CN105829488A - 用于抛光基材的湿法铈土组合物、及其相关方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种化学机械抛光组合物与一种抛光基材的方法。该抛光组合物包含：低平均粒径(例如30纳米或更小)的湿法铈土研磨剂颗粒；至少一种醇胺；以及水，其中所述抛光组合物具有6的pH值。该抛光组合物可用于，例如，抛光例如半导体工业中所用的多晶硅晶片等任何适宜的基材。

Description

用于抛光基材的湿法铈土组合物、及其相关方法
背景技术
用于平坦化或抛光基材表面的组合物和方法是本领域公知的。抛光组合物(也称为抛光浆料)典型地含有在液体载体中的研磨剂材料，且通过使表面与饱含该抛光组合物的抛光垫接触而施加至表面。典型的研磨剂材料包括二氧化硅、铈氧化物、铝氧化物、锆氧化物、及锡氧化物。抛光组合物典型地与抛光垫(例如抛光布或抛光盘)共同使用。不同于悬浮于抛光组合物中或者除了悬浮于抛光组合物中以外，研磨剂材料可结合到抛光垫内。
浅沟槽隔离(STI)法是用于隔离半导体器件的元件的方法。在STI法中，在硅基材上形成多晶硅层，经由蚀刻或光蚀刻法形成浅沟槽，且沉积介电层(例如氧化物)以填充沟槽。由于以此方式形成的沟槽或线路的深度的变化，典型地必须在基材的顶部上沉积过量的介电材料，以确保所有沟槽的完全填充。
然后，典型地通过化学机械平坦化方法除去过量的介电材料，以暴露出多晶硅层。当暴露出多晶硅层时，基材暴露于化学机械抛光组合物的最大区域包含多晶硅，所述多晶硅必须随后被抛光以实现高度平坦且均匀的表面。因此，多晶硅层已经在化学机械平坦化过程期间用作停蚀层(stoppinglayer)，因为一旦暴露出多晶硅层，整体抛光速率发生降低。
STI基材典型地使用常规的抛光组合物进行抛光。然而，已观察到，使用常规的抛光组合物抛光STI基材会导致基材表面的过度抛光或者在STI特征中形成凹陷及其它形貌(topographical)缺陷，例如在基材表面上的微刮痕。此外，基材的过度抛光可能导致氧化物的损失以及下层氧化物的暴露，从而由抛光或化学活性而造成损害，这有害地影响器件的品质和性能。
仍需要在基材(例如半导体、尤其是多晶硅基材)的抛光和平坦化期间展示出期望的平坦化效率、均匀性、及移除速率且在抛光和平坦化期间使缺陷率(例如表面不完整性以及对下层结构和形貌的损害)最小化的抛光组合物和抛光方法。本发明提供这样的抛光组合物及方法。由在此提供的本发明说明书，本发明的这些与其它优点及其它发明特征将变得明晰。
发明内容
在一个方面中，本发明提供一种化学机械抛光组合物，其包含以下物质、基本上由以下物质组成、或者由以下物质组成：(a)具有30纳米或更小的平均粒径的湿法铈土研磨剂颗粒；(b)至少一种醇胺；以及(c)水，其中该组合物具有6或更高的pH值。
在另一个方面中，本发明提供一种抛光基材的方法。该方法包括：将基材与抛光垫及抛光组合物接触，该抛光组合物包含：(a)具有30纳米或更小的平均粒径的湿法铈土研磨剂颗粒、(b)至少一种醇胺、以及(c)水，其中该组合物具有6或更高的pH值。该方法进一步包括：将该抛光垫与该抛光组合物相对于该基材移动，从而磨除该基材的至少一部分以抛光该基材
附图说明
图1是本发明实施例1的抛光组合物的高密度等离子体(HDP)移除速率的立方图，对pH(X轴)、2-二甲基氨基-2-甲基丙醇(DMAMP)浓度(Y轴)、及聚山梨醇酯20浓度(Z轴)作图。
图2是本发明实施例2的抛光组合物的原硅酸四乙酯移除速率的正方图，对聚山梨醇酯20浓度(X轴)与三乙醇胺浓度(Y轴)作图。
图3是本发明实施例2的抛光组合物的在50％密度下的间距长度(pitchlength)(X轴)对凹陷(Y轴)的线形图。
图4是本发明实施例3的抛光组合物(X轴)的TEOS、HDP、及多晶硅移除速率(Y轴)的柱状图。
图5是本发明实施例3的抛光组合物的凹陷(Y轴)对在50％密度下的间距长度(X轴)的线形图。
图6是本发明实施例4的抛光组合物(X轴)的TEOS、HDP、及多晶硅移除速率(Y轴)的柱状图。
图7是本发明实施例6的各种抛光组合物(X轴)的TEOS、HDP、及多晶硅移除速率(Y轴)的柱状图。
图8是本发明实施例6的抛光组合物在不同阈值(X轴)下的随机缺陷计数(DCN)(Y轴)的盒形图。
具体实施方式
本发明的实施方式提供一种化学机械抛光组合物，其包含以下物质、基本上由以下物质组成、或者由以下物质组成：(a)具有30纳米或更小的平均粒径的湿法铈土研磨剂颗粒；(b)一种或多种醇胺；以及(c)水，其中该化学机械抛光组合物的pH值为6或更高。这样的抛光组合物呈浆料形式且可用于抛光任何合适的基材，例如，使用包括抛光垫在内的适宜的化学机械抛光(CMP)设备抛光机械性能弱的表面(例如多晶硅)，如本文所述的那样。
在一些实施方式中，所述抛光组合物实现介电层(例如氧化物)的高移除速率。另外，在一些实施方式中，所述抛光组合物实现多晶硅和/或硅氮化物的低移除速率。另外，在一些实施方式中，所述抛光组合物实现介电层的高移除速率且同时实现多晶硅和/或硅氮化物的低移除速率。另外，在一些实施方式中，所述抛光组合物展示出在基材上所存在的材料的损失方面的均匀性。本文所用的术语“均匀性”是指来自基材特定区域(例如基材的边缘、中部、中心)的基材上材料总损失的度量，且比较来自各区域的测量结果，其中，越接近的值对应于越大的均匀性。另外，在一些实施方式中，所述抛光组合物展示出在介电层沟槽内的低的凹陷(dishing)。本文所用的术语“凹陷”是指在填充有介电层的沟槽中形成凹坑的程度。凹陷通过获取经介电填充的沟槽与相邻特征(例如多晶硅特征)之间的高度差来进行测量。凹陷可通过本领域技术人员已知的椭圆光度法进行测量。此外，在一些实施方式中，所述抛光组合物于正在抛光的基材上实现低的缺陷率。本文所用的术语“缺陷率”是指用抛光组合物抛光基材后，基材上所存在的缺陷(例如，刮痕)的计数。缺陷率可通过本领域技术人员已知的扫描电子显微法测量。
所述化学机械抛光组合物包含铈土(ceria)研磨剂。如本领域普通技术人员所知的，铈土是稀土金属铈的氧化物且亦被称为“铈的氧化物(cericoxide)”、“铈氧化物(ceriumoxide)(例如铈(IV)氧化物)”、或“二氧化铈(ceriumdioxide)”。铈(IV)氧化物(CeO2)可通过煅烧草酸铈或氢氧化铈而形成。铈还形成铈(III)氧化物，例如，Ce2O3。铈土研磨剂可为这些或其它铈土氧化物中的任意一种或多种。
铈土研磨剂可为任何适宜的类型。优选地，铈土研磨剂为湿法铈土。本文所用“湿法”铈土是指通过沉淀、缩聚、或类似过程而制备的铈土(不同于，例如，热解或火成的铈土)。举例而言，在一些实施方式中，湿法铈土通过沉淀含铈的前体而形成，经由调节pH及压力来控制沉淀，以实现受控的粒径。因此，通过以该方式控制颗粒的生长，湿法技术相比干法技术可产生更小的颗粒，在干法技术中，典型地使用煅烧工艺对来自含铈土的前体的铈氧化物实施干燥与退火，以实现所期望的结晶度。
典型地，已经发现，包含湿法铈土研磨剂的本发明抛光组合物当用于根据本发明的方法抛光基材时，展示出较少的缺陷。不期望受具体理论的限制，据信湿法铈土包含基本上球形的铈土颗粒和/或较小的聚集体铈土颗粒，由此当用于本发明的方法中时产生较低的基材缺陷率。进一步地，相信，本文所述的湿法铈土颗粒将以较低的动量及能量接触基材(例如晶片)，由此减少缺陷(例如刮痕)的频率与尺寸。示例性的湿法铈土为可从Rhodia,Cranbury,NewJersey商购获得的HC-60TM铈土。
对于非球形颗粒，颗粒的尺寸是包围该颗粒的最小球体的直径。本文所用的未经修饰的短语“粒径”可指初级颗粒和次级颗粒之一或这两者。初级颗粒是指分散于水性载体(例如水)中的那些单独的铈土颗粒，而次级颗粒是指在水中融合在一起的单个铈土颗粒的聚集体。粒径可使用任何适宜的技术量测，举例而言，使用本领域技术人员已知的激光衍射技术。
铈土研磨剂颗粒可具有任何适宜的平均粒径(例如40纳米或更小、35纳米或更小、30纳米或更小、29纳米或更小、28纳米或更小、27纳米或更小、26纳米或更小、25纳米或更小、24纳米或更小、23纳米或更小、22纳米或更小、21纳米或更小、20纳米或更小、18纳米或更小、15纳米或更小、12纳米或更小、10纳米或更小、7纳米或更小、5纳米或更小、3纳米或更小、1纳米或更小、或0.1纳米或更小的平均粒径。各个上述端点可具有下限，例如从0.1纳米至40纳米，若在数值上合适，例如下限为0.1纳米、1纳米、2纳米、3纳米、4纳米、5纳米、6纳米、7纳米、10纳米、12纳米、15纳米、18纳米、20纳米、22纳米、25纳米、30纳米、35纳米、或39纳米。举例而言，铈土研磨剂颗粒可具有0.1纳米至40纳米、例如14纳米至24纳米、18纳米至23纳米、17纳米至21纳米、3纳米至27纳米、5纳米至26纳米、7纳米至30纳米或15纳米至25纳米等的平均粒径。优选地，铈土研磨剂颗粒具有30纳米或更小的平均粒径。
在一些实施方式中，抛光组合物可包含具有16纳米或更小的平均初级颗尺寸的铈土研磨剂颗粒。铈土研磨剂颗粒可具有16纳米或更小的任意适合的平均初级粒径，例如，15纳米或更小、14纳米或更小、12纳米或更小、11纳米或更小、10纳米或更小、9纳米或更小、8纳米或更小、7纳米或更小、6纳米或更小、5纳米或更小、3纳米或更小、或1纳米或更小。各个上述端点可具有下限，例如从0.1纳米至16纳米，若在数值上合适，例如下限为0.1纳米、1纳米、2纳米、3纳米、4纳米、5纳米、6纳米、7纳米、10纳米、12纳米、14纳米、或16纳米。举例而言，铈土研磨剂颗粒可具有0.1纳米至16纳米，例如，1纳米至11纳米、4纳米至7纳米、2纳米至10纳米、3纳米至8纳米、或5纳米至9纳米的平均初级粒径。优选地，铈土研磨剂颗粒具有12纳米或更小的平均初级粒径。
铈土研磨剂颗粒可具有40纳米或更少的任意合适的平均二级粒径(即，平均颗粒直径)，例如，35纳米或更少、约30纳米或更少、29纳米或更少、28纳米或更少、27纳米或更少、26纳米或更少、25纳米或更少。各前述端点可具有数值合适的下限，例如，从25纳米至40纳米，例如下限可为，25纳米、26纳米、27纳米、28纳米、29纳米、30纳米、35纳米、39纳米或40纳米的下限。例如，铈土研磨剂颗粒可具有25纳米至40纳米的平均二级颗粒，例如，26纳米至35纳米、27纳米至30纳米、或28纳米至29纳米。优选地，铈土研磨剂颗粒具有30纳米或更低的平均二级粒径。
根据一些实施方式，铈土研磨剂颗粒在抛光组合物中是基本上无聚集的。聚集在抛光组合物中产生较大的粒径，因而，在基材表面用抛光组合物抛光时产生较高的冲击碰撞。因此，聚集可造成基材表面上较高的缺陷率。本文所用的短语“基本上无”意指零聚集或无关紧要量的聚集。无关紧要量的聚集可为，例如，按重量计的抛光组合物中的全部铈土颗粒的1％或更低，例如，举例而言，0.5％或更低、0.1％或更低、0.01％或更低、或0.001％或更低。
优选地，铈土颗粒在本发明的抛光组合物中是胶体稳定的。术语胶体指的是研磨剂颗粒在液体载体中的悬浮液。胶体稳定性指的是该悬浮液随时间的保持性。在本发明的上下文中，如果当将研磨剂置于100毫升量筒中并使其无搅动地静置2小时的时间时，量筒底部50毫升中的颗粒浓度([B]，以g/ml表示)与量筒顶部50毫升中的颗粒浓度([T]，以g/ml表示)之间的差除以研磨剂组合物中颗粒的初始浓度([C]，以g/mL表示)小于或等于0.5(即，{[B]-[T]}/[C]≤0.5)，则认为铈土研磨剂是胶体稳定的。更优选地，{[B]-[T]}/[C]的值小于或等于0.3，且最优选地小于或等于0.1。
铈土研磨剂颗粒能够以任何适宜的量存在于抛光组合物中。若本发明的抛光组合物包含过少的铈土研磨剂，则组合物不会展示出足够的移除速率。相反，若抛光组合物包含过多的铈土研磨剂，则抛光组合物可能展现出不合乎期望的抛光性能和/或可能不具有成本效益和/或可能缺乏稳定性。
有利的是，在一些实施方式中，相比于经常超过10-12重量％固体的常规体系，铈土研磨剂颗粒以更低的固体浓度存在。根据本发明的实施方式，使用更低量的铈土研磨剂颗粒可产生更低的缺陷率以及显著的成本节约。
举例而言，铈土研磨剂颗粒可以0.0005重量％或更高的浓度存在，例如0.001重量％或更高、0.005重量％或更高、0.01重量％或更高、0.05重量％或更高、0.1重量％或更高、或0.5重量％或更高。可选择地，或另外地，铈土研磨剂颗粒可以10重量％或更低的浓度存在于抛光组合物中，例如，9重量％或更低、8重量％或更低、7重量％或更低、5重量％或更低、3重量％或更低、2重量％或更低、或1重量％或更低。因此，抛光组合物可以在由上述端点中的任意二者所限定的范围内的浓度包含铈土研磨剂颗粒。举例而言，铈土研磨剂颗粒可以0.05重量％至10重量％的浓度存在，例如0.1重量％至1.0重量％、0.01重量％至3.0重量％、0.005重量％至7.0重量％、0.05重量％至9.0重量％、0.5重量％至8.0重量％、或0.001重量％至5.0重量％。优选地，铈土研磨剂颗粒以0.001重量％至2.0重量％的浓度存在于抛光组合物中。在一些实施方式中，铈土研磨剂颗粒以1重量％或更低的含量存在，例如0.1重量％至1重量％，如0.1重量％至0.7重量％、0.1重量％至0.5重量％、0.1重量％至0.3重量％(例如0.2重量％)。
在一些实施方式中，抛光组合物中包括醇胺，用以改变所抛光基材的表面特性，以便使基材表面更易于接受与研磨剂颗粒的相互作用。抛光组合物的pH在决定抛光组合物与所抛光基材的表面之间的相互作用方面扮演重要角色。醇胺包含在一些实施方式中，以协助将抛光组合物的pH提高到至少约6、7或更高的pH(例如6至11的pH)，而不会使铈土研磨剂颗粒不稳定。就此而言，天然铈土颗粒可具有较低的pH(例如4)，且醇胺可在抛光组合物中起主要pH调节剂的作用，以防止在pH6下的呈聚集颗粒形式的颗粒生长，所述聚集颗粒会从溶液中析出。因此，醇胺的存在可以降低原本在pH6下可能会发生的铈土研磨剂颗粒的聚集及其沉淀的发生。
所述抛光组合物的pH可为至少6或更高的任何适宜pH，例如6.5或更高、7或更高、7.5或更高、8或更高、8.5或更高、9或更高、9.5或更高、或10或更高。另外，所述抛光组合物的pH可为14或更低，例如13.5或更低、13或更低、12.5或更低、12或更低、11.5或更低、11或更低、10.5或更低、10或更低、9.5或更低、9或更低、8.5或更低、或8或更低。因此，所述抛光组合物的pH可在由任意上述端点所界定的范围内。举例而言，所述抛光组合物的pH可为6至14，例如，6至10、6至8、6至7、7至14、7至10、或8至12。
为了使醇胺与基材在该pH范围内相互作用，在一些实施方式中，醇胺合乎期望地带有pKa(在水中)为7至11、例如7.5至10、例如8至9的官能团，例如，使醇胺在水中起到碱的作用。在一些实施方式中，醇胺具有为6至10、例如7.5至9、例如6.5至7的等电点(pKi，亦称为pI)。
所述醇胺可为任何适宜的醇胺。优选地，所述醇胺为2-二甲基氨基-2-甲基丙醇(DMAMP)、三乙醇胺、二乙醇胺、乙醇胺、2-氨基-2-2甲基-1,3-丙二醇、Bis-Tris(双(2-羟基乙基)氨基-三(羟基甲基)甲烷)、Tris(三(羟基甲基)氨基甲烷)、其共形成的产物、或者它们的组合。
醇胺可以任何适宜的浓度存在。举例而言，醇胺可以0.0005重量％或更高，例如，0.005重量％或更高、0.01重量％或更高、0.05重量％或更高、0.1重量％或更高、或0.5重量％或更高的浓度存在。可选择地，或者此外，醇胺可以5重量％或更低，例如，4重量％或更低、3重量％或更低、2重量％或更低、或1重量％或更低的浓度存在于抛光组合物中。因此，醇胺可以由上述端点中的任意两个所界定的范围内的浓度存在于抛光组合物中。举例而言，醇胺可以0.005重量％至5重量％，例如，0.01重量％至3重量％、0.1重量％至2重量％、0.005重量％至4重量％、或0.05重量％至1重量％的浓度存在。优选地，醇胺是以0.001重量％至1重量％的浓度存在于抛光组合物中。
抛光组合物的pH可通过任何适宜的手段实现和/或维持。更具体而言，抛光组合物可进一步包含次要的pH调节剂，所述次要的pH调节剂可单独使用或者与醇胺、pH缓冲剂、或者它们的组合共同使用。所述次要的pH调节剂可为任何适宜的pH调节化合物，例如任何适宜的酸。典型地，所述酸为乙酸、硝酸、磷酸、草酸、及其组合。优选地，所述酸为硝酸。可选择地，所述次要的pH调节剂可为碱。所述碱可为任何适宜的碱。典型地，所述碱为氢氧化钾、氢氧化铵、及其组合。所述pH缓冲剂可为任何适宜的缓冲剂。举例而言，所述pH缓冲剂可为磷酸盐、硫酸盐、乙酸盐、硼酸盐、铵盐等。抛光组合物可包含任何适宜量的pH调节剂和/或pH缓冲剂，条件是使用适宜的量以实现和/或维持抛光组合物的pH在本文所提出的pH范围内。
任选地，在一些实施方式中，抛光组合物可包括一种或多种非离子型表面活性剂。非离子型表面活性剂可为任何适宜的非离子型表面活性剂。优选地，非离子型表面活性剂为聚山梨醇酯、聚山梨醇酯20、聚山梨醇酯60、聚山梨醇酯65、聚山梨醇酯80、聚山梨醇酯85、脱水山梨糖醇、聚氧乙烯醚、乙氧基化物(ethoxylate)、丙烯酸类、聚醚多元醇、润湿剂(hydropalat)3233、脱水山梨糖醇单月桂酸酯、聚氧乙烯(40)壬基苯基醚、季戊四醇乙氧基化物、丙三醇丙氧基化物-嵌段-乙氧基化物(glycerolpropoxylate-block-ethoxylate)、丙烯酸类共聚物、基于聚环氧丙烷的三醇、其共形成的产物、或者它们的组合。在一些实施方式中，非离子型聚合物起表面活性剂和/或润湿剂的作用。非离子型表面活性剂的存在有利地允许对于介电层(例如氧化物)的有用的移除速率且同时降低多晶硅的移除速率。另外，在本发明的一些实施方式中，非离子型表面活性剂的存在允许低的凹陷。此外，在本发明的一些实施方式中，非离子型表面活性剂的存在允许所抛光基材上的低缺陷率。
如果在抛光组合物中存在非离子型表面活性剂的话，非离子型表面活性剂可以任何适宜的浓度存在于抛光组合物中。举例而言，非离子型表面活性剂可以0.0005重量％或更高，例如0.005重量％或更高、0.01重量％或更高、0.05重量％或更高、0.1重量％或更高、或0.5重量％或更高的浓度存在。可选择地，或者此外，非离子型表面活性剂可以5重量％或更低，例如4重量％或更低、3重量％或更低、2重量％或更低、或1重量％或更低的浓度存在于抛光组合物中。因此，非离子型表面活性剂可以在由上述端点中的任意两个所界定的范围内的浓度存在于抛光组合物中。举例而言，非离子型表面活性剂可以0.005重量％至5重量％，例如0.01重量％至3重量％、0.1重量％至2重量％、0.005重量％至4重量％、或0.05重量％至1重量％的浓度存在。优选地，非离子型表面活性剂以0.001重量％至1.0重量％的浓度存在于抛光组合物中。
非离子型表面活性剂可具有任何适宜的亲水亲油平衡值(hydrophiliclipophilicbalance；HLB)。举例而言，非离子型表面活性剂可具有3或更高，例如4或更高、5或更高、6或更高、7或更高、8或更高、9或更高、10或更高、或11或更高的HLB。可选择地，或者此外，非离子型表面活性剂可具有22或更低，例如21或更低、20或更低、19或更低、18或更低、17或更低、16或更低、15或更低、14或更低、13或更低、或12或更低的HLB。因此，非离子型表面活性剂可具有在由上述端点中的任意两个所界定的范围内的HLB。举例而言，非离子型表面活性剂可具有3至22、4至21、5至20、6至19、10至13、或8至15的HLB。优选地，非离子型表面活性剂具有7至18的HLB。
任选地，在一些实施方式中，抛光组合物可包括一种或多种增稠剂。可包括增稠剂以例如作为凹陷降低剂。增稠剂可为任何适宜的增稠剂。优选地，增稠剂为纤维素化合物、葡聚糖、聚乙烯醇、角叉菜胶、壳聚糖、羟乙基纤维素、羧乙基纤维素、羟甲基纤维素、甲基纤维素、羟丙基纤维素、其共形成的产物、或者它们的组合。
如果在抛光组合物中存在增稠剂的话，增稠剂可以任何适宜的浓度存在于抛光组合物中。举例而言，增稠剂可以0.0005重量％或更高、例如0.005重量％或更高、0.01重量％或更高、0.05重量％或更高、0.1重量％或更高、或0.5重量％或更高的浓度存在。可选择地，或另外地，增稠剂可以5重量％或更低、例如4重量％或更低、3重量％或更低、2重量％或更低、或1重量％或更低的浓度存在于抛光组合物中。因此，增稠剂可以在由上述端点中的任意两个所界定的范围内的浓度存在于抛光组合物中。举例而言，增稠剂可以0.005重量％至5重量％、例如0.01重量％至3重量％、0.1重量％至2重量％、0.005重量％至4重量％、或0.05重量％至1重量％的浓度存在。优选地，增稠剂以0.001重量％至1.0重量％的浓度存在于抛光组合物中。
任选地，在一些实施方式中，抛光组合物可包括一种或多种阳离子型聚合物，举例而言，以用作移除速率促进剂、缺陷率降低剂、或同时用作二者。阳离子型聚合物可为任何适宜的阳离子型聚合物。优选地，阳离子型聚合物为聚(甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵)(聚MADQUAT)、聚(二烯丙基二甲基氯化铵)(聚DADMAC)、聚(丙烯酰胺)、聚(烯丙胺)、聚(乙烯基咪唑鎓)、聚(乙烯基吡啶鎓)、其共形成的产物、或前述的组合。
若存在于抛光组合物中，阳离子型聚合物可以任何适宜的浓度存在于抛光组合物中。举例而言，阳离子型聚合物可以0.0005重量％或更高、例如0.005重量％或更高、0.01重量％或更高、0.05重量％或更高、0.1重量％或更高、或0.5重量％或更高的浓度存在。可选择地，或另外地，阳离子型聚合物可以5重量％或更低、例如4重量％或更低、3重量％或更低、2重量％或更低、或1重量％或更低的浓度存在于抛光组合物中。因此，阳离子型聚合物可以在由上述端点中的任意两个所界定的范围内的浓度存在于抛光组合物中。举例而言，阳离子型聚合物可以0.005重量％至5重量％、例如0.01重量％至3重量％、0.1重量％至2重量％、0.005重量％至4重量％、或0.05重量％至1重量％的浓度存在。优选地，阳离子型聚合物以0.001重量％至1.0重量％的浓度存在于抛光组合物中。
任选地，抛光组合物可进一步包括一种或多种添加剂。例示性添加剂包括调节剂、酸(例如磺酸)、络合剂(例如阴离子型聚合物络合剂)、螯合剂、杀生物剂、阻垢剂(scaleinhibiter)、分散剂等。
杀生物剂可为任何适宜的杀生物剂且可以任何适宜的量存在于抛光组合物中。适宜的杀生物剂为异噻唑啉酮杀生物剂。抛光组合物中所用杀生物剂的量典型地为1至50ppm，优选10至20ppm。
抛光组合物可通过任何适宜的技术制备，其中许多是本领域技术人员所熟知的技术。抛光组合物可通过分批法或连续法制备。通常，抛光组合物可通过以任何顺序组合本文所述组分而制备。本文所用的术语“组分”包括单个成份(例如铈土研磨剂、醇胺、水、任选的非离子型表面活性剂、任选的增稠剂、任选的阳离子型聚合物、和/或任何任选的添加剂)以及各成份(例如铈土研磨剂、醇胺、水、任选的非离子型表面活性剂、任选的增稠剂、任选的阳离子型聚合物等)的任何组合。
举例而言，抛光组合物可通过下列制备：(i)提供全部或一部分的液体载体，(ii)分散铈土研磨剂、醇胺、水、任选的非离子型表面活性剂、任选的增稠剂、任选的阳离子型聚合物、和/或任何任选的添加剂在液体载体中，这是使用任何适于制备这样的分散体的方法进行的，(iii)酌情调节分散体的pH，及(iv)任选地添加适宜量的任何其它任选的组分和/或添加剂至混合物中。
可选择地，抛光组合物可通过下列制备：(i)提供一种或多种组分(例如，水、任选的非离子型表面活性剂、任选的增稠剂、任选的阳离子型聚合物、和/或任何任选的添加剂)在铈氧化物浆料中，(ii)提供一种或多种组分(例如，水、任选的非离子型表面活性剂、任选的增稠剂、任选的阳离子型聚合物、和/或任何任选的添加剂)在添加剂溶液中，(iii)组合铈氧化物浆料与添加剂溶液而形成混合物，(iv)任选地添加适宜量的任何其它任选的添加剂至混合物中，以及(v)酌情调节混合物的pH。
抛光组合物可以包含下列的单料包体系(one-packagesystem)形式提供：铈土研磨剂、醇胺、任选的非离子型表面活性剂、任选的增稠剂、任选的阳离子型聚合物、和/或任何任选的添加剂、及水。可选择地，本发明的抛光组合物可提供作为包含铈氧化物浆料与添加剂溶液的双料包体系(two-packingsystem)，其中铈氧化物浆料基本上由下列成分组成、或由下列成分组成：铈土研磨剂、任选的非离子型表面活性剂、任选的增稠剂、任选的阳离子型聚合物、和/或任何任选的添加剂。双料包体允许通过改变两个料包即铈氧化物浆料与添加剂溶液的混合比而调节基材总的(global)平坦化特性及抛光速度。
可采用各种方法来利用这样的双料包抛光体系。举例而言，铈氧化物浆料与添加剂溶液可透过不同的管道递送至抛光台，所述管道在供应管路的出口处结合并连接。铈氧化物浆料与添加剂溶液可于抛光前不久或于抛光前立即混合，或可同时供应在抛光台上。此外，当混合两个料包时，可根据需要添加去离子水，以调节抛光组合物及所得的基材抛光特性。
类似地，根据本发明，可使用三料包、四料包、或更多料包的体系，其中多个容器各自含有本发明化学机械抛光组合物的不同组分、一种或多种任选的组分、和/或一种或多种不同浓度的相同组分。
为了在使用点处或靠近使用点处混合两个或更多储存装置中所含的组分以产生抛光组合物，储存装置典型地提供有一条或多条流动路线，自各储存装置通向抛光组合物的使用点(例如平台、抛光垫或基材表面本身)。本文所用的术语“使用点”是指抛光组合物被施加至基材表面上的点(例如，抛光垫或基材表面本身)。术语“流动路线”是指自单个储存容器至其中所储存组分的使用点的流程路径。流动路线可分别直接通向使用点，或两条或更多流动路线可在任何点处组合成单条流动路线而通向使用点。此外，流动路线的任一者(例如单个流动路线或经组合的流动路线)在到达组分使用点之前可首先通向一个或多个其它装置(例如，泵送装置、测量装置、混合装置等)。
抛光组合物的组分可独立地递送至使用点(例如，组分递送至基材表面，在此在抛光过程期间混合组分)，或一种或多种组分可在递送至使用点之前，例如在递送至使用点之前不久或在递送至使用点之前立即组合。组分是“在递送至使用点之前立即”组合，若组分是在以混合形式添加于平台上之前5分钟或更短时间内组合，举例而言，在以混合形式添加于平台上之前4分钟或更短、3分钟或更短、2分钟或更短、1分钟或更短、45秒或更短、30秒或更短、10秒或更短，或在使用点处同时递送组分(例如在分配器处组合组分)。若组分是在使用点5米内组合，例如在使用点1米内，或甚至在使用点10厘米内(例如使用点1厘米内)，则组分也是“在递送至使用点之前立即”组合。
当抛光组合物的两种或更多种组分在达到使用点之前组合时，组分可在流动路线中组合并递送至使用点而不使用混合装置。可选择地，一条或多条流动路线可通向混合装置，以促进两种或更多种组分的组合。可使用任何适宜的混合装置。举例而言，混合装置可为两种或更多种组分所流经的喷嘴或喷射器(例如，高压喷嘴或喷射器)。可选择地，混合装置可为容器型混合装置，包含一个或多个入口以及至少一个出口，抛光浆液的两种或更多种组分经由入口引入混合器中，经混合的组分经由出口离开混合器而直接或经由装置的其它元件(例如经由一条或多条流动路线)递送使用点。此外，混合装置可包含一个以上的室，每一个室皆具有至少一个入口及至少一个出口，其中两种或更多种组分在各室中组合。若使用容器型混合装置，则混合装置优选包含混合机构以进一步促进组分的混合。混合机构是本领域通常所知的且包括搅拌器、共混器、搅动器(agitator)、叶片式折流板(paddledbaffle)、气体喷雾系统(gasspargersystem)、振动器等。
抛光组合物还可以浓缩物形式提供，其旨在在使用前用适量的水稀释。在这样的实施方式中，抛光组合物浓缩物所包含的抛光组合物的组分的含量使得，当用适量的水稀释浓缩物时，抛光组合物的各组分将以在各组分的上述合适范围内的含量存在于抛光组合物中。举例而言，铈土研磨剂、醇胺、任选的非离子型表面活性剂、任选的增稠剂、任选的阳离子型聚合物、和/或任何任选的添加剂可各自以大于各组分的上述浓度2倍(例如，3倍、4倍、或5倍)的含量存在于浓缩物中，以便当浓缩物用等体积的水(例如，分别为2等体积水、3等体积水、或4等体积水)稀释时，各组分将以在各组分的上述范围内的含量存在于抛光组合物中。此外，如本领域普通技术人员所理解，浓缩物可含有存在于最终抛光组合物中的适当分数的水，以确保铈土研磨剂、醇胺、任选的非离子型表面活性剂、任选的增稠剂、任选的阳离子型聚合物、和/或任何任选的添加剂至少部分地或完全溶于浓缩物中。
本发明的实施方式还提供一种使用本文所述抛光组合物的实施方式来抛光基材的方法。抛光基材的方法包括：(i)提供基材，(ii)提供抛光垫，(iii)提供根据本发明实施方式的抛光组合物，(iv)使基材与抛光垫及抛光组合物接触，及(v)使抛光垫和抛光组合物相对于基材移动，从而磨除基材的至少一部分以抛光基材。
特定而言，该方法的一些实施方式包括将基材与抛光垫及抛光组合物接触，抛光组合物包含：(a)具有30纳米或更小的平均粒径的湿法铈土研磨剂颗粒；(b)至少一种醇胺；以及(c)水。抛光组合物具有6或更高的pH值。该方法进一步包括将抛光垫与抛光组合物相对于基材移动，从而磨除基材的至少一部分以抛光基材。
在接触步骤中，抛光组合物以本领域普通技术人员所理解的适宜量存在。
研磨步骤以适宜的时间量进行，例如，以实现基材的期望抛光。
抛光组合物可用于抛光任何适宜的基材且尤其可用于抛光包含至少一层由低介电材料所构成的层(通常为表面层)。适宜的基材包括半导体工业中使用的晶片。晶片典型地包含下列或由下列组成：例如，金属、金属氧化物、金属氮化物、金属复合物、金属合金、低介电材料、或者它们的组合。本发明的方法特别适用于抛光包含硅氧化物、和/或多晶硅的基材，以便将一部分硅氧化物和/或多晶硅自基材移除来抛光基材。以本发明的抛光组合物抛光的介电层(例如硅氧化物)可具有任何适宜的介电常数，例如3.5或更低，例如3或更低、2.5或更低、2或更低、1.5或更低、或1或更低的介电常数。可选择地，或者此外，介电层可具有1或更高，例如1.5或更高、2或更高、2.5或更高、3或更高、或3.5或更高的介电常数。因此，介电层可具有在由上述端点中的任意两个所界定的范围内的介电常数。举例而言，介电层可具有在1与3.5之间，例如2与3之间、2与3.5之间、2.5与3之间、2.5与3.5之间的介电常数。
在一些实施方式中，基材包含多晶硅和硅氧化物和/或硅氮化物的组合。多晶硅可为任何适宜的多晶硅，其中许多是本领域已知的。多晶硅可具有任何适宜的相，且可为非晶的、结晶的、或者它们的组合。类似地，硅氧化物可为任何适宜的硅氧化物，其中许多硅氧化物为本领域已知的。适宜的硅氧化物类型包括但不限于硼磷硅玻璃(BPSG)、等离子体增强的原硅酸四乙酯(PETEOS)、原硅酸四乙酯(TEOS)、热氧化硅(thermaloxide)、未经掺杂的硅酸盐玻璃、及高密度等离子体(HDP)氧化物。
当根据本发明的方法抛光包含硅氧化物的基材时，抛光组合物合意地展现出高移除速率。举例而言，当根据本发明的实施方式抛光包含高密度等离子体(HDP)氧化物和/或等离子体增强的原硅酸四乙酯(PETEOS)、旋涂式玻璃(spin-on-glass；SOG)和/或原硅酸四乙酯(TEOS)的硅晶片时，抛光组合物令人满意地展示出400埃/分钟或更高，例如700埃/分钟或更高、1,000埃/分钟或更高、1,250埃/分钟或更高、1,500埃/分钟或更高、1,750埃/分钟或更高、2,000埃/分钟或更高、2,500埃/分钟或更高、3,000埃/分钟或更高、3,500埃/分钟或更高、4000埃/分钟或更高、4500埃/分钟或更高、或5000埃/分钟或更高的硅氧化物移除速率。
当根据本发明的方法抛光包含多晶硅和/或硅氮化物的基材时，抛光组合物令人满意地展现出低移除速率。举例而言，当根据本发明的实施方式抛光包含多晶硅的硅晶片时，抛光组合物合意地展示出1,000埃/分钟或更低，例如750埃/分钟或更低、500埃/分钟或更低、250埃/分钟或更低、100埃/分钟或更低、50埃/分钟或更低、25埃/分钟或更低、10埃/分钟或更低、或甚至5埃/分钟或更低的多晶硅和/或硅氮化物移除速率。
举例而言，在一些实施方式中，本发明的抛光组合物及方法可用于具有由硅氧化物沟槽所隔离的多晶硅方格的应用中。在一些实施方式中，抛光组合物可用于多晶硅上停止(stop-on-poly，SOP)的应用，例如针对用于易于出现刮痕等缺陷的非易失性存储装置的“NADNflash”抛光。令人满意地，在一些实施方式中，根据本发明的抛光组合物及方法的使用可以将晶片的产率增加到至少90％，例如至少92％、或至少95％。
如通过适宜的技术所判断的，当抛光基材时，抛光组合物令人满意地展示出低凹陷。举例而言，当用本发明的实施方式抛光包括填充有介电层(例如氧化物)的沟槽的图案化硅晶片时，抛光组合物令人满意地展示出2500埃或更低，例如2000埃或更低、1750埃或更低、1500埃或更低、1250埃或更低、1000埃或更低、750埃或更低、500埃或更低、250埃或更低、100埃或更低、50埃或更低、或25埃或更低的凹陷。
如通过适宜的技术所判断的，当抛光基材时，抛光组合物令人满意地展示出低的颗粒缺陷。用本发明的抛光组合物所抛光的基材上的颗粒缺陷可通过任何适宜的技术确定。举例而言，激光扫描技术，例如暗视野法线复合光束法(darkfieldnormalbeamcomposite，DCN)及暗视野斜向复合光束法(darkfieldobliquebeamcomposite，DCO)，可用于确定所抛光基材上的颗粒缺陷。用于评估颗粒缺陷率的适宜的仪器可自例如KLA-Tencor获得(例如在120纳米阈值或160纳米阈值下运作的SURFSCANTMSP1仪器)。
用该抛光组合物抛光的基材，尤其是包含硅氧化物和/或多晶硅的硅，令人满意地具有20,000计数或更低，例如17,500计数或更低、15,000计数或更低、12,500计数或更低、3,500计数或更低、3,000计数或更低、2,500计数或更低、2,000计数或更低、1,500计数或更低、或1,000计数或更低的DCN值。优选地，根据本发明实施方式抛光的基材具有750计数或更低，例如500计数、250计数、125计数、或甚至100计数或更低的DCN值。
如通过适宜的技术所判断的，用抛光组合物的实施方式抛光的基材令人满意地展示出低的总刮痕计数。举例而言，抛光组合物令人满意地展示出90计数或更低，例如80计数或更低、70计数或更低、60计数或更低、50计数或更低、40计数或更低、30计数或更低、20计数或更低、10计数或更低、5计数或更低、2计数或更低、或1.5计数或更低的总刮痕计数。
当用抛光组合物的实施方式抛光多晶硅基材时，来自基材的多晶硅损失可自多晶硅基材的边缘、中部、及中心量测。如通过适宜的技术所判断的，当抛光基材时，抛光组合物令人满意地展示出多晶硅损失的均匀性。举例而言，来自多晶硅基材的边缘、中部、及中心的多晶硅损失值令人满意地在彼此的50埃内，例如彼此的40埃内、彼此的30埃内、彼此的20埃内、彼此的10埃内、彼此的5埃内、彼此的2.5埃内、彼此的1.0埃内、或彼此的0.1埃内。
抛光组合物可经调整以提供对特定材料有选择性的有效抛光，且同时最小化表面的不完善、缺陷、腐蚀、侵蚀及停蚀层的移除。选择性在一定程度上可通过改变抛光组合物的组分的浓度而加以控制。需要时，抛光组合物可用于以如下的二氧化硅对多晶硅的抛光选择性抛光基材：5:1或更高，例如10:1或更高、15:1或更高、25:1或更高、50:1或更高、100:1或更高、或150:1或甚至更高。某些配方可展示出甚至更高的硅氧化物对多晶硅选择性，例如20:1或更高，或甚至30:1或更高。举例而言，对硅氧化物的移除速率(埃/分钟)可较多晶硅的移除速率高10倍、或更多倍。
根据本发明，基材可通过任何适宜的技术用本文所述抛光组合物平坦化或抛光。本发明的抛光方法特别适合结合CMP设备使用。通常，CMP设备包含平台、抛光垫及夹持器，平台在使用时移动且具有由轨道、直线、或圆周运动所产生的速度，抛光垫与平台接触且当运动时随平台一起移动，而夹持器通过接触并相对于抛光垫表面移动而固持所抛光的基材。本发明的抛光组合物的实施方式允许增大的平台速度(例如，50rpm或更高，例如100rpm或更高)。基材的抛光通过以下发生：将基材放置成与本发明的抛光组合物以及合乎期望地与抛光垫接触，然后用抛光组合物磨除基材的至少一部分表面(例如，本文所述基材材料的一种或多种)以抛光基材。
可以使用任何适宜的抛光垫用抛光组合物抛光基材(例如，抛光表面)。适宜的抛光垫包括例如编织和非编织抛光垫。此外，合适的抛光垫可包括具有不同的密度、硬度、厚度、可压缩性、压缩后的回弹能力和压缩模量的任何合适的聚合物。合适的聚合物包括例如聚氯乙烯、聚氟乙烯、尼龙、碳氟化合物、聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯酸酯、聚醚、聚乙烯、聚酰胺、聚氨酯、聚苯乙烯、聚丙烯、其共形成产物、及其混合物。软的聚氨酯抛光垫特别适合结合本发明的抛光方法使用。典型的垫包括但不限于SURFINTM000、SURFINTMSSW1、SPM3100(可购自，例如EminessTechnologies)、POLITEXTM、及FujiboPOLYPASTM27。特别优选的抛光垫为可自CabotMicroelectronics购得的EPICTMD100垫。
令人满意的是，CMP设备进一步包含原位抛光终点检测系统，其中许多是本领域已知的。用于通过分析自工件表面所反射的光或其它辐射来检测及监控抛光进度的技术为本领域已知的。这样的方法阐述于，例如美国专利第5,196,353号、美国专利第5,433,651号、美国专利第5,609,511号、美国专利第5,643,046号、美国专利第5,658,183号、美国专利第5,730,642号、美国专利第5,838,447号、美国专利第5,872,633号、美国专利第5,893,796号、美国专利第5,949,927号、及美国专利第5,964,643号中。令人满意的是，对于所抛光的工件的抛光过程的进展的检查或监控使得能够确定抛光终点，即，确定何时终止对特定工件的抛光过程。
以下实施例进一步说明本发明，但当然不应理解为以任何方式限制其范围。
实施例1
该实施例显示pH、DMAMP、聚山梨醇酯、以及平均粒径30纳米或更小的湿法铈土研磨剂颗粒对经抛光组合物1A至1I抛光的均质硅氧化物膜(毯覆式晶片)的硅氧化物移除速率的影响。该实施例中的抛光组合物包含6000ppm聚乙二醇(PEG)8000、不同量的聚山梨醇酯20与DMAMP-80(列于表1A中)、以及2.4％平均粒径30纳米或更少的湿法铈土研磨剂颗粒。另外，抛光组合物的pH值列于表1A中。在0.43固体％的情形下，测试所有组合。
在MirraTMCMP设备(AppliedMaterials,Inc.,SantaClara,California)上使用抛光组合物1A至1I抛光原硅酸四乙酯(TEOS)和高密度等离子体(HDP)的毯覆式晶片。MirraTM工艺的抛光参数列于以下的表1B中。
抛光后，以埃/分钟为单位量测各抛光组合物的HDP移除速率。结果说明于图1中，其是说明了在给定抛光组合物的pH(X轴)、DMAMP水平(Y轴)、及吐温20水平(Z轴)下产生的HDP移除速率的立方图。
表1A：抛光组合物概况
抛光组合物 抛光组合物的pH DMAMP(ppm) 聚山梨醇酯20(ppm)
1A 8.5 2000 400
1B 8.5 1200 100
1C 9.5 1200 400
1D 9.5 2000 100
1E 8.5 2000 100
1F 8.5 1200 400
1G 9.5 2000 400
1H 9.5 1200 100
1I 9.0 1600 250
表1B：MirraTM工艺参数
参数 数值
固定环压力 37.9千帕(5.5psi)
膜压力 20.7千帕(3psi)
头速度 85rpm
平台速度 100rpm
流速 150毫升/分钟
调节器 S8031C7型(韩国Saesol Diamond Ind.,Co.,Ltd.)
调节器下压力 1.361公斤
调节 100％原位
抛光垫 Dow IC1010TM抛光垫
这些结果显示，对于具有较高DMAMP水平的抛光组合物，获得较高的硅氧化物移除速率。特定而言，抛光组合物1G展示出高于抛光组合物1C大约四倍的移除速率。这两种抛光组合物中的不同处仅在于，抛光组合物1G的DMAMPppm是抛光组合物1C的5倍大。
结果还显示，对于较高的移除速率，较低的pH是最优化的。特定而言，抛光组合物1B具有高于抛光组合物1H超过10倍的移除速率。这两种抛光组合物中的不同处仅在于，抛光组合物1B是更酸性的。
另外，结果显示，较高的聚山梨醇酯20的水平会增加硅氧化物移除速率。特定而言，抛光组合物1C展示出高于抛光组合物1H大约七倍的移除速率。这两种抛光组合物中的不同处仅在于，在抛光组合物1C中，聚山梨醇酯20的ppm是四倍大。
实施例2
该实施例展示聚山梨醇酯、三乙醇胺、以及30纳米或更小的平均粒径的湿法铈土研磨剂颗粒对经抛光组合物2A至2E抛光的TEOS毯覆式晶片的硅氧化物移除速率的影响。另外，该实施例量测抛光组合物2A至2E在以抛光组合物2A至2E抛光的图案化入多晶硅膜(图案晶片)中的硅氧化物填充沟槽中所产生的凹陷。该实施例的抛光组合物包含6000ppm聚乙二醇(PEG)8000、不同量的移除速率促进剂三乙醇胺和聚山梨醇酯20(如表2A中所示)、以及2.4％平均粒径30纳米或更小的湿法铈土研磨剂颗粒。在0.43固体％的情形下，测试所有组合。
以抛光组合物2A至2E抛光TEOS的毯覆式晶片。另外地，由抛光组合物2A至2E抛光图案化晶片。在ReflexionTMCMP设备(AppliedMaterials,Inc.，SantaClara，California)上实施抛光。ReflexionTM工艺的抛光参数如下表2B所示。
使用F5椭圆光度法装置(KLA-Tencor，Milpitas，California)通过比较沟槽内的硅氧化物膜与周围的多晶硅膜之间的厚度差来量测凹陷，其中越大的差值对应于越高的凹陷率。
抛光后，以埃/分钟为单位量测TEOS移除速率，结果说明于图2中，其是说明了在给定抛光组合物的聚山梨醇酯20水平(X轴)与三乙醇胺(Y轴)水平下所产生的TEOS移除速率的图。
通过各抛光组合物而展现的凹陷以埃量测，且说明于图3中，其是显示各抛光组合物随在50％密度下的各种间距长度(X轴)而量测的凹陷(Y轴)的线形图。
表2A：抛光组合物的概况
抛光组合物 聚山梨醇酯20(ppm) 三乙醇胺(ppm)
2A 100 250
2B 500 250
2C 500 100
2D 100 100
2E 300 175
表2B：ReflexionTM工艺参数
参数 数值
固定环压力 55.2-62.1千帕
区域1 34.5-55.2千帕
区域2 13.8至27.6千帕
区域3 20.7千帕
头速度 65-87rpm
平台速度 70-93rpm
流速 250毫升/分钟
调节器 S8031C7型(韩国Saesol Diamond Ind.,Co.,Ltd.)
调节器下压力 1.361公斤
调节 100％原位
垫类型 Dow IC1010TM抛光垫
这些结果显示，不论所给定的抛光组合物中所存在的聚山梨醇酯的量如何，具有较低三乙醇胺水平的抛光组合物实现了较高的TEOS移除速率。特定而言，抛光组合物2D与2C具有可相比的TEOS移除速率，即使抛光组合物2C包括五倍量的聚山梨醇酯20也是如此。此外，结果显示，较高的pH不利于移除速率，因为对于某些抛光组合物，较高的三乙醇胺会造成产生较高的pH水平及较低的移除速率，如在对抛光组合物2A与2B进行比较时所表明的。
另外，结果显示，在表2A中的抛光组合物展现差的凹陷性能。更特定而言，图3绘示在50％密度下的不同间距尺寸(以微米测量)内的凹陷。即使在最小间距尺寸下，所有抛光组合物展现出超过1000埃的凹陷。抛光组合物2B在不同微小间距尺寸下具有最低凹陷，其表明，较高的聚山梨醇酯20水平减低了硅氧化物沟槽中的凹陷。
实施例3
该实施例显示，不同非离子型表面活性剂(IgepalCO-890、IgepalCA-630)、及平均粒径30纳米或更小的湿法铈土研磨剂颗粒对以下的影响：1)经抛光组合物3A至3L抛光的毯覆式晶片的硅氧化物的移除速率；2)经抛光组合物3A至3L抛光的均相多晶硅膜(多晶硅毯覆式晶片)的多晶硅的移除速率；以及3)抛光组合物3A至3L在图案化晶片上的凹陷。该实施例中的抛光组合物包含6000ppmPEG8000、不同类型的非离子型表面活性剂(如表3所示)、1000ppmIgepalCO-890、以及2.4％平均粒径在30纳米或更小的湿法铈土研磨剂颗粒。在0.43固体％的情形下，测试所有组合。(在抛光组合物3K与3L中，IgepalCA-630(分别为1000ppm与2000ppm)替代1000ppm的IgepalCO-890)。
各非离子型表面活性剂的亲水亲油平衡值(HLB)也列于表3中。
由抛光组合物3A至3L抛光TEOS、HDP、及多晶硅的毯覆式晶片。此外，由抛光组合物3A至3L抛光图案化晶片。在MirraTMCMP设备(AppliedMaterials,Inc.，SantaClara，California)上实施抛光。通过F5椭圆光度法装置(KLA-Tencor，Milpitas，California)量测凹陷。
抛光后，各抛光组合物的TEOS、HDP、及多晶硅的移除速率以埃/分钟为单位量测。结果显示于图4中，图4是显示特定抛光组合物(X轴)的三种表面晶片类型的移除速率(Y轴)的柱状图。
各抛光组合物所展现的凹陷以埃为单位量测且显示于图5中，图5是说明了各抛光组合物的不同间距长度(X轴)内所量测的凹陷(Y轴)的线形图。
表3：抛光组合物的概况
这些结果显示，在表3中的抛光组合物展示高的硅氧化物移除速率，而同时维持非常低的多晶硅移除速率。在CMP组合物中，抛光组合物3A至3L所展示的选择性是理想的。例如，抛光组合物3G展示超过1600埃/分钟的硅氧化物移除速率，而以128埃/分钟的速率移除多晶硅。通过表3中所有抛光组合物来例示由抛光组合物3G展示的选择性的量级(magnitude)。
结果还显示，表3中的抛光组合物展示出差的凹陷性能。更具体而言，图5绘示在50％密度下的不同微小间距尺寸内的凹陷。即使在最小的间距尺寸下，所有的抛光组合物展示了大于1900埃的凹陷。抛光组合物3H与3J在不同间距尺寸下具有最低的凹陷。这表示，增加的疏水性改进了凹陷性能，因为抛光组合物3H与3J各自包括有最高量的聚山梨醇酯65与脱水山梨糖醇20，这二者属于表3的抛光组合物中所用的更为疏水的表面活性剂。
实施例4
该实施例显示，不同阳离子型聚合物、非离子型表面活性剂、及平均粒径30纳米或更小的湿法铈土研磨剂颗粒对经抛光组合物4A至4K抛光的毯覆式晶片的硅氧化物移除速率、以及经抛光组合物4A至4K抛光的多晶硅毯覆式晶片的多晶硅移除的影响。该实施例的抛光组合物包含6000ppmPEG8000、不同类型的支化PEG与聚丙二醇(PPG)聚合物与聚山梨醇酯(如表4所示)、以及2.4％平均粒径30纳米或更小的湿法铈土研磨剂颗粒。在0.43固体％的情形下，测试所有组合。各非离子型表面活性剂的HLB列于表4中。
经列于以下表4的抛光组合物4A至4K的组而抛光TEOS、HDP、及多晶硅的毯覆式晶片。在MirraTMCMP设备(AppliedMaterials,Inc.，SantaClara，California)上实施抛光。
抛光后，各抛光组合物的TEOS、HDP、及多晶硅的移除速率以埃/分钟为单位测量。结果绘示于图6中，其是显示特定抛光组合物(X轴)对三种表面晶片类型的移除速率(Y轴)的柱状图。
表4：抛光组合物概况
这些结果显示，抛光组合物4A至4I通常表现高的硅氧化物移除速率，且同时维持低的多晶硅移除速率。更具体而言，结果指出，抛光组合物4A至4I中，经乙氧基化的分子(如，PEG)的存在影响移除速率数据，这是因为，不论所述抛光组合物包括的聚山梨醇酯的量如何，抛光组合物4A至4I间的移除速度是一致的。例如，尽管包括不同类型和量的聚山梨醇酯，抛光组合物4F与4H展示几乎相同的硅氧化物移除速率和低的多晶硅移除速率。
抛光组合物4J与4K展示极低且因此不太理想的硅氧化物移除速率，以及非常低的多晶硅移除速率。抛光组合物4J与4K包含相同量的ZephrymPD-4913(包含PEG侧链的梳型聚合物)，这可能是造成这些抛光组合物的低的硅氧化物移除速率的原因。
实施例5
该实施例显示，增稠剂与平均粒径30纳米或更小的湿法铈土研磨剂颗粒对以下的影响：1)经抛光组合物5A至5D抛光的毯覆式晶片的硅氧化物移除速率；2)经抛光组合物5A至5D抛光的多晶硅毯覆式晶片的多晶硅移除速率；以及3)抛光组合物5A至5D在图案化晶片上的凹陷。该实施例中的抛光组合物包含6000ppmPEG8000、羟乙基纤维素及不同类型的聚山梨醇酯(如表5A所示)、以及2.4％平均粒径在30纳米或更小的湿法铈土研磨剂颗粒。在0.43固体％的情形下，测试所有组合。由抛光组合物5A至5D的组抛光TEOS、HDP、及多晶硅的毯覆式晶片。在ReflexionTMCMP设备(AppliedMaterials,Inc.，SantaClara，California)上实施抛光。通过F5椭圆光度法装置(KLA-Tencor，Milpitas，California)量测凹陷。
抛光后，各抛光组合物的TEOS、HDP、及多晶硅的移除速率以埃/分钟为单位测量。结果列于以下表5B，其是以埃/分钟列出各抛光组合物的硅氧化物移除速率和多晶硅移除速率二者的表。抛光后，由各抛光组合物展现的凹陷以埃为单位测量且列于表5B中。
表5A：抛光组合物概况
表5B：抛光组合物5A至5D的抛光性能
这些结果显示，在抛光组合物5A至5D中，增稠试剂羟乙基纤维素的存在造成产生显著较低的凹陷速率，尤其是在抛光组合物5C与5D中。特定而言，抛光组合物5D展示出低于100埃的凹陷，同时维持硅氧化物移除速率大于1000埃/分钟以及非常低的多晶硅移除速率。该数据指出，羟乙基纤维素提供对于实施例2与3中所存在的高凹陷速率的解决方案、同时维持硅氧化物与多晶硅二者的理想移除速率。
虽然在本实施例中的抛光组合物通常显示出理想的移除速率和较低的凹陷速率，但检测到保持存在于毯覆式晶片表面上的颗粒残留物。在抛光完成后，保持在毯覆式晶片上的残留物妨碍了测试晶片表面刮痕的能力。
实施例6
该实施例显示，阳离子型聚合物聚MADQUAT和平均粒径30纳米或更小的湿法铈土颗粒对以下的影响：1)经抛光组合物6A至6D抛光的毯覆式晶片的硅氧化物移除速率；2)经抛光组合物6A至6D抛光的多晶硅毯覆式晶片的多晶硅移除速率；以及3)由抛光组合物6A至6D在毯覆式晶片上展现的缺陷计数(DCN)。此外，将这些影响与控制组抛光组合物进行比较。该实施例中的抛光组合物包含6000ppmPEG8000、660ppm聚山梨醇酯85、三乙醇胺(400或600ppm)、阳离子型聚合物聚MADQUAT(Alco4773，20或50ppm)、以及2.4％平均粒径30纳米或更小的湿法铈土研磨剂颗粒。在0.43固体％的情形下，测试所有组合。
图7和图8中的控制组包含600ppm羟乙基纤维素、1320ppm聚山梨醇酯85、以及400ppm三乙醇胺。
以抛光组合物6A至6D的组和控制组抛光组合物抛光TEOS、HDP、及多晶硅的毯覆式晶片。在MirraTMCMP设备(AppliedMaterials,Inc.，SantaClara，California)上实施抛光。
抛光后，抛光组合物6A至6D与控制组抛光组合物的TEOS、HDP、及多晶硅移除速率以埃/分钟为单位测量。此结果绘示于图7中，其是显示三种表面晶片类型以特定抛光组合物(X轴)的移除速率(Y轴)的柱状图。
DCN的结果绘示于图8中，其是各抛光组合物(X轴)在两个不同阈值(0.16与0.3微米)下所示的随机缺陷计数(Y轴)的盒形图。在抛光后，使用扫描式电子显微镜(SEM)检测在晶片表面上的刮痕以生成缺陷计数。
表6：抛光组合物概况
抛光组合物 聚MADQUAT(ppm) 三乙醇胺(ppm)
6A 20 400
6B 50 400
6C 20 600
6D 50 600
这些结果显示，相较于未包括Alco-4773的控制组，向抛光组合物6A至6D中加入Alco-4773用于降低缺陷计数。特定而言，抛光组合物6A与6C展示了相较于控制组较高的硅氧化物移除速率，而同时维持较低的多晶硅移除速率。抛光组合物6A与6C也展示了，在0.16微米阈值下量测缺陷的情形下，相较于控制组明显减少的缺陷计数。
包括50ppmAlco-4773的抛光组合物6B与6D展示了，在0.16与0.3微米阈值这二者下，相较于控制组的非常低的缺陷计数，这进一步支持了Alco-4773的存在减少所测试的抛光组合物中的缺陷计数。
实施例7
该实施例展示，疏水性表面活性剂Hydropalat3323和平均粒径30纳米或更小的湿法铈土研磨剂颗粒对以下的影响：1)经抛光组合物7A至7D抛光的毯覆式晶片的硅氧化物移除速率；2)经抛光组合物7A至7D抛光的多晶硅毯覆式晶片的多晶硅移除速率；3)经抛光组合物7A至7D抛光的旋涂式玻璃(SOG)毯覆式晶片的SOG移除速率；以及4)在经抛光组合物7A至7D抛光的毯覆式晶片上，通过抛光组合物7A至7D所展示的DCN计数。此外，将这些影响与控制组抛光组合物进行比较。
该实施例中的抛光组合物包含6000ppmPEG8000、120ppm三乙醇胺、疏水性表面活性剂Hydropalat3323(750或1500ppm)、以及2.4％平均粒径30纳米或更小的湿法铈土研磨剂颗粒。在0.43固体％的情形下，测试所有组合。
下表7B中的控制组包含1000ppmIgepalCO890、500ppm聚山梨醇酯20、以及120ppm三乙醇胺。
经抛光组合物7A至7D的组和控制组抛光组合物抛光TEOS、HDP、及多晶硅的毯覆式晶片。在MirraTMCMP设备(AppliedMaterials,Inc.，SantaClara，California)上实施抛光。
抛光后，抛光组合物7A至7D与控制组抛光组合物的TEOS、HDP、SOG及多晶硅的移除速率以埃/分钟为单位测量。该结果列于表7B中。
另外地，在0.16微米阈值的情形下，将抛光组合物7A至7D的DCN计数与控制组相比较。在抛光后，使用SEM检测在晶片表面上的刮痕以生成缺陷计数。结果也列于表7B中。
表7A：抛光组合物的概况
抛光组合物 Hydropalat 3323(ppm) 阳离子型表面活性剂(ppm)
7A 750 25
7B 1500 25
7C 750 75
7C 1500 75
表7B：抛光组合物7A至7D的移除速率与缺陷性能
这些结果显示，相较于未包括Hydropalat3323的控制组，向抛光组合物7A至7D加入Hydropalat3323用于降低缺陷计数。特定而言，抛光组合物7A维持高的硅氧化物移除速率、低的多晶硅移除速率、以及高的SOG移除速率，而同时展现相较于控制组明显减低的缺陷计数。
在抛光组合物7A至7D中，具有最高缺陷计数的抛光组合物7C仍展示出比控制组低大约10倍的缺陷计数，这进一步支持了Hydropalat3233用于减少缺陷计数。
本文所引用的所有参考文献，包括出版物、专利申请、及专利，皆以引用的方式并入，其并入程度如同个别且明确地指出各参考文献以引用的方式并入且在本文中将其全文列出一般。
除非在本文中另外说明或上下文明显相互矛盾，否则在阐述本发明的情形中(尤其是在权利要求书的情形中)，术语“一个”和“一种”和“该”及类似指示词的使用应理解为涵盖单数及复数两者。除非另有说明，否则术语“含有”、“具有”、“包括”、及“包含”应理解为开放式术语(即，意为“包括，但不限于”)。除非本文中另有说明，否则本文对值的范围的叙述仅意欲用作个别地提到在该范围内的每一单独的值的简写方法，且每一单独的值皆并入本说明书中，如同其个别地叙述于此那样。除非本文中另外说明或上下文明显相互矛盾，否则本文所描述的所有方法皆可按任何适宜的顺序实施。除非另外声明，否则本文所提供的任何及所有实施例、或例示性语言(例如，“例如”)仅意欲更好地阐明本发明，而并不对本发明的范围施以限制。本说明书中的任何语言皆不应理解为，指示对实践本发明至关重要的任何未主张的要素。
本文中描述了本发明的优选实施方式，包括本发明的发明者所知道的用以实施本发明的最优选模式。本领域普通技术人员在阅读上述说明时便可明了那些优选实施方式的变化。本发明的发明者预期本领域技术人员会在适当时采用这样的变化，且本发明的发明者希望以不同于本文所具体描述的方式实践本发明。因此，本发明包括适用法律所允许的随附权利要求书中所述主题的所有修改形式及等价物。此外，除非本文中另外说明或上下文明显相互矛盾，否则本发明涵盖上述要素在其所有可能变化中的任何组合。

Claims (26)

1.一种化学机械抛光组合物，包含：
(a)具有30纳米或更小的平均粒径的湿法铈土研磨剂颗粒；
(b)至少一种醇胺；以及
(c)水，
其中该组合物具有6或更高的pH值。
2.权利要求1的抛光组合物，其中该研磨剂颗粒具有12纳米或更小的平均初级粒径。
3.权利要求1的抛光组合物，其中该研磨剂颗粒以该组合物的0.001重量％至2重量％的量存在。
4.权利要求1的抛光组合物，其中该醇胺具有6至10的pKi值。
5.权利要求1的抛光组合物，其中该醇胺带有pKa值为7至11的官能团。
6.权利要求1的抛光组合物，其中该醇胺包含2-二甲基氨基-2-甲基丙醇、三乙醇胺、二乙醇胺、乙醇胺、2-氨基-2-甲基-1,3-丙二醇、Bis-Tris、Tris或其任意组合。
7.权利要求1的抛光组合物，其中该醇胺以该组合物的0.001重量％至1重量％的量存在。
8.权利要求1的抛光组合物，进一步包含至少一种非离子型表面活性剂。
9.权利要求8的抛光组合物，其中该非离子型表面活性剂具有7至18的亲水亲油平衡值。
10.权利要求8的抛光组合物，其中该非离子型表面活性剂包含聚山梨醇酯、脱水山梨糖醇、聚氧乙烯醚、乙氧基化物、丙烯酸类、聚醚多元醇、或其任意组合。
11.权利要求8的抛光组合物，其中该非离子型表面活性剂包含聚山梨醇酯20、聚山梨醇酯60、聚山梨醇酯65、聚山梨醇酯80、脱水山梨糖醇单月桂酸酯、聚氧乙烯(40)壬基苯基醚、季戊四醇乙氧基化物、丙三醇丙氧基化物-嵌段-乙氧基化物、丙烯酸类共聚物、基于聚环氧丙烷的三醇、或其任意组合。
12.权利要求8的抛光组合物，其中该非离子型表面活性剂以该组合物的0.001重量％至1重量％的量存在。
13.权利要求1的抛光组合物，进一步包含增稠剂。
14.权利要求13的抛光组合物，其中该增稠剂包含纤维素化合物、葡聚糖、聚乙烯醇、角叉菜胶、壳聚糖、或其任意组合。
15.权利要求13的抛光组合物，其中该增稠剂包含羟乙基纤维素、羧乙基纤维素、羟甲基纤维素、甲基纤维素、羟丙基纤维素、或其任意组合。
16.权利要求13的抛光组合物，其中该增稠剂以该组合物的0.001重量％至1重量％的量存在。
17.权利要求1的抛光组合物，进一步包含非离子型表面活性剂。
18.权利要求1的抛光组合物，进一步包含阳离子型聚合物。
19.权利要求18的抛光组合物，进一步包含增稠剂。
20.权利要求18的抛光组合物，其中该阳离子型聚合物包含聚(甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵)(聚MADQUAT)、聚(二烯丙基二甲基氯化铵)(聚DADMAC)、聚(丙烯酰胺)、聚(烯丙胺)、聚(乙烯基咪唑鎓)、聚(乙烯基吡啶鎓)、或其任意组合。
21.权利要求18的抛光组合物，其中该阳离子型聚合物以该组合物的0.001重量％至1重量％的量存在。
22.权利要求18的抛光组合物，进一步包含非离子型表面活性剂。
23.一种化学机械抛光基材的方法，该方法包括：
(i)将基材与抛光垫及抛光组合物接触，该抛光组合物包含：
(a)具有30纳米或更小的平均粒径的湿法铈土研磨剂颗粒；
(b)至少一种醇胺；以及
(c)水，
其中该组合物具有6或更高的pH值；以及
(ii)将该抛光垫与该抛光组合物相对于该基材移动，从而磨除该基材的至少一部分以抛光该基材。
24.权利要求23的方法，其中该基材包含多晶硅和硅氧化物，且其中至少自该基材移除该硅氧化物，以抛光该基材。
25.权利要求24的方法，其中相较于该多晶硅，以更高的速率自该基材移除更多的硅氧化物。
26.权利要求25的方法，其中相较于多晶硅的移除速率，硅氧化物自该基材的移除速率至少高10倍。
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