【手続補正書】
【提出日】平成15年5月9日(2003.5.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【発明の名称】基体の研磨又は平坦化方法
【特許請求の範囲】
【請求項１】金属、金属酸化物、金属合成物又はそれらの混合物を有する基体の表面の少なくとも一部を、金属酸化物研磨材及び液体キャリアを含有する組成物で研磨することを含む、基体の研磨又は平坦化方法であって、前記組成物のｐＨが７又はそれ未満であり、前記金属酸化物研磨材の全表面ヒドロキシル基密度が、３ヒドロキシル基／ｎｍ２以下である、基体の研磨又は平坦化方法。
【請求項２】前記基体が金属を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】前記基体の金属が、銅、アルミニウム、チタン、タングステン、金、白金、イリジウム、ルテニウム及びそれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】前記基体の金属がタングステンである、請求項３に記載の方法。
【請求項５】前記基体が金属酸化物を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】前記基体の金属酸化物が、アルミナ、シリカ、チタニア、セリア、ジルコニア、ゲルマニア、マグネシア、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】前記基体の金属酸化物がシリカである、請求項６に記載の方法。
【請求項８】前記基体が金属合成物を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】前記基体の金属合成物が、窒化チタン、窒化タングステン、及びニッケル−リンからなる群より選択される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】前記金属酸化物研磨材が、アルミナ、シリカ、チタニア、セリア、ジルコニア、ゲルマニア、マグネシア、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項１〜９のいずれかに記載の組成物。
【請求項１１】前記金属酸化物研磨材がシリカである、請求項１０に記載の組成物。
【請求項１２】前記金属酸化物研磨材がフュームドシリカである請求項１１に記載の組成物。
【請求項１３】前記全表面ヒドロキシル基密度が、２．８ヒドロキシル基／ｎｍ２以下である、請求項１〜１２のいずれかに記載の組成物。
【請求項１４】前記全表面ヒドロキシル基密度が、２．５ヒドロキシル基／ｎｍ２以下である、請求項１３に記載の組成物。
【請求項１５】前記研磨組成物のｐＨが６又はそれ未満である、請求項１〜１４のいずれかに記載の組成物。
【請求項１６】前記研磨組成物のｐＨが５又はそれ未満である、請求項１５に記載の組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［発明の技術分野］
本発明は、基体、特に半導体基体を研磨又は平坦化する方法に関する。
【０００２】
［発明の背景］
金属、金属酸化物又は金属合成物を有する基体を研磨又は平坦化する組成物は、当該技術分野で既知である。そのような組成物は典型的に、水溶液中に研磨材を含有しており、研磨スラリーとして既知である。一般に研磨スラリーは、スラリー組成物で飽和した研磨パッドを基体の表面に接触させることによって、基体に適用する。典型的な研磨材としては、二酸化ケイ素、酸化セリウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、及び酸化スズを挙げることができる。例えば米国特許第５，５２７，４２３号明細書は、水性媒体中に金属酸化物粒子を含有する研磨スラリーを表面に接触させることによって金属層を化学機械的に研磨する方法を説明している。
【０００３】
従来の研磨組成物は、金属、金属酸化物又は金属合成物を有する基体の研磨又は平坦化において必ずしも満足のいくものではなかった。特に、研磨スラリーの研磨材は、研磨又は平坦化しようとする基体に付着し、それによって研磨及び続く清浄化の後で基体表面に研磨材が残ることがあった。化学機械研磨でのそのような研磨スラリーを使用すると、残留スラリー堆積物の存在によって表面の質が良好でない場合がある。基体の性能は直接にその表面の平坦性及び粒状堆積物が存在しないことと関連するので、基体表面の残留スラリー粒子を最少にして高い質の研磨を可能にする研磨組成物の使用が重要である。
【０００４】
望ましい研磨又は平坦化効率、均一性及び除去速度を示し、且つ研磨又は平坦化の後で基体上に残る残留研磨材を最少化又はなくす基体の研磨又は平坦化方法が必要とされている。本発明はそのような方法に関する。本発明のこれらの及び他の利点は、以下の本発明の説明から明らかになる。
【０００５】
［発明の概略］
本発明は、金属、金属酸化物、金属合成物又はそれらの混合物を有する基体の表面の少なくとも一部を、金属酸化物研磨材及び液体キャリアを含有する組成物で研磨することを含む、基体の研磨又は平坦化方法を提供する。この方法では、この組成物のｐＨは約７又はそれ未満であり、金属酸化物研磨材の全表面ヒドロキシル基密度が、約３ヒドロキシル基／ｎｍ２以下である。
【０００６】
［発明の詳細な説明］
本発明は、基体を研磨又は平坦化する方法を提供する。この方法は、金属酸化物研磨組成物を基体に接触させること、及び基体に対して金属酸化物研磨材を動かすことによって基体の表面の少なくとも一部を研磨することを含む。そのような接触及び研磨は、任意の適当な技術によって行うことができる。例えば金属酸化物研磨組成物は、研磨パッドを使用して、基体の表面に適用すること、及び基体の表面の少なくとも一部を研磨するために使用することができる。
【０００７】
基体は、金属、金属酸化物、金属合成物又はそれらの混合物を有する。基体は、任意の適当な金属を含んでいてよく、任意の適当な金属から本質的になっていてよく、又は任意の適当な金属からなっていてよい。適当な金属としては例えば、銅、アルミニウム、チタン、タングステン、金、白金、イリジウム、ルテニウム及びそれらの組み合わせ（例えば合金又は混合物）を挙げることができる。好ましくは基体の金属はタングステンである。また基体は、任意の適当な金属酸化物を含んでいてよく、任意の適当な金属酸化物から本質的になっていてよく、又は任意の適当な金属酸化物からなっていてよい。適当な金属酸化物としては例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、セリア、ジルコニア、ゲルマニア、マグネシア、及びそれらの組み合わせを挙げることができる。好ましくは基体の金属酸化物はシリカである。更に、基体は、任意の適当な金属合成物を含んでいてよく、任意の適当な金属合成物から本質的になっていてよく、又は任意の適当な金属合成物からなっていてよい。適当な金属合成物としては例えば、金属窒化物（例えば窒化チタン及び窒化タングステン）、金属炭化物（例えば炭化ケイ素及び炭化タングステン）、及びニッケル−リンを挙げることができる。ケイ素から本質的になる又は完全にケイ素からなる基体は、本発明の方法のための適当な基体ではない。本発明は、メモリ若しくは硬質ディスク、金属（例えば貴金属）、ＩＬＤ層、集積回路、半導体、マイクロ電気機械系、強誘電体、磁気ヘッド、ポリマーフィルム、並びに低及び高誘電率フィルムの平坦化及び研磨に特に適している。
【０００８】
金属酸化物研磨材は、研磨材として機能する任意の適当な金属酸化物でよい。適当な金属酸化物としては、アルミナ、シリカ、チタニア、セリア、ジルコニア、ゲルマニア、マグネシア、及びそれらの組み合わせを挙げることができる。好ましくは金属酸化物はシリカである。より好ましくは、金属酸化物研磨材は、フュームドシリカである。
【０００９】
この金属酸化物研磨材は、全表面ヒドロキシル基密度が少なく、特に続く清浄化の後で、研磨する基体への金属酸化物研磨材の付着性が、満足できるレベルを超えない（例えば基体への金属酸化物の付着が実質的に又は完全に避けられる）のに十分に少ないことによって特徴付けられる。所望の全表面ヒドロキシル基密度は、特定の金属酸化物研磨材の全表面ヒドロキシル基密度飽和レベルより少ない。例えばシリカは飽和状態において、全表面ヒドロキシル基密度が約４．７〜５ヒドロキシル基／ｎｍ２である。
【００１０】
典型的にこの金属酸化物研磨材は、約４ヒドロキシル基／ｎｍ２以下の全表面ヒドロキシル基密度によって特徴付けられる。好ましくは金属酸化物研磨材は、約３ヒドロキシル基／ｎｍ２以下の全表面ヒドロキシル基密度によって特徴付けられる。より好ましくは、全表面ヒドロキシル基密度は、約２．８ヒドロキシル基／ｎｍ２以下、例えば２〜２．８ヒドロキシル基／ｎｍ２である。最も好ましくは、全表面ヒドロキシル基密度は、約２．５ヒドロキシル基／ｎｍ２以下である。また全表面ヒドロキシル基密度は、約２ヒドロキシル基／ｎｍ２以下、例えば１〜２ヒドロキシル基／ｎｍ２、更に約１ヒドロキシル基／ｎｍ２以下、例えば０．７〜１ヒドロキシル基／ｎｍ２でよい。金属酸化物研磨材の全表面ヒドロキシル基密度は、任意の適当な方法によって量的に分析することができる。
【００１１】
上述の全表面ヒドロキシル基密度の金属酸化物研磨材は、任意の適当な方法によって調製することができる。例えばそのような金属酸化物研磨材は、金属酸化物調製プロセスによって直接にもたらされるものでよく、及び／又は後処理を行って全表面ヒドロキシル基密度を減少させたものであってもよい。全表面ヒドロキシル基密度を減少させる適当な方法としては例えば、（ｉ）全表面ヒドロキシル基とカップリング剤との反応、（ｉｉ）アルコールによる全表面ヒドロキシル基のエステル化、及び（ｉｉｉ）高温に露出させること（例えば金属酸化物を加熱すること）によって、全表面ヒドロキシル基を脱水縮合させることを挙げることができる。所望の全表面ヒドロキシル基密度の金属酸化物研磨材を調製する方法は、米国特許第４，６６４，６７９号明細書で説明されている。
【００１２】
任意の適当なカップリング剤を、金属酸化物研磨材の表面ヒドロキシル基密度を減少させるために使用できる。適当なカップリング剤としては例えば、シランカップリング剤（すなわちメチルトリメトキシシラン又はヘキサメチルジシラザン）、アルミニウムカップリング剤（すなわちアセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレート）、有機チタンカップリング剤（すなわちイソプロパノール−トリイソステアロイルチタネート）、及び有機リンカップリング剤（すなわちジブチル２−メタリロキシエチルホスフェート）を挙げることができる。カップリング剤による処理のための任意の適当な方法を使用することができ、例えば液相処理又は気相処理を行うことができる。更に、カップリング剤による処理は、任意の適当な方法で評価することができ、例えば金属酸化物研磨材の炭素含有率の有機元素解析によって評価することができる。
【００１３】
金属酸化物研磨材の全表面ヒドロキシル基密度を減少させるために、任意の適当なアルコールを使用することができる。適当なアルコールとしては例えば、１〜１８個の炭素原子を有する直鎖又は枝分かれ鎖飽和一水素アルコール、例えばメタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソ−プロパノール、ｎ−ブタノール又はｔ−ブタノールを挙げることができる。好ましくはエステル化処理は、使用するアルコールの沸点〜３５０℃の温度で、気相において行う。
【００１４】
金属酸化物研磨材のヒドロキシル基の脱水縮合のための任意の適当な温度を使用することができる。好ましくは金属酸化物研磨材は、少なくとも約５００℃（例えば約５５０〜６００℃）の温度で加熱する。金属酸化物研磨材は、比較的高い温度、例えば少なくとも８００℃又は少なくとも１，０００℃の温度で加熱することができる。
【００１５】
本発明の方法で使用する組成物は、金属酸化物研磨材に加えて液体キャリアを含有する。金属酸化物研磨組成物において任意の適当な液体キャリアを使用できる。キャリアを使用して、研磨又は平坦化する適当な基体の表面への金属酸化物研磨材の適用を促進する。好ましい液体キャリアは水である。
【００１６】
金属酸化物研磨組成物のｐＨは約７又はそれ未満である。そのようなｐＨは、金属酸化物研磨材の水和を抑制する。約７よりも大きいｐＨでは、金属酸化物研磨材は、有意の時間で再水和し、それによって最終的には全表面ヒドロキシル基密度が飽和点に達する（すなわち約４．７〜５ヒドロキシル基／ｎｍ２になる）。従って飽和点未満の全表面ヒドロキシル基密度の金属酸化物研磨組成物が、いずれかの時点で比較的大きいｐＨに露出されると、金属酸化物研磨材の全表面ヒドロキシル基密度が望ましくなく増加するので、金属酸化物研磨組成物の調製プロセスにわたってｐＨを約７又はそれ未満に維持することが望ましい。
【００１７】
好ましくは金属酸化物研磨組成物のｐＨは約６又はそれ未満、例えば約５〜６である。より好ましくは組成物のｐＨは約５又はそれ未満、例えば約４〜５である。そのような比較的小さいｐＨは、金属酸化物研磨材の全表面ヒドロキシル基密度を減少させないが、有意の期間、例えば研磨又は平坦化プロセスでの使用の前の金属酸化物研磨組成物の貯蔵の間の、金属酸化物研磨材の減少した全表面ヒドロキシル基密度を維持する。また金属酸化物研磨材は化学的に処理して、金属酸化物研磨組成物の貯蔵の間の水和を抑制することができる。
【００１８】
必要であれば、任意の適当な様式で、例えば組成物にｐＨ調節剤を加えることによって、金属酸化物研磨組成物のｐＨを調節することができる。適当なｐＨ調節剤としては例えば、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、炭酸ナトリウム、及びそれらの混合物のような塩基、並びに無機酸（例えば硝酸及び硫酸）及び有機酸（例えば酢酸、クエン酸、マロン酸、コハク酸、酒石酸、及びシュウ酸）のような酸を挙げることができる。
【００１９】
金属酸化物研磨組成物は随意に、１又は複数の他の添加剤を更に含有することができる。そのような添加剤としては、界面活性剤（例えばカチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、両性界面活性剤、フッ素化界面活性剤、及びそれらの混合物）、ポリマー安定化剤又は他の表面活性分散剤（例えばリン酸、有機酸、酸化スズ、及びリン酸塩化合物）、ｐＨ緩衝剤（例えばリン酸カリウム）、及び研磨促進剤、例えば触媒、酸化剤及びキレート化剤又は錯化剤（例えば金属、特に鉄（ＩＩＩ）、硝酸塩、硫酸塩、ハロゲン化物（フッ素化物、塩素化物、臭素化物及びヨウ素化物を含む）、カルボキシル基、ヒドロキシル基、スルホン基及び／又はリン酸基を有する化合物、ジ−、トリ−、多−及びポリ−カルボン酸及び塩（例えば酒石酸及び酒石酸塩、リンゴ酸及びリンゴ酸塩、マロン酸及びマロン酸塩、グルコン酸及びグルコン酸塩、クエン酸及びクエン酸塩、フタル酸及びフタル酸塩、ピロカテコール、ピロガロール、没食子酸及び没食子酸塩、タンニン酸及びタンニン酸塩）、アミン含有化合物（例えば第１、第２、第３及び第４アミン及びアミノ酸）、ペルオキシド、過ヨウ素酸及びその塩、過臭素酸及びその塩、過塩素酸及びその塩、過ホウ素酸及びその塩、ヨウ素酸及びその塩、過マンガン酸塩、フェリシアン化カリウム、塩素酸塩、過炭酸塩、過硫酸塩、臭素酸塩、クロム酸塩、セリウム化合物、及びそれらの混合物）を挙げることができる。
【００２０】
特許明細書、特許出願明細書及び特許公開公報を含む引用した全ての文献は、ここで参照して本明細書の記載に含める。
【００２１】
本発明は好ましい態様を強調して説明してきたが、この好ましい態様の変形を使用できること及びここで特に示した以外にも本発明を実施できることが当業者に明らかである。従って本発明は、特許請求の範囲で示される本発明の本質及び範囲に包含される全ての変形を包含するものである。