CN107429120B - 包含阳离子型聚合物添加剂的抛光组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明提供化学机械抛光组合物及利用所述化学机械抛光组合物以化学机械方式抛光基板、尤其是包含硅氧化物层的基板的方法。所述抛光组合物包含：第一研磨剂颗粒，其中所述第一研磨剂颗粒为湿法铈土颗粒，具有约75nm至约200nm的中值粒度且以约0.005重量％至约2重量％的浓度存在于该抛光组合物中；经官能化的杂环；阳离子型聚合物，其选自季胺、阳离子型聚乙烯醇及阳离子型纤维素；任选的羧酸；pH调节剂；及水性载剂，且具有约1至约6的pH。
Description
背景技术
在集成电路及其它电子器件的制造中，多个导电、半导电及介电的材料层沉积至基板表面上或自基板表面移除。随着材料层依序地沉积至基板上及自基板移除，基板的最上部表面可变得非平坦且需要进行平坦化。对表面进行平坦化或对表面进行“抛光”是这样的工艺，其中，自基板的表面移除材料以形成总体上均匀平坦的表面。平坦化可用于移除不合乎期望的表面形貌(topography)及表面缺陷，诸如粗糙表面、经团聚的材料、晶格损伤、刮痕、以及受污染的层或材料。平坦化也可用于通过移除过量的沉积材料而在基板上形成特征，该沉积材料用于填充所述特征并提供用于后续的加工及金属化水平的均匀表面。
用于对基板表面进行平坦化或抛光的组合物及方法在本领域中是公知的。化学机械平坦化或化学机械抛光(CMP)是用于使基板平坦化的常用技术。CMP采用被称为CMP组合物或更简单地被称为抛光组合物(也被称作抛光浆料)的化学组合物以用于自基板选择性地移除材料。典型地，通过使基板的表面与饱含抛光组合物的抛光垫(例如，抛光布或抛光盘)接触而将抛光组合物施加至基板。典型地，通过抛光组合物的化学活性和/或悬浮于抛光组合物中或结合到抛光垫(例如，固定研磨剂式抛光垫)中的研磨剂的机械活性而进一步辅助基板的抛光。
随着集成电路尺寸的减小以及芯片(chip)上的集成电路数目的增加，构成所述电路的组件必须更近地安置在一起以便符合典型的芯片上可用的有限空间。电路之间的有效隔离对于确保最佳半导体效能而言是重要的。为此，将浅沟槽蚀刻至半导体基板中且用绝缘材料填充以隔离该集成电路的有源(active)区域。更特定而言，浅沟槽隔离(STI)是这样的制程，其中，在硅基板上形成硅氮化物层，经由蚀刻或光刻形成浅沟槽，且沉积介电层以填充沟槽。由于以此方式形成的沟槽的深度变化，典型地需要在基板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。介电材料(例如硅氧化物)与基板的下方表面形貌相符。因此，基板表面的特征在于沟槽之间的上覆氧化物的凸起区域，其被称为图案氧化物。图案氧化物的特征在于位于沟槽外的过量氧化物介电材料的台阶高度。典型地，通过CMP制程移除过量的介电材料，这另外提供平坦表面以用于进一步加工。由于图案氧化物被磨除且接近表面的平坦度，则氧化物层被称为毯覆式氧化物。
抛光组合物可根据其抛光速率(即，移除速率)及其平坦化效率进行表征。抛光速率是指自基板表面移除材料的速率且通常根据长度(厚度)单位/时间单位(例如，埃/分钟)表示。平坦化效率涉及台阶高度减少与自基板移除的材料量。特定而言，抛光表面(例如抛光垫)首先接触表面的“高点”且必须移除材料以形成平坦表面。在较少材料移除的情况下导致实现平坦表面的制程被认为比需要移除更多材料以实现平坦度的制程更有效。
通常，硅氧化物图案的移除速率可被限速以用于STI制程中的介电抛光步骤，且因此需要硅氧化物图案的高移除速率以提高器件产量。然而，若毯覆式移除速率过快，则位于所暴露出的沟槽中的氧化物的过度抛光导致沟槽侵蚀及提高的器件缺陷率。
仍需要提供有用的移除速率同时还提供改善的平坦化效率的用于对含硅氧化物的基板进行化学机械抛光的组合物及方法。本发明提供这样的抛光组合物及方法。本发明的这些及其它优势以及其它的发明特征将自本文中所提供的本发明的描述而明晰。
发明内容
本发明提供化学机械抛光组合物，其包含(a)第一研磨剂颗粒，其中第一研磨剂颗粒为湿法铈土(氧化铈，ceria)颗粒，具有约75nm至约200nm的中值粒度且以约0.005重量％至约2重量％的浓度存在于抛光组合物中；(b)经官能化的杂环，其选自经官能化的含氮杂环、经官能化的含硫杂环、萘甲酸及其组合，其中经官能化的杂环以约100ppm至约1500ppm的浓度存在于抛光组合物中；(c)阳离子型聚合物，其中阳离子型聚合物为季胺，且其中阳离子型聚合物以约1ppm至约250ppm的浓度存在于抛光组合物中；(d)羧酸，其中羧酸的pKa为约1至约6，且其中羧酸以约25ppm至约500ppm的浓度存在于抛光组合物中；(e)pH调节剂；及(f)水性载剂，其中抛光组合物的pH为约1至约6，且其中抛光组合物的pH与羧酸的pKa的偏差不超过约2个单位。
本发明还提供化学机械抛光组合物，其包含(a)第一研磨剂颗粒，其中第一研磨剂颗粒为湿法铈土颗粒，具有约75nm至约200nm的中值粒度且以约0.005重量％至约2重量％的浓度存在于抛光组合物中；(b)经官能化的杂环，其选自经官能化的含氮杂环、经官能化的含硫杂环、萘甲酸及其组合，其中经官能化的杂环以约100ppm至约1500ppm的浓度存在于抛光组合物中；(c)阳离子型聚合物，其选自阳离子型聚乙烯醇及阳离子型纤维素，其中阳离子型聚合物以约1ppm至约250ppm的浓度存在于抛光组合物中；(d)pH调节剂；及(e)水性载剂，其中抛光组合物的pH为约1至约6。
本发明进一步提供抛光基板的方法，其包括(i)提供基板，其中该基板包含硅氧化物层；(ii)提供抛光垫；(iii)提供化学机械抛光组合物，其包含：(a)第一研磨剂颗粒，其中第一研磨剂颗粒为湿法铈土颗粒，具有约75nm至约200nm的中值粒度且以约0.005重量％至约2重量％的浓度存在于抛光组合物中，(b)经官能化的杂环，其选自经官能化的含氮杂环、经官能化的含硫杂环、萘甲酸及其组合，其中经官能化的杂环以约100ppm至约1500ppm的浓度存在于抛光组合物中，(c)阳离子型聚合物，其中阳离子型聚合物为季胺且其中阳离子型聚合物以约1ppm至约250ppm的浓度存在于抛光组合物中，(d)羧酸，其中羧酸的pKa为约1至约6且其中羧酸以约25ppm至约500ppm的浓度存在于抛光组合物中，(e)pH调节剂及(f)水性载剂，其中抛光组合物的pH为约1至约6且其中抛光组合物的pH与羧酸的pKa的偏差不超过约2个单位；(iv)使基板与抛光垫及化学机械抛光组合物接触；及(v)相对于基板移动抛光垫及化学机械抛光组合物以研磨基板表面上的硅氧化物层的至少一部分，从而抛光基板。
本发明又进一步提供抛光基板的方法，其包括(i)提供基板，其中该基板包含硅氧化物层；(ii)提供抛光垫；(iii)提供化学机械抛光组合物，其包含：(a)第一研磨剂颗粒，其中第一研磨剂颗粒为湿法铈土颗粒，具有约75nm至约200nm的中值粒度且以约0.005重量％至约2重量％的浓度存在于抛光组合物中，(b)经官能化的杂环，其选自经官能化的含氮杂环、经官能化的含硫杂环、萘甲酸及其组合，其中经官能化的杂环以约100ppm至约1500ppm的浓度存在于抛光组合物中，(c)阳离子型聚合物，其选自阳离子型聚乙烯醇及阳离子型纤维素，其中阳离子型聚合物以约1ppm至约250ppm的浓度存在于中抛光组合物，(d)pH调节剂及(e)水性载剂，其中抛光组合物的pH为约1至约6；(iv)使基板与抛光垫及化学机械抛光组合物接触；及(v)相对于基板移动抛光垫及化学机械抛光组合物以研磨基板表面上的硅氧化物层的至少一部分，从而抛光基板。
附图说明
图1说明针对不包括阳离子型聚合物或羧酸的抛光组合物(即，抛光组合物4A)以及针对包括作为季胺的阳离子型聚合物及羧酸的抛光组合物(即，抛光组合物4B-4F)的剩余台阶高度相对于沟槽损失
图2说明针对(1)不包括阳离子型聚合物或羧酸的抛光组合物(即，抛光组合物5A)、(2)不包括阳离子型聚合物但包括羧酸的抛光组合物(即，抛光组合物5B及5C)及(3)包括作为季胺的阳离子型聚合物及羧酸的抛光组合物(即，抛光组合物5D及5E)的剩余台阶高度相对于沟槽损失
图3说明(1)不包括阳离子型聚合物或羧酸的抛光组合物(即，抛光组合物5A)、(2)不包括阳离子型聚合物但包括羧酸的抛光组合物(即，抛光组合物5B及5C)及(3)包括作为季胺的阳离子型聚合物及羧酸的抛光组合物(即，抛光组合物5D及5E)的毯覆式TEOS移除速率(RR)(/分钟)。
图4说明针对包括作为阳离子型聚乙烯醇的阳离子型聚合物的抛光组合物(即，抛光组合物6B-6D)以及针对不包括阳离子型聚合物的抛光组合物(即，抛光组合物6A)的50％密度的500μm特征上的剩余台阶高度相对于沟槽损失
图5说明针对包括作为阳离子型聚乙烯醇的阳离子型聚合物的抛光组合物(即，抛光组合物6B-6D)以及针对不包括阳离子型聚合物的抛光组合物(即，抛光组合物6A)的70％密度的100μm特征上的剩余台阶高度相对于沟槽损失
具体实施方式
本发明提供化学机械抛光组合物。在一个实施方式中，抛光组合物可包含以下物质、基本上由以下物质组成、或者由以下物质组成：(a)第一研磨剂颗粒，其中第一研磨剂颗粒为湿法铈土颗粒，具有约75nm至约200nm的中值粒度且以约0.005重量％至约2重量％的浓度存在于抛光组合物中；(b)经官能化的杂环，其选自经官能化的含氮杂环、经官能化的含硫杂环、萘甲酸及其组合，其中经官能化的杂环以约100ppm至约1500ppm的浓度存在于抛光组合物中；(c)阳离子型聚合物，其中阳离子型聚合物为季胺，且其中阳离子型聚合物以约1ppm至约250ppm的浓度存在于抛光组合物中；(d)羧酸，其中羧酸的pKa为约1至约6，且其中羧酸以约25ppm至约500ppm的浓度存在于抛光组合物中；(e)pH调节剂；及(f)水性载剂，其中抛光组合物的pH为约1至约6，且其中抛光组合物的pH与羧酸的pKa的偏差不超过约2个单位。
在另一实施方式中，抛光组合物可包含以下物质、基本上由以下物质组成、或者由以下物质组成：(a)第一研磨剂颗粒，其中第一研磨剂颗粒为湿法铈土颗粒，具有约75nm至约200nm的中值粒度且以约0.005重量％至约2重量％的浓度存在于抛光组合物中；(b)经官能化的杂环，其选自经官能化的含氮杂环、经官能化的含硫杂环、萘甲酸及其组合，其中经官能化的杂环以约100ppm至约1500ppm的浓度存在于抛光组合物中；(c)阳离子型聚合物，其选自阳离子型聚乙烯醇及阳离子型纤维素，其中阳离子型聚合物以约1ppm至约250ppm的浓度存在于抛光组合物中；(d)pH调节剂；及(e)水性载剂，其中抛光组合物的pH为约1至约6。
该抛光组合物包含第一研磨剂颗粒。所述第一研磨剂颗粒为湿法铈土颗粒。举例而言，第一研磨剂颗粒可为沉淀的铈土颗粒或缩合-聚合的铈土颗粒，包括胶体铈土颗粒。
第一研磨剂颗粒具有约75nm至约200nm的中值粒度。颗粒的粒度为包围该颗粒的最小球体的直径。第一研磨剂颗粒的粒度可使用任何适合的技术量测。举例而言，第一研磨剂颗粒的粒度可使用盘式离心机，即通过差分离心沉降(DCS)量测。适合的盘式离心机粒度量测仪器为市售的，诸如购自CPS Instruments(Prairieville,LA)，例如，型号DC24000UHR的CPS盘式离心机。除非另外规定，否则本文中所报导及所要求保护的中值粒度值基于盘式离心机量测。
举例而言，第一研磨剂颗粒可具有约75nm或75nm以上，例如约80nm或80nm以上，约85nm或85nm以上，约90nm或90nm以上，约95nm或95nm以上，约100nm或100nm以上，约115nm或115nm以上，约120nm或120nm以上，或约125nm或125nm以上的中值粒度。可选择地，或者此外，第一研磨剂颗粒可具有约200nm或200nm以下，例如约185nm或185nm以下，约175nm或175nm以下，约165nm或165nm以下，约160nm或160nm以下，约150nm或150nm以下，约140nm或140nm以下，或约135nm或135nm以下的中值粒度。因此，第一研磨剂颗粒可具有前述端点的任何两者限定的范围内的中值粒度。举例而言，第一研磨剂颗粒可具有约75nm至约200nm，例如约75nm至约175nm，约75nm至约150nm，约75nm至约125nm，约75nm至约115nm，约90nm至约150nm，约90nm至约120nm，约100nm至约200nm，或约100nm至约175nm的中值粒度。优选地，第一研磨剂颗粒具有约75nm至约125nm的中值粒度，例如约80nm的中值粒度，约85nm的中值粒度，约95nm的中值粒度，约100nm的中值粒度，约105nm的中值粒度，或约115nm的中值粒度。
第一研磨剂颗粒以约0.005重量％至约2重量％的浓度存在于抛光组合物中。举例而言，第一研磨剂颗粒可以约0.005重量％或0.005重量％以上，例如约0.0075重量％或0.0075重量％以上，约0.01重量％或0.01重量％以上，约0.025重量％或0.025重量％以上，约0.05重量％或0.05重量％以上，约0.075重量％或0.075重量％以上，约0.1重量％或0.1重量％以上，或约0.25重量％或0.25重量％以上的浓度存在于抛光组合物中。可选择地，或者此外，第一研磨剂颗粒可以约2重量％或2重量％以下，例如约1.75重量％或1.75重量％以下，约1.5重量％或1.5重量％以下，约1.25重量％或1.25重量％以下，约1重量％或1重量％以下，约0.75重量％或0.75重量％以下，约0.5重量％或0.5重量％以下，或约0.25重量％或0.25重量％以下的浓度存在于抛光组合物中。因此，第一研磨剂颗粒可以前述端点的任何两者限定的范围内的浓度存在于抛光组合物中。举例而言，第一研磨剂颗粒可以约0.005重量％至约2重量％，例如约0.005重量％至约1.75重量％，约0.005重量％至约1.5重量％，约0.005重量％至约1.25重量％，约0.005重量％至约1重量％，约0.01重量％至约2重量％，约0.01重量％至约1.5重量％，约0.05重量％至约2重量％，约0.05重量％至约1.5重量％，约0.1重量％至约2重量％，约0.1重量％至约1.5重量％，或约0.1重量％至约1重量％的浓度存在于抛光组合物中。
优选地，第一研磨剂颗粒以约0.1重量％至约0.5重量％，例如约0.15重量％至约0.4重量％，约0.15重量％至约0.35重量％，或约0.2重量％至约0.3重量％的浓度存在于抛光组合物中。更优选地，第一研磨剂颗粒以约0.1重量％至约0.3重量％，例如约0.1重量％，约0.15重量％，约0.2重量％，约0.25重量％或约0.28重量％的浓度存在于抛光组合物中。
抛光组合物任选地可包含额外的研磨剂颗粒(例如第二研磨剂颗粒、第三研磨剂颗粒等)。额外的研磨剂颗粒可为例如与第一研磨剂颗粒不同的金属的金属氧化物研磨剂颗粒，诸如锆氧土(zirconia)(例如锆氧化物(zirconium oxide))、氧化钛(例如二氧化钛)、氧化锗(例如二氧化锗、锗氧化物)、镁土(magnesia)(例如镁氧化物(magnesiumoxide))、镍氧化物、其共同形成产物或其组合的金属氧化物研磨剂颗粒。额外的研磨剂颗粒也可为明胶、乳胶、纤维素、聚苯乙烯或聚丙烯酸酯的有机颗粒。
额外的研磨剂颗粒还可为与第一研磨剂颗粒不同的铈土类型的铈土(例如铈氧化物)的金属氧化物研磨剂颗粒，即，不为湿法铈土颗粒的铈土颗粒，诸如热解铈土颗粒。
额外的研磨剂颗粒还可为具有与第一研磨剂颗粒的中值粒度不同的中值粒度的湿法铈土颗粒。优选地，当抛光组合物包含第二研磨剂颗粒时，第二研磨剂颗粒为湿法铈土颗粒且第二研磨剂颗粒具有与第一研磨剂颗粒的中值粒度不同的中值粒度。
当抛光组合物包括额外的研磨剂颗粒(例如第二研磨剂颗粒、第三研磨剂颗粒等)时，额外的研磨剂颗粒可具有任何适合的中值粒度。举例而言，抛光组合物可包括第二研磨剂颗粒，且所述第二研磨剂颗粒可具有小于第一研磨剂颗粒的中值粒度的中值粒度，例如第二研磨剂颗粒可具有约1nm至约100nm，例如约15nm至约95nm，约20nm至约90nm，约25nm至约85nm，约25nm至约80nm，约25nm至约75nm，或约35nm至约75nm的中值粒度。优选地，第二研磨剂颗粒具有约1nm至约60nm，例如约1nm至约55nm，约1nm至约25nm，约10nm至约60nm，约10nm至约55nm，约25nm至约60nm，约30nm至约60nm，或约35nm至约60nm的中值粒度。更优选地，第二研磨剂颗粒具有约40nm至约60nm，例如约50nm、约52nm、约54nm、约55nm或约58nm的中值粒度。
可选择地，抛光组合物可包括额外的研磨剂颗粒(例如第二研磨剂颗粒、第三研磨剂颗粒等)，且所述额外的研磨剂颗粒可具有大于第一研磨剂颗粒的中值粒度的中值粒度。举例而言，抛光组合物可包括第二研磨剂颗粒，且所述第二研磨剂颗粒可具有约125nm至约1μm，例如约125nm至约850nm，约125nm至约750nm，约150nm至约600nm，约150nm至约550nm，约175nm至约500nm，约200nm至约500nm，约225nm至约450nm，或约250nm至约400nm的中值粒度。
额外的研磨剂颗粒(即，第二研磨剂颗粒、第三研磨剂颗粒等总计)可以任何适合的浓度存在于抛光组合物中。优选地，额外的研磨剂颗粒以约0.005重量％至约2重量％的浓度存在于抛光组合物中。举例而言，抛光组合物可包括第二研磨剂颗粒，且所述第二研磨剂颗粒可以约0.005重量％或0.005重量％以上，例如约0.0075重量％或0.0075重量％以上，约0.01重量％或0.01重量％以上，约0.025重量％或0.025重量％以上，约0.05重量％或0.05重量％以上，约0.075重量％或0.075重量％以上，约0.1重量％或0.1重量％以上，或约0.25重量％或0.1重量％以上的浓度存在于抛光组合物中。可选择地，或者此外，第二研磨剂颗粒可以约2重量％或2重量％以下，例如约1.75重量％或1.75重量％以下，约1.5重量％或1.5重量％以下，约1.25重量％或1.25重量％以下，约1重量％或1重量％以下，约0.75重量％或0.75重量％以下，约0.5重量％或0.5重量％以下，或约0.25重量％或0.25重量％以下的浓度存在于抛光组合物中。因此，第二研磨剂颗粒可以前述端点的任何两者限定的范围内的浓度存在于抛光组合物中。举例而言，第二研磨剂颗粒可以约0.005重量％至约2重量％，例如约0.005重量％至约1.75重量％，约0.005重量％至约1.5重量％，约0.005重量％至约1.25重量％，约0.005重量％至约1重量％，约0.01重量％至约2重量％，约0.01重量％至约1.75重量％，约0.01重量％至约1.5重量％，约0.05重量％至约2重量％，约0.05重量％至约1.5重量％，约0.1重量％至约2重量％，或约0.1重量％至约1.5重量％的浓度存在于抛光组合物中。更优选地，第二研磨剂颗粒以约0.01重量％至约0.5重量％，例如约0.025重量％、约0.035重量％、约0.05重量％、约0.075重量％、约0.1重量％、约0.15重量％、约0.25重量％、约0.3重量％或约0.4重量％的浓度存在于抛光组合物中。
优选地，当抛光组合物包含第二研磨剂颗粒时，第一研磨剂颗粒及第二研磨剂颗粒总计以约0.1重量％至约0.5重量％的浓度存在于抛光组合物中。举例而言，第一研磨剂颗粒及第二研磨剂颗粒总计可以约0.1重量％至约0.5重量％，例如约0.1重量％至约0.4重量％，约0.1重量％至约0.3重量％，约0.1重量％至约0.25重量％，约0.25重量％至约0.5重量％，约0.25重量％至约0.4重量％，或约0.3重量％至约0.5重量％的浓度存在于抛光组合物中。
抛光组合物优选具有至少约100nm的粒度分布。更特定而言，存在于抛光组合物中的第一研磨剂颗粒及任何额外的研磨剂颗粒(例如第一研磨剂颗粒；第一研磨剂颗粒及第二研磨剂颗粒；第一研磨剂颗粒、第二研磨剂颗粒及第三研磨剂颗粒等)优选具有至少约100nm的粒度分布。粒度分布是指最大颗粒粒度与最小颗粒粒度之间的差值。举例而言，存在于抛光组合物中的第一研磨剂颗粒及任何额外的研磨剂颗粒可具有至少约115nm，例如至少约125nm，至少约135nm，至少约150nm，至少约160nm，至少约175nm，至少约180nm，至少约185nm，至少约190nm，至少约200nm，或至少约225nm的粒度分布。典型地，存在于抛光组合物中的第一研磨剂颗粒及任何额外的研磨剂颗粒将具有约500nm或500nm以下，例如约475nm或475nm以下，约450nm或450nm以下，约425nm或425nm以下，或约415nm或约415nm以下的粒度分布。因此，存在于抛光组合物中的第一研磨剂颗粒及任何额外的研磨剂颗粒可具有前述端点的任何两者限定的范围内的粒度分布。举例而言，存在于抛光组合物中的第一研磨剂颗粒及任何额外的研磨剂颗粒可具有约100nm至约500nm，例如约100nm至约400nm，约100nm至约350nm，约100nm至约300nm，约100nm至约200nm，或约115nm至约175nm的粒度分布。优选地，存在于抛光组合物中的第一研磨剂颗粒及任何额外的研磨剂颗粒具有至少约115nm，例如至少约120nm，至少约125nm，至少约130nm，至少约140nm，至少约150nm，或至少约170nm的粒度分布。
抛光组合物可具有任何适合的最大粒度及任何适合的最小粒度。因此，存在于抛光组合物中的第一研磨剂颗粒及任何额外的研磨剂颗粒(例如第一研磨剂颗粒；第一研磨剂颗粒及第二研磨剂颗粒；第一研磨剂颗粒、第二研磨剂颗粒及第三研磨剂颗粒等)可具有任何适合的最大粒度及任何适合的最小粒度。
举例而言，存在于抛光组合物中的第一研磨剂颗粒及任何额外的研磨剂颗粒可具有约1nm至约150nm，例如约1nm至约125nm，约1nm至约100nm，约1nm至约80nm，约1nm至约75nm，约25nm至约125nm，或约50nm至约100nm的最小粒度。优选地，存在于抛光组合物中的第一研磨剂颗粒及任何额外的研磨剂颗粒具有约10nm至约75nm，例如约15nm、约25nm或约40nm、约50nm、约60nm或约70nm的最小粒度。
存在于抛光组合物中的第一研磨剂颗粒及任何额外的研磨剂颗粒可具有约250nm至约1μm，例如约250nm至约800nm，约250nm至约600nm，约300nm至约750nm，或约300nm至约500nm的最大粒度。优选地，存在于抛光组合物中的第一研磨剂颗粒及任何额外的研磨剂颗粒具有约350nm至约700nm，例如约375nm、约400nm、约500nm或约600nm的最大粒度。
当抛光组合物包含额外的研磨剂颗粒(例如第二研磨剂颗粒、第三研磨剂颗粒等)时，抛光组合物任选地可展现多峰粒度分布。如本文所使用，术语“多峰”意指展现具有至少2个最大值(例如2个或2个以上最大值、3个或3个以上最大值、4个或4个以上最大值或5个或5个以上最大值)的中值粒度分布的抛光组合物。特定而言，当抛光组合物包含第二研磨剂颗粒时，抛光组合物可展现双峰粒度分布，即，抛光组合物展现具有2个中值粒度最大值的粒度分布。术语“最大”及“最大值”意指粒度分布中的一个或多个峰。所述一个或多个峰对应于本文针对第一、第二及任何额外的研磨剂颗粒所描述的中值粒度。因此，举例而言，当抛光组合物含有第一研磨剂颗粒及第二研磨剂颗粒，不具有额外的研磨剂颗粒时，则颗粒的数目相对于粒度的曲线图可反映双峰粒度分布，其中第一峰在约75nm至约200nm的粒度范围内且第二峰在约1nm至约60nm的粒度范围内。
合意的是，抛光组合物中所存在的第一研磨剂颗粒及任何额外的研磨剂颗粒悬浮于抛光组合物中，更尤其悬浮于抛光组合物的水性载剂中。当研磨剂颗粒悬浮于抛光组合物中时，研磨剂颗粒优选为胶体稳定的。术语胶体是指研磨剂颗粒于水性载剂中的悬浮液。胶体稳定性是指该悬浮液随时间推移的维持性。在本发明的上下文中，若出现以下情形，则认为研磨剂颗粒是胶体稳定的：当将研磨剂颗粒置放至100ml量筒中且使其没有搅动地静置2小时的时间时，量筒的底部50ml中的颗粒浓度([B]，以g/ml为单位)与量筒的顶部50ml中的颗粒浓度([T]，以g/ml为单位)之间的差值除以研磨剂组合物中的颗粒初始浓度([C]，以g/ml为单位)小于或等于0.5(即，{[B]-[T]}/[C]≤0.5)。合意的是，[B]-[T]/[C]的值小于或等于0.3，且优选小于或等于0.1。
抛光组合物进一步包含经官能化的杂环，其选自经官能化的含氮杂环、经官能化的含硫杂环、萘甲酸及其组合。经官能化的杂环可用任何适合的官能团官能化。举例而言，经官能化的杂环可用羧酸、磺酸、磷酸、胺或其组合官能化。优选地，经官能化的杂环是用羧酸官能化。
经官能化的含氮杂环可为任何适合的经官能化的含氮杂环。举例而言，经官能化的含氮杂环可选自吡啶、吡嗪、嘧啶、哒嗪、喹啉、苯并三唑、苯并噻唑、三唑、吲哚、苯并咪唑及其组合。特定而言，经官能化的含氮杂环可选自吡啶甲酸、吡啶甲基胺(picolylamine)、喹哪啶酸及其组合。
经官能化的含氮杂环的氮可具有任何适合的pKa。举例而言，经官能化的含氮杂环的氮可具有约5或5以上，例如约6或6以上，约8或8以上，约10或10以上，或约15或15以上的pKa。优选地，经官能化的含氮杂环的氮具有大于抛光组合物的pH的pKa。举例而言，若抛光组合物的pH为约1，则经官能化的含氮杂环的氮可具有超过约1，例如超过约2，超过约3，超过约3.5，超过约4，超过约4.5，超过约5，或超过约5.5的pKa。
经官能化的含硫杂环可为任何适合的经官能化的含硫杂环。举例而言，经官能化的含硫杂环可为噻吩。特定而言，经官能化的含硫杂环可为2-羧基噻吩。
经官能化的杂环可为任何适合的萘甲酸。举例而言，经官能化的杂环可为选自2-羟基-1-萘甲酸、3-羟基-2-萘甲酸、3,5-二羟基-2-萘甲酸、1,4-二羟基-2-萘甲酸及其组合的萘甲酸。
优选地，抛光组合物包含经官能化的杂环，其为经官能化的含氮杂环。更优选地，抛光组合物包含选自吡啶、喹啉及其组合的经官能化的含氮杂环。甚至更优选地，抛光组合物包含选自吡啶甲酸、喹哪啶酸及其组合的经官能化的含氮杂环。
因此，经官能化的杂环可包含经官能化的含氮杂环，其中经官能化的含氮杂环为吡啶甲酸。另外，抛光组合物可包含经官能化的含氮杂环，其中经官能化的含氮杂环为喹哪啶酸。
经官能化的杂环以约100ppm至约1500ppm的浓度存在于抛光组合物中。举例而言，经官能化的杂环可以约100ppm至约1300ppm，例如约100ppm至约1200ppm，约100ppm至约1000ppm，约100ppm至约800ppm，约100ppm至约750ppm，约100ppm至约650ppm，约100ppm至约500ppm，约250ppm至约1000ppm，约250ppm至约800ppm，约500ppm至约1000ppm，或约500ppm至约800ppm的浓度存在于抛光组合物中。优选地，经官能化的杂环以约100ppm至约800ppm，例如约200ppm、约300ppm、约450ppm、约500ppm、约600ppm、约700ppm或约750ppm的浓度存在于抛光组合物中。
抛光组合物进一步包含阳离子型聚合物。阳离子型聚合物选自季胺、阳离子型聚乙烯醇、阳离子型纤维素及其组合。特定而言，抛光组合物进一步包含(a)阳离子型聚合物，其中阳离子型聚合物为季胺且其中阳离子型聚合物以约1ppm至约250ppm的浓度存在于抛光组合物中；及羧酸，其中羧酸的pKa为约1至约6且其中羧酸以约25ppm至约500ppm的浓度存在于抛光组合物中，或(b)阳离子型聚合物，其中阳离子型聚合物选自阳离子型聚乙烯醇及阳离子型纤维素且其中阳离子型聚合物以约1ppm至约250ppm的浓度存在于抛光组合物中。
阳离子型聚合物可为任何适合的季胺。举例而言，阳离子型聚合物可为选自以下的季胺：聚(乙烯基咪唑鎓)；聚(甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵)卤化物，诸如聚(甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵)氯化物(聚MADQUAT)；聚(二烯丙基二甲基铵)卤化物，诸如聚(二烯丙基二甲基铵)氯化物(聚DADMAC)；及聚季铵盐-2(polyquaternium-2)。优选地，当阳离子型聚合物为季胺时，阳离子型聚合物为聚(乙烯基咪唑鎓)。
阳离子型聚合物可为任何适合的阳离子型聚乙烯醇或阳离子型纤维素。优选地，阳离子型聚合物为阳离子型聚乙烯醇。举例而言，阳离子型聚乙烯醇可为Nippon GoseiGOHSEFIMER K210TM聚乙烯醇产品。
阳离子型聚合物(即，季胺、阳离子型聚乙烯醇、阳离子型纤维素或其组合，总计)以约1ppm至约250ppm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约1ppm或1ppm以上，例如约5ppm或5ppm以上，约10ppm或10ppm以上，约25ppm或25ppm以上，约40ppm或40ppm以上，约50ppm或50ppm以上，或约60ppm或60ppm以上的浓度存在于抛光组合物中。可选择地，或者此外，阳离子型聚合物可以约250ppm或250ppm以下，例如约225ppm或225ppm以下，约215ppm或215ppm以下，约200ppm或200ppm以下，约175ppm或175ppm以下，约160ppm或160ppm以下，约150ppm或150ppm以下，约125ppm或125ppm以下，约115ppm或115ppm以下，或约100ppm或100ppm以下的浓度存在于抛光组合物中。因此，阳离子型聚合物可以两个前述端点中的任一者限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约1ppm至约100ppm，约1ppm至约50ppm，约1ppm至约40ppm，约1ppm至约25ppm，约5ppm至约225ppm，约5ppm至约100ppm，约5ppm至约50ppm，约10ppm至约215ppm，约10ppm至约100ppm，约15ppm至约200ppm，约25ppm至约175ppm，约25ppm至约100ppm，或约30ppm至约150ppm的浓度存在于抛光组合物中。
当阳离子型聚合物为聚(乙烯基咪唑鎓)时，阳离子型聚合物优选以约1ppm至约10ppm，例如约2ppm、约4ppm、约5ppm、约6ppm、约7ppm、约8ppm或约9ppm的浓度存在于抛光组合物中。更优选地，当阳离子型聚合物为聚(乙烯基咪唑鎓)时，阳离子型聚合物优选以约1ppm至约5ppm，例如约2ppm、约3ppm或约4ppm的浓度存在于抛光组合物中。
当阳离子型聚合物为季胺时，该抛光组合物进一步包含羧酸。当阳离子型聚合物选自阳离子型聚乙烯醇及阳离子型纤维素时，该抛光组合物任选地进一步包含羧酸。羧酸的pKa为约1至约6。优选地，羧酸的pKa为约2至约6。更优选地，羧酸的pKa为约3.5至约5。
羧酸可为具有约1至约6的pKa的任何适合的羧酸。举例而言，羧酸可选自乙酸、丙酸及丁酸。优选地，羧酸为乙酸。
羧酸可以任何适合的浓度存在于抛光组合物中。优选地，羧酸以约10ppm至约1000ppm，例如约10ppm至约500ppm，约10ppm至约250ppm，约25ppm至约750ppm，约25ppm至约500ppm，约25ppm至约250ppm，约30ppm至约250ppm，约35ppm至约350ppm，约50ppm至约425ppm，约55ppm至约400ppm，或约75ppm至约350ppm的浓度存在于抛光组合物中。更优选地，羧酸以约25ppm至约150ppm，例如约40ppm、约50ppm、约60ppm、约75ppm、约100ppm或约125ppm的浓度存在于抛光组合物中。
抛光组合物的pH为约1至约6。典型地，抛光组合物具有约3或大于3的pH。此外，抛光组合物的pH典型地为约6或6以下。举例而言，pH可在约3.5至约6范围内，例如约3.5的pH，约4的pH，约4.5的pH，约5的pH，约5.5的pH，约6的pH，或这些pH值的任何两者限定的范围内的pH。合乎需要地，抛光组合物的pH与羧酸的pKa的偏差不超过约2个单位。举例而言，若抛光组合物的pH为约3.5，则羧酸的pKa优选为约1.5至约5.5。
抛光组合物的pH可通过任何合适的方法达成和/或维持。更特定而言，抛光组合物可进一步包含pH调节剂、pH缓冲剂或其组合。合乎需要地，抛光组合物包括pH调节剂。pH调节剂可为任何适合的pH调节剂。举例而言，pH调节剂可为烷基胺、醇胺、季胺氢氧化物、氨或其组合。举例而言，pH调节剂可为三乙醇胺、氢氧化四甲铵(TMAH或TMA-OH)或氢氧化四乙铵(TEAH或TEA-OH)。优选地，pH调节剂为三乙醇胺。
pH调节剂可以任何适合的浓度存在于抛光组合物中。合乎需要地，pH调节剂以足以实现和/或使抛光组合物的pH维持在本文所阐述的pH范围内，例如在约1至约6范围内，或在约3.5至约5范围内的浓度存在于抛光组合物中。举例而言，pH调节剂可以约10ppm至约300ppm，例如约50ppm至约200ppm，或约100ppm至约150ppm的浓度存在于抛光组合物中。
抛光组合物包括水性载剂。水性载剂含有水(例如去离子水)且可含有一种或多种水可混溶性有机溶剂。可使用的有机溶剂的实例包括醇，诸如丙烯基醇、异丙醇、乙醇、1-丙醇、甲醇、1-己醇及其类似物；醛，诸如乙酰基醛及其类似物；酮，诸如丙酮、双丙酮醇、甲基乙基酮及其类似物；酯，诸如甲酸乙酯、甲酸丙酯、乙酸乙酯、乙酸甲酯、乳酸甲酯、乳酸丁酯、乳酸乙酯及其类似物；醚，包括亚砜，诸如二甲基亚砜(DMSO)、四氢呋喃、二烷、二甘醇二甲醚及其类似物；酰胺，诸如N,N-二甲基甲酰胺、二甲基咪唑烷酮、N-甲基吡咯烷酮及其类似物；多元醇及其衍生物，诸如乙二醇、丙三醇、二乙二醇、二乙二醇单甲醚及其类似物；及含氮有机化合物，诸如乙腈、戊胺、异丙胺、咪唑、二甲胺及其类似物。优选地，水性载剂为单独的水，即，不存在有机溶剂。
抛光组合物还可包含选自以下的添加剂：羧酸单体、磺化单体或膦酸化单体与丙烯酸酯的阴离子型共聚物、聚乙烯基吡咯烷酮或聚乙烯醇(例如2-羟基乙基甲基丙烯酸及甲基丙烯酸的共聚物)；非离子型聚合物，其中非离子型聚合物为聚乙烯基吡咯烷酮或聚乙二醇；硅烷，其中硅烷为氨基硅烷、脲基硅烷或缩水甘油基硅烷；官能化吡啶的N-氧化物(例如吡啶甲酸N-氧化物)；淀粉；环糊精(例如α-环糊精或β-环糊精)及其组合。
当添加剂为非离子型聚合物时且当该非离子型聚合物为聚乙烯基吡咯烷酮时，聚乙烯基吡咯烷酮可具有任何适合的分子量。举例而言，聚乙烯基吡咯烷酮可具有约10,000g/mol至约1,000,000g/mol，例如约20,000g/mol、约30,000g/mol、约40,000g/mol、约50,000g/mol或约60,000g/mol的分子量。当添加剂为非离子型聚合物时且当该非离子型聚合物为聚乙二醇时，聚乙二醇可具有任何适合的分子量。举例而言，聚乙二醇可具有约200g/mol至约200,000g/mol，例如约8000g/mol、约100,000g/mol的分子量。
当添加剂为硅烷时，硅烷可为任何适合的氨基硅烷、脲基硅烷或缩水甘油基硅烷。举例而言，硅烷可为3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基硅烷三醇、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷三醇、(N,N-二甲基-3-氨基丙基)三甲氧基硅烷、N-苯基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、脲基丙基三乙氧基硅烷或3-缩水甘油基丙基二甲基乙氧基硅烷。
优选地，当抛光组合物包含添加剂时，添加剂选自：2-羟基乙基甲基丙烯酸与甲基丙烯酸的共聚物；聚乙烯基吡咯烷酮；氨基丙基硅烷三醇；吡啶甲酸N-氧化物；淀粉；α-环糊精；β-环糊精；及其组合。
添加剂(即，羧酸单体、磺化单体或膦酸化单体与丙烯酸酯的阴离子型共聚物、聚乙烯基吡咯烷酮或聚乙烯醇；硅烷；官能化吡啶的N-氧化物；淀粉；环糊精；或其组合，总计)可以任何适合的浓度存在于化学机械抛光组合物中。优选地，添加剂以约1ppm至约500ppm，例如约5ppm至约400ppm，约10ppm至约400ppm，约15ppm至约400ppm，约20ppm至约400ppm，约25ppm至约400ppm，约10ppm至约300ppm，约10ppm至约250ppm，约30ppm至约350ppm，约30ppm至约275ppm，约50ppm至约350ppm，或约100ppm至约300ppm的浓度存在于抛光组合物中。更优选地，添加剂以约1ppm至约300ppm，例如约1ppm至约275ppm，约1ppm至约250ppm，约1ppm至约100ppm，约1ppm至约50ppm，约10ppm至约250ppm，约10ppm至约100ppm，或约35ppm至约250ppm的浓度存在于抛光组合物中。
抛光组合物任选地进一步包含一种或多种其它添加剂。抛光组合物可包含表面活性剂和/或流变控制剂，包括粘度增强剂及凝聚剂(例如聚合物型流变控制剂，诸如氨基甲酸酯聚合物)、分散剂、杀生物剂(例如KATHONTMLX)及其类似物。适合的表面活性剂包括例如阳离子型表面活性剂、阴离子型表面活性剂、阴离子型聚电解质、非离子型表面活性剂、两性表面活性剂、氟化表面活性剂、其混合物及其类似物。
可通过任何适合的技术制备抛光组合物，其中许多技术为本领域技术人员已知的。抛光组合物可以分批或连续方法制备。一般而言，抛光组合物可通过以任何顺序组合本文中的组分来制备。如本文所使用的术语“组分”包括单独的成分(例如第一研磨剂颗粒、经官能化的杂环、阳离子型聚合物、羧酸、pH调节剂等)以及成分(例如第一研磨剂颗粒、经官能化的杂环、阳离子型聚合物、羧酸、pH调节剂等)的任何组合。
举例而言，经官能化的杂环、阳离子型聚合物及羧酸(当包括时)可以所需浓度添加至水中。可随后(按需要)调节pH且可以所需浓度将第一研磨剂颗粒添加至混合物中以形成抛光组合物。抛光组合物可在使用之前制备，其中刚好在使用之前(例如在使用之前约1分钟内，或在使用之前约1小时内，或在使用之前约7天内)将一种或多种组分添加至抛光组合物中。还可通过在抛光操作期间将组分在基板表面处混合来制备抛光组合物。
抛光组合物还可作为浓缩物提供，该浓缩物意图在使用之前用适量的水性载剂(尤其是水)稀释。在这样的实施方式中，抛光组合物浓缩物可包含第一研磨剂颗粒、经官能化的杂环、阳离子型聚合物、羧酸(当包括在抛光组合物中时)、pH调节剂及水，其量使得在用适量的水稀释浓缩物时，抛光组合物的各组分将以上文针对各组分所叙述的适当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，浓缩物可含有存在于最终抛光组合物中的适当分量的水以便确保其它组分至少部分或充分溶解于浓缩物中。
虽然抛光组合物可在使用之前很久或甚至在使用之前不久制备，但抛光组合物也可通过在使用点处或附近混合抛光组合物的组分而产生。如本文所利用，术语“使用点”是指抛光组合物施加至基板表面(例如抛光垫或基板表面自身)的位置。当抛光组合物采用使用点混合来产生时，抛光组合物的组分分别地储存于两个或更多个储存装置中。
为了混合储存装置中所含有的组分以在使用点处或附近产生抛光组合物，储存装置典型地装备有自各储存装置引导至抛光组合物的使用点(例如平台、抛光垫或基板表面)的一个或多个流动路线。术语“流动路线”意指自单独的储存容器流至其中所储存的组分的使用点的路径。该一个或多个流动路线可各直接引导至使用点，或在使用超过一个流动路线的情形下，两个或两个以上流动路线可在任何位置处合并成引导至使用点的单一流动路线。此外，在到达组分的使用点之前，一个或多个流动路线中的任一者(例如单独的流动路线或合并的流动路线)可首先引导至其它装置(例如泵送装置、量测装置、混合装置等)中的一者或多者。
抛光组合物的组分可独立地递送至使用点(例如将组分递送至基板表面，由此，在抛光制程期间混合组分)，或组分可在即将递送至使用点之前组合。若组分在到达使用点之前小于10秒，优选在到达使用点之前小于5秒，更优选在到达使用点之前小于1秒，或甚至与在使用点处递送组分同时组合(例如在施配器(dispenser)处组合组分)，则组分是“在即将递送至使用点之前”组合。若组分在使用点5m内，诸如在使用点1m内，或甚至在使用点10cm内(例如在使用点1cm内)组合，则组分也是“在即将递送至使用点之前”组合。
当在到达使用点之前组合抛光组合物的两种或两种以上组分时，组分可在流动路线中组合且在不使用混合装置的情况下递送至使用点。可选择地，流动路线中的一者或多者可引导至混合装置中以促进两种或两种以上组分的组合。可使用任何适合的混合装置。举例而言，混合装置可为组分中的两者或两者以上流经的喷嘴或喷口(例如高压喷嘴或喷口)。可选择地，混合装置可为容器型混合装置，其包含一个或多个入口，通过所述入口将抛光组合物的两种或两种以上组分引入至混合器中；及至少一个出口，经由该出口使混合的组分离开混合器以直接或经由设备的其它构件(例如经由一个或多个流动路线)递送至使用点。此外，混合装置可包含超过一个的腔室，各腔室具有至少一个入口及至少一个出口，其中在各腔室中组合两种或两种以上组分。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组合。混合机构一般为本领域中已知的且包括搅拌器、共混器、搅动器、叶片式折流板、气体分布器系统、振动器等。
本发明还提供用本文所描述的抛光组合物抛光基板的方法。抛光基板的方法包括(i)提供基板；(ii)提供抛光垫；(iii)提供前述化学机械抛光组合物；(iv)使基板与抛光垫及化学机械抛光组合物接触；及(v)相对于基板移动抛光垫及化学机械抛光组合物以研磨基板的至少一部分，从而抛光基板。
另外，本发明提供抛光基板的方法，其包括(i)提供基板，其中该基板包含硅氧化物层；(ii)提供抛光垫；(iii)提供前述化学机械抛光组合物；(iv)使基板与抛光垫及化学机械抛光组合物接触；及(v)相对于基板移动抛光垫及化学机械抛光组合物以研磨基板表面上的硅氧化物层的至少一部分，从而抛光基板。
更特定而言，本发明进一步提供抛光基板的方法，其包括(i)提供基板，其中该基板包含硅氧化物层；(ii)提供抛光垫；(iii)提供化学机械抛光组合物，其包含：(a)第一研磨剂颗粒，其中第一研磨剂颗粒为湿法铈土颗粒，具有约75nm至约200nm的中值粒度且以约0.005重量％至约2重量％的浓度存在于抛光组合物中，(b)经官能化的杂环，其选自经官能化的含氮杂环、经官能化的含硫杂环、萘甲酸及其组合，其中经官能化的杂环以约100ppm至约1500ppm的浓度存在于抛光组合物中，(c)阳离子型聚合物，其中阳离子型聚合物为季胺且其中阳离子型聚合物以约1ppm至约250ppm的浓度存在于抛光组合物中，(d)羧酸，其中羧酸的pKa为约1至约6且其中羧酸以约25ppm至约500ppm的浓度存在于抛光组合物中，(e)pH调节剂及(f)水性载剂，其中抛光组合物的pH为约1至约6且其中抛光组合物的pH与羧酸的pKa的偏差不超过约2个单位；(iv)使基板与抛光垫及化学机械抛光组合物接触；及(v)相对于基板移动抛光垫及化学机械抛光组合物以研磨基板表面上的硅氧化物层的至少一部分，从而抛光基板。
本发明还提供抛光基板的方法，其包括(i)提供基板，其中该基板包含硅氧化物层；(ii)提供抛光垫；(iii)提供化学机械抛光组合物，其包含：(a)第一研磨剂颗粒，其中第一研磨剂颗粒为湿法铈土颗粒，具有约75nm至约200nm的中值粒度且以约0.005重量％至约2重量％的浓度存在于抛光组合物中，(b)经官能化的杂环，其选自经官能化的含氮杂环、经官能化的含硫杂环、萘甲酸及其组合，其中经官能化的杂环以约100ppm至约1500ppm的浓度存在于抛光组合物中，(c)阳离子型聚合物，其选自阳离子型聚乙烯醇及阳离子型纤维素，其中阳离子型聚合物以约1ppm至约250ppm的浓度存在于抛光组合物中，(d)pH调节剂及(e)水性载剂，其中抛光组合物的pH为约1至约6；(iv)使基板与抛光垫及化学机械抛光组合物接触；及(v)相对于基板移动抛光垫及化学机械抛光组合物以研磨基板表面上的硅氧化物层的至少一部分，从而抛光基板。
本发明的抛光组合物适用于抛光任何适合的基板。抛光组合物特别适用于抛光包含硅氧化物层的基板。适合的基板包含(但不限于)平板显示器、集成电路、存储器或硬磁盘、金属、半导体、层间介电(ILD)装置、微机电系统(MEMS)、铁电体及磁头。抛光组合物尤其非常适合于平坦化或抛光已经经历浅沟槽隔离(STI)加工的基板。基板可进一步包含至少一个其它层，例如绝缘层。绝缘层可为金属氧化物、多孔金属氧化物、玻璃、有机聚合物、氟化有机聚合物或任何其它适合的高κ或低κ绝缘层。绝缘层可包含以下物质、基本上由以下物质组成、或者由以下物质组成：硅氧化物、硅氮化物或其组合。硅氧化物层可包含任何适合的硅氧化物、基本上由任何适合的硅氧化物组成、或者由任何适合的硅氧化物组成，其中许多为本领域中已知的。举例而言，硅氧化物层可包含四乙氧基硅烷(TEOS)、高密度等离子体(HDP)氧化物、硼磷硅玻璃(BPSG)、高纵横比制程(HARP)氧化物、旋涂式电介质(SOD)氧化物、化学气相沉积(CVD)氧化物、等离子体增强的原硅酸四乙酯(PETEOS)、热氧化物或未经掺杂的硅酸盐玻璃。基板可进一步包含金属层。金属可包含任何适合的金属、基本上由任何适合的金属组成、或者由任何适合的金属组成，其中许多为本领域中已知的，诸如铜、钽、钨、钛、铂、钌、铱、铝、镍或其组合。
根据本发明，可使用本文所描述的抛光组合物通过任何适合的技术平坦化或抛光基板。本发明的抛光方法尤其适合于与化学机械抛光(CMP)设备结合使用。典型地，CMP设备包含：平台，其在使用时处于运动中且具有由轨道、线性和/或圆周运动产生的速度；抛光垫，其与平台接触且在运动时随平台移动；及载体，其固持待通过接触抛光垫的表面且相对于抛光垫的表面移动而抛光的基板。基板的抛光通过如下方式而进行：将基板置放成与本发明的抛光组合物接触且典型地与抛光垫接触，且然后运用抛光组合物且典型地运用抛光垫来研磨基板(例如硅氧化物或本文所描述的基板材料中的一种或多种)的表面的至少一部分以抛光基板。根据本发明，可使用任何适合的抛光条件来抛光基板。
可用化学机械抛光组合物与任何适合的抛光垫(例如抛光表面)来平坦化或抛光基板。适合的抛光垫包括例如编织及非编织的抛光垫。此外，适合的抛光垫可包含具有不同密度、硬度、厚度、压缩性、压缩回弹能力、及压缩模量的任何合适的聚合物。适合的聚合物包括例如聚氯乙烯、聚氟乙烯、尼龙、氟碳化合物、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、其共同形成产物及其混合物。
合意的是，CMP设备进一步包含原位抛光终点检测系统，其中许多为本领域中已知的。用于通过分析自工件的表面反射的光或其它辐射来检查和监控抛光过程的技术为本领域中已知的。这样的方法是在例如美国专利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及美国专利5,964,643中加以描述。合意的是，对于正被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。
实施方式
(1)在实施方式(1)中呈现了化学机械抛光组合物，其包含：
(a)第一研磨剂颗粒，其中所述第一研磨剂颗粒为湿法铈土颗粒，具有约75nm至约200nm的中值粒度且以约0.005重量％至约2重量％的浓度存在于该抛光组合物中，
(b)经官能化的杂环，其选自经官能化的含氮杂环、经官能化的含硫杂环、萘甲酸及其组合，其中该经官能化的杂环以约100ppm至约1500ppm的浓度存在于该抛光组合物中，
(c)阳离子型聚合物，其中该阳离子型聚合物为季胺，且其中该阳离子型聚合物以约1ppm至约250ppm的浓度存在于该抛光组合物中，
(d)羧酸，其中该羧酸的pKa为约1至约6，且其中该羧酸以约25ppm至约500ppm的浓度存在于该抛光组合物中，
(e)pH调节剂，及
(f)水性载剂，
其中该抛光组合物的pH为约1至约6，且其中该抛光组合物的pH与该羧酸的pKa的偏差不超过约2个单位。
(2)在实施方式(2)中呈现了实施方式(1)的化学机械抛光组合物，其中第一研磨剂颗粒以约0.1重量％至约0.5重量％的浓度存在于抛光组合物中。
(3)在实施方式(3)中呈现了实施方式(1)或(2)的化学机械抛光组合物，其中该抛光组合物进一步包含第二研磨剂颗粒，且其中所述第二研磨剂颗粒为湿法铈土颗粒，具有约1nm至约60nm的中值粒度，且以约0.005重量％至约2重量％的浓度存在于抛光组合物中。
(4)在实施方式(4)中呈现了实施方式(3)的化学机械抛光组合物，其中第一研磨剂颗粒及第二研磨剂颗粒总计以约0.1重量％至约0.5重量％的浓度存在于抛光组合物中。
(5)在实施方式(5)中呈现了实施方式(1)-(4)中任一者的化学机械抛光组合物，其中经官能化的杂环包含经官能化的含氮杂环且其中该经官能化的含氮杂环为吡啶甲酸。
(6)在实施方式(6)中呈现了实施方式(1)-(4)中任一者的化学机械抛光组合物，其中经官能化的杂环包含经官能化的含氮杂环且其中该经官能化的含氮杂环为喹哪啶酸。
(7)在实施方式(7)中呈现了实施方式(1)-(6)中任一者的化学机械抛光组合物，其中阳离子型聚合物为聚(乙烯基咪唑鎓)。
(8)在实施方式(8)中呈现了实施方式(7)的化学机械抛光组合物，其中该聚(乙烯基咪唑鎓)以约1ppm至约5ppm的浓度存在于抛光组合物中。
(9)在实施方式(9)中呈现了实施方式(1)-(8)中任一者的化学机械抛光组合物，其中羧酸的pKa为约3.5至约5。
(10)在实施方式(10)中呈现了实施方式(9)的化学机械抛光组合物，其中该羧酸为乙酸。
(11)在实施方式(11)中呈现了实施方式(1)-(10)中任一者的化学机械抛光组合物，其中pH调节剂选自烷基胺、醇胺、季胺氢氧化物、氨及其组合。
(12)在实施方式(12)中呈现了实施方式(11)的化学机械抛光组合物，其中pH调节剂为三乙醇胺。
(13)在实施方式(13)中呈现了实施方式(1)-(12)中任一者的化学机械抛光组合物，其中抛光组合物的pH为约3.5至约5。
(14)在实施方式(14)中呈现了化学机械抛光组合物，其包含：
(a)第一研磨剂颗粒，其中所述第一研磨剂颗粒为湿法铈土颗粒，具有约75nm至约200nm的中值粒度且以约0.005重量％至约2重量％的浓度存在于该抛光组合物中，
(b)经官能化的杂环，其选自经官能化的含氮杂环、经官能化的含硫杂环、萘甲酸及其组合，其中该经官能化的杂环以约100ppm至约1500ppm的浓度存在于该抛光组合物中，
(c)阳离子型聚合物，其选自阳离子型聚乙烯醇及阳离子型纤维素，其中该阳离子型聚合物以约1ppm至约250ppm的浓度存在于该抛光组合物中，
(d)pH调节剂，及
(e)水性载剂，
其中该抛光组合物的pH为约1至约6。
(15)在实施方式(15)中呈现了实施方式(14)的化学机械抛光组合物，其中第一研磨剂颗粒以约0.1重量％至约0.5重量％的浓度存在于抛光组合物中。
(16)在实施方式(16)中呈现了实施方式(14)或(15)的化学机械抛光组合物，其中该抛光组合物进一步包含第二研磨剂颗粒且其中所述第二研磨剂颗粒为湿法铈土颗粒，具有约1nm至约60nm的中值粒度且以约0.005重量％至约2重量％的浓度存在于抛光组合物中。
(17)在实施方式(17)中呈现了实施方式(16)的化学机械抛光组合物，其中第一研磨剂颗粒及第二研磨剂颗粒总计以约0.1重量％至约0.5重量％的浓度存在于抛光组合物中。
(18)在实施方式(18)中呈现了实施方式(14)-(17)中任一者的化学机械抛光组合物，其中经官能化的杂环包含经官能化的含氮杂环且其中该经官能化的含氮杂环为吡啶甲酸。
(19)在实施方式(19)中呈现了实施方式(14)-(17)中任一者的化学机械抛光组合物，其中经官能化的杂环包含经官能化的含氮杂环且其中该经官能化的含氮杂环为喹哪啶酸。
(20)在实施方式(20)中呈现了实施方式(14)-(19)中任一者的化学机械抛光组合物，其中该阳离子型聚合物为阳离子型聚乙烯醇。
(21)在实施方式(21)中呈现了实施方式(20)的化学机械抛光组合物，其中该阳离子型聚乙烯醇以约1ppm至约40ppm的浓度存在于抛光组合物中。
(22)在实施方式(22)中呈现了实施方式(14)-(21)中任一者的化学机械抛光组合物，其中该抛光组合物进一步包含羧酸，其中羧酸的pKa为约1至约6且其中羧酸以约25ppm至约500ppm的浓度存在于抛光组合物中。
(23)在实施方式(23)中呈现了实施方式(22)的化学机械抛光组合物，其中该羧酸的pKa为约3.5至约5。
(24)在实施方式(24)中呈现了实施方式(22)或(23)的化学机械抛光组合物，其中该羧酸为乙酸。
(25)在实施方式(25)中呈现了实施方式(14)-(24)中任一者的化学机械抛光组合物，其中pH调节剂选自烷基胺、醇胺、季胺氢氧化物、氨及其组合。
(26)在实施方式(26)中呈现了实施方式(25)的化学机械抛光组合物，其中pH调节剂为三乙醇胺。
(27)在实施方式(27)中呈现了实施方式(14)-(26)中任一者的化学机械抛光组合物，其中抛光组合物的pH为约3.5至约5。
(28)在实施方式(28)中呈现了一种抛光基板的方法，其包括：
(i)提供基板；
(ii)提供抛光垫；
(iii)提供实施方式(1)-(27)中任一者的化学机械抛光组合物；
(iv)使该基板与该抛光垫及该化学机械抛光组合物接触；及
(v)相对于该基板移动该抛光垫及该化学机械抛光组合物以研磨该基板的至少一部分，从而抛光该基板。
(29)在实施方式(29)中呈现了一种抛光基板的方法，其包括：
(i)提供基板，其中该基板包含硅氧化物层；
(ii)提供抛光垫；
(iii)提供实施方式(1)-(27)中任一者的化学机械抛光组合物；
(iv)使该基板与该抛光垫及该化学机械抛光组合物接触；及
(v)相对于该基板移动该抛光垫及该化学机械抛光组合物以研磨该基板表面上的该硅氧化物层的至少一部分，从而抛光该基板。
实施例
以下实施例进一步说明本发明，但当然不应将其解释为以任何方式限制其范围。
实施例1
该实施例表明作为季胺的阳离子型聚合物对硅氧化物移除速率的影响。
四乙氧基硅烷(TEOS)毯覆式晶片用四种抛光组合物(即，抛光组合物1A-1D)抛光。抛光组合物1A-1D中的每一者含有0.2重量％湿法铈土颗粒、500ppm吡啶甲酸及水且使用三乙醇胺将pH调节至pH 4.0。特定而言，抛光组合物1A-1D中的每一者含有0.1重量％的具有约103nm的中值粒度的湿法铈土颗粒(即，第一研磨剂颗粒)及0.1重量％的具有约54nm的中值粒度的湿法铈土颗粒(即，第二研磨剂颗粒)。抛光组合物1B-1D中的每一者还含有表1中所列出的量的聚(乙烯基咪唑鎓)。
在相同抛光条件下，用抛光组合物1A-1D抛光TEOS毯覆式晶片。特定而言，在MirraTM抛光机(Applied Materials)上用IC 1010TM垫(Dow Chemical)抛光晶片。抛光参数如下：20.68kPa(3psi)下压力、100rpm平台速度、85rpm头速度及150mL/分钟抛光流速。在抛光后，测定毯覆式TEOS的移除速率，以/分钟计。结果概述于表1中。
表1：随阳离子型聚合物变化的毯覆式硅氧化物移除速率
这些结果表明，即使少量的作为季胺(即，聚(乙烯基咪唑鎓))的阳离子型聚合物也强烈地结合至TEOS晶片表面，保护晶片表面且抑制移除速率。这些结果进一步表明用以调节阳离子型聚合物的影响(即，提高硅氧化物移除速率)而不消除阳离子型聚合物的保护性作用的额外添加剂的必要性。
实施例2
该实施例表明包括作为季胺的阳离子型聚合物及pKa为约1至约6的羧酸的抛光组合物的效能，其中抛光组合物的pH与羧酸的pKa的偏差不超过约2个单位。
四乙氧基硅烷(TEOS)毯覆式晶片用四种抛光组合物(即，抛光组合物2A-2D)抛光。抛光组合物2A-2D中的每一者含有0.285重量％湿法铈土颗粒、715ppm吡啶甲酸及水且使用三乙醇胺将pH调节至pH 4.0。特定而言，抛光组合物2A-2D中的每一者含有0.14重量％的中值粒度为约103nm的湿法铈土颗粒(即，第一研磨剂颗粒)及0.14重量％的中值粒度为约54nm的湿法铈土颗粒(即，第二研磨剂颗粒)。抛光组合物2B-2D中的每一者还含有表2中所列出的量的乙酸及1ppm聚(乙烯基咪唑鎓)。
在相同抛光条件下，用抛光组合物2A-2D抛光TEOS毯覆式晶片。特定而言，在MirraTM抛光机(Applied Materials)上用IC 1010TM垫(Dow Chemical)抛光晶片。抛光参数如下：20.68kPa(3psi)下压力、100rpm平台速度、85rpm头速度及150mL/分钟抛光流速。在抛光后，测定毯覆式TEOS的移除速率，以/分钟计。结果概述于表2中。
表2：随阳离子型聚合物及羧酸变化的硅氧化物移除速率
这些结果表明将pKa为约1至6且与抛光组合物的pH的偏差不超过约2个单位的羧酸(即，乙酸)添加至包括阳离子型聚合物(即，聚(乙烯基咪唑鎓))的抛光组合物中提供了高的硅氧化物移除速率。特定而言，抛光组合物2B-2D中的每一者提供与不含有乙酸的抛光组合物1A-1D所提供的毯覆式TEOS移除速率相比明显更高的毯覆式TEOS移除速率。另外，抛光组合物2B-2D中的每一者提供与抛光组合物2A所提供的毯覆式TEOS移除速率相当的毯覆式TEOS移除速率。因此，这些结果表明，pKa为约1至约6且与抛光组合物的pH的偏差不超过约2个单位的羧酸调节阳离子型聚合物的影响，从而，提供高的硅氧化物移除速率。
实施例3
该实施例表明包括作为季胺的阳离子型聚合物及pKa为约1至约6的羧酸的抛光组合物的效能，其中抛光组合物的pH与羧酸的pKa的偏差不超过约2个单位。
四乙氧基硅烷(TEOS)毯覆式晶片用六种抛光组合物(即，抛光组合物3A-3F)抛光。抛光组合物3A-3F中的每一者含有0.285重量％湿法铈土颗粒、715ppm吡啶甲酸及水且使用三乙醇胺将pH调节至pH 4.0。特定而言，抛光组合物3A-3F中的每一者含有0.14重量％的具有约103nm的中值粒度的湿法铈土颗粒(即，第一研磨剂颗粒)及0.14重量％的具有约54nm的中值粒度的湿法铈土颗粒(即，第二研磨剂颗粒)。抛光组合物3B-3F中的每一者还含有表3中所列出的量的聚(乙烯基咪唑鎓)及乙酸。
TEOS图案晶片也用抛光组合物3A-3F抛光60秒。TEOS图案晶片具有50％密度的500μm特征尺寸。在相同抛光条件下，用抛光组合物3A-3F抛光TEOS毯覆式晶片及TEOS图案晶片。特定而言，在MirraTM抛光机(Applied Materials)上用IC 1010TM垫(Dow Chemical)抛光晶片。抛光参数如下：20.68kPa(3psi)下压力、100rpm平台速度、85rpm头速度及150mL/分钟抛光流速。在抛光后，测定毯覆式及图案TEOS的移除速率(/分钟)及沟槽损失结果概述于表3中。
表3：随阳离子型聚合物及羧酸变化的毯覆式及图案硅氧化物移除速率及沟槽损失
这些结果表明包括相对少量的作为季胺(即，聚(乙烯基咪唑鎓))的阳离子型聚合物及羧酸(即，乙酸)的抛光组合物提供高的毯覆式及图案TEOS移除速率(参见抛光组合物3B-3F)。这些结果进一步表明添加即使少量阳离子型聚合物(即，聚(乙烯基咪唑鎓))也提供沟槽损失的显著改善。特定而言，抛光组合物3B及3C提供仅略微低于抛光组合物3A所提供的移除速率的毯覆式及图案TEOS移除速率，但抛光组合物3B及3C展现相比于抛光组合物3A沟槽损失的实质性改善。类似地，抛光组合物3F提供有效的毯覆式及图案TEOS移除速率且展现相比于抛光组合物3A沟槽损失的实质性改善。因此，这些结果表明阳离子型聚合物(即，聚(乙烯基咪唑鎓))与羧酸(即，乙酸)的组合提供有效的硅氧化物移除速率而不会消除阳离子型聚合物的保护性作用。
这些结果进一步表明抛光组合物3D及3E的“自阻止”特性，所述抛光组合物3D及3E提供高的图案TEOS移除速率，但其还提供相比于抛光组合物3A较低的毯覆式TEOS移除速率。因此，抛光组合物3D及3E首先以高的移除速率抛光图案TEOS且在到达毯覆式TEOS时，展现降低的移除速率，从而防止不合乎期望的沟槽损失。如表3所说明，抛光组合物3D及3E中的每一者展现与抛光组合物3A的沟槽损失相比明显较低的沟槽损失。实际上，抛光组合物3D及3E未展现任何可量测的沟槽损失。
实施例4
该实施例表明包括作为季胺的阳离子型聚合物及pKa为约1至约6的羧酸的抛光组合物的效能，其中抛光组合物的pH与羧酸的pKa的偏差不超过约2个单位。
四乙氧基硅烷(TEOS)图案晶片用六种抛光组合物(即，抛光组合物4A-4F)抛光。TEOS图案晶片具有50％密度的500μm特征尺寸。抛光组合物4A-4F中的每一者含有0.285重量％湿法铈土颗粒、715ppm吡啶甲酸及水且使用三乙醇胺将pH调节至pH 4.0。特定而言，抛光组合物4A-4F中的每一者含有0.14重量％的具有约103nm的中值粒度的湿法铈土颗粒(即，第一研磨剂颗粒)及0.14重量％的具有约54nm的中值粒度的湿法铈土颗粒(即，第二研磨剂颗粒)。抛光组合物4B-4F中的每一者还含有表4中所列出的量的聚(乙烯基咪唑鎓)及乙酸。
在相同抛光条件下，用抛光组合物4A-4F抛光TEOS图案晶片。特定而言，在ReflexionTM抛光机(Applied Materials)上用IC 1010TM垫(Dow Chemical)抛光晶片。抛光参数如下：20.68kPa(3psi)下压力、93rpm平台速度、87rpm头速度及250mL/分钟抛光流速。在抛光0秒(“0s”)之后、在抛光50秒(“50s”)之后及在抛光75秒(“75s”)之后测定剩余TEOS台阶高度及沟槽损失结果概述于表4中。
表4：随阳离子型聚合物及羧酸变化的剩余硅氧化物台阶高度及沟槽损失
图1及表4说明抛光组合物4A-4F的沟槽损失与剩余台阶高度之间的关系。特定而言，图1说明针对包括阳离子型聚合物及羧酸的抛光组合物4B-4F以及针对不包括阳离子型聚合物或羧酸的抛光组合物4A的剩余台阶高度相对于沟槽损失如图1中所示，随着抛光进行且随着剩余台阶高度减少，抛光组合物4B-4F展现较低的沟槽损失。另外，在相当的台阶高度下，抛光组合物4B-4F展示相比于抛光组合物4A改善的沟槽损失。因此，这些结果表明，相比于抛光组合物4A，抛光组合物4B-4F提供了在平坦化效率方面的改善。
实施例5
该实施例表明包括作为季胺的阳离子型聚合物及pKa为约1至约6的羧酸的抛光组合物的效能，其中抛光组合物的pH与羧酸的pKa的偏差不超过约2个单位。
四乙氧基硅烷(TEOS)毯覆式晶片用五种抛光组合物(即，抛光组合物5A-5E)抛光。抛光组合物5A-5E中的每一者含有0.285重量％湿法铈土颗粒及水且使用三乙醇胺将pH调节至pH 4.0。特定而言，抛光组合物5A-5E中的每一者含有0.14重量％的具有约103nm的中值粒度的湿法铈土颗粒(即，第一研磨剂颗粒)及0.14重量％的具有约54nm的中值粒度的湿法铈土颗粒(即，第二研磨剂颗粒)。各抛光组合物还含有表5中所列出的量的吡啶甲酸或喹哪啶酸。所述抛光组合物中的一些还含有表5中所列出的量的聚(乙烯基咪唑鎓)和/或乙酸。
TEOS图案晶片也用抛光组合物5A-5E抛光。TEOS图案晶片具有50％密度的500μm特征尺寸。在相同抛光条件下，用抛光组合物5A-5E抛光TEOS毯覆式晶片及TEOS图案晶片。特定而言，在ReflexionTM抛光机(Applied Materials)上用IC 1010TM垫(Dow Chemical)抛光晶片。抛光参数如下：20.68kPa(3psi)下压力、93rpm平台速度、87rpm头速度及250mL/分钟抛光流速。在抛光后，测定毯覆式TEOS的移除速率，以/分钟计。结果概述于表5中。
另外，在抛光0秒(“0s”)之后、在抛光45秒(“45s”)之后及在抛光55秒(“55s”)之后测定剩余TEOS台阶高度及沟槽损失结果概述于表6中。
表5：随经官能化的杂环、阳离子型聚合物及羧酸变化的毯覆式硅氧化物移除速率
表6：随经官能化的杂环、阳离子型聚合物及羧酸变化的图案硅氧化物移除速率、剩余硅氧化物台阶高度及沟槽损失
图2及表6说明抛光组合物5A-5E的沟槽损失与剩余台阶高度之间的关系。特定而言，如图2所说明，随着抛光进行且随着剩余台阶高度减少，相比于抛光组合物5A-5C，抛光组合物5D及5E展现明显较低的沟槽损失。另外，在相当的台阶高度下，抛光组合物5D及5E展示相比于抛光组合物5A改善的沟槽损失。因此，这些结果表明，相比于抛光组合物5A-5C，抛光组合物5D及5E提供了在平坦化效率方面的改善。
图3及表5说明抛光组合物5A-5E的毯覆式TEOS移除速率(/分钟)。特定而言，图3说明抛光组合物5D及5E展现与抛光组合物5A-5C所提供的毯覆式TEOS移除速率相比较低的毯覆式TEOS移除速率。因此，图2及图3表明抛光组合物5D及5E的“自阻止”特性，所述抛光组合物5D及5E提供相比于抛光组合物5A-5C改善的平坦化效率，但其也展现相比于抛光组合物5A-5C较低的毯覆式TEOS移除速率。换言之，抛光组合物5D及5E首先有效地抛光图案TEOS且在到达毯覆式TEOS时，展现降低的移除速率，从而防止不合乎期望的沟槽损失。如表6所说明，抛光组合物5D及5E中的每一者展现与抛光组合物5A-5C的沟槽损失相比较低的沟槽损失。
实施例6
该实施例表明包括选自阳离子型聚乙烯醇及阳离子型纤维素的阳离子型聚合物的抛光组合物的效能。
四乙氧基硅烷(TEOS)图案晶片用四种抛光组合物(即，抛光组合物6A-6D)抛光。TEOS图案晶片具有50％密度的500μm特征尺寸或70％密度的100μm特征尺寸。抛光组合物6A-6D中的每一者含有0.285重量％湿法铈土颗粒、500ppm吡啶甲酸及水且使用三乙醇胺将pH调节至pH 4.0。特定而言，抛光组合物6A-6D中的每一者含有0.14重量％的具有约103nm的中值粒度的湿法铈土颗粒(即，第一研磨剂颗粒)及0.14重量％的具有约54nm的中值粒度的湿法铈土颗粒(即，第二研磨剂颗粒)。抛光组合物6B-6D还含有表7中所列出的量的GOHSEFIMER K210TM聚乙烯醇产品。
在相同抛光条件下，用抛光组合物6A-6D抛光TEOS图案晶片。特定而言，在MirraTM抛光机(Applied Materials)上用IC 1010TM垫(Dow Chemical)抛光晶片。抛光参数如下：20.68kPa(3psi)下压力、100rpm平台速度、85rpm头速度及150mL/分钟抛光流速。在抛光后，测定图案TEOS的移除速率，以/分钟计。在抛光0秒(“0s”)之后、在抛光30秒(“30s”)之后、在抛光45秒(“45s”)之后、在抛光60秒(“60s”)之后及在抛光75秒(“75s”)之后，在50％的500μm特征(如表8中所指示)及在70％的100μm特征(如表9中所指示)的这两者处测定剩余TEOS台阶高度及沟槽损失结果概述于表8及表9中。
表7：随阳离子型聚合物变化的图案硅氧化物移除速率
表8：随阳离子型聚合物变化的在50％的500μm特征处的剩余硅氧化物台阶高度及沟槽损失
表9：随阳离子型聚合物变化的在70％的100μm特征处的剩余硅氧化物台阶高度及沟槽损失
这些结果表明，包含选自阳离子型聚乙烯醇及阳离子型纤维素的阳离子型聚合物(即，GOHSEFIMER K210TM聚乙烯醇产品)的抛光组合物提供改善的平坦化效率。图4及图5说明不含有阳离子型聚合物的抛光组合物6A及含有GOHSEFIMER K210TM聚乙烯醇产品的抛光组合物6B-6D的沟槽损失与剩余台阶高度之间的关系。如图4(展示50％的500μm特征处的抛光结果)及图5(展示70％的100μm特征处的抛光结果)所说明，随着抛光进行且随着剩余台阶高度减少，抛光组合物6B-6D展现较低的沟槽损失。另外，如表7所说明，抛光组合物6B-6D提供相比于抛光组合物6A的图案TEOS移除速率改善的图案TEOS移除速率。因此，这些结果表明，相比于抛光组合物6A，跨越特征尺寸范围，抛光组合物6B-6D提供改善的平坦化效率。
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)”和“至少一个(种)”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“至少一个(种)”+一个或多个项目的列表(例如，“A和B中的至少一个(种)”)的使用应解释为意指选自所列示的项目的一个项目(A或B)或者所列示的项目中的两个或更多个的任意组合(A和B)，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 (34)
1.化学机械抛光组合物，其包含：
(a)第一研磨剂颗粒，其中所述第一研磨剂颗粒为湿法铈土颗粒，具有75nm至200nm的中值粒度且以0.005重量％至2重量％的浓度存在于该抛光组合物中，
(b)经官能化的杂环，其选自经官能化的含氮杂环、经官能化的含硫杂环、萘甲酸及其组合，其中该经官能化的杂环以100ppm至1500ppm的浓度存在于该抛光组合物中，其中该经官能化的含氮杂环选自吡啶甲酸、吡啶甲基胺、喹哪啶酸、及其组合，
(c)阳离子型聚合物，其中该阳离子型聚合物为季胺，且其中该阳离子型聚合物以1ppm至250ppm的浓度存在于该抛光组合物中，
(d)羧酸，其中该羧酸的pKa为1至6，且其中该羧酸以25ppm至500ppm的浓度存在于该抛光组合物中，
(e)pH调节剂，其中该pH调节剂为三乙醇胺，及
(f)水性载剂，
其中该抛光组合物的pH为1至6，且其中该抛光组合物的pH与该羧酸的pKa的偏差不超过2个单位。
2.根据权利要求1所述的化学机械抛光组合物，其中所述第一研磨剂颗粒以0.1重量％至0.5重量％的浓度存在于该抛光组合物中。
3.根据权利要求1所述的化学机械抛光组合物，其中该抛光组合物进一步包含第二研磨剂颗粒，且其中所述第二研磨剂颗粒为湿法铈土颗粒，具有1nm至60nm的中值粒度，且以0.005重量％至2重量％的浓度存在于该抛光组合物中。
4.根据权利要求3所述的化学机械抛光组合物，其中所述第一研磨剂颗粒及所述第二研磨剂颗粒总计以0.1重量％至0.5重量％的浓度存在于该抛光组合物中。
5.根据权利要求1所述的化学机械抛光组合物，其中该经官能化的杂环包含经官能化的含氮杂环，且其中该经官能化的含氮杂环为吡啶甲酸。
6.根据权利要求1所述的化学机械抛光组合物，其中该经官能化的杂环包含经官能化的含氮杂环，且其中该经官能化的含氮杂环为喹哪啶酸。
7.根据权利要求1所述的化学机械抛光组合物，其中该阳离子型聚合物为聚(乙烯基咪唑鎓)。
8.根据权利要求7所述的化学机械抛光组合物，其中该聚(乙烯基咪唑鎓)以1ppm至5ppm的浓度存在于该抛光组合物中。
9.根据权利要求1所述的化学机械抛光组合物，其中该羧酸的pKa为3.5至5。
10.根据权利要求9所述的化学机械抛光组合物，其中该羧酸为乙酸。
11.根据权利要求1所述的化学机械抛光组合物，其中该抛光组合物的pH为3.5至5。
12.化学机械抛光组合物，其包含：
(a)第一研磨剂颗粒，其中所述第一研磨剂颗粒为湿法铈土颗粒，具有75nm至200nm的中值粒度，且以0.005重量％至2重量％的浓度存在于该抛光组合物中，
(b)经官能化的杂环，其选自经官能化的含氮杂环、经官能化的含硫杂环、萘甲酸及其组合，其中该经官能化的杂环以100ppm至1500ppm的浓度存在于该抛光组合物中，
(c)阳离子型聚合物，其选自阳离子型聚乙烯醇及阳离子型纤维素，其中该阳离子型聚合物以1ppm至250ppm的浓度存在于该抛光组合物中，
(d)pH调节剂，其中该pH调节剂为三乙醇胺，及
(e)水性载剂，
其中该抛光组合物的pH为1至6。
13.根据权利要求12所述的化学机械抛光组合物，其中所述第一研磨剂颗粒以0.1重量％至0.5重量％的浓度存在于该抛光组合物中。
14.根据权利要求12所述的化学机械抛光组合物，其中该抛光组合物进一步包含第二研磨剂颗粒，且其中所述第二研磨剂颗粒为湿法铈土颗粒，具有1nm至60nm的中值粒度，且以0.005重量％至2重量％的浓度存在于该抛光组合物中。
15.根据权利要求14所述的化学机械抛光组合物，其中所述第一研磨剂颗粒及所述第二研磨剂颗粒总计以0.1重量％至0.5重量％的浓度存在于该抛光组合物中。
16.根据权利要求12所述的化学机械抛光组合物，其中该经官能化的杂环包含经官能化的含氮杂环，且其中该经官能化的含氮杂环为吡啶甲酸。
17.根据权利要求12所述的化学机械抛光组合物，其中该经官能化的杂环包含经官能化的含氮杂环，且其中该经官能化的含氮杂环为喹哪啶酸。
18.根据权利要求12所述的化学机械抛光组合物，其中该阳离子型聚合物为阳离子型聚乙烯醇。
19.根据权利要求18所述的化学机械抛光组合物，其中该阳离子型聚乙烯醇以1ppm至40ppm的浓度存在于该抛光组合物中。
20.根据权利要求12所述的化学机械抛光组合物，其中该抛光组合物的pH为3.5至5。
21.抛光基板的方法，其包括：
(i)提供基板；
(ii)提供抛光垫；
(iii)提供根据权利要求1所述的化学机械抛光组合物；
(iv)使该基板与该抛光垫及该化学机械抛光组合物接触；及
(v)相对于该基板移动该抛光垫及该化学机械抛光组合物以研磨该基板的至少一部分，从而抛光该基板。
22.抛光基板的方法，其包括：
(i)提供基板；
(ii)提供抛光垫；
(iii)提供根据权利要求12所述的化学机械抛光组合物；
(iv)使该基板与该抛光垫及该化学机械抛光组合物接触；及
(v)相对于该基板移动该抛光垫及该化学机械抛光组合物以研磨该基板的至少一部分，从而抛光该基板。
23.抛光基板的方法，其包括：
(i)提供基板，其中该基板包含硅氧化物层；
(ii)提供抛光垫；
(iii)提供化学机械抛光组合物，其包含：
(a)第一研磨剂颗粒，其中所述第一研磨剂颗粒为湿法铈土颗粒，具有75nm至200nm的中值粒度，且以0.005重量％至2重量％的浓度存在于该抛光组合物中，
(b)经官能化的杂环，其选自经官能化的含氮杂环、经官能化的含硫杂环、萘甲酸及其组合，其中该经官能化的杂环以100ppm至1500ppm的浓度存在于该抛光组合物中，
(c)阳离子型聚合物，其中该阳离子型聚合物为季胺，且其中该阳离子型聚合物以1ppm至250ppm的浓度存在于该抛光组合物中，
(d)羧酸，其中该羧酸的pKa为1至6，且其中该羧酸以25ppm至500ppm的浓度存在于该抛光组合物中，
(e)pH调节剂，其中该pH调节剂为三乙醇胺，及
(f)水性载剂，
其中该抛光组合物的pH为1至6，且其中该抛光组合物的pH与该羧酸的pKa的偏差不超过2个单位；
(iv)使该基板与该抛光垫及该化学机械抛光组合物接触；及
(v)相对于该基板移动该抛光垫及该化学机械抛光组合物以研磨该基板的表面上的该硅氧化物层的至少一部分，从而抛光该基板。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述第一研磨剂颗粒以0.1重量％至0.5重量％的浓度存在于该抛光组合物中。
25.根据权利要求23所述的方法，其中该抛光组合物进一步包含第二研磨剂颗粒，且其中所述第二研磨剂颗粒为湿法铈土颗粒，具有1nm至60nm的中值粒度，且以0.005重量％至2重量％的浓度存在于该抛光组合物中。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述第一研磨剂颗粒及所述第二研磨剂颗粒总计以0.1重量％至0.5重量％的浓度存在于该抛光组合物中。
27.根据权利要求23所述的方法，其中该经官能化的杂环包含经官能化的含氮杂环，且其中该经官能化的含氮杂环为吡啶甲酸。
28.根据权利要求23所述的方法，其中该经官能化的杂环包含经官能化的含氮杂环，且其中该经官能化的含氮杂环为喹哪啶酸。
29.根据权利要求23所述的方法，其中该阳离子型聚合物为聚(乙烯基咪唑鎓)。
30.根据权利要求29所述的方法，其中该聚(乙烯基咪唑鎓)以1ppm至5ppm的浓度存在于该抛光组合物中。
31.根据权利要求23所述的方法，其中该羧酸的pKa为3.5至5。
32.根据权利要求31所述的方法，其中该羧酸为乙酸。
33.根据权利要求23所述的方法，其中该抛光组合物的pH为3.5至5。
34.抛光基板的方法，其包括：
(i)提供基板，其中该基板包含硅氧化物层；
(ii)提供抛光垫；
(iii)提供化学机械抛光组合物，其包含：
(a)第一研磨剂颗粒，其中所述第一研磨剂颗粒为湿法铈土颗粒，具有75nm至200nm的中值粒度，且以0.005重量％至2重量％的浓度存在于该抛光组合物中，
(b)经官能化的杂环，其选自经官能化的含氮杂环、经官能化的含硫杂环、萘甲酸及其组合，其中该经官能化的杂环以100ppm至1500ppm的浓度存在于该抛光组合物中，
(c)阳离子型聚合物，其选自阳离子型聚乙烯醇及阳离子型纤维素，其中该阳离子型聚合物以1ppm至250ppm的浓度存在于该抛光组合物中，
(d)pH调节剂，其中该pH调节剂为三乙醇胺，及
(e)水性载剂，
其中该抛光组合物的pH为1至6；
(iv)使该基板与该抛光垫及该化学机械抛光组合物接触；及
(v)相对于该基板移动该抛光垫及该化学机械抛光组合物以研磨该基板的表面上的该硅氧化物层的至少一部分，从而抛光该基板。
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