CN105229110A - 具有高的移除速率和低的缺陷率的对于氧化物和氮化物有选择性的化学机械抛光组合物 - Google Patents
具有高的移除速率和低的缺陷率的对于氧化物和氮化物有选择性的化学机械抛光组合物 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供化学-机械抛光组合物，其含有：氧化铈研磨剂、式I的离子聚合物、和水，其中X1和X2、Z1和Z2、R2、R3和R4、以及n如本文中所定义的，其中该抛光组合物具有1至4.5的pH。本发明进一步提供用本发明化学机械抛光组合物对基材进行化学-机械抛光的方法。典型地，该基材含有氧化硅、氮化硅、和/或多晶硅。
Description
背景技术
用于平坦化或抛光基材表面的组合物和方法是本领域中公知的。抛光组合物(也称为抛光浆料)典型地含有在液体载体中的研磨材料并通过使表面与用抛光组合物饱和的抛光垫接触而施加至所述表面。典型的研磨材料包括二氧化硅、氧化铈、氧化铝、氧化锆和氧化锡。抛光组合物典型地与抛光垫(例如抛光布或盘)结合使用。代替被悬浮于抛光组合物中，或除被悬浮于抛光组合物中之外，研磨材料可被引入抛光垫中。
作为用于隔离半导体器件的元件的方法，大量注意力被引向浅沟槽隔离(STI)工艺，其中在硅基材上形成氮化硅层，经由蚀刻或光刻法形成浅沟槽，且沉积介电层(例如，氧化物)以填充所述沟槽。由于以此方式形成的沟槽或线路的深度的变化，典型地必须在基材顶部上沉积过量的介电材料以确保完全填充所有沟槽。随后典型地通过化学-机械平坦化工艺移除过量的介电材料以使氮化硅层暴露。当氮化硅层被暴露时，暴露于化学-机械抛光组合物的基材的最大区域包含氮化硅，其必须随后被抛光以实现高度地平坦和均匀的表面。
通常，过去的实践已强调氧化物抛光优先于氮化硅抛光的选择性。因此，氮化硅层已在化学-机械平坦化工艺期间充当停止层，因为在氮化硅层暴露时总的抛光速率降低。
近来，还已强调了氧化物抛光优先于多晶硅抛光的选择性。例如，添加一系列BRIJTM和聚环氧乙烷表面活性剂、以及PLURONICTML-64即具有15的HLB的环氧乙烷-环氧丙烷-环氧乙烷三嵌段共聚物被声称提高氧化物相对于多晶硅的抛光选择性(参见Lee等人，“EffectsofNonionicSurfactantsonOxide-to-PolysiliconSelectivityduringChemicalMechanicalPolishing”，J.Electrochem.Soc.，149(8):G477-G481(2002))。此外，美国专利6,626,968公开了通过使用选自如下的具有亲水和疏水官能团的聚合物添加剂可改善氧化硅相对于多晶硅的抛光选择性：聚乙烯基甲基醚、聚乙二醇、聚氧乙烯23月桂基醚、聚丙酸、聚丙烯酸、和聚醚二醇二(醚)。
典型地使用常规的抛光介质和含有研磨剂的抛光组合物抛光STI基材。然而，已观察到利用常规的抛光介质和含有研磨剂的抛光组合物抛光STI基材导致在STI特征(feature)中基材表面的过度抛光或形成凹处以及形成其它形貌缺陷，例如基材表面上的微刮痕。该在STI特征中的过度抛光和形成凹处的现象称为表面凹陷(dishing)。表面凹陷是不合乎需要的，因为基材特征的表面凹陷可通过造成晶体管和晶体管部件(组件)彼此隔离失败，由此导致短路而不利地影响器件制造。另外，基材的过度抛光还可导致氧化物损失并使下伏氧化物暴露于来自抛光或化学活性的损害，这不利地影响器件品质和性能。
因此，在本领域中仍然需要可提供氧化硅、氮化硅和多晶硅的合乎需要的选择性且具有合适的移除速率、低的缺陷率(defectivity)、和合适的表面凹陷性能的抛光组合物和方法。
发明内容
本发明提供化学-机械抛光组合物，其包含如下物质、基本上由如下物质组成、或由如下物质组成：(a)氧化铈(ceria)研磨剂、(b)式I的离子聚合物、和(c)水：
其中X1和X2独立地选自氢、-OH、和-COOH，且其中X1和X2中的至少一个为-COOH，Z1和Z2独立地为O或S，R1、R2、R3和R4独立地选自氢、C1-C6烷基、和C7-C10芳基，且n为3至500的整数，其中抛光组合物具有1至4.5的pH。
本发明还提供对基材进行化学-机械抛光的方法，其包括：(i)使基材与抛光垫和化学-机械抛光组合物接触，该化学-机械抛光组合物包含如下物质、基本上由如下物质组成、或由如下物质组成：(a)氧化铈研磨剂、(b)式I的离子聚合物、和(c)水：
其中X1和X2独立地选自氢、-OH、和-COOH，且其中X1和X2中的至少一个为-COOH，Z1和Z2独立地为O或S，R1、R2、R3和R4独立地选自氢、C1-C6烷基、和C7-C10芳基，且n为3至500的整数，其中抛光组合物具有1至4.5的pH，(ii)使抛光垫和机械化学抛光组合物相对于基材移动，和(iii)研磨基材的至少一部分以抛光基材。
具体实施方式
本发明提供化学-机械抛光组合物，其包含如下物质、基本上由如下物质组成、或由如下物质组成：(a)氧化铈研磨剂、(b)式I的离子聚合物、(c)水、和(d)任选的一种或多种本文中描述的其它组分，
其中X1和X2独立地选自氢、-OH、和-COOH，且其中X1和X2中的至少一个为-COOH，Z1和Z2独立地为O或S，R1、R2、R3和R4独立地选自氢、C1-C6烷基、和C7-C10芳基，且n为3至500的整数，其中该抛光组合物具有1至4.5的pH。
化学-机械抛光组合物包含氧化铈研磨剂。如本领域普通技术人员所知晓的，氧化铈为稀土金属铈的氧化物且还称为氧化铈(cericoxide)、氧化铈(ceriumoxide)(例如氧化铈(IV))、或二氧化铈。氧化铈(IV)(CeO2)可通过煅烧草酸铈或氢氧化铈而形成。铈还形成氧化铈(III)，例如Ce2O3。氧化铈研磨剂可为氧化铈的这些或其它氧化物的任意一种或多种。
氧化铈研磨剂可具有任何合适的类型。如本文中所使用的，“湿法”氧化铈是指通过沉淀、缩合-聚合、或类似方法制备的氧化铈(与例如火成(fumed)或热解氧化铈相反)。已典型地发现，当用于根据本发明的方法抛光基材时，包含湿法氧化铈研磨剂的本发明的抛光组合物呈现较少的缺陷。不希望受特定理论的束缚，认为湿法氧化铈包括球形氧化铈颗粒和/或较小的聚集氧化铈颗粒，从而当用于本发明方法时导致较低的基材缺陷率。说明性湿法氧化铈为可自Rhodia购得的HC-60TM。
氧化铈颗粒可具有任何合适的平均尺寸(即，平均粒径)。如果平均氧化铈粒度太小，则抛光组合物可无法呈现足够的移除速率。相反，如果平均氧化铈粒度太大，则抛光组合物可呈现不合乎需要的抛光性能，例如差的基材缺陷率。因此，氧化铈颗粒可具有10nm或更大、例如15nm或更大、20nm或更大、25nm或更大、30nm或更大、35nm或更大、40nm或更大、45nm或更大、或50nm或更大的平均粒度。替代地，或者另外，氧化铈可具有1,000nm或更小、例如750nm或更小、500nm或更小、250nm或更小、150nm或更小、100nm或更小、75nm或更小、或50nm或更小的平均粒度。因此，氧化铈可具有由前述端点中的任意两个所界定的平均粒度。例如，氧化铈可具有10nm至1,000nm、10nm至750nm、15nm至500nm、20nm至250nm、20nm至150nm、25nm至150nm、25nm至100nm、或50nm至150nm、或50nm至100nm的平均粒度。对于非球形氧化铈颗粒，颗粒的尺寸为包围该颗粒的最小球的直径。氧化铈的粒度可使用任何合适的技术测量，例如，使用激光衍射技术。合适的粒度测量仪器可自例如MalvernInstruments(Malvern,UK)获得。
氧化铈颗粒优选在本发明抛光组合物中是胶体稳定的。术语胶体指的是氧化铈颗粒在液体载体(例如水)中的悬浮液。胶体稳定性指的是该悬浮液随时间的保持性。在本发明的上下文中，如果当将研磨剂置于100毫升量筒中并使其无搅动地静置2小时的时间时，量筒底部50毫升中的颗粒浓度([B]，以g/mL表示)与量筒顶部50毫升中的颗粒浓度([T]，以g/mL表示)之间的差除以研磨剂组合物中颗粒的初始浓度([C]，以g/mL表示)小于或等于0.5(即，{[B]–[T]}/[C]≤0.5)，则认为研磨剂是胶体稳定的。更优选地，[B]-[T]/[C]的值小于或等于0.3，且最优选小于或等于0.1。
抛光组合物可包含任何合适的量的氧化铈研磨剂。如果本发明的抛光组合物包含太少的氧化铈研磨剂，则该组合物可无法呈现足够的移除速率。相比之下，如果抛光组合物包含太多的氧化铈研磨剂，则抛光组合物可呈现不合乎需要的抛光性能和/或可不是成本有效的和/或可缺乏稳定性。抛光组合物可包含10重量％或更少的氧化铈，例如9重量％或更少、8重量％或更少、7重量％或更少、6重量％或更少、5重量％或更少、4重量％或更少、3重量％或更少、2重量％或更少、1重量％或更少、0.9重量％或更少、0.8重量％或更少、0.7重量％或更少、0.6重量％或更少的氧化铈、或0.5重量％或更少的氧化铈。替代地，或另外，抛光组合物可包含0.1重量％或更多，例如0.2重量％或更多、0.3重量％或更多、0.4重量％或更多、0.5重量％或更多、或1重量％或更多的氧化铈。因此，抛光组合物可包含由上述端点中的任意两个所定界的量的氧化铈。例如，抛光组合物可包含0.1重量％至10重量％的氧化铈、0.1重量％至9重量％、0.1重量％至8重量％、0.1重量％至7重量％、0.1重量％至6重量％、0.1重量％至5重量％的氧化铈、0.1重量％至4重量％、0.1重量％至3重量％的氧化铈、0.1重量％至2重量％的氧化铈、0.1重量％至1重量％的氧化铈、0.2重量％至2重量％的氧化铈、0.2重量％至1重量％的氧化铈、或0.3重量％至0.5重量％的氧化铈。在一种实施方式中，抛光组合物在使用点处包含0.2重量％至0.6重量％的氧化铈(例如0.4重量％的氧化铈)。在另一实施方式中，抛光组合物包含2.4重量％的氧化铈作为浓缩物。
化学-机械抛光组合物包含如本文中所描述的式I的离子聚合物。
在一些实施方式中，离子聚合物具有式I，其中X1和X2两者均为-COOH。在一些实施方式中，离子聚合物具有式I，其中Z1和Z2两者均为O，且R1、R2、R3和R4为氢。在一些优选实施方式中，离子聚合物具有式I，其中X1和X2两者均为-COOH，Z1和Z2两者均为O且R1、R2、R3和R4为氢。
离子聚合物可具有任何合适的分子量。离子聚合物可具有250g/mol或更大、例如300g/mol或更大、400g/mol或更大、500g/mol或更大、600g/mol或更大、750g/mol或更大、1,000g/mol或更大、1,500g/mol或更大、2,000g/mol或更大、2,500g/mol或更大、3,000g/mol或更大、3,500g/mol或更大、4,000g/mol或更大、4,500g/mol或更大、5,000g/mol或更大、5,500g/mol或更大、6,000g/mol或更大、6,500g/mol或更大、7,000g/mol或更大、或7,500g/mol或更大的平均分子量。替代地，或另外，离子聚合物可具有15,000g/mol或更小、例如14,000g/mol或更小、13,000g/mol或更小、12,000g/mol或更小、11,000g/mol或更小、10,000g/mol或更小、9,000g/mol或更小、8,000g/mol或更小、7,500g/mol或更小、7,000g/mol或更小、6,500g/mol或更小、6,000g/mol或更小、5,500g/mol或更小、5,000g/mol或更小、4,500g/mol或更小、4,000g/mol或更小、3,500g/mol或更小、3,000g/mol或更小、2,500g/mol或更小、或2,000g/mol或更小的平均分子量。因此，离子聚合物可具有由上述端点中的任意两个所界定的平均分子量。例如，离子聚合物可具有250g/mol至15,000g/mol、250g/mol至14,000g/mol、250g/mol至13,000g/mol、250g/mol至12,000g/mol、250g/mol至11,000g/mol、250g/mol至10,000g/mol、400g/mol至10,000g/mol、400g/mol至8,000g/mol、400g/mol至6,000g/mol、400g/mol至4,000g/mol、400g/mol至2,000g/mol等的平均分子量。
抛光组合物在使用点处包含任何合适的量的离子聚合物。抛光组合物可包含0.001重量％或更多、例如0.005重量％或更多、0.01重量％或更多、0.025重量％或更多、0.05重量％或更多、0.075重量％或更多、或0.1重量％或更多的离子聚合物。替代地，或另外，抛光组合物可包含1重量％或更少、例如0.9重量％或更少、0.8重量％或更少、0.7重量％或更少、0.6重量％或更少、0.5重量％或更少、0.4重量％或更少、或0.3重量％或更少的离子聚合物。因此，抛光组合物可包含由上述端点中的任意两个所界定的量的离子聚合物。例如，抛光组合物可包含0.001重量％至1重量％、0.01重量％至0.9重量％、0.025重量％至0.8重量％、0.05重量％至0.7重量％、或0.1重量％至0.5重量％的离子聚合物等。
化学-机械抛光组合物任选地包含一种或多种聚乙烯醇。聚乙烯醇可为任何合适的聚乙烯醇且可为直链或支化聚乙烯醇。合适的支化聚乙烯醇的非限制性实例为NichigoG-聚合物，例如可得自NipponGohsei,Japan的OKS-1009和OKS-1083产品。
聚乙烯醇可具有任何合适的水解程度。水解程度是指如与游离羟基和乙酰化羟基的总和相比的存在于聚乙烯醇上的游离羟基的量。优选地，聚乙烯醇具有90％或更大、例如92％或更大、94％或更大、96％或更大、98％或更大、或99％或更大的水解程度。
聚乙烯醇可具有任何合适的分子量。聚乙烯醇可具有250g/mol或更大、例如300g/mol或更大、400g/mol或更大、500g/mol或更大、600g/mol或更大、750g/mol或更大、1,000g/mol或更大、2,000g/mol或更大、3,000g/mol或更大、4,000g/mol或更大、5,000g/mol或更大、7,500g/mol或更大、10,000g/mol或更大、15,000g/mol或更大、20,000g/mol或更大、25,000g/mol或更大、30,000g/mol或更大、50,000g/mol或更大、或75,000g/mol或更大的平均分子量。替代地，或另外，聚乙烯醇可具有250,000g/mol或更小、例如200,000g/mol或更小、180,000g/mol或更小、150,000g/mol或更小、100,000g/mol或更小、90,000g/mol或更小、85,000g/mol或更小、80,000g/mol或更小、75,000g/mol或更小、50,000g/mol或更小、45,000g/mol或更小、40,000g/mol或更小、35,000g/mol或更小、30,000g/mol或更小、25,000g/mol或更小、20,000g/mol或更小、15,000g/mol或更小、12,500g/mol或更小、或10,000g/mol或更小的平均分子量。因此，聚乙烯醇可具有由上述端点中的任意两个所界定的平均分子量。例如，聚乙烯醇可具有250g/mol至250,000g/mol、250g/mol至200,000g/mol、250g/mol至180,000g/mol、250g/mol至150,000g/mol、250g/mol至100,000g/mol、250g/mol至75,000g/mol、250g/mol至50,000g/mol、250g/mol至25,000g/mol、250g/mol至10,000g/mol、10,000g/mol至100,000g/mol、10,000g/mol至75,000g/mol、10,000g/mol至50,000g/mol、10,000g/mol至40,000g/mol、50,000g/mol至100,000g/mol、75,000g/mol至100,000g/mol、25,000g/mol至200,000g/mol、或50,000g/mol至180,000gmol等的平均分子量。
抛光组合物在使用点处包含任何合适的量的聚乙烯醇。抛光组合物可包含0.001重量％或更多、例如0.005重量％或更多、0.01重量％或更多、0.025重量％或更多、0.05重量％或更多、0.075重量％或更多、或0.1重量％或更多的聚乙烯醇。替代地，或另外，抛光组合物可包含1重量％或更少、例如0.9重量％或更少、0.8重量％或更少、0.7重量％或更少、0.6重量％或更少、0.5重量％或更少、0.4重量％或更少、或0.3重量％或更少的聚乙烯醇。因此，抛光组合物可包含由上述端点中的任意两个所界定的量的离子聚合物。例如，抛光组合物可包含0.001重量％至1重量％、0.01重量％至0.9重量％、0.025重量％至0.8重量％、0.05重量％至0.7重量％、或0.1重量％至0.5重量％的聚乙烯醇等。
化学-机械抛光组合物任选地包含一种或多种不同于聚乙烯醇的非离子聚合物。根据本发明的一种实施方式，抛光组合物包含选自如下的一种或多种非离子聚合物：聚亚烷基二醇、聚醚胺、聚环氧乙烷/聚环氧丙烷共聚物、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、硅氧烷聚环氧烷烃共聚物、经疏水改性的聚丙烯酸酯共聚物、亲水性非离子聚合物、多醣、及其混合物。非离子聚合物优选是水溶性的且与抛光组合物的其它组分是相容的。在一些实施方式中，非离子聚合物充当表面活性剂和/或润湿剂。
化学-机械抛光组合物可包含一种或多种能够调节(即，调整)抛光组合物的pH的化合物(即，pH调节化合物)。抛光组合物的pH可使用能够调节抛光组合物的pH的任何合适的化合物进行调节。pH调节化合物合乎需要地是水溶性的且与抛光组合物的其它组分是相容的。典型地，化学-机械抛光组合物在使用点处具有1至7的pH。优选地，化学-机械抛光组合物在使用点处具有1至4.5的pH。
式(I)的离子聚合物在本质上是酸性的。因此，本发明抛光组合物可配制成提供缓冲能力。典型地，抛光组合物的缓冲可通过如下实现：添加一种或多种碱性化合物以将抛光组合物的pH值调节至在离子聚合物的一种或多种pKa值范围内的值。可使用任何合适的碱性化合物来调节pH值以提供缓冲能力。合适的碱性化合物的非限制实例包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、和有机胺例如三乙醇胺。
在其它实施方式中，合乎需要的是，可添加能够调节pH且单独地能够缓冲抛光组合物的酸性pH的另一化合物。因此，在这些实施方式中的任一种中，合乎需要的是，抛光组合物的pH小于7.0(例如6.5+/-0.5、6.0+/-0.5、5.5+/-0.5、5.0+/-0.5、4.5+/-0.5、4.0+/-0.5、3.5+/-0.5、3.0+/-0.5、2.5+/-0.5、2.0+/-0.5、1.5+/-0.5或1.0+/-0.5)。典型地，这些实施方式中的任一种中的抛光组合物的pH在使用点处为1至4.5。因此，能够调节抛光组合物的pH的化合物典型地具有至少一个在25℃下测量时拥有3至7的pKa的可电离基团。
能够调节和缓冲pH的化合物可选自：铵盐、碱金属盐、羧酸、碱金属氢氧化物、碱金属碳酸盐、碱金属碳酸氢盐、硼酸盐、及其混合物。
化学-机械抛光组合物任选地进一步包含一种或多种添加剂。说明性添加剂包括调理剂(conditioners)、酸(例如磺酸)、络合剂(例如阴离子聚合物络合剂)、螯合剂、杀生物剂、防垢剂、分散剂等。
杀生物剂当存在时可为任何合适的杀生物剂且可以任何合适的量存在于抛光组合物中。合适的杀生物剂为异噻唑啉酮杀生物剂。用于抛光组合物中的杀生物剂的量典型地为1至50ppm，优选10至20ppm。
将理解，作为酸、碱或盐(例如，有机羧酸、碱、和/或碱金属碳酸盐等)的抛光组合物的组分中的任意，当溶解于抛光组合物的水中时，可作为阳离子和阴离子以解离的形式存在。如本文中所述的存在于抛光组合物中的这样的化合物的量应理解为是指在抛光组合物的制备中使用的未解离的化合物的重量。
抛光组合物可通过任何合适的技术制造，其中的许多是本领域技术人员已知的。抛光组合物可以间歇或连续过程制备。通常，抛光组合物通过将抛光组合物的组分组合而制备。如本文中所使用的术语“组分”包括单独的成分(例如，氧化铈研磨剂、离子聚合物、任选的聚乙烯醇、任选的非离子聚合物、任选的pH调节剂、和/或任何任选的添加剂)以及成分(例如，氧化铈研磨剂、离子聚合物、任选的聚乙烯醇、任选的非离子聚合物等)的任何组合。
例如，抛光组合物可通过如下制备：(i)提供液体载体的全部或部分，(ii)使用用于制备如下分散体的任何合适的手段将氧化铈研磨剂、离子聚合物、任选的聚乙烯醇、任选的非离子聚合物、任选的pH调节剂、和/或任何任选的添加剂分散，(iii)在合适时调节分散体的pH，和(iv)任选地将合适的量的任何其它任选组分和/或添加剂添加至混合物中。
替代地，抛光组合物可通过如下制备：(i)以氧化铈浆料提供一种或多种组分(例如，液体载体、任选的聚乙烯醇、任选的非离子聚合物、任选的pH调节剂、和/或任何任选的添加剂)，(ii)以添加剂溶液提供一种或多种组分(例如液体载体、离子聚合物、任选的聚乙烯醇、任选的非离子聚合物、任选的pH调节剂、和/或任何任选的添加剂)，(iii)将氧化铈浆料与添加剂溶液组合以形成混合物，(iv)任选地向混合物中添加合适的量的任何其它任选的添加剂，和(v)在适当时调节混合物的pH。
抛光组合物可作为包含氧化铈研磨剂、离子聚合物、任选的聚乙烯醇、任选的非离子聚合物、任选的pH调节剂、和/或任何任选的添加剂、和水的单包装体系供应。替代地，本发明的抛光组合物作为包含氧化铈浆料和添加剂溶液的双包装体系供应，其中氧化铈浆料基本上由如下物质组成、或由如下物质组成：氧化铈研磨剂、任选的聚乙烯醇、任选的非离子聚合物、任选的pH调节剂、和/或任何任选的添加剂、和水，且其中添加剂溶液基本上由如下物质组成、或由如下物质组成：离子聚合物、任选的聚乙烯醇、任选的非离子聚合物、任选的pH调节剂、和/或任何任选的添加剂。双包装体系容许通过改变双包装即氧化铈浆料和添加剂溶液的共混比率来调节基材整体平化特性和抛光速度。
可采用多种方法来利用这样的双包装抛光体系。例如，氧化铈浆料和添加剂溶液可通过在供应管线的出口处结合和连接的不同的管道递送至抛光台。氧化铈浆料和添加剂溶液可在抛光前不久或即将抛光前混合，或者可同时供应于抛光台上。此外，当将两个包装混合时，可在需要时添加去离子水，以调节抛光组合物和所得基材抛光特性。
类似地，可与本发明结合使用三包装体系、四包装体系、或更多包装体系，其中多个容器各自含有本发明化学-机械抛光组合物的不同组分、一种或多种任选的组分、和/或一种或多种呈不同浓度的相同组分。
为了在使用点处或附近将两个或更多个储存装置中包含的组分混合产生抛光组合物，储存装置典型地被提供有一条或多条从各储存装置通向抛光组合物的使用点(例如，压板(platen)、抛光垫、或基材表面)的流动管线(flowline)。如本文中所利用的，术语“使用点”指的是抛光组合物在其处被施加至基材表面(例如，抛光垫或基材表面本身)的点。术语“流动管线”意指从单独的储存容器到储存于其中的组分的使用点的流动路径。所述流动管线可各自直接通向使用点，或者可将流动管线中的两条或更多条在任何点处组合成通向使用点的单一流动管线。此外，任意流动管线(例如，单独的流动管线或组合的流动管线)可首先通向一个或多个其它装置(例如，泵送装置、测量装置、混合装置等)，然后到达组分的使用点。
可将抛光组合物的组分独立地递送至使用点(例如，将组分递送至基材表面，所述组分在抛光过程期间在基材表面上混合)，或可在递送至使用点之前，例如在递送至使用点之前不久或在即将递送至使用点之前将组分中的一种或多种混合。如果组分在以混合形式添加到压板上之前5分钟或更短、例如在以混合形式添加到压板上之前4分钟或更短、3分钟或更短、2分钟或更短、1分钟或更短、45秒或更短、30秒或更短、10秒或更短、或与组分被递送于使用点处同时组合(例如，组分在分配器处组合)，则所述组分“在即将递送至使用点之前”组合。如果组分在使用点的5m范围内、例如在使用点的1m范围内、或甚至在使用点的10cm范围内(例如，在使用点的1cm范围内)组合，则所述组分也“在即将递送至使用点之前”组合。
当将抛光组合物的两种或更多种组分在到达使用点之前组合时，可将所述组分在流动管线中组合并在不使用混合装置的情况下将其递送至使用点。替代地，一条或多条流动管线可通向混合装置以促进所述组分的两种或更多种的组合。可使用任何合适的混合装置。例如，混合装置可为所述组分的两种或更多种流动通过其的喷嘴或喷射器(例如，高压喷嘴或喷射器)。替代地，混合装置可为容器型混合装置，其包含：一个或多个入口，抛光浆料的两种或更多种组分通过所述入口引入到混合器；和至少一个出口，经混合的组分通过所述出口离开混合器以直接或经由设备的其它元件(例如，经由一条或多条流动管线)递送至使用点。此外，混合装置可包含超过一个腔室，各腔室具有至少一个入口和至少一个出口，其中两种或更多种组分在各腔室中组合。如果使用容器型混合装置，则该混合装置优选包含用于进一步促进组分的组合的混合机构。混合机构是本领域中普遍知晓的，且包括搅拌器、掺和器、搅动器、叶片式折流板(paddledbaffles)、气体分布器(gassparger)、振动器等。
抛光组合物还可作为浓缩物提供，所述浓缩物意欲在使用之前用适当量的水进行稀释。在这样的实施方式中，抛光组合物浓缩物以使得在用适当量的水稀释浓缩物时，抛光组合物的各组分将以在上文针对各组分所列举的适当范围内的量存在于抛光组合物中的量包含抛光组合物的组分。例如，氧化铈研磨剂、离子聚合物、任选的聚乙烯醇、任选的非离子聚合物、任选的pH调节剂、和/或任何任选的添加剂可各自以为上文针对各组分所列举的浓度的2倍(例如，3倍、4倍或5倍)的量存在于浓缩物中，使得当用等体积的水(例如，分别2份等体积的水、3份等体积的水、或4份等体积的水)稀释浓缩物时，各组分将以在上文针对各组分所阐述的范围内的量存在于抛光组合物中。此外，如本领域普通技术人员将理解的，浓缩物可含有适当分数的存在于最终抛光组合物中的水，以确保氧化铈研磨剂、离子聚合物、任选的聚乙烯醇、任选的非离子聚合物、任选的pH调节剂、和/或任何任选的添加剂至少部分地或完全溶解于浓缩物中。
本发明还提供对基材进行化学-机械抛光的方法，其包括：(i)使基材与抛光垫和如本文中所描述的化学-机械抛光组合物接触，(ii)使抛光垫相对于基材移动，其间有化学-机械抛光组合物，和(iii)研磨基材的至少一部分以抛光基材。
化学-机械抛光组合物可用于抛光任何合适的基材且对于抛光包含至少一个由低介电材料构成的层(典型地为表面层)的基材是尤其有用的。合适的基材包括用于半导体工业的晶片。该晶片典型地包含例如金属、金属氧化物、金属氮化物、金属复合物、金属合金、低介电材料、或其组合，或者由例如金属、金属氧化物、金属氮化物、金属复合物、金属合金、低介电材料、或其组合组成。本发明的方法对于抛光包含氧化硅、氮化硅、和/或多晶硅(例如上述材料中的任意一种、两种或尤其是全部三种)的基材是尤其有用的。
在一些实施方式中，基材包含与氧化硅和/或氮化硅组合的多晶硅。多晶硅可为任何合适的多晶硅，其中的许多是本领域中已知的。多晶硅可具有任何合适的相，且可为非晶的、结晶的、或其组合。氧化硅类似地可为任何合适的氧化硅，其中的许多是本领域中已知的。合适类型的氧化硅包括但不限于硼磷硅玻璃(BPSG)、PETEOS、热氧化物、未掺杂的硅酸盐玻璃、和HDP氧化物。
当根据本发明的方法抛光包含氧化硅的基材时，本发明的化学-机械抛光组合物合乎需要地呈现高的移除速率。例如，当根据本发明的实施方式抛光包含高密度等离子体(HDP)氧化物和/或等离子体增强原硅酸四乙酯(PETEOS)和/或原硅酸四乙酯(TEOS)的硅晶片时，抛光组合物合乎需要地呈现/分钟或更高、/分钟或更高、/分钟或更高、/分钟或更高、/分钟或更高、/分钟或更高、/分钟或更高、/分钟或更高、/分钟或更高、/分钟或更高的氧化硅移除速率。在一种实施方式中，氧化硅的移除速率可为/分钟或更高、/分钟或更高、或/分钟或更高。
当根据本发明的方法抛光包含氮化硅的基材时，本发明的化学-机械抛光组合物合乎需要地呈现低的移除速率。例如，当根据本发明的实施方式抛光包含氮化硅的硅晶片时，抛光组合物合乎需要地呈现/分钟或更低、例如/分钟或更低、/分钟或更低、/分钟或更低、/分钟或更低、/分钟或更低、或甚至/分钟或更低的氮化硅移除速率。
当根据本发明的方法抛光包含多晶硅的基材时，本发明的化学-机械抛光组合物合乎需要地呈现低的移除速率。例如，当根据本发明的实施方式抛光包含多晶硅的硅晶片时，抛光组合物合乎需要地呈现/分钟或更低、/分钟或更低、/分钟或更低、/分钟或更低、/分钟或更低、/分钟或更低、/分钟或更低、/分钟或更低、或甚至/分钟或更低的多晶硅移除速率。
当抛光基材时，本发明的抛光组合物合乎需要地呈现少的颗粒缺陷，如通过合适的技术所测定的。在一种优选实施方式中，本发明的化学-机械抛光组合物包含促进低的缺陷率的湿法氧化铈。用本发明抛光组合物抛光的基材上的颗粒缺陷可通过任何合适的技术测定。例如，激光光散射技术(例如暗场法向光束复合物(DCN)和暗场倾斜光束复合物(DCO))可用于测定经抛光的基材上的颗粒缺陷。合适的用于评估颗粒缺陷率的仪器可得自例如KLA-Tencor(例如在120nm阈值下或在160nm阈值下操作的SURFSCANTMSP1仪器)。
经本发明抛光组合物抛光的基材(尤其是包含氧化硅和/或氮化硅和/或多晶硅的硅)合乎需要地具有20,000计数或更小、例如17,500计数或更小、15,000计数或更小、12,500计数或更小、3,500计数或更小、3,000计数或更小、2,500计数或更小、2,000计数或更小、1,500计数或更小、或1,000计数或更小的DCN值。优选地，根据本发明的实施方式抛光的基材具有750计数或更小、500计数、250计数、125计数、或甚至100计数或更小的DCN值。替代地，或另外，用本发明的化学-机械抛光组合物抛光的基材合乎需要地呈现少的刮痕，如通过合适的技术所测定的。例如，根据本发明的实施方式抛光的硅晶片合乎需要地具有250个或更少的刮痕、或125个或更少的刮痕，如通过本领域中已知的任何合适的方法所测定的。
本发明的化学-机械抛光组合物可被调整以在对具体的薄层材料有选择性的期望抛光范围提供有效的抛光，而同时使表面瑕疵、缺陷、腐蚀、侵蚀和终止层的移除最小(少)化。在一定程度上可通过改变抛光组合物的组分的相对浓度来控制选择性。当合乎需要时，本发明的化学-机械抛光组合物可用于以5:1或更高(例如，10:1或更高、15:1或更高、25:1或更高、50:1或更高、100:1或更高、或150:1或甚至更高)的二氧化硅对多晶硅抛光选择性抛光基材。此外，本发明的化学-机械抛光组合物可用于以2:1或更高(例如，4:1或更高、或6:1或更高)的氮化硅对多晶硅抛光选择性抛光基材。一些配制物可呈现甚至更高的二氧化硅对多晶硅选择性，例如20:1或更高、或甚至30:1或更高。在一个优选实施方式中，本发明的化学-机械抛光组合物同时提供二氧化硅相对于氮化硅的选择性抛光、以及二氧化硅相对于多晶硅的选择性抛光。
本发明的化学-机械抛光组合物和方法特别适合于与化学-机械抛光设备结合使用。典型地，所述设备包含：压板，其在使用时处于运动中并且具有由轨道、线性或圆周运动所产生的速度；抛光垫，其与该压板接触且在运动时随该压板移动；以及载体，其固持待通过如下进行抛光的基材：使该基材与该抛光垫的表面接触，并使该基材相对于该抛光垫的表面移动。该基材的抛光通过如下发生：将该基材放置成与该抛光垫和本发明的抛光组合物接触，且随后使该抛光垫相对于该基材移动，以研磨该基材的至少一部分以抛光该基材。
可使用任何合适的抛光垫(例如，抛光表面)以所述化学-机械抛光组合物对基材进行抛光。合适的抛光垫包括，例如，编织及非编织抛光垫。此外，合适的抛光垫可包含具有不同密度、硬度、厚度、可压缩性、压缩时的回弹能力和压缩模量的任何合适的聚合物。合适的聚合物包括，例如，聚氯乙烯、聚氟乙烯、尼龙、碳氟化合物、聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯酸酯、聚醚、聚乙烯、聚酰胺、聚氨酯、聚苯乙烯、聚丙烯、其共形成产物、及其混合物。软的聚氨酯抛光垫与本发明抛光方法结合是特别有用的。典型的垫包括但不限于SURFINTM000、SURFINTMSSW1、SPM3100(可得自例如EminessTechnologies)、POLITEXTM和FujiboPOLYPASTM27。特别优选的抛光垫为可得自CabotMicroelectronics的EPICTMD100垫。另一优选抛光垫为可得自Dow.Inc.的IC1010垫。
合乎需要地，该化学-机械抛光设备进一步包含原位抛光终点检测系统，其中的许多是本领域中已知的。通过分析从正被抛光的基材表面反射的光或其它辐射来检查和监控抛光过程的技术是本领域中已知的。这样的方法描述于例如美国专利5,196,353、美国专利5,433,651、美国专利5,609,511、美国专利5,643,046、美国专利5,658,183、美国专利5,730,642、美国专利5,838,447、美国专利5,872,633、美国专利5,893,796、美国专利5,949,927和美国专利5,964,643中。合乎需要地，对于正被抛光的基材的抛光过程的进度的检查或监控使得能够确定抛光终点，即，确定何时终止对于特定基材的抛光过程。
实施例
以下这些实施例进一步说明本发明，但当然无论如何不应解释为限制其范围。
以下缩写用在整个实施例中：移除速率(RR)；原硅酸四乙酯(TEOS)；氮化硅(SiN)；多晶硅(polySi)；分子量(MW)；和聚乙二醇(PEG)。
在以下实施例中，使用MIRRATM(AppliedMaterials,Inc.)或REFLEXIONTM(AppliedMaterials,Inc.)工具抛光如下基材：覆盖(涂覆)于硅上的TEOS氧化硅(由四乙氧基硅烷制备)、覆盖于硅上的HDP(高密度等离子体)氧化硅、覆盖于硅上的多晶硅、覆盖于硅上的氮化硅、和获自SilybInc.的图案化的晶片。所述图案化的晶片包含在经氧化硅覆盖的基材上的100μm氮化硅特征。对于所有组合物而言，IC1010TM抛光垫(RohmandHaasElectronicMaterials)以相同的抛光参数使用。标准Mirra抛光参数如下：IC1010TM垫，下压力＝20.68kPa(3psi)，头速度＝85rpm，压板速度＝100rpm，总的流速＝150mL/分钟。移除速率通过如下计算：使用光谱椭圆偏光法测量膜厚度，和从最初厚度减去最终厚度。
实施例1
该实施例展示聚乙二醇二羧酸对氧化硅移除速率以及氧化硅相对于氮化硅和多晶硅的选择性的影响。
用两种不同的抛光组合物即抛光组合物1A和1B抛光包含经TEOS覆盖的硅、经氮化硅覆盖的硅、和经多晶硅覆盖的硅的独立基材。所述抛光组合物各自在3.6的pH下含有在水中的0.4重量％的湿法氧化铈。抛光组合物1A(本发明)进一步含有0.1重量％的具有600的分子量的聚乙二醇二羧酸。抛光组合物1B(比较)进一步含有用聚乙二醇部分地酯化的聚丙烯酸。
抛光之后，测定氧化硅、氮化硅和多晶硅的移除速率，且计算氧化硅相对于氮化硅和多晶硅的选择性。对于抛光组合物1A所观测到的氧化硅移除速率相对于对于抛光组合物1B所观测到的移除速率表示。结果列于表1中。
表1
如从表1中所列的结果明晰的，含有聚乙二醇二羧酸的本发明抛光组合物呈现为含有作为用聚乙二醇部分地酯化的聚丙烯酸的离子聚合物的比较抛光组合物的约1.4倍的氧化硅移除速率、为该比较抛光组合物的约3.7倍的SiO/SiN选择性、和比该比较抛光组合物大15％的SiO/多晶硅选择性。
实施例2
该实施例展示聚乙二醇二羧酸对图案化的氮化硅基材的抛光中的氮化物损失和表面凹陷的影响。
用三种不同的抛光组合物即抛光组合物2A-2C抛光三个独立的图案化的基材，所述图案化的基材包含在经氧化硅覆盖的基材上的100μm氮化硅特征。所述抛光组合物各自在3.6的pH下含有在水中的0.4重量％的湿法氧化铈。抛光组合物2A(对照)不含任何聚合物。抛光组合物2B和2C(本发明)进一步含有分别具有3400和8000的分子量的聚乙二醇二羧酸。
抛光之后，测定氮化硅损失和表面凹陷。氮化硅损失和表面凹陷相对于对于抛光组合物2B所观测到的氮化硅损失和表面凹陷表示。结果列于表2中。
表2
| 抛光组合物 | 氮化硅损失 | 表面凹陷 |
| 2A(对照) | 30 | 1.9 |
| 2B(本发明) | 1.0 | 1 |
| 2C(本发明) | 1.1 | 1 |
如从表2中所列的结果明晰的，抛光组合物2B和2C中聚乙二醇二羧酸的存在导致的氮化硅损失为由不含聚乙二醇二羧酸的抛光组合物2A所呈现的氮化硅损失的约1/30。抛光组合物2B和2C呈现比由抛光组合物2A所呈现的小约50％的表面凹陷。
实施例3
该实施例将对于包含聚乙二醇二羧酸的抛光组合物所观测到的氧化硅移除速率以及氧化硅相对于氮化硅和多晶硅的选择性，与对于包含在聚合物主链中含有醚键的中性水溶性聚合物的抛光组合物所观测到的氧化硅移除速率以及氧化硅相对于氮化硅和多晶硅的选择性进行比较。
用四种不同的抛光组合物即抛光组合物3A-3D抛光包含经TEOS覆盖的硅、经氮化硅覆盖的硅、和经多晶硅覆盖的硅的独立的基材。所述抛光组合物各自在3.7的pH下含有在水中的0.4重量％的湿法氧化铈。抛光组合物3A(对照)不进一步包含任何聚合物。抛光组合物3B(本发明)进一步包含0.1重量％的具有600的分子量的聚乙二醇二羧酸。抛光组合物3C(比较)进一步包含0.1重量％的中性多醣(HECQP09L)。抛光组合物3D(比较)进一步包含0.1重量％的具有600的分子量的聚乙二醇。
抛光之后，测定氧化硅、氮化硅和多晶硅的移除速率，且计算氧化硅相对于氮化硅和多晶硅的选择性。对于抛光组合物3A、3C和3D所观测到的氧化硅移除速率相对于对于抛光组合物3B所观测到的移除速率表示。结果列于表3中。
表3
如从表3中所列的结果明晰的，本发明抛光组合物3B呈现为由对照抛光组合物所呈现的SiO移除速率的约72％的SiO移除速率，但呈现为由对照抛光组合物3A所呈现的约33倍高的SiO/SiN选择性和约1.4倍的SiO/多晶硅选择性。抛光组合物3B呈现为由含有中性聚乙二醇的抛光组合物3D所呈现的SiO移除速率的约63％的SiO移除速率，但与抛光组合物3D相比呈现约31倍高的SiO/SiN选择性同时呈现稍低的SiO/多晶硅选择性。此外，与由含有中性多醣的抛光组合物3C相比，抛光组合物3B呈现大致相同的SiO/SiN和SiO/多晶硅选择性，但呈现为由抛光组合物3C所呈现的约5倍的SiO移除速率。
实施例4
该实施例展示对于包含聚乙二醇二羧酸且进一步含有直链聚乙烯醇的抛光组合物所观测到的对氧化硅移除速率以及氧化硅相对于氮化硅和多晶硅的选择性的影响。
用四种不同的抛光组合物即抛光组合物4A-4D抛光包含经TEOS覆盖的硅和经氮化硅覆盖的硅的独立的基材。所述抛光组合物各自在3.7的pH下含有在水中的0.4重量％的湿法氧化铈和0.1重量％的具有600的分子量的聚乙二醇二羧酸。抛光组合物4A不进一步包含聚乙烯醇。抛光组合物4B进一步包含0.1重量％的具有在89,000-98,000范围内的分子量的聚乙烯醇。抛光组合物4C进一步包含0.1重量％的具有在13,000-18,000范围内的分子量的聚乙烯醇。抛光组合物4D进一步包含0.1重量％的具有在31,000-50,000范围内的分子量的聚乙烯醇。
抛光之后，测定氧化硅和氮化硅的移除速率，且计算氧化硅相对于氮化硅的选择性。对于抛光组合物4B-4D所观测到的氧化硅的移除速率相对于对于抛光组合物4A所观测到的移除速率表示。结果列于表4中。
表4
| 抛光组合物 | SiO相对移除速率 | SiO/SiN选择性 |
| 4A | 1.0 | 175 |
| 4B | 0.9 | 228 |
| 4C | 1.0 | 249 |
| 4D | 1.1 | 269 |
如从表4中所列的结果明晰的，对于抛光组合物，具有不同分子量的聚乙烯醇的使用未显著地影响SiO移除速率且维持高的SiO/SiN选择性。
实施例5
该实施例展示对于包含聚乙二醇二羧酸且进一步含有聚乙烯醇的抛光组合物所观测到的对表面凹陷的影响。
用四种不同的抛光组合物即如实施例4中所描述的抛光组合物4A-4D抛光四个独立的包含在经氧化硅覆盖的基材上的100μm氮化硅特征的图案化的基材。
抛光之后，测定表面凹陷。对于抛光组合物4B-4D所观测到的表面凹陷相对于对于抛光组合物4A所观测到的表面凹陷表示。结果列于表5中。
表5
| 抛光组合物 | 表面凹陷 |
| 4A | 1 |
| 4B | 0.53 |
| 4C | 0.68 |
| 4D | 0.84 |
如从表5中所列的结果明晰的，当用于抛光包含在经氧化硅覆盖的基材上的100μm氮化硅特征的图案化的基材时，包含聚乙二醇二羧酸且进一步包含聚乙烯基醇的抛光组合物4B-4D与不进一步包含聚乙烯醇的抛光组合物4A相比呈现减少的表面凹陷，其中包含具有89,000-98,000的分子量范围的聚乙烯醇的抛光组合物4B与抛光组合物4A相比呈现约50％的表面凹陷减少。
实施例6
该实施例展示对于包含聚乙二醇二羧酸且进一步含有支化聚乙烯醇的抛光组合物所观测到的对氧化硅移除速率以及氧化硅相对于氮化硅选择性的影响。
用五种不同的抛光组合物即抛光组合物6A-6E抛光包含经TEOS覆盖的硅和经氮化硅覆盖的硅的独立的基材。所述抛光组合物各自在3.7的pH下含有在水中的0.4重量％的湿法氧化铈和0.1重量％的具有600的分子量的聚乙二醇二羧酸。抛光组合物6A进一步包含0.1重量％的具有31,000-50,000的分子量范围的直链聚乙烯醇。抛光组合物6B-6E进一步分别包含0.1重量％的支化聚乙烯醇OKS-8035、OKS-1009、OKS-8041和OKS-1083(NipponSyntheticChemicalIndustryCo.,Ltd.,Osaka,Japan)。
抛光之后，测定氧化硅和氮化硅的移除速率，且计算氧化硅相对于氮化硅的选择性。对于抛光组合物6B-6E所观测到的氧化硅的移除速率相对于对于抛光组合物6A所观测到的移除速率表示。结果列于表6中。
表6
如从表6中所列的结果明晰的，含有支化聚乙烯醇的抛光组合物6B-6E呈现与由含有直链聚乙烯醇的抛光组合物6A所呈现的氧化硅移除速率相当的氧化硅移除速率。抛光组合物6B-6E呈现高的SiO/SiN选择性，其中抛光组合物6E呈现为由抛光组合物6A所呈现的SiO/SiN选择性的约1.4倍的SiO/SiN选择性。
实施例7
该实施例展示对于包含聚乙二醇二羧酸且进一步含有支化聚乙烯醇的抛光组合物所观测到的对表面凹陷和氮化物损失的影响。
用五种不同的抛光组合物即如实施例6中所描述的抛光组合物6A-6E抛光包含在经氧化硅覆盖的基材上的100μm氮化硅特征的独立的图案化的基材。抛光之后，测定氮化硅损失和表面凹陷。对于抛光组合物6B-6E所观测到的氮化硅损失和表面凹陷相对于对于抛光组合物6A所观测到的氮化硅损失和表面凹陷表示。结果列于表7中。
表7
| 抛光组合物 | 聚乙烯醇 | 表面凹陷 | 氮化物损失 |
| 6A | 直链 | 1.0 | 1.0 |
| 6B | OKS-8035 | 1.60 | 1.4 |
| 6C | OKS-1009 | 0.94 | 0.8 |
| 6D | OKS-8041 | 1.4 | 1.9 |
| 6E | OKS-1083 | 1.0 | 1.0 |
如从表7中所列的结果明晰的，含有支化聚乙烯醇OKS-1009的抛光组合物6C呈现为由抛光组合物6A所呈现的约80％的氮化物损失和约94％的表面凹陷。
实施例8
该实施例展示聚乙二醇二羧酸的分子量对包含其的抛光组合物的氧化硅移除速率以及氧化硅相对于氮化硅的选择性的影响。
用三种不同的抛光组合物即抛光组合物8A-8C抛光包含经TEOS覆盖的硅和经氮化硅覆盖的硅的独立的基材。所述抛光组合物各自在3.7的pH下含有在水中的0.4重量％的湿法氧化铈和0.1重量％的聚乙二醇二羧酸。抛光组合物8A-8C分别包含具有250、600和8000的分子量的聚乙二醇二羧酸。
抛光之后，测定氧化硅和氮化硅的移除速率，且计算氧化硅相对于氮化硅的选择性。对于抛光组合物8A和8C所观测到的氧化硅的移除速率相对于对于抛光组合物8B所观测到的移除速率表示。结果列于表8中。
表8
如从表8中所列的结果明晰的，分别包含具有600和8000的分子量的聚乙二醇二羧酸的抛光组合物8B和8C呈现为由包含具有250的分子量的聚乙二醇二羧酸的抛光组合物8A所呈现的氧化硅移除速率和SiO/SiN选择性的约三倍的氧化硅移除速率和约五倍的SiO/SiN选择性。
实施例9
该实施例展示有机酸和非离子聚合物对由包含湿法氧化铈和聚乙二醇二羧酸的抛光组合物所呈现的氧化硅移除速率以及氧化硅相对于氮化硅的选择性的影响。
用三种不同的抛光组合物即抛光组合物9A-9C抛光包含经TEOS覆盖的硅和经氮化硅覆盖的硅的独立的基材。所述抛光组合物各自在3.7的pH下含有在水中的0.4重量％的湿法氧化铈和0.1重量％的聚乙二醇二羧酸，且进一步含有不同量的吡啶甲酸(即，有机酸)和具有8000的分子量的聚乙二醇。
抛光之后，测定氧化硅和氮化硅的移除速率，且计算氧化硅相对于氮化硅的选择性。对于抛光组合物9B和9C所观测到的氧化硅的移除速率相对于对于抛光组合物9A所观测到的移除速率表示。结果列于表9中。
表9
如从表9中所列的结果明晰的，抛光组合物9A-9C呈现相当的氧化硅移除速率和约200的高的SiO/SiN选择性。
实施例10
该实施例展示有机酸和非离子聚合物对如下的影响：与包含湿法氧化铈和作为丙烯酸-2-丙烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸共聚物的离子聚合物的抛光组合物相比，由包含湿法氧化铈和聚乙二醇二羧酸的抛光组合物所呈现的氧化硅移除速率以及氧化硅相对于氮化硅的选择性。
用四种不同的抛光组合物即抛光组合物10A-10D抛光包含经TEOS覆盖的硅和经氮化硅覆盖的独立的基材。抛光组合物10A(本发明)在4的pH下含有在水中的0.4重量％的湿法氧化铈和0.1重量％的具有600的分子量的聚乙二醇二羧酸。抛光组合物10B(比较)在4的pH下含有在水中的0.4重量％的湿法氧化铈和0.1重量％的丙烯酸-2-丙烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸共聚物。抛光组合物10C(本发明)在4的pH下含有在水中的0.27重量％的湿法氧化铈、0.07重量％的具有600的分子量的聚乙二醇二羧酸、和0.07重量％的具有89,000-98,000的分子量范围的聚乙烯醇。抛光组合物10D(比较)在7的pH下含有在水中的0.27重量％的湿法氧化铈和0.07重量％的丙烯酸-2-丙烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸共聚物。
抛光之后，测定氧化硅和氮化硅的移除速率，且计算氧化硅相对于氮化硅的选择性。对于抛光组合物10B-10D所观测到的氧化硅的移除速率相对于对于抛光组合物10A所观测到的移除速率表示。结果列于表10中。
表10
| 抛光组合物 | SiO相对移除速率 | SiO/SiN选择性 |
| 10A(本发明) | 1.0 | 203 |
| 10B(比较) | 0.16 | 6 |
| 10C(本发明) | 1.0 | 171 |
| 10D(比较) | 0.49 | 29 |
如从表10中所列的结果明晰的，抛光组合物10A呈现为抛光组合物10B的约6.4倍的氧化硅移除速率和约34倍的SiO/SiN选择性。含有为抛光组合物10B的约三分之二的湿法氧化铈但相对于4的pH具有7的pH的抛光组合物10D呈现为抛光组合物10B的约2.4倍的氧化硅移除速率和约4.8倍的SiO/SiN选择性。但是，在3.5的pH下的含有0.27重量％的湿法氧化铈、聚乙烯醇、和聚乙二醇二羧酸的抛光组合物10C呈现与含有0.4重量％的湿法氧化铈的抛光组合物10A大致相同的氧化硅移除速率和仅比抛光组合物10A稍低的SiO/SiN选择性。
实施例11
该实施例展示对于包含聚乙二醇二羧酸且进一步含有中性聚合物的抛光组合物所观测到的对表面凹陷和氮化物损失的影响。
用三种不同的抛光组合物(即，含有中性非离子聚合物的抛光组合物11A和11B、以及作为本发明组合物，但不含有所添加的中性非离子聚合物的抛光组合物11C)抛光包含在经氧化硅覆盖的基材上的100μm氮化硅特征的独立的图案化的基材。所述抛光组合物各自在3.5的pH下包含在水中的0.4重量％的湿法氧化铈和0.1重量％的具有600的分子量的聚乙二醇二羧酸。抛光组合物11A和11B两者均进一步包含非离子聚合物。抛光组合物11A进一步包含具有89,000-98,000的分子量范围的聚乙烯醇。组合物11B进一步包含具有8000的分子量的聚乙二醇。
抛光之后，测定氮化硅损失和表面凹陷。对于抛光组合物11A和11B所观测到的氮化硅损失和表面凹陷相对于对于抛光组合物11C所观测到的氮化硅损失和表面凹陷表示。结果列于表11中。
表11
| 抛光组合物 | 氮化硅损失 | 表面凹陷 |
| 11A | 0.75 | 0.3 |
| 11B | 1.05 | 0.75 |
| 11C(对照) | 1 | 1 |
如从表11中所列的结果明晰的，包含聚乙烯醇的抛光组合物11A呈现为由不含非离子聚合物的抛光组合物11C所呈现的氮化硅损失和表面凹陷的约75％和31％的氮化硅损失和表面凹陷。包含聚乙二醇的抛光组合物11B呈现与由抛光组合物11C所呈现的大致相同的氮化硅损失但约75％的表面凹陷。
将本文中引用的所有参考文献(包括出版物、专利申请和专利)特此通过参考引入，其参考程度如同每一篇参考文献被单独地和具体地说明以通过参考引入且在本文中被全部地阐述一样。
在描述本发明的范围中(尤其是在下列权利要求的范围中)使用术语“一个(种)(a,an)”和“所述(该，the)”以及类似指示物将被解释为涵盖单数和复数两者，除非在本文中另外说明或与上下文明显矛盾。术语“包含”、“具有”、“包括”和“含有”将被解释为开放式术语(即，意味着“包括，但不限于”)，除非另外说明。本文中数值范围的列举仅仅意图用作单独提及落在该范围内的每个独立值的简写方法，除非在本文中另外说明，且在说明书中引入每个独立的值，就如同其在本文中被单独地列举一样。本文中描述的所有方法可以任何合适的顺序进行，除非在本文中另外说明或与上下文明显矛盾。本文中提供的任何和所有实施方式、或示例性语言(例如，“如”)的使用仅用来更好地说明本发明，而不是对本发明的范围加以限制，除非另外说明。本说明书中没有语言应被解释为将任何非要求保护的要素指明为对于本发明的实践所必需的。
本文中描述了本发明的优选实施方式，包括本发明人已知的用于实施本发明的最佳模式。在阅读上述描述后，那些优选实施方式的变型对于本领域普通技术人员可变得明晰。本发明人希望熟练技术人员在适当时采用这样的变型，且本发明人意图让本发明用不同于本文中具体描述的方式进行实践。因此，本发明包括如由适用的法律所允许的附于此的权利要求书中所叙述的主题的所有变型和等同物。此外，上述要素的以其所有可能的变型的任何组合被本发明所涵盖，除非在本文中另外说明或相反与上下文明显矛盾。
Claims (23)
1.化学-机械抛光组合物，其包含：
(a)氧化铈研磨剂，
(b)式I的离子聚合物：
其中X1和X2独立地选自氢、-OH、和-COOH，且其中X1和X2中的至少一个为-COOH，
Z1和Z2独立地为O或S，
R1、R2、R3和R4独立地选自氢、C1-C6烷基、和C7-C10芳基，且
n为3至500的整数，和
(c)水，
其中该抛光组合物具有1至4.5的pH。
2.权利要求1的抛光组合物，其中X1和X2两者均为-COOH。
3.权利要求2的抛光组合物，其中Z1和Z2两者均为O，且R1、R2、R3和R4为氢。
4.权利要求1的抛光组合物，其中该离子聚合物具有500道尔顿至10,000道尔顿的分子量，且其中n为具有8或更大的值的整数。
5.权利要求1的抛光组合物，其中该离子聚合物以该抛光组合物的0.01重量％至0.5重量％的量存在。
6.权利要求1的抛光组合物，其中该氧化铈研磨剂为湿法氧化铈研磨剂。
7.权利要求6的抛光组合物，其中该湿法氧化铈研磨剂以该抛光组合物的0.05重量％至1重量％的量存在。
8.权利要求1的抛光组合物，其中该抛光组合物进一步包含聚乙烯醇。
9.权利要求8的抛光组合物，其中该聚乙烯醇具有20,000道尔顿至200,000道尔顿的分子量。
10.权利要求8的抛光组合物，其中该聚乙烯醇为支化聚乙烯醇。
11.对基材进行化学-机械抛光的方法，其包括：
(i)使基材与抛光垫和化学-机械抛光组合物接触，该化学-机械抛光组合物包含：
(a)氧化铈研磨剂，
(b)式I的离子聚合物：
其中X1和X2独立地选自氢、-OH、和-COOH，
Z1和Z2独立地为O或S，
R1、R2、R3和R4独立地选自氢、C1-C6烷基、和C7-C10芳基，且
n为3至500的整数，和
(c)水，
其中该抛光组合物具有1至4.5的pH，
(ii)使该抛光垫和该化学-机械抛光组合物相对于该基材移动，和
(iii)研磨该基材的至少一部分以抛光该基材。
12.权利要求11的方法，其中X1和X2两者均为-COOH。
13.权利要求12的方法，其中Z1和Z2两者均为O，且R1、R2、R3和R4为氢。
14.权利要求11的方法，其中该离子聚合物具有500道尔顿至10,000道尔顿的分子量，且其中n为具有8或更大的值的整数。
15.权利要求11的方法，其中该离子聚合物以该抛光组合物的0.01重量％至0.5重量％的量存在。
16.权利要求11的方法，其中该氧化铈研磨剂为湿法氧化铈研磨剂。
17.权利要求16的方法，其中该湿法氧化铈研磨剂以该抛光组合物的0.1重量％至1重量％的量存在。
18.权利要求11的方法，其中该抛光组合物进一步包含聚乙烯醇。
19.权利要求18的方法，其中该聚乙烯醇具有20,000道尔顿至200,000道尔顿的分子量。
20.权利要求18的方法，其中该聚乙烯醇为支化聚乙烯醇。
21.权利要求11的方法，其中该基材包含氧化硅，且其中研磨该氧化硅的至少一部分以抛光该基材。
22.权利要求21的方法，其中该基材进一步包含氮化硅，且其中研磨该氮化硅的至少一部分以抛光该基材。
23.权利要求21的方法，其中该基材进一步包含多晶硅，且其中研磨该多晶硅的至少一部分以抛光该基材。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: Illinois, USA Patentee after: CMC Materials Co.,Ltd. Address before: Illinois, USA Patentee before: Cabot Microelectronics Corp. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: Illinois, America Patentee after: CMC Materials Co.,Ltd. Address before: Illinois, America Patentee before: CMC Materials Co.,Ltd. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |