TW202009286A - 用於研磨氧化物材料的化學機械平坦化組合物及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本發明關於研磨組合物,其包含塗覆氧化鈰的氧化矽粒子及具有選自由磺酸基、膦酸基、吡啶化合物及其組合所組成的群組中的其一之有機酸,該研磨組合物具有介於5與10之間的pH及介於0.2與10 mS/cm之間的電導率,為先進半導體裝置製造提供非常高的氧化矽移除速率。

Description

用於研磨氧化物材料的化學機械平坦化組合物及其使用方法
相關申請案之相互參照 本案請求2018年8月9日申請的美國臨時申請案第62/716,784號及美國臨時申請案第62/716,769號的權益,在此以引用之方式將其全文併入本文。
本案關於用於半導體裝置製造及進行化學機械平坦化的研磨方法之化學機械平坦化/研磨(“CMP”)組合物(CMP漿料、CMP組合物或CMP配方可相互交換使用)。特別是,其關於包含適用於研磨由氧化物材料所構成的圖案化半導體晶圓的複合研磨粒子之研磨組合物。
氧化矽被廣泛地用作半導體產業中的介電材料。積體電路(IC)製程(例如,舉例來說,淺溝槽隔離(STI)、層間介電層(ILD) CMP及閘極多晶矽CMP)有數個CMP步驟。典型的氧化物CMP漿料包含研磨料,合併或不合併其他化學藥品。其他化學藥品包括改善漿料安定性的分散劑、提高移除速率的促升劑(booster)及降低移除速率且在到達阻止層(stopper layer)時停止研磨的抑制劑,舉例來說,STI應用中的SiN。
在用於CMP漿料的常見研磨料包括,但不限於,氧化矽、氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦和氧化鈰。氧化鈰為眾人周知的是其對氧化矽的高反應性。氧化鈰被廣泛用於STI CMP漿料以便基於其對氧化矽的高反應性獲得最高氧化物移除速率(RR)。
Cook等人(Lee M. Cook, Journal of Non-Crystalline Solids 120 (1990) 152-171)提出‘化學齒(chemical tooth)’機構來解釋此氧化鈰的特殊性質。根據此機構,當氧化鈰粒子被壓在氧化矽膜上時,氧化鈰打斷氧化矽鍵,形成Ce-O-Si結構而且從而自表面割開氧化矽。
隨著半導體技術的發展,有許多新的應用需要創新的CMP解決方案來提供高氧化矽移除率及高平面度。有一個這樣的應用是製造三維(3D)記憶體結構。3D記憶體結構垂直堆疊該記憶體單元,使各單元之間的間隙能更寬以克服圖案化限制。舉例來說,3D NAND記憶體結構通常使用厚氧化物和氮化物或氧化物和導體層的交替層,以形成樓梯形式的垂直NAND結構。在這些應用中,氧化物層通常厚於3微米。為了保持產量要求,氧化物層必須於非常高的速率下研磨,如US2017133236中所揭示的。
因此,對於能夠提供高氧化矽移除速率、高平坦化效率及優異的漿料安定性之CMP組合物、方法及系統存在顯著需求。
提供本發明內容是為了以簡化的形式介紹選定的概念,這些概念將在下面的實施方式中進一步描述。本發明內容意不在標識請求保護的主題的關鍵特徵或基本特徵,亦意不在用以限制該請求保護的主題的範疇。
如下所述及如申請專利範圍所界定的揭示具體實例包含用於研磨氧化物材料的CMP研磨組合物及其相關方法和系統,其滿足於非常高的移除速率下研磨包含氧化矽結構的半導體晶圓之需要。
該揭示具體實例藉由提供能達到在研磨半導體晶圓時高氧化矽移除速率、高平坦化效率及優異的漿料安定性之組合物、方法及系統來滿足本領域的需要。舉例來說,一具體實例滿足於大於10000埃/分鐘的氧化矽移除速率下研磨半導體的需求。較佳的具體實例滿足於4 psi下壓力及126 RPM工作台速度下用150 ml/min漿料流速在300 mm晶圓研磨機上研磨的期間,於大於12500埃/分鐘或大於15000埃/分鐘的氧化矽移除速率下研磨半導體之需求。本案中揭示的配方對於研磨用於3D-NAND記憶體結構應用的半導體晶圓特別有用。
本文所述的CMP漿料配方的具體實例包含研磨粒子、氧化矽移除速度加速劑及溶劑。該CMP漿料配方可視需要地包含用於pH及電導率調節、生物生長抑制、表面活性劑、分散劑及功能性添加物(例如用於抑制阻止膜的化學品)的添加物。
較佳的研磨料包括,但不限於,用覆蓋著形成殼的微細氧化鈰研磨粒子之SiO2 (氧化矽)核調配的複合氧化鈰研磨料。較佳的氧化矽移除速率加速劑包括,但不限於,鹽類(例如硝酸鹽、磷酸鹽、膦酸鹽、硫酸鹽、磺酸鹽、羧酸鹽或其組合)、對應的酸類(例如硝酸、磺酸、硫酸、膦酸、次膦酸、羧酸或其組合)。較佳地,該漿料配方具有7至11的pH,其較佳地使用合適的酸或鹼來調節,其包括,但不限於,HNO3 及NH4 OH。較佳地,該漿料配方具有0.3至9 mS/cm的電導率。
除此之外,在下文中概述本文揭示的主題之系統及方法的若干具體態樣。
態樣1:一種用於研磨氧化物材料的化學機械平坦化(CMP)組合物,其包含: 研磨料,其係選自由以下所組成的群組:無機氧化物粒子、摻雜的無機氧化物粒子、經表面塗覆的複合無機氧化物粒子、有機聚合物粒子、塗覆無機氧化物的有機聚合物粒子及其組合; 移除速率加速劑;及 溶劑; 其中該組合物另外包含大於5的pH。
態樣2:如態樣1之CMP組合物,其中該研磨料係選自由以下所組成的群組:氧化鈰、氧化鋁、氧化鋯、矽酸鋯、氧化錫、二氧化矽、氧化鈦、氧化鍺、氧化釩、摻雜的無機氧化物、複合無機氧化物及其組合。
態樣3:如態樣2之CMP組合物,其中該研磨料包含選自由煅燒氧化鈰、膠體氧化鈰、塗覆氧化鈰的氧化矽粒子及其組合所組成的群組之氧化鈰。
態樣4:如態樣3之CMP組合物,其中該研磨料包含塗覆氧化鈰的氧化矽粒子,該塗覆氧化鈰的氧化矽粒子包含塗覆結晶氧化鈰奈米粒子的非晶形氧化矽核粒子。
態樣5:如態樣4之CMP組合物,其中該結晶氧化鈰奈米粒子包含單晶。
態樣6:如態樣4之CMP組合物,其中該氧化鈰奈米粒子與該非晶形氧化矽核粒子的重量比為0.01至1.5或更大。
態樣7:如態樣4之CMP組合物,其中該非晶形氧化矽核粒子包含20至550奈米的直徑而且該氧化鈰奈米粒子包含大於10奈米的直徑,其中該非晶形氧化矽核粒子的直徑比該氧化鈰奈米粒子的直徑更大。
態樣8:如態樣1至7中任一項之CMP組合物,其中該移除速率加速劑係具有選自由磺酸基、膦酸基、吡啶基及其組合所組成的群組中的其一之有機酸或有機酸鹽。
態樣9:如態樣1至8中任一項之CMP組合物,其中該移除速率加速劑係選自由硝酸鹽、磷酸鹽及硫酸鹽所組成的群組之鹽。
態樣10:如態樣1至9中任一項之CMP組合物,其中該溶劑係選自由水、極性非水溶劑及其混合物所組成的群組。
態樣11:如態樣10之CMP組合物,其中該非水溶劑係選自由醇、醚、酮及其組合所組成的群組。
態樣12:如態樣1至11中任一項之CMP組合物,其中該移除速率加速劑係選自由硝酸、磺酸、硫酸、膦酸、羧酸及其組合所組成的群組之酸。
態樣13:如態樣1至12中任一項之CMP組合物,其中該移除速率加速劑係選自由苯基膦酸、苯甲酸、乙酸、丙二酸、戊二酸、草酸及其組合所組成的群組之酸。
態樣14:如態樣1至13中任一項之CMP組合物,其中該移除速率加速劑係選自由以下所組成的群組之磺酸:甲磺酸、苯磺酸、甲苯磺酸、對甲苯磺酸、乙烷二磺酸、萘二磺酸、丙烯醯胺丙磺酸、嗎啉代丙磺酸、3-(N-嗎啉代)丙磺酸(MOPS)、4-嗎啉乙磺酸(MES)、β-羥基-4-嗎啉丙磺酸(MOPSO)、4-(2-羥乙基)六氫吡嗪-1-乙磺酸(HEPES)、1,4-六氫吡嗪二乙磺酸(PIPES)、六氫吡嗪-1,4-雙(2-羥基丙磺酸)二水合物(POPSO)、4-(2-羥乙基)-1-六氫吡嗪丙磺酸(EPPS)、六氫吡嗪二乙磺酸、羥乙基六氫吡嗪乙磺酸及其組合。
態樣15:如態樣8之CMP組合物,其中該移除速率加速劑係具有吡啶基的有機酸,該吡啶基具有以下結構:
Figure 02_image001
其中R1、R2、R3、R4及R5係獨立地選自由氫、羧酸、羧酸酯、有機磺酸、有機胺、有機醯胺及羥基所組成的群組。
態樣16:如態樣15之CMP組合物,其中R1、R2、R3、R4及R5中的至少其一係羧酸。
態樣17:如態樣1至16中任一項之CMP組合物,其中該移除速率加速劑係選自由以下所組成的群組之吡啶化合物:吡啶;吡啶單羧酸;吡啶二羧酸;吡啶甲酸(picolinic acid);菸酸;異菸酸;吡啶二甲酸; 2,5-吡啶二羧酸; 3,5-吡啶二羧酸;2,3-吡啶二羧酸;及3,4-吡啶二羧酸。
態樣18:如態樣1至17中任一項之CMP組合物,其中該CMP組合物的pH介於7至11。
態樣19:如態樣1至18中任一項之CMP組合物,其中該CMP組合物的電導率介於0.3至9 mS/cm。
態樣20:如態樣1至19中任一項之CMP組合物,其中該組合物包含至少一選自由以下所組成的群組之添加物:用於移除速率選擇性的添加物、pH調節劑、表面活性劑、分散劑及生物生長抑制劑。
態樣21:如態樣1至20中任一項之CMP組合物,其中該研磨料包含具有比-25毫伏特更負的ζ電位之粒子。
態樣22:一種用於包含第一材料及第二材料的半導體裝置的化學機械平坦化(CMP)之研磨方法,其包含以下步驟: (a) 使該第一材料的至少一表面與CMP研磨墊接觸; (b) 將態樣1至21中任一項之CMP研磨組合物運送到該至少一表面; (c) 用該研磨組合物研磨該至少一表面,以大於10000埃/分鐘的移除速率移除該第一材料。
態樣23:如態樣22之研磨方法,其中該第一材料係選自由以下所組成的群組之氧化矽材料:熱氧化物、使用正矽酸四乙酯(TEOS)前驅物沉積的TEOS膜、高密度電漿(HDP)氧化物、高縱深比製程(HARP)膜、氟化氧化物膜、摻雜氧化物膜、旋塗玻璃(SOG)、流動式化學氣相沉積(CVD)膜、光學玻璃、顯示器玻璃及其組合。
態樣24:如態樣23之研磨方法,其中該第二材料係選自由氮化矽、多晶矽及其組合所組成的群組。
態樣25:一種用於化學機械平坦化之系統,其包含: 圖案化基材,其包含至少一具有第一材料及第二材料的表面; 研磨墊;及 態樣1至21中任一項之CMP研磨組合物; 其中該至少一表面與該研磨墊及該研磨組合物接觸,並且該第一材料係選自由以下所組成的群組之氧化矽材料:熱氧化物、使用正矽酸四乙酯(TEOS)前驅物沉積的TEOS膜、高密度電漿(HDP)氧化物、高縱深比製程(HARP)膜、氟化氧化物膜、摻雜氧化物膜、旋塗玻璃(SOG)、流動式化學氣相沉積(CVD)膜、光學玻璃、顯示器玻璃及其組合。
隨著而來的詳細描述僅提供較佳示範具體實例,而且無意限制本發明的範疇、適用性或組構。更確切地說,隨著而來的較佳示範具體實例的詳細描述提供給此領域之習知技藝者用於實施本發明的較佳示範具體實例之授權描述。在元件的功能及佈置方面可完成不同變化而不會悖離如後附申請專利範圍所述的發明之精神及範疇。
本文定義的所有措辭理應提供其最廣泛的解釋,包括由閱讀說明書所指示的任何隱含含義以及本領域之習知技藝者及/或詞典、論文或類似權威機構指定的特別意思之任何詞語。此外,應當注意,如說明書及所附申請專利範圍所述,除非另有說明,否則單數形式“一”及“該”包括複數指示物。另外,當用於本文時,措辭“包含”指定某些特徵存在於具體實例中,但係應不得解釋為排除其附加特徵、組件、操作及/或其群組的存在或附加。
本文揭示用於研磨氧化物材料的CMP研磨組合物及相關的方法和系統,其滿足以非常高的移除速率研磨包含氧化矽結構的半導體晶圓之需要。
本文所述的CMP漿料配方包含研磨料,在本文中也被稱為研磨粒子,一或更多加速氧化矽膜及溶劑的移除速率之添加物。該CMP漿料配方可視需要地包含用於pH調節、電導率調節、生物生長抑制、表面活性劑、分散劑及功能添加物(例如用於抑制阻止膜的化學品)的添加物。
以下段落標題僅用於為本揭示內容提供編排,並無意於以任何方式限制請求保護的發明的範疇。
研磨料
該研磨料,在本文中也被稱為研磨粒子,可包含一或更多金屬氧化物、一或更多類金屬氧化物或金屬氧化物和類金屬氧化物的化學混合物。較佳的研磨料包括,但不限於,無機氧化物粒子、摻雜的無機氧化物粒子、複合無機氧化物粒子、有機聚合物粒子、塗覆無機氧化物的有機聚合物粒子或其組合。
研磨粒子可具有不同的化學及物理形式,其包括,但不限於,化學均質的、摻雜的、表面改質的及具有連續或不連續殼層的核-殼。
如本文所用,“摻雜的”無機氧化物粒子表示故意將二次無機金屬離子(金屬氧化物形式)引進主要金屬離子的結構中的研磨粒子。舉例來說,氧化鈰可摻雜有鑭或另一第二金屬離子。該二次金屬離子被引進並且均勻地分佈於原始材料結構中(若是晶體,則為晶格)。摻雜的研磨料在摻雜前後均保持單相。
如本文所用的,“複合”無機氧化物粒子表示以物理或化學方式互相連接以形成單粒子的二金屬氧化物。複合粒子的實例包括,但不限於,核-殼粒子及經表面塗覆的粒子。與摻雜的金屬氧化物相比,複合無機氧化物粒子由多於一相組成。
較佳的金屬氧化物研磨料包括,但不限於,氧化鋁、氧化鈰、氧化鍺、氧化矽、尖晶石、二氧化鈦、鎢的氧化物或氮化物、氧化鋯或摻雜有一或更多其他礦物或元素的任何上述物質及其任何組合。該金屬氧化物研磨料可藉由多種技術中的任何一種製造,包括溶凝膠、水熱、水解、電漿、熱解、氣凝膠、發煙及沉澱技術及其任何組合。
沉澱的金屬氧化物及類金屬氧化物可藉由已知製程藉由金屬鹽及酸或其他沉澱劑的反應製得。
熱解金屬氧化物及/或類金屬氧化物粒子係藉由於氧/氫火焰中水解合適的可汽化起始材料而獲得。一實例係來自四氯化矽的熱解二氧化矽。氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯、矽酸鋯、二氧化矽、氧化鈰、氧化錫、氧化鍺、氧化釩及其化學和物理混合物之熱解氧化物係較佳的研磨料。
更佳的研磨粒子包含氧化鈰。包含氧化鈰的研磨粒子之實例包括,但不限於,煅燒的氧化鈰、膠體氧化鈰及塗覆氧化鈰的氧化矽粒子。最較佳的研磨料係由塗覆氧化鈰的氧化矽粒子所構成之複合無機氧化物。
塗覆氧化鈰的氧化矽粒子包含作為核粒子的非晶形氧化矽粒子及作為殼層覆蓋該核的奈米粒子形式的氧化鈰。各氧化矽粒子的表面均被氧化鈰奈米粒子覆蓋。該氧化矽核粒子係非晶形,並且該氧化鈰奈米粒子係結晶性或更佳為單晶。如本文所用的,單晶表示連續晶體結構。
就固體重量比的角度來看覆蓋核粒子表面的奈米粒子的量較佳為落在下列範圍內。該奈米粒子的固體重量(b)相對於該核粒子的固體重量(a)係為(b)/(a) = 0.01至1.5,較佳為0.01至1.2。
覆蓋該核粒子的氧化鈰奈米粒子的直徑較佳為大於10 nm,更佳為大於13 nm。該核粒子直徑可介於15至500奈米,較佳為20至250奈米,最佳為50至200奈米。較佳地,該核粒子直徑大於殼粒子的直徑。如本文所用的,措辭直徑表示粒子的絕對直徑。
於較佳具體實例中,該塗覆氧化鈰的氧化矽粒子不會在研磨力(polishing force)作用下破裂。在研磨力(亦即破碎力(disintegrative force))作用下不會破裂而且還維持原粒子尺寸的特性之粒子於研磨期間將維持於高移除速率。若該粒子在研磨力作用下破裂,則該移除速率將由於有效較小的研磨粒子尺寸而降低。該粒子的破裂也可能產生可能具有刮傷缺陷的不欲效應之不規則形粒子。
在破碎力作用下的粒子安定性也能藉由對該配方施以超波音處理半小時並且測量粒徑分佈變化求出。超音波處理的較佳條件為於浴中配合42千赫茲頻率於100瓦輸出功率下沉浸½小時。
粒徑分佈能藉由使用任何適合技術例如盤式離心(DC)法或動態光散射(DLS)法測量。粒徑分佈變化能以平均粒徑或D50 (低於此尺寸的50%粒子)或D99 (低於此尺寸的99%粒子)或任何類似參數的變化界定其特徵。藉由使用舉例來說DC及平均粒徑、D50、D75及/或D99;經過超音波處理之後塗覆氧化鈰的氧化矽的粒子之粒徑分佈變化較佳為小於10%,更佳為小於5%或最佳為小於2%。
這樣的安定性粒子用於CMP漿料配方中將會使研磨力能更有效用於膜材料移除而且也可防止常常造成刮傷缺陷的任何不規則形狀產生。
於一些具體實例中,該塗覆氧化鈰的氧化矽粒子也可具有覆蓋該氧化鈰粒子的氧化矽薄層。不受任何特定理論的束縛,據信該氧化矽覆蓋物有助於使該粒子安定化並且使該粒子表面帶更多負電荷。
塗覆氧化鈰的氧化矽粒子可藉由任何合適的方法製造。合適的製造方法之實例係描述於以下專利中,在此以引用的方式將其全文併入本文:JP6358899、JP6285775、JP2016084243、US2018105428、JP2017043531、JP2017193692、JP2017206410、JP2017206411、WO18088088、WO18121508、JP2016127139、US9447306、US6645265、JP5979340、WO2005/035688、US2012/077419、US2003/118824。
氧化矽移除速率加速劑
該CMP漿料配方可包含一或更多用於加速氧化矽移除速率的化合物,在本文中稱之為氧化矽移除速率加速劑。較佳的氧化矽移除速率加速劑係:具有磺酸基或膦酸基中的至少其一之有機酸、包含吡啶官能性的有機酸及其組合。
包含具有磺酸基的有機酸(在本文中也被稱為磺酸)的氧化矽移除速率加速劑包括但不限於芳族磺酸、脂族磺酸、六氫吡嗪磺酸、二磺酸、具有胺基的芳族和脂族磺酸基、其鹽及其組合。具有磺酸基的有機酸不包括含有與氫原子鍵合的氮原子之化合物。包含磺酸的氧化矽移除速率加速劑不包括任何含有磺酸基的聚合物或表面活性劑化合物。
較佳的具有磺酸基之有機酸包括,但不限於,甲磺酸、苯磺酸、甲苯磺酸、對甲苯磺酸、乙烷二磺酸、萘二磺酸、丙烯醯胺基丙磺酸、嗎啉代丙磺酸、3- (N-嗎啉代)丙磺酸(MOPS)、4-嗎啉代乙磺酸(MES)、β-羥基-4-嗎啉丙磺酸(MOPSO)、4-(2-羥乙基)六氫吡嗪-1-乙磺酸(HEPES)、1、4-六氫吡嗪二乙磺酸(PIPES)、六氫吡嗪-1,4-雙(2-羥基丙磺酸)二水合物(POPSO)、4-(2-羥乙基)-1-六氫吡嗪丙磺酸(EPPS)、六氫吡嗪二乙磺酸及羥乙基六氫吡嗪乙磺酸。
更佳地,該具有磺酸基的有機酸係選自由甲磺酸、苯磺酸、甲苯磺酸、對甲苯磺酸、乙二磺酸、萘二磺酸、4-(2-羥乙基) - 1-六氫吡嗪丙磺酸(EPPS)、六氫吡嗪二乙磺酸、羥乙基六氫吡嗪乙磺酸及其組合所組成的群組。
於一些具體實例中,該氧化矽移除速率加速劑係具有膦酸基的有機酸(在本文中也被稱為有機膦酸)包括,但不限於,具有通式R-P(O)(OH)2 的經取代的膦酸;其中R可為除氫之外的任何取代基部分。這些具體實例包括對應的膦酸鹽、其組合及酸和鹽的組合。較佳的有機膦酸係苯基膦酸、具有通式CH3 -(CH2 )n -P(O)(OH)2 的線性烷基膦酸;其中n介於1至25。更佳的有機膦酸係苯基膦酸、苯基次膦酸。
於一些具體實例中,該氧化矽移除速率加速劑係吡啶化合物,包括,但不限於,2-吡啶羧酸、3-吡啶羧酸、4-吡啶羧酸、吡啶、吡啶-2,6-二羧酸、2,2-聯吡啶。
於一些具體實例中,該氧化矽移除速率加速劑包含經一或更多具有式(I)結構的羧酸基取代之吡啶化合物:
Figure 02_image001
式(I) 其中R1、R2、R3、R4及R5係獨立地選自由氫、羧酸、羧酸酯、有機磺酸、有機胺、有機醯胺、羥基所組成的群組。
於較佳的具體實例中,該吡啶化合物包含至少一經選為羧酸的R基團。較佳的吡啶化合物包括但不限於:2-吡啶羧酸; 3-吡啶羧酸;4-吡啶羧酸;吡啶;吡啶-2,6-二羧酸;2,2-聯吡啶及其組合。
用於該CMP研磨組合物中的較佳吡啶化合物及衍生物也包括,但不限於,吡啶、吡啶單羧酸或吡啶二羧酸(例如吡啶甲酸、菸酸、異菸酸、吡啶二羧酸、2,5-吡啶二羧酸、3,5-吡啶二羧酸、2,3-吡啶二羧酸及3,4-吡啶二羧酸。
較佳的氧化矽移除速率加速劑包括,但不限於,苯磺酸、甲苯磺酸、乙酸、苯基膦酸、苯基次膦酸及2-吡啶羧酸。
較佳地,該氧化矽移除速度加速劑的濃度相對於該CMP組合物的總重量介於約0.001重量百分比至10重量百分比。更佳地該範圍為約0.01重量百分比至8重量百分比。最佳地,該範圍為約0.1重量百分比至5重量百分比。
溶劑
溶劑可為水、一或更多極性溶劑或其組合。較佳的溶劑係水。
CMP漿料的配方及物理特性
該CMP組合物包含研磨粒子、氧化矽移除速度加速劑及溶劑。視需要地,pH調節劑係用以將該CMP組合物的pH調節至最佳pH條件。如下所述,也可存有其他視需要的成分。
該研磨粒子的含量為,以該CMP組合物的總重量計,0.01重量百分比至20重量百分比,較佳地,1重量百分比至10重量百分比,更佳地,約3重量百分比至約8重量百分比。
較佳地,該CMP組合物的pH大於5,更佳地大於7。與酸性pH漿料相比,該pH範圍腐蝕性較低,並且會導致較低的墊並調節盤磨損。也在此pH範圍內將氧化矽移除速度最大化。該pH可使用合適的pH調節劑來調節。
於較佳具體實例中,該CMP配方包含複合氧化鈰研磨料(塗覆氧化鈰的氧化矽)及鹽(硝酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽)或組合鹽或對應的酸(硝酸、磺酸、硫酸、膦酸、次膦酸)或組合酸或其他酸(羧酸)(藉由合適的酸/鹼例如HNO3 /NH4 OH調節),並且具有pH 7至11及電導率0.3至9 mS/cm。
在另一較佳的具體實例中,該配方係由塗覆氧化鈰的氧化矽(0.1至6重量百分比)之複合氧化鈰研磨料及BSA /苯基膦酸/苯基次膦酸(至多2.5重量百分比)製成而具有pH 7至11 (藉由合適的酸/鹼例如HNO3 /NH4 OH調節)和電導率0.3至6 mS/cm。
較佳地,於25攝氏度下測量的漿料電導率係介於0.1至20 mS/cm之間,更佳地介於0.5與10 mS/cm之間,而且最佳地介於1與5 mS/cm之間。該電導率可藉由使用電導率調節添加物來調節。
為了提供安定的漿料,該研磨粒子必須於使用時及於該濃縮的研磨組合物中具有足夠的負或正ζ電位。ζ電位可藉由包括或不限於流動電位(streaming potential)/電流測量、電泳速度測量及電聲技術在內的任何合適的技術測量。
該漿料中的研磨粒子的ζ電位使用電聲ζ電位測量技術測量時,較佳地比-25毫伏特更負,或者比+25毫伏特更正,更佳地比-30毫伏特更負,或者比+30毫伏特更正,而且最佳地比-35毫伏特更負,或者比+35毫伏特更正。
不受任何特定理論的影響,假設該磺酸(或膦酸或次膦酸)能夠將氧化鈰形式的氧化物還原以使更多Ce(III)可用以提昇氧化矽的研磨速率。
藉由使用煅燒的CeO2 研磨料於3.5至5.5的酸性pH範圍內之漿料達成更高的氧化物移除速率及相對於氮化物的高選擇性氧化物移除。使用此漿料,證明較高的氧化物移除速率伴隨著形成於CeO2 研磨料上的較大量Ce3+ 活性部位。就電荷相互作用而言,在酸性漿料(pH4至6)中CeO2 研磨料將帶正電(等電點(IEP)約6至7)而且氧化物基材帶負電(IEP約2至3)。在8至10的鹼性pH中研磨的期間,預計將會有較低的氧化物移除速率,這不僅係由於煅燒的CeO2 粒子與氧化物基材之間的排斥電荷相互作用,而且該CeO2 研磨料上的Ce3 +活性部位被氫氧離子“中和”。
於一些具體實例中,複合氧化鈰研磨料用覆蓋著細Ce研磨料作為殼層的SiO2 核來調配。措辭“複合氧化鈰研磨料”及“塗覆氧化鈰的氧化矽”於本揭示內容及申請專利範圍中可互換用以表示此具體實例。此複合研磨料上的表面電荷在pH為2至10的環境中帶高度負電荷,因此於該複合氧化鈰研磨料與該氧化物基材之間將會有庫侖排斥力(repulsive coulomb’s force),導致較低的氧化物移除速率。藉由將鹽或酸加入該漿料中,從而提昇該漿料的電導率,該研磨料及氧化物基材上的負電荷被有效地中和,提昇氧化物移除速率。
先進CMP應用必需使研磨之後在該介電質表面上有極低量金屬例如鈉。因此,吾人所欲為該漿料配方中具有極低量的微量金屬,尤其係鈉。於某些具體實例中,該配方包含塗覆氧化鈰的氧化矽的粒子,該粒子就該配方中的每一研磨粒子百分比來看以重量計具有小於5 ppm,更佳為小於1 ppm,最佳為小於0.5 ppm的鈉雜質水準。
視需要的功能添加物
CMP漿料配方可包含視需要的功能添加物以執行各種功能,包括,但不限於,修飾氧化矽膜與一些其他膜(例如氮化矽或多晶矽)之間的移除速率選擇性,提昇移除速率,於晶圓內不均勻度(within wafer non-uniformity)內調整。
該組合物視需要地包括選自由以下所組成的群組之添加物:用於移除速率選擇性的添加物、pH調節劑、電導率調節劑、表面活性劑、分散劑、生物生長抑制劑及其組合的添加物。
用於移除速率選擇性的添加物
影響移除速率選擇性的添加物包括,但不限於,具有選自由以下所組成的群組之官能基的添加物:有機羧酸、胺基酸、醯胺基羧酸、N-醯基胺基酸及其鹽;有機磺酸及其鹽;有機膦酸及其鹽;聚合羧酸及其鹽;聚合磺酸及其鹽;聚合膦酸及其鹽;芳基胺、胺基醇、脂族胺、雜環族胺、異羥肟酸(hydroxamic acid)、經取代的酚、磺醯胺、硫醇、具有羥基的多元醇及其組合。
影響移除速率選擇性的較佳化學添加物包括,但不限於,聚丙烯酸或其衍生物;聚乙二醇、包含羥基的多元醇(例如山梨糖醇、半乳糖、阿拉伯糖、核糖、木糖、麥芽糖醇、乳糖、麥芽糖及其混合物)。聚丙烯酸化合物的較佳分子量為500至100,000,或更佳地1,000至50,000,而且最佳地5,000至20,000。聚乙二醇的分子量可為1,000至20,000,更佳為5,000至15,000。
當存在時,化學添加物的量相對於該CMP組合物的總重量介於約0.01重量百分比至2重量百分比。較佳的範圍為約0.05重量百分比至1重量百分比,而且更佳的範圍為約0.1重量百分比至0.5重量百分比。
pH調節劑
該組合物的pH可使用合適的pH調節劑來調節(例如合適的酸、鹼、胺或其任何組合)。較佳地,該組合物中所用的pH調節劑不含金屬離子,從而不會將不希望的金屬組分引進該組合物中。
用於調節pH的較佳試劑包括,但不限於,氫氧化鈉、氫氧化鈰、氫氧化鉀、氫氧化鈰、氫氧化銨、氫氧化四級有機銨(例如氫氧化四甲基銨)、硝酸、磷酸、硫酸、有機酸及/或其鹽、胺及其混合物。
當存在時,該pH-調節劑的量相對於該CMP組合物的總重量介於約0.0001至約5重量百分比。較佳範圍為約0.0005至約1重量百分比,而且更佳的範圍為約0.0005至約0.5重量百分比。
較佳地,該CMP組合物的pH大於5,更佳地大於7。
電導率調節劑
該CMP組合物可含有調節該配方的電導率之添加物。較佳的電導率調節劑係硝酸鉀。
表面活性劑
該CMP組合物可包含表面活性劑或表面活性劑的混合物。表面活性劑本質上可為陰離子型、陽離子型、非離子型或兩性離子型。儘管有許多適用於該漿料的表面活性劑添加物,但係較佳的表面活性劑包括硫酸十二酯鈉鹽、硫酸月桂酯鈉鹽、硫酸十二酯銨鹽、醇乙氧基化物、炔屬表面活性劑、聚乙烯亞胺、乙氧基化脂肪胺及氯化硬脂基苯甲基二甲基銨或硝酸硬脂基苯甲基二甲基銨及其任何組合。適當的市售可得的表面活性劑包括Dow Chemicals所製造的TRITON DF 16™及Evonik Industries所製造的不同表面活性劑SUIRFYNOL™、DYNOLTM 、ZetasperseTM 、NonidetTM 及TomadolTM 表面活性劑群組。
分子量在小於1000至大於30,000的範圍中之各種陰離子型、陽離子型、非離子型及兩性離子型表面活性劑被認為是分散劑。其包括硬脂酸、硫酸月桂酯、聚磷酸烷酯、十二烷基苯磺酸、二異丙基萘磺酸、二辛基磺基琥珀酸、乙氧基化和硫酸化月桂醇及乙氧基化和硫酸化烷基酚的鈉、鉀或較佳地氨鹽。
各種陽離子型表面活性劑包括聚乙烯亞胺、乙氧基化脂肪胺及氯化或硝酸硬脂基苯甲基二甲基銨。
表面活性劑的添加可用於減少該晶圓的晶圓內不均勻度(WIWNU),從而改善該晶圓的表面並且減少晶圓缺陷。
該CMP組合物可包含分散添加物以使粒子分散安定化。
當存在時,該表面活性劑的量相對於該CMP組合物的總重量為約0.0001至約10重量百分比。較佳的範圍為約0.001至約1重量百分比,而且更佳的範圍為約0.005至約0.1重量百分比。
分散劑
合適的分散添加物包括但不限於有機酸及其鹽;聚合酸及其鹽;水溶性共聚物及其鹽;在共聚物的同一分子中含有至少二不同類型的酸基(例如羧酸基、磺酸基或膦酸基)的共聚物及其鹽、聚乙烯酸及其鹽、聚環氧乙烷、聚環氧丙烷及其組合。分散劑的一些實例包括:聚乙二醇;卵磷脂;聚乙烯吡咯烷酮;聚氧乙烯;異辛基苯醚;聚氧乙烯壬基苯醚;磺酸烷基芳酯的胺鹽;聚丙烯酸,聚甲基丙烯酸及其鹽。
當存在時,該分散劑的量相對於該CMP組合物的總重量為約0.0001重量百分比至約10重量百分比。較佳的範圍為約0.001至約1重量百分比,而且更佳的範圍為約0.005重量百分比至約0.1重量百分比。
配方也可包含水溶性聚合物,其可包含陰離子型或陽離子型或非離子型或兩性離子型組合的基團。
生物生長抑制劑
CMP配方也可包含控制生物生長的添加物例如殺生物劑(biocide)。美國專利第5,230,833號(Romberger等人)及美國專利案第20020025762號有揭示一些控制生物生長的添加物。生物生長抑制劑包括但不限於氯化四甲基銨、氯化四乙基銨、氯化四丙基銨、氯化烷基苯甲基二甲基銨及氫氧化烷基苯甲基二甲基銨(其中該烷基鏈介於1至約20碳原子)、亞氯酸鈉、次氯酸鈉、異噻唑啉酮化合物例如甲基異噻唑啉酮、甲基氯異噻唑啉酮及苯并異噻唑啉酮。一些商業上可獲得的防腐劑包括來自Dow Chemicals的BIOBAN™ 425、KATHONTM 及NEOLONETM 產品系列及來自Lanxess的Preventol™系列。
較佳的殺生物劑係異噻唑啉酮化合物例如甲基異噻唑啉酮、甲基氯異噻唑啉酮及苯并異噻唑啉酮。該CMP研磨組合物視需要地含有介於0.0001至0.10重量百分比,較佳地0.0001至0.005重量百分比,而且更佳地0.0002至0.0025重量百分比的殺生物劑以防止於儲存期間的細菌及真菌生長。
使用方法
於一示範具體實例中,用於化學機械平坦化之系統包括含至少一具有第一材料及第二材料的表面之圖案化基材、研磨墊;及上述研磨組合物。該至少一表面與該研磨墊及該研磨組合物接觸。該第一材料係選自由以下所組成的群組之氧化矽材料:熱氧化物、使用正矽酸四乙酯(TEOS)前驅物沉積的TEOS膜、高密度電漿(HDP)氧化物、高縱寬比製程(HARP)膜、氟化氧化物膜、摻雜氧化物膜、旋塗玻璃(SOG)、流動式化學氣相沉積(CVD)膜、光學玻璃、顯示器玻璃及其組合。如本文所用的,摻雜氧化物膜包括,但不限於,氟摻雜、碳摻雜、硼摻雜、磷摻雜、氮摻雜或其組合的氧化物膜。
於示範具體實例中,用於半導體裝置的化學機械平坦化之研磨方法包括至少一具有第一材料及第二材料的表面。該方法包括以下步驟:使該至少一表面與研磨墊接觸;將上述研磨組合物運送到該至少一表面,用該研磨組合物研磨該至少一表面,以大於10000埃/分鐘,較佳地大於12500埃/分鐘,更佳地大於15000埃/分鐘的移除速率移除該第一材料。
該第一材料係選自由以下所組成的群組之氧化矽材料:熱氧化物、使用正矽酸四乙酯(TEOS)前驅物沉積的TEOS膜、高密度電漿(HDP)氧化物、高縱寬比製程(HARP)膜、氟化氧化物膜、摻雜氧化物膜、旋塗玻璃(SOG)、流動式化學氣相沉積(CVD)膜、光學玻璃、顯示器玻璃及其組合。
於說明書中,氧化矽膜一般可被稱為氧化物膜。氧化矽膜可包括各種膜及材料,其包括但不限於熱氧化物、使用正矽酸四乙酯(TEOS)前驅物沉積的TEOS膜、高密度電漿(HDP)氧化物、高縱寬比製程(HARP)膜、氟化氧化物膜、摻雜氧化物膜、旋塗玻璃(SOG)、流動式化學氣相沉積(CVD)膜、光學玻璃、顯示器玻璃。如本文所用的,摻雜氧化物膜包括,但不限於,氟摻雜、碳摻雜、硼摻雜、磷摻雜、氮摻雜或其組合的氧化物膜。
於一些具體實例中,該CMP配方可用於中途停止膜(stop-in-film)應用,其中一旦移除形貌而且達成平坦表面便停止研磨。於其他具體實例中,這些配方可用於涉及研磨整塊膜而且停於阻擋層的應用中。該停止層可包含氮化矽或多晶矽膜。氮化矽膜可藉由通式Six Ny 表示,其中比率x/y可介於0.1至10。該氮化矽也可摻入其他元素例如但不限於氧、碳、氮。
於較佳具體實例中,當在300mm晶圓研磨機上於4 psi下壓力及126 RPM的工作台速度下以150 ml/min的漿料流速研磨覆蓋膜時,該氧化矽膜便以大於10000埃/分鐘,或更佳地大於12000埃/分鐘,或最佳地大於15000埃/分鐘的速率進行研磨。於一些其他具體實例中,該氧化物與該阻擋膜之間的移除速率選擇性大於10,或更佳地大於30。
該領域之習知技藝者將理解,該漿料可以與常規或固定研磨墊一起使用,可作為濃縮物運輸,可為單組分或多組分包裝,並且在多組分包裝的情況下,可採原位或非原位混合模式應用。
工作實施例
參數: Å:埃 – 長度的單位 BP:背壓,以 psi單位表示 CMP: 化學機械平坦化= 化學機械研磨 CS:載具速度 DF:下壓力:CMP期間施加的壓力,單位 psi min:分鐘 ml:毫升 mV:毫伏特特 psi:每平方吋磅數 PS:研磨設備的壓盤轉動速度或工作台速度,以 RPM (每分鐘轉數)表示 SF:研磨組合物流量,ml/min
移除速率及選擇性
移除速率(RR) = (研磨前的膜厚度 – 研磨後的膜厚度)/研磨時間
除非另行指明,否則所有百分比皆為重量百分比。
通用實驗製程
於以下所示的實施例中,使用以下提供的製程及實驗條件進行CMP實驗。該實施例中使用的300 mm CMP設備係Reflexion LK®,由加州,聖塔克拉拉,95054,Bowers大道3050號的Applied Materials公司製造。使用來自Dow Chemicals的IC1010墊子、IK4250UH墊子及IK4131UH墊子來研磨。藉由化學氣相沉積(CVD),使用四乙基正矽酸鹽作為前驅物來製造TEOS氧化物膜。使用高密度電漿(HDP)技術製造HDP氧化物膜。
所有300 mm晶圓研磨均於4 psi下壓力、126 RPM工作台速度、125 RPM載具速度、150 ml/min漿料流速下並且使用30%原位調節(3MA122圓盤)配合6 lb 作用力及115 RPM速度來進行。所有200 mm晶圓研磨均於200 mm Ebara設備上用IC1010墊子於4 psi下壓力、100 RPM工作台速度、107 RPM載具速度、300 ml/min漿料流速及每次研磨後在4 psi及20 RPM的工作台速度下17秒異地調節(磁盤Kinik PDE781 -NC)之條件下進行。
TEOS膜厚度為15,000 Å或40,000 Å。HDP膜厚度為10,000 Å。以下實施例中使用的塗覆氧化鈰的氧化矽粒子來自JGC C&C Ltd (日本,川崎市)。這些粒子藉由盤式離心分析法(來自CPS Instruments的DC24000 UHR)測量的平均粒徑為155 nm。
用EUTECH Con 110測量漿料電導率。使用膠體動力學ζ電位探針(Colloidal Dynamics Zeta Potential Probe)測量ζ電位。使用氧化鈰粒子密度及介電常數值作為計算時的複合粒子參數的替代物。因此,將實施例中給予的ζ電位數字解釋成僅用於相對比較。
實施例1
該CMP組合物包含4重量百分比濃度的塗覆氧化鈰的氧化矽粒子及各種濃度的苯磺酸。表1彙總TEOS膜的組成及移除速率。配方用氫氧化銨來調節pH。
表1
Figure 108128417-A0304-0001
很明顯的是苯磺酸為TEOS膜提供顯著的移除速率。據發現配方3不安定,導致粒子沉降。顯然,可能需要至少-30毫伏特或更負,較佳地大於-35毫伏特的ζ電位以獲得安定的漿料。
實施例2A
使用氫氧化銨作為pH調節劑,於不同pH下調配包含4重量百分比濃度的塗覆氧化鈰的氧化矽粒子及2重量百分比MOPS的CMP組合物。表2A彙總TEOS膜的移除速率作為pH的函數之關係。結果顯示pH值大於6或7可能更適合提昇移除速率。
表2A
Figure 108128417-A0304-0002
實施例2B
使用氫氧化銨作為pH調節劑或硝酸鉀作為電導率調節劑,於不同的pH下調配包含2重量百分比濃度之塗覆氧化鈰的氧化矽粒子之CMP組合物。表2B彙總在200 mm設備上得到TEOS膜的移除速率作為pH的函數之關係。結果顯示較高的pH適合於該漿料的高速率。於相同的pH下,較高的電導率適合於較高的TEOS移除速率。
表2B
Figure 108128417-A0304-0003
實施例3
製備CMP漿料組合物,其包含4重量百分比濃度的塗覆氧化鈰的氧化矽粒及0.1重量百分比的吡啶甲酸。該組合物也包含不同濃度的MOPS添加物。使用氫氧化銨作為pH調節劑將該漿料配方的pH調節至7.5。使用300 mm設備產生數據。
表3
Figure 108128417-A0304-0004
表3彙總該300 mm TEOS移除速率數據作為MOPS濃度的函數之關係。其顯示可跨過寬大範圍的添加物濃度保持高移除速率。相對之下,在使用不含MOPS添加物的配方之實驗中,該TEOS移除速率係於11000至12000埃/分鐘的範圍中。
實施例4
製備pH為9的包含3%複合氧化鈰研磨料(塗覆氧化鈰的氧化矽)之漿料。使用NH4OH來調節該漿料的pH。根據以下表4將羧酸、膦酸及磷酸加於該組合物,並且如表4所示,對提供TEOS移除速率的漿料進行測試。所有晶圓研磨均於200 mm Ebara設備上進行。
表4
Figure 108128417-A0304-0005
從表4可看出,與對照樣品相比,所有添加物均使該漿料的電導率提昇並且也使該氧化物的移除速率提昇。不受特定理論束縛,漿料電導率係使氧化物移除速率提昇的重要參數。
實施例5
製備pH被調節至9,具有不同濃度的BSA速率提昇劑之4重量百分比複合氧化鈰(塗覆氧化鈰的氧化矽)研磨料配方,並且於300 mm設備中測試RR。將該氧化鈰為主的漿料稀釋成0.008重量百分比的固體含量以進行適當的吸收。使用高解析度UV/Vis分光光度計(JASCO V-550)測量於200至500 nm波長區中濾液的吸收光譜。主體氧化鈰研磨料具有二特徵吸收峰211及311 nm,分別地意指Ce3+ 及Ce4+ 的吸收。在歸一化成Ce4+ 峰面積(245至500 nm)之後;並且也在單獨從該添加物中減去背景之後,記述Ce3+ 的峰面積之特徵。將結果彙總於表5。預期具有較高Ce3+ 比例的配方將會使該TEOS移除速率提昇。當甘胺酸(2-胺基乙酸)用作添加物時,並未見到氧化物速率提昇而且相應地,沒見到該Ce3+ 峰面積增加。不受任何特定理論的束縛,預期本發明的添加物也會提高該研磨料的Ce3+ 比例,因此使該TEOS移除速率提昇。
表5
Figure 108128417-A0304-0006
實施例6
製備具有pH 9、4重量百分比的複合氧化鈰(塗覆氧化鈰的氧化矽)研磨料及0.5重量百分比的BSA添加物之CMP漿料。表6彙總用於TEOS氧化物膜和HARP (高縱深比製程)氧化物膜的300mm Reflexion LK設備使用二類型研磨墊(IC1010及IK4250 UH)的研磨速率。從表6可見到,準確的研磨速率取決於該膜類型及該墊子類型。於是便可實現高於2.5微米/分鐘的高速率。
表6
Figure 108128417-A0304-0007
實施例7
於包含3重量百分比的研磨料之漿料中比較煅燒的氧化鈰研磨料及複合氧化鈰研磨料(塗覆氧化鈰的氧化矽)。將該漿料的性質及相應的300 mm TEOS膜RR值列於表7。該RR值係於相同製程條件(3MA122圓盤,如以上給予300 mm晶圓的基線研磨配方)下使用二不同墊子獲得。即使於相同的研磨料濃度下,該複合氧化鈰研磨料顯然更易於獲得更高的TEOS移除速率。
表7
Figure 108128417-A0304-0008
前述實施例及較佳具體實例的描述應被視為舉例說明,而不為限制由申請專利範圍所界定的本發明。能輕易理解的是,上述特徵的許多變化及組合皆可利用而不會悖離申請專利範圍所述的本發明。這些變化意在將所有這些變化包括在後附申請專利範圍的範疇以內。

Claims (25)

  1. 一種用於研磨氧化物材料之化學機械平坦化(CMP)組合物,其包含: 研磨料,其係選自由以下所組成的群組:無機氧化物粒子、摻雜的無機氧化物粒子、經表面塗覆的複合無機氧化物粒子、有機聚合物粒子、塗覆無機氧化物的有機聚合物粒子及其組合; 移除速率加速劑;及 溶劑; 其中該組合物另外包含大於5的pH。
  2. 如申請專利範圍第1項之CMP組合物,其中該研磨料係選自由以下所組成的群組:氧化鈰、氧化鋁、氧化鋯、矽酸鋯、氧化錫、二氧化矽、氧化鈦、氧化鍺、氧化釩、摻雜的無機氧化物、複合無機氧化物及其組合。
  3. 如申請專利範圍第2項之CMP組合物,其中該研磨料包含選自由煅燒氧化鈰、膠體氧化鈰、塗覆氧化鈰的氧化矽粒子及其組合所組成的群組之氧化鈰。
  4. 如申請專利範圍第3項之CMP組合物,其中該研磨料包含塗覆氧化鈰的氧化矽粒子,該塗覆氧化鈰的氧化矽粒子包含塗覆結晶氧化鈰奈米粒子的非晶形氧化矽核粒子。
  5. 如申請專利範圍第4項之CMP組合物,其中該結晶氧化鈰奈米粒子包含單晶。
  6. 如申請專利範圍第4項之CMP組合物,其中該氧化鈰奈米粒子與該非晶形氧化矽核粒子的重量比為0.01至1.5或更大。
  7. 如申請專利範圍第4項之CMP組合物,其中該非晶形氧化矽核粒子包含20至550奈米的直徑而且該氧化鈰奈米粒子包含大於10奈米的直徑,其中該非晶形氧化矽核粒子的直徑比該氧化鈰奈米粒子的直徑更大。
  8. 如申請專利範圍第1項之CMP組合物,其中該移除速率加速劑係具有選自由磺酸基、膦酸基、吡啶基及其組合所組成的群組中的其一之有機酸或有機酸鹽。
  9. 如申請專利範圍第1項之CMP組合物,其中該移除速率加速劑係選自由硝酸鹽、磷酸鹽及硫酸鹽所組成的群組之鹽。
  10. 如申請專利範圍第1項之CMP組合物,其中該溶劑係選自由水、極性非水溶劑及其混合物所組成的群組。
  11. 如申請專利範圍第10項之CMP組合物,其中該非水溶劑係選自由醇、醚、酮及其組合所組成的群組。
  12. 如申請專利範圍第1項之CMP組合物,其中該移除速率加速劑係選自由硝酸、磺酸、硫酸、膦酸、羧酸及其組合所組成的群組之酸。
  13. 如申請專利範圍第1項之CMP組合物,其中該移除速率加速劑係選自由苯基膦酸、苯甲酸、乙酸、丙二酸、戊二酸、草酸及其組合所組成的群組之酸。
  14. 如申請專利範圍第1項之CMP組合物,其中該移除速率加速劑係選自由以下所組成的群組之磺酸:甲磺酸、苯磺酸、甲苯磺酸、對甲苯磺酸、乙烷二磺酸、萘二磺酸、丙烯醯胺丙磺酸、嗎啉代丙磺酸、3-(N-嗎啉代)丙磺酸(MOPS)、4-嗎啉乙磺酸(MES)、β-羥基-4-嗎啉丙磺酸(MOPSO)、4-(2-羥乙基)六氫吡嗪-1-乙磺酸(HEPES)、1,4-六氫吡嗪二乙磺酸(PIPES)、六氫吡嗪-1,4-雙(2-羥基丙磺酸)二水合物(POPSO)、4-(2-羥乙基)-1-六氫吡嗪丙磺酸(EPPS)、六氫吡嗪二乙磺酸、羥乙基六氫吡嗪乙磺酸及其組合。
  15. 如申請專利範圍第8項之CMP組合物,其中該移除速率加速劑係具有吡啶基的有機酸,該吡啶基具有以下結構:
    Figure 03_image001
    其中R1、R2、R3、R4及R5係獨立地選自由氫、羧酸、羧酸酯、有機磺酸、有機胺、有機醯胺及羥基所組成的群組。
  16. 如申請專利範圍第15項之CMP組合物,其中R1、R2、R3、R4及R5中的至少其一係羧酸。
  17. 如申請專利範圍第1項之CMP組合物,其中該移除速率加速劑係選自由以下所組成的群組之吡啶化合物:吡啶;吡啶單羧酸;吡啶二羧酸;吡啶甲酸(picolinic acid);菸酸;異菸酸;吡啶二甲酸; 2,5-吡啶二羧酸; 3,5-吡啶二羧酸;2,3-吡啶二羧酸;及3,4-吡啶二羧酸。
  18. 如申請專利範圍第1項之CMP組合物,其中該CMP組合物的pH介於7至11。
  19. 如申請專利範圍第1項之CMP組合物,其中該CMP組合物的電導率介於0.3至9 mS/cm。
  20. 如申請專利範圍第1項之CMP組合物,其中該組合物包含至少一選自由以下所組成的群組之添加物:用於移除速率選擇性的添加物、pH調節劑、表面活性劑、分散劑及生物生長抑制劑。
  21. 如申請專利範圍第1項之CMP組合物,其中該研磨料包含具有比-25毫伏特更負的ζ電位之粒子。
  22. 一種用於包含第一材料及第二材料的半導體裝置的化學機械平坦化(CMP)之研磨方法,其包含以下步驟: (a) 使該第一材料的至少一表面與CMP研磨墊接觸; (b) 將如申請專利範圍第1項之CMP研磨組合物運送到該至少一表面; (c) 用該研磨組合物研磨該至少一表面,以大於10000埃/分鐘的移除速率移除該第一材料。
  23. 如申請專利範圍第22項之研磨方法,其中該第一材料係選自由以下所組成的群組之氧化矽材料:熱氧化物、使用正矽酸四乙酯(TEOS)前驅物沉積的TEOS膜、高密度電漿(HDP)氧化物、高縱深比製程(HARP)膜、氟化氧化物膜、摻雜氧化物膜、旋塗玻璃(SOG)、流動式化學氣相沉積(CVD)膜、光學玻璃、顯示器玻璃及其組合。
  24. 如申請專利範圍第23項之研磨方法,其中該第二材料係選自由氮化矽、多晶矽及其組合所組成的群組。
  25. 一種用於化學機械平坦化之系統,其包含: 圖案化基材,其包含至少一具有第一材料及第二材料的表面; 研磨墊;及 如申請專利範圍第1項之CMP研磨組合物; 其中該至少一表面與該研磨墊及該研磨組合物接觸,並且該第一材料係選自由以下所組成的群組之氧化矽材料:熱氧化物、使用正矽酸四乙酯(TEOS)前驅物沉積的TEOS膜、高密度電漿(HDP)氧化物、高縱深比製程(HARP)膜、氟化氧化物膜、摻雜氧化物膜、旋塗玻璃(SOG)、流動式化學氣相沉積(CVD)膜、光學玻璃、顯示器玻璃及其組合。
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