Настоящее изобретение направлено на новую водную полирующую композицию, которая особенно подходит для полирования материалов подложек для электрических, механических и оптических устройств.
Кроме того, настоящее изобретение направлено на новый способ полирования материалов подложек для производства электрических, механических и оптических устройств.
Последнее, но не менее важное, настоящее изобретение направлено на новое применение новой водной полирующей композиции 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 тонкопленочной обработки.
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 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 к удалению 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.
Были предприняты многочисленные попытки, чтобы скорректировать селективность суспензий ХМП на основе оксида церия.
Так, Jae-Dong Lee et al. раскрывают в Journal of Electrochemical Society, 149 (8), G477-G481, 2002, влияние неионогенных поверхностно-активных веществ с различными величинами гидрофильно-липофильного баланса (ГЛБ), таких как полиэтиленоксиды, сополимеры этиленоксид-пропиленоксид и триблочные сополимеры этиленоксид-пропиленоксид-этиленоксид на оксид/поликремний селективность в ходе ХМП. Однако в качестве абразива используют высокодисперсный диоксид кремния.
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 5,738,800, US 6,042,741, US 6,132,637 и US 6,218,305 B 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 5,759,917, US 6,689,692 B1 и US 6,984,588 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 6,299,659 B1 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 A1 и патент US 6,626,968 B2 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 6,436,835 B1 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 6,491,843 B1, US 6,544,892 B2 и US 6,627,107 B2 описывается суспензия ХМП на основе оксида церия, содержащая альфа-аминокислоты, такие как лизин, аланин и пролин для улучшения оксид/нитрид селективности.
Американский патент US 6,616,514 B1 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.
В американской патентной заявке US 2006/0207188 A1 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 A1 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 A1 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 A1 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.
В американской патентной заявке US 2007/0218811 A1 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 ч./млн. сильной кислоты, имеющей pKa 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.
В американских патентных заявках US 2008/0085602 A1 и 2008/0124913 A1 описывается суспензия ХМП на основе оксида церия, содержащая от 0,001 до 0,1 мас.% неионогенного поверхностно-активного вещества, выбранного из триблочных сополимеров этиленоксид-пропиленоксид-этиленоксид, и полиакриловой кислоты в качестве диспергирующего агента. Утверждается, что суспензия на основе оксида церия имеет высокую селективность по отношению к оксиду кремния и нитриду кремния по сравнению с поликремнием.
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 лазерных светоиспускающих диодов, работающих в голубой области видимого спектра, полупроводниковые монокристаллы и стеклянные субстраты для магнитных дисков. Производство таких электрических и оптических устройств также требует стадий ХМП высокой точности.
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.
Другая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить новый способ полирования материалов подложек для механических, электрических и оптических устройств, причем указанные материалы подложек содержат диэлектрические пленки из оксида кремния и пленки из нитрида кремния.
Сущность изобретения
Соответственно, была обнаружена новая водная полирующая композиция, содержащая
(A) по меньшей мере, один тип абразивных частиц, которые положительно заряжены, когда диспергированы в водной среде, имеющей pH в интервале от 3 до 9, что подтверждается электрофоретической подвижностью;
(B) по меньшей мере, один растворимый в воде и диспергируемый в воде компонент, содержащий гидроксильные группы, выбранный из группы, состоящей из
(b1) алифатических и циклоалифатических оксикарбоновых кислот, имеющих, по меньшей мере, два атома углерода, по меньшей мере, одну гидроксильную группу и, по меньшей мере, одну группу карбоновой кислоты на молекулу, где молярное отношение гидроксильных групп к группам карбоновой кислоты составляет, по меньшей мере, 1;
(b2) сложных эфиров оксикарбоновых кислот (b1), имеющих, по меньшей мере, одну группу, выбранную из группы, состоящей из лактоновых групп, эстерифицированных гидроксильных групп, эстерифицированных групп карбоновой кислоты и их смесей, при условии, что, по меньшей мере, одна гидроксильная группа присутствует в (b2); и
(b3) их смесей; и
(C) по меньшей мере, один растворимый в воде и диспергируемый в воде полимерный компонент, выбранный из группы, состоящей из
(c1) линейных и разветвленных гомополимеров и сополимеров алкиленоксидов;
(c2) линейных и разветвленных, алифатических и циклоалифатических гомополимеров и сополимеров поли(N-виниламидов); и
(c3) катионных полимерных флокулянтов, имеющих среднемассовую молекулярную массу менее 100000 Дальтон.
Далее в описании указанная новая водная полирующая композиция именуется "композицией по изобретению".
Более того, был обнаружен новый способ полирования материалов подложек для механических, электрических и оптических устройств путем контактирования материала подложек, по меньшей мере, один раз с композицией по изобретению и полирования материала подложек до достижения желательной плоскостности.
Далее в описании указанный новый способ полирования материалов подложек для механических, электрических и оптических устройств именуется "способом по изобретению".
Дополнительно, было обнаружено новое применение композиции по изобретению для производства электрических, механических и оптических устройств и новое применение модифицированных катионами флокулянтов для стабилизации водных дисперсий частиц, причем указанные применения далее в описании именуются "применениями 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 применениями 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.
Дополнительно, композиция по изобретению была устойчивой в ходе более длительного периода транспортировки и хранения, что значительно улучшило логистику и управление технологическим процессом.
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 лазерных светоиспускающих диодов, работающих в голубой области видимого спектра, полупроводниковых монокристаллов, и стеклянных подложек для магнитных дисков.
Наиболее важно, что композиция по изобретению исключительно хорошо подходила для применений по изобретению.
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 переключатели, 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.
Наиболее важно, однако, способ по изобретению превосходно подходил для полирования полупроводниковых пластин, содержащих диэлектрические пленки из оксида кремния и пленки из нитрида кремния. Способ по изобретению позволил получить отполированные пластины, имеющие превосходную глобальную и локальную плоскостность и баланс, без выпуклостей, чашеобразных впадин или горячих точек, что иллюстрируется показателями неоднородности внутри пластины (НОВП) и неоднородности 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 ниже 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 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.
"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 формирует устойчивую эмульсию или суспензию.
"Полимер" или "полимерный" означает, что соответствующий компонент или ингредиент композиции по изобретению состоит из более 12 связанных мономерных структурных звеньев, которые все могут иметь одинаковую структуру. Однако также возможно, что эти структурные звенья выбраны из, по меньшей мере, двух различных структур.
Первый основной ингредиент композиции по изобретению представляет собой, по меньшей мере, один, предпочтительно один, тип абразивных частиц (A).
Абразивные частицы (A) являются положительно заряженными, когда диспергированы в водной среде, имеющей pH в интервале от 3 до 9. Положительный заряд подтверждается электрофоретической подвижностью µ (мкм/с)/(В/см) этих абразивных частиц (A). Электрофоретическая подвижность µ может быть непосредственно измерена приборами, такими как Zetasizer Nano от Malvern, Ltd.
Средний размер абразивных частиц (A) может варьироваться в широких пределах и, следовательно, может быть наиболее выгодным образом приведен в соответствие с конкретными требованиями композиции и способа 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.
Распределение по размерам абразивных частиц (A) может быть мономодальным, бимодальным или мультимодальным. Предпочтительно, распределение частиц по размерам является мономодальным, чтобы иметь легко воспроизводимый профиль свойств абразивных частиц (A) и легко воспроизводимые условия в ходе способа по изобретению.
Более того, распределение абразивных частиц (A) по размерам может быть узким или широким. Предпочтительно, распределение частиц по размерам является узким лишь с малыми количествами мелких частиц и крупных частиц, чтобы иметь легко воспроизводимый профиль свойств абразивных частиц (A) и легко воспроизводимые условия в ходе способа по изобретению.
Абразивные частицы (A) могут иметь различные формы. То есть, они могут быть одного или, по существу, одного типа формы. Однако также возможно, что абразивные частицы (A) имеют различные формы. В частности, два типа различных форм абразивных частиц (A) могут присутствовать в данной композиции по изобретению. Что касается непосредственно форм, они могут представлять собой кубы с закругленными ребрами, октаэдры, икосаэдры, бугристые образования 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 механическим воздействиям, которым подвергаются абразивные частицы (A) во время процесса ХМП.
В принципе, любой тип абразивных частиц (A) может применяться в композиции по изобретению, если они обладают описанным выше профилем свойств. Следовательно, абразивные частицы (A) могут быть органическими или неорганическими частицами или органическо-неорганические гибридные частицы. Предпочтительно, абразивные частицы (A) являются неорганическими частицами.
В принципе, любой тип неорганических абразивных частиц (A) может применяться в композиции по изобретению, пока они обладают описанным выше профилем свойств. Однако, наиболее предпочтительно, используют неорганические абразивные частицы (A), содержащие оксид церия или состоящие из него.
Абразивные частицы (A), которые содержат оксид церия, могут содержать незначительные количества оксидов других редкоземельных металлов.
Предпочтительно, абразивные частицы (A), которые содержат оксид церия, представляют собой композитные частицы (A), 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 (A) известны, например, из международной патентной заявки WO 2005/035688 A1, американских патентов US 6,110,396, US 6,238,469 B1, US 6,645,265 B1, статей К.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) G316-0318(2004).
Наиболее предпочтительно, композитные частицы (A) 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 (A), 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 (A), где массовые проценты указаны в пересчете на полный вес композиции по изобретению.
Композиция по изобретению содержит, по меньшей мере, один, предпочтительно, один растворимый в воде или диспергируемый в воде, предпочтительно растворимый в воде, компонент (B), содержащий гидроксильные группы, в качестве второго основного ингредиента.
Компонент (B) выбран из группы, состоящей из
(b1) алифатических и циклоалифатических оксикарбоновых кислот, имеющих
- по меньшей мере, два, предпочтительно, по меньшей мере, три, более предпочтительно, по меньшей мере, четыре, еще более предпочтительно, по меньшей мере, пять, и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, шесть атомов углерода,
- по меньшей мере, одну, предпочтительно, по меньшей мере, две, более предпочтительно, по меньшей мере, три, и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, четыре гидроксильных группы и
- по меньшей мере, одну группу карбоновой кислоты
на молекулу, где молярное отношение гидроксильных групп к группам карбоновых кислот составляет, по меньшей мере, 1, предпочтительно, по меньшей мере, 2, более предпочтительно, по меньшей мере, 3, и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 4;
(b2) сложных эфиров оксикарбоновых кислот (b1), имеющих, по меньшей мере, одну группу, выбранную из группы, состоящей из лактоновых групп, эстерифицированных гидроксильных групп, эстерифицированных групп карбоновых кислот и их смесей, при условии, что, по меньшей мере, одна гидроксильная группа, предпочтительно, по меньшей мере, две, и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, три гидроксильных группы присутствует или присутствуют в (b2); и
(b3) их смесей.
Предпочтительно, оксикарбоновые кислоты (b1) выбраны из группы, состоящей из гликолевой кислоты, молочной кислоты, хинной кислоты, сахарных кислот и их смесей.
Предпочтительно, сложные эфиры (b2) выбраны из группы, состоящей из эфиров и лактонов гликолевой кислоты, молочной кислоты, хинной кислоты, сахарных кислот и их смесей.
Более предпочтительно, сахарные кислоты (b1) выбраны из группы, состоящей из альдоновых кислот, уроновых кислот, гликуроновых кислот, альдаровых кислот, улузоновых кислот, нейраминовых кислот, сиаловых кислот и их смесей.
Более предпочтительно, сложные эфиры сахарных кислот (b2) выбраны из группы, состоящей из эфиров и лактонов альдоновых кислот, уроновых кислот, глюкуроновых кислот, альдаровых кислот, улузоновых кислот, нейраминовых кислот, сиаловых кислот и их смесей.
Еще более предпочтительно, сахарные кислоты (b2) выбраны из группы, состоящей из глицериновой кислоты, винной кислоты, треоновой кислоты, эритроновой кислоты, ксилоновой кислоты, глюкуроновой кислоты, аскорбиновой кислоты, глюконовой кислоты, галактуроновой кислоты, идуроновой кислоты, маннуроновой кислоты, глюкуроновой кислоты, гулуроновой кислоты, гликуроновой кислоты, глюкаровой кислоты, улузоновой кислоты, нейраминовой кислоты, сиаловых кислот, мурамовой кислоты, лактобионовой кислоты и их смесей.
Еще более предпочтительно, сложные эфиры сахарных кислот (b2) выбраны из группы, состоящей из эфиров и лактонов глицериновой кислоты, винной кислоты, треоновой кислоты, эритроновой кислоты, ксилоновой кислоты, глюкуроновой кислоты, аскорбиновой кислоты, глюконовой кислоты, галактуроновой кислоты, идуроновой кислоты, маннуроновой кислоты, глюкуроновой кислоты, гулуроновой кислоты, гликуроновой кислоты, глюкаровой кислоты, улузоновой кислоты, нейраминовой кислоты, сиаловых кислот, мурамовой кислоты, лактобионовой кислоты, глюконо-дельта-лактона, пангамовой кислоты и их смесей.
Наиболее предпочтительно, компонент (B) выбран из группы, состоящей из хинной кислоты, глюкуроновой кислоты, лактобионовой кислоты, глюконо-дельта-лактона и их смесей.
Концентрация компонента (B) 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 компонент (B) в количествах от 0,005 до 5 мас.%, более предпочтительно, 0,01-4 мас.%, и наиболее предпочтительно, от 0,01 до 3 мас.%, где массовые проценты указаны в пересчете на полный вес композиции по изобретению.
В качестве третьего основного ингредиента, композиция по изобретению содержит, по меньшей мере, один, предпочтительно два, растворимых в воде или диспергируемых в воде, предпочтительно растворимых в воде, компонентов, выбранных из группы, состоящей из полимерного(-ых) компонента(-ов) (C).
Компонент (C) выбран из группы, состоящей из
(c1) линейных и разветвленных гомополимеров и сополимеров алкиленоксидов;
(c2) линейных и разветвленных, алифатических и циклоалифатических поли(N-виниламидных) гомополимеров и сополимеров; и
(c3) катионных полимерных флокулянтов, имеющих среднемассовую молекулярную массу менее 100000, предпочтительно, менее 75000, еще более предпочтительно, менее 50000, и наиболее предпочтительно, менее 30000 Дальтон.
Предпочтительно, алкиленоксидный гомополимер или сополимер (c1) выбран из группы, состоящей из линейных и разветвленных гомополимеров и сополимеров этиленоксида и пропиленоксида.
Сополимеры этиленоксида и пропиленоксида (c1) могут быть статистическими сополимерами, чередующимися сополимерами или блок-сополимерами, содержащими блоки полиэтиленоксида и блоки полипропиленоксида. В блок-сополимерах этиленоксида и пропиленоксида (c1), блоки полиэтиленоксида, предпочтительно, имеют значения гидрофильно-липофильного баланса (ГЛБ) от 10 до 15. Блоки полипропиленоксида могут, предпочтительно, иметь значения ГЛБ от 28 до около 32.
Предпочтительно, гомополимеры алкиленоксидов (c1) представляют собой полимеры этиленоксида, такие как полиэтиленгликоль (ПЭГ).
Предпочтительно, растворимые в воде полимеры (c1) имеют среднемассовую молекулярную массу от 2000 до 1000000 Дальтон, более предпочтительно, от 5000 до 500000 Дальтон, и наиболее предпочтительно, от 10000 до 250000 Дальтон.
Растворимые в воде полимеры (c1) представляют собой обычные и известные коммерчески доступные материалы. Подходящие растворимые в воде полимеры (c1) описаны в японской патентной заявке JP 2001-240850 А, пункт 2 формулы изобретения в сочетании с абзацами [0007]-[0014], в американской патентной заявке US 2007/0077865 A1, с колонки страницы 1, абзац [0008] по страницу 2, абзац [0010], в американской патентной заявке US 2006/0124594 A1, страница 3, абзацы [0036] и [0037], и в американской патентной заявке US 2008/0124913 A1, страница 3, абзацы с [0031] по [0033] в сочетании с пунктом 14 формулы изобретения, или они продаются под торговыми марками Pluronic™, Tetronic™ и Basensol™ компаниями BASF и BASF SE, как показано в брошюре компании корпорации BASF "Pluronic™ & Tetronic™ Block Copolymer Surfactant, 1996", или в американской патентной заявке US 2006/0213780 A1.
Наиболее предпочтительно, в качестве полимера (c1) используют полиэтиленгликоль (ПЭГ).
Предпочтительно, алифатические и циклоалифатические N-виниламидные мономеры, которые являются элементарными звеньями линейных и разветвленных, алифатических и циклоалифатических поли(N-виниламидных) гомополимеров и сополимеров (c2), выбраны из группы, состоящей из N-винилацетамида, N-винилпирролидона, N-винилвалеролактама, N-винилкапролактама, N-винилсукцинимида и их смесей.
Поли(N-виниламидные) сополимеры (c2) могут содержать мономерные звенья, которые являются производными обычных и известных олефиново-ненасыщенных мономеров, отличных от N-виниламидов, как например, виниловые сложные эфиры и простые эфиры, сложные эфиры акриловой и метакриловой кислот, аллиловые сложные эфиры и простые эфиры, олефины, которые могут быть замещенными атомами галогена или нитрильными группами, и стирольные мономеры, при условии, что такие мономерные звенья содержатся только в таких количествах, что растворимость в воде не подвергается опасности.
Предпочтительно, растворимые в воде полимеры (c2) имеют среднемассовую молекулярную массу от 2000 до 1000000 Дальтон, более предпочтительно, от 5000 до 500000 Дальтон, и наиболее предпочтительно, от 10000 до 250000 Дальтон.
Предпочтительно, катионный полимерный флокулянт (c3) выбран из группы, состоящей из модифицированных катионами полиакриламидов, полиаминов, полиэтилениминов, поли(диаллил-N,N-диалкиламмоний галогенидов) и их смесей.
Более предпочтительно, катионные группы выбраны из группы, состоящей из четвертичных аммониевых групп, сульфониевых групп, фосфониевых групп и их смесей. Наиболее предпочтительно, используют четвертичные аммониевые группы.
Более предпочтительно, алкильная группа поли(диаллил-N,N-диалкиламмоний галогенида) (c3) выбрана из группы, состоящей из метила, этила, пропила и изопропила и их смесей. Наиболее предпочтительно, используют метильные группы. Более предпочтительно, галогенид выбран из группы, состоящей из фторида, хлорида и бромида. Наиболее предпочтительно, используют хлорид. Наиболее предпочтительно, используют поли(диаллил-N,N-диметиламмонийхлорид) (poly-DADMAC).
Концентрация модифицированного катионами флокулянта (c3) 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, флокулянт (c3) применяется в количествах от 0,0001 до 1 мас.%, предпочтительно, от 0,0002 до 1 мас.%, и наиболее предпочтительно, от 0,0003 до 1 мас.%, где массовые проценты указаны в пересчете на полный вес композиции по изобретению.
Модифицированные катионами флокулянты (c3) представляют собой обычные и известные материалы, которые являются коммерчески доступными, например, от BASF SE под торговой маркой Sedipur™ C.
Наиболее неожиданно, что, согласно одному из применений по изобретению, модифицированные катионами флокулянты (c3) могут применяться для стабилизации водных дисперсий абразивных частиц (A).
Композиция по изобретению может содержать, по меньшей мере, один функциональный компонент (D), который существенно отличается от ингредиентов (A), (B) и (C).
Предпочтительно, функциональный компонент (D) выбран из группы соединений, обычно используемых в суспензиях ХМП на основе оксида церия.
Примеры таких соединений (C) 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 A1, 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 A.
Более того, функциональный компонент (D) выбран из группы, состоящей из органических, неорганических и гибридных органическо-неорганических абразивных частиц, являющихся отличными от частиц (A), многоатомных спиртов с, по меньшей мере, двумя гидроксильными группами, веществ, имеющих нижнюю критическую температуру растворения (НКТР) или верхнюю критическую температуру растворения (ВКТР), окисляющих агентов, пассивирующих агентов, агентов для обращения заряда, комплексообразующих или хелатообразующих агентов, агентов, повышающих истирание, стабилизирующих агентов, агентов, регулирующих текучесть, поверхностно-активных веществ, катионов металлов и органических растворителей.
Подходящие органические абразивные частицы (D) и их эффективные количества известны, например, из американской патентной заявки US 2008/0254628 A1, стр.4, абзац [0054] или из международной патентной заявки WO 2005/014753 A1, где раскрыты 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 A1, 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 A1, страница 4, абзац [0054] или US 2009/0013609 A1, стр.3, абзац [0047] - стр.6, абзац [0087].
Подходящими многоатомными спиртами (D) являются диолы, такие как этиленгликоль и пропиленгликоль, триолы, такие как глицерин, пентаэритрит, альдиты, циклиты и димеры и олигомеры глицерина, триметилолпропана, пентаэритрита, альдитов и циклитов.
Подходящие окисляющие агенты (D) и их эффективные количества известны, например, из европейской патентной заявки EP 1036836 A1, 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 B2, колонка 4, строки 18-34. Предпочтительно, используют органические и неорганические пероксиды, более предпочтительно неорганические пероксиды. В частности, используют пероксид водорода.
Подходящие пассивирующие агенты (D) и их эффективные количества известны, например, из американского патента US 7,300,601 B2, колонка 3, строка 59 - колонка 4, строка 9 или из американской патентной заявки US 2008/0254628 A1, абзац [0058], соединяющий страницы 4 и 5.
Подходящие комплексообразующие или хелатообразующие агенты (D), которые иногда также именуются агентами, повышающими истирание (см. американская патентная заявка US 2008/0254628 A1, стр.5, абзац [0061]), или агенты для травления или травильные средства (см. американскую патентную заявку US 2008/0254628 A1, стр.4, абзац [0054]), и их эффективные количества известны, например, из американского патента US 7,300,601 B2, колонка 4, строки 35-48. Наиболее предпочтительно применяются 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 (D) и их эффективные количества известны, например, из американского патента 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 A1, 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 A1, стр.8, строка 23 - стр.10, строка 17, или из американского патента US 7,300,601 B2, колонка 5, строка 4 - колонка 6, строка 8.
Подходящие поливалентные ионы металлов (D) и их эффективные количества известны, например, из европейской патентной заявки EP 1036836 A1, стр.8, абзац [0076] - стр.9, абзац [0078].
Подходящие органические растворители (D) и их эффективные количества известны, например, из американского патента US 7,361,603 B2, колонка 7, строки 32-48 или американской патентной заявки US 2008/0254628 A1, стр.5, абзац [0059].
Подходящие вещества (D), 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 A1, US 2004/0209095 A1, US 2004/0217009 A1, 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, в американских патентах US 5,057,560, US 5,788,82 и US 6,682,642 B2, в 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 EP 0583814 A1, EP 1197587 B1 и EP 1942179 A1, или в немецкой патентной заявке DE26 10705.
В принципе, может применяться любой известный агент для обращения заряда (D), обычно используемый в области ХМП. Предпочтительно, агент для обращения заряда (D) выбран из группы, состоящей из мономерных, олигомерных и полимерных соединений, содержащих, по меньшей мере, одну анионную группу, выбранную из группы, состоящей из карбоксилатных, сульфонатных, сульфатных и фосфонатных групп.
В случае наличия, функциональный компонент (D) может содержаться в варьируемых количествах. Предпочтительно, полное 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, полное 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 A1, стр.8, абзацы [0080], [0085] и [0086], международной патентной заявки WO 2005/014753 A1, стр.12, строки 19-24, американской патентной заявки US 2008/0254628 A1, стр.6, абзац [0073], или американского патента US 7,300,601 B2, 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 он присутствует, агент, регулирующий pH, или буферный агент (E) может содержаться в варьируемых количествах. Предпочтительно, полное количество (E) 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 (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 устанавливают между 2,5 и 4, предпочтительно с применением вышеуказанных агентов, регулирующих pH (E).
Получение композиции по изобретению не требует никаких особенных средств, а может быть проведено 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 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 (A).
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 слои из нитрида кремния в качестве тормозящих или барьерных слоев.
Подходящие материалы с низкой или ультранизкой диэлектрической проницаемостью и подходящие методы получения изолирующих диэлектрических слоев описаны, например, в американских патентных заявках US 2005/0176259 A1, стр.2, абзацы [0025]-[0027], US 2005/0014667 A1, стр.1, абзац [0003], US 2005/0266683 A1, стр.1, абзац [0003] и стр.2, абзац [0024], или US 2008/0280452 A1, абзацы [0024]-[0026], или в американском патенте US 7,250,391 B2, колонка 1, строки 49-54 или в европейской патентной заявке EP 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.
Таким образом, способ по изобретению демонстрирует оксид/нитрид селективность более 50, предпочтительно, более 75, и наиболее предпочтительно, более 100.
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 A1, 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 и сравнительные эксперименты
Сравнительные эксперименты C1-C5
ХМП пластин с нанесенным невскрытым слоем оксида кремния и пластин с нанесенным невскрытым слоем нитрида кремния со сравнительными водными полирующими композициями C1-C5. и оксид/нитрид селективности
Составы сравнительных водных полирующих композиций C1-C5 сведены в таблицу 1.
Для ХМП использовались следующие параметры процесса:
- полировальная машина: АМАТ Mirra (роторного типа):
- скорость вращения платформы: 90 об/мин;
- скорость вращения носителя: 70 об/мин;
- полировальник IC 1000/Suba 400 K-groove, производство Rohm & Haas;
- придание требуемых характеристик in situ с использованием алмазного чистящего диска S60 производства компания 3М;
- скорость потока суспензии: 200 мл/мин;
- субстраты: пластины с термически нанесенным, невскрытым слоем диоксида кремния, толщиной 2000 нм, производства компании SKW, и пластины с нанесенным невскрытым слоем нитрида кремния, толщиной 500 нм, производства компании Montco Silicon; примеры с 20 по 22: пластины с невскрытым слоем диоксида кремния, нанесенного осаждением ТЭОС;
- усилие прижатия: 3,5 фунтов/кв. дюйм (240 мбар);
- время полировки: 1 минута.
Скорости удаления материала (MRR) измеряли с помощью рефлектометра.
Полученные результаты сведены в таблицу 2.
Результаты, показанные в таблице 2, делают очевидным, что высокие оксид/нитрид селективности могут быть достигнуты с оксикарбоновыми кислотами и только одним лактоном, содержащим гидроксильные группы. Однако сравнительные водные полирующие композиции, содержащие только эти добавки, нуждались в значительном улучшении в отношении планаризации выпуклостей/впадин и избыточного полирования оксида в углублениях в процессе УЩИ и стабильности дисперсии (срока годности).
Примеры 1-4 и сравнительные эксперименты C6 и C7
ХМП пластин с нанесенным невскрытым слоем оксида кремния и пластин с нанесенным невскрытым слоем нитрида кремния и структурированных пластин
Составы водных полирующих композиций примеров 1-4 и сравнительных водных полирующих композиций С6 и С7 сведены в таблицу 3.
Для ХМП использовали следующие параметры процесса:
- Полировальная машина в примерах 1 и 2 и сравнительном эксперименте С6: АМАТ Mirra (роторного типа);
- полировальная машина в примерах 3 и 4 и сравнительном эксперименте С7: Strasbaugh 6EG nHance;
- скорость вращения платформы: 90 об/мин;
- скорость вращения носителя: 70 об/мин;
- полировальник IC 1000/Suba 400 K-groove, производство Rohm & Haas;
- придание требуемых характеристик in situ с использованием алмазного чистящего диска с зернистостью A160 производства компании Rohm & Haas или 3М;
- скорость потока суспензии: 200 мл/мин;
- субстраты: пластины с термически нанесенным, невскрытым слоем диоксида кремния, толщиной 2000 нм, производства компании SKW, и пластины с нанесенным невскрытым слоем нитрида кремния, толщиной 500 нм производства компании Montco Silicon;
- усилие прижатия: 3,5 фунтов/кв. дюйм (205 мбар);
Скорости удаления материала (MRR) измеряли прибором Therma Wave Optiprobe 2600 перед и после ХМП.
Исходную топографию или высоту шага в УЩИ структурированных пластин STI 3-2, покрытых диоксидом кремния - нитридом кремния - защитным слоем оксида, производства компании SKW, полировали с использованием коммерчески доступной суспензии ХМП (Cabot SS25, разбавление 1:1), чтобы "свести на нет" эту топографию. Приложенное усилие прижатия составляло 5 фунтов/кв. дюйм (341,66 мбар). Цель этого процесса P1 состояла в том, чтобы достичь почти полной планаризации с некоторыми количествами оксида, оставшегося сверху тормозящего слоя нитрида кремния. Измерения структурированной пластины делали в двух местах, а именно (1) в месте с активным оксидом, чтобы измерить сохранившийся остаток оксида, и (2) в месте с защитным оксидом, чтобы измерить оксид в углублении.
Пластины с нанесенным невскрытым слоем диэлектрика полировали в указанных выше условиях. Полученные скорости удаления материала MRR использовали для вычисления времени, требуемого для удаления активного оксида, оставшегося сверху тормозящего слоя нитрида кремния после процесса P1. Это время называется "конечной точкой (КТ)" и любое дополнительное время полировки после этой конечной точки называется "переполированием (ПП)".
Полученные результаты сведены в таблицу 4.
Из Таблицы 4 явствует, что добавление агентов, снижающих количество выпуклостей/впадин, представляющих собой PEG10K и PVP17K, не давало значительных различий в MRR покрытия из диоксида кремния, зато значительно снизило износ оксида в углублениях и наличие выпуклостей/впадин по сравнению со сравнительными экспериментами C6 и C7.
Пример 5
Стабилизация водных полирующих композиций на основе оксида церия модифицированными катионами флокулянтами
Модифицированный катионами флокулянт (Sedipur™ CL 520 производства компании BASF SE) добавляли в различных количествах к водной полирующей композиции, имеющей pH 3 и содержащей 0,5мас.% оксида церия и 0,025мас.% глюкуроновой кислоты. Средние размеры частиц измеряли анализатором размера частиц Horiba. Полученные результаты сведены в таблицу 5.
Из Таблицы 5 очевидно, что даже добавление таких низких количеств как 10 ч./млн. уже было достаточно, чтобы контролировать агрегацию частиц оксида церия, тем самым увеличивая стабильность водной полирующей композиции и ее срока годности.
Пример 6 и сравнительный эксперимент C8
ХМП с водной полирующей композицией с (пример 6) и без (сравнительный эксперимент C8) модифицированным катионами флокулянтом, и оксид/нитрид селективность
Для сравнительного эксперимента C8 использовали водную полирующую композицию, имеющую pH 3 и содержащую 0,5 мас.% оксида церия и 0,025 мас.% глюкуроновой кислоты.
Для примера 6 использовали водную полирующую композицию, имеющую pH 3 и содержащую 0,5 мас.% оксида церия, 0,025 мас.% глюкуроновой кислоты и 70 ч./млн. Sedipur™ CL 520.
Пластины с нанесенным невскрытым слоем диоксида кремния и пластины с нанесенным невскрытым слоем нитрида кремния полировали, как описано здесь выше в сравнительных экспериментах C1-C5.
Полученные результаты сведены в таблицу 6.
Из Таблицы 6 очевидно, что добавка Sedipur™ CL 520 не влияет на результаты полировки. Однако водная полирующая композиция примера 6 демонстрирует намного более длинный срок годности, чем водная полирующая композиция сравнительного эксперимента C8.
Изобретение направлено на водную полирующую композицию, которая особенно подходит для полирования материалов подложек для электрических, механических и оптических устройств. Композиция содержит (A) абразивные частицы, которые положительно заряжены, когда диспергированы в водной среде, имеющей pH в интервале от 3 до 9; (B) водорастворимые или диспергируемые в воде компоненты, выбранные из (b1) алифатических и циклоалифатических оксикарбоновых кислот, где молярное отношение гидроксильных групп к группам карбоновых кислот составляет по меньшей мере 2; (b2) сложных эфиров или лактонов оксикарбоновых кислот (b1), имеющих по меньшей мере две гидроксильные группы; и (b3) их смесей; и (C) водорастворимые или диспергируемые в воде полимерные компоненты, выбранные из (c1) линейных и разветвленных полимеров алкиленоксидов; (c2) линейных и разветвленных, алифатических и циклоалифатических поли(N-виниламидных) полимеров; и (c3) катионных полимерных флокулянтов, имеющих среднемассовую молекулярную массу менее 100000 Дальтон. Композиция демонстрирует улучшенную оксид/нитрид селективность и обеспечивает получение отполированных пластин, имеющих хорошую глобальную и локальную плоскостность. 4 н. и 9 з.п. ф-лы, 6 табл., 6 пр.
1. Водная полирующая композиция, содержащая
(A) по меньшей мере один тип абразивных неорганических частиц, содержащих оксид церия или состоящих из него, и которые положительно заряжены, когда диспергированы в водной среде, имеющей pH в интервале от 3 до 9, что подтверждается электрофоретической подвижностью;
(B) по меньшей мере один растворимый в воде и диспергируемый в воде компонент, содержащий гидроксильные группы, выбранный из группы, состоящей из
(b1) алифатических и циклоалифатических оксикарбоновых кислот, имеющих по меньшей мере три атома углерода, по меньшей мере две гидроксильные группы и по меньшей мере одну группу карбоновой кислоты на молекулу, где молярное отношение гидроксильных групп к группам карбоновой кислоты составляет по меньшей мере 2;
(b2) сложных эфиров оксикарбоновых кислот (b1), имеющих по меньшей мере одну группу, выбранную из группы, состоящей из лактоновых групп, эстерифицированных гидроксильных групп, эстерифицированных групп карбоновой кислоты и их смесей, с условием, что по меньшей мере две гидроксильные группы присутствуют в (b2); и
(b3) их смесей; и
(C) по меньшей мере один растворимый в воде и диспергируемый в воде полимерный компонент, выбранный из группы, состоящей из
(с1) линейных и разветвленных гомополимеров и сополимеров алкиленоксидов;
(с2) линейных и разветвленных, алифатических и циклоалифатических поли(N-виниламидных) гомополимеров и сополимеров; и
(с3) катионных полимерных флокулянтов, имеющих среднемассовую молекулярную массу менее 100000 Дальтон.
2. Водная полирующая композиция по п.1, отличающаяся тем, что оксикарбоновые кислоты (b1) выбраны из группы, состоящей из хинной кислоты, сахарных кислот и их смесей; и что сложные эфиры (b2) выбраны из группы, состоящей из сложных эфиров и лактонов хинной кислоты и сахарных кислот и их смесей.
3. Водная полирующая композиция по п.2, отличающаяся тем, что сахарные кислоты (b1) выбраны из группы, состоящей из альдоновых кислот, уроновых кислот, гликуроновых кислот, альдаровых кислот, улузоновых кислот, нейраминовых кислот, сиаловых кислот и их смесей; и тем, что сложные эфиры сахарных кислот (b2) выбраны из группы, состоящей из сложных эфиров и лактонов альдоновой кислоты, уроновой кислоты, гликуроновой кислоты, альдаровой кислоты, нейраминовой кислоты, сиаловой кислоты, улузоновых кислот и их смесей.
4. Водная полирующая композиция по п.3, отличающаяся тем, что сахарные кислоты (b1) выбраны из группы, состоящей из глицериновой кислоты, треоновой кислоты, эритроновой кислоты, ксилоновой кислоты, глюкуроновой кислоты, аскорбиновой кислоты, глюконовой кислоты, галактуроновой кислоты, идуроновой кислоты, маннуроновой кислоты, гулуроновой кислоты, гликуроновой кислоты, глюкаровой кислоты, улузоновой кислоты, нейраминовых кислот, сиаловых кислот, мурамовой кислоты, лактобионовой кислоты и их смесей; и тем, что сложные эфиры сахарных кислот (b2) выбраны из группы, состоящей из сложных эфиров и лактонов глицериновой кислоты, треоновой кислоты, эритроновой кислоты, ксилоновой кислоты, глюкуроновой кислоты, аскорбиновой кислоты, глюконовой кислоты, галактуроновой кислоты, идуроновой кислоты, маннуроновой кислоты, гулуроновой кислоты, гликуроновой кислоты, глюкаровой кислоты, улузоновой кислоты, нейраминовой кислоты, сиаловой кислоты, мурамовой кислоты и лактобионовой кислоты, глюконо-дельта-лактона, пангамовой кислоты и их смесей.
5. Водная полирующая композиция по п.1, отличающаяся тем, что растворимые в воде или диспергируемые в воде, линейные или разветвленные гомополимеры или сополимеры алкиленоксидов (с1) выбраны из группы, состоящей из гомополимеров и сополимеров этиленоксида и пропиленоксида и их смесей; линейные или разветвленные, алифатические или циклоалифатические поли(N-виниламидные) гомополимеры или сополимеры (с2) выбраны из группы, состоящей из гомополимеров и сополимеров алифатических и циклоалифатических N-виниламидных мономеров, выбранных из группы, состоящей из N-винилацетамида, N-винилпирролидона, N-винилвалеролактама, N-винилкапролактама, N-винилсукцинимида и их смесей; и катионные полимерные флокулянты (с3) выбраны из группы, состоящей из модифицированных катионами полиакриламидов, полиаминов, полиэтилениминов, поли(диаллил-N,N-диалкиламмоний-галогенида) и их смесей.
6. Водная полирующая композиция по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит по меньшей мере один функциональный компонент (D), отличный от компонентов (А), (В) и (С), и указанный функциональный компонент (D) выбран из группы, состоящей из органических, неорганических и гибридных органическо-неорганических абразивных частиц, отличных от частиц (А), из многоатомных спиртов, имеющих по меньшей мере две гидроксильные группы, веществ, имеющих нижнюю критическую температуру растворения или верхнюю критическую температуру растворения, окисляющих агентов, пассивирующих агентов, агентов для обращения заряда, комплексообразующих или хелатообразующих агентов, агентов, повышающих истирание, стабилизирующих агентов, агентов, регулирующих текучесть, поверхностно-активных веществ, катионов металлов и органических растворителей.
7. Водная полирующая композиция по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит по меньшей мере один агент, регулирующий pH, или буферный агент (Е), отличный от компонентов (А), (В) и (С).
8. Водная полирующая композиция по любому из пп.1-7, отличающаяся тем, что она имеет pH в интервале от 2,5 до 4.
9. Способ полирования материалов подложек для электрических, механических и оптических устройств путем контактирования материала подложки по меньшей мере один раз с водной полирующей композицией и полирования указанного материала подложки до достижения желательной плоскостности, отличающийся тем, что используют водную полирующую композицию по любому из пп.1-8.
10. Способ по п.9, отличающийся тем, что материал подложки содержит по меньшей мере один слой, содержащий или состоящий из по меньшей мере одного диэлектрического материала на основе оксида кремния, и по меньшей мере один слой, содержащий или состоящий из нитрида кремния.
11. Способ по п.9 или 10, отличающийся тем, что указанные электрические устройства представляют собой устройства с интегральными схемами, которые содержат большие интегральные схемы или сверхбольшие интегральные схемы, имеющие структуры с размерами меньше 50 нм.
12. Применение водной полирующей композиции по любому из пп.1-8 для изготовления электрических, механических и оптических устройств.
13. Применение модифицированных катионами флокулянтов (с3), имеющих среднемассовую молекулярную массу менее 100000 Дальтон, как определено в п.1, для стабилизации дисперсий, содержащих по меньшей мере один тип абразивных частиц (А), которые положительно заряжены, когда диспергированы в водной среде, имеющей pH в интервале от 3 до 9, что подтверждается электрофоретической подвижностью.
| US 5759917 А1, 02.06.1998 | |||
| WO 2009098924 А1, 13.08.2009 | |||
| WO 2009107986 A1, 03.09.2009 | |||
| CN 101065458 A1, 31.10.2007 | |||
| АБРАЗИВ ИЗ ОКСИДА ЦЕРИЯ И СПОСОБ ПОЛИРОВАНИЯ ПОДЛОЖЕК | 1997 |
|
RU2178599C2 |
