TWI815035B - 用於多晶矽化學機械拋光(cmp)之組合物及方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供用於拋光具有多晶矽層之基板之化學機械拋光組合物，該組合物包含水基液體載劑、氧化矽磨料、含胺基酸或胍衍生物之多晶矽拋光加速劑及鹼金屬鹽。該組合物包含小於約500 ppm四烷基銨鹽且具有約10至約11之範圍內之pH。

Description

用於多晶矽化學機械拋光(CMP)之組合物及方法
本發明係關於一種用於拋光具有多晶矽層之基板之化學機械拋光組合物，該組合物包含水基液體載劑、氧化矽磨料、含胺基酸或胍衍生物之多晶矽拋光加速劑及鹼金屬鹽。本發明亦提供一種化學機械拋光基板之方法。
化學機械拋光為積體電路(IC)及微電機系統(MEMS)製造中之關鍵啟用技術。CMP組合物及拋光(或平坦化)基板(諸如晶片)之表面之方法係此項技術中熟知。拋光組合物(亦稱作拋光漿液、CMP漿液及CMP組合物)通常包含懸浮(分散)於水溶液中之磨料粒子及化學添加劑，諸如用於在CMP操作期間提高材料移除速率之加速劑。
多晶矽(此項技術中亦稱作多晶矽、poly-Si或p-Si)膜係廣泛用於IC及MEMS裝置。例如，多晶矽已長期用作金屬氧化物半導體(MOS)及金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)裝置中之閘電極材料。多晶矽亦通常用於IC裝置中之各種鑲嵌/互連應用以及MEMS裝置中之結構組件。
可市面上購得之多晶矽CMP漿液通常包含提高多晶矽移除速率之氫氧化四甲基銨(TMAH)化學加速劑。雖然已知此等漿液提供足夠多晶矽移除速率及原本可係可用，但是TMAH為已知危險且有毒化學化合物，具有300之危險材料識別系統(Hazardous Materials Identification System/HIMS)評級。TMAH可在皮膚接觸後引起灼傷且對水生生物有毒。因此，此項技術中真實需求實質上無TMAH及其他四烷基銨化合物且亦提供高多晶矽移除速率及對氧化矽及氮化矽層之高選擇性之多晶矽CMP組合物。
本發明揭示用於拋光具有多晶矽層之基板之化學機械拋光組合物。於一個實施例中，該拋光組合物包含以下、由以下組成或基本上由以下組成：水基液體載劑，約0.1至約3重量%之分散於該液體載劑中之氧化矽磨料粒子，約0.05至約1重量%之多晶矽加速劑，該多晶矽加速劑選自由胺基酸、胍衍生物及其混合物組成之群，及鹼金屬鹽。該組合物包含以重量計小於約500 ppm之四烷基銨鹽且具有約10至約11之範圍內之pH。
本發明揭示用於拋光具有多晶矽層之基板之化學機械拋光組合物。該拋光組合物包含以下、由以下組成或基本上由以下組成：水基液體載劑、氧化矽磨料、含氮多晶矽拋光加速劑、及鹼金屬鹽。該組合物之pH係於約10至約11之範圍內。於一個示例性實施例中，該組合物實質上無四烷基銨鹽，諸如四甲基銨鹽、四乙基銨鹽及四丁基銨鹽。
所揭示之拋光組合物及對應(CMP方法)可賦予顯著且意料之外的優點。例如，所揭示之拋光組合物提供相同高的多晶矽拋光移除速率以及對氧化矽(例如，TEOS)及氮化矽二者高的移除速率選擇性。此外，所揭示之拋光組合物可實質上無四烷基銨化合物(諸如TMAH)及因此傾向於具有更低環境影響及減少之人類健康危害。
該拋光組合物含有包含懸浮於水性液體載劑中之二氧化矽(氧化矽)粒子之磨料。該磨料可實質上包含任何適宜氧化矽粒子，例如，包括膠質氧化矽粒子及/或發煙氧化矽粒子。如本文中所用，術語膠質氧化矽粒子係指經由濕法製程而非通常產生結構上不同粒子之熱解或火焰水解方法製備的氧化矽粒子。此等膠質氧化矽粒子可經聚集或不聚集。不聚集之粒子為個別離散粒子，其形狀可係球形或近球形，但是亦可具有其他形狀(諸如一般橢圓形、正方形或矩形斷面)。聚集之粒子為其中多個離散粒子群集或結合在一起以形成具有一般不規則形狀之聚集體。
膠質氧化矽可為經沉澱或縮聚之氧化矽，其可使用一般技術者已知之任何方法，諸如藉由溶膠凝膠法或藉由矽酸鹽離子交換製備。縮聚氧化矽粒子通常藉由縮合Si(OH)4 以形成實質上球形粒子來製備。前驅體Si(OH)4 可(例如)藉由水解高純度烷氧基矽烷或藉由酸化矽酸鹽水溶液獲得。此等磨料粒子可(例如)根據美國專利案第5,230,833號製備或可自許多商業供應商(例如，包括EKA Chemicals、Fuso Chemical Company、Nalco、DuPont、Bayer、Applied Research、Nissan Chemical及Clariant)中之任一者獲得。
熱解氧化矽(亦稱作發煙氧化矽)係經由火焰水解方法製備，其中適宜原料蒸氣(諸如四氯化矽)於氫氣及氧氣之火焰中燃燒。大致球形之熔融粒子係於燃燒製程中形成，其直徑可經由製程參數變化。此等熔融球體(通常稱作初級粒子)藉由在其接觸點經歷碰撞彼此融合以形成類三維分支鏈聚集體。發煙氧化矽磨料係購自許多供應商，包括例如Cabot Corporation、Evonic及Wacker Chemie。
該等氧化矽磨料粒子可具有實質上任何適宜粒度。懸浮於液體載劑中之粒子之粒度可於工業中使用各種方式定義。例如，粒度可經定義為包含該粒子之最小球體之直徑且可使用許多可市面上購得之儀器，例如，包括CPS盤式離心機，型號DC24000HR (得自CPS Instruments, Prairieville, Louisiana)或得自Malvern Instruments®可之Zetasizer®量測。此等儀器一般針對氧化矽分散體報告平均粒度。
該等氧化矽磨料粒子可具有約10 nm或更多(例如，約20 nm或更多，約25 nm或更多，或約30 nm或更多)之平均粒度。該等磨料粒子可具有約200 nm或更少(例如，約180 nm或更少、約160 nm或更少、約140 nm或更少、或約120 nm或更少)之平均粒度。因此，應瞭解，該等磨料粒子可具有由上述端點中之任兩者界定之範圍內之平均粒度。例如，該等磨料粒子可具有約10 nm至約200 nm (例如，約20 nm至約200 nm、約25 nm至約180 nm、約25 nm至約160 nm、約30 nm至約140 nm、或約30 nm至約120 nm)之範圍內之平均粒度。
應瞭解，該等氧化矽磨料粒子分散及懸浮於拋光組合物中(即，水性液體載劑中)。當該等氧化矽粒子懸浮於拋光組合物中時，該等氧化矽粒子較佳地係膠質穩定。膠質穩定意指該等氧化矽粒子隨時間之流逝保持懸浮於組合物中。於本發明之上下文中，若當放入100 mL量筒中及允許靜置不攪動2小時之時間時，底部50 mL量筒中之粒子之濃度(用g/mL表示)與頂部50 mL量筒中之粒子之濃度(用g/ml表示)之間之差異除以磨料組合物中之粒子之初始濃度(用g/mL表示)係小於或等於0.5 (即，)，則認為氧化矽磨料粒子膠質穩定。更佳地，之值係小於或等於0.3，及最佳地係小於或等於0.1。
該拋光組合物可包含實質上任何適宜量之氧化矽磨料粒子。若該拋光組合物包含太少磨料，則該組合物不可展示足夠移除速率。相反，若該拋光組合物包含太多磨料，則該拋光組合物可展示非所需拋光性能及/或可並非成本有效及/或可缺少穩定性。該拋光組合物可包含約0.05重量%或更多(例如，約0.1重量%或更多、約0.15重量%或更多、約0.2重量%或更多、或約0.25重量%或更多)氧化矽磨料粒子。拋光組合物中之磨料粒子之濃度一般係小於約5重量%，及更通常約3重量%或更少(例如，約2重量%或更少、約1.5重量%或更少、約1.2重量%或更少、或約1重量%或更少)。應瞭解，該等磨料粒子可以由上述端點中之任兩者界定之濃度存在於拋光組合物中。例如，拋光組合物中之磨料粒子之濃度可係於約0.05重量%至約5重量%，及更佳地約0.1重量%至約3重量% (例如，約0.1重量%至約1.5重量%、約0.2重量%至約1.5重量%、約0.2重量%至約1.2重量%、約0.2重量%至約1重量%、或約0.25重量%至約1重量%)之範圍內。
水性液體載劑係用於促進磨料及任何視情況可選的化學添加劑施覆至待拋光(例如，平坦化)之基板之表面。水性意指該液體載劑由至少50重量%水(例如，去離子水)組成。該液體載劑可包含其他適宜非水性載劑，例如，包括低碳數醇(例如，甲醇、乙醇等)及醚(例如，二噁烷、四氫呋喃等)。較佳地，該液體載劑基本上由水(及更佳地去離子水)組成或由其組成。
該拋光組合物一般係鹼性，具有大於約7之pH。該拋光組合物可具有約8或更多(例如，約9或更多或約10或更多)之pH。此外，該拋光組合物可具有約13或更少(例如，約12或更少或約11或更少)之pH。應瞭解，該拋光組合物可具有由上述端點中之任兩者界定之範圍，例如，約9至約12 (例如，約10至約11)之範圍內之pH。例如，該組合物之pH可係約10.5。
較佳地，該拋光組合物包含適合調整pH至所需水平之量之鹼金屬氫氧化物(諸如氫氧化鉀)。調整pH所需之鹼金屬氫氧化物之量可取決於許多因素，例如，包括拋光組合物之選定pH、視情況可選的化學添加劑之量及類型、及所選氧化矽磨料粒子之各種屬性。於某些實施例中，該拋光組合物可包含(例如)約0.01重量%至約0.4重量% (例如，約0.02至約0.2重量%)氫氧化鉀。
該拋光組合物進一步包含含氮多晶矽拋光加速劑。該含氮拋光加速劑可包括胺基酸及胍衍生物。雖然不希望局限於理論，但是據信，適宜胺基酸及胍衍生物活化或氧化多晶矽表面，從而在化學機械拋光期間促進快速移除。適宜胺基酸可包括精胺酸、半胱胺酸、甘胺酸、組胺酸、離胺酸、甲基甘胺酸、三甲基甘胺酸(甜菜鹼)或其混合物。適宜胍衍生物可包括精胺酸、肌胺酸、胍鹽或其混合物。於較佳實施例中，該多晶矽加速劑包括精胺酸、甜菜鹼(三甲基甘胺酸)、碳酸胍或其混合物。於一個較佳實施例中，該多晶矽拋光加速劑包括精胺酸。
該多晶矽加速劑可以實質上任何適宜量存在於拋光組合物中。例如，該拋光組合物中之多晶矽拋光加速劑之濃度可為0.01重量%或更多(例如，0.02重量%或更多、0.04重量%或更多、0.06重量%或更多、0.08重量%或更多、或0.1重量%或更多)之多晶矽加速劑。多晶矽拋光加速劑之濃度可係小於約1重量% (例如，0.8重量%或更少、0.6重量%或更少、0.5重量%或更少、或0.4重量%或更少)。應瞭解，該等多晶矽加速劑可以由上述端點中之任兩者界定之濃度存在於拋光組合物中。例如，該拋光組合物中之多晶矽拋光加速劑之濃度可係於約0.01重量%至約1重量% (例如，約0.02重量%至約1重量%、約0.02重量%至約0.8重量%、約0.04重量%至約0.8重量%、約0.04重量%至約0.6重量%、約0.06重量%至約0.6重量%、約0.08重量%至約0.5重量%、或約0.1重量%至約0.4重量%)之範圍內。於一個示例性實施例中，該拋光組合物包含約0.05重量%至約0.5重量%之多晶矽拋光加速劑。
該拋光組合物可進一步包含其他視情況可選的添加劑，例如，包括次要多晶矽加速劑、螯合劑、穩定劑及殺蟲劑。此等添加劑純粹係可選的。所揭示之實施例不如此受限且不需要使用此等添加劑中之任一者或多者。
於某些實施例中，該拋光組合物可包含下列視情況可選的添加劑中之一或多者：(i)鉀鹽多晶矽加速劑，(ii)胺基膦酸氧化矽螯合劑，(iii)雜環胺多晶矽加速劑，及(iv)羥基酸多晶矽加速劑。例如，該拋光組合物可包含鉀鹽多晶矽加速劑。雖然不希望局限於理論，但是據信，鉀鹽可作用以調整該組合物之導電性及從而促進多晶矽活化。該鉀鹽可包括實質上任何適宜鉀鹽，例如，包括氯化鉀、溴化鉀、碘化鉀、碳酸氫鉀及其混合物。
於包含鉀鹽之可選實施例中，該拋光組合物可包含約0.01重量%或更多(例如，約0.02重量%或更多、約0.03重量%或更多、約0.04重量%或更多、或約0.05重量%或更多)鉀鹽。於此等可選實施例中，該拋光組合物可包含約1重量%或更少(例如，約0.8重量%或更少、約0.6重量%或更少、約0.4重量%或更少、或約0.2重量%或更少)鉀鹽。應瞭解，鉀鹽可視情況以由上述端點中之任兩者界定之濃度存在於拋光組合物中。例如，可選實施例中之鉀鹽之濃度可係於約0.01重量%至約1重量% (例如，約0.02重量%至約0.8重量%、約0.02重量%至約0.6重量%、約0.04重量%至約0.4重量%、或約0.5重量%至約0.2重量%)之範圍內。於一個示例性實施例中，該拋光組合物包含約0.03重量%至約0.3重量%碳酸氫鉀。
該拋光組合物可視情況包含胺基膦酸氧化矽螯合劑。不希望局限於特定理論，據信該胺基膦酸充當氧化矽螯合劑及從而提高某些組合物中之多晶矽拋光速率。氧化矽螯合劑可包括實質上任何適宜胺基膦酸，例如，包括伸乙二胺四(亞甲基膦酸)、胺基三(亞甲基膦酸)、二伸乙基三胺五(亞甲基膦酸)、其鹽及其組合。較佳胺基膦酸為胺基三(亞甲基膦酸)。說明性胺基膦酸為購自ThermPhos International之DEQUEST™ 2000 EG。
於包含胺基膦酸之可選實施例中，該拋光組合物可包含約0.002重量%或更多(例如，約0.004重量%或更多、約0.006重量%或更多、約0.008重量%或更多、或約0.01重量%或更多)胺基膦酸。於此等可選實施例中，該拋光組合物可包含約0.5重量%或更少(例如，約0.2重量%或更少、約0.15重量%或更少、約0.1重量%或更少、約0.08重量%或更少、或約0.06重量%或更少)胺基膦酸。應瞭解，胺基膦酸可視情況以由上述端點中之任兩者界定之濃度存在於拋光組合物中。例如，可選實施例中之胺基膦酸之濃度可係於約0.002重量%至約0.5重量% (例如，約0.002重量%至約0.2重量%、約0.006重量%至約0.15重量%、約0.006重量%至約0.1重量%、或約0.01重量%至約0.1重量%)之範圍內。
該拋光組合物可視情況包含雜環胺次要多晶矽加速劑及/或羥基酸次要多晶矽加速劑。該雜環胺可包括雜環芳族胺或雜環脂族胺。較佳雜環芳族胺為1,2,4-三唑。較佳雜環脂族胺為胺基乙基哌嗪。該羥基酸可包括(例如)乙醇酸、乳酸、蘋果酸、檸檬酸、及/或酒石酸。檸檬酸及乳酸為較佳羥基酸。
於包含次要多晶矽加速劑之可選實施例中，該拋光組合物可包含約0.002重量%或更多(例如，約0.004重量%或更多、約0.006重量%或更多、約0.008重量%或更多、或約0.01重量%或更多)次要多晶矽加速劑。於此等可選實施例中，該拋光組合物可包含約0.5重量%或更少(例如，約0.2重量%或更少、約0.15重量%或更少、約0.1重量%或更少、約0.08重量%或更少、或約0.06重量%或更少)次要多晶矽加速劑。應瞭解，次要多晶矽加速劑可視情況以由上述端點中之任兩者界定之濃度存在於拋光組合物中。例如，可選實施例中之次要多晶矽加速劑之濃度可係於約0.002重量%至約0.5重量% (例如，約0.002重量%至約0.2重量%、約0.006重量%至約0.15重量%、約0.006重量%至約0.1重量%、或約0.01重量%至約0.1重量%)之範圍內。
該拋光組合物可視情況進一步包含殺蟲劑。該殺蟲劑可包括實質上任何適宜殺蟲劑，例如，異噻唑啉酮殺蟲劑，諸如甲基異噻唑啉酮或苯并異噻唑酮。該拋光組合物中之殺蟲劑之量通常係於約1 ppm至約50 ppm，及較佳地約1 ppm至約20 ppm之範圍內。
較佳地，該拋光組合物實質上無四烷基銨鹽，例如，包括四甲基銨鹽、四乙基銨鹽、四丙基銨鹽、四丁基銨鹽、鯨蠟基三甲基銨鹽、及類似者。此等鹽包括(例如)四烷基銨氫氧化物、氯化物、溴化物及類似者。於較佳實施例中，該拋光組合物實質上無四烷基銨鹽意指不將四烷基銨鹽故意添加至拋光組合物中使得四烷基銨鹽之預期濃度基本上為0。然而，所揭示之實施例不如此嚴重限制。更一般而言，實質上無其意指該拋光組合物包含以重量計小於1000 ppm (0.1重量%) (例如，小於500 ppm、小於200 ppm、小於100 ppm、小於20 ppm、小於10 ppm、小於5 ppm、小於1 ppm、小於0.5 ppm、或小於0.1 ppm)四烷基銨鹽。
該拋光組合物可使用任何適宜技術製備，該等技術中之許多為熟習此項技術者已知。該拋光組合物可於分批或連續製程中製備。一般而言，該拋光組合物可藉由以任何順序組合其組分來製備。如本文中所用，術語「組分」包括個別成分(例如，磨料粒子、多晶矽加速劑及任何視情況可選的添加劑)。
應瞭解，拋光組合物之作為鹽(例如，鉀鹽、鹼金屬氫氧化物、胺基膦酸等)之組分中之任一者當溶解於拋光組合物之水中時，可以解離形式呈陽離子及陰離子存在。存在於如本文中詳述之拋光組合物中之鹽之量應理解為係指於製備拋光組合物中所使用之不解離鹽之重量。例如，鹼金屬氫氧化物(例如，氫氧化鉀)之重量係指如由其經驗式(例如，KOH)所提供之鉀鹽之量。
於一個實例中，可將該氧化矽磨料分散於水性液體載劑中。然後可將其他組分(諸如多晶矽加速劑及視情況可選的添加劑)藉由能將該等組分併入拋光組合物中之任何方法添加並混合。例如，可將此等組分溶解於水中以獲得水溶液(以任何順序或同時)。然後可將氧化矽分散液添加至水溶液中(或或者可將水溶液添加至氧化矽分散液中)以獲得拋光組合物。可在任何適宜時間，例如，在合併氧化矽分散液及水溶液之前或之後，調整pH。於一個實施例中，在與氧化矽分散液合併之前，將預先確定量之KOH添加至水溶液中。然後檢查pH以證實其落入預先確定之值範圍內。
本發明之拋光組合物可呈濃縮物提供，該濃縮物意欲在使用之前將其用適宜量之水稀釋。於此實施例中，該拋光組合物濃縮物可包含上述磨料粒子、多晶矽加速劑、及其他視情況可選的添加劑，其量為使得在濃縮物用適宜量之水稀釋後，該拋光組合物之各組分將以上文針對各組分所詳述之適宜範圍內之量存在於拋光組合物中。例如，該等氧化矽磨料粒子、該等多晶矽加速劑及其他視情況可選的添加劑可各以大於上文針對各組分所詳述之濃度約3倍(例如，約4倍、約5倍、約6倍、約7.5倍、約10倍、約15倍、約20倍、約25倍、約30倍或約50倍)之量存在於拋光組合物中，使得當將該濃縮物用等體積之水(例如，各自為2等體積之水、3等體積之水、4等體積之水、5等體積之水、6.5等體積之水、9等體積之水、14等體積之水、19等體積之水、24等體積之水、29等體積之水、或甚至約49等體積之水)稀釋時，各組分將以上文針對各組分所闡述之範圍內之量存在於拋光組合物中。此外，如由一般技術者將瞭解，該濃縮物可含有存在於最終拋光組合物中之適宜分率之水以確保其他組分至少部分或完全溶解於該濃縮物中。
本發明之拋光方法特別適合結合化學機械拋光(CMP)裝置使用。通常，該裝置包含滾筒，當使用時，該滾筒係處於運動中且具有自軌道、線或圓周運動產生之速度；拋光墊，其與該滾筒接觸及當滾筒處於運動時隨之移動；及托架，其固持待藉由接觸拋光墊之表面及相對於拋光墊之表面移動而拋光之基板。基板之拋光藉由以下發生：將基板放置成與拋光墊及本發明之拋光組合物接觸及然後使拋光墊相對於基板移動，以便研磨基板之至少一部分(諸如多晶矽層)以拋光基板。
雖然本發明之拋光組合物可用於拋光任何基板，但是該拋光組合物特別可用於拋光包含矽及特定言之，多晶矽層之基板。該拋光組合物於拋光進一步包含氧化矽(例如，正矽酸四乙酯(TEOS))及氮化矽(SiN)層之基板中可係特別有利的。例如，該拋光組合物可有利地用於CMP操作中，其中多晶矽相對氧化矽及多晶矽相對氮化矽之高移除速率選擇性係理想的(即，其中多晶矽對氧化矽及多晶矽對氮化矽之移除速率比率係高的)。例如，當理想時，該拋光組合物可用於以約10:1或更高(例如，約20:1或更高、約40:1或更高、約50:1或更高、約100:1或更高、或約150:1或更高)之多晶矽對氧化矽拋光選擇性拋光基板。同樣，本發明之化學機械拋光組合物可用於以約10:1或更高(例如，約20:1或更高、約40:1或更高、約50:1或更高、約100:1或更高、或約150:1或更高)之多晶矽對氮化矽拋光選擇性拋光基板。某些調配物與某些CMP拋光參數組合可展示甚至更高的多晶矽對氧化矽及多晶矽對氮化矽拋光選擇性，諸如約200:1或更高。
基板可利用化學機械拋光組合物與任何適宜拋光墊(例如，拋光表面)平坦化或拋光。適宜拋光墊包括(例如)編織及非編織拋光墊。此外，適宜拋光墊可包含具有變化之密度、硬度、厚度、可壓縮性、在壓縮後反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、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。
應瞭解，本發明包含許多實施例。此等實施例包括(但不限於)下列實施例。
於第一實施例中，揭示一種用於拋光含有多晶矽層之基板之化學機械拋光組合物。該組合物可包含：水基液體載劑；約0.1至約3重量%之分散於該液體載劑中之氧化矽磨料粒子；約0.05至約1重量%之多晶矽加速劑，該多晶矽加速劑選自由胺基酸、胍衍生物及其混合物組成之群；鹼金屬鹽；其中該組合物具有約10至約11之範圍內之pH；且其中該組合物包含以重量計小於500 ppm之四烷基銨鹽。
第二實施例可包含第一實施例，其包含約0.2至約1.5重量%之該等氧化矽磨料粒子。
第三實施例可包含第一實施例至第二實施例中之任一者，其包含約0.1至約0.5重量%之該多晶矽加速劑。
第四實施例可包含第一實施例至第三實施例中之任一者，其中該多晶矽加速劑為精胺酸、三甲基甘胺酸、碳酸胍或其混合物。
第五實施例可包含第一實施例至第三實施例中之任一者，其中該多晶矽加速劑為胍衍生物。
第六實施例可包含第一實施例至第五實施例中之任一者且可進一步包含約0.01至約0.5重量%之雜環胺。
第七實施例可包含第六實施例，其中該雜環胺為三唑化合物。
第八實施例可包含第一實施例至第七實施例中之任一者且可進一步包含約0.05至約0.5重量%之胺基膦酸化合物。
第九實施例可包含第八實施例，其中該胺基膦酸化合物為胺基三亞甲基膦酸。
第十實施例可包含第一實施例至第九實施例中之任一者且可進一步包含約0.01至約1重量%之鉀鹽。
第十一實施例可包含第一實施例至第九實施例中之任一者且可進一步包含約0.03至約0.3重量%之碳酸氫鉀。
第十二實施例可包含第一實施例至第十一實施例中之任一者且可進一步包含0.05至約0.5重量%胺基三亞甲基膦酸、約0.03至約0.3重量%碳酸氫鉀；且其中該多晶矽加速劑為精胺酸。
第十三實施例可包含第一實施例至第十二實施例中之任一者，其中該組合物包含小於約10 ppm四烷基銨鹽。
第十四實施例揭示一種化學機械拋光包含多晶矽材料之基板之方法。該方法包括：(a)提供多晶矽拋光組合物，其包含：水基液體載劑；約0.1至約3重量%之分散於該液體載劑中之氧化矽磨料粒子；約0.05至約1重量%之多晶矽加速劑，該多晶矽加速劑選自由胺基酸、胍衍生物及其混合物組成之群；鹼金屬鹽；其中該組合物具有約10至約11之範圍內之pH；且其中該組合物包含以重量計小於500 ppm之四烷基銨鹽；(b)使該基板與該化學機械拋光組合物接觸；(c)相對於該基板移動該拋光組合物；及(d)研磨該基板以自該基板移除該含氧化矽之材料之一部分及從而拋光該基板。
第十五實施例包含第十四實施例，其中：該基板進一步包含氧化矽材料及氮化矽材料；於(d)中該多晶矽材料對該氧化矽材料之移除速率選擇性係大於約50:1；及於(d)中該多晶矽材料對該氮化矽材料之移除速率選擇性係大於約50:1。
第十六實施例可包含第十四實施例至第十五實施例中之任一者，其中：該拋光組合物包含約0.2至約1.5重量%之該等氧化矽磨料粒子及約0.1至約0.5重量%之該多晶矽加速劑；該多晶矽加速劑為胍衍生物。
第十七實施例包含第十六實施例，其中：該拋光組合物進一步包含0.05至約0.5重量%胺基三亞甲基膦酸及約0.03至約0.3重量%之碳酸氫鉀；且其中該多晶矽加速劑為精胺酸。
第十八實施例可包含第十四實施例至第十七實施例中之任一者，其中該拋光組合物包含小於約10 ppm四烷基銨鹽。
第十九實施例揭示一種化學機械拋光包含多晶矽材料之基板之方法。該方法包括：(a)提供濃縮之多晶矽拋光組合物，其包含：水基液體載劑；約1至約15重量%之分散於該液體載劑中之氧化矽磨料粒子；約0.5至約10重量%之多晶矽加速劑，該多晶矽加速劑選自由胺基酸、胍衍生物及其混合物組成之群；鹼金屬鹽；及小於約0.1重量%四烷基銨鹽；(b)將一份該濃縮之拋光組合物添加至約5至約30份水中以獲得具有約10至約11之範圍內之pH之使用點拋光組合物；(c)相對於該基板移動該拋光組合物；及(d)研磨該基板以自該基板移除該含氧化矽之材料之一部分及從而拋光該基板。
第二十實施例包含第十九實施例，其中：該基板進一步包含氧化矽材料及氮化矽材料；該多晶矽材料對該氧化矽材料之移除速率選擇性係大於約50:1；及該多晶矽材料對該氮化矽材料之移除速率選擇性係大於約50:1。
下列實例進一步說明本發明，但是當然不應被解釋為以任何方式限制其範圍。將含多晶矽之基板使用Applied Materials Mirra®拋光工具或Logitech臺式拋光機器拋光。將基板在Mirra®上在93 rpm之滾筒速度、87 rpm之頭速度、3 psi之下壓力及125 ml/min之漿液流率下拋光60秒。將該等基板在IC1010墊(自Dow可得)上使用3M-A189L調理器拋光。將基板在Logitech上在100 rpm之滾筒速度、85 rpm之頭速度、3 psi之下壓力及45 ml/min之漿液流率下拋光60秒。將該等基板在IC1010墊(自Dow可得)或D100墊(自Cabot Microelectronics可得)上使用Saesol C7調理器拋光。
將Blanket多晶矽、TEOS及/或SiN晶圓於下列實例中拋光。該等多晶矽晶圓係獲自Novarti且包含10000 Å多晶矽層。該等TEOS晶圓係獲自Advantec且包含15000 Å TEOS層。該等SiN晶圓亦獲自Advantec且包含5000 Å PE-SiN層。 實例1
在Mirra®工具上評價三種拋光組合物。對照組合物包含TMAH多晶矽拋光加速劑。組合物1A及1B係無TMAH且包含L-精胺酸多晶矽拋光加速劑。對照組合物係呈15x濃縮物製備且包含(a) 13.125重量%氧化矽(Nalco DVSTS006氧化矽粒子)，(b) 2.63重量% TMAH，(c) 1.3重量% KHCO3 ，(d) 0.79重量% KOH，(e) 0.39重量% DEQUEST® 2000EG，及(f) 0.33重量% 1,2,4-三唑於去離子水中。在拋光之前將一份對照組合物與14份水混合以獲得使用點對照，之後拋光。使用點(稀釋之) pH係約10.5。組合物1A及1B亦呈15x濃縮物製備且包含(i) 13.125重量%氧化矽(Nalco DVSTS006氧化矽粒子)，(ii) 5.03重量% L-精胺酸(1A)或2.51重量% L-精胺酸(1B)，(iii) 1.31重量% KHCO3 ，(d) 0.79重量% KOH，(e) 0.39重量%胺基三(亞甲基膦酸) (DEQUEST® 2000EG)，及(f) 0.33重量% 1,2,4-三唑於去離子水中。在拋光之前將一份組合物1A及1B各者與14份水混合以獲得使用點對照，之後拋光。使用點(稀釋之) pH係約10.5。拋光組合物1A中之L-精胺酸之莫耳濃度係與對照中之TMAH之莫耳濃度(0.289M)相同。
將Blanket多晶矽、TEOS及SiN晶圓在Mirra®工具上在以上所列之條件下拋光60秒。拋光結果示於表1中。所有移除速率(RR)係以埃/分鐘(Å/min)列出。 表1
   PolySi RR TEOS RR SiN RR PolySi:TEOS PolySi:SiN
對照 5582 53 36 105 155
1A 5010 21 22 239 228
1B 4912 22 22 223 223
自表1中所述之結果顯而易見，利用L-精胺酸多晶矽加速劑之組合物1A及1B可達成高的多晶矽移除速率(幾乎等於含TMAH之對照)。此外，組合物1A及1B達成對TEOS及SiN之優越移除速率選擇性。 實例2
在Logitech臺式拋光機上評價九種拋光組合物。對照組合物係與實例1對照相同。組合物1B係與實例1組合物1B相同。組合物2A、2B、2C、2D、2E、2F及2G包含替代多晶矽拋光加速劑，但是其他與組合物1B相同。該等替代多晶矽拋光加速劑包括與組合物1B中之L-精胺酸之莫耳濃度(0.145M)相同之莫耳濃度的L-離胺酸(2A)、L-組胺酸(2B)、碳酸胍(2C)、甘胺酸(2D)、檸檬酸(2E)、三甲基甘胺酸(甜菜鹼) (2F)及半胱胺酸(2G)。
將Blanket多晶矽、TEOS晶圓及SiN晶圓在Logitech臺式拋光機上使用D100墊在以上所列之條件下拋光60秒。拋光結果示於表2中。所有移除速率(RR)係以埃/分鐘(Å/min)列出。 表2
   PolySi RR TEOS RR SiN RR PolySi:TEOS PolySi:SiN
對照 4409 105 56 42 79
1B 4025 58 16 69 252
2A 4567 28 14 163 326
2B 4037 21 16 192 252
2C 4860 59 32 82 152
2D 4272 38 21 112 203
2E 4409 43 22 103 200
2F 4067 42 21 97 194
2G 4304 23 13 187 331
如自表2中所述之結果顯而易見，胺基酸及胍衍生物多晶矽拋光加速劑可達成高多晶矽移除速率及對TEOS及SiN之優越移除速率選擇性。一般認為組合物1B、2C及2F係優越的，因為於組合物2A、2B、2D、2E及2G之濃縮組合物中觀察到氧化矽粒子生長。 實例3
在Logitech臺式拋光機上評價八種拋光組合物。對照組合物係與實例1對照相同。組合物1B係與實例1組合物1B相同。製備組合物3A、3B、3C、3D、3E及3F以評價氧化矽濃度之作用。組合物3A、3B及3C包含不同氧化矽濃度，但是其他與組合物1B相同。組合物3A包含8.8重量%氧化矽於濃縮物中(自組合物1B減少三分之一)及組合物3B包含4.4重量%氧化矽於濃縮物中(自組合物1B減少三分之二)。組合物3C不包含任何氧化矽磨料(0.0重量%)。組合物3D為去離子水(即，不包含任何氧化矽磨料或任何化學添加劑)。組合物3E及3F不包含任何氧化矽磨料，但是包含更高濃度之L-精胺酸：10重量%於濃縮物中(4倍於組合物1B中之濃度) (3E)及15重量%於濃縮物中(6倍於組合物1B中之濃度) (3F)。
將Blanket多晶矽、TEOS晶圓及SiN晶圓在Logitech臺式拋光機上使用D100墊在以上所列之條件下拋光60秒。拋光結果示於表3中。所有移除速率(RR)係以埃/分鐘(Å/min)列出。 表3
   PolySi RR TEOS RR SiN RR PolySi:TEOS PolySi:SiN
對照 4486 50 28 90 160
1B 4068 21 23 194 177
3A 3922 36 16 109 245
3B 3502 -- 11 -- 318
3C 9 24 -- 0.4 --
3D 8 2 3 4 3
3E 20 -- -- -- --
3F 18 2 1 9 18
如表3中所述之數據顯而易見，針對具有減少之氧化矽濃度之拋光組合物可達成高多晶矽移除速率。然而，針對無磨料之組合物(0重量%氧化矽)，移除速率基本上為0。甚至當使用極高濃度之多晶矽拋光加速劑時，此等無磨料之組合物之移除速率基本上為0，指示無磨料組合物係不可行。 實例4
在Logitech臺式拋光機上評價五種拋光組合物以評價稀釋之影響。對照組合物係與實例1對照相同。組合物4A係與實例1中之組合物1A相同，不同之處在於組合物4A係呈10x濃縮物製備且包含0.0重量% 1,2,4-三唑使得該濃縮物包含(i) 8.75重量%氧化矽(Nalco DVSTS006氧化矽粒子)，(ii) 3.35重量% L-精胺酸，(iii) 0.87重量% KHCO3 ，(d) 0.53重量% KOH，(e) 0.26重量%胺基三(亞甲基膦酸) (DEQUEST® 2000EG)，及(f) 0.0重量% 1,2,4-三唑於去離子水中。如在實例1、2及3中一樣，在拋光之前，將組合物4A以9份水:1份濃縮物稀釋。組合物4B、4C及4D係與組合物4A相同，但是在拋光之前以14 份(4B)、24份(4C)及34份(4D)水:1份濃縮物稀釋。
將Blanket多晶矽、TEOS晶圓及SiN晶圓在Logitech臺式拋光機上使用IC1010墊在以上所列之條件下拋光60秒。拋光結果示於表4中。所有移除速率(RR)係以埃/分鐘(Å/min)列出。 表4
   PolySi RR TEOS RR SiN RR PolySi:TEOS PolySi:SiN
對照 4239 99 29 43 146
4A 3793 88 29 43 131
4B 3638 27 11 135 331
4C 3014 27 5 112 603
4D 2532 15 5 169 506
如表4中所述之數據顯而易見，觀察到多晶矽移除速率隨著過度稀釋(即，隨著降低氧化矽磨料及L-精胺酸之使用點濃度)單調減少。然而，針對過度稀釋之組合物(即，包含較低使用點濃度之氧化矽磨料及L-精胺酸之組合物)亦觀察到對TEOS及SiN之優越移除速率選擇性。 實例5
在Logitech臺式拋光機上評價六種拋光組合物以評價1,2,4-三唑及碳酸氫鉀之影響。對照組合物係與實例1對照相同。組合物1B係與實例1組合物1B相同。組合物5A及5B包含不同1,2,4-三唑濃度，但是其他與組合物1B相同。組合物5A包含0.16重量% 1,2,4-三唑，而組合物5B係無三唑(0.0重量% 1,2,4-三唑)。組合物5C及5D包含不同KHCO3 濃度，但是其他與組合物1B相同。組合物5C包含0.655重量% KHCO3 ，而組合物5D係無碳酸氫鉀(0.0重量% KHCO3 )。
將Blanket多晶矽、TEOS晶圓及SiN晶圓在Logitech臺式拋光機上使用D100墊在以上所列之條件下拋光60秒。拋光結果示於表5中。所有移除速率(RR)係以埃/分鐘(Å/min)列出。 表5
   PolySi RR TEOS RR SiN RR PolySi:TEOS PolySi:SiN
對照 4409 105 56 42 79
1B 4126 13 15 317 275
5A 4287 28 10 153 429
5B 4312 19 12 227 359
5C 4127 29 12 142 344
5D 3650 31 11 118 332
如自表5中所述之數據顯而易見，1,2,4-三唑對多晶矽、TEOS及SiN移除速率基本上無影響。在無KHCO3 下，多晶矽移除速率減少約10%。將KHCO3 濃度減半對多晶矽、TEOS及SiN移除速率無影響。 實例6
在Logitech臺式拋光機上評價五種拋光組合物以評價替代鉀鹽之影響。組合物4B係與實例4中之組合物4B相同。組合物6A、6B、6C及6D係與實例4中之組合物4B相同，不同之處在於(i)組合物6A包含等莫耳量之KCl代替KHCO3 ，(ii)組合物6B包含兩倍莫耳量之KCl代替KHCO3 ，(iii)組合物6C包含等莫耳量之KBr代替KHCO3 ，及(iv)組合物6D包含等莫耳量之KI代替KHCO3 。使用點組合物之電導率為3.55 mS/cm (4B)、2.34 mS/cm (6A)、3.35 mS/cm (6B)。
將Blanket多晶矽、TEOS晶圓及SiN晶圓在Logitech臺式拋光機上使用IC1010墊在以上所列之條件下拋光60秒。拋光結果示於表6中。所有移除速率(RR)係以埃/分鐘(Å/min)列出。 表6
   PolySi RR TEOS RR SiN RR PolySi:TEOS PolySi:SiN
6A 3793 88 29 43 131
6B 4008 99 24 40 167
6C 3867 50 31 77 125
6D 4121 34 24 121 172
6E 4029 42 26 96 155
如自表6中所述之數據顯而易見，多晶矽移除速率不受鉀鹽選擇或導電性強烈影響。 實例7
在Logitech臺式拋光機上評價三種拋光組合物以評價pH對多晶矽移除速率之影響。組合物7A、7B及7C係與實例4之組合物4A相同，不同之處在於調整KOH之數量使得使用點組合物之pH為10.0 (7A)、10.5 (7B)及11.0 (7C)。
將Blanket多晶矽晶圓在Logitech臺式拋光機上使用D100墊在以上所列之條件下拋光60秒。拋光結果示於表7中。移除速率(RR)係以埃/分鐘(Å/min)列出。 表7
   PolySi RR
7A 3182
7B 4247
7C 3872
如自表7中所述之數據顯而易見，多晶矽移除速率在10.0、10.5及11.0之pH值下係高的。多晶矽移除速率在pH 10.5下係最高。 實例8
在Logitech臺式拋光機上評價八種拋光組合物。組合物8A及8B係與對應實例5及1中之組合物5B及1B相同，不同之處在於其係呈7.5x濃縮物製備及因此包含(i) 6.56重量%氧化矽(Nalco DVSTS006氧化矽粒子)，(ii) 1.26重量% L-精胺酸；(iii) 0.65重量% KHCO3 ，(d) 0.39重量% KOH，(e) 0.19重量%胺基三(亞甲基膦酸) (DEQUEST® 2000EG)，及(f) 0.165重量% 1,2,4-三唑(8A)或0.0重量% 1,2,4-三唑(8B)於去離子水中。組合物8C、8E及8G係與組合物8A相同，不同之處在於其包含替代膠質氧化矽。組合物8D、8F及8H係與組合物8B相同，不同之處在於其包含替代膠質氧化矽。組合物8C及8D包含Fuso PL-3膠質氧化矽。組合物8E及8F包含Fuso PL-5膠質氧化矽。組合物8G及8H包含Fuso PL-7膠質氧化矽。將一份組合物8A、8B、8C、8D、8E、8F、8G及8H各者與6.5份去離子水混合以獲得使用點拋光組合物。
將Blanket多晶矽、TEOS晶圓及SiN晶圓在Logitech臺式拋光機上使用IC1010墊在以上所列之條件下拋光60秒。拋光結果示於表8中。所有移除速率(RR)係以埃/分鐘(Å/min)列出。 表8
   PolySi RR TEOS RR SiN RR PolySi:TEOS PolySi:SiN
8A 2874 17 10 169 287
8B 2948 24 22 123 134
8C 3311 39 33 85 100
8D 3336 21 16 159 209
8E 3172 36 21 88 151
8F 3213 38 18 85 179
8G 3128 43 26 73 120
8H 3342 33 25 101 134
顯而易見多晶矽拋光速率不受約65 nm至約120 nm之範圍內之氧化矽粒度強烈影響。 實例9
在Mirra®拋光工具上評價六種拋光組合物以證實使用Logitech臺式拋光機進行之某些觀察結果。對照組合物係與實例1對照相同。組合物9A及9B係與實例1中之組合物1A及1B相同，不同之處在於其係呈10x濃縮物製備及因此包含(i) 8.75重量%氧化矽(Nalco DVSTS006氧化矽粒子)，(ii) 3.35重量% L-精胺酸(9A)或1.67重量% L-精胺酸(9B)，(iii) 0.87重量% KHCO3 ，(d) 0.53重量% KOH，(e) 0.26重量%胺基三(亞甲基膦酸) (DEQUEST® 2000EG)，及(f) 0.22重量% 1,2,4-三唑於去離子水中。組合物9C係與組合物9A相同，不同之處在於其包含5.83重量%氧化矽於濃縮物中(自組合物9A減少三分之一)。組合物9D係與實例1中之組合物9A相同，不同之處在於其係無三唑(0.0重量% 1,2,4-三唑)。組合物9E係與組合物9C相同，不同之處在於其係無三唑(0.0重量% 1,2,4-三唑)。
將Blanket多晶矽、TEOS晶圓及SiN晶圓在Logitech臺式拋光機上使用IC1010墊在以上所列之條件下拋光60秒。拋光結果示於表9中。所有移除速率(RR)係以埃/分鐘(Å/min)列出。 表9
   PolySi RR TEOS RR SiN RR PolySi:TEOS PolySi:SiN
對照 5444 36 68 151 80
9A 4858 21 23 231 211
9B 4667 20 23 233 203
9C 4945 14 13 353 380
9D 4732 20 22 237 215
9E 4770 13 13 367 367
如自表9中所述之數據顯而易見，該等組合物各者達成高多晶矽移除速率。包含減少(三分之一減少)之氧化矽濃度之組合物達成對TEOS及SiN二者之更高移除速率選擇性。
除非本文中另有指定或上下文明確矛盾，否則於描述本發明之上下文中(尤其於下列申請專利範圍之上下文中)使用術語「一(a/an)」及「該」及相似指示物應解釋為包含單數及複數二者。除非另有註明，否則術語「包括」、「具有」、「包含」及「含有」應解釋為開放式術語(即，意指「包括但不限於」)。除非本文中另有指示，否則本文中值之範圍之詳述僅意欲用作個別提及落入該範圍內之各單獨值之速記法，及各單獨值被併入本說明書中，如同其於本文中被個別詳述般。除非本文中另有指示或以其他方式上下文明確矛盾，否則本文中所述之所有方法可以任何適宜順序進行。除非另有主張，否則本文中所提供之任何及所有實例，或示例性語言(例如，「諸如」)之使用僅意欲更好闡明本發明且不對本發明之範圍施加限制。本說明書中之語言不應解釋為指示為實踐本發明必需之任何非主張之要素。
本文中描述本發明之較佳實施例，包括為發明者已知用於實施本發明之最佳模式。彼等較佳實施例之變型可在閱讀上述描述後對一般技術者變得顯然。發明者期望熟習技工適當地採用此等變型，及發明者預期其他如本文中明確所述地實踐本發明。因此，本發明包含隨附申請專利範圍中詳述之標的之所有修改及等效物，如由適用法律所許可。此外，除非本文中另有指示或以其他方式上下文明確矛盾，否則其所有可能變型中之上述要素之任何組合涵蓋於本發明中。

Claims (19)

  1. 一種用於拋光含有多晶矽層之基板之化學機械拋光組合物，該組合物包含：水基液體載劑；約0.1至約3重量%之分散於該液體載劑中之氧化矽磨料粒子；約0.05至約1重量%之多晶矽加速劑，該多晶矽加速劑選自由胺基酸、胍衍生物及其混合物組成之群；鹼金屬鹽；其中該組合物具有約10至約11之範圍內之pH；其中該組合物包含以重量計小於約500ppm之四烷基銨鹽；其中該組合物包含約0.03至約0.3重量%之碳酸氫鉀；且其中該組合物包含氫氧化鉀。
  2. 如請求項1之組合物，其包含約0.2至約1.5重量%之該氧化矽磨料粒子。
  3. 如請求項1之組合物，其包含約0.1至約0.5重量%之該多晶矽加速劑。
  4. 如請求項1之組合物，其中該多晶矽加速劑為精胺酸、三甲基甘胺酸、碳酸胍或其混合物。
  5. 如請求項1之組合物，其中該多晶矽加速劑為胍衍生物。
  6. 如請求項1之組合物，其進一步包含約0.01至約0.5重量%之雜環胺。
  7. 如請求項6之組合物，其中該雜環胺為三唑化合物。
  8. 如請求項1之組合物，其進一步包含約0.05至約0.5重量%之胺基膦酸化合物。
  9. 如請求項8之組合物，其中該胺基膦酸化合物為胺基三亞甲基膦酸。
  10. 如請求項1之組合物，其進一步包含約0.01至約1重量%之鉀鹽。
  11. 如請求項1之組合物，其進一步包含：0.05至約0.5重量%胺基三亞甲基膦酸；且其中該多晶矽加速劑為精胺酸。
  12. 如請求項1之組合物，其中該組合物包含小於約10ppm四烷基銨鹽。
  13. 一種化學機械拋光包含多晶矽材料之基板之方法，該方法包括：(a)提供多晶矽拋光組合物，其包含：水基液體載劑；約0.1至約3重量%之分散於該液體載劑中之氧化矽磨料粒子； 約0.05至約1重量%之多晶矽加速劑，該多晶矽加速劑選自由胺基酸、胍衍生物及其混合物組成之群；鹼金屬鹽；其中該組合物具有約10至約11之範圍內之pH；其中該組合物包含以重量計小於約500ppm之四烷基銨鹽；其中該組合物包含約0.03至約0.3重量%之碳酸氫鉀；且其中該組合物包含氫氧化鉀；(b)使該基板與該化學機械拋光組合物接觸；(c)相對於該基板移動該拋光組合物；及(d)研磨該基板以自該基板移除該含氧化矽之材料之一部分及從而拋光該基板。
  14. 如請求項13之方法，其中：該基板進一步包含氧化矽材料及氮化矽材料；於(d)中該多晶矽材料對該氧化矽材料之移除速率選擇性係大於約50：1；及於(d)中該多晶矽材料對該氮化矽材料之移除速率選擇性係大於約50：1。
  15. 如請求項13之方法，其中：該拋光組合物包含約0.2至約1.5重量%之該氧化矽磨料粒子及約0.1至約0.5重量%之該多晶矽加速劑；且該多晶矽加速劑為胍衍生物。
  16. 如請求項15之方法，其中：該拋光組合物進一步包含0.05至約0.5重量%之胺基三亞甲基膦酸；且其中該多晶矽加速劑為精胺酸。
  17. 如請求項13之方法，其中該拋光組合物包含小於約10ppm四烷基銨鹽。
  18. 一種化學機械拋光包含多晶矽材料之基板之方法，該方法包括：(a)提供濃縮之多晶矽拋光組合物，其包含：水基液體載劑；約1至約15重量%之分散於該液體載劑中之氧化矽磨料粒子；約0.5至約10重量%之多晶矽加速劑，該多晶矽加速劑選自由胺基酸、胍衍生物及其混合物組成之群；鹼金屬鹽；小於約0.1重量%四烷基銨鹽；約0.03至約0.3重量%之碳酸氫鉀；及氫氧化鉀；(b)將一份該濃縮之拋光組合物添加至約5至約30份水中以獲得具有約10至約11之範圍內之pH之使用點拋光組合物；(c)相對於該基板移動該拋光組合物；及(d)研磨該基板以自該基板移除該含氧化矽之材料之一部分及從而拋 光該基板。
  19. 如請求項18之方法，其中：該基板進一步包含氧化矽材料及氮化矽材料；該多晶矽材料對該氧化矽材料之移除速率選擇性係大於約50：1；及該多晶矽材料對該氮化矽材料之移除速率選擇性係大於約50：1。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230025243A (ko) * 2021-08-13 2023-02-21 삼성전자주식회사 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물
WO2023178003A1 (en) * 2022-03-14 2023-09-21 Versum Materials Us, Llc Stable chemical mechanical planarization polishing compositions and methods for high rate silicon oxide removal

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201241164A (en) * 2011-01-21 2012-10-16 Cabot Microelectronics Corp Silicon polishing compositions with improved PSD performance
CN102766406A (zh) * 2012-06-25 2012-11-07 深圳市力合材料有限公司 一种去除半导体硅片表面缺陷的抛光组合物及其制备方法
CN104371550A (zh) * 2013-08-14 2015-02-25 安集微电子（上海）有限公司 一种用于抛光硅材料的化学机械抛光液

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005347737A (ja) * 2004-05-07 2005-12-15 Nissan Chem Ind Ltd シリコンウェハー用研磨組成物
TW200619368A (en) * 2004-10-28 2006-06-16 Nissan Chemical Ind Ltd Polishing composition for silicon wafer
US7368388B2 (en) * 2005-04-15 2008-05-06 Small Robert J Cerium oxide abrasives for chemical mechanical polishing
EP2075824A4 (en) * 2006-07-28 2011-05-04 Showa Denko Kk POLISHING COMPOSITION
US8815110B2 (en) * 2009-09-16 2014-08-26 Cabot Microelectronics Corporation Composition and method for polishing bulk silicon
US8697576B2 (en) * 2009-09-16 2014-04-15 Cabot Microelectronics Corporation Composition and method for polishing polysilicon
WO2012032451A1 (en) * 2010-09-08 2012-03-15 Basf Se Aqueous polishing composition and process for chemically mechanically polishing substrates containing silicon oxide dielectric and polysilicon films
US20130045599A1 (en) * 2011-08-15 2013-02-21 Rohm and Electronic Materials CMP Holdings, Inc. Method for chemical mechanical polishing copper
JP6482234B2 (ja) * 2014-10-22 2019-03-13 株式会社フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物
KR20170044522A (ko) * 2015-10-15 2017-04-25 삼성전자주식회사 화학적 기계적 연마용 슬러리 조성물, 그의 제조 방법, 그를 이용한 연마 방법
JP6637816B2 (ja) * 2016-03-31 2020-01-29 株式会社フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物、基板の研磨方法および基板の製造方法
US10106705B1 (en) * 2017-03-29 2018-10-23 Fujifilm Planar Solutions, LLC Polishing compositions and methods of use thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201241164A (en) * 2011-01-21 2012-10-16 Cabot Microelectronics Corp Silicon polishing compositions with improved PSD performance
CN102766406A (zh) * 2012-06-25 2012-11-07 深圳市力合材料有限公司 一种去除半导体硅片表面缺陷的抛光组合物及其制备方法
CN104371550A (zh) * 2013-08-14 2015-02-25 安集微电子（上海）有限公司 一种用于抛光硅材料的化学机械抛光液

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