CN113366071A - 用于硅氮化物化学机械抛光的组合物及方法 - Google Patents

用于硅氮化物化学机械抛光的组合物及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供用于对含硅氮化物的基板进行抛光的化学机械抛光组合物。该组合物包括：水性载剂；阳离子型硅石颗粒，其分散于该水性载剂中，该阳离子型硅石研磨剂颗粒在该抛光组合物中具有至少10mV的ζ电位；抛光添加剂，其选自：多醚胺、多硅胺、聚乙烯咪唑及其组合，其中该多醚胺及该多硅胺具有约1,000g/mol或更小的相应重均分子量。该组合物具有大于约6的pH。此外，提供用于对含硅氮化物的基板进行抛光的方法。

Description

用于硅氮化物化学机械抛光的组合物及方法
背景技术
用于对基板的表面进行平面化或抛光的组合物及方法为本领域中所熟知。抛光组合物(也称为抛光浆料)典型地含有位于液体载剂中的研磨剂材料，且通过使表面与用抛光组合物饱和的抛光垫接触来施用至表面。典型的研磨剂材料包括硅二氧化物(二氧化硅，silicon dioxide)、铈氧化物、铝氧化物、锆氧化物及锡氧化物。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。替代悬浮于抛光组合物中，或者，除了悬浮于抛光组合物中以外，研磨剂材料可并入抛光垫中。
在形成微电子晶体管时，使用至少两个化学机械抛光(CMP)步骤的多开式抛光制程(poly open polish process)为有用的。将诸如硅氮化物的硬掩模沉积于具有栅极氧化物层及多晶硅层的基板上。将诸如硅二氧化物的层间介电材料沉积于硅氮化物层上方以覆盖基板。第一CMP制程用于移除层间介电层的一部分以优选地停止在硅氮化物层上。然后，第二CMP制程用于移除覆盖多晶硅层的硅氮化物层以暴露多晶硅。为获得高度平面的表面，需要使用对于硅氧化物及多晶硅上方的硅氮化物具有选择性的抛光组合物。
在另一应用中，微电子晶体管包含金属栅极及自对准接触结构两者。典型地，在形成自对准接触结构之前，金属栅极由诸如硅氮化物的硬掩模层覆盖，以防止在用于形成自对准接触结构的制程期间蚀刻金属栅极。然后，使用CMP制程自表面移除过量的硅氮化物。为有效获得高度平面的表面，需要使用导致低缺陷率的具有高的硅氮化物移除速率的抛光组合物。
提供硅氮化物(“SiN”)对硅氧化物的高选择性的现有平台(platform)为基于阴离子型硅石或氧化铈的。举例而言，一种用于在原硅酸四乙酯(“TEOS”)施用物(application)上选择性氮化物抛光停止的通用方法包含pH7.0的阳离子型氧化铈颗粒及阳离子型抑制剂(诸如聚乙烯咪唑)。然而，长期浆料稳定性问题、因小的工具/制程条件变化所致的不一致的选择性效能、以及需要用于清洁的氟化氢的氧化铈缺陷问题使得现有平台对于消费者而言并非理想的解决方案。
另外，归因于高于某一浓度的抛光组合物的不稳定性、导致沉淀出研磨剂组分，许多现有的抛光组合物(尤其是含有氧化铈研磨剂的)展现受限的浓缩能力。因此，经浓缩的抛光组合物的不稳定性需要生产更多的经稀释的抛光组合物，这增大了必须运送及储存的材料的体积。
因此，本领域中仍需要这样的抛光组合物及方法，其可提供硅氮化物的合乎期望的选择性且具有适合的移除速率、低的缺陷率及适合的凹陷性能，同时进一步展现经增强的分散稳定性。
发明内容
本发明提供用于对含硅氮化物的基板进行抛光的化学机械抛光组合物。该组合物包括：水性载剂；阳离子型硅石研磨剂颗粒，其分散于该水性载剂中，其中所述阳离子型硅石研磨剂颗粒在该抛光组合物中具有至少10mV的ζ电位；及抛光添加剂，其选自：多醚胺(聚醚胺，polyether amine)、多硅胺(聚硅胺，polysilamine)、聚乙烯咪唑及其组合，其中该多醚胺及该多硅胺具有约1,000g/mol或更小的相应(corresponding)重均分子量。该抛光组合物具有大于约6的pH。进一步地，公开了用于对包括硅氮化物的基板进行化学机械抛光的方法。该方法可包括使该基板与上述抛光组合物接触，相对于该基板移动该抛光组合物，以及研磨该基板以自该基板移除该硅氮化物层的一部分且由此对该基板进行抛光。在某些实施方式中，该方法可有利地使得该硅氮化物层的移除速率超过硅氧化物层的移除速率的四倍。
具体实施方式
公开了用于对含硅氮化物的基板进行抛光的化学机械抛光组合物。该组合物包括：水性载剂；阳离子型硅石研磨剂颗粒，其分散于该水性载剂中，其中所述阳离子型硅石研磨剂颗粒在该抛光组合物中具有至少10mV的ζ电位；及抛光添加剂，其选自：多醚胺、多硅胺、聚乙烯咪唑及其组合，其中该多醚胺及该多硅胺具有约1,000g/mol或更小的相应重均分子量。该抛光组合物具有大于约6的pH。在某些实施方式中，该多醚胺及该多硅胺可具有小于约600g/mol的相应重均分子量。
化学机械抛光组合物包含阳离子型硅石研磨剂颗粒，其合乎期望地悬浮于水性载剂(例如，水)中。阳离子型硅石研磨剂颗粒典型地呈颗粒形式。优选地，阳离子型硅石研磨剂颗粒包含以下、基本上由以下组成或由以下组成：硅石颗粒，尤其胶体硅石颗粒。胶体硅石颗粒经由湿式制程来制备且典型地为非聚集的单独的离散颗粒，所述非聚集的单独的离散颗粒的形状通常为球形或接近球形，但可具有其它形状(例如，通常具有椭圆形、方形或矩形横截面的形状)。这样的颗粒典型地在结构上不同于热解法颗粒，其经由火成或火焰水解制程制备且为聚集的初级颗粒的链状结构体。
颗粒的粒径为包围该颗粒的最小球体的直径。阳离子型硅石研磨剂颗粒可具有任何适合的粒径。阳离子型硅石研磨剂颗粒可具有约5nm或更大(例如，约10nm或更大、约15nm或更大、约20nm或更大、约30nm或更大、约40nm或更大、或约50nm或更大)的平均(mean)(即平均(average))粒径。替代地或另外，阳离子型硅石研磨剂颗粒可具有约200nm或更小(例如，约180nm或更小、约160nm或更小、约150nm或更小、约130nm或更小、约80nm或更小、约60nm或更小、或约50nm或更小)的平均粒径。因此，阳离子型硅石研磨剂颗粒可具有在由前述端点中的任两者界定的范围内的平均粒径。举例而言，阳离子型硅石研磨剂颗粒可具有约5nm至约200nm(例如，约20nm至约180nm、约15nm至约150nm、约20nm至约80nm、或约20nm至约60nm)的平均粒径。在一些实施方式中，阳离子型硅石研磨剂颗粒具有约20nm至约80nm的平均粒径。在某些实施方式中，阳离子型硅石研磨剂颗粒具有约50nm的平均粒径。
任何适合量的阳离子型硅石研磨剂颗粒可存在于抛光组合物中。在一些实施方式中，阳离子型硅石研磨剂颗粒可以约0.0005重量％或更大(例如，约0.001重量％或更大、0.0025重量％或更大、约0.005重量％或更大、约0.01重量％或更大、约0.025重量％或更大、或约0.05重量％或更大)的浓度存在于抛光组合物中。典型地，阳离子型硅石研磨剂颗粒以约0.0.025重量％或更大(例如，约0.05重量％或更大、约0.1重量％或更大、约0.25重量％或更大、约0.5重量％或更大、约1重量％或更大、或约2重量％或更大)的浓度存在于抛光组合物中。替代地或另外，阳离子型硅石研磨剂颗粒可以约30重量％或更小(例如，约25重量％或更小、约20重量％或更小、约15重量％或更小、约10重量％或更小、约5重量％或更小、约3重量％或更小、或约2重量％或更小)的浓度存在于抛光组合物中。因此，阳离子型硅石研磨剂颗粒可以在由前述端点中的任两者界定的范围内的浓度存在于抛光组合物中。举例而言，阳离子型硅石研磨剂颗粒可以约0.0005重量％至约10重量％(例如，约0.001重量％至约10重量％、约0.005重量％至约10重量％、约0.01重量％至约10重量％、约0.05重量％至约10重量％、约0.1重量％至约5重量％、约0.1重量％至约3重量％、约0.1重量％至约2重量％、或约0.2重量％至约2重量％)的浓度存在于抛光组合物中。在某些实施方式中，阳离子型硅石研磨剂颗粒以约0.025重量％至约1重量％的浓度存在于抛光组合物中。
在某些实施方式中，阳离子型硅石研磨剂颗粒在抛光组合物(例如，pH大于约6或pH范围介于约6至约8)中具有约10mV或更大(例如，约15mV或更大、约20mV或更大、约25mV或更大、或约30mV或更大)的ζ电位。阳离子型硅石研磨剂颗粒可在抛光组合物(例如，pH大于约6或pH范围介于约6至约8)中具有约50mV或更小(例如，约45mV或更小、或约40mV或更小)的ζ电位。将理解，阳离子型硅石研磨剂颗粒可具有在由前述端点中的任两者界定的范围内的ζ电位。举例而言，阳离子型硅石研磨剂颗粒可在抛光组合物(例如，pH大于约6或pH范围介于约6至约8)中具有在约10mV至约50mV(例如，约10mV至约45mV、或约20mV至约40mV)的范围内的ζ电位。
在某些实施方式中，阳离子型硅石研磨剂颗粒可包含胶体硅石颗粒，所述胶体硅石颗粒经氨基硅烷化合物处理以使得经处理研磨剂颗粒在抛光组合物(例如，pH大于约6、大于约7、大于约7.5或大于约8)中具有约10mV或更大(例如，约15mV或更大、约20mV或更大、约25mV或更大、或约30mV或更大)的ζ电位。在这些实施方式中的某些中，研磨剂颗粒包含经季氨基硅烷化合物处理的胶体硅石颗粒。这样的阳离子型胶体硅石颗粒可例如经由如共同转让的美国专利7,994,057及9,028,572中或美国专利9,382,450中所公开的以至少一种氨基硅烷化合物处理所述颗粒而获得，所述美国专利各自以全文引用的方式并入本文中。在抛光组合物中具有约10mV或更大的ζ电位的胶体硅石颗粒也可通过如共同转让的美国专利9,422,456中所公开的将诸如氨基硅烷化合物的化学物种并入胶体硅石颗粒中而获得，该美国专利以引用的方式完全并入本文中。
将理解，实例阳离子型胶体硅石颗粒可使用任何适合的处理方法来处理以获得阳离子型胶体硅石颗粒。举例而言，可将季氨基硅烷化合物及胶体硅石同时添加至抛光组合物中的其它组分中的一些或全部中。替代地，在与抛光组合物的其它组分混合之前，胶体硅石可经季氨基硅烷化合物处理(例如，经由加热胶体硅石与氨基硅烷的混合物)。
在一些实施方式中，阳离子型硅石研磨剂颗粒具有已经用至少一种硅烷化合物、氨基硅烷化合物、磷鎓硅烷化合物或硫鎓硅烷化合物处理的表面。在某些实施方式中，阳离子型硅石研磨剂颗粒的表面已经用以下处理：伯氨基硅烷、仲氨基硅烷、叔氨基硅烷、季氨基硅烷、双足氨基硅烷、或其组合。适合的硅烷化合物包括氨基硅烷，诸如氨基丙基三烷氧基硅烷、双(2-羟基乙基)-3-氨基丙基三烷氧基硅烷、二乙基氨基甲基三烷氧基硅烷、(N,N-二乙基-3-氨基丙基)三烷氧基硅烷)、3-(N-苯乙烯基甲基)-2-氨基乙基氨基丙基三烷氧基硅烷、2-(N-苯甲基氨基乙基)-3-氨基丙基三烷氧基硅烷、三烷氧基甲硅烷基丙基-N,N,N-三甲基氯化铵、N-(三烷氧基甲硅烷基乙基)苯甲基-N,N,N-三甲基氯化铵、双(甲基二烷氧基甲硅烷基丙基)-N-甲胺、双(三烷氧基甲硅烷基丙基)脲、双(3-(三烷氧基甲硅烷基)丙基)-乙二胺及双(三烷氧基甲硅烷基丙基)胺。以上氨基硅烷化合物中的烷氧基可经诸如卤化物、胺及羧酸根的其它可水解基团取代。在某些实施方式中，阳离子型硅石研磨剂颗粒具有已经以季氨基硅烷、双足氨基硅烷或其组合处理的表面。硅烷化合物的选择部分地根据正在抛光的基板的类型而定。
优选地，经表面处理的阳离子型硅石研磨剂颗粒具有相同于或大于未经处理的阳离子型硅石研磨剂颗粒的粒径的粒径。更具体地，经表面处理的阳离子型硅石研磨剂颗粒可具有比未经处理的阳离子型硅石颗粒的粒径大不到约2倍、比未经处理的阳离子型硅石颗粒的粒径大不到约1.7倍、比未经处理的阳离子型硅石颗粒的粒径大不到约1.4倍、或比未经处理的阳离子型硅石颗粒的粒径大不到约1.2倍的粒径。经表面处理的阳离子型硅石研磨剂颗粒优选地具有与未经处理的阳离子型硅石研磨剂颗粒的粒径大约相同的粒径。举例而言，经表面处理的阳离子型硅石研磨剂颗粒可具有约5nm或更大(例如，约10nm或更大、约15nm或更大、约20nm或更大、约30nm或更大、约40nm或更大、或约50nm或更大)的平均粒径。替代地或另外，经表面处理的阳离子型硅石研磨剂颗粒可具有约200nm或更小(例如，约180nm或更小、约160nm或更小、约150nm或更小、约130nm或更小、约80nm或更小、约60nm或更小、或约50nm或更小)的平均粒径。因此，经表面处理的阳离子型硅石研磨剂颗粒可具有在由前述端点中的任两者界定的范围内的平均粒径。举例而言，经表面处理的阳离子型硅石颗粒可具有约5nm至约200nm(例如，约20nm至约180nm、约15nm至约150nm、约20nm至约80nm、或约20nm至约60nm)的粒径。在一些实施方式中，经表面处理的阳离子型硅石研磨剂颗粒具有约20nm至约80nm的平均粒径。在优选实施方式中，经表面处理的阳离子型硅石研磨剂颗粒具有约50nm的平均粒径。
根据本发明可使用对阳离子型硅石研磨剂颗粒进行表面处理的任何适合的方法，其中许多为本领域普通技术人员所已知。举例而言，在与抛光组合物的其它组分混合之前，可用氨基硅烷化合物处理阳离子型硅石研磨剂颗粒，或可将氨基硅烷及阳离子型硅石研磨剂颗粒同时添加至抛光组合物的其它组分中的一些或全部中。
优选的是，通过其处理阳离子型硅石研磨剂颗粒的硅烷并不覆盖阳离子型硅石研磨剂颗粒上的所有可用的硅烷醇位点。典型地，经表面处理的阳离子型硅石研磨剂颗粒具有约2％或更大(例如，约4％或更大、约8％或更大、或约10％或更大)的可用硅烷醇的表面覆盖率。经表面处理的阳离子型硅石研磨剂颗粒优选地具有约50％或更小(例如，约30％或更小、约25％或更小、约20％或更小、约15％或更小、或约10％或更小)的可用硅烷醇的表面覆盖率。因此，经表面处理的阳离子型硅石研磨剂颗粒可具有在由前述端点中的任两者界定的范围内的可用硅烷醇的表面覆盖率。举例而言，经表面处理的阳离子型硅石研磨剂颗粒可具有约2％至约50％(例如，约2％至约30％、约2％至约20％、或约4％至约15％)的可用硅烷醇的表面覆盖率。可使用以下来估算表面硅烷醇浓度：对于经表面处理的阳离子型硅石研磨剂颗粒而言的5SiOH/nm2的典型值、以及经表面处理的阳离子型硅石研磨剂颗粒的BET表面积。
氨基硅烷化合物可以任何适合的量存在于抛光组合物中。在一些实施方式中，抛光组合物包含约30ppm或更多的氨基硅烷化合物(例如，约50ppm或更多、约100ppm或更多、约200ppm或更多、约300ppm或更多、约400ppm或更多、或约500ppm或更多)。替代地或另外，抛光组合物包含约2000ppm或更少的氨基硅烷化合物(例如，约1000ppm或更少、约800ppm或更少、或约600ppm或更少)。因此，抛光组合物可包含约30ppm至约2000ppm的氨基硅烷化合物(例如，约100ppm至约1000ppm、约200ppm至约800ppm、约250ppm至约700ppm、或约275ppm至约600ppm)。
颗粒的ζ电位是指围绕颗粒的离子的电荷与本体溶液(例如，水性载剂及溶解于其中的任何其它组分)的电荷之间的差值。因此，具有正电荷的硅石研磨剂颗粒(即阳离子型硅石研磨剂颗粒)将在其操作pH下具有正ζ电位。在一些实施方式中，阳离子型硅石研磨剂颗粒和/或经表面处理的阳离子型硅石研磨剂颗粒在约9.5或更小(例如，约9或更小、约8或更小、约7或更小、约6或更小、约5或更小、约4或更小、或约3或更小)的pH下具有正ζ电位。在某些实施方式中，阳离子型硅石研磨剂颗粒和/或经表面处理的阳离子型硅石研磨剂颗粒在大于约6的pH下具有至少+10mV的ζ电位。因此，阳离子型硅石研磨剂颗粒和/或经表面处理的阳离子型硅石研磨剂颗粒可在约6至约8的pH下具有约+10mV或更大(例如，约+15mV或更大、约+20mV或更大、约+25mV或更大、或约+30mV或更大)的ζ电位。替代地或另外，阳离子型硅石研磨剂颗粒和/或经处理的阳离子型硅石研磨剂颗粒可在约6至约8的pH下具有约+60mV或更小(例如，约+55mV或更小、约+50mV或更小、约+45mV或更小、约+40mV或更小、或约+35mV或更小)的ζ电位。因此，阳离子型硅石研磨剂颗粒和/或经表面处理的阳离子型硅石研磨剂颗粒可具有在由前述端点中的任一者界定的范围内的ζ电位。举例而言，阳离子型硅石研磨剂颗粒和/或经表面处理的阳离子型硅石研磨剂颗粒可在约6至约8的pH下具有约+10mV至约+60mV(例如，约+10mV至约+50mV、约+15mV至约+40mV、或约+20mV至约+40mV)的ζ电位。
在某些实施方式中，抛光组合物可包括用于提高硅氮化物层对硅氧化物层的抛光选择性的抛光添加剂。举例而言，抛光添加剂可使得硅氮化物层的移除速率超过硅氧化物层的移除速率，使得硅氮化物对硅氧化物的选择性可大于约1:1(例如，可大于约2:1、或大于约4:1、或大于约10:1、或大于约20:1)。
在一些实施方式中，抛光添加剂可包括多醚胺、多硅胺、聚乙烯咪唑、或其组合。典型地，多醚胺或多硅胺具有小于约1,000g/mol，例如约900g/mol或更小、约800g/mol或更小、约700g/mol或更小、约600g/mol或更小、或约500g/mol或更小的重均分子量。替代地或另外，多醚胺或多硅胺具有约50g/mol或更大，例如约75g/mol或更大、约100g/mol或更大、约150g/mol或更大、或约200g/mol或更大的重均分子量。因此，多醚胺或多硅胺可具有由前述端点中的任两者界定的平均分子量。举例而言，多醚胺或多硅胺可具有约50g/mol至约900g/mol、约50g/mol至约800g/mol、约50g/mol至约700g/mol、约50g/mol至约600g/mol、约50g/mol至约500g/mol、约75g/mol至约900g/mol、约100g/mol至约900g/mol、约150g/mol至约900g/mol、约200g/mol至约900g/mol、约100g/mol至约800g/mol、或约100g/mol至约600g/mol的平均分子量。在一些实施方式中，多醚胺或多硅胺具有约800g/mol或更小的重均分子量。在某些实施方式中，多醚胺或多硅胺具有约600g/mol或更小的重均分子量。
在抛光添加剂包含多醚胺的实施方式中，组合物可包含任何适合的多醚胺。典型地，多醚胺选自环氧丙烷二胺、环氧丙烷三胺、环氧乙烷/环氧丙烷二胺、环氧乙烷/环氧丙烷三胺、或其组合。说明性的多醚胺化合物包括可商购自Huntsman(The Woodlands,TX)的JEFFAMINETM胺系列。JEFFAMINETM多醚胺可包含基于环氧丙烷(“PO”)、环氧乙烷(“EO”)、或混合的EO/PO(例如，O,O'-双(2-氨基丙基)聚丙二醇-嵌段-聚乙二醇-嵌段-聚丙二醇)的聚醚骨架。
如本文中所使用，术语“环氧丙烷二胺”是指包含至少一个环氧丙烷子单元(subunit)及两个胺部分的化学结构。在一些实施方式中，至少一个环氧丙烷子单元为聚环氧丙烷子单元。
如本文中所使用，术语“环氧丙烷三胺”是指包含至少一个环氧丙烷子单元及三个胺部分的化学结构。在一些实施方式中，至少一个环氧丙烷子单元为聚环氧丙烷子单元。
如本文中所使用，术语“环氧乙烷/环氧丙烷二胺”是指包含至少一个环氧乙烷子单元、至少一个环氧丙烷子单元及两个胺部分的化学结构。在一些实施方式中，至少一个环氧丙烷子单元为聚环氧丙烷子单元，至少一个环氧乙烷子单元为聚环氧乙烷子单元，或者，至少一个环氧丙烷子单元为聚环氧丙烷子单元且至少一个环氧乙烷子单元为聚环氧乙烷子单元。因此，环氧乙烷/环氧丙烷二胺可包含环氧乙烷、环氧丙烷或其组合的嵌段或无规共聚物。
如本文中所使用，术语“环氧乙烷/环氧丙烷三胺”是指包含至少一个环氧乙烷子单元、至少一个环氧丙烷子单元及三个胺部分的化学结构。在一些实施方式中，至少一个环氧丙烷子单元为聚环氧丙烷子单元，至少一个环氧乙烷子单元为聚环氧乙烷子单元，或者，至少一个环氧丙烷子单元为聚环氧丙烷子单元且至少一个环氧乙烷子单元为聚环氧乙烷子单元。因此，环氧乙烷/环氧丙烷三胺可包含环氧乙烷、环氧丙烷或其组合的嵌段或无规共聚物。
如本文中所使用，术语“胺部分”是指含氮的化学部分。胺部分可经取代或未经取代。因此，胺部分可为伯、仲或叔胺。多醚胺和/或多硅胺的反应性可通过阻碍伯胺或经由仲胺官能性来调节。一般而言，胺部分为伯胺取代基。
在一些实施方式中，多醚胺具有式(I)：
Figure BDA0003183999060000091
其中R为C1-C6烷基(即长度为1、2、3、4、5或6个碳单位)，且x、y及z独立地为0至15的整数(例如，0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15)。在某些实施方式中，x、y及z独立地为0至约10的整数。在一些实施方式中，x、y及z是指指定的子单元的平均(四舍五入到最接近的整数)链长(即平均碳链长度或平均环氧丙烷链长)。在一些实施方式中，C1-C6烷基为饱和、不饱和、支链、直链、环状、或其组合。C1-C6烷基的例示性清单(list)为甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、仲戊基、新戊基或己基。在某些实施方式中，C1-C6烷基经一个或多个烷基取代基、芳基取代基、杂原子或其组合(例如，苄基、苯基乙基、苯基丙基等)取代。在一些实施方式中，C1-C6烷基可为C1-C6杂烷基(即长度为1、2、3、4、5或6个碳单位)。如本文中所使用，“杂烷基”是指在分子的核心(即碳骨架)中含有至少1个杂原子(例如，O、S、N和/或P)的饱和或不饱和、经取代或未经取代、直链、支链或环状的脂族基团。
在一些实施方式中，多醚胺具有式(II)：
Figure BDA0003183999060000101
其中a为0至15的整数(例如，0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15)。在某些实施方式中，a为0至约10的整数。在一些实施方式中，a是指指定的子单元的平均(四舍五入到最接近的整数)链长(即平均碳链长度或平均聚环氧乙烷链长)。
在一些实施方式中，多醚胺具有式(III)：
Figure BDA0003183999060000102
其中b、c及d独立地为0至15的整数(例如，0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15)。在某些实施方式中，b、c及d独立地为0至约10的整数。在一些实施方式中，b、c及d是指指定的子单元的平均(四舍五入到最接近的整数)链长(即平均碳链长度或平均环氧乙烷/环氧丙烷链长)。
在一些实施方式中，多醚胺具有式(IV)：
Figure BDA0003183999060000103
其中e为0至15的整数(例如，0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15)。在某些实施方式中，e为0至约10的整数。在一些实施方式中，a是指指定的子单元的平均(四舍五入到最接近的整数)链长(即平均碳链长度或平均聚环氧乙烷链长)。
在一些实施方式中，多醚胺为具有230的近似分子量的JEFFAMINETM D-230(式II)、具有400的近似分子量的JEFFAMINETM D-400(式II)、具有400的近似分子量的JEFFAMINETMT-403(式I)、具有600的近似分子量的JEFFAMINETM ED-600(式III)、具有900的近似分子量的JEFFAMINETM ED-900(式III)、4,7,10-三
Figure BDA0003183999060000112
(trioxa)-1,13-十三烷二胺(式IV)、或其组合。
在抛光添加剂包含多醚胺的实施方式中，抛光组合物可包含任何适合量的多醚胺。举例而言，多醚胺可以约0.005mM或更大(例如，约0.01mM或更大、约0.025mM或更大、约0.05mM或更大、约0.07mM或更大、或约0.1mM或更大)的浓度存在于抛光组合物中。替代地或另外，多醚胺可以约5mM或更小(例如，约4mM或更小、约3mM或更小、约2mM或更小、约1mM或更小、约0.5mM或更小、或约0.25mM或更小)的浓度存在于抛光组合物中。因此，多醚胺可以在由前述端点中的任两者界定的范围内的浓度存在于抛光组合物中。举例而言，多醚胺可以约0.005mM至约5mM(例如，约0.01mM至约5mM、约0.025mM至约5mM、约0.05mM至约5mM、约0.1mM至约5mM、约0.25mM至约5mM、约0.005mM至约0.5mM、约0.01mM至约0.5mM、约0.025mM至约0.5mM、约0.05mM至约0.5mM、或约0.07mM至约0.25mM)的浓度存在于抛光组合物中。
在一些实施方式中，抛光添加剂包含多硅胺。如本文中所使用，术语“多硅胺”是指包含有机硅子单元及至少一个胺部分的化合物。说明性的多硅胺化合物包括可商购自Siltech Corporation(Toronto,Ontario)的SILAMINETM多硅胺系列。在某些实施方式中，多硅胺为可商购自Siltech Corporation的SILAMINETM A0 EDA。
在一些实施方式中，多硅胺具有式(V)：
Figure BDA0003183999060000111
其中p及q独立地为0至15的整数(例如，0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15)。在某些实施方式中，p及q独立地为0至约10的整数。在一些实施方式中，p及q是指指定的子单元的平均(四舍五入到最接近的整数)链长(即平均硅氧化物链长)。
在抛光添加剂包含多硅胺的实施方式中，多硅胺可以任何适合的浓度存在于抛光组合物中。举例而言，多硅胺可以约0.005mM或更大(例如，约0.01mM或更大、约0.025mM或更大、约0.05mM或更大、约0.1mM或更大、或约0.25mM或更大)的浓度存在于抛光组合物中。替代地或另外，多硅胺可以约5mM或更少(例如，约4mM或更少、约3mM或更少、约2mM或更少、约1mM或更少、或约0.5mM或更少)多硅胺的浓度存在于抛光组合物中。因此，多硅胺可以由前述端点中的任两者界定的浓度存在于抛光组合物中。举例而言，多硅胺可以约0.005mM至约5mM(例如，约0.01mM至约5mM、约0.025mM至约5mM、约0.05mM至约5mM、约0.1mM至约5mM、约0.25mM至约5mM、约0.005mM至约0.5mM、约0.01mM至约0.5mM、约0.025mM至约0.5mM、或约0.05mM至约0.5mM)的浓度存在于抛光组合物中。
在一些实施方式中，抛光添加剂包含聚乙烯咪唑。如本文中所使用，术语“聚乙烯咪唑”是指选自以下的一种或多种聚合物：聚乙烯咪唑、聚乙烯咪唑的衍生物、乙烯咪唑的共聚物及乙烯咪唑衍生物的共聚物(统称为“PVI”)。在某些实施方式中，聚乙烯咪唑为聚-N-乙烯咪唑。在一些实施方式中，聚乙烯咪唑的共聚物含有选自以下的单体：丙烯酸酯、丙烯酸酯酰胺(acrylate amide)、甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯酰胺、丙烯腈、乙烯基吡咯烷酮及氯乙烯。在某些实施方式中，聚乙烯咪唑为季胺化聚乙烯咪唑(basotronicpolyvinylimidazole)。
在抛光添加剂包含聚乙烯咪唑的实施方式中，聚乙烯咪唑可以任何适合的浓度存在于抛光组合物中。在一些实施方式中，聚乙烯咪唑可以约0.005mM或更大(例如，约0.01mM或更大、约0.025mM或更大、约0.05mM或更大、约0.1mM或更大、或约0.25mM或更大)的浓度存在于抛光组合物中。替代地或另外，聚乙烯咪唑可以约5mM或更小(例如，约4mM或更小、约3mM或更小、约2mM或更小、约1mM或更小、或约0.5mM或更小)的浓度存在于抛光组合物中。因此，聚乙烯咪唑可以由前述端点中的任两者界定的浓度存在于抛光组合物中。举例而言，聚乙烯咪唑可以约0.005mM至约5mM(例如，约0.01mM至约5mM、约0.025mM至约5mM、约0.05mM至约5mM、约0.1mM至约5mM、约0.25mM至约5mM、约0.005mM至约0.5mM、约0.01mM至约0.5mM、约0.025mM至约0.5mM、或约0.05mM至约0.5mM)聚乙烯咪唑的浓度存在于抛光组合物中。
一般而言，当在1atm及25℃下量测时，化学机械抛光组合物具有大于约6(例如，大于约6.5、大于约7、大于约7.5、大于约8、大于约8.5、或大于约9)的pH。在一些实施方式中，抛光组合物具有约6至约12，例如约6至约11、约6至约10、约6至约9、约6至约8、约7至约12、约7至约11、约7至约10、约7至约9、或约7至约8的pH。在某些实施方式中，抛光组合物具有约6至约8(例如，约7)的pH。
化学机械抛光组合物可包含能够调节(adjusting)(即，其调节)抛光组合物的pH的一种或多种化合物(即pH调节化合物)。抛光组合物的pH可使用能够调节抛光组合物的pH的任何适合的化合物来调节。pH调节化合物合乎期望地为水溶性的，且与抛光组合物的其它组分相容。
能够调节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、有机酸(例如，乙酸)、有机碱(例如，胺)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化学试剂。说明性的化学试剂包括缓冲剂、调节剂、杀生物剂、阻垢剂、分散剂等。在一些实施方式中，化学机械组合物进一步包含缓冲剂及杀生物剂。
在一些实施方式中，化学机械抛光组合物进一步包含缓冲剂。如本文中所使用，术语“缓冲剂”是指能够达成和/或维持抛光组合物的pH的任何化学品。举例而言，缓冲剂可为酸性化学品、碱性化学品、中性化学品、或其组合。缓冲剂的例示性清单包括硝酸、硫酸、磷酸、邻苯二甲酸、柠檬酸、己二酸、乙二酸、丙二酸、顺丁烯二酸、氢氧化铵、磷酸盐、硫酸盐、乙酸盐、丙二酸盐、乙二酸盐、硼酸盐、铵盐、胺、多元醇(例如，三羟甲基氨基甲烷(trisbase))、氨基酸及类似者。
在一些实施方式中，化学机械组合物包含杀生物剂。当存在时，杀生物剂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。例示性的杀生物剂为异噻唑啉酮杀生物剂。抛光组合物中的杀生物剂的量典型地为约1ppm至约200ppm(例如，约10ppm至约200ppm、约10ppm至约150ppm、约20ppm至约150ppm、约50ppm至约150ppm、约1ppm至约150ppm、或约1ppm至约100ppm)。
抛光组合物可通过任何适合的技术生产，其中许多为本领域技术人员所已知。抛光组合物可以分批或连续制程来制备。一般而言，抛光组合物通过合并抛光组合物的组分来制备。如本文中所使用，术语“组分”包括单独的成分(例如，阳离子型硅石研磨剂颗粒、任选的硅烷化合物、多醚胺、多硅胺、任选的缓冲剂、任选的调节剂、任选的杀生物剂、任选的阻垢剂、任选的分散剂、聚乙烯咪唑等)以及成分(例如，阳离子型硅石研磨剂颗粒、任选的硅烷化合物、多醚胺、多硅胺、任选的缓冲剂、任选的调节剂、任选的杀生物剂、任选的阻垢剂、任选的分散剂、聚乙烯咪唑等)的任何组合。
举例而言，抛光组合物可通过以下来制备：(i)提供全部或部分的水性载剂，(ii)使用用于制备这样的分散体的任何适合的手段来分散阳离子型硅石研磨剂颗粒和/或经处理的阳离子型硅石研磨剂颗粒、多醚胺和/或多硅胺及任何任选的化学试剂，(iii)适当调节分散体的pH，以及(iv)任选地将适量的任何其它任选的组分和/或化学试剂添加至该混合物。
在一些实施方式中，将化学机械组合物储存于单个容器中。在其它实施方式中，将化学机械组合物储存于两个或更多个容器中，使得在使用点处或使用点附近混合化学机械组合物。为了在使用点处或使用点附近混合两个或更多个储存装置中所含有的组分以产生抛光组合物，储存装置典型地具备自各储存装置通向抛光组合物的使用点(例如，压板、抛光垫、或基板表面)的一个或多个流动管线。如本文中所使用，术语“使用点”是指将抛光组合物施用至基板表面(例如，抛光垫或基板表面本身)的位点。术语“流动管线”意指自单独的储存容器流动至其中所储存的组分的使用点的路径。流动管线可各自直接通向使用点，或者，两个或更多个流动管线可在任何点处合并为通向使用点的单个流动管线。此外，在到达组分的使用点之前，流动管线中的任一者(例如，单独的流动管线或合并的流动管线)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)。
可将抛光组合物的组分独立地递送至使用点(例如，将组分递送至基板表面，于是在抛光制程期间混合所述组分)，或者，组分中的一者或多者可在递送至使用点之前合并，例如在递送至使用点之前不久或在即将递送至使用点之前合并。若在组分以混合形式添加至压板上之前约5分钟或更短时间，例如在以混合形式添加至压板上之前约4分钟或更短时间、约3分钟或更短时间、约2分钟或更短时间、约1分钟或更短时间、约45秒或更短时间、约30秒或更短时间、约10秒或更短时间、或与在使用点处递送组分的同时进行合并(例如，在分配器处合并组分)，则组分是“在即将递送至使用点之前”进行合并。若组分在使用点的5m内，诸如在使用点的1m内或甚至在使用点的10cm内(例如，在使用点的1cm内)进行合并，则组分也是“在即将递送至使用点之前”进行合并。
当在到达使用点之前合并抛光组合物的组分中的两者或更多者时，组分可在流动管线中合并且在不使用混合装置的情况下递送至使用点。替代地，流动管线中的一者或多者可通向混合装置中以促进组分中的两者或更多者的合并。可使用任何适合的混合装置。举例而言，混合装置可为供组分中的一者或多者流动穿过其的喷嘴或喷射器(例如，高压喷嘴或喷射器)。替代地，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抛光浆料的两种或更多种组分引入至混合器；及至少一个出口，经混合的组分经由该出口排出混合器以直接或经由装置的其它构件(例如，经由一个或多个流动管线)递送至使用点。此外，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，其中在各腔室中合并两种或更多种组分。若使用容器型混合装置，则混合装置优选地包含混合机构以进一步促进组分的合并。混合机构通常为本领域中已知的，且包括搅拌器、共混器、搅动器、叶片式折流板(paddled baffle)、气体分布器系统(gas spargersystem)、振动器等。
抛光组合物也可作为意欲在使用之前用适量水稀释的浓缩物提供。在这样的实施方式中，抛光组合物浓缩物包含呈一定量的抛光组合物的组分，所述量使得在用适量水稀释浓缩物时，抛光组合物的各组分将以上文针对各组分所述的适当范围内的量存在于抛光组合物中。举例而言，阳离子型硅石研磨剂颗粒和/或经表面处理的阳离子型硅石研磨剂颗粒、多醚胺和/或多硅胺及任何任选的化学试剂可各自以上文针对各组分所述的浓度的约2倍(例如，约3倍、约4倍、或约5倍)的量存在于浓缩物中，使得当用等体积的水(例如，分别为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述的范围内的量存在于抛光组合物中。此外，如将由本领域普通技术人员所理解的，浓缩物可含有适当比率的存在于最终抛光组合物中的水，以便确保多醚胺和/或多硅胺及任何任选的化学试剂至少部分或完全地溶解于浓缩物中。合乎期望地，当呈现比在使用点处的抛光组合物浓4倍的浓缩物的形式时，本发明的抛光组合物是胶体稳定的。
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，其包含位于基板的表面上的硅氮化物(SiN)层；(ii)提供抛光垫；(iii)提供化学机械抛光组合物，其包含：(a)阳离子型硅石研磨剂颗粒，(b)多醚胺、多硅胺或其组合，及(c)水性载剂；其中多醚胺或多硅胺具有小于约1,000g/mol的重均分子量，抛光组合物具有大于约6的pH，且阳离子型硅石研磨剂颗粒在大于约6的pH下具有至少+10mV的ζ电位；(iv)使基板与抛光垫及化学机械抛光组合物接触；以及(v)相对于基板移动抛光垫及化学机械抛光组合物以研磨位于基板的表面上的SiN层的至少一部分以对基板进行抛光。
本发明进一步提供对基板进行化学机械抛光的方法，其包括：(i)提供包含位于基板的表面上的硅氮化物(SiN)层的基板；(ii)提供抛光垫；(iii)提供化学机械抛光组合物，其包含：(a)阳离子型硅石研磨剂颗粒，(b)聚乙烯咪唑衍生物，及(c)水性载剂；其中抛光组合物具有大于约6的pH，且阳离子型硅石研磨剂颗粒在大于约6的pH下具有至少+10mV的ζ电位；(iv)使基板与抛光垫及化学机械抛光组合物接触；以及(v)相对于基板移动抛光垫及化学机械抛光组合物以研磨位于基板的表面上的SiN层的至少一部分以对基板进行抛光。
化学机械抛光组合物可用于对任何适合的基板进行抛光，且尤其适用于对包含由低介电材料组成的至少一个层(典型地为表面层)的基板进行抛光。适合的基板包括用于半导体工业的晶片。晶片典型地包含例如以下或由例如以下构成：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。本发明的方法尤其适用于对包含硅氧化物、硅氮化物和/或多晶硅(例如，前述材料中的任一种、两种、或全部三种)的基板进行抛光，且尤其适用于对包含硅氮化物的基板进行抛光。
在某些实施方式中，基板包含与硅氧化物和/或硅氮化物组合的多晶硅。多晶硅可为任何适合的多晶硅，其中许多为本领域中所已知。多晶硅可具有任何适合的相，且可为非晶的、结晶的、或其组合。类似地，硅氧化物可为任何适合的硅氧化物，其中许多为本领域中所已知。适合类型的硅氧化物包括(但不限于)硼磷硅玻璃(BPSG)、PETEOS、热氧化物、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对包含硅氮化物的基板进行抛光时，本发明的化学机械抛光组合物合乎期望地展现高移除速率。举例而言，当根据本发明的实施方式对包含硅氮化物的硅晶片进行抛光时，抛光组合物合乎期望地展现具有约
Figure BDA0003183999060000171
或更高、
Figure BDA0003183999060000172
或更高、约
Figure BDA0003183999060000173
或更高、约
Figure BDA0003183999060000174
Figure BDA0003183999060000175
或更高、约
Figure BDA0003183999060000176
或更高、约
Figure BDA0003183999060000177
或更高、或约
Figure BDA0003183999060000178
Figure BDA0003183999060000179
或更高的硅氮化物移除速率。
当根据本发明的方法对包含硅氧化物的基板进行抛光时，本发明的化学机械抛光组合物合乎期望地展现低移除速率。举例而言，当根据本发明的实施方式对包含硅氧化物(诸如高密度等离子体(HDP)氧化物和/或等离子体增强的原硅酸四乙酯(PETEOS)和/或原硅酸四乙酯(TEOS))的硅晶片进行抛光时，抛光组合物合乎期望地展现约
Figure BDA00031839990600001710
或更低，例如约
Figure BDA00031839990600001711
或更低、约
Figure BDA00031839990600001712
或更低、约
Figure BDA00031839990600001713
或更低、约
Figure BDA00031839990600001714
或更低、约
Figure BDA00031839990600001715
或更低、约
Figure BDA00031839990600001716
或更低、约
Figure BDA00031839990600001717
或更低、约
Figure BDA00031839990600001718
或更低、或甚至约
Figure BDA00031839990600001719
或更低的硅氧化物移除速率。
当根据本发明的方法对包含多晶硅的基板进行抛光时，本发明的化学机械抛光组合物合乎期望地展现低移除速率。举例而言，当根据本发明的实施方式对包含多晶硅的硅晶片进行抛光时，抛光组合物合乎期望地展现约
Figure BDA00031839990600001720
或更低、约
Figure BDA00031839990600001721
或更低、约
Figure BDA00031839990600001722
或更低、约
Figure BDA00031839990600001723
Figure BDA00031839990600001724
或更低、约
Figure BDA00031839990600001725
或更低、约
Figure BDA00031839990600001726
或更低、约
Figure BDA00031839990600001727
或更低、约
Figure BDA00031839990600001728
或更低、或甚至约
Figure BDA00031839990600001729
或更低的多晶硅移除速率。
在某些实施方式中，基板在该基板的表面上包含硅氮化物(SiN)层及硅氧化物(SiO)层。在一些实施方式中，硅氮化物层的研磨提供硅氮化物移除速率，且硅氧化物层的研磨提供硅氧化物移除速率，其中硅氮化物移除速率与硅氧化物移除速率的比率大于约4比1。因此，本发明的化学机械抛光组合物可用于以约4:1或更高(例如，约5:1或更高、约6:1或更高、约7:1或更高、约8:1或更高、约9:1或更高、约10:1或更高、约15:1或更高、约20:1或更高、或约40:1或更高)的硅氮化物对硅氧化物抛光选择性来对基板进行抛光。在某些实施方式中，硅氮化物移除速率与硅氧化物移除速率的比率大于约20比1。可调整本发明的化学机械抛光组合物以在对特定的薄层材料具有选择性的所需抛光范围内提供有效的抛光，同时使表面瑕疵、缺陷、腐蚀、侵蚀及停止层的移除最小化。可通过改变抛光组合物的组分的相对浓度而将选择性控制在一定程度上。
本发明的化学机械抛光组合物及方法尤其适合与化学机械抛光装置结合使用。典型地，该装置包含：压板，其在使用时处于运动中且具有由轨道、线性或圆周运动产生的速度；抛光垫，其与压板接触且在运动时随压板移动；及载体，其固持待通过接触抛光垫的表面且相对于抛光垫的表面移动而被抛光的基板。基板的抛光通过以下操作进行：使基板与本发明的抛光垫及抛光组合物接触放置，然后，使抛光垫相对于基板移动，以便研磨基板的至少一部分以对基板进行抛光。
可采用化学机械抛光组合物使用任何适合的抛光垫(例如，抛光表面)对基板进行抛光。适合的抛光垫包括例如编织及非编织的抛光垫。此外，适合的抛光垫可包含具有不同密度、硬度、厚度、可压缩性、压缩回弹能力及压缩模量的任何适合的聚合物。适合的聚合物包括例如聚氯乙烯、聚氟乙烯、尼龙、氟碳化合物、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。软质聚氨酯抛光垫尤其适用于与本发明抛光方法结合。典型的垫包括(但不限于)SURFINTM000、SURFINTM SSW1、SPM3100(可商购自例如Eminess Technologies)、POLITEXTM及Fujibo POLYPASTM 27。尤其优选的抛光垫为可商购自Cabot Microelectronics的EPICTM D100垫及NEXPLANARTM E6088垫及可商购自Dow Chemical Company的IC1010TM垫。
合乎期望地，化学机械抛光装置进一步包含原位抛光终点检测系统，其中许多为本领域中所已知。用于通过分析自正在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为本领域中所已知。这些方法例如描述于美国专利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及美国专利5,964,643中。合乎期望地，对于正在抛光的基板的抛光过程的进展的检查或监控使得能够确定抛光终点，即，确定何时终止对特定基板的抛光过程。
本发明进一步通过以下实施方式来说明。
实施方式(1)为用于对含硅氮化物的基板进行抛光的化学机械抛光组合物。该组合物包含：水性载剂；阳离子型硅石颗粒，其分散于该水性载剂中，所述阳离子型硅石研磨剂颗粒在该抛光组合物中具有至少10mV的ζ电位；抛光添加剂，其选自：多醚胺、多硅胺、聚乙烯咪唑及其组合，其中该多醚胺及该多硅胺具有小于约1,000g/mol的相应重均分子量；且其中该抛光组合物具有大于约6的pH。
实施方式(2)为根据实施方式(1)的抛光组合物，其中该抛光添加剂包含聚乙烯咪唑。
实施方式(3)为根据实施方式(1)的抛光组合物，其中该抛光添加剂包含具有约900g/mol或更小的重均分子量的多硅胺。
实施方式(4)为根据实施方式(1)的抛光组合物，其中该抛光添加剂包含具有约900g/mol或更小的重均分子量的多醚胺。
实施方式(5)为根据实施方式(4)的抛光组合物，其中该多醚胺为环氧丙烷二胺、环氧丙烷三胺、环氧乙烷/环氧丙烷二胺、环氧乙烷/环氧丙烷三胺、或其组合。
实施方式(6)为根据实施方式(5)的抛光组合物，其中该多醚胺具有式(I)：
Figure BDA0003183999060000191
其中R为C1-C6烷基，且x、y及z独立地为0至15的整数。
实施方式(7)为根据实施方式(1)及(3)至(6)中任一项的抛光组合物，其中该抛光添加剂包含具有约600g/mol或更小的重均分子量的多醚胺或具有约600g/mol或更小的重均分子量的多硅胺。
实施方式(8)为根据实施方式(1)至(7)中任一项的抛光组合物，其中该抛光添加剂以在约0.01mM至约1mM的范围内的浓度存在于该抛光组合物中。
实施方式(9)为根据实施方式(1)至(8)中任一项的抛光组合物，其中所述阳离子型硅石研磨剂颗粒具有已经以季氨基硅烷、双足氨基硅烷或其组合处理的表面。
实施方式(10)为根据实施方式(1)至(9)中任一项的抛光组合物，其中所述阳离子型硅石研磨剂颗粒包含胶体硅石颗粒，所述胶体硅石颗粒在大于约6的pH下具有至少20mV的永久性正电荷。
实施方式(11)为根据实施方式(1)至(7)中任一项的抛光组合物，其中所述阳离子型硅石研磨剂颗粒具有约20nm至约80nm的平均粒径。
实施方式(12)为根据实施方式(1)至(11)中任一项的抛光组合物，其中该抛光组合物具有约6至约8的pH。
实施方式(13)为根据实施方式(1)至(12)中任一项的抛光组合物，其中该抛光组合物具有约7的pH。
实施方式(14)为对基板进行化学机械抛光的方法。该方法包括：(a)提供包含位于基板的表面上的硅氮化物(SiN)层的基板；(b)提供抛光垫；(c)提供化学机械抛光组合物，其包含：(i)水性载剂；(ii)阳离子型硅石颗粒，其分散于水性载剂中，所述阳离子型硅石研磨剂颗粒在该抛光组合物中具有至少10mV的ζ电位；(iii)抛光添加剂，其选自：多醚胺、多硅胺、聚乙烯咪唑及其组合，其中该多醚胺及该多硅胺具有约1,000g/mol或更小的相应重均分子量；且其中该抛光组合物具有大于约6的pH；(d)使该基板与该抛光垫及该化学机械抛光组合物接触；以及(e)相对于该基板移动该抛光垫及该化学机械抛光组合物以研磨位于该基板的表面上的该SiN层的至少一部分，从而对该基板进行抛光。
实施方式(15)为根据实施方式(14)的方法，其中该抛光添加剂包含聚乙烯咪唑。
实施方式(16)为根据实施方式(14)的方法，其中该抛光添加剂包含具有约1,000g/mol或更小的重均分子量的多硅胺。
实施方式(17)为根据实施方式(14)的方法，其中该抛光添加剂包含具有约1,000g/mol或更小的重均分子量的多醚胺。
实施方式(18)为根据实施方式(17)的方法，其中该多醚胺为环氧丙烷二胺、环氧丙烷三胺、环氧乙烷/环氧丙烷二胺、环氧乙烷/环氧丙烷三胺、或其组合。
实施方式(19)为根据实施方式(18)的方法，其中该多醚胺具有式(I)：
Figure BDA0003183999060000211
其中R为C1-C6烷基，且x、y及z独立地为0至15的整数。
实施方式(20)为根据实施方式(14)及(16)至(19)中任一项的方法，其中该抛光添加剂包含具有约600g/mol或更小的重均分子量的多醚胺或具有约600g/mol或更小的重均分子量的多硅胺。
实施方式(21)为根据实施方式(14)至(20)中任一项的方法，其中该抛光添加剂以在约0.01mM至约1mM的范围内的浓度存在于该抛光组合物中。
实施方式(22)为根据实施方式(14)至(21)中任一项的方法，其中所述阳离子型硅石研磨剂颗粒具有已经以季氨基硅烷、双足氨基硅烷或其组合处理的表面。
实施方式(23)为根据实施方式(14)至(22)中任一项的方法，其中所述阳离子型硅石研磨剂颗粒包含胶体硅石颗粒，所述胶体硅石颗粒在大于约6的pH下具有至少20mV的永久性正电荷。
实施方式(24)为根据实施方式(14)至(23)中任一项的方法，其中所述阳离子型硅石研磨剂颗粒具有约20nm至约80nm的平均粒径。
实施方式(25)为根据实施方式(14)至(24)中任一项的方法，其中该抛光组合物具有约6至约8的pH。
实施方式(26)为根据实施方式(14)至(25)中任一项的方法，其中：(i)该基板进一步包含位于该基板的表面上的硅氧化物(SiO)层；(ii)研磨该硅氧化物层的至少一部分以对该基板进行抛光；且(iii)该SiN层的该研磨提供SiN移除速率，且该SiO层的该研磨提供SiO移除速率，使得该SiN移除速率与该SiO移除速率的比率大于约4比1。
实施例
这些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。
贯穿所述实施例，使用以下缩写：移除速率(RR)；原硅酸四乙酯(TEOS)；及硅氮化物(SiN)。
在以下实施例中，使用Logitech 2台式抛光机器以1.5PSI(10.3kPa)下压力对以下进行抛光：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SiN、以及自Silyb Inc.获得的图案化晶片。图案化晶片包含位于经硅氧化物覆盖的基板上的100μm的硅氮化物特征。使用具有Saesol C7(可商购自Saesol Diamond Ind.Co.,Ltd.,South Korea)修整器(调节器，conditioner)的Nexplanar E6088垫，其中，对于所有组合物，抛光参数均相同。标准的Logitech抛光参数是如下：Nexplanar E6088垫，下压力＝10.3kPa(1.5psi)，头部速度＝87rpm，压板速度＝93rpm，总流速＝50mL/分钟。移除速率通过如下计算：量测膜厚度，使用光谱椭圆偏振仪(spectroscopic ellipsometry)，并且，自初始厚度减去最终厚度。
实施例1
该实施例证明了添加剂的类型及分子量对SiN:TEOS选择性的影响，该SiN:TEOS选择性是通过硅氮化物移除速率对硅氧化物移除速率来量测的。
用十六(16)种不同的抛光组合物(抛光组合物1A-1P(表1))来对包含经TEOS覆盖的硅及经硅氮化物覆盖的硅的基板进行抛光。在Logitech 2台式抛光机器上以1.5PSI(10.3kPa)下压力使用具有Saesol C7修整器的Nexplanar E6088垫对基板进行抛光。抛光组合物中的每一者含有0.5重量％阳离子型硅石研磨剂颗粒、2mM TRIS氢氯化物(hydrochloride)及120ppm杀生物剂，pH为7。如美国专利9,382,450的实施例7中所描述来制备阳离子型胶体硅石颗粒。抛光组合物中的每一者进一步含有呈表1中所示的量的抛光添加剂。
在抛光之后，测定TEOS及SiN的移除速率。结果阐述于表1中。
表1：随抛光组合物添加剂而变化的SiN:TEOS抛光选择性
Figure BDA0003183999060000231
如自表1中所阐述的结果明晰的，含有具有小于约1,000g/mol的分子量的抛光添加剂的抛光组合物1H-1P展现最高的SiN:TEOS选择性。含有JEFFAMINETM T-403的抛光组合物1N展现出几乎为对照物的50倍的选择性，其中，SiN:TEOS选择性的比值为48:1。
实施例2
该实施例证明了添加剂的浓度对SiN:TEOS选择性的影响，该SiN:TEOS选择性是通过硅氮化物移除速率对硅氧化物移除速率来量测的。
用五(5)种不同的抛光组合物(抛光组合物2A-2E(表2))来对包含经TEOS覆盖的硅及经硅氮化物覆盖的硅的基板进行抛光。在Logitech 2台式抛光机器上以1.5PSI(10.3kPa)下压力使用具有Saesol C7修整器的Nexplanar E6088垫对基板进行抛光。抛光组合物中的每一者含有0.5重量％阳离子型硅石研磨剂颗粒、2mM TRIS氢氯化物及120ppm杀生物剂，pH为7。抛光组合物2B-2E中的每一者进一步含有呈如表2中所示的量的JEFFAMINETM T-403。将抛光组合物2A提供为对照物。如美国专利9,382,450的实施例7中所描述来制备阳离子型胶体硅石颗粒。
在抛光之后，测定TEOS及SiN的移除速率。结果阐述于表2中。
表2：随添加剂浓度而变化的SiN及TEOS移除速率
Figure BDA0003183999060000241
如自表2中所阐述的结果明晰的，相较于对照物，含有JEFFAMINETM T-403的抛光组合物2B-2E展现出降低的TEOS移除速率且提供了较佳的SiN:TEOS选择性。含有0.1mMJEFFAMINETM T-403的抛光组合物2C展现出最低的TEOS移除速率且展现出最高的SiN:TEOS选择性，比值为约48:1。
将本文中引用的所有参考文献(包括出版物、专利申请和专利)在此引入作为参考，其参考程度如同各参考文献被单独和具体说明以引入作为参考并且各参考文献在本文中全部阐述一般。
在描述本发明的范围(特别是所附权利要求的范围)中使用术语“一个”和“一种”和“该”和“至少一个(种)”以及类似的指示物应理解为包括单数和复数，除非本文中另有说明或上下文明显矛盾。在一个或多个项目的列表后使用术语“至少一个(种)”(例如，“A和B中的至少一个(种)”)解释为意指选自所列项目中的一个(种)项目(A或B)或所列项目中的两个(种)或更多个(种)项目的任何组合(A和B)，除非本文中另有说明或上下文明显矛盾。术语“包含”、“具有”、“包括”、和“含有”应理解为开放式术语(即，意味着“包括，但不限于”)，除非另有说明。本文中数值范围的列举仅仅用作单独提及落在该范围内的每个独立值的简写方法，除非本文中另有说明，并且在说明书中引入每个独立值，就如同其在这里被单独列举一样。本文描述的所有方法可以任何适合的顺序进行，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾。本文中提供的任何和所有实例、或示例性语言(如，“例如”)的使用仅用来更好地说明本发明，而不是对本发明的范围加以限定，除非另有说明。说明书中没有语言应被理解为是在将任何非要求保护的要素表明为是本发明的实践所必需的。
本文中描述了本发明的优选实施方式，包括本发明人已知的进行本发明的最佳模式。通过阅读上述说明书，那些优选实施方式的变化对于本领域的普通技术人员来说将变得明晰。本发明人希望技术人员适当地采用这种变化，且本发明人希望本发明用不同于本文具体描述的方式进行实践。因此，本发明包括适用法律所允许的、所附权利要求书中所列举的主题的所有修改和等价物。此外，本发明涵盖上述要素在其所有可能变化中的任意组合，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾。

Claims (26)

1.用于对含硅氮化物的基板进行抛光的化学机械抛光组合物，该抛光组合物包含：
水性载剂；
阳离子型硅石研磨剂颗粒，其分散于该水性载剂中，该阳离子型硅石研磨剂颗粒在该抛光组合物中具有至少10mV的ζ电位；
抛光添加剂，其选自：多醚胺、多硅胺、聚乙烯咪唑及其组合，其中该多醚胺及该多硅胺具有小于约1,000g/mol的相应重均分子量；及
其中该抛光组合物具有大于约6的pH。
2.权利要求1的抛光组合物，其中该抛光添加剂包含聚乙烯咪唑。
3.权利要求1的抛光组合物，其中该抛光添加剂包含具有约900g/mol或更小的重均分子量的多硅胺。
4.权利要求1的抛光组合物，其中该抛光添加剂包含具有约900g/mol或更小的重均分子量的多醚胺。
5.权利要求4的抛光组合物，其中该多醚胺为环氧丙烷二胺、环氧丙烷三胺、环氧乙烷/环氧丙烷二胺、环氧乙烷/环氧丙烷三胺、或其组合。
6.权利要求5的抛光组合物，其中该多醚胺具有式(I)：
Figure FDA0003183999050000011
其中R为C1-C6烷基，且x、y及z独立地为0至15的整数。
7.权利要求1的抛光组合物，其中该抛光添加剂包含具有约600g/mol或更小的重均分子量的多醚胺或具有约600g/mol或更小的重均分子量的多硅胺。
8.权利要求1的抛光组合物，其中该抛光添加剂以在约0.01mM至约1mM的范围内的浓度存在于该抛光组合物中。
9.权利要求1的抛光组合物，其中该阳离子型硅石研磨剂颗粒具有已经以季氨基硅烷、双足氨基硅烷或其组合处理的表面。
10.权利要求1的抛光组合物，其中该阳离子型硅石研磨剂颗粒包含胶体硅石颗粒，该胶体硅石颗粒在大于约6的pH下具有至少20mV的永久性正电荷。
11.权利要求1的抛光组合物，其中该阳离子型硅石研磨剂颗粒具有约20nm至约80nm的平均粒径。
12.权利要求1的抛光组合物，其中该抛光组合物具有约6至约8的pH。
13.权利要求10的抛光组合物，其中该抛光组合物具有约7的pH。
14.对基板进行化学机械抛光的方法，其包括：
(a)提供包含位于基板的表面上的硅氮化物(SiN)层的基板；
(b)提供抛光垫；
(c)提供化学机械抛光组合物，其包含：
(i)水性载剂；
(ii)阳离子型硅石研磨剂颗粒，其分散于该水性载剂中，该阳离子型硅石研磨剂颗粒在该抛光组合物中具有至少10mV的ζ电位；
(iii)抛光添加剂，其选自：多醚胺、多硅胺、聚乙烯咪唑及其组合，其中该多醚胺及该多硅胺具有小于约1,000g/mol的相应重均分子量；且
其中该抛光组合物具有大于约6的pH；
(d)使该基板与该抛光垫及该化学机械抛光组合物接触；以及
(e)相对于该基板移动该抛光垫及该化学机械抛光组合物以研磨位于该基板的表面上的该SiN层的至少一部分，从而对该基板进行抛光。
15.权利要求14的方法，其中该抛光添加剂包含聚乙烯咪唑。
16.权利要求14的方法，其中该抛光添加剂包含具有约900g/mol或更小的重均分子量的多硅胺。
17.权利要求14的方法，其中该抛光添加剂包含具有约900g/mol或更小的重均分子量的多醚胺。
18.权利要求17的方法，其中该多醚胺为环氧丙烷二胺、环氧丙烷三胺、环氧乙烷/环氧丙烷二胺、环氧乙烷/环氧丙烷三胺、或其组合。
19.权利要求18的方法，其中该多醚胺具有式(I)：
Figure FDA0003183999050000031
其中R为C1-C6烷基，且x、y及z独立地为0至15的整数。
20.权利要求14的方法，其中该抛光添加剂包含具有约600g/mol或更小的重均分子量的多醚胺或具有约600g/mol或更小的重均分子量的多硅胺。
21.权利要求14的方法，其中该抛光添加剂以在约0.01mM至约1mM的范围内的浓度存在于该抛光组合物中。
22.权利要求14的方法，其中该阳离子型硅石研磨剂颗粒具有已经以季氨基硅烷、双足氨基硅烷或其组合处理的表面。
23.权利要求14的方法，其中该阳离子型硅石研磨剂颗粒包含胶体硅石颗粒，该胶体硅石颗粒在大于约6的pH下具有至少20mV的永久性正电荷。
24.权利要求14的方法，其中该阳离子型硅石研磨剂颗粒具有约20nm至约80nm的平均粒径。
25.权利要求14的方法，其中该抛光组合物具有约6至约8的pH。
26.权利要求14的方法，其中：
该基板进一步包含位于该基板的表面上的硅氧化物(SiO)层；
研磨该硅氧化物层的至少一部分以对该基板进行抛光；且
该SiN层的该研磨提供SiN移除速率，且该SiO层的该研磨提供SiO移除速率，使得该SiN移除速率与该SiO移除速率的比率大于约4比1。
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