TW201204816A - A stabilized chemical mechanical polishing composition and method of polishing a substrate - Google Patents

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Description

201204816 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明通常係關於化學機械研磨之領域。特別地 發明係關於安定之化學機械研磨組成物及半導體材料 學機械研磨方法’更特別地’係關於化學機械研磨來自1 如層間介電（interlevel dielectric, ILD)及淺槽隔離" (shallow trench isolation, STI)製程中之半導體择構 > 介電層的方法。 【先前技術】 現代積體電路係藉由精心設計之製程製造，於，々， 程中，在小的半導體結構上積體由半導體器件組成 電路。形成於該半導體結構上之傳統半導體器件 容器、電阻器、電晶體、導體、二極體等。於積體電路之 先進製造技術中，大量此等半導體器件係形成於單道 體結構上。 等 此外，積體電路可以田比鄰之晶片（die)之方式排列於 該半導體結構之普通石夕基板上。典型地，表面層劃線區域 (surface level scriberegi〇n)係置於該等晶片之間，在 該處該等晶片將被切分開來以形成離散之積體電路。此等 日日片中’ β亥半導體結構之表面的特徵在於，因形成該半導 成之抬高區域。這些抬高的區域形成陣列，並 藉由斜導體結構之石夕基板上具有較低高度 區域分 隔。 需要藉由介電材料將主動器件分離，以防止該等主動 95253 3 201204816 器件之_串音及《干擾。存在兩種傳統之主要分離技 術。-種為㈣介電⑽）。另—種稱為淺槽隔離⑽）。 違ILD結構主要係用來分隔在積體電路中之金屬線或 栓。該介電隔離材料（如，氧化石夕及氮化石夕）血型係生合長 於或沉積於金屬線或栓之、_之間及其頂部，其創製非平 坦表面’且特徵為具有向上延伸高過該陣列之更大高度之 垂直上升之突出特徵以及具較低高度之開口溝槽。隨後使 用CMP製程將該垂直突出特徵之高度降低至目標高度，該 目標面度典型係高出該陣列之頂部水平的預定義距離，理 想上將於該處形成平面化表面。 STI係廣泛使用之形成隔離結構以電性隔離形成於積 中之多個主動元件的半導體加工方法。於STI技術 L第一步往往為藉由各向異性職於職板之預設位置 形成複數簡。然後，將氧切㈣於料槽卜隨後， ==氧切向下研磨至該氮化靖止層)，以形 ^ 、、α爲了達成有效之研磨，該研磨漿料典型係 提供涉及氧化石夕相對於氮化石夕之移除速率之高選擇性、 (selectivity)。 用於ILD及STI製程之傳統⑽㈣係包含大量濃产 之研磨提升其有效性。林的是，該等研磨劑昂貴， 而且S亥等研磨劑之使用的增加變得成本過高。 種具有降低之研磨劑含量之用於移除氧化石夕之研 磨組成物係於Liu等人之美國專利第7，Q18,56()號中揭示 之Liu等人揭露了水性研磨組成物，係包含：用於限制 4 95253 201204816 互連金屬之移除的腐蝕抑制劑；酸性pH ;研磨劑粒子.、 及用下式形成之含有機基的銨鹽 R4—N—R2 k 其中，L、R2、R3及R4係基團，匕係未經取代之碳鏈長度 為2個至15個碳原子之芳基、烷基、芳烷基或烷芳基，該 含有機基的銨鹽所具有之濃度能加速以至少一低於 千帕（kPa)之研磨壓力移除時二氧化矽之移除並降低選自 由SiOSiCN'SisN4及SiCO組成之群組之至少一者之移除。 儘官如此，對於具有改善之移除速率以及降低之研磨 劑/辰度之用於化學機械研磨介電層之化學機械研磨纟且成物 及方法仍有需求。特別地，所需要者係用於在ILI)及STI 製程中研磨介電層的組成物及方法，該組成物及方法係展 現改善之介電層移除速率以及降低之研磨劑濃度，以及改 善之儲存安定性。 【發明内容】 本發明係提供化學機械研磨組成物，係包含下列物作 為起始成份：水；〇. 1至40重量（wt)%之平均粒子尺寸為5 至150奈米（nm)的研磨劑；0.001至1 wt%之根據式（η) 之金剛烷基物質： 5 95253 201204816
陰離子 L 」（u) 其中，A係選自N及P ;其中，R8係個別獨立選自氫、飽和 或不飽和之烷基、cw芳基、Ce_ls芳烷基、αΐ5烷芳基； 以及’其中’ <(Π)中之該陰離子為平衡式（II)中陽離子 之+電荷的任何陰離子；〇至！ wt%之根據式⑴之雙四級 (diquaternary)物質： R1 I2 ' 2+ — wmm R3—X—R1— -i—r4 1 R5 1 R6 陰離子 - 2- 95253 6 1 且、R4及R6係個·立選自氫、飽和或不飽和之C!— 2 、c6’Cl5芳基、C6—Cl5芳烷基及C6_Ci5烷芳基；以及 3 ::C15烷基、C6_Ci5芳基及^芳烷基；其中“ 4 式（I)中之該陰離子為平衡式⑴中陽離子之電 列夕壬何陰離子或_子之組合；以及G至1 wt%之選自- 5 .p …一 汉具7P係飽和或不韵 6 四級錄化合物：氫氧化四f基銨、氫氧化四乙_ 7 201204816 氫氧化四丙基錄、氫氧化四異丙 氫氧化四丁基録、氫氧化四異丁基飞氧匕四^丙基銨、 銨、氫氧化四（第二丁^ 四（第二丁基） 4·、《 —丁基）銨、虱氧化四環丁基銨、氫氣化 四^銨、氫氧化四環戊基銨、氫氧化四己基銨、氫氧化 四^己基銨、及其混合物。 本舍明係提供化學機械研磨組成物，係包含下列物作 …起始成份：水；〇. i至4〇 wt%之平均粒子尺寸為5至⑽ :的研磨劑；〇._至丨㈣之根據式⑼之金職基物 質· R8 一 + 一一 R1—A—R8 ΓΓη 陰離子_ ^ 」（Π) 其中’ A係選自N及p ;其+，R8係個別獨立選自氮、飽和 或不飽和之Cm5烷基、芳基、Ch芳烷基、Ce_15烷芳基； 以及，其中，式（II)中之該陰離子為平衡式（11)中陽離子 之+電荷的任何陰離子；以及下述之至少一者：（a) 〇 〇〇1 至1 wt%之根據式（I)之雙四級物質： (4 ι5 一 2+ ^一 f—R1—： 【-R6 1 r2 陰離子 l7 *· 一 2- 7 95253 (I) 201204816 =’=別獨立選“及?;其中，心飽和或不飽和 美、R及R係個別獨立選自氫、飽和或不飽和之C心 j 。芳基、^芳絲及道芳基；以及， 沾中，式⑴中之該陰離子為平衡式⑴中陽離子之2+電荷 的任何陰離子或陰離子之組合；以及⑹0.005幻wt% 之選自下列之四級銨化合物：氫氧化四甲基錄、氣氧化四 ^基録、氫氧化四丙基錄、氫氧化四異丙基録、氫氧化四 衣丙基_錢氫氧化四丁基錄、氫氧化四異丁基錄、氣氧化 四t第二·丁基）錢、氫氧化四（第二丁基）銨、氫氧化四環丁 基叙、虱氧化四戊基銨、氫氧化四環戊基録、氮氧化四己 基銨、氫氧化四環己基録、及其混合物。 本發明係提供化學機械研磨組成物，係包含下列物作 為起始成份：水；〇.丨至4〇 wt%之平均粒子尺寸為5至15〇 nm的研磨劑；G.GG1至1 wt%之根據式（I)之雙四級物質： R4 R2 R1· 又5 2+ 一 C-R6 R7 陰離子 _ — w 2· (I) 其中，X係個別獨立選自N及p;其中，^係飽和或不飽和 之G-Cis烧基、C6-C1S芳基及C6_C15芳烷基；其中，r2、R3、 R、R、R及R7係個別獨立選自氫、飽和或不飽和之Ci_Ci5 燒基、Ce-C^芳基、C6-Cls芳烷基及（]6-(：15烷芳基；以及， 8 95253 201204816 • 其中，式（I)中之該陰離子為平衡式（I)中陽離子之2+電荷 的任何陰離子或陰離子之組合；以及0. 001至1 wt%之根 據式（II)之金剛烷基物質：
陰離子 -αΐ) 其中，Α係選自Ν及Ρ ;其中，R8係個別獨立選自氫、飽和 或不飽和之Ci-15烧基、Ce-15芳基、Ce-15芳烧基、Ce-15烧芳基； 以及，其中，式（II)中之該陰離子為平衡式（II)中陽離子 之+電荷的任何陰離子。 本發明係提供化學機械研磨組成物，係包含下列物作 為起始成份：水；0. 1至40 wt%之平均粒子尺寸為5至150 nm的研磨劑；0.001至1 wt%之根據式（II)之金剛烷基物 質：
其中，A係選自N及P ;其中，R8係個別獨立選自氫、飽和 9 95253 201204816 或不飽和之CMS烷基、Gw芳基、& ^芳烷基、&烷芳基； 、 八中式（II)中之該陰離子為平衡式（Π)中陽離子 之+電荷的任何陰離子；以及0.005至lwt%之選自下列之 四級銨化合物：氫氧化四m氫氧化四乙基銨、氫氧 化四丙基銨、氫氧化四異丙基銨、氫氧化四環丙基錢、氫 氧化四丁基録、氫氧化四異丁基錄、氫氧化四（第三丁基） 銨、、氫氧化四（第二丁基）銨、氫氧化四環丁基銨、氫氧化 四戊基叙虱氧化四環戊基錄、氫氧化四己基銨、氫氧化 四環己基銨、及其混合物。 本發明係提供化學機械研磨基板之方法，係包含：提 供基板，其中，該基板係包含二氧化矽；提供本發明之化 學機械研磨組成物；提供化學機械研磨墊；以0 69至34 5 kPa之下壓力於該化學機械研磨墊與該基板之間之介面處 創製動態接觸；以及，將該化學機械研磨組成物分配至該 化學機械研磨墊上之該化學機械研磨墊與該基板之間之介 面處或接近該介面處；其中，該化學機械研磨組成物之pH 為2至6。
本發明係提供化學機械研磨基板之方法，係包含：提 供基板，其中，該基板係包含二氧化矽；提供本發明之化 學機械研磨組成物；提供化學機械研磨墊；以69至34 5 kPa之下壓力於該化學機械研磨塾與該基板之間之介面處 創製動態接觸；以及，將該化學機械研磨組成物分配至該 化學機械研磨墊上之該化學機械研磨墊與該基板之間之介 面處或接近該介面處；其中，該化學機械研磨組成物之pH 95253 10 201204816 為2至6，以及，其中，該化學機械研磨組成物展現至少 1，500埃（A)/分鐘（min)之二氧化矽移除速率。 【實施方式】 於本文中及後附之申請專利範園中，關於將根據式（„) 之金剛烷基物質加入該化學機械研磨組成物導致二氧化矽 之移除速率（以A/min測量之移除迷率）改變而使用的術 3吾最小效果，意指二氧化矽之移除速率的改變^ 1〇%。 亦即，當將根據式（II)之金剛烷基物質加入化學機械研磨 組成物對於氧化石夕之移除具有最小效果時，將滿足下述表 達： ((A°-A)之絕對值/A〇)*l〇〇 $ 1〇 =:lA/min計之本發明之含有作為起始成份之根 據式（II)之金岡m基物質之化學機械研磨組成物 移除速率，如於實_中詳述之·㈣ 其中，a。係於相同條件下獲 者，及 速率，由 乂八/1!1111計之氧化矽移除 =二子从械研磨組成物係不含根據式⑴)之金剛 於本發明之化學機械研磨Μ中使 =之具體配方的選擇係提供目標二氧化=率 適用於本發明之化學機械研 械研磨的練純含其上沉財 於化學機 視需要，«㈣有_於 ^導體基板。 晶石Κ最佳係之至少一去SlCN Sl3N4、SiC0及多 有之上的二氧化矽。 95253 11 201204816
。適當之無機氧化物係 氧化铭（Al2〇3)、氧化鍅 飞〇2)、氧化鈦（Ti〇2)或包 若需要，也可使用此等 (Zr〇2)、氧化鈽（Ce〇2)、氧化錳（Mn〇〇、 含前述氧化物之至少一者的組合。若 無機氧化物之經修飾形式如有機聚合物包覆之無機氧化 粒子及無機物包覆之粒子。適當之金屬碳化物、蝴化物及 氮化物係包括’舉例而言，碳财、氮切、碳氮化石夕 (SiCN)、碳化硼、碳化鶴、碳化結、侧化銘、碳化泡、碳 化鈦、或包含前述金屬之碳化物、硼化物及氮化物之至少 一者的組合。較佳地，該研磨劑係膠體氧化矽研磨劑。夕 本發明之化學機械研磨組成物的研磨劑所具有之平 均粒子尺寸為5至150 nm ;更佳20至1〇〇 nm ;再更佳2〇 至60 nm ;最佳20至50 nm ° 本發明之化學機械研磨組成物的研磨劑較佳係含有 〇. 1 至 40 wt%，更佳 〇. 1 至 20 wt% ’ 再更佳 1 至 2〇 wt%， 最佳1至10 wt%之研磨劑。 較佳地，本發明之化學機械研磨組成物係包含平均粒 子尺寸為2 0至6 0 run之膝體氧化碎研磨劑。再更佳地，本 發明之化學機械研磨組成物係包含1至10 wt%之平均粒子 尺寸為20至60 nm的膠體氧化矽研磨劑。最佳地’本發明 之化學機械研磨組成物係包含1至1 〇 wt%之平均粒子尺寸 95253 12 201204816 _為2G，5Q⑽之膠體氧切研磨劑。 至1 明之化學機械研磨組成物係包含〇.001 主i wt/Q，更佳〇. 〇1至 之根據式―⑴)之金剛燒基物J :° ’最佳°. 〇1至〇. 〇5㈣ R8 R8--
陰離子 (Π) 其中，A係選自n刀p r “ y+ ^ 自氯、飽和或殘和其中’R8係個別獨立選 X +铯和之Cl_Ci5烷基、C6_Ci 烧基及以5燒芳基（較佳係氣、ci = 基；最佳係甲基)；以及，其中，々rTT、f更佳係風及甲 衡式（II)中陽離子之+電从 / 之该陰離子為平 于之+電何的任何陰離子（較佳地，式πη 中之該陰離子係選自齒辛 h罕乂仏也式（⑴ 早;5 ㈣m 11 祕（hydl*Gxide)陰離 棍㈣Π t〇陰離子;更佳係齒素陰離子及氫氧 根陰離子；最㈣氫氧根陰軒）。更佳地，本發明之化學 機械研磨組成物係包含〇._至1 wt%，更佳〇 01至0: wt%’最佳G.G1m㈣之金剛燒基物質，其中，兮金 剛烧基物質係根據式⑴）之金職基銨物f;其中， N ’·其中’ R8係個別獨立選自氫、飽和或不飽和之烧 基、〇Cl5芳基、C6_Cl5芳烧基及c心燒芳基（較佳係氣及 G-C4烷基’更佳係氫及甲基；最佳係▼基）；以及，其中， 95253 13 201204816 式（π)中之該陰離子為平 何陰離子（較佳地，4⑴W電荷的任 子、氫氧根卜離子^ 之4陰離子係選自_素陰離 及氫氡==::::子;更佳係_子 式之金剛烷基銨物質 之具有下
OH'
H3c—1 -CH 納入根㈣（II)之金魏基㈣偏對氧切移除速 ^傾果之方式提升了本發明化學機械研磨組成物 t禮。較佳地，核明之化學機械研純成物展現之 實施例中詳述之研磨條件下測量的以A /min 移除速率⑷係，更佳係>98%;最綠 石: 化矽移除速率（A〇)，A〇係於相同條件下但化學 氧 成物令不含根據式（II)之金剛絲物質所# ’卜研磨組 除迷率。 X侍之氧化矽移 本發明之化學機械研磨組成物中含有的水 離子水及蒸顧水之至少-種，以限制意外雜質广佳係去 視需要，本發明之化學機械研磨組成物俾、勺 作為起始成份：根據式（I)之雙四級物質：“匕含下列物 95253 14 2- 201204816 I4 ** I5 2+ R3--^ (一R1 】 【-R6 R2 l7 陰離子 一 一 (I) 其中，X係個別獨立選自N及P，較佳地，）（係1^;其中， R1係飽和或不飽和之CrL燒基、C6_Cis芳基及芳燒 基（較佳係CrCio炫*基’更佳係C2~C6烧基·最佳 係-(CH〇6-基）；其中’ R2、R3、R4、r5、反6及r7係個別獨立 選自氳、飽和或不飽和之Ci-C!5烷基、Cr_Ci5芳基、c^c 芳烧基及Ce-C!5烧芳基（較佳係氫及Cl_C4烷基；更佳係气 及甲基；最佳係甲基）；以及’其中，式⑴中之該陰Γ子 為平衡式⑴中陽離子之2+電荷的任何陰離子或陰離子之 組合（較佳地，式（I)中之該陰離子係選自函素陰離子、氫 氧根陰離子“肖酸根（nitrate)陰離子、硫酸根（sulfate) 陰離子及磷酸根（phosphate)陰離子；更佳係齒素陰離子及 氫氧根陰離子；最佳係氫氧根陰離子）。較佳地，本發明之 化學機械研磨組成物係包含作為起始成份之〇.〇〇1至t wt/。（更佳 〇. 01 至 〇. 1 wt%，最佳 〇· 〇1 至 〇. 〇5 wt%)之根 據式（I)之雙四級物質。最佳地，本發明之化學機械研磨組 成物係包含〇.〇1至0 05 wt%根據式（1)之雙四級物質，其 係個別為N;R*係_(ch〇6_基；以及，其中，r2、r3、 R及R係個別為-(CH2)3CH3基。納入根據式（I)之 雙四級物㈣加速該二氧切之移除速率。 15 95253 201204816 視需要，本發明之化學機械研磨組成物係包含作為起 始成份之0至1 Wt%(較佳〇. 005至1 wt% ;更佳〇. 005至 0. 75 wt%，最佳〇. 〇〇5至〇. 〇5 wt%)之選自下列之四級敍 化合物.氫氧化四曱基銨、氫氧化四乙基銨、氫氧化四丙 基銨、氫氧化四異丙基銨、氫氧化四環丙基銨、氫氧化四 丁基銨、氫氧化四異丁基銨、氫氧化四（第三丁基）銨、氫 氧化四（第二丁基）銨、氫氧化四環丁基銨、氫氧化四戊基 敍、氫氧化四環戊基銨、氫氧化四己基錄、氫氧化四環己 基銨、及其混合物（最佳地，選自氩氧化四乙基銨（teah)、 氫氧化四甲基銨（ΤΜΑΗ)及氫氧化四丁基銨（ΤΒΑΗ))。 本發明之化學機械研磨組成物視需要進一步包含選 自分散劑、界面活性劑、緩衝劑及殺生物劑之額外添加气 本發明之化學機械研磨組成物視需要不含腐蝕抑制 劑β如本文及後附申請專利範圍中所使用者，術語“不八 腐蝕抑制劑”係意指該化學機械研磨組成物不含笨并=& 唑；1，2, 3-苯并三唑；5, 6一二曱基一12, 3一笨并三唑； .哇 1 一（1’2_二鲮乙基）苯并三唑；1-[Ν，Ν-雙（羥乙基）胺武 苯并三唑；或1-(羥甲基）苯并-土 土] 本發明之化學機械研磨組成物不含氧化劑。如本 後附申請專利範圍中所使用者，術語“不含氧化劑 = 指該化學機械研磨組成物係不含有氧化劑，如過氧化氣: 過硫酸鹽（如’單過姐錄及二過硫酸鉀）及過 1 過碘酸鉀）。 如’ 本發明之化學機械研磨組成物於2至6之ρΗ提供效 95253 16 201204816 能。較佳地，所使用之化學機械研磨組成物於2至5之pH 提供效能。最佳地，所使用之化學機械研磨組成物於2至 4之pH提供效能。適用於調節該化學機械研磨組成物之pH 的酸包括’舉例而言，磷酸、硝酸、硫酸及鹽酸。適用於 調節該化學機械研磨組成物之pH的鹼包括，舉例而言，氫 氧化銨及氫氧化鉀。 較佳地’本發明之化學機械研磨組成物展現2 1500 A/min ’ 更佳> 1，800 A/min ’ 最佳2 2, 000 A/min 之二 氧化石夕移除速率。 較佳地，本發明之化學機械研磨組成物係包含下列物 作為起始成份：水；〇· 1至40 wt% (較佳0. 1至20 Wt %， 再更佳1至20 wt%，最佳1至1〇 wt%)之平均粒子尺寸為 5至150 nm (較佳20至100 nm，更佳2〇至6〇 nm，最佳 20至50 nm)之研磨劑；〇. 001至i wt% (較佳〇. 〇1至〇. i wt/ό更佳〇·02至0.06 wt%)之根據式（I)之雙四級物質： 2+ 2- Γ f 陰離子 r3-y—r1-x R6 R2 R7 酿 · 其中X係個別獨立選自N及P，較佳地，χ係個別為N ; ^中，R1係飽和或不飽和之Cl-Cl5烷基、C6_Ci5芳基及C6_Ci5 芳燒基（較佳係C4-Cu)烧基；更佳係C2_C6烧基；最佳 =~(CH2)6-基）；其中，r2、R3、R4、R5、r7係個別獨立 選自氫、飽和或不飽和之C,-C15燒基、C6-Cl5芳基、C6_Ci5 95253 17 201204816 芳炫^基及CtCis境芳美 及曱基；最佳係甲基^ 〇佳係氫及Cl、C4烧基；更佳係氫 為平衡式（I)中陽離"'子，从及，其中，式（I)中之該陰離子 組合（較佳地，式（之2+電荷的任何陰離子或陰離子之 氧根陰離子m根離子係選自i素陰離子、氫 子；更佳係*素陰離：T、硫酸根陰離子及磷酸根陰離 離子）；0.001至〗及虱氧根陰離子；最佳係氫氧根陰 至 〇.〇5_之根據h ! .„01··至 〇.lwt%，最佳 〇.〇ι 支8 一 + 一 ——1 、R8 J 陰離子 *» «Μ
其中，A係選自N 自氫、飽和或不飽和之c==;其广R8係個別獨立選 烷基及C6-Ci 1 15烷基、C^C!5芳基、〇(：15芳 子基；最佳係=^(|_氫及W炫基；更佳係氯及 平衡式（π)+陽i子以及，其中，式⑴）中之該陰離子為 中之該陰離子=自H荷的任何陰離子（較佳地，式⑴） 根陰離子.2 離子、氣氧根陰離子及亞確酸 氧根素陰離子及氫氧根陰離子；最佳係氫 f離子)，以及0至1爾佳。惠幻‘·更佳
.至0· 075 wt%，最佳〇. 005至〇. 05 _之四級炫基 錄化合物；其中，該化學機械研磨組成物展現A 95253 18 201204816 /min，更佳2 1，800 A /min，最佳2 2, 000 A /min 之二氧 化矽移除速率。 本發明之化學機械研磨組成物較佳係具有儲存安定性。 如本文及後附之申請專利範圍中所使用者，術語“儲存安 定性”係意指將對象化學機械研磨組成物於55°c儲存i调 之後，其黏度之增加低於5%，其中，該黏度係使用 〜 Brookfield DV-I+黏度計於20°C使用設定為每分鐘1〇〇轉 (100 rpm)之Brookfield #S00紡錘體測量之。更佳地，本 發明之化學機械研磨組成物具有長期儲存安定性。如本文 及後附之申請專利範圍中所使用者，術語“長期儲存安定 性，係意指將對象化學機械研磨組成物於55。匚儲存4週之 後’其黏度之增加低於15%’其中，該黏度係使用 、
Brookfield DV-I+黏度計於20ΐ使用設定為1〇〇 ^卵之 Brookfield #S00紡錘體測量之。 本發明之化學機械研磨方法係包含：提供基板 該基板係包含二氧切（視需要，二氧切=選自W、 謂、_4、⑽及多晶权至少—者；較佳係沉積於氮 提供本發明之化學機械研磨組成物， 二成物係包含下列物作為起始成份: 水，（Μ至4Gwt%(較㈣
之平均粒子尺寸為5至15〇 n t/〇J 至5。一研磨劑;。至lwtx(:2 =6。麗’㈣ Λ Λ1 Λ , η/ 圭0. 〇1 至 lwt% ;更佳 0.01至0.1-1:%，最佳0.01至〇 雙四級物質： .05 _之㈣式⑴之 95253 19 (I) 2· 201204816 I4 I5 2+ R3- ^—R1— X R6 陰離子 • R2 R7 一 《Μ 其中，X係個別獨立選自Ν及Ρ，較佳地，χ係個別為Ν ; 其中，R1係飽和或不飽和之G-C!5烷基、Ce-Cis芳基及c6-c15 芳烷基（較佳係G-Cio烷基；更佳係CrC6烷基；最佳 係-(CH2)6-基）；其中，R2、R3、R4、R5、R6& R7係個別獨立 選自氫、飽和或不飽和之C!-Cis烷基、Ce-Ci5芳基、C6-Cl5 芳烷基及Ce-C!5烷芳基（較佳係氫及Cl_C4烷基；更佳係氫 及曱基；最佳係曱基）；以及，其中，式⑴中之該陰離子 為平衡式（I)中％離子之2+電荷的任何陰離子或陰離子之 組合（較佳地，式（I)中之該陰離子係選自齒素陰離子、氫 氧根陰離子、硝酸根陰離子、硫酸根陰離子及磷酸根陰離 子；更佳係函素陰離子及氫氧根陰離子；最佳係氫氧根陰 離子）；0. 001 至 1 wt% (較佳 〇. 01 至 〇· i wt%，最佳 〇. 〇1 至0.05 wt%)之根據式（II)之金剛燒基物質：
险離子 J (Π) 95253 20 201204816 其中，A係選自n及p (較佳係w .甘 選自氣、的“⑽係N)’其中’R8係個別獨立 選自風飽和或不飽和之Ci_Cis烧基、Mu芳基、 燒芳基(較佳係氮及。墙;更佳係： 及曱基，最佳係曱基）；以及，其中，式 ^ _(U)中陽離子之+電荷的任何陰離子(較=離: 二中：5亥陰離子係選自函素陰離子、氫氧根陰離子及亞 d丢離子’更佳係函素陰離子及氫氧根陰離子 =:離子);以及(較佳〇 〇〇5至J 更佳 0. 005 至 〇· 075 wt% ;最佳 〇· 〇〇5 至 〇. 〇5 級烧基銨化合物；提供化學機械研磨墊·，以〇. 69 ^ 3 =(〇. 1至5辦方英物si))，較佳〇. 69至2〇· 7 ^ 3 psi)之下壓力於$化學機械研磨塾與該基板之 之介面處創製動態接觸；以及，將該化學機械研磨組成^ 分配至於該化學機械研磨塾上之該化學機械研磨塾與該武 板之間之介面處或接近該介面處；其中，該化學機械= 組成物之pH為2至6，較佳2至5，最佳2至4 ;其中， 該二氧化石夕及氮化石夕係曝露於該化學機械研磨組成物；以 及，其中，該化學機械研磨組成物展現2 ， 更佳^ 1，800 A/min，最佳^ 2，_ A/min之二氧化石=移 除速率。較佳地，所使用之化學機械研磨組成物進一步展 現2 5:1，更佳> 6:1之二氧化矽與氮化矽之選擇性。ς佳 地，該化學機械研磨組成物中使用之研磨劑係膠體氧化 矽，且於 200 mm 研磨機（如，Applied Materials ⑧ 研磨機）上，當平台速度為每分鐘93轉、載體速度為每分 95253 21 201204816 鐘87轉、化學機械研磨組成物流速為200 mL/分鐘、且才a 稱下壓力為2Q 7 kpa(3 psi)時，所使用之化學機械研磨不 組成物展現氧化⑦之移除速率為至少1，5GG A/分鐘， =少1，80〇 A/min，最佳至少2，_ A/min，其中，該化 機$研磨塾係包含聚胺酯研磨層（該聚胺酯研磨層係含 有聚°物空心核微粒）及聚胺醋浸染之非織次墊（如，白 門°斯電子材料公司（Rohm and Haas Electronic :als CMP Inc.)購得之 IC1010 研磨塾）。 板，C地哕:發明之化學機械研磨方法係包含:提供基 氧切係係包含二氧化石夕及氣化石夕，較佳地，二 包含下列物化石夕上，提供化學機械研磨組成物，係 20至6〇咖之^^成份：1至1〇㈣之平均粒子尺寸為 據式⑴之雙四卿磨劑；〇·01至〇·05㈣之根 R4 Is ' 2+ - Ri^|—R1- —R6 1 R2 1 R7 陰離子 - _ _ (I) ^“、^及^^係獨立^烧基：其中， 其中，式⑴Φ 別獨立選自C2-Ce烷基；以及， 的任何陰離子衡式⑽陽離子之2+電荷 子係選Μ素合(較佳地’式⑴中之該陰離 酸根陰離子及^ 11魏陰離子、顧根陰離子、硫 離子及碟酸根陰離子；更佳係齒素陰離子及氫她 95253 22 201204816 ===r 離子):°.°1 至 °.°5™
+ 陰離子 其中A係N，其中，R8係個別獨立選自氫及Ci—&烧某· 以及’其中’式⑽中之該陰離子為平衡式⑴）中陽ς子 =電/的任何陰離子（較佳地，式（⑴中之該陰離子係選 自函素陰離子、氫氧根陰離子及亞石肖酸根_子；更㈣ 函素陰離子錢氧根陰離子；最佳係氫氧根陰離子以及 0 至1 WtU較佳 0.005 至 lwt%;更佳 0.005 至 〇 〇7 Γ 最佳0. GG5至G. 05 wt%)之四級絲錄化合物；提供化風°’ 機械研磨墊；以G.69至34.5kPa(Q. i至⑽佳予 至 20 7 kPaifi 1 q ·、 車乂i 0· 69 20.7 kPaOU至3 psi)之下壓力於該化學機械 ”3亥基板之間之介面處創製動態接觸；以及 械研磨組成物分配至該化學機械研 學機 磨塾與該基板之間之介面處或接近該介面處:機械研 學機械研磨組成物之pH為2至6，較佳2至5、，該化 4;其中，該二氧切从切鱗祕該化學=佳2至 成物；以及，其中，該化學機械研磨組成物，磨组. 性（較佳展現長期儲存安定性）。較佳地，^存安定 R化學機 95253 201204816 械研磨方法中使用之該化學機械研磨組成物中使用之研磨 劑係膠體氧化矽，且於200 mm研磨機（如，Applied Materials Mirra®研磨機）上，當平台速度為每分鐘93轉、 載體速度為每分鐘87轉、化學機械研磨組成物流速為2〇〇 mL/分鐘、且標稱下壓力為2〇. 7 kPa(3 psi)時，所使用之 化學機械研磨組成物展現二氧化矽之移除速率為至少 1,500 A/分鐘，更佳至少uoo A/min，最佳至少2 〇〇〇 A/min，其中，該化學機械研磨墊係包含聚胺酯研磨層（該 聚胺酯研磨層係含有聚合物空心核微粒）及聚胺酯浸染之 非織次墊（如’自羅門哈斯電子材料公司（Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.)購得之 Icl〇1〇 研磨墊）。 較佳地’本發明之化學機械研磨方法係包含：提供基 板其中，该基板係包含二氧化石夕及氮化石夕，較佳地，二 氣化矽係沉積於氮化矽上；提供化學機械研磨組成物，係 芑下列物作為起始成份：1至1〇 之平均粒子尺寸為 20至60 nm之膠體氧化矽研磨劑；〇 〇1至〇 〇5 wt%之根 據式（I)之雙四級物質： 2+ 2- R4 R5 R3-X R1-X——R6 陰離子 R2 R7 _ 其中’ X係個別為N ;其中，R1係-(CH2)6-基；其中，R2、 3 4 、R、R6及R7係個別為-(CH2)3CH3基；以及，其中， 95253 24 201204816 式⑴之該陰離子係兩個氫氧根陰離子；〇 〇i mt% 之根據式（II)之金剛烷基物質， 氮氧化m三甲基該金祕基物質為 之選自氫氧化四乙基敍及氫氧化及’0至0·05 wt% . , b四丁基鉍之四級烷基銨化 口物，广供化學機械研磨塾；以Q69i2().7kpa(〇.u /:::2於該化學機械研磨墊與該基板之間之介面 ί=!Γ及，將該化學機械研磨組成物分配至 =:=研磨塾上之該化學機械研磨塾與該基板之間之 ”面處或接近該介面處；其中，該化學機械研磨 中’該二氧切及氮切係曝露於該化i ::磨組成物；以及’其中，該化學機械研磨組成物； 現儲存安定性（較佳展現長_存安定性）。較佳地= 明之化學機械研磨方法中使用之該化學機械研磨 =
使用之研磨劑係膠體氧化石夕，且於200 mm研磨機（如，中 Applied Materials Mirra®研磨機）上，當平么 !93轉'載趙速度為每分鐘87轉、化學機二度= 抓速為200 roL/分鐘、且標稱下壓力為2〇 7 kpa(3 J 時，所使用之該化學機械研磨組成物展現二氧化矽之 速率為至少1，5GG A/分鐘，更佳至少A/min : 至少2, 000 A/min，其中，該化學機械研磨塾係包含· 酯研磨層(該聚胺酯研磨層係含有聚合物空心核微粒)及= 胺知浸染之非織次墊（如，自羅門哈斯電子材料公司（只处 and Haas Electronic Materials CMP lnc.)購得之 Ic m 研磨墊）。 010 95253 25 201204816 將於下述實施例中詳細揭示本發明之某些具體實施 態樣。 [實施例] 比較例C1及實施例A1至A2:化學機械研磨組成物之製備 藉由將表1中列述之量之成份組合而製備於研磨比較 例PC1中使用之化學機械研磨組成物以及於研磨實施例 PA1至PA2中使用之化學機械研磨組成物（該等組成物分別 稱為化學機械研磨組成物C1及A1至A2)，如標注者，用 磷酸或硝酸將該等組成物之pH調節至表1中列述之最終 pH ° 表1 實施例編號 研磨劑I (wt%) 研磨劑if (wt%) —HBHMAHe (wt%) TMAAn (wt%) pH¥ C1 1 5 0.03 0 3 A1 1 5 0.03 0.01 3 A2 1 5 0.03 0.03 3 *研磨劑 I : AZ 電子材料公司（AZ Electronic Materials) 製造之Klebosol™ 30H50i漿料，自陶氏化學公司（Dow
Chemical Company)購得。 £研磨劑II : AZ電子材料公司製造之Kleboso1™ PL1598-B25 漿料，自陶氏化學公司（Dow Chemical Company) 購得。 €HBHMAH :來自西格瑪-阿德瑞希公司（Sigma_Aldrich Co·) 之二氫氧化六丁基六亞曱基二鋏（分析用純等級（Purum grade))： 95253 26 201204816
^^ch3 N'CH2(CH2)4CH HO' HO"
CH3 TMAA .來自Sachem, Inc.之常規試劑級別之氫氧化 N，N，N-三甲基-1-金剛烷基銨： h3c | + H3C—-Ν·一-CH3 OH"
¥如必要，使用HNO3或Κ0Η調節pH以獲得所標注之pj]值。 比較例PC1及實施例PA1至PA2 :化學機械研磨實驗 使用根據比較例C1及實施例A1至A2製備之化學機 械研磨組成物實施二氧化；ε夕移除速率研磨測試。具體而 言’化學機械研磨組成物C1及Α1至Α2之各者的二氧化矽 移除速率係明示於表1中。使用AppliedMaterialsMirra@ 研磨機及IC1010TM聚胺酯研磨墊（自羅門哈斯電子材料公 司購得）於下壓力為20. 7 kPa(3 psi)、化學機械研磨組成 物流速為200 mL/rnin、桌子轉速為93 rpm以及載體轉速 為87’的條件下，於具有形成㈣基板上之二氧 的8英吋覆氈晶圓（blanket wafer)上實施此等二氧 、· 除速率實驗。藉由使用KLA-Tenc〇r FX2QQ #彡&= 矽移 之前及之制量財絲敎二氧切移除料具 95253 27 201204816 矽移除速率實驗之結果係提供於表2中。 表2 研磨實施例# 研磨組成物 Si〇2移除速率 (A/min) PC1 C1 2488 PA1 A1 2475 PA2 A2 2471 加速之安定性測試 對根據比較例C1及實施例A1至A2製備之研磨組成 物進行加速老化實驗，以估算該等組成物之安定性。具體 而言，將該等研磨組成物於設定為55°C之烘箱内放置4週 時間。使用Brookfield DV-I+黏度計於20°C使用設定為 100 rpm之Brookfield #S00紡錘體每週測量一次每一研 磨組成物之黏度。結果係提供於表3中。該數據顯示，本 發明之研磨組成物展現顯著提升之安定性。 表3 研磨組成物 黏度(cP) 起始 第1周 第2周 第3周 第4周 C1 1.3 2.3 3. 5' 膠化 (gelled) 膠化 A1 1.2 1.2 —— 1.4 1.6 A2 1.2 1.2 —— 1.3 1.3 P形成沉澱。 【圖式簡單說明】 無 28 95253 201204816 【主要元件符號說明】

Claims (1)

  1. 201204816 七、申凊專利範圍： 1.二種化學機械研磨組成物，係包含下列物作為起始成 水； nm的研 〇. 1至40 wt%之平均粒子尺寸為.5至15〇 磨劑； 001至1 wt%之根據式（11)之金剛烷基物質：
    + 广 陰離子 (II) 其中’ A係選自N及P ;其中，R8係個別獨立選自氮、 飽和或不飽和之k道基、“芳基、Ce 15芳絲、& 15 烧芳基；以及，其中，式⑴）中之該陰離子為平衡式⑻ 中陽離子之+電荷的任何陰離子； 〇至1 wt%之根據式（1)之雙四級物質： I4 I5 _ 2+ 【R1·-： 【--R6 R2 I7 陰離子 2- (I) 其中’X係個立選自UP;其中，R1係飽和或不 95253 1 201204816 飽和之Cl_Cl5院基、C6_Cl5芳基及C6-Cl5芳烧基；其中， R2、R3、R4、R5、R6及R7係個別獨立選自氫、飽和或不 飽和之Cl_Cl5统基、C6_Cl5芳基、C6_Cl5芳院基及C6_Cl5 烷芳基；以及，其中，式（I)中之該陰離子為平衡式（I) 中陽離子之2+電荷的任何陰離子或陰離子之組合；以 及 0至1 Wt°/Q之選自下列之四級鍈化合物：氫氧化四 甲基銨、氫氧化四乙基餒、氳氧化四丙基銨、氫氧化四 異丙基銨、氫氧化四環丙基銨、氫氧化四丁基銨、氫氧 化四異丁基銨、氫氧化四（第三丁基）銨、氫氧化四（第 二丁基）銨、氩氧化四環丁基銨、氫氧化四戊基銨、氫 氧化四環戊基銨、氫氧化四己基銨、氳氧化四環己基 銨、及其混合物。 2. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨組成物，其 中，該化學機械研磨組成物係包含作為起始成份之下列 之至少一者： (a) 0.001至1 wt%之根據式（I)之雙四級物質；以及 (b) 0. 005至1 wt%之該四級銨化合物。 3. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨組成物，其 中，該化學機械研磨組成物係包含作為起始成份之 0.001至1 wt%之根據式（I)之雙四級物質。 4. 如申請專利範圍第3項所述之化學機械研磨組成物，其 中，X 係 N ; R1 係-(CH2)6-基；以及，其中，R2、R3、R4、 R5、R6及R7係個別為-(CH〇3CH3基。 2 95253 201204816 5. 如申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨紐成物，其 中’ A係N ;以及’其中，R8係個別為_ch3基。 6. 如申請專利範圍第3項所述之化學機械研磨組成物，其 中’ A係N ;以及’其中，R8係個別為_ch3基。 7. —種化學機械研磨基板之方法，係包含： 提供基板，其中，該基板係包含二氧化矽； 提供申請專利範圍第1項所述之化學機械研磨組 成物； mnu甲微爾研磨勢； 二.69至34.5kPa之下麼力於該化學機械研磨 —基板之間之介面處創製動態接觸；以及 將該化學機械研純成物純錢化學機械研磨 塾之忒化學機械研磨塾*鱼嗲灵柘> M 近該介面處； U純之間之介面處或接 該化學機械研顧成物之p 8.如申睛專利範圍第7項 研磨組成物係含有下列物法’其中’該化學機 之平均粒子尺寸為 乍為起始成份：1至10 Wt5 〇.01至H敗根的膠體氧切研磨劑 至〇·〇5收根據式(11=之雙四級物質;以及〇· 係個別為Ν;心=金 R6及R7係個別她)3Ch基其，其中’r、r、R4、R5 係兩個氫氧根陰離子二基；其中’式⑴之陽離·ϊ 為-ch3基；其中，式:’八係Ν ;其中，R8係個, )之陰離子為氫氧根陰離子。 95253 3 201204816 9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中，該研磨劑係 膠體氧化矽；以及，其中，於200mm研磨機上，當平台 速度為每分鐘93轉、載體速度為每分鐘87轉、化學機 械研磨組成物流速為200 mL/分鐘、且標稱下壓力為 20. 7 kPa時，該化學機械研磨組成物顯現二氧化矽之 移除速率為至少1，500 A/分鐘，其中，該化學機械研 磨墊係包含含有聚合物空心核微粒之聚胺酯研磨層及 聚胺酯浸染之非織次墊。 10. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中，該基板係進 一步包含SiC、SiCN、Si—、SiCO及多晶矽之至少一 者。 4 95253 201204816 四、指定代表圖： (一) 本案指定代表圖為：第（）圖。（本案無圖式) (二) 本代表圖之元件符號簡單說明：（無） 五、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： R4 R5
    R3-X-R1-X-R6 陰離子
    R2 R7
    2 95253
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