CN102061132B - 化学机械抛光组合物及其相关方法 - Google Patents

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Abstract

一种可以用于基材的化学机械抛光的化学机械抛光组合物，所述基材包含氧化硅材料和氮化硅材料；以及所述化学机械抛光组合物的制备和使用方法。所述化学机械抛光组合物包含以下物质作为初始组分：式I所示的第一物质和式II所示的第二物质中的至少一种；磨料；和水。

Description

化学机械抛光组合物及其相关方法
技术领域
本发明涉及化学机械抛光组合物及其制备和使用方法。更具体来说，本发明涉及用来对包含氧化硅材料和氮化硅材料的基材进行抛光的化学机械抛光组合物。
背景技术
人们使用浅沟隔离(STI)结构将晶体管和晶体管部件，例如源/漏结或通道截断分隔开。STI结构通常通过以下方式形成：在基材上沉积一系列介电材料，然后对基材进行抛光，以除去多余的介电材料。常规的STI结构的一个例子包括在形成于硅基材上的氧化物层上沉积一个氮化硅层，对基材进行图案化和蚀刻，形成特征限定件，沉积氧化硅，填充所述特征限定件，然后对基材表面进行抛光，除去多余的氧化硅，形成特征。在所述基材中蚀刻特征的过程中，所述氮化硅层作为阻挡层、硬掩模，而在随后的抛光过程中作为抛光停止层。所述STI制造工艺需要对氧化硅层进行抛光，直至氮化硅层，同时氮化硅除去量极少，以防对下方覆盖的材料造成破坏。
最广泛使用的抛光STI基材的方法是通过三个独立的抛光步骤，使用三种不同的抛光浆液的化学机械抛光浅沟隔离(CMP-STI)工艺。第一个抛光步骤通常使用具有高磨料含量的基于氧化硅的浆液，以便大批去除氧化物。第二个抛光步骤通常使用对氧化硅/氮化硅具有高选择性(例如＞15)的基于氧化铈的浆液。然后是第三个抛光步骤，该步骤是一个擦光步骤，帮助从晶片表面清除颗粒。所述第三个抛光步骤可以除去一些氧化硅和氮化硅，以便校正形貌。所述第三抛光步骤是最终步骤，因此该步骤之后基材表面的平整度和缺陷度是很关键的。
随着器件的几何结构缩小，STI工艺的平整度要求变得更为严格。随着目前成本上的压力，越来越多的芯片制造商不再采用昂贵得多且耗时的反掩模STI制备法，转而采用直接抛光CMP-STI。CMP-STI的关键工艺性能标准是抛光后的凹槽氧化物厚度，活性区域氮化物厚度，以及模头内(WID)和晶片内(WIW)厚度范围。
Prabhu等人在美国专利第7,063,597号中揭示了一种用来满足直接抛光CMP-STI法的需求的方法。Prabhu等人揭示了一种用来处理基材的方法，该方法包括：提供一种基材，所述基材包括设置在图案化的介电材料上的大体积介电材料，其量足以填充所述图案化的介电材料的特征限定件；使用第一抛光组合物以及不含磨料的抛光制品对基材进行抛光，直至基本上除去了大体积介电材料；使用第二抛光组合物和固定磨料抛光制品对所述基材进行抛光，以除去残余的大体积介电材料，使得特征限定件之间的图案化的介电材料暴露出来。
尽管如此，人们仍然需要可调节的化学机械抛光(CMP)组合物和方法，促进氧化硅和氮化硅的去除，用于所述三步CMP-STI法的最终步骤。
发明内容
在本发明的一个方面，提供一种化学机械抛光组合物，其包含以下物质作为初始组分：式I的第一物质
Figure BSA00000356571000021
式中R1，R2，R3，R4，R5，R6和R7各自是化学式为-(CH2)n-的桥连基团，其中n是选自1-10的整数，任选地第一物质中的一个或多个氮原子可以以季氮形式提供，其中氮带正电荷；式II的第二物质
Figure BSA00000356571000031
其中R8，R9，R10，R11和R12各自选自氢和具有1-6个碳原子的烷基，其中任选地，R8，R9，R10，R11和R12中的两种或更多种结合成环状结构，所述第二物质中的一个或多个氮可以为季氮形式，其中氮带正电荷；磨料；和水。
在本发明的另一个方面，提供一种用来制备化学机械抛光组合物的方法，其包括：提供式I的第一物质
Figure BSA00000356571000032
式中R1，R2，R3，R4，R5，R6和R7各自是化学式为-(CH2)n-的桥连基团，其中n是选自1-10的整数，任选地第一物质中的一个或多个氮原子可以以季氮形式提供，其中氮带正电荷；提供式II的第二物质
Figure BSA00000356571000033
其中R8，R9，R10，R11和R12各自是包含1-6个碳原子的烷基，任选地，R8，R9，R10，R11和R12中的两种或更多种结合形成环状结构，任选地，所述第二物质中的一个或多个氮可以为季氮的形式，其中氮带正电荷；提供磨料；提供水；提供pH调节剂；将所述第一物质、第二物质、磨料和水混和起来，形成浆液；将pH调节剂加入浆液中，将浆液的pH值调节至＜7。
在本发明的另一个方面，提供一种用来对基材进行化学机械抛光的方法，其包括：提供一种基材，所述基材包含氧化硅材料和氮化硅材料；提供第一物质和第二物质中的至少一种；所述第一物质如式I所示
Figure BSA00000356571000041
式中R1，R2，R3，R4，R5，R6和R7各自是化学式为-(CH2)n-的桥连基团，其中n是选自1-10的整数，任选地第一物质中的一个或多个氮原子可以以季氮形式提供，其中氮带正电荷；第二物质如式II所示
其中R8，R9，R10，R11和R12各自选自氢和具有1-6个碳原子的烷基，任选地，R8，R9，R10，R11和R12中的两个或更多个结合形成环状结构，任选地，第二物质中的一个或多个氮可以为季氮形式，其中氮带正电荷；提供磨料；提供水；提供pH调节剂；混和以下组分(a)、(b)、(c)形成化学机械抛光组合物：(a)第一物质和第二物质中的至少一种，(b)磨料，(c)水；加入pH调节剂，将化学机械抛光组合物的pH值调节至＜7；提供化学机械抛光垫；在所述化学机械抛光垫和基材之间建立动态接触；在化学机械抛光垫和基材之间的界面处或界面附近，将化学机械抛光组合物分配在化学机械抛光垫上；所述氧化硅材料和氮化硅材料的至少一部分从基材上除去。
具体实施方式
本发明的化学机械抛光组合物可以用来对包含氧化硅材料(例如TEOS)和氮化硅材料(例如Si3N4)的基材进行抛光。本发明的化学机械抛光组合物可以特别有效地用于三步CMP-STI法的第三个抛光步骤，在此方法中，表面的平整化以及缺陷度的最小化是关键。
对于本发明的化学机械抛光组合物的独特配方，可以通过改变作为初始组分加入该组合物的第一物质和第二物质的浓度，调节所述化学机械抛光组合物的氧化硅/氮化硅去除速率选择性。本发明的化学机械抛光组合物的可调节的氧化硅/氮化硅去除速率选择性为0.2至5.0。较佳的是，对本发明的化学机械抛光组合物进行配制，使得氧化硅/氮化硅去除速率选择性为0.5-2.0；更优选为0.75-1.5；更优选为0.8-1.2；最优选为0.9-1.2。
本发明的化学机械抛光组合物包含式I的第一物质作为初始组分：
Figure BSA00000356571000051
其中R1，R2，R3，R4，R5，R6和R7各自是化学式为-(CH2)n-的桥连基团，其中n是选自1-10的整数。较佳的是，对于R1，R2，R3，R4，R5，R6和R7，n是独立地选自1-4的整数。较佳的是，对于R1，R2，R3，R4，R5，R6和R7，n是独立地选自2-4的整数。最佳的是，所述第一物质是下式所示的二亚甲基三胺五(甲基膦酸)：
Figure BSA00000356571000061
任选地，所述第一物质中的一个或多个氮可以为季氮形式，其中氮带正电荷。
已经确定了在酸性pH条件下，作为本发明化学机械抛光组合物的初始组分加入第一物质能够提高氮化硅去除速率，而对化学机械抛光组合物的氧化硅去除速率影响极小。通过作为本发明的化学机械抛光组合物的初始组分选择性加入第一物质，可以对化学机械抛光组合物的氮化硅去除速率进行调节，以适应特定的抛光应用。
本发明的化学机械抛光组合物包含0.001-1重量％的第一物质作为初始组分。对用于所述化学机械抛光组合物的第一物质的量进行选择，以调节氮化硅去除速率相对于氧化硅去除速率的相对关系。在一些优选的应用中，所述化学机械抛光组合物包含0.001-0.2重量％，更优选0.008-0.03重量％，最优选0.009-0.015重量％的第一物质作为初始组分。
本发明的化学机械抛光组合物还包含式II的第二物质作为初始组分：
Figure BSA00000356571000071
其中R8，R9，R10，R11和R12各自选自氢和具有1-6个碳原子的烷基(例如N，N，N′，N′-四甲基-N″，N″-二乙基胍鎓)。较佳的是，R8，R9，R10，R11和R12独立地选自甲基、乙基、丙基和丁基。更佳的是，R8，R9，R10，R11和R12独立地选自甲基和乙基。最佳的是，R8，R9，R10，R11和R12是甲基，第二物质是四甲基胍。任选地，R8，R9，R10，R11和R12中的一种或多种是包含1-6个碳原子的烷基，所述烷基是卤代烷基，例如完全卤代或部分卤代的乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基或叔丁基。任选地，R8，R9，R10，R11和R12中的两个或更多个可以结合起来，形成饱和的或者不饱和的环状结构(例如1-甲基-7-正丙基-1，5，7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯鎓)。任选地，所述第二物质中的一个或多个氮可以为季氮形式，其中氮带正电荷。
已经确定了在酸性pH条件下，作为本发明化学机械抛光组合物的初始组分加入第二物质能够提高氧化硅去除速率，同时减小化学机械抛光组合物的氮化硅去除速率。通过作为本发明的化学机械抛光组合物的初始组分选择性加入第二物质与第一物质相结合，可以对化学机械抛光组合物的氧化硅和氮化硅去除速率进行调节，以适应特定的抛光应用。
对所述化学机械抛光组合物中使用的第二物质的量进行选择，以调节氧化硅和氮化硅去除速率。本发明的化学机械抛光组合物优选包含0.001-5重量％的第二物质作为初始组分。更优选的，所述化学机械抛光组合物包含0.01-1重量％，更优选0.01-0.5重量％，更优选0.01-0.1重量％，最优选0.02-0.06重量％的第二物质作为初始组分。
对本发明的化学机械抛光组合物中使用的磨料的量进行选择，以调节氧化硅和氮化硅去除速率。所述化学机械抛光组合物中磨料浓度的增大可以提高氧化硅去除速率和氮化硅去除速率。较佳的是，所述化学机械抛光组合物配制成包含足够的磨料浓度，使得氧化硅去除速率为400-1100
Figure BSA00000356571000072
分钟；氮化硅去除速率为400-1100
Figure BSA00000356571000081
分钟。
适合用于本发明的化学机械抛光组合物的磨料包括：例如无机氧化物、无机氢氧化物、无机水合氧化物(inorganic hydroxide oxide)、金属硼化物、金属碳化物、金属氮化物、聚合物颗粒、以及包含至少一种上述物质的混合物。合适的无机氧化物包括：例如氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、氧化铈(CeO2)、氧化锰(MnO2)、氧化钛(TiO2)，或者包含至少一种上述氧化物的组合。如果需要，也可使用这些无机氧化物的改良形式，例如有机聚合物涂覆的无机氧化物颗粒和无机涂覆的颗粒。合适的金属碳化物、硼化物和氮化物包括：例如碳化硅、氮化硅、碳氮化硅(SiCN)、碳化硼、碳化钨、碳化锆、硼化铝、碳化钽、碳化钛、或包含上述金属碳化物、硼化物和氮化物中的至少一种的组合。所述磨料优选是胶体氧化硅磨料。适合用于本发明的化学机械抛光法的胶体氧化硅磨料包含沉淀氧化硅和团聚氧化硅中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，用于化学机械抛光组合物中的所述磨料是平均粒度≤100纳米的胶体氧化硅。在这些实施方式的一些方面，所述胶体氧化硅的平均粒度为1-100纳米。在这些实施方式的一些方面，所述胶体氧化硅的平均粒度为1-50纳米。在这些实施方式的一些方面，所述胶体氧化硅的平均粒度为1-40纳米。在这些实施方式的一些方面，所述胶体氧化硅的平均粒度为1-30纳米。在这些实施方式的一些方面，所述胶体氧化硅的平均粒度为20-30纳米。
在本发明的一些实施方式中，所用化学机械抛光组合物包含1-40重量％的磨料。在这些实施方式的一些方面，所用化学机械抛光组合物包含1-25重量％的磨料。在这些实施方式的一些方面，所用化学机械抛光组合物包含1-10重量％的磨料。在这些实施方式的一些方面，所用化学机械抛光组合物包含1-5重量％的磨料。
在本发明的一些实施方式中，所使用的化学机械抛光组合物包含1-40重量％、优选1-25重量％、更优选1-10重量％、最优选1-5重量％的胶体氧化硅磨料，所述胶体氧化硅磨料的平均粒度≤100，优选为1-100纳米，更优选为1-50纳米，更优选为1-40纳米，更优选为1-30纳米，最优选为20-30纳米。
本发明的化学机械抛光组合物中使用的水优选是去离子水和蒸馏水中的至少一种，以限制附带的杂质。
本发明的化学机械抛光组合物的pH值＜7，更优选pH值≤5；更优选pH值为2-4，最优选pH值为2-3。所述化学机械抛光组合物可以包含无机pH调节剂。在本发明的一些实施方式中，所述pH调节剂选自无机酸(例如硝酸、硫酸、盐酸和磷酸)以及无机碱(例如氢氧化钾)。在这些实施方式的一些方面，所述pH调节剂是硝酸(HNO3)和氢氧化钾(KOH)中的至少一种。在这些实施方式的一些方面，所述pH调节剂是磷酸。
任选地，本发明的化学机械抛光组合物包含以下物质作为初始组分：0.001-1重量％(优选0.001-0.2重量％，更优选0.008-0.03重量％，最优选0.009-0.015重量％)的第一物质；0.001-5重量％(优选0.01-1重量％，更优选0.01-0.5重量％，更优选0.01-0.1重量％，最优选0.02-0.06重量％)的第二物质；1-40重量％(优选1-25重量％，更优选1-10重量％，最优选1-5重量％)的磨料；以及水；配制所述化学机械抛光组合物，使得在小于7的pH值条件下(优选≤5，更优选2-4，最优选2-3)，氧化硅去除速率为400-1100
Figure BSA00000356571000091
分钟，氮化硅去除速率为400-1100
Figure BSA00000356571000092
分钟，氧化硅/氮化硅选择性为0.2-4.0(优选0.5-2.0，更优选0.75-1.5，更优选0.8-1.2，最优选0.9-1.1)；较佳的是，所述第一物质是二亚甲基三胺五(甲基膦酸)，第二物质是四甲基胍。
用于本发明的化学机械抛光法的化学机械抛光组合物任选还包含选自分散剂、表面活性剂、缓冲剂、消泡剂和杀生物剂的另外的添加剂。
较佳的是，本发明的化学机械抛光组合物包含以下物质作为初始组分：作为第一物质的二亚甲基三胺五(甲基膦酸)，以及作为第二物质的四甲基胍。
制备本发明的化学机械抛光组合物的方法包括：提供式I的第一物质，其中R1，R2，R3，R4，R5，R6和R7各自是具有化学式-(CH2)n-的桥连基团，其中n是选自1-10的整数(优选对于各R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7，n是独立地选自1-4的整数；更优选地，对于各R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7，n是独立地选自2-4的整数；最优选的，所述第一物质是二亚甲基三胺五(甲基膦酸))，(任选地，第一物质中的一个或多个氮可以为季氮的形式，其中氮带正电荷)；提供式II的第二物质，其中R8，R9，R10，R11和R12各自选自氢和包含1-6个碳原子的烷基(例如N，N，N′，N′-四甲基-N″，N″-二甲基胍鎓)，(较佳的是，R8，R9，R10，R11和R12各自独立地选自甲基、乙基、丙基和丁基；更优选地，R8，R9，R10，R11和R12独立地选自甲基和乙基；最优选的，R8，R9，R10，R11和R12各自是甲基，第二物质是四甲基胍)，(任选地，R8，R9，R10，R11和R12中的一种或多种是包含1-6个碳原子的烷基，其中所述烷基是卤代烷基，例如完全卤代或部分卤代的乙基，丙基，异丙基，丁基，异丁基，仲丁基或叔丁基)，(任选地，R8，R9，R10，R11和R12中的两个或更多个可以结合起来，形成饱和的或不饱和的环状结构(例如1-甲基-7-正丙基-1，5，7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯鎓))，(任选地，第二物质中的一个或多个氮可以为季氮的形式，其中氮带正电荷)；提供磨料；提供水；提供pH调节剂；将所述第一物质、第二物质、磨料和水混和起来，形成浆液；向所述浆液加入pH调节剂，将浆液的pH值调节到＜7(优选≤5，更优选为2-4，最优选为2-3)。所用的pH调节剂优选包括无机pH调节剂。例如，所述pH调节剂可以选自无机酸(例如硝酸、硫酸、盐酸和磷酸)以及无机碱(例如氢氧化钾)。较佳的是，所述pH调节剂是硝酸(HNO3)和氢氧化钾(KOH)中的至少一种。
本发明的对基材进行化学机械抛光的方法包括：提供基材，所述基材包含氧化硅材料和氮化硅材料；提供本发明的化学机械抛光组合物；提供化学机械抛光垫；在所述化学机械抛光垫和基材之间的界面处建立动态接触；以及在所述化学机械抛光垫和基材之间的界面处或附近，将所述化学机械抛光组合物分配在所述化学机械抛光垫上；至少一部分的所述氧化硅材料和氮化硅材料从基材除去。
较佳的是，在本发明的对包含氧化硅材料和氮化硅材料的基材进行化学机械抛光的方法中，本发明的化学机械抛光组合物优选配制成氧化硅/氮化硅去除速率选择性为0.2-4.0。较佳的是，对所述化学机械抛光组合物进行配制，使得氧化硅/氮化硅去除速率选择性为0.5-2.0；更优选为0.75-1.5；更优选为0.8-1.2；最优选为0.9-1.2。
较佳的是，在本发明的对包含氧化硅材料和氮化硅材料的基材进行化学机械抛光的方法中，本发明的化学机械抛光组合物优选配制成氧化硅去除速率为400-1100
Figure BSA00000356571000111
分钟；氮化硅去除速率为400-1100
Figure BSA00000356571000112
分钟。
较佳的是，本发明的化学机械抛光方法包括施加额定作用力，将所述基材和化学机械抛光垫压在一起(即抛光垫压力)。较佳的是，所述抛光垫压力是3-35kPa。较佳的是，所述抛光垫压力是10-30kPa。最佳的是，所述抛光垫压力是17-25kPa。
较佳的是，本发明的对基材进行化学机械抛光的方法包括：提供基材，所述基材包含氧化硅材料和氮化硅材料；提供第一物质和第二物质中的至少一种(优选同时提供第一物质和第二物质)；所述第一物质如式I所示，其中R1，R2，R3，R4，R5，R6和R7各自是桥连基团，化学式为-(CH2)n-，其中n是选自1-10的整数，(优选对于各R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7，n是独立地选自1-4的整数；更优选对于各R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7，n是选自2-4的整数；最优选第一物质是二亚乙基三胺五(甲基膦酸))，(任选地，第一物质中的一个或多个氮可以是季氮形式，所述氮带正电荷)；其中所述第二物质如式II所示，提供式II的第二物质，其中R8，R9，R10，R11和R12各自选自氢和包含1-6个碳原子的烷基(例如，N，N，N′，N′-四甲基-N″，N″-二乙基胍鎓)，(优选地，R8，R9，R10，R11和R12各自独立地选自甲基，乙基，丙基和丁基；更优选地，R8，R9，R10，R11和R12各自独立地选自甲基和乙基；最优选地，R8，R9，R10，R11和R12各自独立地是甲基，所述第二物质是四甲基胍)，(任选地，R8，R9，R10，R11和R12中的一种或多种是包含1-6个碳原子的烷基，其中所述烷基是卤代的烷基，例如完全卤代或部分卤代的乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基或叔丁基)，(任选地，R8，R9，R10，R11和R12中的两种或更多种可以结合起来，形成饱和或不饱和的环结构(例如1-甲基-7-正丙基-1，5，7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯鎓))，(任选地，所述第二物质中的一个或多个氮可以为季氮形式，所述氮带正电荷)；提供水；提供pH调节剂；将以下(a)、(b)、(c)混和起来，形成化学机械抛光组合物：(a)第一物质和第二物质中的至少一种，(b)磨料和(c)水；加入pH调节剂以将化学机械抛光组合物的pH值调节到＜7；提供化学机械抛光垫；在所述化学机械抛光垫和基材之间的界面处建立动态接触；在化学机械抛光垫和基材之间的界面处或附近，将所述化学机械抛光组合物分配在化学机械抛光垫上；将至少一部分的所述氧化硅材料和氮化硅材料从基材除去；所述化学机械抛光组合物提供的氧化硅/氮化硅去除速率选择性为0.2-4.0(更优选0.5-2.0，更优选0.75-1.5，更优选0.8-1.2，最优选0.9-1.2)；氧化硅去除速率为400-1100
Figure BSA00000356571000121
分钟；氮化硅去除速率为400-1100
Figure BSA00000356571000122
分钟；台板转速93转/分钟，支架转速87转/分钟，化学机械抛光组合物流速为200毫升/分钟，额定向下作用力为20.7kPa，使用200毫米抛光机；其中所述化学机械抛光垫包括涂覆在毡基材上的多孔性聚氨酯抛光层(例如购自罗门哈斯电子材料CMP有限公司(Rohm and HaasElectronic Materials CMP Inc.)的PolitexTM抛光垫)。
较佳的是，本发明的对基材进行化学机械抛光的方法包括：提供基材，所述基材包含氧化硅材料和氮化硅材料；提供第一物质和第二物质中的至少一种(优选同时提供第一物质和第二物质)；所述第一物质如式I所示，其中R1，R2，R3，R4，R5，R6和R7各自是桥连基团，化学式为-(CH2)n-，其中n是选自1-10的整数，(优选对于各R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7，n是独立地选自1-4的整数；更优选对于各R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7，n是选自2-4的整数；最优选第一物质是二亚乙基三胺五(甲基膦酸))，(任选地，第一物质中的一个或多个氮可以是季氮形式，所述氮带正电荷)；其中所述第二物质如式II所示，提供式II的第二物质，其中R8，R9，R10，R11和R12各自选自氢和包含1-6个碳原子的烷基(例如，N，N，N′，N′-四甲基-N″，N″-二乙基胍鎓)，(优选地，R8，R9，R10，R11和R12各自独立地选自甲基，乙基，丙基和丁基；更优选地，R8，R9，R10，R11和R12各自独立地选自甲基和乙基；最优选地，R8，R9，R10，R11和R12各自是甲基，所述第二物质是四甲基胍)，(任选地，R8，R9，R10，R11和R12中的一种或多种是包含1-6个碳原子的烷基，其中所述烷基是卤代的烷基，例如完全卤代或部分卤代的乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基或叔丁基)，(任选地，R8，R9，R10，R11和R12中的两种或更多种可以结合起来，形成饱和或不饱和的环结构(例如1-甲基-7-正丙基-1，5，7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯鎓))，(任选地，所述第二物质中的一个或多个氮可以为季氮形式，所述氮带正电荷)；提供水；提供pH调节剂；将以下(a)、(b)、(c)混和起来，形成化学机械抛光组合物：(a)第一物质和第二物质中的至少一种，(b)磨料和(c)水；加入pH调节剂以将化学机械抛光组合物的pH值调节到＜7；提供化学机械抛光垫；在所述化学机械抛光垫和基材之间的界面处建立动态接触；在化学机械抛光垫和基材之间的界面处或附近，将所述化学机械抛光组合物分配在化学机械抛光垫上；将至少一部分的所述氧化硅材料和氮化硅材料从基材除去；所述化学机械抛光组合物包含以下物质作为初始组分：0.001-1重量％(优选0.001-0.2重量％，更优选0.008-0.03重量％，最优选0.009-0.015重量％)的第一物质；0.001-5重量％(优选0.01-1重量％，更优选0.01-0.5重量％，更优选0.01-0.1重量％，最优选0.02-0.06重量％)的第二物质；1-40重量％(优选1-25重量％，更优选1-10重量％，最优选1-5重量％)的磨料；以及水；配制所述化学机械抛光组合物，使得在小于7的pH值条件下(优选≤5，更优选2-4，最优选2-3)，氧化硅去除速率为400-1100
Figure BSA00000356571000131
分钟，氮化硅去除速率为400-1100
Figure BSA00000356571000132
分钟，氧化硅/氮化硅选择性为0.2-4.0(优选0.5-2.0，更优选0.75-1.5，更优选0.8-1.2，最优选0.9-1.2)；(最佳的是，所述第一物质是二亚乙基三胺五(甲基膦酸)，第二物质是四甲基胍)；台板转速93转/分钟，支架转速87转/分钟，化学机械抛光组合物流速为200毫升/分钟，额定向下作用力为20.7kPa，使用200毫米抛光机；其中所述化学机械抛光垫包括涂覆在毡基材上的多孔性聚氨酯抛光层(例如购自罗门哈斯电子材料CMP有限公司(Rohm and Haas Electronic MaterialsCMP Inc.)的PolitexTM抛光垫)。
实施例
化学机械抛光组合物
通过以下方式制备被测的化学机械抛光组合物(CMPC)：以表1所示的量混和组分，用硝酸或氢氧化钾将组合物的pH值调节到表1所示的最终pH值。
表1
  CMPC   第一物质 ￥ (重量％) 第二物质 Γ (重量％)   磨料￡(重量％)   最终pH
  1   0   0.02   4   3.0
  2   0   0.03   4   3.0
  3   0   0.04   4   3.0
  4   0   0.05   4   3.0
  5   0   0.1   4   3.0
  6   0   0.03   6   3.0
  7   0   0.05   6   3.0
  8   0.01   0   6   2.5
  9   0.01   0.05   6   2.5
  10   0.01   0.05   4   2.5
￥使用的第一物质是购自艾尔德里奇公司(Aldrich)的二亚乙基三胺五(甲基膦酸)
Γ所用的第二物质是购自艾尔德里奇公司的四甲基胍
￡实施例中使用的磨料是购自AZ电子材料公司(AZ Electronic Materials)的
Figure BSA00000356571000141
PL1598B25胶体氧化硅。
抛光测试：
使用200毫米的空白晶片，具体来说是TEOS电介质晶片和氮化硅晶片测试表1所述的化学机械抛光组合物。使用应用材料(AppliedMaterials)AMAT
Figure BSA00000356571000142
200毫米抛光机对实施例中所有的空白晶片进行抛光，抛光时使用涂覆在毡基材上的PolitexTM HI压纹多孔聚氨酯，并且压纹形成有十字形图案(购自罗门哈斯电子材料CMP有限公司(Rohm andHaas Electronic Materials CMP Inc.))。用于所有实施例的抛光条件包括：台板转速93rpm；支架转速87rpm；抛光介质流速200ml/min，向下压力为20.7kPa。表2中列出了各个抛光实验的去除速率。注意去除速率是根据抛光之前和之后空白晶片上的膜厚度计算的。具体来说，使用购自KLA-Tencor的SpectraFX 200光学薄膜度量***测定TEOS晶片和氮化硅晶片的去除速率。
表2

Claims (10)

1.一种化学机械抛光组合物，其包含以下物质作为初始组分: 
式I的第一物质 
Figure FDA0000370364570000011
式中R1,R2,R3,R4,R5,R6和R7各自是化学式为-(CH2)n-的桥连基团,其中n是选自1-10的整数,任选地第一物质中的一个或多个氮可以以季氮形式提供,其中氮带正电荷; 
式II的第二物质 
其中R8,R9,R10,R11和R12选自氢和具有1-6个碳原子的烷基，其中任选地，R8,R9,R10,R11和R12中的两种或更多种结合成环状结构,任选地，所述第二物质中的一个或多个氮可以为季氮形式，其中氮带正电荷; 
磨料；和 
水, 
所述化学机械抛光组合物的pH小于7，且 
所述化学机械抛光组合物的可调节的氧化硅/氮化硅去除速率选择性为0.2至5.0。 
2.如权利要求1所述的化学机械抛光组合物，其特征在于，所述化学机械抛光组合物包含以下物质作为初始组分：0.001-1重量%的第一物质;0.001-5重量%的第二物质;1-40重量%的磨料;和水。 
3.如权利要求2所述的化学机械抛光组合物，其特征在于，pH值为2-4。 
4.如权利要求3所述的化学机械抛光组合物，其特征在于，所述第一物质是二亚乙基三胺五(甲基膦酸)，所述第二物质是四甲基胍。 
5.如权利要求4所述的化学机械抛光组合物，其特征在于，所述磨料是平均粒度为1-50纳米的胶体氧化硅。 
6.如权利要求1所述的化学机械抛光组合物，其特征在于，还包含选自分散剂、表面活性剂、缓冲剂、消泡剂以及生物杀灭剂的另外的添加剂。 
7.一种制备化学机械抛光组合物的方法，所述方法包括: 
提供式I的第一物质 
Figure FDA0000370364570000021
式中R1,R2,R3,R4,R5,R6和R7各自是化学式为-(CH2)n-的桥连基团,其中n是选自1-10的整数,任选地第一物质中的一个或多个氮可以以季氮形式提供,其中氮带正电荷; 
提供式II的第二物质 
Figure FDA0000370364570000022
其中R8,R9,R10,R11和R12选自氢和具有1-6个碳原子的烷基，其中任选地，R8,R9,R10,R11和R12中的两种或更多种结合成环状结构,任选地，所述第二物质中的一个或多个氮可以为季氮形式，其中氮带正电荷; 
提供磨料; 
提供水; 
提供pH调节剂; 
将所述第一物质、第二物质、磨料和水混和起来，形成浆液;以及 
向所述浆液加入pH调节剂，将所述浆液的pH值调节至<7。 
8.一种用来对基材进行化学机械抛光的方法，该方法包括: 
提供基材，所述基材包含氧化硅材料和氮化硅材料; 
提供第一物质和第二物质中的至少一种; 
所述第一物质如式I所示 
Figure FDA0000370364570000031
式中R1,R2,R3,R4,R5,R6和R7各自是化学式为-(CH2)n-的桥连基团,其中n是选自1-10的整数,任选地第一物质中的一个或多个氮可以以季氮形式提供,其中氮带正电荷;第二物质如式II所示 
Figure FDA0000370364570000032
其中R8,R9,R10,R11和R12选自氢和具有1-6个碳原子的烷基，其中任选地， R8,R9,R10,R11和R12中的两种或更多种结合成环状结构,所述第二物质中的一个或多个氮可以为季氮形式，其中氮带正电荷; 
提供磨料; 
提供水; 
提供pH调节剂; 
将(a)、(b)、(c)混和起来，形成化学机械抛光组合物：(a)第一物质和第二物质中的至少一种,(b)磨料和(c)水;以及，加入pH调节剂，将化学机械抛光组合物的pH值调节到<7; 
提供化学机械抛光垫; 
在化学机械抛光垫和基材之间的界面处形成动态接触； 
在所述化学机械抛光垫和基材之间的界面处或界面附近，将所述化学机械抛光组合物分配在所述化学机械抛光垫上; 
将至少一部分的所述氧化硅材料和氮化硅材料从基材上除去。 
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述化学机械抛光组合物的氧化硅/氮化硅去除速率选择性为0.9-1.2。 
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述化学机械抛光组合物的氧化硅去除速率为400-1100
Figure FDA0000370364570000041
/分钟;氮化硅去除速率为400-1100
Figure FDA0000370364570000042
/分钟。 
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