TW201446954A - 具有高移除率及低缺陷率之對氧化物及氮化物有選擇性之ｃｍｐ組成物 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種含有二氧化鈰研磨劑、式I離子聚合物及水之化學-機械拋光組成物，□其中X1及X2，Z1及Z2，R2、R3及R4及n如本文所定義，其中該拋光組成物具有1至4.5之pH值。本發明進一步提供一種用本發明化學-機械拋光組成物化學-機械拋光基板之方法。通常，該基板含有氧化矽、氮化矽及/或多晶矽。

Description

具有高移除率及低缺陷率之對氧化物及氮化物有選擇性之CMP組成物
在此項技術中已熟知用於平坦化或拋光基板表面之組成物及方法。拋光組成物(亦稱為拋光漿料)典型地在液體載劑中含有研磨材料且藉由使表面與充滿該拋光組成物之拋光墊接觸來塗覆至表面。典型研磨材料包括二氧化矽、氧化鈰、氧化鋁、氧化鋯及氧化錫。拋光組成物通常與拋光墊(例如，拋光布或盤)結合使用。代替懸浮於拋光組成物中或除此之外，可將研磨材料併入拋光墊中。
作為一種隔離半導體裝置組件之方法，大量工作係針對淺溝槽隔離(STI)製程，其中氮化矽層係形成於矽基板上，淺溝槽係經由蝕刻或光微影形成，且沈積介電層(氧化物)以填充該等溝槽。由於以此方式形成之溝槽或管線深度之變化，故通常必需沈積過量介電材料於基板頂部上以確保完全填充所有溝槽。過量介電材料隨後通常藉由化學-機械平坦化製程移除以暴露氮化矽層。當暴露氮化矽層時，暴露於化學-機械拋光組成物之基板的最大區域包含氮化矽，接著必須將其拋光以達成高度平坦及均一表面。
一般而言，過去之實踐已強調對氧化物拋光優先於氮化矽拋光之選擇性。因此，氮化矽層在化學-機械平坦化製程期間充當停蝕層，此由於在氮化矽層暴露後總拋光速率減小。
近來，亦已強調對氧化物拋光優先於多晶矽拋光之選擇性。舉例而言，添加一系列BRIJTM及聚氧化乙烯界面活性劑以及PLURONICTM L-64(HLB為15之氧化乙烯-氧化丙烯-氧化乙烯三嵌段共聚物)，據說增大氧化物對多晶矽之拋光選擇性(參見Lee等人，「Effects of Nonionic Surfactants on Oxide-to-Polysilicon Selectivity during Chemical Mechanical Polishing」,J.Electrochem.Soc.,149(8)：G477-G481(2002))。同樣，美國專利6,626,968揭示氧化矽相對於多晶矽之拋光選擇性可經由使用具有親水性及疏水性官能基之聚合物添加劑改良，該等官能基選自聚乙烯甲醚、聚乙二醇、聚氧伸乙基23十二烷基醚、聚丙酸、聚丙烯酸及聚醚二醇雙(醚)。
STI基板通常使用習知拋光介質及含研磨劑之拋光組成物拋光。但是，已觀測經習知拋光介質及含研磨劑之拋光組成物拋光STI基板在STI特徵中產生基板表面過度拋光或凹部形成及其他地形缺陷，諸如基板表面上之微痕。在STI特徵中過度拋光及形成凹部之此現象稱為表面凹陷。表面凹陷為非所要的，此係由於基板特徵之表面凹陷可藉由造成電晶體與電晶體組件彼此隔離之故障，藉此導致短路從而不利地影響裝置製造。另外，基板過度拋光亦可導致氧化物損失及使底層氧化物暴露於來自拋光或化學活性之損害，其不利地影響裝置品質及效能。
因此，在此項技術中仍需要可提供氧化矽、氮化矽及多晶矽之所需選擇性及具有適合移除率、低缺陷率及適合表面凹陷效能之拋光組成物及方法。
本發明提供化學-機械拋光組成物，其包含(a)二氧化鈰研磨劑、(b)式I離子聚合物及(c)水，基本上由其組成或由其組成：
其中X1及X2係獨立地選自氫、-OH及-COOH且其中X1及X2中之至少一個為-COOH，Z1及Z2獨立地為O或S，R1、R2、R3及R4係獨立地選自氫、C1-C6烷基及C7-C10芳基，且n為3至500之整數，其中拋光組成物具有1至4.5之pH值。
本發明亦提供一種化學-機械拋光基板之方法，其包含(i)使基板與拋光墊及化學-機械拋光組成物接觸，該組成物包含(a)二氧化鈰研磨劑、(b)式I離子聚合物及(c)水，基本上由其組成或由其組成：
其中X1及X2係獨立地選自氫、-OH及-COOH且其中X1及X2中之至少一個為-COOH，Z1及Z2獨立地為O或S，R1、R2、R3及R4係獨立地選自氫、C1-C6烷基及C7-C10芳基，且n為3至500之整數，其中拋光組成物具有1至4.5之pH值，(ii)相對於基板移動拋光墊及機械化學拋光組成物，及(iii)研磨至少一部分基板以拋光基板。
本發明提供一種化學-機械拋光組成物，其包含(a)二氧化鈰研磨劑、(b)式I離子聚合物、(c)水及(d)視情況可選之一或多種本文所述之其他組分，基本上由其組成或由其組成：
其中X1及X2係獨立地選自氫、-OH及-COOH且其中X1及X2中之至少一個為-COOH，Z1及Z2獨立地為O或S，R1、R2、R3及R4係獨立地選自氫、C1-C6烷基及C7-C10芳基，且n為3至500之整數，其中拋光組成物具有1至4.5之pH值。
化學-機械拋光組成物包含二氧化鈰研磨劑。如一般熟習此項技術者所知，二氧化鈰為稀土金屬鈰之氧化物且亦稱為氧化鈰(ceric oxide)、氧化鈰(cerium oxide)(例如氧化鈰(IV))或二氧化鈰。氧化鈰(IV)(CeO2)可由煅燒草酸鈰或氫氧化鈰形成。鈰亦形成鈰(III)氧化物，諸如Ce2O3。二氧化鈰研磨劑可為二氧化鈰之一或多種此等或其他氧化物。
二氧化鈰研磨劑可為任何適合之類型。如本文所用，「濕法」二氧化鈰係指藉由沈澱、縮合-聚合或類似方法(例如相較於煙霧狀或熱解二氧化鈰)製備之二氧化鈰。通常已發現包含濕法二氧化鈰研磨劑之本發明拋光組成物當根據本發明之方法用於拋光基板時呈現較低缺陷。在不希望束縛於特定理論之情況下，咸信濕法二氧化鈰包含球形二氧化鈰粒子及/或較小聚集二氧化鈰粒子，藉此當用於本發明方法中時產生較低基板缺陷率。說明性濕法二氧化鈰為可購自Rhodia之HC-60TM二氧化鈰。
二氧化鈰粒子可具有任何適合之平均尺寸(亦即，平均粒徑)。若平均二氧化鈰粒徑太小，則拋光組成物可不呈現足夠移除率。相比之下，若平均二氧化鈰粒徑太大，則拋光組成物可呈現非所要拋光效能，諸如不良基板缺陷率。因此，二氧化鈰粒子可具有10nm或大於10nm之平均粒徑，例如15nm或大於15nm、20nm或大於20nm、25 nm或大於25nm、30nm或大於30nm、35nm或大於35nm、40nm或大於40nm、45nm或大於45nm或50nm或大於50nm。或者或另外，二氧化鈰可具有1,000nm或小於1,000nm之平均粒徑，例如750nm或小於750nm、500nm或小於500nm、250nm或小於250nm、150nm或小於150nm、100nm或小於100nm、75nm或小於75nm或50nm或小於50nm。因此，二氧化鈰可具有藉由任何兩個上述端點定界之平均粒徑。舉例而言，二氧化鈰可具有10nm至1,000nm、10nm至750nm、15nm至500nm、20nm至250nm、20nm至150nm、25nm至150nm、25nm至100nm或50nm至150nm或50nm至100nm之平均粒徑。對於非球形二氧化鈰粒子，粒子之尺寸為包涵粒子之最小球體之直徑。二氧化鈰粒徑可使用任何適合之技術量測，例如使用雷射繞射技術。適合粒徑量測工具購自例如Malvern Instruments(Malvern,UK)。
二氧化鈰粒子較佳為在本發明之拋光組成物中膠體穩定。術語膠體係指於液體載劑(例如水)中之二氧化鈰粒子懸浮液。膠體穩定性係指總是一直維持該懸浮液。在本發明之上下文中，當將研磨劑置於100ml刻度量筒中且使其不攪拌靜置2小時時，若刻度量筒底部50ml之粒子濃度([B]，以g/ml計)與刻度量筒頂部50ml之粒子濃度([T]，以g/ml計)之間的差值除以研磨劑組成物中粒子之初始濃度([C]，以g/ml計)的值小於或等於0.5(亦即，{[B]-[T]}/[C]0.5)，則認為研磨劑為膠狀穩定。更佳地，[B]-[T]/[C]之值小於或等於0.3，且最佳小於或等於0.1。
拋光組成物可包含任何適合量之二氧化鈰研磨劑。若本發明之拋光組成物包含極少二氧化鈰研磨劑，則組成物可不呈現足夠移除率。相比之下，若拋光組成物包含過多二氧化鈰研磨劑，則拋光組成物可能呈現非所要拋光效能及/或可能不為成本有效的且/或可缺乏穩定性。拋光組成物可包含10重量%或小於10重量%之二氧化鈰，例如9 重量%或小於9重量%、8重量%或小於8重量%、7重量%或小於7重量%、6重量%或小於6重量%、5重量%或小於5重量%、4重量%或小於4重量%、3重量%或小於3重量%、2重量%或小於2重量%、1重量%或小於1重量%、0.9重量%或小於0.9重量%、0.8重量%或小於0.8重量%、0.7重量%或小於0.7重量%、0.6重量%或小於0.6重量%之二氧化鈰或0.5重量%或小於0.5重量%之二氧化鈰。或者或另外，拋光組成物可包含0.1重量%或大於0.1重量%，例如0.2重量%或大於0.2重量%、0.3重量%或大於0.3重量%、0.4重量%或大於0.4重量%、0.5重量%或大於0.5重量%或1重量%或大於1重量%之二氧化鈰。因此，拋光組成物可包含量藉由任何兩個上述端點定界之二氧化鈰。舉例而言，拋光組成物可包含0.1重量%至10重量%之二氧化鈰、0.1重量%至9重量%、0.1重量%至8重量%、0.1重量%至7重量%、0.1重量%至6重量%、0.1重量%至5重量%之二氧化鈰、0.1重量%至4重量%、0.1重量%至3重量%之二氧化鈰、0.1重量%至2重量%之二氧化鈰、0.1重量%至1重量%之二氧化鈰、0.2重量%至2重量%之二氧化鈰、0.2重量%至1重量%之二氧化鈰或0.3重量%至0.5重量%之二氧化鈰。在一實施例中，拋光組成物在使用點處包含0.2重量%至0.6重量%之二氧化鈰(例如0.4重量%之二氧化鈰)。在另一實施例中，拋光組成物包含呈濃縮物形式之2.4重量%之二氧化鈰。
化學-機械拋光組成物包含如本文中所述之式I離子聚合物。
在某些實施例中，離子聚合物為式I，其中X1及X2均為-COOH。在某些實施例中，離子聚合物為式I，其中Z1及Z2均為O，且R1、R2、R3及R4為氫。在某些較佳實施例中，離子聚合物為式I，其中X1及X2均為-COOH，Z1及Z2均為O且R1、R2、R3及R4為氫。
離子聚合物可具有任何適合之分子量。離子聚合物可具有250g/mol或大於250g/mol之平均分子量，例如300g/mol或大於300 g/mol、400g/mol或大於400g/mol、500g/mol或大於500g/mol、600g/mol或大於600g/mol、750g/mol或大於750g/mol、1,000g/mol或大於1,000g/mol、1,500g/mol或大於1,500g/mol、2,000g/mol或大於2,000g/mol、2,500g/mol或大於2,500g/mol、3,000g/mol或大於3,000g/mol、3,500g/mol或大於3,500g/mol、4,000g/mol或大於4,000g/mol、4,500g/mol或大於4,500g/mol、5,000g/mol或大於5,000g/mol、5,500g/mol或大於5,500g/mol、6,000g/mol或大於6,000g/mol、6,500g/mol或大於6,500g/mol、7,000g/mol或大於7,000g/mol或7,500g/mol或大於7,500g/mol。或者或另外，離子聚合物可具有15,000g/mol或小於15,000g/mol之平均分子量，例如14,000g/mol或小於14,000g/mol、13,000g/mol或小於13,000g/mol、12,000g/mol或小於12,000g/mol、11,000g/mol或小於11,000g/mol、10,000g/mol或小於10,000g/mol、9,000g/mol或小於9,000g/mol、8,000g/mol或小於8,000g/mol、7,500g/mol或小於7,500g/mol、7,000g/mol或小於7,000g/mol、6,500g/mol或小於6,500g/mol、6,000g/mol或小於6,000g/mol、5,500g/mol或小於5,500g/mol、5,000g/mol或小於5,000g/mol、4,500g/mol或小於4,500g/mol、4,000g/mol或小於4,000g/mol、3,500g/mol或小於3,500g/mol、3,000g/mol或小於3,000g/mol、2,500g/mol或小於2,500g/mol或2,000g/mol或小於2,000g/mol。因此，離子聚合物可具有藉由任何兩個上述端點定界之平均分子量。舉例而言，離子聚合物可具有250g/mol至15,000g/mol、250g/mol至14,000g/mol、250g/mol至13,000g/mol、250g/mol至12,000g/mol、250g/mol至11,000g/mol、250g/mol至10,000g/mol、400g/mol至10,000g/mol、400g/mol至8,000g/mol、400g/mol至6,000g/mol、400g/mol至4,000g/mol、400g/mol至2,000g/mol及其類似者之平均分子量。
拋光組成物在使用點處包含任何適合量之離子聚合物。拋光組成物可包含0.001重量%或大於0.001重量%，例如0.005重量%或大於0.005重量%、0.01重量%或大於0.01重量%、0.025重量%或大於0.025重量%、0.05重量%或大於0.05重量%、0.075重量%或大於0.075重量%或0.1重量%或大於0.1重量%之離子聚合物。或者或另外，拋光組成物可包含1重量%或小於1重量%，例如0.9重量%或小於0.9重量%、0.8重量%或小於0.8重量%、0.7重量%或小於0.7重量%、0.6重量%或小於0.6重量%、0.5重量%或小於0.5重量%、0.4重量%或小於0.4重量%或0.3重量%或小於0.3重量%之離子聚合物。因此，拋光組成物可包含量藉由任何兩個上述端點定界之離子聚合物。舉例而言，拋光組成物可包含0.001重量%至1重量%、0.01重量%至0.9重量%、0.025重量%至0.8重量%、0.05重量%至0.7重量%或0.1重量%至0.5重量%之離子聚合物及其類似者。
化學-機械拋光組成物視情況包含一或多種聚乙烯醇。聚乙烯醇可為任何適合之聚乙烯醇且可為線性或分支鏈聚乙烯醇。適合之分支鏈聚乙烯醇之非限制性實例為Nichigo G-聚合物，諸如購自Nippon Gohsei,Japan之OKS-1009及OKS-1083產品。
聚乙烯醇可具有任何適合之水解程度。水解程度係指如與游離羥基及乙醯化羥基之總和相比，存在於聚乙烯醇上之游離羥基之量。聚乙烯醇較佳地具有90%或大於90%之水解程度，例如92%或大於92%、94%或大於94%、96%或大於96%、98%或大於98%或99%或大於99%。
聚乙烯醇可具有任何適合之分子量。聚乙烯醇可具有250g/mol或大於250g/mol之平均分子量，例如300g/mol或大於300g/mol、400g/mol或大於400g/mol、500g/mol或大於500g/mol、600g/mol或大於600g/mol、750g/mol或大於750g/mol、1,000g/mol或大於1,000 g/mol、2,000g/mol或大於2,000g/mol、3,000g/mol或大於3,000g/mol、4,000g/mol或大於4,000g/mol、5,000g/mol或大於5,000g/mol、7,500g/mol或大於7,500g/mol、10,000g/mol或大於10,000g/mol、15,000g/mol或大於15,000g/mol、20,000g/mol或大於20,000g/mol、25,000g/mol或大於25,000g/mol、30,000g/mol或大於30,000g/mol、50,000g/mol或大於50,000g/mol或75,000g/mol或大於75,000g/mol。或者或另外，聚乙烯醇可具有250,000g/mol或小於250,000g/mol之平均分子量，例如200,000g/mol或小於200,000g/mol、180,000g/mol或小於180,000g/mol、150,000g/mol或小於150,000g/mol、100,000g/mol或小於100,000g/mol、90,000g/mol或小於90,000g/mol、85,000g/mol或小於85,000g/mol、80,000g/mol或小於80,000g/mol、75,000g/mol或小於75,000g/mol、50,000g/mol或小於50,000g/mol、45,000g/mol或小於45,000g/mol、40,000g/mol或小於40,000g/mol、35,000g/mol或小於35,000g/mol、30,000g/mol或小於30,000g/mol、25,000g/mol或小於25,000g/mol、20,000g/mol或小於20,000g/mol、15,000g/mol或小於15,000g/mol、12,500g/mol或小於12,500g/mol或10,000g/mol或小於10,000g/mol。因此，聚乙烯醇可具有藉由任何兩個上述端點定界之平均分子量。舉例而言，聚乙烯醇可具有250g/mol至250,000g/mol、250g/mol至200,000g/mol、250g/mol至180,000g/mol、250g/mol至150,000g/mol、250g/mol至100,000g/mol、250g/mol至75,000g/mol、250g/mol至50,000g/mol、250g/mol至25,000g/mol、250g/mol至10,000g/mol、10,000g/mol至100,000g/mol、10,000g/mol至75,000g/mol、10,000g/mol至50,000g/mol、10,000g/mol至40,000g/mol、50,000g/mol至100,000g/mol、75,000g/mol至100,000g/mol、25,000g/mol至200,000g/mol或50,000g/mol至180,000g mol及其類似者之平均分子量。
拋光組成物在使用點處包含任何適合量之聚乙烯醇。拋光組成物可包含0.001重量%或大於0.001重量%，例如0.005重量%或大於0.005重量%、0.01重量%或大於0.01重量%、0.025重量%或大於0.025重量%、0.05重量%或大於0.05重量%、0.075重量%或大於0.075重量%或0.1重量%或大於0.1重量%之聚乙烯醇。或者或另外，拋光組成物可包含1重量%或小於1重量%，例如0.9重量%或小於0.9重量%、0.8重量%或小於0.8重量%、0.7重量%或小於0.7重量%、0.6重量%或小於0.6重量%、0.5重量%或小於0.5重量%、0.4重量%或小於0.4重量%或0.3重量%或小於0.3重量%之聚乙烯醇。因此，拋光組成物可包含量藉由任何兩個上述端點定界之離子聚合物。舉例而言，拋光組成物可包含0.001重量%至1重量%、0.01重量%至0.9重量%、0.025重量%至0.8重量%、0.05重量%至0.7重量%或0.1重量%至0.5重量%之聚乙烯醇及其類似者。
化學-機械拋光組成物視情況包含一或多種不同於聚乙烯醇之非離子聚合物。根據本發明之一實施例，拋光組成物包含一或多種選自由以下組成之群的非離子聚合物：聚伸烷二醇、聚醚胺、聚氧化乙烯/聚氧化丙烯共聚物、聚丙烯醯胺、聚乙烯吡咯啶酮、矽氧烷聚烷醚共聚物、經疏水改良之聚丙烯酸酯共聚物、親水性非離子聚合物、多醣及其混合物。非離子聚合物較佳為水溶性且與拋光組成物之其他組分相容。在一些實施例中，非離子聚合物充當界面活性劑及/或濕潤劑。
化學-機械拋光組成物可包含一或多種能夠調節(亦即，調整)拋光組成物之pH的化合物(亦即，pH調節化合物)。拋光組成物之pH可使用能夠調節拋光組成物之pH之任何適合化合物調節。pH調節化合物合乎需要地為水溶性且與拋光組成物之其他組分相容。典型地，化學-機械拋光組成物在使用點處具有1至7之pH值。化學-機械拋光組成 物在使用點處較佳地具有1至4.5之pH值。
式(I)離子聚合物在本質上為酸性。因此，可調配本發明拋光組成物以提供緩衝能力。通常，拋光組成物之緩衝可藉由添加鹼性化合物或調整拋光組成物之pH值至離子聚合物之pKa值範圍內之值的化合物來實現。任何適合之鹼性化合物可用於調整pH值以提供緩衝能力。適合之鹼性化合物之非限制實例包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銨及有機胺(諸如三乙醇胺)。
在其他實施例中，需要可添加能夠調節pH值且單獨能夠緩衝拋光組成物之酸性pH值之另一化合物。因此，在此等實施例中之任一者中，需要拋光組成物之pH值小於7.0(例如6.5 +/- 0.5、6.0 +/- 0.5、5.5 +/- 0.5、5.0 +/- 0.5、4.5 +/- 0.5、4.0 +/- 0.5、3.5 +/- 0.5、3.0 +/- 0.5、2.5 +/- 0.5、2.0 +/- 0.5、1.5 +/- 0.5或1.0 +/- 0.5)。通常，在此等實施例中之任一者中，拋光組成物之pH值在使用點處為1至4.5。因此，能夠調節拋光組成物之pH值之化合物通常具有至少一個在25℃下量測時pKa為3至7之可電離基團。
能夠調節及緩衝pH值之化合物可選自由以下組成之群：銨鹽、鹼金屬鹽、羧酸、鹼金屬氫氧化物、鹼金屬碳酸鹽、鹼金屬碳酸氫鹽、硼酸鹽及其混合物。
化學-機械拋光組成物視情況進一步包含一或多種添加劑。說明性添加劑包括調節劑、酸(例如磺酸)、錯合劑(例如陰離子聚合物錯合劑)、螯合劑、殺生物劑、防垢劑、分散劑等。
殺生物劑當存在時可為任何適合之殺生物劑且可以任何適合量存在於拋光組成物中。適合之殺生物劑為異噻唑啉酮殺生物劑。用於拋光組成物中之殺生物劑之量通常為1至50ppm，較佳10至20ppm。
應瞭解作為酸、鹼或鹽(例如有機羧酸、鹼及/或鹼金屬碳酸鹽等)之拋光組成物之組分中的任一者，當溶解於拋光組成物之水中 時，可以如陽離子及陰離子之解離形式存在。如本文所述存在於拋光組成物中之該等化合物的量應理解為係指用於製備拋光組成物之未解離化合物之重量。
拋光組成物可藉由任何適合之技術產生，其中許多技術為熟習此項技術者已知。拋光組成物可以批式法或連續法製備。一般而言，藉由使拋光組成物之組分組合來製備拋光組成物。如本文所用，術語「組分」包括個別成分(例如二氧化鈰研磨劑、離子聚合物、視情況選用之聚乙烯醇、視情況選用之非離子聚合物、視情況選用之pH調節劑及/或任何視情況選用之添加劑)以及成分(例如二氧化鈰研磨劑、離子聚合物、視情況選用之聚乙烯醇、視情況選用之非離子聚合物等)之任何組合。
舉例而言，拋光組成物可藉由以下步驟製備(i)提供所有或部分液體載劑，(ii)使用用於製備該類分散液之任何適合之手段分散二氧化鈰研磨劑、離子聚合物、視情況選用之聚乙烯醇、視情況選用之非離子聚合物、視情況選用之pH調節劑及/或任何視情況選用之添加劑，(iii)適當時調節分散液之pH值及(iv)視情況向混合物中添加適量之任何其他視情況選用之組分及/或添加劑。
或者，拋光組成物可藉由以下步驟製備(i)在氧化鈰漿料中提供一或多種組分(例如液體載劑、視情況選用之聚乙烯醇、視情況選用之非離子聚合物、視情況選用之pH調節劑及/或任何視情況選用之添加劑)，(ii)在添加劑溶液(例如液體載劑、離子聚合物、視情況選用之聚乙烯醇、視情況選用之非離子聚合物、視情況選用之pH調節劑及/或任何視情況選用之添加劑)中提供一或多種組分，(iii)使氧化鈰漿料與添加劑溶液組合以形成混合物，(iv)視情況向混合物中添加適量任何其他視情況選用之添加劑，及(v)適當時調節混合物之pH值。
拋光組成物可以包含二氧化鈰研磨劑、離子聚合物、視情況選 用之聚乙烯醇、視情況選用之非離子聚合物、視情況選用之pH調節劑及/或任何視情況選用之添加劑及水之單封裝系統供應。或者，本發明之拋光組成物以包含氧化鈰漿料及添加劑溶液之雙封裝系統供應，其中二氧化鈰漿料基本上由二氧化鈰研磨劑、視情況選用之聚乙烯醇、視情況選用之非離子聚合物、視情況選用之pH調節劑及/或任何視情況選用之添加劑及水組成或由其組成，且其中添加劑溶液基本上由離子聚合物、視情況選用之聚乙烯醇、視情況選用之非離子聚合物、視情況選用之pH調節劑及/或任何視情況選用之添加劑組成或由其組成。雙封裝系統允許藉由改變雙封裝(亦即，氧化鈰漿料與添加劑溶液)之摻合比率來調節基板整體平坦化特徵及拋光速度。
可採用各種方法來使用該類雙封裝拋光系統。舉例而言，氧化鈰漿料及添加劑溶液可藉由在供應管道之出口處接合及連接之不同管道傳遞至拋光台。氧化鈰漿料及添加劑溶液可在拋光之前即刻或立即混合，或可同時在拋光台上供應。此外，當混合兩種封裝時，可視需要添加去離子水以調整拋光組成物及所得基板拋光特徵。
類似地，可與本發明結合使用三-、四-或更多封裝系統，其中多個容器中之每一個含有本發明化學-機械拋光組成物之不同組分、一或多種視情況選用之組分及/或一或多種呈不同濃度之相同組分。
為了在或接近使用點處混合兩個或兩個以上儲存裝置中所含之組分以產生拋光組成物，儲存裝置通常配備有一或多個自各儲存裝置通向拋光組成物之使用點處(例如壓板、拋光墊或基板表面)之流線。如本文所用，術語「使用點」係指將拋光組成物塗覆至基板表面(例如拋光墊或基板表面本身)之點。術語「流線」意謂自個別儲存容器流至其中所儲存組分之使用點的路徑。流線可各自直接通向使用點，或兩個或兩個以上流線可在任何點處合併成通向使用點之單個流線。此外，流線中之任一者(例如個別流線或經合併流線)可在到達組分之 使用點之前首先通向一或多個其他裝置(例如抽汲裝置、量測裝置、混合裝置等)。
拋光組成物之組分可獨立地傳遞至使用點(例如組分傳遞至基板表面，因此在拋光製程期間混合組分)，或一或多種組分可在傳遞至使用點之前組合，例如在傳遞至使用點之前即刻或立即組合。若組分在以混合形式添加至壓板上之前5分鐘或小於5分鐘組合，例如在以混合形式添加至壓板上之前4分鐘或小於4分鐘、3分鐘或小於3分鐘、2分鐘或小於2分鐘、1分鐘或小於1分鐘、45s或小於45s、30s或小於30s、10s或小於10s或組分與在使用點處傳遞組分(例如在分配器處組合組分)同時組合，則組分「在傳遞至使用點之前立即」組合。若組分在使用點5m內，諸如在使用點1m內或甚至在使用點10cm內(例如在使用點1cm內)組合，則組分亦為「在傳遞至使用點之前立即」組合。
當拋光組成物之兩種或兩種以上組分在到達使用點前組合時，該等組分可在流線中組合且傳遞至使用點而不使用混合裝置。或者，一或多個流線可通入混合裝置中以促進兩種或兩種以上組分的組合。可使用任何適當之混合裝置。舉例而言，混合裝置可為兩種或兩種以上組分流經其動之噴嘴或噴口(例如高壓噴嘴或噴口)。或者，混合裝置可為容器型混合裝置，其包含一或多個藉由其將拋光漿之兩種或兩種以上組分引入混合器中的入口，及至少一個經由其使經混合之組分排出混合器以直接或經由設備之其他元件(例如，經由一或多個流線)傳遞至使用點的出口。此外，混合裝置可包含一個以上腔室，各腔室具有至少一個入口及至少一個出口，其中兩種或兩種以上組分在各腔室中組合。若使用容器型混合裝置，則混合裝置較佳包含混合機構以進一步促進組分組合。混合機構一般在此項技術中已知且包括攪拌器、摻合器、攪動器、槳式擋板、噴氣系統、振動器等。
拋光組成物亦可以意欲在使用前用適量水稀釋之濃縮物形式提供。在該類實施例中，拋光組成物濃縮物包含一定量之拋光組成物的組分，該等量使得在用適量水稀釋濃縮物後，拋光組成物之各組分將以以上關於各組分所述之適當範圍內之量存在於拋光組成物中。舉例而言，二氧化鈰研磨劑、離子聚合物、視情況選用之聚乙烯醇、視情況選用之非離子聚合物、視情況選用之pH調節劑及/或任何視情況選用之添加劑可各自以以關於各組分所述之濃度的2倍(例如3倍、4倍或5倍)之量存在於濃縮物中，以使得當用相同體積水(例如分別用2相同體積水、3相同體積水或4相同體積水)稀釋濃縮物時，各組分將以以上關於各組分所陳述之範圍內的量存在於拋光組成物中。此外，如藉由一般技術者應理解，濃縮物含有存在於最終拋光組成物中之適當部分的水以確保二氧化鈰研磨劑、離子聚合物、視情況選用之聚乙烯醇、視情況選用之非離子聚合物、視情況選用之pH調節劑及/或任何視情況選用之添加劑至少部分或完全溶解於濃縮物中。
本發明亦提供一種化學-機械拋光基板之方法，其包含(i)使基板與本文所述之拋光墊及化學-機械拋光組成物接觸，(ii)相對於基板移動拋光墊，其間具有化學-機械拋光組成物，及(iii)研磨至少一部分基板以拋光基板。
化學-機械拋光組成物可用於拋光任何適合之基板且尤其適用於拋光包含至少一個由低介電材料構成之層(通常表面層)的基板。適合基板包括用於半導體工業之晶圓。晶圓通常包含例如金屬、金屬氧化物、金屬氮化物、金屬複合物、金屬合金、低介電材料或其組合或由其組成。本發明之方法尤其適用於拋光包含氧化矽、氮化矽及/或多晶矽之基板，例如上述材料中之任一種、兩種或尤其所有三種。
在某些實施例中，基板包含與氧化矽及/或氮化矽組合之多晶矽。多晶矽可為任何適合之多晶矽，其中許多為此項技術中已知。多 晶矽可具有任何適合相且可為非晶形、晶體或其組合。氧化矽類似地可為任何適合之氧化矽，其中許多為此項技術中已知。適合類型之氧化矽包括(但不限於)硼磷矽玻璃(BPSG)、PETEOS、熱氧化物、未摻雜矽酸鹽玻璃及HDP氧化物。
當根據本發明之方法拋光包含氧化矽之基板時，本發明之化學-機械拋光組成物合乎需要地展現高移除率。舉例而言，當根據本發明之實施例拋光包含高密度電漿(HDP)氧化物及/或電漿增強型正矽酸四乙酯(PETEOS)及/或正矽酸四乙酯(TEOS)之矽晶圓時，拋光組成物合乎需要地展現500Å/min或高於500Å/min、700Å/min或高於700Å/min、1,000Å/min或高於1,000Å/min、1,250Å/min或高於1,250Å/min、1,500Å/min或高於1,500Å/min、1,750Å/min或高於1,750Å/min、2,000Å/min或高於2,000Å/min、2,500Å/min或高於2,500Å/min、3,000Å/min或高於3,000Å/min、3,500Å/min或高於3,500Å/min之氧化矽移除率。在一實施例中，氧化矽之移除率可為4,000Å/min或高於4,000Å/min、4,500Å/min或高於4,500Å/min或5,000Å/min或高於5,000Å/min。
當根據本發明之方法拋光包含氮化矽之基板時，本發明之化學-機械拋光組成物合乎需要地展現低移除率。舉例而言，當根據本發明之一實施例拋光包含氮化矽之矽晶圓時，拋光組成物合乎需要地展現250Å/min或低於250Å/min，例如200Å/min或低於200Å/min、150Å/min或低於150Å/min、100Å/min或低於100Å/min、75Å/min或低於75Å/min、50Å/min或低於50Å/min或甚至25Å/min或低於25Å/min之氮化矽移除率。
當根據本發明之方法拋光包含多晶矽之基板時，本發明之化學-機械拋光組成物合乎需要地展現低移除率。舉例而言，當根據本發明之一實施例拋光包含多晶矽之矽晶圓時，拋光組成物合乎需要地展現 1,000Å/min或低於1,000Å/min、750Å/min或低於750Å/min、500Å/min或低於500Å/min、250Å/min或低於250Å/min、100Å/min或低於100Å/min、50Å/min或低於50Å/min、25Å/min或低於25Å/min、10Å/min或低於10Å/min或甚至5Å/min或低於5Å/min之多晶矽移除率。
當拋光基板時，本發明之拋光組成物如藉由適合技術所測定合乎需要地展現低粒子缺陷。在一較佳實施例中，本發明之化學-機械拋光組成物包含促進低缺陷率之濕法二氧化鈰。經本發明拋光組成物拋光之基板上的粒子缺陷可藉由任何適合技術測定。舉例而言，雷射光散射技術(諸如暗場法向光束複合物(DCN)及暗場傾斜光束複合物(DCO))可用於測定經拋光基板上之粒子缺陷。用於評估粒子缺陷率之適合儀器購自例如KLA-Tcncor(例如在120nm臨限值或在160nm臨限值操作之SURFSCANTM SP1儀器)。
經本發明拋光組成物拋光之基板(尤其包含氧化矽及/或氮化矽及/或多晶矽之矽)合乎需要地具有20,000計數或小於20,000計數，例如17,500計數或小於17,500計數、15,000計數或小於15,000計數、12,500計數或小於12,500計數、3,500計數或小於3,500計數、3,000計數或小於3,000計數、2,500計數或小於2,500計數、2,000計數或小於2,000計數、1,500計數或小於1,500計數或1,000計數或小於1,000計數之DCN值。根據本發明之一實施例拋光之基板較佳地具有750計數或小於750計數、500計數、250計數、125計數或甚至100計數或小於100計數之DCN值。或者或另外，經本發明之化學-機械拋光組成物拋光之基板如藉由適合技術所測定，合乎需要地展現較少刮痕。舉例而言，根據本發明之一實施例拋光之矽晶圓如藉由此項技術中已知之任何適合方法所測定，合乎需要地具有250個或少於250個刮痕或125個或少於125個刮痕。
可定製本發明之化學-機械拋光組成物以在所需拋光範圍內選擇性對特定薄層材料提供有效拋光，而同時使停蝕層之表面不完美性、缺陷、腐蝕、侵蝕及移除最小化。該選擇性在某種程度上可藉由改變拋光組成物之組分之相對濃度來控制。當需要時，本發明之化學-機械拋光組成物可用於以二氧化矽比多晶矽拋光選擇性為5：1或高於5：1(例如10：1或高於10：1、15：1或高於15：1、25：1或高於25：1、50：1或高於50：1、100：1或高於100：1或150：1或甚至高於150：1)拋光基板。同樣，本發明之化學-機械拋光組成物可用於以氮化矽比多晶矽拋光選擇性為2：1或高於2：1(例如4：1或高於4：1或6：1或高於6：1)拋光基板。某些調配物可呈現甚至更高二氧化矽比多晶矽之選擇性，諸如20：1或高於20：1或甚至30：1或高於30：1。在一較佳實施例中，本發明之化學-機械拋光組成物同時提供二氧化矽相對於氮化矽之選擇性拋光及二氧化矽相對於多晶矽之選擇性拋光。
本發明之化學-機械拋光組成物及方法尤其適合用於與化學-機械拋光設備結合。該設備通常包含壓板，其在使用時處於運動狀態且其具有引起迴轉運動、線性運動或圓周運動之速度；與該壓板接觸且其運動時與該壓板一起移動之拋光墊；及固持基板之載體，藉由接觸該基板且相對於該拋光墊之表面移動該基板來拋光該基板。該基板之拋光藉由使基板與本發明之拋光墊及拋光組成物接觸置放，且隨後使拋光墊相對於基板移動而發生，以使得研磨至少一部分基板以拋光基板。
基板可使用任何適合之拋光墊(例如拋光表面)經化學-機械拋光組成物拋光。適合之拋光墊包括(例如)編織及非編織拋光墊。此外，適合之拋光墊可包含具有變化密度、硬度、厚度、壓縮性、壓縮後回彈能力及壓縮模數之任何適合聚合物。適合之聚合物包括(例如)聚氯乙烯、聚氟乙烯、耐綸、碳氟化合物、聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯酸 酯、聚醚、聚乙烯、聚醯胺、聚胺基甲酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯、其共形成之產物及其混合物。軟聚胺基甲酸酯拋光襯墊尤其適用於與本發明拋光方法結合。典型襯墊包括(但不限於)SURFINTM 000、SURFINTM SSW1、SPM3100(可購自例如Eminess Technologies)、POLITEXTM及Fujibo POLYPASTM 27。尤其較佳拋光墊為可購自Cabot Microelectronics之EPICTM D100襯墊。另一較佳拋光墊為購自Dow,Inc之IC1010襯墊。
化學-機械拋光設備合乎需要地進一步包含原位拋光端點偵測系統，其中許多為此項技術中已知。用於藉由分析自正拋光基板之表面反射的光或其他輻射來檢驗及監測拋光製程的技術為此項技術中已知。該等方法例如描述於美國專利5,196,353、美國專利5,433,651、美國專利5,609,511、美國專利5,643,046、美國專利5,658,183、美國專利5,730,642、美國專利5,838,447、美國專利5,872,633、美國專利5,893,796、美國專利5,949,927及美國專利5,964,643中。合乎需要地，就正拋光基板而言檢驗或監測拋光製程之進程使得能夠確定拋光端點(亦即，就特定基板而言確定何時終止拋光製程)。
實例
此等以下實例進一步說明本發明，但當然無論如何不應理解為限制本發明之範疇。
以下縮寫用在在整個實例中：移除率(RR)；正矽酸四乙酯(TEOS)；氮化矽(SiN)；多晶矽(polySi)；分子量(MW)及聚乙二醇(PEG)。
在以下實例中，塗佈於矽上之TEOS氧化矽(由四乙氧基矽烷製備)、塗佈於矽上之HDP(高密度電漿)氧化矽、塗佈於矽上之多晶矽、塗佈於矽上之氮化矽之基板及獲自Silyb Inc.圖案化晶圓使用MIRRATM(Applied Materials,Inc.)或REFLEXIONTM(Applied Materials,Inc.)工具拋光。圖案化晶圓在經氧化矽塗佈之基板上包含100μm氮化矽特徵。對於所有組成物而言，IC1010TM拋光墊(Rohm and Haas Electronic Materials)使用相同拋光參數。標準Mirra拋光參數如下：IC1010TM襯墊，下壓力=20.68kPa(3磅/平方吋)，頭速度=85rpm，壓板速度=100rpm，總流動速率=150mL/min。移除率藉由使用橢偏光譜儀量測膜厚度及自最初厚度減去最終厚度來計算。
實例1
此實例表明聚乙二醇二羧酸對氧化矽移除率及氧化矽相對於氮化矽及多晶矽之選擇性的影響。
包含經TEOS塗佈之矽、經氮化矽塗佈之矽及經多晶矽塗佈之矽的獨立基板經兩種不同拋光組成物(亦即，拋光組成物1A及1B)拋光。拋光組成物中之每一者含有pH為3.6之於水中之0.4重量%濕法二氧化鈰。拋光組成物1A(本發明)進一步含有0.1重量%分子量為600之聚乙二醇二羧酸。拋光組成物1B(比較)進一步含有經聚乙二醇部分酯化之聚丙烯酸。
拋光之後，測定氧化矽、氮化矽及多晶矽之移除率且計算氧化矽相對於氮化矽及多晶矽之選擇性。對於拋光組成物1A所觀測到之氧化矽移除率相對於對於拋光組成物1B所觀測到之移除率表示。結果陳述於表1中。
自表1中所陳述之結果顯而易見，含有聚乙二醇二羧酸之本發明拋光組成物展現約為含有為經聚乙二醇部分酯化之聚丙烯酸之離子聚合物的比較拋光組成物1.4倍之氧化矽移除率，約為比較拋光組成物3.7倍之SiO/SiN選擇性及約比較拋光組成物大15%之SiO/多晶矽選擇 性。
實例2
此實例表明聚乙二醇二羧酸對拋光圖案化氮化矽基板中之氮化物損失及表面凹陷的影響。
三個在經氧化矽塗佈之基板上包含100μm氮化矽特徵之獨立圖案化基板經三種不同拋光組成物(亦即，拋光組成物2A-2C)拋光。拋光組成物中之每一者含有pH為3.6於水中之0.4重量%濕法二氧化鈰。拋光組成物2A(對照)不含任何聚合物。拋光組成物2B及2C(本發明)進一步含有分子量分別為3400及8000之聚乙二醇二羧酸。
拋光之後，測定氮化矽損失及表面凹陷。氮化矽損失及表面凹陷相對於對於拋光組成物2B所觀測到之氮化矽損失及表面凹陷表示。結果陳述於表2中。
自表2中所陳述之結果顯而易見，在拋光組成物2B及2C中存在聚乙二醇二羧酸導致氮化矽損失約為藉由不含聚乙二醇二羧酸之拋光組成物2A所展現之氮化矽損失之1/30。拋光組成物2B及2C展現約為藉由拋光組成物2A所展現之表面凹陷50%之表面凹陷。
實例3
此實例比較用包含聚乙二醇二羧酸之拋光組成物所觀測到之氧化矽移除率及氧化矽相對於氮化矽及多晶矽之選擇性，與用包含在聚合物主鏈中含有醚鍵之中性水溶性聚合物的拋光組成物所觀測到之氧化矽移除率及氧化矽相對於氮化矽及多晶矽之選擇性。
包含經TEOS塗佈之矽、經氮化矽塗佈之矽及經多晶矽塗佈之矽 的獨立基板經四種不同拋光組成物(亦即，拋光組成物3A-3D)拋光。拋光組成物中之每一者含有pH為3.7於水中之0.4重量%濕法二氧化鈰。拋光組成物3A(對照)不進一步包含任何聚合物。拋光組成物3B(本發明)進一步包含0.1重量%分子量為600之聚乙二醇二羧酸。拋光組成物3C(比較)進一步包含0.1重量%中性多醣(HEC QP09L)。拋光組成物3D(比較)進一步包含0.1重量%分子量為600的聚乙二醇。
拋光之後，測定氧化矽、氮化矽及多晶矽之移除率且計算氧化矽相對於氮化矽及多晶矽之選擇性。對於拋光組成物3A、3C及3D所觀測到之氧化矽的移除率相對於對於拋光組成物3B所觀測到之移除率表示。結果陳述於表3中。
自表3中所陳述之結果顯而易見，本發明拋光組成物3B展現約為藉由對照拋光組成物展現之SiO移除率的72%之SiO移除率，但展現為藉由對照拋光組成物3A所展現約33倍之SiO/SiN選擇性及約1.4倍之SiO/多晶矽選擇性。拋光組成物3B展現約為藉由含有中性聚乙二醇之拋光組成物3D展現之SiO移除率63%的SiO移除率，但與拋光組成物3D相比展現約31倍之SiO/SiN選擇性同時展現稍低的SiO/多晶矽選擇性。拋光組成物3B亦展現大約相同之SiO/SiN及SiO/多晶矽選擇性，但展現為藉由含有中性多醣之拋光組成物3C展現之SiO移除率約5倍的SiO移除率。
實例4
此實例表明對用包含聚乙二醇二羧酸且進一步含有線性聚乙烯醇之拋光組成物所觀測到之氧化矽移除率及氧化矽相對於氮化矽及多 晶矽選擇性的影響。
包含經TEOS塗佈之矽及經氮化矽塗佈之矽的獨立基板經四種不同拋光組成物(亦即，拋光組成物4A-4D)拋光。拋光組成物中之每一者含有pH為3.7於水中之0.4重量%濕法二氧化鈰及0.1重量%分子量為600的聚乙二醇二羧酸。拋光組成物4A不進一步包含聚乙烯醇。拋光組成物4B進一步包含0.1重量%分子量在89,000-98,000範圍內之聚乙烯醇。拋光組成物4C進一步包含0.1重量%分子量在13,000-18,000範圍內之聚乙烯醇。拋光組成物4D進一步包含0.1重量%分子量在31,000-50,000範圍內之聚乙烯醇。
拋光之後，測定氧化矽及氮化矽之移除率且計算氧化矽相對於氮化矽之選擇性。對於拋光組成物4B-4D所觀測到之氧化矽的移除率相對於對於拋光組成物4A所觀測到之移除率表示。結果陳述於表4中。
自表4中所陳述之結果顯而易見，使用具有不同分子量之聚乙烯醇實質上不影響SiO移除率且維持拋光組成物之較高SiO/SiN選擇性。
實例5
此實例表明對包含聚乙二醇二羧酸且進一步含有聚乙烯醇之拋光組成物所觀測到之表面凹陷的影響。
四個在經氧化矽塗佈之基板上包含100μm氮化矽特徵之獨立圖案化基板經四種不同拋光組成物(亦即，如實例4中所述之拋光組成物4A-4D)拋光。
拋光之後，測定表面凹陷。對於拋光組成物4B-4D所觀測到之表 面凹陷相對於對於拋光組成物4A所觀測到之表面凹陷表示。結果陳述於表5中。
自表5中所陳述之結果顯而易見，包含聚乙二醇二羧酸且進一步包含聚乙烯基醇之拋光組成物4B-4D與不進一步包含聚乙烯醇之拋光組成物4A相比展現減少之表面凹陷，當將包含具有89,000-98,000之分子量範圍之聚乙烯醇的拋光組成物4B用於拋光在經氧化矽塗佈之基板上包含100μm氮化矽特徵之圖案化基板時，與拋光組成物4A相比展現表面凹陷減少約50%。
實例6
此實例表明對用包含聚乙二醇二羧酸且另外含有分支鏈聚乙烯醇之拋光組成物所觀測到之氧化矽移除率及氧化矽相對於氮化矽選擇性的影響。
包含經TEOS塗佈之矽及經氮化矽塗佈之矽的獨立基板經五種不同拋光組成物(亦即，拋光組成物6A-6E)拋光。拋光組成物中之每一者含有pH為3.7於水中之0.4重量%濕法二氧化鈰及0.1重量%分子量為600之聚乙二醇二羧酸。拋光組成物6A進一步包含0.1重量%具有31,000-50,000之分子量範圍的線性聚乙烯醇。拋光組成物6B-6E進一步分別包含0.1重量%分支鏈聚乙烯醇OKS-8035、OKS-1009、OKS-8041及OKS-1083(Nippon Synthetic Chemical Industry Co.,Ltd.,Osaka,Japan)。
拋光之後，測定氧化矽及氮化矽之移除率且計算氧化矽相對於氮化矽之選擇性。對於拋光組成物6B-6E所觀測到之氧化矽的移除率 相對於對於拋光組成物6A所觀測到之移除率表示。結果陳述於表6中。
自表6中所陳述之結果顯而易見，含有分支鏈聚乙烯醇之拋光組成物6B-6E展現與藉由含有線性聚乙烯醇之拋光組成物6A展現之氧化矽移除率相當的氧化矽移除率。拋光組成物6B-6E展現較高SiO/SiN選擇性，其中拋光組成物6E展現為藉由拋光組成物6A展現之SiO/SiN選擇性約1.4倍之SiO/SiN選擇性。
實例7
此實例表明對用包含聚乙二醇二羧酸且進一步含有分支鏈聚乙烯醇之拋光組成物所觀測到之表面凹陷及氮化物損失的影響。
在經氧化矽塗佈之基板上包含100μm氮化矽特徵之獨立圖案化基板經五種不同拋光組成物(亦即，如實例6中所述之拋光組成物6A-6E)拋光。拋光之後，測定氮化矽損失及表面凹陷。對於拋光組成物6B-6E所觀測到之氮化矽損失及表面凹陷相對於對於拋光組成物6A所觀測到之氮化矽損失及表面凹陷表示。結果陳述於表7中。
自表7中所陳述之結果顯而易見，含有分支鏈聚乙烯醇OKS-1009之拋光組成物6C展現為藉由拋光組成物6A所展現之約80%之氮化物 損失及約94%之表面凹陷。
實例8
此實例表明聚乙二醇二羧酸之分子量對包含其之拋光組成物中之氧化矽移除率及氧化矽相對於氮化矽選擇性的影響。
包含經TEOS塗佈之矽及經氮化矽塗佈之矽的獨立基板經三種不同拋光組成物(亦即，拋光組成物8A-8C)拋光。拋光組成物中之每一者含有pH為3.7於水中之0.4重量%濕法二氧化鈰及0.1重量%聚乙二醇二羧酸。拋光組成物8A-8C分別包含分子量為250、600及8000之聚乙二醇二羧酸。
拋光之後，測定氧化矽及氮化矽之移除率且計算氧化矽相對於氮化矽之選擇性。對於拋光組成物8A及8C所觀測到之氧化矽的移除率相對於對於拋光組成物8B所觀測到之移除率表示。結果陳述於表8中。
自表8中所陳述之結果顯而易見，包含分別分子量為600及8000之聚乙二醇二羧酸的拋光組成物8B及8C展現為藉由包含分子量為250之聚乙二醇二羧酸的拋光組成物8A所展現之氧化矽移除率及SiO/SiN選擇性約三倍之氧化矽移除率及約五倍之SiO/SiN選擇性。
實例9
此實例表明有機酸及非離子聚合物對藉由包含濕法二氧化鈰及聚乙二醇二羧酸之拋光組成物所展現之氧化矽移除率及氧化矽相對於氮化矽之選擇性的影響。
包含經TEOS塗佈之矽及經氮化矽塗佈之矽的獨立基板經三種不 同拋光組成物(亦即，拋光組成物9A-9C)拋光。拋光組成物中之每一者含有pH為3.7於水中之0.4重量%濕法二氧化鈰及0.1重量%聚乙二醇二羧酸且進一步含有不同量之吡啶甲酸(亦即，有機酸)及分子量為8000之聚乙二醇。
拋光之後，測定氧化矽及氮化矽之移除率且計算氧化矽相對於氮化矽之選擇性。對於拋光組成物9B及9C所觀測到之氧化矽的移除率相對於對於拋光組成物9A所觀測到之移除率表示。結果陳述於表9中。
自表9中所陳述之結果顯而易見，拋光組成物9A-9C展現相等氧化矽移除率及約200之高SiO/SiN選擇性。
實例10
此實例表明有機酸及非離子聚合物對氧化矽移除率及氧化矽相對於氮化矽之選擇性的影響，氧化矽移除率及氧化矽相對於氮化矽之選擇性藉由如與包含濕法二氧化鈰及為丙烯酸-2-丙烯醯胺基-2-甲基丙烷磺酸共聚物之離子聚合物的拋光組成物相比，包含濕法二氧化鈰及聚乙二醇二羧酸之拋光組成物展現。
包含經TEOS塗佈之矽及經氮化矽塗佈之獨立基板經四種不同拋光組成物(亦即，拋光組成物10A-10D)拋光。拋光組成物10A(本發明)含有pH為4於水中之0.4重量%濕法二氧化鈰及0.1重量%分子量為600之聚乙二醇二羧酸。拋光組成物10B(比較)含有pH為4於水中之0.4重量%濕法二氧化鈰及0.1重量%丙烯酸-2-丙烯醯胺基-2-甲基丙烷磺酸共聚物。拋光組成物10C(本發明)含有pH為4於水中之0.27重量%濕法 二氧化鈰、0.07重量%分子量為600之聚乙二醇二羧酸及0.07重量%具有89,000-98,000之分子量範圍之聚乙烯醇。拋光組成物10D(比較)含有pH為7於水中之0.27重量%濕法二氧化鈰及0.07重量%丙烯酸-2-丙烯醯胺基-2-甲基丙烷磺酸共聚物。
拋光之後，測定氧化矽及氮化矽之移除率且計算氧化矽相對於氮化矽之選擇性。對於拋光組成物10B-10D所觀測到之氧化矽的移除率相對於對於拋光組成物10A所觀測到之移除率表示。結果陳述於表10中。
自表10中所陳述之結果顯而易見，拋光組成物10A展現為拋光組成物10B約6.4倍之氧化矽移除率及約34倍之SiO/SiN選擇性。含有約為拋光組成物10B三分之二之濕法二氧化鈰但相對於pH為4具有7之pH的拋光組成物10D展現為拋光組成物10B約2.4倍之氧化矽移除率及約4.8倍之SiO/SiN選擇性。但是，含有0.27重量%濕法二氧化鈰、聚乙烯醇及聚乙二醇二羧酸，pH為3.5之拋光組成物10C展現與含有0.4重量%濕法二氧化鈰之拋光組成物10A大約相同的氧化矽移除率及僅比拋光組成物10A稍低的SiO/SiN選擇性。
實例11
此實例表明對用包含聚乙二醇二羧酸且進一步含有中性聚合物之拋光組成物所觀測到之表面凹陷及氮化物損失的影響。
在經氧化矽塗佈之基板上包含100μm氮化矽特徵之獨立圖案化基板經三種不同拋光組成物(亦即，含有中性非離子聚合物之拋光組成物11A及11B及作為本發明組成物，但不含有所添加之中性非離子 聚合物之拋光組成物11C)拋光。拋光組成物中之每一者包含pH為3.5於水中之0.4重量%濕法二氧化鈰及0.1重量%分子量為600之聚乙二醇二羧酸。拋光組成物11A與11B均進一步包含非離子聚合物。拋光組成物11A進一步包含具有89,000-98,000分子量範圍之聚乙烯醇。組成物11B進一步包含分子量為8000之聚乙二醇。
拋光之後，測定氮化矽損失及表面凹陷。對於拋光組成物11A及11B所觀測到之氮化矽損失及表面凹陷相對於對於拋光組成物11C所觀測到之氮化矽損失及表面凹陷表示。結果陳述於表11中。
自表11中所陳述之結果顯而易見，包含聚乙烯醇之拋光組成物11A展現約為藉由不含非離子聚合物之拋光組成物11C所展現之氮化矽損失及表面凹陷75%及31%之氮化矽損失及表面凹陷。包含聚乙二醇之拋光組成物11B展現與藉由拋光組成物11C所展現之氮化矽損失大約相同的氮化矽損失但約為75%之表面凹陷。
本文中所引用之所有參考文獻，包括公開案、專利申請案及專利因此以引用的方式併入，該引用程度就如同個別地及特定地指示各參考文獻以引用的方式併入且在本文中全文陳述一般。
除非本文另有所述或上下文中明顯矛盾，否則在描述本發明之上下文(尤其在以下申請專利範圍之上下文中)中所使用之術語「一」及「該」及類似指示物均應解釋為涵蓋單數及複數。除非另外指出，否則術語「包含」、「具有」、「包括」及「含有」均解釋為開放式術語(亦即，意謂「包括(但不限於)」)。除非本文另外指示，否則本文中值範圍之敍述僅意欲充當個別提及屬於該範圍之各獨立值之速記方 法，且各獨立值併入本說明書中，如同在本文中個別地敍述一般。除非本文另外指出或上下文明顯矛盾，否則本文所述之所有方法可以任何適合順序進行。除非另外主張，否則本文所提供之任何及所有實例或例示性語言(例如「諸如」)之使用僅意欲更好地說明本發明而非限制本發明之範疇。本說明書中之任何語言均不應理解為指示實施本發明所必需之任何未主張要素。
本文中描述本發明之較佳實施例，其包括發明者已知用於進行本發明之最佳方式。在閱讀先前描述之後，彼等較佳實施例之變化對於一般熟習此項技術者而言可變得顯而易見。發明者期望熟習此項技術者適當時採用此等變化，且發明者意欲以不同於本文中特定所述之方式實踐本發明。因此，若適用法律允許，則本發明包括隨附於本文之申請專利範圍中所述之標的物的所有修改及等效物。此外，除非本文另外指出或另外明顯與上下文抵觸，否則本發明涵蓋上述要素在其所有可能變化中之任何組合。

Claims (23)

  1. 一種化學-機械拋光組成物，其包含：(a)二氧化鈰研磨劑，(b)式I離子聚合物： 其中X1及X2係獨立地選自氫、-OH及-COOH且其中X1及X2中之至少一個為-COOH，Z1及Z2獨立地為O或S，R1、R2、R3及R4係獨立地選自氫、C1-C6烷基及C7-C10芳基，且n為3至500之整數，及(c)水，其中該拋光組成物具有1至4.5之pH值。
  2. 如請求項1之拋光組成物，其中X1及X2均為-COOH。
  3. 如請求項2之拋光組成物，其中Z1及Z2均為O，且R1、R2、R3及R4為氫。
  4. 如請求項1之拋光組成物，其中該離子聚合物具有500道爾頓至10,000道爾頓之分子量且其中n為8或大於8之值的整數。
  5. 如請求項1之拋光組成物，其中該離子聚合物以該拋光組成物之0.01重量%至0.5重量%之量存在。
  6. 如請求項1之拋光組成物，其中該二氧化鈰研磨劑為濕法二氧化鈰研磨劑。
  7. 如請求項6之拋光組成物，其中該濕法二氧化鈰研磨劑以該拋光組成物之0.05重量%至1重量%之量存在。
  8. 如請求項1之拋光組成物，其中該拋光組成物進一步包含聚乙烯醇。
  9. 如請求項8之拋光組成物，其中該聚乙烯醇具有20,000道爾頓至200,000道爾頓之分子量。
  10. 如請求項8之拋光組成物，其中該聚乙烯醇為分支鏈聚乙烯醇。
  11. 一種化學-機械拋光基板之方法，其包含：(i)使基板與拋光墊及包含以下之化學-機械拋光組成物接觸：(a)二氧化鈰研磨劑，(b)式I離子聚合物： 其中X1及X2係獨立地選自氫、-OH及-COOH，Z1及Z2獨立地為O或S，R1、R2、R3及R4係獨立地選自氫、C1-C6烷基及C7-C10芳基，且n為3至500之整數，及(c)水，其中該拋光組成物具有1至4.5之pH值，(ii)相對於該基板移動該拋光墊及該化學-機械拋光組成物，及(iii)研磨至少一部分該基板以拋光該基板。
  12. 如請求項11之方法，其中X1及X2均為-COOH。
  13. 如請求項12之方法，其中Z1及Z2均為O，且R1、R2、R3及R4為氫。
  14. 如請求項11之方法，其中該離子聚合物具有500道爾頓至10,000道爾頓之分子量，且其中n為8或大於8之值的整數。
  15. 如請求項11之方法，其中該離子聚合物以該拋光組成物之0.01重量%至0.5重量%之量存在。
  16. 如請求項11之方法，其中該二氧化鈰研磨劑為濕法二氧化鈰研磨劑。
  17. 如請求項16之方法，其中該濕法二氧化鈰研磨劑以該拋光組成物之0.1重量%至1重量%之量存在。
  18. 如請求項11之方法，其中該拋光組成物進一步包含聚乙烯醇。
  19. 如請求項18之方法，其中該聚乙烯醇具有20,000道爾頓至200,000道爾頓之分子量。
  20. 如請求項18之方法，其中該聚乙烯醇為分支鏈聚乙烯醇。
  21. 如請求項11之方法，其中該基板包含氧化矽，且其中研磨至少一部分該氧化矽以拋光該基板。
  22. 如請求項21之方法，其中該基板進一步包含氮化矽，且其中研磨至少一部分該氮化矽以拋光該基板。
  23. 如請求項21之方法，其中該基板進一步包含多晶矽，且其中研磨至少一部分該多晶矽以拋光該基板。
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