背景技术：
用于使基板表面平坦化或抛光基板表面的组合物及方法是本领域中所公知的。抛光组合物(也称为抛光浆料)典型地含有位于液体载剂(例如，水性载剂)中的研磨剂材料且通过使基板与饱含抛光组合物的抛光垫接触而施加于表面。典型的研磨剂材料包括硅二氧化物、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，抛光布或抛光盘)结合使用。代替悬浮于抛光组合物中、或者除了悬浮于抛光组合物中以外，研磨剂材料可结合到抛光垫中。
作为用于隔离半导体器件的元件的方法，大量注意力集中在浅沟槽隔离(sti)工艺上，其中，硅氮化物(sin)层形成于硅基板上，经由蚀刻或光刻形成浅沟槽，且沉积介电层(例如，氧化物)以填充沟槽。由于以此方式形成的沟槽或线的深度有变化，因此，典型地需要将过量的介电材料沉积于基板顶部上以确保所有沟槽完全填充。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暴露出硅氮化物层。当暴露出硅氮化物层时，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，其必须然后进行抛光以达成高度地平坦且均一的表面。典型地，合乎期望的是，优先于硅氮化物抛光，强调对于氧化物抛光的选择性。因此，在化学机械平坦化工艺期间，硅氮化物层用作停止层，这是因为，当暴露出硅氮化物层时，整体抛光速率降低。
sti基板典型地使用常规的抛光介质及含研磨剂的抛光组合物抛光。然而，已观察到，使用常规的抛光介质及含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sti特征中的凹部(recess)的形成及其它形貌缺陷，例如，基板表面上的微划痕。过度抛光及sti特征中的凹部形成的该现象称为凹陷(dishing)。凹陷是不合乎期望的，这是因为，基板特征的凹陷可通过造成晶体管和晶体管组件彼此之间的隔离失败、由此导致短路，从而，不利地影响器件的制造。此外，基板的过度抛光还可导致其它不合乎期望的影响，诸如(例如)侵蚀、sin损失、氧化物损失、以及使下伏的氧化物暴露于抛光或化学活性所致的损害，其不利地影响器件的品质及性能。
此外，许多现有的抛光组合物(特别是含有氧化铈(铈土，ceria)研磨剂的抛光组合物)呈现出受限的浓缩能力，这是因为，抛光组合物超过一定浓度的不稳定性，导致研磨剂组分的沉降。因此，经浓缩的抛光组合物的不稳定性要求生产更多的稀释的抛光组合物，这增大了必须运输和储存的物料的体积。
因此，在本领域中仍然需要这样的抛光组合物及方法，该抛光组合物及方法可以提供合乎期望的硅氧化物对硅氮化物的选择性，其具有合适的移除速率、低的缺陷率、低的sin损失、低的侵蚀及合适的凹陷性能，同时进一步呈现出增强的分散稳定性。
技术实现要素：
本发明提供化学机械抛光组合物，包含：(a)氧化铈(铈土，ceria)研磨剂颗粒，(b)阳离子型聚合物，(c)非离子型聚合物，包含聚乙二醇十八烷基醚、聚乙二醇月桂基醚、聚乙二醇油烯基醚、聚(乙烯)-共-聚(乙二醇)、辛基苯氧基聚(乙烯氧基)乙醇、或其组合，(d)饱和一元酸，及(e)水性载剂。
本发明还提供化学机械抛光基板的方法，包括：(i)提供基板，该基板包含位于基板表面上的介电层；(ii)提供抛光垫；(iii)提供化学机械抛光组合物，该化学机械抛光组合物包含(a)氧化铈研磨剂颗粒，(b)阳离子型聚合物，(c)非离子型聚合物，包含聚乙二醇十八烷基醚、聚乙二醇月桂基醚、聚乙二醇油烯基醚、聚(乙烯)-共-聚(乙二醇)、辛基苯氧基聚(乙烯氧基)乙醇、或其组合，(d)饱和一元酸，及(e)水性载剂；(iv)使基板与抛光垫及化学机械抛光组合物接触；及(v)相对于基板移动抛光垫及化学机械抛光组合物以研磨位于基板表面上的介电层的至少一部分。
具体实施方式
本发明提供化学机械抛光组合物，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)氧化铈研磨剂颗粒，(b)阳离子型聚合物，(c)非离子型聚合物，包含聚乙二醇十八烷基醚、聚乙二醇月桂基醚、聚乙二醇油烯基醚、聚(乙烯)-共-聚(乙二醇)、辛基苯氧基聚(乙烯氧基)乙醇、或其组合，(d)饱和一元酸，及(e)水性载剂。
化学机械抛光组合物包含氧化铈研磨剂颗粒。如所公知的，氧化铈(ceria)是稀土金属铈的氧化物，且也称为铈的氧化物(cericoxide)、铈氧化物(ceriumoxide)(例如，铈(iv)氧化物)、或铈二氧化物(ceriumdioxide)。铈(iv)氧化物(ceo2)可通过煅烧草酸铈或氢氧化铈形成。铈还形成诸如(例如)ce2o3的铈(iii)氧化物。氧化铈(ceria)研磨剂颗粒可包含氧化铈的这些或其它氧化物的任意一者或多者。
氧化铈(ceria)研磨剂颗粒可为任何合适的类型。在实施方式中，氧化铈研磨剂颗粒包含以下物质、基本上由以下物质组成、或由以下物质组成：经煅烧的氧化铈颗粒、湿法氧化铈颗粒(wetceriaparticle)、基于湿法的经加工的氧化铈颗粒(wet-basedprocessceriaparticle)、或其组合。在优选实施方式中，氧化铈研磨剂颗粒包含湿法氧化铈颗粒或基于湿法工艺的氧化铈颗粒(wetprocess-basedceriaparticle)。
如本文所用的，“湿法氧化铈颗粒”或“基于湿法工艺的氧化铈颗粒”(在本文中统称为“湿法加工的”氧化铈颗粒)是指通过沉淀、缩合-聚合、或类似工艺制备的氧化铈(与(例如)热解(fumed)或火成(pyrogenic)氧化铈相反)。不希望受限于特定理论，据信，湿法加工的氧化铈包含近似球状的氧化铈颗粒和/或较小的聚集氧化铈颗粒，从而，当用于本发明的方法中时，导致较低的基板缺陷率。例示性的湿法加工的氧化铈是可从rhodia商购获得的hc60tm氧化铈。
氧化铈研磨剂颗粒可具有任何合适的平均尺寸(即，平均颗粒直径)。若氧化铈研磨剂的平均粒径过小，则抛光组合物可能不呈现足够的移除速率。与此相反，若氧化铈研磨剂的平均粒径过大，则抛光组合物可能呈现不合乎期望的抛光性能，诸如(例如)差的基板缺陷率。因此，氧化铈研磨剂颗粒可具有以下平均粒径：约10nm或更大，例如，约15nm或更大、约20nm或更大、约25nm或更大、约30nm或更大、约35nm或更大、约40nm或更大、约45nm或更大、或约50nm或更大。可选择地，或者此外，氧化铈研磨剂颗粒可具有以下平均粒径：约1,000nm或更小，例如，约750nm或更小、约500nm或更小、约250nm或更小、约150nm或更小、约100nm或更小、约75nm或更小、或约50nm或更小。因此，氧化铈研磨剂颗粒可具有由上述端点的任意两者界定的平均粒径。举例而言，氧化铈研磨剂颗粒可具有以下平均粒径：约10nm至约1,000nm，例如，约10nm至约750nm、约15nm至约500nm、约20nm至约250nm、约20nm至约150nm、约25nm至约150nm、约25nm至约100nm、约50nm至约150nm、或约50nm至约100nm。对于球状的氧化铈研磨剂颗粒，颗粒的尺寸是颗粒的直径。对于非球状的氧化铈颗粒，颗粒的尺寸是包围该颗粒的最小球体的直径。氧化铈研磨剂颗粒的粒径可使用任何合适的技术例如使用激光衍射技术量测。合适的粒径量测仪器可从例如malverninstruments(malvern,uk)获得。
在一些实施方式中，抛光组合物的氧化铈研磨剂颗粒呈现多峰粒径分布。如本文所用的，术语“多峰”意指氧化铈研磨剂颗粒呈现具有至少2个最大值(例如，2个或更多个最大值、3个或更多个最大值、4个或更多个最大值、或5个或更多个最大值)的平均粒径分布。优选地，在这些实施方式中，氧化铈研磨剂颗粒呈现双峰粒径分布，即，氧化铈研磨剂颗粒呈现具有2个平均粒径最大值的粒径分布。术语“最大极值(maximum)”和“最大值(maxima)”意指粒径分布中的一个或多个峰值。该一个或多个峰值对应于本文针对氧化铈研磨剂颗粒所述的平均粒径。因此，举例而言，颗粒数目与粒径的绘图将反映双峰粒径分布，其中，第一峰处于约75nm至约150nm的粒径范围内(例如，约80nm至约140nm、约85nm至约130nm、或约90nm至约120nm)，且第二峰处于约25nm至约70nm的粒径范围内(例如，约30nm至约65nm、约35nm至约65nm、或约40nm至约60nm)。具有多峰粒径分布的氧化铈研磨剂颗粒可通过组合各自具有单峰粒径分布的两种不同类型的氧化铈研磨剂颗粒而获得。
优选地，在本发明的抛光组合物中，氧化铈研磨剂颗粒是胶体稳定的。术语胶体是指氧化铈研磨剂颗粒在水性载剂(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100ml量筒中并使其无搅动地静置2小时的时间时，量筒底部50ml中的颗粒浓度([b]，以g/ml表示)与量筒顶部50ml中的颗粒浓度([t]，以g/ml表示)之间的差值除以研磨剂组合物中的初始颗粒浓度([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。
抛光组合物可包含任何合适浓度的氧化铈研磨剂颗粒。若本发明的抛光组合物包含过少的氧化铈研磨剂颗粒，则组合物可能不呈现足够的移除速率。与此相反，若抛光组合物包含过多的氧化铈研磨剂颗粒，则抛光组合物可能呈现不合乎期望的抛光性能和/或可能不是成本有效的和/或可能缺少稳定性。氧化铈研磨剂颗粒可以如下浓度存在于抛光组合物中：约10重量％或更少，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、或约0.5重量％或更少。可选择地，或者此外，氧化铈研磨剂颗粒可以如下浓度存在于抛光组合物中：约0.0005重量％或更多，例如，约0.001重量％或更多、约0.005重量％或更多、约0.01重量％或更多、约0.05重量％或更多、或约0.1重量％或更多。因此，氧化铈研磨剂颗粒可以由上述端点的任意两者界定的浓度存在于抛光组合物中。举例而言，氧化铈研磨剂颗粒可以如下浓度存在于抛光组合物中：约0.0005重量％至约10重量％，例如，0.001重量％至约9重量％、约0.005重量％至约8重量％、约0.01重量％至约7重量％、约0.05重量％至约6重量％、约0.1重量％至约5重量％、约0.5重量％至约4重量％、约1重量％至约3重量％、或约1.5重量％至约2.5重量％。在实施方式中，氧化铈研磨剂颗粒可以约0.2重量％至约0.6重量％(例如，约0.4重量％)的浓度存在于抛光组合物中。在另一实施方式中，抛光组合物包含约1-3重量％(例如，约1.2重量％或约1.6重量％)的氧化铈研磨剂颗粒作为浓缩物。
抛光组合物包含一种或多种阳离子型聚合物。如本文所用的，术语“阳离子型聚合物”包括阳离子型共聚物。合适的阳离子型聚合物的非限制性实例包括包含以下的阳离子型聚合物：聚(二烯丙基二甲基氯化铵)-共-聚(丙烯酰胺)、聚甲基丙烯酸(2-二甲基氨基)乙酯)甲基氯季盐、聚(二烯丙基二甲基氯化铵)、聚乙烯基甲基咪唑鎓甲基硫酸盐(polyvinylmethylimidazoliummethylsulfate)、聚(二甲基胺-共-表氯醇)、聚(乙烯基甲基咪唑鎓甲基硫酸盐)-共-聚(乙烯基吡咯烷酮)、聚(乙烯基甲基咪唑鎓氯化物)-共-聚(n-乙烯基吡咯烷酮)、聚(乙烯基吡咯烷酮)-共-聚(甲基丙烯酰胺)-共-聚(乙烯基咪唑)-共-聚(乙烯基甲基咪唑鎓甲基硫酸盐)、聚(乙烯基吡咯烷酮)-共-聚(甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯硫酸甲酯)(poly(vinylpyrrolidone)-co-poly(dimethylaminoethylmethacrylatemethylsulfate))、聚(乙烯基己内酰胺)-共-聚(乙烯基吡咯烷酮)-共-聚(乙烯基甲基咪唑鎓甲基硫酸盐)、或其组合。应理解，阳离子型聚合物典型地含有两个或更多个季铵基团，这是因为阳离子型聚合物包含两个或更多个携带季铵基团的单体单元。
不希望受限于任何特定理论，据信，阳离子型聚合物改善了抛光组合物的凹陷及侵蚀性能，从而用作凹陷控制剂，尤其是在与本发明的组合物的其它组分(例如，非离子型聚合物、饱和一元酸及不饱和一元酸(若存在的话))组合时。据信，阳离子型聚合物在抛光期间被吸引至带负电的氧化物表面，且还被吸引至氧化物/氧化铈废料以隔绝(sequester)这些带电物质，从而提供良好的凹陷防护。含有非阳离子型聚合物/共聚物(例如，含聚乙烯醇衍生物的聚合物或共聚物)的常规抛光组合物可在大的特征(大于50μm)上呈现合适的性能，但在小的特征(小于200nm)上呈现较低的性能。相比而言，本发明的抛光组合物在大和小的特征这两者上均呈现合适的性能。
阳离子型聚合物可具有任何合适的分子量。阳离子型聚合物可具有以下平均分子量：约200g/mol或更多，例如，约250g/mol或更多、约300g/mol或更多、约400g/mol或更多、约500g/mol或更多、约600g/mol或更多、约750g/mol或更多、约1,000g/mol或更多、约1,500g/mol或更多、约2,000g/mol或更多、约2,500g/mol或更多、约3,000g/mol或更多、约3,500g/mol或更多、约4,000g/mol或更多、约4,500g/mol或更多、约5,000g/mol或更多、约5,500g/mol或更多、约6,000g/mol或更多、约6,500g/mol或更多、约7,000g/mol或更多、约7,500g/mol或更多、约10,000g/mol或更多、约15,000g/mol或更多、约20,000g/mol或更多、约25,000g/mol或更多、约30,000g/mol或更多、约35,000g/mol或更多、约40,000g/mol或更多、约45,000g/mol或更多、约50,000g/mol或更多、约75,000g/mol或更多、约100,000g/mol或更多、约125,000g/mol或更多、约150,000g/mol或更多、约175,000g/mol或更多、约200,000g/mol或更多、约225,000g/mol或更多、约250,000g/mol或更多、约275,000g/mol或更多、约300,000g/mol或更多、约325,000g/mol或更多、约350,000g/mol或更多、约375,000g/mol或更多、约400,000g/mol或更多、约425,000g/mol或更多、约450,000g/mol或更多、约475,000g/mol或更多、或约500,000g/mol或更多。可选择地，或者此外，阳离子型聚合物可具有以下平均分子量：约1,000,000g/mol或更少、约975,000g/mol或更少、约950,000g/mol或更少、约925,000g/mol或更少、约900,000g/mol或更少、约875,000g/mol或更少、约850,000g/mol或更少、约825,000g/mol或更少、约800,000g/mol或更少、约775,000g/mol或更少、约750,000g/mol或更少、约725,000g/mol或更少、约700,000g/mol或更少、约675,000g/mol或更少、约650,000g/mol或更少、约625,000g/mol或更少、约600,000g/mol或更少、约575,000g/mol或更少、约550,000g/mol或更少、或约525,000g/mol或更少。因此，阳离子型聚合物可具有由上述端点的任意两者界定的平均分子量。举例而言，阳离子型聚合物可具有以下平均分子量：约200g/mol至约1,000,000g/mol、约250g/mol至约975,000g/mol、约300g/mol至约950,000g/mol、约400g/mol至约925,000g/mol、约500g/mol至约900,000g/mol、约600g/mol至约875,000g/mol、约750g/mol至约850,000g/mol、约1,000g/mol至约825,000g/mol、约1,500g/mol至约800,000g/mol、约2,000g/mol至约775,000g/mol、约2,500g/mol至约750,000g/mol、约3,000g/mol至约725,000g/mol、约3,500g/mol至约700,000g/mol、约4,000g/mol至约675,000、约4,500g/mol至约650,000g/mol、约5,000g/mol至约625,000g/mol、约5,500g/mol至约650,000、约6,000g/mol至约625,000g/mol、约6,500g/mol至约600,000g/mol、约7,000g/mol至约575,000g/mol、约7,500g/mol至约550,000g/mol、约10,000g/mol至约525,000g/mol、约15,000g/mol至约500,000g/mol、约20,000g/mol至约475,000g/mol、约25,000g/mol至约450,000g/mol、约30,000g/mol至约425,000g/mol、约35,000g/mol至约400,000g/mol、约40,000g/mol至约375,000、约45,000g/mol至约350,000g/mol、约50,000g/mol至约325,000g/mol、约75,000g/mol至约300,000g/mol、约100,000g/mol至约275,000g/mol、约125,000至约250,000g/mol、约150,000g/mol至约225,000g/mol、或约175,000至约200,000g/mol。
阳离子型聚合物可以任何合适的浓度存在于抛光组合物中。阳离子型聚合物的浓度是指抛光组合物中所存在的阳离子型聚合物的总量。阳离子型聚合物可以如下浓度存在于抛光组合物中：约5ppm或更多，例如，约10ppm或更多、约15ppm或更多、约20ppm或更多、约25ppm或更多、约30ppm或更多、约35ppm或更多、约40ppm或更多、约45ppm或更多、约50ppm或更多、约55ppm或更多、约60ppm或更多、约65ppm或更多、约70ppm或更多、约75ppm或更多、约80ppm或更多、约85ppm或更多、约90ppm或更多、约95ppm或更多、约100ppm或更多、约105ppm或更多、约110ppm或更多、约115ppm或更多、约120或更多、约125ppm或更多、约130ppm或更多、约135ppm或更多、约140ppm或更多、约145ppm或更多、或约150ppm或更多。可选择地，或者此外，阳离子型聚合物可以如下浓度存在于抛光组合物中：约250ppm或更少，例如，约245ppm或更少、约240ppm或更少、约235ppm或更少、约230ppm或更少、约225ppm或更少、约220ppm或更少、约215ppm或更少、约210ppm或更少、约205ppm或更少、约200ppm或更少、约195ppm或更少、约190ppm或更少、约185ppm或更少、约180ppm或更少、约175ppm或更少、约170ppm或更少、约165ppm或更少、约160ppm或更少、或约155ppm或更少。因此，阳离子型聚合物可以由上述端点的任意两者界定的浓度存在于抛光组合物中。举例而言，阳离子型聚合物可以如下浓度存在于抛光组合物中：约5ppm至约250ppm、约10ppm至约245ppm、约15ppm至约240ppm、约20ppm至约235ppm、约25ppm至约230ppm、约30ppm至约225ppm、约35ppm至约220ppm、约40ppm至约215ppm、约45ppm至约210ppm、约50ppm至约205ppm、约55ppm至约200ppm、约60ppm至约195ppm、约65ppm至约190ppm、约70ppm至约185ppm、约75ppm至约180ppm、约80ppm至约175ppm、约85ppm至约170ppm、约90ppm至约165ppm、约95ppm至约160ppm、约100ppm至约155ppm、约105ppm至约150ppm、约110ppm至约145ppm、约115ppm至约140ppm、约120ppm至约135ppm、或约125ppm至约130ppm。
在实施方式中，阳离子型聚合物以约5ppm至约250ppm的浓度存在于抛光组合物中。在另一实施方式中，阳离子型聚合物以约10ppm至约100ppm的浓度存在于抛光组合物中。在又另一实施方式中，阳离子型聚合物以约35ppm至约60ppm的浓度存在于抛光组合物中。
除非另有说明，本文以ppm表述的单位旨在反映组分与组合物总重量的重量比。因此，举例而言，术语1000ppm与0.1重量％将是可互换的。
抛光组合物包含非离子型聚合物，该非离子型聚合物包含聚乙二醇十八烷基醚、聚乙二醇月桂基醚、聚乙二醇油烯基醚、聚(乙烯)-共-聚(乙二醇)、辛基苯氧基聚(乙烯氧基)乙醇、或其组合。不希望受限于任何特定理论，非离子型聚合物与阳离子型聚合物共同作用以改善抛光性能(例如，有助于在抛光期间保持合适的移除速率及轮廓性能(profileperformance))。
非离子型聚合物可具有任何合适的分子量。非离子型聚合物可具有以下平均分子量：约250g/mol或更多，例如，约300g/mol或更多、约400g/mol或更多、约500g/mol或更多、约600g/mol或更多、约750g/mol或更多、约1,000g/mol或更多、约1,500g/mol或更多、约2,000g/mol或更多、约2,500g/mol或更多、约3,000g/mol或更多、约3,500g/mol或更多、约4,000g/mol或更多、约4,500g/mol或更多、约5,000g/mol或更多、约5,500g/mol或更多、约6,000g/mol或更多、约6,500g/mol或更多、约7,000g/mol或更多、或约7,500g/mol或更多。可选择地，或者此外，非离子型聚合物可具有以下平均分子量：约50,000g/mol或更少，例如，约45,000g/mol或更少、约40,000g/mol或更少、约35,000g/mol或更少、约30,000g/mol或更少、约25,000g/mol或更少、约20,000g/mol或更少、约15,000g/mol或更少、或约10,000g/mol或更少。因此，非离子型聚合物可具有由上述端点的任意两者界定的平均分子量。举例而言，非离子型聚合物可具有以下平均分子量：约250g/mol至约50,000g/mol、约250g/mol至约45,000g/mol、约250g/mol至约40,000g/mol、约250g/mol至约35,000g/mol、约1,000g/mol至约30,000g/mol、约1,000g/mol至约25,000g/mol、约1,000g/mol至约20,000g/mol、约2,000g/mol至约15,000g/mol、约3,000g/mol至约10,000g/mol、约7,500g/mol至约50,000g/mol、约7,500g/mol至约40,000g/mol、或约7,500g/mol至约35,000g/mol。
抛光组合物包含任何合适量的非离子型聚合物。非离子型聚合物的浓度是指抛光组合物中所存在的非离子型聚合物的总量。非离子型聚合物可以如下浓度存在于抛光组合物中：约1ppm或更多，例如，约5ppm或更多、约10ppm或更多、约20ppm或更多、约30ppm或更多、约40ppm或更多、约50ppm或更多、约75ppm或更多、约100ppm或更多、约125ppm或更多、约150ppm或更多、约175ppm或更多、约200ppm或更多、约250ppm或更多、约300ppm或更多、约350ppm或更多、约400ppm或更多、约450ppm或更多、约500ppm或更多、约550ppm或更多、约600ppm或更多、约650ppm或更多、约700ppm或更多、约750ppm或更多、约800ppm或更多、约850ppm或更多、约900ppm或更多、约950ppm或更多、约1000ppm或更多、约1250ppm或更多、约1500ppm或更多、约1750ppm或更多、约2000ppm或更多、约2250ppm或更多、约2500ppm或更多、约2750ppm或更多、或约3000ppm或更多。可选择地，或者此外，非离子型聚合物可以如下浓度存在于抛光组合物中：约5000ppm或更少，例如，约4900ppm或更少、约4800ppm或更少、约4700ppm或更少、约4600ppm或更少、约4500ppm或更少、约4400ppm或更少、约4300ppm或更少、约4200ppm或更少、约4100ppm或更少、约4000ppm或更少、约3900ppm或更少、约3800ppm或更少、约3700ppm或更少、约3600ppm或更少、约3500ppm或更少、约3400ppm或更少、约3300ppm或更少、约3200ppm或更少、或约3100ppm或更少。因此，非离子型聚合物可以由上述端点的任意两者界定的浓度存在于抛光组合物中。举例而言，非离子型聚合物可以如下浓度存在于抛光组合物中：约1ppm至约5000ppm、约5ppm至约4900ppm、约10ppm至约4800ppm、约20ppm至约4700ppm、约30ppm至约4600ppm、约40ppm至约4700ppm、约50ppm至约4600ppm、约75ppm至约4500ppm、约100ppm至约4400ppm、约125ppm至约4300ppm、约150ppm至约4200ppm、约175ppm至约4100ppm、约200ppm至约4000ppm、约250ppm至约3900ppm、约300ppm至约3800ppm、约350ppm至约3700ppm、约400ppm至约3600ppm、约450ppm至约3500ppm、约500ppm至约3400ppm、约550ppm至约3300ppm、约600ppm至约3200ppm、约650ppm至约3100ppm、约700ppm至约3000ppm、约750ppm至约2750ppm、约800ppm至约2500ppm、约850ppm至约2250ppm、约900ppm至约2000ppm、约1000ppm至约1750ppm、或约1250ppm至约1500ppm。
在实施方式中，非离子型聚合物以约1ppm至约2000ppm的浓度存在于抛光组合物中。在另一实施方式中，非离子型聚合物以约50ppm至约1200ppm的浓度存在于抛光组合物中。
抛光组合物包含饱和一元酸。不希望受限于任何特定理论，据信，饱和一元酸在基板抛光期间用作速率促进剂以维持合适的移除速率。举例而言，在抛光期间，提高凹陷控制剂(例如，阳离子型聚合物)的浓度典型地使氧化物的移除速率降低，同时改善了凹陷性能。
在实施方式中，饱和一元酸包含甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、或其组合。在另一实施方式中，饱和一元酸包含乙酸。
抛光组合物可包含任何合适浓度的饱和一元酸。饱和一元酸可以如下浓度存在于抛光组合物中：约1ppm或更多，例如，约5ppm或更多、约10ppm或更多、约20ppm或更多、约30ppm或更多、约40ppm或更多、约50ppm或更多、约75ppm或更多、约100ppm或更多、约125ppm或更多、约150ppm或更多、约175ppm或更多、约200ppm或更多、约250ppm或更多、约300ppm或更多、约350ppm或更多、约400ppm或更多、约450ppm或更多、约500ppm或更多、约550ppm或更多、约600ppm或更多、约650ppm或更多、约700ppm或更多、约750ppm或更多、约800ppm或更多、约850ppm或更多、约900ppm或更多、约950ppm或更多、约1000ppm或更多、约1250ppm或更多、约1500ppm或更多、约1750ppm或更多、约2000ppm或更多、约2250ppm或更多、约2500ppm或更多、约2750ppm或更多、或约3000ppm或更多。可选择地，或者此外，饱和一元酸可以如下浓度存在于抛光组合物中：约5000ppm或更少，例如，约4900ppm或更少、约4800ppm或更少、约4700ppm或更少、约4600ppm或更少、约4500ppm或更少、约4400ppm或更少、约4300ppm或更少、约4200ppm或更少、约4100ppm或更少、约4000ppm或更少、约3900ppm或更少、约3800ppm或更少、约3700ppm或更少、约3600ppm或更少、约3500ppm或更少、约3400ppm或更少、约3300ppm或更少、约3200ppm或更少、或约3100ppm或更少。因此，饱和一元酸可以由上述端点的任意两者界定的浓度存在于抛光组合物中。举例而言，饱和一元酸可以如下浓度存在于抛光组合物中：约1ppm至约5000ppm、约5ppm至约4900ppm、约10ppm至约4800ppm、约20ppm至约4700ppm、约30ppm至约4600ppm、约40ppm至约4700ppm、约50ppm至约4600ppm、约75ppm至约4500ppm、约100ppm至约4400ppm、约125ppm至约4300ppm、约150ppm至约4200ppm、约175ppm至约4100ppm、约200ppm至约4000ppm、约250ppm至约3900ppm、约300ppm至约3800ppm、约350ppm至约3700ppm、约400ppm至约3600ppm、约450ppm至约3500ppm、约500ppm至约3400ppm、约550ppm至约3300ppm、约600ppm至约3200ppm、约650ppm至约3100ppm、约700ppm至约3000ppm、约750ppm至约2750ppm、约800ppm至约2500ppm、约850ppm至约2250ppm、约900ppm至约2000ppm、约1000ppm至约1750ppm、或约1250ppm至约1500ppm。
在实施方式中，饱和一元酸以约1ppm至约3600ppm的浓度存在于抛光组合物中。在另一实施方式中，饱和一元酸以约100ppm至约900ppm的浓度存在于抛光组合物中。
在一些实施方式中，本发明的抛光组合物进一步包含不饱和一元酸。申请人已惊讶地发现，不饱和一元酸用作硅氮化物中止剂且还用作凹陷控制剂，从而提高了sin选择性。
在实施方式中，不饱和一元酸包含c3-c6不饱和一元酸。作为实例，c3-c6不饱和一元酸可包含丙烯酸、2-丁烯酸、2-戊烯酸、反式-2-己烯酸、反式-3-己烯酸、2-己炔酸、2,4-己二烯酸、山梨酸钾、反式-2-甲基-2-丁烯酸、3,3-二甲基丙烯酸、或其组合，包括其立体异构体。
在另一实施方式中，c3-c6不饱和一元酸包含2-丁烯酸(即，巴豆酸或反式-2-丁烯酸)。
抛光组合物可包含任何合适浓度的不饱和一元酸。不饱和一元酸可以如下浓度存在于抛光组合物中：约1ppm或更多，例如，约5ppm或更多、约10ppm或更多、约20ppm或更多、约30ppm或更多、约40ppm或更多、约50ppm或更多、约75ppm或更多、约100ppm或更多、约125ppm或更多、约150ppm或更多、约175ppm或更多、约200ppm或更多、约250ppm或更多、约300ppm或更多、约350ppm或更多、约400ppm或更多、约450ppm或更多、约500ppm或更多、约550ppm或更多、约600ppm或更多、约650ppm或更多、约700ppm或更多、约750ppm或更多、约800ppm或更多、约850ppm或更多、约900ppm或更多、约950ppm或更多、约1000ppm或更多、约1250ppm或更多、约1500ppm或更多、约1750ppm或更多、约2000ppm或更多、约2250ppm或更多、约2500ppm或更多、约2750ppm或更多、或约3000ppm或更多。可选择地，或者此外，不饱和一元酸可以如下浓度存在于抛光组合物中：约5000ppm或更少，例如，约4900ppm或更少、约4800ppm或更少、约4700ppm或更少、约4600ppm或更少、约4500ppm或更少、约4400ppm或更少、约4300ppm或更少、约4200ppm或更少、约4100ppm或更少、约4000ppm或更少、约3900ppm或更少、约3800ppm或更少、约3700ppm或更少、约3600ppm或更少、约3500ppm或更少、约3400ppm或更少、约3300ppm或更少、约3200ppm或更少、或约3100ppm或更少。因此，不饱和一元酸可以由上述端点的任意两者界定的浓度存在于抛光组合物中。举例而言，不饱和一元酸可以如下浓度存在于抛光组合物中：约1ppm至约5000ppm，例如，约5ppm至约4900ppm、约10ppm至约4800ppm、约20ppm至约4700ppm、约30ppm至约4600ppm、约40ppm至约4700ppm、约50ppm至约4600ppm、约75ppm至约4500ppm、约100ppm至约4400ppm、约125ppm至约4300ppm、约150ppm至约4200ppm、约175ppm至约4100ppm、约200ppm至约4000ppm、约250ppm至约3900ppm、约300ppm至约3800ppm、约350ppm至约3700ppm、约400ppm至约3600ppm、约450ppm至约3500ppm、约500ppm至约3400ppm、约550ppm至约3300ppm、约600ppm至约3200ppm、约650ppm至约3100ppm、约700ppm至约3000ppm、约750ppm至约2750ppm、约800ppm至约2500ppm、约850ppm至约2250ppm、约900ppm至约2000ppm、约1000ppm至约1750ppm、或约1250ppm至约1500ppm。
在实施方式中，不饱和一元酸以约1ppm至约1500ppm的浓度存在于抛光组合物中。在另一实施方式中，不饱和一元酸以约250ppm至约1000ppm的浓度存在于抛光组合物中。
抛光组合物包含水性载剂。水性载剂包含水(例如，去离子水)且可含有一种或多种能够与水溶混的有机溶剂。可使用的有机溶剂的实例包括：醇类，诸如丙烯醇、异丙醇、乙醇、1-丙醇、甲醇、1-己醇及类似物；醛类，诸如乙醛及类似物；酮类，诸如丙酮、双丙酮醇、甲基乙基酮及类似物；酯类，诸如甲酸乙酯、甲酸丙酯、乙酸乙酯、乙酸甲酯、乳酸甲酯、乳酸丁酯、乳酸乙酯及类似物；醚，包括亚砜诸如二甲基亚砜(dmso)、四氢呋喃、二
在一些实施方式中，抛光组合物进一步包含添加剂。
在实施方式中，当存在添加剂时，其选自杀生物剂、阻垢剂、分散剂、速率增强剂、及其组合。根据本发明的实施方式，抛光组合物可包含超过一种添加剂(例如，两种或更多种添加剂、三种或更多种添加剂、四种或更多种添加剂等)。
当存在杀生物剂时，其可为任何合适的杀生物剂，且可以任何合适的浓度存在于抛光组合物中。合适的杀生物剂是异噻唑啉酮杀生物剂。杀生物剂可以约1ppm至约750ppm、优选约100ppm至约200ppm的浓度存在于抛光组合物中。
抛光组合物可具有任何合适的ph。抛光组合物可包含一种或多种能够调节(即，其调节)抛光组合物的ph的化合物(即，ph调节剂)。可使用能够调节抛光组合物的ph的任何合适的化合物调节抛光组合物的ph。合乎期望地，ph调节剂是水溶性的，且与抛光组合物的其它组分相容。典型地，抛光组合物在使用点处具有约4至约7的ph。
在实施方式中，抛光组合物的ph为约3.0至约5.0(例如，约3.5、约4、和/或约4.5)。
抛光组合物可通过任何合适的技术产生，其中许多技术为本领域技术人员已知的。抛光组合物可以分批或连续工艺制备。一般而言，抛光组合物是通过组合抛光组合物的组分来制备。如本文所用的，术语“组分”包括单独的成分(例如，氧化铈研磨剂颗粒、阳离子型聚合物、非离子型聚合物、饱和一元酸、任选的不饱和一元酸、任选的ph调节剂和/或任何任选的添加剂)以及成分(例如，氧化铈研磨剂颗粒、阳离子型聚合物、非离子型聚合物、饱和一元酸、任选的不饱和一元酸、任选的ph调节剂和/或任何任选的添加剂等)的任意组合。
举例而言，抛光组合物可通过以下制备：(i)提供水性载剂的全部或一部分，(ii)使用用于制备这样的分散体的任何合适的方式分散氧化铈研磨剂颗粒、阳离子型聚合物、非离子型聚合物、饱和一元酸、任选的不饱和一元酸、任选的ph调节剂和/或任何任选的添加剂，(iii)酌情调节分散体的ph，及(iv)任选地将合适量的任何其它任选的组分和/或添加剂添加至混合物中。
可选择地，抛光组合物可通过以下制备：(i)在铈氧化物(ceriumoxide)浆料中提供一种或多种组分(例如，水性载剂、阳离子型聚合物、非离子型聚合物、饱和一元酸、任选的不饱和一元酸、任选的ph调节剂和/或任何任选的添加剂)，(ii)在添加剂溶液中提供一种或多种组分(例如，水性载剂、阳离子型聚合物、非离子型聚合物、饱和一元酸、任选的不饱和一元酸、任选的ph调节剂和/或任何任选的添加剂)，(iii)使铈氧化物浆料与添加剂溶液组合以形成混合物，(iv)任选地将合适量的任何其它任选的添加剂添加至混合物中，及(v)酌情调节混合物的ph。
抛光组合物可作为单料包体系供应，其包含氧化铈(ceria)研磨剂颗粒、阳离子型聚合物、非离子型聚合物、饱和一元酸、任选的不饱和一元酸、任选的ph调节剂、和/或任何任选的添加剂、以及水性载剂。可选择地，本发明的抛光组合物作为双料包体系供应，其包含位于第一料包中的铈氧化物(ceriumoxide)浆料以及位于第二料包中的添加剂溶液，其中，氧化铈氧化物(ceriaoxide)浆料基本上由以下组成或由以下组成：氧化铈(ceria)研磨剂颗粒、阳离子型聚合物、任选的ph调节剂、和/或任何任选的添加剂、以及水性载剂，且其中，添加剂溶液基本上由以下组成或由以下组成：非离子型聚合物、饱和一元酸、任选的不饱和一元酸、任选的ph调节剂、和/或任何任选的添加剂。双料包体系允许通过改变两个料包(即，铈氧化物(ceriumoxide)浆料与添加剂溶液)的共混比来调节基板的全局平坦化特征(globalflatteningcharacteristics)及抛光速度。
可采用各种方法来使用这样的双料包抛光体系(例如，a-料包和b-料包)。举例而言，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及连接的不同的管道递送至抛光台。铈氧化物浆料及添加剂溶液在抛光前不久或在即将抛光之前进行混合，或者，可同时供应到抛光台上。此外，当混合两种料包时，可根据需要添加去离子水，以便调节抛光组合物及所得的基板抛光特征。
类似地，可以结合本发明使用三-、四-或更多料包体系，其中，多个容器中的每一个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/或不同浓度的一种或多种相同组分。
为了混合两个或更多个储存装置中所含的组分以在使用点处或在使用点附近产生抛光组合物，储存装置典型地配备有一个或多个流动管线，其自各储存装置通向抛光组合物的使用点(例如，平台、抛光垫、或基板表面)。如本文所用的，术语“使用点”是指这样的位点，在该位点处，将抛光组合物施加至基板表面(例如抛光垫或基板表面本身)。术语“流动管线”意指自单独的储存容器流动至其中所储存的组分的使用点的路径。流动管线可各自直接通向使用点，或者，可在任意点处将两个或更多个流动管线组合成通向使用点的单一流动管线。此外，流动管线中的任一者(例如，单独的流动管线或组合的流动管线)均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(一种或多种)组分的使用点。
抛光组合物的组分可独立地递送至使用点(例如，将组分递送至基板表面，在抛光工艺期间，在该基板表面上混合组分)，或者，组分的一者或多者可在递送至使用点之前(例如，在递送至使用点前不久或在即将递送至使用点之前)进行组合。若组分在以混合形式添加至平台上之前约5分钟或更短的时间(例如，在以混合形式添加至平台上之前约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)进行组合，或者，与组分在使用点处的递送同时进行组合(例如，使组合物在分配器处进行组合)，则组分是“在即将递送至使用点之前”进行组合。若组分在使用点的5分钟(m)内(诸如，在使用点的1m内、或甚至在使用点的10cm内(例如，在使用点的1cm内))进行组合，则组分也是“在即将递送至使用点之前”进行组合。
当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，组分可在流动管线中组合且在不使用混合装置的情况下递送至使用点。可选择地，流动管线中的一者或多者可引导至混合装置中，以促进组分中的两者或更多者的组合。可使用任何合适的混合装置。举例而言，混合装置可为供组分中的两者或更多者流过其的喷嘴或喷射器(jet)(例如，高压喷嘴或喷射器)。可选择地，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，将抛光浆料的两种或更多种组分引入至混合器；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，经由一个或多个流动管线)递送至使用点。此外，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(paddledbaffle)、气体分布器系统(gasspargersystem)、振动器等。
抛光组合物也可作为意欲在使用之前使用合适量的水稀释的浓缩物提供。在这样的实施方式中，抛光组合物浓缩物包含抛光组合物的组分，所述组分的量使得在用适量水稀释浓缩物时，抛光组合物中的每种组分将以上文针对每种组分所述的适当范围内的量存在于抛光组合物中。举例而言，氧化铈研磨剂颗粒、阳离子型聚合物、非离子型聚合物、饱和一元酸、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每种组分所述的浓度的约2倍(例如，约3倍、约4倍、或约5倍)的量存在于浓缩物中，使得当用等体积的水(例如，分别为2等体积的水、3等体积的水、或4等体积的水)稀释浓缩物时，每种组分将以上文针对每种组分所列举的范围内的量存在于抛光组合物中。此外，如本领域普通技术人员将理解的，浓缩物可含有适当比率的存在于最终抛光组合物中的水，以确保阳离子型聚合物、非离子型聚合物、饱和一元酸、任选的不饱和一元酸、任选的ph调节剂、和/或任何任选的添加剂至少部分或完全溶解于浓缩物中。合乎期望地，当本发明的抛光组合物的浓缩物形式的浓度是在使用点处的抛光组合物的浓度的4倍时，本发明的抛光组合物是胶体稳定的。
本发明提供化学机械抛光基板的方法，包括：(i)提供基板，该基板包含位于基板表面上的介电层；(ii)提供抛光垫；(iii)提供化学机械抛光组合物，该化学机械抛光组合物包含：(a)氧化铈研磨剂颗粒，(b)阳离子型聚合物，(c)非离子型聚合物，包含聚乙二醇十八烷基醚、聚乙二醇月桂基醚、聚乙二醇油烯基醚、聚(乙烯)-共-聚(乙二醇)、辛基苯氧基聚(乙烯氧基)乙醇、或其组合，(d)饱和一元酸，及(e)水性载剂；(iv)使基板与抛光垫及化学机械抛光组合物接触；及(v)相对于基板移动抛光垫及化学机械抛光组合物以研磨位于基板表面上的介电层的至少一部分。
抛光组合物可用于抛光任何合适的基板，且尤其适用于抛光包含至少一个由介电材料构成的层(典型地为表面层)的基板。合适的基板包括用于半导体工业中的晶片。晶片典型地包含以下或由以下组成：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。本发明的方法尤其适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者、两者、或尤其所有三者)的基板。
在一些实施方式中，包含介电层(例如，硅氧化物)的基板进一步包含硅氮化物层。
在某些实施方式中，基板包含与硅氧化物和/或硅氮化物组合的多晶硅。多晶硅可为任何合适的多晶硅，其中的许多是本领域中已知的。多晶硅可具有任何合适的相，且可为非晶的、结晶的、或其组合。
在实施方式中，介电层包含硅氧化物。类似地，硅氧化物可为任何合适的硅氧化物，其中的许多是本领域中已知的。合适的硅氧化物类型包括，但不限于，硼磷硅玻璃(bpsg)、等离子体增强的原硅酸四乙酯(peteos)、热氧化物、未经掺杂的硅酸盐玻璃、以及高密度等离子体(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，本发明的抛光组合物合乎期望地呈现高的移除速率。举例而言，当根据本发明的实施方式抛光包含硅氧化物(诸如hdp氧化物和/或peteos和/或原硅酸四乙酯(teos))的硅晶片时，抛光组合物合乎期望地呈现以下硅氧化物移除速率：约500埃/分钟或更高，例如，约550埃/分钟或更高、约600埃/分钟或更高、约650埃/分钟或更高、约700埃/分钟或更高、约750埃/分钟或更高、约800埃/分钟或更高、约850埃/分钟或更高、约900埃/分钟或更高、约950埃/分钟或更高、约1000埃/分钟或更高、约1100埃/分钟或更高、约1200埃/分钟或更高、约1300埃/分钟或更高、约1400埃/分钟或更高、约1500埃/分钟或更高、约1600埃/分钟或更高、约1700埃/分钟或更高、约1800埃/分钟或更高、约1900埃/分钟或更高、约2000埃/分钟或更高、约2100埃/分钟或更高、约2200埃/分钟或更高、约2300埃/分钟或更高、约2400埃/分钟或更高、约2500埃/分钟或更高、约2600埃/分钟或更高、约2700埃/分钟或更高、约2800埃/分钟或更高、约2900埃/分钟或更高、约3000埃/分钟或更高、约3100埃/分钟或更高、约3200埃/分钟或更高、约3300埃/分钟或更高、约3400埃/分钟或更高、约3500埃/分钟或更高、约3600埃/分钟或更高、约3700埃/分钟或更高、约3800埃/分钟或更高、约3900埃/分钟或更高、约4000埃/分钟或更高、约4100埃/分钟或更高、约4200埃/分钟或更高、约4300埃/分钟或更高、约4400埃/分钟或更高、约4500埃/分钟或更高、约4600埃/分钟或更高、约4700埃/分钟或更高、约4800埃/分钟或更高、约4900埃/分钟或更高、或约5000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，本发明的抛光组合物合乎期望地呈现低的移除速率。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，抛光组合物合乎期望地呈现以下硅氮化物移除速率：约500埃/分钟或更低，例如，400埃/分钟或更低、约300埃/分钟或更低、约200埃/分钟或更低、约100埃/分钟或更低、约90埃/分钟或更低、约80埃/分钟或更低、约70埃/分钟或更低、约60埃/分钟或更低、或约50埃/分钟或更低、约40埃/分钟或更低、约30埃/分钟或更低、约20埃/分钟或更低、约10埃/分钟或更低、约5埃/分钟或更低、约3埃/分钟或更低、或约1埃/分钟或更低。在一些实施方式中，抛光组合物呈现过低以至于无法检测的硅氮化物移除速率。
本发明的化学机械抛光组合物可经调整，以便在针对特定的薄层材料所选择的期望的抛光范围下提供有效的抛光，并同时，最小化停止层的表面不完美性、缺陷、腐蚀、侵蚀及移除。不希望受限于任何特定理论，据信，合适的缺陷性能是由于(至少部分由于)氧化铈研磨剂颗粒对抛光垫的减小的附着。氧化铈研磨剂颗粒对抛光垫的减小的附着还允许在抛光期间的更高的下压力(例如，4磅/平方英寸(psi))。此外，可通过改变抛光组合物的组分的相对浓度，在一定程度上控制选择性。在需要时，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、约150:1或更高、约200:1或更高、约250:1或更高、约300:1或更高、约350:1或更高、约400:1或更高、约450:1或更高、或约500:1或更高)的硅氧化物移除速率:硅氮化物移除速率之比(即，选择性)抛光基板。
本发明的抛光组合物及方法尤其适合于与化学机械抛光装置结合使用。典型地，该装置包含：平台(platen)，当使用时，其处于运动中且具有由轨道、线性或圆周运动产生的速度；抛光垫，其与平台接触且在运动时随平台移动；及载体，其固持待通过接触抛光垫表面且相对于其移动基板而被抛光的基板。基板的抛光通过以下进行：使基板与抛光垫及本发明的抛光组合物接触放置，然后，相对于基板移动抛光垫，以便研磨基板的至少一部分以抛光基板。
可采用抛光组合物使用任何合适的抛光垫(例如，抛光表面)来抛光基板。合适的抛光垫包括，例如，编织和非编织的抛光垫。此外，合适的抛光垫可包含具有各种密度、硬度、厚度、可压缩性、压缩回弹能力及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、氟碳化合物、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、以及它们的混合物。软质聚氨酯抛光垫尤其适用于与本发明抛光方法结合。典型的垫包括(但不限于)surfintm000、surfintmssw1、spm3100(可从例如eminesstechnologies商购获得)、politextm、
合乎期望地，化学机械抛光装置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。用于通过分析自正在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以下中：美国专利no.5,196,353、美国专利no.5,433,651、美国专利no.5,609,511、美国专利no.5,643,046、美国专利no.5,658,183、美国专利no.5,730,642、美国专利no.5,838,447、美国专利no.5,872,633、美国专利no.5,893,796、美国专利no.5,949,927及美国专利no.5,964,643。合乎期望地，对于正在抛光的基板的抛光过程的进展的检查或监控使得能够确定抛光终点，即，确定何时终止对特定基板的抛光过程。
实施方式
(1)实施方式(1)中显示化学机械抛光组合物，包含：(a)氧化铈(ceria)研磨剂颗粒；(b)阳离子型聚合物；(c)非离子型聚合物，包含聚乙二醇十八烷基醚、聚乙二醇月桂基醚、聚乙二醇油烯基醚、聚(乙烯)-共-聚(乙二醇)、辛基苯氧基聚(乙烯氧基)乙醇、或其组合；(d)饱和一元酸；及(e)水性载剂。
(2)实施方式(2)中显示实施方式(1)的抛光组合物，其中氧化铈研磨剂颗粒包含经煅烧的氧化铈颗粒、湿法氧化铈颗粒(wetceriaparticle)、基于湿法的经加工的氧化铈颗粒(wet-basedprocessedceriaparticle)、或其组合。
(3)实施方式(3)中显示实施方式(1)或(2)的抛光组合物，其中氧化铈研磨剂颗粒以约0.0005重量％至约10重量％的浓度存在于抛光组合物中。
(4)实施方式(4)中显示实施方式(1)至(3)的任一项的抛光组合物，其中阳离子型聚合物包含聚(二烯丙基二甲基氯化铵)-共-聚(丙烯酰胺)、聚甲基丙烯酸(2-二甲基氨基)乙酯)甲基氯季盐、聚(二烯丙基二甲基氯化铵)、聚乙烯基甲基咪唑鎓甲基硫酸盐(polyvinylmethylimidazoliummethylsulfate)、聚(二甲基胺-共-表氯醇)、聚(乙烯基甲基咪唑鎓甲基硫酸盐)-共-聚(乙烯基吡咯烷酮)、聚(乙烯基甲基咪唑鎓氯化物)-共-聚(n-乙烯基吡咯烷酮)、聚(乙烯基吡咯烷酮)-共-聚(甲基丙烯酰胺)-共-聚(乙烯基咪唑)-共-聚(乙烯基甲基咪唑鎓甲基硫酸盐)、聚(乙烯基吡咯烷酮)-共-聚(甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯硫酸甲酯)(poly(vinylpyrrolidone)-co-poly(dimethylaminoethylmethacrylatemethylsulfate))、聚(乙烯基己内酰胺)-共-聚(乙烯基吡咯烷酮)-共-聚(乙烯基甲基咪唑鎓甲基硫酸盐)、或其组合。
(5)实施方式(5)中显示实施方式(1)至(4)的任一项的抛光组合物，其中阳离子型聚合物以约0.0005重量％至约0.025重量％的浓度存在于抛光组合物中。
(6)实施方式(6)中显示实施方式(1)至(5)的任一项的抛光组合物，其中非离子型聚合物以约0.0005重量％至约0.5重量％的浓度存在于抛光组合物中。
(7)实施方式(7)中显示实施方式(1)至(6)的任一项的抛光组合物，其中饱和一元酸包含甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、或其组合。
(8)实施方式(8)中显示实施方式(1)至(7)的任一项的抛光组合物，其中饱和一元酸以约0.0001重量％至约0.5重量％的浓度存在于抛光组合物中。
(9)实施方式(9)中显示实施方式(1)至(8)的任一项的抛光组合物，进一步包含选自以下的添加剂：杀生物剂、阻垢剂、分散剂、ph调节剂、及其组合。
(10)实施方式(10)中显示实施方式(1)至(9)的任一项的抛光组合物，其中抛光组合物的ph为约3.0至约5.0。
(11)实施方式(11)中显示实施方式(1)至(10)的任一项的抛光组合物，进一步包含不饱和一元酸。
(12)实施方式(12)中显示实施方式(11)的抛光组合物，其中不饱和一元酸包含c3-c6不饱和一元酸。
(13)实施方式(13)中显示实施方式(12)的抛光组合物，其中c3-c6不饱和一元酸包含丙烯酸、2-丁烯酸、2-戊烯酸、反式-2-己烯酸、反式-3-己烯酸、2-己炔酸、2,4-己二烯酸、山梨酸钾、反式-2-甲基-2-丁烯酸、3,3-二甲基丙烯酸、或其组合，包括其立体异构体。
(14)实施方式(14)中显示实施方式(13)的抛光组合物，其中c3-c6不饱和一元酸包含2-丁烯酸。
(15)实施方式(15)中显示实施方式(11)至(14)的任一项的抛光组合物，其中不饱和一元酸以约0.0001重量％至约0.5重量％的浓度存在于抛光组合物中。
(16)实施方式(16)中显示化学机械抛光基板的方法，包括：(i)提供基板，该基板包含位于基板表面上的介电层；(ii)提供抛光垫；(iii)提供化学机械抛光组合物，该化学机械抛光组合物包含：(a)氧化铈研磨剂颗粒，(b)阳离子型聚合物，(c)非离子型聚合物，包含聚乙二醇十八烷基醚、聚乙二醇月桂基醚、聚乙二醇油烯基醚、聚(乙烯)-共-聚(乙二醇)、辛基苯氧基聚(乙烯氧基)乙醇、或其组合，(d)饱和一元酸，及(e)水性载剂；(iv)使基板与抛光垫及化学机械抛光组合物接触；及(v)相对于基板移动抛光垫及化学机械抛光组合物以研磨位于基板表面上的介电层的至少一部分。
(17)实施方式(17)中显示实施方式(16)的方法，其中氧化铈研磨剂颗粒包含经煅烧的氧化铈颗粒、湿法氧化铈颗粒、基于湿法的经加工的氧化铈颗粒、或其组合。
(18)实施方式(18)中显示实施方式(16)或(17)的方法，其中氧化铈研磨剂颗粒以约0.0005重量％至约10重量％的浓度存在于抛光组合物中。
(19)实施方式(19)中显示实施方式(16)至(18)的任一项的方法，其中阳离子型聚合物包含聚(二烯丙基二甲基氯化铵)-共-聚(丙烯酰胺)、聚甲基丙烯酸(2-二甲基氨基)乙酯)甲基氯季盐、聚(二烯丙基二甲基氯化铵)、聚乙烯基甲基咪唑鎓甲基硫酸盐、聚(二甲基胺-共-表氯醇)、聚(乙烯基甲基咪唑鎓甲基硫酸盐)-共-聚(乙烯基吡咯烷酮)、聚(乙烯基甲基咪唑鎓氯化物)-共-聚(n-乙烯基吡咯烷酮)、聚(乙烯基吡咯烷酮)-共-聚(甲基丙烯酰胺)-共-聚(乙烯基咪唑)-共-聚(乙烯基甲基咪唑鎓甲基硫酸盐)、聚(乙烯基吡咯烷酮)-共-聚(甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯硫酸甲酯)、聚(乙烯基己内酰胺)-共-聚(乙烯基吡咯烷酮)-共-聚(乙烯基甲基咪唑鎓甲基硫酸盐)、或其组合。
(20)实施方式(20)中显示实施方式(16)至(19)的任一项的方法，其中阳离子型聚合物以约0.0005重量％至约0.025重量％的浓度存在于抛光组合物中。
(21)实施方式(21)中显示实施方式(16)至(20)的任一项的方法，其中非离子型聚合物以约0.0005重量％至约0.5重量％的浓度存在于抛光组合物中。
(22)实施方式(22)中显示实施方式(16)至(21)的任一项的方法，其中饱和一元酸包含甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、或其组合。
(23)实施方式(23)中显示实施方式(16)至(22)的任一项的方法，其中饱和一元酸以约0.0001重量％至约0.5重量％的浓度存在于抛光组合物中。
(24)实施方式(24)中显示实施方式(16)至(23)的任一项的方法，进一步包含选自以下的添加剂：杀生物剂、阻垢剂、分散剂、ph调节剂、及其组合。
(25)实施方式(25)中显示实施方式(16)至(24)的任一项的方法，其中抛光组合物的ph为约3.0至约5.0。
(26)实施方式(26)中显示实施方式(16)至(25)的任一项的方法，其中抛光组合物进一步包含不饱和一元酸。
(27)实施方式(27)中显示实施方式(26)的方法，其中不饱和一元酸包含c3-c6不饱和一元酸。
(28)实施方式(28)中显示实施方式(27)的方法，其中c3-c6不饱和一元酸包含丙烯酸、2-丁烯酸、2-戊烯酸、反式-2-己烯酸、反式-3-己烯酸、2-己炔酸、2,4-己二烯酸、山梨酸钾、反式-2-甲基-2-丁烯酸、3,3-二甲基丙烯酸、或其组合，包括其立体异构体。
(29)实施方式(29)中显示实施方式(28)的方法，其中c3-c6不饱和一元酸包含2-丁烯酸。
(30)实施方式(30)中显示实施方式(26)至(29)的任一项的方法，其中不饱和一元酸以约0.0001重量％至约0.5重量％的浓度存在于抛光组合物中。
(31)实施方式(31)中显示实施方式(16)至(30)的任一项的方法，其中介电层包含硅氧化物。
(32)实施方式(32)中显示实施方式(16)至(31)的任一项的方法，其中基板进一步包含位于基板表面上的硅氮化物(sin)层。
(33)实施方式(33)中显示实施方式(32)的方法，其中研磨至少一部分包含硅氧化物的介电层及至少一部分硅氮化物层以抛光基板。
(34)实施方式(34)中显示实施方式(33)的方法，其中研磨包含硅氧化物的介电层提供了硅氧化物移除速率，其中研磨硅氮化物层提供了硅氮化物移除速率，且其中硅氧化物移除速率:硅氮化物移除速率之比大于约15:1。
(35)实施方式(35)中显示实施方式(34)的任一项的方法，其中硅氧化物移除速率:硅氮化物移除速率之比大于约350:1。
实施例
以下实施例进一步说明本发明，但当然不应理解为以任何方式限制其范围。
在所有实施例中使用以下缩写：移除速率(rr)；原硅酸四乙酯衍生的硅氧化物(teos)；硅氮化物(sin)；移除速率(rr)；分子量(mw)；以及聚乙二醇(peg)。
在以下实施例中，使用mirratm(appliedmaterials,inc.)或reflexiontm工具(appliedmaterials,inc.)抛光包含硅氧化物介电层及硅氮化物层的基板。包含位于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晶片是从silybinc获得的。ic1010tm抛光垫(rohmandhaaselectronicmaterials)或
对于所有的mirratm(200mm)实验，抛光组合物以105毫升/分钟流动(对于(含有氧化铈颗粒的)a-料包)和以45毫升/分钟流动(对于b-料包)，或者，以150毫升/分钟流入，且以7:3的混合比(a-料包:b-料包)预混合。工具条件典型地为：约13kpa至约21kpa(例如，约2至3psi)的下压力；100rpm平台速度；85rpm头部速度；具有中等攻击性调理剂(器)(medianaggressiveconditioner)(例如，saesoltm-c7)的硬垫。
对于所有的reflexiontm(300mm)实验，抛光组合物以175毫升/分钟流动(对于(含有氧化铈颗粒的)a-料包)且以75毫升/分钟流动(对于b-料包)，或者，以250毫升/分钟流入，且以7:3的混合比(a-料包:b-料包)预混合。工具条件典型地为：约13kpa至约21kpa(例如，约2至3psi)的下压力；93rpm头部速度；87rpm平台速度；具有中等攻击性调理剂(器)的硬垫。
实施例1
本实施例展示化学机械抛光组合物的有效性，该组合物包含：氧化铈(ceria)研磨剂颗粒、阳离子型聚合物、包含聚乙二醇十八烷基醚的非离子型聚合物、饱和一元酸、及水性载剂。本实施例还展示根据本发明的实施方式的化学机械抛光基板的方法。
用五种不同抛光组合物1a至1e抛光单独的基板，所述基板各自包含位于基板表面上的介电层以及位于基板表面上的硅氮化物(sin)层(0.18×0.18μm图案尺寸)(celld特征)，从而评估毯覆物(blanket)抛光性能及图案抛光性能。使用ic1010tm垫或nexplanartme6088垫、在具有300mm平台的reflexiontm抛光工具上抛光基板。
抛光组合物1a(对比)含有0.29重量％氧化铈(ceria)研磨剂颗粒及0.05重量％吡啶羧酸(吡啶甲酸，picolinicacid)作为速率增强剂。抛光组合物1b(对比)含有0.2重量％氧化铈研磨剂颗粒、0.035重量％吡啶羧酸及0.0065重量％的3,5-二羟基苯甲酸作为常规凹陷控制剂、0.12重量％聚乙烯醇聚合物作为常规凹陷控制剂及0.00624重量％聚乙二醇作为常规轮廓控制剂。抛光组合物1c(对比)含有0.2重量％氧化铈研磨剂颗粒、0.035重量％吡啶羧酸、0.032重量％的1,3,5-三羟基苯二水合物作为常规凹陷控制剂、0.06重量％聚乙烯醇聚合物作为常规凹陷控制剂、0.03重量％聚(乙二醇)双(羟甲基)醚及0.002重量％的capstonetmfs3100(即，非离子型含氟表面活性剂)作为常规轮廓控制剂。
抛光组合物1d(本发明)及1e(本发明)各自含有0.20重量％氧化铈研磨剂颗粒及0.035重量％吡啶羧酸作为速率增强剂。抛光组合物1d含有0.004重量％聚甲基丙烯酸(2-二甲基氨基)乙酯)甲基氯季盐作为阳离子型聚合物、0.045重量％乙酸作为饱和一元酸及0.02重量％聚乙二醇十八烷基醚作为非离子型聚合物。抛光组合物1e含有0.003重量％聚甲基丙烯酸(2-二甲基氨基)乙酯)甲基氯季盐作为阳离子型聚合物、0.045重量％乙酸作为饱和一元酸、0.02重量％聚乙二醇十八烷基醚作为非离子型聚合物及0.0768重量％巴豆酸作为不饱和一元酸。
抛光组合物1a至1e中的每一种还含有saesoltm-c7或saesoltm-ds8051作为调理剂(conditioner)。此外，使用三乙醇胺，将所有抛光组合物调节至ph4.0。
在抛光后，测定针对teos及硅氮化物的毯覆物移除速率。此外，计算凹陷、侵蚀及sin损失性能。结果列于表1中。
表1：毯覆物及图案的性能
如自表1中列举的结果明晰的，本发明的抛光组合物1d及1e呈现经改善的凹陷、侵蚀及sin损失(数值较低)，同时保持合适的teos移除速率及选择性。包含小的不饱和一元酸的抛光组合物1e进一步改善了图案的性能且不牺牲毯覆物的移除速率。举例而言，抛光组合物1e所呈现的sin损失过低以至于无法量测，同时，保持高于3000埃/分钟的teosrr。
此外，本发明的抛光组合物1d及1e呈现出teos与sin之间的合乎期望的选择性。举例而言，抛光组合物1d呈现约128:1的硅氧化物移除速率:硅氮化物移除速率之比，且抛光组合物1e呈现约300:1的硅氧化物移除速率:硅氮化物移除速率之比。
实施例2
本实施例展示化学机械抛光组合物的有效性，该组合物包含：氧化铈研磨剂颗粒、阳离子型聚合物、包含聚乙二醇十八烷基醚的非离子型聚合物、饱和一元酸、及水性载剂。本实施例还展示根据本发明的实施方式的化学机械抛光基板的方法。
用两种不同抛光组合物2a及2b抛光单独的基板，所述基板各自包含位于基板表面上的介电层以及位于基板表面上的硅氮化物(sin)层(celld特征)，从而评估毯覆物抛光性能及图案抛光性能。将各基板过度抛光至约
抛光组合物2a(对比)含有0.20重量％氧化铈研磨剂颗粒及0.0065重量％的3,5-二羟基苯甲酸作为常规凹陷控制剂、0.12重量％聚乙烯醇聚合物作为常规凹陷控制剂及0.00624重量％聚乙二醇作为常规轮廓控制剂。抛光组合物2b(本发明)含有0.20重量％氧化铈研磨剂颗粒、0.035重量％吡啶羧酸、0.004重量％聚甲基丙烯酸(2-二甲基氨基)乙酯)甲基氯季盐作为阳离子型聚合物、0.045重量％乙酸作为饱和一元酸及0.020重量％聚乙二醇十八烷基醚作为非离子型聚合物。
抛光组合物2a及2b中的每一种还含有saesoltm-ds8051作为调理剂。此外，使用三乙醇胺，将组合物2b调节至ph4.0。
在抛光后，测定针对teos及硅氮化物的毯覆物移除速率。此外，计算凹陷、侵蚀及sin损失性能。结果列于表2中。
表2：毯覆物及图案的性能
如自表2中列举的结果明晰的，本发明的抛光组合物2b呈现经改善的凹陷、侵蚀及sin损失(数值较低)，同时保持合适的teos移除速率及选择性。本发明的抛光组合物2b呈现约300:1至约367:1的硅氧化物移除速率:硅氮化物移除速率之比，且呈现比对比抛光组合物2a的选择性高约三倍的teos:sin选择性。此外，抛光组合物2b所呈现的凹陷比对比抛光组合物2a的凹陷低大约2至4倍，且抛光组合物2b所呈现的sin损失在较低的下压力的压力下比对比抛光组合物2a所呈现的sin损失低多达50％。
实施例3
本实施例展示化学机械抛光组合物的有效性，该组合物包含：氧化铈研磨剂颗粒、阳离子型聚合物、包含聚乙二醇十八烷基醚的非离子型聚合物、饱和一元酸、及水性载剂。本实施例还展示根据本发明的实施方式的化学机械抛光基板的方法。
用四种不同抛光组合物3a至3d抛光单独的基板，所述基板各自包含位于基板表面上的介电层以及位于基板表面上的硅氮化物(sin)层(celld特征)，从而评估毯覆物抛光性能及图案抛光性能。
抛光组合物3a(对比)含有0.2重量％氧化铈研磨剂颗粒及0.035重量％吡啶羧酸、0.032重量％的1,3,5-三羟基苯二水合物作为常规凹陷控制剂、0.20重量％聚乙烯醇聚合物作为常规凹陷控制剂、0.03重量％聚(乙二醇)双(羧甲基)醚及0.002重量％的capstonetmfs3100作为常规轮廓控制剂。抛光组合物3b(对比)含有0.20重量％氧化铈研磨剂颗粒及0.0065重量％的3,5-二羟基苯甲酸作为常规凹陷控制剂、0.12重量％聚乙烯醇聚合物作为常规凹陷控制剂及0.0062重量％聚乙二醇作为常规轮廓控制剂。
抛光组合物3c(本发明)含有0.2重量％氧化铈研磨剂颗粒、0.004重量％聚甲基丙烯酸(2-二甲基氨基)乙酯)甲基氯季盐作为阳离子型聚合物、0.045重量％乙酸作为饱和一元酸及0.02重量％聚乙二醇十八烷基醚作为非离子型聚合物。抛光组合物3d(本发明)含有0.20重量％氧化铈研磨剂颗粒、0.004重量％聚甲基丙烯酸(2-二甲基氨基)乙酯)甲基氯季盐作为阳离子型聚合物、0.045重量％乙酸作为饱和一元酸、0.02重量％聚乙二醇十八烷基醚作为非离子型聚合物及0.0768重量％巴豆酸作为不饱和一元酸。
抛光组合物3a至3d中的每一种还含有saesoltm-ds8051作为调理剂。此外，使用三乙醇胺，将所有抛光组合物调节至ph4.0。
在抛光后，测定针对teos及硅氮化物的毯覆物移除速率。此外，计算凹陷、侵蚀及sin损失性能。结果列于表3中。
表3：毯覆物及图案的性能
*sin损失低于检出限
如自表3中列举的结果明晰的，本发明的抛光组合物3c及3d呈现经改善的凹陷、侵蚀及sin损失(数值较低)，同时保持合适的teos移除速率及选择性。本发明的抛光组合物3c及3d呈现约125:1至大于约310:1的硅氧化物移除速率:硅氮化物移除速率之比，且呈现比对比抛光组合物3b的选择性高约三倍的teos:sin选择性。此外，抛光组合物3c及3d所呈现的凹陷比对比抛光组合物3a及3b的凹陷低大约3至7倍，且抛光组合物3d所呈现的sin损失过低以至于无法测得，同时呈现合适的teos移除速率及选择性。
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)在此引入作为参考，其参考程度如同各参考文献被单独和具体说明以引入作为参考并且各参考文献在本文中全部阐述一般。
在描述本发明的范围(特别是所附权利要求的范围)中使用术语“一个”和“一种”和“该”和“至少一个(种)”以及类似的指示物应理解为包括单数和复数，除非本文中另有说明或上下文明显矛盾。在一个或多个项目的列表后使用术语“至少一个(种)”(例如，“a和b中的至少一个(种)”)解释为意指选自所列项目中的一个(种)项目(a或b)或所列项目中的两个(种)或更多个(种)项目的任何组合(a和b)，除非本文中另有说明或上下文明显矛盾。术语“包含”、“具有”、“包括”、和“含有”应理解为开放式术语(即，意味着“包括，但不限于”)，除非另有说明。本文中数值范围的列举仅仅用作单独提及落在该范围内的每个独立值的简写方法，除非本文中另有说明，并且在说明书中引入每个独立值，就如同其在这里被单独列举一样。本文描述的所有方法可以任何适合的顺序进行，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾。本文中提供的任何和所有实例、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定，除非另有说明。说明书中没有语言应被理解为是在将任何非要求保护的要素表明为是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进行本发明的最佳模式。通过阅读上述说明书，那些优选实施方式的变化对于本领域的普通技术人员来说将变得明晰。本发明人希望技术人员适当地采用这种变化，且本发明人希望本发明用不同于本文具体描述的方式进行实践。因此，本发明包括适用法律所允许的、所附权利要求书中所列举的主题的所有修改和等价物。此外，本发明涵盖上述要素在其所有可能变化中的任意组合，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾。