具体实施方式

本发明提供包含以下的化学机械抛光组合物：(a)研磨剂；(b)式Q-B的自停止剂，其中Q可为经取代或未经取代的疏水性基团、或赋予位阻的基团，B为结合基团，其中结合基团具有结构：C(O)-X-OH或-C(O)-OH，其中X为C1-C2烷基；及(c)水性载剂，其中抛光组合物的pH为约3至约9。

本发明的抛光组合物包含研磨剂。抛光组合物的研磨剂期望地适用于抛光基板的非金属部分(例如，图案化介电材料、毯覆式介电材料、图案化氧化物材料、毯覆式氧化物材料等)。适合的研磨剂包括氧化铈(ceria)(例如CeO₂)、氧化锆(zirconia)(例如ZrO₂)、硅氧化物(氧化硅，silica)(例如SiO₂)及其组合。

在优选实施方式中，研磨剂选自氧化铈、氧化锆及其组合。在另一优选实施方式中，研磨剂为氧化铈。

氧化铈研磨剂及氧化锆研磨剂这两者在CMP领域中为公知的且为可商购的。适合的氧化铈研磨剂的实例包括湿法氧化铈、煅烧氧化铈及金属掺杂的氧化铈等。适合的氧化锆研磨剂的实例包括金属掺杂的氧化锆及非金属掺杂的氧化锆等。在金属掺杂的氧化锆中为具有优选地在0.1-25％的范围内的掺杂剂元素重量百分比的掺杂铈、钙、镁或钇的氧化锆。

适用于本发明抛光组合物的氧化铈研磨剂及其制备方法描述于2015年3月5日提交的名称为“Polishing Composition Containing Ceria Abrasive”的美国专利申请第14/639,564号(现在的美国专利第9,505,952号)及2016年7月12日提交的名称为“Methodsand Compositions for Processing Dielectric Substrate”的美国专利申请第15/207,973号(作为美国专利申请公开第2017/0014969号公开)中，各申请的公开内容以引用的方式并入本文中。

优选的研磨剂为湿法氧化铈颗粒。基于尺寸、组成、制备方法、粒径分布、或者其它机械或物理特性，抛光组合物可包含单一类型的研磨剂颗粒或多种不同类型的研磨剂颗粒。氧化铈研磨剂颗粒可藉由各种不同方法制得。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合-聚合的氧化铈颗粒，包括胶态氧化铈颗粒。

氧化铈研磨剂颗粒可藉由任何适合的方法制得。作为实例，氧化铈研磨剂颗粒可为根据以下方法制得的湿法氧化铈颗粒。典型地，在合成湿法氧化铈颗粒中的第一步骤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的电荷的氧化铈盐，例如，Ce³⁺或Ce⁴⁺。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。优选地，氧化铈前体为硝酸铈III。

典型地，增大氧化铈前体溶液的pH以形成非晶Ce(OH)₃。溶液的pH可增大至任何适合的pH。举例而言，溶液的pH可增大至约10或更高的pH，例如约10.5或更高的pH，约11或更高的pH，或约12或更高的pH。典型地，溶液将具有约14或更低的pH，例如约13.5或更低的pH、或约13或更低的pH。可使用任何适合的碱来增大溶液的pH。合适的碱包括例如KOH、NaOH、NH₄OH及氢氧化四甲基铵。有机碱(诸如乙醇胺及二乙醇胺)也为适合的。随着pH增大及非晶Ce(OH)₃形成，溶液将变为白色且混浊的。

氧化铈前体溶液典型地混合若干小时。举例而言，溶液可混合约1小时或更长时间，例如约2小时或更长时间、约4小时或更长时间、约6小时或更长时间、约8小时或更长时间、约12小时或更长时间、约16小时或更长时间、约20小时或更长时间、或约24小时或更长时间。典型地，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。可选择地，或者此外，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。

氧化铈前体溶液典型地加热若干小时。举例而言，可将溶液加热约1小时或更长时间，例如约5小时或更长时间、约10小时或更长时间、约25小时或更长时间、约50小时或更长时间、约75小时或更长时间、约100小时或更长时间、或约110小时或更长时间。可选择地，或者此外，可将溶液加热约200小时或更短时间，例如约180小时或更短时间、约165小时或更短时间、约150小时或更短时间、约125小时或更短时间、约115小时或更短时间、或约100小时或更短时间。因此，可将溶液加热由前述端点中的任两者限定的时间段。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出经沉淀的氧化铈颗粒。可用过量的水冲洗沉淀物以移除未反应的氧化铈前体。沉淀物与过量水的混合物可在各冲洗步骤之后过滤以移除杂质。一旦充分冲洗，则可干燥氧化铈颗粒以供额外处理(例如烧结)，或者，氧化铈颗粒可直接再分散。

任选地，可在再分散之前干燥并烧结氧化铈颗粒。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加热氧化铈颗粒。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，据信，在高温下烧结氧化铈颗粒且持续延长的时间段减少了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。作为实例，可干燥且然后可在升高的温度下烧结氧化铈颗粒。可在室温下或在升高的温度下进行干燥。具体地说，可在约20℃至约40℃，例如约25℃、约30℃或约35℃的温度下进行干燥。可选择地，或者此外，可在约80℃至约150℃，例如约85℃、约100℃、约115℃、约125℃或约140℃的升高的温度下进行干燥。在氧化铈颗粒已干燥之后，其可经碾磨以形成粉末。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。可选择地，或者此外，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。

氧化铈颗粒可烧结任何适合的时间长度。举例而言，氧化铈颗粒可烧结约1小时或更长时间，例如约2小时或更长时间、约5小时或更长时间、或约8小时或更长时间。可选择地，或者此外，氧化铈颗粒可烧结约20小时或更短时间，例如，约18小时或更短时间、约15小时或更短时间、约12小时或更短时间、或约10小时或更短时间。因此，氧化铈颗粒可烧结由前述端点中的任两者限定的时间段。举例而言，氧化铈颗粒可烧结约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。

氧化铈颗粒也可在各种温度下烧结并持续上文所描述的范围内的各种时间长度。举例而言，可在分区式炉(区域炉，zone furnace)中烧结氧化铈颗粒，该分区式炉使氧化铈颗粒暴露于一种或多种温度持续各种时间长度。作为实例，可在约200℃至约1000℃的温度下烧结氧化铈颗粒约1小时或更长时间，且然后，可在约200℃至约1000℃的范围内的不同温度下烧结约1小时或更长时间。

典型地，使氧化铈颗粒再分散于适合的载剂(例如水性载剂，尤其是水)中。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。典型地，藉由使用适合的酸降低氧化铈颗粒与水的混合物的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。该阳离子ζ电位在氧化铈颗粒之间产生排斥力，其促使氧化铈颗粒再分散。可使用任何适合的酸来降低混合物的pH。适合的酸包括例如氢氯酸及硝酸。高度水溶性且具有亲水性官能基团的有机酸也是适合的。适合的有机酸包括例如乙酸。具有多价阴离子的酸(诸如H₃PO₄及H₂SO₄)通常并非优选。混合物的pH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。典型地，混合物的pH不降低至小于约2。

典型地，碾磨经再分散的氧化铈颗粒以减小其粒径。优选地，在再分散的同时碾磨氧化铈颗粒。可使用任何适合的碾磨材料(诸如氧化锆)进行碾磨。也可使用超声处理或湿喷程序进行碾磨。在碾磨之后，可过滤氧化铈颗粒以移除任何剩余的大颗粒。举例而言，可使用孔径为约0.3μm或更大，例如约0.4μm或更大或约0.5μm或更大的过滤器过滤氧化铈颗粒。

研磨剂颗粒(例如氧化铈研磨剂颗粒)的中值粒径优选为约40nm至约100nm。颗粒的粒径为包围颗粒的最小球体的直径。研磨剂颗粒的粒径可使用任何适合的技术量测。举例而言，研磨剂颗粒的粒径可使用盘式离心机，即，藉由差速离心沉降(DCS)量测。适合的盘式离心机粒径量测仪器可购自诸如CPS Instruments(Prairieville,La.)，例如DC24000UHR型CPS盘式离心机。除非另外规定，否则本文中所报导及要求保护的中值粒径值是基于盘式离心机量测。

借助于实例，研磨剂颗粒(例如氧化铈研磨剂颗粒)的中值粒径可为约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。可选择地，或者此外，研磨剂颗粒的中值粒径可为约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。因此，研磨剂颗粒的中值粒径可在由前述端点中的任两者限定的范围内。举例而言，研磨剂颗粒的中值粒径可为约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。优选地，研磨剂颗粒的中值粒径为约60nm至约80nm，例如，中值粒径为约65nm、中值粒径为约70nm、或中值粒径为约75nm。

化学机械抛光组合物可包含任何适合量的研磨剂。若组合物包含过少研磨剂，则组合物可能不呈现足够移除速率。与此相反，若抛光组合物包含过多研磨剂，则组合物可能呈现不合乎期望的抛光效能，可能不具成本效益，和/或可能缺乏稳定性。因此，研磨剂可以约5wt％或更少，例如约4wt％或更少、约3wt％或更少、约2wt％或更少、或约1wt％或更少的浓度存在于抛光组合物中。可选择地，或者此外，研磨剂可以约0.001wt％或更大，例如约0.005wt％或更大、约0.01wt％或更大、约0.05wt％或更大、约0.1wt％或更大、或约0.5wt％或更大的浓度存在于抛光组合物中。因此，研磨剂可以由前述端点中的任两者限定的浓度存在于抛光组合物中。举例而言，研磨剂可以约0.001wt％至约5wt％，例如约0.005wt％至约4wt％、约0.01wt％至约3wt％、约0.05wt％至约2wt％、或约0.1wt％至约1wt％的浓度存在于抛光组合物中。

典型地，抛光组合物不包含大量的适用于抛光基板表面上的金属(例如铜、银、钨等)的研磨剂。举例而言，抛光组合物典型地不包含大量的适用于抛光金属表面的特定金属氧化物(例如氧化铝)。典型地，以抛光组合物中的研磨剂的总重量计，抛光组合物包含小于0.1wt％的不同于氧化铈研磨剂及氧化锆研磨剂的研磨剂。举例而言，抛光组合物可包含0.05wt％或更少的不同于氧化铈研磨剂及氧化锆研磨剂的研磨剂，或者，0.01wt％或更少的不同于氧化铈研磨剂及氧化锆研磨剂的研磨剂。更具体地说，抛光组合物可包含0.05wt％或更少的不同于氧化铈及氧化锆的金属氧化物，或者，0.01wt％或更少的不同于氧化铈及氧化锆的金属氧化物。

合乎期望地，研磨剂悬浮于抛光组合物中，更具体地说，悬浮于抛光组合物的水性载剂中。更具体地说，在研磨剂包括颗粒时，研磨剂颗粒合乎期望地悬浮于抛光组合物中，且研磨剂颗粒优选为胶态稳定的。术语胶体是指研磨剂颗粒于水性载剂中的悬浮液。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，若当研磨剂颗粒置放于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)与量筒的顶部50ml中的颗粒浓度([T]，以g/mL计)之间的差值除以研磨剂组合物中的颗粒起始浓度([C]，以g/mL计)小于或等于0.5(即，{[B]-[T]}/[C]≤0.5)时，则认为研磨剂颗粒是胶态稳定的。合乎期望地，[B]-[T]/[C]的值小于或等于0.3且优选小于或等于0.1。

本发明抛光组合物包含自停止剂。自停止剂为促进相对高的图案移除速率及相对低的毯覆物移除速率且在抛光期间的平坦化时促进自高图案移除速率转变成相对低的毯覆物移除速率的化合物。在不希望受任何特定理论束缚的情况下，据信，自停止剂充当连接至研磨剂(例如，至氧化铈或至氧化锆)以藉由在研磨剂与亲水性氧化物表面之间提供位阻来促进自停止行为的配体。自停止剂与研磨剂的结合可使用任何适合的技术，例如等温滴定量热法(ITC)来评估。

在不希望受任何特定理论束缚的情况下，据信，自停止剂促进对四乙氧基硅烷(TEOS)毯覆式介电材料上的给定下压力(DF)的非线性响应。在抛光期间，图案化介电材料经受高于毯覆式介电材料的下压力(DF)的有效下压力，这是因为接触仅散布在图案化介电材料与垫接触的一些部分上。施加至TEOS图案化介电材料的较高有效DF产生TEOS移除速率为约的“高”移除速率(例如图案移除速率)的抛光状态，其中，较低的有效DF产生TEOS移除速率为约或更低(例如毯覆物移除速率)的“停止”抛光状态。“高”状态与“停止”状态之间的差异典型地是明显的，以使得针对给定DF，观测到“高”的移除速率或“停止”移除速率。因此，据信，即使在所施加DF处于如用毯覆式晶片所测定的“停止”状态时，自停止剂也合乎期望地能够实现“高”的移除速率(即图案移除速率)。

此外，还应注意，机理不仅仅取决于DF，这是因为图案化介电材料上的沟槽氧化物移除速率高于毯覆物移除速率，即使在沟槽中具有比在毯覆式晶片上更小的有效DF。举例而言，在一些抛光应用中，自停止剂的浓度在所观测到的效果中起作用，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，一些速率增强剂可具有双重作用。借助于实例，当抛光组合物包含较低浓度的吡啶甲酸(picolinic acid)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。典型地，吡啶甲酸在浓度以重量计小于约1000ppm(例如，约500ppm、约250ppm等)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为结合基团，诸如-C(O)-C-OH、-C(O)-C-C-OH或-C(O)-OH。举例而言，在一些实施方式中，本发明提供包含研磨剂、式Q-B的自停止剂、阳离子型化合物及水性载剂(例如水)的抛光组合物，其中抛光组合物的pH为约3至约9(例如约6.5至约8.5)。

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为结合基团，其中结合基团具有结构：-C(O)-X-OH或-C(O)-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化的，且可包括直链或支化的烷基、环烷基及环结构，包括芳族、杂环及稠环体系。

在实施方式中，Q选自烷基、环烷基、芳族基、杂环基、杂芳族基、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化、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、C_l-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(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个或多个与碳键合的氢被非氢原子取代的基团。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、叔和/或季氨基)、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、苄基、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外的任何原子。适合的含杂原子的官能基团包括例如羟基、羧酸基、酯基、酮基、氨基(例如伯、仲及叔氨基)、酰氨基、亚氨基、硫醇酯基、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个或多个作为环体系的部分而被包含的杂原子(例如N、O、S、P或B)的5-、6-或7-元环的化合物。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-羧酸、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-氧化物等。其它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)、吡咯啶、δ-2-吡咯啉、咪唑烷(imidazolidine)、δ-2-咪唑啉、δ-3-吡唑啉、吡唑烷(pyrazolidine)、哌啶、哌嗪、吗啉、奎宁环、吲哚啉、异吲哚啉、苯并二氢吡喃(chroman)、异苯并二氢吡喃、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、呋咱(furazan)、异噻唑、吡喃(2H)、吡嗪、嘧啶、哒嗪、异苯并呋喃、吲哚嗪、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、4H-喹嗪、异喹啉、喹啉、喹喔啉、1,8-萘啶、酞嗪、喹唑啉、噌啉、蝶啶、呫吨、吩噻、吩噻嗪、吩嗪、呸啶(perimidine)、1,7-菲咯啉(phenantrholine)、菲啶、吖啶、及其组合。

在一些实施方式中，Q经一个或多个取代基取代。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。在其它实施方式中，Q为赋予位阻的基团。举例而言，Q可能不特别地为疏水性的，但可为阻止原本将在相关分子中与较小Q基团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，结合基团B选自羧酸基、异羟肟酸基、羟胺基、羟基、酮基、硫酸根基团、磷酸根基团、及其组合。

在一些实施方式中，自停止剂Q-B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、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、山梨酸及其组合。

另外，制剂Q-B的自停止剂的盐也适用于本发明抛光组合物。

在一些实施方式中，自停止剂选自曲酸、麦芽酚、乙基麦芽酚、丙基麦芽酚、惕各酸、白芷酸、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。

在一些实施方式中，制剂Q-B的自停止剂选自式(I)化合物、式(II)化合物、式(III)化合物、式(IV)化合物及其组合。

式(I)化合物具有以下结构：

其中R选自：氢、烷基、环烷基、芳基、杂环烷基及杂环芳基，其中的每一者均可经取代或未经取代。

式(II)化合物具有以下结构：

其中X¹至X³各自独立地选自N、O、S、sp²杂化碳及CY¹Y²，其中Y¹及Y²各自独立地选自氢、羟基、C₁-C₆烷基、卤素及其组合，且Z¹至Z³各自独立地选自氢、羟基、C₁-C₆烷基及其组合，其中的每一者均可经取代或未经取代。

式(III)化合物具有以下结构：

Z-(C(X¹X²)_n)_p-CO₂M(III)，

其中Z选自N、C₁-C₆烷基、C₁-C₆烯基、C₁-C₆炔基及芳基(例如苯基、苄基、萘基、薁、蒽、芘等)，X¹及X²独立地选自氢、羟基、氨基及C₁-C₆烷基、C₁-C₆烯基；且其中，与所连接的碳结合在一起的X¹及X²可形成sp²杂化碳，n为1或2，p为0至4，且M选自氢及适合的反离子(例如I族金属)，其中的每一者均可经取代或未经取代。

式(IV)化合物具有以下结构：

其中X、Y及Z独立地选自H、O、S、NH及CH₂，R¹、R²及R³独立地选自H、烷基、烯基、炔基、芳基、卤基及卤代烷基，且M选自氢及适合的反离子。

抛光组合物可包含任何适合量的自停止剂(例如式Q-B化合物)。若组合物包含过少的自停止剂，则组合物可不呈现适合的自停止行为。与此相反，若抛光组合物包含过多的自停止剂，则组合物可呈现不合乎期望的抛光效能，可不具成本效益，和/或可能缺乏稳定性。因此，抛光组合物可包含约2wt％或更低，例如约1wt％或更低、约0.5wt％或更低、约0.1wt％或更低或约0.01wt％或更低的自停止剂。可选择地，或者此外，抛光组合物可包含约0.0001wt％或更高，例如约0.0005wt％或更高、约0.001wt％或更高、约0.005wt％或更高、约0.01wt％或更高或约0.05wt％或更高的自停止剂。因此，抛光组合物可包含浓度由前述端点中的任两者限定的自停止剂。举例而言，自停止剂可以约0.0001wt％至约2wt％，例如约0.0005wt％至约1wt％、约0.001wt％至约0.5wt％、约0.005wt％至约0.1wt％或约0.01wt％至约0.05wt％的浓度存在于抛光组合物中。

在一些实施方式中，本发明抛光组合物包含约0.5wt％或更低(例如约5,000ppm或更低)的自停止剂。在一些实施方式中，抛光组合物包含约2,500ppm(0.25wt％)或更低，例如约2,000ppm或更低、约1,500ppm或更低、约1,000ppm或更低或约500ppm或更低的自停止剂。

在一些实施方式中，本发明抛光组合物包含与平坦化剂(即阳离子型化合物)组合的自停止剂，亦称为构形控制剂。在不希望受任何特定理论束缚的情况下，据信，由于阳离子型化合物典型地藉由与带负电荷的氧化物表面结合来降低氧化物移除速率，因此，阳离子型化合物充当平坦化剂以改善经抛光基板的构形。阳离子型化合物在较高pH的抛光条件下(例如，具有约6.5至约8.5的pH，具有约7.0至8.5的pH)还改善自停止性组合物的平坦化效率。

阳离子型化合物可为包含选自季胺、阳离子聚乙烯醇、阳离子纤维素及其组合的单体的聚合物。因此，阳离子型聚合物可包含季胺、阳离子聚乙烯醇、阳离子纤维素、及其组合。

适合的季胺单体包括例如乙烯基咪唑鎓、甲基丙烯酰氧基乙基三甲基卤化铵、二烯丙基二甲基卤化铵及其组合。因此，适合的阳离子型聚合物包括例如选自以下的季胺：聚(乙烯基咪唑鎓)；聚(甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵)卤化物，诸如聚(甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵)氯化物(聚MADQUAT)；聚(二烯丙基二甲基铵)卤化物，诸如聚(二烯丙基二甲基铵)氯化物(聚DADMAC)；聚[双(2-氯乙基)醚-交替-1,3-双[3-(二甲基氨基)丙基]脲](即聚季铵盐-2)；乙烯基吡咯烷酮与季铵化甲基丙烯酸二甲基氨基乙基酯的共聚物(即聚季铵盐-11)；乙烯基吡咯烷酮与季铵化乙烯基咪唑的共聚物(即聚季铵盐-16)；乙烯基己内酰胺、乙烯基吡咯烷酮与季铵化乙烯基咪唑的三元共聚物(即聚季铵盐-46)；以及3-甲基-1-乙烯基咪唑鎓甲基硫酸根-N-乙烯基吡咯烷酮共聚物(即聚季铵盐-44)。另外，适合的阳离子型聚合物包括用于个人护理的阳离子型聚合物，诸如Supreme、Hold、UltraCare、FC 370、FC 550、FC552、Excellence及其组合。可使用本文提及的阳离子型聚合物的任何组合。

在实施方式中，阳离子型聚合物为季胺，且阳离子型聚合物为聚(甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵)卤化物，例如聚MADQUAT。

在实施方式中，阳离子型聚合物为季胺，且阳离子型聚合物为聚(乙烯基咪唑鎓)。

阳离子型聚合物可为任何适合的阳离子聚乙烯醇或阳离子纤维素。优选地，阳离子型聚合物为阳离子聚乙烯醇。举例而言，阳离子聚乙烯醇可为Nippon Gosei GOHSEFIMERK210^TM聚乙烯醇产品。

当存在时，阳离子型聚合物(即季胺、阳离子聚乙烯醇、阳离子纤维素或其组合，总计)可以任何适合的浓度存在于抛光组合物中。典型地，阳离子型聚合物以约1ppm至约500ppm，例如约1ppm至约475ppm、约1ppm至约450ppm、约1ppm至约425ppm、约1ppm至约400ppm、约1ppm至约375ppm、约1ppm至约350ppm、约1ppm至约325ppm、约1ppm至约300ppm、约1ppm至约275ppm、约1ppm至约250ppm、约1ppm至约225ppm、约1ppm至约200ppm、约1ppm至约175ppm、约1ppm至约150ppm、约1ppm至约125ppm、约1ppm至约100ppm、约1ppm至约75ppm、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的浓度存在于抛光组合物中。除非另外说明，否则本文中所列出的ppm浓度反映组分与抛光组合物的总重量的基于重量的比率。

当阳离子型聚合物为聚(乙烯基咪唑鎓)时，阳离子型聚合物优选以约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。更优选地，当阳离子型聚合物为聚(乙烯基咪唑鎓)时，阳离子型聚合物优选以约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。

抛光组合物可任选地包含选自以下的添加剂：羧酸单体、磺化单体或膦酸化单体与丙烯酸酯、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇的阴离子型共聚物(例如，2-羟乙基甲基丙烯酸与甲基丙烯酸的共聚物)；非离子型聚合物，其中非离子型聚合物为聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇；硅烷，其中硅烷为氨基硅烷、脲基硅烷或缩水甘油基硅烷；官能化吡啶的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)；及其组合。

当添加剂为非离子型聚合物时且当该非离子型聚合物为聚乙烯吡咯烷酮时，聚乙烯吡咯烷酮可具有任何适合的分子量。举例而言，聚乙烯吡咯烷酮的分子量可为约10,000g/mol至约1,000,000g/mol，例如约20,000g/mol、约30,000g/mol、约40,000g/mol、约50,000g/mol或约60,000g/mol。当添加剂为非离子型聚合物时且当该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，聚乙二醇的分子量可为约200g/mol至约200,000g/mol，例如约8000g/mol或约100,000g/mol。

当添加剂为硅烷时，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。举例而言，硅烷可为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或3-缩水甘油基丙基二甲基乙氧基硅烷。

优选地，当抛光组合物包含添加剂时，添加剂选自2-羟乙基甲基丙烯酸与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、淀粉、α-环糊精、β-环糊精、及其组合。

添加剂(即，羧酸单体、磺化单体或膦酸化单体与丙烯酸酯、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇的阴离子型共聚物；硅烷；官能化吡啶的N-氧化物；淀粉；环糊精；或其组合，总计)可以任何适合的浓度存在于化学机械抛光组合物中。优选地，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。更优选地，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。

除了本文所描述的添加剂中的一者或多者(即，羧酸单体、磺化单体或膦酸化单体与丙烯酸酯、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇的阴离子型共聚物；非离子型聚合物；硅烷；官能化吡啶的N-氧化物；淀粉；及环糊精中的一者或多者)以外，抛光组合物任选地还可包含如本文所描述的阳离子型聚合物。可选择地，抛光组合物可包含不具有上文所描述的添加剂中的一者或多者(即，不具有羧酸单体、磺化单体或膦酸化单体与丙烯酸酯、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇的阴离子型共聚物；非离子型聚合物；硅烷；官能化吡啶的N-氧化物；淀粉；及环糊精中的一者或多者)的阳离子型聚合物。

抛光组合物包含水性载剂。水性载剂包含水(例如去离子水)且可含有一种或多种可与水混溶的有机溶剂。可使用的有机溶剂的实例包括：醇，诸如丙烯基醇、异丙醇、乙醇、1-丙醇、甲醇、1-己醇及类似者；醛，诸如乙醛及类似者；酮，诸如丙酮、二丙酮醇、甲乙酮及类似者；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、乳酸乙酯及类似者；醚，包括亚砜，诸如二甲基亚砜(DMSO)、四氢呋喃、二烷、二乙二醇二甲醚及类似者；酰胺，诸如N,N-二甲基甲酰胺、二甲基咪唑烷酮、N-甲基吡咯烷酮及类似者；多元醇及其衍生物，诸如乙二醇、丙三醇、二乙二醇、二乙二醇单甲醚及类似者；及含氮的有机化合物，诸如乙腈、戊胺、异丙胺、咪唑、二甲胺及类似者。优选地，水性载剂仅为水，即，不存在有机溶剂。

本发明抛光组合物的pH为约3至约9。典型地，抛光组合物的pH为约3或更大。此外，抛光组合物的pH典型地为约9或更低。举例而言，抛光组合物的pH可为约3.5至约9，例如约4至约9、约4.5至约9、约5至约9、约5.5至约9、约6至约9、约6.5至约9、约7至约9、约7.5至约9、约8至约9、或约8.5至约9。可选择地，抛光组合物的pH可为约3至约8.5，例如约3至约8、约3至约7.5、约3至约7、约3至约6.5、约3至约6、约3至约5.5、约3至约5、约3至约4.5、约3至约4、或约3至约3.5。因此，抛光组合物的pH可由前述端点中的任两者限定。

优选地，抛光组合物的pH为约3至约5或约7.0至约8.5。举例而言，在优选实施方式中，抛光组合物包含研磨剂、如本文所描述的式Q-B的自停止剂及水性载剂，其中抛光组合物的pH为约3至约5。

在另一优选实施方式中，抛光组合物包含研磨剂、如本文所描述的式Q-B的自停止剂、阳离子型聚合物及水性载剂，其中抛光组合物的pH为约7.0至约9.0。在一些优选实施方式中，本发明抛光组合物包含研磨剂、如本文所描述的式(I)的自停止剂、阳离子型聚合物及水性载剂，其中抛光组合物的pH为约7.0至约9.0。

抛光组合物可包含pH调节剂及pH缓冲剂。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、氢氧化季胺、氨或其组合。具体地说，pH调节剂可为三乙醇胺(TEA)、氢氧化四甲铵(TMAH或TMA-OH)或氢氧化四乙铵(TEAH或TEA-OH)。在一些实施方式中，pH调节剂为三乙醇胺。

pH调节剂可以任何适合的浓度存在于抛光组合物中。合乎期望地，pH调节剂以足以达成和/或维持在本文所阐述的pH范围内的抛光组合物pH，例如足以维持约3至约9的pH、足以维持约3至约5的pH、或足以维持约7.0至约8.5的pH的浓度存在于抛光组合物中。

抛光组合物可含有任何适合的缓冲剂。举例而言，适合的缓冲剂可包括磷酸盐、硫酸盐、乙酸盐、丙二酸盐、草酸盐、硼酸盐、铵盐、唑及类似者。在一些实施方式中，缓冲剂为1H-苯并三唑。

抛光组合物可含有任何适合量的缓冲剂(若存在)。举例而言，缓冲剂可以约0.0001wt％或更高，例如约0.0005wt％或更高、约0.001wt％或更高、约0.005wt％或更高、约0.01wt％或更高或约0.1wt％或更高的浓度存在于抛光组合物中。可选择地，或者此外，缓冲剂可以约2wt％或更低，例如约1.8wt％或更低、约1.6wt％或更低、约1.4wt％或更低、约1.2wt％或更低或约1wt％或更低的浓度存在于抛光组合物中。因此，缓冲剂可以由前述端点中的任两者限定的浓度存在于抛光组合物中。举例而言，缓冲剂可以约0.0001wt％至约2wt％，例如约0.005wt％至约1.8wt％、约0.01wt％至约1.6wt％或约0.1wt％至约1wt％的浓度存在于抛光组合物中。

抛光组合物任选地进一步包含一种或多种其它额外组分。说明性的额外组分包括速率增强剂、调节剂、阻垢剂、分散剂等。速率增强剂合乎期望地为藉由形成高配位化合物(例如五配位或六配位的硅化合物)活化抛光颗粒或基板的有机羧酸。适合的速率增强剂包括例如吡啶甲酸及4-羟基苯甲酸。抛光组合物可包含表面活性剂和/或流变控制剂，包括粘度增强剂及促凝剂(例如聚合物型流变控制剂，诸如氨基甲酸酯聚合物)、分散剂、杀生物剂(例如KATHON^TMLX)及类似者。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、其混合物及类似者。借助于实例，额外组分可包括Brij S20(聚乙二醇十八烷基醚)及聚乙二醇(例如PEG8000)。

可藉由任何适合的技术制备抛光组合物，其中的许多技术为本领域技术人员已知的。抛光组合物可以分批方法或连续方法制备。一般而言，抛光组合物可藉由以任何顺序组合本文中的组分来制备。如本文所用的术语“组分”包括单独的成分(例如研磨剂、自停止剂、阳离子型化合物等)以及各成分(例如研磨剂、自停止剂、阳离子型化合物等)的任何组合。

举例而言，可将自停止剂以合乎期望的浓度添加至水性载剂(例如水)中。接着可调节(按需要)pH且可将研磨剂以合乎期望的浓度添加至混合物中以形成抛光组合物。抛光组合物可在使用之前制备，其中，在即将使用之前(例如在使用前约1分钟内，或在使用前约1小时内，或在使用前约7天内)将一种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将组分在基板表面处混合来制备抛光组合物。

抛光组合物也可提供为意欲在使用之前用适量的水性载剂(尤其是水)稀释的浓缩物。在这样的实施方式中，抛光组合物浓缩物可包含研磨剂、自停止剂、阳离子型聚合物(若存在)及水性载剂，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上文针对各组分所列举的适当范围内的量存在于抛光组合物中。此外，如本领域普通技术人员将理解的，浓缩物可含有存在于最终抛光组合物中的适当分量的水以确保其它组分至少部分或全部溶解于浓缩物中。

虽然抛光组合物可在使用之前很久或甚至在使用之前不久制备，但抛光组合物也可藉由在使用位置处或其附近混合抛光组合物的组分而产生。如本文中所用，术语“使用位置”是指这样的位置，在该位置处，将抛光组合物施加至基板表面(例如抛光垫或基板表面自身)。当抛光组合物将采用使用位置混合而产生时，抛光组合物的组分分别地储存于两个或更多个储存装置中。

为了混合储存装置中所含有的组分以在使用位置处或其附近产生抛光组合物，储存装置典型地装备有自各储存装置引导至抛光组合物的使用位置处(例如平台、抛光垫或基板表面)的一个或多个流动管线。术语“流动管线”意指自单独的储存容器流向其中所储存的组分的使用位置的路径。一个或多个流动管线可各自直接引导至使用位置，或者，在使用超过一个流动管线的情形下，流动管线中的两者或更多者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，一个或多个流动管线(例如单独的流动管线或合并的流动管线)中的任一者可在到达组分的使用位置之前首先引导至一个或多个其它装置(例如，泵送装置、量测装置、混合装置等)。

可将抛光组合物的组分独立地递送至使用位置(例如，将组分递送至基板表面，之后在抛光制程期间混合组分)，或者，组分可紧接着在递送至使用位置之前组合。若组分是在到达使用位置之前不到10秒组合，优选在到达使用位置之前不到5秒组合，更优选在到达使用位置之前不到1秒组合，或甚至与将组分递送至使用位置的同时组合(例如，组分在分配器处组合)，则组分是“紧接着在递送至使用位置之前”组合。若组分是在使用位置的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)组合，则组分也是“紧接着在递送至使用位置之前”组合。

当在到达使用位置之前组合抛光组合物的组分中的两者或更多者时，组分可在流动管线中组合且在不使用混合装置的情况下递送至使用位置。可选择地，流动管线中的一者或多者可引导至混合装置中以促进组分中的两者或更多者的组合。可使用任何适合的混合装置。举例而言，混合装置可为组分中的两者或更多者流经的喷嘴或喷口(例如高压喷嘴或喷口)。可选择地，混合装置可为容器型混合装置，其包含一个或多个入口，藉由所述入口将抛光组合物的两种或更多种组分引入至混合器中；及至少一个出口，经由所述出口使混合的组分离开混合器以直接或经由设备的其它组件(例如经由一个或多个流动管线)递送至使用位置。此外，混合装置可包含超过一个腔室，各腔室具有至少一个入口及至少一个出口，其中两种或更多种组分在各腔室中组合。若使用容器型混合装置，则混合装置优选包含混合机构以进一步促进组分的组合。混合机构通常为本领域中已知的且包括搅拌器、共混器、搅动器、叶片式折流板、气体分布器系统、振动器等。

本发明还提供使用本文所描述的本发明CMP组合物来化学机械地抛光基板的方法。在实施方式中，本发明提供化学机械抛光基板的方法，包括：(i)提供基板，其中基板包含位于基板表面上的图案介电层，其中图案介电层包含介电材料的凸起区域及介电材料的沟槽区域，且其中图案介电层的初始台阶高度为介电材料的凸起区域的高度与介电材料的沟槽区域的高度之间的差值；(ii)提供抛光垫；(iii)提供本文所描述的化学机械抛光组合物；(iv)使基板与抛光垫及化学机械抛光组合物接触；及(v)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图案介电层的至少一部分，从而抛光基板。

更具体地说，本发明提供化学机械抛光基板的方法，包括：(i)提供基板，其中基板包含位于基板表面上的图案介电层，其中图案介电层包含介电材料的凸起区域及介电材料的沟槽区域，且其中图案介电层的初始台阶高度为介电材料的凸起区域的高度与介电材料的沟槽区域的高度之间的差值；(ii)提供抛光垫；(iii)提供化学机械抛光组合物，其包含(a)研磨剂；(b)式Q-B的自停止剂，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，B为结合基团，其中结合基团具有结构C(O)-X-OH或-C(O)-OH，其中X为C1-C2烷基；(c)水性载剂；(d)任选地阳离子型聚合物，其中抛光组合物的pH为约3至约9；(iv)使基板与抛光垫及该化学机械抛光组合物接触；及(v)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图案介电层的至少一部分，从而抛光基板。

本发明还提供化学机械抛光基板的方法，包括：(i)提供基板，其中基板包含位于基板表面上的图案介电层，其中图案介电层包含介电材料的凸起区域及介电材料的沟槽区域，且其中图案介电层的初始台阶高度为介电材料的凸起区域的高度与介电材料的沟槽区域的高度之间的差值；(ii)提供抛光垫；(iii)提供化学机械抛光组合物，其包含(a)包含氧化铈的研磨剂；(b)选自以下的自停止剂：曲酸、麦芽酚、咖啡酸、巴豆酸、惕各酸、2-戊烯酸、2-羟基烟酸、乙基麦芽酚、山梨酸钾、山梨酸、去铁酮、戊酸及其组合；及(c)水性载剂，其中抛光组合物的pH为约3至约9；(iv)使基板与抛光垫及化学机械抛光组合物接触；及(v)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图案介电层的至少一部分，从而抛光基板。

本发明还提供化学机械抛光基板的方法，包括：(i)提供基板，其中基板包含位于基板表面上的图案介电层，其中图案介电层包含介电材料的凸起区域及介电材料的沟槽区域，且其中图案介电层的初始台阶高度为介电材料的凸起区域的高度与介电材料的沟槽区域的高度之间的差值；(ii)提供抛光垫；(iii)提供化学机械抛光组合物，其包含(a)研磨剂；(b)选自式(I)化合物的自停止剂

其中R选自：氢、烷基、环烷基、芳基、杂环烷基及杂环芳基，其中的每一者均可经取代或未经取代；(c)水性载剂；(d)阳离子型聚合物，其中抛光组合物的pH为约7至约9；(iv)使基板与抛光垫及化学机械抛光组合物接触；及(v)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图案介电层的至少一部分，从而抛光基板。

本发明还提供化学机械抛光基板的方法，包括：(i)提供基板，其中基板包含位于基板表面上的图案介电层，其中图案介电层包含介电材料的凸起区域及介电材料的沟槽区域，且其中图案介电层的初始台阶高度为介电材料的凸起区域的高度与介电材料的沟槽区域的高度之间的差值；(ii)提供抛光垫；(iii)提供化学机械抛光组合物，其包含(a)研磨剂；(b)选自式(II)、(III)或(IV)化合物的自停止剂，其中，

其中X¹至X³各自独立地选自N、O、S、sp²杂化碳及CY¹Y²，其中Y¹及Y²各自独立地选自氢、羟基、C₁-C₆烷基、卤素及其组合，且Z¹至Z³各自独立地选自氢、羟基、C₁-C₆烷基及其组合，其中的每一者均可经取代或未经取代。

Z-(C(X¹X²)_n)_p-CO₂M(III)，

其中Z选自N、C₁-C₆烷基、C₁-C₆烯基、C₁-C₆炔基及芳基(例如苯基、苄基、萘基、薁、蒽、芘等)，X¹及X²独立地选自氢、羟基、氨基及C₁-C₆烷基、C₁-C₆烯基，且其中，与所连接的碳结合在一起的X¹及X²可形成sp²杂化碳，n为1或2，p为0至4，且M选自氢及适合的反离子(例如I族金属)，其中的每一者均可经取代或未经取代，

其中X、Y及Z独立地选自H、O、S、NH及CH₂，R¹、R²及R³独立地选自H、烷基、烯基、炔基、芳基、卤基及卤代烷基，且M选自氢及适合的反离子；(c)水性载剂，其中抛光组合物的pH为约3至约9；(iv)使基板与抛光垫及化学机械抛光组合物接触；及(v)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图案介电层的至少一部分，从而抛光基板。

本发明还提供化学机械抛光基板的方法，包括：(i)提供基板，其中基板包含位于基板表面上的图案介电层，其中图案介电层包含介电材料的凸起区域及介电材料的沟槽区域，且其中图案介电层的初始台阶高度为介电材料的凸起区域的高度与介电材料的沟槽区域的高度之间的差值；(ii)提供抛光垫；(iii)提供化学机械抛光组合物，其包含(a)包含氧化铈的研磨剂；(b)选自异羟肟酸(诸如乙酰基异羟肟酸、苯异羟肟酸、水杨基异羟肟酸及其组合)的自停止剂；(c)阳离子型聚合物；及(d)水性载剂，其中抛光组合物的pH为约7至约9；(iv)使基板与抛光垫及化学机械抛光组合物接触；及(v)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图案介电层的至少一部分，从而抛光基板。

本发明的抛光组合物适用于抛光任何适合的基板。该抛光组合物特别适用于抛光包含硅氧化物层的基板。适合的基板包括但不限于平板显示器、集成电路、存储器或硬磁盘、金属、半导体、层间介电质(ILD)器件、微机电系统(MEMS)、3D NAND器件、铁电体及磁头。该抛光组合物尤其非常适合于平坦化或抛光已经受浅沟槽隔离(STI)处理的基板。合乎期望地，基板包括含介电质(例如含硅氧化物)的表面，尤其是具有图案化介电材料区域的表面，该图案化介电材料区域包括由介电材料的沟槽区域分离的凸起介电区域。基板可进一步包含至少一个其它层，例如绝缘层。绝缘层可为金属氧化物、多孔金属氧化物、玻璃、有机聚合物、氟化有机聚合物或任何其它适合的高或低κ绝缘层。绝缘层可包含硅氧化物、硅氮化物或其组合，基本上由硅氧化物、硅氮化物或其组合组成，或者，由硅氧化物、硅氮化物或其组合组成。硅氧化物层可包含任何适合的硅氧化物、基本上由任何适合的硅氧化物组成、或者由任何适合的硅氧化物组成，其中许多为本领域中已知的。举例而言，硅氧化物层可包含四乙氧基硅烷(TEOS)、高密度等离子体(HDP)氧化物、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、等离子体增强型原硅酸四乙酯(PETEOS)、热氧化物、或未经掺杂的硅酸盐玻璃。基板可进一步包含金属层。金属可包含任何适合的金属、基本上由任何适合的金属组成、或者由任何适合的金属组成，其中许多为本领域中已知的，诸如铜、钽、钨、钛、铂、钌、铱、铝、镍或其组合。

根据本发明，可使用本文中所描述的抛光组合物藉由任何适合的技术来平坦化或抛光基板。本发明的抛光方法尤其适合于与化学机械抛光(CMP)设备结合使用。典型地，该CMP设备包含：平台，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，其与平台接触且在运动时随平台移动；及载体，其固持待藉由接触且相对于抛光垫的表面移动而抛光的基板。基板的抛光藉由将基板与本发明的抛光组合物及典型地抛光垫接触置放且随后用抛光组合物及典型地抛光垫研磨基板表面的至少一部分(例如硅氧化物或本文所描述的基板材料中的一者或多者)以抛光基板而进行。根据本发明，可使用任何适合的抛光条件来抛光基板。

可使用化学机械抛光组合物连同任何适合的抛光垫(例如，抛光表面)来平坦化或抛光基板。适合的抛光垫包括例如编织及非编织的抛光垫。此外，适合的抛光垫可包含具有不同密度、硬度、厚度、可压缩性、压缩回弹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、氟碳化合物、聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯酸酯、聚醚、聚乙烯、聚酰胺、聚氨基甲酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯、其共形成产物、及其混合物。

虽然本发明组合物及方法呈现自停止行为，但CMP设备可进一步包含原位抛光终点检测系统，所述组合物及方法中的许多为本领域中已知的。用于藉由分析自工件表面反射的光或其它辐射来检查及监测抛光过程的技术为本领域中已知的。这样的方法描述于例如美国专利第5,196,353号、美国专利第5,433,651号、美国专利第5,609,511号、美国专利第5,643,046号、美国专利第5,658,183号、美国专利第5,730,642号、美国专利第5,838,447号、美国专利第5,872,633号、美国专利第5,893,796号、美国专利第5,949,927号及美国专利第5,964,643号中。合乎期望地，关于正在抛光的工件的抛光过程的进展的检查或监测使得能够判定抛光终点，即，判定何时终止对于特定工件的抛光过程。

对于任何类型的器件的基板，基板表面可包括置放于其还包括表面结构或构形的下层的上方的介电材料的连续且结构化(非平坦、非平滑)的层。介电材料表面的该结构化、非平坦区域被称为“图案化介电质”。其由置放于下层的不均匀结构的上方的介电材料产生以填充存在于下层中的沟槽或孔洞。为了确保所有沟槽或孔洞等的完全填充且充分覆盖于含有沟槽或孔洞等的下层的表面的上方，以过量的量沉积介电材料。介电材料将与下层的不均匀构形相符，产生特征在于由沟槽分离的凸起区域的经沉积的连续介电表面。凸起区域将为有源(作用，active)抛光及材料移除的位置，意指自其移除大部分介电材料的位置。图案化介电材料的特征还在于所谓的“台阶高度”，其为相对于在邻近沟槽处的介电材料的高度的凸起区域的介电材料的高度。

本发明抛光组合物尤其非常适用于平坦化或抛光已经受浅槽隔离(STI)或类似处理的基板，由此使介电质覆盖于结构化的下层的上方以产生图案化介电材料的区域。对于已经受浅沟槽隔离的基板，典型的台阶高度可在约1,000埃至约7,000埃的范围内。

所描述的抛光组合物的某些实施方式也适用于平坦化或抛光作为处理中的3DNAND闪存器件的基板。在这样的基板中，下层由包括沟槽、孔洞或具有高纵横比(诸如至少10:1、30:1、60:1或80:1的纵横比)的其它结构的半导体层制成。当藉由介电材料覆盖具有这样的高纵横比的结构的表面时，所得的图案化介电质将呈现高的台阶高度，诸如基本上大于约7,000埃，例如大于约10,000埃、大于约20,000埃、大于约30,000埃、或大于约40,000埃或更高的台阶高度。

本文中所描述的器件中的任一者的介电材料可包含任何适合的介电材料，基本上由任何适合的介电材料组成，或者由任何适合的介电材料组成，其中的许多为公知的，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，包括硅氧化物的介电材料或基于硅氧化物的介电层可包含以下各者中的任何一者或多者，由以下各者中的任何一者或多者组成，或者基本上由以下各者中的任何一者或多者组成：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、等离子体增强型原硅酸四乙酯(PETEOS)、热氧化物、或未经掺杂的硅酸盐玻璃。在过去，已准备了需要对图案化介电质进行平坦化的基板的一些实例，以在图案化介电材料的有源(作用，active)抛光区域下方的位置处包括硅氮化物层(例如“硅氮化物顶盖”或“衬里(liner)”)，例如，位于结构化半导体层的平台(land)表面的上方的“顶盖”。硅氮化物经设计以在到达硅氮化物层时使介电材料在有源(作用，active)区域处的抛光及移除停止。硅氮化物层用于以意欲减小沟槽损耗及最终构形中的凹陷的方式在抛光步骤中暂停(halt)材料的移除。然而，该步骤为制造过程增加了大量成本且仍可能不完全预防凹陷。

根据本发明的方法，基板可包括位于介电质抛光及移除步骤的意欲结束位置处的硅氮化物衬里。在其它实施方式中，基板不需要且可任选地及优选地不包括安置于自有源(作用，active)区域移除介电质的步骤的结束位置处的硅氮化物“衬里”或“顶盖”。

合乎期望地，平坦化并且抛光图案化介电材料以减小在凸起区域(具有初始高度)与沟槽(具有初始沟槽厚度)之间的初始台阶高度。为了有效地且有效率地实现该平坦化，本发明方法具有(有源(作用，active))图案化介电材料的凸起区域的高移除速率，以及，沟槽的介电材料的基本上较低的移除速率。最优选地，本发明方法还呈现自停止行为。

在CMP抛光或平坦化期间，自凸起区域及自沟槽以较小量移除介电材料。在抛光期间，将凸起区域的高度降低至最终与沟槽的高度基本上水平。举例而言，这可意指将台阶高度降低至小于1,000埃，例如小于900埃、小于500埃、小于300埃或小于250埃。凸起区域高度的降低移除了沟槽之间的凸起区域的图案，有效地移除图案且将图案转换至平坦化介电质的区域，即，“毯覆式介电质”或“毯覆式氧化物”，意指介电材料的基本上平坦化的区域。

取决于正抛光的基板，在开始CMP处理步骤之前量测的初始台阶高度可为至少1,000埃，例如至少2,000埃或至少5,000埃，且可基本上更大，诸如大于7,000埃，例如至少10,000埃、至少20,000埃、至少30,000埃或至少40,000埃。在抛光之后，台阶高度降低且沟槽厚度减小。

图1描绘具有初始台阶高度(h₀)及初始沟槽厚度(t₀)的例示性基板。台阶高度的材料可主要为介电质，诸如TEOS、BPSG或其它非晶的含氧化硅(silica)的材料。3D NAND介电质(及其它块状(bulk)氧化物移除)处理中的关键步骤为降低台阶高度(h₁)(例如降低至小于约或降低至小于约)并具有最小的沟槽损耗(t₀-t₁)。对于良好的平坦化效率而言，必须在无显著沟槽损耗的情况下达到最终台阶高度。这需要抛光组合物在有源(作用，active)(即凸起)区域上比在沟槽区域具有更高的移除速率。另外，优选的抛光组合物将产生“自停止”或“在平面上停止”的行为，以允许不导致过度抛光的更有效的最终抛光。合乎期望地，本发明抛光组合物具有与毯覆(基本上平滑)的介电材料上的移除速率相比高得多的图案移除速率(有源(作用，active)区域处的移除速率)。

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“图案移除速率”或“有源(作用，active)移除速率”。使用如本文所描述的方法及抛光组合物所达成的图案移除速率可为任何适合的速率，且对于任何给定的制程及基板而言，将在很大程度上视凸起区域的尺寸(例如间距及宽度)而定。根据优选方法，图案化介电材料的移除速率可为至少约2,000埃/分钟，优选至少约4,000埃/分钟，例如至少约5,000埃/分钟、至少约6,000埃/分钟、至少约10,000埃/分钟、至少约14,000埃/分钟或至少约15,000埃/分钟。

根据优选方法，可藉由CMP处理图案化介电质小于5分钟，例如小于3分钟、小于2分钟或小于1分钟的时间而将图案化介电质处理成平坦化表面。这可针对具有图案化介电材料的基板而实现，该图案化介电材料包括至少7,000埃，例如至少10,000埃、至少20,000埃、至少30,000埃或至少40,000埃的台阶高度。在实现小于1,000埃的(藉由抛光)降低的台阶高度(即“剩余”台阶高度)时，认为该表面被有效地平坦化。因此，本发明抛光组合物及方法可提供小于1,000埃，例如小于900埃、小于500埃、小于300埃或小于250埃的剩余台阶高度。

此外，根据使用如本文所描述的抛光组合物的优选抛光方法，相对于不含有如本文所描述的自停止剂(例如式Q-B化合物)的抛光组合物，可减小沟槽损耗且可改善平坦化效率。沟槽损耗是指在CMP处理之前的沟槽厚度(t₀)与在CMP处理之后的沟槽厚度(t₁)之间的差值，即，沟槽损耗等于t₀-t₁(针对给定处理时间或结果)(图1)。优选地，将在抛光至平坦化期间发生的沟槽损耗量(例如藉由小于1,000埃，例如小于900埃、小于500埃、小于300埃或小于250埃的“剩余”台阶高度定义)或对于给定处理时间量的沟槽损耗量可藉由使如本文所描述的自停止剂存在于如本文所描述的抛光组合物中而降低。因此，本文所描述的抛光方法所产生的沟槽损耗基本上低于(例如至少少10％)使用相同处理条件及装置用类似但不含如本文所描述的自停止剂的抛光组合物(例如不含式Q-B化合物的抛光组合物)抛光相同类型的基板所产生的沟槽损耗。合乎期望地，本发明的抛光基板的方法提供小于约2,000埃(例如小于约1,500埃、小于约1,000埃、小于约500埃或小于约250埃)的沟槽损耗。

可以平坦化效率反映较低的沟槽损耗，平坦化效率是指台阶高度降低除以沟槽损耗根据本发明的优选方法，可藉由使如本文所描述的自停止剂存在于如本文所描述的抛光组合物中而改善平坦化效率。因此，本文所描述的抛光方法所导致的平坦化效率基本上高于(例如至少高10％)使用相同处理条件及装置用类似但不含如本文所描述的自停止剂的抛光组合物(例如不含式Q-B化合物的抛光组合物)抛光相同类型的基板所产生的平坦化效率。合乎期望地，本发明抛光基板的方法提供至少约2.0，优选至少约3.0，诸如至少约3.5的平坦化效率。

优选的方法也可呈现自停止行为，意指介电材料自毯覆式介电材料(在到达小于1,000埃、小于900埃、小于500埃、小于300埃或小于200埃的台阶高度时)的移除速率(即“毯覆物移除速率”)显著低于图案化介电材料的移除速率。认为，若毯覆式介电材料的移除速率小于约1,000埃/分钟，则发生自停止行为。因此，在优选实施方式中，本发明方法提供小于约1,000埃/分钟，例如小于约800埃/分钟、小于约500埃/分钟、小于约300埃/分钟或小于约200埃/分钟的毯覆式介电材料移除速率。

藉由其它量测，自停止行为可藉由将毯覆式介电材料的移除速率与图案化介电材料的移除速率进行比较来量测。毯覆物移除速率与图案移除速率的低比率指示良好的自停止行为。因此，在优选实施方式中，毯覆式介电材料的移除速率与图案化介电材料的移除速率的比率小于约1，例如小于约0.5、小于约0.3或小于约0.1。因此，本发明抛光方法所导致的毯覆物移除速率与图案移除速率的比率基本上低于(例如至少少约10％)使用相同处理条件及装置用类似但不含如本文所描述的自停止剂的抛光组合物(例如不含式Q-B化合物的抛光组合物)抛光相同类型的基板所产生的毯覆物移除速率与图案移除速率的比率。

在实施方式中，本发明提供这样的方法，其中图案介电层包括至少约1,000埃的初始台阶高度，其中该方法包括在抛光期间将初始台阶高度降低至小于约900埃以产生平坦化介电质，且其中平坦化介电质的移除速率小于约1,000埃/分钟。

在实施方式中，本发明提供这样的方法，包括自图案介电层表面移除介电材料的凸起区域的至少约10,000埃。

在实施方式中，本发明提供这样的方法，其中介电材料的凸起区域的移除速率与介电材料的沟槽区域的移除速率的比率大于约5，优选大于约10、大于约15或大于约20。

在实施方式中，本发明提供这样的方法，其中介电材料的凸起区域的移除速率大于约1000埃/分钟。因此，在优选实施方式中,介电材料的凸起区域的移除速率大于约2,000埃/分钟，例如大于约4,000埃/分钟、大于约5,000埃/分钟、大于约6,000埃/分钟、大于约10,000埃/分钟或大于约15,000埃/分钟。

在实施方式中，本发明提供这样的方法，其中图案介电层包含选自硅氧化物、四乙氧基硅烷、磷硅玻璃、硼磷硅玻璃及其组合的介电材料。

实施方式

(1)在实施方式(1)中提供包含以下的化学机械抛光组合物：(a)研磨剂；(b)式Q-B的自停止剂，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，B为结合基团，其中结合基团具有结构：-C(O)-X-OH或-C(O)-OH，其中X为C1-C2烷基(例如式(II)、(III)及(IV)的任何化合物)；及(c)水性载剂，其中抛光组合物的pH为约3至约9。

(2)在实施方式(2)中提供如实施方式(1)的抛光组合物，其中研磨剂选自氧化铈、氧化锆及其组合。

(3)在实施方式(3)中提供如实施方式(2)的抛光组合物，其中研磨剂为氧化铈。

(4)在实施方式(4)中提供如实施方式(1)至(3)中任一项的抛光组合物，其中研磨剂以约0.001wt％至约5wt％的浓度存在于抛光组合物中。

(5)在实施方式(5)中提供如实施方式(1)至(4)中任一项的抛光组合物，其中Q选自烷基、环烷基、芳族基、杂环基、杂芳族基及其组合。

(6)在实施方式(6)中提供如实施方式(5)的抛光组合物，其中Q经选自羟基、烷基、卤素、胺基或其任何组合的一个或多个基团取代。

(7)在实施方式(7)中提供如实施方式(1)的抛光组合物，其中Q-B选自麦芽酚、曲酸、巴豆酸、惕各酸、2-戊烯酸、戊酸、苯甲酸、3,4-二羟基苯甲酸、3,5-二羟基苯甲酸、咖啡酸、乙基麦芽酚、山梨酸钾、山梨酸及其组合。

(8)在实施方式(8)中提供如实施方式(1)至(7)中任一项的抛光组合物，其中自停止剂以约0.5wt％或更低的浓度存在于抛光组合物中。

(9)在实施方式(9)中提供如实施方式(1)至(8)中任一项的抛光组合物，其进一步包含阳离子型聚合物。

(10)在实施方式(10)中提供如实施方式(9)的抛光组合物，其中阳离子型聚合物包含选自季胺、阳离子聚乙烯醇、阳离子纤维素及其组合的单体。

(11)在实施方式(11)中提供如实施方式(10)的抛光组合物，其中阳离子型聚合物包含季胺单体，且其中季胺单体选自乙烯基咪唑鎓、甲基丙烯酰氧基乙基三甲基卤化铵、二烯丙基二甲基卤化铵及其组合。

(12)在实施方式(12)中提供如实施方式(9)的抛光组合物，其中阳离子型聚合物选自聚(乙烯基咪唑鎓)、聚(甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵)氯化物、聚(二烯丙基二甲基铵)氯化物、聚季铵盐-2及其组合。

(13)在实施方式(13)中提供如实施方式中(1)至(12)中任一项的抛光组合物，其中抛光组合物的pH为约6.5至约8.5。

(14)在实施方式(14)中提供如实施方式(1)至(12)中任一项的抛光组合物，其中抛光组合物的pH为约3至约5。

(15)在实施方式(15)中提供如实施方式(1)至(14)中任一项的抛光组合物，其进一步包含速率增强剂和/或pH缓冲剂。

(16)在实施方式(16)中提供包含以下的化学机械抛光组合物：(a)包含氧化铈的研磨剂；(b)选自以下的自停止剂：曲酸、巴豆酸、惕各酸、戊酸、2-戊烯酸、麦芽酚、苯甲酸、3,4-二羟基苯甲酸、3,5-二羟基苯甲酸、咖啡酸、乙基麦芽酚、山梨酸钾、山梨酸及其组合；及(c)水性载剂，其中抛光组合物的pH为约3至约9。

(17)在实施方式(17)中提供如实施方式(16)的抛光组合物，其中抛光组合物的pH为约3至约5。

(18)在实施方式(18)中提供如实施方式(16)的抛光组合物，其进一步包含平坦化剂，该平坦化剂包含选自聚(乙烯基咪唑鎓)、聚(甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵)氯化物、聚(二烯丙基二甲基铵)氯化物、聚季铵盐-2及其组合的阳离子型聚合物。

(19)在实施方式(19)中提供如实施方式(18)的抛光组合物，其中抛光组合物的pH为约6.5至约8.5。

(20)在实施方式(20)中提供包含以下的化学机械抛光组合物：

(a)包含氧化铈的研磨剂；

(b)选自式(I)化合物的自停止剂：

其中R选自：氢、烷基、环烷基、芳基、杂环烷基及杂环芳基，其中的每一者均可经取代或未经取代；

(c)选自以下的阳离子型化合物：铝盐、甲基丙烯酸2-(二甲基氨基)乙酯、二烯丙基二甲基铵、聚(乙烯基咪唑鎓)、聚(甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵)卤化物、聚(二烯丙基二甲基铵)卤化物、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、Luviquat Supreme、Luviquat Hold、Luviquat UltraCare、Luviquat FC 370、Luviquat FC550、Luviquat FC 552、Luviquat Excellence及其组合；及

(d)水性载剂，

其中抛光组合物的pH为约7至约9。

(21)在实施方式(21)中提供如实施方式(20)的抛光组合物，其中抛光组合物的pH为约7至约9。

(22)在实施方式(22)中提供化学机械抛光基板的方法，包括：(i)提供基板，其中基板包含位于基板表面上的图案介电层，其中图案介电层包含介电材料的凸起区域及介电材料的沟槽区域，且其中图案介电层的初始台阶高度为介电材料的凸起区域的高度与介电材料的沟槽区域的高度之间的差值；(ii)提供抛光垫；(iii)提供如实施方式(1)至(21)中任一项的化学机械抛光组合物；(iv)使基板与抛光垫及化学机械抛光组合物接触；及(v)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图案介电层的至少一部分，从而抛光基板。

(23)在实施方式(23)中提供如实施方式(22)的抛光方法，其中图案介电层包括至少约1,000埃的初始台阶高度，其中该方法包括在抛光期间将初始台阶高度降低至小于约900埃以产生平坦化介电质，且其中平坦化介电质的移除速率小于约1,000埃/分钟。

(24)在实施方式(24)中提供如实施方式(22)或实施方式(23)的抛光方法，其中该方法包括自图案介电层表面移除介电材料的凸起区域的至少约10,000埃。

(25)在实施方式(25)中提供如实施方式(22)至(24)中任一项的抛光方法，其中介电材料的凸起区域的移除速率与介电材料的沟槽区域的移除速率的比率大于约5。

(26)在实施方式(26)中提供如实施方式(22)至(25)中任一项的抛光方法，其中介电材料的凸起区域的移除速率大于约1,000埃/分钟。

(27)在实施方式(27)中提供如实施方式(22)至(26)中任一项的抛光方法，其中图案介电层包含选自硅氧化物、四乙氧基硅烷、磷硅玻璃、硼磷硅玻璃及其组合的介电材料。

实施例

以下实施例进一步说明本发明，但当然不应解释为以任何方式限制其范围。

在实施例中使用以下缩写：PEG8000是指分子量为8,000g/mol的聚乙二醇；pMADQUAT是指聚MADQUAT；SHA是指水杨基异羟肟酸；BHA是指苯异羟肟酸；BTA是指1H-苯并三唑；TEA是指三乙醇胺；POU是指使用位置；RR是指移除速率；AA是指有源(作用，active)区域；TA是指沟槽区域；BW是指TEOS毯覆式晶片；且SH是指台阶高度。

实施例1

该实施例说明任选地与阳离子型化合物组合的自停止剂对包含其的抛光组合物中的抛光效能的影响。

用十四种抛光组合物(即抛光组合物1A-1N)抛光图案化基板。抛光组合物1A-1N藉由将研磨剂组合物C1及C2(描述于下表1中)与添加剂配制物F1-F15(描述于下表2中)按体积计以7:3的比率混合来制备。

研磨剂组合物C1及C2含有氧化铈研磨剂、吡啶甲酸及水，如表1中所说明的。HC60及HC30氧化铈研磨剂可购自Rhodia。H-30氧化铈研磨剂为描述于在先申请(美国公开专利申请2016/0257855)中的湿法氧化铈。研磨剂组合物C1及C2各自具有4.2的pH。

表1：研磨剂组合物

添加剂配制物F4-F15含有阳离子型化合物(pMADQUAT)、自停止剂(SHA或BHA)及添加剂(BTA)，如表2中所说明的。使用三乙醇胺(TEA)调节添加剂配制物F3-F15中的每一者的pH。添加剂配制物F1及F2不含碱且pH为4.2。

表2：添加剂配制物

将包含最初覆盖于台阶高度为约的经图案化硅基板上的图案密度为50％的250μm TEOS特征(约厚的特征)的单独的经图案化的试样(coupon)基板(在来自SKW Associates,Inc.的SKW 7-2晶片的各侧上具有40mm的正方形切口)在具有200mmCMP平台的POLI-300(G&P Tech.Inc.)上使用IC1010^TM垫(Rohm and Haas ElectronicMaterials)在20.68kPa(3psi)下压力下抛光60秒，其中，平台速度及头速度分别为120rpm及110rpm。抛光组合物的总流动速率为200mL/min。结果阐述于表3中。

表3：阳离子型化合物及pH对抛光效能的影响

如自表3中所说明的结果明晰的，包含具有自停止剂(异羟肟酸)的研磨剂配制物的具有酸性pH(pH4.2)的抛光组合物1A及1B合乎期望地呈现出在约3至6的范围内的有源(作用，active)区域移除与沟槽区域移除的比率。因此，抛光组合物1A及1B合乎期望地是使图案化材料平坦化同时保留沟槽材料的“自停止性”组合物。

包含自停止剂及阳离子型化合物这两者的抛光组合物1I呈现约8.6的有源(作用，active)区域移除与沟槽区域移除的比率以及在6.1的pH下的有源(作用，active)区域移除。因此，抛光组合物1I也是使图案化材料平坦化同时保留沟槽材料的“自停止性”组合物。

包含自停止剂及阳离子型化合物这两者的抛光组合物1C-1H及1J-1N呈现约5.76:1至约50:1的范围内的有源(作用，active)区域移除与沟槽区域移除的比率及在7.6至8.8的pH下约至约的有源(作用，active)区域移除。因此，抛光组合物1C-1H及1J-1N是使图案化材料平坦化同时保留沟槽材料的“自停止性”组合物。

实施例2

该实施例说明任选地与阳离子型化合物组合的自停止剂对包含其的抛光组合物中的抛光效能的影响。

用三种抛光组合物(即抛光组合物2A-2C)抛光图案化基板。使用实施例1中所描述的研磨剂组合物及添加剂配制物(按体积计7:3)制备抛光组合物2B及2C。组合物2A(对比)仅含有研磨剂配制物C2。

获自Silyb Inc.的包含最初覆盖于具有多种宽度及密度的台阶高度为约的经图案化的硅基板上的TEOS(约厚的特征)的单独的经图案化的基板在具有300mm CMP平台的AP-300^TM(CTS Co.,Ltd.)上使用IC1010^TM垫在3psi下压力下抛光多次，其中，平台速度及头速度分别为93rpm及87rpm。抛光组合物的总流动速率为250mL/min。

表4：抛光组合物2A-2C的描述

在抛光之前以及在抛光之后根据作为实施例2的结果的间距及图案密度而定的剩余的有源(作用，active)厚度以图形方式呈现于图2中。

如自图2中呈现的结果明晰的，含有研磨剂、苯异羟肟酸及聚MADQUAT的在7.7的pH(POU)下的本发明抛光组合物2C随抛光时间的增加而呈现低的图案密度依赖性，而且，当与抛光组合物2A及2B相比，停止发生时在基板上方具有均匀的构形(抛光组合物2C抛光90秒)。

额外的抛光效能数据阐述于表5及图2中。表5中的数据描绘晶片上方随抛光时间而变的剩余的有源(作用，active)厚度，其包含900μm TEOS特征(50％图案密度)。

表5：随抛光时间而变的剩余的硅氧化物

如自表5及图2中所说明的结果明晰的，抛光组合物2C最初在图案化材料上呈现较低抛光速率，但与对比物(抛光组合物2A及2B)相比，在晶片上方的速率随台阶高度降低而均匀地下降。该实施例进一步说明，与对照抛光组合物相比，在约7.0至约8.5范围内的pH下在使用位置处以自停止剂(例如异羟肟酸)及阳离子型化合物(例如pMADQUAT)配制的自停止性抛光组合物针对基板上方的构形变化(图案密度依赖性)以及晶片内抛光速率变化(WIWNU)的优势。

实施例3

该实施例说明任选地与阳离子型化合物组合的本发明的pH范围及自停止剂对抛光效能的影响。

用十四种如下表7中描述的抛光组合物(即抛光组合物3A-3N)抛光图案化基板及经TEOS覆盖的硅基板。藉由将研磨剂组合物(描述于表1中)及表6中所描述的添加剂配制物按体积计以7:3的比率混合来制备抛光组合物。

添加剂配制物G1-G5不含阳离子型化合物，而配制物G6-G14含有阳离子型化合物(即pMADQUAT或Luviquat Supreme)。所有的配制物均含有如表6中所说明的自停止剂及额外组分。

表6：添加剂配制物

经图案化的晶片获自Silyb Inc.，且包含最初覆盖于台阶高度约的经图案化的硅基板上的图案密度为50％的900μmTEOS特征(约厚的特征)。TEOS毯覆式晶片获自WRS材料。使用MIRRA^TM抛光工具(Applied Materials,Inc.)抛光测试晶片，对于图案化晶片及毯覆式晶片分别抛光60秒及90秒。在200mm平台上采用3psi下压力以及分别为93rpm及87rpm的平台速度及头速度来使用E6088(Cabot MicroelectronicsCorporation)抛光垫。总浆料流动速率为150mL/min。结果阐述于表7中。

表7：添加剂及POU pH对抛光效能的影响

如自表7中所说明的结果明晰的，所有包含研磨剂配制物与自停止剂的抛光组合物均呈现针对图案的高的台阶高度移除速率以及在毯覆式晶片上的低的氧化物移除速率。这表明，随着图案化晶片平坦化，在图案化晶片上发生显著的移除速率下降。台阶高度移除速率与氧化物毯覆物移除速率的比率根据自停止剂的类型以及POU pH及阳离子型化合物而定在约4至24的范围内。

将本文中引用的所有参考文献(包括出版物、专利申请和专利)特此通过参考引入，其参考程度如同每一篇参考文献被单独地和具体地说明以通过参考引入且在本文中被全部地阐述一样。

在描述本发明的范围中(尤其是在下列权利要求的范围中)使用术语“一个(种)(a,an)”和“所述(该，the)”和“至少一个(种)”以及类似指示物将被解释为涵盖单数和复数两者，除非在本文中另外说明或与上下文明显矛盾。术语“至少一个(种)”+一个或多个项目的列表(例如，“A和B中的至少一个(种)”)的使用应解释为意指选自所列示的项目的一个项目(A或B)或者所列示的项目中的两个或更多个的任意组合(A和B)，除非在本文中另外说明或与上下文明显矛盾。术语“包含”、“具有”、“包括”和“含有”将被解释为开放式术语(即，意味着“包括，但不限于”)，除非另外说明。本文中数值范围的列举仅仅意图用作单独提及落在该范围内的每个独立值的简写方法，除非在本文中另外说明，且在说明书中引入每个独立的值，就如同其在本文中被单独地列举一样。本文中描述的所有方法可以任何合适的顺序进行，除非在本文中另外说明或与上下文明显矛盾。本文中提供的任何和所有实施方式、或示例性语言(如，“例如”)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制，除非另外说明。本说明书中没有语言应被解释为将任何非要求保护的要素指明为对于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式，包括本发明人已知的用于实施本发明的最优选模式。在阅读上述描述后，那些优选实施方式的变型对于本领域普通技术人员可变得明晰。本发明人希望熟练技术人员在适当时采用这样的变型，且本发明人意图让本发明用不同于本文中具体描述的方式进行实践。因此，本发明包括如由适用的法律所允许的附于此的权利要求书中所叙述的主题的所有变型和等同物。此外，上述要素的以其所有可能的变型的任何组合被本发明所涵盖，除非在本文中另外说明或相反与上下文明显矛盾。