TWI538971B - 用於電子、機械及光學裝置之化學機械研磨基材之水性研磨組成物及方法 - Google Patents

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Description

用於電子、機械及光學裝置之化學機械研磨基材之水性研磨組成物及方法
本發明係關於一種新穎水性研磨組成物，其尤其適用於研磨電子、機械及光學裝置基材。
此外，本發明係關於一種用於研磨用於製造電子、機械及光學裝置之基材的新穎方法。
最後但並非最不重要的是，本發明係關於新穎水性研磨組成物用於製造電子、機械及光學裝置的新穎用途。
引用文獻
本申請案中所引用之文獻以全文引用的方式併入本文中。
化學機械平坦化或研磨(CMP)為實現積體電路(IC)裝置局部及全面平坦度之主要方法。該技術典型地應用含有磨料及其他添加劑之CMP組成物或漿料作為旋轉之基材表面與所施加負載下之研磨墊之間的活性化學劑。因此，CMP方法聯合諸如磨擦之物理方法及諸如氧化或螯合之化學方法。僅包含物理作用或僅包含化學作用對移除或研磨基材而言並不理想，而為實現快速均勻的移除，兩者之協同組合較理想。
以此種方式移除基材直至獲得所需平坦度，或障壁子層(barrier sublayer)或停止層(stopping layer)暴露。最終，獲得平坦的無缺陷表面，其使得能夠由後續光刻、圖案化、蝕刻及薄膜加工進行適合之多層IC裝置製造。
淺溝槽隔離(Shallow trench isolation，STI)為特定CMP應用，其一般需要在圖案化晶圓基材上對氮化矽選擇性移除二氧化矽。在此情況下，用介電材料(例如二氧化矽)過量裝填經蝕刻之溝槽，而介電材料使用氮化矽障壁膜作為停止層研磨。在自障壁膜清除二氧化矽同時使暴露之氮化矽及溝槽氧化矽之移除減至最少的情況下結束CMP方法。
此舉需要CMP漿料能夠獲得二氧化矽材料移除率MRR比氮化矽移除率MRR之高相對比，該比率在此項技藝中亦稱為氧化物對氮化物之選擇性(oxide-to-nitride selectivity)。
在STI應用中，基於氧化鈰之CMP漿料已因其能夠獲得較高的氧化物對氮化物之選擇性而頗受關注，而該高選擇性係歸因於氧化鈰對二氧化矽之高化學親和力，此在此項技藝中亦稱為氧化鈰之化學牙齒作用(tooth action)。
儘管如此，基於氧化鈰之CMP漿料的氧化物對氮化物之選擇性必須由「修改」選擇性之添加劑來改良。
已多次嘗試修改基於氧化鈰之CMP漿料的選擇性。
因此，Jae-Don Lee等人在Journal of the Electrochemical Society,149(8),G477-G481,2002中揭示：具有不同親水-親脂平衡(HLB)值之非離子界面活性劑，諸如聚氧化乙烯、氧化乙烯-氧化丙烯共聚物及氧化乙烯-氧化丙烯-氧化乙烯三嵌段共聚物對CMP期間氧化物對多晶矽之選擇性之影響。然而，使用煙霧狀二氧化矽作為磨料。
Jae-Dong Lee等人在Journal of the Electrochemical Society,149(8),G477-G481,2002中揭示：化學機械研磨期間，非離子界面活性劑對氧化物對多晶矽之選擇性的影響，諸如聚氧化乙烯(PEO)及氧化乙烯-氧化丙烯-氧化乙烯三嵌段共聚物之界面活性劑對選擇性的影響。然而，氧化物對氮化物之選擇性並未解決。
美國專利申請案US 2002/0034875 A1及美國專利US 6,626,968 B2揭示一種基於氧化鈰之CMP漿料，其含有界面活性劑；pH調節劑，諸如氫氧化鉀、硫酸、硝酸、鹽酸或磷酸；及含有親水性官能基及疏水性官能基之聚合物，諸如聚乙烯甲醚(PVME)、聚乙二醇(PEG)、聚氧化乙烯23月桂醚(POLE)、聚丙酸(PPA)、聚丙烯酸(PM)及聚乙二醇二甲醚(PEGBE)。該基於氧化鈰之CMP漿料具有增加的氧化物對多晶矽之選擇性。
美國專利US 6,616,514 B1揭示一種基於氧化鈰之CMP漿料，其含有具有至少3個在水性介質中不易解離的羥基之有機多元醇；或由至少一種具有至少3個在水性介質中不易解離的羥基之單體形成的聚合物，諸如甘露醇、山梨糖醇、甘露糖、木糖醇、山梨糖、蔗糖及糊精，用於改良氧化物對氮化物之選擇性。
美國專利申請案US 2006/0124594 A1揭示一種基於氧化鈰之CMP漿料，其具有至少1.5 cP之黏度且包含增黏劑，包括諸如聚乙二醇(PEG)之非離子聚合物。據稱該基於氧化鈰之CMP漿料具有高氧化物對氮化物之選擇性及低晶圓內非均勻性WIWNU。
美國專利申請案US 2006/0207188 A1揭示一種基於氧化鈰之CMP漿料，其含有諸如聚丙烯酸或聚(甲基丙烯酸烷基酯)之聚合物與諸如丙烯醯胺、甲基丙烯醯胺、乙基-甲基丙烯醯胺、乙烯基吡啶或乙烯吡咯啶酮之單體的反應產物。咸信該等反應產物亦增加氧化物對氮化物之選擇性。
美國專利申請案US 2006/0216935 A1揭示一種基於氧化鈰之CMP漿料，其包含蛋白質、離胺酸及/或精胺酸，及吡咯啶酮化合物，諸如聚乙烯吡咯啶酮(PVP)、N-辛基-2-吡咯啶酮、N-乙基-2-吡咯啶酮、N-羥乙基-2-吡咯啶酮、N-環己基-2-吡咯啶酮、N-丁基-2-吡咯啶酮、N-己基-2-吡咯啶酮、N-癸基-2-吡咯啶酮、N-十八烷基-2-吡咯啶酮及N-十六烷基-2-吡咯啶酮。基於氧化鈰之CMP漿料可另外含有分散劑，如聚丙烯酸、乙二醇及聚乙二醇。特定實例使用脯胺酸、聚乙烯吡咯啶酮或N-辛基-2-吡咯啶酮、PPO/PEO嵌段共聚物及戊二醛。咸信基於氧化鈰之CMP漿料未侵略性地移除溝槽二氧化矽，由此允許超出端點之延伸研磨而不實質上增加最小的梯級高度。
美國專利申請案US 2007/0077865 A1揭示一種基於氧化鈰之CMP漿料，其含有較佳來自由BASF銷售之PluronicTM家族的聚氧化乙烯/聚氧化丙烯共聚物。基於氧化鈰之CMP漿料可另外含有胺基醇，諸如2-二甲基胺基-2-甲基-1-丙醇(DMAMP)、2-胺基-2-乙基-1-丙醇(AMP)、2-(2-胺基乙基胺基)乙醇、2-(異丙基胺基)乙醇、2-(甲基胺基)乙醇、2-(二乙基胺基)乙醇、2-(2-二甲基胺基)乙氧基)乙醇、1,1'-[[3-(二甲基胺基)丙基]亞胺基]-雙-2-丙醇、2-(2-丁基胺基)乙醇、2-(第三丁基胺基)乙醇、2-(二異丙基胺基)乙醇及N-(3-胺基丙基)嗎啉。基於氧化鈰之CMP漿料可另外含有四級銨化合物，如氫氧化四甲基銨；成膜劑，諸如烷基胺、烷醇胺、羥胺、磷酸酯、月桂基硫酸鈉、脂肪酸、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯基膦酸酯、聚蘋果酸酯、聚苯乙烯磺酸酯、聚乙烯硫酸酯、苯并***、***及苯并咪唑；及錯合劑，諸如乙醯丙酮、乙酸鹽、羥乙酸鹽、乳酸鹽、葡糖酸鹽、五倍子酸、乙二酸鹽、鄰苯二甲酸鹽、檸檬酸鹽、丁二酸鹽、酒石酸鹽、蘋果酸鹽、乙二胺四乙酸、乙二醇、焦兒茶酚、焦五倍子酸、鞣酸、鏻鹽及膦酸。咸信基於氧化鈰之CMP漿料提供氧化矽及/或氮化矽相對於多晶矽之良好選擇性。
美國專利申請案US 2007/0175104 A1揭示一種基於氧化鈰之CMP漿料，其包含多晶矽研磨抑制劑，選自具有經任何選自由以下組成之群之成員取代的N-單取代或N,N-二取代骨架之水溶性聚合物：丙烯醯胺、甲基丙烯醯胺及其α-取代衍生物；聚乙二醇；聚乙烯吡咯啶酮；烷氧基化之直鏈脂族醇及基於乙炔之二醇的氧化乙烯加合物。基於氧化鈰之CMP漿料可含有額外的水溶性聚合物，諸如多醣，如海藻酸、果膠酸、羧甲基纖維素、瓊脂、卡德蘭(curdlan)及普魯蘭(pullulan)；聚羧酸，諸如聚天冬胺酸、聚麩胺酸、聚離胺酸、聚蘋果酸、聚甲基丙烯酸、聚醯亞胺酸、聚順丁烯二酸、聚衣康酸、聚反丁烯二酸、聚(對苯乙烯羧酸)、聚丙烯酸、聚丙烯醯胺、胺基聚丙烯醯胺、聚乙醛酸及其鹽；及乙烯基聚合物，諸如聚乙烯醇及聚丙烯醛。據稱基於氧化鈰之CMP漿料具有高氧化矽對多晶矽之選擇性。
美國專利申請案US 2007/0191244 A1揭示一種基於氧化鈰之CMP漿料，其含有具有30至500之重量平均分子量且含有羥基及羧基或兩者之化合物，諸如檸檬酸鹽、蘋果酸鹽、葡糖酸鹽、酒石酸鹽、2-羥基異丁酸鹽、己二酸鹽、辛酸鹽、丁二酸鹽、含EDTA之化合物、戊二酸鹽、亞甲基丁二酸鹽、甘露糖、甘油-半乳-庚糖、赤-甘露-辛糖、***-半乳-壬糖及麩胺醯胺。基於氧化鈰之CMP漿料可另外含有線性聚合物酸或具有烷氧基聚伸烷二醇側鏈之接枝型聚合物酸。據稱基於氧化鈰之CMP漿料實現研磨晶圓之全面平坦度改良。
美國專利申請案US 2008/0085602 A1及US 2008/0124913 A1揭示一種基於氧化鈰之CMP漿料，其含有0.001 wt.%至0.1 wt.%之選自氧化乙烯-氧化丙烯-氧化乙烯三嵌段共聚物及聚丙烯酸之非離子界面活性劑作為分散劑。據稱基於氧化鈰之漿料具有高氧化矽及氮化矽對多晶矽之選擇性。
電子裝置，尤其半導體積體電路(IC)之製造需要尤其涉及高選擇性CMP之高精度方法。
雖然先前技藝之基於氧化鈰之CMP漿料可具有令人滿意的氧化物對氮化物之選擇性且可得到具有如晶圓內非均勻性(WIWNU)及晶圓間非均勻性(WTWNU)所例證之良好的全面及局部平坦度之研磨的晶圓，但IC架構，尤其具有LSI(大規模積體)或VLSI(超大規模積體)之IC之尺寸的不斷減小需要基於氧化鈰之CMP漿料持續改良，以便滿足積體電路裝置製造商日益增長之技術及經濟要求。
然而，此持續改良先前技術之基於氧化鈰之CMP漿料的迫切需要不僅適用於積體電路裝置領域，而且在製造以下之領域中之研磨及平坦化功效亦需改良，其他電子裝置，諸如液晶板、有機電致發光板、印刷電路板、微型機器、DNA晶片、微型工廠、光伏打電池及磁頭；以及高精度機械裝置及光學裝置，尤其光學玻璃(諸如光罩、透鏡及稜鏡)、無機導電膜(諸如氧化銦錫(ITO))、光學積體電路、光學交換元件、光學波導、光學單晶(諸如光學纖維端面及閃爍體)、固體雷射單晶、用於藍色雷射LED之藍寶石基材、半導體單晶及用於磁碟之玻璃基材。該等電子及光學裝置之製造亦需要高精度CMP方法步驟。
歐洲專利申請案EP 1 338 636 A1揭示一種基於氧化鈰之CMP漿料，其包含抗凝固劑，選自由纖維素、結晶纖維素、纖維素衍生物、二氧化矽、海藻酸鹽、β-萘磺酸鹽福馬林縮合物、磷酸氫鈣、蛋白質、多肽及有機高分子絮凝劑組成之群；及分散劑或界面活性劑，諸如縮合磷酸鹽，如焦磷酸、焦磷酸鈉、三磷酸鈉或六偏磷酸鈉。然而，僅揭示玻璃之研磨。
日本專利申請案JP 2005-336400 A揭示一種基於氧化鈰之CMP漿料，其包含水溶性縮合磷酸鹽，諸如焦磷酸鹽、三聚磷酸鹽及六偏磷酸鹽；及水溶性碳酸鹽或碳酸氫鹽。該基於氧化鈰之CMP漿料可另外含有水溶性有機溶劑，諸如甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、2-丁醇、乙二醇、丙二醇及1,2,3-丙三醇、酮(諸如丙酮及甲基乙基酮)、四氫呋喃、N,N-二甲基甲醯胺、二甲亞碸及1,4-二烷。據稱該基於氧化鈰之CMP漿料已在研磨準確性、清潔、初始研磨速度及研磨速度方面改良研磨。然而，僅揭示玻璃之研磨。
日本專利申請案JP 2001-240850 A揭示一種CMP漿料，其含有氧化鋁、氧化鋯或碳化矽作為磨料；氧化烯-氧化乙烯嵌段或無規共聚物作為分散劑且磷酸鈉或聚磷酸鈉作為「防銹劑」。該CMP漿料用於研磨矽晶圓、玻璃、鋁、陶瓷、合成二氧化矽、石英及藍寶石。
因此，本發明之一目標為提供一種新穎水性研磨組成物，詳言之一種新穎化學機械研磨(CMP)組成物，尤其一種新穎的基於氧化鈰之CMP漿料，其不再展現先前技藝研磨組成物之缺陷及缺點。
詳言之，新穎水性研磨組成物，詳言之新穎化學機械研磨(CMP)組成物，尤其新穎的基於氧化鈰之CMP漿料應展現顯著改良之氧化物對氮化物之選擇性且得到具有如晶圓內非均勻性(WIWNU)及晶圓間非均勻性(WTWNU)所例證之卓越的全面及局部平坦度之研磨的晶圓。因此，其應極適於製造具有尺寸小於50 nm之結構的IC架構，尤其具有LSI(大規模積體)或VLSI(超大規模積體)之IC。
此外，新穎水性研磨組成物，詳言之新穎化學機械研磨(CMP)組成物且尤其新穎的基於氧化鈰之CMP漿料將不僅格外適用於積體電路裝置領域，而且將最有效且有利地適用於製造以下之領域：其他電子裝置，諸如液晶板、有機電致發光板、印刷電路板、微型機器、DNA晶片、微型工廠及磁頭；以及高精度機械裝置及光學裝置，尤其光學玻璃(諸如光罩、透鏡及稜鏡)、無機導電膜(諸如氧化銦錫(ITO))、光學積體電路、光學交換元件、光學波導、光學單晶(諸如光學纖維端面及閃爍體)、固體雷射單晶、用於藍色雷射LED之藍寶石基材、半導體單晶及用於磁碟之玻璃基材。
本發明之另一目標為提供一種用於研磨機械、電子及光學裝置基材的新穎方法，該基材含有氧化矽電介質及氮化矽膜。
本發明之總結
因此，已發現具有範圍介於3至11之pH值的新穎水性研磨組成物，該水性研磨組成物包含
(A)至少一種類型之磨料顆粒，當分散於不含組分(B)且具有範圍介於3至9之pH值的水性介質中時，如電泳遷移率所證明帶正電；
(B)至少一種陰離子磷酸鹽分散劑；及
(C)至少一種多元醇組分，選自由以下組成之群：
(c1)多元醇，選自由具有至少4個在水性介質中不易解離之羥基的水溶性及水分散性脂族及環脂族單體多元醇、二聚多元醇及寡聚多元醇組成之群；
(c2)由以下組成之混合物：
(c21)至少一種多元醇，選自由具有至少2個在水性介質中不易解離之羥基的水溶性及水分散性脂族及環脂族多元醇組成之群；及
(c22)至少一種水溶性或水分散性聚合物，選自由線性及分枝氧化烯均聚物及共聚物(c221)；及線性及分枝脂族及環脂族聚(N-乙烯醯胺)均聚物及共聚物(c222)組成之群；及
(c3)(c1)及(c2)之混合物。
在下文中，該新穎水性研磨組成物稱為「本發明之組成物」。
此外，已發現用於研磨機械、電子及光學裝置基材的新穎方法，該方法係藉由使基材與本發明之組成物接觸至少一次且研磨基材直至達成所需平坦度。
在下文中，用於研磨機械、電子及光學裝置基材的新穎方法稱為「本發明之方法」。
最後但並非最不重要的是，已發現本發明之組成物用於製造電子、機械及光學裝置之新穎用途，該用途在下文稱為「本發明之用途」。
本發明之優勢
鑒於先前技術，令熟習此項技術者驚訝且未能預期的是，本發明之目標可藉由本發明之組成物、本發明之方法及用途來解決。
尤其令人驚訝的是，本發明之組成物展現顯著改良之氧化物對氮化物之選擇性且得到具有如晶圓內非均勻性(WIWNU)及晶圓間非均勻性(WTWNU)所例證之卓越的全面及局部平坦度之研磨的晶圓。因此，其極適於製造具有尺寸小於50 nm之結構的IC架構，尤其具有LSI(大規模積體)或VLSI(超大規模積體)之IC。
另外，本發明之組成物在長期運輸及儲存期間為穩定的，該穩定性顯著改良後勤及方法管理。
此外，本發明之組成物不僅格外適用於積體電路裝置領域，而且最有效且有利地適用於製造以下之領域：其他電子裝置，諸如液晶板、有機電致發光板、印刷電路板、微型機器、DNA晶片、微型工廠及磁頭；以及高精度機械裝置及光學裝置，尤其光學玻璃(諸如光罩、透鏡及稜鏡)、無機導電膜(諸如氧化銦錫(ITO))、光學積體電路、光學交換元件、光學波導、光學單晶(諸如光學纖維端面及閃爍體)、固體雷射單晶、用於藍色雷射LED之藍寶石基材、半導體單晶及用於磁碟之玻璃基材。
最特定言之，本發明之組成物格外適於本發明之用途。
因此，本發明之組成物最特定言之適用於本發明之方法。本發明之方法可最適宜用於研磨，詳言之化學機械研磨電子裝置基材，該等電子裝置諸如液晶板、有機電致發光板、印刷電路板、微型機器、DNA晶片、微型工廠及磁頭；以及高精度機械裝置及光學裝置基材，該等裝置尤其為光學玻璃(諸如光罩、透鏡及稜鏡)、無機導電膜(諸如氧化銦錫(ITO))、光學積體電路、光學交換元件、光學波導、光學單晶(諸如光學纖維端面及閃爍體)、固體雷射單晶、用於藍色雷射LED之藍寶石基材、半導體單晶及用於磁碟之玻璃基材。
然而，最特定言之，本發明之方法極適於研磨含有二氧化矽電介質膜及氮化矽膜之半導體晶圓。本發明之方法得到具有如晶圓內非均勻性(WIWNU)及晶圓間非均勻性(WTWNU)所例證之卓越的全面及局部平坦度及均衡性且無盤狀凹陷、杯狀凹陷或熱斑(hotspot)之研磨的晶圓。因此，其極適於製造具有尺寸小於50 nm之結構的IC架構，尤其具有LSI(大規模積體)或VLSI(超大規模積體)之IC。
本發明之組成物為一種水性組成物。其意指該組成物含有水(尤其超純水)作為主溶劑，及分散劑。儘管如此，本發明之組成物可含有至少一種可與水混溶的有機溶劑，然而僅含有少量以使其不改變本發明之組成物的水性性質。
本發明之組成物較佳含有60 wt.%至99.95 wt.%、更佳70 wt.%至99.9 wt.%、甚至更佳80 wt.%至99.9 wt.%且最佳90 wt.%至99.9 wt.%之量的水，該等重量百分比以本發明之組成物的總重量計。
本發明之組成物的pH值較佳使用下文所述之pH調節劑設定在3與11之間，更佳4與11之間，甚至更佳5與11之間且最佳6與11之間。
「水溶性」意指本發明之組成物的相關組分或成分可在分子水平上溶解於水相中。
「水分散性」意指本發明之組成物的相關組分或成分可分散於水相中且形成穩定的乳液或懸浮液。
「二聚物」或「二聚」意指本發明之組成物的相關組分或成分由兩個連接之單體結構單元組成，該兩個結構單元可具有相同結構或可具有彼此不同的結構。
「寡聚物」意指本發明之組成物的相關組分或成分由3至12個連接之單體結構單元組成，所有該等結構單元可具有相同結構。然而，該等結構單元亦可選自至少兩種不同結構。
「聚合物」或「聚合」意指本發明之組成物的相關組分或成分由12個以上連接之單體結構單元組成，所有該等結構單元可具有相同結構。然而，該等結構單元亦可選自至少兩種不同結構。
「多元」意指「含有兩個或兩個以上羥基」。
本發明之組成物的第一必需成分為至少一種(較佳一種)類型之磨料顆粒(A)。
當分散於不含下文所述之陰離子磷酸鹽分散劑(B)且具有範圍介於3至9之pH值的水性介質中時，磨料顆粒(A)帶正電。帶正電由磨料顆粒(A)之電泳遷移率μ(μm/s)(V/cm)來證明。電泳遷移率μ可使用諸如Malvern,Ltd之Zetasizer Nano之儀器直接量測。
磨料顆粒(A)之平均粒徑可大範圍變化，且因此可最有利地調節至本發明之既定組成物及方法的特定要求。如動態雷射光散射所測定之平均粒徑較佳在1 nm至2000 nm、較佳1 nm至1000 nm、更佳1 nm至750 nm且最佳1 nm至500 nm之範圍內。
磨料顆粒(A)之粒徑分佈可為單峰、雙峰或多峰。粒徑分佈較佳為單峰以便在本發明之方法期間具有易重現的磨料顆粒(A)之性質特徵及易重現的條件。
此外，磨料顆粒(A)之粒徑分佈可為窄的或寬的。粒徑分佈較佳為窄的，僅具有少量小顆粒及大顆粒，以便在本發明之方法期間具有易重現的磨料顆粒(A)之性質特徵及易重現的條件。
磨料顆粒(A)可具有多種形狀。因此，其可具有一種或基本上一種類型之形狀。然而，磨料顆粒(A)亦可能具有不同形狀。詳言之，兩種類型形狀不同的磨料顆粒(A)可存在於本發明之既定組成物中。關於形狀本身，其可為立方體、具有斜切邊之立方體、八面體、二十面體、不規則球狀(nodule)及具有或不具有突起或凹穴之球體。形狀最佳為無或僅具有極少突起或凹穴之球體。照例此形狀較佳，因為其一般增加CMP方法期間磨料顆粒(A)對其所暴露之機械力的抗性。
原則上，任何類型之磨料顆粒(A)均可用於本發明之組成物，只要其具有上述性質特徵。因此，磨料顆粒(A)可為有機或無機顆粒或有機-無機混雜顆粒。磨料顆粒(A)較佳為無機顆粒。
原則上，任何類型之無機磨料顆粒(A)均可用於本發明之組成物，只要其具有上述性質特徵。然而，最佳使用含有氧化鈰或由氧化鈰組成之無機磨料顆粒(A)。
含有氧化鈰之磨料顆粒(A)可含有少量其他稀土金屬氧化物。
含有氧化鈰之磨料顆粒(A)較佳為包含含有至少一種其他磨料顆粒材料或由至少一種其他磨料顆粒材料組成之核心的複合顆粒，其他磨料顆粒材料不同於氧化鈰，詳言之為氧化鋁、二氧化矽、二氧化鈦、氧化鋯、氧化鋅及其混合物。
該等複合顆粒(A)可自例如以下中知曉WO 2005/035688 A1；US 6,110,396；US 6,238,469 B1；US 6,645,265 B1；K. S. Choi等人,Mat. Res. Soc. Symp. Proc.第671卷,2001 Materials Research Society,M5.8.1至M5.8.10；S.-H. Lee等人,J. Mater. Res.,第17卷,第10期,(2002),第2744至2749頁；A. Jindal等人,Journal of the Electrochemical Society,150(5) G314-G318(2003)；Z. Lu,Journal of Materials Research,第18卷，第10期,2003年10月,Materials Research Society或S. Hedge等人,Electrochemical and Solid-State Letters,7(12) G316-G318 (2004)。
複合顆粒(A)最佳為包含選自由氧化鋁、二氧化矽、二氧化鈦、氧化鋯、氧化鋅及其混合物組成之群且具有20 nm至100 nm核心尺寸之核心的樹莓型塗佈顆粒，其中該核心經具有小於10 nm之粒徑的氧化鈰顆粒塗佈。
本發明之組成物中所用的磨料顆粒(A)之量可大範圍變化，且因此可最有利地調節至本發明之既定組成物及方法的特定要求。本發明之組成物較佳含有0.005 wt.%至10 wt.%、更佳0.01 wt.%至8 wt.%且最佳0.01 wt.%至6 wt.%之磨料顆粒(A)，該等重量百分比以本發明之組成物的總重量計。
本發明之組成物含有至少一種(較佳一種)陰離子磷酸鹽分散劑(B)作為第二必需成分。
陰離子磷酸鹽分散劑(B)較佳選自由水溶性縮合磷酸鹽組成之群。
水溶性縮合磷酸鹽(B)之實例為通式I之偏磷酸鹽，尤其銨鹽、鈉鹽及鉀鹽：
[M+ n(PO3)n]　(I)；
及通式II及III之聚磷酸鹽：
M+ nPnO3n+1　(II)；
M+H2PnO3n+1　(III)；
其中M為銨、鈉及鉀且下標n為2至10,000。關於式I、II及III之聚磷酸鹽，下標n較佳為2至2,000、更佳2至300、最佳2至50、尤其2至15，例如3至8。
尤其適合之水溶性縮合磷酸鹽(B)的實例為格雷姆鹽(Graham's salt)(NaPO3)40-50、CalgonTM(NaPO3)15-20、庫羅爾氏鹽(Kurrol's salt)(NaPO3)n(其中n=約5000)及六偏磷酸銨、六偏磷酸鈉及六偏磷酸鉀。
本發明之組成物中水溶性陰離子磷酸鹽分散劑(B)之濃度可大範圍變化，且因此可最有利地調節至本發明之既定組成物及方法的特定要求。陰離子磷酸鹽分散劑(B)之使用量較佳使得氧化鈰比陰離子磷酸鹽分散劑(B)之重量比為10至2000且更佳20至1000。
本發明之組成物含有至少一種(較佳一種)多元醇組分(C)作為第三必需成分。
多元醇組分(C)選自由以下組成之群：
(c1)多元醇，選自由水溶性及水分散性(較佳水溶性)脂族及環脂族單體多元醇、二聚多元醇及寡聚多元醇組成之群，該分子具有至少4個、較佳至少5個且最佳至少6個羥基，該等羥基在水性介質中不易解離；
(c2)由以下組成的混合物：
(c21)至少一種(較佳一種)多元醇，選自由水溶性及水分散性(較佳水溶性)脂族及環脂族多元醇組成之群，該分子具有至少2個、較佳2個或3個羥基，該等羥基在水性介質中不易解離；及
(c22)至少一種(較佳一種)水溶性或水分散性(較佳水溶性)聚合物，選自由以下組成之群：線性及分枝氧化烯均聚物及共聚物(c221)；及線性及分枝脂族及環脂族聚(N-乙烯醯胺)均聚物及共聚物(c222)；及
(c3)(c1)與(c2)之混合物。
「不易解離」意指羥基在中性水相中之反應R-OH→R-O-+H+的解離常數極低或實際上幾乎為0。
多元醇(c1)較佳選自由季戊四醇、醛醣醇、環多醇、碳水化合物及甘油、三羥甲基丙烷、季戊四醇、醛醣醇及環多醇之二聚物及寡聚物組成之群。
醛醣醇(c1)較佳選自由丁醣醇、戊醣醇、己醣醇、庚醣醇及辛醣醇組成之群。
更佳地，丁醣醇(c1)選自赤藻糖醇、蘇糖醇及其混合物；戊醣醇(c1)選自由***糖醇(arabinitol)、核糖醇、木糖醇及其混合物組成之群；己醣醇(c1)選自由半乳糖醇、甘露醇、葡糖醇、蒜糖醇、阿卓糖醇(altritol)、艾杜糖醇(iditol)及其混合物組成之群。
二聚物(c1)較佳選自由甘油、三羥甲基丙烷、赤藻糖醇、蘇糖醇及季戊四醇之二聚物及其混合物以及麥芽糖醇、異麥芽糖、乳糖醇及其混合物組成之群。
寡聚物(c1)更佳選自由三聚、四聚、五聚、六聚、七聚、八聚、九聚、十聚、十一聚及十二聚之甘油、三羥甲基丙烷、赤藻糖醇、蘇糖醇及異戊四醇及其混合物組成之群。
環多醇(c1)較佳選自1,2,3,4-四羥基環己烷、1,2,3,4,5-五羥基環己烷、肌醇及其混合物。
肌醇(c1)更佳選自由肌肌醇、鯊肌醇、黏質肌醇、手性肌醇、新肌醇、異肌醇、表肌醇及順式肌醇及其混合物組成之群。最佳使用肌肌醇(c1)。
碳水化合物(c1)較佳選自由單醣、二醣、寡醣、多醣、脫氧糖及胺基糖組成之群，尤其為單醣(c1)。
單醣(c1)較佳選自由阿洛糖(allose)、阿卓糖(altrose)、葡萄糖、甘露糖、艾杜糖(idose)、半乳糖及塔羅糖(talose)組成之群，尤其為半乳糖。
本發明之組成物中多元醇(c1)之濃度可大範圍變化，且因此可最有利地調節至本發明之既定組成物及方法的特定要求。本發明之組成物較佳含有0.005 wt.%至5 wt.%、更佳0.01 wt.%至4 wt.%且最佳0.05 wt.%至3 wt.%之量的多元醇(c1)，該等重量百分比以本發明之組成物的總重量計。
具有2至3個在水性介質中不易解離之羥基的水溶性或水分散性脂族或環脂族多元醇(c21)較佳選自由乙二醇、丙二醇、二乙二醇、三乙二醇、二丙二醇、三丙二醇、乙烯丙二醇、二乙烯丙二醇、乙烯二丙二醇、甘油、1,2,3-三羥基-正丁烷、三羥甲基丙烷及其混合物組成之群，最佳為乙二醇、甘油及其混合物。
本發明之組成物中多元醇(c21)之濃度亦可大範圍變化，且因此可最有利地調節至本發明之既定組成物及方法的特定要求。多元醇(c21)較佳之使用量為0.05 wt.%至5 wt.%、較佳0.1 wt.%至4 wt.%且最佳0.5 wt.%至3 wt.%，該等重量百分比以本發明之組成物的總重量計。
氧化烯均聚物或共聚物(c221)較佳選自由線性及分枝氧化乙烯及氧化丙烯均聚物及共聚物組成之群。
氧化乙烯-氧化丙烯共聚物(c221)可為含有聚氧化乙烯嵌段及聚氧化丙烯嵌段之無規共聚物、交替共聚物或嵌段共聚物。在氧化乙烯-氧化丙烯嵌段共聚物(c221)中，聚氧化乙烯嵌段較佳具有10至15之親水-親脂平衡(HLB)值。聚氧化丙烯嵌段可較佳具有28至約32之HLB值。
氧化烯均聚物(c221)較佳為氧化乙烯聚合物，諸如聚乙二醇(PEG)。
水溶性聚合物(c221)較佳具有2000道爾頓至1,000,000道爾頓、更佳5000道爾頓至500,000道爾頓且最佳10,000道爾頓至250,000道爾頓之重量平均分子量。
水溶性聚合物(c221)為慣用且已知的市售材料。適合之水溶性聚合物(c22)描述於以下中：日本專利申請案JP 2001-240850 A申請專利範圍第2項以及段落[0007]至[0014]、美國專利申請案US 2007/0077865 A1欄頁第1頁段落[0008]至第2頁段落[0010]、美國專利申請案US 2006/0124594 A1第3頁段落[0036]及[0037]及美國專利申請案US 2008/0124913 A1第3頁段落[0031]至[0033]以及申請專利範圍第14項，或其如BASF公司之公司手冊「PluronicTM & TetronicTM Block Copolymer Surfactants,1996」或美國專利US 2006/0213780 A1所示，由BASF公司及BASF SE以商標PluronicTM、TetronicTM及BasensolTM銷售。
最佳使用聚乙二醇(PEG)作為聚合物(c221)。
本發明之組成物亦可僅包含聚合物(c221)以及多元醇(c1)。
本發明之組成物中多元醇(c221)之濃度亦可大範圍變化，且因此可最有利地調節至本發明之既定組成物及方法的特定要求。聚合物(c22)之使用量較佳為0.005 wt.%至5 wt.%、較佳0.01 wt.%至4 wt.%且最佳0.05 wt.%至3 wt.%，該等重量百分比以本發明之組成物的總重量計。
作為線性及分枝脂族及環脂族聚(N-乙烯醯胺)均聚物及共聚物(c222)之構築嵌段的脂族及環脂族N-乙烯醯胺單體較佳選自由N-乙烯乙醯胺、N-乙烯吡咯啶酮、N-乙烯戊內醯胺、N-乙烯己內醯胺、N-乙烯丁二醯亞胺及其混合物組成之群。
聚(N-乙烯醯胺)共聚物(c222)可含有除N-乙烯醯胺以外的自慣用及已知烯系不飽和單體衍生之單體單元，例如乙烯基酯及乙烯基醚、丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯、烯丙基酯及烯丙基醚、可經鹵素原子或腈基取代之烯烴、及苯乙烯單體，其限制條件為該等單體單元僅以不危及水溶性之量含有。
水溶性聚合物(c222)較佳具有2000道爾頓至1,000,000道爾頓、更佳5000道爾頓至500,000道爾頓且最佳10,000道爾頓至250,000道爾頓之重量平均分子量。
本發明之組成物亦可僅包含聚合物(c222)以及多元醇(c1)。
同樣，本發明之組成物中聚合物(c222)之濃度可大範圍變化，且因此可最有利地調節至本發明之既定組成物及方法的特定要求。聚合物(c22)之使用量較佳為0.005 wt.%至5 wt.%、較佳0.01 wt.%至4 wt.%且最佳0.05 wt.%至3 wt.%，該等重量百分比以本發明之組成物的總重量計。
在本發明之組成物中，多元醇(c1)比混合物(c2)之重量比亦可大範圍變化，且因此可最有利地調節至本發明之既定組成物及方法的特定要求。重量比(c1):(c2)較佳在100:1至1:100之範圍內。
此外，在本發明之組成物中，多元醇(c21)比聚合物(c221)或(c222)之重量比亦可大範圍變化，且因此可最有利地調節至本發明之既定組成物及方法的特定要求。重量比(c21):(c221)或(c222)較佳在100:1至1:100之範圍內。
本發明之組成物可視情況含有至少一種功能組分(D)，其本質上不同於成分(A)、(B)及(C)。
功能組分(D)較佳選自慣用於基於氧化鈰之CMP漿料中之化合物之群。
該等化合物(D)之實例揭示於例如Y. N. Prasad等人,Electrochemical and Solid-State Letters,9(12) G337-G339(2006)；Hyun-Goo Kang等人,Journal of Material Research,第22卷，第3期,2007,第777至787頁；S. Kim等人,Journal of Colloid and Interface Science,319(2008),第48至52頁；S. V. Babu等人,Electrochemical and Solid-State Letters,7(12) G327-G330(2004)；Jae-Dong Lee等人,Journal of the Electrochemical Society,149(8) G477-G481,2002；美國專利US 5,738,800、US 6,042,741、US 6,132,637、US 6,218,305 B、US 5,759,917、US 6,689,692 B1、US 6,984,588 B2、US 6,299,659 B1、US 6,626,968 B2、US 6,436,835 B1、US 6,491,843 B1、US 6,544,892 B2、US 6,627,107 B2、US 6,616,514 B1及US 7,071,105 B2；美國專利申請案US 2002/0034875 A1、US 2006/0144824 A1、US 2006/0207188 A1、US 2006/0216935 A1、US 2007/0077865 A1、US 2007/0175104 A1、US 2007/0191244 A1及US 2007/0218811 A1；及日本專利申請案JP 2005-336400 A。
此外，功能組分(D)選自由以下組成之群：不同於顆粒(D)之有機、無機及有機-無機混雜磨料顆粒；具有下限臨界溶解溫度LCST或上限臨界溶解溫度UCST之材料；氧化劑；鈍化劑；電荷反轉劑；錯合劑或螯合劑；摩擦劑；穩定劑；流變劑；界面活性劑；殺生物劑；金屬陽離子及有機溶劑。
適合之有機磨料顆粒(D)及其有效量可自例如美國專利申請案US 2008/0254628 A1第4頁段落[0054]或國際申請案WO 2005/014753 A1中知曉，其中揭示由三聚氰胺及三聚氰胺衍生物(諸如乙醯胍胺、苯并胍胺及二氰二胺)組成之固體顆粒。
適合之無機磨料顆粒(D)及其有效量可自例如國際專利申請案WO 2005/014753 A1第12頁第1至8行或美國專利US 6,068,787第6欄第41行至第7欄第65行中知曉。
適合之有機-無機混雜磨料顆粒(D)及其有效量可自例如美國專利申請案US 2008/0254628 A1第4頁段落[0054]或US 2009/0013609 A1第3頁段落[0047]至第6頁段落[0087]中知曉。
適合之氧化劑(D)及其有效量可自例如歐洲專利申請案EP 1 036 836 A1第8頁段落[0074]及[0075]或美國專利US 6,068,787第4欄第40行至第7欄第45行或US 7,300,601 B2第4欄第18至34行中知曉。較佳使用有機及無機過氧化物，更佳使用無機過氧化物。尤其使用過氧化氫。
適合之鈍化劑(D)及其有效量可自例如美國專利US 7,300,601 B2第3欄第59行至第4欄第9行或美國專利申請案US 2008/0254628 A1跨接第4頁及第5頁之段落[0058]中知曉。
適合之錯合劑或螯合劑(D)，其有時亦稱為摩擦劑(參照美國專利申請案US 2008/0254628 A1第5頁段落[0061])或蝕刻劑(etching agent/etchant)(參照美國專利申請案US 2008/0254628 A1第4頁段落[0054])及其有效量可自例如美國專利US 7,300,601 B2第4欄第35至48行中知曉。尤其最佳使用胺基酸(尤其甘胺酸)及此外含有至少一個、較佳兩個且更佳三個一級胺基之二氰二胺及三，諸如三聚氰胺及水溶性胍胺，尤其三聚氰胺、甲醯胍胺、乙醯胍胺及2,4-二胺基-6-乙基-1,3,5-三。
適合之穩定劑(D)及其有效量可自例如美國專利US 6,068,787第8欄第4至56行中知曉。
適合之流變劑(D)及其有效量可自例如美國專利申請案US 2008/0254628 A1第5頁段落[0065]至第6頁段落[0069]中知曉。
適合之界面活性劑(D)及其有效量可自例如國際專利申請案WO 2005/014753 A1第8頁第23行至第10頁第17行或自美國專利US 7,300,601 B2第5欄第4行至第6欄第8行中知曉。
適合之多價金屬離子(D)及其有效量可自例如歐洲專利申請案EP 1 036 836 A1第8頁段落[0076]至第9頁段落[0078]中知曉。
適合之有機溶劑(D)及其有效量可自例如美國專利US 7,361,603 B2第7欄第32至48行或美國專利申請案US 2008/0254628 A1第5頁段落[0059]中知曉。
展現下限臨界溶解溫度LCST或上限臨界溶解溫度UCST之適合之材料(D)描述於以下文獻中：例如H. Mori,H. Iwaya,A. Nagai及T. Endo之文章,Controlled synthesis of thermoresponsive polymers derived from L-proline via RAFT polymerization,Chemical Communication,2005,4872-4874；或D. Schmaljohann之文章,Thermo- and pH-responsive polymers and drug delivery,Advanced Drug Delivery Reviews,第58卷(2006),1655-1670或美國專利申請案US 2002/0198328 A1、US 2004/0209095 A1、US 2004/0217009 A1、US 2006/0141254 A1、US 2007/0029198 A1、US 2007/0289875 A1、US 2008/0249210 A1、US 2008/0050435 A1或US 2009/0013609 A1；美國專利US 5,057,560、US 5,788,82及US 6,682,642 B2；國際專利申請案WO 01/60926 A1、WO 2004/029160 A1、WO 2004/0521946 A1、WO 2006/093242 A2或WO 2007/012763 A1；歐洲專利申請案EP 0 583 814 A1、EP 1 197 587 B1及EP 1 942 179 A1；或德國專利申請案DE 26 10 705中。
原則上，可使用慣用於CMP領域中之任何已知電荷反轉劑(D)。電荷反轉劑(D)較佳選自由含有至少一個選自由羧酸酯基、磺酸酯基、硫酸酯基及膦酸酯基組成之群的陰離子基團之單體化合物、寡聚化合物及聚合化合物組成之群。
適合之殺生物劑(D)可選自由水溶性或水分散性N-取代二氧化二薁鎓及N'-羥基-氧化二薁鎓鹽組成之群。
若功能組分(D)存在，則其含量可變化。以相應CMP組成物之總重量計，(D)之總量較佳不超過10 wt.%(「wt.%」意指「重量百分比」)、更佳不超過2 wt.%、最佳不超過0.5 wt.%、尤其不超過0.1 wt.%，例如不超過0.01 wt.%。以相應組成物之總重量計，(D)之總量較佳為至少0.0001 wt.%、更佳至少0.001 wt.%、最佳至少0.008 wt.%、尤其至少0.05 wt.%，例如至少0.3 wt.%。
本發明之組成物可視情況含有至少一種pH調節劑或緩衝劑(E)，其本質上不同於成分(A)、(B)及(C)。
適合之pH調節劑或緩衝劑(E)及其有效量可自例如歐洲專利申請案EP 1 036 836 A1第8頁段落[0080]、[0085]及[0086]；國際專利申請案WO 2005/014753 A1第12頁第19至24行；美國專利申請案US 2008/0254628 A1第6頁段落[0073]或美國專利US 7,300,601 B2第5欄第33至63行中知曉。pH調節劑或緩衝劑(E)之實例為氫氧化鉀、氫氧化銨、氫氧化四甲基銨(TMAH)、硝酸及硫酸。
若pH調節劑或緩衝劑(E)存在，則含量可變化。以相應CMP組成物之總重量計，(E)之總量較佳不超過20 wt.%、更佳不超過7 wt.%、最佳不超過2 wt.%、尤其不超過0.5 wt.%，例如不超過0.1 wt.%。以相應組成物之總重量計，(E)之總量較佳為至少0.001 wt.%、更佳至少0.01 wt.%、最佳至少0.05 wt.%、尤其至少0.1 wt.%，例如至少0.5 wt.%。
本發明之組成物的製備不展現任何特殊性，而是可藉由將上述成分(A)、(B)及(C)及視情況選用之(D)及/或(E)溶解或分散於水性介質(詳言之，去離子水)中來進行。出於此目的，可使用慣用及標準混合方法及混合設備，諸如攪拌容器、在線溶解器、高剪切葉輪、超音波混合器、均化器噴嘴或對流混合器。由此獲得之本發明之組成物較佳可經由具有適當篩孔之過濾器過濾以便移除粗粒狀顆粒，諸如精細分散之固體磨料顆粒(A)的聚結物或聚集物。
本發明之組成物極適於本發明之方法。
在本發明之方法中，使電子、機械及光學裝置(尤其電子裝置，最佳積體電路裝置)基材與本發明之組成物接觸至少一次且研磨(尤其化學及機械研磨)直至獲得所需平坦度。
本發明之方法在具有由低k或超低k氧化矽材料組成之隔離層且具有氮化矽層作為停止層或障壁層的矽半導體晶圓之CMP中展現出其特殊優勢。
適合之低k或超低k材料及製備絕緣介電層之適合方法描述於例如美國專利申請案US 2005/0176259 A1第2頁段落[0025]至[0027]、US 2005/0014667 A1第1頁段落[0003]、US 2005/0266683 A1第1頁段落[0003]及第2頁段落[0024]或US 2008/0280452 A1段落[0024]至[0026]或美國專利US 7,250,391 B2第1欄第49至54行或歐洲專利申請案EP 1 306 415 A2第4頁段落[0031]中。
本發明之方法尤其適於淺溝槽隔離(STI)，其需要在圖案化晶圓基板上優先於氮化矽選擇性地移除二氧化矽。在此方法中，用介電材料(例如二氧化矽)過量裝填經蝕刻之溝槽，過量裝填之介電材料使用氮化矽障壁膜作為停止層研磨。在此較佳具體實例中，在自障壁膜清除二氧化矽同時使暴露之氮化矽及溝槽氧化矽移除減至最少的情況下結束本發明之方法。
因此，本發明之方法展現氧化物對氮化物之選擇性大於50、較佳大於75且最佳大於100。
本發明之方法不展現特殊性，而是可用慣用於具有IC之半導體晶圓製造中之CMP的方法及設備來進行。
如此項技術中已知，用於CMP之典型設備由用研磨墊覆蓋的旋轉平台組成。晶圓安裝在載體或夾頭上，使其上端向下面向研磨墊。載體將晶圓緊固在水平位置。此研磨及夾持裝置之特殊佈置亦稱為硬平台設計。載體可保留載體墊，其位於載體保留表面與未研磨之晶圓表面之間。此墊可充當晶圓之緩衝墊。
在載體下方，一般亦水平安置較大直徑平台且呈現與待研磨晶圓之表面平行的表面。其研磨墊在平坦化過程期間接觸晶圓表面。在本發明之CMP方法期間，本發明之組成物以連續流形式或以逐滴方式施用於研磨墊上。
使載體與平台均圍繞自載體及平台垂直延伸之相應軸旋轉。旋轉之載體軸可相對於旋轉之平台仍固定在原位或可相對於平台水平擺動。載體之旋轉方向典型地(但不一定)與平台之旋轉方向相同。載體及平台之旋轉速度一般(但不一定)設定為不同值。
平台之溫度慣常設定為10℃與70℃之間的溫度。
關於其他詳情，參考國際專利申請案WO 2004/063301 A1，詳言之第16頁段落[0036]至第18頁段落[0040]以及圖1。
藉由本發明之方法可獲得具有包含圖案化之低k及超低k材料層(詳言之二氧化矽層)之IC的半導體晶圓，其具有極佳平坦度。因此，可獲得銅鑲嵌圖案，其亦具有極佳平坦度，且在成品中，IC具有極佳電子功能。
實施例及比較實驗
比較實驗C1至C6
比較水性研磨組成物C1至C6之製備
為製備比較水性研磨組成物C1至C6，將氧化鈰(如動態雷射光散射所測定，平均粒徑d50為120 nm至140 nm)、六偏磷酸鈉(PP；氧化鈰比PP之重量比=200，下文稱為PP200；氧化鈰比PP之重量比=300，下文稱為PP300)及肌醇分散或溶解於超純水中。所用量彙編於表1中。
實施例1至11
水性研磨組成物1至11之製備
為製備水性研磨組成物1至11，將氧化鈰(如動態雷射光散射所測定，平均粒徑d50為120 nm至140 nm)、六偏磷酸鈉(PP；氧化鈰比PP之重量比=200，下文稱為PP200；氧化鈰比PP之重量比=300，下文稱為PP300)及肌醇分散或溶解於超純水中。所用量彙編於表2中。
實施例1至11之水性研磨組成物1至11極適於化學機械研磨電子、機械及光學裝置基材。
實施例12至22及比較實施例C7至C12
二氧化矽塗佈之毯覆式晶圓及氮化矽塗佈之毯覆式晶圓之CMP及氧化物對氮化物之選擇性
表3展示實施例12至22及比較實驗C7至C12所用之水性研磨組成物。
在下文中，關於CMP，使用以下方法參數。
實施例12及比較實驗C7至C10：
-　研磨設備：Strasbaugh 6EGnHance(旋轉型)；
-　平台速度：93 rpm；
-　載體速度：87 rpm；
-　由Rohm & Haas製造之IC 1000/Suba 400 K凹槽研磨墊；
-　原位修整使用S60 3M金剛石修整器(diamond conditioner)；
-　漿料流速：200 ml/min；
-　基材：Montco Silicon之二氧化矽毯覆式晶圓(參照表3)及500 nm CVD氮化矽毯覆式晶圓；
-　下壓力：2.7 psi(185.143毫巴)；C9：1.5 psi(102.86毫巴)；
-　研磨時間：1分鐘。
實施例13至22及比較實驗C11及C12：
-　研磨設備：AMAT Mirra(旋轉型)；
-　平台速度：100 rpm；
-　載體速度：90 rpm；
-　由Rohm & Haas製造之IC 1000/Suba 400 K凹槽研磨墊；
-　原位修整使用S60 3M金剛石修整器；
-　漿料流速：200 ml/min；
-　基材：二氧化矽塗佈之毯覆式晶圓(參照表3)及500 nm氮化矽塗佈之毯覆式晶圓；
-　下壓力：2 psi(137.143毫巴)；
-　研磨時間：1分鐘。
由雷射干涉測量儀(FilmTekTM 2000)量測材料移除率(MRR)。表4給出所得MRR之概述。
由彙編於表中之結果顯而易知：用僅含有氧化鈰、氧化鈰與PP及氧化鈰與肌醇之水性研磨組成物不可獲得高氧化物對氮化物之選擇性。與此相反，用含有氧化鈰、PP及肌醇之研磨組成物可容易地獲得甚至大於50之高氧化物對氮化物之選擇性。當研磨組成物之pH值增至9時，氧化物對氮化物之選擇性甚至可進一步提高。
該等高氧化物對氮化物之選擇性亦可用含有氧化鈰、六偏磷酸鈉PP、甘油及聚乙二醇PEG及/或聚乙烯吡咯啶酮PVP之水性研磨組成物獲得。
實施例23至26
水性研磨組成物12至15之製備
為製備水性研磨組成物12至15，將氧化鈰(如動態雷射光散射所測定，平均粒徑d50為120nm至140nm)、六偏磷酸鈉(PP；氧化鈰比PP之重量比=250，在下文中命名為PP250)、肌醇、半乳糖及Protectol KD(N'-羥基-氧化二薁鎓鹽；BASF SE之殺生物劑)分散或溶解於超純水中。所用量彙編於表2中。
實施例23至26之水性研磨組成物12至15極適於化學機械研磨電子、機械及光學裝置基材。
實施例27至30
二氧化矽塗佈之毯覆式晶圓及氮化矽塗佈之毯覆式晶圓之CMP及氧化物對氮化物之選擇性
如實施例13至22如中所述進行CMP，僅將平台速度設定為63rpm及載體速度設定為60rpm。所得MRR彙編於表6中。
由表6之結果顯而易知：已藉由使用環多醇(參照實施例25)或單醣(參照實施例27)獲得之高氧化物對氮化物之選擇性可甚至藉由聯合使用環多醇及單醣(參照實施例28及30)進一步增強。

Claims (22)

  1. 一種水性研磨組成物，其具有範圍介於3至11之pH值且包含(A)至少一種類型之磨料顆粒，當分散於不含組分(B)且具有範圍介於3至9之pH值的水性介質中時，以電泳遷移率所證明帶正電；(B)至少一種陰離子磷酸鹽分散劑；及(C)至少一種多元醇組分，選自由以下組成之群：(c1)多元醇，選自由具有至少4個在水性介質中不易解離之羥基的水溶性及水分散性脂族及環脂族單體多元醇、二聚多元醇及寡聚多元醇組成之群；(c2)由以下組成之混合物：(c21)至少一種多元醇，選自由具有至少2個在水性介質中不易解離之羥基的水溶性及水分散性脂族及環脂族多元醇組成之群；及(c22)至少一種水溶性或水分散性聚合物，選自由以下組成之群：線性及分枝氧化烯均聚物及共聚物(c221)；及線性及分枝脂族及環脂族聚(N-乙烯醯胺)均聚物及共聚物(c222)；及(c3)(c1)與(c2)之混合物。
  2. 如申請專利範圍第1項之水性研磨組成物，其中該等磨料顆粒(A)為無機顆粒。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之水性研磨組成物，其中該等磨料顆粒(A)含有氧化鈰或由氧化鈰組成且以動 態雷射光散射所量測具有1nm至1000nm之平均粒徑。
  4. 如申請專利範圍第1項之水性研磨組成物，其中該陰離子磷酸鹽分散劑(B)係選自水溶性縮合磷酸鹽之群。
  5. 如申請專利範圍第4項之水性研磨組成物，其中該水溶性縮合磷酸鹽(B)係選自由通式I之偏磷酸鹽組成之群：[M+ n(PO3)n] (I)；及通式II及III之聚磷酸鹽：M+ nPnO3n+1 (II)；M+H2PnO3n+1 (III)；其中M為銨、鈉及鉀且下標n為2至10,000。
  6. 如申請專利範圍第1項或第4項之水性研磨組成物，其中該等具有至少4個在水性介質中不易解離之羥基的水溶性及水分散性脂族及環脂族單體多元醇、二聚多元醇及寡聚多元醇(c1)係選自由赤藻糖醇、季戊四醇、醛醣醇、環多醇、碳水化合物、及甘油、赤藻糖醇、季戊四醇、醛醣醇、環多醇之二聚物及寡聚物組成之群。
  7. 如申請專利範圍第6項之水性研磨組成物，其中該醛醣醇(c1)係選自由丁醣醇、戊醣醇、己醣醇、庚醣醇及辛醣醇組成之群；該環多醇(c1)係選自肌醇；且該碳水化合物(c1)係選自由單醣、二醣、寡醣、多醣、脫氧糖及胺基糖組成之群。
  8. 如申請專利範圍第7項之水性研磨組成物，其中該單醣(c1)係選自由阿洛糖(allose)、阿卓糖(altrose)、葡萄糖、甘露糖、艾杜糖(idose)、半乳糖及塔羅糖(talose) 組成之群。
  9. 如申請專利範圍第1項或第4項之水性研磨組成物，其中該具有至少2個在水性介質中不易解離之羥基的水溶性或水分散性脂族或環脂族多元醇(c21)係選自由乙二醇、丙二醇、二乙二醇、三乙二醇、二丙二醇、三丙二醇、乙烯丙二醇、二乙烯丙二醇、乙烯二丙二醇、甘油、1,2,3-三羥基-正丁烷、三羥甲基丙烷及其混合物組成之群；其中該水溶性或水分散性線性或分枝氧化烯均聚物或共聚物(c221)係選自由氧化乙烯及氧化丙烯均聚物及共聚物組成之群；且該線性或分枝脂族或環脂族聚(N-乙烯醯胺)均聚物或共聚物(c222)係選自由脂族及環脂族N-乙烯醯胺單體之均聚物及共聚物組成之群，該等脂族及環脂族N-乙烯醯胺單體選自由N-乙烯乙醯胺、N-乙烯吡咯啶酮、N-乙烯戊內醯胺、N-乙烯己內醯胺、N-乙烯丁二醯亞胺及其混合物組成之群。
  10. 如申請專利範圍第1項或第4項之水性研磨組成物，其中其含有至少一種不同於組分(A)、(B)及(C)之pH調節劑或緩衝劑(E)。
  11. 如申請專利範圍第1項或第4項之水性研磨組成物，其中其含有至少一種不同於組分(A)、(B)及(C)之功能組分(D)。
  12. 如申請專利範圍第11項之水性研磨組成物，其中該功能組分(D)係選自由不同於顆粒(A)之有機、無機及有機-無機混雜磨料顆粒；具有下限臨界溶解溫度LCST或 上限臨界溶解溫度UCST之材料；氧化劑；鈍化劑；電荷反轉劑；錯合劑或螯合劑；摩擦劑；穩定劑；流變劑；界面活性劑；殺生物劑、金屬陽離子及有機溶劑組成之群。
  13. 如申請專利範圍第12項之水性研磨組成物，其中該殺生物劑(D)係選自由水溶性或水分散性N-取代重氮烯二氧化物及N'-羥基-重氮烯氧化鹽組成之群。
  14. 一種用於研磨電子、機械及光學裝置基材之方法，其係藉由使該基材與水性研磨組成物接觸至少一次且研磨該基材直至達成所需平坦度，該方法之特徵在於使用如申請專利範圍第1項至第13項中任一項之水性研磨組成物。
  15. 如申請專利範圍第14項之方法，其中該基材包含至少一個含有至少一種介電質氧化矽材料或由至少一種介電質氧化矽材料組成之層及至少一個含有氮化矽或由氮化矽組成之層。
  16. 如申請專利範圍第15項之方法，其中其氧化物對氮化物之選擇性大於50。
  17. 如申請專利範圍第14項至第16項中任一項之方法，其中該等電子裝置為積體電路裝置、液晶板、有機電致發光板、印刷電路板、微型機器、DNA晶片、微型工廠及磁頭；該等機械裝置為高精度機械裝置；且該等光學裝置為光學玻璃、無機導電膜、光學積體電路、光學交換元件、光學波導、光學單晶、固體雷射單晶、用於藍色雷射LED之藍寶石基材、半導體單晶及用於磁碟之玻璃基材。
  18. 如申請專利範圍第17項之方法，其中該光學玻璃係 選自光罩、透鏡及稜鏡。
  19. 如申請專利範圍第17項之方法，其中該無機導電膜係選自氧化銦錫(ITO)。
  20. 如申請專利範圍第17項之方法，其中該光學單晶係選自光學纖維端面及閃爍體。
  21. 如申請專利範圍第17項之方法，其中該等積體電路裝置含有具有尺寸小於50nm之結構的大規模積體或超大規模積體之積體電路。
  22. 一種如申請專利範圍第1項至第13項中任一項之水性研磨組成物的用途，其係用於製造電子、機械及光學裝置。
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