CN106414651B - 对氧化物的选择性优于对多晶硅和氮化物选择性的具高移除速率及低缺陷率的cmp组合物 - Google Patents
对氧化物的选择性优于对多晶硅和氮化物选择性的具高移除速率及低缺陷率的cmp组合物 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了化学机械抛光组合物，其含有：铈土研磨剂；以及式I聚合物，在所述式I中，X1和X2、Y1和Y2、Z1和Z2、R1、R2、R3和R4、及m是如本文中所定义的；以及水，其中，该抛光组合物具有约1至约4.5的pH值。本发明还提供了使用本发明的化学机械抛光组合物来化学机械抛光基材的方法。典型地，该基材含有硅氧化物、硅氮化物、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剂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、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(例如抛光布或圆盘)结合使用。代替被悬浮于抛光组合物中，或者，除了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硅氮化物层，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，因此，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硅氮化物层暴露。当硅氮化物层被暴露时，暴露于化学机械抛光组合物的基材的最大区域包含硅氮化物，其必须随后被抛光以实现高度平坦和均匀的表面。
通常，过去的实践已强调对氧化物抛光优先于对硅氮化物抛光的选择性。因此，硅氮化物层已在化学机械平坦化工艺期间充当停止层，因为在硅氮化物层暴露时总的抛光速率降低。
近来，还已强调了对氧化物抛光优先于对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(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，“Effects of Nonionic Surfactants on Oxide-to-Polysilicon Selectivity duringChemical Mechanical Polishing”，J.Electrochem.Soc.，149(8):G477-G481(2002))。此外，美国专利第6,626,968号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硅氧化物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、和聚醚二醇双(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基材导致基材表面的过度抛光或者在STI特征中形成凹坑及其它形貌缺陷(例如基材表面上的微刮痕)。该过度抛光及在STI特征中形成凹坑的现象称为凹陷(dishing)。凹陷是不合乎需要的，因为基材特征的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，这不利地影响器件的品质和性能。
因此，在本领域中仍然需要可提供硅氧化物、硅氮化物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，其包含以下物质、基本上由以下物质组成、或由以下物质组成：
(a)约0.05重量％至约10重量％的铈土(ceria)研磨剂，
(b)约10ppm至约1000ppm的式I聚合物：
其中X1和X2独立地选自O、C、及S，Y1和Y2独立地选自OH、C1-C10烷基、及式CxHyFz的基团，R1、R2、R3和R4独立地选自氢、F、C1-C10烷基、C6-C10芳基、及杂芳族基，x为1至约20的整数，z为1至约41的整数，m为约3至约500的整数，且Y1或Y2中的至少一者为CxHyFz，或者，R1-R4中的至少一者为F；以及
(c)水，
其中该抛光组合物具有约1至约4.5的pH值。
本发明还提供化学机械抛光基材的方法，其包括：
(i)使基材与抛光垫及化学机械抛光组合物接触，该化学机械抛光组合物包含以下物质、基本上由以下物质组成、或由以下物质组成：
(a)约0.05重量％至约10重量％的铈土研磨剂，
(b)约10ppm至约1000ppm的式I聚合物：
其中X1和X2独立地选自O、C、及S，Y1和Y2独立地选自OH、C1-C10烷基、及式CxHyFz的基团，R1、R2、R3和R4独立地选自氢、F、C1-C10烷基、C6-C10芳基、及杂芳族基，x为1至约20的整数，z为1至约41的整数，且m为约3至约500的整数，其中Y1或Y2中的至少一者为CxHyFz，或者，R1-R4中的至少一者为F，以及
(c)水，
其中该抛光组合物具有约1至约4.5的pH值；
(ii)使该抛光垫及该化学机械抛光组合物相对于该基材移动，及
(iii)研磨该基材的至少一部分以抛光该基材。
具体实施方式
本发明提供化学机械抛光组合物，其包含以下物质、基本上由以下物质组成、或由以下物质组成：
(a)约0.05重量％至约10重量％的铈土研磨剂，
(b)约10ppm至约1000ppm的式I聚合物：
其中X1和X2独立地选自O、C、及S，Y1和Y2独立地选自OH、C1-C10烷基、及式CxHyFz的基团，R1、R2、R3和R4独立地选自氢、F、C1-C10烷基、C6-C10芳基、及杂芳族基，x为1至约20的整数，z为1至约41的整数，m为约3至约500的整数，且Y1或Y2中的至少一者为CxHyFz，或者，R1-R4中的至少一者为F；以及
(c)水，
其中该抛光组合物具有约1至约4.5的pH值。
该化学机械抛光组合物包含铈土研磨剂。如本领域普通技术人员所知的，铈土(ceria)是稀土金属铈的氧化物，且也被称为铈的氧化物(ceric oxide)、铈氧化物(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形成。铈还形成铈(III)氧化物，例如，Ce2O3。该铈土研磨剂可为这些或其他铈土氧化物中的任意一种或多种。
该铈土研磨剂可为任何适宜的类型。如本文中所使用的，“湿法”铈土是指通过沉淀、缩合-聚合、或类似工艺制得的铈土(与例如热解(fumed)或火成(pyrogenic)的铈土不同)。已典型地发现，包含湿法铈土研磨剂的本发明抛光组合物当根据本发明的方法用于抛光基材时，展现出较低的缺陷。不希望受特定理论的束缚，相信湿法铈土包含球形铈土颗粒和/或较小的聚集铈土颗粒，从而当用于本发明方法中时，导致较低的基材缺陷率。示例性的湿法铈土为可从Rhodia商购获得的HC-60TM铈土。
铈土颗粒可具有任何适宜的平均尺寸(即，平均颗粒直径)。若平均铈土粒度过小，则抛光组合物可能不会展现出足够的移除速率。与此相反，若平均铈土粒度过大，则抛光组合物可展现出不期望的抛光性能，例如差的基材缺陷率。因此，铈土颗粒可具有约10纳米或更大的平均粒度，例如，约15纳米或更大、约20纳米或更大、约25纳米或更大、约30纳米或更大、约35纳米或更大、约40纳米或更大、约45纳米或更大、或约50纳米或更大。可选择地，或者此外，铈土可具有约1,000纳米或更小的平均粒度，例如，约750纳米或更小、约500纳米或更小、约250纳米或更小、约150纳米或更小、约100纳米或更小、约75纳米或更小、或约50纳米或更小。因此，铈土可具有由上述端点中的任意两个所界定的平均粒度。举例而言，铈土可具有约10纳米至约1,000纳米、约10纳米至约750纳米、约15纳米至约500纳米、约20纳米至约250纳米、约20纳米至约150纳米、约25纳米至约150纳米、约25纳米至约100纳米、或约50纳米至约150纳米、或约50纳米至约100纳米的平均粒度。对于非球形的铈土颗粒，颗粒的尺寸为包围该颗粒的最小球体的直径。铈土的粒度可使用任何适宜的技术(例如使用激光衍射技术)量测。适宜的粒度量测仪器是从例如Malvern Instruments(Malvern,UK)得到的。
铈土颗粒优选在本发明抛光组合物中是胶体稳定的。术语胶体是指铈土颗粒在液体载剂(例如水)中的悬浮液。胶体稳定性是指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。
该抛光组合物可包含任何适宜量的铈土研磨剂。若本发明的抛光组合物包含过少的铈土研磨剂，则该组合物可能不会展现出足够的移除速率。与此相反，若该抛光组合物包含过多的铈土研磨剂，则该抛光组合物可能展现出不期望的抛光性能和/或可能不具有成本效益和/或可能缺乏稳定性。该抛光组合物可包含约10重量％或更少的铈土，例如，约9重量％或更少、约8重量％或更少、约7重量％或更少、约6重量％或更少、约5重量％或更少、约4重量％或更少、约3重量％或更少、约2重量％或更少、约1重量％或更少、约0.9重量％或更少、约0.8重量％或更少、约0.7重量％或更少、约0.6重量％或更少的铈土、或约0.5重量％或更少的铈土。可选择地，或者此外，该抛光组合物可包含约0.05重量％或更高的铈土，例如，约0.1重量％或更高、约0.2重量％或更高、约0.3重量％或更高、约0.4重量％或更高、约0.5重量％或更高、或约1重量％或更高的铈土。因此，该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铈土。举例而言，该抛光组合物可包含约0.05重量％至约10重量％的铈土，例如，0.1重量％至约10重量％、约0.1重量％至约9重量％、约0.1重量％至约8重量％、约0.1重量％至约7重量％、约0.1重量％至约6重量％、约0.1重量％至约5重量％的铈土、约0.1重量％至约4重量％、约0.1重量％至约3重量％的铈土、约0.1重量％至约2重量％的铈土、约0.1重量％至约1重量％的铈土、约0.2重量％至约2重量％的铈土、约0.2重量％至约1重量％的铈土、或约0.3重量％至约0.5重量％的铈土。在一个实施方式中，该抛光组合物在使用点(point-of-use)处包含约0.2重量％至约0.6重量％的铈土(例如，约0.4重量％的铈土)。在另一个实施方式中，该抛光组合物包含约2.4重量％的铈土作为浓缩物。
该化学机械抛光组合物包含本文所述的式I聚合物。
在一些实施方式中，该聚合物具有式I，其中Y1或Y2中的至少一者为CxHyFz。在一些实施方式中，该聚合物具有式I，其中Y1和Y2两者均为CxHyFz。在一些实施方式中，x为1至9的整数。在一些实施方式中，x为1至8的整数，且y为1至40的整数。如本领域普通技术人员将可理解的，在式CxHyFz的基团中，y+z＝2x+1，使得指定x、y和z中的任意两者允许计算第三个变量。在一些优选实施方式中，该聚合物具有式I，其中X1和X2中的每一者均为O。在一些实施方式中，R1、R2、R3和R4中的每一者独立地为氢或F。在这些实施方式的一些中，R1、R2、R3和R4中的至少一者为F，且Y1和Y2可为本文针对Y1和Y2所述基团中的任意一者。适宜的式I聚合物的非限制性实例包括由DuPont供应的CAPSTONETM系列聚合物的成员，例如，CAPSTONETMFS-30、CAPSTONETMFS-31、CAPSTONETMFS-34、CAPSTONETMFS-35、CAPSTONETMFS-65、CAPSTONETMFS-81、及CAPSTONETMST-100HS。
所述式I聚合物可具有任何适宜的分子量。所述式I聚合物可具有约500克/摩尔或更大的平均分子量，例如，约600克/摩尔或更大、约750克/摩尔或更大、约1,000克/摩尔或更大、约1,500克/摩尔或更大、约2,000克/摩尔或更大、约2,500克/摩尔或更大、约3,000克/摩尔或更大、约3,500克/摩尔或更大、约4,000克/摩尔或更大、约4,500克/摩尔或更大、约5,000克/摩尔或更大、约5,500克/摩尔或更大、约6,000克/摩尔或更大、约6,500克/摩尔或更大、约7,000克/摩尔或更大、或约7,500克/摩尔或更大。可选择地，或者此外，所述式I聚合物可具有约10,000克/摩尔或更小的平均分子量，例如，约9,000克/摩尔或更小、约8,000克/摩尔或更小、约7,500克/摩尔或更小、约7,000克/摩尔或更小、约6,500克/摩尔或更小、约6,000克/摩尔或更小、约5,500克/摩尔或更小、约5,000克/摩尔或更小、约4,500克/摩尔或更小、约4,000克/摩尔或更小、约3,500克/摩尔或更小、约3,000克/摩尔或更小、约2,500克/摩尔或更小、或约2,000克/摩尔或更小。因此，所述式I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。举例而言，所述式I聚合物可具有约500克/摩尔至约10,000克/摩尔、约500克/摩尔至约9,000克/摩尔、约500克/摩尔至约8,000克/摩尔、约500克/摩尔至约7,000克/摩尔、约500克/摩尔至约6,000克/摩尔、约500克/摩尔至约5,000克/摩尔、约1000克/摩尔至约10,000克/摩尔、约1000克/摩尔至约9,000克/摩尔、约1000克/摩尔至约8,000克/摩尔、约1000克/摩尔至约7,000克/摩尔、约1000克/摩尔至约6,000克/摩尔、或约1000克/摩尔至约5,000克/摩尔的平均分子量。
该抛光组合物在使用点处包含任何适宜量的式I聚合物。该抛光组合物可包含约10ppm或更高的式I聚合物，例如，约15ppm或更高、约20ppm或更高、约25ppm或更高、约30ppm或更高、约35ppm或更高、或约40ppm或更高的式I聚合物。可选择地，或者此外，该抛光组合物可包含约1000ppm或更低的式I聚合物，例如，约800ppm或更低、约600ppm或更低、约400ppm或更低、约200ppm或更低、约100ppm或更低、约80ppm或更低、约60ppm或更低、或约40ppm或更低的式I聚合物。因此，该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式I聚合物。举例而言，该抛光组合物可包含约10ppm至约1000ppm、约15ppm至约800ppm、约15ppm至约600ppm、约15ppm至约400ppm、约15ppm至约200ppm、约15ppm至约100ppm、约15ppm至约80ppm、约15ppm至约60ppm、或约15ppm至约40ppm的式I聚合物。
该化学机械抛光组合物任选地包含选自以下的离子型聚合物：
(a)式II的离子型聚合物：
其中X1和X2独立地选自氢、-OH、及-COOH，且X1和X2中的至少一者为-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、及C7-C10芳基，且n为约3至约500的整数；及
(b)聚丙烯酸酯。
在一些实施方式中，该离子型聚合物具有式II，其中X1和X2两者均为-COOH。在一些实施方式中，该离子型聚合物具有式II，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，该离子型聚合物具有式II，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。适宜的式II的离子型聚合物的非限制性实例为从Sigma Aldrich得到的平均分子量为600克/摩尔的聚(乙二醇)二羧酸(PDA600)。
在一些实施方式中，该离子型聚合物为聚丙烯酸酯。该聚丙烯酸酯可为未经改性的聚丙烯酸酯。在一些实施方式中，聚丙烯酸酯是经疏水改性的聚丙烯酸酯。适宜的聚丙烯酸酯的非限制性实例为从Kao Corporation得到的Mighty 21ES。
该离子型聚合物可具有任何适宜的分子量。该离子型聚合物可具有约250克/摩尔或更大的平均分子量，例如，约300克/摩尔或更大、约400克/摩尔或更大、约500克/摩尔或更大、约600克/摩尔或更大、约750克/摩尔或更大、约1,000克/摩尔或更大、约1,500克/摩尔或更大、约2,000克/摩尔或更大、约2,500克/摩尔或更大、约3,000克/摩尔或更大、约3,500克/摩尔或更大、约4,000克/摩尔或更大、约4,500克/摩尔或更大、约5,000克/摩尔或更大、约5,500克/摩尔或更大、约6,000克/摩尔或更大、约6,500克/摩尔或更大、约7,000克/摩尔或更大、或约7,500克/摩尔或更大。可选择地，或者此外，该离子型聚合物可具有约15,000克/摩尔或更小的平均分子量，例如，约14,000克/摩尔或更小、约13,000克/摩尔或更小、约12,000克/摩尔或更小、约11,000克/摩尔或更小、约10,000克/摩尔或更小、约9,000克/摩尔或更小、约8,000克/摩尔或更小、约7,500克/摩尔或更小、约7,000克/摩尔或更小、约6,500克/摩尔或更小、约6,000克/摩尔或更小、约5,500克/摩尔或更小、约5,000克/摩尔或更小、约4,500克/摩尔或更小、约4,000克/摩尔或更小、约3,500克/摩尔或更小、约3,000克/摩尔或更小、约2,500克/摩尔或更小、或约2,000克/摩尔或更小。因此，该离子型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。举例而言，该离子型聚合物可具有约250克/摩尔至约15,000克/摩尔、约250克/摩尔至约14,000克/摩尔、约250克/摩尔至约13,000克/摩尔、约250克/摩尔至约12,000克/摩尔、约250克/摩尔至约11,000克/摩尔、约250克/摩尔至约10,000克/摩尔、约400克/摩尔至约10,000克/摩尔、约400克/摩尔至约8,000克/摩尔、约400克/摩尔至约6,000克/摩尔、约400克/摩尔至约4,000克/摩尔、约400克/摩尔至约2,000克/摩尔等的平均分子量。
该抛光组合物在使用点处包含任何适宜量的离子型聚合物。该抛光组合物可包含约0.001重量％或更高的离子型聚合物，例如，约0.005重量％或更高、约0.01重量％或更高、约0.025重量％或更高、约0.05重量％或更高、约0.075重量％或更高、或约0.1重量％或更高的离子型聚合物。可选择地，或者此外，该抛光组合物可包含约1重量％或更少的离子型聚合物，例如，约0.9重量％或更少、约0.8重量％或更少、约0.7重量％或更少、约0.6重量％或更少、约0.5重量％或更少、约0.4重量％或更少、或约0.3重量％或更少的离子型聚合物。因此，该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型聚合物。举例而言，该抛光组合物可包含约0.001重量％至约1重量％、约0.01重量％至约0.9重量％、约0.025重量％至约0.8重量％、约0.05重量％至约0.7重量％、或约0.1重量％至约0.5重量％的离子型聚合物等。
该化学机械抛光组合物任选地包含一种或多种聚乙烯醇。该聚乙烯醇可为任何适宜的聚乙烯醇且可为直链或支链聚乙烯醇。适宜的支链聚乙烯醇的非限制性实例是Nichigo G-聚合物，例如，从Nippon Gohsei,Japan得到的OKS-1009和OKS-1083产品。
该聚乙烯醇可具有任何适宜的水解度。水解度是指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，该聚乙烯醇具有约90％或更高的水解度，例如，约92％或更高、约94％或更高、约96％或更高、约98％或更高、或约99％或更高的水解度。
该聚乙烯醇可具有任何适宜的分子量。该聚乙烯醇可具有约250克/摩尔或更大的平均分子量，例如，约300克/摩尔或更大、约400克/摩尔或更大、约500克/摩尔或更大、约600克/摩尔或更大、约750克/摩尔或更大、约1,000克/摩尔或更大、约2,000克/摩尔或更大、约3,000克/摩尔或更大、约4,000克/摩尔或更大、约5,000克/摩尔或更大、约7,500克/摩尔或更大、约10,000克/摩尔或更大、约15,000克/摩尔或更大、约20,000克/摩尔或更大、约25,000克/摩尔或更大、约30,000克/摩尔或更大、约50,000克/摩尔或更大、或约75,000克/摩尔或更大。可选择地，或者此外，该聚乙烯醇可具有约250,000克/摩尔或更小的平均分子量，例如，约200,000克/摩尔或更小、约180,000克/摩尔或更小、约150,000克/摩尔或更小、约100,000克/摩尔或更小、约90,000克/摩尔或更小、约85,000克/摩尔或更小、约80,000克/摩尔或更小、约75,000克/摩尔或更小、约50,000克/摩尔或更小、约45,000克/摩尔或更小、约40,000克/摩尔或更小、约35,000克/摩尔或更小、约30,000克/摩尔或更小、约25,000克/摩尔或更小、约20,000克/摩尔或更小、约15,000克/摩尔或更小、约12,500克/摩尔或更小、或约10,000克/摩尔或更小。因此，该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。举例而言，该聚乙烯醇可具有约250克/摩尔至约250,000克/摩尔、250克/摩尔至约200,000克/摩尔、250克/摩尔至约180,000克/摩尔、250克/摩尔至约150,000克/摩尔、250克/摩尔至约100,000克/摩尔、约250克/摩尔至约75,000克/摩尔、约250克/摩尔至约50,000克/摩尔、约250克/摩尔至约25,000克/摩尔、约250克/摩尔至约10,000克/摩尔、约10,000克/摩尔至约100,000克/摩尔、约10,000克/摩尔至约75,000克/摩尔、约10,000克/摩尔至约50,000克/摩尔、约10,000克/摩尔至约40,000克/摩尔、约50,000克/摩尔至约100,000克/摩尔、约75,000克/摩尔至约100,000克/摩尔、约25,000克/摩尔至约200,000克/摩尔、或约50,000克/摩尔至约180,000克/摩尔等的平均分子量。
该抛光组合物在使用点处包含任何适宜量的聚乙烯醇。该抛光组合物可包含约0.001重量％或更高、例如，约0.005重量％或更高、约0.01重量％或更高、约0.025重量％或更高、约0.05重量％或更高、约0.075重量％或更高、或约0.1重量％或更高的聚乙烯醇。可选择地，或者此外，该抛光组合物可包含约1重量％或更少、例如，约0.9重量％或更少、约0.8重量％或更少、约0.7重量％或更少、约0.6重量％或更少、约0.5重量％或更少、约0.4重量％或更少、或约0.3重量％或更少的聚乙烯醇。因此，该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型聚合物。举例而言，该抛光组合物可包含约0.001重量％至约1重量％、约0.01重量％至约0.9重量％、约0.025重量％至约0.8重量％、约0.05重量％至约0.7重量％、或约0.1重量％至约0.5重量％的聚乙烯醇等。
该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型聚合物。根据本发明的一个实施方式，该抛光组合物包含一种或多种选自以下的非离子型聚合物：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、亲水性非离子型聚合物、多醣、及其混合物。非离子型聚合物优选为水溶性的且与抛光组合物的其它组分相容。在一些实施方式中，非离子型聚合物起到表面活性剂和/或润湿剂的作用。
该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值的化合物(即，pH调节化合物)。抛光组合物的pH值可使用能够调节抛光组合物的pH值的任何适宜的化合物来进行调节。该pH调节化合物合乎需要地是水溶性的且与该抛光组合物的其它组分相容。典型地，该化学机械抛光组合物在使用点处具有约1至约7的pH值。优选地，该化学机械抛光组合物在使用点处具有约1至约4.5的pH值。
本发明抛光组合物可配制成提供缓冲能力。典型地，该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该抛光组合物的pH值调节至在式II离子型聚合物的一种或多种pKa值范围内的值。可使用任何适宜的碱性化合物来调节pH值以提供缓冲能力。适宜的碱性化合物的非限制性实例包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、及有机胺(例如三乙醇胺)。式II的离子型聚合物本质上为酸性的。因此，当该抛光组合物包含式II的离子型聚合物时，碱性化合物的存在给抛光组合物提供了缓冲能力。
在其它实施方式中，合乎需要的是，抛光组合物包含能够调节pH值且单独地能够缓冲该抛光组合物的酸性pH的另一化合物。因此，在这些实施方式中，合乎需要的是，抛光组合物的pH值小于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，在这些实施方式中，该抛光组合物的pH值在使用点处为约1至约4.5。因此，能够调节该抛光组合物的pH值的化合物典型地具有至少一个在25℃下量测时具有约3至约7的pKa值的可离子化的基团。
能够调节并缓冲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。
该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。示例性的添加剂包括调理剂(conditioner)、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、防垢剂(scale inhibiter)、分散剂等。
杀生物剂当存在时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。该抛光组合物中所用的杀生物剂的量典型地为约1ppm至约50ppm，优选约10ppm至约20ppm。
将理解，该抛光组合物的作为酸、碱、或盐(例如，离子型聚合物、碱、氢氧化铵等)的任意组分当溶解于该抛光组合物的水中时，可作为阳离子及阴离子以解离的形式存在。本文所列举的抛光组合物中所存在的这样的化合物的量应理解为是指在该抛光组合物的制备中所用的未解离的化合物的重量。
该抛光组合物可通过任何适宜的技术来生产，其中的许多是本领域技术人员已知的。该抛光组合物可以分批或连续工艺制备。一般而言，抛光组合物通过将该抛光组合物的组分组合来制备。本文所用的术语“组分”包括单独的成分(例如，铈土研磨剂、式I聚合物、任选的离子型聚合物、任选的聚乙烯醇、任选的非离子型聚合物、任选的pH调节剂、和/或任何任选的添加剂)以及成分(例如，铈土研磨剂、式I聚合物、任选的离子型聚合物、任选的聚乙烯醇、任选的非离子型聚合物等)的任意组合。
举例而言，该抛光组合物可通过以下制备：(i)提供液体载剂的全部或部分，(ii)使用用于制备这样的分散体的任何适宜的方式来分散铈土研磨剂、式I聚合物、任选的离子型聚合物、任选的聚乙烯醇、任选的非离子型聚合物、任选的pH调节剂、和/或任何任选的添加剂，(iii)在合适时调节分散体的pH值，以及(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。
替代地，该抛光组合物可通过以下制备：(i)以铈氧化物浆料的形式提供一种或多种组分(例如，液体载剂、任选的聚乙烯醇、任选的非离子型聚合物、任选的pH调节剂、和/或任何任选的添加剂)，(ii)以添加剂溶液的形式提供一种或多种组分(例如，液体载剂、式I聚合物、任选的离子型聚合物、任选的聚乙烯醇、任选的非离子型聚合物、任选的pH调节剂、和/或任何任选的添加剂)，(iii)将该铈氧化物浆料与该添加剂溶液组合以形成混合物，(iv)任选地添加适宜量的任何其它任选的添加剂至该混合物中，及(v)在合适时调节混合物的pH值。
该抛光组合物可作为包含以下物质的单包装体系供应：铈土研磨剂、式I聚合物、任选的离子型聚合物、任选的聚乙烯醇、任选的非离子型聚合物、任选的pH调节剂、和/或任何任选的添加剂、及水。替代地，本发明的抛光组合物作为双包装体系供应，所述双包装体系包含在第一包装中的铈氧化物浆料以及在第二包装中的添加剂溶液，其中该铈土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、任选的聚乙烯醇、任选的非离子型聚合物、任选的pH调节剂、和/或任何任选的添加剂、及水，且其中该添加剂溶液基本上由下列成分组成、或由下列成分组成：式I聚合物、任选的离子型聚合物、任选的聚乙烯醇、任选的非离子型聚合物、任选的pH调节剂、和/或任何任选的添加剂。该双包装体系允许通过改变两个包装(即，铈氧化物浆料及添加剂溶液)的共混比率来调节基材的整体平坦特性及抛光速度。
可采用各种方法来利用这样的双包装抛光体系。举例而言，该铈氧化物浆料及添加剂溶液可通过在供应管道的出口处接合并连接的不同管道递送至抛光台。该铈氧化物浆料及添加剂溶液可在抛光之前不久或在即将抛光之前混合，或可同时供应至该抛光台上。此外，当混合这两个包装时，可在需要时添加去离子水以调节该抛光组合物以及所得基材的抛光特性。
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。
为了在使用点处或其附近混合两个或更多个储存装置中所含的组分以产生抛光组合物，所述储存装置典型地提供有一条或多条从各储存装置引导至抛光组合物的使用点(例如，压板、抛光垫、或基材表面)的流动管线(flow line)。如本文中所使用的，术语“使用点”是指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。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、量测装置、混合装置等)，然后到达组分的使用点。
该抛光组合物的组分可独立递送至使用点(例如，将组分递送至基材表面，所述组分在抛光过程期间在所述基材表面上混合)，或者，所述组分的一种或多种可在递送至使用点之前(例如，在递送至使用点之前不久或即将递送至使用点之前)组合。若组分在以混合形式添加至该压板之前约5分钟或更短(例如，在以混合形式添加至该压板之前约4分钟或更短、约3分钟或更短、约2分钟或更短、约1分钟或更短、约45秒或更短、约30秒或更短、约10秒或更短)或在使用点处递送所述组分的同时进行组合(例如，所述组分在分配器处组合)，则所述组分是“在即将递送至使用点之前”组合。若组分在距使用点5米内(例如，在距使用点1米内、或甚至在距使用点10厘米内(例如，在距使用点1厘米内))组合，则所述组分也是“在即将递送至使用点之前”组合。
当该抛光组合物的组分中的两种或更多种在到达使用点之前组合时，所述组分可在流动管线中组合并递送至该使用点而无需使用混合装置。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中的两种或更多种的组合。可使用任何适宜的混合装置。举例而言，该混合装置可为供所述组分中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，该混合装置可为容器型混合装置，其包含：一个或多个入口，通过该一个或多个入口将该抛光浆料的两种或更多种组分引入至该混合器；以及至少一个出口，使经混合的组分通过该至少一个出口离开混合器以便直接或经由设备的其它构件(例如，经由一条或多条流动管线)递送至使用点。此外，该混合装置可包含超过一个腔室，各腔室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腔室中组合。若使用容器型混合装置，则该混合装置优选包含混合机构以进一步促进组分的组合。混合机构是本领域中普遍知晓的且包括搅拌器、共混器、搅动器、叶片式折流板(paddledbaffle)、气体分布器系统(gas sparger system)、振动器等。
该抛光组合物还可作为浓缩物提供，该浓缩物意欲在使用前用适当量的水进行稀释。在这样的实施方式中，该抛光组合物浓缩物包含一定量的抛光组合物组分，使得当用适当量的水稀释该浓缩物时，该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该抛光组合物中。举例而言，铈土研磨剂、式I聚合物、任选的离子型聚合物、任选的聚乙烯醇、任选的非离子型聚合物、任选的pH调节剂、和/或任何任选的添加剂可各自以上文针对各组分所列举的浓度的约2倍(例如，约3倍、约4倍、或约5倍)的量存在于该浓缩物中，以便当该浓缩物用等体积的水(例如，分别地，2等体积的水、3等体积的水、或4等体积的水)稀释时，各组分将以在以上针对各组分所列举的范围内的量存在于该抛光组合物中。此外，如本领域普通技术人员将理解的，该浓缩物可含有适当分数的存在于最终抛光组合物中的水，以确保铈土研磨剂、式I聚合物、任选的离子型聚合物、任选的聚乙烯醇、任选的非离子型聚合物、任选的pH调节剂、和/或任何任选的添加剂至少部分或全部地溶于该浓缩物中。
本发明还提供化学机械抛光基材的方法，其包括：(i)使基材与抛光垫及本文所述的化学机械抛光组合物接触，(ii)使该抛光垫相对于该基材移动，同时其间具有该化学机械抛光组合物，及(iii)研磨该基材的至少一部分以抛光该基材。
该化学机械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个由低介电材料构成的层(典型地，表面层)的基材。适宜的基材包括半导体工业中所用的晶片。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。本发明的方法尤其可用于抛光包含硅氧化物、硅氮化物、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。
在一些实施方式中，该基材包含多晶硅与硅氧化物和/或硅氮化物的组合。多晶硅可为任合适宜的多晶硅，其中的许多是本领域中已知的。多晶硅可具有任何适宜的相，且可为非晶的、结晶的、或其组合。硅氧化物类似地可为任何适宜的硅氧化物，其中的许多是本领域中已知的。硅氧化物的适宜类型包括但不限于硼磷硅玻璃(BPSG)、PETEOS、热氧化物(thermal oxide)、未经掺杂的硅酸盐玻璃、以及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，本发明的化学机械抛光组合物合乎需要地展现出高的移除速率。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)和/或原硅酸四乙酯(TEOS)的硅晶片时，该抛光组合物合乎需要地展现出约500埃/分钟或更高的硅氧化物移除速率，例如，700埃/分钟或更高、约1,000埃/分钟或更高、约1,250埃/分钟或更高、约1,500埃/分钟或更高、约1,750埃/分钟或更高、约2,000埃/分钟或更高、约2,500埃/分钟或更高、约3,000埃/分钟或更高、或约3,500埃/分钟或更高。在一个实施方式中，硅氧化物的移除速率可为约4,000埃/分钟或更高、约4,500埃/分钟或更高、或约5,000埃/分钟或更高。
当根据本发明的方法抛光包含硅氮化物的基材时，本发明的化学机械抛光组合物合乎需要地展现出低的移除速率。举例而言，当根据本发明的实施方式抛光包含硅氮化物的硅晶片时，该抛光组合物合乎需要地展现出约250埃/分钟或更低的硅氮化物移除速率，例如，约200埃/分钟或更低、约150埃/分钟或更低、约100埃/分钟或更低、约75埃/分钟或更低、约50埃/分钟或更低、或甚至约25埃/分钟或更低。
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展现出低的移除速率。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，该抛光组合物合乎需要地展现出约1,000埃/分钟或更低的多晶硅移除速率，例如，约750埃/分钟或更低、约500埃/分钟或更低、约250埃/分钟或更低、约100埃/分钟或更低、约50埃/分钟或更低、约25埃/分钟或更低、约10埃/分钟或更低、或甚至约5埃/分钟或更低。
当抛光基材时，本发明的抛光组合物合乎需要地展现出低的颗粒缺陷，如通过合适的技术所测定的。在优选实施方式中，本发明的化学机械抛光组合物包含促进低缺陷率的湿法铈土。利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适宜的技术测定。举例而言，可使用激光光散射技术(例如，暗场法向光束复合物(DCN)和暗场倾斜光束复合物(DCO))来测定经抛光的基材上的颗粒缺陷。用于评估颗粒缺陷率的适宜的仪器可从例如KLA-Tencor得到(例如，在120纳米阈值或160纳米阈值下操作的SURFSCANTMSP1仪器)。
利用本发明抛光组合物抛光的基材(尤其是包含硅氧化物和/或硅氮化物和/或多晶硅的硅)合乎需要地具有约20,000计数或更小的DCN值，例如，约17,500计数或更小、约15,000计数或更小、约12,500计数或更小、约3,500计数或更小、约3,000计数或更小、约2,500计数或更小、约2,000计数或更小、约1,500计数或更小、或约1,000计数或更小。优选地，根据本发明的实施方式抛光的基材具有约750计数或更小的DCN值，例如，约500计数、约250计数、约125计数、或甚至约100计数或更小的DCN值。可选择地，或者此外，用本发明的化学机械抛光组合物抛光的基材合乎需要地展现出少的刮痕，如通过合适的技术所测定的。举例而言，根据本发明的实施方式抛光的硅晶片合乎需要地具有约250条或更少的刮痕、或约125条或更少的刮痕，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具有选择性的合乎需要的抛光范围处提供有效的抛光，而同时使表面不平整性、缺陷、腐蚀、侵蚀和停止层的移除最小(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约5:1或更高(例如，约10:1或更高、约15:1或更高、约25:1或更高、约50:1或更高、约100:1或更高、或约150:1或甚至更高)的二氧化硅对多晶硅的抛光选择性来抛光基材。此外，本发明的化学机械抛光组合物可用于以约2:1或更高(例如，约4:1或更高、或约6:1或更高)的硅氮化物对多晶硅的抛光选择性来抛光基材。一些配制物可展现出甚至更高的二氧化硅对多晶硅的选择性，例如，约20:1或更高、或甚至约30:1或更高。在优选实施方式中，本发明的化学机械抛光组合物同时提供二氧化硅相对于硅氮化物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，该设备包含：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，其固持待通过使该基材与该抛光垫的表面接触并且使该基材相对于该抛光垫的表面移动而抛光的基材。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，以便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，编织及非编织的抛光垫。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。软质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(可从例如Eminess Technologies商购获得)、POLITEXTM和FujiboPOLYPASTM27。特别优选的抛光垫为可从Cabot Microelectronics商购获得的EPICTMD100垫。另一优选抛光垫为可从Dow,Inc.得到的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)；硅氮化物(SiN)；多晶硅(polySi)；分子量(MW)；及聚乙二醇(PEG)。
在以下实施例中，使用MIRRATM(Applied Materials,Inc.)或REFLEXIONTM(Applied Materials,Inc.)工具抛光如下基材：覆盖于硅上的TEOS硅氧化物(由四乙氧基硅烷制备)、覆盖于硅上的HDP(高密度等离子体)硅氧化物、覆盖于硅上的多晶硅、覆盖于硅上的硅氮化物、和从Silyb Inc.获得的图案化晶片。所述图案化晶片包含在经硅氧化物覆盖的基材上的100微米的硅氮化物特征。对于所有组合物皆使用IC1010TM抛光垫(Rohm andHaas Electronic Materials)以及相同的抛光参数。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，总流量＝150mL/分钟。移除速率通过如下计算：使用光谱椭圆偏光法(spectroscopic ellipsometry)测量膜厚度，并且，从最初厚度减去最终厚度。
在本文所述的实施例中，通过将等体积的湿法铈土配制物和添加剂配制物组合来制备抛光组合物。在一些情形中，如下文所记录的，将所述抛光组合物进一步用水稀释，从而，在抛光组合物中提供指定量的铈土。所述湿法铈土是来自于Rhodia的HC-60TM产品。
所述湿法铈土配制物和添加剂配制物分别阐释于表1和表2中。PEG是指分子量为8000且从Dow Corporation获得的聚乙二醇。式I聚合物是从DuPont获得的各种CAPSTONETM聚合物且在表2中针对各抛光组合物进行鉴别。阴离子型聚合物PDA600(即，式II的离子型聚合物)是分子量为600且从Sigma-Aldrich获得的聚乙二醇二酸。阴离子型聚合物Mighty21ES(即，作为聚丙烯酸酯的离子型聚合物)是从Kao获得的。聚乙烯醇(“PVA”)是来自于Nippon Gohsei的OKS 1009产品。Kordek是从Dow Chemical获得的杀生物剂。TEA是三乙醇胺。
表1.湿法铈土配制物
| 配制物 | 湿法铈土(重量％) | pH值 | PEG(重量％) | 吡啶甲酸(重量％) |
| WPC1 | 0.8 | 4 | 0.2 | 0.02 |
| WPC2 | 0.8 | 4 | 0.2 | 0.06 |
表2.添加剂配制物
*-鉴别特定的CAPSTONETM聚合物
实施例1
利用抛光组合物1A-1M在相同条件下抛光包含TEOS和多晶硅的硅晶片。通过将表1及2中所述的等体积的研磨剂配制物和添加剂配制物以表3中阐释的组合进行组合来获得所述抛光组合物。将抛光组合物1A-1M中每一种的pH值调节至4。抛光组合物1A-1M中的每一种均含有0.4重量％的湿法铈土。
在抛光之后，确定TEOS和多晶硅的移除速率，并计算出TEOS对多晶硅的选择性。结果阐释于表3中。
表3
如由表3中所阐释的结果明显的，含有式I聚合物的抛光组合物1C-1H、1K、及1M(本发明)展现出约105至502的TEOS:多晶硅选择性。抛光组合物1I展现出约47的TEOS:多晶硅选择性，但展现出约1881埃/分钟的TEOS移除速率。抛光组合物1A、1B、及1J(对比)展现出约32至97的TEOS:多晶硅选择性。抛光组合物1J(对比)展现出约97的TEOS:多晶硅选择性，但展现出约1460埃/分钟的TEOS移除速率。抛光组合物1L的结果似为异常值。
实施例2
该实施例表明了根据本发明的实施方式由本发明抛光组合物所展现的在多晶硅移除速率方面的降低的可变性。
利用四种不同的抛光组合物(即，抛光组合物2A-2D)抛光包含经高密度等离子体(“HDP”)氧化物覆盖的硅、经TEOS覆盖的硅、经硅氮化物覆盖的硅、以及经多晶硅覆盖的硅的单独的基材。抛光组合物2A(本发明)包含等体积的利用水1:1.7稀释的湿法铈土配制物WPC1以及利用水1:1.5稀释的添加剂配制物F3，从而，提供0.23重量％的湿法铈土。抛光组合物2B(本发明)包含等体积的湿法铈土配制物WPC1以及添加剂配制物F3，从而提供0.4重量％的湿法铈土。抛光组合物2C(对比)包含等体积的利用水1:1.7稀释的湿法铈土配制物WPC1以及利用水1:1.5稀释的添加剂配制物F1，从而提供0.23重量％的湿法铈土。抛光组合物2D(对比)包含等体积的湿法铈土配制物WPC1以及添加剂配制物F1，从而提供0.4重量％的湿法铈土。将抛光组合物2A-2D中的每一种均调节至4的pH值。
在抛光之后，确定了HDP、TEOS、硅氮化物、及多晶硅的移除速率。抛光组合物2C及2D各被评估了两次。结果阐释于表4中。
表4
如由表4所阐释的结果明显的，分别含有0.23重量％和0.4重量％湿法铈土且分别含有13ppm和20ppm的CAPSTONETMFS-31的抛光组合物2A和2B(本发明)展现出大致相同的多晶硅移除速率。含有0.23重量％湿法铈土且没有CAPSTONETMFS-31的抛光组合物2C(对比)、以及含有0.4重量％湿法铈土且没有CAPSTONETMFS-31的抛光组合物2D(对比)展现出高度可变的多晶硅移除速率。
实施例3
该实施例表明了根据本发明的实施方式利用包含湿法铈土及式I聚合物的抛光组合物所观察到的对凹陷和侵蚀以及对多晶硅损失和氧化物损失的影响。
利用三种不同的抛光组合物(即，抛光组合物3A-3C)抛光单独的图案化基材，这些图案化基材包含最初在具有约3200埃的氧化物沟槽深度的经硅氧化物覆盖的基材上覆盖有约1300埃氧化物的100微米和900微米的多晶硅特征(约2200埃厚的特征)。抛光组合物3A(对比)包含等体积的湿法铈土配制物WPC1与添加剂配制物F9的混合物。抛光组合物3B(对比)包含等体积的湿法铈土配制物WPC1与添加剂配制物F1的混合物。抛光组合物3C(本发明)包含等体积的湿法铈土配制物WPC1与添加剂配制物F3的混合物。添加剂配制物F1及F9不含式I聚合物。
将所述基材抛光至终点并加上40％过度抛光。在抛光之后，确定在100微米特征中的多晶硅损失(表示为Δ多晶硅)、在100微米和900微米特征中的剩余沟槽氧化物、侵蚀、以及凹陷。结果阐释于表5中。至终点的抛光时间以及过度抛光的时间也指示于表5中。
表5
如由表5中所阐释的结果明显的，包含20ppm CAPSTONETMFS-31的抛光组合物3C(本发明)对100微米和900微米的特征均展现出经改善的沟槽氧化物保护。相对于本发明的配制物3C，对比例3A和3B对于100微米的特征分别显示出本发明配制物3C所显示的沟槽保护的81％和97％。对于900微米的特征，对比例3A和3B分别显示出本发明配制物3C所显示的沟槽保护的40％和93％。抛光组合物3C(本发明)分别展现出抛光组合物3A和3B(对比)所展现的凹陷的约5％和36％以及侵蚀的约40％和72％。
实施例4
该实施例表明了根据本发明的实施方式利用包含式I聚合物的抛光组合物所观察到的对凹陷和侵蚀以及对硅氮化物损失和氧化物损失的影响。
利用三种不同的抛光组合物(即，抛光组合物4A-4C)抛光单独的图案化基材，所述图案化基材包含最初在具有约3200埃的氧化物沟槽深度的经硅氧化物覆盖的基材上覆盖有约1600埃氧化物的100微米和900微米的硅氮化物特征(约1600埃厚的特征)。通过将等体积的湿法铈土配制物WPC1与添加剂配制物混合来制备抛光组合物4A-4C中的每一种。使用添加剂配制物F9制备抛光组合物4A(对比)。使用添加剂配制物F1制备抛光组合物4B(对比)。使用添加剂配制物F3制备抛光组合物4C(本发明)。
将所述基材抛光至终点并加上大约40％过度抛光。在抛光之后，确定在100微米特征中的硅氮化物损失(表示为Δ氮化物)、在100微米和900微米特征中的剩余沟槽氧化物、侵蚀、以及凹陷。结果阐释于表6中。至终点的抛光时间以及过度抛光的时间也指示于表6中。
表6
如由表6中所阐释的结果明显的，包含20ppm CAPSTONETMFS-31的抛光组合物4C(本发明)对100微米和900微米的特征均显示出经改善的沟槽氧化物保护。相对于本发明的配制物4C，对比例4A和4B对于100微米的特征分别显示出本发明配制物4C所显示的沟槽保护的72％和96％。对于900微米的特征，对比例4A和4B分别显示出本发明配制物4C所显示的沟槽保护的10％和98％。抛光组合物4C(本发明)分别展现出抛光组合物4A和4B(对比)所展现的凹陷的约45％和80％以及侵蚀的约38％和76％。
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(如，“例如”)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 (21)
1.化学机械抛光组合物，包含：
(a)0.05重量％至10重量％的铈土研磨剂，
(b)10ppm至1000ppm的式I聚合物：
其中X1和X2独立地选自O、C、及S，
Y1和Y2独立地选自OH、C1-C10烷基、及式CxHyFz的基团，
R1、R2、R3和R4独立地选自氢、F、C1-C10烷基、C6-C10芳基、及杂芳族基，
x为1至20的整数，
z为1至41的整数，
y＝2x-z+1，
m为3至500的整数，且
Y1或Y2中的至少一者为CxHyFz，或者，R1-R4中的至少一者为F，以及
(c)水，
其中该抛光组合物具有1至4.5的pH值。
2.权利要求1的抛光组合物，其中Y1和Y2中的每一者均为CxHyFz。
3.权利要求1或2的抛光组合物，其中X1和X2中的每一者均为O。
4.权利要求1或2的抛光组合物，其中R1、R2、R3和R4中的每一者独立地为氢或F。
5.权利要求1或2的抛光组合物，其中x为1至9的整数。
6.权利要求1或2的抛光组合物，其中x为1至8的整数且y为1至40的整数。
7.权利要求1或2的抛光组合物，其中该聚合物具有500道尔顿至10,000道尔顿的分子量，且其中m为具有8或更高的值的整数。
8.权利要求1或2的抛光组合物，其中该抛光组合物进一步包含选自以下的离子型聚合物：
(a)式II的离子型聚合物：
其中X1和X2独立地选自氢、-OH、及-COOH，且X1和X2中的至少一者为-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、及C7-C10芳基，且n为3至500的整数，及
(b)聚丙烯酸酯。
9.权利要求1或2的抛光组合物，其中该抛光组合物进一步包含聚乙烯醇。
10.化学机械抛光基材的方法，包括：
(i)使基材与抛光垫及化学机械抛光组合物接触，该化学机械抛光组合物包含：
(a)0.05重量％至10重量％的铈土研磨剂，
(b)10ppm至1000ppm的式I聚合物：
其中X1和X2独立地选自O、C、及S，
Y1和Y2独立地选自OH、C1-C10烷基、及式CxHyFz的基团，
R1、R2、R3和R4独立地选自氢、F、C1-C10烷基、C6-C10芳基、及杂芳族基，
x为1至20的整数，
z为1至41的整数，
y＝2x-z+1，
m为3至500的整数，且
Y1或Y2中的至少一者为CxHyFz，或者，R1-R4中的至少一者为F，以及
(c)水，
其中该抛光组合物具有1至4.5的pH值，
(ii)使该抛光垫及该化学机械抛光组合物相对于该基材移动，及
(iii)研磨该基材的至少一部分以抛光该基材。
11.权利要求10的方法，其中Y1和Y2中的每一者均为CxHyFz。
12.权利要求10或11的方法，其中X1和X2中的每一者均为O。
13.权利要求10或11的方法，其中R1、R2、R3和R4中的每一者独立地为氢或F。
14.权利要求10或11的方法，其中x为1至9的整数。
15.权利要求10或11的方法，其中x为1至8的整数且y为1至40的整数。
16.权利要求10或11的方法，其中该聚合物具有500道尔顿至10,000道尔顿的分子量，且其中m为具有8或更高的值的整数。
17.权利要求10或11的方法，其中该抛光组合物进一步包含选自以下的离子型聚合物：
(a)式II的离子型聚合物：
其中X1和X2独立地选自氢、-OH、及-COOH，且X1和X2中的至少一者为-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、及C7-C10芳基，且
n为3至500的整数，及
(b)聚丙烯酸酯。
18.权利要求10或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10或11的方法，其中该基材包含硅氧化物，且其中磨除该硅氧化物的至少一部分以抛光该基材。
20.权利要求19的方法，其中该基材进一步包含硅氮化物，且其中磨除该硅氮化物的至少一部分以抛光该基材。
21.权利要求19的方法，其中该基材进一步包含多晶硅，且其中磨除该多晶硅的至少一部分以抛光该基材。
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