CN109415597A - 包含含胺的表面活性剂的抛光组合物 - Google Patents

包含含胺的表面活性剂的抛光组合物 Download PDF

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Abstract

本发明提供化学‑机械抛光组合物，其包含：(a)湿法氧化铈研磨剂，(b)包含含胺的锚定基团及亚乙基氧‑亚丙基氧稳定化基团的表面活性剂，其中该表面活性剂具有约1000道尔顿至约5000道尔顿的分子量，(c)芳族羧酸或杂芳族羧酸，及(d)水，其中该抛光组合物具有约3至约6的pH。本发明进一步提供利用本发明化学机械抛光组合物来化学机械抛光基板的方法。典型地，所述基板含有硅氧化物。

Description

包含含胺的表面活性剂的抛光组合物
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面且需要进行平面化。对表面进行平面化或对表面进行“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。平面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。平面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面化或抛光的组合物及方法在本领域中是公知的。化学机械平面化或化学机械抛光(CMP)是用于使基板平面化的常用技术。CMP采用被称为CMP组合物或被称为抛光组合物(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。抛光组合物典型地含有在液体载剂中的研磨剂材料连同其它化学组分，且通过使表面与饱含抛光组合物的旋转抛光垫接触而将抛光组合物施加至表面。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。在一些情形下，化学组分还可促进材料的移除。
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(作用，active)区域。更具体地说，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面度，则氧化物层被称为毯覆式氧化物(blanket oxide)。
抛光组合物可根据其抛光速率(即，移除速率)及其平面化效率进行表征。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。平面化效率涉及台阶高度减少与沟槽损失或自基板移除的材料量。具体而言，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。导致实现具有最低沟槽损失的平坦表面的制程被认为比需要移除更多材料以实现平面度的制程更有效。
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可导致沟槽侵蚀、硅氮化物损失及提高的器件缺陷率。因此，具有快的移除速率的抛光组合物并不固有地产生令人满意的平面化效率。
仍需要提供有用的移除速率同时还提供改善的平面化效率的用于对硅基板(尤其是含硅氧化物的基板)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)湿法氧化铈(ceria)研磨剂，(b)包含含胺的锚定基团及亚乙基氧-亚丙基氧稳定化基团(ethylene oxide-propylene oxidestabilizing group)的表面活性剂，其中该表面活性剂具有约1000道尔顿(Dalton)至约5000道尔顿的分子量，(c)芳族羧酸或杂芳族羧酸，及(d)水，其中该抛光组合物具有约3至约6的pH。
本发明还提供化学机械抛光基板的方法，其包括：(i)提供基板，(ii)提供抛光垫，(iii)提供包含以下的化学-机械抛光组合物：(a)湿法氧化铈，(b)包含含胺的锚定基团及亚乙基氧-亚丙基氧稳定化基团的表面活性剂，其中该表面活性剂具有约1000道尔顿至约5000道尔顿的分子量，(c)芳族羧酸或杂芳族羧酸，及(d)水，其中该抛光组合物具有约3至约6的pH，(iv)使基板与抛光垫及化学-机械抛光组合物接触，及(v)使抛光垫及化学-机械抛光组合物相对于基板移动，以磨除基板表面的至少一部分以抛光基板。
附图说明
图1描绘了结合在沟槽中的梳状聚合物，提供了来自抛光垫的保护层。
图2以图表形式描绘了由一对包含氧化铈及任选的JeffsperseTM X3503(一种梳状聚合物分散剂)的抛光组合物在900μm×900μm图案化基板的抛光中展现的平面化效率、或台阶高度对沟槽损失。
图3以图表形式描绘了由一对包含氧化铈及任选的JeffsperseTM X3503(一种梳状聚合物分散剂)的抛光组合物在10mm×10mm图案化基板的抛光中展现的平面化效率、或台阶高度对沟槽损失。
图4以图表形式描绘了由包含氧化铈及JeffsperseTM X3503的新制备的抛光组合物与包含氧化铈及JeffsperseTM X3503的6周龄的抛光组合物在900μm×900μm图案化基板的抛光中展现的平面化效率、或台阶高度对沟槽损失。
图5以图表形式描绘了由浸在包含JeffsperseTM X3503的溶液中的TEOS晶片展现的ζ电位。
图6以图表形式描绘了使用IC1010垫，由一对包含氧化铈及任选的SolsperseTM20000的抛光组合物在900μm×900μm图案化基板的抛光中展现的平面化效率、或台阶高度对沟槽损失。
图7以图表形式描绘了使用NxP E6088垫，由一对包含氧化铈及任选的SolsperseTM20000的抛光组合物在900μm×900μm图案化基板的抛光中展现的平面化效率、或台阶高度对沟槽损失。
图8以图表形式描绘了使用IC1010垫，由一对包含氧化铈及任选的SolsperseTM20000的抛光组合物在3D NAND晶片的抛光中展现的平面化效率、或台阶高度对沟槽损失。
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)湿法氧化铈(ceria)研磨剂，(b)包含含胺的锚定基团及亚乙基氧-亚丙基氧稳定化基团的表面活性剂，其中该表面活性剂具有约1000道尔顿至约5000道尔顿的分子量，(c)芳族羧酸或杂芳族羧酸，及(d)水，其中该抛光组合物具有约3至约6的pH。
化学-机械抛光组合物包含氧化铈(ceria)研磨剂。如本领域中所知晓的，氧化铈(ceria)是稀土金属铈的氧化物，且称为铈的氧化物(ceric oxide)、铈氧化物(ceriumoxide)(例如，铈(IV)氧化物)、或铈二氧化物。铈(IV)氧化物(CeO2)可通过煅烧草酸铈或氢氧化铈来形成。铈还形成铈(III)氧化物，例如Ce2O3。氧化铈(ceria)研磨剂可为氧化铈的这些或其它氧化物中的任意一者或多者。
氧化铈研磨剂可为任何适宜的类型。如本文中所使用的，“湿法”氧化铈是指通过沉淀、缩合-聚合或类似制程制得的氧化铈(与例如热解(fumed)或火成(pyrogenic)的氧化铈不同)。示例性的湿法氧化铈是自Rhodia Inc.(Cranbury,NJ)购得的HC-60TM氧化铈。另一示例性的湿法氧化铈阐述于共同待决申请美国专利申请序号15/056,198中。
湿法氧化铈颗粒可通过任意适宜的制程制造。在实施方式中，湿法氧化铈颗粒可通过首先将氧化铈前体溶解于水中来制备。氧化铈前体可为任意适宜的氧化铈前体，且可包括带有任意适宜的电荷(例如，Ce3+或Ce4+)的氧化铈盐。适宜的氧化铈前体包括(例如)硝酸铈(III)、硝酸铈(IV)铵、碳酸铈(III)、硫酸铈(IV)及氯化铈(III)。优选地，氧化铈前体是硝酸铈(III)。
氧化铈颗粒可具有任意适宜的平均尺寸(即，平均颗粒直径)。若平均氧化铈粒度太小，则抛光组合物可能不展现足够的移除速率。反之，若平均氧化铈粒度太大，则抛光组合物可呈现不合乎期望的抛光性能，例如，差的基板缺陷率。因此，氧化铈颗粒可具有约10nm或更大的平均粒度，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。可选择地，或者此外，氧化铈可具有约1,000nm或更小的平均粒度，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。因此，氧化铈可具有由任两个上文所提及的端点定界的平均粒度。例如，氧化铈可具有以下平均粒度：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。对于非球形的氧化铈颗粒，颗粒尺寸是围绕颗粒的最小球体的直径。氧化铈的粒度可使用任意适宜的技术来量测，例如，使用激光衍射技术。适宜的粒度量测仪器可自例如MalvernInstruments(Malvern,UK)获得。
氧化铈颗粒优选在本发明抛光组合物中是胶体稳定的。术语胶体是指氧化铈颗粒在液体载剂(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意适宜的量的氧化铈研磨剂。若本发明的抛光组合物包含过少的氧化铈研磨剂，则组合物可能不展现足够的移除速率。反之，若抛光组合物包含过多的氧化铈研磨剂，则抛光组合物可能展现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。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、或约0.5重量％或更少。可选择地，或者此外，抛光组合物可包含约0.01重量％或更多的氧化铈，例如，约0.05重量％或更多、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两个上文所提及的端点定界的量的氧化铈。举例而言，抛光组合物可包含以下量的氧化铈：约0.01重量％至约10重量％、约0.05重量％至约10重量％、约0.05重量％至约9重量％、约0.05重量％至约8重量％、约0.05重量％至约7重量％、约0.05重量％至约6重量％、约0.05重量％至约5重量％、约0.05重量％至约4重量％、约0.05重量％至约3重量％、约0.05重量％至约2重量％、约0.05重量％至约1重量％、约0.2重量％至约2重量％、约0.2重量％至约1重量％、或约0.3重量％至约0.5重量％。在实施方式中，抛光组合物在使用点处包含约0.05重量％至约2重量％的氧化铈(例如，约0.3重量％的氧化铈)。
抛光组合物包含表面活性剂。表面活性剂可为任何适宜的表面活性剂。优选地，抛光组合物包含这样的表面活性剂，其包含含胺的锚定基团及亚乙基氧-亚丙基氧稳定化基团，其中该表面活性剂具有约1000道尔顿至约5000道尔顿的平均分子量，例如，约1500道尔顿、约2000道尔顿、约2500道尔顿、约3000道尔顿、约3500道尔顿、约4000道尔顿、或约4500道尔顿。
在实施方式中，表面活性剂是包含下式的含胺的锚定基团的阳离子型梳状聚合物：
其中Ar为1,4-二取代的亚芳基或且n为约2至约10的整数，例如，约3、约4、约5、约6、约7、约8、或约9。阳离子型梳状聚合物进一步包含连接至主链氮原子的亚乙基氧-亚丙基氧稳定化基团，其中该亚乙基氧-亚丙基氧稳定化基团具有式：-(CH(CH3)CH2O)x(CH2CH2O)yCH3，其中x及y为约2至约25的独立选择的整数。在优选的实施方式中，表面活性剂是自Huntsman Corporation(Woodlands,TX)购得的JeffsperseTM X3503。
如本领域所充分理解的，胺官能化的基团为碱性的，而且，可以根据包含胺官能化基团的抛光组合物的pH而变得质子化。因此，取决于抛光组合物的pH，表面活性剂为阳离子型的。举例而言，阳离子型梳状聚合物在约2至约7的pH值(例如，约6的pH、约5的pH、约4的pH、或约3的pH)下可被认为是阳离子型的。
在另一实施方式中，表面活性剂包含一个下式的单((二乙基氨基)烷基)醚锚定基团：
该表面活性剂进一步包含式：-C2H4(OCH2CH2)x(OCH(CH3)CH2)yOH的亚乙基氧-亚丙基氧稳定化基团，其中x及y为约2至约25的独立选择的整数，其中该稳定化基团的亚乙基氧单元对亚丙基氧单元的比率为约1:1至约1:3，例如约1:2。在优选的实施方式中，表面活性剂是自Lubrizol Corporation(Wickliffe,OH)购得的SolsperseTM 20000。
不希望受限于任何特定理论，据信，表面活性剂位于正在抛光的基板的沟槽中，从而阻挡了抛光垫通路(根据图1)。另外，表面活性剂的稍微亲水的部分保持了对于沟槽中的带负电荷的原硅酸四乙酯(TEOS)表面的库仑(Coulombic)引力，导致潜在的氢键合。此外，表面活性剂将TEOS的表面电位从负转化为正，降低了对氧化铈的库仑引力。因此，沟槽中的聚合物积累导致保护层的形成，降低了TEOS侵蚀并提高了平面化效率。
抛光组合物可包含任意适宜的量的表面活性剂。抛光组合物可包含约500ppm或更少的表面活性剂，例如，约400ppm或更少、约300ppm或更少、约200ppm或更少、约100ppm或更少、或约75ppm或更少。可选择地，或者此外，抛光组合物可包含约10ppm或更多的表面活性剂，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、约40ppm或更多、约45ppm或更多、或约50ppm或更多。因此，表面活性剂可以由任两个上文所提及的端点定界的量存在于抛光组合物中。举例而言，抛光组合物可包含约10ppm至约500ppm的表面活性剂，例如，约15ppm至约500ppm、约20ppm至约500ppm、约25ppm至约500ppm、约30ppm至约500ppm、约35ppm至约500ppm、约40ppm至约500ppm、约45ppm至约500ppm、约50ppm至约500ppm、约50ppm至约400ppm、约50ppm至约300ppm、约50ppm至约200ppm、约50ppm至约100ppm、约50ppm至约75ppm、约10ppm至约75ppm、或约50ppm至约300ppm。
抛光组合物包含芳族羧酸或杂芳族羧酸。芳族羧酸或杂芳族羧酸可为任何适宜的芳族羧酸或杂芳族羧酸。芳族羧酸及杂芳族羧酸的非限制性实例包括苯甲酸、1,2-苯二甲酸、1,3-苯二甲酸、1,4-苯二甲酸、水杨酸、吡啶甲酸(吡啶羧酸，picolinic acid)、吡啶二甲酸(吡啶二羧酸，dipicolinic acid)等。优选地，芳族羧酸或杂芳族羧酸为吡啶甲酸(吡啶羧酸，picolinic acid)。
抛光组合物可包含任意适宜的量的芳族羧酸或杂芳族羧酸。抛光组合物可包含约1000ppm或更少的芳族羧酸或杂芳族羧酸，例如，约900ppm或更少、约800ppm或更少、约700ppm或更少、约600ppm或更少、或约500ppm或更少。可选择地，或者此外，抛光组合物可包含约1ppm或更多的芳族羧酸或杂芳族羧酸，例如，约50ppm或更多、约100ppm或更多、约200ppm或更多、约300ppm或更多、或约400ppm或更多。因此，芳族羧酸或杂芳族羧酸可以由任两个上文所提及的端点定界的量存在于抛光组合物中。举例而言，抛光组合物可包含约1ppm至约500ppm的芳族羧酸或杂芳族羧酸，例如，约50ppm至约500ppm、约100ppm至约500ppm、约200ppm至约500ppm、约300ppm至约500ppm、约400ppm至约500ppm、约400ppm至约600ppm、约400ppm至约700ppm、约400ppm至约800ppm、约400ppm至约900ppm、约400ppm至约1000ppm、或约1ppm至约1000ppm。
抛光组合物可具有任何适宜的pH。典型地，抛光组合物具有约2或更高的pH，例如，约2.5或更高、约3或更高、约3.5或更高、约4或更高、或约4.5或更高。可选择地，或者此外，抛光组合物可具有约7或更低的pH，例如，约6.5或更低、约6或更低、约5.5或更低、或约5或更低。因此，抛光组合物可具有由任两个上述端点定界的pH。举例而言，抛光组合物可具有约2至约7的pH，例如，约2.5至约7、约3至约7、约3.5至约7、约4至约7、约4.5至约7、约2.5至约6.5、约2.5至约6、约2.5至约5.5、约2.5至约5、约3至约6.5、约3至约6、约3至约5、或约3.5至约5.5。
可使用任何适宜的酸或碱来调节抛光组合物的pH。适宜的酸的非限制性实例包括硝酸、硫酸、磷酸及有机酸(例如，乙酸)。适宜的碱的非限制性实例包括氢氧化钠、氢氧化钾及氢氧化铵以及有机碱(例如，乙醇胺、二乙醇胺及三乙醇胺)。
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、酸(例如，磺酸)、络合剂(例如，阴离子聚合物型络合剂)、螯合剂、杀生物剂、阻垢剂、分散剂等。
抛光组合物可不含或基本上不含氧化金属的氧化剂。如本文中所使用的，短语“不含氧化剂”意指抛光组合物包括不超过痕量污染物量的氧化材料，所述量不足以影响在CMP期间利用组合物可获得的任何金属移除速率。如本文中所使用的，“基本上不含氧化剂”意指少于1重量％的氧化剂，优选地，少于0.1重量％的氧化剂，且更优选地，少于0.01重量％的氧化剂。在具体的实施方式中，抛光组合物不含或基本上不含过氧化氢、硝酸铁、碘酸钾、过乙酸及高锰酸钾。
抛光组合物在延长的时间段内是稳定的。举例而言，抛光组合物稳定超过约2周。优选地，抛光组合物稳定超过约4周。更优选地，抛光组合物稳定超过约6周。如本文中所使用的，“稳定”是指任何类型的稳定性。举例而言，稳定可指胶体稳定性、组合物稳定性及性能稳定性(即，产生重复的结果)。
抛光组合物可通过任意适宜的技术来制备，其中许多技术是本领域技术人员已知的。抛光组合物可以分批或连续制程来制备。通常地，抛光组合物可通过以任意顺序组合其组分来制备。如本文中所使用的，术语“组分”包括单独的成分(例如，湿法氧化铈、表面活性剂、芳族羧酸或杂芳族羧酸、任选的pH调节剂等)以及成分(例如，湿法氧化铈、表面活性剂、芳族羧酸或杂芳族羧酸、任选的pH调节剂等)的任意组合。
举例而言，可将湿法氧化铈分散于水中。然后，可添加表面活性剂及芳族羧酸或杂芳族羧酸，并通过任何能够将所述组分结合到抛光组合物中的方法进行混合。抛光组合物还可通过在抛光操作期间在基板表面处混合所述组分来制备。
抛光组合物可作为单包装体系来供应，该单包装体系包含湿法氧化铈、表面活性剂、芳族羧酸或杂芳族羧酸、任选的pH调节剂、及水。可选择地，湿法氧化铈可作为在水中的分散体在第一容器中供应，且表面活性剂、芳族羧酸或杂芳族羧酸及任选的pH调节剂能够以干燥形式或作为在水中的溶液或分散体在第二容器中供应，以形成添加剂溶液。第一或第二容器中的组分可呈干燥形式，而另一容器中的组分可呈水性分散体的形式。而且，适宜的是第一及第二容器中的组分具有不同pH值，或可选择地，具有基本上类似或甚至相等的pH值。抛光组合物的组分的其它的两个容器组合、或者三个或更多个容器组合在本领域普通技术人员的知识范围内。
可采用多种方法来利用这样的双包装抛光体系。例如，铈氧化物(cerium oxide)浆料及添加剂溶液可通过在供应管道的出口处接合和连接的不同管线来递送至抛光台。铈氧化物浆料及添加剂溶液可在抛光前不久或即将抛光前进行混合，或可同时供应于抛光台上。此外，当混合两个包装时，可根据需要添加去离子水以调整抛光组合物及所得的基板抛光特性。
本发明的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利用适当量的水来稀释。在这样的实施方式中，抛光组合物浓缩物可包含湿法氧化铈、表面活性剂、芳族羧酸或杂芳族羧酸、及任选的pH调节剂，其量使得在用适当量的水稀释浓缩物时，抛光组合物的各组分就将以在上文针对各组分的所叙述的适当范围内的量存在于抛光组合物中。举例而言，湿法氧化铈、表面活性剂、芳族羧酸或杂芳族羧酸、及任选的pH调节剂可各自以上文针对各组分所叙述的浓度的约2倍(例如，约3倍、约4倍或约5倍)的量存在于抛光组合物中，以使得当用等体积的水(例如，分别用2等体积的水、3等体积的水、或4等体积的水)稀释浓缩物时，各组分将以在上文针对各组分所阐述的范围内的量存在于抛光组合物中。此外，如本领域普通技术人员将理解的，浓缩物可含有存在于最终抛光组合物中的适当分率的水，以便确保其它组分至少部分地或完全地溶解于浓缩物中。
本发明还提供化学机械抛光基板的方法，其包括：(i)提供基板；(ii)提供抛光垫；(iii)提供包含以下的化学-机械抛光组合物：(a)湿法氧化铈，(b)包含含胺的锚定基团及亚乙基氧-亚丙基氧稳定化基团的表面活性剂，其中该表面活性剂具有约1000道尔顿至约5000道尔顿的分子量，(c)芳族羧酸或杂芳族羧酸，及(d)水，其中该抛光组合物具有约3至约6的pH；(iv)使基板与抛光垫及化学-机械抛光组合物接触；及(v)使抛光垫及化学机械抛光组合物相对于基板移动，从而磨除基板表面的至少一部分以抛光基板。
待使用本发明的方法抛光的基板可为任何适宜的基板。适宜的基板包括，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面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，其中许多在本领域中是已知的。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，其中许多在本领域中是已知的，诸如铜、钽、钨、钛、铂、钌、铱、铝、镍或其组合。
通过以下实施方式举例说明本发明：
(1)在实施方式(1)中呈现包含以下的化学-机械抛光组合物：
(a)湿法氧化铈研磨剂，
(b)包含含胺的锚定基团及亚乙基氧-亚丙基氧稳定化基团的表面活性剂，其中该表面活性剂具有约1000道尔顿至约5000道尔顿的平均分子量，
(c)芳族羧酸或杂芳族羧酸，及
(d)水，
其中该抛光组合物具有约3至约6的pH。
(2)在实施方式(2)中呈现实施方式(1)的抛光组合物，其中该湿法氧化铈研磨剂以约0.05重量％至约2重量％的量存在于抛光组合物中。
(3)在实施方式(3)中呈现实施方式(1)或(2)的抛光组合物，其中该表面活性剂是包含下式的含胺的锚定基团的阳离子型梳状聚合物：
其中Ar为1,4-二取代的亚芳基或且n为约2至约10的整数。
(4)在实施方式(4)中呈现实施方式(3)的抛光组合物，其中亚乙基氧-亚丙基氧稳定化基团具有式：-(CH(CH3)CH2O)x(CH2CH2O)yCH3，其中x及y为约2至约25的独立选择的整数。
(5)在实施方式(5)中呈现实施方式(1)或(2)的抛光组合物，其中该表面活性剂包含一个单((二乙基氨基)烷基)醚锚定基团及一个下式的亚乙基氧-亚丙基氧稳定化基团：
(6)在实施方式(6)中呈现实施方式(5)的抛光组合物，其中该亚乙基氧-亚丙基氧稳定化基团具有式：-C2H4(OCH2CH2)x(OCH(CH3)CH2)yOH，其中x及y为约2至约25的独立选择的整数。
(7)在实施方式(7)中呈现实施方式(6)的抛光组合物，其中该亚乙基氧-亚丙基氧稳定化基团的亚乙基氧单元对亚丙基氧单元的比率为约1:1至约1:3。
(8)在实施方式(8)中呈现实施方式(1)至(7)中任一项的抛光组合物，其中该表面活性剂以约10ppm至约500ppm的量存在于抛光组合物中。
(9)在实施方式(9)中呈现实施方式(1)至(8)中任一项的抛光组合物，其中该芳族羧酸或杂芳族羧酸为吡啶羧酸(吡啶甲酸，picolinic acid)。
(10)在实施方式(10)中呈现化学机械抛光基板的方法，包括：
(i)提供基板，
(ii)提供抛光垫，
(iii)提供化学-机械抛光组合物，其包含：
(a)湿法氧化铈，
(b)包含含胺的锚定基团及亚乙基氧-亚丙基氧稳定化基团的表面活性剂，其中该表面活性剂具有约1000道尔顿至约5000道尔顿的平均分子量，
(c)芳族羧酸或杂芳族羧酸，及
(d)水，
其中该抛光组合物具有约3至约6的pH，
(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)使该抛光垫及该化学-机械抛光组合物相对于该基板移动，从而磨除该基板的表面的至少一部分以抛光该基板。
实施例
以下实施例进一步阐释本发明，但当然不应理解为以任何方式限制本发明的范围。
实施例中所使用的图案化晶片包含沉积于图案化硅基板上的TEOS的毯覆层，该图案化硅基板具有蚀刻至其表面中的线路。除非另外规定，否则本文中的基板是指具有：(1)900μm×900μm的图案，其中，位于基板的未蚀刻区域上的表面的“向上”区域的宽度为900μm，且位于线路上的表面的“向下”区域的宽度为900μm；或者，(2)10mm×10mm图案，其中，位于基板的未蚀刻区域上的表面的“向上”区域的宽度为10mm，且位于线路上的表面的“向下”区域的宽度为10mm。剩余台阶高度是指位于表面的未蚀刻区域上的TEOS的厚度。沟槽损失是与线路内及向上区域间的TEOS的移除相关的量测值。
实施例1
该实施例展示表面活性剂添加剂对TEOS平面化效率的影响，该TEOS平面化效率通过包含湿法氧化铈的抛光组合物展现。
使用两种不同的抛光组合物(抛光组合物1A(“PC1A”)及抛光组合物1B(“PC1B”))，利用IC1010垫抛光包含在900μm×900μm图案化硅试样上的TEOS层的基板。抛光组合物1A及1B的每一者均包含在水中的0.286重量％的湿法氧化铈及500ppm吡啶甲酸(picolinicacid)，其中，必要时，使用三乙醇胺或乙酸将pH调节至4.0。抛光组合物1A(对照)不进一步含有表面活性剂。抛光组合物1B(本发明)进一步含有25ppm JeffsperseTM X3503(HuntsmanCorp.,Woodlands,TX)。在200mm MirraTM抛光工具(Applied Materials,Santa Clara,CA)上抛光基板。
抛光后，测定TEOS移除速率，并量测剩余台阶高度及沟槽损失。结果列于表1及图2中。
表1：对于STI 10k TEOS晶片，沟槽损失及台阶高度随表面活性剂的变化
如自表1及图2中所列的结果明晰的，与不含JeffsperseTM X3503的抛光组合物1A相比，使用含有JeffsperseTM X3503的抛光组合物1B对于给定台阶高度的下降，产生较少的沟槽损失。具体而言，抛光组合物1B(本发明)相对于对照抛光组合物1A，展现出可管控的台阶高度移除及显著减少的沟槽损失。
实施例2
该实施例展示表面活性剂添加剂对TEOS平面化效率的影响，该TEOS平面化效率通过包含湿法氧化铈的抛光组合物展现。
使用如实施例1中所述的两种不同的抛光组合物(抛光组合物1A(对照)及抛光组合物1B(本发明))，利用R200-01垫抛光包含在10mm×10mm图案化硅试样上的TEOS层的基板。在200mm MirraTM抛光工具(Applied Materials,Santa Clara,CA)上抛光基板。
抛光后，测定TEOS移除速率，并量测剩余台阶高度及沟槽损失。结果列于表2及图3中。
表2：对于3D NAND晶片，沟槽损失及台阶高度随表面活性剂的变化
如自表2及图3中所列的结果明晰的，含有JeffsperseTM X3503的抛光组合物1B(本发明)相对于对照抛光组合物1A，展示出TEOS平面化效率的显著改善。
实施例3
该实施例通过在6周的时间段后测定TEOS平面化效率，展示出含有表面活性剂的抛光组合物的稳定性及耐久性(longevity)。
使用如实施例1中所述的两种不同的抛光组合物(抛光组合物1A(对照)及抛光组合物1B(本发明))，利用IC1010垫抛光包含在900μm×900μm图案化硅试样上的TEOS层的基板。在新制备及老化6周后评估抛光组合物1B(本发明)。在200mm MirraTM抛光工具(AppliedMaterials,Santa Clara,CA)上抛光基板。
抛光后，测定TEOS移除速率，并量测剩余台阶高度及沟槽损失。结果列于表3及图4中。
表3：对于新制备以及经老化的抛光组合物，沟槽损失及台阶高度随表面活性剂的变化
如由表3及图4所展示，含有JeffsperseTM X3503的新制备的抛光组合物1B及6周龄的抛光组合物1B二者均性能优于对照抛光组合物1A。另外，新制备的抛光组合物1B及6周龄的抛光组合物1B产生相似的结果，这例证了抛光组合物1B的稳定性及耐久性(longevity)。
实施例4
该实施例展示表面活性剂溶液对TEOSζ电位的影响。
将包含自TEOS晶片切下的片(piece)的TEOS晶片部分(section)浸于三种单独的溶液中：作为对照的不含JeffsperseTM X3503(Huntsman Corp.Woodlands,TX)的溶液4A(“S4A”)、含有0.6当量JeffsperseTM X3503的溶液4B(“S4B”)、及含有1当量JeffsperseTMX3503的溶液4C(“S4C”)。使各溶液保持在4.0的pH值下并量测晶片表面的ζ电位。结果列于表4及图5中。
表4：TEOS晶片的ζ电位随表面活性剂的变化
溶液 TEOSζ电位(mV)
S4A(无表面活性剂添加剂) -24.1
S4B(0.6×表面活性剂添加剂) 19.8
S4C(1×表面活性剂添加剂) 31.4
如自表4及图5中所列的结果明晰的，浸于对照溶液4A中的TEOS晶片的表面电位测定为-24.1mV。添加1当量JeffsperseTM X3503(溶液4C)导致在pH值为4.0时表面电位完全反转至31.4mV。
实施例5
该实施例展示表面活性剂添加剂对TEOS平面化效率的影响，该TEOS平面化效率通过包含湿法氧化铈的抛光组合物展现。
使用两种不同的抛光组合物(如实施例1中所述的抛光组合物1A(“PC1A”)及抛光组合物5(“PC5”))，利用IC1010垫抛光包含在900μm×900μm图案化硅试样上的TEOS层的基板。抛光组合物1A及抛光组合物5的每一者均包含在水中的0.286重量％的湿法氧化铈及500ppm吡啶甲酸(picolinic acid)，其中，必要时，使用三乙醇胺或乙酸将pH调节至4.0。抛光组合物1A(对照)不进一步含有表面活性剂。抛光组合物5(本发明)进一步含有300ppmSolsperseTM 20000Lubrizol Corporation(Wickliffe,OH)。在ReflexionTM LK抛光工具(Applied Materials,Santa Clara,CA)上抛光基板。
抛光后，测定TEOS移除速率，并量测剩余台阶高度及沟槽损失。结果列于表5及图6中。
表5：对于IC1010垫，沟槽损失及台阶高度随表面活性剂的变化
如自表5及图6中所列的结果明晰的，与不含SolsperseTM 20000的抛光组合物1A相比，使用含有SolsperseTM 20000的抛光组合物5对于给定台阶高度的下降，产生较少的沟槽损失。具体而言，抛光组合物5(本发明)相对于对照抛光组合物1A，展现出可管控的台阶高度移除及显著减少的沟槽损失。
实施例6
该实施例展示表面活性剂添加剂对TEOS平面化效率的影响，该TEOS平面化效率是使用不同于实施例5中所使用的抛光垫，通过包含湿法氧化铈的抛光组合物展现。
使用两种不同的抛光组合物(如实施例1中所述的抛光组合物1A(“PC1A”)及抛光组合物5(“PC5”))，利用NexPlanarTM E6088垫抛光包含在900μm×900μm图案化硅试样上的TEOS层的基板。抛光组合物1A及抛光组合物5的每一者均包含在水中的0.286重量％的湿法氧化铈及500ppm吡啶甲酸(picolinic acid)，其中，必要时，使用三乙醇胺或乙酸将pH调节至4.0。抛光组合物1A(对照)不进一步含有表面活性剂。抛光组合物5(本发明)进一步含有300ppm SolsperseTM 20000Lubrizol Corporation(Wickliffe,OH)。在ReflexionTM LK抛光工具(Applied Materials,Santa Clara,CA)上抛光基板。
抛光后，测定TEOS移除速率，并量测剩余台阶高度及沟槽损失。结果列于表6及图7中。
表6：对于E6088垫，沟槽损失及台阶高度随表面活性剂的变化
如自表6及图7中所列的结果明晰的，与不含SolsperseTM 20000的抛光组合物1A相比，使用含有SolsperseTM 20000的抛光组合物5对于给定台阶高度的下降，产生较少的沟槽损失。具体而言，抛光组合物5(本发明)相对于对照抛光组合物1A，展现出可管控的台阶高度移除及显著减少的沟槽损失。实施例6进一步展示，对于不同组成的垫(即，IC1010垫及NxP E6088垫)，抛光组合物5相对于对照物提供改善的沟槽损失及台阶高度移除。
实施例7
该实施例展示表面活性剂添加剂对TEOS平面化效率的影响，该TEOS平面化效率通过包含湿法氧化铈的抛光组合物展现。
使用两种不同的抛光组合物(如实施例1中所述的抛光组合物1A(“PC1A”)及抛光组合物5(“PC5”))，利用IC1010垫抛光包含在10mm×5mm图案化3D NAND晶片上的TEOS层的基板。抛光组合物1A及抛光组合物5的每一者均包含在水中的0.286重量％的湿法氧化铈及500ppm吡啶甲酸(picolinic acid)，其中，必要时，使用三乙醇胺或乙酸将pH调节至4.0。抛光组合物1A(对照)不进一步含有表面活性剂。抛光组合物5(本发明)进一步含有300ppmSolsperseTM 20000Lubrizol Corporation(Wickliffe,OH)。在200mm MirraTM抛光工具(Applied Materials,Santa Clara,CA)上抛光基板。
抛光后，测定TEOS移除速率，并量测剩余台阶高度及沟槽损失。结果列于表7及图8中。
表7：对于3D NAND晶片，沟槽损失及台阶高度随表面活性剂的变化
如自表7及图8中所列的结果明晰的，与不含SolsperseTM 20000的抛光组合物1A相比，使用含有SolsperseTM 20000的抛光组合物5对于给定台阶高度的下降，产生较少的沟槽损失。具体而言，抛光组合物5(本发明)相对于对照抛光组合物1A，展现出可管控的台阶高度移除及显著减少的沟槽损失。
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优选模式。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 (19)

1.化学-机械抛光组合物，包含：
(a)湿法氧化铈研磨剂，
(b)包含含胺的锚定基团及亚乙基氧-亚丙基氧稳定化基团的表面活性剂，其中该表面活性剂具有约1000道尔顿至约5000道尔顿的平均分子量，
(c)芳族羧酸或杂芳族羧酸，及
(d)水，
其中该抛光组合物具有约3至约6的pH。
2.权利要求1的抛光组合物，其中，该湿法氧化铈研磨剂以约0.05重量％至约2重量％的量存在于该抛光组合物中。
3.权利要求1或2的抛光组合物，其中，该表面活性剂是包含下式的含胺的锚定基团的阳离子型梳状聚合物：
其中Ar为1,4-二取代的亚芳基或且n为约2至约10的整数。
4.权利要求3的抛光组合物，其中，该亚乙基氧-亚丙基氧稳定化基团具有式：-(CH(CH3)CH2O)x(CH2CH2O)yCH3，其中x及y为约2至约25的独立选择的整数。
5.权利要求1或2的抛光组合物，其中，该表面活性剂包含一个单((二乙基氨基)烷基)醚锚定基团及一个下式的亚乙基氧-亚丙基氧稳定化基团：
6.权利要求5的抛光组合物，其中，该亚乙基氧-亚丙基氧稳定化基团具有式：-C2H4(OCH2CH2)x(OCH(CH3)CH2)yOH，其中x及y为约2至约25的独立选择的整数。
7.权利要求6的抛光组合物，其中，该亚乙基氧-亚丙基氧稳定化基团的亚乙基氧单元对亚丙基氧单元的比率为约1:1至约1:3。
8.权利要求1-7中任一项的抛光组合物，其中，该表面活性剂以约10ppm至约500ppm的量存在于该抛光组合物中。
9.权利要求1-8中任一项的抛光组合物，其中，该芳族羧酸或杂芳族羧酸为吡啶羧酸。
10.化学机械抛光基板的方法，包括：
(i)提供基板，
(ii)提供抛光垫，
(iii)提供化学-机械抛光组合物，其包含：
(a)湿法氧化铈，
(b)包含含胺的锚定基团及亚乙基氧-亚丙基氧稳定化基团的表面活性剂，其中该表面活性剂具有约1000道尔顿至约5000道尔顿的平均分子量，
(c)芳族羧酸或杂芳族羧酸，及
(d)水，
其中该抛光组合物具有约3至约6的pH，
(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)使该抛光垫及该化学-机械抛光组合物相对于该基板移动，以磨除该基板的表面的至少一部分来抛光该基板。
11.权利要求10的方法，其中，该湿法氧化铈研磨剂以约0.05重量％至约2重量％的量存在于该抛光组合物中。
12.权利要求10或11的方法，其中，该表面活性剂是包含下式的含胺的锚定基团的阳离子型梳状聚合物：
其中Ar为1,4-二取代的亚芳基或且n为约2至约10的整数。
13.权利要求12的方法，其中，该亚乙基氧-亚丙基氧稳定化基团具有式：-(CH(CH3)CH2O)x(CH2CH2O)yCH3，其中x及y为约2至约25的独立选择的整数。
14.权利要求10或11的方法，其中，该表面活性剂包含一个单((二乙基氨基)烷基)醚锚定基团及一个下式的亚乙基氧-亚丙基氧稳定化基团：
15.权利要求14的方法，其中，该亚乙基氧-亚丙基氧稳定化基团具有式：-C2H4(OCH2CH2)x(OCH(CH3)CH2)yOH，其中x及y为约2至约25的独立选择的整数。
16.权利要求15的方法，其中，该亚乙基氧-亚丙基氧稳定化基团的亚乙基氧单元对亚丙基氧单元的比率为约1:1至约1:3。
17.权利要求10-16中任一项的方法，其中，该表面活性剂以约10ppm至约500ppm的量存在于该抛光组合物中。
18.权利要求10-17中任一项的方法，其中，该芳族羧酸或杂芳族羧酸为吡啶羧酸。
19.权利要求10-18中任一项的方法，其中，该基板包含硅氧化物，且其中，自该基板移除至少一部分该硅氧化物以抛光该基板。
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