КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ХИМИКО-МЕХАНИЧЕСКОЙ ПОЛИРОВКИ (СМР), СОДЕРЖАЩАЯ НЕИОННОЕ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНОЕ ВЕЩЕСТВО И КАРБОНАТНУЮ СОЛЬ
COMPOSITION FOR CHEMICAL-MECHANICAL POLISHING (CMP) CONTAINING NON-ION SURFACTANT AND CARBONATE SALT

Область изобретения
Настоящее изобретение по существу относится к СМР композиции для химико-механической полировки (далее применяется аббревиатура СМР), содержащей неионное поверхностно-активное вещество и карбонатную или гидрокарбонатную соль.
Уровень техники
В полупроводниковой промышленности химико-механическая полировка представляет собой хорошо известную методику, применяемую при производстве современных фотонных, микроэлектромеханических и микроэлектронных материалов и устройств, таких как полупроводниковые пластины.
В ходе получения материалов и устройств, применяемых в полупроводниковой промышленности, СМР применяется для выравнивания металлических и/или оксидных поверхностей. В СМР применяется взаимодействие химического и механического действия для достижения планарности поверхностей, подлежащих полировке. Химическое действие обеспечивается химической композицией, также упоминаемой как СМР композиция или СМР суспензия. Механическое действие, как правило, осуществляется посредством полировальника, который, как правило, прижимается к поверхности, подлежащей полировке, и устанавливается на подвижной платформе. Движение плиты, как правило, является линейным, вращательным или орбитальным.
На стадии типичного способа СМР вращающийся держатель пластин приводит пластину, подлежащую полировке, в контакт с полировальником. СМР композиция, как правило, наносится между пластиной, подлежащей полировке, и полировальником.
СМР композиции, содержащие поверхностно-активное вещество и/или карбонатную соль, хорошо известны из уровня техники и описаны в нем, например, в следующих ссылочных источниках.
3
3
В JP 2003-100671 А раскрывается способ полировки полупроводниковых пластин с применением щелочного водного раствора, который был смешан с поверхностно-активным веществом с получением полирующей жидкости, где к раствору могут быть добавлены NaHCO и КНСО. Поверхностно-активным веществом может быть неионное поверхностно-активное вещество.
В US 2009/0298290 А1 раскрывается полирующая жидкость, которая применяется для химико-механической полировки материального тела, содержащего по меньшей мере (i) первый слой, содержащий полисиликон или модифицированный полисиликон, и (ii) второй слой, содержащий по меньшей мере одно, выбранное из группы, состоящей из диоксида кремния, нитрида кремния, карбида кремния, карбонитрида кремния, оксикарбида кремния и оксинитрида кремния, причем полирующая жидкость имеет значение рН от 1.5 до 7.0, содержит (1) коллоидные частицы диоксида кремния, (2) органическую кислоту и (3) анионное поверхностно-активное вещество и способна селективно полировать второй слой относительно первого слоя. Для того чтобы установить значение рН полирующей жидкости, щелочь/кислота буфер могут применяться. Примеры буферизующего агента включают - среди прочего - карбонаты, такие как карбонат натрия.
В US 2009/311864 А1 раскрывается полирующая суспензия, применяемая при химико-механической полировке барьерного слоя и промежуточной диэлектрической пленки в полупроводниковой интегрирующей схеме, причем полирующая суспензия содержит: абразивное вещество; окислитель; антикоррозионное вещество; кислоту; поверхностно-активное вещество и соединение включения, где полирующая суспензия имеет значение рН менее 5. Щелочь/кислота, буферизующий агент могут применяться для установления значения рН. Примеры буферизующего агента включают - среди прочего - карбонаты, такие как карбонат натрия.
Задачи настоящего изобретения
Одной из задач настоящего изобретения является обеспечение СМР композиции и способа СМР, подходящих для химико-механической полировки подложек, применяемых в полупроводниковой промышленности, особенно подложек, содержащих:
(1) медь, и/или
(2) тантал, нитрид тантала, титан, нитрид титана, рутений, кобальт или их сплавы,
и показывающих улучшенную эффективность полировки, особенно
(i) высокий удельный съем материала (MRR) подложки, предпочтительно полируемой, например нитрида тантала,
(ii) низкий удельный съем материала (MRR) подложки, предпочтительно не полируемой, например меди и/или материала с низкой диэлектрической проницаемостью,
(iii) безопасность и уменьшение опасных побочных продуктов до минимума, или
(iv) комбинацию (i), (ii), (iii).
Кроме того, СМР композиция должна представлять собой стабильную композицию или дисперсию, где никакого разделения фаз не должно происходить. Более того, способ СМР должен быть легким в применении и состоять из настолько малого количества стадий, насколько возможно.
Поскольку барьерные слои и материалы с низкой диэлектрической проницаемостью или материалы с ультранизкой диэлектрической проницаемостью присутствуют в применяемых полупроводниковых подложках, СМР композиция согласно настоящему изобретению должна предпочтительно удалять барьерные слои и поддерживать целостность материалов с низкой диэлектрической проницаемостью и материалов с ультранизкой диэлектрической проницаемостью, т.е. она должна иметь особенно высокую селективность к барьерному слою по сравнению с материалами с низкой диэлектрической проницаемостью или материалами с ультранизкой диэлектрической проницаемостью в отношении MRR. В частности, поскольку слои меди, барьерные слои и материалы с низкой диэлектрической проницаемостью или материалы с ультранизкой диэлектрической проницаемостью присутствуют в подложке, подлежащей полировке, СМР композиция согласно настоящему изобретению должна показывать, насколько возможно, комбинацию следующих свойств: (а) высокий MRR барьерного слоя, (b) низкий MRR слоя меди, (с) низкий MRR материалов с низкой диэлектрической проницаемостью или материалов с ультранизкой диэлектрической проницаемостью, (d) высокая селективность к барьерному слою по сравнению со слоем меди в отношении MRR, (е) высокая селективность к барьерному слою по сравнению с материалами с низкой диэлектрической проницаемостью или материалами с ультранизкой диэлектрической проницаемостью в отношении MRR. Наиболее конкретно, поскольку слои меди, слои тантала или нитрида тантала и материалы с низкой диэлектрической проницаемостью или материалы с ультранизкой диэлектрической проницаемостью присутствуют в подложке, подлежащей полировке, СМР композиция согласно настоящему изобретению должна показывать, насколько возможно, комбинацию следующих свойств: (а') высокий MRR тантала или нитрида тантала, (b') низкий MRR слоя меди, (с') низкий MRR материалов с низкой диэлектрической проницаемостью или материалов с ультранизкой диэлектрической проницаемостью, (d') высокая селективность к танталу или нитриду тантала по сравнению с медью в отношении MRR и (е') высокая селективность к нитриду тантала по сравнению с материалами с низкой диэлектрической проницаемостью или материалами с ультранизкой диэлектрической проницаемостью. Кроме того, СМР композиция согласно настоящему изобретению должна показывать длительный срок службы при сохранении высокого MRR барьерного слоя.
Сущность изобретения
Соответственно, была разработана композиция (Q) для химико-механической полировки (СМР), которая содержит
(A) неорганические частицы, органические частицы, или их смесь, или композит, где частицы находятся в форме кокона,
(B) неионное поверхностно-активное вещество,
(C) карбонатную или гидрокарбонатную соль,
(D) спирт, и
(М) водную среду.
Кроме того, был разработан способ получения полупроводникового устройства, включающий химико-механическую полировку подложки в присутствии композиции СМР (Q), который выполняет задачи настоящего изобретения.
Более того, было предложено применение композиции СМР (Q) для полировки подложек, которые применяются в полупроводниковой промышленности, которое выполняет задачи настоящего изобретения.
Предпочтительные варианты выполнения настоящего изобретения раскрываются в формуле изобретения и в описании изобретения. Очевидно, что комбинации предпочтительных вариантов выполнения настоящего изобретения входят в объем настоящего изобретения.
Был разработан способ получения полупроводниковых устройств, включающий химико-механическую полировку подложки в присутствии композиции СМР (Q). Другой способ согласно настоящему изобретению представляет собой способ химико-механической полировки подложки (S), применяемой в полупроводниковой промышленности, в присутствии композиции СМР (Q). СМР композиция (Q) применяется для химико-механической полировки подложки (S), применяемой в полупроводниковой промышленности. Указанной подложкой (S) наиболее предпочтительно является подложка, содержащая:
(i) медь, и/или
(ii) тантал, нитрид тантала, титан, нитрид титана, рутений, кобальт или их сплавы.
Указанной подложкой (S) наиболее предпочтительно является подложка, содержащая
(i) медь, и
(ii) тантал, нитрид тантала, титан, нитрид титана, рутений, кобальт или их сплавы, и
(iii) материал с низкой диэлектрической проницаемостью.
Указанной подложкой (S) наиболее предпочтительно является подложка, содержащая
(i) медь, и
(ii) тантал или нитрид тантала, и
(iii) материал с низкой диэлектрической проницаемостью.
Материалом с низкой диэлектрической проницаемостью является материал, имеющий значение к (диэлектрическая постоянная) менее 3.5, предпочтительно менее 3.0, более предпочтительно менее 2.7. Материалом с ультранизкой диэлектрической проницаемостью является материал, имеющий значение к (диэлектрическая постоянная) менее 2.4.
СМР композиция (Q) содержит компоненты (А), (В), (С), (D), (М) и необязательно другие компоненты, как описано ниже.
СМР композиция (Q) содержит неорганические частицы, органические частицы или их смеси или композиты, где частицы находятся в форме кокона (А).
(А) может представлять собой
- один тип неорганических частиц в форме кокона,
- смесь или композит различных типов неорганических частиц в форме кокона,
- один тип органических частиц в форме кокона,
- смесь или композит различных типов органических частиц в форме кокона, или
- смесь или композит одного или более типов неорганических частиц в форме кокона и одного или более типов органических частиц в форме кокона.
Композитом является композитная частица в форме кокона, содержащая два или более типов частиц, таким образом, что они являются механически, химически или другим образом связаны друг с другом. Примером композита является частица ядро-оболочка, содержащая один тип частицы во внешней сфере (оболочка) и другой тип частицы во внутренней сфере (ядро).
В общем, частицы в форме кокона (А) могут содержаться в различных количествах в композиции СМР (Q). Предпочтительно, количество (А) составляет не более 10 мас. % (мас. % означает "проценты по массе"), более предпочтительно не более 7 мас. %, наиболее предпочтительно не более 5 мас. %, в частности не более 3 мас. %, например не более 2.2 мас. %, на основе общей массы композиции (Q). Предпочтительно, количество (А) составляет по меньшей мере 0.002 мас. %, более предпочтительно по меньшей мере 0.01 мас. %, наиболее предпочтительно по меньшей мере 0.08 мас. %, в частности по меньшей мере 0.5 мас. %, например по меньшей мере 1 мас. %, на основе общей массы композиции (Q).
В общем, частицы в форме кокона (А) могут содержаться при различных распределениях частиц по размеру. Распределение частиц по размеру в форме кокона (А) может быть мономодальным или многомодальным. В случае многомодальных распределений частиц по размеру бимодальное является наиболее предпочтительным. Для того чтобы получить легко воспроизводимый профиль свойств и легко воспроизводимые условия в ходе способа СМР согласно изобретению, мономодальное распределение частиц по размеру является предпочтительным для (А). Наиболее предпочтительно для (А) иметь мономодальное распределение частиц по размеру.
50
50
Средний размер частиц в форме кокона (А) может варьироваться в широком диапазоне. Средним размером частиц является значение d распределения частиц по размеру (А) в водной среде (М) и может быть определено с применением методик динамического рассеяния света. Затем значения d вычисляются, принимая, что частицы являются по существу сферическими. Шириной среднего распределения частиц по размеру является расстояние (данное в единицах х-оси) между двумя точками пересечения, где кривая распределения частиц по размеру пересекает 50% высоты относительного количества частиц, где высота максимального количества частиц стандартизуется при 100% высоты.
Предпочтительно, средний размер частиц в форме кокона (А) находится в интервале от 5 до 500 нм, более предпочтительно в интервале от 10 до 400 нм, наиболее предпочтительно в интервале от 20 до 300 нм, в частности в интервале от 30 до 160 нм, например в интервале от 35 до 135 нм, как измерено с помощью методик динамического рассеяния света, с применением инструментов, таких как High Performance Particle Sizer (HPPS) от Malvern Instruments, Ltd. или Horiba LB550.
Согласно настоящему изобретению частицы (А) находятся в форме кокона. Коконы могут быть с вмятинами, или выступами, или без них. Частицы в форме кокона представляют собой частицы с малой осью от 10 до 200 нм, отношением большая ось/малая ось от 1.4 до 2.2, более предпочтительно от 1.6 до 2.0. Предпочтительно они имеют усредненный коэффициент формы от 0.7 до 0.97, более предпочтительно от 0.77 до 0.92, предпочтительно усредненную сферичность от 0.4 до 0.9, более предпочтительно от 0.5 до 0.7 и предпочтительно усредненный эквивалентный диаметр окружности от 41 до 66 нм, более предпочтительно от 48 до 60 нм, который может быть определен с помощью сканирующего электронного микроскопа.
Усредненный коэффициент формы дает информацию о сферичности и вмятинах частицы (Фиг. 1) и может быть вычислен согласно следующей формуле:
2
коэффициент формы = 4π (площадь/периметр).
Усредненная сферичность дает информацию о протяженности частицы с применением момента относительно середины (Фиг. 2) и может быть вычислена согласно следующей формуле, где М представляют собой центры тяжести соответствующих частиц:
0.5
протяженность = (1/сферичность).
Эквивалентный диаметр окружности (также далее упоминается с применением аббревиатуры ECD) дает информацию о диаметре окружности, которая имеет такую же площадь, что и некруглая частица (Фиг. 3).
Средний коэффициент формы, средняя сферичность и средний ECD представляют собой арифметическое среднее соответствующего свойства относительно проанализированного числа частиц.
Например, частицы в форме кокона представляют собой FUSO PL-3, произведенные компанией Fuso Chemical Corporation, имеющие средний первичный размер частиц (d1) 35 нм и средний вторичный размер частиц (d2) 70 нм (Фиг. 4).
Химическая природа частиц в форме кокона (А) конкретно не ограничена. (А) может быть одной химической природы или представлять собой смесь или композит частиц различной химической природы. Как правило, частицы в форме кокона (А) одной химической природы являются предпочтительными.
В общем, (А) могут представлять собой
- неорганические частицы в форме кокона, такие как металл, оксид или карбид металла, включая металлоид, оксид или карбид металлоида, или
- органические частицы в форме кокона, такие как полимерные частицы,
- смесь или композит неорганических частиц в форме кокона и органических частиц в форме кокона.
Частицы в форме кокона (А) представляют собой
- предпочтительно неорганические частицы, или их смесь или композит,
- более предпочтительно оксиды и карбиды металлов или металлоидов, или их смесь, или композит,
- наиболее предпочтительно оксид алюминия, оксид церия, оксид меди, оксид железа, оксид никеля, оксид марганца, диоксид кремния, нитрид кремния, карбид кремния, оксид олова, оксид титана, карбид титана, оксид вольфрама, оксид иттрия, оксид циркония, или их смесь, или композит,
- особенно предпочтительно оксид алюминия, оксид церия, диоксид кремния, оксид титана, оксид циркония, или их смесь, или композит,
- в частности, частицы диоксида кремния,
- например, коллоидные частицы диоксида кремния.
Как правило, коллоидные частицы диоксида кремния получают путем процесса влажного осаждения.
В другом варианте выполнения настоящего изобретения, в котором (А) органические частицы в форме кокона, или смесь, или композит неорганических частиц в форме кокона и органических частиц в форме кокона, полимерные частицы предпочтительны в виде органических частиц в форме кокона.
Согласно настоящему изобретению неорганические частицы в форме кокона являются предпочтительными. Наиболее предпочтительно частицы (А) представляют собой частицы диоксида кремния в форме кокона.
Согласно настоящему изобретению СМР композиция (Q) содержит неионное поверхностно-активное вещество (В). В общем, поверхностно-акитвное вещество, применяемое в СМР композиции, представляет собой поверхностно-активное соединение, которое уменьшает поверхностное натяжение жидкости, поверхностное натяжение на границе раздела фаз между двумя жидкостями или между жидкостью и твердым веществом. В общем, может применяться любое неионное поверхностно-активное вещество (В).
Неионное поверхностно-активное вещество (В) предпочтительно является растворимым в воде и/или диспергируемым в воде, более предпочтительно растворимым в воде. Термин «растворимый в воде" означает, что важный компонент или ингредиент композиции согласно настоящему изобретению может быть растворен в водной фазе на молекулярном уровне. Термин «диспергируемый в воде" означает, что важный компонент или ингредиент композиции согласно настоящему изобретению может быть диспергирован в водной фазе и образует стабильную эмульсию или суспензию.
Неионное поверхностно-активное вещество (В) предпочтительно представляет собой амфифильное неионное поверхностно-активное вещество, т.е. поверхностно-активное вещество, которое содержит по меньшей мере одну гидрофобную группу (b1) и по меньшей мере одну гидрофильную группу (b2). Это означает, что неионное поверхностно-активное вещество (В) может содержать более одной гидрофобной группы (b1), например 2, 3 или более группы (b1), которые отделены друг от друга по меньшей мере одной гидрофильной группой (b2), как раскрывается ниже. Это также означает, что неионное поверхностно-активное вещество (В) может содержать более одной гидрофильной группы (b2), например 2, 3 или более групп (b2), которые отделены друг от друга гидрофобными группами (b1), как раскрывается ниже.
Поэтому неионное поверхностно-активное вещество (В) может иметь различные блок-подобные структуры. Примерами таких общих блок-подобных структур являются:
- b1-b2,
- b1-b2-b1,
- b2-b1-b2,
- b2-b1-b2-b1,
- b1-b2-b1-b2-b1, и
- b2-b1-b2-b1-b2.
Неионное поверхностно-активное вещество (В) более предпочтительно представляет собой амфифильное неионное поверхностно-активное вещество, содержащее полиоксиалкиленовую группу.
Гидрофобная группа (b1) предпочтительно представляет собой алкильную группу, более предпочтительно алкильную группу, имеющую от 4 до 40, наиболее предпочтительно от 5 до 20, особенно предпочтительно от 7 до 18, в частности от 10 до 16, например от 11 до 14 атомов углерода.
Гидрофильная группа (b2) предпочтительно представляет собой полиоксиалкиленовую группу. Указанные полиоксиалкиленовые группы могут быть олигомерными или полимерными. Более предпочтительно, гидрофильная группа (b2) представляет собой гидрофильную группу, выбранную из группы, состоящей из полиоксиалкиленовых групп, содержащих
(b21) оксиалкиленовые мономерные звенья, и
(b22) оксиалкиленовые мономерные звенья, отличные от оксиэтиленовых мономерных звеньев,
причем указанные мономерные звенья (b21) не идентичны мономерным звеньям (b22), и указанная полиоксиалкиленовая группа (b2) содержит мономерные звенья (b21) и (b22) в случайном, чередующемся, градиентном и/или блок-подобном распределении.
Наиболее предпочтительно, гидрофильная группа (b2) представляет собой гидрофильную группу, выбранную из группы, содержащей
(b21) оксиэтиленовые мономерные звенья, и
(b22) оксиалкиленовые мономерные звенья, отличные от оксиэтиленовых мономерных звеньев,
причем указанная полиоксиалкиленовая группа (b2) содержит мономерные звенья (b21) и (b22) в случайном, чередующемся, градиентном и/или блок-подобном распределении.
Предпочтительно, оксиалкиленовые мономерные звенья, отличные от оксиэтиленовых мономерных звеньев (b22), представляют собой замещенные оксиалкиленовые мономерные звенья, где заместители выбираются из группы, состоящей из групп алкила, циклоалкила, арила, алкил-циклоалкила, алкил-арила, циклоалкил-арила и алкил-циклоалкил-арила. Оксиалкиленовые мономерные звенья, отличные от оксиэтиленовых мономерных звеньев (b22), представляют собой:
- более предпочтительно производные замещенных оксиранов (X), где заместители выбираются из группы, состоящей из групп алкила, циклоалкила, арила, алкил-циклоалкила, алкил-арила, циклоалкил-арила и алкил-циклоалкил-арила,
- наиболее предпочтительно производные алкил-замещенных оксиранов (X),
- особенно предпочтительно производные замещенных оксиранов (X), где заместители выбираются из группы, состоящей из алкильных групп, имеющих от 1 до 10 атомов углерода,
- например производные метилоксирана (пропиленоксид) и/или этилоксирана (бутиленоксид).
Заместители замещенных оксиранов (X) сами по себе могут также нести инертные заместители, т.е. заместители, которые не оказывают отрицательный эффект на сополимеризацию оксиранов (X) и поверхностную активность неионных поверхностно-активных веществ (В). Примерами таких инертных заместителей являются атомы фтора и хлора, нитрогруппы и нитрильные группы. Если такие инертные заместители присутствуют, они применяются в таких количествах, что они не оказывают отрицательный эффект на гидрофильно-гидрофобный баланс неионного поверхностно-активного вещества (В). Предпочтительно, заместители замещенных оксиранов (X) не имеют таких инертных заместителей.
Заместители замещенных оксиранов (X) предпочтительно выбираются из группы, содержащей алкильные группы, имеющие от 1 до 10 атомов углерода, циклоалкильные группы, имеющие от 5 до 10 атомов углерода в спироциклической, экзоциклической и/или сопряженной конфигуации, арильные группы, имеющие от 6 до 10 атомов углерода, алкилциклоалкильные группы, имеющие от 6 до 20 атомов углерода, алкиларильные группы, имеющие от 7 до 20 атомов углерода, циклоалкиларильные группы, имеющие от 11 до 20 атомов углерода, и алкил-циклоалкиларильные группы, имеющие от 12 до 30 атомов углерода. Наиболее предпочтительно, заместители замещенных оксиранов (X) выбираются из группы, состоящей из алкильных групп, имеющих от 1 до 10 атомов углерода. В частности, заместители замещенных оксиранов (X) выбираются из группы, состоящей из алкильных групп, имеющих от 1 до 6 атомов углерода.
Примерами наиболее предпочтительных замещенных оксиранов (X) являются метилоксиран (пропиленоксид) и/или этилоксиран (бутиленоксид), особенно метилоксиран.
Наиболее предпочтительно, гидрофильная группа (b2) состоит из мономерных звеньев (b21) и (b22).
В другом варианте выполнения настоящего изобретения гидрофильная группа (b2) предпочтительно представляет собой полиоксиэтиленовую, полиоксипропиленовую или полиоксибутиленовую группу, более предпочтительно полиоксиэтиленовую группу.
В вариантах выполнения настоящего изобретения, где гидрофильная группа (b2) содержит мономерные звенья (b21) и (b22) или состоит из них, полиоксиалкиленовая группа, действующая в качестве гидрофильной группы (b2), содержит мономерные звенья (b21) и (b22) в случайном, чередующемся, градиентном и/или блок-подобном распределении. Это означает, что одна гидрофильная группа (b2) может иметь только один тип распределения, т.е.
- случайный: …-b21-b21-b22-b21-b22-b22-b22-b21-b22-…;
- чередующийся: …-b21-b22-b21-b22-b21-…;
- градиентный: …b21-b21-b21-b22-b21-b21-b22-b22-b21-b22-b22-b22-…; или
- блок-подобный: …-b21-b21-b21-b21-b22-b22-b22-b22-….
Альтернативно, гидрофильная группа (b2) также может содержать по меньшей мере два типа распределений, например олигомерный или полимерный сегмент, имеющий случайное распределение, и олигомерный или полимерный сегмент, имеющий чередующееся распределение. Наиболее предпочтительно, гидрофильная группа (b2) предпочтительно имеет только один тип распределения и, наиболее предпочтительно, указанное распределение является случайным или блок-подобным.
В вариантах выполнения настоящего изобретения, где гидрофильная группа (b2) содержит мономерные звенья (b21) и (b22) или состоит из них, мольное отношение (b21) к (b22) может широко варьироваться и поэтому может быть установлено наиболее предпочтительно в соответствии с конкретными требованиями композиции, способа и применения согласно настоящему изобретению. Предпочтительно мольное соотношение (b21):(b22) составляет от 100:1 до 1:1, более предпочтительно от 60:1 до 1.5:1 и наиболее предпочтительно от 50:1 до 1.5:1, особенно предпочтительно от 25:1 до 1.5:1 и в частности от 15:1 до 2:1, например от 9:1 до 2:1.
Также степень полимеризации олигомерных и полимерных полиоксиалкиленовых групп, действующих в качестве гидрофильных групп (b2), может широко варьироваться и поэтому может быть установлено наиболее предпочтительно в соответствии с конкретными требованиями композиции, способа и применения согласно настоящему изобретению. Предпочтительно степень полимеризации находится в интервале от 5 до 100, предпочтительно от 5 до 90 и наиболее предпочтительно от 5 до 80.
В частности, неионное поверхностно-активное вещество (В) представляет собой амфифильное неинное поверхностно-активное вещество полиоксиэтилен-полиоксипропилен-алкиловый простой эфир, который представляет собой смесь молекул, содержащую, в среднем, алкильную группу, имеющую от 10 до 16 атомов углерода и от 5 до 20 оксиэтиленовых мономерных звеньев (b21) и от 2 до 8 оксипропиленовых мономерных звеньев в случайном распределении. Например, неионное поверхностно-активное вещество (В) представляет собой амфифильное неинное поверхностно-активное вещество полиоксиэтилен-полиоксипропилен-алкиловый простой эфир, который представляет собой смесь молекул, содержащую, в среднем, алкильную группу, имеющую от 11 до 14 атомов углерода и от 12 до 20 оксиэтиленовых мономерных звеньев и от 3 до 5 оксипропиленовых мономерных звеньев в случайном распределении.
Неионное поверхностно-активное вещество (В) может содержаться в различных количествах в композиции СМР (Q). Предпочтительно, количество (В) составляет не более 10 мас. %, более предпочтительно не более 3 мас. %, наиболее предпочтительно не более 1 мас. %, особенно предпочтительно не более 0.5 мас. %, особенно не более 0.1 мас. %, например не более 0.05 мас. %, на основе общей массы композиции (Q). Предпочтительно, количество (В) составляет по меньшей мере 0.00001 мас. %, более предпочтительно по меньшей мере 0.0001 мас. %, наиболее предпочтительно по меньшей мере 0.0008 мас. %, особенно предпочтительно по меньшей мере 0.002 мас. %, особенно по меньшей мере 0.005 мас. %, например по меньшей мере 0.008 мас. %, на основе общей массы композиции (Q).
В общем, неионное поверхностно-активное вещество (В) может иметь различные средневесовые молекулярные массы. Средневесовая молекулярная масса (В) составляет предпочтительно по меньшей мере 300, более предпочтительно по меньшей мере 500, наиболее предпочтительно по меньшей мере 700, в частности по меньшей мере 800, например по меньшей мере 900. Средневесовая молекулярная масса (В) составляет предпочтительно не более 15,000, более предпочтительно не более 6,000, наиболее предпочтительно не более 3,000, в частности не более 2,000, например не более 1,400 [г/моль], как определено посредством гель-проникающей хроматографии (далее упоминается в виде аббревиатуры "GPC"). В частности, средневесовая молекулярная масса (В) составляет от 900 до 1,400 [г/моль], как определено с помощью GPC. Указанная GPC представляет собой стандартные методики GPC, известные специалистам в данной области техники.
В общем, растворимость неионного поверхностно-активного вещества (В) в водной среде может варьироваться в широком диапазоне. Растворимость (В) в воде при рН 7 при 25°C при атмосферном давлении составляет предпочтительно по меньшей мере 1 г/л, более предпочтительно по меньшей мере 5 г/л, наиболее предпочтительно по меньшей мере 20 г/л, в частности по меньшей мере 50 г/л, например по меньшей мере 150 г/л. Указанная растворимость может быть определена посредством выпаривания растворителя и измерения остаточной массы в насыщенном растворе.
Согласно настоящему изобретению СМР композиция (Q) содержит карбонатную или гидрокарбонатную соль (С). В общем, карбонатная соль представляет собой любую соль, содержащую по меньшей мере один анион  и гидрокарбонатная соль представляет собой любую соль, содержащую по меньшей мере один анион
Предпочтительно карбонатная или гидрокарбонатная соль (С) не содержит какие-либо анионы, отличные от аниона  или
Предпочтительно карбонатная или гидрокарбонатная соль (С) представляет собой карбонатную соль. Наиболее предпочтительно (С) представляет собой карбонатную соль, которая не содержит какие-либо анионы, отличные от аниона
Предпочтительно карбонатная или гидрокарбонатная соль (С) содержит по меньшей мере один катион, выбранный из группы, состоящей из  катиона, органических аммониевых катионов, N-гетероциклических катионов, катиона щелочного металла и катиона щелочно-щелочного металла. Более предпочтительно (С) содержит по меньшей мере один  катион щелочного металла или катион щелочно-щелочного металла. Наиболее предпочтительно (С) содержит по меньшей мере один катион щелочно-щелочного металла. Особенно предпочтительно (С) представляет собой карбонат щелочного металла или гидрокарбонат щелочного металла. Наиболее предпочтительно (С) содержит по меньшей мере катион натрия или калия. Наиболее предпочтительно (С) содержит по меньшей мере один катион калия. В частности, (С) представляет собой карбонат калия или гидрокарбонат калия. Например, (С) представляет собой карбонат калия.
11
12
13
14
+
Органический аммониевый катион представляет собой любой катион формулы [NRRRR],
11
12
13
где R, R, R представляют собой - независимо друг от друга - Н, алкил, арил, алкиларил или арилалкил,
14
R представляет собой алкил, арил, алкиларил или арилалкил.
Карбонатная или гидрокарбонатная соль (С) может применяться в различных количествах в композиции СМР (Q). Предпочтительно, количество (С) составляет не более 10 мас. %, более предпочтительно не более 5 мас. %, наиболее предпочтительно не более 3 мас. %, особенно предпочтительно не более 2 мас. %, особенно не более 1 мас. %, например не более 0.7 мас. %, на основе общей массы композиции (Q). Предпочтительно, количество (С) составляет по меньшей мере 0.001 мас. %, более предпочтительно по меньшей мере 0.01 мас. %, наиболее предпочтительно по меньшей мере 0.05 мас. %, особенно предпочтительно по меньшей мере 0.1 мас. %, в частности по меньшей мере 0.2 мас. %, например по меньшей мере 0.4 мас. %, на основе общей массы композиции (Q).
Согласно настоящему изобретению СМР композиция (Q) содержит спирт (D). В общем, любой спирт может применяться в качестве (D).
а
Спиртом (D) предпочтительно является спирт, имеющий по меньшей мере две гидроксильные группы, которые являются не диссоциирующимися в водной среде. Более предпочтительно (D) представляет собой спирт, имеющий две гидроксильные группы, которые являются не диссоциирующимися в водной среде. Термин "не диссоциирующийся" означает, что значение рК (логарифмическое измерение кислотной константы диссоциации) для реакции
+
спирт (D) → депротонированный спирт (D)+Н
а
гидроксильной группы в нейтральной водной фазе составляет более 9.9, более предпочтительно более 11, наиболее предпочтительно более 12, особенно предпочтительно более 13, например более 14, как измерено в деионизированной воде при 25°C и атмосферном давлении. Например, пропан-1,2-диол (альфа-пропиленгликоль) имеет значение рК 14.9, как измерено в деионизированной воде при 25°C и атмосферном давлении.
Более предпочтительно, спирт (D) представляет собой диол, триол, тетраол, пентаол, гексаол, гептаол, октаол, нонанол, декаол или полиол. Наиболее предпочтительно (D) представляет собой диол, триол, тетраол, пентаол или гексаол. Особенно предпочтительно (D) представляет собой диол. Наиболее предпочтительно (D) представляет собой этандиол (этиленгликоль), пропандиол (пропиленгликоль) или бутандиол (бутиленгликоль). В частности (D) представляет собой пропандиол (пропиленгликоль). Например, (D) представляет собой пропан-1,2-диол (альфа-пропиленгликоль).
Спирт (D) предпочтительно представляет собой спирт, имеющий от 2 до 50 атомов углерода, более предпочтительно спирт, имеющий от 2 до 20 атомов углерода, наиболее предпочтительно спирт, имеющий от 2 до 11 атомов углерода, особенно предпочтительно спирт, имеющий от 2 до 7 атомов углерода, в частности спирт, имеющий от 2 до 4 атомов углерода, например, спирт, имеющий 3 атома углерода.
Спирт (D) может применяться в различных количествах в композиции СМР (Q). Предпочтительно, количество (D) составляет не более 10 мас. %, более предпочтительно не более 5 мас. %, наиболее предпочтительно не более 3 мас. %, особенно предпочтительно не более 2 мас. %, в частности не более 1.2 мас. %, например не более 0.8 мас. %, на основе общей массы композиции (Q). Предпочтительно, количество (D) составляет по меньшей мере 0.001 мас. %, более предпочтительно по меньшей мере 0.01 мас. %, наиболее предпочтительно по меньшей мере 0.05 мас. %, особенно предпочтительно по меньшей мере 0.1 мас. %, в частности по меньшей мере 0.3 мас. %, например по меньшей мере 0.5 мас. %, на основе общей массы композиции (Q).
В общем, растворимость спирта (D) в водной среде может варьироваться в широком диапазоне. Растворимость (D) в воде при рН 7 при 25°C при атмосферном давлении составляет предпочтительно по меньшей мере 1 г/л, более предпочтительно по меньшей мере 5 г/л, наиболее предпочтительно по меньшей мере 20 г/л, в частности по меньшей мере 50 г/л, например по меньшей мере 150 г/л. Указанная растворимость может быть определена путем выпаривания растворителя и измерения оставшейся массы в насыщенном растворе.
Согласно настоящему изобретению СМР композиция (Q) содержит водную среду (М). (М) может быть одного типа или смесью различных типов водных сред.
1
3
В общем, водной средой (М) может быть среда, которая содержит воду Предпочтительно, водная среда (М) представляет собой смесь воды и органического растворителя, смешиваемого с водой (например, спирт, предпочтительно C-С спирт, или алкиленгликолевое производное). Более предпочтительно, водной средой (М) является вода. Наиболее предпочтительно, водной средой (М) является деионизированная вода.
Если количества компонентов, отличных от (М), в общем составляют у мас. % от композиции СМР, тогда количество (М) составляет (100-у) мас. % от композиции СМР.
Водная среда (М) может применяться в различных количествах в композиции СМР (Q). Предпочтительно количество (М) составляет не более 99.9 мас. %, более предпочтительно не более 99.6 мас. %, наиболее предпочтительно не более 99 мас. %, особенно предпочтительно не более 98 мас. %, в частности не более 97 мас. %, например не более 95 мас. %, на основе общей массы композиции (Q). Предпочтительно количество (М) составляет по меньшей мере 60 мас. %, более предпочтительно по меньшей мере 70 мас. %, наиболее предпочтительно по меньшей мере 80 мас. %, особенно предпочтительно по меньшей мере 85 мас. %, в частности по меньшей мере 90 мас. %, например по меньшей мере 93 мас. %, на основе общей массы композиции (Q).
СМР композиция (Q) может дополнительно необязательно сдержать по меньшей мере один тип окисляющего агента (Е), предпочтительно от одного до двух типов окисляющих агентов (Е), более предпочтительно один тип окисляющего агента (Е). Окисляющий агент (Е) отличен от компонентов (А), (В), (С), (D) и (М). В общем, окисляющий агент представляет собой соединение, которое способно окислять подложку, подлежащую полировке, или один из ее слоев. Предпочтительно (Е) представляет собой окислить пер-типа. Более предпочтительно, (Е) представляет собой пероксид, персульфат, перхлорат, пербромат, периодат, перманганат или их производное. Наиболее предпочтительно, (Е) представляет собой пероксид или персульфат. В частности, (Е) представляет собой пероксид. Например, (Е) представляет собой перекись водорода.
Если присутствует, окисляющий агент (Е) может применяться в различных количествах в композиции СМР (Q). Предпочтительно, количество (Е) составляет не более 20 мас. %, более предпочтительно не более 10 мас. %, наиболее предпочтительно не более 5 мас. %, особенно не более 2.5 мас. %, например не более 1.5 мас. %, на основе общей массы композиции (Q). Предпочтительно, количество (Е) составляет по меньшей мере 0.01 мас. %, более предпочтительно по меньшей мере 0.08 мас. %, наиболее предпочтительно по меньшей мере 0.4 мас. %, в частности по меньшей мере 0.75 мас. %, например по меньшей мере 1 мас. %, на основе общей массы композиции (Q). Если перекись водорода применяется в качестве окисляющего агента (Е), количество (Е) составляет предпочтительно от 0.5 мас. % до 4 мас. %, более предпочтительно от 1 мас. % до 2 мас. %, например, от 1.2 до 1.3 мас. %, на основе общей массы композиции (Q).
СМР композиция (Q) может дополнительно необязательно содержать по меньшей мере один ингибитор коррозии (F), например один ингибитор коррозии. Ингибитор коррозии (F) отличен от компонентов (А), (В), (С), (D) и (М). В общем, все соединения, образующие защитный молекулярный слой на поверхности металла, например медь, могут применяться в качестве ингибитора коррозии. Предпочтительными ингибиторами коррозии (F) являются тиолы, пленкообразующие полимеры, полиолы, диазолы, триазолы, тетразолы и их производные, наиболее предпочтительно имидазол, 1,2,4-триазол, бензотриазол, толилтриазол и их производные, например бензотриазол.
Если присутствует, ингибитор коррозии (F) может содержаться в различных количествах. Если присутствует, количество (F) составляет предпочтительно не более 10 мас. %, более предпочтительно не более 2 мас. %, наиболее предпочтительно не более 0.5 мас. %, в частности не более 0.15 мас. %, например не более 0.08 мас. %, на основе общей массы соответствующей композиции. Если присутствует, количество (F) составляет предпочтительно по меньшей мере 0.0001 мас. %, более предпочтительно по меньшей мере 0.001 мас. %, наиболее предпочтительно по меньшей мере 0.005 мас. %, в частности по меньшей мере 0.02 мас. %, например по меньшей мере 0.04 мас. %, на основе общей массы соответствующей композиции (Q).
СМР композиция (Q) может дополнительно необязательно содержать по меньшей мере один хелатирующий агент (G), предпочтительно один хелатирующий агент (G). В общем, хелатирующий агент, применяемый в СМР композиции, представляет собой химическое соединение, которое образует растворимые сложные молекулы с определенными ионами металлов, инактивируя ионы таким образом, что они не могут реагировать нормальным образом с другими элементами или ионами с образованием осадков или отложений. Хелатирующий агент (G) отличен от компонентов (А), (В), (С), (D) и (М).
Если присутствует, хелатирующий агент (G) может содержаться в различных количествах. Если присутствует, количество (G) составляет предпочтительно не более 10 мас. %, более предпочтительно не более 5 мас. %, наиболее предпочтительно не более 3 мас. %, в частности не более 2 мас. %, например не более 1.5 мас. %, на основе общей массы соответствующей композиции. Если присутствует, количество (G) составляет предпочтительно по меньшей мере 0.001 мас. %, более предпочтительно по меньшей мере 0.01 мас. %, наиболее предпочтительно по меньшей мере 0.07 мас. %, в частности по меньшей мере 0.2 мас. %, например по меньшей мере 0.7 мас. %, на основе общей массы соответствующей композиции (Q).
-
Предпочтительно, хелатирующий агент (G) представляет собой неорганическую или органическую кислоту. Более предпочтительно, хелатирующий агент (G) представляет собой соединение, содержащее по меньшей мере две группы карбоновой кислоты (-СООН) или карбоксилата (-СОО). Наиболее предпочтительно, хелатирующий агент (G) выбирается из группы, состоящей из малоновой кислоты, лимонной кислоты, уксусной кислоты, адипиновой кислоты, масляной кислоты, глутаровой кислоты, гликолевой кислоты, муравьиной кислоты, фумаровой кислоты, молочной кислоты, лауриновой кислоты, яблочной кислоты, малеиновой кислоты, миристиновой кислоты, щавелевой кислоты, пальмитиновой кислоты, пропионовой кислоты, пировиноградной кислоты, стеариновой кислоты, янтарной кислоты, винной кислоты, валериановой кислоты, 2-метилмасляной кислоты, н-гексановой кислоты, 3,3-диметилмасляной кислоты, 2-этилмасляной кислоты, 4-метилпентановой кислоты, н-гептановой кислоты, 2-метилгексановой кислоты, н-октановой кислоты, 2-этилгексановой кислоты, пропан-1,2,3-трикарбоновой кислоты, бутан-1,2,3,4-тетракарбоновой кислоты, пентан-1,2,3,4,5-пентакарбоновой кислоты, тримеллитовой кислоты, тримезитовой кислоты, пиромеллитовой кислоты, меллитовой кислоты, олигомерной или полимерной поликарбоновой кислоты, и ароматического соединения, содержащего кислотную группу (Y). Особенно предпочтительно (G) выбирается из группы, состоящей из малоновой кислоты, лимонной кислоты, адипиновой кислоты, пропан-1,2,3-трикарбоновой кислоты, бутан-1,2,3,4-тетракарбоновой кислоты, пентан-1,2,3,4,5-пентакарбоновой кислоты, и ароматического соединения, содержащего кислотную группу (Y). Особенно наиболее предпочтительно, (G) выбирается из группы, состоящей из малоновой кислоты, лимонной кислоты, и ароматического соединения, содержащего кислотную группу (Y). В частности, (G) представляет собой ароматическое соединение, содержащее кислотную группу (Y). Указанное ароматическое соединение, содержащее кислотную группу (Y), далее упоминается как (G11). Например, (G) представляет собой бензолкарбоновую кислоту, содержащую по меньшей мере две группы карбоновой кислоты (-СООН), или ее соль. Например, (G) представляет собой бензолкарбоновую кислоту.
а
Кислотная группа (Y) обозначается как (Y), как таковая и в ее депротонированной форме. Кислотная группа (Y), содержащаяся в ароматическом соединении (G11), предпочтительно представляет собой любую кислотную группу, так что значение рК (логарифмически измеренная кислотная константа диссоциации)
по реакции  или
по реакции
составляет не более 7, более предпочтительно не более 6, наиболее предпочтительно не более 5.5, особенно предпочтительно не более 5, как измерено в деионизированной воде при 25°C и атмосферном давлении.
3
3
2
2
3
1
2
1
2
Кислотная группа (Y), содержащаяся в ароматическом соединении (G11), предпочтительно представляет собой составляющую карбоновой кислоты (-СООН), угольной кислоты (-O-СООН), сульфоновой кислоты (-SOH), серной кислоты (-O-SOH), фосфоната (-P(=O)(OH)(OR)), фосфата (-O-P(=O)(OH)(OR)), фосфоновой кислоты (-Р(=O)(ОН)), фосфорной кислоты (-O-Р(=O)(ОН)) или их депротонированные формы, где R представляет собой алкил, арил, алкиларил или арилалкил, и R представляет собой алкил, арил, алкиларил или арилалкил. Более предпочтительно, указанная кислотная группа (Y) представляет собой составляющую карбоновой кислоты (-СООН) или сульфоновой кислоты (-SOH) или их депротонированные формы. Наиболее предпочтительно, указанная кислотная группа (Y) представляет собой составляющую карбоновой кислоты (-СООН) или ее депротонированную форму.
Предпочтительно, кислотная группа (Y) непосредственно ковалентно связана с ароматической кольцевой системой ароматического соединения (G11).
Ароматическое соединение (G11) содержит предпочтительно по меньшей мере одну, более предпочтительно 1-2, наиболее предпочтительно только одну дополнительную функциональную группу (Z), которая отлична от кислотной группы (Y). Другой функциональной группой (Z) может быть любая функциональная группа, отличная от кислотной группы (Y), и она представляет собой
3
- предпочтительно сложный эфир (-COOR), гидроксильную, алкокси, алкил, арил, алкиларил, арилалкил, нитро, амино, тио или галогенсоставляющую,
3
- более предпочтительно сложный эфир (-COOR), гидроксильную, алкокси, нитро, амино, тио или галогенсоставляющую,
3
3
- наиболее предпочтительно сложный эфир (-COOR), нитро или галогенсоставляющую, где R представляет собой алкил, арил, алкиларил или арилалкил.
Альтернативно, (Z) особенно предпочтительно представляет собой гидроксильную составляющую.
Предпочтительно, ароматическое соединение (G11)
- содержит на ароматическое кольцо по меньшей мере две кислотные группы (Y), или
- содержит на ароматическое кольцо по меньшей мере одну кислотную группу (Y) и по меньшей мере одну другую функциональную группу (Z), которая отлична от кислотной группы (Y).
Ароматическое соединение (G11) содержит по меньшей мере одну, предпочтительно по меньшей мере две, наиболее предпочтительно 2-6, в частности 2-4, например 2, кислотные группы (Y). Ароматическое соединение (G11) предпочтительно содержит - на ароматическое кольцо - по меньшей мере одну, более предпочтительно по меньшей мере две, наиболее предпочтительно 2-4, например 2, кислотные группы (Y).
В одном предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения ароматическое соединение (G11) содержит по меньшей мере одно бензольное кольцо, и (G11) предпочтительно содержит - на бензольное кольцо - по меньшей мере одну, более предпочтительно по меньшей мере две, наиболее предпочтительно 2-4, например 2, кислотные группы (Y).
В другом предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения ароматическое соединение (G11) содержит по меньшей мере одно бензольное кольцо, и (G11) предпочтительно содержит - на бензольное кольцо - по меньшей мере одну, более предпочтительно по меньшей мере две, наиболее предпочтительно 2-4, например 2, группы карбоновой кислоты (-СООН) или ее депротонированной формы.
В еще одном предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения ароматическое соединение (G11) представляет собой бензолкарбоновую кислоту, содержащую по меньшей мере одну, более предпочтительно по меньшей мере две, наиболее предпочтительно 2-4, например 2, группы карбоновой кислоты (-СООН) или ее соли. В еще одном предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения ароматическое соединение (G11) представляет собой бензолкарбоновую кислоту, содержащую по меньшей мере одну, более предпочтительно по меньшей мере две, наиболее предпочтительно 2-4, например 2, группы карбоновой кислоты (-СООН), которые непосредственно ковалентно связаны с бензольным кольцом, или ее соли. В еще одном предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения ароматическое соединение (G11) наиболее предпочтительно представляет собой фталевую кислоту, терефталевую кислоту, изофталевую кислоту, 5-гидрокси-изофталевую кислоту, бензол-1,2,3-трикарбоновую кислоту, бензол-1,2,3,4-тетракарбоновую кислоту или их производное, или их соль, особенно терефталевую кислоту, изофталевую кислоту, 5-гидроксиизофталевую кислоту, бензол-1,2,3-трикарбоновую кислоту, бензол-1,2,3,4-тетракарбоновую кислоту или их производное, или их соль, например терефталевую кислоту, изофталевую кислоту или 5-гидрокси-изофталевую кислоту.
Альтернативно, ароматическое соединение (G11), в частности, представляет собой 3-гидроксибензойную кислоту или 4-гидроксибензойную кислоту.
Свойства композиции СМР (Q), такие как стабильность и эффективность полировки, могут зависеть от значения рН соответствующей композиции. В общем, СМР композиция (Q) может иметь любое значение рН. Значение рН композиции (Q) равно предпочтительно не более 14, более предпочтительно не более 13, наиболее предпочтительно не более 12, особенно предпочтительно не более 11.5, в частности наиболее предпочтительно не более 11, в частности не более 10.5, например не более 10.2. Значение рН композиции (Q) равно предпочтительно по меньшей мере 6, более предпочтительно по меньшей мере 7, наиболее предпочтительно по меньшей мере 8, особенно предпочтительно по меньшей мере 8.5, особенно наиболее предпочтительно по меньшей мере 9, в частности по меньшей мере 9.5, например по меньшей мере 9.7. Значение рН композиции (Q) равно предпочтительно в интервале от 6 до 14, более предпочтительно от 7 до 13, наиболее предпочтительно от 8 до 12, особенно предпочтительно от 8.5 до 11.5, особенно наиболее предпочтительно от 9 до 11, в частности от 9.5 до 10.5, например от 9.7 до 10.2.
СМР композиция (Q) может дополнительно необязательно содержать по меньшей мере одно средство для регулирования значения рН (Н). Средство для регулирования значения рН (Н) отлично от компонентов (А), (В), (С), (D) и (М). В общем, средство для регулирования значения рН (Н) представляет собой соединение, которое добавляется к СМР композиции (Q) для доведения ее значения рН до требуемого значения. Предпочтительно, СМР композиция (Q) содержит по меньшей мере одно средство для регулирования значения рН (Н). Предпочтительные средства для регулирования значения рН представляют собой неорганические кислоты, карбоновые кислоты, аминные основания, гидроксиды щелочных металлов, гидроксиды аммония, включая тетраалкиламмония гидроксиды. В частности, средство для регулирования значения рН (Н) представляет собой азотную кислоту, серную кислоту, аммиак, гидроксид натрия или гидроксид калия. Например, средство для регулирования значения рН (Н) представляет собой гидроксид калия.
Если присутствует, средство для регулирования значения рН (Н) может содержаться в различных количествах. Если присутствует, количество (Н) предпочтительно составляет не более 10 мас. %, более предпочтительно не более 2 мас. %, наиболее предпочтительно не более 0.5 мас. %, в частности не более 0.1 мас. %, например не более 0.05 мас. %, на основе общей массы соответствующей композиции. Если присутствует, количество (Н) предпочтительно составляет по меньшей мере 0.0005 мас. %, более предпочтительно по меньшей мере 0.005 мас. %, наиболее предпочтительно по меньшей мере 0.025 мас. %, в частности по меньшей мере 0.1 мас. %, например по меньшей мере 0.4 мас. %, на основе общей массы соответствующей композиции (Q).
СМР композиция (Q) может дополнительно необязательно содержать по меньшей мере один биоцид (J), например один биоцид. Биоцид (J) отличен от компонентов (А), (В), (С), (D) и (М). В общем, биоцид представляет собой соединение, которое сдерживает, обезвреживает любой вредный организм или оказывает контролирующий эффект на него химическим или биологическим образом. Предпочтительно, (J) представляет собой кватернизированное аммониевое соединение, соединение на основе изотиоазолинона, N-замещенный диазения диоксид или соль N'-гидроксидиазения оксида. Более предпочтительно, (J) представляет собой N-замещенный диазения диоксид или соль N'-гидроксидиазения оксида.
Если присутствует, биоцид (J) может содержаться в различных количествах. Если присутствует, количество (J) предпочтительно составляет не более 0.5 мас. %, более предпочтительно не более 0.1 мас. %, наиболее предпочтительно не более 0.05 мас. %, в частности не более 0.02 мас. %, например не более 0.008 мас. %, на основе общей массы соответствующей композиции. Если присутствует, количество (J) предпочтительно составляет по меньшей мере 0.0001 мас. %, более предпочтительно по меньшей мере 0.0005 мас. %, наиболее предпочтительно по меньшей мере 0.001 мас. %, в частности по меньшей мере 0.003 мас. %, например по меньшей мере 0.006 мас. %, на основе общей массы соответствующей композиции (Q).
СМР композиция (Q) может также содержать, если необходимо, по меньшей мере одну другую добавку, включая, но без ограничения к этому, стабилизаторы, уменьшающие трение агенты и т.д. Указанные другие добавки отличны от компонентов (А), (В), (С), (D) и (М). Указанные другие добавки представляют собой, например, стандартно применяемые в СМР композициях и, таким образом, известные специалистам в данной области техники. Такое добавление, например, может стабилизировать дисперсию, или повысить эффективность полировки селективность между различными слоями.
Если присутствует, указанная другая добавка может содержаться в различных количествах. Если присутствует, общее количество указанных других добавок предпочтительно составляет не более 10 мас. %, более предпочтительно не более 2 мас. %, наиболее предпочтительно не более 0.5 мас. %, в частности не более 0.1 мас. %, например не более 0.01 мас. %, на основе общей массы соответствующей СМР композиции. Если присутствует, общее количество указанных других добавок предпочтительно составляет по меньшей мере 0.0001 мас. %, более предпочтительно по меньшей мере 0.001 мас. %, наиболее предпочтительно по меньшей мере 0.008 мас. %, в частности по меньшей мере 0.05 мас. %, например по меньшей мере 0.3 мас. %, на основе общей массы соответствующей композиции (Q).
Согласно предпочтительному варианту выполнения настоящего изобретения (РЕ1) композиция (Q) содержит
(A) частицы диоксида кремния в форме кокона,
(B) амфифильное неионное поверхностно-активное вещество, содержащее полиоксиалкиленовую группу,
(C) карбонатную соль,
(D) спирт, имеющий по меньшей мере две гидроксильные группы, которые являются не диссоциирующими в водной среде, и
(М) водную среду.
Согласно предпочтительному варианту выполнения настоящего изобретения (РЕ2) композиция (Q) содержит
(A) частицы диоксида кремния в форме кокона,
(B) амфифильное неионное поверхностно-активное вещество, содержащее полиоксиалкиленовую группу,
(C) карбонатную соль,
(D) спирт,
(E) окисляющий агент,
(F) ингибитор коррозии,
(G) хелатирующий агент, и
(М) водную среду.
Согласно предпочтительному варианту выполнения настоящего изобретения (РЕ3) композиция (Q) содержит:
(A) частицы диоксида кремния в форме кокона,
(B) амфифильное неионное поверхностно-активное вещество, содержащее полиоксиалкиленовую группу,
(C) карбонат щелочного металла или гидрокарбонат щелочного металла,
(D) спирт, имеющий по меньшей мере две гидроксильные группы, которые являются не диссоциирующими в водной среде,
(E) окисляющий агент,
(F) ингибитор коррозии,
(G) хелатирующий агент, и
(М) водную среду.
Способы получения СМР композиций в общем известны. Эти способы могут применяться для получения СМР композиции (Q). Это может осуществляться путем диспергирования или растворения описанных выше компонентов (А), (В), (С), (D) и необязательно других компонентов в водной среде (М), предпочтительно воде, и необязательно путем установления значения рН посредством добавления кислоты, основания, буфера или средства для регулирования значения рН. Особенно предпочтительно, СМР композиция (Q) может быть получена путем смешивания водной дисперсии, содержащей не менее 6 мас. % частиц (А), например частиц диоксида кремния в форме кокона, водной дисперсии, содержащей не менее 1 мас. % неионного поверхностно-активного вещества (В), 5 мас. % карбонатной или гидрокарбонатной соли (С), 5 мас. % спирта (D) и разбавления деионизированной водой. Для этой цели могут применяться обычные и стандартные способы смешивания и смешивающие устройства, такие как мешалки, импеллеры с большим сдвиговым усилием, ультразвуковые смесители, гомогенизирующие сопла или противоточные смесители.
СМР композицию (Q) предпочтительно получают путем диспергирования частиц в форме кокона (А), диспергирования и/или растворения неионного поверхностно-активного вещества (В), карбонатной или гидрокарбонатной соли (С), спирта (D) и необязательно других добавок в водной среде (М).
Способ полировки в общем известен и может осуществляться с помощью способов и оборудования при условиях, обычно применяемых для СМР при получении пластин с интегрированными схемами. Нет ограничений в отношении оборудования, с помощью которого может осуществляться способ полировки.
Как известно в данной области техники, стандартное оборудование для способа СМР состоит из вращающейся платформы, сверху которой находится полировальник. Также применяются орбитальные полировальные машины. Пластина поддерживается на несущем элементе или патроне. Обрабатываемая сторона пластины обращена к полировальнику (односторонний способ полировки). Крепежное кольцо удерживает пластину в горизонтальном положении.
Под несущим элементом платформа большего диаметра также расположена, как правило, горизонтально и обеспечивает поверхность, параллельную поверхности пластины, подлежащей полировке. Полировальник на платформе контактирует с поверхностью пластины в ходе процесса планаризации.
Для обеспечения потери материала пластину прижимают к полировальнику. Как несущий элемент, так и платформа, как правило, вращаются вокруг их соответствующих валов, проходящих перпендикулярно от несущего элемента и платформы. Вращающийся вал несущего элемента может быть фиксирован в положении относительно вращающейся платформы или может колебаться в горизонтальном положении относительно платформы. Направление вращения несущего элемента, как правило, но необязательно, является таким же, как у платформы. Скорости вращения несущего элемента и платформы, в общем, но необязательно, устанавливаются при различных значениях. В ходе способа СМР согласно настоящему изобретению СМР композиция (Q), как правило, наносится на полировальник в виде непрерывного потока или по каплям. Обычно температура платформы устанавливается в диапазоне от 10 до 70°C.
Нагрузка на пластину может оказываться плоской поверхностью, изготовленной из стали, например, покрытой мягкой накладкой, которая часто называется подстилающей пленкой. Если применяется более современное оборудование, гибкая мембрана, которая загружена воздухом или азотом под давлением, прижимает пластину к полировальнику. Такой мембранный несущий элемент предпочтителен для процессов небольшой силы, когда применяется твердый полировальник, потому что распределение давления прижима по пластине является более равномерным по сравнению с распределением давления прижима несущего элемента с конструкцией твердой платформы. Несущие элементы с функцией контроля распределения давления по пластине могут также применяться согласно настоящему изобретению. Они, как правило, сконструированы с рядом различных камер, которые могут быть загружены до определенной степени независимо друг от друга.
Более подробная информация раскрывается в ссылке WO 2004/063301 А1, в частности на странице 16, абзац [0036], - странице 18, абзац [0040], в комбинации с Фиг. 2.
Посредство способа СМР согласно настоящему изобретению могут быть получены пластины с интегральными схемами, включающие диэлектрический слой, которые обладают отличной функциональностью.
СМР композиция (Q) может применяться в способе СМР в виде готовой к применению суспензии, она имеет длительный срок службы и показывает стабильное распределение частиц по размеру в течение длительного времени. Таким образом, она легка в применении и хранении. Она показывает отличную эффективность полировки, особенно в отношении (а') высокого MRR нитрида тантала, (b') низкого MRR слоя меди, (с') низкого MRR материалов с низкой диэлектрической проницаемостью или материалов с ультранизкой диэлектрической проницаемостью, (d') высокой селективностью в отношении нитрида тантала по сравнению с медью с точки зрения MRR и (е') высокой селективностью в отношении нитрида тантала по сравнению с материалами с низкой диэлектрической проницаемостью или материалами с ультранизкой диэлектрической проницаемостью с точки зрения MRR. Кроме того, СМР композиция согласно настоящему изобретению показывает более длительный срок службы, можно избежать агломерации внутри СМР композиции при поддержании высокого MRR барьерного слоя. Так как количества ее компонентов сводятся к минимуму, СМР композиция (Q) и способ СМР согласно настоящему изобретению могут использоваться и применяться экономически выгодным образом.
Фиг. 1: схематическое изображение трех различных значений коэффициента формы.
Фиг. 2: схематическое изображение трех различных значений сферичности.
Фиг. 3: схематическое изображение эквивалентного диаметра окружности (ECD).
Фиг. 4: изображение просвечивающего электронного микроскопа с отфильтрованным энергетическим спектром (EF-TEM) (120 киловольт) высушенной дисперсии частиц диоксида кремния в форме кокона с содержанием твердого вещества на углеродной фольге, равным 20 мас. %.
Примеры и сравнительные примеры
Общая методика для СМР экспериментов
Для оценки эффективности полировки на полировщике были выбраны следующие параметры:
Полировщик: Strasbaugh nSpire (Model 6ЕС), ViPRR подвижный несущий элемент с крепежным кольцом (конструкция твердой платформы);
давление сверху вниз
2.0 пси (140 мбар)
боковое давление
1.5 пси (100 мбар)
давление крепежного кольца
3.0 пси (210 мбар)
скорость полировального стола/несущего элемента:
112/115 оборотов в минуту
скорость подачи суспензии
200 мл/мин
время основной стадии полировки
60 с
обработка полировальника
ex situ (2 Ibs (=0.907 кг), 8.9 N
промывание
10 с водой
полировальник
Fujibo Н800 NW
подстилающая пленка
Strasbaugh, DF200 (136 holes)
обрабатывающий диск
Diamonex СМР 4S830CF6
Полировальник обрабатывался двумя очистками до применения нового типа суспензии для СМР. Суспензия перемешивается в локальном пункте подачи.
Стандартная методика исследования для (полу)прозрачных покрытых пластин
Производительность съема материала определяется с помощью Filmmetrics F50 рефлектометра - среднее значение дифференциальной 49 точечной сканограммы диаметра (5 мм ее) до и после СМР.
Радиальная неравномерность производительности съема материала определяется посредством относительного стандартного отклонения дифференциальной 49 точечной сканограммы диаметра (5 мм ее) до и после СМР с применением Filmmet-rics F50 (5 мм ее).
Стандартные расходные материалы для СМР (полу)прозрачных покрытых пластин:
2
SiO пленки - плазмаусиленный тетраэтилортосиликат (далее упоминается как "PETEOS");
Нитрид тантала – CVD;
го
Материал с низкой диэлектрической проницаемостью: каменный уголь 1 поколения (далее упоминается KaK"BDl");
Медь - электронанесенная.
Оценка скорости удаления материала осуществлялась с помощью 8 дюймовой (=20.32 см) покрытой пластины. Толщина слоя до и после 60 с полировки измерялась с помощью измерителя поверхностного сопротивления слоя (Resmap 273, производитель Creative Design Engineering, Inc.).
Тест на стабильность дисперсии
700 мл суспензии поместили в открытую 2-х литровую колбу и перемешивали при 300 оборотах в минуту. Контролировали рН, а также средний размер частиц до и после проведения теста.
рН
Knick Portamess 911хрН, электрод: Schott instruments Blue Line 28 рН
Калибровка
Bernd Kraft GmbH (pH4 - Art.Nr. 03083.3000 и pH7 - Art.Nr. 03086.3000)
Средний размер частиц
Malvern Instruments GmbH, HPPS 5001
Тест на срок службы
2
2
350 г суспензии и 14 г НО (31%) смешали и перемешивали в течение 24 часов на открытом воздухе; измеряли и сравнивали рН до и после проведения теста и средний размер частиц посредством динамического рассеяния света.
Частицы в форме кокона, применяемые в примерах согласно настоящему изобретению (А)
Частицы диоксида кремния, применяемые в качестве частиц (А), относятся к типу Fuso PL-3. Fuso PL-3 коллоидные частицы диоксида кремния в форме кокона, имеющие средний первичный размер частиц (d1), равный 35 нм, и средний вторичный размер частиц (d2), равный 70 нм.
(В1) представляет собой амфифильное неионное поверхностно-активное вещество полиоксиэтилен-полиоксипропилен алкиловый простой эфир, который представляет собой смесь молекул, содержащих, в среднем, алкильную группу, имеющую от 11 до 14 атомов углерода, и от 12 до 20 оксиэтиленовых мономерных звеньев и от 3 до 5 оксипропиленовых мономерных звеньев в случайном распределении. Средневесовая молекулярная масса для (В1) составляет от 900 до 1,500 [г/моль].
Методика характеризации формы частиц
Водную дисперсию частиц диоксида кремния в форме кокона с содержанием твердого вещества 20 мас. % диспергировали на углеродную фольгу и высушили. Высушенную дисперсию исследовали с помощью просвечивающего электронного микроскопа с отфильтрованным энергетическим спектром (EF-TEM) (120 киловольт) и изображения вторичных электронов сканирующей электронной микроскопии (SEM-SE) (5 киловольт). Изображение EF-TEM с разрешением 2k, 16 Bit, 0.6851 нм/пиксель (Фиг. 4) применяли для анализа. Изображения были бинарно кодированы с применением пороговой величины после подавления помех. Затем частицы разделили вручную. Налегающие и краевые частицы исключили и не применяли для анализа. ECD, коэффициент формы и сферичность, как определено ранее, вычисляли и статистически классифицировали.
Методика получения суспензии
Получение 500 г композиций согласно Примерам 1-2 и сравнительным примерам V1 и V2
5.00 г хелатирующего агента (G) растворили в 380 г воды (М), а затем медленно добавили 3.21 г спирта (D), 0.50 г неионного поверхностно-активного вещества (В) (10 мас. % водного раствора) и 12.5 г ингибитора коррозии (F) (1 мас. % водного раствора). КОН применялся для доведения значения рН до 10.5. Для примеров 1 и 2, 8 г раствора карбоната калия (25 мас. % водного раствора) добавили перед добавлением 20.0 г абразивных частиц в форме кокона (А) (20 мас. % водная дисперсия). Вода добавляется до объема 480 г, рН доводится до значения 10.5 и контролируется в течение 1 часа. 20.0 г окислителя (Е) (31 мас. % водный раствор) добавляется до полировки, и полученные значения рН приведены в Таблице 2. Конечная СМР композиция содержит компоненты (А), (В), (С), (D), (Е), (F) и необязательно (G) или другие добавки в количествах, как указано в Таблице 2.
Примеры 1-2 (композиции согласно настоящему изобретению) и Сравнительные примеры V1 и V2 (сравнительная композиция)
Получили водную дисперсию, содержащую компоненты, как указано в Таблице 2, обеспечивающую СМР композиции согласно Примерам 1-2 и сравнительным примерам V1 и V2.
Данные по составу и эффективности полировки СМР композиций согласно Примерам 1 - 2 и Сравнительным примерам V1 и V2 приведены в Таблице 2.
СМР композиции согласно Примерам 1-2 показывают повышенную эффективность полировки и повышенный срок службы, в частности показывают высокий MRR нитрида тантала, высокую селективность к нитриду тантала по сравнению с медью с точки зрения MRR и высокую селективность к нитриду тантала по сравнению с материалом из каменного угля 1-го поколения с точки зрения MRR.