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TWI432540B - 用於拋光多晶矽的組合物及方法 - Google Patents

用於拋光多晶矽的組合物及方法 Download PDF

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TWI432540B
TWI432540B TW100146566A TW100146566A TWI432540B TW I432540 B TWI432540 B TW I432540B TW 100146566 A TW100146566 A TW 100146566A TW 100146566 A TW100146566 A TW 100146566A TW I432540 B TWI432540 B TW I432540B
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布萊恩 萊斯
提摩西 強斯
麥可 懷特
雷蒙 瓊斯
約翰Ｄ 克拉克
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卡博特微電子公司
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Description

用於拋光多晶矽的組合物及方法
用於電子裝置中之矽晶圓通常係自單晶矽錠製備，先使用鑽石鋸將單晶矽錠切成薄晶圓，再經研磨以改善平整度，並經蝕刻以移除由研磨造成之表面下損壞。隨後，通常在兩步驟製程中拋光該等矽晶圓，以移除由蝕刻造成之奈米構形，且於該等晶圓可接受用於電子裝置中之前達到所需厚度。
在第一拋光步驟中，需要高移除速率，且理想地，該奈米構形不會在此步驟期間惡化。奈米構形係測量區域之前表面拓撲結構之參數，且係定義為約0.2至20 mm之空間波長內之表面偏差。奈米構形與表面平整度之不同點在於：對於奈米構形而言，該晶圓表面之平整度係相對於該晶圓表面本身測得；而對於表面平整度而言，該晶圓表面之平整度係相對於用於固持該晶圓之平面卡盤測得。因此，晶圓可具有極佳平整度，但仍然具有奈米構形。如果晶圓在該晶圓之前側及後側具有表面不整齊性，但是該前表面及後表面係平行的，則該晶圓具有極佳平整度。然而，該相同表面將顯示奈米構形。奈米構形以空間頻率橋接晶圓表面不整齊性之拓撲圖中之粗糙度與平整度之間的間隙。
習知矽晶圓之拋光組合物顯示高矽移除速率，但是造成矽晶圓增加奈米構形。該增加的奈米構形增加對第二(最終)拋光步驟之需求，以產生適於進一步加工成半導體基板之矽晶圓。
此外，該等矽晶圓之邊緣可與加工裝置及運輸箱接觸，其可導致該等晶圓之邊緣表面破裂或碎裂。該破裂或碎裂可產生微細顆粒，其可干擾進一步加工。極細顆粒對矽晶圓之污染亦可在該邊緣之粗化表面上出現，該等顆粒可在加工期間釋放並導致該等晶圓表面之污染。因此，在晶圓加工之早期階段，通常將該晶圓之最外層外圍邊緣去角，且隨後鏡面拋光。此外，在某些製程中，使該等矽晶圓之一側氧化，以形成氧化矽保護層，且因此部份晶圓邊緣包括氧化矽。雖然矽拋光組合物可用於邊緣拋光，但是矽晶圓之邊緣拋光通常需要比表面拋光更高的移除速率。適宜的邊緣拋光組合物理想地顯示適用之氧化矽及矽移除速率。
電子工業中之基板通常具有高整合度，其中該等基板包含多層互連結構。該基板上之覆層及結構通常包含各種材料，如(例如)單晶矽、多晶型矽(多晶矽)、二氧化矽、氮化矽、銅、及/或鉭。因為此等基板需要各種加工步驟(其包括化學機械平面化)以形成最終的多層互連結構，所以經常極希望利用根據預期應用對特定材料具有選擇性之拋光組合物及方法。例如，當基板包含原矽酸四乙酯(TEOS)、多晶矽、及氮化矽時，可極希望相對於TEOS及氮化矽選擇性拋光多晶矽，以使得多晶矽之移除速率高於TEOS及氮化矽之移除速率。雖然一種材料相對於其他材料之拋光選擇性係有益，但是隨著拋光速率之提高，可出現該等材料之非所欲變薄及凹陷。
因此，相關技術仍需要一種用於矽晶圓之改良拋光組合物。
本發明提供一種拋光組合物，其包含：(a)二氧化矽，(b)提高矽移除速率之化合物，(c)四烷基銨鹽，及(d)水，其中該拋光組合物之pH值為7至11。
本發明化學機械拋光組合物之第一實施例包括基本上由以下組成或由以下組成之化學機械拋光組合物：(a) 0.5重量%至20重量%之二氧化矽，(b) 0.01重量%至5重量%之一或多種有機羧酸，(c) 0.0005重量%至2重量%之一或多種胺基膦酸，(d) 0.01重量%至5重量%之一或多種四烷基銨鹽，(e)視情況之一或多種碳酸氫鹽，(f)視情況之氫氧化鉀，及(g)水，其中該拋光組合物之pH值為7至11。
本發明化學機械拋光組合物之第二實施例包括基本上由以下組成或由以下組成之化學機械拋光組合物：(a) 0.5重量%至20重量%之二氧化矽，(b) 0.01重量%至2重量%之一或多種聚胺基羧酸，(c) 0.05重量%至5重量%之一或多種胺，(d) 0.1重量%至5重量%之一或多種四烷基銨鹽，(e) 0.001重量%至1重量%之一或多種二醇化合物，(f)視情況之一或多種碳酸氫鹽，及(g)水，其中該拋光組合物之pH值為7至11。
本發明化學機械拋光組合物之第三實施例包括基本上由以下組成或由以下組成之化學機械拋光組合物：(a) 0.5重量%至20重量%之二氧化矽，(b) 0.01重量%至2重量%之一或多種聚胺基羧酸，(c) 0.1重量%至5重量%之一或多種四烷基銨鹽，(d) 0.01重量%至5重量%之一或多種有機羧酸，(e)視情況之0.1重量%至5重量%之一或多種胺，(f)視情況之一或多種碳酸氫鹽，及(g)水，其中該拋光組合物之pH值為7至11。
本發明化學機械拋光組合物之第四實施例包括基本上由以下組成或由以下組成之化學機械拋光組合物：(a) 0.5重量%至20重量%之二氧化矽，(b) 0.02重量%至5重量%之一或多種含氮雜環化合物，(c) 0.05重量%至2重量%之一或多種胺基膦酸，(d) 0.1重量%至5重量%之一或多種四烷基銨鹽，(e)視情況之一或多種碳酸氫鹽，及(f)水，其中該拋光組合物之pH值為7至11。
本發明化學機械拋光組合物之第五實施例包括基本上由以下組成或由以下組成之化學機械拋光組合物：(a) 0.5重量%至20重量%之二氧化矽，(b) 0.005重量%至2重量%之一或多種胺基膦酸，(c) 0.001重量%至0.1重量%之一或多種多醣，(d) 0.05重量%至5重量%之一或多種四烷基銨鹽，(e) 0.01重量%至2重量%之碳酸氫鹽，(f) 0.005重量%至2重量%之一或多種包含唑環之化合物，(g)視情況之氫氧化鉀及(h)水，其中該拋光組合物之pH值為7至11。
本發明亦提供一種用本發明化學機械拋光組合物化學機械拋光基板之方法。
用於化學機械拋光基板之本發明方法之第一實施例包括：(i)使基板與拋光墊及基本上由以下組成或由以下組成之化學機械拋光組合物接觸：(a) 0.5重量%至20重量%之二氧化矽，(b) 0.02重量%至5重量%之一或多種有機羧酸，(c) 0.02重量%至2重量%之一或多種胺基膦酸，(d) 0.1重量%至5重量%之一或多種四烷基銨鹽，(e)視情況之一或多種碳酸氫鹽，(f)視情況之氫氧化鉀，及(g)水，其中該拋光組合物之pH值為7至11；(ii)使該拋光墊相對於該基板移動，其中該化學機械拋光組合物位於其間；及(iii)研磨至少一部份該基板以拋光該基板。
用於化學機械拋光基板之本發明方法之第二實施例包括：(i)使基板與拋光墊及基本上由以下組成或由以下組成之化學機械拋光組合物接觸：(a) 0.5重量%至20重量%之二氧化矽，(b) 0.01重量%至2重量%之一或多種聚胺基羧酸，(c) 0.05重量%至5重量%之一或多種胺，(d) 0.1重量%至5重量%之一或多種四烷基銨鹽，(e) 0.001重量%至1重量%之一或多種二醇化合物，(f)視情況之一或多種碳酸氫鹽，及(g)水，其中該拋光組合物之pH值為7至11；(ii)使該拋光墊相對於該基板移動，其中該化學機械拋光組合物位於其間；及(iii)研磨至少一部份該基板以拋光該基板。
用於化學機械拋光基板之本發明方法之第三實施例包括：(i)使基板與拋光墊及基本上由以下組成或由以下組成之化學機械拋光組合物接觸：(a) 0.5重量%至20重量%之二氧化矽，(b) 0.01重量%至2重量%之一或多種聚胺基羧酸，(c) 0.1重量%至5重量%之一或多種四烷基銨鹽，(d) 0.01重量%至5重量%之一或多種有機羧酸，(e)視情況之0.1重量%至5重量%之一或多種胺，(f)視情況之一或多種碳酸氫鹽，及(g)水，其中該拋光組合物之pH值為7至11；(ii)使該拋光墊相對於該基板移動，其中該化學機械拋光組合物位於其間；及(iii)研磨至少一部份該基板以拋光該基板。
用於化學機械拋光基板之本發明方法之第四實施例包括：(i)使基板與拋光墊及基本上由以下組成或由以下組成之化學機械拋光組合物接觸：(a) 0.5重量%至20重量%之二氧化矽，(b) 0.02重量%至5重量%之一或多種含氮雜環化合物，(c) 0.05重量%至2重量%之一或多種胺基膦酸，(d) 0.1重量%至5重量%之一或多種四烷基銨鹽，(e)視情況之一或多種碳酸氫鹽，及(f)水，其中該拋光組合物之pH值為7至11；(ii)使該拋光墊相對於該基板移動，其中該化學機械拋光組合物位於其間；及(iii)研磨至少一部份該基板以拋光該基板。
用於化學機械拋光基板之本發明方法之第五實施例包括：(i)使基板與拋光墊及基本上由以下組成或由以下組成之化學機械拋光組合物接觸：(a) 0.5重量%至20重量%之二氧化矽，(b) 0.005重量%至2重量%之一或多種胺基膦酸，(c) 0.001重量%至0.1重量%之一或多種多醣，(d) 0.05重量%至5重量%之一或多種四烷基銨鹽，(e) 0.01重量%至2重量%之碳酸氫鹽，(f) 0.005重量%至2重量%之一或多種包含唑環之化合物，(g)視情況之氫氧化鉀及(h)水，其中該拋光組合物之pH值為7至11；(ii)使該拋光墊相對於該基板移動，其中該化學機械拋光組合物位於其間；及(iii)研磨至少一部份該基板以拋光該基板。
本發明另外提供一種拋光矽晶圓之邊緣之方法，其中該邊緣係基本上由矽組成，該方法包括：(i)使基板與拋光墊及基本上由以下各者組成之化學機械拋光組合物接觸：(a) 0.5重量%至20重量%之濕處理型二氧化矽，(b) 0.01重量%至5重量%之有機羧酸，(c) 0.0005重量%至2重量%之胺基膦酸，(d) 0.01重量%至5重量%之四烷基銨鹽，(e)氫氧化鉀，(f)視情況之碳酸氫鹽，及(g)水，其中該拋光組合物之pH值為7至11；(ii)使該拋光墊相對於該矽晶圓之邊緣移動，其中該化學機械拋光組合物位於其間；及(iii)研磨至少一部份該邊緣以拋光該矽晶圓之邊緣。
本發明另外提供一種拋光晶圓邊緣之方法，其中該邊緣具有基本上由矽及氧化矽組成之表面，該方法包括：(i)使基板與拋光墊及基本上由以下各者組成之化學機械拋光組合物接觸：(a) 0.5重量%至20重量%之二氧化矽，(b) 0.01重量%至5重量%之有機羧酸，(c) 0.0005重量%至1重量%之胺基膦酸，(d) 0.01重量%至5重量%之四烷基銨鹽，(e)視情況之碳酸氫鹽，(f)視情況之氫氧化鉀，及(g)水，其中該拋光組合物之pH值為7至11；(ii)使該拋光墊相對於該晶圓之邊緣移動，其中該化學機械拋光組合物位於其間；及(iii)研磨至少一部份該邊緣以拋光該晶圓之邊緣。
本發明提供一種拋光組合物，其包含：(a)二氧化矽、(b)提高矽移除速率之化合物、(c)四烷基銨鹽、及(d)水，其中該拋光組合物之pH值為7至11。
該二氧化矽可係二氧化矽之任何適宜形式，如濕處理型二氧化矽、發煙二氧化矽、或其組合。例如，該二氧化矽可包含濕處理型二氧化矽顆粒(例如，縮聚或沉澱二氧化矽顆粒)。縮聚二氧化矽顆粒通常係藉由使Si(OH)4 縮合以形成膠狀顆粒而製得，其中膠狀顆粒係定義為具有1 nm至1000 nm之平均粒度者。可根據美國專利5,230,833製備此等研磨顆粒，或可作為任何各種市售產品獲得，如Akzo-Nobel Bindzil 50/80產品、Nalco DVSTS006產品、及Fuso PL-2產品，及可購自DuPont、Bayer、Applied Research、Nissan Chemical、及Clariant之其他類似產品。
該二氧化矽可包含發煙二氧化矽顆粒。可自揮發性前體(例如，矽鹵化物)製備發煙二氧化矽粒子，其於致熱製程中，藉由該等前體於高溫火焰(H2 /空氣或H2 /CH4 /空氣)中之水解及/或氧化來製備該等發煙二氧化矽。可使用液滴產生器將含有該前驅物之溶液噴入高溫火焰中，且隨後可收集該金屬氧化物。典型的液滴產生器包括雙流霧化器、高壓噴嘴、及超音波霧化器。適宜的發煙二氧化矽產品可購自諸如Cabot、Tokuyama、及Degussa之製造商。
該二氧化矽可具有任何適宜的平均粒度(即，平均粒徑)。該二氧化矽可具有4 nm或更大，例如，10 nm或更大、15 nm或更大、20 nm或更大、或25 nm或更大之平均粒度。或者或此外，該二氧化矽可具有180 nm或更少，例如，120 nm或更小、110 nm或更小、100 nm或更小、90 nm或更小、80 nm或更小、70 nm或更小、60 nm或更小、50 nm或更小、或40 nm或更小之平均粒度。因此，該二氧化矽可具有以任何兩個上述端值為界限值之平均粒度。舉例而言，該二氧化矽可具有10 nm至100 nm、20 nm至100 nm、20 nm至80 nm、20 nm至60 nm、或20 nm至40 nm之平均粒度。對於非球形二氧化矽顆粒而言，該粒度係包圍該顆粒之最小球體之直徑。
該拋光組合物可包含任何適宜量之二氧化矽。通常，該拋光組合物可含有0.5重量%或更多(例如，1重量%或更多、2重量%或更多、或5重量%或更多)之二氧化矽。或者或此外，該拋光組合物可含有20重量%或更少(例如，15重量%或更少、10重量%或更少、8重量%或更少、6重量%或更少、或5重量%或更少)之二氧化矽。因此，該拋光組合物可包含由針對二氧化矽所述之任何兩個上述端值所界定之含量的二氧化矽。例如，該拋光組合物可包含0.5重量%至20重量%、1重量%至15重量%、5重量%至15重量%、或0.5重量%至5重量%之二氧化矽。
該二氧化矽粒子較佳係膠體上安定。術語膠體係指二氧化矽粒子於液體載劑中之懸浮液。膠體安定性係指隨時間該懸浮液之保持性。在本發明之內容中，如果將研磨料置於100 mL刻度之量筒中並使其靜置2小時，在該量筒之下50 ml中之粒子濃度([B]以g/ml表示)與該刻度量筒之上50 ml中之粒子濃度([T]以g/ml表示)之差除以該研磨料組合物中之粒子之初始濃度([C]以g/ml表示)係小於或等於0.5(即，{[B]-[T]}/[C]0.5)，則可認為該研磨料係膠體上安定。更佳地，[B]-[T]/[C]之值係小於或等於0.3，且最佳係小於或等於0.1。
該拋光組合物包含水。使用該水以利於將該等研磨顆粒、提高矽移除速率之化合物、及任何其他添加劑塗覆至待拋光或平面化之適宜基板之表面。較佳地，該水係去離子水。
該拋光組合物之pH值為11或更小(例如，10或更少)。較佳地，該拋光組合物之pH值為7或更大(例如，8或更多)。甚至更佳地，該拋光組合物之pH值為7至11(例如，8至10)。該拋光組合物視情況含有pH調節劑，例如，氫氧化鉀、氫氧化銨、及/或硝酸。該拋光組合物亦視情況包含pH緩衝系統。相關技術熟知諸多此等pH緩衝系統。該pH緩衝劑可係任何適宜的緩衝劑，例如，碳酸氫鹽-碳酸鹽緩衝系統、胺基烷基磺酸、及類似物。該拋光組合物可包含任何適宜量之pH調節劑及/或pH緩衝劑，限制條件為使用適宜量以達到及/或保持該拋光組合物之pH在適宜範圍內。
該拋光組合物視情況另外含有一或多種碳酸氫鹽。該碳酸氫鹽可係任何適宜的碳酸氫鹽，且可係(例如)碳酸氫鉀、碳酸氫鈉、碳酸氫銨、或其組合。
該拋光組合物可含有任何適宜量之該(等)碳酸氫鹽。通常，該拋光組合物可含有0.01重量%或更多，例如，0.03重量%或更多、0.05重量%或更多、0.08重量%或更多、0.1重量%或更多、0.2重量%或更多、0.3重量%或更多、0.5重量%或更多、0.7重量%或更多、0.9重量%或更多、1重量%或更多、1.2重量%或更多、1.5重量%或更多、1.7重量%或更多、或1.9重量%或更多之該(等)碳酸氫鹽。或者或此外，該拋光組合物可含有2.0重量%或更少，例如，1.8重量%或更少、1.6重量%或更少、1.4重量%或更少、1.2重量%或更少、1.0重量%或更少、0.8重量%或更少、0.6重量%或更少、0.4重量%或更少、0.2重量%或更少、0.1重量%或更少、0.08重量%或更少、0.06重量%或更少、0.04重量%或更少、0.02重量%或更少、或0.015重量%或更少之該(等)碳酸氫鹽。因此，該拋光組合物可包含由針對該(等)碳酸氫鹽所述之任何兩個上述端值所界定之含量的碳酸氫鹽。例如，該拋光組合物可包含0.01重量%至2重量%、0.1重量%至1.8重量%、0.2重量%至1.2重量%、或0.7重量%至1.6重量%之該(等)碳酸氫鹽。
該拋光組合物視情況另外含有氫氧化鉀。該拋光組合物可含有任何適宜量之氫氧化鉀。通常，該拋光組合物可含有0.05重量%或更多，例如，0.1重量%或更多、或0.25重量%或更多之氫氧化鉀。或者或此外，該拋光組合物可含有2重量%或更少，例如，1.5重量%或更少、1重量%或更少、0.8重量%或更少、或0.6重量%或更少之氫氧化鉀。因此，該拋光組合物可包含由針對氫氧化鉀所述之任何兩個上述端值所界定之含量的氫氧化鉀。例如，該拋光組合物可包含0.05重量%至1重量%、0.1重量%至2重量%、0.1重量%至1重量%、或0.25重量%至0.8重量%之氫氧化鉀。
該拋光組合物視情況另外包含一或多種其他添加劑。此等添加劑包括任何適宜的分散劑，如(例如)包含一或多種丙烯酸單體之均聚物或無規、嵌段、或梯度丙烯酸酯共聚物(例如，聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、丙烯酸乙烯酯及丙烯酸苯乙烯酯)、其組合、及其鹽。其他適宜的添加劑包括殺生物劑。該殺生物劑可係任何適宜的殺生物劑，例如，異噻唑啉酮殺生物劑。
本發明化學機械拋光組合物之第一實施例提供一種基本上由以下組成或由以下組成之化學機械拋光組合物：(a) 0.5重量%至20重量%之二氧化矽，(b) 0.01重量%至5重量%之有機羧酸，(c) 0.0005重量%至2重量%之胺基膦酸，(d) 0.01重量%至5重量%之四烷基銨鹽，(e)視情況之碳酸氫鹽，(f)視情況之氫氧化鉀，及(g)水，其中該拋光組合物之pH值為7至11。
該第一實施例之拋光組合物含有一或多種適宜的有機羧酸或其鹽。該有機羧酸可係烷基羧酸或芳基羧酸，且可視情況經選自由以下各者組成之群之基團取代：C1 -C12 烷基、胺基、經取代之胺基(例如，甲基胺基、二甲基胺基、及類似物)、羥基、鹵素、及其組合。較佳地，該有機羧酸係羥基羧酸(例如，脂族羥基羧酸或羥基苯甲酸)、胺基酸、胺基羥基苯甲酸、或吡啶羧酸。適宜的羥基羧酸之非限制性實例包括丙二酸、乳酸、蘋果酸、酒石酸、醋羥胺酸、羥乙酸、2-羥丁酸、二苯羥乙酸、水楊酸、及2,6-二羥基苯甲酸。適宜的胺基酸之非限制性實例包括甘胺酸、丙胺酸、脯胺酸、離胺酸、半胱胺酸、白胺酸、天冬胺酸、麩胺酸、及2-胺基-4-噻唑乙酸。胺基羥基苯甲酸之非限制性實例包括3-胺基水楊酸及3-胺基-4-羥基苯甲酸。吡啶羧酸之非限制性實例包括吡啶甲酸及菸鹼酸。
該第一實施例之拋光組合物可含有任何適宜量之該(等)有機羧酸。該拋光組合物可含有0.01重量%或更多，例如，0.02重量%或更多，例如，0.05重量%或更多、0.1重量%或更多、或0.5重量%或更多之該(等)有機羧酸。或者或此外，該拋光組合物可含有5重量%或更少，例如，4重量%或更少、3重量%或更少、2重量%或更少、或1重量%或更少之該(等)有機羧酸。因此，該拋光組合物可包含由針對該(等)有機羧酸所述之任何兩個上述端值所界定之含量的有機羧酸。例如，該拋光組合物可包含0.01重量%至5重量%、0.02重量%至5重量%、0.05重量%至4重量%、或0.1重量%至3重量%之該(等)有機羧酸。
該第一實施例之拋光組合物含有一或多種適宜的胺基膦酸。較佳地，該胺基膦酸係選自由乙二胺四(亞甲基膦酸)、胺基三(亞甲基膦酸)、二伸乙基三胺五(亞甲基膦酸)、其鹽、及其組合組成之群。更佳地，該胺基膦酸係胺基三(亞甲基膦酸)。
該第一實施例之拋光組合物可含有任何適宜量之該(等)胺基膦酸。通常，該拋光組合物可含有0.0005重量%或更多，例如，0.001重量%或更多、0.01重量%或更多、0.02重量%或更多、0.05重量%或更多、0.1重量%或更多、0.2重量%或更多、或0.5重量%或更多之該(等)胺基膦酸。或者或此外，該拋光組合物可含有2重量%或更少，例如，1.5重量%或更少、或1重量%或更少之該(等)胺基膦酸。因此，該拋光組合物可包含由針對該(等)胺基膦酸所述之任何兩個上述端值所界定之含量的胺基膦酸。例如，該拋光組合物可包含0.0005重量%至2重量%、0.02重量%至2重量%、0.05重量%至2重量%、0.1重量%至1.5重量%、或0.5重量%至1重量%之該(等)胺基膦酸。
該第一實施例之拋光組合物包含一或多種適宜的四烷基銨鹽。該四烷基銨鹽較佳包含選自由四甲基銨、四乙基銨、四丙基銨、及四丁基銨組成之群之陽離子。該四烷基銨鹽可具有任何適宜的陰離子，其包括(但不限於)氫氧根、氯離子、溴離子、硫酸根、或硫酸氫根。在一實施例中，該四烷基銨鹽係氫氧化四烷基銨(例如，氫氧化四甲基銨)。
該第一實施例之拋光組合物可包含任何適宜量之該(等)四烷基銨鹽。通常，該拋光組合物可含有0.01重量%或更多，例如，0.1重量%或更多、0.2重量%或更多、或0.5重量%或更多之該(等)四烷基銨鹽。或者或此外，該拋光組合物可含有5重量%或更少，例如，4重量%或更少、3重量%或更少、2重量%或更少、或1重量%或更少之該(等)四烷基銨鹽。因此，該拋光組合物可包含由針對該(等)四烷基銨鹽所述之任何兩個上述端值所界定之含量的四烷基銨鹽。例如，該拋光組合物可包含0.01重量%至5重量%、0.1重量%至5重量%、0.2重量%至4重量%、或0.5重量%至3重量%之該(等)四烷基銨鹽。
在一實施例中，該拋光組合物係基本上由以下各者組成：(a) 0.5重量%至20重量%之濕處理型二氧化矽，(b) 0.01重量%至5重量%之選自由乳酸、草酸、2-羥丁酸、二苯羥乙酸、及其組合組成之群之有機羧酸，(c) 0.0005重量%至2重量%之選自由乙二胺四(亞甲基膦酸)、胺基三(亞甲基膦酸)、二伸乙基三胺五(亞甲基膦酸)、及其組合組成之群之胺基膦酸，(d) 0.01重量%至5重量%之氫氧化四烷基銨，(e) 0.05重量%至2重量%之氫氧化鉀，(f) 0.05重量%至5重量%之碳酸氫鉀，及(g)水。
本發明化學機械拋光組合物之第二實施例提供一種基本上由以下組成或由以下組成之化學機械拋光組合物：(a) 0.5重量%至20重量%之二氧化矽、(b) 0.01重量%至2重量%之聚胺基羧酸、(c) 0.1重量%至5重量%之胺、(d) 0.1重量%至5重量%之四烷基銨鹽、(e) 0.001重量%至1重量%之二醇化合物、(f)視情況之碳酸氫鹽、及(g)水，其中該拋光組合物之pH值為7至11。
該第二實施例之拋光組合物包含一或多種適宜的聚胺基羧酸。如本文所使用，該術語聚胺基羧酸係指具有兩個或更多個胺基及兩個或更多個羧酸基之化合物。較佳地，該聚胺基羧酸係選自由乙二胺四乙酸、二伸乙基三胺五乙酸、N-(羥乙基)乙二胺三乙酸、氮基三乙酸、甲基甘胺酸二乙酸、其鹽、及其組合組成之群。更佳地，該聚胺基羧酸係選自由乙二胺四乙酸或其鹽(例如，其單-、二-、三-、或四鈉鹽)組成之群。
該第二實施例之拋光組合物可包含任何適宜量之該(等)聚胺基羧酸。通常，該拋光組合物可含有0.01重量%或更多，例如，0.1重量%或更多、0.2重量%或更多、或0.5重量%或更多之該(等)聚胺基羧酸。或者或此外，該拋光組合物可含有2重量%或更少，例如，1.5重量%或更少、或1.0重量%或更少之該(等)聚胺基羧酸。因此，該拋光組合物可包含由針對該(等)聚胺基羧酸所述之任何兩個上述端值所界定之含量的聚胺基羧酸。例如，該拋光組合物可包含0.01重量%至2重量%、0.1重量%至1.5重量%、或0.5重量%至1重量%之該(等)聚胺基羧酸。
該第二實施例之拋光組合物包含一或多種適宜的胺。適宜的胺之非限制性實例包括哌嗪、胺乙基哌嗪、2-甲基-2-胺乙醇、(2-胺乙基)-2-胺乙醇、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、乙二胺、二伸乙基三胺、四伸乙基五胺、肼、2-羥乙基肼、胺基脲、羥胺、N-甲基羥胺、O-甲基羥胺、及O-羧基甲基羥胺。更佳地，該胺係哌嗪或胺乙基哌嗪。
該第二實施例之拋光組合物可包含任何適宜量之該(等)胺。通常，該拋光組合物可含有0.05重量%或更多，例如，0.1重量%或更多、0.2重量%或更多、或0.5重量%或更多之該(等)胺。或者或此外，該拋光組合物可含有5重量%或更少，例如，4重量%或更少、3重量%或更少、2重量%或更少、或1重量%或更少之該(等)胺。因此，該拋光組合物可包含由針對該(等)胺所述之任何兩個上述端值所界定之含量的胺。例如，該拋光組合物可包含0.05重量%至5重量%、0.2重量%至4重量%、或0.5重量%至3重量%之該(等)胺。
該第二實施例之拋光組合物包含一或多種適宜的四烷基銨鹽。該四烷基銨鹽及其含量可係如針對該拋光組合物之第一實施例所列舉般。
該第二實施例之拋光組合物包含一或多種適宜的二醇化合物。該二醇化合物可係任何適宜的二醇化合物且通常係1,2-二醇化合物或1,3-二醇化合物。通常，該二醇化合物係直鏈或分支鏈C2 -C10 二醇化合物。適宜的1,2-二醇化合物之非限制性實例包括1,2-丙二醇、1,2-丁二醇、1,2-戊二醇、2,3-戊二醇、及其組合。適宜的1,3-二醇化合物之非限制性實例包括1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、1,3-戊二醇、2,4-戊二醇、及其組合。
該第二實施例之拋光組合物可包含任何適宜量之該(等)二醇化合物。通常，該拋光組合物可含有0.001重量%或更多，例如，0.005重量%或更多、0.01重量%或更多、或0.05重量%或更多之該(等)二醇化合物。或者或此外，該拋光組合物可含有1重量%或更少，例如，0.75重量%或更少、0.5重量%或更少、0.25重量%或更少、或0.1重量%或更少之該(等)二醇化合物。因此，該拋光組合物可包含由針對該(等)二醇化合物所述之任何兩個上述端值所界定之含量的二醇化合物。例如，該拋光組合物可包含0.001重量%至1重量%、0.005重量%至0.75重量%、或0.01重量%至0.5重量%之該(等)二醇化合物。
本發明化學機械拋光組合物之第三實施例提供一種基本上由以下組成或由以下組成之化學機械拋光組合物：(a)0.5重量%至20重量%之二氧化矽、(b) 0.01重量%至2重量%之聚胺基羧酸、(c) 0.1重量%至5重量%之四烷基銨鹽、(d) 0.1重量%至5重量%之有機羧酸、(e)視情況之0.1重量%至5重量%之胺、(f)視情況之碳酸氫鹽、及(g)水，其中該拋光組合物之pH值為7至11。本發明化學機械拋光組合物之第三實施例中所含之該聚胺基羧酸、四烷基銨鹽、有機羧酸、胺、及其含量可係如本文針對本發明拋光組合物之第一及第二實施例所列舉般。
本發明化學機械拋光組合物之第四實施例提供一種基本上由以下組成或由以下組成之化學機械拋光組合物：(a) 0.5重量%至20重量%之二氧化矽、(b) 0.02重量%至5重量%之含氮雜環化合物、(c) 0.05重量%至2重量%之胺基膦酸、(d) 0.1重量%至5重量%之四烷基銨鹽、(e)視情況之碳酸氫鹽、及(f)水，其中該拋光組合物之pH值為7至11。本發明化學機械拋光組合物之第四實施例中所含之該胺基膦酸、四烷基銨鹽、及其含量可係如本文針對本發明拋光組合物之第一實施例所列舉般。
該第四實施例之拋光組合物包含一或多種適宜的含氮雜環化合物。如本文所使用，該術語含氮雜環化合物係指具有一或多個氮原子之5-、6-、或7-員環化合物，其中所含氮原子係作為該環系統之部份。在一實施例中，該含氮雜環化合物係三唑。在一較佳實施例中，該含氮雜環化合物係胺基三唑。適宜的胺基三唑之非限制性實例包括3-胺基-1,2,4-三唑、3-胺基-1,2,4-三唑-5-羧酸、3-胺基-5-巰基-1,2,4-三唑、及4-胺基-5-肼基-1,2,4-三唑-3-硫醇。在另一實施例中，該含氮雜環化合物係噻唑。適宜的噻唑之非限制性實例包括2-胺基-5-甲基噻唑、2-胺基-4-噻唑乙酸、及噻唑。在另一實施例中，該含氮雜環化合物係雜環N-氧化物。適宜的雜環N-氧化物之非限制性實例包括2-羥基吡啶-N-氧化物、4-甲基嗎啉-N-氧化物、及吡啶甲酸N-氧化物。
該第四實施例之拋光組合物可包含任何適宜量之該含氮雜環化合物。該拋光組合物可含有0.02重量%或更多，例如，0.05重量%或更多、0.1重量%或更多、或0.5重量%或更多之該(等)含氮雜環化合物。或者或此外，該拋光組合物可含有5重量%或更少，例如，4重量%或更少、3重量%或更少、2重量%或更少、或1重量%或更少之該(等)含氮雜環化合物。因此，該拋光組合物可包含由針對該(等)含氮雜環化合物所述之任何兩個上述端值所界定之含量的含氮雜環化合物。例如，該拋光組合物可包含0.02重量%至5重量%、0.05重量%至4重量%、或0.1重量%至3重量%之該(等)含氮雜環化合物。
本發明化學機械拋光組合物之第五實施例提供一種基本上由以下組成或由以下組成之化學機械拋光組合物：(a) 0.5重量%至20重量%之二氧化矽、(b) 0.005重量%至2重量%之一或多種胺基膦酸、(c) 0.001重量%至0.1重量%之一或多種多醣、(d) 0.05重量%至5重量%之一或多種四烷基銨鹽、(e) 0.01重量%至2重量%之碳酸氫鹽、(f) 0.005重量%至2重量%之一或多種包含唑環之化合物、(g)視情況之氫氧化鉀、及(h)水，其中該拋光組合物之pH值為7至11。本發明化學機械拋光組合物之第五實施例中所含之該胺基膦酸、四烷基銨鹽、及其含量可係如本文針對本發明拋光組合物之第一實施例所列舉般。
該第五實施例之拋光組合物包含一或多種適宜的多醣。該多醣可係羥乙基纖維素。適宜的多醣之其他非限制性實例係葡聚糖、羧甲基葡聚糖、葡聚糖磺酸鹽、殼聚糖、黃原膠、羧甲基纖維素、及角叉菜膠。
該第五實施例之拋光組合物可包含任何適宜量之該(等)多醣。通常，該拋光組合物可含有0.001重量%或更多，例如，0.002重量%或更多、0.003重量%或更多、0.004重量%或更多、0.005重量%或更多、0.007重量%或更多、0.01重量%或更多、0.02重量%或更多、0.03重量%或更多、0.04重量%或更多、0.05重量%或更多、0.06重量%或更多、0.07重量%或更多、0.08重量%或更多、或0.09重量%或更多之該(等)多醣。或者或此外，該拋光組合物可含有0.1重量%或更少，例如，0.09重量%或更少、0.08重量%或更少、0.07重量%或更少、0.06重量%或更少、0.05重量%或更少、0.04重量%或更少、0.03重量%或更少、0.02重量%或更少、或0.01重量%或更少之該(等)多醣。因此，該拋光組合物可包含由針對該(等)多醣所述之任何兩個上述端值所界定之含量的多醣。例如，該拋光組合物可包含0.001重量%至0.1重量%、0.005重量%至0.09重量%、或0.01重量%至0.08重量%之該(等)多醣。
該(等)多醣可具有任何適宜的分子量。通常，該(等)多醣可具有9,000道耳頓至100,000道耳頓之分子量。當該多醣係羥乙基纖維素時，較佳的分子量範圍係25,000道耳頓至100,000道耳頓。當該多醣係葡聚糖或任何適宜的葡聚糖衍生物時，較佳的分子量範圍係9,000道耳頓至40,000道耳頓。因此，該(等)多醣可具有9,000道耳頓或更大，例如，10,000道耳頓或更大、15,000道耳頓或更大、20,000道耳頓或更大、25,000道耳頓或更大、30,000道耳頓或更大、35,000道耳頓或更大、40,000道耳頓或更大、45,000道耳頓或更大、50,000道耳頓或更大、55,000道耳頓或更大、或60,000道耳頓或更大之分子量。或者或此外，該(等)多醣可具有100,000道耳頓或更小，例如，95,000道耳頓或更小、90,000道耳頓或更小、85,000道耳頓或更小、80,000或更小、75,000道耳頓或更小、70,000道耳頓或更小、65,000道耳頓或更小、60,000道耳頓或更小、55,000道耳頓或更小、50,000道耳頓或更小、45,000道耳頓或更小、40,000道耳頓或更小、35,000道耳頓或更小、30,000道耳頓或更小、25,000道耳頓或更小、20,000道耳頓或更小、15,000道耳頓或更小、或10,000道耳頓或更小之分子量。因此，該(等)多醣可具有以針對該(等)多醣所列舉之任何兩個上述端值為界限值的分子量。例如，該(等)多醣可具有9,000道耳頓至100,000道耳頓、10,000道耳頓至95,000道耳頓、25,000道耳頓至90,000道耳頓、30,000道耳頓至80,000道耳頓、9,000道耳頓至40,000道耳頓、10,000道耳頓至35,000道耳頓、15,000道耳頓至30,000道耳頓、15,000道耳頓至40,000道耳頓、或10,000道耳頓至25,000道耳頓之分子量。
該第五實施例之拋光組合物可包含一或多種適宜的含唑環之化合物。通常，適宜的三唑化合物之3-、4-、及5-位置或其任何組合可經一或多個取代基取代。適宜的三唑化合物之非限制性實例係3-胺基-1,2,4-三唑、3-胺基-1,2,4-三唑-5-羧酸、3,5-二胺基-1,2,4-三唑、4-胺基-5-肼基-1,2,4-三唑-3-硫醇、及4-胺基-1,2,4-三唑。在一較佳實施例中，該含唑環之化合物係三唑。
該第五實施例之拋光組合物可包含任何適宜量之該(等)含唑環之化合物。通常，該拋光組合物可含有0.005重量%或更多，例如，0.007重量%或更多、0.01重量%或更多、0.03重量%或更多、0.05重量%或更多、0.08重量%或更多、0.1重量%或更多、0.3重量%或更多、0.5重量%或更多、0.7重量%或更多、0.9重量%或更多、1重量%或更多、1.2重量%或更多、1.5重量%或更多、1.7重量%或更多、或1.9重量%或更多之該(等)含唑環之化合物。或者或此外，該拋光組合物可含有2.0重量%或更少，例如，1.8重量%或更少、1.6重量%或更少、1.4重量%或更少、1.2重量%或更少、1.0重量%或更少、0.8重量%或更少、0.6重量%或更少、0.4重量%或更少、0.2重量%或更少、0.1重量%或更少、0.08重量%或更少、0.06重量%或更少、0.04重量%或更少、0.02重量%或更少、0.01重量%或更少、或0.008重量%或更少之該(等)含唑環之化合物。因此，該拋光組合物可包含由針對該(等)含唑環之化合物所述之任何兩個上述端值所界定之含量的含唑環之化合物。例如，該拋光組合物可包含0.005重量%至2.0重量%、0.01重量%至1.9重量%、或0.05重量%至1.7重量%之該(等)含唑環之化合物。
可藉由任何適宜的技術(其中諸多係熟習此項技術者已知)製備本發明拋光組合物。可以分批或連續製程製備該拋光組合物。一般而言，可藉由將其組分以任何順序組合來製備該拋光組合物。如本文所使用，該術語「組分」包括個別成分(例如，二氧化矽、提高矽移除速率之化合物、四烷基銨鹽等)及成分(例如，二氧化矽、提高矽移除速率之化合物、四烷基銨鹽、緩衝劑等)之任何組合。
例如，在一實施例中，可將該二氧化矽分散於水中。隨後，可添加該有機羧酸、胺基膦酸、及四烷基銨鹽，並藉由能將該等組分併入該拋光組合物中之任何方法混合。在製備該拋光組合物時，可利用類似地提高矽移除速率之其他化合物。可在使用之前製備該拋光組合物，其中將一或多種組分(如pH值調整組分)在即將使用之前(例如，在使用前7天內、或在使用前1小時內、或在使用前1分鐘內)添加至該拋光組合物中。亦可藉由在拋光操作期間混合基板表面上之該等組分來製備該拋光組合物。
亦可以濃縮物形式提供該拋光組合物，其希望在使用前用適量之水稀釋。在此項實施例中，該拋光組合物濃縮物可包括(例如)二氧化矽、一或多種提高矽移除速率之化合物、四烷基銨鹽、及水，其含量係使得用適量之水稀釋該濃縮物之後，該拋光組合物之各組分將以如上所述之各組分之適當範圍內之含量存在於該拋光組合物中。例如，該研磨料、一或多種提高矽移除速率之化合物、及四烷基銨鹽各可以比上述各組分之濃度高2倍(例如，3倍、4倍、5倍、10倍、或15倍)之含量存在於該濃縮物中，以使得在用當量體積水(例如，分別係2當量體積水、3當量體積水、4當量體積水、9當量體積水、或14當量體積水)稀釋該濃縮物時，各組分將以上述之各組分之範圍內之含量存在於該拋光組合物中。此外，如一般技藝者所瞭解，該濃縮物可含有適當分率之水存在於該最終拋光組合物中，以確保該(等)提高矽移除速率之化合物及其他適宜的添加劑係至少部份或完全溶解於該濃縮物中。
本發明另外提供一種化學-機械地拋光基板之方法，其包括：(i)使基板與拋光墊及本文所述之拋光組合物接觸；(ii)使該拋光墊相對於該基板移動，其中該拋光組合物位於其間；及(iii)研磨至少一部份該基板以拋光該基板。
雖然本發明拋光組合物可用於拋光任何基板，但是該拋光組合物特別適用於拋光包含矽、基本上由矽組成、或由矽組成之基板，例如用於電子工業之矽晶圓。就此而言，該矽可係未經摻雜之矽，或其可係經摻雜之矽，如經硼或鋁摻雜之p型矽。此外，該矽可係多晶矽。本發明拋光組合物及其使用方法係適用於藉由鑽石鋸及粗研磨自矽單晶製備之矽晶圓之預拋光或最終拋光，且亦適用於矽晶圓之邊緣拋光及藉由拋光來回收矽晶圓。
在一實施例中，本發明方法對多晶矽之移除速率高於對其他材料(如氧化矽及氮化矽)之移除速率。例如，在一實施例中，本發明方法對拋光多晶矽之選擇性高於對拋光氧化矽及氮化矽之選擇性。此外，本發明方法有利地減少基板材料(如多晶矽)之凹陷，其使得本發明方法尤其適用於電子工業中之化學機械拋光應用。
有利地，本發明拋光方法用於拋光矽晶圓(在研磨並蝕刻經鑽石鋸切之矽晶圓之後)時，顯示改進的奈米構形。在化學-機械拋光期間，測量奈米構形改變之一種方法係測定以下參數之值：ΔRz /d，其中Rz 係剖面之平均最大高度，ΔRz 係Rz 自一個時間點至另一時間點(例如，在化學-機械拋光之前及之後)之變化，且d係在該相同時間期間移除之材料量(以微米為單位)，其中該結果係以奈米表示。參考圖1，Rmax 表示在給定取樣長度L中之最大峰至谷之高度，且Rz 表示在5個連續取樣長度中之5個Rmax 值之平均值。取樣長度L大約為5 mm。測量Rmax 之適宜技術(使能夠計算Rz )包括針式輪廓測定法、光學輪廓測定法、及原子力顯微術。適用於針式輪廓測定法及光學輪廓測定法之儀器係可購自(例如)Veeco Instruments(Plainview，NY)。理想地，本發明拋光方法產生0或更小之ΔRz /d，意即，在使用本發明拋光方法之後，基板奈米構形未改變或得到改進。
本發明拋光方法特別適用於與化學-機械拋光裝置結合。通常，該裝置包括壓盤(其在使用時移動且具有因軌道、線性、或圓周運動所致之速度)、拋光墊(其與該壓盤接觸且隨該壓盤之移動而移動)、及載具(其固持待藉由使基板接觸該拋光墊之表面並相對於該表面移動而拋光之該基板)。該基板之拋光係如下發生：將該基板與該拋光墊及本發明之拋光組合物接觸放置，且隨後使該拋光墊相對於該基板移動，從而研磨至少一部份該基板以拋光該基板。
可利用該化學-機械拋光組合物及任何適宜的拋光墊(例如，拋光表面)來拋光基板。適宜的拋光墊包括(例如)編織及非編織拋光墊。此外，適宜的拋光墊可包括各種密度、硬度、厚度、可壓縮性、壓縮時回彈之能力、及壓縮模量之任何適宜的聚合物。適宜的聚合物包括(例如)聚氯乙烯、聚氟乙烯、尼龍、氟碳化合物、聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯酸酯、聚醚、聚乙烯、聚醯胺、聚胺基甲酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯、其共形成產物、及其混合物。硬質聚胺基甲酸酯拋光墊係特別適用於與本發明拋光方法結合。
理想地，該化學-機械拋光裝置另外包括就地拋光終點檢測系統，其中許多係相關技藝已知。藉由分析自所拋光基板之表面反射的光或其他輻射來檢測及監測該拋光製程之技術係相關技藝已知。此等方法係描述於(例如)美國專利第5,196,353號、美國專利第5,433,651號、美國專利第5,609,511號、美國專利第5,643,046號、美國專利第5,658,183號、美國專利第5,730,642號、美國專利第5,838,447號、美國專利第5,872,633號、美國專利第5,893,796號、美國專利第5,949,927號、及美國專利第5,964,643號中。理想地，根據所拋光基板檢測或監測拋光製程之進展可確定拋光終點，亦即可確定何時終止特定基板之拋光製程。
在一實施例中，本發明方法提供一種拋光矽晶圓邊緣之方法，其中該邊緣係基本上由矽組成。在另一實施例中，本發明方法提供一種拋光晶圓邊緣之方法，其中該邊緣具有基本上由矽及氧化矽組成之表面。可使用相關技術所熟知之技術進行邊緣拋光。例如，可使用由SpeedFam Co.,Ltd.,Kanagawa,Japan提供之邊緣拋光器進行邊緣拋光。
有利地，當使用本發明拋光方法拋光矽晶圓之邊緣時，其顯示改善之夾持標記性能，其中該等矽晶圓之邊緣係基本上由矽組成或基本上由矽及氧化矽組成。在邊緣拋光時，通常使用附接至該晶圓背面之真空夾盤，將該等矽晶圓固定。在拋光期間，真空經常將拋光組合物吸引至該晶圓之背面上(該拋光組合物可於此處乾燥)。乾燥之殘留物係被稱為夾持標記。如果自拋光組合物之乾燥所得之殘留物不容易去除，則該等晶圓在拋光後需要其他清洗步驟，從而增加製造成本。理想地，本發明方法產生呈乾燥白色殘留物且在晶圓之進一步加工期間容易去除之夾持標記。
有利地，當使用本發明方法拋光基本上由矽組成之晶圓邊緣時，其另外提高移除速率，由此改善該等晶圓之生產量。此外，當使用本發明方法拋光基本上由矽及氧化矽組成之晶圓時，其顯示相對於矽改善之氧化矽移除速率，由此產生該等晶圓邊緣之均勻拋光。
在另一實施例中，當使用本發明方法拋光基本上由多晶矽、TEOS、及氮化矽組成或完全由其組成之晶圓時，本發明方法提供相對於其他材料(如，TEOS及氮化矽)改善之多晶矽移除速率。
以下實例進一步說明本發明，但是當然不應被視為以任何方式限制其範疇。
實例1
此實例說明有機羧酸、胺基膦酸、及四烷基銨鹽對於可藉由本發明拋光組合物獲得之矽基板之觀測移除速率及表面粗糙度之影響。
用七種不同的拋光組合物(拋光組合物1A至1G)拋光七塊類似基板，其中該等基板包括102 cm(4英寸)直徑之圓矽晶圓。所有該等拋光組合物含有含於水中之1重量%二氧化矽濕處理型二氧化矽(拋光組合物1A、1B、1D、及1F)或發煙二氧化矽(拋光組合物1C、1E、及1G)、0.27重量%氫氧化四甲基銨、及0.05重量%碳酸氫鉀，且其pH值為10.5。拋光組合物1A(對照)另外含有0.017重量%乙二胺四乙酸及0.067重量%哌嗪。拋光組合物1B至1G另外含有0.033重量%二伸乙基三胺五(亞甲基膦酸)且有機羧酸(其係0.08重量%丙二酸(拋光組合物1B及1C)、0.067重量%乳酸(拋光組合物1D及1E)、或0.107重量%蘋果酸(拋光組合物1F及1G))。
拋光之後，測定該等拋光組合物中各者之矽移除速率及奈米構形之改變量值(ΔRz /d)。結果係匯總於表1中。
自表1中所述之結果顯而易見，本發明拋光組合物顯示之矽移除速率係該對照拋光組合物所顯示之移除速率的約79%至88%，本發明拋光組合物還顯示由拋光所造成之表面粗糙度之改變，其範圍係自約0.2 nm(拋光組合物1F)之表面粗糙度之降低至約0.4 nm(拋光組合物1D及1E)之表面粗糙度之增加，而該對照拋光組合物顯示約6 nm之表面粗糙度之增加。
實例2
此實例說明有機羧酸、聚胺基羧酸、及四烷基銨鹽對於可藉由本發明拋光組合物獲得之矽基板之觀測移除速率及表面粗糙度之影響。
用三種不同的拋光組合物(拋光組合物2A至2C)拋光三塊類似基板，其中該等基板包括102 cm(4英寸)直徑之圓形矽晶圓。拋光組合物2A(對照)含有1重量%濕處理型二氧化矽、0.0167重量%乙二胺四乙酸、0.067重量%哌嗪、0.27重量%氫氧化四甲基銨、及0.05重量%碳酸氫鉀。拋光組合物2B(本發明)含有0.85重量%濕處理型二氧化矽、0.02重量%乙二胺四乙酸、0.083重量%草酸、0.2重量%氫氧化四甲基銨、及0.1重量%碳酸氫鉀。拋光組合物2C(本發明)含有0.53重量%濕處理型二氧化矽、0.0167重量%乙二胺四乙酸、0.007重量%草酸、0.067重量%氫氧化四甲基銨、及0.05重量%碳酸氫鉀。
拋光之後，測定該等拋光組合物中各者之矽移除速率及奈米構形之改變量值(ΔRz /d)。結果係匯總於表2中。
自表2中所述之結果顯而易見，本發明拋光組合物顯示之矽移除速率係由該對照拋光組合物所顯示之移除速率的約82%至88%，本發明拋光組合物還顯示約4 nm及7 nm之由拋光所造成之表面粗糙度之降低，相比於約4 nm之用該對照拋光組合物拋光所造成之表面粗糙度之增加。
實例3
此實例說明有機羧酸、聚胺基羧酸、胺、及四烷基銨鹽對於可藉由本發明拋光組合物獲得之矽基板之觀測移除速率及表面粗糙度之影響。
用兩種不同的拋光組合物(拋光組合物3A及3B)拋光兩塊類似基板，其中該等基板包括102 cm(4英寸)直徑之圓形矽晶圓。拋光組合物3A及3B含有1重量%濕處理型二氧化矽、0.0167重量%乙二胺四乙酸、0.067重量%哌嗪、0.27重量%氫氧化四甲基銨、及0.05重量%碳酸氫鉀。拋光組合物3B(本發明)另外含有0.033重量%二苯羥乙酸。
拋光之後，測定該等拋光組合物中各者之矽移除速率及奈米構形之改變量值(ΔRz /d)。結果係匯總於表3中。
自表3中所述之結果顯而易見，本發明拋光組合物顯示之矽移除速率係由該對照拋光組合物所顯示之移除速率的約42%，本發明拋光組合物還顯示約6 nm之由拋光所造成之表面粗糙度之降低，相比於約6 nm之用該對照拋光組合物拋光所造成之表面粗糙度之增加。
實例4
此實例說明二醇化合物、聚胺基羧酸、胺、及四烷基銨鹽對於可藉由本發明拋光組合物獲得之矽基板之觀測移除速率及表面粗糙度之影響。
用兩種不同的拋光組合物(拋光組合物4A及4B)拋光兩塊類似基板，其中該等基板包括102 cm(4英寸)直徑之圓形矽晶圓。拋光組合物4A及4B含有1重量%濕處理型二氧化矽、0.0167重量%乙二胺四乙酸、0.067重量%哌嗪、0.27重量%氫氧化四甲基銨、及0.05重量%碳酸氫鉀。拋光組合物4B(本發明)另外含有0.033重量%2,4-戊二醇(即，二醇化合物)。
拋光之後，測定該等拋光組合物中各者之矽移除速率及奈米構形之改變量值(ΔRz /d)。結果係匯總於表4中。
自表4中所述之結果顯而易見，本發明拋光組合物顯示之矽移除速率係由該對照拋光組合物所顯示之移除速率的約82%，本發明拋光組合物還顯示約5 nm之由拋光所造成之表面粗糙度之降低，相比於約0.5 nm之用該對照拋光組合物拋光所造成之表面粗糙度之降低。
實例5
此實例說明本發明之一實施例之夾持標記性能。
用兩種不同的拋光組合物(拋光組合物5A及5B)對兩塊單獨的基板噴霧，該等基板包含聚氯乙烯(「PVC」)薄片。拋光組合物5A(對照)含有0.04重量%之胺基膦酸、0.2重量%之氫氧化四甲基銨、0.1重量%之碳酸氫鉀、0.044重量%之草酸、及0.85重量%之濕處理型二氧化矽。拋光組合物5B(本發明)含有0.02重量%之胺基膦酸、0.13重量%之氫氧化四甲基銨、0.7重量%之碳酸氫鉀、0.04重量%之氫氧化鉀、0.022重量%之乳酸、及0.67重量%之濕處理型二氧化矽。
噴霧之後，允許該等組合物乾燥。拋光組合物5A留下膠化殘留物。拋光組合物5B留下乾燥白色殘留物。
實例6
此實例說明可藉由本發明拋光組合物獲得之矽移除速率。
用兩種不同的拋光組合物(拋光組合物6A及6B)拋光兩塊單獨的矽基板。拋光組合物6A及6B含有0.02重量%之胺基膦酸、0.13重量%之氫氧化四甲基銨、0.7重量%之碳酸氫鉀、0.04重量%之氫氧化鉀、及0.022重量%之乳酸。拋光組合物6A另外含有10.0重量%之濕處理型二氧化矽，即Nalco DVSTS006。拋光組合物6B另外含有10.0重量%之不同的濕處理型二氧化矽，即Nalco TX11005。
拋光之後，以每分鐘拋光所移除之矽之mg數來測定矽移除速率。拋光組合物6A顯示13.5 mg Si/min之矽移除速率。拋光組合物6B顯示14.2 mg Si/min之矽移除速率。
實例7
此實例說明可藉由本發明拋光組合物獲得之矽移除速率。
用兩種不同的拋光組合物(拋光組合物7A及7B)拋光兩塊單獨的矽基板。拋光組合物7A含有0.004重量%之胺基膦酸、0.027重量%之氫氧化四甲基銨、0.007重量%之碳酸氫鉀、0.08重量%之氫氧化鉀、0.013重量%之乳酸、及1.2重量%之發煙二氧化矽。拋光組合物7B含有0.004重量%之胺基膦酸、0.053重量%之氫氧化四甲基銨、0.013重量%之碳酸氫鉀、0.08重量%之氫氧化鉀、0.027重量%之乳酸、及1.2重量%之發煙二氧化矽。
拋光之後，以每分鐘拋光所移除之矽之mg數來測定矽移除速率。拋光組合物7A顯示11.2 mg Si/min之矽移除速率。拋光組合物7B顯示11.8 mg Si/min之矽移除速率。
實例8
此實例說明可藉由本發明拋光組合物獲得之氧化矽移除速率。
用兩種不同的拋光組合物(拋光組合物8A及8B)拋光兩塊單獨的氧化矽基板。該氧化矽係衍生自原矽酸四乙酯。拋光組合物8A含有0.015重量%之胺基膦酸、0.1重量%之氫氧化四甲基銨、0.025重量%之碳酸氫鉀、0.3重量%之氫氧化鉀、0.05重量%之乳酸、及4.4重量%之發煙二氧化矽。拋光組合物8B含有0.015重量%之胺基膦酸、0.2重量%之氫氧化四甲基銨、0.05重量%之碳酸氫鉀、0.3重量%之氫氧化鉀、0.1重量%之乳酸、及4.3重量%之發煙二氧化矽。
拋光之後，以每分鐘拋光所移除之矽之mg數來測定氧化矽移除速率。拋光組合物8A顯示2.7 mg SiO/min之氧化矽移除速率。拋光組合物8B顯示4.9 mg SiO/min之氧化矽移除速率。
實例9
此實例說明可藉由使用本發明拋光組合物獲得之多晶矽相對於包括氮化矽或氧化矽之介電材料之拋光選擇性。
在不同的實驗中，用11種不同的拋光組合物(拋光組合物9A至9K)分別拋光含有多晶矽、氮化矽或氧化矽(TEOS)覆蓋層之類似基板。各組分之含量(重量%)係相對於該拋光組合物之總重量。拋光組合物9A(本發明)最初係以濃縮物形式製得，且含有0.44重量%之胺基膦酸(DEQUESTTM 2000EG)、4.0重量%之氫氧化四甲基銨、0.80重量%之氫氧化鉀、1.3重量%之碳酸氫鉀、0.17重量%之1,2,4-三唑、13重量%之鉀安定化膠體二氧化矽(NALCOTM DVSTS006)、0.066重量%之多醣(羥乙基纖維素，分子量=80,000 g/mol)、及水。在使用之前，用水將拋光組合物9A稀釋至0.83重量%之研磨料濃度。拋光組合物9B(對照)最初係以濃縮物形式製得，且含有0.44重量%之胺基膦酸(DEQUESTTM 2000EG)、2.6重量%之氫氧化四甲基銨、0.80重量%之氫氧化鉀、1.3重量%之碳酸氫鉀、0.33重量%之1,2,4-三唑、13重量%之鉀安定化膠體二氧化矽(NALCOTM DVSTS006)、及水。在使用之前，用水將拋光組合物9B稀釋至0.83重量%之研磨料濃度。拋光組合物9C(對照)最初係以濃縮物形式製得，且含有25重量%之發煙二氧化矽(100 nm粒度)及水，並用少量氫氧化鉀將pH調整至pH 10。在使用之前，用水將拋光組合物9C稀釋至12重量%之研磨料濃度。拋光組合物9D(對照)最初係以濃縮物形式製得，且含有0.060重量%之多醣(羥乙基纖維素，分子量=80,000)、0.75重量%之氫氧化鉀、0.55重量%之丙二酸、4.0重量%之縮聚高純度膠體二氧化矽(FUSOPL-2)、及水。在使用之前，用水將拋光組合物9D稀釋至0.20重量%之研磨料濃度。拋光組合物9E(對照)最初係以濃縮物形式製得，且含有1.0重量%之哌嗪、0.25重量%之乙二胺四乙酸(EDTA)、0.75重量%之碳酸氫鉀、4.0重量%之氫氧化四甲基銨、15重量%之發煙膠體二氧化矽(55 nm粒度)、及水。在使用之前，用水將拋光組合物9E稀釋至0.94重量%之研磨料濃度。拋光組合物9F(對照)及9G(對照)最初係以pH值為4至5之濃縮物形式製得，且含有4.0重量%離子交換型膠體二氧化矽(NALCO1034A)、0.40重量%之氫氧化四丁基鏻、及水。在使用之前，用水將拋光組合物9F稀釋至1.0重量%之研磨料濃度，且組合物9G係以濃縮物形式使用。拋光組合物9H(對照)係以8.5之pH製得，且含有1.0重量%之鉀安定化膠體二氧化矽(NALCODVSTS006)、0.020重量%之胺基膦酸(DEQUESTTM 2000EG)、0.020重量%之聚氧伸丙基二胺(JEFFAMINETM D400；分子量=400)、0.0050重量%之氫氧化銨、及水，且組合物9H係以製備態使用。拋光組合物9I(對照)含有5.0重量%之發煙二氧化矽(100 nm粒度)、0.060重量%之DMAMP-80TM (80%的2-二甲基胺基-2-甲基-1-丙醇及20%的水)、0.024重量%之草酸、0.0010 KATHONTM (殺生物劑)、及水，且組合物9I係以製備態使用。拋光組合物9J(對照)及9K(對照)最初係以濃縮物形式製得，且含有0.15重量%之乙酸、6.0重量%之鋁摻雜型膠體二氧化矽(NALCOTX13157)、10 ppm KATHONTM (殺生物劑)、及水。在使用之前，用水將拋光組合物9J及9K分別稀釋至1重量%及2重量%之研磨料濃度。
在基板至拋光墊上之6.89 kPa(1 psi)及20.68 kPa(3 psi)之兩種下壓力下，用拋光組合物9A至9K中之各者拋光由多晶矽(PolySi)、氮化矽(Si3 N4 )、及氧化矽(TEOS)覆蓋層組成之基板。拋光之後，測定該等拋光組合物中各者之多晶矽、氮化矽、及氧化矽移除速率。藉由將該多晶矽移除速率除以該氮化矽(PolySi/Si3 N4 )或TEOS(PolySi/TEOS)移除速率來計算多晶矽拋光選擇性。結果係匯總於表5中且繪製於圖2及3中。
自表5中所述及圖2及3中所描繪之結果顯而易見，在6.89 kPa(1 psi)下，拋光組合物9A(本發明)及拋光組合物9B(對照)產生高多晶矽移除速率，及多晶矽相對於TEOS之良好選擇性；然而，多晶矽相對於氮化矽之拋光選擇性係相對較低。當拋光壓力自6.89 kPa(1 psi)增加至20.68 kPa(3 psi)時，觀測到大多數拋光組合物(尤其係拋光組合物9A及9B)具有更高的多晶矽移除速率。顯著地，當使用本發明拋光組合物9A時，當拋光壓力自6.89 kPa(1 psi)增加至20.68 kPa(3 psi)時，多晶矽相對於氮化矽之拋光選擇性增加10倍。相比於本發明拋光組合物9A，當拋光壓力自6.89 kPa(1 psi)增加至20.68 kPa(3 psi)時，對照拋光組合物9B至9K中無一顯示該大幅增加之多晶矽相對於氮化矽之拋光選擇性。
實例10
此實例說明可用本發明拋光組合物獲得之有利的多晶矽凹陷性能。
利用實例9之拋光組合物9A(本發明)及9B(對照)拋光包含經多晶矽填充之TEOS渠溝之圖案化晶圓。
在基板至拋光墊上之6.89 kPa(1 psi)及20.68 kPa(3 psi)之兩種下壓力下，進行30、60、及/或120秒之拋光。拋光之後，測定經多晶矽填充之TEOS渠溝中之多晶矽凹陷量。結果係匯總於表6中。
表6中之結果顯示在多種加工條件(拋光壓力及拋光時間)下，拋光組合物9A(本發明)之凹陷性能比拋光組合物9B(對照)之凹陷性能更低且因此更有利。
圖1係說明表面參數Rmax 之示意圖。
圖2及3係實例9之數據之圖形表示，其顯示分別在6.89 kPa(1 psi)及20.68 kPa(3 psi)下使用多種拋光組合物所獲得之多晶矽、氮化矽、及氧化矽覆蓋層之移除速率。
(無元件符號說明)

Claims (20)

  1. 一種化學機械拋光組合物，其基本上由以下組成：(a)0.5重量%至20重量%之二氧化矽，(b)0.005重量%至2重量%之一或多種胺基膦酸，(c)0.001重量%至0.1重量%之一或多種多醣，(d)0.05重量%至5重量%之一或多種四烷基銨鹽，(e)0.01重量%至2重量%之碳酸氫鹽，(f)0.005重量%至2重量%之一或多種包含唑環之化合物，及(g)水，其中該拋光組合物之pH值為7至11。
  2. 如請求項1之拋光組合物，其中該拋光組合物中存在氫氧化鉀。
  3. 如請求項1或2之拋光組合物，其中該二氧化矽係濕處理型二氧化矽。
  4. 如請求項1或2之拋光組合物，其中該拋光組合物含有0.1重量%至1重量%之一或多種胺基膦酸。
  5. 如請求項4之拋光組合物，其中該胺基膦酸係選自由乙二胺四(亞甲基膦酸)、胺基三(亞甲基膦酸)、二伸乙基三胺五(亞甲基膦酸)、及其組合組成之群。
  6. 如請求項5之拋光組合物，其中該胺基膦酸係胺基三(亞甲基膦酸)。
  7. 如請求項1或2之拋光組合物，其中該多醣係羥乙基纖維素。
  8. 如請求項7之拋光組合物，其中該羥乙基纖維素之分子量為25,000道耳頓至100,000道耳頓。
  9. 如請求項1或2之拋光組合物，其中該包含唑環之化合物係三唑化合物。
  10. 一種拋光包含多晶矽之基板之方法，該方法包括：(i)使該基板與拋光墊及基本上由以下組成之化學機械拋光組合物接觸：(a)0.5重量%至20重量%之二氧化矽，(b)0.005重量%至2重量%之一或多種胺基膦酸，(c)0.001重量%至0.1重量%之一或多種烷基化纖維素化合物，(d)0.05重量%至5重量%之一或多種四烷基銨鹽，(e)0.01重量%至2重量%之碳酸氫鹽，(f)0.005重量%至2重量%之一或多種包含唑環之化合物，及(g)水，其中該拋光組合物之pH值為7至11；(ii)使該拋光墊相對於該基板移動，且該化學機械拋光組合物位於其間；及(iii)研磨至少一部份該基板以拋光該基板。
  11. 如請求項10之方法，其中該拋光組合物中存在氫氧化鉀。
  12. 如請求項10或11之方法，其中該二氧化矽係濕處理型二氧化矽。
  13. 如請求項10或11之方法，其中該拋光組合物含有0.1重量%至1重量%之一或多種胺基膦酸。
  14. 如請求項13之方法，其中該胺基膦酸係選自由乙二胺四(亞甲基膦酸)、胺基三(亞甲基膦酸)、二伸乙基三胺五(亞甲基膦酸)、及其組合組成之群。
  15. 如請求項14之方法，其中該胺基膦酸係胺基三(亞甲基膦酸)。
  16. 如請求項10或11之方法，其中該多醣係羥乙基纖維素。
  17. 如請求項16之方法，其中該羥乙基纖維素之分子量為25,000道耳頓至100,000道耳頓。
  18. 如請求項10或11之方法，其中該包含唑環之化合物係三唑化合物。
  19. 如請求項10或11之方法，其中該基板另外包含氧化矽、氮化矽或其組合。
  20. 如請求項19之方法，其中該氧化矽或氮化矽形成層間介電層。
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