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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet des chemisch-mechanischen Polierens. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine stabilisierte, konzentrierbare chemisch-mechanische Polierzusammensetzung und ein Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren von Halbleitermaterialien, und insbesondere ein Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren von Dielektrikumschichten von Halbleiterstrukturen beispielsweise in Zwischenschicht-Dielektrikum(ILD)- und Grabenisolations(STI)-Verfahren.
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Moderne integrierte Schaltungen werden durch ein kompliziertes Verfahren hergestellt, bei dem elektronische Schaltkreise, die aus Halbleitervorrichtungen zusammengesetzt sind, auf einer kleinen Halbleiterstruktur integriert ausgebildet werden. Die herkömmlichen Halbleitervorrichtungen, die auf der Halbleiterstruktur ausgebildet werden, umfassen Kondensatoren, Widerstände, Transistoren, Leiter, Dioden und dergleichen. Bei einer hochentwickelten Herstellung von integrierten Schaltungen werden große Mengen dieser Halbleitervorrichtungen auf einer einzelnen Halbleiterstruktur gebildet.
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Zusätzlich können integrierte Schaltungen als benachbarte Einzelschaltkreise bzw. Einzelfelder auf einem gemeinsamen Siliziumsubstrat der Halbleiterstruktur angeordnet werden. Typischerweise befinden sich zwischen den Einzelschaltkreisen Ritzbereiche auf einem Oberflächenniveau, wo die Einzelschaltkreise getrennt werden, um diskrete integrierte Schaltungen zu bilden. Innerhalb der Einzelschaltkreise ist die Oberfläche der Halbleiterstruktur durch erhöhte Bereiche gekennzeichnet, die durch die Bildung der Halbleitervorrichtungen verursacht werden. Diese erhöhten Bereiche bilden Felder und sind durch niedrigere Bereiche mit einer geringeren Höhe auf dem Siliziumsubstrat der Halbleiterstruktur getrennt.
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Die aktiven Vorrichtungen müssen durch Dielektrika isoliert werden, um ein Übersprechen und eine gegenseitige Signalstörung zwischen den aktiven Vorrichtungen zu verhindern. Herkömmlich gibt es zwei Hauptisolationstechniken. Eine ist ein Zwischenschicht-Dielektrikum (ILD). Die andere wird als Grabenisolation (STI) bezeichnet.
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Die ILD-Struktur wird vorwiegend zum Trennen von Metallleitungen oder -stopfen in der integrierten Schaltung verwendet. Die dielektrischen Isolationsmaterialien (z. B. Siliziumdioxid und Siliziumnitrid) werden typischerweise zwischen den Lücken und auf den Metallleitungen oder -stopfen wachsen gelassen oder abgeschieden, was eine unebene Oberfläche erzeugt, die durch vertikal erhöhte, vorstehende Merkmale mit einer größeren Höhe, die sich nach oben oberhalb der Felder erstrecken, und durch offene Senken bzw. Gräben mit einer geringeren Höhe gekennzeichnet ist. Anschließend wird ein CMP-Verfahren verwendet, um die Höhe der vertikal vorstehenden Merkmale bis hinab auf eine Zielhöhe zu vermindern, die sich typischerweise um einen im Vorhinein festgelegten Abstand oberhalb des Niveaus der Oberseiten der Felder befindet, wobei idealerweise eine planarisierte Oberfläche gebildet wird.
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Die STI ist ein verbreitet verwendetes Halbleiterherstellungsverfahren zur Bildung von Isolationsstrukturen, um die verschiedenen aktiven Komponenten, die in integrierten Schaltungen gebildet sind, elektrisch zu isolieren. Bei der STI-Technik ist der erste Schritt die Bildung einer Mehrzahl von Gräben an im Vorhinein festgelegten Positionen in dem Substrat üblicherweise durch anisotropes Ätzen. Als nächstes wird Siliziumdioxid in jedem dieser Gräben abgeschieden. Das Siliziumdioxid wird dann mittels CMP bis hinab zu dem Siliziumnitrid (Stoppschicht) poliert, um die STI-Struktur zu bilden. Um ein effizientes Polieren zu erreichen, stellt die Polieraufschlämmung typischerweise eine hohe Selektivität bezüglich der Entfernungsgeschwindigkeit von Siliziumdioxid bezogen auf Siliziumnitrid bereit („Selektivität”).
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Eine herkömmliche CMP-Aufschlämmung für ILD- und STI-Verfahren umfasst eine hohe Konzentration von Schleifmitteln, um deren Wirksamkeit zu erhöhen. Leider sind die Schleifmittel teuer und eine verstärkte Verwendung der Schleifmittel wird unwirtschaftlich. Ferner neigen hochkonzentrierte Schleifmittelaufschlämmungen zu Stabilitätsproblemen mit einer Teilchenagglomeration und einem Absetzen von Teilchen im Zeitverlauf, was zu einer inakzeptablen Leistungsschwankung beim Polieren führt.
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Eine Polierzusammensetzung mit einem verminderten Schleifmittelgehalt zum Entfernen von Siliziumoxid ist in dem
US-Patent Nr. 7,018,560 für Liu et al. beschrieben. Liu et al. offenbaren eine wässrige Polierzusammensetzung, die einen Korrosionshemmstoff zur Begrenzung der Entfernung eines Zwischenverbindungsmetalls, einen sauren pH-Wert, Schleifmittelteilchen und ein organische Reste enthaltendes Ammoniumsalz umfasst, das mit
gebildet ist, worin R
1, R
2, R
3 und R
4 Reste sind, R
1 eine unsubstituierte Aryl-, Alkyl-, Aralkyl- oder Alkarylgruppe ist, die eine Kohlenstoffkettenlänge von 2 bis 15 Kohlenstoffatomen aufweist, und das organische Reste enthaltende Ammoniumsalz eine Konzentration aufweist, welche die Siliziumdioxidentfernung beschleunigt und die Entfernung von mindestens einer Beschichtung, die aus der Gruppe, bestehend aus SiC, SiCN, Si
3N
4 und SiCO, ausgewählt ist, mit mindestens einem Polierdruck von weniger als 21,7 kPa vermindert.
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Dennoch gibt es nach wie vor einen Bedarf für eine chemisch-mechanische Polierzusammensetzung und ein Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren von Dielektrikumschichten mit einer verbesserten Entfernungsgeschwindigkeit und einer verminderten Schleifmittelkonzentration. Es besteht insbesondere ein Bedarf für eine Zusammensetzung und ein Verfahren zum Polieren von Dielektrikumschichten in ILD- und STI-Verfahren, die eine verbesserte Dielektrikumschicht-Entfernungsgeschwindigkeit mit einer verminderten Schleifmittelkonzentration aufweisen sowie eine verbesserte Lagerstabilität und Konzentrierbarkeit bereitstellen, um die Transportkosten einfacher senken zu können.
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Die vorliegende Erfindung stellt eine chemisch-mechanische Polierzusammensetzung bereit, die als ursprüngliche bzw. anfängliche Komponenten Wasser, ein Schleifmittel, eine diquaternäre Substanz gemäß der Formel (I)
worin jedes X unabhängig aus N und P ausgewählt ist, worin R
1 aus einer gesättigten oder ungesättigten C
1-C
15-Alkylgruppe, einer C
6-C
15-Arylgruppe und einer C
6-C
15-Aralkylgruppe ausgewählt ist, worin R
2, R
3, R
4, R
5, R
6 und R
7 jeweils unabhängig aus Wasserstoff, einer gesättigten oder ungesättigten C
1-C
15-Alkylgruppe, einer C
6-C
15-Arylgruppe, einer C
6-C
15-Aralkylgruppe und einer C
6-C
15-Alkarylgruppe ausgewählt sind, und wobei das Anion in der Formel (I) jedwedes Anion oder jedwede Kombination von Anionen sein kann, welche(s) die 2+-Ladung auf dem Kation in der Formel (I) ausgleicht oder ausgleichen, ein Derivat von Guanidin gemäß der Formel (II)
worin R
8 aus Wasserstoff, einer gesättigten oder ungesättigten C
1-C
15-Alkylgruppe, einer C
6-C
15-Arylgruppe, einer C
6-C
15-Aralkylgruppe und einer C
6-C
15-Alkarylgruppe ausgewählt ist, worin R
9, R
10, R
11 und R
12 jeweils unabhängig aus Wasserstoff, einer gesättigten oder ungesättigten C
1-C
15-Alkylgruppe, einer C
6-C
15-Arylgruppe, einer C
6-C
15-Aralkylgruppe und einer C
6-C
15-Alkarylgruppe ausgewählt sind, und gegebenenfalls ein quaternäres Ammoniumsalz umfasst.
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Die vorliegende Erfindung stellt eine chemisch-mechanische Polierzusammensetzung bereit, die als ursprüngliche Komponenten Wasser, 0,1 bis 40 Gew.-% eines Schleifmittels, 0,001 bis 1 Gew.-% einer diquaternären Substanz gemäß der Formel (I), worin jedes X unabhängig aus N und P ausgewählt ist, worin R1 aus einer gesättigten oder ungesättigten C1-C15-Alkylgruppe, einer C6-C15-Arylgruppe und einer C6-C15-Aralkylgruppe ausgewählt ist, worin R2, R3, R4, R5, R6 und R7 jeweils unabhängig aus Wasserstoff, einer gesättigten oder ungesättigten C1-C15-Alkylgruppe, einer C6-C15-Arylgruppe, einer C6-C15-Aralkylgruppe und einer C6-C15-Alkarylgruppe ausgewählt sind, und wobei das Anion in der Formel (I) jedwedes Anion oder jedwede Kombination von Anionen sein kann, welche(s) die 2+-Ladung auf dem Kation in der Formel (I) ausgleicht oder ausgleichen, 0,001 bis 1 Gew.-% eines Derivats von Guanidin gemäß der Formel (II), worin R8 aus Wasserstoff, einer gesättigten oder ungesättigten C1-C15-Alkylgruppe, einer C6-C15-Arylgruppe, einer C6-C15-Aralkylgruppe und einer C6-C15-Alkarylgruppe ausgewählt ist, worin R9, R10, R11 und R12 jeweils unabhängig aus Wasserstoff, einer gesättigten oder ungesättigten C1-C15-Alkylgruppe, einer C6-C15-Arylgruppe, einer C6-C15-Aralkylgruppe und einer C6-C15-Alkarylgruppe ausgewählt sind, und 0 bis 1 Gew.-% eines quaternären Ammoniumsalzes umfasst.
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Die vorliegende Erfindung stellt eine chemisch-mechanische Polierzusammensetzung bereit, die als ursprüngliche Komponenten Wasser, 0,1 bis 40 Gew.-% eines Schleifmittels, 0,001 bis 1 Gew.-% einer diquaternären Substanz gemäß der Formel (I), worin jedes X N ist, worin R1 eine -(CH2)4-Gruppe ist, worin R2, R3, R4, R5, R6 und R7 jeweils eine -(CH2)3CH3-Gruppe sind, und wobei das Anion in der Formel (I) jedwedes Anion oder jedwede Kombination von Anionen sein kann, welche(s) die 2+-Ladung auf dem Kation in der Formel (I) ausgleicht oder ausgleichen, 0,001 bis 1 Gew.-% eines Derivats von Guanidin gemäß der Formel (II), worin R8 Wasserstoff ist, worin R9, R10, R11 und R12 jeweils eine -CH3-Gruppe sind, und 0,005 bis 0,05 Gew.-% Tetraethylammoniumhydroxid umfasst.
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Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren eines Substrats bereit, umfassend: Bereitstellen eines Substrats, wobei das Substrat Siliziumdioxid umfasst, Bereitstellen einer erfindungsgemäßen chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung, Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens, Erzeugen eines dynamischen Kontakts an einer Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat mit einer Andruckkraft von 0,69 bis 34,5 kPa, und Aufbringen der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung auf das chemisch-mechanische Polierkissen an oder in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat, wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung einen pH-Wert von 2 bis 6 aufweist.
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Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren eines Substrats bereit, umfassend: Bereitstellen eines Substrats, wobei das Substrat Siliziumdioxid umfasst, Bereitstellen einer erfindungsgemäßen chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung in konzentrierter Form, Verdünnen der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung mit Wasser, Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens, Erzeugen eines dynamischen Kontakts an einer Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat mit einer Andruckkraft von 0,69 bis 34,5 kPa, und Aufbringen der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung auf das chemisch-mechanische Polierkissen an oder in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat, wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung einen pH-Wert von 2 bis 6 aufweist.
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Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren eines Substrats bereit, umfassend: Bereitstellen eines Substrats, wobei das Substrat Siliziumdioxid umfasst, Bereitstellen einer chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung, die als ursprüngliche Komponenten nach dem Verdünnen Wasser, 0,1 bis 40 Gew.-% eines kolloidalen Siliziumdioxid-Schleifmittels, 0,001 bis 1 Gew.-% der diquaternären Substanz gemäß der Formal (I), 0,001 bis 1 Gew.-% des Derivats von Guanidin gemäß der Formel (II) und 0 bis 1 Gew.-% des optionalen quaternären Ammoniumsalzes umfasst, und wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung einen pH-Wert von 2 bis 6 aufweist, Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens, Erzeugen eines dynamischen Kontakts an einer Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat mit einer Andruckkraft von 0,69 bis 34,5 kPa, und Aufbringen der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung auf das chemisch-mechanische Polierkissen an oder in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat.
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Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren eines Substrats bereit, umfassend: Bereitstellen eines Substrats, wobei das Substrat Siliziumdioxid umfasst, Bereitstellen einer chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung, die als ursprüngliche Komponenten nach dem Verdünnen Wasser, 0,1 bis 40 Gew.-% eines kolloidalen Siliziumdioxid-Schleifmittels, 0,001 bis 1 Gew.-% der diquaternären Substanz gemäß der Formel (I), 0,001 bis 1 Gew.-% des Derivats von Guanidin gemäß der Formel (II) und 0 bis 1 Gew.-% des optionalen quaternären Ammoniumsalzes umfasst, und wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung einen pH-Wert von 2 bis 6 aufweist, Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens, Erzeugen eines dynamischen Kontakts an einer Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat mit einer Andruckkraft von 0,69 bis 34,5 kPa, und Aufbringen der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung auf das chemisch-mechanische Polierkissen an oder in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat, wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung eine Siliziumdioxid-Entfernungsgeschwindigkeit von mindestens 1500 Å/min bei einer Plattendrehzahl von 93 U/min, einer Trägerdrehzahl von 87 U/min, einer Flussrate der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung von 200 ml/min und einer Nennandruckkraft von 20,7 kPa auf einem 200 mm-Poliergerät aufweist, wobei das chemisch-mechanische Polierkissen eine Polyurethan-Polierschicht, die polymere Mikroteilchen mit hohlem Kern enthält, und ein Polyurethan-imprägniertes Vliesunterkissen umfasst.
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Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum chemisch-mechanischen Polieren eines Substrats bereit, umfassend: Bereitstellen eines Substrats, wobei das Substrat Siliziumdioxid umfasst, Bereitstellen einer chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung, die als ursprüngliche Komponenten nach dem Verdünnen Wasser, 0,1 bis 40 Gew.-% eines Schleifmittels, 0,001 bis 1 Gew.-% einer diquaternären Substanz gemäß der Formal (I), worin jedes X N ist, worin R1 eine -(CH2)4-Gruppe ist, worin R2, R3, R4, R5, R6 und R7 jeweils eine -(CH2)3CH3-Gruppe sind, und wobei das Anion in der Formal (I) jedwedes Anion oder jedwede Kombination von Anionen sein kann, welche(s) die 2+-Ladung auf dem Kation in der Formel (I) ausgleicht oder ausgleichen, 0,001 bis 1 Gew.-% eines Derivats von Guanidin gemäß der Formal (II), worin R8 Wasserstoff ist, worin R9, R10, R11 und R12 jeweils eine -CH3-Gruppe sind, und 0,005 bis 0,05 Gew.-% Tetraethylammoniumhydroxid umfasst, wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung einen pH-Wert von 2 bis 6 aufweist, Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens, Erzeugen eines dynamischen Kontakts an einer Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat mit einer Andruckkraft von 0,69 bis 34,5 kPa, und Aufbringen der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung auf das chemisch-mechanische Polierkissen an oder in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat, wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung eine Siliziumdioxid-Entfernungsgeschwindigkeit von mindestens 1500 Å/min bei einer Plattendrehzahl von 93 U/min, einer Trägerdrehzahl von 87 U/min, einer Flussrate der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung von 200 ml/min und einer Nennandruckkraft von 20,7 kPa auf einem 200 mm-Poliergerät aufweist, wobei das chemisch-mechanische Polierkissen eine Polyurethan-Polierschicht, die polymere Mikroteilchen mit hohlem Kern enthält, und ein Polyurethan-imprägniertes Vliesunterkissen umfasst.
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Detaillierte Beschreibung
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Die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung der vorliegenden Erfindung ist konzentrierbar. Der Begriff „konzentrierbar”, der hier und in den beigefügten Patentansprüchen bezogen auf die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung der vorliegenden Erfindung verwendet wird, bedeutet, dass die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung mit weniger Wasser hergestellt, gelagert und transportiert werden kann, als es in die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung zum Verwendungszeitpunkt einbezogen ist.
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Der Begriff „Verwendungszeitpunkt”, der hier und in den beigefügten Patentansprüchen bezogen auf die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung verwendet wird, bezieht sich auf die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung zu dem Zeitpunkt, wenn sie zum Polieren eines Substrats verwendet wird.
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Der Ausdruck „minimaler Effekt”, der hier und in den beigefügten Patentansprüchen bezogen auf die Veränderung der Entfernungsgeschwindigkeit von Siliziumoxid (für die in Å/min gemessene Entfernungsgeschwindigkeit) verwendet wird, die aus dem Zusatz eines Derivats von Guanidin gemäß der Formel (II) und eines optionalen quaternären Ammoniumsalzes (falls ein solches vorliegt) zu der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung resultiert, bedeutet, dass sich die Entfernungsgeschwindigkeit von Siliziumoxid um ≤ 10% verändert. D. h., der folgende Ausdruck ist erfüllt, wenn der Zusatz eines Derivats von Guanidin gemäß der Formel (II) und eines optionalen quaternären Ammoniumsalzes (falls ein solches vorliegt) zu der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung einen minimalen Effekt auf die Siliziumoxid-Entfernungsgeschwindigkeit aufweist: (Absolutwert von (A0 – A)/A0)·100 ≤ 10% wobei A die Siliziumoxid-Entfernungsgeschwindigkeit in Å/min für eine chemisch-mechanische Polierzusammensetzung der vorliegenden Erfindung ist, die als eine ursprüngliche Komponente ein Derivat von Guanidin gemäß der Formel (II) und ein optionales quaternäres Ammoniumsalz (falls ein solches vorliegt) enthält, und zwar gemessen unter den in den Beispielen angegebenen Polierbedingungen, und wobei A0 die Siliziumoxid-Entfernungsgeschwindigkeit in Å/min ist, die unter identischen Bedingungen erhalten worden ist, mit der Ausnahme, dass das Derivat gemäß der Formel (II) und das optionale quaternäre Ammoniumsalz (falls ein solches vorliegt) nicht in der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung vorliegen.
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Die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung der vorliegenden Erfindung ist konzentrierbar und bleibt in der konzentrierten Form stabil. Beispielsweise kann die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung der vorliegenden Erfindung als Dreifachkonzentrat bereitgestellt werden (vgl. z. B. die Tabelle 3 in den Beispielen). Aus Klarheitsgründen wird die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung der vorliegenden Erfindung hier bezüglich ihrer Zusammensetzung zum Verwendungszeitpunkt detailliert beschrieben. Dennoch wird ein Fachmann erkennen, wie sich die Formulierung der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung der vorliegenden Erfindung bei der Konzentrierung zur Bereitstellung einer konzentrierten chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung ändern würde.
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Die Auswahl der spezifischen Formulierung der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung, die in dem chemisch-mechanischen Polierverfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist der Schlüssel zur Bereitstellung von gewünschten Siliziumdioxid-Entfernungsgeschwindigkeiten, die sowohl mit einer Konzentrierbarkeit als auch mit Stabilität einhergehen.
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Ein Substrat, das zur Verwendung in dem chemisch-mechanischen Polierverfahren der vorliegenden Erfindung zum chemisch-mechanischen Polieren geeignet ist, umfasst ein Halbleitersubstrat, auf dem Siliziumdioxid abgeschieden ist. Gegebenenfalls weist das Substrat Siliziumdioxid auf, das auf mindestens einem von SiC, SiCN, Si3N4, SiCO und Polysilizium (insbesondere Si3N4) abgeschieden ist.
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Schleifmittel, die zur Verwendung in der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung der vorliegenden Erfindung geeignet sind, umfassen z. B. anorganische Oxide, anorganische Hydroxide, anorganische Hydroxidoxide, Metallboride, Metallcarbide, Metallnitride, Polymerteilchen und Gemische, die mindestens eines der vorstehend genannten Materialien umfassen. Geeignete anorganische Oxide umfassen z. B. Siliziumdioxid (SiO2), Aluminiumoxid (Al2O3), Zirkoniumoxid (ZrO2), Ceroxid (CeO2), Manganoxid (MnO2), Titanoxid (TiO2) oder Kombinationen, die mindestens eines der vorstehend genannten Oxide umfassen. Modifizierte Formen dieser anorganischen Oxide, wie z. B. mit einem organischen Polymer beschichtete anorganische Oxidteilchen und anorganisch beschichtete Teilchen, können gegebenenfalls ebenso verwendet werden. Geeignete Metallcarbide, -boride und -nitride umfassen z. B. Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, Siliziumcarbonitrid (SiCN), Borcarbid, Wolframcarbid, Zirkoniumcarbid, Aluminiumborid, Tantalcarbid, Titancarbid oder Kombinationen, die mindestens eines der vorstehend genannten Metallcarbide, -boride und -nitride umfassen. Vorzugsweise ist das Schleifmittel ein kolloidales Siliziumdioxid-Schleifmittel.
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Das Schleifmittel in der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung der vorliegenden Erfindung weist vorzugsweise eine durchschnittliche Teilchengröße von 5 bis 150 nm, mehr bevorzugt von 20 bis 100 nm, noch mehr bevorzugt von 20 bis 60 nm, insbesondere von 20 bis 50 nm auf.
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Die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung der vorliegenden Erfindung enthält zum Verwendungszeitpunkt vorzugsweise 0,1 bis 40 Gew.-%, mehr bevorzugt 0,1 bis 20 Gew.-%, noch mehr bevorzugt 1 bis 20 Gew.-%, insbesondere 1 bis 10 Gew.-% Schleifmittel.
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Die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung der vorliegenden Erfindung umfasst vorzugsweise ein kolloidales Siliziumdioxid-Schleifmittel mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 20 bis 60 nm. Noch mehr bevorzugt umfasst die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung der vorliegenden Erfindung zum Verwendungszeitpunkt 1 bis 10 Gew.-% eines kolloidalen Siliziumdioxid-Schleifmittels mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 20 bis 60 nm. Insbesondere umfasst die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung der vorliegenden Erfindung zum Verwendungszeitpunkt 1 bis 10 Gew.-% eines kolloidalen Siliziumdioxid-Schleifmittels mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 20 bis 50 nm.
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Das in der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung der vorliegenden Erfindung enthaltene Wasser ist vorzugsweise mindestens eines von entionisiert und destilliert, um zufällige Verunreinigungen zu beschränken.
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Die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung der vorliegenden Erfindung umfasst als eine ursprüngliche Komponente eine diquaternäre Substanz gemäß der Formel (I)
worin jedes X unabhängig aus N und P ausgewählt ist, wobei vorzugsweise jedes X N ist, worin R
1 aus einer gesättigten oder ungesättigten C
1-C
15-Alkylgruppe, einer C
6-C
15-Arylgruppe und einer C
6-C
15-Aralkylgruppe ausgewählt ist (vorzugsweise einer C
2-C
10-Alkylgruppe, mehr bevorzugt einer C
2-C
6-Alkylgruppe, noch mehr bevorzugt einer -(CH
2)
6-Gruppe und einer -(CH
2)
4-Gruppe, insbesondere einer -(CH
2)
4-Gruppe), worin R
2, R
3, R
4, R
5, R
6 und R
7 jeweils unabhängig aus Wasserstoff, einer gesättigten oder ungesättigten C
1-C
15-Alkylgruppe, einer C
6-C
15-Arylgruppe, einer C
6-C
15-Aralkylgruppe und einer C
6-C
15-Alkarylgruppe ausgewählt sind (vorzugsweise aus Wasserstoff und einer C
1-C
6-Alkylgruppe, mehr bevorzugt aus Wasserstoff und einer Butylgruppe, insbesondere einer Butylgruppe), und wobei das Anion in der Formel (I) jedwedes Anion oder jedwede Kombination von Anionen sein kann, welche(s) die 2+-Ladung auf dem Kation in der Formel (I) ausgleicht oder ausgleichen (vorzugsweise ist das Anion oder sind die Anionen in der Formel (I) aus Halogenanionen, Hydroxidanionen, Nitratanionen, Sulfatanionen und Phosphatanionen, mehr bevorzugt aus Halogenanionen und Hydroxidanionen, insbesondere aus Hydroxidanionen ausgewählt). Vorzugsweise umfasst die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung der vorliegenden Erfindung zum Verwendungszeitpunkt als eine ursprüngliche Komponente 0,001 bis 1 Gew.-% (mehr bevorzugt 0,01 bis 1 Gew.-%, noch mehr bevorzugt 0,01 bis 0,2 Gew.-%, insbesondere 0,01 bis 0,05 Gew.-%) einer diquaternären Substanz gemäß der Formel (I). Insbesondere umfasst die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung der vorliegenden Erfindung zum Verwendungszeitpunkt als eine ursprängliche Komponente 0,01 bis 0,05 Gew.-% einer diquaternären Substanz gemäß der Formel (I), worin X N ist, R
1 eine -(CH
2)
4-Gruppe ist und worin R
2, R
3, R
4, R
5, R
6 und R
7 jeweils eine -(CH
2)
3CH
3-Gruppe sind. Das Einbeziehen der diquaternären Substanz gemäß der Formel (I) erhöht die Siliziumdioxid-Entfernungsgeschwindigkeit.
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Die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung der vorliegenden Erfindung umfasst als eine ursprüngliche Komponente ein Derivat von Guanidin gemäß der Formel (II)
worin R
8 aus Wasserstoff, einer gesättigten oder ungesättigten C
1-C
15-Alkylgruppe, einer C
6-C
15-Arylgruppe, einer C
6-C
15-Aralkylgruppe und einer C
6-C
15-Alkarylgruppe ausgewählt ist (vorzugsweise aus Wasserstoff und einer C
1-C
4-Alkylgruppe, mehr bevorzugt aus Wasserstoff und einer Methylgruppe, insbesondere aus Wasserstoff), worin R
9, R
10, R
11 und R
12 jeweils unabhängig aus Wasserstoff, einer gesättigten oder ungesättigten C
1-C
15-Alkylgruppe, einer C
6-C
15-Arylgruppe, einer C
6-C
15-Aralkylgruppe und einer C
6-C
15-Alkarylgruppe ausgewählt sind (vorzugsweise aus Wasserstoff und einer C
1-C
4-Alkylgruppe, mehr bevorzugt aus Wasserstoff und einer Methylgruppe, insbesondere aus einer Methylgruppe). Vorzugsweise umfasst die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung der vorliegenden Erfindung zum Verwendungszeitpunkt als eine ursprüngliche Komponente 0,001 bis 1 Gew.-% (mehr bevorzugt 0,001 bis 0,5 Gew.-%, noch mehr bevorzugt 0,001 bis 0,2 Gew.-%, insbesondere 0,005 bis 0,05 Gew.-%) eines Derivats von Guanidin gemäß der Formel (II). Insbesondere umfasst die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung der vorliegenden Erfindung zum Verwendungszeitpunkt als eine ursprüngliche Komponente 0,005 bis 0,05 Gew.-% eines Derivats von Guanidin gemäß der Formel (II), worin R
8 Wasserstoff ist und worin R
9, R
10, R
11 und R
12 jeweils eine -CH
3-Gruppe sind.
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Gegebenenfalls umfasst die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung der vorliegenden Erfindung zum Verwendungszeitpunkt als eine ursprüngliche Komponente 0 bis 1 Gew.-% (vorzugsweise 0,005 bis 1 Gew.-%, mehr bevorzugt 0,005 bis 0,05 Gew.-%, insbesondere 0,01 bis 0,02 Gew.-%) eines quarternären Ammoniumsalzes, wie z. B. quaternäre Ammoniumsalze von Halogen, Hydroxid, Nitrat, Sulfat, Phosphat. Vorzugsweise ist das quaternäre Ammoniumsalz aus Tetramethylammoniumhydroxid, Tetraethylammoniumhydroxid, Tetrapropylammoniumhydroxid, Tetraisopropylammoniumhydroxid, Tetracyclopropylammoniumhydroxid, Tetrabutylammoniumhydroxid, Tetraisobutylammoniumhydroxid, Tetra-tert-butylammoniumhydroxid, Tetra-sec-butylammoniumhydroxid, Tetracyclobutylammoniumhydroxid, Tetrapentylammoniumhydroxid, Tetracyclopentylammoniumhydroxid, Tetrahexylammoniumhydroxid, Tetracyclohexylammoniumhydroxid und Gemischen davon ausgewählt (insbesondere aus Tetraethylammoniumhydroxid (TEAH), Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) und Tetrabutylammoniumhydroxid (TBAH)).
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Die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung der vorliegenden Erfindung umfasst gegebenenfalls ferner zusätzliche Additive, die aus Dispergiermitteln, grenzflächenaktiven Mitteln, Puffern und Bioziden ausgewählt sind.
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Die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung der vorliegenden Erfindung ist gegebenenfalls frei von einem Korrosionshemmstoff. Der Ausdruck „frei von einem Korrosionshemmstoff”, wie er hier und in den beigefügten Patentansprüchen verwendet wird, bedeutet, dass die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung kein Benzotriazol, 1,2,3-Benzotriazol, 5,6-Dimethyl-1,2,3-benzotriazol, 1-(1,2-Dicarboxyethyl)benzotriazol, 1-[N,N-Bis(hydroxylethyl)aminomethyl]benzotriazol oder 1-(Hydroxylmethyl)benzotriazol enthält.
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Die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung der vorliegenden Erfindung ist frei von Oxidationsmitteln. Der Ausdruck „frei von Oxidationsmitteln”, wie er hier und in den beigefügten Patentansprüchen verwendet wird, bedeutet, dass die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung keine Oxidationsmittel, wie z. B. Wasserstoffperoxid, Persulfatsalze (z. B. Ammoniummonopersulfat und Kaliumdipersulfat) und Periodatsalze (z. B. Kaliumperiodat), enthält.
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Die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung der vorliegenden Erfindung stellt eine Wirksamkeit über einen pH-Wert von 2 bis 6 bereit. Vorzugsweise stellt die verwendete chemisch-mechanische Polierzusammensetzung eine Wirksamkeit über einen pH-Wert von 2 bis 5 bereit. Insbesondere stellt die verwendete chemisch-mechanische Polierzusammensetzung eine Wirksamkeit über einen pH-Wert von 2 bis 4 bereit. Säuren, die zur Einstellung des pH-Werts der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung geeignet sind, umfassen z. B. Phosphorsäure, Salpetersäure, Schwefelsäure und Chlorwasserstoffsäure. Basen, die zur Einstellung des pH-Werts der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung geeignet sind, umfassen z. B. Ammoniumhydroxid und Kaliumhydroxid.
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Vorzugsweise weist die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung der vorliegenden Erfindung eine Siliziumdioxid-Entfernungsgeschwindigkeit von ≥ 1500 Å/min, mehr bevorzugt von ≥ 1800 Å/min, insbesondere von ≥ 2000 Å/min auf.
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Vorzugsweise umfasst die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung der vorliegenden Erfindung zum Verwendungszeitpunkt als ursprüngliche Komponenten Wasser, 0,1 bis 40 Gew.-% (vorzugsweise 0,1 bis 20 Gew.-%, noch mehr bevorzugt 1 bis 20 Gew.-%, insbesondere 1 bis 10 Gew.-%) eines Schleifmittels mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 5 bis 150 nm (vorzugsweise 20 bis 100 nm, mehr bevorzugt 20 bis 60 nm, insbesondere 20 bis 50 nm), 0,001 bis 1 Gew.-% (vorzugsweise 0,01 bis 1 Gew.-%, mehr bevorzugt 0,01 bis 0,2 Gew.-%, insbesondere 0,01 bis 0,05 Gew.-%) einer diquaternären Substanz gemäß der Formel (I), worin jedes X unabhängig aus N und P ausgewählt ist, wobei vorzugsweise jedes X N ist, worin R1 aus einer gesättigten oder ungesättigten C1-C15-Alkylgruppe, einer C6-C15-Arylgruppe und einer C6-C15-Aralkylgruppe ausgewählt ist (vorzugsweise einer C2-C10-Alkylgruppe, mehr bevorzugt einer C2-C6-Alkylgruppe, noch mehr bevorzugt einer -(CH2)6-Gruppe und einer -(CH2)4-Gruppe, insbesondere einer -(CH2)4-Gruppe), worin R2, R3, R4, R5, R6 und R7 jeweils unabhängig aus Wasserstoff, einer gesättigten oder ungesättigten C1-C15-Alkylgruppe, einer C6-C15-Arylgruppe, einer C6-C15-Aralkylgruppe und einer C6-C15-Alkarylgruppe ausgewählt sind (vorzugsweise aus Wasserstoff und einer C1-C6-Alkylgruppe, mehr bevorzugt aus Wasserstoff und einer Butylgruppe, insbesondere einer Butylgruppe), und wobei das Anion in der Formel (I) jedwedes Anion oder jedwede Kombination von Anionen sein kann, welche(s) die 2+-Ladung auf dem Kation in der Formel (I) ausgleicht oder ausgleichen (vorzugsweise ist das Anion oder sind die Anionen in der Formel (I) aus Halogenanionen, Hydroxidanionen, Nitratanionen, Sulfatanionen und Phosphatanionen, mehr bevorzugt aus Halogenanionen und Hydroxidanionen, insbesondere aus Hydroxidanionen ausgewählt), 0,001 bis 1 Gew.-% (vorzugsweise 0,001 bis 0,5 Gew.-%, mehr bevorzugt 0,001 bis 0,2 Gew.-%, insbesondere 0,005 bis 0,05 Gew.-%) eines Derivats von Guanidin gemäß der Formal (II), worin R8 aus Wasserstoff, einer gesättigten oder ungesättigten C1-C15-Alkylgruppe, einer C6-C15-Arylgruppe, einer C6-C15-Aralkylgruppe und einer C6-C15-Alkarylgruppe ausgewählt ist (vorzugsweise aus Wasserstoff und einer C1-C4-Alkylgruppe, mehr bevorzugt aus Wasserstoff und einer Methylgruppe, insbesondere aus Wasserstoff), worin R9, R10, R11 und R12 jeweils unabhängig aus Wasserstoff, einer gesättigten oder ungesättigten C1-C15-Alkylgruppe, einer C6-C15-Arylgruppe, einer C6-C15-Aralkylgruppe und einer C6-C15-Alkarylgruppe ausgewählt sind (vorzugsweise aus Wasserstoff und einer C1-C4-Alkylgruppe, mehr bevorzugt aus Wasserstoff und einer Methylgruppe, insbesondere aus einer Methylgruppe), und 0 bis 1 Gew.-% (vorzugsweise 0,005 bis 1 Gew.-%, mehr bevorzugt 0,005 bis 0,05 Gew.-%, insbesondere 0,01 bis 0,02 Gew.-%) einer quaternären Alkylammoniumverbindung, wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung eine Siliziumdioxid-Entfernungsgeschwindigkeit von ≥ 1500 Å/min, vorzugsweise von 1800 Å/min, insbesondere von ≥ 2000 Å/min aufweist.
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Die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung der vorliegenden Erfindung weist vorzugsweise eine Lagerstabilität auf. Der Begriff „Lagerstabilität”, wie er hier und in den beigefügten Patentansprüchen verwendet wird, bedeutet, dass die Viskosität der jeweiligen chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung nach einer Lagerung bei 55°C für eine Woche um weniger als 5% zunimmt, wobei die Viskosität mit einem Brookfield DV-I+-Viskosimeter bei 20°C mit einer auf 100 U/min eingestellten Brookfield #S00-Spindel gemessen wird. Mehr bevorzugt weist die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung der vorliegenden Erfindung eine verlängerte Lagerstabilität auf. Der Begriff „verlängerte Lagerstabilität”, wie er hier und in den beigefügten Patentansprüchen verwendet wird, bedeutet, dass die Viskosität der jeweiligen chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung nach einer Lagerung bei 55°C für vier Wochen um weniger als 15% zunimmt, wobei die Viskosität mit einem Brookfield DV-I+-Viskosimeter bei 20°C mit einer auf 100 U/min eingestellten Brookfield #S00-Spindel gemessen wird.
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Das chemisch-mechanische Polierverfahren der vorliegenden Erfindung umfasst: Bereitstellen eines Substrats, wobei das Substrat Siliziumdioxid umfasst (gegebenenfalls Siliziumdioxid und mindestens eines von SiC, SiCN, Si3N4, SiCO und Polysilizium, vorzugsweise Sillziumdioxid, das auf Siliziumnitrid abgeschieden ist), Bereitstellen einer chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung der vorliegenden Erfindung, wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung als ursprüngliche Komponenten Wasser, 0,1 bis 40 Gew.-% (vorzugsweise 0,1 bis 20 Gew.-%, insbesondere 1 bis 10 Gew.-%) eines Schleifmittels mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 5 bis 150 nm (vorzugsweise 20 bis 60 nm, insbesondere 20 bis 50 nm), 0,001 bis 1 Gew.-% (vorzugsweise 0,01 bis 1 Gew.-%, mehr bevorzugt 0,01 bis 0,2 Gew.-%, insbesondere 0,01 bis 0,05 Gew.-%) einer diquaternären Substanz gemäß der Formel (I), worin jedes X unabhängig aus N und P ausgewählt ist, wobei vorzugsweise jedes X N ist, worin R1 aus einer gesättigten oder ungesättigten C1-C15-Alkylgruppe, einer C6-C15-Arylgruppe und einer C6-C15-Aralkylgruppe ausgewählt ist (vorzugsweise einer C2-C10-Alkylgruppe, mehr bevorzugt einer C2-C6-Alkylgruppe, noch mehr bevorzugt einer -(CH2)6-Gruppe und einer -(CH2)4-Gruppe, insbesondere einer -(CH2)4-Gruppe), worin R2, R3, R4, R5, R6 und R7 jeweils unabhängig aus Wasserstoff, einer gesättigten oder ungesättigten C1-C15-Alkylgruppe, einer C6-C15-Arylgruppe, einer C6-C15-Aralkylgruppe und einer C6-C15-Alkarylgruppe ausgewählt sind (vorzugsweise aus Wasserstoff und einer C1-C6-Alkylgruppe, mehr bevorzugt aus Wasserstoff und einer Butylgruppe, insbesondere einer Butylgruppe), und wobei das Anion in der Formel (I) jedwedes Anion oder jedwede Kombination von Anionen sein kann, welche(s) die 2+-Ladung auf dem Kation in der Formel (I) ausgleicht oder ausgleichen (vorzugsweise ist das Anion oder sind die Anionen in der Formel (I) aus Halogenanionen, Hydroxidanionen, Nitratanionen, Sulfatanionen und Phosphatanionen, mehr bevorzugt aus Halogenanionen und Hydroxidanionen, insbesondere aus Hydroxidanionen ausgewählt), 0,001 bis 1 Gew.-% (vorzugsweise 0,001 bis 0,5 Gew.-%, mehr bevorzugt 0,001 bis 0,2 Gew.-%, insbesondere 0,005 bis 0,05 Gew.-%) eines Derivats von Guanidin gemäß der Formel (II), worin R8 aus Wasserstoff, einer gesättigten oder ungesättigten C1-C15-Alkylgruppe, einer C6-C15-Arylgruppe, einer C6-C15-Aralkylgruppe und einer C6-C15-Alkarylgruppe ausgewählt ist (vorzugsweise aus Wasserstoff und einer C1-C4-Alkylgruppe, mehr bevorzugt aus Wasserstoff und einer Methylgruppe, insbesondere aus Wasserstoff), worin R9, R10, R11 und R12 jeweils unabhängig aus Wasserstoff, einer gesättigten oder ungesättigten C1-C15-Alkylgruppe, einer C6-C15-Arylgruppe, einer C6-C15-Aralkylgruppe und einer C6-C15-Alkarylgruppe ausgewählt sind (vorzugsweise aus Wasserstoff und einer C1-C4-Alkylgruppe, mehr bevorzugt aus Wasserstoff und einer Methylgruppe, insbesondere aus einer Methylgruppe), und 0 bis 1 Gew.-% (vorzugsweise 0,005 bis 1 Gew.-%, mehr bevorzugt 0,005 bis 0,05 Gew.-%, insbesondere 0,01 bis 0,02 Gew.-%) eines quaternären Ammoniumsalzes umfasst, Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens, Erzeugen eines dynamischen Kontakts an einer Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat mit einer Andruckkraft von 0,69 bis 34,5 kPa (0,1 bis 5 psi), vorzugsweise 0,69 bis 20,7 kPa (0,1 bis 3 psi), und Aufbringen der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung auf das chemisch-mechanische Polierkissen an oder in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat, wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung einen pH-Wert von 2 bis 6, vorzugsweise 2 bis 5, insbesondere 2 bis 4 aufweist, wobei das Siliziumdioxid und das Siliziumnitrid der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung ausgesetzt werden und wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung eine Siliziumdioxid-Entfernungsgeschwindigkeit von ≥ 1500 Å/min, vorzugsweise von 1800 Å/min, mehr bevorzugt von ≥ 2000 Å/min aufweist. Vorzugsweise ist das in der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung verwendete Schleifmittel kolloidales Siliziumdioxid und die verwendete chemisch-mechanische Polierzusammensetzung weist eine Siliziumdioxid-Entfernungsgeschwindigkeit von mindestens 1500 Å/min, mehr bevorzugt von mindestens 1800 Å/min, insbesondere von mindestens 2000 Å/min bei einer Plattendrehzahl von 93 U/min, einer Trägerdrehzahl von 87 U/min, einer Flussrate der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung von 200 ml/min und einer Nennandruckkraft von 20,7 kPa (3 psi) auf einem 200 mm-Poliergerät (z. B. einem Mirra®-Poliergerät von Applied Materials) auf, wobei das chemisch-mechanische Polierkissen eine Polyurethan-Polierschicht, die polymere Mikroteilchen mit hohlem Kern enthält, und ein Polyurethan-imprägniertes Vliesunterkissen umfasst (z. B. ein IC1010-Polierkissen, das von Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc. erhältlich ist).
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Vorzugsweise umfasst das chemisch-mechanische Polierverfahren der vorliegenden Erfindung: Bereitstellen eines Substrats, wobei das Substrat Siliziumdioxid umfasst, Bereitstellen einer chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung, die als ursprüngliche Komponenten Wasser, 1 bis 10 Gew.-% kolloidales Siliziumdioxid-Schleifmittel mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 20 bis 60 nm, 0,01 bis 0,05 Gew.-% einer diquaternären Substanz gemäß der Formel (I), worin jedes X N ist, worin R1 aus einer C4-C10-Alkylgruppe ausgewählt ist, worin R2, R3, R4, R5, R6 und R7 einzeln unabhängig aus einer C2-C6-Alkylgruppe ausgewählt sind, und wobei das Anion in der Formel (I) jedwedes Anion oder jedwede Kombination von Anionen sein kann, welche(s) die 2+-Ladung auf dem Kation in der Formel (I) ausgleicht oder ausgleichen (vorzugsweise ist das Anion oder sind die Anionen in der Formel (I) aus Halogenanionen, Hydroxidanionen, Nitratanionen, Sulfatanionen und Phosphatanionen, mehr bevorzugt aus Halogenanionen und Hydroxidanionen, insbesondere aus Hydroxidanionen ausgewählt), 0,005 bis 0,05 Gew.-% eines Derivats von Guanidin gemäß der Formel (II), worin R8 aus Wasserstoff, einer gesättigten oder ungesättigten C1-C15-Alkylgruppe, einer C6-C15-Arylgruppe, einer C6-C15-Aralkylgruppe und einer C6-C15-Alkarylgruppe ausgewählt ist (vorzugsweise aus Wasserstoff und einer C1-C4-Alkylgruppe, mehr bevorzugt aus Wasserstoff und einer Methylgruppe, insbesondere aus Wasserstoff), worin R9, R19, R11 und R12 jeweils unabhängig aus Wasserstoff, einer gesättigten oder ungesättigten C1-C15-Alkylgruppe, einer C6-C15-Arylgruppe, einer C6-C15-Aralkylgruppe und einer C6-C15-Alkarylgruppe ausgewählt sind (vorzugsweise aus Wasserstoff und einer C1-C4-Alkylgruppe, mehr bevorzugt aus Wasserstoff und einer Methylgruppe, insbesondere aus einer Methylgruppe), und 0 bis 1 Gew.-% (vorzugsweise 0,005 bis 1 Gew.-%, mehr bevorzugt 0,005 bis 0,05 Gew.-%, insbesondere 0,01 bis 0,02 Gew.-%) eines quaternären Ammoniumsalzes umfasst, Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens, Erzeugen eines dynamischen Kontakts an einer Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat mit einer Andruckkraft von 0,69 bis 34,5 kPa (0,1 bis 5 psi), vorzugsweise 0,69 bis 20,7 kPa (0,1 bis 3 psi), und Aufbringen der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung auf das chemisch-mechanische Polierkissen an oder in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat, wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung einen pH-Wert von 2 bis 6, vorzugsweise 2 bis 5, insbesondere 2 bis 4 aufweist, wobei das Siliziumdioxid der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung ausgesetzt wird und wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung eine Lagerstabilität (vorzugsweise eine verlängerte Lagerstabilität) aufweist. Vorzugsweise ist das Schleifmittel, das in der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung verwendet wird, die in dem chemisch-mechanischen Polierverfahren der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, kolloidales Siliziumdioxid und die verwendete chemisch-mechanische Polierzusammensetzung weist eine Siliziumdioxid-Entfernungsgeschwindigkeit von mindestens 1500 Å/min, mehr bevorzugt von mindestens 1800 Å/min, insbesondere von 2000 Å/min bei einer Plattendrehzahl von 93 U/min, einer Trägerdrehzahl von 87 U/min, einer Flussrate der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung von 200 ml/min und einer Nennandruckkraft von 20,7 kPa (3 psi) auf einem 200 mm-Poliergerät (z. B. einem Mirra®-Poliergerät von Applied Materials) auf, wobei das chemisch-mechanische Polierkissen eine Polyurethan-Polierschicht, die polymere Mikroteilchen mit hohlem Kern enthält, und ein Polyurethanimprägniertes Vliesunterkissen umfasst (z. B. ein IC1010-Polierkissen, das von Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc. erhältlich ist).
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Vorzugsweise umfasst das chemisch-mechanische Polierverfahren der vorliegenden Erfindung: Bereitstellen eines Substrats, wobei das Substrat Siliziumdioxid umfasst, Bereitstellen einer chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung, wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung als ursprüngliche Komponenten Wasser, 1 bis 10 Gew.-% kolloidales Siliziumdioxid-Schleifmittel mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 20 bis 60 nm, 0,01 bis 0,05 Gew.-% einer diquaternären Substanz gemäß der Formel (I), worin jedes X N ist, worin R1 eine -(CH2)4-Gruppe ist, worin R2, R3, R4, R5, R6 und R7 jeweils eine -(CH2)3CH3-Gruppe sind, und wobei das Anion oder die Anionen in der Formel (I) zwei Hydroxidanionen sind, 0,005 bis 0,05 Gew.-% eines Derivats von Guanidin gemäß der Formel (II), wobei das Derivat von Guanidin Tetramethylguanidin ist, und 0,005 bis 0,05 Gew.-% (insbesondere 0,01 bis 0,02 Gew.-%) eines quaternären Ammoniumsalzes umfasst, das aus Tetraethylammoniumhydroxid und Tetrabutylammoniumhydroxid ausgewählt ist, Bereitstellen eines chemisch-mechanischen Polierkissens, Erzeugen eines dynamischen Kontakts an einer Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat mit einer Andruckkraft von 0,69 bis 20,7 kPa (0,1 bis 3 psi), und Aufbringen der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung auf das chemisch-mechanische Polierkissen an oder in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem chemisch-mechanischen Polierkissen und dem Substrat, wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung einen pH-Wert von 2 bis 4 aufweist, wobei das Siliziumdioxid und Siliziumnitrid der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung ausgesetzt werden und wobei die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung eine Lagerstabilität (vorzugsweise eine verlängerte Lagerstabilität) aufweist. Vorzugsweise ist das Schleifmittel, des in der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung verwendet wird, die in dem chemisch-mechanischen Polierverfahren der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, kolloidales Siliziumdioxid und die verwendete chemisch-mechanische Polierzusammensetzung weist eine Siliziumdioxid-Entfernungsgeschwindigkeit von mindestens 1500 Å/min, mehr bevorzugt von mindestens 1800 Å/min, insbesondere von mindestens 2000 Å/min bei einer Plattendrehzahl von 93 U/min, einer Trägerdrehzahl von 87 U/min, einer Flussrate der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung von 200 ml/min und einer Nennandruckkraft von 20,7 kPa (3 psi) auf einem 200 mm-Poliergerät (z. B. einem Mirra®-Poliergerät von Applied Materials) auf, wobei das chemisch-mechanische Polierkissen eine Polyurethan-Polierschicht, die polymere Mikroteilchen mit hohlem Kern enthält, und ein Polyurethan-imprägniertes Vliesunterkissen umfasst (z. B. ein IC1010-Polierkissen, das von Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc. erhältlich ist).
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Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend in den folgenden Beispielen detailliert beschrieben.
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Vergleichsbeispiel C1 und Beispiele A1–A2
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Herstellung von chemisch-mechanischen Polierzusammensetzungen
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Die chemisch-mechanischen Polierzusammensetzungen, die in dem Vergleichspolierbeispiel PC1 und den Polierbeispielen PA1–PA2 verwendet worden sind (nämlich die chemisch-mechanischen Polierzusammensetzungen C1 bzw. A1–A2), wurden durch Vereinigen der Komponenten in den in der Tabelle 1 angegebenen Mengen, wobei der Rest entionisiertes Wasser ist, und Einstellen des pH-Werts der Zusammensetzungen auf den in der Tabelle 1 angegebenen pH-Endwert mit Salpetersäure hergestellt. Tabelle 1
Bsp. # | Schleifmittel I* (Gew.-%) | Schleifmittel II£ (Gew.-%) | HBBAH€ (Gew.-%) | TMGh (Gew.-%) | TEAHλ (Gew.-%) | pH-Wert |
C1 | 5 | 1 | 0,04 | - | - | 3,0 |
A1 | 5 | 1 | 0,04 | 0,01 | - | 3,0 |
A2 | 5 | 1 | 0,04 | 0,01 | 0,015 | 3,0 |
* Schleifmittel I – Klebosol
TM II 1598-B25-Aufschlämmung, von AZ Electronic Materials hergestellt, von The Dow Chemical Company erhältlich.
£ Schleifmittel II – Klebosol
TM II 30H50i-Aufschlämmung, von AZ Electronic Materials hergestellt, von The Dow Chemical Company erhältlich.
€ HBBAH: N,N,N,N',N',N'-Hexabutyl-1,4-butandiammoniumdihydroxid von Sachem, Inc.:
h TMG: Tetramethylguanidin:
λ TEAH: Tetraethylammoniumhydroxid.
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Vergleichsbeispiel PC1 und Beispiele PA1–PA2
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Chemisch-mechanische Polierexperimente
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Poliertests im Hinblick auf die Siliziumdioxid-Entfernungsgeschwindigkeit wurden mit den gemäß Vergleichsbeispiel C1 und den Beispielen A1–A2 hergestellten chemisch-mechanischen Polierzusammensetzungen durchgeführt. Insbesondere wurde die Siliziumdioxid-Entfernungsgeschwindigkeit für jede der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzungen C1 und A1–A2, die in der Tabelle 1 angegeben sind, bestimmt. Diese Experimente im Hinblick auf die Siliziumdioxid-Entfernungsgeschwindigkeit wurden mit unstrukturierten 8 Zoll-Wafern mit einem Siliziumdioxidfilm auf einem Siliziumsubstrat mit einem Mirra
®-Poliergerät von Applied Materials und einem IC1010
TM-Polyurethan-Polierkissen (von Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc. erhältlich) mit einer Andruckkraft von 20,7 kPa (3 psi), einer Flussrate der chemisch-mechanischen Polierzusammensetzung von 200 ml/min, einer Tischdrehzahl von 93 U/min und einer Trägerdrehzahl von 87 U/min durchgeführt. Die Siliziumdioxid-Entfernungsgeschwindigkeiten wurden durch Messen der Filmdicke vor und nach dem Polieren mit einem FX200-Messgerät von KLA-Tencor bestimmt. Die Ergebnisse der Experimente im Hinblick auf die Siliziumdioxid-Entfernungsgeschwindigkeit sind in der Tabelle 2 angegeben. Tabelle 2
Polierbeispiel # | Polierzusammensetzung | SiO2-Entfernungsgeschwindigkeit (Å/min) |
PC1 | C1 | 2563 |
PA1 | A1 | 2521 |
PA2 | A2 | 2451 |
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Beschleunigter Stabilitätstest
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Die gemäß dem Vergleichsbeispiel C1 und den Beispielen A1–A2 hergestellten chemisch-mechanischen Polierzusammensetzungen werden als Formulierungen zum Verwendungszeitpunkt betrachtet. In der Praxis ist es wirtschaftlicher, die chemisch-mechanische Polierzusammensetzung in einer konzentrierten Form herzustellen, was es dem Kunden erlaubt, diese zum Verwendungszeitpunkt zu verdünnen, wodurch Transportkosten eingespart werden. Die Tabelle 3 gibt dreifach konzentrierte (3X) Formulierungen 3C1, 3A1–3A2 an, die den im Vergleichsbeispiel C1 und den Beispielen A1–A2 angegebenen Formulierungen zum Verwendungszeitpunkt entsprechen, die mit Salpetersäure auf den angegebenen pH-Wert titriert worden sind. Die 3X-konzentrierten Formulierungen wurden dann einem Experiment mit beschleunigter Alterung unterzogen, um deren Stabilität zu messen. Insbesondere wurden die konzentrierten Zusammensetzungen 3C1, 3A1 und 3A2 für einen Zeitraum von vier (4) Wochen in einem auf 55°C eingestellten Ofen angeordnet. Die Viskositäten der Zusammensetzungen 3C1, 3A1 und 3A2 wurden zunächst am Beginn der Experimente und wöchentlich während des vierwöchigen Zeitraums gemessen. Die Viskositätsmessungen wurden mit einem Brookfield DV-I+-Viskosimeter bei 20°C mit einer auf 100 U/min eingestellten Brookfield #500-Spindel gemessen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 4 angegeben. Die Daten zeigen, dass die konzentrierten Formulierungen der vorliegenden Erfindung eine signifikant erhöhte Stabilität aufweisen. Tabelle 3 (der Rest der dreifach konzentrierten Formulierungen war entionisiertes Wasser)
Bsp. # | Schleifmittel I* (Gew.-%) | Schleifmittel II£ (Gew.-%) | HBBAH€ (Gew.-%) | TMGh (Gew.-%) | TEAHλ (Gew.-%) | pH-Wert |
3C1 | 15 | 3 | 0,12 | - | - | 2,49 |
3A1 | 15 | 3 | 0,12 | 0,03 | - | 2,49 |
3A2 | 15 | 3 | 0,12 | 0,03 | 0,045 | 2,49 |
Tabelle 4
3K-Formulierung # | Viskosität (cP) |
zu Beginn | Woche 1 | Woche 2 | Woche 3 | Woche 4 |
3C1 | 1,52 | - | 3,83 | geliert | geliert |
3A1 | 1,53 | - | 1,60 | 1,61 | 1,78 |
3A2 | 1,52 | - | 1,51 | 1,51 | 1,51 |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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