CN105829487B - 用于选择性地抛光基材的湿法铈土组合物、以及与其相关的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了化学机械抛光组合物以及抛光基材的方法。所述抛光组合物包含：湿法铈土研磨剂颗粒(例如120纳米或更低)；至少一种醇胺；至少一种具有至少一个亲水性部分和至少一个疏水性部分的表面活性剂，该表面活性剂具有1,000的分子量；以及水，其中所述抛光组合物具有6的pH值。所述抛光组合物可用于，例如，抛光任何适宜的基材，例如半导体工业中所用的多晶硅晶片。

Description

用于选择性地抛光基材的湿法铈土组合物、以及与其相关的 方法
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剂材料，且通过使表面与饱含该抛光组合物的抛光垫接触而施加至表面。典型的研磨剂材料包括二氧化硅、铈氧化物、铝氧化物、锆氧化物、及锡氧化物。抛光组合物典型地与抛光垫(例如抛光布或抛光盘)共同使用。不同于悬浮于抛光组合物中或者除了悬浮于抛光组合物中以外，研磨剂材料可结合到抛光垫内。
浅沟槽隔离(STI)法是用于隔离半导体器件的元件的方法。在STI法中，在硅基材上形成多晶硅层，经由蚀刻或光蚀刻法形成浅沟槽，且沉积介电层(例如氧化物)以填充沟槽。由于以此方式形成的沟槽或线路的深度的变化，典型地必须在基材的顶部上沉积过量的介电材料，以确保所有沟槽的完全填充。
然后，典型地通过化学机械平坦化方法除去过量的介电材料，以暴露出多晶硅层。当暴露出多晶硅层时，基材暴露于化学机械抛光组合物的最大区域包含多晶硅，所述多晶硅必须随后被抛光以实现高度平坦且均匀的表面。因此，多晶硅层已经在化学机械平坦化过程期间用作停蚀层(stopping layer)，因为一旦暴露出多晶硅层，整体抛光速率发生降低。
STI基材典型地使用常规的抛光组合物进行抛光。然而，已观察到，使用常规的抛光组合物抛光STI基材会导致基材表面的过度抛光或者在STI特征中形成凹陷及其它形貌(topographical)缺陷，例如在基材表面上的微刮痕。此外，基材的过度抛光可能导致氧化物的损失以及下层氧化物的暴露，从而由抛光或化学活性而造成损害，这有害地影响器件的品质和性能。
仍需要在基材(例如半导体、尤其是多晶硅基材)的抛光和平坦化期间展示出期望的平坦化效率、均匀性、及移除速率且在抛光和平坦化期间使缺陷率(例如表面不完整性以及对下层结构和形貌的损害)最小化的抛光组合物和抛光方法。本发明提供这样的抛光组合物及方法。由在此提供的本发明说明书，本发明的这些与其它优点及其它发明特征将变得明晰。
发明内容
在一个方面中，本发明提供一种化学机械抛光组合物，其包含以下物质、基本上由以下物质组成、或者由以下物质组成：(a)具有120纳米或更低的平均粒径的湿法铈土(ceria)研磨剂颗粒；(b)至少一种醇胺；(c)至少一种具有至少一个亲水性部分和至少一个疏水性部分的表面活性剂，该表面活性剂具有1,000或更高的分子量；以及(d)水，其中该抛光组合物具有6或更高的pH值。
在另一个方面中，本发明提供一种抛光基材的方法。该方法包括使基材与抛光垫及抛光组合物接触，该抛光组合物包含：(a)具有120纳米或更低的平均粒径的湿法铈土研磨剂颗粒；(b)至少一种醇胺；(c)至少一种具有至少一个亲水性部分和至少一个疏水性部分的表面活性剂，该表面活性剂具有1,000或更高的分子量；以及(d)水，其中该抛光组合物具有6或更高的pH值。
附图说明
图1是本文实施例1的抛光组合物(X轴)的原硅酸四乙酯(TEOS)、高密度等离子体(HDP)、及多晶硅移除速率(Y轴)的柱状图。
图2是本文实施例1的抛光组合物在50％密度下的间距长度(pitch length)(X轴)对凹陷(Y轴)的线形图。
图3是本文实施例1的抛光组合物(X轴)的总多晶硅损失(Y轴)的箱形图。
图4是本文实施例1的抛光组合物(X轴)的总刮痕(Y轴)的箱形图。
具体实施方式
本发明的实施方式提供一种化学机械抛光组合物，其包含以下物质、由以下物质组成、或者基本上由以下物质组成：(a)具有120纳米或更低的平均粒径的湿法铈土研磨剂颗粒；(b)一种或多种醇胺；(c)至少一种具有至少一个亲水性部分和至少一个疏水性部分的表面活性剂，该表面活性剂具有1,000或更高的分子量；以及(d)水，其中该抛光组合物具有6或更高的pH值。这样的抛光组合物呈浆料形式且可用于抛光表面，例如，使用包括抛光垫在内的适宜的化学机械抛光(CMP)设备抛光机械性能弱的表面(例如多晶硅)，如本文所述的那样。
在一些实施方式中，所述抛光组合物实现介电层(例如氧化物)的高移除速率。另外，在一些实施方式中，所述抛光组合物实现多晶硅和/或硅氮化物的低移除速率。另外，在一些实施方式中，所述抛光组合物实现介电层的高移除速率且同时实现多晶硅和/或硅氮化物的低移除速率。另外，在一些实施方式中，所述抛光组合物展示出在介电层沟槽内的低的凹陷(dishing)。本文所用的术语“凹陷”是指在填充有介电层的沟槽中形成凹坑的程度。凹陷通过获取经介电填充的沟槽与相邻特征(例如多晶硅特征)之间的高度差来进行测量。凹陷可通过本领域技术人员已知的椭圆光度法进行测量。另外，在一些实施方式中，所述抛光组合物展示出在基材上所存在的材料的损失方面的均匀性。本文所用的术语“均匀性”是指来自基材特定区域(例如基材的边缘、中部、中心)的基材上材料总损失的度量，且比较来自各区域的测量结果，其中，越接近的值对应于越大的均匀性。此外，在一些实施方式中，所述抛光组合物于正在抛光的基材上实现低的缺陷率。本文所用的术语“缺陷率”是指用抛光组合物抛光后基材上所存在的缺陷(例如，刮痕)的计数。缺陷率可通过本领域技术人员已知的扫描电子显微法测量。
所述化学机械抛光组合物包含铈土(ceria)研磨剂。如本领域普通技术人员所知的，铈土是稀土金属铈的氧化物且亦被称为“铈的氧化物(ceric oxide)”、“铈氧化物(cerium oxide)(例如铈(IV)氧化物)”、或“二氧化铈(cerium dioxide)”。铈(IV)氧化物(CeO2)可通过煅烧草酸铈或氢氧化铈而形成。铈还形成铈(III)氧化物，例如，Ce2O3。铈土研磨剂可为这些或其它铈土氧化物中的任意一种或多种。
铈土研磨剂可为任何适宜的类型。优选地，铈土研磨剂为湿法铈土。本文所用“湿法”铈土是指通过沉淀、缩聚、或类似过程而制备的铈土(不同于，例如，热解或火成的铈土)。举例而言，在一些实施方式中，湿法铈土通过沉淀含铈的前体而形成，经由调节pH及压力来控制沉淀，以实现受控的粒径。因此，通过以该方式控制颗粒的生长，湿法技术相比干法技术可产生更小的颗粒，在干法技术中，典型地使用煅烧工艺对来自含铈土的前体的铈氧化物实施干燥与退火，以实现所期望的结晶度。
典型地，已经发现，包含湿法铈土研磨剂的本发明抛光组合物当用于根据本发明的方法抛光基材时，展示出较少的缺陷。不期望受具体理论的限制，据信湿法铈土包含基本上球形的铈土颗粒和/或较小的铈土颗粒，由此当用于本发明的方法中时产生较低的基材缺陷率。进一步地，相信，本文所述的湿法铈土颗粒将以较低的动量及能量接触基材(例如晶片)，由此减少缺陷(例如刮痕)的频率与尺寸。示例性的湿法铈土为可从Rhodia,Cranbury,New Jersey商购获得的HC-60TM铈土。
对于非球形颗粒，颗粒的尺寸是包围该颗粒的最小球体的直径。本文所用的未经修饰的短语“粒径”可指初级颗粒和次级颗粒之一或这两者。初级颗粒是指分散于水性载体(例如水)中的那些单独的铈土颗粒，而次级颗粒是指在水中融合在一起的单个铈土颗粒的聚集体。粒径可使用任何适宜的技术量测，举例而言，使用本领域技术人员已知的激光衍射技术。
铈土研磨剂颗粒可具有150纳米或更低的任何适宜的平均粒径。举例而言，铈土研磨剂颗粒可具有150纳米或更低，例如140纳米或更低、130纳米或更低、115纳米或更低、110纳米或更低、100纳米或更低、90纳米或更低、80纳米或更低、70纳米或更低、60纳米或更低、50纳米或更低、40纳米或更低、30纳米或更低、20纳米或更低、10纳米或更低、5纳米或更低、3纳米或更低、2纳米或更低、1纳米或更低、或0.1纳米或更低的平均粒径。各个上述端点可具有下限，例如从0.1纳米至150纳米，若在数值上合适，例如下限为0.1纳米、1纳米、2纳米、3纳米、4纳米、5纳米、6纳米、7纳米、10纳米、20纳米、30纳米、50纳米、70纳米、100纳米、110纳米、120纳米、130纳米、140纳米、或150纳米。举例而言，铈土研磨剂颗粒可具有0.1纳米至150纳米，例如10纳米至120纳米、50纳米至70纳米、40纳米至80纳米、7纳米至90纳米、5纳米至30纳米、或20纳米至110纳米等的平均粒径。优选地，铈土研磨剂颗粒具有120纳米或更低的平均粒径。
在一些实施方式中，研磨剂颗粒可具有85纳米或更低的平均初级粒径。铈土研磨剂颗粒可具有85纳米或更低的任何适宜的平均初级粒径，例如80纳米或更低、75纳米或更低、65纳米或更低、60纳米或更低、55纳米或更低、50纳米或更低、45纳米或更低、40纳米或更低、30纳米或更低、20纳米或更低、10纳米或更低、5纳米或更低、3纳米或更低、1纳米或更低、或0.1纳米或更低。各个上述端点可具有下限，例如从0.1纳米至85纳米，若数值上合适，例如下限为0.1纳米、1纳米、2纳米、3纳米、4纳米、5纳米、6纳米、7纳米、10纳米、12纳米、15纳米、20纳米、30纳米、40纳米、50纳米或65纳米。举例而言，铈土研磨剂颗粒可具有0.1纳米至85纳米的平均初级粒径，例如10纳米至30纳米、5纳米至50纳米、3纳米至45纳米、40纳米至55纳米、12纳米至20纳米、或15纳米至65纳米。优选地，铈土研磨剂颗粒具有65纳米或更低的平均初级粒径。
铈土研磨剂颗粒可具有150纳米或更低的任何适宜的平均次级粒径。举例而言，铈土研磨剂颗粒可具有150纳米或更低的平均次级粒径，例如140纳米或更低、130纳米或更低、115纳米或更低、110纳米或更低、或100纳米或更低。各个上述端点可具有下限，例如从0.1纳米至150纳米，若数值上合适，例如下限为70纳米、80纳米、90纳米、100纳米、110纳米、120纳米、130纳米、140纳米、或150纳米。举例而言，铈土研磨剂颗粒可具有100纳米至150纳米的平均次级粒径，例如110纳米至140纳米、或120纳米至130纳米。优选地，铈土研磨剂颗粒具有120纳米或更低的平均次级粒径。
根据一些实施方式，铈土研磨剂颗粒在抛光组合物中是基本上无聚集的。聚集在抛光组合物中产生较大的粒径，因而，在基材表面用抛光组合物抛光时产生较高的冲击碰撞。因此，聚集可造成基材表面上较高的缺陷率。本文所用的短语“基本上无”意指零聚集或无关紧要量的聚集。无关紧要量的聚集可为，例如，抛光组合物中的全部铈土颗粒的1重量％或更低，例如，0.5重量％或更低、0.1重量％或更低、0.01重量％或更低、0.001重量％或更低、或0.0001重量％或更低。
优选地，铈土颗粒在本发明的抛光组合物中是胶体稳定的。术语胶体指的是研磨剂颗粒在液体载体中的悬浮液。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)，则认为铈土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，且最优选地小于或等于0.1。
铈土研磨剂颗粒能够以任何适宜的量存在于抛光组合物中。若本发明的抛光组合物包含过少的铈土研磨剂，则组合物不会展示出足够的移除速率。相反，若抛光组合物包含过多的铈土研磨剂，则抛光组合物可能展现出不合乎期望的抛光性能和/或可能不具有成本效益和/或可能缺乏稳定性。有利的是，在一些实施方式中，相比于经常超过10-12重量％固体的常规体系，铈土研磨剂颗粒以更低的固体浓度存在。根据本发明的实施方式，使用更低量的铈土研磨剂颗粒可产生更低的缺陷率以及显著的成本节约。
举例而言，铈土研磨剂颗粒可以0.0005重量％或更高，例如，0.001重量％或更高、0.0005重量％或更高、0.01重量％或更高、0.05重量％或更高、0.1重量％或更高、或0.5重量％或更高的浓度存在。可选择地，或者此外，铈土研磨剂颗粒可以10重量％或更低，例如，9重量％或更低、8重量％或更低、7重量％或更低、5重量％或更低、3重量％或更低、2重量％或更低、或1重量％或更低的浓度存在于抛光组合物中。因此，所述抛光组合物可以包含浓度在由上述端点中的任意两个所界定的范围内的铈土研磨剂颗粒。举例而言，铈土研磨剂颗粒可以0.005重量％至10重量％，例如，0.1重量％至1重量％、0.01重量％至3重量％、0.005重量％至7重量％、0.05重量％至9重量％、0.5重量％至8重量％、或0.001重量％至5重量％的浓度存在。优选地，铈土研磨剂颗粒以0.001重量％至2重量％的浓度存在于抛光组合物中。在一些实施方式中，铈土研磨剂颗粒以1重量％或更低，例如，0.1重量％至1重量％，如0.1重量％至0.7重量％、0.1重量％至0.5重量％、0.1重量％至0.3重量％(例如0.2重量％)的量存在。
在一些实施方式中，抛光组合物中包括醇胺，用以改变所抛光基材的表面特性，以便使基材表面更易于接受与研磨剂颗粒的相互作用。抛光组合物的pH在决定抛光组合物与所抛光基材的表面之间的相互作用方面扮演重要角色。醇胺包含在一些实施方式中，以协助将抛光组合物的pH提高到至少约6、7或更高的pH(例如6至11的pH)，而不会使铈土研磨剂颗粒不稳定。就此而言，天然铈土颗粒可具有较低的pH(例如4)，且醇胺可在抛光组合物中起主要pH调节剂的作用，以防止在pH 6下的呈聚集颗粒形式的颗粒生长，所述聚集颗粒会从溶液中析出。因此，醇胺的存在可以降低原本在pH 6下可能会发生的铈土研磨剂颗粒的聚集及其沉淀的发生。
所述抛光组合物的pH可为至少6或更高的任何适宜pH，例如6.5或更高、7或更高、7.5或更高、8或更高、8.5或更高、9或更高、9.5或更高、或10或更高。另外，所述抛光组合物的pH可为14或更低，例如13.5或更低、13或更低、12.5或更低、12或更低、11.5或更低、11或更低、10.5或更低、10或更低、9.5或更低、9或更低、8.5或更低、或8或更低。因此，所述抛光组合物的pH可在由任意上述端点所界定的范围内。举例而言，所述抛光组合物的pH可为6至14，例如，6至10、6至8、6至7、7至14、7至10、或8至12。
为了使醇胺与基材在该pH范围内相互作用，在一些实施方式中，醇胺合乎期望地带有pKa(在水中)为7至11、例如7.5至10、例如8至9的官能团，例如，使醇胺在水中起到碱的作用。在一些实施方式中，醇胺具有为6至10、例如7.5至9、例如6.5至7的等电点(pKi，亦称为pI)。
所述醇胺可为任何适宜的醇胺。优选地，所述醇胺为2-二甲基氨基-2-甲基丙醇(DMAMP)、三乙醇胺、二乙醇胺、乙醇胺、2-氨基-2-2甲基-1,3-丙二醇、Bis-Tris(双(2-羟基乙基)氨基-三(羟基甲基)甲烷)、Tris(三(羟基甲基)氨基甲烷)、其共形成的产物、或者它们的组合。
醇胺可以任何适宜的浓度存在。举例而言，醇胺可以0.0005重量％或更高，例如，0.005重量％或更高、0.01重量％或更高、0.05重量％或更高、0.1重量％或更高、或0.5重量％或更高的浓度存在。可选择地，或者此外，醇胺可以5重量％或更低，例如，4重量％或更低、3重量％或更低、2重量％或更低、或1重量％或更低的浓度存在于抛光组合物中。因此，醇胺可以由上述端点中的任意两个所界定的范围内的浓度存在于抛光组合物中。举例而言，醇胺可以0.005重量％至5重量％，例如，0.01重量％至3重量％、0.1重量％至2重量％、0.005重量％至4重量％、或0.05重量％至1重量％的浓度存在。优选地，醇胺是以0.001重量％至1重量％的浓度存在于抛光组合物中。
抛光组合物的pH可通过任何适宜的手段实现和/或维持。更具体而言，抛光组合物可进一步包含次要的pH调节剂，所述次要的pH调节剂可单独使用或者与醇胺、pH缓冲剂、或者它们的组合共同使用。所述次要的pH调节剂可为任何适宜的pH调节化合物，例如任何适宜的酸。典型地，所述酸为乙酸、硝酸、磷酸、草酸、及其组合。优选地，所述酸为硝酸。可选择地，所述次要的pH调节剂可为碱。所述碱可为任何适宜的碱。典型地，所述碱为氢氧化钾、氢氧化铵、及其组合。所述pH缓冲剂可为任何适宜的缓冲剂。举例而言，所述pH缓冲剂可为磷酸盐、硫酸盐、乙酸盐、硼酸盐、铵盐等。抛光组合物可包含任何适宜量的pH调节剂和/或pH缓冲剂，条件是使用适宜的量以实现和/或维持抛光组合物的pH在本文所提出的pH范围内。
包含至少一个亲水性部分和至少一个疏水性部分的表面活性剂可为任何适宜的表面活性剂。举例而言，包含至少一个亲水性部分和至少一个疏水性部分的表面活性剂可具有1,000或更高的任何适宜的分子量。举例而言，表面活性剂可具有1,500或更低，例如1,400或更低、1,300或更低、1,250或更低、1,200或更低、1,150或更低、1,100或更低、或1,050或更低的分子量。可选择地，或者此外，表面活性剂可具有600或更高，例如700或更高、750或更高、800或更高、850或更高、900或更高、950或更高、或1,000或更高的分子量。因此，表面活性剂可具有在由上述端点中的任意两个所界定的范围内的分子量。举例而言，表面活性剂可具有600至1,500、700至1,400、800至1,150、900至1,100、或850至1,050的分子量。
在一些实施方式中，包含至少一个亲水性部分和至少一个疏水性部分的表面活性剂具有250至7,500的分子量。表面活性剂可具有250至7,500的任何适宜的分子量。举例而言，表面活性剂可具有50或更高，例如100或更高、150或更高、200或更高、400或更高、500或更高、1,000或更高、2,500或更高、3,000或更高、3,500或更高、4,000或更高、或4,500或更高的分子量。可选择地，或者此外，表面活性剂可具有10000或更低，例如9,000或更低、8,000或更低、7,000或更低、6,500或更低、6,000或更低、5,500或更低、或5,000或更低的分子量。因此，表面活性剂可具有在由上述端点中的任意两个所界定的范围内的分子量。举例而言，表面活性剂可具有50至10,000，例如300至7,000、400至9,000、2,500至6,000、500至6,500、3,000至5,000、或3,500至5,500的分子量。优选地，包含至少一个亲水性部分和至少一个疏水性部分的表面活性剂具有500至5,000的分子量。
所述包含至少一个亲水性部分和至少一个疏水性部分的表面活性剂可以0.0005重量％或更高，例如0.005重量％或更高、0.01重量％或更高、0.05重量％或更高、0.1重量％或更高、或0.5重量％或更高的浓度存在。可选择地，或者此外，所述表面活性剂可以5重量％或更低，例如4重量％或更低、3重量％或更低、2重量％或更低、或1重量％或更低的浓度存在于抛光组合物中。因此，所述表面活性剂可以在由上述端点中的任意两个所界定的范围内的浓度存在于抛光组合物中。举例而言，所述表面活性剂可以0.005重量％至5重量％，例如0.01重量％至3重量％、0.1重量％至2重量％、0.005重量％至4重量％、或0.05重量％至1重量％的浓度存在。优选地，所述表面活性剂以0.001重量％至1重量％的浓度存在于抛光组合物中。
任选地，在一些实施方式中，包含至少一个亲水性部分和至少一个疏水性部分的表面活性剂可具有式A-R-C，其中A与C为亲水性部分，而R为疏水性部分。
在一些实施方式中，抛光组合物中所使用的具有式A-R-C的表面活性剂可为双官能的，且A与C包含相同或不同的部分。本文所用的术语“双官能的”是指具有至少两个官能团的分子。在一些实施方式中，双官能化合物在两端均包含羧酸根基团，其间具有疏水性间隔，例如参见下式I。
在一些实施方式中，A与C中的至少一者包括酯、羧基、以及醇官能团中的至少一种、或其任何共产物(副产物，co-product)或组合。
在一些实施方式中，A与C中的至少一者包括连接至伯碳上的醇官能团。醇官能团可为任何适宜的醇官能团。举例而言，醇官能团可包含甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、戊醇、十六烷-1-醇、乙烷-1,2-二醇、丙烷-1,2-二醇、丙烷-1,2,3-三醇、丁烷-1,2,3,4-四醇、戊烷-1,2,3,4,5-五醇、己烷-1,2,3,4,5,6-六醇、庚烷-1,2,3,4,5,6,7-七醇、其共形成的产物、或者它们的组合。
在一些实施方式中，A与C中的至少一者包括连接至叔碳上的羧基官能团。所述羧基官能团可为任何适宜的羧基官能团。举例而言，羧基官能团可包含甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、月桂酸、棕榈酸、硬脂酸、丙烯酸、二十二碳六烯酸、二十碳五烯酸、乙酰乙酸苯甲酸、水杨酸、醛糖二酸、草酸、丙二酸、苹果酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、柠檬酸、异柠檬酸、乌头酸、丙三甲酸(tricarballylic acid)、丙甲酸(carballylic acid)与乳酸、及酒石酸。
在一些实施方式中，表面活性剂为多元醇。在一些实施方式中，所述多元醇在两端均包括羧酸根和/或醇官能团，其间具有可调的疏水性间隔。举例而言，在一些实施方式中，包括至少一个亲水性部分和至少一个疏水性部分的表面活性剂是具有以下化学式(式I)的多元醇：
其中R为
在一些实施方式中，R具有50至15,000的分子量。R可具有50至15,000的任何适宜的分子量。举例而言，R可具有25或更高，例如50或更高、60或更高、100或更高、200或更高、500或更高、750或更高、1,000或更高、2,500或更高、5,000或更高、7,000或更高、8,500或更高、或10,000或更高的分子量。可选择地，或者此外，R可具有15,000或更低，例如14,000或更低、13,000或更低、12,500或更低、11,500或更低、11,000或更低或10,500或更低的分子量。因此，R可具有在由上述端点中的任意两个所界定的范围内的分子量。举例而言，R可具有25至15,000，例如1,000至13,000、100至12,500、7,000至11,500、或5,000至11,000的分子量。优选地，R具有100至10,000的分子量。
已发现，根据本发明的一些实施方式，丁二醇与己二醇是不太合意的表面活性剂。因此，在一些实施方式中，抛光组合物基本上不含二醇，例如丁二醇和己二醇。本文所用的短语“基本上不含”意指这样的二醇为零或为无关紧要的量。无关紧要量的二醇(agglomeration)可为，例如，抛光组合物的5重量％或更低，例如，4重量％或更低、3重量％或更低、2重量％或更低、1重量％或更低、或0.5重量％或更低、或0.1重量％或更低。
任选地，在一些实施方式中，抛光组合物可包括一种或多种非离子型表面活性剂。非离子型表面活性剂可为任何适宜的非离子型表面活性剂。优选地，非离子型表面活性剂为聚山梨醇酯、聚山梨醇酯20、聚山梨醇酯60、聚山梨醇酯65、聚山梨醇酯80、聚山梨醇酯85、脱水山梨糖醇、聚氧乙烯醚、乙氧基化物(ethoxylate)、丙烯酸类、聚醚多元醇、润湿剂(hydropalat)3233、脱水山梨糖醇单月桂酸酯、聚氧乙烯(40)壬基苯基醚、季戊四醇乙氧基化物、丙三醇丙氧基化物-嵌段-乙氧基化物(glycerol propoxylate-block-ethoxylate)、丙烯酸类共聚物、基于聚环氧丙烷的三醇、其共形成的产物、或者它们的组合。在一些实施方式中，非离子型聚合物起表面活性剂和/或润湿剂的作用。非离子型表面活性剂的存在有利地允许对于介电层(例如氧化物)的有用的移除速率且同时降低多晶硅的移除速率。另外，在本发明的一些实施方式中，非离子型表面活性剂的存在允许低的凹陷。此外，在本发明的一些实施方式中，非离子型表面活性剂的存在允许所抛光基材上的低缺陷率。
如果在抛光组合物中存在非离子型表面活性剂的话，非离子型表面活性剂可以任何适宜的浓度存在于抛光组合物中。举例而言，非离子型表面活性剂可以0.0005重量％或更高，例如0.005重量％或更高、0.01重量％或更高、0.05重量％或更高、0.1重量％或更高、或0.5重量％或更高的浓度存在。可选择地，或者此外，非离子型表面活性剂可以5重量％或更低，例如4重量％或更低、3重量％或更低、2重量％或更低、或1重量％或更低的浓度存在于抛光组合物中。因此，非离子型表面活性剂可以在由上述端点中的任意两个所界定的范围内的浓度存在于抛光组合物中。举例而言，非离子型表面活性剂可以0.005重量％至5重量％，例如0.01重量％至3重量％、0.1重量％至2重量％、0.005重量％至4重量％、或0.05重量％至1重量％的浓度存在。优选地，非离子型表面活性剂以0.001重量％至1.0重量％的浓度存在于抛光组合物中。
非离子型表面活性剂可具有任何适宜的亲水亲油平衡值(hydrophiliclipophilic balance；HLB)。举例而言，非离子型表面活性剂可具有3或更高，例如4或更高、5或更高、6或更高、7或更高、8或更高、9或更高、10或更高、或11或更高的HLB。可选择地，或者此外，非离子型表面活性剂可具有22或更低，例如21或更低、20或更低、19或更低、18或更低、17或更低、16或更低、15或更低、14或更低、13或更低、或12或更低的HLB。因此，非离子型表面活性剂可具有在由上述端点中的任意两个所界定的范围内的HLB。举例而言，非离子型表面活性剂可具有3至22、4至21、5至20、6至19、10至13、或8至15的HLB。优选地，非离子型表面活性剂具有7至18的HLB。
任选地，在一些实施方式中，抛光组合物可包括一种或多种增稠剂。可包括增稠剂以例如作为凹陷降低剂。增稠剂可为任何适宜的增稠剂。优选地，增稠剂为纤维素化合物、葡聚糖、聚乙烯醇、角叉菜胶、壳聚糖、羟乙基纤维素、羧乙基纤维素、羟甲基纤维素、甲基纤维素、羟丙基纤维素、其共形成的产物、或者它们的组合。
如果在抛光组合物中存在增稠剂的话，增稠剂可以任何适宜的浓度存在于抛光组合物中。举例而言，增稠剂可以0.0005重量％或更高，例如0.005重量％或更高、0.01重量％或更高、0.05重量％或更高、0.1重量％或更高、或0.5重量％或更高的浓度存在。可选择地，或者此外，增稠剂可以5重量％或更低，例如4重量％或更低、3重量％或更低、2重量％或更低、或1重量％或更低的浓度存在于抛光组合物中。因此，增稠剂可以在由上述端点中的任意两个所界定的范围内的浓度存在于抛光组合物中。举例而言，增稠剂可以0.005重量％至5重量％，例如0.01重量％至3重量％、0.1重量％至2重量％、0.005重量％至4重量％、或0.05重量％至1重量％的浓度存在。优选地，增稠剂以0.001重量％至1.0重量％的浓度存在于抛光组合物中。
任选地，在一些实施方式中，抛光组合物可包含一种或多种阳离子型聚合物，举例而言，以用作移除速率促进剂、缺陷率降低剂、或同时用作二者。阳离子型聚合物可为任何适宜的阳离子型聚合物。优选地，阳离子型聚合物为聚(甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵)(聚MADQUAT)、聚(二烯丙基二甲基氯化铵)(聚DADMAC)、聚(丙烯酰胺)、聚(烯丙胺)、聚(乙烯基咪唑鎓)、聚(乙烯基吡啶鎓)、其共形成的产物、或者它们的组合。
如果抛光组合物中存在阳离子型聚合物的话，阳离子型聚合物可以任何适宜的浓度存在于抛光组合物中。举例而言，阳离子型聚合物可以0.0005重量％或更高，例如0.005重量％或更高、0.01重量％或更高、0.05重量％或更高、0.1重量％或更高、或0.5重量％或更高的浓度存在。可选择地，或者此外，阳离子型聚合物可以5重量％或更低，例如4重量％或更低、3重量％或更低、2重量％或更低、或1重量％或更低的浓度存在于抛光组合物中。因此，阳离子型聚合物可以在由上述端点中的任意两个所界定的范围内的浓度存在于抛光组合物中。举例而言，阳离子型聚合物可以0.005重量％至5重量％，例如0.01重量％至3重量％、0.1重量％至2重量％、0.005重量％至4重量％、或0.05重量％至1重量％的浓度存在。优选地，阳离子型聚合物以0.001重量％至1.0重量％的浓度存在于抛光组合物中。
任选地，抛光组合物可进一步包括一种或多种添加剂。例示性添加剂包括调节剂、酸(例如磺酸)、络合剂(例如阴离子型聚合物络合剂)、螯合剂、杀生物剂、阻垢剂(scaleinhibiter)、分散剂等。
杀生物剂可为任何适宜的杀生物剂且可以任何适宜的量存在于抛光组合物中。适宜的杀生物剂为异噻唑啉酮杀生物剂。抛光组合物中所用杀生物剂的量典型地为1至50ppm，优选10至20ppm。
抛光组合物可通过任何适宜的技术制备，其中许多是本领域技术人员所熟知的技术。抛光组合物可通过分批法或连续法制备。通常，抛光组合物可通过以任何顺序组合本文所述组分而制备。本文所用的术语“组分”包括单个成份(例如铈土研磨剂、醇胺、包括至少一个亲水性部分和至少一个疏水性部分的表面活性剂、水、任选的非离子型表面活性剂、任选的增稠剂、任选的阳离子型聚合物、和/或任何任选的添加剂)以及各成份(例如铈土研磨剂、醇胺、包括至少一个亲水性部分和至少一个疏水性部分的表面活性剂、水、任选的非离子型表面活性剂、任选的增稠剂、任选的阳离子型聚合物等)的任何组合。
举例而言，抛光组合物可通过下列制备：(i)提供全部或一部分的液体载体，(ii)分散铈土研磨剂、醇胺、包括至少一个亲水性部分和至少一个疏水性部分的表面活性剂、水、任选的非离子型表面活性剂、任选的增稠剂、任选的阳离子型聚合物、和/或任何任选的添加剂在液体载体中，这是使用任何适于制备这样的分散体的方法进行的，(iii)酌情调节分散体的pH，及(iv)任选地添加适宜量的任何其它任选的组分和/或添加剂至混合物中。
可选择地，抛光组合物可通过下列制备：(i)提供一种或多种组分(例如，包括至少一个亲水性部分和至少一个疏水性部分的表面活性剂、水、任选的非离子型表面活性剂、任选的增稠剂、任选的阳离子型聚合物、和/或任何任选的添加剂)在铈氧化物浆料中，(ii)提供一种或多种组分(例如，包括至少一个亲水性部分和至少一个疏水性部分的表面活性剂、水、任选的非离子型表面活性剂、任选的增稠剂、任选的阳离子型聚合物、和/或任何任选的添加剂)在添加剂溶液中，(iii)组合铈氧化物浆料与添加剂溶液而形成混合物，(iv)任选地添加适宜量的任何其它任选的添加剂至混合物中，以及(v)酌情调节混合物的pH。
抛光组合物可以包含下列的单料包体系(one-package system)形式提供：铈土研磨剂、醇胺、包括至少一个亲水性部分和至少一个疏水性部分的表面活性剂、任选的非离子型表面活性剂、任选的增稠剂、任选的阳离子型聚合物、和/或任何任选的添加剂、及水。可选择地，本发明的抛光组合物可提供作为包含铈氧化物浆料与添加剂溶液的双料包体系(two-packing system)，其中铈氧化物浆料基本上由下列成分组成、或由下列成分组成：铈土研磨剂、包括至少一个亲水性部分和至少一个疏水性部分的表面活性剂、任选的非离子型表面活性剂、任选的增稠剂、任选的阳离子型聚合物、和/或任何任选的添加剂。双料包体允许通过改变两个料包即铈氧化物浆料与添加剂溶液的混合比而调节基材总的(global)平坦化特性及抛光速度。
可采用各种方法来利用这样的双料包抛光体系。举例而言，铈氧化物浆料与添加剂溶液可透过不同的管道递送至抛光台，所述管道在供应管路的出口处结合并连接。铈氧化物浆料与添加剂溶液可于抛光前不久或于抛光前立即混合，或可同时供应在抛光台上。此外，当混合两个料包时，可根据需要添加去离子水，以调节抛光组合物及所得的基材抛光特性。
类似地，根据本发明，可使用三料包、四料包、或更多料包的体系，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/或一种或多种不同浓度的相同组分。
为了在使用点处或靠近使用点处混合两个或更多储存装置中所含的组分以产生抛光组合物，储存装置典型地提供有一条或多条流动路线，自各储存装置通向抛光组合物的使用点(例如平台、抛光垫或基材表面本身)。本文所用的术语“使用点”是指抛光组合物被施加至基材表面上的点(例如，抛光垫或基材表面本身)。术语“流动路线”是指自单个储存容器至其中所储存组分的使用点的流程路径。流动路线可分别直接通向使用点，或两条或更多流动路线可在任何点处组合成单条流动路线而通向使用点。此外，流动路线的任一者(例如单个流动路线或经组合的流动路线)在到达组分使用点之前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)。
抛光组合物的组分可独立地递送至使用点(例如，组分递送至基材表面，在此在抛光过程期间混合组分)，或一种或多种组分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递送至使用点之前立即组合。组分是“在递送至使用点之前立即”组合，若组分是在以混合形式添加于平台上之前5分钟或更短时间内组合，举例而言，在以混合形式添加于平台上之前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，或在使用点处同时递送组分(例如在分配器处组合组分)。若组分是在使用点5米内组合，例如在使用点1米内，或甚至在使用点10厘米内(例如使用点1厘米内)，则组分也是“在递送至使用点之前立即”组合。
当抛光组合物的两种或更多种组分在达到使用点之前组合时，组分可在流动路线中组合并递送至使用点而不使用混合装置。可选择地，一条或多条流动路线可通向混合装置，以促进两种或更多种组分的组合。可使用任何适宜的混合装置。举例而言，混合装置可为两种或更多种组分所流经的喷嘴或喷射器(例如，高压喷嘴或喷射器)。可选择地，混合装置可为容器型混合装置，包含一个或多个入口以及至少一个出口，抛光浆液的两种或更多种组分经由入口引入混合器中，经混合的组分经由出口离开混合器而直接或经由装置的其它元件(例如经由一条或多条流动路线)递送使用点。此外，混合装置可包含一个以上的室，每一个室皆具有至少一个入口及至少一个出口，其中两种或更多种组分在各室中组合。若使用容器型混合装置，则混合装置优选包含混合机构以进一步促进组分的混合。混合机构是本领域通常所知的且包括搅拌器、共混器、搅动器(agitator)、叶片式折流板(paddledbaffle)、气体喷雾系统(gas sparger system)、振动器等。
抛光组合物还可以浓缩物形式提供，其旨在在使用前用适量的水稀释。在这样的实施方式中，抛光组合物浓缩物所包含的抛光组合物的组分的含量使得，当用适量的水稀释浓缩物时，抛光组合物的各组分将以在各组分的上述合适范围内的含量存在于抛光组合物中。举例而言，铈土研磨剂、醇胺、包括至少一个亲水性部分和至少一个疏水性部分的表面活性剂、任选的非离子型表面活性剂、任选的增稠剂、任选的阳离子型聚合物、和/或任何任选的添加剂可各自以大于各组分的上述浓度2倍(例如，3倍、4倍、或5倍)的含量存在于浓缩物中，以便当浓缩物用等体积的水(例如，分别为2等体积水、3等体积水、或4等体积水)稀释时，各组分将以在各组分的上述范围内的含量存在于抛光组合物中。此外，如本领域普通技术人员所理解，浓缩物可含有存在于最终抛光组合物中的适当分数的水，以确保铈土研磨剂、醇胺、包括至少一个亲水性部分和至少一个疏水性部分的表面活性剂、任选的非离子型表面活性剂、任选的增稠剂、任选的阳离子型聚合物、和/或任何任选的添加剂至少部分地或完全溶于浓缩物中。
本发明的实施方式还提供一种使用本文所述抛光组合物的实施方式来抛光基材的方法。抛光基材的方法包括：(i)提供基材，(ii)提供抛光垫，(iii)提供根据本发明实施方式的抛光组合物，(iv)使基材与抛光垫及抛光组合物接触，及(v)使抛光垫和抛光组合物相对于基材移动，从而磨除基材的至少一部分以抛光基材。
特定而言，该方法的一些实施方式包含使基材与抛光垫及抛光组合物接触，抛光组合物包含(a)具有120纳米或更低的平均粒径的湿法铈土研磨剂颗粒，(b)至少一种醇胺，(c)至少一种具有至少一个亲水性部分和至少一个疏水性部分的表面活性剂，表面活性剂具有1,000或更高的分子量；以及(d)水，其中抛光组合物具有6或更高的pH值。该方法进一步包含使抛光垫和抛光组合物相对于基材移动，从而磨除基材的至少一部分以抛光基材。
在接触步骤中，抛光组合物以本领域普通技术人员所理解的适宜量存在。
研磨步骤以适宜的时间量进行，例如，以实现基材的期望抛光。
抛光组合物可用于抛光任何适宜的基材且尤其可用于抛光包含至少一层由低介电材料所构成的层(通常为表面层)。适宜的基材包括半导体工业中使用的晶片。晶片典型地包含下列或由下列组成：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、或者它们的组合。本发明的方法特别适用于抛光包含硅氧化物、和/或多晶硅的基材，以便将一部分硅氧化物和/或多晶硅自基材移除来抛光基材。
以本发明的抛光组合物抛光的介电层(例如硅氧化物)可具有任何适宜的介电常数，例如3.5或更低，例如3或更低、2.5或更低、2或更低、1.5或更低、或1或更低的介电常数。可选择地，或者此外，介电层可具有1或更高，例如1.5或更高、2或更高、2.5或更高、3或更高、或3.5或更高的介电常数。因此，介电层可具有在由上述端点中的任意两个所界定的范围内的介电常数。举例而言，介电层可具有在1与3.5之间，例如2与3之间、2与3.5之间、2.5与3之间、2.5与3.5之间的介电常数。
在一些实施方式中，基材包含多晶硅和硅氧化物和/或硅氮化物的组合。多晶硅可为任何适宜的多晶硅，其中许多是本领域已知的。多晶硅可具有任何适宜的相，且可为非晶的、结晶的、或者它们的组合。类似地，硅氧化物可为任何适宜的硅氧化物，其中许多硅氧化物为本领域已知的。适宜的硅氧化物类型包括但不限于硼磷硅玻璃(BPSG)、等离子体增强的原硅酸四乙酯(PETEOS)、原硅酸四乙酯(TEOS)、热氧化硅(thermal oxide)、未经掺杂的硅酸盐玻璃、及高密度等离子体(HDP)氧化物。
当根据本发明的方法抛光包含硅氧化物的基材时，抛光组合物合意地展现出高移除速率。举例而言，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/或等离子体增强的原硅酸四乙酯(PETEOS)、旋涂式玻璃(spin-on-glass；SOG)和/或原硅酸四乙酯(TEOS)的硅晶片时，抛光组合物令人满意地展示出400埃/分钟或更高，例如700埃/分钟或更高、1,000埃/分钟或更高、1,250埃/分钟或更高、1,500埃/分钟或更高、1,750埃/分钟或更高、2,000埃/分钟或更高、2,500埃/分钟或更高、3,000埃/分钟或更高、3,500埃/分钟或更高、4000埃/分钟或更高、4500埃/分钟或更高、或5000埃/分钟或更高的硅氧化物移除速率。
当根据本发明的方法抛光包含多晶硅和/或硅氮化物的基材时，抛光组合物令人满意地展现出低移除速率。举例而言，当根据本发明的实施方式抛光包含多晶硅的硅晶片时，抛光组合物合意地展示出1,000埃/分钟或更低，例如750埃/分钟或更低、500埃/分钟或更低、250埃/分钟或更低、100埃/分钟或更低、50埃/分钟或更低、25埃/分钟或更低、10埃/分钟或更低、或甚至5埃/分钟或更低的多晶硅和/或硅氮化物移除速率。
举例而言，在一些实施方式中，本发明的抛光组合物及方法可用于具有由硅氧化物沟槽所隔离的多晶硅方格的应用中。在一些实施方式中，抛光组合物可用于多晶硅上停止(stop-on-poly，SOP)的应用，例如针对用于易于出现刮痕等缺陷的非易失性存储装置的“NADN flash”抛光。令人满意地，在一些实施方式中，根据本发明的抛光组合物及方法的使用可以将晶片的产率增加到至少90％，例如至少92％、至少95％、至少97％等。
如通过适宜的技术所判断的，当抛光基材时，抛光组合物令人满意地展示出低凹陷。举例而言，当用本发明的实施方式抛光包括填充有介电层(例如氧化物)的沟槽的图案化硅晶片时，抛光组合物令人满意地展示出2500埃或更低，例如2000埃或更低、1750埃或更低、1500埃或更低、1250埃或更低、1000埃或更低、750埃或更低、500埃或更低、250埃或更低、100埃或更低、50埃或更低、或25埃或更低的凹陷。
如通过适宜的技术所判断的，当抛光基材时，抛光组合物令人满意地展示出低的颗粒缺陷。用本发明的抛光组合物所抛光的基材上的颗粒缺陷可通过任何适宜的技术确定。举例而言，激光扫描技术，例如暗视野法线复合光束法(dark field normal beamcomposite，DCN)及暗视野斜向复合光束法(dark field oblique beam composite，DCO)，可用于确定所抛光基材上的颗粒缺陷。用于评估颗粒缺陷率的适宜的仪器可自例如KLA-Tencor获得(例如在120纳米阈值或160纳米阈值下运作的SURFSCANTM SP1仪器)。
用该抛光组合物抛光的基材，尤其是包含硅氧化物和/或多晶硅的硅，令人满意地具有20,000计数或更低，例如17,500计数或更低、15,000计数或更低、12,500计数或更低、3,500计数或更低、3,000计数或更低、2,500计数或更低、2,000计数或更低、1,500计数或更低、或1,000计数或更低的DCN值。优选地，根据本发明实施方式抛光的基材具有750计数或更低，例如500计数、250计数、125计数、或甚至100计数或更低的DCN值。
如通过适宜的技术所判断的，用抛光组合物的实施方式抛光的基材令人满意地展示出低的总刮痕计数。举例而言，抛光组合物令人满意地展示出90计数或更低，例如80计数或更低、70计数或更低、60计数或更低、50计数或更低、40计数或更低、30计数或更低、20计数或更低、10计数或更低、5计数或更低、2计数或更低、或1.5计数或更低的总刮痕计数。
当用抛光组合物的实施方式抛光多晶硅基材时，来自基材的多晶硅损失可自多晶硅基材的边缘、中部、及中心量测。如通过适宜的技术所判断的，当抛光基材时，抛光组合物令人满意地展示出多晶硅损失的均匀性。举例而言，来自多晶硅基材的边缘、中部、及中心的多晶硅损失值令人满意地在彼此的50埃内，例如彼此的40埃内、彼此的30埃内、彼此的20埃内、彼此的10埃内、彼此的5埃内、彼此的2.5埃内、彼此的1.0埃内、或彼此的0.1埃内。
抛光组合物可经调整以提供对特定材料有选择性的有效抛光，且同时最小化表面的不完善、缺陷、腐蚀、侵蚀及停蚀层的移除。选择性在一定程度上可通过改变抛光组合物的组分的浓度而加以控制。需要时，抛光组合物可用于以如下的二氧化硅对多晶硅的抛光选择性抛光基材：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。某些配方可展示出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。
根据本发明，基材可通过任何适宜的技术用本文所述抛光组合物平坦化或抛光。本发明的抛光方法特别适合结合CMP设备使用。通常，CMP设备包含平台、抛光垫及夹持器，平台在使用时移动且具有由轨道、直线、或圆周运动所产生的速度，抛光垫与平台接触且当运动时随平台一起移动，而夹持器通过接触并相对于抛光垫表面移动而固持所抛光的基材。抛光组合物的实施方式允许增大的平台速度(例如，50rpm或更高，例如100rpm或更高)。基材的抛光通过以下发生：将基材放置成与本发明的抛光组合物以及合乎期望地与抛光垫接触，然后用抛光组合物磨除基材的至少一部分表面(例如，本文所述基材材料的一种或多种)以抛光基材。
可以使用任何适宜的抛光垫用抛光组合物抛光基材(例如，抛光表面)。适宜的抛光垫包括例如编织和非编织抛光垫。此外，合适的抛光垫可包括具有不同的密度、硬度、厚度、可压缩性、压缩后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。软的聚氨酯抛光垫特别适合结合本发明的抛光方法使用。典型的垫包括但不限于SURFINTM 000、SURFINTM SSW1、SPM3100(可购自，例如Eminess Technologies)、POLITEXTM、及Fujibo POLYPASTM 27。特别优选的抛光垫为可自Cabot Microelectronics购得的EPICTM D100垫。
令人满意的是，CMP设备进一步包含原位抛光终点检测系统，其中许多是本领域已知的。用于通过分析自工件表面所反射的光或其它辐射来检测及监控抛光进度的技术为本领域已知的。这样的方法阐述于，例如美国专利第5,196,353号、美国专利第5,433,651号、美国专利第5,609,511号、美国专利第5,643,046号、美国专利第5,658,183号、美国专利第5,730,642号、美国专利第5,838,447号、美国专利第5,872,633号、美国专利第5,893,796号、美国专利第5,949,927号、及美国专利第5,964,643号中。令人满意的是，对于所抛光的工件的抛光过程的进展的检查或监控使得能够确定抛光终点，即，确定何时终止对特定工件的抛光过程。
以下实施例进一步说明本发明，但当然不应理解为以任何方式限制其范围。
实施例1
该实施例展示添加包括双官能聚酯的表面活性剂至四种不同的抛光组合物(1A至1D)的效果。该实施例中的抛光组合物包含0.43％的平均粒径为120纳米或更低的湿法铈土研磨剂颗粒、1800ppm的聚乙二醇8000、18ppm的吡啶甲酸(picolinic acid)，并变化包含双官能聚酯的表面活性剂(多元醇)的量、及三乙醇胺的含量。各抛光组合物的表面活性剂及三乙醇胺的含量列于表1A中。
用抛光组合物1A至1D抛光合适的基材后对每一抛光组合物进行以下量测：1)硅氧化物自均质硅氧化物膜(毯覆式晶片)的移除速率；2)自均质多晶硅膜(多晶硅毯覆式晶片)的多晶硅移除速率；3)抛光组合物在图案化入多晶硅膜(图案晶片)中的硅氧化物填充沟槽上所展示出的凹陷；4)由沉淀在2200埃多晶硅基质的顶上的7000埃硅氧化物所构成的图案晶片(多晶硅损失晶片)的多晶硅损失性能；及5)抛光组合物1A至1D在多晶硅毯覆式晶片上所展示出的总刮痕。
将抛光组合物1A至1D的凹陷与第一控制组即图2中所标记的控制组进行比较。控制组由4285ppm PEG 8000、43ppm吡啶甲酸、及0.72％的平均粒径为120纳米或更低的湿法铈土研磨剂颗粒构成。
抛光组合物1A至1D的多晶硅损失性能与第二控制组抛光组合物相比较。第二控制组，即图3中所标记的控制组，由2500ppmL31(BASF，Chicago，IL)、及160ppm2000(Thermphos International BV，Vlissingen，NL)构成。
用抛光组合物1A至1D抛光原硅酸四乙酯(TEOS)、高密度等离子体(HDP)、及多晶硅的毯覆式晶片。另外地，用抛光组合物1A至1D抛光图案晶片及多晶硅损失晶片。抛光在MirraTM CMP设备(Applied Materials,Inc.，Santa Clara，California)上实施。MirraTM过程的抛光参数列于下表1B中。
使用F5椭圆光度法装置(KLA-Tencor，Milpitas，California)通过比较沟槽内的硅氧化物膜与周围的多晶硅膜之间的厚度差来量测凹陷，其中越大的差值对应于越高的凹陷率。
抛光后，量测各抛光组合物的TEOS、HDP、及多晶硅移除速率，以埃/分钟为单位。结果显示在图1中，图1是显示针对特定抛光组合物(X轴)的三种表面晶片类型的移除速率(Y轴)的柱状图。
各抛光组合物的凹陷以埃为单位量测且显示在图2中，图2是针对各抛光组合物的在间距的变化长度(X轴)内所量测的凹陷(Y轴)的线形图。另外地，抛光后，以埃为单位量测各抛光组合物的总多晶硅损失。结果显示在图3中，图3是特定抛光组合物在多晶硅损失晶片的中心、中部、及边缘处(X轴)所展示出的总多晶硅损失(Y轴)的箱形图。
此外，抛光后，使用经编程以定位晶片表面缺陷的扫描电子显微镜来量测各抛光组合物所展示的总刮痕。结果显示在图4中，图4是特定抛光组合物(X轴)所展示出的总刮痕(Y轴)的箱形图。
表1A：抛光组合物概况
抛光组合物 多元醇含量(ppm) 三乙醇胺含量(ppm)
1A 250 1000
1B 100 1000
1C 250 500
1D 100 500
表1B：MirraTM工艺参数
这些结果表明，将含双官能聚酯的表面活性剂添加到抛光组合物1A至1D中产生了若干种期望的效果。
特定而言，抛光组合物1A至1D展示出高HDP移除速率且同时维持低多晶硅移除速率。抛光组合物1A至1D的TEOS移除速率也保持高于各抛光组合物的多晶硅移除速率。
另外，这些结果表明，与控制组相比，抛光组合物1A至1D中的含双官能聚酯的表面活性剂的存在基本上改善了凹陷性能。特定而言，控制组在100微米间距长度处展示出300埃的凹陷，而抛光组合物1A至1D在100微米间距长度处展示出低于200埃的凹陷。在所测试的最长长度即1800微米间距长度处，抛光组合物1A至1D的凹陷仍低于400埃，而控制组展示出大于1000埃的凹陷。
此外，这些结果显示，当与控制组相比时，抛光组合物1A至1C中的含双官能聚酯的表面活性剂的存在于硅损失晶片上产生了更均匀的多晶硅损失。均匀性通过比较多晶硅损失晶片的中心、中部、及边缘的总多晶硅损失而量测，其中越接近的值表示越大且越理想的均匀性。理想地，总多晶硅损失也尽可能地低。
特定而言，抛光组合物1C展示出近乎完全的均匀度，因为多晶硅损失晶片的中心、中部、及边缘处所量测的总多晶硅损失值均在彼此的4埃内。抛光组合物1C所量测的所有三个多晶硅损失值也皆在11埃以下。这些结果相比控制组抛光组合物是改进，控制组抛光组合物缺乏均匀性，尤其是当将其中心多晶硅损失与其边缘及中部多晶硅损失进行比较时。控制组抛光组合物还在多晶硅损失晶片的中心处展示出超过35埃的多晶硅损失。
最后，这些结果表明，抛光组合物1A至1D中的含双官能聚酯的表面活性剂的存在产生可接受的刮痕水平，尤其是在抛光组合物1A、1B、及1D中。
尽管抛光组合物1C展示出该组的最高总刮痕，但其结果与控制组抛光组合物的商业上可接受的刮痕计数相当。
本文所引用的所有参考文献，包括出版物、专利申请、及专利，皆以引用的方式并入，其并入程度如同个别且明确地指出各参考文献以引用的方式并入且在本文中将其全文列出一般。
除非在本文中另外说明或上下文明显相互矛盾，否则在阐述本发明的情形中(尤其是在权利要求书的情形中)，术语“一个”和“一种”和“该”及类似指示词的使用应理解为涵盖单数及复数两者。除非另有说明，否则术语“具有”、“包括”、及“包含”应理解为开放式术语(即，意为“包括，但不限于”)。除非本文中另有说明，否则本文对值的范围的叙述仅意欲用作个别地提到在该范围内的每一单独的值的简写方法，且每一单独的值皆并入本说明书中，如同其个别地叙述于此那样。除非本文中另外说明或上下文明显相互矛盾，否则本文所描述的所有方法皆可按任何适宜的顺序实施。除非另外声明，否则本文所提供的任何及所有实施例、或例示性语言(例如，“例如”)仅意欲更好地阐明本发明，而并不对本发明的范围施以限制。本说明书中的任何语言皆不应理解为，指示对实践本发明至关重要的任何未主张的要素。
本文中描述了本发明的优选实施方式，包括本发明的发明者所知道的用以实施本发明的最优选模式。本领域普通技术人员在阅读上述说明时便可明了那些优选实施方式的变化。本发明的发明者预期本领域技术人员会在适当时采用这样的变化，且本发明的发明者希望以不同于本文所具体描述的方式实践本发明。因此，本发明包括适用法律所允许的随附权利要求书中所述主题的所有修改形式及等价物。此外，除非本文中另外说明或上下文明显相互矛盾，否则本发明涵盖上述要素在其所有可能变化中的任何组合。

Claims (18)

1.化学机械抛光组合物，包含：
(a)具有120纳米或更低的平均粒径的湿法铈土研磨剂颗粒；
(b)至少一种醇胺；
(c)至少一种具有至少一个亲水性部分和至少一个疏水性部分的表面活性剂，该表面活性剂具有1,000或更高的分子量，其中该表面活性剂具有下式：
A-R-C
其中，A与C为亲水性部分，且R为疏水性部分；以及
(d)水，
其中该组合物具有6或更高的pH值。
2.权利要求1的抛光组合物，其中该研磨剂颗粒具有65纳米或更低的平均初级粒径。
3.权利要求1的抛光组合物，其中该研磨剂颗粒以该组合物的0.001重量％至2重量％的量存在。
4.权利要求1的抛光组合物，其中该醇胺具有6至10的pKi值。
5.权利要求1的抛光组合物，其中该醇胺带有pKa值为7至11的官能团。
6.权利要求1的抛光组合物，其中该醇胺为2-二甲基氨基-2-甲基丙醇、三乙醇胺、二乙醇胺、乙醇胺、2-氨基-2-甲基-1,3-丙二醇、Bis-Tris、Tris、或者它们的任意组合。
7.权利要求1的抛光组合物，其中该醇胺以该组合物的0.001重量％至1重量％的量存在。
8.权利要求1的抛光组合物，其中该表面活性剂是双官能的，且A与C是相同的。
9.权利要求1的抛光组合物，其中A与C中的至少一者含有酯、羧酸、以及醇官能团中的至少一种、或者它们的任意组合。
10.权利要求1的抛光组合物，其中A与C中的至少一者含有连接至伯碳上的醇官能团。
11.权利要求1的抛光组合物，其中A与C中的至少一者含有连接至叔碳上的羧基官能团。
12.权利要求1的抛光组合物，其中R具有100至10,000的分子量。
13.权利要求1的抛光组合物，其中该表面活性剂由下式表示：
其中R为
14.权利要求1的抛光组合物，其中该表面活性剂具有1,000至5,000的分子量。
15.化学机械抛光基材的方法，该方法包括：
(i)使基材与抛光垫及抛光组合物接触，该抛光组合物包含：
(a)具有120纳米或更低的平均粒径的湿法铈土研磨剂颗粒；
(b)至少一种醇胺；
(c)至少一种具有至少一个亲水性部分和至少一个疏水性部分的表面活性剂，该表面活性剂具有1,000或更高的分子量，其中该表面活性剂具有下式：
A-R-C
其中，A与C为亲水性部分，且R为疏水性部分；以及
(d)水，
其中该组合物具有6或更高的pH值；以及
(ii)使该抛光垫和该抛光组合物相对于该基材移动，从而磨除该基材的至少一部分以抛光该基材。
16.权利要求15的方法，其中该基材包含多晶硅和硅氧化物，且其中至少自该基材移除所述硅氧化物，以抛光该基材。
17.权利要求16的方法，其中自该基材移除比多晶硅更多的硅氧化物，从而抛光该基材。
18.权利要求15的方法，其中该醇胺为2-二甲基氨基-2-甲基丙醇、三乙醇胺、二乙醇胺、乙醇胺、2-氨基-2-甲基-1,3-丙二醇、Bis-Tris、Tris、或者它们的任意组合。
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