ВОДНАЯ ПОЛИРУЮЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ И СПОСОБ ХИМИКО-МЕХАНИЧЕСКОГО ПОЛИРОВАНИЯ ПОДЛОЖЕК, СОДЕРЖАЩИХ ПЛЕНКИ НА ОСНОВЕ ОКСИДКРЕМНИЕВОГО ДИЭЛЕКТРИКА И НА ОСНОВЕ ПОЛИКРЕМНИЯ
AQUEOUS POLISHING COMPOSITION AND METHOD FOR CHEMICAL-MECHANICAL POLISHING OF SUBSTRATES, CONTAINING FILM BASED ON SILICON OXIDE DIELECTRIC AND BASED ON POLYCRYSTALLINE SILICON

Данное изобретение относится к новым водным полирующим композициям, которые особенно подходят для полирования полупроводниковых подложек, содержащих пленки на основе оксидкремниевого диэлектрика и поликремния, необязательно содержащих пленки на основе нитрида кремния.
Кроме того, данное изобретение относится к новому способу полирования подложек для производства электрических, механических и оптических устройств, где указанные подложки содержат оксидкремниевые и поликремневые пленки, необязательно содержащие пленки на основе нитрида кремния.
Цитируемые документы
Документы, цитируемые в настоящем описании, включены сюда путем ссылки во всей полноте.
Уровень техники
Химико-механическая планаризация или химико-механическое полирование (ХМП) является основным процессом, позволяющим достигнуть локальной и глобальной плоскостности интегральных схем (ИС). В этой методике обычно используются ХМП композиции или суспензии, содержащие абразивы и другие добавки, в качестве активных химических составов между вращающейся поверхностью подложки и полировальником с приложением нагрузки. Таким образом, процесс ХМП сочетает физический процесс, такой как шлифование, с химическим процессом, таким как окисление или хелатообразование. Для удаления или полировки 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 субстрата 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 требуемой многослойной ИС путем последующих фотолитографии, формирования рельефа, травления и тонкопленочной обработки.
Узкощелевая изоляция (УЩИ) является особым применением ХМП, который обычно требует селективного удаления диоксида кремния до нитрида кремния на структурированной пластине в качестве субстрата. В этом случае, протравленные углубления переполняются диэлектрическим материалом, например диоксидом кремния, который полируют с применением защитной пленки на основе нитрида кремния в качестве тормозящего слоя. ХМП заканчивается очищением диоксида кремния с защитной пленки при минимизации удаления обнаженного нитрида кремния и расположенного в щели (углублении) оксида кремния.
Это требует применения суспензий ХМП, способных давать высокое отношение скорости удаления диоксида кремния (material removal rate, MRR) к скорости удаления нитрида кремния (MRR), при этом в данной области техники такое соотношение также обозначается как «селективность оксид/нитрид» («oxide-to-nitride selectivity»).
В последнее время поликремневые пленки также применяют в качестве защитных пленок или в качестве материала для электродов (см. патент США US 6,626,968 B2). Поэтому становится крайне желательно получить суспензии ХМП и способы, которые позволяют проводить глобальную плоскостность подложек, содержащих пленки на основе оксидкремниевого диэлектрика и поликремния. Требуются суспензии ХМП, демонстрирующие высокую селективность оксид/поликремний.
Еще более предпочтительно получить суспензии ХМП и способы, которые позволяют получить глобальную плоскостность подложек, дополнительно содержащих пленки на основе нитрида кремния.
В этом случае селективность оксид/нитрид не должна быть слишком высокой, для того чтобы избежать впадин и других повреждений и дефектов в глобально планаризованной, гетерогенной, структурированной поверхности, содержащей области на основе оксида кремния, нитрида кремния и поликремния. Однако селективность нитрид/поликремний должна быть тоже высокой.
ХМП суспензии на основе диоксида церия привлекли значительное внимание в области применения УЩИ благодаря их способности достигать сравнительно высокой селективности оксид/нитрид из-за высокого химического сродства диоксида церия к диоксиду кремния, которое также называется в данной области техники как химическим эффектом «зубчатого зацепления» диоксида церия.
Тем не менее, селективность оксид/поликремний суспензий ХМП на основе диоксида церия должна быть улучшена за счет добавок, которые «подгоняют» селективность.
Было предпринято множество попыток подогнать селективность суспензий ХМП на основе диоксида церия.
Так, Jae-Don Lee et al. описывают в Journal of the Electrochemical Society, 149 (8), G477-G481, 2002, влияние неионогенных поверхностно-активных веществ с различным гидрофильно-липофильным балансом (ГЛБ), таких как полиэтиленоксиды, сополимеры этиленоксида и пропиленоксида, и триблоксополимеры этиленоксид-пропиленоксид-этиленоксид, на селективность оксид/поликремний во время ХМП. Однако пирогенный кремнезем применяют в качестве абразива и селективность оксид/нитрид не упоминается.
В заявке на патент США US 2002/0034875 А1 и патенте США US 6,626,968 В2 описана суспензия ХМП на основе диоксида церия, содержащая 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 липофильную 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 диоксида церия увеличивает селективность оксид/поликремний.
В патенте США US 6,645,051 В2 описаны суспензии ХМП на основе диоксида церия для полирования подложек для жестких дисков памяти, содержащие, по меньшей мере, одно неионогенное поверхностно-активное средство, выбранное из группы, состоящей из алкиловых эфиров полиоксиэтилена и полиоксипропилена и сополимеров полиоксиэтилена и полиоксипропилена.
В американской патентной заявке US 2003/0228762 А1 описана суспензия ХМП для полирования подложек, содержащих диэлектрическую пленку с низкой диэлектрической проницаемостью, где указанная суспензия ХМП содержит
- абразивные частицы, выбранные из группы, состоящей из оксида алюминия, диоксида кремния, диоксида титана, диоксида церия, диоксида циркония, оксида германия, оксида магния и их совместно образованных продуктов; и
- амфифильные неионогенные поверхностно-активные вещества, имеющие, по меньшей мере, одну гидрофобную головную группу и, по меньшей мере, одну гидрофильную хвостовую группу.
1-4
6-30
6-12
Согласно US 2003/0228762 А1, подходящие головные группы включают полисилоксаны, тетра-C-алкилдецины, насыщенные или частично ненасыщенные C алкильные группы, полиоксипропиленовые группы, C алкилфенильные или алкилциклогексильные группы и полиэтиленовые группы. Подходящие хвостовые группы включают полиоксиэтиленовые группы. Таким образом, амфифильное неионогенное поверхностно-активное вещество может быть выбрано из группы, состоящей из алкиловых простых или сложных эфиров полиоксиэтилена.
В заявке на патент США US 2006/0124594 А1 описана суспензия ХМП на основе диоксида церия, имеющая вязкость, по меньшей мере, 1,5 сП, и содержащая агент, повышающий вязкость, включающий неионогенный полимер, такой как полиэтиленгликоль (ПЭГ). Указывается, что суспензия ХМП на основе диоксида церия имеет высокую селективность оксид/нитрид и низкую неоднородность в пределах пластины (НОВП).
Американская патентная заявка US 2006/0216935 А1 раскрывает суспензию ХМП на основе диоксида церия, содержащую белок, 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 диоксида 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 диоксида церия щадяще удаляет диоксид кремния в канавках, тем самым позволяя проводить полирование, распространяющееся за пределы краев без значительного повышения минимальной высоты ступени.
В американской патентной заявке US 2007/0077865 А1 описывается суспензия ХМП на основе диоксида церия, содержащая сополимеры полиэтиленоксид/полипропиленоксид, предпочтительно из семейства Pluronic™, выпускаемого компанией BASF. Суспензия ХМП на основе диоксида 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-диметиламино)этокси)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 диоксида 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 диоксида церия, как полагают, обеспечивает хорошую селективность по отношению к оксиду кремния и/или нитриду кремния по сравнению с поликремнием.
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 диоксида 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 диоксида церия имеет высокую селективность по отношению к диоксиду кремния по сравнению с поликремнием.
В американских патентных заявках US 2008/0085602 А1 и 2008/0124913 А1 описывается суспензия ХМП на основе оксида церия, содержащая от 0,001 до 0,1% мас. неионогенного поверхностно-активного вещества, выбранного из триблоксополимеров этиленоксид-пропиленоксид-этиленоксид, и полиакриловую кислоту в качестве диспергирующего агента. Утверждается, что суспензия на основе диоксида церия имеет высокую селективность по отношению к диоксиду кремния и нитриду кремния по сравнению с поликремнием.
В американской патентной заявке US 2008/0281486 описана суспензия ХМП на основе диоксида церия, содержащая неионогенные поверхностно-активные вещества, имеющие гидрофильно-липофильный баланс (ГЛБ) в интервале от 12 до 17. Неионогенные поверхностно-активные вещества выбирают из группы, состоящей из лаурилового эфира полиоксиэтилена, цетилового эфира полиоксиэтилена, олеилового эфира полиоксиэтилена, полиоксиэтилен сорбитан монолаурата, изооктилфенилового эфира полиоксиэтилена и их смесей. Указано, что суспензия ХМП имеет высокую селективность по отношению к диоксиду кремния по сравнению с поликремнием.
Производство электрических устройств, в частности полупроводниковых интегральных схем (ИС), требует высокоточных способов, которые включают, кроме прочего, высокую селективность ХМП.
Хотя суспензии ХМП на основе диоксида церия известного уровня техники могут иметь удовлетворительную селективность оксид/поликремний и могут обеспечивать получение полированных пластин, имеющих хорошую глобальную и локальную плоскостность, что иллюстрируется показателями неоднородности в пределах пластины (НОВП) и неоднородности одной пластины относительно другой (НОВП), 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 диоксида церия, чтобы отвечать все возрастающим техническим и экономическим требованиям изготовителей интегральных схем.
Однако эта растущая необходимость постоянно улучшать суспензии ХМП на основе диоксида 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 на основе 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 лазерных светоиспускающих диодов, работающих в голубой области видимого света, полупроводниковые монокристаллы и стеклянные субстраты для магнитных дисков. Производство таких электрических, механических и оптических устройств также требует стадий ХМП высокой точности.
В японской патентной заявке JP 2001-240850 А описана суспензия ХМП, содержащая оксид алюминия, диоксид циркония или карбид кремния в качестве абразива, блок- или статистический сополимер алкиленоксида и этиленоксида в качестве диспергирующего агента, и фосфат натрия или полифосфат натрия в качестве «противоржавейного» агента.
Сополимер алкиленоксида и этиленоксида общей формулы:
n
m
1
Z-[{(AO)/(EO)}R]p,
где индексы y переменных имеют следующее значение:
p - целое число от 1 до 6;
n - целое число со средним значением от 10 до 200;
m - целое число со средним значением от 1 до 300;
E - этиленовая группа;
А - пропиленовая или 1,2-, 2,3-, 1,3- или 1,4-бутиленовая группа;
Z - остаток спирта, содержащего гидроксильные группы в количестве «p»; и
1
R - атом водорода, алкильная группа, имеющая 1-18 атомов углерода или ацильная группа, имеющая 2-24 атома углерода.
Суспензию ХМП применяют для полирования кремниевых пластин, стекла, алюминия, керамики, синтетического диоксида кремния, кварца и сапфира. Селективность по отношению к диоксиду кремния и/или нитриду кремния по сравнению с поликремнием не описана.
В предварительной американской патентной заявке US №61/380719, поданной 8 сентября 2010 года, описана суспензия ХМП на основе диоксида церия, содержащая, по меньшей мере, один растворимый в воде полимер, выбранный из группы, состоящей из линейных и разветвленных гомополимеров и сополимеров алкиленоксидов, как описано в японской патентной заявке JP 2001-240850 А, американских патентных заявках US 2007/0077865 А1, US 2006/0124594 А1 и US 2008/0124913 А1, американском патенте US 2006/0213780 А1 и брошюре компании BASF Corporation «Pluronic™ & Tetronic™ Block Copolymer Surfactants, 1996». Более того, суспензия ХМП на основе диоксида церия содержит, по меньшей мере, один анионный фосфатный диспергирующий агент. Суспензия ХМП на основе диоксида церия демонстрирует превосходную селективность оксид/поликремний и высокую селективность нитрид/поликремний в сочетании с предпочтительной селективностью оксид/нитрид.
В предварительной европейской патентной заявке №10186886.7, поданной 7 октября 2010 года, описана суспензия ХМП на основе диоксида церия, содержащая, по меньшей мере, одно амфифильное неионогенное поверхностно-активное вещество, выбранное из группы, состоящей из растворимых в воде или диспергируемых в воде поверхностно-активных веществ, имеющих, по меньшей мере, одну липофильную группу (b1), выбранную из группы, состоящей из разветвленных алкильных групп, имеющих 5-20 атомов углерода; и, по меньшей мере, одну гидрофильную группу (b2), выбранную из группы, состоящей из полиоксиалкиленовых групп, содержащих оксиэтиленовые мономерные звенья (b21) и, по меньшей мере, один тип замещенных оксиалкиленовых мономерных звеньев (b22), где заместители выбраны из группы, состоящей из алкильных, циклоалкильных или арильных, алкил-циклоалкильных, алкил-арильных, циклоалкил-арильных и алкил-циклоалкил-арильных групп; где указанная полиоксиалкиленовая группа содержит мономерные звенья (b21) и (b22) в случайном, чередующемся, градиентном и/или блокоподобном порядке. Суспензия ХМП обладает высокой селективностью по отношению к диоксиду кремния, нитриду тантала и меди по сравнению с диэлектрическим материалом с ультранизкой диэлектрической проницаемостью.
Задачи изобретения
Следовательно, задачей данного изобретения является новая водная полирующая композиция, в частности новая композиция для химико-механического полирования (ХМП), в особенности новая суспензия ХМП на основе диоксида церия, которая не имеет недостатков и изъянов полирующих композиций предшествующего уровня техники.
В частности, новая водная полирующая композиция, в частности новая композиция для химико-механического полирования (ХМП), особенно новая суспензия ХМП на основе диоксида церия, должна обладать значительно улучшенной селективностью оксид/поликремний и обеспечивать получение полированных пластин, имеющих превосходную глобальную и локальную плоскостность, что иллюстрируется неоднородностью в пределах пластины (НОВП) и неоднородностью 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 конкретно, новые суспензии ХМП на основе диоксида церия должны также демонстрировать выгодную селективность нитрид/поликремний и выгодную селективность оксид/нитрид.
Более того, новая водная полирующая композиция, в частности новая химико-механическая полирующая (ХМП) композиция, и особенно новая суспензия ХМП на основе диоксида 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 на основе 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.
Другой задачей данного изобретения является новый способ полирования подложек для механических, электрических и оптических устройств, где указанные материалы подложек содержат пленки на основе оксидкремниевого диэлектрика и пленки на основе поликремния, необязательно содержащие пленки на основе нитрида кремния.
Сущность изобретения
Соответственно, была обнаружена новая водная полирующая композиция, где указанная водная полирующая композиция содержит
(А) - по меньшей мере, один тип абразивных частиц, содержащих или состоящих из диоксида церия; и
(В) - по меньшей мере, одно амфифильное неионогенное поверхностно-активное вещество, выбранное из группы, состоящей из растворимых в воде и диспергируемых в воде, линейных и разветвленных полиоксиалкиленовых блоксополимеров общей формулы I:
где индексы и переменные имеют следующие значения:
m - целое число ≥ 1;
n - целое число ≥ 1;
p - целое число ≥ 1;
R - атом водорода или одновалентный или поливалентный органический остаток, за исключением линейных и разветвленных алкильных групп, имеющих 5-20 атомов углерода;
(B1) - блок, состоящий по существу из оксиэтиленовых мономерных звеньев;
(B2) - блок, состоящий по существу из, по меньшей мере, одного типа замещенных оксиалкиленовых мономерных звеньев, где заместители выбирают из группы, состоящей из, по меньшей мере, двух метильных групп, алкильных групп, имеющих, по меньшей мере, два атома углерода, и циклоалкильных, арильных, алкил-циклоалкильных, алкил-арильных, циклоалкил-арильных и алкил-циклоалкил-арильных групп; и
Y - атом водорода или одновалентный органический остаток, за исключением линейных и разветвленных алкильных групп, имеющих 5-20 атомов углерода;
при условии, что если (B) содержит более одного блока (B1) или (B2), два блока одинакового типа разделены друг от друга блоком другого типа.
Далее в описании новая водная полирующая композиция именуется «композицией по изобретению».
Кроме того, был открыт новый способ полирования подложек для механических, электрических и оптических устройств путем контактирования материала подложки по меньшей мере один раз с композицией по изобретению и полирования материала подложки до достижения желаемой плоскостности.
Далее в описании новый способ полирования материалов подложек для механических, электрических и оптических устройств именуется «способом по изобретению».
Преимущества изобретения
Учитывая предшествующий уровень техники, было удивительно и специалист в данной области техники не мог ожидать, что задачи настоящего изобретения могли быть решены композицией по изобретению и способом по изобретению.
В частности удивительным было то, что композиция по изобретению продемонстрировала значительно улучшенную селективность оксид/поликремний и обеспечивала получение полированных пластин, имеющих превосходную глобальную и локальную плоскостность, что иллюстрируется неоднородностью в пределах пластины (НОВП) и неоднородностью одной пластины относительно другой (НОПП). Следовательно, они превосходно подошли для производства архитектур ИС, в частности БИС (большие интегральные схемы) или СБИС (сверхбольшие интегральные схемы), имеющих структуры с размерами меньше 50 нм.
Более конкретно, композиция по изобретению также продемонстрировала выгодную селективность нитрид/поликремний в сочетании с выгодной селективностью оксид/нитрид.
Кроме того, композиция по изобретению была стабильной во время длительной транспортировки и хранения, где стабильность значительно улучшала логистику и технологическое управление.
Более того, композиция по изобретению была не только исключительно полезной в области устройств с интегральными схемами, но также была наиболее эффективно и с наибольшей выгодой полезной в областях производства других электрических устройств, таких как жидкокристаллические панели, органические электролюминесцентные панели, печатные платы, микромеханизмы, ДНК-чипы, микрозаводы и магнитные головки; а также в области механических устройств и оптических устройств высокой точности, в частности оптических стекол, таких как фотомаски, линзы и призмы, неорганических электропроводных пленок, таких как на основе 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.
Следовательно, композиция по изобретению наиболее предпочтительно была наиболее полезной для способа по изобретению. Способ по изобретению может наиболее предпочтительно применяться для полирования, особенно химико-механического полирования, материалов подложек для электрических устройств, таких как жидкокристаллические панели, органические электролюминесцентные панели, печатные платы, микромеханизмы, ДНК-чипы, микрозаводы и магнитные головки; а также механических устройств и оптических устройств высокой точности, в частности оптических стекол, таких как фотомаски, линзы и призмы, неорганических электропроводных пленок, таких как на основе 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, однако, способ в соответствии с данным изобретением превосходно подошел для полирования полупроводниковых пластин, содержащих пленки на основе оксидкремниевого диэлектрика и поликремния и необязательно содержащих пленки на основе нитрида кремния. Способ в соответствии с данным изобретением обеспечивает получение полированных пластин, имеющих превосходную глобальную и локальную плоскостность, что иллюстрируется, например, показателями неоднородности внутри пластины (НОВП) и неоднородности одной пластины относительно другой (НОПП). Поэтому они превосходно подходят для производства архитектур ИС, в частности БИС (большие интегральные схемы) или СБИС (сверхбольшие интегральные схемы), имеющих структуры с размерами меньше 50 нм.
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 количестве 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.
«Растворимый в воде» означает, что соответствующий компонент или ингредиент композиции по изобретению может быть растворен в водной фазе на молекулярном уровне.
«Диспергируемый в воде» означает, что соответствующий компонент или ингредиент композиции по изобретению может быть диспергирован в водной фазе и формировать стабильную эмульсию или суспензию.
Первым основным ингредиентом композиции по изобретению является, по меньшей мере, один, предпочтительно один, тип абразивных частиц (А), содержащих или состоящих из диоксида церия.
Средний размер абразивных частиц (А) может варьироваться в широких интервалах и, следовательно, может быть наиболее выгодным образом приведен в соответствие с конкретными требованиями данной композиции и способа по изобретению. Предпочтительно, средний размер частиц, определенный с помощью динамического рассеяния лазерного излучения, составляет от 1 до 2000 нм, предпочтительно от 1 до 1000 нм, более предпочтительно от 1 до 750, наиболее предпочтительно от 1 до 500 нм, в особенности от 10 до 250 нм, например от 80 до 200 нм.
Распределение абразивных частиц (А) по размеру может быть мономодальным, бимодальным или мультимодальным. Предпочтительно, распределение частиц по размеру является мономодальным, чтобы получить легко воспроизводимый профиль свойств абразивных частиц (А) и легко воспроизводимые условия в ходе способа по изобретению.
Кроме того, распределение абразивных частиц (А) по размеру может быть узким или широким. Предпочтительно, распределение частиц по размеру является узким, лишь с малым количеством маленьких частиц и больших частиц, чтобы получить легко воспроизводимый профиль свойств абразивных частиц (А) и легко воспроизводимые условия в ходе способа по изобретению.
Абразивные частицы (А) могут иметь различные формы. Следовательно, они могут быть одного или по существу одного типа формы. Тем не менее, также возможно, что абразивные частицы (А) имеют разные формы. В частности, два типа абразивных частиц (А), различающихся по форме, могут присутствовать в данной композиции по изобретению. Что касается самих форм, они могут представлять собой кубы, кубы с закругленными ребрами, октаэдры, икосаэдры, гранулы и сферы с или без выступов или впадин. Наиболее предпочтительно, форма является сферической в отсутствие или только с очень малым количеством выступов или впадин. Эта форма, как правило, является предпочтительной, потому что обычно она увеличивает устойчивость к механическим воздействиям, которым подвергаются абразивные частицы (А) во время процесса ХМП.
Абразивные частицы (А), которые содержат диоксид церия, могут содержать незначительные количества других оксидов редкоземельных металлов.
Абразивные частицы (А), которые состоят из диоксида церия, могут иметь шестиугольную, кубическую или гранецентрированную кубическую кристаллическую решетку.
Предпочтительно, абразивные частицы (А), которые содержат диоксид церия, являются композитными частицами (А), содержащими ядро, содержащее или состоящее из, по меньшей мере, одного абразивного материала в виде твердых частиц, который отличается от диоксида церия, в частности оксид алюминия, диоксид кремния, диоксид титана, диоксид циркония, оксид цинка и их смеси.
Такие композитные частицы (А) известны, например, из международной патентной заявки WO 2005/035688 А1, из американских патентов US 6,110,396, US 6,238,469 В1, US 6,645,265 В1, из публикации K.S. Choi et al., Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol.671, 2001 Materials Research Society, M5.8.1-M5.8.10, из публикации S.-H. Lee et al., J. Mater. Res., Vol.17, No. 10, (2002), pages 2744-2749, из публикации A. Jindal et al., Journal of the Electrochemical Society, 150 (5) G314-G318 (2003), из публикации Z. Lu, Journal of Materials Research, Vol.18, No. 10, October 2003, Materials Research Society, или публикации S. Hedge et al., Electrochemical and Solid-State Letters, 7 (12) G316-G318 (2004).
Наиболее предпочтительно, композитные частицы (А) представляют собой покрытые частицы типа малина, содержащие ядро, выбранное из группы, состоящей из оксида алюминия, диоксида кремния, диоксида титана, диоксида циркония, оксида цинка и их смесей, с размером ядра от 20 до 100 нм, где это ядро покрыто частицами диоксида церия, имеющими размер частиц меньше 10 нм.
Количество абразивных частиц (А), 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 в соответствии с данным изобретением содержит от 0,005 до 10% мас., более предпочтительно от 0,01 до 8% мас. и, наиболее предпочтительно, от 0,01 до 6% мас. абразивных частиц (А), где массовые проценты указаны в пересчете на полный вес композиции по изобретению.
Вторым основным ингредиентом композиции по изобретению является, по меньшей мере, одно, предпочтительно одно, амфифильное неионогенное поверхностно-активное вещество (В), которое выбирают из группы, состоящей из растворимых в воде и диспергируемых в воде, предпочтительно растворимых в воде, линейных и разветвленных, предпочтительно линейных, полиоксиалкиленовых блоксополимеров общей формулы I:
m
n
p
R[(B1)/(B2)Y]
В общей формуле I, индексы m и n независимо друг от друга являются целыми числами, равными или более 1, предпочтительно целыми числами от 1 до 10, более предпочтительно от 1 до 5, и наиболее предпочтительно от 1 до 3.
Индекс p в общей формуле I является целым числом, равным или более 1, предпочтительно целыми числами от 1 до 100, более предпочтительно от 1 до 50, еще более предпочтительно от 1 до 25, и наиболее предпочтительно от 1 до 10.
Переменная R означает атом водорода или одновалентный или поливалентный органический остаток, за исключением линейных и разветвленных алкильных групп, имеющих 5-20 атомов углерода.
Предпочтительно, одновалентный или поливалентный органический остаток R выбирают из группы, состоящей из алкильных групп, имеющих 1-4 и 21-30 атомов углерода, и циклоалкильных, арильных, алкил-циклоалкильных, алкил-арильных, циклоалкил-арильных и алкил-циклоалкил-арильных групп.
Более предпочтительно, одновалентные или поливалентные органические остатки R образуются из моногидрокси и полигидрокси соединений R'.
Примерами подходящих моногидрокси соединений R' являются метанол, этанол, пропанол, изопропанол, н-, втор и трет-бутанол, моноспирты, являющиеся производными линейного и разветвленного генэйкозана, докозана, трикозана, тетракозана, пентакозана, гексакозана, гептакозана, октакозана, нонакозана и триаконтана, циклогексанол, бензиловый спирт, фенол и фенолы, имеющие алкильную группу от 4 до 16 атомов углерода в их 4-м положении.
Примерами подходящих дигидрокси соединений R' являются этиленгликоль, пропиленгликоль, бутиленгликоль, пентиленгликоль, гексиленгликоль, диэтиленгликоль, триэтиленгликоль, дипропиленгликоль, трипропиленгликоль, этиленпропиленгликоль, диэтиленпропиленгликоль, этилендипропиленгликоль, 1,2-, 1,3- и 1,4-дигидроксициклогексан и бензол и бисфенол А и F.
Примерами подходящих тригидрокси соединений R' являются глицерин, 1,2,3-тригидрокси-н-бутан, триметилолпропан, 1,2,3-, 1,2,4- и 1,3,5-тригидроксициклогексан и бензол.
Примерами подходящих полигидрокси соединений R' являются пентаэритрит, 1,2,3,4-, 1,2,3,5- и 1,2,4,5-тетрагидроксициклогексан и бензол, поливиниловые спирты, поли(гидроксистиролы), альдиты, циклиты, углеводороды и димеры и олигомеры глицерина, триметилолпропана, пентаэритрита, альдитов и циклитов.
Примерами подходящих альдитов R' являются тетриты, пентиты, гекситы, гептиты и октиты, в частности эритрит, треит, арабинит, рибит, ксилит, галактит, маннит, глюцит, аллит, альтрит и идит.
Примерами подходящих димеров R' являются димеры глицерина, триметилолпропана, эритрита, треита и пентаэритрита, мальтита, изомальта и лактита, в частности три-, тетра-, пента-, гекса-, гепта-, окта-, нона-, дека-, ундека- и додекаглицерина, -триметилолпропана, -эритрита, -треита и-пентаэритрита.
Примерами подходящих циклитов R' являются 1,2,3,4,5-пентагидроксициклогексан и инозиты, в частности мио-, сцилло-, муко-, хиро-, нео-, алло-, эпи- и цис-инозит.
Примерами подходящих углеводородов R' являются моносахариды, дисахариды, олигосахариды, полисахариды, дезоксисахара и аминосахара, в частности моносахариды.
Примерами подходящих моносахаридов R' являются аллоза, альтроза, глюкоза, манноза, идоза, галактоза и талоза.
Остатки R, отличные от атома водорода, могут нести, по меньшей мере, один инертный заместитель. «Инертный» означает, что заместители не инициируют полимеризацию этиленоксида и алкиленоксидов и нежелательные реакции, такие как разложение и/или выпадение осадка компонентов композиции по изобретению при длительном хранении и в ходе выполнения способа по изобретению. Примерами подходящих инертных заместителей являются атомы галогена, в частности атомы фтора и хлора, нитрогруппы, нитрильные группы и алкильные, циклоалкильные и арильные группы, связанные с остатком R через атом кислорода или серы, карбоксигруппы, сульфоксигруппы, сульфогруппы, эфирные или уретановые группы карбоновой, сульфоновой и фосфоновой кислот. Инертные заместители применяют в таких количествах, которые не оказывают отрицательного влияния на гидрофильно-липофильный баланс (ГЛБ) поверхностно-активного вещества (В). Предпочтительно, заместители не несут таких инертных заместителей.
Наиболее предпочтительно, остатком R является атом водорода.
Амфифильное неионогенное поверхностно-активное вещество (В) обшей формулы I содержит, по меньшей мере, один блок (В1) и, по меньшей мере, один блок (В2), при условии, что если (В) содержит более одного блока (В1) и (В2), два блока одинакового типа разделены блоком другого типа.
Следовательно, амфифильное неионогенное поверхностно-активное вещество (В) может содержать различные обычные блокоподобные структуры, такие как
- В1-В2;
- В1-В2-В1;
- В2-В1-В2;
- В1-В2-В1-В2;
- В1-В2-В1-В2-В1;
- В2-В1-В2-В1-В2;
- В1-В2-В1-В2-В1-В2;
- В1-В2-В1-В2-В1-В2-В1 и
- В2-В1-В2-В1-В2-В1-В2.
Если присутствуют два или более блоков (В1), они могут иметь одинаковый или по существу одинаковый состав, молекулярную массу или значение ГЛБ, или они могут отличаться друг от друга. Это в равной степени применимо к блокам (В2).
Предпочтительно, амфифильное неионогенное поверхностно-активное вещество (В) содержит обычные блокоподобные структуры В1-В2, В1-В2-В1 или В2-В1-В2.
Блок (В1) состоит по существу из оксизтиленовых мономерных звеньев. «Состоит по существу из» означает, что блок (В1) состоит полностью из оксизтиленовых мономерных звеньев или содержит незначительное количество оксипропиленовых мономерных звеньев и/или оксиалкиленовых мономерных звеньев, т.е. мономерных звеньев блоков (В2). Термин «незначительные количества» означает, что концентрация мономерных звеньев, других нежели оксиэтиленовые мономерные звенья, является настолько низкой, что химические и физико-химические свойства, в частности гидрофильная природа, блока (В1), обусловленные оксиэтиленовыми мономерными звеньями, не подвергаются отрицательному воздействию, а модифицируются благоприятным образом.
Независимо от средней степени полимеризации блока (В2), средняя степень полимеризации блока (В1) может варьироваться в широких пределах и, следовательно, может быть наиболее выгодным образом приведена в соответствие с конкретными требованиями данной композиции и способа по изобретению. Предпочтительно, средняя степень полимеризации составляет от 5 до 100, более предпочтительно от 5 до 75, и наиболее предпочтительно от 5 до 50.
Блок (В2) состоит по существу из, по меньшей мере, одного, предпочтительно одного, типа замещенных оксиалкиленовых мономерных звеньев, где заместители выбирают из группы, состоящей из, по меньшей мере, двух метильных групп, алкильных групп, имеющих, по меньшей мере, два атома углерода, и циклоалкильных, арильных, алкил-циклоалкильных, алкил-арильных, циклоалкил-арильныхи алкил-циклоалкил-арильных групп.
Термин «состоящий по существу из» означает, что блок (В2) состоит полностью из оксиалкиленовых мономерных звеньев или содержит незначительное количество оксипропиленовых и/или оксиэтиленовых мономерных звеньев. Термин «незначительные количества» означает, что концентрация оксиэтиленовых и/или оксипропиленовых мономерных звеньев является настолько низкой, что химические и физико-химические свойства, в частности липофильная природа, блока (В2), обусловленные оксиалкиленовыми мономерными звеньями, не подвергаются отрицательному воздействию, а модифицируются благоприятным образом.
Предпочтительно, оксиалкиленовые мономерные звенья блока (В2) образованы из замещенных оксиранов, где заместители выбирают из группы, состоящей из, по меньшей мере, двух метильных групп и алкильных групп, имеющих, по меньшей мере, два атома углерода, и циклоалкильных, арильных, алкил-циклоалкильных, алкил-арильных, циклоалкил-арильных и алкил-циклоалкил-арильных групп.
Более предпочтительно, заместители выбирают из группы, состоящей из, по меньшей мере, двух метильных групп, алкильных групп, имеющих 2-10 атомов углерода, циклоалкильных групп, имеющих 5-10 атомов углерода в спироциклической, экзоциклической и/или конденсированной конфигурации, арильных групп, имеющих 6-10 атомов углерода, алкил-циклоалкильных групп, имеющих 6-20 атомов углерода, алкил-арильных групп, имеющих 7-20 атомов углерода, циклоалкил-арильных групп, имеющих 11-20 атомов углерода и алкил-циклоалкил-арильных групп, имеющие 12-30 атомов углерода.
Примерами подходящих алкильных групп являются две метильные группы и этильные, пропильные, изопропильные, н-бутильные, втор-бутильные, трет-бутильные, н-пентильные, 2,2-диметилпроп-1-ильные, н-гексильные, 2-, 3- и 4-метилпент-1-ильные, 2,2- и 3,3-диметилбут-1-ильные, н-гептильные, 2,3-диметилпент-1-ильные, 2,3,3-триметилбут-1-ильные, н-октильные, изооктильные, 2-этилгексильные, н-нонильные, 2-этил-3,4-диметилпент-1-ильные и н-децильные; предпочтительно метильные, этильные, пропильные, изопропильные, н-бутильные, н-пентильные и н-гексильные группы.
Примерами подходящих циклоалкильных групп являются циклопентильные, циклогексильные, циклопентан-1,1-диильные, циклопентан-1,2-диильные, циклогексан-1,1-диильные и циклогексан-1,2-диильные группы.
Примерами подходящих арильных групп являются фенильные и 1- и 2-нафтильные группы.
Примерами подходящих алкил-циклоалкильных групп являются циклопентил- и циклогексилметильные, 2-циклопентил- и 2-циклогексилэтил-1-ильные, 3-циклопентил- и 3-циклогексилпроп-1-ильные и 4-циклопентил- и 4-циклогексил-н-бут-1-ильные группы.
Примерами подходящих алкил-арильных групп являются фенилметильные, 2-фенилэт-1-ильные, 3-фенилпроп-1-ильные и 4-фенил-н-бут-1-ильные группы.
Примерами подходящих циклоалкил-арильных групп являются 4-фенил-циклогекс-1-ильные, 4-циклогексилфен-1-ильные и 2,3-дигидроинден-1,2-диильные группы.
Примерами подходящих алкил-циклоалкил-арильных групп являются циклогексилфенилметильные и 2-циклогексил-2-фенилэт-1-ильные группы.
Примерами особенно предпочтительных замещенных оксиранов являются этил, 2,2- и 2,3-диметил, 2,2,3-триметил, 2,2,3,3-тетраметил, 2-метил-3-этил, 2,2- и 2,3-диэтил, н-пропил, 2-метил-3-н-пропил, н-бутил, н-пентил, н-гексил, н-гептил, н-октил, н-нонил, н-децил, циклопентил, циклогексил, фенил и нафтилоксиран; 1,2-эпоксициклогексан и -циклопентан; 1-окса-3-спиро[3.4]-гептан и 1-окса-3-спиро[3.5]-октан; и 1,2-эпокси-2,3-дигидроинден.
Наиболее предпочтительно, замещенный оксиран выбирают из группы, состоящей из 2-этил, 2,3-диметил и 2,2-диметилоксиран, особенно предпочтительно 2-этилоксиран и 2,3-диметилоксиран.
2
5
2
3
3
Поэтому оксиалкиленовые мономерные звенья, применяемые особенно предпочтительно, выбирают из оксибут-1,2-илена, -CH(CH)-CH-O- и оксибут-2,3-илена, -CH(CH)-CH(CH)-O-.
Независимо от средней степени полимеризации блока (В1), средняя степень полимеризации блока (В2) может варьироваться в широких пределах и, следовательно, может быть наиболее выгодным образом приведена в соответствие с конкретными требованиями данной композиции и способа по изобретению. Предпочтительно, средняя степень полимеризации составляет от 5 до 100, более предпочтительно от 5 до 75, и наиболее предпочтительно от 5 до 50.
Переменная Y означает атом водорода или одновалентный органический остаток за исключением линейных и разветвленных алкильных групп, имеющих 5-20 атомов углерода.
Предпочтительно, одновалентный органический остаток Y выбирают из группы, состоящей из алкильных групп, имеющих 1-4 и 21-30 атомов углерода, и циклоалкильных, арильных, алкил-циклоалкильных, алкил-арильных, циклоалкил-арильных и алкил-циклоалкил-арильных групп.
Более предпочтительно, одновалентные остатки Y выбирают из группы, состоящей из метильных, этильных, пропильных, изопропильных, н-, втор- и трет-бутильных, линейных и разветвленных генэйкозанильных, докозанильных, трикозанильных, тетракозанильных, пентакозанильных, гексакозанильных, гептакозанильных, октакозанильных, нонакозанильных и триаконтанильных, циклогексильных, бензильных и фенильных групп и фенильных групп, имеющих 4-16 атомов углерода в их 4-м положении.
Предпочтительно одновалентным остатком Y является атом водорода.
Значение гидрофильно-липофильного баланса (ГЛБ) амфифильного неионогенного поверхностно-активного вещества (В) может варьироваться в широких пределах и, следовательно, может быть наиболее выгодным образом приведена в соответствие с конкретными требованиями данной композиции и способа по изобретению. Предпочтительно, значение ГЛБ составляет от 3 до 20, и наиболее предпочтительно от 4 до 18.
Поверхностное натяжение амфифильного неионогенного поверхностно-активного вещества (В) также 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, поверхностное натяжение составляет от 20 до 60, более предпочтительно от 25 до 55, и наиболее предпочтительно от 25 до 50 дин/см при 25°C.
Среднемассовая молекулярная масса амфифильного неионогенного поверхностно-активного вещества (В) также может варьироваться в широких пределах и, следовательно, может быть наиболее выгодным образом приведена в соответствие с конкретными требованиями данной композиции и способа по изобретению. Предпочтительно, среднемассовая молекулярная масса составляет от 1000 до 10000 и, наиболее предпочтительно, от 1100 до 8000 Дальтон, в особенности от 1100 до 3500 Дальтон.
Получение амфифильных анионных поверхностно-активных веществ (В) не имеет химических и методических особенностей, а может проводиться в соответствии с обычными и известными методами, такими как, например, анионная полимеризация с раскрытием кольца подходящих оксиранов или поликонденсация подходящих эпихлоргидринов с применением указанных выше моно- и полигидрокси соединений R' в качестве исходных молекул или без таких исходных молекул.
Концентрация амфифильного неионогенного поверхностно-активного вещества (В) в композиции по изобретению может варьироваться в широких пределах и, следовательно, может быть наиболее выгодным образом приведена в соответствие с конкретными требованиями данной композиции и способа по изобретению. Предпочтительно, композиция по изобретению содержит амфифильное неионогенное поверхностно-активное вещество (В) в количестве от 0,001 до 5% мас., более предпочтительно от 0,005 до 2,5% мас., еще более предпочтительно от 0,0075 до 1% мас., и наиболее предпочтительно от 0,0075 до 0,5% мас.
Композиция по изобретению может содержать, по меньшей мере, один функциональный компонент (D), который отличается от ингредиентов или компонентов (А), (В) и (С).
Предпочтительно, функциональный компонент (D) выбирают из группы соединений, обычно применяемых в суспензии ХМП на основе диоксида церия. Примеры таких соединений (D) 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 5,738,800, US 6,042,741, US 6,132,637, US 6,218,305 B, US 5,759,917, US 6,689,692 B1, US 6,984,588 B2, US 6,299,659 B1, US 6,626,968 B2, US 6,436,835 B1, US 6,491,843 B1, US 6,544,892 B2, US 6,627,107 B2, US 6,616,514 B1 и US 7,071,105 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.
Более того, функциональный компонент (D) выбирают из группы, состоящей из органических, неорганических и гибридных органически-неорганических абразивных частиц, отличающихся от частиц (D), материалов, имеющих низкую критическую температуру растворения (НКТР) или верхнюю критическую температуру растворения (ВКТР), окисляющих агентов, пассивирующих агентов, агентов для обращения заряда, органических многоатомных спиртов, имеющих, по меньшей мере, 3 гидроксигруппы, которые являются не диссоциируемыми в водной среде, олигомеров и полимеров, образованных из, по меньшей мере, одного мономера, имеющего, по меньшей мере, 3 гидроксигруппы, которые являются не диссоциируемыми в водной среде, комплексообразующих или хелатообразующих агентов, агентов, повышающих истирание, стабилизирующих агентов, агентов, регулирующих текучесть, поверхностно-активных веществ, катионов металлов, противомикробных агентов и органических растворителей.Подходящие органические абразивные частицы (D) и их эффективные количества известны, например, из американской патентной заявки US 2008/0254628 А1, стр.4, абзац [0054], или из международной 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 (D) и их эффективные количества известны, например, из международной патентной заявки WO 2005/014753 А1, стр.12, строки 1-8 или из американского патента US 6,068,787, колонка 6, строка 41 - колонка 7, строка 65.
Подходящие гибридные органически-неорганические абразивные частицы (D) и их эффективные количества известны, например, из американских патентных заявок US 2008/0254628 А1, стр.4, абзац [0054] или US 2009/0013609 А1, стр.3, абзац [0047] - стр.6, абзац [0087.
Подходящие окисляющие агенты (D) и их эффективные количества известны, например, из европейской патентной заявки ЕР 1036836 А1, стр.8, абзацы [0074] и [0075] или из американских патентов US 6,068,787, колонка 4, строка 40 - колонка 7, строка 45, или US 7,300,601 В2, колонка 4, строки 18-34. Предпочтительно, применяют органические и неорганические пероксиды, более предпочтительно неорганические пероксиды. В частности, применяют пероксид водорода.
Подходящие пассивирующие агенты (D) и их эффективные количества известны, например, из патента US 7,300,601 В2, колонка 3, строка 59 - колонка 4, строка 9, или из американской заявки US 2008/0254628 А1, абзац [0058], связывающий страницы 4 и 5.
Подходящие комплексообразующие и хелатообразующие агенты (D), 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 патента США US 7,300,601 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 водорастворимые гуанамины, в частности меламин, формогуанамин, ацетогуанамин и 2,4-диамино-6-этил-1,3,5-триазин.
Подходящие стабилизирующие агенты (D) и их эффективные количества известны, например, из патента США US 6,068,787, колонка 8, строки 4-56.
Подходящие агенты, регулирующие текучесть, (D) 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 (D) 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 7,300,601 В2, колонка 5, строка 4 - колонка 6, строка 8.
Предпочтительными поверхностно-активные вещества (D) являются неионогенные поверхностно-активные вещества, выбранные из группы, состоящей из линейных и разветвленных алкиленоксидов, предпочтительно этиленоксид и пропиленоксид, гомополимеров и сополимеров.
Предпочтительные сополимеры этиленоксида и пропиленоксида (D) могут быть статистическими сополимерами, чередующимися сополимерами или блоксополимерами, содержащими полиэтиленоксидные блоки и полипропиленоксидные блоки.
Предпочтительно, в блоксополимерах этиленоксида и пропиленоксида (D), полиэтиленоксидные блоки имеют значения гидрофильно-липофильного баланса (ГЛБ) от 10 до 15. Полипропиленоксидные блоки могут иметь значения ГЛБ от 28 до около 32.
Предпочтительные поверхностно-активные вещества (D) являются известными, коммерчески доступными материалами и они описаны в европейском патенте ЕР 1 534 795 В1, стр.3, абзац [0013] - стр.4, абзац [0023], в японской патентной заявке JP 2001-240850 А, пункт 2 в сочетании с абзацами [0007]-[0014], в американской патентной заявке US 2007/0077865 А1, колонка стр.1, абзац [0008] - стр.2, абзац [0010], в американской патентной заявке US 2006/0124594 А1, стр.3, абзацы [0036] и [0037], и в американской патентной заявке US 2008/0124913 А1, стр.3, абзацы [0031]-[0033] в сочетании с пунктом 14 формулы изобретения, илиони продаются под торговыми наименованиями Pluronic™, Tetronic™ и Basensol™ от BASF Corporation и BASF SE, согласно описанию в брошюре компании BASF Corporation «Pluronic™ & Tetronic™ Block Copolymer Surfactants, 1996» или в американском патенте US 2006/0213780 А1.
Наиболее предпочтительно, в качестве неионогенного поверхностно-активного вещества (D) применяют полиэтиленгликоль (ПЭГ).
Подходящие поливалентные ионы металлов (D) и их эффективные количества известны, например, из европейской патентной заявки ЕР 1036836 А1, стр.8, абзац [0076] - стр.9, абзац [0078].
Подходящие органические растворители (D) и их эффективные количества известны, например, из патента США US 7,361,603 В2, колонка 7, строки 32-48 или американской патентной заявки US 2008/0254628 А1, стр.5, абзац [0059].
Подходящими противомикробными агентами или биоцидами (D) являются N-замещенные диазений диоксиды и соли N-замещенных N'-гидроксидиазений оксидов.
Подходящие материалы (D), имеющие нижнюю критическую температуру растворения (НКТР) или верхнюю критическую температуру растворения (ВКТР), описаны, например, в статье Н. Mori, Н. 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 A1, US 2007/0029198 A1, US 2007/0289875 A1, US 2008/0249210 A1, US 2008/0050435 A1 или US 2009/0013609 A1, американских патентах US 5,057,560, US 5,788,82 и US 6,682,642 B2, международных патентных заявках WO 01/60926 A1, WO 2004/029160 A1, WO 2004/0521946 A1, WO 2006/093242 A2 или WO 2007/012763 A1, в европейских патентных заявках ЕР 0583814 А1, ЕР 1197587 В1 и ЕР 1942179 А1, или в немецкой патентной заявке DE 2610705.
В принципе, может применяться любой известный агент для обращения заряда (D), традиционно применяемый в области ХМП. Предпочтительно, агент для обращения заряда (D) выбирают 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.
Предпочтительно, в качестве агентов для обращения заряда (D) применяют анионные фосфатные диспергирующие агенты, в частности растворимые в воде конденсированные фосфаты.
Примерами подходящих растворимых в воде конденсированных фосфатов (D) являются соли, в частности аммониевые, натриевые и калиевые соли, метафосфатов общей формулы I:
;
и полифосфатов общей формулы II и III:
;
;
где M является катионом аммония, натрия или калия, а индекс n равен от 2 до 10000.
3
40-50
3
15-20
3
n
Примерами особенно подходящих растворимых в воде конденсированных фосфатов (D) являются соль Грэма (NaPO), Calgon™ (NaPO), соль Курроля (NaPO), где n = около 5000, и гексаметафосфат аммония, натрия и калия.
Концентрация растворимого в воде анионного фосфатного диспергирующего агента (D) в композиции по изобретению может варьироваться в широких пределах и, поэтому, может быть наиболее выгодным образом приведена в соответствие с конкретными требованиями данной композиции и способа по изобретению. Предпочтительно, анионные фосфатные диспергирующие агенты (D) применяют в количествах, так что массовое отношение диоксида церия к анионному фосфатному диспергирующему агенту (D) составляет от 10 до 2000 и, более предпочтительно, от 20 до 1000.
Если присутствует, функциональный компонент (D) может содержаться в различных количествах. Предпочтительно, общее количество (D) 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, общее количество (D) 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 (E), который существенно отличается от ингредиентов (A), (B) и (C).
Подходящие агенты, регулирующие pH, или буферные агенты (E) и их эффективные количества известны, например, из европейской патентной заявки EP 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 7,300,601 В2, колонка 5, строки 33-63. Примеры агентов, регулирующих pH, или буферных агентов (E) представляют собой гидроксид калия, гидроксид аммония, гидроксид тетраметиламмония (ТМАГ), азотную кислоту и серную кислоту.
Если присутствует, агент, регулирующий pH, или буферный агент (Е) может содержаться в различных количествах. Предпочтительно, общее количество (Е) 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., в пересчете на полный вес соответствующей композиции ХМП. Предпочтительно, общее количество (E) 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 3 и 8, еще более предпочтительно между 3 и 7, и наиболее предпочтительно между 5 и 7, предпочтительно используя указанные выше агенты, регулирующие pH (E).
Получение композиции по изобретению не имеет каких-либо особенностей и может проводиться путем растворения или диспергирования описанных выше ингредиентов (A), (B) и (C) и, необязательно, (D) и/или (E), в водной среде, в частности в деионизированной воде. С этой целью применяют обычные и стандартные способы смешивания и аппараты для смешивания, такие как сосуды с мешалкой, встроенные аппараты для растворения, импеллеры с высоким сдвигом, 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 (A).
Композиции по изобретению превосходно подходят для способа по изобретению.
В способе по изобретению подложка для электрических, механических и оптических устройств, в частности электрических устройств, наиболее предпочтительно, устройств с интегральными схемами, по меньшей мере один раз вводится в контакт с композицией по изобретению и полируется, в частности химически и механически полируется, до достижения желаемой плоскостности.
Способ по изобретению демонстрирует особенные преимущества в ХМП кремниевых полупроводниковых пластин, имеющих, по меньшей мере, одну диэлектрическую изолирующую пленку из, по меньшей мере, одного, предпочтительно одного, оксидкремниевого диэлектрического материала, и, по меньшей мере, одну пленку, состоящую из поликремния.
Предпочтительно, оксидкремниевый диэлектрический материал выбирают из группы, состоящей из материалов на основе диоксида кремния и оксидкремниевых материалов с низкой и ультранизкой диэлектрической проницаемостью.
Необязательно, кремниевые полупроводниковые пластины имеют, по меньшей мере, одну пленку на основе нитрида кремния.
Подходящие материалы на основе диоксида кремния могут быть получены плазмохимическим осаждением из паровой фазы при низком давлении и высоком давлении (LDP или HDP CVD) с применением моносилан-кислородной или тетраэтилортосиликат (ТЭОС)-кислородной плазм, как описано, например, в американской патентной заявке US 2007/0175104 А1, страница 7, абзац [0092].
Подходящие материалы с низкой или ультранизкой диэлектрической проницаемостью и подходящие способы 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 7,250,391 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 оксидкремниевого диэлектрического материала по сравнению с поликремнием на структурированной подложке (субстрате) пластины. В этом способе, вытравленные канавки переполняются оксидкремниевым диэлектрическим материалом, например диоксидом кремния, который полируют с применением поликремниевой пленки в качестве защитной или тормозящей пленки. В этом предпочтительном варианте способ по изобретению заканчивается очищением диоксида кремния с защитной пленки при минимизации удаления обнаженного поликремния и диоксида кремния в углублениях.
Более того, способ по изобретению также особенно хорошо подходит для узкощелевой изоляции (УЩИ), где также присутствует пленка на основе нитрида кремния, так как композиция по изобретению демонстрирует не только высокую селективность оксид/поликремний, но также выгодную селективность нитрид/поликремний и выгодную селективность оксид/нитрид.
Способ по изобретению не имеет особенностей, а может проводиться с использованием процессов и оборудования, обычно используемых для ХМП в производстве 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 устройств 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, которая представляет поверхность, параллельную поверхности пластины, которую будут полировать. Ее полировальник контактирует с поверхностью пластины в ходе процесса планаризации. В ходе процесса 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.
Обычно температура платформы установлена на температуры между 10 и 70°C.
Более подробно методика описана в международной патентной заявке WO 2004/063301 А1, в частности на стр.16, абзац [0036] - стр.18, абзац [0040], в сочетании с фигурой 1.
С помощью способа по изобретению могут быть получены полупроводниковые пластины с ИС, содержащие структурированные поликремниевые и оксидкремниевые диэлектрические пленки, в частности пленки на основе 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 или сравнительные примеры
Пример 1
Получение водных полирующих композиций 1-9, содержащих амфифильное неионогенное поверхностно-активное вещество (B), и водной полирующей композиции 10, не содержащей амфифильное неионогенное поверхностно-активное вещество (B)
50
200
Для получения водных полирующих композиций 1-10, диоксид церия (средний размер частиц d от 120 до 180 нм, определенный с помощью динамического рассеяния лазерного излучения) и гексаметафосфат натрия (PP; массовое отношение диоксида церия к PP=200:1, далее обозначается как PP) диспергируют или растворяют в сверхчистой воде.
Для получения водных полирующих композиций 1-9 дополнительно добавляют амфифильные неионогенные поверхностно-активные вещества (B), приведенные в таблице 1.
Для получения водной полирующей композиции 10 не добавляют амфифильное неионогенное поверхностно-активное вещество (B).
Количества компонентов водных полирующих композиций сведены в таблицу 2.
Таблица 1
Применяемые амфифильные неионогенные поверхностно-активные вещества (B)
Поверхностно-активное вещество (В) №
Структура S
Значение ГЛБ
Точка помутнения<sup>с)</sup>/°C (Способ)
Среднемассовая молекулярная масса/Дальтон
1
S1<sup>a)</sup>
4
50 (E)
2000
2
S1<sup>a)</sup>
10
76 (E)
1700
3
S1<sup>a)</sup>
16
94 (E)
2400
4
S1<sup>a)</sup>
10
87 (E)
3100
5<sup>d)</sup>
S1<sup>a)</sup>
16
87 (E)
7700
6
S2<sup>b)</sup>
10
72 (E)
1700
7
S1<sup>a)</sup>
12
82 (E)
2000
8
S1<sup>a)</sup>
6
45 (E)
1200
9
S1<sup>a)</sup>
8
60 (E)
1400
a) полиэтиленоксид-поли-1,2-бутиленоксид-полиэтиленоксидный блоксополимер;
b) полиэтиленоксид-поли-2,3-бутиленоксидный блоксополимер;
c) Способ B: 1 г поверхностно-активного вещества в 100 г 5% мас. раствора хлорида натрия в воде;
Способ E: 5 г поверхностно-активного вещества в 25 г 25% мас. раствора бутилгликоля в воде
d) поверхностное натяжение 45,3 дин/см при 25°C
Таблица 2
Составы водных полирующих композиций 1-10
№ композиции
Диоксид церия/% мас.
Поверхностно-активное вещество (B) №/% мас.
PP<sub>200</sub>
pH
1
0,5
1/0,01
+
6,5
2
0,5
2/0,01
+
6,5
3
0,5
3/0,01
+
6,3
4
0,5
4/0,01
+
6,2
5
0,5
5/0,01
+
6,2
6
0,5
6/0,01
+
6,2
7
0,5
7/0,01
+
6,2
8
0,5
8/0,01
+
6,2
9
0,5
9/0,01
+
6,2
10 (сравнение)
0,5
-
+
6,2
Водные полирующие композиции 1-9 превосходно подошли для процесса УЩИ.
Примеры 2-9 и сравнительный пример С1
ХМП пленок на основе диоксида кремния, нитрида кремния и поликремния на кремниевых полупроводниковых пластинах
Водные полирующие композиции 1-9 из примера 1 применяли для примеров 2-9.
Водную полирующую композицию 10 из примера 1 применяли для сравнительного примера С1.
200 мм-вые кремниевые пластины, имеющие осажденную из плазмы высокой плотности (HDP) невскрытую пленку на основе диоксида кремния, 200 мм-вые кремниевые пластины, имеющие пленку на основе нитрида кремния, полученную методом LPCVD, и 200 мм-вые кремниевые пластины, имеющие аморфную поликремниевую пленку, подвергались химико-механическому полированию с применением водных полирующих композиций 1-10 в следующих условиях:
- Полировальная машина: АМАТ Mirra (роторного типа):
- скорость вращения опорной платформы: 93 об/мин;
- скорость вращения носителя: 87 об/мин;
- полировальник: IC 1010 k-groove;
- придание требуемых характеристик полировальнику: in situ;
- инструмент, придающие требуемые характеристики: А166 компании 3М;
- усилие прижатия для придания требуемых характеристик: 5 фунтов (22,24 H)
- скорость потока суспензии: 160 мл/мин;
- усилие прижатия для полирования: 3,5 фунтов/кв. дюйм (205 мбар);
- время полирования: 60 секунд.
Скорости удаления материала MRR определяли путем измерения толщины HDP пленок на основе диоксида кремния, нитрида кремния и поликремния на полупроводниковых субстратах до и после ХМП с помощью прибора Thermawave Optiprobe 2600.
Скорости MRR и рассчитанные селективности оксид/поликремний, нитрид/поликремний и оксид/нитрид представлены в таблице 3.
Таблица 3
Скорости MRR пленок на основе HDP диоксида кремния (HDP), нитрида кремния (SiN) и поликремния (PSi) и селективности оксид/поликремний и нитрид/поликремний для примеров 1-9 и сравнительного примера С1
Пример №
MRR/A/мин
Селективность
HDP
SiN
PSi
оксид/ поликремний
нитрид/ поликремний
1
1801
332
94
19
5
2
1782
404
26
79
5
3
1749
459
16
140
4
4
1710
466
14
123
4
5
1724
462
9
192
4
6
1788
450
43
42
4
7
1737
451
31
58
4
8
1382
323
54
24
5
9
1615
364
41
40
4
сравнительный пример №
C1
2117
425
486
4
5
Результаты из таблицы 3 показывают, что амфифильные неионогенные поверхностно-активные вещества (В) в водных полирующих композициях 1-9 из примера 1 действовали как превосходные подавители полирования поликремния и, кроме того, не оказывали отрицательного влияния на селективность нитрид/поликремний.