CN114585699A - 自停止性的抛光组合物及方法 - Google Patents

Abstract

用于抛光具有硅氧材料的基板的化学机械抛光组合物，其包含以下、由以下组成或基本上由以下组成：液体载剂；立方形铈土研磨剂颗粒，其分散于该液体载剂中；自停止剂；及阳离子聚合物。

Description

自停止性的抛光组合物及方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年10月22日提交的标题为Self-Stopping PolishingComposition and Method的美国临时申请序列号62/924,342的权益。

背景技术

化学机械抛光为集成电路(integrated circuit；IC)及微电机系统(micro-electro-mechanical system；MEMS)制造中的关键促成(赋能，enabling)技术。用于抛光(或平坦化)基板(诸如晶片)的表面的CMP组合物及方法是本领域中熟知的。抛光组合物(亦称为抛光浆料、CMP浆料及CMP组合物)通常包含悬浮(分散)于水溶液(水性溶液，aqueoussolution)中的研磨剂颗粒及用于在CMP操作期间提高材料移除速率、改善平坦化效率及/或降低缺陷度的化学添加剂。

在某些抛光应用中，期望CMP组合物展现“自停止”行为，使得在已移除表面的大部分“高点”(亦即，凸起区域)时，移除速率降低。在自停止性抛光应用中，当显著的梯级高度(台阶高度，step height)存在于基板表面处时，移除速率实际上是高的，且然后，当表面变得基本上平坦时，移除速率降低。在各种介电质抛光步骤中(例如，在STI制程中)，图案介电材料(例如，介电质层)的移除速率典型地为整个制程的速率限制因素。因此，需要图案化介电材料的高移除速率以提高产量(throughput)。此外，期望呈相对低的沟槽损耗的形式的良好的效率。此外，若在实现平坦化之后介电质的移除速率仍然高，则发生过度抛光，导致额外的沟槽损耗。

自停止性浆料的优势由降低的毯覆式移除速率产生，其产生较宽的端点窗口。举例而言，自停止行为允许抛光具有减小的介电质膜厚度的基板，从而允许减少量的材料沉积于经结构化的底层之上。此外，马达扭矩端点侦测(motor torque endpoint detection)可用于更有效地监测最终形貌。藉由避免过度抛光或在平坦化之后的不必要的介电质移除，可以较低的沟槽损耗抛光基板。

氧化铈(铈的氧化物，ceriumoxide)(铈土(ceria))研磨剂在行业中为人所熟知，特定言之用于抛光含硅基板，例如包括硅氧化物材料，诸如原硅酸四乙酯(TEOS)、硅氮化物及/或多晶硅。铈土研磨剂组合物常用于先进介电质应用中，例如包括浅槽隔离应用。尽管已知铈土研磨剂的用途，但仍需要改善的基于铈土研磨剂的CMP组合物。特定而言，仍需要提供适用的移除速率同时亦提供改善的平坦化效率的用于化学机械抛光含硅氧化物的基板的组合物及方法。

发明内容

公开一种用于抛光具有硅氧材料(诸如硅氧化物(氧化硅，silicon oxide))的基板的化学机械抛光组合物。在一个实施方式中，抛光组合物包含以下、由以下组成或基本上由以下组成：液体载剂；立方形铈土研磨剂颗粒，其分散于该液体载剂中；自停止剂；及阳离子聚合物。

附图说明

为了更全面地理解所公开的主题及其优势，现在结合附图参考以下描述，其中：

图1及图2描绘展示具有正方形面的铈土研磨剂颗粒的立方形铈土研磨剂样品的透射电子显微法(transmission electron microscopy；TEM)显微图。

图3描绘展示具有正方形面的铈土研磨剂颗粒的立方形铈土研磨剂样品的扫描电子显微法(scanning electron microscopy；SEM)显微图。

图4描绘实施例6中抛光的图案化晶片的有效损耗(以

为单位)与图案类型的曲线图。

具体实施方式

公开一种用于抛光具有硅氧材料(诸如硅氧化物(氧化硅，silicon oxide))的基板的化学机械抛光组合物。抛光组合物包含以下、由以下组成或基本上由以下组成：液体载剂；立方形铈土研磨剂颗粒，其分散于该液体载剂中；自停止剂；及阳离子聚合物。在一个实施方式中，自停止剂包括苯异羟肟酸、水杨基异羟肟酸、曲酸或山梨酸钾。在另一实施方式中，阳离子聚合物包括聚(乙烯基咪唑

)、聚(甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵)、聚赖氨酸或聚季铵盐-7。

所公开的抛光组合物及相应的(CMP方法)可赋予显著且出人意料的优势。举例而言，所公开的组合物可提供显著改善的活性氧化物移除速率且可因此提高产量且节约时间及金钱(亦即，经由改善平坦化时间)。所公开的组合物可进一步在各种图案化氧化物结构上提供改善的平坦化。所公开的组合物可进一步提供改善/减少的沟槽损耗及改善的自停止行为(降低的毯覆物速率)。

抛光组合物含有研磨剂颗粒，其包括悬浮于液体载剂中的立方形铈土研磨剂颗粒。“立方形”意谓铈土研磨剂颗粒呈立方体的形式或形状，亦即，基本上为立方形的。换言之，立方形铈土研磨剂颗粒在形式或性质方面为立方形的。然而，应理解，边尺寸、拐角及拐角角度不必准确或精确地为完美立方体的那些边尺寸、拐角及拐角角度。举例而言，立方形研磨剂颗粒可具有略微圆化或切削的拐角、略微圆化的边、彼此不完全相等的边尺寸、不完全为90度的拐角角度及/或其他轻微不规则性，且仍然保持立方体的基本形状。本领域普通技术人员将能够容易地认识到(例如，经由扫描电子显微法或透射电子显微法)，立方形铈土研磨剂颗粒为立方体形式，其具有通常允许颗粒生长及解聚集的公差。

图1、图2及图3描绘实例立方形铈土研磨剂颗粒。这些透射电子显微法(TEM)及扫描电子显微法(SEM)影像描绘具有正方形面的铈土研磨剂颗粒。举例而言，在这些影像中，所描绘的颗粒面各自包括四条具有基本上相同长度的边(例如，彼此相差20％以内、或甚至彼此相差10％以内或更少)。此外，各边以约90度角(例如，在约80至100度或约85至约95度的范围内)在拐角处相遇。本领域普通技术人员将容易理解，在TEM及SEM影像中，绝大部分所描绘的研磨剂颗粒为立方形的，这是因为其具有如上文所定义的正方形面。可观测到颗粒中的一些包括例如在一或多个拐角上的缺陷。此外，应理解，术语立方形不意欲描述精确为立方形的铈土研磨剂颗粒，而是如上文所描述且图1、图2及图3中所描绘的本质上总体为立方形的颗粒。

如本文所使用，包括立方形铈土研磨剂的化学机械抛光组合物为其中至少25数目％的研磨剂颗粒本质上为立方形的(如上文所描述的立方体形式或形状)的组合物。在较佳实施方式中，至少40数目％(例如，至少60％或至少80％)的研磨剂颗粒本质上为立方形的。如上文所指出，使用例如在约10,000×至约500,000×的范围内的放大倍数下的TEM或SEM影像，可容易地评估且计数立方形铈土研磨剂颗粒。SEM或TEM影像显示具有四个侧面长度相似(例如，如上文所描述，彼此相差20％以内)的面的研磨剂颗粒。影像亦显示相邻侧为近似垂直的，例如形成约90度的角度(例如，亦如上文所描述，在约80至约100度的范围内)。为了判定铈土研磨剂组合物是否包括立方形铈土研磨剂颗粒，应对大量随机选择的颗粒(亦即，超过200)进行SEM或TEM观测，使得有可能进行统计分析并由此测定具有正方形面的颗粒的百分比)。所保留的颗粒必须使得其影像在显微图上清晰可见。颗粒中的一些可能在其表面及/或其拐角中的一或多者上展现一些缺陷但仍然视为立方形的。

立方形铈土研磨剂颗粒可为基本上纯的铈土研磨剂颗粒(在杂质的正常公差以内)或经掺杂的铈土研磨剂颗粒。经掺杂的铈土研磨剂颗粒可包括间隙掺杂剂(占据晶格中通常不被占据的空间的掺杂剂)或取代型掺杂剂(占据晶格中通常由铈或氧原子占据的空间的掺杂剂)。此类掺杂剂可基本上包括任何金属原子，例如包括Ca、Mg、Zn、Zr、Sc或Y。

在某些有利实施方式中，掺杂剂可包括一或多种镧系元素，例如包括镧、镨、钕、钷、钐及其类似元素。在一个尤其适合的实施方式中，立方形铈土研磨剂颗粒包括铈及镧的混合氧化物。混合氧化物研磨剂颗粒的La与(La+Ce)的摩尔比可在约0.01至约0.15的范围内，例如约0.01至约0.12。应理解，此类研磨剂颗粒可额外包括其他元素及/或氧化物(例如，作为杂质)。此类杂质可源自在制备研磨剂颗粒的过程中所使用的原材料或起始材料。杂质的总比例较佳地小于颗粒的0.2重量％。残余硝酸盐不视为杂质。

在某些实施方式中，La与(La+Ce)的摩尔比可在约0.01至约0.04的范围内(例如，约0.02至约0.03)。在一个此类实施方式中，立方形铈土研磨剂颗粒包括约2.5摩尔％的氧化镧(镧的氧化物，lanthanumoxide)及约97.5摩尔％的氧化铈(铈的氧化物，ceriumoxide)。在其他实施方式中，摩尔比可在约0.08至约0.12的范围内(例如，约0.09至约0.11)。在一个此类其他实施方式中，立方形铈土研磨剂颗粒包括约10摩尔％的氧化镧及约90摩尔％的氧化铈。研磨剂颗粒可为单相固溶体，其中镧原子取代氧化铈晶体结构中的铈原子。在一个实施方式中，固溶体展现对称的x射线衍射图，其中峰位于约27度与约29度之间，该峰偏移到比纯氧化铈更低的角度。当老化子步骤(下文所描述)的温度高于约60℃时，可获得固溶体。如本文所使用，术语“固溶体”意谓x射线衍射仅展示氧化铈晶体结构的图案，在个别峰中存在或不存在移位，但不存在指示其他相存在的额外峰。

立方形铈土研磨剂颗粒亦可任选地藉由其比表面积表征，该比表面积是使用Brunauer-Emmett-Teller法(BET方法)藉由在粉末上吸附氮气而测定。该方法公开于ASTMD3663-03(2015年重新批准)中。研磨剂颗粒的比表面积可在约3至约14m²/g的范围内(例如，约7至约13m²/g或约8至约12m²/g)。

立方形铈土研磨剂颗粒可任选地亦藉由其平均粒径及/或粒径分布表征。研磨剂颗粒的平均粒径可在约50nm至约1000nm的范围内(例如，约80nm至约500nm、约80nm至约250nm、约100nm至约250nm或约150nm至约250nm)。此外，平均粒径可大于约50nm(例如，大于约80nm或大于约100nm)。平均粒径可经由动态光散射(dynamic light scattering；DLS)测定且对应于中值粒径(D50)。可例如使用Zetasizer(可购自Malvern Instruments)进行DLS量测。本领域普通技术人员将容易理解，当在存在相对较大的颗粒的情况下进行量测时，DLS量测可显著地少算小颗粒的计数。对于本文所公开的立方形铈土研磨剂颗粒，DLS技术往往会少算低于约40nm的颗粒的计数。应理解，所公开的实施方式可包括大量此类小颗粒(小于40nm)，其不被DLS计数且因此对平均粒径没有贡献。

激光衍射技术亦可任选地用于表征粒径分布。本领域普通技术人员将容易理解，激光衍射技术亦往往会少算小颗粒(例如，在所公开的实施方式中小于40nm)的计数。可例如使用Horiba LA-960使用1.7的相对折射率进行激光衍射量测。根据用激光衍射量测所获得的分布，可获得各种参数，例如包括D10、D50、D90、D99及分散指数(下文所定义)。基于激光衍射量测，研磨剂颗粒可包括在约100nm至约700nm的范围内的中值直径(D50)(例如，约100nm至约200nm)。举例而言，D50可在约100nm至约150nm或约150nm至约200nm的范围内。D50为自藉由激光衍射所获得的分布而测定的中值直径。

立方形铈土研磨剂颗粒的D10可任选地在约80nm至约400nm的范围内(例如，约80nm至约250nm、约80nm至约150nm或约100nm至约130nm)。应理解，D10表示藉由激光衍射所获得的粒径，其中10％的颗粒的直径小于D10。

立方形铈土研磨剂颗粒的D90可任选地在约150nm至约1200nm的范围内(例如，约150nm至约1000nm、约150至约750nm、约150至约500nm、约150至约300nm或约200nm至约300nm)。D90表示藉由激光衍射所获得的粒径，其中90％的颗粒的直径小于D90。已进行机械解聚集的研磨剂颗粒的D90可小于约300nm。

立方形铈土研磨剂颗粒可任选地展现低分散指数。“分散指数”由下式定义：分散指数＝(D90-D10)/2·D50。分散指数可小于约0.60，例如(小于约0.5、小于约0.4或小于约0.30)。已进行机械解聚集的研磨剂颗粒的分散指数可小于约0.30。此外，已进行机械解聚集的颗粒的D90/D50可在约1.3至约2的范围内。

立方形铈土研磨剂颗粒的D99可任选地在约150nm至约3000nm的范围内(例如，约200nm至约2000nm、约200nm至约1800nm、约200至约1200、约200至约900、约200nm至约600nm、约200至约500nm、或约200至约400nm)。已进行机械解聚集的研磨剂颗粒的D99可小于约600nm(例如，小于约500或小于约400)。D99表示藉由激光衍射所获得的粒径，其中99％的颗粒的直径小于D99。

可使用基本上任何适合的用于生产立方形铈土研磨剂颗粒的方法制备研磨剂颗粒。所公开的实施方式是关于包括此类研磨剂颗粒的化学机械抛光组合物且是关于使用此类研磨剂颗粒抛光基板的方法且不限于用于生产所述颗粒的任何特定方法。在某些实施方式中，可藉由沉淀硝酸铈(及当制备经掺杂的铈土研磨剂时，任选地存在的其他硝酸盐)来制备立方形铈土研磨剂颗粒。经沉淀的材料可接着在特定温度及压力体系中生长，以促进立方形铈土研磨剂颗粒的生长。可接着清洁且解聚集这些颗粒。可接着制备立方形铈土研磨剂颗粒的分散液且用于配制本发明的化学机械组合物。

在一个有利实施方式中，可藉由沉淀铈及镧的硝酸盐来制备立方形氧化铈镧研磨剂颗粒。一种此类制备方法包括以下步骤：

(i)在惰性气氛下混合硝酸铈水溶液及碱水溶液。

(ii)在惰性气氛下，加热在(i)中所获得的混合物。

(iii)任选地酸化在(ii)中所获得的经热处理的混合物。

(iv)用水洗涤在(ii)或(iii)中所获得的固体材料。

(v)机械处理在(iv)中所获得的固体材料以使铈土颗粒解聚集。

以上方法的步骤(i)中所使用的硝酸铈溶液可藉由混合硝酸铈及硝酸镧的水溶液来制备。水溶液包含Ce^III、Ce^IV及La^III且可藉由在约1/(500,000)与约1/(4,000)之间的Ce^IV与总Ce摩尔比来表征。在一个实例性实施方式中，摩尔比可在约1/(100,000)与约1/(90,000)之间。通常有利的是，使用高纯度的盐及成分，例如纯度为至少99.5重量百分比或甚至99.9重量百分比。

步骤(i)包括使硝酸铈水溶液与碱水溶液混合/反应。氢氧化物类型的碱可为有利的，例如包括碱金属或碱土金属氢氧化物及氨水。亦可使用仲、叔或季胺。碱的水溶液亦可藉由用惰性气体鼓泡来预先脱气(脱氧)。混合可藉由将硝酸铈水溶液引入至碱水溶液中来实现且有利地在惰性气氛下实施，例如在封闭反应器或具有惰性气体(例如，氮气或氩气)吹扫的半封闭反应器中。亦可在搅拌下实施混合。碱与(Ce+La)的摩尔比可在约8.0与约30.0之间(例如，大于约9.0)。步骤(i)可进一步在约5℃与约50℃之间(例如约20℃与25℃之间)的温度下进行。

步骤(ii)包括加热在前述步骤结束时所获得的混合物且可包括加热子步骤及老化子步骤。加热子步骤可包括将混合物加热至在约75℃至约95℃(例如约85℃至约90℃)的范围内的温度。老化子步骤可包括将混合物在该温度下维持(保持)约2小时至约20小时的范围内的持续时间。一般而言，老化时间随温度增加而减少。步骤(ii)亦可如上文步骤(i)所描述在惰性气氛及搅拌下实施。

在步骤(iii)中，可例如使用硝酸任选地酸化在步骤(ii)结束时所获得的混合物。经热处理的反应混合物可经酸化(例如)至低于约3.0的pH(例如，在约1.5至约2.5的范围内)。

在步骤(iv)中，可用水(例如，去离子水)洗涤在步骤(ii)或(iii)中所获得的固体材料。洗涤可用于减少最终分散液中的残余硝酸盐且获得目标导电率。洗涤可包括自混合物过滤固体且将固体再分散于水中。若需要，可进行数次过滤及再分散。

在步骤(v)中，可任选地机械处理在(iv)中所获得的经洗涤固体材料以使铈土研磨剂颗粒解聚集或部分解聚集。机械处理可包括例如双射流处理或超声波解聚集且通常导致窄的粒径分布及大聚集颗粒的数目减少。

在步骤(iv)或(v)之后，固体材料可经干燥以获得呈粉末形式的基于铈的颗粒。可藉由添加水或水及可混溶液体有机化合物的混合物来再分散粉末以获得基于铈的颗粒于液体介质中的分散液。液体介质可为水或水及水可混溶有机液体的混合物。水可混溶有机液体可例如包括醇，诸如异丙醇、乙醇、1-丙醇、甲醇、1-己醇；酮，诸如丙酮、二丙酮醇、甲基乙基酮；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。水与有机液体的比例可在80比20重量份与99比1重量份之间。此外，分散液可包括约1重量百分比至约40重量百分比的基于铈的颗粒，例如在约10重量百分比与约35重量百分比之间。分散液的导电性亦可小于约300μS/cm，例如小于约150，更特定言之低于150μS/cm或小于约100μS/cm。

抛光组合物可包括基本上任何适合量的立方形铈土研磨剂颗粒。举例而言，抛光组合物在使用点可包括约0.001重量百分比(10ppm)或更多的立方形铈土研磨剂颗粒(例如，约0.002重量百分比或更多、约0.005重量百分比或更多、约0.01重量百分比或更多、约0.02重量百分比或更多、约0.05重量百分比或更多或约0.1重量百分比或更多)。抛光组合物在使用点可包括约5重量百分比或更少的立方形铈土研磨剂颗粒(例如，约2重量百分比或更少、约1.5重量百分比或更少、约1重量百分比或更少或约0.5重量百分比或更少)。应理解，立方形铈土研磨剂颗粒可以由前述端点中的任两者所限定的浓度存在于抛光组合物中。举例而言，抛光组合物中的立方形铈土研磨剂颗粒的浓度在使用点可在约0.001重量百分比至约5重量百分比的范围内(例如，约0.005重量百分比至约1重量百分比、约0.01重量百分比至约1重量百分比或约0.01重量百分比至约0.5重量百分比)。

水性液体用于帮助将研磨剂及任何任选的化学添加剂施加至待抛光(例如平坦化)的基板的表面。水性意谓液体载剂由至少50wt％水(例如，去离子水)制成。液体载剂可包括其他适合的非水性载剂，例如包括低级醇(例如，甲醇、乙醇等)及醚(例如，二

烷、四氢呋喃等)。较佳地，液体载剂基本上由水(且更佳地去离子水)组成，或由水(且更佳地去离子水)组成。

抛光组合物通常为弱酸性、中性或碱性的，其pH在约5至约10的范围内(例如，高于约5及/或低于约10)。在某些实施方式中，抛光组合物可为中性或弱碱性的，其pH在约6至约10的范围内(例如，约6.5至约9.5，或约7至约9)。在此类实施方式中，抛光组合物的pH可为约8(例如，约7.5至约8.5)。在一替代实施方式中，抛光组合物为弱酸性或中性的，其pH在约5至约8的范围内(例如，约5至约7或约5至约6.5)。在一个此类实施方式中，抛光组合物的pH为约5(例如，约5.5至约6.5)。在一个实施方式中，所公开的实施方式在弱酸性pH值下提供优良的自停止效能。

抛光组合物包括自停止剂。实例自停止剂公开于共同转让的美国专利公开2019/0185716中。自停止剂为促进相对较高的图案移除速率及相对较低的毯覆式移除速率且在平坦化基板后进一步促进自较高的图案移除速率转变成相对较低的毯覆式移除速率的化合物。举例而言，自停止剂可为连接至立方形铈土研磨剂颗粒的配体。在一些抛光应用中，自停止剂的浓度对所观测到的效果有影响，这是由于在低浓度下，自停止剂可充当速率增强剂(例如，观测到“高”移除速率)，且在较高浓度下观测到自停止行为(例如，观测到“停止”移除速率)。因此，一些自停止剂可具有双重作用。举例而言，当抛光组合物包含较低浓度的吡啶甲酸时，吡啶甲酸可充当速率增强剂。然而，当抛光组合物包含较高浓度的吡啶甲酸时，吡啶甲酸可充当自停止剂。例如，吡啶甲酸在使用点可在低于约1000重量ppm的浓度下充当速率增强剂。

在本发明的一些实施方式中，自停止剂具有式Q-B，其中Q为经取代或未经取代的疏水性基团，或赋予位阻的基团，且B为键结基团，诸如-C(O)-C-OH、-C(O)-C-C-OH或-C(O)-OH。键结基团亦可为-C(O)-X-OH，其中X为C1-C2烷基。当自停止剂为如本文所描述的式Q-B化合物时，Q可为任何适合的疏水性基团或赋予位阻的任何适合的基团。适合的疏水性基团包括饱和及不饱和的疏水性基团。疏水性基团可为直链或支链的，且可包括直链或支链的烷基、环烷基、以及包括芳族基、杂环基、杂芳族基、稠环体系的环结构、及其组合。

Q可为烷基。适合的烷基包括例如具有1至30个碳原子的直链或支链、饱和或不饱和、经取代或未经取代的烃基(例如，C1-C30烷基、C1-C24烷基、C1-C18烷基、C1-C12烷基或甚至C1-C6烷基)，例如具有至少1个碳原子(亦即甲基)、至少2个碳原子(例如乙基、乙烯基)、至少3个碳原子(例如丙基、异丙基、丙烯基等)、至少4个碳原子(丁基、异丁基、仲丁基、丁烷等)、至少5个碳原子(戊基、异戊基、仲戊基、新戊基等)、至少6个碳原子(己基等)、至少7个碳原子、至少8个碳原子、至少9个碳原子、至少10个碳原子、至少11个碳原子、至少12个碳原子、至少13个碳原子、至少14个碳原子、至少15个碳原子、至少16个碳原子、至少17个碳原子、至少18个碳原子、至少19个碳原子、至少20个碳原子、至少25个碳原子或至少30个碳原子。

经取代的基团是指其中一或多个碳键结的氢经非氢原子置换的基团。说明性的取代基包括例如羟基、酮基、酯、酰胺、卤素(例如氟、氯、溴及碘)、氨基(伯、仲、叔及/或季型)及其组合。

Q可为环烷基。适合的环烷基包括例如具有3至20个碳原子的饱和或不饱和、经取代或未经取代的环烷基(例如C3-C20环状基团)。举例而言，适合的环烷基包括环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环庚基、环辛基、环壬基及其组合。另外，适合的不饱和环烷基包括例如环丁烯、环戊烯、环己烯及其组合。

Q可为芳族基。适合的芳族基包括例如具有1至20个碳原子的经取代或未经取代的芳族基。举例而言，适合的芳族基包括苯基、苯甲基、萘基、薁、蒽、芘及其组合。

Q可为杂芳族基。“杂原子”在本文中定义为除碳及氢原子以外的任何原子。适合的含杂原子官能团包括例如羟基、羧酸基、酯基、酮基、氨基(例如伯、仲及叔氨基)、酰氨基、亚氨基、硫酯基、硫醚基、腈基、硝基、卤素基团及其组合。

适合的杂环基包括例如含有1至20个碳原子且含有氮、氧、硫、磷、硼及其组合的环烃化合物。杂环化合物可为饱和及不饱和、经取代或未经取代的。杂环化合物是指具有一或多个杂原子(例如N、O、S、P或B)作为环体系的部分的5元、6元或7元的环化合物。说明性的杂环化合物包括例如三唑、氨基三唑、3-氨基-1,2,4-三唑、3-氨基-1,2,4-三唑-5-甲酸、3-氨基-5-巯基-1,2,4-三唑、4-氨基-5-肼基-1,2,4-三唑-3-硫醇、噻唑、2-氨基-5-甲基噻唑、2-氨基-4-噻唑乙酸、杂环N-氧化物、2-羟基吡啶-N-氧化物、4-甲基吗啉-N-氧化物及吡啶甲酸N-氧化物以及类似者。其他说明性的杂环化合物包括例如吡喃酮化合物、吡啶化合物(包括位置异构体及立体异构体)、吡咯烷、δ-2-吡咯啉、咪唑烷、δ-2-咪唑啉、δ-3-吡唑啉、吡唑烷、哌啶、哌嗪、吗啉、奎宁环、吲哚啉(indoline)、异吲哚啉、二氢苯并哌喃(chroman)、异二氢苯并哌喃(isochromann)及其组合。

适合的杂芳族基包括例如吡啶、噻吩、呋喃、吡咯、2H-吡咯、咪唑、吡唑、异

唑、呋呫、异噻唑、吡喃(2H)、吡嗪、嘧啶、哒嗪、异苯并呋喃、吲哚嗪(indolizine)、吲哚、3H-吲哚、1H-吲唑、嘌呤、异吲哚、4aH-咔唑、咔唑、β-咔啉、2H-苯并吡喃(chromene)、4H-喹嗪、异喹啉、喹啉、喹喔啉、1,8-萘啶、酞嗪、喹唑啉、噌啉、蝶啶、夹氧杂蒽(xanthene)、吩

噻(phenoxathiin)、吩噻嗪、吩嗪、萘嵌间二氮杂苯(perimidine)、1,7-啡啉(phenantrholine)、啡啶、吖啶及其组合。

在一些实施方式中，Q经一或多个取代基取代。适合的取代基可包括例如本文所描述的任何适合的化合物/基团。举例而言，适合的取代基包括烷基、环烷基、芳基、杂环基、杂芳族基及其组合。

在一些实施方式中，Q未经取代。在其他实施方式中，Q为赋予位阻的基团。举例而言，Q可能不特别具有疏水性，但可为阻止原本将在具有更小Q基团的相关分子中发生的化学反应或相互作用的大体积组分。非限制性地，具有这样的Q基团的自停止剂的实例将为麦芽酚、乙基麦芽酚及曲酸。

在一些实施方式中，键结基团B是选自羧酸基、异羟肟酸基、羟胺基、羟基、酮基、硫酸酯基(sulfate group)、磷酸酯基(phosphate group)及其组合。

在一些实施方式中，自停止剂Q-B是选自曲酸、麦芽酚、乙基麦芽酚、丙基麦芽酚、异羟肟酸、苯异羟肟酸(苯并异羟肟酸)、惕各酸(tiglic acid)、白芷酸、水杨基异羟肟酸、苯甲酸、3,4-二羟基苯甲酸、3,5-二羟基苯甲酸、咖啡酸、山梨酸、山梨酸钾及其组合。应理解，式Q-B的自停止剂的盐亦适合用于本发明的抛光组合物中。

抛光组合物可包含任何适合量的自停止剂(例如，式Q-B的化合物)。若组合物包括过少的自停止剂，则组合物可能会不展现适合的自停止行为。相比之下，若抛光组合物包含过多的自停止剂，则组合物可能展现不合需要的抛光效能(例如，低移除速率)、可能不具有成本效益、和/或可能缺乏稳定性。本发明组合物的一种有利属性为使用与立方形铈土研磨剂颗粒组合的停止剂能够使用更高浓度的自停止剂。此类本发明组合物可有利地提供优良的有效(active)移除速率、优良的自停止行为及优良的平坦化。

举例而言，抛光组合物在使用点可包括约10重量ppm(0.001重量百分比)或更多的自停止剂(例如，约20重量ppm或更多、约50重量ppm或更多、约100重量ppm或更多、约200重量ppm或更多、约250重量ppm或更多或甚至约500重量ppm或更多)。因此，抛光组合物在使用点可包含约10重量ppm至约2重量百分比的自停止剂。举例而言，抛光组合物在使用点可包括约20重量ppm至约1重量百分比(10,000ppm)的自停止剂(例如，约50重量ppm至约10,000重量ppm、约100重量ppm至约10,000重量ppm、约200重量ppm至约5000重量ppm或约250重量ppm至约2500重量ppm)。在某些有利实施方式中，抛光组合物在使用点包括约500重量ppm至约2000重量ppm的自停止剂。

抛光组合物可进一步包含阳离子聚合物(例如，亦称为平坦化剂或形貌控制剂)。阳离子聚合物可包括基本上任何适合的阳离子聚合物且可选自阳离子均聚物及/或阳离子共聚物(其包括至少一种阳离子单体及至少一种非离子单体)。

阳离子聚合物可为任何适合的阳离子均聚物，包括阳离子单体重复单元，例如包括作为重复单元的季胺基团。经季铵化的胺基可为非环状的或并入至环结构中。经季铵化的胺基包括经四个独立地选自以下的基团取代的经四取代的氮原子：烷基、烯基、芳基或芳烷基。当包括于环结构中时，经季铵化的胺基包括杂环型饱和环(其包含氮原子且进一步经两个如上文所描述的基团取代)或具有与氮原子键结的如上文所描述的另一基团的杂芳基(例如，咪唑或吡啶)。经季铵化的胺基具有正电荷(亦即，为具有相关阴离子部分的阳离子，藉此形成盐)。阳离子聚合物亦适合藉由烷基化、酰化、乙氧基化或其他化学反应来进一步修饰，以便改变阳离子聚合物的溶解度、粘度或其他物理参数。适合的季胺单体包括例如经季铵化的乙烯基咪唑(乙烯基咪唑

)、聚(乙烯基咪唑)、甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵(MADQUAT)、二烯丙基二甲基铵(DADMA)、甲基丙烯酰氨基丙基三甲基铵(MAPTA)、经季铵化的甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯(DMAEMA)及其组合。应理解，MADQUAT、DADMA、MAPTA及DMAEMA通常包括抗衡阴离子，诸如羧酸根(例如，乙酸根)或卤化物阴离子(例如，氯离子)。所公开的实施方式在此方面不受限制。

阳离子聚合物亦可为共聚物，包括至少一种阳离子单体(例如，如前述段落中所描述)及至少一种非离子单体。适合的非离子单体的非限制性实例包括乙烯基吡咯烷酮、乙烯基己内酰胺、乙烯基咪唑、丙烯酰胺、乙烯醇、聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯醇缩丁醛、聚(乙烯基苯基酮)、乙烯基吡啶、聚丙烯醛、乙烯、丙烯、苯乙烯、环氧氯丙烷及其组合。

实例性阳离子聚合物包括例如聚(乙烯基咪唑)；聚(乙烯基咪唑

)；聚(甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵)(polyMADQUAT)；聚(二烯丙基二甲基铵)(例如，polyDADMAC)；聚(二烯丙基二甲基铵-共-丙烯酰胺)；聚(二甲基胺-共-环氧氯丙烷)；聚[双(2-氯乙基)醚-交替(alt)-1,3-双[3-(二甲基氨基)丙基]脲](亦即聚季铵盐-2)；乙烯基吡咯烷酮及经季铵化的甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯的共聚物(亦即，聚季铵盐-11)；乙烯基吡咯烷酮及经季铵化的乙烯基咪唑的共聚物(亦即，聚季铵盐-16)；乙烯基己内酰胺、乙烯基吡咯烷酮及经季铵化的乙烯基咪唑的三元共聚物(亦即，聚季铵盐-46)；及3-甲基-1-乙烯基咪唑

甲基硫酸盐-N-乙烯基吡咯烷酮共聚物(亦即，聚季铵盐-44)。另外，适合的阳离子聚合物包括用于个人保养的阳离子聚合物，诸如

Supreme、

Hold、

UltraCare、

FC 370、

FC 550、

FC 552、

Excellence及其组合。

在某些有利实施方式中，阳离子聚合物可包括聚(甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵)，例如polyMADQUAT(例如，Alco 4773)；聚(乙烯基咪唑

)，诸如聚(乙烯基咪唑

)甲基硫酸盐；及咪唑

化合物，诸如

Ultracare。

在某些实施方式中，阳离子聚合物可另外或替代地包括氨基酸单体(此类化合物亦可称为聚氨基酸化合物)。适合的聚氨基酸化合物可包括基本上任何适合的氨基酸单体基团，例如包括聚精氨酸、聚组氨酸、聚丙氨酸、聚甘氨酸、聚酪氨酸、聚脯氨酸及聚赖氨酸。在某些实施方式中，聚赖氨酸可为较佳的阳离子聚合物。应理解，聚赖氨酸可包括由D-赖氨酸及/或L-赖氨酸构成的ε-聚赖氨酸及/或α-聚赖氨酸。聚赖氨酸可因此包括α-聚-L-赖氨酸、α-聚-D-赖氨酸、ε-聚-L-赖氨酸、ε-聚-D-赖氨酸及其混合物。在某些实施方式中，聚赖氨酸可为ε-聚-L-赖氨酸。应进一步理解，一或多种聚氨基酸化合物可以任何可获取的形式使用，例如，可代替聚氨基酸(或除聚氨基酸以外)使用共轭酸或共轭碱形式及盐形式。

阳离子聚合物亦可(或替代地)包括衍生的聚氨基酸(亦即，含有衍生的氨基酸单体单元的阳离子聚合物)。举例而言，衍生的聚氨基酸可包括衍生的聚精氨酸、衍生的聚鸟氨酸、衍生的聚组氨酸及衍生的聚赖氨酸。包括衍生的聚氨基酸化合物的CMP组合物公开于美国临时专利申请序列号62/958,033中，其以全文引用的方式并入本文中。

在此类实施方式中，衍生的氨基酸单体包括键结至衍生氨基酸单体的α氨基的衍生基团。衍生基团可包括基本上任何适合的基团，例如包括烷基羰基、二价碳酰基(羰酰基，carboacyl)、烷基脲基、烷基磺酸根基团、烷基砜基及烷基酯基。

实例性烷基羰基包括乙酰基、新戊酰基、乙基羰基及其类似者。实例二价碳酰基包括丁二酰基、辛烯基丁二酰基、戊二酸基、甲基丁二酰基及其类似者。在二价碳酰基中，由于溶解度，丁二酰基及戊二酸基可能为较佳的。实例性烷基脲基包括乙基脲、丁基脲、环己基脲及其类似者。实例性烷基磺酸根基团包括甲基磺酸根、二甲基磺酸根、乙基磺酸根、丙基磺酸根、丁基磺酸根、戊基磺酸根(penta sulfonate)及其类似者。实例性烷基砜基团包括甲基砜、乙基砜、丙基砜、丁基砜、戊基砜(penta sulfone)及其类似者。实例性烷基酯基团包括甲酯、乙酯、丙酯、丁酯、戊酯及其类似者。

若存在，则阳离子聚合物可以任何适合的浓度存在于抛光组合物中。本发明组合物的一种有利属性为使用与立方形铈土研磨剂颗粒组合的阳离子聚合物能够使用更高浓度的阳离子聚合物。此类本发明组合物可有利地提供优良的有效(active)移除速率、优良的自停止行为且尤其优良的平坦化。

已发现，阳离子聚合物浓度很大程度上取决于所选择的特定阳离子聚合物且亦可取决于立方形铈土研磨剂浓度及自停止剂浓度。一般而言，阳离子聚合物在使用点的浓度在约1重量ppm至约1000重量ppm的范围内(例如，约5重量ppm至约500重量ppm)。举例而言，当阳离子聚合物为聚(乙烯基咪唑

)化合物，诸如聚(乙烯基咪唑

)甲基硫酸盐时，组合物在使用点可包括约1重量ppm至约75重量ppm。举例而言，阳离子聚合物的浓度可在约5重量ppm至约75重量ppm的范围内(例如，约5重量ppm至约50重量ppm、约5重量ppm至约40重量ppm或约10重量ppm至约40重量ppm)。

在另一实例中，当阳离子聚合物包括聚(甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵)卤化物(诸如polyMADQUAT)或咪唑

化合物(诸如

Ultracare)时，组合物在使用点可包括约25重量ppm至约1000重量重量ppm。举例而言，阳离子聚合物的浓度可在约75重量ppm至约500重量ppm的范围内(例如，约100重量ppm至约500重量ppm、约150重量ppm至约500重量ppm或约200重量ppm至约400重量ppm)。

在另一实例中，当阳离子聚合物包括聚氨基酸化合物，诸如ε-聚-L-赖氨酸时，组合物在使用点可包括约5重量ppm至约500重量重量ppm。举例而言，阳离子聚合物的浓度可在约5重量ppm至约400重量ppm的范围内(例如，约10重量ppm至约300重量ppm、约15重量ppm至约200重量ppm或约20重量ppm至约200重量ppm)。

抛光组合物可进一步包括非聚合型阳离子化合物(除阳离子聚合物以外)。适合的阳离子化合物包括丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯、甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯、3-(二甲基氨基)丙基甲基丙烯酰胺、3-(二甲基氨基)丙基丙烯酰胺、赖氨酸、3-甲基丙烯酰氨基丙基-三甲基-铵、3-丙烯酰氨基丙基-三甲基-铵、二烯丙基二甲基铵、2-(丙烯酰氧基)-N,N,N-三甲基乙铵(ethanaminium)、甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵、N,N-二甲基氨基乙基丙烯酸苯甲酯(N,N-dimethylaminoethyl acrylate benzyl)、N,N-二甲基氨基乙基甲基丙烯酸苯甲酯(N,N-dimethylaminoethyl methacrylate benzyl)及其组合。

应理解，3-甲基丙烯酰氨基丙基-三甲基-铵、3-丙烯酰氨基丙基-三甲基-铵、二烯丙基二甲基铵、2-(丙烯酰氧基)-N,N,N-三甲基乙铵、甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵、N,N-二甲基氨基乙基丙烯酸苯甲酯及N,N-二甲基氨基乙基甲基丙烯酸苯甲酯通常具有抗衡阴离子，诸如羧酸根或卤化物阴离子。举例而言，二烯丙基二甲基铵通常以二烯丙基二甲基氯化铵(DADMAC)形式提供。除非明确叙述抗衡阴离子，否则所公开的实施方式不在使用任何特定抗衡阴离子的方面受限制。

在某些实施方式中，非聚合型化合物较佳地包括赖氨酸、甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵、甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯、二烯丙基二甲基铵及其混合物。在下文所公开的一个实例性实施方式中，抛光组合物有利地包括二烯丙基二甲基铵且最佳地包括DADMAC。

当使用时，抛光组合物可包括基本上任何适合量的非聚合型阳离子化合物(例如，视所使用的特定化合物及组合物中的其他组分及那些组分的量而定)。在某些实施方式中，非聚合型阳离子化合物的量在使用点可在约1重量ppm至约1000重量ppm的范围内(例如，约2重量ppm至约500重量ppm、约5重量ppm至约200重量ppm或约10重量ppm至约100重量ppm)。

抛光组合物可进一步包括抛光速率控制剂。抛光速率控制剂可为抛光速率增强剂(例如，增强氧化物图案上的抛光速率)或抛光速率抑制剂(例如，抑制沟槽氧化物上的抛光速率)。抛光速率增强剂可包括例如活化抛光颗粒或基板的羧酸化合物。适合的速率增强剂包括例如吡啶甲酸、烟酸、喹哪啶酸(quinaldic acid)、异烟酸、乙酸及4-羟基苯甲酸。如上文所指出，视浓度而定，吡啶甲酸可充当速率增强剂或抑制剂且在某些实施方式中可为有利的(例如，如以下实施例中所公开)。

抛光组合物可包括基本上任何适合量的速率控制剂。在一个实施方式中，抛光组合物在使用点包括约10重量ppm (0.001重量百分比)至约1重量百分比的速率控制剂(例如，约50重量ppm至约0.5重量百分比、约100重量ppm至约0.25重量百分比或约200重量ppm至约1000重量ppm)。

抛光组合物可再进一步包括移除速率抑制剂(诸如硅氮化物抑制剂)，例如包括不饱和羧酸，诸如不饱和一元酸。适合的不饱和一元酸可包括例如丙烯酸、2-丁烯酸(巴豆酸)、2-戊烯酸、反式-2-己烯酸、反式-3-己烯酸、2-己炔酸、2,4-己二烯酸、山梨酸钾、反式-2-甲基-2-丁烯酸、3,3-二甲基丙烯酸或其组合，包括其立体异构体。在下文所公开的一个实例性实施方式中，移除速率抑制剂为巴豆酸。

当使用时，抛光组合物可包括基本上任何适合量的移除速率抑制剂(例如，取决于所使用的特定化合物及组合物中的其他组分及那些组分的量)。在某些实施方式中，移除速率抑制剂的量在使用点可在约10重量ppm至约1重量百分比(10000重量ppm)的范围内(例如，约20重量ppm至约5000重量ppm、约50重量ppm至约2000重量ppm或约100重量ppm至约1000重量ppm)。

抛光组合物可再进一步包括pH调节剂及/或pH缓冲剂中的一或两者。pH调节剂可为基本上任何适合的pH调节剂，诸如烷基胺、醇胺、氢氧化季胺、氨水或其组合。在某些实施方式中，适合的pH调节剂可包括三乙醇胺(TEA)、氢氧化四甲基铵(TMAH或TMA-OH)或氢氧化四乙基铵(TEAH或TEA-OH)。在一个有利实施方式中，pH调节剂为三乙醇胺。抛光组合物可包括足够浓度的pH调节剂，以获得和/或保持抛光组合物的pH在上文所阐述的pH范围内。在一个实施方式中，抛光组合物在使用点包括约100重量ppm至约1重量百分比的pH调节剂(例如，三乙醇胺)。

抛光组合物可包括基本上任何适合的缓冲剂，诸如磷酸盐、硫酸盐、乙酸盐、丙二酸盐、草酸盐、硼酸盐、铵盐、唑类及其类似者。在某些有利实施方式中，pH缓冲剂可包括苯并三唑或双三甲烷(bis tris methane)。抛光组合物可包括足够浓度的pH缓冲剂以在上文所阐述的pH范围内的pH下提供所需的缓冲能力。在某些实施方式中，抛光组合物在使用点可包括约50重量ppm至约0.5重量百分比的pH缓冲剂(例如，苯并三唑或双三甲烷)。

抛光组合物可进一步包括其他任选的添加剂，例如包括次级抛光速率促进剂或抑制剂、分散剂、调节剂、阻垢剂(scale inhibitors)、螯合剂、稳定剂及杀生物剂。此类添加剂仅为任选的。所公开的实施方式不限于此且不要求使用此类添加剂中的任一者或多者。

抛光组合物可任选地进一步包括杀生物剂。杀生物剂可包括基本上任何适合的杀生物剂，例如异噻唑啉酮杀生物剂，诸如甲基异噻唑啉酮或苯并异噻唑酮。抛光组合物中的杀生物剂的量在使用点通常在约1重量ppm至约100重量ppm的范围内，例如约5重量ppm至约75重量ppm。

抛光组合物可使用任何适合的技术制备，其中许多为本领域技术人员已知。抛光组合物可以分批或连续制程制备。一般而言，抛光组合物可藉由以任何次序组合其组分来制备。如本文所使用，术语“组分”包括单独成分(例如，研磨剂颗粒、自停止剂、阳离子聚合物及任何任选的添加剂)。举例而言，可以所需浓度将自停止剂及阳离子聚合物添加至水性载剂(例如，水)中。可接着调节pH(视需要)且以所需浓度添加立方形铈土研磨剂以形成抛光组合物。抛光组合物可在使用之前制备，其中刚好在使用之前(例如在使用之前约1分钟内，或在使用之前约1小时内，或在使用之前约1天或约7天内)将一或多种组分添加至抛光组合物中。亦可藉由在抛光操作期间在基板的表面(例如，在抛光垫上)混合组分来制备抛光组合物。

在某些实施方式中，抛光组合物可以“双料包”体系形式提供。举例而言，第一料包可包括立方形铈土研磨剂颗粒、速率控制添加剂及其他任选的组分且第二料包可包括自停止剂、阳离子聚合物及其他任选的组分。第一及第二料包可单独装运且在抛光之前(例如，在抛光的一小时或一天内)或在CMP操作期间在抛光垫上组合。

本发明的抛光组合物可以意欲在使用之前用适量水稀释的浓缩物形式提供。在此类实施方式中，抛光组合物浓缩物可包括立方形铈土研磨剂颗粒及上文所描述的其他组分，其量使得在用适量水稀释浓缩物时，抛光组合物的各组分将以在上文针对各组分所叙述的适当范围内的量存在于抛光组合物中。举例而言，立方形铈土研磨剂颗粒、自停止剂、阳离子聚合物及其他任选的添加剂可各自以上文针对各组分所叙述的使用点浓度的约3倍(例如，约4倍、约5倍、约6倍、约7倍、约8倍、约10倍、约15倍、约20倍或约25倍)的量存在于抛光组合物中，使得当浓缩物用等体积的(例如，2份等体积的水、3份等体积的水、4份等体积的水、5份等体积的水、5份等体积的水、6份等体积的水、7份等体积的水、9份等体积的水、14份等体积的水、19份等体积的水或24份等体积的水)稀释时，各组分将以在上文针对各组分所阐述的范围内的量存在于抛光组合物中。

在抛光组合物以双料包体系形式提供的实施方式中，料包中的任一者或两者可以浓缩物形式提供且在与其他料包混合之前需要稀释。举例而言，在一个实施方式中，第一料包以浓缩物形式提供，使得其包括浓度为上文所述的使用点浓度的约3倍(例如，约5倍、约8倍、约10倍、约15倍或约20倍)的立方形铈土研磨剂颗粒。浓缩的第一料包可在与第二料包组合之前与适量的水混合。同样，第二料包可以浓缩物形式提供，使得其包括浓度为上文所述的使用点浓度的约3倍(例如，约5倍、约8倍、约10倍、约15倍或约20倍)的自停止剂及阳离子聚合物。在此类实施方式中，浓缩的第二料包可在与第一料包组合之前与适量的水混合。在某些实施方式中，第一及第二料包两者皆可在组合之前用水稀释。所公开的实施方式在这些方面不受限制。

本发明的抛光方法尤其适合于与化学机械抛光(CMP)装置结合使用，例如包括压板及固定于其上的垫。如本领域普通技术人员已知，当基板与抛光垫及本发明的抛光组合物接触且接着使抛光垫与基板相对于彼此移动从而研磨基板的至少一部分时，发生基板的抛光。本发明方法包括提供上文所描述的本发明组合物，使基板(例如，晶片)与本发明组合物接触，相对于基板移动抛光组合物及研磨基板以自基板移除硅氧化物材料的一部分并由此抛光基板。

基板通常包括图案化介电质层，其中的许多为熟知的，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，包括硅氧化物或基于硅氧化物的介电质层的介电材料可包含以下中的任一者或多者、由以下中的任一者或多者组成或基本上由以下中的任一者或多者组成：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)、高纵横比工艺(HARP)氧化物、旋涂式介电质(SOD)氧化物、化学气相沉积(CVD)氧化物、等离子体增强型原硅酸四乙酯(PETEOS)、热氧化物或未掺杂的硅酸盐玻璃。

本发明方法合乎期望地使图案化介电质平坦化，例如经由减少凸起区域(具有初始高度)与沟槽(具有初始沟槽厚度)之间的初始梯级高度。为了有效且高效地实现此平坦化，本发明方法合乎期望地具有(活性图案介电材料的)凸起区域的高移除速率及沟槽的介电材料的显著较低的移除速率。最佳地，本发明方法亦展现自停止行为。

在本发明方法期间，介电材料自凸起区域移除(且可自沟槽以较小量移除)。平坦化降低了凸起区域的高度，使得其基本上与沟槽的高度“齐平”。如此，举例而言，梯级高度可降低至小于

(例如，至小于

小于

小于

或小于

)。在实现小于约

的(藉由抛光的)减小的梯级高度(亦即，“剩余”梯级高度)时，表面视为有效平坦化的。

视所抛光的基板而定，在开始CMP处理步骤之前所量测的初始梯级高度可为至少

例如至少

或至少

且可基本上更大，诸如至少

至少

至少

或至少

在CMP运行期间，图案介电质的移除速率在本领域中称作“图案移除速率”或“有效移除速率”。使用如本文所描述的方法及抛光组合物实现的有效移除速率可为任何适合的速率，且对于任何给定制程及基板，将很大程度上取决于所选择的抛光工具的参数及图案化介电质的尺寸(例如，间距及宽度)。在某些有利实施方式中，有效移除速率大于约

(例如，大于约

大于约

或甚至大于约

)。

本发明的CMP操作亦合乎期望地减少沟槽损耗。举例而言，本发明方法可提供小于约

的沟槽损耗(例如，小于约

小于约

小于约

或小于约

)。

较低的沟槽损耗可反映于改善的平坦化效率中。如本文所使用，平坦化效率是指梯级高度降低除以沟槽损耗。本发明方法可提供至少4且较佳地大于5或10(或大于20，或甚至大于50)的平坦化效率。

本发明的方法亦可展现自停止状态。自停止意谓毯覆式介电材料的移除速率显著低于图案介电材料的移除速率。若毯覆式介电材料的移除速率小于约

则认为发生自停止行为。本发明的方法可因此展现小于

的毯覆式介电质移除速率(例如，小于约

)。

藉由另一量测，可藉由计算图案介电材料的有效移除速率与毯覆式介电材料的移除速率的比率来量测自停止状态。高比率指示良好的自停止行为。因此，本发明方法可提供大于约5的比率(例如，大于约10、大于约20或大于约50)。

应理解，本发明包括多个实施方式。这些实施方式包括(但不限于)以下实施方式。

在第一实施方式中，化学机械抛光组合物包括：液体载剂；立方形铈土研磨剂颗粒，其分散于液体载剂中；自停止剂；及阳离子聚合物。

第二实施方式可包括第一实施方式，其中立方形铈土研磨剂颗粒包含氧化铈与氧化镧的混合物。

第三实施方式可包括第一至第二实施方式中的任一者，其中立方形铈土研磨剂颗粒的镧对镧+铈的摩尔比在约1％至约15％的范围内。

第四实施方式可包括第一至第三实施方式中的任一者，其中立方形铈土研磨剂颗粒的BET表面积在约3m²/g至约14m²/g的范围内。

第五实施方式可包括第一至第四实施方式中的任一者，其中立方形铈土研磨剂颗粒的平均粒径在约50至约500nm的范围内。

第六实施方式可包括第一至第五实施方式中的任一者，其包含约0.01重量百分比至约1重量百分比的立方形铈土研磨剂颗粒。

第七实施方式可包括第一至第六实施方式中的任一者，其中自停止剂为连接至立方形铈土研磨剂颗粒的配体。

第八实施方式可包括第一至第七实施方式中的任一者，其中自停止剂具有式Q-B，其中Q为经取代或未经取代的疏水性基团，或赋予位阻的基团，且B为连接至立方形铈土研磨剂颗粒的键结基团。在此类实施方式中，自停止剂可包括例如曲酸、麦芽酚、乙基麦芽酚、丙基麦芽酚、异羟肟酸、苯异羟肟酸、水杨基异羟肟酸、苯甲酸、3,4-二羟基苯甲酸、3,5-二羟基苯甲酸、咖啡酸、山梨酸、山梨酸钾及其组合。

第九实施方式可包括第一至第八实施方式中的任一者，其中自停止剂为苯异羟肟酸、水杨基异羟肟酸、曲酸、山梨酸钾或其组合。

第十实施方式可包括第一至第九实施方式中的任一者，其中阳离子聚合物选自：聚(乙烯基咪唑

)、聚(乙烯基咪唑)、)、聚(乙烯基咪唑)、甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵、聚(二烯丙基二甲基铵)、聚季铵盐-2、聚季铵盐-11、聚季铵盐-16、聚季铵盐-46、聚季铵盐-44、聚赖氨酸及其组合。

第十一实施方式可包括第一至第十实施方式中的任一者，其中阳离子聚合物为聚(乙烯基咪唑

)、)、聚(乙烯基咪唑)、甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵、聚赖氨酸或其组合。

第十二实施方式可包括第一至第十一实施方式中的任一者，其中(i)立方形铈土研磨剂颗粒的使用点浓度为约0.01重量百分比至约1重量百分比，(ii)自停止剂的使用点浓度为约200重量ppm至约5000重量ppm；且(iii)阳离子聚合物的使用点浓度为约5重量ppm至约500重量ppm。

第十三实施方式可包括第一至第十二实施方式中的任一者，其进一步包含羧酸速率增强剂。

第十四实施方式可包括第一至第十三实施方式中的任一者，其中羧酸速率增强剂为吡啶甲酸、乙酸、4-羟基苯甲酸或其混合物。

第十五实施方式可包括第一至第十四实施方式中的任一者，其进一步包含选自以下的不饱和羧型一元酸速率抑制剂：丙烯酸、巴豆酸、2-戊烯酸、反式-2-己烯酸、反式-3-己烯酸、2-己炔酸、2,4-己二烯酸、山梨酸钾、反式-2-甲基-2-丁烯酸、3,3-二甲基丙烯酸及其组合。

第十六实施方式可包括第一至第十五实施方式中的任一者，其中不饱和羧型一元酸速率抑制剂为巴豆酸。

第十七实施方式可包括第一至第十六实施方式中的任一者，其进一步包含选自以下的非聚合型阳离子化合物：丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯、甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯、3-(二甲基氨基)丙基甲基丙烯酰胺、3-(二甲基氨基)丙基丙烯酰胺、赖氨酸、3-甲基丙烯酰氨基丙基-三甲基-铵、3-丙烯酰氨基丙基-三甲基-铵、二烯丙基二甲基铵、2-(丙烯酰氧基)-N,N,N-三甲基乙铵、甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵、N,N-二甲基氨基乙基丙烯酸苯甲酯、N,N-二甲基氨基乙基甲基丙烯酸苯甲酯及其组合。

第十八实施方式可包括第一至第十七实施方式中的任一者，其中非聚合型阳离子化合物包含二烯丙基二甲基铵、甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵、赖氨酸、甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯或其混合物。

第十九实施方式可包括第一至第十八实施方式中的任一者，其中阳离子聚合物包含聚赖氨酸且非聚合型化合物包含二烯丙基二甲基铵。

第二十实施方式可包括第一至第十九实施方式中的任一者，其进一步包含pH调节剂，该pH调节剂包含烷基胺、醇胺、氢氧化季胺、氨水或其组合。pH调节剂可包括例如三乙醇胺。

第二十一实施方式可包括第一至第二十实施方式中的任一者，其进一步包含苯并三唑或双三甲烷。

第二十二实施方式可包括第一至第二十一实施方式中的任一者，其具有在约5至约10的范围内的pH。

第二十三实施方式可包括第一至第二十二实施方式中的任一者，其中(i)自停止剂为苯异羟肟酸、水杨基异羟肟酸、曲酸、山梨酸钾或其组合；(ii)阳离子聚合物为聚(乙烯基咪唑

)、聚(甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵)、聚赖氨酸、聚(二烯丙基二甲基铵)或其组合；且(iii)组合物进一步包含吡啶甲酸、乙酸、4-羟基苯甲酸或其混合物。

第二十四实施方式可包括第二十三实施方式，其进一步包含三乙醇胺及苯并三唑。

第二十五实施方式可包括第二十三或第二十四实施方式，其中自停止剂为苯异羟肟酸、水杨基异羟肟酸或其组合且在使用点pH在约7至约9的范围内。

第二十六实施方式可包括第二十三至第二十五实施方式中的任一者，其在使用点处包含至少250重量ppm的自停止剂且在使用点处包含50重量ppm的阳离子聚合物。

第二十七实施方式可包括第二十三实施方式，其中自停止剂为曲酸、山梨酸钾或其组合且在使用点pH在约5至约6.5的范围内。

第二十八实施方式可包括第一至第二十二实施方式中的任一者，其中(i)自停止剂为苯异羟肟酸、水杨基异羟肟酸或其组合且(ii)阳离子聚合物为ε-聚-L-赖氨酸、聚(乙烯基咪唑

)或其组合。

第二十九实施方式可包括第二十八实施方式，其进一步包含巴豆酸。

第三十实施方式可包括第二十八或第二十九实施方式，其进一步包含选自以下的非聚合型阳离子化合物：二烯丙基二甲基铵、甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵、赖氨酸、甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯或其混合物。

第三十一实施方式可包括第三十实施方式，其包含至少250重量ppm的自停止剂、至少20重量ppm的阳离子聚合物及至少20重量ppm的非聚合型阳离子化合物。

第三十二实施方式包含一种化学机械抛光包括硅氧化物介电材料的基板的方法。该方法包括：(a)提供包括第一至第三十一实施方式中的任一者的抛光组合物；(b)使基板与该提供的抛光组合物接触；(c)相对于基板移动该抛光组合物；及(d)研磨基板以自基板移除硅氧化物介电材料的一部分并由此抛光基板。

第三十三实施方式可包括第三十二实施方式，其中在(d)中，基板的图案化区域中的硅氧化物介电材料的有效移除对硅氧化物介电材料的沟槽损耗移除大于约5。

第三十四实施方式可包括第三十二至第三十三实施方式中的任一者，其中：自停止剂为苯异羟肟酸、水杨基异羟肟酸、曲酸、山梨酸钾或其组合；阳离子聚合物为聚(乙烯基咪唑

)、聚(甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵)、聚赖氨酸、聚(二烯丙基二甲基铵)或其组合；且抛光组合物进一步包含吡啶甲酸、乙酸、4-羟基苯甲酸或其混合物。

第三十五实施方式可包括第三十二至第三十三实施方式中的任一者，其中：自停止剂为苯异羟肟酸、水杨基异羟肟酸或其组合；且阳离子聚合物为ε-聚-L-赖氨酸、聚(乙烯基咪唑

)或其组合。

第三十六实施方式可包括第三十二、第三十三或第三十五实施方式，其中抛光组合物进一步包含选自以下的非聚合型阳离子化合物：二烯丙基二甲基铵、甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵、赖氨酸、甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯或其混合物。

第三十七实施方式可包括第三十五或第三十六实施方式，其中在(d)中，基板的图案化区域中的硅氧化物介电材料的有效移除对硅氧化物介电材料的沟槽损耗移除大于约50。

第三十八实施方式可包括第三十二至第三十七实施方式中的任一者，其中该提供抛光组合物包括：(i)提供抛光浓缩物及(ii)以至少一份水对一份抛光浓缩物来稀释抛光浓缩物以获得抛光组合物。

第三十九实施方式可包括第三十二至第三十七实施方式中的任一者，其中该提供抛光组合物包括：(i)提供第一及第二料包，第一料包包括立方形铈土研磨剂颗粒且第二料包包括自停止剂及阳离子聚合物；及(ii)组合第一及第二料包以获得抛光组合物。

第四十实施方式可包括第三十九实施方式，其中在(ii)中，第一及第二料包中的至少一者在组合之前用水稀释。

使用Applied Materials

抛光工具(可购自Applied Materials,Inc.)抛光各种基板。在100rpm的压板速度、85rpm的头速度、3psi的下压力及150ml/min的浆料流速下，在

上抛光毯覆式晶片60秒。在相同条件下抛光图案化晶片80秒。晶片在Nex

E6088垫(可购自Cabot Microelectronics Corporation)上抛光，其中，使用Saesol DS8051调节器在6磅下压力下进行原位调节。

在以下实施例中抛光毯覆式原硅酸四乙酯(TEOS)、毯覆式SiN及图案化TEOS晶片。毯覆式TEOS晶片是获自WRS Materials且包括

TEOS层。毯覆式SiN晶片是获自Advantec且包括

PE SiN层。图案化TEOS晶片为Silyb且STI1

TEOS图案晶片。

实施例1

如下制备原料氧化铈分散液。藉由以等于0.000055的铈(IV)与铈(总量)的摩尔比将13.1kg的3M硝酸三价铈(III)溶液、0.3kg的3M硝酸镧溶液、2.0kg的68％硝酸(HNO₃)溶液、0.5kg去离子水及硝酸铈(IV)合并来制备硝酸铈溶液。接着在搅拌及氮气鼓泡下在20L容器中将硝酸铈溶液脱气。

藉由将75kg去离子水及13.1kg的25％氨水溶液合并来制备氨水溶液(使得氨水溶液中的NH₄OH与硝酸铈溶液中的铈及镧的总量的摩尔比为9.0)。接着在搅拌及氮气鼓泡下在100L容器夹套反应器中将氨水溶液脱气。

接着在环境温度下，在氮气吹扫下在相同搅拌下，将硝酸铈溶液添加至氨水溶液中。接着将反应混合物的温度升高至80℃且保持在该温度下18小时。接着使反应混合物冷却且在冷却后藉由添加68％硝酸酸化至pH 2。

接着将反应混合物过滤且用去离子水洗涤。当洗涤溶液的导电率小于0.04mS/cm时，重复洗涤。添加去离子水以将最终氧化铈浓度调节至10重量百分比。立方形铈土研磨剂颗粒包括2.5摩尔％的氧化镧及97.5摩尔％的氧化铈。

BET比表面积藉由氮吸附测定为11.8平方米/克。由Horiba 960所量测的平均粒径为102nm，且由Malvern Zetasizer所量测的平均粒径为140nm。

实施例2

测试两种抛光组合物以评估在毯覆式及图案化晶片上的TEOS抛光速率及自停止行为。藉由将第一料包(A料包)与去离子水及相应的第二料包(B料包)合并来制备各组合物。A料包在pH 4.0下包括3500重量ppm吡啶甲酸、75重量ppm Kordex MLX及2重量百分比的铈土研磨剂。对于组合物2A，铈土研磨剂包括2重量百分比的对照铈土(共同转让的美国专利9,505,952的抛光组合物1C中所使用的经烧结的铈土研磨剂)。对于组合物2B，铈土研磨剂包括1重量份的上文实施例1中所描述的原料铈土分散液及4重量份的去离子水以获得2重量百分比的立方形铈土。B料包为相同的且在pH 8.2下包括4000重量ppm三乙醇胺、1600重量ppm苯并三唑、250重量ppm polyMADQUAT、1670重量ppm苯异羟肟酸及113重量ppm的Kordex MLX。

首先将一份A料包与6份去离子水合并且接着进一步与3份B料包合并以获得使用点组合物，其包括0.2重量百分比的铈土研磨剂、350重量ppm吡啶甲酸、1200重量ppm三乙醇胺、480重量ppm苯并三唑及75重量ppm polyMADQUAT。合并的A及B料包的pH为约7.8

在上文所列出的条件下，在

工具上抛光毯覆式TEOS晶片60秒。毯覆式TEOS移除速率以埃/分钟

为单位显示于表1中。在相同条件下在

工具上抛光图案化晶片80秒。图案化晶片的结果(沟槽损耗、有效移除及梯级高度)亦显示于表1中。以埃

为单位列举两个图案特征的梯级高度(其中第一个数字是指以微米为单位的线宽且第二个数字是指图案密度)。

表1

如自表1中阐述的结果明晰，包括立方形铈土研磨剂颗粒的组合物(2B)实现有效移除的65％的改善及改善的梯级高度(尤其是在密集特征方面)。然而，这些改善由几乎增加10×的沟槽损耗抵消。由于高毯覆式移除速率及高沟槽损耗，因此，组合物2B(包括立方形铈土研磨剂颗粒)不为自停止性组合物。基于此实施例，普通技术人员将容易理解，由于铈土研磨剂与组合物化学物质之间的复杂相互作用，在自停止性CMP组合物中，常规的湿式铈土研磨剂颗粒(如在2A中)不可与立方形铈土研磨剂颗粒(如在2B中)互换(swap outwith)。

实施例3

测试十种抛光组合物以评估在图案化晶片上的TEOS抛光速率及自停止行为。选择十种抛光组合物(3A-3J)以改变阳离子聚合物含量及类型且与对照组合物1A相比较。藉由将A料包与去离子水及相应的B料包合并来制备各组合物。各A料包包括3500重量ppm吡啶甲酸、75重量ppm Kordex MLX及20重量百分比的上文实施例1中所描述的铈土分散液(在A料包中总铈土浓度为2重量百分比)。

B料包在pH 8.2下包括4000重量ppm三乙醇胺、1600重量ppm苯并三唑、阳离子聚合物、1670重量ppm苯异羟肟酸及113重量ppm的Kordex MLX。在下表2A中列举阳离子聚合物类型及量。

表2A

首先将一份A料包与6份去离子水合并且接着进一步与3份B料包合并以获得使用点组合物，其包括0.2重量百分比的铈土研磨剂、350重量ppm吡啶甲酸、1200重量ppm三乙醇胺、500重量ppm苯异羟肟酸及480重量ppm苯并三唑。阳离子聚合物的使用点量为表2A中所列举的量的30％。合并的A及B料包的pH为约7.8

在上文所列出的条件下，在

工具上抛光毯覆式TEOS晶片60秒。毯覆式TEOS移除速率以埃/分钟

为单位显示于表2B中。在相同条件下在

工具上抛光图案化晶片80秒。图案化晶片的结果(沟槽损耗、有效移除及梯级高度)亦显示于表2B中。以埃

为单位列举两种图案的梯级高度(其中第一个数字是指以微米为单位的线宽且第二个数字是指图案密度)。

表2B

如自表2B中阐述的结果明晰，包括polyMADQUAT及聚季铵盐-44阳离子聚合物的组合物3B及3E提供优良的自停止效能。此外，组合物3C、3F及3J提供优良的有效移除速率对毯覆式移除速率及沟槽损耗两者的比率。通过较小的修改，这些组合物亦可同样提供优良的自停止效能。

实施例4

测试八种抛光组合物以评估在图案化晶片上的TEOS抛光速率及自停止行为。选择八种抛光组合物(4A-4H)以改变自停止剂含量及类型且与对照组合物2A相比较。藉由将A料包与去离子水及相应的B料包合并来制备各组合物。各A料包包括3500重量ppm吡啶甲酸、75重量ppm Kordex MLX及20重量百分比的上文实施例1中所描述的铈土分散液(在A料包中总铈土浓度为2重量百分比)。

B料包包括4000重量ppm三乙醇胺、1600重量ppm苯并三唑、250重量ppmpolyMADQUAT、自停止剂及113重量ppm Kordex MLX。在下表3A中列举自停止剂类型及量。

表3A

首先将一份A料包与6份去离子水合并且接着进一步与3份B料包合并以获得使用点组合物，其包括0.2重量百分比的铈土研磨剂、350重量ppm吡啶甲酸、1200重量ppm三乙醇胺、75重量ppm polyMADQUAT及480重量ppm苯并三唑。自停止剂的使用点量为表3A中所列举的量的30％。针对组合物4A-4D，合并的A及B料包的pH为约7.8且针对组合物4E-4H，合并的A及B料包的pH为约5.5。

在上文所列出的条件下，在

工具上抛光毯覆式TEOS晶片60秒。毯覆式TEOS移除速率以埃/分钟

为单位显示于表3B中。在相同条件下在

工具上抛光图案化晶片80秒。图案化晶片的结果(沟槽损耗、有效移除及梯级高度)亦显示于表3B中。以埃

为单位列举两种图案的梯级高度(其中第一个数字是指以微米为单位的线宽且第二个数字是指图案密度)。

表3B

如自表3B中阐述的结果明晰，包括苯异羟肟酸、水杨基异羟肟酸及山梨酸钾自停止剂的组合物4B、4D及4H提供优良的自停止效能。此外，组合物4F(使用曲酸自停止剂)提供优良的有效移除速率对毯覆式移除速率及沟槽损耗两者的比率。通过较小的修改，此组合物亦可同样提供优良的自停止效能。

实施例5

测试两种抛光组合物以评估在毯覆式及图案化晶片上的TEOS抛光速率及自停止行为。藉由将A料包与去离子水及相应的B料包合并来制备各组合物。A料包在pH 4.0下包括3500重量ppm吡啶甲酸、75重量ppm Kordex MLX及2重量百分比的铈土研磨剂。对于组合物5A，铈土研磨剂包括2重量百分比的对照铈土(共同转让的美国专利9,505,952的抛光组合物1C中所使用的经烧结的铈土研磨剂)。对于组合物5B，铈土研磨剂包括1重量份的上文实施例1中所描述的原料铈土分散液及4重量份的去离子水。B料包为相同的且在pH 6下包括4000重量ppm三乙醇胺、1600重量ppm苯并三唑、250重量ppm polyMADQUAT、3340重量ppm山梨酸钾及113重量ppm的Kordex MLX。

首先将一份A料包与6份去离子水合并且接着进一步与3份B料包合并以获得使用点组合物，其包括0.2重量百分比的铈土研磨剂、350重量ppm吡啶甲酸、1200重量ppm三乙醇胺、480重量ppm苯并三唑、1000重量ppm山梨酸钾及75重量ppm polyMADQUAT。合并的A及B料包的pH为约5.5

在上文所列出的条件下，在

工具上抛光毯覆式TEOS晶片60秒。毯覆式TEOS移除速率以埃/分钟

为单位显示于表4中。在相同条件下在

工具上抛光图案化晶片80秒。图案化晶片的结果(沟槽损耗、有效移除及梯级高度)亦显示于表4中。

表4

如自表4中阐述的结果明晰，包括立方形铈土研磨剂颗粒的组合物(2B)实现优良的自停止效能，其中有效移除对毯覆式移除的比率大于12且在密集特征上的梯级高度小于

相比之下，使用对照铈土研磨剂的组合物展现极低的移除速率且不提供图案化晶片的平坦化。

实施例6

测试六种抛光组合物以评估图案化晶片上的各种图案中的有效损耗。如本领域普通技术人员所已知，有效损耗定义为抛光之前的有效厚度减去抛光之后的有效厚度。抛光组合物与组合物2A、3B、3E、4B、4D及4H相同。如上文所指示，组合物2B包括对照铈土研磨剂，而组合物3B、3E、4B、4D及4H包括立方形铈土研磨剂颗粒。相对于图4中的图案类型，以

为单位绘出有效损耗。

如自图4中阐述的结果明晰，包括立方形铈土研磨剂颗粒的组合物实现优良的平坦化，如由大范围的图案密度内的更大的有效损耗所界定。此外，包括立方形铈土研磨剂颗粒的组合物亦实现优良的平坦化，如由图案密度的范围内的最大标绘有效损耗与最小标绘有效损耗之间的差值所界定。在不希望受理论束缚的情况下，据信，立方形铈土研磨剂颗粒在存在更高浓度的自停止剂及/或阳离子聚合物的情况下表现良好且因此实现优良的平坦化。

实施例7

测试两种抛光组合物以评估在毯覆式及图案化晶片上的TEOS及SiN抛光速率及自停止行为。藉由以7:3体积比将研磨剂调配物(A料包)及相应的添加剂调配物(B料包)合并来制备各组合物7A、7B及7C。各组合物的使用点pH为6.2。研磨剂调配物(A料包)的组成显示于表5A中，同时添加剂调配物(B料包)的组成显示于表5B中。所有组合物是按重量计(例如，重量百分比或重量ppm)。

表5A

A料包	立方形铈土	添加剂	pH
				A1	0.71wt％	500重量ppm吡啶甲酸	4.2
A2	0.71wt％	31重量ppmε-聚赖氨酸	4.2

表5B

在73rpm的压板速度、67rpm的头速度、3.5psi的下压力及250ml/min浆料流速下，使用DuPont

垫在Applied Materials

工具上抛光毯覆式TEOS及SiN晶片60秒。毯覆式TEOS及SiN移除速率以埃/分钟

为单位显示于表5C中。在相同条件下在

工具上抛光图案化晶片20秒。图案化晶片的结果(沟槽损耗及有效移除)亦展示于表5C中。

表5C

如自表5C中阐述的数据明晰，组合物7B展现具有高有效移除(几乎为

)及极低的毯覆式移除速率的优良自停止效能，以获得几乎为100的有效移除对毯覆式移除比及14的有效移除对沟槽损耗比。尽管具有较低有效移除，但组合物7C亦展现优良的自停止效能。组合物7C实现大于100的有效移除对毯覆式移除比及有效移除对沟槽损耗比。

实施例8

测试三种抛光组合物以评估立方形铈土研磨剂颗粒中的镧掺杂量对TEOS移除速率的影响。组合物8A包括0.28重量百分比的对照铈土(可购自Rhodia的湿法氧化铈HC60^TM)。组合物8B包括0.28重量百分比的包括2.5摩尔％氧化镧的立方形铈土研磨剂颗粒且藉由以34份水对1份原料铈土分散液稀释上文实施例1中所描述的原料铈土分散液来制备。组合物8C包括0.28重量百分比的包括10摩尔％氧化镧的立方形铈土研磨剂颗粒且藉由以34份水对1份铈土分散液稀释以下段落中描述的铈土分散液来制备。各组合物8A-8C的pH为4。

如下制备氧化铈分散液。藉由以等于0.0000125(1/80,235)的铈(IV)与铈(总量)的摩尔比将11.5kg的3M硝酸三价铈(III)溶液、1.3kg的3M硝酸镧溶液、1.86kg的68％硝酸(HNO₃)溶液、0.5kg去离子水及硝酸铈(IV)合并来制备硝酸铈溶液。接着在搅拌及氮气鼓泡下在20L容器中将硝酸铈溶液脱气。

藉由将70kg去离子水及14kg的25％氨水溶液合并来制备氨水溶液(使得氨水溶液钟的NH₄OH与硝酸铈溶液中的铈及镧的总量的摩尔比为10)。接着在搅拌及氮气鼓泡下在100L容器夹套反应器中将氨水溶液脱气。

接着在环境温度下，在氮气吹扫下在相同搅拌下，将硝酸铈溶液添加至氨水溶液中。接着将反应混合物的温度升高至88℃且保持在该温度下13.5小时。接着使反应混合物冷却且在冷却后藉由添加68％硝酸酸化至pH 2。

接着将反应混合物过滤且用去离子水洗涤。当洗涤溶液的导电率小于0.04mS/cm时，重复洗涤。添加去离子水以将最终立方形铈土研磨剂浓度调节至10重量百分比。立方形铈土研磨剂颗粒包括10摩尔％的氧化镧及90摩尔％的氧化铈。

BET比表面积藉由氮吸附测定为8.6平方米/克。由Malvern Zetasizer所量测的平均粒径为142nm。

在上文所列出的条件下，在

工具上抛光毯覆式TEOS晶片60秒。抛光结果显示于表6中。以埃/分钟

为单位列举所有移除速率(RR)。

表6

组合物	研磨剂	TEOS RR
			8A	对照铈土	3819
8B	具有2.5％La的立方形铈土	6388
			8C	具有10％La的立方形铈土	6285

如自表5中阐述的数据明晰，组合物8B及8C展现等效的TEOS移除速率，该移除速率是组合物8A的移除速率的1.6×。

在描述本发明的范围(特别是所附权利要求的范围)中使用术语“一个”和“一种”和“该”以及类似的指示物应理解为包括单数和复数，除非本文中另有说明或上下文明显矛盾。术语“包含”、“具有”、“包括”、和“含有”应理解为开放式术语(即，意味着“包括，但不限于”)，除非另有说明。本文中数值范围的列举仅仅用作单独提及落在该范围内的每个独立值的简写方法，除非本文中另有说明，并且在说明书中引入每个独立值，就如同其在这里被单独列举一样。本文描述的所有方法可以任何适合的顺序进行，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾。本文中提供的任何和所有实例、或示例性语言(如，“例如(诸如)”)的使用仅用来更好地说明本发明，而不是对本发明的范围加以限定，除非另有说明。说明书中没有语言应被理解为是在将任何非要求保护的要素表明为是本发明的实践所必需的。

本文中描述了本发明的优选实施方案，包括本发明人已知的进行本发明的最佳模式。通过阅读上述说明书，那些优选实施方案的变化对于本领域的普通技术人员来说将变得明晰。本发明人希望技术人员适当地采用这种变化，且本发明人希望本发明用不同于本文具体描述的方式进行实践。因此，本发明包括适用法律所允许的、所附权利要求书中所列举的主题的所有修改和等价物。此外，本发明涵盖上述要素在其所有可能变化中的任意组合，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾。

应理解，本发明包括除上文实施例中所包括的那些实施方式以外的诸多实施方式。这些实施方式包括(但不限于)权利要求书中所列举的实施方式。

Claims (36)

1.化学机械抛光组合物，其包含：

液体载剂；

立方形铈土研磨剂颗粒，其分散于该液体载剂中；

自停止剂；及

阳离子聚合物。

2.权利要求1的组合物，其中所述立方形铈土研磨剂颗粒包含氧化铈与氧化镧的混合物。

3.权利要求1的组合物，其中所述立方形铈土研磨剂颗粒具有在约1％至约15％的范围内的镧对镧+铈的摩尔比。

4.权利要求1的组合物，其中所述立方形铈土研磨剂颗粒具有在约3m²/g至约14m²/g的范围内的BET表面积。

5.权利要求1的组合物，其中所述立方形铈土研磨剂颗粒具有在约50至约500nm的范围内的平均粒径。

6.权利要求1的组合物，其包含约0.01重量百分比至约1重量百分比的所述立方形铈土研磨剂颗粒。

7.权利要求1的组合物，其中该自停止剂为连接至所述立方形铈土研磨剂颗粒的配体。

8.权利要求1的组合物，其中该自停止剂为曲酸、麦芽酚、乙基麦芽酚、丙基麦芽酚、异羟肟酸、苯异羟肟酸、水杨基异羟肟酸、苯甲酸、3,4-二羟基苯甲酸、3,5-二羟基苯甲酸、咖啡酸、山梨酸、山梨酸钾及其组合。

9.权利要求8的组合物，其中该自停止剂为苯异羟肟酸、水杨基异羟肟酸、曲酸、山梨酸钾或其组合。

10.权利要求1的组合物，其中该阳离子聚合物选自：聚(乙烯基咪唑

)、聚(乙烯基咪唑)、)、聚(乙烯基咪唑)、甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵、聚(二烯丙基二甲基铵)、聚季铵盐-2、聚季铵盐-11、聚季铵盐-16、聚季铵盐-46、聚季铵盐-44、聚赖氨酸及其组合。

11.权利要求10的组合物，其中该阳离子聚合物为聚(乙烯基咪唑

)、)、聚(乙烯基咪唑)、甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵、聚赖氨酸或其组合。

12.权利要求1的组合物，其中

所述立方形铈土研磨剂颗粒的使用点浓度为约0.01重量百分比至约1重量百分比；

该自停止剂的使用点浓度为约200重量ppm至约5000重量ppm；及

该阳离子聚合物的使用点浓度为约5重量ppm至约500重量ppm。

13.权利要求1的组合物，进一步包含羧酸速率增强剂。

14.权利要求13的组合物，其中该羧酸速率增强剂为吡啶甲酸、乙酸、4-羟基苯甲酸或其混合物。

15.权利要求1的组合物，进一步包含选自以下的不饱和羧型一元酸速率抑制剂：丙烯酸、巴豆酸、2-戊烯酸、反式-2-己烯酸、反式-3-己烯酸、2-己炔酸、2,4-己二烯酸、山梨酸钾、反式-2-甲基-2-丁烯酸、3,3-二甲基丙烯酸及其组合。

16.权利要求15的组合物，其中该不饱和羧型一元酸速率抑制剂为巴豆酸。

17.权利要求1的组合物，进一步包含选自以下的非聚合型阳离子化合物：丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯、甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯、3-(二甲基氨基)丙基甲基丙烯酰胺、3-(二甲基氨基)丙基丙烯酰胺、赖氨酸、3-甲基丙烯酰氨基丙基-三甲基-铵、3-丙烯酰氨基丙基-三甲基-铵、二烯丙基二甲基铵、2-(丙烯酰氧基)-N,N,N-三甲基乙铵、甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵、N,N-二甲基氨基乙基丙烯酸苯甲酯、N,N-二甲基氨基乙基甲基丙烯酸苯甲酯及其组合。

18.权利要求17的组合物，其中该非聚合型阳离子化合物包含二烯丙基二甲基铵、甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵、赖氨酸、甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯或其混合物。

19.权利要求17的组合物，其中该阳离子聚合物包含聚赖氨酸且该非聚合型化合物包含二烯丙基二甲基铵。

20.权利要求1的组合物，进一步包含三乙醇胺。

21.权利要求1的组合物，进一步包含苯并三唑或双三甲烷。

22.权利要求1的组合物，具有在约5至约10的范围内的pH。

23.权利要求1的组合物，其中：

该自停止剂为苯异羟肟酸、水杨基异羟肟酸、曲酸、山梨酸钾或其组合；

该阳离子聚合物为聚(乙烯基咪唑

)、聚(甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵)、聚赖氨酸、聚(二烯丙基二甲基铵)或其组合；及

该组合物进一步包含吡啶甲酸、乙酸、4-羟基苯甲酸或其混合物。

24.权利要求23的组合物，进一步包含三乙醇胺及苯并三唑。

25.权利要求23的组合物，其中该自停止剂为苯异羟肟酸、水杨基异羟肟酸或其组合，且pH在使用点处是在约7至约9的范围内。

26.权利要求25的组合物，在使用点处包含至少250重量ppm的该自停止剂且在使用点处包含50重量ppm的该阳离子聚合物。

27.权利要求23的组合物，其中该自停止剂为曲酸、山梨酸钾或其组合，且pH在使用点处是在约5至约6.5的范围内。

28.权利要求1的组合物，其中：

该自停止剂为苯异羟肟酸、水杨基异羟肟酸或其组合；及

该阳离子聚合物为ε-聚-L-赖氨酸、聚(乙烯基咪唑

)或其组合。

29.权利要求28的组合物，进一步包含巴豆酸。

30.权利要求28的组合物，进一步包含选自以下的非聚合型阳离子化合物：二烯丙基二甲基铵、甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵、赖氨酸、甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯或其混合物。

31.权利要求30的组合物，其包含：

至少250重量ppm的该自停止剂；

至少20重量ppm的该阳离子聚合物；及

至少20重量ppm的该非聚合型阳离子化合物。

32.化学机械抛光包括硅氧化物介电材料的基板的方法，该方法包括：

(a)提供抛光组合物，其包括：液体载剂；立方形铈土研磨剂颗粒，该研磨剂颗粒分散于该液体载剂中；自停止剂；及阳离子聚合物；

(b)使该基板与所述提供的抛光组合物接触；

(c)相对于该基板移动所述抛光组合物；及

(d)研磨该基板以自该基板移除该硅氧化物介电材料的一部分并由此抛光该基板。

33.权利要求32的方法，其中，在(d)中，该基板的图案化区域中的该硅氧化物介电材料的有效移除对该硅氧化物介电材料的沟槽损耗移除大于约5。

34.权利要求32的方法，其中：

该自停止剂为苯异羟肟酸、水杨基异羟肟酸、曲酸、山梨酸钾或其组合；

该阳离子聚合物为聚(乙烯基咪唑

)、聚(甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵)、聚赖氨酸、聚(二烯丙基二甲基铵)或其组合；及

该抛光组合物进一步包含吡啶甲酸、乙酸、4-羟基苯甲酸或其混合物。

35.权利要求32的方法，其中：

该自停止剂为苯异羟肟酸、水杨基异羟肟酸或其组合；

该阳离子聚合物为ε-聚-L-赖氨酸、聚(乙烯基咪唑

)或其组合。

36.权利要求35的组合物，其中该抛光组合物进一步包含选自以下的非聚合型阳离子化合物：二烯丙基二甲基铵、甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵、赖氨酸、甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯或其混合物。

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