TWI516582B - 混合的磨料拋光組合物 - Google Patents

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Description

混合的磨料拋光組合物
本發明係關於一種化學機械拋光組合物及以該化學機械拋光組合物化學機械拋光基材的方法。
在製造積體電路及其他電子裝置時，係在基材的表面上沉積或移除多層的導體、半導體與介電材料。自基材上依序沉積與移除材料層時，基材的最上層表面可能變得不平而需要平坦化。表面平坦化，或稱表面「拋光」，係一將材料由基材表面移除而形成一大致均勻且平坦之表面的操作。平坦化可有效移除不欲的表面形貌及表面缺陷，例如粗糙表面、凝集的材料、晶格損傷、刮痕、及受汙染的層或材料。平坦化亦有助於藉由移除過量沉積之用以填充特徵(feature)並提供均勻表面以供後續的金屬化及操作階段的材料，而在基材上形成特徵。
用於平坦化或拋光基材之表面的組合物與方法在此領域中係廣為人知。化學機械平坦化，或稱化學機械拋光(CMP)，是一種用於平坦化基材的常用技術。CMP利用一化學組合物以選擇性由基材上移除材料，其稱作CMP組合物、或簡稱拋光組合物(亦稱作拋光漿料)。拋光組合物典型地藉由使基材之表面與一充滿該拋光組合物之拋光墊(例如拋光布或拋光圓盤)接觸，而施 用於一基材上。基材之拋光典型地更藉助於拋光組合物的化學活性及/或懸浮於拋光組合物中之磨料或併入拋光墊(例如固定磨料拋光墊)中之磨料的機械活性。
隨著積體電路尺寸的縮小以及晶片上的積體電路數量的增加，用以形成電路的組件必須彼此位置更近以納入典型晶片上的有限空間。電路間的有效隔離對於保障最大的半導體效能而言是重要的。因此，會在將淺溝槽蝕刻至半導體基材中，並填充絕緣材料以隔離積體電路中的活性區域。更詳細而言，淺溝槽隔離(STI)是一種將氮化矽形成於矽基材上，藉由蝕刻或光蝕刻形成淺溝槽，並沉積介電層以填充溝槽的操作。由於以此方式形成溝槽的深度變化，典型地必須在基材頂部沉積過量的介電材料以確保能完全填充所有的溝槽。介電材料(例如氧化矽)會遵從其下方基材的形貌。因此，基材的表面係由溝槽之間上方氧化物的區域定義，其係稱為圖案氧化物(pattern oxide)。圖案氧化物係由位於溝槽外的多餘氧化物介電材料的階層高度(step height)定義。多餘的介電材料典型由CMP操作移除，其額外提供一平坦表面以供進一步操作。當圖案氧化物被磨除且達到表面平坦性，該氧化層即稱為覆蓋氧化層(blanket oxide)。
拋光組合物可由其拋光速率(即，移除速率)及其平坦化效率定義。拋光速率係指由基材表面移除材料的速率，且通常以每單位時間的單位長度(厚度)(例如，每分鐘數埃(Å))來表示。平坦化效率係關於階層高度的減少相對於由基材移除的材料量。詳細而言，拋光表面首先與表面的「高點」接觸且必須移除材料以形成平坦的表面。能夠以移除較少材料而達到平坦表 面的操作，相較於必須移除較多材料而達到平坦化的操作，被認為是較有效率的。
氧化矽圖案的移除速率通常可為STI操作中介電拋光步驟的速率限制，因此需要高的移除速率以增加裝置輸出。然而，若覆蓋移除速率過快，對於在暴露的溝槽的氧化物過度拋光將導致溝槽侵蝕，並使裝置缺陷增加。
仍需要能夠提供有利的移除速率和期望的平坦化效率，而不會過度侵蝕溝槽中氧化矽之用於含有氧化矽之基材的化學機械拋光組合物及方法。本發明提供此種拋光組合物及方法。彼等與本發明的其他效益以及其他的發明特徵，將由本文中對本發明的描述而明瞭。
本發明提供一種化學機械拋光組合物，包含：(a)第一磨料顆粒，其中該第一磨料顆粒係鈰氧(ceria)顆粒，且其中該第一磨料顆粒之平均顆粒尺寸為30奈米至1微米，並以0.005重量%至2重量%的濃度存在於該拋光組合物中；(b)第二磨料顆粒，其中該第二磨料顆粒係鈰氧顆粒、經表面改質之矽氧(silica)顆粒、或有機顆粒，且其中該第二磨料顆粒之平均顆粒尺寸為1奈米至60奈米，並以0.005重量%至2重量%的濃度存在於該拋光組合物中；(c)一經官能化之吡啶、苯甲酸、胺基酸、或其組合；(d)一pH調整劑；以及(e)一水性載體；其中該拋光組合物係呈現一多峰顆粒尺寸分佈(multimodal particle size distribution)，且其中該拋光組合物之pH值為3.5至9。
本發明亦提供一種化學機械拋光組合物，包含：(a) 第一磨料顆粒，其中該第一磨料顆粒係鈰氧顆粒，且其中該第一磨料顆粒之平均顆粒尺寸為30奈米至1微米，並以0.005重量%至2重量%的濃度存在於該拋光組合物中；(b)第二磨料顆粒，其中該第二磨料顆粒係鈰氧顆粒、經表面改質之矽氧顆粒、或有機顆粒，且其中該第二磨料顆粒之平均顆粒尺寸為1奈米至60奈米，並以0.005重量%至2重量%的濃度存在於該拋光組合物中；(c)一聚合物添加劑，其係選自聚乙二醇(PEG)、聚乙烯醇、聚(甲基丙烯酸羥乙酯)、聚(甲基丙烯酸羥乙酯)之共聚物、纖維素、陽離子枝狀聚合物、甲基丙烯醯氧乙基三甲基銨(methacryloyloxyethyl trimethylammonium)之單體或同元聚合物、或其組合；(d)一pH調整劑；以及(e)一水性載體；其中該拋光組合物呈現一多峰顆粒尺寸分佈，且其中該拋光組合物之pH值為6至9。
本發明進一步提供一種拋光基材的方法，包含：(i)提供一基材，例如一氧化矽層；(ii)提供一拋光墊；(iii)提供一化學機械拋光組合物，包含：(a)第一磨料顆粒，其中該第一磨料顆粒係鈰氧顆粒，且其中該第一磨料顆粒之平均顆粒尺寸為30奈米至1微米，並以0.005重量%至2重量%的濃度存在於該拋光組合物中；(b)第二磨料顆粒，其中該第二磨料顆粒係鈰氧顆粒、經表面改質之矽氧顆粒、或有機顆粒，且其中該第二磨料顆粒之平均顆粒尺寸為1奈米至60奈米，並以0.005重量%至2重量%的濃度存在於該拋光組合物中；(c)一經官能化之吡啶、苯甲酸、胺基酸、或其組合；(d)一pH調整劑；以及(e)一水性載體；其中該拋光組合物呈現一多峰顆粒尺寸分佈，且其中該拋光組合物之 pH值為3.5至9；(iv)將該基材與該拋光墊及該化學機械拋光組合物接觸；以及(v)將該拋光墊與該化學機械拋光組合物相對於該基材移動，以研磨至少一部分的該基材表面上的該氧化矽層，以拋光該基材。
本發明更進一步提供一種拋光基材的方法，包含：(i)提供一基材，例如一氧化矽層；(ii)提供一拋光墊；(iii)提供一化學機械拋光組合物，包含：(a)第一磨料顆粒，其中該第一磨料顆粒係鈰氧顆粒，且其中該第一磨料顆粒之平均顆粒尺寸為30奈米至1微米，並以0.005重量%至2重量%的濃度存在於該拋光組合物中；(b)第二磨料顆粒，其中該第二磨料顆粒係鈰氧顆粒、經表面改質之矽氧顆粒、或有機顆粒，且其中該第二磨料顆粒之平均顆粒尺寸為1奈米至60奈米，並以0.005重量%至2重量%的濃度存在於該拋光組合物中；(c)一聚合物添加劑，其係選自聚乙二醇(PEG)、聚乙烯醇、聚(甲基丙烯酸羥乙酯)、聚(甲基丙烯酸羥乙酯)之共聚物、纖維素、陽離子枝狀聚合物、甲基丙烯醯氧乙基三甲基銨之單體或同元聚合物、或其組合；(d)一pH調整劑；以及(e)一水性載體；其中該拋光組合物呈現一多峰顆粒尺寸分佈，且其中該拋光組合物之pH值為6至9；(iv)將該基材與該拋光墊及該化學機械拋光組合物接觸；以及(v)將該拋光墊與該化學機械拋光組合物相對於該基材移動，以研磨至少一部分的該基材表面上的該氧化矽層，以拋光該基材。
本發明提供化學機械拋光組合物。在一實施態樣 中，該拋光組合物可包含、實質上由以下組成、或是由以下組成：(a)第一磨料顆粒，其中該第一磨料顆粒係鈰氧顆粒，且其中該第一磨料顆粒之平均顆粒尺寸為30奈米至1微米，並以0.005重量%至2重量%的濃度存在於該拋光組合物中；(b)第二磨料顆粒，其中該第二磨料顆粒係鈰氧顆粒、經表面改質之矽氧顆粒、或有機顆粒，且其中該第二磨料顆粒之平均顆粒尺寸為1奈米至60奈米，並以0.005重量%至2重量%的濃度存在於該拋光組合物中；(c)一經官能化之吡啶、苯甲酸、胺基酸、或其組合；(d)一pH調整劑；以及(e)一水性載體；其中該拋光組合物係呈現一多峰顆粒尺寸分佈，且其中該拋光組合物之pH值為3.5至9。
在另一實施態樣中，該拋光組合物可包含、實質上由以下組成、或是由以下組成：(a)第一磨料顆粒，其中該第一磨料顆粒係鈰氧顆粒，且其中該第一磨料顆粒之平均顆粒尺寸為30奈米至1微米，並以0.005重量%至2重量%的濃度存在於該拋光組合物中；(b)第二磨料顆粒，其中該第二磨料顆粒係鈰氧顆粒、經表面改質之矽氧顆粒、或有機顆粒，且其中該第二磨料顆粒之平均顆粒尺寸為1奈米至60奈米，並以0.005重量%至2重量%的濃度存在於該拋光組合物中；(c)一聚合物添加劑，其係選自聚乙二醇(PEG)、聚乙烯醇、聚(甲基丙烯酸羥乙酯)、聚(甲基丙烯酸羥乙酯)之共聚物、纖維素、陽離子枝狀聚合物、甲基丙烯醯氧乙基三甲基銨之單體或同元聚合物、或其組合；(d)一pH調整劑；以及(e)一水性載體；其中該拋光組合物呈現一多峰顆粒尺寸分佈，且其中該拋光組合物之pH值為6至9。
拋光組合物包括第一磨料顆粒。該第一磨料顆粒可 為任何適合的磨料顆粒。較佳地，第一磨料顆粒係鈰氧(如，氧化鈰)顆粒。第一磨料顆粒可為鈰氧顆粒的任何適合形式，例如發煙鈰氧顆粒、經煅燒之鈰氧顆粒、或濕製程鈰氧顆粒(例如，沉澱的鈰氧顆粒或凝集聚合鈰氧顆粒，包括膠體鈰氧顆粒)。較佳地，該第一磨料顆粒係濕製程鈰氧顆粒或經煅燒之鈰氧顆粒。更佳地，該第一磨料顆粒係濕製程鈰氧顆粒。
該第一磨料顆粒可具有任何適合的平均顆粒尺寸。顆粒的顆粒尺寸係指包圍該顆粒的最小球體的直徑。第一磨料顆粒的顆粒尺寸可使用任何適合的技術來測量，例如使用雷射散射技術。適合的顆粒尺寸測量儀器為可商業購得的，例如可由英國馬爾文(Malvern，UK)之馬爾文儀器(Malvern Instruments)購得。第一磨料顆粒的平均顆粒尺寸可為30奈米或以上，例如35奈米或以上、40奈米或以上、45奈米或以上、50奈米或以上、55奈米或以上、60奈米或以上、65奈米或以上、或是70奈米或以上。或者或除此之外，第一磨料顆粒的平均顆粒尺寸可為1微米或以下，例如900奈米或以下、800奈米或以下、750奈米或以下、500奈米或以下、250奈米或以下、100奈米或以下、75奈米或以下、或70奈米或以下。因此，第一磨料顆粒的平均顆粒尺寸可在由前述任二個端點所限制之範圍。例如，第一磨料顆粒的平均顆粒尺寸可為30奈米至1微米，例如30奈米至750奈米、30奈米至500奈米、30奈米至250奈米、30奈米至100奈米、30奈米至75奈米、50奈米至500奈米、50奈米至100奈米、50奈米至75奈米、或50奈米至70奈米。較佳地，第一磨料顆粒的平均顆粒尺寸為50奈米至70奈米，例如，平均顆粒尺寸為50奈米、平均 顆粒尺寸為55奈米、平均顆粒尺寸為60奈米、平均顆粒尺寸為65奈米、或是平均顆粒尺寸為70奈米。
第一磨料顆粒可以任何適合的濃度存在於該拋光組合物中。舉例而言，第一磨料顆粒可以0.005重量%或以上的濃度存在於拋光組合物中，例如0.01重量%或以上、0.015重量%或以上、0.02重量%或以上、0.025重量%或以上、0.03重量%或以上、0.035重量%或以上、0.04重量%或以上、0.05重量%或以上、0.075重量%或以上、0.1重量%或以上、0.15重量%或以上、0.2重量%或以上、0.25重量%或以上、0.5重量%或以上、或0.75重量%或以上。或者或除此之外，第一磨料顆粒可以2重量%或以下的濃度存在於拋光組合物中，例如1.75重量%或以下、1.6重量%或以下、1.5重量%或以下、1.4重量%或以下、1.3重量%或以下、1.25重量%或以下、1.2重量%或以下、1.15重量%或以下、1重量%或以下、0.75重量%或以下、0.5重量%或以下、0.25重量%或以下、或0.05重量%或以下。因此，第一磨料顆粒可以由前述任二個端點所限制之濃度範圍存在於拋光組合物中。較佳地，第一磨料顆粒可以0.005重量%至2重量%的濃度存在於拋光組合物中，例如0.01重量%至1重量%、0.01重量%至0.75重量%、0.01重量%至0.5重量%、0.01重量%至0.25重量%、或0.01重量%至0.05重量%。舉例而言，第一磨料顆粒可以0.025重量%、0.05重量%、0.075重量%、0.1重量%、0.15重量%、0.2重量%、或0.25重量%的濃度存在於拋光組合物中。
拋光組合物還包含第二磨料顆粒。該第二磨料顆粒可為任何適合的磨料顆粒。較佳地，第二磨料顆粒係金屬氧化物 顆粒或有機顆粒。舉例而言，第二磨料顆粒可為金屬氧化物顆粒，例如鈰氧(如氧化鈰)、矽氧(如二氧化矽)、鋁氧(alumina)(如氧化鋁)、鋯氧(zirconia)(如氧化鋯)、鈦氧(titania)(如二氧化鈦)、氧化鎳、其共形成之產物、或其組合。該金屬氧化物顆粒可為金屬氧化物顆粒的任何適合形式，例如發煙金屬氧化物顆粒、經煅燒之金屬氧化物顆粒、或濕製程金屬氧化物顆粒(例如，沉澱的金屬氧化物顆粒或凝集聚合金屬氧化物顆粒，包括膠體金屬氧化物顆粒)。較佳地，當第二磨料顆粒為金屬氧化物顆粒時，該第二磨料顆粒為濕製程鈰氧顆粒、經煅燒之鈰氧顆粒、或膠體矽氧顆粒。
第二磨料顆粒可為任何適合的有機顆粒。舉例而言，第二磨料顆粒可為明膠、乳膠、纖維素、聚苯乙烯、或聚丙烯酸酯。較佳地，當第二磨料顆粒為有機顆粒時，該第二磨料顆粒為明膠顆粒。
第二磨料顆粒可為經表面改質之磨料顆粒。舉例而言，第二磨料顆粒可為經表面改質之顆粒，例如經表面改質之矽氧顆粒或經表面改質之有機顆粒，包括經表面改質之明膠顆粒。第二磨料顆粒可具有任何適合的表面電荷。舉例而言，該第二磨料顆粒可為陽離子顆粒。「陽離子」意指該第二磨料顆粒在拋光組合物的pH值下具有正表面電荷。較佳地，當第二磨料顆粒為陽離子顆粒，該第二磨料顆粒為陽離子矽氧顆粒或陽離子明膠顆粒。
該第二磨料顆粒可具有任何適合的平均顆粒尺寸。顆粒的顆粒尺寸為包圍該顆粒的最小球體的直徑。第二磨料顆粒的顆粒尺寸可由任何適合的技術測量，例如使用雷射散射技術。 適合的顆粒尺寸測量儀器係商業可購得，例如可購自馬爾文儀器(英國馬爾文)。第二磨料顆粒的平均顆粒尺寸可為1奈米或以上，例如2奈米或以上、3奈米或以上、4奈米或以上、5奈米或以上、6奈米或以上、7奈米或以上、8奈米或以上、9奈米或以上、10奈米或以上、15奈米或以上、20奈米或以上、25奈米或以上、或是30奈米或以上。或者或除此之外，第二磨料顆粒的平均顆粒尺寸可為60奈米或以下，例如55奈米或以下、50奈米或以下、45奈米或以下、40奈米或以下、35奈米或以下、30奈米或以下、25奈米或以下、20奈米或以下、15奈米或以下、10奈米或以下、或5奈米或以下。因此，第二磨料顆粒的平均顆粒尺寸可在由前述任二個端點限制之範圍。例如，第二磨料顆粒的平均顆粒尺寸可為1奈米至60奈米，例如1奈米至50奈米、1奈米至40奈米、1奈米至30奈米、1奈米至25奈米、1奈米至20奈米、1奈米至5奈米、5奈米至40奈米、5奈米至30奈米、5奈米至20奈米、或5奈米至10奈米。較佳地，第二磨料顆粒的平均顆粒尺寸為10奈米至40奈米，例如，平均顆粒尺寸為10奈米、平均顆粒尺寸為15奈米、平均顆粒尺寸為20奈米、平均顆粒尺寸為25奈米、平均顆粒尺寸為30奈米、或是平均顆粒尺寸為35奈米。或者，第二磨料顆粒的平均顆粒尺寸可為60奈米。
第二磨料顆粒可以任何適合的濃度存在於該拋光組合物中。舉例而言，第二磨料顆粒可以0.005重量%或以上的濃度存在於拋光組合物中，例如0.01重量%或以上、0.015重量%或以上、0.02重量%或以上、0.025重量%或以上、0.03重量%或以上、0.035重量%或以上、0.04重量%或以上、0.05重量%或以上、0.075 重量%或以上、0.1重量%或以上、0.15重量%或以上、0.2重量%或以上、0.25重量%或以上、0.5重量%或以上、或0.75重量%或以上。或者或除此之外，第二磨料顆粒可以2重量%或以下的濃度存在於拋光組合物中，例如1.75重量%或以下、1.6重量%或以下、1.5重量%或以下、1.4重量%或以下、1.3重量%或以下、1.25重量%或以下、1.2重量%或以下、1.15重量%或以下、1重量%或以下、0.75重量%或以下、0.5重量%或以下、0.25重量%或以下、或0.05重量%或以下。因此，第二磨料顆粒可以由前述任二個端點所限制之範圍的濃度存在於拋光組合物中。較佳地，第二磨料顆粒可以0.005重量%至2重量%的濃度存在於拋光組合物中，例如0.01重量%至1重量%、0.01重量%至0.75重量%、0.01重量%至0.5重量%、0.01重量%至0.25重量%、或0.01重量%至0.05重量%。舉例而言，第一磨料顆粒可以0.025重量%、0.05重量%、0.075重量%、0.1重量%、0.15重量%、0.2重量%、或0.25重量%的濃度存在於拋光組合物中。
拋光組合物可選擇性包含額外的磨料顆粒(如，第三磨料顆粒、第四磨料顆粒、第五磨料顆粒等等)。所述額外的磨料顆粒可為任何適合的磨料顆粒。舉例而言，額外的磨料顆粒可為鈰氧(如氧化鈰)、鋯氧(如氧化鋯)、矽氧(如二氧化矽)、鋁氧(如氧化鋁)、鈦氧(如二氧化鈦)、鍺氧(如二氧化鍺、氧化鍺)、鎂氧(magnesia)(如鎂氧化物)、氧化鎳、其共形成之產物、或其組合的金屬氧化物顆粒。或是，該額外的磨料顆粒可為明膠、乳膠、纖維素、聚苯乙烯、或聚丙烯酸酯的有機顆粒。
該額外的磨料顆粒可具有任何適合的平均顆粒尺 寸。顆粒的顆粒尺寸為包圍該顆粒的最小球體的直徑。額外的顆粒的顆粒尺寸可由任何適合的技術測量，例如使用雷射散射技術。適合的顆粒尺寸測量儀器係可商業購得的，例如可購自馬爾文儀器(英國馬爾文)。舉例而言，額外的磨料顆粒的平均顆粒尺寸可為1奈米至1微米，例如1奈米至500奈米、1奈米至300奈米、1奈米至150奈米、1奈米至100奈米、1奈米至50奈米、1奈米至30奈米、30奈米至1微米、30奈米至500奈米、30奈米至250奈米、30奈米至100奈米、50奈米至100奈米、50奈米至250奈米、或50奈米至500奈米。
額外的磨料顆粒可以任何適合的濃度存在於該拋光組合物中。舉例而言，額外的磨料顆粒(即，第三磨料顆粒、第四磨料顆粒、第五磨料顆粒等之整體而言)可以0.005重量%至2重量%的濃度存在於拋光組合物中，例如0.01重量%至1重量%、0.01重量%至0.5重量%、0.01重量%至0.25重量%、或0.01重量%至0.05重量%。
理想地，拋光組合物含有低含量的磨料顆粒(即，低固體含量)。低固體含量理想地使基材得以以有效的移除速率拋光，同時最小化於較高磨料量下(例如大於5重量%的固體含量)觀測到的缺陷率以及對基材上其他組分的過度移除速率。因此，拋光組合物理想地係以0.01重量%至5重量%的結合(總)濃度，包含第一磨料顆粒、第二磨料顆粒及任何額外的磨料顆粒，例如0.05重量%至4重量%、0.075重量%至3重量%、或0.1重量%至2重量%的結合濃度。較佳地，拋光組合物係包含第一磨料顆粒及第二磨料顆粒，且不包含額外的磨料顆粒。
第一磨料顆粒及第二磨料顆粒可以任何適合的比例存在於拋光組合物中。第一磨料顆粒對第二磨料顆粒的比例係以重量(濃度)基礎計。尤其，該比例代表存在於該拋光組合物中之第一磨料顆粒的重量百分比相對於存在於該拋光組合物中之第二磨料顆粒的重量百分比。存在於拋光組合物中之第一磨料顆粒的濃度與存在於拋光組合物中之第二磨料顆粒的濃度的比例可為1：10或以上，例如1：5或以上、1：3或以上、1：2或以上、或是1：1或以上。或者或除此之外，存在於拋光組合物中之第一磨料顆粒的濃度與存在於拋光組合物中之第二磨料顆粒的濃度的比例可為30：1或以下，例如20：1或以下、15：1或以下、10：1或以下、5：1或以下、2：1或以下、1.5：1或以下、1：1或以下、或是1：5或以下。因此，存在於拋光組合物中之第一磨料顆粒的濃度與存在於拋光組合物中之第二磨料顆粒的濃度的比例可在前述任二個端點所限制之範圍。舉例而言，存在於拋光組合物中之第一磨料顆粒的濃度與存在於拋光組合物中之第二磨料顆粒的濃度的比例可為1：10至1：1、1：10至1：5、1：10至1：3、1：5至1：1、1：3至1：1、1：5至1：3、1：1至30：1、1：1至20：1、1：1至15：1、1：1至10：1、1：1至5：1、1：1至2：1、或是1：1至1.5：1。
當第二磨料顆粒為鈰氧顆粒，且當第二磨料顆粒的顆粒尺寸為20奈米至40奈米時，存在於拋光組合物中之第一磨料顆粒的濃度與存在於拋光組合物中之第二磨料顆粒的濃度的比例較佳為1：1至5：1，更佳為1：1至1.5：1。
當第二磨料顆粒為鈰氧顆粒，且當第二磨料顆粒的顆粒尺寸為1奈米至15奈米時，存在於拋光組合物中之第一磨料 顆粒的濃度與存在於拋光組合物中之第二磨料顆粒的濃度的比例較佳為1：1至10：1，更佳為3：1至6：1，最佳為5：1。
當第二磨料顆粒為矽氧顆粒(例如經表面改質之矽氧顆粒、或陽離子矽氧顆粒)，存在於拋光組合物中之第一磨料顆粒的濃度與存在於拋光組合物中之第二磨料顆粒的濃度的比例較佳為1：1至15：1，且更佳為10：1。
當第二磨料顆粒為有機顆粒(例如明膠、乳膠、纖維素、聚苯乙烯、或聚丙烯酸酯顆粒)，存在於拋光組合物中之第一磨料顆粒的濃度與存在於拋光組合物中之第二磨料顆粒的濃度的比例較佳為1：1至30：1，且更佳為20：1。
第一磨料顆粒、第二磨料顆粒、及任何額外的磨料顆粒係理想地懸浮於拋光組合物中，更具體而言，係懸浮於拋光組合物之水性載體中。當第一、第二、及額外的磨料顆粒懸浮於拋光組合物中時，第一、第二、及額外的磨料顆粒較佳係呈膠體穩定(colloidally stable)。術語「膠體」係指磨料顆粒在水性載體中之懸浮。膠體穩定性係指該懸浮隨著時間的維持。在本文中，若磨料顆粒被置於100毫升刻度量筒中並使其不受擾動的放置2小時之時間時，在刻度量筒底部50毫升中之顆粒的濃度([B]，單位為克/毫升)與在刻度量筒頂部50毫升中之顆粒的濃度([T]，單位為克/毫升)之間的差除以在磨料組合物中顆粒之初始濃度([C]，單位為克/毫升)為小於或等於0.5(即，{[B]-[T]}/[C]0.5)，則認為磨料顆粒係呈膠體穩定，[B]-[T]/[C]之值理想地係小於或等於0.3，且較佳係小於或等於0.1。
拋光組合物呈現多峰顆粒尺寸分佈。如本文中，用 語「多峰」係指拋光組合物呈現具有至少二個最大值(例如，2或更多個最大值、3或更多個最大值、4或更多個最大值、或是5或更多個最大值)的顆粒尺寸分佈。較佳地，拋光組合物係呈現雙峰顆粒尺寸分佈，即，拋光組合物呈現具有2個平均顆粒尺寸最大值的顆粒尺寸分佈。術語「最大值」係指顆粒尺寸分佈中的峰值。峰值對應於本文中所描述第一、第二、及額外的磨料顆粒的平均顆粒尺寸。因此，舉例而言，當拋光組合物含有第一磨料顆粒與第二磨料顆粒，且不含額外的磨料顆粒，則顆粒數量對顆粒尺寸的作圖將反應出一雙峰顆粒尺寸分佈，包括位於顆粒尺寸為30奈米至1微米的第一峰值，及位於顆粒尺寸為1奈米至60奈米的第二峰值。
拋光組合物可具有任何適合之pH值。一般而言，拋光組合物具有3或以上的pH值。並且，拋光組合物之pH值一般為9或以下。舉例而言，pH值範圍可為3.5至9，例如pH 3.5、pH 4、pH 4.5、pH 5、pH 5.5、pH 6、pH 7、pH 8、pH 9、或是在這些pH值之任二者所定義之範圍中的pH值。或者，pH值可在6至9的範圍，例如pH 6.5、pH 7、pH 7.5、pH 8、pH 8.5、pH 9、或是在這些pH值之任二者所定義之範圍中的pH值。
拋光組合物的pH值可由任何適合的方式達成及/或維持。更具體而言，拋光組合物可更包含pH調整劑、pH緩衝劑、或其組合。理想地，拋光組合物係包括pH調整劑。該pH調整劑可為任何適合的pH調整劑。舉例而言，pH調整劑可為烷基胺、醇胺、氫氧化四級胺、氨、或其組合。舉例而言，pH調整劑可為三乙醇胺、氫氧化四甲基胺(TMAH或TMA-OH)、或是氫氧 化四乙基胺(TEAH或TEA-OH)。較佳地，pH調整劑為三乙醇胺。
pH調整劑可以任何適合的濃度存在於該拋光組合物中。理想地，pH調整劑係以足以達成及/或維持拋光組合物的pH值在此處所列之pH值範圍中之濃度存在於拋光組合物中，例如3至9的範圍、3.5至9的範圍、或6至9的範圍。舉例而言，pH調整劑可以10ppm至300ppm的濃度存在於拋光組合物中，例如50ppm至200ppm、或100ppm至150ppm。
該pH緩衝劑可為任何適合的緩衝劑。舉例而言，pH緩衝劑可為磷酸、硫酸、乙酸、硼酸、銨鹽等。拋光組合物可包含任何適合濃度的pH緩衝劑，只要其濃度合宜而能達成及/或維持拋光組合物的pH值在此處所列之pH值範圍中，例如3至9、3.5至9、或6至9。
拋光組合物包含水性載體。水性載體含有水(例如去離子水)且可含有一或多個可與水混溶的有機溶劑。可用之有機溶劑的實例包括：醇類，如丙烯醇(propenyl alcohol)、異丙醇、乙醇、1-丙醇、甲醇、1-己醇等；醛類如乙醛(acetylaldehyde)等；酮類，如丙酮、二丙酮醇、甲基乙基酮等；酯類，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、乳酸乙酯等；醚類，包括亞碸類，如二甲亞碸(DMSO)、四氫呋喃、二(dioxane)、二甘二甲醚(diglyme)等；醯胺類，如N,N-二甲基甲醯胺、二甲基咪唑啶酮(dimethylimidazolidinone)、N-甲基吡咯啶酮(N-methylpyrrolidone)等；多元醇及其衍生物，如乙二醇、甘油、二乙二醇、二乙二醇一甲基醚(diethylene glycol monomethyl ether)等；以及含有氮之有機化合物如乙腈、戊胺、異丙胺、咪 唑、二甲胺等。較佳地，水性載體係單獨為水，即，不存在有機溶劑。
拋光組合物更包含(a)經官能化之吡啶、苯甲酸、胺基酸、或其組合，及/或(b)聚合物添加劑。
該經官能化之吡啶、苯甲酸、或胺基酸可為任何適合的經官能化吡啶、苯甲酸、或胺基酸。舉例而言，拋光組合物可包括：經官能化之吡啶，如2-吡啶甲酸(picolinic acid)或2-吡啶甲胺(picolylamine)；苯甲酸，如4-羥基苯甲酸、2,3-二羥基苯甲酸、2,4-二羥基苯甲酸、2,4,6-三羥基苯甲酸、柳酸、或4-胺基柳酸；胺基酸，如脯胺酸、麩胺酸、或天門冬胺酸；或其任意組合。較佳地，該經官能化之吡啶、苯甲酸、或胺基酸為2-吡啶甲酸。
該經官能化之吡啶、苯甲酸、胺基酸、或其組合可以任何適合的濃度存在於該拋光組合物中。舉例而言，經官能化之吡啶、苯甲酸、胺基酸、或其組合可以2000ppm或以下的濃度存在於拋光組合物中，例如1750ppm或以下、1500ppm或以下、1250ppm或以下、1000ppm或以下、750ppm或以下、500ppm或以下、400ppm或以下、或是300ppm或以下。或者或除此之外，經官能化之吡啶、苯甲酸、胺基酸、或其組合可以50ppm或以上的濃度存在於拋光組合物中，例如60ppm或以上、70ppm或以上、75ppm或以上、85ppm或以上、100ppm或以上、115ppm或以上、125ppm或以上、150ppm或以上、175ppm或以上、200ppm或以上、225ppm或以上、或是250ppm或以上。因此，經官能化之吡啶、苯甲酸、胺基酸、或其組合可以由前述任二個端點 所限制之濃度範圍存在於拋光組合物中。較佳地，經官能化之吡啶、苯甲酸、胺基酸、或其組合可以50ppm至2000ppm的濃度存在於拋光組合物中，例如50ppm至1500ppm、100ppm至1000ppm、100ppm至750ppm、100ppm至500ppm、250ppm至500ppm、或是250ppm至750ppm。
該聚合物添加劑可為任何適合的聚合物添加劑。舉例而言，該聚合物添加劑可為聚乙二醇(PEG)，如經官能化之PEG或經疏水性改質之PEG、聚乙烯醇、聚(甲基丙烯酸羥乙酯)、聚(甲基丙烯酸羥乙酯)之共聚物、纖維素(如羥丙基纖維素或羥乙基纖維素)、陽離子枝狀聚合物、甲基丙烯醯氧乙基三甲基銨之單體或同元聚合物、或其組合。理想地，該聚合物添加劑係PEG 8000或甲基丙烯醯氧乙基三甲基銨氯之同元共聚物(例如polyMADQUAT)。
拋光組合物可包含任何適合濃度的一或多種聚合物添加劑。較佳地，拋光組合物包含約5ppm至2000ppm的聚合物添加劑。舉例而言，所述一或多種聚合物添加劑可以10ppm至2000ppm的濃度存在於拋光組合物中，例如15ppm至1750ppm、20ppm至1500ppm、或是20ppm至1000ppm。
拋光組合物視需要更包含一或多種腐蝕抑制劑(corrosion inhibitor)(即，成膜試劑(film-forming agent))。腐蝕抑制劑可為針對基材之任何成分之任何適合的腐蝕抑制劑。對本發明之目的而言，腐蝕抑制劑為可促進在拋光表面之至少部分上形成鈍化層(即，溶解抑制層(dissolution-inhibiting layer))的任何化合物、或化合物之混合物。適合的腐蝕抑制劑包括但不限 於離胺酸及唑化合物，如苯并***(BTA)、甲基-苯并***(m-BTA)、1,2,4-***(TAZ)。若拋光組合物中係包括腐蝕抑制劑，該腐蝕抑制劑較佳為BTA或離胺酸。
拋光組合物可包含任何適合量的腐蝕抑制劑。一般而言，拋光組合物包含0.005重量%至1重量%(例如0.01至0.5重量%、或0.02至0.2重量%)之腐蝕抑制劑。
拋光組合物視需要可更包含一或多種其他添加劑。拋光組合物可包含：表面活性劑及/或流變控制劑(rheological control agent)，包括黏度增強劑(viscosity enhancing agent)與凝結劑(coagulant)(例如聚合流變控制劑，舉例而言，如胺甲酸乙酯聚合物)；分散劑；除生物劑(biocide)(例如KATHONTM LX)等。合適的表面活性劑包括例如陽離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、陰離子聚電解質(polyelectrolyte)、非離子表面活性劑、兩性表面活性劑、氟化表面活性劑、其混合物等。
拋光組合物可由任何適合的技術製備，其中許多為本領域技藝人士所知。拋光組合物可以批式或連續製程製備。一般而言，該拋光組合物可藉由以任何順序組合本文所述組分而製備。本文所用術語「組分」包括各別的成分(例如，第一磨料顆粒；第二磨料顆粒；經官能化之吡啶、苯甲酸、或胺基酸；聚合物添加劑；pH調整劑等等)，以及各成分(例如，第一磨料顆粒；第二磨料顆粒；經官能化之吡啶、苯甲酸、或胺基酸；聚合物添加劑；pH調整劑等等)的任意組合。
舉例而言，可將經官能化之吡啶、苯甲酸、胺基酸、或其組合以理想濃度加入水中。之後可(需要時)調整pH值為 3.5至9，且可將第一與第二磨料顆粒以理想濃度加入所得混合物中以形成拋光組合物。或者，可將聚合物添加劑以理想濃度加入水中，之後可(需要時)調整pH值為6至9，並將第一與第二磨料顆粒以理想濃度加入該混合物中以形成拋光組合物。拋光組合物可於使用前製備，其中一或多種組分僅在使用前加入拋光組合物(例如，在使用前7天內、或使用前1小時內、或使用前1分鐘內)。拋光組合物亦可藉由在拋光操作期間於基材表面上混合各組分而製備。
拋光組合物亦可以濃縮物形式提供，其用意為在使用前以適當量的水性載體(尤其是水)稀釋。在此實施態樣中，拋光組合物濃縮劑可包含：第一與第二磨料顆粒；經官能化之吡啶、苯甲酸、胺基酸、或其組合；pH調整劑；以及水；其等之量為使得一旦將該濃縮劑以適當量的水稀釋時，拋光組合物的各個組分將於拋光組合物中以前述適當的用量範圍存在。或者，拋光組合物濃縮劑可包含：第一與第二磨料顆粒；聚合物添加劑；pH調整劑；以及水；其等之量為使得一旦將該濃縮劑以適當量的水稀釋時，拋光組合物的各個組分將於拋光組合物中以前述適當的用量範圍存在。此外，如本領域具通常知識者所理解，該濃縮劑可含有適當部分的水，存在於最終拋光組合物中，以確保其他組分至少部分或完全溶解於該濃縮劑中。
雖然拋光組合物可在使用之前就製備好、或在使用之前不久方製備好，拋光組合物亦可藉由在使用點(point-of-use)或在接近使用點時混合拋光組合物之組分而製造。如用於本文中，術語「使用點」係指拋光組合物施用至基材表面(例如拋光 墊或基材表面本身)上之時間點。當拋光組合物將採用使用點混合來製造時，拋光組合物的組分係分別儲存於二或多個儲存裝置中。
為了混合含有於儲存裝置中的組分以在使用點或接近使用點時製造拋光組合物，儲存裝置一般而言係配備有一或多個流線(flow line)由各儲存裝置通往拋光組合物之使用點(例如平台(platen)、拋光墊、或基材表面)。術語「流線」係意指一流自一個別儲存容器至儲存於其中的組分之使用點的路徑。一或多個流線可各自直接地通往使用點，或者，在使用多於一個流線的情況中，二或更多個流線可在任一點結合成為一單一流線而通往使用點。此外，一或多個流線(例如個別流線或組合的流線)之任一者可在到達該等組分之使用點之前首先通往一或多個其他裝置(例如泵送裝置(pumping device)、測量裝置、混合裝置等)。
拋光組合物的組分可獨立地傳送至使用點(例如組分係傳送至基材表面以此在拋光處理期間混合組分)，或組分可在傳送至使用點前立即結合。若組分係在到達使用點之前10秒內結合，較佳在到達使用點之前5秒內結合，更佳在到達使用點之前1秒內結合，甚至在組分傳送使用點之同時結合，則稱組分係在「傳送至使用點之前立即」結合。假設組分在使用點之5公尺內結合、如在使用點之1公尺內結合、或甚至在使用點之10公分內結合(例如在使用點之1公分內)，亦稱組分在「傳送至使用點之前立即」組合。
當二或多個拋光組合物之組分係在到達使用點之前組合，該等組分可在流線中組合並傳送至使用點而不須使用混合 裝置。或者，一或多個流線可引導至一混合裝置以促進二或更多個組分之組合。可使用任何合適的混合裝置。舉例而言，混合裝置可為一二或更多個組分透過其流動的噴嘴或噴射嘴(jet)(例如高壓噴嘴或噴射嘴)。或者，混合裝置可為一容器型混合裝置，包含：一或多個進料口(inlet)，二或更多個拋光組合物之組分藉此被導入混合器中；以及至少一個出料口(outlet)，所混合的組分透過該出料口離開混合器而直接或經由其他設備之元件(例如經由一或多個流線)傳送至使用點。此外，混合裝置可包含多於一個的腔室，各腔室具有至少一個進料口及至少一個出料口，其中二或更多個組分係在各腔室中結合。若使用容器型混合裝置，混合裝置較佳包含一混合機構(mixing mechanism)以更促進組分的結合。混合機構係本領域中所一般熟知者，包括攪拌棒(stirrer)、摻合機(blender)、攪拌器(agitator)、槳式擋板(paddled baffle)、氣體噴霧系統(gas sparger system)、振動器等。
本發明亦提供一種以本文所描述拋光組合物拋光基材的方法。該拋光基材的方法包含：(i)提供一基材；(ii)提供一拋光墊；(iii)提供一前述之化學機械拋光組合物；(iv)將該基材與該拋光墊及該化學機械拋光組合物接觸；以及(v)將該拋光墊與該化學機械拋光組合物相對於該基材移動，以研磨至少一部分的該基材，以拋光該基材。
尤其，本發明更提供一種拋光基材的方法，包含：(i)提供一基材；(ii)提供一拋光墊；(iii)提供一化學機械拋光組合物，其包含、實質上由以下組成、或是由以下組成：(a)第一磨料顆粒，其中該第一磨料顆粒係鈰氧顆粒，且其中該第一磨料顆 粒之平均顆粒尺寸為30奈米至1微米，並以0.005重量%至2重量%的濃度存在於該拋光組合物中；(b)第二磨料顆粒，其中該第二磨料顆粒係鈰氧顆粒、經表面改質之矽氧顆粒、或有機顆粒，且其中該第二磨料顆粒之平均顆粒尺寸為1奈米至60奈米，並以0.005重量%至2重量%的濃度存在於該拋光組合物中；(c)一經官能化之吡啶、苯甲酸、胺基酸、或其組合；(d)一pH調整劑；以及(e)一水性載體；其中該拋光組合物呈現一多峰顆粒尺寸分佈，且其中該拋光組合物之pH值為3.5至9；(iv)將該基材與該拋光墊及該化學機械拋光組合物接觸；以及(v)將該拋光墊與該化學機械拋光組合物相對於該基材移動，以研磨至少一部分的該基材，以拋光該基材。
本發明亦提供一種化學機械拋光基材的方法，包含：(i)提供一基材；(ii)提供一拋光墊；(iii)提供一化學機械拋光組合物，其包含、實質上由以下組成、或是由以下組成：(a)第一磨料顆粒，其中該第一磨料顆粒係鈰氧顆粒，且其中該第一磨料顆粒之平均顆粒尺寸為30奈米至1微米，並以0.005重量%至2重量%的濃度存在於該拋光組合物中；(b)第二磨料顆粒，其中該第二磨料顆粒係鈰氧顆粒、經表面改質之矽氧顆粒、或有機顆粒，且其中該第二磨料顆粒之平均顆粒尺寸為1奈米至60奈米，並以0.005重量%至2重量%的濃度存在於該拋光組合物中；(c)一聚合物添加劑，其係選自聚乙二醇(PEG)、聚乙烯醇、聚(甲基丙烯酸羥乙酯)、聚(甲基丙烯酸羥乙酯)之共聚物、纖維素、陽離子枝狀聚合物、甲基丙烯醯氧乙基三甲基銨之單體或同元聚合物、或其組合；(d)一pH調整劑；以及(e)一水性載體；其中該拋光 組合物呈現一多峰顆粒尺寸分佈，且其中該拋光組合物之pH值為6至9；(iv)將該基材與該拋光墊及該化學機械拋光組合物接觸；以及(v)將該拋光墊與該化學機械拋光組合物相對於該基材移動，以研磨至少一部分的該基材，以拋光該基材。
本發明拋光組合物適用於拋光任何適合的基材。該拋光組合物尤其適用於拋光包含氧化矽層的基材。適合的基材包括但不限於平板顯示器、積體電路、記憶體或硬碟、金屬、半導體、層間介電(ILD)裝置、微電子機械系統(MEMS)、鐵電體(ferroelectrics)、以及磁頭。該基材可更包含至少一個其他層，例如絕緣層。該絕緣層可為金屬氧化物、多孔性金屬氧化物、玻璃、有機聚合物、氟化有機聚合物、或任何其他適合的高-κ或低-κ絕緣層。該絕緣層可包含、實質上由以下組成、或是由以下組成：氧化矽、氮化矽、或其組合。該氧化矽層可包含任何適合的氧化矽、實質上由任何適合的氧化矽組成、或是由任何適合的氧化矽組成，其中許多係本領域所熟知。舉例而言，氧化矽層可包含四乙氧基矽烷(TEOS)、高密度電漿(HDP)氧化物、硼磷矽酸鹽玻璃(BPSG)、高長寬比製程氧化物(high aspect ratio process(HARP)oxide)、旋塗介電氧化物(spin on dielectric(SOD)oxide)、化學氣相沉積(CVD)氧化物、電漿加強四乙氧基矽烷(plasma-enhanced tetraethyl ortho silicate(PETEOS))、熱氧化物(thermal oxide)、或未經摻雜之矽酸鹽玻璃。基材可更包含一金屬層。該金屬可包含、實質上由任何適合的金屬組成、或是由任何適合的金屬組成，其中許多係本領所熟知，例如：銅、鉭、鎢、鈦、鉑、釕、銥、鋁、鎳、或其組合。
根據本發明，可藉由任何適合的技術使用本文中所述拋光組合物來平坦化或拋光基材。本發明之拋光方法係特別適合與化學機械拋光(CMP)設備結合使用。一般而言，CMP設備包含：一平台，其在使用時移動且具有由軌道、線性、或圓周運動所產生的速度；一拋光墊，與該平台接觸並在運動中時隨平台移動；以及一載具，其藉由接觸並相對於該拋光墊之表面移動而保持待拋光之基材。基材之拋光係藉由以下發生：將放置基材使其與本發明之拋光組合物及一般而言還有拋光墊相接觸，隨後使用拋光組合物與一般而言還有拋光墊來研磨基材表面之至少一部分，例如氧化矽、或一或多種本文中所述之基材材料，從而拋光基材。可使用任何適合的拋光條件以根據本發明拋光基材。較佳地，下壓力(down force)，即，基材藉以透過拋光組合物與拋光墊接觸之力，可為6.89千帕(kPa)(1磅每平方吋(psi))至41.37千帕(6磅每平方吋)，平台轉速(speed)可為15rpm至120rpm、頭轉速(head speed)可為10rpm至115rpm、且拋光組合物流率可為100毫升/分鐘至400毫升/分鐘。
可使用化學機械拋光組合物配合任何適合的拋光墊(例如拋光表面)而平坦化或拋光基材。適合的拋光墊包括，舉例而言，織造或非織造拋光墊。此外，適合的拋光墊可包含不同密度、硬度、厚度、可壓縮性、壓縮時彈回之能力、及壓縮模數之任何適合的聚合物。適合的聚合物包括，舉例而言，聚氯乙烯、聚氟乙烯、耐綸、氟碳化合物(fluorocarbon)、聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯酸酯、聚醚、聚乙烯、聚醯胺、聚胺甲酸乙酯、聚苯乙烯、聚丙烯、其共形成產物、及其混合物。
理想地，CMP設備更包含一原位拋光端點檢測系統(in situ polishing endpoint detection system)，其中許多為本領域所習知者。藉由分析自工件之一表面所反射之光或其他雷射而檢查與監測拋光製程之技術係本領域已知者。此等方法係說明於例如美國專利第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。理想地，針對拋光之工件的拋光製程之進度的檢查與監測能夠確定拋光之終點，即，確定何時終止對於特定工件之拋光程序。
以下的實施例進一步描述本發明，但當然不應被視為以任何方式限制本發明之範圍。
實施例1
本實施例係例示具有第一與第二磨料顆粒且具有多峰顆粒尺寸分佈之拋光組合物之對於氧化矽的移除速率、平坦化效率、晶圓中不均勻度(within-wafer non-uniformity(WIWNU))、以及階層高度降低率(step height reduction)。
使用習知CMP裝置以六種拋光組合物(即，拋光組合物1A至1F)拋光四乙氧基矽烷(TEOS)及高密度電漿(HDP)氧化物覆蓋晶圓(blanket wafer)。拋光組合物1A至1D各含有平均顆粒尺寸為60奈米的濕製程鈰氧(即，第一磨料顆粒)以及平均顆粒尺寸為30奈米的濕製程鈰氧(即，第二磨料顆粒)，其含量如表1所列。拋光組合物1A至1D尚含有500ppm之2-吡啶甲 酸及水，且以三乙醇胺調整pH值至pH 4。拋光組合物1E含有12.5重量%之發煙矽氧以及水，且以氫氧化鉀(KOH)調整至pH值為10至11。拋光組合物1F含有0.28重量%之平均顆粒尺寸為60奈米的濕製程鈰氧、216ppm之2-吡啶甲酸、1000ppm之聚乙二醇(PEG 8000)、以及水，且以氫氧化四甲基胺(TMAH)調整至pH值為4。
同樣以拋光組合物1A至1F拋光四乙氧基矽烷(TEOS)圖案晶圓45秒。TEOS圖案晶圓具有50%密度的500微米特徵尺寸。
在相同拋光條件下以拋光組合物1A至1F拋光基材。尤其，基材係以IC 1010TM墊(陶氏化學(Dow Chemical))在MirraTM拋光機(應用材料(Applied Materials))上拋光。拋光參數如下：20.68kPa(3psi)下壓力，100rpm平台轉速，85rpm頭轉速，以及150毫升/分鐘拋光組合物流率。在拋光後，測定覆蓋氧化矽，尤其是TEOS與HDP的移除速率(埃/分鐘)，以及測定剩餘的TEOS階層高度(埃)。結果彙整於表1中。表1所顯示的移除速率與剩餘階層高度係標準化至拋光組合物1E的移除速率與剩餘階層高度。
亦對化學機械拋光組合物測定晶圓中不均勻度(WIWNU)以作為拋光均勻性的測量。WIWNU係將移除速率的標準差除以基材上平均移除速率並乘以100所得的百分率。結果彙整於表1中。
表1：覆蓋氧化矽移除速率及WIWNU、以及剩餘氧化矽階層高度，其作為磨料顆粒之函數
該等結果顯示包含第一磨料顆粒(即平均顆粒尺寸為60奈米的濕製程鈰氧)及第二磨料顆粒(即平均顆粒尺寸為30奈米的濕製程鈰氧)，並具有多峰顆粒尺寸分佈(即，在60奈米與30奈米處具有最大值之雙峰顆粒尺寸分佈)的拋光組合物，對於拋光包含氧化矽層(即TEOS與HDP)的基材尤其有效。尤其，拋光組合物1A及1C呈現的TEOS與HDP覆蓋移除速率較拋光組合物1E及1F呈現的TEOS與HDP移除速率高；拋光組合物1E及1F含有較大量的磨料顆粒，但不含第二磨料顆粒，且不呈現多峰顆粒尺寸分佈。相較於拋光組合物1F，拋光組合物1A至1D每一個亦都在TEOS上呈現出降低的WIWNU，且相較於拋光組合物1F，拋光組合物1A至1C在HDP上呈現出降低的WIWNU。相較於拋光組合物1E，拋光組合物1A至1C在TEOS上呈現出降低的WIWNU。此外，即使拋光組合物1A至1C相較於拋光組合物1E及1F具有較低的固體濃度(即，較低的磨料顆粒總濃度)，拋光組合物1A至1C仍理想地在拋光期間移除較多的TEOS階層高度 (即，拋光組合物1A至1C在拋光後剩餘較少的TEOS階層高度)。
實施例2
本實施例係例示具有第一與第二磨料顆粒且具有多峰顆粒尺寸分佈之拋光組合物之對於氧化矽的移除速率、平坦化效率、晶圓中不均勻度(WIWNU)、以及階層高度降低率。
使用習知CMP裝置以四種拋光組合物(即，拋光組合物2A至2D)拋光四乙氧基矽烷(TEOS)及高密度電漿(HDP)氧化物覆蓋晶圓。拋光組合物2A至2B各含有平均顆粒尺寸為90奈米的經煅燒鈰氧(即，第一磨料顆粒)以及平均顆粒尺寸為60奈米的濕製程鈰氧(即，第二磨料顆粒)，其含量如表2所列。拋光組合物2A至2B尚含有500ppm之2-吡啶甲酸及水，且以三乙醇胺調整pH值至pH 4。拋光組合物2C含有12.5重量%發煙矽氧及水，且以氫氧化鉀(KOH)調整至pH值為10至11。拋光組合物2D含有0.28重量%之平均顆粒尺寸為60奈米的濕製程鈰氧、200ppm之2-吡啶甲酸、50ppm之聚乙二醇(PEG 8000)、以及水，且以三乙醇胺調整至pH 4。
同樣以拋光組合物2A至2D拋光高密度電漿(HDP)氧化物圖案晶圓60秒。HDP圖案晶圓具有50%密度的1800微米特徵尺寸。
在相同拋光條件下以拋光組合物2A至2D拋光基材。尤其，基材係以IC 1010TM墊(陶氏化學)在一MirraTM拋光機(應用材料)上拋光。拋光參數如下：20.68kPa(3psi)下壓力，100rpm平台轉速，85rpm頭轉速，以及150毫升/分鐘拋光組合物流率。在拋光後，測定覆蓋氧化矽，尤其是TEOS與HDP 的移除速率(埃/分鐘)，以及測定剩餘的HDP階層高度(埃)。其結果彙整於表2中。表2所顯示的移除速率與剩餘階層高度係標準化至拋光組合物2C的移除速率與剩餘階層高度。
亦對化學機械拋光組合物測定晶圓中不均勻度(WIWNU)，結果彙整於表2中。
該等結果顯示包含第一磨料顆粒(即平均顆粒尺寸為90奈米的經煅燒鈰氧)及第二磨料顆粒(即平均顆粒尺寸為60奈米的濕製程鈰氧)，並具有多峰顆粒尺寸分佈(即，在90奈米與60奈米處具有最大值之雙峰顆粒尺寸分佈)的拋光組合物對於拋光包含氧化矽層(即TEOS與HDP)的基材尤其有效。尤其，拋光組合物2A及2B呈現的TEOS與HDP覆蓋移除速率較拋光組合物2C及2D呈現的TEOS與HDP移除速率高；拋光組合物2C及2D含有較大量的磨料顆粒，但不含第二磨料顆粒，且不呈現多峰顆粒尺寸分佈。相較於拋光組合物2C及2D，拋光組合物2A及2B在HDP上呈現出降低的WIWNU。相較於拋光組合物2C及2D，拋光組合物2A在TEOS上呈現出降低的WIWNU，且相較於拋光 組合物2D，拋光組合物2B在TEOS上呈現出降低的WIWNU。此外，即使拋光組合物2A相較於拋光組合物2C具有較低的固體濃度，拋光組合物2A仍理想地在拋光期間移除較多的HDP階層高度(即，拋光組合物2A在拋光後剩餘較少的HDP階層高度)。
實施例3
本實施例係例示具有第一與第二磨料顆粒且具有多峰顆粒尺寸分佈之拋光組合物之對於氧化矽的移除速率、平坦化效率、晶圓中不均勻度(WIWNU)、以及階層高度降低率。
使用習知CMP裝置以四種拋光組合物(即，拋光組合物3A至3D)拋光四乙氧基矽烷(TEOS)及高密度電漿(HDP)氧化物覆蓋晶圓。拋光組合物3A至3B各含有平均顆粒尺寸為60奈米的濕製程鈰氧(即，第一磨料顆粒)以及平均顆粒尺寸為10奈米的濕製程鈰氧(即，第二磨料顆粒)，其含量如表3所列。拋光組合物3A至3B尚含有500ppm之2-吡啶甲酸及水，且以三乙醇胺調整pH值至pH 4。拋光組合物3C含有12.5重量%發煙矽氧及水，且以氫氧化鉀(KOH)調整至pH值為10至11。拋光組合物3D含有0.2重量%之平均顆粒尺寸為60奈米的濕製程鈰氧、200ppm之2-吡啶甲酸、50ppm之聚乙二醇(PEG 8000)、以及水，且以三乙醇胺調整至pH 4。
同樣以拋光組合物3A至3D拋光高密度電漿(HDP)氧化物圖案晶圓60秒。HDP圖案晶圓具有50%密度的100微米特徵尺寸。
在相同拋光條件下以拋光組合物3A至3D拋光基材。尤其，基材係以IC 1010TM墊(陶氏化學)在一MirraTM拋光 機(應用材料)拋光。拋光參數如下：20.68kPa(3psi)下壓力，100rpm平台轉速，85rpm頭轉速，以及150毫升/分鐘拋光組合物流率。在拋光後，測定覆蓋氧化矽，尤其是TEOS與HDP的移除速率(埃/分鐘)，以及測定剩餘的HDP階層高度(埃)。其結果彙整於表3中。表3所顯示的移除速率與剩餘階層高度係標準化至拋光組合物3C的移除速率與剩餘階層高度。
亦對化學機械拋光組合物測定晶圓中不均勻度(WIWNU)，結果彙整於表3中。
該等結果顯示包含第一磨料顆粒(即平均顆粒尺寸為60奈米的濕製程鈰氧)及第二磨料顆粒(即平均顆粒尺寸為10奈米的濕製程鈰氧)，並具有多峰顆粒尺寸分佈(即，在60奈米與10奈米處具有最大值之雙峰顆粒尺寸分佈)的拋光組合物對於拋光包含氧化矽層(即TEOS與HDP)的基材尤其有效。尤其，拋光組合物3A及3B呈現的TEOS覆蓋移除速率較拋光組合物3C呈現的TEOS移除速率高；拋光組合物3C含有較大量的磨料顆粒，但不含第二磨料顆粒，且不呈現多峰顆粒尺寸分佈。拋光組 合物3B相較於拋光組合物3D亦呈現較高的TEOS覆蓋移除速率；拋光組合物3D並不含第二磨料顆粒，且不呈現多峰顆粒尺寸分佈。拋光組合物3B相較於拋光組合物3C呈現較高的HDP覆蓋移除速率。相較於拋光組合物3D，拋光組合物3A及3B在TEOS及HDP上均呈現出降低的WIWNU。此外，拋光組合物3B理想地較拋光組合物3D在拋光中移除較多的HDP階層高度(即，拋光組合物3B在拋光後剩餘較少的HDP階層高度)。即使拋光組合物3B相較於拋光組合物3C具有較低的固體濃度，拋光組合物3B的剩餘HDP階層高度仍與拋光組合物3C相當。
實施例4
本實施例係例示具有第一與第二磨料顆粒且具有多峰顆粒尺寸分佈之拋光組合物之對於氧化矽的移除速率、平坦化效率、晶圓中不均勻度(WIWNU)、以及階層高度降低率。
使用習知CMP裝置以三種拋光組合物(即，拋光組合物4A至4C)拋光四乙氧基矽烷(TEOS)及高密度電漿(HDP)氧化物覆蓋晶圓。拋光組合物4A及4B含有平均顆粒尺寸為60奈米的濕製程鈰氧(即，第一磨料顆粒)以及平均顆粒尺寸為10奈米的陽離子矽氧(即，第二磨料顆粒)，其含量如表4所列。拋光組合物4A至4B尚含有500ppm之2-吡啶甲酸及水，且以三乙醇胺調整pH值至pH 4。拋光組合物4C含有12.5重量%發煙矽氧及水，且以氫氧化鉀(KOH)調整至pH值為10至11。
同樣以拋光組合物4A至4C拋光TEOS圖案晶圓30秒。TEOS圖案晶圓具有50%密度的400微米特徵尺寸。在相同拋光條件下以拋光組合物4A至4C拋光基材。尤其，基材係以IC 1010TM墊(陶氏化學)在一MirraTM拋光機(應用材料)拋光。拋光參數如下：20.68kPa(3psi)下壓力，100rpm平台轉速，85rpm頭轉速，以及150毫升/分鐘拋光組合物流率。在拋光後，測定覆蓋氧化矽，尤其是TEOS與HDP的移除速率(埃/分鐘)，以及測定剩餘的TEOS階層高度(埃)。其結果彙整於表4中。表4所顯示的移除速率與剩餘階層高度係標準化至拋光組合物4C的移除速率與剩餘階層高度。
亦對化學機械拋光組合物測定晶圓中不均勻度(WIWNU)，結果彙整於表4中。
該等結果顯示包含第一磨料顆粒(即平均顆粒尺寸為60奈米的濕製程鈰氧)及第二磨料顆粒(即平均顆粒尺寸為10奈米的陽離子矽氧)，並具有多峰顆粒尺寸分佈(即，在60奈米與10奈米處具有最大值之雙峰顆粒尺寸分佈)的拋光組合物對於拋光包含氧化矽層(即TEOS與HDP)的基材尤其有效。尤其，拋光組合物4A呈現的TEOS與HDP覆蓋移除速率較拋光組合物4C呈現的TEOS與HDP移除速率高；拋光組合物4C含有較大量的磨料顆粒，但不含第二磨料顆粒，且不呈現多峰顆粒尺寸分佈。 此外，即使拋光組合物4A相較於拋光組合物4C具有較低的固體濃度，拋光組合物4A仍理想地在拋光期間移除較多的TEOS階層高度(即，拋光組合物4A在拋光後剩餘較少的TEOS階層高度)。
實施例5
本實施例係例示具有第一與第二磨料顆粒且具有多峰顆粒尺寸分佈之拋光組合物之對於氧化矽的移除速率、平坦化效率、晶圓中不均勻度(WIWNU)、以及階層高度降低率。
使用習知CMP裝置以三種拋光組合物(即，拋光組合物5A至5C)拋光四乙氧基矽烷(TEOS)及高密度電漿(HDP)氧化物覆蓋晶圓。拋光組合物5A至5B含有平均顆粒尺寸為60奈米的濕製程鈰氧(即，第一磨料顆粒)以及平均顆粒尺寸為4奈米的陽離子明膠(即，第二磨料顆粒)，其含量如表5所列。拋光組合物5A至5B尚含有500ppm之2-吡啶甲酸及水，且以三乙醇胺調整pH值至pH 4。拋光組合物5C含有12.5重量%發煙矽氧及水，且以氫氧化鉀(KOH)調整至pH值為10至11。
同樣以拋光組合物5A至5C拋光高密度電漿(HDP)氧化物圖案晶圓30秒。HDP圖案晶圓具有50%密度的200微米特徵尺寸。
在相同拋光條件下以拋光組合物5A至5C拋光基材。尤其，基材係以IC 1010TM墊(陶氏化學)在一MirraTM拋光機(應用材料)拋光。拋光參數如下：20.68kPa(3psi)下壓力，100rpm平台轉速，85rpm頭轉速，以及150毫升/分鐘拋光組合物流率。在拋光後，測定覆蓋氧化矽，尤其是TEOS與HDP的移除速率(埃/分鐘)，以及測定剩餘的HDP階層高度(埃)。其 結果彙整於表5中。表5所顯示的移除速率與剩餘階層高度係標準化至拋光組合物5C的移除速率與剩餘階層高度。
亦對化學機械拋光組合物測定晶圓中不均勻度(WIWNU)，結果彙整於表5中。
該等結果顯示了包含第一磨料顆粒(即平均顆粒尺寸為60奈米的濕製程鈰氧)及第二磨料顆粒(即平均顆粒尺寸為4奈米的陽離子明膠)，並具有多峰顆粒尺寸分佈(即，在60奈米與4奈米處具有最大值之雙峰顆粒尺寸分佈)的拋光組合物對於拋光包含氧化矽層(即TEOS與HDP)的基材尤其有效。尤其，拋光組合物5A呈現有效的TEOS與HDP覆蓋移除速率，且呈現更高的HDP階層高度移除率(即，相較於拋光組合物5C的剩餘HDP階層高度，拋光組合物5A在僅30秒的拋光後呈現顯著減少的HDP階層高度；拋光組合物5C含有較大量磨料顆粒但不含第二磨料顆粒，且不呈現多峰顆粒尺寸分佈)。理想地，拋光組合物5A呈現有效但稍為較低的覆蓋氧化矽(即TEOS與HDP)移除速率，且呈現高的圖案氧化矽(即HDP)移除速率。
實施例6
本實施例係例示具有第一與第二磨料顆粒且具有多峰顆粒尺寸分佈之拋光組合物之對於氧化矽的移除速率、平坦化效率、晶圓中不均勻度(WIWNU)、以及階層高度降低率。
使用習知CMP裝置以二種拋光組合物(即，拋光組合物6A至6B)拋光四乙氧基矽烷(TEOS)及高密度電漿(HDP)氧化物覆蓋晶圓。拋光組合物6A含有平均顆粒尺寸為60奈米的濕製程鈰氧(即，第一磨料顆粒)以及平均顆粒尺寸為30奈米的濕製程鈰氧(即，第二磨料顆粒)，其含量如表6所列。拋光組合物6A尚含有50ppm之polyMADQUAT及水，且以三乙醇胺調整pH值至pH 8。拋光組合物6B含有12.5重量%發煙矽氧及水，且以氫氧化鉀(KOH)調整至pH值為10至11。
亦將高密度電漿(HDP)氧化物圖案晶圓以拋光組合物6A及6B拋光60秒。HDP圖案晶圓具有50%密度的200微米特徵尺寸。
在相同拋光條件下以拋光組合物6A至6B拋光基材。尤其，基材係以IC 1010TM墊(陶氏化學)在一MirraTM拋光機(應用材料)拋光。拋光參數如下：20.68kPa(3psi)下壓力，100rpm平台轉速，85rpm頭轉速，以及150毫升/分鐘拋光組合物流率。在拋光後，測定覆蓋氧化矽，尤其是TEOS與HDP的移除速率(埃/分鐘)，以及測定剩餘的HDP階層高度(埃)。其結果彙整於表6中。表6所顯示的移除速率與剩餘階層高度係標準化至拋光組合物6B的移除速率與剩餘階層高度。
亦對化學機械拋光組合物測定晶圓中不均勻度 (WIWNU)，結果彙整於表6中。
該等結果顯示包含第一磨料顆粒(即平均顆粒尺寸為60奈米的濕製程鈰氧)及第二磨料顆粒(即平均顆粒尺寸為30奈米的濕製程鈰氧)，並具有多峰顆粒尺寸分佈(即，在60奈米與30奈米處具有最大值之雙峰顆粒尺寸分佈)的拋光組合物對於拋光包含氧化矽層(即TEOS與HDP)的基材尤其有效。尤其，拋光組合物6A呈現的TEOS與HDP覆蓋移除速率較拋光組合物6B呈現的TEOS與HDP移除速率更快；拋光組合物6B含有較大量的磨料顆粒，但不含第二磨料顆粒，且不呈現多峰顆粒尺寸分佈。相較於拋光組合物6B，拋光組合物6A亦在TEOS與HDP上呈現出降低的WIWNU。此外，即使拋光組合物6A相較於拋光組合物6B具有較低的固體濃度，拋光組合物6A仍理想地在拋光期間移除較多的HDP階層高度(即，拋光組合物6A在拋光後剩餘較少的HDP階層高度)。
本文中所引用的所有參考文獻，包括出版物、專利申請案及專利，皆以引用的方式併入，其併入程度如同個別且明確地指出各參考文獻以引用的方式併入且在本文中將其全文列出 一般。
除非本文中有另外說明或與上下文明顯矛盾，否則在闡述本發明的情形中(尤其是在以下申請專利範圍的情形中)，術語「一」及「該」及類似指示詞的使用應理解為涵蓋單數及複數二者。除非本文中有另外說明或與上下文明顯矛盾，接續於一或多個項目之列表後之術語「至少一者」的使用(舉例而言，「A與B之至少一者」)，應解讀為意指選自所列之項目中的一個項目(A或B)或是所列出之項目中之二或更多者的任意組合(A與B)。除非另有說明，否則術語「具有」、「包括」、及「包含」應理解為開放式術語(即，意為「包括，但不限於」)。除非本文中另有說明，否則本文對值的範圍的敍述僅意欲用作個別地提到在該範圍內的每一單獨的值的簡寫方法，且每一單獨的值皆併入本說明書中，如同其係個別地敍述於此。除非本文中有另外說明或與上下文明顯矛盾，本文描述的所有方法皆可按任何適宜的順序實施。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明，而並不對本發明之範圍施以限制。本說明書中的任何語言皆不應理解為，指示對實踐本發明至關重要的任何未主張的要素。
本文中描述了本發明之較佳實施態樣，包括本發明之發明者所知道的用以實施本發明的最佳模式。所屬領域具通常知識者於閱讀上述說明時便可明瞭彼等較佳實施態樣之變化。本發明之發明者預期所屬領域技藝人士會在適當時採用此等變化，且本發明之發明者希望以不同於本文所具體描述的方式實踐本發明。因此，本發明係包括適用法律所允許的隨附申請專利範圍中 所述標的的所有修改形式及均等物。此外，除非本文中另外說明或上下文明顯相互矛盾，否則本發明涵蓋上述要素在其所有可能變化中的任何組合。

Claims (34)

  1. 一種化學機械拋光組合物，包含：(a)第一磨料顆粒，其中該第一磨料顆粒係鈰氧(ceria)顆粒，且其中該第一磨料顆粒之平均顆粒尺寸為30奈米至1微米，並以0.005重量%至2重量%的濃度存在於該拋光組合物中；(b)第二磨料顆粒，其中該第二磨料顆粒係鈰氧顆粒、經表面改質之矽氧(silica)顆粒、或有機顆粒，且其中該第二磨料顆粒之平均顆粒尺寸為1奈米至60奈米，並以0.005重量%至2重量%的濃度存在於該拋光組合物中；(c)一經官能化之吡啶、苯甲酸、胺基酸、或其組合；(d)一pH調整劑；以及(e)一水性載體；其中該拋光組合物係呈現一多峰顆粒尺寸分佈(multimodal particle size distribution)，且其中該拋光組合物之pH值為3.5至9。
  2. 如請求項1所述之化學機械拋光組合物，其中該第一磨料顆粒之平均顆粒尺寸為50奈米至70奈米。
  3. 如請求項1所述之化學機械拋光組合物，其中該第二磨料顆粒係鈰氧顆粒，且其中該第二磨料顆粒之平均顆粒尺寸為20奈米至40奈米。
  4. 如請求項3所述之化學機械拋光組合物，其中存在於該拋光組合物中之第一磨料顆粒的濃度與存在於該拋光組合物中之第二磨料顆粒的濃度之比為1：1至5：1。
  5. 如請求項1所述之化學機械拋光組合物，其中該第二磨料顆粒係鈰氧顆粒，且其中該第二磨料顆粒之平均顆粒尺寸為1奈米至15奈米。
  6. 如請求項5所述之化學機械拋光組合物，其中存在於該拋光組合物中之第一磨料顆粒的濃度與存在於該拋光組合物中之第二磨料顆粒的濃度之比為3：1至6：1。
  7. 如請求項1所述之化學機械拋光組合物，其中該第二磨料顆粒係經表面改質之矽氧顆粒，且其中該第二磨料顆粒之平均顆粒尺寸為1奈米至40奈米。
  8. 如請求項7所述之化學機械拋光組合物，其中該第二磨料顆粒係陽離子矽氧顆粒。
  9. 如請求項7所述之化學機械拋光組合物，其中存在於該拋光組合物中之第一磨料顆粒的濃度與存在於該拋光組合物中之第二磨料顆粒的濃度之比為1：1至15：1。
  10. 如請求項1所述之化學機械拋光組合物，其中該第二磨料顆粒係選自明膠、乳膠、纖維素、聚苯乙烯、及聚丙烯酸酯的有機顆粒，且其中該第二磨料顆粒之平均顆粒尺寸為1奈米至40奈米。
  11. 如請求項10所述之化學機械拋光組合物，其中該第二磨料顆粒係明膠顆粒。
  12. 如請求項10所述之化學機械拋光組合物，其中存在於該拋光組合物中之第一磨料顆粒的濃度與存在於該拋光組合物中之第二磨料顆粒的濃度之比為1：1至30：1。
  13. 如請求項1所述之化學機械拋光組合物，其中該經官能化之 吡啶、苯甲酸、或胺基酸係吡啶羧酸。
  14. 如請求項1所述之化學機械拋光組合物，其中該pH調整劑係烷基胺、醇胺、氫氧化四級胺、氨、或其組合。
  15. 如請求項14所述之化學機械拋光組合物，其中該pH調整劑係三乙醇胺。
  16. 如請求項1所述之化學機械拋光組合物，其中該拋光組合物之pH值為3.5至5。
  17. 一種化學機械拋光組合物，包含：(a)第一磨料顆粒，其中該第一磨料顆粒係鈰氧顆粒，且其中該第一磨料顆粒之平均顆粒尺寸為30奈米至1微米，並以0.005重量%至2重量%的濃度存在於該拋光組合物中；(b)第二磨料顆粒，其中該第二磨料顆粒係鈰氧顆粒、或經表面改質之矽氧顆粒，且其中該第二磨料顆粒之平均顆粒尺寸為1奈米至60奈米，並以0.005重量%至2重量%的濃度存在於該拋光組合物中；(c)一聚合物添加劑，其係選自聚乙二醇(PEG)、聚乙烯醇、聚(甲基丙烯酸羥乙酯)、聚(甲基丙烯酸羥乙酯)之共聚物、纖維素、陽離子枝狀聚合物、甲基丙烯醯氧乙基三甲基銨(methacryloyloxyethyl trimethylammonium)之單體或同元聚合物、或其組合；(d)一pH調整劑；以及(e)一水性載體；其中該拋光組合物呈現一多峰顆粒尺寸分佈，且其中該拋光組合物之pH值為6至9。
  18. 一種拋光基材的方法，包含：(i)提供一基材；(ii)提供一拋光墊；(iii)提供如請求項1所述之化學機械拋光組合物；(iv)將該基材與該拋光墊及該化學機械拋光組合物接觸；以及(v)將該拋光墊與該化學機械拋光組合物相對於該基材移動，以研磨至少一部分的該基材，以拋光該基材。
  19. 一種拋光基材的方法，包含：(i)提供一基材，其中該基材包含一氧化矽層；(ii)提供一拋光墊；(iii)提供一化學機械拋光組合物，包含：(a)第一磨料顆粒，其中該第一磨料顆粒係鈰氧顆粒，且其中該第一磨料顆粒之平均顆粒尺寸為30奈米至1微米，並以0.005重量%至2重量%的濃度存在於該拋光組合物中；(b)第二磨料顆粒，其中該第二磨料顆粒係鈰氧顆粒、經表面改質之矽氧顆粒、或有機顆粒，且其中該第二磨料顆粒之平均顆粒尺寸為1奈米至60奈米，並以0.005重量%至2重量%的濃度存在於該拋光組合物中；(c)一經官能化之吡啶、苯甲酸、胺基酸、或其組合；(d)一pH調整劑；以及(e)一水性載體； 其中該拋光組合物呈現一多峰顆粒尺寸分佈，且其中該拋光組合物之pH值為3.5至9；(iv)將該基材與該拋光墊及該化學機械拋光組合物接觸；以及(v)將該拋光墊與該化學機械拋光組合物相對於該基材移動，以研磨至少一部分的該基材表面上的該氧化矽層，以拋光該基材。
  20. 如請求項19所述之方法，其中該第一磨料顆粒之平均顆粒尺寸為50奈米至70奈米。
  21. 如請求項19所述之方法，其中該第二磨料顆粒係鈰氧顆粒，且其中該第二磨料顆粒之平均顆粒尺寸為20奈米至40奈米。
  22. 如請求項21所述之方法，其中存在於該拋光組合物中之第一磨料顆粒的濃度與存在於該拋光組合物中之第二磨料顆粒的濃度之比為1：1至5：1。
  23. 如請求項19所述之方法，其中該第二磨料顆粒係鈰氧顆粒，且其中該第二磨料顆粒之平均顆粒尺寸為1奈米至15奈米。
  24. 如請求項23所述之方法，其中存在於該拋光組合物中之第一磨料顆粒的濃度與存在於該拋光組合物中之第二磨料顆粒的濃度之比為3：1至6：1。
  25. 如請求項19所述之方法，其中該第二磨料顆粒係經表面改質之矽氧顆粒，且其中該第二磨料顆粒之平均顆粒尺寸為1奈米至40奈米。
  26. 如請求項25所述之方法，其中該第二磨料顆粒係陽離子矽氧顆粒。
  27. 如請求項25所述之方法，其中存在於該拋光組合物中之第一磨料顆粒的濃度與存在於該拋光組合物中之第二磨料顆粒的濃度之比為1：1至15：1。
  28. 如請求項19所述之方法，其中該第二磨料顆粒係選自明膠、乳膠、纖維素、聚苯乙烯、及聚丙烯酸酯的有機顆粒，且其中該第二磨料顆粒之平均顆粒尺寸為1奈米至40奈米。
  29. 如請求項28所述之方法，其中該第二磨料顆粒係明膠顆粒。
  30. 如請求項28所述之方法，其中存在於該拋光組合物中之第一磨料顆粒的濃度與存在於該拋光組合物中之第二磨料顆粒的濃度之比為1：1至30：1。
  31. 如請求項19所述之方法，其中該經官能化之吡啶、苯甲酸、或胺基酸係吡啶羧酸。
  32. 如請求項19所述之方法，其中該pH調整劑係烷基胺、醇胺、氫氧化四級胺、氨、或其組合。
  33. 如請求項32所述之方法，其中該pH調整劑係三乙醇胺。
  34. 如請求項19所述之方法，其中該拋光組合物之pH值為3.5至5。
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