CN109906257B - 具有改善的凹陷及图案选择性的对氧化物及氮化物有选择性的化学机械抛光组合物 - Google Patents

具有改善的凹陷及图案选择性的对氧化物及氮化物有选择性的化学机械抛光组合物 Download PDF

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Abstract

本发明提供化学机械抛光组合物，其含有：研磨剂；多羟基芳族羧酸；式I的离子型聚合物，其中X1及X2、Z1及Z2、R1、R2、R3及R4以及n如本文所定义；以及水，其中该抛光组合物具有约1至约4.5的pH值。本发明进一步提供使用本发明的化学机械抛光组合物对基板进行化学机械抛光的方法。典型地，该基板含有硅氧化物、硅氮化物及/或多晶硅。
Figure DDA0002028836130000011

Description

具有改善的凹陷及图案选择性的对氧化物及氮化物有选择性 的化学机械抛光组合物
背景技术
用于对基板表面进行平坦化或抛光的组合物及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硅的二氧化物、铈的氧化物、铝的氧化物、锆的氧化物及锡的氧化物。抛光组合物典型地与抛光垫(例如抛光布或抛光盘)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(shallowtrench isolation，STI)工艺，其中在硅基板上形成硅氮化物层，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，典型地必须在基板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-机械平坦化工艺来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板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。
通常地，过去的实践已强调氧化物抛光优先于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终止层，因为在硅氮化物层暴露时总的抛光速率降低。很多当前浆料提供中等(适度，moderate)的氧化物速率及中等的选择性，限制了其有效性。举例而言，低至中等的抛光速率可限制生产率，然而，低至中等的氧化物/氮化物选择性限制当前浆料技术用于具有较厚的硅氮化物覆盖物的较大结构体的有效性。
近来，还已强调了氧化物抛光优先于多晶硅抛光的选择性。举例而言，添加一系列BRIJTM及聚氧化乙烯表面活性剂以及PLURONICTML-64(HLB为15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等的Effectsof Nonionic Surfactants on Oxide-to-Polysilicon Selectivity during ChemicalMechanical Polishing,J.Electrochem.Soc.,149(8):G477-G481(2002))。另外，美国专利6,626,968公开了硅氧化物相对于多晶硅的抛光选择性可经由使用具有亲水和疏水官能团的聚合物添加剂来改善，所述聚合物添加剂选自聚乙烯基甲基醚、聚乙二醇、聚氧亚乙基23月桂基醚、聚丙酸、聚丙烯酸及聚醚二醇双(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基板。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基板导致基板表面的过度抛光或在STI特征中形成凹坑及其它形貌缺陷(例如基板表面上的微刮痕)。该过度抛光及在STI特征中形成凹坑的现象称为凹陷(dishing)。凹陷是不合需要的，因为基板特征的凹陷可通过造成晶体管与晶体管部件(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，基板的过度抛光还可导致氧化物损失及使下伏氧化物暴露于来自抛光或化学活性的损害，此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：(a)湿法铈氧化物(ceria，铈土，氧化铈)研磨剂，(b)多羟基芳族羧酸，(c)任选的式(I)的离子型聚合物：
Figure GDA0002028836180000021
其中X1及X2独立地选自氢、-OH及-COOH，且其中X1及X2中的至少一者为-COOH，Z1及Z2独立地为O或S，R1、R2、R3及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(d)水，其中抛光组合物具有约1至约4.5的pH值。
本发明还提供对基板进行化学机械抛光的方法，其包括：(i)提供基板，(ii)提供抛光垫，(iii)提供化学机械抛光组合物，该化学机械抛光组合物包含(a)湿法铈氧化物(ceria，铈土，氧化铈)研磨剂，(b)多羟基芳族羧酸，(c)式(I)的离子型聚合物：
Figure GDA0002028836180000031
其中X1及X2独立地选自氢、-OH及-COOH，Z1及Z2独立地为O或S，R1、R2、R3及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(d)水，其中抛光组合物具有约1至约4.5的pH值，(iv)使基板与抛光垫及抛光组合物接触，(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该基板的至少一部分，从而抛光该基板。
本发明进一步提供化学机械抛光组合物，其包含：(a)湿法铈氧化物(ceria，铈土，氧化铈)研磨剂，(b)多羟基芳族羧酸，及(c)水，其中抛光组合物具有约1至约4.5的pH值。
本发明另外提供对基板进行化学机械抛光的方法，其包括：(i)提供基板，(ii)提供抛光垫，(iii)提供化学机械抛光组合物，该化学机械抛光组合物包含(a)湿法铈氧化物(ceria，铈土，氧化铈)研磨剂、(b)多羟基芳族羧酸及(c)水，其中抛光组合物具有约1至约4.5的pH值，(iv)使基板与抛光垫及抛光组合物接触，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该基板的至少一部分，从而抛光该基板。
附图说明
图1图示出了例示性的抛光组合物在45℃下储存期间随时间推移的ζ电位。
图2图示出了例示性的抛光组合物在45℃下储存期间随时间推移的湿法铈氧化物(ceria，铈土，氧化铈)的粒径。
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)湿法铈氧化物(ceria，铈土，氧化铈)研磨剂，和(b)多羟基芳族羧酸。
在一个实施方式中，本发明进一步包含式(I)的离子型聚合物：
Figure GDA0002028836180000041
其中X1及X2独立地选自氢、-OH及-COOH，且其中X1及X2中的至少一者为-COOH，Z1及Z2独立地为O或S，R1、R2、R3及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(d)水，其中抛光组合物具有约1至约4.5的pH值。
在本发明的另一实施方式中，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)湿法铈氧化物(ceria，铈土，氧化铈)研磨剂，(b)多羟基芳族羧酸，及(c)非离子型聚合物。
非离子型聚合物可为本领域技术人员已知的任何水溶性聚合物。非离子型聚合物可单独使用，或与另一非离子型聚合物组合使用，且以任何适合的浓度使用。适用于本发明的非离子型聚合物的特定实例包括聚乙二醇及聚乙烯醇(包括支链聚乙烯醇)。
化学机械抛光组合物包含铈氧化物(ceria，铈土，氧化铈)研磨剂。如本领域普通技术人员所知，铈氧化物(ceria，铈土，氧化铈)为稀土金属铈的氧化物且也称为氧化铈(ceric oxide，铈氧化物)、铈的氧化物(cerium oxide)(例如，铈(IV)的氧化物)或铈的二氧化物(cerium dioxide)。铈(IV)的氧化物(CeO2)可通过煅烧草酸铈或氢氧化铈来形成。铈还形成铈(III)的氧化物，诸如Ce2O3。铈氧化物(ceria，铈土，氧化铈)研磨剂可为铈氧化物的这些或其它氧化物中的任一种或多种。
铈氧化物研磨剂可为任何适合的类型。优选地，铈氧化物研磨剂为湿法铈氧化物研磨剂。如本文所用，“湿法”铈氧化物是指通过沉淀、缩合-聚合或类似方法制得的铈氧化物(与例如热解(fumed)或火成(pyrogenic)的铈氧化物不同)。已发现，包含湿法铈氧化物研磨剂的本发明抛光组合物在用于根据本发明的方法对基板进行抛光时呈现低的缺陷。不希望束缚于任何特定理论，据信，湿法铈氧化物包含球形铈氧化物颗粒及/或较小的聚集铈氧化物颗粒，由此在用于本发明方法中时产生低的基板缺陷率。例示性的湿法铈氧化物为可购自Rhodia的HC-60TM铈氧化物。
铈氧化物颗粒可具有任何适合的平均尺寸(即，平均颗粒直径)。颗粒的粒径为包围该颗粒的最小球体的直径。若铈氧化物颗粒的平均粒径太小，则抛光组合物可能不会呈现足够的移除速率。与此相反，若铈氧化物颗粒的平均粒径太大，则抛光组合物会呈现不期望的抛光性能，诸如，差的基板缺陷率。因此，铈氧化物颗粒的平均粒径可为约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、或者约50nm或更大。替代地或另外，铈氧化物颗粒的平均粒径可为约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、或者约50nm或更小。因此，铈氧化物颗粒可具有由任何两个上述端点界定的平均粒径。举例而言，铈氧化物颗粒的平均粒径可为约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。对于非球形的铈氧化物颗粒，颗粒的尺寸为包围该颗粒的最小球体的直径。可使用任何适合的技术(例如使用激光衍射技术)来量测铈氧化物颗粒的粒径。适合的粒径量测仪器购自例如HoribaScientific(Horiba Ltd,Japan)。
铈氧化物颗粒优选在本发明抛光组合物中是胶体稳定的。术语胶体是指铈氧化物颗粒在液体载剂(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。
抛光组合物可包含任何适合浓度的铈氧化物研磨剂。若本发明的抛光组合物包含过少的铈氧化物研磨剂，则该组合物可能无法呈现足够的移除速率。与此相反，若抛光组合物包含过多的铈氧化物研磨剂，则组合物会呈现不期望的抛光性能，可能不具有成本效益，及/或可能缺乏稳定性。抛光组合物可包含约10重量％或更低的铈氧化物，例如，约9重量％或更低、约8重量％或更低、约7重量％或更低、约6重量％或更低、约5重量％或更低、约4重量％或更低、约3重量％或更低、约2重量％或更低、约1重量％或更低、约0.9重量％或更低、约0.8重量％或更低、约0.7重量％或更低、约0.6重量％或更低、或者约0.5重量％或更低。替代地或另外，抛光组合物可包含约0.1重量％或更高的铈氧化物，例如，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、或者约1重量％或更高。因此，抛光组合物可包含呈由任何两个上述端点界定的浓度的铈氧化物。举例而言，抛光组合物可包含约0.1重量％至约10重量％的铈氧化物，例如，约0.1重量％至约9重量％的铈氧化物、约0.1重量％至约8重量％的铈氧化物、约0.1重量％至约7重量％的铈氧化物、约0.1重量％至约6重量％的铈氧化物、约0.1重量％至约5重量％的铈氧化物、约0.1重量％至约4重量％的铈氧化物、约0.1重量％至约3重量％的铈氧化物、约0.1重量％至约2重量％的铈氧化物、约0.1重量％至约1重量％的铈氧化物、约0.2重量％至约2重量％的铈氧化物、约0.2重量％至约1重量％的铈氧化物、或者约0.3重量％至约0.5重量％的铈氧化物。在实施方式中，抛光组合物在使用点处包含约0.2重量％至约0.6重量％的铈氧化物，例如，约0.3重量％至约0.5重量％的铈氧化物、或约0.4重量％的铈氧化物。在另一实施方式中，抛光组合物包含约2重量％至约3重量％的铈氧化物(例如，约2.2重量％至约2.8重量％的铈氧化物、约2.3重量％至约2.6重量％的铈氧化物、或者约2.4重量％的铈氧化物)作为浓缩物。
化学机械抛光组合物包含多羟基芳族羧酸。所述多羟基芳族羧酸可为任何适合的多羟基芳族羧酸。典型地，所述多羟基芳族羧酸为二羟基芳族羧酸。适合的多羟基芳族羧酸的非限制性实例包括2,4-二羟基苯甲酸、2,6-二羟基苯甲酸、3,4-二羟基苯甲酸、3,5-二羟基苯甲酸及2,3-二羟基苯甲酸。优选地，所述多羟基芳族羧酸为3,4-二羟基苯甲酸或3,5-二羟基苯甲酸。
在使用点处，抛光组合物包含任何适合的浓度的多羟基芳族羧酸。抛光组合物可包含约1ppm或更高的多羟基芳族羧酸，例如，约5ppm或更高、约10ppm或更高、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、约40ppm或更高、约45ppm或更高、或者约50ppm或更高的多羟基芳族羧酸。替代地或另外，抛光组合物可包含约500ppm或更低的多羟基芳族羧酸，例如，约450ppm或更低、约400ppm或更低、约350ppm或更低、约300ppm或更低、约250ppm或更低、或者约200ppm或更低的多羟基芳族羧酸。因此，抛光组合物可包含由任何两个上述端点界定的量的多羟基芳族羧酸。例如，抛光组合物可包含约1ppm至约500ppm、约10ppm至约500ppm、约20ppm至约500ppm、约50ppm至约500ppm、约50ppm至约450ppm、约50ppm至约400ppm、约50ppm至约350ppm、约50ppm至约300ppm、约50ppm至约250ppm、或约50ppm至约200ppm。
化学机械抛光组合物包含如本文中所述的式I的离子型聚合物。
在某些实施方式中，离子型聚合物具有式I，其中X1及X2均为-COOH。在某些实施方式中，离子型聚合物具有式I，其中Z1及Z2均为O，且R1、R2、R3及R4各皆为氢。在某些优选实施方式中，离子型聚合物具有式I，其中X1及X2均为-COOH，Z1及Z2均为O，且R1、R2、R3及R4各自皆为氢。
离子型聚合物可具有任何适合的平均分子量。离子型聚合物的平均分子量可为约250g/mol或更高，例如，约300g/mol或更高、约400g/mol或更高、约500g/mol或更高、约600g/mol或更高、约750g/mol或更高、约1,000g/mol或更高、约1,500g/mol或更高、约2,000g/mol或更高、约2,500g/mol或更高、约3,000g/mol或更高、约3,500g/mol或更高、约4,000g/mol或更高、约4,500g/mol或更高、约5,000g/mol或更高、约5,500g/mol或更高、约6,000g/mol或更高、约6,500g/mol或更高、约7,000g/mol或更高、或者约7,500g/mol或更高。替代地或另外，离子型聚合物的平均分子量可为约15,000g/mol或更低，例如，约14,000g/mol或更低、约13,000g/mol或更低、约12,000g/mol或更低、约11,000g/mol或更低、约10,000g/mol或更低、约9,000g/mol或更低、约8,000g/mol或更低、约7,500g/mol或更低、约7,000g/mol或更低、约6,500g/mol或更低、约6,000g/mol或更低、约5,500g/mol或更低、约5,000g/mol或更低、约4,500g/mol或更低、约4,000g/mol或更低、约3,500g/mol或更低、约3,000g/mol或更低、约2,500g/mol或更低、或者约2,000g/mol或更低。因此，离子型聚合物可具有由任何两个上述端点界定的平均分子量。例如，离子型聚合物的平均分子量可为约250g/mol例如至约15,000g/mol、约250g/mol至约14,000g/mol、约250g/mol至约13,000g/mol、约250g/mol至约12,000g/mol、约250g/mol至约11,000g/mol、约250g/mol至约10,000g/mol、约400g/mol至约10,000g/mol、约400g/mol至约8,000g/mol、约400g/mol至约6,000g/mol、约400g/mol至约4,000g/mol、或者约400g/mol至约2,000g/mol。
在使用点处，抛光组合物包含任何适合量的离子型聚合物。在使用点处，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、或者约0.1重量％或更高的聚合物。替代地或另外，在使用点处，抛光组合物可包含约1重量％或更低的离子型聚合物，例如，约0.9重量％或更低、约0.8重量％或更低、约0.7重量％或更低、约0.6重量％或更低、约0.5重量％或更低、约0.4重量％或更低、或者约0.3重量％或更低的离子型聚合物。因此，抛光组合物可包含由任何两个上述端点界定的量的离子型聚合物。例如，在使用点处，抛光组合物可包含约0.001重量％至约1重量％的离子型聚合物，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％、或者约0.1重量％至约0.5重量％的离子型聚合物。
化学机械抛光组合物任选地包含一种或多种聚乙烯醇。聚乙烯醇可为任何适合的聚乙烯醇且可为直链或支链聚乙烯醇。适合的支链聚乙烯醇的非限制性实例为Nichigo G-聚合物，诸如，可购自日本Nippon Gohsei的OKS-1009TM及OKS-1083TM产品。
聚乙烯醇可具有任何适合的水解度。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，聚乙烯醇的水解度为约90％或更高，例如，约92％或更高、约94％或更高、约96％或更高、约98％或更高、或者约99％或更高。
聚乙烯醇可具有任何适合的平均分子量。例如，聚乙烯醇的平均分子量可为约250g/mol或更高，例如，约300g/mol或更高、约400g/mol或更高、约500g/mol或更高、约600g/mol或更高、约750g/mol或更高、约1,000g/mol或更高、约2,000g/mol或更高、约3,000g/mol或更高、约4,000g/mol或更高、约5,000g/mol或更高、约7,500g/mol或更高、约10,000g/mol或更高、约15,000g/mol或更高、约20,000g/mol或更高、约25,000g/mol或更高、约30,000g/mol或更高、约50,000g/mol或更高、或者约75,000g/mol或更高。替代地或另外，聚乙烯醇的平均分子量可为约250,000g/mol或更低，例如，约200,000g/mol或更低、约180,000g/mol或更低、约150,000g/mol或更低、约100,000g/mol或更低、约90,000g/mol或更低、约85,000g/mol或更低、约80,000g/mol或更低、约75,000g/mol或更低、约50,000g/mol或更低、约45,000g/mol或更低、约40,000g/mol或更低、约35,000g/mol或更低、约30,000g/mol或更低、约25,000g/mol或更低、约20,000g/mol或更低、约15,000g/mol或更低、约12,500g/mol或更低、或者约10,000g/mol或更低。因此，聚乙烯醇可具有由任何两个上述端点界定的平均分子量。例如，聚乙烯醇的平均分子量可为约250g/mol至约250,000g/mol，例如，约250g/mol至约200,000g/mol、约250g/mol至约180,000g/mol、约250g/mol至约150,000g/mol、约250g/mol至约100,000g/mol、约250g/mol至约75,000g/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、或者约50,000g/mol至约180,000g/mol及其类似范围。
在使用点处，抛光组合物包含任何适合量的聚乙烯醇。例如，在使用点处，抛光组合物可包含约0.001重量％或更高的聚乙烯醇，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、或者约0.1重量％或更高的聚乙烯醇。替代地或另外，在使用点处，抛光组合物可包含约1重量％或更低的聚乙烯醇，例如，约0.9重量％或更低、约0.8重量％或更低、约0.7重量％或更低、约0.6重量％或更低、约0.5重量％或更低、约0.4重量％或更低、或者约0.3重量％或更低的聚乙烯醇。因此，抛光组合物可包含由任何两个上述端点界定的量的聚乙烯醇。例如，在使用点处，抛光组合物可包含约0.001重量％至约1重量％的聚乙烯醇，约0.01重量％至约0.9重量％，例如，约0.025重量％至约0.8重量％、约0.05重量％至约0.7重量％、或者约0.1重量％至约0.5重量％的聚乙烯醇。
抛光组合物任选地包含一种或多种聚乙二醇。聚乙二醇可为任何适合的聚乙二醇。聚乙二醇具有以下结构：H-[OCH2CH2]n-OH，其中，n为2至约500的整数。聚乙二醇可具有任何适合的分子量，例如聚乙二醇可具有约100g/mol至约20,000g/mol的分子量。
在使用点处，抛光组合物可包含任何适合的浓度的聚乙二醇。在使用点处，抛光组合物可包含约1ppm或更高的聚乙二醇，例如，约5ppm或更高、约10ppm或更高、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、约40ppm或更高、约45ppm或更高、或者约50ppm或更高的聚乙二醇。替代地或另外，在使用点处，抛光组合物可包含约1000ppm或更低的聚乙二醇，例如，约900ppm或更低、约800ppm或更低、约700ppm或更低、约600ppm或更低、或者约500ppm或更低的聚乙二醇。因此，在使用点处，抛光组合物可包含由任何两个上述端点界定的量的聚乙二醇。例如，在使用点处，抛光组合物可包含约1ppm至约1000ppm的聚乙二醇，例如，约10ppm至约900ppm、约20ppm至约800ppm、约50ppm至约700ppm、约50ppm至约600ppm、或者约50ppm至约500ppm的聚乙二醇及其类似范围。
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及聚乙二醇的非离子型聚合物。根据本发明的实施方式，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、聚氧化乙烯/聚氧化丙烯共聚物、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。
化学机械抛光组合物可包含一种或多种能够调节(即调节)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值的任何适合的化合物来调节。合乎期望地，pH调节化合物为水溶性的且与抛光组合物的其它组分兼容。典型地，在使用点处化学机械抛光组合物具有约1至约7的pH值。优选地，在使用点处化学机械抛光组合物具有约1至约4.5的pH值，例如约2至约4或约3至4的pH值。
式(I)的离子型聚合物为酸性。因此，可配制本发明抛光组合物以提供缓冲能力。典型地，抛光组合物的缓冲可通过添加碱性化合物以调节抛光组合物的pH值至离子型聚合物的pKa值范围内的值来实现。任何适合的碱性化合物可用于调节pH值以提供缓冲能力。适合的碱性化合物的非限制实例包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵及有机胺(例如三乙醇胺)。
在其它实施方式中，合乎期望地，抛光组合物包含除离子型聚合物以外的化合物，其能够调节pH值且能够单独地缓冲抛光组合物的酸性pH值。因此，在这些实施方式中，合乎期望地，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，在使用点处，抛光组合物的pH值为约1至约4.5。因此，能够调节抛光组合物的pH值的化合物典型地具有至少一种可离子化的基团，其在25℃下量测时具有约3至约7的pKa。
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。
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。例示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 inhibitor)、分散剂等。
杀生物剂在存在时可为任何适合的杀生物剂且可以任何适合的量存在于抛光组合物中。适合的杀生物剂为异噻唑啉酮杀生物剂。用于抛光组合物的杀生物剂的量典型地为约1ppm至约50ppm，优选为约10ppm至约20ppm。
应理解，抛光组合物中作为酸、碱或盐的任意组分(例如离子型聚合物、多羟基芳族羧酸、碱及/或碱金属碳酸盐等)在溶解于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。
在另一实施方式中，本发明提供一种化学机械抛光组合物，其包含以下物质、基本上由以下物质组成、或由以下物质组成：(a)湿法铈氧化物研磨剂、(b)多羟基芳族羧酸及(c)水，其中，抛光组合物具有约1至约4.5的pH值。湿法铈氧化物及多羟基芳族羧酸可如本文所描述。
抛光组合物可通过任何适合的技术来生产，其中许多技术是本领域技术人员已知的。抛光组合物可用分批或连续工艺制备。通常地，抛光组合物通过将抛光组合物的组分组合来制备。如本文所使用的术语“组分”包括单独的成分(例如铈氧化物研磨剂、离子型聚合物、多羟基芳族羧酸、任选的聚乙烯醇、任选的聚乙二醇、任选的pH值调节剂及/或任何任选的添加剂)以及成分(例如铈氧化物研磨剂、离子型聚合物、多羟基芳族羧酸、任选的聚乙烯醇、任选的聚乙二醇、任选的pH值调节剂等)的任意组合。
例如，抛光组合物可通过以下来制备：(i)提供所有或一部分液体载剂，(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氧化物研磨剂、离子型聚合物、多羟基芳族羧酸、任选的聚乙烯醇、任选的聚乙二醇、任选的pH值调节剂及/或任何任选的添加剂，(iii)在合适时调节分散体的pH值，及(iv)任选地添加适宜量的任何其它任选的组分及/或添加剂至混合物中。
可替代地，抛光组合物可通过以下来制备：(i)提供一种或多种组分(例如液体载剂、离子型聚合物、多羟基芳族羧酸、任选的聚乙烯醇、任选的聚乙二醇、任选的pH值调节剂及/或任何任选的添加剂)于铈的氧化物浆料中，(ii)提供一种或多种组分于添加剂溶液中(例如液体载剂、离子型聚合物、多羟基芳族羧酸、任选的聚乙烯醇、任选的聚乙二醇、任选的pH值调节剂及/或任何任选的添加剂)，(iii)将铈的氧化物浆料与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。
抛光组合物可作为包含铈氧化物研磨剂、离子型聚合物、多羟基芳族羧酸、任选的聚乙烯醇、任选的聚乙二醇、任选的pH值调节剂及/或任何任选的添加剂及水的单包装体系来供应。可替代地，本发明的抛光组合物可作为包含铈的氧化物浆料及添加剂溶液的双包装体系来供应，其中铈的氧化物浆料基本上由以下组成或由以下组成：铈氧化物研磨剂、多羟基芳族羧酸、任选的聚乙烯醇、任选的聚乙二醇、任选的pH值调节剂及/或任何任选的添加剂及水，且其中添加剂溶液基本上由以下组成或由以下组成：离子型聚合物、多羟基芳族羧酸、任选的聚乙烯醇、任选的聚乙二醇、任选的pH值调节剂及/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，铈的氧化物浆料及添加剂溶液)的共混比率来调节基板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，铈的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。铈的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板的抛光特性。
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、及/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，平台、抛光垫、或基板表面)的流动路线(flow line)。如本文中所使用的，术语“使用点”是指抛光组合物被施加至基板表面(例如，抛光垫或基板表面本身)的点。术语“流动路线”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。流动路线可各自直接通向使用点，或者，可将流动路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路线。此外，任意流动路线(例如，单独的流动路线或组合的流动路线)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，将组分递送至基板表面，所述组分在抛光过程期间在所述基板表面上混合)，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平台之前约5分钟或更短(例如，在以混合形式添加至该平台之前约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，所述组分可在流动路线中组合并递送至该使用点而无需使用混合装置。替代地，一条或多条流动路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路线)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，铈氧化物研磨剂、多羟基芳族羧酸、任选的聚乙烯醇、任选的聚乙二醇、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、4等体积的水、或5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应理解的，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，以确保铈氧化物研磨剂、多羟基芳族羧酸、任选的聚乙烯醇、任选的聚乙二醇、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板的方法，其包括：(i)使基板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板移动，同时其间具有该化学机械抛光组合物，及(iii)研磨该基板的至少一部分以抛光该基板。
该化学机械抛光组合物可用于抛光任何适宜的基板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)的基板。适宜的基板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)的基板。
在某些实施方式中，该基板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TEOS、硼磷硅玻璃(borophosphosilicate glass，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板时，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)氧化物及/或等离子体增强的原硅酸四乙酯(tetraethyl ortho silicate,PETEOS)及/或原硅酸四乙酯(tetraethylorthosilicate,TEOS)的硅晶片时，该抛光组合物合乎需要地展现出约
Figure GDA00020288361800001530
Figure GDA00020288361800001531
或更高，例如约
Figure GDA00020288361800001532
或更高、约
Figure GDA00020288361800001533
或更高、约
Figure GDA00020288361800001534
Figure GDA00020288361800001535
或更高、约
Figure GDA00020288361800001536
或更高、约
Figure GDA00020288361800001537
或更高、约
Figure GDA00020288361800001538
Figure GDA00020288361800001539
或更高、约
Figure GDA00020288361800001540
或更高、约
Figure GDA00020288361800001541
或更高、或者约
Figure GDA00020288361800001542
Figure GDA00020288361800001543
或更高的硅氧化物移除速率。在实施方式中，硅氧化物的移除速率可为约
Figure GDA00020288361800001544
或更高，例如约
Figure GDA00020288361800001545
或更高、或者约
Figure GDA00020288361800001546
或更高。
当根据本发明的方法抛光包含硅氮化物的基板时，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
Figure GDA00020288361800001550
或更低的硅氮化物移除速率，例如，约
Figure GDA00020288361800001547
或更低、约
Figure GDA00020288361800001548
Figure GDA00020288361800001549
或更低、约
Figure GDA00020288361800001551
或更低、约
Figure GDA00020288361800001552
或更低、约
Figure GDA00020288361800001553
或更低、或者约
Figure GDA00020288361800001554
或更低。
当根据本发明的方法抛光包含多晶硅的基板时，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
Figure GDA00020288361800001555
Figure GDA00020288361800001556
或更低的多晶硅移除速率，例如，约
Figure GDA00020288361800001557
或更低、约
Figure GDA00020288361800001558
或更低、约
Figure GDA00020288361800001559
或更低、约
Figure GDA00020288361800001560
或更低、约
Figure GDA00020288361800001561
或更低、约
Figure GDA00020288361800001562
或更低、约
Figure GDA00020288361800001563
或更低、或者约
Figure GDA00020288361800001564
或更低。
不希望束缚于任何特定理论，据信，当在包含硅氧化物层压于硅氮化物上的图案化基板上抛光硅氧化物时，硅氧化物的表面随着抛光的进行而变得更为碱性(basic)。抛光组合物的铈氧化物颗粒典型地在抛光组合物的pH值下具有净正电荷。随着硅氧化物表面变得更为碱性，靠近硅氧化物表面存在的多羟基羧酸变得至少部分去质子化且随着抛光的进行而产生净负电荷。多羟基羧酸的带负电荷的分子随后与铈氧化物颗粒缔合，由此降低铈氧化物颗粒的抛光行为。因此，随着基板接近平坦(即，其中硅氮化物暴露出来且硅氧化物保留在图案化特征中)，剩余的硅氧化物避免过度抛光且由此避免凹陷。
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：平台，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，其与该平台接触且在运动时随该平台移动；以及载体，其固持待通过使该基板与该抛光垫的表面接触并且使该基板相对于该抛光垫的表面移动而抛光的基板。该基板的抛光通过如下发生：将该基板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板移动，以便研磨该基板的至少一部分以抛光该基板。
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板进行抛光。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板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，对于正被抛光的基板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板的抛光过程。
以下实施例进一步说明本发明，但当然不应解释为以任何方式限制其范围。
在以下实施例中，使用MIRRATM(Applied Materials,Inc.)或REFLEXIONTM(Applied Materials,Inc.)工具来抛光如下基板：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、及覆盖于硅上的硅氮化物、以及从Silyb Inc.获得的图案化晶片。所述图案化晶片在经硅氧化物覆盖的基板上包含100μm硅氮化物特征。对于所有组合物皆使用IC 1010TM抛光垫(DowChemical)以及相同的抛光参数。所述抛光参数如下：IC1010TM垫、20.68kPa(3psi)下压力、85rpm头速度、100rpm平台速度、150mL/分钟的总流量。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。
实施例1
本实施例证明，经由根据本发明的包括聚乙二醇二甲酸(polyethylene glycoldicarboxylic acid，聚乙二醇二羧酸)及3,5-二羟基苯甲酸的抛光组合物，展现出减少的氮化物损失及凹陷。
使用三种不同的抛光组合物(即，抛光组合物1A-1C)抛光包含位于经硅氧化物覆盖的基板上的100μm硅氮化物特征的三个单独的图案化基板。抛光组合物1A-1C各自含有在水中的0.2重量％湿法铈氧化物(ceria，铈土，氧化铈)，在pH 3.6下。抛光组合物1A还含有100ppm的聚乙二醇二甲酸及250ppm的3,5-二羟基苯甲酸。抛光组合物1B还含有300ppm的聚乙二醇二甲酸及100ppm的3,5-二羟基苯甲酸。此外，抛光组合物1C不含有聚乙二醇二甲酸，但含有450ppm的3,5-二羟基苯甲酸。抛光进行至终点(EP)+40％，其中，终点是暴露出SiN层的时间。
在抛光之后，测定在100μm×100μm特征处的凹陷(沟槽内的凹陷)及硅氮化物损失。结果阐述于表1中。
表1：氮化物损失及凹陷
Figure GDA0002028836180000181
如自表1中阐述的结果明晰的，含有100ppm的聚乙二醇二甲酸及250ppm的3,5-二羟基苯甲酸的抛光组合物1A与含有300ppm的聚乙二醇二甲酸及100ppm的3,5-二羟基苯甲酸的抛光组合物1B展现出非常低的SiN损失。含有400ppm的3,5-二羟基苯甲酸但无聚乙二醇二甲酸的抛光组合物1C展现出大约抛光组合物1B所展现的凹陷的76％。
实施例2
本实施例证明，通过根据本发明的包括3,5-二羟基苯甲酸的抛光组合物，展现出改善的SiO移除速率。
用两种不同的抛光组合物(抛光组合物2A及2B)抛光包含TEOS或HDP(高密度等离子体硅氧化物)的毯覆层的单独的基板。抛光组合物2A(对比)包含在水中的0.2重量％湿法铈氧化物(ceria，铈土，氧化铈)、聚乙二醇二甲酸(polyethylene glycol dicarboxylicacid，聚乙二醇二羧酸)及聚乙烯醇，在pH 3.6下。抛光组合物2B(本发明)包含抛光组合物2A的所有组分，其量与抛光组合物2A中所包括的量相同，且进一步包含3,5-二羟基苯甲酸。
在抛光后，测定移除速率，且结果阐述于表2中。
表2：SiO移除速率
Figure GDA0002028836180000182
如自表2中阐述的结果明晰的，包含3,5-二羟基苯甲酸的抛光组合物2B所展现的TEOS与HDP这两者的移除速率大约为抛光组合物2A所展现的移除速率的115％。
实施例3
本实施例证明，通过根据本发明的包括3,5-二羟基苯甲酸的抛光组合物，展现出减少的氮化物损失及凹陷。
用两种不同的抛光组合物(即，如实施例2中所述的抛光组合物2A及2B)抛光包含位于经硅氧化物覆盖的基板上的100μm硅氮化物特征的单独的图案化基板。
基板进行如下抛光：抛光53秒至终点+在暴露出SiN层之后抛光16秒。在抛光之后，测定在100μm×100μm特征处的凹陷(沟槽内的凹陷)及硅氮化物损失。结果阐述于表3中。
表3：氮化物损失及凹陷
Figure GDA0002028836180000191
自表3中所阐述的结果明晰的，抛光组合物2B中存在3,5-二羟基苯甲酸使得SiN损失及凹陷分别大约为不含3,5-二羟基苯甲酸的抛光组合物2A所展现的SiN损失及凹陷的48％及65％。
实施例4
本实施例证明，通过根据本发明的包括铈氧化物(ceria，铈土，氧化铈)、3,5-二羟基苯甲酸、聚乙二醇及聚乙烯醇的抛光组合物，展现出减少的氮化物损失及凹陷。
使用组合物3A，以三个不同的抛光时间，抛光包含位于经硅氧化物覆盖的基板上的100×100μm硅氮化物特征的单独的图案化基板。抛光组合物3A含有0.2％的铈氧化物、60ppm的聚乙二醇、1200ppm的聚乙烯醇及60ppm的3,5-二羟基苯甲酸。抛光进行至终点(EP)+10％、20％及30％的过度抛光，其中，终点是暴露出SiN层的时间。
在抛光之后，测定在100μm×100μm特征处的凹陷(沟槽内的凹陷)及硅氮化物损失。结果阐述于表4中。
表4：氮化物损失及凹陷
Figure GDA0002028836180000192
如自表4中阐述的结果明晰的，相比于先前的实施例，3,5-二羟基苯甲酸、聚乙二醇及聚乙烯醇在具有铈氧化物的抛光组合物中的存在产生了非常低的SiN损失及凹陷。
实施例5
本实施例比较了根据本发明的包括3,4-二羟基苯甲酸或3,5-二羟基苯甲酸的抛光组合物所展现的移除速率。
使用两种不同的抛光组合物(即，抛光组合物4A及4B)抛光包含TEOS、HDP及SiN的毯覆层的单独的基板。抛光组合物4A及4B各自包含在水中的0.2重量％湿法铈氧化物(ceria，铈土，氧化铈)、聚乙二醇二甲酸(polyethylene glycol dicarboxylic acid，聚乙二醇二羧酸)及聚乙烯醇，在pH 3.6下。抛光组合物4A进一步包含3,4-二羟基苯甲酸。抛光组合物4B进一步包含3,5-二羟基苯甲酸。
在抛光后，测定移除速率，且结果阐述于表4中。
表4：移除速率
Figure GDA0002028836180000201
如自表4中阐述的结果明晰的，相比于抛光组合物4A，抛光组合物4B针对TEOS及HDP这两者展现出大约四倍高的移除速率，且针对SiN展现出大约1.4倍高的移除速率。抛光组合物4A及4B这两者均提供可接受的TEOS及HDP移除速率，同时展现低的SiN移除速率。
实施例6
本实施例比较了通过根据本发明的包括3,4-二羟基苯甲酸或3,5-二羟基苯甲酸的抛光组合物所展现的随时间变化的移除速率。
使用两种不同的抛光组合物(即，如实施例5中所述的抛光组合物4A及4B)抛光包含位于经硅氧化物覆盖的基板上的100μm硅氮化物特征的单独的图案化基板。
基板抛光45秒及60秒。在抛光之后，测定在100μm×100μm特征处所移除的氧化物(沟槽内的氧化物)。结果阐述于表5中。
表5：随时间推移的SiO移除
Figure GDA0002028836180000211
如自表5中阐述的结果明晰的，使用抛光组合物4A的抛光时间增加15秒使得SiO移除增加大约7％。使用抛光组合物4B的抛光时间自30秒至45秒的15秒增加使得SiO移除增加大约26％。抛光组合物4B在抛光45秒之后所移除的SiO的量大约是抛光组合物4A的2.1倍高。
实施例7
本实施例证明了根据本发明的实施方式的例示性的浓缩抛光组合物的稳定性。
将包含1.2重量％的湿法铈氧化物(ceria，铈土，氧化铈)、3,5-二羟基苯甲酸、聚乙二醇二甲酸(polyethylene glycol dicarboxylic acid，聚乙二醇二羧酸)及聚乙烯醇的抛光组合物在45℃下储存50天。样品定期取样且测定ζ电位及粒径。结果图示于图1及图2中。
如自图1及图2中所示的结果明晰的，在50天的储存时段期间，ζ电位保持稳定位于约23与26mV之间且粒径保持稳定位于110-125nm之间。
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 (22)

1.化学机械抛光组合物，其包含：
(a)湿法铈氧化物研磨剂，
(b)多羟基芳族羧酸，其中该多羟基芳族羧酸为3,5-二羟基苯甲酸，
(c)任选的式(I)的离子型聚合物：
Figure FDA0003130774270000011
其中X1及X2独立地选自氢、-OH及-COOH，且其中X1及X2中的至少一者为-COOH，
Z1及Z2独立地为O或S，
R1、R2、R3及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
(d)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，其中该湿法铈氧化物研磨剂以该抛光组合物的0.05重量％至1重量％的量存在。
3.权利要求1的抛光组合物，其中X1及X2均为-COOH。
4.权利要求3的抛光组合物，其中Z1及Z2均为O，且R1、R2、R3及R4为氢。
5.权利要求1的抛光组合物，其中该离子型聚合物具有500道尔顿至10,000道尔顿的分子量，且其中n为8至500的整数。
6.权利要求1的抛光组合物，其中该离子型聚合物以该抛光组合物的0.01重量％至0.5重量％的量存在。
7.权利要求1的抛光组合物，其中该抛光组合物进一步包含聚乙烯醇，其中该聚乙烯醇为具有20,000道尔顿至200,000道尔顿的分子量的支链聚乙烯醇。
8.权利要求1的抛光组合物，其中该抛光组合物进一步包含聚乙二醇。
9.对基板进行化学机械抛光的方法，其包括：
(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)湿法铈氧化物研磨剂，
(b)多羟基芳族羧酸，其中该多羟基芳族羧酸为3,5-二羟基苯甲酸，
(c)式(I)的离子型聚合物：
Figure FDA0003130774270000021
其中X1及X2独立地选自氢、-OH及-COOH，
Z1及Z2独立地为O或S，
R1、R2、R3及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
(d)水，
其中该抛光组合物具有1至4.5的pH值，
(iv)使该基板与该抛光垫及该抛光组合物接触，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至少一部分，从而抛光该基板。
10.权利要求9的方法，其中该湿法铈氧化物研磨剂以该抛光组合物的0.05重量％至1重量％的量存在。
11.权利要求9的方法，其中X1及X2均为-COOH。
12.权利要求11的方法，其中Z1及Z2均为O，且R1、R2、R3及R4为氢。
13.权利要求9的方法，其中该离子型聚合物具有500道尔顿至10,000道尔顿的分子量，且其中n为8至500的整数。
14.权利要求9的方法，其中该离子型聚合物以该抛光组合物的0.01重量％至0.5重量％的量存在。
15.权利要求9的方法，其中该抛光组合物进一步包含聚乙烯醇，其中该聚乙烯醇为具有20,000道尔顿至200,000道尔顿的分子量的支链聚乙烯醇。
16.权利要求9的方法，其中该抛光组合物进一步包含聚乙二醇。
17.权利要求9的方法，其中该基板包含硅氧化物，且其中磨除该硅氧化物的至少一部分以抛光该基板。
18.权利要求17的方法，其中该基板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板。
19.权利要求17的方法，其中该基板进一步包含多晶硅，且其中磨除该多晶硅的至少一部分以抛光该基板。
20.化学机械抛光组合物，其包含：
(a)湿法铈氧化物研磨剂，
(b)多羟基芳族羧酸，其中该多羟基芳族羧酸为3,5-二羟基苯甲酸，及
(c)水，
其中该抛光组合物具有1至4.5的pH值。
21.权利要求20的组合物，其进一步包含选自聚乙二醇或聚乙烯醇的一种或多种非离子型聚合物。
22.对基板进行化学机械抛光的方法，其包括：
(i)提供基板，
(ii)提供抛光垫，
(iii)提供权利要求20的化学机械抛光组合物，
(iv)使该基板与该抛光垫及该抛光组合物接触，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至少一部分，从而抛光该基板。
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