特許 7611246 自動停止研磨組成物及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-25

(45)【発行日】2025-01-09

(54)【発明の名称】自動停止研磨組成物及び方法

(51)【国際特許分類】

   C09K 3/14 20060101AFI20241226BHJP

   C09G 1/02 20060101ALI20241226BHJP

   B24B 37/00 20120101ALI20241226BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20241226BHJP

【ＦＩ】

C09K3/14 550D

C09K3/14 550Z

C09G1/02

B24B37/00 H

H01L21/304 622D

【請求項の数】 34

(21)【出願番号】P 2022523604

(86)(22)【出願日】2020-10-22

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-12-22

(86)【国際出願番号】 US2020056807

(87)【国際公開番号】W WO2021081171

(87)【国際公開日】2021-04-29

【審査請求日】2023-10-23

(31)【優先権主張番号】62/924,342

(32)【優先日】2019-10-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500397411

【氏名又は名称】シーエムシー マテリアルズ リミティド ライアビリティ カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100195213

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 健治

(74)【代理人】

【氏名又は名称】胡田 尚則

(74)【代理人】

【識別番号】100202441

【弁理士】

【氏名又は名称】岩田 純

(72)【発明者】

【氏名】チャン チュヨン

(72)【発明者】

【氏名】サラ ブロスナン

(72)【発明者】

【氏名】ブリタニー ジョンソン

(72)【発明者】

【氏名】ワン チンフォン

(72)【発明者】

【氏名】アレクサンダー ダブリュ．ヘインズ

【審査官】小久保 敦規

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１８／１９４７９２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１８６１９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１０９０８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０９Ｋ ３／１４

Ｃ０９Ｇ １／０２

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｈ０１Ｌ ２１／４６３

Ｂ２４Ｂ ３／００ － ３／６０

Ｂ２４Ｂ ２１／００ － ３９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

化学機械研磨組成物であって、
液体キャリアと、
前記液体キャリア中に分散された立方体状セリア研磨剤粒子と、前記立方体状セリア研磨剤粒子は、酸化セリウムと酸化ランタンとの混合物を含む、
自動停止剤と、前記自動停止剤が、コウジ酸、マルトール、エチルマルトール、プロピルマルトール、ヒドロキサム酸、ベンズヒドロキサム酸、サリチルヒドロキサム酸、安息香酸、３，４－ジヒドロキシ安息香酸、３，５－ジヒドロキシ安息香酸、コーヒー酸、ソルビン酸、ソルビン酸カリウム、及びこれらの組み合わせである、
カチオン性ポリマーと
を含む化学機械研磨組成物。

【請求項2】

前記立方体状セリア研磨剤粒子の、ランタン及びセリウムに対するランタンのモル比が約１～約１５パーセントである、請求項１に記載の組成物。

【請求項3】

前記立方体状セリア研磨剤粒子が、約３ｍ^２／ｇ～約１４ｍ^２／ｇの範囲のＢＥＴ表面積を有する、請求項１に記載の組成物。

【請求項4】

前記立方体状セリア研磨剤粒子が、約５０～約５００ｎｍの範囲の平均粒径を有する、請求項１に記載の組成物。

【請求項5】

約０．０１質量パーセント～約１質量パーセントの立方体状セリア研磨剤粒子を含む、請求項１に記載の組成物。

【請求項6】

前記自動停止剤が、前記立方体状セリア研磨剤粒子に結合されたリガンドである、請求項１に記載の組成物。

【請求項7】

前記自動停止剤が、ベンズヒドロキサム酸、サリチルヒドロキサム酸、コウジ酸、ソルビン酸カリウム、又はこれらの組み合わせである、請求項１に記載の組成物。

【請求項8】

前記カチオン性ポリマーが、ポリ（ビニルイミダゾリウム）、ポリ（ビニルイミダゾール）、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム、ポリ（ジアリルジメチルアンモニウム）、ポリクオタニウム－２、ポリクオタニウム－１１、ポリクオタニウム－１６、ポリクオタニウム－４６、ポリクオタニウム－４４、ポリリシン、及びこれらの組み合わせから成る群から選択される、請求項１に記載の組成物。

【請求項9】

前記カチオン性ポリマーが、ポリ（ビニルイミダゾリウム）、ポリ（ビニルイミダゾール）、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム、ポリリシン、又はこれらの組み合わせである、請求項８に記載の組成物。

【請求項10】

前記立方体状セリア研磨剤粒子のユースポイント濃度が約０．０１質量パーセント～約１質量パーセントであり、
前記自動停止剤のユースポイント濃度が約２００質量ｐｐｍ～約５０００質量ｐｐｍであり、そして
前記カチオン性ポリマーのユースポイント濃度が約５質量ｐｐｍ～約５００質量ｐｐｍである、
請求項１に記載の組成物。

【請求項11】

さらにカルボン酸速度向上剤を含む、請求項１に記載の組成物。

【請求項12】

前記カルボン酸速度向上剤が、ピコリン酸、酢酸、４－ヒドロキシ安息香酸、又はこれらの混合物である、請求項１１に記載の組成物。

【請求項13】

アクリル酸、クロトン酸、２－ペンテン酸、トランス－２－ヘキセン酸、トランス－３－ヘキセン酸、２－ヘキシン酸、２，４－ヘキサジエン酸、ソルビン酸カリウム、トランス－２－メチル－２－ブテン酸、３，３－ジメチルアクリル酸、及びこれらの組み合わせから成る群から選択された不飽和モノカルボン酸速度抑制剤をさらに含む、請求項１に記載の組成物。

【請求項14】

前記不飽和モノカルボン酸速度抑制剤が、クロトン酸である、請求項１３に記載の組成物。

【請求項15】

２－（ジメチルアミノ）エチルアクリレート、２－（ジメチルアミノ）エチルメタクリレート、３－（ジメチルアミノ）プロピルメタクリルアミド、３－（ジメチルアミノ）プロピルアクリルアミド、リシン、３－メタクリルアミドプロピル－トリメチル－アンモニウム、３－アクリルアミドプロピル－トリメチル－アンモニウム、ジアリルジメチルアンモニウム、２－（アクリロイルオキシ）－Ｎ，Ｎ，Ｎ－トリメチルエタンアミニウム、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム、Ｎ，Ｎ－ジメチルアミノエチルアクリレートベンジル、Ｎ，Ｎ－ジメチルアミノエチルメタクリレートベンジル、及びこれらの組み合わせから成る群から選択された非ポリマー系カチオン性化合物を含む、請求項１に記載の組成物。

【請求項16】

前記非ポリマー系カチオン性化合物が、ジアリルジメチルアンモニウム、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム、リシン、２－（ジメチルアミノ）エチルメタクリレート、又はこれらの混合物を含む、請求項１５に記載の組成物。

【請求項17】

前記カチオン性ポリマーが、ポリリシンを含み、そして前記非ポリマー系化合物がジアリルジメチルアンモニウムを含む、請求項１５に記載の組成物。

【請求項18】

トリエタノールアミンをさらに含む、請求項１に記載の組成物。

【請求項19】

ベンゾトリアゾール又はビストリスメタンをさらに含む、請求項１に記載の組成物。

【請求項20】

ｐＨが約５～約１０の範囲である、請求項１に記載の組成物。

【請求項21】

前記自動停止剤が、ベンズヒドロキサム酸、サリチルヒドロキサム酸、コウジ酸、ソルビン酸カリウム、又はこれらの組み合わせであり、
前記カチオン性ポリマーが、ポリ（ビニルイミダゾリウム）、ポリ（メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム）、ポリリシン、ポリ（ジアリルジメチルアンモニウム）、又はこれらの組み合わせであり、そして
前記組成物が、ピコリン酸、酢酸、４－ヒドロキシ安息香酸、又はこれらの混合物をさらに含む、請求項１に記載の組成物。

【請求項22】

トリエタノールアミン及びベンゾトリアゾールをさらに含む、請求項２１に記載の組成物。

【請求項23】

前記自動停止剤が、ベンズヒドロキサム酸、サリチルヒドロキサム酸、又はこれらの組み合わせであり、そしてｐＨが、ユースポイントで約７～約９の範囲である、請求項２１に記載の組成物。

【請求項24】

ユースポイントで少なくとも２５０質量ｐｐｍの自動停止剤と、ユースポイントで５０質量ｐｐｍのカチオン性ポリマーと含む、請求項２３に記載の組成物。

【請求項25】

前記自動停止剤が、コウジ酸、ソルビン酸カリウム、又はこれらの組み合わせであり、そしてｐＨがユースポイントで約５～約６．５の範囲である、請求項２１に記載の組成物。

【請求項26】

前記自動停止剤が、ベンズヒドロキサム酸、サリチルヒドロキサム酸、又はこれらの組み合わせであり、そして
前記カチオン性ポリマーが、ε－ポリ－Ｌ－リシン、ポリ（ビニルイミダゾリウム）、又はこれらの組み合わせである、
請求項１に記載の組成物。

【請求項27】

クロトン酸をさらに含む、請求項２６に記載の組成物。

【請求項28】

ジアリルジメチルアンモニウム、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム、リシン、２－（ジメチルアミノ）エチルメタクリレート、又はこれらの混合物から成る群から選択された非ポリマー系カチオン性化合物をさらに含む、請求項２６に記載の組成物。

【請求項29】

少なくとも２５０質量ｐｐｍの前記自動停止剤と、
少なくとも２０質量ｐｐｍの前記カチオン性ポリマーと、
少なくとも２０質量ｐｐｍの前記非ポリマー系カチオン性化合物と
を含む、請求項２８に記載の組成物。

【請求項30】

酸化ケイ素誘電材料を含む基板を化学機械研磨する方法であって、前記方法が、
（ａ） 液体キャリアと、前記液体キャリア中に分散された立方体状セリア研磨剤粒子と、自動停止剤と、カチオン性ポリマーとを含む研磨組成物を用意し、前記立方体状セリア研磨剤粒子は、酸化セリウムと酸化ランタンとの混合物を含み、そして前記自動停止剤が、コウジ酸、マルトール、エチルマルトール、プロピルマルトール、ヒドロキサム酸、ベンズヒドロキサム酸、サリチルヒドロキサム酸、安息香酸、３，４－ジヒドロキシ安息香酸、３，５－ジヒドロキシ安息香酸、コーヒー酸、ソルビン酸、ソルビン酸カリウム、及びこれらの組み合わせである、
（ｂ） 前記基板を前記用意された研磨組成物と接触させ、
（ｃ） 前記基板に対して前記研磨組成物を動かし、そして
（ｄ） 前記基板を研削して、前記酸化ケイ素誘電材料の一部を前記基板から除去し、これにより前記基板を研磨する
ことを含む、酸化ケイ素誘電材料を含む基板を化学機械研磨する方法。

【請求項31】

前記酸化ケイ素誘電材料のトレンチ損失除去に対する、前記基板のパターン化領域内の前記酸化ケイ素誘電材料のアクティブな除去の比が、工程（ｄ）において約５超である、請求項３０に記載の方法。

【請求項32】

前記自動停止剤が、ベンズヒドロキサム酸、サリチルヒドロキサム酸、コウジ酸、ソルビン酸カリウム、又はこれらの組み合わせであり、
前記カチオン性ポリマーが、ポリ（ビニルイミダゾリウム）、ポリ（メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム）、ポリリシン、ポリ（ジアリルジメチルアンモニウム）、又はこれらの組み合わせであり、そして
前記研磨組成物が、ピコリン酸、酢酸、４－ヒドロキシ安息香酸、又はこれらの混合物をさらに含む、
請求項３０に記載の方法。

【請求項33】

前記自動停止剤が、ベンズヒドロキサム酸、サリチルヒドロキサム酸、又はこれらの組み合わせであり、
前記カチオン性ポリマーが、ε－ポリ－Ｌ－リシン、ポリ（ビニルイミダゾリウム）、又はこれらの組み合わせである、
請求項３０に記載の方法。

【請求項34】

前記研磨組成物が、ジアリルジメチルアンモニウム、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム、リシン、２－（ジメチルアミノ）エチルメタクリレート、又はこれらの混合物から成る群から選択された非ポリマー系カチオン性化合物をさらに含む、請求項３３に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、２０１９年１０月２２日付けで出願された「Self-Stopping Polishing Composition and Method」と題する米国仮出願第６２／９２４，３４２号明細書の優先権を主張する。

【背景技術】

【0002】

化学機械研磨は、集積回路（ＩＣ）及び微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）の製作における重要な実現化技術である。基板（例えばウエハー）の表面を研磨（又は平坦化）するためのＣＭＰ組成物及び方法が当業者によく知られている。（研磨スラリー、ＣＭＰスラリー、及びＣＭＰ組成物としても知られている）研磨組成物は一般に、材料除去速度を高め、平坦化効率を改善し、且つ／又はＣＭＰ作業中に欠陥率を低減するために、水溶液中に懸濁（分散）された研磨剤粒子を含んでいる。

【0003】

表面の「高ポイント（high point）」（すなわち隆起領域）の高いパーセンテージが除去されると除去速度が低くなるように、ＣＭＰ組成物が「自動停止（self-stopping）」を呈することが、ある特定の研磨用途において望ましい。自動停止研磨用途において、基板表面に有意なステップ高さが存在しているときには、除去速度は事実上高く、次いで表面が本質的に平坦化してくるのにともなって低下される。（例えばＳＴＩプロセスにおける）種々の誘電研磨工程において、パターン誘電材料（例えば誘電層）の除去速度は典型的にはプロセス全体の速度制限ファクタである。したがって、処理量を増大させるためには、パターン誘電材料の高い除去速度が望まれる。比較的低いトレンチ損失という形の良好な効率も望ましい。さらに、誘電材料の除去速度が、平坦化に達した後でも高いままであるならば、過剰研磨が発生し、結果としてトレンチ損失が増大する。

【0004】

自動停止スラリーの利点は、ブランケット除去速度の低下からもたらされる。このことは幅広い終点窓を生みだす。例えば、自動停止挙動は、誘電フィルム厚が低減された基板の研磨を可能にし、低減された量の材料を、構造化された下層上に堆積させるのを可能にする。また、最終トポグラフィのより効果的な監視のために、モータートルクの終点検出を用いることもできる。
平坦化後の誘電体の過剰研磨又は不要な除去を回避することにより、トレンチ損失をより低くした状態で基板を研磨することができる。

【0005】

酸化セリウム（セリア）研磨剤がこの業界において、具体的には例えば酸化ケイ素材料、例えばテトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）、窒化ケイ素、及び／又はポリシリコンを含むシリコン含有基板を研磨する上でよく知られている。浅型トレンチ分離用途を含む高度な誘電体用途には、セリア研磨剤組成物が広く使用される。セリア研磨剤の使用は知られてはいるものの、改善されたセリア研磨剤を基剤とするＣＭＰ組成物が依然として必要である。具体的には、有用な除去速度を提供するとともに、平坦化効率をも改善する酸化シリコン含有基板を化学機械研磨する組成物及び方法が依然として必要である。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0006】

ケイ素酸素材料（例えば酸化ケイ素）を有する基板を研磨するための化学機械研磨組成物が開示される。１実施態様では、研磨組成物は、液体キャリアと、前記液体キャリア中に分散された立方体状研磨剤粒子と、自動停止剤と、カチオン性ポリマーとを含み、これらから成り、又は本質的にこれらから成る。

【発明の効果】

【0007】

開示された主題及びその利点をより完全に理解するために、添付の図面とともに以下に詳しく説明する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１及び２は、正方形の面を有するセリア研磨剤粒子を示す立方体状セリア研磨剤試料の透過電子顕微鏡法（ＴＥＭ）顕微鏡写真である。

【図2】図１及び２は、正方形の面を有するセリア研磨剤粒子を示す立方体状セリア研磨剤試料の透過電子顕微鏡法（ＴＥＭ）顕微鏡写真である。

【図3】図３は、正方形の面を有するセリア研磨剤粒子を示す立方体状セリア研磨剤試料の走査電子顕微鏡法（ＳＥＭ）顕微鏡写真である。

【図4】図４は、例６において研磨されたパターン化ウエハーのパターンタイプに対するアクティブ損失をÅ単位で示すプロットである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

ケイ素酸素材料（例えば酸化ケイ素）を有する基板を研磨するための化学機械研磨組成物が開示される。研磨組成物は、液体キャリアと、前記液体キャリア中に分散された立方体状研磨剤粒子と、自動停止剤と、カチオン性ポリマーとを含み、これらから成り、又は本質的にこれらから成る。１実施態様では、自動停止剤は、ベンズヒドロキサム酸、サリチルヒドロキサム酸、コウジ酸、又はソルビン酸カリウムを含む。別の実施態様では、カチオン性ポリマーは、ポリ（ビニルイミダゾリウム）、ポリ（メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム）、ポリリシン、ポリクオタニウム－７を含む。

【0010】

開示された研磨組成物及び対応する（ＣＭＰ方法）は、有意な、そして予期せぬ利点をもたらすことができる。例えば、開示された組成物は、アクティブな酸化物除去速度を有意に改善することができ、ひいては処理量を改善し、時間及びコストを節約する（すなわち平坦化時間を改善することを介して）ことができる。開示された組成物はさらに、種々様々なパターン化酸化物構造の平坦化を改善することができる。開示された組成物はさらに、トレンチ損失を改善／低減し、そして自動停止挙動を改善（ブランケット速度を低減）することができる。

【0011】

研磨組成物は、液体キャリア中に懸濁された立方体状セリア研磨剤粒子を含む研磨剤粒子を含有する。「立方体状」とは、セリア研磨剤粒子が立方体の形態又は形状を成しており、すなわちほぼ立方体であることを意味する。換言すれば、立方体状セリア研磨剤粒子は形状及び性質において立方体である。しかしながら、言うまでもなくエッジ寸法、コーナー、及びコーナー角度は、正確又は精密に完全立方体のものである必要はない。例えば、立方体状研磨剤粒子はわずかに丸みを帯びた又は欠けたコーナー、わずかに丸みを帯びたエッジ、互いに正確には等しくないエッジ寸法、正確には９０度でないコーナー角度、及び／又は軽微な不規則性を有していてよく、立方体の基本形状をなおも保つことができる。当業者には容易に判るように（例えば走査電子顕微鏡法又は透過電子顕微鏡法を介して）、立方体状セリア研磨剤粒子は、概ね粒子成長及びデアグロメレーションのために許された許容差を伴った状態で立方体の形状を成している。

【0012】

図１，２及び３は、立方体状セリア研磨剤粒子の例を示している。これらの透過電子顕微鏡法（ＴＥＭ）及び透過電子顕微鏡法（ＴＥＭ）の画像は、正方形の面を有するセリア研磨剤粒子を示している。例えば、これらの画像において、示された粒子面はそれぞれ、ほぼ同じ長さ（例えば互いに２０％以内、又は互いに１０パーセント以内、又はそれ未満）を有する４つのエッジを含んでいる。さらに、エッジはコーナーにおいてほぼ９０度の角度（例えば約８０～１００度の範囲内、又は約８５～約９５度の範囲内）を成して合体している。当業者には明らかなように、ＴＥＭ及びＳＥＭ画像には、示された研磨剤粒子の大部分が、上で定義した正方形の面を有しているという点で立方体状である。粒子のいくつかは、例えば１つ又は２つ以上のコーナー上に欠陥を含むことを観察し得る。再び述べておくが、立方体状という用語は、正確に立方体であるセリア研磨剤粒子を表すように意図されるのではなく、上で定義され且つ図１，２及び３に示されているように本質的に概ね立方体である粒子を表すように意図される。

【0013】

本明細書中に使用される、立方体状セリア研磨剤を含む化学機械研磨組成物は、研磨剤粒子の少なくとも２５数パーセントが本質的に立方体（上述のように形態又は形状において立方体）であるものである。好ましい実施態様では、研磨剤粒子の少なくとも４０数パーセント（例えば少なくとも６０パーセント、又は少なくとも８０パーセント）が本質的に立方体である。上記のように、立方体状セリア研磨剤粒子は、ＴＥＭ又はＳＥＭ画像を用いて、例えば約１０，０００倍～約５００，０００倍の倍率で容易に評価しカウントすることができる。ＳＥＭ又はＴＥＭ画像に示された研磨剤粒子は、長さが同様である４つの辺を有する面を有している（例えば上述のように互いに２０パーセント以内）。画像はまた、隣接する辺がほぼ垂直であり、例えば約９０度の角度（例えばやはり上述のように約８０度～１００度の範囲内）を成していることを示している。セリア研磨組成物が立方体状セリア研磨剤粒子を含むか否かを割り出すために、統計学的分析を行い、これにより正方形の面を有する粒子のパーセンテージを割り出すように、ＳＥＭ又はＴＥＭによって、ランダムに選択された多数の粒子（すなわち２００個以上）を観察するものとする。保持された粒子は、これらの画像が顕微鏡写真上で良好に見えるようになっていなければならない。粒子のいくつかは粒子の表面及び／又は粒子のコーナーの１つ又は２つ以上に何らかの欠陥を呈することがあるが、それでもなお立方体状としてカウントすることができる。

【0014】

立方体状セリア研磨剤粒子はほぼ純粋なセリア研磨剤粒子（不純物に対する通常の許容差以内）であってよく、あるいはドープ型セリア研磨剤粒子であってもよい。ドープ型セリア研磨剤粒子は間質ドーパント（通常は占有されない格子内の空間を占有するドーパント）、又は置換型ドーパント（セリウム又は酸素原子によって通常は占有される格子内の空間を占有するドーパント）を含んでよい。このようなドーパントは、例えばＣａ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｓｃ又はＹを含む、実質的にはいかなる金属原子を含んでもよい。

【0015】

ある特定の有利な実施態様では、ドーパントは、例えばランタン、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、及びこれに類するものを含む１種又は２種以上のランタニドを含んでよい。特に好適な１実施態様では、立方体状セリア研磨剤粒子はセリウムとランタンとの混合酸化物を含む。混合酸化物研磨剤粒子の、（Ｌａ＋Ｃｅ）に対するＬａのモル比は、約０．０１～約０．１５、例えば約０．０１～約０．１２であってよい。言うまでもなく、このような研磨剤粒子は加えて他の元素及び／又は酸化物（例えば不純物として）を含んでよい。このような不純物は、研磨剤粒子の調製プロセス中に使用される原材料又は出発材料を起源とし得る。不純物の総比率は粒子の０．２質量％未満であることが好ましい。残留硝酸塩は不純物として考えられない。

【0016】

ある特定の実施態様では、（Ｌａ＋Ｃｅ）に対するＬａのモル比は、約０．０１～約０．０４（例えば約０．０２～約０．０３）であってよい。１つのこのような実施態様では、立方体状セリア研磨剤粒子は約２．５モル％の酸化ランタンと約９７．５モル％の酸化セリウムとを含む。他の実施態様では、モル比は約０．０８～約０．１２（例えば約０．０９～約０．１１）であってよい。１つのこのような他の実施態様では、立方体状セリア研磨剤粒子は約１０モル％の酸化ランタンと約９０モル％の酸化セリウムとを含む。研磨剤粒子は、ランタン原子が酸化セリウム結晶構造内のセリウム原子を置換する、単相固溶体であってよい。１実施態様では、固溶体は対称的なＸ線回折パターンを呈し、この場合ピークは、約２７度～約２９度の間に位置していて、純粋酸化セリウムよりも小さな角度にシフトされている。エイジング・サブ工程（後述）の温度が約６０℃よりも高いときに固溶体を得ることができる。本明細書中で使用される「固溶体」という用語は、Ｘ線回折が、個々のピークのシフトの有無とは無関係に、しかし他の相の存在を示す付加的なピークなしに、酸化セリウム結晶構造のパターンだけを示すことを意味する。

【0017】

立方体状セリア研磨剤粒子は任意には、ブルナウアー－エメット－テラー（Brunauer-Emmett-Teller）法（ＢＥＴ法）を用いた窒素の吸着によって、粉末上で割り出されたこれらの比表面積によって特徴づけることもできる。この方法はASTM D3663-03（2015年に再承認）に開示されている。研磨剤粒子の比表面積は約３～約１４ｍ^２／ｇ（例えば約７～約１３ｍ^２／ｇ、又は約８～約１２ｍ^２／ｇ）であってよい。

【0018】

立方体状セリア研磨剤粒子は任意には、これらの平均粒径及び／又は粒径分布によって特徴づけることもできる。研磨剤粒子の平均粒径は、約５０ｎｍ～約１０００ｎｍ（例えば約８０ｎｍ～約５００ｎｍ、約８０ｎｍ～約２５０ｎｍ、約１００ｎｍ～約２５０ｎｍ、又は約１５０ｎｍ～約２５０ｎｍ）であってよい。さらに、平均粒径は、約５０ｎｍ超（例えば約８０ｎｍ超又は約１００ｎｍ超）であってよい。平均粒径は、動的光散乱（ＤＬＳ）を介して割り出すことができ、これは中央粒径（Ｄ５０）に相当する。ＤＬＳ測定は、例えばZetasizer（Malvern Instrumentsから入手可能）を使用して行うことができる。当業者には明らかなように、ＤＬＳ測定は、比較的大きい粒子の存在において測定されると小さい粒子を有意に過少カウントすることがある。本明細書に開示された立方体状セリア研磨剤粒子に関しては、ＤＬＳ技術は約４０ｎｍ未満の粒子を過少カウントする傾向がある。言うまでもなく、開示された実施態様はＤＬＳによってカウントされないこのような小さな粒子（４０ｎｍ未満）を数多く含むことがあり、したがって、平均粒径には寄与しない。

【0019】

粒径分布を特徴づけるためにレーザー回折技術を任意に用いることもできる。当業者には明らかなように、レーザー回折技術も小さな粒子（例えば開示された実施態様では約４０ｎｍ未満）を過少カウントする傾向がある。レーザー回折測定は例えば、相対屈折率１．７を用いてHoriba LA-960を使用して行うことができる。レーザー回折測定で得られた分布から、例えばＤ１０、Ｄ５０、Ｄ９０、Ｄ９９及び分散指数（下で定義される）を含む種々のパラメータを得ることができる。レーザー回折測定に基づいて、研磨剤粒子は約１００ｎｍ～約７００ｎｍ（例えば約１００ｎｍ～約２００ｎｍ）の中央直径（Ｄ５０）を含んでよい。例えば、Ｄ５０は約１００ｎｍ～約１５０ｎｍ又は約１５０ｎｍ～約２００ｎｍであってよい。Ｄ５０は、レーザー回折によって得られた分布から割り出された中央直径である。

【0020】

立方体状セリア研磨剤粒子のＤ１０は任意には、約８０ｎｍ～約４００ｎｍ（例えば約８０ｎｍ～約２５０ｎｍ、約８０ｎｍ～約１５０ｎｍ、又は約１００ｎｍ～約１３０ｎｍ）であってよい。言うまでもなく、Ｄ１０はレーザー回折によって得られた粒径であって、粒子の１０％の直径がＤ１０未満である、その粒径である。

【0021】

立方体状セリア研磨剤粒子のＤ９０は任意には、約１５０ｎｍ～約１２００ｎｍ（例えば，約１５０ｎｍ～約１０００ｎｍ、約１５０～約７５０ｎｍ、約１５０～約５００ｎｍ、約１５０～約３００ｎｍ、又は約２００ｎｍ～約３００ｎｍ）であってよい。Ｄ９０はレーザー回折によって得られた粒径であって、粒子の９０％の直径がＤ９０未満である、その粒径を表す。機械的デアグロメレーションを施された研磨剤粒子のＤ９０は約３００ｎｍ未満であってよい。

【0022】

立方体状セリア研磨剤粒子は任意には低い分散指数を呈することができる。「分散指数（dispersion index）」は、下記式、
分散指数＝（Ｄ９０－Ｄ１０）／２・Ｄ５０
によって定義される。分散指数は約０．６０未満、例えば約０．５未満、約０．４未満、又は約０．３０未満であってよい。機械的デアグロメレーションを施された研磨剤粒子の分散指数は約０．３０未満であってよい。さらに、Ｄ９０／Ｄ５０は、機械的デアグロメレーションを施された粒子の場合、約１．３～約２であってよい。

【0023】

立方体状セリア研磨剤粒子のＤ９９は任意には、約１５０ｎｍ～約３０００ｎｍ（例えば約２００ｎｍ～約２０００ｎｍ、約２００ｎｍ～約１８００ｎｍ、約２００ｎｍ～約１２００ｎｍ、約２００ｎｍ～約９００ｎｍ、約２００ｎｍ～約６００ｎｍ、約２００～約５００ｎｍ、又は約２００～約４００ｎｍ)であってよい。機械的デアグロメレーションを施された研磨剤粒子のＤ９９は約６００ｎｍ未満（例えば約５００又は約４００未満）であってよい。Ｄ９９はレーザー回折によって得られた粒径であって、粒子の９９％の直径がＤ９９未満である、その粒径を表す。

【0024】

研磨剤粒子は、立方体状セリア研磨剤粒子を製造するのに適した実質的に任意の適宜の方法を用いて調製することができる。開示された実施態様は、このような研磨剤粒子を含む化学機械研磨組成物、及びこのような研磨剤粒子を使用して基板を研磨する方法に関し、いかなる特定の粒子製造方法にも限定されない。ある特定の実施態様では、立方体状セリア研磨剤粒子は、硝酸セリウム（及び任意には、ドープ型セリア研磨剤が調製される場合には他の硝酸塩）を沈降させることによって調製されてよい。沈降させた材料を次いで特定の温度・圧力レジームにおいて成長させることにより、立方体状セリア研磨剤粒子の成長を促進することができる。これらの粒子を次いで清浄化し、デアグロメレーション処理することができる。立方体状セリア研磨剤粒子の分散体を次いで調製して、本発明の化学機械組成物を製剤するために使用することができる。

【0025】

１つの有利な実施態様では、セリウム及びランタンの硝酸塩を沈降させることにより立方体状酸化セリウムランタン研磨剤粒子を調製することができる。このような１つの調整方法は下記工程、すなわち、
（ｉ）不活性雰囲気下で硝酸セリウム水溶液と水性塩基とを混合する工程、
（ｉｉ）（ｉ）で得られた混合物を不活性雰囲気下で加熱する工程、
（ｉｉｉ）任意には（ｉｉ）で得られた熱処理済みの混合物を酸性化する工程、
（ｉｖ）（ｉｉ）又は（ｉｉｉ）で得られた固形材料を水で洗浄する工程、
（ｖ）（ｉｖ）で得られた固形材料を機械的に処理することにより、セリア粒子をデアグロメレーション処理する工程、
を含む。

【0026】

上記方法の工程（ｉ）で使用される硝酸セリウム溶液は、硝酸セリウムと硝酸ランタンとの水溶液を混合することにより調製することができる。この水溶液は、Ｃｅ^ＩＩＩ、Ｃｅ^ＩＶ及びＬａ^ＩＩＩを含み、そして総Ｃｅに対するＣｅ^ＩＶのモル比が約１／（５００，０００）～約１／（４，０００）であることによって特徴づけることができる。１実施態様では、このモル比は約１／（１００，０００）～約１／（９０，０００）であってよい。高純度、例えば少なくとも９９．５質量パーセント又は９９．９質量パーセントの純度を有する塩及び成分を使用することが概ね有利である。

【0027】

工程（ｉ）は硝酸セリウム水溶液と水性塩基とを混合し／反応させる工程を含む。例えばアルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物及び水性アンモニアを含む水酸化物タイプの塩基が有利であり得る。第２級、第３級又は第４級アミンを使用してもよい。不活性ガスで泡立てることにより、塩基の水溶液を予め脱気（脱酸素化）してもよい。硝酸セリウム水溶液を水性塩基中に導入することにより、混合を実施することができる。混合は不活性雰囲気下で例えば閉鎖反応器又は半閉鎖反応器内で不活性ガス（例えば窒素又はアルゴン）パージとともに行われる。混合は撹拌しながら行われてもよい。（Ｃｅ＋Ｌａ）に対する塩基のモル比は約８．０～約３０．０（例えば約９．０超）であってよい。工程（ｉ）はさらに、５℃～約５０℃の温度、例えば約２０℃～２５℃の温度で実施されてよい。

【0028】

工程（ｉｉ）は先行の工程の終了時に得られた混合物を加熱することを含み、そして加熱サブ工程とエイジングサブ工程とを含んでよい。加熱サブ工程は、混合物を７５℃～約９５℃、例えば約８５℃～約９０℃の温度まで加熱することを含んでよい。エイジングサブ工程は、約２時間～約２０時間にわたって混合物をその温度に維持（保持）することを含んでよい。概ねエイジング時間は、温度が高まるのに伴って短くなる。工程（ｉｉ）は工程（ｉ）に関して上述したように、不活性雰囲気下で撹拌しながら実施することもできる。

【0029】

工程（ｉｉｉ）において、ステップ（ｉｉ）の終了時に得られた混合物を、例えば硝酸を使用して任意には酸性化することができる。熱処理済み反応混合物を例えば約３．０未満（例えば約１．５～約２．５）のｐＨまで酸性化することができる。

【0030】

工程（ｉｖ）では、工程（ｉｉ）又は（ｉｉｉ）で得られた固形材料を水（例えば脱イオン水）で洗浄してよい。洗浄することによって最終分散体中の残留硝酸塩を低減し、目標導電性を得ることができる。洗浄は、混合物からの固形物を濾過し、そして固形物を水中に再分散することを含んでよい。濾過及び再分散は必要であれば数回にわたって実施されてよい。

【0031】

工程（ｖ）では、（ｉｖ）で得られた洗浄済み固形材料を任意には機械的に処理することにより、セリア研磨剤粒子をデアグロメレーション処理又は部分デアグロメレーション処理することができる。機械処理は、例えばダブルジェット処理又は超音波デアグロメレーション処理を含み、通常、狭い粒径分布をもたらし、また大きい凝集粒子の数を減らす。

【0032】

工程（ｉｖ）又は（ｖ）の後、固形材料を乾燥させることにより、セリウム系粒子を粉末形態で得ることができる。水又は水と混和性液体有機化合物との混合物を添加することにより、粉末を再分散させ、これにより液状媒体中のセリウム系粒子の分散体を得ることができる。液状媒体は水又は水と水混和性有機液体との混合物であってよい。水混和性有機液体は例えばアルコール、例えばイソプロピルアルコール、エタノール、１－プロパノール、メタノール、１－ヘキサノール、ケトン、例えばアセトン、ジアセトンアルコール、メチルエチルケトン、エステル、例えばギ酸エチル、ギ酸プロピル、酢酸エチル、酢酸メチル、乳酸メチル、乳酸ブチル、乳酸エチルを含んでよい。水と有機液体との比率は８０：２０～９９：１質量部であってよい。さらに、分散体は約１質量パーセント～約４０質量パーセント、例えば約１０質量パーセント～約３５質量パーセントのセリウム系粒子を含んでよい。分散体はまた、約３００μＳ／ｃｍ未満、例えば約１５０μＳ／ｃｍ未満、より具体的には１５０μＳ／ｃｍ未満、又は約１００μＳ／ｃｍ未満の導電率を有していてもよい。

【0033】

研磨組成物は、実質的に任意の適量の立方体状セリア研磨剤粒子を含んでいてよい。例えば、研磨組成物はユースポイントで、約０．００１質量パーセント（１０ｐｐｍ）以上（例えば約０．００２質量パーセント以上、約０．００５質量パーセント以上、約０．０１質量パーセント以上、約０．０２質量パーセント以上、約０．０５質量パーセント以上、又は約０．１質量パーセント以上)の立方体状セリア研磨剤粒子を含んでよい。研磨組成物はユースポイントで、約５質量パーセント以下（例えば約２質量パーセント以下、約１．５質量パーセント以下、約１質量パーセント以下、又は約０．５質量パーセント以下）の立方体状セリア研磨剤粒子を含んでよい。言うまでもなく、立方体状セリア研磨剤粒子は、前述のエンドポイントのいずれか２つによって仕切られた濃度で、研磨組成物中に存在していてよい。例えば、研磨組成物中の立方体状セリア研磨剤粒子の濃度はユースポイントで、約０．００１質量パーセント～約５質量パーセント（例えば約０．００５質量パーセント～約１質量パーセント、約０．０１質量パーセント～約１質量パーセント、又は約０．０１質量パーセント～約０．５質量パーセント）であってよい。

【0034】

研磨（例えば平坦化）されるべき基板の表面に研磨剤及びあらゆる任意の化学添加剤を塗布するのを容易にするために、水性液体キャリアが使用される。水性とは、液体キャリアが少なくとも５０ｗｔ％の水（例えば脱イオン水）から成ることを意味する。液体キャリアは、低級アルコール（例えばメタノール、エタノールなど）及びエーテル（例えばジオキサン、テトラヒドロフランなど）を含む、他の適宜の非水性キャリアを含んでよい。好ましくは、液体キャリアは水、より好ましくは脱イオン水から本質的に成っているか又はこれから成っている。

【0035】

研磨組成物は概ね弱酸性、中性、又はアルカリ性であり、約５～約１０（例えば約５超且つ／又は約１０未満）のｐＨを有している。ある特定の実施態様では、研磨組成物は、中性又は弱アルカリ性であって、約６～約１０（例えば約６．５～約９．５、又は約７～約９）のｐＨを有していてよい。このような実施態様では、研磨組成物のｐＨは約８（例えば約７．５～約８．５）であってよい。別の実施態様では、研磨組成物は弱酸性又は中性であって、約５～約８（例えば約５～約７又は約５～約６．５）のｐＨを有している。１つのこのような実施態様では、研磨組成物のｐＨは約５（例えば約５．５～約６．５）である。１実施態様では、開示された実施態様は、弱酸性ｐＨ値で優れた自動停止性能を可能にする。

【0036】

研磨組成物は自動停止剤を含む。自動停止剤の例は、同一譲受人の米国特許出願公開第２０１９／０１８５７１６号明細書に開示されている。自動停止剤は、比較的高いパターン除去速度、及び比較的低いブランケット除去速度を容易にし、そしてさらに、基板の平坦化時に、高いパターン除去速度から比較的低いブランケット除去速度への移行を容易にする。例えば、自動停止剤は、立方体状セリア研磨剤粒子に結合されたリガンドであってよい。いくつかの研磨用途では、自動停止剤の濃度は観察結果に影響を与える。それというのは濃度が低いときには、自動停止剤は速度向上剤（例えば「高い」除去速度が観察される）として作用することができ、濃度がより高いときには自動停止挙動が観察される（例えば「停止」除去速度が観察される）からである。したがって、いくつかの自動停止剤は二重作用を有することができる。例えば研磨組成物がピコリン酸を低濃度で含む場合には、ピコリン酸は速度向上剤として機能することができる。しかしながら、研磨組成物がピコリン酸をより高濃度で含む場合には、ピコリン酸は自動停止剤として機能することができる。例えば、ピコリン酸は約１０００質量ｐｐｍ未満のユースポイント濃度において、速度向上剤として機能することができる。

【0037】

本発明のいくつかの実施態様では、自動停止剤は式Ｑ－Ｂを有する。式中、Ｑは置換型又は無置換型の疎水性基、又は立体障害付与基であり、そしてＢは結合基、例えば－Ｃ（Ｏ）－Ｃ－ＯＨ、－Ｃ（Ｏ）－Ｃ－Ｃ－ＯＨ、又は－Ｃ（Ｏ）－ＯＨである。結合基は－Ｃ（Ｏ）－Ｘ－ＯＨであってもよい。式中ＸはＣ１－Ｃ２アルキル基である。自動停止剤が本明細書中に記載された式Ｑ－Ｂの化合物である場合、Ｑは任意の適宜の疎水性基、又は任意の適宜の立体障害付与基であってよい。好適な疎水性基は飽和及び不飽和疎水性基を含む。疎水性基は線状又は分枝状であってよく、そして線状又は分枝状アルキル基、シクロアルキル基、並びに芳香族基、複素環式基、複素芳香族基、縮合環系を含む環構造、及びこれらの組み合わせを含んでよい。

【0038】

Ｑはアルキル基であってよい。好適なアルキル基は例えば線状又は分枝状、飽和又は不飽和、置換型又は無置換型の炭化水素基であって、炭素原子数１～３０（例えばＣ１－Ｃ３０アルキル基、Ｃ１－Ｃ２４アルキル基、Ｃ１－Ｃ１８アルキル基、Ｃ１－Ｃ１２アルキル基、又はＣ１－Ｃ６アルキル基）、例えば炭素原子数が少なくとも１（すなわちメチル）、炭素原子数が少なくとも２（すなわちエチル、ビニル）、炭素原子数が少なくとも３（すなわちプロピル、イソプロピル、プロペニルなど）、炭素原子数が少なくとも４（ブチル、イソブチル、ｓｅｃ－ブチル、ブタンなど）、炭素原子数が少なくとも５（ペンチル、イソペンチル、ｓｅｃ－ペンチル、ｎｅｏ－ペンチルなど）、炭素原子数が少なくとも６（ヘキシルなど）、炭素原子数が少なくとも７、炭素原子数が少なくとも８、炭素原子数が少なくとも９、炭素原子数が少なくとも１０、炭素原子数が少なくとも１１、炭素原子数が少なくとも１２、炭素原子数が少なくとも１３、炭素原子数が少なくとも１４、炭素原子数が少なくとも１５、炭素原子数が少なくとも１６、炭素原子数が少なくとも１７、炭素原子数が少なくとも１８、炭素原子数が少なくとも１９、炭素原子数が少なくとも２０、炭素原子数が少なくとも２５、又は炭素原子数が少なくとも３０、の炭化水素基を含む。

【0039】

置換基は、１つ又は２つ以上の炭素結合水素が非水素原子によって置き換えられている基を意味する。例示の置換基は例えばヒドロキシル基、ケト基、エステル、アミド、ハロゲン（例えばフッ素、塩素、臭素、及びヨウ素）、アミノ基（第１級、第２級、第３級、及び／又は第４級）、及びこれらの組み合わせを含む。

【0040】

Ｑはシクロアルキル基であってよい。好適なシクロアルキル基は例えば、炭素原子数３～２０の飽和又は不飽和、置換型又は無置換型のシクロアルキル基（例えばＣ３－Ｃ２０環式基）を含む。例えば、好適なシクロアルキル基は、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチル、シクロノニル、及びこれらの組み合わせを含む。加えて、好適な不飽和シクロアルキル基は例えばシクロブテン、シクロペンテン、シクロヘキセン、及びこれらの組み合わせを含む。

【0041】

Ｑは芳香族基であってよい。好適な芳香族基は例えば、炭素原子数１～２０の置換型又は無置換型の芳香族基を含む。例えば、好適な芳香族基はフェニル、ベンジル、ナフチル、アズレン、アントラセン、ピレン、及びこれらの組み合わせを含む。

【0042】

Ｑは複素芳香族基であってよい。「ヘテロ原子」は、ここでは炭素原子及び水素原子以外の任意の原子と定義される。好適なヘテロ原子含有官能基は例えば、ヒドロキシル基、カルボン酸基、エステル基、ケトン基、アミノ基（例えば第１級、第２級、及び第３級アミノ基）、アミド基、イミド基、チオールエステル基、チオエーテル基、ニトリル基、ニトロス基、ハロゲン基、及びこれらの組み合わせを含む。

【0043】

好適な複素環式基は例えば窒素、酸素、イオウ、リン、ホウ素、及びこれらの組み合わせを含有する、炭素原子数１～２０の環式炭化水素化合物を含む。複素環式化合物は飽和及び不飽和、置換型又は無置換型であってよい。複素環式化合物は、当該環系の部分として１つ又は２つ以上のヘテロ原子（例えばＮ、Ｏ、Ｓ、Ｐ又はＢ）が含有される５、６又は７員環化合物を意味する。例示された複素環式化合物は例えば、トリアゾール、アミノトリアゾール、３－アミノ－１，２，４－トリアゾール、３－アミノ－１，２，４－トリアゾール－５－カルボン酸、３－アミノ－５－メルカプト－１，２，４－トリアゾール、４－アミノ－５－ヒドラジノ－１，２，４－トリアゾール－３－チオール、チアゾール、２－アミノ－５－メチルチアゾール、２－アミノ－４－チアゾール酢酸、複素環式Ｎ－オキシド、２－ヒドロキシピリジン－Ｎ－オキシド、４－メチルモルホリン－Ｎ－オキシド、及びピコリン酸Ｎ－オキシド、及びこれに類するものを含む。他の例示の複素環式化合物は例えば、位置異性体及び立体異性体を含むピロン化合物、ピリジン化合物、ピロリジン、デルタ－２－ピロリン、イミダゾリジン、デルタ－２－イミダゾリン、デルタ－３－ピラゾリン、ピペリジン、ピペラジン、モルホリン、キヌクリジン、インドリン、イソインドリン、クロマン、イソクロマン、及びこれらの組み合わせを含む。

【0044】

好適な複素芳香族基は例えば、ピリジン、チオフェン、フラン、ピロール、２Ｈ－ピロール、イミダゾール、ピラゾール、イソキサゾール、フラザン、イソチアゾール、ピラン（２Ｈ）、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、イソベンゾフラン、インドリジン、インドール、３Ｈ－インドール、１Ｈ－インダゾール、プリン、イソインドール、４ａＨ－カルバゾール、カルバゾール、ベータ－カルボリン、２Ｈ－クロメン、４Ｈ－キノリジン、イソキノリン、キノリン、キノキサリン、１，８－ナフチリジン、フタラジン、キナゾリン、シンノリン、プテリジン、キサンテン、フェノキサチイン、フェノチアジン、フェナジン、ペリミジン、１，７－フェナントロリン、フェナントリジン、アクリジン、及びこれらの組み合わせを含む。

【0045】

いくつかの実施態様では、Ｑは１つ又は２つ以上の置換基で置換されている。好適な置換基は例えば、本明細書中に記載された任意の適宜の化合物／基を含んでよい。例えば、好適な置換基は、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、複素環式基、複素芳香族基、及びこれらの組み合わせを含んでよい。

【0046】

いくつかの実施態様では、Ｑは無置換型である。他の実施態様では、Ｑは立体障害付与基である。例えば、Ｑは特に疎水性ではなく、さもなければより小さなＱ基を有する関連分子内で発生するであろう化学反応又は相互作用を防止する嵩高な成分であってよい。このようなＱ基を有する自動停止剤の一例としては、マルトール、エチルマルトール、及びコウジ酸が挙げられる。

【0047】

いくつかの実施態様では、結合基Ｂは、カルボン酸基、ヒドロキサム酸基、ヒドロキシルアミン基、ヒドロキシル基、ケト基、硫酸基、リン酸基、及びこれらの組み合わせから選択される。

【0048】

いくつかの実施態様では、自動停止剤Ｑ－Ｂは、コウジ酸、マルトール、エチルマルトール、プロピルマルトール、ヒドロキサム酸、ベンズヒドロキサム酸（ベンゾヒドロキサム酸）、チグリン酸、アンゲリカ酸、サリチルヒドロキサム酸、安息香酸、３，４－ジヒドロキシ安息香酸、３，５－ジヒドロキシ安息香酸、コーヒー酸、ソルビン酸、ソルビン酸カリウム、及びこれらの組み合わせから選択される。言うまでもなく、式Ｑ－Ｂの自動停止剤の塩も、本発明の研磨組成物中に使用するのに適している。

【0049】

研磨組成物は任意の適量の自動停止剤（例えば式Ｑ－Ｂの化合物）を含んでよい。組成物の自動停止剤含有量があまりにも少ない場合には、組成物は好適な自動停止挙動を呈することができない。反対に組成物の自動停止剤含有量があまりにも多い場合には、組成物は望ましくない性能（例えば低い除去速度）を呈することがあり、コスト効率が良くないことがあり、且つ／又は安定性を欠くことがある。本発明の１つの有利な特性は、停止剤を立方体状セリア研磨剤粒子との組み合わせで使用すると、より高濃度の自動停止剤の使用が可能になることである。このような本発明の組成物は、優れたアクティブ除去速度、優れた自動停止挙動、及び優れた平坦化を可能にするので有利である。

【0050】

例えば、研磨組成物はユースポイントにおいて約１０質量ｐｐｍ（０．００１質量パーセント）以上（例えば、約２０質量ｐｐｍ以上、約５０質量ｐｐｍ以上、約１００質量ｐｐｍ以上、約２００質量ｐｐｍ以上、約２５０質量ｐｐｍ以上、又は約５００質量ｐｐｍ以上）の自動停止剤を含んでよい。したがって、研磨組成物はユースポイントにおいて、約１０質量ｐｐｍ～約２質量パーセントの自動停止剤を含んでよい。例えば、研磨組成物はユースポイントにおいて、約２０質量ｐｐｍ～約１質量パーセント（１０，０００ｐｐｍ）（例えば、約５０質量ｐｐｍ～約１０，０００質量ｐｐｍ、約１００質量ｐｐｍ～約１０，０００質量ｐｐｍ、約２００質量ｐｐｍ～約５０００質量ｐｐｍ、又は約２５０質量ｐｐｍ～約２５００質量ｐｐｍ）の自動停止剤を含んでよい。ある特定の有利な実施態様では、研磨組成物はユースポイントにおいて、約５００質量ｐｐｍ～約２０００質量ｐｐｍの自動停止剤を含む。

【0051】

研磨組成物はさらにカチオン性ポリマー（例えば平坦化剤又はトポグラフィ制御剤とも呼ばれる）を含んでよい。カチオン性ポリマーは実質的に任意の適宜のカチオン性ポリマーを含んでよく、そして少なくとも１種のカチオン性モノマーと少なくとも１種の非イオン性モノマーを含むカチオン性ホモポリマー及び／又はカチオン性コポリマーから選択されてよい。

【0052】

カチオン性ホモポリマーは、第４級アミン基を繰り返し単位として含むカチオン性モノマー繰り返し単位を含む任意の適宜のカチオン性ホモポリマーであってよい。第４級化アミン基は非環式であってよく、あるいは環構造内へ組み込まれていてよい。第４級化アミン基は、アルキル、アルケニル、アリール、又はアリールアルキル基から独立して選択された４つの基で置換された四置換型窒素原子を含む。環構造内に組み込まれる場合、第４級化アミン基は、窒素原子を含みさらに上述の２つの基で置換された複素環式飽和環、又は窒素原子に結合された上記さらなる基を有する複素アリール基（例えばイミダゾール又はピリジン）を含む。第４級化アミン基は正電荷（すなわち、会合アニオン分を有するカチオン）を有している。これはまた、カチオン性ポリマーをアルキル化、アシル化、エトキシル化、又は他の化学反応によってさらに改質し、これによりカチオン性ポリマーの溶解度、粘度、又は他の物理的パラメータを変更することに適している。好適な第４級化アミンモノマーは、例えば第４級化ビニルイミダゾール（ビニルイミダゾリウム）、ポリ（ビニルイミダゾール）、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム（ＭＡＤＱＵＡＴ）、ジアリルジメチルアンモニウム（ＤＡＤＭＡ）、メタクリルアミドプロピルメチルアンモニウム（ＭＡＰＴＡ）、第４級化ジメチルアミノエチルメタクリレート（ＤＭＡＥＭＡ）、及びこれらの組み合わせを含む。言うまでもなく、ＭＡＤＱＵＡＴ、ＤＡＤＭＡ、ＭＡＰＴＡ、及びＤＭＡＥＭＡは共通して対アニオン、例えばカルボン酸塩（例えば酢酸塩）又はハロゲン化物アニオン（例えば塩化物）を含む。開示された実施態様はこれに関して限定されない。

【0053】

カチオン性ポリマーは、（例えば前段落に記載された）少なくとも１種のカチオン性モノマー及び少なくとも１種の非イオン性モノマーを含むコポリマーであってもよい。好適な非イオン性モノマーの非限定的な例としては、ビニルピロリドン、ビニルカプロラクタム、ビニルイミダゾール、アクリルアミド、ビニルアルコール、ポリビニルホルマル、ポリビニルブチラール、ポリ（ビニルフェニルケトン）、ビニルピリジン、ポリアクロレイン、エチレン、プロピレン、スチレン、エピクロロヒドリン、及びこれらの組み合わせが挙げられる。

【0054】

カチオン性ポリマーの例は、例えばポリ（ビニルイミダゾール）、ポリ（ビニルイミダゾリウム）、ポリ（メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム）（ポリＭＡＤＱＵＡＴ）、ポリ（ジアリルジメチルアンモニウム）（例えばポリＤＡＤＭＡＣ）、ポリ（ジアリルジメチルアンモニウム－コ－アクリルアミド）、ポリ（ジメチルアミン－コ－エピクロロヒドリン）、ポリ［ビス（２－クロロエチル）エーテル－ａｌｔ－１，３－ビス［３－（ジメチルアミノ）プロピル］尿素］（すなわちポリクオタニウム－２）、ビニルピロリドンと第４級化ジメチルアミノエチルメタクリレートとのコポリマー（すなわちポリクオタニウム－１１）、ビニルピロリドンと第４級化ビニルイミダゾールとのコポリマー（すなわちポリクオタニウム－１６）、ビニルカプロラクタムとビニルピロリドンと第４級化ビニルイミダゾールとのターポリマー（すなわちポリクオタニウム－４６）、及び３－メチル－１－ビニルイミダゾリウムメチルスルフェート－Ｎ－ビニルピロリドンコポリマー（すなわちポリクオタニウム－４４）を含む。加えて、好適なカチオン性ポリマーは、パーソナルケア用カチオン性ポリマー、例えばLuviquat（登録商標）Supreme、Luviquat（登録商標）Hold、Luviquat（登録商標）UltraCare、Luviquat（登録商標）FC 370、Luviquat（登録商標）FC 550、Luviquat（登録商標）FC 552、Luviquat（登録商標）Excellence、及びこれらの組み合わせを含む。

【0055】

ある特定の有利な実施態様では、カチオン性ポリマーはポリ（メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム）、例えばポリＭＡＤＱＵＡＴ (例えばAlco 4773)、ポリ（ビニルイミダゾリウム）、例えばポリ（ビニルイミダゾリウム）メチルスルフェート、及びイミダゾリウム化合物、例えばLuviquat（登録商標）Ultracareを含んでよい。

【0056】

ある特定の実施態様では、カチオン性ポリマーはこれに加えて、又はこの代わりに、アミノ酸モノマーを含んでよい（このような化合物はポリアミノ酸化合物と呼ばれることもある）。好適なポリアミノ酸化合物は、例えばポリアルギニン、ポリヒスチジン、ポリアラニン、ポリグリシン、ポリチロシン、ポリプロリン、及びポリリシンを含む実質的に任意の適宜のアミノ酸モノマー基を含んでよい。ある特定の実施態様では、ポリリシンが好ましいカチオン性ポリマーであり得る。言うまでもなく、ポリリシンは、Ｄ－リシン及び／又はＬ－リシンから成るε－ポリリシン及び／又はα－ポリリシンを含んでよい。ポリリシンはこのようにα－ポリ－Ｌ－リシン、α－ポリ－Ｄ－リシン、ε－ポリ－Ｌ－リシン、ε－ポリ－Ｄ－リシン、及びこれらの組み合わせを含んでよい。ある特定の実施態様では、ポリリシンはε－ポリ－Ｌ－リシンであってよい。また言うまでもなく、ポリアミノ酸化合物は、任意の利用可能な形態で使用することができる。例えば、ポリアミノ酸の代わりに、（又はこれに加えて）共役酸又は塩基及び塩の形態を用いることもできる。

【0057】

カチオン性ポリマーはまた（又はこの代わりに）誘導体化ポリアミノ酸（すなわち誘導体化アミノ酸モノマー単位を含有するカチオン性ポリマー）を含んでもよい。例えば、誘導体化ポリアミノ酸は誘導体化ポリアルギニン、誘導体化ポリオルニチン、誘導体化ポリヒスチジン、及び／又は誘導体化ポリリシンを含んでよい。ＣＭＰ組成物は米国仮特許出願第６２／９５８，０３３号明細書に開示されている。これは全体的に本明細書中に参照により援用される。

【0058】

このような実施態様では、誘導体化アミノ酸モノマーは、誘導体化アミノ酸モノマーのアルファアミノ基に結合された誘導基を含む。誘導基は、例えばアルキルカルボニル基、二価カルボアシル基、アルキル尿素基、アルキルスルホネート基、アルキルスルホン基、及びアルキルエステル基を含む、実質的に任意の適宜の基を含んでよい。

【0059】

アルキルカルボニル基の例は、アセチル基、ピバロイル基、エチルカルボニル基、及びこれに類するものを含む。二価カルボアシル基の例はスクシニル基、オクテニルスクシニル基、グルタル基、メチルスクシニル基、及びこれに類するものを含む。二価カルボアシル基の中では、スクシニル基及びグルタル基が溶解度により好ましいことがある。アクリル尿素基の例はエチル尿素、ブチル尿素、シクロヘキシル尿素、及びこれに類するものを含む。アルキルスルホネート基の例は、メチルスルホネート、ジメチルスルホネート、エチルスルホネート、プロピルスルホネート、ブチルスルホネート、ペンタスルホネート、及びこれに類するものを含む。アルキルスルホン基の例は、メチルスルホン、エチルスルホン、プロピルスルホン、ブチルスルホン、ペンタスルホン、及びこれに類するものを含む。アルキルエステル基の例はメチルエステル、エチルエステル、プロピルエステル、ブチルエステル、ペンタエステル、及びこれに類するものを含む。

【0060】

カチオン性ポリマーは存在するならば、任意の適宜の濃度で研磨組成物中に存在してよい。本発明の１つの有利な特性は、カチオン性ポリマーを立方体状セリア研磨剤粒子との組み合わせで使用すると、より高濃度のカチオン性ポリマーの使用が可能になることである。このような本発明の組成物は、優れたアクティブ除去速度、優れた自動停止挙動、及び優れた平坦化を可能にするので有利である。

【0061】

カチオン性ポリマー濃度が、選択された特定のカチオン性ポリマーに強く依存し、そしてまた立方体状セリア研磨剤粒子濃度及び自動停止剤濃度にも依存し得ることが判っている。大まかに言えば、ユースポイントにおけるカチオン性ポリマーの濃度は、約１質量ｐｐｍ～約１０００質量ｐｐｍ（例えば約５質量ｐｐｍ～約５００質量ｐｐｍ）である。例えば、カチオン性ポリマーがポリ（ビニルイミダゾリウム）化合物、例えばポリ（ビニルイミダゾリウム）メチルスルフェートである場合、組成物はユースポイントにおいて約１質量ｐｐｍ～約７５質量ｐｐｍを含んでよい。例えば、カチオン性ポリマーの濃度は、約５質量ｐｐｍ～約７５質量ｐｐｍ（例えば約５質量ｐｐｍ～約５０質量ｐｐｍ、約５質量ｐｐｍ～約４０質量ｐｐｍ、又は約１０質量ｐｐｍ～約４０質量ｐｐｍ）であってよい。

【0062】

別の例では、カチオンポリマーがポリ（メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム）ハリド、例えばポリＭＡＤＱＵＡＴ、又はイミダゾリウム化合物、例えばLuviquat（登録商標）Ultracareを含む場合には、組成物はユースポイントにおいて約２５質量ｐｐｍ～約１０００質量ｐｐｍを含んでよい。例えば、カチオン性ポリマーの濃度は約７５質量ｐｐｍ～約５００質量ｐｐｍ（例えば約１００質量ｐｐｍ～約５００質量ｐｐｍ、約１５０質量ｐｐｍ～約５００質量ｐｐｍ、又は約２００質量ｐｐｍ～約４００質量ｐｐｍ)であってよい。

【0063】

さらに別の例において、カチオン性ポリマーがポリアミノ酸化合物、例えばε－ポリ－Ｄ－リシンを含む場合、組成物は、ユースポイントにおいて約５質量ｐｐｍ～約５００質量ｐｐｍを含んでよい。例えばカチオン性ポリマーの濃度は、約５質量ｐｐｍ～約４００質量ｐｐｍ（例えば約１０質量ｐｐｍ～約３００質量ｐｐｍ、約１５質量ｐｐｍ～約２００質量ｐｐｍ、又は約２０質量ｐｐｍ～約２００質量ｐｐｍ）であってよい。

【0064】

研磨組成物はさらに（カチオン性ポリマーに加えて）非ポリマー系カチオン性化合物を含んでもよい。好適なカチオン性化合物は、２－（ジメチルアミノ）エチルアクリレート、２－（ジメチルアミノ）エチルメタクリレート、３－（ジメチルアミノ）プロピルメタクリルアミド、３－（ジメチルアミノ）プロピルアクリルアミド、リシン、３－メタクリルアミドプロピル－トリメチル－アンモニウム、３－アクリルアミドプロピル－トリメチル－アンモニウム、ジアリルジメチルアンモニウム、２－（アクリロイルオキシ）－Ｎ，Ｎ，Ｎ－トリメチルエタンアミニウム、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム、Ｎ，Ｎ－ジメチルアミノエチルアクリレートベンジル、Ｎ，Ｎ－ジメチルアミノエチルメタクリレートベンジル、及びこれらの組み合わせを含む。

【0065】

言うまでもなく、３－メタクリルアミドプロピル－トリメチル－アンモニウム、３－アクリルアミドプロピル－トリメチル－アンモニウム、ジアリルジメチルアンモニウム、２－（アクリロイルオキシ）－Ｎ，Ｎ，Ｎ－トリメチルエタンアミニウム、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム、Ｎ，Ｎ－ジメチルアミノエチルアクリレートベンジル、及びＮ，Ｎ－ジメチルアミノエチルメタクリレートベンジルは、一般には対イオン、例えばカルボキシレート又はハロゲン化物アニオンと一緒に提供される。例えば、ジアリルジメチルアンモニウムはジアリルジメチルアンモニウムクロリド（ＤＡＤＭＡＣ）として一般に提供されている。開示された実施態様は、当該対イオンが明示されていない限り、任意の特定の対イオンの使用に関しては限定されない。

【0066】

ある特定の実施態様では、非ポリマー系化合物は好ましくは、リシン、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム、２－（ジメチルアミノ）エチルメタクリレート、ジアリルジメチルアンモニウム、及びこれらの混合物を含む。下に開示される１実施態様では、研磨組成物は有利にはジアリルジメチルアンモニウムを含み、そして最も好ましくはＤＡＤＭＡＣを含む。

【0067】

使用時には、研磨組成物は、（例えば使用される特定の化合物及び他の成分、及び組成物中のこれらの成分の量に応じて）実質的に任意の適量の非ポリマー系カチオン製化合物を含んでよい。ある特定の実施態様では、非ポリマー系カチオン性化合物の量は、ユースポイントにおいて約１質量ｐｐｍ～約１０００質量ｐｐｍ（例えば約２質量ｐｐｍ～約５００質量ｐｐｍ、約５質量ｐｐｍ～約２００質量ｐｐｍ、又は約１０質量ｐｐｍ～約１００質量ｐｐｍ）であってよい。

【0068】

研磨組成物はさらに、研磨速度制御剤を含んでよい。研磨速度制御剤は研磨速度向上剤（例えば酸化物パターン上の研磨速度を向上させる）又は研磨速度抑制剤（例えばトレンチ酸化物上の研磨速度を抑制する）であってよい。研磨速度向上剤は例えば、研磨粒子又は基体を活性化するカルボン酸化合物を含んでよい。好適な速度向上剤は、例えばピコリン酸、ニコチン酸、キナルジン酸、イソ－ニコチン酸、酢酸、及び４－ヒドロキシ安息香酸を含む。上記のように、ピコリン酸は、濃度に応じて速度向上剤又は抑制剤として機能することができ、そして（例えば下記例において開示されるような）ある特定の実施態様において有利であり得る。

【0069】

研磨組成物は実質的に任意の適量の速度制御剤を含んでよい。１実施態様では、研磨組成物はユースポイントにおいて、約１０質量ｐｐｍ（０．００１質量パーセント）～約１質量パーセント（例えば約５０質量ｐｐｍ～約０．５質量パーセント、約１００質量ｐｐｍ～約０．２５質量パーセント、又は約２００質量ｐｐｍ～約１０００質量ｐｐｍ）の速度制御剤を含む。

【0070】

研磨組成物はさらに、例えば不飽和カルボン酸、例えば不飽和モノ酸を含む除去速度抑制剤（例えば窒化ケイ素抑制剤）を含んでもよい。好適な不飽和モノ酸は例えばアクリル酸、２－ブテン酸（クロトン酸）、２－ペンテン酸、トランス－２－ヘキセン酸、トランス－３－ヘキセン酸、２－ヘキシン酸、２，４－ヘキサジエン酸、ソルビン酸カリウム、トランス－２－メチル－２－ブテン酸、３，３－ジメチルアクリル酸、及びこれらの組み合わせをこれらの立体異性体を含めて含んでよい。下に開示された１実施態様では、除去速度抑制剤はクロトン酸である。

【0071】

使用時には、研磨組成物は、（例えば使用される特定の化合物及び他の成分、及び組成物中のこれらの成分の量に応じて）実質的に任意の適量の除去速度抑制剤を含んでよい。ある特定の実施態様では、除去速度抑制剤の量は、ユースポイントにおいて約１０質量ｐｐｍ～約１質量ｐｐｍ（１００００質量ｐｐｍ）（例えば約２０質量ｐｐｍ～約５０００質量ｐｐｍ、約５０質量ｐｐｍ～約２０００質量ｐｐｍ、又は約１００質量ｐｐｍ～約１０００質量ｐｐｍ）であってよい。

【0072】

研磨組成物はさらにｐＨ調節剤及び／又はｐＨ緩衝剤の一方又は両方を含んでよい。ｐＨ調節剤は実質的に任意の定義のｐＨ調節剤、例えばアルキルアミン、アルコールアミン、第４級アミン水酸化物、アンモニア、又はこれらの組み合わせであってよい。ある特定の実施態様では、好適なｐＨ調節剤はトリエタノールアミン（ＴＥＡ）、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ又はＴＭＡ－ＯＨ）、又はテトラエチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＥＡＨ又はＴＥＡ－ＯＨ）を含んでよい。１つの有利な実施態様では、ｐＨ調節剤はトリエタノールアミンである。研磨組成物は、上記ｐＨ範囲内に研磨組成物のｐＨを到達させ且つ／又は維持するのに十分な濃度のｐＨ調節剤を含んでよい。１実施態様では、研磨組成物は、ユースポイントにおいて約１００質量ｐｐｍ～約１質量パーセントのｐＨ調節剤（例えばトリエタノールアミン）を含む。

【0073】

研磨組成物は実質的に任意の適宜の緩衝剤、例えばリン酸塩、硫酸塩、酢酸塩、マロン酸塩、シュウ酸塩、ホウ酸塩、アンモニウム塩、アゾール、及びこれに類するものを含んでよい。ある特定の有利な実施態様では、ｐＨ緩衝剤はベンゾトリアゾール又はビストリスメタンを含んでよい。研磨組成物は、上記ｐＨ範囲内のｐＨにおいて所望の緩衝能力を提供するのに十分な濃度のｐＨ緩衝剤を含んでよい。ある特定の実施態様では、研磨組成物は、ユースポイントにおいて約１００質量ｐｐｍ～約１質量パーセントのｐＨ調節剤（例えばトリエタノールアミン）を含む。

【0074】

研磨組成物はさらに他の任意の添加剤、例えば二次的な研磨速度加速剤又は抑制剤、分散剤、コンディショナ、スケール阻害剤、キレート剤、安定剤、及び殺生物剤を含む添加剤を含んでよい。このような添加剤は純粋に任意である。開示された実施態様はそのようには限定されず、このような添加剤のいずれか１種又は２種以上の使用を必要とはしない。

【0075】

研磨組成物は任意にはさらに殺生物剤を含んでよい。殺生物剤は実質的に任意の適宜の殺生物剤、例えばイソチアゾリノン殺生物剤、例えばメチルイソチアゾリノン又はベンズイソチアゾロンを含んでよい。研磨組成物内の殺生物剤の量は典型的には、ユースポイントにおいて約１質量ｐｐｍ～約１００質量ｐｐｍ、例えば約５質量ｐｐｍ～約７５質量ｐｐｍである。

【0076】

研磨組成物は、任意の適宜の技術を用いて調製することができる。これらの技術の多くは当業者に知られている。研磨組成物はバッチ法又は連続法で調製することができる。大まかに言えば、研磨組成物はその成分を任意の順番で合体することにより調製することができる。本明細書中に使用される「成分（component）」は個々の成分（ingredients）（例えば研磨剤粒子、自動停止剤、カチオン性ポリマー、及び任意の添加剤）を含む。例えば、自動停止剤及びカチオン性ポリマーを、水性キャリア（例えば水）に所望の濃度で添加することができる。次いでｐＨを（所望の通りに）調節し、そして立方体状セリア研磨剤を所望の濃度で添加することにより、研磨組成物を形成することができる。研磨組成物は使用前に調製することができ、この場合使用直前（例えば使用前の約１分以内、又は使用前の約１時間以内、又は使用前の約１日又は約７日前）に１種又は２種以上の成分を研磨組成物に添加する。研磨組成物は（例えば研磨パッド上の）研磨作業中に、基板表面において成分を混合することにより、調製することもできる。

【0077】

ある特定の実施態様では、研磨組成物は「２パック」システムとして提供することができる。例えば、第１パックは立方体状セリア研磨剤と、速度制御添加剤と、他の任意の成分とを含んでよく、そして第２パックは自動停止剤と、カチオン性ポリマーと、他の任意の成分とを含んでよい。第１及び第２パックは別個に出荷し、研磨の前（研磨の１時間以内又は１日以内）に、又はＣＭＰ作業中に研磨パッド上で合体させることができる。

【0078】

本発明の研磨組成物は濃縮物として提供されてよい。濃縮物は使用前に適量の水で希釈されるように意図されている。このような実施態様では、研磨組成物濃縮物は、濃縮物を適量の水で希釈すると、研磨組成物の各成分が、各成分に関して上述した適切な範囲内の量で研磨組成物中に存在することになるような量で、立方体状セリア研磨剤粒子と上記他の成分とを含むことができる。例えば、立方体状セリア研磨剤粒子、自動停止剤、カチオン性ポリマー、及び他の任意の添加剤はそれぞれ、各成分に関して上述したユースポイント濃度の約３倍（例えば約４倍、約５倍、約６倍、約７倍、約８倍、約１０倍、約１５倍、約２０倍、又は約２５倍）である量で研磨組成物中に存在することができるので、濃縮物が等体積の水（例えば２等体積の水、３等体積の水、４等体積の水、５等体積の水、６等体積の水、７等体積の水、９等体積の水、１４等体積の水、１９等体積の水、又は２４等体積の水）で希釈されると、各成分は各成分に関して上述した範囲内の量で研磨組成物中に存在することになる。

【0079】

研磨組成物が２パックシステムとして提供される実施態様では、パックの一方又は両方は濃縮物として提供され、他方のパックとの混合前に希釈を必要とする。例えば、１実施態様では、第１パックは濃縮物として提供されて、濃縮物は上記のユースポイント濃度の約３倍（例えば約５倍、約８倍、約１０倍、約１５倍、又は約２０倍）高い濃度で立方体状セリア研磨剤粒子を含むようになっている。濃縮された第１パックは、第２パックとの合体前に適量の水と混合させることができる。同様に、第２パックも濃縮物として提供されて、濃縮物は上記のユースポイント濃度の約３倍（例えば約５倍、約８倍、約１０倍、約１５倍、又は約２０倍）高い、自動停止剤及びカチオン性ポリマー濃度を含むようになっている。このような実施態様では、濃縮された第２パックは、第１パックとの合体前に適量の水と混合させることができる。ある特定の実施態様では、第１パック及び第２パックの両方は、合体前に水で希釈することができる。開示された実施態様はこれらに関して限定されない。

【0080】

本発明の研磨方法は具体的には、例えばプラテン及びプラテンに固定されたパッドを含む化学機械研磨（ＣＭＰ）装置と併せて用いるのに特に適している。当業者に知られているように、基板を研磨パッド及び本発明の研磨組成物と接触させた時に、基板の研磨を行い、次いで研磨パッドと基板とを相対運動させることにより、基板の少なくとも一部を研削処理する。本発明の方法は、上記本発明の組成物を用意し、基板（例えばウエハー）を本発明の研磨組成物と接触させ、基板に対して研磨組成物を動かし、そして基板を研削処理することによって、基板から酸化ケイ素材料の一部を除去し、これにより基板を研磨する。

【0081】

基板は大まかに言えば、多くがよく知られているパターン化誘電層を含む。パターン化誘電層は、酸化ケイ素及び酸化ケイ素系誘電材料の種々の形態を含む。例えば、酸化ケイ素及び酸化ケイ素系誘電層を含む誘電材料は、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）、高密度プラズマ（ＨＤＰ）酸化物、リンケイ酸ガラス（ＰＳＧ）、ホウリンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）、高アスペクト比プロセス（ＨＡＲＰ）酸化物、スピンオン誘電（ＳＯＤ）酸化物、化学蒸着（ＣＶＤ）酸化物、プラズマ支援テトラエチルオルトケイ酸塩（ＰＥＴＥＯＳ）、熱酸化物、又は非ドープ型ケイ酸塩ガラスを含み、これから成り、又は本質的にこれから成る。

【0082】

本発明の方法は、例えば（初期高さを有する）隆起領域と（初期トレンチ厚さを有する）トレンチとの間の初期ステップ高さを低減することを介して、パターン化誘電材料を望ましく平坦化する。この平坦化を効果的且つ効率的に達成するために、本発明の方法は、（アクティブパターン誘電材料の）隆起領域の高い除去速度と、トレンチの誘電材料の著しく低い除去速度とを望ましく有している。本発明の方法が自動停止挙動をも呈することが最も好ましい。

【0083】

本発明の方法の実施中、誘電材料が隆起領域から除去される（そして誘電材料はより少ない量でトレンチから除去され得る）。平坦化は隆起領域の高さを低減するので、隆起領域はトレンチの高さと本質的に同じ「レベル」になる。このように例えば、ステップ高さは１，０００オングストローム（Å）未満に（例えば８００Å未満、５００Å未満、３００Å未満、２５０Å未満に）低減することができる。（研磨により）低減されたステップ高さ（すなわち「残留」ステップ高さ）が約１，０００Å未満に達すると、この表面は効果的に平坦化されると考えられる。

【0084】

研磨される基板に応じて、初期ステップ高さは少なくとも１，０００Å、例えば少なくとも２，０００Å、又は少なくとも５，０００Åであってよく、そして著しく大きくてもよく、ＣＭＰプロセスのステップ開始前に測定して例えば少なくとも１０，０００Å、少なくとも２０，０００Å、少なくとも３０，０００Å、少なくとも４０，０００Åであってもよい。

【0085】

ＣＭＰ作業中、パターン誘電材料の除去速度は当業者には「パターン除去速度」又は「アクティフ除去速度」と呼ばれる。本明細書に記載された方法及び研磨組成物を用いて達成されるアクティブ除去速度は、任意の適宜の速度であってよく、そして任意の所与のプロセス及び基板に対応して、選択された研磨工具パラメータ及びパターン化誘電材料の寸法（例えばピッチ及び幅）に大きな部分において依存する。ある特定の有利な実施態様では、アクティブ除去速度は約４，０００Å／ｍｉｎ超（例えば約５，０００Å／ｍｉｎ超、約６，０００Å／ｍｉｎ超、約１０，０００Å／ｍｉｎ超）である。

【0086】

本発明のＣＭＰ作業はまた、トレンチ損失を望ましく低減する。例えば、本発明の方法は約２，０００Å未満（例えば約１，５００Å未満、約１，０００Å未満、約５００Å未満、又は約２５０Å未満）のトレンチ損失を提供することができる。

【0087】

より低いトレンチ損失は、平坦化の改善に効率的に反映され得る。本明細書中に使用される平坦化効率とは、ステップ高さ低減をトレンチ損失で割り算することによって割り算したものを意味する。本発明の方法が提供する平坦化効率は、少なくとも４、好ましくは５又は１０超（又は２０超、又は５０超）であってよい。

【0088】

本発明の方法は自動停止挙動を呈することもできる。自動停止とは、ブランケット誘導材料の除去速度がパターン誘電材料の除去速度よりも著しく低いことを意味する。自動停止挙動は、ブランケット誘導材料の除去速度が約１，０００Å／ｍｉｎ未満である場合に発生すると考えられる。本発明の方法はしたがって、ブランケット誘電材料除去速度１，０００Å／ｍｉｎ未満（例えば約５００Å／ｍｉｎ未満）を呈することができる。

【0089】

別の測定では、ブランケット誘電材料の磁気速度に対するパターン誘電材料のアクティブ除去速度の比を計算することによって、自動停止挙動を測定することができる。高い比は良好な自動停止挙動を示す。本発明の方法はしたがって、約５超（例えば約１０超、約２０超、又は約５０超）の比をもたらすことができる。

【0090】

言うまでもなく、開示は数多くの実施態様を含む。これらの実施態様は下記実施態様を含むが、しかしこれらに限定されはしない。

【0091】

第１実施態様では、化学機械研磨組成物が、液体キャリアと、前記液体キャリア中に分散された立方体状研磨剤粒子と、自動停止剤と、カチオン性ポリマーとを含む。

【0092】

第２実施態様は第１実施態様を含んでよく、前記立方体状セリア研磨剤粒子が、酸化セリウムと酸化ランタンとの混合物を含む。

【0093】

第３実施態様は第１～第２実施態様のいずれか１つを含んでよく、前記立方体状セリア研磨剤粒子の、ランタン及びセリウムに対するランタンのモル比が約１～約１５パーセントである。

【0094】

第４実施態様は第１～第３実施態様のいずれか１つを含んでよく、前記立方体状セリア研磨剤粒子のＢＥＴ表面積が約３ｍ^２／ｇ～約１４ｍ^２／ｇである。

【0095】

第５実施態様は第１～第４実施態様のいずれか１つを含んでよく、前記立方体状セリア研磨剤粒子の平均粒径が約５０～約５００ｎｍである。

【0096】

第６実施態様は第１～第５実施態様のいずれか１つを含んでよく、約０．０１質量パーセント～約１質量パーセントの立方体状セリア研磨剤粒子を含む。

【0097】

第７実施態様は第１～第６実施態様のいずれか１つを含んでよく、前記自動停止剤が、前記立方体状セリア研磨剤粒子に結合されたリガンドである。

【0098】

第８実施態様は第１～第７実施態様のいずれか１つを含んでよく、自動停止剤が式Ｑ－Ｂを有し、式中、Ｑは置換型又は無置換型の疎水性基、又は立体障害付与基であり、そしてＢは立方体状セリア研磨剤粒子に結合された結合基である。このような実施態様では、前記自動停止剤はコウジ酸、マルトール、エチルマルトール、プロピルマルトール、ヒドロキサム酸、ベンズヒドロキサム酸、サリチルヒドロキサム酸、安息香酸、３，４－ジヒドロキシ安息香酸、３，５－ジヒドロキシ安息香酸、コーヒー酸、ソルビン酸、ソルビン酸カリウム、及びこれらの組み合わせを含んでよい。

【0099】

第９実施態様は第１～第８実施態様のいずれか１つを含んでよく、前記自動停止剤が、ベンズヒドロキサム酸、サリチルヒドロキサム酸、コウジ酸、ソルビン酸カリウム、又はこれらの組み合わせである。

【0100】

第１０実施態様は第１～第９実施態様のいずれか１つを含んでよく、前記カチオン性ポリマーが、ポリ（ビニルイミダゾリウム）、ポリ（ビニルイミダゾール）、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム、ポリ（ジアリルジメチルアンモニウム）、ポリクオタニウム－２、ポリクオタニウム－１１、ポリクオタニウム－１６、ポリクオタニウム－４６、ポリクオタニウム－４４、ポリリシン、及びこれらの組み合わせから成る群から選択される。

【0101】

第１１実施態様は第１～第１０実施態様のいずれか１つを含んでよく、前記カチオン性ポリマーが、ポリ（ビニルイミダゾリウム）、ポリ（ビニルイミダゾール）、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム、ポリリシン、又はこれらの組み合わせである。

【0102】

第１２実施態様は第１～第１１実施態様のいずれか１つを含んでよく、（ｉ）前記立方体状セリア研磨剤粒子のユースポイント濃度が約０．０１質量パーセント～約１質量パーセントであり、（ｉｉ）前記自動停止剤のユースポイント濃度が約２００質量ｐｐｍ～約５０００質量ｐｐｍであり、そして（ｉｉｉ）前記カチオン性ポリマーのユースポイント濃度が約５質量ｐｐｍ～約５００質量ｐｐｍである。

【0103】

第１３実施態様は第１～第１２実施態様のいずれか１つを含んでよく、さらにカルボン酸速度向上剤を含む。

【0104】

第１４実施態様は第１～第１３実施態様のいずれか１つを含んでよく、前記カルボン酸速度向上剤がピコリン酸、酢酸、４－ヒドロキシ安息香酸、又はこれらの混合物である。

【0105】

第１５実施態様は第１～第１４実施態様のいずれか１つを含んでよく、アクリル酸、クロトン酸、２－ペンテン酸、トランス－２－ヘキセン酸、トランス－３－ヘキセン酸、２－ヘキシン酸、２，４－ヘキサジエン酸、ソルビン酸カリウム、トランス－２－メチル－２－ブテン酸、３，３－ジメチルアクリル酸、及びこれらの組み合わせから成る群から選択された不飽和カルボンモノ酸速度抑制剤をさらに含む。

【0106】

第１６実施態様は第１～第１７実施態様のいずれか１つを含んでよく、前記不飽和カルボンモノ酸速度抑制剤がクロトン酸である。

【0107】

第１７実施態様は第１～第１６実施態様のいずれか１つを含んでよく、２－（ジメチルアミノ）エチルアクリレート、２－（ジメチルアミノ）エチルメタクリレート、３－（ジメチルアミノ）プロピルメタクリルアミド、３－（ジメチルアミノ）プロピルアクリルアミド、リシン、３－メタクリルアミドプロピル－トリメチル－アンモニウム、３－アクリルアミドプロピル－トリメチル－アンモニウム、ジアリルジメチルアンモニウム、２－（アクリロイルオキシ）－Ｎ，Ｎ，Ｎ－トリメチルエタンアミニウム、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム、Ｎ，Ｎ－ジメチルアミノエチルアクリレートベンジル、Ｎ，Ｎ－ジメチルアミノエチルメタクリレートベンジル、及びこれらの組み合わせから成る群から選択された非ポリマー系カチオン性化合物を含む。

【0108】

第１８実施態様は第１～第１７実施態様のいずれか１つを含んでよく、前記非ポリマー系カチオン性化合物が、ジアリルジメチルアンモニウム、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム、リシン、２－（ジメチルアミノ）エチルメタクリレート、又はこれらの混合物を含む。

【0109】

第１９実施態様は第１～第１８実施態様のいずれか１つを含んでよく、前記カチオン性ポリマーがポリリシンを含み、そして前記非ポリマー系化合物がジアリルジメチルアンモニウムを含む。

【0110】

第２０実施態様は第１～第１９実施態様のいずれか１つを含んでよく、アルキルアミン、アルコールアミン、第４級アミン水酸化物、アンモニア、又はこれらの組み合わせを含むｐＨ調節剤をさらに含む。ｐＨ調節剤は例えばトリエタノールアミンを含んでよい。

【0111】

第２１実施態様は第１～第２０実施態様のいずれか１つを含んでよく、ベンゾトリアゾール又はビストリスメタンをさらに含む。

【0112】

第２２実施態様は第１～第２１実施態様のいずれか１つを含んでよく、ｐＨが約５～約１０である。

【0113】

第２３実施態様は第１～第２２実施態様のいずれか１つを含んでよく、（ｉ）前記自動停止剤がベンズヒドロキサム酸、サリチルヒドロキサム酸、コウジ酸、ソルビン酸カリウム、又はこれらの組み合わせであり、（ｉｉ）前記カチオン性ポリマーがポリ（ビニルイミダゾリウム）、ポリ（メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム）、ポリリシン、ポリ（ジアリルジメチルアンモニウム）、又はこれらの組み合わせであり、そして（ｉｉｉ）前記組成物が、ピコリン酸、酢酸、４－ヒドロキシ安息香酸、又はこれらの混合物をさらに含む。

【0114】

第２４実施態様は第２３実施態様を含んでよく、トリエタノールアミン及びベンゾトリアゾールをさらに含む。

【0115】

第２５実施態様は第２３又は第２４実施態様のいずれか１つを含んでよく、前記自動停止剤がベンズヒドロキサム酸、サリチルヒドロキサム酸、又はこれらの組み合わせであり、そしてｐＨがユースポイントで約７～約９である。

【0116】

第２６実施態様は第２３～第２５実施態様のいずれか１つを含んでよく、ユースポイントで少なくとも２５０質量ｐｐｍの自動停止剤と、ユースポイントで５０質量ｐｐｍのカチオン性ポリマーと含む。

【0117】

第２７実施態様は第２３実施態様を含んでよく、前記自動停止剤がコウジ酸、ソルビン酸カリウム、又はこれらの組み合わせであり、そしてｐＨがユースポイントで約５～約６．５である。

【0118】

第２８実施態様は第１～第２２実施態様のいずれか１つを含んでよく、（ｉ）前記自動停止剤がベンズヒドロキサム酸、サリチルヒドロキサム酸、又はこれらの組み合わせであり、そして（ｉｉ）前記カチオン性ポリマーがε－ポリ－Ｌ－リシン、ポリ（ビニルイミダゾリウム）、又はこれらの組み合わせである、

【0119】

第２９実施態様は第２８実施態様を含んでよく、クロトン酸をさらに含む。

【0120】

第３０実施態様は第２８又は第２９実施態様のいずれか１つを含んでよく、ジアリルジメチルアンモニウム、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム、リシン、２－（ジメチルアミノ）エチルメタクリレート、又はこれらの混合物から成る群から選択された非ポリマー系カチオン性化合物をさらに含む。

【0121】

第３１実施態様は第３０実施態様を含んでよく、少なくとも２５０質量ｐｐｍの自動停止剤と、少なくとも２０質量ｐｐｍのカチオン性ポリマーと、少なくとも２０質量ｐｐｍの非ポリマー系カチオン性化合物とを含む。

【0122】

第３２実施態様は、酸化ケイ素誘電材料を含む基板を化学機械研磨する方法を含む。前記方法は、（ａ）第１実施態様から第３１実施態様までのいずれか１つを含む研磨組成物を用意し、（ｂ）前記基板を前記用意された研磨組成物と接触させ、（ｃ）前記基板に対して前記研磨組成物を動かし、そして（ｄ）前記酸化ケイ素誘電材料の一部を前記基板から除去するために前記基板をアブレーション処理し、これにより前記基板を研磨することを含む。

【0123】

第３３実施態様は第３２実施態様を含んでよく、前記酸化ケイ素誘電材料のトレンチ損失除去に対する、前記基板のパターン化領域内の前記酸化ケイ素誘電材料のアクティブな除去の比が、（ｄ）において約５超である。

【0124】

第３４実施態様は第３２～３３実施態様のうちのいずれか１つを含んでよく、前記自動停止剤がベンズヒドロキサム酸、サリチルヒドロキサム酸、コウジ酸、ソルビン酸カリウム、又はこれらの組み合わせであり、前記カチオン性ポリマーがポリ（ビニルイミダゾリウム）、ポリ（メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム）、ポリリシン、ポリ（ジアリルジメチルアンモニウム）、又はこれらの組み合わせであり、そして前記研磨組成物が、ピコリン酸、酢酸、４－ヒドロキシ安息香酸、又はこれらの混合物をさらに含む。

【0125】

第３５実施態様は第３２～３３実施態様のうちのいずれか１つを含んでよく、前記自動停止剤がベンズヒドロキサム酸、サリチルヒドロキサム酸、又はこれらの組み合わせであり、前記カチオン性ポリマーがε－ポリ－Ｌ－リシン、ポリ（ビニルイミダゾリウム）、又はこれらの組み合わせである。

【0126】

第３６実施態様は第３２、第３３、又は第３４実施態様を含んでよく、ジアリルジメチルアンモニウム、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム、リシン、２－（ジメチルアミノ）エチルメタクリレート、又はこれらの混合物から成る群から選択された非ポリマー系カチオン性化合物をさらに含む。

【0127】

第３７実施態様は第３５又は第３６実施態様を含んでよく、前記酸化ケイ素誘電材料のトレンチ損失除去に対する、前記基板のパターン化領域内の前記酸化ケイ素誘電材料のアクティブな除去の比が、（ｄ）において約５０超である。

【0128】

第３８実施態様は第３２～第３７実施態様のいずれか１つを含んでよく、前記研磨組成物を容易することが、（ｉ）研磨濃縮物を用意し、そして（ｉｉ）１部の研磨濃縮物に対して少なくとも１部の水で研磨濃縮物を希釈することにより、研磨組成物を得ることを含む。

【0129】

第３９実施態様は第３２～第３７実施態様のいずれか１つを含むことができ、前記研磨組成物を用意することが、（ｉ）第１パックと第２パックとを用意し、第１パックが立方体状セリア研磨剤粒子を含み、第２パックが自動停止剤及びカチオン性ポリマーを含み、そして（ｉｉ）第１パックと第２パックとを合体させることにより、前記研磨組成物を得ることを含む。

【0130】

第４０実施態様は第３９実施態様を含むことができ、第１パック及び第２パックのうちの少なくとも一方が（ｉｉ）における合体の前に水で希釈される。

【実施例】

【0131】

下記例は本発明をさらに例示するが、しかしその範囲を限定するものと決して解釈するべきではない。Applied Materials Mirra（登録商標）研磨工具（Applied Materials, Inc.から入手可能）を使用して種々の基板を研磨した。プラテン速度１００ｒｐｍ、ヘッド速度８５ｒｐｍ、ダウンフォース３ｐｓｉ、及びスラリー流量１５０ｍｌ／ｍｉｎで、Mirra（登録商標）上で６０秒間にわたってブランケットウエハーを研磨した。同じ条件で８０秒間にわたって、パターン化ウエハー研磨した。６ポンドのダウンフォースのSaesol DS8051コンディショナーを使用した現場コンディショニングによって、ウエハーをNexPlanar（登録商標）E6088パッド（Cabot Microelectronics Corporatioから入手可能）上で研磨した。

【0132】

ブランケットテトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）、ブランケットＳｉＮ、及びパターン化ＴＥＯＳを下記例において研磨した。ブランケットＴＥＯＳウエハーはWRS Materialsから入手し、２０ｋÅのＴＥＯＳ層を含んだ。ブランケットＳｉＮウエハーはAdvantecから入手し、５ｋÅのＰＥ ＳｉＮ層を含んだ。パターン化ＴＥＯＳウエハーはSilyb及びSTI1の１０ｋÅのＴＥＯＳパターンウエハーであった。

【0133】

例１
原料酸化セリウム分散体を下記のように調製した。１３．１ｋｇの３Ｍ硝酸三価セリウム（ＩＩＩ）溶液と、０．３ｋｇの３Ｍ硝酸ランタン溶液と、２．０ｋｇの６８％硝酸（ＨＮＯ_３）溶液と、０．５ｋｇの脱イオン水と、硝酸セリウム（ＩＶ）とを、セリウム（総量）に対するセリウム（ＩＶ）のモル比０．００００５５で合体させることにより、硝酸セリウム溶液を調製した。硝酸セリウム溶液を次いで２０Ｌ容器内で、撹拌及び窒素バブリングによって脱気した。

【0134】

７５ｋｇの脱イオン水と、１３．１ｋｇの２５％水性アンモニアの溶液とを合体させる（これにより硝酸セリウム溶液中のセリウム及びランタンの総量に対するアンモニア水溶液中のＮＨ_４ＯＨのモル比は９．０となった）ことにより、水性アンモニア溶液を調製した。水性アンモニア溶液を次いで１００Ｌ容器のジャケット付き反応器内で、撹拌及び窒素バブリングによって脱気した。

【0135】

次いで窒素パージ下で同じ撹拌を加えながら、硝酸セリウム溶液を周囲温度で水性アンモニア溶液に添加した。反応混合物の温度を次いで８０℃に高め、そして１８時間にわたってその温度で保持した。次いで反応混合物を冷ましておき、冷却したら、６８％硝酸を添加することによりｐＨ２に酸性化した。

【0136】

次いで反応混合物を濾過し、脱イオン水で洗浄した。洗浄溶液の導電率が０．０４ｍＳ／ｃｍ未満になったら洗浄を繰り返した。脱イオン水を添加することにより、最終酸化セリウム濃度を１０質量パーセントに調節した。立方体状セリア研磨剤粒子は２．５モルパーセントの酸化ランタンと９７．５モルパーセントの酸化セリウムとを含んだ。

【0137】

窒素吸着によりＢＥＴ比表面積が１１．８ｍ^２／グラムであることを割り出した。平均粒径はHoriba 960によって測定して１０２ｎｍであり、Malvern Zetasizerによって測定して１４０ｎｍであった。

【0138】

例２
２種の研磨組成物を試験することにより、ブランケット及びパターン化ウエハー上のＴＥＯＳ研磨速度と自動停止挙動とを評価した。脱イオン水を有する第１パック（Ａパック）と、相応の第２パック（Ｂパック）とを合体させることにより、各組成物を調製した。Ａパックは３５００質量ｐｐｍのピコリン酸と、７５質量ｐｐｍのKordex MLXと、２質量パーセントのセリア研磨剤とをｐＨ４．０で含んだ。組成物２Ａに関しては、セリア研磨剤は２質量パーセントの対照セリア（同一譲受人の米国特許第９，５０５，９５２号明細書の研磨組成物１Ｃ中に使用された焼結セリア研磨剤）を含んだ。組成物２Ｂに関しては、セリア研磨剤は、例１において上述された１質量部の原料セリア分散体と、４質量部の脱イオン水とを含むことにより、２質量％の立方体状セリアを得た。Ｂパックは同一であり、４０００質量ｐｐｍのトリエタノールアミンと、１６００質量ｐｐｍのベンゾトリアゾールと、２５０質量ｐｐｍのポリＭＡＤＱＵＡＴと、１６７０質量ｐｐｍのベンズヒドロキサム酸と、１１３質量ｐｐｍのKordex MLXとをｐＨ８．２で含んだ。

【0139】

１部のＡパックを先ず６部の脱イオン水と合体させ、次いでさらに３部のＢパックと合体させることにより、０．２質量パーセントのセリア研磨剤と、３５０質量ｐｐｍのピコリン酸と、１２００質量ｐｐｍのトリエタノールアミンと、４８０質量ｐｐｍのベンゾトリアゾールと、７５質量ｐｐｍのポリＭＡＤＱＵＡＴとを含むユースポイント組成物を得た。合体したＡ及びＢパックのｐＨは約７．８であった。

【0140】

上記条件において６０秒間にわたってMirra（登録商標）工具上でブランケットＴＥＯＳウエハーを研磨した。ブランケットＴＥＯＳ除去速度が表１に１分当たりのオングストローム（Å／ｍｉｎ）で示されている。同じ条件で８０秒間にわたってMirra（登録商標）工具上でパターン化ウエハーを研磨した。パターン化ウエハーの結果（トレンチ損失、アクティブ除去、及びステップ高さ）がやはり表１に示されている。ステップ高さは２つのパターンフィーチャに関してオングストローム（Å）で挙げられている（第１の数字は線幅（ミクロン）を意味し、第２の数字はパターン密度を意味する）。

【表1】

【0141】

表１に示された結果から容易に明らかなように、立方体状セリア研磨剤粒子を含む組成物（２Ｂ）はアクティブ除去において６５％の改善を達成し、そしてステップ高さを改善した（具体的には緻密なフィーチャにおいて）。しかしながら、これらの改善はトレンチ損失の１０倍に近い増大によって相殺された。高いブランケット除去速度及び高いトレンチ損失により、組成物２Ｂ（立方体状セリア研磨剤粒子を含む）は自動停止組成物ではない。この例に基づいて、当業者には容易に明らかなように、セリア研磨剤と組成物化学特性との複雑な相互作用に起因して、（２Ａにおけるような）コンベンショナルな湿潤セリア研磨剤粒子は、自動停止ＣＭＰ組成物中で（２Ｂにおけるような）立方体状セリア研磨剤粒子と交換することはできない。

【0142】

例３
１０種の研磨組成物を試験することにより、パターン化ウエハー上のＴＥＯＳ研磨速度と自動停止挙動とを評価した。１０種の研磨組成物（３Ａ－３Ｊ）は、カチオン性ポリマーレベルを変化させるように選択し、これらを対照組成物１Ａと比較した。脱イオン水を有するＡパックと、相応のＢパックとを合体させることにより、各組成物を調製した。各Ａパックは３５００質量ｐｐｍのピコリン酸と、７５質量ｐｐｍのKordex MLXと、（Ａパック内の２質量パーセントの総セリア濃度に対して）例１において上述した２０質量パーセントのセリア分散体とを含んだ。

【0143】

Ｂパックは４０００質量ｐｐｍのトリエタノールアミンと、１６００質量ｐｐｍのベンゾトリアゾールと、カチオン性ポリマーと、１６７０質量ｐｐｍのベンズヒドロキサム酸と、１１３質量ｐｐｍのKordex MLXとをｐＨ８．２で含んだ。カチオン性ポリマーのタイプ及び量は下記表２Ａに挙げられている。

【表2A】

【0144】

１部のＡパックを先ず６部の脱イオン水と合体させ、次いでさらに３部のＢパックと合体させることにより、０．２質量パーセントのセリア研磨剤と、３５０質量ｐｐｍのピコリン酸と、１２００質量ｐｐｍのトリエタノールアミンと、５００質量ｐｐｍのベンズヒドロキサム酸と、４８０質量ｐｐｍのベンゾトリアゾールとを含むユースポイント組成物を得た。カチオン性ポリマーのユースポイント量は表２Ａに挙げられた量の３０パーセントであった。合体したＡ及びＢパックのｐＨは約７．８であった。

【0145】

上記条件において６０秒間にわたってMirra（登録商標）工具上でブランケットＴＥＯＳウエハーを研磨した。ブランケットＴＥＯＳ除去速度が表２Ｂに１分当たりのオングストローム（Å／ｍｉｎ）で示されている。同じ条件で８０秒間にわたってMirra（登録商標）工具上でパターン化ウエハーを研磨した。パターン化ウエハーの結果（トレンチ損失、アクティブ除去、及びステップ高さ）がやはり表２Ｂに示されている。ステップ高さは２つのパターンに関してオングストローム（Å）で挙げられている（第１の数字は線幅（ミクロン）を意味し、第２の数字はパターン密度を意味する）。

【表2B】

【0146】

表２Ｂに示された結果から容易に明らかなように、ポリＭＡＤＱＵＡＴ及びポリクオタニウム－４４カチオン性ポリマーを含む組成物３Ｂ及び３Ｅは優れた自動停止性能をもたらす。さらに、組成物３Ｃ，３Ｆ及び３Ｊは、ブランケット除去速度及びトレンチ損失の両方に対するアクティブ除去速度の優れた比をもたらす。僅かな変更を加えることにより、これらの組成物も同様に優れた自動停止性能をもたらす。

【0147】

例４
８種の研磨組成物を試験することにより、パターン化ウエハー上のＴＥＯＳ研磨速度と自動停止挙動とを評価した。８種の研磨組成物（３Ａ－３Ｊ）は、自動停止剤レベルを変化させるように選択し、これらを対照組成物２Ａと比較した。脱イオン水を有するＡパックと、相応のＢパックとを合体させることにより、各組成物を調製した。各Ａパックは３５００質量ｐｐｍのピコリン酸と、７５質量ｐｐｍのKordex MLXと、（Ａパック内の２質量パーセントの総セリア濃度に対して）例１において上述した２０質量パーセントのセリア分散体とを含んだ。

【0148】

Ｂパックは４０００質量ｐｐｍのトリエタノールアミンと、１６００質量ｐｐｍのベンゾトリアゾールと、２５０質量ｐｐｍのポリＭＡＤＱＵＡＴと、自動停止剤と、１１３質量ｐｐｍのKordex MLXとを含んだ。自動停止剤のタイプ及び量は下記表３Ａに挙げられている。

【表3A】

【0149】

１部のＡパックを先ず６部の脱イオン水と合体させ、次いでさらに３部のＢパックと合体させることにより、０．２質量パーセントのセリア研磨剤と、３５０質量ｐｐｍのピコリン酸と、１２００質量ｐｐｍのトリエタノールアミンと、７５質量ｐｐｍのポリＭＡＤＱＵＡＴと、４８０質量ｐｐｍのベンゾトリアゾールとを含むユースポイント組成物を得た。自動停止剤のユースポイント量は、表３Ａに挙げられた量の３０パーセントであった。合体したＡ及びＢパックのｐＨは、組成物４Ａ～４Ｄでは約７．８であり、組成物４Ｅ～４Ｈでは約５．５であった。

【0150】

上記条件において６０秒間にわたってMirra（登録商標）工具上でブランケットＴＥＯＳウエハーを研磨した。ブランケットＴＥＯＳ除去速度が表３Ｂに１分当たりのオングストローム（Å／ｍｉｎ）で示されている。同じ条件で８０秒間にわたってMirra（登録商標）工具上でパターン化ウエハーを研磨した。パターン化ウエハーの結果（トレンチ損失、アクティブ除去、及びステップ高さ）がやはり表３Ｂに示されている。ステップ高さは２つのパターンフィーチャに関してオングストローム（Å）で挙げられている（第１の数字は線幅（ミクロン）を意味し、第２の数字はパターン密度を意味する）。

【表3B】

【0151】

表３Ｂに示された結果から容易に明らかなように、ベンズヒドロキサム酸、サリチルヒドロキサム酸、及びソルビン酸カリウム自動停止剤を含む組成物４Ｂ，４Ｄ及び４Ｈは優れた自動停止性能をもたらす。さらに、組成物４Ｆは、ブランケット除去速度及びトレンチ損失の両方に対するアクティブ除去速度の優れた比をもたらす。僅かな変更を加えることにより、この組成物も同様に優れた自動停止性能をもたらす。

【0152】

例５
２種の研磨組成物を試験することにより、ブランケット及びパターン化ウエハー上のＴＥＯＳ研磨速度と自動停止挙動とを評価した。脱イオン水を有する第１パック（Ａパック）と、相応の第２パック（Ｂパック）とを合体させることにより、各組成物を調製した。Ａパックは３５００質量ｐｐｍのピコリン酸と、７５質量ｐｐｍのKordex MLXと、２質量パーセントのセリア研磨剤とをｐＨ４．０で含んだ。組成物５Ａに関しては、セリア研磨剤は２質量パーセントの対照セリア（同一譲受人の米国特許第９，５０５，９５２号明細書の研磨組成物１Ｃ中に使用された焼結セリア研磨剤）を含んだ。組成物５Ｂに関しては、セリア研磨剤は、例１において上述された１質量部の原料セリア分散体と、４質量部の脱イオン水とを含んだ。Ｂパックは同一であり、４０００質量ｐｐｍのトリエタノールアミンと、１６００質量ｐｐｍのベンゾトリアゾールと、２５０質量ｐｐｍのポリＭＡＤＱＵＡＴと、３３４０質量ｐｐｍのソルビン酸カリウムと、１１３質量ｐｐｍのKordex MLXとをｐＨ６で含んだ。

【0153】

１部のＡパックを先ず６部の脱イオン水と合体させ、次いでさらに３部のＢパックと合体させることにより、０．２質量パーセントのセリア研磨剤と、３５０質量ｐｐｍのピコリン酸と、１２００質量ｐｐｍのトリエタノールアミンと、４８０質量ｐｐｍのベンゾトリアゾールと、１０００質量ｐｐｍのソルビン酸カリウムと、７５質量ｐｐｍのポリＭＡＤＱＵＡＴとを含むユースポイント組成物を得た。合体したＡ及びＢパックのｐＨは約５．５であった。

【0154】

上記条件において６０秒間にわたってMirra（登録商標）工具上でブランケットＴＥＯＳウエハーを研磨した。ブランケットＴＥＯＳ除去速度が表４に１分当たりのオングストローム（Å／ｍｉｎ）で示されている。同じ条件で８０秒間にわたってMirra（登録商標）工具上でパターン化ウエハーを研磨した。パターン化ウエハーの結果（トレンチ損失、アクティブ除去、及びステップ高さ）がやはり表４に示されている。

【表4】

【0155】

表４に示された結果から容易に明らかなように、立方体状セリア研磨剤粒子（２Ｂ）を含む組成物は、優れた自動停止性能を達成した。ブランケットに対するアクティブ除去比は１２超であり、ステップ高さは緻密フィーチャ上で４００Å未満であった。反対に、対照セリア研磨剤を使用した組成物は極めて低い除去速度を呈し、パターン化ウエハーの平坦化をもたらさなかった。

【0156】

例６
６種の研磨組成物を試験することにより、種々のパターンにわたるパターン化ウエハー上のアクティブ損失を評価した。当業者に知られているように、アクティブ損失は、研磨前のアクティブ厚から研磨後のアクティブ厚を差し引いたものと定義される。研磨組成物は組成物２Ａ，３Ｂ，３Ｅ，４Ｂ，４Ｄ，及び４Ｈと同一である。上記のように、組成物２Ｂは対照セリア研磨剤を含むのに対して、組成物３Ｂ，３Ｅ，４Ｂ，４Ｄ，及び４Ｈは、立方体状セリア研磨剤粒子を含んだ。アクティブ損失は図４において、パターンのタイプに対してÅの単位でプロットされた。

【0157】

図４に示された結果から容易に明らかなように、立方体状セリア研磨剤粒子を含む組成物は、種々のパターン密度にわたってアクテイブ損失がより大きいことにより定義されるように、優れた平坦化を達成する。さらに、立方体状セリア研磨剤粒子を含む組成物はまた、種々のパターン密度にわたる最大プロットアクティブ損失と最小プロットアクティブ損失との間の差によって定義されるように、優れた平坦化を達成する。理論に縛られたくはないが、立方体状セリア研磨剤粒子は、より高い濃度の自動停止剤及び／又はカチオン性ポリマーによって良好に機能し、ひいては優れた平坦化を達成すると考えられる。

【0158】

例７
２種の研磨組成物を試験することにより、ブランケット及びパターン化ウエハー上のＴＥＯＳ及びＳｉＮ研磨速度と自動停止挙動とを評価した。研磨製剤（Ａパック）と相応の添加製剤（Ｂパック）とを７：３体積比で合体させることにより、組成物７Ａ、７Ｂ及び７Ｃのそれぞれを調製した。各組成物のユースポイントｐＨは６．２であった。研磨製剤（Ａパック）の組成物が表５Ａに示され、これに対して添加製剤（Ｂパック）の組成物が表５Ｂに示されている。全ての組成物は質量に基づいている（例えば質量パーセント又は質量ｐｐｍ）。

【表5A】

【表5B】

【0159】

プラテン速度７３ｒｐｍ、ヘッド速度６７ｒｐｍ、ダウンフォース３．５ｐｓｉ、及びスラリー流量２５０ｍｌ／ｍｉｎで、DuPont IC1010（登録商標）パッドを使用してApplied Materials Reflexion（登録商標）工具上で６０秒間にわたってブランケットＴＥＯＳ及びＳｉＮウエハーを研磨した。ブランケットＴＥＯＳ及びＳｉＮの除去速度が表５Ｃに、１分当たりのオングストローム（Å／ｍｉｎ）で示されている。同じ条件で２０秒間にわたってReflexion（登録商標）工具上でパターン化ウエハーを研磨した。パターン化ウエハーの結果（トレンチ損失、及びアクティブ除去）がやはり表５Ｃに示されている。

【表5C】

【0160】

表５Ｃに示された結果から容易に明らかなように、組成物７Ｂは優れた自動停止性能を呈する。この場合、アクティブ除去量が高く（４０００Å近く）、そしてブランケット除去速度が極めて低く、これによりブランケットに対するアクティブ除去比は１００近くになり、そしてトレンチ損失に対するアクティブ除去比は１４になる。組成物７Ｃも、アクティブ除去量が低いにもかかわらず、優れた自動停止性能を呈する。組成物７Ｃによって達成された、ブランケットに対するアクティブ除去の比、及びトレンチ損失に対するアクティブ除去の比は１００超であった。

【0161】

例８
３種の組成物を試験することにより、立方体状セリア研磨剤粒子中のランタンドーピングのレベルがＴＥＯＳ除去速度に与える影響を評価した。組成物８Ａは０．２８質量パーセントの対照セリア（Rhodiaから商業的に入手可能な湿式プロセスセリアHC60（登録商標））を含んだ。組成物８Ｂは、２．５モルパーセントの酸化ランタンを含む０．２８質量パーセントの立方体状セリア研磨剤粒子を含み、例１において上述した原料セリア分散体を、３４部の水対１部の原料セリア分散体で希釈することにより調製した。組成物８Ｃは、１０モルパーセントの酸化ランタンを含む０．２８質量パーセントの立方体状セリア研磨剤粒子を含み、下記段落において説明するセリア分散体を、３４部の水対１部のセリア分散体で希釈することにより調製した。組成物８Ａ～８ＣのそれぞれのｐＨは４であった。

【0162】

酸化セリウム分散体を下記の通りに調製した。１１．５ｋｇの３Ｍ硝酸三価セリウム（ＩＩＩ）溶液と、１．３ｋｇの３Ｍ硝酸ランタン溶液と、１．８６ｋｇの６８％硝酸（ＨＮＯ_３）溶液と、０．５ｋｇの脱イオン水と、硝酸セリウム（ＩＶ）とを、セリウム（総量）に対するセリウム（ＩＶ）のモル比０．００００１２５ （１／８０，２３５）で合体させることにより、硝酸セリウム溶液を調製した。硝酸セリウム溶液を次いで２０Ｌ容器内で、撹拌及び窒素バブリングによって脱気した。

【0163】

７０ｋｇの脱イオン水と、１４ｋｇの２５％水性アンモニアの溶液とを合体させる（これにより硝酸セリウム溶液中のセリウム及びランタンの総量に対するアンモニア水溶液中のＮＨ_４ＯＨのモル比は１０となった）ことにより、水性アンモニア溶液を調製した。水性アンモニア溶液を次いで１００Ｌ容器のジャケット付き反応器内で、撹拌及び窒素バブリングによって脱気した。

【0164】

次いで窒素パージ下で同じ撹拌を加えながら、硝酸セリウム溶液を周囲温度で水性アンモニア溶液に添加した。反応混合物の温度を次いで８８℃に高め、そして１３．５時間にわたってその温度で保持した。次いで反応混合物を冷ましておき、冷却したら、６８％硝酸を添加することによりｐＨ２に酸性化した。

【0165】

次いで反応混合物を濾過し、脱イオン水で洗浄した。洗浄溶液の導電率が０．０４ｍＳ／ｃｍ未満になったら洗浄を繰り返した。脱イオン水を添加することにより、最終酸化セリウム濃度を１０質量パーセントに調節した。立方体状セリア研磨剤粒子は１０モルパーセントの酸化ランタンと９０モルパーセントの酸化セリウムとを含んだ。

【0166】

窒素吸着によりＢＥＴ比表面積が８．６ｍ^２／グラムであることを割り出した。平均粒径はMalvern Zetasizerによって測定して１４２ｎｍであった。

【0167】

上記条件において６０秒間にわたってMirra（登録商標）工具上でブランケットＴＥＯＳウエハーを研磨した。ポリシング結果は表６に示されている。全ての除去速度（ＲＲ）は１分当たりのオングストローム（Å／ｍｉｎ）で挙げられている。

【表6】

【0168】

表５に示されたデータから容易に明らかなように、組成物８Ｂ及び８Ｃは、組成物８Ａの除去速度の１．６倍を上回る同等のＴＥＯＳ除去速度を呈した。

【0169】

“a”及び“an”及び“the”及び同様の指示対象を、本発明を説明するという文脈において使用する際には、これは特に断りのない限り、又は文脈によって明らかに矛盾するのでない限り、単数形及び複数形の両方をカバーするものと解釈されるべきである。「含む“comprising”」、「有する“having”」、「含む“including”」及び「含有する“containing”」という用語は、特に断りのない限り、オープンエンド用語（すなわち「含むが、しかしこれに限定されない」）と解釈されるべきである。本明細書中の値の範囲の記述は特に断りのない限り、単にその範囲内に含まれるそれぞれ別個の値に個別に言及する省略法として役立つように意図されているのにすぎず、そしてそれぞれの別個の値は、それがあたかも本明細書中に個別に記述されているかのように、本明細書中に組み込まれる。本明細書中に記載された全ての方法は、本明細書中に特に断りのない限り、又は文脈によって明らかに否定されるのでない限り、任意の適宜の順番で実施することができる。本明細書中に提供された任意のそして全ての例、又は例を意味する言語（例えば「～のような“such as”」）は、単に本発明をより良く例示するように意図されているにすぎない。明細書中のいかなる用語も、いずれかの特許請求されていない要素を本発明の実施に必須のものとして示すものと解釈されるべきではない。

【0170】

本発明の好ましい実施態様が、本発明を実施するために発明者に知られた最善の態様を含めて本明細書中に記載されている。これらの好ましい実施態様の変更は、前記説明を読めば当業者には明らかになり得る。発明者は、当業者がこのような変更形を必要に応じて採用することを想定し、発明者は、本発明が本明細書中に具体的に記載したものとは異なる形で実施されることを意図している。したがって、本発明は、適用可能な法によって許される、ここに添付された特許請求の範囲に挙げられた主題のあらゆる改変形及び等価形を含む。さらに、あらゆる可能な変更形における上記要素のいかなる組み合わせも、本明細書中に特に断りのない限り、又は文脈によって明らかに否定されない限り、本発明によって包含される。

【0171】

言うまでもなく、開示内容は、上記例に含まれたものを超えた数多くの実施態様を含む。これらの実施態様は、添付の特許請求の範囲に挙げられた態様を含むが、しかしこれに限定されるものではない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】