CN110655869A - 低氧化物沟槽凹陷化学机械抛光 - Google Patents

低氧化物沟槽凹陷化学机械抛光 Download PDF

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Abstract

本发明提供了化学机械平面化(CMP)抛光组合物、方法和系统以减少氧化物沟槽凹陷并改善过抛光窗口稳定性。还提供了高且可调的氧化硅去除速率、低的氮化硅去除速率和可调的SiO2:SiN选择性。该组合物使用磨料如二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒及化学添加剂如麦芽糖醇、乳糖醇、麦芽三醇、核糖醇、D‑山梨糖醇、甘露醇、卫矛醇、艾杜糖醇、D‑(‑)‑果糖、脱水山梨糖醇、蔗糖、核糖、肌醇、葡萄糖、D‑阿拉伯糖、L‑阿拉伯糖、D‑甘露糖、L‑甘露糖、内消旋赤藓糖醇、β‑乳糖、阿拉伯糖或其组合作为氧化物沟槽凹陷减少添加剂的独特独特组合。

Description

低氧化物沟槽凹陷化学机械抛光
相关专利申请的交叉引用
本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求较早提交的美国专利申请序列号62/692,633和62/692,639(2018年6月29日提交)的优先权权益，所述美国专利申请通过引用全文并入本文。
技术领域
本发明涉及用于抛光氧化物和掺杂氧化物膜的化学机械平面化(CMP)。
背景技术
在微电子器件的制造中，涉及的重要步骤是抛光，尤其是用于化学机械抛光的表面，目的在于恢复所选的材料和/或使结构平面化。
例如，在SiO2层下沉积SiN层以用作抛光停止。在浅沟槽隔离(STI)结构中，这种抛光停止的作用尤为重要。选择性典型地表示为氧化物抛光速率与氮化物抛光速率的比率。一个例子是与氮化硅(SiN)相比，二氧化硅(SiO2)的抛光选择性提高。
在图案化结构的整体平面化中，减少氧化物沟槽凹陷(trench dishing)是要考虑的关键因素。较低的沟槽氧化物损失将防止相邻晶体管之间的电流泄漏。跨模(模内)的非均匀沟槽氧化物损失将影响晶体管性能和器件制造产率。严重的沟槽氧化物损失(高氧化物沟槽凹陷)将导致晶体管的不良隔离，从而导致器件故障。因此，重要的是在CMP抛光组合物中通过减少氧化物沟槽凹陷来减少沟槽氧化物损失。
美国专利5,876,490公开了含有磨料颗粒并表现出正常应力效应的抛光组合物。该浆料还含有非抛光颗粒，导致凹部的抛光速率降低，而磨料颗粒在升高处保持高抛光速率。这导致改善的平面化。更具体地，浆料包含氧化铈颗粒和聚合物电解质，并且可以用于浅沟槽隔离(STI)抛光应用。
美国专利6,964,923教导了含有氧化铈颗粒和聚合物电解质的抛光组合物用于浅沟槽隔离(STI)抛光应用。使用的聚合物电解质包括聚丙烯酸的盐，类似于美国专利5,876,490中的那些。二氧化铈、氧化铝、二氧化硅和氧化锆用作磨料。这样列出的聚电解质的分子量为300至20,000，但总体上<100,000。
美国专利6,616,514公开了一种化学机械抛光浆料，其用于通过化学机械抛光优先于氮化硅从制品表面去除第一物质。根据该发明的化学机械抛光浆料包括磨料、水性介质和不离解质子的有机多元醇，所述有机多元醇包括具有至少三个在水性介质中不可离解的羟基的化合物，或者由至少一种具有至少三个在水性介质中不可离解的羟基的单体形成的聚合物。
然而，那些先前公开的浅沟槽隔离(STI)抛光组合物没有涉及氧化物沟槽凹陷减少的重要性。
从前述内容容易明白的是，本领域中仍然需要化学机械抛光的组合物、方法和系统，其除了二氧化硅的高去除速率以及二氧化硅对氮化硅的高选择性外，还可以在化学和机械抛光(CMP)过程中提供减少的氧化物沟槽凹陷和改善的过抛光(over polishing)窗口稳定性。
发明内容
本发明提供了用于通过在宽pH范围(包括酸性、中性和碱性pH条件)下引入化学添加剂作为氧化物沟槽凹陷减少添加剂组合物来减少氧化物沟槽凹陷，并因此改善过抛光窗口稳定性的化学机械抛光(CMP)抛光组合物、方法和系统。
本发明还提供了实现高氧化物膜去除速率、低SiN膜去除速率、高且可调的氧化物：SiN选择性、低的抛光后总缺陷计数和优异的平均粒度(nm)稳定性的益处。
在一个方面，提供了一种CMP抛光组合物，所述组合物包含：
磨料颗粒，其选自二氧化铈涂覆的无机氧化物颗粒、二氧化铈涂覆的有机聚合物颗粒及其组合；
化学添加剂，作为氧化物沟槽凹陷减少剂；
溶剂；和
任选地
杀生物剂；和
pH调节剂；
其中所述组合物的pH为2至12，优选为3至10，并且更优选为4至9。
二氧化铈涂覆的无机氧化物颗粒包括但不限于二氧化铈涂覆的胶体二氧化硅、二氧化铈涂覆的高纯度胶体二氧化硅、二氧化铈涂覆的氧化铝、二氧化铈涂覆的二氧化钛、二氧化铈涂覆的氧化锆颗粒或者任何其它二氧化铈涂覆的无机氧化物颗粒。
二氧化铈涂覆的有机聚合物颗粒包括但不限于二氧化铈涂覆的聚苯乙烯颗粒、二氧化铈涂覆的聚氨酯颗粒、二氧化铈涂覆的聚丙烯酸酯颗粒或者任何其它二氧化铈涂覆的有机聚合物颗粒。
溶剂包括但不限于去离子(DI)水、蒸馏水和醇类有机溶剂。
作为氧化物沟槽凹陷减少剂的化学添加剂在其分子结构中含有至少两个或更多个、优选四个或更多个、更优选六个或更多个羟基官能团。
在一个实施方式中，化学添加剂具有如下所示的一般分子结构：
Figure BDA0002114429150000031
在该一般分子结构中，n选自2至5,000，3至12，优选4至7。
R1、R2和R3可以是相同或不同的原子或官能团。
R1至R3的组中的每一个R可独立地选自氢、烷基、烷氧基、具有一个或多个羟基的有机基团、取代的有机磺酸、取代的有机磺酸盐、取代的有机羧酸、取代的有机羧酸盐、有机羧酸酯、有机胺基团及其组合；其中，它们中的至少两个或更多个、优选它们中的四个是氢原子。
当R1、R2和R3是相同的并且是氢原子时，化学添加剂携带多个羟基官能团。
这样的化学添加剂的一些实例的分子结构列举如下：
Figure BDA0002114429150000041
Figure BDA0002114429150000051
在另一个实施方式中，化学添加剂具有如下所示的结构：
Figure BDA0002114429150000052
在该结构中，一个-CHO官能团作为末端官能团位于分子的一端；n选自2至5,000，3至12，优选4至7。
R1和R2中的每一者可独立地选自氢、烷基、烷氧基、具有一个或多个羟基的有机基团、取代的有机磺酸、取代的有机磺酸盐、取代的有机羧酸、取代的有机羧酸盐、有机羧酸酯、有机胺基团及其组合。
当R1和R2都是氢原子并且n＝3时，化学添加剂是D-阿拉伯糖或L-阿拉伯糖：
Figure BDA0002114429150000053
当R1和R2都是氢原子并且n＝4时，化学添加剂是D-甘露糖或L-甘露糖：
在又一个实施方式中，化学添加剂具有选自由至少一种(f)、至少一种(g)、至少一种(h)及其组合组成的组的分子结构：
Figure BDA0002114429150000062
在这些一般分子结构中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13和R14可以是相同或不同的原子或官能团。
它们可独立地选自氢、烷基、烷氧基、具有一个或多个羟基的有机基团、取代的有机磺酸、取代的有机磺酸盐、取代的有机羧酸、取代的有机羧酸盐、有机羧酸酯、有机胺基团及其组合；其中，它们中的至少两个或更多个、优选四个或更多个是氢原子。
当R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13和R14全部是氢原子时，其提供了携带多个羟基官能团的化学添加剂。
这样的化学添加剂的一些实例的分子结构列举如下：
Figure BDA0002114429150000071
Figure BDA0002114429150000081
在又一个实施方式中，化学添加剂含有至少一个六元环结构基序(motif)醚，其与至少一个在分子单元结构中含有多个羟基官能团的多元醇分子单元键合，或与至少一个在分子单元结构中含有多个羟基官能团的多元醇分子单元和至少一种六元环多元醇键合。多元醇是含有羟基的有机化合物。
作为氧化物沟槽凹陷减少剂的化学添加剂在其分子结构中含有至少两个、至少四个或至少六个羟基官能团。
化学添加剂的一般分子结构如(a)中所示：
Figure BDA0002114429150000091
在一个实施方式中，在一般分子结构中，R1至R5的组中的至少一个R是具有(b)中所示结构的多元醇分子单元：
Figure BDA0002114429150000092
其中n和m可以相同或不同。m或n独立地选自1至5，优选1至4，更优选1至3，并且最优选1至2；并且R6至R9可以是相同或不同的原子或官能团；并且
R1至R5的组中的其余R可独立地选自氢、烷基、烷氧基、具有一个或多个羟基的有机基团、取代的有机磺酸或盐、取代的有机羧酸或盐、有机羧酸酯、有机胺及其组合。
在另一个实施方式中，在一般分子结构中，R1至R5的组中的至少一个R是具有(b)中所示结构的多元醇分子单元；在一般分子结构中，R1至R5的组中的至少一个R是如(c)中所示的六元环多元醇：
Figure BDA0002114429150000093
其中
结构(c)中OR11、OR12、OR13和OR14的组中的一个OR被O替代；且
R10及R10、R11、R12、R13和R14的组中的其它各个R独立地选自氢、烷基、烷氧基、具有一个或多个羟基的有机基团、取代的有机磺酸或盐、取代的有机羧酸或盐、有机羧酸酯、有机胺及其组合；
并且R1至R5的组中的其余R可独立地选自氢、烷基、烷氧基、具有一个或多个羟基的有机基团、取代的有机磺酸或盐、取代的有机羧酸或盐、有机羧酸酯、有机胺及其组合。
在一般分子结构中，R1至R9的组中的R的至少两个、优选四个、更优选六个是氢原子。
在一般分子结构中，当R1至R5的组中仅一个R(例如R5)是n＝2且m＝1的多元醇分子单元(b)，并且R1至R9的组中的其余R全部是氢原子时，获得了以下两种化学添加剂：
Figure BDA0002114429150000102
当一个R(例如R5)是n＝2且m＝1的多元醇分子单元(b)，并且一个R(例如R2)是六元环多元醇和R1至R14的组中的其余R全部是氢原子时，获得了以下的化学添加剂：
化学添加剂包括麦芽糖醇、乳糖醇、麦芽三醇、核糖醇、D-山梨糖醇、甘露醇、卫矛醇、艾杜糖醇、D-(-)-果糖、脱水山梨糖醇、蔗糖、核糖、肌醇、葡萄糖、D-阿拉伯糖、L-阿拉伯糖、D-甘露糖、L-甘露糖、内消旋赤藓糖醇、β-乳糖、阿拉伯糖及其组合。优选的化学添加剂是麦芽糖醇、乳糖醇、麦芽三醇、D-山梨糖醇、甘露醇、卫矛醇、艾杜糖醇、D-(-)-果糖、蔗糖、核糖、肌醇、葡萄糖、D-(+)-甘露糖、β-乳糖及其组合。更优选的化学添加剂是麦芽糖醇、乳糖醇、麦芽三醇、D-山梨糖醇、甘露醇、卫矛醇、D-(-)-果糖、β-乳糖及其组合。
在一些实施方式中，CMP抛光组合物可以制成两个或更多个部分并在使用时混合。
在另一方面，提供了使用上述化学机械抛光(CMP)组合物对具有至少一个包含二氧化硅(例如原硅酸四乙酯或TEOS)的表面的衬底进行化学机械抛光(CMP)的方法。
在再另一方面，提供了使用上述化学机械抛光(CMP)组合物对具有至少一个包含二氧化硅的表面的衬底进行化学机械抛光(CMP)的系统。
抛光的氧化物膜可以是化学气相沉积(CVD)、等离子体增强CVD(PECVD)、高密度沉积CVD(HDP)、旋制氧化硅(spin on siliconoxide)膜、或可流动CVD氧化物膜、碳掺杂氧化物膜或氮掺杂氧化物膜。
上文公开的衬底还可以包括氮化硅(SiN)表面。SiO2:SiN的去除选择性大于10，优选大于20，且更优选大于30。
具体实施方式
本发明涉及用于抛光氧化物的化学机械抛光(CMP)组合物、方法和系统。
在图案化结构的整体平面化中，减少氧化物沟槽凹陷是要考虑的关键因素。较低的沟槽氧化物损失将防止相邻晶体管之间的电流泄漏。跨模和/或模内的非均匀沟槽氧化物损失将影响晶体管性能和器件制造产率。严重的沟槽氧化物损失(高氧化物沟槽凹陷)将导致晶体管的不良隔离，从而导致器件故障。因此，重要的是在CMP抛光组合物中通过减少氧化物沟槽凹陷来减少沟槽氧化物损失。
所述CMP组合物包含磨料和合适的化学添加剂的独特组合。
本发明通过在宽pH范围内(包括酸性、中性和碱性pH条件)，在化学机械抛光(CMP)组合物中引入化学添加剂作为氧化物沟槽凹陷减少添加剂提供了减少的氧化物沟槽凹陷并因此改善的过抛光窗口稳定性。
化学机械抛光(CMP)组合物提供高的氧化物膜去除速率、低的SiN膜去除速率和高的SiO2:SiN选择性。
化学机械抛光(CMP)组合物还进一步对于磨料颗粒提供优异的平均粒度和尺寸分布稳定性，这对于保持稳健的CMP抛光性能以及最小化的抛光性能变化是非常重要的。
在一个方面，提供了一种CMP抛光组合物，所述组合物包含：
磨料颗粒，其选自二氧化铈涂覆的无机氧化物颗粒、二氧化铈涂覆的有机聚合物颗粒及其组合；
作为氧化物沟槽凹陷减少剂的化学添加剂；
溶剂；和
任选地
杀生物剂；和
pH调节剂；
其中所述组合物的pH为2至12，优选为3至10，并且更优选为4至9。
二氧化铈涂覆的无机氧化物颗粒包括但不限于二氧化铈涂覆的胶体二氧化硅、二氧化铈涂覆的高纯度胶体二氧化硅、二氧化铈涂覆的氧化铝、二氧化铈涂覆的二氧化钛、二氧化铈涂覆的氧化锆颗粒或者任何其它二氧化铈涂覆的无机氧化物颗粒。
二氧化铈涂覆的有机聚合物颗粒包括但不限于二氧化铈涂覆的聚苯乙烯颗粒、二氧化铈涂覆的聚氨酯颗粒、二氧化铈涂覆的聚丙烯酸酯颗粒或者任何其它二氧化铈涂覆的有机聚合物颗粒。
磨料颗粒的平均粒径或平均粒度(MPS)范围为2至1,000nm，5至500nm，15至400nm或25至250nm。MPS是指颗粒的直径，并使用动态光散射(DLS)技术测量。
磨料颗粒的浓度范围为0.01重量％至20重量％，优选浓度范围为0.05重量％至10重量％，更优选的浓度范围为0.1重量％至5重量％。
优选的磨料颗粒是二氧化铈涂覆的无机氧化物颗粒；更优选的磨料颗粒是二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒。
溶剂包括但不限于去离子(DI)水、蒸馏水和醇类有机溶剂。
优选的溶剂是DI水。
CMP浆料可含有0.0001重量％至0.05重量％；优选0.0005重量％至0.025重量％，更优选0.001重量％至0.01重量％的杀生物剂。
杀生物剂包括但不限于来自Dupont/Dow Chemical Co.的KathonTM、KathonTM CG/ICP II、来自Dupont/Dow Chemical Co.的Bioban。它们的活性成分是5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮或2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮。
CMP浆料可含有pH调节剂。
可以使用酸性或碱性pH调节剂将抛光组合物调节至优化的pH值。
pH调节剂包括但不限于硝酸、盐酸、硫酸、磷酸、其他无机或有机酸，以及它们的混合物。
pH调节剂还包括碱性pH调节剂，例如氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、四烷基氢氧化铵、有机季铵氢氧化物、有机胺和其他可用于将pH值朝向更碱性方向调节的化学试剂。
CMP浆料含有0重量％至1重量％、优选0.01重量％至0.5重量％、更优选0.1重量％至0.25重量％的pH调节剂。
CMP浆料含有0.01重量％至20重量％、0.025重量％至10重量％、0.05重量％至5重量％或0.1重量％至3.0重量％的作为氧化物沟槽凹陷和总缺陷计数减少剂的化学添加剂。
作为氧化物沟槽凹陷减少剂的化学添加剂在其分子结构中含有至少两个或更多个、优选四个或更多个、更优选六个或更多个羟基官能团。
在一个实施方式中，化学添加剂具有如下所示的一般分子结构：
Figure BDA0002114429150000141
在该一般分子结构中，n选自2至5,000，3至12，优选4至7。
R1、R2和R3可以是相同或不同的原子或官能团。
R1至R3的组中的每一个R可独立地选自氢、烷基、烷氧基、具有一个或多个羟基的有机基团、取代的有机磺酸、取代的有机磺酸盐、取代的有机羧酸、取代的有机羧酸盐、有机羧酸酯、有机胺基团及其组合；其中，它们中的至少两个或更多个、优选四个是氢原子。
当R1、R2和R3是相同的并且是氢原子时，化学添加剂携带多个羟基官能团。
这样的化学添加剂的一些实例的分子结构列举如下：
Figure BDA0002114429150000142
在另一个实施方式中，化学添加剂具有如下所示的结构：
Figure BDA0002114429150000161
在该结构中，一个-CHO官能团作为末端官能团位于分子的一端；n选自2至5,000，3至12，优选4至7。
R1和R2可独立地选自氢、烷基、烷氧基、具有一个或多个羟基的有机基团、取代的有机磺酸、取代的有机磺酸盐、取代的有机羧酸、取代的有机羧酸盐、有机羧酸酯、有机胺基团及其组合。
当R1和R2都是氢原子并且n＝3时，化学添加剂是D-阿拉伯糖或L-阿拉伯糖：
Figure BDA0002114429150000162
当R1和R2都是氢原子并且n＝4时，化学添加剂是D-甘露糖或L-甘露糖：
在又一个实施方式中，化学添加剂具有选自由至少一种(f)、至少一种(g)、至少一种(h)及其组合组成的组的分子结构：
在这些一般分子结构中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13和R14可以是相同或不同的原子或官能团。
它们可独立地选自氢、烷基、烷氧基、具有一个或多个羟基的有机基团、取代的有机磺酸、取代的有机磺酸盐、取代的有机羧酸、取代的有机羧酸盐、有机羧酸酯、有机胺基团及其组合；其中，它们中的至少两个或更多个、优选四个或更多个是氢原子。
当R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13和R14全部是氢原子时，其提供了携带多个羟基官能团的化学添加剂。
这样的化学添加剂的一些实例的分子结构列举如下：
Figure BDA0002114429150000181
Figure BDA0002114429150000191
在又一个实施方式中，化学添加剂含有至少一个六元环结构基序醚，其与至少一个在分子单元结构中含有多个羟基官能团的多元醇分子单元键合，或与至少一个在分子单元结构中含有多个羟基官能团的多元醇分子单元和至少一种六元环多元醇键合。多元醇是含有羟基的有机化合物。
作为氧化物沟槽凹陷减少剂的化学添加剂在其分子结构中含有至少两个、至少四个或至少六个羟基官能团。
化学添加剂的一般分子结构如(a)中所示：
Figure BDA0002114429150000192
在一个实施方式中，在一般分子结构中，R1至R5的组中的至少一个R是具有(b)中所示结构的多元醇分子单元：
Figure BDA0002114429150000201
其中n和m可以相同或不同。m或n独立地选自1至5，优选1至4，更优选1至3，并且最优选1至2；并且R6至R9可以是相同或不同的原子或官能团；并且
R1至R5的组中的其余R可独立地选自氢、烷基、烷氧基、具有一个或多个羟基的有机基团、取代的有机磺酸或盐、取代的有机羧酸或盐、有机羧酸酯、有机胺及其组合。
在另一个实施方式中，在一般分子结构中，R1至R5的组中的至少一个R是具有(b)中所示结构的多元醇分子单元；在一般分子结构中，R1至R5的组中的至少一个R是(c)中所示的六元环多元醇：
Figure BDA0002114429150000202
其中
结构(c)中OR11、OR12、OR13和OR14的组中的一个OR被O替代；且
R10及R10、R11、R12、R13和R14的组中的其它各个R独立地选自氢、烷基、烷氧基、具有一个或多个羟基的有机基团、取代的有机磺酸或盐、取代的有机羧酸或盐、有机羧酸酯、有机胺及其组合；
并且R1至R5的组中的其余R可独立地选自氢、烷基、烷氧基、具有一个或多个羟基的有机基团、取代的有机磺酸或盐、取代的有机羧酸或盐、有机羧酸酯、有机胺及其组合。
在一般分子结构中，R1至R9的组中的R的至少两个、优选四个、更优选六个是氢原子。
在一般分子结构中，当R1至R5的组中仅一个R(例如R5)是n＝2且m＝1的多元醇分子单元(b)，并且R1至R9的组中的其余R全部是氢原子时，获得了以下两种化学添加剂：
Figure BDA0002114429150000211
当一个R(例如R5)是n＝2且m＝1的多元醇分子单元(b)，并且一个R(例如R2)是六元环多元醇和R1至R14的组中的其余R全部是氢原子时，获得了以下的化学添加剂：
Figure BDA0002114429150000212
化学添加剂包括麦芽糖醇、乳糖醇、麦芽三醇、核糖醇、D-山梨糖醇、甘露醇、卫矛醇、艾杜糖醇、D-(-)-果糖、脱水山梨糖醇、蔗糖、肌醇、葡萄糖、D-阿拉伯糖、L-阿拉伯糖、D-甘露糖、L-甘露糖、内消旋赤藓糖醇、核糖、β-乳糖及其组合。优选的化学添加剂是麦芽糖醇、乳糖醇、麦芽三醇、D-山梨糖醇、甘露醇、卫矛醇、艾杜糖醇、D-(-)-果糖、蔗糖、核糖、肌醇、葡萄糖、D-(+)-甘露糖、β-乳糖及其组合。更优选的化学添加剂是麦芽糖醇、乳糖醇、麦芽三醇、D-山梨糖醇、甘露醇、卫矛醇、D-(-)-果糖、β-乳糖及其组合。
在一些实施方式中，CMP抛光组合物可以制成两个或更多个部分并在使用时混合。
在另一方面，提供了使用上述化学机械抛光(CMP)组合物对具有至少一个包含二氧化硅的表面的衬底进行化学机械抛光(CMP)的方法。抛光的氧化物膜可以是CVD氧化物、PECVD氧化物、高密度氧化物、旋制氧化硅膜、可流动CVD氧化膜、碳掺杂氧化膜或氮掺杂氧化膜。
抛光的氧化物膜可以是化学气相沉积(CVD)、等离子体增强CVD(PECVD)、高密度沉积CVD(HDP)或旋制氧化硅膜。
上文公开的衬底还可以包括氮化硅(SiN)表面。SiO2:SiN的去除选择性大于10，优选大于20，且更优选大于30。
CMP组合物的凹陷性能还可以通过氧化物沟槽凹陷速率与空白(blanket)HDP膜去除速率
Figure BDA0002114429150000222
的比率来表征。
该比率越小，氧化物沟槽凹陷越低。
具有≤0.1、0.08、0.06、0.05、0.03或0.02的比率的CMP组合物提供良好的氧化物凹陷性能。
在CMP抛光组合物中，保持磨料颗粒稳定以确保一致的所需CMP抛光性能是非常重要的。
当在CMP抛光组合物中使用化学添加剂时，这些化学添加剂可能对组合物中磨料颗粒的稳定性产生一些影响。
例如，当麦芽糖醇、乳糖醇或其衍生物用作抛光组合物中的氧化物沟槽减少剂时，这些化学添加剂可对CMP抛光组合物中的二氧化铈涂覆的无机氧化物磨料的稳定性产生一些影响。
通常，通过监测平均粒度(MPS)(nm)和粒度分布参数D99(nm)相对于时间或在升高的温度下的变化来测试磨料颗粒稳定性。
粒度分布可以量化为尺寸低于指定尺寸的颗粒的重量百分比。例如，参数D99(nm)表示其中99重量％的所有浆料颗粒的粒径等于或小于D99(nm)的粒径(直径)。也就是说，D99(nm)是99重量％的颗粒落入其以下的粒径。
MPS(nm)和D99(nm)的变化越小，磨料颗粒越稳定，并且因此CMP抛光组合物越稳定。
粒度分布可以通过任何合适的技术测量，例如成像、动态光散射、流体动力学流体分级、盘式离心机等。
在本申请中，MPS(nm)和D99(nm)均通过动态光散射测量。
提供磨料颗粒稳定性的CMP组合物在20至60℃、25至50℃的温度下，在至少30天、40天、50天、60天、70天或100天的保质期内，MPS(nm)和D99(nm)的变化≤6.0％、5.0％、3.0％、2.0％、1.0％、0.5％、0.3％或0.1％。
提供了以下非限制性实施例以进一步描述本发明。
CMP方法
在下文给出的实施例中，使用下文给出的程序和实验条件进行CMP实验。
词汇表
组分
二氧化铈涂覆的二氧化硅：用作粒度为约100纳米(nm)的磨料；这种二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒的粒度可为约5纳米(nm)至500纳米(nm)。
二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒(具有不同尺寸)由日本的JGC Inc.供应。
化学添加剂，例如D-山梨糖醇、卫矛醇、果糖、麦芽糖醇、乳糖醇和其他化学原料由Sigma-Aldrich，St.Louis，MO供应。
TEOS：原硅酸四乙酯。
抛光垫：在CMP过程中使用抛光垫IC1010和其他垫，由DOW，Inc.供应。
参数
通用
Figure BDA0002114429150000241
或A：埃(s)-长度单位
BP：背压，单位psi
CMP：化学机械平面化＝化学机械抛光
CS：载体速度
DF：下向力：在CMP期间施加的压力，单位psi
min：分钟
ml：毫升
mV：毫伏
psi：磅/平方英寸
PS：抛光设备的台板旋转速度，单位rpm(每分钟转数)
SF：浆料流量，ml/min
重量％：(所列组分的)重量百分比
TEOS:SiN选择性：(TEOS的去除速率)/(SiN的去除速率)
HDP：高密度等离子体沉积的TEOS
TEOS或HDP去除速率：在给定的下压力下测量的TEOS或HDP去除速率。在上面列举的实施例中，CMP设备的下压力为2.0、3.0或4.0psi。
SiN去除速率：在给定的下压力下测量的SiN去除速率。在列出的实施例中，CMP设备的下压力为3.0psi。
计量
用Creative Design Engineering,Inc,20565 Alves Dr.,Cupertino,CA,95014制造的ResMap CDE，168型测量膜。ResMap设备是一种四点探针薄层电阻设备。对于膜，进行49点直径扫描(5mm边缘除外)。
CMP设备
所用的CMP设备是Applied Materials,3050Boweres Avenue,Santa Clara,California,95054制造的200mm Mirra或者300mmReflexion。DOW,Inc,451Bellevue Rd.,Newark,DE 19713提供的IC1000垫在台板1上用于空白和图案晶片研究。
通过使垫调理18分钟来磨合IC1010垫或其它垫。在调理器上施加7lbs下向力。为了确定设备设置和垫磨合的适格性，在基线条件下使用Versum Materials Inc.提供的
Figure BDA0002114429150000251
STI2305浆料对两个钨监测物和两个TEOS监测物进行抛光。
晶片
使用PECVD或LECVD或HD TEOS晶片进行抛光实验。这些空白晶片购自SiliconValley Microelectronics,2985Kifer Rd.,Santa Clara,CA 95051。
抛光实验
在空白晶片研究中，在基线条件下抛光氧化物空白晶片和SiN空白晶片。设备基线条件是：台板速度：87rpm；头速度：93rpm；膜压：3.0psi；管间压力：3.1psi；保持环压：5.1psi；浆料流速：200ml/min。
浆料用于在SWK Associates,Inc.2920Scott Blvd.Santa Clara,CA95054提供的图案化晶片(MIT860)上的抛光实验。这些晶片在Veeco VX300分析仪/AFM仪器上测量。3种不同尺寸的间距(pitch)结构用于氧化物凹陷测量。晶片在中心、中间和边模(edge die)位置处测量。
从CMP抛光组合物获得的TEOS:SiN选择性：(TEOS的去除速率)/(SiN的去除速率)，是可调节的。
工作实施例
在以下工作实施例中，制备包含0.2重量％的二氧化铈涂覆的二氧化硅、0.0001重量％至0.05重量％的杀生物剂和去离子水的抛光组合物作为参考(参比)。
用参考(0.2重量％的二氧化铈涂覆的二氧化硅、0.0001重量％至0.05重量％的杀生物剂和去离子水)加上0.01重量％至2.0重量％的化学添加剂制备抛光组合物。
除pH条件实施例外，所有实施例组合物的pH均为5.35。
用于酸性pH条件和碱性pH条件的pH调节剂分别是硝酸和氢氧化铵。
实施例1
工作浆料具有0.15重量％的化学添加剂，其添加到参考浆料中。
观察各种所选化学添加剂对膜去除速率和选择性的影响。
测试对于不同膜的去除速率(RR，以计)。测试结果列于表1中。
如表1中所示的结果，基于二氧化铈涂覆的二氧化硅的浆料为TEOS提供了更高的去除速率。
表1.化学添加剂对膜RR和TEOS:SiN选择性的影响
Figure BDA0002114429150000263
如表1中进一步显示的结果，相对于参考，除了内消旋赤藓糖醇外，化学添加剂D-山梨糖醇、D-甘露醇、D-甘露糖和木糖醇抑制SiN去除速率，同时仍然提供高的TEOS和HDP膜去除速率并且提供高的氧化物:SiN选择性。
实施例2
在实施例2中，使用不含化学添加剂的基于0.2重量％的二氧化铈涂覆二氧化硅磨料的制剂作为参考。
化学添加剂分别以0.15重量％(0.15X)的浓度使用，其中0.2重量％的二氧化铈涂覆的二氧化硅作为工作浆料中的磨料。
测试结果列于表2中。表1中的HDP RR
Figure BDA0002114429150000271
也列于表2中。
表3列出了氧化物沟槽凹陷速率
Figure BDA0002114429150000272
相对空白HDP膜去除速率
Figure BDA0002114429150000273
的比率。
表2.化学添加剂对氧化物沟槽凹陷和HDP RR
Figure BDA0002114429150000274
的影响
测试结果列于表2中。表1中的HDP RR
Figure BDA0002114429150000276
也列于表2中。
表3列出了氧化物沟槽凹陷速率
Figure BDA0002114429150000277
相对空白HDP膜去除速率
Figure BDA0002114429150000281
的比率。
表3.沟槽凹陷速率/空白HDP RR
Figure BDA0002114429150000283
的比率
如表2和3中所示的结果，在抛光组合物中添加各种化学添加剂作为氧化物沟槽凹陷减少剂显示出不同的效果。
与参考相比，使用D-山梨糖醇和D-甘露醇的抛光组合物分别在100μm间距和200μm间距二者上提供显著的氧化物沟槽凹陷减少。
与参考相比，使用木糖醇的抛光组合物对抛光中的氧化物沟槽凹陷没有显示出影响。使用D-(+)-甘露糖或内消旋赤藓糖醇的抛光组合物的氧化物沟槽凹陷比参考更差。
表4中列出了化学添加剂对氧化物沟槽凹陷相对过抛光去除量的斜率的影响。
表4.化学添加剂对凹陷相对OP去除量的斜率的影响
Figure BDA0002114429150000285
Figure BDA0002114429150000291
如表4中所示的结果，与参考相比，使用D-山梨糖醇或D-甘露醇的抛光组合物在100μm和200μm特征上提供了低得多的氧化物沟槽凹陷相对过抛光量的斜率值。
与参考相比，其他添加剂没有提供凹陷改善。
实施例3
观察各种所选化学添加剂对膜去除速率(RR，以计)和选择性的影响。这些化学添加剂分别以0.1重量％的浓度使用，其中0.2重量％的二氧化铈涂覆的二氧化硅作为磨料。
测试结果列于表5中。
表5.化学添加剂对膜RR
Figure BDA0002114429150000293
和TEOS:SiN选择性的影响
Figure BDA0002114429150000294
结果如表5所示，与参考相比，这些化学添加剂D-山梨糖醇、D-(-)-果糖、麦芽糖醇和卫矛醇抑制了SiN去除速率，而仍然提供了高的TEOS和HDP膜去除速率。
具有D-(-)-果糖的CMP组合物除了SiN之外还抑制TEOS的去除，但仍提供高的TEOS:SiN选择性。
观察各种所选化学添加剂对氧化物沟槽凹陷相对过抛光时间的影响。
测试结果列于表6中。表5中的HDP RR
Figure BDA0002114429150000295
也列于表6中。
表6.化学添加剂对氧化物沟槽凹陷和HDP RR
Figure BDA0002114429150000301
的影响
Figure BDA0002114429150000302
如表6所示的氧化物沟槽凹陷相对过抛光时间的结果所示，具有化学添加剂的CMP组合物分别在100μm间距和200μm间距上提供较低的氧化物沟槽凹陷。与参考组合物相比，该组合物提供了显著的氧化物沟槽凹陷减少。
表7列出了氧化物沟槽凹陷速率相对空白HDP膜去除速率
Figure BDA0002114429150000304
的比率。
如表7中所示的结果，相比于在pH 5.35下从参考样品获得的比率，向抛光组合物中添加化学添加剂显著降低了沟槽凹陷速率与空白HDP膜去除速率的比率。
表7.沟槽凹陷速率
Figure BDA0002114429150000305
/空白HDP RR
Figure BDA0002114429150000306
的比率
Figure BDA0002114429150000311
表8中列出了各种尺寸的间距凹陷相对氧化物过抛光量的斜率。
表8.化学添加剂对凹陷相对OP去除量的斜率的影响
Figure BDA0002114429150000312
如表8中显示的各种尺寸的间距凹陷相对氧化物过抛光量的斜率的结果所示，基于化学添加剂和二氧化铈涂覆的二氧化硅磨料的CMP抛光组合物提供了比参考样品获得的那些斜率值低得多的斜率值。
实施例4
在实施例4中，测试了去除速率和TEOS:SiN选择性，在pH5.35下用具有不同浓度的化学添加剂的CMP抛光组合物进行测试。
测试结果列于表9中。
表9.添加剂浓度对膜RR
Figure BDA0002114429150000313
和氧化物:SiN的选择性的影响
Figure BDA0002114429150000314
Figure BDA0002114429150000321
如表9中所示的结果，当组合物中使用的D-山梨糖醇的浓度增加时，获得了相似的TEOS去除速率，并且HPD膜去除速率增加，并且TEOS:SiN选择性也略微或显著提高。
测试了在各种尺寸间距特征上的所选化学添加剂D-山梨糖醇浓度对氧化物沟槽凹陷相对过抛光时间的影响。
测试结果列于表10中。
表10.化学添加剂D-山梨糖醇浓度对氧化物沟槽凹陷相对OP时间(秒)的影响
如表10中所示的结果，含有不同浓度的D-山梨糖醇的所有3个测试的CMP抛光组合物在100μm间距和200μm间距二者上给出了低的氧化物沟槽凹陷。
此外，随着化学添加剂D-山梨糖醇浓度增加，氧化物沟槽凹陷进一步减少。
表11列出了来自具有不同浓度的D-山梨糖醇的组合物的沟槽凹陷速率/空白HDP RR
Figure BDA0002114429150000324
的比率。
表11.沟槽凹陷速率
Figure BDA0002114429150000325
/空白HDP RR的比率相对D-山梨糖醇的浓度
Figure BDA0002114429150000331
如表11中所示的结果，在pH 5.35下在组合物中使用的D-山梨糖醇，在不同的测试浓度下均显著降低了沟槽凹陷速率相对空白HDP膜去除速率的比率。
因此，D-山梨糖醇可以在宽浓度范围内用作有效的氧化物沟槽凹陷减少剂。
测试了各种尺寸的间距凹陷相对氧化物过抛光量的斜率，结果列于表12中。
表12.添加剂浓度对凹陷相对OP去除量的斜率的影响
Figure BDA0002114429150000332
如表12中显示的各种尺寸的间距凹陷相对氧化物过抛光量的斜率的结果，与参考样品相比，CMP抛光组合物中不同浓度的D-山梨糖醇都提供了类似的斜率值。
此外，随着D-山梨糖醇浓度的增加，各种尺寸的间距凹陷相对氧化物过抛光(尽管在零秒的过抛光时间处)的斜率逐渐减小。
实施例5
在实施例5中，使用具有不同pH值的CMP抛光组合物进行测试。
在三种不同的pH条件下测试包含作为磨料的0.2重量％的二氧化铈涂覆的二氧化硅和作为化学添加剂的0.1重量％的D-山梨糖醇的组合物。
测试不同膜的去除速率(RR，以
Figure BDA0002114429150000341
计)。测试结果列于表13中。
表13.pH对膜RR
Figure BDA0002114429150000342
和氧化物:SiN的选择性的影响
Figure BDA0002114429150000343
如表10中所示的结果，通过在酸性、中性或碱性pH条件下提供高的TEOS和HDP膜去除速率、低的SiN去除速率和高的TEOS:SiN选择性，组合物显示出一致的性能。
进行了使用CMP抛光组合物的pH条件对氧化物沟槽凹陷相对过抛光时间的影响的测试结果。
结果在表14中列出。
如表14中所示的结果，在3种不同的pH条件下对于相同浓度的作为磨料的二氧化铈涂覆的二氧化硅和作为氧化物沟槽凹陷减少剂的D-山梨糖醇获得了相似的氧化物沟槽凹陷相对过抛光时间以及HDP膜去除速率。
表14.pH条件对氧化物沟槽凹陷相对过抛光时间(秒)以及HDP膜RR
Figure BDA0002114429150000344
的影响
Figure BDA0002114429150000345
Figure BDA0002114429150000351
表15显示了沟槽凹陷速率/空白HDP RR
Figure BDA0002114429150000353
的比率的结果。
表15.在不同pH下的沟槽凹陷速率
Figure BDA0002114429150000354
/空白HDP RR
Figure BDA0002114429150000355
的比率
Figure BDA0002114429150000356
如表15中所示的结果，在不同pH条件下在抛光组合物中加入用作氧化物沟槽凹陷减少剂的化学添加剂D-山梨糖醇显示出显著降低的比率，这表明D-山梨糖醇可以在宽的pH窗口中用作非常有效的氧化物沟槽凹陷减少剂。
实施例6
在实施例6中，观察来自前面列出的几种化学添加剂类型的各种所选化学添加剂对膜去除速率和选择性的影响。
分别使用8.132mM的所有测试化学添加剂的相同摩尔浓度。
除pH条件试验的实施例外，所有实施例的pH均为5.35。
对于在pH条件测试中使用的实施例，用于酸性pH条件和碱性pH条件的pH调节剂分别是硝酸和氢氧化铵。
测试了不同膜的去除速率(RR，以
Figure BDA0002114429150000361
计)和去除选择性。测试结果列于表16中。
如表16中所示的结果，当这些化学添加剂在8.132mM浓度下在抛光组合物中使用时，与参照相比提供了相似的TEOS膜去除速率、HDP膜去除速率、略微或显著抑制的SiN去除速率。
表16.8.132mM浓度的化学添加剂对膜RR
Figure BDA0002114429150000362
和TEOS:SiN选择性的影响
Figure BDA0002114429150000363
氧化物:SiN选择性从略微增加(阿拉伯糖、肌醇)到显著增加(麦芽糖醇、核糖和β-乳糖)波动。在这些测试的化学品中，麦芽糖醇显示为最有效的SiN去除速率抑制化学添加剂，并且核糖和β-乳糖也显示为非常有效的SiN去除速率抑制添加剂。
实施例7
在抛光组合物中使用以下化学添加剂：麦芽糖醇、D-山梨糖醇、乳糖醇、核糖和β-乳糖，以及0.2重量％的二氧化铈涂覆的二氧化硅磨料，pH为5.35，以对抛光氧化物图案化晶片进行抛光测试。化学添加剂在组合物中以0.15重量％使用。
观察各种化学添加剂对膜去除速率和选择性的影响。
测试结果列于表17中。
如表17中所示的结果，所有组合物与参考样品相比提供相似的高TEOS膜去除速率、增加的HDP膜高去除速率、显著抑制的SiN去除速率、显著提高的氧化物:SiN选择性。
表17.化学添加剂对膜RR
Figure BDA0002114429150000371
和TEOS:SiN选择性的影响
Figure BDA0002114429150000372
观察各种化学添加剂对氧化物沟槽凹陷相对过抛光时间的影响。这些化学添加剂分别以0.15重量％(0.15X)的浓度使用，其中0.2重量％的二氧化铈涂覆的二氧化硅作为磨料，并且所有制剂的pH为5.35。
测试结果列于表18中。
表18.化学添加剂对氧化物沟槽凹陷和HDP RR
Figure BDA0002114429150000373
的影响
Figure BDA0002114429150000374
如表18所示的氧化物沟槽凹陷相对过抛光时间的结果，当与二氧化铈涂覆的二氧化硅磨料在CMP抛光组合物中一起使用时，所有这些化学添加剂与参考相比在100μm间距和200μm间距特征上分别提供了大大减少的氧化物沟槽凹陷相对60秒或120秒的过抛光时间，并且提供了显著的氧化物沟槽凹陷减少。
表19显示了沟槽凹陷速率
Figure BDA0002114429150000381
/空白HDP RR
Figure BDA0002114429150000382
的比率的结果。
表19.沟槽凹陷速率
Figure BDA0002114429150000383
/空白HDP RR
Figure BDA0002114429150000384
的比率
Figure BDA0002114429150000385
如表19中所示的结果，使用化学添加剂的所有测试的抛光组合物显示出沟槽凹陷速率相对空白HDP膜去除速率的比率的显著降低，这表明所有这些化学添加剂可在本发明的CMP抛光组合物中用作非常有效的氧化物沟槽凹陷减少剂。
工作实施例8
用参考(0.2重量％二氧化铈涂覆的二氧化硅，0.0001重量％至0.05重量％的杀生物剂和去离子水)制备抛光组合物，且麦芽糖醇或乳糖醇以0.28重量％使用。
所有示例组合物的pH为5.35。
测试不同膜的去除速率(RR，以
Figure BDA0002114429150000386
计)。观察两种选定的化学添加剂—麦芽糖醇和乳糖醇—对膜去除速率和选择性的影响。
测试结果列于表20中。
表20.麦芽糖醇或乳糖醇对膜RR
Figure BDA0002114429150000387
和TEOS:SiN选择性的影响
Figure BDA0002114429150000391
如表20中所示的结果，在抛光组合物中加入化学添加剂—麦芽糖醇或乳糖醇—显著抑制了SiN去除率，同时仍然提供了高的TEOS和HDP膜去除率，因此显著提高了氧化物:SiN膜的抛光选择性。
实施例9
实施例8中的示例组合物用于本实施例中。
测试没有/或具有化学添加剂的不同过抛光时间的氧化物沟槽凹陷。观察麦芽糖醇或乳糖醇对氧化物沟槽凹陷相对过抛光时间的影响。
测试结果列于表21中。
表21.麦芽糖醇或乳糖醇对氧化物沟槽凹陷相对OP时间(秒)的影响
如表21中所示的结果，在施加了60秒或120秒过抛光时间时，加入化学添加剂—麦芽糖醇或乳糖醇—的抛光组合物分别在100μm间距和200μm间距上提供了低的氧化物沟槽凹陷。
与不具有化学添加剂—麦芽糖醇或乳糖醇—的参考组合物相比，该组合物提供了显著的氧化物沟槽凹陷减少。
表22显示了沟槽凹陷速率
Figure BDA0002114429150000401
/空白HDP RR
Figure BDA0002114429150000402
的比率的结果。
表22.沟槽凹陷速率
Figure BDA0002114429150000403
/空白HDP RR
Figure BDA0002114429150000404
的比率
Figure BDA0002114429150000405
如表22中所示的结果，在抛光组合物中加入麦芽糖醇或乳糖醇作为氧化物沟槽凹陷减少剂显著降低了沟槽凹陷速率相对空白HDP膜去除速率的比率，该比率越低，氧化物沟槽凹陷越低。
氧化物沟槽凹陷相对OP去除量的斜率示于表23中。
表23.麦芽糖醇或乳糖醇对凹陷相对OP去除量的斜率的影响
Figure BDA0002114429150000406
表23中列出的结果表明，具有化学添加剂—麦芽糖醇或乳糖醇—的组合物提供了较低的斜率，这表明保持低的氧化物沟槽凹陷的良好过抛光窗口，甚至在过抛光步骤中更多的氧化物膜被去除时。
如表23所示，与基于二氧化铈涂覆的二氧化硅磨料的参考样品获得的那些斜率值相比，基于这些化学添加剂—麦芽糖醇或乳糖醇—和二氧化铈涂覆的二氧化硅的CMP抛光组合物再次显示出低得多的斜率值。
实施例10
在实施例10中，比较了使用麦芽糖醇或乳糖醇及参考的抛光组合物的沟槽氧化物损失速率，如表24中所列。
表24.麦芽糖醇或乳糖醇对沟槽损失速率
Figure BDA0002114429150000411
的影响
Figure BDA0002114429150000412
如表24所示的结果，在抛光组合物中加入麦芽糖醇或乳糖醇作为氧化物沟槽凹陷减少试剂与不使用任何化学添加剂的参考样品相比，沟槽损失速率显著降低。
实施例11
如表19所示制备组合物。
组合物使用0.2重量％二氧化铈涂覆的二氧化硅作为磨料、0.28重量％乳糖醇作为化学添加剂、杀生物剂、去离子水以及pH调节剂以提供不同的pH条件。
测试不同膜的去除速率(RR，以
Figure BDA0002114429150000413
计)。观察pH条件对膜去除速率和选择性的影响。
测试结果列于表25中。
表25.pH对膜RR和氧化物:SiN选择性的影响
Figure BDA0002114429150000422
如表25中所示的结果，在三种不同的pH条件下(酸性、中性或碱性)将乳糖醇作为氧化物沟槽凹陷减少剂加入到抛光组合物中给出相似的TEOS和HDP膜去除速率，非常有效地抑制SiN膜去除速率，并且产生比不使用乳糖醇作为化学添加剂的参考样品高得多的TEOS:SiN选择性。
测试了没有/或具有乳糖醇作为化学添加剂的氧化物沟槽凹陷相对过抛光时间。
观察在不同pH条件下含乳糖醇的抛光组合物对氧化物沟槽凹陷相对过抛光时间的影响。
测试结果列于表26中。
如表26中所示的结果，在不同pH条件下加入乳糖醇的抛光组合物在应用60秒或120秒的过抛光时间时在100μm间距和200μm间距下分别提供了低的氧化物沟槽凹陷。
与不具有化学添加剂乳糖醇的参考抛光组合物相比，具有乳糖醇作为氧化物沟槽凹陷减少剂的组合物提供了显著的氧化物沟槽凹陷减少。
表26.乳糖醇在不同pH条件下对氧化物沟槽凹陷相对OP时间(秒)的影响
表27描绘了在不同pH下的沟槽凹陷速率/空白HDP RR
Figure BDA0002114429150000433
的比率。
表27.在不同pH下沟槽凹陷速率
Figure BDA0002114429150000434
/空白HDP RR
Figure BDA0002114429150000435
的比率
Figure BDA0002114429150000436
如表27中所示的结果，相比于对参考样品在pH 5.35下获得的比率，在抛光组合物中加入乳糖醇作为氧化物沟槽凹陷减少剂显著降低了在不同pH条件下的沟槽凹陷速率相对空白HDP膜去除速率的比率。
表28中显示了在不同pH条件下的氧化物沟槽凹陷相对OP去除量的斜率。
表28.不同pH下乳糖醇对凹陷相对OP去除量的斜率的影响
表28中列出的结果表明，在不同pH条件下具有化学添加剂乳糖醇的组合物提供了较低的沟槽凹陷相对过抛光去除量的斜率，这表明保持低的氧化物沟槽凹陷的良好过抛光窗口，甚至在过抛光步骤中更多的氧化物膜被去除时。
如表28中所示，与在pH 5.35下对基于二氧化铈涂覆的二氧化硅磨料的参考样品获得的那些斜率值相比，基于乳糖醇和二氧化铈涂覆的二氧化硅的CMP抛光组合物在不同的pH条件下再次显示出低得多的斜率值。
在实施例11中，比较了在不同pH条件下使用乳糖醇或在pH 5.35下不使用乳糖醇的抛光组合物的沟槽氧化物损失速率，列于表29中。
表29.乳糖醇在不同pH条件下对沟槽损失速率的影响
如表29中所示的结果，相对于不使用乳糖醇作为化学添加剂的参考样品，在不同pH条件下将乳糖醇作为氧化物沟槽凹陷减少剂加入到抛光组合物中，沟槽损失速率显著降低。
使用乳糖醇作为氧化物沟槽凹陷减少剂在不同pH条件下获得的抛光测试结果证明，CMP抛光组合物可以在宽的pH范围内使用，包括酸性、中性或碱性pH条件。
实施例12
当使用合适的化学添加剂(例如麦芽糖醇或乳糖醇或其衍生物)作为抛光组合物中的氧化物沟槽减少剂时，这些化学添加剂可对CMP抛光组合物中二氧化铈涂覆的无机氧化物磨料的稳定性产生一些影响。
在CMP抛光组合物中，具有良好的磨料颗粒稳定性以确保恒定和理想的CMP抛光性能是非常重要的。
通常，通过监测MPS(nm)(＝平均粒度)和D99(nm)相对于时间或在升高的温度下的变化来测试磨料颗粒稳定性。MPS(nm)和D99(nm)的变化越小，本发明的抛光组合物越稳定。
在本实施例中，通过测量平均粒度的变化和粒度分布D99的变化来监测具有化学添加剂的组合物中二氧化铈涂覆的二氧化硅磨料颗粒的稳定性。
使用以下来制备测试样品：0.2重量％或其他重量％的二氧化铈涂覆的二氧化硅磨料；非常低浓度的杀生物剂；0.15重量％麦芽糖醇、0.15重量％乳糖醇或0.0787重量％肌醇作为氧化物沟槽凹陷减少剂；并将pH调节至5.35。
抛光组合物的磨料稳定性测试在50℃下进行至少10天或更久。
使用DLS技术(DLS＝动态光散射)来测量测试的抛光组合物的MPS(nm)或D99(nm)。
在化学添加剂下所用二氧化铈涂覆的二氧化硅磨料的稳定性测试结果列于表30中。
表30.粒度稳定性(MPS)测试结果@50℃-D99(nm)
Figure BDA0002114429150000461
到第4天，在50℃下，0.2重量％二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒在分别具有0.15重量％麦芽糖醇、0.15重量％乳糖醇和0.0787重量％肌醇的组合物中的MPS变化为0.23％、0.34％和0.39％。
到第18天，在50℃下，0.2重量％二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒在具有0.15重量％麦芽糖醇的组合物中的平均粒度变化小于1.9％。
到第11天，在50℃下，0.2重量％二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒在具有0.0787重量％肌醇的组合物中的平均粒度变化小于0.83％。
到第32天，在50℃下，0.2重量％二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒在具有0.15重量％乳糖醇的组合物中的平均粒度变化小于1.3％。
表31中列出了更多稳定性测试。
表31.粒度稳定性测试结果@50℃-MPS(nm)和D99(nm)
Figure BDA0002114429150000462
到第62天，在50℃下，0.2重量％二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒在具有0.15重量％麦芽糖醇的组合物中的平均粒度和D99变化分别小于8.34×10-4和0.63％。
此外，颗粒稳定性测试也在50℃下在包含更高浓度的二氧化铈涂覆的二氧化硅磨料(大于0.2重量％)和更高浓度的作为氧化物沟槽凹陷减少剂的麦芽糖醇(大于0.15重量％)的抛光组合物上进行。
测试结果列于表32中。
数据显示，到第42天，在50℃下，0.8重量％二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒在具有0.6重量％麦芽糖醇的组合物中的MPS和D99变化分别小于0.41％和小于0.23％。
表32.粒度稳定性测试结果@50℃-MPS(nm)和D99(nm)
Figure BDA0002114429150000472
数据还显示，到第42天，在50℃下，0.8重量％二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒在具有0.6重量％麦芽糖醇的组合物中的MPS和D99变化分别小于0.41％和小于0.23％。
到第42天，在50℃下，1.6重量％二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒在具有1.2重量％麦芽糖醇的组合物中的MPS和D99变化分别小于1.2％和小于1.6％。
到第42天，在50℃下，2.4重量％二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒在具有1.8重量％麦芽糖醇的组合物中的MPS和D99变化分别小于0.33％和小于0.23％。
如表30至32中所示的结果，当麦芽糖醇、乳糖醇或肌醇作为氧化物沟槽凹陷减少剂与作为磨料的二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒一起使用时，抛光组合物即使在升高的测试温度下也显示出非常好的MPS(nm)和D99(nm)的粒度稳定性。
包含二氧化铈涂覆的胶体二氧化硅磨料和更高浓度的作为氧化物沟槽凹陷减少剂的麦芽糖醇的抛光组合物在升高的温度下均显示出非常好的MPS(nm)和D99(nm)的粒度稳定性。
实施例13
使用本发明的CMP抛光组合物的另一个关键益处是在抛光中和抛光后的总缺陷计数减少，这是通过使用二氧化铈涂覆的胶体二氧化硅复合颗粒作为磨料代替使用煅烧的二氧化铈颗粒作为磨料来实现的。
制备以下三种抛光组合物用于缺陷测试。第一个样品使用0.5重量％的煅烧二氧化铈磨料、0.05重量％的聚丙烯酸盐和低浓度的杀生物剂制备；第二个样品使用0.2重量％的二氧化铈涂覆的二氧化硅磨料、0.28重量％的麦芽糖醇和低浓度的杀生物剂制备；第三个样品使用0.2重量％的二氧化铈涂覆的二氧化硅磨料、0.28重量％的乳糖醇和低浓度的杀生物剂制备。为了获得相似的介电膜去除速率以便比较，在样品1中使用更高浓度的煅烧二氧化铈磨料。
所有三种制剂的pH值均为5.35。
通过使用前面列出的三种抛光组合物来比较抛光的TEOS和SiN晶片上的总缺陷计数。总缺陷计数结果列于表33中。
如表33中显示的总缺陷计数结果，相比于使用包含煅烧的二氧化铈磨料和聚丙烯酸盐作为化学添加剂的抛光组合物获得的总缺陷计数而言，使用二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒作为磨料和麦芽糖醇或乳糖醇作为沟槽凹陷减少剂的抛光组合物在抛光的TEOS和SiN晶片上提供了显著降低的总缺陷计数。
表33.不同抛光组合物对TEOS和SiN总缺陷计数的影响
Figure BDA0002114429150000491
实施例14
制备以下四种抛光组合物用于缺陷测试。
前两种抛光组合物使用煅烧的二氧化铈磨料、0.28重量％的麦芽糖醇或0.28重量％的乳糖醇作为氧化物沟槽凹陷减少剂和低浓度的杀生物剂；另外两种抛光组合物用二氧化铈涂覆的二氧化硅磨料、0.28重量％麦芽糖醇或0.28重量％乳糖醇作为氧化物沟槽凹陷减少剂和低浓度杀生物剂制备。所有四种制剂的pH值均为5.35。
所有化学添加剂以相同重量％使用，但使用了不同类型的磨料，例如煅烧的二氧化铈与二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒作为磨料。
观察不同类型的磨料对膜去除速率和TEOS:SiN选择性的影响，结果列于表34中。
表34.不同类型的磨料对膜RR和TEOS:SiN选择性的影响
Figure BDA0002114429150000492
如表34中所示的结果，相比于使用煅烧二氧化铈作为磨料的抛光组合物获得的那些膜去除速率，使用二氧化铈涂覆的二氧化硅作为磨料的抛光组合物确实提供了高得多的TEOS和HDP膜去除速率。
通过使用前面列出的四种抛光组合物来比较抛光的TEOS和SiN晶片上的标准化总缺陷计数。标准化的总缺陷计数结果列于表35中。
表35.不同类型的磨料对标准化TEOS和SiN总缺陷计数的影响
Figure BDA0002114429150000501
如表35中显示的标准化总缺陷计数结果，相比于使用包含煅烧二氧化铈磨料和麦芽糖醇或乳糖醇作为氧化物沟槽凹陷减少化学添加剂的抛光组合物获得的总缺陷计数而言，使用二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒作为磨料和麦芽糖醇或乳糖醇作为沟槽凹陷减少剂的抛光组合物在抛光的TEOS和SiN晶片上提供了显著较低的标准化总缺陷计数。
以上列出的本发明的实施方式(包括工作实施例)是可以由本发明实现的许多实施方式的示例。设想可以使用所述方法的许多其他配置，并且所述方法中使用的材料可以从除了具体公开的那些之外的许多材料中选择。

Claims (29)

1.一种化学机械抛光(CMP)组合物，所述组合物包含：
磨料颗粒，其选自
二氧化铈涂覆的无机氧化物颗粒，其选自二氧化铈涂覆的胶体二氧化硅、二氧化铈涂覆的高纯度胶体二氧化硅、二氧化铈涂覆的氧化铝、二氧化铈涂覆的二氧化钛、二氧化铈涂覆的氧化锆颗粒及其组合；
二氧化铈涂覆的有机聚合物颗粒，其选自二氧化铈涂覆的聚苯乙烯颗粒、二氧化铈涂覆的聚氨酯颗粒、二氧化铈涂覆的聚丙烯酸酯颗粒及其组合；和
其组合；
化学添加剂；
溶剂，其选自去离子(DI)水、蒸馏水和醇类有机溶剂；和
任选地
杀生物剂；和
pH调节剂；
其中
所述组合物的pH为2至12；和
所述化学添加剂选自
(A)分子结构(a)：
Figure FDA0002114429140000011
其中R1、R2、R3、R4和R5(R1至R5的组中的R)选自：
(1)(i)R1至R5的组中的至少一个R是具有(b)中所示结构的多元醇分子单元：
Figure FDA0002114429140000021
其中m或n独立地选自1至5；并且R6、R7、R8和R9各自独立地选自氢、烷基、烷氧基、具有一个或多个羟基的有机基团、取代的有机磺酸或盐、取代的有机羧酸或盐、有机羧酸酯、有机胺及其组合；
和
(ii)R1至R5的组中的其它R各自独立地选自氢、烷基、烷氧基、具有一个或多个羟基的有机基团、取代的有机磺酸或盐、取代的有机羧酸或盐、有机羧酸酯、有机胺及其组合；
和
(2)(i)R1至R5的组中的至少一个R是具有(b)中所示结构的多元醇分子单元：
Figure FDA0002114429140000022
其中m或n独立地选自1至5；并且R6、R7、R8和R9各自独立地选自氢、烷基、烷氧基、具有一个或多个羟基的有机基团、取代的有机磺酸或盐、取代的有机羧酸或盐、有机羧酸酯、有机胺及其组合；
(ii)R1至R5的组中的至少一个R是如(c)中所示的六元环多元醇：
Figure FDA0002114429140000031
其中
结构(c)中OR11、OR12、OR13和OR14的组中的一个OR被O替代；且
R10及R11、R12、R13和R14的组中的其它各个R独立地选自氢、烷基、烷氧基、具有一个或多个羟基的有机基团、取代的有机磺酸或盐、取代的有机羧酸或盐、有机羧酸酯、有机胺及其组合；
和
(iii)R1至R5的组中的其它R各自独立地选自氢、烷基、烷氧基、具有一个或多个羟基的有机基团、取代的有机磺酸或盐、取代的有机羧酸或盐、有机羧酸酯、有机胺及其组合；
(B)选自由至少一种(d)、至少一种(e)、至少一种(f)、至少一种(g)、至少一种(h)及其组合组成的组的分子结构；
Figure FDA0002114429140000032
Figure FDA0002114429140000041
其中n选自3至12；
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13和R14可以是相同或不同的原子或官能团；并且每个R独立地选自氢、氧、烷基、烷氧基、具有一个或多个羟基的有机基团、取代的有机磺酸、取代的有机磺酸盐、取代的有机羧酸、取代的有机羧酸盐、有机羧酸酯、有机胺基团及其组合；其中，它们中的至少四个是氢原子。
2.根据权利要求1所述的化学机械抛光(CMP)组合物，其中
所述磨料颗粒的范围为0.05重量％至10重量％，并且平均粒径为5nm至500nm；
所述化学添加剂的范围为0.01重量％至20.0重量％，并且在其分子结构中具有至少四个羟基官能团；和
所述组合物的pH为3至10。
3.根据权利要求2所述的化学机械抛光(CMP)组合物，其中所述磨料颗粒在20至60℃的温度下，在≥30天的保质期内平均粒径MPS(nm)和D99(nm)的变化≤5.0％；其中D99(nm)是99重量％的颗粒落入其以下的粒径。
4.根据权利要求1-3任一项所述的化学机械抛光(CMP)组合物，其中
所述磨料颗粒的平均粒径为5nm至500nm，并且浓度为0.05重量％至10重量％；
所述化学添加剂(a)在其分子结构中具有至少六个羟基官能团，并且R1、R2、R3、R4和R5(R1至R5的组中的R)选自(1)，并且范围为0.05重量％至5重量％；
所述组合物的pH为3至10；和
所述二氧化铈涂覆的胶体二氧化硅颗粒在20至60℃的温度下，在≥30天的保质期内平均粒径MPS(nm)和D99(nm)的变化≤3.0％；其中D99(nm)是99重量％的颗粒落入其以下的粒径。
5.根据权利要求4所述的化学机械抛光(CMP)组合物，其中
所述多元醇分子单元(b)中n＝2且m＝1；并且R1至R9的组中的其余R全部是氢原子，如下所示：
Figure FDA0002114429140000051
所述溶剂是去离子(DI)水；和
所述二氧化铈涂覆的胶体二氧化硅颗粒的平均粒径MPS(nm)和D99(nm)的变化≤2.0％。
6.根据权利要求1-3任一项所述的化学机械抛光(CMP)组合物，其中
所述磨料颗粒的平均粒径为5nm至500nm，并且浓度为0.05重量％至10重量％；
所述化学添加剂(a)在其分子结构中具有至少六个羟基官能团，并且R1、R2、R3、R4和R5(R1至R5的组中的R)选自(2)，并且范围为0.05重量％至5重量％；
所述组合物的pH为3至10；和
所述二氧化铈涂覆的胶体二氧化硅颗粒在20至60℃的温度下，在≥30天的保质期内平均粒径MPS(nm)和D99(nm)的变化≤3.0％；其中D99(nm)是99重量％的颗粒落入其以下的粒径。
7.根据权利要求6所述的化学机械抛光(CMP)组合物，其中
所述多元醇分子单元(b)中n＝2且m＝1；并且R1至R14的组中的其余R全部是氢原子，如下所示：
Figure FDA0002114429140000062
并且所述溶剂是去离子(DI)水；和
所述二氧化铈涂覆的胶体二氧化硅颗粒的平均粒径MPS(nm)和D99(nm)的变化≤2.0％。
8.根据权利要求1-3任一项所述的化学机械抛光(CMP)组合物，其中
所述磨料颗粒的范围为0.05重量％至10重量％，并且平均粒径为5nm至500nm；
所述化学添加剂的范围为0.01重量％至20.0重量％，并且选自麦芽糖醇、乳糖醇、麦芽三醇、核糖醇、D-山梨糖醇、甘露醇、卫矛醇、艾杜糖醇、D-(-)-果糖、脱水山梨糖醇、蔗糖、肌醇、葡萄糖、D-阿拉伯糖、L-阿拉伯糖、L-甘露糖、D-甘露糖、内消旋赤藓糖醇、核糖、β-乳糖及其组合；
所述组合物的pH为3至10。
9.根据权利要求1-8任一项所述的化学机械抛光(CMP)组合物，其中
所述磨料颗粒是二氧化铈涂覆的胶体二氧化硅颗粒，其平均粒径为5nm至500nm，并且浓度为0.05重量％至10重量％；
所述化学添加剂的范围为0.05重量％至5重量％，并且选自麦芽糖醇、乳糖醇、麦芽三醇、D-山梨糖醇、甘露醇、卫矛醇、艾杜糖醇、D-(-)-果糖、蔗糖、肌醇、葡萄糖、L-甘露糖、D-甘露糖、β-乳糖及其组合；
所述组合物的pH为3至10；和
所述二氧化铈涂覆的胶体二氧化硅颗粒在20至60℃的温度下，在≥30天的保质期内平均粒径MPS(nm)和D99(nm)的变化≤3.0％；其中D99(nm)是99重量％的颗粒落入其以下的粒径。
10.根据权利要求1-9任一项所述的化学机械抛光(CMP)组合物，其中所述组合物包含二氧化铈涂覆的胶体二氧化硅颗粒，其平均粒径为5nm至500nm，并且浓度为0.05重量％至10重量％；
所述化学添加剂选自麦芽糖醇、乳糖醇、麦芽三醇、D-山梨糖醇、甘露醇、卫矛醇、D-(-)-果糖、β-乳糖及其组合；并且
所述二氧化铈涂覆的胶体二氧化硅颗粒在20至60℃的温度下，在≥30天的保质期内平均粒径MPS(nm)和D99(nm)的变化≤2.0％；其中D99(nm)是99重量％的颗粒落入其以下的粒径。
11.根据权利要求1-10任一项所述的化学机械抛光组合物，其中所述组合物包含选自以下的一者：0.0001重量％至0.05重量％的杀生物剂，所述杀生物剂的活性成分选自5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮及其组合；0重量％至1重量％的pH调节剂，所述pH调节剂对于酸性pH条件选自硝酸、盐酸、硫酸、磷酸、其他无机或有机酸及其混合物，或者对于碱性pH条件选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、四烷基氢氧化铵、有机季铵氢氧化物、有机胺及其组合；及其组合。
12.一种化学机械抛光(CMP)具有至少一个包含氧化硅膜的表面的半导体衬底的方法，所述方法包括：
(a)提供所述半导体衬底；
(b)提供抛光垫；
(c)提供权利要求1-11任一项所述的化学机械抛光(CMP)组合物；
(d)使所述半导体衬底的所述表面与所述抛光垫和所述化学机械抛光组合物接触；和
(e)抛光所述至少一个包含氧化硅膜的表面；
其中所述氧化硅膜选自化学气相沉积(CVD)、等离子体增强CVD(PECVD)、高密度沉积CVD(HDP)、旋制氧化硅膜、可流动CVD氧化物膜、碳掺杂氧化物膜、氮掺杂氧化物膜及其组合。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述化学机械抛光(CMP)组合物包含：
平均粒径为5nm至500nm的所述磨料颗粒；
其中所述二氧化铈涂覆的无机氧化物颗粒在20至60℃的温度下，在≥30天的保质期内平均粒径MPS(nm)和D99(nm)的变化≤5.0％；其中D99(nm)是99重量％的颗粒落入其以下的粒径；
在其分子结构中具有至少四个羟基官能团的所述化学添加剂；和
所述化学机械抛光(CMP)组合物的pH为3至10。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述化学机械抛光(CMP)组合物包含：
平均粒径为5nm至500nm的所述磨料颗粒；
其中所述二氧化铈涂覆的无机氧化物颗粒在20至60℃的温度下，在≥30天的保质期内平均粒径MPS(nm)和D99(nm)的变化≤3.0％；其中D99(nm)是99重量％的颗粒落入其以下的粒径；
所述化学添加剂(a)在其分子结构中具有至少六个羟基官能团，并且R1、R2、R3、R4和R5(R1至R5的组中的R)选自(1)，并且范围为0.05重量％至5重量％；和
所述组合物的pH为3至10。
15.根据权利要求14所述的方法，其中
所述化学添加剂中的多元醇分子单元(b)中n＝2且m＝1；并且R1至R9的组中的其余R全部是氢原子，如下所示：
所述溶剂是去离子(DI)水；
所述二氧化铈涂覆的胶体二氧化硅颗粒的平均粒径MPS(nm)和D99(nm)的变化≤2.0％；和
氧化物沟槽凹陷速率
Figure FDA0002114429140000101
与空白HDP膜去除速率
Figure FDA0002114429140000102
之比≤0.1。
16.根据权利要求12或13所述的方法，其中所述化学机械抛光(CMP)组合物包含：
平均粒径为5nm至500nm的所述磨料颗粒二氧化铈涂覆的胶体二氧化硅颗粒或二氧化铈颗粒；
所述化学添加剂在其分子结构中具有至少六个羟基官能团，并且R1、R2、R3、R4和R5(R1至R5的组中的R)选自(2)；
所述二氧化铈涂覆的胶体二氧化硅颗粒在20至60℃的温度下，在≥30天的保质期内平均粒径MPS(nm)和D99(nm)的变化≤3.0％；其中D99(nm)是99重量％的颗粒落入其以下的粒径；和
所述组合物的pH为3至10。
17.根据权利要求16所述的方法，其中
所述化学添加剂中的多元醇分子单元(b)中n＝2且m＝1；并且R1至R14的组中的其余R全部是氢原子，如下所示：
Figure FDA0002114429140000103
所述溶剂是去离子(DI)水；
所述二氧化铈涂覆的胶体二氧化硅的平均粒径MPS(nm)和D99(nm)的变化≤2.0％；和
氧化物沟槽凹陷速率
Figure FDA0002114429140000104
与空白HDP膜去除速率
Figure FDA0002114429140000105
之比≤0.1。
18.根据权利要求12所述的方法，其中所述化学机械抛光(CMP)组合物包含：
平均粒径为5nm至500nm的所述磨料颗粒；
所述磨料颗粒在20至60℃的温度下，在≥30天的保质期内平均粒径MPS(nm)和D99(nm)的变化≤5.0％；其中D99(nm)是99重量％的颗粒落入其以下的粒径；
所述化学添加剂选自麦芽糖醇、乳糖醇、麦芽三醇、核糖醇、D-山梨糖醇、甘露醇、卫矛醇、艾杜糖醇、D-(-)-果糖、脱水山梨糖醇、蔗糖、肌醇、葡萄糖、D-阿拉伯糖、L-阿拉伯糖、D-甘露糖、L-甘露糖、内消旋赤藓糖醇、核糖、β-乳糖及其组合；和
所述组合物的pH为3至10。
19.根据权利要求12所述的方法，其中所述化学机械抛光(CMP)组合物包含：
二氧化铈涂覆的胶体二氧化硅颗粒，其平均粒径为5nm至500nm；
其中所述二氧化铈涂覆的胶体二氧化硅颗粒在20至60℃的温度下，在≥30天的保质期内平均粒径MPS(nm)和D99(nm)的变化≤3.0％；其中D99(nm)是99重量％的颗粒落入其以下的粒径；
所述化学添加剂在其分子结构中具有至少五个羟基官能团；并且选自麦芽糖醇、乳糖醇、麦芽三醇、D-山梨糖醇、甘露醇、卫矛醇、艾杜糖醇、D-(-)-果糖、蔗糖、核糖、肌醇、葡萄糖、D-(+)-甘露糖、β-乳糖及其组合；
水；并且
所述组合物的pH为3至10。
20.根据权利要求12所述的方法，其中所述化学机械抛光(CMP)组合物包含：
二氧化铈涂覆的胶体二氧化硅颗粒，其平均粒径为5nm至500nm；
其中所述二氧化铈涂覆的胶体二氧化硅颗粒在20至60℃的温度下，在≥30天的保质期内平均粒径MPS(nm)和D99(nm)的变化≤2.0％；其中D99(nm)是99重量％的颗粒落入其以下的粒径；
所述化学添加剂选自麦芽糖醇、乳糖醇、麦芽三醇、D-山梨糖醇、甘露醇、卫矛醇、D-(-)-果糖、β-乳糖及其组合；和
水；
所述组合物的pH为3至10。
21.根据权利要求12-20任一项所述的方法，其中所述半导体衬底还包含氮化硅表面；并且氧化硅:氮化硅的去除选择性≥20。
22.一种化学机械抛光(CMP)具有至少一个包含氧化硅膜的表面的半导体衬底的系统，所述系统包含：
(a)所述半导体衬底；
(b)抛光垫；和
(c)根据权利要求1-11任一项所述的化学机械抛光(CMP)组合物；
其中
所述氧化硅膜选自化学气相沉积(CVD)、等离子体增强CVD(PECVD)、高密度沉积CVD(HDP)、旋制氧化硅膜、可流动CVD氧化物膜、碳掺杂氧化物膜、氮掺杂氧化物膜及其组合；和
所述至少一个包含氧化硅膜的表面与所述抛光垫和所述化学机械抛光组合物接触。
23.根据权利要求22所述的系统，其中所述化学机械抛光(CMP)组合物包含：
平均粒径为5nm至500nm的所述磨料颗粒；
其中所述磨料颗粒在20至60℃的温度下，在≥30天的保质期内平均粒径MPS(nm)和D99(nm)的变化≤5.0％；其中D99(nm)是99重量％的颗粒落入其以下的粒径；
所述化学添加剂(a)在其分子结构中具有至少六个羟基官能团，并且R1、R2、R3、R4和R5(R1至R5的组中的R)选自(1)，并且范围为0.05重量％至5重量％；和
所述组合物的pH为3至10。
24.根据权利要求23所述的系统，其中
所述化学添加剂中的多元醇分子单元(b)中n＝2且m＝1；并且R1至R9的组中的其余R全部是氢原子，如下所示：
Figure FDA0002114429140000131
所述溶剂是去离子(DI)水；和
所述二氧化铈涂覆的胶体二氧化硅颗粒的平均粒径MPS(nm)和D99(nm)的变化≤2.0％。
25.根据权利要求22所述的系统，其中所述化学机械抛光(CMP)组合物包含：
所述磨料颗粒是二氧化铈涂覆的胶体二氧化硅颗粒，其平均粒径为5nm至500nm；
其中所述磨料颗粒在20至60℃的温度下，在≥30天的保质期内平均粒径MPS(nm)和D99(nm)的变化≤5.0％；其中D99(nm)是99重量％的颗粒落入其以下的粒径；
所述化学添加剂(a)在其分子结构中具有至少六个羟基官能团，并且R1、R2、R3、R4和R5(R1至R5的组中的R)选自(2)；和
所述组合物的pH为3至10。
26.根据权利要求25所述的系统，其中
所述化学添加剂中的多元醇分子单元(b)中n＝2且m＝1；并且R1至R14的组中的其余R全部是氢原子，如下所示：
Figure FDA0002114429140000141
并且所述溶剂是去离子(DI)水；和
所述二氧化铈涂覆的胶体二氧化硅颗粒的平均粒径MPS(nm)和D99(nm)的变化≤2.0％；和
氧化物沟槽凹陷速率
Figure FDA0002114429140000142
与空白HDP膜去除速率之比≤0.1。
27.根据权利要求22所述的系统，其中所述化学机械抛光(CMP)组合物包含：
平均粒径为5nm至500nm的所述磨料颗粒；
所述磨料颗粒在20至60℃的温度下，在≥30天的保质期内平均粒径MPS(nm)和D99(nm)的变化≤3.0％；其中D99(nm)是99重量％的颗粒落入其以下的粒径；
所述化学添加剂选自麦芽糖醇、乳糖醇、麦芽三醇、核糖醇、D-山梨糖醇、甘露醇、卫矛醇、艾杜糖醇、D-(-)-果糖、脱水山梨糖醇、蔗糖、肌醇、葡萄糖、D-阿拉伯糖、L-阿拉伯糖、D-甘露糖、L-甘露糖、内消旋赤藓糖醇、核糖、β-乳糖及其组合；和
所述组合物的pH为3至10。
28.根据权利要求22所述的系统，其中所述化学机械抛光(CMP)组合物包含：
二氧化铈涂覆的胶体二氧化硅颗粒，其平均粒径为5nm至500nm；
其中所述二氧化铈涂覆的胶体二氧化硅颗粒在20至60℃的温度下，在≥30天的保质期内平均粒径MPS(nm)和D99(nm)的变化≤3.0％；其中D99(nm)是99重量％的颗粒落入其以下的粒径；
所述化学添加剂在其分子结构中具有至少五个羟基官能团；并且选自麦芽糖醇、乳糖醇、麦芽三醇、D-山梨糖醇、甘露醇、卫矛醇、艾杜糖醇、D-(-)-果糖、蔗糖、核糖、肌醇、葡萄糖、D-(+)-甘露糖、β-乳糖及其组合；
水；
所述组合物的pH为3至10。
29.根据权利要求22所述的系统，其中所述化学机械抛光(CMP)组合物包含：
二氧化铈涂覆的胶体二氧化硅颗粒，其平均粒径为5nm至500nm；
其中所述二氧化铈涂覆的胶体二氧化硅颗粒在20至60℃的温度下，在≥30天的保质期内平均粒径MPS(nm)和D99(nm)的变化≤2.0％；其中D99(nm)是99重量％的颗粒落入其以下的粒径；
所述化学添加剂选自麦芽糖醇、乳糖醇、麦芽三醇、D-山梨糖醇、甘露醇、卫矛醇、D-(-)-果糖、β-乳糖及其组合；和
水；
所述组合物的pH为3至10。
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