CN108026412A - 用于加工介电基板的方法及组合物 - Google Patents

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Abstract

描述了用于使用抛光组合物(亦称为“浆料”)及研磨垫来加工(抛光或平坦化)含有图案化介电材料的基板的材料及方法，例如，CMP加工。

Description

用于加工介电基板的方法及组合物
技术领域
本发明涉及用于使用抛光组合物(亦称为“浆料”)及研磨垫加工(抛光或平坦化)含有介电材料的基板的材料及方法，例如，CMP加工。
背景技术
在制造微电子器件的方法中，多层的导电、半导电及介电材料以逐步方式沉积至基板的表面上。可移除层的部分，继之以藉由选择性添加及移除材料而进一步加工，所有均具有大的精密度。随着层沉积至基板上且接着自基板移除，基板的最上表面可能变为非平坦的。在添加更多材料之前，有时藉由“平坦化”加工非平坦表面以产生用于后续层及加工的光滑表面。
平坦化或抛光非平坦表面为移除非平坦表面的材料以保留高度平坦表面的方法。平坦化适用于移除诸如粗糙(不平)表面的非所需表面形貌或诸如团聚材料、晶格损坏、刮擦或受污染的层或材料的缺陷。在一个特定用途中，若沉积层展现不平表面，则平坦化移除已沉积于基板表面上方的过量材料以填充诸如下部层的通道或孔洞的特征。
化学机械平坦化或化学机械抛光(CMP)为用于微器件制造中的平坦化基板的现有商用技术。CMP与CMP垫组合使用被称为CMP组合物或者抛光组合物、抛光浆料或仅浆料的液态化学组合物，从而以机械方式及化学方式自非平坦基板表面移除材料。通常可藉由使基板的表面与已涂覆浆料的CMP抛光垫接触来将浆料涂覆至基板。通常藉由浆料中所含有的研磨材料的机械作用及浆料的化学材料的化学活性的组合将材料自基板表面移除。
为不断地向减小微电子器件的大小推进，构成器件的组件必须较小且必须更加紧密地放置在一起。电路之间的电隔离对于确保最高半导体效能为重要的，但随着器件越小变得越来越困难。为此，各种制造方法涉及将浅沟槽蚀刻至半导体基板中且接着用绝缘材料填充沟槽，由此隔离集成电路的邻近有源(作用，active)区。此方法的一个实例被称为浅沟槽隔离(STI)。此为在基板上形成半导体层、经由蚀刻或光刻在半导体层中形成浅沟槽且将介电材料沉积于经蚀刻表面上方以填充沟槽的方法。
为确保沟槽的完全填充，将过量的介电材料沉积于经蚀刻的表面上方。所沉积的介电材料(例如，硅氧化物)符合包括在沟槽处的下伏半导体基板的形貌。因此，在已置放介电材料之后，所沉积的介电材料的表面的特征为藉由介电材料中的沟槽隔离的介电材料的凸起区域的不均匀组合，该凸起区域及沟槽对应于下伏表面的凸起区域及沟槽。包括凸起介电材料及沟槽的基板表面的区域被称为基板的图案化范围，例如，被称为“图案化材料”、“图案化氧化物”、“图案化介电质”等。此区域的特征在于“台阶高度”，其为介电材料的凸起区域的高度相对于沟槽高度的差值。藉由CMP方法移除构成凸起区域的过量介电材料以产生平坦表面。
用于移除图案化介电材料的化学机械抛光方法可表征为包括以下的效能参数：各种抛光速率(亦即，移除速率)、沟槽损耗、平坦化效率、以及“自停止”行为的高度所需性质。
移除速率是指自基板的表面移除材料的速率，通常按照单位的长度(厚度)/单位的时间(例如，埃/分钟)来表示。与基板的不同区域或与移除步骤的不同阶段相关的不同移除速率在评定方法效能中可为重要的。“图案化移除速率”(或者“有源(作用，active)”移除速率)为自基板的所需(“有源(作用，active)”或“目标”)区域移除材料的速率，诸如在方法的一阶段处自图案化介电质的凸起区域移除介电材料的速率，在该阶段期间基板展现显著的台阶高度。“毯覆式移除速率”是指在抛光步骤结束时自平坦化(亦即，“毯覆式”)介电材料移除介电材料的速率，此时台阶高度显著地(例如，基本完全)减小。
在各种介电质抛光步骤中(例如，在STI加工期间或在加工NAND或3D-NAND基板时)，图案化介电质的移除速率为整个方法的速率限制因素。因此，需要图案化介电质的高移除速率以增大产出率。化学材料可包括于浆料中以在基板的有源(作用，active)或“目标”区域处增大基板的材料的移除速率。有时被称为移除速率“促进剂”或“辅助剂”的此类化合物仅在其亦不对浆料或CMP方法造成不同及超越性不利影响时适用，该不利影响诸如浆料的不稳定性、较高缺陷度、非所需形貌等。在过去，不同类型的化学移除速率促进剂已在某些特定基板加工应用中与其他特定浆料成分组合使用。美国专利6,863,592描述作为潜在移除速率促进剂与金属氧化物研磨剂颗粒及阴离子型高分子钝化剂组合使用的磷酸盐及亚磷酸盐化合物。亦参见美国专利6,914,001，其列举作为潜在“移除速率促进剂”的磷酸盐、亚磷酸盐、磷酸等。美国专利6,436,834列举作为“研磨促进剂”的其他类型的化学品。
除了高的有源(作用，active)移除速率以外，加工介电基板中重要的另一效能因素为平坦化效率(PE)，其与“沟槽损耗”有关。在移除凸起区域介电材料期间，亦将移除一定量的沟槽材料。自沟槽的此材料移除被称为“沟槽损耗”。在有用的CMP方法中，自沟槽移除材料的速率远低于自凸起区域移除材料的速率。沟槽损耗为在藉由消除起始台阶高度来达成图案化材料的平坦化中自沟槽移除的材料的量(厚度，例如，以埃为单位)。以起始沟槽厚度减去最终沟槽厚度的方式计算沟槽损耗。平坦化效率涉及在达到平坦表面时，所发生的每沟槽损耗的量所达成的台阶高度减小的量，亦即台阶高度减小量除以沟槽损耗。
在加工某些基板中，氮化硅(硅氮化物，silicon nitride)的高移除速率亦可为所需且有利的。氮化硅通常作为衬里用于3D NAND制造中以保护(介电)沟槽区域及改良平坦化效率。在加工包括氮化硅“衬里”以保护介电沟槽区域的基板时，必须以相对快的移除速率首先(在不过度影响沟槽区域的情况下)移除图案化有源(作用，active)区域上的氮化硅衬里。在加工此种基板时，浆料可较佳地展现相对快的氮化硅移除速率，以及用于图案化介电质的合乎需要的高移除速率及合乎需要的高平坦化效率。
发明内容
本文中描述了用于使用抛光组合物以加工(例如，平坦化、抛光)包括介电材料的区域的基板(亦即，基板表面的至少部分具有介电材料(尤其包括凸起区域及沟槽的图案化介电质)的基板)的表面的CMP抛光组合物(亦称为“浆料”)及方法。基板可为包括介电材料区域的任何基板，实例包括被制造成平板显示器、集成电路、存储器或硬磁盘、层间介电质(ILD)器件、微机电系统(MEMS)、3D NAND器件以及其他的基板。
在一个例示性方法中，抛光组合物及方法尤其较适用于平坦化或抛光已进行浅沟槽隔离(STI)或类似方法的基板，从而在诸如硅的半导体材料的结构化下部层上涂布诸如硅氧化物的连续介电材料层。
本说明书的浆料及方法尤其适用的另一类型的基板为3D NAND快闪存储器器件基板。加工3D NAND快闪存储器器件涉及以三维形式建构存储器组件，而前述快闪存储器组件仅以二维形式建构。如同用于制备许多其他微电子器件的方法，制造3D NAND器件的步骤可包括在结构化基板上方涂布介电材料，接着移除一定量的所产生图案化介电质以平坦化介电材料。该方法包括对用于包括图案化介电质的较早类型的器件的方法所熟悉的因素，台阶高度减小量、槽损耗及平坦化效率。但是，对于制备3D NAND器件的方法新颖的为，基板展现大小增加的台阶高度，此在较早基板的图案化介电材料中通常不存在。
存在于3D NAND器件基板的图案化介电质区域处的台阶高度可大于一微米或两微米(亦即，10,000埃或20,000埃)，其大大高于前述图案化介电材料的台阶高度。较高台阶高度必然需要必须自图案化介电质的区域移除显著较高量的介电材料以产生平坦化表面。移除图案化介电质的过去步骤涉及移除介于低至5埃至高达约7,000埃范围内的量的介电材料。对于3D NAND器件，介电质移除(平坦化或抛光)步骤可需要自凸起区域移除至少10,000埃的介电材料，例如至多或超出20,000埃、30,000埃或40,000埃。随着3D NAND及其他类型的器件及其制造方法继续推进及改良，此移除材料量可增大至甚至更高水平，例如至多50,000埃、70,000埃或更多。
对于商用制造方法的效率及产出率，无法延长移除此增加量的介电材料所需的时间。在商用方法中移除此介电材料所需的步骤应耗时不多于3分钟，例如应耗时少于2分钟或最佳少于1分钟。
基板可在表面处包括图案化介电区域，且可视情况含有非图案化介电质的其他区域或范围。在较佳方法中，表面不含有金属(例如，钨、铝、银、铜)，或含有不多于较少量的金属，例如按总表面积计少于50％金属，较佳地按总表面积计少于30％、20％、10％、5％或1％金属。
抛光组合物包括液体载剂、分散于液体载剂中的研磨剂颗粒及有效增加介电材料的图案化移除速率的移除速率促进剂。抛光组合物可视情况亦包括其他化学材料、添加剂或诸如表面活性剂、催化剂、氧化剂、抑制剂、pH调节剂以及其他的少量成分。浆料具有低于约7的pH。
移除速率促进剂具有下式(式1)：
其中R选自：直链或支链的烷基、芳基、经取代的芳基及可为直链或支链的烷氧基(例如，-OR2，其中R2为直链或支链的烷基)，其中的任一者可经取代。在某些较佳的移除速率促进剂化合物中，R可选自低级烷基(例如，C1至C5)、苯基、羟苯基、直链或支链低级烷氧基(诸如甲氧基、乙氧基或叔丁氧基)，其中的任一者可视情况经取代或进一步经取代。在某些移除速率促进剂化合物中，R可选自经卤素取代的低级烷基(例如，C1至C5)、经卤素取代的苯基、经卤素取代的羟苯基或者直链或支链的经卤素取代的低级烷氧基，诸如经卤素取代的甲氧基、经卤素取代的乙氧基或经卤素取代的叔丁氧基。
如本文所使用的术语“烷基”是指支链或直链的未经取代的饱和烃基。术语“烷氧基”是指含有间杂有至少一个二价(-O-)氧原子的碳主链的饱和直链或支链烃基，例如-O-CnH2n+1或-CjH2j-O-CnH2n+1。“经取代”基团是指其中键结碳的氢由诸如卤素的非氢原子或由诸如胺、氢氧根等的官能团取代的烃基。“经卤素取代”的基团是指其中键结碳的氢由诸如氟、氯、溴或碘原子的卤素原子取代的基团。
式1的移除速率促进剂化合物的实例分别包括乙酰异羟肟酸、苯异羟肟酸、水杨基异羟肟酸、N-羟基氨基甲酸酯或N-boc羟胺。
较佳的抛光组合物可用于加工含有图案化介电质区域的CMP基板。较佳的浆料及方法可产生图案化介电材料的高移除速率，最佳地，还与高平坦化效率组合。
在一个方面中，本发明涉及抛光基板的含介电质的表面的方法。该方法包括：提供具有包括介电材料的表面的基板；提供抛光垫；提供包括以下的化学机械抛光组合物：水性介质、分散于该水性介质中的研磨剂颗粒及具有下式(式1)的移除速率促进剂：
其中R选自：直链或支链的烷基、芳基、经取代的芳基、可为直链或支链的烷氧基、经卤素取代的烷基、经卤素取代的苯基(例如，经卤素取代的羟苯基)及直链或支链的经卤素取代的烷氧基。浆料具有低于约7的pH。该方法进一步包括：使基板与抛光垫及化学机械抛光组合物接触；及相对于基板移动抛光垫及化学机械抛光组合物以研磨基板表面上的至少部分硅氧化物层以抛光基板。
在另一方面中，本发明涉及适用于抛光含介电质的基板的化学机械抛光组合物。该组合物包括水性介质、分散于该水性介质中的研磨剂颗粒及式1的移除速率促进剂，其中R选自：直链或支链的烷基、芳基、经取代的芳基、烷氧基、经卤素取代的烷基、经卤素取代的苯基(例如，经卤素取代的羟苯基)、直链或支链的经卤素取代的烷氧基。浆料具有低于约7的pH。
在又一方面中，本发明涉及适用于抛光含介电质的基板的化学机械抛光组合物。该组合物包括水性介质、分散于该水性介质中的氧化铈颗粒或含氧化铈的颗粒及式1的化合物，其中R选自：直链或支链的烷基、芳基、经取代的芳基、烷氧基、经卤素取代的烷基、经卤素取代的苯基(例如，经卤素取代的羟苯基)及直链或支链的经卤素取代的烷氧基。浆料具有低于约7的pH。
附图说明
图1为根据本说明书适用的实例基板的横截面图图示。
图2及图3展示浆料(包括含有式1的移除速率促进剂的浆料)的对比移除速率。
图4展示浆料(包括含有式1的移除速率促进剂的浆料)的对比移除速率。
具体实施方式
如下描述适用于自基板的含介电质的表面移除介电材料的CMP抛光组合物，亦称为“CMP组合物”、“抛光浆料”、“抛光组合物”、“浆料”及其类似者。浆料适用于抛光或平坦化含有图案化介电材料的区域的基板的表面。较佳的浆料可用于采用亦以图案化介电材料的较高移除速率执行且提供低沟槽损耗及较高抛光效率的方法来抛光或平坦化图案化介电材料。
如所描述的浆料包括液体载剂、移除速率促进剂及分散于该液体载剂中的研磨剂颗粒。浆料可视情况包括其他化学材料、添加剂或诸如表面活性剂、催化剂、氧化剂、抑制剂、pH调节剂以及其他的次要成分。
移除速率促进剂为包含经取代的异羟肟酸或羟胺衍生物的化合物，其具有以下结构：
其中R选自直链或支链的烷基、芳基、经取代的芳基或具有直链或支链烷氧基的烷氧基。术语“烷基”允许支链及直链基团且是指饱和基团(例如，-CnH2n+1)。“经取代”基团是指其中键结碳的氢由诸如卤素的非氢原子或由诸如胺、氢氧根等的官能团取代的基团。移除速率促进剂可以任何化学形态(诸如游离酸形式或盐形式)包括于抛光组合物中。在较佳的式1化合物中包括，经胺取代的羟基的氢具有至少7、8或9的pKa，意谓着，在中性或浆料的低于7的酸性pH下，该化合物将作为中性分子。
在某些实施方案中，移除速率促进剂为经取代的异羟肟酸，其中R为芳族，诸如苯基(苯异羟肟酸)、2-羟苯基(水杨基异羟肟酸)及其类似者。
在某些其他实施方案中，移除速率促进剂为具有烷基或烷氧基取代基，较佳地低级烷基(C1至C4)或由氧及低级烷基(C1至C4)组成的烷氧基的异羟肟酸衍生物。实例包括甲基(乙酰异羟肟酸)、叔丁基(N-boc羟胺)及羟乙基(N-羟基氨基甲酸酯)：
呈适用于CMP浆料及CMP加工的各种形式(例如，盐或酸)及纯度的异羟肟酸及各种经取代的异羟肟酸以及异羟肟酸衍生物为市售的。水杨基异羟肟酸(SHA)(亦称为SHAM、2-羟基苯碳异羟肟酸(2-Hydroxybenzenecarbohydroxamic acid)、2-羟基苯异羟肟酸、N,2-二羟基苯酰胺)可以99％纯度购自Sigma-Aldrich Co.LLC,St.Louis,MO。
移除速率促进剂可以任何适用的量存在于浆料中以提供所需CMP加工效能，其中较佳效能包括抛光图案化介电质时合乎需要的较高介电质移除速率，较佳地亦包括合乎需要的较高平坦化效率，且视情况包括合乎需要的较低毯覆式移除速率、合乎需要的较低沟槽损耗及自停止行为中的一或多者。某些例示性浆料可包括约百万分之5至约百万分之3,000(ppm)移除速率促进剂(亦即，按照惯例，毫克移除速率促进剂/升浆料)；例如约50ppm至约2,000ppm、约100ppm至约1,500ppm、约100ppm至约1,200ppm、约100ppm至约1,000ppm、约100ppm至约800ppm、约100ppm至约750ppm、约100ppm至约650ppm、约100ppm至约500ppm、约250ppm至约1000ppm、约250ppm至约800ppm、约500ppm至约1000ppm或约500ppm至约800ppm。
如所描述的浆料可包括任何适用类型或适用量的研磨剂颗粒。较佳浆料包括可有效地抛光或平坦化基板(诸如图案化介电质)的非金属部分(例如，基板表面的图案化氧化区域)的颗粒。较佳研磨剂颗粒的实例包括氧化铈(例如，CeO2)或氧化锆(例如，ZrO2)、硅石(各种形式中的任一者)或此等的组合的颗粒。
由于浆料可尤其适用于抛光图案化介电质，因此颗粒不需要包括且可较佳地排除意欲自基板表面移除诸如铜、银、钨或其他金属的金属的任何大量研磨剂颗粒。因此，较佳浆料的研磨剂颗粒可由或可基本上由氧化铈颗粒、氧化锆颗粒、硅石颗粒或此等的组合组成，且可较佳地排除用于抛光或平坦化金属基板表面的为数不少的任何颗粒，此等颗粒包括已知适用于抛光金属表面的某些类型的金属氧化物，例如氧化铝颗粒。此类浆料除基于氧化铈、基于硅石或基于氧化锆的颗粒外可含有按浆料总重量计不大于0.1重量％的研磨剂颗粒，例如，除基于氧化铈、基于硅石或基于氧化锆的颗粒外可含有按浆料总重量计小于0.05重量％或0.01重量％的研磨剂颗粒。换言之，此类浆料除基于氧化铈、基于硅石或基于氧化锆的颗粒外可含有按浆料中的研磨剂颗粒总重量计不大于0.5重量％的研磨剂颗粒，例如，除基于氧化铈、基于硅石或基于氧化锆的颗粒外可含有按浆料中的研磨剂颗粒总重量计小于0.1重量％、0.05重量％或0.01重量％的研磨剂颗粒。
适用于抛光介电材料的氧化铈颗粒在CMP技术中为熟知的且为可商购的。实例包括被称为湿法氧化铈、经煅烧的氧化铈及掺杂金属的氧化铈以及其他的类型。同样地，适用于抛光介电材料的氧化锆颗粒在CMP技术中为熟知的且为可商购的。实例包括掺杂金属的氧化锆及掺杂非金属的氧化锆以及其他。较佳地以0.1％至25％范围内的掺杂剂元素重量百分比掺杂铈、钙、镁或钇的氧化锆在金属掺杂的氧化锆中。
适合的氧化锆颗粒的实例已描述于专利WO2012092361(其全部内容并入本文中)及其中所引用的参考文献中。适合用于如本申请案所描述的浆料中的氧化锆颗粒的实例包括单斜相、四边形相及立方体相或混合相。就掺杂纯度而言，氧化锆颗粒可掺杂有至多50重量％的氧化铈、氧化钙、氧化钇、氧化镁或此等中的任一者的组合。较佳金属氧化物掺杂范围为0.1重量％至20重量％。当氧化钇用作掺杂剂时，氧化锆通常被称为经氧化钇稳定的氧化锆。氧化锆颗粒将具有例如D50(按重量平均值计)为约10nm至1000nm，诸如30nm至250nm的粒径分布。氧化锆颗粒较佳在酸性pH(例如，pH 4.0)下展现正ζ电势。氧化锆颗粒可藉由使用碱使其氯盐沉淀及伴随或不伴随水热处理(hydrothermal treatment)的煅烧来制备。或者，其可直接藉由煅烧氧化锆碳酸盐(Zr(CO3)(OH)2)来制备。较佳煅烧温度处于500℃至1700℃的范围内，且最佳在750℃至1100℃的范围内。
用于如所描述的浆料中的某些较佳氧化铈颗粒包括2015年3月申请的标题为“Polishing Composition Containing Ceria Abrasive”的申请者同在申请中的美国临时专利申请案第14/639,564号中所描述的彼等。本说明书的较佳抛光组合物可含有如该临时申请案中所描述的研磨剂颗粒，包括湿法氧化铈颗粒。其中，描述可含有单一类型的研磨剂颗粒或基于大小、组合物、制备方法、粒径分布或其他机械或物理性质的多种不同类型的研磨剂颗粒的浆料。该描述及本说明书提及含有“第一”研磨剂颗粒的浆料，其意谓浆料至少含有此“第一”类型的研磨剂颗粒，且可视情况含有(但不要求含有)不同于“第一”研磨剂颗粒的额外研磨剂颗粒。
可藉由各种不同方法制造氧化铈研磨剂颗粒。举例而言，氧化铈研磨剂颗粒可为经沉淀的氧化铈颗粒或经缩聚的氧化铈颗粒，包括胶态氧化铈颗粒。
作为一个更特定实例，氧化铈研磨剂颗粒(例如，作为第一研磨剂颗粒)可为根据以下方法制造的湿法氧化铈颗粒。合成湿法氧化铈颗粒中的第一步可为将氧化铈前体溶解于水中。氧化铈前体可为任何适合的氧化铈前体，且可包括具有任何适合电荷(例如，Ce3+或Ce4+)的氧化铈离子的氧化铈盐。适合的氧化铈前体包括(例如)硝酸铈III、硝酸铈IV铵、碳酸铈III、硫酸铈IV及氯化铈III。较佳地，氧化铈前体为硝酸铈III。
可增大氧化铈前体溶液的pH以形成非晶形Ce(OH)3。可将溶液的pH增大至任何适合的pH，例如增大至约10或更大的pH，例如约10.5或更大的pH、约11或更大的pH或约12或更大的pH。通常，溶液将具有约14或更小的pH，例如约13.5或更小的pH或约13或更小的pH。可使用任何适合的碱来提高溶液的pH。适合的碱包括(例如)KOH、NaOH、NH4OH及氢氧化四甲基铵。诸如乙醇胺及二乙醇胺的有机碱亦为适合的。随着pH增大及非晶形Ce(OH)3形成，溶液将变为白色且混浊。
通常，将氧化铈前体溶液混合若干小时，诸如约1小时或多于1小时，例如约2小时或多于2小时、约4小时或多于4小时、约6小时或多于6小时、约8小时或多于8小时、约12小时或多于12小时、约16小时或多于16小时、约20小时或多于20小时、约24小时或多于24小时。通常，将溶液混合约1小时至约24小时，例如约2小时、约8小时或约12小时。当混合完成时，可将溶液转移至加压容器中并加热。
可接着将氧化铈前体溶液加热至任何适合的温度。举例而言，可将溶液加热至约50℃或更高，例如约75℃或更高、约100℃或更高、约125℃或更高、约150℃或更高、约175℃或更高或约200℃或更高的温度。可替代地或另外，可将溶液加热至约500℃或更低，例如约450℃或更低、约400℃或更低、约375℃或更低、约350℃或更低、约300℃或更低、约250℃或更低、约225℃或约200℃或更低的温度。因此，可将溶液加热至由前述端点中的任何两者限定的范围内的温度。举例而言，可将溶液加热至约50℃至约300℃，例如约50℃至约275℃、约50℃至约250℃、约50℃至约200℃、约75℃至约300℃、约75℃至约250℃、约75℃至约200℃、约100℃至约300℃、约100℃至约250℃或约100℃至约225℃的温度。
通常将氧化铈前体溶液加热若干小时。举例而言，可将溶液加热约1小时或多于1小时，例如约5小时或多于5小时、约10小时或多于10小时、约25小时或多于25小时、约50小时或多于50小时、约75小时或多于75小时、约100小时或多于100小时或约110小时或多于110小时。可替代地或另外，可将溶液加热约200小时或少于200小时，例如约180小时或少于180小时、约165小时或少于165小时、约150小时或少于150小时、约125小时或少于125小时、约115小时或少于115小时或约100小时或少于100小时。因此，可将溶液加热由前述端点中的任何两者限定的时间段。举例而言，可将溶液加热约1小时至约150小时，例如约5小时至约130小时、约10小时至约120小时、约15小时至约115小时或约25小时至约100小时。
在加热之后，可过滤氧化铈前体溶液以分离所沉淀的氧化铈颗粒。可用过量水冲洗所沉淀的颗粒以移除未反应的氧化铈前体。可在每一冲洗步骤之后过滤所沉淀的颗粒及过量水的混合物以移除杂质。在充分冲洗后，可干燥氧化铈颗粒以供额外加工，例如烧结，或可直接地再分散氧化铈颗粒。
视情况可在再分散之前干燥及烧结氧化铈颗粒。术语“烧结”及“煅烧”在本文中可互换使用以指代在下文所描述的条件下的氧化铈颗粒的加热。烧结氧化铈颗粒影响其所得结晶度。在不希望受任何特定理论束缚的情况下，咸信，在高温下烧结氧化铈颗粒且持续延长时间段减少颗粒的晶格结构中的缺陷。可使用任何适合的方法来烧结氧化铈颗粒。作为一实例，可干燥氧化铈颗粒且接着可在高温下烧结。可在室温下或在高温下进行干燥。特定而言，可在约20℃至约40℃的温度(例如，约25℃、约30℃或约35℃)下进行干燥。可替代地或另外，可在约80℃至约150℃，例如约85℃、约100℃、约115℃、约125℃或约140℃的高温下进行干燥。在氧化铈颗粒干燥之后，可碾磨其以形成粉末。可使用任何适合的碾磨材料(诸如氧化锆)进行碾磨。
可在任何适合的烘箱中且在任何适合的温度下烧结氧化铈颗粒。举例而言，可在约200℃或更高，例如约215℃或更高、约225℃或更高、约250℃或更高、约275℃或更高、约300℃或更高、约350℃或更高或约375℃或更高的温度下烧结氧化铈颗粒。可替代地或另外，可在约1000℃或更低，例如约900℃或更低、约750℃或更低、约650℃或更低、约550℃或更低、约500℃或更低、约450℃或更低或约400℃或更低的温度下烧结氧化铈颗粒。因此，可在由前述端点中的任何两者限定的温度下烧结氧化铈颗粒。举例而言，可在约200℃至约1000℃，例如约250℃至约800℃、约300℃至约700℃、约325℃至约在的温度下650℃、约350℃至约600℃、约350℃至约550℃、约400℃至约550℃、约450℃至约800℃、约500℃至约1000℃或约500℃至约800℃的温度下烧结氧化铈颗粒。
可将氧化铈颗粒烧结任何适合的时间长度。举例而言，可将氧化铈颗粒烧结约1小时或多于1小时，例如约2小时或多于2小时、约5小时或多于5小时或约8小时或多于8小时。可替代地或另外，可将氧化铈颗粒烧结约20小时或少于20小时，例如约18小时或少于18小时、约15小时或少于15小时、约12小时或少于12小时或约10小时或少于10小时。因此，可将氧化铈颗粒烧结由前述端点中的任何两者限定的时间段。举例而言，可将氧化铈颗粒烧结约1小时至约20小时，例如约1小时至约15小时、约1小时至约10小时、约1小时至约5小时、约5小时至约20小时或约10小时至约20小时。
亦可在各种温度下烧结氧化铈颗粒且持续上文所描述的范围内的各种时间长度。举例而言，可在区锅炉中烧结氧化铈颗粒，该区锅炉使氧化铈颗粒暴露于一或多种温度持续各种时间长度。作为一实例，可在约200℃至约1000℃的温度下烧结氧化铈颗粒约1小时或多于1小时，且接着可在约200℃至约1000℃的范围内的不同温度下烧结约1小时或多于1小时。
在干燥、研磨及视情况烧结等之后，氧化铈颗粒可再分散于适合的液体载剂中，该液体载剂例如水性载体，特别是水。若烧结氧化铈颗粒，则在烧结完成之后再分散氧化铈颗粒。可使用任何适合的方法来再分散氧化铈颗粒。通常，藉由使用适合的酸降低氧化铈颗粒及水的混合物的pH来再分散氧化铈颗粒。随着pH降低，氧化铈颗粒的表面产生阳离子ζ电位。此阳离子ζ电位在氧化铈颗粒之间产生排斥力，该排斥力促使其的再分散。可使用任何适合的酸来降低混合物的pH。适合的酸的实例包括氢氯酸及硝酸。高度水溶性且具有亲水性官能团的有机酸亦为适合的。适合的有机酸包括(例如)乙酸及以其他酸。具有多价阴离子的酸(诸如H3PO4及H2SO4)通常并非较佳。混合物可降低至任何适合的pH。举例而言，混合物的pH可降低至约2至约5，例如约2.5、约3、约3.5、约4或约4.5。通常，混合物的pH不会降低至低于约2。
通常研磨再分散氧化铈颗粒以减小其粒径。较佳地，可在再分散的同时研磨氧化铈颗粒。可使用任何适合的碾磨材料(诸如氧化锆)进行研磨。亦可使用音波处理或湿喷程序进行研磨。在研磨之后，可过滤氧化铈颗粒以移除任何其余大型颗粒。举例而言，可使用具有约0.3μm或更大，例如约0.4μm或更大或约0.5μm或更大的孔径的过滤器来过滤氧化铈颗粒。
某些较佳的研磨剂颗粒(例如，第一研磨剂颗粒)可具有约40nm至约100nm的中值粒径。颗粒的粒径为包围颗粒的最小球体的直径。可使用各种已知及适合的技术中的任一者量测粒径。举例而言，可使用盘式离心机，亦即藉由差速离心沉积(DCS)来量测粒径。适合的盘式离心机粒径量测仪器为市售的，诸如购自CPS Instruments(Prairieville,LA)，例如CPS盘式离心机型号DC24000UHR。除非另外规定，否则本文中所报导及主张的中值粒径值是基于盘式离心机量测。
较佳的氧化铈研磨剂颗粒(例如，第一研磨剂颗粒)可具有约40nm或更大，例如约45nm或更大、约50nm或更大、约55nm或更大、约60nm或更大、约65nm或更大、约70nm或更大、约75nm或更大或约80nm或更大的中值粒径。可替代地或另外，氧化铈研磨剂颗粒可具有约100nm或更小，例如约95nm或更小、约90nm或更小、约85nm或更小、约80nm或更小、约75nm或更小、约70nm或更小或约65nm或更小的中值粒径。因此，氧化铈研磨剂颗粒可具有由前述端点中的任何两者限定的范围内的中值粒径。举例而言，氧化铈研磨剂颗粒(例如，第一研磨剂颗粒)可具有约40nm至约100nm，例如约40nm至约80nm、约40nm至约75nm、约40nm至约60nm、约50nm至约100nm、约50nm至约80nm、约50nm至约75nm、约50nm至约70nm、约60nm至约100nm、约60nm至约80nm、约60nm至约85nm或约65nm至约75nm的中值粒径。较佳的研磨剂颗粒(例如，第一研磨剂颗粒)可具有约60nm至约80nm的中值粒径，例如约65nm的中值粒径、约70nm的中值粒径或约75nm的中值粒径。
研磨剂颗粒(例如，第一研磨剂颗粒)可以任何适用的浓度(例如，每总重量的浓度)存在于抛光组合物中。适用的浓度的例示性范围可为抛光组合物的约0.005重量％至约2重量％。举例而言，第一研磨剂颗粒可以约0.005重量％或更高，例如约0.0075重量％或更高、约0.01重量％或更高、约0.025重量％或更高、约0.05重量％或更高、约0.075重量％或更高、约0.1重量％或更高或约0.25重量％或更高的浓度存在于抛光组合物中。可替代地或另外，第一研磨剂颗粒可以约2重量％或更低，例如，约1.75重量％或更低、约1.5重量％或更低、约1.25重量％或更低、约1重量％或更低、约0.75重量％或更低、约0.5重量％或更低或约0.25重量％或更低的浓度存在于抛光组合物中。因此，研磨剂颗粒(例如，第一研磨剂颗粒)可以由前述端点中的任何两者限定的范围内的浓度存在于抛光组合物中。举例而言，研磨剂颗粒(例如第一研磨剂颗粒)可按浆料总重量计以约0.005重量％至约2重量％，例如约0.005重量％至约1.75重量％、约0.005重量％至约1.5重量％、约0.005重量％至约1.25重量％、约0.005重量％至约1重量％、约0.01重量％至约2重量％、约0.01重量％至约1.5重量％、约0.05重量％至约2重量％、约0.05重量％至约1.5重量％、约0.1重量％至约2重量％、约0.1重量％至约1.5重量％或约0.1重量％至约1重量％的浓度存在于抛光组合物中。
某些较佳的浆料类型可含有此范围中的低端值，诸如按抛光组合物总重量计约0.1重量％至约0.5重量％，例如约0.15重量％至约0.4重量％、约0.15重量％至约0.35重量％或约0.2重量％至约0.3重量％的第一研磨剂颗粒。更佳地，按抛光组合物总重量计，浆料可含有约0.1重量％至约0.3重量％，例如约0.1重量％、约0.15重量％、约0.2重量％、约0.25重量％、约0.28重量％或约0.29重量％的浓度的第一研磨剂颗粒。
较佳的第一研磨剂颗粒可具有至少约300nm的粒径分布。粒径分布是指最大颗粒粒径与最小颗粒粒径之间的差值。举例而言，第一研磨剂颗粒可具有至少约315nm，例如至少约320nm、至少约325nm、至少约330nm、至少约340nm、至少约350nm、至少约355nm、至少约360nm、至少约365nm、至少约370nm、至少约375nm或至少约380nm的粒径分布。较佳地，第一研磨剂颗粒具有至少约320nm，例如至少约325nm、至少约335nm或至少约350nm的粒径分布。第一研磨剂颗粒亦可较佳地具有约不大于500nm，例如约475nm或更小、约450nm或更小、约425nm或更小或约415nm或更小的粒径分布。因此，研磨剂颗粒(例如，第一研磨剂颗粒)可具有由前述端点中的任何两者限定的范围内的粒径分布。举例而言，第一研磨剂颗粒可具有约315nm至约500nm，例如约320nm至约480nm、约325nm至约475nm、约335nm至约460nm或约340nm至约450nm的粒径分布。
如所描述的第一研磨剂颗粒可具有任何适合的最大粒径及任何适合的最小粒径，其中较佳的颗粒具有至少约300nm的粒径分布。举例而言，研磨剂颗粒可具有约1nm至约50nm，例如约1nm至约40nm、约1nm至约30nm、约1nm至约25nm、约1nm至约20nm、约5nm至约25nm或约10nm至约25nm的最小粒径。较佳地，第一研磨剂颗粒具有约10nm至约30nm，例如约15nm、约20nm或约25nm的最小粒径。研磨剂颗粒可具有约250nm至约500nm，例如约250nm至约450nm、约250nm至约400nm、约300nm至约500nm或约300nm至约400nm的最大粒径。较佳地，第一研磨剂颗粒具有约350nm至约450nm，例如约375nm、约400nm或约425nm的最大粒径。
抛光组合物可视情况含有额外研磨剂颗粒(例如，第二研磨剂颗粒、第三研磨剂颗粒等)。额外研磨剂颗粒可为(例如)与第一研磨剂颗粒不同金属的金属氧化物研磨剂颗粒，诸如氧化钛(例如，二氧化钛)、氧化锗(germania)(例如，二氧化锗、锗氧化物(germaniumoxide))、氧化镁(magnesia)(例如，镁氧化物(magnesium oxide))、镍氧化物、其共同形成的产物或其组合的金属氧化物研磨剂颗粒。额外研磨剂颗粒亦可为明胶、乳胶、纤维素、聚苯乙烯或聚丙烯酸酯的有机颗粒。可替代地，抛光组合物可含有第一研磨剂颗粒，该第一研磨剂颗粒为具有约40nm至约100nm的中值粒径及至少约300nm的粒径分布的湿法氧化铈颗粒，其中抛光组合物不包括任何额外(第二或第三)研磨剂颗粒。
额外研磨剂颗粒亦可为氧化铈(例如，铈氧化物)的金属氧化物研磨剂颗粒，该金属氧化物研磨剂颗粒为与抛光组合物的第一研磨剂颗粒相比不同类型的氧化铈，亦即不为湿法氧化铈颗粒的氧化铈颗粒，诸如热解氧化铈颗粒或经煅烧的氧化铈颗粒。可替代地，抛光组合物可含有第一研磨剂颗粒，该第一研磨剂颗粒为具有约40nm至约100nm的中值粒径及至少约300nm的粒径分布的湿法氧化铈颗粒，其中抛光组合物不包括任何额外的研磨剂颗粒。
当抛光组合物包括额外的研磨剂颗粒(例如，第二研磨剂颗粒、第三研磨剂颗粒等)时，额外的研磨剂颗粒可具有任何适合的中值粒径。举例而言，抛光组合物可包括第二研磨剂颗粒，该第二研磨剂颗粒具有约1nm至约60nm，例如约1nm至约55nm、约1nm至约50nm、约1nm至约40nm、约1nm至约35nm、约1nm至约30nm、约1nm至约25nm、约1nm至约20nm、约5nm至约50nm、约5nm至约35nm或约15nm至约30nm的中值粒径。可替代地，第二研磨剂颗粒可具有约100nm至约350nm，例如约100nm至约300nm、约105nm至约350nm、约115nm至约350nm、约135nm至约325nm、约150nm至约315nm、约175nm至约300nm、约200nm至约275nm或约225nm至约250nm的中值粒径。较佳地，额外的研磨剂颗粒(例如，第二研磨剂颗粒、第三研磨剂颗粒等)可具有约1nm至约35nm的中值粒径或约125nm至约300nm的中值粒径。
除第一研磨剂颗粒之外，额外研磨剂颗粒(例如，第二研磨剂颗粒、第三研磨剂颗粒等全部)可以任何适合的量存在于抛光组合物中。在某些浆料实施方案中，额外研磨剂颗粒可按浆料的总重量计以约0.005重量％至约2重量％的浓度存在。举例而言，额外研磨剂颗粒可以约0.005重量％或更高，例如约0.0075重量％或更高、约0.01重量％或更高、约0.025重量％或更高、约0.05重量％或更高、约0.075重量％或更高、约0.1重量％或更高或约0.25重量％或更高的浓度存在于抛光组合物中。可替代地或另外，额外研磨剂颗粒可按浆料的总重量计以约2重量％或更低，例如约1.75重量％或更低、约1.5重量％或更低、约1.25重量％或更低、约1重量％或更低、约0.75重量％或更低、约0.5重量％或更低或约0.25重量％或更低的浓度存在于抛光组合物中。因此，额外研磨剂颗粒可以由前述端点中的任何两者限定的范围内的浓度存在于抛光组合物中。举例而言，较佳的抛光组合物可包括(除所描述的一定量的第一研磨剂颗粒以外)约0.005重量％至约2重量％，例如约0.005重量％至约1.75重量％、约0.005重量％至约1.5重量％、约0.005重量％至约1.25重量％、约0.005重量％至约1重量％、约0.01重量％至约2重量％、约0.01重量％至约1.75重量％、约0.01重量％至约1.5重量％、约0.05重量％至约2重量％、约0.05重量％至约1.5重量％、约0.1重量％至约2重量％或约0.1重量％至约1.5重量％的浓度的第二研磨剂颗粒。更佳地，按浆料的总重量计，额外研磨剂颗粒可以约0.01重量％至约0.5重量％，例如约0.025重量％、约0.05重量％、约0.08重量％、约0.1重量％、约0.15重量％、约0.2重量％、约0.25重量％、约0.3重量％或约0.4重量％的浓度存在。
当抛光组合物含有额外研磨剂颗粒(例如，第二研磨剂颗粒、第三研磨剂颗粒等)时，抛光组合物视情况可展现多峰粒径分布。如本文中所使用，术语“多峰”意谓展现具有至少2个极大值(例如，2个或更多极大值、3个或更多极大值、4个或更多极大值或5个或更多极大值)的粒径分布的抛光组合物。特定而言，当抛光组合物含有第二研磨剂颗粒时，抛光组合物可展现双峰粒径分布，亦即，抛光组合物展现具有2个中值粒径最大值的粒径分布。术语“最大值”及“极大值”意谓粒径分布中的一或多个峰值。一或多个峰值对应于本文中针对第一、第二及任何额外研磨剂颗粒所描述的中值粒径。因此，举例而言，当抛光组合物含有第一研磨剂颗粒及第二研磨剂颗粒，不具有额外研磨剂颗粒时，则颗粒的数目或颗粒的相对重量与粒径的曲线图可反映双峰粒径分布，其中第一峰在约40nm至约100nm的粒径范围内且第二峰在约1nm至约35nm的粒径范围内。
抛光组合物中所存在的第一研磨剂颗粒及任何额外研磨剂颗粒宜悬浮于抛光组合物中，更具体言之，悬浮于抛光组合物的水性载剂中。当研磨剂颗粒悬浮于抛光组合物中时，研磨剂颗粒较佳为胶态稳定的。术语胶体是指研磨剂颗粒于水性载体中的悬浮液。胶态稳定性是指悬浮液随时间推移的维持性。在本发明的上下文中，若当研磨剂颗粒置于100ml量筒中且允许不搅动地静置2小时的时间，量筒的底部50ml中的颗粒浓度([B]，以g/ml计)与圆筒的顶部50ml中的颗粒浓度([T]，以g/ml计)之间的差值除以磨料组合物中的颗粒起始浓度([C]，以g/ml计)小于或等于0.5(亦即，{[B]-[T]}/[C]≤0.5)时，则认为研磨剂颗粒为胶态稳定的。[B]-[T]/[C]的值宜小于或等于0.3且较佳地小于或等于0.1。
抛光组合物可展现低于约7的pH，例如约1至约6.5。通常，抛光组合物具有约3或大于3的pH。又，抛光组合物的pH通常约为6或小于6。举例而言，pH可在约3.5至约6.5的范围内，例如约3.5的pH、约4的pH、约4.5的pH、约5的pH、约5.5的pH、约6的pH、约6.5的pH或由此等pH值中的任何两者限定的范围内的pH。
较佳的抛光组合物进一步包括pH调节剂，该pH调节剂可为任何适合的pH调节剂。举例而言，pH调节剂可为烷基胺、醇胺、季胺氢氧化物、氨或其组合。特定而言，pH调节剂可为三乙醇胺、氢氧化四甲铵(TMAH或TMA-OH)或氢氧化四乙铵(TEAH或TEA-OH)。在某些较佳实施方案中，pH调节剂可为三乙醇胺。
pH调节剂可以任何适合的浓度存在于抛光组合物中。理想地，pH调节剂以将抛光组合物的pH达成或维持在本文中所阐述的pH范围内(例如，低于约7，诸如在约1至约6的范围内或在约3.5至约5的范围内)的量存在。举例而言，pH调节剂可以约10ppm至约300ppm，例如约50ppm至约200ppm或约100ppm至约150ppm的浓度存在于抛光组合物中。
抛光组合物包括含有水(例如，去离子水)且可视情况含有一或多种水可混溶性有机溶剂的水性载剂。可使用的有机溶剂的实例包括：醇，诸如丙醇、异丙醇、乙醇、1-丙醇、甲醇、1-己醇及其类似物；醛，诸如乙醛及其类似物；酮，诸如丙酮、双丙酮醇、甲基乙基酮及其类似物；酯，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、乳酸乙酯及其类似物；醚，包括诸如二甲亚砜(DMSO)的亚砜、四氢呋喃、二烷、二乙二醇二甲醚及其类似物；酰胺，诸如N,N-二甲基甲酰胺、二甲基咪唑啉酮、N-甲基吡咯烷酮及其类似物；多元醇及其衍生物，诸如乙二醇、丙三醇、二甘醇、二甘醇单甲醚及其类似物；及含氮有机化合物，诸如乙腈、戊胺、异丙胺、咪唑、二甲胺及其类似物。较佳地，水性载剂仅为不存在有机溶剂或仅具有不显著量的有机溶剂的水，诸如小于0.1、0.05、0.01或0.005重量％有机溶剂。
抛光组合物可包括作为添加剂的额外成分。视情况选用的添加剂的一个实例为自单体衍生的阴离子型共聚物，该单体包括：羧酸单体、磺化单体或膦酸化单体及丙烯酸酯单体。其他实例包括其他聚合物(例如，非离子型聚合物)，该聚合物包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇类(例如，聚乙二醇)及聚乙烯醇(例如，2-羟乙基甲基丙烯酸及甲基丙烯酸的共聚物)。另外其他视情况选用的添加剂包括硅烷，诸如氨基硅烷、脲基硅烷及缩水甘油基硅烷。且另外其他视情况选用的添加剂包括：经官能化的吡啶的N-氧化物(例如，吡啶甲酸N-氧化物)；淀粉；环糊精(例如，α-环糊精或β-环糊精)；或此等中的两者或更多者的组合。
聚乙烯吡咯烷酮可用作添加剂，且可具有任何适合的分子量。举例而言，作为添加剂的聚乙烯吡咯烷酮可具有约10,000克/摩尔(g/mol)至约1,000,000g/mol，例如至多或约20,000g/mol、30,000g/mol、40,000g/mol、50,000g/mol或60,000g/mol的分子量。
当浆料包括非离子型聚合物作为添加剂时，且当非离子型聚合物为聚乙二醇时，聚乙二醇可具有任何适合的分子量。举例而言，聚乙二醇可具有约200g/mol至约200,000g/mol，例如约8000g/mol、约100,000g/mol的分子量。
当浆料包括硅烷作为添加剂时，硅烷可为任何适合的氨基硅烷、脲基硅烷或缩水甘油基硅烷。一些特定实例包括3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基硅烷三醇、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷三醇、(N,N-二甲基-3-氨基丙基)三甲氧基硅烷、N-苯基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、脲基丙基三乙氧基硅烷及3-缩水甘油基丙基二甲基乙氧基硅烷。
抛光组合物中的某些尤佳添加剂包括2-羟乙基甲基丙烯酸及甲基丙烯酸的共聚物；聚乙烯吡咯烷酮；氨基丙基硅烷三醇；吡啶甲酸N-氧化物；吡啶甲酸；淀粉；α-环糊精；β-环糊精及其组合。
一或多种添加剂(例如，羧酸单体、磺化单体或膦酸化单体及丙烯酸酯、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇的阴离子型共聚物；硅烷；经官能化的吡啶的N-氧化物；淀粉；环糊精；或其全部的组合)可以任何适合的浓度存在于如前所述的抛光组合物中。较佳地，一或多种添加剂以约1ppm至约500ppm，例如约5ppm至约400ppm、约10ppm至约400ppm、约15ppm至约400ppm、约20ppm至约400ppm、约25ppm至约400ppm、约10ppm至约300ppm、约10ppm至约250ppm、约30ppm至约350ppm、约30ppm至约275ppm、约50ppm至约350ppm或约100ppm至约300ppm的浓度存在于抛光组合物中。更佳地，一或多种添加剂以约1ppm至约300ppm，例如约1ppm至约275ppm、约1ppm至约250ppm、约1ppm至约100ppm、约1ppm至约50ppm、约10ppm至约250ppm、约10ppm至约100ppm或约35ppm至约250ppm的浓度存在于抛光组合物中。
在特定实施方案中，吡啶甲酸可包括于浆料中。吡啶甲酸的量可为任何所需量，诸如在1ppm至1,000ppm，例如100ppm至约800ppm，诸如250ppm至750ppm范围内的量。如本文中所使用，ppm涉及一个重量占重量基础的百万分的份。亦即，1,000ppm将等效于0.1重量％。相对于移除速率促进剂，吡啶甲酸的例示性范围可为按移除速率促进剂的重量计约5重量％至80重量％吡啶甲酸，例如按移除速率促进剂的重量计20重量％至60重量％吡啶甲酸。
如所描述的抛光组合物亦可视情况包括阳离子型聚合物。阳离子型聚合物选自季胺、阳离子型聚乙烯醇、阳离子型纤维素及其组合。除上文所描述的一或多种添加剂之外，抛光组合物视情况可包括选自季胺、阳离子型聚乙烯醇、阳离子型纤维素及其组合的阳离子型聚合物，亦即羧酸单体、磺化单体或膦酸化单体及丙烯酸酯的阴离子型共聚物中的一或多种；聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇；聚乙二醇；非离子型聚合物；硅烷；经官能化的吡啶的N-氧化物；淀粉；及环糊精。可替代地，抛光组合物可包括不具有上文所描述的此等添加剂中的一或多者的阳离子型聚合物。
阳离子型聚合物可为含有季胺基或由季胺单体组成的聚合物。举例而言，阳离子型聚合物可选自聚(乙烯基咪唑鎓)、诸如聚(甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵)氯化物(聚MADQUAT)的聚(甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵)卤化物、诸如聚(二烯丙基二甲基铵)氯化物(聚DADMAC)的聚(二烯丙基二甲基铵)卤化物，及聚季铵-2。较佳地，当阳离子型聚合物为季胺聚合物时，阳离子型聚合物为聚(乙烯基咪唑鎓)。
可替代地，阳离子型聚合物可为任何适合的阳离子型聚乙烯醇或阳离子型纤维素。较佳地，阳离子型聚合物为阳离子型聚乙烯醇。举例而言，阳离子型聚乙烯醇可为Nippon Gosei GOHSEFIMER K210TM聚乙烯醇产品。
阳离子型聚合物(例如，季胺聚合物、阳离子型聚乙烯醇、阳离子型纤维素或其全部的组合)可以任何适合的浓度存在于抛光组合物中，例如约1ppm至约250ppm的浓度，例如约1ppm至约100ppm、约1ppm至约50ppm、约1ppm至约40ppm、约1ppm至约25ppm、约5ppm至约225ppm、约5ppm至约100ppm、约5ppm至约50ppm、约10ppm至约215ppm、约10ppm至约100ppm、约15ppm至约200ppm、约25ppm至约175ppm、约25ppm至约100ppm或约30ppm至约150ppm。
当阳离子型聚合物为聚(乙烯基咪唑鎓)时，阳离子型聚合物可较佳地以约1ppm至约10ppm，例如约2ppm、约5ppm、约6ppm、约7ppm、约8ppm或约9ppm的浓度存在于抛光组合物中。更佳地，当阳离子型聚合物为聚(乙烯基咪唑鎓)时，阳离子型聚合物可较佳地以约1ppm至约5ppm，例如约2ppm、约3ppm或约4ppm的浓度存在于抛光组合物中。
抛光组合物亦可视情况包括羧酸。羧酸可为任何适合的羧酸，该羧酸例如具有约1至约6，例如自约2至约6，诸如自约3.5至约5的pKa。适用的甲酸的实例包括乙酸、丙酸及丁酸。
羧酸可以任何适合的浓度存在于抛光组合物中。较佳地，羧酸以约10ppm至约1000ppm，例如约10ppm至约500ppm、约10ppm至约250ppm、约25ppm至约750ppm、约25ppm至约500ppm、约25ppm至约250ppm、约30ppm至约250ppm、约35ppm至约350ppm、约50ppm至约425ppm、约55ppm至约400ppm或约75ppm至约350ppm的浓度存在于抛光组合物中。更佳地，羧酸可以约25ppm至约150ppm，例如约40ppm、约50ppm、约60ppm、约75ppm、约100ppm或约125ppm的浓度存在于抛光组合物中。
理想地，抛光组合物的pH可在羧酸的pKa的约2单位内。作为一个实例，若抛光组合物的pH为约3.5，则羧酸的pKa较佳为约1.5至约5.5。
当抛光组合物包括阳离子型聚合物时，且当该阳离子型聚合物为季胺聚合物时，抛光组合物较佳地亦包括羧酸。当抛光组合物包括阳离子型聚合物时，且该阳离子型聚合物选自阳离子型聚乙烯醇及阳离子型纤维素，抛光组合物视情况进一步包括羧酸。
抛光组合物可视情况包括诸如表面活性剂或流变控制剂的一或多种其他添加剂，包括粘度增强剂及促凝剂(例如，聚合流变控制剂，诸如(例如)氨基甲酸酯聚合物)、分散剂、生物灭除剂(例如KATHONTMLX)或其类似物。适合的表面活性剂包括(例如)阳离子型表面活性剂、阴离子型表面活性剂、阴离子型聚电解质、非离子型表面活性剂、两性表面活性剂、氟化表面活性剂、其混合物。
本说明书的较佳的抛光组合物经设计以用于介电材料(例如图案化介电质)的CMP加工。为此目的，抛光组合物并不设计用于且不需要在基板的金属表面的加工中起效。因此，此等较佳的抛光组合物可不包括经设计用于且起效于加工金属表面的CMP组合物的磨料及化学成分，此等化学成分的实例为金属钝化剂及金属螯合剂。此等较佳的浆料不需要且可较佳地不包括在CMP加工期间意欲充当金属钝化剂或金属螯合剂的化学成分。当然，若存在于用于加工含金属基板的浆料中，则不需要本说明书的所有浆料排除可展现一定水平的金属钝化或金属螯合性能的任何形式的成分，尤其对于当前所描述的浆料可表现为含有可展现金属钝化(例如，水杨基异羟肟酸)或金属螯合性能的化学方法的程度。实际上，浆料实施方案可在不需要意欲或有效引起金属钝化或金属螯合的成分(不同于本文特定描述的成分，诸如特定移除速率促进剂)的情况下适用。不包括尤其描述为适用于可展现一定水平的金属钝化(例如，水杨基异羟肟酸或其他移除速率促进剂)或金属螯合活性的本浆料的成分，一些浆料实施方案可包括不大于金属钝化或金属螯合材料的非大量成分，例如按总浆料重量计小于0.001、0.0005或0.0001重量％金属钝化剂；例如按总浆料重量计小于0.01、0.005或0.001重量％金属螯合化合物。
在本说明书的浆料中不需要且可尤其自本说明书的浆料排除的特定金属钝化剂的实例经识别为美国专利8,435,421(该申请案以全文引用的方式并入本文中)(参见第6行第29至67列)的组合物的“第二成膜金属钝化剂”。此等试剂包括具有通式(II)：Z-X2(Y2R5)(Y3R6)的化合物，以及式(II)化合物的盐或其他化学(例如，碱或酸)形式，及式(II)的部分地经中和形式。
在式(II)中，Z为NH2或OH；X2为P＝O或C；Y2及Y3各自独立地为N、NH或O；及R5及R6可各自独立地为R7-(OCH2CH2)n-，其中R7可为H、C1-C20-烷基、苯基或经C1-C20-烷基-取代的苯基，且其中“n”具有在约2至约1000范围内的平均值，或当Y2及Y3各自独立地为N或NH时，则接着R5及R6可各自独立地为N、NH或CH，且与X2、Y2及Y3一起形成五元环杂环。较佳地，R7为C1-C20-烷基、苯基或经C1-C20-烷基-取代的苯基。在一些较佳实施方案中，R7为C1-C20-烷基-经取代的苯基，尤其壬基苯基。
式(II)化合物的非限制性实例包括杂环(例如，5-氨基四唑、5-氨基-1,2,-4-三唑及其类似物)及诸如双聚乙二醇化磷酸酯的磷酸酯，尤其包括连接至磷酸基的两个氧的聚(氧化乙烯)链的磷酸酯，其中聚(氧化乙烯)链以芳基醚基(例如，苯基)、烷基醚基(例如，C1-C20-烷基，诸如十二烷基或十八烷基)或烷芳基醚基(例如，C1-C20-烷基苯基，诸如壬基苯基)结尾。术语“聚(氧化乙烯)”是指平均具有2至约1000个氧化乙烯(-OCH2CH2-)单体单元，较佳地2至100(例如，5、10、20、30、40、50、60、70、80或90)个氧化乙烯单元的聚合物或低聚物。磷酸酯型钝化剂的一个特定实例为双-(壬基苯氧基(氧化乙烯))磷酸酯(NPPOP)，其可以商品名SURFONICTMPE 1198自Huntsman商购。
在美国专利8,435,421第7行第17至51列识别出在本说明书的浆料中不需要且可尤其自本说明书的浆料排除的特定金属螯合剂的实例。此等包括草酸、经氨基-取代的甲酸(例如，氨基多羧酸酯，诸如亚氨基二乙酸(IDA)、乙二胺二琥珀酸(EDDS)、亚氨基二琥珀酸(IDS)、乙二胺四乙酸(EDTA)、氮基三乙酸(NTA)以及α-氨基酸，诸如甘氨酸、β-氨基酸及其类似物)；经羟基-取代的甲酸(例如，乙醇酸及乳酸以及羟基多羧酸，诸如羟基丁二酸、柠檬酸、酒石酸及其类似物)；膦酰基羧酸；氨基膦酸；前述中的任一者的盐；前述中的两者或更多者的组合；及其类似物。
可以任何适用的方式来制备抛光组合物，该抛光组合物的许多实例为本领域技术人员已知的。抛光组合物可以分批或连续方法制备。大体而言，可藉由以任何次序组合其组分来制备抛光组合物，藉由适当混合以产生组分的均匀的混合物(浆料)。如本文中所使用，术语“组分”包括个别成分(例如，第一研磨剂颗粒、异羟肟酸或经取代的异羟肟酸、pH调节剂等)以及成分的任何组合。
举例而言，可将移除速率促进剂以所需浓度添加至水中。可接着调整(按所需)所得水性溶液的pH且可将研磨剂颗粒(例如，第一研磨剂颗粒)以所需浓度添加至该溶液中。其他成分亦可在一定时间掺入至溶液中以允许成分的均匀的掺入。
抛光组合物可用于CMP方法中后或之前立即制备，其中一或多种组分在使用之后或之前不久(例如，在使用之前约1分钟内、在使用之前约1小时内或在使用之前约7天内)添加至抛光组合物。亦可藉由在CMP抛光操作期间或在将浆料涂覆至基板之前立即在基板的表面处混合组分来制备抛光组合物。
在替代性实施方案中，抛光组合物可提供为经设计以待商业地运输或储存，接着在使用前不久的时间经稀释以供与适量的水性载体(尤其水)使用的浓缩物。在此等实施方案中，抛光组合物浓缩物可包括各种量的第一研磨剂颗粒、移除速率促进剂、pH调节剂及水，使得在用适量的水将浓缩物稀释后，抛光组合物的每一组分将以上文针对抛光组合物所指定的范围内的量存在于经稀释的抛光组合物中。此外，浓缩物可含有在使用期间存在于抛光组合物中的一部分水性载体(例如，水)以确保其他组分至少部分或完全溶解于浓缩物中。
尽管抛光组合物可在使用之前很久或甚至使用之前不久制备，但亦可藉由在使用位置处或附近混合抛光组合物的组分而产生抛光组合物。如本文中所使用，术语“使用位置”指代抛光组合物施加至基板表面(例如，抛光垫或基板表面自身)的位置。当藉由使用位置混合来制备抛光组合物时，抛光组合物的组分分别储存于两个或多于两个储存器件中。
为将存储器件中所含有的组分混合以在使用位置处或附近产生抛光组合物，存储器件通常设置有自每一储存器件引导至抛光组合物的使用位置(例如，压板、抛光垫或基板表面)的一或多个流动管线。术语“流动管线”是指自个别储存容器流至其中储存组分的使用位置的路径。一或多个流动管线可各自直接引导至使用位置，或在使用多于一个的流动管线的情形下，两个或多于两个流动管线可在任何位置处合并成引导至使用位置的单一流动管线。此外，在到达组分的使用位置之前，一或多个流动管线中的任一者(例如，个别流动管线或合并流动管线)可首先引导至其他器件(例如，泵送器件、量测器件、混合器件等)中的一或多者。
抛光组合物的组分可独立地递送至使用位置(例如，组分递送至基板表面，之后在抛光方法期间混合)，或组分在可紧接着递送至使用位置之前合并。若组分在到达使用位置之前少于10秒，较佳地在到达使用位置之前少于5秒，更佳地在到达使用位置之前少于1秒或甚至与在使用位置处的组分的递送同时合并，则其“在紧接着递送至使用位置之前”合并(例如，在诸如基板或抛光垫的使用位置的分配器处合并组分)。若组分在使用位置的5m内，诸如在使用位置的1m内或甚至在使用位置的10cm内(例如在使用位置的1cm)内合并，则组分亦“在递送至使用位置之前不久”合并。
当在到达使用位置之前合并抛光组合物中的两种或更多种组分时，组分可在流动管线中合并且在不使用混合器件的情况下递送至使用位置。替代地，流动管线中的一或多者可引导至混合器件中以促进组分中的两者或更多者的合并。可使用任何适合的混合器件。举例而言，混合器件可为组分中的两者或更多者穿过其流动的喷嘴或喷口(例如，高压喷嘴或喷口)。替代地，混合器件可为容器型混合器件，该容器型混合器件包括：一或多个入口，藉由该入口将抛光组合物的组分中的两者或更多者引导至容器型混合器件中；及至少一个出口，混合组分穿过该出口离开混合器件以直接或经由装置的其他元件(例如，经由一或多个流动管线)递送至使用位置。此外，混合器件可包括单个腔室或多于一个腔室，每一腔室具有至少一个入口及至少一个出口，其中在各腔室中合并两种或更多种组分。若使用容器型混合器件，则混合器件较佳地包括混合机构以均匀地搅拌及合并组分，而较佳地不产生过度泡沫或滞留空气。混合机构通常为本领域中已知的且包括搅拌器、掺合器、搅动器、桨式隔板、气体鼓泡器系统、振动器等。
如所描述的抛光组合物可适用于抛光任何适合的基板，且可尤其适用于抛光包括含介电质(例如，含硅氧化物)表面的基板，尤其具有包括藉由介电材料的沟槽面分离的凸起介电质面的图案化介电质的面的一个基板。例示性基板包括经加工以用作平板显示器、集成电路、存储器或硬磁盘、层间介电(ILD)器件、微机电系统(MEMS)、3D NAND器件或其类似物的组件的那些。
抛光组合物特别较适合用于平坦化或抛光已进行浅沟槽隔离(STI)或类似方法的基板，由此将介电质涂布于结构化下部层上以产生图案化介电材料的区域。对于已进行浅沟槽隔离的基板，通常台阶高度可在自1,000埃至7,000埃的范围内。
所描述的抛光组合物的某些实施方案亦适用于平坦化或抛光过程内3D NAND快闪存储器器件的基板。在此类基板中，下部层由包括沟槽、孔洞或具有较高纵横比(诸如至少10:1、30:1、60:1或80:1的纵横比)的其他结构的半导体层制成。当用介电材料涂布具有此等较高纵横比的结构的表面时，所得图案化介电质将展现较高台阶高度，诸如基本上大于7,000埃，例如大于10,000埃、20,000埃、30,000埃或40,000埃或更大的台阶高度。
本文中所描述的器件中的任一者的介电层可包含任何适合的介电材料组成，基本上由该介电材料组成或由该介电材料组成，许多介电材料为人所熟知，包括各种形式的硅氧化物及基于硅氧化物的介电材料。举例而言，包括硅氧化物的介电层或基于硅氧化物的介电层可包含以下各者中的任何一或多者，由以下各者中的任何一或多者组成或基本上由以下各者中任何的一或多者组成：四乙氧基硅烷(TEOS)、高密度等离子体(HDP)氧化物、磷硅玻璃(PSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)、高纵横比制程(HARP)氧化物、旋涂式介电质(SOD)氧化物、化学气相沉积(CVD)氧化物、等离子体增强型四乙基正硅酸盐(PETEOS)、热氧化物或未经掺杂的硅酸盐玻璃。
根据本说明书的方法，基板可包括位于介电质抛光及移除步骤的既定端部的位置处的氮化硅衬里。在其他实施方案中，基板不需要且可视情况及较佳地排除安置于自有源(作用，active)区域移除介电质的步骤的结束的位置处的氮化硅“衬里”或“帽”。
根据可藉由如所描述的方法使用浆料加工的基板的此等及其他实施方案，基板亦可包括例如在介电层上方的氮化硅层。当加工具有凸起(12)及降低(例如，沟槽，14)特征的介电质基板时，可将氮化硅层(未展示)置放于该凸起及经降低介电材料上方以在CMP加工期间保护沟槽区域且改良平坦化效率。
可藉由任何适合的技术用本文所描述的抛光组合物平坦化或抛光基板，尤其使用化学机械抛光(CMP)设备的CMP加工。通常，CMP装置包括：压板，其在使用时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，其与压板接触且在运动时随压板移动；及托架，其固持待藉由接触抛光垫表面且相对于抛光垫表面移动而抛光的基板。抛光藉由将基板放置与如所描述的抛光组合物，及通常抛光垫接触，接着移除基板表面的至少部分(例如,图案化介电材料)来发生。可使用任何适合的抛光条件。
可用化学机械抛光组合物结合任何适合的抛光垫(例如，抛光表面)平坦化或抛光基板。适合的抛光垫包括(例如)编织及非编织抛光垫。此外，适合的抛光垫可包括具有不同密度、硬度、厚度、可压缩性、在压缩后反弹的能力及压缩模量的任何适合的聚合物。适合的聚合物包括(例如)聚氯乙烯、聚氟乙烯、尼龙、碳氟化合物、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、其共形成产物及其混合物。
视情况，CMP装置包括原位抛光终点侦测系统，其中许多为本领域中已知的。用于藉由分析自工件的表面反射的光或其他辐射来检验及监测抛光方法的技术为本领域中已知的。此等方法描述于(例如)美国专利5,196,353、美国专利5,433,651、美国专利5,609,511、美国专利5,643,046、美国专利5,658,183、美国专利5,730,642、美国专利5,838,447、美国专利5,872,633、美国专利5,893,796、美国专利5,949,927及美国专利5,964,643中。理想地，关于经抛光的工件的抛光方法的进展的检验或监测使得能够判定抛光终点，亦即，判定何时终止关于特定工件的抛光方法。
取决于经加工的基板，在开始CMP加工的步骤之前量测，起始台阶高度可为至少1,000埃、2,000埃或5,000埃，且可大体上较大，诸如大于7,000埃，或至少10,000埃、20,000埃、30,000埃或40,000埃。
图1示意性地展示抛光之前的基板的起始台阶高度h0及起始沟槽厚度t0。在抛光之后，台阶高度减小至h1且沟槽厚度减小至t1。参考图1，说明具有起始台阶高度h0及起始沟槽厚度t0的例示性基板。台阶高度的材料可主要为诸如TEOS、BPSG或其他非晶形含硅石材料的介电质。3D NAND介电质(及其他块状氧化物移除)加工中的关键步骤为在尽可能低的沟槽损耗(t0至t1)下将台阶高度h1减小至低数值(例如，<1000埃或<900埃)。沟槽损耗是指CMP加工之前的沟槽厚度(t0)与CMP加工之后的沟槽厚度(t1)之间的差值；沟槽损耗等于t0-t1(针对给定量的加工)。对于良好平坦化效率(PE)而言，必须在合理的沟槽损耗下达成最终台阶高度。此需要在有源(作用，active)(凸起)区域上比在沟槽区域上具有更高移除速率的浆料。
在凸起(有源(作用，active))区域处的介电材料的移除速率被称为图案化材料(例如，图案化氧化物)的移除速率或“图案化移除速率”或“有源(作用，active)移除速率”。使用如所描述的方法及浆料所达成的图案化移除速率可为任何适用的速率，且对于任何所给方法及基板而言将大部分取决于凸起区域的尺寸(例如，宽度)及加工条件，诸如抛光垫与基板之间的压力量。根据较佳方法，图案化介电材料的移除速率可为至少2,000埃/分钟，较佳地至少4,000埃/分钟，诸如至少约5,000埃/分钟或6,000埃/分钟，视情况甚至至多10,000埃/分钟、14,000埃/分钟或15,000埃/分钟。
根据本文中所描述的基板的CMP平坦化的较佳方法，图案化介电质可藉由图案化介电质的CMP加工少于5分钟，例如少于3分钟、2分钟或1分钟的时间而加工成经平坦化表面。此可针对具有包括至少7,000或10,000埃，例如20,000埃、30,000埃或40,000埃的起始台阶高度的图案化介电质的基板来完成。在达成小于1,000埃，例如小于900埃、500埃、300埃或250埃的经减小(藉由抛光)的台阶高度(亦即，“剩余”台阶高度)后，该表面被视为有效地平坦化。
根据如所描述的某些方法及浆料，相比于未使用式1的移除速率促进剂的另外相同方法，可藉由(在CMP浆料中)使用式1的移除速率促进剂来改良介电材料的移除速率(例如，硅氧化物的图案化速率)、平坦化效率或其两者。根据某些尤佳方法及浆料，藉由使用式1的移除速率促进剂可提高介电材料的移除速率(例如，硅氧化物的图案化速率)且可同时改良平坦化效率。较高有源(作用，active)移除速率及良好平坦化效率两者在CMP浆料及方法中为所需的。各自单独为所需要的，但应理解，在单一CMP方法中同时改良两种效能特性不容易达成且具有尤其高的商用价值。
如本文中所描述，有源(作用，active)移除速率、平坦化效率或其两者的改良以及沟槽损耗、自停止性能等的改良是相对于使用另外相同浆料的另外相同CMP方法进行量测，除了该另外相同浆料不含有式1的移除速率促进剂。另外相同浆料可不含有与式1的速率促进剂类似的化学品，或可含有一定量的在一些方面类似于式1的速率促进剂但仍不属于式1的结构定义的化合物。举例而言，在一些方面类似于式1的速率促进剂但仍不属于式1的定义的化合物包括类似于式1但具有不同R基团的化合物。其他类似的化合物可在其他方面中不同于式1，但仍可为包括邻接于羧基(-C(O)-)的胺基(-NH2)的类似分子量的化合物，该化合物亦含有连接至胺基(亦即，-NH(OH))或其他处的羟基(-OH)。在这些方面类似于式1的移除速率促进剂但在化学上不属于式1的定义的化合物的实例包括4-羟基苯酰胺、羟基尿素(羟基脲，hydroxyurea)、水杨基酰胺及苯酰胺。(参见图2至图4)。
实施例
图2展示使用如所展示的设备及条件的毯覆式介电材料的对比移除速率，该设备及条件包括IC1010垫、含1％氧化锆研磨剂颗粒的CMP抛光浆料、5psi的垫压力、5.5的浆料pH及300ppm的所展示不同化合物中的每一者。一些化合物为式1的移除速率促进剂，且其他化合物为含有与式1的移除速率促进剂相同的化学基团(例如，胺、酰胺、羟基、羧基及芳族基或经取代的芳族基)但不属于式1的定义的化合物(不一定在现有技术中)。图表中的第一条块表示具有掺杂钇的氧化锆颗粒的水杨基异羟肟酸(SHA)。数据展示，与以同样量存在的一些化学上类似的非式1化合物相比，且与不含移除速率促进剂的浆料相比，藉由使用式1的移除速率促进剂的移除速率更高。
图3展示使用如所展示的设备及条件的毯覆式介电材料的对比移除速率，该设备及条件包括IC1010垫、含0.286％氧化铈研磨剂颗粒的CMP抛光浆料、3psi的垫压力、5.5的浆料pH及250ppm的所展示不同化合物中的每一者。一些化合物为式1的移除速率促进剂，且其他化合物为含有与式1的移除速率促进剂相同的化学基团(例如，胺、酰胺、羟基、羧基及芳族基或经取代的芳族基)但不属于式1的定义的化合物(不一定在现有技术中)。数据展示，与以同样量存在的一些化学上类似的非式1化合物相比，且与不含移除速率促进剂的浆料相比，藉由使用式1的移除速率促进剂的移除速率更高。
图4展示使用对比浆料及含有水杨基异羟肟酸(SHA)作为移除速率促进剂的本发明浆料的毯覆式硅氧化物介电材料的对比移除速率(如埃/分钟)。此实例中的对比浆料为针对硅氧化物展现较高抛光速率的含氧化铈的浆料。所使用的设备及条件为Reflexion LKCMP工具、IC1010垫及3psi或4psi的垫下压力。对比浆料(A至D)含有5重量％氧化铈研磨剂颗粒、500ppm吡啶甲酸，不含式1的移除速率促进剂，且该氧化铈颗粒具有100纳米的D50粒径。本发明的浆料(E至H)含有5重量％氧化锆研磨剂颗粒(St.Gobain ZrO2-180)、作为移除速率促进剂的600ppm水杨基异羟肟酸(SHA)，且具有5.5的浆料pH。在3psi下压力下评估浆料A、B、E及F，而在4psi下压力下评估浆料C、D、G及H。除所指示的不同浆料及下压力外，所有抛光条件及材料均为相同的。数据展示，藉由使用氧化锆+式1的移除速率促进剂(SHA)的移除速率有利地高，其中移除速率与对比浆料相等。
除所说明的氧化物移除速率以外，氮化硅移除速率亦在本文中相关，这是由于氮化硅经常作为衬里用于3D NAND制造中以保护沟槽区域(用于改良平坦化效率)。使用这样的方法步骤，必须以相对快的速度首先(在不过度影响沟槽区域的情况下)移除图案化有源(作用，active)区域上的氮化硅衬里。对于图4中的相同浆料，含有氧化锆及式1的移除速率促进剂(SHA)的本发明浆料展现2100A/分钟的氮化硅移除速率，且具有氧化铈及吡啶甲酸的对比浆料展现小于200A/分钟的氮化硅移除速率。

Claims (25)

1.抛光基板的含介电质的表面的方法，该方法包含：
提供包含包括介电材料的表面的基板，
提供抛光垫，
提供包含以下的化学机械抛光组合物：
水性介质，
分散于该水性介质中的研磨剂颗粒，及
具有下式的移除速率促进剂：
其中R选自：直链或支链的烷基、芳基、经取代的芳基、烷氧基、直链或支链的经卤素取代的烷基、经卤素取代的芳基、及经卤素取代的烷氧基，
浆料的pH低于约7，
使该基板与该抛光垫及该化学机械抛光组合物接触；及
相对于该基板移动该抛光垫及该化学机械抛光组合物以研磨该基板表面上的介电层的至少一部分，从而抛光该基板。
2.权利要求1的方法，其中所述研磨剂颗粒包含氧化铈、氧化锆或其混合物。
3.权利要求1的方法，其中颗粒为氧化锆且该浆料的pH为约3.5至约6.5。
4.权利要求3的方法，其中该氧化锆包含掺杂金属的氧化锆、掺杂非金属的氧化锆或其组合。
5.权利要求1的方法，其中R选自甲基、苯基、2-羟苯基、甲氧基、乙氧基或丁氧基。
6.权利要求1的方法，其中该基板包含包括图案化介电材料的表面，该图案化介电材料包含该介电材料的凸起区域及该介电材料的沟槽区域，该凸起区域的高度与该沟槽区域的高度之间的差值为台阶高度。
7.权利要求1的方法，其中该移除速率促进剂选自：乙酰异羟肟酸、苯异羟肟酸、水杨基异羟肟酸、N-羟基氨基甲酸酯、N-boc羟胺及其组合。
8.权利要求1的方法，其中该组合物进一步包含吡啶甲酸。
9.权利要求8的方法，其中该吡啶甲酸的量按该移除速率促进剂的重量计介于5重量％至80重量％的范围内。
10.权利要求1的方法，其中该移除速率促进剂为水杨基异羟肟酸。
11.权利要求1的方法，其中移除速率促进剂以约百万分之5至约百万分之3,000的浓度存在于该抛光组合物中。
12.权利要求1的方法，其中该图案化介电质由选自硅氧化物、四乙氧基硅烷、磷硅玻璃或硼磷硅玻璃的介电材料组成。
13.用于抛光含介电质的基板的化学机械抛光组合物，该组合物包含：
水性介质，
分散于该水性介质中的研磨剂颗粒，及
具有下式的移除速率促进剂：
其中R选自：直链或支链的烷基、芳基、经取代的芳基、烷氧基、直链或支链的经卤素取代的烷基、经卤素取代的芳基、及经卤素取代的烷氧基，
且浆料的pH低于约7。
14.权利要求13的组合物，其中R为甲基、苯基、2-羟苯基、甲氧基、乙氧基或丁氧基。
15.权利要求13的组合物，其中该移除速率促进剂选自：乙酰异羟肟酸、苯异羟肟酸、水杨基异羟肟酸、N-羟基氨基甲酸酯、及N-boc羟胺以及其组合。
16.权利要求13的组合物，进一步包含吡啶甲酸。
17.权利要求16的组合物，其中该吡啶甲酸的量按该移除速率促进剂的重量计介于5重量％至80重量％的范围内。
18.权利要求13的组合物，其中该移除速率促进剂为水杨基异羟肟酸。
19.权利要求13的组合物，其中移除速率促进剂按该组合物的重量计以约百万分之5至约百万分之3,000的浓度存在于该抛光组合物中。
20.权利要求13的组合物，其中该研磨剂颗粒包含氧化铈、氧化锆或其混合物。
21.权利要求20的组合物，其中该研磨剂颗粒为湿法氧化铈颗粒、经煅烧的氧化铈颗粒、掺杂金属的氧化铈颗粒、氧化锆颗粒、掺杂金属的氧化锆颗粒或其组合。
22.权利要求21的组合物，其中该研磨剂颗粒为具有约40纳米至约100纳米的中值粒径的湿法氧化铈颗粒，其以约0.005重量％至约2重量％的浓度存在于该抛光组合物中，且具有至少约300纳米的粒径分布。
23.权利要求19的组合物，其中该研磨剂颗粒以约0.1重量％至约15重量％的浓度存在于该抛光组合物中。
24.权利要求13的组合物，其中该抛光组合物的pH为约1至约6。
25.权利要求13的组合物，进一步包含不大于0.001重量％的金属钝化剂。
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