CN114127211A - 在主体钨浆料中提高阻挡膜移除速率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及化学机械抛光组合物，其包含：(a)第一研磨剂，其包含阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒，(b)第二研磨剂，其具有约5.5或更高的莫氏硬度，(c)阳离子聚合物，(d)含铁活化剂，(e)氧化剂，及(f)水。本发明还涉及使用该抛光组合物化学机械抛光基板、尤其是包含钨层及阻挡层(例如，氮化物)的基板的方法。

Description

在主体钨浆料中提高阻挡膜移除速率的方法
背景技术
用于抛光(或平坦化)基板表面的化学机械抛光(CMP)组合物及方法为本领域中熟知的。用于抛光半导体基板上的金属层(例如钨)的抛光组合物(也称作抛光浆料、CMP浆料及CMP组合物)可包括悬浮于水溶液中的研磨剂(磨料，abrasive)颗粒及化学加速剂诸如氧化剂、螯合剂、催化剂等等。
在常规的CMP操作中，将待抛光的基板(晶片)安装于载体(抛光头)上，其继而安装于载体组件上且定位成与CMP设备(抛光工具)中的抛光垫接触。载体组件向基板提供可控压力，从而抵靠抛光垫按压基板。基板及垫通过外部驱动力而相对于彼此移动。基板与垫的相对运动研磨及移除来自基板表面的一部分材料，从而抛光基板。通过垫与基板的相对移动抛光基板可进一步通过抛光组合物(例如，通过存在于CMP组合物中的氧化剂及其他化合物)的化学活性及/或悬浮于抛光组合物中的研磨剂的机械活性来辅助。
在典型的钨插塞及互连件工艺中，将钨沉积于电介质上及形成于电介质中的开口内。然后在CMP操作期间移除介电层上的过量钨，以在电介质内形成钨插塞及互连件。在主体(本体，bulk)钨移除之后，基板表面可经历磨光(打磨，buff)抛光步骤以移除碎屑和向表面提供更均一的形貌。磨光抛光的要求高，因为必须使基板特征(feature)(诸如钨插塞及互连件)内的侵蚀最小化或更优选地甚至逆转，该侵蚀为过量金属从特征内移除，从而引起不平坦。磨光步骤涉及抛光两种或更多种不同材料，诸如钨、电介质以及阻挡材料如氮化硅，且因此需要适当平衡不同材料的移除速率以实现适合的表面形貌。
在常规的抛光系统中，用以改善形貌的聚合物添加剂的添加典型地引起阻挡膜移除速率的显著减小。阻挡膜移除速率的减小大于钨膜移除速率的减小。该移除速率变化的差异在确定抛光终点方面提出挑战。
因此，对开发如下的新的用于钨主体抛光应用的抛光方法及组合物存在持续需求：其在最小化或消除侵蚀的同时提供良好的移除速率及良好的表面形貌以及平坦度。
发明内容
本发明提供一种化学机械抛光组合物，其包含：(a)第一研磨剂，其包含阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒，(b)第二研磨剂，其具有约5.5或更高的莫氏硬度(Mohshardness)，(c)阳离子聚合物，(d)含铁活化剂，(e)氧化剂，及(f)水。
本发明还提供一种化学机械抛光基板的方法，其包含：(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)包含阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒的第一研磨剂、(b)具有约5.5或更高的莫氏硬度的第二研磨剂、(c)阳离子聚合物、(d)含铁活化剂、(e)氧化剂、及(f)水，(iv)使该基板与该抛光垫及该化学机械抛光组合物接触，及(v)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该基板的至少一部分，从而抛光该基板。
具体实施方式
本发明提供一种化学机械抛光组合物，其包含：(a)第一研磨剂，其包含阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒，(b)第二研磨剂，其具有约5.5或更高的莫氏硬度，(c)阳离子聚合物，(d)含铁活化剂，(e)氧化剂，及(f)水。
本发明抛光组合物包含第一研磨剂，其包含阳离子改性的胶体二氧化硅(即，改性为具有永久性正电荷的胶体二氧化硅)、基本上由其组成或由其组成。胶体二氧化硅在阳离子改性之前可为任何适合的胶体二氧化硅。例示性胶体二氧化硅颗粒包括例如可商购自FUSO Chemical Co.(Tokyo,Japan)的PL系列胶体二氧化硅颗粒(例如，PL-1、PL-3D及PL-2、PL-7以及PL-10胶体二氧化硅产品)。
永久性正电荷意指二氧化硅颗粒上的正电荷不是可容易地(例如，经由冲洗、稀释、过滤等)移除的。永久性正电荷可为例如将阳离子化合物与胶体二氧化硅共价键合的结果。阳离子化合物可在比抛光过程期间会使用的高的pH下使电荷逆转，然而，阳离子化合物保持键合至胶体二氧化硅。永久性正电荷与非永久性正电荷相反，非永久性正电荷可为例如阳离子化合物与胶体二氧化硅之间的静电相互作用的结果。
分散颗粒(诸如胶体二氧化硅颗粒)上的电荷在本领域中通常称作ζ电位(或电动电位)。颗粒的ζ电位是指围绕颗粒的离子的电荷与抛光组合物的主体溶液(例如，液体载剂及溶解于其中的任何其他组分)的电荷之间的电位差。ζ电位典型地取决于水性介质的pH。对于给定的抛光组合物，颗粒的等电点定义为ζ电位为零时的pH。随着pH偏离等电点升高或降低，表面电荷(及因此的ζ电位)相应地减少或增加(至负ζ电位值或正ζ电位值)。分散体(诸如抛光组合物)的ζ电位可使用可商购的仪器(诸如购自Malvern Instruments的ZETASIZERTM、购自Brookhaven Instruments的ZETAPLUSTMζ电位分析仪(Zeta PotentialAnalyzer)、及购自Dispersion Technologies,Inc.的电声波谱仪(electro-acousticspectrometer))来获得。
阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒在抛光组合物中具有至少约20mV或更高的正电荷。更具体地，抛光组合物中的阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒可具有约20mV或更高，例如约25mV或更高、约30mV或更高、约35mV或更高、约40mV或更高、约45mV或更高、约50mV或更高、约55mV或更高、约60mV或更高、约65mV或更高、约70mV或更高或约75mV或更高的永久性正电荷(即，ζ电位)。替代地或另外，抛光组合物中的胶体二氧化硅颗粒可具有约100mV或更低，例如约95mV或更低、约90mV或更低、约85mV或更低或约80mV或更低的永久性正电荷(即，ζ电位)。因此，胶体二氧化硅颗粒可具有由前述端点中的任两者所界定的永久性正电荷(即，ζ电位)。优选地，胶体二氧化硅颗粒在适合的pH范围(例如，pH小于或等于约4)内具有约20mV至约100mV(例如，约20mV至约75mV、约25mV至约100mV、约25mV至约75mV或约25mV至约50mV)的永久性正电荷(即，ζ电位)。
胶体二氧化硅颗粒上的永久性正电荷可使用任何适合的方法测定且不受特定限制。例如，透析技术可用于表征胶体二氧化硅颗粒的电荷。另外，还可使用超滤法。例示性三步超滤法描述于本文中。技术人员将认识到，本文中所描述的超滤法的条件参数为说明性的且不应以任何方式解释为限制性的。
使一定体积的抛光组合物(例如，200mL)穿过Millipore ULTRACELLTM再生纤维素超滤盘(例如，具有100,000道尔顿的截留分子量及6.3nm的孔尺寸。收集剩余分散体(由超滤盘截留的分散体)并将其用pH调整的去离子水补充至原始体积。所述去离子水用适合的无机酸(诸如硝酸)pH调整至抛光组合物的原始pH。此程序重复总共三个超滤循环(其中的每一个包括超滤步骤及补充步骤)。然后，测量经三次超滤及补充的抛光组合物的ζ电位，且与原始抛光组合物的ζ电位进行比较。
尽管不希望受特定理论束缚，但据信由超滤盘截留的分散体(截留的分散体)包括胶体二氧化硅颗粒及可与颗粒的表面缔合(例如，键合或附接至颗粒表面或者与颗粒表面静电相互作用)的任何化合物(例如，阳离子化合物)。液体载剂(例如，水)的至少一部分及溶解于其中的化合物穿过超滤盘。据信将截留的分散体补充至原始体积扰乱原始抛光组合物中的平衡，使得与颗粒表面缔合的化合物可趋向于新平衡。与颗粒表面强缔合(例如，共价键合)的化合物保留在表面上，使得颗粒的正ζ电位即使有任何变化往往也很小。相反，与颗粒表面具有较弱缔合(例如，静电相互作用)的化合物的一部分可随着系统趋向于新平衡而返回至溶液，从而导致正ζ电位降低。据信重复此过程总共三个超滤及补充循环放大上述效果。
观察到，在针对离子强度差异进行校正之后，在原始抛光组合物中的胶体二氧化硅颗粒与由上述三步超滤测试获得的经三次超滤及补充的抛光组合物中的颗粒的ζ电位之间几乎没有(或没有)差异。将理解，在针对离子强度差异进行校正之前，可能观察到测得的ζ电位因经三次超滤及补充的抛光组合物的离子强度降低(由于稀释)而增加。在针对离子强度差异进行校正之后，优选的是，由前述三步超滤测试造成的颗粒上的正电荷的任何降低(即，ζ电位的降低)小于10mV(例如，小于约7mV、小于约5mV或小于约2mV)。
在一种实施方式中，阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒的ζ电位在约2.5的pH下大于约20mV，例如，在约2.5的pH下大于约25mV，在约2.5的pH下大于约30mV，在约2.5的pH下大于约35mV，在约2.5的pH下大于约40mV，在约2.5的pH下大于约45mV，或在约2.5的pH下大于约50mV。
此外，如本文中所描述的，本发明抛光组合物具有酸性pH，即，小于7的pH(例如，约2至约5的pH)，且因此阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒可在抛光组合物的pH下具有本文中所描述的任何适合的ζ电位。在一种优选实施方式中，抛光组合物具有约2至约4的pH。例如，在其中抛光组合物的pH为约2.5的实施方式中，阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒可具有约100mV或更低(例如，约95mV或更低、约90mV或更低、约85mV或更低、约80mV或更低、约75mV或更低、约70mV或更低、约65mV或更低、约60mV或更低或约55mV或更低)的ζ电位。替代地或另外，阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒可具有约20mV或更高(例如，约25mV或更高、约30mV或更高、约35mV或更高、约40mV或更高、约45mV或更高或约50mV或更高)的ζ电位。因此，阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒可具有由前述端点的任意者界定的ζ电位。在一种优选实施方式中，抛光组合物的pH为约2.5且胶体二氧化硅颗粒具有约30mV至约40mV(例如，约35mV)的ζ电位。
在其中抛光组合物的pH为约3的其他实施方式中，阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒可具有约100mV或更低(例如，约95mV或更低、约90mV或更低、约85mV或更低、约80mV或更低、约75mV或更低、约70mV或更低、约65mV或更低、约60mV或更低或约55mV或更低)的ζ电位。替代地或另外，阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒可具有约20mV或更高(例如，约25mV或更高、约30mV或更高、约35mV或更高、约40mV或更高、约45mV或更高或约50mV或更高)的ζ电位。因此，阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒可具有由前述端点的任意者界定的ζ电位。在一种优选实施方式中，抛光组合物的pH为约3且胶体二氧化硅颗粒具有约40mV至约50mV(例如，约45mV)的ζ电位。
在其中抛光组合物的pH为约3.5的其他实施方式中，阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒可具有约100mV或更低(例如，约95mV或更低、约90mV或更低、约85mV或更低、约80mV或更低、约75mV或更低、约70mV或更低、约65mV或更低、约60mV或更低或约55mV或更低)的ζ电位。替代地或另外，阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒可具有约20mV或更高(例如，约25mV或更高、约30mV或更高、约35mV或更高、约40mV或更高、约45mV或更高或约50mV或更高)的ζ电位。因此，阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒可具有由前述端点的任意者界定的ζ电位。在一种优选实施方式中，抛光组合物的pH为约3.5且胶体二氧化硅颗粒具有约45mV至约50mV(例如，约47mV)的ζ电位。
在其中抛光组合物的pH为约4的其他实施方式中，阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒可具有约100mV或更低(例如，约95mV或更低、约90mV或更低、约85mV或更低、约80mV或更低、约75mV或更低、约70mV或更低、约65mV或更低、约60mV或更低或约55mV或更低)的ζ电位。替代地或另外，阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒可具有约20mV或更高(例如，约25mV或更高、约30mV或更高、约35mV或更高、约40mV或更高、约45mV或更高或约50mV或更高)的ζ电位。因此，阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒可具有由前述端点的任意者界定的ζ电位。在一种优选实施方式中，抛光组合物的pH为约4且胶体二氧化硅颗粒具有约40mV至约50mV(例如，约45mV)的ζ电位。
在其中抛光组合物的pH为约4.5的其他实施方式中，阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒可具有约100mV或更低(例如，约95mV或更低、约90mV或更低、约85mV或更低、约80mV或更低、约75mV或更低、约70mV或更低、约65mV或更低、约60mV或更低或约55mV或更低)的ζ电位。替代地或另外，阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒可具有约20mV或更高(例如，约25mV或更高、约30mV或更高、约35mV或更高、约40mV或更高、约45mV或更高或约50mV或更高)的ζ电位。因此，阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒可具有由前述端点的任意者界定的ζ电位。在一种优选实施方式中，抛光组合物的pH为约4.5且胶体二氧化硅颗粒具有约40mV至约45mV(例如，约42mV)的ζ电位。
可使用任何适合方法制备第一研磨剂的阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒。例示性方法包括用至少一种阳离子化合物(例如氨基硅烷化合物)处理胶体二氧化硅颗粒。适合的氨基硅烷化合物包括伯氨基硅烷、仲氨基硅烷、叔氨基硅烷、季型氨基硅烷及多足(multi-podal)(例如，二足(dipodal))氨基硅烷。氨基硅烷化合物可为任何适合的氨基硅烷，诸如双(2-羟乙基)-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、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、双(三烷氧基甲硅烷基丙基)胺、双(三烷氧基甲硅烷基丙基)胺、及其混合物。
可采用任何适合的处理胶体二氧化硅颗粒的方法。例如，胶体二氧化硅颗粒可在与抛光组合物的其他组分混合之前用氨基硅烷化合物处理，或者可将氨基硅烷及胶体二氧化硅颗粒同时添加至抛光组合物的其他组分。
在其中将氨基硅烷同时添加至抛光组合物的其他组分的实施方式中，氨基硅烷化合物可以任何适合的量存在于抛光组合物中。所采用的氨基硅烷的量可取决于若干因素，例如包括粒度、颗粒的表面积、所使用的特定氨基硅烷化合物及颗粒上的所需电荷。如通常所理解的，所使用的氨基硅烷的量随粒度减小(且因此表面积增加)及颗粒上的电荷增加而增加。例如，为获得大于约20mV的永久性正电荷，按重量计20ppm或更多的氨基硅烷可用于具有110nm粒度的分散体，70ppm或更多的氨基硅烷可用于具有75nm粒度的分散体，且130ppm或更多的氨基硅烷可用于具有55nm粒度的分散体。因此，抛光组合物可包括约5ppm或更多的氨基硅烷化合物，例如约10ppm或更多、约15ppm或更多、约20ppm或更多、约25ppm或更多、约30ppm或更多、约50ppm或更多、约70ppm或更多、约85ppm或更多、约100ppm或更多、约115ppm或更多或约130ppm或更多。抛光组合物优选包括足以提供所需永久性正电荷而不使用过量的氨基硅烷的量。因此，抛光组合物可包括约500ppm或更少的氨基硅烷化合物，例如约400ppm或更少、约300ppm或更少、约200ppm或更少、约150ppm或更少、约130nm或更少、约100ppm或更少、约75ppm或更少或约60ppm或更少。因此，抛光组合物可包括由前述端点的任两者所界定的氨基硅烷的量。优选地，抛光组合物包括约5ppm至约500ppm的氨基硅烷化合物，例如约10ppm至约300ppm、约15ppm至约200ppm或约20ppm至约150ppm。
本发明抛光组合物包含第二研磨剂，其包含具有约5.5或更高的莫氏硬度的研磨剂、基本上由其组成或由其组成。如本文中所使用的，“莫氏硬度”是指经由较硬材料刮擦较软材料的能力表征各种矿物的耐刮擦性的定性顺序标度(顺序量表，ordinal scale)。出于本发明的目的，对于研磨剂颗粒表示的莫氏硬度是指产生研磨剂颗粒的本体材料的莫氏硬度。在不希望受特定理论束缚的情况下，申请者已经发现包含“混合颗粒研磨剂”(即，包含以下的研磨剂：包含阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒的第一研磨剂及具有约5.5或更高的莫氏硬度的第二研磨剂)的抛光组合物特别适合用于抛光包含钨、钛、氮化钛或其组合的基板。根据本发明的一个方面，如由本体材料的莫氏硬度所度量的，第二研磨剂颗粒比包含阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒的第一研磨剂硬。
第二研磨剂可具有约5.5或更高，例如约6或更高、约6.5或更高、约7或更高、约7.5或更高、约8或更高、约8.5或更高、约9或更高、约9.5或更高或约10的莫氏硬度。替代地或另外，第二研磨剂可具有约10或更低，例如约9.5或更低、约9或更低、约8.5或更低、或约8或更低的莫氏硬度。因此，第二研磨剂可具有由前述端点的任两者所界定的莫氏硬度。例如，第二研磨剂可具有约5.5至约10，例如约6至约9.5、约6.5至约9、约7至约8.5或约7.5至约8的莫氏硬度。在一种实施方式中，第二研磨剂具有约9的莫氏硬度。
第二研磨剂可包含超过一种类型的具有约5.5或更高的莫氏硬度的颗粒。在一种实施方式中，第二研磨剂选自α-氧化铝颗粒、氧化锆颗粒、金刚石颗粒及其组合。
在一种优选实施方式中，第二研磨剂包含α-氧化铝颗粒。在另一种优选实施方式中，第二研磨剂由α-氧化铝颗粒组成。
适合的氧化铝为可商购自Saint-Gobain(Worcester,MA)的α-氧化铝。
在一种实施方式中，抛光组合物含有作为第一研磨剂的阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒及作为第二研磨剂的α-氧化铝颗粒。
研磨剂颗粒(即，包含阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒的第一研磨剂及具有约5.5或更高的莫氏硬度的第二研磨剂)可具有任何适合的尺寸(例如，初始粒度、平均粒径等)。如本文中所使用的，平均粒度是指重量平均粒度(Dw)，如由本领域普通技术人员将理解的。可使用任何适合的技术，例如使用激光衍射技术测量研磨剂颗粒的平均粒度。适合的粒度测量仪器可购自例如Malvern Instruments(Malvern,UK)。若研磨剂颗粒的平均粒度过小，则抛光组合物可能不展现足够的移除速率。相反，若研磨剂颗粒的平均粒度过大，则抛光组合物可能展现不合需要的抛光性能，诸如差的基板缺陷度(defectivity)。因此，研磨剂颗粒可具有约10nm或更大，例如约15nm或更大、约20nm或更大、约30nm或更大、约40nm或更大、约50nm或更大、约60nm或更大、约70nm或更大、约80nm或更大、约90nm或更大或约100nm或更大的平均粒度。替代地或另外，研磨剂颗粒可具有约1,000nm或更小，例如约750nm或更小、约500nm或更小、约400nm或更小、约300nm或更小或约200nm或更小的平均粒度。因此，研磨剂颗粒可具有由前述端点的任两者所界定的平均粒度。例如，研磨剂颗粒可具有约10nm至约1,000nm、约20nm至约750nm、约30nm至约500nm、约40nm至约400nm、约50nm至约300nm、约60nm至约300nm、约70nm至约300nm、约80nm至约300nm、约90nm至约300nm或约100nm至约200nm的平均粒度。
在一种优选实施方式中，包含阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒的第一研磨剂具有约110nm的平均粒度。
在另一种优选实施方式中，具有约5.5或更高的莫氏硬度的第二研磨剂颗粒具有约70nm至约110nm的平均粒度。
在一种实施方式中，阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒具有约50nm至约200nm，例如约55nm、约60nm、约65nm、约70nm、约75nm、约80nm、约85nm、约90nm、约95nm、约100nm、约105nm、约110nm、约115nm、约120nm、约125nm、约130nm、约135nm、约140nm、约145nm、约150nm、约155nm、约160nm、约165nm、约170nm、约175nm、约180nm、约185nm、约190nm或约195nm的平均粒度。
在另一种实施方式中，阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒具有约100nm至约140nm的平均粒度。
抛光组合物可包含任何适合量的研磨剂(即，包含阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒的第一研磨剂及具有约5.5或更高的莫氏硬度的第二研磨剂)。若本发明的抛光组合物包含过少研磨剂，则组合物可能不展现足够的移除速率。相反，若抛光组合物包含过多研磨剂，则组合物可能展现不合需要的抛光性能，可能造成诸如刮痕的表面缺陷，可能不是成本有效的及/或可能缺乏稳定性。抛光组合物可包含约10重量％或更少的研磨剂，例如约9重量％或更少、约8重量％或更少、约7重量％或更少、约6重量％或更少或约5重量％或更少。替代地或另外，抛光组合物可包含约0.01重量％或更多的研磨剂，例如约0.05重量％或更多、约0.1重量％或更多、约0.2重量％或更多、约0.3重量％或更多、约0.4重量％或更多、约0.5重量％或更多或约1重量％或更多。因此，抛光组合物可以由前述端点的任两者所界定的量包含研磨剂。例如，抛光组合物可包含约0.01重量％至约10重量％的研磨剂，例如约0.05重量％至约9.5重量％、约0.1重量％至约9重量％的研磨剂、约0.1重量％至约8重量％的研磨剂、约0.1重量％至约7重量％的研磨剂、约0.1重量％至约6重量％的研磨剂、约0.1重量％至约5重量％的研磨剂、约0.1重量％至约5重量％的研磨剂、约0.2重量％至约5重量％的研磨剂、约0.3重量％至约5重量％的研磨剂、约0.4重量％至约5重量％的研磨剂、约0.5重量％至约5重量％的研磨剂、约0.6重量％至约5重量％的研磨剂、约0.7重量％至约5重量％的研磨剂、约0.8重量％至约5重量％的研磨剂、约0.9重量％至约5重量％的研磨剂或约1重量％至约5重量％的研磨剂。
在一种实施方式中，抛光组合物包含约0.05重量％至约5重量％的研磨剂。在另一种实施方式中，抛光组合物包含约0.15重量％至约2重量％的研磨剂。
第一研磨剂可以任何适合的量存在于抛光组合物中。在一种实施方式中，阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒以约0.05重量％至约5重量％的量存在于抛光组合物中。
在一种实施方式中，阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒以约1重量％的量存在于抛光组合物中。
第二研磨剂可以任何适合的量存在于抛光组合物中。在不希望受特定理论束缚的情况下，若存在过少第二研磨剂，则抛光组合物可能不展现适合的阻挡层移除速率。若存在过多第二研磨剂，则可能观察不到阻挡层移除速率的额外增加且抛光组合物可能不是成本有效的。典型地，第二研磨剂以比第一研磨剂低的量存在于抛光组合物中。例如，在一种实施方式中，第二研磨剂以按重量计约25ppm(即，约0.0025重量％)或更高(例如，约30ppm、约35ppm、约40ppm、约45ppm、约50ppm、约55ppm、约60ppm、约65ppm、约70ppm、约75ppm、约80ppm、约85ppm、约90ppm、约95ppm、约100ppm、约125ppm、约150ppm、约175ppm、约200ppm、约225ppm、约250ppm、约275ppm、约300ppm、约325ppm、约350ppm、约375ppm、约400ppm、约425ppm、约450ppm、约475ppm、约500ppm、约525ppm、约550ppm、约575ppm、约600ppm、约625ppm、约650ppm、约675ppm、约700ppm、约725ppm、约750ppm、约775ppm、约800ppm、约825ppm、约850ppm、约875ppm、约900ppm、约925ppm、约950ppm、约975ppm或约1,000ppm(即，约0.1重量％))的量存在于抛光组合物中。因此，第二研磨剂可以约0.0025重量％至约0.1重量％(例如，约0.005重量％至约0.75重量％、约0.0075重量％至约0.6重量％、约0.01重量％至约0.5重量％或约0.02重量％至约0.25重量％)的量存在于抛光组合物中。
在一种实施方式中，第二研磨剂以约50ppm至约500ppm的量存在于抛光组合物中。在另一种实施方式中，第二研磨剂以约150ppm的量存在于抛光组合物中。
在一种优选实施方式中，第二研磨剂为α-氧化铝且以150ppm(0.015重量％)的量存在于抛光组合物中。
当将研磨剂颗粒悬浮于抛光组合物中时，研磨剂颗粒合意地为胶态稳定的。如本文中所使用的，术语“胶态稳定(的)”指的是研磨剂颗粒在液体载剂(例如，水)中的悬浮体且指的是该悬浮体随时间的维持。在本发明的上下文中，研磨剂颗粒在以下情况下被认为是胶态稳定的：当将研磨剂颗粒放置于100mL量筒中且容许其保持不被搅动达2小时的时间时，量筒底部50mL中的颗粒浓度([B]，以g/mL计)与量筒顶部50mL中的颗粒浓度([T]，以g/mL计)之间的差除以研磨剂组合物中的初始颗粒浓度([C]，以g/mL计)小于或等于0.5(即，{[B]-[T]}/[C]≦0.5)。[B]-[T]/[C]的值合意地小于或等于0.3，且优选小于或等于0.1。
本发明抛光组合物包含阳离子聚合物。如本文中所使用的，阳离子聚合物是指在所关注的条件(例如，抛光条件)下具有净正电荷的聚合物。在不希望受特定理论束缚的情况下，申请者意外发现包含阳离子聚合物的如本文中所描述的抛光组合物在主体钨抛光中提供适合的阻挡层(即，膜)移除速率。
阳离子聚合物可包含任何适合的阳离子聚合物、基本上由其组成或由其组成。例示性阳离子聚合物包括包含季铵基团的聚合物，包括含有季铵的单体/聚合物及丙烯酰胺单体/聚合物(例如，氨基丙烯酸酯聚合物)的共聚物。例示性阳离子聚合物还包括阳离子单体的均聚物，例如聚(二烯丙基二甲基铵)卤化物，诸如聚(二烯丙基二甲基铵)氯化物(polyDADMAC)；聚(甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵)卤化物，诸如聚(甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵)氯化物(polyMADQUAT)；等等。另外，阳离子聚合物可为阳离子及非离子型单体(例如，丙烯酸烷基酯、甲基丙烯酸烷基酯、丙烯酰胺、苯乙烯等等)的共聚物，诸如聚(丙烯酰胺-共-二烯丙基二甲基铵)氯化物(polyAAm-DADMAC)及聚(二甲胺-共-环氧氯丙烷-共-乙二胺)(polyDEE)。适合的阳离子聚合物的一些其他非限制性实例包括聚乙烯亚胺、乙氧基化聚乙烯亚胺、聚(二烯丙基二甲基铵)卤化物、聚(酰氨基胺)、聚(甲基丙烯酰氧基乙基二甲基铵)氯化物、聚(乙烯基吡咯啶酮)、聚(乙烯基咪唑)、聚(乙烯基吡啶)及聚)乙烯基胺)。在一种优选实施方式中，阳离子聚合物为polyDADMAC。在另一种优选实施方式中，阳离子聚合物为polyMADQUAT。在又一种优选实施方式中，阳离子聚合物为聚赖氨酸。
替代地或另外，阳离子聚合物可包括氮杂芳基或季铵化的氮杂芳基基团，即，在芳环中包含至少一个氮的杂芳族化合物，其任选地环中的氮原子的至少一个被烷基化以在杂芳基环上(例如，在环中的氮上)赋予正式正电荷。优选地，杂芳基基团经由碳-碳键(例如，如在季铵化的聚(乙烯基吡啶)聚合物中那样)或碳-氮键(例如，如在季铵化的聚(乙烯基咪唑)聚合物中那样)附接至聚合物的主链，所述键或直接或经由亚烷基间隔基团(例如，亚甲基(CH2)或亚乙基(CH2CH2))连接至芳环。季铵化的氮上的正电荷由抗衡阴离子平衡，该抗衡阴离子可为例如卤根(例如，氯根)、硝酸根、甲基硫酸根或阴离子组合。在一些实施方式中，阳离子聚合物包含以下、基本上由以下组成或由以下组成：聚(乙烯基-N-烷基吡啶鎓)聚合物(诸如聚(2-乙烯基-N-烷基吡啶鎓)聚合物、聚(4-乙烯基-N-烷基吡啶鎓)聚合物)、乙烯基-N-烷基吡啶鎓共聚物、聚(N1-乙烯基-N3-烷基咪唑鎓)聚合物、等等。
阳离子聚合物还可包含多阳离子(聚阳离子，多聚阳离子，polycationic)胺、基本上由其组成或由其组成。如本文中所使用的，多阳离子胺为具有超过一个(例如，两个或更多个)胺基团的胺化合物，其中胺基团的每一个均为阳离子型的(即，具有正电荷)。因此，多阳离子胺可包含多季胺(聚季胺，polyquaternary amine)。如本文中所使用的，多季胺是指这样的胺化合物，其具有2至4个季铵基团，使得多季胺为二季胺、三季胺或四季胺化合物。适合的二季胺化合物包括例如N,N'-亚甲基双(二甲基十四烷基溴化铵)、1,1,4,4-四丁基哌嗪二鎓二溴化物、N,N,N',N',N'-五甲基-N-牛油-1,3-丙烷-二铵二氯化物、N,N'-六亚甲基双(三丁基氢氧化铵)、十烃溴铵(decamethoniumbromide)、双十二烷基-四甲基-1,4-丁烷二铵二碘化物、1,5-二甲基-1,5-二氮鎓双环(3.2.2)壬烷二溴化物、等等。适合的三季胺化合物包括例如N(1),N(6)-双十二烷基-N(1),N(1),N(6),N(6)-四甲基-1,6-己烷二铵二碘化物。适合的四季胺化合物包括例如甲烷四基四(四甲基溴化铵)。多季胺化合物可进一步包括长链烷基基团(例如，具有10个或更多个碳原子)。例如，适合的具有长链烷基基团的多季胺化合物包括N,N'-亚甲基双(二甲基十四基溴化铵)、N,N,N',N',N'-五甲基-N-牛油-1,3-丙烷-二铵二氯化物、双十二烷基-四甲基-1,4-丁烷二铵二碘化物及N(1),N(6)-双十二烷基-N(1),N(1),N(6),N(6)-四甲基-1,6-己烷二铵二碘化物。
多阳离子胺还可为多阳离子的，因为胺基团的每一个均被质子化(且因此具有正电荷)。例如，二阳离子胺(诸如，四甲基-对苯二胺)包括两个可在比该胺化合物的pKa小的抛光组合物pH值下被质子化(且因此带正电荷)的叔胺基团。
在一种实施方式中，阳离子聚合物选自多阳离子胺、聚赖氨酸及其组合。在一种实施方式中，阳离子聚合物包含多阳离子胺。在另一种实施方式中，阳离子聚合物包含聚赖氨酸。
阳离子聚合物(例如，共聚物)可具有任何适合的分子量。阳离子聚合物典型地具有约100,000g/mol或更小，例如约95kDa或更小、约90kDa或更小、约85kDa或更小、约80kDa或更小、约75kDa或更小、约70kDa或更小、约65kDa或更小、约60kDa或更小、约55kDa或更小、约50kDa或更小、约45kDa或更小、约40kDa或更小、约35kDa或更小、约30kDa或更小、约25kDa或更小或约20kDa或更小的平均分子量。
因此，阳离子聚合物可具有约500g/mol或更大，例如约1,000g/mol或更大、约1,500g/mol或更大、约2,000g/mol或更大、约2,500g/mol或更大、约3,000g/mol或更大、约3,500g/mol或更大、约4,000g/mol或更大、约4,500g/mol或更大、约5,000g/mol或更大、约5,500g/mol或更大、约6,000g/mol或更大、约6,500g/mol或更大、约7,000g/mol或更大、约7,500g/mol或更大、约8,000g/mol或更大、约8,500g/mol或更大、约9,000g/mol或更大、约9,500g/mol或更大或约10,000g/mol或更大的平均分子量。替代地或另外，阳离子聚合物可具有约15,000g/mol或更小，例如约14,500g/mol或更小、约14,000g/mol或更小、约13,500g/mol或更小，例如约13,000g/mol或更小、约12,500g/mol或更小、约12,000g/mol或更小、约11,500g/mol或更小、约11,000g/mol或更小或约10,500g/mol或更小的平均分子量。因此，阳离子聚合物可具有由前述端点的任两者所界定的平均分子量。例如，阳离子聚合物可具有约500g/mol至约15,000g/mol、约1,000g/mol至约14,500g/mol、约1,500g/mol至约14,000g/mol、约2,000g/mol至约13,500g/mol、约2,500g/mol至约13,000g/mol、约3,000g/mol至约12,500g/mol、约3,500g/mol至约12,000g/mol、约4,000g/mol至约11,500g/mol、约4,500g/mol至约11,000g/mol、约5,000g/mol至约10,500g/mol、约5,500g/mol至约10,000g/mol、约6,000g/mol至约9,500g/mol、约6,500g/mol至约9,000g/mol、约7,000g/mol至约8,500g/mol或约7,500g/mol至约8,000g/mol的平均分子量。
在一种优选实施方式中，阳离子聚合物具有约2,000g/mol至约15,000g/mol的分子量。
在另一种优选实施方式中，阳离子聚合物具有约8,500g/mol的分子量。
抛光组合物可包含任何适合量的阳离子聚合物。在不希望受特定理论束缚的情况下，据信阳离子聚合物的平均分子量与阻挡层移除速率之间典型地存在反比关系。即，随着阳离子聚合物的分子量增加，阻挡层移除速率可降低。在此类情形下，阳离子聚合物的量及/或第二研磨剂的硬度可相应地进行调整。
阳离子聚合物可以任何适合的量存在于抛光组合物中。典型地，阳离子聚合物以约1ppm或更多(按重量计)(例如，约5ppm或更多、约10ppm或更多、约15ppm或更多、约20ppm或更多、约25ppm或更多、约30ppm或更多、约35ppm或更多、约40ppm或更多、约45ppm或更多或约50ppm或更多)的量存在于抛光组合物中。替代地或另外，阳离子聚合物可以约100ppm或更少、约95ppm或更少、约90ppm或更少、约85ppm或更少、约80ppm或更少、约75ppm或更少、约70ppm或更少、约65ppm或更少、约60ppm或更少或约55ppm或更少的量存在于抛光组合物中。因此，阳离子聚合物可以由前述值中的任意者界定的量存在于抛光组合物中。例如，阳离子聚合物可以约1ppm至约100ppm的量存在于抛光组合物中。
在一种优选实施方式中，阳离子聚合物以约5ppm至约100ppm的量存在。在另一种优选实施方式中，阳离子聚合物以约10ppm至约50ppm的量存在。在又一种优选实施方式中，阳离子聚合物以约15ppm至约30ppm的量存在。
抛光组合物含有含铁活化剂。含铁活化剂为在钨CMP操作期间有助于钨移除速率的含铁化合物。例如，含铁活化剂可包括含铁催化剂，诸如美国专利第5,958,288号及第5,980,775号中所公开的。含铁活化剂可包含可溶性铁盐(例如，可溶于水性载剂中)、基本上由其组成或由其组成，且可包括例如三价铁(铁III)或二价铁(铁II)化合物，诸如硝酸铁、硫酸铁及卤化铁(包括氟化铁、氯化铁、溴化铁及碘化铁以及过氯酸铁、过溴酸铁及过碘酸铁)；及含铁有机化合物，诸如乙酸铁、乙酰丙酮铁、柠檬酸铁、葡糖酸铁、丙二酸铁、草酸铁、邻苯二甲酸铁及琥珀酸铁；以及其组合。在一种实施方式中，含铁活化剂为硝酸铁(III)。
抛光组合物可包含任何适合量的含铁活化剂。若抛光组合物含有过少的含铁活化剂，则钨移除速率可能不适合。相反，若抛光组合物含有过多含铁活化剂，则抛光组合物可能不稳定或不是成本有效的。含铁活化剂可以约10ppm(按重量计)或更多(例如，约25ppm或更多、约50ppm或更多、约75ppm或更多、约100ppm或更多、约125ppm或更多、约150ppm或更多、约175ppm或更多、约200ppm或更多、约225ppm或更多、约250ppm或更多、约275ppm或更多、约300ppm或更多、约325ppm或更多或约350ppm或更多)的量存在于抛光组合物中。替代地或另外，含铁活化剂可以1,000ppm或更少(例如，约975ppm或更少、约950ppm或更少、约925ppm或更少、约900ppm或更少、约875ppm或更少、约850ppm或更少、约825ppm或更少、约800ppm或更少、约775ppm或更少、约750ppm或更少、约725ppm或更少、约700ppm或更少、约675ppm或更少、约650ppm或更少、约625ppm或更少、约600ppm或更少、约575ppm或更少、约550ppm或更少、约525ppm或更少、约500ppm或更少、约475ppm或更少、约450ppm或更少、约425ppm或更少、约400ppm或更少或约375ppm或更少)的量存在于抛光组合物中。因此，含铁活化剂可以前述端点的任两者所界定的量存在于抛光组合物中。例如，含铁活化剂可以约10ppm至约1,000ppm(例如，约25ppm至约975ppm、约50ppm至约950ppm、约75ppm至约925ppm或约100ppm至约900ppm)的量存在于抛光组合物中。
在一种实施方式中，来自含铁活化剂的铁以约1ppm至约100ppm(按重量计)的量存在于抛光组合物中。在另一种实施方式中，来自含铁活化剂的铁以约50ppm的量存在于抛光组合物中。在另一种实施方式中，来自含铁活化剂的铁以约60ppm的量存在于抛光组合物中。
在一些实施方式中，包含含铁活化剂的抛光组合物可进一步包括稳定剂。在不希望受任何特定理论束缚的情况下，据信稳定剂防止含铁活化剂随时间而使氧化剂降解。据信添加稳定剂可减少含铁活化剂的效力，使得稳定剂的类型及量的选择可影响CMP性能。更具体地，据信添加稳定剂可引起稳定剂/活化剂复合物的形成(例如，稳定剂结合至可溶性铁盐)，该稳定剂/活化剂复合物抑制活化剂与氧化剂反应而同时允许活化剂保持足够活性，以便促进(例如，有助于)快速钨抛光速率。在一种实施方式中，稳定剂选自磷酸、邻苯二甲酸、柠檬酸、己二酸、草酸、丙二酸、天冬氨酸、琥珀酸、戊二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、马来酸、戊烯二酸、黏康酸、乙二胺四乙酸、丙二胺四乙酸及其组合。
在一种优选实施方式中，稳定剂包含丙二酸。
抛光组合物可包含任何适合量的稳定剂。若抛光组合物包含过少稳定剂，则含铁活化剂可能降解过快，且抛光组合物的抛光性能可能不适合。相反，若抛光组合物包含过多稳定剂，则抛光组合物可能不稳定且可能不是成本有效的。典型地，稳定剂以约20ppm或更多(按重量计)(例如，约50ppm或更多、约100ppm或更多、约150ppm或更多、约200ppm或更多、约250ppm或更多、约300ppm或更多、约350ppm或更多、约400ppm或更多、约450ppm或更多、约500ppm或更多、约550ppm或更多、约600ppm或更多、约650ppm或更多、约700ppm或更多、约750ppm或更多、约800ppm或更多、约850ppm或更多、约900ppm或更多、约950ppm或更多或约1,000ppm或更多)的量存在于抛光组合物中。替代地或另外，稳定剂可以约2,000ppm或更少、约1,950ppm或更少、约1,900ppm或更少、约1,850ppm或更少、约1,800ppm或更少、约1,750ppm或更少、约1,700ppm或更少、约1,650ppm或更少、约1,600ppm或更少、约1,550ppm或更少、约1,500ppm或更少、约1,450ppm或更少、约1,400ppm或更少、约1,350ppm或更少、约1,300ppm或更少、约1,250ppm或更少、约1,200ppm或更少、约1,150ppm或更少、约1,100ppm或更少或约1,050ppm或更少的量存在于抛光组合物中。因此，稳定剂可以由前述端点的任两者所界定的量存在于抛光组合物中。例如，稳定剂可以约50ppm至约2,000ppm、约100ppm至约1,950ppm、约150ppm至约1,900ppm、约200ppm至约1,850ppm、约250ppm至约1,800ppm、约250ppm至约1,800ppm、约300ppm至约1,750ppm、约350ppm至约1,700ppm、约400ppm至约1,650ppm、约450ppm至约1,600ppm、约500ppm至约1,550ppm、约550ppm至约1,500ppm、约600ppm至约1,450ppm、约650ppm至约1,400ppm、约700ppm至约1,350ppm、约750ppm至约1,300ppm、约800ppm至约1,250ppm、约850ppm至约1,100ppm、约900ppm至约1,050ppm或约950ppm至约1,000ppm的量存在于抛光组合物中。
抛光组合物包含氧化剂。氧化剂将金属层氧化成其对应氧化物或氢氧化物，例如铝至氧化铝、钛至氧化钛、钨至氧化钨及铜至氧化铜。抛光组合物可包含任何适合氧化剂，条件为氧化剂为水可溶的且与组合物的其他组分相容。例如，抛光组合物中包含氧化剂不应致使抛光组合物不稳定或抛光性能不适合。此外，本领域普通技术人员将理解氧化剂的选择应与特定抛光应用相容。例如，在一些抛光应用中，基板被碱金属、碱土金属、卤化物污染可为不合意的。可在浆料制造过程期间或就在CMP操作之前(例如，在位于半导体制造设施处的贮槽中)，将氧化剂添加至抛光组合物。
适合的氧化剂为本领域中已知的且包括例如过氧化物(例如，过氧化氢及其加合物诸如脲过氧化氢；过碳酸盐；有机过氧化物，诸如过氧化苯甲酰、过乙酸及二叔丁基过氧化物；单过硫酸盐(SO5 -2)、二过硫酸盐(SO2O8 -2)及过氧化钠)、硝酸钾及碘酸钾。其他适合的氧化剂包括具有处于其最高氧化态的元素的化合物(例如，高碘酸、高碘酸盐、过溴酸、过溴酸盐、高氯酸、高氯酸盐、过硼酸、过硼酸盐及高锰酸盐)。另外其他适合的氧化剂包括非过氧(non-per)化合物(例如，溴酸盐、氯酸盐、碘酸盐、碘酸及铈(IV)化合物，诸如硝酸铈铵)。在一些实施方式中，抛光组合物包含超过一种氧化剂。
在一种优选实施方式中，氧化剂为过氧化氢。
抛光组合物可包含任何适合量的氧化剂。若抛光组合物中氧化剂的浓度过低，则金属基板将不能以适合速率氧化成金属氧化物，从而阻碍抛光性能(低移除速率及/或差的缺陷性能)。相反，若抛光组合物中氧化剂的浓度过高，则抛光组合物可能展现不合需要的抛光性能，可能不是成本有效的及/或可能缺乏稳定性。因此，氧化剂可以约0.1重量％至约10重量％(例如，约0.1重量％至约6重量％、约0.2重量％至约5重量％、约0.3重量％至约4重量％、约0.5重量％至约3重量％或约0.25重量％至约2重量％)的量存在于抛光组合物中。例如，氧化剂可以约1重量％的量存在于抛光组合物中。
抛光组合物任选地酌情进一步包含额外组分(即，添加剂)。例如，取决于想要的抛光应用，本发明抛光组合物可包含一或多种添加剂以改善或增强抛光性能。添加剂合意地与抛光组合物的其他组分相容。在一种实施方式中，抛光组合物进一步包含选自以下的添加剂：氨基酸、缓冲剂、阳离子表面活性剂、非离子型表面活性剂、催化剂、稳定剂、腐蚀抑制剂、杀生物剂及其组合。
在一种优选实施方式中，抛光组合物包含杀生物剂。适合的杀生物剂包括例如异噻唑啉酮杀生物剂。存在于抛光组合物中的杀生物剂的量典型地为约1至约50ppm，优选为约10ppm至约20ppm。例示性杀生物剂为可商购自Dow Chemical的KATHONTM系的杀生物剂。
抛光组合物包括水性载剂。水性载剂包含水(例如，去离子水)、基本上由其组成或由其组成，且可含有一或多种水可混溶的有机溶剂。可使用的有机溶剂的实例包括醇，诸如丙烯基醇、异丙醇、乙醇、1-丙醇、甲醇、1-己醇等等；醛，诸如乙醛等等；酮，诸如丙酮、二丙酮醇、甲基乙基酮等等；酯，诸如甲酸乙酯、甲酸丙酯、乙酸乙酯、乙酸甲酯、乳酸甲酯、乳酸丁酯、乳酸乙酯等等；醚，包括亚砜，诸如二甲亚砜(DMSO)、四氢呋喃、二噁烷、二甘醇二甲醚等等；酰胺，诸如N,N-二甲基甲酰胺、二甲基咪唑啉酮、N-甲基吡咯烷酮等等；多元醇及其衍生物，诸如乙二醇、甘油、二甘醇、二甘醇单甲醚等等；以及含氮有机化合物，诸如乙腈、戊胺、异丙胺、咪唑、二甲胺等等。优选地，水性载体仅为水，即不存在有机溶剂。
如本文中所描述的，本发明抛光组合物具有酸性pH，即，小于7的pH。更具体地，抛光组合物合意地具有约2至约5的pH。因此，抛光组合物可具有约2或更高，例如约2.1或更高、约2.2或更高、约2.3或更高、约2.4或更高、约2.5或更高、约2.6或更高、约2.7或更高、约2.8或更高、约2.9或更高、约3.0或更高、约3.1或更高、约3.2或更高、约3.3或更高或约3.4或更高的pH。替代地或另外，抛光组合物可具有约5或更低，例如约4.9或更低、约4.8或更低、约4.7或更低、约4.6或更低、约4.5或更低、约4.4或更低、约4.3或更低、约4.2或更低、约4.1或更低、约4或更低、约3.9或更低、约3.8或更低、约3.7或更低、约3.6或更低或约3.5或更低的pH。因此，抛光组合物可具有由前述端点的任两者所界定的pH。例如，抛光组合物可具有约2至约5，例如约2.1至约5、约2.2至约4.9、约2.3至约4.8、约2.4至约4.7、约2.5至约4.6、约2.6至约4.5、约2.7至约4.4、约2.8至约4.3、约2.9至约4.2、约3.0至约4.1、约3.1至约4.0或约3.2至约3.9的pH。
可酌情使用任何适合的酸或碱来调整抛光组合物的pH。适合的酸的非限制性实例包括硝酸、硫酸及有机酸诸如甲酸及乙酸。适合的碱的非限制性实例包括氢氧化钠、氢氧化钾及氢氧化铵。
在一种实施方式中，抛光组合物具有约2至约4的pH。在另一种实施方式中，抛光组合物具有约2的pH。
将理解，为酸、碱或盐的抛光组合物的组分的任意者(例如，阳离子聚合物、氧化剂、催化剂等)在溶解于抛光组合物的水性载剂中时，可以解离形式作为阳离子及阴离子存在。如本文中所叙述的此类化合物存在于抛光组合物中的量应理解为指在抛光组合物的制备中使用的未解离化合物的重量。
抛光组合物可通过任何适合的技术产生，其中许多技术为本领域技术人员已知的。可以分批或连续工艺制备抛光组合物。通常，抛光组合物通过组合抛光组合物的组分来制备。如本文中所使用的术语“组分”包括单独成分(例如包含阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒的第一研磨剂、具有约5.5或更高的莫氏硬度的第二研磨剂、阳离子聚合物等)以及多个成分(例如包含阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒的第一研磨剂、具有约5.5或更高的莫氏硬度的第二研磨剂、阳离子聚合物、含铁活化剂或者一或多种添加剂等)的任何组合。
例如，可将研磨剂颗粒以所需浓度添加至水性载剂(例如水)。然后可调整pH(视需要)，且可将阳离子聚合物及其他组分以所需浓度添加至混合物以形成抛光组合物。可在使用之前制备抛光组合物，其中就在使用之前(例如，在使用前约1分钟内，或在使用前约1小时内，或在使用前约7天内)将一或多种组分添加至抛光组合物。抛光组合物还可通过在抛光操作期间在基板表面处将组分混合来制备。
抛光组合物还可作为浓缩物提供，该浓缩物拟在使用之前用适量的水性载剂(特别地水)稀释。在此实施方式中，抛光组合物浓缩物可包含第一研磨剂、第二研磨剂、阳离子聚合物、含铁活化剂、氧化剂、添加剂(若存在)及水性载剂，其量使得在用适量的水稀释浓缩物后，抛光组合物的各组分将以上文针对各组分所叙述的适当范围内的量存在于抛光组合物中。此外，如本领域普通技术人员将理解的，浓缩物可含有适当比例的存在于最终抛光组合物中的水以便确保其他组分至少部分或全部溶解于浓缩物中。
虽然抛光组合物可在使用之前或甚至在使用之前不久制备好，但抛光组合物也可通过在使用点(point-of-use)处或其附近混合抛光组合物的组分而产生。如本文中所使用的，术语“使用点”是指将抛光组合物施加至基板表面(例如，抛光垫或基板表面自身)的点。当利用使用点混合来产生抛光组合物时，将抛光组合物的组分单独地储存于两个或更多个储存装置中。
为了混合容纳在储存装置中的组分以在使用点处或其附近产生抛光组合物，储存装置典型地具备一个或多个从各存储装置引导至抛光组合物的使用点(例如压板、抛光垫或基板表面)的流动管线。术语“流动管线”意指从单独储存容器至储存于其中的组分的使用点的流动路径。一个或多个流动管线可各自直接引导至使用点，或在使用超过一个流动管线的情形下，流动管线的两者或更多者可在任何点处组合成引导至使用点的单一流动管线。此外，在到达组分的使用点之前，一个或多个流动管线的任意者(例如，单独流动管线或组合流动管线)可首先引导至其他装置(例如，泵送装置、测量装置、混合装置等)的一个或多个。
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，在其上于抛光过程期间混合组分)，或可将组分在递送至使用点之前立即组合。若组分在到达使用点前小于10秒，优选在到达使用点前小于5秒，更优选在到达使用点前小于1秒，或甚至在组分递送到使用点处的同时将它们组合(例如，在分配器处组合组分)，则组分是“在递送至使用点之前立即”组合的。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)组合，则组分也是“在递送至使用点之前立即”组合的。
当抛光组合物的组分的两者或更多者在到达使用点之前组合时，组分可在流动管线中组合且在不使用混合装置的情况下递送至使用点。替代地，流动管线的一个或多个可引导至混合装置中以有助于组分的两者或更多者的组合。可使用任何适合的混合装置。例如，混合装置可为组分的两者或更多者流经的喷嘴或喷口(例如，高压喷嘴或喷口)。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，通过该入口将抛光组合物的两种或更多种组分引入至混合器中；及至少一个出口，所混合的组分经由该出口离开混合器以直接或经由设备的其他部件(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，其中在各腔室中组合两种或更多种组分。若使用容器型混合装置，则混合装置优选包含混合机构以进一步有助于组分的组合。混合机构为本领域中公知的且包括搅拌器、共混器、搅动器、桨式挡板(paddled baffle)、喷气系统、振动器等。
本发明还提供一种化学机械抛光基板的方法，其包含：(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)包含阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒的第一研磨剂、(b)具有约5.5或更高的莫氏硬度的第二研磨剂、(c)阳离子聚合物、(d)含铁活化剂、(e)氧化剂、及(f)水，(iv)使该基板与该抛光垫及该化学机械抛光组合物接触，及(v)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该基板的至少一部分，从而抛光该基板。
申请人意外地发现包含以下的抛光组合物提供改善的阻挡膜移除速率：(a)包含阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒的第一研磨剂、(b)具有约5.5或更高的莫氏硬度的第二研磨剂、(c)阳离子聚合物、(d)含铁活化剂、(e)氧化剂、及(f)水。例如，在一些实施方式中，与常规的抛光组合物相比，阻挡膜例如氮化钛(TiN)及/或钛(Ti)的移除速率提高到约两倍或更多，例如约三倍或更多、约4倍或更多。因此，在一种实施方式中，基板包含在基板表面上的氮化钛(TiN)层及/或钛(Ti)层，其中研磨TiN层及/或Ti层的至少一部分以抛光基板。
在一些实施方式中，基板进一步包含氧化物，例如原硅酸四乙酯(TEOS)。因此，基板可包含在基板表面上的氧化物层或特别地TEOS层，其中研磨氧化物层的至少一部分或特别地TEOS层的至少一部分以抛光基板。
在本发明方法中，与常规的抛光组合物相比，未观察到钨或TEOS的移除速率的显著降低。另外，未观察到形貌的显著劣化。此外，未观察到缺陷度的显著增加。
尽管本发明的抛光组合物可用于抛光任何基板，但该抛光组合物尤其适用于抛光包含至少一种包括钨的金属及至少一种介电材料的基板。钨层可沉积在一个或多个阻挡层(例如包括钛及/或氮化钛(TiN))上。介电层可为金属氧化物，诸如衍生自原硅酸四乙酯(TEOS)的氧化硅层、多孔金属氧化物、多孔或无孔碳掺杂的氧化硅、氟掺杂的氧化硅、玻璃、有机聚合物、氟化的有机聚合物、或任何其他适合的高k或低k绝缘层。
在一种优选实施方式中，基板包含在基板表面上的钛层，其中研磨钛层的至少一部分以抛光基板。
在另一种优选实施方式中，基板包含在基板表面上的氮化物层，其中研磨氮化物层的至少一部分以抛光基板。
在一种优选实施方式中，氮化物层选自氮化钛、氮化硅及其组合。
在另一种优选实施方式中，基板包含在基板表面上的氧化硅层，其中研磨氧化硅层的至少一部分以抛光基板。
在一种优选实施方式中，氧化硅层包含TEOS。
在另一种优选实施方式中，基板包含在基板表面上的钨层，其中研磨钨层的至少一部分以抛光基板。
在另一种优选实施方式中，基板包含在基板表面上的钨层及氮化钛层两者，其中研磨钨层及氮化钛层两者以抛光基板。
本发明的化学机械抛光组合物及方法尤其适合于与化学机械抛光设备结合使用。典型地，该设备包含：压板，当使用时，其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表面且相对于其移动而被抛光的基板。基板的抛光通过以下进行：使基板与抛光垫及本发明的抛光组合物接触放置，然后，相对于基板移动抛光垫，以便研磨基板的至少一部分以抛光基板。
可使用任何适合的抛光垫(例如抛光表面)，用化学机械抛光组合物抛光基板。适合的抛光垫包括例如编织及非编织抛光垫。此外，适合的抛光垫可包含任何适合的具有各种密度、硬度、厚度、压缩性、压缩回弹能力及压缩模量的聚合物。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。软聚氨酯抛光垫尤其可用于与本发明抛光方法结合。典型的垫包括但不限于SURFINTM000、SURFINTMSSW1、SPM3100 EminessTechnologies)、可商购自Dow Chemical Company(Newark,DE)的POLITEXTM及可商购自Fujibo(Osaka,JP)的POLYPASTM27以及可商购自Cabot Microelectronics(Aurora,IL)的EPICTMD100垫或NEXPLANARTME6088。优选的抛光垫为可商购自Dow Chemical的刚性微孔聚氨酯垫(IC1010TM)。
期望地，化学机械抛光设备进一步包含原位抛光终点检测系统，其中许多为本领域中已知的。用于通过分析从所抛光的基板表面反射的光或其他辐射来检验及监测抛光过程的技术为本领域中已知的。此类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及美国专利5,964,643中。期望地，检验或监测关于所抛光的基板的抛光过程的进展使得能够确定抛光终点，即，确定何时终止关于特定基板的抛光过程。
实施方式
(1)在实施方式(1)中，呈现一种化学机械抛光组合物，其包含：(a)第一研磨剂，其包含阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒，(b)第二研磨剂，其具有约5.5或更高的莫氏硬度，(c)阳离子聚合物，(d)含铁活化剂，(e)氧化剂及(f)水。
(2)在实施方式(2)中，呈现如实施方式(1)的抛光组合物，其中该阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒在约2.5的pH下具有大于约20mV的ζ电位。
(3)在实施方式(3)中，呈现如实施方式(1)或实施方式(2)的抛光组合物，其中该阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒具有约50nm至约200nm的平均粒度。
(4)在实施方式(4)中，呈现如实施方式(1)至(3)中任一者的抛光组合物，其中该阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒以约0.05重量％至约5重量％的量存在于抛光组合物中。
(5)在实施方式(5)中，呈现如实施方式(1)至(4)中任一项的抛光组合物，其中该第二研磨剂选自α-氧化铝颗粒、氧化锆颗粒、金刚石颗粒及其组合。
(6)在实施方式(6)中，呈现如实施方式(1)至(5)中任一项的抛光组合物，其中该第二研磨剂包含α-氧化铝颗粒。
(7)在实施方式(7)中，呈现如实施方式(1)至(6)中任一项的抛光组合物，其中该第二研磨剂以约25ppm或更高的量存在于抛光组合物中。
(8)在实施方式(8)中，呈现如实施方式(7)的抛光组合物，其中该第二研磨剂以约50ppm至约500ppm的量存在于抛光组合物中。
(9)在实施方式(9)中，呈现如实施方式(1)至(8)中任一项的抛光组合物，其中该阳离子聚合物具有约100,000g/mol或更小的分子量。
(10)在实施方式(10)中，呈现如实施方式(9)的抛光组合物，其中该阳离子聚合物具有约2,000g/mol至约15,000g/mol的分子量。
(11)在实施方式(11)中，呈现如实施方式(1)至(10)中任一项的抛光组合物，其中该阳离子聚合物为聚二烯丙基二甲基氯化铵(pDADMAC)。
(12)在实施方式(12)中，呈现如实施方式(1)至(11)中任一项的抛光组合物，其中该阳离子聚合物以约1至约100ppm的量存在于抛光组合物中。
(13)在实施方式(13)中，呈现如实施方式(1)至(12)中任一项的抛光组合物，其中该含铁活化剂包含可溶性铁盐。
(14)在实施方式(14)中，呈现如实施方式(13)的抛光组合物，其中该可溶性铁盐为硝酸铁。
(15)在实施方式(15)中，呈现如实施方式(1)至(14)中任一项的抛光组合物，其中该含铁活化剂以约10ppm至约700ppm的量存在于抛光组合物中。
(16)在实施方式(16)中，呈现如实施方式(13)或实施方式(14)的抛光组合物，其进一步包含结合至该可溶性铁盐的稳定剂，其中该稳定剂选自磷酸、邻苯二甲酸、柠檬酸、己二酸、草酸、丙二酸、天冬氨酸、琥珀酸、戊二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、马来酸、戊烯二酸、黏康酸、乙二胺四乙酸、丙二胺四乙酸及其组合。
(17)在实施方式(17)中，呈现如实施方式(16)的抛光组合物，其中该稳定剂以约20ppm至约2,000ppm的量存在于抛光组合物中。
(18)在实施方式(18)中，呈现如实施方式(1)至(17)中任一项的抛光组合物，其中该氧化剂为过氧化氢。
(19)在实施方式(19)中，呈现如实施方式(1)至(18)中任一项的抛光组合物，其进一步包含选自以下的添加剂：氨基酸、缓冲剂、杀生物剂、阳离子表面活性剂、腐蚀抑制剂及其组合。
(20)在实施方式(20)中，呈现如实施方式(19)的抛光组合物，其中该添加剂包含杀生物剂。
(21)在实施方式(21)中，呈现如实施方式(1)至(20)中任一项的抛光组合物，其中该抛光组合物具有约2至约4的pH。
(22)在实施方式(22)中，呈现一种化学机械抛光基板的方法，其包含：(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)包含阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒的第一研磨剂、(b)具有约5.5或更高的莫氏硬度的第二研磨剂、(c)阳离子聚合物、(d)含铁活化剂、(e)氧化剂及(f)水，(iv)使该基板与该抛光垫及该化学机械抛光组合物接触，及(v)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该基板的至少一部分，从而抛光该基板。
(23)在实施方式(23)中，呈现如实施方式(22)的方法，其中该阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒在约2.5的pH下具有大于约20mV的ζ电位。
(24)在实施方式(24)中，呈现如实施方式(22)或(23)的方法，其中该阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒具有约50nm至约200nm的平均粒度。
(25)在实施方式(25)中，呈现如实施方式(22)至(24)中任一项的方法，其中该阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒以约0.05重量％至约5重量％的量存在于抛光组合物中。
(26)在实施方式(26)中，呈现如实施方式(22)至(25)中任一项的方法，其中该第二研磨剂选自α-氧化铝颗粒、锆颗粒、金刚石颗粒及其组合。
(27)在实施方式(27)中，呈现如实施方式(22)至(26)中任一项的方法，其中该第二研磨剂包含α-氧化铝颗粒。
(28)在实施方式(28)中，呈现如实施方式(22)至(27)中任一项的方法，其中该第二研磨剂以约25ppm或更高的量存在于抛光组合物中。
(29)在实施方式(29)中，呈现如实施方式(28)的方法，其中该第二研磨剂以约50ppm至约500ppm的量存在于抛光组合物中。
(30)在实施方式(30)中，呈现如实施方式(22)至(29)中任一项的方法，其中该阳离子聚合物具有约100,000g/mol或更小的分子量。
(31)在实施方式(31)中，呈现如实施方式(30)的方法，其中该阳离子聚合物具有约2,000g/mol至约15,000g/mol的分子量。
(32)在实施方式(32)中，呈现如实施方式(22)至(31)中任一项的方法，其中该阳离子聚合物为聚二烯丙基二甲基氯化铵(pDADMAC)。
(33)在实施方式(33)中，呈现如实施方式(22)至(32)中任一项的方法，其中该阳离子聚合物以约1至约100ppm的量存在于抛光组合物中。
(34)在实施方式(34)中，呈现如实施方式(22)至(33)中任一项的方法，其中该含铁活化剂包含可溶性铁盐。
(35)在实施方式(35)中，呈现如实施方式(34)的方法，其中该可溶性铁盐为硝酸铁。
(36)在实施方式(36)中，呈现如实施方式(22)至(35)中任一项的方法，其中该含铁活化剂以约100ppm至约700ppm的量存在于抛光组合物中。
(37)在实施方式(37)中，呈现如实施方式(34)或实施方式(35)的抛光组合物，其进一步包含结合至该可溶性铁盐的稳定剂，其中该稳定剂选自磷酸、邻苯二甲酸、柠檬酸、己二酸、草酸、丙二酸、天冬氨酸、琥珀酸、戊二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、马来酸、戊烯二酸、黏康酸、乙二胺四乙酸、丙二胺四乙酸及其组合。
(38)在实施方式(38)中，呈现如实施方式(37)的方法，其中该稳定剂以约20ppm至约2,000ppm的量存在于抛光组合物中。
(39)在实施方式(39)中，呈现如实施方式(22)至(38)中任一项的方法，其中该氧化剂为过氧化氢。
(40)在实施方式(40)中，呈现如实施方式(22)至(39)中任一项的方法，其进一步包含选自以下的添加剂：氨基酸、缓冲剂、杀生物剂、阳离子表面活性剂、腐蚀抑制剂及其组合。
(41)在实施方式(41)中，呈现如实施方式(40)的方法，其中该添加剂包含杀生物剂。
(42)在实施方式(42)中，呈现如实施方式(22)至(41)中任一项的方法，其中该抛光组合物具有约2至约4的pH。
(43)在实施方式(43)中，呈现如实施方式(22)至(42)中任一项的方法，其中该基板包含在基板表面上的钛层，且其中研磨该钛层的至少一部分以抛光该基板。
(44)在实施方式(44)中，呈现如实施方式(22)至(43)中任一项的方法，其中该基板包含在基板表面上的氮化物层，且其中研磨该氮化物层的至少一部分以抛光该基板。
(45)在实施方式(45)中，呈现如实施方式(44)的方法，其中该氮化物层选自氮化钛、氮化硅及其组合。
(46)在实施方式(46)中，呈现如实施方式(22)至(45)中任一项的方法，其中该基板包含在基板表面上的氧化硅层，其中研磨该氧化硅层的至少一部分以抛光该基板。
(47)在实施方式(47)中，呈现如实施方式(46)的方法，其中该氧化硅层包含TEOS。
(48)在实施方式(48)中，呈现如实施方式(22)至(47)中任一项的方法，其中该基板包含在基板表面上的钨层，且其中研磨该钨层的至少一部分以抛光该基板。
(49)在实施方式(49)中，呈现如实施方式(22)至(48)中任一项的方法，其中该基板包含在基板表面上的钨层及氮化钛层两者，且其中研磨该钨层及该氮化钛层两者以抛光该基板。
实施例
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。
在本文中使用以下缩写：W是指钨；Ti是指钛；TiN是指氮化钛；TEOS是指原硅酸四乙酯；MW是指分子量；且RR是指移除速率。
实施例1
此实施例表明对于根据本发明的抛光组合物，具有约5.5或更高的莫氏硬度的第二研磨剂对移除速率及抛光性能的影响。
用两种抛光组合物(即，抛光组合物1A及1B)抛光包含TiN、Ti、W及TEOS覆盖层的基板。抛光组合物含有以下组分(3x浓缩物)：1.0重量％的作为第一研磨剂的阳离子改性的胶体二氧化硅、1,335ppm作为稳定剂的丙二酸、618ppm作为含铁活化剂的硝酸铁、75-150ppm作为阳离子聚合物的polyDADMAC(MW为8,500g/mol)、2重量％作为氧化剂的过氧化氢、及15ppm作为杀生物剂的KATHONTMLX。将抛光组合物的pH调整至2.15。
抛光组合物1A和1B为相同的，除了抛光组合物1B进一步包含150ppm作为第二研磨剂的α-氧化铝以外。
使用MIRRATM抛光机(Applied Materials,Santa Clara,CA)及NEXPLANARTME6088抛光垫(Cabot Microelectronics,Aurora,IL)，使用2psi的下压力抛光基板。
抛光结果阐述于表1中。
表1.随第二研磨剂变化的移除速率
Figure BDA0003470353820000271
如由表1中阐述的结果明晰的，与对照抛光组合物1A相比，本发明抛光组合物1B展现提高的TiN及Ti阻挡膜移除速率，同时维持相当的钨及TEOS移除速率。另外，对照抛光组合物1A及本发明抛光组合物1B的钨及TEOS移除速率类似，且无显著差异。因此，这些结果展示具有约5.5或更高的莫氏硬度的第二研磨剂颗粒对根据本发明的抛光组合物的有益影响。

Claims (30)

1.化学机械抛光组合物，其包含：
(a)第一研磨剂，其包含阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒，
(b)第二研磨剂，其具有约5.5或更高的莫氏硬度，
(c)阳离子聚合物，
(d)含铁活化剂，
(e)氧化剂，及
(f)水。
2.如权利要求1所述的抛光组合物，其中所述阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒在约2.5的pH下具有大于约20mV的ζ电位。
3.如权利要求1所述的抛光组合物，其中所述阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒具有约50nm至约200nm的平均粒度。
4.如权利要求1所述的抛光组合物，其中所述阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒以约0.01重量％至约5重量％的量存在于抛光组合物中。
5.如权利要求1所述的抛光组合物，其中所述第二研磨剂选自α-氧化铝颗粒、氧化锆颗粒、金刚石颗粒及其组合。
6.如权利要求5所述的抛光组合物，其中所述第二研磨剂包含α-氧化铝颗粒。
7.如权利要求1所述的抛光组合物，其中所述第二研磨剂以约25ppm或更高的量存在于抛光组合物中。
8.如权利要求7所述的抛光组合物，其中所述第二研磨剂以约50ppm至约500ppm的量存在于抛光组合物中。
9.如权利要求1所述的抛光组合物，其中所述阳离子聚合物具有约100,000g/mol或更小的分子量。
10.如权利要求9所述的抛光组合物，其中所述阳离子聚合物具有约2,000g/mol至约15,000g/mol的分子量。
11.如权利要求1所述的抛光组合物，其中所述阳离子聚合物为聚二烯丙基二甲基氯化铵(pDADMAC)。
12.如权利要求1所述的抛光组合物，其中所述阳离子聚合物以约1至约100ppm的量存在于抛光组合物中。
13.如权利要求1所述的抛光组合物，其中所述含铁活化剂包含可溶性铁盐。
14.如权利要求13所述的抛光组合物，其中所述可溶性铁盐为硝酸铁。
15.如权利要求1所述的抛光组合物，其中来自所述含铁活化剂的铁以约1ppm至约100ppm的量存在于抛光组合物中。
16.如权利要求13所述的抛光组合物，其进一步包含结合至所述可溶性铁盐的稳定剂，其中所述稳定剂选自磷酸、邻苯二甲酸、柠檬酸、己二酸、草酸、丙二酸、天冬氨酸、琥珀酸、戊二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、马来酸、戊烯二酸、黏康酸、乙二胺四乙酸、丙二胺四乙酸及其组合。
17.如权利要求16所述的抛光组合物，其中所述稳定剂以约20ppm至约2,000ppm的量存在于抛光组合物中。
18.如权利要求1所述的抛光组合物，其中所述氧化剂为过氧化氢。
19.如权利要求1所述的抛光组合物，其中所述抛光组合物具有约2至约4的pH。
20.化学机械抛光基板的方法，其包含：
(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)第一研磨剂，其包含阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒，
(b)第二研磨剂，其具有约5.5或更高的莫氏硬度，
(c)阳离子聚合物，
(d)含铁活化剂，
(e)氧化剂，及
(f)水，
(iv)使所述基板与所述抛光垫及所述化学机械抛光组合物接触，以及
(v)相对于所述基板移动所述抛光垫及所述化学机械抛光组合物以研磨该基板的至少一部分，从而抛光该基板。
21.如权利要求20所述的方法，其中所述阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒在约2.5的pH下具有大于约20mV的ζ电位。
22.如权利要求20所述的方法，其中所述阳离子改性的胶体二氧化硅颗粒以约0.05重量％至约5重量％的量存在于抛光组合物中。
23.如权利要求20所述的方法，其中所述第二研磨剂选自α-氧化铝颗粒、锆颗粒、金刚石颗粒及其组合。
24.如权利要求20所述的方法，其中所述第二研磨剂包含α-氧化铝颗粒。
25.如权利要求20所述的方法，其中所述第二研磨剂以约25ppm或更高的量存在于抛光组合物中。
26.如权利要求20所述的方法，其中所述阳离子聚合物具有约100,000g/mol或更小的分子量。
27.如权利要求26所述的方法，其中所述阳离子聚合物为聚二烯丙基二甲基氯化铵(pDADMAC)。
28.如权利要求20所述的方法，其中来自所述含铁活化剂的铁以约1ppm至约100ppm的量存在于抛光组合物中。
29.如权利要求20所述的方法，其中所述抛光组合物具有约2至约4的pH。
30.如权利要求20所述的方法，其中所述基板包含在基板表面上的钨层及氮化钛层两者，且其中研磨该钨层及该氮化钛层两者以抛光该基板。
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