在浅沟槽隔离晶片的抛光中展现出减小的凹陷的化学机械抛光组合物

摘要

本发明提供化学‑机械抛光组合物，其含有研磨剂、式(I)的离子型聚合物、多羟基芳族化合物、聚乙烯醇和水，在所述式(I)中，X

说明书

背景技术

用于对基板表面进行平坦化或抛光的组合物和方法是本领域中公知的。抛光组合物(也称为抛光浆料)典型地含有在液体载剂中的研磨材料并通过使表面与用抛光组合物饱和的抛光垫接触而施加至所述表面。典型的研磨材料包括二氧化硅、铈氧化物、铝氧化物、锆氧化物、及锡氧化物。抛光组合物典型地与抛光垫(例如抛光布或圆盘)结合使用。代替被悬浮于抛光组合物中，或者，除了被悬浮于抛光组合物中之外，研磨材料可被引入抛光垫中。

作为用于隔离半导体器件的元件的方法，大量注意力被引向浅沟槽隔离(STI)工艺，其中在硅基板上形成硅氮化物层，经由蚀刻或光刻法形成浅沟槽，且沉积介电层(例如，氧化物)以填充所述沟槽。由于以此方式形成的沟槽或线路的深度的变化，因此，典型地必须在基板顶部上沉积过量的介电材料以确保完全填充所有沟槽。然后，典型地通过化学-机械平坦化工艺移除过量的介电材料以使硅氮化物层暴露。当硅氮化物层被暴露时，暴露于化学-机械抛光组合物的基板的最大区域包含硅氮化物，其必须随后被抛光以实现高度平坦和均匀的表面。

通常，过去的实践已强调对氧化物抛光优先于对硅氮化物抛光的选择性。因此，硅氮化物层已在化学-机械平坦化工艺期间充当停止层，因为在硅氮化物层暴露时总的抛光速率降低。

近来，还已强调了对氧化物抛光优先于对多晶硅抛光的选择性。例如，添加一系列BRIJ^TM和聚环氧乙烷表面活性剂、以及PLURONIC^TM>

典型地，使用常规的抛光介质和含有研磨剂的抛光组合物抛光STI基板。然而，已观察到利用常规的抛光介质和含有研磨剂的抛光组合物抛光STI基板导致基板表面的过度抛光或者在STI特征中形成凹坑及其它形貌缺陷(例如基板表面上的微刮痕)。该过度抛光及在STI特征中形成凹坑的现象称为凹陷(dishing)。凹陷是不合乎期望的，因为基板特征的凹陷可通过造成晶体管和晶体管部件(组件)彼此隔离失败，由此导致短路而不利地影响器件制造。另外，基板的过度抛光还可导致氧化物损失并使下伏氧化物暴露于来自抛光或化学活性的损害，这不利地影响器件的品质和性能。

因此，在本领域中仍然需要可提供硅氧化物、硅氮化物和多晶硅的合乎期望的选择性且具有合适的移除速率、低的缺陷率(defectivity)、和合适的凹陷性能的抛光组合物和方法。

发明内容

本发明提供包含以下物质的化学-机械抛光组合物：(a)湿法铈土研磨剂、(b)式(I)的离子型聚合物、(c)多羟基芳族化合物、(d)聚乙烯醇及(e)水，在所述式(I)中，X¹及X²独立地选自氢、-OH及-COOH，且其中，X¹及X²中的至少一者为-COOH，Z¹及Z²独立地为O或S，R¹、R²、R³及R⁴独立地选自氢、C₁-C₆烷基及C₇-C₁₀芳基，且n为约3至约500的整数，其中，该抛光组合物具有约1至约4.5的pH

本发明还提供化学-机械抛光基板的方法，该方法包括：(i)使基板与抛光垫及化学-机械抛光组合物接触；(ii)相对于基板移动抛光垫及化学-机械抛光组合物；以及(iii)磨除基板的至少一部分以抛光基板，其中，该化学-机械抛光组合物包含：(a)湿法铈土研磨剂、(b)式(I)的离子型聚合物、(c)多羟基芳族化合物、(d)聚乙烯醇及(e)水，在所述式(I)中，X¹及X²独立地选自氢、-OH及-COOH，Z¹及Z²独立地为O或S，R¹、R²、R³及R⁴独立地选自氢、C₁-C₆烷基及C₇-C₁₀芳基，且n为约3至约500的整数，其中，该抛光组合物具有约1至约4.5的pH

具体实施方式

本发明提供化学-机械抛光组合物，其包含以下物质、基本上由以下物质组成、或由以下物质组成：(a)湿法铈土研磨剂、(b)式(I)的离子型聚合物、(c)多羟基芳族化合物、(d)聚乙烯醇及(e)水，在所述式(I)中，X¹及X²独立地选自氢、-OH及-COOH，且其中，X¹及X²中的至少一者为-COOH，Z¹及Z²独立地为O或S，R¹、R²、R³及R⁴独立地选自氢、C₁-C₆烷基及C₇-C₁₀芳基，且n为约3至约500的整数，其中，该抛光组合物具有约1至约4.5的pH

该化学-机械抛光组合物包含铈土研磨剂。如本领域普通技术人员所知的，铈土(ceria)是稀土金属铈的氧化物，且也被称为铈的氧化物(ceric oxide)、铈氧化物(cerium oxide)(例如氧化铈(IV))、或二氧化铈。氧化铈(IV)(CeO₂)可通过煅烧草酸铈或氢氧化铈形成。铈还形成铈(III)氧化物，例如，Ce₂O₃。该铈土研磨剂可为这些或其它铈土氧化物中的任意一种或多种。

该铈土研磨剂可为任何适宜的类型。如本文中所使用的，“湿法”铈土是指通过沉淀、缩合-聚合、或类似工艺制得的铈土(与例如热解(fumed)或火成(pyrogenic)的铈土不同)。已典型地发现，包含湿法铈土研磨剂的本发明抛光组合物当根据本发明的方法用于抛光基板时，展现出较低的缺陷。不希望受特定理论的束缚，相信湿法铈土包含球形铈土颗粒和/或较小的聚集铈土颗粒，从而当用于本发明方法中时，导致较低的基板缺陷率。示例性的湿法铈土为可从Rhodia商购获得的HC-60^TM铈土。

铈土颗粒可具有任何适宜的平均尺寸(即，平均颗粒直径)。若平均铈土粒度过小，则抛光组合物可能不会展现出足够的移除速率。与此相反，若平均铈土粒度过大，则抛光组合物可展现出不期望的抛光性能，例如，差的基板缺陷率。因此，铈土颗粒可具有约10纳米或更大的平均粒度，例如，约15纳米或更大、约20纳米或更大、约25纳米或更大、约30纳米或更大、约35纳米或更大、约40纳米或更大、约45纳米或更大、或约50纳米或更大。可选择地，或者此外，铈土可具有约1,000纳米或更小的平均粒度，例如，约750纳米或更小、约500纳米或更小、约250纳米或更小、约150纳米或更小、约100纳米或更小、约75纳米或更小、或约50纳米或更小。因此，铈土可具有由上述端点中的任意两个所界定的平均粒度。举例而言，铈土可具有约10纳米至约1,000纳米、约10纳米至约750纳米、约15纳米至约500纳米、约20纳米至约250纳米、约20纳米至约150纳米、约25纳米至约150纳米、约25纳米至约100纳米、或约50纳米至约150纳米、或约50纳米至约100纳米的平均粒度。对于非球形的铈土颗粒，颗粒的尺寸为包围该颗粒的最小球体的直径。铈土的粒度可使用任何适宜的技术(例如使用激光衍射技术)量测。适宜的粒度量测仪器是从例如Malvern Instruments(Malvern,UK)得到的。

铈土颗粒优选在本发明抛光组合物中是胶体稳定的。术语胶体是指铈土颗粒在液体载剂(例如水)中的悬浮液。胶体稳定性是指该悬浮液随时间的保持性。在本发明的上下文中，如果当将研磨剂置于100毫升量筒中并使其无搅动地静置2小时的时间时，量筒底部50毫升中的颗粒浓度([B]，以g/mL表示)与量筒顶部50毫升中的颗粒浓度([T]，以g/mL表示)之间的差除以研磨剂组合物中颗粒的初始浓度([C]，以g/mL表示)小于或等于0.5(即，{[B]–[T]}/[C]≤0.5)，则认为研磨剂是胶体稳定的。更优选地，[B]-[T]/[C]的值小于或等于0.3，且最优选小于或等于0.1。

该抛光组合物可包含任何适宜量的铈土研磨剂。若本发明的抛光组合物包含过少的铈土研磨剂，则该组合物可能不会展现出足够的移除速率。与此相反，若该抛光组合物包含过多的铈土研磨剂，则该抛光组合物可能展现出不期望的抛光性能和/或可能不具有成本效益和/或可能缺乏稳定性。该抛光组合物可包含约10重量％或更少的铈土，例如，约9重量％或更少、约8重量％或更少、约7重量％或更少、约6重量％或更少、约5重量％或更少、约4重量％或更少、约3重量％或更少、约2重量％或更少、约1重量％或更少、约0.9重量％或更少、约0.8重量％或更少、约0.7重量％或更少、约0.6重量％或更少的铈土、或约0.5重量％或更少的铈土。可选择地，或者此外，该抛光组合物可包含约0.1重量％或更高，例如，约0.2重量％或更高、约0.3重量％或更高、约0.4重量％或更高、约0.5重量％或更高、或约1重量％或更高的铈土。因此，该抛光组合物可包含由上述端点中的任意两个所界定的量的铈土。举例而言，该抛光组合物可包含约0.1重量％至约10重量％的铈土、约0.1重量％至约9重量％、约0.1重量％至约8重量％、约0.1重量％至约7重量％、约0.1重量％至约6重量％、约0.1重量％至约5重量％的铈土、约0.1重量％至约4重量％、约0.1重量％至约3重量％的铈土、约0.1重量％至约2重量％的铈土、约0.1重量％至约1重量％的铈土、约0.2重量％至约2重量％的铈土、约0.2重量％至约1重量％的铈土、或约0.3重量％至约0.5重量％的铈土。在一个实施方式中，该抛光组合物在使用点(point-of-use)处包含约0.2重量％至约0.6重量％的铈土(例如，约0.4重量％的铈土)。在另一个实施方式中，该抛光组合物包含约2.4重量％的铈土作为浓缩物。

该化学-机械抛光组合物包含如本文所述的式I的离子型聚合物。

在某些实施方式中，该离子型聚合物具有式I，其中X¹及X²皆为-COOH。在某些实施方式中，该离子型聚合物具有式I，其中Z¹及Z²皆为O，且R¹、R²、R³及R⁴为氢。在某些优选实施方式中，该离子型聚合物具有式I，其中X¹及X²皆为-COOH，Z¹及Z²皆为O，且R¹、R²、R³及R⁴为氢。

该离子型聚合物可具有任何适宜的分子量。该离子型聚合物可具有约250克/摩尔或更大的平均分子量，例如，约300克/摩尔或更大、约400克/摩尔或更大、约500克/摩尔或更大、约600克/摩尔或更大、约750克/摩尔或更大、约1,000克/摩尔或更大、约1,500克/摩尔或更大、约2,000克/摩尔或更大、约2,500克/摩尔或更大、约3,000克/摩尔或更大、约3,500克/摩尔或更大、约4,000克/摩尔或更大、约4,500克/摩尔或更大、约5,000克/摩尔或更大、约5,500克/摩尔或更大、约6,000克/摩尔或更大、约6,500克/摩尔或更大、约7,000克/摩尔或更大、或约7,500克/摩尔或更大。可选择地，或者此外，该离子型聚合物可具有约15,000克/摩尔或更小的平均分子量，例如，约14,000克/摩尔或更小、约13,000克/摩尔或更小、约12,000克/摩尔或更小、约11,000克/摩尔或更小、约10,000克/摩尔或更小、约9,000克/摩尔或更小、约8,000克/摩尔或更小、约7,500克/摩尔或更小、约7,000克/摩尔或更小、约6,500克/摩尔或更小、约6,000克/摩尔或更小、约5,500克/摩尔或更小、约5,000克/摩尔或更小、约4,500克/摩尔或更小、约4,000克/摩尔或更小、约3,500克/摩尔或更小、约3,000克/摩尔或更小、约2,500克/摩尔或更小、或约2,000克/摩尔或更小。因此，该离子型聚合物可具有由上述端点中的任意两个所界定的平均分子量。举例而言，该离子型聚合物可具有约250克/摩尔至约15,000克/摩尔、约250克/摩尔至约14,000克/摩尔、约250克/摩尔至约13,000克/摩尔、约250克/摩尔至约12,000克/摩尔、约250克/摩尔至约11,000克/摩尔、约250克/摩尔至约10,000克/摩尔、约400克/摩尔至约10,000克/摩尔、约400克/摩尔至约8,000克/摩尔、约400克/摩尔至约6,000克/摩尔、约400克/摩尔至约4,000克/摩尔、约400克/摩尔至约2,000克/摩尔等的平均分子量。

该抛光组合物在使用点处包含任何适宜量的离子型聚合物。该抛光组合物可包含约0.001重量％或更高的离子型聚合物，例如，约0.005重量％或更高、约0.01重量％或更高、约0.025重量％或更高、约0.05重量％或更高、约0.075重量％或更高、或约0.1重量％或更高的离子型聚合物。可选择地，或者此外，该抛光组合物可包含约1重量％或更少的离子型聚合物，例如，约0.9重量％或更少、约0.8重量％或更少、约0.7重量％或更少、约0.6重量％或更少、约0.5重量％或更少、约0.4重量％或更少、或约0.3重量％或更少的离子型聚合物。因此，该抛光组合物可包含由上述端点中的任意两个所界定的量的离子型聚合物。举例而言，该抛光组合物可包含约0.001重量％至约1重量％、约0.01重量％至约0.9重量％、约0.025重量％至约0.8重量％、约0.05重量％至约0.7重量％、或约0.1重量％至约0.5重量％的离子型聚合物及其类似物。

该化学-机械抛光组合物包含一种或多种聚乙烯醇。该聚乙烯醇可为任何适宜的聚乙烯醇且可为直链或支链的聚乙烯醇。适宜的支链聚乙烯醇的非限制性实例是Nichigo G-聚合物，例如，从Nippon Gohsei,Japan得到的OKS-1009和OKS-1083产品。

该聚乙烯醇可具有任何适宜的水解度。水解度是指存在于聚乙烯醇上的自由(free)羟基相比于自由羟基和乙酰化羟基的总和的量。优选地，该聚乙烯醇具有约90％或更高的水解度，例如，约92％或更高、约94％或更高、约96％或更高、约98％或更高、或约99％或更高的水解度。

该聚乙烯醇可具有任何适宜的分子量。该聚乙烯醇可具有约250克/摩尔或更大的平均分子量，例如，约300克/摩尔或更大、约400克/摩尔或更大、约500克/摩尔或更大、约600克/摩尔或更大、约750克/摩尔或更大、约1,000克/摩尔或更大、约2,000克/摩尔或更大、约3,000克/摩尔或更大、约4,000克/摩尔或更大、约5,000克/摩尔或更大、约7,500克/摩尔或更大、约10,000克/摩尔或更大、约15,000克/摩尔或更大、约20,000克/摩尔或更大、约25,000克/摩尔或更大、约30,000克/摩尔或更大、约50,000克/摩尔或更大、或约75,000克/摩尔或更大。可选择地，或者此外，该聚乙烯醇可具有约250,000克/摩尔或更小的平均分子量，例如，约200,000克/摩尔或更小、约180,000克/摩尔或更小、约150,000克/摩尔或更小、约100,000克/摩尔或更小、约90,000克/摩尔或更小、约85,000克/摩尔或更小、约80,000克/摩尔或更小、约75,000克/摩尔或更小、约50,000克/摩尔或更小、约45,000克/摩尔或更小、约40,000克/摩尔或更小、约35,000克/摩尔或更小、约30,000克/摩尔或更小、约25,000克/摩尔或更小、约20,000克/摩尔或更小、约15,000克/摩尔或更小、约12,500克/摩尔或更小、或约10,000克/摩尔或更小。因此，该聚乙烯醇可具有由上述端点中的任意两个所界定的平均分子量。举例而言，该聚乙烯醇可具有约250克/摩尔至约250,000克/摩尔、250克/摩尔至约200,000克/摩尔、250克/摩尔至约180,000克/摩尔、250克/摩尔至约150,000克/摩尔、250克/摩尔至约100,000克/摩尔、约250克/摩尔至约75,000克/摩尔、约250克/摩尔至约50,000克/摩尔、约250克/摩尔至约25,000克/摩尔、约250克/摩尔至约10,000克/摩尔、约10,000克/摩尔至约100,000克/摩尔、约10,000克/摩尔至约75,000克/摩尔、约10,000克/摩尔至约50,000克/摩尔、约10,000克/摩尔至约40,000克/摩尔、约50,000克/摩尔至约100,000克/摩尔、约75,000克/摩尔至约100,000克/摩尔、约25,000克/摩尔至约200,000克/摩尔、或约50,000克/摩尔至约180,000克/摩尔等的平均分子量。

该抛光组合物在使用点处包含任何适宜量的聚乙烯醇。该抛光组合物可包含约0.001重量％或更高，例如，约0.005重量％或更高、约0.01重量％或更高、约0.025重量％或更高、约0.05重量％或更高、约0.075重量％或更高、或约0.1重量％或更高的聚乙烯醇。可选择地，或者此外，该抛光组合物可包含约1重量％或更少，例如，约0.9重量％或更少、约0.8重量％或更少、约0.7重量％或更少、约0.6重量％或更少、约0.5重量％或更少、约0.4重量％或更少、或约0.3重量％或更少的聚乙烯醇。因此，该抛光组合物可包含由上述端点中的任意两个所界定的量的离子型聚合物。举例而言，该抛光组合物可包含约0.001重量％至约1重量％、约0.01重量％至约0.9重量％、约0.025重量％至约0.8重量％、约0.05重量％至约0.7重量％、或约0.1重量％至约0.5重量％的聚乙烯醇及其类似物。

该化学-机械抛光组合物包含多羟基芳族化合物。该多羟基芳族化合物可为任何适宜的多羟基芳族化合物。术语多羟基芳族化合物是指具有两个或更多个键结至芳基或杂芳基环的羟基的芳基化合物或杂芳基化合物。适宜的多羟基芳族化合物的非限制性实例包括1,2-二羟基苯、1,3-二羟基苯、1,4-二羟基苯、1,3,5-三羟基苯、1,2,4-三羟基苯、2,6-二羟基吡啶、2,3-二羟基吡啶及2,4-二羟基吡啶。在优选实施方式中，多羟基芳族化合物选自1,3-二羟基苯和1,3,5-三羟基苯。

该抛光组合物在使用点处包含任何适宜量的多羟基芳族化合物。该抛光组合物可包含约0.001重量％或更多，例如，约0.005重量％或更多、约0.01重量％或更多、约0.025重量％或更多、约0.05重量％或更多、约0.075重量％或更多、或约0.1重量％或更多的多羟基芳族化合物。可选择地，或者此外，该抛光组合物可包含约1重量％或更少，例如，约0.9重量％或更少、约0.8重量％或更少、约0.7重量％或更少、约0.6重量％或更少、约0.5重量％或更少、约0.4重量％或更少、或约0.3重量％或更少的多羟基芳族化合物。因此，该抛光组合物可包含由上述端点中的任意两个所界定的量的多羟基芳族化合物。例如，该抛光组合物可包含约0.001重量％至约1重量％、约0.01重量％至约0.9重量％、约0.025重量％至约0.8重量％、约0.05重量％至约0.7重量％、或约0.1重量％至约0.5重量％的多羟基芳族化合物及其类似物。

该化学-机械抛光组合物可包含一种或多种能够调节(即，调整)抛光组合物的pH值的化合物(即，pH调节化合物)。抛光组合物的pH值可使用能够调节抛光组合物的pH值的任何适宜的化合物来进行调节。该pH调节化合物合乎期望地是水溶性的且与该抛光组合物的其它组分相容。典型地，该化学-机械抛光组合物在使用点处具有约1至约7的pH值。优选地，该化学-机械抛光组合物在使用点处具有约1至约4.5的pH值。

在性质方面，式(I)的离子型聚合物为酸性的。因此，本发明抛光组合物可配制成提供缓冲能力。典型地，该抛光组合物的缓冲可通过如下实现：添加一种或多种碱性化合物以将该抛光组合物的pH值调节至在离子型聚合物的一种或多种pKa值范围内的值。可使用任何适宜的碱性化合物来调节pH值以提供缓冲能力。适宜的碱性化合物的非限制性实例包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、及有机胺(例如三乙醇胺)。

在其它实施方式中，合乎期望的是，可添加能够调节pH值且单独地能够缓冲该抛光组合物的酸性pH的另一化合物。因此，在这些实施方式中的任一者中，合乎期望的是，抛光组合物的pH值小于7.0(例如，6.5+/-0.5、6.0+/-0.5、5.5+/-0.5、5.0+/-0.5、4.5+/-0.5、4.0+/-0.5、3.5+/-0.5、3.0+/-0.5、2.5+/-0.5、2.0+/-0.5、1.5+/-0.5、或1.0+/-0.5)。典型地，在这些实施方式中的任一者中，该抛光组合物的pH值在使用点处为约1至约4.5。因此，能够调节该抛光组合物的pH值的化合物典型地具有至少一个在25℃下量测时具有约3至约7的pKa值的可离子化的基团。

能够调节并缓冲pH值的化合物可选自：铵盐、碱金属盐、羧酸、碱金属氢氧化物、碱金属碳酸盐、碱金属碳酸氢盐、硼酸盐、及其混合物。

该化学-机械抛光组合物任选地进一步包含一种或多种添加剂。示例性的添加剂包括调理剂(conditioner)、酸(例如，磺酸)、络合剂(例如，阴离子型聚合物络合剂)、螯合剂、杀生物剂、防垢剂、分散剂等。

杀生物剂当存在时可为任何适宜的杀生物剂且可以任何适宜的量存在于抛光组合物中。适宜的杀生物剂为异噻唑啉酮杀生物剂。该抛光组合物中所用的杀生物剂的量典型地为约1ppm至约50ppm，优选约10ppm至约20ppm。

理解，该抛光组合物的作为酸、碱、或盐(例如，有机羧酸、碱、和/或碱金属碳酸盐等)的任意组分当溶解于该抛光组合物的水中时，可作为阳离子及阴离子以解离的形式存在。本文所列举的抛光组合物中所存在的这样的化合物的量应理解为是指在该抛光组合物的制备中所用的未解离的化合物的重量。

该抛光组合物可通过任何适宜的技术来生产，其中的许多是本领域技术人员已知的。该抛光组合物可以分批或连续工艺制备。一般而言，抛光组合物通过将该抛光组合物的组分组合来制备。本文所用的术语“组分”包括单独的成分(例如，铈土研磨剂、离子型聚合物、多羟基芳族化合物、聚乙烯醇、任选的pH调节剂、和/或任何任选的添加剂)以及成分(例如，铈土研磨剂、离子型聚合物、多羟基芳族化合物、聚乙烯醇等)的任意组合。

举例而言，该抛光组合物可通过如下制备：(i)提供全部或部分液体载剂；(ii)使用用于制备这样的分散体的任何适宜的方式来分散铈土研磨剂、离子型聚合物、多羟基芳族化合物、聚乙烯醇、任选的pH调节剂和/或任何任选的添加剂；(iii)在合适时，调节分散体的pH值；以及(iv)任选地添加适宜量的任何其它任选的组分和/或添加剂至混合物中。

可选择地，该抛光组合物可通过如下制备：(i)以铈氧化物浆料的形式提供一种或多种组分(例如，液体载剂、多羟基芳族化合物、聚乙烯醇、任选的pH调节剂和/或任何任选的添加剂)；(ii)以添加剂溶液的形式提供一种或多种组分(例如，液体载剂、离子型聚合物、多羟基芳族化合物、聚乙烯醇、任选的pH调节剂和/或任何任选的添加剂)；(iii)将该铈氧化物浆料与该添加剂溶液组合以形成混合物；(iv)任选地添加适宜量的任何其它任选的添加剂至该混合物中；以及(v)在合适时，调节混合物的pH值。

该抛光组合物可作为包含以下物质的单包装体系供应：铈土研磨剂、离子型聚合物、多羟基芳族化合物、聚乙烯醇、任选的pH调节剂和/或任何任选的添加剂、以及水。可选择地，本发明的抛光组合物作为双包装体系供应，所述双包装体系包含铈氧化物浆料及添加剂溶液，其中该铈土氧化物浆料基本上由下列成分组成、或由下列成分组成：铈土研磨剂和/或任何任选的添加剂、以及水，且其中该添加剂溶液基本上由下列成分组成、或由下列成分组成：离子型聚合物、多羟基芳族化合物、聚乙烯醇、任选的pH调节剂和/或任何任选的添加剂。该双包装体系允许通过改变两个包装(即，铈氧化物浆料及添加剂溶液)的共混比率来调节基板的整体平坦特性及抛光速度。

可采用各种方法来利用这样的双包装抛光体系。举例而言，该铈氧化物浆料及添加剂溶液可通过在供应管道的出口处接合并连接的不同管道递送至抛光台。该铈氧化物浆料及添加剂溶液可在抛光之前不久或在即将抛光之前混合，或可同时供应至该抛光台上。此外，当混合这两个包装时，可在需要时添加去离子水以调节该抛光组合物以及所得基板的抛光特性。

类似地，可与本发明结合使用三包装体系、四包装体系或更多包装体系，其中多个容器各自含有本发明化学-机械抛光组合物的不同组分、一种或多种任选的组分、和/或一种或多种呈不同浓度的相同组分。

为了在使用点处或其附近混合两个或更多个储存装置中所含的组分以产生抛光组合物，所述储存装置典型地提供有一条或多条从各储存装置引导至抛光组合物的使用点(例如，平台、抛光垫、或基板表面)的流动管线(flow line)。如本文中所使用的，术语“使用点”是指抛光组合物在其处被施加至基板表面(例如，抛光垫或基板表面本身)的点。术语“流动管线”意指从单独的储存容器到储存于其中的组分的使用点的流动路径。流动管线可各自直接通向使用点，或者，可将流动管线中的两条或更多条在任何点处组合成通向使用点的单一流动管线。此外，任意流动管线(例如，单独的流动管线或组合的流动管线)可首先通向一个或多个其它装置(例如，泵送装置、量测装置、混合装置等)，然后到达组分的使用点。

该抛光组合物的组分可独立递送至使用点(例如，将组分递送至基板表面，所述组分在抛光过程期间在所述基板表面上混合)，或者，所述组分的一种或多种可在递送至使用点之前(例如，在递送至使用点之前不久或即将递送至使用点之前)组合。若组分在以混合形式添加到该平台上之前约5分钟或更短(例如，在以混合形式添加到该平台上之前约4分钟或更短、约3分钟或更短、约2分钟或更短、约1分钟或更短、约45秒或更短、约30秒或更短、约10秒或更短)或在使用点处递送所述组分的同时进行组合(例如，所述组分在分配器处组合)，则所述组分是“在即将递送至使用点之前”组合。若组分在距使用点5米内(例如，在距使用点1米内、或甚至在距使用点10厘米内(例如，在距使用点1厘米内))组合，则所述组分也是“在即将递送至使用点之前”组合。

当该抛光组合物的组分中的两种或更多种在到达使用点之前组合时，所述组分可在流动管线中组合并递送至该使用点而无需使用混合装置。可选择地，一条或多条流动管线可通向混合装置以促进所述组分中的两种或更多种的组合。可使用任何适宜的混合装置。举例而言，该混合装置可为供所述组分中的两种或更多种流动通过其的喷嘴或喷射器(例如，高压喷嘴或喷射器)。可选择地，该混合装置可为容器型混合装置，其包含：一个或多个入口，通过该一个或多个入口将该抛光浆料的两种或更多种组分引入至该混合器；以及至少一个出口，使经混合的组分通过该至少一个出口离开混合器以便直接或经由设备的其它构件(例如，经由一条或多条流动管线)递送至使用点。此外，该混合装置可包含超过一个腔室，各腔室具有至少一个入口及至少一个出口，其中，两种或更多种组分在各腔室中组合。若使用容器型混合装置，则该混合装置优选包含混合机构以进一步促进组分的组合。混合机构是本领域中普遍知晓的且包括搅拌器、共混器、搅动器、叶片式折流板(paddled baffle)、气体分布器系统(gas sparger system)、振动器等。

该抛光组合物还可作为浓缩物提供，该浓缩物意欲在使用前用适当量的水进行稀释。在这样的实施方式中，该抛光组合物浓缩物包含抛光组合物组分，其量使得当用适当量的水稀释该浓缩物时，该抛光组合物的各组分将以在上文针对各组分所列举的适当范围内的量存在于该抛光组合物中。举例而言，铈土研磨剂、离子型聚合物、多羟基芳族化合物、聚乙烯醇、任选的pH调节剂和/或任何任选的添加剂可各自以上文针对各组分所列举的浓度的约2倍(例如，约3倍、约4倍、或约5倍)的量存在于该浓缩物中，以便当该浓缩物用等体积的水(例如，分别地，2等体积的水、3等体积的水、或4等体积的水)稀释时，各组分将以在以上针对各组分所列举的范围内的量存在于该抛光组合物中。此外，如本领域普通技术人员将理解的，该浓缩物可含有适当分数的存在于最终抛光组合物中的水，以确保铈土研磨剂、离子型聚合物、多羟基芳族化合物、聚乙烯醇、任选的pH调节剂和/或任何任选的添加剂至少部分或全部地溶于该浓缩物中。

本发明还提供化学-机械抛光基板的方法，其包括：(i)使基板与抛光垫及本文所述的化学-机械抛光组合物接触，(ii)使该抛光垫相对于该基板移动，同时其间具有该化学-机械抛光组合物，及(iii)研磨该基板的至少一部分以抛光该基板。

该化学-机械抛光组合物可用于抛光任何适宜的基板且尤其可用于抛光包含至少一个由低介电材料构成的层(典型地，表面层)的基板。适宜的基板包括半导体工业中所用的晶片。晶片典型地包含例如金属、金属氧化物、金属氮化物、金属复合物、金属合金、低介电材料、或其组合，或者，由例如金属、金属氧化物、金属氮化物、金属复合物、金属合金、低介电材料、或其组合组成。本发明的方法尤其可用于抛光包含硅氧化物、硅氮化物、和/或多晶硅(例如上述材料中的任意一种、两种、或尤其是全部三种)的基板。

在一些实施方式中，该基板包含多晶硅与硅氧化物和/或硅氮化物的组合。多晶硅可为任何适宜的多晶硅，其中的许多是本领域中已知的。多晶硅可具有任何适宜的相，且可为非晶的、结晶的、或其组合。硅氧化物类似地可为任何适宜的硅氧化物，其中的许多是本领域中已知的。硅氧化物的适宜类型包括但不限于硼磷硅玻璃(BPSG)、PETEOS、热氧化物(thermal oxide)、未经掺杂的硅酸盐玻璃、以及HDP氧化物。

当根据本发明的方法抛光包含硅氧化物的基板时，本发明的化学-机械抛光组合物合乎期望地展现出高的移除速率。举例而言，当根据本发明的实施方式抛光包含高密度等离子体(HDP)氧化物和/或等离子体增强的原硅酸四乙酯(PETEOS)和/或原硅酸四乙酯(TEOS)的硅晶片时，该抛光组合物合乎期望地展现出约500埃/分钟或更高、700埃/分钟或更高、约1,000埃/分钟或更高、约1,250埃/分钟或更高、约1,500埃/分钟或更高、约1,750埃/分钟或更高、约2,000埃/分钟或更高、约2,500埃/分钟或更高、约3,000埃/分钟或更高、约3,500埃/分钟或更高的硅氧化物移除速率。在一个实施方式中，硅氧化物的移除速率可为约4,000埃/分钟或更高、约4,500埃/分钟或更高、或约5,000埃/分钟或更高。

当根据本发明的方法抛光包含硅氮化物的基板时，本发明的化学-机械抛光组合物合乎期望地展现出低的移除速率。举例而言，当根据本发明的实施方式抛光包含硅氮化物的硅晶片时，该抛光组合物合乎期望地展现出约250埃/分钟或更低的硅氮化物移除速率，例如，约200埃/分钟或更低、约150埃/分钟或更低、约100埃/分钟或更低、约75埃/分钟或更低、约50埃/分钟或更低、或甚至约25埃/分钟或更低。

当根据本发明的方法抛光包含多晶硅的基板时，本发明的化学-机械抛光组合物合乎期望地展现出低的移除速率。举例而言，当根据本发明的实施方式抛光包含多晶硅的硅晶片时，该抛光组合物合乎期望地展现出约1,000埃/分钟或更低、约750埃/分钟或更低、约500埃/分钟或更低、约250埃/分钟或更低、约100埃/分钟或更低、约50埃/分钟或更低、约25埃/分钟或更低、约10埃/分钟或更低、或甚至约5埃/分钟或更低的多晶硅移除速率。

当用于抛光包含硅氧化物及硅氮化物的基板时，特别是，当用于浅沟槽隔离(STI)工艺中时，本发明的化学-机械抛光组合物合乎期望地展现出减小的凹陷。在STI工艺中，典型地在暴露出硅氮化物层之后继续进行抛光，以确保从硅氮化物表面完全移除硅氧化物。在该过度抛光过程期间，可继续移除保留在沟槽中的硅氧化物，以使保留在沟槽中的硅氧化物的表面低于硅氮化物的表面，这导致称为凹陷的现象。不希望受任何特定理论的限制，相信，多羟基芳族化合物选择性地结合至沟槽中所存在的硅氧化物的表面，由此抑制硅氧化物的进一步移除。

利用本发明抛光组合物抛光的基板(尤其是包含硅氧化物和/或硅氮化物和/或多晶硅的硅)合乎期望地具有如下凹陷：约或更小，例如，约或更小、约或更小、约或更小、约或更小、约或更小、约或更小、约或更小、约或更小、约或更小、或约或更小。

当抛光基板时，本发明的抛光组合物合乎期望地展现出低的颗粒缺陷，如通过合适的技术所测定的。在优选实施方式中，本发明的化学-机械抛光组合物包含促进低缺陷率的湿法铈土。利用本发明抛光组合物抛光的基板上的颗粒缺陷可通过任何适宜的技术测定。举例而言，可使用激光光散射技术(例如，暗场法向光束复合(DCN)和暗场倾斜光束复合(DCO))来测定经抛光的基板上的颗粒缺陷。用于评估颗粒缺陷率的适宜的仪器可从例如KLA-Tencor得到(例如，在120纳米阈值或160纳米阈值下操作的SURFSCAN^TM>

利用本发明抛光组合物抛光的基板(尤其是包含硅氧化物和/或硅氮化物和/或多晶硅的硅)合乎期望地具有约20,000计数或更小的DCN值，例如，约17,500计数或更小、约15,000计数或更小、约12,500计数或更小、约3,500计数或更小、约3,000计数或更小、约2,500计数或更小、约2,000计数或更小、约1,500计数或更小、或约1,000计数或更小。优选地，根据本发明的实施方式抛光的基板具有约750计数或更小、约500计数、约250计数、约125计数、或甚至约100计数或更小的DCN值。可选择地，或者此外，用本发明的化学-机械抛光组合物抛光的基板合乎期望地展现出少的刮痕，如通过合适的技术所测定的。举例而言，根据本发明的实施方式抛光的硅晶片合乎期望地具有约250条或更少的刮痕、或约125条或更少的刮痕，如通过本领域中已知的任何合适的方法所测定的。

本发明的化学-机械抛光组合物可被调整以在对具体的薄层材料具有选择性的合乎期望的抛光范围处提供有效的抛光，而同时使表面不平整性、缺陷、腐蚀、侵蚀和停止层的移除最小(少)化。在一定程度上，可通过改变抛光组合物的组分的相对浓度来控制选择性。当合乎期望时，本发明的化学-机械抛光组合物可用于以约5:1或更高(例如，约10:1或更高、约15:1或更高、约25:1或更高、约50:1或更高、约100:1或更高、或约150:1或甚至更高)的二氧化硅(silicon dioxide，硅二氧化物)对硅氮化物的抛光选择性来抛光基板。当合乎期望时，本发明的化学-机械抛光组合物可用于以约5:1或更高(例如，约10:1或更高、约15:1或更高、约25:1或更高、约50:1或更高、约100:1或更高、或约150:1或甚至更高)的二氧化硅对多晶硅的抛光选择性来抛光基板。此外，本发明的化学-机械抛光组合物可用于以约2:1或更高(例如，约4:1或更高、或约6:1或更高)的硅氮化物对多晶硅的抛光选择性来抛光基板。一些配制物可展现出甚至更高的二氧化硅对多晶硅的选择性，例如，约20:1或更高、或甚至约30:1或更高。在优选实施方式中，本发明的化学-机械抛光组合物同时提供二氧化硅相对于硅氮化物的选择性抛光以及二氧化硅相对于多晶硅的选择性抛光。

本发明的化学-机械抛光组合物和方法特别适合于与化学-机械抛光设备结合使用。典型地，该设备包含：平台，其在使用时处于运动中并且具有由轨道、线性或圆周运动产生的速度；抛光垫，其与该平台接触且在运动时随该平台移动；以及载体，其固持待通过使该基板与该抛光垫的表面接触并且使该基板相对于该抛光垫的表面移动而抛光的基板。该基板的抛光通过如下发生：将该基板放置成与该抛光垫和本发明的抛光组合物接触，且随后使该抛光垫相对于该基板移动，以便研磨该基板的至少一部分以抛光该基板。

可使用任何合适的抛光垫(例如，抛光表面)以所述化学-机械抛光组合物对基板进行抛光。合适的抛光垫包括，例如，编织及非编织的抛光垫。此外，合适的抛光垫可包含具有不同密度、硬度、厚度、可压缩性、压缩回弹能力和压缩模量的任何合适的聚合物。合适的聚合物包括，例如，聚氯乙烯、聚氟乙烯、尼龙、碳氟化合物、聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯酸酯、聚醚、聚乙烯、聚酰胺、聚氨酯、聚苯乙烯、聚丙烯、其共形成产物、及其混合物。软质聚氨酯抛光垫与本发明抛光方法结合是特别有用的。典型的垫包括但不限于SURFIN^TM>TMSSW1、SPM3100(可从例如Eminess>TM和Fujibo>TM27。特别优选的抛光垫为可从Cabot>TM>

合乎期望地，该化学-机械抛光设备进一步包含原位抛光终点检测系统，其中的许多是本领域中已知的。通过分析从正被抛光的基板表面反射的光或其它辐射来检查和监控抛光过程的技术是本领域中已知的。这样的方法描述于例如美国专利5,196,353、美国专利5,433,651、美国专利5,609,511、美国专利5,643,046、美国专利5,658,183、美国专利5,730,642、美国专利5,838,447、美国专利5,872,633、美国专利5,893,796、美国专利5,949,927和美国专利5,964,643中。合乎期望地，对于正被抛光的基板的抛光过程的进度的检查或监控使得能够确定抛光终点，即，确定何时终止对于特定基板的抛光过程。

以下实施例进一步说明本发明，但当然无论如何不应解释为限制其范围。

实施例1

该实施例表明了，在经图案化的硅氮化物基板的抛光中，具有多羟基芳族化合物的本发明组合物在凹陷方面具有优势。所述图案化(浅沟槽隔离(STI))晶片是从Sylib Wafers获得的，并且，在运行该实验之前，通过如下进行准备：首先用本体(bulk)氧化物浆料进行抛光，以移除约0.2μm的硅氧化物覆盖物(overburden)。用于晶片准备的适合的本体(bulk)氧化物浆料的实例是从Cabot Microelectronics Corp得到的Semi-Sperse 25(SS-25)。

用五种不同的抛光组合物(即，抛光组合物A至E)对五个包含覆盖于在硅基板上的0.16硅氮化物特征上的0.2μm硅氧化物的单独的经图案化的基板(从Sylib Wafers获得)进行抛光。每种抛光组合物均含有在水中的0.2重量％湿法铈土、0.06重量％聚乙烯醇、0.06重量％聚乙二醇双羧酸(polyethylene glycol biscarboxylic acid)及0.0075％杀生物剂且pH为3.6。抛光组合物1A(对照)不含任何多羟基芳族化合物。抛光组合物1B(发明)进一步包含1,3,5-三羟基苯(即，多羟基芳族化合物)。抛光组合物1C(发明)进一步包含1,3-二羟基苯(即，多羟基芳族化合物)。抛光组合物1D(对比)进一步包含3,5-吡啶二甲醇。抛光组合物1E(对比)进一步包含1,3-苯二甲醇。

在抛光后，测定有源氧化物(active oxide)的移除速率(A_RR)、沟槽氧化物的移除速率(T_RR)、有源氧化物的移除速率对沟槽氧化物的移除速率的比值(A_RR/T_RR)、以及凹陷。结果阐述于表1中。

表1图案氧化物的移除速率及凹陷

如由表1中所阐释的结果明晰的，当用于抛光包含在覆盖有硅氧化物的基板上的100μm硅氮化物特征的经图案化的基板时，如与不包含多羟基芳族化合物的抛光组合物1A、1D及1E相比的，包含多羟基芳族化合物的抛光组合物1B及1C展现出减小的凹陷。具体地说，如与抛光组合物1A相比的，包含1.3-二羟基苯的抛光组合物C展现出在凹陷方面的大约92％的降低。

实施例2

该实施例表明了，在采用延长的过度抛光(extended overpolish)的经图案化的硅氮化物基板的抛光中，包含多羟基芳族化合物的本发明组合物在凹陷方面具有优势。

用两种不同的抛光组合物(即，抛光组合物2A及2B)对六个如实施例1中所述制备的单独的STI图案化基板进行抛光。每种抛光组合物均含有在水中的0.2重量％湿法铈土、0.06重量％聚乙烯醇、0.06重量％聚乙二醇双羧酸及0.0075％杀生物剂且pH为3.6。抛光组合物2A(对比)不含多羟基芳族化合物。抛光组合物2B(发明)进一步包含1,3,5-三羟基苯(即，多羟基芳族化合物)。使用每种浆料(2A及2B)，在40％、60％及100％这三个过度抛光条件下，对三个不同的图案化晶片进行抛光。

在抛光后，在每个过度抛光条件下，针对每个图案晶片量测在100μm特征处的凹陷。结果阐述于表2中。

表2.采用过度抛光(OP)的图案性能

如由表2中所示的数据明晰的，如与组合物2A相比的，包含多羟基芳族化合物的抛光组合物2B在所有过度抛光条件下皆显示出显著减小的凹陷。例如，在100％的OP下，本发明组合物2B所展现出的凹陷不到采用对比组合物2A所观测到的凹陷的一半。

实施例3

该实施例表明了，关于在图案晶片上的高的氮化物上停止能力(stop on nitride capability)，包含多羟基芳族化合物的本发明组合物具有优势。

利用两种不同的抛光组合物(即，抛光组合物3A及3B)对六个如实施例1中所述制备的具有100μm硅氮化物特征的单独的STI图案化基板进行抛光。每种抛光组合物均含有在水中的0.2重量％湿法铈土、0.06重量％聚乙烯醇、0.06重量％聚乙二醇双羧酸及0.0075％杀生物剂且pH为3.6。抛光组合物3A(对照)不含任何多羟基芳族化合物。抛光组合物3B(发明)进一步包含1,3,5-三羟基苯(即，多羟基芳族化合物)。使用抛光组合物3A(对照)及3B(发明)，对三个不同的图案化晶片进行抛光，达到40％、70％及100％的过度抛光。

在抛光后，针对每个图案量测在100μm特征处的氮化物损失。结果阐述于表3中。

表3.采用过度抛光(OP)的图案硅氮化物(SiN)的损失

Nd＝未测得，即，SiN损失小于

如由表3中所示的数据明晰的，如与组合物3A相比的，包含多羟基芳族化合物的抛光组合物3B在所有的过度抛光条件下皆显示出显著减小的SiN损失。例如，在100％的OP下，如与组合物3A相比的，本发明组合物3B展现出小于15％的SiN损失。

将本文中引用的所有参考文献(包括出版物、专利申请和专利)特此通过参考引入，其参考程度如同每一篇参考文献被单独地和具体地说明以通过参考引入且在本文中被全部地阐述一样。

在描述本发明的范围中(尤其是在下列权利要求的范围中)使用术语“一个(种)(a,an)”和“所述(该，the)”和“至少一个(种)”以及类似指示物将被解释为涵盖单数和复数两者，除非在本文中另外说明或与上下文明显矛盾。术语“至少一个(种)”+一个或多个项目的列表(例如，“A和B中的至少一个(种)”)的使用应解释为意指选自所列示的项目的一个项目(A或B)或者所列示的项目中的两个或更多个的任意组合(A和B)，除非在本文中另外说明或与上下文明显矛盾。术语“包含”、“具有”、“包括”和“含有”将被解释为开放式术语(即，意味着“包括，但不限于”)，除非另外说明。本文中数值范围的列举仅仅意图用作单独提及落在该范围内的每个独立值的简写方法，除非在本文中另外说明，且在说明书中引入每个独立的值，就如同其在本文中被单独地列举一样。本文中描述的所有方法可以任何合适的顺序进行，除非在本文中另外说明或与上下文明显矛盾。本文中提供的任何和所有实施方式、或示例性语言(如，“例如”)的使用仅用来更好地说明本发明，而不是对本发明的范围加以限制，除非另外说明。本说明书中没有语言应被解释为将任何非要求保护的要素指明为对于本发明的实践所必需的。

本文中描述了本发明的优选实施方式，包括本发明人已知的用于实施本发明的最佳模式。在阅读上述描述后，那些优选实施方式的变型对于本领域普通技术人员可变得明晰。本发明人希望熟练技术人员在适当时采用这样的变型，且本发明人意图让本发明用不同于本文中具体描述的方式进行实践。因此，本发明包括如由适用的法律所允许的附于此的权利要求书中所叙述的主题的所有变型和等同物。此外，上述要素的以其所有可能的变型的任何组合被本发明所涵盖，除非在本文中另外说明或者以另外的方式与上下文明显矛盾。