TWI580770B - 包含陽離子聚合物添加劑之拋光組合物 - Google Patents

包含陽離子聚合物添加劑之拋光組合物 Download PDF

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Description

包含陽離子聚合物添加劑之拋光組合物
在積體電路及其他電子裝置之製造中，多個導電、半導電及介電材料層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「拋光」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。平坦化適用於移除非所需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加工提供均勻表面之過量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拋光基板表面之組合物及方法。化學機械平坦化或化學機械拋光(CMP)為用於平坦化基板之常用技術。CMP利用已知為CMP組合物或更簡單為拋光組合物(亦稱作拋光研磨漿)之化學組合物以供自基板選擇性地移除材料。典型地藉由使基板表面與飽含拋光組合物之拋光墊(例如，拋光布或拋光盤)接觸而將拋光組合物施加至基板。典型地藉由拋光組合物之化學活動及/或懸浮於拋光組合物中或併入拋光墊(例如，固定之研磨劑拋光墊)中之研磨劑之機械活動而進一步輔助基板之拋光。
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隔離該積體電路之活性區域。更特定而言，淺溝槽隔離(STI)為於矽基板上形成氮化矽層、經由蝕刻或光微影形成淺溝槽且沈積介電層以填充溝槽之製程。由於以此方式形成之溝槽之深度變化，典型地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)與基板之下方表面形態相符。因此，基板表面之特徵在於溝槽之間上覆氧化物之凸起區域，其稱為圖案氧化物。圖案氧化物之特徵在於位於溝槽外之過量氧化物介電材料之梯級高度。典型地藉由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加工。因為圖案氧化物磨損且接近表面之平坦度，氧化物層隨後稱為毯覆式氧化物。
拋光組合物可根據其拋光率(亦即，移除速率)及其平坦化效率表徵。拋光率係指自基板表面移除材料之速率且通常根據長度單位(厚度)/時間單位(例如，埃(Å)/分鐘)表示。平坦化效率係關於梯級高度減少相對於自基板移除之材料量。特定而言，拋光表面(例如拋光墊)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製程中之介電拋光步驟，通常氧化矽圖案之移除速率可限速，且因此需要氧化矽圖案之較高移除速率以提高裝置通量。然而，若毯覆式移除速率過快，則曝露的溝槽中氧化物之過度拋光導致溝槽消蝕及提高之裝置缺陷度。
仍需要將提供適用的移除速率同時亦提供改良之平坦化效率之化學機械拋光含氧化矽基板之組合物及方法。本發明提供此類拋光組 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拋光組合物，其包含(a)第一磨料粒子，其中第一磨料粒子為濕法氧化鈰粒子，具有約75nm至約200nm之中值粒度且以約0.005wt.%至約2wt.%之濃度存在於拋光組合物中；(b)官能化雜環，其選自官能化含氮雜環、官能化含硫雜環、萘甲酸及其組合，其中官能化雜環以約100ppm至約1500ppm之濃度存在於拋光組合物中；(c)陽離子聚合物，其中陽離子聚合物為四級胺，且其中陽離子聚合物以約1ppm至約250ppm之濃度存在於拋光組合物中；(d)羧酸，其中羧酸之pKa為約1至約6，且其中羧酸以約25ppm至約500ppm之濃度存在於拋光組合物中；(e)pH調節劑；及(f)水性載劑，其中拋光組合物之pH為約1至約6，且其中拋光組合物之pH在羧酸之pKa的約2個單位內。
本發明亦提供一種化學機械拋光組合物，其包含(a)第一磨料粒子，其中第一磨料粒子為濕法氧化鈰粒子，具有約75nm至約200nm之中值粒度且以約0.005wt.%至約2wt.%之濃度存在於拋光組合物中；(b)官能化雜環，其選自官能化含氮雜環、官能化含硫雜環、萘甲酸及其組合，其中官能化雜環以約100ppm至約1500ppm之濃度存在於拋光組合物中；(c)陽離子聚合物，其選自陽離子聚乙烯醇及陽離子纖維素，其中陽離子聚合物以約1ppm至約250ppm之濃度存在於拋光組合物中；(d)pH調節劑；及(e)水性載劑，其中拋光組合物之pH為約1至約6。
本發明進一步提供一種拋光基板之方法，其包含(i)提供基板，其中該基板包含氧化矽層；(ii)提供拋光墊；(iii)提供化學機械拋光組合物，其包含：(a)第一磨料粒子，其中第一磨料粒子為濕法氧化鈰 粒子，具有約75nm至約200nm之中值粒度且以約0.005wt.%至約2wt.%之濃度存在於拋光組合物中，(b)官能化雜環，其選自官能化含氮雜環、官能化含硫雜環、萘甲酸及其組合，其中官能化雜環以約100ppm至約1500ppm之濃度存在於拋光組合物中，(c)陽離子聚合物，其中陽離子聚合物為四級胺且其中陽離子聚合物以約1ppm至約250ppm之濃度存在於拋光組合物中，(d)羧酸，其中羧酸之pKa為約1至約6且其中羧酸以約25ppm至約500ppm之濃度存在於拋光組合物中，(e)pH調節劑及(f)水性載劑，其中拋光組合物之pH為約1至約6且其中拋光組合物之pH在羧酸之pKa的約2個單位內；(iv)使基板與拋光墊及化學機械拋光組合物接觸；及(v)相對於基板移動拋光墊及化學機械拋光組合物以研磨基板表面上氧化矽層之至少一部分，從而拋光基板。
本發明又進一步提供一種拋光基板之方法，其包含(i)提供基板，其中該基板包含氧化矽層；(ii)提供拋光墊；(iii)提供化學機械拋光組合物，其包含：(a)第一磨料粒子，其中第一磨料粒子為濕法氧化鈰粒子，具有約75nm至約200nm之中值粒度且以約0.005wt.%至約2wt.%之濃度存在於拋光組合物中，(b)官能化雜環，其選自官能化含氮雜環、官能化含硫雜環、萘甲酸及其組合，其中官能化雜環以約100ppm至約1500ppm之濃度存在於拋光組合物中，(c)陽離子聚合物，其選自陽離子聚乙烯醇及陽離子纖維素，其中陽離子聚合物以約1ppm至約250ppm之濃度存在於中拋光組合物，(d)pH調節劑及(e)水性載劑，其中拋光組合物之pH為約1至約6；(iv)使基板與拋光墊及化學機械拋光組合物接觸；及(v)相對於基板移動拋光墊及化學機械拋光組合物以研磨基板表面上氧化矽層之至少一部分，從而拋光基板。
圖1說明針對不包括陽離子聚合物或羧酸之拋光組合物(亦即，拋 光組合物4A)以及針對包括為四級胺之陽離子聚合物及羧酸之拋光組合物(亦即，拋光組合物4B-4F)的剩餘梯級高度(Å)相對於溝槽損失(Å)。
圖2說明針對(1)不包括陽離子聚合物或羧酸之拋光組合物(亦即，拋光組合物5A)、(2)不包括陽離子聚合物但包括羧酸之拋光組合物(亦即，拋光組合物5B及5C)及(3)包括為四級胺之陽離子聚合物及羧酸之拋光組合物(亦即，拋光組合物5D及5E)的剩餘梯級高度(Å)相對於溝槽損失(Å)。
圖3說明(1)不包括陽離子聚合物或羧酸之拋光組合物(亦即，拋光組合物5A)、(2)不包括陽離子聚合物但包括羧酸之拋光組合物(亦即，拋光組合物5B及5C)及(3)包括為四級胺之陽離子聚合物及羧酸之拋光組合物(亦即，拋光組合物5D及5E)的毯覆式TEOS移除速率(RR)(Å/min)。
圖4說明針對包括為陽離子聚乙烯醇之陽離子聚合物之拋光組合物(亦即，拋光組合物6B-6D)以及針對不包括陽離子聚合物之拋光組合物(亦即，拋光組合物6A)之50%密度之500μm特徵上的剩餘梯級高度(Å)相對於溝槽損失(Å)。
圖5說明針對包括為陽離子聚乙烯醇之陽離子聚合物之拋光組合物(亦即，拋光組合物6B-6D)以及針對不包括陽離子聚合物之拋光組合物(亦即，拋光組合物6A)之70%密度之100μm特徵上的剩餘梯級高度(Å)相對於溝槽損失(Å)。
本發明提供化學機械拋光組合物。在一個實施例中，拋光組合物可包含以下、基本上由以下組成或由以下組成：(a)第一磨料粒子，其中第一磨料粒子為濕法氧化鈰粒子，具有約75nm至約200nm之中值粒度且以約0.005wt.%至約2wt.%之濃度存在於拋光組合物 中；(b)官能化雜環，其選自官能化含氮雜環、官能化含硫雜環、萘甲酸及其組合，其中官能化雜環以約100ppm至約1500ppm之濃度存在於拋光組合物中；(c)陽離子聚合物，其中陽離子聚合物為四級胺，且其中陽離子聚合物以約1ppm至約250ppm之濃度存在於拋光組合物中；(d)羧酸，其中羧酸之pKa為約1至約6，且其中羧酸以約25ppm至約500ppm之濃度存在於拋光組合物中；(e)pH調節劑；及(f)水性載劑，其中拋光組合物之pH為約1至約6，且其中拋光組合物之pH在羧酸之pKa的約2個單位內。
在另一實施例中，拋光組合物可包含以下、基本上由以下組成或由以下組成：(a)第一磨料粒子，其中第一磨料粒子為濕法氧化鈰粒子，具有約75nm至約200nm之中值粒度且以約0.005wt.%至約2wt.%之濃度存在於拋光組合物中；(b)官能化雜環，其選自官能化含氮雜環、官能化含硫雜環、萘甲酸及其組合，其中官能化雜環以約100ppm至約1500ppm之濃度存在於拋光組合物中；(c)陽離子聚合物，其選自陽離子聚乙烯醇及陽離子纖維素，其中陽離子聚合物以約1ppm至約250ppm之濃度存在於拋光組合物中；(d)pH調節劑；及(e)水性載劑，其中拋光組合物之pH為約1至約6。
該拋光組合物包含第一磨料粒子。該等第一磨料粒子為濕法氧化鈰粒子。舉例而言，第一磨料粒子可為沈澱的氧化鈰粒子或縮合-聚合氧化鈰粒子，包括膠態氧化鈰粒子。
第一磨料粒子具有約75nm至約200nm之中值粒度。粒子之粒度為涵蓋粒子之最小球體之直徑。第一磨料粒子之粒度可使用任何適合的技術量測。舉例而言，第一磨料粒子之粒度可使用盤式離心機，亦即藉由不同的離心沈降(DCS)量測。適合的盤式離心機粒度量測儀器為市售的，諸如購自CPS Instruments(Prairieville,LA)，例如CPS盤式離心機型號DC24000UHR。除非另外規定，否則本文中所報導及主張 之中值粒度值係基於盤式離心機量測。
舉例而言，第一磨料粒子可具有約75nm或75nm以上，例如約80nm或80nm以上，約85nm或85nm以上，約90nm或90nm以上，約95nm或95nm以上，約100nm或100nm以上，約115nm或115nm以上，約120nm或120nm以上，或約125nm或125nm以上之中值粒度。或者或另外，第一磨料粒子可具有約200nm或200nm以下，例如約185nm或185nm以下，約175nm或175nm以下，約165nm或165nm以下，約160nm或160nm以下，約150nm或150nm以下，約140nm或140nm以下，或約135nm或135nm以下之中值粒度。因此，第一磨料粒子可具有前述端點之任何兩者限定之範圍內之中值粒度。舉例而言，第一磨料粒子可具有約75nm至約200nm，例如約75nm至約175nm，約75nm至約150nm，約75nm至約125nm，約75nm至約115nm，約90nm至約150nm，約90nm至約120nm，約100nm至約200nm，或約100nm至約175nm之中值粒度。較佳地，第一磨料粒子具有約75nm至約125nm之中值粒度，例如約80nm之中值粒度，約85nm之中值粒度，約95nm之中值粒度，約100nm之中值粒度，約105nm之中值粒度，或約115nm之中值粒度。
第一磨料粒子以約0.005wt.%至約2wt.%之濃度存在於拋光組合物中。舉例而言，第一磨料粒子可以約0.005wt.%或0.005wt.%以上，例如約0.0075wt.%或0.0075wt.%以上，約0.01wt.%或0.01wt.%以上，約0.025wt.%或0.025wt.%以上，約0.05wt.%或0.05wt.%以上，約0.075wt.%或0.075wt.%以上，約0.1wt.%或0.1wt.%以上，或約0.25wt.%或0.25wt.%以上之濃度存在於拋光組合物中。或者或另外，第一磨料粒子可以約2wt.%或2wt.%以下，例如約1.75wt.%或1.75wt.%以下，約1.5wt.%或1.5wt.%以下，約1.25wt.%或1.25wt.%以下，約1wt.%或1wt.%以下，約0.75wt.%或0.75wt.%以下，約0.5 wt.%或0.5wt.%以下，或約0.25wt.%或0.25wt.%以下之濃度存在於拋光組合物中。因此，第一磨料粒子可以前述端點之任何兩者限定之範圍內之濃度存在於拋光組合物中。舉例而言，第一磨料粒子可以約0.005wt.%至約2wt.%，例如約0.005wt.%至約1.75wt.%，約0.005wt.%至約1.5wt.%，約0.005wt.%至約1.25wt.%，約0.005wt.%至約1wt.%，約0.01wt.%至約2wt.%，約0.01wt.%至約1.5wt.%，約0.05wt.%至約2wt.%，約0.05wt.%至約1.5wt.%，約0.1wt.%至約2wt.%，約0.1wt.%至約1.5wt.%，或約0.1wt.%至約1wt.%之濃度存在於拋光組合物中。
較佳地，第一磨料粒子以約0.1wt.%至約0.5wt.%，例如約0.15wt.%至約0.4wt.%，約0.15wt.%至約0.35wt.%，或約0.2wt.%至約0.3wt.%之濃度存在於拋光組合物中。更佳地，第一磨料粒子以約0.1wt.%至約0.3wt.%，例如約0.1wt.%，約0.15wt.%，約0.2wt.%，約0.25wt.%或約0.28wt.%之濃度存在於拋光組合物中。
拋光組合物視情況可包含額外磨料粒子(例如第二磨料粒子、第三磨料粒子等)。額外磨料粒子可為例如與第一磨料粒子不同之金屬之金屬氧化物磨料粒子，諸如氧化鋯(例如二氧化鋯)、氧化鈦(例如二氧化鈦)、氧化鍺(例如二氧化鍺、氧化鍺)、氧化鎂(magnesia)(例如氧化鎂(magnesium oxide))、氧化鎳、其共同形成產物或其組合之金屬氧化物磨料粒子。額外磨料粒子亦可為明膠、乳膠、纖維素、聚苯乙烯或聚丙烯酸酯之有機粒子。
額外磨料粒子亦可為與第一磨料粒子不同之氧化鈰類型之氧化鈰(例如二氧化鈰)之金屬氧化物磨料粒子，亦即，不為濕法氧化鈰粒子之氧化鈰粒子，諸如煙霧狀氧化鈰粒子。
額外磨料粒子亦可為具有與第一磨料粒子之中值粒度不同的中值粒度之濕法氧化鈰粒子。較佳地，當拋光組合物包含第二磨料粒子 時，第二磨料粒子為濕法氧化鈰粒子且第二磨料粒子具有與第一磨料粒子之中值粒度不同的中值粒度。
當拋光組合物包括額外磨料粒子(例如第二磨料粒子、第三磨料粒子等)時，額外磨料粒子可具有任何適合的中值粒度。舉例而言，拋光組合物可包括第二磨料粒子，且該等第二磨料粒子可具有小於第一磨料粒子之中值粒度的中值粒度，例如第二磨料粒子可具有約1nm至約100nm，例如約15nm至約95nm，約20nm至約90nm，約25nm至約85nm，約25nm至約80nm，約25nm至約75nm，或約35nm至約75nm之中值粒度。較佳地，第二磨料粒子具有約1nm至約60nm，例如約1nm至約55nm，約1nm至約25nm，約10nm至約60nm，約10nm至約55nm，約25nm至約60nm，約30nm至約60nm，或約35nm至約60nm之中值粒度。更佳地，第二磨料粒子具有約40nm至約60nm，例如約50nm、約52nm、約54nm、約55nm或約58nm之中值粒度。
或者，拋光組合物可包括額外磨料粒子(例如第二磨料粒子、第三磨料粒子等)，且該等額外磨料粒子可具有大於第一磨料粒子之中值粒度的中值粒度。舉例而言，拋光組合物可包括第二磨料粒子，且該等第二磨料粒子可具有約125nm至約1μm，例如約125nm至約850nm，約125nm至約750nm，約150nm至約600nm，約150nm至約550nm，約175nm至約500nm，約200nm至約500nm，約225nm至約450nm，或約250nm至約400nm之中值粒度。
額外磨料粒子(亦即，第二磨料粒子、第三磨料粒子等總計)可以任何適合的濃度存在於拋光組合物中。較佳地，額外磨料粒子以約0.005wt.%至約2wt.%之濃度存在於拋光組合物中。舉例而言，拋光組合物可包括第二磨料粒子，且該等第二磨料粒子可以約0.005wt.%或0.005wt.%以上，例如約0.0075wt.%或0.0075wt.%以上，約0.01 wt.%或0.01wt.%以上，約0.025wt.%或0.025wt.%以上，約0.05wt.%或0.05wt.%以上，約0.075wt.%或0.075wt.%以上，約0.1wt.%或0.1wt.%以上，或約0.25wt.%或0.1wt.%以上之濃度存在於拋光組合物中。或者或另外，第二磨料粒子可以約2wt.%或2wt.%以下，例如約1.75wt.%或1.75wt.%以下，約1.5wt.%或1.5wt.%以下，約1.25wt.%或1.25wt.%以下，約1wt.%或1wt.%以下，約0.75wt.%或0.75wt.%以下，約0.5wt.%或0.5wt.%以下，或約0.25wt.%或0.25wt.%以下之濃度存在於拋光組合物中。因此，第二磨料粒子可以前述端點之任何兩者限定之範圍內之濃度存在於拋光組合物中。舉例而言，第二磨料粒子可以約0.005wt.%至約2wt.%，例如約0.005wt.%至約1.75wt.%，約0.005wt.%至約1.5wt.%，約0.005wt.%至約1.25wt.%，約0.005wt.%至約1wt.%，約0.01wt.%至約2wt.%，約0.01wt.%至約1.75wt.%，約0.01wt.%至約1.5wt.%，約0.05wt.%至約2wt.%，約0.05wt.%至約1.5wt.%，約0.1wt.%至約2wt.%，或約0.1wt.%至約1.5wt.%之濃度存在於拋光組合物中。更佳地，第二磨料粒子以約0.01wt.%至約0.5wt.%，例如約0.025wt.%、約0.035wt.%、約0.05wt.%、約0.075wt.%、約0.1wt.%、約0.15wt.%、約0.25wt.%、約0.3wt.%或約0.4wt.%之濃度存在於拋光組合物中。
較佳地，當拋光組合物包含第二磨料粒子時，第一磨料粒子及第二磨料粒子總計以約0.1wt.%至約0.5wt.%之濃度存在於拋光組合物中。舉例而言，第一磨料粒子及第二磨料粒子總計可以約0.1wt.%至約0.5wt.%，例如約0.1wt.%至約0.4wt.%，約0.1wt.%至約0.3wt.%，約0.1wt.%至約0.25wt.%，約0.25wt.%至約0.5wt.%，約0.25wt.%至約0.4wt.%，或約0.3wt.%至約0.5wt.%之濃度存在於拋光組合物中。
拋光組合物較佳具有至少約100nm之粒度分佈。更特定而言， 存在於拋光組合物中之第一磨料粒子及任何額外磨料粒子(例如第一磨料粒子；第一磨料粒子及第二磨料粒子；第一磨料粒子、第二磨料粒子及第三磨料粒子等)較佳具有至少約100nm之粒度分佈。粒度分佈係指最大粒子粒度與最小粒子粒度之間的差值。舉例而言，存在於拋光組合物中之第一磨料粒子及任何額外磨料粒子可具有至少約115nm，例如至少約125nm，至少約135nm，至少約150nm，至少約160nm，至少約175nm，至少約180nm，至少約185nm，至少約190nm，至少約200nm，或至少約225nm之粒度分佈。典型地，存在於拋光組合物中之第一磨料粒子及任何額外磨料粒子將具有約500nm或500nm以下，例如約475nm或475nm以下，約450nm或450nm以下，約425nm或425nm以下，或約415nm或約415nm以下之粒度分佈。因此，存在於拋光組合物中之第一磨料粒子及任何額外磨料粒子可具有前述端點之任何兩者限定之範圍內之粒度分佈。舉例而言，存在於拋光組合物中之第一磨料粒子及任何額外磨料粒子可具有約100nm至約500nm，例如約100nm至約400nm，約100nm至約350nm，約100nm至約300nm，約100nm至約200nm，或約115nm至約175nm之粒度分佈。較佳地，存在於拋光組合物中之第一磨料粒子及任何額外磨料粒子具有至少約115nm，例如至少約120nm，至少約125nm，至少約130nm，至少約140nm，至少約150nm，或至少約170nm之粒度分佈。
拋光組合物可具有任何適合的最大粒度及任何適合的最小粒度。因此，存在於拋光組合物中之第一磨料粒子及任何額外磨料粒子(例如第一磨料粒子；第一磨料粒子及第二磨料粒子；第一磨料粒子、第二磨料粒子及第三磨料粒子等)可具有任何適合的最大粒度及任何適合的最小粒度。
舉例而言，存在於拋光組合物中之第一磨料粒子及任何額外磨 料粒子可具有約1nm至約150nm，例如約1nm至約125nm，約1nm至約100nm，約1nm至約80nm，約1nm至約75nm，約25nm至約125nm，或約50nm至約100nm之最小粒度。較佳地，存在於拋光組合物中之第一磨料粒子及任何額外磨料粒子具有約10nm至約75nm，例如約15nm、約25nm或約40nm、約50nm、約60nm或約70nm之最小粒度。
存在於拋光組合物中之第一磨料粒子及任何額外磨料粒子可具有約250nm至約1μm，例如約250nm至約800nm，約250nm至約600nm，約300nm至約750nm，或約300nm至約500nm之最大粒度。較佳地，存在於拋光組合物中之第一磨料粒子及任何額外磨料粒子具有約350nm至約700nm，例如約375nm、約400nm、約500nm或約600nm之最大粒度。
當拋光組合物包含額外磨料粒子(例如第二磨料粒子、第三磨料粒子等)時，拋光組合物視情況可展現多峰粒度分佈。如本文所使用，術語「多峰」意謂展現具有至少2個最大值(例如2個或2個以上最大值、3個或3個以上最大值、4個或4個以上最大值或5個或5個以上最大值)之中值粒度分佈之拋光組合物。特定而言，當拋光組合物包含第二磨料粒子時，拋光組合物可展現雙峰粒度分佈，亦即，拋光組合物展現具有2個中值粒度最大值之粒度分佈。術語「最大」及「最大值」意謂粒度分佈中之一或多個峰值。一或多個峰值對應於本文針對第一、第二及任何額外磨料粒子所描述之中值粒度。因此，舉例而言，當拋光組合物含有第一磨料粒子及第二磨料粒子，不具有額外磨料粒子時，則粒子之數目相對於粒度之曲線圖可反映雙峰粒度分佈，其中第一峰在約75nm至約200nm之粒度範圍內且第二峰在約1nm至約60nm之粒度範圍內。
拋光組合物中所存在之第一磨料粒子及任何額外磨料粒子宜懸 浮於拋光組合物中，更尤其懸浮於拋光組合物之水性載劑中。當磨料粒子懸浮於拋光組合物中時，磨料粒子較佳為膠態穩定的。術語膠體係指磨料粒子於水性載劑中之懸浮液。膠態穩定性係指該懸浮液隨時間推移之維持性。在本發明之上下文中，若出現以下情形，則認為磨料粒子係膠體穩定的：當將磨料粒子置放至100ml量筒中且使其沒有攪動地靜置2小時之時間時，量筒之底部50ml中之粒子濃度([B]，以g/ml為單位)與量筒之頂部50ml中之粒子濃度([T]，以g/ml為單位)之間的差值除以磨料組合物中之粒子初始濃度([C]，以g/ml為單位)少於或等於0.5(亦即，{[B]-[T]}/[C]0.5)。[B]-[T]/[C]之值宜小於或等於0.3，且較佳小於或等於0.1。
拋光組合物進一步包含官能化雜環，其選自官能化含氮雜環、官能化含硫雜環、萘甲酸及其組合。官能化雜環可用任何適合的官能基官能化。舉例而言，官能化雜環可用羧酸、磺酸、磷酸、胺或其組合官能化。較佳地，官能化雜環係用羧酸官能化。
官能化含氮雜環可為任何適合的官能化含氮雜環。舉例而言，官能化含氮雜環可選自吡啶、吡嗪、嘧啶、嗒嗪、喹啉、苯并三唑、苯并噻唑、三唑、吲哚、苯并咪唑及其組合。特定而言，官能化含氮雜環可選自吡啶甲酸、吡啶甲基胺、2-喹啉甲酸及其組合。
官能化含氮雜環之氮可具有任何適合的pKa。舉例而言，官能化含氮雜環之氮可具有約5或5以上，例如約6或6以上，約8或8以上，約10或10以上，或約15或15以上之pKa。較佳地，官能化含氮雜環之氮具有大於拋光組合物之pH之pKa。舉例而言，若拋光組合物之pH為約1，則官能化含氮雜環之氮可具有超過約1，例如超過約2，超過約3，超過約3.5，超過約4，超過約4.5，超過約5，或超過約5.5之pKa。
官能化含硫雜環可為任何適合的官能化含硫雜環。舉例而言，官能化含硫雜環可為噻吩。特定而言，官能化含硫雜環可為2-羧基噻 吩。
官能化雜環可為任何適合的萘甲酸。舉例而言，官能化雜環可為選自2-羥基-1-萘甲酸、3-羥基-2-萘甲酸、3,5-二羥基-2-萘甲酸、1,4-二羥基-2-萘甲酸及其組合之萘甲酸。
較佳地，拋光組合物包含官能化雜環，其為官能化含氮雜環。更佳地，拋光組合物包含選自吡啶、喹啉及其組合之官能化含氮雜環。甚至更佳地，拋光組合物包含選自吡啶甲酸、2-喹啉甲酸及其組合之官能化含氮雜環。
因此，官能化雜環可包含官能化含氮雜環，其中官能化含氮雜環為吡啶甲酸。另外，拋光組合物可包含官能化含氮雜環，其中官能化含氮雜環為2-喹啉甲酸。
官能化雜環以約100ppm至約1500ppm之濃度存在於拋光組合物中。舉例而言，官能化雜環可以約100ppm至約1300ppm，例如約100ppm至約1200ppm，約100ppm至約1000ppm，約100ppm至約800ppm，約100ppm至約750ppm，約100ppm至約650ppm，約100ppm至約500ppm，約250ppm至約1000ppm，約250ppm至約800ppm，約500ppm至約1000ppm，或約500ppm至約800ppm之濃度存在於拋光組合物中。較佳地，官能化雜環以約100ppm至約800ppm，例如約200ppm、約300ppm、約450ppm、約500ppm、約600ppm、約700ppm或約750ppm之濃度存在於拋光組合物中。
拋光組合物進一步包含陽離子聚合物。陽離子聚合物選自四級胺、陽離子聚乙烯醇、陽離子纖維素及其組合。特定而言，拋光組合物進一步包含(a)陽離子聚合物，其中陽離子聚合物為四級胺且其中陽離子聚合物以約1ppm至約250ppm之濃度存在於拋光組合物中；及羧酸，其中羧酸之pKa為約1至約6且其中羧酸以約25ppm至約500ppm之濃度存在於拋光組合物中，或(b)陽離子聚合物，其中陽離子聚 合物選自陽離子聚乙烯醇及陽離子纖維素且其中陽離子聚合物以約1ppm至約250ppm之濃度存在於拋光組合物中。
陽離子聚合物可為任何適合的四級胺。舉例而言，陽離子聚合物可為選自以下各者之四級胺：聚(乙烯基咪唑鎓)；聚(甲基丙烯醯氧基乙基三甲基銨)鹵化物，諸如聚(甲基丙烯醯氧基乙基三甲基銨)氯化物(聚MADQUAT)；聚(二烯丙基二甲基銨)鹵化物，諸如聚(二烯丙基二甲基銨)氯化物(聚DADMAC)；及聚四級銨-2。較佳地，當陽離子聚合物為四級胺時，陽離子聚合物為聚(乙烯基咪唑鎓)。
陽離子聚合物可為任何適合的陽離子聚乙烯醇或陽離子纖維素。較佳地，陽離子聚合物為陽離子聚乙烯醇。舉例而言，陽離子聚乙烯醇可為Nippon Gosei GOHSEFIMER K210TM聚乙烯醇產品。
陽離子聚合物(亦即，四級胺、陽離子聚乙烯醇、陽離子纖維素或其組合，總計)以約1ppm至約250ppm之濃度存在於拋光組合物中。舉例而言，陽離子聚合物可以約1ppm或1ppm以上，例如約5ppm或5ppm以上，約10ppm或10ppm以上，約25ppm或25ppm以上，約40ppm或40ppm以上，約50ppm或50ppm以上，或約60ppm或60ppm以上之濃度存在於拋光組合物中。或者或另外，陽離子聚合物可以約250ppm或250ppm以下，例如約225ppm或225ppm以下，約215ppm或215ppm以下，約200ppm或200ppm以下，約175ppm或175ppm以下，約160ppm或160ppm以下，約150ppm或150ppm以下，約125ppm或125ppm以下，約115ppm或115ppm以下，或約100ppm或100ppm以下之濃度存在於拋光組合物中。因此，陽離子聚合物可以兩個前述端點中之任一者限定之範圍內之濃度存在於拋光組合物中。舉例而言，陽離子聚合物可以約1ppm至約100ppm，約1ppm至約50ppm，約1ppm至約40ppm，約1ppm至約25ppm，約5ppm至約225ppm，約5ppm至約100ppm，約5ppm至約50ppm，約10ppm 至約215ppm，約10ppm至約100ppm，約15ppm至約200ppm，約25ppm至約175ppm，約25ppm至約100ppm，或約30ppm至約150ppm之濃度存在於拋光組合物中。
當陽離子聚合物為聚(乙烯基咪唑鎓)時，陽離子聚合物較佳以約1ppm至約10ppm，例如約2ppm、約4ppm、約5ppm、約6ppm、約7ppm、約8ppm或約9ppm之濃度存在於拋光組合物中。更佳地，當陽離子聚合物為聚(乙烯基咪唑鎓)時，陽離子聚合物較佳以約1ppm至約5ppm，例如約2ppm、約3ppm或約4ppm之濃度存在於拋光組合物中。
當陽離子聚合物為四級胺時，該拋光組合物進一步包含羧酸。當陽離子聚合物選自陽離子聚乙烯醇及陽離子纖維素時，該拋光組合物視情況進一步包含羧酸。羧酸之pKa為約1至約6。較佳地，羧酸之pKa為約2至約6。更佳地，羧酸之pKa為約3.5至約5。
羧酸可為具有約1至約6之pKa之任何適合的羧酸。舉例而言，羧酸可選自乙酸、丙酸及丁酸。較佳地，羧酸為乙酸。
羧酸可以任何適合的濃度存在於拋光組合物中。較佳地，羧酸以約10ppm至約1000ppm，例如約10ppm至約500ppm，約10ppm至約250ppm，約25ppm至約750ppm，約25ppm至約500ppm，約25ppm至約250ppm，約30ppm至約250ppm，約35ppm至約350ppm，約50ppm至約425ppm，約55ppm至約400ppm，或約75ppm至約350ppm之濃度存在於拋光組合物中。更佳地，羧酸以約25ppm至約150ppm，例如約40ppm、約50ppm、約60ppm、約75ppm、約100ppm或約125ppm之濃度存在於拋光組合物中。
拋光組合物之pH為約1至約6。典型地，拋光組合物具有約3或大於3之pH。此外，拋光組合物之pH典型地為約6或6以下。舉例而言，pH可在約3.5至約6範圍內，例如約3.5之pH，約4之pH，約4.5之pH， 約5之pH，約5.5之pH，約6之pH，或此等pH值之任何兩者限定之範圍內之pH。合乎需要地，拋光組合物之pH在羧酸之pKa的約2個單位內。舉例而言，若拋光組合物之pH為約3.5，則羧酸之pKa較佳為約1.5至約5.5。
拋光組合物之pH可藉由任何合適的方法達成及/或維持。更特定而言，拋光組合物可進一步包含pH調節劑、pH緩衝劑或其組合。合乎需要地，拋光組合物包括pH調節劑。pH調節劑可為任何適合的pH調節劑。舉例而言，pH調節劑可為烷基胺、醇胺、四級胺氫氧化物、氨或其組合。舉例而言，pH調節劑可為三乙醇胺、氫氧化四甲銨(TMAH或TMA-OH)或氫氧化四乙銨(TEAH或TEA-OH)。較佳地，pH調節劑為三乙醇胺。
pH調節劑可以任何適合的濃度存在於拋光組合物中。合乎需要地，pH調節劑以足以實現及/或使拋光組合物之pH維持在本文所闡述之pH範圍內，例如在約1至約6範圍內，或在約3.5至約5範圍內之濃度存在於拋光組合物中。舉例而言，pH調節劑可以約10ppm至約300ppm，例如約50ppm至約200ppm，或約100ppm至約150ppm之濃度存在於拋光組合物中。
拋光組合物包括水性載劑。水性載劑含有水(例如去離子水)且可含有一或多種水可混溶性有機溶劑。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-己醇及其類似物；醛，諸如乙醯基醛及其類似物；酮，諸如丙酮、二丙酮醇、甲基乙基酮及其類似物；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、乳酸乙酯及其類似物；醚，包括亞碸，諸如二甲亞碸(DMSO)、四氫呋喃、二噁烷、二乙二醇二甲醚及其類似物；醯胺，諸如N,N-二甲基甲醯胺、二甲基咪唑啉酮、N-甲基吡咯啶酮及其類似物；多元醇及其衍生物，諸如乙二醇、丙三醇、二乙二 醇、二乙二醇單甲醚及其類似物；及含氮有機化合物，諸如乙腈、戊胺、異丙胺、咪唑、二甲胺及其類似物。較佳地，水性載劑為單獨的水，亦即，不存在有機溶劑。
拋光組合物亦可包含選自以下各者之添加劑：羧酸單體、磺化單體或膦酸化單體與丙烯酸酯之陰離子共聚物、聚乙烯吡咯啶酮或聚乙烯醇(例如2-羥乙基甲基丙烯酸及甲基丙烯酸之共聚物)；非離子聚合物，其中非離子聚合物為聚乙烯吡咯啶酮或聚乙二醇；矽烷，其中矽烷為胺基矽烷、脲基矽烷或縮水甘油基矽烷；官能化吡啶之N-氧化物(例如吡啶甲酸N-氧化物)；澱粉；環糊精(例如α-環糊精或β-環糊精)及其組合。
當添加劑為非離子聚合物時且當該非離子聚合物為聚乙烯吡咯啶酮時，聚乙烯吡咯啶酮可具有任何適合的分子量。舉例而言，聚乙烯吡咯啶酮可具有約10,000g/mol至約1,000,000g/mol，例如約20,000g/mol、約30,000g/mol、約40,000g/mol、約50,000g/mol或約60,000g/mol之分子量。當添加劑為非離子聚合物時且當該非離子聚合物為聚乙二醇時，聚乙二醇可具有任何適合的分子量。舉例而言，聚乙二醇可具有約200g/mol至約200,000g/mol，例如約8000g/mol、約100,000g/mol之分子量。
當添加劑為矽烷時，矽烷可為任何適合的胺基矽烷、脲基矽烷或縮水甘油基矽烷。舉例而言，矽烷可為3-胺基丙基三甲氧基矽烷、3-胺基丙基矽烷三醇、N-(2-胺基乙基)-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-(2-胺基乙基)-3-胺基丙基三甲氧基矽烷三醇、(N,N-二甲基-3-胺基丙基)三甲氧基矽烷、N-苯基-3-胺基丙基三甲氧基矽烷、脲基丙基三乙氧基矽烷或3-縮水甘油基丙基二甲基乙氧基矽烷。
較佳地，當拋光組合物包含添加劑時，添加劑選自2-羥乙基甲基丙烯酸與甲基丙烯酸之共聚物；聚乙烯吡咯啶酮；胺基丙基矽烷三 醇；吡啶甲酸N-氧化物；澱粉；α-環糊精、β-環糊精；及其組合。
添加劑(亦即，羧酸單體、磺化單體或膦酸化單體與丙烯酸酯之陰離子共聚物、聚乙烯吡咯啶酮或聚乙烯醇；矽烷；官能化吡啶之N-氧化物；澱粉；環糊精；或其組合，總計)可以任何適合的濃度存在於化學機械拋光組合物中。較佳地，添加劑以約1ppm至約500ppm，例如約5ppm至約400ppm，約10ppm至約400ppm，約15ppm至約400ppm，約20ppm至約400ppm，約25ppm至約400ppm，約10ppm至約300ppm，約10ppm至約250ppm，約30ppm至約350ppm，約30ppm至約275ppm，約50ppm至約350ppm，或約100ppm至約300ppm之濃度存在於拋光組合物中。更佳地，添加劑以約1ppm至約300ppm，例如約1ppm至約275ppm，約1ppm至約250ppm，約1ppm至約100ppm，約1ppm至約50ppm，約10ppm至約250ppm，約10ppm至約100ppm，或約35ppm至約250ppm之濃度存在於拋光組合物中。
拋光組合物視情況進一步包含一或多種其他添加劑。拋光組合物可包含界面活性劑及/或流變控制劑，包括黏度增強劑及凝集劑(例如聚合流變控制劑，諸如胺基甲酸酯聚合物)、分散劑、殺生物劑(例如KATHONTM LX)及其類似物。適合的界面活性劑包括例如陽離子界面活性劑、陰離子界面活性劑、陰離子聚電解質、非離子界面活性劑、兩性界面活性劑、氟化界面活性劑、其混合物及其類似物。
可藉由任何適合的技術製備拋光組合物，其中許多技術為熟習此項技術者已知。拋光組合物可以分批或連續方法製備。一般而言，拋光組合物可藉由以任何順序組合本文中之組分來製備。如本文所使用之術語「組分」包括個別成分(例如第一磨料粒子、官能化雜環、陽離子聚合物、羧酸、pH調節劑等)以及成分(例如第一磨料粒子、官能化雜環、陽離子聚合物、羧酸、pH調節劑等)之任何組合。
舉例而言，官能化雜環、陽離子聚合物及羧酸(當包括時)可以所 需濃度添加至水中。可隨後調節(按需要)pH且可以所需濃度將第一磨料粒子添加至混合物中以形成拋光組合物。拋光組合物可在使用之前製備，其中剛好在使用之前(例如在使用之前約1分鐘內，或在使用之前約1小時內，或在使用之前約7天內)將一或多種組分添加至拋光組合物中。亦可藉由在拋光操作期間將組分在基板表面處混合來製備拋光組合物。
拋光組合物亦可提供為意欲在使用之前用適量水性載劑，尤其水稀釋之濃縮物。在此類實施例中，拋光組合物濃縮物可包含第一磨料粒子、官能化雜環、陽離子聚合物、羧酸(當包括在拋光組合物中時)、pH調節劑及水，其呈一定量以使得在用適量水稀釋濃縮物後，拋光組合物之各組分將以上文針對各組分所敍述之適當範圍內的量存在於拋光組合物中。此外，如一般技術者將理解，濃縮物可含有存在於最終拋光組合物中之適當分量之水以便確保其他組分至少部分或充分溶解於濃縮物中。
雖然拋光組合物可在使用之前剛剛或甚至在使用之前不久製備，但拋光組合物亦可藉由在使用位置處或附近混合拋光組合物之組分而產生。如本文所利用，術語「使用位置」係指拋光組合物施加至基板表面(例如拋光墊或基板表面自身)之位置。當拋光組合物使用使用位置混合產生時，拋光組合物之組分單獨地儲存於兩種或兩種以上儲存裝置中。
為了混合儲存裝置中所含有之組分以在使用點處或附近產生拋光組合物，儲存裝置典型地裝備有自各存儲裝置引導至拋光組合物之使用位置(例如壓板、拋光墊或基板表面)之一或多個流動管線。術語「流動管線」意謂自個別儲存容器流至其中所儲存之組分之使用位置之路徑。該一或多個流動管線可各直接引導至使用位置，或在使用一個以上流動管線之情形下，兩個或兩個以上流動管線可在任何位置處 合併成引導至使用位置之單一流動管線。此外，在到達組分之使用位置之前，一或多個流動管線中之任一者(例如個別流動管線或合併流動管線)可首先引導至其他裝置(例如泵送裝置、量測裝置、混合裝置等)中之一或多者。
拋光組合物之組分可獨立地遞送至使用位置(例如將遞送組分至基板表面，之後在拋光製程期間混合組分)，或組分可緊接著在遞送至使用位置之前組合。若組分在到達使用位置之前小於10秒，較佳在到達使用位置之前小於5秒，更優選在到達使用位置之前小於1秒，或甚至與在使用位置處遞送組分同時組合(例如在施配器處組合組分)，則組分係「緊接著在遞送至使用位置之前」組合。若組分在使用位置5m內，諸如在使用位置1m內，或甚至在使用位置10cm內(例如在使用位置1cm)內組合，則組分亦係「緊接著在遞送至使用位置之前」組合。
當在到達使用位置之前組合拋光組合物之兩種或兩種以上組分時，組分可在流動管線中組合且在不使用混合裝置之情況下遞送至使用位置。或者，流動管線中之一或多者可引導至混合裝置中以促進兩種或兩種以上組分之組合。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兩者以上流經之噴嘴或噴口(例如高壓噴嘴或噴口)。或者，混合裝置可為容器型混合裝置，其包含一或多個入口，藉由該等入口將拋光組合物之兩種或兩種以上組分引入至混合器中；及至少一個出口，經由該出口使混合的組分離開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動管線)遞送至使用位置。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兩種以上組分。若使用容器型混合裝置，則混合裝置較佳包含混合機制以進一步促進組分之組合。混合機制一般為此項技術中已知的且包括攪拌器、摻合器、攪 拌器、槳式隔板、氣體鼓泡器系統、振動器等。
本發明亦提供一種用本文所描述之拋光組合物拋光基板之方法。拋光基板之方法包含(i)提供基板；(ii)提供拋光墊；(iii)提供前述化學機械拋光組合物；(iv)使基板與拋光墊及化學機械拋光組合物接觸；及(v)相對於基板移動拋光墊及化學機械拋光組合物以研磨基板之至少一部分，從而拋光基板。
另外，本發明提供一種拋光基板之方法，其包含(i)提供基板，其中該基板包含氧化矽層；(ii)提供拋光墊；(iii)提供前述化學機械拋光組合物；(iv)使基板與拋光墊及化學機械拋光組合物接觸；及(v)相對於基板移動拋光墊及化學機械拋光組合物以研磨基板表面上氧化矽層之至少一部分，從而拋光基板。
更特定而言，本發明進一步提供一種拋光基板之方法，其包含(i)提供基板，其中該基板包含氧化矽層；(ii)提供拋光墊；(iii)提供化學機械拋光組合物，其包含：(a)第一磨料粒子，其中第一磨料粒子為濕法氧化鈰粒子，具有約75nm至約200nm之中值粒度且以約0.005wt.%至約2wt.%之濃度存在於拋光組合物中，(b)官能化雜環，其選自官能化含氮雜環、官能化含硫雜環、萘甲酸及其組合，其中官能化雜環以約100ppm至約1500ppm之濃度存在於拋光組合物中，(c)陽離子聚合物，其中陽離子聚合物為四級胺且其中陽離子聚合物以約1ppm至約250ppm之濃度存在於拋光組合物中，(d)羧酸，其中羧酸之pKa為約1至約6且其中羧酸以約25ppm至約500ppm之濃度存在於拋光組合物中，(e)pH調節劑及(f)水性載劑，其中拋光組合物之pH為約1至約6且其中拋光組合物之pH在羧酸之pKa的約2個單位內；(iv)使基板與拋光墊及化學機械拋光組合物接觸；及(v)相對於基板移動拋光墊及化學機械拋光組合物以研磨基板表面上氧化矽層之至少一部分，從而拋光基板。
本發明亦提供一種拋光基板之方法，其包含(i)提供基板，其中該基板包含氧化矽層；(ii)提供拋光墊；(iii)提供化學機械拋光組合物，其包含：(a)第一磨料粒子，其中第一磨料粒子為濕法氧化鈰粒子，具有約75nm至約200nm之中值粒度且以約0.005wt.%至約2wt.%之濃度存在於拋光組合物中，(b)官能化雜環，其選自官能化含氮雜環、官能化含硫雜環、萘甲酸及其組合，其中官能化雜環以約100ppm至約1500ppm之濃度存在於拋光組合物中，(c)陽離子聚合物，其選自陽離子聚乙烯醇及陽離子纖維素，其中陽離子聚合物以約1ppm至約250ppm之濃度存在於拋光組合物中，(d)pH調節劑及(e)水性載劑，其中拋光組合物之pH為約1至約6；(iv)使基板與拋光墊及化學機械拋光組合物接觸；及(v)相對於基板移動拋光墊及化學機械拋光組合物以研磨基板表面上氧化矽層之至少一部分，從而拋光基板。
本發明之拋光組合物適用於拋光任何適合的基板。拋光組合物特別適用於拋光包含氧化矽層之基板。適合的基板包含(但不限於)平板顯示器、積體電路、記憶體或硬磁碟、金屬、半導體層間介電(ILD)裝置、微機電系統(MEMS)、鐵電體及磁頭。拋光組合物尤其非常適合於平坦化或拋光已經受淺溝槽隔離(STI)加工之基板。基板可進一步包含至少一個其他層，例如絕緣層。絕緣層可為金屬氧化物、多孔金屬氧化物、玻璃、有機聚合物、氟化有機聚合物或任何其他適合的較高或較低κ絕緣層。絕緣層可包含、基本上由或由氧化矽、氮化矽或其組合組成。氧化矽層可包含、基本上由或由任何適合的氧化矽組成，其中許多為此項技術中已知的。舉例而言，氧化矽層可包含四乙氧基矽烷(TEOS)、高密度電漿(HDP)氧化物、硼磷矽玻璃(BPSG)、高縱橫比製程(HARP)氧化物、旋塗式介電質(SOD)氧化物、化學氣相沈積(CVD)氧化物、電漿增強的原矽酸四乙酯(PETEOS)、熱氧化物或未經摻雜之矽酸酯玻璃。基板可進一步包含金屬層。金屬可 包含、基本上由或由任何適合的金屬組成，其中許多為此項技術中已知的，諸如銅、鉭、鎢、鈦、鉑、釕、銥、鋁、鎳或其組合。
根據本發明，可使用本文所描述之拋光組合物藉由任何適合的技術平坦化或拋光基板。本發明之拋光方法尤其適合於與化學機械拋光(CMP)設備結合使用。典型地，CMP設備包含：壓板，其在使用時處於運動中且具有由軌道、線性及/或圓周運動產生之速度；拋光墊，其與壓板接觸且在運動時隨壓板移動；及載體，其固持藉由接觸且相對於拋光墊之表面移動而經拋光之基板。基板之拋光藉由將基板與本發明之拋光組合物(且典型地為拋光墊)接觸置放且隨後用拋光組合物(且典型地為拋光墊)研磨基板(例如氧化矽或本文所描述之基板材料中之一或多者)之表面的至少一部分以拋光基板而進行。根據本發明，可使用任何適合的拋光條件來拋光基板。
可用化學機械拋光組合物與任何適合的拋光墊(例如拋光表面)平坦化或拋光基板。適合的拋光墊包括例如編織及非編織拋光墊。此外，適合的拋光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合適的聚合物。適合的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、其共同形成產物及其混合物。
合乎需要地，CMP設備進一步包含就地拋光終點偵測系統，其中許多為此項技術中已知的。用於藉由分析自工件之表面反射的光或其他輻射來檢驗及監測拋光製程的技術為此項技術中已知的。此類方法係在例如美國專利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中加以描述。合 乎需要地，檢驗或監測關於經拋光之工件的拋光製程之發展使得能夠判定拋光終點，亦即，判定何時終止關於特定工件之拋光製程。
實施例
(1)在實施例(1)中呈現化學機械拋光組合物，其包含：(a)第一磨料粒子，其中該等第一磨料粒子為濕法氧化鈰粒子，具有約75nm至約200nm之中值粒度且以約0.005wt.%至約2wt.%之濃度存在於該拋光組合物中，(b)官能化雜環，其選自官能化含氮雜環、官能化含硫雜環、萘甲酸及其組合，其中該官能化雜環以約100ppm至約1500ppm之濃度存在於該拋光組合物中，(c)陽離子聚合物，其中該陽離子聚合物為四級胺，且其中該陽離子聚合物以約1ppm至約250ppm之濃度存在於該拋光組合物中，(d)羧酸，其中該羧酸之pKa為約1至約6，且其中該羧酸以約25ppm至約500ppm之濃度存在於該拋光組合物中，(e)pH調節劑，及(f)水性載劑，其中該拋光組合物之pH為約1至約6，且其中該拋光組合物之pH在該羧酸之pKa的約2個單位內。
(2)在實施例(2)中呈現實施例(1)之化學機械拋光組合物，其中第一磨料粒子以約0.1wt.%至約0.5wt.%之濃度存在於拋光組合物中。
(3)在實施例(3)中呈現實施例(1)或(2)之化學機械拋光組合物，其中該拋光組合物進一步包含第二磨料粒子，且其中該等第二磨料粒子為濕法氧化鈰粒子，具有約1nm至約60nm之中值粒度，且以約0.005wt.%至約2wt.%之濃度存在於拋光組合物中。
(4)在實施例(4)中呈現實施例(3)之化學機械拋光組合物，其中 第一磨料粒子及第二磨料粒子總計以約0.1wt.%至約0.5wt.%之濃度存在於拋光組合物中。
(5)在實施例(5)中呈現實施例(1)-(4)中任一者之化學機械拋光組合物，其中官能化雜環包含官能化含氮雜環且其中該官能化含氮雜環為吡啶甲酸。
(6)在實施例(6)中呈現實施例(1)-(4)中任一者之化學機械拋光組合物，其中官能化雜環包含官能化含氮雜環且其中該官能化含氮雜環為2-喹啉甲酸。
(7)在實施例(7)中呈現實施例(1)-(6)中任一者之化學機械拋光組合物，其中陽離子聚合物為聚(乙烯基咪唑鎓)。
(8)在實施例(8)中呈現實施例(7)之化學機械拋光組合物，其中該聚(乙烯基咪唑鎓)以約1ppm至約5ppm之濃度存在於拋光組合物中。
(9)在實施例(9)中呈現實施例(1)-(8)中任一者之化學機械拋光組合物，其中羧酸之pKa為約3.5至約5。
(10)在實施例(10)中呈現實施例(9)之化學機械拋光組合物，其中該羧酸為乙酸。
(11)在實施例(11)中呈現實施例(1)-(10)中任一者之化學機械拋光組合物，其中pH調節劑選自烷基胺、醇胺、四級胺氫氧化物、氨及其組合。
(12)在實施例(12)中呈現實施例(11)之化學機械拋光組合物，其中pH調節劑為三乙醇胺。
(13)在實施例(13)中呈現實施例(1)-(12)中任一者之化學機械拋光組合物，其中拋光組合物之pH為約3.5至約5。
(14)在實施例(14)中呈現化學機械拋光組合物，其包含：(a)第一磨料粒子，其中該等第一磨料粒子為濕法氧化鈰粒子， 具有約75nm至約200nm之中值粒度且以約0.005wt.%至約2wt.%之濃度存在於該拋光組合物中，(b)官能化雜環，其選自官能化含氮雜環、官能化含硫雜環、萘甲酸及其組合，其中該官能化雜環以約100ppm至約1500ppm之濃度存在於該拋光組合物中，(c)陽離子聚合物，其選自陽離子聚乙烯醇及陽離子纖維素，其中該陽離子聚合物以約1ppm至約250ppm之濃度存在於該拋光組合物中，(d)pH調節劑，及(e)水性載劑，其中該拋光組合物之pH為約1至約6。
(15)在實施例(15)中呈現實施例(14)之化學機械拋光組合物，其中第一磨料粒子以約0.1wt.%至約0.5wt.%之濃度存在於拋光組合物中。
(16)在實施例(16)中呈現實施例(14)或(15)之化學機械拋光組合物，其中該拋光組合物進一步包含第二磨料粒子且其中該等第二磨料粒子為濕法氧化鈰粒子，具有約1nm至約60nm之中值粒度且以約0.005wt.%至約2wt.%之濃度存在於拋光組合物中。
(17)在實施例(17)中呈現實施例(16)之化學機械拋光組合物，其中第一磨料粒子及第二磨料粒子總計以約0.1wt.%至約0.5wt.%之濃度存在於拋光組合物中。
(18)在實施例(18)中呈現實施例(14)-(17)中任一者之化學機械拋光組合物，其中官能化雜環包含官能化含氮雜環且其中該官能化含氮雜環為吡啶甲酸。
(19)在實施例(19)中呈現實施例(14)-(17)中任一者之化學機械拋光組合物，其中官能化雜環包含官能化含氮雜環且其中該官能化含氮 雜環為2-喹啉甲酸。
(20)在實施例(20)中呈現實施例(14)-(19)中任一者之化學機械拋光組合物，其中該陽離子聚合物為陽離子聚乙烯醇。
(21)在實施例(21)中呈現實施例(20)之化學機械拋光組合物，其中該陽離子聚乙烯醇以約1ppm至約40ppm之濃度存在於拋光組合物中。
(22)在實施例(22)中呈現實施例(14)-(21)中任一者之化學機械拋光組合物，其中該拋光組合物進一步包含羧酸，其中羧酸之pKa為約1至約6且其中羧酸以約25ppm至約500ppm之濃度存在於拋光組合物中。
(23)在實施例(23)中呈現實施例(22)之化學機械拋光組合物，其中該羧酸之pKa為約3.5至約5。
(24)在實施例(24)中呈現實施例(22)或(23)之化學機械拋光組合物，其中該羧酸為乙酸。
(25)在實施例(25)中呈現實施例(14)-(24)中任一者之化學機械拋光組合物，其中pH調節劑選自烷基胺、醇胺、四級胺氫氧化物、氨及其組合。
(26)在實施例(26)中呈現實施例(25)之化學機械拋光組合物，其中pH調節劑為三乙醇胺。
(27)在實施例(27)中呈現實施例(14)-(26)中任一者之化學機械拋光組合物，其中拋光組合物之pH為約3.5至約5。
(28)在實施例(28)中呈現一種拋光基板之方法，其包含：(i)提供基板；(ii)提供拋光墊；(iii)提供實施例(1)-(27)中任一者之化學機械拋光組合物；(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)相對於該基板移動該拋光墊及該化學機械拋光組合物以研磨該基板之至少一部分，從而拋光該基板。
(29)在實施例(29)中呈現一種拋光基板之方法，其包含：(i)提供基板，其中該基板包含氧化矽層；(ii)提供拋光墊；(iii)提供實施例(1)-(27)中任一者之化學機械拋光組合物；(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)相對於該基板移動該拋光墊及該化學機械拋光組合物以研磨該基板表面上該氧化矽層之至少一部分，從而拋光該基板。
實例
以下實例進一步說明本發明，但當然不應將其解釋為以任何方式限制其範疇。
實例1
此實例表明為四級胺之陽離子聚合物對氧化矽移除速率之作用。
四乙氧基矽烷(TEOS)毯覆式晶圓用四種拋光組合物(亦即，拋光組合物1A-1D)拋光。拋光組合物1A-1D中之每一者含有0.2wt.%濕法氧化鈰粒子、500ppm吡啶甲酸及水且使用三乙醇胺將pH調節至pH4.0。特定而言，拋光組合物1A-1D中之每一者含有0.1wt.%具有約103nm之中值粒度之濕法氧化鈰粒子(亦即，第一磨料粒子)及0.1wt.%具有約54nm之中值粒度之濕法氧化鈰粒子(亦即，第二磨料粒子)。拋光組合物1B-1D中之每一者亦含有表1中所列出之量的聚(乙烯基咪唑鎓)。
在相同拋光條件下，用拋光組合物1A-1D拋光TEOS毯覆式晶圓。特定而言，在MirraTM拋光器(Applied Materials)上用IC 1010TM墊(Dow Chemical)拋光晶圓。拋光參數如下：20.68kPa(3psi)下壓力、 100rpm壓板速度、85rpm頭速度及150mL/min拋光流速。在拋光後，測定毯覆式TEOS之移除速率，以Å/min計。結果概述於表1中。
此等結果表明，即使少量為四級胺(亦即，聚(乙烯基咪唑鎓))之陽離子聚合物亦強有力地結合至TEOS晶圓表面，保護晶圓表面且遏制移除速率。此等結果進一步表明用以調節陽離子聚合物之影響，亦即，提高氧化矽移除速率而不消除陽離子聚合物之保護性作用之額外添加劑的必要性。
實例2
此實例表明包括為四級胺之陽離子聚合物及pKa為約1至約6之羧酸之拋光組合物的有效性，其中拋光組合物之pH在羧酸之pKa的約2個單位內。
四乙氧基矽烷(TEOS)毯覆式晶圓用四種拋光組合物(亦即，拋光組合物2A-2D)拋光。拋光組合物2A-2D中之每一者含有0.285wt.%濕法氧化鈰粒子、715ppm吡啶甲酸及水且使用三乙醇胺將pH調節至pH 4.0。特定而言，拋光組合物2A-2D中之每一者含有0.14wt.%中值粒度為約103nm之濕法氧化鈰粒子(亦即，第一磨料粒子)及0.14wt.%中值粒度為約54nm之濕法氧化鈰粒子(亦即，第二磨料粒子)。拋光組合物2B-2D中之每一者亦含有表2中所列出之量的1ppm聚(乙烯基咪唑鎓)及乙酸。
在相同拋光條件下，用拋光組合物2A-2D拋光TEOS毯覆式晶圓。特定而言，在MirraTM拋光器(Applied Materials)上用IC 1010TM墊(Dow Chemical)拋光晶圓。拋光參數如下：20.68kPa(3psi)下壓力、100rpm壓板速度、85rpm頭速度及150mL/min拋光流速。在拋光後，測定毯覆式TEOS之移除速率，以Å/min計。結果概述於表2中。
此等結果表明將pKa為約1至6且亦在拋光組合物之pH的約2個單位內之羧酸(亦即，乙酸)添加至包括陽離子聚合物(亦即，聚(乙烯基咪唑鎓))之拋光組合物中提供較高氧化矽移除速率。特定而言，拋光組合物2B-2D中之每一者提供與不含有乙酸之拋光組合物1A-1D所提供之毯覆式TEOS移除速率相比明顯更高的毯覆式TEOS移除速率。另外，拋光組合物2B-2D中之每一者提供與拋光組合物2A所提供之毯覆式TEOS移除速率相當的毯覆式TEOS移除速率。因此，此等結果表明，pKa為約1至約6且在拋光組合物之pH的約2個單位內之羧酸調節陽離子聚合物之影響以提供較高氧化矽移除速率。
實例3
此實例表明包括為四級胺之陽離子聚合物及pKa為約1至約6之羧酸之拋光組合物的有效性，其中拋光組合物之pH在羧酸之pKa的約2個單位內。
四乙氧基矽烷(TEOS)毯覆式晶圓用六種拋光組合物(亦即，拋光 組合物3A-3F)拋光。拋光組合物3A-3F中之每一者含有0.285wt.%濕法氧化鈰粒子、715ppm吡啶甲酸及水且使用三乙醇胺將pH調節至pH 4.0。特定而言，拋光組合物3A-3F中之每一者含有0.14wt.%具有約103nm之中值粒度之濕法氧化鈰粒子(亦即，第一磨料粒子)及0.14wt.%具有約54nm之中值粒度之濕法氧化鈰粒子(亦即，第二磨料粒子)。拋光組合物3B-3F中之每一者亦含有表3中所列出之量的聚(乙烯基咪唑鎓)及乙酸。
TEOS圖案晶圓亦用拋光組合物3A-3F拋光60秒。TEOS圖案晶圓具有50%密度之500μm特徵尺寸。在相同拋光條件下，用拋光組合物3A-3F拋光TEOS毯覆式晶圓及TEOS圖案晶圓。特定而言，在MirraTM拋光器(Applied Materials)上用IC 1010TM墊(Dow Chemical)拋光晶圓。拋光參數如下：20.68kPa(3psi)下壓力、100rpm壓板速度、85rpm頭速度及150mL/min拋光流速。在拋光後，測定毯覆式及圖案TEOS之移除速率(Å/min)及溝槽損失(Å)。結果概述於表3中。
此等結果表明包括相對較少量為四級胺(亦即，聚(乙烯基咪唑 鎓))之陽離子聚合物及羧酸(亦即，乙酸)之拋光組合物提供較高毯覆式及圖案TEOS移除速率(參見拋光組合物3B-3F)。此等結果進一步表明添加即使少量陽離子聚合物(亦即，聚(乙烯基咪唑鎓))亦提供溝槽損失之顯著改良。特定而言，拋光組合物3B及3C提供僅略微低於拋光組合物3A所提供之移除速率之毯覆式及圖案TEOS移除速率，但拋光組合物3B及3C展現相比於拋光組合物3A溝槽損失之實質性改良。類似地，拋光組合物3F提供有效的毯覆式及圖案TEOS移除速率且展現相比於拋光組合物3A溝槽損失之實質性改良。因此，此等結果表明陽離子聚合物(亦即，聚(乙烯基咪唑鎓))與羧酸(亦即，乙酸)之組合提供有效的氧化矽移除速率而不會消除陽離子聚合物之保護性作用。
此等結果進一步表明拋光組合物3D及3E之「自阻止」特性，該等拋光組合物3D及3E提供較高圖案TEOS移除速率，但其亦提供相比於拋光組合物3A較低的毯覆式TEOS移除速率。因此，拋光組合物3D及3E首先以較高移除速率拋光圖案TEOS且在到達毯覆式TEOS後，展現降低的移除速率，從而防止非所需溝槽損失。如表3所說明，拋光組合物3D及3E中之每一者展現與拋光組合物3A之溝槽損失相比明顯較低的溝槽損失。實際上，拋光組合物3D及3E未展現任何可量測之溝槽損失。
實例4
此實例表明包括為四級胺之陽離子聚合物及pKa為約1至約6之羧酸之拋光組合物的有效性，其中拋光組合物之pH在羧酸之pKa的約2個單位內。
四乙氧基矽烷(TEOS)圖案晶圓用六種拋光組合物(亦即，拋光組合物4A-4F)拋光。TEOS圖案晶圓具有50%密度之500μm特徵尺寸。拋光組合物4A-4F中之每一者含有0.285wt.%濕法氧化鈰粒子、715 ppm吡啶甲酸及水且使用三乙醇胺將pH調節至pH 4.0。特定而言，拋光組合物4A-4F中之每一者含有0.14wt.%具有約103nm之中值粒度之濕法氧化鈰粒子(亦即，第一磨料粒子)及0.14wt.%具有約54nm之中值粒度之濕法氧化鈰粒子(亦即，第二磨料粒子)。拋光組合物4B-4F中之每一者亦含有表4中所列出之量的聚(乙烯基咪唑鎓)及乙酸。
在相同拋光條件下，用拋光組合物4A-4F拋光TEOS圖案晶圓。特定而言，在ReflexionTM拋光器(Applied Materials)上用IC 1010TM墊(Dow Chemical)拋光晶圓。拋光參數如下：20.68kPa(3psi)下壓力、93rpm壓板速度、87rpm頭速度及250mL/min拋光流速。在拋光0秒(「0s」)之後，在拋光50秒(「50s」)之後及在拋光75秒(「75s」)之後測定剩餘TEOS梯級高度(Å)及溝槽損失(Å)。結果概述於表4中。
圖1及表4說明拋光組合物4A-4F之溝槽損失(Å)與剩餘梯級高度(Å)之間的關係。特定而言，圖1說明針對包括陽離子聚合物及羧酸之拋光組合物4B-4F以及針對不包括陽離子聚合物或羧酸之拋光組合物4A之剩餘梯級高度(Å)相對於溝槽損失(Å)。如圖1中所示，隨著拋光進行且隨著剩餘梯級高度減少，拋光組合物4B-4F展現較低的溝槽損 失。另外，在相當的梯級高度下，拋光組合物4B-4F展示相比於拋光組合物4A改良之溝槽損失。因此，此等結果表明，相比於拋光組合物4A，拋光組合物4B-4F提供平坦化效率改良。
實例5
此實例表明包括為四級胺之陽離子聚合物及pKa為約1至約6之羧酸之拋光組合物的有效性，其中拋光組合物之pH在羧酸之pKa的約2個單位內。
四乙氧基矽烷(TEOS)毯覆式晶圓用五種拋光組合物(亦即，拋光組合物5A-5E)拋光。拋光組合物5A-5E中之每一者含有0.285wt.%濕法氧化鈰粒子及水且使用三乙醇胺將pH調節至pH 4.0。特定而言，拋光組合物5A-5E中之每一者含有0.14wt.%具有約103nm之中值粒度之濕法氧化鈰粒子(亦即，第一磨料粒子)及0.14wt.%具有約54nm之中值粒度之濕法氧化鈰粒子(亦即，第二磨料粒子)。各拋光組合物亦含有表5中所列出之量的吡啶甲酸或2-喹啉甲酸。該等拋光組合物中之一些亦含有表5中所列出之量的聚(乙烯基咪唑鎓)及/或乙酸。
TEOS圖案晶圓亦用拋光組合物5A-5E拋光。TEOS圖案晶圓具有50%密度之500μm特徵尺寸。在相同拋光條件下，用拋光組合物5A-5E拋光TEOS毯覆式晶圓及TEOS圖案晶圓。特定而言，在ReflexionTM拋光器(Applied Materials)上用IC 1010TM墊(Dow Chemical)拋光晶圓。拋光參數如下：20.68kPa(3psi)下壓力、93rpm壓板速度、87rpm頭速度及250mL/min拋光流速。在拋光後，測定毯覆式TEOS之移除速率，以Å/min計。結果概述於表5中。
另外，在拋光0秒(「0s」)之後，在拋光45秒(「45s」)之後及在拋光55秒(「55s」)之後測定剩餘TEOS梯級高度(Å)及溝槽損失(Å)。結果概述於表6中。
表5：隨官能化雜環、陽離子聚合物及羧酸變化之毯覆式氧化矽移除
圖2及表6說明拋光組合物5A-5E之溝槽損失(Å)與剩餘梯級高度(Å)之間的關係。特定而言，如圖2所說明，隨著拋光進行且隨著剩餘梯級高度減少，相比於拋光組合物5A-5C，拋光組合物5D及5E展現明顯較低的溝槽損失。另外，在相當的梯級高度下，拋光組合物5D及5E展示相比於拋光組合物5A改良之溝槽損失。因此，此等結果表明，相比於拋光組合物5A-5C，拋光組合物5D及5E提供平坦化效率改良。
圖3及表5說明拋光組合物5A-5E之毯覆式TEOS移除速率(Å/min)。特定而言，圖3說明拋光組合物5D及5E展現與拋光組合物 5A-5C所提供之毯覆式TEOS移除速率相比較低的毯覆式TEOS移除速率。因此，圖2及圖3表明拋光組合物5D及5E之「自阻止」特性，該等拋光組合物5D及5E提供相比於拋光組合物5A-5C改良之平坦化效率，但其亦展現相比於拋光組合物5A-5C較低的毯覆式TEOS移除速率。換言之，拋光組合物5D及5E首先有效地拋光圖案TEOS且在到達毯覆式TEOS後，展現降低的移除速率，從而防止非所需溝槽損失。如表6所說明，拋光組合物5D及5E中之每一者展現與拋光組合物5A-5C之溝槽損失相比較低的溝槽損失。
實例6
此實例表明包括選自陽離子聚乙烯醇及陽離子纖維素之陽離子聚合物之拋光組合物的有效性。
四乙氧基矽烷(TEOS)圖案晶圓用四種拋光組合物(亦即，拋光組合物6A-6D)拋光。TEOS圖案晶圓具有50%密度之500μm特徵尺寸或70%密度之100μm特徵尺寸。拋光組合物6A-6D中之每一者含有0.285wt.%濕法氧化鈰粒子、500ppm吡啶甲酸及水且使用三乙醇胺將pH調節至pH 4.0。特定而言，拋光組合物6A-6D中之每一者含有0.14wt.%具有約103nm之中值粒度之濕法氧化鈰粒子(亦即，第一磨料粒子)及0.14wt.%具有約54nm之中值粒度之濕法氧化鈰粒子(亦即，第二磨料粒子)。拋光組合物6B-6D亦含有表7中所列出之量的GOHSEFIMER K210TM聚乙烯醇產品。
在相同拋光條件下，用拋光組合物6A-6D拋光TEOS圖案晶圓。特定而言，在MirraTM拋光器(Applied Materials)上用IC 1010TM墊(Dow Chemical)拋光晶圓。拋光參數如下：20.68kPa(3psi)下壓力、100rpm壓板速度、85rpm頭速度及150mL/min拋光流速。在拋光後，測定圖案TEOS之移除速率，以Å/min計。在拋光0秒(「0s」)之後，在拋光30秒(「30s」)之後，在拋光45秒(「45s」)之後，在拋光60秒 (「60s」)之後及在拋光75秒(「75s」)之後，在50%之500μm特徵(如表8中所指示)處及在70%之100μm特徵(如表9中所指示)兩者處測定剩餘TEOS梯級高度(Å)及溝槽損失(Å)。結果概述於表8及表9中。
此等結果表明，包含選自陽離子聚乙烯醇及陽離子纖維素(亦即，GOHSEFIMER K210TM聚乙烯醇產品)之陽離子聚合物之拋光組合物提供改良之平坦化效率。圖4及圖5說明不含有陽離子聚合物之拋光組合物6A及含有GOHSEFIMER K210TM聚乙烯醇產品之拋光組合物6B-6D之溝槽損失(Å)與剩餘梯級高度(Å)之間的關係。如圖4(展示50%之500μm特徵處之拋光結果)及圖5(展示70%之100μm特徵處之拋光結果)所說明，隨著拋光進行且隨著剩餘梯級高度減少，拋光組合物6B-6D展現較低溝槽損失。另外，如表7所說明，拋光組合物6B-6D提供相比於拋光組合物6A之圖案TEOS移除速率改良之圖案TEOS移除速率。因此，此等結果表明，相比於拋光組合物6A，跨越特徵尺寸範圍，拋光組合物6B-6D提供改良之平坦化效率。
本文中所引用之所有參考文獻(包括公開案、專利申請案及專利)均以引用之方式併入本文中，該引用程度就如同各參考文獻個別地且特定地指示以引用之方式併入且其全部內容闡述於本文中。
除非本文另外指示或與上下文明顯矛盾，否則在描述本發明之上下文中(尤其在以下申請專利範圍之上下文中)使用術語「一(a/an)」及「該」及「至少一」及類似參照物應解釋為涵蓋單數及複數兩者。除非本文另外指示或與上下文明顯矛盾，否則應使用後接一或多個項目之清單(例如「A及B中之至少一者」)之術語「至少一者」應解釋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)。除非另外指示，否則術語「包含(comprising)」、「具有(having)」、「包括(including)」及「含有(containing)」應解釋為開放式術語(亦即，意謂「包括(但不限於)(including,but not limited to)」)。除非本文另外指示，否則本文中數值範圍之敍述僅意欲充當個別提及屬於該範圍之各獨立值之速記方法，且各獨立值併入本說明書中，如同在本文中個別敍述一般。除非 本文另外指示或與上下文明顯矛盾，否則本文所描述之所有方法可以任何適合的次序進行。除非另外主張，否則本文所提供之任何及所有實例或例示性語言(例如，「諸如」)之使用僅意欲更好說明本發明而非限制本發明之範疇。本說明書中之語言不應解釋為指示實踐本發明所必需之任何未主張要素。
本發明之較佳實施例描述於本文中，包括本發明人已知用於實施本發明之最佳模式。在閱讀前文描述之後，彼等較佳實施例的變化對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此類變化，且本發明人意欲以不同於本文中特定描述之方式實踐本發明。因此，若適用法律允許，則本發明包括在此隨附之申請專利範圍中所敍述之標的物的所有修改及等效物。此外，除非本文另外指示或與上下文明顯矛盾，否則本發明涵蓋上文所描述之要素在其所有可能變化中之任何組合。

Claims (40)

  1. 一種化學機械拋光組合物，其包含：(a)第一磨料粒子，其中該等第一磨料粒子為濕法氧化鈰粒子，具有約75nm至約200nm之中值粒度且以約0.005wt.%至約2wt.%之濃度存在於該拋光組合物中，(b)官能化雜環，其選自官能化含氮雜環、官能化含硫雜環、萘甲酸及其組合，其中該官能化雜環係以約100ppm至約1500ppm之濃度存在於該拋光組合物中，其中該官能化含氮雜環係選自由吡啶甲酸、吡啶甲基胺、2-喹啉甲酸及其組合組成之群，(c)陽離子聚合物，其中該陽離子聚合物為四級胺，且其中該陽離子聚合物係以約1ppm至約250ppm之濃度存在於該拋光組合物中，(d)羧酸，其中該羧酸之pKa為約1至約6，且其中該羧酸係以約25ppm至約500ppm之濃度存在於該拋光組合物中，(e)pH調節劑，及(f)水性載劑，其中該拋光組合物之pH為約1至約6，且其中該拋光組合物之pH係在該羧酸之pKa的約2個單位內。
  2. 如請求項1之化學機械拋光組合物，其中該等第一磨料粒子係以約0.1wt.%至約0.5wt.%之濃度存在於該拋光組合物中。
  3. 如請求項1之化學機械拋光組合物，其中該拋光組合物進一步包含第二磨料粒子，且其中該等第二磨料粒子為濕法氧化鈰粒子，具有約1nm至約60nm之中值粒度，且係以約0.005wt.%至約2wt.%之濃度存在於該拋光組合物中。
  4. 如請求項3之化學機械拋光組合物，其中該等第一磨料粒子及該 等第二磨料粒子總計以約0.1wt.%至約0.5wt.%之濃度存在於該拋光組合物中。
  5. 如請求項1之化學機械拋光組合物，其中該官能化雜環包含官能化含氮雜環，且其中該官能化含氮雜環為吡啶甲酸。
  6. 如請求項1之化學機械拋光組合物，其中該官能化雜環包含官能化含氮雜環，且其中該官能化含氮雜環為2-喹啉甲酸。
  7. 如請求項1之化學機械拋光組合物，其中該陽離子聚合物為聚(乙烯基咪唑鎓)。
  8. 如請求項7之化學機械拋光組合物，其中該聚(乙烯基咪唑鎓)係以約1ppm至約5ppm之濃度存在於該拋光組合物中。
  9. 如請求項1之化學機械拋光組合物，其中該羧酸之pKa為約3.5至約5。
  10. 如請求項9之化學機械拋光組合物，其中該羧酸為乙酸。
  11. 如請求項1之化學機械拋光組合物，其中該pH調節劑係選自烷基胺、醇胺、四級胺氫氧化物、氨及其組合。
  12. 如請求項11之化學機械拋光組合物，其中該pH調節劑為三乙醇胺。
  13. 如請求項1之化學機械拋光組合物，其中該拋光組合物之pH為約3.5至約5。
  14. 一種化學機械拋光組合物，其包含：(a)第一磨料粒子，其中該等第一磨料粒子為濕法氧化鈰粒子，具有約75nm至約200nm之中值粒度，且係以約0.005wt.%至約2wt.%之濃度存在於該拋光組合物中，(b)官能化雜環，其選自官能化含氮雜環、官能化含硫雜環、萘甲酸及其組合，其中該官能化雜環係以約100ppm至約1500ppm之濃度存在於該拋光組合物中， (c)陽離子聚合物，其選自陽離子聚乙烯醇及陽離子纖維素，其中該陽離子聚合物係以約1ppm至約250ppm之濃度存在於該拋光組合物中，(d)pH調節劑，及(e)水性載劑，其中該拋光組合物之pH為約1至約6。
  15. 如請求項14之化學機械拋光組合物，其中該等第一磨料粒子係以約0.1wt.%至約0.5wt.%之濃度存在於該拋光組合物中。
  16. 如請求項14之化學機械拋光組合物，其中該拋光組合物進一步包含第二磨料粒子，且其中該等第二磨料粒子為濕法氧化鈰粒子，具有約1nm至約60nm之中值粒度，且係以約0.005wt.%至約2wt.%之濃度存在於該拋光組合物中。
  17. 如請求項16之化學機械拋光組合物，其中該等第一磨料粒子及該等第二磨料粒子總計以約0.1wt.%至約0.5wt.%之濃度存在於該拋光組合物中。
  18. 如請求項14之化學機械拋光組合物，其中該官能化雜環包含官能化含氮雜環，且其中該官能化含氮雜環為吡啶甲酸。
  19. 如請求項14之化學機械拋光組合物，其中該官能化雜環包含官能化含氮雜環，且其中該官能化含氮雜環為2-喹啉甲酸。
  20. 如請求項14之化學機械拋光組合物，其中該陽離子聚合物為陽離子聚乙烯醇。
  21. 如請求項20之化學機械拋光組合物，其中該陽離子聚乙烯醇係以約1ppm至約40ppm之濃度存在於該拋光組合物中。
  22. 如請求項14之化學機械拋光組合物，其中該pH調節劑係選自烷基胺、醇胺、四級胺氫氧化物、氨及其組合。
  23. 如請求項22之化學機械拋光組合物，其中該pH調節劑為三乙醇 胺。
  24. 如請求項14之化學機械拋光組合物，其中該拋光組合物之pH為約3.5至約5。
  25. 一種拋光基板之方法，其包含：(i)提供基板；(ii)提供拋光墊；(iii)提供如請求項1之化學機械拋光組合物；(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)相對於該基板移動該拋光墊及該化學機械拋光組合物以研磨該基板之至少一部分，從而拋光該基板。
  26. 一種拋光基板之方法，其包含：(i)提供基板；(ii)提供拋光墊；(iii)提供如請求項14之化學機械拋光組合物；(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)相對於該基板移動該拋光墊及該化學機械拋光組合物以研磨該基板之至少一部分，從而拋光該基板。
  27. 一種拋光基板之方法，其包含：(i)提供基板，其中該基板包含氧化矽層；(ii)提供拋光墊；(iii)提供化學機械拋光組合物，其包含：(a)第一磨料粒子，其中該等第一磨料粒子為濕法氧化鈰粒子，具有約75nm至約200nm之中值粒度，且係以約0.005wt.%至約2wt.%之濃度存在於該拋光組合物中，(b)官能化雜環，其選自官能化含氮雜環、官能化含硫雜環、萘甲酸及其組合，其中該官能化雜環係以約100ppm至約 1500ppm之濃度存在於該拋光組合物中，其中該官能化含氮雜環係選自由吡啶甲酸、吡啶甲基胺、2-喹啉甲酸及其組合組成之群，(c)陽離子聚合物，其中該陽離子聚合物為四級胺，且其中該陽離子聚合物係以約1ppm至約250ppm之濃度存在於該拋光組合物中，(d)羧酸，其中該羧酸之pKa為約1至約6，且其中該羧酸係以約25ppm至約500ppm之濃度存在於該拋光組合物中，(e)pH調節劑，及(f)水性載劑，其中該拋光組合物之pH為約1至約6，且其中該拋光組合物之pH係在該羧酸之pKa的約2個單位內；(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)相對於該基板移動該拋光墊及該化學機械拋光組合物以研磨該基板表面上該氧化矽層之至少一部分，從而拋光該基板。
  28. 如請求項27之方法，其中該等第一磨料粒子係以約0.1wt.%至約0.5wt.%之濃度存在於該拋光組合物中。
  29. 如請求項27之方法，其中該拋光組合物進一步包含第二磨料粒子，且其中該等第二磨料粒子為濕法氧化鈰粒子，具有約1nm至約60nm之中值粒度，且係以約0.005wt.%至約2wt.%之濃度存在於該拋光組合物中。
  30. 如請求項29之方法，其中該等第一磨料粒子及該等第二磨料粒子總計以約0.1wt.%至約0.5wt.%之濃度存在於該拋光組合物中。
  31. 如請求項27之方法，其中該官能化雜環包含官能化含氮雜環，且其中該官能化含氮雜環為吡啶甲酸。
  32. 如請求項27之方法，其中該官能化雜環包含官能化含氮雜環，且其中該官能化含氮雜環為2-喹啉甲酸。
  33. 如請求項27之方法，其中該陽離子聚合物為聚(乙烯基咪唑鎓)。
  34. 如請求項33之方法，其中該聚(乙烯基咪唑鎓)係以約1ppm至約5ppm之濃度存在於該拋光組合物中。
  35. 如請求項27之方法，其中該羧酸之pKa為約3.5至約5。
  36. 如請求項35之方法，其中該羧酸為乙酸。
  37. 如請求項27之方法，其中該pH調節劑係選自烷基胺、醇胺、四級胺氫氧化物、氨及其組合。
  38. 如請求項27之方法，其中該pH調節劑為三乙醇胺。
  39. 如請求項27之方法，其中該拋光組合物之pH為約3.5至約5。
  40. 一種拋光基板之方法，其包含：(i)提供基板，其中該基板包含氧化矽層；(ii)提供拋光墊；(iii)提供化學機械拋光組合物，其包含：(a)第一磨料粒子，其中該等第一磨料粒子為濕法氧化鈰粒子，具有約75nm至約200nm之中值粒度，且係以約0.005wt.%至約2wt.%之濃度存在於該拋光組合物中，(b)官能化雜環，其選自官能化含氮雜環、官能化含硫雜環、萘甲酸及其組合，其中該官能化雜環係以約100ppm至約1500ppm之濃度存在於該拋光組合物中，(c)陽離子聚合物，其選自陽離子聚乙烯醇及陽離子纖維素，其中該陽離子聚合物係以約1ppm至約250ppm之濃度存在於該拋光組合物中，(d)pH調節劑，及(e)水性載劑，其中該拋光組合物之pH為約1至約6； (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)相對於該基板移動該拋光墊及該化學機械拋光組合物以研磨該基板表面上該氧化矽層之至少一部分，從而拋光該基板。
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