專利名稱：用于化學(xué)機(jī)械拋光包含氧化硅電介質(zhì)和多晶硅膜的襯底的含水拋光組合物和方法
用于化學(xué)機(jī)械拋光包含氧化硅電介質(zhì)和多晶硅膜的襯底的含水拋光組合物和方法本發(fā)明涉及一種新型含水拋光組合物，其尤其適于拋光包含氧化硅電介質(zhì)和多晶硅膜且任選包含氮化硅膜的半導(dǎo)體襯底。此外，本發(fā)明涉及一種拋光用于制造電子、機(jī)械和光學(xué)器件的襯底的新型方法，所述襯底材料包含氧化硅和多晶硅膜，且任選包含氮化硅膜。引用文獻(xiàn)本申請(qǐng)所引文獻(xiàn)通過引用全文引入。
背景技術(shù)：
化學(xué)機(jī)械平坦化或拋光(CMP)是獲得集成電路(IC)器件局部和全局平坦度的主要方法。該技術(shù)通常采用含有磨料和其他添加劑的CMP組合物或淤漿作為在施加負(fù)載下處于旋轉(zhuǎn)襯底表面與拋光墊之間的活性化學(xué)品。因此，CMP方法兼具物理過程如摩擦以及化學(xué)過程如氧化或螯合。不希望襯底材料由純物理作用或純化學(xué)作用而移除或拋光，而是希望二者的協(xié)同增效組合以獲得快速均勻的移除。以此方式移除襯底材料直至獲得所需的平坦度或者直至阻擋子層或停止層暴露。最終，獲得平坦的無缺陷表面，其能通過后續(xù)的光刻、圖案化、蝕刻和薄膜加工而進(jìn)行合適的多層IC器件制造。 淺槽隔離(STI)為特定的CMP應(yīng)用，其通常需要在圖案化晶片襯底上相對(duì)于氮化硅選擇性移除二氧化硅。在這種情況下，用電介質(zhì)材料如二氧化硅過量填充經(jīng)蝕刻的溝槽，使用氮化硅阻擋膜作為停止層拋光該電介質(zhì)材料。在從阻擋膜清除二氧化硅且同時(shí)使暴露的氮化硅和溝槽氧化硅的移除最小化的情況下結(jié)束CMP方法。這要求CMP淤漿能實(shí)現(xiàn)二氧化硅材料移除速率MRR對(duì)氮化硅移除速率MRR的高相對(duì)比，該比值在本領(lǐng)域中也稱為氧化物對(duì)氮化物的選擇性。近年來，也將多晶硅膜用作為阻擋膜或電極材料(參見美國(guó)專利US6, 626，968B2)。因此，非常希望提供允許對(duì)包含氧化硅電介質(zhì)材料和多晶硅膜的襯底進(jìn)行全局平坦化的CMP淤漿和方法。這要求CMP淤漿具有高氧化物對(duì)多晶硅的選擇性。甚至更希望提供允許對(duì)額外包含氮化硅膜的襯底進(jìn)行全局平坦化的CMP淤漿和方法。在這種情況下，氧化物對(duì)氮化物的選擇性不應(yīng)過高，以避免在包含氧化硅、氮化硅和多晶硅區(qū)域的全局平坦化、異質(zhì)、圖案化表面中形成碟形缺陷和其他破壞及缺陷。然而，氣化娃對(duì)多晶娃的選擇性也應(yīng)聞。在STI應(yīng)用中，氧化鈰基CMP淤漿由于其能實(shí)現(xiàn)較高的氧化物對(duì)氮化物選擇性而頗受關(guān)注，所述高氧化物對(duì)氮化物選擇性歸因于氧化鈰對(duì)二氧化硅的高化學(xué)親和力，這在本領(lǐng)域也稱為氧化鋪的化學(xué)齒化作用(toothaction)。盡管如此，必須借助“調(diào)節(jié)”該選擇性的添加劑以改善氧化鈰基CMP淤漿的氧化物對(duì)多晶娃的選擇性。已進(jìn)行了許多嘗試以調(diào)節(jié)氧化鈰基CMP淤漿的選擇性。因此，Jae-DonLee 等在 Journal of the Electrochemical Society, 149 (8),G477-G481，2002中公開了具有不同親水-親脂平衡(HLB)值的非離子表面活性劑如聚氧化乙烯、氧化乙烯-氧化丙烯共聚物和氧化乙烯-氧化丙烯-氧化乙烯三嵌段共聚物對(duì)CMP期間的氧化物對(duì)多晶硅選擇性的影響。然而，使用熱解法二氧化硅作為磨料。P.ff.Carter 等在 Electrochemical and Solid-State Letters, 8 (8),G218-G221 (2005), Interfacial Reactivity between Ceria and Silicon Dioxide andSilicon Nitride Surfaces, Organic Additive Effects 中公開了谷氨酸、卩比唳甲酸、4_輕基苯甲酸、咪唑、乙酸、甲酸、3-羥基吡啶甲酸、鄰氨基苯甲酸、卩比咯甲酸、環(huán)己烷甲酸、哌嗪、吡啶、2-苯基乙酸、苯甲酸、3-氨基苯酚、琥珀酸、甜菜堿、甘氨酸、脯氨酸、苯磺酸、嗎啉、水楊酸、對(duì)苯二甲酸、蘋果酸、異丙醇、檸檬酸和草酸對(duì)氧化物對(duì)氮化物的選擇性的影響。

Y.N.Prasad 等在 Electrochemical and Solid-State Letters, 9(12),G337-G339 (2006), Role ofAmino-Acid Absorption on Silica and Silicon NitrideSurfaces during STI CMP中公開了脯氨酸和精氨酸的影響。Hyun-Goo Kang 等在 Journal of Material Research,第 22 卷第 3 期，2007 年，第777-787頁公開了在淺槽隔離化學(xué)機(jī)械平坦化中，氧化鈰淤漿中的磨料粒度和聚丙烯酸分子量對(duì)Si02/Si3N4膜移除選擇性的影響。S.Kim 等在 Journal of Colloid and Interface Science, 319 (2008),第 48-52頁中公開了用于化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)的陰離子聚電解質(zhì)的吸收行為。S.V.Babu 等在 Electrochemical and Sol id-State Letters, 7(12),G327-G330(2004), Slurry Additive Effects on the Suppression of Silicon NitrideRemoval during CMP中研究了精氨酸、賴氨酸、脯氨酸、N-甲基甘氨酸、丙氨酸、甘氨酸、批啶甲酸、N, N- 二甲基甘氨酸、3-氨基丁酸和異煙酸的影響。Jae-Dong Lee 等在 Journal of the Electrochemical Society,149 (8),G477-G481,2002, Effects of Nonionic Surfactants on Oxide-To-Polysi I iconSelectivity during Chemical Mechanical Polishing 中公開了表面活性劑如聚氧化乙烯(PEO)和氧化乙烯-氧化丙烯-氧化乙烯三嵌段共聚物對(duì)選擇性的影響。然而，并未提及氧化物對(duì)氮化物的選擇性。美國(guó)專利US5, 738，800、US6, 042，741、US6, 132，637 和 US6, 218，305B 公開了氧化
鈰基CMP淤漿，其包含絡(luò)合劑，如蘋果酸、酒石酸、葡糖酸、檸檬酸、鄰二羥基苯甲酸和多羥基苯甲酸、鄰苯二甲酸、焦兒茶酚、焦掊酚、掊酸、單寧酸及其鹽。此外，所述氧化鈰基CMP淤漿包含陰離子、陽離子、兩性或非離子表面活性劑。其聲稱該氧化鈰基CMP淤漿具有高氧化物對(duì)氮化物選擇性。美國(guó)專利US5, 759，917、US6, 689，692B1 和 US6, 984，588B2 公開了氧化鈰基 CMP 淤
漿，其包含羧酸，如乙酸、己二酸、丁酸、癸酸、己酸、辛酸、檸檬酸、戊二酸、乙醇酸、甲酸、富馬酸、乳酸、月桂酸、蘋果酸、馬來酸、丙二酸、肉豆蘧酸、草酸、棕櫚酸、鄰苯二甲酸、丙酸、丙酮酸、硬脂酸、琥珀酸、酒石酸、戊酸、2-(2-甲氧基乙氧基)乙酸、2-[2-(2_甲氧基乙氧基)乙氧基]乙酸、聚乙二醇二(羧甲基)醚及其衍生物和鹽。此外，所述氧化鈰基CMP淤漿包含水溶性有機(jī)和無機(jī)鹽，如硝酸鹽、磷酸鹽和硫酸鹽。其聲稱該氧化鈰基CMP淤漿優(yōu)先于氮化硅層地拋光氧化硅過填充物。美國(guó)專利US6，299，659B1公開了一種氧化鈰基CMP淤漿，其中用硅烷、鈦酸酯、鋯酸酯、鋁和磷酸鹽偶聯(lián)劑處理磨料顆粒以改善氧化物對(duì)氮化物的選擇性。美國(guó)專利申請(qǐng)US2002/0034875A1和美國(guó)專利US6, 626，968B2公開了一種氧化鈰基CMP淤漿，其包含有表面活性劑，pH值調(diào)節(jié)劑如氫氧化鉀、硫酸、硝酸、鹽酸或磷酸以及含有親水官能團(tuán)和疏水官能團(tuán)的聚合物如聚乙烯基甲基醚(PVME)、聚乙二醇(PEG)、聚氧化乙烯23月桂基醚(POLE)、聚丙酸(PPA)、聚丙烯酸(PM)和聚乙二醇二醚(PEGBE)。所述氧化鈰基CMP淤漿提高了氧化物對(duì)多晶硅的選擇性。美國(guó)專利US6，436，835B1公開了一種用于淺槽隔離工藝的氧化鈰基CMP淤漿，其包含具有羧酸或羧酸鹽或磺酸或胺磺?；乃苄杂袡C(jī)化合物，如聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、萘磺酸-福爾馬林縮合物、蘋果酸、乳酸、酒石酸、葡糖酸、檸檬酸、琥珀酸、己二酸、富馬酸、天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸4-氨基丁酸、6-氨基己酸、12-氨基月桂酸、精氨酸、甘氨酰甘氨酸、月桂基苯磺酸及其銨鹽。其聲稱所述氧化鈰基CMP淤漿具有高氧化物對(duì)氮化物的選擇性。美國(guó)專利US6, 491，843B1、US6, 544，892B2 和 US6, 627，107B2 公開了一種用于改
善氧化物對(duì)氮化物選擇性的氧化鈰基CMP淤漿，其包含α -氨基酸如賴氨酸、丙氨酸和脯氨酸。美國(guó)專利US6，616，514Β1公開了一種用于改善氧化物對(duì)氮化物選擇性的氧化鈰基CMP淤漿，其包含具有至少3個(gè)在含水介質(zhì)中不可離解的羥基的有機(jī)多元醇，或由至少一種具有至少3個(gè)在含水介質(zhì)中不可離解的羥基的單體所形成的聚合物，如甘露糖醇、山梨糖醇、甘露糖、木糖醇、山梨糖、蔗糖和糊精。美國(guó)專利US7, 071, 105Β2和美國(guó)申請(qǐng)US2006/0144824A1公開了氧化鈰基CMP淤漿，其包含拋光添 加劑，所述拋光添加劑包含PKa為4-9的官能團(tuán)。所述拋光添加劑選自如下組:芳基胺、氨基醇、脂族胺、雜環(huán)族胺、異羥肟酸、氨基羧酸、環(huán)狀單羧酸、不飽和單羧酸、取代酚、磺酰胺、硫醇及其鹽，尤其是氯化物、溴化物、硫酸鹽、磺酸鹽、三氟甲磺酸鹽、乙酸鹽、三氟乙酸鹽、苦味酸鹽、全氟丁酸鹽以及鈉、鉀和銨鹽。明確提及的芳基胺為苯胺、4-氯苯胺、3-甲氧基苯胺、N-甲基苯胺、4-甲氧基苯胺、對(duì)甲苯胺、鄰氨基苯甲酸、3-氨基-4-羥基苯磺酸、氨基芐醇、氨基芐胺、1-(-氨基苯基)吡咯、1-(3-氨基苯基)乙醇、2-氨基苯基醚、2，5-雙(4-氨基苯基)-1,3,4-1 二唑、2_(2-氛基苯基)-1H-1, 3，4_ 二唑、2_氛基苯、3_氛基苯、4_氛基苯、二甲基氛基苯酚、2-氨基硫代苯酚、3-氨基硫代苯酚、4-氨基苯基甲基硫醚、2-氨基苯磺酰胺、鄰氨基苯磺酸、3-氨基苯硼酸、5-氨基間苯二甲酸、乙?；前贰⒒前匪?、鄰-或?qū)?氨苯基胂酸和(3R)-3-(4-二氟甲基苯基氨基)戍酸。明確提及的氨基醇為三乙醇胺、芐基二乙醇胺、三(羥甲基)氨基甲烷、羥胺和四環(huán)素。明確提及的脂族胺為甲氧基胺、羥胺、N-甲基羥胺、N，O-二甲基羥胺、二氟乙基胺、乙二胺、三亞乙基二胺、((丁基氨基)(2-羥基苯基)甲基)磷酸二乙酯、亞氨基乙烷、亞氨基丁燒、二烯丙基胺、氰胺如氨基乙腈、二甲基氨基乙腈、2_氨基-2-氰基丙燒、異丙基氨基丙腈、二乙基氨基丙腈、氨基丙腈、二氰基二乙基胺、肼、甲基肼、四甲基肼、N，N- 二甲基肼、苯肼、N，N- 二乙基肼、三甲基肼、乙基肼及其鹽。明確提及的雜環(huán)族胺為咪唑、1-甲基咪唑、2-甲基咪唑、2-乙基咪唑、2-羥甲基咪唑、1-甲基-2-羥甲基咪唑、苯并咪唑、喹啉、異喹啉、羥基喹啉、三聚氰胺、吡啶、聯(lián)吡啶、
2-甲基吡啶、4-甲基吡啶、2-氨基吡啶、3-氨基吡啶、2，3-吡啶二甲酸、2，5-吡啶二甲酸、2，6-吡啶二甲酸、5- 丁基-2-吡啶甲酸、2-吡啶甲酸、3-羥基-2-吡啶甲酸、4-羥基-2-吡啶甲酸、3-苯甲?；?2-卩比啶甲酸、6-甲基-2-卩比啶甲酸、3-甲基-2-卩比啶甲酸、6-溴-2-批啶甲酸、6-氯-2-吡啶甲酸、3，6- 二氯-2-吡啶甲酸、4-肼基-3，5，6-三氯-2-吡啶甲酸、2-喹啉甲酸、4-甲氧基-2-喹啉甲酸、8-輕基-2-喹啉甲酸、4，8-輕基-2-喹啉甲酸、7-氯-4-羥基-2-喹啉甲酸、5，7- 二氯-4-羥基-2-喹啉甲酸、5-硝基-2-喹啉甲酸、
1-異喹啉甲酸、3-異喹啉甲酸、吖啶、苯并喹啉、苯并吖啶、可樂定、毒藜?jí)A、降煙堿、三唑并吡啶、吡哆素、5-羥色胺、組胺、苯二氮雜革、氮丙啶、嗎啉、1，8-二氮雜雙環(huán)(5，4，O)十一碳烯-7、DABCO、六亞甲基四胺、哌嗪、N-苯甲?；哙?、1-甲苯磺?；哙?、N-羧乙基哌嗪、
I,2，3-三唑、1，2，4-三唑、2-氨基噻唑、吡咯、吡咯-2-甲酸、3-吡咯啉-2-甲酸、乙基吡咯啉、環(huán)己基吡咯啉、甲苯基吡咯啉、四唑、5-環(huán)丙基四唑、5-羥基四唑、5-苯氧基四唑、5-苯基四唑、氟尿嘧啶、甲基硫尿嘧啶、5，5- 二苯基乙內(nèi)酰脲、5，5- 二甲基-2，4-德唑烷二酮、鄰苯二甲酰亞胺、琥珀酰亞胺、3，3-甲基苯基戊二酰亞胺、3，3-二甲基琥珀酰亞胺、咪唑并[2，3_b]噻藥唑(thioxazole)、羥基咪唑并[2，3_a]異吲哚、5，5-甲基苯基巴比妥酸、1，5，5-三甲基巴比妥酸、海索比妥、5，5-二甲基巴比妥酸、1，5-二甲基-5-苯巴比妥酸及其鹽。具體提及的異羥肟酸為甲異羥肟酸、乙異羥肟酸、苯異羥肟酸、水楊苷異羥肟酸、
2-氨基苯異羥肟酸、2-氯苯異羥肟酸、2-氟苯異羥肟酸、2-硝基苯異羥肟酸、3-硝基苯異羥肟酸、4-氨基苯異羥肟酸、4-氯苯異羥肟酸、4-氟苯異羥肟酸、4-硝基苯異羥肟酸及其鹽。明確提及的氨基羧酸為谷氨酸、羥基谷氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、重氮絲胺酸、半胱氨酸、組氨酸、3-甲 基組氨酸、胞嘧啶、7-氨基頭孢烷酸和肌肽。明確提及的環(huán)狀單羧酸為萘-2-甲酸、環(huán)己烷甲酸、環(huán)己基乙酸、2-苯基乳酸、4-羥基苯甲酸、3-羥基苯甲酸、2-吡啶甲酸、順-和反-環(huán)己烷甲酸、苯甲酸及其鹽。明確提及的不飽和單羧酸為肉桂酸、丙烯酸、3-氯丙基-2-烯甲酸、巴豆酸、4- 丁 -2-烯甲酸、順或反-2-戊酸、2-甲基-2-戊酸、2-己烯酸和3-乙基-2-己烯酸及其鹽。明確提及的酌■為硝基苯酌.、2，6_ 二齒_4_硝基苯酌.、2，6_ 二 (^_12燒基-4-硝基苯酌.、2，4- 二硝基苯酌.、3，4- 二硝基苯酌.、2_Ci_12燒基-4，6- 二硝基苯酌.、2-齒-4, 6- 二硝基苯酚、二硝基鄰甲酚、苦味酸及其鹽。明確提及的磺酰胺為N-氯甲苯基磺酰胺、二氯苯磺胺米隆(dichlorophenamidemafenide)、尼美舒利(nimesulide)、磺胺甲基硫代二嗪、磺胺培林(sulfaperin)、乙?；前?、磺胺嘧啶、磺胺二甲氧噠嗪、磺胺二甲嘧啶、磺胺吡啶、磺胺喹冗藥啉及其鹽。明確提及的硫醇為二硫化二氫、半胱胺、半胱氨?；腚装彼?、甲基半胱氨酸、苯硫酚、對(duì)氯苯硫酚、鄰氨基苯硫酚、鄰巰基苯乙酸對(duì)硝基苯硫醇、2-巰基乙磺酸鹽、N- 二甲基半胱胺、二丙基半胱胺、二乙基半胱胺、巰基乙基嗎啉、甲基硫基乙醇酸鹽、巰基乙胺、N-三甲基半胱氨酸、谷胱甘肽、巰基乙基哌啶、二乙基氨基丙烷硫醇及其鹽。據(jù)信所述拋光添加劑能提高氧化物對(duì)氮化物的選擇性。
美國(guó)專利申請(qǐng)US2006/0124594A1公開了一種氧化鈰基CMP淤漿，其具有至少1.5cP的粘度且包含增粘劑，所述增粘劑包括非離子聚合物如聚乙二醇(PEG)。據(jù)稱該氧化鈰基CMP淤漿具有高氧化物對(duì)氮化物選擇性和低晶片內(nèi)非均勻性WIWNU。美國(guó)專利申請(qǐng)US2006/0207188A1公開了一種氧化鈰基CMP淤漿，其包含諸如聚丙烯酸或聚甲基丙烯酸烷基酯的聚合物與諸如丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、乙基-甲基丙烯酰胺、乙烯基吡啶或乙烯基吡咯烷酮的單體的反應(yīng)產(chǎn)物。據(jù)信所述反應(yīng)產(chǎn)物也能提高氧化物對(duì)氮化物的選擇性。美國(guó)專利申請(qǐng)US2006/0216935A1公開了一種氧化鈰基CMP淤漿，其包含蛋白質(zhì)、賴氨酸和/或精氨酸，以及吡咯烷酮類化合物如聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)、N-辛基-2-吡咯烷酮、N-乙基-2-吡咯烷酮、N-羥乙基-2-吡咯烷酮、N-環(huán)己基-2-吡咯烷酮、N- 丁基-2-吡咯烷酮、N-己基-2-吡咯烷酮、N-癸基-2-吡咯烷酮、N-十八烷基-2-吡咯烷酮和N-十六烷基-2-吡咯烷酮。所述氧化鈰基CMP淤漿可進(jìn)一步包含分散劑，如聚丙烯酸、二醇和聚二醇。具體實(shí)施例使用脯氨酸、聚乙烯基吡咯烷酮或N-辛基-2-吡咯烷酮、PPO/PEO嵌段共聚物和戊二醛。據(jù)信所述氧化鈰基CMP淤漿不腐蝕性地移除溝槽二氧化硅，由此允許超出端點(diǎn)的延伸性拋光而基本不提聞最小臺(tái)階聞度。美國(guó)專利申請(qǐng)US2007/0077865A1公開了一種氧化鈰基CMP淤漿，其包含優(yōu)選獲自由BASF銷售的Pluronic 族的聚氧化乙烯/聚氧化丙烯共聚物。所述氧化鈰基CMP淤漿可進(jìn)一步包含氨基醇如2-二甲基氨基-2-甲基-1-丙醇(DMAMP)、2-氨基-2-乙基_1_丙醇(AMP)、2-(2-氨基乙基氨基)乙醇、2-(異丙基氨基)乙醇、2-(甲基氨基)乙醇、2-( 二乙基氨基)乙醇、2-(2-二甲基氨基)乙氧基)乙醇、1，1’-[[3-( 二甲基氨基)丙基]亞氨基]-雙_2_丙醇、2-(2-丁基氨基)乙醇、2_(叔丁基氨基)乙醇、2-( 二異丙基氨基)乙醇和N-(3-氨基丙基)嗎啉。所述氧化鈰基CMP淤漿可進(jìn)一步包含季銨化合物，如四甲基氫氧化銨；成膜劑，如烷基胺、鏈烷醇胺、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、聚乙烯基硫酸酯、苯并三唑、三唑和苯并咪唑；以及絡(luò)合劑，如乙酰丙酮、乙酸鹽、乙醇酸鹽、乳酸鹽、葡糖酸鹽、掊酸、草酸鹽、鄰苯二甲酸鹽、檸檬酸鹽、琥珀酸鹽、酒石酸鹽、蘋果酸鹽、乙二胺四乙酸、乙二醇、焦兒茶酚、焦掊酚、單寧酸、姆鹽和膦酸。據(jù)信所述氧化鈰基CMP淤漿提供了良好的氧化硅對(duì)多晶娃選擇性和/或氮化娃對(duì)多晶娃選擇性。美國(guó)專利申請(qǐng)US2007/0175104A1公開了一種氧化鈰基CMP淤漿，其包含選自具有被選自如下組的任何成員取代的N-單取代或N，N- 二取代骨架的水溶性聚合物的多晶硅拋光抑制劑:丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺及其α -取代衍生物；聚乙二醇；聚乙烯基吡咯烷酮；烷氧基化的直鏈脂族醇以及基于乙炔的二醇的氧化乙烯加合物。所述氧化鈰基CMP淤漿可包含其他水溶性聚合物，如多醣如藻酸、果膠酸、羧甲基纖維素、瓊脂、凝膠多糖和茁霉多糖(pulIulan);聚羧酸，如聚天冬氨酸、聚谷氨酸、聚賴氨酸、聚蘋果酸、聚甲基丙烯酸、聚酰亞胺酸、聚馬來酸、聚衣康酸、聚富馬酸、聚(對(duì)苯乙烯甲酸)、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、氨基聚丙烯酰胺、聚乙醛酸及其鹽；以及乙烯基聚合物，如聚乙烯醇和聚丙烯醛。據(jù)稱所述氧化鈰基CMP淤漿具有高氧化硅對(duì)多 晶硅選擇性。美國(guó)專利申請(qǐng)US2007/0191244A1公開了一種氧化鈰基CMP淤漿，其包含具有30-500重均分子量且含有羥基和羧基或兩者的化合物，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、琥珀酸鹽、含EDTA的化合物、戊二酸鹽、亞甲基琥珀酸鹽、甘露糖、甘油糖-半乳糖-庚糖、赤蘚糖-甘露糖-辛糖、阿拉伯糖-半乳糖-壬糖和谷氨酰胺。所述氧化鈰基CMP淤漿可進(jìn)一步包含線性聚合物酸或具有烷氧基聚亞烷基二醇側(cè)鏈的接枝型聚合物酸。據(jù)稱所述氧化鈰基CMP淤漿實(shí)現(xiàn)了改善的經(jīng)拋光晶片的全局平坦度。美國(guó)專利申請(qǐng)US2007/0218811A1公開了一種氧化鈰基CMP淤漿，其具有4-7.5的PH值且包含分散劑、聚羧酸和100-1000ppm的強(qiáng)酸，所述強(qiáng)酸的第一可離解酸基的pKa值為
3.2或更小。作為實(shí)例提及了丙烯酸和甲基丙烯酸的聚合物作為陰離子分散劑，聚氧乙烯衍生物作為非離子分散劑，和聚乙烯基吡咯烷酮作為陽離子分散劑。具體提及的強(qiáng)酸為硫酸、HC1、硝酸、磷酸、草酸、馬來酸、苦味酸、亞硫酸、硫代亞硫酸、酰氨基硫酸、氯酸、高氯酸、亞氯酸、氫碘酸、高碘酸、碘酸、氫溴酸、高溴酸、鉻酸、亞硝酸、二膦酸、三聚磷酸、次膦酸、吡啶甲酸、膦酸、異煙酸、煙酸、三氯乙酸、二氯乙酸、氯乙酸、氰基乙酸、草酰乙酸、硝基乙酸、溴乙酸、氟乙酸、苯氧基乙酸、鄰溴苯甲酸、鄰硝基苯甲酸、鄰氯苯甲酸、對(duì)氨基苯甲酸、鄰氨基苯甲酸、鄰苯二甲酸、富馬酸、丙二酸、酒石酸、檸檬酸、鄰氯苯胺、2，2’ -聯(lián)吡啶、4，4’ -聯(lián)吡啶、2，6-吡啶二甲酸、丙酮酸、聚苯乙烯磺酸、聚磺酸、谷氨酸、水楊酸、天冬氨酸、2-氨基乙基膦酸、賴氨酸、精氨酸、異亮氨酸、肌氨酸、鳥氨酸、鳥苷、瓜氨酸、酪氨酸、纈氨酸、次黃質(zhì)、蛋氨酸、賴氨酸和亮氨酸。據(jù)稱所述氧化鈰基CMP淤漿導(dǎo)致有效的高速操作、更容易的過程管理和更小的膜厚度波動(dòng)(由于圖案密度差異所導(dǎo)致)。美國(guó)專利申請(qǐng)US2008/0085602A1和US2008/0124913A1公開了氧化鈰基CMP淤漿，其包含0.001-0.1重量％的選自氧化乙烯-氧化丙烯-氧化乙烯三嵌段共聚物和聚丙烯酸的非離子表面活性劑作為分散劑。據(jù)稱所述氧化鈰基淤漿具有高氧化硅和氮化硅對(duì)多晶硅的選擇性。電子器件，尤其 是半導(dǎo)體集成電路(IC)的制造需要尤其涉及高選擇性CMP的高精度方法。 盡管現(xiàn)有技術(shù)的氧化鈰基CMP淤漿可具有令人滿意的氧化物對(duì)多晶硅的選擇性且可獲得具有良好的全局和局部平坦度的拋光晶片(例如晶片內(nèi)非均勻性(WIWNU)和晶片間非均勻性(WTWNU))，但I(xiàn)C構(gòu)造，尤其是具有LSI (大規(guī)模集成)或VLSI (超大規(guī)模集成)的IC的不斷減小的尺寸需要持續(xù)改善氧化鈰基CMP淤漿，以滿足集成電路器件制造商日益提高的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)要求。然而，該持續(xù)改善現(xiàn)有技術(shù)氧化鈰基CMP淤漿的迫切需要不僅適用于集成電路器件領(lǐng)域，而且也必須改善在制造其他電子器件的領(lǐng)域中的拋光和平坦化功效，所述其他電子器件如液晶面板、有機(jī)電致發(fā)光面板、印刷電路板、微機(jī)械、DNA芯片、微裝置、光伏電池和磁頭；以及高精度機(jī)械器件和光學(xué)器件，尤其是光學(xué)玻璃如光掩模、透鏡和棱鏡；無機(jī)導(dǎo)電膜如氧化銦錫(ITO);光集成電路、光開關(guān)元件、光波導(dǎo)、光學(xué)單晶如光纖端面和閃爍體、固態(tài)激光器單晶、用于藍(lán)色激光LED的藍(lán)寶石襯底、半導(dǎo)體單晶和用于磁盤的玻璃基材。這類電子和光學(xué)器件的制造也需要高精度CMP工藝步驟。歐洲專利申請(qǐng)EP1338636A1公開了一種氧化鈰基CMP淤漿，其包含選自纖維素、結(jié)晶纖維素、纖維素衍生物、二氧化硅、藻酸鹽、β -萘磺酸鹽福爾馬林縮合物、磷酸氫鈣、蛋白質(zhì)、多肽和有機(jī)高分子絮凝劑的抗凝固劑，以及分散劑或表面活性劑如縮合磷酸鹽，如焦磷酸、焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉或六偏磷酸鈉。然而，其僅公開了玻璃的拋光。日本專利申請(qǐng)JP2005-336400A公開了一種氧化鈰基CMP淤漿，其包含水溶性縮合磷酸鹽，如焦磷酸鹽、三聚磷酸鹽和六偏磷酸鹽；以及水溶性碳酸鹽或碳酸氫鹽。所述氧化鈰基CMP淤漿可進(jìn)一步包含水溶性有機(jī)溶劑，如甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1- 丁醇、2- 丁醇、乙二醇、丙二醇和1，2，3-丙三醇，酮如丙酮和甲乙酮，四氫呋喃、N, N-二甲基甲酰胺、二甲亞砜和1，4- 二^惡烷。據(jù)稱所述氧化鈰基CMP淤漿就拋光精度、清潔、初始拋光速率和拋光速率方面而言改善了拋光。然而，其僅公開了玻璃的拋光。日本專利申請(qǐng)JP2001-240850A公開了一種CMP淤漿，其包含氧化鋁、氧化鋯或碳化硅作為磨料；氧化烯-氧化乙烯嵌段或無規(guī)共聚物作為分散劑，以及磷酸鈉或聚磷酸鈉作為“防銹劑”。所述CMP淤漿用于拋光硅晶片、玻璃、鋁、陶瓷、合成二氧化硅、石英和藍(lán)寶
O發(fā)明目的因此，本發(fā)明的目的是提供一種新型含水拋光組合物，特別是新型化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)組合物，尤其是新型氧化鈰基CMP淤漿，其不再具有現(xiàn)有技術(shù)拋光組合物的缺陷和缺點(diǎn)。特別地，所述新型含水拋光組合物，特別是所述新型化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)組合物，尤其是所述新型氧化鈰基CMP淤漿應(yīng)表現(xiàn)出顯著改善的氧化物對(duì)多晶硅選擇性，且獲得具有優(yōu)異的全局和局部平坦度(如晶片內(nèi)非均勻性(WIWNU)和晶片間非均勻性(WTWNU))的拋光晶片。因此，其應(yīng)非常適于制造具有尺寸小于50nm的結(jié)構(gòu)的IC構(gòu)造，尤其是具有LSI (大規(guī)模集成)或VLSI (超大規(guī)模集成)的1C。此外，所述新型含水拋光組合物，特別是所述新型化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)組合物，尤其是所述新型氧化鈰基CMP淤漿應(yīng)不僅格外適用于集成電路器件領(lǐng)域，而且也應(yīng)最有效且有利地適用于其他電子器件的制造領(lǐng)域中，所述其他電子器件如液晶面板、有機(jī)電致發(fā)光面板、印刷電路板、微機(jī)械、DNA芯片、微裝置和磁頭；以及高精度機(jī)械器件和光學(xué)器件，尤其是光學(xué)玻璃如光掩模、透鏡和棱鏡；無機(jī)導(dǎo)電膜如氧化銦錫(ITO);光集成電路、光開關(guān)元件、光波導(dǎo)、光學(xué)單晶如光纖端面和閃爍體、固態(tài)激光器單晶、用于藍(lán)色激光LED的藍(lán)寶石襯底、半導(dǎo)體單晶和用于磁盤的玻璃基材。最特別地，所述新型氧化鈰基CMP淤漿也應(yīng)表現(xiàn)出高氮化物對(duì)多晶硅選擇性和適中的氧化物對(duì)氮化物選擇性。本發(fā)明的另一目的是提供一種拋光用于機(jī)械、電子和光學(xué)器件的襯底的新型方法，所述襯底材料包含氧化娃電介質(zhì)和多晶娃膜，且任選包含氮化娃膜。發(fā)明簡(jiǎn)述因此，已發(fā)現(xiàn)所述新型含水拋光組合物，所述含水拋光組合物包含:(A)至少一種磨料顆粒，當(dāng)其分散于不含組分(C)且pH值為3-9的含水介質(zhì)中時(shí)帶正電荷，如電泳遷移率所證實(shí)的那樣；(B)至少一種選自線性和支化氧化烯均聚物和共聚物的水溶性或水分散性聚合物；和(C)至少一種陰離子 磷酸鹽分散劑。在下文中，將所述新型含水拋光組合物稱為“本發(fā)明的組合物”。
此外，已發(fā)現(xiàn)所述拋光用于機(jī)械、電子和光學(xué)器件的襯底的新型方法，包括使所述襯底材料與本發(fā)明組合物接觸至少一次并拋光所述襯底材料，直至獲得所需平坦度。在下文中，將所述拋光用于機(jī)械、電子和光學(xué)器件的襯底材料的新型方法稱為“本發(fā)明的方法”。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)鑒于現(xiàn)有技術(shù)，令本領(lǐng)域技術(shù)人員驚訝且無法預(yù)料的是，本發(fā)明的目的可通過本發(fā)明的組合物和本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)。特別令人驚訝的是，本發(fā)明組合物呈現(xiàn)出顯著改善的氧化物對(duì)多晶硅的選擇性，且獲得具有優(yōu)異 全局和局部平坦度的拋光晶片(如晶片內(nèi)非均勻性(WIWNU)和晶片間非均勻性(WTWNU))。因此，其非常適于制造具有尺寸小于50nm的結(jié)構(gòu)的IC構(gòu)造，尤其是具有LSI (大規(guī)模集成)或VLSI (超大規(guī)模集成)的1C。此外，本發(fā)明組合物在長(zhǎng)期運(yùn)輸和儲(chǔ)存期間穩(wěn)定，該穩(wěn)定性顯著改善了后勤和過
程管理。此外，本發(fā)明組合物不僅格外適用于集成電路器件領(lǐng)域，而且最有效且有利地適用于制造其他電子器件的領(lǐng)域中，所述其他電子器件如液晶面板、有機(jī)電致發(fā)光面板、印刷電路板、微機(jī)械、DNA芯片、微裝置和磁頭；以及高精度機(jī)械器件和光學(xué)器件，尤其是光學(xué)玻璃如光掩模、透鏡和棱鏡；無機(jī)導(dǎo)電膜如氧化銦錫(ITO);光集成電路、光開關(guān)兀件、光波導(dǎo)、光學(xué)單晶如光纖端面和閃爍體、固態(tài)激光器單晶、用于藍(lán)色激光LED的藍(lán)寶石襯底、半導(dǎo)體單晶和用于磁盤的玻璃基材。最特別地，本發(fā)明組合物也表現(xiàn)出高氮化物對(duì)多晶硅選擇性和適中的氧化物對(duì)氮化物選擇性。因此，本發(fā)明組合物最特別地適用于本發(fā)明方法。本發(fā)明方法可最有利地用于拋光(尤其是化學(xué)機(jī)械拋光)電子器件的襯底材料，所述電子器件如液晶面板、有機(jī)電致發(fā)光面板、印刷電路板、微機(jī)械、DNA芯片、微裝置和磁頭；以及高精度機(jī)械器件和光學(xué)器件，尤其是光學(xué)玻璃如光掩模、透鏡和棱鏡；無機(jī)導(dǎo)電膜如氧化銦錫(ITO);光集成電路、光開關(guān)元件、光波導(dǎo)、光學(xué)單晶如光纖端面和閃爍體、固態(tài)激光器單晶、用于藍(lán)色激光LED的藍(lán)寶石襯底、半導(dǎo)體單晶和用于磁盤的玻璃基材。然而，最特別地是，本發(fā)明方法非常適于拋光包含氧化硅電介質(zhì)和多晶硅膜且任選包含氮化硅膜的半導(dǎo)體晶片。本發(fā)明方法獲得無蝶形缺陷、杯形缺陷(cupping)或熱點(diǎn)的優(yōu)異全局和局部平坦度和均衡性的拋光晶片，如晶片內(nèi)非均勻性(WIWNU)和晶片間非均勻性(WTWNU)所例示。因此，其非常適于制造具有尺寸小于50nm的結(jié)構(gòu)的IC構(gòu)造，尤其是具有LSI (大規(guī)模集成)或VLSI (超大規(guī)模集成)的1C。發(fā)明詳述本發(fā)明的組合物為含水組合物。這意指其包含水，尤其是超純水作為主溶劑和分散劑。然而，本發(fā)明組合物可包含至少一種水溶混性有機(jī)溶劑，但所述有機(jī)溶劑的量?jī)H為不改變本發(fā)明組合物的水性特性的少量。本發(fā)明組合物優(yōu)選包含其量為60-99.95重量％，更優(yōu)選70-99.9重量％，甚至更優(yōu)選80-99.9重量％，最優(yōu)選90-99.9重量％的水，所述重量百分比基于本發(fā)明組合物的總重量。
“水溶性”意指本發(fā)明組合物的有關(guān)組分或成分可以以分子水平溶于水相中?！八稚⑿浴币庵副景l(fā)明組合物的有關(guān)組分或成分可分散于水相中并形成穩(wěn)定的乳液或懸浮液。本發(fā)明組合物的第一必要成分為至少一種，優(yōu)選一種磨料顆粒(A)。當(dāng)分散于不含下文所述的陰離子磷酸鹽分散劑(C)且具有3-9的pH值的含水介質(zhì)中時(shí)，磨料顆粒(A)帶正電荷。所述正電荷被磨料顆粒(A)的電泳遷移率μ ( μ m/s) (V/cm)所證實(shí)。電泳遷移率μ可使用諸如Malvern, Ltd的Zetasizer Nano的儀器直接測(cè)量。磨料顆粒(A)的平均粒度可在寬范圍內(nèi)變化，且因此可最有利地調(diào)節(jié)以滿足本發(fā)明給定組合物和方法的具體要求。由動(dòng)態(tài)激光散射所測(cè)定的平均粒度優(yōu)選為l_2000nm，優(yōu)選 Ι-lOOOnm，更優(yōu)選 l_750nm，最優(yōu)選 l_500nm。磨料顆粒(A)的粒度分布可為單峰、雙峰或多峰。粒度分布優(yōu)選為單峰，從而在本發(fā)明方法期間具有易再現(xiàn)的磨料顆粒(A)的綜合性質(zhì)和易再現(xiàn)的條件。

此外，磨料顆粒(A)的粒度分布可為窄或?qū)挼摹Ａ６确植純?yōu)選為窄的，僅具有少量的小顆粒和大顆粒，從而在本發(fā)明方法期間具有易再現(xiàn)的磨料顆粒(A)綜合性質(zhì)和易再現(xiàn)的條件。磨料顆粒(A)可具有各種形狀。因此，其可具有一種或基本上一種形狀。然而，磨料顆粒(A)也可具有不同的形狀。特別地，本發(fā)明給定組合物中可存在兩種不同形狀的磨料顆粒(A)。至于形狀本身，其可為立方體、具有斜邊的立方體、八面體、二十面體、球節(jié)狀和具有或不具有突起或凹陷的球體。所述形狀最優(yōu)選為不具有或僅具有極少突起或凹陷的球體。通常優(yōu)選該形狀，這是因?yàn)槠渫ǔＬ岣吡四チ项w粒(A)在CMP方法期間對(duì)其所暴露的機(jī)械力的抗性。原則上，任何類型的磨料顆粒(A)均可用于本發(fā)明的組合物中，只要其具有上述綜合性質(zhì)。因此，磨料顆粒(A)可為有機(jī)或無機(jī)顆粒或有機(jī)-無機(jī)混雜顆粒。磨料顆粒(A)優(yōu)選為無機(jī)顆粒。原則上，任何類型的無機(jī)磨料顆粒(A)均可用于本發(fā)明的組合物中，只要其具有上述綜合性質(zhì)。然而，最優(yōu)選使用包含氧化鈰或由氧化鈰構(gòu)成的無機(jī)磨料顆粒(A)。包含氧化鈰的磨料顆粒(A)可含有少量其他稀土金屬氧化物。包含氧化鈰的磨料顆粒(A)優(yōu)選為包含核的復(fù)合顆粒，所述核包含至少一種不同于氧化鈰的其他磨料顆粒狀材料或由其構(gòu)成，所述其他磨料顆粒材料尤其為氧化鋁、二氧化娃二氧化鈦、氧化錯(cuò)、氧化鋅及其混合物。這類復(fù)合顆粒(A)例如由如下文獻(xiàn)已知:W02005/035688A1 ；US6, 110，396 ；US6, 238，469B1 ；US6, 645，265B1 ；K.S.Choi 等，Mat.Res.Soc.Symp.Proc.，第 671 卷，2001Materials Research Society, M5.8.1 至 M5.8.10 ；S._H.Lee 等，J.Mater.Res.，第17 卷第 10 期(2002),第 2744-2749 頁;Α.Jindal 等，Journal of the ElectrochemicalSociety, 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，Electrochemical andSolid-State Letters, 7(12)G316-G318(2004)。復(fù)合顆粒(A)最優(yōu)選為包含選自氧化鋁、二氧化硅二氧化鈦、氧化鋯、氧化鋅及其混合物且具有20-100nm核尺寸的核的懸鉤子型涂覆顆粒，其中所述核涂覆有粒度小于IOnm的氧化鋪顆粒。本發(fā)明組合物中所用的磨料顆粒(A)的量可在寬范圍內(nèi)變化，且因此可最有利地調(diào)節(jié)以滿足本發(fā)明給定組合物和方法的具體要求。本發(fā)明組合物優(yōu)選包含0.005-10重量％，更優(yōu)選0.01-8重量％,最優(yōu)選0.01-6重量％的磨料顆粒(A),所述重量百分比基于本發(fā)明組合物的總重量。本發(fā)明組合物的第二必要成分為至少一種，優(yōu)選一種水溶性聚合物(B)，其選自線性和支化的氧化烯(優(yōu)選為氧化乙烯和氧化丙烯)均聚物和共聚物。優(yōu)選的氧化乙烯-氧化丙烯共聚物(B)可為含有聚氧化乙烯嵌段和聚氧化丙烯嵌段的無規(guī)共聚物、交替共聚物或嵌段共聚物。在所述氧化乙烯-氧化丙烯嵌段共聚物中，聚氧化乙烯嵌段優(yōu)選具有10-15的親水-親脂平衡(HLB)值。聚氧化丙烯嵌段可具有28-約32的HLB值。水溶性聚合物(B)為常規(guī)且已知的市售材料。合適的水溶性聚合物(B)描述于下列文獻(xiàn)中:日本專利申請(qǐng)JP2001-240850A，權(quán)利要求2以及第
-
段；美國(guó)專利申請(qǐng)US2007/0077865A1，第I頁第
段至第2頁第
段；美國(guó)專利申請(qǐng)US2006/0124594A1，第 3 頁第
段和
段以及美國(guó)專利申請(qǐng)US2008/0124913A1，第3頁第
-
段以及權(quán)利要求14 ;或者其如BASF Corporation的公司手冊(cè)“PluronicTM&Tetronic Block Copolymer Surfactants, 1996，，或美國(guó)專利US2006/0213780A1 所示，由 BASF Corporation 和 BASF SE 以商品名 PluronicTM、Tetronic 和 Basensol 銷售。最優(yōu)選使用聚乙二醇(PEG)。本發(fā)明組合物中的水溶性聚合物(B)的濃度可在寬范圍內(nèi)變化，且因此可最有利地調(diào)節(jié)以滿足本發(fā)明給定組合物和方法的具體要求。本發(fā)明組合物優(yōu)選包含其量為0.001-5重量％，更優(yōu)選0.005-2.5重量％，甚至更優(yōu)選0.0075-1重量％，最優(yōu)選0.0075-0.5重量％的水溶性聚合物(B)。本發(fā)明組合物包含至少一種，優(yōu)選一種陰離子磷酸鹽分散劑(C)。陰離子磷酸鹽分散劑(C)優(yōu)選選自水溶性縮合磷酸鹽。水溶性縮合磷酸鹽(C)的實(shí)例為通式I的偏磷酸鹽，尤其是銨鹽、鈉鹽和鉀鹽:[M+n(P03)J (I)以及通式II和III的聚磷酸鹽:M+nPn03n+1 (II)M+H2Pn03n+1 (III)其中M為銨、鈉和鉀且指數(shù)η為2-10，000。就式1、II和III的聚磷酸鹽而言，指數(shù)η優(yōu)選為2-2，000，更優(yōu)選2-300，最優(yōu)選2-50，尤其是2-15，例如3-8。特別合適的水溶性縮合磷酸鹽(C)的實(shí)例為格雷姆鹽(NaPO3) 4(|_5(|、Calgon (NaPO3) 15_20>Kurrol鹽(NaPO3)n(其中η=約5000)以及六偏磷酸銨、六偏磷酸鈉和六偏磷酸鉀。本發(fā)明組合物中的水溶性陰離子 磷酸鹽分散劑(C)的濃度可在寬范圍內(nèi)變化，且因此可最有利地調(diào)節(jié)以滿足本發(fā)明給定組合物和方法的具體要求。優(yōu)選地，以使得氧化鈰與陰離子磷酸鹽分散劑(C)的重量比為10-2000，更優(yōu)選為20-1000的量使用陰離子磷酸鹽分散劑(C)。本發(fā)明組合物可任選包含至少一種不同于成分或組分(A)、(B)和(C)的功能組分Φ)。功能組分⑶優(yōu)選選自通常用于氧化鈰基CMP淤漿中的化合物。這類化合物(D)的實(shí)例描述于開頭且例如公開于如下文獻(xiàn)中:Y.N.Prasad等，Electrochemicaland Solid-State Letters,9 (12)G337-G339 (2006) ；Hyun-Goo Kang 等，Journal ofMaterial Research,第 22 卷第 3 期，2007,第 777-787 頁；S.Kim 等，Journal of Colloidand Interface Science,319(2008),第 48-52 頁；S.V.Babu 等，Electrochemicaland Solid-State Letters,7 (12)G327-G330(2004) ； Jae-Dong Lee 等，Journal ofthe Electrochemical Society, 149(8)G477-G481,2002 ；美國(guó)專利 US5, 738，800、US6, 042，741、US6, 132，637、US6, 218，305B、US5, 759，917、US6, 689，692BUUS6, 984，588B2、US6, 299，659B1、US6, 626，968B2、US6, 436, 835B1、US6, 491，843B1、US6, 544, 892B2、US6, 627，107B2、US6, 616，514B1 和 US7, 071，105B2 ;美國(guó)專利申請(qǐng) US2002/0034875A1、US2006/0144824A1、US2006/0207188A1, US2006/0216935A1、US2007/0077865A1,US2007/0175104AU US2007/0191244A1 和 US2007/0218811A1 ;以及日本專利申請(qǐng)JP2005-336400A。此外，功能組分⑶選自如下組:不同于顆粒⑶的有機(jī)、無機(jī)和有機(jī)-無機(jī)混雜磨料顆粒；具有最低臨界溶解溫度LCST或最高臨界溶解溫度UCST的材料；氧化劑；鈍化劑；電荷反轉(zhuǎn)劑；具有至少3個(gè)在含水介質(zhì)中不可離解的羥基的有機(jī)多元醇；由至少一種具有至少3個(gè)在含水介質(zhì)中不可離解的羥基的單體所形成的聚合物；絡(luò)合劑或螯合劑；摩擦劑；穩(wěn)定劑；流變劑；表面活性劑；金屬陽離子和有機(jī)溶劑。合適的有機(jī)磨料顆粒(D)及其有效量例如由美國(guó)專利申請(qǐng)US2008/0254628A1第4頁第
段或國(guó)際申請(qǐng)W02005/014753A1知曉，其中其公開了由三聚氰胺和三聚氰胺衍生物(如乙酰胍胺、苯并 胍胺和雙氰胺)構(gòu)成的固體顆粒。合適的無機(jī)磨料顆粒(D)及其有效量例如由國(guó)際專利申請(qǐng)W02005/014753A1第12頁第1-8行或美國(guó)專利US6，068, 787第6欄第41行至第7欄第65行知曉。合適的有機(jī)-無機(jī)混雜磨料顆粒⑶及其有效量例如由美國(guó)專利申請(qǐng)US2008/0254628A1 第 4 頁第
段或 US2009/0013609A1 第 3 頁第
段至第 6 頁第
段知曉。合適的氧化劑⑶及其有效量例如由歐洲專利申請(qǐng)EPl 036 836A1第8頁第段和第
段或美國(guó)專利US6，068, 787第4欄第40行至第7欄第45行或US7, 300, 601B2第4欄第18-34行知曉。優(yōu)選使用有機(jī)和無機(jī)過氧化物，更優(yōu)選使用無機(jī)過氧化物。特別地，使用過氧化氫。合適的鈍化劑(D)及其有效量例如由美國(guó)專利US7，300，601B2第3欄第59行至第4欄第9行或美國(guó)專利申請(qǐng)US2008/0254628A1橋接第4頁和第5頁的第
段知曉。合適的絡(luò)合劑或螯合劑(D)，其有時(shí)也稱為摩擦劑(參見美國(guó)專利申請(qǐng)US2008/0254628A1第5頁第
段)或蝕刻劑(參見美國(guó)專利申請(qǐng)US2008/0254628A1第4頁第
段)及其有效量例如由美國(guó)專利US7，300, 601B2第4欄第35-48行知曉。最特別優(yōu)選使用氨基酸，尤其是甘氨酸，以及此外雙氰胺和含有至少I個(gè)，優(yōu)選2個(gè)，更優(yōu)選3個(gè)伯氨基的三嗪類，如三聚氰胺和水溶性胍胺類，尤其是三聚氰胺、甲酰胍胺、乙酰胍胺和
2,4- 二氛基-6-乙基-1, 3, 5- 二嚷。合適的穩(wěn)定劑(D)及其有效量例如由美國(guó)專利US6，068，787第8欄第4_56行知曉。合適的流變劑⑶及其有效量例如由美國(guó)專利申請(qǐng)US2008/0254628A1第5頁第段至第6頁第
段知曉。合適的表面活性劑(D)及其有效量例如由國(guó)際專利申請(qǐng)W02005/014753A1第8頁第23行至第10頁第17行或美國(guó)專利US7, 300, 601B2第5欄第4行至第6欄第8行知曉。合適的多價(jià)金屬離子(D)及其有效量例如由歐洲專利申請(qǐng)EPl 036836A1第8頁第
段至第9頁第
段知曉。合適的有機(jī)溶劑(D)及其有效量例如由美國(guó)專利US7, 361，603B2第7欄第32_48行或美國(guó)專利申請(qǐng)US2008/0254628A1第5頁第
段知曉。具有最低臨界溶解溫度LCST或最高臨界溶解溫度UCST的合適材料(D)例如描述于下列文獻(xiàn)中:H.Mori, H.1waya, A.Nagai 和 T.Endo 的論文 Controlled synthesisof thermoresponsive polymers derived from L-proline via RAFT polymerization,Chemical Communication,2005,4872-4874 ;或 D.Schmalj ohann 的論文，Thermo-andpH-responsive polymers and drug delivery, Advanced Drug Delivery Reviews,第 58 卷(2006)，1655-1670 或美國(guó)專利申請(qǐng) US2002/0198328A1、US2004/0209095AUUS2004/0217009A1, US2006/0141254A1、US2007/0029198A1, US2007/0289875A1、US2008/0249210A1、US2008/0050435A1 或 US2009/0013609A1 ;美國(guó)專利 US5, 057，560、US5, 788，82 和 US6, 682，642B2 ;國(guó)際專利申請(qǐng) W001/60926A1、W02004/029160A1、W02004/0521946AU W02006/093242A2 或 W02007/012763A1 ;歐洲專利申請(qǐng) EP0583814A1、EP1197587B1 和 EP1942179A1 ;或德國(guó)專利申請(qǐng) DE2610705。原則上，可使用任何已知的通常用于CMP領(lǐng)域中的電荷反轉(zhuǎn)劑(D)。電荷反轉(zhuǎn)劑
(D)優(yōu)選選自含有至少一個(gè)選自羧酸根、亞磺酸根、硫酸根和膦酸根的陰離子基團(tuán)的單體化合物、低聚化合物和聚合化合物。如果存在的話，功能組分(D)的含量可變化。(D)的總量?jī)?yōu)選不超過10wt%(“wt%”意指“重量百分比”)，更優(yōu)選不超過2wt%，最優(yōu)選不超過0.5wt%，特別是不超過0.1被％，例如不超過0.01wt%,基于相應(yīng)CMP組合物的總重量。(D)的總量?jī)?yōu)選為至少0.0001wt%,更優(yōu)選至少0.001wt%，最優(yōu)選至少0.008wt%，尤其是至少0.05wt%，例如至少0.3wt%，基于相應(yīng)組合物的總重量。本發(fā)明組合物可任選包含至少一種實(shí)質(zhì)上不同于成分(A)、(B)和(C)的pH調(diào)節(jié)劑或緩沖劑(E)。
合適的pH調(diào)節(jié)劑或緩沖劑(E)及其有效量例如由歐洲專利申請(qǐng)EPl 036 836A1第8頁第
、
段和第
段；國(guó)際專利申請(qǐng)W02005/014753A1第12頁第19-24行；美國(guó)專利申請(qǐng)US2008/0254628A1第6頁第
段或美國(guó)專利US7, 300, 601B2第5欄第33-63行知曉。pH調(diào)節(jié)劑或緩沖劑(E)的實(shí)例為氫氧化鉀、氫氧化銨、氫氧化四甲銨(TMAH)、硝酸和硫酸。如果存在的話，則pH調(diào)節(jié)劑或緩沖劑(E)的含量可變化。(E)的總量?jī)?yōu)選不超過20wt%,更優(yōu)選不超過7wt%,最優(yōu)選不超過2wt%,尤其是不超過0.5wt%,例如不超過0.lwt%,基于相應(yīng)CMP組合物的總重量。(E)的總量?jī)?yōu)選為至少0.001wt%，更優(yōu)選為至少0.01wt%，最優(yōu)選為至少0.05wt%，尤其是至少0.1 〖％，例如至少0.5wt%，基于相應(yīng)組合物的總重量。優(yōu)選地，通過使用上述pH調(diào)節(jié)劑(E)將本發(fā)明組合物的pH值設(shè)定為3-10，更優(yōu)選
3-8，甚至更優(yōu)選3-7，最優(yōu)選5-7。本發(fā)明組合物的制備沒有任何特殊性，而是可通過將上述成分(A)、(B)和(C)以及任選的(D)和/或(E)溶解或分散于含水介質(zhì)，尤其是去離子水中而進(jìn)行。為此，可使用常規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的混合方法和混合設(shè)備，如攪拌釜、在線溶解器、高剪切高速攪拌機(jī)、超聲混合器、均化器噴嘴或?qū)α魇交旌掀?。由此獲得的本發(fā)明組合物優(yōu)選可濾經(jīng)具有適當(dāng)篩孔的過濾器，以移除粗粒狀顆粒，如細(xì)分散的固體磨料顆粒(A)的附聚體或聚集體。本發(fā)明組合物非常適于本發(fā)明的方法。在本發(fā)明方法中，使電子、機(jī)械和光學(xué)器件，尤其是電子器件，最優(yōu)選集成電路器件的襯底材料與本發(fā)明的組合物接觸至少一次并拋光，尤其是化學(xué)機(jī)械拋光，直至獲得所需平坦度。本發(fā)明方法在具有由低k或超低k氧化硅材料構(gòu)成的隔離層和多晶硅層且任選包含氮化硅層的硅半導(dǎo)體晶片的CMP中表現(xiàn)出其特殊優(yōu)勢(shì)。合適的低k或超低k材料及制備絕緣介電層的合適方法例如描述于美國(guó)專利申請(qǐng) US2005/0176259A1 第 2 頁第
-
段、US2005/0014667A1 第 I 頁第
段、US2005/0266683A1 第 I 頁第
段和第 2 頁第
段或 US2008/0280452A1第
-
段或美國(guó)專利US7, 250，391B2第I欄第49-54行或歐洲專利申請(qǐng)EP1306415A2 第 4 頁第
段中。

本發(fā)明的方法尤其適于需要在圖案化晶片襯底上相對(duì)于多晶硅選擇性移除二氧化硅的淺槽隔離(STI)。在該方法中，用介電材料如二氧化硅過量填充經(jīng)蝕刻的溝槽，并使用氮化硅阻擋膜作為停止層而拋光。在該優(yōu)選的實(shí)施方案中，在從阻擋膜清除二氧化硅同時(shí)使暴露的多晶硅和溝槽氧化硅移除降至最低的情況下結(jié)束本發(fā)明方法。此外，本發(fā)明方法也特別適于其中也存在氮化硅層的淺槽隔離(STI)，這是因?yàn)楸景l(fā)明組合物表現(xiàn)出高氧化物對(duì)多晶硅的選擇性，且兼具適中的氧化物對(duì)氮化物的選擇性。因此，本發(fā)明的方法表現(xiàn)出大于50,優(yōu)選大于75,最優(yōu)選大于100的氧化物對(duì)多晶娃選擇性以及大于10,優(yōu)選大于20,最優(yōu)選大于25的氮化物對(duì)多晶娃選擇性。氧化物對(duì)氮化物的選擇性優(yōu)選為3-10。氮化物對(duì)多晶硅的選擇性優(yōu)選> 10。本發(fā)明方法沒有特殊性，而是可用通常用于具有IC的半導(dǎo)體晶片制造中的CMP的方法和設(shè)備進(jìn)行。正如本領(lǐng)域所已知的那樣，用于CMP的典型設(shè)備由覆蓋有拋光墊的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)構(gòu)成。將晶片以其上面朝下面向拋光墊的方式安裝在載體或夾頭上。載體將晶片固定在水平位置。拋光和夾持裝置的該特殊設(shè)置也稱為硬平臺(tái)設(shè)計(jì)。載體可保持位于載體保留表面與未拋光晶片表面之間的載體墊。該墊可充當(dāng)晶片的緩沖墊。在載體下方，通常也水平放置較大直徑的平臺(tái)并提供與待拋光晶片表面平行的表面。其拋光墊在平坦化工藝期間與晶片表面接觸。在本發(fā)明的CMP方法期間，本發(fā)明組合物以連續(xù)流形式或以逐滴方式施加至拋光墊上。使載體與平臺(tái)二者圍繞由所述載體和平臺(tái)垂直延伸的相應(yīng)軸旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)的載體軸可相對(duì)于旋轉(zhuǎn)的平臺(tái)保持固定或者可相對(duì)于平臺(tái)水平擺動(dòng)。載體的旋轉(zhuǎn)方向通常(但并非必須)與平臺(tái)的旋轉(zhuǎn)方向相同。載體和平臺(tái)的旋轉(zhuǎn)速率通常(但并非必須)設(shè)定為不同值。平臺(tái)的溫度通常設(shè)定為10-70° C的溫度。進(jìn)一步的細(xì)節(jié)參見國(guó)際專利申請(qǐng)W02004/063301A1，尤其是第16頁第
段至第18頁第
段以及

圖1。借助本發(fā)明的方法可獲得具有包含圖案化多晶硅以及低k和超低k材料層(尤其是二氧化硅層)的IC的半導(dǎo)體晶片，其具有優(yōu)異的平坦度。因此，可獲得也具有優(yōu)異平坦度的銅鑲嵌圖案，且在成品中，IC具有優(yōu)異的電功能性。對(duì)比實(shí)驗(yàn)的實(shí)施例實(shí)施例1 含水拋光組合物1-6的制備為了制備含水拋光組合物1-6，將氧化鈰(由動(dòng)態(tài)激光散射測(cè)得的平均粒度d5(l為120-140nm)、聚乙二醇(PEGiqk ;重均分子量:10，000)和六偏磷酸鈉(PP ;氧化鈰與PP的重量比=200，下文稱為PP2tJ分散或溶解于超純水中。用量匯總于表I中。表1:含水拋光組合物1-6的組成
組合物編號(hào)I氧化鈰，重量％~IPEGim，重量％ fpp^ IpH1(對(duì)比例)0.5--δΓδ
2(對(duì)比例)0.5 Τ -δΓδ
3(對(duì)比例)0.507 - δΓδ
4(對(duì)比例)0.5-+Tl
5(本發(fā)明)0.5 Τ +6 7
6(本發(fā)明)0.507 +6 7實(shí)施例2和3以及對(duì)比實(shí)施例C1-C4硅半導(dǎo)體晶片上的多晶硅層的CMP實(shí)施例2使用實(shí)施例1中的組合物5。實(shí)施例3使用實(shí)施例1中的組合物6。對(duì)比實(shí)驗(yàn)C1-C4分別使用實(shí)施例1中的組合物1-4。在下文中，使用如下CMP工藝參數(shù):-拋光設(shè)備:Strasbaugh6EGnHance(旋轉(zhuǎn)型)；-平臺(tái)速率:90rpm;-載體速率:70rpm；-由Rohm&Haas 生產(chǎn)的 IC1000/Suba400K 凹槽拋光墊；
-使用S603M金剛石調(diào)節(jié)劑原位調(diào)節(jié)；-淤漿流動(dòng)速率:200ml/分鐘；_襯底:200mm熱氧化物、PETE0S、氣化娃和多晶娃晶片；-下壓力:3.5psi(240毫巴)；-拋光時(shí)間:I分鐘。通過激光干涉儀(FilmTekTM2000)在多晶硅晶片中心的一個(gè)位置(位置I)和位于位置I周圍且與晶片邊緣的距離相同的4個(gè)位置(位置2-5)處測(cè)量多晶硅材料移除速率MRR。在下文中，將表現(xiàn)出較高的MRR的位置稱為“熱點(diǎn)”。表2提供了所得MRR的總結(jié)。表2:多晶硅材料移除速率MRR熱點(diǎn)的出現(xiàn)
權(quán)利要求
1.一種含水拋光組合物，所述含水拋光組合物包含: (A)至少一種磨料顆粒，當(dāng)其分散于不含組分(C)且pH值為3-9的含水介質(zhì)中時(shí)帶正電荷，如電泳遷移率所證實(shí)的那樣； (B)至少一種選自線性和支化氧化烯均聚物和共聚物的水溶性聚合物；和 (C)至少一種陰離子磷酸鹽分散劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的含水拋光組合物，其特征在于磨料顆粒(A)包含氧化鈰或由氧化鈰構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的含水拋光組合物，其特征在于其包含0.005-10重量％的磨料顆粒(A)，基于所述拋光組合物的總重量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的含水拋光組合物，其特征在于線性和支化氧化烯均聚物和共聚物(B)選自氧化乙烯和氧化丙烯的均聚物及共聚物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的含水拋光組合物，其特征在于其包含聚乙二醇PEG作為氧化乙烯均聚物⑶。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的含水拋光組合物，其特征在于陰離子磷酸鹽分散劑(C)選自水溶性縮合磷酸鹽。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的含水拋光組合物，其特征在于水溶性縮合磷酸鹽(C)選自如下 組: 通式I的偏磷酸鹽:[rn (Po3) η] ( ) 以及通式II和III的聚磷酸鹽:M+nPn03n+i (II)M+H2PnOari (III) 其中M為銨、鈉和鉀且指數(shù)η為2-10，000。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的含水拋光組合物，其特征在于其包含至少一種不同于組分㈧、⑶和(C)的pH調(diào)節(jié)劑或緩沖劑(E)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)的含水拋光組合物，其特征在于其包含至少一種不同于組分㈧、⑶和(C)的功能組分⑶。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的含水拋光組合物，其特征在于功能組分⑶選自如下組:不同于顆粒(A)的有機(jī)、無機(jī)和有機(jī)-無機(jī)混雜磨料顆粒、具有最低臨界溶解溫度LCST或最高臨界溶解溫度UCST的材料、氧化劑、鈍化劑、電荷反轉(zhuǎn)劑、具有至少2個(gè)在所述含水介質(zhì)中不可離解的羥基的有機(jī)多元醇、由至少一種具有至少2個(gè)在所述含水介質(zhì)中不可離解的羥基的單體所形成的低聚物和聚合物、絡(luò)合劑或螯合劑、摩擦劑、穩(wěn)定劑、流變劑、表面活性劑、金屬陽離子和有機(jī)溶劑。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)的含水拋光組合物，其特征在于pH值為3-10。
12.一種拋光用于電子、機(jī)械和光學(xué)器件的襯底的方法，包括使所述襯底與含水拋光組合物接觸至少一次并拋光該襯底材料，直至獲得所需的平坦度，其特征在于使用如權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)的含水拋光組合物。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其特征在于所述襯底包含至少一個(gè)含有至少一種氧化硅電介質(zhì)材料或由至少一種氧化硅電介質(zhì)材料構(gòu)成的層和至少一個(gè)含有多晶硅或由多晶硅構(gòu)成的層。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法,其特征在于氧化物對(duì)多晶娃的選擇性大于50。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其特征在于所述襯底材料額外包含至少一個(gè)含有氮化硅或由氮化硅構(gòu)成的層。
16.根據(jù) 權(quán)利要求15的方法，其特征在于氧化物對(duì)氮化物的選擇性為3-6。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16的方法，其特征在于氮化物對(duì)多晶硅的選擇性>10。
18.根據(jù)權(quán)利要求12-17中任一項(xiàng)的方法，其特征在于所述電子器件為集成電路器件、液晶面板、有機(jī)電致發(fā)光面板、印刷電路板、微機(jī)械、DNA芯片、微裝置和磁頭；所述機(jī)械器件為高精度機(jī)械器件；且所述光學(xué)器件為光學(xué)玻璃如光掩模、透鏡和棱鏡，無機(jī)導(dǎo)電膜如氧化銦錫(ITO)，光集成電路，光開關(guān)元件，光波導(dǎo)，光學(xué)單晶如光纖端面和閃爍體，固態(tài)激光器單晶，用于藍(lán)色激光LED的藍(lán)寶石襯底，半導(dǎo)體單晶和用于磁盤的玻璃基材。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其特征在于所述集成電路器件包含具有尺寸小于50nm的結(jié)構(gòu)且具有大規(guī)模集成度或超大規(guī)模集成度的集成電路。
全文摘要
發(fā)現(xiàn)了一種含水拋光組合物，所述含水拋光組合物包含(A)至少一種磨料顆粒，當(dāng)其分散于不含組分(B)且pH值為3-9的含水介質(zhì)中時(shí)帶正電荷，如電泳遷移率所證實(shí)的那樣；(B)至少一種選自線性和支化氧化烯均聚物和共聚物的水溶性聚合物；和(C)至少一種陰離子磷酸鹽分散劑；以及一種使用所述含水拋光組合物以拋光用于電子、機(jī)械和光學(xué)器件的襯底材料的方法。
文檔編號(hào)C09K3/14GK103080256SQ201180041503
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2011年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月8日
發(fā)明者Y·李, J-J·初, S·S·文卡塔拉曼, W·L·W·基烏, H·W·平德爾 申請(qǐng)人:巴斯夫歐洲公司