CN110857380A - 用于抛光氧化物材料的化学机械平面化组合物及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

抛光组合物包含二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒和具有选自磺酸基、膦酸基、吡啶化合物及其组合中的一种的有机酸，pH为5‑10，电导率为0.2‑10毫西门子/厘米，该抛光组合物提供了用于先进半导体器件制造的非常高的氧化硅去除速率。

Description

用于抛光氧化物材料的化学机械平面化组合物及其使用方法
相关申请的交叉引用
本申请要求均为2018年8月9日提交的美国临时专利申请号 62/716,784和美国临时专利申请号62/716,769的权益，所述临时专利申请通过引用并入本文如同全文在本文中给出一样。
技术领域
本申请涉及用于半导体器件生产的化学机械平面化/抛光 (“CMP”)组合物(CMP浆料、CMP组合物或CMP制剂可互换使用)，以及用于进行化学机械平面化的抛光方法。特别是，它涉及包含适用于抛光包含氧化物材料的图案化半导体晶片的复合磨料颗粒的抛光组合物。
背景技术
氧化硅(二氧化硅)广泛用作半导体工业中的介电材料。在集成电路(IC)制造工艺中存在多个CMP步骤，例如浅沟槽隔离(STI)、层间电介质(ILD)CMP和栅极多CMP。典型的氧化物CMP浆料包含磨料，有或没有其他化学品。其他化学品包括用于改善浆料稳定性的分散剂、用于提高去除速率的增效剂及用于在达到阻挡层(例如 STI应用中的SiN)时降低去除速率和停止抛光的抑制剂。
CMP浆料中使用的常用磨料包括但不限于二氧化硅、氧化铝、氧化锆、二氧化钛和二氧化铈。二氧化铈因其对二氧化硅的高反应性而为人熟知。由于其对二氧化硅的高反应性，二氧化铈广泛用于STI CMP浆料中以提供最大的氧化物去除速率(RR)。
Cook等(Lee M.Cook,Journal of Non-Crystalline Solids 120 (1990)152-171)提出了“化学牙齿(chemical tooth)”机制来解释二氧化铈的这种非凡特性。根据该机制，当二氧化铈颗粒被压到氧化硅膜上时，二氧化铈使二氧化硅键断裂，形成Ce-O-Si结构，且因此从表面切割二氧化硅。
随着半导体技术的发展，存在着需要创新的CMP溶液来提供高氧化硅去除速率和高水平的平面性的新应用。一种这样的应用是制造三维(3D)存储器结构。3D存储器结构垂直堆叠存储器单元，允许每个单元之间较宽的间隙，以克服图案化限制。例如，3D NAND存储器结构通常使用厚氧化物和氮化物的交替层，或氧化物和导体层，以形成楼梯形式的垂直NAND结构。在这些应用中，氧化物层通常厚于3微米。为了保持产量要求，必须以非常高的速率抛光氧化物层，如US2017133236中公开的。
因此，对于可以提供高氧化硅去除速率、高平面化效率和优异浆料稳定性的CMP组合物、方法和系统存在着显著需求。
发明内容
提供本概述是为了以简化形式介绍概念的选择，这些概念将在下文的具体实施方式中进一步描述。本概述不旨在确认要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制要求保护的主题的范围。
如下所述并由所附权利要求限定的所公开的实施方式包括满足以非常高的去除速率抛光包含氧化硅结构的半导体晶片的需要的用于抛光氧化物材料的CMP抛光组合物，以及相关的方法和系统。
所公开的实施方式通过提供在抛光半导体晶片时允许高氧化硅去除速率、高平面化效率和优异浆料稳定性的组合物、方法和系统而满足了本领域的需要。例如，一个实施方式满足了以大于10000埃/ 分钟的氧化硅去除速率抛光半导体的需要。优选的实施方式满足在 300mm晶片抛光机上，在4psi下向力和126rpm台板速度，150 ml/min浆料流速下抛光期间以大于12500埃/分钟或大于15000埃/分钟的氧化硅去除速率抛光半导体的需要。本申请中公开的制剂尤其可用于抛光用于3D-NAND存储器结构应用的半导体晶片。
本文所述的CMP浆料制剂的实施方式包含磨料颗粒、氧化硅去除速率加速剂(removal rate accelerator)和溶剂。CMP浆料制剂可任选地包含用于pH和电导率调节的添加剂、生物生长抑制剂、表面活性剂、分散剂和功能添加剂，例如用于阻挡膜的抑制的化学品。
优选的磨料包括但不限于用覆盖有形成壳的细二氧化铈磨料颗粒的SiO2(二氧化硅)核配制的复合二氧化铈磨料。优选的氧化硅去除速率加速剂包括但不限于盐，例如硝酸盐、磷酸盐、膦酸盐、硫酸盐、磺酸盐、羧酸盐或其组合的盐，相应的酸，例如硝酸、磺酸、硫酸、膦酸、次膦酸、羧酸或其组合。优选地，浆料制剂具有7至11 的pH，其优选使用合适的酸或碱调节，包括但不限于HNO3和 NH4OH。优选地，浆料制剂具有0.3-9mS/cm的电导率。
另外，下文概述了本文公开的主题的系统和方法的多个具体方面。
方面1：一种用于抛光氧化物材料的化学机械平面化(CMP)组合物，其包含：
磨料，所述磨料选自无机氧化物颗粒、掺杂的无机氧化物颗粒、表面涂覆的复合无机氧化物颗粒、有机聚合物颗粒、无机氧化物涂覆的有机聚合物颗粒及其组合；
去除速率加速剂；和
溶剂；
其中所述组合物进一步具有大于5的pH。
方面2.方面1的CMP组合物，其中所述磨料选自氧化铈(二氧化铈)、氧化铝、氧化锆、硅酸锆、氧化锡、二氧化硅、氧化钛、氧化锗、氧化钒、掺杂的无机氧化物、复合无机氧化物及其组合。
方面3.方面2的CMP组合物，其中所述磨料包含选自煅烧二氧化铈、胶体二氧化铈、二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒及其组合的氧化铈。
方面4.方面3的CMP组合物，其中所述磨料包含二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒，所述二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒包含涂覆有晶体二氧化铈纳米颗粒的无定形二氧化硅核颗粒。
方面5.方面4的CMP组合物，其中所述晶体二氧化铈纳米颗粒包含单晶。
方面6.方面4的CMP组合物，其中所述二氧化铈纳米颗粒与所述无定形二氧化硅核颗粒的重量比为0.01至1.5或更大。
方面7.方面4的CMP组合物，其中所述无定形二氧化硅核颗粒的直径范围为20至550纳米，并且所述二氧化铈纳米颗粒的直径大于10纳米，其中所述无定形二氧化硅核颗粒的直径大于所述二氧化铈纳米颗粒的直径。
方面8.方面1-7中任一项的CMP组合物，其中所述去除速率加速剂是有机酸或有机酸盐，所述有机酸或有机酸盐具有选自磺酸基、膦酸基、吡啶基及其组合中的一种。
方面9.方面1-8中任一项的CMP组合物，其中所述去除速率加速剂是选自硝酸盐、磷酸盐和硫酸盐的盐。
方面10.方面1-9中任一项的CMP组合物，其中所述溶剂选自水、极性非水性溶剂及其混合物。
方面11.方面10的CMP组合物，其中所述非水性溶剂选自醇、醚、酮及其组合。
方面12.方面1-11中任一项的CMP组合物，其中所述去除速率加速剂是选自硝酸、磺酸、硫酸、膦酸、羧酸及其组合的酸。
方面13.方面1-12中任一项的CMP组合物，其中所述去除速率加速剂是选自苯基膦酸、苯甲酸、乙酸、丙二酸、戊二酸、草酸及其组合的酸。
方面14.方面1-13中任一项的CMP组合物，其中所述去除速率加速剂是选自以下的磺酸：甲磺酸、苯磺酸、甲苯磺酸、对甲苯磺酸、乙二磺酸、萘二磺酸、丙烯酰胺丙磺酸、吗啉代丙磺酸、3-(N-吗啉代) 丙磺酸(MOPS)、4-吗啉乙磺酸(MES)、β-羟基-4-吗啉丙磺酸(MOPSO)、4-(2-羟乙基)哌嗪-1-乙磺酸(HEPES)、1,4-哌嗪二乙磺酸(PIPES)、哌嗪-1,4-双(2-羟基丙磺酸)二水合物(POPSO)、4-(2- 羟乙基)-1-哌嗪丙磺酸(EPPS)、哌嗪二乙磺酸、羟乙基哌嗪乙磺酸及其组合。
方面15.方面8的CMP组合物，其中所述去除速率加速剂是具有吡啶基团的有机酸，其具有以下结构：
Figure 618374DEST_PATH_IMAGE001
其中R1、R2、R3、R4和R5独立地选自氢、羧酸、羧酸酯、有机磺酸、有机胺、有机酰胺和羟基基团。
方面16.方面15的CMP组合物，其中R1、R2、R3、R4和R5 中的至少一个是羧酸。
方面17.方面1-16中任一项的CMP组合物，其中所述去除速率加速剂是选自以下的吡啶化合物：吡啶；吡啶单羧酸；吡啶二羧酸；吡啶甲酸；烟酸；异烟酸；吡啶二甲酸；2,5-吡啶二羧酸；3,5-吡啶二羧酸；2,3-吡啶二羧酸；和3,4-吡啶二羧酸。
方面18.方面1-17中任一项的CMP组合物，其中所述CMP组合物的pH为7至11。
方面19.方面1-18中任一项的CMP组合物，其中所述CMP组合物的电导率为0.3至9毫西门子/厘米。
方面20.方面1-19中任一项的CMP组合物，其中所述组合物包含至少一种添加剂，所述添加剂选自用于去除速率选择性的添加剂、 pH调节剂、表面活性剂、分散剂和生物生长抑制剂。
方面21.方面1-20中任一项的CMP组合物，其中所述磨料包含具有比-25毫伏更负的ζ电位的颗粒。
方面22.一种用于包括第一材料和第二材料的半导体器件的化学机械平面化(CMP)的抛光方法，其包括以下步骤：
(a)使所述第一材料的至少一个表面与CMP抛光垫接触；
(b)将方面1-21中任一项的CMP抛光组合物递送至所述至少一个表面；
(c)用所述抛光组合物抛光所述至少一个表面而以大于10000 埃/分钟的去除速率除去所述第一材料。
方面23.方面22的抛光方法，其中所述第一材料是选自以下的氧化硅材料：热氧化物、使用原硅酸四乙酯(TEOS)前体沉积的TEOS 膜、高密度等离子体(HDP)氧化物、高纵横比工艺(HARP)膜、氟化氧化物膜、掺杂的氧化物膜、旋涂玻璃(SOG)、可流动化学气相沉积(CVD)膜、光学玻璃、显示器玻璃及其组合。
方面24.方面23的抛光方法，其中所述第二材料选自氮化硅、多晶硅及其组合。
方面25.一种用于化学机械平面化的系统，其包括：
(d)图案化衬底(patterned substrate)，其包括至少一个表面，该至少一个表面具有第一材料和第二材料；
(e)抛光垫；和
(f)方面1-21中任一项的CMP抛光组合物；
其中所述至少一个表面与所述抛光垫和所述抛光组合物接触，并且所述第一材料是选自以下的氧化硅材料：热氧化物、使用原硅酸四乙酯(TEOS)前体沉积的TEOS膜、高密度等离子体(HDP)氧化物、高纵横比工艺(HARP)膜、氟化氧化物膜、掺杂的氧化物膜、旋涂玻璃(SOG)、可流动化学气相沉积(CVD)膜、光学玻璃、显示器玻璃及其组合。
具体实施方式
以下详细描述仅仅是提供了优选示例性实施方式，而不旨在限制本发明的范围、适用性或配置。更准确地说，以下对优选示例性实施方式的详细描述将为本领域技术人员提供使其能够实现本发明的优选示例性实施方式的描述。在不脱离如所附权利要求阐述的本发明的精神和范围的情况下，可以对要素的功能和布置进行各种改变。
本文定义的所有术语应提供其最广泛的可能解释，包括如通过阅读本说明书而确定的任何隐含含义，以及本领域技术人员和/或词典、论文或类似权威机构对其赋予特定含义的任何用语。此外，应当注意，如本说明书和所附权利要求中记载的，除非另有说明，否则单数形式“一个/一种(a/an)”和“该/所述(the)”包括复数指代。另外，当在本文中使用时，术语“包含”和“含有”指明某些特征存在于实施方式中，但不应解释为排除另外的特征、组分、操作和/或其组合的存在或添加。
本文公开了满足以非常高的去除速率抛光包含氧化硅结构的半导体晶片的需要的用于抛光氧化物材料的CMP抛光组合物，以及相关的方法和系统。
本文所述的CMP浆料制剂包含磨料(在本文中也称为磨料颗粒)、一种或多种加速氧化硅膜的去除速率的添加剂和溶剂。CMP 浆料制剂可任选地包含用于pH调节的添加剂、电导率调节剂、生物生长抑制剂、表面活性剂、分散剂和功能性添加剂，例如用于阻挡膜的抑制的化学品。
以下段落标题仅用于为本公开提供组织化，而不旨在以任何方式限制要求保护的发明的范围。
磨料
磨料，在本文中也称为磨料颗粒，可包括一种或多种金属氧化物、一种或多种类金属氧化物或者金属氧化物和类金属氧化物的化学混合物。优选的磨料包括但不限于无机氧化物颗粒、掺杂的无机氧化物颗粒、复合无机氧化物颗粒、有机聚合物颗粒、无机氧化物涂覆的有机聚合物颗粒或其组合。
磨料颗粒可具有不同的化学和物理形式，包括但不限于化学均相的、掺杂的、表面改性的和具有连续或不连续壳层的核-壳。
如本文所用，“掺杂的”无机氧化物颗粒是指其中有意地将次要(secondary)无机金属离子(以金属氧化物形式)引入主要(primary) 金属离子的结构中的磨料颗粒。例如，二氧化铈可以掺杂有镧或另一种次要金属离子。次要金属离子被引入并均匀分布在原始材料结构 (如果是晶体，则为晶格)中。掺杂的磨料在掺杂之前和之后保持单相。
如本文所用，“复合”无机氧化物颗粒是物理或化学地彼此连接以形成单一颗粒的两种金属氧化物。复合颗粒的实例包括但不限于核- 壳颗粒和表面涂覆的颗粒。与掺杂的金属氧化物相比，复合无机氧化物颗粒由多于一个相组成。
优选的金属氧化物磨料包括但不限于氧化铝、二氧化铈、氧化锗、二氧化硅、尖晶石、二氧化钛、钨的氧化物或氮化物、氧化锆或掺杂有一种或多种其他矿物质或元素的任何上述物质，及其任意组合。金属氧化物磨料可以通过多种技术中的任何一种生产，包括溶胶-凝胶、水热、水解、等离子体、热解、气凝胶、煅烧(fuming)和沉淀技术，及其任意组合。
沉淀的金属氧化物和类金属氧化物可按照已知方法通过金属盐和酸或其它沉淀剂的反应获得。
热解金属氧化物和/或类金属氧化物颗粒通过在氧/氢火焰中合适的可气化起始材料的水解获得。一个实例是来自四氯化硅的热解二氧化硅。氧化铝、氧化钛、氧化锆、硅酸锆、二氧化硅、氧化铈、氧化锡、氧化锗、氧化钒的热解氧化物及其化学和物理混合物是优选的磨料。
更优选的磨料颗粒包含氧化铈(二氧化铈)。包含氧化铈的磨料颗粒的实例包括但不限于煅烧(calcined)二氧化铈、胶体二氧化铈和二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒。最优选的磨料是由二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒组成的复合无机氧化物。
二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒包含作为核颗粒的无定形二氧化硅颗粒和作为壳的覆盖所述核的作为纳米颗粒的二氧化铈。每个二氧化硅颗粒的表面被二氧化铈纳米颗粒覆盖。二氧化硅核颗粒是无定形的，而二氧化铈纳米颗粒是晶体或更优选是单晶。如本文所用，单晶是指连续晶体结构。
覆盖核颗粒的表面的纳米颗粒的量优选落入以固体重量比表示的以下范围内。纳米颗粒的固体重量(b)相对于核颗粒的固体重量 (a)为(b)/(a)＝0.01至1.5，更优选0.01至1.2。
覆盖核颗粒的二氧化铈纳米颗粒的直径优选大于10纳米，更优选大于13纳米。核颗粒直径可以为15至500纳米，优选20至250 纳米，最优选50至200纳米。优选地，核颗粒直径大于壳颗粒的直径。如本文所用，术语直径是指颗粒的绝对直径。
在优选的实施方式中，二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒在抛光力下不崩解。在抛光力(即崩解力)的作用下不分解并保持原始粒度特征的颗粒在抛光过程中保持高去除速率。如果颗粒在抛光力下崩解，则由于实际上更小的磨料颗粒大小，去除速率将降低。颗粒的破碎也可以产生不规则形状的颗粒，其可以产生刮擦缺陷的不期望的效果。
在崩解力下的颗粒稳定性可以通过将制剂进行超声处理半小时并测量粒度分布的变化来测定。超声处理的优选条件是在具有100瓦输出和42千赫兹频率的浴中浸泡半小时。
粒度分布可以通过使用任何合适的技术测量，例如盘式离心机 (DC)方法或动态光散射(DLS)。粒度分布的变化可以用平均粒度或D50(50％颗粒低于该尺寸)或D99(99％颗粒低于该尺寸)或任何类似参数的变化来表征。优选地，通过使用例如DC和平均粒度、 D50、D75和/或D99，超声处理后二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒的粒度分布的变化小于10％，更优选小于5％，或最优选小于2％。
在CMP浆料制剂中使用这样的稳定颗粒允许更有效地利用抛光力以去除膜材料，并且还防止产生任何造成刮擦缺陷的不规则形状。
在一些实施方式中，二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒还可具有覆盖氧化铈颗粒的氧化硅薄层。不受任何特定理论束缚，据信氧化硅覆盖有助于稳定颗粒并使颗粒表面更带负电荷。
二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒可通过任何合适的方法制造。合适的制造方法的实例描述于以下专利中，其通过引入全文并入本文： JP6358899，JP6285775，JP2016084243，US2018105428，JP2017043531， JP2017193692，JP2017206410，JP2017206411，WO18088088，WO18121508，JP2016127139，US9447306，US6645265，JP5979340， WO2005/035688，US2012/077419，US2003/118824。
氧化硅去除速率加速剂
CMP浆料制剂可包含一种或多种用于加速氧化硅去除速率的化合物，在本文中称为氧化硅去除速率加速剂。优选的氧化硅去除速率加速剂是：具有磺酸基团或膦酸基团中的至少一种的有机酸、包含吡啶官能团的有机酸及其组合。
包含具有磺酸基的有机酸(在本文中也称为磺酸)的氧化硅速率加速剂包括但不限于芳族磺酸、脂族磺酸、哌嗪磺酸、二磺酸、具有氨基的芳族和脂族磺酸，其盐，及其组合。具有磺酸基的有机酸不包括含有与氢原子键合的氮原子的化合物。包含磺酸的氧化硅去除速率加速剂不包括任何含有磺酸基团的聚合物或表面活性剂化合物。
具有磺酸基的优选有机酸包括但不限于甲磺酸、苯磺酸、甲苯磺酸、对甲苯磺酸、乙二磺酸、萘二磺酸、丙烯酰胺丙磺酸、吗啉代丙磺酸、3-(N-吗啉代)丙磺酸(MOPS)、4-吗啉代乙磺酸(MES)、β- 羟基-4-吗啉丙磺酸(MOPSO)、4-(2-羟乙基)哌嗪-1-乙磺酸(HEPES)、1,4-哌嗪二乙磺酸(PIPES)、哌嗪-1,4-双(2-羟基丙磺酸)二水合物 (POPSO)、4-(2-羟乙基)-1-哌嗪丙磺酸(EPPS)、哌嗪二乙磺酸和羟乙基哌嗪乙磺酸酸。
更优选地，具有磺酸基的有机酸选自甲磺酸、苯磺酸、甲苯磺酸、对甲苯磺酸、乙二磺酸、萘二磺酸、4-(2-羟乙基)-1-哌嗪丙磺酸(EPPS)、哌嗪二乙磺酸、羟乙基哌嗪乙磺酸及其组合。
在一些实施方式中，氧化硅去除速率加速剂是具有膦酸基团的有机酸(在本文中也称为有机膦酸)，包括但不限于具有通式 R-P(O)(OH)2的取代的膦酸，其中R可以是除氢之外的任何取代基部分。这些实施方式包括相应的膦酸盐，其组合，以及酸和盐的组合。优选的有机膦酸是苯基膦酸、具有通式CH3-(CH2)n-P(O)(OH)2的直链烷基膦酸，其中n是1至25。更优选的有机膦酸是苯基膦酸、苯基次膦酸。
在一些实施方式中，氧化硅去除速率加速剂是吡啶化合物，包括但不限于2-吡啶羧酸、3-吡啶羧酸、4-吡啶羧酸、吡啶、吡啶-2,6-二羧酸、2,2-联吡啶。
在一些实施方式中，氧化硅去除速率加速剂包含被一个或多个羧酸基团取代的吡啶化合物，其具有式(I)的结构：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中R1、R2、R3、R4和R5独立地选自氢、羧酸、羧酸酯、有机磺酸、有机胺、有机酰胺、羟基基团。
在优选的实施方式中，吡啶化合物包含作为羧酸的至少一个选择的R基团。优选的吡啶化合物包括但不限于：2-吡啶羧酸；3-吡啶羧酸；4-吡啶羧酸；吡啶；吡啶-2,6-二羧酸；2,2-联吡啶及其组合。
CMP抛光组合物中使用的优选的吡啶化合物和衍生物还包括但不限于吡啶、吡啶单羧酸或吡啶二羧酸，例如吡啶甲酸、烟酸、异烟酸、吡啶二甲酸、2,5-吡啶二羧酸，3,5-吡啶二羧酸，2,3-吡啶二羧酸和3,4-吡啶二羧酸。
优选的氧化硅去除速率加速剂包括但不限于苯磺酸、甲苯磺酸、乙酸、苯基膦酸、苯基次膦酸和2-吡啶羧酸。
优选地，相对于CMP组合物的总重量，氧化硅去除速率加速剂的浓度范围为约0.001重量％至10重量％。更优选地，该范围为约0.01 重量％至8重量％。最优选地，该范围为约0.1重量％至5重量％。
溶剂
溶剂可以是水、一种或多种极性溶剂或其组合。优选的溶剂是水。
CMP浆料的制剂和物理特性
CMP组合物包含磨料颗粒、氧化硅去除速率加速剂和溶剂。任选地，pH调节剂用于将CMP组合物的pH调节至最佳pH条件。其他任选成分也可以如下所述存在。
基于CMP组合物的总重量，磨料颗粒以0.01重量％至20重量％，优选1重量％至10重量％，更优选约3重量％至约8重量％的量存在。
优选地，CMP组合物的pH大于5，更优选大于7。与酸性pH浆料相比，该pH范围的腐蚀性较小，并且会导致较低的垫和调理盘 (Conditioning Disk)磨损。氧化硅去除速率也在该pH范围内最大化。可以使用合适的pH调节剂来调节pH。
在优选的实施方式中，CMP制剂包含复合二氧化铈磨料(二氧化铈涂覆的二氧化硅)，和盐(硝酸盐、磷酸盐、硫酸盐)或组合的盐，或相应的酸(硝酸、磺酸、硫酸、膦酸、次膦酸)或组合的酸或其他酸(羧酸)，具有7-11的pH(通过合适的酸/碱如HNO3/NH4OH 调节)和0.3-9毫西门子/厘米的电导率。
在另一个优选的实施方式中，制剂由作为二氧化铈涂覆的二氧化硅的复合二氧化铈磨料(0.1-6重量％)和BSA/苯基膦酸/苯基次膦酸 (至多2.5重量％)制成，pH为7-11(通过合适的酸/碱如HNO3/NH4OH 调节)，且电导率为0.3-6毫西门子/厘米。
优选地，在25摄氏度下测量的浆料的电导率为0.1至20毫西门子/厘米，更优选为0.5至10毫西门子/厘米，最优选为1至5毫西门子/厘米。可以通过使用电导率调节添加剂来调节电导率。
为了提供稳定的浆料，磨料颗粒在使用时和在浓缩抛光组合物中必须具有足够负或正的ζ电位。ζ电位可以通过任何合适的技术测量，包括但不限于流动电位/电流测量、电泳速度测量和电声技术。
如使用电声ζ电位测量技术测量的，浆料中磨料颗粒的ζ电位优选比-25毫伏更负，或者比+25毫伏更正，更优选比-30毫伏更负，或者比+30毫伏更正，最优选比-35毫伏更负，或者比+35毫伏更正。
不受任何特定理论束缚，假设磺酸(或膦酸或次膦酸)能够还原二氧化铈中的氧化物以使更多的Ce(III)可用于提高氧化硅的抛光速率。
较高的氧化物去除速率和高度选择性的氧化物对氮化物的去除已经通过使用煅烧CeO2磨料的浆料在3.5至5.5的酸性pH范围内实现。使用这样的浆料，已经证实更高的氧化物去除速率通过在CeO2磨料上形成的更高Ce3+活性位点而实现。就电荷相互作用而言，CeO2磨料带正电(等电点(IEP)为大约6至7)，并且氧化物衬底在酸性浆液(pH 4-6)中带负电(IEP为大约2至3)。在8-10的碱性pH 下抛光的过程中，预期较低的氧化物去除速率，这不仅是由于煅烧 CeO2颗粒与氧化物衬底之间的排斥电荷相互作用，而且是由于CeO2磨料上的Ce3+活性位点被氢氧根离子“中和”。
在一些实施方式中，复合二氧化铈磨料用覆盖有作为壳的细Ce 磨料的SiO2核配制。术语“复合二氧化铈磨料”和“二氧化铈涂覆的二氧化硅”在本公开和权利要求中可互换使用以指该实施方式。该复合磨料上的表面电荷在pH为2至10的环境中高度带负电，因此在复合二氧化铈磨料与氧化物衬底之间存在排斥库仑力，导致较低的氧化物去除速率。通过将盐或酸引入浆料中，从而增加浆料的电导率，磨料和氧化物衬底两者上的负电荷被有效地中和，从而提高氧化物去除速率。
高级CMP应用需要在抛光后介电表面上具有极低的金属含量，例如钠。因此，期望的是在浆料制剂中具有非常低的痕量金属，尤其是钠。在实施方式中，包含二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒的制剂对于制剂中每百分比的磨料颗粒具有按重量计小于5ppm，更优选小于1 ppm，最优选小于0.5ppm的钠杂质含量。
任选的功能添加剂
CMP浆料制剂可包含任选的功能添加剂以执行各种功能，包括但不限于改变氧化硅膜与一些其他膜(例如氮化硅或多晶硅)之间的去除速率选择性，提高去除速率，调节晶片内不均匀性。
组合物任选地包括选自用于去除速率选择性的添加剂、pH调节剂、电导率调节剂、表面活性剂、分散剂、生物生长抑制剂及其组合的添加剂。
用于去除速率选择性的添加剂
影响去除速率选择性的添加剂包括但不限于选自有机羧酸、氨基酸、酰胺基羧酸、N-酰基氨基酸及其盐；有机磺酸及其盐；有机膦酸及其盐；聚合羧酸及其盐；聚合磺酸及其盐；聚合膦酸及其盐；芳基胺，氨基醇，脂族胺，杂环胺，异羟肟酸，取代的酚，磺酰胺，硫醇，具有羟基的多元醇，及其组合的具有官能团的添加剂。
影响去除速率选择性的化学添加剂包括但不限于选自有机羧酸、氨基酸、酰胺基羧酸、N-酰基氨基酸及其盐；有机磺酸及其盐；有机膦酸及其盐；聚合羧酸及其盐；聚合磺酸及其盐；聚合膦酸及其盐；芳基胺，氨基醇，脂族胺，杂环胺，异羟肟酸，取代的酚，磺酰胺，硫醇，具有羟基的多元醇，及其组合的具有官能团的化合物。
影响去除速率选择性的优选化学添加剂包括但不限于聚丙烯酸或其衍生物；和聚乙二醇，包含羟基的多元醇如山梨糖醇，半乳糖，阿拉伯糖，核糖，木糖，麦芽糖醇，乳糖，麦芽糖及其混合物。聚丙烯酸化合物的优选分子量为500至100,000，或更优选1,000至50,000，最优选5,000至20,000。聚乙二醇的分子量可以为1,000至20,000，更优选5,000至15,000。
当存在时，相对于CMP组合物的总重量，化学添加剂的量的范围为约0.01重量％至2重量％。优选的范围为约0.05％重量至1％重量，更优选的范围为约0.1％重量至0.5％重量。
pH调节剂
可以使用合适的pH调节剂调节组合物的pH，例如合适的酸、碱、胺或其任意组合。优选地，组合物中使用的pH调节剂不含金属离子，使得不期望的金属组分不引入组合物中。
用于调节pH的优选试剂包括但不限于氢氧化钠、氢氧化铯、氢氧化钾、氢氧化铯、氢氧化铵、有机季铵氢氧化物(例如四甲基氢氧化铵)、硝酸、磷酸、硫酸、有机酸和/或其盐、胺，及其混合物。
当存在时，相对于CMP组合物的总重量，pH调节剂的量的范围为约0.0001至约5重量％。优选的范围为约0.0005至约1重量％，更优选的范围为约0.0005至约0.5重量％。
优选地，CMP组合物的pH大于5，更优选大于7。
电导率调节剂
CMP组合物可含有调节制剂的电导率的添加剂。优选的电导率调节剂是硝酸钾。
表面活性剂
CMP组合物可包含表面活性剂或表面活性剂的混合物。表面活性剂在性质上可以是阴离子的、阳离子的、非离子的或两性离子的。虽然有许多用于浆料的合适表面活性剂添加剂，但优选的表面活性剂添加剂包括十二烷基硫酸钠盐、月桂基硫酸钠、十二烷基硫酸铵盐、醇乙氧基化物、炔属表面活性剂、聚乙烯亚胺、乙氧基化脂肪胺和硬脂基苄基二甲基氯化铵或硬脂基苄基二甲基硝酸铵，及其任意组合。合适的可商购表面活性剂包括DowChemicals制造的TRITON DF 16TM及Evonik Industries制造的SUIRFYNOLTM，DYNOLTM，ZetasperseTM，NonidetTM和TomadolTM表面活性剂家族中的各种表面活性剂。
分子量在小于1000至大于30,000的范围内的各种阴离子、阳离子、非离子和两性离子表面活性剂被考虑是分散剂。包括硬脂酸、月桂基硫酸、烷基多磷酸、十二烷基苯磺酸、二异丙基萘磺酸、二辛基磺基琥珀酸、乙氧基化和硫酸化月桂醇以及乙氧基化和硫酸化烷基酚的钠盐、钾盐或优选氨盐。
各种阳离子表面活性剂包括聚乙烯亚胺、乙氧基化脂肪胺和硬脂基苄基二甲基氯化铵或硬脂基苄基二甲基硝酸铵。
添加表面活性剂可用于降低晶片的晶片内不均匀性(WIWNU)，从而改善晶片的表面并减少晶片缺陷。
CMP组合物可包含分散添加剂以稳定颗粒的分散。
当存在时，相对于CMP组合物的总重量，表面活性剂的量的范围为约0.0001至约10重量％。优选的范围为约0.001至约1重量％，更优选的范围为约0.005至约0.1重量％。
分散剂
合适的分散添加剂包括但不限于有机酸及其盐；聚合酸及其盐；水溶性共聚物及其盐；在共聚物的同一分子中含有至少两种不同类型的酸基团(例如羧酸基团、磺酸基团或膦酸基团)的共聚物及其盐，聚乙烯酸及其盐，聚环氧乙烷，聚环氧丙烷，及其组合。分散剂的一些实例包括：聚乙二醇；卵磷脂；聚乙烯吡咯烷酮；聚氧乙烯；异辛基苯醚；聚氧乙烯壬基苯醚；烷基芳基磺酸酯的胺盐；聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸及其盐。
当存在时，相对于CMP组合物的总重量，分散剂的量的范围为约0.0001重量％至约10重量％。优选的范围为约0.001至约1重量％，更优选的范围为约0.005重量％至约0.1重量％。
制剂还可包含水溶性聚合物，其可包含阴离子或阳离子或非离子或两性离子的基团组合。
生物生长抑制剂
CMP制剂还可包含控制生物生长的添加剂，例如杀生物剂。控制生物生长的一些添加剂公开于美国专利号5,230,833(Romberger等) 和美国专利申请号US20020025762中。生物生长抑制剂包括但不限于四甲基氯化铵、四乙基氯化铵、四丙基氯化铵、烷基苄基二甲基氯化铵和烷基苄基二甲基氢氧化铵，其中烷基链的范围为1至约20个碳原子，亚氯酸钠、次氯酸钠、异噻唑啉酮化合物如甲基异噻唑啉酮、甲基氯异噻唑啉酮和苯并异噻唑啉酮。可商购防腐剂中的一些包括来自Dow Chemicals的BIOBANTM425、KATHONTM和NEOLONETM产品家族，和来自Lanxess的PreventolTM家族。
优选的杀生物剂是异噻唑啉酮化合物，例如甲基异噻唑啉酮、甲基氯异噻唑啉酮和苯并异噻唑啉酮。CMP抛光组合物任选地含有 0.0001至0.10重量％，优选0.0001至0.005重量％，更优选0.0002 至0.0025重量％的杀生物剂，以防止细菌和真菌在储存期间生长。
使用方法
在一个示例性实施方式中，用于化学机械平面化的系统包括图案化的衬底(其包括至少一个表面，该至少一个表面具有第一材料，和第二材料)、抛光垫和上述抛光组合物。所述至少一个表面与所述抛光垫和所述抛光组合物相接触。所述第一材料是选自以下的氧化硅材料：热氧化物、使用原硅酸四乙酯(TEOS)前体沉积的TEOS膜、高密度等离子体(HDP)氧化物、高纵横比工艺(HARP)膜、氟化氧化物膜、掺杂的氧化物膜、旋涂玻璃(SOG)、可流动化学气相沉积(CVD)膜、光学玻璃、显示器玻璃及其组合。如本文所用，掺杂的氧化物膜包括但不限于氟掺杂的、碳掺杂的、硼掺杂的、磷掺杂的、氮掺杂的或其组合的氧化物膜。
在示例性实施方式中，用于半导体器件的化学机械平面化的抛光方法，该半导体器件包括至少一个表面，其具有第一材料，和第二材料。所述方法包括以下步骤：使所述至少一个表面与抛光垫接触；将上述抛光组合物递送至所述至少一个表面，用所述抛光组合物抛光所述至少一个表面而以大于10000埃/分钟，优选大于12500埃/分钟，更优选大于15000埃/分钟的去除速率除去所述第一材料。
第一材料是氧化硅材料，其选自热氧化物、使用原硅酸四乙酯 (TEOS)前体沉积的TEOS膜、高密度等离子体(HDP)氧化物、高纵横比工艺(HARP)膜、氟化氧化物膜、掺杂的氧化物膜、旋涂玻璃(SOG)、可流动化学气相沉积(CVD)膜、光学玻璃、显示器玻璃及其组合。
在说明书中，氧化硅膜可一般地称为氧化物膜。氧化硅膜可包括多种膜和材料，包括但不限于热氧化物、使用原硅酸四乙酯(TEOS) 前体沉积的膜、高密度等离子体(HDP)氧化物、高纵横比工艺(HARP) 膜、氟化氧化物膜、掺杂的氧化物膜、旋涂玻璃(SOG)、可流动化学气相沉积(CVD)膜、光学玻璃、显示器玻璃。如本文所用，掺杂的氧化物膜包括但不限于氟掺杂的、碳掺杂的、硼掺杂的、磷掺杂的、氮掺杂的或其组合的氧化物膜。
在一些实施方式中，CMP制剂可用于膜中停止(stop-in-film)应用，其中一旦去除形貌(topography)并实现平坦表面就停止抛光。在其他实施方式中，这些制剂可用于涉及抛光本体膜并在阻挡层处停止的应用中。阻挡层可以包括氮化硅或多晶硅膜。氮化硅膜可以由通式 SixNy表示，其中比率x/y可以在0.1至10的范围内。氮化硅还可以包含其他元素，例如但不限于氧、碳、氮。
在优选实施方式中，当在300mm晶片抛光机上4psi下向力和 126rpm台板速度，150ml/min浆料流速下抛光毯覆式膜时，以大于 10000埃/分钟，或更优选大于12000埃/分钟，或最优选大于15000 埃/分钟的速率抛光氧化硅膜。在一些其他实施方式中，氧化物与阻挡膜之间的去除速率选择性大于10，或更优选大于30。
本领域技术人员将理解，浆料可以与常规或固结磨料研磨垫一起使用，可以作为浓缩物运输，可以是单组分或多组分包装，并且在多组分包装的情况下，可以以原位或非原位混合模式使用。
工作实施例
参数：
Figure BDA0002161967590000191
埃—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过程中施加的压力，单位psi
min：分钟
ml：毫升
mV：毫伏
psi：磅每平方英寸
PS：抛光设备的台板旋转速度或台速，以rpm(每分钟转数)计
SF：抛光组合物流量，ml/min
去除速率和选择性
去除速率(RR)：(抛光前膜厚度-抛光后膜厚度)/抛光时间除非另有说明，否则所有百分比都是重量百分比(重量％)。
一般实验程序
在下文给出的实施例中，使用下文给出的程序和实验条件运行 CMP实验。在实施例中使用的300mm CMP设备是由Applied Materials,3050Boweres Avenue,Santa Clara,California,95054制造的 Reflexion
Figure BDA0002161967590000192
来自Dow Chemicals的IC1010垫、IK4250UH垫和 IK4131UH垫用于抛光。使用原硅酸四乙酯作为前体通过化学气相沉积(CVD)制备TEOS氧化物膜。使用高密度等离子体(HDP)技术制造HDP氧化物膜。
所有300mm晶片抛光均在4psi下向力、126rpm台板速度、125 rpm载体速度、150ml/min浆料流速下进行，并使用6磅力和115rpm 速度的30％原位修整(conditioning)(3MA122盘)。所有200mm晶片抛光在200mm Ebara设备上使用IC1010垫在4psi下向力、100rpm 台板速度、107rpm载体速度、300ml/min浆料流速下进行，且每次抛光后在4psi和20rpm台板速度下进行17s非原位修整(Kinik PDE781-NC盘)。
TEOS膜厚度为15,000埃或40,000埃。HDP膜厚度为10,000埃。在以下实施例中使用的二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒购自JGC C&C Ltd(Kawasaki City,Japan)。通过盘式离心分析法(来自CPS Instruments的DC24000UHR)测量的这些颗粒的平均粒径为155nm。
用EUTECH Con 110测量浆料电导率。用胶体动力学ζ电位探头测量ζ电位。在计算中使用二氧化铈颗粒密度和介电常数值作为复合颗粒参数的替代。因此，实施例中给出的ζ电位数理解为仅用于相对比较。
实施例1
CMP组合物包含4重量％浓度的二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒和各种浓度的苯磺酸。表1总结了组合物和TEOS膜的去除速率。使用氢氧化铵调节制剂的pH。
表1
Figure BDA0002161967590000201
证明苯磺酸对于TEOS膜提供了显著的去除速率增加。发现制剂 3是不稳定的，导致颗粒沉降。证明可能需要至少-30毫伏或更负，优选大于-35毫伏的ζ电位以获得稳定的浆料。
实施例2A
使用氢氧化铵作为pH调节剂，在不同pH下配制包含4重量％浓度的二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒和2重量％的MOPS的CMP组合物。表2A总结了随pH变化的TEOS膜的去除速率。结果表明， pH大于6或7对于增加去除速率而言可能是更优的。
表2A
实施例2B
使用氢氧化铵作为pH调节剂或硝酸钾作为电导率调节剂，在不同pH下配制包含2重量％浓度的二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒的 CMP组合物。表2B总结了在200mm设备上获得的随pH变化的TEOS 膜的去除速率。结果表明，对于浆料，较高的pH适合于高速率。在相同的pH下，较高的电导率适合于较高的TEOS去除速率。
表2B
Figure BDA0002161967590000212
实施例3
制备包含4重量％浓度的二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒和0.1重量％的吡啶甲酸的CMP浆料组合物。该组合物还包含不同浓度的 MOPS添加剂。使用氢氧化铵作为pH调节剂将浆料制剂的pH调节至7.5。使用300mm设备生成数据。
表3
Figure BDA0002161967590000213
Figure BDA0002161967590000221
表3总结了随MOPS浓度变化的300mm TEOS去除速率数据。它表明可以在宽范围的添加剂浓度下保持高去除速率。相比之下，在不含MOPS添加剂的制剂的实验中，TEOS去除速率在11000-12000 埃/分钟的范围内。
实施例4
在pH 9下制备包含3％复合二氧化铈磨料(二氧化铈涂覆的二氧化硅)的浆料。NH4OH用于调节浆料的pH。根据下表4将羧酸、膦酸和次膦酸添加到组合物中，并且测试浆料向TEOS去除速率提供的增强，如表4所报告。所有晶片抛光均在200mm Ebara设备上进行。
表4
Figure BDA0002161967590000222
从表4中可以看出，与对照样品相比，所有添加剂增加了浆料的电导率，并且还提高了氧化物去除速率。不受特定理论束缚，浆液电导率对于增加氧化物去除速率是重要的参数。
实施例5
制备4重量％的复合二氧化铈(二氧化铈涂覆的二氧化硅)磨料的制剂，其pH调节至9，具有不同含量的BSA速率增强剂，并在300 mm设备中测试RR。也将相同的基于二氧化铈的浆料稀释至0.008重量％的固体含量以获得适当的吸收。使用高分辨率UV/Vis分光光度计JASCO V-550测量200-500nm波长区域中滤液的吸收光谱。本发明的二氧化铈磨料具有两个特征吸收峰211和311nm，分别表示Ce3+ 和Ce4+吸收。Ce3+峰面积在针对Ce4+峰面积(245-500纳米)标准化后，并且还在减去来自单独的添加剂的背景之后进行表征。结果总结在表5中。预期具有较高Ce3+分数的制剂将增加TEOS去除速率。当甘氨酸(2-氨基乙酸)用作添加剂时，未观察到氧化物速率增加，并且相应地，未观察到Ce3+峰面积增加。不受任何特定理论束缚，本发明的添加剂也预期增加磨料的Ce3+分数，并且因此提高TEOS 去除速率。
表5
Figure BDA0002161967590000231
实施例6
制备具有pH 9，4重量％的复合二氧化铈(二氧化铈涂覆的二氧化硅)磨料和0.5重量％的BSA添加剂的CMP浆料。表6总结了采用两种类型的垫(IC1010和IK4250UH)、在300mmReflexion LK 设备上针对TEOS氧化物和HARP(高纵横比工艺)氧化物膜的抛光速率。从表6可以看出，精确的抛光速率取决于膜的类型，也取决于垫的类型。可以实现大于2.5微米/分钟的高速率。
表6
实施例7
煅烧二氧化铈磨料和复合二氧化铈磨料(二氧化铈涂覆的二氧化硅)在包含3重量％磨料的浆料中进行比较。浆料的性质和相应的300 mm TEOS膜RR值列于表7中。在相同的工艺条件(3MA122盘，基线抛光配方如上文对300mm晶片给出)下使用两种不同的垫获得RR 值。即使在相同的磨料含量下，复合二氧化铈磨料对于获得更高的 TEOS去除速率也是明显更好的。
表7
前述实施例和实施方式的描述应当视为是说明的，而非限制由权利要求限定的本发明。如将容易理解的，在不脱离如权利要求中所阐述的本发明的情况下，可以利用上述特征的许多变化和组合。这样的变化旨在包括在所附权利要求的范围内。

Claims (25)

1.一种用于抛光氧化物材料的化学机械平面化(CMP)组合物，其包含：
磨料，所述磨料选自无机氧化物颗粒、掺杂的无机氧化物颗粒、表面涂覆的复合无机氧化物颗粒、有机聚合物颗粒、无机氧化物涂覆的有机聚合物颗粒及其组合；
去除速率加速剂；和
溶剂；
其中所述组合物还具有大于5的pH。
2.根据权利要求1所述的CMP组合物，其中所述磨料选自氧化铈(二氧化铈)、氧化铝、氧化锆、硅酸锆、氧化锡、二氧化硅、氧化钛、氧化锗、氧化钒、掺杂的无机氧化物、复合无机氧化物及其组合。
3.根据权利要求2所述的CMP组合物，其中所述磨料包含选自煅烧二氧化铈、胶体二氧化铈、二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒及其组合的氧化铈。
4.根据权利要求3所述的CMP组合物，其中所述磨料包含二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒，所述二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒包含涂覆有晶体二氧化铈纳米颗粒的无定形二氧化硅核颗粒。
5.根据权利要求4所述的CMP组合物，其中所述晶体二氧化铈纳米颗粒包含单晶。
6.根据权利要求4或5所述的CMP组合物，其中所述二氧化铈纳米颗粒与所述无定形二氧化硅核颗粒的重量比为0.01至1.5或更大。
7.根据权利要求4-6中任一项所述的CMP组合物，其中所述无定形二氧化硅核颗粒的直径范围为20至550纳米，并且所述二氧化铈纳米颗粒的直径大于10纳米，其中所述无定形二氧化硅核颗粒的直径大于所述二氧化铈纳米颗粒的直径。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的CMP组合物，其中所述去除速率加速剂是有机酸或有机酸盐，所述有机酸或有机酸盐具有选自磺酸基、膦酸基、吡啶基及其组合中的一种。
9.根据权利要求1-7中任一项所述的CMP组合物，其中所述去除速率加速剂是选自硝酸盐、磷酸盐和硫酸盐的盐。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的CMP组合物，其中所述溶剂选自水、极性非水性溶剂及其混合物。
11.根据权利要求10所述的CMP组合物，其中所述非水性溶剂选自醇、醚、酮及其组合。
12.根据权利要求1-7中任一项所述的CMP组合物，其中所述去除速率加速剂是选自硝酸、磺酸、硫酸、膦酸、羧酸及其组合的酸。
13.根据权利要求1-7中任一项所述的CMP组合物，其中所述去除速率加速剂是选自苯基膦酸、苯甲酸、乙酸、丙二酸、戊二酸、草酸及其组合的酸。
14.根据权利要求1-7中任一项所述的CMP组合物，其中所述去除速率加速剂是选自以下的磺酸：甲磺酸、苯磺酸、甲苯磺酸、对甲苯磺酸、乙二磺酸、萘二磺酸、丙烯酰胺丙磺酸、吗啉代丙磺酸、3-(N-吗啉代)丙磺酸(MOPS)、4-吗啉乙磺酸(MES)、β-羟基-4-吗啉丙磺酸(MOPSO)、4-(2-羟乙基)哌嗪-1-乙磺酸(HEPES)、1,4-哌嗪二乙磺酸(PIPES)、哌嗪-1,4-双(2-羟基丙磺酸)二水合物(POPSO)、4-(2-羟乙基)-1-哌嗪丙磺酸(EPPS)、哌嗪二乙磺酸、羟乙基哌嗪乙磺酸及其组合。
15.根据权利要求8所述的CMP组合物，其中所述去除速率加速剂是具有吡啶基团的有机酸，其具有以下结构：
Figure FDA0002161967580000031
其中R1、R2、R3、R4和R5独立地选自氢、羧酸、羧酸酯、有机磺酸、有机胺、有机酰胺和羟基基团。
16.根据权利要求15所述的CMP组合物，其中R1、R2、R3、R4和R5中的至少一个是羧酸。
17.根据权利要求1-8中任一项所述的CMP组合物，其中所述去除速率加速剂是选自以下的吡啶化合物：吡啶；吡啶单羧酸；吡啶二羧酸；吡啶甲酸；烟酸；异烟酸；吡啶二甲酸；2,5-吡啶二羧酸；3,5-吡啶二羧酸；2,3-吡啶二羧酸；和3,4-吡啶二羧酸。
18.根据权利要求1-17中任一项所述的CMP组合物，其中所述CMP组合物的pH为7至11。
19.根据权利要求1-18中任一项所述的CMP组合物，其中所述CMP组合物的电导率为0.3至9毫西门子/厘米。
20.根据权利要求1-19中任一项所述的CMP组合物，其中所述组合物包含至少一种添加剂，所述添加剂选自用于去除速率选择性的添加剂、pH调节剂、表面活性剂、分散剂和生物生长抑制剂。
21.根据权利要求1-20中任一项所述的CMP组合物，其中所述磨料包含具有比-25毫伏更负的ζ电位的颗粒。
22.一种用于包括第一材料和第二材料的半导体器件的化学机械平面化(CMP)的抛光方法，所述抛光方法包括以下步骤：
(a)使所述第一材料的至少一个表面与CMP抛光垫接触；
(b)将根据权利要求1-21中任一项所述的CMP抛光组合物递送至所述至少一个表面；
(c)用所述抛光组合物抛光所述至少一个表面而以大于10000埃/分钟的去除速率除去所述第一材料。
23.根据权利要求22所述的抛光方法，其中所述第一材料是选自以下的氧化硅材料：热氧化物、使用原硅酸四乙酯(TEOS)前体沉积的TEOS膜、高密度等离子体(HDP)氧化物、高纵横比工艺(HARP)膜、氟化氧化物膜、掺杂的氧化物膜、旋涂玻璃(SOG)、可流动化学气相沉积(CVD)膜、光学玻璃、显示器玻璃及其组合。
24.根据权利要求23所述的抛光方法，其中所述第二材料选自氮化硅、多晶硅及其组合。
25.一种用于化学机械平面化的系统，其包括：
(d)图案化衬底，其包括至少一个表面，该至少一个表面具有第一材料和第二材料；
(e)抛光垫；和
(f)根据权利要求1-21中任一项所述的CMP抛光组合物；
其中所述至少一个表面与所述抛光垫和所述抛光组合物接触，并且所述第一材料是选自以下的氧化硅材料：热氧化物、使用原硅酸四乙酯(TEOS)前体沉积的TEOS膜、高密度等离子体(HDP)氧化物、高纵横比工艺(HARP)膜、氟化氧化物膜、掺杂的氧化物膜、旋涂玻璃(SOG)、可流动化学气相沉积(CVD)膜、光学玻璃、显示器玻璃及其组合。
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