專利名稱：用于化學(xué)機(jī)械拋光電子、機(jī)械和光學(xué)器件用基底材料的含水拋光組合物和方法
用于化學(xué)機(jī)械拋光電子、機(jī)械和光學(xué)器件用基底材料的含水拋光組合物和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型的特別適用于拋光電子、機(jī)械和光學(xué)器件用基底材料的含水拋光組合物。
此外，本發(fā)明涉及拋光用于制造電子、機(jī)械和光學(xué)器件的基底材料的新方法。
最后但并非最不重要的是，本發(fā)明涉及所述新型含水拋光組合物在制造電子、機(jī)械和光學(xué)器件中的新用途。
引用文獻(xiàn)
將在本發(fā)明申請中引用的文獻(xiàn)作為參考完全引入。
發(fā) 明背景
化學(xué)機(jī)械平坦化或拋光(CMP)為實(shí)現(xiàn)集成電路(IC)器件局部和整體平坦度的主要方法。該技術(shù)通常在一定負(fù)載下將含磨料和其它添加劑的CMP組合物或漿料作為活性化學(xué)物質(zhì)施加在旋轉(zhuǎn)的基底表面和拋光墊之間。因此，CMP方法將物理方法如研磨與化學(xué)方法如氧化或螯合結(jié)合。希望基底材料的去除或拋光不是由純粹的物理或純粹的化學(xué)作用組成，而是這兩者的協(xié)同作用，以實(shí)現(xiàn)快速均勻的去除。
這樣除去基底材料，直至實(shí)現(xiàn)所需平坦度或阻擋下層或停蝕層暴露。最終，獲得能夠通過隨后的光刻法、圖案化、蝕刻和薄膜處理正確地制造多層IC器件的平坦的無缺陷的表面。
淺溝槽隔離(STI)為通常要求在圖案化的晶片基底上相對于氮化硅選擇性除去二氧化硅的特定CMP應(yīng)用。在該情況下，將蝕刻的溝槽過充滿介電材料，如二氧化硅，用氮化硅隔離膜作為停蝕層將其拋光。該CMP方法以從隔離膜除去二氧化硅為結(jié)束，同時(shí)使暴露的氮化硅和溝槽氧化硅的去除最小化。
這要求能夠獲得高的二氧化硅材料去除速率MRR與氮化硅去除速率MRR相對比的CMP漿料，在本領(lǐng)域中該比例也被稱作氧化物-氮化物選擇性。
基于二氧化鈰的CMP漿料在STI應(yīng)用方面已經(jīng)受到極大關(guān)注，這是因?yàn)橛捎诙趸嬇c二氧化硅的高的化學(xué)親合性(在本領(lǐng)域中也稱作二氧化鈰的化學(xué)嚙合作用)，其能夠獲得較高的氧化物-氮化物選擇性。
然而，基于二氧化鈰的CMP漿料的氧化物-氮化物選擇性必須通過“設(shè)計(jì)”選擇性的添加劑改進(jìn)。
已經(jīng)進(jìn)行了很多設(shè)計(jì)基于二氧化鈰的CMP漿料的選擇性的嘗試。
因此，Jae-DonLee 等人在 Journal of the Electrochemical Society, 149 (8),G477-G481，2002中公開了具有不同親水親油平衡值(HLB)的非離子表面活性劑，如聚氧化乙烯、氧化乙烯-氧化丙烯共聚物和氧化乙烯-氧化丙烯-氧化乙烯三嵌段共聚物對CMP期間氧化物-多晶硅選擇性的影響。然而，將鍛制二氧化硅用作磨料。
Jae-Dong Lee 等人在 Journal of the Electrochemical Society,149(8)G477-G481，2002，Effects of Nonionic Surfactants on Oxide-To-Polysi I iconSelectivity during Chemical Mechanical Polishing 中公開了表面活性劑如聚氧化乙烯(PEO)和氧化乙烯-氧化丙烯-氧化乙烯三嵌段共聚物對選擇性的影響。然而，未提及氧化物-氮化物選擇性。
美國專利US5, 738，800、US6, 042，741、US6, 132，637 和 US6, 218，305B 公開了含有如下絡(luò)合劑的基于二氧化鈰的CMP漿料:蘋果酸，酒石酸，葡糖酸，檸檬酸，鄰二羥基苯甲酸和多羥基苯甲酸、鄰苯二甲酸、鄰苯二酚、連苯三酚、五倍子酸、丹寧酸及其鹽。此外，基于二氧化鈰的CMP漿料含陰離子、陽離子、兩性離子或非離子表面活性劑?；诙趸嫷腃MP漿料主張具有高的氧化物-氮化物選擇性。
美國專利US5, 759，917、US6, 689，692B1 和 US6, 984，588B2 公開了一種含有如下羧酸的基于二氧化鈰的CMP漿料:乙酸、己二酸、丁酸、癸酸、己酸、辛酸、檸檬酸、戊二酸、乙醇酸、甲酸、富馬酸、乳酸、月桂酸、蘋果酸、馬來酸、丙二酸、肉豆蘧酸、草酸、棕櫚酸、鄰苯二甲酸、丙酸、丙酮酸、硬脂酸、琥珀酸、酒石酸、戊酸、2-(2-甲氧基乙氧基)乙酸、2-[2-(2_甲氧基乙氧基)乙氧基]乙酸、聚(乙二醇)二(羧甲基)醚及其衍生物和鹽。此外，基于二氧化鈰的CMP漿料含水溶性的有機(jī)和無機(jī)鹽，如硝酸鹽、磷酸鹽和硫酸鹽?；诙趸嫷腃MP衆(zhòng)料主張優(yōu)先于氮化娃層,拋光過充滿的氧化娃。
美國專利US6，299，659B1公開了一種基于二氧化鈰的CMP漿料，其中所述磨料顆粒已用硅烷、鈦酸酯、鋯酸酯、鋁和磷酸酯偶聯(lián)劑處理，以改進(jìn)氧化物-氮化物選擇性。
美國專利申請US2002/0034875A1和美國專利US6, 626，968B2公開了一種含以下物質(zhì)的基于二氧化鈰的CMP漿料:表面活性劑，pH調(diào)節(jié)劑，如氫氧化鉀、硫酸、硝酸、鹽酸或磷酸，以及含親水性官能團(tuán)和疏水性官能團(tuán)的聚合物，如聚乙烯基甲基醚(PVME)、聚甘醇(PEG)、聚氧化乙烯23月桂醚(POLE)、聚丙酸(PPA)、聚丙烯酸(PM)和聚醚二醇二醚(PEGBE)。然而，該基于二氧化鈰的CMP漿料增加了氧化物-多晶硅選擇性。
美國專利US6，436，835B1公開了一種用于淺溝槽隔離方法的基于二氧化鈰的CMP漿料，其包含具有羧酸或羧酸鹽或磺酸或胺磺?；乃苄杂袡C(jī)化合物，如聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、萘磺酸-福爾馬林縮 合物、蘋果酸、乳酸、酒石酸、葡糖酸、檸檬酸、琥珀酸、己二酸、富馬酸、天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸4-氨基丁酸、6-氨基己酸、12-氨基月桂酸、精氨酸、雙甘氨肽、月桂基苯磺酸及其銨鹽?；诙趸嫷腃MP漿料可具有等于或小于4的pH，還優(yōu)選高于4的pH。其主張具有高的氧化物-氮化物選擇性。
美國專利US6, 491，843BUUS6, 544，892B2 和 US6, 627，107B2 公開了一種基于二氧化鈰的CMP漿料，其含有用于改進(jìn)氧化物-氮化物選擇性的a -氨基酸，如賴氨酸、丙氨酸和脯氨酸。
美國專利US6，616，514B1公開了一種基于二氧化鈰的CMP漿料，其含具有至少3個(gè)在含水介質(zhì)中不可離解的羥基的有機(jī)多元酚；或由至少一種具有至少3個(gè)在含水介質(zhì)中不可離解的羥基的單體，如甘露糖醇、山梨糖醇、甘露糖、木糖醇、山梨糖、蔗糖和糊精形成的聚合物，其用于改進(jìn)氧化物-氮化物選擇性。
美國專利申請US2006/0207188A1公開了一種基于二氧化鈰的CMP漿料，其含有聚合物如聚丙烯酸或聚(甲基丙烯酸烷基酯)與單體如丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、乙基-甲基丙烯酰胺、乙烯基吡啶或乙烯基吡咯烷酮的反應(yīng)產(chǎn)物。應(yīng)相信的是，反應(yīng)產(chǎn)物也增加了氧化物-氮化物選擇性。
美國專利申請US2006/0216935A1公開了一種基于二氧化鈰的CMP漿料，其包含蛋白質(zhì)、賴氨酸和/或精氨酸，以及吡咯烷酮化合物，如聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)、N-辛基-2-吡咯烷酮、N-乙基-2-吡咯烷酮、N-羥基乙基-2-吡咯烷酮、N-環(huán)己基-2-吡咯烷酮、N- 丁基-2-吡咯烷酮、N-己基-2-吡咯烷酮、N-癸基-2-吡咯烷酮、N-十八烷基_2_吡咯烷酮和N-十六烷基-2-吡咯烷酮?；诙趸嫷腃MP漿料還可含分散劑，如聚丙烯酸類、二醇類和聚二醇類。特定實(shí)例使用脯氨酸、聚乙烯基吡咯烷酮或N-辛基-2-吡咯烷酮、PPO/PEO嵌段共聚物和戊二醛。應(yīng)相信的是，基于二氧化鈰的CMP漿料未侵略性地除去溝槽二氧化硅，因此允許在終點(diǎn)之外進(jìn)一步拋光而不顯著增加最小梯段高度。
美國專利申請US2007/0077865A1公開了一種基于二氧化鈰的CMP漿料，其含有優(yōu)選來自BASF出售的Pluronic 系列的聚氧化乙烯/聚氧化丙烯共聚物?；诙趸嫷腃MP漿料還可含有氨基醇，如2- 二甲基氨基-2-甲基-1-丙醇(DMAMP)、2_氨基-2-乙基_1_丙醇(AMP)、2-(2-氨基乙基氨基)乙醇、2-(異丙基氨基)乙醇、2_(甲基氨基)乙醇、2-( 二乙基氨基)乙醇、2-(2-二甲基氨基)乙氧基)乙醇、1，1’-[[3-( 二甲基氨基)丙基]亞氨基]-二 _2_丙醇、2-(2-丁基氨基)乙醇、2_(叔丁基氨基)乙醇、2_( 二異丙基氨基)乙醇和N-(3-氨基丙基)嗎啉?；诙趸嫷腃MP漿料還可含有季銨化合物，如氫氧化四甲銨，成膜劑，如烷基胺、鏈烷醇胺、羥基胺、磷酸酯、十二烷基硫酸鈉、脂肪酸、聚丙烯酸鹽/酯、聚甲基丙烯酸鹽/酯、聚乙烯基膦酸鹽/酯、聚蘋果酸鹽/酯、聚苯乙烯磺酸鹽/酯、聚乙烯基硫酸鹽/酯 、苯并三唑、三唑和苯并咪唑，以及絡(luò)合劑，如乙酰丙酮、乙酸鹽/酯、乙醇酸鹽/酯、乳酸鹽/酯、葡糖酸鹽/酯、五倍子酸、草酸鹽/酯、鄰苯二甲酸鹽/酯、檸檬酸鹽/酯、琥珀酸鹽/酯、酒石酸鹽/酯、蘋果酸鹽/酯、乙二胺四乙酸、乙二醇、焦兒茶酚、連苯三酚、丹寧酸、磷高言鹽和膦酸。應(yīng)相信的是，基于二氧化鈰的CMP漿料提供了氧化娃和/或氮化娃相對于多晶娃的良好選擇性。
美國專利申請S2007/0175104A1公開了一種包含多晶硅拋光抑制劑的基于二氧化鈰的CMP漿料，所述抑制劑選自具有由選自以下的任何成員取代的N- —元取代或N，N-二取代骨架的水溶性聚合物:丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺和其α取代的衍生物；聚乙二醇；聚乙烯基吡咯烷酮；烷氧基化的線性脂族醇和基于乙炔的二醇的氧化乙烯加合物?；诙趸嫷腃MP漿料可含有額外的水溶性聚合物，如多糖，如藻酸、果膠酸、羧甲基纖維素、瓊脂、可得然膠(curdlan)和普魯蘭多糖(pullulan);聚羧酸，如聚天冬氨酸、聚谷氨酸、聚賴氨酸、聚蘋果酸、聚甲基丙烯酸、聚亞氨酸、聚馬來酸、聚衣康酸、聚富馬酸、聚(對苯乙烯羧酸)、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、氨基聚丙烯酰胺、聚乙醇酸及其鹽；以及乙烯基聚合物，如聚乙烯醇和聚丙烯醛。基于二氧化鈰的CMP漿料據(jù)說具有高的氧化硅對多晶硅選擇性。
美國專利申請US2007/0191244A1公開了一種基于二氧化鈰的CMP漿料，其含有重均分子量為30-500的化合物且含有羥基和羧基或兩者均含，如檸檬酸酯、蘋果酸酯、葡糖酸酯、酒石酸酯、2-羥基異丁酸酯、己二酸酯、辛酸酯、琥珀酸酯、含EDTA的化合物、戊二酸酯、亞甲基琥珀酸酯、甘露糖、甘油-半乳糖-庚糖、赤-甘露糖-辛糖、阿拉伯糖-半乳糖-壬糖和谷氨酰胺?；诙趸嫷腃MP漿料還可含有線性聚合物酸或具有烷氧基聚鏈烷二醇側(cè)鏈的接枝類的聚合物酸。基于二氧化鈰的CMP漿料據(jù)說獲得了拋光晶片的改進(jìn)的球狀平面性。
美國專利申請US2007/0218811A1公開了一種基于二氧化鈰的CMP漿料，其pH為4-7.5且含有分散劑、聚羧酸以及100-1000ppm其第一可離解酸基的pKa為3.2或更小的強(qiáng)酸。作為實(shí)例提及丙烯酸和甲基丙烯酸的聚合物作為陰離子分散劑，聚氧化乙烯衍生物作為非離子分散劑，以及聚乙烯基吡咯烷酮作為陽離子分散劑。特別提及的強(qiáng)酸為硫酸、HC1、硝酸、磷酸、草酸、馬來酸、苦味酸、亞硫酸、硫代亞硫酸、氨基硫酸、氯酸、高氯酸、亞氯酸、氫碘酸、高碘酸、碘酸、氫溴酸、過溴酸、鉻酸、亞硝酸、二膦酸、三聚磷酸、次膦酸、吡啶甲酸、膦酸、異煙酸、煙酸、三氯乙酸、二氯乙酸、氯乙酸、氰基乙酸、草酰乙酸、硝基乙酸、溴乙酸、氟乙酸、苯氧基乙酸、鄰溴苯甲酸、鄰硝基苯甲酸、鄰氯苯甲酸、對氨基苯甲酸、鄰氨基苯甲酸、鄰苯二甲酸、富馬酸、丙二酸、酒石酸、檸檬酸、鄰氯苯胺、2，2’ -聯(lián)吡啶、4，4’ -聯(lián)吡啶、2，6-吡啶二甲酸、丙酮酸、聚苯乙烯磺酸、聚磺酸、谷氨酸、水楊酸、天冬氨酸、2-氨基乙基膦酸、賴氨酸、精氨酸、異白氨酸、肌氨酸、鳥氨酸、鳥嘌呤核苷、瓜氨酸、酪氨酸、纈氨酸、次黃嘌呤、蛋氨酸、賴氨酸和亮氨酸?；诙趸嫷腃MP漿料導(dǎo)致有效的高速操作，較容易的工藝管理以及較小的由于砂路密度差別而導(dǎo)致的膜厚的波動(dòng)。
美國專利申請US2008/0085602A1和US2008/0124913A1公開了一種基于二氧化鈰的CMP漿料，其含有0.001-0.1重量％選自氧化乙烯-氧化丙烯-氧化乙烯三嵌段共聚物和聚丙烯酸的非離子表面活性劑作為分散劑?；诙趸嫷臐{料據(jù)說具有高的氧化硅和氮化娃對多晶娃的選擇性。
電子器件，尤其是半導(dǎo)體集成電路(IC)的制造需要高精度的方法，這尤其涉及高選擇性CMP。
盡管現(xiàn)有技術(shù)的基于二氧化鈰的CMP漿料可具有令人滿意的氧化物-氮化物選擇性且可產(chǎn)生具有良好的整體和局部平坦度(這通過晶片內(nèi)不均勻性(WIWNU)和晶片間不均勻性(WTWNU)驗(yàn)證)的拋光晶片，IC結(jié)構(gòu)，尤其是具有LSI (大規(guī)模集成)或VLSI (非常大規(guī)模集成)的IC的日益減小的尺寸必須使基于二氧化鈰的CMP漿料恒定改進(jìn)，以滿足集成電路器件制造 商的日益增加的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)要求。
然而，這種恒定改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)的基于二氧化鈰的CMP漿料的迫切需要不僅適用于集成電路器件領(lǐng)域，而且在制造以下其它電子器件領(lǐng)域也必須改進(jìn)拋光和平坦化功效:液晶面板、有機(jī)電致發(fā)光面板、印刷電路板、微型機(jī)、DNA芯片、微型設(shè)備、光電池和磁頭；以及高精度的機(jī)械器件和光學(xué)器件，尤其是光學(xué)玻璃，如光掩模、透鏡和棱鏡，無機(jī)導(dǎo)電膜，如氧化銦錫(ITO)，光學(xué)集成電路，光學(xué)開關(guān)元件，光學(xué)波導(dǎo)管，光學(xué)單晶，如光學(xué)纖維和閃爍器的端面，固體激光器單晶，用于藍(lán)色激光器LED的藍(lán)寶石基底，半導(dǎo)體單晶和用于磁盤的玻璃基底。這種電子和光學(xué)器件的制造也需要高精度的CMP工藝步驟。
發(fā)明目的
因此，本發(fā)明目的為提供一種新型含水拋光組合物，尤其是一種新型的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)組合物，特別是一種新型的基于二氧化鈰的CMP漿料，其不再顯示現(xiàn)有技術(shù)的拋光組合物的缺點(diǎn)和缺陷。
新型含水拋光組合物，尤其是新型的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)組合物，特別是新型的基于二氧化鈰的CMP漿料尤其應(yīng)顯示顯著改進(jìn)的氧化物-氮化物選擇性并產(chǎn)生具有優(yōu)異的整體和局部平坦度(這通過晶片內(nèi)不均勻性(WIWNU)和晶片間不均勻性(WTWNU)驗(yàn)證)的拋光晶片。因此，它們應(yīng)極其適用于制造IC結(jié)構(gòu)，尤其是結(jié)構(gòu)尺寸低于50nm的LSI (大規(guī)模集成)或VLSI (非常大規(guī)模集成)的1C。
此外，新型含水拋光組合物，尤其是新型的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)組合物，特別是新型的基于二氧化鈰的CMP漿料不僅應(yīng)特別用于集成電路器件的領(lǐng)域，而且還應(yīng)最有效且有利地用于制造以下其它電子器件的領(lǐng)域:液晶面板、有機(jī)電致發(fā)光面板、印刷電路板、微型機(jī)、DNA芯片、微型設(shè)備和磁頭；以及高精度的機(jī)械器件和光學(xué)器件,尤其是光學(xué)玻璃,如光掩模、透鏡和棱鏡，無機(jī)導(dǎo)電膜，如氧化銦錫(ITO),光學(xué)集成電路,光學(xué)開關(guān)兀件,光學(xué)波導(dǎo)管，光學(xué)單晶，如光學(xué)纖維和閃爍器的端面，固體激光器單晶，用于藍(lán)色激光器LED的藍(lán)寶石基底，半導(dǎo)體單晶和用于磁盤的玻璃基底。
本發(fā)明的另一目的為提供一種拋光用于機(jī)械、電子和光學(xué)器件的基底材料的新方法，其中所述基底材料含有氧化硅介電膜和氮化硅膜。發(fā)明內(nèi)容
因此，已經(jīng)找到新的含水拋光組合物，其包含:
⑷至少一種類型的磨料顆粒，當(dāng)其分散在pH為3-9的含水介質(zhì)中時(shí)帶正電荷，這通過電泳淌度證明；
(B)至少一種水溶性和水分散性的含羥基組分，其選自:
(bl)在分子上具有至少兩個(gè)碳原子、至少一個(gè)羥基和至少一個(gè)羧酸基的脂族和脂環(huán)族羥基羧酸，其中羥基與羧酸基的摩爾比例為至少I;
(b2)具有至少一個(gè)選自內(nèi)酯基、酯化羥基、酯化羧酸基及其混合物的基團(tuán)的羥基羧酸(bl)酯，其條件是至少一個(gè)羥基存在于(b2)中；和
(b3)其混合物；以及
(C)至少一種選自以下的水溶性和水分散性聚合物組分:
(Cl)線性和支化的氧化烯烴均聚物和共聚物；
(c2)線性和支化的脂族和脂環(huán)族聚(N-乙烯基酰胺)均聚物和共聚物；
和
(c3)重均分子量小于100，000道爾頓的陽離子聚合絮凝劑。
下文中，新型含水拋光組合物被稱作“本發(fā)明組合物”。
此外，已經(jīng)找到了通過使用于機(jī)械、電子和光學(xué)器件的基底材料與本發(fā)明組合物至少接觸一次并拋光所述基底材料，直至獲得所需平坦度的拋光所述基底材料的新方法。
下文中，拋光用于機(jī)械、電子和光學(xué)器件的基底材料的新方法被稱作“本發(fā)明方法”。
額外的是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了用于制造電子、機(jī)械和光學(xué)器件的本發(fā)明組合物的新用途，以及陽離子改性的絮凝劑在穩(wěn)定顆粒含水分散體中的新用途，該用途在下文中被稱作“本發(fā)明用途”。
發(fā)明優(yōu)點(diǎn)
考慮到現(xiàn)有技術(shù)，令人驚訝且本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員可以預(yù)期的是，本發(fā)明目的可通過本發(fā)明組合物、本發(fā)明方法和用途解決。
特別令人驚訝的是，本發(fā)明組合物顯示了顯著改進(jìn)的氧化物-氮化物選擇性且產(chǎn)生具有優(yōu)異的整體和局部平坦度(這通過晶片內(nèi)不均勻性(WIWNU)和晶片間不均勻性(WTffNU)驗(yàn)證)的拋光晶片。因此，它們極其適用于制造IC結(jié)構(gòu)，尤其是結(jié)構(gòu)尺寸低于50nm的LSI (大規(guī)模集成)或VLSI (非常大規(guī)模集成)的1C。
額外的是，本發(fā)明組合物在延長的運(yùn)輸和儲(chǔ)存過程中是穩(wěn)定的，這種穩(wěn)定性顯著改進(jìn)了后勤和工藝管理。
此外，本發(fā)明組合物不僅特別用于集成電路器件的領(lǐng)域，而且還最有效且有利地用于制造以下其它電子器件的領(lǐng)域:液晶面板、有機(jī)電致發(fā)光面板、印刷電路板、微型機(jī)、DNA芯片、微型設(shè)備和磁頭；以及高精度的機(jī)械器件和光學(xué)器件，尤其是光學(xué)玻璃，如光掩模、透鏡和棱鏡，無機(jī)導(dǎo)電膜，如氧化銦錫(ITO),光學(xué)集成電路,光學(xué)開關(guān)兀件，光學(xué)波導(dǎo)管，光學(xué)單晶，如光學(xué)纖維和閃爍器的端面，固體激光器單晶，用于藍(lán)色激光器LED的藍(lán)寶石基底，半導(dǎo)體單晶和用于磁盤的玻璃基底。
最特別的是，本發(fā)明組合物極其適合本發(fā)明用途。
因此，最特別的是，本發(fā)明組合物用于本發(fā)明方法。本發(fā)明方法可最有利地用于拋光，尤其是化學(xué)機(jī)械拋光以下電子器件的基底材料:液晶面板、有機(jī)電致發(fā)光面板、印刷電路板、微型機(jī)、DNA芯片、微型設(shè)備和磁頭；以及用于高精度的機(jī)械器件和光學(xué)器件的基底材料，尤其是光學(xué)玻璃，如光掩模、透鏡和棱鏡，無機(jī)導(dǎo)電膜，如氧化銦錫(ITO)，光學(xué)集成電路，光學(xué)開關(guān)元件，光學(xué)波導(dǎo)管，光學(xué)單晶，如光學(xué)纖維和閃爍器的端面，固體激光器單晶，用于藍(lán)色激光器LED的藍(lán)寶石基底，半導(dǎo)體單晶和用于磁盤的玻璃基底。
然而，最特別的是，本發(fā)明方法極其適用于拋光含有氧化硅介電膜和氮化硅膜的半導(dǎo)體晶片。本發(fā)明方法產(chǎn)生具有優(yōu)異的整體和局部平坦度和平衡，而沒有凹陷、深拉(cupping)和熱點(diǎn)的拋光晶片，這通過晶片內(nèi)不均勻性(WIWNU)和晶片間不均勻性(WTWNU)驗(yàn)證。因此，它們極其適用于制造IC結(jié)構(gòu) ，尤其是結(jié)構(gòu)尺寸低于50nm的LSI (大規(guī)模集成)或VLSI (非常大規(guī)模集成)的1C。
發(fā)明詳述
本發(fā)明組合物為含水組合物。這意味著其含有水，尤其是超純水作為主溶劑和分散劑。然而，本發(fā)明組合物可含有至少一種水溶混性有機(jī)溶劑，然而，其僅僅是少量的，以至于不改變本發(fā)明組合物的含水性質(zhì)。
本發(fā)明組合物的水含量優(yōu)選為60-99.95重量％，更優(yōu)選70-99.9重量％，甚至更優(yōu)選80-99.9重量％，最優(yōu)選90-99.9重量％，其中所述重量百分含數(shù)基于本發(fā)明組合物的全部重量。
“水溶性”指本發(fā)明組合物的相關(guān)組分或成分可以分子水平溶解在含水相中。
“水分散性”指本發(fā)明組合物的組分或成分可分散在含水相中并形成穩(wěn)定的乳液或懸浮液。
“聚合物”或“聚合的”指本發(fā)明組合物的相關(guān)組分或成分包含超過12個(gè)鏈接的單體結(jié)構(gòu)單元，這些結(jié)構(gòu)單元均可具有相同結(jié)構(gòu)。然而，結(jié)構(gòu)單元也可選自至少兩個(gè)不同結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明組合物的第一種基本成分為至少一種，優(yōu)選一種類型的磨料顆粒(A)。
當(dāng)磨料顆粒(A)分散在pH為3-9的含水介質(zhì)中時(shí)，其帶正電荷。該正電荷由磨料顆粒⑷的電泳淌度μ ( U m/s) (V/cm)證明。電泳淌度μ可用儀器，如購自Malvern, Ltd的Zetasizer Nano直接測量。
磨料顆粒(A)的平均粒度可在寬范圍內(nèi)變化，且因此可最有利地適應(yīng)本發(fā)明給定組合物和方法的特定要求。通過動(dòng)態(tài)光散射法測定的平均粒度優(yōu)選為l_2000nm，優(yōu)選Ι-lOOOnm，更優(yōu)選 l_750nm，最優(yōu)選 l_500nm。
磨料顆粒(A)的粒度分布可為單峰、雙峰或多峰的。粒度分布優(yōu)選為單峰的，以具有易復(fù)制的磨料顆粒(A)的性能特征和易復(fù)制的在本發(fā)明工藝期間的條件。
此外，磨料顆粒(A)的粒度分布可以是窄的或?qū)挼摹Ａ６确植純?yōu)選為窄的，僅具有少量的小顆粒和大顆粒，以具有易復(fù)制的磨料顆粒(A)的性能特征和易復(fù)制的在本發(fā)明方法期間的條件。
磨料顆粒(A)可具有各種形狀。因此，它們可為一種或基本一種類型的形狀。然而，磨料顆粒(A)也可具有不同形狀。兩種類型的不同形狀的磨料顆粒(A)可存在于本發(fā)明給定組合物中。關(guān)于其本身形狀，它們可為立方體、具有削邊的立方體、八面體、二十面體、具有或不具有凸起或壓痕的瘤狀體和球體。最優(yōu)選的是，形狀為不具有或僅具有非常少量凸起或壓痕的球體。通常而言，這種形狀是優(yōu)選的，因?yàn)槠渫ǔＴ黾恿?CMP方法期間磨料顆粒(A)所遭受的機(jī)械力的耐受性。
原則上，可將任何類型的磨料顆粒(A)用于本發(fā)明組合物，只要它們具有上述性能特征。因此，磨料顆粒(A)可為有機(jī)或無機(jī)顆?；蛴袡C(jī)-無機(jī)混合顆粒。磨料顆粒(A)優(yōu)選為無機(jī)顆粒。
原則上，可將任何類型的磨料顆粒(A)用于本發(fā)明組合物，只要它們具有上述性能特征。然而，最優(yōu)選的是，使用包含或由二氧化鈰組成的無機(jī)磨料顆粒(A)。
含有二氧化鈰的磨料顆粒(A)可含有少量其它稀土金屬氧化物。
含有二氧化鈰的磨料顆粒(A)優(yōu)選為包含核的復(fù)合顆粒(A)，該核包含或由至少一種與二氧化鈰不同的其它磨料顆粒材料，尤其是氧化鋁、二氧化硅、二氧化鈦、氧化鋯、氧化鋅及其混合物組成。
這類復(fù)合顆粒⑷例如由以下已知:W02005/035688A1，US6, 110, 396，US6, 238，469B1, US6, 645，265B1, K.S.Choi 等人，Mat.Res.Soc.Symp.Proc.，第 671 卷，2001Materials Research Society, Μ5.8.1_Μ5.8.10, S.-H.Lee 等人，J.Mater.Res.，第 17卷，N0.10, (2002),第 2744-2749 頁，A.Jindal 等人，Journal of the ElectrochemicalSociety,150 (5)G314-G 318(2003), Z.Lu, Journal of Materials Research,第 18 卷，N0.10, 2003 年 10 月，Materials Research Society,或 S.Hedge 等人，Electrochemicaland Solid-State Letters，7(12)G316-G318(2004)。
最優(yōu)選的是，復(fù)合顆粒(A)為覆盆子類的涂覆顆粒，其包含選自氧化鋁、二氧化硅、二氧化鈦、氧化鋯、氧化鋅及其混合物且核尺寸為20-100nm的核,其中所述核涂覆有粒度低于IOnm的二氧化鋪顆粒。
用于本發(fā)明組合物的磨料顆粒(A)的量可在寬范圍內(nèi)變化，且因此可最有利地適應(yīng)本發(fā)明給定組合物和方法的特定要求。本發(fā)明組合物優(yōu)選含有0.005-10重量％，更優(yōu)選0.01-8重量％，最優(yōu)選0.01-6重量％磨料顆粒(A)，其中所述重量百分含數(shù)基于本發(fā)明組合物的全部重量。
本發(fā)明組合物含有至少一種，優(yōu)選一種水溶性或水分散性，優(yōu)選水溶性含羥基的組分(B)作為第二種基本成分。
組分(B)選自:
(bl)在分子上具有以下的脂族和脂環(huán)族羥基羧酸:
-至少2個(gè),優(yōu)選至少3個(gè),更優(yōu)選至少4個(gè),甚至更優(yōu)選至少5個(gè),最優(yōu)選至少6個(gè)碳原子，
-至少I個(gè),優(yōu)選至少2個(gè),更優(yōu)選至少3個(gè),最優(yōu)選至少4個(gè)輕基,和
-至少I個(gè)羧酸基
其中羥基與羧酸基的摩爾比例為至少1，優(yōu)選至少2，更優(yōu)選至少3，最優(yōu)選至少4；
(b2)具有至少I個(gè)選自內(nèi)酯基、酯化羥基、酯化羧酸基及其混合物的基團(tuán)的羥基羧酸(bl)酯，其條件是至少I個(gè)羥基，優(yōu)選至少2個(gè)，最優(yōu)選至少3個(gè)羥基存在于(b2)中；和
(b3)其混合物。
羥基羧酸(bl)優(yōu)選選自乙醇酸、乳酸、奎尼酸、糖酸及其混合物。
酯(b2)優(yōu)選選自乙醇酸、乳酸、奎尼酸和糖酸的酯以及內(nèi)酯及其混合物。
糖酸(bl)更優(yōu)選選自醒糖酸、糖醒酸、葡萄糖醒酸(glycuronic acid)、醒糖二酸、酮糖酸(ulusonic acid)、神經(jīng)氨糖酸、唾液酸及其混合物。
糖酸酯(b2)更優(yōu)選選自醛糖酸、糖醛酸、葡萄糖醛酸、醛糖二酸、酮糖酸、神經(jīng)氨糖酸、唾液酸的酯以及內(nèi)酯及其混合物。
糖酸(bl)甚至更優(yōu)選選自甘油酸、酒石酸、蘇糖酸、赤酮酸、木質(zhì)酸、葡萄糖醛酸、抗壞血酸、葡糖酸、半乳糖醛酸、艾杜糖醛酸、甘露糖醛酸、葡糖醛酸、古羅糖醛酸(guluronic acid)、糖醛酸、葡糖二酸、酮糖酸、神經(jīng)氨酸、唾液酸、胞壁酸、乳糖酸及其混合物。
糖酸酯(b2)甚至更優(yōu)選選自甘油酸、酒石酸、蘇糖酸、赤酮酸、木質(zhì)酸、葡萄糖醛酸、抗壞血酸、葡糖酸、半乳糖醛酸、艾杜糖醛酸、甘露糖醛酸、葡糖醛酸、古羅糖醛酸、糖醛酸、葡糖二酸、酮糖酸、神經(jīng)氨酸、唾液酸、胞壁酸和乳糖酸的酯以及內(nèi)酯、葡糖酸-S-內(nèi)酯、潘氨酸及其混合物 。
組分(B)最優(yōu)選選自奎尼酸、葡萄糖醛酸、乳糖酸、葡糖酸-δ -內(nèi)酯及其混合物。
本發(fā)明組合物中組分(B)的濃度可在寬范圍內(nèi)變化并因此可最有利地適應(yīng)本發(fā)明給定組合物和方法的特定要求。本發(fā)明組合物優(yōu)選以0.005-5重量％，更優(yōu)選0.01-4重量％，最優(yōu)選0.01-3重量％的量含有組分(B)，其中重量百分含數(shù)基于本發(fā)明組合物的全部重量。
作為第三種基本成分，本發(fā)明組合物含有至少一種，優(yōu)選兩種水溶性或水分散性，優(yōu)選水溶性的聚合物組分(C)。
組分(C)選自:
(cl)線性和支化的氧化烯烴均聚物和共聚物；
(c2)線性和支化的脂族和脂環(huán)族聚(N-乙烯基酰胺)均聚物和共聚物；和
(c3)重均分子量小于100，000，優(yōu)選小于75，000,甚至更優(yōu)選小于50，000，最優(yōu)選小于30，000道爾頓的陽離子聚合絮凝劑。
氧化烯烴均聚物或共聚物(bl)優(yōu)選選自線性和支化的氧化乙烯和氧化丙烯均聚物和共聚物。
氧化乙烯-氧化丙烯共聚物(bl)可為含有聚氧化乙烯嵌段和聚氧化丙烯嵌段的無規(guī)共聚物、交替共聚物或嵌段共聚物。在氧化乙烯-氧化丙烯嵌段共聚物(bl)中，聚氧化乙烯嵌段優(yōu)選具有10-15的親水親油平衡值(HLB)。聚氧化丙烯嵌段可優(yōu)選具有28至約32的HLB值。
氧化烯烴均聚物(bl)優(yōu)選為氧化乙烯聚合物，如聚乙二醇(PEG)。
水溶性聚合物(bl)的重均分子量優(yōu)選為2000-1，000，000道爾頓，更優(yōu)選5000-500, 000 道爾頓，最優(yōu)選 10，000-250, 000 道爾頓。
水溶性聚合物(bl)為常規(guī)已知的，可市購的材料。合適的水溶性聚合物(bl)描述在日本專利申請JP2001-240850A，結(jié)合了第
-
段的權(quán)利要求2，美國專利申請 US2007/0077865A1，column page I, H
段至第 2 頁，第
段，美國專利申請US2006/0124594A1，第 3 頁，第
和
段，美國專利申請 US2008/0124913A1，第3頁，與權(quán)利要求14結(jié)合的第
-
段中，或它們以商標(biāo)Pluronic 、Tetronic 和 Basensol 由 BASF Corporation 和 BASF SE 銷售，其證明為 BASFCorporation 的公司宣傳冊 〃PluronicTM&Tetronic Block Copolymer Surfactants, 1996〃 或美國專利US2006/0213780A1。
最優(yōu)選的是，將聚乙二醇(PEG)用作聚合物(bl)。
作為線性和支化的，脂族和脂環(huán)族聚(N-乙烯基酰胺)均聚物和共聚物(c2)的結(jié)構(gòu)單元的脂族和脂環(huán)族N-乙烯基酰胺單體優(yōu)選選自N-乙烯基乙酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基戊內(nèi)酰胺、N-乙烯基己內(nèi)酰胺、N-乙烯基琥珀酰亞胺及其混合物。
聚(N-乙烯基酰胺)共聚物(c2)可含有衍生自常規(guī)已知的除了 N-乙烯基酰胺之外的烯屬不飽和單體的單體單元，所述不飽和單體例如為乙烯酯和醚，丙烯酸和甲基丙烯酸酯，烯丙酯和醚，可由鹵原子或腈基取代的烯烴以及苯乙烯單體，其條件是這類單體單元僅以不危害水溶性的量包含。
水溶性聚合物(c2)的重均分子量優(yōu)選為2000-1，000, 000道爾頓，更優(yōu)選5000-500, 000 道爾頓，最優(yōu)選 10，000-250, 000 道爾頓。
陽離子聚合絮凝劑(c3)優(yōu)選選自陽離子改性的聚丙烯酰胺、聚胺、聚乙烯亞胺、聚(二烯丙基-N，N- 二烷基鹵化銨)及其混合物。
陽離子基團(tuán)更優(yōu)選選自季銨基、锍基、磷猶■基及其混合物。最優(yōu)選使用季銨基。
聚(二烯丙基-N，N-二烷基鹵化銨)(c3)的烷基更優(yōu)選選自甲基、乙基、丙基和異丙基及其混合物。最優(yōu)選使用甲基。鹵化物更優(yōu)選選自氟化物、氯化物和溴化物。最優(yōu)選使用氯化物。最優(yōu)選使用聚(二烯丙基-N，N- 二烷基鹵化銨)(聚DADMAC)。
本發(fā)明組合物中陽離子改性的絮凝劑(c3)的濃度可在寬范圍內(nèi)變化并因此可最有利地適應(yīng)本發(fā)明給定組合物和方法的特定要求。絮凝劑(c3)的用量優(yōu)選為0.0001-1重量％，優(yōu)選0.0002-1重量％，最優(yōu)選0.0003-1重量％，其中重量百分含數(shù)基于本發(fā)明組合物的全部重量。
陽離子改性的絮凝劑(c3)為常規(guī)已知的材料，其例如可以商標(biāo)SedipurTMC由BASFSE購得。
根據(jù)本發(fā)明用途之一，最令人驚訝的是，陽離子改性的絮凝劑(c3)可用于穩(wěn)定磨料顆粒(A)的含水分散體。
本發(fā)明組合物可含有至少一種與成分㈧、⑶和(C)明顯不同的功能組分⑶。
功能組分(D)優(yōu)選選自常用于基于二氧化鈰的CMP漿料的化合物。
這類化合物(D)的實(shí)例例如在以下公開:Y.N.Prasad等人在Electrochemicaland Solid-State Letters, 9 (12) G337-G339 (2006)中，Hyun-Goo Kang 等人在 Journalof Material Research,第 22 卷，N0.3, 2007,第 777-787 頁中，S.Kim 等人在 Journalof Colloid and Interface Science,319 (2008),第 48-52 頁中，S.V.Babu 等人在Electrochemical and Solid-State Letters,7(12)G327-G330 (2004)中，Jae-Dong Lee等人在 Journal of the Electrochemical Society, 149 (8)G477_G481, 2002 中，美國專利US5, 738，800、US6、042、741、US6, 132，637、US6, 218，305B、US5, 759，917、US6, 689，692B1、US6, 984，588B2、US6, 299，659B1、US6, 626，968B2、US6, 436, 835、B1US6, 491，843B1、US6, 544，892B2、US6, 627，107B2、US6, 616，514B1 和 US7, 071，105B2，美國專利申請 US2002/0034875A1、US2006/0144824AU US2006/0207188A1, US2006/0216935A1、US2007/0077865A1、US2007/0175104A1、US2007/0191244A1 和 US2007/0218811A1,以及日本專利申請JP2005-336400A。
此外，功能組分⑶選自與顆粒⑶不同的有機(jī)、無機(jī)和混合的有機(jī)-無機(jī)磨料顆粒，具有至少兩個(gè)羥基的多元醇，具有下限臨界溶解溫度LCST或上限臨界溶解溫度UCST的材料，氧化劑，鈍化劑，電荷反轉(zhuǎn)劑(charge reversal agent),配合或螯合劑,摩擦劑(摩擦劑)，穩(wěn)定劑，流變劑，表面活性劑，金屬陽離子和有機(jī)溶劑。
合適的有機(jī)磨料顆粒(D)及其有效量例如由美國專利申請US2008/0254628A1，第4頁，第
段或國際申請W02005/014753A1已知，其中公開了包含三聚氰胺和三聚氰胺衍生物，如乙酰胍胺、苯并胍胺和雙氰胺的固體顆粒。
合適的無機(jī)磨料顆粒(D)及其有效量例如由國際專利申請W02005/014753A1，第12頁，第1-8行或美國專利US6, 068，787，第6欄，第41行至第7欄，第65行已知。
合適的混合的有機(jī)-無機(jī)磨料顆粒⑶及其有效量例如由美國專利申請US2008/0254628A1，第 4 頁，第
段或 US2009/0013609A1，第 3 頁，第
段至第 6頁，第
段已知。
合適的多元醇(D)為二醇，如乙二醇和丙二醇，三醇如甘油，季戊四醇，醛醇，環(huán)醇以及甘油、三羥甲基丙烷、季戊四`醇、醛醇和環(huán)醇的二聚體和低聚物。
合適的氧化劑⑶及其有效量例如由歐洲專利申請EP1036836A1，第8頁，第
和
段或美國專利US6，068，787，第4欄，第40行至第7欄，第45行或US7, 300, 601B2，第4欄，第18-34行已知。優(yōu)選使用有機(jī)和無機(jī)過氧化物，更優(yōu)選無機(jī)過氧化物。
合適的鈍化劑(D)及其有效量例如由美國專利US7，300，601B2，第3欄，第59行至第4欄，第9行或美國專利申請US2008/0254628A1，跨第4和5頁的第
段已知。
合適的配合或螯合劑(D)(也經(jīng)常稱作摩擦劑)(參見美國專利申請US2008/0254628A1，第5頁，第
段)或浸蝕劑或蝕刻劑(參見美國專利申請US2008/0254628A1，第4頁，第
段)及其有效量例如由美國專利US7，300，601B2，第4欄，第35-48行已知。最特別優(yōu)選使用含至少一個(gè)，優(yōu)選兩個(gè)，更優(yōu)選三個(gè)伯氨基的氨基酸，尤其是甘氨酸，此外還有雙氰胺和三嗪，如三聚氰胺和水溶性的胍胺，特別是三聚氰胺、甲?？s胍胺(formoguanamine)、乙酰胍胺和2，4- 二氨基-6-乙基-1，3, 5-三嗪。
合適的穩(wěn)定劑(D)及其有效量例如由美國專利US6，068，787，第8欄，第4-56行已知。
合適的流變劑⑶及其有效量例如由美國專利申請US2008/0254628A1，第5頁，第
段至第6頁，第
段已知。
合適的表面活性劑(D)及其有效量例如由國際專利申請W02005/014753A1，第8頁，第23行，至第10頁，第17行或美國專利US7，300，601B2，第5欄，第4行至第6欄，第8行已知。
合適的多價(jià)金屬離子(D)及其有效量例如由歐洲專利申請EP1036836A1，第8頁，第
段至第9頁，第
段已知。
合適的有機(jī)溶劑⑶及其有效量例如由美國專利US7，361，603B2，第7欄，第32-48行或美國專利申請US2008/0254628A1，第5頁，第
段已知。
顯示下限臨界溶解溫度LCST或上限臨界溶解溫度UCST的合適材料⑶例如描述在 H.Mor1、H.1waya、A.Nagai 和 T.Endo 的文章，Controlled synthesis ofthermoresponsive polymers derived from L-proline via RAFT polymerization,在Chemical Communication, 2005,4872-4874 中；或在 D.Schmal johann 的文章，Thermo-andpH-responsive polymers and drug delivery, Advanced Drug Delivery Reviews,第58 (2006)卷，1655-1670 中 或在美國專利申請 US2002/0198328A1、US2004/0209095AUUS2004/0217009A1, US2006/0141254A1、US2007/0029198A1, US2007/0289875A1、US2008/0249210AU US2008/0050435Alor US2009/0013609A1,美國專利 US5, 057，560、US5, 788，82 和 US6, 682，642B2，國際專利申請 W001/60926A1、W02004/029160A1、W02004/0521946A1、W02006/093242A2 或 W02007/012763A1 中，在歐洲專利申請EP0583814AUEP1197587B1 和 EP1942179A1，或德國專利申請 DE2610705 中。
原則上，可使用常用于CMP領(lǐng)域中的任何已知的電荷反轉(zhuǎn)劑(D)。電荷反轉(zhuǎn)劑(D)優(yōu)選選自含有至少一個(gè)選自以下的陰離子基團(tuán)的單體、低聚和聚合的化合物:羧酸根、磺酸根、硫酸根和膦酸根基團(tuán)。
存在的話，功能組分⑶的含量可改變。⑶的總含量基于相應(yīng)CMP組合物的總重量優(yōu)選不超過10重量％ ( “重量％”指“百分重量”)，更優(yōu)選不超過2重量％，最優(yōu)選不超過0.5重量％,特別是不超過0.1重量％,如不超過0.01重量％。(D)的總含量基于相應(yīng)組合物的總重量優(yōu)選為至少0.0001重量％，更優(yōu)選至少0.001重量％，最優(yōu)選至少0.008重量％，特別是至少0.05重量％，如至少0.3重量％。
本發(fā)明組合物可任選含有至少一種與成分(A)、(B)和(C)明顯不同的pH調(diào)節(jié)劑或緩沖劑(E)。
合適的pH調(diào)節(jié)劑或緩沖劑(E)及其有效量例如由以下已知:歐洲專利申請EP1036836A1，第 8 頁，第
、
和
段，國際專利申請 W02005/014753A1，第12頁，第19-24行，美國專利申請US2008/0254628A1，第6頁，第
段或美國專利US7, 300，601B2，第5欄，第33-63行。pH調(diào)節(jié)劑或緩沖劑(E)的實(shí)例為氫氧化鉀、氫氧化銨、四甲基氫氧化銨(TMAH)、硝酸和硫酸。
存在的話，pH調(diào)節(jié)劑或緩沖劑(E)的含量可改變。(E)的總量基于相應(yīng)CMP組合物的總重量優(yōu)選不超過20重量％，更優(yōu)選不超過7重量％，最優(yōu)選不超過2重量％，特別是不超過0.5重量％,如不超過0.1重量％。(E)的總量基于相應(yīng)組合物的總重量優(yōu)選為至少0.001重量％，更優(yōu)選至少0.01重量％，最優(yōu)選至少0.05重量％，特別是至少0.1重量％，如至少0.5重量％。
優(yōu)選使用上述pH調(diào)節(jié)劑(E)將本發(fā)明組合物的pH優(yōu)選設(shè)置在2.5_4。
本發(fā)明組合物的制備未顯示任何特殊性，但可通過將上述成分(A)、(B)和(C)以及任選(D)和/或(E)溶解或分散在含水介質(zhì)，尤其是去離子水中而進(jìn)行。為此，可使用常規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的混合方法和混合裝置，如攪拌容器、在線溶解器、高剪切葉輪、超聲混合器、均化器噴嘴或逆流混合器?？蓛?yōu)選將如此獲得的本發(fā)明組合物過濾通過具有合適篩孔的過濾器，以除去粗粒顆粒，如固體的細(xì)碎分散的磨料顆粒(A)的聚集體或聚集物。
本發(fā)明組合物極其適于本發(fā)明方法。
在本發(fā)明方法中，將用于電子、機(jī)械和光學(xué)器件，尤其是電子器件，最優(yōu)選集成電路器件的基底材料與本發(fā)明組合物至少接觸一次并拋光，尤其是化學(xué)和機(jī)械拋光，直至獲得所需平坦度。
本發(fā)明方法顯示了其在半導(dǎo)體硅晶片的CMP中特定的優(yōu)點(diǎn)，其中所述硅晶片具有包含低k或超低k氧化硅材料的隔離層和作為停蝕層或阻擋層的氮化硅層。
合適的低k或超低k材料以及制備絕緣介電層的合適方法例如描述在美國專利申請 US2005/0176259A1，第 2 頁，第
-
段，US2005/0014667A1，第 I 頁，第
段，US2005/0266683A1，第 I 頁，第
段和第 2 頁，第
段或 US2008/0280452A1，第
-
段中或美國專利US7，250，391B2，第I欄，第49-54行或歐洲專利申請EP1306415A2，第 4 頁，第
段。
本發(fā)明方法特別適合需要在圖案化的晶片基底上相對于氮化硅選擇性除去二氧化硅的淺溝槽隔離(STI)。在該方法中，使蝕刻的溝槽過充滿介電材料，如二氧化硅，用氮化硅隔離膜作為停蝕層將其拋光。在該優(yōu)選實(shí)施方案中，本發(fā)明方法以從隔離膜除去二氧化硅為結(jié)束，同時(shí)使暴露的氮化硅和溝槽氧化硅的去除最小化。
因此，本發(fā)明方法顯示了大于50，優(yōu)選大于75，最優(yōu)選大于100的氧化物-氮化物選擇性。
本發(fā)明方法未顯示特殊性，而是可用常用于具有IC的半導(dǎo)體晶片的制造中CMP的方法和設(shè)備進(jìn)行。
如本領(lǐng)域已知的，用于CMP的典型設(shè)備包含覆蓋有拋光墊的旋轉(zhuǎn)壓板。將晶片安裝在其上側(cè)向下面對拋光墊的夾持器或卡盤上。夾持器使晶片固定在水平位置。該拋光和夾持裝置的特定排列也作為硬壓板設(shè)計(jì)已知。夾持器可保留位于夾持器保留表面和未被拋光的晶片表面之間的夾持器墊。該墊可用作晶片緩沖墊。
在夾持器下，較大直徑的壓板通常也是水平定位并展現(xiàn)與待拋光晶片平行的表面。其拋光墊在平坦化方法期間接觸晶片表面。在本發(fā)明CMP方法期間，將本發(fā)明組合物以連續(xù)流或以逐滴形式施用至拋光墊上。
夾持器和壓板均圍繞其各自的從夾持器和壓板垂直延伸的軸旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)的夾持器軸可在相對于旋轉(zhuǎn)壓板的位置上保持固定或可相對于壓板水平震蕩。夾持器的旋轉(zhuǎn)方向通常與壓板相同，但這不是必須的。夾持器和壓板的旋轉(zhuǎn)速度通常被設(shè)置為不同值，但這不是必須的。
通常而言，將壓板溫度設(shè)置在10_70°C的溫度下。
其它細(xì)節(jié)可結(jié)合附

圖1參考國際專利申請W02004/063301A1，尤其是第16頁，第
段至第18頁，第
段。
經(jīng)由本發(fā)明方法，可獲得具有IC的半導(dǎo)體晶片，其包含圖案化的低k和超低k材料層，尤其是二氧化硅層且具有優(yōu)異的平坦度。因此，可獲得也具有優(yōu)異的平坦度以及在最終完成的IC中具有優(yōu)異的電功能的銅波紋圖案。
實(shí)施例和對比實(shí)驗(yàn):
對比實(shí)驗(yàn)C1-C5:
使用對比含水拋光組合物C1-C5對氧化硅涂覆和氮化硅涂覆空白晶片的CMP以及氧化物-氮化物選擇性
將對比含水拋光組合物C1-C5的組成匯集在表I中。
表1:對比含水拋光組合物C1-C5的組成
權(quán)利要求
1.一種含水拋光組合物，其包含: (A)至少一種類型的磨料顆粒，當(dāng)其分散在pH為3-9的含水介質(zhì)中時(shí)帶正電荷，這通過電泳淌度證明； (B)至少一種水溶性和水分散性的含羥基組分，其選自: (bl)在分子上具有至少兩個(gè)碳原子、至少一個(gè)羥基和至少一個(gè)羧酸基的脂族和脂環(huán)族羥基羧酸，其中羥基與羧酸基的摩爾比例為至少I ; (b2)具有至少一個(gè)選自內(nèi)酯基、酯化羥基、酯化羧酸基及其混合物的基團(tuán)的羥基羧酸(bl)酯，其條件是至少一個(gè)羥基存在于(b2)中；和 (b3)其混合物；以及 (C)至少一種選自以下的水溶性和水分散性聚合物組分: (Cl)線性和支化的氧化烯烴均聚物和共聚物； (c2)線性和支化的脂族和脂環(huán)族聚(N-乙烯基酰胺)均聚物和共聚物；和 (c3)重均分子量小于100，000道爾頓的陽離子聚合絮凝劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的含水拋光組合物，其特征在于所述磨料顆粒(A)為無機(jī)顆粒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的含水拋光組合物，其特征在于所述無機(jī)磨料顆粒(A)包含或由二氧化鈰組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的含水拋光組合物，其特征在于羥基羧酸(bl)選自乙醇酸、乳酸、奎尼酸、糖酸及其混合物；酯(b2)選自乙醇酸、乳酸、奎尼酸和糖酸的酯以及內(nèi)酯及其混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的含水拋光組合物，其特征在于糖酸(bl)選自醛糖酸、糖醛酸、葡萄糖醛酸、醛糖二酸、酮糖酸、神經(jīng)氨糖酸、唾液酸及其混合物；糖酸酯(b2)選自醛糖酸、糖醛酸、葡萄糖醛酸、醛糖二酸、酮糖酸、神經(jīng)氨糖酸、唾液酸的酯以及內(nèi)酯及其混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的含水拋光組合物，其特征在于糖酸(bl)選自甘油酸、酒石酸、蘇糖酸、赤酮酸、木質(zhì)酸、葡萄糖醛酸、抗壞血酸、葡糖酸、半乳糖醛酸、艾杜糖醛酸、甘露糖醛酸、葡糖醛酸、古羅糖醛酸、糖醛酸、葡糖二酸、酮糖酸、神經(jīng)氨酸、唾液酸、胞壁酸、乳糖酸及其混合物；糖酸酯(b2)選自甘油酸、酒石酸、蘇糖酸、赤酮酸、木質(zhì)酸、葡萄糖醛酸、抗壞血酸、葡糖酸、半乳糖 醛酸、艾杜糖醛酸、甘露糖醛酸、葡糖醛酸、古羅糖醛酸、糖醛酸、葡糖二酸、酮糖酸、神經(jīng)氨酸、唾液酸、胞壁酸和乳糖酸的酯以及內(nèi)酯、葡糖酸-S -內(nèi)酯、潘氨酸及其混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的含水拋光組合物，其特征在于水溶性或水分散性的線性或支化的氧化烯烴均聚物或共聚物(Cl)選自氧化乙烯和氧化丙烯均聚物和共聚物及其混合物；線性或支化的脂族或脂環(huán)族聚(N-乙烯基酰胺)均聚物或共聚物(c2)選自脂族和脂環(huán)族N-乙烯基酰胺單體的均聚物和共聚物，所述乙烯基酰胺單體選自N-乙烯基乙酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基戊內(nèi)酰胺、N-乙烯基己內(nèi)酰胺、N-乙烯基琥珀酰亞胺及其混合物；陽離子聚合絮凝劑(c3)選自陽離子改性的聚丙烯酰胺、聚胺、聚乙烯亞胺、聚(二烯丙基-N，N- 二烷基鹵化銨)及其混合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的含水拋光組合物，其特征在于其含有至少一種與組分(A)、⑶和(C)不同的功能組分⑶。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的含水拋光組合物，其特征在于所述功能組分(D)選自與顆粒(A)不同的有機(jī)、無機(jī)和混合的有機(jī)-無機(jī)磨料顆粒，具有至少兩個(gè)羥基的多元醇，具有下限臨界溶解溫度LCST或上限臨界溶解溫度UCST的材料，氧化劑，鈍化劑，電荷反轉(zhuǎn)劑，配合或螯合劑，摩擦劑，穩(wěn)定劑，流變劑，表面活性劑，金屬陽離子和有機(jī)溶劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)的含水拋光組合物，其特征在于其含有至少一種與組分(A)、⑶和(C)不同的pH調(diào)節(jié)劑或緩沖劑(E)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)的含水拋光組合物，其特征在于其具有2.5-4的pH。
12.—種拋光電子、機(jī)械和光學(xué)器件用基底材料的方法，其包括使所述基底材料與含水拋光組合物至少接觸一次并拋光所述基底材料直至獲得所需平坦度，其特征在于使用根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)的含水拋光組合物。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其特征在于所述基底材料包含至少一層包含或由至少一種介電二氧化硅材料組成的層和至少一層包含或由氮化硅組成的層。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其特征在于其氧化物-氮化物選擇性大于50。
15.根據(jù)權(quán)利要求12-14中任一項(xiàng)的方法，其特征在于所述電子器件為集成電路器件、液晶面板、有機(jī)電致發(fā)光面板、印刷電路板、微型機(jī)、DNA芯片、微型設(shè)備和磁頭；機(jī)械器件為高精度的機(jī)械器件；光學(xué)器件為光學(xué)玻璃，如光掩模、透鏡和棱鏡，無機(jī)導(dǎo)電膜，如氧化銦錫(ITO)，光學(xué)集成電路，光學(xué)開關(guān)元件，光學(xué)波導(dǎo)管，光學(xué)單晶，如光學(xué)纖維和閃爍器的端面，固體激光器單晶，用于藍(lán)色激光器LED的藍(lán)寶石基底，半導(dǎo)體單晶和用于磁盤的玻璃基 。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法,其特征在于所述集成電路器件含有結(jié)構(gòu)尺寸低于50nm的大規(guī)模集成或非常大規(guī)模集成的集成電路。
17.根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)的含水拋光組合物在制造電子、機(jī)械和光學(xué)器件中的用途。
18.重均分子量小于100，000道爾頓的陽離子改性絮凝劑(c3)在穩(wěn)定含有至少一種類型磨料顆粒(A)的分散體中的用途，當(dāng)分散在pH為3-9的含水介質(zhì)中時(shí)，所述磨料顆粒(A)帶正電荷，這通過電泳淌度證明。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種含水拋光組合物，其包含(A)當(dāng)其分散在pH為3-9的含水介質(zhì)中時(shí)帶正電荷的磨料顆粒，這通過電泳淌度證明；(B)水溶性和水分散性的含羥基組分，其選自(b1)脂族和脂環(huán)族羥基羧酸，其中羥基與羧酸基的摩爾比例為至少1；(b2)具有至少一個(gè)羥基的羥基羧酸(b1)的酯和內(nèi)酯；和(b3)其混合物；以及(C)選自以下的水溶性和水分散性聚合物組分(c1)線性和支化的氧化烯烴聚合物；(c2)線性和支化的脂族和脂環(huán)族聚(N-乙烯基酰胺)聚合物；和(c3)重均分子量小于100,000道爾頓的陽離子聚合絮凝劑；以及一種拋光電子、機(jī)械和光學(xué)器件用基底材料的方法。
文檔編號C09K3/14GK103189457SQ201180053056
公開日2013年7月3日 申請日期2011年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月8日
發(fā)明者Y·李, J-J·楚, S·S·文卡塔拉曼, S·A·奧斯曼易卜拉欣, H·W·平德爾 申請人:巴斯夫歐洲公司