TWI878613B - 用於碳基薄膜之選擇性拋光之以二氧化矽為主的漿料 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種化學機械拋光組合物，其包含：(a)二氧化矽磨料、(b)表面活性劑、(c)鐵陽離子、(d)視需要配體，及(e)水，其中該二氧化矽磨料在該化學機械拋光組合物中具有負ζ電位。本發明亦提供一種使用該組合物化學機械拋光基板，尤其包含碳基薄膜之基板之方法。

Description

用於碳基薄膜之選擇性拋光之以二氧化矽為主的漿料

在積體電路及其他電子裝置之製造中，將多層導電、半導體及介電材料沈積於基板表面上或自其移除。因為材料層循序沈積於該基板上並自其移除，所以該基板之最上表面可變得非平坦且需平坦化。平坦化表面或「拋光」表面係其中自該基板表面移除材料以形成大體上均勻平坦表面之方法。平坦化適用於移除非所需之表面形貌及表面缺陷，諸如粗糙表面、團聚材料、晶格損壞、劃痕及污染層或材料。平坦化亦適用於藉由移除過量用以填充特徵並為後續之金屬化及處理程度提供均勻表面之沈積材料而在基板上形成特徵。

此項技術中熟知用於平坦化或拋光基板表面之組合物及方法。化學機械平坦化或化學機械拋光(CMP)係用以平坦化基板之常見技術。CMP利用化學組合物，稱為CMP組合物或更簡單稱為拋光組合物(亦稱為拋光漿料)，用於自該基板選擇性移除材料。拋光組合物通常藉由使該基板表面與飽含該拋光組合物之拋光墊(例如，拋光布或拋光盤)接觸施加至基板。該基板之拋光通常進一步藉助於該拋光組合物之化學活性及/或懸浮於該拋光組合物中或併入該拋光墊(例如，固定磨料拋光墊)內之磨料之機械活性。

因為積體電路之尺寸減小及晶片上積體電路之數量增加，所以構成電路之組件必須靠得更近以適應典型晶片上可用之有限空間。電路之間的有效隔離對確保最佳半導體性能而言很重要。為此，將淺溝槽蝕刻至半導體基板內並填充絕緣材料以隔離該積體電路之主動區。更具體言之，淺溝槽隔離(STI)係其中在矽基板上形成氮化矽層或氮化鈦層之方法，經由蝕刻或微影術形成淺溝槽，並沈積介電層以填充該等溝槽。由於以此方式形成之溝槽之深度變化，因此通常有必要在該基板頂部沈積過量之介電材料以確保完全填充所有溝槽。該介電材料(例如，碳基薄膜)與該基板之下伏形貌相符。該過量介電材料通常藉由CMP方法移除，此外該方法提供用於進一步處理之平坦表面。

拋光組合物可根據其拋光速率(即，移除速率)及其平坦化效率表徵。該拋光速率係指自基板表面移除材料之速率且通常以每單位時間之長度(厚度)單位表示(例如，埃(Å)/分鐘)。平坦化效率係關於相比於自該基板移除之材料量之階高降低。具體言之，拋光表面(例如，拋光墊)首先接觸該表面之「高點」且必須移除材料以形成平坦表面。認為導致以移除較少材料達成平坦表面之方法比需移除更多材料以達成平坦性之方法更高效。

通常，碳基薄膜之移除速率對STI方法中之介電拋光步驟而言可為速率限制的，且因此需該碳基薄膜之高移除速率以增加裝置生產量。然而，若敷層移除速率過快，則曝露溝槽中氧化物之過度拋光導致溝槽腐蝕並增加裝置缺陷性。

仍需用於化學機械拋光碳基薄膜之組合物及方法，其等將提供有用之移除速率，同時亦提供改良之平坦化效率。本發明提供此等拋光組合物及方法。自本文提供之本發明之說明書將顯而易見本發明之此等及其他優勢，及另外本發明特徵。

本發明提供一種化學機械拋光組合物，其包含以下、基本上由以下構成或由以下構成：(a)二氧化矽磨料；(b)表面活性劑；(c)鐵陽離子；(d)視需要配體；及(e)水，其中該二氧化矽磨料在該化學機械拋光組合物中具有負ζ電位。

本發明進一步提供一種化學機械拋光基板之方法，其包括：(i)提供基板，(ii)提供拋光墊，(iii)提供一種化學機械拋光組合物，其包含：(a)二氧化矽磨料；(b)表面活性劑；(c)鐵陽離子；(d)視需要配體；及(e)水，其中該二氧化矽磨料在該化學機械拋光組合物中具有負ζ電位，(iv)使該基板與該拋光墊及該化學機械拋光組合物接觸，及(v)相對於該基板移動該拋光墊及該化學機械拋光組合物以磨損該基板之至少一部分以拋光該基板。

本發明提供一種化學機械拋光組合物，其包含：(a)二氧化矽磨料；(b)表面活性劑；(c)鐵陽離子；(d)視需要配體；及(e)水，其中該二氧化矽磨料在該化學機械拋光組合物中具有負ζ電位。

拋光組合物包含二氧化矽磨料。如本文使用，術語「二氧化矽磨料」、「二氧化矽磨料顆粒」、「二氧化矽顆粒」及「磨料顆粒」可互換使用，且可為指任何二氧化矽顆粒(例如，膠體二氧化矽顆粒)。該二氧化矽顆粒(例如，膠體二氧化矽顆粒)可經修飾(例如，表面修飾)或未經修飾，且具有負天然ζ電位或正天然ζ電位。如本文使用，片語「天然ζ電位」係指在將該二氧化矽磨料添加至該拋光組合物前該二氧化矽磨料之ζ電位。例如，該天然ζ電位可係指如在儲存溶液或水溶液中量測，在將該二氧化矽磨料添加至該拋光組合物前該二氧化矽磨料之ζ電位。熟習技工將可確定在將該二氧化矽磨料添加至該拋光組合物前，該二氧化矽磨料是否具有負天然ζ電位或正天然ζ電位。分散顆粒諸如二氧化矽磨料(例如，膠體二氧化矽顆粒)上之電荷通常稱為ζ電位(或動電位)。顆粒之ζ電位係指該顆粒周圍之離子之電荷與其中量測其之組合物之本體溶液(例如，液體載劑及溶解於其中之任何其他組分)之電荷之間的電位差。該ζ電位通常取決於水介質之pH。針對給定拋光組合物，該等顆粒之等電點定義為ζ電位為零時之pH。隨著遠離該等電點之pH增加或減小，表面電荷(且因此ζ電位)相應地減少或增加(至負或正ζ電位值)。使用自Dispersion Technologies, Inc. (Bedford Hills, N.Y.)購買之DT-1202型聲及電聲分光計可獲得該拋光組合物之天然ζ電位及ζ電位。如本文使用，片語「負ζ電位」係指當在該拋光組合物中量測時顯示負表面電荷之二氧化矽磨料。如本文使用，片語「正ζ電位」係指當在該拋光組合物中量測時顯示正表面電荷之二氧化矽磨料。

二氧化矽磨料在化學機械拋光組合物中具有負ζ電位。不希望受任何特定理論之束縛，據信該化學機械拋光組合物中二氧化矽磨料之負ζ電位與碳基薄膜表面之陽離子性質具有有利之相互作用，此有助於產生本文描述之有利拋光特徵。在一些實施例中，當在該拋光組合物中量測時，該二氧化矽磨料具有小於0 mV之ζ電位，即，當在該拋光組合物中量測時，該二氧化矽磨料具有負ζ電位。例如，該二氧化矽磨料在該化學機械拋光組合物中可具有-10 mV或更小之ζ電位，在該化學機械拋光組合物中可具有-20 mV或更小之ζ電位，在該化學機械拋光組合物中可具有-30 mV或更小之ζ電位，或在該化學機械拋光組合物中可具有-40 mV或更小之ζ電位。在一些實施例中，該二氧化矽磨料具有約0 mV至約-60 mV，例如，約-10 mV至約-60 mV、約-10 mV至約-50 mV、約-10 mV至約-40 mV、約-20 mV至約-60 mV、約-20 mV至約-50 mV、約-20 mV至約-40 mV、約-30 mV至約-40 mV、或約-20 mV至約-30 mV之負ζ電位。

二氧化矽磨料(例如，膠體二氧化矽顆粒)可經修飾(例如，表面修飾)或未經修飾，且具有負天然ζ電位或正天然ζ電位。因此，該二氧化矽磨料(例如，膠體二氧化矽顆粒)在添加至化學機械拋光組合物前可具有正ζ電位或負ζ電位。例如，該二氧化矽顆粒(例如，膠體二氧化矽顆粒)在添加至該化學機械拋光組合物前可具有小於0 mV之天然ζ電位(例如，-5 mV或更低)。或者，該二氧化矽顆粒(例如，膠體二氧化矽顆粒)在添加至該化學機械拋光組合物前可具有0 mV或更大之天然ζ電位(例如，5 mV或更大)。當添加至本文描述之本發明之化學機械拋光組合物時，具有負天然ζ電位之二氧化矽磨料維持負ζ電位(例如，藉由(i)使用無法將該負ζ電位轉化為正ζ電位之陽離子型表面活性劑或(ii)使用維持該負ζ電位之陰離子型表面活性劑)。或者，當添加至本文描述之本發明之化學機械拋光組合物時，理想地，將具有正天然ζ電位之二氧化矽磨料轉化為具有負ζ電位之二氧化矽磨料(例如，藉由使用可將該正ζ電位轉化為負ζ電位之陰離子型表面活性劑)。

二氧化矽顆粒(例如，膠體二氧化矽顆粒)及帶電二氧化矽顆粒(例如，膠體二氧化矽顆粒)可藉由各種方法製備，其等中之一些實例為商業上使用且已知。有用之二氧化矽顆粒包括沈澱或縮聚二氧化矽，其等可使用已知方法，諸如藉由稱為「溶膠凝膠」方法或藉由矽酸鹽離子交換之方法製備。縮聚二氧化矽顆粒通常藉由縮合Si(OH) ₄以形成大體上球形(例如，球形、卵形或橢圓形)顆粒製備。前體Si(OH) ₄可例如藉由水解高純度烷氧基矽烷或藉由酸化矽酸鹽水溶液獲得。美國專利第5,230,833號描述一種用於在溶液中製備膠體二氧化矽顆粒之方法。

在一些實施例中，二氧化矽磨料係膠體二氧化矽。如一般技術者已知，膠體二氧化矽係細微非晶型、無孔及通常球形顆粒於液相中之懸浮液。該膠體二氧化矽可採取縮聚或沈澱二氧化矽顆粒之形式。在一些實施例中，該二氧化矽係以濕法類型二氧化矽顆粒之形式。該等顆粒(例如，膠體二氧化矽)可具有任何合適之平均尺寸(即，平均顆粒直徑)。若該平均磨料顆粒尺寸過小，則拋光組合物可無法顯示足夠之移除速率。相反，若該平均磨料顆粒尺寸過大，則該拋光組合物可顯示非所需之拋光性能，諸如，舉例而言，差基板缺陷性。

因此，二氧化矽磨料(例如，二氧化矽顆粒或膠體二氧化矽顆粒)可具有約10 nm或更大，例如，約15 nm或更大、約20 nm或更大、約25 nm或更大、約30 nm或更大、約35 nm或更大、約40 nm或更大、約45 nm或更大、或約50 nm或更大之平均顆粒尺寸。或者或另外，該二氧化矽磨料可具有約200 nm或更小，例如，約175 nm或更小、約150 nm或更小、約125 nm或更小、約100 nm或更小、約75 nm或更小、約50 nm或更小、或約40 nm或更小之平均顆粒尺寸。因此，該二氧化矽磨料可具有由前述端點中之任兩者限定之平均顆粒尺寸。

例如，二氧化矽磨料(例如，二氧化矽顆粒或膠體二氧化矽顆粒)可具有約10 nm至約200 nm、約20 nm至約200 nm、約20 nm至約175 nm、約20 nm至約150 nm、約25 nm至約125 nm、約25 nm至約100 nm、約30 nm至約100 nm、約30 nm至約75 nm、約30 nm至約40 nm、或約50 nm至約100 nm之平均顆粒尺寸。針對非球形二氧化矽磨料顆粒，該等顆粒之尺寸係包含該顆粒之最小球體之直徑。該磨料之顆粒尺寸可使用任何合適之技術，例如，使用雷射繞射技術量測。合適之顆粒尺寸量測儀器可(例如)自Malvern Instruments (Malvern, UK)購買。

二氧化矽磨料(例如，二氧化矽顆粒或膠體二氧化矽顆粒)較佳在拋光組合物中膠體穩定。術語膠體係指顆粒於液體載劑(例如，水)中之懸浮液。膠體穩定性係指該懸浮液之經時維持。在本發明之內文中，當將磨料放置於100 mL量筒內並容許靜置2小時時，若量筒底部50 mL中之顆粒濃度([B]以g/mL計)與量筒頂部50 mL中之顆粒濃度([T]以g/mL計)之間之差值除以該磨料組合物中顆粒之初始濃度([C]以g/mL計)係小於或等於0.5 (即，{[B] – [T]}/[C] ≤ 0.5)，則認為該磨料係膠體穩定。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。

二氧化矽磨料可以任何合適之量存在於拋光組合物中。若本發明之拋光組合物包含過少之磨料，則該組合物可不顯示足夠之移除速率。相反，若該拋光組合物包含過多磨料，則該拋光組合物可顯示非所需之拋光性能及/或可非成本有效及/或可缺乏穩定性。該拋光組合物可包含約10重量%或更少之二氧化矽磨料，例如，約9重量%或更少、約8重量%或更少、約7重量%或更少、約6重量%或更少、約5重量%或更少、約4重量%或更少、約3重量%或更少、約2重量%或更少、約1重量%或更少、約0.9重量%或更少、約0.8重量%或更少、約0.7重量%或更少、約0.6重量%或更少、或約0.5重量%或更少之二氧化矽磨料。或者或另外，該拋光組合物可包含約0.001重量%或更多之二氧化矽磨料，例如，約0.005重量%或更多、約0.01重量%或更多、0.05重量%或更多、約0.1重量%或更多、約0.2重量%或更多、約0.3重量%或更多、約0.4重量%或更多、約0.5重量%或更多、或約1重量%或更多之二氧化矽磨料。因此，視需要，該拋光組合物可包含由前述端點中之任兩者限定之量之二氧化矽磨料。

例如，在一些實施例中，二氧化矽磨料可以拋光組合物之約0.001重量%至約10重量%之量存在於該拋光組合物中，例如，約0.001重量%至約8重量%、約0.001重量%至約6重量%、約0.001重量%至約5重量%、約0.001重量%至約4重量%、約0.001重量%至約2重量%、約0.001重量%至約1重量%、約0.01重量%至約10重量%、約0.01重量%至約8重量%、約0.01重量%至約6重量%、約0.01重量%至約5重量%、約0.01重量%至約4重量%、約0.01重量%至約2重量%、約0.01重量%至約1重量%、約0.05重量%至約10重量%、約0.05重量%至約8重量%、約0.05重量%至約6重量%、約0.05重量%至約5重量%、約0.05重量%至約4重量%、約0.05重量%至約2重量%、約0.05重量%至約1重量%、約0.1重量%至約10重量%、約0.1重量%至約8重量%、約0.1重量%至約6重量%、約0.1重量%至約5重量%、約0.1重量%至約4重量%、約0.1重量%至約2重量%、約0.1重量%至約1重量%、約0.5重量%至約10重量%、約0.5重量%至約8重量%、約0.5重量%至約5重量%、約0.5重量%至約4重量%、約0.5重量%至約2重量%、約0.5重量%至約1重量%、約1重量%至約10重量%、約1重量%至約8重量%、約1重量%至約6重量%、約1重量%至約5重量%、約1重量%至約4重量%、或約1重量%至約2重量%。

拋光組合物包含鐵陽離子。該鐵陽離子可以鐵離子(即，鐵III)或亞鐵離子(即，鐵II)的形式存在，且可以任何合適之含鐵鹽的形式添加至該組合物。例如，該鐵陽離子可由添加以下至該拋光組合物產生：硝酸鐵、硫酸鐵、鹵化鐵(包括氟化物、氯化物、溴化物及碘化物，及過氯酸鹽、過溴酸鹽及過碘酸鹽)，及有機鐵化合物諸如乙酸鐵、乙醯丙酮、檸檬酸鹽、葡萄糖酸鹽、丙二酸鹽、草酸鹽、鄰苯二甲酸鹽、琥珀酸鹽，及其組合。

拋光組合物可包含任何合適量之鐵陽離子。該拋光組合物可包含約0.01 ppm或更多，例如，0.1 ppm或更多、約0.5 ppm或更多、約1 ppm或更多、約5 ppm或更多、約10 ppm或更多、或約20 ppm或更多之鐵陽離子。或者或另外，該拋光組合物可包含約100 ppm或更少，例如，約80 ppm或更少、約60 ppm或更少、或約40 ppm或更少之鐵陽離子。因此，該拋光組合物可包含由前述端點中之任兩者限定之量之該鐵陽離子。例如，該拋光組合物可包含約0.01 ppm至約100 ppm，例如，約0.01 ppm至約80 ppm、約0.01 ppm至約60 ppm、約0.01 ppm至約40 ppm、約0.1 ppm至約100 ppm、約0.1 ppm至約80 ppm、約0.1 ppm至約60 ppm、約0.1 ppm至約40 ppm、約1 ppm至約100 ppm、約1 ppm至約80 ppm、約1 ppm至約60 ppm、約1 ppm至約40 ppm、約10 ppm至約100 ppm、約10 ppm至約80 ppm、約10 ppm至約60 ppm、或約10 ppm至約40 ppm之鐵陽離子。不希望受任何特定理論之束縛，據信增加鐵濃度產生更高之碳基薄膜移除速率。然而，亦據信當拋光市售碳基薄膜時，更高之鐵濃度可與多種缺陷問題相關。

拋光組合物包含表面活性劑。該表面活性劑可為陽離子型表面活性劑或陰離子型表面活性劑。一般而言，當二氧化矽磨料具有負天然ζ電位時，該表面活性劑係陽離子型表面活性劑或陰離子型表面活性劑，且當該二氧化矽磨料具有正天然ζ電位時，該表面活性劑係陰離子型表面活性劑。如本文描述，該二氧化矽磨料在該化學機械拋光組合物中具有負ζ電位(即，當在該化學機械拋光組合物中量測時)。因此，可使用二氧化矽顆粒及表面活性劑之任何合適組合，只要所得組合物包含具有負ζ電位之二氧化矽磨料即可。在某些實施例中，當該二氧化矽磨料具有負天然ζ電位時，該表面活性劑係陽離子型表面活性劑，且當該二氧化矽磨料具有正天然ζ電位時，該表面活性劑係陰離子型表面活性劑，使得所得組合物包含具有負ζ電位之二氧化矽磨料。在較佳實施例中，該二氧化矽磨料具有正天然ζ電位且該表面活性劑係陰離子型表面活性劑，使得當在該化學機械拋光組合物中量測時，該二氧化矽磨料具有負ζ電位。

在一些實施例中，化學機械拋光組合物包含具有負天然ζ電位之二氧化矽磨料及陽離子型表面活性劑，使得當在該化學機械拋光組合物中量測時，該二氧化矽磨料具有負ζ電位。

在一些實施例中，化學機械拋光組合物包含具有負天然ζ電位之二氧化矽磨料及陰離子型表面活性劑，使得當在該化學機械拋光組合物中量測時，該二氧化矽磨料具有負ζ電位。

在一些實施例中，化學機械拋光組合物包含具有正天然ζ電位之二氧化矽磨料及陰離子型表面活性劑，使得當在該化學機械拋光組合物中量測時，該二氧化矽磨料具有負ζ電位。

在某些實施例中，化學機械拋光組合物包含相對於表面活性劑具有相反電荷之天然ζ電位之二氧化矽磨料，即，具有正天然ζ電位之二氧化矽磨料及陰離子型表面活性劑或具有負天然ζ電位之二氧化矽磨料及陽離子型表面活性劑。

在一些實施例中，表面活性劑係陽離子型表面活性劑。該陽離子型表面活性劑可為任何合適之陽離子型表面活性劑，其等中之許多為此項技術中已知。在一些實施例中，該陽離子型表面活性劑包含季銨鹽。例示性陽離子型表面活性劑包括(但不限於) 二氯化N,N,N',N',N'-五甲基-N-牛脂烷基-1,3-丙二銨、氯化(氧基二-2,1-乙二基)雙(椰脂烷基)二甲基二銨、氯化3-甲基丙烯醯胺基丙基-三甲基-銨(「MAPTAC」)、氯化3-丙烯醯胺基丙基-三甲基-銨(「APTAC」)、氯化二烯丙基二甲基銨(「DADMAC」)、氯化2-(丙烯醯氧基)-N,N,N-三甲基乙胺鎓(「DMAEA.MCQ」)、氯化2-(甲基丙烯醯氧基)-N,N,N-三甲基乙胺鎓(「DMAEM.MCQ」)、N,N-二甲胺基乙基丙烯酸酯氯甲苯(「DMAEA.BCQ」)、N,N-二甲胺基乙基甲基丙烯酸酯氯甲苯(「DMAEM.BCQ」)，及其組合。

在一些實施例中，表面活性劑係陰離子型表面活性劑。該陰離子型表面活性劑可為任何合適之陰離子型表面活性劑，其等中之許多為此項技術中已知。在一些實施例中，該陰離子型表面活性劑選自烷基磺酸、烷基磺酸鹽、芳基磺酸、芳基磺酸鹽、烷基芳基磺酸、烷基芳基磺酸鹽，及其組合。在某些實施例中，該陰離子型表面活性劑選自飽和或不飽和C ₆-C ₄₀烷基磺酸鹽、飽和或不飽和C ₆-C ₄₀烷基磺酸、飽和或不飽和C ₆-C ₄₀烷基苯磺酸鹽、飽和或不飽和C ₆-C ₄₀烷基苯磺酸，及其組合。例示性陰離子型表面活性劑包括(但不限於)自Pilot Chemical Corporation, West Chester, OH購買之CALSOFT ^TM表面活性劑(例如，CALSOFT ^TMLPS-99 -十二烷基苯磺酸)或自Air Products, Allentown, PA購買之ZETASPERSE™表面活性劑(例如，ZETASPERSE™ Z2300 -乙氧基化C ₆-C ₁₂醇(CAS 68439-45-2)及C ₁₀-C ₁₄烷基芳基磺酸鹽之混合物)。

在一些實施例中，陽離子型表面活性劑及/或陰離子型表面活性劑包含約6個碳或更多之烷基鏈。例如，該陽離子型表面活性劑及/或陰離子型表面活性劑可包含約8個碳或更多，例如，約10個碳或更多、約12個碳或更多、約14個碳或更多、或約16個碳或更多之烷基鏈。不希望受任何特定理論之束縛，據信具有約6個碳或更多(例如，約12個碳或更多)之烷基鏈之表面活性劑為化學機械拋光組合物提供所需量之可濕性(即，潤滑)。

拋光組合物可包含任何合適量之表面活性劑。該拋光組合物可包含約10 ppm或更多，例如，約20 ppm或更多、約50 ppm或更多、約100 ppm或更多、約200 ppm或更多、約300 ppm或更多、或約500 ppm或更多之表面活性劑。或者或另外，該拋光組合物可包含約10,000 ppm或更少，例如，約8,000 ppm或更少、約6,000 ppm或更少、約5,000 ppm或更少、約4,000 ppm或更少、或約3,000 ppm或更少之表面活性劑。因此，該拋光組合物可包含由前述端點中之任兩者限定之量之該表面活性劑。例如，該拋光組合物可包含約10 ppm至約10,000 ppm之表面活性劑，例如，約10 ppm至約8,000 ppm、約10 ppm至約6,000 ppm、約10 ppm至約5,000 ppm、約10 ppm至約4,000 ppm、約10 ppm至約3,000 ppm、約50 ppm至約10,000 ppm之表面活性劑、約50 ppm至約8,000 ppm、約50 ppm至約6,000 ppm、約50 ppm至約5,000 ppm、約50 ppm至約4,000 ppm、約50 ppm至約3,000 ppm、約10 ppm至約10,000 ppm之表面活性劑、約100 ppm至約8,000 ppm、約100 ppm至約6,000 ppm、約100 ppm至約5,000 ppm、約100 ppm至約4,000 ppm、或約100 ppm至約3,000 ppm。

拋光組合物視需要包含配體(例如，鐵陽離子之配體)。因此，在一些實施例中，該拋光組合物包含配體，及在其他實施例中，該組合物不含有配體。在較佳實施例中，該拋光組合物包含配體(例如，鐵陽離子之配體)。該配體可為任何合適之配體，其等中之許多為此項技術中已知。在一些實施例中，該配體包含烯烴部分、炔烴部分、二酸部分、醇部分，或其組合。例如，該配體可為任何化合物(例如，有機化合物)，其包含烯烴部分；炔烴部分；二酸部分；醇部分；烯烴部分及二酸部分；烯烴部分及醇部分；烯烴部分、二酸部分及醇部分；炔烴部分及二酸部分；炔烴部分及醇部分；炔烴部分、二酸部分及醇部分；或烯烴部分、炔烴部分、二酸部分及醇部分。在一些實施例中，該配體包含烯烴部分及二酸部分；或炔烴部分及醇部分。例示性配體包括(但不限於)琥珀酸、馬來酸、丙二酸、富馬酸、鄰苯二甲酸、間苯二甲酸、對苯二甲酸、草酸、酒石酸、3,5-二甲基-1-己炔-3-醇、2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇、2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇乙氧基化物、2,5-二甲基-3-己炔-2,5-二醇、3-甲基-1-戊炔-3-醇，及其組合。

拋光組合物可包含任何合適量之配體(當存在時)。當存在該配體時，該拋光組合物可包含約10 ppm或更多，例如，約15 ppm或更多、約20 ppm或更多、約25 ppm或更多、約30 ppm或更多、約35 ppm或更多、或約40 ppm或更多之配體。或者或另外，該拋光組合物可包含約1000 ppm或更少，例如，約800 ppm或更少、約600 ppm或更少、約400 ppm或更少、約200 ppm或更少、約100 ppm或更少、約80 ppm或更少、約60 ppm或更少、或約40 ppm或更少之配體。因此，該拋光組合物可包含由前述端點中之任兩者限定之量之該配體。例如，該拋光組合物可包含約10 ppm至約1000 ppm之配體，例如，約10 ppm至約800 ppm、約10 ppm至約600 ppm、約10 ppm至約400 ppm、約10 ppm至約200 ppm、約10 ppm至約100 ppm、約10 ppm至約80 ppm、約10 ppm至約60 ppm、約10 ppm至約40 ppm、約20 ppm至約1000 ppm of the表面活性劑、約20 ppm至約800 ppm、約20 ppm至約600 ppm、約20 ppm至約400 ppm、約20 ppm至約200 ppm、約20 ppm至約100 ppm、約20 ppm至約80 ppm、約20 ppm至約60 ppm、或約20 ppm至約40 ppm。

化學機械拋光組合物可包含一或更多種可調整(即，調整)該拋光組合物之pH之化合物(即，pH調整化合物)。該拋光組合物之pH可使用任何合適之可調整該拋光組合物之pH之化合物進行調整。理想地，該pH調整化合物係水溶性且可與該拋光組合物之其他組分相容。通常，該化學機械拋光組合物在使用點具有約1至約7之pH (例如，約1至約6、約1至約5、約2至約7、約2至約6、約2至約5、約3至約6、或約1至約4之pH)。較佳地，該化學機械拋光組合物在使用點具有約1至約4之pH。

可調整並緩衝pH之化合物可選自由以下組成之群：銨鹽、鹼金屬鹽、羧酸、鹼金屬氫氧化物、鹼金屬碳酸鹽、鹼金屬碳酸氫鹽、硼酸鹽，及其混合物。

化學機械拋光組合物視需要進一步包含一或多種添加劑。說明性添加劑包括調節劑、酸(例如，磺酸)、錯合劑、螫合劑、除生物劑、阻垢劑及分散劑。

當存在時，除生物劑可為任何合適之除生物劑且可以任何合適之量存在於拋光組合物中。合適之除生物劑係異噻唑啉酮除生物劑。通常，該拋光組合物包含約1 ppm至約50 ppm除生物劑，較佳約10 ppm至約20 ppm除生物劑。

拋光組合物可由任何合適之技術產生，該等技術中之許多為熟習此項技術中已知。該拋光組合物可以分批或連續方法製備。一般而言，該拋光組合物係藉由組合該拋光組合物之組分製備。如本文使用之術語「組分」包括個別成分(例如，二氧化矽磨料、表面活性劑、鐵陽離子、任選配體、任選pH調整劑及/或任何任選添加劑)及成分(例如，二氧化矽磨料、表面活性劑、鐵陽離子、任選配體、任選pH調整劑及/或任何任選添加劑等)之任何組合。

例如，拋光組合物可藉由以下製備：(i)提供液體載劑中之所有或一部分，(ii)使用用於製備此分散液之任何合適之方式分散二氧化矽磨料、表面活性劑、鐵陽離子、任選配體、任選pH調整劑及/或任何任選添加劑，(iii)視需要調整該分散液之pH，及(iv)視需要將合適量之任何其他任選組分及/或添加劑添加至該混合物。

或者，拋光組合物可藉由以下製備：(i)在二氧化矽磨料漿料中提供一或多種組分(例如，表面活性劑、鐵陽離子、任選配體、任選pH調整劑及/或任何任選添加劑)，(ii)在添加劑溶液中提供一或多種組分(例如，液體載劑、表面活性劑、鐵陽離子、任選配體、任選pH調整劑及/或任何任選添加劑)，(iii)組合該二氧化矽磨料漿料及該添加劑溶液以形成混合物，(iv)視需要將合適量之任何其他任選添加劑添加至該混合物，及(v)視需要，調整該混合物之pH。

拋光組合物可作為包含二氧化矽磨料、表面活性劑、鐵陽離子、任選配體、任選pH調整劑及/或任何任選添加劑及水之單包裝系統供應。或者，本發明之拋光組合物可作為第一包裝中包含二氧化矽磨料漿料及第二包裝中包含添加劑溶液之兩包裝系統供應，其中該二氧化矽磨料漿料基本上由二氧化矽磨料及水構成或由其構成，且其中該添加劑溶液基本上由表面活性劑、鐵陽離子、任選配體、任選pH調整劑及/或任何任選添加劑構成或由其等構成。該兩包裝系統容許藉由改變兩個包裝(即，二氧化矽磨料漿料及添加劑溶液)之摻混比率調整拋光組合物特性。

可使用各種方法以利用此兩包裝拋光系統。例如，二氧化矽磨料漿料及添加劑溶液可由於供應管路之出口處連接並相連之不同管道輸送至拋光台。該二氧化矽磨料漿料及添加劑溶液可在拋光前不久或立即混合，或可同時供應至該拋光臺上。此外，當混合該等兩個包裝時，視需要，可添加去離子水，以調整拋光組合物及所得之基板拋光特性。

同樣，三、四或更多包裝系統可結合本發明利用，其中多個容器中之各者以不同濃度含有本發明化學機械拋光組合物之不同組分、一或多種任選組分，及/或相同組分中之一或多者。

為混合兩個或更多個儲存裝置中含有之組分以在使用點或附近產生拋光組合物，該等儲存裝置通常具有一或多條自各儲存裝置通向該拋光組合物之使用點(例如，台板、拋光墊或基板表面)之流線。如本文利用，術語「使用點」係指將該拋光組合物施用至該基板表面(例如，拋光墊或基板表面本身)之點。術語「流線」意謂自個別儲存容器流向儲存於其中之組分之使用點的路徑。該等流線可各直接通向該使用點，或該等流線中之兩者或更多者可於任何點組合成通向該使用點之單個流線。此外，該等流線中之任一者(例如，個別流線或組合流線)可在達成該(等)組分使用點前首先通向一或多個其他裝置(例如，泵送裝置、量測裝置、混合裝置等)。

拋光組合物之組分可獨立地輸送至使用點(例如，在拋光過程期間將組分輸送至基板表面，接著混合該等組分)，或該等組分中之一或多者可在輸送至該使用點前，例如，在輸送至該使用點前不久或立刻組合。若該等組分在以混合形式添加至台板上前約5分鐘或更少，例如，在以混合形式添加至該台板上前約4分鐘或更少、約3分鐘或更少、約2分鐘或更少、約1分鐘或更少、約45秒或更少、約30秒或更少、約10秒或更少內組合，則組分「在輸送至該使用點前立即」組合，或在使用點同時輸送該等組分(例如，於分配器中組合該等組分)。若該等組分於該使用點之5 m內，諸如於該使用點之1 m內或甚至於該使用點之10 cm內(例如，於該使用點之1 cm內)組合，則組分亦「在輸送至該使用點前立即」組合。

當拋光組合物組分中之兩者或更多者在到達使用點前組合時，該等組分可組合於流線中並在不使用混合裝置之情況下輸送至該使用點。或者，該等流線中之一或多者可通向混合裝置內以促進該等組分中之兩者或更多者之組合。可使用任何合適之混合裝置。例如，該混合裝置可為該等組分中之兩者或更多者流過之噴頭或噴嘴(例如，高壓噴頭或噴嘴)。或者，該混合裝置可為包含一或多個入口及至少一個出口之箱式混合裝置，拋光漿料之兩種或更多種組分由該等入口引入混合器中，且混合組分通過該出口離開該混合器以直接或經由設備之其他元件(例如，經由一或多條流線)輸送至該使用點。此外，該混合裝置可包含多於一個腔室，各腔室具有至少一個入口及至少一個出口，其中兩種或更多種組分組合於各腔室中。若使用箱式混合裝置，則該混合裝置較佳包含混合機制以進一步促進該等組分之組合。混合機制一般為此項技術中已知且包括攪拌器、摻混器、攪拌機、槳葉擋板、氣體分佈器系統、振動器等。

拋光組合物亦可作為旨在使用前用適當量水稀釋之濃縮物提供。在此實施例中，該拋光組合物濃縮物包含該拋光組合物之組分，其量使得一經用適當量水稀釋該濃縮物，該拋光組合物之各組分即將以於上文針對各組分列舉之適當範圍內之量存在於該拋光組合物中。例如，二氧化矽磨料、表面活性劑、鐵陽離子、任選配體、任選pH調整劑及/或任何任選添加劑可各以比上文針對各組分列舉之濃度大約2倍(例如，約3倍、約4倍或約5倍)之量存在於該濃縮物中，使得當用等體積水(例如，分別2等體積水、3等體積水或4等體積水)稀釋該濃縮物時，各組分將以於上文針對各組分列舉之範圍內之量存在於該拋光組合物中。此外，如由一般技術者將瞭解，該濃縮物可含有適當分數存在於最終拋光組合物中之水以確保該二氧化矽磨料、表面活性劑、鐵陽離子、任選配體、任選pH調整劑及/或任何任選添加劑至少部分或完全溶解於該濃縮物中。

本發明進一步提供一種化學機械拋光基板之方法，其包括：(i)提供基板，(ii)提供拋光墊，(iii)提供化學機械拋光組合物，該化學機械拋光組合物包含：(a)二氧化矽磨料；(b)表面活性劑；(c)鐵陽離子；(d)視需要配體；及(e)水，其中該二氧化矽磨料在該化學機械拋光組合物中具有負ζ電位，(iv)使該基板與該拋光墊及該化學機械拋光組合物接觸，及(v)相對於該基板移動該拋光墊及該化學機械拋光組合物以磨損該基板之至少一部分以拋光該基板。

該化學機械拋光組合物可用以拋光任何合適之基板且尤其適用於包含至少一個包括低介電材料的層(通常表面層)之拋光基板。合適之基板包括半導體工業中使用之晶圓。該等晶圓通常包含以下或由以下構成：例如，金屬、金屬氧化物、金屬氮化物、金屬複合材料、金屬合金、低介電材料，或其組合。本發明之方法特別適用於包含碳基薄膜(例如，碳硬遮罩材料)之拋光基板。在一些實施例中，該基板包含碳基薄膜，其中該碳基薄膜之至少一部分以移除速率(Å/min)研磨來拋光該基板。

在某些實施例中，基板包含碳基薄膜。該碳基薄膜可為含有碳之任何合適之材料(例如，低介電材料)，其等中之許多為此項技術中已知。在一些實施例中，該碳基薄膜包含大於約50重量%碳，例如，大於約60重量%碳、大於約70重量%碳、大於約80重量%碳、大於約90重量%碳、或大於約95重量%碳。該碳基薄膜可具有任何合適之相。例如，該碳基薄膜可為非晶型、結晶，或其組合。在某些實施例中，該碳基薄膜係非晶型。例示性碳基薄膜描述於Weigand等人，(「Evaluating spin-on carbon materials at low temperatures for high wiggling resistance.」 Advanced Etch Technology for Nanopatterning II.，第8685卷，International Society for Optics and Photonics, 2013)及Kim等人，(「Study on the etching characteristics of amorphous carbon layer in oxygen plasma with carbonyl sulfide.」 Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films, (2013), 31.2:021301，第1至7頁)中。

在一些實施例中，基板包含碳基薄膜且該碳基薄膜之至少一部分以移除速率(Å/min)研磨來拋光該基板。當根據本發明之方法拋光包含碳基薄膜之基板時，本發明之化學機械拋光組合物理想地顯示高移除速率。例如，當根據本發明之實施例拋光包含碳基薄膜之基板時，該拋光組合物理想地顯示約400 Å/min或更高，例如，約500 Å/min或更高、約600 Å/min或更高、約700 Å/min或更高、約800 Å/min或更高、約900 Å/min或更高、約1,000 Å/min或更高、約1,100 Å/min或更高、約1,200 Å/min或更高、約1,500 Å/min或更高、約2,000 Å/min或更高、約3,000 Å/min或更高、或約4,000 Å/min或更高之碳基薄膜之移除速率。

在一些實施例中，基板進一步包含氧化矽、氮化矽、多晶矽、氮化鈦，或其組合，且該氧化矽、氮化矽、多晶矽或氮化鈦之至少一部分以移除速率(Å/min)研磨以拋光該基板。在其中該基板進一步包含氧化矽、氮化矽、多晶矽、氮化鈦，或其組合之實施例中，該碳基薄膜之移除速率(Å/min)係大於該氧化矽、氮化矽、多晶矽或氮化鈦之移除速率(Å/min)。例如，該碳基薄膜之移除速率(Å/min)可比該氧化矽、氮化矽、多晶矽或氮化鈦之移除速率(Å/min)大至少10倍、比該氧化矽、氮化矽、多晶矽或氮化鈦之移除速率(Å/min)大至少20倍、或比該氧化矽、氮化矽、多晶矽或氮化鈦之移除速率(Å/min)大至少40倍。

在其中基板進一步包含氧化矽之實施例中，該氧化矽可為任何合適之氧化矽，其等中之許多為此項技術中已知。合適類型之氧化矽包括(但不限於)硼磷矽玻璃(BPSG)、四乙基正矽酸鹽(TEOS)、電漿加強四乙基正矽酸鹽(PETEOS)、熱氧化物、無摻雜矽酸鹽玻璃，及高密度電漿(HDP)氧化物。當根據本發明之方法拋光包含氧化矽之基板時，本發明之化學機械拋光組合物理想地顯示低移除速率。例如，當根據本發明之實施例拋光包含氧化矽之基板時，該拋光組合物理想地顯示約500 Å/min或更低，例如，約250 Å/min或更低、約200 Å/min或更低、約150 Å/min或更低、約100 Å/min或更低、約50 Å/min或更低、約25 Å/min或更低、約10 Å/min或更低、或約5 Å/min或更低之氧化矽之移除速率。在一些實施例中，該拋光組合物顯示過低以至於無法檢測之氧化矽移除速率。

在其中基板進一步包含多晶矽之實施例中，該多晶矽可為任何合適之多晶矽，其等中之許多為此項技術中已知。該多晶矽可具有任何合適之相，且可為非晶型、結晶，或其組合。當根據本發明之方法拋光包含多晶矽之基板時，本發明之化學機械拋光組合物理想地顯示低移除速率。例如，當根據本發明之實施例拋光包含多晶矽之基板時，該拋光組合物理想地顯示約500 Å/min或更低，例如，約250 Å/min或更低、約200 Å/min或更低、約150 Å/min或更低、約100 Å/min或更低、約50 Å/min或更低、約25 Å/min或更低、約10 Å/min或更低、或約5 Å/min或更低之多晶矽之移除速率。在一些實施例中，該拋光組合物顯示過低以至於無法檢測之多晶矽移除速率。

在其中基板進一步包含氮化矽之實施例中，該氮化矽可為任何合適之氮化矽，其等中之許多為此項技術中已知。當根據本發明之方法拋光包含氮化矽之基板時，本發明之化學機械拋光組合物理想地顯示低移除速率。例如，當根據本發明之實施例拋光包含氮化矽之基板時，該拋光組合物理想地顯示約500 Å/min或更低，例如，約250 Å/min或更低、約200 Å/min或更低、約150 Å/min或更低、約100 Å/min或更低、約50 Å/min或更低、約25 Å/min或更低、約10 Å/min或更低、或約5 Å/min或更低之氮化矽之移除速率。在一些實施例中，該拋光組合物顯示過低以至於無法檢測之氮化矽移除速率。

在其中基板進一步包含氮化鈦之實施例中，該氮化鈦可為任何合適之氮化鈦，其等中之許多為此項技術中已知。當根據本發明之方法拋光包含氮化鈦之基板時，本發明之化學機械拋光組合物理想地顯示低移除速率。例如，當根據本發明之實施例拋光包含氮化鈦之基板時，該拋光組合物理想地顯示約500 Å/min或更低，例如，約250 Å/min或更低、約200 Å/min或更低、約150 Å/min或更低、約100 Å/min或更低、約50 Å/min或更低、約25 Å/min或更低、約10 Å/min或更低、或約5 Å/min或更低之氮化鈦之移除速率。在一些實施例中，該拋光組合物顯示過低以至於無法檢測之氮化鈦移除速率。

如藉由合適之技術測定，當拋光基板時，本發明之拋光組合物理想地顯示低顆粒缺陷。經本發明拋光組合物拋光之基板上之顆粒缺陷可藉由任何合適之技術量測。例如，可使用雷射光散射技術，諸如暗場法向光束複合材料(DCN)及暗場斜光束複合材料(DCO)以測定拋光基板上之顆粒缺陷。適用於評估顆粒缺陷性之儀器裝置可自(例如) KLA-Tencor購買(例如，以120 nm臨限值或以160 nm臨限值操作之SURFSCAN™ SPI儀器)。

本發明之化學機械拋光組合物及方法特別適合結合化學機械拋光設備一起使用。通常，該設備包含台板、拋光墊及托架，當使用時，該台板處於運動中且具有由軌道、線性或圓周運動產生之速度，拋光墊與該台板接觸並在運動時隨該台板一起移動，該托架支撐基板以藉由接觸並相對於該拋光墊表面移動該基板進行拋光。該基板之拋光係藉由以下發生：放置該基板以與本發明之拋光墊及拋光組合物接觸，及然後相對於該基板移動該拋光墊，以便於磨損該基板之少一部分來拋光該基板。

基板可使用任何合適之拋光墊(例如，拋光表面)用化學機械拋光組合物拋光。合適之拋光墊包括(例如)織物及非織物拋光墊。此外，合適之拋光墊可包含任何合適之具有不同密度、硬度、厚度、可壓縮性、壓縮回彈能力及壓縮模量之聚合物。合適之聚合物包括(例如)聚氯乙烯、聚氟乙烯、耐綸、氟碳化物、聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯酸酯、聚醚、聚乙烯、聚醯胺、聚氨酯、聚苯乙烯、聚丙烯、其共成型產物，及其混合物。軟質聚氨酯拋光墊特別適合結合本發明拋光方法一起使用。典型墊包括(但不限於) SURFIN™ 000、SURFIN™ SSW1、SPM3100 (例如，自Eminess Technologies購買)、POLITEX™、EPIC™ D100墊(自Cabot Microelectronics購買)、IC1010墊(自Dow, Inc.購買)及Fujibo POLYPAS™ 27。

理想地，化學機械拋光設備進一步包含原位拋光端點檢測系統，其等中之許多為此項技術中已知。用於藉由分析自拋光之基板表面反射之光或其他輻射檢查並監測拋光過程之技術為此項技術中已知。此等方法描述(例如)於美國專利第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，該拋光過程之關於拋光之基板之進展之檢查及監測可確定拋光終點，即，確定關於特定基板結束該拋光過程之時間。

本文描述之本發明之態樣(包括實施例)單獨或與一或多個其他態樣或實施例組合可為有利的。在不限制前述說明書之情況下，下文提供編號1至46之本發明之某些非限制性實施例。如熟習此項技術者一經閱讀本發明即將知曉，經個別編號之實施例中之各者可使用或與前述或下列經個別編號之實施例中之任一者組合。此旨在為實施例之所有此等組合提供支援且不限於下文明確提供之實施例之組合： 實施例

(1)在實施例(1)中呈現一種化學機械拋光組合物，其包含： (a) 二氧化矽磨料； (b) 表面活性劑； (c) 鐵陽離子； (d) 視需要配體；及 (e) 水， 其中該二氧化矽磨料在該化學機械拋光組合物中具有負ζ電位。

(2)在實施例(2)中呈現如實施例1之拋光組合物，其中該拋光組合物包含約0.001重量%至約10重量%之二氧化矽磨料。

(3)在實施例(3)中呈現如實施例1或實施例2之拋光組合物，其中該拋光組合物包含約0.05重量%至約5重量%之二氧化矽磨料。

(4)在實施例(4)中呈現如實施例(1)至(3)中任一項之拋光組合物，其中該二氧化矽磨料係膠體二氧化矽。

(5)在實施例(5)中呈現如實施例(1)至(4)中任一項之拋光組合物，其中該拋光組合物具有約1至約7之pH。

(6)在實施例(6)中呈現如實施例(1)至(5)中任一項之拋光組合物，其中該拋光組合物具有約1至約4之pH。

(7)在實施例(7)中呈現如實施例(1)至(6)中任一項之拋光組合物，其中該表面活性劑係陽離子型表面活性劑。

(8)在實施例(8)中呈現如實施例(7)之拋光組合物，其中該陽離子型表面活性劑包含季銨鹽。

(9)在實施例(9)中呈現如實施例(7)之拋光組合物，其中該陽離子型表面活性劑係選自二氯化N,N,N',N',N'-五甲基-N-牛脂烷基-1,3-丙二銨、二氯化(氧基二-2,1-乙二基)雙(椰脂烷基)二甲基銨、氯化3-甲基丙烯醯胺基丙基-三甲基-銨(「MAPTAC」)、氯化3-丙烯醯胺基丙基-三甲基-銨(「APTAC」)、氯化二烯丙基二甲基銨(「DADMAC」)、氯化2-(丙烯醯氧基)-N,N,N-三甲基乙胺鎓(「DMAEA.MCQ」)、氯化2-(甲基丙烯醯氧基)-N,N,N-三甲基乙胺鎓(「DMAEM.MCQ」)、N,N-二甲胺基乙基丙烯酸酯氯甲苯(「DMAEA.BCQ」)、N,N-二甲胺基乙基甲基丙烯酸酯氯甲苯(「DMAEM.BCQ」)，及其組合。

(10)在實施例(10)中呈現如實施例(1)至(6)中任一項之拋光組合物，其中該表面活性劑係陰離子型表面活性劑。

(11)在實施例(11)中呈現如實施例(10)之拋光組合物，其中該陰離子型表面活性劑係選自烷基磺酸、烷基磺酸鹽、芳基磺酸、芳基磺酸鹽、烷基芳基磺酸、烷基芳基磺酸鹽，及其組合。

(12)在實施例(12)中呈現如實施例(10)之拋光組合物，其中該陰離子型表面活性劑係選自飽和或不飽和C ₆-C ₄₀烷基磺酸鹽、飽和或不飽和C ₆-C ₄₀烷基磺酸、飽和或不飽和C ₆-C ₄₀烷基苯磺酸鹽、飽和或不飽和C ₆-C ₄₀烷基苯磺酸，及其組合。

(13)在實施例(13)中呈現如實施例(1)至(12)中任一項之拋光組合物，其中該鐵陽離子係以約1 ppm至約100 ppm之量存在於該拋光組合物中。

(14)在實施例(14)中呈現如實施例(1)至(13)中任一項之拋光組合物，其中該鐵陽離子係以約10 ppm至約80 ppm之量存在於該拋光組合物中。

(15)在實施例(15)中呈現如實施例(1)至(14)中任一項之拋光組合物，其中該拋光組合物包含配體。

(16)在實施例(16)中呈現如實施例(15)之拋光組合物，其中該配體包含烯烴部分、炔烴部分、二酸部分、醇部分，或其組合。

(17)在實施例(17)中呈現如實施例(15)或實施例(16)之拋光組合物，其中該配體包含烯烴部分及二酸部分。

(18)在實施例(18)中呈現如實施例(15)或實施例(16)之拋光組合物，其中該配體包含炔烴部分。

(19)在實施例(19)中呈現如實施例(18)之拋光組合物，其中該配體進一步包含醇部分。

(20)在實施例(20)中呈現如實施例(15)或實施例(16)之拋光組合物，其中該配體係選自琥珀酸、馬來酸、丙二酸、富馬酸、鄰苯二甲酸、間苯二甲酸、對苯二甲酸、草酸、酒石酸、3,5-二甲基-1-己炔-3-醇、2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇、2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇乙氧基化物、2,5-二甲基-3-己炔-2,5-二醇、3-甲基-1-戊炔-3-醇，及其組合。

(21)在實施例(21)中呈現如實施例(1)至(20)中任一項之拋光組合物，其中該二氧化矽磨料在該化學機械拋光組合物中具有-10 mV或更小之ζ電位。

(22)在實施例(22)中呈現如實施例(1)至(21)中任一項之拋光組合物，其中該二氧化矽磨料在該化學機械拋光組合物中具有-20 mV或更小之ζ電位。

(23)在實施例(23)中呈現如實施例(1)至(22)中任一項之拋光組合物，其中該二氧化矽磨料在該化學機械拋光組合物中具有-30 mV或更小之ζ電位。

(24)在實施例(24)中呈現一種化學機械拋光基板之方法，其包括： (i)     提供基板， (ii)    提供拋光墊， (iii)   提供化學機械拋光組合物，該化學機械拋光組合物包含： (a)     二氧化矽磨料； (b)    表面活性劑,； (c)     鐵陽離子； (d)    視需要配體；及 (e)     水， 其中該二氧化矽磨料在該化學機械拋光組合物中具有負ζ電位。 (iv)   使該基板與該拋光墊及該化學機械拋光組合物接觸，及 (v)    相對於該基板移動該拋光墊及該化學機械拋光組合物以磨損該基板之至少一部分來拋光該基板。

(25)在實施例(25)中呈現如實施例(24)之方法，其中該拋光組合物包含約0.001重量%至約10重量%之二氧化矽磨料。

(26)在實施例(26)中呈現如實施例(24)或實施例(25)之方法，其中該拋光組合物包含約0.05重量%至約5重量%之二氧化矽磨料。

(27)在實施例(27)中呈現如實施例(24)至(26)中任一項之方法，其中該二氧化矽磨料係膠體二氧化矽。

(28)在實施例(28)中呈現如實施例(24)至(27)中任一項之方法，其中該拋光組合物具有約1至約7之pH。

(29)在實施例(29)中呈現如實施例(24)至(28)中任一項之方法，其中該拋光組合物具有約1至約4之pH。

(30)在實施例(30)中呈現如實施例(24)至(29)中任一項之方法，其中該表面活性劑係陽離子型表面活性劑。

(31)在實施例(31)中呈現如實施例(30)之方法，其中該陽離子型表面活性劑包含季銨鹽。

(32)在實施例(32)中呈現如實施例(30)之方法，其中該陽離子型表面活性劑係選自二氯化N,N,N',N',N'-五甲基-N-牛脂烷基-1,3-丙二銨、氯化(氧基二-2,1-乙二基)雙(椰脂烷基)二甲基二銨、氯化3-甲基丙烯醯胺基丙基-三甲基-銨(「MAPTAC」)、氯化3-丙烯醯胺基丙基-三甲基-銨(「APTAC」)、氯化二烯丙基二甲基銨(「DADMAC」)、氯化2-(丙烯醯氧基)-N,N,N-三甲基乙胺鎓(「DMAEA.MCQ」)、氯化2-(甲基丙烯醯氧基)-N,N,N-三甲基乙胺鎓(「DMAEM.MCQ」)、N,N-二甲胺基乙基丙烯酸酯氯甲苯(「DMAEA.BCQ」)、N,N-二甲胺基乙基甲基丙烯酸酯氯甲苯(「DMAEM.BCQ」)，及其組合。

(33)在實施例(33)中呈現如實施例(24)至(29)中任一項之方法，其中該表面活性劑係陰離子型表面活性劑。

(34)在實施例(34)中呈現如實施例(33)之方法，其中該陰離子型表面活性劑係選自烷基磺酸、烷基磺酸鹽、芳基磺酸、芳基磺酸鹽、烷基芳基磺酸、烷基芳基磺酸鹽，及其組合。

(35)在實施例(35)中呈現如實施例(33)之方法，其中該陰離子型表面活性劑係選自飽和或不飽和C ₆-C ₄₀烷基磺酸鹽、飽和或不飽和C ₆-C ₄₀烷基磺酸、飽和或不飽和C ₆-C ₄₀烷基苯磺酸鹽、飽和或不飽和C ₆-C ₄₀烷基苯磺酸，及其組合。

(36)在實施例(36)中呈現如實施例(24)至(35)中任一項之方法，其中該鐵陽離子係以約1 ppm至約100 ppm之量存在於該拋光組合物中。

(37)在實施例(37)中呈現如實施例(24)至(36)中任一項之方法，其中該鐵陽離子係以約10 ppm至約80 ppm之量存在於該拋光組合物中。

(38)在實施例(38)中呈現如實施例(24)至(37)中任一項之方法，其中該拋光組合物包含配體。

(39)在實施例(39)中呈現如實施例(38)之方法，其中該配體包含烯烴部分、炔烴部分、二酸部分、醇部分，或其組合。

(40)在實施例(40)中呈現如實施例(38)或實施例(39)之方法，其中該配體包含烯烴部分及二酸部分。

(41)在實施例(41)中呈現如實施例(38)或實施例(39)之方法，其中該配體包含炔烴部分。

(42)在實施例(42)中呈現如實施例(41)之方法，其中該配體進一步包含醇部分。

(43)在實施例(43)中呈現如實施例(38)或實施例(39)中任一項之方法，其中該配體係選自琥珀酸、馬來酸、丙二酸、富馬酸、鄰苯二甲酸、間苯二甲酸、對苯二甲酸、草酸、酒石酸、3,5-二甲基-1-己炔-3-醇、2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇、2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇乙氧基化物、2,5-二甲基-3-己炔-2,5-二醇、3-甲基-1-戊炔-3-醇，及其組合。

(44)在實施例(44)中呈現如實施例(24)至(43)中任一項之拋光組合物，其中該二氧化矽磨料在該化學機械拋光組合物中具有-10 mV或更小之ζ電位。

(45)在實施例(45)中呈現如實施例(24)至(44)中任一項之拋光組合物，其中該二氧化矽磨料在該化學機械拋光組合物中具有-20 mV或更小之ζ電位。

(46)在實施例(46)中呈現如實施例(24)至(45)中任一項之拋光組合物，其中該二氧化矽磨料在該化學機械拋光組合物中具有-30 mV或更小之ζ電位。

(47)在實施例(47)中呈現如實施例(24)至(46)中任一項之方法，其中該基板包含碳基薄膜，且其中該碳基薄膜之至少一部分係以移除速率(Å/min)研磨以拋光該基板。

(48)在實施例(48)中呈現如實施例(47)之方法，其中該基板進一步包含氧化矽、氮化矽、多晶矽、氮化鈦，或其組合，且其中該氧化矽、氮化矽、多晶矽或氮化鈦之至少一部分係以移除速率(Å/min)研磨以拋光該基板。

(49)在實施例(49)中呈現如實施例(48)之方法，其中該碳基薄膜之移除速率(Å/min)係大於該氧化矽、氮化矽、多晶矽或氮化鈦之移除速率(Å/min)。

(50)在實施例(50)中呈現如實施例(49)之方法，其中該碳基薄膜之移除速率(Å/min)比該氧化矽、氮化矽、多晶矽或氮化鈦之移除速率(Å/min)大至少10倍。

(51)在實施例(51)中呈現如實施例(50)之方法，其中該碳基薄膜之移除速率(Å/min)比該氧化矽、氮化矽、多晶矽或氮化鈦之移除速率(Å/min)大至少20倍。

(52)在實施例(52)中呈現如實施例(51)之方法，其中該碳基薄膜之移除速率(Å/min)比該氧化矽、氮化矽、多晶矽或氮化鈦之移除速率(Å/min)大至少40倍。 實例

此等下列實例進一步闡述本發明，但當然，不應視為以任何方式限制其範疇。

下列縮寫用於整個實例中：移除速率(RR)；碳薄膜(CF)；旋塗含碳介電(SOD)；四乙基正矽酸鹽(TEOS)；多晶矽(polySi)；氮化矽(SiN)；及分子量(MW)。

在下列實例中，將SOD、TEOS、polySi或SiN塗佈於矽上，且所得圖案化基板使用Logitech 2臺式拋光機在2 PSI (13.7 kPa)下壓力下使用經商業標識為A82之產品(3M, St. Paul, MN)調節之Fujibo墊拋光。Logitech拋光參數如下：頭部速度= 93 rpm，台板速度= 87 rpm，總流動速率= 150 mL/min。藉由使用光譜橢偏儀量測薄膜厚度，及自初始厚度減去最終厚度計算移除速率。 實例1

此實例證實根據本發明之包含二氧化矽磨料、表面活性劑、鐵陽離子及視需要配體之拋光組合物之製備。本發明拋光組合物1A至1F及比較拋光組合物1G及1H用於下文實例2至6中，以證實本發明主張拋光方法之效率。

針對實例2至6中使用之本發明組合物中之各者，具有正天然ζ電位(顆粒A：在寬pH範圍內處理為陽離子且具有150 nm之動態光散射顆粒尺寸之球形二氧化矽顆粒)或負天然ζ電位(顆粒B：在寬pH範圍內處理為陰離子且具有75至80 nm之動態光散射顆粒尺寸之橢圓形二氧化矽顆粒)之二氧化矽顆粒與陰離子型表面活性劑或陽離子型表面活性劑組合。出於實例2至6中使用之本發明組合物之目的，該陰離子型表面活性劑係CALSOFT ^TMLPS-99 (十二烷基苯磺酸；自Pilot Chemical Corporation, West Chester, OH購買)或ZETASPERSE™ Z2300 (乙氧基化C ₆-C ₁₂醇(CAS 68439-45-2)及C ₁₀-C ₁₄烷基芳基磺酸鹽之混合物；自Air Products, Allentown, PA購買)，及該陽離子型表面活性劑係氯化二烯丙基二甲基銨(「DADMAC」)。以表1中指定之量將鐵陽離子(即，如本文描述之鐵化合物)、配體及/或硝酸鉀(KNO ₃)添加至本發明拋光組合物中之各者，並將各本發明拋光組合物之pH調整至2.5。本發明拋光組合物A至F各具有小於0 mV之所得二氧化矽顆粒ζ電位，即，具有負ζ電位。

比較拋光組合物1G不同於本發明拋光組合物A至F，因為比較拋光組合物1G不含有表面活性劑或鐵陽離子且具有大於0 mV之所得二氧化矽顆粒ζ電位，即，具有正ζ電位。用於比較拋光組合物1G之二氧化矽顆粒係顆粒C，在寬pH範圍內處理為陽離子且具有45至55 nm之動態光散射顆粒尺寸，具有正天然ζ電位之橢圓形二氧化矽顆粒。

除比較拋光組合物1H中不包括鐵陽離子外，比較拋光組合物1H類似於本發明拋光組合物1A。

所得組合物匯總於表1中。 表1：拋光組合物

拋光 組合物	表面活性劑(ppm)	配體 (ppm)	[Fe] (ppm)	KNO 3(ppm)	顆粒/重量%/ ζ電位	pH
拋光 組合物1A (本發明)	CALSOFT TMLPS-99 (3000)	丙二酸(405)	11	1250	A/0.1/-45 mV	2.5
拋光 組合物1B (本發明)	ZETASPERSE™ Z2300 (3000)	丙二酸(405)	11	1250	A/0.1/-52 mV	2.5
拋光 組合物1C (本發明)	ZETASPERSE™ Z2300 (3000)	馬來酸(452)	3	1250	A/0.1/-44 mV	2.5
拋光 組合物1D (本發明)	ZETASPERSE™ Z2300 (3000)	富馬酸(452)	3	1250	A/0.1/-40 mV	2.5
拋光 組合物1E (本發明)	ZETASPERSE™ Z2300 (300)	SURFYNOL TM61 (167)	3	1250	A/0.1/-11 mV	2.5
拋光 組合物1F (本發明)	DADMAC (20)	–	1.5	–	B/0.1/-18 mV	2.5
拋光 組合物1G (比較)	–	乙酸(220)	–	–	C/2/26 mV	4.8
拋光 組合物1H (比較)	CALSOFT TMLPS-99 (3000)	丙二酸(405)	–	1250	A/0.1/-27 mV	2.5

實例2

此實例證實由根據本發明製備之拋光組合物提供之有利的拋光性能。

如實例1之表1中定義，在與拋光組合物1A至1G相同之條件下拋光包含SOD、TEOS、SiN或polySi之圖案化基板。在此特定實例中，使用SOD圖案化基板作為用於量測市售碳薄膜材料之碳移除速率之替代物。拋光後，測定SOD、TEOS、SiN及polySi之RR，且結果闡述於表2中。 表2：拋光移除速率

拋光 組合物	SOD (Å/min)	TEOS (Å/min)	SiN (Å/min)	PolySi (Å/min)
拋光 組合物1A (本發明)	6042	13	-2	0
拋光 組合物1B (本發明)	2017	24	16	73
拋光 組合物1C (本發明)	6042	32	8	27
拋光 組合物1D (本發明)	6051	28	2	48
拋光 組合物1E (本發明)	6029	68	15	42
拋光 組合物1F (本發明)	6042	13	17	37
拋光 組合物1G (比較)	6042	2521	7	525

如自表2顯而易見，本發明拋光組合物1A及1C至1F提供SOD移除速率，其等與比較拋光組合物1G之SOD移除速率一致。然而，如由比較拋光組合物1G之高TEOS及polySi移除速率證實，相較於比較拋光組合物1G，本發明拋光組合物1A至1F中之各者對拋光SOD之選擇性顯著更高。因此，表2顯示相對於無具有負ζ電位之二氧化矽磨料及鐵陽離子之拋光組合物，包含具有負ζ電位之二氧化矽磨料及鐵陽離子之拋光組合物提供高SOD RR並改良對碳基薄膜之移除之選擇性而非矽基薄膜。 實例3

此實例證實配體及鐵陽離子濃度對由根據本發明製備之拋光組合物提供之拋光性能之影響。

如實例1之表1中定義，在與拋光組合物1B至1E相同之條件下拋光包含SOD之圖案化基板。在此特定實例中，使用SOD圖案化基板作為用於量測市售碳薄膜材料之碳薄膜移除速率之替代物。拋光後，測定SOD之RR，且結果闡述於表3中。 表3：配體對碳移除速率(Å/min)之影響

拋光 組合物	配體	[Fe] (ppm)	SOD (Å/min)
拋光 組合物1B (本發明)	丙二酸	11	2017
拋光 組合物1C (本發明)	馬來酸	3	6042
拋光 組合物1D (本發明)	富馬酸	3	6051
拋光 組合物1E (本發明)	Surfynol 61	3	6029

如自表3顯而易見，儘管比拋光組合物1B具有更低之鐵陽離子濃度，但相對於含有僅具有二酸之配體之拋光組合物1B，含有具有烯烴或炔烴與二酸或醇之組合之配體之拋光組合物1C至1E產生更高之SOD移除速率。

因此，表3顯示如由SOD移除速率證實，含有具有烯烴部分、炔烴部分、二酸部分、醇部分，或其組合，且較佳烯烴部分或炔烴部分與二酸或醇之組合之配體之拋光組合物可需更少之鐵陽離子且可產生更高之碳移除速率。 實例4

此實例證實配體及鐵陽離子濃度對由根據本發明製備之拋光組合物提供之拋光性能之影響。

如實例1之表1中定義，在與拋光組合物1B至1E相同之條件下拋光包含碳薄膜之圖案化基板，諸如彼等描述於Weigand等人，(「Evaluating spin-on carbon materials at low temperatures for high wiggling resistance.」 Advanced Etch Technology for Nanopatterning II.，第8685卷，International Society for Optics and Photonics, 2013)及Kim等人，(「Study on the etching characteristics of amorphous carbon layer in oxygen plasma with carbonyl sulfide.」 Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films, (2013), 31.2:021301，第1至7頁)中者。拋光後，測定CF RR，且預測結果作為表3中提供之SOD移除速率值之估計百分比闡述於表4中。 表4：配體對碳移除速率(Å/min)之影響

拋光 組合物	配體	[Fe] (ppm)	CF (Å/min)
拋光 組合物1B (本發明)	丙二酸	11	~20%
拋光 組合物1C (本發明)	馬來酸	3	~20%
拋光 組合物1D (本發明)	富馬酸	3	~20%
拋光 組合物1E (本發明)	Surfynol 61	3	~50%

如自表4中闡述之預測結果顯而易見，據信儘管具有比拋光組合物1B更低之鐵陽離子濃度，但相對於含有僅具有二酸之配體之拋光組合物1B (如參考實例3之表3)，含有具有烯烴或炔烴與二酸或醇之組合之配體之拋光組合物1C至1E將產生更高之碳移除速率。

如自表4亦將顯而易見，據信如實例2及3中描述，由拋光組合物1B至1E產生之CF RR將低於SOD之移除速率，使用該SOD作為用於量測市售碳薄膜材料之碳薄膜移除速率之替代物。另外，據信拋光組合物1E將具有拋光組合物1B至1E之最高CF RR。 實例5

此實例證實鐵陽離子濃度對由根據本發明製備之拋光組合物提供之拋光性能之影響。

如實例1之表1中定義，在與本發明拋光組合物1A或比較拋光組合物1H相同之條件下拋光包含SOD之圖案化基板。在此特定實例中，使用SOD圖案化基板作為用於量測市售碳薄膜材料之碳薄膜移除速率之替代物。拋光後，測定SOD之RR，且結果闡述於表5中。 表5：鐵陽離子濃度對碳移除速率(Å/min)之影響

拋光 組合物	[Fe] (ppm)	SOD (Å/min)
拋光 組合物1A (本發明)	11	6071
拋光 組合物1H (比較)	–	6089

如自表5顯而易見，含有鐵陽離子之本發明拋光組合物1A產生與由比較拋光組合物1H產生之SOD移除速率一致之SOD移除速率。不希望受任何特定理論之束縛，據信含有具有負ζ電位之二氧化矽磨料之拋光組合物在移除SOD方面非常高效，以至於SOD圖案化基板可不為適用於量測鐵陽離子濃度對拋光性能之影響之替代物。換而言之，儘管適用於確定本發明組合物對碳薄膜而非TEOS、SiN及polySi之選擇性，但該SOD基板可不適用於確定本發明拋光組合物之最大碳薄膜移除速率。

如實例6中進一步描述，據信當拋光組合物中完全不存在鐵陽離子時，市售碳薄膜材料之碳薄膜移除速率顯著降低。 實例6

此實例證實鐵陽離子濃度對由根據本發明製備之拋光組合物提供之拋光性能之影響。

如實例1之表1中定義，在與本發明拋光組合物1A或比較拋光組合物1H相同之條件下拋光包含碳薄膜之圖案化基板，諸如彼等描述於Weigand等人，(「Evaluating spin-on carbon materials at low temperatures for high wiggling resistance.」 Advanced Etch Technology for Nanopatterning II.，第8685卷，International Society for Optics and Photonics, 2013)及Kim等人，(「Study on the etching characteristics of amorphous carbon layer in oxygen plasma with carbonyl sulfide.」 Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films, (2013), 31.2:021301，第1至7頁)中者。拋光後，測定CF RR，且預測結果作為實例5中提供之SOD移除速率值之估計百分比闡述於表6中。 表6：鐵陽離子濃度對碳移除速率(Å/min)之影響

拋光 組合物	[Fe] (ppm)	CF (Å/min)
拋光 組合物1A (本發明)	11	~20%
拋光 組合物1H (比較)	–	~5%

如自表6中之預測結果顯而易見，據信鐵陽離子在維持高CF RR中發揮至關重要的作用。更特定言之，據信當自拋光組合物1A移除該鐵陽離子時，該CF RR可降低多達15%。

據信增加鐵陽離子濃度產生較高碳薄膜移除速率。然而，亦據信當拋光市售碳薄膜材料時，較高鐵陽離子濃度可與多種缺陷問題相關。因此，使用理想之鐵陽離子濃度來維持高碳薄膜移除速率、高選擇性及最小缺陷係重要的。本文描述之本發明提供一種用以維持高碳薄膜移除速率，同時避免缺陷問題之方式。

在此方面，實例3至6顯示鐵陽離子係達成最佳碳薄膜移除速率之必需組分，且可藉由添加具有烯烴部分、炔烴部分、二酸部分、醇部分，或其組合之配體降低維持此等最佳碳薄膜移除速率必需之鐵陽離子濃度，藉此避免拋光碳薄膜時之缺陷問題。

本文引用之所有參考文獻(包括公開案、專利申請案及專利)係以引用之方式併入本文中，該引用之程度就如同將各參考文獻個別且明確地以引用之方式併入本文中並以全文引用之方式闡述於其中一樣。

除非本文另有指示或與內文明確矛盾，否則在描述本發明之內文中(尤其在下列申請專利範圍之內文中)，使用術語「一」及「一個」及「該」及「至少一個」及類似參考物應視為涵蓋單數及複數兩者。除非本文另有指示或與內文明確矛盾，否則在一或多個項目之清單後使用接術語「至少一者」(例如，「A及B中之至少一者」)應解釋為意謂選自所列項目之一個項目(A或B)或所列項目中之兩者或更多者之任何組合(A及B)。除非另有說明，否則術語「包含」、「具有」、「包括」及「含有」應視為開放式條款(即，意謂「包括(但不限於)」)。除非本文另有指示，否則本文對數值範圍之引用僅旨在用作個別提及落於該範圍內之各單獨值之速記方法，且各單獨值併入該說明書內，該併入程度就如同將其個別地引用於本文中一樣。除非本文另有指示或另外與內文明確矛盾，否則本文描述之所有方法均可以任何合適之順序進行。除非本文另有主張，否則使用本文提供之任何及所有實例或例示性語言(例如，「諸如」)僅旨在更好地闡述本發明而不對本發明之範疇構成限制。本說明書中之任何語言均不應解釋為指示任何未主張之元素對本發明之實務係必不可少的。

本文描述本發明之較佳實施例，包括發明人已知用於進行本發明之最佳模式。一般技術者在閱讀前述說明書後將可知曉彼等較佳實施例之變化。發明人預期熟習技工視需要採用此等變化，且發明人旨在以不同於本文明確描述之方式實踐本發明。因此，本發明包括在適用法律允許之情況下隨附申請專利範圍中列舉之標的之所有修飾及等效物。此外，除非本文另有指示或另外與內文明確矛盾，否則本發明包含上文描述之元素在其所有可能變化下之任何組合。

Claims (15)

1. 一種用於碳基薄膜之選擇性拋光之化學機械拋光組合物，其包含：(a)約0.001重量%至約10重量%之膠體二氧化矽磨料；(b)約10ppm至約10,000ppm之表面活性劑，其中該表面活性劑係陽離子型表面活性劑且包含季銨鹽；(c)約1ppm至約100ppm之鐵陽離子；及(d)水，其中該拋光組合物具有約1至約7之pH，且其中該二氧化矽磨料在該化學機械拋光組合物中具有-10mV或更小之ζ電位。
2. 如請求項1之拋光組合物，其中該陽離子型表面活性劑係選自二氯化N,N,N',N',N'-五甲基-N-牛脂烷基-1,3-丙二銨、二氯化(氧基二-2,1-乙二基)雙(椰脂烷基)二甲基銨、氯化3-甲基丙烯醯胺基丙基-三甲基-銨(「MAPTAC」)、氯化3-丙烯醯胺基丙基-三甲基-銨(「APTAC」)、氯化二烯丙基二甲基銨(「DADMAC」)、氯化2-(丙烯醯氧基)-N,N,N-三甲基乙胺鎓(「DMAEA.MCQ」)、氯化2-(甲基丙烯醯氧基)-N,N,N-三甲基乙胺鎓(「DMAEM.MCQ」)、N,N-二甲胺基乙基丙烯酸酯氯甲苯(「DMAEA.BCQ」)、N,N-二甲胺基乙基甲基丙烯酸酯氯甲苯(「DMAEM.BCQ」)，及其組合。
3. 一種用於碳基薄膜之選擇性拋光之化學機械拋光組合物，其包含：(a)約0.001重量%至約10重量%之膠體二氧化矽磨料； (b)約10ppm至約10,000ppm之表面活性劑，其中該表面活性劑係陰離子型表面活性劑，且其中該陰離子型表面活性劑係選自烷基磺酸、烷基磺酸鹽、芳基磺酸、芳基磺酸鹽、烷基芳基磺酸、烷基芳基磺酸鹽，及其組合；(c)約1ppm至約100ppm之鐵陽離子；(d)配體，其中該配體包含烯烴部分、炔烴部分、二酸部分、醇部分，或其組合；及(e)水，其中該拋光組合物具有約1至約7之pH，且其中該二氧化矽磨料在該化學機械拋光組合物中具有-10mV或更小之ζ電位。
4. 如請求項3之拋光組合物，其中該陰離子型表面活性劑係選自飽和或不飽和C₆-C₄₀烷基磺酸鹽、飽和或不飽和C₆-C₄₀烷基磺酸、飽和或不飽和C₆-C₄₀烷基苯磺酸鹽、飽和或不飽和C₆-C₄₀烷基苯磺酸，及其組合。
5. 如請求項3之拋光組合物，其中該配體係選自琥珀酸、馬來酸、丙二酸、富馬酸、鄰苯二甲酸、間苯二甲酸、對苯二甲酸、草酸、酒石酸、3,5-二甲基-1-己炔-3-醇、2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇、2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇乙氧基化物、2,5-二甲基-3-己炔-2,5-二醇、3-甲基-1-戊炔-3-醇，及其組合。
6. 如請求項1至5中任一項之拋光組合物，其中該拋光組合物包含約0.05重量%至約5重量%之該二氧化矽磨料。
7. 如請求項1至5中任一項之拋光組合物，其中該拋光組合物具有約1至約4之pH。
8. 如請求項1至5中任一項之拋光組合物，其中該鐵陽離子以約10ppm至約80ppm之量存在於該拋光組合物中。
9. 一種化學機械拋光基板之方法，其包括：(i)提供基板，其中該基板包含碳基薄膜，(ii)提供拋光墊，(iii)提供化學機械拋光組合物，該化學機械拋光組合物包含：(a)約0.001重量%至約10重量%之膠體二氧化矽磨料；(b)約10ppm至約10,000ppm之表面活性劑，其中該表面活性劑係陽離子型表面活性劑且包含季銨鹽；(c)約1ppm至約100ppm之鐵陽離子；及(d)水，其中該拋光組合物具有約1至約7之pH，且其中該二氧化矽磨料在該化學機械拋光組合物中具有-10mV或更小之ζ電位，(iv)使該基板與該拋光墊及該化學機械拋光組合物接觸，及(v)相對於該基板移動該拋光墊及該化學機械拋光組合物以磨損該基板之至少一部分來拋光該基板。
10. 如請求項9之方法，其中該陽離子型表面活性劑係選自二氯化 N,N,N',N',N'-五甲基-N-牛脂烷基-1,3-丙二銨、二氯化(氧基二-2,1-乙二基)雙(椰脂烷基)二甲基銨、氯化3-甲基丙烯醯胺基丙基-三甲基-銨(「MAPTAC」)、氯化3-丙烯醯胺基丙基-三甲基-銨(「APTAC」)、氯化二烯丙基二甲基銨(「DADMAC」)、氯化2-(丙烯醯氧基)-N,N,N-三甲基乙胺鎓(「DMAEA.MCQ」)、氯化2-(甲基丙烯醯氧基)-N,N,N-三甲基乙胺鎓(「DMAEM.MCQ」)、N,N-二甲胺基乙基丙烯酸酯氯甲苯(「DMAEA.BCQ」)、N,N-二甲胺基乙基甲基丙烯酸酯氯甲苯(「DMAEM.BCQ」)，及其組合。
11. 一種化學機械拋光基板之方法，其包括：(i)提供基板，其中該基板包含碳基薄膜，(ii)提供拋光墊，(iii)提供化學機械拋光組合物，該化學機械拋光組合物包含：(a)約0.001重量%至約10重量%之膠體二氧化矽磨料；(b)約10ppm至約10,000ppm之表面活性劑，其中該表面活性劑係陰離子型表面活性劑，且其中該陰離子型表面活性劑係選自烷基磺酸、烷基磺酸鹽、芳基磺酸、芳基磺酸鹽、烷基芳基磺酸、烷基芳基磺酸鹽，及其組合；(c)約1ppm至約100ppm之鐵陽離子；(d)配體，其中該配體包含烯烴部分、炔烴部分、二酸部分、醇部分，或其組合；及(e)水，其中該拋光組合物具有約1至約7之pH，且其中該二氧化矽磨料在 該化學機械拋光組合物中具有-10mV或更小之ζ電位，(iv)使該基板與該拋光墊及該化學機械拋光組合物接觸，及(v)相對於該基板移動該拋光墊及該化學機械拋光組合物以磨損該基板之至少一部分來拋光該基板。
12. 如請求項11之方法，其中該陰離子型表面活性劑係選自飽和或不飽和C₆-C₄₀烷基磺酸鹽、飽和或不飽和C₆-C₄₀烷基磺酸、飽和或不飽和C₆-C₄₀烷基苯磺酸鹽、飽和或不飽和C₆-C₄₀烷基苯磺酸，及其組合。
13. 如請求項11之方法，其中該配體係選自琥珀酸、馬來酸、丙二酸、富馬酸、鄰苯二甲酸、間苯二甲酸、對苯二甲酸、草酸、酒石酸、3,5-二甲基-1-己炔-3-醇、2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇、2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇乙氧基化物、2,5-二甲基-3-己炔-2,5-二醇、3-甲基-1-戊炔-3-醇，及其組合。
14. 如請求項9至13中任一項之方法，其中該拋光組合物包含約0.05重量%至約5重量%之該二氧化矽磨料。
15. 如請求項9至13中任一項之方法，其中該拋光組合物具有約1至約4之pH。