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CN110819238A - 氧化物化学机械平面化(cmp)抛光组合物 - Google Patents

氧化物化学机械平面化(cmp)抛光组合物 Download PDF

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CN110819238A
CN110819238A CN201910738977.6A CN201910738977A CN110819238A CN 110819238 A CN110819238 A CN 110819238A CN 201910738977 A CN201910738977 A CN 201910738977A CN 110819238 A CN110819238 A CN 110819238A
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CN
China
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organic
additive
polishing
bsa
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CN201910738977.6A
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史晓波
K·P·穆瑞拉
J·D·罗斯
周鸿君
M·L·奥内尔
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Versum Materials US LLC
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Abstract

本发明提供用于浅沟槽隔离(STI)应用的化学机械平面化抛光(CMP)组合物。该CMP组合物含有二氧化铈涂覆的无机金属氧化物颗粒作为磨料，例如二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒；选自第一组非离子有机分子的化学添加剂，其同一分子中有多个羟基官能团；选自具有磺酸基或磺酸盐官能团及其组合的第二组芳族有机分子的化学添加剂；水溶性溶剂；和任选的杀生物剂和pH调节剂；其中组合物的pH为2至12，优选3至10，更优选4至9。

Description

氧化物化学机械平面化(CMP)抛光组合物
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年8月9日提交的美国临时专利申请No.62/716,784和美国临时专利申请No.62/716,769的权益，这些临时专利申请通过引用并入本文，如同完全阐述一样。
技术领域
本申请涉及用于抛光氧化物或掺杂氧化物膜的氧化物或掺杂氧化物膜化学机械平面化(CMP)组合物和化学机械平面化(CMP)方法和系统。
背景技术
在微电子器件的制造中，一个重要步骤是抛光，尤其是用于化学机械抛光/平面化的表面，以用于回收所选材料和/或平面化该结构。
例如，可以在SiO2层下沉积SiN层以用作抛光停止层。这种抛光停止的作用在浅沟槽隔离(STI)结构中尤为重要。选择性被特征性地表示为氧化物抛光速率与氮化物抛光速率的比率。一个例子是相比于氮化硅(SiN)的二氧化硅(SiO2)的抛光速率选择性提高。
在图案化STI结构的全局平面化中，提高氧化膜去除速率、降低SiN膜去除速率和减少氧化物沟槽凹陷是需要考虑的三个关键因素。较低的沟槽氧化物损失将防止相邻晶体管之间的电流泄漏。横跨管芯(管芯内)的非均匀沟槽氧化物损失将影响晶体管性能和器件制造产量。严重的沟槽氧化物损失(高氧化物沟槽凹陷)将导致不良的晶体管隔离度，从而导致器件故障。因此，需要通过在氧化物或掺杂氧化物膜CMP抛光组合物中减少氧化物沟槽凹陷来减少沟槽氧化物损失。
美国专利5,876,490公开了含有磨料颗粒并表现出正常应力效应的抛光组合物。浆料还含有非抛光颗粒，从而导致凹陷处降低的抛光速率，而磨料颗粒在高度处保持高抛光速率。这导致改善的平面化。更具体地，浆料包含氧化铈颗粒和聚合物电解质，并且可以用于浅沟槽隔离(STI)抛光应用。
美国专利6,964,923教导了用于浅沟槽隔离(STI)抛光应用的含有氧化铈颗粒和聚合物电解质的抛光组合物。使用聚合物电解质包括聚丙烯酸的盐，类似于美国专利5,876,490中的那些。二氧化铈、氧化铝、二氧化硅和氧化锆用作磨料。这种聚电解质的分子量为300至20,000，但总体上小于100,000。
美国专利6,616,514B1公开了一种化学机械抛光浆料，其用于通过化学机械抛光从制品表面优先于氮化硅而除去第一物质。根据该发明的化学机械抛光浆料包括磨料，其是煅烧的二氧化铈颗粒、水性介质和不离解质子的有机多元醇，所述有机多元醇包括具有至少三个在水性介质中不可离解的羟基的化合物，或由至少一种具有至少三个在水性介质中不可离解的羟基的单体形成的聚合物。用作化学添加剂的多元醇包括甘露醇、甘露糖、木糖醇、山梨糖等。该现有技术要求通过在抛光组合物中使用这些化学添加剂加煅烧的二氧化铈磨料来实现高的氧化物：SiN选择性。但是，使用在该现有技术中列出的浓度的两种化学添加剂的抛光测试结果显示在pH 9.5下和具有1.0％煅烧的二氧化铈和2.0％的化学添加剂的情况下非常低的氧化物去除速率。在该现有技术中根本没有列出图案化晶片数据。
美国专利9,293,344B2公开了一种化学机械抛光浆料，其使用煅烧的二氧化铈作为磨料、以及水溶性聚合物作为化学添加剂，这种水溶性聚合物使用含有具有双键的羧酸以及盐的至少一种的单体制备。这种浆料用于通过化学机械抛光从制品表面优先于氮化硅去除介电膜的第一物质。根据该发明的化学机械抛光浆料包括磨料、水性介质和水溶性有机聚合物。
美国专利7,091,164B2公开了一种化学机械抛光浆料，其使用作为磨料的二氧化铈和/或二氧化钛，以及具有羧基和亲电子官能团的化学添加剂。这些化学添加剂主要是氨基酸或氨基酸衍生物。该现有技术取得了约5∶1的氧化物：SiN选择性。该现有技术中列出的pH范围为6至约11。
美国专利申请2019/0062593A1公开了一种化学机械抛光浆料，其使用0.5至30重量％范围的细长、弯曲或结节状的二氧化硅颗粒作为磨料和阳离子聚合物(二烯丙基烷基胺盐、二烯丙基烷基氯化铵)或具有羧基和亲电子官能团的混合共聚物化学添加剂。这种抛光浆料提供了良好的氧化物：SiN选择性。
然而，那些先前公开的浅沟槽隔离(STI)抛光组合物没有提出在相同抛光过程中氧化物膜去除速率、SiN膜去除速率抑制和氧化物沟槽凹陷减少，以及在抛光的图案化晶片上更均匀的氧化物沟槽凹陷以及高的氧化物对氮化物选择性的重要性。
因此，从上文应当清楚的是，本领域仍然需要STI化学机械抛光的组合物、方法和系统，其可以在STI化学和机械抛光(CMP)工艺中提供增加的氧化物膜去除速率、降低的SiN膜去除速率和减少的氧化物沟槽凹陷以及在抛光图案化晶片上不同尺寸的氧化物沟槽特征上更均匀的氧化物沟槽凹陷，除此之外还有二氧化硅的高去除速率以及高的二氧化硅对氮化硅的选择性。
发明内容
提供本概述是为了以简化的形式引入一些所选概念，这些概念将在下面的具体实施方式中进一步描述。本概述不旨在确定所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。
如下所述并如所附权利要求限定的所描述实施方式包括氧化物或掺杂氧化物膜抛光组合物，其在抛光的图案化晶片上提供增加的氧化物膜去除速率、抑制的SiN膜去除速率、提高的TEOS：SiN选择性和减少的氧化物沟槽凹陷。
本发明的氧化物或掺杂氧化物膜CMP抛光组合物还通过在用于浅沟槽隔离(STI)CMP应用的化学机械抛光(CMP)组合物中，在宽的pH范围(包括酸性、中性和碱性pH条件)内引入两种不同类型的化学添加剂作为氧化物膜去除速率增强剂、SiN膜去除速率抑制剂和氧化物沟槽凹陷减少剂而提供高的氧化物对氮化物选择性。
所公开的用于氧化物或掺杂氧化物膜CMP抛光应用的化学机械抛光(CMP)组合物具有使用二氧化铈涂覆的无机氧化物作为磨料颗粒和合适的化学添加剂作为氧化物沟槽凹陷减少剂、氧化物膜去除速率增强剂和氮化物抑制剂的独特组合。
另外，公开了所述主题的系统和方法的若干具体方面。
方面1：一种化学机械平面化(CMP)组合物，其包含：
a.磨料；
b.第一添加剂，其由包含多个羟基官能团的有机化合物组成；
c.第二添加剂，其由包含磺酸根(sulfonate)或磺酸官能团的芳族有机化合物组成；
d.溶剂。
方面2：根据方面1所述的CMP组合物，其中所述磨料选自二氧化铈涂覆的无机氧化物、二氧化铈涂覆的有机聚合物颗粒及其组合。
方面3：根据方面2所述的CMP组合物，其中所述磨料是二氧化铈涂覆的无机氧化物，其选自：二氧化铈涂覆的胶体二氧化硅；二氧化铈涂覆的高纯度胶体二氧化硅；二氧化铈涂覆的氧化铝；二氧化铈涂覆的二氧化钛；氧化铈涂覆的氧化锆；及其组合。
方面4：根据方面1-3任一项所述的CMP组合物，其中所述磨料的范围基于所述组合物的总重量是所述CMP组合物的0.05至10重量％。
方面5：根据方面1-4任一项所述的CMP组合物，其中所述包含磺酸根或磺酸官能团的芳族有机化合物包含直接键合于芳环或通过烷基桥连基团与芳环连接的磺酸根或磺酸官能团。
方面6：根据方面1-5任一项所述的CMP组合物，其中所述溶剂选自水、醚和醇。
方面7：根据方面1-6任一项所述的CMP组合物，其还包含杀生物剂和pH调节剂中的至少一者。
方面8：根据方面1-7任一项所述的CMP组合物，其中所述组合物的pH范围为3至10。
方面9：根据方面1-8任一项所述的CMP组合物，其中所述组合物的pH范围为4.5至7.5。
方面10：根据方面1-9任一项所述的CMP组合物，其中所述第一添加剂的一般分子结构为：
Figure BDA0002162372640000051
其中：n选自2至5,000，并且R1、R3和每次出现的R2独立地选自氢、烷基、烷氧基、具有一个或多个羟基的有机基团、取代的有机磺酸、取代的有机磺酸盐、取代的有机羧酸、取代的有机羧酸盐、有机羧酸酯和有机胺基团。
方面11：根据方面10所述的CMP组合物，其中R1、R2和R3是氢。
方面12：根据方面10所述的CMP组合物，其中n选自3至12。
方面13：根据方面10所述的CMP组合物，其中所述第一添加剂选自：核糖醇、木糖醇、内消旋赤藓糖醇、D-山梨糖醇、甘露醇、卫矛醇、艾杜糖醇及其组合。
方面14：根据方面1-13任一项所述的CMP组合物，其中所述第一添加剂的一般分子结构为：
Figure BDA0002162372640000061
其中n选自2至5,000，并且R2和每次出现的R1独立地选自氢、烷基、烷氧基、具有一个或多个羟基的有机基团、取代的有机磺酸、取代的有机磺酸盐、取代的有机羧酸、取代的有机羧酸盐、有机羧酸酯和有机胺基团。
方面15：根据方面14所述的CMP组合物，其中n选自3至12。
方面16：根据方面14所述的CMP组合物，其中R1和R2是氢并且n选自3至4。
方面17：根据方面1-16任一项所述的CMP组合物，其中所述第一添加剂的一般分子结构选自：
(a)
(b)和
(c)
Figure BDA0002162372640000071
其中R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13和R14独立地选自氢、烷基、烷氧基、具有一个或多个羟基的有机基团、取代的有机磺酸、取代的有机磺酸盐、取代的有机羧酸、取代的有机羧酸盐、有机羧酸酯和有机胺基团，条件是每个结构中R1至R14中的至少两次出现是氢。
方面18：根据方面17所述的CMP组合物，其中所述第一添加剂选自：D-(-)-果糖、脱水山梨糖醇、蔗糖、β-乳糖、D-核糖、肌醇、葡萄糖及其组合。
方面19：根据方面1-17任一项所述的CMP组合物，其中所述第一添加剂的一般分子结构为：
Figure BDA0002162372640000072
其中R1至R5独立地选自氢、烷基、烷氧基、具有一个或多个羟基的有机基团、取代的有机磺酸或盐、取代的有机羧酸或盐、有机羧酸酯和有机胺基团。
方面20：根据方面19所述的CMP组合物，其中R1至R5中的至少一者是具有以下结构的多元醇分子单元：
其中n和m独立地选自1至5，并且R6至R9独立地选自氢、烷基、烷氧基、具有一个或多个羟基的有机基团、取代的有机磺酸或盐、取代的有机羧酸或盐、有机羧酸酯和有机胺。
方面21：根据方面20所述的CMP组合物，其中n和m独立地选自1至3。
方面22：根据方面20所述的CMP组合物，其中R1至R5中的至少一者是具有以下结构的六元环多元醇：
Figure BDA0002162372640000082
其中R10、R11、R12、R13和R14独立地选自氢、烷基、烷氧基、具有一个或多个羟基的有机基团、取代的有机磺酸或盐、取代的有机羧酸或盐、有机羧酸酯和有机胺。
方面23：根据方面22所述的CMP组合物，其中R1至R9中的至少两者是氢原子。
方面24：根据方面22所述的CMP组合物，其中R1至R9中的至少六者是氢原子。
方面25：根据方面19所述的CMP组合物，其中所述第一添加剂选自：麦芽糖醇、乳糖醇和麦芽三糖醇(maltotritol)。
方面26：根据方面1-25任一项所述的CMP组合物，其中所述第一添加剂的范围基于所述组合物的总重量是0.005至1.0重量％。
方面27：根据方面1-26任一项所述的CMP组合物，其中所述第二添加剂的一般分子结构为：
Figure BDA0002162372640000091
其中R选自氢、钠离子、钾离子和铵离子；并且R′是在相对于磺酸或磺酸根基团的α位、间位或对位处连接的，并且包含CnH2n+1的结构的烷基，其中n选自1至18。
方面28：根据方面27所述的CMP组合物，其中所述第二添加剂选自：4-十二烷基苯磺酸或其铵盐、钠盐或钾盐；4-甲基苯磺酸或其铵盐、钠盐或钾盐；及其组合。
方面29：一种对具有至少一个包含氧化硅膜的表面的半导体衬底进行化学机械抛光(CMP)的方法，所述方法包括：
a.将所述至少一个包含氧化硅的表面与CMP抛光垫和根据方面1-28任一项所述的CMP组合物接触；和
b.抛光所述至少一个包含二氧化硅的表面。
方面30：根据方面29所述的方法，其中所述氧化硅膜选自化学气相沉积(CVD)、等离子体增强CVD(PECVD)、高密度沉积CVD(HDP)和旋涂(spin on)氧化硅膜。
方面31：根据方面30所述的方法，其中所述氧化硅膜是SiO2膜。
方面32：根据方面31所述的方法，其中所述半导体衬底还包含氮化硅表面；并且步骤(b)包括以大于60的氧化硅：氮化硅的去除选择性抛光所述至少一个包含二氧化硅的表面。
附图说明
图1.化学添加剂对膜RR
Figure BDA0002162372640000092
和TEOS：SiN选择性的影响。
图2.D-山梨糖醇和BSA添加剂对氧化物沟槽凹陷
Figure BDA0002162372640000093
相对OP时间(秒)的影响。
图3.D-山梨糖醇和BSA添加剂对氧化物沟槽损失速率
Figure BDA0002162372640000101
的影响。
图4.D-山梨糖醇和BSA添加剂对SiN损失速率
Figure BDA0002162372640000102
的影响。
图5.D-山梨糖醇和BSA添加剂对氧化物沟槽凹陷速率
Figure BDA0002162372640000103
的影响。
图6.D-山梨糖醇和BSA对于凹陷相对OP量的斜率的影响。
图7.麦芽糖醇和BSA对膜RR
Figure BDA0002162372640000104
和TEOS：SiN选择性的影响。
图8.麦芽糖醇和BSA添加剂对氧化物沟槽凹陷
Figure BDA0002162372640000105
相对OP时间(秒)的影响。
图9.麦芽糖醇和BSA添加剂对氧化物沟槽损失速率
Figure BDA0002162372640000106
的影响。
图10.麦芽糖醇和BSA添加剂对SiN损失速率
Figure BDA0002162372640000107
的影响。
图11.麦芽糖醇和BSA添加剂对氧化物沟槽凹陷速率
Figure BDA0002162372640000108
的影响。
图12.麦芽糖醇和BSA对于凹陷相对OP量的斜率的影响。
具体实施方式
随后的详细描述仅提供优选的示例性实施方式，并且不旨在限制要求保护的发明的范围、适用性或配置。相反，随后对优选示例性实施方式的详细描述将为本领域技术人员提供用于实现优选示例性实施方式的可行描述。在不脱离如所附权利要求中阐述的本发明的精神和范围的情况下，可以对要素的功能和布置进行各种改变。
本文定义的所有术语应当提供其最广泛的可能解释，包括通过说明书的阅读而指示的任何隐含含义以及本领域技术人员和/或词典、论文或类似权威会赋予特定意义的任何词语。此外，应当注意，如说明书和所附权利要求中所述，除非另有说明，否则单数形式的“一个”、“一种”和“该”包括复数指示物。另外，当在本文中使用时，术语“包括”和“包含”指定某些特征存在于该实施方式中，但不应被解释为排除附加特征、组件、操作和/或其组合的存在或添加。
本文公开了用于抛光氧化物材料的CMP抛光组合物以及相关的方法和系统，其满足抛光包含氧化硅结构的半导体晶片的需要。在图案化STI结构的全局平面化中，抑制SiN去除速率和减少各种尺寸的氧化物沟槽特征上的氧化物沟槽凹陷是要考虑的关键因素。较低的沟槽氧化物损失将防止相邻晶体管之间的电流泄漏。管芯(管芯内)的非均匀沟槽氧化物损失将影响晶体管性能和器件制造产量。严重的沟槽氧化物损失(高氧化物沟槽凹陷)将导致不良的晶体管隔离度，从而导致器件故障。因此，重要的是通过在STI CMP抛光组合物中减少氧化物沟槽凹陷来减少沟槽氧化物损失。
本发明涉及用于氧化物或掺杂氧化物膜抛光CMP应用的化学机械抛光(CMP)组合物。本文公开的CMP组合物特别适用于图案化STI结构的平面化。
更具体地，所公开的用于抛光氧化物或掺杂氧化物膜CMP应用的化学机械抛光(CMP)组合物具有独特的制剂，其包含磨料和用作氧化物沟槽凹陷减少剂、氧化物膜去除速率增强剂和氮化物去除速率抑制剂的两种类型的添加剂。CMP组合物还包含溶剂。其它任选成分如杀生物剂、pH调节剂也可存在于制剂中。
在优选的实施方式中，磨料包含二氧化铈涂覆的无机氧化物颗粒或二氧化铈涂覆的有机聚合物颗粒。优选地，第一添加剂是带有多个羟基官能团的非离子和非芳族有机分子，而第二添加剂是带有磺酸或磺酸盐官能团的有机芳族分子。
下面将更详细地讨论CMP制剂的组分。以下段落标题仅用于为本公开提供组织化，并不旨在以任何方式限制所要求保护的发明的范围。
磨料
在一个实施方式中，磨料包含二氧化铈涂覆的有机聚合物颗粒，包括但不限于二氧化铈涂覆的聚苯乙烯颗粒、二氧化铈涂覆的聚氨酯颗粒、二氧化铈涂覆的聚丙烯酸酯颗粒或任何其他二氧化铈涂覆的有机聚合物颗粒。
在一个优选的实施方式中，磨料包含二氧化铈涂覆的无机氧化物颗粒，包括但不限于二氧化铈涂覆的胶体二氧化硅、二氧化铈涂覆的高纯度胶体二氧化硅、二氧化铈涂覆的氧化铝、二氧化铈涂覆的二氧化钛、二氧化铈涂覆的氧化锆或任何其他二氧化铈涂覆的无机氧化物颗粒。优选的二氧化铈涂覆的无机氧化物颗粒是二氧化铈涂覆的胶体二氧化硅颗粒。
在实施方式中，二氧化铈涂覆的无机金属氧化物颗粒的粒度范围为2至1,000纳米。优选的平均粒度范围为5至500纳米，更优选20至250纳米。
在实施方式中，基于CMP组合物的总重量，二氧化铈涂覆的无机金属氧化物颗粒的浓度范围为0.01至20重量％。优选地，该浓度范围为0.05至10重量％，更优选0.1至5重量％。
第一添加剂
在实施方式中，第一添加剂是具有多个羟基官能团的非离子和非芳族有机分子。
在一个实施方式中，第一添加剂包含以下的一般分子结构：
Figure BDA0002162372640000121
其中：n选自2至5,000，优选3至12且更优选4至7。R1、R3和每次出现的R2独立地选自氢、烷基、烷氧基、具有一个或多个羟基的有机基团、取代的有机磺酸、取代的有机磺酸盐、取代的有机羧酸、取代的有机羧酸盐、有机羧酸酯和有机胺基团。R1、R2和R3可以是相同或不同的基团。优选地，R1、R2和R3中的两次或更多次出现是氢原子。更优选地，R1、R2和R3中的四次或更多次出现是氢原子。当R1、R2和R3相同且为氢原子时，化学添加剂具有多个羟基官能团。
具有式1的一般分子结构的第一添加剂的优选例子包括但不限于核糖醇、木糖醇、内消旋赤藓糖醇、D-山梨糖醇、甘露醇、卫矛醇和艾杜糖醇。
在另一个实施方式中，第一添加剂包含以下的一般分子结构：
Figure BDA0002162372640000131
在该实施方式中，羰基(CHO)官能团作为末端官能团位于分子的一端，n的范围为2至5,000，优选3至12，更优选4至7。R2和每次出现的R1独立地选自氢、烷基、烷氧基、具有一个或多个羟基的有机基团、取代的有机磺酸、取代的有机磺酸盐、取代的有机羧酸、取代的有机羧酸盐、有机羧酸酯、有机胺基团及其组合。
在优选的实施方式中，n＝3，并且R2和所有的R1出现是氢原子。在该实施方式中，第一添加剂是D-阿拉伯糖或L-阿拉伯糖。在另一个优选的实施方式中，n＝4，并且R2和所有的R1出现是氢原子。在该实施方式中，第一添加剂是D-甘露糖或L-甘露糖。
在另一个实施方式中，第一添加剂的一般分子结构选自：
(a)
Figure BDA0002162372640000132
(b)
Figure BDA0002162372640000141
(c)
Figure BDA0002162372640000142
及其组合，
其中R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13和R14独立地选自氢、烷基、烷氧基、具有一个或多个羟基的有机基团、取代的有机磺酸、取代的有机磺酸盐、取代的有机羧酸、取代的有机羧酸盐、有机羧酸酯和有机胺基团，条件是每个结构中R1至R14的至少两次出现是氢。优选地，每个结构中R1至R14的至少三次出现是氢。更优选地，每个结构中R1至R14的至少四次出现是氢(在可能的情况下)。
具有该实施方式的结构的第一添加剂的优选例子包括但不限于D-(-)-果糖、脱水山梨糖醇、蔗糖、β-乳糖、D-核糖、肌醇和葡萄糖。
在另一个实施方式中，第一添加剂含有至少一个六元环醚结构基元，其键合于在分子单元结构中含有多个羟基官能团的至少一个多元醇分子单元，或者在分子单元结构中含有多个羟基官能团的至少一个多元醇分子单元和至少一个六元环多元醇。如本文所用，多元醇是含有多于两个羟基的有机化合物。
该实施方式的第一添加剂的一般分子结构是：
Figure BDA0002162372640000151
其中R1、R2、R3、R4和R5独立地选自氢、烷基、烷氧基、具有一个或多个羟基的有机基团、取代的有机磺酸、取代的有机磺酸盐、取代的有机羧酸、取代的有机羧酸盐、有机羧酸酯和有机胺基团。
在优选的实施方式中，一般分子结构(d)中R1至R5的组中的至少一个R是具有(e)所示结构的多元醇分子单元：
Figure BDA0002162372640000152
其中n和m独立地选自1至5，优选1至4，更优选1至3，并且最优选1至2。R6、R7、R8和R9独立地选自氢、烷基、烷氧基、具有一个或多个羟基的有机基团、取代的有机磺酸、取代的有机磺酸盐、取代的有机羧酸、取代的有机羧酸盐、有机羧酸酯和有机胺基团。
在另一实施方式中，一般分子结构(d)中R1至R5的组中的至少一个R是具有(e)所示结构的多元醇分子单元；一般分子结构中R1至R5的组中的至少一个R是如(f)所示的六元环多元醇：
Figure BDA0002162372640000153
其中R10、R11、R12、R13和R14各自独立地选自氢、烷基、烷氧基、具有一个或多个羟基的有机基团、取代的有机磺酸、取代的有机磺酸盐、取代的有机羧酸、取代的有机羧酸盐、有机羧酸酯和有机胺基团。
在一般分子结构中，R1至R9的组中R的至少两次、优选四次、更优选六次出现是氢原子。在一般分子结构中，当只有一个R(例如R1至R5的组中的R5)为n＝2且m＝1的多元醇分子单元(b)，并且R1至R9的组中所有其余的R为氢原子时，得到以下两种化学添加剂：麦芽糖醇和乳糖醇。
当一个R(例如R5)为n＝2且m＝1的多元醇分子单元(b)，并且一个R(例如R2)为六元环多元醇和R1至R14的组中所有其余的R均为氢原子时，得到以下的化学添加剂：麦芽三糖醇。
优选的第一添加剂包括但不限于麦芽糖醇、乳糖醇、麦芽三糖醇、核糖醇、D-山梨糖醇、甘露醇、卫矛醇、艾杜糖醇、D-(-)-果糖、脱水山梨糖醇、蔗糖、核糖、肌醇、葡萄糖、D-阿拉伯糖、L-阿拉伯糖、D-甘露糖、L-甘露糖、内消旋赤藓糖醇、β-乳糖、阿拉伯糖及其组合。优选的化学添加剂是麦芽糖醇、乳糖醇、麦芽三糖醇、D-山梨糖醇、甘露醇、卫矛醇、艾杜糖醇、D-(-)-果糖、蔗糖、核糖、肌醇、葡萄糖、D-(+)-甘露糖、β-乳糖及其组合。更优选的化学添加剂是麦芽糖醇、乳糖醇、麦芽三糖醇、D-山梨糖醇、甘露醇、卫矛醇、D-(-)-果糖、β-乳糖及其组合。
基于CMP组合物的总重量，CMP组合物含有0.0001重量％至2.0重量％、优选0.001重量％至1.0重量％、优选0.0025重量％至0.5重量％的第一添加剂。
第二添加剂
在优选的实施方式中，第二添加剂是具有磺酸或磺酸根官能团的有机芳族分子，由以下的一般结构式表示：
Figure BDA0002162372640000171
其中-R可以是氢原子或金属离子；或
其中-R′可以是氢原子或金属离子；并且n的范围可以是1至12，其表示烷基连接基团-CH2-的不同长度；以及(g)和(h)的组合。当R或-R′是氢原子时，化学添加剂是苯磺酸。当-R或-R′是金属离子如钠离子、钾离子或铵离子时，化学添加剂是苯磺酸盐。
在另一个实施方式中，第二组化学添加剂的一般分子结构(i)是具有连接到芳环的一个位置的磺酸或磺酸根官能团及在芳环的其他位置处的其它官能团的有机芳族分子，如式(i)所示：
Figure BDA0002162372640000173
其中-R可以是氢原子或金属离子；当-R是氢离子时，添加剂是苯磺酸分子衍生物；当-R可以是金属离子，例如钠离子、钾离子或铵离子时，添加剂是苯磺酸盐分子衍生物。-R′是可以在相对于磺酸或磺酸根基团的α位、间位或对位处连接的另一官能团。通常，-R′是具有-CnH2n+1结构的烷基，碳链长度范围可以为-C1至-C18。
第二组化学添加剂的一些例子是4-十二烷基苯磺酸和4-甲基苯磺酸或它们的铵盐、钠盐或钾盐。
在实施方式中，CMP组合物含有0.0001重量％至2.0重量％、优选0.001重量％至1.5重量％、并且优选0.002重量％至1.0重量％的第二添加剂。
溶剂
CMP组合物包含溶剂。优选地，溶剂是水或水溶性溶剂。优选的溶剂包括但不限于去离子(DI)水、蒸馏水和醇类。更优选的溶剂是DI水。
任选成分
任选地，CMP包含杀生物剂。优选的杀生物剂包括但不限于可从Dupont/DowChemical Co.获得的KathonTM、KathonTM CG/ICP II和Bioban。优选的杀生物剂包含活性成分5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮和2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮中的至少一种。STI CMP组合物可含有0.0001重量％至0.05重量％；优选0.0005重量％至0.025重量％；且更优选0.001重量％至0.01重量％的杀生物剂。
STI CMP组合物可任选地含有pH调节剂。酸性或碱性pH调节剂可用于将STI抛光组合物调节至优化的pH值。优选的pH调节剂包括但不限于硝酸、盐酸、硫酸、磷酸、其他无机或有机酸，以及它们的混合物。优选的pH调节剂还包括碱性pH调节剂，例如氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、氢氧化四烷基铵、有机季铵氢氧化物、有机胺以及可用于将pH调节至更碱性方向的其它化学试剂。当存在pH调节剂时，CMP组合物含有0重量％至1重量％、优选0.01重量％至0.5重量％、更优选0.1重量％至0.25重量％的pH调节剂。
使用方法
在一些实施方式中，CMP抛光组合物可以制成两种或更多种组分并在使用时混合。
在一个实施方式中，提供了在浅沟槽隔离(STI)工艺中，使用上述化学机械抛光(CMP)组合物对具有至少一个包含二氧化硅的表面的衬底进行化学机械抛光(CMP)的方法。
抛光的氧化物膜可以是化学气相沉积(CVD)、等离子体增强CVD(PECVD)、高密度沉积CVD(HDP)、旋涂氧化硅膜或可流动CVD氧化物膜、碳掺杂氧化物膜或氮掺杂氧化物膜。
以上公开的衬底还可包括氮化硅表面。SiO2：SiN的去除选择性大于30，优选大于60，并且更优选大于80。
在另一方面，提供了在浅沟槽隔离(STI)工艺中，使用上述化学机械抛光(CMP)组合物对具有至少一个包含二氧化硅的表面的衬底进行化学机械抛光(CMP)的方法。抛光的氧化物膜可以是CVD氧化物、PECVD氧化物、高密度氧化物或旋涂氧化物膜。
提供以下非限制性实施例以进一步说明本发明。
CMP方法
在下文给出的实施例中，使用下文给出的程序和实验条件进行CMP实验。
词汇表
组分
二氧化铈涂覆的二氧化硅：用作磨料，其粒径为约100纳米(nm)；这种二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒的粒度范围可以是从约2纳米(nm)至1000纳米(nm)；
(具有不同尺寸的)二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒由日本的JGCInc.供应。
化学添加剂，例如苯磺酸或其盐；及麦芽糖醇、D-果糖、卫矛醇、D-山梨糖醇和其他化学原料由Sigma-Aldrich，St.Louis，MO供应。
TEOS：原硅酸四乙酯
抛光垫：在CMP期间使用抛光垫IC1000、IC1010和其它垫，由DOW，Inc.供应。
参数
通用
Figure BDA0002162372640000191
或A：埃-长度单位
BP：背压，单位psi
BSA：苯磺酸
CMP：化学机械平面化＝化学机械抛光
CS：载体速度
DF：下向力：在CMP期间施加的压力，单位psi
min：分钟
ml：毫升
mV：毫伏
psi：磅/平方英寸
PS：抛光设备的台板旋转速度，单位rpm(每分钟转数)
SF：组合物流量，ml/min
重量％：(所列组分的)重量百分比
TEOS：SiN选择性：(TEOS的去除速率)/(SiN的去除速率)
HDP：高密度等离子体沉积的TEOS
TEOS或HDP去除速率：在给定的下压力下测量的TEOS或HDP去除速率。在上文列出的实施例中，CMP设备的下压力为3.0psi。
SiN去除速率：在给定的下压力下测量的SiN去除速率。在列出的实施例中，CMP设备的下压力为3.0psi。
计量
膜用Creative Design Engineering，Inc，20565Alves Dr.，Cupertino，CA，95014制造的ResMap CDE，168型测量。ResMap设备是一种四点探针薄层电阻设备。对于膜，采取49点直径扫描(5mm边缘除外)。
CMP设备
所用的CMP设备是Applied Materials，3050 Boweres Avenue，Santa Clara，California，95054制造的200mm Mirra或300mm Reflexion。DOW，Inc，451 Bellevue Rd.，Newark，DE 19713供应的IC1000垫在台板1上用于空白(blanket)和图案晶片研究。
通过使垫修整18分钟来磨合IC1010垫或其它垫。在调理器上施加7lbs下向力。为了使设备设置和垫磨合适格，在基线条件下使用Versum Materials Inc.提供的
Figure BDA0002162372640000201
STI2305组合物对两个钨监测物和两个TEOS监测物进行抛光。
晶片
使用PECVD或LECVD或HD TEOS晶片进行抛光实验。这些空白晶片购自SiliconValley Microelectronics，2985 Kifer Rd.，Santa Clara，CA 95051。
抛光实验
在空白晶片研究中，在基线条件下抛光氧化物空白晶片和SiN空白晶片。设备基线条件是：台板速度：87rpm；头速度：93rpm；膜压：3.0psi DF；组合物流量：200ml/min。用于测试的抛光垫是由Dow Chemicals供应的IC1010垫。
在工作实施例中去离子水用作组合物中的溶剂。
组合物用于在由SWK Associates，Inc.2920 Scott Blvd.Santa Clara，CA 95054供应的图案化晶片(MIT860)上进行的抛光实验。这些晶片在Veeco VX300分析仪/AFM仪器上测量。3种不同尺寸的间距结构用于氧化物凹陷测量。晶片在中心、中间和边模(edgedie)位置处测量。
从STI CMP抛光组合物获得的TEOS：SiN选择性：(TEOS的去除速率)/(SiN的去除速率)是可调节的。
工作实施例
在以下工作实施例中，制备包含0.2重量％的二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒、范围为0.0001重量％至0.05重量％的杀生物剂和去离子水的STI抛光组合物作为参照物(参比)，pH调节至5.35，或具有其他选定的pH条件。
用参比(0.2重量％的二氧化铈涂覆的二氧化硅、0.0001重量％至0.05重量％范围的杀生物剂和去离子水)和第一类化学添加剂或第二类化学添加剂或混合的第一类和第二类化学添加剂制备抛光组合物，pH值分别为5.35或在其他选定的pH条件下。
实施例1
在实施例1中，用于氧化物抛光的抛光组合物示于表1中。参比样品通过使用0.2重量％的二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒、极低浓度的杀生物剂和DI水制得。
第一类化学添加剂D-山梨糖醇以0.15重量％使用，并与参比样品混合。
第二类化学添加剂苯磺酸以0.10重量％使用，并与参比样品混合。
第一类化学添加剂D-山梨糖醇以0.15重量％使用和第二类化学添加剂苯磺酸以0.10重量％使用，并与参比样品混合。
所有参比样品和测试样品具有约5.35的相同pH值。
测试了用于抛光不同膜的去除速率(RR，
Figure BDA0002162372640000221
)。观察化学添加剂对膜去除速率和TEOS：SiN膜选择性的影响，并列于表1中和描绘于图1中。
表1.化学添加剂对膜RR
Figure BDA0002162372640000222
和TEOS：SiN选择性的影响
Figure BDA0002162372640000223
使用的抛光步骤条件是：Dow的IC1010垫，3.0psi DF，台板速度/头速度为87/93rpm，及非原位修整。
如表1和图1中所示的结果，将D-山梨糖醇作为化学添加剂添加到抛光组合物中有效地抑制了SiN膜去除速率，并提高了HDP膜去除速率。因此，TEOS：SiN选择性显著提高。
向抛光组合物中加入苯磺酸不仅抑制SiN膜去除速率，而且提高了TEOS和HDP膜去除速率二者。因此，相比于从参比样品获得的选择性，实现了进一步提高的TEOS：SiN选择性。
当将第一类添加剂D-山梨糖醇和第二类添加剂BSA两者加入到相同的抛光组合物中时，TEOS和HPD膜去除速率二者仍提高，并且SiN膜的去除速率得到进一步抑制。因此，相比于使用单独的这些添加剂或不使用它们中的任一者所获得的TEOS：SiN选择性，在相同的抛光组合物中使用两类添加剂时取得了最高的TEOS：SiN选择性。
表2.D-山梨糖醇和BSA添加剂对氧化物沟槽凹陷
Figure BDA0002162372640000231
相对OP时间(秒)的影响
Figure BDA0002162372640000232
在比较TEOS：SiN选择性时，使用两种化学添加剂的抛光组合物提供了73∶1的选择性，这远高于从参比样品获得的9∶1选择性。
实施例2
在实施例2中，用于抛光测试的抛光组合物示于表2中。参比样品通过使用0.2重量％的二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒、极低浓度的杀生物剂和去离子水在pH 5.35下制得。
在测试样品中，将D-山梨糖醇或苯磺酸(BSA)分别以0.15重量％或0.1重量％单独使用或一起使用。
所有参比样品和测试样品都具有约5.35的相同pH值。
测试了D-山梨糖醇或苯磺酸(BSA)或D-山梨糖醇+BSA对于氧化物沟槽凹陷相对不同的过抛光(over polishing)时间的影响，结果列于表2中并描绘于图2中。
如表2和图2中所示的结果，相比于从参比样品中获得的相对于不同过抛光时间的所得氧化物沟槽凹陷，在抛光组合物中添加第一类添加剂D-山梨糖醇作为所述化学添加剂显著减少了相对不同过抛光时间的氧化物沟槽凹陷。
与参比样品相比，第二类添加剂BSA的添加提供了稍差的相对过抛光时间的氧化物沟槽凹陷。
当在相同的抛光组合物中使用D-山梨糖醇和BSA作为双重化学添加剂时，与参比样品相比，取得了显著的相对过抛光时间的氧化物沟槽凹陷减少。
与使用单独这两种添加剂中的每一种相比，基于双重化学添加剂的抛光组合物提供了更稳定的过抛光窗口。
测试了D-山梨糖醇或苯磺酸(BSA)或D-山梨糖醇+BSA对于氧化物沟槽损失速率
Figure BDA0002162372640000241
的影响，结果列于表3中并描绘在图3中。
表3.D-山梨糖醇和BSA添加剂对氧化物沟槽损失速率
Figure BDA0002162372640000242
的影响
Figure BDA0002162372640000243
Figure BDA0002162372640000251
如表3和图3中所示的结果，相比于从参比样品获得的氧化物沟槽损失速率，在抛光组合物中加入第一类添加剂D-山梨糖醇作为所述化学添加剂显著降低了氧化物沟槽损失速率。
将第二类添加剂BSA添加到抛光组合物中提供了比参比样品略微增加的氧化物沟槽损失速率。
当在相同的抛光组合物中使用D-山梨糖醇和BSA作为双重化学添加剂时，与参比样品相比取得了显著的氧化物沟槽损失速率降低。在相同抛光组合物中的双重化学添加剂在所有测试的抛光组合物和参比样品中提供了最低的氧化物沟槽损失速率。
用于图案化晶片抛光的抛光条件是：Dow的IC1010垫，3.0psi下向力，台板速度/头速度87/93rpm，及原位修整。
测试了D-山梨糖醇或苯磺酸(BSA)或D-山梨糖醇+BSA对不同尺寸的图案化特征上的SiN损失速率
Figure BDA0002162372640000252
的影响，结果列于表4中并描绘于图4中。
表4.D-山梨糖醇和BSA添加剂对SiN损失速率
Figure BDA0002162372640000253
的影响
Figure BDA0002162372640000254
Figure BDA0002162372640000261
如表4和图4中所示的结果，相比于从参比样品获得的SiN膜损失速率，在抛光组合物中加入第一类添加剂D-山梨糖醇作为所述化学添加剂显著降低了SiN膜损失速率。
向抛光组合物中添加第二类添加剂BSA提供了与参比样品相比提高的SiN膜损失速率。
当在相同的抛光组合物中使用D-山梨糖醇和BSA作为双重化学添加剂时，与参比样品相比取得了显著的SiN膜损失速率降低。在相同的抛光组合物中的双重化学添加剂在所有测试的抛光组合物和参比样品中提供了最低的SiN膜损失速率。
用于图案化晶片抛光的抛光条件是：Dow的IC1010垫，3.0psi下向力，台板速度/头速度87/93rpm，及原位修整。
测试了D-山梨糖醇或苯磺酸(BSA)或D-山梨糖醇+BSA对不同尺寸的图案化特征上的氧化物沟槽凹陷速率
Figure BDA0002162372640000262
的影响，结果列于表5中并描绘于图5中。
表5.D-山梨糖醇和BSA添加剂对氧化物沟槽凹陷速率的影响
Figure BDA0002162372640000264
如表5和图5中所示的结果，相比于从参比样品获得的氧化物沟槽凹陷速率，在抛光组合物中加入第一类添加剂D-山梨糖醇作为所述化学添加剂显著降低了氧化物沟槽凹陷速率。
向抛光组合物中添加第二类添加剂BSA提供了与参比样品相比提高的氧化物沟槽凹陷速率。
当在抛光组合物中使用D-山梨糖醇和BSA作为双重化学添加剂时，与参比样品相比取得了显著的氧化物沟槽凹陷速率降低。在相同抛光组合物中的双重化学添加剂在所有测试的抛光组合物和参比样品中提供了最低的氧化物沟槽凹陷速率。
用于图案化晶片抛光的抛光条件是：Dow的IC1010垫，3.0psi下向力，台板速度/头速度87/93rpm，及原位修整。
测试了D-山梨糖醇或苯磺酸(BSA)或D-山梨糖醇+BSA对于在不同尺寸的图案化特征上的沟槽凹陷相对过抛光去除量的斜率的影响，结果列于表6中并描绘于图6中。
表6.D-山梨糖醇和BSA对于凹陷相对OP量的斜率的影响
Figure BDA0002162372640000271
如表6和图6中所示的结果，在抛光组合物中加入第一类添加剂D-山梨糖醇或第二类添加剂BSA，无论是单独使用还是一起使用作为抛光组合物中的化学添加剂，沟槽凹陷相对过抛光量的斜率与从参比样品中所获得的相比显著减小。
用于图案化晶片抛光的抛光条件是：Dow的IC1010垫，3.0psi下向力，台板速度/头速度87/93rpm，及原位修整。
实施例3
在实施例3中，用于抛光试验的抛光组合物示于表7中。参比样品通过使用0.2重量％的二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒、极低浓度的杀生物剂和去离子水制得。在测试样品中，将麦芽糖醇和BSA分别以0.28重量％和0.10重量％单独使用或一起使用。
所有参比样品和测试样品都具有约5.35的相同pH值。
测试了用于抛光不同膜的去除速率(RR，
Figure BDA0002162372640000281
)。观察化学添加剂麦芽糖醇和BSA对膜去除速率和TEOS：SiN选择性的影响，并列于表7中且在图7中描绘。
抛光部件和条件是：Dow的IC1010抛光垫，3.0psi DF，非原位修整和87/93rpm的台板速度/头速度。
表7.麦芽糖醇和BSA对膜RR和TEOS：SiN选择性的影响
如表7和图7所示的结果，将麦芽糖醇作为第一类化学添加剂加入到抛光组合物中有效地抑制了SiN膜去除速率，并略微提高了HDP膜去除速率。因此，TEOS：SiN选择性显著增加。
将苯磺酸(BSA)作为第二类化学添加剂添加到抛光组合物中不仅抑制了SiN膜去除速率，而且还提高了TEOS和HDP膜去除速率二者。因此，与从参比样品获得的选择性相比，取得了进一步提高的TEOS：SiN选择性。
当将第一类添加剂麦芽糖醇和第二类添加剂BSA都加入到同一抛光组合物中时，TEOS和HPD膜的去除速率二者仍然提高，并且SiN膜去除速率得到进一步抑制。因此，相比于使用单独的这些添加剂或不使用它们中的任一者所获得的TEOS：SiN选择性，在相同的抛光组合物中使用两类添加剂时取得了最高的TEOS：SiN选择性。
在比较TEOS：SiN选择性时，同时使用两类化学添加剂的抛光组合物提供了80∶1的选择性，这远高于从参比样品获得的9∶1选择性。
实施例4
表8.麦芽糖醇和BSA添加剂对于氧化物沟槽凹陷
Figure BDA0002162372640000291
相对OP时间(秒)的影响。
Figure BDA0002162372640000292
Figure BDA0002162372640000301
在实施例4中，用于抛光测试的抛光组合物示于表8中。参比样品通过使用0.2重量％的二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒、极低浓度的杀生物剂和去离子水制得。在测试样品中，将麦芽糖醇和BSA分别以0.28重量％和0.10重量％单独使用或一起使用。
所有参比样品和测试样品都具有约5.35的相同pH值。
测试了麦芽糖醇或苯磺酸(BSA)或麦芽糖醇+BSA对于氧化物沟槽凹陷相对不同过抛光时间的影响，结果列于表8中并描绘于图8中。
如表8和图8所示的结果，相比于从参比样品获得的氧化物沟槽凹陷相对不同过抛光时间，在抛光组合物中加入第一类添加剂麦芽糖醇作为所述化学添加剂显著降低了相对不同过抛光时间的氧化物沟槽凹陷。
与参比样品相比，添加第二类添加剂BSA提供了略差的相对过抛光时间的氧化物沟槽凹陷。
当在相同的抛光组合物中使用麦芽糖醇和BSA作为双重化学添加剂时，相比于参比样品在不同尺寸的图案化特征上取得了显著降低的相对不同过抛光时间的氧化物沟槽凹陷。
测试了麦芽糖醇或苯磺酸(BSA)或麦芽糖醇+BSA对于氧化物沟槽损失速率
Figure BDA0002162372640000302
的影响，结果列于表9中并描绘于图9中。
表9.麦芽糖醇和BSA添加剂对氧化物沟槽损失速率
Figure BDA0002162372640000303
的影响
Figure BDA0002162372640000304
Figure BDA0002162372640000311
如表9和图9中所示的结果，相比于从参比样品获得的氧化物沟槽损失速率，在抛光组合物中加入第一类添加剂麦芽糖醇作为所述化学添加剂显著降低了氧化物沟槽损失速率。
将第二类添加剂BSA添加到抛光组合物中提供了与参比样品相比略微增加的氧化物沟槽损失速率。
当在抛光组合物中使用麦芽糖醇和BSA作为双重化学添加剂时，与参比样品相比取得了显著的氧化物沟槽损失速率降低。
用于图案化晶片抛光的抛光条件是：Dow的IC1010垫，3.0psi下向力，台板速度/头速度87/93rpm，及原位修整。
测试了麦芽糖醇或苯磺酸(BSA)或麦芽糖醇+BSA对不同尺寸的图案化特征上的SiN损失速率
Figure BDA0002162372640000312
的影响，结果列于表10中并描绘于图10中。
表10.麦芽糖醇和BSA添加剂对SiN损失速率
Figure BDA0002162372640000313
的影响
Figure BDA0002162372640000314
Figure BDA0002162372640000321
如表10和图10中所示的结果，相比于从参比样品获得的SiN膜损失速率，在抛光组合物中加入第一类添加剂麦芽糖醇作为所述化学添加剂显著降低了SiN膜损失速率。
向抛光组合物中添加第二类添加剂BSA提供了比参比样品提高的SiN膜损失速率。
当在相同的抛光组合物中使用麦芽糖醇和BSA作为双重化学添加剂时，与参比样品相比取得了显著的SiN膜损失速率降低。在相同的抛光组合物中的双重化学添加剂在所有测试的抛光组合物和参比样品中提供了最低的SiN膜损失速率。
用于图案化晶片抛光的抛光条件是：Dow的IC1010垫，3.0psi下向力，台板速度/头速度87/93rpm，及原位调节。
测试了麦芽糖醇或苯磺酸(BSA)或麦芽糖醇+BSA对不同尺寸的图案化特征上的氧化物沟槽凹陷速率
Figure BDA0002162372640000322
的影响，结果列于表11中并描绘于图11中。
表11.麦芽糖醇和BSA添加剂对氧化物沟槽凹陷速率
Figure BDA0002162372640000323
的影响
Figure BDA0002162372640000324
如表11和图11中所示的结果，相比于从参比样品获得的氧化物沟槽凹陷速率，在抛光组合物中加入第一类添加剂麦芽糖醇作为所述化学添加剂显著降低了氧化物沟槽凹陷速率。
向抛光组合物中添加第二类添加剂BSA提供了比参比样品略微降低的氧化物沟槽凹陷速率。
当在抛光组合物中使用麦芽糖醇和BSA作为双重化学添加剂时，与参比样品相比取得了显著的氧化物沟槽凹陷速率降低。
用于图案化晶片抛光的抛光条件是：Dow的IC1010垫，3.0psi下向力，台板速度/头速度87/93rpm，及原位修整。
测试了麦芽糖醇或苯磺酸(BSA)或麦芽糖醇+BSA对于在不同尺寸的图案化特征上沟槽凹陷相对过抛光去除量的斜率的影响，结果列于表12中并描绘于图12中。
表12.麦芽糖醇和BSA对于凹陷相对OP量的斜率的影响
Figure BDA0002162372640000332
如表12和图12中所示的结果，在抛光组合物中加入第一类添加剂麦芽糖醇或第二类添加剂BSA，无论是单独使用还是一起使用作为抛光组合物中的化学添加剂，沟槽凹陷相对过抛光量的斜率与从参比样品中所获得的斜率相比显著减小。
用于图案化晶片抛光的抛光条件是：Dow的IC1010垫，3.0psi下向力，台板速度/头速度87/93rpm，及原位修整。
实施例5
如在先前的描述中所指出的，本发明的氧化物或掺杂氧化物CMP抛光组合物可用于宽pH窗口中以提供高的氧化物膜去除速率、受抑制的SiN去除速率、提高的氧化物：SiN选择性和低的氧化物沟槽凹陷。
在实施例5中，在4.5的酸性pH条件下测试本发明的抛光组合物。
在实施例5中，用于抛光测试的抛光组合物示于表13中。参比样品通过使用0.2重量％的二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒、极低浓度的杀生物剂和去离子水在pH 4.5下制得。
在测试样品中，将D-山梨糖醇或苯磺酸(BSA)分别以0.15重量％或0.1重量％单独使用或一起使用。
所有参比样品和测试样品都具有约4.5的相同pH值。
测试了D-山梨糖醇或苯磺酸(BSA)或D-山梨糖醇+BSA对各种不同类型的膜去除速率和TEOS：SiN选择性的影响，结果列于表13中。
表13.在pH 4.5下，化学添加剂对膜RR
Figure BDA0002162372640000341
和TEOS：SiN选择性的影响。
Figure BDA0002162372640000342
Figure BDA0002162372640000351
使用的抛光步骤条件是：Dow的IC1010垫，3.0psi DF，台板速度/头速度87/93rpm，及非原位修整。
如表13中所示的结果，将D-山梨糖醇作为化学添加剂添加到抛光组合物中有效地抑制了SiN膜去除速率，并提高了HDP膜去除速率。因此，TEOS：SiN选择性显著提高。
向抛光组合物中加入苯磺酸作为唯一的化学添加剂不仅提高了SiN膜的去除速率，而且提高了TEOS和HDP膜去除速率二者。因此，相比于从参比样品获得的选择性，实现了进一步降低的TEOS：SiN选择性。
当在pH 4.5下将第一类添加剂D-山梨糖醇和第二类添加剂BSA都加入到相同的抛光组合物中时，TEOS和HPD膜去除速率二者仍然提高，并且SiN膜的去除速率得到进一步抑制。因此，相比于在pH 4.5下使用单独的这些添加剂或不使用它们中的任一者所获得的TEOS：SiN选择性，在相同的抛光组合物中使用两类添加剂取得了最高的TEOS：SiN选择性。
在比较TEOS：SiN选择性时，使用两类化学添加剂的抛光组合物提供了132∶1的选择性，这远高于在pH 4.5下从参比样品获得的8∶1选择性。
此外，在实施例5中，在用于抛光测试的抛光组合物中，使用麦芽糖醇作为氧化物沟槽凹陷减少剂加BSA作为氧化物膜去除速率增强剂，其示于表14中。参比样品通过使用0.2重量％二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒、极低浓度的杀生物剂和去离子水在pH 4.5下制得。
在pH 4.5下的测试样品中，将麦芽糖醇单独使用或与苯磺酸(BSA)一起分别以0.28重量％或/和0.1重量％使用。
所有参比样品和测试样品都具有约4.5的相同pH值。
测试了麦芽糖醇或麦芽糖醇加苯磺酸(BSA)对膜去除速率和TEOS：SiN选择性的影响，结果列于表14中。
表14.在pH 4.5下，化学添加剂对膜RR
Figure BDA0002162372640000361
和TEOS：SiN选择性的影响。
Figure BDA0002162372640000362
如表14所示的结果，在抛光组合物中添加麦芽糖醇作为化学添加剂有效地抑制了SiN膜去除速率，并且提高了HDP膜的去除速率。因此，TEOS：SiN选择性显著增大。
在pH 4.5下，将苯磺酸作为唯一化学添加剂添加到抛光组合物中不仅提高了SiN膜的去除速率，而且提高了TEOS和HDP膜去除速率二者。因此，相比于从参比样品获得的选择性，获得了进一步降低的TEOS：SiN选择性。
当在pH 4.5下将第一类添加剂麦芽糖醇和第二类添加剂BSA都加入到相同的抛光组合物中时，TEOS和HPD膜去除速率二者仍然提高，并且SiN膜的去除速率得到进一步抑制。因此，在pH 4.5下，相比于使用单独的这些添加剂或不使用它们中的任一者所获得的TEOS：SiN选择性，在相同的抛光组合物中使用两类添加剂取得了最高的TEOS：SiN选择性。
在比较TEOS：SiN选择性时，使用两种化学添加剂的抛光组合物提供了93∶1的选择性，这远高于在pH 4.5下从参比样品获得的8∶1选择性。
在实施例5中，在pH 4.5下测试了D-山梨糖醇或苯磺酸(BSA)或D-山梨糖醇+BSA对于氧化物沟槽凹陷相对不同过抛光时间的影响，结果列于表15中。
表15.在pH 4.5下，D-山梨糖醇和BSA添加剂对于氧化物沟槽凹陷相对OP时间(秒)的影响
Figure BDA0002162372640000372
如表15中所示的结果，相比于从参比样品中获得的所得氧化物沟槽凹陷相对不同过抛光时间，在pH 4.5下在抛光组合物中添加第一类添加剂D-山梨糖醇作为所述化学添加剂显著减少了氧化物沟槽凹陷相对不同过抛光时间。
与参比样品相比，在pH 4.5下第二类添加剂BSA的添加提供了较差的氧化物沟槽凹陷相对过抛光时间。
当在pH 4.5下在相同的抛光组合物中使用D-山梨糖醇和BSA作为双重化学添加剂时，与参比样品相比取得了显著的相对过抛光时间的氧化物沟槽凹陷减少。
与使用单独这两种添加剂中的每一种相比，在pH 4.5下基于双重化学添加剂的抛光组合物提供了更稳定的过抛光窗口。
在实施例5中，在pH 4.5下测试了麦芽糖醇或苯磺酸(BSA)或麦芽糖醇+BSA对于氧化物沟槽凹陷相对不同过抛光时间的影响，结果列于表16中。
表16.在pH 4.5下，麦芽糖醇和BSA添加剂对氧化物沟槽凹陷
Figure BDA0002162372640000381
相对OP时间(秒)的影响
如表16所示的结果，相比于从参比样品获得的氧化物沟槽凹陷相对不同过抛光时间，在pH 4.5下在抛光组合物中加入第一类添加剂麦芽糖醇作为所述化学添加剂显著降低了氧化物沟槽凹陷相对不同过抛光时间。
与参比样品相比，在pH 4.5下添加第二类添加剂BSA提供了较差的氧化物沟槽凹陷相对过抛光时间。
当在pH 4.5下在相同的抛光组合物中使用麦芽糖醇和BSA作为双重化学添加剂时，与参比样品相比取得了显著降低的相对不同过抛光时间的氧化物沟槽凹陷。
与使用单独的这两种添加剂中的每一种相比，在pH 4.5下基于双重化学添加剂的抛光组合物提供了更稳定的过抛光窗口。
在实施例5中，在pH 4.5下测试了D-山梨糖醇或苯磺酸(BSA)或D-山梨糖醇+BSA对于氧化物沟槽损失速率的影响，结果列于表17中。
表17.D-山梨糖醇和BSA添加剂对氧化物沟槽损失速率
Figure BDA0002162372640000392
的影响
Figure BDA0002162372640000393
如表17中所示的结果，相比于从参比样品获得的氧化物沟槽损失速率，在pH 4.5下在抛光组合物中加入第一类添加剂D-山梨糖醇作为所述化学添加剂显著降低了氧化物沟槽损失速率。
在pH 4.5下，将第二类添加剂BSA添加到抛光组合物中提供了比参比样品大大增加的氧化物沟槽损失速率。
当在pH 4.5下在相同的抛光组合物中使用D-山梨糖醇和BSA作为双重化学添加剂时，与参比样品相比取得了显著的氧化物沟槽损失速率降低。在相同的抛光组合物中的双重化学添加剂在所有测试的抛光组合物和参比样品中提供了最低的氧化物沟槽损失速率。
用于图案化晶片抛光的抛光条件是：Dow的IC1010垫，3.0psi下向力，台板速度/头速度87/93rpm，及原位修整。
在实施例5中，测试了在pH 4.5下麦芽糖醇或苯磺酸(BSA)或麦芽糖醇+BSA对于氧化物沟槽损失速率
Figure BDA0002162372640000401
的影响，结果列于表18中。
表18.在pH 4.5下，麦芽糖醇和BSA添加剂对氧化物沟槽损失速率
Figure BDA0002162372640000402
的影响
Figure BDA0002162372640000403
如表18中所示的结果，相比于从参比样品获得的氧化物沟槽损失速率，在pH 4.5下在抛光组合物中加入第一类添加剂麦芽糖醇作为所述化学添加剂显著降低了氧化物沟槽损失速率。
在pH 4.5下将第二类添加剂BSA添加到抛光组合物中提供了比参比样品大大增加的氧化物沟槽损失速率。
当在pH 4.5下在相同的抛光组合物中使用麦芽糖醇和BSA作为双重化学添加剂时，与参比样品相比取得了显著的氧化物沟槽损失速率降低。在相同的抛光组合物中的双重化学添加剂在所有测试的抛光组合物和参比样品中提供了最低的氧化物沟槽损失速率。
用于图案化晶片抛光的抛光条件是：Dow的IC1010垫，3.0psi下向力，台板速度/头速度87/93rpm，及原位修整。
在实施例5中，测试了在pH 4.5下D-山梨糖醇或苯磺酸(BSA)或D-山梨糖醇+BSA对不同尺寸的图案化特征上SiN损失速率
Figure BDA0002162372640000411
的影响，结果列于表19中。
表19.在pH 4.5下，D-山梨糖醇和BSA添加剂对SiN损失速率
Figure BDA0002162372640000412
的影响
如表19中所示的结果，相比于从参比样品获得的SiN膜损失速率，在pH 4.5下在抛光组合物中加入第一类添加剂D-山梨糖醇作为所述化学添加剂显著降低了SiN膜损失速率。
向抛光组合物中添加第二类添加剂BSA提供了与参比样品相比增加的SiN膜损失速率。
当在pH 4.5下在相同的抛光组合物中使用D-山梨糖醇和BSA作为双重化学添加剂时，与参比样品相比取得了显著的SiN膜损失速率降低。在相同的抛光组合物中的双重化学添加剂在所有测试的抛光组合物和参比样品中提供了最低的SiN膜损失速率。
在实施例5中，在pH 4.5下测试了D-山梨糖醇或苯磺酸(BSA)或D-山梨糖醇+BSA对不同尺寸的图案化特征上氧化物沟槽凹陷速率
Figure BDA0002162372640000421
的影响，结果列于表20中。
表20.在pH 4.5下，D-山梨糖醇和BSA添加剂对氧化物沟槽凹陷速率的影响
Figure BDA0002162372640000423
如表20中所示的结果，相比于从参比样品获得的氧化物沟槽凹陷速率，在pH 4.5下在抛光组合物中加入第一类添加剂D-山梨糖醇作为所述化学添加剂显著降低了氧化物沟槽凹陷速率。
在pH 4.5下向抛光组合物中添加第二类添加剂BSA提供了与参比样品相比更大的氧化物沟槽凹陷速率。
当在pH 4.5下在抛光组合物中使用D-山梨糖醇和BSA作为双重化学添加剂时，与参比样品相比取得了显著的氧化物沟槽凹陷速率降低。在相同抛光组合物中的双重化学添加剂在所有测试的抛光组合物和参比样品中提供了最低的氧化物沟槽凹陷速率。
用于图案化晶片抛光的抛光条件是：Dow的IC1010垫，3.0psi下向力，台板速度/头速度87/93rpm，及原位修整。
在实施例5中，在pH 4.5下测试了D-山梨糖醇或苯磺酸(BSA)或D-山梨糖醇+BSA对于在不同尺寸的图案化特征上沟槽凹陷相对过抛光去除量的斜率的影响，结果列于表21中。
表21.在pH 4.5下，D-山梨糖醇和BSA对于凹陷相对OP量的斜率的影响
Figure BDA0002162372640000431
如表21中所示的结果，相比于从参比样品获得的斜率，在pH 4.5下在抛光组合物中加入第一类添加剂D-山梨糖醇作为所述化学添加剂显著减小沟槽凹陷相对过抛光量的斜率。
相比于从参比样品获得的斜率，在pH 4.5下向抛光组合物中添加第二类添加剂BSA作为化学添加剂，沟槽凹陷相对过抛光量的斜率增大。
当在pH 4.5下在抛光组合物中使用D-山梨糖醇和BSA作为双重化学添加剂时，与参比样品相比取得了沟槽凹陷相对氧化物膜过抛光量的斜率显著减小。在相同抛光组合物中的双重化学添加剂在所有测试的抛光组合物和参比样品中提供了最低的氧化物凹陷相对氧化物膜过抛光量的斜率。
用于图案化晶片抛光的抛光条件是：Dow的IC1010垫，3.0psi下向力，台板速度/头速度87/93rpm，及原位修整。
实施例6
如在先前的描述中所指出的，本发明的氧化物或掺杂氧化物CMP抛光组合物可用于宽pH窗口中以提供高的氧化物膜去除速率、受抑制的SiN去除速率、提高的氧化物：SiN选择性和低的氧化物沟槽凹陷。
在实施例6中，在7.5的碱性pH条件下测试本发明的抛光组合物。
在实施例6中，用于抛光测试的抛光组合物示于表22中。参比样品通过使用0.2重量％的二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒、极低浓度的杀生物剂和去离子水在pH 7.5下制得。
在测试样品中，将D-山梨糖醇或苯磺酸(BSA)分别以0.15重量％和/或0.1重量％单独使用或者一起使用。
所有参比样品和测试样品都具有约7.5的相同pH值。
在pH 7.5下，测试了D-山梨糖醇或苯磺酸(BSA)或D-山梨糖醇+BSA对各种不同类型的膜去除速率和TEOS：SiN选择性的影响，结果列于表22中。
表22.在pH 7.5下，化学添加剂对膜RR
Figure BDA0002162372640000441
和TEOS：SiN选择性的影响。
Figure BDA0002162372640000442
使用的抛光步骤条件是：Dow的IC1010垫，3.0psi DF，台板速度/头速度87/93rpm，及非原位修整。
如表22中所示的结果，在pH 7.5下将D-山梨糖醇作为化学添加剂添加到抛光组合物中有效地抑制了SiN膜去除速率。因此，TEOS：SiN选择性显著提高。
在pH 7.5下向抛光组合物中加入苯磺酸作为唯一的化学添加剂不仅提高了SiN膜的去除速率，而且提高了TEOS和HDP膜去除速率二者。因此，相比于从参比样品获得的选择性，观察到进一步降低的TEOS：SiN选择性。
当在pH 7.5下将第一类添加剂D-山梨糖醇和第二类添加剂BSA都加入到相同的抛光组合物中时，TEOS和HPD膜去除速率二者仍然提高，并且SiN膜的去除速率得到进一步抑制。因此，相比于在pH 7.5下使用单独的这些添加剂或不使用它们中的任一者所获得的TEOS：SiN选择性，在相同的抛光组合物中使用两类添加剂时取得了最高的TEOS：SiN选择性。
在比较TEOS：SiN选择性时，使用两类化学添加剂的抛光组合物提供了89∶1的选择性，这远高于在pH 7.5下从参比样品获得的8∶1选择性。
此外，在实施例6中，在pH 7.5下在用于抛光测试的抛光组合物中，使用麦芽糖醇作为氧化物沟槽凹陷减少剂加BSA作为氧化物膜去除速率增强剂，其示于表23中。参比样品通过使用0.2重量％二氧化铈涂覆的二氧化硅颗粒、极低浓度的杀生物剂和去离子水在pH7.5下制得。
在测试样品中，将麦芽糖醇单独使用或与苯磺酸(BSA)分别以0.28重量％或/和0.1重量％一起使用。
所有参比样品和测试样品都具有约7.5的相同pH值。
测试了麦芽糖醇或BSA或麦芽糖醇加苯磺酸(BSA)对膜去除速率和TEOS：SiN选择性的影响，结果列于表23中。
表23.在pH 7.5下，化学添加剂对膜RR
Figure BDA0002162372640000461
和TEOS：SiN选择性的影响。
Figure BDA0002162372640000462
如表23所示的结果，在pH 7.5下在抛光组合物中添加麦芽糖醇作为化学添加剂有效地抑制了SiN膜去除速率。因此，TEOS：SiN选择性显著提高。
在pH 7.5下，将苯磺酸作为唯一的化学添加剂添加到抛光组合物中不仅提高了SiN膜的去除速率，而且提高了TEOS和HDP膜去除速率二者。因此，相比于从参比样品获得的选择性，观察到进一步降低的TEOS：SiN选择性。
当在pH 7.5下将第一类添加剂麦芽糖醇和第二类添加剂BSA都加入到相同的抛光组合物中时，TEOS和HPD膜去除速率二者仍然提高，并且SiN膜的去除速率得到进一步抑制。因此，在pH 7.5下，相比于使用单独的这些添加剂或不使用它们中的任一者所获得的TEOS：SiN选择性，在相同的抛光组合物中使用两类添加剂时取得了最高的TEOS：SiN选择性。
在比较TEOS：SiN选择性时，使用两类化学添加剂的抛光组合物提供了83∶1的选择性，这远高于从参比样品在pH 7.5下获得的8∶1选择性。
在实施例6中，在pH 7.5下测试了D-山梨糖醇或苯磺酸(BSA)或D-山梨糖醇+BSA对于氧化物沟槽凹陷相对不同过抛光时间的影响，结果列于表24中。
表24.在pH 7.5下，D-山梨糖醇和BSA添加剂对于氧化物沟槽凹陷
Figure BDA0002162372640000471
相对OP时间(秒)的影响
Figure BDA0002162372640000472
如表24中所示的结果，相比于从参比样品中获得的氧化物沟槽凹陷相对不同过抛光时间，在pH 7.5下在抛光组合物中添加第一类添加剂D-山梨糖醇作为所述化学添加剂显著减少了相对不同过抛光时间的氧化物沟槽凹陷。
与参比样品相比，在pH 7.5下第二类添加剂BSA的添加提供了较差的氧化物沟槽凹陷相对过抛光时间。
当在pH 7.5下在相同的抛光组合物中使用D-山梨糖醇和BSA作为双重化学添加剂时，与参比样品相比取得了显著的相对过抛光时间的氧化物沟槽凹陷减少。
与使用单独的这两类添加剂中的每一种相比，在pH 7.5下基于双重化学添加剂的抛光组合物提供了更稳定的过抛光窗口。
在实施例6中，在pH 7.5下测试了麦芽糖醇或苯磺酸(BSA)或麦芽糖醇+BSA对于氧化物沟槽凹陷相对不同过抛光时间的影响，结果列于表25中。
表25.在pH 7.5下，麦芽糖醇和BSA添加剂对氧化物沟槽凹陷
Figure BDA0002162372640000481
相对OP时间(秒)的影响
Figure BDA0002162372640000482
如表25所示的结果，相比于从参比样品获得的所得氧化物沟槽凹陷相对不同过抛光时间，在pH 7.5下在抛光组合物中加入第一类添加剂麦芽糖醇作为所述化学添加剂显著降低了相对不同过抛光时间的氧化物沟槽凹陷。
与参比样品相比，在pH 7.5下添加第二类添加剂BSA提供了较差的氧化物沟槽凹陷相对过抛光时间。
当在pH 7.5下在相同的抛光组合物中使用麦芽糖醇和BSA作为双重化学添加剂时，与参比样品相比取得了相对过抛光时间的显著的氧化物沟槽凹陷降低。
与使用单独的这两类添加剂中的每一种相比，在pH 7.5下基于双重化学添加剂的抛光组合物提供了更稳定的过抛光窗口。
在实施例6中，在pH 7.5下测试了D-山梨糖醇或苯磺酸(BSA)或D-山梨糖醇+BSA对于氧化物沟槽损失速率
Figure BDA0002162372640000491
的影响，结果列于表26中。
表26.在pH 7.5下D-山梨糖醇和BSA添加剂对氧化物沟槽损失速率的影响
Figure BDA0002162372640000493
如表26中所示的结果，相比于从参比样品获得的氧化物沟槽损失速率，在pH 7.5下在抛光组合物中加入第一类添加剂D-山梨糖醇作为所述化学添加剂显著降低了氧化物沟槽损失速率。
在pH 7.5下将第二类添加剂BSA添加到抛光组合物中提供了与参比样品相比显著增加的氧化物沟槽损失速率。
当在pH 7.5下在相同的抛光组合物中使用D-山梨糖醇和BSA作为双重化学添加剂时，与参比样品相比取得了显著降低的氧化物沟槽损失速率。在pH 7.5下，在相同的抛光组合物中的双重化学添加剂在所有测试的抛光组合物和参比样品中提供了最低的氧化物沟槽损失速率。
用于图案化晶片抛光的抛光条件是：Dow的IC1010垫，3.0psi下向力，台板速度/头速度87/93rpm，及原位修整。
在实施例6中，测试了在pH 7.5下麦芽糖醇或苯磺酸(BSA)或麦芽糖醇+BSA对于氧化物沟槽损失速率
Figure BDA0002162372640000501
的影响，结果列于表27中。
表27.在pH 7.5下麦芽糖醇和BSA添加剂对氧化物沟槽损失速率
Figure BDA0002162372640000502
的影响
Figure BDA0002162372640000503
如表27中所示的结果，相比于从参比样品获得的氧化物沟槽损失速率，在pH 7.5下在抛光组合物中加入第一类添加剂麦芽糖醇作为所述化学添加剂显著降低了氧化物沟槽损失速率。
在pH 7.5下将第二类添加剂BSA添加到抛光组合物中提供了与参比样品相比显著增加的氧化物沟槽损失速率。
当在pH 7.5下在相同的抛光组合物中使用麦芽糖醇和BSA作为双重化学添加剂时，与参比样品相比取得了显著降低的氧化物沟槽损失速率。在pH 7.5下，在相同的抛光组合物中的双重化学添加剂在所有测试的抛光组合物和参比样品中提供了最低的氧化物沟槽损失速率。
用于图案化晶片抛光的抛光条件是：Dow的IC1010垫，3.0psi下向力，台板速度/头速度87/93rpm，及原位修整。
在实施例6中，测试了在pH 7.5下D-山梨糖醇或苯磺酸(BSA)或D-山梨糖醇+BSA对不同尺寸的图案化特征上SiN损失速率
Figure BDA0002162372640000511
的影响，结果列于表28中。
表28.在pH 7.5下D-山梨糖醇和BSA添加剂对SiN损失速率
Figure BDA0002162372640000512
的影响
Figure BDA0002162372640000513
如表28中所示的结果，相比于从参比样品获得的SiN膜损失速率，在pH 7.5下在抛光组合物中加入第一类添加剂D-山梨糖醇作为所述化学添加剂显著降低了SiN膜损失速率。
在pH 7.5下向抛光组合物中添加第二类添加剂BSA提供了与参比样品相比增加的SiN膜损失速率。
当在pH 7.5下在相同的抛光组合物中使用D-山梨糖醇和BSA作为双重化学添加剂时，与参比样品相比取得了显著降低的SiN膜损失速率。在相同的抛光组合物中的双重化学添加剂在所有测试的抛光组合物和参比样品中提供了最低的SiN膜损失速率。
在实施例6中，在pH 7.5下测试了D-山梨糖醇或苯磺酸(BSA)或D-山梨糖醇+BSA对不同尺寸的图案化特征上氧化物沟槽凹陷速率
Figure BDA0002162372640000521
的影响，结果列于表29中。
表29.在pH 7.5下D-山梨糖醇和BSA添加剂对氧化物沟槽凹陷速率
Figure BDA0002162372640000522
的影响
Figure BDA0002162372640000523
如表29中所示的结果，相比于从参比样品获得的氧化物沟槽凹陷速率，在pH 7.5下在抛光组合物中加入第一类添加剂D-山梨糖醇作为所述化学添加剂显著降低了氧化物沟槽凹陷速率。
在pH 7.5下向抛光组合物中添加第二类添加剂BSA提供了与参比样品相比增加的氧化物沟槽凹陷速率。
当在pH 7.5下在抛光组合物中使用D-山梨糖醇和BSA作为双重化学添加剂时，与参比样品相比取得了显著降低的氧化物沟槽凹陷速率。在pH 7.5下，在相同抛光组合物中的双重化学添加剂在所有测试的抛光组合物和参比样品中提供了最低的氧化物沟槽凹陷速率。
用于图案化晶片抛光的抛光条件是：Dow的IC1010垫，3.0psi下向力，台板速度/头速度87/93rpm，及原位修整。
在实施例6中，在pH 7.5下测试了D-山梨糖醇或苯磺酸(BSA)或D-山梨糖醇+BSA对于在不同尺寸的图案化特征上沟槽凹陷相对过抛光去除量的斜率的影响，结果列于表30中。
表30.在pH 7.5下D-山梨糖醇和BSA对于凹陷相对OP量的斜率的影响
Figure BDA0002162372640000531
如表30中所示的结果，相比于从参比样品获得的，在pH 7.5下在抛光组合物中加入第一类添加剂D-山梨糖醇作为所述化学添加剂显著减小了沟槽凹陷相对过抛光量的斜率。
相比于从参比样品获得的，在pH 7.5下向抛光组合物中添加第二类添加剂BSA作为化学添加剂，沟槽凹陷相对过抛光量的斜率略微减小。
当在pH 7.5下在抛光组合物中使用D-山梨糖醇和BSA作为双重化学添加剂时，与参比样品相比，沟槽凹陷相对氧化物膜过抛光量的斜率显著减小。在pH 7.5下在相同抛光组合物中的双重化学添加剂在所有测试的抛光组合物和参比样品中提供了最低的沟槽凹陷相对氧化物膜过抛光量的斜率。
用于图案化晶片抛光的抛光条件是：Dow的IC1010垫，3.0psi下向力，台板速度/头速度87/93rpm，及原位修整。
上文列出的本发明的实施方式，包括工作实施例，是可以由本发明作出的众多实施方式的示例。设想可以使用该方法的众多其他配置，并且该方法中使用的材料可以从除了具体公开的那些之外的众多材料中选出。

Claims (25)

1.一种化学机械平面化(CMP)组合物，其包含：
a.0.05至10重量％的磨料，其选自二氧化铈涂覆的无机氧化物、二氧化铈涂覆的有机聚合物颗粒及其组合；
b.0.005至1.0重量％的第一添加剂，其由包含多个羟基官能团的有机化合物组成；
c.第二添加剂，其由包含磺酸根或磺酸官能团的芳族有机化合物组成；
d.溶剂，其选自水、醚和醇；以及任选地
e.杀生物剂和pH调节剂；
其中所述组合物的pH范围为3至10。
2.根据权利要求1所述的CMP组合物，其中所述磨料是二氧化铈涂覆的无机氧化物，其选自：二氧化铈涂覆的胶体二氧化硅；二氧化铈涂覆的高纯度胶体二氧化硅；二氧化铈涂覆的氧化铝；二氧化铈涂覆的二氧化钛；二氧化铈涂覆的氧化锆；及其组合。
3.根据权利要求1或2所述的CMP组合物，其中所述包含磺酸根或磺酸官能团的芳族有机化合物包含直接键合于芳环或通过烷基桥连基团与芳环连接的磺酸根或磺酸官能团。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的CMP组合物，其中所述第一添加剂的一般分子结构为：
其中：n选自2至5,000，并且R1、R3和每次出现的R2独立地选自氢、烷基、烷氧基、具有一个或多个羟基的有机基团、取代的有机磺酸、取代的有机磺酸盐、取代的有机羧酸、取代的有机羧酸盐、有机羧酸酯和有机胺基团。
5.根据权利要求4所述的CMP组合物，其中R1、R2和R3是氢。
6.根据权利要求4所述的CMP组合物，其中n选自3至12。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的CMP组合物，其中所述第一添加剂选自：核糖醇、木糖醇、内消旋赤藓糖醇、D-山梨糖醇、甘露醇、卫矛醇、艾杜糖醇及其组合。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的CMP组合物，其中所述第一添加剂的一般分子结构为：
Figure FDA0002162372630000021
其中n选自2至5,000，并且R2和每次出现的R1独立地选自氢、烷基、烷氧基、具有一个或多个羟基的有机基团、取代的有机磺酸、取代的有机磺酸盐、取代的有机羧酸、取代的有机羧酸盐、有机羧酸酯和有机胺基团。
9.根据权利要求8所述的CMP组合物，其中n选自3至12。
10.根据权利要求8所述的CMP组合物，其中R1和R2是氢并且n选自3至4。
11.根据权利要求1-3中任一项所述的CMP组合物，其中所述第一添加剂的一般分子结构选自：
(a)
(b)
Figure FDA0002162372630000031
和
(c)
其中R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13和R14独立地选自氢、烷基、烷氧基、具有一个或多个羟基的有机基团、取代的有机磺酸、取代的有机磺酸盐、取代的有机羧酸、取代的有机羧酸盐、有机羧酸酯和有机胺基团，条件是每个结构中R1至R14中的至少两次出现是氢。
12.根据权利要求11所述的CMP组合物，其中所述第一添加剂选自：D-(-)-果糖、脱水山梨糖醇、蔗糖、β-乳糖、D-核糖、肌醇、葡萄糖及其组合。
13.根据权利要求11所述的CMP组合物，其中所述第一添加剂的一般分子结构为：
Figure FDA0002162372630000033
其中R1至R5独立地选自氢、烷基、烷氧基、具有一个或多个羟基的有机基团、取代的有机磺酸或盐、取代的有机羧酸或盐、有机羧酸酯和有机胺基团。
14.根据权利要求13所述的CMP组合物，其中R1至R5中的至少一者是具有以下结构的多元醇分子单元：
Figure FDA0002162372630000041
其中n和m独立地选自1至5，并且R6至R9独立地选自氢、烷基、烷氧基、具有一个或多个羟基的有机基团、取代的有机磺酸或盐、取代的有机羧酸或盐、有机羧酸酯和有机胺。
15.根据权利要求14所述的CMP组合物，其中n和m独立地选自1至3。
16.根据权利要求14所述的CMP组合物，其中R1至R5中的至少一者是具有以下结构的六元环多元醇：
Figure FDA0002162372630000042
其中R10、R11、R12、R13和R14独立地选自氢、烷基、烷氧基、具有一个或多个羟基的有机基团、取代的有机磺酸或盐、取代的有机羧酸或盐、有机羧酸酯和有机胺。
17.根据权利要求14-16中任一项所述的CMP组合物，其中R1至R9中的至少两个是氢原子。
18.根据权利要求14-16中任一项所述的CMP组合物，其中R1至R9中的至少六个是氢原子。
19.根据权利要求13所述的CMP组合物，其中所述第一添加剂选自：麦芽糖醇、乳糖醇和麦芽三糖醇。
20.根据权利要求1-19中任一项所述的CMP组合物，其中所述第二添加剂的一般分子结构为：
Figure FDA0002162372630000051
其中R选自氢、钠离子、钾离子和铵离子；并且R′是在相对于所述磺酸或磺酸根基团的α位、间位或对位处连接并且包含CnH2n+1的结构的烷基，其中n选自1至18。
21.根据权利要求1-20中任一项所述的CMP组合物，其中所述第二添加剂选自：4-十二烷基苯磺酸或其铵盐、钠盐或钾盐；4-甲基苯磺酸或其铵盐、钠盐或钾盐；及其组合。
22.一种对具有至少一个包含氧化硅膜的表面的半导体衬底进行化学机械抛光(CMP)的方法，所述方法包括：
a.将所述至少一个包含氧化硅的表面与CMP抛光垫和根据权利要求1-21中任一项所述的CMP组合物接触；和
b.抛光所述至少一个包含氧化硅的表面。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述氧化硅膜选自化学气相沉积(CVD)、等离子体增强CVD(PECVD)、高密度沉积CVD(HDP)和旋涂氧化硅膜。
24.根据权利要求22或23所述的方法，其中所述氧化硅膜是SiO2膜。
25.根据权利要求22-24中任一项所述的方法，其中所述半导体衬底还包含氮化硅表面；并且步骤(b)包括以大于60的氧化硅：氮化硅的去除选择性抛光所述至少一个包含二氧化硅的表面。
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