Водная полирующая композиция и способ химико-механического полирования материалов подложек для электрических, механических и оптических устройств

Водная полирующая композиция и способ химико-механического полирования материалов подложек для электрических, механических и оптических устройств

Реферат

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 pK_a 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,