TW202330819A - 用於介電質化學機械研磨之包含高分子量聚合物之基於二氧化矽之漿料組合物 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種化學機械研磨組合物，其包含：(a)約3.0重量%至約10重量%之二氧化矽研磨劑；(b)具有約400 kDa至約7000 kDa之重量平均分子量的陰離子聚合物或具有約300 kDa至約7000 kDa之重量平均分子量的非離子聚合物；及(c)水，其中該研磨組合物之黏度為至少約1 cPs，黏度(cPs)與二氧化矽研磨劑重量%之比率為約0.2 cPs/重量%至約1.5 cPs/重量%，且pH為約9至約12。本發明亦提供使用該等組合物來化學機械研磨基板，尤其包含氧化矽、氮化矽、多晶矽或其組合之基板的方法。

Description

用於介電質化學機械研磨之包含高分子量聚合物之基於二氧化矽之漿料組合物
在積體電路及其他電子裝置之製造中，多個導電、半導電及介電材料沈積於基板表面上或自基板表面移除。隨著若干層材料依序地沈積於基板上且自該基板移除，基板之最上部表面可能變為非平面的且需要平坦化。平坦化表面或「研磨」表面為材料自基板表面移除以形成大體上均勻平坦之表面的製程。平坦化適用於移除不當的表面構形及表面缺陷，諸如，粗糙表面、聚結材料、晶格損壞、刮痕及被污染的層或材料。平坦化亦適用於藉由移除用於填充特徵及向後續層級之金屬化及處理提供均勻表面之盈餘的經沈積之材料，而在基板上形成特徵。
在此項技術中已熟知用於平坦化或研磨基板表面之組合物及方法。化學機械平坦化或化學機械研磨(CMP)為用於平坦化基板之常用技術。CMP利用已知為CMP組合物或更簡單為研磨組合物(亦稱作研磨漿料)之化學組合物以供自基板選擇性地移除材料。通常藉由使基板表面與飽含研磨組合物之研磨墊(例如，研磨布或研磨盤)接觸而將研磨組合物施加至基板。通常藉由研磨組合物之化學活動及/或懸浮於研磨組合物中或併入研磨墊(例如，固定之研磨劑研磨墊)中之研磨劑的機械活動而進一步輔助基板之研磨。
隨著積體電路之尺寸減小且晶片上之積體電路之數目增加，構成該等電路之組件必須更近地安置在一起以便符合典型的晶片上可用的有限空間。電路之間的有效隔離對於確保最佳半導體效能而言為重要的。為此，將淺溝槽蝕刻至半導體基板中且用絕緣材料填充以分離該積體電路之主動區域。舉例而言，淺溝槽隔離(STI)為一種製程，其中氮化矽層形成於矽基板上，經由蝕刻或光微影形成淺溝槽，且沈積介電層以填充溝槽。由於以此方式形成之溝槽之深度變化，通常需要於基板之頂部上沈積過量介電材料以確保所有溝槽之完全填充。介電材料(例如氧化矽)與基板之下方構形相符。
因此，在已置放介電材料之後，所沈積介電材料之表面特徵為藉由介電材料中之槽隔離之介電材料之凸起區域之不均勻組合，介電材料之凸起區域及槽與底層表面之對應的凸起區域及槽對準。包括凸起介電材料及溝槽之基板表面之區域被稱為基板之圖案化場，例如，被稱為「圖案化材料」、「圖案化氧化物」或「圖案化介電質」。該圖案化場之特徵為「梯級高度」，其為介電材料之凸起面之高度相對於溝槽高度之差值。
通常藉由CMP製程移除過量介電材料，其另外提供平坦表面以便進一步處理。在移除凸起區域材料期間，亦將移除一定量之來自溝槽之材料。此自溝槽之材料移除被稱為「溝槽消蝕」或「溝槽損耗」。溝槽損耗為在藉由消除初始梯級高度來實現圖案化介電材料之平坦化時自溝槽移除之材料之量(例如以埃(Å)為單位的厚度)。溝槽損耗經計算為初始溝槽厚度減最終溝槽厚度。理想地，自溝槽移除材料之速率遠低於自凸起區域移除之速率。因此，隨著(以相較於自溝槽移除材料更快的速率)移除凸起區域之材料，圖案化介電質變為可稱為處理基板表面之「毯覆式」區域，例如「毯覆式介電質」或「毯覆式氧化物」之高度平坦化表面。
研磨組合物之特徵可為其研磨速率(亦即，移除速率)及其平坦化效率。研磨速率係指自基板表面移除材料之速率且通常依據每時間單位(例如，每分鐘)之長度單位(例如以埃(Å)為單位的厚度)表示。與基板之不同區域或與研磨步驟之不同層相關之不同去除比率在評定製程效能中可為重要的。「圖案化移除速率」或「主動移除速率」為在基板展現顯著梯級高度之製程階段時，自圖案化介電層之凸起區域移除介電材料的速率。「毯覆式移除速率」係指在研磨步驟結束時自圖案化介電層之平坦化(亦即，「毯覆式」)區域移除介電材料之速率，此時梯級高度顯著地(例如，基本完全)減小。平坦化效率係關於梯級高度減小與自基板移除之材料之量(亦即，梯級高度減小除以溝槽損耗)。特定而言，研磨表面(例如研磨墊)首先接觸表面之「較高點」且必須移除材料以形成平坦表面。在少量移除材料之情況下獲得平坦表面之製程被認為比需要移除更多材料以實現平坦度之製程更有效。
對於STI製程中之介電質研磨步驟，圖案化材料之移除速率通常可為限速的，且因此需要高移除速率以提高裝置產出量。然而，通常高研磨劑(例如膠態二氧化矽)負載為達成高移除速率所必需的。因此，習知使用之含有高研磨劑(例如膠態二氧化矽)負載之研磨組合物成本過高。
因此，仍需要用於可展現圖案化材料之較高移除速率而無需高研磨劑(例如膠態二氧化矽)負載之化學機械研磨的自停止CMP組合物及方法。
本發明提供此類研磨組合物及方法。本發明之此等及其他優勢以及本發明之額外特徵將自本文中所提供之本發明的描述顯而易見。
本發明提供一種化學機械研磨組合物，其包含：(a)約0.001重量%至約10重量%之二氧化矽研磨劑；(b)具有約400 kDa至約7,000 kDa之重量平均分子量的陰離子聚合物；及(c)水，其中該研磨組合物之黏度為至少約1 cPs，黏度(cPs)與二氧化矽研磨劑重量%之比率為約0.2 cPs/重量%至約1.5 cPs/重量%，且pH為約9至約12。
本發明亦提供一種化學機械研磨組合物，其包含：(a)約0.001重量%至約10重量%之二氧化矽研磨劑；(b)具有約300 kDa至約7,000 kDa之重量平均分子量的非離子聚合物；及(c)水，其中該研磨組合物之黏度為至少約1.2 cPs，且pH為約9至約12。
本發明進一步提供化學機械研磨基板之方法，其包含：(i)提供基板，(ii)提供研磨墊，(iii)提供化學機械研磨組合物，其包含：(a)約0.001重量%至約10重量%之二氧化矽研磨劑；(b)具有約400 kDa至約7,000 kDa之重量平均分子量的陰離子聚合物；及(c)水，其中該研磨組合物之黏度為至少約1 cPs，黏度(cPs)與二氧化矽研磨劑重量%之比率為約0.2 cPs/重量%至約1.5 cPs/重量%，且pH為約9至約12，(iv)使基板與研磨墊及化學機械研磨組合物接觸，及(v)相對於基板移動研磨墊及化學機械研磨組合物以打磨基板之至少一部分，從而研磨基板。
本發明又進一步提供化學機械研磨基板之方法，其包含：(i)提供基板，(ii)提供研磨墊，(iii)提供化學機械研磨組合物，其包含：(a)約0.001重量%至約10重量%之二氧化矽研磨劑；(b)具有約300 kDa至約7,000 kDa之重量平均分子量的非離子聚合物；及(c)水，其中該研磨組合物之黏度為至少約1.2 cPs，且pH為約9至約12，(iv)使基板與研磨墊及化學機械研磨組合物接觸，及(v)相對於基板移動研磨墊及化學機械研磨組合物以打磨基板之至少一部分，從而研磨基板。
本發明提供一種化學機械研磨組合物，其包含以下、基本上由以下組成或由以下組成：(a)約0.001重量%至約10重量%之二氧化矽研磨劑；(b)具有約400 kDa至約7,000 kDa之重量平均分子量的陰離子聚合物；及(c)水，其中該研磨組合物之黏度為至少約1 cPs，黏度(cPs)與二氧化矽研磨劑重量%之比率為約0.2 cPs/重量%至約1.5 cPs/重量%，且pH為約9至約12。另外，本發明提供一種化學機械研磨組合物，其包含以下、基本上由以下組成或由以下組成：(a)約0.001重量%至約10重量%之二氧化矽研磨劑；(b)具有約300 kDa至約7,000 kDa之重量平均分子量的非離子聚合物；及(c)水，其中該研磨組合物之黏度為至少約1.2 cPs，且pH為約9至約12。
研磨組合物包含二氧化矽研磨劑。如本文所用，術語「二氧化矽研磨劑」、「二氧化矽研磨顆粒」、「二氧化矽顆粒」及「研磨顆粒」可互換地使用，且可指代任何二氧化矽顆粒(例如膠態二氧化矽顆粒)。二氧化矽顆粒(例如膠態二氧化矽顆粒)可經改質(例如表面改質)或未經改質，且具有負原始ζ電位或正原始ζ電位。如本文所用，片語「原始ζ電位」係指在將二氧化矽研磨劑添加至研磨組合物中之前的二氧化矽研磨劑之ζ電位。舉例而言，原始ζ電位可指在將二氧化矽研磨劑添加至研磨組合物中之前的二氧化矽研磨劑之ζ電位，其在中性(亦即pH為約7)水溶液中量測。熟習此項技術者應能夠確定在將二氧化矽研磨劑添加至研磨組合物中之前，二氧化矽研磨劑是否具有負原始ζ電位或正原始ζ電位。分散顆粒(諸如二氧化矽研磨劑(例如膠態二氧化矽顆粒))上之電荷通常稱作ζ電位(或動電位)。顆粒之ζ電位係指圍繞顆粒之離子的電荷與量測其之組合物的本體溶液(例如液體載劑及溶解於其中之任何其他組分)的電荷之間的電位差。ζ電位通常視水性介質之pH而定。對於給定之研磨組合物，顆粒之等電點定義為在ζ電位為零時之pH。隨著pH自等電點升高或降低，因此表面電荷(及因此ζ電位)相對應地減少或增多(至負或正ζ電位值)。可使用獲自Dispersion Technologies, Inc. (Bedford Hills, N.Y.)之DT-1202型聲及電-聲譜儀獲得研磨組合物之原始ζ電位及ζ電位。如本文所用，片語「負ζ電位」係指當在研磨組合物中量測時展現負表面電荷之二氧化矽研磨劑。如本文所用，片語「正ζ電位」係指當在研磨組合物中量測時展現正表面電荷之二氧化矽研磨劑。
在一些實施例中，當在研磨組合物中量測時，二氧化矽研磨劑之ζ電位小於0 mV，亦即當在研磨組合物中量測時，二氧化矽研磨劑具有負ζ電位。舉例而言，二氧化矽研磨劑可在化學機械研磨組合物中具有-10 mV或更低之ζ電位、在化學機械研磨組合物中具有-20 mV或更低之ζ電位、在化學機械研磨組合物中具有-30 mV或更低之ζ電位或在化學機械研磨組合物中具有-40 mV或更低之ζ電位。在一些實施例中，二氧化矽研磨劑具有約0 mV至約-60 mV之負ζ電位，例如約-10 mV至約-60 mV、約-10 mV至約-50 mV、約-10 mV至約-40 mV、約-20 mV至約-60 mV、約-20 mV至約-50 mV、約-20 mV至約-40 mV、約-30 mV至約-40 mV或約-20 mV至約-30 mV。
二氧化矽研磨劑(例如膠態二氧化矽顆粒)可經改質(例如表面改質)或未經改質，且具有負原始ζ電位或正原始ζ電位。因此，在添加至化學機械研磨組合物之前，二氧化矽研磨劑(例如膠態二氧化矽顆粒)可具有正ζ電位或負ζ電位。舉例而言，在添加至化學機械研磨組合物之前，二氧化矽顆粒(例如膠態二氧化矽顆粒)之原始ζ電位可低於0 mV (例如，-5 mV或更低)。或者，在添加至化學機械研磨組合物之前，二氧化矽顆粒(例如膠態二氧化矽顆粒)之原始ζ電位可為0 mV或更高(例如5 mV或更高)。
二氧化矽顆粒(例如膠態二氧化矽顆粒)可藉由各種方法製備，該等方法之一些實例為商業上使用且已知的。適用二氧化矽顆粒包括沈澱或縮合聚合二氧化矽，其可使用已知方法來製備，諸如藉由稱作「溶膠-凝膠」法之方法或藉由矽酸根離子交換。縮合聚合二氧化矽顆粒通常藉由縮合Si(OH) 4以形成大體上球形(例如，球形、卵形或長橢圓形)顆粒來製備。前驅物Si(OH) 4可例如藉由水解高純度烷氧基矽烷或藉由酸化矽酸鹽水溶液獲得。美國專利第5,230,833號描述一種用於在溶液中製備膠態二氧化矽顆粒之方法。
在一些實施例中，二氧化矽研磨劑為膠態二氧化矽。如一般熟習此項技術者已知，膠態二氧化矽為細微非晶形、無孔且通常為球形的顆粒於液相中的懸浮液。膠態二氧化矽可呈縮合聚合或沈澱二氧化矽顆粒形式。在一些實施例中，二氧化矽呈濕法型二氧化矽顆粒形式。該等顆粒，例如膠態二氧化矽，可具有任何適合之平均尺寸(亦即平均粒度)。若平均研磨顆粒尺寸過小，則研磨組合物可能不呈現足夠移除速率。相比之下，若平均研磨顆粒尺寸過大，則研磨組合物可呈現非所要研磨效能，諸如不良基板缺陷度。
因此，二氧化矽研磨劑(例如，二氧化矽顆粒或膠態二氧化矽顆粒)可具有約10 nm或更大之平均粒度，例如約15 nm或更大、約20 nm或更大、約25 nm或更大、約30 nm或更大、約35 nm或更大、約40 nm或更大、約45 nm或更大、約50 nm或更大、約60 nm或更大、約70 nm或更大，或約80 nm或更大。或者或另外，二氧化矽研磨劑可具有約200 nm或更小之平均粒度，例如約175 nm或更小、約150 nm或更小、約140 nm或更小、約130 nm或更小、約125 nm或更小、約120 nm或更小、約110 nm或更小、約100 nm或更小、約75 nm或更小、約50 nm或更小，或約40 nm或更小。因此，二氧化矽研磨劑可具有由前述端點中之任兩者限定之平均粒度。對於非球形二氧化矽研磨顆粒，顆粒之尺寸為包涵顆粒之最小球體的直徑。可使用任何適合之技術，例如使用雷射繞射技術量測二氧化矽研磨顆粒之粒度。適合之粒度量測儀器獲自例如Malvern Instruments (Malvern, UK)。
舉例而言，二氧化矽研磨劑(例如二氧化矽顆粒或膠態二氧化矽顆粒)之平均透射電子顯微鏡(TEM)等效直徑可為約10 nm至約200 nm、約20 nm至約200 nm、約20 nm至約175 nm、約20 nm至約150 nm、約25 nm至約125 nm、約25 nm至約100 nm、約30 nm至約100 nm、約30 nm至約75 nm、約30 nm至約40 nm，或約50 nm至約100 nm。在一些實施例中，二氧化矽研磨劑之平均透射電子顯微鏡(TEM)等效直徑為約60 nm至約150 nm。在某些實施例中，二氧化矽研磨劑之平均透射電子顯微鏡(TEM)等效直徑為約80 nm至約120 nm。
二氧化矽研磨劑(例如二氧化矽顆粒或膠態二氧化矽顆粒)可具有任何適合之表面積。二氧化矽研磨顆粒之表面積可使用任何適合之技術，例如使用布厄特(BET)表面積來量測。在不希望受任何特定理論束縛的情況下，布厄特(BET)理論利用氣體分子在固體表面上之物理吸附以提供材料之比表面積的近似值。舉例而言，二氧化矽研磨劑之平均布厄特(BET)表面積可為約15 cm 2/g或更大、約20 cm 2/g或更大、約25 cm 2/g或更大，或約30 cm 2/g或更大。或者或另外，二氧化矽研磨劑之平均布厄特(BET)表面積可為約100 cm 2/g或更小，例如約75 cm 2/g或更小、約60 cm 2/g或更小、約50 cm 2/g或更小、約45 cm 2/g或約40 cm 2/g或更小。因此，二氧化矽研磨劑可具有由前述端點中之任兩者限定之平均布厄特(BET)表面積。
舉例而言，二氧化矽研磨劑之平均布厄特(BET)表面積可為約15 cm 2/g至約100 cm 2/g、約15 cm 2/g至約75 cm 2/g、約15 cm 2/g至約60 cm 2/g、約15 cm 2/g至約50 cm 2/g、約15 cm 2/g至約45 cm 2/g、約15 cm 2/g至約40 cm 2/g、約20 cm 2/g至約100 cm 2/g、約20 cm 2/g至約75 cm 2/g、約20 cm 2/g至約60 cm 2/g、約20 cm 2/g至約50 cm 2/g、約20 cm 2/g至約45 cm 2/g、約20 cm 2/g至約40 cm 2/g、約25 cm 2/g至約100 cm 2/g、約25 cm 2/g至約75 cm 2/g、約25 cm 2/g至約60 cm 2/g、約25 cm 2/g至約50 cm 2/g、約25 cm 2/g至約45 cm 2/g、約25 cm 2/g至約40 cm 2/g、約30 cm 2/g至約100 cm 2/g、約30 cm 2/g至約75 cm 2/g、約30 cm 2/g至約60 cm 2/g、約30 cm 2/g至約50 cm 2/g、約30 cm 2/g至約45 cm 2/g，或約30 cm 2/g至約40 cm 2/g。在一些實施例中，二氧化矽研磨劑之平均布厄特(BET)表面積為約20 cm 2/g至約60 cm 2/g。在某些實施例中，二氧化矽研磨劑之平均布厄特(BET)表面積為約30 cm 2/g至約45 cm 2/g。
在一些實施例中，二氧化矽研磨劑(例如膠態二氧化矽顆粒)為卵形或長橢圓形。因此，二氧化矽研磨劑(例如膠態二氧化矽顆粒)之平均長寬比(亦即寬度與高度比)可大於一，例如平均長寬比為至少1.1、至少1.2、至少1.25，或至少1.3。或者或另外，二氧化矽研磨劑之平均長寬比(亦即寬度與高度比)可為2或更小，例如平均長寬比為1.75或更小、1.5或更小，或1.4或更小。因此，二氧化矽研磨劑可具有由前述端點中之任兩者限定之平均長寬比。在一些實施例中，二氧化矽研磨劑之平均長寬比為至少1.1。在某些實施例中，二氧化矽研磨劑之平均長寬比為至少1.25。
舉例而言，二氧化矽研磨劑(例如膠態二氧化矽顆粒)之平均長寬比(亦即寬度與高度比)可為約1.1至約2、約1.1至約1.75、約1.1至約1.5、約1.1至約1.4、約1.2至約2、約1.2至約1.75、約1.2至約1.5、約1.2至約1.4、約1.25至約2、約1.25至約1.75、約1.25至約1.5、約1.25至約1.4、約1.3至約2、約1.3至約1.75、約1.3至約1.5，或約1.3至約1.4。在一些實施例中，二氧化矽研磨劑之平均長寬比為約1.1至約1.5。在某些實施例中，二氧化矽研磨劑之平均長寬比為約1.25至約1.5。
在一些實施例中，二氧化矽研磨劑(例如膠態二氧化矽顆粒)具有(i)平均透射電子顯微鏡(TEM)等效直徑為約60 nm至約150 nm，(ii)平均長寬比為至少1.1，及(iii)平均布厄特(BET)表面積為約20 cm 2/g至約60 cm 2/g。在某些實施例中，二氧化矽研磨劑具有(i)平均透射電子顯微鏡(TEM)等效直徑為約80 nm至約120 nm，(ii)平均長寬比為至少1.25，及(iii)平均布厄特(BET)表面積為約30 cm 2/g至約45 cm 2/g。
二氧化矽研磨劑(例如二氧化矽顆粒或膠態二氧化矽顆粒)較佳在研磨組合物中膠態穩定。術語膠體係指顆粒在液體載劑(例如，水)中之懸浮液。膠態穩定性係指彼懸浮液隨時間之維持性。在本發明之上下文中，若將研磨劑置放於100 mL量筒中且使其保持不攪拌持續2小時，則將研磨劑視為膠態穩定，量筒之底部50 mL中顆粒濃度([B]根據g/mL)與量筒之頂部50 mL中顆粒濃度([T]根據g/mL)之間的差值除以研磨組合物中顆粒初始濃度([C]根據g/mL)為小於或等於0.5 (亦即{[B]-[T]}/[C]≤0.5)。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。
二氧化矽研磨劑可以任何適合的量存在於研磨組合物中。若本發明之研磨組合物包含極少研磨劑，則組合物可不呈現足夠移除速率。相比之下，若研磨組合物包含過多研磨劑，則研磨組合物可展現非所要研磨效能及/或可不為有成本效益的及/或可缺乏穩定性。研磨組合物可包含約10重量%或更少二氧化矽研磨劑，例如約9重量%或更少、約8重量%或更少、約7重量%或更少、約6重量%或更少、約5重量%或更少、約4重量%或更少二氧化矽研磨劑。或者或另外，研磨組合物可包含約3.0重量%或更多、約3.5重量%或更多，或約4.0重量%或更多的二氧化矽研磨劑。因此，研磨組合物可按需要包含呈由前述端點中之任兩者限定之量的二氧化矽研磨劑。
舉例而言，在一些實施例中，二氧化矽研磨劑可以約3.0重量%至約10重量%、約3.0重量%至約8重量%、約3.0重量%至約6重量%、約3.0重量%至約5重量%、約3.5重量%至約10重量%、約3.5重量%至約8重量%、約3.5重量%至約6重量%、約3.5重量%至約5重量%、約4.0重量%至約10重量%、約4.0重量%至約8重量%、約4.0重量%至約6重量%、約4.0重量%至約5重量%、約4.5重量%至約10重量%、約4.5重量%至約8重量%、約4.5重量%至約5重量%之量存在於研磨組合物中。在一些實施例中，研磨組合物包含約3.0重量%至約10重量% (例如約3.5重量%至約8重量%)之二氧化矽研磨劑。在某些實施例中，研磨組合物包含約3.0重量%至約5重量% (例如約3.5重量%至約5重量%)之二氧化矽研磨劑。在其他實施例中，研磨組合物包含約4.0重量%至約10重量% (例如約4.0重量%至約8重量%)之二氧化矽研磨劑。
化學機械研磨組合物包含具有約300 kDa至約7000 kDa之重量平均分子量的聚合物。舉例而言，聚合物可具有約400 kDa至約7000 kDa之重量平均分子量，例如約500 kDa至約7000 kDa、約1000 kDa至約7000 kDa、約1500 kDa至約7000 kDa、約2000 kDa至約7000 kDa、約3000 kDa至約7000 kDa、約1000 kDa至約6000 kDa、約1500 kDa至約6000 kDa、約2000 kDa至約6000 kDa、約3000 kDa至約6000 kDa、約1000 kDa至約5000 kDa、約1500 kDa至約5000 kDa、約2000 kDa至約5000 kDa、約3000 kDa至約5000 kDa、約1000 kDa至約4000 kDa、約1500 kDa至約4000 kDa、約2000 kDa至約4000 kDa、約3000 kDa至約4000 kDa。在一些實施例中，聚合物具有約1000 kDa至約7000 kDa之重量平均分子量。在某些實施例中，聚合物具有約2000 kDa至約4000 kDa之重量平均分子量。
聚合物可具有任何適合之多分散性指數(PDI)。舉例而言，聚合物之多分散性指數可為至少約1，例如至少約1.1、至少約1.2、至少約1.3、至少約1.4、至少約1.5、至少約1.6、至少約1.7、至少約1.8、至少約1.9，或至少約2.0。在一些實施例中，聚合物之多分散性指數為至少約1.3。在某些實施例中，聚合物之多分散性指數為至少約1.5。
聚合物包含陰離子聚合物、非離子聚合物或其組合。聚合物可為任何適合之結構類型。舉例而言，聚合物可為均聚物或共聚物。在聚合物為共聚物之實施例中，該共聚物可以交替共聚物、無規共聚物、嵌段共聚物或接枝共聚物之形式存在，且具有任何適合數目之不同單體單元。舉例而言，該共聚物可含有2個不同單體單元、3個不同單體單元、4個不同單體單元、5個不同單體單元或6個不同單體單元。該等共聚物單體單元可以任何適合的濃度及任何適合的比例存在。
在一些實施例中，聚合物包含非離子聚合物。如本文所用，術語「非離子聚合物」係指在約9至約12的pH下不具有陽離子或陰離子電荷的任何聚合物。舉例而言，非離子聚合物選自聚氧化烯(例如聚氧化乙烯(PEO)或聚氧化丙烯(PPO))、聚醚胺、聚氧化乙烯/聚氧化丙烯共聚物、聚丙烯醯胺、疏水改質聚丙烯醯胺、聚乙烯吡咯啶酮、纖維素、疏水改質纖維素、矽氧烷聚氧化烯共聚物、疏水改質聚丙烯酸酯聚合物、多醣、疏水改質多醣、聚苯乙烯及其組合。如本文所用，術語「疏水改質」係指已經修飾之化學模體(例如醯胺、酸、醇或胺)，以用C 1-20烷基取代基置換氫(例如N-H或O-H)。舉例而言，術語「疏水改質聚丙烯酸酯聚合物」係指其中所有酸部分已經酯部分置換之聚丙烯酸聚合物。在較佳實施例中，聚合物包含聚氧化乙烯(PEO)或聚氧化丙烯(PPO)或其組合。
在一些實施例中，聚合物包含陰離子聚合物。如本文所用，術語「陰離子聚合物」係指在約9至約12的pH下具有陰離子電荷的任何聚合物。舉例而言，陰離子聚合物可為包含陰離子單體之任何聚合物(例如均聚物或共聚物)，該陰離子單體包含羧酸基、膦酸基、磺酸基或其組合。在一些實施例中，陰離子聚合物進一步包含丙烯醯胺、疏水改質丙烯醯胺單體、疏水改質丙烯酸酯單體或其組合。
在一些實施例中，聚合物包含陰離子聚合物，該陰離子聚合物包含選自以下之陰離子單體：2-丙烯醯胺基-2-甲基丙烷磺酸、苯乙烯磺酸鹽、2-丙烯醯胺基-2-甲基丁烷磺酸、[2-甲基-2-[(1-側氧基-2-丙烯基)胺基]丙基]-膦酸、順丁烯二酸、甲基丙烯酸、丙烯酸、其鹽及其組合。在某些實施例中，聚合物包含選自以下之陰離子聚合物：羧甲基纖維素、疏水改質聚丙烯酸酯共聚物(例如疏水改質丙烯酸酯/丙烯酸共聚物)、聚-2-丙烯醯胺基-2-甲基丙烷磺酸、聚苯乙烯磺酸鹽、其鹽及其組合。在較佳實施例中，聚合物包含聚丙烯酸、聚-2-丙烯醯胺基-2-甲基丙烷磺酸、丙烯酸/2-丙烯醯胺基-2-甲基丙烷磺酸共聚物、其鹽或其組合。
研磨組合物可包含任何適合量之聚合物。研磨組合物可包含約25 ppm或更多之聚合物，例如約50 ppm或更多、約100 ppm或更多，或約200 ppm或更多。或者或另外，研磨組合物可包含約5000 ppm或更少之聚合物，例如約4000 ppm或更少、約3000 ppm或更少、約2000 ppm或更少，或約1000 ppm或更少。因此，研磨組合物可包含由前述端點中之任兩者限定之量的聚合物。舉例而言，研磨組合物可包含約25 ppm至約5000 ppm之聚合物，例如約25 ppm至約4000 ppm、約25 ppm至約3000 ppm、約25 ppm至約2000 ppm、約25 ppm至約1000 ppm、約50 ppm至約5000 ppm、約50 ppm至約4000 ppm、約50 ppm至約3000 ppm、約50 ppm至約2000 ppm、約50 ppm至約1000 ppm、約100 ppm至約5000 ppm，或約100 ppm至約1000 ppm。在一些實施例中，研磨組合物包含約50 ppm至約5000 ppm之聚合物。在某些實施例中，研磨組合物包含約100 ppm至約2000 ppm之聚合物。
研磨組合物包含水性載劑。水性載劑包含水(例如去離子水)且可含有一或多種可與水混溶之有機溶劑。可使用之有機溶劑之實例包括醇，諸如丙烯基醇、異丙醇、乙醇、1-丙醇、甲醇、1-己醇及類似物；醛，諸如乙醛及類似物；酮，諸如丙酮、二丙酮醇、甲基乙基酮及類似物；酯，諸如甲酸乙酯、甲酸丙酯、乙酸乙酯、乙酸甲酯、乳酸甲酯、乳酸丁酯、乳酸乙酯及類似物；醚，包括亞碸，諸如二甲亞碸(DMSO)、四氫呋喃、二㗁烷、二乙二醇二甲醚及類似物；醯胺，諸如N, N-二甲基甲醯胺、二甲基咪唑啶酮、N-甲基吡咯啶酮及類似物；多元醇及其衍生物，諸如乙二醇、甘油、二乙二醇、二乙二醇單甲醚及類似物；及含氮有機化合物，諸如乙腈、戊胺、異丙胺、咪唑、二甲胺及類似物。較佳地，水性載體僅為水，亦即不存在有機溶劑。
研磨組合物可包含一或多種能夠調節(亦即調節)研磨組合物之pH的化合物(亦即pH調節化合物)。研磨組合物之pH可使用能夠調節研磨組合物之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研磨組合物之其他組分相容。通常而言，化學機械研磨組合物在使用點處具有約9至約12之pH (例如pH為約9.5至約12、約10至約12、約10.5至約12、約11至約12、約9.5至約11.5、約10至約11.5、約10.5至約11.5、約9.5至約11、約10至約11、約10.5至約11.5、或約11至約12)。在一些實施例中，在使用點處研磨組合物之pH為約9至約12。在某些實施例中，在使用點處研磨組合物之pH為約10至約12。在其他實施例中，在使用點處研磨組合物之pH為約10至約11。
能夠調節及緩衝pH之化合物可選自由以下組成之群：烷基胺、銨鹽、鹼金屬鹽、羧酸、鹼金屬氫氧化物、鹼金屬硝酸鹽、鹼金屬碳酸鹽、鹼金屬碳酸氫鹽、硼酸鹽及其混合物。
化學機械研磨組合物視情況進一步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、螯合劑、殺生物劑、阻垢劑及分散劑。
當存在殺生物劑時，其可為任何適合的殺生物劑，且可以任何適合的量存在於研磨組合物中。適合殺生物劑為異噻唑啉酮殺生物劑或類似物。殺生物劑可以約1至約750 ppm，較佳約20至約200 ppm之濃度存在於研磨組合物中。
研磨組合物之黏度為至少約1 cPs，例如至少約1.1 cPs、至少約1.2 cPs、至少約1.3 cPs、至少約1.4 cPs、至少約1.5 cPs、至少約2 cPs、至少約2.5 cPs、或至少約3 cPs。在一些實施例中，研磨組合物之黏度為至少約1.3 cPs。在某些實施例中，舉例而言，當使用非離子聚合物時，研磨組合物之黏度為至少約1.2 cPs。
存在多種測定研磨組合物之黏度的方法。如本文中所提及，黏度量測值反映利用鋼雙壁同心圓筒測錘及杯子幾何結構，用TA Instruments Discovery HR2混合流變儀測定的值。對於此儀器，測錘尺寸為：內徑31.98 mm，外徑35.8 mm。杯尺寸為：內徑30.21 mm，外徑37.03 mm。內圓筒高度為55 mm，且浸沒高度為53mm。幾何結構操作間隙為2000微米。在各次使用之前經由TA Instruments TRIOS (軟體版本4.1.1.33073)校準拉桿慣性、測錘慣性、測錘摩擦及測錘旋轉映射。在25℃下(藉由Peltier加熱夾套維持)經由TRIOS軟體量測樣品。
藉由使用拋棄式吸液管將十四公克待測試之漿料裝載至杯之外圓筒中來進行量測，且隨後將杯子置放於預設定至25℃的加熱夾套中。將圓筒測錘連接至拉桿且將間隙高度設定為2000微米之操作間隙。
將各樣品之實驗程序設定成120秒溫度浸泡，之後進行對數剪切速率掃描，其中每十進位5點，自10 1/s至100 1/s。緊接在第一次掃描完成後，在10秒溫度浸泡後將第二次剪切速率掃描設定為在同一樣品上自動開始，進行對數性掃描，其中每十進位5點，自100 1/s至10 1/s。利用穩態感測，以60秒最大平衡時間、5秒取樣期及5%公差，連續在3個量測值內收集資料點。軟運動模式被用於控制速率之前進。將來自兩個掃描之資料點一起平均化，得到各測試樣品在25℃下之平均黏度。研磨組合物之黏度(cPs)與二氧化矽研磨劑重量%之比率為約0.2 cPs/重量%至約1.5 cPs/重量%，例如約0.3 cPs/重量%至約1.5 cPs/重量%、約0.4 cPs/重量%至約1.5 cPs/重量%、或約0.5 cPs/重量%至約1.5 cPs/重量%。在一些實施例中，研磨組合物之黏度(cPs)與二氧化矽研磨劑重量%之比率為約0.3 cPs/重量%至約1.5 cPs/重量%。在某些實施例中，研磨組合物之黏度(cPs)與二氧化矽研磨劑重量%之比率為約0.4 cPs/重量%至約1.5 cPs/重量%。
研磨組合物可藉由任何合適技術產生，其中許多技術為熟習此項技術者已知。研磨組合物可以分批或連續製程製備。一般而言，研磨組合物藉由合併研磨組合物之組分製備。如本文中所使用之術語「組分」包括個別成分(例如研磨劑、聚合物及/或任何其他視情況選用之添加劑)以及成分之任何組合(例如研磨劑、聚合物及/或任何其他視情況選用之添加劑等)。
舉例而言，研磨組合物可藉由以下製備：(i)提供全部或一部分液體載劑，(ii)使用用於製備此類分散液之任何適合的手段分散研磨劑、聚合物及/或任何其他視情況選用之添加劑，(iii)視需要調節分散液之pH，及(iv)視情況添加適合量之任何其他視情況選用之組分及/或添加劑至混合物中。
研磨組合物可作為包含研磨劑、聚合物、任何其他視情況選用之添加劑及水的單封裝系統提供。或者，本發明之研磨組合物可作為在第一封裝中包含研磨漿料及在第二封裝中包含添加劑溶液之雙封裝系統提供，其中研磨漿料基本上由研磨顆粒及水組成或由其組成，且其中添加劑溶液基本上由聚合物及/或任何其他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兩種封裝，亦即研磨漿料及添加劑溶液之摻合比率來調節研磨組合物特徵。
可使用各種方法來利用此類雙封裝研磨系統。舉例而言，研磨漿料及添加劑溶液可藉由在供應管道出口處接合及連接之不同管道遞送至研磨台。研磨漿料及添加劑溶液可在研磨前不久或即將研磨前混合，或可同時供應於研磨台上。此外，當混合兩種封裝時，可視需要添加去離子水以調節研磨組合物及所得基板研磨特徵。
類似地，可與本發明結合使用三、四或更多封裝系統，其中多個容器中之各個含有本發明化學機械研磨組合物之不同組分、一或多種視情況選用之組分及/或一或多個呈不同濃度之相同組分。
為在使用點或接近使用點處混合兩個或更多儲存裝置中所含之組分以產生研磨組合物，儲存裝置通常配備有一或多個自各儲存裝置通向研磨組合物之使用點(例如壓板、研磨墊或基板表面)的流線。如本文所採用，術語「使用點」係指研磨組合物施加至基板表面(例如研磨墊或基板表面本身)的點。術語「流線」意謂自個別儲存容器流至其中所儲存之組分之使用位置的路徑。流線可各自直接通向使用點，或兩個或更多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(例如個別流線或合併流線)可在到達組分之使用點之前，首先引導至一或多個其他裝置(例如抽汲裝置、量測裝置、混合裝置等)。
研磨組合物之組分可獨立地遞送至使用點(例如組分遞送至基板表面，因此在研磨製程期間混合組分)，或一或多種組分可在遞送至使用點之前合併，例如在即將或臨遞送至使用點前合併。若組分在以混合形式添加至壓板上之前約5分鐘或更短時間內合併，例如組分在以混合形式添加至壓板上之前約4分鐘或更短，約3分鐘或更短，約2分鐘或更短，約1分鐘或更短，約45秒或更短，約30秒或更短，約10秒或更短時間內合併，或與組分在使用點處之遞送同步(例如組分在分配器處合併)，則組分在「即將遞送至使用點之前」合併。若在使用點之5 m內，諸如在使用點之1 m內或甚至在使用點之10 cm內(例如在使用點之1 cm內)合併組分，則亦在「即將遞送至使用點之前」合併組分。
當在到達使用點之前合併研磨組合物之兩種或更多種組分時，組分可在流線中合併且在不使用混合裝置之情況下遞送至使用點。或者，流線中之一或多者可引導至混合裝置中以促進組分中之兩者或更多者之合併。可使用任何適合的混合裝置。舉例而言，混合裝置可為組分中之兩者或更多者流動通過之噴嘴或噴口(例如，高壓噴嘴或噴口)。可替代地，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研磨漿料之兩種或更多種組分引入至混合器；及至少一個出口，經混合之組分經由該出口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)遞送至使用點。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，其中在各腔室中組合兩種或更多種組分。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之組合。混合機構通常為此項技術中已知的且包括攪拌器、摻合器、攪動器、槳式隔板、氣體鼓泡器系統、振動器等。
研磨組合物亦可經提供為濃縮物，意欲在使用之前用適量水來稀釋該濃縮物。在該類實施例中，研磨組合物濃縮物包含呈一定量之研磨組合物的組分，該等量使得在用適量水稀釋濃縮物後，研磨組合物之各組分將以以上關於各組分所描述之適當範圍內之量存在於研磨組合物中。舉例而言，研磨劑、聚合物及/或任何其他視情況選用之添加劑各自可以大於上文針對各組分所闡述之濃度約2倍(例如約3倍、約4倍或約5倍)的量存在於濃縮物中，使得當濃縮物用等體積之水(例如，分別為2個等體積之水、3個等體積之水或4個等體積之水)稀釋時，各組分將以上文針對各組分所闡述之範圍內的量存在於研磨組合物中。此外，如一般熟習此項技術者將理解，濃縮物可含有存在於最終研磨組合物中之適當分率之水，以便確保研磨顆粒、聚合物及/或任何其他視情況選用之添加劑至少部分或完全溶解於濃縮物中。
本發明進一步提供化學機械研磨基板之方法，其包含：(i)提供基板，(ii)提供研磨墊，(iii)提供化學機械研磨組合物，其包含：(a)約2.5重量%至約10重量%之二氧化矽研磨劑；(b)具有約400 kDa至約7,000 kDa之重量平均分子量的陰離子聚合物；及(c)水，其中該研磨組合物之黏度為至少約1 cPs，黏度(cPs)與二氧化矽研磨劑重量%之比率為約0.2 cPs/重量%至約1.5 cPs/重量%，(iv)使基板與研磨墊及化學機械研磨組合物接觸，及(v)相對於基板移動研磨墊及化學機械研磨組合物以打磨基板之至少一部分，從而研磨基板。
化學機械研磨組合物可用於研磨任何適合之基板且尤其適用於研磨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。晶圓通常包含以下或由以下組成：例如金屬、金屬氧化物、金屬氮化物、金屬複合物、金屬合金或其組合。本發明之方法尤其適用於研磨包含氧化矽及/或多晶矽之基板，例如前述材料中之任一者或全部。在一些實施例中，基板在基板之表面上包含氧化矽及多晶矽，且基板之表面上的氧化矽及/或多晶矽之至少一部分經打磨以研磨基板。
在一些實施例中，基板包含氧化矽、氮化矽、多晶矽或其組合。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。氮化矽可為任何適合之氮化矽，其中許多為此項技術中已知的。氮化矽可具有任何適合的相，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的。適合類型之氧化矽包括但不限於硼磷矽玻璃(BPSG)、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)、熱氧化物及未摻雜之矽酸鹽玻璃。在某些實施例中，基板包含氧化矽及多晶矽。
可定製本發明之化學機械研磨組合物以在所需研磨範圍內選擇向特定薄層材料提供有效研磨，而同時最小化停蝕層之表面不完美性、缺陷、腐蝕、侵蝕及移除。可藉由改變研磨組合物之組分的相對濃度將選擇性控制在一定程度上。如本文所用，術語「選擇性」係指兩種不同目標材料的移除速率之比率。舉例而言，選擇性可指兩種不同材料之移除速率的比率，或兩種不同表面形態之移除速率的比率(例如，毯覆式移除相較於主動移除)。
在一些實施例中，化學機械研磨組合物包含：(a)約3重量%至約10重量%之二氧化矽研磨劑，及(b)重量平均分子量為約400 kDa至約7,000 kDa之陰離子聚合物，提供比由不含有重量平均分子量為約400 kDa至約7,000 kDa之聚合物的相同化學機械研磨組合物所提供之移除速率大至少30% (例如大至少40%、大至少50%、大至少60%、大至少70%或大至少80%)的氧化矽移除速率。
在一些實施例中，化學機械研磨組合物包含：(a)約3重量%至約10重量%之二氧化矽研磨劑，及(b)重量平均分子量為約400 kDa至約7,000 kDa之陰離子聚合物，提供比由不含有重量平均分子量為約400 kDa至約7,000 kDa之聚合物的相同化學機械研磨組合物所提供之移除速率大至少30% (例如大至少40%、大至少50%、大至少60%、大至少70%或大至少80%)的多晶矽移除速率。
在一些實施例中，化學機械研磨組合物包含：(a)約3重量%至約10重量%之二氧化矽研磨劑，及(b)重量平均分子量為約400 kDa至約7,000 kDa之陰離子聚合物，提供比由不含有重量平均分子量為約400 kDa至約7,000 kDa之聚合物的相同化學機械研磨組合物所提供之移除速率大至少30% (例如大至少40%、大至少50%、大至少60%、大至少70%或大至少80%)的氮化矽移除速率。
在一些實施例中，化學機械研磨組合物包含：(a)約3重量%至約10重量%之二氧化矽研磨劑，及(b)重量平均分子量為約400 kDa至約7,000 kDa之陰離子聚合物，提供比由不含有重量平均分子量為約400 kDa至約7,000 kDa之聚合物的相同化學機械研磨組合物所提供之移除速率大至少30% (例如大至少40%、大至少50%、大至少60%、大至少70%或大至少80%)的硼磷矽玻璃移除速率。
當研磨基板時，利用適合技術測定，本發明之研磨組合物期望展現較低的顆粒缺陷。在一個較佳實施例中，本發明之化學機械研磨組合物包含有助於低缺陷度之濕法二氧化鈰。經本發明研磨組合物研磨之基板上的顆粒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))可用於測定經研磨基板上之顆粒缺陷。用於評估顆粒缺陷度之適合的儀器可獲自例如KLA-Tencor (例如在120 nm臨限值或在160 nm臨限值下操作之SURFSCAN™ SPI儀器)。
用本發明研磨組合物研磨之基板(例如，氧化矽、氮化矽、多晶矽或其組合)，尤其為包含氧化矽及/或多晶矽之矽，適宜具有約20,000個計數或更少之DCN值，例如約17,500個計數或更少、約15,000個計數或更少、約12,500個計數或更少、約3500個計數或更少、約3000個計數或更少、約2500個計數或更少、約2000個計數或更少、約1500個計數或更少，或約1000個計數或更少。較佳地，根據本發明之一個實施例，經研磨之基板的DCN值為約750個計數或更少，例如約500個計數或更少、約250個計數或更少、約125個計數或更少，或甚至約100個計數或更少。
或者或另外，經本發明之化學機械研磨組合物研磨的基板期望展現利用適合技術所測定之較低刮痕。舉例而言，藉由此項技術中已知之任何適合方法(諸如雷射光散射技術)測定，根據本發明之一個實施例，經研磨之矽晶圓適宜具有約250個刮痕或更少，或約125個刮痕或更少。
本發明之化學機械研磨組合物及方法尤其適合用於與化學機械研磨設備結合使用。通常，設備包含：壓板，其在使用時處於運動中且具有由軌道、線性或圓周運動產生之速度；研磨墊，其與壓板接觸且在運動時隨壓板移動；及載體，其固持待藉由接觸且相對於研磨墊之表面移動而經研磨之基板。基板之研磨藉由以下步驟來進行：將基板置放成與研磨墊及本發明之研磨組合物接觸，且接著使研磨墊相對於基板移動，以便打磨基板之至少一部分以研磨基板。
基板可使用任何適合之研磨墊(例如研磨表面)經化學機械研磨組合物來研磨。適合之研磨墊包括(例如)編織及非編織研磨墊。此外，適合之研磨墊可包含具有不同密度、硬度、厚度、可壓縮性、在壓縮後反彈之能力及壓縮模數之任何適合之聚合物。合適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、其共形成產物及其混合物。軟聚胺基甲酸酯研磨墊尤其適用於與本發明研磨方法結合。典型研磨墊包括但不限於SURFIN™ 000、SURFIN™ SSW1、SPM3100 (Eminess Technologies)、可購自Dow Chemical Company (Newark, DE)之POLITEX™，及可購自Fujibo (Osaka, JP)之POLYPAS™ 27，及EPIC™ D100墊，或可購自Cabot Microelectronics (Aurora, IL)之NEXPLANAR™ E6088。較佳研磨墊為可購自Dow Chemical之硬質、微孔聚胺基甲酸酯墊(IC1010 ™)。
合乎需要地，化學機械研磨設備進一步包含原位研磨端點偵測系統，其中許多為此項技術中已知。用於藉由分析自經研磨之基板表面反射的光或其他輻射來檢驗及監測研磨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，就經研磨基板而言檢驗或監測研磨製程之進程實現研磨端點之確定(亦即，就特定基板而言確定何時終止研磨製程)。 實施例
(1)在實施例(1)中，呈現一種化學機械研磨組合物，其包含： (a)約3.0重量%至約10重量%之二氧化矽研磨劑； (b)具有約400 kDa至約7,000 kDa之重量平均分子量的陰離子聚合物；及 (c)水， 其中該研磨組合物之黏度為至少約1 cPs，黏度(cPs)與二氧化矽研磨劑重量%之比率為約0.2 cPs/重量%至約1.5 cPs/重量%，且pH為約9至約12。
(2)在實施例(2)中，呈現如實施例1之研磨組合物，其中該研磨組合物包含約3.5重量%至約8重量%之二氧化矽研磨劑。
(3)在實施例(3)中，呈現如實施例1或實施例2之研磨組合物，其中該研磨組合物包含約3.5重量%至約5重量%之二氧化矽研磨劑。
(4)在實施例(4)中，呈現如實施例1至3中任一項之研磨組合物，其中該研磨組合物之pH為約10至約12。
(5)在實施例(5)中，呈現如實施例1至4中任一項之研磨組合物，其中該研磨組合物之pH為約10至約11。
(6)在實施例(6)中，呈現如實施例1至5中任一項之研磨組合物，其中該研磨組合物之黏度為至少約1.3 cPs。
(7)在實施例(7)中，呈現如實施例1至6中任一項之研磨組合物，其中該研磨組合物之黏度為至少約2 cPs。
(8)在實施例(8)中，呈現如實施例1至7中任一項之研磨組合物，其中該研磨組合物之黏度(cPs)與二氧化矽研磨劑重量%之比率為約0.3 cPs/重量%至約1.5 cPs/重量%。
(9)在實施例(9)中，呈現如實施例1至8中任一項之研磨組合物，其中該研磨組合物之黏度(cPs)與二氧化矽研磨劑重量%之比率為約0.4 cPs/重量%至約1.5 cPs/重量%。
(10)在實施例(10)中，呈現如實施例1至9中任一項之研磨組合物，其中該聚合物具有約1000 kDa至約7000 kDa之重量平均分子量。
(11)在實施例(11)中，呈現如實施例1至10中任一項之研磨組合物，其中該聚合物具有約2000 kDa至約4000 kDa之重量平均分子量。
(12)在實施例(12)中，呈現如實施例1至11中任一項之研磨組合物，其中該聚合物包含陰離子聚合物，該陰離子聚合物包含陰離子單體，該陰離子單體包含羧酸基、膦酸基、磺酸基或其組合。
(13)在實施例(13)中，呈現如實施例1至12中任一項之研磨組合物，其中該聚合物包含陰離子聚合物，該陰離子聚合物包含選自以下之陰離子單體：2-丙烯醯胺基-2-甲基丙烷磺酸、苯乙烯磺酸鹽、2-丙烯醯胺基-2-甲基丁烷磺酸、[2-甲基-2-[(1-側氧基-2-丙烯基)胺基]丙基]-膦酸、順丁烯二酸、甲基丙烯酸、丙烯酸、其鹽及其組合。
(14)在實施例(14)中，呈現如實施例1至13中任一項之研磨組合物，其中該聚合物包含選自以下之陰離子聚合物：羧甲基纖維素、疏水改質聚丙烯酸酯共聚物、聚-2-丙烯醯胺基-2-甲基丙烷磺酸、聚苯乙烯磺酸鹽、其鹽及其組合。
(15)在實施例(15)中，呈現如實施例1至14中任一項之研磨組合物，其中該研磨組合物包含約50 ppm至約5000 ppm之聚合物。
(16)在實施例(16)中，呈現如實施例1至15中任一項之研磨組合物，其中該研磨組合物包含約100 ppm至約2000 ppm之聚合物。
(17)在實施例(17)中，呈現如實施例1至16中任一項之研磨組合物，其中該二氧化矽研磨劑之平均透射電子顯微鏡(TEM)等效直徑為約60 nm至約150 nm。
(18)在實施例(18)中，呈現如實施例1至17中任一項之研磨組合物，其中該二氧化矽研磨劑之平均透射電子顯微鏡(TEM)等效直徑為約80 nm至約120 nm。
(19)在實施例(19)中，呈現如實施例1至18中任一項之研磨組合物，其中該二氧化矽研磨劑之平均長寬比為至少1.1。
(20)在實施例(20)中，呈現如實施例1至19中任一項之研磨組合物，其中該二氧化矽研磨劑之平均長寬比為至少1.25。
(21)在實施例(21)中，呈現如實施例1至20中任一項之研磨組合物，其中該二氧化矽研磨劑之平均布厄特(BET)表面積為約20 cm 2/g至約60 cm 2/g。
(22)在實施例(22)中，呈現如實施例1至21中任一項之研磨組合物，其中該二氧化矽研磨劑之平均布厄特(BET)表面積為約30 cm 2/g至約45 cm 2/g。
(23)在實施例(23)中，呈現如實施例1至22中任一項之研磨組合物，其中該二氧化矽研磨劑為膠態二氧化矽。
(24)在實施例(24)中，呈現一種化學機械研磨組合物，其包含： (a)約3.0重量%至約10重量%之二氧化矽研磨劑； (b)具有約300 kDa至約7,000 kDa之重量平均分子量的非離子聚合物；及 (c)水， 其中該研磨組合物之黏度為至少約1.2 cPs，且pH為約9至約12。
(25)在實施例(25)中，呈現如實施例24之研磨組合物，其中該非離子聚合物選自聚氧化烯、聚醚胺、聚氧化乙烯/聚氧化丙烯共聚物、聚丙烯醯胺、疏水改質聚丙烯醯胺、纖維素、疏水改質纖維素、矽氧烷聚氧化烯共聚物、疏水改質聚丙烯酸酯聚合物、多醣、疏水改質多醣、聚苯乙烯及其組合。
(26)在實施例(26)中，呈現如實施例24至25中任一項之研磨組合物，其中該研磨組合物包含約50 ppm至約5000 ppm之聚合物。
(27)在實施例(27)中，呈現如實施例24至26中任一項之研磨組合物，其中該研磨組合物包含約100 ppm至約2000 ppm之聚合物。
(28)在實施例(28)中，呈現如實施例24至27中任一項之研磨組合物，其中該二氧化矽研磨劑之平均透射電子顯微鏡(TEM)等效直徑為約60 nm至約150 nm。
(29)在實施例(29)中，呈現如實施例24至28中任一項之研磨組合物，其中該二氧化矽研磨劑之平均透射電子顯微鏡(TEM)等效直徑為約80 nm至約120 nm。
(30)在實施例(30)中，呈現如實施例24至29中任一項之研磨組合物，其中該二氧化矽研磨劑之平均長寬比為至少1.1。
(31)在實施例(31)中，呈現如實施例24至30中任一項之研磨組合物，其中該二氧化矽研磨劑之平均長寬比為至少1.25。
(32)在實施例(32)中，呈現如實施例24至31中任一項之研磨組合物，其中該二氧化矽研磨劑之平均布厄特(BET)表面積為約20 cm 2/g至約60 cm 2/g。
(33)在實施例(33)中，呈現如實施例24至32中任一項之研磨組合物，其中該二氧化矽研磨劑之平均布厄特(BET)表面積為約30 cm 2/g至約45 cm 2/g。
(34)在實施例(34)中，呈現如實施例24至33中任一項之研磨組合物，其中該二氧化矽研磨劑為膠態二氧化矽。
(35)在實施例(35)中，呈現一種化學機械研磨基板之方法，其包含： (i)提供基板， (ii)提供研磨墊， (iii)提供化學機械研磨組合物，其包含： (a)約3.0重量%至約10重量%之二氧化矽研磨劑； (b)具有約400 kDa至約7,000 kDa之重量平均分子量的陰離子聚合物；及 (c)水， 其中該研磨組合物之黏度為至少約1 cPs，黏度(cPs)與二氧化矽研磨劑重量%之比率為約0.2 cPs/重量%至約1.5 cPs/重量%，且pH為約9至約12， (iv)使基板與研磨墊及化學機械研磨組合物接觸，及 (v)相對於該基板移動該研磨墊及該化學機械研磨組合物以打磨該基板之至少一部分，從而研磨該基板。
(36)在實施例(36)中，呈現如實施例35之方法，其中該研磨組合物包含約3.5重量%至約8重量%之二氧化矽研磨劑。
(37)在實施例(37)中，呈現如實施例35或實施例36之方法，其中該研磨組合物包含約3.5重量%至約5重量%之二氧化矽研磨劑。
(38)在實施例(38)中，呈現如實施例35至37中任一項之方法，其中該研磨組合物之pH為約10至約12。
(39)在實施例(39)中，呈現如實施例35至38中任一項之方法，其中該研磨組合物之pH為約10至約11。
(40)在實施例(40)中，呈現如實施例35至39中任一項之方法，其中該研磨組合物之黏度為至少約1.3 cPs。
(41)在實施例(41)中，呈現如實施例35至40中任一項之方法，其中該研磨組合物之黏度為至少約2 cPs。
(42)在實施例(42)中，呈現如實施例35至41中任一項之方法，其中該研磨組合物之黏度(cPs)與二氧化矽研磨劑重量%之比率為約0.3 cPs/重量%至約1.5 cPs/重量%。
(43)在實施例(43)中，呈現如實施例35至42中任一項之方法，其中該研磨組合物之黏度(cPs)與二氧化矽研磨劑重量%之比率為約0.4 cPs/重量%至約1.5 cPs/重量%。
(44)在實施例(44)中，呈現如實施例35至43中任一項之方法，其中該聚合物具有約1000 kDa至約7000 kDa之重量平均分子量。
(45)在實施例(45)中，呈現如實施例35至44中任一項之方法，其中該聚合物具有約2000 kDa至約4000 kDa之重量平均分子量。
(46)在實施例(46)中，呈現如實施例35至45中任一項之方法，其中該聚合物包含陰離子聚合物、非離子聚合物或其組合。
(47)在實施例(47)中，呈現如實施例35至46中任一項之方法，其中該聚合物包含非離子聚合物，該非離子聚合物選自聚氧化烯、聚醚胺、聚氧化乙烯/聚氧化丙烯共聚物、聚丙烯醯胺、疏水改質聚丙烯醯胺、聚乙烯吡咯啶酮、纖維素、疏水改質纖維素、矽氧烷聚氧化烯共聚物、疏水改質聚丙烯酸酯聚合物、多醣、疏水改質多醣、聚苯乙烯及其組合。
(48)在實施例(48)中，呈現如實施例35至47中任一項之方法，其中該聚合物包含陰離子聚合物，該陰離子聚合物包含陰離子單體，該陰離子單體包含羧酸基、膦酸基、磺酸基或其組合。
(49)在實施例(49)中，呈現如實施例35至48中任一項之方法，其中該聚合物包含陰離子聚合物，該陰離子聚合物包含選自以下之陰離子單體：2-丙烯醯胺基-2-甲基丙烷磺酸、苯乙烯磺酸鹽、2-丙烯醯胺基-2-甲基丁烷磺酸、[2-甲基-2-[(1-側氧基-2-丙烯基)胺基]丙基]-膦酸、順丁烯二酸、甲基丙烯酸、丙烯酸、其鹽及其組合。
(50)在實施例(50)中，呈現如實施例35至49中任一項之方法，其中該聚合物包含選自以下之陰離子聚合物：羧甲基纖維素、疏水改質聚丙烯酸酯共聚物、聚-2-丙烯醯胺基-2-甲基丙烷磺酸、聚苯乙烯磺酸鹽、其鹽及其組合。
(51)在實施例(51)中，呈現如實施例35至50中任一項之方法，其中該研磨組合物包含約50 ppm至約5000 ppm之聚合物。
(52)在實施例(52)中，呈現如實施例35至51中任一項之方法，其中該研磨組合物包含約100 ppm至約2000 ppm之聚合物。
(53)在實施例(53)中，呈現如實施例35至52中任一項之方法，其中該二氧化矽研磨劑之平均透射電子顯微鏡(TEM)等效直徑為約60 nm至約150 nm。
(54)在實施例(54)中，呈現如實施例35至53中任一項之方法，其中該二氧化矽研磨劑之平均透射電子顯微鏡(TEM)等效直徑為約80 nm至約120 nm。
(55)在實施例(55)中，呈現如實施例35至54中任一項之方法，其中該二氧化矽研磨劑之平均長寬比為至少1.1。
(56)在實施例(56)中，呈現如實施例35至55中任一項之方法，其中該二氧化矽研磨劑之平均長寬比為至少1.25。
(57)在實施例(57)中，呈現如實施例35至56中任一項之方法，其中該二氧化矽研磨劑之平均布厄特(BET)表面積為約20 cm 2/g至約60 cm 2/g。
(58)在實施例(58)中，呈現如實施例35至57中任一項之方法，其中該二氧化矽研磨劑之平均布厄特(BET)表面積為約30 cm 2/g至約45 cm 2/g。
(59)在實施例(59)中，呈現如實施例35至58中任一項之方法，其中該二氧化矽研磨劑為膠態二氧化矽。
(60)在實施例(60)中，呈現如實施例35至59中任一項之方法，其中該基板包含氧化矽、氮化矽、多晶矽或其組合，且其中打磨該氧化矽、氮化矽、多晶矽或其組合之至少一部分以研磨該基板。
(61)在實施例(61)中，呈現一種化學機械研磨基板之方法，其包含： (i)提供基板， (ii)提供研磨墊， (iii)提供化學機械研磨組合物，其包含： (a)約3.0重量%至約10重量%之二氧化矽研磨劑； (b)具有約300 kDa至約7,000 kDa之重量平均分子量的非離子聚合物；及 (c)水， 其中該研磨組合物之黏度為至少約1.2 cPs，且pH為約9至約12， (iv)使該基板與該研磨墊及該化學機械研磨組合物接觸，及 (v)相對於該基板移動該研磨墊及該化學機械研磨組合物以打磨該基板之至少一部分，從而研磨該基板。
(62)在實施例(62)中，呈現如實施例61之方法，其中該非離子聚合物選自聚氧化烯、聚醚胺、聚氧化乙烯/聚氧化丙烯共聚物、聚丙烯醯胺、疏水改質聚丙烯醯胺、纖維素、疏水改質纖維素、矽氧烷聚氧化烯共聚物、疏水改質聚丙烯酸酯聚合物、多醣、疏水改質多醣、聚苯乙烯及其組合。
(63)在實施例(63)中，呈現如實施例61至62中任一項之方法，其中該研磨組合物包含約50 ppm至約5000 ppm之聚合物。
(64)在實施例(64)中，呈現如實施例61至63中任一項之方法，其中該研磨組合物包含約100 ppm至約2000 ppm之聚合物。
(65)在實施例(65)中，呈現如實施例61至64中任一項之方法，其中該二氧化矽研磨劑之平均透射電子顯微鏡(TEM)等效直徑為約60 nm至約150 nm。
(66)在實施例(66)中，呈現如實施例24至28中任一項之方法，其中該二氧化矽研磨劑之平均透射電子顯微鏡(TEM)等效直徑為約80 nm至約120 nm。
(67)在實施例(67)中，呈現如實施例24至29中任一項之方法，其中該二氧化矽研磨劑之平均長寬比為至少1.1。
(68)在實施例(68)中，呈現如實施例24至30中任一項之方法，其中該二氧化矽研磨劑之平均長寬比為至少1.25。
(69)在實施例(69)中，呈現如實施例24至31中任一項之方法，其中該二氧化矽研磨劑之平均布厄特(BET)表面積為約20 cm 2/g至約60 cm 2/g。
(70)在實施例(70)中，呈現如實施例24至32中任一項之方法，其中該二氧化矽研磨劑之平均布厄特(BET)表面積為約30 cm 2/g至約45 cm 2/g。
(71)在實施例(71)中，呈現如實施例24至33中任一項之方法，其中該二氧化矽研磨劑為膠態二氧化矽。 實例
此等以下實例進一步說明本發明，但當然不應解釋為以任何方式限制其範疇。
在整個實例中使用以下縮寫：移除速率(RR)；正矽酸四乙酯(TEOS)；氮化矽(SiN)；多晶矽(polySi)；硼磷矽玻璃(BPSG)；聚氧化乙烯(PEO)；使用點(POU)；及重量平均分子量(MW)。
在以下實例中，將基板TEOS (亦即氧化矽)、SiN (亦即氮化矽)及/或polySi塗佈於裸矽基板上，且使用MIRRA™ (Applied Materials, Inc.)研磨工具、AP-300™ (CTS Co., Ltd)研磨工具、Logitech TM研磨工具(Logitech, Ltd.)或REFLEXION™ (Applied Materials, Inc.)研磨工具來研磨。IC 1010™研磨墊(Rohm and Haas Electronic Materials)或NEXPLANAR™ E6088研磨墊(Cabot Microelectronics, Aurora, IL)對於所有組合物以相同研磨參數使用。用來自3M之189L盤調節墊。除非另外說明，否則標準REFLEXION™研磨參數如下：IC1010™墊，下壓力=20.68 kPa (3 psi)，頭速=110 rpm，壓板速度=120 rpm，總流動速率=200 mL/min。除非另外說明，否則標準Logitech TM研磨參數如下：下壓力=27.58 kPa (4.0 psi)，頭速=87 rpm，壓板速度=93 rpm，總流動速率=50 mL/min。除非另外說明，否則AP-300™研磨參數如下：IC1010™墊，下壓力=20.68 kPa (3 psi)，頭速=110 rpm，壓板速度=120 rpm，總流動速率=200 mL/min。除非另外說明，否則MIRRA™研磨參數如下：IC1010™或NEXPLANAR™ E6088墊，下壓力=27.58 kPa (4 psi)，頭速=57 rpm，壓板速度=63 rpm，總流動速率=175 mL/min。移除速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
此實例表明二氧化矽研磨顆粒之類型及重量平均分子量為約540 kDa之聚丙烯酸聚合物對TEOS、SiN、polySi及BPSG之移除速率的影響。
用於此實例之研磨組合物1A-1P中的二氧化矽研磨顆粒A1-A8闡述於表1中。 表1.二氧化矽研磨顆粒
研磨顆粒 平均TEM等效直徑(nm) 平均長寬比 平均BET (cm 2/g)
A1 66 1.25 40
A2 108 1.14 29
A3 110 1.13 32
A4 91 1.10 33
A5 82 1.16 39
A6 59 1.09 39
A7 64 1.31 58
A8 100 1.10 29
對於在此實例中使用之含有聚合物的研磨組合物中之各者，將540 kDa MW聚丙烯酸(PAA)添加至含有氫氧化鉀(KOH)及選自二氧化矽研磨顆粒A1-A8之膠態二氧化矽研磨劑的膠態二氧化矽漿料中。
所得組合物在使用點稀釋以提供含有8重量%膠態二氧化矽、2500 ppm KOH及1000 ppm 540 kDa MW聚丙烯酸(PAA)之研磨組合物。
在使用NEXPLANAR™ E6088研磨墊的Mirra™工具上，在27.6 kPa (4 psi)之下壓力下，使用研磨組合物1A-1P研磨含有TEOS、SiN、polySi或BPSG之獨立毯覆式晶圓(200 mm晶圓)。量測組合物之動態光散射(nm)及黏度(cPs)，且測定TEOS、SiN、polySi及BPSG移除速率，且結果闡述於表2中。 表2.隨研磨顆粒及聚合物變化之移除速率
研磨組合物 研磨顆粒 聚合物 DLS (nm) 黏度/重量% (cPs/重量%) TEOS RR (Å/min) SiN RR (Å/min) polySi RR (Å/min) BPSG RR (Å/min)
1A A1 有 243.3 0.4 3260 1077 4617 3908
1B A1 無 149 0.1 3362 994 4541 3323
1C A2 有 180.6 0.4 1238 552 4345 1465
1D A2 無 104 0.1 764 326 4469 863
1E A3 有 163.9 0.3 1620 686 4327 2051
1F A3 無 105 0.1 1099 437 4471 1353
1G A4 有 160 0.5 1043 492 4111 1171
1H A4 無 94 0.1 506 223 4399 585
1I A5 有 182 0.5 1442 641 ＞5000 2370
1J A5 無 100 0.1 882 358 3302 1507
1K A6 有 123 0.5 1220 590 3945 1882
1L A6 無 70 0.1 709 320 2436 1095
1M A7 有 219 0.9 1001 494 3981 2020
1N A7 無 83 0.1 836 349 2584 1695
1O A8 有 175 0.4 1140 553 4242 1917
1P A8 無 106 0.1 707 314 2619 1159
如自表4中所闡述之結果顯而易見，相對於不含聚合物之研磨組合物1B、1D、1F、1H、1J、1L、1N及1P，含有1000 ppm 540 kDa MW聚丙烯酸(PAA)之研磨組合物1A、1C、1E、1G、1I、1K、1M及1O一般展現提高之TEOS、SiN及BPSG移除速率。此等結果表明450 kDa MW聚丙烯酸(PAA)聚合物可添加至研磨組合物中以提高TEOS、SiN及BPSG之移除速率。
另外，表4中所闡述之研磨組合物的TEOS移除速率隨動態光散射(DLS)粒度變化繪製，且結果示於圖1中。用三角形標繪不含聚合物添加劑之研磨組合物，且用圓圈標繪具有聚合物添加劑之研磨組合物。圖1展示隨著DLS粒度升高，TEOS移除速率通常經升高。 實例2
此實例表明重量平均分子量為約400 kDa至約7000 kDa之聚合物對TEOS、SiN及polySi之移除速率的影響。
用於此實例之研磨組合物2B-2R中的聚合物P1-P9闡述於表3中。 表3.聚合物
聚合物 聚合物結構 聚合物MW (kDa)
P1 普洛尼克F108 (PEG-PPG-PEG) (Pluronic) ~15
P2 聚(丙烯醯胺-共-丙烯酸) ~400
P3 羧甲基纖維素 ~780
P4 聚苯乙烯磺酸鹽 ~1725
P5 聚(環氧乙烷) ~700
P6 聚AMPS ~1000
P7 聚葡萄糖 ~1725
P8 甲基丙烯酸/丙烯酸乙酯共聚物 2500
P9 聚丙烯酸 960
對於此實例中所用之研磨組合物中之各者，將聚合物P1-P9添加至含有氫氧化鉀(KOH)及膠態二氧化矽研磨劑的膠態二氧化矽漿料中，該膠態二氧化矽研磨劑之平均透射電子顯微鏡(TEM)等效直徑為約108 nm、平均長寬比為約1.15且平均布厄特(BET)表面積為約29 cm 2/g。
所得組合物在使用點稀釋以提供研磨組合物，其含有8重量%膠態二氧化矽、2500 ppm KOH及具有表4中所提供之濃度的聚合物。
在使用NEXPLANAR™ E6088研磨墊的Mirra™工具上，在27.6 kPa (4 psi)之下壓力下，使用研磨組合物2A-2R研磨含有TEOS或SiN之獨立毯覆式晶圓(2×2吋晶圓試樣)。量測組合物之黏度(cPs)且測定TEOS、SiN及polySi移除速率。結果闡述於表4中。 表4.隨聚合物類型變化之移除速率
研磨組合物 聚合物 聚合物濃度(ppm) 黏度/重量% (cPs/重量%) TEOS RR (Å/min) SiN RR (Å/min) polySi RR (Å/min)
2A (對照組) - - 0.1 1433 463 -
2B P1 250 0.1 1245 468 -
2C P1 500 0.1 1292 423 -
2D P2 250 0.1 1732 616 -
2E P2 500 0.1 1940 768 -
2F P3 250 0.2 1860 748 6339
2G P3 500 0.3 2257 919 6902
2H P4 250 0.1 1406 630 5540
2I P4 500 0.1 1568 639 7198
2J P5 250 0.2 2618 866 -
2K P5 500 0.2 1569 497 -
2L P6 250 0.1 1458 608 5751
2M P6 500 0.2 1625 701 5208
2N P7 250 0.1 1305 562 3782
2O P7 500 0.1 1402 558 3968
2P P8 250 0.2 3038 1089 -
2Q P8 500 0.2 2152 813 -
2R P9 500 0.2 2435 986 7164
如自表2中所闡述之結果顯而易見，相對於不含聚合物之對照研磨組合物2A，含有所主張本發明之聚合物的研磨組合物通常展現提高的TEOS及SiN移除速率。研磨組合物2J及2K之所量測黏度分別為1.2及1.3。另外，相對於不含聚合物之對照研磨組合物2A，含有重量平均分子量小於400 kDa之聚合物的研磨組合物2B及2C展現降低的TEOS及SiN移除速率。此等結果表明，可將本發明之聚合物添加至研磨組合物中以提高TEOS及SiN之移除速率。 實例3
此實例表明二氧化矽研磨劑之量及聚合物之分子量對TEOS及SiN之移除速率的影響。
對於在此實例中使用的含有聚合物之研磨組合物中之各者，將聚丙烯酸(PAA)添加至含有氫氧化鉀(KOH)及膠態二氧化矽研磨劑的膠態二氧化矽漿料中，該膠態二氧化矽研磨劑之平均透射電子顯微鏡(TEM)等效直徑為約66 nm、平均長寬比為約1.3且平均布厄特(BET)表面積為約40 cm 2/g。
所得組合物在使用點稀釋以提供研磨組合物，其含有3重量%或5重量%膠態二氧化矽、2500 ppm KOH及具有表5中所指定之分子量的250 ppm聚丙烯酸聚合物。
在使用NEXPLANAR™ E6088研磨墊的Logitech™工具上，在20.68 kPa (3 psi)之下壓力下，使用研磨組合物3A-3P研磨含有TEOS或SiN之獨立毯覆式晶圓(2×2吋晶圓試樣)。量測組合物之動態光散射(nm)及黏度(cPs)，且測定TEOS及SiN移除速率，且結果闡述於表5中。 表5.隨聚丙烯酸分子量而變化之移除速率
研磨組合物 研磨劑之量(重量%) PAA MW (kDa) DLS (nm) 黏度/重量% (cPs/重量%) TEOS RR (Å/min) SiN RR (Å/min)
3A 3 - 161 0.3 554 213
3B 3 2 156 0.3 628 257
3C 3 4 158 0.3 613 245
3D 3 8.2 161 0.3 621 245
3E 3 12.4 157 0.3 628 235
3F 3 30 157 0.3 578 240
3G 3 123 161 0.3 703 273
3H 3 140 159 0.3 668 303
3I 3 630 164 0.3 740 296
3J 3 900 175 0.4 1168 391
3K 3 1975 180 0.5 1130 503
3L 5 - 155 0.2 920 215
3M 5 140 161 0.2 955 413
3N 5 630 180 0.2 1460 566
3O 5 900 156 0.3 1773 651
3P 5 1975 181 0.3 1842 761
如自表5中所闡述之結果顯而易見，對於含有3重量%或5重量%膠態二氧化矽之研磨組合物，增加聚丙烯酸(PAA)聚合物之分子量使TEOS及SiN之移除速率提高。更特定言之，相對於分別不含有聚合物或含有重量平均分子量小於250 kDa之PAA聚合物的研磨組合物3A-3H及3L-3M，含有重量平均分子量為約500 kDa至約1250 kDa之PAA聚合物的研磨組合物3I-3K及3N-3P展現提高的TEOS及SiN移除速率。
將含有3重量%或5重量%膠態二氧化矽之研磨組合物3A-3P的TEOS及SiN移除速率隨PAA聚合物之重量平均分子量變化繪圖，且結果示於圖2A及圖2B中。如自圖2A及圖2B中繪製之結果顯而易見，隨著PAA聚合物之重量平均分子量增加，TEOS及SiN移除速率提高。此等結果表明，重量平均分子量為約400 kDa至約7000 kDa之聚合物可添加至研磨組合物中以提高TEOS及SiN之移除速率。
將含有3重量%或5重量%膠態二氧化矽之研磨組合物3A-3P的TEOS移除速率隨黏度變化繪圖，且結果示於圖3中。如自圖3中繪製之結果顯而易見，隨著研磨組合物之黏度增加，TEOS移除速率提高。
另外，將研磨組合物3B-3K (在圖4A及圖4B中標記為6B-6K)之黏度及TEOS移除速率隨PAA聚合物之重量平均分子量變化繪圖，且結果分別示於圖4A及圖4B中。如自圖4A及4B中繪製之結果顯而易見，增加PAA聚合物之重量平均分子量使漿料之黏度增加，其繼而亦提高TEOS移除速率，其限制條件為研磨組合物之黏度為至少約1 cPs，及黏度(cPs)與二氧化矽研磨劑重量%之比率為約0.2 cPs/重量%至約1.5 cPs/重量%。 實例4
此實例表明二氧化矽研磨顆粒之量對TEOS及SiN之移除速率的影響。
對於用於此實例中之含有聚合物的研磨組合物中之各者，將900 kDa MW聚丙烯酸(PAA)添加至膠態二氧化矽研磨劑中，該膠態二氧化矽研磨劑之平均透射電子顯微鏡(TEM)等效直徑為約66 nm、平均長寬比為約1.3且平均布厄特(BET)表面積為約40 cm 2/g。
所得組合物在使用點稀釋以提供研磨組合物，其含有2500 ppm KOH、250 ppm 900 kDa MW聚丙烯酸(PAA)，及具有表6中所指定之量的二氧化矽研磨劑。
在使用NEXPLANAR™ E6088研磨墊的Logitech™工具上，在27.6 kPa (4 psi)之下壓力下，使用研磨組合物6A-6N研磨含有TEOS或SiN之獨立毯覆式晶圓(2×2吋晶圓試樣)。量測組合物之動態光散射(nm)及黏度(cPs)，且測定TEOS及SiN移除速率，且結果闡述於表6中。 表6.隨二氧化矽研磨劑(重量%)變化之移除速率
研磨組合物 研磨劑之量(重量%) 聚合物 DLS (nm) 黏度/重量% (cPs/重量%) TEOS RR (Å/min) SiN RR (Å/min)
4A 0.1 有 170 0.1 34 9
4B 0.1 無 150 0.1 22 0
4C 0.5 有 167 2.5 114 29
4D 0.5 無 157 1.8 85 8
4E 1 有 172 1.24 296 96
4F 1 無 153 0.91 199 70
4G 2 有 173 0.6 515 195
4H 2 無 156 0.5 414 155
4I 3 有 175 0.4 1168 391
4J 3 無 161 0.3 554 213
4K 4 有 175 0.3 1119 427
4L 4 無 164 0.2 829 321
4M 5 有 156 0.3 1773 651
4N 5 無 155 0.2 920 215
如自表6中所闡述之結果顯而易見，相對於不含有聚合物之研磨組合物4J、4L及4N，含有900 kDa MW聚丙烯酸(PAA)聚合物之研磨組合物4I、4K及4M展現TEOS及SiN之顯著提高移除速率。此等結果表明800 kDa MW聚丙烯酸(PAA)聚合物可添加至研磨組合物中以提高TEOS及SiN之移除速率。
將研磨組合物4A-4N之黏度隨二氧化矽研磨顆粒之量變化繪圖，且結果示於圖5中。用三角形標繪不含聚合物添加劑之研磨組合物，且用圓圈標繪具有聚合物添加劑之研磨組合物。圖5顯示隨著二氧化矽研磨顆粒之量增加，黏度提高。此外，對於所有二氧化矽研磨顆粒負載，900 kDa MW聚丙烯酸(PAA)聚合物之添加大幅度提高研磨組合物之黏度。
另外，將研磨組合物4A-4N之TEOS及SiN移除速率隨二氧化矽研磨顆粒之量或黏度變化繪製，且結果示於圖6A-6D中。用三角形標繪不含聚合物添加劑之研磨組合物，且用圓圈標繪具有聚合物添加劑之研磨組合物。如自圖6A-6D中繪製之結果顯而易見，隨著二氧化矽研磨顆粒之量及黏度增加，TEOS及SiN移除速率提高。此外，圖6A-6D展示在所有二氧化矽研磨顆粒負載及黏度下，含有900 kDa MW聚丙烯酸(PAA)聚合物之研磨組合物4A、4C、4E、4G、4I、4K及4M通常勝過不含聚合物之研磨組合物4B、4D、4F、4H、4J、4L及4N。儘管TEOS移除速率在3重量%二氧化矽以及250 ppm 800 kDa MW聚丙烯酸(PAA)聚合物之情況下出現顯著增加，但其他本發明聚合物可預期在約3重量%或更高之二氧化矽濃度下產生類似TEOS移除速率。 實例5
此實例表明非離子聚合物之分子量及因此提高之漿料黏度對TEOS及SiN之移除速率的影響。
如先前所描述，將不同分子量(MW)之羥乙基纖維素(HEC)添加至含有2000 ppm (按重量計)之KOH及5重量%之膠態二氧化矽的水溶液中。以500 ppm (按重量計)之濃度測試聚合物。使用E6088研磨墊、3M A189L調節劑及3 psi下壓力之Logitech™工具，研磨含有TEOS或SiN之獨立毯覆式晶圓(2×2吋晶圓試樣)。量測組合物之黏度(cPs)且測定TEOS及SiN移除速率。結果闡述於表7中。 表7.隨非離子聚合物之MW變化之移除速率
聚合物名稱 GPC 之 Mw (Da) TEOS 速率 (A/min) SiN PE 速率 (A/min) 平均黏度 (cps)
無聚合物 N/A 959± 45 429± 31 0.9708
羥乙基纖維素Mw 90k 96000 914 388 1.0443
羥乙基纖維素Mw 1.3M 1397500 1374 604 2.0935
表7中之資料表明當將低MW之非離子聚合物(HEC)添加至漿料(90k MW)中時，未觀測到與不含有聚合物之對照物相比對漿料黏度或移除速率之影響。然而，當添加高MW之非離子聚合物(HEC 1.3M MW)時，黏度增加至大於2 cps且TEOS移除速率自959 A/min增加至1374 A/min。
本文中所引用之所有參考文獻，包括出版物、專利申請案及專利均特此以引用之方式併入本文中，其引用程度就如同個別及特定地指示各參考文獻以引用之方式併入且全文闡述於本文中一般。
除非本文另外指示或明顯與上下文矛盾，否則在描述本發明之情形下(尤其在以下申請專利範圍之情形下)，應將術語「一(a/an)」及「該(等)」及「至少一個」及類似指示物之使用理解為涵蓋單數與複數二者。除非本文中另外指示或與上下文明顯矛盾，否則應將後接一或多個項目之清單(例如術語「A及B中之至少一者」)之術語「至少一者」的使用理解為意謂選自所列項目之一個項目(A或B)或所列項目之兩個或兩個以上之任何組合(A及B)。除非另外指出，否則術語「包含」、「具有」、「包括」及「含有」期望解釋為開放性術語(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每一單獨值之簡寫方法，且每一單獨值併入本說明書中，如同在本文中個別敍述一般。除非本文另外指明或與內容明顯矛盾，否則本文所描述之所有方法可以任何適合之順序進行。除非另外主張，否則本文中提供的任何及所有實例或例示性語言(例如，「諸如」)的使用僅意欲更好地闡明本發明，且並不對本發明的範疇造成限制。本說明書中之語言不應視作指明任一未主張之要素對於實踐本發明必不可少。
本發明之較佳實施例描述於本文中，包括本發明人已知之用於實施本發明之最佳模式。在閱讀前文描述後，彼等較佳實施例之變化對於一般熟習此項技術者可變得顯而易見。本發明人期望熟習此項技術者適當時採用該等變化，且本發明人意欲以不同於本文中特定所描述之方式來實踐本發明。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描述之主題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矛盾，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。
圖1為展示如實例1中所描述，相比於不含聚合物之對照研磨組合物，含有8重量%之二氧化矽研磨劑及1000 ppm重量平均分子量為約450 kDa的聚丙烯酸聚合物之研磨組合物中，TEOS移除速率(Å/min)隨動態光散射(DLS)粒度(nm)而變化的曲線。
圖2A為展示如實例3中所描述，含有3重量%之二氧化矽研磨劑或5重量%之二氧化矽研磨劑之研磨組合物中，TEOS移除速率(Å/min)隨聚丙烯酸聚合物分子量(Da)而變化的曲線。
圖2B為展示如實例3中所描述，含有3重量%之二氧化矽研磨劑或5重量%之二氧化矽研磨劑之研磨組合物中，SiN移除速率(Å/min)隨聚丙烯酸聚合物分子量(Da)而變化的曲線。
圖3為展示如實例3中所描述，含有3重量%之二氧化矽研磨劑或5重量%之二氧化矽研磨劑之研磨組合物中，TEOS移除速率(Å/min)隨研磨組合物之黏度(cPs)而變化的曲線。
圖4A為展示如實例3中所描述，含有3重量%之二氧化矽研磨劑之研磨組合物中，黏度(cPs)隨聚合物分子量(kDa)而變化的曲線。
圖4B為展示如實例3中所描述，含有3重量%之二氧化矽研磨劑之研磨組合物中，TEOS移除速率(Å/min)隨聚合物分子量(kDa)而變化的曲線。
圖5為展示如實例6中所描述，相比於不含聚合物之對照研磨組合物，含有重量平均分子量為約800 kDa的聚丙烯酸聚合物之研磨組合物中，黏度(cPs)隨二氧化矽研磨劑負載(重量%)而變化的曲線。
圖6A為展示如實例6中所描述，相比於不含聚合物之對照研磨組合物，含有重量平均分子量為約800 kDa的聚丙烯酸聚合物之研磨組合物中，TEOS移除速率(Å/min)隨二氧化矽研磨劑負載(重量%)而變化的曲線。
圖6B為展示如實例6中所描述，視情況含有重量平均分子量為約800 kDa的聚丙烯酸聚合物之研磨組合物中，SiN移除速率(Å/min)隨二氧化矽研磨劑負載(重量%)而變化的曲線。
圖6C為展示如實例6中所描述，相比於不含聚合物之對照研磨組合物，含有重量平均分子量為約800 kDa的聚丙烯酸聚合物之研磨組合物中，TEOS移除速率(Å/min)隨黏度(cPs)而變化的曲線。
圖6D為展示如實例6中所描述，相比於不含聚合物之對照研磨組合物，含有重量平均分子量為約800 kDa的聚丙烯酸聚合物之研磨組合物中，SiN移除速率(Å/min)隨黏度(cPs)而變化的曲線。

Claims (22)

  1. 一種化學機械研磨組合物，其包含： (a)約3.0重量%至約10重量%之二氧化矽研磨劑； (b)具有約400 kDa至約7,000 kDa之重量平均分子量的陰離子聚合物；及 (c)水， 其中該研磨組合物之黏度為至少約1 cPs，黏度(cPs)與二氧化矽研磨劑重量%之比率為約0.2 cPs/重量%至約1.5 cPs/重量%，且pH為約9至約12。
  2. 如請求項1之研磨組合物，其中該研磨組合物包含約3.5重量%至約8重量%之二氧化矽研磨劑。
  3. 如請求項1之研磨組合物，其中該研磨組合物包含約3.5重量%至約5重量%之二氧化矽研磨劑。
  4. 如請求項1之研磨組合物，其中該研磨組合物之pH為約10至約12。
  5. 如請求項1之研磨組合物，其中該研磨組合物之黏度為至少約2 cPs。
  6. 如請求項1之研磨組合物，其中該研磨組合物之黏度(cPs)與二氧化矽研磨劑重量%之比率為約0.4 cPs/重量%至約1.5 cPs/重量%。
  7. 如請求項1之研磨組合物，其中該聚合物具有約1000 kDa至約7000 kDa之重量平均分子量。
  8. 如請求項1之研磨組合物，其中該聚合物具有約2000 kDa至約4000 kDa之重量平均分子量。
  9. 如請求項1之研磨組合物，其中該聚合物包含陰離子聚合物，該陰離子聚合物包含陰離子單體，該陰離子單體包含羧酸基、膦酸基、磺酸基或其組合。
  10. 如請求項1之研磨組合物，其中該聚合物包含陰離子聚合物，該陰離子聚合物包含選自以下之陰離子單體：2-丙烯醯胺基-2-甲基丙烷磺酸、苯乙烯磺酸鹽、2-丙烯醯胺基-2-甲基丁烷磺酸、[2-甲基-2-[(1-側氧基-2-丙烯基)胺基]丙基]-膦酸、順丁烯二酸、甲基丙烯酸、丙烯酸、其鹽及其組合。
  11. 如請求項1之研磨組合物，其中該聚合物包含選自以下之陰離子聚合物：羧甲基纖維素、疏水改質聚丙烯酸酯共聚物、聚-2-丙烯醯胺基-2-甲基丙烷磺酸、聚苯乙烯磺酸鹽、其鹽及其組合。
  12. 如請求項1之研磨組合物，其中該研磨組合物包含約100 ppm至約2000 ppm之該聚合物。
  13. 如請求項1之研磨組合物，其中該二氧化矽研磨劑之平均透射電子顯微鏡(TEM)等效直徑為約60 nm至約150 nm。
  14. 如請求項1之研磨組合物，其中該二氧化矽研磨劑之平均透射電子顯微鏡(TEM)等效直徑為約80 nm至約120 nm。
  15. 如請求項1之研磨組合物，其中該二氧化矽研磨劑之平均長寬比為至少1.1。
  16. 如請求項1之研磨組合物，其中該二氧化矽研磨劑之平均長寬比為至少1.25。
  17. 如請求項1之研磨組合物，其中該二氧化矽研磨劑之平均布厄特(Brunauer-Emmet-Teller; BET)表面積為約20 cm 2/g至約60 cm 2/g。
  18. 如請求項1之研磨組合物，其中該二氧化矽研磨劑之平均布厄特(BET)表面積為約30 cm 2/g至約45 cm 2/g。
  19. 一種化學機械研磨組合物，其包含： (a)約3.0重量%至約10重量%之二氧化矽研磨劑； (b)具有約300 kDa至約7,000 kDa之重量平均分子量的非離子聚合物；及 (c)水， 其中該研磨組合物之黏度為至少約1.2 cPs，且pH為約9至約12。
  20. 如請求項19之研磨組合物，其中該非離子聚合物選自聚氧化烯、聚醚胺、聚氧化乙烯/聚氧化丙烯共聚物、聚丙烯醯胺、疏水改質聚丙烯醯胺、纖維素、疏水改質纖維素、矽氧烷聚氧化烯共聚物、疏水改質聚丙烯酸酯聚合物、多醣、疏水改質多醣、聚苯乙烯及其組合。
  21. 一種化學機械研磨基板之方法，其包含： (i)提供基板， (ii)提供研磨墊， (iii)提供化學機械研磨組合物，其包含： (a)約3.0重量%至約10重量%之二氧化矽研磨劑； (b)具有約400 kDa至約7,000 kDa之重量平均分子量的陰離子聚合物；及 (c)水， 其中該研磨組合物之黏度為至少約1 cPs，黏度(cPs)與二氧化矽研磨劑重量%之比率為約0.2 cPs/重量%至約1.5 cPs/重量%，且pH為約9至約12， (iv)使該基板與該研磨墊及該化學機械研磨組合物接觸，及 (v)相對於該基板移動該研磨墊及該化學機械研磨組合物以打磨該基板之至少一部分，從而研磨該基板。
  22. 一種化學機械研磨基板之方法，其包含： (i)提供基板， (ii)提供研磨墊， (iii)提供化學機械研磨組合物，其包含： (a)約3.0重量%至約10重量%之二氧化矽研磨劑； (b)具有約300 kDa至約7,000 kDa之重量平均分子量的非離子聚合物；及 (c)水， 其中該研磨組合物之黏度為至少約1.2 cPs，且pH為約9至約12， (iv)使該基板與該研磨墊及該化學機械研磨組合物接觸，及 (v)相對於該基板移動該研磨墊及該化學機械研磨組合物以打磨該基板之至少一部分，從而研磨該基板。
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