TW202340402A - 用於矽氧化物、矽氮化物及多晶矽的選擇性及非選擇性cmp之基於氧化鈰的漿料組合物 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種化學-機械拋光組合物，其包含：(a)氧化鈰磨料粒子；(b)陽離子聚合物；(c)選自銨鹽、鉀鹽及其組合之電導率調整劑；及(d)水，其中該拋光組合物具有約3至約6之pH。本發明亦提供一種使用本發明拋光組合物化學-機械拋光基板(尤其是包含矽氧化物、矽氮化物及多晶矽之基板)之方法。
Description
在積體電路及其他電子裝置之製造中，將導電、半導電及介電材料之多個層沉積至基板表面上或自基板表面移除。由於材料之層係依序沉積至基板上且自基板移除，該基板之最上部表面可變為非平坦且需要平坦化。將表面平坦化 (或「拋光」表面)係其中將材料自基板之表面移除以形成大致上平整平坦表面之製程。平坦化可用於移除非所欲之表面形貌及表面缺陷，諸如粗糙表面、聚結材料、晶格損傷、劃痕、及受污染之層或材料。平坦化亦可用於藉由移除過量的用於填充特徵之沉積材料而在基板上形成特徵且可用於提供平整表面用於後續金屬化及加工之層面。
此項技術中熟知用於平坦化或拋光基板之表面之組合物及方法。化學-機械平坦化或化學-機械拋光(CMP)係用於平坦化基板之常用技術。CMP利用稱為CMP組合物或更簡單地稱為拋光組合物(亦稱為拋光漿料)之化學組合物，用於自基板選擇性移除材料。拋光組合物通常藉由使基板之表面與利用拋光組合物飽和之拋光墊(例如拋光布或拋光盤)接觸而施覆至基板。基板之拋光通常係藉由拋光組合物之化學活性及/或懸浮於拋光組合物中或併入至拋光墊(例如經固定之磨料拋光墊)中之磨料之機械活性來進一步幫助。
隨著積體電路之尺寸減小且晶片上的積體電路之數目增加，構成電路之組件必須更緊密地定位在一起以便遵守典型晶片上可用之有限空間。電路間之有效分離對於確保最佳半導體性能而言非常重要。為此，將淺溝槽蝕刻至半導體基板中且填充有絕緣材料以隔離積體電路之主動區域。更具體言之，淺溝槽隔離(STI)係其中在矽基板上形成矽氮化物層、經由蝕刻或光微影形成淺溝槽、及沉積介電層以填充溝槽之製程。由於以此種方式形成的溝槽之深度的變化，因此通常需要將過量之介電材料沉積於基板之頂部以確保所有溝槽之完全填充。介電材料(例如矽氧化物)符合該基板之下伏形貌。因此，基板之表面以上覆氧化物在溝槽間之凸起區域(其稱為圖案氧化物(pattern oxide))表徵。圖案氧化物以位於溝槽外的過量氧化物介電材料之梯段高度表徵。過量介電材料通常藉由CMP製程移除，其另外提供平坦表面用於進一步加工。由於圖案氧化物經磨除且接近表面之平坦性，因此將氧化物層稱為覆蓋層氧化物(blanket oxide)。
拋光組合物可根據其拋光速率(亦即移除速率)及其平坦化效率來表徵。拋光速率係指自基板之表面移除材料之速率且通常以每單位時間之長度(厚度)單位(例如埃(Å)/分鐘)來表示。平坦化效率與梯段高度減少相對於自基板移除的材料之量有關。具體而言，拋光表面(例如拋光墊)首先接觸表面之「高點」且必須移除材料以便形成平坦表面。認為導致以更少之材料移除來達成平面表面之製程比需要移除更多材料以達成平面性之製程更有效。
通常，移除矽氧化物、矽氮化物及多晶矽之期望速率可根據應用改變。例如，在一些情況下，矽氧化物圖案可係STI製程中介電拋光步驟之速率限制性，且因此期望矽氧化物圖案之高移除速率以增加裝置生產量。然而，若覆蓋層移除速率過於快，則過度拋光暴露的溝槽中之氧化物會導致溝槽侵蝕及增加之裝置缺陷率。因此，在一些情況下(例如用於拋光應用)，需要具有相似(例如1:1:1選擇性)的矽氧化物、矽氮化物及多晶矽之移除速率。
與其他介電材料相比，仍需要用於化學-機械拋光之組合物及方法，其可以接近1:1:1選擇性移除矽氧化物、矽氮化物及多晶矽，但可經調整以選擇性移除矽氧化物、矽氮化物及/或多晶矽。
本發明提供此類拋光組合物及方法。自本文所提供的本發明描述當明瞭本發明之此等及其他優點以及另外發明特徵。
本發明提供一種化學-機械拋光組合物，其包含：(a)氧化鈰磨料粒子；(b)陽離子聚合物；(c)選自銨鹽、鉀鹽及其組合之電導率調整劑(conductivity adjust)；及(d)水，其中該拋光組合物具有約3至約6之pH。
本發明進一步提供一種化學-機械拋光基板之方法，其包括：(i)提供基板，(ii)提供拋光墊，(iii)提供化學-機械拋光組合物，其包含：(a)氧化鈰磨料粒子；(b)陽離子聚合物；(c)選自銨鹽、鉀鹽及其組合之電導率調整劑；及(d)水，其中該拋光組合物具有約3至約6之pH，(iv)使該基板與該拋光墊及該化學-機械拋光組合物接觸，及(v)使該拋光墊及該化學-機械拋光組合物相對於該基板移動以磨除該基板之至少一部分來拋光該基板。
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)氧化鈰磨料粒子；(b)陽離子聚合物；(c)選自銨鹽、鉀鹽及其組合之電導率調整劑；及(d)水，其中該拋光組合物具有約3至約6之pH。
該化學-機械拋光組合物包含氧化鈰磨料粒子。如本文所用，片語「氧化鈰磨料粒子」可與「磨料」、「氧化鈰粒子」或「氧化鈰磨料」互換使用。如所熟知，氧化鈰係稀土金屬鈰之氧化物，且亦稱為鈰氧化物、氧化鈰(例如氧化鈰(IV))或二氧化鈰。氧化鈰(IV) (CeO
2)可藉由煅燒草酸鈰或氫氧化鈰來形成。鈰亦形成鈰(III)氧化物(諸如(例如) Ce
2O
3)。該等氧化鈰磨料粒子可包含氧化鈰之此等或其他氧化物中之任何一者或多者。
該等氧化鈰磨料粒子可係任何適宜類型。在一個實施例中，該等氧化鈰磨料粒子包含經煅烧之氧化鈰粒子、濕氧化鈰粒子、濕基製程氧化鈰粒子或其組合，基本上由其組成、或由其組成。在一個較佳實施例中，該等氧化鈰磨料粒子包含濕氧化鈰粒子或濕製程基氧化鈰粒子。
如本文所用，「濕氧化鈰粒子」或「濕製程基氧化鈰粒子」 (本文中統稱「濕製程」氧化鈰粒子)係指藉由沉澱、縮-聚或類似製程製備的氧化鈰(相對於例如發煙或火成氧化鈰)。根據本發明之一種方法，已發現包含濕製程氧化鈰粒子之本發明拋光組合物當用於拋光基板時展現較低缺陷。在不希望受特定理論約束下，咸信，濕製程氧化鈰包含近似球形氧化鈰粒子及/或較小聚集體氧化鈰粒子，由此導致當用於本發明方法中時較低之基板缺陷。濕製程氧化鈰之例示性實例係購自Rhodia之HC30™及HC60™氧化鈰及購自ANP Co., Ltd之Hybrid-30。
該等氧化鈰磨料粒子可具有任何適宜平均粒度(亦即平均粒子直徑)。若平均氧化鈰磨料粒度過於小，則該拋光組合物可能不展現足夠移除速率。相反地，若平均氧化鈰磨料粒度過於大，則該拋光組合物可展現非所欲拋光組合物，諸如(例如)不良基板缺陷。因此，該等氧化鈰磨料粒子可具有約10 nm或更大，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、或約50 nm或更大之平均粒度。或者或另外，該等氧化鈰磨料粒子可具有約1000 nm或更小，例如約750 nm或更小、約500 nm或更小、約250 nm或更小、約150 nm或更小、約100 nm或更小、約75 nm或更小、或約50 nm或更小之平均粒度。因此，該等氧化鈰磨料粒子可具有以任何兩個前述端值為界之平均粒度。例如，該等氧化鈰磨料粒子可具有約10 nm至約1000 nm，例如約10 nm至約750 nm、約15 nm至約500 nm、約20 nm至約250 nm、約20 nm至約150 nm、約25 nm至約150 nm、約25 nm至約100 nm、約50 nm至約150 nm、或約50 nm至約100 nm之平均粒度。對於球形氧化鈰磨料粒子，該粒子之粒度係粒子之直徑。對於非球形氧化鈰粒子，該粒子之粒度係包涵粒子之最小球體之直徑。該等氧化鈰磨料粒子之粒度可使用任何適宜技術，例如，使用雷射繞射技術來測定。適宜粒度測量儀器可自例如Malvern儀器(Malvern, UK)獲得。
在一些實施例中，該拋光組合物之該等氧化鈰磨料粒子展現多峰粒度分佈。如本文所用，術語「多峰」意指該等氧化鈰磨料粒子展現具有至少2個最大值(例如2個或更多個最大值、3個或更多個最大值、4個或更多個最大值或5個或更多個最大值)之平均粒度分佈。較佳地，在此等實施例中，該等氧化鈰磨料粒子展現雙峰粒度分佈，亦即，該等氧化鈰磨料粒子展現具有2個平均粒度最大值之粒度分佈。術語「最大(maximum)」及「最大值(maxima)」意指粒度分佈中之峰。該峰對應於本文中針對於氧化鈰磨料粒子所述之平均粒度。因此，例如，粒子數量與粒度之圖將反映雙峰粒度分佈，其中第一峰在約75 nm至約150 nm，例如約80 nm至約140 nm、約85 nm至約130 nm、或約90 nm至約120 nm之粒度範圍內，及第二峰在約25 nm至約70 nm，例如約30 nm至約65 nm、約35 nm至約65 nm、或約40 nm至約60 nm之粒度範圍內。具有多峰粒度分佈之氧化鈰磨料粒子可藉由將各具有多模態粒度分佈之兩種不同氧化鈰磨料粒子組合來獲得。
該等氧化鈰磨料粒子較佳膠態穩定於本發明拋光組合物中。術語膠體係指氧化鈰磨料粒子含在水性載劑(例如水)中之懸浮液。膠態穩定性係指隨著時間的推移維持該懸浮液。在本發明之上下文中，若在將磨料置於100 mL量筒中且允許不攪拌2小時時間之情況下，量筒之底部50 mL中粒子之濃度([B]，以g/mL計)與量筒之頂部50 mL中粒子之濃度([T]，以g/mL計)之差除以磨料組合物中粒子之初始濃度([C]，以g/mL計)係小於或等於0.5 (亦即{[B]−[T]}/[C]≦0.5)，則磨料被視為膠態穩定。更佳地，[B]−[T]/[C]之值係小於或等於0.3，且更佳係小於或等於0.1。
該拋光組合物可包含任何適宜濃度之氧化鈰磨料粒子。若本發明之拋光組合物包含過少氧化鈰磨料粒子，則該組合物可能不展現足夠移除速率。相反地，若該拋光組合物包含過多氧化鈰磨料粒子，則該拋光組合物可展現非所欲拋光性能及/或可能不具有成本效益及/或可缺乏穩定性。該拋光組合物包含約10重量%或更少之氧化鈰磨料粒子，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、約3重量%或更少、約2重量%或更少、約1重量%或更少、約0.9重量%或更少、約0.8重量%或更少、約0.7重量%或更少、約0.6重量%或更少、或約0.5重量%或更少。或者或另外，該拋光組合物包含約0.001重量%或更多之氧化鈰磨料粒子，例如，約0.005重量%或更多、約0.01重量%或更多、約0.05重量%或更多、或約0.1重量%或更多。因此，該等磨料粒子可以任何兩個前述端值為界之濃度存在於拋光組合物中。例如，該拋光組合物可包含約0.001重量%至約10重量%之氧化鈰磨料粒子，例如，約0.001重量%至約9重量%、約0.005重量%至約8重量%、約0.01重量%至約7重量%、約0.05重量%至約6重量%、約0.1重量%至約5重量%、約0.5重量%至約5重量%、約0.5重量%至約4重量%、約1重量%至約3重量%、或約1.5重量%至約2.5重量%。在一個實施例中，該拋光組合物可在使用點包含約0.1重量%至約1重量%或約0.1重量%至約0.5重量%之氧化鈰磨料粒子。在另一個實施例中，該拋光組合物包含呈濃縮物之約1重量%至約3重量% (例如約1.2重量%或約1.6重量%)之氧化鈰磨料粒子。
化學-機械拋光組合物包含陽離子聚合物。該陽離子聚合物可包含能夠經歷自由基聚合及/或加成聚合之任何適宜陽離子單體。在一些實施例中，該陽離子聚合物包含選自
N-乙烯基咪唑、丙烯酸2-(二甲基胺基)乙酯(「DMAEA」)、甲基丙烯酸2-(二甲基胺基)乙酯(「DMAEM」)、3-(二甲基胺基)丙基甲基丙烯醯胺(「DMAPMA」)、3-(二甲基胺基)丙基丙烯醯胺(「DMAPA」)、氯化3-甲基丙烯基醯胺基丙基-三甲基-銨(「MAPTAC」)、氯化3-丙烯基醯胺基丙基-三甲基-銨(「APTAC」)、氯化二烯丙基二甲基銨(「DADMAC」)、氯化2-(丙烯醯氧基)-
N,
N,
N-三甲基乙胺鎓(「DMAEA.MCQ」)、氯化2-(甲基丙烯醯氧基)-
N,
N,
N-三甲基乙胺鎓(「DMAEM.MCQ」)、丙烯酸
N,N-二甲基胺基乙酯芐基氯(「DMAEA.BCQ」)、甲基丙烯酸
N,N-二甲基胺基乙酯芐基氯(「DMAEM.BCQ」)、其鹽及其組合之陽離子單體。在某些實施例中，該陽離子聚合物包含選自
N-乙烯基咪唑、氯化二烯丙基二甲基銨(「DADMAC」)、氯化2-(甲基丙烯醯氧基)-
N,
N,
N-三甲基乙胺鎓(「DMAEM.MCQ」)、其鹽及其組合之陽離子單體。換言之，該陽離子聚合物可係聚乙烯基咪唑、聚DADMAC、聚MADQUAT (例如聚DMAEM.MCQ)、其鹽或其組合。在較佳實施例中，該拋光組合物包含聚MADQUAT及視需要之選自聚乙烯基咪唑及聚DADMAC之另外陽離子聚合物。
該拋光組合物可包含任何適宜量之陽離子聚合物。該拋光組合物可包含約10 ppm或更多之陽離子聚合物，例如，約15 ppm或更多、約20 ppm或更多、約25 ppm或更多、約30 ppm或更多、約35 ppm或更多、或約40 ppm或更多。或者或另外，該拋光組合物可包含約1000 ppm或更少之陽離子聚合物，例如，約800 ppm或更少、約600 ppm或更少、約400 ppm或更少、約200 ppm或更少、或約100 ppm或更少。因此，該拋光組合物可以任何兩個前述端值為界之量包含陽離子聚合物。例如，該拋光組合物可包含約10 ppm至約1000 ppm之陽離子聚合物，例如，約10 ppm至約800 ppm、約10 ppm至約600 ppm、約10 ppm至約400 ppm、約10 ppm至約200 ppm、約10 ppm至約100 ppm、約25 ppm至約1000 ppm、約25 ppm至約800 ppm、約25 ppm至約600 ppm、約25 ppm至約400 ppm、約25 ppm至約200 ppm、或約25 ppm至約100 ppm。
陽離子聚合物可以任何適宜結構類型存在。例如，陽離子聚合物可以交替聚合物、隨機聚合物、嵌段聚合物、接枝聚合物、線性聚合物、分支聚合物或其組合存在。陽離子聚合物可含有單個單體單元、或任何適宜數目之不同單體單元。例如，該陽離子聚合物可含有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。該陽離子聚合物之陽離子單體可以任何適宜濃度及任何適宜比例存在。在一些實施例中，該陽離子聚合物進一步包含選自甲基丙烯醯胺、丙烯醯胺及其組合之單體。
該陽離子聚合物可具有任何適宜重量平均分子量。該陽離子聚合物可具有約150 g/mol或更大，例如，約300 g/mol或更大、約500 g/mol或更大、約600 g/mol或更大、約750 g/mol或更大、約1000 g/mol或更大、約1500 g/mol或更大、約2000 g/mol或更大、約2500 g/mol或更大、約3000 g/mol或更大、約3500 g/mol或更大、約4000 g/mol或更大、約4500 g/mol或更大、約5000 g/mol或更大、約5500 g/mol或更大、約6000 g/mol或更大、約6500 g/mol或更大、約7000 g/mol或更大、或約7500 g/mol或更大之重量平均分子量。或者或另外，該陽離子聚合物可具有約10000 g/mol或更小，例如，約9000 g/mol或更小、約8000 g/mol或更小、約7500 g/mol或更小、約7000 g/mol或更小、約6500 g/mol或更小、約6000 g/mol或更小、約5500 g/mol或更小、約5000 g/mol或更小、約4500 g/mol或更小、約4000 g/mol或更小、約3500 g/mol或更小、約3000 g/mol或更小、約2500 g/mol或更小、或約2000 g/mol或更小之重量平均分子量。因此，陽離子聚合物可具有以任何兩個前述端值為界之重量平均分子量。例如，該陽離子聚合物可具有約150 g/mol至約10000 g/mol，例如，約300 g/mol至約9000 g/mol、約500 g/mol至約8000 g/mol、約150 g/mol至約7000 g/mol、約150 g/mol至約6000 g/mol、約150 g/mol至約5000 g/mol、約150 g/mol至約2000 g/mol、約1000 g/mol至約10000 g/mol、約1000 g/mol至約9000 g/mol、約1000 g/mol至約8000 g/mol、約1000 g/mol至約7000 g/mol、約1000 g/mol至約6000 g/mol、或約1000 g/mol至約5000 g/mol之重量平均分子量。
該化學-機械拋光組合物包含一或多種能夠調整(亦即該調整劑)拋光組合物(亦即pH調整化合物)之電導率之化合物。該拋光組合物之電導率可使用本文所述的任何適宜電導率調整劑來調整。通常，該化學-機械拋光組合物在使用點具有至少170 µS/cm (例如，至少200 µS/cm、至少250 µS/cm、至少300 µS/cm、至少350 µS/cm、至少400 µS/cm、至少450 µS/cm或至少500 µS/cm)之電導率。例如，該化學-機械拋光組合物可具有170 µS/cm至2000 µS/cm、350 µS/cm至2000 µS/cm、或500 µS/cm至2000 µS/cm之電導率。較佳地，該化學-機械拋光組合物在使用點具有350 µS/cm至2000 µS/cm之電導率。
該化學-機械拋光組合物包含選自銨鹽、鉀鹽及其組合之電導率調整劑。如本文所用，術語「電導率調整劑」係指能夠調整拋光組合物之電導率之任何小分子鹽。該電導率調整劑可具有任何適宜相對離子。例如，該電導率調整劑可具有選自硝酸根、乙酸根、鹵化物、磷酸根及硫酸根之相對離子。因此，在一些實施例中，該電導率調整劑選自硝酸銨、乙酸銨、鹵化銨、磷酸銨、硫酸銨、硝酸鉀、乙酸鉀、鹵化鉀、磷酸鉀、硫酸鉀或其組合。
在一些實施例中，該電導率調整劑選自硝酸銨、氯化銨、溴化銨、乙酸銨、硝酸鉀、氯化鉀、溴化鉀、乙酸鉀、氯化二烯丙基二甲基銨、溴化四丁基銨、溴化四甲基銨、溴化四乙基銨、溴化苄基三甲基銨、氯化四丁基銨、氯化四甲基銨、氯化四乙基銨、氯化苄基三甲基銨、乙酸四丁基銨、乙酸四甲基銨、乙酸四乙基銨、乙酸苄基三甲基銨及其組合。在一個實施例中，該電導率調整劑選自氯化二烯丙基二甲基銨、溴化四丁基銨、溴化四甲基銨、溴化四乙基銨、溴化苄基三甲基銨、氯化四丁基銨、氯化四甲基銨、氯化四乙基銨、氯化苄基三甲基銨、乙酸四丁基銨、乙酸四甲基銨、乙酸四乙基銨、乙酸苄基三甲基銨及其組合。在另一個實施例中，該電導率調整劑選自硝酸銨、氯化銨、溴化銨、乙酸銨、硝酸鉀、氯化鉀、溴化鉀、乙酸鉀及其組合。在某些實施例中，該電導率調整劑選自硝酸銨、硝酸鉀、氯化二烯丙基二甲基銨、溴化四丁基銨、溴化四甲基銨及其組合。
該拋光組合物可包含任何適宜量之電導率調整劑。該拋光組合物可包含約25 ppm或更多之電導率調整劑，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，該拋光組合物可包含約5000 ppm或更少之電導率調整劑，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，該拋光組合物可以任何兩個前述端值為界之量包含電導率調整劑。例如，該拋光組合物可包含約25 ppm至約5000 ppm之電導率調整劑，例如，約25 ppm至約400 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，該拋光組合物進一步包含緩衝劑。因此，在一些態樣中，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)氧化鈰磨料粒子；(b)陽離子聚合物；(c)選自銨鹽、鉀鹽及其組合之電導率調整劑；(d)緩衝劑；及(e)水，其中該拋光組合物具有約3至約6之pH。
該緩衝劑可係能夠維持拋光組合物之約3至約6之pH (例如，約4至約6之pH)之任何適宜化合物或化合物組合。一般而言，該緩衝劑係包含一至五個氮原子之基於胺之化合物。例如，該緩衝劑可係包含一至五個氮原子之基於雜環或雜芳族胺之化合物。在一些實施方案中，該緩衝劑包含選自吡咯、吡咯啶、咔唑、異吲哚、吲哚、吡咯啉、吲嗪、吲哚啉、吡啶、哌啶、喹嗪、異喹啉、喹啉、萘啶、咪唑、咪唑啉、咪唑啶、四唑、三唑、苯并咪唑、嘌呤、苯并噁唑、苯并噻唑、異噻唑、異噁唑、噻唑、噁唑、嗎啉、硫代嗎啉、吡唑、吡唑啉、蝶啶、三嗪、嘧啶、吡嗪、哌嗪、吲唑、噠嗪及其組合之雜環或雜芳族胺。在某些實施例中，該緩衝劑係苯并三唑、5-胺基四唑或其組合。
該拋光組合物可包含任何適宜量之緩衝劑(當存在時)。該拋光組合物可包含約25 ppm或更多之緩衝劑，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，該拋光組合物可包含約5000 ppm或更少之緩衝劑，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，該拋光組合物可以任何兩個前述端值為界之量之量包含緩衝劑。例如，該拋光組合物可包含約25 ppm至約5000 ppm之緩衝劑，例如，約25 ppm至約400 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，該拋光組合物進一步包含非離子聚合物。因此，在一些態樣中，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)氧化鈰磨料粒子；(b)陽離子聚合物；(c)選自銨鹽、鉀鹽及其組合之電導率調整劑；(d)陰離子聚合物；及(e)水，其中該拋光組合物具有約3至約6之pH。
該非離子聚合物可係在約3至約6之pH (例如，約4至約6之pH)下無陽離子或陰離子電荷之任何適宜聚合物。在一些實施例中，該非離子聚合物選自聚烷二醇、聚醚胺、聚環氧乙烷/環氧聚丙烷共聚物、聚丙烯醯胺、聚乙烯吡咯啶酮、矽氧烷聚環氧烷共聚物、疏水改性聚丙烯酸酯共聚物、親水性非離子聚合物、聚醣及其組合。在某些實施例中，該非離子聚合物係聚乙烯吡咯啶酮、聚烷二醇(例如聚乙二醇(PEG)或聚環氧丙烷(PPO))、聚環氧乙烷/聚環氧丙烷共聚物或其組合。在較佳實施例中，該非離子聚合物係聚乙二醇(PEG)。
該非離子聚合物可具有任何適宜重量平均分子量。該非離子聚合物可具有約400 g/mol或更大，例如，約500 g/mol或更大、約600 g/mol或更大、約750 g/mol或更大、約1000 g/mol或更大、約1500 g/mol或更大、約2000 g/mol或更大、約2500 g/mol或更大、約3000 g/mol或更大、約3500 g/mol或更大、約4000 g/mol或更大、約4500 g/mol或更大、約5000 g/mol或更大、約5500 g/mol或更大、約6000 g/mol或更大、約6500 g/mol或更大、約7000 g/mol或更大、或約7500 g/mol或更大之重量平均分子量。或者或另外，該非離子聚合物可具有約10000 g/mol或更小，例如，約9000 g/mol或更小、約8000 g/mol或更小、約7500 g/mol或更小、約7000 g/mol或更小、約6500 g/mol或更小、約6000 g/mol或更小、約5500 g/mol或更小、約5000 g/mol或更小、約4500 g/mol或更小、約4000 g/mol或更小、約3500 g/mol或更小、約3000 g/mol或更小、約2500 g/mol或更小、或約2000 g/mol或更小之重量平均分子量。因此，該非離子聚合物可具有以任何兩個前述端值為界之重量平均分子量。例如，該非離子聚合物可具有約400 g/mol至約10000 g/mol，例如，約400 g/mol至約9000 g/mol、約400 g/mol至約8000 g/mol、約400 g/mol至約7000 g/mol、約400 g/mol至約6000 g/mol、約400 g/mol至約5000 g/mol、約1000 g/mol至約10000 g/mol、約1000 g/mol至約9000 g/mol、約1000 g/mol至約8000 g/mol、約1000 g/mol至約7000 g/mol、約1000 g/mol至約6000 g/mol、或約1000 g/mol至約5000 g/mol之重量平均分子量。
該拋光組合物可包含任何適宜量之非離子聚合物(當存在時)。該拋光組合物可包含約25 ppm或更多之非離子聚合物，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，該拋光組合物可包含約5000 ppm或更少之非離子聚合物，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，該拋光組合物可以任何兩個前述端值為界之量包含非離子聚合物。例如，該拋光組合物可包含約25 ppm至約5000 ppm之非離子聚合物，例如，約25 ppm至約400 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，該拋光組合物進一步包含陽離子表面活性劑。因此，在一些態樣中，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)氧化鈰磨料粒子；(b)陽離子聚合物；(c)選自銨鹽、鉀鹽及其組合之電導率調整劑；(d)陽離子表面活性劑；及(e)水，其中該拋光組合物具有約3至約9之pH。
該陽離子表面活性劑可係任何適宜表面活性劑在中性pH (亦即約7之pH)下攜帶陽離子電荷之適宜表面活性劑。一般而言，該陽離子表面活性劑包含四級銨鹽。例如，該陽離子表面活性劑可係烷基銨鹽，諸如對-甲苯磺酸烷基銨或氯化烷基銨。在某些實施例中，該陽離子表面活性劑選自二氯化N,N,N',N',N'-五甲基-N-牛脂烷基-1,3-丙二銨、二氯化(氧二-2,1-乙二基)雙(椰子烷基(coco alkyl))二甲基銨、其鹽及其組合。
該拋光組合物可包含任何適宜量之陽離子表面活性劑(當存在時)。該拋光組合物可包含約10 ppm或更多之陽離子表面活性劑，例如，約15 ppm或更多、約20 ppm或更多、約25 ppm或更多、約30 ppm或更多、約35 ppm或更多、或約40 ppm或更多。或者或另外，該拋光組合物可包含約1000 ppm或更少之陽離子表面活性劑，例如，約800 ppm或更少、約600 ppm或更少、約400 ppm或更少、約200 ppm或更少、或約100 ppm或更少。因此，該拋光組合物可以任何兩個前述端值為界之量包含陽離子表面活性劑。例如，該拋光組合物可包含約10 ppm至約1000 ppm之陽離子表面活性劑，例如，約10 ppm至約800 ppm、約10 ppm至約600 ppm、約10 ppm至約400 ppm、約10 ppm至約200 ppm、約10 ppm至約100 ppm、約25 ppm至約1000 ppm、約25 ppm至約800 ppm、約25 ppm至約600 ppm、約25 ppm至約400 ppm、約25 ppm至約200 ppm、或約25 ppm至約100 ppm。
在一些實施例中，該拋光組合物進一步包含自停止劑(self-stopping agent)。因此，在一些態樣中，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)氧化鈰磨料粒子；(b)陽離子聚合物；(c)選自銨鹽、鉀鹽及其組合之電導率調整劑；(d)自停止劑；及(e)水，其中該拋光組合物具有約3至約6之pH。
該自停止劑可係能夠降低矽氧化物、矽氮化物及多晶矽中之一者或多者之移除速率之任何適宜化合物。在一些實施例中，該自停止劑係具有式(I)：
，
其中R選自氫、烷基、雜烷基、環烷基、雜環烷基、芳基及雜芳基，其各者可係經取代或未經取代。
如本文所用，術語「烷基」係指具有所指示的碳原子數之直鏈或分支鏈、飽和或不飽和脂族基團。烷基可包含任何數目之碳，諸如C
1-2、C
1-3、C
1-4、C
1-5、C
1-6、C
1-7、C
1-8、C
1-9、C
1-10、C
2-3、C
2-4、C
2-5、C
2-6、C
3-4、C
3-5、C
3-6、C
4-5、C
4-6及C
5-6。例如，C
1-6烷基包括(但不限於)甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、第二丁基、第三丁基、戊基、異戊基、己基等。烷基亦可指具有多至30個碳原子之烷基，諸如(但不限於)庚基、辛基、壬基、癸基等。烷基可係經取代或未經取代。「經取代之烷基」可經一或多個選自鹵素、羥基、胺基、側氧基(=O)、烷基胺基、醯胺基、醯基、硝基、氰基及烷氧基之基團取代。
如本文所用，術語「雜烷基」係指如本文所述的烷基，其中一或多個碳原子係視需要且獨立地經選自N、O及S之雜原子置換。
如本文所用，術語「環烷基」係指含有3至12個環原子或所指示的原子數之飽和或部分不飽和單環、稠合雙環或橋接多環組件。環烷基可包括任何數目之碳，諸如C
3-6、C
4-6、C
5-6、C
3-8、C
4-8、C
5-8、C
6-8、C
3-9、C
3-10、C
3-11及C
3-12。飽和單環碳環包括(例如)環丙基、環丁基、環戊基、環己基及環辛基。飽和二環及多環碳環包括(例如)降冰片烷、[2.2.2]雙環辛烷、十氫萘及金剛烷。碳環基團亦可係部分不飽和，在環中具有一或多個雙鍵或三鍵。部分不飽和之代表性碳環基團包括(但不限於)環丁烯、環戊烯、環己烯、環己二烯(1,3-及1,4-異構體)、環庚烯、環庚二烯、環辛烯、環辛二烯、(1,3-、1,4-及1,5-異構體)、降冰片烯及降冰片二烯。
如本文所用，術語「雜環烷基」係指如本文所述的環烷基，其中一或多個碳原子係視需要且獨立地經選自N、O及S之雜原子置換。
如本文所用，術語「芳基」係指具有任何適宜數目之環原子及任何適宜數目之環之芳族環系統。芳基可包括任何適宜數目之環原子，諸如6、7、8、9、10、11、12、13、14、15或16個環原子、以及6至10個、6至12個、或6至14個環成員。芳基可係單環、經稠合以形成二環或三環基團、或經鍵連接以形成二芳基。代表性芳基包括苯基、萘基及聯苯基。其他芳基包括具有亞甲基連接基之苄基。一些芳基具有6至12個環成員，諸如苯基、萘基或聯苯基。其他芳基具有6至10個環成員，諸如苯基或萘基。
如本文所用，術語「雜芳基」係指如本文所述的芳基，其中一或多個碳原子係視需要且獨立地經選自N、O及S之雜原子置換。
在某些實施例中，該自停止劑選自異羥肟酸、乙異羥肟酸、苯甲羥肟酸、水楊基異羥肟酸及其組合。
該拋光組合物可包含任何適宜量之自停止劑(當存在時)。該拋光組合物可包含約10 ppm或更多之自停止劑，例如，約15 ppm或更多、約20 ppm或更多、約25 ppm或更多、約30 ppm或更多、約35 ppm或更多、或約40 ppm或更多。或者或另外，該拋光組合物可包含約1000 ppm或更少之自停止劑，例如，約800 ppm或更少、約600 ppm或更少、約400 ppm或更少、約200 ppm或更少、或約100 ppm或更少。因此，該拋光組合物可以任何兩個前述端值為界之量包含之自停止劑。例如，該拋光組合物可包含約10 ppm至約1000 ppm之自停止劑，例如，約10 ppm至約800 ppm、約10 ppm至約600 ppm、約10 ppm至約400 ppm、約10 ppm至約200 ppm、約10 ppm至約100 ppm、約25 ppm至約1000 ppm、約25 ppm至約800 ppm、約25 ppm至約600 ppm、約25 ppm至約400 ppm、約25 ppm至約200 ppm、或約25 ppm至約100 ppm。
在一些態樣中，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)氧化鈰磨料粒子；(b)陽離子聚合物；(c)選自銨鹽、鉀鹽及其組合之電導率調整劑；(d)陰離子聚合物；(e)陽離子表面活性劑；及(f)水，其中該拋光組合物具有約3至約6之pH。
在一些態樣中，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)氧化鈰磨料粒子；(b)陽離子聚合物；(c)選自銨鹽、鉀鹽及其組合之電導率調整劑；(d)陽離子表面活性劑；(e)自停止劑；及(f)水，其中該拋光組合物具有約3至約6之pH。
在一些態樣中，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)氧化鈰磨料粒子；(b)陽離子聚合物；(c)選自銨鹽、鉀鹽及其組合之電導率調整劑；(d)緩衝劑；(e)陽離子表面活性劑；及(f)水，其中該拋光組合物具有約3至約6之pH。
在一些態樣中，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)氧化鈰磨料粒子；(b)陽離子聚合物；(c)選自銨鹽、鉀鹽及其組合之電導率調整劑；(d)緩衝劑；(e)非離子聚合物；及(f)水，其中該拋光組合物具有約3至約6之pH。
該拋光組合物包含水性載劑。該水性載劑包含水(例如去離子水)且可含有一或多種水可混溶之有機溶劑。可使用的有機溶劑之實例包括醇，諸如丙烯基醇、異丙基醇、乙醇、1-丙醇、甲醇、1-己醇及類似者；醛，諸如乙醯基醛及類似者；酮，諸如丙酮、雙丙酮醇、甲基乙基酮及類似者；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、乳酸乙酯及類似者；醚，包括亞碸，諸如二甲基亞碸(DMSO)、四氫呋喃、二噁烷、二甘醇二甲醚(diglyme)及類似者；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者；多元醇及其衍生物，諸如乙二醇、甘油、二乙二醇、二乙二醇單甲基醚及類似者；及含氮有機化合物，諸如乙腈、戊胺、異丙胺、咪唑、二甲胺及類似者。較佳地，該水性載劑係單獨水，亦即，不存在有機溶劑。
該化學-機械拋光組合物可包含一或多種能夠調整(亦即該調整劑)拋光組合物之pH之化合物(亦即pH調整化合物)。該拋光組合物之pH可使用能夠調整拋光組合物之pH之任何適宜化合物來調整。該pH調整化合物期望係水溶性且與拋光組合物之其他組分相容。通常，該化學-機械拋光組合物在使用點具有約3至約6之pH(例如，約3至約6、約3至約5、約3至約4、約4至約5、約4至約6、約5至約6、約3.5至約5.5、約3.5至約4.5、或約4.5至約5.5之pH)。較佳地，該化學-機械拋光組合物在使用點具有約3至約6或約4至約5之pH。
該能夠調整pH之化合物可選自由銨鹽、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、硼酸鹽及其混合物組成之群。
該化學-機械拋光組合物視需要進一步包含一或多種添加劑。例示性添加劑包括調理劑、酸(例如磺酸)、錯合劑、螯合劑、殺生物劑、積垢抑制劑及分散劑。
殺生物劑(當存在時)可係任何適宜殺生物劑且可以任何適宜量存在於拋光組合物中。一種適宜殺生物劑係異噻唑啉酮殺生物劑。該殺生物劑可以約1至約750 ppm，較佳約20至約200 ppm之濃度存在於拋光組合物中。
該拋光組合物可藉由任何適宜技術來製備，其中諸多係熟習此項技術者已知的。該拋光組合物可以分批或連續製程來製備。一般而言，該拋光組合物藉由組合拋光組合物之組分來製備。術語「組分」如本文所用包括個別成分(例如氧化鈰磨料粒子、陽離子聚合物、電導率調整劑、可選緩衝劑、可選陽離子表面活性劑、可選非離子聚合物、可選自停止劑及/或任何其他可選添加劑)以及成分(例如氧化鈰磨料粒子、陽離子聚合物、電導率調整劑、可選緩衝劑、可選陽離子表面活性劑、可選非離子聚合物、可選自停止劑及/或任何其他可選添加劑等)之任何組合。
例如，該拋光組合物可藉由以下來製備：(i)提供液體載劑之全部或一部分，(ii)使用用於製備此一分散液之任何適宜手段，分散氧化鈰磨料粒子、陽離子聚合物、電導率調整劑、可選緩衝劑、可選陽離子表面活性劑、可選非離子聚合物、可選自停止劑及/或任何其他可選添加劑，(iii)適當地調整該分散液之pH，及(iv)視需要添加適宜量之任何其他可選組分及/或添加劑至該混合物。
或者，該拋光組合物可藉由以下來製備：(i)提供一或多種組分(例如陽離子聚合物、電導率調整劑、可選緩衝劑、可選陽離子表面活性劑、可選非離子聚合物、可選自停止劑及/或任何其他可選添加劑)於氧化鈰磨料漿料中，(ii)提供一或多種組分(例如陽離子聚合物、電導率調整劑、可選緩衝劑、可選陽離子表面活性劑、可選非離子聚合物、可選自停止劑及/或任何其他可選添加劑)於添加劑溶液中，(iii)將該氧化鈰磨料漿料及該添加劑溶液組合形成混合物，(iv)視需要添加適宜量之任何其他可選添加劑至該混合物，及(v)適當地調整該混合物之pH。
該拋光組合物可以單包裝體系供應，該單包裝體系包含氧化鈰磨料粒子、陽離子聚合物、電導率調整劑、可選緩衝劑、可選陽離子表面活性劑、可選非離子聚合物、可選自停止劑、任何其他可選添加劑及水。或者，本發明之拋光組合物可以雙包裝體系供應，該雙包裝體系包含在第一包裝中之氧化鈰磨料將料及在第二包裝中之添加劑溶液，其中該氧化鈰磨料漿料基本上由氧化鈰磨料粒子及水組成或由其組成，且其中該添加劑溶液基本上由陽離子聚合物、電導率調整劑、可選緩衝劑、可選陽離子表面活性劑、可選非離子聚合物、可選自停止劑及/或任何其他可選添加劑組成或由其組成。該雙包裝體系允許藉由改變該兩個包裝(亦即氧化鈰磨料漿料及添加劑溶液)之摻雜比來調整拋光組合物特性。
可採用各種方法來利用此種雙包裝拋光體系。例如，可藉由在供應管路的出口接合且連接的不同管將該氧化鈰磨料漿料及添加劑溶液遞送至拋光臺面。該氧化鈰磨料漿料及添加劑溶液可在拋光前不久或立即混合，或可同時供應於該拋光臺面上。此外，在混合兩個包裝時，可根據需要添加去離子水以調整拋光組合物及所得基板拋光特性。
類似地，三包裝、四包裝或更多包裝體系可結合本發明使用，其中多個容器中之各者含有本化學-機械拋光組合物之不同組分、一或多種可選組分、及/或以不同濃度之相同組分中之一者或多者。
為了混合裝納在兩個或更多個儲存裝置中之組分以在使用點或附近產生拋光組合物，儲存裝置通常設有一或多條流動管線，其自各儲存裝置導引至拋光組合物之使用點(例如壓板、拋光墊或基板表面)。如本文所用，術語「使用點」係指將拋光組合物施覆至基板表面(例如拋光墊或其基板表面)之點。術語「流動管線」意指自個別儲存容器至其中所儲存組分之使用點之流動路徑。該等流動管線可各直接導引至使用點，或該等流動管線中之二者或更多者可在任何點組合成導引至使用點之單條流動管線。此外，一或多條流動管線中之任何者(例如，個別流動管線或經組合之流動管線)可首先導引至一或多個其他裝置(例如，泵送裝置、測量裝置、混合裝置等等)，接著到達該組分之使用點。
該拋光組合物之組分可獨立地遞送至使用點(例如，該等組分遞送至在拋光製程期間在其上混合該等組分之基板表面)，或該等組分中之一或多種組分可在遞送至使用點之前(例如，在遞送至使用點前短時間內或緊接遞送至使用點之前)組合。若組分在以混合形式添加至壓板上前約5分鐘或更短，例如，在以混合形式添加至壓板上前約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、或與在使用點遞送組分同時(例如，該等組分係在分配器處組合)組合，則該等組分係「在遞送至使用點前立刻」組合。若組分係在距離使用點5 m以內(諸如，在距離使用點1 m以內或甚至在距離使用點10 cm以內(例如，在距離使用點1 cm以內))進行組合，則其等亦「在緊接遞送至使用點之前」組合。
當該拋光組合物之組分中之兩者或更多者係在到達使用點之前組合時，該等組分可在流動管線中組合且遞送至使用點，而無需使用混合裝置。或者，該等流動管線中之一或多者可導引至混合裝置中以利於該等組分中之兩者或更多者之組合。可使用任何適宜混合裝置。例如，該混合裝置可係兩種或更多種該等組分流動通過的噴嘴或噴頭(jet) (例如高壓噴嘴或噴頭)。或者，該混合裝置可係容器型混合裝置，其包括拋光漿料之兩種或更多種組分通過其引入至混合器中之一或多個入口、及經混合之組分離開該混合器而直接或經由該設備之其他元件(例如，經由一或多條流動管線)被遞送至使用點之至少一個出口。此外，混合裝置可包括多於一個腔室，每個腔室具有至少一個入口及至少一個出口，其中在每個腔室中組合兩個或更多個組分。若使用容器型混合裝置，則該混合裝置較佳包括進一步促進組分之組合之混合機構。混合機構係此項技術中一般已知的且包括攪拌器、摻合器、攪動器、槳葉式擋板、噴氣系統、振盪器等。
該拋光組合物亦可呈濃縮物提供，其意欲在使用前用適量之水稀釋。在此一實施例中，該拋光組合物濃縮物包含拋光組合物之組分，其量係使得在用適量之水稀釋濃縮物後，拋光組合物之各組分將以在上文針對各組分所敘述之適宜範圍內之量存在於拋光組合物中。例如，該等氧化鈰磨料粒子、陽離子聚合物、電導率調整劑、可選緩衝劑、可選陽離子表面活性劑、可選非離子聚合物、可選自停止劑及/或任何其他可選添加劑可各以濃縮物以為約2倍(例如約3倍、約4倍或約5倍)大於上文針對於各組分所列舉的濃度之量存在，使得當用等體積水(例如分別為2等體積水、3等體積水或4等體積水)稀釋該濃縮物時，各組合物將以在以上針對於各組分所陳述的範圍內的量存在於拋光組合物中。此外，如一般技術者所理解，該濃縮物可含有存在於最終拋光組合物中之適宜分數之水以便確保該等氧化鈰磨料粒子、陽離子聚合物、電導率調整劑、可選緩衝劑、可選陽離子表面活性劑、可選非離子聚合物、可選自停止劑及/或任何其他可選添加劑至少部分或完全溶解於濃縮物中。
本發明進一步提供一種化學-機械拋光基板之方法，其包括以下、基本上由以下組成、或由以下組成：(i)提供基板，(ii)提供拋光墊，(iii)提供化學-機械拋光組合物，其包含：(a)氧化鈰磨料粒子；(b)陽離子聚合物；(c)選自銨鹽、鉀鹽及其組合之電導率調整劑；及(d)水，其中該拋光組合物具有約3至約6之pH，(iv)使該基板與該拋光墊及該化學-機械拋光組合物接觸，及(v)使該拋光墊及該化學-機械拋光組合物相對於該基板移動以磨除該基板之至少一部分來拋光該基板。
該化學-機械拋光組合物可用於拋光任何適宜基板且尤其可用於拋光包含至少一個包含低介電材料之層(通常係表面層)之基板。適宜基板包括在半導體工業中使用之晶圓。該等晶圓通常包括(例如)金屬、金屬氧化物、金屬氮化物、金屬錯合物、金屬合金、低介電材料或其組合或由其組成。本發明之方法特別可用於拋光包含矽氧化物、矽氮化物及/或多晶矽(例如，前述材料中之任何一者或全部)之基板。在一些實施例中，該基板包含在該基板之表面上的矽氧化物、矽氮化物及多晶矽，且該基板之表面上的該矽氧化物、矽氮化物及多晶矽之至少一部分經磨除以拋光該基板。
在某些實施例中，該基板包含矽氧化物、矽氮化物及多晶矽。該多晶矽可係任何適宜多晶矽，其中諸多係此項技術中已知的。該多晶矽可具有任何適宜相，且可係非晶型、晶型或其組合。該矽氮化物可係任何適宜矽氮化物，其中諸多係此項技術中已知的。該矽氮化物可具有任何適宜相，且可係非晶型、晶型或其組合。類似地，該矽氧化物可係任何適宜矽氧化物，其中諸多係此項技術中已知的。適宜類型之矽氧化物包括(但不限於)硼磷矽酸鹽玻璃(BPSG)、高密度電漿(HDP)氧化物及/或電漿增強四乙基正矽酸鹽(PETEOS)及/或四乙基正矽酸鹽(TEOS)、熱氧化物及未摻雜之矽酸鹽玻璃。
本發明之化學-機械拋光組合物可經定製以提供在選擇特定薄層材料之期望拋光範圍之有效拋光，而在相同時間最小化表面瑕疵、缺陷、腐蝕、侵蝕及停止層之移除。該選擇性可在一定程度上藉由改變拋光組合物之組分之相對濃度來控制。
當需要時，本發明之化學-機械拋光組合物可提供包含矽氧化物、矽氮化物及多晶矽之基板之非選擇性化學-機械拋光。換言之，該拋光組合物可提供矽氧化物、矽氮化物及多晶矽之約1:1:1相對移除速率比。就此而言，該方法可提供矽氧化物、矽氮化物及多晶矽之移除速率，其中該矽氧化物移除速率、該矽氮化物移除速率及該多晶矽移除速率具有總體平均移除速率(亦即，該矽氧化物移除速率、該矽氮化物移除速率及該多晶矽移除速率之總和除以3)，且該矽氧化物移除速率、該矽氮化物移除速率及該多晶矽移除速率中之各者係在總體平均移除速率的20%以內。在一些實施例中，該方法可提供矽氧化物、矽氮化物及多晶矽之移除速率，其中該矽氧化物移除速率、該矽氮化物移除速率及該多晶矽移除速率具有總體平均移除速率，且該矽氧化物移除速率、該矽氮化物移除速率及該多晶矽移除速率中之各者係在該總體平均移除速率的15%以內。在某些實施例中，該方法可提供矽氧化物、矽氮化物及多晶矽之移除速率，其中該矽氧化物移除速率、該矽氮化物移除速率及該多晶矽移除速率具有總體平均移除速率，且該矽氧化物移除速率、該矽氮化物移除速率及該多晶矽移除速率中之各者係在該總體平均移除速率的10%以內。
在不希望受任何特定理論約束下，咸信，單獨地或與非離子聚合物及/或陽離子表面活性劑組合添加電導率調整劑(例如硝酸銨或硝酸鉀)可有助於使拋光組合物為非選擇性，例如，有助於維持矽氧化物、矽氮化物及多晶矽中之各者之相似移除速率。因此，在一些態樣中，本發明進一步提供一種化學-機械拋光基板之方法，該方法包含以下、基本上由以下組成、或由以下組成：(i)提供基板，(ii)提供拋光墊，(iii)提供化學-機械拋光組合物，其包含：(a)氧化鈰磨料粒子；(b)陽離子聚合物；(c)電導率調整劑；(d)視需要之非離子聚合物及/或陽離子表面活性劑；及(e)水，其中該拋光組合物具有約3至約6之pH(例如約4至約6之pH)，(iv)使該基板與該拋光墊及該化學-機械拋光組合物接觸，及(v)使該拋光墊及該化學-機械拋光組合物相對於該基板移動以磨除該基板之至少一部分來拋光該基板。
當需要時，本發明之化學-機械拋光組合物可提供包含矽氧化物、矽氮化物及多晶矽之基板之選擇性化學-機械拋光，以相對於矽氮化物及多晶矽降低之速率選擇性移除矽氧化物。就此而言，該方法可提供矽氧化物、矽氮化物及多晶矽之移除速率，其中該矽氧化物移除速率、該矽氮化物移除速率及該多晶矽移除速率具有總體平均移除速率(亦即，該矽氧化物移除速率、該矽氮化物移除速率及該多晶矽移除速率之總和除以3)，且該矽氧化物移除速率係至少50%小於該總體平均移除速率。在一些實施例中，該方法可提供矽氧化物、矽氮化物及多晶矽之移除速率，其中該矽氧化物移除速率、該矽氮化物移除速率及該多晶矽移除速率具有總體平均移除速率，且該矽氧化物移除速率係至少60%小於該總體平均移除速率。在某些實施例中，該方法可提供矽氧化物、矽氮化物及多晶矽之移除速率，其中該矽氧化物移除速率、該矽氮化物移除速率及該多晶矽移除速率具有總體平均移除速率，且該矽氧化物移除速率係至少70%小於該總體平均移除速率。
在不希望受任何特定理論約束下，咸信，(i)添加另外陽離子聚合物(例如聚MADQUAT、聚DADMAC及/或聚乙烯基咪唑)及/或(ii)添加陽離子表面活性劑可以相對於矽氮化物及多晶矽降低之速率選擇性移除矽氧化物。因此，在一些態樣中，本發明進一步提供一種化學-機械拋光基板之方法，該方法包含以下、基本上由以下組成、或由以下組成：(i)提供基板，(ii)提供拋光墊，(iii)提供化學-機械拋光組合物，其包含：(a)氧化鈰磨料粒子；(b)陽離子聚合物；(c)選自銨鹽、鉀鹽及其組合之電導率調整劑；(d)陽離子表面活性劑；及(e)水，其中該拋光組合物具有約3至約6之pH(例如約4至約6之pH)，(iv)使該基板與該拋光墊及該化學-機械拋光組合物接觸，及(v)使該拋光墊及該化學-機械拋光組合物相對於該基板移動以磨除該基板之至少一部分來拋光該基板。類似地，在一些態樣中，本發明進一步提供一種化學-機械拋光基板之方法，該方法基本上由以下組成、或由以下組成：(i)提供基板，(ii)提供拋光墊，(iii)提供化學-機械拋光組合物，其包含：(a)氧化鈰磨料粒子；(b)兩種或更多種陽離子聚合物；(c)選自銨鹽、鉀鹽及其組合之電導率調整劑；及(d)水，其中該拋光組合物具有約3至約6之pH(例如約4至約6之pH)，(iv)使基板與拋光墊及化學-機械拋光組合物接觸，及(v)使該拋光墊及該化學-機械拋光組合物相對於該基板移動以磨除該基板之至少一部分來拋光該基板。
在不希望受任何特定理論約束下，亦咸信，電導率調整劑(諸如氯化二烯丙基二甲基銨、溴化四丁基銨、溴化四甲基銨、溴化四乙基銨、溴化苄基三甲基銨、氯化四乙基銨、氯化四甲基銨、氯化四乙基銨、氯化苄基三甲基銨、乙酸四丁基銨、乙酸四甲基銨、乙酸四乙基銨、乙酸苄基三甲基銨或其組合)可以相對於矽氮化物及多晶矽降低之速率選擇性移除矽氧化物。因此，在一些態樣中，本發明進一步提供一種化學-機械拋光基板之方法，該方法包含以下、基本上由以下組成、或由以下組成：(i)提供基板，(ii)提供拋光墊，(iii)提供化學-機械拋光組合物，其包含：(a)氧化鈰磨料粒子；(b)陽離子聚合物；(c)選自氯化二烯丙基二甲基銨、溴化四丁基銨、溴化四甲基銨、溴化四乙基銨、溴化苄基三甲基銨、氯化四丁基銨、氯化四甲基銨、氯化四乙基銨、氯化苄基三甲基銨、乙酸四丁基銨、乙酸四甲基銨、乙酸四乙基銨、乙酸苄基三甲基銨及其組合之電導率調整劑；及(d)水，其中該拋光組合物具有約3至約6之pH (例如約4至約6之pH)，(iv)使該基板與該拋光墊及該化學-機械拋光組合物接觸，及(v)使該拋光墊及該化學-機械拋光組合物相對於該基板移動以磨除該基板之至少一部分來拋光該基板。
當需要時，本發明之化學-機械拋光組合物可提供包含矽氧化物、矽氮化物及多晶矽之基板之選擇性化學-機械拋光，以相對於矽氧化物及多晶矽降低之速率選擇性移除矽氮化物。就此而言，該方法可提供矽氧化物、矽氮化物及多晶矽之移除速率，其中該矽氧化物移除速率、該矽氮化物移除速率及該多晶矽移除速率具有總體平均移除速率(亦即，該矽氧化物移除速率、該矽氮化物移除速率及該多晶矽移除速率之總和除以3)，且該矽氮化物移除速率係至少50%小於該總體平均移除速率。在一些實施例中，該方法可提供矽氧化物、矽氮化物及多晶矽之移除速率，其中該矽氧化物移除速率、該矽氮化物移除速率及該多晶矽移除速率具有總體平均移除速率，且該矽氮化物移除速率係至少60%小於該總體平均移除速率。在某些實施例中，該方法可提供矽氧化物、矽氮化物及多晶矽之移除速率，其中該矽氧化物移除速率、該矽氮化物移除速率及該多晶矽移除速率具有總體平均移除速率，且該矽氮化物移除速率係至少70%小於該總體平均移除速率。
在不希望受任何特定理論約束下，咸信，添加微粒緩衝劑(例如5-胺基四唑)及/或自停止劑可以相對於矽氧化物及多晶矽降低之速率選擇性移除矽氮化物。因此，在一些態樣中，本發明進一步提供一種化學-機械拋光基板之方法，該方法包含以下、基本上由以下組成、或由以下組成：(i)提供基板，(ii)提供拋光墊，(iii)提供化學-機械拋光組合物，其包含：(a)氧化鈰磨料粒子；(b)陽離子聚合物；(c)選自銨鹽、鉀鹽及其組合之電導率調整劑；(d)自停止劑；及(e)水，其中該拋光組合物具有約3至約6之pH(例如約4至約6之pH)，(iv)使基板與拋光墊及化學-機械拋光組合物接觸，及(v)使該拋光墊及該化學-機械拋光組合物相對於該基板移動以磨除該基板之至少一部分來拋光該基板。類似地，在一些態樣中，本發明進一步提供一種化學-機械拋光基板之方法，該方法基本上由以下組成、或由以下組成：(i)提供基板，(ii)提供拋光墊，(iii)提供化學-機械拋光組合物，其包含：(a)氧化鈰磨料粒子；(b)陽離子聚合物；(c)選自銨鹽、鉀鹽及其組合之電導率調整劑；(d)緩衝劑；及(e)水，其中該拋光組合物具有約3至約6之pH(例如約4至約6之pH)，(iv)使基板與拋光墊及化學-機械拋光組合物接觸，及(v)使該拋光墊及該化學-機械拋光組合物相對於該基板移動以磨除該基板之至少一部分來拋光該基板。
當需要時，本發明之化學-機械拋光組合物可提供包含矽氧化物、矽氮化物及多晶矽之基板之選擇性化學-機械拋光，以相對於矽氧化物及矽氮化物降低之速率選擇性移除多晶矽。就此而言，該方法可提供矽氧化物、矽氮化物及多晶矽之移除速率，其中該矽氧化物移除速率、該矽氮化物移除速率及該多晶矽移除速率具有總體平均移除速率(亦即，該矽氧化物移除速率、該矽氮化物移除速率及該多晶矽移除速率之總和除以3)，且該多晶矽移除速率係至少50%小於該總體平均移除速率。在一些實施例中，該方法可提供矽氧化物、矽氮化物及多晶矽之移除速率，其中該矽氧化物移除速率、該矽氮化物移除速率及該多晶矽移除速率具有總體平均移除速率，且該多晶矽移除速率係至少60%小於該總體平均移除速率。在某些實施例中，該方法可提供矽氧化物、矽氮化物及多晶矽之移除速率，其中該矽氧化物移除速率、該矽氮化物移除速率及該多晶矽移除速率具有總體平均移除速率，且該多晶矽移除速率係至少70%小於該總體平均移除速率。
在不希望受任何特定理論約束下，咸信，添加非離子聚合物可以相對於矽氧化物及矽氮化物降低之速率選擇性移除多晶矽。因此，在一些態樣中，本發明進一步提供一種化學-機械拋光基板之方法，該方法包含以下、基本上由以下組成、或由以下組成：(i)提供基板，(ii)提供拋光墊，(iii)提供化學-機械拋光組合物，其包含：(a)氧化鈰磨料粒子；(b)陽離子聚合物；(c)選自銨鹽、鉀鹽及其組合之電導率調整劑；(d)非離子聚合物；及(e)水，其中該拋光組合物具有約3至約6之pH(例如約4至約6之pH)，(iv)使該基板與該拋光墊及該化學-機械拋光組合物接觸，及(v)使該拋光墊及該化學-機械拋光組合物相對於該基板移動以磨除該基板之至少一部分來拋光該基板。
當需要時，本發明之化學-機械拋光組合物可提供包含矽氧化物、矽氮化物及多晶矽之基板之選擇性化學-機械拋光，以相對於多晶矽降低之速率選擇性移除矽氧化物及矽氮化物中之各者。就此而言，該方法可提供矽氧化物、矽氮化物及多晶矽之移除速率，其中該矽氧化物移除速率、該矽氮化物移除速率及該多晶矽移除速率具有總體平均移除速率(亦即，該矽氧化物移除速率、該矽氮化物移除速率及該多晶矽移除速率之總和除以3)，且該矽氧化物移除速率及該矽氮化物移除速率中之各者係至少50%小於該總體平均移除速率。在一些實施例中，該方法可提供矽氧化物、矽氮化物及多晶矽之移除速率，其中該矽氧化物移除速率、該矽氮化物移除速率及該多晶矽移除速率具有總體平均移除速率，且該矽氧化物移除速率及該矽氮化物移除速率中之各者係至少60%小於該總體平均移除速率。在某些實施例中，該方法可提供矽氧化物、矽氮化物及多晶矽之移除速率，其中該矽氧化物移除速率、該矽氮化物移除速率及該多晶矽移除速率具有總體平均移除速率，且該矽氧化物移除速率及該矽氮化物移除速率中之各者係至少70%小於該總體平均移除速率。
如藉由適宜技術所確定，本發明之拋光組合物期望在拋光基板時展現低粒子缺陷。在一個較佳實施例中，本發明之化學-機械拋光組合物包含促成低缺陷率之濕製程二氧化鈰。用本發明拋光組合物拋光之基板上的粒子缺陷可藉由任何適宜技術來測定。例如，雷射光散射技術(諸如暗視野法向光束複合法(DCN)及暗視野斜向光束複合法(DCO))可用於測定經拋光基板上的粒子缺陷。用於評估粒子缺陷率之適宜儀器可自例如KLA-Tencor (例如在120 nm臨限值或160 nm臨限值下操作之SURFSCAN™ SPI儀器)獲得。
用本發明拋光組合物拋光之基板(尤其是包含矽氧化物、矽氮化物及/或多晶矽之矽)期望具有約20000計數或更少，例如，約17500計數或更少、約15000計數或更少、約12500計數或更少、約3500計數或更少、約3000計數或更少、約2500計數或更少、約2000計數或更少、約1500計數或更少、或約1000計數或更少之DCN值。較佳地，根據本發明之實施例拋光之基板具有約750計數或更小，例如，約500計數或更小、約250計數或更小、約125計數或更小、或甚至約100計數或更小之DCN值。
或者或另外地，用本發明之化學-機械拋光組合物拋光之基板期望展現低劃痕，藉由適宜技術確定。例如，根據本發明之一個實施例拋光之矽晶圓期望具有約250個劃痕或更少、或約125個劃痕或更少，藉由此項技術中已知的任何適宜方法，諸如(例如)雷射光散射技術所確定。
本發明之化學-機械拋光組合物及方法特別適合與化學-機械拋光設備結合使用。通常，該設備包括在使用時呈運動狀態且具有由軌道、線性、或圓周運動所導致之速度之壓板、與該壓板接觸且在呈運動狀態時與該壓板一起移動之拋光墊、及藉由接觸及相對該拋光墊之表面移動待拋光基板而固定該基板之托架。基板之拋光藉由將基板放置成與拋光墊及本發明之拋光組合物接觸，且接著使該拋光墊相對該基板移動，以磨除該基板之至少一部分以拋光該基板而發生。
可使用任何適宜之拋光墊(例如，拋光表面)用化學-機械拋光組合物拋光基板。適宜拋光墊包括(例如)編織及非編織拋光墊。此外，適宜拋光墊可包括具不同密度、硬度、厚度、可壓縮性、在壓縮時可回彈之能力及壓縮模量之任何適宜聚合物。適宜聚合物包括(例如)聚氯乙烯、聚氟乙烯、尼龍、氟碳化物、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、其共同形成之產物及其混合物。軟質聚胺基甲酸酯拋光墊特別適於與本發明拋光方法結合使用。典型墊包括(但不限於) SURFIN™ 000、SURFIN™ SSW1、SPM3100 Eminess Technologies)、購自Dow Chemical Company (Newark, DE)之POLITEX™、及購自Fujibo (Osaka, JP)之POLYPAS™ 27、及購自Cabot Microelectronics (Aurora, IL)之EPIC™ D100墊或NEXPLANAR™ E6088。一種較佳拋光墊係購自Dow Chemical之剛性、微孔聚胺甲酸酯墊(IC1010 ™)。
理想地，該化學-機械拋光設備進一步包括原位拋光終點偵測系統，其中諸多係此項技術中已知的。藉由分析自所拋光基板之表面反射之光或其他輻射檢測及監測拋光製程之技術係此項技術中已知的。該等方法描述於(例如)美國專利案5,196,353、美國專利案5,433,651、美國專利案5,609,511、美國專利案5,643,046、美國專利案5,658,183、美國專利案5,730,642、美國專利案5,838,447、美國專利案5,872,633、美國專利案5,893,796、美國專利案5,949,927及美國專利案5,964,643中。理想地，針對所拋光基板檢測或監測拋光製程之進展能夠測定拋光終點，亦即，決定何時終止針對於特定基板之拋光製程。
實施例
(1) 在實施例(1)中呈現一種化學-機械拋光組合物，其包含：
(a) 二氧化鈰磨料粒子；
(b) 陽離子聚合物；
(c) 選自銨鹽、鉀鹽及其組合之電導率調整劑；及
(d) 水，
其中該拋光組合物具有約3至約6之pH。
(2) 在實施例(2)中呈現如實施例(1)之拋光組合物，其中該拋光組合物包含約0.001重量%至約10重量%之二氧化鈰磨料粒子。
(3) 在實施例(3)中呈現如實施例(1)或實施例(2)之拋光組合物，其中該拋光組合物包含約0.05重量%至約5重量%之二氧化鈰磨料粒子。
(4) 在實施例(4)中呈現如實施例(1)至(3)中任一項之拋光組合物，其中該拋光組合物具有約4至約6之pH。
(5) 在實施例(5)中呈現如實施例(1)至(4)中任一項之拋光組合物，其中該拋光組合物具有約4至約5之pH。
(6) 在實施例(6)中呈現如實施例(1)至(5)中任一項之拋光組合物，其中該拋光組合物進一步包含選自聚烷二醇、聚醚胺、聚環氧乙烷/聚環氧丙烷共聚物、聚丙烯醯胺、聚乙烯吡咯啶酮、矽氧烷聚環氧烷共聚物、疏水改性聚丙烯酸酯共聚物、親水性非離子聚合物、多醣及其組合之非離子聚合物。
(7) 在實施例(7)中呈現如實施例(6)之拋光組合物，其中該非離子聚合物係聚乙烯基吡咯啶酮。
(8) 在實施例(8)中呈現如實施例(6)之拋光組合物，其中該非離子聚合物係聚烷二醇。
(9) 在實施例(9)中呈現如實施例(6)之拋光組合物，其中該非離子聚合物係聚環氧乙烷/聚環氧丙烷共聚物。
(10) 在實施例(10)中呈現如實施例(1)至(9)中任一項之拋光組合物，其中該陽離子聚合物包含陽離子單體，其選自
N-乙烯基咪唑、丙烯酸2-(二甲基胺基)乙酯(「DMAEA」)、甲基丙烯酸2-(二甲基胺基)乙酯(「DMAEM」)、3-(二甲基胺基)丙基甲基丙烯醯胺(「DMAPMA」)、3-(二甲基胺基)丙基丙烯醯胺(「DMAPA」)、氯化3-甲基丙烯基醯胺基丙基-三甲基-銨(「MAPTAC」)、氯化3-丙烯基醯胺基丙基-三甲基-銨(「APTAC」)、氯化二烯丙基二甲基銨(「DADMAC」)、氯化2-(丙烯醯氧基)-
N,
N,
N-三甲基乙胺鎓(「DMAEA.MCQ」)、氯化2-(甲基丙烯醯氧基)-
N,
N,
N-三甲基乙胺鎓(「DMAEM.MCQ」)、丙烯酸
N,N-二甲基胺基乙酯芐基氯(「DMAEA.BCQ」)、甲基丙烯酸
N,N-二甲基胺基乙酯芐基氯(「DMAEM.BCQ」)、其鹽及其組合。
(11) 在實施例(11)中呈現如實施例(1)至(10)中任一項之拋光組合物，其中該陽離子單體選自
N-乙烯基咪唑、氯化二烯丙基二甲基銨(「DADMAC」)、氯化2-(甲基丙烯醯氧基)-
N,
N,
N-三甲基乙胺鎓(「DMAEM.MCQ」)、其鹽及其組合。
(12) 在實施例(12)中呈現如實施例(1)至(11)中任一項之拋光組合物，其中該拋光組合物進一步包含緩衝劑，且其中該緩衝劑係包含一至五個氮原子之基於胺之化合物。
(13) 在實施例(13)中呈現如實施例(1)至(12)中任一項之拋光組合物，其中該緩衝劑係包含一至五個氮原子之基於雜環或雜芳族胺之化合物。
(14) 在實施例(14)中呈現如實施例(1)至(13)中任一項之拋光組合物，其中該緩衝劑包含選自吡咯、吡咯啶、咔唑、異吲哚、吲哚、吡咯啉、吲嗪、吲哚啉、吡啶、哌啶、喹嗪、異喹啉、喹啉、萘啶、咪唑、咪唑啉、咪唑啶、四唑、三唑、苯并咪唑、嘌呤、苯并噁唑、苯并噻唑、異噻唑、異噁唑、噻唑、噁唑、嗎啉、硫代嗎啉、吡唑、吡唑啉、蝶啶、三嗪、嘧啶、吡嗪、哌嗪、吲唑、噠嗪及其組合之雜環或雜芳族胺。
(15) 在實施例(15)中呈現如實施例(1)至(14)中任一項之拋光組合物，其中該緩衝劑係苯并三唑、5-胺基四唑或其組合。
(16) 在實施例(16)中呈現如實施例(1)至(15)中任一項之拋光組合物，其中該拋光組合物進一步包含陽離子表面活性劑。
(17) 在實施例(17)中呈現如實施例(16)之拋光組合物，其中該陽離子表面活性劑包含四級銨鹽。
(18) 在實施例(18)中呈現如實施例(16)或實施例(17)之拋光組合物，其中該陽離子表面活性劑選自二氯化N,N,N',N',N'-五甲基-N-牛脂烷基-1,3-丙二銨、二氯化(氧二-2,1-乙二基)雙(椰子烷基)二甲基銨、其鹽及其組合。
(19) 在實施例(19)中呈現如實施例(1)至(18)中任一項之拋光組合物，其中該拋光組合物進一步包含式(I)之自停止劑：
，
其中R選自氫、烷基、雜烷基、環烷基、雜環烷基、芳基及雜芳基，其各者可係經取代或未經取代。
(20) 在實施例(20)中呈現如實施例(19)之拋光組合物，其中該自停止劑選自異羥肟酸、乙異羥肟酸、苯甲羥肟酸、水楊基異羥肟酸及其組合。
(21) 在實施例(21)中呈現如實施例(19)或實施例(20)之拋光組合物，其中該自停止劑係異羥肟酸。
(22) 在實施例(22)中呈現如實施例(19)或實施例(20)之拋光組合物，其中該該自停止劑係苯甲羥肟酸。
(23) 在實施例(23)中呈現如實施例(19)或實施例(20)之拋光組合物，其中該自停止劑係水楊基異羥肟酸。
(24) 在實施例(24)中呈現如實施例(1)至(23)中任一項之拋光組合物，其中該電導率調整劑具有選自硝酸根、乙酸根、鹵化物、磷酸根及硫酸根之相對離子。
(25) 在實施例(25)中呈現如實施例(1)至(24)中任一項之拋光組合物，其中該電導率調整劑選自硝酸銨、氯化銨、溴化銨、乙酸銨、硝酸鉀、氯化鉀、溴化鉀、乙酸鉀、氯化二烯丙基二甲基銨、溴化四丁基銨、溴化四甲基銨、溴化四乙基銨、溴化苄基三甲基銨、氯化四丁基銨、氯化四甲基銨、氯化四乙基銨、氯化苄基三甲基銨、乙酸四丁基銨、乙酸四甲基銨、乙酸四乙基銨、乙酸苄基三甲基銨及其組合。
(26) 在實施例(26)中呈現如實施例(1)至(25)中任一項之拋光組合物，其中該拋光組合物具有至少170 µS/cm之電導率。
(27) 在實施例(27)中呈現如實施例(1)至(26)中任一項之拋光組合物，其中該拋光組合物具有至少350 µS/cm之電導率。
(28) 在實施例(28)中呈現一種化學-機械拋光基板之方法，其包括：
(i) 提供基板，
(ii) 提供拋光墊，
(iii) 提供化學-機械拋光組合物，其包含：
(a) 二氧化鈰磨料粒子；
(b) 陽離子聚合物；
(c) 選自銨鹽、鉀鹽及其組合之電導率調整劑；及
(d) 水，
其中該拋光組合物具有約3至約6之pH，
(iv) 使該基板與該拋光墊及該化學-機械拋光組合物接觸，及
(v) 使該拋光墊及該化學-機械拋光組合物相對於該基板移動以磨除該基板之至少一部分來拋光該基板。
(29) 在實施例(29)中呈現如實施例(28)之方法，其中該拋光組合物包含約0.001重量%至約10重量%之二氧化鈰磨料粒子。
(30) 在實施例(30)中呈現如實施例(28)或實施例(29)之方法，其中該拋光組合物包含約0.05重量%至約5重量%之二氧化鈰磨料粒子。
(31) 在實施例(31)中呈現如實施例(28)至(30)中任一項之方法，其中該拋光組合物具有約4至約6之pH。
(32) 在實施例(32)中呈現如實施例(28)至(31)中任一項之方法，其中該拋光組合物具有約4至約5之pH。
(33) 在實施例(33)中呈現如實施例(28)至(32)中任一項之方法，其中該陽離子聚合物包含陽離子單體，其選自
N-乙烯基咪唑、丙烯酸2-(二甲基胺基)乙酯(「DMAEA」)、甲基丙烯酸2-(二甲基胺基)乙酯(「DMAEM」)、3-(二甲基胺基)丙基甲基丙烯醯胺(「DMAPMA」)、3-(二甲基胺基)丙基丙烯醯胺(「DMAPA」)、氯化3-甲基丙烯基醯胺基丙基-三甲基-銨(「MAPTAC」)、氯化3-丙烯基醯胺基丙基-三甲基-銨(「APTAC」)、氯化二烯丙基二甲基銨(「DADMAC」)、氯化2-(丙烯醯氧基)-
N,
N,
N-三甲基乙胺鎓(「DMAEA.MCQ」)、氯化2-(甲基丙烯醯氧基)-
N,
N,
N-三甲基乙胺鎓(「DMAEM.MCQ」)、丙烯酸
N,N-二甲基胺基乙酯芐基氯(「DMAEA.BCQ」)、甲基丙烯酸
N,N-二甲基胺基乙酯芐基氯(「DMAEM.BCQ」)、其鹽及其組合。
(34) 在實施例(34)中呈現如實施例(33)之方法，其中該陽離子單體選自
N-乙烯基咪唑、氯化二烯丙基二甲基銨(「DADMAC」)、氯化2-(甲基丙烯醯氧基)-
N,
N,
N-三甲基乙胺鎓(「DMAEM.MCQ」)、其鹽及其組合。
(35) 在實施例(35)中呈現如實施例(28)至(34)中任一項之方法，其中該緩衝劑係包含一至五個氮原子之基於胺之化合物。
(36) 在實施例(36)中呈現如實施例(28)至(35)中任一項之方法，其中該緩衝劑係包含一至五個氮原子之基於雜環或雜芳族胺之化合物。
(37) 在實施例(37)中呈現如實施例(28)至(36)中任一項之方法，其中該緩衝劑包含選自吡咯、吡咯啶、咔唑、異吲哚、吲哚、吡咯啉、吲嗪、吲哚啉、吡啶、哌啶、喹嗪、異喹啉、喹啉、萘啶、咪唑、咪唑啉、咪唑啶、四唑、三唑、苯并咪唑、嘌呤、苯并噁唑、苯并噻唑、異噻唑、異噁唑、噻唑、噁唑、嗎啉、硫代嗎啉、吡唑、吡唑啉、蝶啶、三嗪、嘧啶、吡嗪、哌嗪、吲唑、噠嗪及其組合之雜環或雜芳族胺。
(38) 在實施例(38)中呈現如實施例(28)至(37)中任一項之方法，其中該緩衝劑係苯并三唑、5-胺基四唑或其組合。
(39) 在實施例(39)中呈現如實施例(28)至(38)中任一項之方法，其中該拋光組合物進一步包含陽離子表面活性劑。
(40) 在實施例(40)中呈現如實施例(39)之方法，其中該陽離子表面活性劑包含四級銨鹽。
(41) 在實施例(41)中呈現如實施例(39)或實施例(40)之方法，其中該陽離子表面活性劑選自二氯化N,N,N',N',N'-五甲基-N-牛脂烷基-1,3-丙二銨、二氯化(氧二-2,1-乙二基)雙(椰子烷基)二甲基銨、其鹽及其組合。
(42) 在實施例(42)中呈現如實施例(28)至(41)中任一項之方法，其中該電導率調整劑具有選自硝酸根、乙酸根、鹵化物、磷酸根及硫酸根之相對離子。
(43) 在實施例(43)中呈現如實施例(28)至(42)中任一項之方法，其中該電導率調整劑選自硝酸銨、氯化銨、溴化銨、乙酸銨、硝酸鉀、氯化鉀、溴化鉀、乙酸鉀、氯化二烯丙基二甲基銨、溴化四丁基銨、溴化四甲基銨、溴化四乙基銨、溴化苄基三甲基銨、氯化四丁基銨、氯化四甲基銨、氯化四乙基銨、氯化苄基三甲基銨、乙酸四丁基銨、乙酸四甲基銨、乙酸四乙基銨、乙酸苄基三甲基銨及其組合。
(44) 在實施例(44)中呈現如實施例(28)至(43)中任一項之方法，其中該拋光組合物具有至少170 µS/cm之電導率。
(45) 在實施例(45)中呈現如實施例(28)至(44)中任一項之方法，其中該拋光組合物具有至少350 µS/cm之電導率。
(46) 在實施例(46)中呈現如實施例(28)至(45)中任一項之方法，其中該方法包含矽氧化物、矽氮化物及多晶矽，且其中該矽氧化物、矽氮化物及多晶矽中之至少一部分係以一定移除速率磨除，以矽氧化物移除速率、矽氮化物移除速率及多晶矽移除速率拋光該基板。
(47) 在實施例(47)中呈現如實施例(46)之方法，其中該矽氧化物移除率、該矽氮化物移除率及該多晶矽移除率具有總體平均移除率，且該氧化矽移除率、該氮化矽移除率及該多晶矽移除率中之各者係在總體平均移除率的20%以內。
(48) 在實施例(48)中呈現如實施例(46)之方法，其中該矽氧化物移除率、該矽氮化物移除率及該多晶矽移除率具有總體平均移除率，且該氧化矽移除率、該氮化矽移除率及該多晶矽移除率中之各者係在總體平均移除率的15%以內。
(49) 在實施例(49)中呈現如實施例(46)之方法，其中該矽氧化物移除率、該矽氮化物移除率及該多晶矽移除率具有總體平均移除率，且該氧化矽移除率、該氮化矽移除率及該多晶矽移除率中之各者係在總體平均移除率的10%以內。
(50) 在實施例(50)中呈現如實施例(28)至(46)中任一項之方法，其中該拋光組合物進一步包含選自聚烷二醇、聚醚胺、聚環氧乙烷/聚環氧丙烷共聚物、聚丙烯醯胺、聚乙烯吡咯啶酮、矽氧烷聚環氧烷共聚物、疏水改性聚丙烯酸酯共聚物、親水性非離子聚合物、多醣及其組合之非離子聚合物。
(51) 在實施例(51)中呈現如實施例(50)之方法，其中該非離子聚合物係聚乙烯基吡咯啶酮。
(52) 在實施例(52)中呈現如實施例(50)之方法，其中該非離子聚合物係聚烷二醇。
(53) 在實施例(53)中呈現如實施例(50)之方法，其中該非離子聚合物係聚環氧乙烷/聚環氧丙烷共聚物。
(54) 在實施例(54)中呈現如實施例(50)至(53)中任一項之方法，其中該基板包含矽氧化物、矽氮化物及多晶矽，且其中該矽氧化物、矽氮化物及多晶矽之至少一部分係以一定移除速率磨除，以矽氧化物移除速率、矽氮化物移除速率及多晶矽移除速率拋光該基板，且其中該矽氧化物移除速率、該矽氮化物移除速率及該多晶矽移除速率具有總體平均移除速率，且該多晶矽移除速率係至少50%小於該總體平均移除速率。
(55) 在實施例(55)中呈現如實施例(54)之方法，其中該矽氧化物移除速率、該矽氮化物移除速率及該多晶矽移除速率具有總體平均移除速率，且該多晶矽移除速率係至少60%小於該總體平均移除速率。
(56) 在實施例(56)中呈現如實施例(54)之方法，其中該矽氧化物移除速率、該矽氮化物移除速率及該多晶矽移除速率具有總體平均移除速率，且該多晶矽移除速率係至少70%小於該總體平均移除速率。
(57) 在實施例(57)中呈現如實施例(28)至(46)及(50)至(53)中任一項之方法，其中該拋光組合物包含兩種或更多種陽離子聚合物。
(58) 在實施例(58)中呈現如實施例(28)至(46)、(50)至(53)及(57)中任一項之方法，其中該電導率調整劑選自氯化二烯丙基二甲基銨、溴化四丁基銨、溴化四甲基銨、溴化四乙基銨、溴化苄基三甲基銨、氯化四丁基銨、氯化四甲基銨、氯化四乙基銨、氯化苄基三甲基銨、乙酸四丁基銨、乙酸四甲基銨、乙酸四乙基銨、乙酸苄基三甲基銨及其組合。
(59) 在實施例(59)中呈現如實施例(57)或實施例(58)中任一項之方法，其中該基板包含矽氧化物、矽氮化物及多晶矽，且其中該矽氧化物、矽氮化物及多晶矽之至少一部分係以一定移除速率磨除，以矽氧化物移除速率、矽氮化物移除速率及多晶矽移除速率拋光基板，且其中該矽氧化物移除速率、該矽氮化物移除速率及該多晶矽移除速率具有總體平均移除速率，且該矽氧化物移除速率係至少50%小於該總體平均移除速率。
(60) 在實施例(60)中呈現如實施例(59)之方法，其中該矽氧化物移除速率、該矽氮化物移除速率及該多晶矽移除速率具有總體平均移除速率，且該矽氧化物移除速率係至少60%小於該總體平均移除速率。
(61) 在實施例(61)中呈現如實施例(59)之方法，其中該矽氧化物移除速率、該矽氮化物移除速率及該多晶矽移除速率具有總體平均移除速率，且該矽氧化物移除速率係至少70%小於該總體平均移除速率。
(62) 在實施例(62)中呈現如實施例(28)至(46)、(50)至(53)及(57)至(61)中任一項之方法，其中該拋光組合物進一步包含式(I)之自停止劑：
，
其中R選自氫、烷基、雜烷基、環烷基、雜環烷基、芳基及雜芳基，其各者可係經取代或未經取代。
(63) 在實施例(63)中呈現如實施例(62)之方法，其中該自停止劑選自異羥肟酸、乙異羥肟酸、苯甲羥肟酸、水楊基異羥肟酸及其組合。
(64) 在實施例(64)中呈現如實施例(62)或實施例(63)之方法，其中該自停止劑係異羥肟酸。
(65) 在實施例(65)中呈現如實施例(62)或實施例(63)之方法，其中該自停止劑係苯甲羥肟酸。
(66) 在實施例(66)中呈現如實施例(62)或實施例(63)之方法，其中該自停止劑係水楊基異羥肟酸。
(67) 在實施例(67)中呈現如實施例(62)至(66)中任一項之方法，其中該基板包含矽氧化物、矽氮化物及多晶矽，且其中該矽氧化物、矽氮化物及多晶矽之至少一部分係以一定移除速率磨除，以矽氧化物移除速率、矽氮化物移除速率及多晶矽移除速率拋光基板，且其中該矽氧化物移除速率、該矽氮化物移除速率及該多晶矽移除速率具有總體平均移除速率，且該矽氮化物移除速率係至少50%小於該總體平均移除速率。
(68) 在實施例(68)中呈現如實施例(67)之方法，其中該矽氧化物移除速率、該矽氮化物移除速率及該多晶矽移除速率具有總體平均移除速率，且該矽氮化物移除速率係至少60%小於該總體平均移除速率。
(69) 在實施例(69)中呈現如實施例(67)之方法，其中該矽氧化物移除速率、該矽氮化物移除速率及該多晶矽移除速率具有總體平均移除速率，且該矽氮化物移除速率係至少70%小於該總體平均移除速率。
實例
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)；矽氮化物(SiN)；多晶矽(polySi)；分子量(MW)；使用點(POU)。術語Prep PolySi及Used PolySi表示在此等實例中在拋光前已進行處理的由供應商提供的多晶矽晶圓。術語Prep PolySi表示已用市售矽拋光漿料(SS25，CMC Materials Inc.)預拋光以消除表面粗糙度之晶圓。術語Used PolySi表示先前已在實驗測試中使用且可具有某些殘餘化學性之晶圓。在兩種情況下，與未經處理之市售多晶矽晶圓相比，此等晶圓具有較低之移除速率。
在以下實例中，將基板、TEOS (亦即矽氧化物)、polySi或SiN塗覆於矽上，且使用MIRRA™ (Applied Materials, Inc.)拋光工具、AP-300™ (CTS Co., Ltd)拋光工具、或REFLEXION™ (Applied Materials, Inc.)拋光工具拋光。IC 1010™拋光墊(Dow Chemical，Midland，MI)或NEXPLANAR™ E6088拋光墊(Cabot Microelectronics，Aurora，IL)在所有組合物中使用相同拋光參數。
除非另有說明，否則標準REFLEXION™拋光參數如下：IC1010™墊，向下力(downforce)=20.68 kPa (3 psi)，頭部速度=85 rpm，壓板速度=100 rpm，及總流率=250 mL/min。
除非另有說明，否則標準AP-300™拋光參數如下：IC1010™墊，向下力=20.68 kPa (3 psi)，頭部速度=85 rpm，壓板速度=100 rpm，及總流率=250 mL/min。
除非另有說明，否則標準MIRRA™拋光參數如下：IC1010™墊，向下力=20.68 kPa (3 psi)，頭部速度=85 rpm，壓板速度=100 rpm，及總流率=250 mL/min；或NEXPLANAR™ E6088 墊向下力=13.79 kPa (2 psi)，頭部速度=85 rpm，壓板速度=100 rpm，及總流率=250 mL/min。
藉由測量膜厚度、使用光譜橢圓光度法、及自初始厚度減去最終厚度來計算移除速率。
實例1
該實例證實根據本發明製備包含(a)氧化鈰磨料粒子、(b)陽離子聚合物及(c)電導率調整劑之拋光組合物。比較拋光組合物1A及本發明拋光組合物1B-1J在下文實例2至4中用於證實所主張拋光方法之效率。
用於實例2至4中之比較拋光組合物1A及本發明拋光組合物1B-1J含有1.6重量% HC60™ (購自Rhodia)、200 ppm聚MADQUAT及50 ppm Kordek
TM殺生物劑(購自DuPont)。比較拋光組合物1A及本發明拋光組合物1B-1J進一步以表1中規定的量含有電導率調整劑，且用硝酸將pH調整至4.15。
所得組合物概述於表1中。
表1：拋光組合物
| 拋光組合物 | 電導率調整劑 (ppm) |
| 拋光組合物1A (比較例) | 無 |
| 拋光組合物1B (本發明) | NH 4NO 3(320) |
| 拋光組合物1C (本發明) | NH 4NO 3(1280) |
| 拋光組合物1D (本發明) | TBAB (7200) |
| 拋光組合物1E (本發明) | TBAB (9600) |
| 拋光組合物1F (本發明) | TBAB (12000) |
| 拋光組合物1G (本發明) | TMAB (2400) |
| 拋光組合物1H (本發明) | TMAB (4800) |
| 拋光組合物1I (本發明) | NH 4NO 3(1280) DADMAC (1200) |
| 拋光組合物1J (本發明) | NH 4NO 3(1280) DADMAC (2400) |
比較拋光組合物1A不含有電導率調整劑，而本發明拋光組合物1B-1J以表1中規定的量含有電導率調整劑硝酸銨(NH
4NO
3)、溴化四丁基銨(TBAB)、溴化四甲基銨(TMAB)及/或氯化二烯丙基二甲基銨(DADMAC)。
實例2
該實例證實由根據本發明製備之含有電導率調整劑之拋光組合物所提供的有益拋光性能。
在MIRRA™ (Applied Materials, Inc.)拋光工具上，利用IC1010™墊(Rohm and Haas Electronic Materials)及Saesol C7調理劑(Saesol Diamond Ind. Co., Ltd，South Korea)，使用以下參數，用如實例1的表1中所定義的比較拋光組合物1A及本發明拋光組合物1B及1C拋光包含TEOS、SiN或polySi之圖案化基板：93 rpm壓板速度，87 rpm頭部速度，250 ml/min漿料流量。如實例1的表1中所定義的比較拋光組合物1A及本發明拋光組合物1B及1C在使用前稀釋4倍，且拋光時間係30秒。拋光後，確定TEOS、SiN及polySi之RR，且結果述於表2中。
表2：NH
4NO
3拋光移除速率及選擇性與電導率調整劑之函數關係
| 拋光組合物 | POU pH | POU電導率(µS/cm) | Prep PolySi (Å/min) | Used PolySi (Å/min) | TEOS (Å/min) | SiN (Å/min) |
| 拋光組合物1A (比較例) | 4.37 | 41 | 2089 | 119 | 832 | 1450 |
| 拋光組合物1B (比較例) | 4.38 | 169 | 2134 | 109 | 694 | 1422 |
| 拋光組合物1C (本發明) | 4.41 | 597 | 2129 | 1036 | 656 | 1561 |
如自述於表2中之結果所可明瞭，與分別具有41 µS/cm及169 µS/cm之使用點電導率之拋光組合物1A及1B相比，具有597 µS/cm之使用點電導率之拋光組合物1C係相對無選擇性的。換言之，藉由添加硝酸銨增加使用點電導率來增加Used polySi之拋光速率而不影響TEOS及SiN之拋光速率，由此提供TEOS:SiN:polySi之近似1:1:1移除速率。因此，含有電導率調整劑(諸如硝酸銨)之本發明拋光組合物可用於以相等速率移除TEOS、SiN或polySi。
實例3
該實例證實由根據本發明製備之含有電導率調整劑之拋光組合物所提供的有益拋光性能。
在REFLEXION™ (Applied Materials, Inc.)拋光工具上，利用IC1010™墊(Rohm and Haas Electronic Materials)及Saesol C7調理劑(Saesol Diamond Ind. Co., Ltd，South Korea)，使用以下參數，用如實例1的表1中所定義的本發明拋光組合物1C至1H拋光包含TEOS或SiN之圖案化基板：93 rpm壓板速度，87 rpm頭部速度，250 ml/min漿料流量。如實例1的表1中所定義的本發明拋光組合物1C至1H在使用前稀釋6倍，且拋光時間係30秒。拋光後，確定TEOS及SiN之RR，且結果述於表3中。
表3：TBAB及TMAB拋光移除速率及選擇性與電導率調整劑之函數關係
| 拋光組合物 | POU pH | POU電導率(µS/cm) | TEOS (Å/min) | SiN (Å/min) |
| 拋光組合物1C (本發明) | 4.26 | 601.7 | 3719 | 1101 |
| 拋光組合物1D (本發明) | 4.33 | 540.1 | 723 | 931 |
| 拋光組合物1E (本發明) | 4.45 | 699.5 | 581 | 970 |
| 拋光組合物1F (本發明) | 4.39 | 865.8 | 534 | 1032 |
| 拋光組合物1G (本發明) | 4.28 | 495.5 | 743 | 1399 |
| 拋光組合物1H (本發明) | 4.34 | 944.9 | 475 | 1018 |
如自記述於表3中之結果可明瞭，含有TBAB或TMAB作為電導率調整劑之拋光組合物1D-1H改良對矽氧化物(亦即TEOS)之選擇性而不影響矽氮化物(亦即SiN)之拋光速率。換言之，相對於含有NH
4NO
3作為電導率調整劑之拋光組合物1C，對於含有TBAB或TMAB作為電導率調整劑之本發明拋光組合物1D-1H，矽氧化物之移除速率顯著更小。因此，包含在本發明拋光組合物中之電導率調整劑之量及類型可用於根據需要控制拋對矽氧化物(亦即TEOS)之光選擇性。
實例4
該實例證實由根據本發明製備之含有電導率調整劑之拋光組合物所提供的有益拋光性能。
在REFLEXION™ (Applied Materials, Inc.)拋光工具上，利用IC1010™墊(Rohm and Haas Electronic Materials)及Saesol C7調理劑(Saesol Diamond Ind. Co., Ltd，South Korea)，使用以下參數，用如實例1的表1中所定義的本發明拋光組合物1C、1I及1J拋光包含TEOS或SiN之圖案化基板：93 rpm壓板速度，87 rpm頭部速度，250 ml/min漿料流量。如實例1的表1中所定義的本發明拋光組合物1C、1I及1J在使用前稀釋6倍，且拋光時間係30秒。拋光後，確定TEOS及SiN之RR，且結果述於表4中。
表4：DADMAC拋光移除速率及選擇性與電導率調整劑之函數關係
| 拋光組合物 | POU pH | POU電導率(µS/cm) | TEOS (Å/min) | SiN (Å/min) |
| 拋光組合物1C (本發明) | 4.28 | 419 | 3726 | 1194 |
| 拋光組合物1I (本發明) | 4.33 | 553 | 3114 | 1326 |
| 拋光組合物1J (本發明) | 4.43 | 687 | 1506 | 1188 |
如自記述於表4中之結果可明瞭，含有DADMAC作為電導率調整劑之拋光組合物1I及1J改良對矽氧化物(亦即TEOS)之選擇性而不影響矽氮化物(亦即SiN)之拋光速率。換言之，相對於含有NH
4NO
3作為電導率調整劑之拋光組合物1C，對於含有DADMAC作為電導率調整劑之本發明拋光組合物1I及1J，矽氧化物之移除速率降低。因此，包含在本發明拋光組合物中之電導率調整劑之量及類型可用於根據需要控制拋對矽氧化物(亦即TEOS)之光選擇性。
實例5
該實例證實根據本發明製備包含(a)氧化鈰磨料粒子、(b)陽離子聚合物及(c)電導率調整劑之拋光組合物。本發明拋光組合物5A至5D在下文實例6中用於證實所主張拋光方法之效率。
用於實例6中之本發明拋光組合物5A至5D含有0.8重量%之氧化鈰粒子HC30™及HC60™ (購自Rhodia)、200 ppm 聚MADQUAT及75 ppm Kordek
TM殺生物劑(購自DuPont)各者。本發明拋光組合物5A至5D進一步以表5中規定之量含有電導率調整劑且用乙酸將pH調整至5.3。
所得組合物概述於表5中。
表5：拋光組合物
| 拋光組合物 | 電導率調整劑 (ppm) |
| 拋光組合物5A (本發明) | KNO 3(800) |
| 拋光組合物5B (本發明) | KNO 3(800) TBAB (4800) |
| 拋光組合物5C (本發明) | KNO 3(800) TMAB (2400) |
| 拋光組合物5D (本發明) | KNO 3(800) DADMAC (2400) |
本發明拋光組合物5A至5D以表5中規定之量含有電導率調整劑硝酸鉀(KNO3)與電導率調整劑溴化四丁基銨(TBAB)、溴化四甲基銨(TMAB)或氯化二烯丙基二甲基銨(DADMAC)之組合。
實例6
該實例證實由根據本發明製備之含有電導率調整劑之拋光組合物所提供的有益拋光性能。
在MIRRA™ (Applied Materials, Inc.)拋光工具上，利用IC1010™墊(Rohm and Haas Electronic Materials)及Saesol C7調理劑(Saesol Diamond Ind. Co., Ltd，South Korea)，使用以下參數，用如實例5的表5中所定義的本發明拋光組合物5A至5D拋光包含TEOS、SiN或polySi之圖案化基板：93 rpm壓板速度，87 rpm頭部速度，250 ml/min漿料流量。如實例5的表5中所定義的本發明拋光組合物5A至5D在使用前稀釋4倍，且拋光時間係30秒。拋光後，確定TEOS、SiN及polySi (製備及使用)之RR，且結果述於表6中。
表6：KNO
3拋光移除速率及選擇性與電導率調整劑之函數關係
| 拋光組合物 | POU pH | POU電導率(µS/cm) | Prep PolySi (Å/min) | Used PolySi (Å/min) | TEOS (Å/min) | SiN (Å/min) |
| 拋光組合物5A (本發明) | 5.26 | 386 | 2173 | 1322 | 5020 | 1350 |
| 拋光組合物5B (本發明) | 5.32 | 725 | 1106 | 118 | 4429 | 1295 |
| 拋光組合物5C (本發明) | 5.24 | 836 | 2032 | 1443 | 4236 | 1263 |
| 拋光組合物5D (本發明) | 5.33 | 799 | 2174 | 1450 | 4635 | 1259 |
如自記述於表6中的結果可明瞭，具有電導率調整劑KNO
3及視需要之TBAB、TMAB或DADMAC之本發明拋光組合物5A至5D有效地移除TEOS及SiN。此外，表6顯示，含有除KNO
3之外的TBAB之本發明拋光組合物5B改良對polySi (製備及使用)之選擇性而不影響矽氮化物(亦即SiN)或矽氧化物(亦即TEOS)之拋光速率。換言之，相對於含有KNO
3及視需要之TMAB或DADMAC之本發明拋光組合物5A、5C及5D，對於含有除KNO
3之外的TBAB之本發明拋光組合物5B，polySi (製備及使用)之移除速率減小。
實例7
該實例證實根據本發明製備包含(a)氧化鈰磨料粒子、(b)陽離子聚合物及(c)電導率調整劑及可選緩衝劑之拋光組合物。本發明拋光組合物7A至7D在下文實例8中用於證實所主張拋光方法之效率。
本發明拋光組合物7A含有1.6重量% HC60™ (購自Rhodia)、200 ppm 聚MADQUAT、50 ppm Kordek
TM(購自DuPont)及1280 ppm硝酸銨(NH
4NO
3)，且用硝酸將pH調整至4.3。
本發明拋光組合物7B含有1.6重量% HC30™ (購自Rhodia)、200 ppm 聚MADQUAT、50 ppm Kordek
TM(購自DuPont)及1280 ppm硝酸銨(NH
4NO
3)，且用硝酸將pH調整至4.3。
本發明拋光組合物7C含有0.8重量% HC60™ (購自Rhodia)、100 ppm 聚MADQUAT、92 ppm Basotronic
TM聚乙烯基咪唑(PVI)、50 ppm Kordek
TM(購自DuPont)、及3980 ppm硝酸銨(NH
4NO
3)、4000 ppm 5-胺基四唑(5-ATZ)，且用三乙醇胺將pH調整至5。
本發明拋光組合物7D含有0.8重量% HC60™ (購自Rhodia)、100 ppm 聚MADQUAT、120 ppm Basotronic
TM聚乙烯基咪唑(PVI)、50 ppm Kordek
TM(購自DuPont)、及3980 ppm硝酸銨(NH
4NO
3)、4000 ppm 5-胺基四唑(5-ATZ)，且用三乙醇胺將pH調整至5。
所得組合物概述於表7中。
表7：拋光組合物
實例8
| 拋光組合物 | 氧化鈰 (重量%) | 陽離子聚合物 (ppm) | 緩衝劑(ppm) | 電導率 調整劑(ppm) | pH |
| 拋光組合物7A (本發明) | HC60™ 1.6 | 聚MADQUAT (200) | - | NH 4NO 3(1280) | 4.3 |
| 拋光組合物7B (本發明) | HC30™ 1.6 | 聚MADQUAT (200) | - | NH 4NO 3(1280) | 4.3 |
| 拋光組合物7C (本發明) | HC60™ 0.8 | 聚MADQUAT (100) Basotronic TMPVI (90) | 5-ATZ (4000) | NH 4NO 3(3820) | 5.0 |
| 拋光組合物7D (本發明) | HC60™ 0.8 | 聚MADQUAT (100) Basotronic TMPVI (120) | 5-ATZ (4000) | NH 4NO 3(3820) | 5.0 |
該實例證實由根據本發明製備的含有多於一種陽離子聚合物及緩衝劑之拋光組合物所提供之有益拋光性能。
在300 mm Reflexion™ (Applied Materials, Inc.，Santa Clara，CA)拋光工具上，利用IC1010™墊(Dow Chemical，Midland，MI)及Saesol C7調理劑(Saesol Diamond Ind. Co., Ltd，South Korea)，使用以下參數，用如實例7中所定義的拋光組合物7A至7D拋光包含TEOS、SiN或polySi之圖案化基板：20.68 kPa (3 psi)向下力及250 ml/min漿料流量。如實例7中所定義的本發明拋光組合物7A至7D在使用前稀釋4倍，且拋光時間係30秒。拋光後，測定TEOS、SiN及polySi之RR，且結果述於表8中。
表8：拋光移除速率及選擇性與陽離子聚合物及緩衝劑之函數關係
| 拋光組合物 | 壓板速度 (rpm) | 頭部速度(rpm) | TEOS (Å/min) | SiN (Å/min) | PolySi (Å/min) | 選擇性 (TEOS:SiN:PolySi) |
| 拋光組合物7A (本發明) | 93 | 87 | 4215 | 1932 | 2207 | 1.0:0.5:0.5 |
| 拋光組合物7B (本發明) | 73 | 87 | 3318 | 1639 | 1964 | 1.0:0.5:0.6 |
| 拋光組合物7C (本發明) | 93 | 87 | 37 | 175 | 2730 | 1.0:4.7:74 |
| 拋光組合物7D (本發明) | 93 | 87 | 31 | 181 | 2775 | 1.0:5.8:90 |
如自記述於表8中的結果可明瞭，具有電導率調整劑NH
4NO
3及可選緩衝劑及多於一種陽離子聚合物之本發明拋光組合物7A至7D有效地移除polySi。
此外，表8顯示含有兩種陽離子聚合物(亦即聚MADQUAT及聚乙烯基咪唑)及緩衝劑之本發明拋光組合物7C及7D改良對矽氧化物(亦即TEOS)及矽氮化物(亦即SiN)之選擇性。換言之，相對於具有單一陽離子聚合物且無緩衝劑之本發明拋光組合物7A及7B，對於具有另外陽離子聚合物及適宜緩衝劑之本發明拋光組合物7C及7D，矽氧化物及矽氮化物之移除速率顯著減小。
本文引述的所有參考文獻(包括公開案、專利申請案及專利)均以引用之方式併入本文中，引用程度如同單獨地且特定地指示每個參考文獻以引用之方式併入且以其全文述於本文中。
除非本文另有指示或上下文明顯地矛盾，否則在描述本發明之上下文中(尤其是在隨後申請專利範圍之上下文中)使用術語「一」及「一個」及「該」及「至少一個」及類似指示物應解釋為涵蓋單數及複數。除非本文另有指示或上下文明顯地矛盾，否則使用術語「至少一個」後跟一或多個項(例如「A及B中之至少一者」)之清單應解釋為意指選自所列項之一個項(A或B)或所列項之兩者或更多者之任何組合(A及B)。除非另有註明，否則術語「包括(comprising)」、「具有(having)」、「包含(including)」及「含有(containing)」應解釋為開放式術語(亦即，意指「包括(但不限於)」)。除非本文另有指示，否則本文中值範圍之敘述僅係意欲作為個別提及落在該範圍內的各個別值之簡寫方法，且將各個別值併入至本說明書中如同其經個別引述於本文中般。除非本文另有指示或上下文明顯地矛盾，否則本文所述的所有方法可以任何適宜順序進行。除非另外主張，否則使用本文所提供的任何及所有實例或示例性語言(例如「諸如」)僅旨在更佳地闡明本發明且不對本發明之範疇造成限制。本說明書中之任何語言均不解釋為指示對於實踐本發明而言必不可少之任何未主張的要素。
本文描述本發明之較佳實施例，包括發明人已知的用於實施本發明之最佳模式。一般技術者在閱讀前述描述後當可明瞭彼等較佳實施例之變化。發明人期望熟練技術者適當地採用此類變化，且發明人希望以不同於如本文所具體描述的其他方式來實踐本發明。因此，本發明包括適用法律所允許的隨附本發明的申請專利範圍中所列舉的標的之所有修改及等效物。此外，除非本文另有指示或上下文明顯地矛盾，否則本發明涵蓋上述要素在其所有可能变化中之任何组合物。
Claims (20)
- 一種化學-機械拋光組合物，其包含： (a) 二氧化鈰磨料粒子； (b) 陽離子聚合物，其中該陽離子聚合物包含選自以下之陽離子單體： N-乙烯基咪唑、丙烯酸2-(二甲基胺基)乙酯(「DMAEA」)、甲基丙烯酸2-(二甲基胺基)乙酯(「DMAEM」)、3-(二甲基胺基)丙基甲基丙烯醯胺(「DMAPMA」)、3-(二甲基胺基)丙基丙烯醯胺(「DMAPA」)、氯化3-甲基丙烯基醯胺基丙基-三甲基-銨(「MAPTAC」)、氯化3-丙烯基醯胺基丙基-三甲基-銨(「APTAC」)、氯化二烯丙基二甲基銨(「DADMAC」)、氯化2-(丙烯醯氧基)- N, N, N-三甲基乙胺鎓(「DMAEA.MCQ」)、氯化2-(甲基丙烯醯氧基)- N, N, N-三甲基乙胺鎓(「DMAEM.MCQ」)、丙烯酸 N, N-二甲基胺基乙酯芐基氯(「DMAEA.BCQ」)、甲基丙烯酸 N, N-二甲基胺基乙酯芐基氯(「DMAEM.BCQ」)、其鹽及其組合； (c) 選自銨鹽、鉀鹽及其組合之電導率調整劑；及 (d) 水， 其中該拋光組合物具有約3至約6之pH，且其中該拋光組合物具有至少170 µS/cm之電導率。
- 如請求項1之拋光組合物，其中該拋光組合物包含約0.001重量%至約10重量%之該等二氧化鈰磨料粒子。
- 如請求項1之拋光組合物，其中該拋光組合物具有約4至約6之pH。
- 如請求項1之拋光組合物，其中該拋光組合物進一步包含選自聚烷二醇、聚醚胺、聚環氧乙烷/聚環氧丙烷共聚物、聚丙烯醯胺、聚乙烯吡咯啶酮、矽氧烷聚環氧烷共聚物、疏水改性聚丙烯酸酯共聚物、親水性非離子聚合物、多醣及其組合之非離子聚合物。
- 如請求項1之拋光組合物，其中該拋光組合物進一步包含緩衝劑，且其中該緩衝劑係包含一至五個氮原子之基於雜環或雜芳族胺之化合物。
- 如請求項1之拋光組合物，其中該拋光組合物進一步包含陽離子表面活性劑。
- 如請求項1之拋光組合物，其中該電導率調整劑選自硝酸銨、氯化銨、溴化銨、乙酸銨、硝酸鉀、氯化鉀、溴化鉀、乙酸鉀、氯化二烯丙基二甲基銨、溴化四丁基銨、溴化四甲基銨、溴化四乙基銨、溴化苄基三甲基銨、氯化四丁基銨、氯化四甲基銨、氯化四乙基銨、氯化苄基三甲基銨、乙酸四丁基銨、乙酸四甲基銨、乙酸四乙基銨、乙酸苄基三甲基銨及其組合。
- 如請求項1之拋光組合物，其中該拋光組合物進一步包含式(I)之自停止劑： , 其中R選自氫、烷基、雜烷基、環烷基、雜環烷基、芳基及雜芳基，其各者可係經取代或未經取代。
- 如請求項1之拋光組合物，其中該拋光組合物具有至少350 µS/cm之電導率。
- 一種化學-機械拋光基板之方法，其包括： (i) 提供基板， (ii) 提供拋光墊， (iii) 提供化學-機械拋光組合物，其包含： (a) 二氧化鈰磨料粒子； (b) 陽離子聚合物，其中該陽離子聚合物包含選自以下之陽離子單體： N-乙烯基咪唑、丙烯酸2-(二甲基胺基)乙酯(「DMAEA」)、甲基丙烯酸2-(二甲基胺基)乙酯(「DMAEM」)、3-(二甲基胺基)丙基甲基丙烯醯胺(「DMAPMA」)、3-(二甲基胺基)丙基丙烯醯胺(「DMAPA」)、氯化3-甲基丙烯基醯胺基丙基-三甲基-銨(「MAPTAC」)、氯化3-丙烯基醯胺基丙基-三甲基-銨(「APTAC」)、氯化二烯丙基二甲基銨(「DADMAC」)、氯化2-(丙烯醯氧基)- N, N, N-三甲基乙胺鎓(「DMAEA.MCQ」)、氯化2-(甲基丙烯醯氧基)- N, N, N-三甲基乙胺鎓(「DMAEM.MCQ」)、丙烯酸 N,N-二甲基胺基乙酯芐基氯(「DMAEA.BCQ」)、甲基丙烯酸 N,N-二甲基胺基乙酯芐基氯(「DMAEM.BCQ」)、其鹽及其組合； (c) 選自銨鹽、鉀鹽及其組合之電導率調整劑；及 (d) 水， 其中該拋光組合物具有約3至約6之pH， (iv) 使該基板與該拋光墊及該化學-機械拋光組合物接觸，及 (v) 使該拋光墊及該化學-機械拋光組合物相對於該基板移動以磨除該基板之至少一部分來拋光該基板。
- 如請求項10之方法，其中該拋光組合物包含約0.001重量%至約10重量%之該等二氧化鈰磨料粒子。
- 如請求項10之方法，其中該拋光組合物具有約4至約6之pH。
- 如請求項10之方法，其中該拋光組合物進一步包含緩衝劑，且其中該緩衝劑係包含一至五個氮原子之基於雜環或雜芳族胺之化合物。
- 如請求項10之方法，其中該拋光組合物進一步包含陽離子表面活性劑。
- 如請求項10之方法，其中該電導率調整劑選自硝酸銨、氯化銨、溴化銨、乙酸銨、硝酸鉀、氯化鉀、溴化鉀、乙酸鉀、氯化二烯丙基二甲基銨、溴化四丁基銨、溴化四甲基銨、溴化四乙基銨、溴化苄基三甲基銨、氯化四丁基銨、氯化四甲基銨、氯化四乙基銨、氯化苄基三甲基銨、乙酸四丁基銨、乙酸四甲基銨、乙酸四乙基銨、乙酸苄基三甲基銨及其組合。
- 如請求項10之方法，其中該拋光組合物具有至少350 µS/cm之電導率。
- 如請求項10之方法，其中該基板包含矽氧化物、矽氮化物及多晶矽，且其中該矽氧化物之至少一部分係以一定矽氧化物移除速率磨除，其中該矽氮化物之至少一部分係以一定矽氮化物移除速率磨除，且其中該多晶矽之至少一部分係以一定多晶矽移除速率磨除以拋光該基板。
- 如請求項10之方法，其中該拋光組合物進一步包含選自聚烷二醇、聚醚胺、聚環氧乙烷/聚環氧丙烷共聚物、聚丙烯醯胺、聚乙烯吡咯啶酮、矽氧烷聚環氧烷共聚物、疏水改性聚丙烯酸酯共聚物、親水性非離子聚合物、多醣及其組合之非離子聚合物。
- 如請求項10之方法，其中該電導率調整劑選自氯化二烯丙基二甲基銨、溴化四丁基銨、溴化四甲基銨、溴化四乙基銨、溴化苄基三甲基銨、氯化四丁基銨、氯化四甲基銨、氯化四乙基銨、氯化苄基三甲基銨、乙酸四丁基銨、乙酸四甲基銨、乙酸四乙基銨、乙酸苄基三甲基銨及其組合。
- 如請求項10之方法，其中該拋光組合物進一步包含式(I)之自停止劑： , 其中R選自氫、烷基、雜烷基、環烷基、雜環烷基、芳基及雜芳基，其各者可係經取代或未經取代。
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