用于選擇性地拋光基材的濕法鈰土組合物、以及與其相關(guān)的方法
【專利摘要】公開了化學(xué)機械拋光組合物以及拋光基材的方法。所述拋光組合物包含：濕法鈰土研磨劑顆粒(例如120納米或更低)；至少一種醇胺；至少一種具有至少一個親水性部分和至少一個疏水性部分的表面活性劑，該表面活性劑具有1,000的分子量；以及水，其中所述拋光組合物具有6的pH值。所述拋光組合物可用于，例如，拋光任何適宜的基材，例如半導(dǎo)體工業(yè)中所用的多晶硅晶片。
【專利說明】用于選擇性地拋光基材的濕法鈰土組合物、以及與其相關(guān)的 方法
【背景技術(shù)】
[0001 ]用于平坦化或拋光基材表面的組合物和方法是本領(lǐng)域公知的。拋光組合物（也稱 為拋光漿料)典型地含有在液體載體中的研磨劑材料，且通過使表面與飽含該拋光組合物 的拋光墊接觸而施加至表面。典型的研磨劑材料包括二氧化硅、鈰氧化物、鋁氧化物、鋯氧 化物、及錫氧化物。拋光組合物典型地與拋光墊(例如拋光布或拋光盤)共同使用。不同于懸 浮于拋光組合物中或者除了懸浮于拋光組合物中以外，研磨劑材料可結(jié)合到拋光墊內(nèi)。
[0002] 淺溝槽隔離（STI)法是用于隔離半導(dǎo)體器件的元件的方法。在STI法中，在硅基材 上形成多晶硅層，經(jīng)由蝕刻或光蝕刻法形成淺溝槽，且沉積介電層(例如氧化物）以填充溝 槽。由于以此方式形成的溝槽或線路的深度的變化，典型地必須在基材的頂部上沉積過量 的介電材料，以確保所有溝槽的完全填充。
[0003] 然后，典型地通過化學(xué)機械平坦化方法除去過量的介電材料，以暴露出多晶硅層。 當暴露出多晶硅層時，基材暴露于化學(xué)機械拋光組合物的最大區(qū)域包含多晶硅，所述多晶 硅必須隨后被拋光以實現(xiàn)高度平坦且均勻的表面。因此，多晶硅層已經(jīng)在化學(xué)機械平坦化 過程期間用作停蝕層（stopping layer)，因為一旦暴露出多晶硅層，整體拋光速率發(fā)生降 低。
[0004] STI基材典型地使用常規(guī)的拋光組合物進行拋光。然而，已觀察到，使用常規(guī)的拋 光組合物拋光STI基材會導(dǎo)致基材表面的過度拋光或者在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，基材的過度拋光可能導(dǎo)致氧化 物的損失以及下層氧化物的暴露，從而由拋光或化學(xué)活性而造成損害，這有害地影響器件 的品質(zhì)和性能。
[0005] 仍需要在基材(例如半導(dǎo)體、尤其是多晶硅基材）的拋光和平坦化期間展示出期望 的平坦化效率、均勻性、及移除速率且在拋光和平坦化期間使缺陷率(例如表面不完整性以 及對下層結(jié)構(gòu)和形貌的損害)最小化的拋光組合物和拋光方法。本發(fā)明提供這樣的拋光組 合物及方法。由在此提供的本發(fā)明說明書，本發(fā)明的這些與其它優(yōu)點及其它發(fā)明特征將變 得明晰。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 在一個方面中，本發(fā)明提供一種化學(xué)機械拋光組合物，其包含以下物質(zhì)、基本上由 以下物質(zhì)組成、或者由以下物質(zhì)組成：（a)具有120納米或更低的平均粒徑的濕法鈰土 (ceria)研磨劑顆粒；（b)至少一種醇胺；（c)至少一種具有至少一個親水性部分和至少一個 疏水性部分的表面活性劑，該表面活性劑具有1，〇〇〇或更高的分子量；以及(d)水，其中該拋 光組合物具有6或更高的pH值。
[0007]在另一個方面中，本發(fā)明提供一種拋光基材的方法。該方法包括使基材與拋光墊 及拋光組合物接觸，該拋光組合物包含：（a)具有120納米或更低的平均粒徑的濕法鈰土研 磨劑顆粒；（b)至少一種醇胺；（c)至少一種具有至少一個親水性部分和至少一個疏水性部 分的表面活性劑，該表面活性劑具有I，〇〇〇或更高的分子量；以及(d)水，其中該拋光組合物 具有6或更高的pH值。
【附圖說明】
[0008] 圖1是本文實施例1的拋光組合物(X軸）的原硅酸四乙酯（TEOS)、高密度等離子體 (HDP)、及多晶硅移除速率(Y軸）的柱狀圖。
[0009] 圖2是本文實施例1的拋光組合物在50%密度下的間距長度(pitch length)(X軸） 對凹陷(Y軸)的線形圖。
[0010] 圖3是本文實施例1的拋光組合物(X軸)的總多晶硅損失(Y軸)的箱形圖。
[0011] 圖4是本文實施例1的拋光組合物(X軸)的總刮痕(Y軸)的箱形圖。
【具體實施方式】
[0012] 本發(fā)明的實施方式提供一種化學(xué)機械拋光組合物，其包含以下物質(zhì)、由以下物質(zhì) 組成、或者基本上由以下物質(zhì)組成：（a)具有120納米或更低的平均粒徑的濕法鈰土研磨劑 顆粒；（b)-種或多種醇胺；（c)至少一種具有至少一個親水性部分和至少一個疏水性部分 的表面活性劑，該表面活性劑具有1，〇〇〇或更高的分子量；以及(d)水，其中該拋光組合物具 有6或更高的pH值。這樣的拋光組合物呈漿料形式且可用于拋光表面，例如，使用包括拋光 墊在內(nèi)的適宜的化學(xué)機械拋光(CMP)設(shè)備拋光機械性能弱的表面(例如多晶硅），如本文所 述的那樣。
[0013] 在一些實施方式中，所述拋光組合物實現(xiàn)介電層(例如氧化物）的高移除速率。另 外，在一些實施方式中，所述拋光組合物實現(xiàn)多晶硅和/或硅氮化物的低移除速率。另外，在 一些實施方式中，所述拋光組合物實現(xiàn)介電層的高移除速率且同時實現(xiàn)多晶硅和/或硅氮 化物的低移除速率。另外，在一些實施方式中，所述拋光組合物展示出在介電層溝槽內(nèi)的低 的凹陷(dishing)。本文所用的術(shù)語"凹陷"是指在填充有介電層的溝槽中形成凹坑的程度。 凹陷通過獲取經(jīng)介電填充的溝槽與相鄰特征(例如多晶硅特征)之間的高度差來進行測量。 凹陷可通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的橢圓光度法進行測量。另外，在一些實施方式中，所述拋 光組合物展示出在基材上所存在的材料的損失方面的均勻性。本文所用的術(shù)語"均勻性"是 指來自基材特定區(qū)域(例如基材的邊緣、中部、中心）的基材上材料總損失的度量，且比較來 自各區(qū)域的測量結(jié)果，其中，越接近的值對應(yīng)于越大的均勻性。此外，在一些實施方式中，所 述拋光組合物于正在拋光的基材上實現(xiàn)低的缺陷率。本文所用的術(shù)語"缺陷率"是指用拋光 組合物拋光后基材上所存在的缺陷（例如，刮痕）的計數(shù)。缺陷率可通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已 知的掃描電子顯微法測量。
[0014]所述化學(xué)機械拋光組合物包含鋪土 (ceria)研磨劑。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知 的，鈰土是稀土金屬鈰的氧化物且亦被稱為"鈰的氧化物（ceric oxide)"、"鈰氧化物 (cerium oxide)(例如鋪（IV)氧化物)"、或"二氧化鋪（cerium dioxide)"。鋪（IV)氧化物 (CeO2)可通過煅燒草酸鈰或氫氧化鈰而形成。鈰還形成鈰（I II)氧化物，例如，Ce2O3。鈰土研 磨劑可為這些或其它鈰土氧化物中的任意一種或多種。
[0015] 鈰土研磨劑可為任何適宜的類型。優(yōu)選地，鈰土研磨劑為濕法鈰土。本文所用"濕 法"鈰土是指通過沉淀、縮聚、或類似過程而制備的鈰土（不同于，例如，熱解或火成的鈰 土）。舉例而言，在一些實施方式中，濕法鈰土通過沉淀含鈰的前體而形成，經(jīng)由調(diào)節(jié)pH及壓 力來控制沉淀，以實現(xiàn)受控的粒徑。因此，通過以該方式控制顆粒的生長，濕法技術(shù)相比干 法技術(shù)可產(chǎn)生更小的顆粒，在干法技術(shù)中，典型地使用煅燒工藝對來自含鈰土的前體的鈰 氧化物實施干燥與退火，以實現(xiàn)所期望的結(jié)晶度。
[0016] 典型地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，包含濕法鈰土研磨劑的本發(fā)明拋光組合物當用于根據(jù)本發(fā)明 的方法拋光基材時，展示出較少的缺陷。不期望受具體理論的限制，據(jù)信濕法鈰土包含基本 上球形的鈰土顆粒和/或較小的鈰土顆粒，由此當用于本發(fā)明的方法中時產(chǎn)生較低的基材 缺陷率。進一步地，相信，本文所述的濕法鈰土顆粒將以較低的動量及能量接觸基材(例如 晶片），由此減少缺陷（例如刮痕）的頻率與尺寸。示例性的濕法鈰土為可從R h 〇 d i a， Cranbury,New Jersey商購獲得的HC-60?鋪土。
[0017] 對于非球形顆粒，顆粒的尺寸是包圍該顆粒的最小球體的直徑。本文所用的未經(jīng) 修飾的短語"粒徑"可指初級顆粒和次級顆粒之一或這兩者。初級顆粒是指分散于水性載體 (例如水）中的那些單獨的鈰土顆粒，而次級顆粒是指在水中融合在一起的單個鈰土顆粒的 聚集體。粒徑可使用任何適宜的技術(shù)量測，舉例而言，使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的激光衍射 技術(shù)。
[0018] 鈰土研磨劑顆粒可具有150納米或更低的任何適宜的平均粒徑。舉例而言，鈰土研 磨劑顆?？删哂?50納米或更低，例如140納米或更低、130納米或更低、115納米或更低、110 納米或更低、100納米或更低、90納米或更低、80納米或更低、70納米或更低、60納米或更低、 50納米或更低、40納米或更低、30納米或更低、20納米或更低、10納米或更低、5納米或更低、 3納米或更低、2納米或更低、1納米或更低、或0.1納米或更低的平均粒徑。各個上述端點可 具有下限，例如從〇. 1納米至150納米，若在數(shù)值上合適，例如下限為0.1納米、1納米、2納米、 3納米、4納米、5納米、6納米、7納米、10納米、20納米、30納米、50納米、70納米、100納米、110 納米、120納米、130納米、140納米、或150納米。舉例而言，鋪土研磨劑顆?？删哂?.1納米至 150納米，例如10納米至120納米、50納米至70納米、40納米至80納米、7納米至90納米、5納米 至30納米、或20納米至110納米等的平均粒徑。優(yōu)選地，鈰土研磨劑顆粒具有120納米或更低 的平均粒徑。
[0019] 在一些實施方式中，研磨劑顆?？删哂?5納米或更低的平均初級粒徑。鈰土研磨 劑顆粒可具有85納米或更低的任何適宜的平均初級粒徑，例如80納米或更低、75納米或更 低、65納米或更低、60納米或更低、55納米或更低、50納米或更低、45納米或更低、40納米或 更低、30納米或更低、20納米或更低、10納米或更低、5納米或更低、3納米或更低、1納米或更 低、或0.1納米或更低。各個上述端點可具有下限，例如從0.1納米至85納米，若數(shù)值上合適， 例如下限為0.1納米、1納米、2納米、3納米、4納米、5納米、6納米、7納米、10納米、12納米、15 納米、20納米、30納米、40納米、50納米或65納米。舉例而言，鋪土研磨劑顆?？删哂?.1納米 至85納米的平均初級粒徑，例如10納米至30納米、5納米至50納米、3納米至45納米、40納米 至55納米、12納米至20納米、或15納米至65納米。優(yōu)選地，鋪土研磨劑顆粒具有65納米或更 低的平均初級粒徑。
[0020] 鈰土研磨劑顆粒可具有150納米或更低的任何適宜的平均次級粒徑。舉例而言，鈰 土研磨劑顆?？删哂?50納米或更低的平均次級粒徑，例如140納米或更低、130納米或更 低、115納米或更低、110納米或更低、或100納米或更低。各個上述端點可具有下限，例如從 0.1納米至150納米，若數(shù)值上合適，例如下限為70納米、80納米、90納米、100納米、110納米、 120納米、130納米、140納米、或150納米。舉例而言，鋪土研磨劑顆?？删哂?00納米至150納 米的平均次級粒徑，例如110納米至140納米、或120納米至130納米。優(yōu)選地，鈰土研磨劑顆 粒具有120納米或更低的平均次級粒徑。
[0021] 根據(jù)一些實施方式，鈰土研磨劑顆粒在拋光組合物中是基本上無聚集的。聚集在 拋光組合物中產(chǎn)生較大的粒徑，因而，在基材表面用拋光組合物拋光時產(chǎn)生較高的沖擊碰 撞。因此，聚集可造成基材表面上較高的缺陷率。本文所用的短語"基本上無"意指零聚集或 無關(guān)緊要量的聚集。無關(guān)緊要量的聚集可為，例如，拋光組合物中的全部鈰土顆粒的1重 量％或更低，例如，0.5重量％或更低、0.1重量％或更低、0.01重量％或更低、0.001重量％ 或更低、或0.0001重量％或更低。
[0022] 優(yōu)選地，鈰土顆粒在本發(fā)明的拋光組合物中是膠體穩(wěn)定的。術(shù)語膠體指的是研磨 劑顆粒在液體載體中的懸浮液。膠體穩(wěn)定性指的是該懸浮液隨時間的保持性。在本發(fā)明的 上下文中，如果當將研磨劑置于100毫升量筒中并使其無攪動地靜置2小時的時間時，量筒 底部50毫升中的顆粒濃度（[B]，以g/ml表示)與量筒頂部50毫升中的顆粒濃度（[T]，以g/ml 表示）之間的差除以研磨劑組合物中顆粒的初始濃度（[C]，以g/mL表示）小于或等于0.5 (即，{[B]-[T]}/[C]<0.5)，則認為鈰土研磨劑是膠體穩(wěn)定的。更優(yōu)選地，{[B]-[T]}/[C]的 值小于或等于〇. 3，且最優(yōu)選地小于或等于0.1。
[0023]鈰土研磨劑顆粒能夠以任何適宜的量存在于拋光組合物中。若本發(fā)明的拋光組合 物包含過少的鈰土研磨劑，則組合物不會展示出足夠的移除速率。相反，若拋光組合物包含 過多的鈰土研磨劑，則拋光組合物可能展現(xiàn)出不合乎期望的拋光性能和/或可能不具有成 本效益和/或可能缺乏穩(wěn)定性。有利的是，在一些實施方式中，相比于經(jīng)常超過10-12重量％ 固體的常規(guī)體系，鈰土研磨劑顆粒以更低的固體濃度存在。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，使用更 低量的鈰土研磨劑顆?？僧a(chǎn)生更低的缺陷率以及顯著的成本節(jié)約。
[0024] 舉例而言，鈰土研磨劑顆?？梢?.0005重量％或更高，例如，0.001重量％或更高、 0.0005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％或更高的濃度存在?？蛇x擇地，或者此外，鋪土研磨劑顆粒可以10重量％或更低，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％或更低的濃度存在于拋光組合物中。因此，所述拋光組合物可以包含濃 度在由上述端點中的任意兩個所界定的范圍內(nèi)的鋪土研磨劑顆粒。舉例而言，鋪土研磨劑 顆粒可以0.005重量％至10重量％，例如，0.1重量％至1重量％、0.01重量％至3重量％、 〇.〇〇5重量％至7重量％、0.05重量％至9重量％、0.5重量％至8重量％、或0.001重量％至5 重量％的濃度存在。優(yōu)選地，鈰土研磨劑顆粒以0.001重量％至2重量％的濃度存在于拋光 組合物中。在一些實施方式中，鈰土研磨劑顆粒以1重量％或更低，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％)的量存在。
[0025]在一些實施方式中，拋光組合物中包括醇胺，用以改變所拋光基材的表面特性，以 便使基材表面更易于接受與研磨劑顆粒的相互作用。拋光組合物的PH在決定拋光組合物與 所拋光基材的表面之間的相互作用方面扮演重要角色。醇胺包含在一些實施方式中，以協(xié) 助將拋光組合物的pH提高到至少約6、7或更高的pH(例如6至11的pH)，而不會使鋪土研磨劑 顆粒不穩(wěn)定。就此而言，天然鈰土顆?？删哂休^低的pH(例如4)，且醇胺可在拋光組合物中 起主要PH調(diào)節(jié)劑的作用，以防止在pH 6下的呈聚集顆粒形式的顆粒生長，所述聚集顆粒會 從溶液中析出。因此，醇胺的存在可以降低原本在PH 6下可能會發(fā)生的鈰土研磨劑顆粒的 聚集及其沉淀的發(fā)生。
[0026] 所述拋光組合物的pH可為至少6或更高的任何適宜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，所述拋光組合物 的pH可為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，所述拋光 組合物的PH可在由任意上述端點所界定的范圍內(nèi)。舉例而言，所述拋光組合物的pH可為6至 14,例如，6至10、6至8、6至7、7至14、7至10、或8至12。
[0027]為了使醇胺與基材在該pH范圍內(nèi)相互作用，在一些實施方式中，醇胺合乎期望地 帶有PKa(在水中）為7至11、例如7.5至10、例如8至9的官能團，例如，使醇胺在水中起到堿的 作用。在一些實施方式中，醇胺具有為6至10、例如7.5至9、例如6.5至7的等電點(pKi，亦稱 為 pI)〇
[0028]所述醇胺可為任何適宜的醇胺。優(yōu)選地，所述醇胺為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(雙(2-羥基 乙基)氨基-三(羥基甲基）甲烷）、Tris(三(羥基甲基)氨基甲烷）、其共形成的產(chǎn)物、或者它 們的組合。
[0029] 醇胺可以任何適宜的濃度存在。舉例而言，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％或更高的濃度存在。可選擇地，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％或更低的濃度存在于拋光組合物中。因此， 醇胺可以由上述端點中的任意兩個所界定的范圍內(nèi)的濃度存在于拋光組合物中。舉例而 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％的濃度存在。優(yōu)選地，醇胺是以0.001重 量％至1重量％的濃度存在于拋光組合物中。
[0030] 拋光組合物的pH可通過任何適宜的手段實現(xiàn)和/或維持。更具體而言，拋光組合物 可進一步包含次要的pH調(diào)節(jié)劑，所述次要的pH調(diào)節(jié)劑可單獨使用或者與醇胺、pH緩沖劑、或 者它們的組合共同使用。所述次要的PH調(diào)節(jié)劑可為任何適宜的pH調(diào)節(jié)化合物，例如任何適 宜的酸。典型地，所述酸為乙酸、硝酸、磷酸、草酸、及其組合。優(yōu)選地，所述酸為硝酸?？蛇x擇 地，所述次要的PH調(diào)節(jié)劑可為堿。所述堿可為任何適宜的堿。典型地，所述堿為氫氧化鉀、氫 氧化銨、及其組合。所述PH緩沖劑可為任何適宜的緩沖劑。舉例而言，所述pH緩沖劑可為磷 酸鹽、硫酸鹽、乙酸鹽、硼酸鹽、銨鹽等。拋光組合物可包含任何適宜量的pH調(diào)節(jié)劑和/SpH 緩沖劑，條件是使用適宜的量以實現(xiàn)和/或維持拋光組合物的PH在本文所提出的pH范圍內(nèi)。
[0031] 包含至少一個親水性部分和至少一個疏水性部分的表面活性劑可為任何適宜的 表面活性劑。舉例而言，包含至少一個親水性部分和至少一個疏水性部分的表面活性劑可 具有1，000或更高的任何適宜的分子量。舉例而言，表面活性劑可具有1，500或更低，例如1， 400或更低、1，300或更低、1，250或更低、1，200或更低、I，150或更低、1，100或更低、或1，050 或更低的分子量?？蛇x擇地，或者此外，表面活性劑可具有600或更高，例如700或更高、750 或更高、800或更高、850或更高、900或更高、950或更高、或1,000或更高的分子量。因此，表 面活性劑可具有在由上述端點中的任意兩個所界定的范圍內(nèi)的分子量。舉例而言，表面活 性劑可具有600至1，500、700至1，400、800至1，150、900至1，100、或850至1,050的分子量。
[0032] 在一些實施方式中，包含至少一個親水性部分和至少一個疏水性部分的表面活性 劑具有250至7，500的分子量。表面活性劑可具有250至7,500的任何適宜的分子量。舉例而 目，表面活性劑可具有50或更尚，例如100或更尚、150或更尚、200或更尚、400或更尚、500或 更高、1,000或更高、2,500或更高、3,000或更高、3,500或更高、4,000或更高、或4,500或更 高的分子量?？蛇x擇地，或者此外，表面活性劑可具有10000或更低，例如9,000或更低、8， 〇〇〇或更低、7，000或更低、6，500或更低、6，000或更低、5，500或更低、或5，000或更低的分子 量。因此，表面活性劑可具有在由上述端點中的任意兩個所界定的范圍內(nèi)的分子量。舉例而 言，表面活性劑可具有50至10,000，例如300至7,000、400至9,000、2,500至6,000、500至6， 500、3，000至5，000、或3，500至5，500的分子量。優(yōu)選地，包含至少一個親水性部分和至少一 個疏水性部分的表面活性劑具有500至5,000的分子量。
[0033] 所述包含至少一個親水性部分和至少一個疏水性部分的表面活性劑可以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％或更高的濃度存在。可選擇地，或者此外，所述表面活性劑可以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 濃度存在于拋光組合物中。因此，所述表面活性劑可以在由上述端點中的任意兩個所界定 的范圍內(nèi)的濃度存在于拋光組合物中。舉例而言，所述表面活性劑可以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％的濃度存在。優(yōu)選地，所述表面活性劑以0.001重量％至1重量％的濃度存在 于拋光組合物中。
[0034] 任選地，在一些實施方式中，包含至少一個親水性部分和至少一個疏水性部分的 表面活性劑可具有式A-R-C，其中A與C為親水性部分，而R為疏水性部分。
[0035] 在一些實施方式中，拋光組合物中所使用的具有式A-R-C的表面活性劑可為雙官 能的，且A與C包含相同或不同的部分。本文所用的術(shù)語"雙官能的"是指具有至少兩個官能 團的分子。在一些實施方式中，雙官能化合物在兩端均包含羧酸根基團，其間具有疏水性間 隔，例如參見下式I。
[0036] 在一些實施方式中，A與C中的至少一者包括酯、羧基、以及醇官能團中的至少一 種、或其任何共產(chǎn)物(副產(chǎn)物，co-product)或組合。
[0037] 在一些實施方式中，A與C中的至少一者包括連接至伯碳上的醇官能團。醇官能團 可為任何適宜的醇官能團。舉例而言，醇官能團可包含甲醇、乙醇、異丙醇、丁醇、戊醇、十六 燒 _1_醇、乙燒_1，2_二醇、丙烷-1，2_二醇、丙烷-1，2,3_二醇、丁燒-1,2,3,4-四醇、戊燒-1， 2,3,4,5-五醇、己烷-1，2,3,4,5,6-六醇、庚烷-1，2,3,4,5,6,7-七醇、其共形成的產(chǎn)物、或 者它們的組合。
[0038] 在一些實施方式中，A與C中的至少一者包括連接至叔碳上的羧基官能團。所述羧 基官能團可為任何適宜的羧基官能團。舉例而言，羧基官能團可包含甲酸、乙酸、丙酸、丁 酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、月桂酸、棕櫚酸、硬脂酸、丙烯酸、二十二碳六烯酸、 二十碳五烯酸、乙酰乙酸苯甲酸、水楊酸、醛糖二酸、草酸、丙二酸、蘋果酸、琥珀酸、戊二酸、 己二酸、朽1檬酸、異梓檬酸、烏頭酸、丙三甲酸（tricarballylic acid)、丙甲酸 (carballylic acid)與乳酸、及酒石酸。
[0039] 在一些實施方式中，表面活性劑為多元醇。在一些實施方式中，所述多元醇在兩端 均包括羧酸根和/或醇官能團，其間具有可調(diào)的疏水性間隔。舉例而言，在一些實施方式中， 包括至少一個親水性部分和至少一個疏水性部分的表面活性劑是具有以下化學(xué)式(式I)的 多元醇：
[0040]
[0041]
[0042] 在一些實施方式中，R具有50至15,000的分子量。R可具有50至15,000的任何適宜 的分子量。舉例而言，R可具有25或更高，例如50或更高、60或更高、100或更高、200或更高、 500或更高、750或更高、1,000或更高、2,500或更高、5，000或更高、7，000或更高、8,500或更 高、或10，000或更高的分子量。可選擇地，或者此外，R可具有15，000或更低，例如14，000或 更低、13,000或更低、12,500或更低、11，500或更低、11,000或更低或10,500或更低的分子 量。因此，R可具有在由上述端點中的任意兩個所界定的范圍內(nèi)的分子量。舉例而言，R可具 有25至15,000，例如1，000至13,000、100至12,500、7,000至11，500、或5,000至11，000的分 子量。優(yōu)選地，R具有100至10, 〇〇〇的分子量。
[0043]已發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，丁二醇與己二醇是不太合意的表面活性劑。 因此，在一些實施方式中，拋光組合物基本上不含二醇，例如丁二醇和己二醇。本文所用的 短語"基本上不含"意指這樣的二醇為零或為無關(guān)緊要的量。無關(guān)緊要量的二醇 (agglomeration)可為，例如，拋光組合物的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、1重量％或更低、或0.5重量％或更低、或0.1重量％或更低。
[0044] 任選地，在一些實施方式中，拋光組合物可包括一種或多種非離子型表面活性劑。 非離子型表面活性劑可為任何適宜的非離子型表面活性劑。優(yōu)選地，非離子型表面活性劑 為聚山梨醇酯、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、脫水山梨糖醇、聚氧乙稀醚、乙氧基化物(ethoxylate)、丙稀酸類、聚醚多元醇、潤濕劑 (hydropalat )3233、脫水山梨糖醇單月桂酸酯、聚氧乙稀(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(glycerol propoxy late-block-ethoxy late)、 丙烯酸類共聚物、基于聚環(huán)氧丙烷的三醇、其共形成的產(chǎn)物、或者它們的組合。在一些實施 方式中，非離子型聚合物起表面活性劑和/或潤濕劑的作用。非離子型表面活性劑的存在有 利地允許對于介電層（例如氧化物）的有用的移除速率且同時降低多晶硅的移除速率。另 外，在本發(fā)明的一些實施方式中，非離子型表面活性劑的存在允許低的凹陷。此外，在本發(fā) 明的一些實施方式中，非離子型表面活性劑的存在允許所拋光基材上的低缺陷率。
[0045] 如果在拋光組合物中存在非離子型表面活性劑的話，非離子型表面活性劑可以任 何適宜的濃度存在于拋光組合物中。舉例而言，非離子型表面活性劑可以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、 或〇. 5重量％或更高的濃度存在。可選擇地，或者此外，非離子型表面活性劑可以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％或更低的濃度存在 于拋光組合物中。因此，非離子型表面活性劑可以在由上述端點中的任意兩個所界定的范 圍內(nèi)的濃度存在于拋光組合物中。舉例而言，非離子型表面活性劑可以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％的濃度存在。優(yōu)選地，非離子型表面活性劑以0.001重量％至1.〇重量％的濃 度存在于拋光組合物中。
[0046] 非離子型表面活性劑可具有任何適宜的親水親油平衡值（hydrophilic lipophilic balance ;HLB)。舉例而言，非離子型表面活性劑可具有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?？蛇x擇地，或 者此外，非離子型表面活性劑可具有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，非離子型 表面活性劑可具有在由上述端點中的任意兩個所界定的范圍內(nèi)的HLB。舉例而言，非離子型 表面活性劑可具有3至22、4至21、5至20、6至19、10至13、或8至15的!〇。優(yōu)選地，非離子型表 面活性劑具有7至18的HLB。
[0047] 任選地，在一些實施方式中，拋光組合物可包括一種或多種增稠劑。可包括增稠劑 以例如作為凹陷降低劑。增稠劑可為任何適宜的增稠劑。優(yōu)選地，增稠劑為纖維素化合物、 葡聚糖、聚乙烯醇、角叉菜膠、殼聚糖、羥乙基纖維素、羧乙基纖維素、羥甲基纖維素、甲基纖 維素、羥丙基纖維素、其共形成的產(chǎn)物、或者它們的組合。
[0048] 如果在拋光組合物中存在增稠劑的話，增稠劑可以任何適宜的濃度存在于拋光組 合物中。舉例而言，增稠劑可以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％或更高的濃度存在?？蛇x擇地， 或者此外，增稠劑可以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％或更低的濃度存在于拋光組合物中。因此，增稠劑可以在由上述端點中的任 意兩個所界定的范圍內(nèi)的濃度存在于拋光組合物中。舉例而言，增稠劑可以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 〇. 05重量％至1重量％的濃度存在。優(yōu)選地，增稠劑以0.001重量％至1.0重量％的濃度存在 于拋光組合物中。
[0049] 任選地，在一些實施方式中，拋光組合物可包含一種或多種陽離子型聚合物，舉例 而言，以用作移除速率促進劑、缺陷率降低劑、或同時用作二者。陽離子型聚合物可為任何 適宜的陽離子型聚合物。優(yōu)選地，陽離子型聚合物為聚（甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨） (聚MADQUAT)、聚（二烯丙基二甲基氯化銨）（聚DADMAC)、聚（丙烯酰胺）、聚（烯丙胺）、聚（乙 烯基咪唑鑰）、聚（乙烯基吡啶鑰）、其共形成的產(chǎn)物、或者它們的組合。
[0050] 如果拋光組合物中存在陽離子型聚合物的話，陽離子型聚合物可以任何適宜的濃 度存在于拋光組合物中。舉例而言，陽離子型聚合物可以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 更高的濃度存在?？蛇x擇地，或者此外，陽離子型聚合物可以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％或更低的濃度存在于拋光組合物中。因 此，陽離子型聚合物可以在由上述端點中的任意兩個所界定的范圍內(nèi)的濃度存在于拋光組 合物中。舉例而言，陽離子型聚合物可以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％的濃度存在。 優(yōu)選地，陽離子型聚合物以0.001重量％至1.0重量％的濃度存在于拋光組合物中。
[0051] 任選地，拋光組合物可進一步包括一種或多種添加劑。例示性添加劑包括調(diào)節(jié)劑、 酸（例如磺酸）、絡(luò)合劑（例如陰離子型聚合物絡(luò)合劑）、螯合劑、殺生物劑、阻垢劑（scale inhibiter)、分散劑等。
[0052] 殺生物劑可為任何適宜的殺生物劑且可以任何適宜的量存在于拋光組合物中。適 宜的殺生物劑為異噻唑啉酮殺生物劑。拋光組合物中所用殺生物劑的量典型地為1至 50ppm，優(yōu)選 10 至 20ppm。
[0053]拋光組合物可通過任何適宜的技術(shù)制備，其中許多是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的技 術(shù)。拋光組合物可通過分批法或連續(xù)法制備。通常，拋光組合物可通過以任何順序組合本文 所述組分而制備。本文所用的術(shù)語"組分"包括單個成份(例如鈰土研磨劑、醇胺、包括至少 一個親水性部分和至少一個疏水性部分的表面活性劑、水、任選的非離子型表面活性劑、任 選的增稠劑、任選的陽離子型聚合物、和/或任何任選的添加劑）以及各成份(例如鈰土研磨 劑、醇胺、包括至少一個親水性部分和至少一個疏水性部分的表面活性劑、水、任選的非離 子型表面活性劑、任選的增稠劑、任選的陽離子型聚合物等)的任何組合。
[0054]舉例而言，拋光組合物可通過下列制備：（i)提供全部或一部分的液體載體，（ii) 分散鈰土研磨劑、醇胺、包括至少一個親水性部分和至少一個疏水性部分的表面活性劑、 水、任選的非離子型表面活性劑、任選的增稠劑、任選的陽離子型聚合物、和/或任何任選的 添加劑在液體載體中，這是使用任何適于制備這樣的分散體的方法進行的，（iii)酌情調(diào)節(jié) 分散體的PH，及（iv)任選地添加適宜量的任何其它任選的組分和/或添加劑至混合物中。 [0055] 可選擇地，拋光組合物可通過下列制備：（i)提供一種或多種組分(例如，包括至少 一個親水性部分和至少一個疏水性部分的表面活性劑、水、任選的非離子型表面活性劑、任 選的增稠劑、任選的陽離子型聚合物、和/或任何任選的添加劑)在鈰氧化物漿料中，（ii)提 供一種或多種組分(例如，包括至少一個親水性部分和至少一個疏水性部分的表面活性劑、 水、任選的非離子型表面活性劑、任選的增稠劑、任選的陽離子型聚合物、和/或任何任選的 添加劑)在添加劑溶液中，（iii)組合鈰氧化物漿料與添加劑溶液而形成混合物，（iv)任選 地添加適宜量的任何其它任選的添加劑至混合物中，以及(V)酌情調(diào)節(jié)混合物的pH。
[0056] 拋光組合物可以包含下列的單料包體系(one-package system)形式提供:鋪土研 磨劑、醇胺、包括至少一個親水性部分和至少一個疏水性部分的表面活性劑、任選的非離子 型表面活性劑、任選的增稠劑、任選的陽離子型聚合物、和/或任何任選的添加劑、及水?？?選擇地，本發(fā)明的拋光組合物可提供作為包含鈰氧化物漿料與添加劑溶液的雙料包體系 (two-packing system)，其中鋪氧化物衆(zhòng)料基本上由下列成分組成、或由下列成分組成:鋪 土研磨劑、包括至少一個親水性部分和至少一個疏水性部分的表面活性劑、任選的非離子 型表面活性劑、任選的增稠劑、任選的陽離子型聚合物、和/或任何任選的添加劑。雙料包體 允許通過改變兩個料包即鈰氧化物漿料與添加劑溶液的混合比而調(diào)芐基材總的（global) 平坦化特性及拋光速度。
[0057]可采用各種方法來利用這樣的雙料包拋光體系。舉例而言，鈰氧化物漿料與添加 劑溶液可透過不同的管道遞送至拋光臺，所述管道在供應(yīng)管路的出口處結(jié)合并連接。鈰氧 化物漿料與添加劑溶液可于拋光前不久或于拋光前立即混合，或可同時供應(yīng)在拋光臺上。 此外，當混合兩個料包時，可根據(jù)需要添加去離子水，以調(diào)節(jié)拋光組合物及所得的基材拋光 特性。
[0058]類似地，根據(jù)本發(fā)明，可使用三料包、四料包、或更多料包的體系，其中多個容器各 自含有本發(fā)明化學(xué)機械拋光組合物的不同組分、一種或多種任選的組分、和/或一種或多種 不同濃度的相同組分。
[0059] 為了在使用點處或靠近使用點處混合兩個或更多儲存裝置中所含的組分以產(chǎn)生 拋光組合物，儲存裝置典型地提供有一條或多條流動路線，自各儲存裝置通向拋光組合物 的使用點（例如平臺、拋光墊或基材表面本身）。本文所用的術(shù)語"使用點"是指拋光組合物 被施加至基材表面上的點（例如，拋光墊或基材表面本身）。術(shù)語"流動路線"是指自單個儲 存容器至其中所儲存組分的使用點的流程路徑。流動路線可分別直接通向使用點，或兩條 或更多流動路線可在任何點處組合成單條流動路線而通向使用點。此外，流動路線的任一 者(例如單個流動路線或經(jīng)組合的流動路線)在到達組分使用點之前可首先通向一個或多 個其它裝置(例如，栗送裝置、測量裝置、混合裝置等）。
[0060] 拋光組合物的組分可獨立地遞送至使用點（例如，組分遞送至基材表面，在此在拋 光過程期間混合組分），或一種或多種組分可在遞送至使用點之前，例如在遞送至使用點之 前不久或在遞送至使用點之前立即組合。組分是"在遞送至使用點之前立即"組合，若組分 是在以混合形式添加于平臺上之前5分鐘或更短時間內(nèi)組合，舉例而言，在以混合形式添加 于平臺上之前4分鐘或更短、3分鐘或更短、2分鐘或更短、1分鐘或更短、45秒或更短、30秒或 更短、10秒或更短，或在使用點處同時遞送組分(例如在分配器處組合組分）。若組分是在使 用點5米內(nèi)組合，例如在使用點1米內(nèi)，或甚至在使用點10厘米內(nèi)（例如使用點1厘米內(nèi)），則 組分也是"在遞送至使用點之前立即"組合。
[0061] 當拋光組合物的兩種或更多種組分在達到使用點之前組合時，組分可在流動路線 中組合并遞送至使用點而不使用混合裝置?？蛇x擇地，一條或多條流動路線可通向混合裝 置，以促進兩種或更多種組分的組合?？墒褂萌魏芜m宜的混合裝置。舉例而言，混合裝置可 為兩種或更多種組分所流經(jīng)的噴嘴或噴射器(例如，高壓噴嘴或噴射器）。可選擇地，混合裝 置可為容器型混合裝置，包含一個或多個入口以及至少一個出口，拋光漿液的兩種或更多 種組分經(jīng)由入口引入混合器中，經(jīng)混合的組分經(jīng)由出口離開混合器而直接或經(jīng)由裝置的其 它元件(例如經(jīng)由一條或多條流動路線)遞送使用點。此外，混合裝置可包含一個以上的室， 每一個室皆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室中組合。若 使用容器型混合裝置，則混合裝置優(yōu)選包含混合機構(gòu)以進一步促進組分的混合?；旌蠙C構(gòu) 是本領(lǐng)域通常所知的且包括攪拌器、共混器、攪動器(agitator)、葉片式折流板(paddled baffle)、氣體噴霧系統(tǒng)（gas sparger system)、振動器等。
[0062] 拋光組合物還可以濃縮物形式提供，其旨在在使用前用適量的水稀釋。在這樣的 實施方式中，拋光組合物濃縮物所包含的拋光組合物的組分的含量使得，當用適量的水稀 釋濃縮物時，拋光組合物的各組分將以在各組分的上述合適范圍內(nèi)的含量存在于拋光組合 物中。舉例而言，鈰土研磨劑、醇胺、包括至少一個親水性部分和至少一個疏水性部分的表 面活性劑、任選的非離子型表面活性劑、任選的增稠劑、任選的陽離子型聚合物、和/或任何 任選的添加劑可各自以大于各組分的上述濃度2倍(例如，3倍、4倍、或5倍)的含量存在于濃 縮物中，以便當濃縮物用等體積的水(例如，分別為2等體積水、3等體積水、或4等體積水)稀 釋時，各組分將以在各組分的上述范圍內(nèi)的含量存在于拋光組合物中。此外，如本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員所理解，濃縮物可含有存在于最終拋光組合物中的適當分數(shù)的水，以確保鈰土研 磨劑、醇胺、包括至少一個親水性部分和至少一個疏水性部分的表面活性劑、任選的非離子 型表面活性劑、任選的增稠劑、任選的陽離子型聚合物、和/或任何任選的添加劑至少部分 地或完全溶于濃縮物中。
[0063] 本發(fā)明的實施方式還提供一種使用本文所述拋光組合物的實施方式來拋光基材 的方法。拋光基材的方法包括：（i)提供基材，（ii)提供拋光墊，（iii)提供根據(jù)本發(fā)明實施 方式的拋光組合物，（iv)使基材與拋光墊及拋光組合物接觸，及(V)使拋光墊和拋光組合物 相對于基材移動，從而磨除基材的至少一部分以拋光基材。
[0064] 特定而言，該方法的一些實施方式包含使基材與拋光墊及拋光組合物接觸，拋光 組合物包含(a)具有120納米或更低的平均粒徑的濕法鈰土研磨劑顆粒，（b)至少一種醇胺， (c)至少一種具有至少一個親水性部分和至少一個疏水性部分的表面活性劑，表面活性劑 具有1，000或更高的分子量；以及(d)水，其中拋光組合物具有6或更高的pH值。該方法進一 步包含使拋光墊和拋光組合物相對于基材移動，從而磨除基材的至少一部分以拋光基材。 [0065]在接觸步驟中，拋光組合物以本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的適宜量存在。
[0066] 研磨步驟以適宜的時間量進行，例如，以實現(xiàn)基材的期望拋光。
[0067] 拋光組合物可用于拋光任何適宜的基材且尤其可用于拋光包含至少一層由低介 電材料所構(gòu)成的層(通常為表面層）。適宜的基材包括半導(dǎo)體工業(yè)中使用的晶片。晶片典型 地包含下列或由下列組成:例如，金屬、金屬氧化物、金屬氮化物、金屬復(fù)合物、金屬合金、低 介電材料、或者它們的組合。本發(fā)明的方法特別適用于拋光包含硅氧化物、和/或多晶硅的 基材，以便將一部分硅氧化物和/或多晶硅自基材移除來拋光基材。
[0068] 以本發(fā)明的拋光組合物拋光的介電層(例如硅氧化物)可具有任何適宜的介電常 數(shù)，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或更低的介電常數(shù)。 可選擇地，或者此外，介電層可具有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或更高的介電常數(shù)。因此，介電層可具有在由上述端點中的任意兩個所界定的范 圍內(nèi)的介電常數(shù)。舉例而言，介電層可具有在1與3.5之間，例如2與3之間、2與3.5之間、2.5 與3之間、2.5與3.5之間的介電常數(shù)。
[0069] 在一些實施方式中，基材包含多晶硅和硅氧化物和/或硅氮化物的組合。多晶硅可 為任何適宜的多晶硅，其中許多是本領(lǐng)域已知的。多晶硅可具有任何適宜的相，且可為非晶 的、結(jié)晶的、或者它們的組合。類似地，硅氧化物可為任何適宜的硅氧化物，其中許多硅氧化 物為本領(lǐng)域已知的。適宜的硅氧化物類型包括但不限于硼磷硅玻璃(BPSG)、等離子體增強 的原娃酸四乙酯（PETEOS)、原娃酸四乙酯（TEOS)、熱氧化娃（thermal oxide)、未經(jīng)摻雜的 硅酸鹽玻璃、及高密度等離子體(HDP)氧化物。
[0070] 當根據(jù)本發(fā)明的方法拋光包含硅氧化物的基材時，拋光組合物合意地展現(xiàn)出高移 除速率。舉例而言，當根據(jù)本發(fā)明的實施方式拋光包含高密度等離子體(HDP)氧化物和/或 等離子體增強的原硅酸四乙酯(PETEOS)、旋涂式玻璃(spin-on-glass ;S0G)和/或原硅酸四 乙酯(TEOS)的硅晶片時，拋光組合物令人滿意地展示出400埃/分鐘或更高，例如700埃/分 鐘或更高、1，〇〇〇埃/分鐘或更高、1，250埃/分鐘或更高、1，500埃/分鐘或更高、1，750埃/分 鐘或更高、2，000埃/分鐘或更高、2，500埃/分鐘或更高、3，000埃/分鐘或更高、3，500埃/分 鐘或更高、4000埃/分鐘或更高、4500埃/分鐘或更高、或5000埃/分鐘或更高的硅氧化物移 除速率。
[0071] 當根據(jù)本發(fā)明的方法拋光包含多晶硅和/或硅氮化物的基材時，拋光組合物令人 滿意地展現(xiàn)出低移除速率。舉例而言，當根據(jù)本發(fā)明的實施方式拋光包含多晶硅的硅晶片 時，拋光組合物合意地展示出1，〇〇〇埃/分鐘或更低，例如750埃/分鐘或更低、500埃/分鐘或 更低、250埃/分鐘或更低、100埃/分鐘或更低、50埃/分鐘或更低、25埃/分鐘或更低、10埃/ 分鐘或更低、或甚至5埃/分鐘或更低的多晶硅和/或硅氮化物移除速率。
[0072] 舉例而言，在一些實施方式中，本發(fā)明的拋光組合物及方法可用于具有由硅氧化 物溝槽所隔離的多晶硅方格的應(yīng)用中。在一些實施方式中，拋光組合物可用于多晶硅上停 止(st 〇p-〇n-p〇ly，S0P)的應(yīng)用，例如針對用于易于出現(xiàn)刮痕等缺陷的非易失性存儲裝置的 "NADN flash"拋光。令人滿意地，在一些實施方式中，根據(jù)本發(fā)明的拋光組合物及方法的使 用可以將晶片的產(chǎn)率增加到至少90%，例如至少92%、至少95%、至少97%等。
[0073] 如通過適宜的技術(shù)所判斷的，當拋光基材時，拋光組合物令人滿意地展示出低凹 陷。舉例而言，當用本發(fā)明的實施方式拋光包括填充有介電層(例如氧化物）的溝槽的圖案 化硅晶片時，拋光組合物令人滿意地展示出2500?；蚋停?000?；蚋?、1750?；蚋?低、1500?；蚋?、1250?；蚋?、1000?；蚋汀?50?；蚋汀?00?；蚋?、250?；蚋?低、100?；蚋?、50?；蚋?、或25?；蚋偷陌枷?。
[0074] 如通過適宜的技術(shù)所判斷的，當拋光基材時，拋光組合物令人滿意地展示出低的 顆粒缺陷。用本發(fā)明的拋光組合物所拋光的基材上的顆粒缺陷可通過任何適宜的技術(shù)確 定。舉例而言，激光掃描技術(shù)，例如暗視野法線復(fù)合光束法（dark field normal beam composite，DCN)及暗視野斜向復(fù)合光束法（dark field oblique beam composite，DC0)， 可用于確定所拋光基材上的顆粒缺陷。用于評估顆粒缺陷率的適宜的儀器可自例如KLA-Tencor獲得(例如在120納米閾值或160納米閾值下運作的SURFSCAN? SP1儀器）。
[0075] 用該拋光組合物拋光的基材，尤其是包含硅氧化物和/或多晶硅的硅，令人滿意地 具有20，000計數(shù)或更低，例如17，500計數(shù)或更低、15，000計數(shù)或更低、12，500計數(shù)或更低、 3，500計數(shù)或更低、3，000計數(shù)或更低、2，500計數(shù)或更低、2，000計數(shù)或更低、1，500計數(shù)或更 低、或1，000計數(shù)或更低的DCN值。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明實施方式拋光的基材具有750計數(shù)或 更低，例如500計數(shù)、250計數(shù)、125計數(shù)、或甚至100計數(shù)或更低的DCN值。
[0076] 如通過適宜的技術(shù)所判斷的，用拋光組合物的實施方式拋光的基材令人滿意地展 示出低的總刮痕計數(shù)。舉例而言，拋光組合物令人滿意地展示出90計數(shù)或更低，例如80計數(shù) 或更低、70計數(shù)或更低、60計數(shù)或更低、50計數(shù)或更低、40計數(shù)或更低、30計數(shù)或更低、20計 數(shù)或更低、10計數(shù)或更低、5計數(shù)或更低、2計數(shù)或更低、或1.5計數(shù)或更低的總刮痕計數(shù)。
[0077] 當用拋光組合物的實施方式拋光多晶硅基材時，來自基材的多晶硅損失可自多晶 硅基材的邊緣、中部、及中心量測。如通過適宜的技術(shù)所判斷的，當拋光基材時，拋光組合物 令人滿意地展示出多晶硅損失的均勻性。舉例而言，來自多晶硅基材的邊緣、中部、及中心 的多晶硅損失值令人滿意地在彼此的50埃內(nèi)，例如彼此的40埃內(nèi)、彼此的30埃內(nèi)、彼此的20 埃內(nèi)、彼此的10埃內(nèi)、彼此的5埃內(nèi)、彼此的2.5埃內(nèi)、彼此的I.O埃內(nèi)、或彼此的0.1埃內(nèi)。
[0078] 拋光組合物可經(jīng)調(diào)整以提供對特定材料有選擇性的有效拋光，且同時最小化表面 的不完善、缺陷、腐蝕、侵蝕及停蝕層的移除。選擇性在一定程度上可通過改變拋光組合物 的組分的濃度而加以控制。需要時，拋光組合物可用于以如下的二氧化硅對多晶硅的拋光 選擇性拋光基材: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二氧化硅對多晶硅選擇性，例 如20:1或更高，或甚至30:1或更高。
[0079] 根據(jù)本發(fā)明，基材可通過任何適宜的技術(shù)用本文所述拋光組合物平坦化或拋光。 本發(fā)明的拋光方法特別適合結(jié)合CMP設(shè)備使用。通常，CMP設(shè)備包含平臺、拋光墊及夾持器， 平臺在使用時移動且具有由軌道、直線、或圓周運動所產(chǎn)生的速度，拋光墊與平臺接觸且當 運動時隨平臺一起移動，而夾持器通過接觸并相對于拋光墊表面移動而固持所拋光的基 材。拋光組合物的實施方式允許增大的平臺速度(例如，50rpm或更高，例如IOOrpm或更高）。 基材的拋光通過以下發(fā)生:將基材放置成與本發(fā)明的拋光組合物以及合乎期望地與拋光墊 接觸，然后用拋光組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種或多 種）以拋光基材。
[0080] 可以使用任何適宜的拋光墊用拋光組合物拋光基材(例如，拋光表面）。適宜的拋 光墊包括例如編織和非編織拋光墊。此外，合適的拋光墊可包括具有不同的密度、硬度、厚 度、可壓縮性、壓縮后的回彈能力和壓縮模量的任何合適的聚合物。合適的聚合物包括例如 聚氯乙烯、聚氟乙烯、尼龍、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、其共形成產(chǎn)物、及其混合物。軟的聚氨酯拋光墊特別適合結(jié) 合本發(fā)明的拋光方法使用。典型的墊包括但不限于SURFIN? 000、SURFIN? SSWl、SPM3100 (可購自，例如Eminess Technologies)、POLITEX?、及Fujibo POLYPAS? 27。特別優(yōu)選的拋 光墊為可自Cabot Microelectronics購得的EPIC? DlOO墊。
[0081] 令人滿意的是，CMP設(shè)備進一步包含原位拋光終點檢測系統(tǒng)，其中許多是本領(lǐng)域已 知的。用于通過分析自工件表面所反射的光或其它輻射來檢測及監(jiān)控拋光進度的技術(shù)為本 領(lǐng)域已知的。這樣的方法闡述于，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。令人滿意的是，對于所拋光的 工件的拋光過程的進展的檢查或監(jiān)控使得能夠確定拋光終點，即，確定何時終止對特定工 件的拋光過程。
[0082] 以下實施例進一步說明本發(fā)明，但當然不應(yīng)理解為以任何方式限制其范圍。
[0083] 實施例1
[0084] 該實施例展示添加包括雙官能聚酯的表面活性劑至四種不同的拋光組合物（1A至 ID)的效果。該實施例中的拋光組合物包含0.43 %的平均粒徑為120納米或更低的濕法鈰土 研磨劑顆粒、180(^口111的聚乙二醇8000、18口口1]1的吡啶甲酸(口;[(301;[11；^3(^(1)，并變化包含雙 官能聚酯的表面活性劑（多元醇）的量、及三乙醇胺的含量。各拋光組合物的表面活性劑及 三乙醇胺的含量列于表1A中。
[0085]用拋光組合物IA至ID拋光合適的基材后對每一拋光組合物進行以下量測：1)硅氧 化物自均質(zhì)硅氧化物膜(毯覆式晶片）的移除速率;2)自均質(zhì)多晶硅膜(多晶硅毯覆式晶片） 的多晶硅移除速率;3)拋光組合物在圖案化入多晶硅膜(圖案晶片）中的硅氧化物填充溝槽 上所展示出的凹陷;4)由沉淀在2200埃多晶硅基質(zhì)的頂上的7000埃硅氧化物所構(gòu)成的圖案 晶片（多晶硅損失晶片）的多晶硅損失性能;及5)拋光組合物IA至ID在多晶硅毯覆式晶片上 所展示出的總刮痕。
[0086] 將拋光組合物IA至ID的凹陷與第一控制組即圖2中所標記的控制組進行比較?？?制組由4285ppm PEG 8000、43ppm吡啶甲酸、及0.72%的平均粒徑為120納米或更低的濕法 鋪土研磨劑顆粒構(gòu)成。
[0087] 拋光組合物IA至ID的多晶硅損失性能與第二控制組拋光組合物相比較。第二控制 組，即圖3中所標記的控制組，由2500ppmPlur〇nic_?L31 (BASF，Chicago，IL)、及 160ppm Dequest?2000(Thermphos International BV，Vlissingen，NL)構(gòu)成。
[0088] 用拋光組合物IA至ID拋光原硅酸四乙酯(TEOS)、高密度等離子體(HDP)、及多晶硅 的毯覆式晶片。另外地，用拋光組合物IA至ID拋光圖案晶片及多晶硅損失晶片。拋光在 Mirra? CMP設(shè)備（Applied Materials，Inc.，Santa Clara，California)上實施。Mirra?過 程的拋光參數(shù)列于下表1B中。
[0089] 使用F5橢圓光度法裝置(KLA-Tencor ,Milpitas ,California)通過比較溝槽內(nèi)的 硅氧化物膜與周圍的多晶硅膜之間的厚度差來量測凹陷，其中越大的差值對應(yīng)于越高的凹 陷率。
[0090] 拋光后，量測各拋光組合物的TE0S、HDP、及多晶硅移除速率，以埃/分鐘為單位。結(jié) 果顯示在圖1中，圖1是顯示針對特定拋光組合物(X軸）的三種表面晶片類型的移除速率(Y 軸)的柱狀圖。
[0091] 各拋光組合物的凹陷以埃為單位量測且顯示在圖2中，圖2是針對各拋光組合物的 在間距的變化長度(X軸）內(nèi)所量測的凹陷(Y軸)的線形圖。另外地，拋光后，以埃為單位量測 各拋光組合物的總多晶硅損失。結(jié)果顯示在圖3中，圖3是特定拋光組合物在多晶硅損失晶 片的中心、中部、及邊緣處(X軸)所展示出的總多晶硅損失(Y軸)的箱形圖。
[0092] 此外，拋光后，使用經(jīng)編程以定位晶片表面缺陷的掃描電子顯微鏡來量測各拋光 組合物所展示的總刮痕。結(jié)果顯示在圖4中，圖4是特定拋光組合物(X軸)所展示出的總刮痕 (Y軸)的箱形圖。
[0093] 衷IA:拋光組合物概況

[0097] 這些結(jié)果表明，將含雙官能聚酯的表面活性劑添加到拋光組合物IA至ID中產(chǎn)生了 若干種期望的效果。
[0098] 特定而言，拋光組合物IA至ID展示出高HDP移除速率且同時維持低多晶硅移除速 率。拋光組合物IA至ID的TEOS移除速率也保持高于各拋光組合物的多晶硅移除速率。
[0099]另外，這些結(jié)果表明，與控制組相比，拋光組合物IA至ID中的含雙官能聚酯的表面 活性劑的存在基本上改善了凹陷性能。特定而言，控制組在100微米間距長度處展示出300 埃的凹陷，而拋光組合物IA至ID在100微米間距長度處展示出低于200埃的凹陷。在所測試 的最長長度即1800微米間距長度處，拋光組合物IA至ID的凹陷仍低于400埃，而控制組展示 出大于1000埃的凹陷。
[0100] 此外，這些結(jié)果顯示，當與控制組相比時，拋光組合物IA至IC中的含雙官能聚酯的 表面活性劑的存在于硅損失晶片上產(chǎn)生了更均勻的多晶硅損失。均勻性通過比較多晶硅損 失晶片的中心、中部、及邊緣的總多晶硅損失而量測，其中越接近的值表示越大且越理想的 均勻性。理想地，總多晶硅損失也盡可能地低。
[0101]特定而言，拋光組合物IC展示出近乎完全的均勻度，因為多晶硅損失晶片的中心、 中部、及邊緣處所量測的總多晶硅損失值均在彼此的4埃內(nèi)。拋光組合物IC所量測的所有三 個多晶硅損失值也皆在11埃以下。這些結(jié)果相比控制組拋光組合物是改進，控制組拋光組 合物缺乏均勻性，尤其是當將其中心多晶硅損失與其邊緣及中部多晶硅損失進行比較時。 控制組拋光組合物還在多晶硅損失晶片的中心處展示出超過35埃的多晶硅損失。
[0102] 最后，這些結(jié)果表明，拋光組合物IA至ID中的含雙官能聚酯的表面活性劑的存在 產(chǎn)生可接受的刮痕水平，尤其是在拋光組合物1A、1B、及ID中。
[0103] 盡管拋光組合物IC展示出該組的最高總刮痕，但其結(jié)果與控制組拋光組合物的商 業(yè)上可接受的刮痕計數(shù)相當。
[0104] 本文所引用的所有參考文獻，包括出版物、專利申請、及專利，皆以引用的方式并 入，其并入程度如同個別且明確地指出各參考文獻以引用的方式并入且在本文中將其全文 列出一般。
[0105] 除非在本文中另外說明或上下文明顯相互矛盾，否則在闡述本發(fā)明的情形中（尤 其是在權(quán)利要求書的情形中），術(shù)語"一個"和"一種"和"該"及類似指示詞的使用應(yīng)理解為 涵蓋單數(shù)及復(fù)數(shù)兩者。除非另有說明，否則術(shù)語"具有"、"包括"、及"包含"應(yīng)理解為開放式 術(shù)語（即，意為"包括，但不限于"）。除非本文中另有說明，否則本文對值的范圍的敘述僅意 欲用作個別地提到在該范圍內(nèi)的每一單獨的值的簡寫方法，且每一單獨的值皆并入本說明 書中，如同其個別地敘述于此那樣。除非本文中另外說明或上下文明顯相互矛盾，否則本文 所描述的所有方法皆可按任何適宜的順序?qū)嵤?。除非另外聲明，否則本文所提供的任何及 所有實施例、或例示性語言(例如，"例如"）僅意欲更好地闡明本發(fā)明，而并不對本發(fā)明的范 圍施以限制。本說明書中的任何語言皆不應(yīng)理解為，指示對實踐本發(fā)明至關(guān)重要的任何未 主張的要素。
[0106] 本文中描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，包括本發(fā)明的
【發(fā)明人】所知道的用以實施本 發(fā)明的最優(yōu)選模式。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在閱讀上述說明時便可明了那些優(yōu)選實施方式的 變化。本發(fā)明的
【發(fā)明人】預(yù)期本領(lǐng)域技術(shù)人員會在適當時采用這樣的變化，且本發(fā)明的發(fā)明 者希望以不同于本文所具體描述的方式實踐本發(fā)明。因此，本發(fā)明包括適用法律所允許的 隨附權(quán)利要求書中所述主題的所有修改形式及等價物。此外，除非本文中另外說明或上下 文明顯相互矛盾，否則本發(fā)明涵蓋上述要素在其所有可能變化中的任何組合。
【主權(quán)項】
1. 化學(xué)機械拋光組合物，包含： (a) 具有120納米或更低的平均粒徑的濕法鈰土研磨劑顆粒； (b) 至少一種醇胺； (c) 至少一種具有至少一個親水性部分和至少一個疏水性部分的表面活性劑，該表面 活性劑具有1，〇〇〇或更高的分子量;以及 (d) 水， 其中該組合物具有6或更高的pH值。2. 權(quán)利要求1的拋光組合物，其中該研磨劑顆粒具有65納米或更低的平均初級粒徑。3. 權(quán)利要求1的拋光組合物，其中該研磨劑顆粒以該組合物的0.001重量％至2重量％ 的量存在。4. 權(quán)利要求1的拋光組合物，其中該醇胺具有6至10的pKi值。5. 權(quán)利要求1的拋光組合物，其中該醇胺帶有pKa值為7至11的官能團。6. 權(quán)利要求1的拋光組合物，其中該醇胺為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-TrisJris、或者它們的任意組合。7. 權(quán)利要求1的拋光組合物，其中該醇胺以該組合物的0.001重量％至1重量％的量存 在。8. 權(quán)利要求1的拋光組合物，其中該表面活性劑具有下式： A-R-C 其中，A與C為親水性部分，且R為疏水性部分。9. 權(quán)利要求8的拋光組合物，其中該表面活性劑是雙官能的，且A與C是相同的。10. 權(quán)利要求8的拋光組合物，其中A與C中的至少一者含有酯、羧酸、以及醇官能團中的 至少一種、或者它們的任意組合。11. 權(quán)利要求8的拋光組合物，其中A與C中的至少一者含有連接至伯碳上的醇官能團。12. 權(quán)利要求8的拋光組合物，其中A與C中的至少一者含有連接至叔碳上的羧基官能 團。13. 權(quán)利要求8的拋光組合物，其中R具有100至10,000的分子量。14. 權(quán)利要求1的拋光組合物，其中該表面活性劑由下式表示：15. 權(quán)利要求1的拋光組合物，其中該表面活性劑具有500至5，000的分子量。16. 化學(xué)機械拋光基材的方法，該方法包括： (i)使基材與拋光墊及拋光組合物接觸，該拋光組合物包含： (a)具有120納米或更低的平均粒徑的濕法鈰土研磨劑顆粒； (b)至少一種醇胺； (C)至少一種具有至少一個親水性部分和至少一個疏水性部分的表面活性劑，該表面 活性劑具有1，〇〇〇或更高的分子量;以及 (d)水， 其中該組合物具有6或更高的pH值；以及 (ii)使該拋光墊和該拋光組合物相對于該基材移動，從而磨除該基材的至少一部分以 拋光該基材。17. 權(quán)利要求16的方法，其中該基材包含多晶硅和硅氧化物，且其中至少自該基材移除 所述娃氧化物，以拋光該基材。18. 權(quán)利要求17的方法，其中自該基材移除比多晶硅更多的硅氧化物，從而拋光該基 材。19. 權(quán)利要求16的方法，其中該醇胺為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-TrisJris、或者它們的任意組合。20. 權(quán)利要求16的方法，其中該表面活性劑具有下式： A-R-C 其中，A與C為親水性部分，且R為疏水性部分。
【文檔編號】C09K3/14GK105829487SQ201480067699
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2014年9月30日
【發(fā)明人】B.賴斯
【申請人】嘉柏微電子材料股份公司