TW201544585A - 具高移除速率及低缺陷率之對氧化物與多晶矽及氮化物具有選擇性的ｃｍｐ組合物 - Google Patents

具高移除速率及低缺陷率之對氧化物與多晶矽及氮化物具有選擇性的ｃｍｐ組合物 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種化學機械拋光組合物，其含有氧化鈰磨料及式I聚合物： □其中X1及X2、Y1及Y2、Z1及Z2、R1、R2、R3、及R4、及m係如本文所定義；及水，其中該拋光組合物具有1至4.5之pH值。本發明更提供一種利用本發明化學機械拋光組合物化學機械拋光一基材之方法。典型地，該基材含有氧化矽、氮化矽、及/或多晶矽。

Description

具高移除速率及低缺陷率之對氧化物與多晶矽及氮化物具有選擇性的CMP組合物
本發明提供一種化學機械拋光組合物及一種使用該化學機械拋光組合物之化學機械拋光基材之方法。
用於平坦化或拋光一基材之表面的組合物及方法係此項技術中所熟知。拋光組合物(亦稱為拋光漿液)通常含有存於一液體載劑中之研磨材料，且係藉由使該表面與經浸有該拋光組合物之拋光墊接觸而施加至該表面。典型研磨材料包括二氧化矽、鈰氧化物、鋁氧化物、鋯氧化物、及錫氧化物。拋光組合物通常與拋光墊(例如一拋光布或圓盤)配合使用。研磨材料可以併入拋光墊而非懸浮於拋光組合物中的方式使用，或者可以併入拋光墊並且懸浮於拋光組合物中的方式使用。
作為隔離一半導體裝置之元件之方法，大量注意力係針對一淺溝槽隔離(shallow trench isolation，STI)製程，其中係在一矽基材上形成氮化矽層，經由蝕刻或光刻形成淺溝槽，並沈積一介電層(例如，氧化物)以填充溝槽。由於以此方式形成之溝槽、或線之深度變化，因此通常 需要於基材之頂部上沈積過量介電材料，以確保完全填充所有溝槽。然後通常藉由一化學機械平坦化製程移除過量介電材料，以暴露出氮化矽層。當該氮化矽層被暴露出時，暴露於該化學機械拋光組合物之該基材的最大區域係包含氮化矽，其必須加以拋光以達成一高度平坦且均勻之表面。
一般而言，過去的實踐一直著重於對氧化物拋光優先於對氮化矽拋光之選擇性。因此，該氮化矽層在化學機械平坦化製程期間係用作終止層(stopping layer)，此乃因當暴露出該氮化矽層時整體拋光速率降低。
最近，亦一直著重於對氧化物拋光優先於對多晶矽拋光之選擇性。舉例而言，添加一系列BRIJTM及聚氧化乙烯表面活性劑、以及HLB為15之PLURONICTM L-64(氧化乙烯-氧化丙烯-氧化乙烯三嵌段共聚物)據稱可增加氧化物對多晶矽之拋光選擇性(參見Lee等人，「在化學機械拋光期間非離子表面活性劑對於氧化物對多晶矽之選擇性之影響(Effects of Nonionic Surfactants on Oxide-to-Polysilicon Selectivity during Chemical Mechanical Polishing)」，J.Electrochem.Soc.,149(8)：G477-G481(2002))。此外，美國專利第6,626,968號揭示氧化矽對多晶矽之拋光選擇性可藉助使用具有親水性官能團及疏水性官能團之選自聚乙烯基甲基醚、聚乙二醇、聚氧乙烯23月桂基醚、聚丙酸、聚丙烯酸、及聚醚多元醇雙(醚)的聚合物添加劑來改良。
該STI基材通常使用一傳統拋光介質及一含磨料之拋光組合物拋光。然而，已觀察到利用傳統拋光介質及含磨料之拋光組合物拋光STI基材，會導致基材表面之過度拋光或在STI特徵中形成凹陷及其它形貌缺陷(例如基材表面上之微劃痕)。過度拋光及在STI特徵中形成凹陷的這個現象稱為碟型化(dishing)。碟型化係不期望的，因為基材特徵之碟型化會造 成電晶體及電晶體組件彼此之隔離失敗，導致短路，而有害地影響裝置製造。另外，基材之過度拋光亦會導致氧化物損失並將下面的氧化物暴露於拋光或化學活性之損害，此有害地影響裝置品質及性能。
因此，此項技術中仍需要可提供氧化矽、氮化矽、及多晶矽之期望選擇性且具有適宜移除速率、低缺陷率、及適宜碟型化表現之拋光組合物及方法。
本發明提供一種化學機械拋光組合物，其包含以下、基本上由以下組成、或由以下組成：(a)0.05重量%至10重量%之氧化鈰磨料，(b)10ppm至1000ppm之式I聚合物：
其中X1及X2係獨立選自O、C、及S，Y1及Y2係獨立選自OH、C1-C10烷基、及式CxHyFz基團，R1、R2、R3、及R4係獨立選自氫、F、C1-C10烷基、C6-C10芳基、及雜芳族基，x為1至20之整數，z為1至41之整數，m為3至500之整數，且Y1及Y2之至少一者為CxHyFz或R1至R4之至少一者為F；及(c)水，其中該拋光組合物具有1至4.5之pH值。
本發明亦提供一種化學機械拋光一基材之方法，其包含(i)使一基材與一拋光墊及一化學機械拋光組合物接觸，該化學機械拋光組合物包含以下、基本上由以下組成、或由以下組成：(a)0.05重量%至10重量%之氧化鈰磨料，(b)10ppm至1000ppm之式I聚合物：
其中X1及X2係獨立選自O、C、及S，Y1及Y2係獨立選自OH、C1-C10烷基、及式CxHyFz基團，R1、R2、R3、及R4係獨立選自氫、F、C1-C10烷基、C6-C10芳基、及雜芳族基，x為1至20之整數，z為1至41之整數，且m為3至500之整數，其中Y1及Y2之至少一者為CxHyFz，或R1至R4之至少一者為F，及(c)水，其中該拋光組合物具有1至4.5之pH值；(ii)使該拋光墊及該化學機械拋光組合物相對於該基材移動，及(iii)研磨該基材之至少一部分以拋光該基材。
本發明提供一種化學機械拋光組合物，其包含以下、基本上由以下組成、或由以下組成：(a)0.05重量%至10重量%之氧化鈰磨料，(b)10ppm至1000ppm之式I聚合物：
其中X1及X2係獨立選自O、C、及S，Y1及Y2係獨立選自OH、C1-C10烷基、及式CxHyFz基團，R1、R2、R3、及R4係獨立選自氫、F、C1-C10烷基、C6-C10芳基、及雜芳族基，x為1至20之整數，z為1至41之整數，m為3至500之整數，且Y1及Y2之至少一者為CxHyFz或R1至R4之至少一者為F；及(c)水，其中該拋光組合物具有1至4.5之pH值。
該化學機械拋光組合物包含氧化鈰磨料。如此項技術中具通常知識者所知，氧化鈰(ceria)係稀土金屬鈰之氧化物，且亦被稱為「ceric oxide」、「cerium oxide(例如cerium(IV)oxide(氧化鈰(IV))」、或二氧化鈰。氧化鈰(IV)(CeO2)可藉由煆燒草酸鈰或氫氧化鈰形成。鈰亦形成氧化鈰(III)，例如Ce2O3。該氧化鈰磨料可為該等氧化鈰或其他鈰氧化物中之任一者或多者。
該氧化鈰磨料可為任一適宜類型。本文所用「濕式製程」氧化鈰係指藉由沉澱、縮合聚合、或類似製程製得之氧化鈰(與例如煙霧狀或火成氧化鈰不同)。已發現包含濕式製程氧化鈰磨料之本發明拋光組合物當根據本發明之方法用於拋光基材時，展現較低缺陷。於不受限於特定理論下，據信濕式製程氧化鈰包含球形氧化鈰粒子及/或較小的聚集氧化鈰粒子，由此當用於本發明方法中時導致較低基材缺陷率。例示性濕式製程氧化鈰係可購自Rhodia之HC-60TM氧化鈰。
該等氧化鈰粒子可具有任何適宜平均尺寸(即，平均粒子直徑)。若平均氧化鈰顆粒尺寸過小，則拋光組合物可能不會展現出足夠移除速率。與此相反，若平均氧化鈰顆粒尺寸過大，則拋光組合物可展現出不期望之拋光性能，例如差的基材缺陷率。因此，氧化鈰粒子可具有10奈米或以上之平均顆粒尺寸，例如15奈米或以上、20奈米或以上、25奈米或以上、30奈米或以上、35奈米或以上、40奈米或以上、45奈米或以上、或50奈米或以上。另一選擇為，或另外地，氧化鈰可具有1,000奈米或以下之平均顆粒尺寸，例如750奈米或以下、500奈米或以下、250奈米或以下、150奈米或以下、100奈米或以下、75奈米或以下、或50奈米或以下。因此，氧化鈰可具有由上述端點中之任二者所限定之平均顆粒尺寸。舉例而言，氧 化鈰可具有10奈米至1,000奈米、10奈米至750奈米、15奈米至500奈米、20奈米至250奈米、20奈米至150奈米、25奈米至150奈米、25奈米至100奈米、或50奈米至150奈米、或50奈米至100奈米之平均顆粒尺寸。對於非球形氧化鈰粒子，粒子之尺寸係涵蓋該粒子之最小球體之直徑。氧化鈰之顆粒尺寸可使用任何適宜技術(例如使用雷射繞射技術)量測。適宜顆粒尺寸量測儀器係自例如Malvern Instruments(英國馬爾文(Malvern))購得。
該等氧化鈰粒子較佳在本發明拋光組合物中係膠態穩定的。術語膠體係指氧化鈰粒子於液體載劑(例如，水)中之懸浮液。膠態穩定性係指經過一段時間仍維持此懸浮液形式。在本發明之上下文中，若於磨料被放入100毫升量筒內並不攪動使其靜置2小時的時間，量筒底部50毫升中粒子之濃度([B]，以克/毫升計)與量筒頂部50毫升中粒子之濃度([T]，以克/毫升計)的差除以磨料組合物中粒子之初始濃度([C]，以克/毫升計)小於或等於0.5(即，{[B]-[T]}/[C]0.5)，則認為磨料係膠態穩定的。更佳地，[B]-[T]/[C]之值小於或等於0.3，且最佳地小於或等於0.1。
該拋光組合物可包含任何適宜量之氧化鈰磨料。若本發明之拋光組合物包含過少的氧化鈰磨料，則該組合物可能不會展現出足夠移除速率。與此相反，若該拋光組合物包含過多氧化鈰磨料，則該拋光組合物可能展現出不期望之拋光性能及/或可能不具有成本效益及/或可能缺乏穩定性。該拋光組合物可包含10重量%或以下之氧化鈰，例如9重量%或以下、8重量%或以下、7重量%或以下、6重量%或以下、5重量%或以下、4重量%或以下、3重量%或以下、2重量%或以下、1重量%或以下、0.9重量%或以下、0.8重量%或以下、0.7重量%或以下、0.6重量%或以下之氧化鈰、或0.5重量%或以下之氧化鈰。另一選擇為，或另外地，該拋光組合物可包 含0.05重量%或以上之氧化鈰，例如0.1重量%或以上、0.2重量%或以上、0.3重量%或以上、0.4重量%或以上、0.5重量%或以上、或1重量%或以上之氧化鈰。因此，該拋光組合物可包含由上述端點中之任二者所限定之量的氧化鈰。舉例而言，該拋光組合物可包含0.05重量%至10重量%之氧化鈰，例如0.1重量%至10重量%、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%之氧化鈰、0.1重量%至4重量%、0.1重量%至3重量%之氧化鈰、0.1重量%至2重量%之氧化鈰、0.1重量%至1重量%之氧化鈰、0.2重量%至2重量%之氧化鈰、0.2重量%至1重量%之氧化鈰、或0.3重量%至0.5重量%之氧化鈰。在一實施態樣中，該拋光組合物在使用點時包含0.2重量%至0.6重量%之氧化鈰(例如，0.4重量%之氧化鈰)。在另一實施例中，該拋光組合物作為濃縮物包含2.4重量%之氧化鈰。
該化學機械拋光組合物包含本文所述之式I聚合物。
在某些實施態樣中，該聚合物具有式I，其中Y1及Y2之至少一者為CxHyFz。在某些實施態樣中，該聚合物具有式I，其中Y1及Y2之二者為CxHyFz。在某些實施態樣中，x為1至9之整數。在某些實施態樣中，x為1至8之整數，且y為1至40之整數。如此項技術中之通常知識者將可理解，在式CxHyFz基團中，y+z=2x+1，使得指定x、y、及z中之任二者允許計算第三變量。在某些較佳實施態樣中，該聚合物具有式I，其中X1及X2中之每一者係為O。在某些實施態樣中，R1、R2、R3、及R4中之每一者係獨立為氫或F。在某些該等實施態樣中，R1、R2、R3、及R4之至少一者為F，且Y1及Y2可為本文針對Y1及Y2所述基團中之任一者。適宜式I聚合物之非限制性實例包括由DuPont供應之CAPSTONETM系列聚合物之成員，例如CAPSTONETM FS-30、CAPSTONETM FS-31、CAPSTONETM FS-34、CAPSTONETM FS-35、CAPSTONETM FS-65、CAPSTONETM FS-81、及CAPSTONETM ST-100HS。
該式I聚合物可具有任何適宜分子量。該式I聚合物可具有500克/莫耳或以上之平均分子量，例如600克/莫耳或以上、750克/莫耳或以上、1,000克/莫耳或以上、1,500克/莫耳或以上、2,000克/莫耳或以上、2,500克/莫耳或以上、3,000克/莫耳或以上、3,500克/莫耳或以上、4,000克/莫耳或以上、4,500克/莫耳或以上、5,000克/莫耳或以上、5,500克/莫耳或以上、6,000克/莫耳或以上、6,500克/莫耳或以上、7,000克/莫耳或以上、或7,500克/莫耳或以上。另一選擇為，或另外地，該式I聚合物可具有10,000克/莫耳或以下之平均分子量，例如9,000克/莫耳或以下、8,000克/莫耳或以下、7,500克/莫耳或以下、7,000克/莫耳或以下、6,500克/莫耳或以下、6,000克/莫耳或以下、5,500克/莫耳或以下、5,000克/莫耳或以下、4,500克/莫耳或以下、4,000克/莫耳或以下、3,500克/莫耳或以下、3,000克/莫耳或以下、2,500克/莫耳或以下、或2,000克/莫耳或以下。因此，該式I聚合物可具有由上述端點中之任二者所限定之平均分子量。舉例而言，該式I聚合物可具有500克/莫耳至10,000克/莫耳、500克/莫耳至9,000克/莫耳、500克/莫耳至8,000克/莫耳、500克/莫耳至7,000克/莫耳、500克/莫耳至6,000克/莫耳、500克/莫耳至5,000克/莫耳、1000克/莫耳至10,000克/莫耳、1000克/莫耳至9,000克/莫耳、1000克/莫耳至8,000克/莫耳、1000克/莫耳至7,000克/莫耳、1000克/莫耳至6,000克/莫耳、或1000克/莫耳至5,000克/莫耳之平均分子量。
該拋光組合物在使用點時包含任何適宜量之式I聚合物。該拋光組合物可包含10ppm或以上之式I聚合物，例如15ppm或以上、20ppm 或以上、25ppm或以上、30ppm或以上、35ppm或以上、或40ppm或以上之式I聚合物。另一選擇為，或另外地，該拋光組合物可包含1000ppm或以下之式I聚合物，例如800ppm或以下、600ppm或以下、400ppm或以下、200ppm或以下、100ppm或以下、80ppm或以下、60ppm或以下、或40ppm或以下之式I聚合物。因此，該拋光組合物可包含由上述端點中之任二者所限定之量的式I聚合物。舉例而言，該拋光組合物可包含10ppm至1000ppm、15ppm至800ppm、15ppm至600ppm、15ppm至400ppm、15ppm至200ppm、15ppm至100ppm、15ppm至80ppm、15ppm至60ppm、或15ppm至40ppm之式I聚合物。
該化學機械拋光組合物視需要包含選自以下之離子聚合物：(a)式II之離子聚合物：
其中X1及X2係獨立選自氫、-OH、及-COOH，且X1及X2之至少一者為-COOH，Z1及Z2係獨立為O或S，R1、R2、R3、及R4係獨立選自氫、C1-C6烷基、及C7-C10芳基，且n為3至500之整數；及(b)聚丙烯酸酯。
在某些實施態樣中，該離子聚合物具有式II，其中X1及X2二者為-COOH。在某些實施態樣中，該離子聚合物具有式II，其中Z1及Z2二者為O，且R1、R2、R3、及R4為氫。在某些較佳實施態樣中，該離子聚合物具有式II，其中X1及X2二者為-COOH，Z1及Z2二者為O，且R1、R2、R3、及R4為氫。適宜式II之離子聚合物之非限制性實例為自Sigma Aldrich購得之 平均分子量為600克/莫耳之聚(乙二醇)二羧酸(PDA600)。
在某些實施態樣中，該離子聚合物係聚丙烯酸酯。該聚丙烯酸酯可為未經修飾之聚丙烯酸酯。在某些實施態樣中，聚丙烯酸酯係經疏水修飾之聚丙烯酸酯。適宜聚丙烯酸酯之非限制性實例為自Kao Corporation購得之Mighty 21ES。
該離子聚合物可具有任何適宜分子量。該離子聚合物可具有250克/莫耳或以上之平均分子量，例如300克/莫耳或以上、400克/莫耳或以上、500克/莫耳或以上、600克/莫耳或以上、750克/莫耳或以上、1,000克/莫耳或以上、1,500克/莫耳或以上、2,000克/莫耳或以上、2,500克/莫耳或以上、3,000克/莫耳或以上、3,500克/莫耳或以上、4,000克/莫耳或以上、4,500克/莫耳或以上、5,000克/莫耳或以上、5,500克/莫耳或以上、6,000克/莫耳或以上、6,500克/莫耳或以上、7,000克/莫耳或以上、或7,500克/莫耳或以上。另一選擇為，或另外地，該離子聚合物可具有15,000克/莫耳或以下之平均分子量，例如14,000克/莫耳或以下、13,000克/莫耳或以下、12,000克/莫耳或以下、11,000克/莫耳或以下、10,000克/莫耳或以下、9,000克/莫耳或以下、8,000克/莫耳或以下、7,500克/莫耳或以下、7,000克/莫耳或以下、6,500克/莫耳或以下、6,000克/莫耳或以下、5,500克/莫耳或以下、5,000克/莫耳或以下、4,500克/莫耳或以下、4,000克/莫耳或以下、3,500克/莫耳或以下、3,000克/莫耳或以下、2,500克/莫耳或以下、或2,000克/莫耳或以下。因此，該離子聚合物可具有由上述端點中之任二者所限定之平均分子量。舉例而言，該離子聚合物可具有250克/莫耳至15,000克/莫耳、250克/莫耳至14,000克/莫耳、250克/莫耳至13,000克/莫耳、250克/莫耳至12,000克/莫耳、250克/莫耳 至11,000克/莫耳、250克/莫耳至10,000克/莫耳、400克/莫耳至10,000克/莫耳、400克/莫耳至8,000克/莫耳、400克/莫耳至6,000克/莫耳、400克/莫耳至4,000克/莫耳、400克/莫耳至2,000克/莫耳等平均分子量。
該拋光組合物在使用點時包含任何適宜量之離子聚合物。該拋光組合物可包含0.001重量%或以上之離子聚合物，例如0.005重量%或以上、0.01重量%或以上、0.025重量%或以上、0.05重量%或以上、0.075重量%或以上、或0.1重量%或以上之離子聚合物。另一選擇為，或另外地，該拋光組合物可包含1重量%或以下之離子聚合物，例如0.9重量%或以下、0.8重量%或以下、0.7重量%或以下、0.6重量%或以下、0.5重量%或以下、0.4重量%或以下、或0.3重量%或以下之離子聚合物。因此，該拋光組合物可包含由上述端點中之任二者所限定之量的離子聚合物。舉例而言，該拋光組合物可包含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%之離子聚合物等等。
該化學機械拋光組合物視需要包含一或多種聚乙烯醇。該聚乙烯醇可為任何適宜聚乙烯醇且可為直鏈或支鏈聚乙烯醇。適宜支鏈聚乙烯醇之非限制性實例係Nichigo G-聚合物之類，例如自日本的Nippon Gohsei購得之OKS-1009及OKS-1083產品。
該聚乙烯醇可具有任何適宜水解度。水解度係指相較於自由羥基及乙醯化羥基之總和，聚乙烯醇上所存在之自由羥基量。較佳地，該聚乙烯醇具有90%或以上之水解度，例如92%或以上、94%或以上、96%或以上、98%或以上、或99%或以上。
該聚乙烯醇可具有任何適宜分子量。該聚乙烯醇可具有250克/莫耳或以上之平均分子量，例如300克/莫耳或以上、400克/莫耳或以上、500克/莫耳或以上、600克/莫耳或以上、750克/莫耳或以上、1,000克/莫耳或以上、2,000克/莫耳或以上、3,000克/莫耳或以上、4,000克/莫耳或以上、5,000克/莫耳或以上、7,500克/莫耳或以上、10,000克/莫耳或以上、15,000克/莫耳或以上、20,000克/莫耳或以上、25,000克/莫耳或以上、30,000克/莫耳或以上、50,000克/莫耳或以上、或75,000克/莫耳或以上。另一選擇為，或另外地，該聚乙烯醇可具有250,000克/莫耳或以下之平均分子量，例如200,000克/莫耳或以下、180,000克/莫耳或以下、150,000克/莫耳或以下、100,000克/莫耳或以下、90,000克/莫耳或以下、85,000克/莫耳或以下、80,000克/莫耳或以下、75,000克/莫耳或以下、50,000克/莫耳或以下、45,000克/莫耳或以下、40,000克/莫耳或以下、35,000克/莫耳或以下、30,000克/莫耳或以下、25,000克/莫耳或以下、20,000克/莫耳或以下、15,000克/莫耳或以下、12,500克/莫耳或以下、或10,000克/莫耳或以下。因此，該聚乙烯醇可具有由上述端點中之任二者所限定之平均分子量。舉例而言，該聚乙烯醇可具有250克/莫耳至250,000克/莫耳、250克/莫耳至200,000克/莫耳、250克/莫耳至180,000克/莫耳、250克/莫耳至150,000克/莫耳、250克/莫耳至100,000克/莫耳、250克/莫耳至75,000克/莫耳、250克/莫耳至50,000克/莫耳、250克/莫耳至25,000克/莫耳、250克/莫耳至10,000克/莫耳、10,000克/莫耳至100,000克/莫耳、10,000克/莫耳至75,000克/莫耳、10,000克/莫耳至50,000克/莫耳、10,000克/莫耳至40,000克/莫耳、50,000克/莫耳至100,000克/莫耳、75,000克/莫耳至100,000克/莫耳、25,000克/莫耳至200,000克/莫耳、或50,000克/莫耳至180,000克/莫耳等等之平均分子量。
該拋光組合物在使用點時包含任何適宜量之聚乙烯醇。該拋光組合物可包含0.001重量%或以上、例如0.005重量%或以上、0.01重量%或以上、0.025重量%或以上、0.05重量%或以上、0.075重量%或以上、或0.1重量%或以上之聚乙烯醇。另一選擇為，或另外地，該拋光組合物可包含1重量%或以下、例如0.9重量%或以下、0.8重量%或以下、0.7重量%或以下、0.6重量%或以下、0.5重量%或以下、0.4重量%或以下、或0.3重量%或以下之聚乙烯醇。因此，該拋光組合物可包含由上述端點中之任二者所限定之量之聚乙烯醇。舉例而言，該拋光組合物可包含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%之聚乙烯醇等等。
該化學機械拋光組合物視需要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態樣，該拋光組合物包含一或多種選自由以下組成之群組之非離子聚合物：聚伸烷基二醇、聚醚胺、聚氧化乙烯/聚氧化丙烯共聚物、聚丙烯醯胺、聚乙烯基吡咯啶酮、矽氧烷聚環氧烷共聚物、疏水修飾之聚丙烯酸酯共聚物、親水性非離子聚合物、多糖、及其混合物。該等非離子聚合物較佳為水溶性的且與該拋光組合物之其它組分相容。在一些實施態樣中，該非離子聚合物起到表面活性劑及/或潤濕劑之作用。
該化學機械拋光組合物可包含一或多種能夠調整該拋光組合物之pH值的化合物(即，pH調整化合物)。拋光組合物之pH值可使用能夠調整該拋光組合物之pH值的任何適宜化合物來調整。該pH調整化合物有利地為水溶性的且與該拋光組合物之其它組分相容。典型地，該化學機械拋光組合物在使用點時具有1至7之pH值。較佳地，該化學機械拋光組合物 在使用點時具有1至4.5之pH值。
本發明拋光組合物可經調配以提供緩衝能力。典型地，該拋光組合物之緩衝可藉由添加一或多種鹼性化合物以將該拋光組合物之pH值調整至處於式II離子聚合物之該或該等pKa值範圍內之值來達成。可使用任何適宜鹼性化合物來調整pH值以提供緩衝能力。適宜鹼性化合物之非限制性實例包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銨、及有機胺(例如三乙醇胺)。式II離子聚合物本質上為酸性的。因此，當該拋光組合物包含式II離子聚合物時，鹼性化合物之存在為該拋光組合物提供緩衝能力。
在其它實施態樣中，期望該拋光組合物包含能夠調整pH值且單獨地能夠緩衝該拋光組合物之酸性pH值之另一化合物。因此，在該等實施態樣中，期望該拋光組合物之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)。典型地，在該等實施態樣中，該拋光組合物之pH值在使用點時為1至4.5。因此，能夠調整該拋光組合物之pH值的化合物通常具有至少一個可離子化基團，其在25℃下量測時具有3至7之pKa值。
能夠調整並緩衝pH之化合物可選自由以下組成之群組：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。
該化學機械拋光組合物視需要更包含一或多種添加劑。例示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、除生物劑、阻垢劑(scale inhibiter)、分散劑等。
除生物劑當存在時，可為任何適宜除生物劑且可以任何適宜量存在於該拋光組合物中。適宜除生物劑係異噻唑啉酮除生物劑。該拋光組合物中所用除生物劑之量通常為1ppm至50ppm，較佳10ppm至20ppm。
應理解，該拋光組合物之為酸、鹼、或鹽(例如，離子聚合物、鹼、氫氧化銨等)之任一組分當溶解於該拋光組合物之水中時，其可以解離形式作為陽離子及陰離子存在。本文所列舉之該拋光組合物中所存在此等化合物之量，應理解為係指在該拋光組合物之製備中所用未解離化合物之重量。
該拋光組合物可藉由任何適宜技術來生產，其中許多技術為熟悉此項技術者所已知。該拋光組合物可以分批或連續製程製備。一般而言，拋光組合物係藉由將該拋光組合物之組分加以組合來製備。本文所用之用語「組分」包括個別成分(例如，氧化鈰磨料、式I聚合物、視需要之離子聚合物、視需要之聚乙烯醇、視需要之非離子聚合物、視需要之pH調整劑、及/或任何視需要之添加劑)以及成份之任一組合(例如，氧化鈰磨料、式I聚合物、視需要之離子聚合物、視需要之聚乙烯醇、視需要之非離子聚合物等)。
舉例而言，該拋光組合物可藉由以下製備：(i)提供液體載劑之全部或一部分，(ii)使用用於製備分散液之任何適宜方式分散氧化鈰磨料、式I聚合物、視需要之離子聚合物、視需要之聚乙烯醇、視需要之非離子聚合物、視需要之pH調整劑、及/或任何視需要之添加劑，(iii)視情況調整分散液之pH值，及(iv)視需要添加適宜量之任何其它視需要之組分及/或添加劑至混合物中。
另一選擇為，該拋光組合物可藉由以下製備：(i)提供存於 氧化鈰漿液中之一或多種組分(例如，液體載劑、視需要之聚乙烯醇、視需要之非離子聚合物、視需要之pH調整劑、及/或任何視需要之添加劑)，(ii)提供存於添加劑溶液中之一或多種組分(例如，液體載劑、式I聚合物、視需要之離子聚合物、視需要之聚乙烯醇、視需要之非離子聚合物、視需要之pH調整劑、及/或任何視需要之添加劑)，(iii)將該氧化鈰漿液與該添加劑溶液組合以形成混合物，(iv)視需要添加適宜量之任何其它視需要之添加劑至該混合物中，及(v)視情況調整混合物之pH值。
該拋光組合物可作為包含以下之單包裝系統(one-package system)供應：氧化鈰磨料、式I聚合物、視需要之離子聚合物、視需要之聚乙烯醇、視需要之非離子聚合物、視需要之pH調整劑、及/或任何視需要之添加劑、及水。另一選擇為，本發明之拋光組合物可以包含於一第一包裝中之氧化鈰漿液及於一第二包裝中之添加劑溶液之雙包裝系統(two-package system)供應，其中該氧化鈰氧化物漿液基本上由下列成分組成、或由下列成分組成：氧化鈰磨料、視需要之聚乙烯醇、視需要之非離子聚合物、視需要之pH調整劑、及/或任何視需要之添加劑、及水，且其中該添加劑溶液基本上由下列成分組成、或由下列成分組成：式I聚合物、視需要之離子聚合物、視需要之聚乙烯醇、視需要之非離子聚合物、視需要之pH調整劑、及/或任何視需要之添加劑。該雙包裝系統允許藉由改變二個包裝(即，氧化鈰漿液及添加劑溶液)之摻和比來調整基材總體平坦特性及拋光速度。
可採用各種方法來利用此一雙包裝拋光系統。舉例而言，該氧化鈰漿液及添加劑溶液可藉由在供應管道之出口處接合並連接之不同管道遞送至拋光台。該氧化鈰漿液及添加劑溶液可在拋光之前不久或在即將 拋光之前混合，或可同時供應至該拋光台上。此外，當混合該二個包裝時，可視需要添加去離子水以調整該拋光組合物及所得基材拋光特性。
同樣地，三、四或更多包裝系統可與本發明結合利用，其中多個容器中之每一者含有本發明化學機械拋光組合物之不同組分、一或多種可選組分、及/或一或多種不同濃度之相同組分。
為在使用點處或接近使用點處混合二個或更多個儲存裝置中所含之組分以產生該拋光組合物，該等儲存裝置通常提供有一或多個自各儲存裝置引導至該拋光組合物之使用點(例如，壓板、拋光墊、或基材表面)之流動管線。本文所用術語「使用點(point-of-use)」係指將該拋光組合物施加至該基材表面(例如，該拋光墊或該基材表面自身)之點。用語「流動管線(flow line)」意指自個別儲存容器至其中所儲存組分之使用點的流動路徑。流動管線可各自直接引導至該使用點，或二個或以上之流動管線可在任一點處組合為引導至該使用點之單一流動管線。此外，該流動管線中之任一者(例如，該個別流動管線或經組合流動管線)可在到達該(等)組分之使用點之前首先引導至一或多個其它裝置(例如，泵送裝置、量測裝置、混合裝置等)。
該拋光組合物之組分可獨立遞送至使用點(例如，將該等組分遞送至該基材表面，由此在該拋光製程期間混合該等組分)，或該等組分之一或多種可在遞送至使用點之前(例如，在遞送至使用點之前不久或即將遞送至使用點之前)組合。若該等組分在以混合形式添加至該壓板之前5分鐘或以下(例如在以混合形式添加至該壓板之前4分鐘或以下、3分鐘或以下、2分鐘或以下、1分鐘或以下、45秒或以下、30秒或以下、10秒或以下)或在使用點處遞送該等組分的同時進行組合(例如，該等組分在分配 器處組合)，則組分係「在即將遞送至使用點之前」組合。若該等組分在距使用點5米內、例如在距使用點1米內或甚至在距使用點10公分內(例如，在距使用點1公分內)組合，則組分亦係「在即將遞送至使用點之前」組合。
當該拋光組合物之該等組分的二種或更多種在到達使用點之前組合時，該等組分可在流動管線中組合並遞送至該使用點而無需使用一混合裝置。另一選擇為，流動管線之一或多者可引導至一混合裝置以促進該等組分之二種或更多種之組合。可使用任何適宜之混合裝置。舉例而言，該混合裝置可為供該等組分之二種或更多種流動穿過之一噴嘴或射流(例如，一高壓噴嘴或射流)。另一選擇為，該混合裝置可為容器型混合裝置，其包含一或多個入口，藉由該一或多個入口將該拋光漿液之二種或更多種組分引入至該混合器；及至少一個出口，藉由該至少一個出口將經混合組分直接或經由設備之其它元件(例如，經由一或多個流動管線)而遞送至該使用點。此外，該混合裝置可包含多於一個室，各室具有至少一個入口及至少一個出口，其中二種或更多種組分在各室中組合。若使用容器型混合裝置，則該混合裝置較佳包含一混合機構以進一步促進該等組分之組合。混合機構在此項技術中眾所周知且包括攪拌器、摻和器、攪動器、槳式擋板、氣體鼓泡系統、振盪器等。
該拋光組合物亦可作為濃縮物提供，該濃縮物意欲在使用前用適當量之水稀釋。在此一實施態樣中，該拋光組合物濃縮物包含一定量之該拋光組合物之該等組分，使得當用適當量之水稀釋該濃縮物時，該拋光組合物之各組分將以在上文針對各組分所列舉之適當範圍內之量存在於該拋光組合物中。舉例而言，氧化鈰磨料、式I聚合物、視需要之離子聚合物、視需要之聚乙烯醇、視需要之非離子聚合物、視需要之pH調整劑、及 /或任何視需要之添加劑，各自可以大於上文針對各組分所列舉濃度之2倍(例如，3倍、4倍、或5倍)之量存在於該濃縮物中，以便當該濃縮物用等體積水(例如，分別地，2等體積水、3等體積水、或4等體積水)稀釋時，各組分將以在以上針對各組分所列舉範圍內之量存在於該拋光組合物中。此外，如此項技術中之通常知識者應理解，該濃縮物可含有最終拋光組合物中所存在之適當份數之水，以確保氧化鈰磨料、式I聚合物、視需要之離子聚合物、視需要之聚乙烯醇、視需要之非離子聚合物、視需要之pH調整劑、及/或任何視需要之添加劑係至少部分或全部溶於該濃縮物中。
本發明亦提供一種化學機械拋光一基材之方法，該方法包含(i)使一基材與一拋光墊及本文所述之化學機械拋光組合物接觸，(ii)使該拋光墊相對於該基材移動，同時其間具有該化學機械拋光組合物，及(iii)研磨該基材之至少一部分以拋光該基材。
該化學機械拋光組合物可用於拋光任何適宜基材且尤其可用於拋光包含至少一個由低介電材料構成之層(典型地，表面層)的基材。適宜基材包括半導體工業中所用之晶圓。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。本發明之方法尤其可用於拋光包含氧化矽、氮化矽、及/或多晶矽(例如上述材料中之任一者、任二者、或尤其所有三者)之基材。
在某些實施態樣中，該基材包含多晶矽與氧化矽及/或氮化矽之組合。該多晶矽可為任合適宜多晶矽，其中許多為此項技術中所已知。多晶矽可具有任何適宜相，且可為非晶形、結晶的、或其組合。該氧化矽同樣可為任何適宜氧化矽，其中許多為此項技術中所已知。適宜類型之氧化矽包括但不限於硼磷矽酸鹽玻璃(borophosphosilicate glass，BPSG)、電 漿增強的原矽酸四乙酯(plasma-enhanced tetraethyl ortho silicate，PETEOS)、熱氧化矽(thermal oxide)、未摻雜矽酸鹽玻璃、及高密度電漿(high density plasma，HDP)氧化物。
當根據本發明之方法拋光包含氧化矽之一基材時，本發明之化學機械拋光組合物有利地展現出高移除速率。舉例而言，當根據本發明之一實施態樣拋光包含高密度電漿(HDP)氧化物及/或電漿增強之正矽酸四乙酯(PETEOS)及/或正矽酸四乙酯(tetraethyl orthosilicate，TEOS)之矽晶圓時，該拋光組合物有利地展現出500埃/分鐘或更高之氧化矽移除速率，例如700埃/分鐘或更高、1,000埃/分鐘或更高、1,250埃/分鐘或更高、1,500埃/分鐘或更高、1,750埃/分鐘或更高、2,000埃/分鐘或更高、2,500埃/分鐘或更高、3,000埃/分鐘或更高、或3,500埃/分鐘或更高。在一實施態樣中，氧化矽之移除速率可為4,000埃/分鐘或更高、4,500埃/分鐘或更高、或5,000埃/分鐘或更高。
當根據本發明之方法拋光包含氮化矽之一基材時，本發明之化學機械拋光組合物有利地展現出低移除速率。舉例而言，當根據本發明之一實施態樣拋光包含氮化矽之矽晶圓時，該拋光組合物有利地展現出250埃/分鐘或更低之氮化矽移除速率，例如200埃/分鐘或更低、150埃/分鐘或更低、100埃/分鐘或更低、75埃/分鐘或更低、50埃/分鐘或更低、或甚至25埃/分鐘或更低。
當根據本發明之方法拋光包含多晶矽之一基材時，本發明之化學機械拋光組合物有利地展現出低移除速率。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，該拋光組合物有利地展現出1,000埃/分鐘或更低之多晶矽移除速率，例如750埃/分鐘或更低、500埃/分鐘或更 低、250埃/分鐘或更低、100埃/分鐘或更低、50埃/分鐘或更低、25埃/分鐘或更低、10埃/分鐘或更低、或甚至5埃/分鐘或更低。
藉由適宜技術所確定，當拋光基材時，本發明之拋光組合物有利地展現出低的顆粒缺陷。在一較佳實施態樣中，本發明之化學機械拋光組合物包含有助於低缺陷率之濕式製程氧化鈰。利用本發明拋光組合物拋光之基材上之粒子缺陷可藉由任何適宜技術確定。舉例而言，可使用雷射光散射技術，例如暗視場垂直複合光束(dark field normal beam composite，DCN)及暗視場傾斜複合光束(dark field oblique beam composite，DCO)，來確定經拋光基材上之顆粒缺陷。用於評估顆粒缺陷率之適宜儀器可自例如KLA-Tencor購得(例如，在120奈米閾值或160奈米閾值下操作之SURFSCANTM SP1儀器)。
利用本發明拋光組合物拋光之基材、尤其包含氧化矽及/或氮化矽及/或多晶矽之矽，有利地具有20,000計數或以下之DCN值，例如17,500計數或以下、15,000計數或以下、12,500計數或以下、3,500計數或以下、3,000計數或以下、2,500計數或以下、2,000計數或以下、1,500計數或以下、或1,000計數或以下。較佳地，根據本發明之一實施態樣拋光之基材具有750計數或以下之DCN值，例如500計數、250計數、125計數、或甚至100計數或以下。另一選擇為，或另外地，藉由適宜技術所確定，利用本發明之化學機械拋光組合物拋光之一基材有利地展現出少劃痕。舉例而言，藉由此項技術中已知的任何適宜方法所確定，根據本發明之一實施態樣拋光之矽晶圓有利地具有250條劃痕或以下、或125條劃痕或以下。
本發明之化學機械拋光組合物可適用於選擇性地為特定薄層材料在期望之拋光範圍下提供有效拋光，而同時最小化表面不平整性、 缺陷、腐蝕、侵蝕及終止層之移除。該選擇性在一定程度上可藉由改變拋光組合物之組分的相對濃度來控制。需要時，本發明之化學機械拋光組合物可以5：1或更高(例如，10：1或更高、15：1或更高、25：1或更高、50：1或更高、100：1或更高、或150：1或甚至更高)之二氧化矽對多晶矽拋光選擇性來拋光基材。此外，本發明之化學機械拋光組合物可以2：1或更高(例如，4：1或更高、或6：1或更高)之氮化矽對多晶矽拋光選擇性來拋光基材。某些配方可展現出甚至更高之二氧化矽對多晶矽選擇性，例如20：1或更高、或甚至30：1或更高。在一較佳實施態樣中，本發明之化學機械拋光組合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合物及方法特別適於與化學機械拋光設備配合使用。典型地，該設備包含：一平台，該平台於使用時運動且具有由軌道、線性、或圓周運動所產生之速度；一拋光墊，與該平台接觸且隨該平台運動而移動；及一載架，其固持欲藉由使基材接觸該拋光墊之表面並相對於該拋光墊之表面移動來拋光之基材。藉由放置該基材與拋光墊及本發明之拋光組合物接觸且隨後使該拋光墊相對於該基材移動來對該基材進行拋光，以研磨該基材之至少一部分而拋光該基材。
可利用該化學機械拋光組合物及任何適宜拋光墊(例如，拋光表面)來拋光基材。適宜拋光墊包括例如織造及非織造拋光墊。此外，適宜拋光墊可包含具有各種密度、硬度、厚度、壓縮性、壓縮後回彈之能力、及壓縮模數之任何適宜聚合物。適宜聚合物包括例如聚氯乙烯、聚氟乙烯、耐綸(nylon)、氟碳化合物、聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯酸酯、聚醚、聚乙烯、聚醯胺、聚氨酯、聚苯乙烯、聚丙烯、其共成形產物、及其混合 物。軟性聚氨酯拋光墊特別適於與本發明拋光方法配合使用。典型墊包括(但不限於)SURFINTM 000、SURFINTM SSW1、SPM3100(可自例如Eminess Technologies購得)、POLITEXTM、及Fujibo POLYPASTM 27。特別較佳之拋光墊係可自Cabot Microelectronics購得之EPICTM D100墊。另一較佳拋光墊係可自Dow公司購得之IC1010墊。
有利的是，化學機械拋光設備更包含一原位拋光終點檢測系統，其中多數為此項技術中所已知。此項技術已知藉由分析自所拋光基材表面反射之光或其它輻照來檢查及監測拋光製程之技術。此類方法闡述於例如美國專利第5,196,353號、美國專利第5,433,651號、美國專利第5,609,511號、美國專利第5,643,046號、美國專利第5,658,183號、美國專利第5,730,642號、美國專利第5,838,447號、美國專利第5,872,633號、美國專利第5,893,796號、美國專利第5,949,927號、及美國專利第5,964,643號中。有利地，對於所拋光基材之拋光製程進度之檢查或監測能夠確定拋光終點，即，確定何時結束對特定基材之拋光製程。
實施例
以下實施例進一步說明本發明，但當然不應將其理解為以任何方式限制本發明之範圍。
整個實施例中使用以下縮寫：移除速率(removal rate，RR)；正矽酸四乙酯(TEOS)；氮化矽(silicon nitride，SiN)；多晶矽(polysilicon，polySi)；分子量(molecular weight，MW)；及聚乙二醇(polyethylene glycol，PEG)。
在以下實例中，將基材，即塗佈於矽上之TEOS氧化矽(自 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、及自Silyb公司購得之圖案化晶圓，使用MIRRATM(Applied Materials公司)或REFLEXIONTM(Applied Materials公司)工具進行拋光。該圖案化晶圓包含於經氧化矽塗佈之基材上之100微米氮化矽特徵。對於所有組合物皆使用IC 1010TM拋光墊(Rohm and Haas Electronic Materials)以及相同拋光參數。標準Mirra拋光參數係如下：IC1010TM墊，下壓力=20.68千帕(3磅每平方吋(psi))，頭速度=85rpm，平台速度=100rpm，總流速=150毫升/分鐘。移除速率係藉由使用光譜橢偏儀(spectroscopic ellipsometry)量測膜厚度，並自初始厚度減去最終厚度來計算。
在此所述之實施例中，拋光組合物係藉由將等體積之濕式製程氧化鈰配方及添加劑配方組合來製備。在一些情形中，如下文所述，將該等拋光組合物進一步用水稀釋，以在拋光組合物中提供指定量之氧化鈰。該濕式製程氧化鈰係來自Rhodia之HC-60TM產品。
該等濕式製程氧化鈰配方及該等添加劑配方分別闡釋於表1及表2中。PEG係指分子量為8000且自Dow公司獲得之聚乙二醇。式I聚合物係自DuPont獲得之各種CapstoneTM聚合物且在表2中針對各拋光組合物進行鑒別。陰離子聚合物PDA600(即，式II離子聚合物)係分子量為600且自Sigma-Aldrich獲得之聚乙二醇二酸。陰離子聚合物Mighty 21ES(即，為聚丙烯酸酯之離子聚合物)係自Kao獲得。聚乙烯醇(「PVA」)係來自Nippon Gohsei之OKS 1009產品。Kordek係自Dow Chemical獲得之殺蟲劑。TEA係三乙醇胺。
實施例1
利用拋光組合物1A-1M在相同條件下拋光包含TEOS及多晶矽之矽晶圓。拋光組合物係藉由將表1及2中所述之等體積之磨料配方及添加劑配方以表3中闡釋之組合進行組合來獲得。將各拋光組合物1A-1M之pH值調整至4。各拋光組合物1A-1M含有0.4重量%濕式製程氧化鈰。
拋光之後，確定TEOS及多晶矽之移除速率，並計算出TEOS對多晶矽之選擇性。結果闡釋於表3中。
由表3中所闡釋之結果可清楚發現，含有式I聚合物之拋光組合物1C-1H、1K、及1M(本發明)展現出約莫105至502之TEOS：多晶矽選 擇性。拋光組合物1I展現出約莫47之TEOS：多晶矽選擇性，但展現出約莫1881埃/分鐘之TEOS移除速率。拋光組合物1A、1B、及1J(比較)展現出約莫32至97之TEOS：多晶矽選擇性。拋光組合物1J(比較)展現出約莫97之TEOS：多晶矽選擇性，但展現出約莫1460埃/分鐘之TEOS移除速率。拋光組合物1L之結果似為一異常值。
實施例2
此實施例顯示根據本發明之一實施例由本發明拋光組合物所展現之多晶矽移除速率之降低的變異性。
利用四種不同拋光組合物(即，拋光組合物2A-2D)拋光包含經高密度電漿(「HDP」)氧化物塗佈之矽、經TEOS塗佈之矽、經氮化矽塗佈之矽、及經多晶矽塗佈之矽之單獨基材。拋光組合物2A(本發明)包含等體積之利用水1：1.7稀釋之濕式製程氧化鈰配方WPC1及利用水1：1.5稀釋之添加劑配方F3，以提供0.23重量%之濕式製程氧化鈰。拋光組合物2B(本發明)包含等體積之濕式製程氧化鈰配方WPC1及添加劑配方F3，以提供0.4重量%之濕式製程氧化鈰。拋光組合物2C(比較)包含等體積之利用水1：1.7稀釋之濕式製程氧化鈰配方WPC1及利用水1：1.5稀釋之添加劑配方F1，以提供0.23重量%之濕式製程氧化鈰。拋光組合物2D(比較)包含等體積之濕式製程氧化鈰配方WPC1及添加劑配方F1，以提供0.4重量%之濕式製程氧化鈰。將拋光組合物2A-2D中之每一者調整至4之pH值。
拋光之後，確定了HDP、TEOS、氮化矽、及多晶矽之移除速率。拋光組合物2C及2D各被評估了二次。結果闡釋於表4中。
由表4所闡釋之結果可清楚發現，分別含有0.23重量%及0.4重量%濕式製程氧化鈰、且分別含有13ppm及20ppm之CAPSTONETM FS-31之拋光組合物2A及2B(本發明)展現出約莫相同之多晶矽移除速率。含有0.23重量%濕式製程氧化鈰且沒有CAPSTONETM FS-31之拋光組合物2C(比較)、及含有0.4重量%濕式製程氧化鈰且沒有CAPSTONETM FS-31之拋光組合物2D(比較)展現出高度變異之多晶矽移除速率。
實施例3
此實施例顯示根據本發明之一實施態樣利用包含濕式製程氧化鈰及式I聚合物之拋光組合物所觀察到之對碟型化及侵蝕及對多晶矽損失及氧化物損失之影響。
利用三種不同拋光組合物(即，拋光組合物3A-3C)拋光單獨的圖案化基材，該等圖案化基材包含初始於具有約莫3200埃之氧化物溝 槽深度之氧化矽塗佈之基材上塗佈有約莫1300埃氧化物之100微米及900微米多晶矽特徵(約莫2200埃厚特徵)。拋光組合物3A(比較)包含等體積之濕式製程氧化鈰配方WPC1與添加劑配方F9之混合物。拋光組合物3B(比較)包含等體積之濕式製程氧化鈰配方WPC1與添加劑配方F1之混合物。拋光組合物3C(本發明)包含等體積之濕式製程氧化鈰配方WPC1與添加劑配方F3之混合物。添加劑配方F1及F9不含式I聚合物。
該等基材拋光至終點並加上40%過度拋光。拋光之後，確定100微米特徵中之多晶矽損失(表示為△多晶矽)、100微米及900微米特徵中之剩餘溝槽氧化物、侵蝕、及碟型化。結果闡釋於表5中。至終點之拋光時間及過度拋光時間亦指示於表5中。
由表5中所闡釋之結果可清楚發現，包含20ppm CAPSTONETM FS-31之拋光組合物3C(本發明)對100微米及900微米特徵均展現出經改良溝槽氧化物保護。相對於本發明配方3C，比較實施例3A及 3B對於該100微米特徵分別顯示本發明配方3C所顯示溝槽保護之81%及97%。對於該900微米特徵，比較實施例3A及3B分別顯示本發明配方3C所顯示溝槽保護之40%及93%。拋光組合物3C(本發明)分別展現出約莫為拋光組合物3A及3B(比較)5%及36%的碟型化及40%及72%的侵蝕。
實例4
此實例顯示根據本發明之一實施態樣利用包含式I聚合物之拋光組合物所觀察到之對碟型化與侵蝕及對氮化矽損失與氧化物損失之影響。
利用三種不同拋光組合物(即，拋光組合物4A-4C)拋光單獨圖案化基材，該等圖案化基材包含初始於具有約莫3200埃之氧化物溝槽深度之經氧化矽塗佈之基材上塗佈有約莫1600埃氧化物之100微米及900微米多晶矽特徵(約莫1600埃厚特徵)。拋光組合物4A-4C中之每一者係藉由將等體積之濕式製程氧化鈰配方WPC1與添加劑配方混合來製備。拋光組合物4A(比較)係使用添加劑配方F9製備。拋光組合物4B(比較)係使用添加劑配方F1製備。拋光組合物4C(本發明)係使用添加劑配方F3製備。
該等基材拋光至終點並加上約莫40%過度拋光。拋光之後，確定100微米特徵中之氮化矽損失(表示為△氮化物)、100微米及900微米特徵中之剩餘溝槽氧化物、侵蝕、及碟型化。結果闡釋於表6中。至終點之拋光時間及過度拋光時間亦指示於表6中。
由表6中所闡釋之結果可清楚發現，包含20ppm CAPSTONETM FS-31之拋光組合物4C(本發明)對100微米及900微米特徵均顯示出改良的溝槽氧化物保護。相對於本發明配方4C，比較實施例4A及4B對於該100微米特徵分別顯示出本發明配方4C所顯示溝槽保護之72%及96%。對於該900微米特徵，比較實施例4A及4B分別顯示本發明配方4C所顯示溝槽保護之10%及98%。拋光組合物4C(本發明)分別展現出約莫為拋光組合物4A及4B(比較)之45%及80%的碟型化及38%及76%的侵蝕。
本文所引用之所有參考文獻，包括出版物、專利申請案、及專利，均以引用方式併入本文中，其併入程度如同個別且明確地指出各參考文獻以引用方式併入且在本文中將其全文列出一般。
除非本文另外說明或上下文明顯矛盾，否則，在闡述本發明之上下文中(尤其在隨附申請專利範圍之上下文中)，術語「一」及「該」及類似指示詞的使用應理解為涵蓋單數與複數二者。除非另有說明，否則， 術語「包含」、「具有」、及「包括」皆應理解為開放式用語(即，意味著「包括，但不限於」)。除非本文另外說明，否則，本文列舉之值的範圍僅意欲用作個別地提到在該範圍內的各單獨值的簡寫方法，且各單獨值皆如其個別記載一般併入本說明書中。除非本文另有說明或上下文明顯矛盾，否則，本文所述之所有方法可以任何適宜順序執行。除非另外闡明，否則本文所提供之任何及所有實施例、或實例性語言(如「例如」)之使用僅欲用於更佳地闡述本發明而非對本發明範圍加以限制。本說明書中之任何語言均不應理解為係指出任何未主張之要素對實現本發明係必不可少的。
本文闡述本發明之較佳實施態樣，包括發明者已知用於實施本發明之最佳模式。在閱讀上述說明後，彼等較佳實施態樣之改變對此項技術中之通常知識者將變得顯而易見。本發明者預期熟悉此項技術者會在適當時採用此等改變，且本發明者意欲以不同於本文特定闡述之方式實現本發明。因此，本發明包含適用法律所容許之隨附申請專利範圍中所述標的的所有修改及等效物。此外，除非本文另有說明或上下文明顯矛盾，否則，本發明涵蓋上述要素在其所有可能變化中的任何組合。

Claims (21)

  1. 一種化學機械拋光組合物，包含：(a)0.05重量%至10重量%之氧化鈰磨料，(b)10ppm至1000ppm之式I聚合物： 其中X1及X2係獨立選自O、C、及S，Y1及Y2係獨立選自OH、C1-C10烷基、及式CxHyFz基團，R1、R2、R3、及R4係獨立選自氫、F、C1-C10烷基、C6-C10芳基、及雜芳族基，x為1至20之整數，z為1至41之整數，m為3至500之整數，且Y1及Y2之至少一者為CxHyFz，或R1至R4之至少一者為F，及(c)水，其中該拋光組合物具有1至4.5之pH值。
  2. 如請求項1所述之拋光組合物，其中Y1及Y2中之每一者係為CxHyFz。
  3. 如請求項1所述之拋光組合物，其中X1及X2中之每一者係為O。
  4. 如請求項1所述之拋光組合物，其中R1、R2、R3、及R4中之每一者係獨立為氫或F。
  5. 如請求項1所述之拋光組合物，其中x為1至9之整數。
  6. 如請求項1所述之拋光組合物，其中x為1至8之整數且y為1至40之整數。
  7. 如請求項1所述之拋光組合物，其中該聚合物具有500道爾頓(dalton)至10,000道爾頓之分子量，且其中m為具有8或更高之值的整數。
  8. 如請求項1所述之拋光組合物，其中該拋光組合物更包含選自以下之離子聚合物：(a)式II之離子聚合物： 其中X1及X2係獨立選自氫、-OH、及-COOH，且X1及X2之至少一者為-COOH，Z1及Z2係獨立為O或S，R1、R2、R3、及R4係獨立選自氫、C1-C6烷基、及C7-C10芳基，且n為3至500之整數，及(b)聚丙烯酸酯。
  9. 如請求項1所述之拋光組合物，其中該拋光組合物更包含聚乙烯醇。
  10. 一種化學機械拋光一基材之方法，包含：(i)使一基材與一拋光墊及一化學機械拋光組合物接觸，該化學 機械拋光組合物包含：(a)0.05重量%至10重量%之氧化鈰磨料，(b)10ppm至1000ppm之式I聚合物： 其中X1及X2係獨立選自O、C、及S，Y1及Y2係獨立選自OH、C1-C10烷基、及式CxHyFz基團，R1、R2、R3、及R4係獨立選自氫、F、C1-C10烷基、C6-C10芳基、及雜芳族基，x為1至20之整數，z為1至41之整數，m為3至500之整數，且Y1及Y2至少其中之一為CxHyFz或R1至R4之至少一者為F，及(c)水，其中該拋光組合物具有1至4.5之pH值，(ii)使該拋光墊及該化學機械拋光組合物相對於該基材移動，及(iii)研磨該基材之至少一部分以拋光該基材。
  11. 如請求項10所述之方法，其中Y1及Y2中之每一者係為CxHyFz。
  12. 如請求項10所述之方法，其中X1及X2中之每一者係為O。
  13. 如請求項10所述之方法，其中R1、R2、R3、及R4中之每一者係獨立為氫或F。
  14. 如請求項10所述之方法，其中x為1至9之整數。
  15. 如請求項10所述之方法，其中x為1至8之整數且y為1至40之整數。
  16. 如請求項10所述之方法，其中該聚合物具有500道爾頓至10,000道爾頓之分子量，且其中m為具有8或更高之值的整數。
  17. 如請求項10所述之方法，其中該拋光組合物更包含選自以下之離子聚合物：(a)式II之離子聚合物： 其中X1及X2係獨立選自氫、-OH、及-COOH，且X1及X2之至少一者為-COOH，Z1及Z2係獨立為O或S，R1、R2、R3、及R4係獨立選自氫、C1-C6烷基、及C7-C10芳基，且n為3至500之整數，及(b)聚丙烯酸酯。
  18. 如請求項10所述之方法，其中該拋光組合物更包含聚乙烯醇。
  19. 如請求項10所述之方法，其中該基材係包含二氧化矽，且其中研磨該二氧化矽之至少一部分以拋光該基材。
  20. 如請求項19所述之方法，其中該基材更包含氮化矽，且其中研磨該氮化矽之至少一部分以拋光該基材。
  21. 如請求項19所述之方法，其中該基材更包含多晶矽，且其中研磨該多晶矽之至少一部分以拋光該基材。
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