Водная полирующая композиция и способ химико-механического полирования подложек, содержащих пленки на основе оксидкремниевого диэлектрика и на основе поликремния

Водная полирующая композиция и способ химико-механического полирования подложек, содержащих пленки на основе оксидкремниевого диэлектрика и на основе поликремния

Реферат

Данное изобретение относится к новым водным полирующим композициям, которые особенно подходят для полирования полупроводниковых подложек, содержащих пленки на основе оксидкремниевого диэлектрика и поликремния, необязательно содержащих пленки на основе нитрида кремния.

Кроме того, данное изобретение относится к новому способу полирования подложек для производства электрических, механических и оптических устройств, где указанные подложки содержат оксидкремниевые и поликремневые пленки, необязательно содержащие пленки на основе нитрида кремния.

Цитируемые документы

Документы, цитируемые в настоящем описании, включены сюда путем ссылки во всей полноте.

Уровень техники

Химико-механическая планаризация или химико-механическое полирование (ХМП) является основным процессом, позволяющим достигнуть локальной и глобальной плоскостности интегральных схем (ИС). В этой методике обычно используются ХМП композиции или суспензии, содержащие абразивы и другие добавки, в качестве активных химических составов между вращающейся поверхностью подложки и полировальником с приложением нагрузки. Таким образом, процесс ХМП сочетает физический процесс, такой как шлифование, с химическим процессом, таким как окисление или хелатообразование. Для удаления или полировки подложек нежелательно, чтобы процессы состояли из чисто физической или чисто химической обработки, скорее желательно использовать синергетическое сочетание обеих обработок, чтобы достигать быстрого равномерного удаления.

Таким образом, материал субстрата удаляют, пока не достигают желательной плоскостности или пока не обнажается защитный подслой или тормозящий слой. В конечном счете получают плоскую, свободную от дефектов поверхность, которая дает возможность производства требуемой многослойной ИС путем последующих фотолитографии, формирования рельефа, травления и тонкопленочной обработки.

Узкощелевая изоляция (УЩИ) является особым применением ХМП, который обычно требует селективного удаления диоксида кремния до нитрида кремния на структурированной пластине в качестве субстрата. В этом случае, протравленные углубления переполняются диэлектрическим материалом, например диоксидом кремния, который полируют с применением защитной пленки на основе нитрида кремния в качестве тормозящего слоя. ХМП заканчивается очищением диоксида кремния с защитной пленки при минимизации удаления обнаженного нитрида кремния и расположенного в щели (углублении) оксида кремния.

Это требует применения суспензий ХМП, способных давать высокое отношение скорости удаления диоксида кремния (material removal rate, MRR) к скорости удаления нитрида кремния (MRR), при этом в данной области техники такое соотношение также обозначается как «селективность оксид/нитрид» («oxide-to-nitride selectivity»).

В последнее время поликремневые пленки также применяют в качестве защитных пленок или в качестве материала для электродов (см. патент США US 6,626,968 B2). Поэтому становится крайне желательно получить суспензии ХМП и способы, которые позволяют проводить глобальную плоскостность подложек, содержащих пленки на основе оксидкремниевого диэлектрика и поликремния. Требуются суспензии ХМП, демонстрирующие высокую селективность оксид/поликремний.

Еще более предпочтительно получить суспензии ХМП и способы, которые позволяют получить глобальную плоскостность подложек, дополнительно содержащих пленки на основе нитрида кремния.

В этом случае селективность оксид/нитрид не должна быть слишком высокой, для того чтобы избежать впадин и других повреждений и дефектов в глобально планаризованной, гетерогенной, структурированной поверхности, содержащей области на основе оксида кремния, нитрида кремния и поликремния. Однако селективность нитрид/поликремний должна быть тоже высокой.

ХМП суспензии на основе диоксида церия привлекли значительное внимание в области применения УЩИ благодаря их способности достигать сравнительно высокой селективности оксид/нитрид из-за высокого химического сродства диоксида церия к диоксиду кремния, которое также называется в данной области техники как химическим эффектом «зубчатого зацепления» диоксида церия.

Тем не менее, селективность оксид/поликремний суспензий ХМП на основе диоксида церия должна быть улучшена за счет добавок, которые «подгоняют» селективность.

Было предпринято множество попыток подогнать селективность суспензий ХМП на основе диоксида церия.

Так, Jae-Don Lee et al. описывают в Journal of the Electrochemical Society, 149 (8), G477-G481, 2002, влияние неионогенных поверхностно-активных веществ с различным гидрофильно-липофильным балансом (ГЛБ), таких как полиэтиленоксиды, сополимеры этиленоксида и пропиленоксида, и триблоксополимеры этиленоксид-пропиленоксид-этиленоксид, на селективность оксид/поликремний во время ХМП. Однако пирогенный кремнезем применяют в качестве абразива и селективность оксид/нитрид не упоминается.

В заявке на патент США US 2002/0034875 А1 и патенте США US 6,626,968 В2 описана суспензия ХМП на основе диоксида церия, содержащая поверхностно-активные вещества, агенты для регулирования уровня pH, такие как гидроксид калия, серная кислота, азотная кислота, соляная кислота или фосфорная кислота, и полимеры, содержащие гидрофильную функциональную группу и липофильную функциональную группу, такие как поливинилметиловый эфир (ПВМЭ), полиэтиленгликоль (ПЭГ), полиоксиэтилен 23 лауриловый эфир (ПОЛЭ), полипропионовая кислота (ППК), полиакриловая кислота (ПАК) и полиэтиленгликоля бисэфир (ПЭГБЭ). Тем не менее, эта суспензия ХМП на основе диоксида церия увеличивает селективность оксид/поликремний.

В патенте США US 6,645,051 В2 описаны суспензии ХМП на основе диоксида церия для полирования подложек для жестких дисков памяти, содержащие, по меньшей мере, одно неионогенное поверхностно-активное средство, выбранное из группы, состоящей из алкиловых эфиров полиоксиэтилена и полиоксипропилена и сополимеров полиоксиэтилена и полиоксипропилена.

В американской патентной заявке US 2003/0228762 А1 описана суспензия ХМП для полирования подложек, содержащих диэлектрическую пленку с низкой диэлектрической проницаемостью, где указанная суспензия ХМП содержит

- абразивные частицы, выбранные из группы, состоящей из оксида алюминия, диоксида кремния, диоксида титана, диоксида церия, диоксида циркония, оксида германия, оксида магния и их совместно образованных продуктов; и

- амфифильные неионогенные поверхностно-активные вещества, имеющие, по меньшей мере, одну гидрофобную головную группу и, по меньшей мере, одну гидрофильную хвостовую группу.

Согласно US 2003/0228762 А1, подходящие головные группы включают полисилоксаны, тетра-C_1-4-алкилдецины, насыщенные или частично ненасыщенные C_6-30 алкильные группы, полиоксипропиленовые группы, C_6-12 алкилфенильные или алкилциклогексильные группы и полиэтиленовые группы. Подходящие хвостовые группы включают полиоксиэтиленовые группы. Таким образом, амфифильное неионогенное поверхностно-активное вещество может быть выбрано из группы, состоящей из алкиловых простых или сложных эфиров полиоксиэтилена.

В заявке на патент США US 2006/0124594 А1 описана суспензия ХМП на основе диоксида церия, имеющая вязкость, по меньшей мере, 1,5 сП, и содержащая агент, повышающий вязкость, включающий неионогенный полимер, такой как полиэтиленгликоль (ПЭГ). Указывается, что суспензия ХМП на основе диоксида церия имеет высокую селективность оксид/нитрид и низкую неоднородность в пределах пластины (НОВП).

Американская патентная заявка US 2006/0216935 А1 раскрывает суспензию ХМП на основе диоксида церия, содержащую белок, лизин и/или аргинин, и соединения пирролидона, такие как поливинилпирролидон (ПВП), N-октил-2-пирролидон, N-этил-2-пирролидон, N-гидроксиэтил-2-пирролидон, N-циклогексил-2-пирролидон, N-бутил-2-пирролидон, N-гексил-2-пирролидон, N-децил-2-пирролидон, N-октадецил-2-пирролидон и N-гексадецил-2-пирролидон. Суспензия ХМП на основе диоксида церия, кроме того, может содержать диспергирующие агенты, подобные полиакриловой кислоте, гликолям и полигликолям. Конкретные примеры включают пролин, поливинилпирролидон или N-октил-2-пирролидон, блок-сополимеры ППО/ПЭО, и глутаровый альдегид. Полагают, что суспензия ХМП на основе диоксида церия щадяще удаляет диоксид кремния в канавках, тем самым позволяя проводить полирование, распространяющееся за пределы краев без значительного повышения минимальной высоты ступени.

В американской патентной заявке US 2007/0077865 А1 описывается суспензия ХМП на основе диоксида церия, содержащая сополимеры полиэтиленоксид/полипропиленоксид, предпочтительно из семейства Pluronic™, выпускаемого компанией BASF. Суспензия ХМП на основе диоксида церия, кроме того, может содержать аминоспирты, такие как 2-диметиламино-2-метил-1-пропанол (ДМАМП), 2-амино-2-этил-1-пропанол (АЭП), 2-(2-аминоэтиламино)этанол, 2-(изопропиламино)этанол, 2-(метиламино)этанол, 2-(диэтиламино)этанол, 2-(2-диметиламино)этокси)этанол, 1,1'-[[3-(диметиламино)пропил]имино]-бис-2-пропанол, 2-(2-бутиламино)этанол, 2-(трет-бутиламино)этанол, 2-(диизопропиламино)этанол и N-(3-аминопропил)морфолин. Суспензия ХМП на основе диоксида церия, кроме того, может содержать соединения четвертичного аммония, подобные гидроксиду тетраметиламмония, пленкообразующие агенты, такие как алкиламины, алканоламины, гидроксиламины, эфиры фосфорной кислоты, лаурилсульфат натрия, жирные кислоты, полиакрилаты, полиметакрилаты, поливинилфосфонаты, полималаты, полистиролсульфонат, поливинилсульфат, бензотриазол, триазол и бензоимидазол, и комплексообразующие агенты, такие как ацетилацетон, ацетаты, гликоляты, лактаты, глюконаты, галловая кислота, оксалаты, фталаты, цитраты, сукцинаты, тартаты, малаты, этилендиаминтетрауксусная кислота, этиленгликоль, пирокатехин, пирогаллол, дубильная кислота, соли фосфония и фосфоновые кислоты. Суспензия ХМП на основе диоксида церия, как полагают, обеспечивает хорошую селективность по отношению к оксиду кремния и/или нитриду кремния по сравнению с поликремнием.

Американская патентная заявка US 2007/0175104 А1 раскрывает суспензию ХМП на основе оксида церия, содержащую поликремниевый ингибитор полировки, который выбран из растворимых в воде полимеров, имеющих N-монозамещенный или N,N-дизамещенный скелет, замещенный любыми членами, выбранными из группы, состоящей из акриламида, метакриламида и их альфа-замещенных производных; полиэтиленгликолей; поливинилпирролидонов; алкилоксилированных линейных алифатических спиртов и продуктов присоединения этиленоксида к ацетиленовым диолам. Суспензия ХМП на основе диоксида церия может содержать дополнительные растворимые в воде полимеры, такие как полисахариды, подобные альгиновой кислоте, пектиновой кислоте, карбоксиметилцеллюлозе, агар-агару, курдлану и пуллулану; многоосновные карбоновые кислоты, такие как полиаспарагиновая кислота, полиглутаминовая кислота, полилизин, полияблочная кислота, полиметакриловая кислота, полиимидная кислота, полималеиновая кислота, полиитаконовая кислота, полифумаровая кислота, поли(п-стиролкарбоновая кислота), полиакриловая кислота, полиакриламид, амино-полиакриламид, полиглиоксиловая кислота и их соли; и виниловые полимеры, такие как поливиниловый спирт и полиакролеин. Указывается, что суспензия ХМП на основе диоксида церия имеет высокую селективность по отношению к диоксиду кремния по сравнению с поликремнием.

В американских патентных заявках US 2008/0085602 А1 и 2008/0124913 А1 описывается суспензия ХМП на основе оксида церия, содержащая от 0,001 до 0,1% мас. неионогенного поверхностно-активного вещества, выбранного из триблоксополимеров этиленоксид-пропиленоксид-этиленоксид, и полиакриловую кислоту в качестве диспергирующего агента. Утверждается, что суспензия на основе диоксида церия имеет высокую селективность по отношению к диоксиду кремния и нитриду кремния по сравнению с поликремнием.

В американской патентной заявке US 2008/0281486 описана суспензия ХМП на основе диоксида церия, содержащая неионогенные поверхностно-активные вещества, имеющие гидрофильно-липофильный баланс (ГЛБ) в интервале от 12 до 17. Неионогенные поверхностно-активные вещества выбирают из группы, состоящей из лаурилового эфира полиоксиэтилена, цетилового эфира полиоксиэтилена, олеилового эфира полиоксиэтилена, полиоксиэтилен сорбитан монолаурата, изооктилфенилового эфира полиоксиэтилена и их смесей. Указано, что суспензия ХМП имеет высокую селективность по отношению к диоксиду кремния по сравнению с поликремнием.

Производство электрических устройств, в частности полупроводниковых интегральных схем (ИС), требует высокоточных способов, которые включают, кроме прочего, высокую селективность ХМП.

Хотя суспензии ХМП на основе диоксида церия известного уровня техники могут иметь удовлетворительную селективность оксид/поликремний и могут обеспечивать получение полированных пластин, имеющих хорошую глобальную и локальную плоскостность, что иллюстрируется показателями неоднородности в пределах пластины (НОВП) и неоднородности одной пластины относительно другой (НОВП), все более уменьшающиеся размеры архитектур ИС, в частности БИС (больших интегральных схем) или СБИС (сверхбольших интегральных схем), делают необходимым постоянно улучшать суспензии ХМП на основе диоксида церия, чтобы отвечать все возрастающим техническим и экономическим требованиям изготовителей интегральных схем.

Однако эта растущая необходимость постоянно улучшать суспензии ХМП на основе диоксида церия предшествующего уровня техники относится не только к области интегральных схем, также должна быть улучшена эффективность полирования и планаризации в областях производства других электрических устройств, таких как жидкокристаллические панели, органические электролюминесцентные панели, печатные платы, микромеханизмы, ДНК-чипы, микрозаводы, фотовольтаические ячейки и магнитные головки; а также высокоточных механических устройств и оптических устройств, в частности оптических стекол, таких как фотомаски, линзы и призмы, неорганические электропроводные пленки, такие как на основе оксида индия-олова (ITO), оптические интегральные схемы, оптические переключатели, оптические волноводы, оптические монокристаллы, такие как торцевые поверхности оптических волокон и сцинтилляторов, монокристаллы твердотельных лазеров, сапфировые субстраты для лазерных светоиспускающих диодов, работающих в голубой области видимого света, полупроводниковые монокристаллы и стеклянные субстраты для магнитных дисков. Производство таких электрических, механических и оптических устройств также требует стадий ХМП высокой точности.

В японской патентной заявке JP 2001-240850 А описана суспензия ХМП, содержащая оксид алюминия, диоксид циркония или карбид кремния в качестве абразива, блок- или статистический сополимер алкиленоксида и этиленоксида в качестве диспергирующего агента, и фосфат натрия или полифосфат натрия в качестве «противоржавейного» агента.

Сополимер алкиленоксида и этиленоксида общей формулы:

Z-[{(AO)_n/(EO)_m}R¹]p,

где индексы y переменных имеют следующее значение:

p - целое число от 1 до 6;

n - целое число со средним значением от 10 до 200;

m - целое число со средним значением от 1 до 300;

E - этиленовая группа;

А - пропиленовая или 1,2-, 2,3-, 1,3- или 1,4-бутиленовая группа;

Z - остаток спирта, содержащего гидроксильные группы в количестве «p»; и

R¹ - атом водорода, алкильная группа, имеющая 1-18 атомов углерода или ацильная группа, имеющая 2-24 атома углерода.

Суспензию ХМП применяют для полирования кремниевых пластин, стекла, алюминия, керамики, синтетического диоксида кремния, кварца и сапфира. Селективность по отношению к диоксиду кремния и/или нитриду кремния по сравнению с поликремнием не описана.

В предварительной американской патентной заявке US №61/380719, поданной 8 сентября 2010 года, описана суспензия ХМП на основе диоксида церия, содержащая, по меньшей мере, один растворимый в воде полимер, выбранный из группы, состоящей из линейных и разветвленных гомополимеров и сополимеров алкиленоксидов, как описано в японской патентной заявке JP 2001-240850 А, американских патентных заявках US 2007/0077865 А1, US 2006/0124594 А1 и US 2008/0124913 А1, американском патенте US 2006/0213780 А1 и брошюре компании BASF Corporation «Pluronic™ & Tetronic™ Block Copolymer Surfactants, 1996». Более того, суспензия ХМП на основе диоксида церия содержит, по меньшей мере, один анионный фосфатный диспергирующий агент. Суспензия ХМП на основе диоксида церия демонстрирует превосходную селективность оксид/поликремний и высокую селективность нитрид/поликремний в сочетании с предпочтительной селективностью оксид/нитрид.

В предварительной европейской патентной заявке №10186886.7, поданной 7 октября 2010 года, описана суспензия ХМП на основе диоксида церия, содержащая, по меньшей мере, одно амфифильное неионогенное поверхностно-активное вещество, выбранное из группы, состоящей из растворимых в воде или диспергируемых в воде поверхностно-активных веществ, имеющих, по меньшей мере, одну липофильную группу (b1), выбранную из группы, состоящей из разветвленных алкильных групп, имеющих 5-20 атомов углерода; и, по меньшей мере, одну гидрофильную группу (b2), выбранную из группы, состоящей из полиоксиалкиленовых групп, содержащих оксиэтиленовые мономерные звенья (b21) и, по меньшей мере, один тип замещенных оксиалкиленовых мономерных звеньев (b22), где заместители выбраны из группы, состоящей из алкильных, циклоалкильных или арильных, алкил-циклоалкильных, алкил-арильных, циклоалкил-арильных и алкил-циклоалкил-арильных групп; где указанная полиоксиалкиленовая группа содержит мономерные звенья (b21) и (b22) в случайном, чередующемся, градиентном и/или блокоподобном порядке. Суспензия ХМП обладает высокой селективностью по отношению к диоксиду кремния, нитриду тантала и меди по сравнению с диэлектрическим материалом с ультранизкой диэлектрической проницаемостью.

Задачи изобретения

Следовательно, задачей данного изобретения является новая водная полирующая композиция, в частности новая композиция для химико-механического полирования (ХМП), в особенности новая суспензия ХМП на основе диоксида церия, которая не имеет недостатков и изъянов полирующих композиций предшествующего уровня техники.

В частности, новая водная полирующая композиция, в частности новая композиция для химико-механического полирования (ХМП), особенно новая суспензия ХМП на основе диоксида церия, должна обладать значительно улучшенной селективностью оксид/поликремний и обеспечивать получение полированных пластин, имеющих превосходную глобальную и локальную плоскостность, что иллюстрируется неоднородностью в пределах пластины (НОВП) и неоднородностью одной пластины относительно другой (НОПП). Следовательно, они должны превосходно подходить для производства архитектур ИС, в частности БИС (большие интегральные схемы) или СБИС (сверхбольшие интегральные схемы), имеющих структуры с размерами меньше 50 нм.

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

Более того, новая водная полирующая композиция, в частности новая химико-механическая полирующая (ХМП) композиция, и особенно новая суспензия ХМП на основе диоксида церия, должна быть полезна не только в области устройств интегральных схем, но также должна быть полезна с наибольшей эффективностью и успехом в областях производства других электрических устройств, таких как жидкокристаллические панели, органические электролюминесцентные панели, печатные платы, микромеханизмы, ДНК-чипы, микрозаводы и магнитные головки; а также высокоточных механических устройств и оптических устройств, в частности оптических стекол, таких как фотомаски, линзы и призмы, неорганических электропроводных пленок, таких как на основе оксида индия-олова (ITO), оптических интегральных схем, оптических переключателей, оптических волноводов, оптических монокристаллов, таких как торцевые поверхности оптических волокон и сцинтилляторов, монокристаллов твердотельных лазеров, сапфировых субстратов для лазерных светоиспускающих диодов, работающих в голубой области видимого спектра, полупроводниковых монокристаллов и стеклянных субстратов для магнитных дисков.

Другой задачей данного изобретения является новый способ полирования подложек для механических, электрических и оптических устройств, где указанные материалы подложек содержат пленки на основе оксидкремниевого диэлектрика и пленки на основе поликремния, необязательно содержащие пленки на основе нитрида кремния.

Сущность изобретения

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

(А) - по меньшей мере, один тип абразивных частиц, содержащих или состоящих из диоксида церия; и

(В) - по меньшей мере, одно амфифильное неионогенное поверхностно-активное вещество, выбранное из группы, состоящей из растворимых в воде и диспергируемых в воде, линейных и разветвленных полиоксиалкиленовых блоксополимеров общей формулы I:

где индексы и переменные имеют следующие значения:

m - целое число ≥ 1;

n - целое число ≥ 1;

p - целое число ≥ 1;

R - атом водорода или одновалентный или поливалентный органический остаток, за исключением линейных и разветвленных алкильных групп, имеющих 5-20 атомов углерода;

(B1) - блок, состоящий по существу из оксиэтиленовых мономерных звеньев;

(B2) - блок, состоящий по существу из, по меньшей мере, одного типа замещенных оксиалкиленовых мономерных звеньев, где заместители выбирают из группы, состоящей из, по меньшей мере, двух метильных групп, алкильных групп, имеющих, по меньшей мере, два атома углерода, и циклоалкильных, арильных, алкил-циклоалкильных, алкил-арильных, циклоалкил-арильных и алкил-циклоалкил-арильных групп; и

Y - атом водорода или одновалентный органический остаток, за исключением линейных и разветвленных алкильных групп, имеющих 5-20 атомов углерода;

при условии, что если (B) содержит более одного блока (B1) или (B2), два блока одинакового типа разделены друг от друга блоком другого типа.

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

Кроме того, был открыт новый способ полирования подложек для механических, электрических и оптических устройств путем контактирования материала подложки по меньшей мере один раз с композицией по изобретению и полирования материала подложки до достижения желаемой плоскостности.

Далее в описании новый способ полирования материалов подложек для механических, электрических и оптических устройств именуется «способом по изобретению».

Преимущества изобретения

Учитывая предшествующий уровень техники, было удивительно и специалист в данной области техники не мог ожидать, что задачи настоящего изобретения могли быть решены композицией по изобретению и способом по изобретению.

В частности удивительным было то, что композиция по изобретению продемонстрировала значительно улучшенную селективность оксид/поликремний и обеспечивала получение полированных пластин, имеющих превосходную глобальную и локальную плоскостность, что иллюстрируется неоднородностью в пределах пластины (НОВП) и неоднородностью одной пластины относительно другой (НОПП). Следовательно, они превосходно подошли для производства архитектур ИС, в частности БИС (большие интегральные схемы) или СБИС (сверхбольшие интегральные схемы), имеющих структуры с размерами меньше 50 нм.

Более конкретно, композиция по изобретению также продемонстрировала выгодную селективность нитрид/поликремний в сочетании с выгодной селективностью оксид/нитрид.

Кроме того, композиция по изобретению была стабильной во время длительной транспортировки и хранения, где стабильность значительно улучшала логистику и технологическое управление.

Более того, композиция по изобретению была не только исключительно полезной в области устройств с интегральными схемами, но также была наиболее эффективно и с наибольшей выгодой полезной в областях производства других электрических устройств, таких как жидкокристаллические панели, органические электролюминесцентные панели, печатные платы, микромеханизмы, ДНК-чипы, микрозаводы и магнитные головки; а также в области механических устройств и оптических устройств высокой точности, в частности оптических стекол, таких как фотомаски, линзы и призмы, неорганических электропроводных пленок, таких как на основе оксида индия-олова (ITO), оптических интегральных схем, оптических переключателей, оптических волноводов, оптических монокристаллов, таких как торцевые поверхности оптических волокон и сцинтилляторов, монокристаллов твердотельных лазеров, сапфировых субстратов для лазерных светоиспускающих диодов, работающих в голубой области видимого спектра, полупроводниковых монокристаллов и стеклянных субстратов для магнитных дисков.

Следовательно, композиция по изобретению наиболее предпочтительно была наиболее полезной для способа по изобретению. Способ по изобретению может наиболее предпочтительно применяться для полирования, особенно химико-механического полирования, материалов подложек для электрических устройств, таких как жидкокристаллические панели, органические электролюминесцентные панели, печатные платы, микромеханизмы, ДНК-чипы, микрозаводы и магнитные головки; а также механических устройств и оптических устройств высокой точности, в частности оптических стекол, таких как фотомаски, линзы и призмы, неорганических электропроводных пленок, таких как на основе оксида индия-олова (ITO), оптических интегральных схем, оптических переключателей, оптических волноводов, оптических монокристаллов, таких как торцевые поверхности оптических волокон и сцинтилляторов, монокристаллов твердотельных лазеров, сапфировых субстратов для лазерных светоиспускающих диодов, работающих в голубой области видимого спектра, полупроводниковых монокристаллов и стеклянных субстратов для магнитных дисков.

Более конкретно, однако, способ в соответствии с данным изобретением превосходно подошел для полирования полупроводниковых пластин, содержащих пленки на основе оксидкремниевого диэлектрика и поликремния и необязательно содержащих пленки на основе нитрида кремния. Способ в соответствии с данным изобретением обеспечивает получение полированных пластин, имеющих превосходную глобальную и локальную плоскостность, что иллюстрируется, например, показателями неоднородности внутри пластины (НОВП) и неоднородности одной пластины относительно другой (НОПП). Поэтому они превосходно подходят для производства архитектур ИС, в частности БИС (большие интегральные схемы) или СБИС (сверхбольшие интегральные схемы), имеющих структуры с размерами меньше 50 нм.

Подробное описание изобретения

Композиция по изобретению представляет собой водную композицию. Это означает, что она содержит воду, в частности сверхчистую воду, в качестве основного растворителя и диспергирующего агента. Тем не менее, композиция по изобретению может содержать, по меньшей мере, один смешиваемый с водой органический растворитель, однако в таких незначительных количествах, которые не меняет водную природу композиции по изобретению.

Предпочтительно, композиция по изобретению содержит воду в количестве от 60 до 99,95% мас., более предпочтительно от 70 до 99,9% мас., еще более предпочтительно от 80 до 99,9% мас. и наиболее предпочтительно от 90 до 99,9% мас., причем массовые проценты представляют собой проценты в пересчете на полную массу композиции по изобретению.

«Растворимый в воде» означает, что соответствующий компонент или ингредиент композиции по изобретению может быть растворен в водной фазе на молекулярном уровне.

«Диспергируемый в воде» означает, что соответствующий компонент или ингредиент композиции по изобретению может быть диспергирован в водной фазе и формировать стабильную эмульсию или суспензию.

Первым основным ингредиентом композиции по изобретению является, по меньшей мере, один, предпочтительно один, тип абразивных частиц (А), содержащих или состоящих из диоксида церия.

Средний размер абразивных частиц (А) может варьироваться в широких интервалах и, следовательно, может быть наиболее выгодным образом приведен в соответствие с конкретными требованиями данной композиции и способа по изобретению. Предпочтительно, средний размер частиц, определенный с помощью динамического рассеяния лазерного излучения, составляет от 1 до 2000 нм, предпочтительно от 1 до 1000 нм, более предпочтительно от 1 до 750, наиболее предпочтительно от 1 до 500 нм, в особенности от 10 до 250 нм, например от 80 до 200 нм.

Распределение абразивных частиц (А) по размеру может быть мономодальным, бимодальным или мультимодальным. Предпочтительно, распределение частиц по размеру является мономодальным, чтобы получить легко воспроизводимый профиль свойств абразивных частиц (А) и легко воспроизводимые условия в ходе способа по изобретению.

Кроме того, распределение абразивных частиц (А) по размеру может быть узким или широким. Предпочтительно, распределение частиц по размеру является узким, лишь с малым количеством маленьких частиц и больших частиц, чтобы получить легко воспроизводимый профиль свойств абразивных частиц (А) и легко воспроизводимые условия в ходе способа по изобретению.

Абразивные частицы (А) могут иметь различные формы. Следовательно, они могут быть одного или по существу одного типа формы. Тем не менее, также возможно, что абразивные частицы (А) имеют разные формы. В частности, два типа абразивных частиц (А), различающихся по форме, могут присутствовать в данной композиции по изобретению. Что касается самих форм, они могут представлять собой кубы, кубы с закругленными ребрами, октаэдры, икосаэдры, гранулы и сферы с или без выступов или впадин. Наиболее предпочтительно, форма является сферической в отсутствие или только с очень малым количеством выступов или впадин. Эта форма, как правило, является предпочтительной, потому что обычно она увеличивает устойчивость к механическим воздействиям, которым подвергаются абразивные частицы (А) во время процесса ХМП.

Абразивные частицы (А), которые содержат диоксид церия, могут содержать незначительные количества других оксидов редкоземельных металлов.

Абразивные частицы (А), которые состоят из диоксида церия, могут иметь шестиугольную, кубическую или гранецентрированную кубическую кристаллическую решетку.

Предпочтительно, абразивные частицы (А), которые содержат диоксид церия, являются композитными частицами (А), содержащими ядро, содержащее или состоящее из, по меньшей мере, одного абразивного материала в виде твердых частиц, который отличается от диоксида церия, в частности оксид алюминия, диоксид кремния, диоксид титана, диоксид циркония, оксид цинка и их смеси.

Такие композитные частицы (А) известны, например, из международной патентной заявки WO 2005/035688 А1, из американских патентов US 6,110,396, US 6,238,469 В1, US 6,645,265 В1, из публикации K.S. Choi et al., Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol.671, 2001 Materials Research Society, M5.8.1-M5.8.10, из публикации S.-H. Lee et al., J. Mater. Res., Vol.17, No. 10, (2002), pages 2744-2749, из публикации A. Jindal et al., Journal of the Electrochemical Society, 150 (5) G314-G318 (2003), из публикации Z. Lu, Journal of Materials Research, Vol.18, No. 10, October 2003, Materials Research Society, или публикации S. Hedge et al., Electrochemical and Solid-State Letters, 7 (12) G316-G318 (2004).

Наиболее предпочтительно, композитные частицы (А) представляют собой покрытые частицы типа малина, содержащие ядро, выбранное из группы, состоящей из оксида алюминия, диоксида кремния, диоксида титана, диоксида циркония, оксида цинка и их смесей, с размером ядра от 20 до 100 нм, где это ядро покрыто частицами диоксида церия, имеющими размер частиц меньше 10 нм.

Количество абразивных частиц (А), используемое в композиции по изобретению, может варьироваться в широких пределах и, следовательно, может быть наиболее выгодным образом приведено в соответствие с конкретными требованиями данной композиции и способа по изобретению. Предпочтительно, композиция в соответствии с данным изобретением содержит от 0,005 до 10% мас., более предпочтительно от 0,01 до 8% мас. и, наиболее предпочтительно, от 0,01 до 6% мас. абразивных частиц (А), где массовые проценты указаны в пересчете на полный вес композиции по изобретению.

Вторым основным ингредиентом композиции по изобретению является, по меньшей мере, одно, предпочтительно одно, амфифильное неионогенное поверхностно-активное вещество (В), которое выбирают из группы, состоящей из растворимых в воде и диспергируемых в воде, предпочтительно растворимых в воде, линейных и разветвленных, предпочтительно линейных, полиоксиалкиленовых блоксополимеров общей формулы I:

R[(B1)_m/(B2)_nY]_p

В общей формуле I, индексы m и n независимо друг от друга являются целыми числами, равными или более 1, предпочтительно целыми числами от 1 до 10, более предпочтительно от 1 до 5, и наиболее предпочтительно от 1 до 3.

Индекс p в общей формуле I является целым числом, равным или более 1, предпочтительно целыми числами от 1 до 100, более предпочтительно от 1 до 50, еще более предпочтительно от 1 до 25, и наиболее предпочтительно от 1 до 10.

Переменная R означает атом водорода или одновалентный или поливалентный органический остаток, за исключением линейных и разветвленных алкильных групп, имеющих 5-20 атомов углерода.

Предпочтительно, одновалентный или поливалентный органический остаток R выбирают из группы, состоящей из алкильных групп, имеющих 1-4 и 21-30 атомов углерода, и циклоалкильных, арильных, алкил-циклоалкильных, алкил-арильных, циклоалкил-арильных и алкил-циклоалкил-арильных групп.

Более предпочтительно, одновалентные или поливалентные органические остатки R образуются из моногидрокси и полигидрокси соединений R'.

Примерами подходящих моногидрокси соединений R' являются метанол, этанол, пропанол, изопропанол, н-, втор и трет-бутанол, моноспирты, являющиеся производными линейного и разветвленного генэйкозана, докозана, трикозана, тетракозана, пентакозана, гексакозана, гептакозана, октакозана, нонакозана и триаконтана, циклогексанол, бензиловый спирт, фенол и фенолы, имеющие алкильную группу от 4 до 16 атомов углерода в их 4-м положении.

Примерами подходящих дигидрокси соединений R' являются этиленгликоль, пропиленгликоль, бутиленгликоль, пентиленгликоль, гексиленгликоль, диэтиленгликоль, триэтиленгликоль, дипропиленгликоль, трипропиленгликоль, этиленпропиленгликоль, диэтиленпропиленгликоль, этилендипропиленгликоль, 1,2-, 1,3- и 1,4-дигидроксициклогексан и бензол и бисфенол А и F.

Примерами подходящих тригидрокси соединений R' являются глицерин, 1,2,3-тригидрокси-н-бутан, триметилолпропан, 1,2,3-, 1,2,4- и 1,3,5-тригидроксициклогексан и бензол.

Примерами подходящих полигидрокси соединений R' являются пентаэритрит, 1,2,3,4-, 1,2,3,5- и 1,2,4,5-тетрагидроксициклогексан и бензол, поливиниловые спирты, поли(гидроксистиролы), альдиты, циклиты, углеводороды и димеры и олигомеры глицерина, триметилолпропана, пентаэритрита, альдитов и циклитов.

Примерами подходящих альдитов R' являются тетриты, пентиты, гекситы, гептиты и октиты, в частности эритрит, треит, арабинит, рибит, ксилит, галактит, маннит, глюцит, аллит, альтрит и идит.

Примерами подходящих димеров R' являются димеры глицерина, триметилолпропана, эритрита, треита и пентаэритрита, мальтита, изомальта и лактита, в частности три-, тетра-, пента-, гекса-, гепта-, окта-, нона-, дека-, ундека- и додекаглицерина, -триметилолпропана, -эритрита, -треита и-пентаэритрита.

Примерами подходящих циклитов R' являются 1,2,3,4,5-пентагидроксициклогексан и инозиты, в частности мио-, сцилло-, муко-, хиро-, нео-, алло-, эпи- и цис-инозит.

Примерами подходящих углеводородов R' являются моносахариды, дисахариды, олигосахариды, полисахариды, дезоксисахара и аминосахара, в частности моносахариды.

Примерами подходящих моносахаридов R' являются аллоза, альтроза, глюкоза, манноза, идоза, галактоза и талоза.

Остатки R, отличные от атома водорода, могут нести, по меньшей мере, один инертный заместитель. «Инертный» о