CN108026432A - 具有改善的稳定性和改善的抛光特性的选择性氮化物淤浆 - Google Patents

具有改善的稳定性和改善的抛光特性的选择性氮化物淤浆 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种化学机械抛光组合物，其包括以下组分、基本上由以下组分组成、或由以下组分组成：(a)约0.01重量％至约1重量％的湿加工氧化铈，(b)约10ppm至约200ppm包含季氨基团的阳离子聚合物，(c)约10ppm至约2000ppm非氟化非离子表面活性剂，(d)氨基酸，和(e)水，其中该抛光组合物具有约3至约8的pH。本发明进一步提供一种使用该抛光组合物抛光基板的方法。

Description

具有改善的稳定性和改善的抛光特性的选择性氮化物淤浆
【发明背景】
用于平面化或抛光基板表面的组合物和方法是本领域熟知的。抛光组合物(亦称为抛光淤浆)通常含有在液体载剂中的研磨材料且通过用该抛光组合物饱和的抛光垫与表面接触而施覆至该表面。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。抛光组合物通常用于与抛光垫(例如，抛光布或盘)结合使用。研磨材料可并入至抛光垫中来替代悬浮于抛光组合物中或作为其增补。
作为用于分离半导体装置的元件的方法，大量关注导向浅渠沟隔离(shallowtrench isolation,STI)方法，其中氮化硅层形成于硅基板上，浅渠沟经由蚀刻或光微影(光刻)形成且介电层(例如，氧化物)经沉积以填充所述渠沟。由于依此方式所形成的渠沟或线的深度的变化，通常需要沉积过量的介电材料于基板顶部上以确保所有渠沟的完全填充。随后，通常通过化学机械平面化处理移除过量的介电材料以暴露氮化硅层。当暴露氮化硅层时，基板的暴露于化学机械抛光组合物的最大区域包括氮化硅，其必须随后经抛光以达成高度平面的且均匀的表面。
一般而言，过去的实践强调氧化物抛光优先于氮化硅抛光的选择性。因此，氮化硅层在化学机械平面化处理期间充当终止层，因为整体抛光比率在氮化硅层暴露后降低。氮化硅层的移除需要氮化硅抛光优先于氧化物抛光的选择性。
通常使用常规的抛光介质和含研磨剂的抛光组合物来抛光STI基板。然而，已观察到用常规的抛光介质和含研磨剂的抛光组合物抛光STI基板会导致基板表面的过度抛光或在STI特征部形成凹槽和在基板表面上的其他形貌缺陷(诸如微划痕)。过度抛光且在STI特征部形成凹槽的现象称为凹陷。因为基板特征部的凹陷可通过引起晶体管与晶体管组件彼此分离的故障，藉此引起短路而不利于装置制造，所以凹陷是非所需的。另外，基板的过度抛光亦可引起氧化物损耗和底层氧化物暴露于来自抛光或化学活性的伤害中，其不利地影响装置品质和性能。
此外，许多现有的抛光组合物，特别是含有氧化铈研磨剂的抛光组合物，由于抛光组合物高于一定浓度时的不稳定性而呈现有限的浓缩能力，导致研磨剂组分的沉降。浓抛光组合物的不稳定性因此需要制造更多稀抛光组合物，其增加必须运输和储存的材料的体积。
因此，本领域仍需要抛光组合物和方法，其可提供所需的氧化硅、氮化硅和多晶硅的选择性及具有合适的移除率、低缺陷率和合适的凹陷性能，同时进一步呈现增强的分散稳定性。
【发明内容】
本发明提供一种化学机械抛光组合物，其包含(a)约0.01重量％至约1重量％的湿加工氧化铈，(b)约10ppm至约200ppm包含季氨基团的阳离子聚合物，(c)约10ppm至约2000ppm非氟化非离子表面活性剂，(d)氨基酸，和(e)水，其中该抛光组合物具有约3至约8的pH。
本发明亦提供一种化学机械抛光基板的方法，其包括：(i)使基板与抛光垫和包含以下组分的化学机械抛光组合物接触：(a)约0.01重量％至约1重量％的湿加工氧化铈，(b)约10ppm至约200ppm包含季氨基团的阳离子聚合物，(c)约10ppm至约2000ppm非氟化非离子表面活性剂，(d)氨基酸，和(e)水，其中该抛光组合物具有约3至约8的pH；(ii)相对于该基板移动该抛光垫和该化学机械抛光组合物；和(iii)研磨该基板的至少一部分以抛光该基板。
【具体实施方式】
本发明提供一种化学机械抛光组合物，其包括以下组分、基本上由以下组分组成、或由以下组分组成：(a)约0.01重量％至约1重量％的湿加工氧化铈，(b)约10ppm至约200ppm包含季氨基团的阳离子聚合物，(c)约10ppm至约2000ppm非氟化非离子表面活性剂，(d)氨基酸，和(e)水，其中该抛光组合物具有约3至约8的pH。
该化学机械抛光组合物包含氧化铈研磨剂。众所周知，氧化铈(ceria)为稀土金属铈的氧化物，且亦称为氧化铈(ceric oxide)、铈的氧化物(ceriumoxide)(例如，氧化铈(IV))或二氧化铈(cerium dioxide)。氧化铈(IV)(CeO2)可通过煅烧草酸铈或氢氧化铈而形成。铈亦形成氧化铈(III)诸如(例如)Ce2O3。氧化铈研磨剂可为所述铈氧化物或其他铈氧化物中的任一者或多者。
氧化铈研磨剂可为任何合适的类型。如本文所用，“湿加工”氧化铈是指通过沉淀、缩聚或类似制程制得的氧化铈(相对于(例如)锻制或热解氧化铈)。已发现当包含湿加工氧化铈研磨剂的本发明的抛光组合物根据本发明方法用于抛光基板时，其通常呈现较低的缺陷。不希望受特定理论约束，据信湿加工氧化铈包括球形氧化铈颗粒和/或更小团聚氧化铈颗粒，藉此导致当用于本发明方法时较低的基板缺陷率。一种说明性湿加工氧化铈为可购自Rhodia的HC-60TM氧化铈。
所述氧化铈颗粒可具有任何合适的平均尺寸(即，平均粒径)。若平均氧化铈粒度过小，则抛光组合物可能不呈现充分的移除率。相反地，若平均氧化铈粒度过大，则抛光组合物可呈现非所需的抛光性能，诸如(例如)不良的基板缺陷率。因此，所述氧化铈颗粒可具有约10nm或更大(例如，约15nm或更大、约20nm或更大、约25nm或更大、约30nm或更大、约35nm或更大、约40nm或更大、约45nm或更大或约50nm或更大)的平均粒度。或者或另外，氧化铈可具有约1,000nm或更小(例如，约750nm或更小、约500nm或更小、约250nm或更小、约150nm或更小、约100nm或更小、约75nm或更小或约50nm或更小)的平均粒度。因此，氧化铈可具有由任何两个上述端值为界的平均粒度。例如，氧化铈可具有约10nm至约1,000nm、约10nm至约750nm、约15nm至约500nm、约20nm至约250nm、约20nm至约150nm、约25nm至约150nm、约25nm至约100nm或约50nm至约150nm或约50nm至约100nm的平均粒度。就球形氧化铈颗粒而言，颗粒的尺寸为颗粒的直径。就非球形氧化铈颗粒而言，颗粒的尺寸为包围该颗粒的最小球体的直径。可使用任何合适的技术(例如使用镭射绕射技术)测量氧化铈的粒度。合适的粒度测量仪器可购自(例如)Malvern Instruments(Malvern,UK)。
在一些实施方式中，抛光组合物的氧化铈研磨剂呈现多峰粒度分布。如本文所用，术语“多峰”意指氧化铈研磨剂呈现具有至少2个最大值(例如2个或更多个最大值、3个或更多个最大值、4个或更多个最大值或5个或更多个最大值)的平均粒度分布。优选地，在这些实施方式中，氧化铈研磨剂呈现双峰粒度分布，即，氧化铈研磨剂呈现具有2个平均粒度最大值的粒度分布。术语“最大值(maximum/maxima)”意指在粒度分布中的一个或多个峰。一个或多个峰对应于本文中针对氧化铈研磨剂颗粒所述的平均粒度。因此(例如)颗粒数量对粒度的图将反映双峰粒度分布，具有在约75nm至约150nm(例如，约80nm至约140nm、约85nm至约130nm或约90nm至约120nm)的粒度范围内的第一峰，和在约25nm至约70nm(例如，约30nm至约65nm、约35nm至约65nm或约40nm至约60nm)的粒度范围内的第二峰。可通过组合各自具有单峰粒度分布的两种不同的氧化铈研磨剂获得具有多峰粒度分布的氧化铈研磨剂。
氧化铈颗粒优选在本发明的抛光组合物中为胶体稳定的。术语胶体是指氧化铈颗粒于液体载剂(例如水)中的悬浮液。胶体稳定性是指该悬浮液随时间的维持性。在本发明的情况中，假若在将研磨剂置于100mL量筒中和让其静置未搅动2小时的情况下，该量筒的底部50mL的颗粒浓度([B]，以g/mL计)与该量筒的顶部50mL的颗粒浓度([T]，以g/mL计)之间的差除以研磨剂组合物的初始颗粒浓度([C]，以g/mL计)小于或等于0.5(即，{[B]–[T]}/[C]≤0.5)，则将该研磨剂视作胶体稳定的。更优选地，[B]-[T]/[C]的值小于或等于0.3，和最优选小于或等于0.1。
抛光组合物可包含任何合适量的氧化铈研磨剂。若本发明的抛光组合物包含过少氧化铈研磨剂，则组合物可能不呈现充分的移除率。相反地，若抛光组合物包含过多氧化铈研磨剂，则抛光组合物可能呈现非所需的抛光性能和/或可能不具成本效益和/或可能缺少稳定性。抛光组合物可包含约10重量％或更少的氧化铈，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％或更少的氧化铈或约0.5重量％或更少的氧化铈。或者或另外，抛光组合物可包含约0.05重量％或更多的氧化铈，例如，约0.1重量％或更多、约0.2重量％或更多、约0.3重量％或更多、约0.4重量％或更多、约0.5重量％或更多或约1重量％或更多。因此，抛光组合物可包含由任何两个上述端值为界的量的氧化铈。例如，抛光组合物可包含约0.05重量％至约10重量％的氧化铈，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％的氧化铈、约0.1重量％至约4重量％、约0.1重量％至约3重量％的氧化铈、约0.1重量％至约2重量％的氧化铈、约0.1重量％至约1重量％的氧化铈、约0.2重量％至约2重量％的氧化铈、约0.2重量％至约1重量％的氧化铈、约0.2重量％至约0.6重量％的氧化铈或约0.3重量％至约0.5重量％的氧化铈。在一实施方式中，抛光组合物(在使用点)包含约0.2重量％至约0.6重量％的氧化铈(例如，约0.4重量％的氧化铈)。在另一实施方式中，作为浓缩物的抛光组合物包含约1至2重量％(例如，约1.2重量％或约1.6重量％)的氧化铈。
抛光组合物包含一种或多种包括季铵基团的阳离子聚合物或共聚物。阳离子聚合物或共聚物可为任何合适的阳离子聚合物或共聚物。合适的阳离子聚合物或共聚物的非限制性实例包括包含二烯丙基二甲基铵单体单元、甲基丙烯酰氧乙基三甲铵单体单元、N,N-二甲基-2-羟丙基铵单体单元、(氯化3-甲基-1-乙烯基咪唑鎓)单元、季铵化[双(2-氯乙基)醚-交替-1,3-双[3-(二甲基氨基)丙基]脲]单元、季铵化脱水葡萄糖单元、或其组合的阳离子聚合物或共聚物。当阳离子聚合物或共聚物包含季铵化脱水葡萄糖单元时，阳离子聚合物或共聚物可为称为季铵化纤维素的物质。应理解，当阳离子聚合物或共聚物典型地包含携带季铵基团的两种或更多种单体单元时阳离子聚合物或共聚物通常含有两种或更多种季铵基团。
在一实施方式中，抛光组合物包括包含二烯丙基二甲基铵单体单元的阳离子聚合物或共聚物。在其他实施方式中，抛光组合物包括包含二烯丙基二甲基铵单体单元的阳离子聚合物或共聚物与包含甲基丙烯酰氧乙基三甲铵单体单元、N,N-二甲基-2-羟丙基铵单体单元、(氯化3-甲基-1-乙烯基咪唑鎓)单元、季铵化[双(2-氯乙基)醚-交替-1,3-双[3-(二甲基氨基)丙基]脲]单元、季铵化脱水葡萄糖单元的阳离子聚合物或共聚物的组合。在另一实施方式中，抛光组合物包括包含甲基丙烯酰氧乙基三甲铵单体单元、N,N-二甲基-2-羟丙基铵单体单元、(氯化3-甲基-1-乙烯基咪唑鎓)单元、季铵化[双(2-氯乙基)醚-交替-1,3-双[3-(二甲基氨基)丙基]脲]单元、季铵化脱水葡萄糖单元的阳离子聚合物或共聚物。
阳离子聚合物或共聚物可具有任何合适的分子量。阳离子聚合物或共聚物可具有约250g/mol或更大(例如，约300g/mol或更大、约400g/mol或更大、约500g/mol或更大、约600g/mol或更大、约750g/mol或更大、约1,000g/mol或更大、约1,500g/mol或更大、约2,000g/mol或更大、约2,500g/mol或更大、约3,000g/mol或更大、约3,500g/mol或更大、约4,000g/mol或更大、约4,500g/mol或更大、约5,000g/mol或更大、约5,500g/mol或更大、约6,000g/mol或更大、约6,500g/mol或更大、约7,000g/mol或更大或约7,500g/mol或更大)的平均分子量。或者或另外，阳离子聚合物或共聚物可具有约50,000g/mol或更小(例如，约45,000g/mol或更小、约40,000g/mol或更小、约35,000g/mol或更小、约30,000g/mol或更小、约25,000g/mol或更小、约20,000g/mol或更小、约15,000g/mol或更小或约10,000g/mol或更小)的平均分子量。因此，阳离子聚合物或共聚物可具有由任何两个上述端值为界的平均分子量。例如，阳离子聚合物或共聚物可具有约250g/mol至约50,000g/mol、约250g/mol至约45,000g/mol、约250g/mol至约40,000g/mol、约250g/mol至约35,000g/mol、约1,000g/mol至约30,000g/mol、约1,000g/mol至约25,000g/mol、约1,000g/mol至约20,000g/mol、约2,000g/mol至约15,000g/mol、约3,000g/mol至约10,000g/mol、约7,500g/mol至约50,000g/mol、约7,500g/mol至约40,000g/mol、约7,500g/mol至约35,000g/mol的平均分子量。
抛光组合物在使用点包含任何合适量的阳离子聚合物或共聚物。阳离子聚合物或共聚物的量是指存在于抛光组合物中的阳离子聚合物或共聚物的总量。抛光组合物可包含约1ppm或更多的阳离子聚合物或共聚物，例如，约5ppm或更多、约10ppm或更多、约20ppm或更多、约30ppm或更多、约40ppm或更多或约50ppm或更多。或者或另外，抛光组合物可包含约1000ppm或更少的阳离子聚合物或共聚物，例如，约900ppm或更少、约800ppm或更少、约700ppm或更少、约600ppm或更少、约500ppm或更少、约400ppm或更少、约300ppm或更少或约200ppm或更少。因此，抛光组合物可包括由任何两个上述端值为界的量的阳离子聚合物或共聚物。例如，抛光组合物可包含约1ppm至约1000ppm阳离子聚合物或共聚物，约10ppm至约900ppm、约10ppm至约800ppm、约10ppm至约700ppm、约10ppm至约600ppm、约10ppm至约500ppm、约10ppm至约400ppm、约20ppm至约300ppm、约30ppm至约200ppm、约30ppm至约150ppm、约30ppm至约100ppm或约30ppm至约750ppm。
抛光组合物包含非氟化非离子表面活性剂。非氟化非离子表面活性剂可为任何合适的非氟化非离子表面活性剂。根据本发明的一实施方式，抛光组合物包含选自聚烷二醇、聚醚胺、聚环氧乙烷/聚环氧丙烷共聚物、聚乙二醇烷基醚、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯啶酮、硅氧烷聚环氧烷共聚物、经疏水修饰的聚丙烯酸酯共聚物、亲水性非离子聚合物、多糖及其混合物的一种或多种非氟化非离子表面活性剂。非氟化非离子表面活性剂优选为水溶性的且与抛光组合物的其他组分相容。
非氟化非离子表面活性剂可具有任何合适的分子量。非氟化非离子表面活性剂可具有约500g/mol或更大(例如，约600g/mol或更大、约750g/mol或更大、约1,000g/mol或更大、约1,500g/mol或更大或约2,000g/mol或更大)的平均分子量。或者或另外，非氟化非离子表面活性剂可具有约10,000g/mol或更小(例如，约9,000g/mol或更小、约8,000g/mol或更小、约7,500g/mol或更小、约7,000g/mol或更小、约6,500g/mol或更小、约6,000g/mol或更小、约5,500g/mol或更小或约5,000g/mol或更小)的平均分子量。因此，非氟化非离子表面活性剂可具有由任何两个上述端值为界的平均分子量。例如，非氟化非离子表面活性剂可具有约500g/mol至约10,000g/mol、约500g/mol至约9,000g/mol、约500g/mol至约8,000g/mol、约500g/mol至约7,000g/mol、约500g/mol至约6,000g/mol、约500g/mol至约5,000g/mol、约1000g/mol至约10,000g/mol、约1000g/mol至约9,000g/mol、约1000g/mol至约8,000g/mol、约1000g/mol至约7,000g/mol、约1000g/mol至约6,000g/mol或约1000g/mol至约5,000g/mol的平均分子量。
抛光组合物视情况(任选)进一步包含氟化非离子表面活性剂。氟化非离子表面活性剂可为任何合适的氟化非离子表面活性剂。在实施方式中，氟化非离子表面活性剂可包括式I聚合物：
其中X1和X2独立地选自O、C和S，Y1和Y2独立地选自OH、C1-C10烷基和式CxHyFz的基团，R1、R2、R3和R4独立地选自氢、F、C1-C10烷基、C6-C10芳基和杂芳族，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R1至R4中的至少一者为F。
在某些实施方式中，氟化非离子表面活性剂为其中Y1或Y2中的至少一者为CxHyFz的式I聚合物。在某些实施方式中，聚合物具有其中Y1和Y2两者皆为CxHyFz的式I。在某些实施方式中，x为1至9的整数。在某些实施方式中，x为1至8的整数且y为1至40的整数。如本领域技术人员将了解的，在式CxHyFz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变量。在某些优选实施方式中，聚合物具有其中X1和X2皆为O的式I。在某些实施方式中，R1、R2、R3和R4各独立地为氢或F。在这些实施方式的某些中，R1、R2、R3和R4中的至少一者为F且Y1和Y2可为在本文中针对Y1和Y2所描述的任何基团。合适式I聚合物的非限制性实例包括由DuPont提供的CAPSTONETM系列聚合物的成员，例如，CAPSTONETMFS-30、CAPSTONETMFS-31、CAPSTONETMFS-34、CAPSTONETMFS-35、CAPSTONETMFS-65、CAPSTONETMFS-81、CAPSTONETMFS-3100和CAPSTONETMST-100HS。
氟化非离子表面活性剂可具有任何合适的分子量。氟化非离子表面活性剂可具有约500g/mol或更大(例如，约600g/mol或更大、约750g/mol或更大、约1,000g/mol或更大、约1,500g/mol或更大、约2,000g/mol或更大、约2,500g/mol或更大、约3,000g/mol或更大、约3,500g/mol或更大、约4,000g/mol或更大、约4,500g/mol或更大、约5,000g/mol或更大、约5,500g/mol或更大、约6,000g/mol或更大、约6,500g/mol或更大、约7,000g/mol或更大或约7,500g/mol或更大)的平均分子量。或者或另外，氟化非离子表面活性剂可具有约10,000g/mol或更小(例如，约9,000g/mol或更小、约8,000g/mol或更小、约7,500g/mol或更小、约7,000g/mol或更小、约6,500g/mol或更小、约6,000g/mol或更小、约5,500g/mol或更小、约5,000g/mol或更小、约4,500g/mol或更小、约4,000g/mol或更小、约3,500g/mol或更小、约3,000g/mol或更小、约2,500g/mol或更小或约2,000g/mol或更小)的平均分子量。因此，氟化非离子表面活性剂可具有由任何两个上述端值为界的平均分子量。例如，氟化非离子表面活性剂可具有约500g/mol至约10,000g/mol、约500g/mol至约9,000g/mol、约500g/mol至约8,000g/mol、约500g/mol至约7,000g/mol、约500g/mol至约6,000g/mol、约500g/mol至约5,000g/mol、约1000g/mol至约10,000g/mol、约1000g/mol至约9,000g/mol、约1000g/mol至约8,000g/mol、约1000g/mol至约7,000g/mol、约1000g/mol至约6,000g/mol或约1000g/mol至约5,000g/mol的平均分子量。
抛光组合物在使用点包含任何合适量的非氟化非离子表面活性剂和任选的氟化非离子表面活性剂。抛光组合物可包含约10ppm或更多的非氟化非离子表面活性剂和任选的氟化非离子表面活性剂，例如，约15ppm或更多、约20ppm或更多、约25ppm或更多、约30ppm或更多、约35ppm或更多或约40ppm或更多。或者或另外，抛光组合物可包含约1000ppm或更少的非氟化非离子表面活性剂和任选的氟化非离子表面活性剂，例如，约800ppm或更少、约600ppm或更少、约400ppm或更少、约200ppm或更少、约100ppm或更少、约80ppm或更少、约60ppm或更少或约40ppm或更少。因此，抛光组合物可包括由任何两个上述端值为界的量的非氟化非离子表面活性剂和任选的氟化非离子表面活性剂。例如，抛光组合物可包含约10ppm至约1000ppm非氟化非离子表面活性剂和任选的氟化非离子表面活性剂，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。
抛光组合物包含一种或多种氨基酸。氨基酸可为任何合适的氨基酸。合适氨基酸的非限制性实例包括甘氨酸、丙氨酸(例如L-丙氨酸)和缬氨酸(例如L-缬氨酸)、或其组合。
抛光组合物可包含任何合适量的氨基酸。抛光组合物可包含约10ppm或更多的氨基酸，例如，约20ppm或更多、约30ppm或更多、约40ppm或更多或约50ppm或更多。或者或另外，抛光组合物可包含约1000ppm或更少的氨基酸，例如，约800ppm或更少、约600ppm或更少、约400ppm或更少、约200ppm或更少。因此，抛光组合物可包括由任何两个上述端值限制的量的氨基酸。例如，抛光组合物可包括约10ppm至约1000ppm氨基酸，约10ppm至约800ppm、约10ppm至约600ppm、约10ppm至约400ppm、约10ppm至约200ppm。
化学机械抛光组合物视情况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分支链聚乙烯醇。合适的分支链聚乙烯醇的非限制性实例为Nichigo G-聚合物，诸如可购自Nippon Gohsei，Japan的OKS-1009和OKS-1083产品。
聚乙烯醇可具有任何合适的水解度。水解度是指与游离羟基和乙酰化羟基的总和相比较的存在于聚乙烯醇上的游离羟基的量。优选地，聚乙烯醇具有约90％更高，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。
聚乙烯醇可具有任何合适的分子量。聚乙烯醇可具有约250g/mol或更大(例如，约300g/mol或更大、约400g/mol或更大、约500g/mol或更大、约600g/mol或更大、约750g/mol或更大、约1,000g/mol或更大、约2,000g/mol或更大、约3,000g/mol或更大、约4,000g/mol或更大、约5,000g/mol或更大、约7,500g/mol或更大、约10,000g/mol或更大、约15,000g/mol或更大、约20,000g/mol或更大、约25,000g/mol或更大、约30,000g/mol或更大、约50,000g/mol或更大或约75,000g/mol或更大)的平均分子量。或者或另外，聚乙烯醇可具有约250,000g/mol或更小(例如，约200,000g/mol或更小、约180,000g/mol或更小、约150,000g/mol或更小、约100,000g/mol或更小、约90,000g/mol或更小、约80,000g/mol或更小、约70,000g/mol或更小、约60,000g/mol或更小、约50,000g/mol或更小、约45,000g/mol或更小、约40,000g/mol或更小、约35,000g/mol或更小、约30,000g/mol或更小、约25,000g/mol或更小、约20,000g/mol或更小、约15,000g/mol或更小、约12,500g/mol或更小或约10,000g/mol或更小)的平均分子量。因此，聚乙烯醇可具有由任何两个上述端值为界的平均分子量。例如，聚乙烯醇可具有约250g/mol至约250,000g/mol、250g/mol至约200,000g/mol、250g/mol至约180,000g/mol、250g/mol至约150,000g/mol、250g/mol至约100,000g/mol、约250g/mol至约70,000g/mol、约250g/mol至约50,000g/mol、约250g/mol至约25,000g/mol、约250g/mol至约10,000g/mol、约10,000g/mol至约100,000g/mol、约10,000g/mol至约75,000g/mol、约10,000g/mol至约50,000g/mol、约10,000g/mol至约40,000g/mol、约50,000g/mol至约100,000g/mol、约75,000g/mol至约100,000g/mol、约25,000g/mol至约200,000g/mol或约50,000g/mol至约180,000g/mol的平均分子量。
抛光组合物在使用点包含任何合适量的聚乙烯醇。抛光组合物可包含约1ppm或更多的聚乙烯醇，例如，约5ppm或更多、约10ppm或更多、约20ppm或更多、约30ppm或更多、约40ppm或更多或约50ppm或更多。或者或另外，抛光组合物可包含约1000ppm或更少的聚乙烯醇，例如，约800ppm或更少、约600ppm或更少、约400ppm或更少、约300ppm或更少、约200ppm或更少或约100ppm或更少。因此，抛光组合物可包括由任何两个上述端值为界的量的离子聚合物。例如，抛光组合物包括约1ppm至约1000ppm聚乙烯醇，约10ppm至约800ppm、约10ppm至约600ppm、约20ppm至约400ppm、约20ppm至约200ppm或约20ppm至约100ppm。
化学机械抛光组合物可包含能够调节(即，调节)抛光组合物的pH的一种或多种化合物(即，pH调节化合物)。抛光组合物的pH可使用能调节抛光组合物的pH的任何合适的化合物进行调节。pH调节化合物宜为水溶性且与抛光组合物的其他组分相容。通常地，化学机械抛光组合物在使用点具有约4至约7的pH。
据信氨基酸作用为缓冲剂。在一些实施方式中，期望抛光组合物包含能够调节pH且能够单独缓冲抛光组合物的酸性pH的另一种化合物。因此，在这些实施方式中，期望抛光组合物的pH低于7.0(例如，6.5±0.5、6.0±0.5、5.5±0.5、5.0±0.5、4.5±0.5或4.0±0.5)。能够调节抛光组合物的pH的化合物通常具有当在25℃下测量时具有约3至约7的pKa的至少一种可电离基团。
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、碱金属重碳酸盐、硼酸盐及其组合。
化学机械抛光组合物视情况进一步包含一种或多种添加剂。说明性添加剂包括调理液、酸(例如，磺酸)、络合物(例如，阴离子聚合物络合物)、螯合剂、杀生物剂、结垢抑制剂、分散剂等。
当存在时，杀生物剂可为任何合适的杀生物剂且可以任何合适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。在抛光组合物中的杀生物剂的量通常为约1至约50ppm，优选约10至约20ppm。
抛光组合物可通过任何合适的技术制得，其中许多技术为本领域技术人员所熟知。抛光组合物可以分批或连续方法制得。一般而言，抛光组合物通过组合抛光组合物的组分制得。如本文所用，术语“组分”包括个别成分(例如，氧化铈研磨剂、包含季氨基团的阳离子聚合物、非氟化非离子表面活性剂、任选的氟化非离子表面活性剂、任选的聚乙烯醇、氨基酸、任选的pH调节剂和/或任何任选的添加剂)以及多种成分(例如，氧化铈研磨剂、包含季氨基团的阳离子聚合物、非氟化非离子表面活性剂、任选的氟化非离子表面活性剂、任选的聚乙烯醇、氨基酸、任选的pH调节剂等)的任何组合。
例如，可通过以下步骤制备抛光组合物：(i)提供所有或一部分液体载剂，(ii)将氧化铈研磨剂、包含季氨基团的阳离子聚合物、非氟化非离子表面活性剂、任选的氟化非离子表面活性剂、任选的聚乙烯醇、氨基酸、任选的pH调节剂和/或任何任选的添加剂分散，使用任何合适的方式以制备此分散液，(iii)适当调节该分散液的pH，和(iv)视情况将合适量的任何其他可选组分和/或添加剂添加至该混合物。
或者，可通过以下步骤制备抛光组合物：(i)在氧化铈淤浆中提供一种或多种组分(例如，液体载剂、包含季氨基团的阳离子聚合物、非氟化非离子表面活性剂、任选的氟化非离子表面活性剂、任选的聚乙烯醇、氨基酸、任选的pH调节剂和/或任何任选的添加剂)，(ii)在添加剂溶液中提供一种或多种组分(例如，液体载剂、包含季氨基团的阳离子聚合物、非氟化非离子表面活性剂、任选的氟化非离子表面活性剂、任选的聚乙烯醇、氨基酸、任选的pH调节剂和/或任何任选的添加剂)，(iii)将该氧化铈淤浆与该添加剂溶液组合以形成混合物，(iv)视情况将合适量的任何其他可选添加剂添加至该混合物，和(v)适当调节该混合物的pH。
抛光组合物可以作为包含氧化铈研磨剂、包含季氨基团的阳离子聚合物、非氟化非离子表面活性剂、任选的氟化非离子表面活性剂、任选的聚乙烯醇、氨基酸、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(one-package system)提供。或者，本发明的抛光组合物作为包含在第一包装中的氧化铈淤浆和在第二包装中的添加剂溶液的双包装体系(two-package system)提供，其中该氧化铈淤浆基本上由或由氧化铈研磨剂、包含季氨基团的阳离子聚合物、氨基酸、任选的pH调节剂和/或任何任选的添加剂及水组成，且其中该添加剂溶液基本上由或由非氟化非离子表面活性剂、任选的氟化非离子表面活性剂、任选的聚乙烯醇和/或任何任选的添加剂组成。双包装体系通过改变两个包装(即，该氧化铈淤浆和该添加剂溶液)的掺合比率允许基板全域平整化特征和抛光速度的调整。
可采用多种方法来使用此双包装抛光体系。例如，可通过在供应管道的出口处接合并连接的不同导管递送氧化铈淤浆和添加剂溶液至抛光台。可在抛光前短时间或立即混合氧化铈淤浆和添加剂溶液，或可在抛光台上同时供应两者。另外，当混合两个包装时，可如所需般添加去离子水以调节抛光组合物和所得基板抛光特性。
同样，就本发明而言，可使用三个、四个或更多个包装体系，其中多个容器各自含有本发明的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/或呈不同浓度的相同组分之一或多者。
为了将含于两个或更多个贮存装置中的组分混合以在使用点或接近使用点制备抛光组合物，所述贮存装置通常设有一条或多条自各贮存装置通向抛光组合物的使用点(例如，压板、抛光垫、或基板表面)的流程线。如本文所用，术语“使用点”是指将抛光组合物施覆至基板表面(例如，抛光垫或基板表面自身)的点。术语“流程线”意指自个别贮存容器至组分所贮存其中的使用点的流动路径。流程线可各自直接导向使用点，或两条或更多条流程线可在任何点经组合成一条导向使用点的单一流程线。另外，任何条流程线(例如，个别流程线或经组合的流程线)可先导向一个或多个其他装置(例如，泵送装置、测量装置、混合装置等等)，再到达该(些)组分的使用点。
抛光组合物的组分可独立地递送至使用点(例如，组分递送至于抛光制程期间所述组分在其上混合的基板表面)，或所述组分之一或多者可在递送至使用点之前(例如，在递送至使用点之前短时间或立刻)组合。若所述组分在以混合形式被添加至压板上前约5分钟或更少时间(例如，在以混合形式被添加至压板上前约4分钟或更少时间、约3分钟或更少时间、约2分钟或更少时间、约1分钟或更少时间、约45s或更少时间、约30s或更少时间、约10s或更少时间)或在所述组分递送至使用点同时进行组合(例如所述组分在分配器处组合)，则它们“在递送至使用点之前立刻”组合。若所述组分在距离使用点5m以内，诸如在距离使用点1m以内或甚至在距离使用点10cm以内(例如，在距离使用点1cm以内)进行组合，则组分亦为“在递送至使用点之前立刻”组合。
当该抛光组合物的组分中的两者或更多者在到达使用点之前组合时，所述组分可在流程线中组合并递送至使用点，而无需使用混合装置。或者，所述流程线中之一或多者可引导入混合装置中以利于所述组分的两者或更多者组合。可使用任何合适的混合装置。例如，该混合装置可为所述组分的两者或更多者流动通过的喷嘴或喷口(例如，高压喷嘴或喷口)。或者，该混合装置可为容器型混合装置，其包括抛光淤浆的两种或更多种组分藉其引入至混合器的一个或多个入口、以及经混合的组分通过其离开该混合器而直接或经由该设备的其他元件(例如，经由一条或多条流程线)递送至使用点的至少一个出口。另外，该混合装置可包括一个以上腔室，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。若使用容器型混合装置，则混合装置优选包括用于进一步促进组分的组合的混合机构。混合机构一般是本领域已知的且包括搅拌器、掺合器、搅动器、桨叶式挡板、喷气系统、振荡器等等。
抛光组合物亦可以意欲在使用前以适量水稀释的浓缩物形式提供。在此实施方式中，抛光组合物浓缩物包含抛光组合物的组分，其量使得在利用适量水稀释浓缩物时，抛光组合物的各组分将以在上文针对各组分所引述的适当范围内的量存在于抛光组合物中。例如，氧化铈研磨剂、包含季氨基团的阳离子聚合物、非氟化非离子表面活性剂、任选的氟化非离子表面活性剂、任选的聚乙烯醇、氨基酸、任选的pH调节剂和/或任何任选的添加剂可各以大于上文针对各组分所引述的浓度约2倍(例如，约3倍、约4倍或约5倍)的量存在于浓缩物中，使得，当经相同体积水(例如，分别地，2倍体积水、3倍体积水或4倍体积水)稀释浓缩物时，各组分将以在上文针对各组分的范围内的量存在于抛光组合物中。另外，如本领域技术人员将了解的，该浓缩物可含有存在于最终抛光组合物中的适当部分(分数，fraction)的水以确保包含季氨基团的阳离子聚合物、非氟化非离子表面活性剂、任选的氟化非离子表面活性剂、任选的聚乙烯醇、氨基酸、任选的pH调节剂和/或任何任选的添加剂至少部分或完全溶于该浓缩物中。理想地，当处于比在使用点的抛光组合物浓4倍的浓缩物形式时，本发明的抛光组合物为胶体稳定的。
本发明亦提供化学机械抛光基板的方法，其包括(i)将基板与抛光垫和如本文所述的化学机械抛光组合物接触，(ii)相对于该基板移动该抛光垫，其间具有化学机械抛光组合物，和(iii)研磨该基板的至少一部分以抛光该基板。
化学机械抛光组合物可用于抛光任何合适的基板且特别适用于抛光包括至少一个由低介电材料构成的层(通常为表面层)的基板。合适基板包括用于半导体工业中的晶圆。晶圆通常包括(或由)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)。本发明方法特别适用于抛光包括氧化硅、氮化硅和/或多晶硅(例如前述材料的任何一者、两者或特别是所有三者)的基板。
在某些实施方式中，基板包括多晶硅与氧化硅和/或氮化硅的组合。多晶硅可为任何合适的多晶硅，其中许多多晶硅是本领域中知晓的。多晶硅可具有任何合适的相且可为非晶型、晶型或其组合。氧化硅同样可为任何合适的氧化硅，其中许多氧化硅是本领域中知晓的。合适类型的氧化硅包括(但不限于)硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)、PETEOS、热氧化物、未经掺杂的硅酸盐玻璃和HDP氧化物。
当根据本发明方法抛光包括氮化硅的基板时，本发明的化学机械抛光组合物理想地呈现高移除率。例如，当根据本发明的一实施方式抛光包括氮化硅的硅晶圆时，抛光组合物理想地呈现约或更高、或更高、约或更高、约或更高、约或更高、约或更高或约或更高的氮化硅移除率。
当根据本发明方法抛光包括氧化硅的基板时，本发明的化学机械抛光组合物理想地呈现低移除率。例如，当根据本发明的一实施方式抛光包括氧化硅的硅晶圆时，诸如高密度等离子体(HDP)氧化物和/或等离子体增强型原硅酸四乙酯(PETEOS)和/或原硅酸四乙酯(TEOS)，抛光组合物理想地呈现约 或更低，例如，约或更低、约或更低、约或更低、约或更低、约或更低或甚至约或更低的氧化硅移除率。
当根据本发明方法抛光包括多晶硅的基板时，本发明的化学机械抛光组合物理想地呈现低移除率。例如，当根据本发明的一实施方式抛光包括多晶硅的硅晶圆时，抛光组合物理想地呈现约或更低、约或更低、约或更低、约或更低、约或更低、约或更低、约或更低、约或更低或甚至约或更低的多晶硅移除率。
可定制本发明的化学机械抛光组合物以提供在所需抛光范围内对于具体薄层材料有选择性的有效抛光，同时最小化表面瑕疵、缺陷、腐蚀、侵蚀和终止层的移除。通过改变抛光组合物的组分的相对浓度，可将选择性控制在一定程度。当期望时，本发明的化学机械抛光组合物可用于抛光具有约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或更高)的氮化硅比多晶硅的抛光选择性的基板。同样，本发明的化学机械抛光组合物可用于抛光具有约2:1或更高(例如，约4:1或更高或约6:1或更高)的氮化硅比氧化硅的抛光选择性的基板。某些调配物可呈现甚至更高的氮化硅比氧化硅选择性，诸如约20:1更高或甚至约30:1或更高。
本发明的化学机械抛光组合物和方法特别适于与化学机械抛光设备结合使用。通常，该设备包括在使用时呈运动状态且具有由轨道、线性、或圆周运动所导致的速度的压板、与该压板接触且在呈运动状态时随该压板移动的抛光垫、和固定待通过接触和相对于该抛光垫的表面移动抛光的基板的托架(carrier)。基板的抛光通过将基板放置成与抛光垫和本发明的抛光组合物接触，且接着使该抛光垫相对该基板移动，以研磨该基板的至少一部分以抛光该基板而发生。
可使用任何适宜的抛光垫(例如，抛光表面)以化学机械抛光组合物来抛光基板。适宜的抛光垫包括(例如)编织和非编织抛光垫。此外，适宜的抛光垫可包括具有不同密度、硬度、厚度、可压缩性、压缩回弹能力和压缩模量的任何适宜聚合物。适宜的聚合物包括(例如)聚氯乙烯、聚氟乙烯、尼龙、氟碳化物、聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯酸酯、聚醚、聚乙烯、聚酰胺、聚氨基甲酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯、其共形成产物及其混合物。软质聚氨基甲酸酯抛光垫特别适于与本发明抛光方法结合使用。典型的垫包括但不限于SURFINTM000、SURFINTMSSW1、SPM3100(可购自，例如，Eminess Technologies)、POLITEXTM和Fujibo POLYPASTM27。一特别优选的抛光垫为可购自Cabot Microelectronics的EPICTMD100垫。
理想地，化学机械抛光设备进一步包括原位抛光终点探测系统，其中许多原位抛光终点探测系统是本领域中知晓的。通过分析自所抛光的基板表面反射的光或其他辐射来检测和监测抛光制程的技术是本领域中知晓的。这样的方法述于(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。理想地，针对所抛光基板的抛光制程的进展的检测或监测使得抛光终点可确定，即，确定何时终止针对特定基板的抛光制程。
这些以下实施例进一步说明本发明，而(当然)不应解释为以任何方式限制本发明的范围。
在整个实施例中使用下列缩写：移除率(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(Applied Materials,Inc.)或AP-300TM工具(CTSCo.,Ltd.)抛光基板、涂覆于硅上的TEOS氧化硅(自四乙氧基硅烷制得)、涂覆于硅上的HDP(高密度等离子体)氧化硅、涂覆于硅上的多晶硅、涂覆于硅上的氮化硅和自Silyb Inc.获得的图案化晶圆。图案化晶圆包括于经氧化硅涂覆的基板上的100μm氮化硅。对于所有组合物，以相同的抛光参数使用IC 1010TM抛光垫(Rohm and Haas Electronic Materials)。标准Mirra抛光参数标准如下：IC1010TM垫、下压力＝20.7kPa(3psi)或13.8kPa(2psi)、头速度＝85rpm、压板速度＝100rpm、总流速＝150mL/min。通过使用光谱椭圆偏光仪测量薄膜厚度并将起始厚度减去最终厚度计算得移除率。
实施例1
此实施例证实包含季氨基团的阳离子聚合物对于氧化硅移除率比氮化硅和多晶硅移除率的作用。
使用7种不同的抛光组合物(抛光组合物1A至1G)抛光包括经TEOS涂覆的硅、经氮化硅涂覆的硅和经多晶硅涂覆的硅的单独基板。在具有300mm压板的CTS抛光工具上，使用IC1010TM垫在20.7kPa下压力下抛光基板。各抛光组合物含有pH为4.3的0.4重量％湿加工氧化铈和320ppm硝酸铵。各抛光组合物进一步包含以如表1所示的量的聚MADQUAT(聚氯化(甲基丙烯酰氧乙基三甲铵))、聚Quat-2(季铵化[双(2-氯乙基)醚-交替-1,3-双[3-(二甲基氨基)丙基]脲])和聚DADMAC(聚氯化(二烯丙基二甲基铵))中之一或多者。
抛光后，测定TEOS、氮化硅和多晶硅的移除率。结果述于表1中。
表1
从表1中所述的结果显而易见的是，含有50ppm聚MADQUAT的抛光组合物1A呈现最高氮化硅移除率和约0.31:1的氮化硅比TEOS的选择性。含有聚MADQUAT与聚Quat-2的组合(抛光组合物1B和1D)、聚MADQUAT与聚DADMAC的组合(抛光组合物1E和1G)、仅聚Quat-2(抛光组合物1C)和仅聚DADMAC(抛光组合物1F)的抛光组合物1B至1G呈现从约4.2:1至7.2:1的氮化硅比TEOS的选择性。所有抛光组合物1A至1G皆呈现从约0.23:1(抛光组合物1G)至0.73:1(抛光组合物1A)的氮化硅比多晶硅的选择性。据信，针对抛光组合物1A所观察到的高TEOS移除率为异常的且由在300mm CTS抛光工具边缘附近的高线性抛光表面速度所致。
实施例2
此实施例证实包含季氨基团的阳离子聚合物和非氟化非离子表面活性剂对于氮化硅、氧化硅和多晶硅移除率的作用。
使用7种不同的抛光组合物(抛光组合物2A至2G)抛光包括经TEOS涂覆的硅、经氮化硅涂覆的硅和经多晶硅涂覆的硅的单独基板。在具有200mm压板的Mirra工具上使用IC1010TM垫在13.8kPa下压力下抛光基板。抛光组合物2A(对比)含有0.4重量％湿加工氧化铈和50ppm聚MADQUAT。抛光组合物2B(对比)含有0.4重量％湿加工氧化铈、25ppm聚MADQUAT和25ppm聚Quat-2。抛光组合物2A或2B皆不含非氟化非离子表面活性剂。抛光组合物2C至2G各自含有0.2重量％具有110nm的平均粒度的湿加工氧化铈和0.2重量％具有50nm的平均粒度的湿加工氧化铈、25ppm聚MADQUAT、25ppm聚Quat-2和60ppm乙酸。抛光组合物2C和2E至2G进一步含有400ppm硝酸钾。使用硝酸或氢氧化铵将所有抛光组合物调节至pH为5.3。抛光组合物2B和2D(本发明)进一步含有PluronicTML31。抛光组合物2E(本发明)进一步含有PluronicTML31和聚乙烯醇。抛光组合物2F(本发明)进一步含有PluronicTML31和PluronicTMP123。抛光组合物2G(本发明)进一步含有PluronicTML31和Brij 58。
抛光后，测定TEOS、氮化硅和多晶硅的移除率且计算SiN/TEOS和SiN/polySi的选择性。结果述于表2中。
表2
从表2中所述的结果显而易见的是，进一步含有非氟化非离子表面活性剂的抛光组合物2C至2G呈现从约19.1至约84.5的氮化硅比多晶硅的选择性。不含非氟化非离子表面活性剂的抛光组合物2A和2B呈现约3.7和1.7的氮化硅比多晶硅的选择性。进一步含有PluronicTML31与PluronicTMP123的组合的抛光组合物2F呈现实质上为零的TEOS移除率。
实施例3
此实施例证实根据本发明的一实施方式的抛光组合物的胶体稳定性。
制备六种抛光组合物，抛光组合物3A至3F。抛光组合物3A、3B和3D至3F含有1.2重量％湿加工氧化铈，其表示于使用点所预期的氧化铈的量的三倍浓度。抛光组合物3C含有1.6重量％湿加工氧化铈，其表示于使用点所预期的氧化铈的量的四倍浓度。抛光组合物3A(对比)进一步含有156ppm聚乙烯基咪唑(PVI)和三乙醇胺(TEA)作为缓冲剂。抛光组合物3B至3F进一步含有聚DADMAC和甘氨酸或缬氨酸作为缓冲剂。抛光组合物的组成及其pH述于表3中。在制备后，允许抛光组合物静置并随后观察沉降的迹象。
表3
从表3中所述的结果显而易见的是，含有不包含季氨基团的阳离子聚合物且不含氨基酸的抛光组合物3A在三倍于其在使用点的浓度的浓度下不稳定。含有包含季胺的阳离子且含有氨基酸的抛光组合物3B至3F呈现在自4.3至7的pH下在3倍和4倍于其在使用点的浓度的浓度下的稳定性。
实施例4
此实施例证实氟化非离子表面活性剂与非氟化非离子表面活性剂的组合对于氮化硅、氧化硅和多晶硅移除率的作用。
使用4种不同的抛光组合物(抛光组合物4A至4D)抛光包括经TEOS涂覆的硅、经氮化硅涂覆的硅和经多晶硅涂覆的硅的单独基板。在具有200mm压板的Mirra工具上，使用IC1010TM垫在20.7kPa下压力下抛光基板。抛光组合物各自含有在水中0.4重量％的湿加工氧化铈。抛光组合物4A(对比)进一步含有在pH为4.3下的50ppm聚MADQUAT和硝酸铵。抛光组合物4B(本发明)进一步含有在pH为5.3下的15ppm聚DADMAC、甘氨酸、Pluronic L13(即，非氟化非离子表面活性剂)和Capstone FS3100(即，氟化非离子表面活性剂)。抛光组合物4C(本发明)进一步含有在pH为3.3下的25ppm聚DADMAC、甘氨酸、Pluronic L13(即，非氟化非离子表面活性剂)和Capstone FS3100(即，氟化非离子表面活性剂)。抛光组合物4D(本发明)进一步含有在pH为4.3下的25ppm聚DADMAC、甘氨酸、Pluronic L13(即，非氟化非离子表面活性剂)、Capstone FS3100(即，氟化非离子表面活性剂)和OKS1009(即，聚乙烯醇)。
抛光后，测定TEOS、氮化硅和多晶硅的移除率。结果述于表4中。
表4
从表4中所述的结果显而易见的是，抛光组合物4A呈现约3.0:1的氮化硅比氧化硅的选择性和约3.7:1的氮化硅比多晶硅的选择性。抛光组合物4B呈现约4.2:1的氮化硅比氧化硅的选择性和约34:1的氮化硅比多晶硅的选择性。抛光组合物4C呈现约2.3:1的氮化硅比氧化硅的选择性和约26:1的氮化硅比多晶硅的选择性。抛光组合物4D呈现约8.9:1的氮化硅比氧化硅的选择性和约181:1的氮化硅比多晶硅的选择性。
实施例5
此实施例证实氟化非离子表面活性剂与非氟化非离子表面活性剂的组合对于氮化硅、氧化硅和多晶硅移除率的作用。
使用4种不同的抛光组合物(抛光组合物5A至5D)抛光包括经TEOS涂覆的硅、经氮化硅涂覆的硅和经多晶硅涂覆的硅的单独基板。在具有200mm压板的Mirra工具上，使用IC1010TM垫在20.7kPa下压力下抛光基板。抛光组合物各自含有在pH7下在水中的0.4重量％的湿加工氧化铈、聚DADMAC和缬氨酸。抛光组合物5A至5C含有40ppm聚DADMAC，且抛光组合物5D含有48ppm聚DADMAC。抛光组合物5A(对比)不进一步含有非离子表面活性剂。抛光组合物5B(本发明)进一步含有Pluronic P123(即，非氟化非离子表面活性剂)。抛光组合物5C(本发明)进一步含有Pluronic P123(即，非氟化非离子表面活性剂)和Brij 58(即，非氟化非离子表面活性剂)。抛光组合物5D(本发明)进一步含有Brij 58(即，非氟化非离子表面活性剂)和Capstone FS 3100(即，氟化非离子表面活性剂)。
抛光后，测定TEOS、氮化硅和多晶硅的移除率。结果述于表5中。
表5
从表5中所述的结果显而易见的是，抛光组合物5A呈现约2.4:1的氮化硅比氧化硅的选择性和约1.1:1的氮化硅比多晶硅的选择性。抛光组合物5B呈现约7.2:1的氮化硅比氧化硅的选择性和约59:1的氮化硅比多晶硅的选择性。抛光组合物5C呈现约6.4:1的氮化硅比氧化硅的选择性和约52:1的氮化硅比多晶硅的选择性。抛光组合物5D呈现约4.6:1的氮化硅比氧化硅的选择性和约23:1的氮化硅比多晶硅的选择性。
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)在此引入作为参考，其参考程度如同各参考文献被单独和具体说明以引入作为参考并且各参考文献在本文中全部阐述一般。
在描述本发明的范围(特别是所附权利要求的范围)中使用术语“一个”和“一种”和“该”和“至少一个(种)”以及类似的指示物应理解为包括单数和复数，除非本文中另有说明或上下文明显矛盾。在一个或多个项目的列表后使用术语“至少一个(种)”(例如，“A和B中的至少一个(种)”)解释为意指选自所列项目中的一个(种)项目(A或B)或所列项目中的两个(种)或更多个(种)项目的任何组合(A和B)，除非本文中另有说明或上下文明显矛盾。术语“包含”、“具有”、“包括”、和“含有”应理解为开放式术语(即，意味着“包括，但不限于”)，除非另有说明。本文中数值范围的列举仅仅用作单独提及落在该范围内的每个独立值的简写方法，除非本文中另有说明，并且在说明书中引入每个独立值，就如同其在这里被单独列举一样。本文描述的所有方法可以任何适宜的顺序进行，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾。本文中提供的任何和所有实例、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定，除非另有说明。说明书中没有语言应被理解为是在将任何非要求保护的要素表明为是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进行本发明的最佳模式。通过阅读上述说明书，那些优选实施方式的变化对于本领域的普通技术人员来说将变得明晰。本发明人希望技术人员适当地采用这种变化，且本发明人希望本发明用不同于本文具体描述的方式进行实践。因此，本发明包括适用法律所允许的、所附权利要求书中所列举的主题的所有修改和等价物。此外，在其所有可能变化中的上述要素的任意组合包括在本发明中，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾。

Claims (23)

1.一种化学机械抛光组合物，其包含：
(a)约0.01重量％至约1重量％的湿加工氧化铈，
(b)约10ppm至约200ppm包含季氨基团的阳离子聚合物，
(c)约10ppm至约2000ppm非氟化非离子表面活性剂，
(d)氨基酸，和
(e)水，
其中该抛光组合物具有约3至约8的pH。
2.如权利要求1的抛光组合物，其中该湿加工氧化铈包括具有约10nm至约60nm的平均粒度的第一氧化铈与具有约60nm至约150nm的平均粒度的第二氧化铈的混合物。
3.如权利要求1的抛光组合物，其中该阳离子聚合物包括二烯丙基二甲基铵单体单元。
4.如权利要求1的抛光组合物，其中该阳离子聚合物包括甲基丙烯酰氧乙基三甲铵单体单元、N,N-二甲基-2-羟丙基铵单体单元、(氯化3-甲基-1-乙烯基咪唑鎓)单元、季铵化[双(2-氯乙基)醚-交替-1,3-双[3-(二甲基氨基)丙基]脲]单元、季铵化脱水葡萄糖单元、或其组合。
5.如权利要求1的抛光组合物，其中该非氟化非离子表面活性剂为聚氧乙烯-聚氧丙烯嵌段共聚物或聚乙二醇烷基醚。
6.如权利要求5的抛光组合物，其中该非氟化非离子表面活性剂具有约500道尔顿至约2000道尔顿的平均分子量。
7.如权利要求1的抛光组合物，其中该氨基酸为甘氨酸、丙氨酸、或缬氨酸、或其组合。
8.如权利要求1的抛光组合物，其中该抛光组合物进一步包括氟化非离子表面活性剂。
9.如权利要求1的抛光组合物，其中该抛光组合物进一步包括约1ppm至约500ppm聚乙烯醇。
10.如权利要求1的抛光组合物，其中该抛光组合物具有约4至约7的pH。
11.一种化学机械抛光基板的方法，其包括：
(i)使基板与抛光垫和包含以下组分的化学机械抛光组合物接触：
(a)约0.01重量％至约1重量％湿加工氧化铈，
(b)约10ppm至约200ppm包含季氨基团的阳离子聚合物，
(c)约10ppm至约2000ppm非氟化非离子表面活性剂，
(d)氨基酸，和
(e)水，
其中该抛光组合物具有约3至约8的pH，
(ii)相对于该基板移动该抛光垫和该化学机械抛光组合物；和
(iii)研磨该基板的至少一部分以抛光该基板。
12.如权利要求11的方法，其中该湿加工氧化铈包括具有约10nm至约60nm的平均粒度的第一氧化铈与具有约60nm至约150nm的平均粒度的第二氧化铈的混合物。
13.如权利要求11的方法，其中该阳离子聚合物包括二烯丙基二甲基铵单体单元。
14.如权利要求11的方法，其中该阳离子聚合物包括甲基丙烯酰氧乙基三甲铵单体单元、N,N-二甲基-2-羟丙基铵单体单元、(氯化3-甲基-1-乙烯基咪唑鎓)单元、季铵化[双(2-氯乙基)醚-交替-1,3-双[3-(二甲基氨基)丙基]脲]单元、季铵化脱水葡萄糖单元、或其组合。
15.如权利要求11的方法，其中该非氟化非离子表面活性剂为聚氧乙烯-聚氧丙烯嵌段共聚物或聚乙二醇烷基醚。
16.如权利要求15的方法，其中该非氟化非离子表面活性剂具有约500道尔顿至约2000道尔顿的平均分子量。
17.如权利要求11的方法，其中该氨基酸为甘氨酸、丙氨酸、或缬氨酸、或其组合。
18.如权利要求11的方法，其中该抛光组合物进一步包括氟化非离子表面活性剂。
19.如权利要求11的方法，其中该抛光组合物进一步包括约1ppm至约500ppm聚乙烯醇。
20.如权利要求11的方法，其中该抛光组合物具有约4至约7的pH。
21.如权利要求11的方法，其中该基板包括氮化硅，且其中该氮化硅的至少一部分经研磨以抛光该基板。
22.如权利要求21的方法，其中该基板进一步包括氧化硅，且其中该氧化硅的至少一部分经研磨以抛光该基板。
23.如权利要求22的方法，其中该基板进一步包括多晶硅，且其中该多晶硅的至少一部分经研磨以抛光该基板。
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