CN102363713A - 稳定的化学机械抛光组合物以及抛光基板的方法 - Google Patents
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Abstract
稳定的化学机械抛光组合物以及抛光基板的方法。一种化学机械抛光组合物包括作为初始组分的如下组分：水；0.1-40wt％具有5-150nm平均粒径的磨料；0.001-1wt％的根据式(II)的金刚烷物质；0-1wt％的根据式(I)的二季物质；和0-1wt％的季胺盐化合物。此外，还提供了一种使用该化学机械抛光组合物用于化学机械抛光的方法。
Description
技术领域
本发明主要涉及化学机械抛光领域。特别地，本发明涉及稳定的化学机械抛光组合物以及半导体材料的化学机械抛光方法，和更特别地涉及在例如内层电介质(ILD)和浅槽隔离(shallow trench isolation)工艺中来自半导体结构的电介质层的化学机械抛光方法。
背景技术
现代集成电路通过复杂的工艺制造，其中由半导体装置组成的电路被集成在小的半导体结构(semiconductor structure)上。形成于半导体结构上的传统半导体装置包括电容、电阻、晶体管、导体、二极管等。在先进的集成电路制造中，许多此类半导体装置形成在单个半导体结构上。
另外，集成电路可安排在半导体结构的普通硅基板上作为连接模(adjoining dies)。通常，表面水平划线区域(surface level scribe region)位于模之间，其中模将会被切割开以形成不连续的集成电路。在模中，半导体结构的表面以凸起的区域为特征，该凸起区域是由半导体装置的形成引起的。这些凸起的区域形成阵列并且被在半导体结构硅基板上较低高度的较低区域隔开。
有源(active)装置需要用电介质分离以防止它们之间的串扰和信号干扰。通常地，有两种主要的分离技术。其中一种是内层电介质(ILD)。另一种被称为浅槽隔离(STI)。
ILD结构主要用于分离在集成电路中的金属线或插头。电介质绝缘材料(例如二氧化硅和氮化硅)通常在金属线或插头顶端和间隙之间生长或沉积，其生成了不平的表面，该不平的表面的特征是在阵列之上向上延伸的更高高度的垂直凸起突出部件(feature)和更低高度的开放槽(open troughs)。然后，使用CMP方法降低垂直突出部件的高度至目标高度，该目标高度通常是阵列顶端水平之上预先设定的距离，理想地，将会形成平坦的表面。
STI被广泛的用于形成分离(isolation)结构的半导体制造方法以电 分离(isolate)形成于集成电路中的各种有源组件。在STI技术中，第一步是在基板上预先设置好的位置形成多条沟槽，通常通过各向异性的刻蚀。然后，将硅沉积在每一条这些沟槽中。之后，二氧化硅通过CMP抛光，至氮化硅(停止层)以形成STI结构。为了实现高效的抛光，抛光浆液通常提供高选择性，该高选择性涉及二氧化硅相对氮化硅的去除速率(“选择性”)。
传统用于ILD和STI工艺的CMP浆液包括高浓度的磨料以提高其效力。不幸地是，磨料是昂贵的并且磨料的增加使用是成本不允许的。
一种具有降低磨料含量用于去除氧化硅的抛光组合物被Liu等的美国专利No.7018560所公开。Liu等公开了一种水性抛光组合物，它包括：用于限制互连金属去除的腐蚀抑制剂；酸性pH；磨料颗粒；和包含由
形成的铵盐的有机物，其中R1、R2、R3和R4是自由基，R1是未取代的具有2-15个碳原子碳链长的芳基、烷基、芳烷基或烷芳基基团并且包含铵盐的有机物的浓度为在至少一种小于21.7kPa的抛光压力条件下加速二氧化硅的去除并且降低至少一种选自SiC、SiCN、Si3N4和SiCO的涂层的去除。
尽管如此，对具有改善去除速率以及降低磨料浓度的化学机械抛光组合物以及电介质层化学机械抛光方法依然有需求。特别地，需要用于抛光ILD和STI工艺中电介质层的组合物和方法，其表现出改善的电介质层去除速率以及降低的磨料浓度，同时改善的储存稳定性。
发明内容
本发明提供了一种化学机械抛光组合物，包括作为初始组分的如下组分：水；0.1-40wt％具有5-150nm平均粒径的磨料；0.001-1wt％根据式(II)的金刚烷基物质：
其中A选自N和P；其中每个R8独立地选自氢，饱和或不饱和C1-15的烷基，C6-15的芳基，C6-15的芳烷基，C6-15的烷芳基；和其中式(II)中的阴离子可以是任何平衡在式(II)中阳离子上的+电荷的阴离子；0-1wt％根据式(I)的二季(diquaternary)物质：
其中每一X独立地选自N和P；其中R1是饱和或不饱和C1-15的烷基，C6-15的芳基和C6-15的芳烷基；其中R2、R3、R4、R5、R6和R7每一个独立地选自氢、饱和或不饱和C1-15烷基，C6-15的芳基，C6-15的芳烷基和C6-15烷芳基；和其中式(I)中的阴离子可以是任何平衡在式(I)中阳离子上的2+电荷的阴离子或阴离子的组合；和0-1wt％的季铵化合物，所述季铵化合物选自氢氧化四甲基铵、氢氧化四乙基铵、氢氧化四丙基铵、氢氧化四异丙基铵、氢氧化四环丙基铵、氢氧化四丁基铵、氢氧化四异丁基铵、氢氧化四叔丁基铵、氢氧化四仲丁基铵、氢氧化四环丁基铵、氢氧化四戊基铵、氢氧化四环戊基铵、氢氧化四己基铵、氢氧化四环己基铵和它们的混合物。
本发明提供一种化学机械抛光组合物，包括作为初始组分的以下组分：水；0.1-40wt％具有5-150nm平均粒径的磨料；0.001-1wt％根据式(II)的金刚烷基物质：
其中A选自N和P；其中每个R8独立地选自氢，饱和或不饱和C1-15的烷基，C6-15的芳基，C6-15的芳烷基，C6-15的烷芳基；和其中式(II)中的阴离子可以是任何平衡在式(II)中阳离子上的+电荷的阴离子；和至少一种(a)0.001-1wt％根据式(I)的二季物质：
其中每一X独立地选自N和P；其中R1是饱和或不饱和C1-15的烷基，C6-15的芳基和C6-15的芳烷基；其中R2、R3、R4、R5、R6和R7每一个独立地选自氢、饱和或不饱和C1-15烷基，C6-15的芳基，C6-15的芳烷基和C6-15烷芳基；和其中式(I)中的阴离子可以是任何平衡在式(I)中阳离子上的2+电荷的阴离子或阴离子的组合；和(b)0.005-1wt％的季铵化合物，所述季铵化合物选自氢氧化四甲基铵、氢氧化四乙基铵、氢氧化四丙基铵、氢氧化四异丙基铵、氢氧化四环丙基铵、氢氧化四丁基铵、氢氧化四异丁基铵、氢氧化四叔丁基铵、氢氧化四仲丁基铵、氢氧化四环丁基铵、氢氧化四戊基铵、氢氧化四环戊基铵、氢氧化四己基铵、氢氧化四环己基铵和它们的混合物。
本发明提供一种化学机械抛光组合物，包括作为初始组分的如下组分：水；0.1-40wt％具有5-150nm平均粒径的磨料；0.001-1wt％根据式(I)的二季物质：
其中每一X独立地选自N和P；其中R1是饱和或不饱和C1-15的烷基，C6-15的芳基和C6-15的芳烷基；其中R2、R3、R4、R5、R6和R7每一个独立地选自氢、饱和或不饱和C1-15烷基，C6-15的芳基，C6-15的芳烷基和C6-15烷芳基；和其中式(I)中的阴离子可以是任何平衡在式(I)中阳离子上的2+电荷的阴离子或阴离子的组合；和0.001-1wt％根据式(II)的金刚烷基物质：
其中A选自N和P；其中每个R8独立地选自氢，饱和或不饱和C1-15的烷基，C6-15的芳基，C6-15的芳烷基，C6-15的烷芳基；和其中式(II)中的阴离子可以是任何平衡在式(II)中阳离子上的+电荷的阴离子。
本发明提供一种化学机械抛光组合物，包括作为初始组分的如下组分：水；0.1-40wt％具有5-150nm平均粒径的磨料；0.001-1wt％根据式(II)的金刚烷基物质：
其中A选自N和P；其中每个R8独立地选自氢，饱和或不饱和C1-15的烷基，C6-15的芳基，C6-15的芳烷基，C6-15的烷芳基；和其中式(II)中的阴离子可以是任何平衡在式(II)中阳离子上的+电荷的阴离子；和0.005-1wt％的季铵化合物，所述季铵化合物选自氢氧化四甲基铵、氢氧化四乙基铵、氢氧化四丙基铵、氢氧化四异丙基铵、氢氧化四环丙基铵、氢氧化四丁基铵、氢氧化四异丁基铵、氢氧化四叔丁基铵、氢氧化四仲丁基铵、氢氧化四环丁基铵、氢氧化四戊基铵、氢氧化四环戊基铵、氢氧化四己基铵、氢氧化四环己基铵和它们的混合物。
本发明提供了一种用于化学机械抛光基板的方法，包括：提供一种基板，其中基板包括二氧化硅；提供本发明的化学机械抛光组合物；提供化学机械抛光垫片；在化学机械抛光垫片和基板之间的界面处形成动态接触，下压力为0.69-34.5kPa；和在或接近化学机械抛光垫片和基板之间界面处将化学机械抛光组合物分配到化学机械抛光垫片上；其中化学机械抛光组合物具有2-6的pH值。
本发明提供了一种用于化学机械抛光基板的方法，包括：提供一种基板，其中基板包括二氧化硅；提供本发明的化学机械抛光组合物；提供化学机械抛光垫片；在化学机械抛光垫片和基板之间的界面处形成动态接触，下压力为0.69-34.5kPa；和在或接近化学机械抛光垫片和基板之间界面处将化学机械抛光组合物分配到化学机械抛光垫片上；其中化学机械抛光组合物具有2-6的pH值；和，其中化学机械抛光组合物表现出至少 
的二氧化硅去除速率。
具体实施方式
这里和附加权利要求中关于由添加根据式(II)的金刚烷基物质到化学机械抛光组合物中导致的氧化硅的去除速率的变化(去除速率以 
测量)使用的术语“最小作用”表示氧化硅的去除速率变化≤10％。即，当添加根据式(II)的金刚烷基物质到化学机械抛光组合物中对氧化硅的去除速率具有最小作用时，将会满足下面的表达式：
((A0-A)/A0的绝对值)*100≤10
其中A是对于本发明包含作为初始组分的根据式(II)的金刚烷基物质的化学机械抛光组合物，在实施例中提出的抛光条件下测量的以 
表示的氧化硅去除速率；和其中A0是在同一条件下以 
表示的氧化硅去除速率，不同的是化学机械抛光组合物不包含根据式(II)的金刚烷基物质以外。
选择特定的用于本发明化学机械抛光方法的化学机械抛光组合物配方是提供目标二氧化硅去除速率的关键。
在本发明用于化学机械抛光的化学机械抛光方法中适用的基板包括具有二氧化硅沉积其上的半导体基板。任选地，基板具有沉积在SiC、SiCN、Si3N4、SiCO和多晶硅中至少一种上(最优选Si3N4)的二氧化硅。
在本发明化学机械抛光组合物中适用的磨料包括例如无机氧化物、无机氢氧化物、无机氢氧化物氧化物(inorganic hydroxide oxide)、金属硼化物、金属碳化物、金属氮化物、聚合物粒子和包括前述的至少一种的混合物。适用的无机氧化物包括例如二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、二氧化铈(CeO2)、氧化锰(MnO2)、氧化钛(TiO2)或包括前述氧化物中至少一种的组合。如果需要也可以利用这些无机氧化物的改性形式(例如，有机聚合物-涂覆的无机氧化物颗粒和无机涂覆的颗粒)。合适的金属碳化物、硼化物和氮化物包括例如碳化硅、氮化硅、碳氮化硅、碳化硼、碳化钨、碳化锆、硼化铝、碳化钽、碳化钛、或包括前述金属碳化物、硼化物和氮化物中至少一种的组合。优选地，磨料是胶体二氧化硅磨料。
在本发明化学机械抛光组合物中的磨料优选具有5-150nm的平均粒径；更优选20-100nm；仍然更优选20-60nm；最优选20-50nm。
在本发明化学机械抛光组合物中的磨料优选包含0.1-40wt％，更优选0.1-20wt％，仍然更优选1-20wt％；最优选1-10wt％的磨料。
优选地，本发明的化学机械抛光组合物包括具有20-60nm平均粒径 的胶体二氧化硅磨料。仍然更优选，本发明的化学机械抛光组合物包括1-10wt％具有20-60nm平均粒径的胶体二氧化硅磨料。最优选，本发明的化学机械抛光组合物包括1-10wt％具有平均20-50nm平均粒径的胶体二氧化硅磨料。
优选地，本发明的化学机械抛光组合物包括0.001-1wt％，更优选0.01-0.1wt％，最优选0.01-0.05wt％的根据式(II)的金刚烷基物质：
其中A选自N和P(优选N)；其中每一个R8独立地选自氢，饱和或不饱和C1-15的烷基，C6-15的芳基，C6-15的芳烷基，C6-15的烷芳基(优选氢和C1-C4烷基；更优选氢和甲基；最优选甲基)；和，其中式(II)中的阴离子可以是任何平衡在式(II)中阳离子上的+电荷的阴离子(优选式(II)中的阴离子选自卤阴离子，氢氧根阴离子和亚硝酸根阴离子；更优选卤素阴离子和氢氧根阴离子；最优选氢氧根阴离子)。更优选，本发明的化学机械抛光组合物包括0.001-1wt％，更优选0.01-0.1wt％，最优选0.01-0.05wt％的金刚烷基物质，其中金刚烷基物质是根据式(II)的金刚烷铵物质；其中A是N；其中每一个R8独立地选自氢，饱和或不饱和C1-15的烷基，C6-15的芳基，C6-15的芳烷基，C6-15的烷芳基(优选氢和C1-C4烷基；更优选氢和甲基；最优选甲基)；和，其中式(II)中的阴离子可以是任何平衡在式(II)中阳离子上的+电荷的阴离子(优选式(II)中的阴离子选自卤阴离子，氢氧根阴离子和亚硝酸根阴离子；更优选卤素阴离子和氢氧根阴离子；最优选氢氧根阴离子)。最优选，本发明的化学机械抛光组合物包括0.01-0.05wt％的具有下式结构的金刚烷铵物质
包含根据式(II)的金刚烷基物质提高了本发明化学机械抛光组合物的稳定性，并且对二氧化硅去除速率具有最小作用。优选地，本发明的化学机械抛光组合物展示的在实施例设置的抛光条件下测量的以 
为单位二氧化硅去除速率(A)是≥95％(更优选≥98％；最优选≥99％)的二氧化硅去除速率A0，所述二氧化硅去除速率A0是在除了化学机械抛光组合物不包含根据式(II)的金刚烷基物质以外的相同条件下获得的。
在本发明化学机械抛光组合物中包含的水优选是去离子水和蒸馏水中的至少一种以限制附带的杂质。
任选地，本发明化学机械抛光组合物，包括作为初始组分如下组分：根据式(I)的二季物质：
其中每一个X独立地选自N和P，优选每一个X是N；其中R1是饱和或不饱和C1-15的烷基，C6-15的芳基和C6-15的芳烷基(优选C4-C10的烷基；更优选C2-C6的烷基；最优选-(CH2)6-基团)；其中R2、R3、R4、R5、R6和R7每一个独立地选自氢、饱和或不饱和C1-15烷基，C6-15的芳基，C6-15的芳烷基和C6-15烷芳基(优选氢和C1-C4的烷基；更优选氢和甲基；最优选甲基)；和，其中式(I)中的阴离子可以是任何平衡在式(I)中阳离子上的2+电荷的阴离子或阴离子的组合(优选在式(I)中的阴离子选自卤阴离子，氢氧根阴离子，硝酸根阴离子，硫酸根阴离子和磷酸根阴离子；更优选卤阴离子和氢氧根阴离子；最优 选氢氧根阴离子)。优选地，本发明的化学机械抛光组合物包括作为初始组分的0.001-1wt％(更优选0.01-0.1wt％，最优选0.01-0.05wt％)的根据式(I)的二季物质。最优选，本发明的化学机械抛光组合物包括0.01-0.05wt％的根据式(I)的二季物质，其中每一个X是N；R1是-(CH2)6-基团；和，其中R2、R3、R4、R5、R6和R7每一个是-(CH2)3CH3基团。包含根据式(I)的二季物质还可提高二氧化硅的去除速率。
任选地，本发明的化学机械抛光组合物包括作为初始组分的0-1wt％(优选0.005-1wt％，更优选0.005-0.75wt％；最优选0.005-0.05wt％)的季铵化合物，所述季铵化合物选自氢氧化四甲基铵、氢氧化四乙基铵、氢氧化四丙基铵、氢氧化四异丙基铵、氢氧化四环丙基铵、氢氧化四丁基铵、氢氧化四异丁基铵、氢氧化四叔丁基铵、氢氧化四仲丁基铵、氢氧化四环丁基铵、氢氧化四戊基铵、氢氧化四环戊基铵、氢氧化四己基铵、氢氧化四环己基铵和它们的混合物(最优选，选自氢氧化四乙基铵(TEAH)，氢氧化四甲基铵(TMAH)，氢氧化四丁基铵(TBAH))。
本发明的化学机械抛光组合物任选包括选自分散剂、表面活性剂、缓冲剂和生物灭杀剂的添加剂。
本发明的化学机械抛光组合物任选的不含腐蚀抑制剂。这里和在附加的权利要求中使用的术语“不含腐蚀抑制剂(corrosion inhibitor agent free)”指的是化学机械抛光组合物不包含苯并三唑；1，2，3-苯并三唑；5，6-二甲基-1，2，3-苯并三唑；1-(1，2-二羧乙基)苯并三唑；1-[N，N-二(羟乙基)氨甲基]苯并三唑；或1-(羟甲基)苯并三唑。
本发明的化学机械抛光组合物不含氧化剂。这里和在附加的权利要求中使用的术语“不含氧化剂(oxidizer free)”指的是化学机械抛光组合物不含例如过氧化氢、过硫酸盐(例如单过硫酸铵，和二过硫酸钾)和高碘酸盐(例如高碘酸钾)的氧化剂。
本发明的化学机械抛光组合物在2-6的pH范围内提供功效。优选地，使用的化学机械抛光组合物在2-5的pH范围内提供功效。最优选，使用的化学机械抛光组合物在2-4的pH范围内提供功效。适用于调节化学机械抛光组合物pH值的酸包括例如磷酸，硝酸，硫酸和盐酸。适用于调节化学机械抛光组合物pH值的碱包括例如氢氧化铵和氢氧化钾。
优选地，本发明的化学机械抛光组合物显示出二氧化硅去除速率 
更优选 
最优选
优选地，本发明的化学机械抛光组合物包括作为初始组分的：水；0.1-40wt％(优选0.1-20wt％，仍然更优选1-20wt％，最优选1-10wt％)具有5-150nm(优选20-100nm，更优选20-60nm，最优选20-50nm)平均粒径的磨料；0.01-1wt％(优选0.01-0.1wt％，更优选0.02-0.06wt％)根据式(I)的二季物质：
其中每一个X独立地选自N和P，优选每一个X是N；其中R1是饱和或不饱和C1-15的烷基，C6-15的芳基和C6-15的芳烷基(优选C4-C10的烷基；更优选C2-C6的烷基；最优选-(CH2)6-基团)；其中R2、R3、R4、R5、R6和R7每一个独立地选自氢、饱和或不饱和C1-15烷基，C6-15的芳基，C6-15的芳烷基和C6-15烷芳基(优选氢和C1-C4的烷基；更优选氢和甲基；最优选甲基)；和，其中式(I)中的阴离子可以是任何平衡在式(I)中阳离子上的2+电荷的阴离子或阴离子的组合(优选在式(I)中的阴离子选自卤阴离子，氢氧根阴离子，硝酸根阴离子，硫酸根阴离子和磷酸根阴离子；更优选卤阴离子和氢氧根阴离子；最优选氢氧根阴离子)；0.001-1wt％(优选0.01-0.1wt％；最优选0.01-0.05wt％)的根据式(II)金刚烷基物质：
其中A选自N和P(优选N)；其中每一个R8独立地选自氢，饱和或不饱 和C1-15的烷基，C6-15的芳基，C6-15的芳烷基，C6-15的烷芳基(优选氢和C1-C4烷基；更优选氢和甲基；最优选甲基)；和，其中式(II)中的阴离子可以是任何平衡在式(II)中阳离子上的+电荷的阴离子(优选式(II)中的阴离子选自卤阴离子，氢氧根阴离子和亚硝酸根阴离子；更优选卤素阴离子和氢氧根阴离子；最优选氢氧根阴离子)；和0-1wt％(优选0.005-1wt％；更优选0.005-0.075wt％；最优选0.005-0.05wt％)的季烷基铵化合物；其中该化学机械抛光组合物显示出二氧化硅去除速率 更优选 
最优选
本发明的化学机械抛光组合物优选具有储存稳定性。这里和在附加的权利要求中使用的术语“储存稳定性”指的是所述化学机械抛光组合物的粘度在55℃储存一星期增加小于5％，其中该粘度使用设置在100rpm的Brookfield#S00主轴(spindle)在20℃使用Brookfield DV-I+黏度计测量。更优选，本发明的化学机械抛光组合物具有延长的储存稳定性。这里和在附加的权利要求中使用的术语“延长的储存稳定性”指的是所述化学机械抛光组合物的粘度在55℃储存四星期增加小于15％，其中该粘度使用设置在100rpm的Brookfield#S00主轴(spindle)在20℃使用Brookfield DV-I+黏度计测量。
本发明的化学机械抛光方法包括：提供一种基板，其中基板包括二氧化硅(任选的二氧化硅和SiC、SiCN、Si3N4、SiCO和多晶硅中至少一种；优选二氧化硅沉积在氮化硅上)；提供本发明的化学机械抛光组合物，其中化学机械抛光组合物包括作为初始组分：水，0.1-40wt％(优选0.1-20wt％，最优选1-10wt％)具有5-150nm(优选20-60nm，最优选20-50nm)平均粒径的磨料；0-1wt％(优选0.01-1wt％；更优选0.01-0.1wt％，最优选0.01-0.05wt％)根据式(I)的二季物质：
其中每一个X独立地选自N和P，优选每一个X是N；其中R1是饱和或不饱和C1-15的烷基，C6-15的芳基和C6-15的芳烷基(优选C4-C10的烷基；更优选 C2-C6的烷基；最优选-(CH2)6-基团)；其中R2、R3、R4、R5、R6和R7每一个独立地选自氢、饱和或不饱和C1-15烷基，C6-15的芳基，C6-15的芳烷基和C6-15烷芳基(优选氢和C1-C4的烷基；更优选氢和甲基；最优选甲基)；和，其中式(I)中的阴离子可以是任何平衡在式(I)中阳离子上的2+电荷的阴离子或阴离子的组合(优选在式(I)中的阴离子选自卤阴离子，氢氧根阴离子，硝酸根阴离子，硫酸根阴离子和磷酸根阴离子；更优选卤阴离子和氢氧根阴离子；最优选氢氧根阴离子)；0.001-1wt％(优选0.01-0.1wt％；最优选0.01-0.05wt％)的根据式(II)的金刚烷基物质：
其中A选自N和P(优选N)；其中每一个R8独立地选自氢，饱和或不饱和C1-15的烷基，C6-15的芳基，C6-15的芳烷基，C6-15的烷芳基(优选氢和C1-C4烷基；更优选氢和甲基；最优选甲基)；和，其中式(II)中的阴离子可以是任何平衡在式(II)中阳离子上的+电荷的阴离子(优选式(II)中的阴离子选自卤阴离子，氢氧根阴离子和亚硝酸根阴离子；更优选卤素阴离子和氢氧根阴离子；最优选氢氧根阴离子)；和0-1wt％(优选0.005-1wt％；更优选0.005-0.075wt％；最优选0.005-0.05wt％)的季烷基铵化合物；提供化学机械抛光垫片；在化学机械抛光垫片和基板之间的界面处形成动态接触，下压力为0.69-34.5kPa(0.1-5psi)，优选0.69-20.7kPa(0.1-3psi)；和在或接近化学机械抛光垫片和基板之间界面处将化学机械抛光组合物分配到化学机械抛光垫片上；其中化学机械抛光组合物具有2-6的pH值，优选2-5，最优选2-4；其中二氧化硅和氮化硅暴露于化学机械抛光组合物；和，其中化学机械抛光组合物显示出二氧化硅去除速率 
优选 更优选 
优选地，使用的化学机械抛光组合物进一步显示出二氧化硅与氮化硅的选择性≥5∶1，更优选≥6∶1。优选地， 在化学机械抛光组合物中使用的磨料是胶体二氧化硅和使用的化学机械抛光组合物显示出二氧化硅去除速率至少 更优选至少 
最优选至少 
且压盘(platen)速度为93转每分钟，载体速度为87转每分钟，化学机械抛光组合物流动速率为200ml/分，和在200mm抛光机器(例如应用材料公司(Applied Material)的 
抛光机)上20.7kPa(3psi)的名义下压力，其中化学机械抛光垫片包括聚氨酯抛光层，所述聚氨酯抛光层包含聚合的中空(hollow)微粒和聚氨酯浸渍的非织造子垫片(subpad)(例如，可从罗门哈斯电子材料CMP公司获得的IC1010抛光垫片)。
优选地，本发明的化学机械抛光方法包括：提供一种基板，其中基板包括二氧化硅和氮化硅，优选地二氧化硅沉积在氮化硅上；提供化学机械抛光组合物包括作为初始组分：水；1-10wt％具有20-60nm平均粒径的胶体二氧化硅磨料；0.01-0.05wt％的根据式(I)的二季物质：
其中每一个X是N；其中R1是选自C4-C10的烷基；其中R2、R3、R4、R5、R6和R7独立地选自C2-C6的烷基；和其中式(I)中的阴离子可以是任何平衡式(I)中阳离子上2+电荷的阴离子或阴离子组合(优选式(I)中的阴离子选自卤阴离子、氢氧根阴离子、硝酸根阴离子、硫酸根阴离子和磷酸根阴离子；更优选卤阴离子和氢氧根阴离子；最优选氢氧根阴离子)；0.01-0.05wt％的根据式(II)的金刚烷基物质：
其中A是N，其中每一个R8独立地选自氢和C1-C4的烷基；和，其中式(II)中的阴离子可以是任何平衡式(II)中阳离子上的+电荷的阴离子(优选式(II)中的阴离子选自卤阴离子、氢氧根阴离子和亚硝酸根阴离子；更优选卤阴离子和氢氧根阴离子；最优选氢氧根阴离子)；和0-1wt％(优选0.005-1wt％，更优选0.005-0.075wt％，最优选0.005-0.05wt％)的季烷基铵化合物；提供化学机械抛光垫片；在化学机械抛光垫片和基板之间的界面处形成动态接触，下压力为0.69-34.5kPa(0.1-5psi)，优选0.69-20.7kPa(0.1-3psi)；和在或接近化学机械抛光垫片和基板之间界面处将化学机械抛光组合物分配到化学机械抛光垫片上；其中化学机械抛光组合物具有2-6的pH值，优选2-5，最优选2-4；其中二氧化硅和氮化硅暴露于化学机械抛光组合物；和其中化学机械抛光组合物显示出存储稳定性(优选延长的存储稳定性)。优选地，在本发明化学机械抛光方法中使用的化学机械抛光组合物中使用的磨料是胶体二氧化硅并且使用的化学机械抛光组合物显示出二氧化硅去除速率至少 
更优选至少 
最优选至少 
且压盘速度为93转每分钟，载体速度为87转每分钟，化学机械抛光组合物流动速率为200ml/min，和在200mm抛光机器(例如应用材料公司(Applied Material)的 抛光机)上20.7kPa(3psi)的名义下压力，其中化学机械抛光垫片包括聚氨酯抛光层，所述聚氨酯抛光层包含聚合的中空微粒和聚氨酯浸渍的非织造的子垫片(例如，可从罗门哈斯电子材料CMP公司获得的IC1010抛光垫片)。
优选地，本发明的化学机械抛光方法包括：提供一种基板，其中基板包括二氧化硅和氮化硅，优选地二氧化硅沉积在氮化硅上；提供化学机械抛光组合物，所述组合物包括作为初始组分的：水；1-10wt％具有20-60nm平均粒 径的胶体二氧化硅磨料；0.01-0.05wt％的根据式(I)的二季物质：
其中每一个X是N；其中R1是-(CH2)6-基团；其中R2、R3、R4、R5、R6和R7每一个是-(CH2)3CH3基团；和其中式(I)中的阴离子是两个氢氧根阴离子；0.01-0.05wt％的根据式(II)的金刚烷基物质，其中金刚烷基物质是N，N，N-三甲基-1-金刚烷铵氢氧化物；和0-0.05wt％季烷基铵化合物，所述季烷基铵化合物选自氢氧化四乙基铵和氢氧化四丁基铵；提供化学机械抛光垫片；在化学机械抛光垫片和基板之间的界面处形成动态接触，下压力为0.69-20.7kPa(0.1-3psi)；和在或接近化学机械抛光垫片和基板之间界面处将化学机械抛光组合物分配到化学机械抛光垫片上；其中化学机械抛光组合物具有2-4的pH值；其中二氧化硅和氮化硅暴露于化学机械抛光组合物；和其中化学机械抛光组合物显示出存储稳定性(优选延长的存储稳定性)。优选地，在本发明化学机械抛光方法中使用的化学机械抛光组合物中使用的磨料是胶体二氧化硅并且使用的化学机械抛光组合物显示出二氧化硅去除速率至少 
更优选至少 
最优选至少 
且压盘速度为93转每分钟，载体速度为87转每分钟的，化学机械抛光组合物流动速率为200ml/分，和在200mm抛光机器(例如应用材料公司(Applied Material)的 
抛光机)上20.7kPa(3psi)的名义下压力，其中化学机械抛光垫片包括聚氨酯抛光层，所述聚氨酯抛光层包含聚合的中空微粒和聚氨酯浸渍的非织造的子垫片(例如，可从罗门哈斯电子材料CMP公司获得的IC1010抛光垫片)。
现在，本发明的一些实施方式将在随后的实施例中详细说明。
比较实施例C1和实施例A1-A2
化学机械抛光组合物制备
在比较抛光实施例PC1和抛光实施例PA1-PA2(即分别是化学机械 抛光组合物C1和A1-A2)中使用的化学机械抛光组合物通过以表1中列举的含量混合组分并且使用提到的磷酸或硝酸调节组合物的pH值到表1中列举的最终pH值制备。
表1
*磨料I--AZ电子材料制造的KlebosolTM30H50i浆料，从陶氏化学公司获得。
￡磨料II-AZ电子材料制造的KlebosolTM PL 1598-B25浆料，从陶氏化学公司获得。
hTMAA：来自Sachem，Inc的标准试剂级N，N，N-三甲基-1-金刚烷铵氢氧化物。
￥pH根据需要使用HNO3或KOH调节以获得指明的值。
比较实施例PC1和实施例A1-A2
化学机械抛光实验
二氧化硅去除速率抛光测试使用比较实施例C1和实施例A1-A2制备的化学机械抛光组合物进行。具体地，对于每一个化学机械抛光组合物C1和A1-A2的二氧化硅去除速率和表1一致。这些二氧化硅去除速率实验在硅基板上具有二氧化硅薄膜的8英尺层晶片上使用应用材料公司(Applied Materials)的 
抛光机和IC1010TM聚氨酯抛光垫片(可商购于罗门哈斯电子材料CMP公司)进行，下压力为20.7kPa(3psi)，化学机械抛光组合物流动速率为200ml/min，工作台旋转速度为93rpm和载体旋转速度为87rpm。二氧化硅去除速率通过在抛光之前和之后使用KLA-Tencor FX200度量工具测量而测定。二氧化硅去除速率实验的结果在表2中提供。
表2
加速的稳定性测试
将比较实施例C1和实施例A1-A2制备的抛光组合物进行加速的老化实验中以评价这些组合物的稳定性。具体地，抛光组合物被置于设定55℃的炉中四星期。每一个抛光组合物的粘度每周使用设置在100rpm的Brookfield #S00主轴(spindle)在20℃使用Brookfield DV-I+黏度计测量。结果提供在表3中。数据表明本发明的抛光组合物显示出提高的稳定性。
表3
P沉淀形成。
Claims (10)
1.一种化学机械抛光组合物，所述组合物包括作为初始组分的以下组分：
水；
0.1-40wt％具有5-150nm平均粒径的磨料；
0.001-1wt％的根据式(II)的金刚烷基物质；
其中A选自N和P；其中每一个R8独立地选自氢，饱和或不饱和C1-15的烷基，C6-15的芳基，C6-15的芳烷基，C6-15的烷芳基；和其中式(II)中的阴离子可以是任何平衡在式(II)中阳离子上的+电荷的阴离子；
0-1wt％根据式(I)的二季物质：
其中每一X独立地选自N和P；其中R1是饱和或不饱和C1-15的烷基，C6-15的芳基和C6-15的芳烷基；其中R2、R3、R4、R5、R6和R7每一个独立地选自氢、饱和或不饱和C1-15烷基，C6-15的芳基，C6-15的芳烷基和C6-15烷芳基；和其中式(I)中的阴离子可以是任何平衡在式(I)中阳离子上的2+电荷的阴离子或阴离子的组合；和
0-1wt％的季铵化合物，所述季铵化合物选自氢氧化四甲基铵、氢氧化四乙基铵、氢氧化四丙基铵、氢氧化四异丙基铵、氢氧化四环丙基铵、氢氧化四丁基铵、氢氧化四异丁基铵、氢氧化四叔丁基铵、氢氧化四仲丁基铵、氢氧化四环丁基铵、氢氧化四戊基铵、氢氧化四环戊基铵、氢氧化四己基铵、氢氧化四环己基铵和它们的混合物。
2.如权利要求1所述的化学机械抛光组合物，其中所述化学机械抛光组合物包括作为初始组分的以下组分中的至少一种：
(a)0.001-1wt％根据式(I)的二季物质；和
(b)0.005-1wt％的季铵化合物。
3.如权利要求1所述的化学机械抛光组合物，其中所述化学机械抛光组合物包括作为初始组分的以下组分：0.001-1wt％根据(I)的二季物质。
4.如权利要求3所述的化学机械抛光组合物，其中每一个X是N；R1是-(CH2)6-基团；和其中R2、R3、R4、R5、R6和R7每一个为-(CH2)3CH3基团。
5.如权利要求1所述的化学机械抛光组合物，其中A是N和其中每一个R8是-CH3基团。
6.如权利要求3所述的化学机械抛光组合物，其中A是N和其中每一个R8是-CH3基团。
7.一种用于化学机械抛光基板的方法，所述方法包括：
提供一种基板，其中基板包括二氧化硅；
提供如权利要求1所述的化学机械抛光组合物；
提供化学机械抛光垫片；
在化学机械抛光垫片和基板之间的界面处形成动态接触，下压力为0.69-34.5kPa；和
在或接近化学机械抛光垫片和基板之间界面处将所述化学机械抛光组合物分配到化学机械抛光垫片上
其中所述化学机械抛光组合物具有2-6的pH值。
8.如权利要求7所述的方法，其中化学机械抛光组合物包含作为初始组分的以下组分：1-10wt％具有20-60nm平均粒径的胶体二氧化硅磨料；0.01-0.05wt％的根据式(I)的二季物质和0.01-0.05wt％根据式(II)的金刚烷物质；其中每一个X是N；R1是(CH2)6-基团；其中R2、R3、R4、R5、R6和R7每一个为-(CH2)3CH3基团；其中式(I)的阴离子是两个氢氧根阴离子；其中A是N；其中每一个R8是-CH3基团；其中式(II)中的阴离子是氢氧根阴离子。
9.如权利要求8所述的方法，其中磨料是胶体二氧化硅；和其中所述化学机械抛光组合物显示出二氧化硅去除速率至少
/分，且压盘速度为93转每分钟，载体速度为87转每分钟，化学机械抛光组合物的流动速率200ml/min，和在200mm抛光机上20.7kPa的名义下压力，其中所述化学机械抛光垫片包括聚氨酯抛光层，所述聚氨酯抛光层包含聚合的中空微粒和聚氨酯浸渍的非织造的子垫片。
10.如权利要求7所述的方法，其中基板进一步包括SiC、SiCN、Si3N4、SiCO和多晶硅的至少一种。
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Legal Events
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |