ВОДНЫЕ ПОЛИРУЮЩИЕ КОМПОЗИЦИИ, СОДЕРЖАЩИЕ N-ЗАМЕЩЕННЫЕ ДИАЗЕНИЙ ДИОКСИДЫ И/ИЛИ СОЛИ N -ЗАМЕЩЕННЫХ N'-ГИДРОКСИ-ДИАЗЕНИЙ ОКСИДОВ
AQUEOUS POLISHING COMPOSITION CONTAINING N-SUBSTITUTED DIAZENIUM DIOXIDES AND/OR SALTS OF N-SUBSTITUTED N'-HYDROXY-DIAZENIUM OXIDES

Описание
Область изобретения
Настоящее изобретение направлено на новые водные полирующие композиции, в частности химико-механические полирующие (ХМП) композиции, содержащие N-замещенные диазений диоксиды и/или соли N-замещенных N’-гидрокси-диазений оксидов.
Более того, настоящее изобретение направлено на новое применение N-замещенных диазений диоксидов и/или солей N-замещенных N’-гидрокси-диазений оксидов для производства электрических и оптических устройств.
Кроме того, настоящее изобретение направлено на новый способ полирования материалов подложек для производства электрических, механических и оптических устройств.
Цитируемые документы
Документы, цитируемые в настоящей заявке, включены путем ссылки во всей их полноте.
Уровень техники
Химико-механическая планаризация или полировка (ХМП) является основным процессом, позволяющим достигнуть локальной и глобальной плоскостности устройств интегральных схем (ИС). Эта методика обычно применяет ХМП композиции или суспензии, содержащие абразивы и другие добавки, в качестве активных химических составов между вращающейся поверхностью подложки и полировальной подушкой под приложенным грузом. Таким образом, процесс ХМП сочетает физический процесс, такой как шлифование, с химическим процессом, таким как окисление или хелатообразование. Для удаления или полировки материалов подложек нежелательно, чтобы процессы состояли из чисто физической или чисто химической обработки, скорее желательно использовать синергетическое сочетание обеих обработок, чтобы достигать быстрого равномерного удаления.
Таким образом, материал подложки удаляют, пока не достигают желательной плоскостности или пока не обнажается защитный подслой или тормозящий слой. В конечном счете получают плоскую, свободную от дефектов поверхность, которая дает возможность производства требуемого многослойного ИС устройства путем последующих фотолитографии, формирования рельефа, травления и обработки тонкой пленки.
Узкощелевая изоляция (УЩИ) является специфическим применением ХМП, которое обычно требует селективного удаления диоксида кремния до нитрида кремния на структурированной пластине в качестве субстрата. В этом случае вытравливаемые углубления заполняют диэлектрическим материалом, например диоксидом кремния, который полируют, используя с защитную пленку из нитрида кремния в качестве тормозящего слоя. Процесс ХМП заканчивают очищением диоксида кремния с этой защитной пленки при минимизации удаления обнажаемого слоя нитрида кремния и расположенного в щели диоксида кремния.
Это требует применения суспензий ХМП, способных давать высокое соотношение удаления диоксида кремния и удаления нитрида кремния, при этом в уровне техники такое соотношение также называют "оксид/нитрид селективностью" ("oxide-to-nitride selectivity").
Суспензии ХМП на основе оксида церия привлекли значительное внимание в применениях УЩИ из-за их способности достигать сравнительно высокой оксид/нитрид селективности вследствие высокого химического сродства оксида церия к диоксиду кремния, которое в уровне техники также называют химическим эффектом «зубчатого зацепления» оксида церия.
Тем не менее, оксид/нитрид селективность суспензий ХМП на основе оксида церия должна быть улучшена добавками, которые "корректируют" селективность.
Итак, Р.W. Carter et al. в статье Electrochemical and Solid-State Letters, 8 (8) G218-G221 (2005), Interfacial Reactivity between Ceria and Silicon Dioxide and Silicon Nitride Surfaces, Organic Additive Effects, описывают влияние глутаминовой кислоты, пиколиновой кислоты, 4-оксибензойной кислоты, имидазола, уксусной кислоты, муравьиной кислоты, 3-оксипиколиновой кислоты, антраниловой кислоты, пирролкарбоновой кислоты, циклогексанкарбоновой кислоты, пиперазина, пиридина, 2-фенилуксусной кислоты, бензойной кислоты, 3-аминофенола, янтарной кислоты, бетаина, глицина, пролина, бензолсульфоновой кислоты, морфолина, салициловой кислоты, терефталевой кислоты, яблочной кислоты, изопропанола, лимонной кислоты и щавелевой кислоты на оксид/нитрид селективность.
Y.N. Prasad et al. описывают влияние пролина и аргинина в Electrochemical and Solid-State Letters, 9 (12) G337-G339 (2006), Role of Amino-Acid Adsorbtion on Silica and Silicon Nitride Surfaces during STI CMP.
2
3
4
Hyun-Goo Kang et al. описывают в Journal of Material Research, volume 22, No. 3, 2007, pages 777 to 787, влияние размера абразивных частиц и молекулярной массы поли(акриловой кислоты) в суспензии оксида церия на селективность удаления пленок SiO/SiN в процессе узкощелевой изоляции с использованием химико-механической планаризации.
S. Kim et al. описывают в Journal of Colloid and Interface Science, 319 (2008), pages 48 to 52, абсорбирующие свойства анионного полиэлектролита для химико-механического полирования (ХМП).
S.V. Babu et al. в Electrochemical and Solid-State Letters, 7 (12) G327-G330 (2004), Slurry Additive Effects on Supression of Silicon Nitride Removal during CMP, исследовали влияние аргинина, лизина, пролина, N-метилглицина, аланина, глицина, пиколиновой кислоты, N,N-диметилглицина, 3-аминомасляной кислоты и изоникотиновой кислоты.
Jae-Dong Lee et al. описывают в Journal of Electrochemical Society, 149 (8) G477-G481, 2002, "Effects of Nonionic Surfactants on Oxide-To-Polysilicon Selectivity during Chemical Mechanical Polishing", влияние поверхностно-активных веществ, таких как полиэтиленоксид (ПЭО) и триблочные сополимеры этиленоксид-пропиленоксид-этиленоксид, на селективность. Однако это не относится к оксид/нитрид селективности.
Американские патенты US 5738800, US 6042741, US 6132637 и US 6218305 В раскрывают суспензию ХМП на основе оксида церия, содержащую комплексообразующие агенты, такие как яблочная кислота, винная кислота, глюконовая кислота, лимонная кислота, орто- ди- и полиоксибензойные кислоты, фталевая кислота, пирокатехин, пирогаллол, галловая кислота, дубильная кислота и их соли. Кроме того, суспензия ХМП на основе оксида церия содержит анионное, катионное, амфотерное или неионогенное поверхностно-активное вещество. Указывается, что суспензия ХМП на основе оксида церия имеет высокую оксид/нитрид селективность.
Американские патенты US 5759917, US 6689692 B1 и US 6984588 B2 описывают суспензию ХМП на основе оксида церия, содержащую карбоновую кислоту, такую как уксусная кислота, адипиновая кислота, масляная кислота, каприновая кислота, капроновая кислота, каприловая кислота, лимонная кислота, глутаровая кислота, гликолевая кислота, муравьиная кислота, фумаровая кислота, молочная кислота, лауриновая кислота, яблочная кислота, малеиновая кислота, малоновая кислота, миристиновая кислота, щавелевая кислота, пальмитиновая кислота, фталевая кислота, пропионовая кислота, пировиноградная кислота, стеариновая кислота, янтарная кислота, винная кислота, валериановая кислота, 2-(2-метоксиэтокси)уксусная кислота, 2-[2-(2-метоксиэтокси)этокси]уксусная кислота, простой поли(этиленгликоль)бис(карбоксиметиловый) эфир и их производные и соли. Кроме того, суспензия ХМП на основе оксида церия содержит растворимые в воде органические и неорганические соли, такие как нитраты, фосфаты и сульфаты. Указывается, что суспензия ХМП на основе оксида церия полирует излишки диоксида кремния, нежели чем нитрид кремния.
В американском патенте US 6299659 В1 описывается суспензия ХМП на основе оксида церия, в которой с целью улучшения оксид/нитрид селективности абразивные частицы были обработаны связующим веществом на основе силана, титаната, цирконата, алюминия и фосфата.
Американская патентная заявка US 2002/0034875 А1 и патент US 6626968 В2 раскрывают суспензию ХМП на основе оксида церия, содержащую поверхностно-активные вещества, агенты для регулирования уровня pH, такие как гидроксид калия, серная кислота, азотная кислота, соляная кислота или фосфорная кислота, и полимеры, содержащие гидрофильную функциональную группу и гидрофобную функциональную группу, такие как поливинилметиловый эфир (ПВМЭ), полиэтиленгликоль (ПЭГ), полиоксиэтилен 23 лауриловый эфир (ПОЛЭ), полипропионовая кислота (ППК), полиакриловая кислота (ПАК), и полиэтиленгликоля бисэфир (ПЭГБЭ). Тем не менее, эта суспензия ХМП на основе оксида церия увеличивает оксид/поликремний селективность.
В американском патенте US 6436835 В1 описывается суспензия ХМП на основе оксида церия для процесса узкощелевой изоляции, содержащая растворимые в воде органические соединения, имеющие группы карбоновой кислоты, либо карбоксилатные группы, либо группы сульфоновой кислоты или группы сульфаминовой кислоты, такие как полиакриловая кислота полиметакриловая кислота, конденсат нафталинсульфокислоты и формальдегида, яблочная кислота, молочная кислота, винная кислота, глюконовая кислота, лимонная кислота, янтарная кислота, адипиновая кислота, фумаровая кислота, аспарагиновая кислота, глутаминовая кислота, глицин-4-аминомасляная кислота, 6-аминогексановая кислота, 12-аминолауриновая кислота, аргинин, глицилглицин, лаурилбензолсульфокислота и их аммониевые соли. Указывается, что суспензия ХМП на основе оксида церия имеет высокую оксид/нитрид селективность.
В американских патентах US 6491843 В1, US 6544892 В2 и US 6627107 В2 описывается суспензия ХМП на основе оксида церия, содержащая альфа-аминокислоты, такие как лизин, аланин и пролин для улучшения оксид/нитрид селективности.
Американский патент US 6616514 В1 описывает суспензию ХМП на основе оксида церия, содержащую органические полиолы, имеющие, по меньшей мере, 3 гидроксильные группы, которые являются недиссоциируемыми в водной среде; или полимер, сформированный из, по меньшей мере, одного мономера, имеющего, по меньшей мере, 3 гидроксильные группы, которые являются недиссоциируемыми в водной среде, такие как маннит, сорбит, манноза, ксилит, сорбоза, сахароза и декстрин для улучшения оксид/нитрид селективности.
Японская патентная заявка JP 2005-336400 раскрывает суспензию ХМП на основе оксида церия, содержащую растворимый в воде конденсированный фосфат, такой как пирофосфат, триполифосфат и соль гексаметафосфорной кислоты, и растворимый в воде карбонат или гидрокарбонат. Суспензия ХМП на основе оксида церия может, кроме того, содержать растворимый в воде органический растворитель, такой как метанол, этанол, 1-пропанол, 2-пропанол, 1-бутанол, 2-бутанол, этиленгликоль, пропилен гликоль и 1,2,3-пропантриол, кетоны, такие как ацетон и метилэтилкетон, тетрагидрофуран, N,N-диметилформамид, диметилсульфоксид, и 1,4-диоксан.
a
Американский патент US 7071105 В2 и патентная заявка US 2006/0144824 А1 описывают суспензию ХМП на основе оксида церия, содержащую полирующую добавку, содержащую функциональные группы, имеющие pK от 4 до 9. Полирующая добавка выбрана из группы, состоящей из ариламинов, аминоспиртов, алифатических аминов, гетероциклических аминов, гидроксамовых кислот, аминокарбоновых кислот, циклических одноосновных карбоновых кислот, ненасыщенных одноосновных карбоновых кислот, замещенных фенолов, сульфонамидов, тиолов и их солей, в частности хлоридов, бромидов, сульфатов, сульфонатов, трифторметилсульфонатов, ацетатов, трифторацетатов, пикратов, перфторбутиратов, а также солей натрия, калия и аммония.
Ариламины, указанные в явной форме, представляют собой анилин, 4-хлоранилин, 3-метоксианилин, N-метиланилин, 4-метоксианилин, п-толуидин, антраниловую кислоту, 3-амино-4-гидроксибензолсульфокислоту, аминобензиловый спирт, аминобензиламин, 1-(аминофенил)пиррол, 1-(3-аминофенил)этанол, простой 2-аминофениловый эфир, 2,5-бис-(4-аминофенил)-1,3,4-оксадиазол, 2-(2-аминофенил)-1Н-1,3,4-триазол, 2-аминофенил, 3-аминофенил, 4-аминофенил, диметиламинофенол, 2-аминотиофенол, 3-аминотиофенол, 4-аминофенилметилсульфид, 2-аминобензолсульфонамид, ортаниловую кислоту, 3-аминобензолбороновую кислоту, 5-аминоизофталевую кислоту, сульфацетамид, сульфаниловую кислоту, о- или п-арсаниловую кислоту и (3R)-3-(4-трифторметилфениламино)валериановую кислоту.
Аминоспирты, указанные в явной форме, представляют собой триэтаноламин, бензилдиэтаноламин, трис(гидроксиметил)аминометан, гидроксиламин и тетрациклин.
Алифатические амины, указанные в явной форме, представляют собой метоксиамин, гидроксиламин, N-метилгидроксиламин, N,O-диметилгидроксиламин, бета-дифторэтиламин, этилендиамин, триэтилендиамин, диэтил((бутиламино)(2-гидроксифенил)метил)фосфонат, иминоэтаны, иминобутаны, триаллиламин, цианоамины, такие как аминоацетонитрил, диметиламиноацетонитрил, 2-амино-2-цианопропан, изопропиламинопропионитрил, диэтиламинопропионитрил, аминопропионитрил, дицианодиэтиламин, гидразин, метилгидразин, тетраметилгидразин, N,N-диметилгидразин, фенилгидразин, N,N-диэтилгидразин, триметилгидразин, этилгидразин и их соли.
Гетероциклические амины, указанные в явной форме, представляют собой имидазол, 1-метилимидазол, 2-метилимидазол, 2-этилимидазол, 2-гидроксилметилимидазол, 1-метил-2-гидроксилметилимидазол, бензимидазол, хинолин, изохинолин, оксихинолин, меламин, пиридин, бипиридин, 2-метилпиридин, 4-метилпиридин, 2-аминопиридин, 3-аминопиридин, 2,3-пиридиндикарбоновую кислоту, 2,5-пиридиндикарбоновую кислоту, 2,6-пиридиндикарбоновую кислоту, 6-бутил-2-пиридинкарбоновую кислоту, 2-пиридинкарбоновую кислоту, 3-гидрокси-2-пиридинкарбоновую кислоту, 4-гидрокси-2-пиридинкарбоновую кислоту, 3-бензоил-2-пиридинкарбоновую кислоту, 6-метил-2-пиридинкарбоновую кислоту, 3-метил-2-пиридинкарбоновую кислоту, 6-бром-2-пиридинкарбоновую кислоту, 6-хлор-2-пиридинкарбоновую кислоту, 3,6-дихлор-2-пиридинкарбоновую кислоту, 4-гидразин-3,5,6-трихлор-2-пиридинкарбоновую кислоту, 2-хинолинкарбоновую кислоту, 4-метокси-2-хинолинкарбоновую кислоту, 8-гидрокси-2-хинолинкарбоновую кислоту, 4,8-гидрокси-2-хинолинкарбоновую кислоту, 7-хлор-4-гидрокси-2-хинолинкарбоновую кислоту, 5,7-дихлор-4-гидрокси-2-хинолинкарбоновую кислоту, 5-нитро-2-хинолинкарбоновую кислоту, 1-изохинолинкарбоновую кислоту, 3-изохинолинкарбоновую кислоту, акридин, бензохинолин, бензакридин, клонидин, анабазин, норникотин, триазолопиридин, пиридоксин, серотонин, гистамин, бензодиазепин, азиридин, морфолин, 1,8-диазабицикло(5,4,0)ундец-7-ен, ДАБКО (1,4-диазобицикло(2,2,2)октан), гексаметилентетрамин, пиперазин, N-бензоилпиперазин, 1-тозилпиперазин,N-карбоксиэтилпиперазин, 1,2,3-триазол, 1,2,4-триазол, 2-аминотиазол, пиррол, пиррол-2-карбоновую кислоту, 3-пирролин-2-карбоновую кислоту, этилпирролин, циклогексилпирролин, толилпирролин, тетразол, 5-циклопропилтетразол, 5-гидрокситетразол, 5-фенокситетразол, 5-фенилтетразол, фторурацил, метилтиоурацил, 5,5-дифенилгидантоин, 5,5-диметил-2,4-оксазалидиндион, фталимид, сукцинимид, 3,3-метилфенилглутаримид, 3,3-диметилсукцинимид, имидазол[2,3-b]тиоксазол, гидроксиимидазо[2,3-а]изоиндол, 5,5-метилфенилбарбитуровую кислоту, 1,5,5-триметилбарбитуровую кислоту, гексобарбитал, 5,5-диметилбарбитуровую кислоту, 1,5-диметил-5-фенилбарбитуровую кислоту и их соли.
Гидроксамовые кислоты, указанные особо, представляют собой формогидроксамовую кислоту, ацетогидроксамовую кислоту, бензгидроксамовую кислоту, салицилгидроксамовую кислоту, 2-аминобензгидроксамовую кислоту, 2-хлорбензгидроксамовую кислоту, 2-фторбензгидроксамовую кислоту, 2-нитробензгидроксамовую кислоту, 3-нитробензгидроксамовую кислоту, 4-аминобензгидроксамовую кислоту, 4-хлорбензгидроксамовую кислоту, 4-фторбензгидроксамовую кислоту, 4-нитробензгидроксамовую кислоту и их соли.
Аминокарбоновые кислоты, указанные в явной форме, представляют собой глутаминовую кислоту, бета-гидроксиглутаминовую кислоту, аспарагиновую кислоту, аспарагин, азасерин, цистеин, гистидин, 3-метилгистидин, цитозин, 7-аминоцефалоспорановую кислоту и карнозин.
Циклические одноосновные карбоновые кислоты, указанные в явной форме, представляют собой нафталин-2-карбоновую кислоту, циклогексанкарбоновую кислоту, циклогексилуксусную кислоту, 2-фенилмолочную кислоту, 4-оксибензойную кислоту, 3-оксибензойную кислоту, 2-пиридинкарбоновую кислоту, цис- и транс-циклогексанкарбоновую кислоту, бензойную кислоту и их соли.
Ненасыщенные одноосновные карбоновые кислоты, указанные в явной форме, представляют собой коричную кислоту, акриловую кислоту, 3-хлорпроп-2-енкарбоновую кислоту, кротоновую кислоту, 4-бут-2-енкарбоновую кислоту, цис- или транс-2-пентеновую кислоту, 2-метил-2-пентеновую кислоту, 2-гексеновую кислоту и 3-этил-2-гексеновую кислоту и их соли.
1-12
1-12
Фенолы, указанные в явной форме, представляют собой нитрофенол, 2,6-дигало-4-нитрофенолы, 2,6-ди-С-алкил-4-нитрофенолы, 2,4-динитрофенол, 3,4-динитрофенол, 2-С-алкил-4,6-динитрофенолы, 2-гало-4,6-динитрофенолы, динитро-о-крезол, пикриновую кислоту и их соли.
Сульфонамиды, указанные в явной форме, представляют собой N-хлортолилсульфонамид, дихлорфенамид, мафенид, нимесулид, сульфаметизол, сульфаперин, сульфацетамид, сульфадиазин, сульфадидиметоксин, сульфаметазин, сульфапиридин, сульфахиноксалин и их соли.
Тиолы, указанные в явной форме, представляют собой персульфид водорода, цистеамин, цистеинилцистеин, метилцистеин, тиофенол, п-хлортиофенол, о-аминотиофенол, о-меркаптофенилуксусную кислоту, п-нитротиофенол, 2-меркаптоэтансульфонат, N-диметилцистеамин, дипропилцистеамин, диэтилцистеамин, меркаптоэтилморфолин, метилтиогликолят, меркаптоэтиламин, N-триметилцистеин, глутатион, меркаптоэтилпиперидин, диэтиламинопропантиол и их соли.
Полагают, что полирующие добавки увеличивают оксид/нитрид селективность.
В американской патентной заявке US 2006/0207188 А1 описывается суспензия ХМП на основе оксида церия, содержащая продукт реакции полимера, такого как полиакриловая кислота или поли(алкилметакрилат), и мономера, такого как акриламид, метакриламид, этилметакриламид, винилпиридин, или винилпирролидон. Продукты реакции, как полагают, также увеличивают оксид/нитрид селективность.
Американская патентная заявка US 2006/0216935 А1 раскрывает суспензию ХМП на основе оксида церия, содержащую протеин, лизин и/или аргинин, и соединения пирролидона, такие как поливинилпирролидон (ПВП), N-октил-2-пирролидон, N-этил-2-пирролидон, N-гидроксиэтил-2-пирролидон, N-циклогексил-2-пирролидон, N-бутил-2-пирролидон, N-гексил-2-пирролидон, N-децил-2-пирролидон, N-октадецил-2-пирролидон и N-гексадецил-2-пирролидон. Суспензия ХМП на основе оксида церия, кроме того, может содержать диспергирующие агенты, подобные полиакриловой кислоте, гликолям и полигликолям. Конкретные примеры включают пролин, поливинилпирролидон или N-октил-2-пирролидон, блок-сополимеры ППО/ПЭО, и глутаровый альдегид. Полагают, что суспензия ХМП на основе оксида церия щадяще удаляет диоксид кремния в канавках, тем самым позволяя проводить полирование, распространяющееся за пределы краев без значительного повышения минимальной высоты шага.
В американской патентной заявке US 2007/0077865 А1 описывается суспензия ХМП на основе оксида церия, содержащая сополимеры полиэтиленоксидов/полипропиленоксида, предпочтительно из семейства Pluronic™, выпускаемого компанией BASF. Суспензия ХМП на основе оксида церия, кроме того, может содержать аминоспирты, такие как 2-диметиламино-2-метил-1-пропанол (ДМАМП), 2-амино-2-этил-1-пропанол (АЭП), 2-(2-аминоэтиламино)этанол, 2-(изопропиламино)этанол, 2-(метиламино)этанол, 2-(диэтиламино)этанол, 2-(2-диметиламиноэтокси)этанол, 1,1’-[[3-(диметиламино)пропил]имино]-бис-2-пропанол, 2-(2-бутиламино)этанол, 2-(трет-бутиламино)этанол, 2-(диизопропиламино)этанол и N-(3-аминопропил)морфолин. Суспензия ХМП на основе оксида церия, кроме того, может содержать соединения четвертичного аммония, подобные гидроксиду тетраметиламмония, пленкообразующие агенты, такие как алкиламины, алканоламины, гидроксиламины, эфиры фосфорной кислоты, лаурилсульфат натрия, жирные кислоты, полиакрилаты, полиметакрилаты, поливинилфосфонаты, полималаты, полистиролсульфонат, поливинилсульфат, бензотриазол, триазол и бензоимидазол, и комплексообразующие агенты, такие как ацетилацетон, ацетаты, гликоляты, лактаты, глюконаты, галловая кислота, оксалаты, фталаты, цитраты, сукцинаты, тартаты, малаты, этилендиаминтетрауксусная кислота, этиленгликоль, пирокатехин, пирогаллол, дубильная кислота, соли фосфония и фосфоновые кислоты. Суспензия ХМП на основе оксида церия, как полагают, обеспечивает хорошую селективность диоксида кремния и/или нитрида кремния по отношению к поликремнию.
Американская патентная заявка US 2007/0175104 А1 раскрывает суспензию ХМП на основе оксида церия, содержащую поликремниевый ингибитор полировки, который выбран из растворимых в воде полимеров, имеющих N-монозамещенный или N,N-дизамещенный скелет, замещенный любыми членами, выбранными из группы, состоящей из акриламида, метакриламида и их альфа-замещенных производных; полиэтиленгликолей; поливинилпирролидонов; алкилоксилированных линейных алифатических спиртов и продуктов присоединения этиленоксида к ацетиленовым диолам. Суспензия ХМП на основе оксида церия может содержать дополнительные растворимые в воде полимеры, такие как полисахариды, подобные альгиновой кислоте, пектиновой кислоте, карбоксиметилцеллюлозе, агар-агару, курдлану и пуллулану; многоосновные карбоновые кислоты, такие как полиаспарагиновая кислота, полиглутаминовая кислота, полилизин, полияблочная кислота, полиметакриловая кислота, полиимидная кислота, полималеиновая кислота, полиитаконовая кислота, полифумаровая кислота, поли(п-стиролкарбоновая кислота), полиакриловая кислота, полиакриламид, амино-полиакриламид, полиглиоксиловая кислота и их соли; и виниловые полимеры, такие как поливиниловый спирт и полиакролеин. Указывается, что суспензия ХМП на основе оксида церия имеет высокую селективность по отношению к диоксиду кремния по сравнению с поликремнием.
В американской патентной заявке US 2007/0191244 A1 описывается суспензия ХМП на основе оксида церия, содержащая соединение, имеющее среднемассовую молекулярную массу от 30 до 500 и содержащая гидроксильные группы и карбоксильную группу, либо обе, такие как цитраты, малаты, глюконаты, тартраты, 2-оксиизобутираты, адипинаты, октаноаты, сукцинаты, соединения, содержащие остатки ЭДТУ, глутараты, метиленсукцинаты, маннозу, глицеро-галакто-гептозу, эритро-манно-октозу, арабино-галакто-нонозу и глутамин. Суспензия ХМП на основе оксида церия, кроме того, может содержать линейные полимерные кислоты или полимерные кислоты привитого типа, имеющие боковые цепи алкоксиполиалкиленгликоля. Полагают, что суспензия ХМП на основе оксида церия достигает улучшенной повсеместной плоскостности отполированных пластин.
a
В американской патентной заявке US 2007/0218811 А1 описывается суспензия ХМП на основе оксида церия, имеющая pH от 4 до 7,5 и содержащая диспергирующий агент, многоосновную карбоновую кислоту, и от 100 до 1000 част./млн сильной кислоты, имеющей pK ее первой диссоциирующей кислотной группы 3,2 или меньше. В качестве примеров, полимеры акриловой кислоты и метакриловой кислоты указываются в качестве анионных диспергирующих агентов, производные полиэтиленоксида указываются в качестве неионогенных диспергирующих агентов и поливинилпирролидон указывается в качестве катионного диспергирующего агента. В частности, указываемые сильные кислоты представляют собой серную кислоту, HCl, азотную кислоту, фосфорную кислоту, щавелевую кислоту, малеиновую кислоту, пикриновую кислоту, сернистую кислоту, тиосернистую кислоту, амидосерную кислоту, хлорноватую кислоту, хлорную кислоту, хлористую кислоту, йодистоводородную кислоту, йодную кислоту, йодноватую кислоту, бромистоводородную кислоту, бромную кислоту, хромовую кислоту, азотистую кислоту, дифосфоновую кислоту, триполифосфорную кислоту, фосфиновую кислоту, пиколиновую кислоту, фосфоновую кислоту, изоникотиновую кислоту, никотиновую кислоту, трихлоруксусную кислоту, дихлоруксусную кислоту, хлоруксусную кислоту, цианоуксусную кислоту, щавелевоуксусную кислоту, нитроуксусную кислоту, бромуксусную кислоту, фторуксусную кислоту, феноксиуксусную кислоту, о-бромбензойную кислоту, о-нитробензойную кислоту, о-хлорбензойную кислоту, п-аминобензойную кислоту, антраниловую кислоту, фталевую кислоту, фумаровую кислоту, малоновую кислоту, винную кислоту, лимонную кислоту, о-хлоранилин-, 2,2’-бипиридин-, 4,4’-бипиридин-, 2,6-пиридиндикарбоновую кислоту, пировиноградную кислоту, полистиролсульфокислоту, полисульфоновую кислоту, глутаминовую кислоту, салициловую кислоту, аспарагиновую кислоту, 2-аминоэтилфосфоновую кислоту, лизин, аргинин, изолейцин, саркозин, орнитин, гуанозин, цитруллин, тирозин, валин, гипоксантин, метионин, лизин и лейцин. Суспензия ХМП на основе оксида церия должна приводить к эффективной работе с большой скоростью, более легкому управлению процессом и меньшему колебанию в толщине пленки вследствие разности в плотности рельефа.
Изготовление электрических устройств, в частности полупроводниковых интегральных схем (ИС); требует процессов высокой точности, которые включают, среди прочего, ХМП с высокой селективностью.
Хотя суспензии ХМП на основе оксида церия предшествующего уровня техники могут иметь удовлетворительную оксид/нитрид селективность и могут приводить к получению отполированных пластин, имеющих хорошую глобальную и локальную плоскостность, что иллюстрируется показателями неоднородности внутри пластины (НОВП) и неоднородностью одной пластины относительно другой (НОПП), все более уменьшающиеся размеры архитектур ИС, в частности БИС (больших интегральных схем) или СБИС (сверхбольших интегральных схем), делают необходимым постоянно улучшать суспензии ХМП на основе оксида церия, чтобы отвечать все возрастающим техническим и экономическим требованиям изготовителей интегральных схем.
Однако эта растущая необходимость постоянно улучшать суспензии ХМП на основе оксида церия предшествующего уровня техники относится не только к области интегральных схем, также должна быть улучшена эффективность полирования и планаризации в областях производства других электрических устройств, таких как жидкокристаллические панели, органические электролюминесцентные панели, печатные платы, микромеханизмы, ДНК чипы, микрозаводы, фотовольтаические ячейки и магнитные головки; а также высокоточных механических устройств и оптических устройств, в частности оптических стекол, таких как фотомаски, линзы и призмы, неорганические электропроводные пленки, такие как из оксида индия-олова (ITO), оптические интегральные схемы, оптические переключатели, оптические волноводы, оптические монокристаллы, такие как торцевые поверхности оптических волокон и сцинтилляторов, монокристаллы твердотельных лазеров, сапфировые субстраты для голубых лазерных светоиспускающих диодов, полупроводниковые монокристаллы и стеклянные субстраты для магнитных дисков. Производство таких электрических и оптических устройств также требует стадий ХМП высокой точности.
Аналогично, производство механических устройств высокой точности также требует стадий ХМП высокой точности.
Один из главных недостатков суспензий ХМП на основе оксида церия предшествующего уровня техники состоит в том, что они склонны подвергаться воздействию микроорганизмов и грибков. Следовательно, они становятся нестабильными при хранении вследствие роста бактерий и грибков, причем этот рост оказывает вредное влияние на распределение абразивных частиц оксида церия по размерам, что, в свою очередь, ведет к необратимой агломерации и седиментации частиц оксида церия.
Пытались решать эту серьезную проблему добавлением биоцидов. Однако биоциды предшествующего уровня техники также стремятся дестабилизировать распределение абразивных частиц по размерам непредсказуемым образом.
N-замещенные диазений диоксиды и соли N-замещенных N’-гидроксидиазений оксидов, способы их получения и их применение в качестве консервирующих средств для древесины, а также в качестве бактерицидов и фунгицидов, пригодных в качестве дезинфицирующих средств и для заключительной отделки текстиля, пластмасс, строительных материалов или окрасочных систем, известны из немецкой патентной заявки DE 3835370 А1, американского патента US 5393874, европейской патентной заявки ЕР 0588249 А1, и международной патентной заявки WO 90/01033. Нигде не упоминается, что N-замещенные диазений диоксиды и соли N-замещенных N’-гидроксидиазений оксидов могли бы быть использованы в полирующих композициях, в частности в суспензиях ХМП на основе оксида церия.
Задачи изобретения
Следовательно, цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы обеспечить новую водную полирующую композицию, в частности новую химико-механическую полирующую (ХМП) композицию, особенно новую суспензию ХМП на основе оксида церия, которая бы не демонстрировала неудобств и недостатков полирующих композиций предшествующего уровня техники.
В частности, новая водная полирующая композиция, в частности новая химико-механическая полирующая (ХМП) композиция, особенно новая суспензия ХМП на основе оксида церия, должна демонстрировать значительно улучшенную оксид/нитрид селективность и обеспечивать получение отполированных пластин, имеющих превосходную глобальную и локальную плоскостность, что иллюстрируется, например, показателями неоднородности внутри пластины (НОВП) и неоднородности одной пластины относительно другой (НОПП). Следовательно, они должны превосходно подходить для производства архитектур ИС, в частности БИС (большие интегральные схемы) или СБИС (сверхбольшие интегральные схемы), имеющих структуры с размерами меньше 50 нм.
Более того, новая водная полирующая композиция, в частности новая химико-механическая полирующая (ХМП) композиция и особенно новая суспензия ХМП на основе оксида церия, должна быть полезна не только в области устройств интегральных схем, но также должна быть полезна с наибольшей эффективностью и успехом в областях производства других электрических устройств, таких как жидкокристаллические панели, органические электролюминесцентные панели, печатные платы, микромеханизмы, ДНК-чипы, микрозаводы и магнитные головки; а также высокоточных механических устройств и оптических устройств, в частности оптических стекол, таких как фотомаски, линзы и призмы, неорганических электропроводных пленок, таких как из оксида индия-олова (ITO), оптических интегральных схем, оптических переключателей, оптических волноводов, оптических монокристаллов, таких как торцевые поверхности оптических волокон и сцинтилляторов, монокристаллов твердотельных лазеров, сапфировых субстратов для лазерных светоиспускающих диодов, работающих в голубой области видимого спектра, полупроводниковых монокристаллов, и стеклянных субстратов для магнитных дисков.
Более конкретно, новые суспензии ХМП на основе оксида церия более не должны быть склонны подвергаться воздействию микроорганизмов и грибков и, следовательно, более не должны демонстрировать рост бактерий и грибков в течение длительного хранения и нарушения стабильности распределения абразивных частиц оксида церия по размерам. Следовательно, не должна происходить необратимая агломерация и осаждение частиц оксида церия.
Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение нового применения N-замещенных диазений диоксидов и солей N-замещенных N’-гидроксидиазений оксидов.
Следующая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить новый способ полирования материалов подложек механических, электрических и оптических устройств.
Краткое описание изобретения
Соответственно, была обнаружена новая водная полирующая композиция, причем указанная полирующая композиция содержит:
(A) по меньшей мере, одно растворимое в воде или диспергируемое в воде соединение, выбранное из группы, состоящей из N-замещенных диазений диоксидов и солей N-замещенных N’-гидроксидиазений оксидов; и
(B) по меньшей мере, один тип абразивных частиц.
Далее в описании указанная новая водная полирующая композиция именуется как "композиция по изобретению".
Более того, был обнаружен новый способ полирования материалов подложек для механических, электрических и оптических устройств, в котором применяется композиция по изобретению.
Далее в описании указанный новый способ полирования материалов подложек для механических, электрических и оптических устройств именуется как "способ по изобретению".
И последнее, но не менее важное, было обнаружено новое применение N-замещенных диазений диоксидов и солей N-замещенных N’-гидроксидиазений оксидов для производства механических, электрических и оптических устройств; данное применение далее в описании именуется как "применение по изобретению".
Преимущества изобретения
С точки зрения предшествующего уровня техники, было неожиданно и не могло ожидаться специалистом в данной области, что задачи настоящего изобретения могут быть решены композицией по изобретению, способом по изобретению и применением по изобретению.
Было особенно неожиданно, что композиция по изобретению демонстрировала значительно улучшенную оксид/нитрид селективность и обеспечивала получение отполированных пластин, имеющих превосходную глобальную и локальную плоскостность, что иллюстрируется, например, показателями неоднородности внутри пластины (НОВП) и неоднородности одной пластины относительно другой (НОПП). Следовательно, они превосходно подходят для производства архитектур ИС, в частности БИС (большие интегральные схемы) или СБИС (сверхбольшие интегральные схемы), имеющих фрагменты с размерами меньше 50 нм.
Более того, композиция по изобретению была не только исключительно полезна в области интегральных схем, но также была полезна с наибольшей эффективностью и успехом в областях производства других электрических устройств, таких как жидкокристаллические панели, органические электролюминесцентные панели, печатные монтажные платы, микромеханизмы, ДНК-чипы, микрозаводы и магнитные головки; а также высокоточных механических устройств и оптических устройств, в частности оптических стекол, таких как фотомаски, линзы и призмы, неорганических электропроводных пленок, таких как из оксида индия-олова (ITO), оптических интегральных схем, оптических переключателей, оптических волноводов, оптических монокристаллов, таких как торцевые поверхности оптических волокон и сцинтилляторов, монокристаллов твердотельных лазеров, сапфировых субстратов для голубых лазерных светоиспускающих диодов, полупроводниковых монокристаллов, и стеклянных подложек для магнитных дисков.
Более конкретно, композиция по изобретению больше не была склонна подвергаться воздействию микроорганизмов и грибков и, следовательно, более не демонстрировала рост бактерий и грибков в течение длительного хранения и не проявляла нарушения стабильности распределения абразивных частиц оксида церия по размерам. Следовательно, не происходили необратимая агломерация и осаждение частиц оксида церия.
Следовательно, композиция по изобретению была наиболее полезна для способа по изобретению. Способ по изобретению смог с наибольшим успехом применяться для полирования, в частности химико-механического полирования материалов подложек для электрических устройств, таких как жидкокристаллические панели, органические электролюминесцентные панели, печатные монтажные платы, микромеханизмы, ДНК-чипы, микрозаводы и магнитные головки; а также материалов подложек для высокоточных механических устройств и оптических устройств, в частности оптических стекол, таких как фотомаски, линзы и призмы, неорганические электропроводные пленки, такие как из оксида индия-олова (ITO), оптические интегральные схемы, оптические переключающие элементы, оптические волноводы, оптические монокристаллы, такие как торцевые поверхности оптических волокон и сцинтилляторы, монокристаллы твердотельных лазеров, сапфировые субстраты для лазерных светоиспускающих диодов, работающих в голубой области видимого спектра, полупроводниковые монокристаллы, и стеклянные субстраты для магнитных дисков.
Подробное описание изобретения
Композиция по изобретению представляет собой водную композицию. Это означает, что она содержит воду, в частности сверхчистую воду, в качестве основного растворителя и диспергирующего агента. Тем не менее, композиция по изобретению может содержать, по меньшей мере, один смешиваемый с водой органический растворитель, однако в таких незначительных количествах, которые не меняет водную природу композиции по изобретению.
Предпочтительно композиция по изобретению содержит воду в количествах от 60 до 99,95% мас., более предпочтительно от 70 до 99,9% мас., еще более предпочтительно от 80 до 99,9% мас. и наиболее предпочтительно от 90 до 99,9% мас., причем массовые проценты представляют собой проценты в пересчете на полную массу композиции по изобретению.
Композиция по изобретению содержит в качестве первого основного ингредиента или компонента, по меньшей мере, одно, предпочтительно одно, растворимое в воде или диспергируемое в воде соединение, выбранное из группы, состоящей из N-замещенных диазений диоксидов (А) и солей N-замещенных N’-гидроксидиазений оксидов (А).
"Растворимый в воде" означает, что соответствующие соединения (А) распределены в водной среде на молекулярном уровне, тогда как "диспергируемый в воде" означает, что они могут быть тонко диспергированы в водной среде и формировать устойчивую суспензию или эмульсию, предпочтительно устойчивую суспензию. Наиболее предпочтительно соединения (А) являются растворимыми в воде.
Предпочтительно N-замещенные диазений диоксиды (А) имеют общую формулу I:
.
В общей формуле I переменная R обозначает фрагмент, содержащий или состоящий из, по меньшей мере, одного остатка, выбранного из группы, состоящей из мономерных, олигомерных и полимерных, замещенных и незамещенных, насыщенных и ненасыщенных алифатических и циклоалифатических групп, не содержащих или содержащих, по меньшей мере, один гетероатом и/или, по меньшей мере, одну бифункциональную или трифункциональную связывающую группу, и мономерных, олигомерных и полимерных, замещенных и незамещенных ароматических групп, не содержащих или содержащих, по меньшей мере, один гетероатом.
В общей формуле I индекс n представляет собой число от 1 до 1000, предпочтительно от 1 до 500, более предпочтительно от 1 до 100, и еще более предпочтительно от 1 до 50 и наиболее предпочтительно от 1 до 10.
Когда остаток R представляет собой олигомерный или полимерный фрагмент, число n не обязательно должно быть целым числом, но также может быть дробью. Это обусловлено статистической природой олигомерных и полимерных фрагментов. Когда остаток R представляет собой мономерный фрагмент, число n обычно представляет собой целое число.
Следовательно, в отношении группы диазений диоксид, остаток R может быть монофункциональным или многофункциональным, что означает, что остаток R содержит одну группу диазений диоксида или более одной группы диазений диоксида.
В случае когда остаток R содержит, по меньшей мере, один гетероатом и/или, по меньшей мере, одну бифункциональную или трифункциональную связывающую группу, группы диазений диоксид предпочтительно связаны с атомом углерода остатка R.
Данный остаток R может состоять из одного из вышеуказанных фрагментов, описанных более подробно ниже, либо такой остаток R может содержать два или более из вышеуказанных фрагментов, описанных более подробно ниже, причем эти группы отличаются друг от друга и могут быть связаны друг с другом через, по меньшей мере, одну ковалентную связь и/или с помощью одной или нескольких из вышеуказанных соединяющих групп, описанных более подробно ниже.
В контексте настоящего изобретения "мономерный" означает, что подходящие остатки R являются производными мономерных соединений R’, содержащих или состоящих из одного характеристического структурного звена или двух характеристических структурных звеньев. Предпочтительно мономерные соединения R’ имеют молекулярные массы в интервале от 40 до 1000 дальтон.
w
В контексте настоящего изобретения "олигомерный" означает, что подходящие остатки R’ являются производными олигомерных соединений R’, содержащих или состоящих из от 3 до около 12 характеристических, повторяющихся структурных звеньев. Предпочтительно олигомерные соединения R’ имеют среднемассовые молекулярные массы M от 100 до 2500 дальтон.
w
В контексте настоящего изобретения "полимерный" означает, что подходящие остатки R являются производными полимерных соединений R’, содержащих или состоящих из, по меньшей мере, 12 характеристических, повторяющихся структурных звеньев. Предпочтительно полимерные соединения R’ имеют среднемассовые молекулярные массы M от 500 до 2000000 дальтон, более предпочтительно 1000-1000000 дальтон и наиболее предпочтительно 5000-500000 дальтон.
"Незамещенный" означает, что - за исключением гетероатомов, описанных ниже - подходящие остатки R состоят только из атомов углерода и атомов водорода.
"Замещенный" означает, что подходящие остатки R содержат, по меньшей мере, один заместитель, который является инертным, то есть не реакционноспособным в условиях получения, обработки, хранения и применения соединений (А) в композициях по изобретению.
Примеры подходящих инертных заместителей представляют собой атомы галогена, такие как фтор, хлор и бром, гидроксильные группы, группы карбоновых кислот, группы сульфокислот, групп фосфиновых кислот, нитрогруппы, и нитрильные группы, предпочтительно атомы фтора и хлора и нитрильные группы.
"Насыщенный" означает, что подходящие остатки R не содержат любых этиленово- или ацетиленово-ненасыщенных групп. Следовательно, "ненасыщенный" означает, что соответствующие остатки R содержат, по меньшей мере, одну этиленово- и/или ацетиленово-ненасыщенную группу.
Предпочтительно гетероатомы выбраны из группы, состоящей из бора, кислорода, серы, азота, фосфора и кремния, наиболее предпочтительно кислорода и азота.
Предпочтительно бифункциональные и трифункциональные связывающие группы являются инертными в указанном выше смысле.
Примеры подходящих бифункциональных и трифункциональных связывающих групп представляют собой сложноэфирные группы угольной кислоты, сложноэфирные группы тиоугольной кислоты, карбонатные группы, тиокарбонатные группы, сложноэфирные группы фосфорной кислоты, сложноэфирные группы тиофосфорной кислоты, сложноэфирные группы фосфиновой кислоты, сложноэфирные группы тиофосфиновой кислоты, фосфитные группы, сложноэфирные группы тиофосфоновой кислоты, сложноэфирные группы сульфокислоты, амидные группы, аминогруппы, тиоамидные группы, амидные группы фосфорной кислоты, амидные группы тиофосфорной кислоты, амидные групы фосфоновой кислоты, амидные группы тиофосфоновой кислоты, амидные группы сульфокислоты, имидные группы, гидразидные группы, уретановые группы, мочевинные группы, тиомочевинные группы, карбонильные группы, тиокарбонильные группы, сульфоновые группы и сульфоксидные группы, более предпочтительно карбонатные, уретановые, карбонильные группы и сложноэфирные группы угольной кислоты, особенно предпочтительно сложноэфирные группы угольной кислоты.
Предпочтительно насыщенные, мономерные, алифатические фрагменты R являются производными линейных или разветвленных алифатических углеводородов R’, более предпочтительно линейных или разветвленных алифатических углеводородов R’, имеющих от 1 до 20, еще более предпочтительно от 1 до 16, наиболее предпочтительно от 1 до 12 и особенно предпочтительно от 1 до 4, атомов углерода на молекулу, в частности метана, этана, пропана, бутана, изобутана, пентана, изопентана, неопентана, гексана, изогексана, гептана, октана, изооктана, нонана, декана, ундекана и додекана, в частности метана, этана, пропана, бутана и изобутана.
Предпочтительно замещенные, насыщенные, мономерные алифатические фрагменты R являются производными линейных или разветвленных алифатических углеводородов R’, более предпочтительно линейных или разветвленных алифатических углеводородов R’, имеющих от 1 до 20, еще более предпочтительно 1-16, наиболее предпочтительно 1-12 и особенно предпочтительно 1-4, атомов углерода на молекулу, и, по меньшей мере, один атом галогена, выбранный из группы, состоящей из фтора и хлора.
Примеры особенно подходящих замещенных, насыщенных, мономерных алифатических фрагментов R являются производными фтор-, хлор-, дифтор-, дихлор-, хлорфтор-, трифтор-, трихлор-, дифторхлор- и фтордихлор метана; фтор-, хлор-, 1,1- и 1,2-дифтор-, 1,1- и 1,2-дихлор-, 1-хлор-1-фтор-, 1-хлор-2-фтор-, 1-дифтор-2-фтор-, 2-трифтор-, 1-дихлор-2-хлор-, 2-трихлор-, 1-дифтор-2-хлор-, 2-дифторхлор-, 1-фтор-2-дихлор- и 2-фтордихлор этана; фтор-, хлор-, дифтор-, дихлор-, трифтор-, трихлор-, тетрафтор-, тетрахлор-, пентафтор-, пентахлор-, гексафтор-, гексахлор-, гептафтор- и гептахлорпропана, а также смешанных фторхлор-замещенных пропанов; фтор-, хлор-, дифтор-, дихлор-, трифтор-, трихлор-, тетрафтор-, тетрахлор-, пентафтор-, пентахлор-, гексафтор-, гексахлор-, гептафтор-, гептахлор-, октафтор-, октахлор-, нонафтор- и нонахлор бутана и изобутана, а также смешанных фторхлор-замещенных бутанов и -изобутанов.
Предпочтительно незамещенные, насыщенные, мономерные алифатические фрагменты R, имеющие, по меньшей мере, один гетероатом, являются производными линейных или разветвленных алифатических углеводородов R’, более предпочтительно линейных или разветвленных алифатических углеводородов R’, имеющих 2-20, еще более предпочтительно 2-16, наиболее предпочтительно 2-12 и особенно предпочтительно 2-6 атомов углерода на молекулу и, по меньшей мере, один атом азота и/или атом кислорода между 2 атомами углерода.
Примеры особенно подходящих незамещенных, насыщенных, мономерных алифатических фрагментов R, имеющих, по меньшей мере, один гетероатом, являются производными диметилового эфира, метилэтилового эфира, диэтилового эфира, 2,4-диоксапентана, 2,4-оксагексана, 3,6-диоксаоктана, диметиламина, триметиламина, диэтиламина, триэтиламина, дипропиламина, и 2-окса-4-аза-пентана.
Предпочтительно замещенные, насыщенные, мономерные алифатические фрагменты R, имеющие, по меньшей мере, один гетероатом, являются производными линейных или разветвленных алифатических углеводородов R’, более предпочтительно линейных или разветвленных алифатических углеводородов R’, имеющих 2-20, еще более предпочтительно 2-16, наиболее предпочтительно 2-12 и особенно предпочтительно 2-6 атомов углерода на молекулу, по меньшей мере, один атом азота и/или атом кислорода между 2 атомами углерода и, по меньшей мере, один атом фтора и/или хлора.
Примеры особенно подходящих замещенных, насыщенных, мономерных алифатических фрагментов R, имеющих, по меньшей мере, один гетероатом, являются производными диметилового эфира, метилэтилового эфира, диэтилового эфира, 2,4-диоксапентана, 2,4-оксагексана, 3,6-диоксаоктана, диметиламина, триметиламина, диэтиламина, триэтиламина, дипропиламина, и 2-окса-4-аза-пентана, которые могут быть замещенными предпочтительно, по меньшей мере, одним атомом фтора и/или атомом хлора и/или нитрильной группой.
Предпочтительно замещенные или незамещенные, насыщенные, мономерные алифатические фрагменты R, имеющие, по меньшей мере, одну бифункциональную или трифункциональную связывающую группу, являются производными линейных или разветвленных алифатических углеводородов R’, более предпочтительно линейных или разветвленных алифатических углеводородов R’, имеющих 2-20, еще более предпочтительно 2-16, наиболее предпочтительно 2-12 и особенно предпочтительно 2-6, атомов углерода на молекулу и, по меньшей мере, одну бифункциональную или трифункциональную связывающую группу. Соответствующие углеводороды R’ также могут нести, по меньшей мере, один заместитель.
Примеры особенно подходящих замещенных или незамещенных, насыщенных, мономерных алифатических фрагментов R являются производными ацетона, метилэтилкетона, диэтилкетона, метилбутилкетона, этилбутилкетона, ацетилацетона, метилового, этилового, пропилового, бутилового и пентилового эфира муравьиной кислоты, метилового, этилового, пропилового и бутилового эфира уксусной кислоты, метилового, этилового и пропилового эфира пропионовой кислоты и метилового и этилового эфира масляной кислоты, которые могут быть замещенными предпочтительно, по меньшей мере, одним атомом фтора и/или хлора.
Предпочтительно замещенные или незамещенные, насыщенные, олигомерные или полимерные алифатические фрагменты R являются производными линейных, разветвленных, гиперразветвленных, звездообразных, дендримерных и гребнеобразных гомополимеров и сополимеров этилена, пропилена, бутилена и изобутилена. Указанные сополимеры могут содержать незначительные количества сополимеризованных высших олефинов, подобных гексену и октену. Указанные гомополимеры и сополимеры могут быть замещенными предпочтительно, по меньшей мере, одним атомом фтора и/или хлора.
Предпочтительно замещенные или незамещенные, насыщенные олигомерные или полимерные алифатические фрагменты R, содержащие, по меньшей мере, один гетероатом, в частности, по меньшей мере, один атом кислорода, являются производными линейных, разветвленных, гиперразветвленных, звездообразных, дендримерных и гребнеобразных гомополимеров и сополимеров алкилениминов, в частности этиленимина, алкиленоксидов, в частности этиленоксида, пропиленоксида, бутиленоксида и тетрагидрофурана, и виниловых простых и сложных эфиров, в частности винил метилового, этилового, пропилового и бутилового простого и сложного эфира. Указанные гомополимеры и сополимеры также могут содержать бифункциональные или трифункциональные связывающие группы, описанные выше.
Предпочтительно замещенные или незамещенные, насыщенные олигомерные или полимерные алифатические фрагменты R, содержащие, по меньшей мере, одну бифункциональную или трифункциональную, предпочтительно бифункциональную, связывающую группу, являются производными линейных, разветвленных, гиперразветвленных, звездообразных, дендримерных и гребнеобразных поликарбонатов, полиуретанов, и (со)полимеров (мет)акрилатов, в частности полиметилакрилата и полиметилметакрилата (ПММА). Указанные гомополимеры и сополимеры могут быть замещенными предпочтительно, по меньшей мере, одним атомом фтора и/или хлора.
Предпочтительно замещенные или незамещенные, ненасыщенные, мономерные и олигомерные алифатические фрагменты R являются производными обычных и известных этиленово- или ацетиленово-ненасыщенных мономеров, таких как олефины, ацетилены, акрилаты, метакрилаты, простые виниловые эфиры, сложные виниловые эфиры, простые аллиловые эфиры, сложные аллиловые эфиры, и ациклических монотерпенов, сесквитерпенов, дитерпенов, и тритерпенов, как описано в Römpp Online 2010, Thieme Chemistry, www.roempp.com, "Terpene", "Sesquiterpene", "Diterpene", и "Triterpene", причем мономеры могут быть замещенными предпочтительно, по меньшей мере, одним атомом фтора и/или хлора и/или нитрильной группой.
Примерами особенно подходящих замещенных или незамещенных, ненасыщенных, мономерных и олигомерных, алифатических фрагментов R являются этилен, пропилен, бутилен, изопрен, ацетилен, пропин, метил- и этилакрилат, метилметакрилат, виниловые простые и сложные эфиры, в частности винил метиловый, этиловый, пропиловый и бутиловый простой и сложный эфир, и аллил метиловый, этиловый, пропиловый и бутиловый простой и сложный эфир, оцимен, мирцен, цитраль, альфа- и бета-ионон и псевдоионон. Указанные мономеры могут быть замещенными предпочтительно, по меньшей мере, одним атомом фтора и/или хлора и/или нитрильной группой.
Предпочтительно замещенные или незамещенные, насыщенные циклоалифатические фрагменты R получают из насыщенных моноциклических, бициклических, трициклических, тетрациклических углеводородов, которые могут быть замещенными предпочтительно, по меньшей мере, одним атомом фтора и/или хлора и/или нитрильной группой.
Примеры особенно подходящих замещенных или незамещенных, насыщенных, циклоалифатических фрагментов R представляют собой циклопропан, циклобутан, циклопентан, циклогексан, циклогептан, циклооктан, циклодекан, о-, м- и п-ментан, ментон, каран, пинан, карон, борнилхлорид, изоборнилхлорид, камфора, борнан, норборнан, 8.9.10-тринорборнан, спиро[3.3]гептан, спиробициклогексан, декалин, гидроиндан, норкамфан, бицикло[2.2.1]октан, адамантан, твистан, и конгрессан, которые могут быть замещенными предпочтительно, по меньшей мере, одним атомом фтора и/или хлора и/или нитрильной группой.
Предпочтительно замещенные или незамещенные, насыщенные, циклоалифатические фрагменты R, содержащие, по меньшей мере, один гетероатом, являются производными насыщенных, моноциклических, бициклических, трициклических, тетрациклических углеводородов, содержащих, по меньшей мере, один гетероатом, причем эти углеводороды могут быть замещенными предпочтительно, по меньшей мере, одним атомом фтора и/или хлора и/или нитрильной группой.
Примеры особенно походящих замещенных или незамещенных, насыщенных циклоалифатических фрагментов R, содержащих, по меньшей мере, один гетероатом, в частности, по меньшей мере, один атом азота и/или атом кислорода, являются производными тетрагидрофурана, 1,4-диоксана, гамма-бутиролактона, эпсилон-капролактама, морфолина, уретидина, изооксазолидина, пирролидина, имидазолина, пиразолидина, пиперидина, пиперазина и хинуклидина, которые могут быть замещенными предпочтительно, по меньшей мере, одним атомом фтора и особенно, хлора и/или нитрильной группой.
Предпочтительно замещенные или незамещенные, ненасыщенные циклоалифатические фрагменты R являются производными ненасыщенных моноциклических, бициклических, трициклических, тетрациклических углеводородов, которые могут быть замещенными предпочтительно, по меньшей мере, одним атомом фтора и/или хлора и/или нитрильной группой.
Примеры особенно подходящих замещенных или незамещенных, ненасыщенных циклоалифатических фрагментов R являются производными циклопропена, циклобутена, циклопентена, циклопентадиена, циклогекса-1,3- и -1,2-диена, циклогептена, циклооктена, циклодецена, альфа- и гамма-терпинена, терпинолена, альфа- и бета-фелландрена, лимонена, дипентена, пулегона, карвона, карвенона, альфа- и бета-пинена, бисаболена, кадинена, бета-селинена, камфорена, и спиро[4.5]дека-1,6-диена, которые могут быть замещенными предпочтительно, по меньшей мере, одним атомом фтора и/или хлора и/или нитрильной группой.
Предпочтительно замещенные или незамещенные, насыщенные циклоалифатические фрагменты R, содержащие, по меньшей мере, один гетероатом, являются производными ненасыщенных, моноциклических, бициклических, трициклических, тетрациклических углеводородов, содержащих, по меньшей мере, один гетероатом, причем эти углеводороды могут быть замещенными предпочтительно, по меньшей мере, одним атомом фтора и/или хлора и/или нитрильной группой.
2
2
3
4
Примеры особенно подходящих замещенных или незамещенных, ненасыщенных циклоалифатических фрагментов R, содержащих, по меньшей мере, один гетероатом, в частности, по меньшей мере, один атом азота и/или атом кислорода, являются производными 2Н-пирана, 2Н-пиррола, дельта-пирролина, дельта-имидазолина, дельта-пиразола, пирроленина, и дельта-изоксазонина, причем эти углеводороды могут быть замещенными предпочтительно, по меньшей мере, одним атомом фтора и/или хлора и/или нитрильной группой.
Предпочтительно замещенные и незамещенные, мономерные ароматические фрагменты R являются производными моноциклических и пол и циклических ароматических соединений, в частности бензола, бифенила, терфенила, дифенилового эфира, дифениламина, дифенилкетона, дифенилсульфида, дифенилсульфоксида, дифенилсульфона, нафталина, индана, флуорана, флуоренона, антрацена и фенантрена, причем эти углеводороды могут быть замещенными предпочтительно, по меньшей мере, одним атомом фтора и/или хлора и/или нитрильной группой.
Предпочтительно замещенные и незамещенные, олигомерные и полимерные ароматические фрагменты R являются производными олигомеров и полимеров, содержащих ароматические группы, в частности сложных полиэфиров, особенно поли(этилентерефталата) (ПЭТ) и поли(бутилентерефталата) (ПБТ), простых полиэфиров, в частности поли(фениленоксидов), таких как поли(2,6-диметилфениленоксид), и гомополимеров и сополимеров стирола, причем олигомеры и полимеры могут быть замещенными предпочтительно, по меньшей мере, одним атомом фтора и/или хлора и/или нитрильной группой.
Предпочтительно замещенные и незамещенные, мономерные, ароматические фрагменты R, содержащие, по меньшей мере, один гетероатом, являются производными моноциклических и полициклических гетероароматических соединений, в частности гетероароматических соединений, содержащих кислород, серу и/или азот, которые могут быть замещенными предпочтительно, по меньшей мере, одним атомом фтора и/или хлора и/или нитрильной группой.
Примеры особенно подходящих замещенных и незамещенных, мономерных, ароматических структур R, содержащих, по меньшей мере, один гетероатом, являются производными фурана, тиофена, пиррола, имидазола, пиразола, изотиазола, изооксазола, триазолов, пиридина, пиразина, пиримидина, пиридазина, бензотиофена, тиантрена, изобензофурана, феноксатиина, индолизина, изоиндола, индола, пурина, изохинолина, хинолина, фталазина, 1,8-нафтиридина, хиноксалина, хиназолина, циннолина, птеридина, карбазола, акридина и фенантридина, которые могут быть замещенными предпочтительно, по меньшей мере, одним атомом фтора и/или хлора и/или нитрильной группой.
Как уже пояснялось выше, описанные выше фрагменты R могут быть объединены друг с другом любым способом с формированием различных R из общей формулы I. Таким образом, посредством примера, фрагмент R, производный бензола, может быть объединен с фрагментом R, производным сополимера этиленоксида, через простую эфирную группу, чтобы придать N-замещенному диазений диоксиду (А) более высокую растворимость в воде.
Более предпочтительно фрагменты R являются производными мономерных, насыщенных, алифатических и циклоалифатических и мономерных ароматических соединений, еще более предпочтительно незамещенных, мономерных, насыщенных, алифатических и циклоалифатических и незамещенных мономерных ароматических соединений, в частности метана, этана, пропана, бутана, циклопентана, циклогексана и бензола.
Наиболее предпочтительно N-замещенный диазений диоксид (А) выбирают из группы, состоящей из N-метил-, N-этил-, N-пропил-, N-бутил-, N-циклогексил- и N-фенил-диазений диоксида.
Предпочтительно соли N-замещенных N’-гидрокси-диазений оксидов (А) имеют общую формулу II:
,
где переменная R имеет указанное выше значение, и индексы n и m. оба представляют собой числа от 1 до 1000, предпочтительно от 1 до 500, более предпочтительно от 1 до 100, еще более предпочтительно от 1 до 50 и наиболее предпочтительно от 1 до 10.
Когда остаток R является олигомерным или полимерным фрагментом, числа n и m необязательно должны быть целыми числами, но также могут быть дробными. Это обусловлено статистической природой олигомерных и полимерных фрагментов. Когда остаток R представляет собой мономерный фрагмент, числа n и m обычно представляют собой целые числа.
Переменная М обозначает катион, который выбран из группы, состоящей из органического и неорганического, мономерного, олигомерного и полимерного катионов.
Примеры подходящих мономерных органических катионов представляют собой первичные, вторичные, третичные и четверичные катионы аммония, первичные, вторичные и третичные катионы фосфония и первичные и вторичные катионы сульфония, в частности катион тетраметиламмония.
Примерами подходящих олигомерных и полимерных катионов являются олигомеры и полимеры, содержащие первичные, вторичные, третичные и четверичные катионы аммония, первичные, вторичные и третичные катионы фосфония и первичные и вторичные катионы сульфония, в частности катионные полиэтиленимины.
Примерами подходящих неорганических катионов являются катионы аммония, лития, натрия, калия, рубидия, цезия, магния, кальция, стронция, бария, алюминия, галлия, индия, германия, олова, свинца, сурьмы, висмута, скандия, иттрия, лантана, редкоземельных металлов, титана, циркония, гафния, ванадия, ниобия, тантала, хрома, молибдена, вольфрама, марганца, рения, железа, рутения, осмия, кобальта, родия, иридия, никеля, палладия, платины, меди, серебра, золота, цинка и кадмия, предпочтительно катионы аммония, лития, натрия и калия.
Наиболее предпочтительно соли N’-гидрокси-диазений диоксидов (А) выбраны из группы, состоящей из аммониевой, литиевой, натриевой и калиевой соли N-метил-, N-этил-, N-пропил-, N-бутил, N-циклогексил- и N-фенил-N’-гидрокси-диазений диоксида.
Концентрация N-замещенных диазений диоксидов (А) и/или солей N-замещенных N’-гидрокси-диазений оксидов (А) в композиции по изобретению может варьироваться в широких пределах и, следовательно, может наиболее успешным образом подбираться для конкретной композиции, способа и применения по изобретению. Предпочтительно композиция по изобретению содержит в пересчете на ее полный вес 0,01-1000 част./млн, более предпочтительно 0,05-750 част./млн, еще более предпочтительно от 0,075-500 част./млн и наиболее предпочтительно 0,1-500 част./млн соединения (А).
Вторым основным ингредиентом композиции по изобретению является, по меньшей мере, один тип абразивных частиц (В).
В принципе, в качестве ингредиента (В) может использоваться любой природный или синтетический абразивный материал из твердых частиц, обычно используемый в области полирования, в частности химико-механического полирования или планаризации (ХМП). Предпочтительно абразивные частицы (В) выбраны из группы, состоящей из оксида алюминия, диоксида кремния, нитрида кремния, карбида кремния, диоксида титана, диоксида циркония, оксида церия, оксида цинка и их смесей.
Средний размер абразивных частиц (В) может варьироваться в широких пределах и, следовательно, может быть наиболее выгодным образом приведен в соответствие с конкретными требованиями композиции, способа и применения по изобретению. Предпочтительно средний размер частиц, определенный с помощью динамического рассеяния лазерного излучения, находится в интервале от 1 до 2000 нм, предпочтительно 1-1000 нм, более предпочтительно 1-750 и наиболее предпочтительно 1-500 нм.
Наиболее предпочтительно абразивные частицы (В) содержат оксид церия или состоят из него.
Абразивные частицы (В), которые содержат оксид церия, могут содержать незначительные количества оксидов других редкоземельных металлов.
Предпочтительно абразивные частицы (В), которые содержат оксид церия, представляют собой композитные частицы (В), содержащие ядро, содержащее или состоящее из, по меньшей мере, одного другого абразивного материала из твердых частиц, который является отличным от оксида церия, в частности из оксида алюминия, оксида кремния, оксида титана, оксида циркония, оксида цинка и их смесей.
Такие композитные частицы (В) известны, например, из международной патентной заявки WO 2005/035688 А1, американских патентов US 6110396, US 6238469 B1, 6645265В1, статей K.S. Choi et al., Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol.671. 2001 Materials Research Society, M5.8.1 to M5.8.10, S.-H. Lee et al., J. Mater. Res., Vol.17, No. 10, (2002), pages 2744 to 2749, A. Jindal et al., Journal of the Electrochemical Society, 150 (5) G314-G318 (2003), Z. Lu, Journal of Materials Research, Vol.18, No. 10, October 2003, Materials Research Society, или S. Hedge et al., Electrochemical and Solid-State Letters, 7 (12) G316-G318 (2004).
Наиболее предпочтительно композитные частицы (В) представляют собой покрытые частицы типа малина, содержащие ядро, выбранное из группы, состоящей из оксида алюминия, оксида кремния, оксида титана, оксида циркония, оксида цинка и их смесей, с размером ядра от 20 до 100 нм, где это ядро покрыто частицами оксида церия, имеющими размер частиц меньше 10 нм.
Количество абразивных частиц (В), используемое в композиции по изобретению, может варьироваться в широких пределах и, следовательно, может быть наиболее выгодным образом приведено в соответствие с конкретными требованиями данной композиции и способа по изобретению. Предпочтительно композиция по изобретению содержит 0,005-10% мас., более предпочтительно 0,01-8% мас. и наиболее предпочтительно 0,01-6% мас. абразивных частиц (В), где массовые проценты указаны в пересчете на полный вес композиции по изобретению.
Композиция по изобретению может содержать, по меньшей мере, один функциональный компонент (С), который является отличным от ингредиентов или компонентов (А) и (В).
Предпочтительно функциональный компонент (С) выбран из группы соединений, традиционно используемых в суспензиях ХМП на основе оксида церия. Примеры таких соединений (С) описаны вначале и описаны, например, Y.N. Prasad et al. в статье в Electrochemical and Solid-State Letters, 9 (12) G337-G339 (2006), Hyun-Goo Kang et al. в Journal of Material Research, volume 22, No. 3, 2007, pages 777 to 787, S. Kim et al. в Journal of Colloid and Interface Science, 319 (2008), pages 48 to 52, S.V. Babu et al. в Electrochemical and Solid-State Letters, 7 (12) G327-G330 (2004), Jae-Dong Lee et al. в Journal of Electrochemical Society, 149 (8) G477-G481, 2002, в американских патентах US 5738800, US 6042741, US 6132637, US 6218305 В, US 5759917, US 6689692 B1, US 6984588 B2, US 6299659 B1, US 6626968 B2, US 6436835 B1, US 6491843 B1, US 6544892 B2, US 6627107 B2, US 6616514 B1 и US 7071105 B2, в американских патентных заявках US 2002/0034875 А1, US 2006/0144824 A1, US 2006/0207188 A1, US 2006/0216935 A1, US 2007/0077865 A1, US 2007/0175104 A1, US 2007/0191244 A1 и US 2007/0218811 A1, и в японской патентной заявке JP 2005-336400 А.
Кроме того, функциональный компонент (С) выбирается из группы, состоящей из органических, неорганических и гибридных органическо-неорганических абразивных частиц, являющихся отличными от частиц (В), из материалов, имеющих нижнюю критическую температуру растворения (НКТР) или верхнюю критическую температуру растворения (ВКТР), окисляющих агентов, пассивирующих агентов, агентов для обращения заряда, полиолов, имеющих, по меньшей мере, 3 гидроксильные группы, которые являются недиссоциируемыми в водной среде, олигомеров и полимеров, образованных из, по меньшей мере, одного мономера, имеющего, по меньшей мере, 3 гидроксильные группы, которые являются недиссоциируемыми в водной среде, комплексообразующих или хелатообразующих агентов, агентов, повышающих истирание, стабилизирующих агентов, агентов, регулирующих текучесть, поверхностно-активных веществ, катионов металлов и органических растворителей.
Подходящие органические абразивные частицы (С) и их эффективные количества известны, например, из американской патентной заявки US 2008/0254628 А1, стр.4, абзац [0054], или из международной патентной заявки WO 2005/014753 А1, где описаны твердые частицы, состоящие из меламина и производных меламина, таких как ацетогуанамин, бензогуанамин и дициандиамид.
Подходящие неорганические абразивные частицы (С) и их эффективные количества известны, например, из международной патентной заявки WO 2005/014753 А1, стр.12, строки 1-8, или из американского патента US 6068787, колонка 6, строка 41 - колонка 7, строка 65.
Подходящие гибридные органически-неорганические абразивные частицы (С) и их эффективные количества известны, например, из американских патентных заявок US 2008/0254628 А1, страница 4, абзац [0054] или US 2009/0013609 А1, стр.3, абзац [0047] - стр.6, абзац [0087].
Подходящие окисляющие агенты (С) и их эффективные количества известны, например, из европейской патентной заявки ЕР 1036836 А1, стр.8, абзацы [0074] и [0075], или из американских патентов US 6068787, колонка 4, строка 40 - колонка 7, строка 45, или US 7300601 В2, колонка 4, строки 18-34. Предпочтительно используют органические и неорганические пероксид, более предпочтительно неорганические пероксиды. В частности, используют пероксид водорода.
Подходящие пассивирующие агенты (С) и их эффективные количества известны, например, из американского патента US 7300601 В2, колонка 3, строка 59 - колонка 4, строка 9 или из американской патентной заявки US 2008/0254628 А1, абзац [0058], соединяющий страницы 4 и 5.
Подходящие комплексообразующие или хелатообразующие агенты (С), которые иногда также именуются агентами, повышающими истирание (см. американская патентная заявка US 2008/0254628 А1, стр.5, абзац [0061]), или агенты для травления или травильные средства (см. американскую патентную заявку US 2008/0254628 А1, стр.4, абзац [0054]), и их эффективные количества известны, например, из американского патента US 7300601 В2, колонка 4, строки 35-48. Наиболее предпочтительно используются аминокислоты, в частности глицин, и, кроме того, дициандиамид и триазины, содержащие, по меньшей мере, одну, предпочтительно две и более предпочтительно три, первичных аминогруппы, такие как меламин и растворимые в воде гуанамины, особенно меламин, формогуанамин, ацетогуанамин и 2,4-диамино-6-этил-1,3,5-триазин.
Подходящие стабилизирующие агенты (С) и их эффективные количества известны, например, из американского патента US 6068787, колонка 8, строки 4-56.
Подходящие агенты, регулирующие текучесть, (С) и их эффективные количества известны, например, из американской патентной заявки US 2008/0254628 А1, стр.5, абзац [0065] - стр.6, абзац [0069].
Подходящие поверхностно-активные вещества (С) и их эффективные количества известны, например, из международной патентной заявки WO 2005/014753 А1, стр.8, строка 23 - стр.10, строка 17, или из американского патента US 7300601 В2, колонка 5, строка 4 - колонка 6, строка 8.
Подходящие поливалентные ионы металлов (С) и их эффективные количества известны, например, из европейской патентной заявки ЕР 1036836 А1, стр.8, абзац [0076] - стр.9, абзац [0078].
Подходящие органические растворители (С) и их эффективные количества известны, например, из американского патента US 7361603 В2, колонка 7, строки 32-48 или американской патентной заявки US 2008/0254628 А1, стр.5, абзац [0059].
Подходящие материалы (С), демонстрирующие нижнюю критическую температуру растворения (НКТР) или верхнюю критическую температуру растворения (ВКТР), описаны, например, в статье Н. Mori, H. Iwaya, A. Nagai and Т. Endo, Controlled synthesis of thermoresponsive polymers, derived from L-proline via RAFT polymerization, в Chemical Communication, 2005, 4872-4874; или в статье D. Schmaljohann, Thermo- and pH-responsive polymers and drug delivery, Advanced Drug Delivery Reviews, volume 58 (2006), 1655-1670 или в американских патентных заявках US 2002/0198328 А1, US 2004/0209095 А1, US 2004/0217009 А1, US 2006/0141254 А1, US 2007/0029198 А1, US 2007/0289875 А1, US 2008/0249210 А1, US 2008/0050435 А1 или US 2009/0013609 А1, американских патентах US 5057560, US 578882 и US 6682642 В2, международных патентных заявках WO 01/60926 А1, WO 2004/029160 А1, WO 2004/0521946 А1, WO 2006/093242 A2 или WO 2007/012763 А1, в европейских патентных заявках ЕР 0583814 А1, ЕР 1197587 В1 и ЕР 1942179 А1, или в немецкой патентной заявке DE 2610705; или они продаются под торговыми марками Pluronic™, Tetronic™ и Basensol™ компаниями BASF Corporation и BASF SE, как показано в брошюре компании BASF Corporation "Pluronic™ & Tetronic™ Block Copolymer Surfactants, 1996", или в американском патенте US 2006/0213780 A1.
В первом успешном и предпочтительном варианте выполнения изобретения композиция по изобретению содержит, по меньшей мере, один агент для обращения заряда (С).
В принципе, может быть использован любой известный агент для обращения заряда (С), обычно используемый в области ХМП. Предпочтительно агент для обращения заряда (С) выбран из группы, состоящей из мономерных, олигомерных и полимерных соединений, содержащих, по меньшей мере, одну анионную группу, выбранную из группы, состоящей из карбоксилатных, сульфинатных, сульфатных, фосфонатных и фосфатных групп. Примеры особенно подходящих агентов для обращения заряда (С) описаны, например, в американском патенте US 7265055 В2, колонка 4, строки 24-45, или в японской патентной заявке JP 2005-336400 (см. пункты формулы изобретения с 1 по 6).
Концентрация агента для обращения заряда (С) в композиции по изобретению может варьироваться в широких пределах и, следовательно, может быть наиболее выгодным образом приведена в соответствие с конкретными требованиями данной композиции, способа и применения по изобретению. Предпочтительно агент для обращения заряда (С) используют в таких количествах, чтобы весовое отношение оксида церия к агенту для обращения заряда (С) составляло от 10 до 2000 и более предпочтительно от 20 до 1000.
Во втором выгодном и предпочтительном варианте выполнения изобретения композиция по изобретению содержит, по меньшей мере, один органический полиол (С) и, более предпочтительно, по меньшей мере, два органических полиола (С), имеющих, по меньшей мере, 3 гидроксильные группы, которые являются недиссоциируемыми в водной среде и/или олигомеры и полимеры, образованные из, по меньшей мере, одного мономера, имеющего, по меньшей мере, 3 гидроксильные группы, которые являются недиссоциируемыми в водной среде.
Более предпочтительно органический(-е) полиол или полиолы (С) выбран или выбраны из группы, состоящей из моносахаридов, дисахаридов, олигосахаридов, полисахаридов, дезоксисахаров, аминосахаров, альдоновых кислот, кетоальдоновых кислот, уроновых кислот, альдаровых кислот, сахарных спиртов и циклитов, еще более предпочтительно моносахаридовов и циклитов и особенно предпочтительно галактозы и мио-, сцилло-, муко-, хиро-, нео-, алло-, эпи- и цис-инозита. Наиболее предпочтительно используют галактозу и мио-инозит в качестве органических полиолов (С).
Концентрация органических полиолов (С) в композиции по изобретению может варьироваться в широких пределах и, следовательно, может быть наиболее выгодным образом приведена в соответствие с конкретными требованиями композиции, способа и применения по изобретению. Предпочтительно композиция по изобретению содержит органические полиолы (С) в количествах от 0,001 до 5% мас., более предпочтительно от 0,005 до 4% мас., еще более предпочтительно от 0,01 до 2% мас. и наиболее предпочтительно от 0,01 до 1% мас., где массовые проценты указаны в пересчете на полный вес композиции по изобретению.
В третьем наиболее выгодном и наиболее предпочтительном варианте выполнения изобретения композиция по изобретению содержит описанные выше агенты для обращения заряда (С) и органические полиолы (С).
Если он присутствует, функциональный компонент (С) может содержаться в варьирующихся количествах. Предпочтительно полное количество (С) составляет не более 10% мас. («% мас.» означает массовый процент), более предпочтительно не более 2% мас., наиболее предпочтительно не более 0,5% мас., особенно не более 0,1% мас., например не более 0,01% мас., в пересчете на полный вес соответствующей композиции ХМП. Предпочтительно полное количество (С) составляет, по меньшей мере, 0,0001% мас., более предпочтительно, по меньшей мере, 0,001% мас., наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 0,008% мас., особенно, по меньшей мере, 0,05% мас., например, по меньшей мере, 0,3% мас., в пересчете на полный вес соответствующей композиции.
Композиция по изобретению может необязательно содержать, по меньшей мере, один агент, регулирующий pH, или буферный агент (D), который существенно отличается от ингредиентов (А) и (В).
Подходящие агенты, регулирующие pH, или буферные агенты (D) и их эффективные количества известны, например, из европейской патентной заявки ЕР 1036836 А1, стр.8, абзацы [0080], [0085] и [0086], международной патентной заявки WO 2005/014753 А1, стр.12, строки 19-24, американской патентной заявки US 2008/0254628 А1, стр.6, абзац [0073], или американского патента US 7300601 В2, колонка 5, строки 33-63. Примеры агентов, регулирующих pH, или буферных агентов (D) представляют собой гидроксид калия, гидроксид аммония, гидроксид тетраметиламмония (ТМАГ), азотную кислоту и серную кислоту.
Если он присутствует, агент, регулирующий pH, или буферный агент (D) может содержаться в варьируемых количествах. Предпочтительно полное количество (D) составляет не более 20% мас., более предпочтительно не более 7% мас., наиболее предпочтительно не более 2% мас., особенно не более 0,5% мас., например не более 0,1% мас., относительно полного веса соответствующей композиции ХМП. Предпочтительно полное 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, по меньшей мере, 0,1% мас., например, по меньшей мере, 0,5% мас., в пересчете на полный вес соответствующей композиции.
Предпочтительно pH композиции по изобретению установлена между 3 и 10, более предпочтительно между 4 и 8, еще более предпочтительно между 4 и 7 и наиболее предпочтительно между 5 и 7, предпочтительно с использованием вышеуказанных агентов, регулирующих pH, (D).
Получение композиции по изобретению не требует никаких особенных средств, а может быть проведено путем растворения или диспергирования описанных выше ингредиентов (А) и (В) и, необязательно, (С) и/или (D) в водной среде, в частности в деионизированной воде. С этой целью могут использоваться традиционные и стандартные способы смешивания и смешивающие аппараты, такие как сосуды с мешалкой, аппараты для растворения, встроенные в технологическую линию, импеллеры высокого сдвига, ультразвуковые смесители, гомогенизирующие форсунки или противоточные смесители. Предпочтительно композиция по изобретению, полученная таким образом, может фильтроваться через фильтры с требуемым размером ячеек, чтобы удалить частицы грубого помола, такие как агломераты или агрегаты твердых, мелкодисперсных абразивных частиц (В).
Наиболее неожиданно, N-замещенные диазений диоксиды и соли N-замещенных N’-гидрокси-диазений оксидов (А) наиболее превосходно подходят для применения по изобретению, то есть для производства механических, электрических и оптических устройств.
В частности, эти электрические устройства представляют собой устройства с ИС, жидкокристаллические панели, органические электролюминесцентные панели, печатные платы, микромеханизмы, ДНК чипы, микрозаводы и магнитные головки; примерами механических устройств являются механические устройства высокой точности; а примерами оптических устройств являются оптические устройства, такие как фотомаски, линзы и призмы, неорганические электропроводные пленки, такие как из оксида индия-олова (ITO), оптические интегральные схемы, оптические переключатели, оптические волноводы, оптические микрокристаллы, такие как торцевые поверхности оптических волокон и сцинтилляторов, монокристаллы твердотельных лазеров, сапфировые субстраты для голубых лазерных светоиспускающих диодов, полупроводниковые монокристаллы, и стеклянные подложки для магнитных дисков.
Более предпочтительно N-замещенные диазений диоксиды и соли N-замещенных N’-гидрокси-диазений оксидов (А) и композиции по изобретению, в которых они содержатся, используются для производства устройств, содержащих интегральные схемы, в частности большие интегральные схемы или сверхбольшие интегральные схемы, имеющие фрагменты с размерами ниже 50 нм.
Наиболее предпочтительно эти композиции по изобретению превосходно подходят для способа по изобретению.
В способе по изобретению материал подложки для электрических, механических и оптических устройств, в частности электрических устройств, наиболее предпочтительно устройств с интегральной схемой, приводят в контакт, по меньшей мере, один раз с композицией по изобретению и полируют, в частности химически и механически полируют, пока не достигают желательной плоскостности.
Способ по изобретению демонстрирует особые преимущества в ХМП кремниевых полупроводниковых пластин, имеющих изолирующие слои, состоящие из материалов с низкой или ультранизкой диэлектрической проницаемостью, и слоев из нитрида кремния и/или слоев из полисилоксана.
Подходящие материалы с низкой или ультранизкой диэлектрической проницаемостью и подходящие методы получения изолирующих диэлектрических слоев описаны, например, в американских патентных заявках US 2005/0176259 А1, стр.2, абзацы [0025]-[0027], US 2005/0014667 А1, стр.1, абзац [0003], US 2005/0266683 А1, стр.1, абзац [0003] и стр.2, абзац [0024], или US 2008/0280452 А1, абзацы [0024]-[0026], или в американском патенте US 7250391 В2, колонка 1, строки 49-54, или в европейской патентной заявке ЕР 1306415 А2, стр.4, абзац [0031].
Способ по изобретению особенно подходит для узкощелевой изоляции (УЩИ), которая требует селективного удаления диоксида кремния до нитрида кремния на структурированной подложке пластины. В этом процессе вытравленные канавки переполняются диэлектрическим материалом, например диоксидом кремния, который полируется с использованием барьерной пленки из нитрида кремния в качестве тормозящего слоя. В этом предпочтительном варианте выполнения изобретения способ по изобретению оканчивается очищением диоксида кремния с барьерной пленки при минимизации удаления обнаженного нитрида кремния и оксида кремния в углублениях.
Способ по изобретению не требует никаких особенных средств, а может быть проведен с помощью процессов и оборудования, обычно используемых для ХМП в изготовлении полупроводниковых пластин с ИС.
Как известно в уровне техники, типичное оборудование для ХМП состоит из вращающейся платформы, которая покрыта полировальником (полировальной подушкой). Пластина установлена на носителе или держателе, где ее верхняя сторона расположена вниз, лицом к полировальнику. Носитель удерживает пластину в горизонтальном положении. Такой конкретный порядок расположения полирующего и удерживающего устройства также известен как конструкция с зафиксированной платформой. Носитель может держать подушку носителя, которая находится между удерживающей поверхностью носителя и поверхностью пластины, которая неотполирована. Эта подушка может работать в качестве смягчающей подкладки для пластины.
Под носителем также обычно находится платформа (тарелка) большего диаметра в горизонтальном положении, который представляет собой поверхность, параллельную поверхности пластины, которую будут полировать. Ее полировальник контактирует с поверхностью пластины в ходе процесса планаризации. В ходе способа ХМП по изобретению композиция по изобретению наносится на полировальник в виде непрерывного потока или по каплям.
Как носителю, так и опорной платформе придается вращение вокруг их соответствующих осей, которые проходят перпендикулярно носителю и платформе. Вращающийся вал носителя может оставаться зафиксированным в положении относительно вращающейся платформы или может испытывать горизонтальные колебания по отношению к платформе. Направление вращения носителя обычно, хотя необязательно, является таким же, как направление вращения платформы. Скорости вращения носителя и платформы обычно, хотя необязательно, установлены на разные значения.
Традиционно температура платформы установлена на температуру между 10 и 70°С.
Более подробно методика описана в международной патентной заявке WO 2004/063301 А1, в частности стр.16, абзац [0036] - стр.18, абзац [0040] в сочетании с фигурой 1.
Посредством процесса по изобретению могут быть получены полупроводниковые пластины с ИС, содержащие структурированные слои материала с низкой и ультранизкой диэлектрической проницаемостью, в частности слои диоксида кремния, имеющие превосходную плоскостность. Следовательно, могут быть получены структуры, изготовленные с использованием дамасской медной технологии, которые также имеют превосходную плоскостность и в готовой ИС превосходные электрические свойства.
Примеры
Получение композиций 1-3 (примеры 1-3), содержащих калиевую соль N-циклогексил-N’-гидрокси-диазений диоксида, и композиции С1 и С2 (сравнительные эксперименты С1 и С2)
Для примеров с 1 по 3 и сравнительных экспериментов С1 и С2 получали композиции с 1 по 3 и С1 и С2 растворением и диспергированием ингредиентов в ультрачистой деионизированной воде. Таблица 1 показывает количества использованных ингредиентов.
Таблица 1
Количества ингредиентов, используемых для получения композиций 1-3 и С1 и С2
Сравнительный эксперимент / пример номер
Оксид церия (% мас.)
Агент для обращения заряда
ЦГДДК<sup>b)</sup> (част./млн)
Галактоза (% мас.)
Мио-инозит (% мас.)
pH
С1
0,1
Пф<sup>а)</sup>
-
-
-
6,6
С2
0,1
Пф<sup>а)</sup>
-
0,05
-
6,6
1
0,1
Пф<sup>а)</sup>
12,5
-
-
6,6
2
0,1
Пф<sup>а)</sup>
12,5
0,05
-
6,6
3
0,1
Пф<sup>а)</sup>
12,5
0,05
0,25
6,6
а) Полифосфат; массовое отношение оксида церия к полифосфату = 200;
б) Калиевая соль N-циклогексил-N’-гидрокси-диазений диоксида
Примеры 4-6 и сравнительные эксперименты С3 и С4
Селективность композиций, содержащих калиевую соль N-циклогексил-N’-гидрокси-диазений диоксида (примеры 4-6), и композиций, не содержащих этой соли (сравнительные эксперименты С3 и С4), по отношению к диоксиду кремния по сравнению с нитридом кремния
Композицию 1 из примера 1 использовали для примера 4, композицию 2 из примера 2 использовали для примера 5, а композицию 3 из примера 3 использовали для примера 6.
Композицию С1 из сравнительного эксперимента С1 использовали для сравнительного эксперимента С3, а композицию С2 из сравнительного эксперимента С2 использовали для этого сравнительного эксперимента С4.
Для определения селективности по отношению к оксиду кремния по сравнению с нитридом кремния в примерах 4-6 и сравнительных экспериментах С3 и С4 использовали кремниевые пластины, содержащие слои оксида или нитрида кремния.
Скорости полирования (то есть скорость удаления материала, material removal rate, MRR) определяли разностью по весу. В этом отношении 1,9 кг/л использовали в качестве плотности термического диоксида кремния и 3,44 кг/л использовали в качестве плотности нитрида кремния для расчета MRR пластин перед и после ХМП с помощью весов Sartorius LA310 S или рефлектометра Filmmetrics F50. Эксперименты по полированию проводили с помощью Strasbaugh nSpire (модель 6ЕС), подвижного удерживающего кольца ViPRR в качестве носителя со следующими параметрами:
- усилие прижатия: 3,5 фунтов на кв. дюйм (240 мбар);
- давление с обратной стороны: 0,5 фунтов на кв. дюйм (34,5 мбар);
- давление удерживающего кольца: 2,5 фунтов на кв. дюйм (172 мбар);
- скорость полировальной платформы/носителя: 95/85 об/мин;
- скорость подачи суспензии: 200 мл/мин;
- время полировки: 60 с
- придание требуемых характеристик подушке: in situ (9,2-9,0 фунтов, 41 Н);
- полировальник: наборная подушка 1С1000 А2, с канавками ху и k (R&H)
- задняя пленка: Strasbaugh, DF200 (136 отверстий)
- диск, придающие требуемые характеристики: Strasbaugh sasol.
Следующая таблица 2 дает обзор полученных MRR и рассчитанных селективностей по отношению к диоксиду кремния по сравнению с нитридом кремния.
Таблица 2
Скорости удаления материала и селективности диоксида кремния по сравнению с нитридом кремния композиций с 1 по 3 (примеры с 4 по 6) и С1 и С2 (сравнительные эксперименты С3 и С4)
Сравнительный эксперимент/ пример номер
MRR<sup>a)</sup> SiO<sub>2</sub>
MRR<sup>a)</sup> Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub>
Селективность SiO<sub>2</sub>/Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub>
С3
1082
83
13
С4
940
15
61
4
971
32
30
5
1033
8
124
6
1057<sup>b)</sup>
3
352<sup>c)</sup>
a) скорость удаления материала [ангстрем/минута]
b) MRR (скорость удаления материала [ангстрем/минута]) ТЭОС (тетраэтилортосиликат)
c) селективность ТЭОС/Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub>
Результаты, показанные в таблице 2, делают очевидным, что селективность по отношению к диоксиду кремния по сравнению с нитридом кремния может быть значительно увеличена при помощи соли N-замещенного N’-гидрокси-диазений диоксида, в частности, в сочетании с моносахаридом или моносахаридом и циклитом.
Хотя композиция С2, не содержащая соли N-замещенного N’-гидрокси-диазений оксида, а содержащая моносахарид, показала сравнительно высокую селективность диоксида кремния по сравнению с нитридом кремния, композиция С2 подвергалась воздействию бактериями и грибками при хранении.