Водные полирующие композиции, содержащие n-замещенные диазений диоксиды и/или соли n -замещенных n'-гидрокси-диазений оксидов

Водные полирующие композиции, содержащие n-замещенные диазений диоксиды и/или соли n -замещенных n'-гидрокси-диазений оксидов

Реферат

Описание

Область изобретения

Настоящее изобретение направлено на новые водные полирующие композиции, в частности химико-механические полирующие (ХМП) композиции, содержащие N-замещенные диазений диоксиды и/или соли N-замещенных N’-гидрокси-диазений оксидов.

Более того, настоящее изобретение направлено на новое применение N-замещенных диазений диоксидов и/или солей N-замещенных N’-гидрокси-диазений оксидов для производства электрических и оптических устройств.

Кроме того, настоящее изобретение направлено на новый способ полирования материалов подложек 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 обработки тонкой пленки.

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 с 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 и удаления 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.

Итак, Р.W. Carter et al. в статье Electrochemical and Solid-State Letters, 8 (8) G218-G221 (2005), Interfacial Reactivity between Ceria and Silicon Dioxide and Silicon Nitride Surfaces, Organic Additive Effects, описывают влияние глутаминовой кислоты, пиколиновой кислоты, 4-оксибензойной кислоты, имидазола, уксусной кислоты, муравьиной кислоты, 3-оксипиколиновой кислоты, антраниловой 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 оксид/нитрид селективность.

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 Adsorbtion 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, pages 777 to 787, влияние размера абразивных частиц и молекулярной массы поли(акриловой кислоты) в суспензии оксида церия на селективность удаления пленок SiO₂/Si₃N₄ в процессе узкощелевой изоляции с использованием химико-механической планаризации.

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

S.V. Babu et al. в Electrochemical and Solid-State Letters, 7 (12) G327-G330 (2004), Slurry Additive Effects on Supression of Silicon Nitride Removal during CMP, исследовали 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 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 5738800, US 6042741, US 6132637 и US 6218305 В 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 5759917, US 6689692 B1 и US 6984588 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 6299659 В1 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 А1 и патент US 6626968 В2 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 6436835 В1 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 6491843 В1, US 6544892 В2 и US 6627107 В2 описывается суспензия ХМП на основе оксида церия, содержащая альфа-аминокислоты, такие как лизин, аланин и пролин для улучшения оксид/нитрид селективности.

Американский патент US 6616514 В1 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.

Японская патентная заявка JP 2005-336400 раскрывает суспензию ХМП на основе оксида церия, содержащую растворимый в воде конденсированный фосфат, такой как пирофосфат, триполифосфат и соль гексаметафосфорной кислоты, и растворимый в воде карбонат или гидрокарбонат. Суспензия ХМП на основе оксида церия может, кроме того, содержать растворимый в воде органический растворитель, такой как метанол, этанол, 1-пропанол, 2-пропанол, 1-бутанол, 2-бутанол, этиленгликоль, пропилен гликоль и 1,2,3-пропантриол, кетоны, такие как ацетон и метилэтилкетон, тетрагидрофуран, N,N-диметилформамид, диметилсульфоксид, и 1,4-диоксан.

Американский патент US 7071105 В2 и патентная заявка US 2006/0144824 А1 описывают суспензию ХМП на основе оксида церия, содержащую полирующую добавку, содержащую функциональные группы, имеющие pK_a от 4 до 9. Полирующая добавка выбрана из группы, состоящей из ариламинов, аминоспиртов, алифатических аминов, гетероциклических аминов, гидроксамовых 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 солей натрия, калия и аммония.

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, 6-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-а]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-меркаптофенилуксусную кислоту, п-нитротиофенол, 2-меркаптоэтансульфонат, N-диметилцистеамин, дипропилцистеамин, диэтилцистеамин, меркаптоэтилморфолин, метилтиогликолят, меркаптоэтиламин, N-триметилцистеин, глутатион, меркаптоэтилпиперидин, диэтиламинопропантиол и их соли.

Полагают, что полирующие добавки увеличивают оксид/нитрид селективность.

В американской патентной заявке US 2006/0207188 А1 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 А1 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 А1 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 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 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 А1 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 част./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.

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 голубых лазерных светоиспускающих диодов, полупроводниковые монокристаллы и стеклянные субстраты для магнитных дисков. Производство таких электрических и оптических устройств также требует стадий ХМП высокой точности.

Аналогично, производство механических устройств высокой точности также требует стадий ХМП высокой точности.

Один из главных недостатков суспензий ХМП на основе оксида церия предшествующего уровня техники состоит в том, что они склонны подвергаться воздействию микроорганизмов и грибков. Следовательно, они становятся нестабильными при хранении вследствие роста бактерий и грибков, причем этот рост оказывает вредное влияние на распределение абразивных частиц оксида церия по размерам, что, в свою очередь, ведет к необратимой агломерации и седиментации частиц оксида церия.

Пытались решать эту серьезную проблему добавлением биоцидов. Однако биоциды предшествующего уровня техники также стремятся дестабилизировать распределение абразивных частиц по размерам непредсказуемым образом.

N-замещенные диазений диоксиды и соли N-замещенных N’-гидроксидиазений оксидов, способы их получения и их применение в качестве консервирующих средств для древесины, а также в качестве бактерицидов и фунгицидов, пригодных в качестве дезинфицирующих средств и для заключительной отделки текстиля, пластмасс, строительных материалов или окрасочных систем, известны из немецкой патентной заявки DE 3835370 А1, американского патента US 5393874, европейской патентной заявки ЕР 0588249 А1, и международной патентной заявки WO 90/01033. Нигде не упоминается, что N-замещенные диазений диоксиды и соли N-замещенных N’-гидроксидиазений оксидов могли бы быть использованы в полирующих композициях, в частности в суспензиях ХМП на основе оксида церия.

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.

Более конкретно, новые суспензии ХМП на основе оксида церия более не должны быть склонны подвергаться воздействию микроорганизмов и грибков и, следовательно, более не должны демонстрировать рост бактерий и грибков в течение длительного хранения и нарушения стабильности распределения абразивных частиц оксида церия по размерам. Следовательно, не должна происходить необратимая агломерация и осаждение частиц оксида церия.

Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение нового применения N-замещенных диазений диоксидов и солей N-замещенных N’-гидроксидиазений оксидов.

Следующая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить новый способ полирования материалов подложек механических, электрических и оптических устройств.

Краткое описание изобретения

Соответственно, была обнаружена новая водная полирующая композиция, причем указанная полирующая композиция содержит:

(A) по меньшей мере, одно растворимое в воде или диспергируемое в воде соединение, выбранное из группы, состоящей из N-замещенных диазений диоксидов и солей N-замещенных N’-гидроксидиазений оксидов; и

(B) по меньшей мере, один тип абразивных частиц.

Далее в описании указанная новая водная полирующая композиция именуется как "композиция по изобретению".

Более того, был обнаружен новый способ полирования материалов подложек для механических, электрических и оптических устройств, в котором применяется композиция по изобретению.

Далее в описании указанный новый способ полирования материалов подложек для механических, электрических и оптических устройств именуется как "способ по изобретению".

И последнее, но не менее важное, было обнаружено новое применение N-замещенных диазений диоксидов и солей N-замещенных N’-гидроксидиазений оксидов для производства механических, электрических и оптических устройств; данное применение далее в описании именуется как "применение 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 применением 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.

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 голубых лазерных светоиспускающих диодов, полупроводниковых монокристаллов, и стеклянных подложек для магнитных дисков.

Более конкретно, композиция по изобретению больше не была склонна подвергаться воздействию микроорганизмов и грибков и, следовательно, более не демонстрировала рост бактерий и грибков в течение длительного хранения и не проявляла нарушения стабильности распределения абразивных частиц оксида церия по размерам. Следовательно, не происходили необратимая агломерация и осаждение частиц оксида церия.

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 переключающие элементы, 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.

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., п