wt.%降低至較佳的20 wt.%，即使在存在按粒子固體計，一小部分約7 wt.%之不含胺基矽烷之二氧化矽粒子下亦可顯著提高穩定性。包含無含有胺基矽烷基團之二氧化矽粒子之水性二氧化矽粒子並非較佳的，尤其在組合物中總固體之4 wt.%或更高下，並且可能妨礙加熱老化之穩定性。 實例7：具有含有二級胺基矽烷之實例
為了AEAPS（43.5 nM/m2 二氧化矽）漿料：使18.81公克DI水與80公克漿料A混合。使用硝酸將溶液之pH值降低至4.25。向此混合物中加入1.19公克水解AEAPS溶液，所述AEAPS溶液為使用硝酸調節至pH 4.25之2.22% w/w AEAPS單體。在AEAPS及二氧化矽之間反應10分鐘之後，使用KOH及/或硝酸將pH值調節至4.2並且在室溫下儲存。次日使用粒子製備老化調配物。
為了AEAPS（58 nM/m2 二氧化矽）漿料：使用以上步驟使18.41公克DI水與80公克漿料A及1.59公克水解AEAPS溶液混合。
藉由使AEAPS（（43.5 nM/m2 二氧化矽）或（58 nM/m2 二氧化矽））溶液與DI水及視情況選用之漿料B粒子（30 wt.%，使用硝酸調節至pH 4.0）混合來製備下表7A所列出之漿料。只有漿料A含有含有胺基矽烷基團之二氧化矽粒子。如表7A中使漿料A及漿料B混合時，所得重量平均比表面積為118 m2 /g。使用乙酸或KOH進行最終pH值調節，從而使濃縮粒子漿料之最終pH值設定成約4.0以進行加熱老化研究。在50℃烘箱中進行加熱老化，到達12天。使用利用pH 4硝酸溶液稀釋至1%固體之樣品在pH 4下量測粒度。 表7A：含有含有二級胺基之胺基矽烷基團之二氧化矽粒子調配物及50℃下之加熱老化
Figure 106135510-A0304-0016
 *-表示比較實例；1.以nm為單位之粒度。 表7B：總穩定陽離子氮原子
Figure 106135510-A0304-0017
 *-表示比較實例；1.為了穩定，單胺基矽烷、二胺基矽烷及二四級銨分別貢獻1個、2個及1個銨。
如上表7A中所示，實例7C、7H及7I展示包含含有兩個四級銨基團之化合物-HBBAH之提高穩定性影響（比較比較實例7A、7B、7F及7G）。使用AEAPS提高調配物之胺基矽烷含量，含有二級胺基之矽烷可有助於熱老化穩定性（比較比較實例7D與7E及本發明實例7H與7I）。結合緩衝液或鹽，含有二級胺基並且具有兩個陽離子氮原子之測試胺基矽烷之較佳量為每m2 二氧化矽提供超過100 nM陽離子氮原子的量。如比較7D及7E中，呈總固體之4wt.%或更高之量的包含無含有胺基矽烷基團之二氧化矽粒子之水性二氧化矽粒子並非較佳的，並且可能妨礙加熱老化之穩定性。 實例8：使用二氧化矽混合物之組合物加熱老化
試劑數量列於表8A中。使DI水與漿料A混合。使用硝酸將溶液之pH值降低至4.25。向此混合物中加入水解DEAMS溶液，所述DEAMS溶液為使用硝酸調節至pH 4.25之3.7% w/w DEAMS單體。DEAMS及二氧化矽之間反應30分鐘之後，使用KOH及/或硝酸將pH值再調節至4.25。隨後視情況加入pH值調節至4.25之10% w/w漿料B溶液，或如接受之漿料C。視情況第二次添加DEAMS溶液。在另外30 min之後，加入HBBAH雙乙酸（來自pH 4.4下之儲備溶液）且將pH再調節至4.4。在50℃下在對流烘箱中加熱老化最終溶液，歷時28天。
使用硝酸將8D-1、8E-1及8F-1之調配物調節至pH 3.5。藉由使用pH 3.5硝酸稀釋至1%固體來量測調配物8D-1、8E-1及8F-1之粒度。藉由使用pH 4.4硝酸溶液稀釋至1%固體來量測實例8中所有其他調配物之粒度。 表8A：調配物
Figure 106135510-A0304-0018
 1. 毫重量莫耳濃度（mm）=毫莫耳/公斤總濕重。 表8B：50℃下之加熱老化結果及pH之影響
Figure 106135510-A0304-0019
 *-表示比較實例。 表8C：總穩定銨
Figure 106135510-A0304-0020
 *-表示比較實例；1.為了穩定，單胺基矽烷、二胺基矽烷及二四級銨分別貢獻1個、2個及1個銨。
如上表8B中所示，在實例8A、8B、8C之加熱老化結果中，胺基矽烷DEAMS及HBBAH之組合提供在pH 4.4至4.6下在50℃下加熱老化28天之後顯示極少粒子增長之漿料。如比較實例8D、8E及8F中所示，具有低於較佳140 nM/m2 胺基矽烷之組合物在次較佳之pH 4.5下未通過穩定性試驗，即使總陽離子氮/平方公尺為180或更高。然而，在實例8D-1、8E-1及8F-1中，在pH 3.5下，即使在每m2 胺基矽烷之二氧化矽具有低於100 nM之陽離子氮原子之組合物中添加超過1000 ppm HBBAH，亦能夠實現具有與漿料B一樣小之粒子（25 nm）及與漿料C一樣大之粒子（75 nm）之水性二氧化矽漿料組合物之加熱老化穩定性。 實例9：pH對穩定性之影響
混合之後的水性二氧化矽漿料調配物列於下表9A中。使DI水與漿料A混合。使用硝酸將溶液之pH值降低至4.25。向此混合物中加入水解DEAMS溶液，所述DEAMS溶液為使用硝酸調節至pH 4.25之3.7% w/w DEAMS單體。DEAMS及二氧化矽之間反應30分鐘之後，使用KOH及/或硝酸將pH值再調節至4.25。隨後，如下表9A中所指示，加入pH調節至4.25之24% w/w漿料B溶液，或如接受之漿料C。視情況第二次添加DEAMS溶液。在另外30 min之後，加入HBBAH雙乙酸（來自pH 4.4下之儲備溶液）且使用硝酸調節pH值，如下表9A中所列。在45℃下在對流烘箱中加熱老化最終溶液，歷時28天。 表9A：調配物
Figure 106135510-A0304-0021
 表9B：45℃下之加熱老化結果
Figure 106135510-A0304-0022
 *-表示比較實例。 表9C：總穩定銨
Figure 106135510-A0304-0023
 *-表示比較實例；1.為了穩定，單胺基矽烷、二胺基矽烷及二四級銨分別貢獻1個、2個及1個銨。
如上表9B中所示，本發明組合物在3至5之pH範圍內保持穩定。
無
無

Claims (10)

  1. 一種水性化學機械平面化(CMP)拋光組合物，包括以下兩者之混合物：含有兩個四級銨基團之化合物；及按所述組合物之總重量計，以固體形式呈1wt.%至30wt.%之量的含有一或多個陽離子氮原子的含有胺基矽烷基團的二氧化矽粒子，所述組合物之pH值介於3至5範圍內，其中在所述水性CMP拋光組合物中，來自所述二氧化矽粒子上所述胺基矽烷及所述含有兩個四級銨基團之化合物之陽離子氮原子的總量在170nM/m2至500nM/m2二氧化矽粒子範圍內，並且另外其中在45℃溫度下加熱老化至少6天之後，所述組合物對可見沈澱或沈降穩定，二氧化矽固體含量為15wt.%。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的水性化學機械平面化(CMP)拋光組合物，其中所述含有兩個四級銨基團之化合物選自六丁基C1-C8烷二銨二氫氧化物或其鹽。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的水性化學機械平面化(CMP)拋光組合物，其中所述含有兩個四級銨基團之化合物為N,N,N,N',N',N'-六丁基-1,4-丁二銨二氫氧化物(HBBAH)。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的水性化學機械平面化(CMP)拋光組合物，其中所述含有胺基矽烷基團之二氧化矽粒子包括含有一或多個三級胺基或一或多個二級胺基之胺基矽烷。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的水性化學機械平面化(CMP)拋光組合物，其中所述含有胺基矽烷基團之二氧化矽粒子包括係N,N-(二乙基胺基甲基)三乙氧基矽烷(DEAMS)的含有一或多個三級胺基的胺基矽烷。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的水性化學機械平面化(CMP)拋光組合物，其中在所述水性CMP拋光組合物中，以每平方公尺二氧化矽粒子表面積之所述二氧化矽粒子上陽離子氮原子之奈莫耳數(nM/m2二氧化矽)為單 位，所述胺基矽烷之量在70至500nM/m2二氧化矽範圍內。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的水性化學機械平面化(CMP)拋光組合物，其中所述胺基矽烷之量在100至300nM/m2二氧化矽範圍內。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的水性化學機械平面化(CMP)拋光組合物，其中在所述水性CMP拋光組合物中，所述含有兩個四級銨基團之化合物之量在每m2所述二氧化矽粒子18至100nM(nM/m2二氧化矽)所述含有兩個四級銨基團的化合物範圍內。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的水性化學機械平面化(CMP)拋光組合物，進一步包括緩衝液，所述緩衝液為pKa為3至7之(二)羧酸之羧酸鹽，呈每kg所述總組合物0至50毫莫耳的量。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的水性化學機械平面化(CMP)拋光組合物，其中所述組合物包括按所述組合物之總重量計，以固體形式呈15wt.%至22wt.%之量的含有胺基矽烷基團的二氧化矽粒子。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10508221B2 (en) * 2017-09-28 2019-12-17 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Aqueous low abrasive silica slurry and amine carboxylic acid compositions for use in shallow trench isolation and methods of making and using them
CN111100785B (zh) * 2018-10-25 2023-08-11 深圳市真迈生物科技有限公司 固相基底、其处理方法和确定处理条件的方法
CN114524623A (zh) * 2018-10-25 2022-05-24 深圳市真迈生物科技有限公司 固相基底及其制备方法和用途
CN112919481B (zh) * 2021-01-29 2022-10-28 吉林大学 一种正电性的二氧化硅粒子的制备方法
US20220348789A1 (en) * 2021-04-22 2022-11-03 Rohm and Haas Electronics Materials CMP Holdings, Inc. Surface modified silanized colloidal silica particles

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103042464A (zh) * 2011-08-15 2013-04-17 罗门哈斯电子材料Cmp控股股份有限公司 用于化学机械抛光钨的方法
US20150259574A1 (en) * 2014-03-11 2015-09-17 Cabot Microelectronics Corporation Composition for tungsten cmp

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3303544B2 (ja) 1994-07-27 2002-07-22 ソニー株式会社 半導体装置の製造方法および配線層表面研磨用のスラリーおよび配線層表面研磨用のスラリーの製造方法
EP1200532B1 (en) 1999-07-07 2006-08-30 Cabot Microelectronics Corporation Cmp composition containing silane modified abrasive particles
US6646348B1 (en) 2000-07-05 2003-11-11 Cabot Microelectronics Corporation Silane containing polishing composition for CMP
JP2008288398A (ja) 2007-05-18 2008-11-27 Nippon Chem Ind Co Ltd 半導体ウェハーの研磨用組成物、その製造方法、及び研磨加工方法
JP5646996B2 (ja) 2007-09-21 2014-12-24 キャボット マイクロエレクトロニクス コーポレイション 研磨組成物およびアミノシランを用いて処理された研削剤粒子の使用方法
US8017524B2 (en) 2008-05-23 2011-09-13 Cabot Microelectronics Corporation Stable, high rate silicon slurry
JP5843613B2 (ja) * 2009-01-20 2016-01-13 キャボット コーポレイションＣａｂｏｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ シラン変性金属酸化物を含む組成物
DE102009002499A1 (de) 2009-04-20 2010-10-21 Evonik Degussa Gmbh Dispersion enthaltend mit quartären, aminofunktionellen siliciumorganischen Verbindungen oberflächenmodifizierte Siliciumdioxidpartikel
US8119529B2 (en) 2009-04-29 2012-02-21 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Method for chemical mechanical polishing a substrate
US8232208B2 (en) 2010-06-15 2012-07-31 Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. Stabilized chemical mechanical polishing composition and method of polishing a substrate
US9238754B2 (en) * 2014-03-11 2016-01-19 Cabot Microelectronics Corporation Composition for tungsten CMP
US9303188B2 (en) 2014-03-11 2016-04-05 Cabot Microelectronics Corporation Composition for tungsten CMP
US9127187B1 (en) 2014-03-24 2015-09-08 Cabot Microelectronics Corporation Mixed abrasive tungsten CMP composition
US9303190B2 (en) 2014-03-24 2016-04-05 Cabot Microelectronics Corporation Mixed abrasive tungsten CMP composition
CN107075343B (zh) 2014-06-25 2019-06-28 嘉柏微电子材料股份公司 胶态氧化硅化学-机械抛光组合物
CN106661430B (zh) 2014-06-25 2019-03-19 嘉柏微电子材料股份公司 钨化学机械抛光组合物

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103042464A (zh) * 2011-08-15 2013-04-17 罗门哈斯电子材料Cmp控股股份有限公司 用于化学机械抛光钨的方法
US20150259574A1 (en) * 2014-03-11 2015-09-17 Cabot Microelectronics Corporation Composition for tungsten cmp

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