Водная полирующая композиция и способ химико-механического полирования подложек, содержащих пленки диэлектрика оксида кремния и поликремния

Водная полирующая композиция и способ химико-механического полирования подложек, содержащих пленки диэлектрика оксида кремния и поликремния

Реферат

Данное изобретение относится к новой водной полирующей композиции, которая особенно подходит для полирования полупроводниковых подложек, содержащих пленки диэлектрика оксида кремния и поликремния, а также необязательно содержащих пленки нитрида кремния.

Более того, данное изобретение относится к новому способу полирования подложек для производства электрических, механических и оптических устройств, где указанные подложки содержат пленки оксида кремния и поликремния, а также необязательно содержат пленки нитрида кремния.

Цитированные документы

Документы, цитированные в данной заявке, включены сюда путем ссылки во всей полноте.

Уровень техники

Химико-механическая планаризация или полирование (ХМП) является главным способом для достижения локальной и глобальной плоскостности интегральных схем (ИС). В способе обычно применяют композиции для ХМП или суспензии, содержащие абразивы и другие добавки в качестве активного химического вещества, между вращающейся поверхностью субстрата и полирующей подушкой при применении нагрузки. Таким образом, способ ХМП сочетает в себе физический процесс, такой как трение, и химический процесс, такой как окисление или хелатирование. Не желательно, чтобы удаление или полирование материала подложки включала только физическое или только химическое действие, необходимо синергетическое сочетание обоих действий для достижения быстрого и однородного удаления.

Таким образом, материал подложки удаляют до тех пор, пока не будет достигнута желаемая плоскость или пока не обнажается защитный подслой или тормозящий слой. В конечном итоге получают плоскую, свободную от дефектов поверхность, которая позволяет производство подходящего многослойного ИС устройства с применением последующей фотолитографии, формирования рельефа, травления и нанесения тонких пленок.

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 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 поликремниевые пленки также применяют в качестве защитных пленок или в качестве материала для электродов (см. патент США US 6,626,968 В2). Поэтому становится крайне желательно получить суспензии ХМП и способы, которые позволяют проводить глобальную плоскостность подложек, содержащих пленки диэлектрика оксида кремния и поликремния. Требуются суспензии ХМП, демонстрирующие высокую селективность оксид/поликремний.

Даже более предпочтительно получить суспензии ХМП и способы, которые позволяют получить глобальную плоскостность подложек, дополнительно содержащих пленки 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 из 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 с диоксидом 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 этиленоксид-пропиленоксид, и триблоксополимеры этиленоксид-пропиленоксид-этиленоксид, на селективность оксид/поликремний во время ХМП. Однако пирогенный кремнезем применяют в качестве абразива.

Р.W. Carter et al. описывают в Electrochemical and Solid-State Letters, 8 (8) G218-G221 (2005), Interfacial Reactivity between Ceria and Silicon Dioxide and Silicon Nitride Surfaces, Organic Additive Effects, влияние глутаминовой кислоты, пиколиновой кислоты, 4-оксибензойной кислоты, имидазола, уксусной кислоты, муравьиной кислоты, 3-оксипиколиновой кислоты, антранилиновой кислоты, пирролкарбоновой кислоты, циклогексанкарбоновой кислоты, пиперазина, пиридина, 2-фенилуксусной кислоты, бензойной кислоты, 3-аминофенола, янтарной кислоты, бетаина, глицина, пролина, бензолсульфоновой кислоты, морфолина, салициловой кислоты, терефталевой кислоты, яблочной кислоты, изопропанола, лимонной кислоты и щавелевой кислоты на селективность оксид/нитрид.

Y.N. Prasad et al. описывают влияние пролина и аргинина. в Electrochemical and Solid-State Letters, 9 (12) G337-G339 (2006), Role of Amino-Acid Absorption on Silica and Silicon Nitride Surfaces during STI CMP.

Hyun-Goo Kang et al. описывают в Journal of Material Research, volume 22, No.3, 2007, pp.777-787 влияние размера абразивных частиц и молекулярной массы поли(акриловой кислоты) в суспензии диоксида церия на селективность удаления SiO₂/Si₃N₄ пленок в химико-механической планаризации с узкощелевой изоляцией.

S. Kim et al. описывают в Journal of Colloid and Interface Science, 319 (2008), pp.48-52, абсорбирующие свойства анионного полиэлектролита для химико-механического полирования (ХМП).

S.V. Babu et al. в публикации Electrochemical and Solid-State Letters, 7 (12) G327-G330 (2004), Slurry Additive Effects on the Suppression of Silicon Nitride Removal During CMP исследуют влияние аргинина, лизина, пролина, N-метилглицина, аланина, глицина, пиколиновой кислоты, N,N-диметилглицина, 3-аминомасляной кислоты и изоникотиновой кислоты.

Jae-Dong Lee et al. описывают в Journal of the 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 триблоксополимеры этиленоксид-пропиленоксид-этиленоксид, на селективность. Однако это не относится к селективности оксид/нитрид.

В патентах США US 5,738,800, US 6,042,741, US 6,132,637 и US 6,218,305 В описана суспензия ХМП на основе диоксида церия, содержащая 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. Более того, суспензия ХМП на основе диоксида церия содержат анионное, катионное, амфотерное или неионогенное поверхностно-активное вещество. Указывается, что суспензия ХМП на основе диоксида церия имеет высокую селективность оксид/нитрид.

В патентах США US 5,759,917, US 6,689,692 B1 и US 6,984,588 B2 описана суспензия ХМП на основе диоксида церия, содержащая 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, миристновая 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 диоксида церия содержит растворимые в воде органические и неорганические соли, такие как нитраты, фосфаты и сульфаты. Указывается, что суспензия ХМП на основе диоксида церия полирует скорее излишки оксида кремния, нежели чем слой нитрида кремния.

В патенте США US 6,299,659 В1 описана суспензия ХМП на основе диоксида церия, где абразивные частицы с целью улучшения селективности оксид/нитрид обработаны связующим агентом на основе силана, титаната, цирконата, алюминия и фосфата.

В заявке на патент США US 2002/0034875 А1 и патенте США US 6,626,968 В2 описана суспензия ХМП на основе диоксида 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 диоксида церия увеличивает селективность оксид/поликремний.

В патенте США US 6,436,835 В1 описывается суспензия ХМП на основе диоксида 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 формалина, 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 диоксида церия имеет высокую селективность оксид/нитрид.

В патентах США US 6,491,843 В1, US 6,544,892 В2 и US 6,627,107 В2 описана суспензия ХМП на основе диоксида церия, содержащая альфа-аминокислоты, такие как лизин, аланин и пролин для улучшения селективности оксид/нитрид.

В патенте США US 6,616,514 В1 описана суспензия ХМП на основе диоксида церия, содержащая органические многоатомные спирты, содержащие, по меньшей мере, 3 гидроксильные группы, которые не диссоциируют в водной среде; или полимер, полученный из, по меньшей мере, одного мономера, содержащего, по меньшей мере, 3 гидроксильные группы, которые не диссоциируют в водной среде, такой как манит, сорбит, манноза, ксилит, сорбоза, сахароза и декстрин, для улучшения селективности оксид/нитрид.

В патенте США US 7,071,105 В2 и заявке на патент США US 2006/0144824 А1 описана суспензия ХМП на основе диоксида церия, содержащая полирующую добавку, содержащую функциональные группы, имеющие pKa 4-9. Полирующую добавку выбирают из группы, состоящей из ариламинов, аминоспиртов, алифатических аминов, гетероциклических аминов, гидроксаминовых кислот, аминокарбоновых кислот, циклических одноосновных карбоновых кислот, ненасыщенных одноосновных карбоновых кислот, замещенных фенолов, сульфонамидов, тиолов и их солей, в частности, хлоридов, бромидов, сульфатов, сульфонатов, трифторметилсульфонатов, ацетатов, трифторацетатов, пикратов перфторбутиратов, а также натриевых, калиевых и аммониевых солей.

Ариламины, указанные в явной форме, представляют собой анилин, 4-хлоранилин, 3-метоксианилин, N-метиланилин, 4-метоксианилин, п-толуидин, антраниловую кислоту, 3-амино-4-гидроксибензолсульфокислоту, аминобензиловый спирт, аминобензиламин, 1-(аминофенил)пиррол, 1-(3-аминофенил)этанол, простой 2-аминофениловый эфир, 2,5-бис-(4-аминофенил)-1,3,4-оксадиазол, 2-(2-аминофенил)-1Н-1,3,4-триазол, 2-аминофенил, 3-аминофенил, 4-аминофенил, диметиламинофенол, 2-аминотиофенол, 3-аминотиофенол, 4-аминофенилметилсульфид, 2-аминобензолсульфонамид, ортаниловую кислоту, 3-аминобензолбороновую кислоту, 5-аминоизофталевую кислоту, сульфацетамид, сульфаниловую кислоту, о- или п-арсаниловую кислоту и (3R)-3-(4-трифторметилфениламино)валериановую кислоту.

Аминоспирты, указанные в явной форме, представляют собой триэтаноламин, бензилдиэтаноламин, трис(гидроксиметил)аминометан, гидроксиламин, и тетрациклин.

Алифатические амины, указанные в явной форме, представляют собой метоксиамин, гидроксиламин, N-метилгидроксиламин, N,O-диметилгидроксиламин, бета-дифторэтиламин, этилендиамин, триэтилендиамин, диэтил((бутиламино)(2-гидроксифенил)метил)фосфонат, иминоэтаны, иминобутаны, триаллиламин, цианоамины, такие как аминоацетонитрил, диметиламиноацетонитрил, 2-амино-2-цианопропан, изопропиламинопропионитрил, диэтиламинопропионитрил, аминопропионитрил, дицианодиэтиламин, гидразин, метилгидразин, тетраметилгидразин, N,N-диметилгидразин, фенилгидразин, N,N-диэтилгидразин, триметилгидразин, этилгидразин и их соли.

Гетероциклические амины, указанные в явной форме, представляют собой имидазол, 1-метилимидазол, 2-метилимидазол, 2-этилимидазол, 2-гидроксилметилимидазол, 1-метил-2-гидроксилметилимидазол, бензимидазол, хинолин, изохинолин, оксихинолин, меламин, пиридин, бипиридин, 2-метилпиридин, 4-метилпиридин, 2-аминопиридин, 3-аминопиридин, 2,3-пиридиндикарбоновую кислоту, 2,5-пиридиндикарбоновую кислоту, 2,6-пиридиндикарбоновую кислоту, 5-бутил-2-пиридинкарбоновую кислоту, 2-пиридинкарбоновую кислоту, 3-гидрокси-2-пиридинкарбоновую кислоту, 4-гидрокси-2-пиридинкарбоновую кислоту, 3-бензоил-2-пиридинкарбоновую кислоту, 6-метил-2-пиридинкарбоновую кислоту, 3-метил-2-пиридинкарбоновую кислоту, 6-бром-2-пиридинкарбоновую кислоту, 6-хлор-2-пиридинкарбоновую кислоту, 3,6-дихлор-2-пиридинкарбоновую кислоту, 4-гидразин-3,5,6-трихлор-2-пиридинкарбоновую кислоту, 2-хинолинкарбоновую кислоту, 4-метокси-2-хинолинкарбоновую кислоту, 8-гидрокси-2-хинолинкарбоновую кислоту, 4,8-гидрокси-2-хинолинкарбоновую кислоту, 7-хлор-4-гидрокси-2-хинолинкарбоновую кислоту, 5,7-дихлор-4-гидрокси-2-хинолинкарбоновую кислоту, 5-нитро-2-хинолинкарбоновую кислоту, 1-изохинолинкарбоновую кислоту, 3-изохинолинкарбоновую кислоту, акридин, бензохинолин, бензакридин, клонидин, анабазин, норникотин, триазолопиридин, пиридоксин, серотонин, гистамин, бензодиазепин, азиридин, морфолин, 1,8-диазабицикло(5,4,0)ундец-7-ен, ДАБКО (1,4-диазобицикло(2,2,2)октан), гексаметилентетрамин, пиперазин, N-бензоилпиперазин, 1-тозилпиперазин, N-карбоксиэтилпиперазин, 1,2,3-триазол, 1,2,4-триазол, 2-аминотиазол, пиррол, пиррол-2-карбоновую кислоту, 3-пирролин-2-карбоновую кислоту, этилпирролин, циклогексилпирролин, толилпирролин, тетразол, 5-циклопропилтетразол, 5-гидрокситетразол, 5-фенокситетразол, 5-фенилтетразол, фторурацил, метилтиоурацил, 5,5-дифенилгидантоин, 5,5-диметил-2,4-оксазалидиндион, фталимид, сукцинимид, 3,3-метилфенилглутаримид, 3,3-диметилсукцинимид, имидазол[2,3-b]тиоксазол, гидроксиимидазо[2,3-a]изоиндол, 5,5-метилфенилбарбитуровую кислоту, 1,5,5-триметилбарбитуровую кислоту, гексобарбитал, 5,5-диметилбарбитуровую кислоту, 1,5-диметил-5-фенилбарбитуровую кислоту и их соли.

Гидроксамовые кислоты, указанные особо, представляют собой формогидроксамовую кислоту, ацетогидроксамовую кислоту, бензгидроксамовую кислоту, салицилгидроксамовую кислоту, 2-аминобензгидроксамовую кислоту, 2-хлорбензгидроксамовую кислоту, 2-фторбензгидроксамовую кислоту, 2-нитробензгидроксамовую кислоту, 3-нитробензгидроксамовую кислоту, 4-аминобензгидроксамовую кислоту, 4-хлорбензгидроксамовую кислоту, 4-фторбензгидроксамовую кислоту, 4-нитробензгидроксамовую кислоту и их соли.

Аминокарбоновые кислоты, указанные в явной форме, представляют собой глутаминовую кислоту, бета-гидроксиглутаминовую кислоту, аспарагиновую кислоту, аспарагин, азасерин, цистеин, гистидин, 3-метилгистидин, цитозин, 7-аминоцефалоспорановую кислоту и карнозин.

Циклические одноосновные карбоновые кислоты, указанные в явной форме, представляют собой нафталин-2-карбоновую кислоту, циклогексанкарбоновую кислоту, циклогексилуксусную кислоту, 2-фенилмолочную кислоту, 4-оксибензойную кислоту, 3-оксибензойную кислоту, 2-пиридинкарбоновую кислоту, цис- и транс-циклогексанкарбоновую кислоту, бензойную кислоту и их соли.

Ненасыщенные одноосновные карбоновые кислоты, указанные в явной форме, представляют собой коричную кислоту, акриловую кислоту, 3-хлорпроп-2-енкарбоновую кислоту, кротоновую кислоту, 4-бут-2-енкарбоновую кислоту, цис- или транс-2-пентеновую кислоту, 2-метил-2-пентеновую кислоту, 2-гексеновую кислоту и 3-этил-2-гексеновую кислоту и их соли.

Фенолы, указанные в явной форме, представляют собой нитрофенол, 2,6-дигало-4-нитрофенолы, 2,6-ди-С_1-12-алкил-4-нитрофенолы, 2,4-динитрофенол, 3,4-динитрофенол, 2-С_1-12-алкил-4,6-динитрофенолы, 2-гало-4,6-динитрофенолы, динитро-о-крезол, пикриновую кислоту и их соли.

Сульфонамиды, указанные в явной форме, представляют собой N-хлортолилсульфонамид, дихлорфенамид, мафенид, нимесулид, сульфаметизол, сульфаперин, сульфацетамид, сульфадиазин, сульфадидиметоксин, сульфаметазин, сульфапиридин, сульфахиноксалин и их соли.

Тиолы, указанные в явной форме, представляют собой персульфид водорода, цистеамин, цистеинилцистеин, метилцистеин, тиофенол, п-хлортиофенол, о-аминотиофенол, о-меркаптофенилуксусная кислота, п-нитротиофенол, 2-меркаптоэтансульфонат, N-диметилцистеамин, дипропилцистеамин, диэтилцистеамин, меркаптоэтилморфолин, метилтиогликолят, меркаптоэтиламин, N-триметилцистеин, глутатион, меркаптоэтилпиперидин, диэтиламинопропантиол и их соли.

Полагают, что полирующие добавки увеличивают селективность оксид/нитрид.

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 внутри пластины (НОВП).

В заявке на патент США US 2006/0207188 А1 описана суспензия ХМП на основе диоксида церия, содержащая продукт реакции полимера, такого как полиакриловая кислота или поли(алкилметакрилат), и мономера, такого как акриламид, метакриламид, этил-метакриламид, винилпиридин или винилпирролидон. Полагают, что продукты реакции также повышают селективность оксид/нитрид.

Американская патентная заявка US 2006/0216935 А1 раскрывает суспензию ХМП на основе диоксида 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 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 полиэтиленоксидов/полипропиленоксида, 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-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 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 диоксида 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 оксиду кремния по сравнению с поликремнием.

В американской патентной заявке US 2007/0191244 А1 описывается суспензия ХМП на основе диоксида 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, содержаицие остатки ЭДТУ, глутараты, метиленсукцинаты, маннозу, глицеро-галакто-гептозу, эритро-манно-октозу, арабино-галакто-нонозу, и глутамин. Суспензия ХМП на основе диоксида церия, кроме того, может содержать линейные полимерные кислоты или полимерные кислоты привитого типа, имеющие боковые цепи алкоксиполиалкиленгликоля. Полагают, что суспензия ХМП на основе диоксида церия достигает улучшенной повсеместной плоскостности отполированных пластин.

В американской патентной заявке US 2007/0218811 А1 описывается суспензия ХМП на основе диоксида церия, имеющая pH от 4 до 7,5 и содержащая диспергирующий агент, многоосновную карбоновую кислоту, и от 100 до 1000 част./млн сильной кислоты, имеющей 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, HCI, 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 диоксида 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 заявках на патенты США US 2008/0085602 А1 и US 2008/0124913 А1 описана суспензия ХМП на основе диоксида церия, содержащая от 0,001 до 0,1% мас. неионогенного поверхностно-активного вещества, выбранного из триблоксополимеров этиленоксид-пропиленоксид-этиленоксид, и полиакриловой кислоты в качестве диспергирующего агента. Указывается, что суспензия на основе диоксида церия имеет высокую селективность по отношению к диоксиду 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 диоксида церия предшествующего уровня техники могут иметь удовлетворительную селективность оксид/нитрид 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 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 из оксида индия-олова (ITO), оптические интегральные схемы, оптические переключатели, оптические волноводы, оптические монокристаллы, такие как торцевые поверхности оптических волокон и сцинтилляторов, монокристаллы твердотельных лазеров, сапфировые субстраты для голубых лазерных светоиспускающих диодов, полупроводниковые монокристаллы и стеклянные субстраты для магнитных дисков. Производство таких электрических и оптических устройств также требует стадий ХМП высокой точности.

В заявке на европейский патент ЕР 1338636 А1 описана суспензия ХМП на основе диоксида церия, содержащая агент против отвердевания, выбранный из группы, включающей целлюлозу, кристаллическую целлюлозу, производные целлюлозы, диоксид кремния, альгинаты, конденсаты бета-нафталина сульфоната и формалина, гидрофосфат кальция, белки, полипептиды и органические высокомолекулярные флокулянты, и диспергирующий агент или поверхностно-активное вещество, такое как конденсированный фосфат, такой как пирофосфорная кислота, пирофосфат натрия, триполифосфат натрия или гексаметафосфат натрия. Тем не менее, раскрыта только полировка стекла.

В заявке на патент Японии JP 2005-336400 А описана суспензия ХМП на основе диоксида церия, содержащая растворимый в воде конденсированный фосфат, такой как пирофосфат, триполифосфат и соль гексаметафосфорной кислоты, и растворимый в воде карбонат или гидрокарбонат. Кроме того, суспензия ХМП на основе диоксида церия может содержать растворимый в воде органический растворитель, такой как метанол, этанол, 1-пропанол, 2-пропанол, 1-бутанол, 2-бутанол, этиленгликоль, пропиленгликоль и 1,2,3-пропантриол, кетоны, такие как ацетон и метилэтилкетон, тетрагидрофуран, N,N-диметилформамид, диметилсульфоксид и 1,4-диоксан. Указано, что суспензия ХМП на основе диоксида церия обеспечивает улучшенное полирование в отношении точности полировки, очистки, исходной скорости полировки и скорости полировки. Тем не менее, раскрыта только полировка стекла.

В заявке на патент Японии JP 2001-240850 А описана суспензия ХМП, содержащая оксид алюминия, оксида 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 «антиржавейного агента». Суспензию ХМП применяют для полирования кремниевых пластин, стекла, алюминия, керамики, синтетического диоксида кремния, кварца и сапфира.

Задачи изобретения

Следовательно, цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы обеспечить новую водную полирующую композицию, в частности новую композицию для химико-механического полирования (ХМП), особенно новую суспензию ХМП на основе диоксида церия, которая не имеет недостатков или изъянов полирующих композиций известного уровня техники.

В частности, новый 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, 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 композиция для химико-механического полирования (ХМП) и, особенно, новая суспензия ХМП на основе диоксида церия должны быть полезны не только в области устройств с интегральными схемами, но также должны быть полезны 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 в области механических устройств и оптических устройств высокой точности, 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, такие как торцевые поверхности оптических волокон и сцинтилляторов, монокристаллов твердотельных лазеров, сапфировых субстратов для лазерных светоиспускающих диодов, работающих в голубой области видимого спектра, полупроводниковых монокристаллов и стеклянных субстратов для магнитных дисков.

Более конкретно, новые суспензии ХМП на основе диоксида церия должны также демонстрировать высокую селективность нитрид/поликремний и умеренную селективность оксид/нитрид.

Другой задачей данного изобретения является обеспечение нового способа полирования подложек для механических, электрических и оптических устройств, где материал указанной подложки содержит пленки диэлектрика оксида кремния и поликремния, а также необязательно содержит пленки нитрида кремния.

Сущность изобретения

Соответственно, была обнаружена новая водная полирующая композиция, где указанная водная полирующая композиция содержит

(A) по меньшей мере, один тип абразивных частиц, которые положительно заряжены при диспергировании в водной среде, свободной от компонента

(C) и имеющей pH в интервале от 3 до 9, что подтверждается электрофоретической подвижностью;

(B) по меньшей мере, один растворимый в воде или диспергируемый в воде полимер, выбранный из группы, состоящей из линейных или разветвленных гомополимеров и сополимеров алкиленоксидов; и

(C) по меньшей мере, один анионный фосфатный диспергирующий агент.

Далее в описании новая водная полирующая композиция именуется «композицией по изобретению».

Более того, был открыт новый способ полирования подложек для механических, электрических или 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 или оптических устройств именуется «способом 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 и способом по изобретению.

Было особенно неожиданно, что композиция по изобретению продемонстрировала значительно улучшенную селективность оксид/поликремний и обеспечила 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.

Кроме того, композиция в соответствии с данным изобретением остается стабильной во время длительной транспортировки и хранения, где стабильность значительно улучшает логистику и управление процессом.

Более того, композиция по изобретению не только исключительно полезна в области устройств с интегральными схемами, но также была 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 в области механических устройств и оптических устройств высокой точности, в частности оптических стекол, таких как фотомаски, линзы и призмы, неорганических электропроводных пленок, таких как из оксида индия-олова (ITO), оптических интегральных схем, оптических переключателей, оптических волноводов, оптических монокристаллов, таких как торцевые поверхности оптических волокон и сцинтилляторов, монокристаллов твердотельных лазеров, сапфировых субстратов для лазерных светоиспускающих диодов, работающих в голубой области видимого спектра, полупроводниковых монокристаллов и стеклянных субстратов для магнитных дисков.

Более конкретно, композиция по изобретению также демонстрировала высокую селективность нитрид/поликремний в сочетании с умеренно