TW202122524A - 自停止性拋光組合物及方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種用於拋光具有矽氧材料之基板之化學機械拋光組合物，其包含以下、由以下組成或基本上由以下組成：液體載劑；立方形氧化鈰研磨粒子，其分散於該液體載劑中；自停止劑；及陽離子聚合物。

Description

自停止性拋光組合物及方法
本發明係關於一種用於拋光基板之化學機械拋光組合物及化學機械拋光基板之方法。
化學機械拋光為積體電路(integrated circuit；IC)及微機電系統(micro-electro-mechanical system；MEMS)製造中之關鍵使能技術。用於拋光(或平坦化)基板(諸如晶圓)之表面之CMP組合物及方法為此項技術中所熟知。拋光組合物(亦稱為拋光漿料、CMP漿料及CMP組合物)通常包括懸浮(分散)於水溶液中之研磨粒子及用於在CMP操作期間提高材料移除之速率、提高平坦化效率及/或降低缺陷度的化學添加劑。
期望在某些CMP組合物之拋光應用中展現「自停止」行為，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，且接著當表面變得基本上平坦時，移除速率降低。在不同介電質拋光步驟中(例如，在STI製程中)，圖案介電質材料(例如，介電質層)之移除速率通常為整個製程之限速因素。因此，需要圖案化介電質材料之高移除速率以提高產量。亦需要呈相對較低溝槽損耗之形式的良好效率。此外，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。
自停止性漿料之優勢由降低的毯覆式移除速率產生，其產生較寬的端點窗口。舉例而言，自停止行為允許拋光介電質膜厚度減小之基板，從而允許減少量之材料沈積於結構化底層上方。此外，馬達扭矩端點偵測可用於更有效地監測最終形貌。可在平坦化之後藉由避免過度拋光或不必要地移除介電質來以較低溝槽損耗拋光基板。
氧化鈰(Cerium oxide/ceria)研磨劑在行業中為人所熟知，特定言之用於拋光含矽基板，例如包括氧化矽材料，諸如正矽酸四乙酯(TEOS)、氮化矽及/或多晶矽。氧化鈰研磨劑組合物常用於高級介電質應用中，例如包括淺槽隔離應用。儘管已知氧化鈰研磨劑之用途，但仍需要改良的基於氧化鈰研磨劑之CMP組合物。特定而言，仍需要將提供適用的移除速率同時亦提供提高的平坦化效率之用於化學機械拋光含氧化矽基板之組合物及方法。
揭示一種用於拋光具有矽氧材料(諸如氧化矽)之基板的化學機械拋光組合物。在一個實施例中，拋光組合物包含以下、由以下組成或基本上由以下組成：液體載劑；立方形氧化鈰研磨粒子，其分散於該液體載劑中；自停止劑；及陽離子聚合物。
相關申請案之交叉參考
本申請案主張2019年10月22日申請之標題為Self-Stopping Polishing Composition and Method 之美國臨時申請案第62/924,342號的權益。
揭示一種用於拋光具有矽氧材料(諸如氧化矽)之基板的化學機械拋光組合物。拋光組合物包含以下、由以下組成或基本上由以下組成：液體載劑；立方形氧化鈰研磨粒子，其分散於該液體載劑中；自停止劑；及陽離子聚合物。在一個實施例中，自停止劑包括苯異羥肟酸、柳異羥肟酸、麹酸或山梨酸鉀。在另一實施例中，陽離子聚合物包括聚(乙烯基咪唑鎓)、聚(甲基丙烯醯氧基乙基三甲基銨)、聚離胺酸或聚四級銨-7。
所揭示之拋光組合物及相應的(CMP方法)可賦予顯著且出人意料的優勢。舉例而言，所揭示之組合物可提供顯著提高的活性氧化物移除速率且可因此提高產量且節約時間及金錢(亦即，經由提高平坦化時間)。所揭示之組合物可進一步在各種圖案化氧化物結構上提供改善的平坦化。所揭示之組合物可進一步提供改善/減少的溝槽耗損及改善的自停止行為(降低的毯覆式速率)。
拋光組合物含有研磨粒子，其包括懸浮於液體載劑中之立方形氧化鈰研磨粒子。「立方形」意謂氧化鈰研磨粒子呈立方體之形式或形狀，亦即，實質上為立方形的。換言之，立方形氧化鈰研磨粒子在形式或性質方面為立方形的。然而，應理解，邊尺寸、拐角及拐角角度不必準確或精確地為完美立方體之彼等邊尺寸、拐角及拐角角度。舉例而言，立方形研磨粒子可具有略微圓化或切削之拐角、略微圓化之邊、彼此不完全相等之邊尺寸、不完全為90度之拐角角度及/或其他輕微不規則性，且仍然保持立方體之基本形狀。一般熟習此項技術者將能夠容易地認識到(例如，經由掃描電子顯微法或穿透式電子顯微法)，立方形氧化鈰研磨粒子為立方體形式，其具有通常允許粒子生長及去黏聚之公差。
圖1、圖2及圖3描繪實例立方形氧化鈰研磨粒子。此等穿透式電子顯微鏡(TEM)及掃描電子顯微鏡(SEM)影像描繪具有正方形面之氧化鈰研磨粒子。舉例而言，在此等影像中，所描繪之粒子面各自包括四條具有實質上相同長度之邊(例如，在彼此之20%內或甚至在彼此之10%內或更少)。此外，各邊以約90度角(例如，在約80至100度或約85至約95度之範圍內)在拐角處相遇。一般熟習此項技術者將容易地瞭解，在TEM及SEM影像中，絕大部分所描繪之研磨粒子為立方形的，此係因為其具有如上文所定義之正方形面。可觀測到粒子中之一些包括例如在一或多個拐角上之缺陷。此外，應理解，術語立方形不意欲描述精確為立方形的氧化鈰研磨粒子，而係如上文所描述且圖1、圖2及圖3中所描繪之本質上通常為立方形的粒子。
如本文所使用，包括立方形氧化鈰研磨劑之化學機械拋光組合物為其中至少25數目%之研磨粒子本質上為立方形的(如上文所描述之立方體形式或形狀)之組合物。在較佳實施例中，至少40數目% (例如，至少60%或至少80%)之研磨粒子本質上為立方形的。如上文所指出，使用例如在約10,000×至約500,000×之範圍內的放大倍數下之TEM或SEM影像，可容易地評估且計數立方形氧化鈰研磨粒子。SEM或TEM影像顯示具有四個側面長度相似(例如，如上文所描述，在彼此之20%以內)之面的研磨粒子。影像亦顯示相鄰側為近似垂直的，例如形成約90度之角度(例如，亦如上文所描述，在約80至約100度之範圍內)。為了判定氧化鈰研磨劑組合物是否包括立方形氧化鈰研磨粒子，應對大量隨機選擇之粒子(亦即，超過200)進行SEM或TEM觀測，使得有可能進行統計分析且藉此測定具有正方形面之粒子的百分比。所保留之粒子必須使得其影像在顯微圖上清晰可見。粒子中之一些可能在其表面及/或其拐角中之一或多者上展現一些缺陷但仍然視為立方形的。
立方形氧化鈰研磨粒子可為實質上純的氧化鈰研磨粒子(在雜質之正常公差以內)或經摻雜氧化鈰研磨粒子。經摻雜氧化鈰研磨粒子可包括間隙摻雜劑(佔據晶格中通常不被佔據之空間的摻雜劑)或取代型摻雜劑(佔據晶格中通常由鈰或氧原子佔據之空間的摻雜劑)。此類摻雜劑可實質上包括任何金屬原子，例如包括Ca、Mg、Zn、Zr、Sc或Y。
在某些有利實施例中，摻雜劑可包括一或多種鑭系元素，例如包括鑭、鐠、釹、鉕、釤及其類似元素。在一個尤其適合之實施例中，立方形氧化鈰研磨粒子包括鈰及鑭之混合氧化物。混合氧化物研磨粒子之La與(La + Ce)的莫耳比可在約0.01至約0.15之範圍內，例如約0.01至約0.12。應理解，此類研磨粒子可額外包括其他元素及/或氧化物(例如，作為雜質)。此類雜質可源自在製備研磨粒子之過程中所使用之原材料或起始材料。雜質之總比例較佳地小於粒子之0.2重量%。殘餘硝酸鹽不視為雜質。
在某些實施例中，La與(La + Ce)之莫耳比可在約0.01至約0.04之範圍內(例如，約0.02至約0.03)。在一個此類實施例中，立方形氧化鈰研磨粒子包括約2.5莫耳%的氧化鑭及約97.5莫耳%的氧化鈰。在其他實施例中，莫耳比可在約0.08至約0.12之範圍內(例如，約0.09至約0.11)。在一個此類其他實施例中，立方形氧化鈰研磨粒子包括約10莫耳%的氧化鑭及約90莫耳%的氧化鈰。研磨粒子可為單相固溶體，其中鑭原子取代氧化鈰晶體結構中之鈰原子。在一個實施例中，固溶體展現對稱的x射線繞射圖，其中峰位於約27度與約29度之間，該峰經移動至比純氧化鈰更低的角度。當老化子步驟(下文所描述)之溫度高於約60℃時，可獲得固溶體。如本文所使用，術語「固溶體」意謂x射線繞射僅展示氧化鈰晶體結構之圖案，在個別峰中存在或不存在移位，但不存在指示其他相存在之額外峰。
立方形氧化鈰研磨粒子亦可視情況藉由其比表面積表徵，該比表面積係藉由使用布魯諾爾-艾米特-泰勒法(Brunauer-Emmett-Teller method) (BET方法)吸附氮在粉末上測定。該方法揭示於ASTM D3663-03 (2015年重新批准)中。研磨粒子之比表面積可在約3至約14 m2 /g之範圍內(例如，約7至約13 m2 /g或約8至約12 m2 /g)。
立方形氧化鈰研磨粒子可視情況亦藉由其平均粒度及/或粒度分佈表徵。研磨粒子之平均粒度可在約50 nm至約1000 nm之範圍內(例如，約80 nm至約500 nm、約80 nm至約250 nm、約100 nm至約250 nm或約150 nm至約250 nm)。此外，平均粒度可大於約50 nm (例如，大於約80 nm或大於約100 nm)。平均粒度可經由動態光散射(dynamic light scattering；DLS)測定且對應於中值粒徑(D50)。可例如使用Zetasizer (可購自Malvern Instruments)進行DLS量測。一般熟習此項技術者將容易地瞭解，當在存在相對較大的粒子之情況下進行量測時，DLS量測可顯著地少計小粒子。對於本文所揭示之立方形氧化鈰研磨粒子，DLS技術往往會少計小於約40 nm之粒子。應理解，所揭示之實施例可包括大量此類小粒子(小於40 nm)，其不藉由DLS計數且因此不會促進平均粒度。
雷射繞射技術亦可視情況用於表徵粒度分佈。一般熟習此項技術者將容易地瞭解，雷射繞射技術亦往往會少計小粒子(例如，在所揭示之實施例中小於40 nm)。可例如使用Horiba LA-960使用1.7之相對折射率進行雷射繞射量測。根據用雷射繞射量測所獲得之分佈，可獲得各種參數，例如包括D10、D50、D90、D99及分散指數(下文所定義)。基於雷射繞射量測，研磨粒子可包括在約100 nm至約700 nm之範圍內的中值直徑(D50) (例如，約100 nm至約200 nm)。舉例而言，D50可在約100 nm至約150 nm或約150 nm至約200 nm之範圍內。D50為自藉由雷射繞射所獲得之分佈而測定的中值直徑。
立方形氧化鈰研磨粒子之D10可視情況在約80 nm至約400 nm之範圍內 (例如，約80 nm至約250 nm、約80 nm至約150 nm或約100 nm至約130 nm)。應理解，D10表示藉由雷射繞射所獲得之粒徑，其中10%之粒子之直徑小於D10。
立方形氧化鈰研磨粒子之D90可視情況在約150 nm至約1200 nm之範圍內 (例如，約150 nm至約1000 nm、約150至約750 nm、約150至約500 nm、約150至約300 nm或約200 nm至約300 nm)。D90表示藉由雷射繞射所獲得之粒徑，其中90%之粒子之直徑小於D90。已進行機械去黏聚之研磨粒子之D90可小於約300 nm。
立方形氧化鈰研磨粒子可視情況展現低分散指數。「分散指數」由下式定義：分散指數= (D90-D10)/2·D50。分散指數可小於約0.60，例如(小於約0.5、小於約0.4或小於約0.30)。已進行機械去黏聚之研磨粒子之分散指數可小於約0.30。此外，已進行機械去黏聚之粒子之D90/D50可在約1.3至約2之範圍內。
立方形氧化鈰研磨粒子之D99可視情況在約150 nm至約3000 nm之範圍內 (例如，約200 nm至約2000 nm、約200 nm至約1800 nm、約200 nm至約1200 nm、約200 nm至約900 nm、約200 nm至約600 nm、約200至約500 nm或約200至約400 nm)。已進行機械去黏聚之研磨粒子之D99可小於約600 nm (例如，小於約500或小於約400)。D99表示藉由雷射繞射所獲得之粒徑，其中99%之粒子之直徑小於D99。
可使用實質上任何適合之用於生產立方形氧化鈰研磨粒子的方法製備研磨粒子。所揭示之實施例係關於包括此類研磨粒子之化學機械拋光組合物且係關於使用此類研磨粒子拋光基板的方法且不限於用於生產該等粒子之任何特定方法。在某些實施例中，可藉由沈澱硝酸鈰(及當製備經摻雜氧化鈰研磨劑時，視情況存在之其他硝酸鹽)來製備立方形氧化鈰研磨粒子。經沈澱之材料可接著在特定溫度及壓力體系中生長，以促進立方形氧化鈰研磨粒子之生長。可接著清潔且去黏聚此等粒子。可接著製備立方形氧化鈰研磨粒子之分散液且用於配製本發明之化學機械組合物。
在一個有利實施例中，可藉由沈澱鈰及鑭之硝酸鹽來製備立方形氧化鈰鑭研磨粒子。一種此類製備方法包括以下步驟： (i)        在惰性氛圍下混合硝酸鈰水溶液及鹼水溶液。 (ii)      在惰性氛圍下，加熱在(i)中所獲得的混合物。 (iii)     視情況酸化在(ii)中所獲得之經熱處理之混合物。 (iv)     用水洗滌在(ii)或(iii)中所獲得之固體材料。 (v)       機械處理在(iv)中所獲得之固體材料以去黏聚氧化鈰粒子。
以上方法之步驟(i)中所使用之硝酸鈰溶液可藉由混合硝酸鈰及硝酸鑭之水溶液來製備。水溶液包含CeIII 、CeIV 及LaIII 且可藉由在約1/(500,000)與約1/(4,000)之間的CeIV 與總Ce莫耳比來表徵。在一個實例實施例中，莫耳比可在約1/(100,000)與約1/(90,000)之間。通常有利的係，使用高純度之鹽及成分，例如純度為至少99.5重量百分比或甚至99.9重量百分比。
步驟(i)包括使硝酸鈰水溶液與鹼水溶液混合/反應。氫氧化物類型之鹼可為有利的，例如包括鹼金屬或鹼土金屬氫氧化物及氨水。亦可使用二級、三級或四級胺。鹼之水溶液亦可藉由用惰性氣體鼓泡來預先脫氣(脫氧)。混合可藉由將硝酸鈰水溶液引入至鹼水溶液中來實現且有利地在惰性氛圍下實施，例如在封閉反應器或具有惰性氣體(例如，氮氣或氬氣)吹掃之半封閉反應器中。亦可在攪拌下實施混合。鹼與(Ce + La)之莫耳比可在約8.0與約30.0之間(例如，大於約9.0)。步驟(i)可進一步在約5℃與約50℃之間(例如約20℃與25℃之間)的溫度下進行。
步驟(ii)包括加熱在前述步驟結束時所獲得之混合物且可包括加熱子步驟及老化子步驟。加熱子步驟可包括將混合物加熱至在約75℃至約95℃ (例如約85℃至約90℃)之範圍內的溫度。老化子步驟可包括將混合物在該溫度下維持(保持)約2小時至約20小時之範圍內的持續時間。一般而言，老化時間隨溫度增加而減少。步驟(ii)亦可如上文步驟(i)所描述在惰性氛圍及攪拌下實施。
在步驟(iii)中，可例如使用硝酸視情況酸化在步驟(ii)結束時所獲得之混合物。經熱處理之反應混合物可經酸化(例如)至低於約3.0之pH (例如，在約1.5至約2.5之範圍內)。
在步驟(iv)中，可用水(例如，去離子水)洗滌在步驟(ii)或(iii)中所獲得之固體材料。洗滌可用於減少最終分散液中之殘餘硝酸鹽且獲得目標導電率。洗滌可包括自混合物過濾固體且將固體再分散於水中。若需要，可進行數次過濾及再分散。
在步驟(v)中，可視情況機械處理在(iv)中所獲得之經洗滌固體材料以使氧化鈰研磨粒子去黏聚或部分去黏聚。機械處理可包括例如雙射處理或超音波去黏聚且通常導致窄的粒度分佈及大黏聚粒子之數目減少。
在步驟(iv)或(v)之後，固體材料可經乾燥以獲得呈粉末形式之基於鈰的粒子。可藉由添加水或水及可混溶液體有機化合物之混合物來再分散粉末以獲得基於鈰之粒子於液體介質中的分散液。液體介質可為水或水及水可混溶有機液體之混合物。水可混溶有機液體可例如包括醇，諸如異丙醇、乙醇、1-丙醇、甲醇、1-己醇；酮，諸如丙酮、二丙酮醇、甲基乙基酮；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。水與有機液體之比例可在80比20重量份與99比1重量份之間。此外，分散液可包括約1重量百分比至約40重量百分比之基於鈰的粒子，例如在約10重量百分比與約35重量百分比之間。分散液之導電性亦可小於約300 μS/cm，例如小於約150，更特定言之低於150 μS/cm或小於約100 μS/cm。
拋光組合物可包括實質上任何適合量之立方形氧化鈰研磨粒子。舉例而言，拋光組合物在使用點可包括約0.001重量百分比(10 ppm)或更多之立方形氧化鈰研磨粒子(例如，約0.002重量百分比或更多、約0.005重量百分比或更多、約0.01重量百分比或更多、約0.02重量百分比或更多、約0.05重量百分比或更多或約0.1重量百分比或更多)。拋光組合物在使用點可包括約5重量百分比或更少之立方形氧化鈰研磨粒子(例如，約2重量百分比或更少、約1.5重量百分比或更少、約1重量百分比或更少或約0.5重量百分比或更少)。應理解，立方形氧化鈰研磨粒子可以由前述端點中之任兩者所限定之濃度存在於拋光組合物中。舉例而言，拋光組合物中之立方形氧化鈰研磨粒子的濃度在使用點可在約0.001重量百分比至約5重量百分比之範圍內(例如，約0.005重量百分比至約1重量百分比、約0.01重量百分比至約1重量百分比或約0.01重量百分比至約0.5重量百分比)。
水性液體用於幫助將研磨劑及任何視情況選用之化學添加劑施加至待拋光(例如平坦化)之基板的表面。水性意謂液體載劑由至少50 wt%水(例如，去離子水)製成。液體載劑可包括其他適合之非水性載劑，例如包括低級醇(例如，甲醇、乙醇等)及醚(例如，二㗁烷、四氫呋喃等)。較佳地，液體載劑基本上由水(且更佳地去離子水)組成，或由水(且更佳地去離子水)組成。
拋光組合物通常為弱酸性、中性或鹼性的，其pH在約5至約10之範圍內(例如，高於約5及/或低於約10)。在某些實施例中，拋光組合物可為中性或弱鹼性的，其pH在約6至約10之範圍內(例如，約6.5至約9.5，或約7至約9)。在此類實施例中，拋光組合物之pH可為約8 (例如，約7.5至約8.5)。在一替代實施例中，拋光組合物為弱酸性或中性的，其pH在約5至約8之範圍內(例如，約5至約7或約5至約6.5)。在一個此類實施例中，拋光組合物之pH為約5 (例如，約5.5至約6.5)。在一個實施例中，所揭示之實施例在弱酸性pH值下提供優良的自停止效能。
拋光組合物包括自停止劑。實例自停止劑揭示於共同轉讓之美國專利公開案2019/0185716中。自停止劑為促進相對較高的圖案移除速率及相對較低的毯覆式移除速率且在平坦化基板後進一步促進自較高的圖案移除速率轉變成相對較低的毯覆式移除速率的化合物。舉例而言，自停止劑可為連接至立方形氧化鈰研磨粒子之配位體。在一些拋光應用中，自停止劑之濃度起所觀測到的作用，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，一些自停止劑可具有雙重作用。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。舉例而言，吡啶甲酸在使用點可在低於約1000重量ppm之濃度下充當速率增強劑。
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為鍵結基團，諸如-C(O)-C-OH、-C(O)-C-C-OH或-C(O)-OH。鍵結基團亦可為-C(O)-X-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可為任何適合之疏水性基團或賦予位阻之任何適合的基團。適合之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、環烷基及包括芳族基、雜環基、雜芳族基、稠環系統及其組合之環結構。
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碳鍵結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。適合之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環狀基團)。舉例而言，適合之環烷基包括環丙基、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。適合之芳族基包括例如具有1至20個碳原子之經取代或未經取代之芳族基。舉例而言，適合之芳族基包括苯基、苯甲基、㖠基、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以外的任何原子。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、鹵基及其組合。
適合之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雜原子(例如N、O、S、P或B)作為環系統之部分的5員、6員或7員環化合物。說明性雜環化合物包括例如***、胺基***、3-胺基-1,2,4-***、3-胺基-1,2,4-***-5-甲酸、3-胺基-5-巰基-1,2,4-***、4-胺基-5-肼基-1,2,4-***-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-甲基𠰌啉-N-氧化物及吡啶甲酸N-氧化物以及類似者。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、哌𠯤、𠰌啉、
Figure 109136769-A0101-12-0018-1
啶、吲哚啉、異吲哚啉、𠳭烷、異𠳭烷及其組合。
適合之雜芳族基包括例如吡啶、噻吩、呋喃、吡咯、2H-吡咯、咪唑、吡唑、異㗁唑、呋呫、異噻唑、哌喃(2H)、吡𠯤、嘧啶、噠𠯤、異苯并呋喃、吲哚𠯤、吲哚、3H-吲哚、1H-吲唑、嘌呤、異吲哚、4aH-咔唑、咔唑、β-咔啉、2H-𠳭烯、4H-喹𠯤、異喹啉、喹啉、喹喏啉、1,8-㖠啶、酞𠯤、喹唑啉、㖕啉、喋啶、二苯并哌喃、啡㗁噻、啡噻𠯤、吩𠯤、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。適合之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，適合之取代基包括烷基、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可能不特別具疏水性，但可為阻止將在具有更小Q基團之相關分子中另外發生之化學反應或相互作用的較大組分。非限制性地，具有此Q基團之自停止劑之實例將為麥芽醇、乙麥芽醇及麹酸。
在一些實施例中，鍵結基團B係選自羧酸基、異羥肟酸基、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係選自麹酸、麥芽醇、乙麥芽醇、丙麥芽醇、異羥肟酸、苯異羥肟酸(苯并異羥肟酸)、甘菊花酸(tiglic acid)、白芷酸、柳異羥肟酸、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、山梨酸鉀及其組合。應理解，調配物Q-B之自停止劑之鹽亦適合用於本發明之拋光組合物中。
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)。若組合物包括過少自停止劑，則組合物可能會不展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，則組合物可能展現不合需要的拋光效能(例如，低移除速率)，可能不具成本效益，且/或可能缺乏穩定性。本發明組合物之一種有利屬性為使用與立方形氧化鈰研磨粒子組合之停止劑能夠使用更高濃度之自停止劑。此類本發明組合物可有利地提供優良的有效移除速率、優良的自停止行為及優良的平坦化。
舉例而言，拋光組合物在使用點可包括約10重量ppm (0.001重量百分比)或更多之自停止劑(例如，約20重量ppm或更多、約50重量ppm或更多、約100重量ppm或更多、約200重量ppm或更多、約250重量ppm或更多或甚至約500重量ppm或更多)。因此，拋光組合物在使用點可包含約10重量ppm至約2重量百分比之自停止劑。舉例而言，拋光組合物在使用點可包括約20重量ppm至約1重量百分比(10,000 ppm)之自停止劑(例如，約50重量ppm至約10,000重量ppm、約100重量ppm至約10,000重量ppm、約200重量ppm至約5000重量ppm或約250重量ppm至約2500重量ppm)。在某些有利實施例中，拋光組合物在使用點包括約500重量ppm至約2000重量ppm之自停止劑。
拋光組合物可進一步包含陽離子聚合物(例如，亦稱為平坦化劑或形貌控制劑)。陽離子聚合物可包括實質上任何適合之陽離子聚合物且可選自陽離子均聚物及/或陽離子共聚物，包括至少一種陽離子單體及至少一種非離子單體。
陽離子聚合物可為任何適合之陽離子均聚物，包括陽離子單體重複單元，例如包括作為重複單元之四級胺基團。經四級銨化胺基可為非環狀的或併入至環結構中。經四級銨化胺基包括經四個獨立地選自以下之基團取代之經四取代氮原子：烷基、烯基、芳基或芳烷基。當包括於環結構中時，經四級銨化胺基包括雜環飽和環(氮原子)且進一步經兩個如上文所描述之基團或具有與氮原子鍵結之如上文所描述之另一基團的雜芳基(例如，咪唑或吡啶)取代。經四級銨化胺基具有正電荷(亦即，為具有相關陰離子部分之陽離子，藉此形成鹽)。陽離子聚合物亦適合藉由烷基化、醯化、乙氧基化或其他化學反應來進一步修飾，以便改變陽離子聚合物之溶解度、黏度或其他物理參數。適合之四級胺單體包括例如經四級銨化乙烯基咪唑(乙烯基咪唑鎓)、聚(乙烯基咪唑)、甲基丙烯醯氧基乙基三甲基銨(MADQUAT)、二烯丙基二甲基銨(DADMA)、甲基丙烯醯胺基丙基三甲基銨(MAPTA)、經四級銨化甲基丙烯酸二甲基胺基乙脂(DMAEMA)及其組合。應瞭解，MADQUAT、DADMA、MAPTA及DMAEMA通常包括抗衡陰離子，諸如羧酸根(例如，乙酸根)或鹵化物陰離子(例如，氯離子)。所揭示之實施例在此方面不受限制。
陽離子聚合物亦可為共聚物，包括至少一種陽離子單體(例如，如前述段落中所描述)及至少一種非離子單體。適合之非離子單體之非限制性實例包括乙烯吡咯啶酮、乙烯基己內醯胺、乙烯基咪唑、丙烯醯胺、乙烯醇、聚乙烯醇縮甲醛、聚乙烯醇縮丁醛、聚(乙烯基苯基酮)、乙烯基吡啶、聚丙烯醛、乙烯、丙烯、苯乙烯、環氧氯丙烷及其組合。
實例陽離子聚合物包括例如聚(乙烯基咪唑)；聚(乙烯基咪唑鎓)；聚(甲基丙烯醯氧基乙基三甲基銨) (polyMADQUAT)；聚(二烯丙基二甲基銨) (例如，polyDADMAC)；聚(二烯丙基二甲基銨-共-丙烯醯胺)；聚(二甲基胺-共-環氧氯丙烷)；聚[雙(2-氯乙基)醚-alt-1,3-雙[3-(二甲基胺基)丙基]脲] (亦即聚四級銨-2)；乙烯吡咯啶酮及經四級銨化甲基丙烯酸二甲基胺基乙脂之共聚物(亦即，聚四級銨-11)；乙烯吡咯啶酮及經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、乙烯吡咯啶酮及經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-乙烯基咪唑鎓甲基硫酸鹽-N-乙烯吡咯啶酮共聚物(亦即，聚四級銨-44)。另外，適合之陽離子聚合物包括用於個人保養之陽離子聚合物，諸如Luviquat® Supreme、Luviquat® Hold、Luviquat® UltraCare、Luviquat® FC 370、Luviquat® FC 550、Luviquat® FC 552、Luviquat® Excellence及其組合。
在某些有利實施例中，陽離子聚合物可包括聚(甲基丙烯醯氧基乙基三甲基銨)，例如polyMADQUAT (例如，Alco 4773)；聚(乙烯基咪唑鎓)，諸如聚(乙烯基咪唑鎓)甲基硫酸鹽；及咪唑鎓化合物，諸如Luviquat® Ultracare。
在某些實施例中，陽離子聚合物可另外或替代地包括胺基酸單體(此類化合物亦可稱為聚胺基酸化合物)。適合之聚胺基酸化合物可包括實質上任何適合之胺基酸單體基團，例如包括聚精胺酸、聚組胺酸、聚丙胺酸、聚甘胺酸、聚酪胺酸、聚脯胺酸及聚離胺酸。在某些實施例中，聚離胺酸可為較佳的陽離子聚合物。應理解，聚離胺酸可包括由D-離胺酸及/或L-離胺酸構成之ε-聚離胺酸及/或α-聚離胺酸。聚離胺酸可因此包括α-聚-L-離胺酸、α-聚-D-離胺酸、ε-聚-L-離胺酸、ε-聚-D-離胺酸及其混合物。在某些實施例中，聚離胺酸可為ε-聚-L-離胺酸。應進一步理解，一或多種聚胺基酸化合物可以任何可獲取之形式使用，例如可使用聚胺基酸之共軛酸或共軛鹼及鹽形式而非聚胺基酸(或除其以外)。
陽離子聚合物亦可(或替代地)包括衍生聚胺基酸(亦即，含有衍生胺基酸單體單元之陽離子聚合物)。舉例而言，衍生聚胺基酸可包括衍生聚精胺酸、衍生聚鳥胺酸、衍生聚組胺酸及衍生聚離胺酸。包括衍生聚胺基酸化合物的CMP組合物揭示於美國臨時專利申請案第62/958,033號中，其以全文引用之方式併入本文中。
在此類實施例中，衍生胺基酸單體包括鍵結至衍生胺基酸單體之α胺基的衍生基團。衍生基團可包括實質上任何適合之基團，例如包括烷基羰基、二價羰醯基、烷基脲基、磺酸烷酯基、烷基碸基及烷基酯基。
實例烷基羰基包括乙醯基、特戊醯基、乙基羰基及其類似者。實例二價碳醯基包括丁二醯基、辛烯基丁二醯基、戊二酸基、甲基丁二醯基及其類似者。在二價碳醯基中，由於溶解度，丁二醯基及戊二酸基團可能為較佳的。實例烷基脲基包括乙基脲、丁基脲、環己基脲及其類似者。實例磺酸烷酯基團包括磺酸甲酯、磺酸二甲酯、磺酸乙酯、磺酸丙酯、磺酸丁酯、戊磺酸酯(penta sulfonate)及其類似者。實例烷基碸基團包括甲基碸、乙基碸、丙基碸、丁基碸、戊碸(penta sulfone)及其類似者。實例烷基酯基團包括甲酯、乙酯、丙酯、丁酯、戊酯及其類似者。
若存在，陽離子聚合物可以任何適合之濃度存在於拋光組合物中。本發明組合物之一種有利屬性為使用陽離子聚合物以及立方形氧化鈰研磨粒子能夠使用更高濃度之陽離子聚合物。此類本發明組合物可有利地提供優良的有效移除速率、優良的自停止行為且尤其優良的平坦化。
已發現，陽離子聚合物濃度很大程度上取決於所選擇之特定陽離子聚合物且亦可取決於立方形氧化鈰研磨劑濃度及自停止劑濃度。一般而言，陽離子聚合物在使用點之濃度在約1重量ppm至約1000重量ppm之範圍內(例如，約5重量ppm至約500重量ppm)。舉例而言，當陽離子聚合物為聚(乙烯基咪唑鎓)化合物，諸如聚(乙烯基咪唑鎓)甲基硫酸鹽時，組合物在使用點可包括約1重量ppm至約75重量ppm。舉例而言，陽離子聚合物之濃度可在約5重量ppm至約75重量ppm之範圍內(例如，約5重量ppm至約50重量ppm、約5重量ppm至約40重量ppm或約10重量ppm至約40重量ppm)。
在另一實例中，當陽離子聚合物包括聚(甲基丙烯醯氧基乙基三甲基銨)鹵化物(諸如polyMADQUAT)或咪唑鎓化合物(諸如Luviquat® Ultracare)時，組合物在使用點可包括約25重量ppm至約1000重量ppm。舉例而言，陽離子聚合物之濃度可在約75重量ppm至約500重量ppm之範圍內(例如，約100重量ppm至約500重量ppm、約150重量ppm至約500重量ppm或約200重量ppm至約400重量ppm)。
在另一實例中，當陽離子聚合物包括聚胺基酸化合物，諸如𝜀-聚-L-離胺酸時，組合物在使用點可包括約5重量ppm至約500重量ppm。舉例而言，陽離子聚合物之濃度可在約5重量ppm至約400重量ppm之範圍內(例如，約10重量ppm至約300重量ppm、約15重量ppm至約200重量ppm或約20重量ppm至約200重量ppm)。
拋光組合物可進一步包括非聚合陽離子化合物(除陽離子聚合物以外)。適合之陽離子化合物包括丙烯酸2-(二甲基胺基)乙酯、甲基丙烯酸2-(二甲基胺基)乙酯、3-(二甲基胺基)丙基甲基丙烯醯胺、3-(二甲基胺基)丙基丙烯醯胺、離胺酸、3-甲基丙烯醯胺基丙基-三甲基-銨、3-丙烯醯胺基丙基-三甲基-銨、二烯丙基二甲基銨、2-(丙烯醯氧基)-N ,N ,N -三甲基乙銨、甲基丙烯醯氧基乙基三甲基銨、N ,N -二甲基胺基乙基丙烯酸苯甲酯、N ,N -二甲基胺基乙基甲基丙烯酸苯甲酯及其組合。
應瞭解，3-甲基丙烯醯胺基丙基-三甲基-銨、3-丙烯醯胺基丙基-三甲基-銨、二烯丙基二甲基銨、2-(丙烯醯氧基)-N ,N ,N -三甲基乙銨、甲基丙烯醯氧基乙基三甲基銨、N ,N -二甲基胺基乙基丙烯酸苯甲酯及N ,N -二甲基胺基乙基甲基丙烯酸苯甲酯通常具有抗衡陰離子，諸如羧酸根或鹵化物陰離子。舉例而言，二烯丙基二甲基銨通常以二烯丙基二甲基氯化銨(DADMAC)形式提供。除非明確敍述抗衡陰離子，否則所揭示之實施例不在使用任何特定抗衡陰離子之方面受限制。
在某些實施例中，非聚合化合物較佳地包括離胺酸、甲基丙烯醯氧基乙基三甲基銨、甲基丙烯酸2-(二甲基胺基)乙酯、二烯丙基二甲基銨及其混合物。在下文所揭示之一個實例實施例中，拋光組合物有利地包括二烯丙基二甲基銨且最佳地包括DADMAC。
當使用時，拋光組合物可包括實質上任何適合量之非聚合陽離子化合物(例如，視所使用之特定化合物及組合物中之其他組分及彼等組分的量而定)。在某些實施例中，非聚合陽離子化合物之量在使用點可在約1重量ppm至約1000重量ppm之範圍內(例如，約2重量ppm至約500重量ppm、約5重量ppm至約200重量ppm或約10重量ppm至約100重量ppm)。
拋光組合物可進一步包括拋光速率控制劑。拋光速率控制劑可為拋光速率增強劑(例如，增強氧化物圖案上之拋光速率)或拋光速率抑制劑(例如，抑制溝槽氧化物上之拋光速率)。拋光速率增強劑可包括例如活化拋光粒子或基板之羧酸化合物。適合之速率增強劑包括例如吡啶甲酸、菸鹼酸、2-喹啉甲酸(quinaldic acid)、異菸鹼酸、乙酸及4-羥基苯甲酸。如上文所指出，視濃度而定，吡啶甲酸可充當速率增強劑或抑制劑且在某些實施例中可為有利的(例如，如以下實例中所揭示)。
拋光組合物可包括實質上任何適合量之速率控制劑。在一個實施例中，拋光組合物在使用點包括約10重量ppm (0.001重量百分比)至約1重量百分比之速率控制劑(例如，約50重量ppm至約0.5重量百分比、約100重量ppm至約0.25重量百分比或約200重量ppm至約1000重量ppm)。
拋光組合物可再進一步包括移除速率抑制劑(諸如氮化矽抑制劑)，例如包括不飽和羧酸，諸如不飽和一元酸。適合之不飽和一元酸可包括例如丙烯酸、2-丁烯酸(巴豆酸)、2-戊烯酸、反-2-己烯酸、反-3-己烯酸、2-己炔酸、2,4-己二烯酸、山梨酸鉀、反-2-甲基-2-丁烯酸、3,3-二甲基丙烯酸或其組合，包括其立體異構體。在下文所揭示之一個實例實施例中，移除速率抑制劑為巴豆酸。
當使用時，拋光組合物可包括實質上任何適合量之移除速率抑制劑(例如，取決於所使用之特定化合物及組合物中之其他組分及彼等組分的量)。在某些實施例中，移除速率抑制劑之量在使用點可在約10重量ppm至約1重量百分比(10000重量ppm)之範圍內(例如，約20重量ppm至約5000重量ppm、約50重量ppm至約2000重量ppm或約100重量ppm至約1000重量ppm)。
拋光組合物可再進一步包括pH調節劑及/或pH緩衝劑中之一或兩者。pH調節劑可為實質上任何適合之pH調節劑，諸如烷基胺、醇胺、氫氧化四級胺、氨水或其組合。在某些實施例中，適合之pH調節劑可包括三乙醇胺(TEA)、氫氧化四甲基銨(TMAH或TMA-OH)或氫氧化四乙銨(TEAH或TEA-OH)。在一個有利實施例中，pH調節劑為三乙醇胺。拋光組合物可包括足夠濃度之pH調節劑，以獲得且/或保持拋光組合物之pH在上文所闡述的pH範圍內。在一個實施例中，拋光組合物在使用點包括約100重量ppm至約1重量百分比之pH調節劑(例如，三乙醇胺)。
拋光組合物可包括實質上任何適合之緩衝劑，諸如磷酸鹽、硫酸鹽、乙酸鹽、丙二酸鹽、草酸鹽、硼酸鹽、銨鹽、唑及其類似者。在某些有利實施例中，pH緩衝劑可包括苯并***或雙三甲烷(bis tris methane)。拋光組合物可包括足夠濃度之pH緩衝劑以在上文所闡述之pH範圍內之pH下提供所需緩衝能力。在某些實施例中，拋光組合物在使用點可包括約50重量ppm至約0.5重量百分比之pH緩衝劑(例如，苯并***或雙三甲烷)。
拋光組合物可進一步包括其他視情況選用之添加劑，例如包括次級拋光速率促進劑或抑制劑、分散劑、調節劑、阻垢劑(scale inhibitors)、螯合劑、穩定劑及殺生物劑。此類添加劑僅為視情況選用的。所揭示之實施例不限於此且不會需要使用此類添加劑中之任一者或多者。
拋光組合物可視情況進一步包括殺生物劑。殺生物劑可包括實質上任何適合之殺生物劑，例如異噻唑啉酮殺生物劑，諸如甲基異噻唑啉酮或苯并異噻唑酮。拋光組合物中之殺生物劑量在使用點通常在約1重量ppm至約100重量ppm之範圍內，例如約5重量ppm至約75重量ppm。
拋光組合物可使用任何適合之技術製備，其中許多為熟習此項技術者已知。拋光組合物可以分批或連續製程製備。一般而言，拋光組合物可藉由以任何次序組合其組分來製備。如本文所使用，術語「組分」包括單獨成分(例如，研磨粒子、自停止劑、陽離子聚合物及任何視情況選用之添加劑)。舉例而言，可以所需濃度將自停止劑及陽離子聚合物添加至水性載劑(例如，水)中。可接著調節pH (視需要)且以所需濃度添加立方形氧化鈰研磨劑以形成拋光組合物。拋光組合物可在使用之前製備，其中剛好在使用之前(例如在使用之前約1分鐘內，或在使用之前約1小時內，或在使用之前約1天或約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在基板之表面(例如，在拋光墊上)混合組分來製備拋光組合物。
在某些實施例中，拋光組合物可以「雙封裝」系統形式提供。舉例而言，第一封裝可包括立方形氧化鈰研磨粒子、速率控制添加劑及其他視情況選用之組分且第二封裝可包括自停止劑、陽離子聚合物及其他視情況選用之組分。第一及第二封裝可在拋光之前(例如，在拋光之一小時或一天內)或在CMP操作期間在拋光墊上單獨裝運且組合。
本發明之拋光組合物可以意欲在使用之前用適量水稀釋之濃縮物形式提供。在此類實施例中，拋光組合物濃縮物可包括立方形氧化鈰研磨粒子及上文所描述之其他組分，其量使得在用適量水稀釋濃縮物時，拋光組合物之各組分將以在上文針對各組分所敍述之適當範圍內的量存在於拋光組合物中。舉例而言，立方形氧化鈰研磨粒子、自停止劑、陽離子聚合物及其他視情況選用之添加劑可各自以比上文針對各組分所敍述之使用點濃度大約3倍(例如，約4倍、約5倍、約6倍、約7倍、約8倍、約10倍、約15倍、約20倍或約25倍)之量存在於拋光組合物中，使得當濃縮物用等體積之水(例如，2份等體積之水、3份等體積之水、4份等體積之水、5份等體積之水、6份等體積之水、7份等體積之水、9份等體積之水、14份等體積之水、19份等體積之水或24份等體積之水)稀釋時，各組分將以在上文針對各組分所闡述之範圍內的量存在於拋光組合物中。
在拋光組合物以雙封裝系統形式提供之實施例中，封裝中之任一者或兩者可以濃縮物形式提供且在與其他封裝混合之前需要稀釋。舉例而言，在一個實施例中，第一封裝以濃縮物形式提供，使得其包括濃度比上文所述之使用點濃度大約3倍(例如，約5倍、約8倍、約10倍、約15倍或約20倍)之立方形氧化鈰研磨粒子。濃縮之第一封裝可在與第二封裝組合之前與適量之水混合。同樣，第二封裝可以濃縮物形式提供，使得其包括濃度比上文所述之使用點濃度大約3倍(例如，約5倍、約8倍、約10倍、約15倍或約20倍)之自停止劑及陽離子聚合物。在此類實施例中，濃縮之第二封裝可在與第一封裝組合之前與適量之水混合。在某些實施例中，第一及第二封裝兩者皆可在組合之前用水稀釋。所揭示之實施例在此等方面不受限制。
本發明之拋光方法尤其適合於與化學機械拋光(CMP)裝置結合使用，例如包括壓板及固定於其上之襯墊。如一般熟習此項技術者已知，當基板與拋光墊及本發明之拋光組合物接觸且接著使拋光墊與基板相對於彼此移動從而研磨基板之至少一部分時，發生基板之拋光。本發明方法包括提供上文所描述之本發明組合物，使基板(例如，晶圓)與本發明組合物接觸，相對於基板移動拋光組合物及研磨基板以自基板移除氧化矽材料之一部分且藉此拋光基板。
基板通常包括圖案化介電質層，其中之許多為吾人所熟知，包括各種形式之氧化矽及基於氧化矽之介電質材料。舉例而言，包括氧化矽或基於氧化矽之介電質層的介電質材料可包含以下中之任一者或多者、由以下中之任一者或多者組成或基本上由以下中之任一者或多者組成：四乙氧基矽烷(TEOS)、高密度電漿(HDP)氧化物、磷矽酸鹽玻璃(PSG)、硼磷矽酸鹽玻璃(BPSG)、較高縱橫比法(HARP)氧化物、旋塗式介電質(SOD)氧化物、化學氣相沈積(CVD)氧化物、電漿增強型四乙基鄰矽酸鹽(PETEOS)、熱氧化物或未摻雜之矽酸鹽玻璃。
本發明方法理想地使圖案化介電質平坦化，例如經由減少凸起區域(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。為了有效且高效地實現此平坦化，本發明方法理想地具有凸起區域之(活性圖案介電質材料之)高移除速率及溝槽之介電質材料之顯著較低的移除速率。最佳地，本發明方法亦展現自停止行為。
在本發明方法期間，自凸起區域移除介電質材料(且可自溝槽以較小量移除)。平坦化降低凸起區域之高度，使得其基本上與溝槽之高度「齊平」。如此，舉例而言，梯級高度可降低至小於1,000埃(Å) (例如，至小於800 Å、小於500 Å、小於300 Å或小於250 Å)。在實現小於約1,000 Å之減小的(藉由拋光)梯級高度(亦即，「剩餘」梯級高度)時，表面視為有效平坦化的。
視所拋光之基板而定，在開始CMP處理步驟之前所量測的初始梯級高度可為至少1,000 Å，例如至少2,000 Å、或至少5,000 Å，且可實質上更大，諸如至少10,000 Å、至少20,000 Å、至少30,000 Å或至少40,000 Å。
在CMP運行期間，圖案介電質之移除速率在此項技術中稱作「圖案移除速率」或「有效移除速率」。使用如本文所描述之方法及拋光組合物實現之有效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，將很大程度上取決於所選擇的拋光工具參數及圖案化介電質之尺寸(例如，間距及寬度)。在某些有利實施例中，有效移除速率大於約4,000 Å/min (例如，大於約5,000 Å/min、大於約6,000 Å/min或甚至大於約10,000 Å/min)。
本發明之CMP操作亦理想地減少溝槽損耗。舉例而言，本發明方法可提供小於約2,000 Å之溝槽損耗(例如，小於約1,500 Å、小於約1,000 Å、小於約500 Å或小於約250 Å)。
較低的溝槽損耗可反映於提高的平坦化效率中。如本文所使用，平坦化效率係指梯級高度降低除以溝槽損耗。本發明方法可提供至少4且較佳地大於5或10 (或大於20，或甚至大於50)之平坦化效率。
本發明之方法亦可展現自停止狀態。自停止意謂毯覆式介電質材料之移除速率顯著低於圖案介電質材料之移除速率。若毯覆式介電質材料之移除速率小於約1,000 Å/min，則認為發生自停止行為。本發明之方法可因此展現小於1000 Å/min之毯覆式介電質移除速率(例如，小於約500 Å/min)。
藉由另一量測，可藉由計算圖案介電質材料之有效移除速率與毯覆式介電質材料之移除速率的比率來量測自停止狀態。高比率指示良好的自停止行為。因此，本發明方法可提供大於約5之比率(例如，大於約10、大於約20或大於約50)。
應理解，本發明包括多個實施例。此等實施例包括(但不限於)以下實施例。
在一第一實施例中，化學機械拋光組合物包括液體載劑；立方形氧化鈰研磨粒子，其分散於液體載劑中；自停止劑；及陽離子聚合物。
第二實施例可包括第一實施例，其中立方形氧化鈰研磨粒子包含氧化鈰及氧化鑭之混合物。
第三實施例可包括第一至第二實施例中之任一者，其中立方形氧化鈰研磨粒子之鑭與鑭加鈰的莫耳比在約1%至約15%之範圍內。
第四實施例可包括第一至第三實施例中之任一者，其中立方形氧化鈰研磨粒子之BET表面積在約3 m2 /g至約14 m2 /g之範圍內。
第五實施例可包括第一至第四實施例中之任一者，其中立方形氧化鈰研磨粒子之平均粒度在約50至約500 nm之範圍內。
第六實施例可包括第一至第五實施例中之任一者，其包含約0.01重量百分比至約1重量百分比之立方形氧化鈰研磨粒子。
第七實施例可包括第一至第六實施例中之任一者，其中自停止劑為連接至立方形氧化鈰研磨粒子之配位體。
第八實施例可包括第一至第七實施例中之任一者，其中自停止劑具有式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為連接至立方形氧化鈰研磨粒子之鍵結基團。在此類實施例中，自停止劑可包括例如麹酸、麥芽醇、乙麥芽醇、丙麥芽醇、異羥肟酸、苯異羥肟酸、柳異羥肟酸、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、山梨酸鉀及其組合。
第九實施例可包括第一至第八實施例中之任一者，其中自停止劑為苯異羥肟酸、柳異羥肟酸、麹酸、山梨酸鉀或其組合。
第十實施例可包括第一至第九實施例中之任一者，其中陽離子聚合物係選自由以下組成之群：聚(乙烯基咪唑鎓)、聚(乙烯基咪唑)、甲基丙烯醯氧基乙基三甲基銨、聚(二烯丙基二甲基銨)、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、聚離胺酸及其組合。
第十一實施例可包括第一至第十實施例中之任一者，其中陽離子聚合物為聚(乙烯基咪唑鎓)、聚(乙烯基咪唑)、甲基丙烯醯氧基乙基三甲基銨、聚離胺酸或其組合。
第十二實施例可包括第一至第十一實施例中之任一者，其中(i)立方形氧化鈰研磨粒子之使用點濃度為約0.01重量百分比至約1重量百分比，(ii)自停止劑之使用點濃度為約200重量ppm至約5000重量ppm；且(iii)陽離子聚合物之使用點濃度為約5重量ppm至約500重量ppm。
第十三實施例可包括第一至第十二實施例中之任一者，其進一步包含羧酸速率增強劑。
第十四實施例可包括第一至第十三實施例中之任一者，其中羧酸速率增強劑為吡啶甲酸、乙酸、4-羥基苯甲酸或其混合物。
第十五實施例可包括第一至第十四實施例中之任一者，其進一步包含選自由以下組成之群的不飽和羧酸一元酸速率抑制劑：丙烯酸、巴豆酸、2-戊烯酸、反-2-己烯酸、反-3-己烯酸、2-己炔酸、2,4-己二烯酸、山梨酸鉀、反-2-甲基-2-丁烯酸、3,3-二甲基丙烯酸及其組合。
第十六實施例可包括第一至第十五實施例中之任一者，其中不飽和羧酸一元酸速率抑制劑為巴豆酸。
第十七實施例可包括第一至第十六實施例中之任一者，其進一步包含選自由以下組成之群的非聚合陽離子化合物：丙烯酸2-(二甲基胺基)乙酯、甲基丙烯酸2-(二甲基胺基)乙酯、3-(二甲基胺基)丙基甲基丙烯醯胺、3-(二甲基胺基)丙基丙烯醯胺、離胺酸、3-甲基丙烯醯胺基丙基-三甲基-銨、3-丙烯醯胺基丙基-三甲基-銨、二烯丙基二甲基銨、2-(丙烯醯氧基)-N ,N ,N -三甲基乙銨、甲基丙烯醯氧基乙基三甲基銨、N ,N -二甲基胺基乙基丙烯酸苯甲酯、N ,N -二甲基胺基乙基甲基丙烯酸苯甲酯及其組合。
第十八實施例可包括第一至第十七實施例中之任一者，其中非聚合陽離子化合物包含二烯丙基二甲基銨、甲基丙烯醯氧基乙基三甲基銨、離胺酸、甲基丙烯酸2-(二甲基胺基)乙酯或其混合物。
第十九實施例可包括第一至第十八實施例中之任一者，其中陽離子聚合物包含聚離胺酸且非聚合化合物包含二烯丙基二甲基銨。
第二十實施例可包括第一至第十九實施例中之任一者，其進一步包含pH調節劑，該pH調節劑包含烷基胺、醇胺、氫氧化四級胺、氨水或其組合。pH調節劑可包括例如三乙醇胺。
第二十一實施例可包括第一至第二十實施例中之任一者，其進一步包含苯并***或雙三甲烷。
第二十二實施例可包括第一至第二十一實施例中之任一者，其具有在約5至約10之範圍內之pH。
第二十三實施例可包括第一至第二十二實施例中之任一者，其中(i)自停止劑為苯異羥肟酸、柳異羥肟酸、麹酸、山梨酸鉀或其組合；(ii)陽離子聚合物為聚(乙烯基咪唑鎓)、聚(甲基丙烯醯氧基乙基三甲基銨)、聚離胺酸、聚(二烯丙基二甲基銨)或其組合；且(iii)組合物進一步包含吡啶甲酸、乙酸、4-羥基苯甲酸或其混合物。
第二十四實施例可包括第二十三實施例，其進一步包含三乙醇胺及苯并***。
第二十五實施例可包括第二十三或第二十四實施例，其中自停止劑為苯異羥肟酸、柳異羥肟酸或其組合且在使用點pH在約7至約9之範圍內。
第二十六實施例可包括第二十三至第二十五實施例中之任一者，其在使用點包含至少250重量ppm之自停止劑及在使用點50重量ppm之陽離子聚合物。
第二十七實施例可包括第二十三實施例，其中自停止劑為麹酸、山梨酸鉀或其組合且在使用點pH在約5至約6.5之範圍內。
第二十八實施例可包括第一至第二十二實施例中之任一者，其中(i)自停止劑為苯異羥肟酸、柳異羥肟酸或其組合且(ii)陽離子聚合物為𝜀-聚-L-離胺酸、聚(乙烯基咪唑鎓)或其組合。
第二十九實施例可包括第二十八實施例，其進一步包含巴豆酸。
第三十實施例可包括第二十八或第二十九實施例，其進一步包含選自由以下組成之群的非聚合陽離子化合物：二烯丙基二甲基銨、甲基丙烯醯氧基乙基三甲基銨、離胺酸、甲基丙烯酸2-(二甲基胺基)乙酯或其混合物。
第三十一實施例可包括第三十實施例，其包含至少250重量ppm之自停止劑、至少20重量ppm之陽離子聚合物及至少20重量ppm之非聚合陽離子化合物。
第三十二實施例包含一種化學機械拋光包括氧化矽介電質材料之基板之方法。該方法包括：(a)提供包括第一至第三十一實施例中之任一者的拋光組合物；(b)使基板與該提供之拋光組合物接觸；(c)相對於基板移動該拋光組合物；及(d)研磨基板以自基板移除氧化矽介電質材料之一部分且藉此拋光基板。
第三十三實施例可包括第三十二實施例，其中在(d)中，基板之圖案化區域中之氧化矽介電質材料的有效移除對氧化矽介電質材料之溝槽損耗移除之比率大於約5。
第三十四實施例可包括第三十二至第三十三實施例中之任一者，其中：自停止劑為苯異羥肟酸、柳異羥肟酸、麹酸、山梨酸鉀或其組合；陽離子聚合物為聚(乙烯基咪唑鎓)、聚(甲基丙烯醯氧基乙基三甲基銨)、聚離胺酸、聚(二烯丙基二甲基銨)或其組合；且拋光組合物進一步包含吡啶甲酸、乙酸、4-羥基苯甲酸或其混合物。
第三十五實施例可包括第三十二至第三十三實施例中之任一者，其中：自停止劑為苯異羥肟酸、柳異羥肟酸或其組合；且陽離子聚合物為𝜀-聚-L-離胺酸、聚(乙烯基咪唑鎓)或其組合。
第三十六實施例可包括第三十二、第三十三或第三十五實施例，其中拋光組合物進一步包含選自由以下組成之群的非聚合陽離子化合物：二烯丙基二甲基銨、甲基丙烯醯氧基乙基三甲基銨、離胺酸、甲基丙烯酸2-(二甲基胺基)乙酯或其混合物。
第三十七實施例可包括第三十五或第三十六實施例，其中在(d)中，基板之圖案化區域中之氧化矽介電質材料的有效移除對氧化矽介電質材料之溝槽損耗移除之比率大於約50。
第三十八實施例可包括第三十二至第三十七實施例中之任一者，其中該提供拋光組合物包含(i)提供拋光濃縮物及(ii)用至少一份水將拋光濃縮物稀釋成一份拋光濃縮物以獲得拋光組合物。
第三十九實施例可包括第三十二至第三十七實施例中之任一者，其中該提供拋光組合物包含(i)提供第一及第二封裝，第一封裝包括立方形氧化鈰研磨粒子且第二封裝包括自停止劑及陽離子聚合物；及(ii)組合第一及第二封裝以獲得拋光組合物。
第四十實施例可包括第三十九實施例，其中在(ii)中，第一及第二封裝中之至少一者在組合之前用水稀釋。
使用Applied Materials Mirra®拋光工具(可購自Applied Materials, Inc.)拋光各種基板。在100 rpm之壓板速度、85 rpm之頭速度、3 psi之下壓力及150 ml/min之漿料流速下，在Mirra®上拋光毯覆式晶圓60秒。在相同條件下拋光圖案化晶圓80秒。在NexPlanar® E6088襯墊(可購自Cabot Microelectronics Corporation)上使用Saesol DS8051調節器在6磅下壓力下進行原位調節來拋光晶圓。
在以下實例中拋光毯覆式正矽酸四乙酯(TEOS)、毯覆式SiN及圖案化TEOS晶圓。毯覆式TEOS晶圓係獲自WRS Materials且包括20 kÅ TEOS層。毯覆式SiN晶圓係獲自Advantec且包括5 kÅ PE SiN層。圖案化TEOS晶圓為Silyb及STI1 10kÅ TEOS圖案晶圓。 實例1
如下製備儲備氧化鈰分散液。藉由以等於0.000055的鈰(IV)與鈰(總量)之莫耳比將13.1 kg之3 M硝酸三價鈰(III)溶液、0.3 kg之3 M硝酸鑭溶液、2.0 kg之68%硝酸(HNO3 )溶液、0.5 kg去離子水及硝酸鈰(IV)合併來製備硝酸鈰溶液。接著在攪拌及氮氣鼓泡下在20 L容器中將硝酸鈰溶液脫氣。
藉由將75 kg去離子水及13.1 kg之25%氨水溶液合併來製備氨水溶液(使得氨水溶液中之NH4 OH與硝酸鈰溶液中之總量鈰及鑭的莫耳比為9.0)。接著在攪拌及氮氣鼓泡下在100 L容器夾套反應器中將氨水溶液脫氣。
接著在環境溫度下，在氮氣吹掃下在相同攪拌下，將硝酸鈰溶液添加至氨水溶液中。接著將反應混合物之溫度升高至80℃且保持在該溫度下18小時。接著使反應混合物冷卻且在冷卻後藉由添加68%硝酸酸化至pH 2。
接著將反應混合物過濾且用去離子水洗滌。當洗滌溶液之導電率小於0.04 mS/cm時，重複洗滌。添加去離子水以將最終氧化鈰濃度調節至10重量百分比。立方形氧化鈰研磨粒子包括2.5莫耳%的氧化鑭及97.5莫耳%的氧化鈰。
BET比表面積藉由氮吸附測定為11.8平方公尺/公克。由Horiba 960所量測之平均粒度為102 nm，且由Malvern Zetasizer所量測之平均粒度為140 nm。 實例2
測試兩種拋光組合物以評估在毯覆式及圖案化晶圓上之TEOS拋光速率及自停止行為。藉由將第一封裝(A封裝)與去離子水及相應的第二封裝(B封裝)合併來製備各組合物。A封裝在pH 4.0下包括3500重量ppm吡啶甲酸、75重量ppm Kordex MLX及2重量百分比之氧化鈰研磨劑。對於組合物2A，氧化鈰研磨劑包括2重量百分比之對照氧化鈰(共同轉讓之美國專利9,505,952之拋光組合物1C中所使用之經燒結氧化鈰研磨劑)。對於組合物2B，氧化鈰研磨劑包括一重量份之上文實例1中所描述之儲備氧化鈰分散液及四重量份去離子水以獲得2重量百分比之立方形氧化鈰。B封裝為相同的且在pH 8.2下包括4000重量ppm三乙醇胺、1600重量ppm苯并***、250重量ppm polyMADQUAT、1670重量ppm苯異羥肟酸及113重量ppm之Kordex MLX。
首先將一份A封裝與6份去離子水合併且接著進一步與3份B封裝合併以獲得使用點組合物，其包括0.2重量百分比氧化鈰研磨劑、350重量ppm吡啶甲酸、1200重量ppm三乙醇胺、480重量ppm苯并***及75重量ppm polyMADQUAT。合併之A及B封裝之pH為約7.8。
在上文所列出之條件下，在Mirra®工具上拋光毯覆式TEOS晶圓60秒。毯覆式TEOS移除速率以埃/分鐘(Å/min)為單位顯示於表1中。在相同條件下在Mirra®工具上拋光圖案化晶圓80秒。圖案化晶圓結果(溝槽損耗、有效移除及梯級高度)亦顯示於表1中。以埃(Å)為單位列舉兩個圖案特徵之梯級高度(其中第一個數字係指以微米為單位之線寬且第二個數字係指圖案密度)。 表1
   組合物 毯覆式TEOS RR 溝槽損耗 (Å) 有效移除(Å) 梯級高度 L35-70 梯級高度 L10-20
2A 200 180 4045 275 30
2B 2225 1776 6711 39 26
如自表1中闡述之結果顯而易見，包括立方形氧化鈰研磨粒子之組合物(2B)實現有效移除改善65%及提高的梯級高度(尤其係密度特徵)。然而，此等改善由幾乎增加10×之溝槽損耗抵消。由於高毯覆式移除速率及高溝槽損耗，組合物2B (包括立方形氧化鈰研磨粒子)不為自停止性組合物。基於此實例，一般技術者將容易地瞭解,由於氧化鈰研磨劑與組合物化學物質之間的複雜交互作用，在自停止性CMP組合物中，習知的濕式氧化鈰研磨粒子(如在2A中)不可與立方形氧化鈰研磨粒子(如在2B中)互換。 實例3
測試十種拋光組合物以評估在圖案化晶圓上之TEOS拋光速率及自停止行為。選擇十種拋光組合物(3A-3J)以改變陽離子聚合物含量及類型且與對照組合物1A相比較。藉由將A封裝與去離子水及相應的B封裝合併來製備各組合物。各A封裝包括3500重量ppm吡啶甲酸、75重量ppm Kordex MLX及20重量百分比之上文實例1中所描述之氧化鈰分散液(在A封裝中總氧化鈰濃度為2重量百分比)。
B封裝在pH 8.2下包括4000重量ppm三乙醇胺、1600重量ppm苯并***、陽離子聚合物、1670重量ppm苯異羥肟酸及113重量ppm之Kordex MLX。在下表2A中列舉陽離子聚合物類型及量。 表2A
組合物 陽離子聚合物 B封裝中之量
2A polyMADQUAT 250 ppm
3A polyMADQUAT 500 ppm
3B polyMADQUAT 750 ppm
3C 聚(二烯丙基二甲基氯化銨-共-丙烯醯胺) 500 ppm
3D 聚(二烯丙基二甲基氯化銨-共-丙烯醯胺) 750 ppm
3E 聚四級銨-44 500 ppm
3F 聚四級銨-44 750 ppm
3G polyDADMAC 250 ppm
3H polyDADMAC 125 ppm
3I 聚(乙烯基咪唑鎓)甲基硫酸鹽 250 ppm
3J 聚(乙烯基咪唑鎓)甲基硫酸鹽 125 ppm
首先將一份A封裝與6份去離子水合併且接著進一步與3份B封裝合併以獲得使用點組合物，其包括0.2重量百分比氧化鈰研磨劑、350重量ppm吡啶甲酸、1200重量ppm三乙醇胺、500重量ppm苯異羥肟酸及480重量ppm苯并***。陽離子聚合物之使用點量為表2A中所列舉之量的30%。合併之A及B封裝之pH為約7.8。
在上文所列出之條件下，在Mirra®工具上拋光毯覆式TEOS晶圓60秒。毯覆式TEOS移除速率以埃/分鐘(Å/min)為單位顯示於表2B中。在相同條件下在Mirra®工具上拋光圖案化晶圓80秒。圖案化晶圓結果(溝槽損耗、有效移除及梯級高度)亦顯示於表2B中。以埃(Å)為單位列舉兩種圖案之梯級高度(其中第一個數字係指以微米為單位之線寬且第二個數字係指圖案密度)。 表2B
   組合物 毯覆式TEOS RR 溝槽損耗 (Å) 有效移除(Å) 梯級高度 L35-70 梯級高度 L10-20
2A 200 180 4045 275 30
3A 587 1100 5885 66 23
3B 153 323 4327 241 29
3C 87 17 1642 3921   
3D 42 3 337 4859 716
3E 87 207 4114 375 57
3F 59 63 2235 3712 165
3G 2379 1019 5643 133 24
3H 2747 1161 5942 101 25
3I 4 2 13 5055 ＞5000
3J 7 5 2466 2685 772
如自表2B中闡述之結果顯而易見，包括polyMADQUAT及聚四級銨-44陽離子聚合物之組合物3B及3E提供優良的自停止效能。此外，組合物3C、3F及3J提供優良的有效移除速率對比毯覆式移除速率及溝槽損耗兩者之比率。在輕微修改之情況下，此等組合物亦可同樣提供優良的自停止效能。 實例4
測試八種拋光組合物以評估在圖案化晶圓上之TEOS拋光速率及自停止行為。選擇八種拋光組合物(4A-4H)以改變自停止劑含量及類型且與對照組合物2A相比較。藉由將A封裝與去離子水及相應的B封裝合併來製備各組合物。各A封裝包括3500重量ppm吡啶甲酸、75重量ppm Kordex MLX及20重量百分比之上文實例1中所描述之氧化鈰分散液(在A封裝中總氧化鈰濃度為2重量百分比)。
B封裝包括4000重量ppm三乙醇胺、1600重量ppm苯并***、250重量ppm polyMADQUAT、自停止劑及113重量ppm Kordex MLX。在下表3A中列舉自停止劑類型及量。 表3A
組合物 自停止劑 在B封裝中之量 B封裝之pH
2A 苯異羥肟酸 1670 ppm 8.2
4A 苯異羥肟酸 2505 ppm 8.2
4B 苯異羥肟酸 5010 ppm 8.2
4C 柳異羥肟酸 835 ppm 8.2
4D 柳異羥肟酸 3340 ppm 8.2
4E 麹酸 835 ppm 5
4F 麹酸 3340 ppm 5
4G 山梨酸鉀 835 ppm 6
4H 山梨酸鉀 3340 ppm 6
首先將一份A封裝與6份去離子水合併且接著進一步與3份B封裝合併以獲得使用點組合物，其包括0.2重量百分比氧化鈰研磨劑、350重量ppm吡啶甲酸、1200重量ppm三乙醇胺、75重量ppm polyMADQUAT及480重量ppm苯并***。自停止劑之使用點量為表3A中所列舉之量的30%。針對組合物4A-4D，合併之A及B封裝的pH為約7.8且針對組合物4E-4H，合併之A及B封裝的pH為約5.5。
在上文所列出之條件下，在Mirra®工具上拋光毯覆式TEOS晶圓60秒。毯覆式TEOS移除速率以埃/分鐘(Å/min)為單位顯示於表3B中。在相同條件下在Mirra®工具上拋光圖案化晶圓80秒。圖案化晶圓結果(溝槽損耗、有效移除及梯級高度)亦顯示於表3B中。以埃(Å)為單位列舉兩種圖案之梯級高度(其中第一個數字係指以微米為單位之線寬且第二個數字係指圖案密度)。 表3B
   組合物 毯覆式TEOS RR 溝槽損耗 (Å) 有效移除(Å) 梯級高度 L35-70 梯級高度 L10-20
2A 200 180 4045 275 30
4A 1126 1164 5980 216 39
4B 471 491 5098 92 24
4C 3088 2205 7086 40 22
4D 634 686 5268 180 28
4E 613 1094 5649 240 31
4F 137 316 3808 1513 92
4G 1551 2387 7314 59 18
4H 386 631 4927 362 32
如自表3B中闡述之結果顯而易見，包括苯異羥肟酸、柳異羥肟酸及山梨酸鉀自停止劑之組合物4B、4D及4H提供優良的自停止效能。此外，組合物4F (使用麹酸自停止劑)提供優良的有效移除速率對比毯覆式移除速率及溝槽損耗兩者之比率。在輕微修改之情況下，此組合物亦可同樣提供優良的自停止效能。 實例5
測試兩種拋光組合物以評估在毯覆式及圖案化晶圓上之TEOS拋光速率及自停止行為。藉由將A封裝與去離子水及相應的B封裝合併來製備各組合物。A封裝在pH 4.0下包括3500重量ppm吡啶甲酸、75重量ppm Kordex MLX及2重量百分比之氧化鈰研磨劑。對於組合物5A，氧化鈰研磨劑包括2重量百分比之對照氧化鈰(共同轉讓之美國專利9,505,952之拋光組合物1C中所使用之經燒結氧化鈰研磨劑)。對於組合物5B，氧化鈰研磨劑包括一重量份之上文實例1中所描述之儲備氧化鈰分散液及四重量份去離子水。B封裝為相同的且在pH 6下包括4000重量ppm三乙醇胺、1600重量ppm苯并***、250重量ppm polyMADQUAT、3340重量ppm山梨酸鉀及113重量ppm之Kordex MLX。
首先將一份A封裝與6份去離子水合併且接著進一步與3份B封裝合併以獲得使用點組合物，其包括0.2重量百分比氧化鈰研磨劑、350重量ppm吡啶甲酸、1200重量ppm三乙醇胺、480重量ppm苯并***、1000重量ppm山梨酸鉀及75重量ppm polyMADQUAT。合併之A及B封裝之pH為約5.5。
在上文所列出之條件下，在Mirra®工具上拋光毯覆式TEOS晶圓60秒。毯覆式TEOS移除速率以埃/分鐘(Å/min)為單位顯示於表4中。在相同條件下在Mirra®工具上拋光圖案化晶圓80秒。圖案化晶圓結果(溝槽損耗、有效移除及梯級高度)亦顯示於表4中。 表4
   組合物 毯覆式TEOS RR 溝槽損耗 (Å) 有效移除(Å) 梯級高度 L35-70 (Å)
5A 76 19 457 NA
5B 386 631 4927 362
如自表4中闡述之結果顯而易見，包括立方形氧化鈰研磨粒子之組合物(2B)實現優良的自停止效能，其中有效移除對比毯覆式移除之比率大於12且關於密度特徵的梯級高度小於400 Å。相比之下，使用對照氧化鈰研磨劑之組合物展現極低的移除速率且不提供圖案化晶圓之平坦化。 實例6
測試六種拋光組合物以評估圖案化晶圓上之各種圖案中的有效損耗。如一般熟習此項技術者所已知，有效損耗定義為拋光之前的有效厚度減去拋光之後的有效厚度。拋光組合物與組合物2A、3B、3E、4B、4D及4H相同。如上文所指示，組合物2B包括對照氧化鈰研磨劑，而組合物3B、3E、4B、4D及4H包括立方形氧化鈰研磨粒子。相較於圖4中之圖案類型，以Å為單位繪製有效損耗。
如自圖4中闡述之結果顯而易見，包括立方形氧化鈰研磨粒子之組合物實現優良的平坦化，如由大範圍之圖案密度內之更大有效損耗所界定。此外，包括立方形氧化鈰研磨粒子之組合物亦實現優良的平坦化，如由圖案密度之範圍內的最大標繪有效損耗與最小標繪有效損耗之間的差異所界定。在不希望受理論束縛之情況下，咸信，立方形氧化鈰研磨粒子在存在更高濃度之自停止劑及/或陽離子聚合物之情況下表現良好且因此實現優良的平坦化。 實例7
測試兩種拋光組合物以評估在毯覆式及圖案化晶圓上之TEOS及SiN拋光速率及自停止行為。藉由以7:3體積比將研磨劑調配物(A封裝)及相應的添加劑調配物(B封裝)合併來製備各組合物7A、7B及7C。各組合物之使用點pH為6.2。研磨劑調配物(A封裝)之組合物顯示於表5A中，同時添加劑調配物(B封裝)之組合物顯示於表5B中。所有組合物係按重量計(例如，重量百分比或重量ppm)。表 5A
A封裝 立方形氧化鈰 添加劑 pH
A1 0.71 wt% 500重量ppm吡啶甲酸 4.2
A2 0.71 wt% 31重量ppm 𝜀-聚離胺酸 4.2
表 5B
B封裝 陽離子添加劑 苯異羥肟酸 添加劑1 添加劑2 pH
B1 NA 0.50 wt% 0.4 wt% Bis-Tris NA 7.0
B2 70 ppm 𝜀-聚離胺酸 0.50 wt% 0.4 wt% Bis-Tris 0.117 wt%巴豆酸 6.4
B3 210 ppm 𝜀-聚離胺酸+ 240 ppm DADMAC 0.835 wt% 0.4 wt% Bis-Tris 0.117 wt%巴豆酸 6.4
在73 rpm之壓板速度、67 rpm之頭速度、3.5 psi之下壓力及250 ml/min漿料流速下，使用DuPont IC1010®襯墊在Applied Materials Reflexion ®工具上拋光毯覆式TEOS及SiN晶圓60秒。毯覆式TEOS及SiN移除速率以埃/分鐘(Å/min)為單位顯示於表5C中。在相同條件下在Reflexion ®工具上拋光圖案化晶圓20秒。圖案化晶圓結果(溝槽損耗及有效移除)亦展示於表5C中。表 5C
組合物 A封裝 B封裝 有效移除(Å) 溝槽損耗(Å) TEOS RR (Å/min) SiN RR (Å/min)
7A A1 B1 3923 163 1317 59
7B A2 B2 3977 281 42 27
7C A2 B3 1604 14 15 12
如自表5C中闡述之資料顯而易見，組合物7B展現具有高有效移除(幾乎為4000 Å)及極低的毯覆式移除速率的優良自停止效能，以獲得幾乎為100之有效移除對比毯覆式移除比及14之有效移除對比溝槽損耗比。儘管具有較低有效移除，但組合物7C亦展現優良的自停止效能。組合物7C實現大於100之有效移除對比毯覆式移除比及有效移除對比溝槽損耗比。 實例8
測試三種拋光組合物以評估立方形氧化鈰研磨粒子中之鑭摻雜量對TEOS移除速率之影響。組合物8A包括0.28重量百分比之對照氧化鈰(可購自Rhodia之濕法氧化鈰HC60™)。組合物8B包括0.28重量百分比的包括2.5莫耳%氧化鑭之立方形氧化鈰研磨粒子且藉由用34份水將上文實例1中所描述之儲備氧化鈰分散液稀釋成1份儲備氧化鈰分散液來製備。組合物8C包括0.28重量百分比的包括10莫耳%氧化鑭之立方形氧化鈰研磨粒子且藉由用34份水將以下段落中描述之氧化鈰分散液稀釋成1份氧化鈰分散液來製備。各組合物8A-8C之pH為4。
如下製備氧化鈰分散液。藉由以等於0.0000125 (1/80,235)的鈰(IV)與鈰(總量)之莫耳比將11.5 kg之3M硝酸三價鈰(III)溶液、1.3 kg之3M硝酸鑭溶液、1.86 kg之68%硝酸(HNO3 )溶液、0.5 kg去離子水及硝酸鈰(IV)合併來製備硝酸鈰溶液。接著在攪拌及氮氣鼓泡下在20 L容器中將硝酸鈰溶液脫氣。
藉由將70 kg去離子水及14 kg之25%氨水溶液合併來製備氨水溶液(使得氨水溶液鐘之NH4 OH與硝酸鈰溶液中之總量鈰及鑭的莫耳比為10)。接著在攪拌及氮氣鼓泡下在100 L容器夾套反應器中將氨水溶液脫氣。
接著在環境溫度下，在氮氣吹掃下在相同攪拌下，將硝酸鈰溶液添加至氨水溶液中。接著將反應混合物之溫度升高至88℃且保持在該溫度下13.5小時。接著使反應混合物冷卻且在冷卻後藉由添加68%硝酸酸化至pH 2。
接著將反應混合物過濾且用去離子水洗滌。當洗滌溶液之導電率小於0.04 mS/cm時，重複洗滌。添加去離子水以將最終立方形氧化鈰研磨劑濃度調節至10重量百分比。立方形氧化鈰研磨粒子包括10莫耳%的氧化鑭及90莫耳%的氧化鈰。
BET比表面積藉由氮吸附測定為8.6平方公尺/公克。由Malvern Zetasizer所量測之平均粒度為142 nm。
在上文所列出之條件下，在Mirra®工具上拋光毯覆式TEOS晶圓60秒。拋光結果顯示於表6中。以埃/分鐘(Å/min)為單位列舉所有移除速率(RR)。 表6
組合物 研磨劑 TEOS RR
8A 對照氧化鈰 3819
8B 具有2.5% La之立方形氧化鈰 6388
8C 具有10% La之立方形氧化鈰 6285
如自表5中闡述之資料顯而易見，組合物8B及8C展現比組合物8A之移除速率大1.6×的等效TEOS移除速率。
除非本文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)使用之術語「一(a/an)」及「該」及類似指示物應解釋為涵蓋單數及複數兩者。除非另外指出，否則術語「包含」、「具有」、「包括」及「含有」應理解為開端式術語(亦即，意謂「包括(但不限於)」)。除非本文另外指示，否則本文中值範圍之列舉僅意欲充當單獨提及屬於該範圍內之各獨立值的簡寫方法，且各獨立值併入至本說明書中，如同將其在本文中單獨敍述一般。除非本文另外指示或另外與上下文明顯矛盾，否則本文中所描述之所有方法可以任何適合之次序執行。除非另外主張，否則使用本文所提供之任何及所有實例或例示性語言(例如，「諸如」)僅意欲較好地闡明本發明而不對本發明之範疇造成限制。本說明書中之語言不應理解為指示實踐本發明所必需之任何未主張要素。
本文描述本發明之較佳實施例，包括本發明人已知用於實施本發明之最佳模式。在閱讀前述說明書之後，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此類變化，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踐本發明。因此，若適用法律允許，則本發明包括在隨附於本文之申請專利範圍中所敍述的主題之所有修改及等效物。此外，除非本文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在其所有可能變化中之任何組合。
應理解，本發明包括除上文實例中所包括之彼等實施例以外的諸多實施例。此等實施例包括(但不限於)所附申請專利範圍中所列舉之實施例。
為了更全面地理解所揭示之主題及其優勢，現參考結合隨附圖式進行之以下描述，其中：
圖1及圖2描繪展示具有正方形面之氧化鈰研磨粒子之立方形氧化鈰研磨劑樣品的穿透式電子顯微法(transmission electron microscopy；TEM)顯微圖。
圖3描繪展示具有正方形面之氧化鈰研磨粒子之立方形氧化鈰研磨劑樣品的掃描電子顯微法(scanning electron microscopy；SEM)顯微圖。
圖4描繪實例6中拋光之圖案化晶圓的有效損耗(以Å為單位)與圖案類型之曲線圖。

Claims (36)

  1. 一種化學機械拋光組合物，其包含： 液體載劑； 立方形氧化鈰研磨粒子，其分散於該液體載劑中； 自停止劑；及 陽離子聚合物。
  2. 如請求項1之組合物，其中該等立方形氧化鈰研磨粒子包含氧化鈰及氧化鑭之混合物。
  3. 如請求項1之組合物，其中該等立方形氧化鈰研磨粒子之鑭與鑭加鈰的莫耳比在約1%至約15%之範圍內。
  4. 如請求項1之組合物，其中該等立方形氧化鈰研磨粒子之BET表面積在約3 m2 /g至約14 m2 /g之範圍內。
  5. 如請求項1之組合物，其中該等立方形氧化鈰研磨粒子之平均粒度在約50至約500 nm之範圍內。
  6. 如請求項1之組合物，其包含約0.01重量百分比至約1重量百分比之該等立方形氧化鈰研磨粒子。
  7. 如請求項1之組合物，其中該自停止劑為連接至該等立方形氧化鈰研磨粒子之配位體。
  8. 如請求項1之組合物，其中該自停止劑為麹酸、麥芽醇、乙麥芽醇、丙麥芽醇、異羥肟酸、苯異羥肟酸、柳異羥肟酸、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、山梨酸鉀及其組合。
  9. 如請求項8之組合物，其中該自停止劑為苯異羥肟酸、柳異羥肟酸、麹酸、山梨酸鉀或其組合。
  10. 如請求項1之組合物，其中該陽離子聚合物係選自由以下組成之群：聚(乙烯基咪唑鎓)、聚(乙烯基咪唑)、甲基丙烯醯氧基乙基三甲基銨、聚(二烯丙基二甲基銨)、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、聚離胺酸及其組合。
  11. 如請求項10之組合物，其中該陽離子聚合物為聚(乙烯基咪唑鎓)、聚(乙烯基咪唑)、甲基丙烯醯氧基乙基三甲基銨、聚離胺酸或其組合。
  12. 如請求項1之組合物，其中 該等立方形氧化鈰研磨粒子之使用點濃度為約0.01重量百分比至約1重量百分比； 該自停止劑之使用點濃度為約200重量ppm至約5000重量ppm；及 該陽離子聚合物之使用點濃度為約5重量ppm至約500重量ppm。
  13. 如請求項1之組合物，其進一步包含羧酸速率增強劑。
  14. 如請求項13之組合物，其中該羧酸速率增強劑為吡啶甲酸、乙酸、4-羥基苯甲酸或其混合物。
  15. 如請求項1之組合物，其進一步包含選自由以下組成之群的不飽和羧酸一元酸速率抑制劑：丙烯酸、巴豆酸、2-戊烯酸、反-2-己烯酸、反-3-己烯酸、2-己炔酸、2,4-己二烯酸、山梨酸鉀、反-2-甲基-2-丁烯酸、3,3-二甲基丙烯酸及其組合。
  16. 如請求項15之組合物，其中該不飽和羧酸一元酸速率抑制劑為巴豆酸。
  17. 如請求項1之組合物，其進一步包含選自由以下組成之群的非聚合陽離子化合物：丙烯酸2-(二甲基胺基)乙酯、甲基丙烯酸2-(二甲基胺基)乙酯、3-(二甲基胺基)丙基甲基丙烯醯胺、3-(二甲基胺基)丙基丙烯醯胺、離胺酸、3-甲基丙烯醯胺基丙基-三甲基-銨、3-丙烯醯胺基丙基-三甲基-銨、二烯丙基二甲基銨、2-(丙烯醯氧基)-N ,N ,N -三甲基乙銨、甲基丙烯醯氧基乙基三甲基銨、N ,N -二甲基胺基乙基丙烯酸苯甲酯、N ,N -二甲基胺基乙基甲基丙烯酸苯甲酯及其組合。
  18. 如請求項17之組合物，其中該非聚合陽離子化合物包含二烯丙基二甲基銨、甲基丙烯醯氧基乙基三甲基銨、離胺酸、甲基丙烯酸2-(二甲基胺基)乙酯或其混合物。
  19. 如請求項17之組合物，其中該陽離子聚合物包含聚離胺酸且該非聚合化合物包含二烯丙基二甲基銨。
  20. 如請求項1之組合物，其進一步包含三乙醇胺。
  21. 如請求項1之組合物，其進一步包含苯并***或雙三甲烷(bis tris methane)。
  22. 如請求項1之組合物，其具有在約5至約10之範圍內之pH。
  23. 如請求項1之組合物，其中： 該自停止劑為苯異羥肟酸、柳異羥肟酸、麹酸、山梨酸鉀或其組合； 該陽離子聚合物為聚(乙烯基咪唑鎓)、聚(甲基丙烯醯氧基乙基三甲基銨)、聚離胺酸、聚(二烯丙基二甲基銨)或其組合；及 該組合物進一步包含吡啶甲酸、乙酸、4-羥基苯甲酸或其混合物。
  24. 如請求項23之組合物，其進一步包含三乙醇胺及苯并***。
  25. 如請求項23之組合物，其中該自停止劑為苯異羥肟酸、柳異羥肟酸或其組合且pH在使用點係在約7至約9之範圍內。
  26. 如請求項25之組合物，其在使用點包含至少250重量ppm之該自停止劑及在使用點50重量ppm之該陽離子聚合物。
  27. 如請求項23之組合物，其中該自停止劑為麹酸、山梨酸鉀或其組合且pH在使用點係在約5至約6.5之範圍內。
  28. 如請求項1之組合物，其中： 該自停止劑為苯異羥肟酸、柳異羥肟酸或其組合；及 該陽離子聚合物為𝜀-聚-L-離胺酸、聚(乙烯基咪唑鎓)或其組合。
  29. 如請求項28之組合物，其進一步包含巴豆酸。
  30. 如請求項28之組合物，其進一步包含選自由以下組成之群的非聚合陽離子化合物：二烯丙基二甲基銨、甲基丙烯醯氧基乙基三甲基銨、離胺酸、甲基丙烯酸2-(二甲基胺基)乙酯或其混合物。
  31. 如請求項30之組合物，其包含： 至少250重量ppm之該自停止劑； 至少20重量ppm之該陽離子聚合物；及 至少20重量ppm之該非聚合陽離子化合物。
  32. 一種化學機械拋光包括氧化矽介電質材料之基板之方法，該方法包含： (a)    提供拋光組合物，其包括液體載劑；立方形氧化鈰研磨粒子，其分散於該液體載劑中；自停止劑；及陽離子聚合物； (b)    使該基板與該提供的拋光組合物接觸； (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氧化矽介電質材料之一部分且藉此拋光該基板。
  33. 如請求項32之方法，其中在(d)中，該基板之圖案化區域中之該氧化矽介電質材料的有效移除對該氧化矽介電質材料之溝槽耗損移除之比率大於約5。
  34. 如請求項32之方法，其中： 該自停止劑為苯異羥肟酸、柳異羥肟酸、麹酸、山梨酸鉀或其組合； 該陽離子聚合物為聚(乙烯基咪唑鎓)、聚(甲基丙烯醯氧基乙基三甲基銨)、聚離胺酸、聚(二烯丙基二甲基銨)或其組合；及 該拋光組合物進一步包含吡啶甲酸、乙酸、4-羥基苯甲酸或其混合物。
  35. 如請求項32之方法，其中： 該自停止劑為苯異羥肟酸、柳異羥肟酸或其組合； 該陽離子聚合物為𝜀-聚-L-離胺酸、聚(乙烯基咪唑鎓)或其組合。
  36. 如請求項35之組合物，其中該拋光組合物進一步包含選自由以下組成之群的非聚合陽離子化合物：二烯丙基二甲基銨、甲基丙烯醯氧基乙基三甲基銨、離胺酸、甲基丙烯酸2-(二甲基胺基)乙酯或其混合物。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2024500162A (ja) * 2020-12-21 2024-01-04 シーエムシー マテリアルズ リミティド ライアビリティ カンパニー 高トポロジカル選択比のための自己停止ポリッシング組成物及び方法
US20230070023A1 (en) * 2021-08-25 2023-03-09 Neo Chemicals & Oxides, LLC Trivalent Doped Cerium Oxide Compositions for Biological Contaminant Removal
US20230242791A1 (en) * 2022-02-03 2023-08-03 Cmc Materials, Inc. Ceria-based slurry compositions for selective and nonselective cmp of silicon oxide, silicon nitride, and polysilicon
CN115960540A (zh) * 2022-12-23 2023-04-14 昂士特科技(深圳)有限公司 具有改进颗粒的化学机械抛光组合物

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7887714B2 (en) * 2000-12-25 2011-02-15 Nissan Chemical Industries, Ltd. Cerium oxide sol and abrasive
CN101224903A (zh) * 2007-01-16 2008-07-23 中国科学院研究生院 一种二氧化铈纳米立方块的制备方法
CN101284952B (zh) * 2007-04-12 2011-03-23 北京有色金属研究总院 化学机械抛光磨料粒子CeO2及其制备方法
TWI454560B (zh) * 2007-10-12 2014-10-01 Anji Microelectronics Co Ltd 非離子型聚合物在自停止多晶矽拋光液製備及使用中的應用
US8728341B2 (en) * 2009-10-22 2014-05-20 Hitachi Chemical Company, Ltd. Polishing agent, concentrated one-pack type polishing agent, two-pack type polishing agent and method for polishing substrate
US9505952B2 (en) * 2015-03-05 2016-11-29 Cabot Microelectronics Corporation Polishing composition containing ceria abrasive
US10414947B2 (en) * 2015-03-05 2019-09-17 Cabot Microelectronics Corporation Polishing composition containing ceria particles and method of use
US10619075B2 (en) * 2015-07-13 2020-04-14 Cabot Microelectronics Corporation Self-stopping polishing composition and method for bulk oxide planarization
KR20180068424A (ko) * 2016-12-14 2018-06-22 솔브레인 주식회사 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물 및 반도체 소자의 제조방법
EP3612608A4 (en) * 2017-04-17 2021-01-20 Cabot Microelectronics Corporation SELF-STOPPING POLISHING COMPOSITION AND METHOD OF OXIDE BULK PLANARING
WO2018229005A1 (en) * 2017-06-15 2018-12-20 Rhodia Operations Cerium based particles
CN109251673A (zh) * 2017-07-13 2019-01-22 安集微电子科技（上海）股份有限公司 一种化学机械抛光液
WO2019099655A1 (en) * 2017-11-15 2019-05-23 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Composition for conducting material removal operations and method for forming same
US10584266B2 (en) * 2018-03-14 2020-03-10 Cabot Microelectronics Corporation CMP compositions containing polymer complexes and agents for STI applications

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