TWI663231B - 自停止性拋光組合物及用於大塊氧化物平坦化之方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種包含研磨劑、自停止劑、水性載劑及視情況選用之陽離子聚合物的化學機械拋光組合物，且提供一種適用於拋光基板之方法。

Description

自停止性拋光組合物及用於大塊氧化物平坦化之方法
本發明係關於提供適用的移除速率同時亦提供改良之平坦化效率之用於化學機械拋光含二氧化矽基板之組合物及方法。
在積體電路及其他電子器件之製造中，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。由於若干層材料依序地沈積於基板上且自該基板移除，該基板之最上部表面可能變為非平面的且要求平坦化。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過程。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處理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組合物或更簡單地已知為拋光組合物(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。通常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。通常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。
因為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過程。由於以此方式形成之溝槽之深度改變，通常需要於基板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(例如二氧化矽)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的特徵在於藉由介電材料中之溝槽隔離的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溝槽與底層表面之對應凸起區域及溝槽對準。包括凸起介電材料及溝槽之基板表面區域被稱為基板之圖案化領域，例如，被稱為「圖案化材料」、「圖案化氧化物」或「圖案化介電質」。該圖案化領域的特徵在於「梯級高度」，其為介電材料之凸起區域之高度相對於溝槽高度之差值。
通常藉由CMP方法移除過量介電材料，其另外提供平坦表面以供進一步處理。在移除凸起區域材料期間，亦將自溝槽移除一定量之材料。此自溝槽移除材料被稱為「溝槽侵蝕」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)。溝槽損耗按初始溝槽厚度減去最終溝槽 厚度來計算。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。
拋光組合物可根據其拋光速率(亦即，移除速率)及其平坦化效率表徵。拋光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)表現。與基板之不同區域或與拋光步驟之不同階段相關之不同移除速率在評定方法效能中可為重要的。「圖案化移除速率」為在基板呈現實質梯級高度期間之方法步驟中自圖案介電層之凸起區域移除介電材料之速率。「毯覆式移除速率」係指在拋光步驟結束時自圖案介電層之平坦化(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。平坦化效率與梯級高度減小對比自基板移除之材料之量(亦即，梯級高度減小除以溝槽損耗)相關。特定而言，拋光表面(例如拋光墊)首先接觸該表面之「高點」且必須移除材料以便形成平坦表面。在少量移除材料之情況下獲得平坦表面之方法被認為比需要移除更多材料以實現平坦度之方法更有效。
對於STI方法中之介電質拋光步驟，通常二氧化矽圖案材料之移除速率可限速，且因此需要二氧化矽圖案之高移除速率以提高器件通量。然而，若毯覆式移除速率過快，則暴露的溝槽中氧化物之過度拋光會導致溝槽侵蝕及增加的器件缺陷。若降低毯覆式移除速率，則可避免過度拋光及相關溝槽損耗。
期望在某些CMP組合物之拋光應用中呈現「自停止」行為，以使得在已移除大部分表面「高點」(亦即凸起區域)時，移除速率降低。在自停 止性拋光應用中，當顯著的梯級高度存在於基板表面時，移除速率實際上較高，且接著當表面變為實際上平面時，移除速率降低。在(例如STI方法之)多個介電質拋光步驟中，圖案化介電材料(例如介電層)之移除速率通常為整個過程之限速因素。因此，需要圖案化介電材料之高移除速率以提高通量。亦需要呈相對較低溝槽損耗之形式的良好效率。另外，若在實現平坦化之後介電質之移除速率仍然較高，則發生過度拋光，從而產生額外的溝槽損耗。
自停止性漿料之優點由經減小之毯覆式移除速率產生，其產生較寬的端點窗。舉例而言，自停止行為允許拋光具有減小之介電膜厚度之基板，從而允許減少量之材料沈積於結構化較低層上方。此外，馬達扭矩端點偵測可用於更有效地監測最終構形。可在平坦化之後藉由避免過度拋光或介電質之不必要移除在較低溝槽損耗之情況下來拋光基板。
目前已基於氧化鈰/陰離子聚電解質系統研發出自停止性CMP組合物。舉例而言，美國專利申請公開案2008/0121839揭示包含無機研磨劑、聚丙烯酸/順丁烯二酸共聚物及雙子界面活性劑之拋光組合物。韓國專利第10-1524624號揭示包含氧化鈰、羧酸及混合之胺類化合物之拋光組合物(英文摘要)。國際專利申請公開案第WO 2006/115393號揭示包含氧化鈰、羥基羧酸及胺基醇之拋光組合物。然而，隨著半導體器件之結構變得更複雜且尤其隨著NAND技術自2D變為3D，歸因於使用陰離子聚合物，當前自停止性CMP組合物正面臨由研磨劑與二氧化矽表面之間的靜電排斥所引起之受限之梯級高度降低的挑戰。
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用於化學機械拋光含二氧化矽基板之組合物及方法。本發明提供此等拋光組合 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。
本發明提供一種包含研磨劑、自停止劑、水性載劑及視情況選用之陽離子化合物的化學機械拋光組合物，以及一種適用於使用本發明拋光組合物來拋光基板之方法。
更特定而言，本發明提供一種包含以下之化學機械拋光組合物：(a)研磨劑；(b)具有式Q-B之自停止劑，其中Q可為經取代或未經取代之疏水性基團或賦予位阻之基團，B為結合基團，其中結合基團具有結構：C(O)-X-OH或-C(O)-OH，其中X為C1-C2烷基；及(c)水性載劑，其中拋光組合物之pH為約3至約9。
本發明亦提供一種包含以下之化學機械拋光組合物：(a)包含氧化鈰之研磨劑；(b)選自以下之自停止劑：麴酸(5-羥基-2-(羥基甲基)-4H-哌喃-4-酮)、丁烯酸((E)-2-丁酸)、甲基巴豆酸((2E)-2-甲基丁-2-烯酸)、戊酸(valeric acid/pentanoic acid)、2-戊烯酸、麥芽醇(3-羥基-2-甲基-4H-哌喃-4-酮)、苯甲酸、3,4-二羥基苯甲酸、3,5-二羥基苯甲酸、咖啡酸、乙麥芽醇、山梨酸鉀、山梨酸及其組合；及(c)水性載劑，其中拋光組合物之pH為約3至約9。
本發明亦提供一種包含以下之化學機械拋光組合物：(a)包含氧化鈰之研磨劑；(b)選自以下之自停止劑：式(I)化合物： 其中R選自由以下組成之群：氫、烷基、環烷基、芳基、雜環烷基及雜環芳基，其各者可經取代或未經取代；式(11)化合物： 其中X1至X3中之每一者獨立地選自N、O、S、sp2混成碳及CY1Y2，其中Y1及Y2中之每一者獨立地選自氫、羥基、C1-C6烷基、鹵素及其組合，且Z1-Z3中之每一者獨立地選自氫、羥基、C1-C6烷基及其組合，其中之每一者可經取代或未經取代；式(III)化合物：Z-(C(X1X2)n)p-CO2M (III)，其中Z選自C1-C6烷基、C1-C6烯基、C1-C6炔基及芳基(例如苯基、苄基、萘基、薁、蒽、芘等)，X1及X2獨立地選自氫、羥基、胺基及C1-C6烷基，且其中與所連接之碳結合在一起之X1及X2可形成sp2混成碳，n為1或2，p為0至4，且M選自氫及適合之相對離子(例如第I族金屬)，其各者可經取代或未經取代；及其組合；式(IV)化合物： 其中X、Y及Z獨立地選自H、O、S、NH及CH2，R1、R2及R3獨立地選自H、烷基、烯基、炔基、芳基、鹵基及鹵烷基，且M選自氫及適合之相對離子；(c)視情況選用之陽離子聚合物；及(d)水性載劑，其中拋光組合物之pH為約3至約9。
本發明進一步提供一種化學機械拋光基板之方法，其包含(i)提供基板，其中基板包含基板表面上之圖案介電層，其中圖案介電層包含介電材料之凸起區域(例如，活動區域相對周圍區域)，且其中圖案介電層之初始梯級高度描述氧化物厚度範圍(例如，活動範圍相對周圍範圍)；(ii)提供拋光墊；(iii)提供如本文所描述之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之圖案介電層的至少一部分，從而拋光基板。
圖1(未按比例)繪示實例基板之橫截面視圖以說明活動區域、溝槽區域、梯級高度及溝槽損耗。
圖2繪示本發明拋光組合物隨基板的間距寬度及圖案密度而變化之拋光效能。
本發明提供一種包含以下之化學機械拋光組合物：(a)研磨劑；(b)具有式Q-B之自停止劑，其中Q可為經取代或未經取代之疏水性基團或賦予位阻之基團，B為結合基團，其中結合基團具有結構：C(O)-X-OH或-C(O)-OH，其中X為C1-C2烷基；及(c)水性載劑，其中拋光組合物之pH為約3至約9。
本發明之拋光組合物包含研磨劑。拋光組合物之研磨劑宜適用於拋光基板之非金屬部分(例如，圖案化介電材料、毯覆式介電材料、圖案化氧化物材料、毯覆式氧化物材料等)。適合之研磨劑包括氧化鈰(例如CeO2)、氧化鋯(例如ZrO2)、二氧化矽(例如SiO2)及其組合。
在一較佳實施例中，研磨劑選自氧化鈰、氧化鋯及其組合。在另一較佳實施例中，研磨劑為氧化鈰。
氧化鈰研磨劑及氧化鋯研磨劑兩者在CMP領域中為熟知的且為可商購的。適合的氧化鈰研磨劑之實例包括濕法氧化鈰、煅燒氧化鈰及金屬摻雜之氧化鈰以及其他。適合的氧化鋯研磨劑之實例包括金屬摻雜之氧化鋯及非金屬摻雜之氧化鋯以及其他。在金屬摻雜之氧化鋯中為較佳地以在 0.1-25%之範圍內之摻雜劑元素重量百分比摻雜鈰、鈣、鎂或釔之氧化鋯。
適用於本發明拋光組合物之氧化鈰研磨劑及其製備方法描述於2015年3月5日申請之名稱為「Polishing Composition Containing Ceria Abrasive」的美國專利申請案第14/639,564號、目前美國專利第9,505,952號及2016年7月12日申請之名稱為「Methods and Compositions for Processing Dielectric Substrate」之美國專利申請案第15/207,973號，公開為美國專利申請公開案第2017/0014969號中，各申請案之揭示內容以引用之方式併入本文中。
較佳研磨劑為濕法氧化鈰粒子。基於尺寸、組成、製備方法、粒徑分佈或其他機械或物理特性，拋光組合物可包含單一類型之研磨粒子或多種不同類型之研磨粒子。氧化鈰研磨粒子可藉由各種不同方法製得。舉例而言，氧化鈰研磨粒子可為經沈澱之氧化鈰粒子或縮合-聚合氧化鈰粒子，包括膠態氧化鈰粒子。
氧化鈰研磨粒子可藉由任何適合之方法製得。作為一實例，氧化鈰研磨粒子可為根據以下方法製得的濕法氧化鈰粒子。典型地，合成濕法氧化鈰粒子中之第一步驟為將氧化鈰前驅體溶解於水中。氧化鈰前驅體可為任何適合之氧化鈰前驅體且可包括具有任何適合之電荷的氧化鈰鹽，例如Ce3+或Ce4+。適合之氧化鈰前驅體包括例如硝酸鈰III、硝酸鈰IV銨、碳酸鈰III、硫酸鈰IV及氯化鈰III。較佳地，氧化鈰前驅體為硝酸鈰III。
典型地增大氧化鈰前驅體溶液之pH以形成非晶形Ce(OH)3。溶液pH可增大至任何適合之pH。舉例而言，溶液pH可增大至約10或更高之pH，例如約10.5或更高之pH，約11或更高之pH，或約12或更高之pH。典型 地，溶液將具有約14或更低之pH，例如約13.5或更低之pH或約13或更地之pH。可使用任何適合的鹼來增大溶液之pH。合適的鹼包括例如KOH、NaOH、NH4OH及氫氧化四甲基銨。有機鹼，諸如乙醇胺及二乙醇胺亦為適合的。隨著pH增大及非晶形Ce(OH)3形成，溶液將變為白色且混濁。
氧化鈰前驅體溶液通常混合若干小時。舉例而言，溶液可混合約1小時或更長時間，例如約2小時或更長時間、約4小時或更長時間、約6小時或更長時間、約8小時或更長時間、約12小時或更長時間、約16小時或更長時間、約20小時或更長時間、或約24小時或更長時間。通常，將溶液混合約1小時至約24小時，例如，約2小時、約8小時或約12小時。當混合完成時，可將溶液轉移至加壓容器中並加熱。
可將氧化鈰前驅體溶液加熱至任何適合的溫度。舉例而言，可將溶液加熱至約50℃或更高，例如約75℃或更高、約100℃或更高、約125℃或更高、約150℃或更高、約175℃或更高或約200℃或更高之溫度。替代地或另外，可將溶液加熱至約500℃或更低，例如約450℃或更低、約400℃或更低、約375℃或更低、約350℃或更低、約300℃或更低、約250℃或更低、約225℃或約200℃或更低之溫度。因此，可將溶液加熱至由前述端點中之任兩者限定之範圍內之溫度。舉例而言，可將溶液加熱至約50℃至約300℃，例如約50℃至約275℃、約50℃至約250℃、約50℃至約200℃、約75℃至約300℃、約75℃至約250℃、約75℃至約200℃、約100℃至約300℃、約100℃至約250℃或約100℃至約225℃之溫度。
氧化鈰前驅體溶液通常加熱若干小時。舉例而言，可將溶液加熱約1小時或更長時間，例如約5小時或更長時間、約10小時或更長時間、約25小時或更長時間、約50小時或更長時間、約75小時或更長時間、約100小 時或更長時間或約110小時或更長時間。替代地或另外，可將溶液加熱約200小時或更短時間，例如約180小時或更短時間、約165小時或更短時間、約150小時或更短時間、約125小時或更短時間、約115小時或更短時間或約100小時或更短時間。因此，可將溶液加熱由前述端點中之任兩者限定之時間段。舉例而言，可將溶液加熱約1小時至約150小時，例如約5小時至約130小時、約10小時至約120小時、約15小時至約115小時或約25小時至約100小時。
在加熱之後，可過濾氧化鈰前驅體溶液以分離經沈澱之氧化鈰粒子。可用過量水沖洗沈澱物以移除未反應之氧化鈰前驅體。沈澱物與過量水之混合物可在各沖洗步驟之後過濾以移除雜質。在充分沖洗後，可乾燥氧化鈰粒子以供額外處理，例如燒結，或氧化鈰粒子可直接再分散。
視情況可在再分散之前乾燥並燒結氧化鈰粒子。術語「燒結」及「煅燒」在本文中可互換使用以指代在下文所描述之條件下加熱氧化鈰粒子。燒結氧化鈰粒子影響其所得結晶度。在不希望受任何特定理論束縛之情況下，咸信，在高溫下燒結氧化鈰粒子且持續延長時間段會減少粒子之晶格結構中之缺陷。可使用任何適合的方法來燒結氧化鈰粒子。作為一實例，可乾燥且接著可在高溫下燒結氧化鈰粒子。可在室溫下或在高溫下進行乾燥。特定言之，可在約20℃至約40℃，例如約25℃、約30℃或約35℃之溫度下進行乾燥。替代地或另外，可在約80℃至約150℃，例如約85℃、約100℃、約115℃、約125℃或約140℃之高溫下進行乾燥。在氧化鈰粒子已乾燥之後，其可經碾磨以形成粉末。可使用任何適合的碾磨材料進行碾磨，諸如氧化鋯。
可在任何適合的烘箱中且在任何適合的溫度下燒結氧化鈰粒子。舉 例而言，可在約200℃或更高，例如約215℃或更高、約225℃或更高、約250℃或更高、約275℃或更高、約300℃或更高、約350℃或更高或約375℃或更高之溫度下燒結氧化鈰粒子。替代地或另外，可在約1000℃或更低，例如約900℃或更低、約750℃或更低、約650℃或更低、約550℃或更低、約500℃或更低、約450℃或更低或約400℃或更低之溫度下燒結氧化鈰粒子。因此，可在由前述端點中之任兩者限定之溫度下燒結氧化鈰粒子。舉例而言，可在約200℃至約1000℃，例如約250℃至約800℃、約300℃至約700℃、約325℃至約650℃、約350℃至約600℃、約350℃至約550℃、約400℃至約550℃、約450℃至約800℃、約500℃至約1000℃，或約500℃至約800℃之溫度下燒結氧化鈰粒子。
氧化鈰粒子可燒結任何適合之時間長度。舉例而言，氧化鈰粒子可燒結約1小時或更長時間，例如約2小時或更長時間、約5小時或更長時間或約8小時或更長時間。替代地或另外，氧化鈰粒子可燒結約20小時或更短時間，例如，約18小時或更短時間、約15小時或更短時間、約12小時或更短時間或約10小時或更短時間。因此，氧化鈰粒子可燒結由前述端點中之任兩者限定之時間段。舉例而言，氧化鈰粒子可燒結約1小時至約20小時，例如約1小時至約15小時、約1小時至約10小時、約1小時至約5小時、約5小時至約20小時或約10小時至約20小時。
氧化鈰粒子亦可在各種溫度下燒結並持續上文所描述之範圍內之各種時間長度。舉例而言，可在區爐中燒結氧化鈰粒子，該區爐使氧化鈰粒子暴露於一或多種溫度持續各種時間長度。作為一實例，可在約200℃至約1000℃之溫度下燒結氧化鈰粒子約1小時或更長時間，且接著可在約200℃至約1000℃之範圍內之不同溫度下燒結約1小時或更長時間。
通常使氧化鈰粒子再分散於適合之載體，例如水性載體，尤其水中。若燒結氧化鈰粒子，則在燒結完成之後再分散氧化鈰粒子。可使用任何適合的方法來再分散氧化鈰粒子。通常，藉由使用適合的酸降低氧化鈰粒子與水之混合物之pH來再分散氧化鈰粒子。隨著pH降低，氧化鈰粒子之表面產生陽離子ζ電位。此陽離子ζ電位在氧化鈰粒子之間產生排斥力，其促使氧化鈰粒子再分散。可使用任何適合的酸來降低混合物之pH。適合的酸包括例如氫氯酸及硝酸。高度水溶性且具有親水性官能基之有機酸亦為適合的。適合的有機酸包括例如乙酸。具有多價陰離子之酸(諸如H3PO4及H2SO4)通常並非較佳。混合物之pH可降低至任何適合的pH。舉例而言，混合物之pH可降低至約2至約5，例如約2.5、約3、約3.5、約4或約4.5。通常，混合物之pH不會降低至小於約2。
通常碾磨再分散氧化鈰粒子以減小其粒徑。較佳地，在再分散的同時碾磨氧化鈰粒子。可使用任何適合的碾磨材料(諸如氧化鋯)進行碾磨。亦可使用音波處理或濕噴程序進行碾磨。在碾磨之後，可過濾氧化鈰粒子以移除任何剩餘大粒子。舉例而言，可使用孔徑為約0.3μm或更大，例如約0.4μm或更大或約0.5μm或更大之過濾器過濾氧化鈰粒子。
研磨粒子(例如氧化鈰研磨粒子)之中值粒徑較佳為約40nm至約100nm。粒子之粒徑為涵蓋粒子之最小球體的直徑。研磨粒子之粒徑可使用任何適合的技術量測。舉例而言，研磨粒子之粒徑可使用盤式離心機，亦即藉由差分離心沈降(DCS)量測。適合的盤式離心機粒徑量測儀器可購自諸如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徑值係基於盤式離心機量測。
藉助於實例，研磨粒子(例如氧化鈰研磨粒子)之中值粒徑可為約40nm或更大，例如約45nm或更大、約50nm或更大、約55nm或更大、約60nm或更大、約65nm或更大、約70nm或更大、約75nm或更大或約80nm或更大。替代地或另外，研磨粒子之中值粒徑可為約100nm或更小，例如約95nm或更小，約90nm或更小，約85nm或更小，約80nm或更小，約75nm或更小，約70nm或更小或約65nm或更小。因此，研磨粒子之中值粒徑可在由前述端點中之任兩者限定的範圍內。舉例而言，研磨粒子之中值粒徑可為約40nm至約100nm，例如約40nm至約80nm、約40nm至約75nm、約40nm至約60nm、約50nm至約100nm、約50nm至約80nm、約50nm至約75nm、約50nm至約70nm、約60nm至約100nm、約60nm至約80nm、約60nm至約85奈米或約65nm至約75nm。較佳地，研磨粒子之中值粒徑為約60nm至約80nm，例如中值粒徑為約65nm，中值粒徑為約70nm，或中值粒徑為約75nm。
化學機械拋光組合物可包含任何適合量之研磨劑。若組合物包含過少研磨劑，則組合物可能不呈現足夠移除速率。相比之下，若拋光組合物包含過多研磨劑，則組合物可能呈現非所要拋光效能，可能不具成本效益，且/或可能缺乏穩定性。因此，研磨劑可以約5wt%或更少，例如約4wt%或更少、約3wt%或更少、約2wt%或更少或約1wt%或更少之濃度存在於拋光組合物中。替代地或另外，研磨劑可以約0.001wt%或更大，例如約0.005wt%或更大、約0.01wt%或更大、約0.05wt%或更大、約0.1wt%或更大或約0.5wt%或更大之濃度存在於拋光組合物中。因此，研磨劑可以由前述端點中之任兩者限定之濃度存在於拋光組合物中。舉例而言，研磨劑可以約0.001wt%至約5wt%，例如約0.005wt%至約4 wt%、約0.01wt%至約3wt%、約0.05wt%至約2wt%或約0.1wt%至約1wt%之濃度存在於拋光組合物中。
通常，拋光組合物不包含大量適用於拋光基板表面上之金屬(例如銅、銀、鎢等)的研磨劑。舉例而言，拋光組合物通常不包含大量適用於拋光金屬表面之特定金屬氧化物(例如氧化鋁)。通常，以拋光組合物中之研磨劑的總重量計，拋光組合物包含除氧化鈰研磨劑及氧化鋯研磨劑外之小於0.1wt%之研磨劑。舉例而言，拋光組合物可包含除氧化鈰研磨劑及氧化鋯研磨劑外之0.05wt%或更少的研磨劑，或除氧化鈰研磨劑及氧化鋯研磨劑外之0.01wt%或更少的研磨劑。更特定而言，拋光組合物可包含除氧化鈰及氧化鋯外之0.05wt%或更少的金屬氧化物，或除氧化鈰及氧化鋯外之0.01wt%或更少的金屬氧化物。
研磨劑宜懸浮於拋光組合物中，更特定而言於拋光組合物之水性載劑中。更特定而言，在研磨劑包括粒子時，研磨粒子宜懸浮於拋光組合物中，且研磨粒子較佳為膠態穩定的。術語膠體係指研磨粒子於水性載體中之懸浮液。膠態穩定性係指懸浮液隨時間推移之維持性。在本發明之上下文中，若在將研磨粒子置放於100mL量筒中且使其靜置未攪動2小時之時間時，50mL量筒底部中之粒子濃度([B]以g/mL為單位計)與50mL量筒頂部中之粒子濃度([T]以g/mL為單位計)之間的差值除以研磨劑組合物中之粒子初始濃度([C]以g/mL為單位計)小於或等於0.5(亦即，{[B]一[T]}/[C]≦0.5)，則研磨粒子視為膠態穩定的。[B]-[T]/[C]之值宜小於或等於0.3且較佳小於或等於0.1。
本發明拋光組合物包含自停止劑。自停止劑為促進相對較高圖案化移除速率及相對較低毯覆式移除速率且在拋光期間之平坦化後促進自較高 圖案化移除速率轉變成相對較低毯覆式移除速率的化合物。在不希望受任何特定理論束縛的情況下，咸信，自停止劑充當連接至研磨劑(例如，至氧化鈰或至氧化鋯)以藉由在研磨劑與親水性氧化物表面之間提供位阻來促進自停止行為之配位體。自停止劑與研磨劑之結合可使用任何適合之技術，例如等溫滴定量熱法(ITC)來評估。
在不希望受任何特定理論束縛的情況下，咸信，自停止劑促進對四乙氧基矽烷(TEOS)毯覆式介電材料上之給定下壓力(DF)的非線性回應。在拋光期間，圖案化介電材料經受高於毯覆式介電材料之下壓力(DF)的有效下壓力，此係因為接觸僅散佈在圖案化介電材料與墊接觸之一些部分上。施加至TEOS圖案化介電材料之較高有效DF產生TEOS移除速率為約8,000Å/min之「高」移除速率(例如圖案化移除速率)拋光狀態，其中較低有效DF產生TEOS移除速率為約1,000Å/min或更低(例如毯覆式移除速率)之「停止」拋光狀態。「高」狀態與「停止」狀態之間的差異通常係明顯的，以使得針對給定DF，觀測到「高」移除速率抑或「停止」移除速率。因此，咸信，即使在所施加DF處於如用毯覆式晶圓所測定之「停止」狀態時，自停止劑亦宜能夠實現「高」移除速率(亦即圖案化移除速率)。
此外，亦應注意，機理不僅僅取決於DF，此係因為圖案化介電材料上之溝槽氧化物移除速率高於毯覆式移除速率，即使在溝槽中具有比在毯覆式晶圓上更小的有效DF。舉例而言，在一些拋光應用中，自停止劑之濃度在所觀測到的效果中起作用，此係由於在低濃度下自停止劑可充當速率增強劑(例如，觀測到「高」移除速率)，且在較高濃度下觀測到自停止行為(例如，觀測到「停止」移除速率)。因此，一些速率增強劑可具有雙 重作用。藉助於實例，當拋光組合物包含較低濃度之吡啶甲酸時，吡啶甲酸可充當速率增強劑。然而，當拋光組合物包含較高濃度之吡啶甲酸時，吡啶甲酸可充當自停止劑。通常，吡啶甲酸在濃度以重量計小於約1000ppm(例如，約500ppm、約250ppm等)下充當速率增強劑。
在本發明之一些實施例中，自停止劑具有式Q-B，其中Q為經取代或未經取代之疏水性基團或賦予位阻之基團，且B為結合基團，諸如-C(O)-C-OH、-C(O)-C-C-OH或-C(O)-OH。舉例而言，在一些實施例中，本發明提供一種包含研磨劑、具有式Q-B之自停止劑、陽離子化合物及水性載劑(例如水)之拋光組合物，其中拋光組合物之pH為約3至約9(例如約6.5至約8.5)。
在本發明之一些實施例中，自停止劑具有式Q-B，其中Q為經取代或未經取代之疏水性基團或賦予位阻之基團，且B為結合基團，其中結合基團具有結構：-C(O)-X-OH或-C(O)-OH。其中X為C1-C2烷基。當自停止劑為如本文所描述之式Q-B化合物時，Q可為任何適合的疏水性基團或賦予位阻之任何適合的基團。適合的疏水性基團包括飽和及不飽和疏水性基團。疏水性基團可為直鏈或分支鏈的，且可包括直鏈或分支鏈烷基、環烷基及環結構，其包括芳族、雜環及稠合環系統。
在一實施例中，Q選自烷基、環烷基、芳族基、雜環基、雜芳族基及其組合。
Q可為烷基。適合之烷基包括例如具有1至30個碳原子之直鏈或分支鏈、飽和或不飽和、經取代或未經取代之烴基(例如，C1-C30烷基、C1-C24烷基、C1-C18烷基、C1-C12烷基或甚至C1-C6烷基)，例如具有至少1個碳原子(亦即甲基)、至少2個碳原子(例如乙基、乙烯基)、至少3個碳原子(例如 丙基、異丙基、丙烯基等)、至少4個碳原子(丁基、異丁基、第二丁基、丁烷等)、至少5個碳原子(戊基、異戊基、第二戊基、新戊基等)、至少6個碳原子(己基等)、至少7個碳原子、至少8個碳原子、至少9個碳原子、至少10個碳原子、至少11個碳原子、至少12個碳原子、至少13個碳原子、至少14個碳原子、至少15個碳原子、至少16個碳原子、至少17個碳原子、至少18個碳原子、至少19個碳原子、至少20個碳原子、至少25個碳原子或至少30個碳原子。
經取代之基團係指其中一或多個鍵結碳之氫經非氫原子置換之基團。說明性取代基包括例如羥基、酮基、酯、醯胺、鹵素(例如氟、氯、溴及碘)、胺基(一級、二級、三級及/或四級胺基)及其組合。
Q可為環烷基。適合的環烷基包括例如具有3至20個碳原子之飽和或不飽和、經取代或未經取代之環烷基(例如C3-C20環基)。舉例而言，適合的環烷基包括環丙基、環丁基、環戊基、環己基、環庚基、環辛基、環壬基及其組合。另外，適合之不飽和環烷基包括例如環丁烯、環戊烯、環己烯及其組合。
Q可為芳族基。適合的芳基包括例如具有1至20個碳原子之經取代或未經取代之芳基。舉例而言，適合的芳族基包括苯基、苄基、萘基、薁、蒽、芘及其組合。
Q可為雜芳族基。「雜原子」在本文中定義為除碳及氫原子外之任何原子。適合之含雜原子官能基包括例如羥基、羧酸基、酯基、酮基、胺基(例如一級、二級及三級胺基)、醯胺基、亞胺基、硫醇酯基、硫醚基、腈基、硝基、鹵素基團及其組合。
適合的雜環基包括例如含有1至20個碳原子且含有氮、氧、硫、磷、 硼及其組合之環烴化合物。雜環化合物可為飽和及不飽和、經取代或未經取代的。雜環化合物係指具有一或多個作為環系統之部分而含有的雜原子(例如N、O、S、P或B)之5員、6員或7員環化合物。說明性雜環化合物包括例如三唑、胺基三唑、3-胺基-1,2,4-三唑、3-胺基-1,2,4-三唑-5-羧酸、3-胺基-5-巰基-1,2,4-三唑、4-胺基-5-肼基-1,2,4-三唑-3-硫醇、噻唑、2-胺基-5-甲基噻唑、2-胺基-4-噻唑乙酸、雜環N-氧化物、2-羥基吡啶-N-氧化物、4-甲基嗎啉-N-氧化物及吡啶甲酸N-氧化物，及類似者。其他說明性雜環化合物包括例如哌喃酮化合物、吡啶化合物(包括區位異構體及立體異構體)、吡咯啶、δ-2-吡咯啉、咪唑啶、δ-2-咪唑啉、δ-3-吡唑啉、吡唑啶、哌啶、哌嗪、嗎啉、啶、吲哚啉、異吲哚啉、烷、異烷及其組合。
適合的雜芳族基包括例如吡啶、噻吩、呋喃、吡咯、2H-吡咯、咪唑、吡唑、異噁唑、呋呫、異噻唑、哌喃(2H)、吡嗪、嘧啶、嗒嗪、異苯并呋喃、吲哚嗪、吲哚、3H-吲哚、1H-吲唑、嘌呤、異吲哚、4aH-咔唑、咔唑、β-咔啉、2H-烯、4H-喹嗪、異喹啉、喹啉、喹喏啉、1,8-啶、酞嗪、喹唑啉、啉、喋啶、、啡噁噻、啡噻嗪、啡嗪、呸啶、1,7-啡啉、啡啶、吖啶及其組合。
在一些實施例中，Q經一或多個取代基取代。適合的取代基可包括例如本文所描述之任何適合的化合物/基團。舉例而言，適合的取代基包括烷基、環烷基、芳基、雜環基、雜芳族基及其組合。
在一些實施例中，Q未經取代。在其他實施例中，Q為賦予位阻之基團。舉例而言，Q可能不特別為疏水性，但可為阻止原本將在相關分子中與較小Q基團發生之化學反應或相互作用的龐大組分。非限制性地，具有 此類Q基團之自停止劑之實例將為麥芽醇、乙麥芽醇及麴酸。
在一些實施例中，結合基團B選自羧酸基、羥肟酸基、羥胺基、羥基、酮基、硫酸酯基、磷酸酯基及其組合。
在一些實施例中，自停止劑Q-B選自麴酸、麥芽醇、乙麥芽醇、丙麥芽醇、羥肟酸、苯羥肟酸、柳羥肟酸、苯甲酸、3,4-二羥基苯甲酸、3,5-二羥基苯甲酸、咖啡酸、山梨酸及其組合。
另外，具有調配物Q-B之自停止劑之鹽亦適用於本發明拋光組合物。
在一些實施例中，自停止劑選自麴酸、麥芽醇、乙麥芽醇、丙麥芽醇、甲基丁烯酸、白芷酸、苯甲酸、3,4-二羥基苯甲酸、3,5-二羥基苯甲酸、咖啡酸、山梨酸、山梨酸鉀及其組合。
在一些實施例中，具有調配物Q-B之自停止劑選自式(I)化合物、式(II)化合物、式(III)化合物、式(IV)化合物及其組合。
式(I)化合物具有以下結構： 其中R選自由以下組成之群：氫、烷基、環烷基、芳基、雜環烷基及雜環芳基，其各者可經取代或未經取代。
式(II)化合物具有以下結構： 其中X1至X3中之每一者獨立地選自N、O、S、sp2混成碳及CY1Y2，其中Y1及Y2中之每一者獨立地選自氫、羥基、C1-C6烷基、鹵素及其組合，且Z1至Z3中之每一者獨立地選自氫、羥基、C1-C6烷基及其組合，其中之每一者可經取代或未經取代。
式(III)化合物具有以下結構：Z-(C(X1X2)n)p-CO2M(III)，其中Z選自N、C1-C6烷基、C1-C6烯基、C1-C6炔基及芳基(例如苯基、苄基、萘基、薁、蒽、芘等)，X1及X2獨立地選自氫、羥基、胺基及C1-C6烷基、C1-C6烯基；且其中與所連接之碳結合在一起之X1及X2可形成sp2混成碳，n為1或2，p為0至4，且M選自氫及適合之相對離子(例如第I族金屬)，其各者可經取代或未經取代。
式(IV)化合物具有以下結構： 其中X、Y及Z獨立地選自H、O、S、NH及CH2，R1、R2及R3獨立地選自H、烷基、烯基、炔基、芳基、鹵基及鹵烷基，且M選自氫及適合之相對離子。
拋光組合物可包含任何適合量之自停止劑(例如式Q-B化合物)。若組合物包含過少自停止劑，則組合物可不呈現適合的自停止行為。相比之下，若拋光組合物包含過多自停止劑，則組合物可呈現非所要拋光效能，可不具成本效益，且/或可能缺乏穩定性。因此，拋光組合物可包含約2wt%或更低，例如約1wt%或更低、約0.5wt%或更低、約0.1wt%或更低或約0.01wt%或更低之自停止劑。替代地或另外，拋光組合物可包含約0.0001wt%或更高，例如約0.0005wt%或更高、約0.001wt%或更高、約0.005wt%或更高、約0.01wt%或更高或約0.05wt%或更高之自停止劑。因此，拋光組合物可包含濃度由前述端點中之任兩者限定之自停止劑。舉例而言，自停止劑可以約0.0001wt%至約2wt%，例如約0.0005wt%至約 1wt%、約0.001wt%至約0.5wt%、約0.005wt%至約0.1wt%或約0.01wt%至約0.05wt%之濃度存在於拋光組合物中。
在一些實施例中，本發明拋光組合物包含約0.5wt%或更低(例如約5,000ppm或更低)之自停止劑。在一些實施例中，拋光組合物包含約2,500ppm(0.25wt%)或更低，例如約2,000ppm或更低、約1,500ppm或更低、約1,000ppm或更低或約500ppm或更低之自停止劑。
在一些實施例中，本發明拋光組合物包含與平坦化劑(亦即陽離子化合物)組合之自停止劑，亦稱為構形控制劑。在不希望受任何特定理論束縛的情況下，咸信，由於陽離子化合物通常藉由與帶負電荷之氧化物表面結合來降低氧化物移除速率，因此陽離子化合物充當平坦化劑以改良經拋光基板之構形。陽離子化合物在較高pH之拋光條件下(例如，具有約6.5至約8.5之pH，具有約7.0至8.5之pH)亦提高自停止性組合物之平坦化效率。
陽離子化合物可為包含選自四級胺、陽離子聚乙烯醇、陽離子纖維素及其組合之單體的聚合物。因此，陽離子聚合物可包含四級胺、陽離子聚乙烯醇、陽離子纖維素及其組合。
適合的四級胺單體包括例如乙烯基咪唑鎓、甲基丙烯醯氧基乙基三甲基鹵化銨、二烯丙基二甲基鹵化銨及其組合。因此，適合的陽離子聚合物包括例如選自以下之四級胺：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)；聚[雙(2-氯乙基)醚-交替-1,3-雙[3-(二甲胺基)丙基]脲](亦即聚四級銨-2)；乙烯基吡咯啶酮與四級銨化甲基丙烯酸二甲胺乙酯之共聚物(亦即聚四級銨-11)；乙烯基吡咯啶酮與四級銨化乙烯基咪 唑之共聚物(亦即聚四級銨-16)；乙烯基己內醯胺、乙烯基吡咯啶酮與四級銨化乙烯基咪唑之三元共聚物(亦即聚四級銨-46)；及3-甲基-1-乙烯基咪唑鎓硫酸甲酯-N-乙烯基吡咯啶酮共聚物(亦即聚四級銨-44)。另外，適合的陽離子聚合物包括用於個人護理之陽離子聚合物，諸如Luviquat®Supreme、Luviquat® Hold、Luviquat® UltraCare、Luviquat® FC 370、Luviquat® FC 550、Luviquat® FC 552、Luviquat® Excellence及其組合。可使用此處提及之陽離子聚合物的任何組合。
在一實施例中，陽離子聚合物為四級胺，且陽離子聚合物為聚(甲基丙烯醯氧基乙基三甲基銨)鹵化物，例如聚MADQUAT。
在一實施例中，陽離子聚合物為四級胺，且陽離子聚合物為聚(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)若存在可以任何適合之濃度存在於拋光組合物中。通常，陽離子聚合物以約1ppm至約500ppm，例如約1ppm至約475ppm、約1ppm至約450ppm、約1ppm至約425ppm、約1ppm至約400ppm、約1ppm至約375ppm、約1ppm至約350ppm、約1ppm至約325ppm、約1ppm至約300ppm、約1ppm至約275ppm、約1ppm至約250ppm、約1ppm至約225ppm、約1ppm至約200ppm、約1ppm至約175ppm、約1ppm至約150ppm、約1ppm至約125ppm、約1ppm至約100ppm、約1ppm 至約75ppm、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。除非另外說明，否則本文中所列出的ppm濃度反映組分與拋光組合物之總重量之基於重量之比率。
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。
拋光組合物可視情況包含選自以下之添加劑：羧酸單體、磺化單體或膦酸化單體與丙烯酸酯、聚乙烯吡咯啶酮或聚乙烯醇之陰離子共聚物(例如，2-羥乙基甲基丙烯酸與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，聚乙烯吡咯啶酮之分子量可為約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。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，聚乙二醇之分子量可為約 200g/mol至約200,000g/mol，例如約8000g/mol或約100,000g/mol。
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、聚乙烯吡咯啶酮、胺基丙基矽烷三醇之共聚物；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、聚乙烯吡咯啶酮或聚乙烯醇之陰離子共聚物；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。
除了本文所描述之添加劑中之一或多者(亦即，羧酸單體、磺化單體 或膦酸化單體與丙烯酸酯、聚乙烯吡咯啶酮或聚乙烯醇之陰離子共聚物；非離子聚合物；矽烷；官能化吡啶之N-氧化物；澱粉；及環糊精中之一或多者)以外，拋光組合物視情況亦可包含如本文所描述之陽離子聚合物。替代地，拋光組合物可包含不具有上文所描述之添加劑中之一或多者，亦即，不具有羧酸單體、磺化單體或膦酸化單體與丙烯酸酯、聚乙烯吡咯啶酮或聚乙烯醇之陰離子共聚物；非離子聚合物；矽烷；官能化吡啶之N-氧化物；澱粉；及環糊精中之一或多者的陽離子聚合物。
拋光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-己醇及類似者；醛，諸如乙醛及類似者；酮，諸如丙酮、二丙酮醇、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，諸如二甲亞碸(DMSO)、四氫呋喃、二噁烷、二乙二醇二甲醚及類似者；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、丙三醇、二乙二醇、二乙二醇單甲醚及類似者；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，水性載劑僅為水，亦即，不存在有機溶劑。
本發明拋光組合物之pH為約3至約9。通常，拋光組合物之pH為約3或更大。此外，拋光組合物之pH通常為約9或更低。舉例而言，拋光組合物之pH可為約3.5至約9，例如約4至約9、約4.5至約9、約5至約9、約5.5至約9、約6至約9、約6.5至約9、約7至約9、約7.5至約9、約8至約9或約8.5至約9。替代地，拋光組合物之pH可為約3至約8.5，例如約3至約8、 約3至約7.5、約3至約7、約3至約6.5、約3至約6、約3至約5.5、約3至約5、約3至約4.5、約3至約4或約3至約3.5。因此，拋光組合物之pH可由前述端點中之任兩者限定。
較佳地，拋光組合物之pH為約3至約5或約7.0至約8.5。舉例而言，在一較佳實施例中，拋光組合物包含研磨劑、如本文所描述之具有式Q-B之自停止劑及水性載劑，其中拋光組合物之pH為約3至約5。
在另一較佳實施例中，拋光組合物包含研磨劑、如本文所描述之具有式Q-B之自停止劑、陽離子聚合物及水性載劑，其中拋光組合物之pH為約7.0至約9.0。在一些較佳實施例中，本發明拋光組合物包含研磨劑、如本文所描述之式(I)之自停止劑、陽離子聚合物及水性載劑，其中拋光組合物之pH為約7.0至約9.0。
拋光組合物可包含pH調節劑及pH緩衝劑。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、氫氧化四級胺、氨或其組合。特定而言，pH調節劑可為三乙醇胺(TEA)、氫氧化四甲銨(TMAH或TMA-OH)或氫氧化四乙銨(TEAH或TEA-OH)。在一些實施例中，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。理想地，pH調節劑以足以達成及/或維持在本文所闡述之pH範圍內的拋光組合物pH，例如足以維持約3至約9之pH、足以維持約3至約5之pH或足以維持約7.0至約8.5之pH的濃度存在於拋光組合物中。
拋光組合物可含有任何適合之緩衝劑。舉例而言，適合的緩衝劑可包含磷酸鹽、硫酸鹽、乙酸鹽、丙二酸鹽、草酸鹽、硼酸鹽、銨鹽、唑及類似者。在一些實施例中，緩衝劑為1H-苯并三唑。
拋光組合物可含有任何適合量之緩衝劑(若存在)。舉例而言，緩衝劑可以約0.0001wt%或更高，例如約0.0005wt%或更高、約0.001wt%或更高、約0.005wt%或更高、約0.01wt%或更高或約0.1wt%或更高之濃度存在於拋光組合物中。替代地或另外，緩衝劑可以約2wt%或更低，例如約1.8wt%或更低、約1.6wt%或更低、約1.4wt%或更低、約1.2wt%或更低或約1wt%或更低之濃度存在於拋光組合物中。因此，緩衝劑可以由前述端點中之任兩者限定之濃度存在於拋光組合物中。舉例而言，緩衝劑可以約0.0001wt%至約2wt%，例如約0.005wt%至約1.8wt%、約0.01wt%至約1.6wt%或約0.1wt%至約1wt%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額外組分。說明性額外組分包括速率增強劑、調節劑、阻垢劑、分散劑等。速率增強劑宜為藉由形成高配位化合物(例如五配位或六配位矽化合物)活化拋光粒子或基板之有機羧酸。適合的速率增強劑包括例如吡啶甲酸及4-羥基苯甲酸。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、生物滅除劑(例如KATHONTM LX)及類似者。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、其混合物及類似者。藉助於實例，額外組分可包括Brij S20(聚乙二醇十八基醚)及聚乙二醇(例如PEG8000)。
可藉由任何適合之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方法或連續方法製備。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。如本文所用之術語「組分」包括個別成分(例如研磨劑、自停止劑、陽離子化合物等)以及成 分之任何組合(例如研磨劑、自停止劑、陽離子化合物等)。
舉例而言，可將自停止劑以所要濃度添加至水性載劑(例如水)中。接著可調節(按需要)pH且可將研磨劑以所要濃度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，且在即將使用之前(例如在使用前約1分鐘內，或在使用前約1小時內，或在使用前約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體，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研磨劑、自停止劑、陽離子聚合物(若存在)及水性載劑，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列舉之適當範圍內的量存在於拋光組合物中。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拋光組合物中的適當分量之水以確保其他組分至少部分或全部溶解於濃縮物中。
雖然拋光組合物可在使用之前或甚至在使用之前不久很好的製備，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。如本文中所用，術語「使用位置」係指藉以將拋光組合物施加至基板表面之位置(例如拋光墊或基板表面自身)。當拋光組合物將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個或更多個儲存器件中。
為了混合儲存器件中所含有之組分以在使用位置處或附近產生拋光組合物，儲存器件通常裝備有自各儲存器件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向儲存於其中之組分之使用位置之路徑。一或多個 流動管線可各自直接引導至使用位置，或在使用超過一個流動管線之情形下，流動管線中之兩者或更多者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，一或多個流動管線(例如個別流動管線或合併流動管線)中之任一者可在到達組分之使用位置之前首先引導至其他器件(例如，泵送器件、量測器件、混合器件等)中之一或多者。
可將拋光組合物之組分獨立地遞送至使用位置(例如，將組分遞送至基板表面，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。若組分係在到達使用位置之前10秒內，較佳在到達使用位置之前5秒內，更佳在到達使用位置之前1秒內，或甚至與將組分遞送至使用位置(例如，組分在分配器處組合)同時組合，則組分係「緊接著在遞送至使用位置之前」組合。若組分係在使用位置之5m內，諸如在使用位置之1m內或甚至在使用位置之10cm內(例如在使用位置之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組分中之兩者或更多者時，組分可在流動管線中組合且在不使用混合器件之情況下遞送至使用位置。替代地，流動管線中之一或多者可引導至混合器件中以促進組分中之兩者或更多者之組合。可使用任何適合的混合器件舉例而言，混合器件可為組分中之兩者或更多者流經之噴嘴或噴口(例如高壓噴嘴或噴口)。替代地，混合器件可為容器型混合器件，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更多種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，混合器件可包含超過一個腔室，各腔室具有至少一個入口及至少一個出口，其中兩種或更多種組分 在各腔室中組合。若使用容器型混合器件，則混合器件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。
本發明亦提供一種使用本文所描述之本發明CMP組合物來化學機械地拋光基板之方法。在一實施例中，本發明提供一種化學機械拋光基板之方法，其包含(i)提供基板，其中基板包含基板表面上之圖案介電層，其中圖案介電層包含介電材料之凸起區域及介電材料之溝槽區域，且其中圖案介電層之初始梯級高度為介電材料之凸起區域之高度與介電材料之溝槽區域之高度之間的差值；(ii)提供拋光墊；(iii)提供本文所描述之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之圖案介電層的至少一部分，從而拋光基板。
更特定而言，本發明提供一種化學機械拋光基板之方法，其包含(i)提供基板，其中基板包含基板表面上之圖案介電層，其中圖案介電層包含介電材料之凸起區域及介電材料之溝槽區域，且其中圖案介電層之初始梯級高度為介電材料之凸起區域之高度與介電材料之溝槽區域之高度之間的差值；(ii)提供拋光墊；(iii)提供化學機械拋光組合物，其包含(a)研磨劑；(b)具有式Q-B之自停止劑，其中Q為經取代或未經取代之疏水性基團或賦予位阻之基團，B為結合基團，其中結合基團具有結構C(O)-X-OH或-C(O)-OH，其中X為C1-C2烷基；(c)水性載劑；(d)視情況存在之陽離子聚合物，其中拋光組合物之pH為約3至約9；(iv)使基板與拋光墊該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之圖案介電層的至少一部分，從而拋光基板。
本發明亦提供一種化學機械拋光基板之方法，其包含(i)提供基板，其中基板包含基板表面上之圖案介電層，其中圖案介電層包含介電材料之凸起區域及介電材料之溝槽區域，且其中圖案介電層之初始梯級高度為介電材料之凸起區域之高度與介電材料之溝槽區域之高度之間的差值；(ii)提供拋光墊；(iii)提供化學機械拋光組合物，其包含(a)包含氧化鈰之研磨劑；(b)選自以下之自停止劑：麴酸、麥芽醇、咖啡酸、丁烯酸、甲基丁烯酸、2-戊烯酸、2-羥基菸鹼酸、乙麥芽醇、山梨酸鉀、山梨酸、去鐵酮、戊酸及其組合；及(c)水性載劑，其中拋光組合物之pH為約3至約9；(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之圖案介電層的至少一部分，從而拋光基板。
本發明亦提供一種化學機械拋光基板之方法，其包含(i)提供基板，其中基板包含基板表面上之圖案介電層，其中圖案介電層包含介電材料之凸起區域及介電材料之溝槽區域，且其中圖案介電層之初始梯級高度為介電材料之凸起區域之高度與介電材料之溝槽區域之高度之間的差值；(ii)提供拋光墊；(iii)提供化學機械拋光組合物，其包含(a)研磨劑；(b)選自式(I)化合物之自停止劑 其中R選自由以下組成之群：氫、烷基、環烷基、芳基、雜環烷基及雜環芳基，其各者可經取代或未經取代；(c)水性載劑；(d)陽離子聚合物，其中拋光組合物之pH為約7至約9；(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之圖案介電層的至少一部分，從而拋光基板。
本發明亦提供一種化學機械拋光基板之方法，其包含(i)提供基板，其中基板包含基板表面上之圖案介電層，其中圖案介電層包含介電材料之凸起區域及介電材料之溝槽區域，且其中圖案介電層之初始梯級高度為介電材料之凸起區域之高度與介電材料之溝槽區域之高度之間的差值；(ii)提供拋光墊；(iii)提供化學機械拋光組合物，其包含(a)研磨劑；(b)選自式(II)、(III)或(IV)化合物之自停止劑，其中， 其中X1至X3中之每一者獨立地選自N、O、S、sp2混成碳及CY1Y2，其中Y1及Y2中之每一者獨立地選自氫、羥基、C1-C6烷基、鹵素及其組合，且Z1至Z3中之每一者獨立地選自氫、羥基、C1-C6烷基及其組合，其中之每一者可經取代或未經取代。
Z-(C(X1X2)n)p-CO2M (III)，其中Z選自N、C1-C6烷基、C1-C6烯基、C1-C6炔基及芳基(例如苯基、苄基、萘基、薁、蒽、芘等)，X1及X2獨立地選自氫、羥基、胺基及C1-C6烷基、C1-C6烯基，且其中與所連接之碳結合在一起之X1及X2可形成sp2混成碳，n為1或2，p為0至4，且M選自氫及適合之相對離子(例如第I族金屬)，其中之每一者可經取代或未經取代， 其中X、Y及Z獨立地選自H、O、S、NH及CH2，R1、R2及R3獨立地選自H、烷基、烯基、炔基、芳基、鹵基及鹵烷基，且M選自氫及適合之相對離子；(c)水性載劑，其中拋光組合物之pH為約3至約9；(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之圖案介電層的至少一部分，從而拋光基板。
本發明亦提供一種化學機械拋光基板之方法，其包含(i)提供基板，其中基板包含基板表面上之圖案介電層，其中圖案介電層包含介電材料之凸起區域及介電材料之溝槽區域，且其中圖案介電層之初始梯級高度為介電材料之凸起區域之高度與介電材料之溝槽區域之高度之間的差值；(ii)提供拋光墊；(iii)提供化學機械拋光組合物，其包含(a)包含氧化鈰之研磨劑；(b)選自羥肟酸(諸如乙醯羥肟酸、苯羥肟酸、柳羥肟酸及其組合)之自停止劑；(c)陽離子聚合物；及(d)水性載劑，其中拋光組合物之pH為約7至約9；(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之圖案介電層的至少一部分，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二氧化矽層之基板。適合的基板包括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)器件、微機電系統(MEMS)、3D NAND器件、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)處理之基板。理想地，基板包括含介電質(例如含二氧化矽)之表面，尤其具有圖案化介電材料區域之表面，該圖案化介電材料區域包括由介電材料之溝槽區域分離之凸起介電區域。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、基本上由或由二氧化 矽、氮化矽或其組合組成。二氧化矽層可包含、基本上由或由任何適合的二氧化矽組成，其中許多為此項技術中已知的。舉例而言，二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、電漿增強型原矽酸四乙酯(PETEOS)、熱氧化物、或未經摻雜之矽酸鹽玻璃。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、組、鎢、鈦、鉑、釕、銥、鋁、鎳或其組合。
根據本發明，可使用本文中所描述之拋光組合物藉由任何適合之技術來平坦化或拋光基板。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。該CMP設備通常包含：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；拋光墊，其與壓板接觸且在運動時隨壓板移動；及載體，其固持待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及通常與拋光墊接觸置放且隨後用拋光組合物及通常用拋光墊研磨基板(例如二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。
可使用化學機械拋光組合物連同任何適合的拋光墊(例如，拋光表面)來平坦化或拋光基板。適合之拋光墊包括例如編織及非編織拋光墊。此外，適合之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的任何適合之聚合物。適合之聚合物包括例如聚氯乙烯、聚氟乙烯、耐綸、氟碳化合物、聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯酸酯、聚醚、聚乙烯、聚醯胺、聚胺基甲酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯、其共形成產 物及其混合物。
雖然本發明組合物及方法呈現自停止行為，但CMP設備可進一步包含原位拋光端點偵測系統，該等組合物及方法中之多者為此項技術中已知的。用於藉由分析自工件表面反射的光或其他輻射來檢驗及監測拋光過程的技術為此項技術中已知的。此類方法描述於例如美國專利第5,196,353號、美國專利第5,433,651號、美國專利第5,609,511號、美國專利第5,643,046號、美國專利第5,658,183號、美國專利第5,730,642號、美國專利第5,838,447號、美國專利第5,872,633號、美國專利第5,893,796號、美國專利第5,949,927號及美國專利第5,964,643號中。理想地，關於正經拋光之工件的拋光方法之進展的檢驗或監測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方法。
對於任何類型的器件之基板，基板表面可包括置放於亦包括表面結構或構形之底層上方的介電材料之連續又結構化(非平坦、非平滑)之層。介電材料表面之結構化、非平坦區域被稱為「圖案化介電質」。其由置放於底層之不均勻結構上方之介電材料產生以填充存在於底層中之溝槽或孔洞。為確保完成所有溝槽或孔洞等之填充且完全覆蓋於含有溝槽或孔洞等之底層表面上方，以盈餘量沈積介電材料。介電材料將符合底層之不均勻構形，產生表徵為由溝槽分離之凸起區域的經沈積連續介電表面。凸起區域將為活性拋光及材料移除之位置，意謂自該位置移除大部分介電材料。圖案化介電材料亦表徵為被稱為「梯級高度」，其為相對於在鄰近溝槽處之介電材料之高度的凸起區域之介電材料之高度。
本發明拋光組合物尤其非常適用於平坦化或拋光已經受淺槽隔離(STI)或類似處理之基板，由此將介電質塗佈於結構化底層上以產生圖案 化介電材料之區域。對於已經受淺溝槽隔離之基板，典型的梯級高度可在約1,000埃至約7,000埃之範圍內。
所描述之拋光組合物之某些實施例亦適用於平坦化或拋光為製程內3D NAND快閃記憶體器件之基板。在此類基板中，底層由包括溝槽、孔洞或具有較高縱橫比(諸如至少10：1、30：1、60：1或80：1之縱橫比)之其他結構的半導體層製成。當藉由介電材料塗佈具有如此高縱橫比之結構的表面時，所得圖案化介電質將呈現較高梯級高度，諸如實質上大於約7,000埃，例如大於約10,000埃、大於約20,000埃、大於約30,000埃、或大於約40,000埃或更高之梯級高度。
本文中所描述之器件中之任一者的介電層可包含任何適合的介電材料，基本上由該介電材料組成或由該介電材料組成，許多介電材料為熟知的，包括各種形式之二氧化矽及基於二氧化矽之介電材料。舉例而言，包括二氧化矽之介電材料或基於二氧化矽之介電層可包含以下各者中之任何一或多者，由該一或多者組成或基本上由該一或多者組成：四乙氧基矽烷(TEOS)、高密度電漿(HDP)氧化物、磷矽酸鹽玻璃(PSG)、硼磷矽玻璃(BPSG)、較高縱橫比製程(HARP)氧化物、旋塗式介電質(SOD)氧化物、化學氣相沈積(CVD)氧化物、電漿增強型原矽酸四乙酯(PETEOS)、熱氧化物或未經摻雜之矽酸鹽玻璃。在過去，已製備需要平坦化圖案化介電質之基板之一些實例，其包括在圖案化介電材料之活性拋光區域下方的位置處之氮化矽層(例如「氮化矽頂蓋」或「襯墊」)，例如結構化半導體層之地面上方的「頂蓋」。氮化矽經設計以在到達氮化矽層後使介電材料在活性區域處之拋光及移除停止。氮化矽層用於以意欲減小溝槽損耗及最終構形中之凹陷之方式在拋光步驟中暫停移除材料。然而，此步驟為製造過程 增加了大量成本且仍可能不完全預防凹陷。
根據本發明之方法，基板可包括位於介電質拋光及移除步驟之意欲結束位置處的氮化矽襯墊。在其他實施例中，基板不需要且可視情況及較佳地不包括安置於自活性區域移除介電質之步驟之結束位置處的氮化矽「襯墊」或「頂蓋」。
理想地，平坦化並且拋光圖案化介電材料以減小在凸起區域(具有初始高度)與溝槽(具有初始溝槽厚度)之間的初始梯級高度。為有效地且有效率地實現此平坦化，本發明方法具有(活性)圖案化介電材料之凸起區域之較高移除速率，以及溝槽之介電材料之實質上較低移除速率。最佳地，本發明方法亦呈現自停止行為。
在CMP拋光或平坦化期間，自凸起區域及自溝槽以較小量移除介電材料。在拋光期間，將凸起區域之高度降低至最終與溝槽之高度基本上水平。舉例而言，此可意謂將梯級高度降低至小於1,000埃，例如小於900埃、小於500埃、小於300埃或小於250埃。降低凸起區域之高度移除溝槽之間的凸起區域之圖案，有效地移除圖案且將圖案轉換至平坦化介電質之區域，亦即，意謂介電材料之實質上平坦化區域的「毯覆式介電質」或「毯覆式氧化物」。
取決於正經拋光之基板，在開始CMP處理步驟之前量測之初始梯級高度可為至少1,000埃，例如至少2,000埃或至少5,000埃，且可實質上更大，諸如大於7,000埃，例如至少10,000埃、至少20,000埃、至少30,000埃或至少40,000埃。拋光之後，梯級高度降低且溝槽厚度減小。
圖1描繪具有初始梯級高度(h0)及初始溝槽厚度(t0)之例示性基板。梯級高度之材料可主要為諸如TEOS、BPSG之介電質或其他非晶形含二氧 化矽材料。3D NAND介電質(及其他塊狀氧化物移除)處理中之關鍵步驟為降低梯級高度(h1)(例如降低至小於約1,000Å或降低至小於約900Å)，伴以最小溝槽損耗(t0-t1)。對於良好平坦化效率而言，必須在無顯著溝槽損耗之情況下達到最終梯級高度。此需要拋光組合物在活性(亦即凸起)區域上比在溝槽區域具有更高移除速率。另外，較佳拋光組合物將產生「自停止」或「在平面上停止」行為以允許不導致過度拋光之更有效的最終拋光。理想地，本發明拋光組合物具有與毯覆式(實質上平滑的)介電材料上之移除速率相比高得多的圖案化移除速率(活性區域處之移除速率)。
活性區域處之介電材料之移除速率被稱為圖案化材料(例如圖案化氧化物)之移除速率或「圖案化移除速率」或「活性移除速率」。使用如本文所描述之方法及拋光組合物所達成之圖案化移除速率可為任何適合之速率，且對於任何給定製程及基板而言將在很大程度上視凸起區域之尺寸(例如間距及寬度)而定。根據較佳方法，圖案化介電材料之移除速率可為至少約2,000埃/分鐘，較佳至少約4,000埃/分鐘，例如至少約5,000埃/分鐘、至少約6,000埃/分鐘、至少約10,000埃/分鐘、至少約14,000埃/分鐘或至少約15,000埃/分鐘。
根據較佳方法，可藉由CMP處理圖案化介電質小於5分鐘，例如小於3分鐘、小於2分鐘或小於1分鐘的時間而將圖案化介電質處理成平坦化表面。此可針對具有圖案化介電材料之基板而實現，該圖案化介電材料包括至少7,000埃，例如至少10,000至少20,000至少30,000埃或至少40,000埃之梯級高度。考慮在實現小於1,000埃之(藉由拋光)降低之梯級高度(亦即「剩餘」梯級高度)後有效地平坦化表面。因此，本發明拋光組合物及方法可提供小於1,000埃，例如小於900埃、小於500埃、小於300埃或小於 250埃之剩餘梯級高度。
此外，根據使用如本文所描述之拋光組合物之較佳拋光方法，相對於不含有如本文所描述之自停止劑(例如式Q-B化合物)之拋光組合物，可減小溝槽損耗且可提高平坦化效率。溝槽損耗係指在CMP處理之前的溝槽厚度(t0)減去在CMP處理之後的溝槽厚度(t1)的差值，亦即，溝槽損耗等於t0-t1(針對給定處理時間或結果)(圖1)。較佳地，將在拋光至平坦化期間發生的溝槽損耗量(例如藉由小於1,000埃，例如小於900埃、小於500埃、小於300埃或小於250埃之「剩餘」梯級高度定義)或對於給定處理時間量之溝槽損耗量可藉由使如本文所描述之自停止劑存在於如本文所描述之拋光組合物中而降低。因此，本文所描述之拋光方法將產生實質上小於(例如至少小於10%)將使用相同處理條件及裝置以用類似但不含如本文所描述之自停止劑的拋光組合物(例如不含式Q-B化合物之拋光組合物)拋光相同類型之基板所產生的溝槽損耗之溝槽損耗。理想地，本發明之拋光基板之方法提供小於約2,000埃(例如小於約1,500埃、小於約1,000埃、小於約500埃或小於約250埃)之溝槽損耗。
可以平坦化效率反映較低溝槽損耗，平坦化效率係指梯級高度降低(Å)除以溝槽損耗(Å)。根據本發明之較佳方法，可藉由使如本文所描述之自停止劑存在於如本文所描述之拋光組合物中而提高平坦化效率。因此，本文所描述之拋光方法將導致實質上大於(例如至少大於10%)將使用相同處理條件及裝置以用類似但不含如本文所描述之自停止劑之拋光組合物(例如不含式Q-B化合物之拋光組合物)拋光相同類型之基板所產生的平坦化效率之平坦化效率。理想地，本發明拋光基板之方法提供至少約2.0，較佳至少約3.0，諸如至少約3.5之平坦化效率。
較佳方法亦可呈現自停止行為，意謂介電材料自毯覆式介電材料(在到達小於1,000埃、小於900埃、小於500埃、小於300埃或小於200埃之梯級高度後)之移除速率(亦即「毯覆式移除速率」)顯著低於圖案化介電材料之移除速率。認為在毯覆式介電材料之移除速率小於約1,000埃/分鐘時發生自停止行為。因此，在一較佳實施例中，本發明方法提供小於約1,000埃/分鐘，例如小於約800埃/分鐘、小於約500埃/分鐘、小於約300埃/分鐘或小於約200埃/分鐘之毯覆式介電材料移除速率。
藉由其他量測，自停止行為可藉由將毯覆式介電材料之移除速率與圖案化介電材料之移除速率進行比較來量測。毯覆式移除速率與圖案化移除速率之低比率指示良好的自停止行為。因此，在一較佳實施例中，毯覆式介電材料之移除速率與圖案化介電材料之移除速率的比率小於約1，例如小於約0.5、小於約0.3或小於約0.1。因此，本發明拋光方法將導致實質上小於(例如至少小於約10%)將使用相同處理條件及裝置以用類似但不含如本文所描述之自停止劑之拋光組合物(例如不含式Q-B化合物之拋光組合物)拋光相同類型之基板所產生的毯覆式移除速率與圖案化移除速率的比率之毯覆式移除速率與圖案化移除速率之比率。
在一實施例中，本發明提供一種方法，其中圖案介電層包括至少約1,000埃之初始梯級高度，其中該方法包含在拋光期間將初始梯級高度降低至小於約900埃以產生平坦化介電質，且其中平坦化介電質之移除速率小於約1,000埃/分鐘。
在一實施例中，本發明提供一種方法，其包含自圖案介電層表面移除介電材料之至少約10,000埃的凸起區域。
在一實施例中，本發明提供一種方法，其中介電材料之凸起區域之 移除速率與介電材料之溝槽區域之移除速率的比率大於約5，較佳大於約10、大於約15或大於約20。
在一實施例中，本發明提供一種方法，其中介電材料之凸起區域之移除速率大於約1000埃/分鐘。因此，在一較佳實施例中，介電材料之凸起區域之移除速率大於約2,000埃/分鐘，例如大於約4,000埃/分鐘、大於約5,000埃/分鐘、大於約6,000埃/分鐘、大於約10,000埃/分鐘或大於約15,000埃/分鐘。
在一實施例中，本發明提供一種方法，其中圖案介電層包含選自二氧化矽、四乙氧基矽烷、磷矽酸鹽玻璃、硼磷矽玻璃及其組合之介電材料。
實施例
(1)在實施例(1)中提供一種包含以下之化學機械拋光組合物：(a)研磨劑；(b)具有式Q-B之自停止劑，其中Q為經取代或未經取代之疏水性基團或賦予位阻之基團，B為結合基團，其中結合基團具有結構：-C(O)-X-OH或-C(O)-OH，其中X為C1-C2烷基(例如式(II)、(III)及(IV)之任何化合物)；及(c)水性載劑，其中拋光組合物之pH為約3至約9。
(2)在實施例(2)中提供如實施例(1)之拋光組合物，其中研磨劑選自氧化鈰、氧化鋯及其組合。
(3)在實施例(3)中提供如實施例(2)之拋光組合物，其中研磨劑為氧化鈰。
(4)在實施例(4)中提供如實施例(1)至(3)中任一項之拋光組合物，其中研磨劑以約0.001wt%至約5wt%之濃度存在於拋光組合物中。
(5)在實施例(5)中提供如實施例(1)至(4)中任一項之拋光組合物，其 中Q選自烷基、環烷基、芳族基、雜環基、雜芳族基及其組合。
(6)在實施例(6)中提供如實施例(5)之拋光組合物，其中Q經選自羥基、烷基、鹵素、胺基或其任何組合之一或多個基團取代。
(7)在實施例(7)中提供如實施例(1)之拋光組合物，其中Q-B選自麥芽醇、麴酸、丁烯酸、甲基丁烯酸、2-戊烯酸、戊酸、苯甲酸、3,4-二羥基苯甲酸、3,5-二羥基苯甲酸、咖啡酸、乙麥芽醇、山梨酸鉀、山梨酸及其組合。
(8)在實施例(8)中提供如實施例(1)至(7)中任一項之拋光組合物，其中自停止劑以約0.5wt%或更低之濃度存在於拋光組合物中。
(9)在實施例(9)中提供如實施例(1)至(8)中任一項之拋光組合物，其進一步包含陽離子聚合物。
(10)在實施例(10)中提供如實施例(9)之拋光組合物，其中陽離子聚合物包含選自四級胺、陽離子聚乙烯醇、陽離子纖維素及其組合之單體。
(11)在實施例(11)中提供如實施例(10)之拋光組合物，其中陽離子聚合物包含四級胺單體，且其中四級胺單體選自乙烯基咪唑鎓、甲基丙烯醯氧基乙基三甲基鹵化銨、二烯丙基二甲基鹵化銨及其組合。
(12)在實施例(12)中提供如實施例(9)之拋光組合物，其中陽離子聚合物選自聚(乙烯基咪唑鎓)、聚(甲基丙烯醯氧基乙基三甲基銨)氯化物、聚(二烯丙基二甲基銨)氯化物、聚四級銨-2及其組合。
(13)在實施例(13)中提供如實施例中(1)至(12)中任一項之拋光組合物，其中拋光組合物之pH為約6.5至約8.5。
(14)在實施例(14)中提供如實施例(1)至(12)中任一項之拋光組合物，其中拋光組合物之pH為約3至約5。
(15)在實施例(15)中提供如實施例(1)至(14)中任一項之拋光組合物，其進一步包含速率增強劑及/或pH緩衝劑。
(16)在實施例(16)中提供一種包含以下之化學機械拋光組合物：(a)包含氧化鈰之研磨劑；(b)選自以下之自停止劑：麴酸、丁烯酸、甲基丁烯酸、戊酸、2-戊烯酸、麥芽醇、苯甲酸、3,4-二羥基苯甲酸、3,5-二羥基苯甲酸、咖啡酸、乙麥芽醇、山梨酸鉀、山梨酸及其組合；及(c)水性載劑，其中拋光組合物之pH為約3至約9。
(7)在實施例(17)中提供如實施例(16)之拋光組合物，其中拋光組合物之pH為約3至約5。
(18)在實施例(18)中提供如實施例(16)之拋光組合物，其進一步包含平坦化劑，該平坦化劑包含選自聚(乙烯基咪唑鎓)、聚(甲基丙烯醯氧基乙基三甲基銨)氯化物、聚(二烯丙基二甲基銨)氯化物、聚四級銨-2及其組合之陽離子聚合物。
(19)在實施例(19)中提供如實施例(18)之拋光組合物，其中拋光組合物之pH為約6.5至約8.5。
(20)在實施例(20)中提供一種包含以下之化學機械拋光組合物：(a)包含氧化鈰之研磨劑；(b)選自式(I)化合物之自停止劑： 其中R選自由以下組成之群：氫、烷基、環烷基、芳基、雜環烷基及雜環芳基，其中之每一者可經取代或未經取代；(c)選自以下之陽離子化合物：鋁鹽、甲基丙烯酸2-(二甲胺基)乙酯、二烯丙基二甲基銨、聚(乙烯基咪唑鎓)、聚(甲基丙烯醯氧基乙基三甲基銨)鹵化物、聚(二烯丙基二甲基銨)鹵化物、聚四級銨-2、聚四級銨-11、聚四級銨-16、聚四級銨-46、 聚四級銨-44、Luviquat Supreme、Luviquat Hold、Luviquat UltraCare、Luviquat FC 370、Luviquat FC 550、Luviquat FC 552、Luviquat Excellence及其組合；及(d)水性載劑，其中拋光組合物之pH為約7至約9。
(21)在實施例(21)中提供如實施例(20)之拋光組合物，其中拋光組合物之pH為約7至約9。
(22)在實施例(22)中提供一種化學機械拋光基板之方法，其包含(i)提供基板，其中基板包含基板表面上之圖案介電層，其中圖案介電層包含介電材料之凸起區域及介電材料之溝槽區域，且其中圖案介電層之初始梯級高度為介電材料之凸起區域之高度與介電材料之溝槽區域之高度之間的差值；(ii)提供拋光墊；(iii)提供如實施例(1)至(21)中任一項之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之圖案介電層的至少一部分，從而拋光基板。
(23)在實施例(23)中提供如實施例(22)之拋光方法，其中圖案介電層包括至少約1,000埃之初始梯級高度，其中該方法包含在拋光期間將初始梯級高度降低至小於約900埃以產生平坦化介電質，且其中平坦化介電質之移除速率小於約1,000埃/分鐘。
(24)在實施例(24)中提供如實施例(22)或實施例(23)之拋光方法，其中該方法包含自圖案介電層表面移除介電材料之至少約10,000埃的凸起區域。
(25)在實施例(25)中提供如實施例(22)至(24)中任一項之拋光方法，其中介電材料之凸起區域之移除速率與介電材料之溝槽區域之移除速率的比率大於約5。
(26)在實施例(26)中提供如實施例(22)至(25)中任一項之拋光方法，其中介電材料之凸起區域之移除速率大於約1,000埃/分鐘。
(27)在實施例(27)中提供如實施例(22)至(26)中任一項之拋光方法，其中圖案介電層包含選自二氧化矽、四乙氧基矽烷、磷矽酸鹽玻璃、硼磷矽玻璃及其組合之介電材料。
實例
以下實施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。
在實例中使用以下縮寫：PEG8000係指分子量為8,000g/mol之聚乙二醇；pMADQUAT係指聚MADQUAT；SHA係指柳羥肟酸；BHA係指苯羥肟酸；BTA係指1H-苯并三唑；TEA係指三乙醇胺；POU係指使用位置；RR係指移除速率；AA係指活性區域；TA係指溝槽區域；BW係指TEOS毯覆式晶圓；且SH係指梯級高度。
實例1
此實例說明視情況與陽離子化合物組合之自停止劑對包含其之拋光組合物中之拋光效能的影響。
用十四種拋光組合物(亦即拋光組合物1A-1N)拋光圖案化基板。拋光組合物1A-1N藉由將研磨劑組合物C1及C2(描述於下表1中)與添加劑調配物F1-F15(描述於下表2中)按體積計以7：3的比率混合來製備。
研磨劑組合物C1及C2含有氧化鈰研磨劑、吡啶甲酸及水，如表1中所列舉。HC60及HC30氧化鈰研磨劑可購自Rhodia。H-30氧化鈰研磨劑為描述於先前申請案(美國公開專利申請案2016/0257855)中之濕式製程氧化鈰。研磨劑組合物C1及C2各自具有4.2之pH。
添加劑調配物F4-F15含有陽離子化合物(pMADQUAT)、自停止劑(SHA或BHA)及添加劑(BTA)，如表2中所列舉。使用三乙醇胺(TEA)調節添加劑調配物F3-F15中之每一者的pH。添加劑調配物F1及F2不含鹼且pH為4.2。
將包含最初塗佈於梯級高度為約8,000Å之經圖案化矽基板上之圖案密度為50%之250μm TEOS特徵(約20,000Å厚的特徵)的單獨經圖案化試樣基板(在來自SKW Associates,Inc.的SKW 7-2晶圓之各側上具有40mm之正方形切口)在具有200mm CMP壓板之POLI-300(G&P Tech.Inc.)上使用IC 1010TM墊(Rohm及Haas Electronic Materials)在20.68kPa(3psi)下壓力下拋光60秒，其中壓板速度及頭速度分別為120rpm及110rpm。 拋光組合物之總流動速率為200mL/min。結果闡述於表3中。
如自表3中列舉之結果顯而易見，包含具有酸性pH(pH 4.2)下之自停止劑(羥肟酸)之研磨劑調配物的拋光組合物1A及1B宜呈現約3至6之範圍內的活性區域移除與溝槽區域移除之比率。因此，拋光組合物1A及1B宜為使圖案化材料平坦化同時保留溝槽材料之「自停止性」組合物。
包含自停止劑及陽離子化合物兩者之拋光組合物1I呈現約8.6之活性區域移除與溝槽區域移除之比率以及在6.1之pH下777Å的活性區域移 除。因此，拋光組合物1I亦為使圖案化材料平坦化同時保留溝槽材料之「自停止性」組合物。
包含自停止劑及陽離子化合物兩者之拋光組合物1C-1H及1J-1N呈現約5.76：1至約50：1之範圍內的活性區域移除與溝槽區域移除之比率及在7.6至8.8之pH下約4,700Å至約9,000Å的活性區域移除。因此，拋光組合物1C-1H及1J-1N為使圖案化材料平坦化同時保留溝槽材料之「自停止性」組合物。
實例2
此實例說明視情況與陽離子化合物組合之自停止劑對包含其之拋光組合物中之拋光效能的影響。
用三種拋光組合物(亦即拋光組合物2A-2C)拋光圖案化基板。使用實例1中所描述之研磨劑組合物及添加劑調配物(按體積計7：3)製備拋光組合物2B及2C。組合物2A(比較性)僅含有研磨劑調配物C2。
獲自Silyb Inc.之包含最初塗佈於具有多個寬度及密度的梯級高度為約5,000Å之經圖案化矽基板上之TEOS(約10,000Å厚的特徵)之單獨經圖案化基板在具有300mm CMP壓板之AP-300TM(CTS Co.,Ltd.)上使用IC1010TM墊在3psi下壓力下拋光多次，其中壓板速度及頭速度分別為93rpm及87rpm。拋光組合物之總流動速率為250mL/min。
在拋光之前及之後視作為實例2之結果的間距及圖案密度而定之剩餘活性厚度以圖形方式呈現於圖2中。
如自圖2中呈現之結果顯而易見，含有研磨劑、苯羥肟酸及聚MADQUAT之發明性拋光組合物2C在7.7之pH(POU)下隨拋光時間增加而呈現較低圖案密度依賴性，且在與拋光組合物2A及2B相比時停止發生在基板(拋光90s之拋光組合物2C)上方之均勻構形上。
額外拋光效能資料闡述於表5及圖2中。表5中之資料描繪晶圓上方隨拋光時間而變之剩餘活性厚度，其包含900μm TEOS特徵(50%圖案密度)。
如自表5及圖2中列舉之結果顯而易見，雖然拋光組合物2C最初在圖案化材料上呈現較低拋光速率，但與比較組合物(拋光組合物2A及2B)相比，晶圓上之速率隨梯級高度降低而均勻地下降。此實例進一步說明與對照拋光組合物相比在約7.0至約8.5範圍內之pH下在使用位置處用自停止劑(例如羥肟酸)及陽離子化合物(例如pMADQUAT)調配之自停止性拋光組合物關於基板之構形變化(圖案密度依賴性)及在晶圓拋光速率變化(WIWNU)內的優勢。
實例3
此實例說明視情況與陽離子化合物組合的本發明之自停止劑及pH範圍對拋光效能之影響。
用十四種如下表7中描述之拋光組合物(亦即拋光組合物3A-3N)拋光圖案化基板及經TEOS塗佈之矽基板。藉由將研磨劑組合物(描述於表1中)及表6中所描述之添加劑調配物按體積計以7：3之比率混合來製備拋光組合物。
添加劑調配物G1-G5不含陽離子化合物，而調配物G6-G14含有陽離子化合物(亦即pMADQUAT或Luviquat Supreme)。全部調配物含有如表6中所列舉之自停止劑及額外組分。
經圖案化晶圓獲自Silyb Inc.，且包含最初塗佈於梯級高度為約5,000Å之經圖案化矽基板上之圖案密度為50%之900μm TEOS特徵(約10,000Å厚的特徵)。TEOS毯覆式晶圓獲自WRS材料。使用MIRRATM拋光工具 (Applied Materials,Inc.)拋光測試晶圓，對於圖案化晶圓及毯覆式晶圓分別拋光60秒及90秒。在200mm壓板上使用3psi下壓力以及分別為93rpm及87rpm之壓板速度及頭速度來使用NexPlanar®E6088(Cabot Microelectronics Corporation)拋光墊。總研磨漿流動速率為150mL/min。結果闡述於表7中。
如自表7中列舉之結果顯而易見，包含研磨劑調配物與自停止劑之全部拋光組合物在圖案上呈現較高梯級高度移除速率且在毯覆式晶圓上呈現 較低氧化物移除速率。此指示移除速率隨著圖案化晶圓平坦化而顯著下降。梯級高度移除速率與氧化物毯覆式移除速率之比率視自停止劑之類型以及POU pH及陽離子化合物而定在約4至24之範圍內。
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)均以引用的方式併入本文中，該引用程度如同各參考文獻個別地且特定地指示以引用的方式併入且全文闡述於本文中。
除非本文中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)，應將術語「一(a/an)」及「該」及「至少一個」及類似指示物之使用理解為涵蓋單數個與複數個兩者。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清單之術語「至少一個」(例如「A及B中之至少一者」)的使用理解為意謂選自所列項目之一個項目(A或B)或所列項目中之兩者或更多者之任何組合(A及B)。除非另外指出，否則術語「包含」、「具有」、「包括」及「含有」應理解為開放式術語(亦即，意謂「包括但不限於」)。除非本文另外指示，否則本文中數值範圍之列舉僅意欲充當個別提及屬於該範圍內之各獨立值之簡寫方法，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，否則本文中描述之所有方法可以任何適合順序進行。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」)之使用僅意欲較好地闡明本發明而不對本發明之範圍造成限制。本說明書中之語言不應理解為暗指任何未主張之要素對於實踐本發明而言必不可少。
本發明之較佳實施例描述於本文中，包括本發明人已知用於實施本發明之最佳模式。在閱讀前述描述後，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描述之其他方式來實施本發明。因此，如適用法律允許，本發明包括在隨附於本文之申請專利範圍中所敍述的標的物之所有修改及等效物。此外，除非本文中另外指示或另外與上下文明顯矛盾，否則本發明涵蓋上述要素以其所有可能變化形式之任何組合。

Claims (20)

  1. 一種化學機械拋光組合物，其包含：(a)選自氧化鈰、氧化鋯及其組合之研磨劑，(b)選自以下之自停止劑：式(I)化合物其中R係選自由以下組成之群：氫、烷基、環烷基、芳基、雜環烷基及雜環芳基，其各者可經取代或未經取代；式(II)化合物：其中X1至X3中之每一者獨立地選自N、O、S、sp2混成碳及CY1Y2，其中Y1及Y2中之每一者獨立地選自氫、羥基、C1-C6烷基、鹵素及其組合，且Z1-Z3中之每一者獨立地選自氫、羥基、C1-C6烷基及其組合，其中之每一者可經取代或未經取代；式(III)化合物：Z-(C(X1X2)n)p-CO2M (III)，其中Z係選自N、C1-C6烷基、C1-C6烯基、C1-C6炔基及芳基(例如苯基、苄基、萘基、薁、蒽、芘等)，X1及X2獨立地選自氫、羥基、胺基及C1-C6烷基、C1-C6烯基，且其中與所連接之碳結合在一起之X1及X2可形成sp2混成碳，n為1或2，p為0至4，且M係選自氫及第I族金屬，其各者可經取代或未經取代；式(IV)化合物：其中X、Y及Z獨立地選自H、O、S、NH及CH2，R1、R2及R3獨立地選自H、烷基、烯基、炔基、芳基、鹵基及鹵烷基，且M係選自氫及適合之相對離子；及其組合；及(c)水性載劑，其中該拋光組合物之pH為約3至約9；其條件是，當該式(I)化合物作為該自停止劑時，該拋光組合物進一步包含陽離子聚合物，且該拋光組合物之pH為約7至約9。
  2. 如請求項1之拋光組合物，其中該拋光組合物進一步包含速率增強劑。
  3. 如請求項1之拋光組合物，其中該研磨劑係以約0.001wt%至約5wt%之濃度存在於該拋光組合物中。
  4. 如請求項1之拋光組合物，其中該自停止劑係選自麥芽醇、乙麥芽醇、麴酸、苯甲酸、3,4-二羥基苯甲酸、3,5-二羥基苯甲酸、咖啡酸、山梨酸、丁酸、戊酸、己酸、甲基丁烯酸、白芷酸、丁烯酸、去鐵酮、2-羥基菸鹼酸、2-戊烯酸、3-戊烯酸、其他飽和及不飽和烷基羧酸、其鹽、及其組合。
  5. 如請求項1之拋光組合物，其中該自停止劑係以約1wt%或更低之濃度存在於該拋光組合物中。
  6. 如請求項1之拋光組合物，其進一步包含選自聚合物、寡聚物、小分子、鹽及其組合之陽離子化合物。
  7. 如請求項6之拋光組合物，其中該陽離子化合物為包含選自四級胺、陽離子聚乙烯醇、陽離子纖維素及其組合之單體的聚合物或寡聚物。
  8. 如請求項7之拋光組合物，其中該陽離子化合物為包含四級胺單體之聚合物或寡聚物，且其中該四級胺單體係選自乙烯基咪唑鎓、甲基丙烯醯氧基乙基三甲基鹵化銨、二烯丙基二甲基鹵化銨及其組合。
  9. 如請求項6之拋光組合物，其中該陽離子化合物為選自以下之陽離子寡聚物或陽離子聚合物：甲基丙烯酸2-(二甲胺基)乙酯、二烯丙基二甲基銨、聚(乙烯基咪唑鎓)、聚(甲基丙烯醯氧基乙基三甲基銨)鹵化物、聚(二烯丙基二甲基銨)鹵化物、聚四級銨-2、聚四級銨-11、聚四級銨-16、聚四級銨-46、聚四級銨-44、Luviquat Supreme、Luviquat Hold、Luviquat UltraCare、Luviquat FC 370、Luviquat FC 550、Luviquat FC 552、Luviquat Excellence、及其組合。
  10. 如請求項1之拋光組合物，其中該拋光組合物之pH為約6.0至約8.5。
  11. 如請求項1之拋光組合物，其中該拋光組合物之pH為約3至約5。
  12. 一種化學機械拋光組合物，其包含：(a)選自氧化鈰、氧化鋯及其組合之研磨劑，(b)選自式(I)化合物之自停止劑：其中R係選自由以下組成之群：氫、烷基、環烷基、芳基、雜環烷基及雜環芳基，其各者可經取代或未經取代；(c)陽離子聚合物，(d)水性載劑，其中該拋光組合物之pH為約7至約9。
  13. 如請求項12之拋光組合物，其中該自停止劑係選自羥肟酸、乙醯羥肟酸、苯羥肟酸、柳羥肟酸及其組合。
  14. 如請求項12之拋光組合物，其中該陽離子聚合物係選自甲基丙烯酸2-(二甲胺基)乙酯、二烯丙基二甲基銨、聚(乙烯基咪唑鎓)、聚(甲基丙烯醯氧基乙基三甲基銨)鹵化物、聚(二烯丙基二甲基銨)氯化物、聚四級銨-2、聚四級銨-11、聚四級銨-16、聚四級銨-46、聚四級銨-44、Luviquat Supreme、Luviquat Hold、Luviquat UltraCare、Luviquat FC 370、Luviquat FC 550、Luviquat FC 552、Luviquat Excellence、及其組合。
  15. 如請求項12之拋光組合物，其中該拋光組合物進一步包含速率增強劑。
  16. 如請求項12之拋光組合物，其中該自停止劑係以約1wt%或更低之濃度存在於該拋光組合物中。
  17. 如請求項12之拋光組合物，其中該研磨劑為氧化鈰。
  18. 如請求項12之拋光組合物，其中該研磨劑係以約0.001wt%至約5wt%之濃度存在於該拋光組合物中。
  19. 一種化學機械拋光基板之方法，其包含：(i)提供基板，其中該基板包含位在該基板表面上之圖案介電層，(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表面上之該圖案介電層的至少一部分，從而拋光該基板。
  20. 一種化學機械拋光基板之方法，其包含：(i)提供基板，其中該基板包含位在該基板表面上之圖案介電層，(ii)提供拋光墊，(iii)提供如請求項12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之該圖案介電層的至少一部分，從而拋光該基板。
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