(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板のケミカルメカニカルポリッシングのための方法であって、
酸化ケイ素及びＳｉ３Ｎ４の少なくとも一種を含む基板を提供すること；
初期成分として、
水；
０．１〜１０重量％の、コロイダルシリカ砥粒（前記コロイダルシリカ砥粒は２０〜５０nmの平均粒子サイズを有する）；
０．０１〜０．２重量％の、式（Ｉ）によるハロゲン化第四級アンモニウム化合物：
【化６】
0006002983.tif 000009
［式中、Ｒ８は、−（ＣＨ２）２−基、−ＣＨ２ＣＨＯＨ基、−（ＣＨ２）３−基及び−（ＣＨ２）２−ＣＨＯＨ基から選択され；Ｘ１は、塩化物及び臭化物から選択されるハロゲン化物であり；Ｒ９、Ｒ１０及びＲ１１は、各々独立して、−ＣＨ３及びＣＨ２ＣＨ３基より選択され；式（Ｉ）中のアニオンは、塩化物アニオン及び臭化物アニオンから選択される］；及び、
０．０１〜０．０５重量％の、式（II）によるジ第四級物質：
【化７】
0006002983.tif 000010
［式中、各々のＡは、Ｎであり；Ｒ１は、−（ＣＨ２）４−基であり；Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６及びＲ７は、各々、−（ＣＨ２）３ＣＨ３基であり；式（II）中のカチオンの２＋の電荷とバランスをとるアニオンは、塩化物アニオン及びヒドロキシドアニオンから選択される］からなる、ケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物［ここで、提供されるケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物は、ｐＨ調整剤により調整されていてもよい、２〜４のｐＨを有し、ｐＨ調整剤は、リン酸、硝酸、硫酸、塩酸、水酸化アンモニウム及び水酸化カリウムより選択され；ここで、式（Ｉ）による前記ハロゲン化第四級アンモニウム化合物の濃度及び式（II）による前記ジ第四級物質の濃度は、前記ケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物によって示される酸化ケイ素及びＳｉ３Ｎ４の少なくとも一種の除去速度を調整するために選択される］を提供すること；
研磨表面を有するケミカルメカニカルポリッシングパッドを提供すること；
ダウンフォース０．６９〜３４．５kPaで、前記ケミカルメカニカルポリッシングパッドの前記研磨表面及び基板との間の界面に、動的接触を作り出すこと；ならびに
ケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物を、前記ケミカルメカニカルポリッシングパッド及び前記基板の間の前記界面又はその近傍で前記ケミカルメカニカルポリッシングパッド上に注入することを含み；
ここで、前記基板は研磨され；そして、酸化ケイ素及びＳｉ３Ｎ４の少なくとも一種の一部は前記基板から除去される、基板のケミカルメカニカルポリッシングのための方法。
【請求項２】
前記基板が、酸化ケイ素を含み、そしてここで、前記ケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物が、２００〜３，０００Å／分の酸化ケイ素除去速度を示すように調整される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基板が、Ｓｉ３Ｎ４を含み、そしてここで、前記ケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物が、３００〜２，０００Å／分のＳｉ３Ｎ４除去速度を示すように調整される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記基板が、酸化ケイ素及びＳｉ３Ｎ４の両方を含み、そしてここで、前記ケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物が、１：２〜１０：１の、酸化ケイ素のＳｉ３Ｎ４に対する除去速度の選択比を示すように調整される、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケミカルメカニカルポリッシングの分野に全般的に関する。特に、本発明は、ケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物及び半導体材料のケミカルメカニカルポリッシングのための方法、ならびに、より特に、例えばhigh-ｋメタルゲート、銅バリア、層間絶縁体（ＩＬＤ）及びシャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）法における半導体構造からの絶縁体層のケミカルメカニカルポリッシングについて、酸化ケイ素及びＳｉ３Ｎ４のような絶縁体膜についての、調整することができる除去速度及び除去速度の選択比を示すケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
集積回路及び他の電子デバイスの製造において、導電体、半導体及び絶縁体材料の複数の層が、半導体ウェーハの表面上に堆積されるか、又は半導体ウェーハの表面から除かれる。導電体、半導体及び絶縁体材料の薄層は、多くの堆積技術によって堆積されうる。最新の処理における一般的な堆積技術には、スパッタリングとしても知られる物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、プラズマ加速化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）及び電気めっき（ＥＣＰ）が挙げられる。
【０００３】
材料の層が逐次的に堆積されそして除去されるにつれて、ウェーハの最も上の表面は非平面となる。後続の半導体処理（例えば金属化）は、ウェーハが平坦な表面を有することを必要とするので、このウェーハは平坦化されることを必要とする。平坦化は望まれない表面形状及び表面欠陥、例えば、粗い表面、凝集した材料、結晶格子損傷、ひっかき傷及び汚染された層又は材料を除去するのに有用である。
【０００４】
ケミカルメカニカルプラナリゼーション又はケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）は、半導体ウェーハのような基板を平坦化するのに使用される一般的な技術である。従来のＣＭＰにおいては、ウェーハはキャリアアセンブリ上に取り付けられ、ＣＭＰ装置のポリッシングパッドと接触するように位置決めされる。キャリアアセンブリは、制御可能な圧力をウェーハに加え、ポリッシングパッドにウェーハを押し付ける。外部駆動力によってこのパッドはウェーハに対して動かされる（例えば回転させられる）。これと同時に、研磨組成物（スラリー）又は他の研磨液がウェーハとポリッシングパッドとの間に提供される。よって、ウェーハ表面は、パッド表面及びスラリーの化学的及び機械的作用によって研磨され、そして平坦にされる。
【０００５】
シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）法と称される半導体デバイス素子を分離するのに使用される一方法は、シリコン基板上に形成された窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）層、この窒化ケイ素層に形成された狭い溝（shallow trenches）の使用を通常は伴っており、そして絶縁体材料（例えば酸化物）がそのトレンチを満たすように堆積される。典型的には、過剰な絶縁体材料が基板の頂部上に堆積され、溝の完全な充填を確実にする。次いで、ケミカルメカニカルプラナリゼーション技術を使用して、この過剰な絶縁体材料層は除去されて、窒化ケイ素層を露出させる。
【０００６】
過去のデバイス設計は、窒化ケイ素に対する酸化ケイ素のケミカルメカニカルプラナリゼーション選択性（すなわち、窒化ケイ素の除去速度と比べて、より高い酸化ケイ素の除去速度）を強調してきた。これらのデバイス設計においては、窒化ケイ素層はケミカルメカニカルプラナリゼーション法の停止層として機能していた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ある最近のデバイス設計は、ケミカルメカニカルプラナリゼーション法における使用のために、ポリシリコンに優先する酸化ケイ素に対する選択性（すなわち、ポリシリコンについての除去速度と比べて、より高い酸化ケイ素の除去速度）を提供する研磨組成物を要求する。
【０００８】
ポリシリコンよりも酸化ケイ素及び窒化ケイ素の少なくとも一種に対する選択性を提供する、ケミカルメカニカルプラナリゼーション法における使用のための一つの研磨配合物が、Dysardらへの米国特許出願公開第２００７／００７７８６５号に開示されている。Dysardらは、基板をケミカルメカニカルポリッシングする方法を開示し、この方法は（ｉ）酸化ケイ素及び窒化ケイ素から選択される材料とポリシリコンとを含む基板を、（ａ）砥粒、（ｂ）液体キャリア、（ｃ）液体キャリア及びそれに溶解又は懸濁されている任意の成分の質量を基準にして約１ppm〜約１００ppmの、約１５以下のＨＬＢを有するポリエチレンオキシド／ポリプロピレンオキシドコポリマー及び（ｄ）ポリッシングパッド：を含むケミカルメカニカルポリッシング系と接触させ；（ii）基板に対してポリッシングパッドを動かし；そして（iii）基板の少なくとも一部を磨耗させて、基板を研磨することを含む。
【０００９】
ポリシリコンよりも、酸化ケイ素及び窒化ケイ素の少なくとも一種に対する選択性を提供するケミカルメカニカルプラナリゼーション法における使用のための別の研磨配合物が、Parkらへの米国特許第６，６２６，９６８号に開示されている。Parkらは、酸化ケイ素層及びポリシリコン層を有する表面を同時に研磨するための、ｐＨ７〜１１を有するスラリー形態のケミカルメカニカルポリッシング組成物を開示し、該スラリー組成物は、本質的に、水；シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、セリア（ＣｅＯ２）、酸化マンガン（Ｍｎ２Ｏ３）及びこれらの混合物からなる群より選択される砥粒粒子；及びポリビニルメチルエーテル（ＰＶＭＥ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリオキシエチレン２３ラウリルエーテル（ＰＯＬＥ）、ポリプロパン酸（ＰＰＡ）、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリエーテルグリコールビスエーテル（ＰＥＧＢＥ）及びこれらの混合物からなる群より選択されるポリマー添加剤約０．００１重量％〜約５重量％：からなり、このポリマー添加剤は、ポリシリコンの層の除去に対する酸化ケイ素層の除去についての選択性比を向上させる。
【００１０】
それにもかかわらず、半導体システムの製造における使用のためのデバイス設計の動的な分野をサポートするために、設計ニーズの変更に適合する研磨特性の望まれるバランスを提供するように配合されるケミカルメカニカルポリッシング組成物についての継続した必要性が存在している。例えば、酸化ケイ素及びＳｉ３Ｎ４のような絶縁体膜の調整可能な除去速度及び除去速度の選択比を示す、ケミカルメカニカルポリッシング組成物についての必要性が依然として存在している。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、初期成分として、水；砥粒；式（Ｉ）：
【化１】
0006002983.tif 000002
［式中、Ｒ８は、Ｃ１−１０アルキル基及びＣ１−１０ヒドロキシアルキル基から選択され；Ｘ１は、塩化物、臭化物、ヨウ化物及びフッ化物から選択されるハロゲン化物であり；Ｒ９、Ｒ１０及びＲ１１は、各々独立して、飽和又は不飽和のＣ１−１０アルキル基、Ｃ１−１０ハロアルキル基、Ｃ６−１５アリール基、Ｃ６−１５ハロアリール基、Ｃ６−１５アリールアルキル基及びＣ６−１５ハロアリールアルキル基より選択され；式（Ｉ）中のアニオンは、式（Ｉ）中のカチオンの＋の電荷とバランスをとる任意のアニオンであることができる］によるハロゲン化第四級アンモニウム化合物；及び、場合により、式（II）：
【化２】
0006002983.tif 000003
［式中、各々のＡは、独立してＮ及びＰより選択され；Ｒ１は、飽和又は不飽和のＣ１−Ｃ１５アルキル基、Ｃ６−Ｃ１５アリール基及びＣ６−Ｃ１５アラルキル基より選択され；Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６及びＲ７は、各々独立して、水素、飽和又は不飽和のＣ１−１５アルキル基、Ｃ６−Ｃ１５アリール基、Ｃ６−Ｃ１５アラルキル基及びＣ６−Ｃ１５アルカリール基より選択され；そして式（II）中のアニオンは、式（II）中のカチオンの２＋の電荷とバランスをとる任意のアニオン又はアニオンの組み合わせであることができる］によるジ第四級（diquaternary）物質を含む、ケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物を提供する。
【００１２】
本発明は、初期成分として、水；０．１〜４０重量％の砥粒；０．００１〜１重量％の式（Ｉ）によるハロゲン化第四級アンモニウム化合物（ここで、Ｒ８は、Ｃ１−１０アルキル基及びＣ１−１０ヒドロキシアルキル基から選択され；Ｘ１は、塩化物、臭化物、ヨウ化物及びフッ化物から選択されるハロゲン化物であり；Ｒ９、Ｒ１０及びＲ１１は、各々独立して、飽和又は不飽和のＣ１−１０アルキル基、Ｃ１−１０ハロアルキル基、Ｃ６−１５アリール基、Ｃ６−１５ハロアリール基、Ｃ６−１５アリールアルキル基及びＣ６−１５ハロアリールアルキル基より選択され；式（Ｉ）中のアニオンは、式（Ｉ）中のカチオンの＋の電荷とバランスをとる任意のアニオンであることができる）；及び、０〜１重量％の式（II）によるジ第四級物質（ここで、各々のＡは、独立してＮ及びＰより選択され；Ｒ１は、飽和又は不飽和のＣ１−Ｃ１５アルキル基、Ｃ６−Ｃ１５アリール基及びＣ６−Ｃ１５アラルキル基より選択され；Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６及びＲ７は、各々独立して、水素、飽和又は不飽和のＣ１−１５アルキル基、Ｃ６−Ｃ１５アリール基、Ｃ６−Ｃ１５アラルキル基及びＣ６−Ｃ１５アルカリール基より選択され；式（II）中のアニオンは、式（II）中のカチオンの２＋の電荷とバランスをとる任意のアニオン又はアニオンの組み合わせであることができる）を含む、ケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物を提供する。
【００１３】
本発明は、初期成分として、水；０．１〜１０重量％の砥粒；０．００２〜０．５重量％の、式（Ｉ）によるハロゲン化第四級アンモニウム化合物（ここで、Ｒ８は、−（ＣＨ２）２−基、−ＣＨ２ＣＨＯＨ基、−（ＣＨ２）３−基及び−（ＣＨ２）２−ＣＨＯＨ基より選択され；Ｘ１は、塩化物及び臭化物より選択されるハロゲン化物であり；Ｒ９、Ｒ１０及びＲ１１は、各々独立して、−ＣＨ３基及び−ＣＨ２ＣＨ３基より選択され；そして、式（Ｉ）中のアニオンは、塩化物アニオン及び臭化物アニオンより選択される）；及び、０．００２〜０．２重量％の、式（II）によるジ第四級物質（ここで、各々のＡは、Ｎであり；Ｒ１は、−（ＣＨ２）４−基であり；そして、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６及びＲ７は、各々、−（ＣＨ２）３ＣＨ３基である）を含む、ケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物を提供する。
【００１４】
本発明は、初期成分として、水；砥粒が２０〜５０nmの平均粒子サイズを有するコロイダルシリカ砥粒である０．１〜１０重量％の砥粒；０．０１〜０．２重量％の式（Ｉ）によるハロゲン化第四級アンモニウム化合物（ここで、Ｒ８は、−（ＣＨ２）２−基、−ＣＨ２ＣＨＯＨ基、−（ＣＨ２）３−基及び−（ＣＨ２）２−ＣＨＯＨ基より選択され；Ｘ１は、塩化物及び臭化物より選択されるハロゲン化物であり；Ｒ９、Ｒ１０及びＲ１１は、各々独立して、−ＣＨ３基及び−ＣＨ２ＣＨ３基より選択され；そして、式（Ｉ）中のアニオンは、塩化物アニオン及び臭化物アニオンより選択される）；及び、０．０１〜０．０５重量％の、式（II）によるジ第四級物質（ここで、各々のＡは、Ｎであり；Ｒ１は、−（ＣＨ２）４−基であり；Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６及びＲ７は、各々、−（ＣＨ２）３ＣＨ３基であり；そして、式（II）中のカチオンの２＋の電荷とバランスをとるアニオンは、ハロゲン化物アニオン及び水酸化物アニオンより選択される）を含む、ケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物を提供する。
【００１５】
本発明は、水を提供すること；砥粒を提供すること；式（Ｉ）によるハロゲン化第四級アンモニウム化合物（ここで、Ｒ８は、Ｃ１−１０アルキル基及びＣ１−１０ヒドロキシアルキル基から選択され；Ｘ１は、塩化物、臭化物、ヨウ化物及びフッ化物から選択されるハロゲン化物であり；Ｒ９、Ｒ１０及びＲ１１は、各々独立して、飽和又は不飽和のＣ１−１０アルキル基、Ｃ１−１０ハロアルキル基、Ｃ６−１５アリール基、Ｃ６−１５ハロアリール基、Ｃ６−１５アリールアルキル基及びＣ６−１５ハロアリールアルキル基より選択され；そして、式（Ｉ）中のアニオンは、式（Ｉ）中のカチオンの＋の電荷とバランスをとる任意のアニオンであることができる）を提供すること；そして、場合により、式（II）によるジ第四級物質（ここで、各々のＡは、独立してＮ及びＰより選択され；Ｒ１は、飽和又は不飽和のＣ１−Ｃ１５アルキル基、Ｃ６−Ｃ１５アリール基及びＣ６−Ｃ１５アラルキル基より選択され；Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６及びＲ７は、各々独立して、水素、飽和又は不飽和のＣ１−１５アルキル基、Ｃ６−Ｃ１５アリール基、Ｃ６−Ｃ１５アラルキル基及びＣ６−Ｃ１５アルカリール基より選択され；そして、式（II）中のアニオンは、式（II）中のカチオンの２＋の電荷とバランスをとる任意のアニオン又はアニオンの組み合わせであることができる）を提供すること；ｐＨ調整剤を提供すること；水、砥粒、式（Ｉ）によるハロゲン化第四級アンモニウム化合物、及び場合により式（II）によるジ第四級物質を合わせて、ケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物を形成すること；及び、ｐＨ調整剤をスラリーに必要なだけ加え、ケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物のｐＨを＜７に調整することを含む、ケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物の製造方法を提供する。
【００１６】
本発明は、酸化ケイ素及びＳｉ３Ｎ４の少なくとも一つを含む基板を提供すること；請求項１によるケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物［ここで、式（Ｉ）によるハロゲン化第四級アンモニウム化合物の濃度及び任意の式（II）によるジ第四級物質の濃度は、ケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物によって示される酸化ケイ素及びＳｉ３Ｎ４の少なくとも一つに対する除去速度を調整するために選択される］を提供すること；研磨表面を有するケミカルメカニカルポリッシングパッドを提供すること；ダウンフォース０．６９〜３４．５kPaで、ケミカルメカニカルポリッシングパッドの研磨表面及び基板との間の界面に、動的接触を作り出すこと；及びケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物を、ケミカルメカニカルポリッシングパッド及び基板の間の界面又はその近傍でケミカルメカニカルポリッシングパッド上に注入することを含み；ここで、提供されるケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物は、＜７のｐＨを有し；ここで、基板は研磨され；そして、酸化ケイ素及びＳｉ３Ｎ４の少なくとも一種の一部は基板から除去される、基板のケミカルメカニカルポリッシングのための方法を提供する。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
発明の詳細な説明
本発明のケミカルメカニカルポリッシング法に使用される、本発明のケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物の具体的な処方の選択は、酸化ケイ素、Ｓｉ３Ｎ４及びポリシリコンの少なくとも一種についての標的とする除去速度を提供し；そして好ましくは、酸化ケイ素、Ｓｉ３Ｎ４及びポリシリコンの少なくとも二種の間（より好ましくは、酸化ケイ素及びＳｉ３Ｎ４の間）での標的とする除去速度の選択比を提供するための鍵となる。
【００１８】
本発明のケミカルメカニカルポリッシング法に使用するための適切な基板は、その上に堆積した酸化ケイ素、Ｓｉ３Ｎ４及びポリシリコンの少なくとも一種を有する半導体基板を含む。好ましくは、使用される基板は、酸化ケイ素及びＳｉ３Ｎ４の少なくとも一種を含む。より好ましくは、使用される基板は、ＳｉＣ、ＳｉＣＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣＯ及びポリシリコンの少なくとも一種（最も好ましくはＳｉ３Ｎ４）の上に堆積した酸化ケイ素を有する。
【００１９】
本発明のケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物に使用するために適切な砥粒は、例えば、無機酸化物、無機水酸化物、無機水酸化酸化物（hydroxide oxides）、金属ホウ化物、金属炭化物、金属窒化物、ポリマー粒子及び前述の少なくとも一種を含む混合物を含む。適切な無機酸化物は、例えば、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、セリア（ＣｅＯ２）、酸化マンガン（ＭｎＯ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）又は前述の酸化物の少なくとも一種を含む組み合わせである。有機ポリマーで被膜された無機酸化物粒子及び無機物で被膜された粒子のような、これらの無機酸化物の改変系もまた、所望であれば利用することができる。適切な金属炭化物、ホウ化物及び窒化物は、例えば、炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭窒化ケイ素（ＳｉＣＮ）、炭化ホウ素、炭化タングステン、炭化ジルコニウム、ホウ化アルミニウム、炭化タンタル、炭化チタン又は前述の金属炭化物、ホウ化物及び窒化物の少なくとも一種を含む組み合わせである。好ましくは、使用される砥粒は、コロイダルシリカ砥粒である。
【００２０】
本発明のケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物に使用される砥粒は、好ましくは５〜２００nm；より好ましくは２０〜１００nm；さらにより好ましくは２０〜６０nm；最も好ましくは２０〜５０nmの平均粒子サイズを有する。
【００２１】
本発明のケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物は、好ましくは０．１〜４０重量％、より好ましくは０．１〜２０重量％、さらにより好ましくは１〜２０重量％、最も好ましくは１〜１０重量％の砥粒を含有する。
【００２２】
本発明のケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物は、好ましくは２０〜１００nmの平均粒子サイズを有するコロイダルシリカ砥粒を含む。さらにより好ましくは、本発明のケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物は、１〜１０重量％の、平均粒子サイズ２０〜６０nmを有するコロイダルシリカ砥粒を含む。最も好ましくは、本発明のケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物は、１〜１０重量％の、平均粒子サイズ２０〜５０nmを有するコロイダルシリカ砥粒を含む。
【００２３】
本発明のケミカルメカニカルポリッシング組成物中に含有される水は、偶発的な不純物を制限するために、好ましくは、脱イオン化されたもの及び蒸留されたものの少なくとも一つである。
【００２４】
本発明のケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物は、初期成分として、式（Ｉ）によるハロゲン化第四級アンモニウム化合物：
【化３】
0006002983.tif 000004
［式中、Ｒ８は、Ｃ１−１０アルキル基及びＣ１−１０ヒドロキシアルキル基より選択され（好ましくは、Ｒ８は、Ｃ１−５アルキル基及びＣ１−５ヒドロキシアルキル基より選択され；より好ましくは、Ｒ８は、Ｃ１−４アルキル基及びＣ１−４ヒドロキシアルキル基より選択され、最も好ましくは、Ｒ８は、−（ＣＨ２）２−基、−ＣＨ２ＣＨＯＨ基、−（ＣＨ２）３−基及び−（ＣＨ２）２−ＣＨＯＨより選択される）；Ｘ１は、塩化物、臭化物、ヨウ化物及びフッ化物より選択されるハロゲン化物であり（好ましくは、Ｘ１は、塩化物、臭化物及びヨウ化物より選択され；最も好ましくは、Ｘ１は、塩化物及び臭化物より選択される）；Ｒ９、Ｒ１０及びＲ１１は、各々独立して、飽和又は不飽和のＣ１−１０アルキル基、Ｃ１−１０ハロアルキル基、Ｃ６−１５アリール基、Ｃ６−１５ハロアリール基、Ｃ６−１５アリールアルキル基及びＣ６−１５ハロアリールアルキル基より選択され（好ましくは、Ｒ９、Ｒ１０及びＲ１１は、各々独立して、Ｃ１−５アルキル基及びＣ１−５ハロアルキルより選択され；より好ましくは、Ｒ９、Ｒ１０及びＲ１１は、各々独立して、Ｃ１−４アルキル基より選択され；最も好ましくは、Ｒ９、Ｒ１０及びＲ１１は、各々独立して、−ＣＨ３基及び−ＣＨ２ＣＨ３基より選択される）；そして、式（Ｉ）中のアニオンは、式（Ｉ）中のカチオンの＋の電荷とバランスをとる、任意のアニオンであることができる（好ましくは、式（Ｉ）中のアニオンは、ハロゲン化物アニオン、水酸化物アニオン及び硝酸アニオン；より好ましくは、ハロゲン化物アニオン及び水酸化物アニオン；最も好ましくは、塩化物アニオン及び臭化物アニオンより選択されるハロゲン化物アニオンより選択される）］を含む。好ましくは、本発明のケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物は、初期成分として、０．００１〜１重量％（より好ましくは０．００２〜０．５重量％、さらにより好ましくは０．００５〜０．２重量％、最も好ましくは０．０１〜０．２重量％）の、式（Ｉ）によるハロゲン化第四級アンモニウム化合物を含む。最も好ましくは、本発明のケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物は、初期成分として、０．０１〜０．２重量％の、臭化（２−ブロモエチル）トリメチルアンモニウム；塩化（２−クロロエチル）トリメチルアンモニウム；臭化（３−ブロモプロピル）トリメチルアンモニウム；塩化（３−クロロエチル）トリメチルアンモニウム；臭化（３−ブロモプロピル）トリエチルアンモニウム及び塩化（３−クロロ−２−ヒドロキシプロピル）トリメチルアンモニウムより選択される、式（Ｉ）によるハロゲン化第四級アンモニウム化合物を含む。実施例に記載された研磨条件下での、式（Ｉ）によるハロゲン化第四級アンモニウム化合物を含有することは、ポリシリコン、酸化ケイ素及びＳｉ３Ｎ４の除去速度を上昇させ；及び酸化ケイ素及びＳｉ３Ｎ４の除去速度における調整可能な選択比を有する。
【００２５】
本発明のケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物は、場合により、初期成分として、式（II）によるジ第四級物質：
【化４】
0006002983.tif 000005
［式中、各々のＡは、独立してＮ及びＰより選択され、好ましくは、各々のＡはＮであり；Ｒ１は、飽和又は不飽和のＣ１−Ｃ１５アルキル基、Ｃ６−Ｃ１５アリール基及びＣ６−Ｃ１５アラルキル基より選択され（好ましくは、Ｃ２−Ｃ１０アルキル基であり；より好ましくは、Ｃ２−Ｃ６アルキル基であり；さらにより好ましくは、−（ＣＨ２）６−基及び−（ＣＨ２）４−基であり；最も好ましくは、−（ＣＨ２）４−基である）；Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６及びＲ７は、各々独立して、水素、飽和又は不飽和のＣ１−Ｃ１５アルキル基、Ｃ６−Ｃ１５アリール基、Ｃ６−Ｃ１５アラルキル基及びＣ６−Ｃ１５アルカリール基より選択され（好ましくは、水素及びＣ１−Ｃ６アルキル基であり；より好ましくは、水素及びブチル基であり；最も好ましくは、ブチル基である）；そして、式（II）中のアニオンは、式（II）中のカチオンの２＋の電荷とバランスをとる、任意のアニオン又はアニオンの組み合わせであることができる（好ましくは、式（II）中のアニオンは、ハロゲン化物アニオン、水酸化物アニオン、硝酸アニオン、硫酸アニオン及びリン酸アニオンより選択され；より好ましくは、ハロゲン化物アニオン及び水酸化物アニオンであり；最も好ましくは、水酸化物アニオンである）］を含む。本発明のケミカルメカニカルポリッシング組成物は、場合により、初期成分として、０〜１重量％（好ましくは０〜０．５重量％；より好ましくは０．００１〜０．５重量％、さらにより好ましくは０．００２〜０．２重量％、その上さらにより好ましくは０．００５〜０．１重量％、最も好ましくは０．０１〜０．０５重量％）の、式（II）によるジ第四級物質を含む。最も好ましくは、本発明のケミカルメカニカルポリッシング組成物は、初期成分として、０．０１〜０．０５重量％の、式（II）によるジ第四級物質を含み、ここで、各々のＡは、Ｎであり；Ｒ１は、−（ＣＨ２）４−基であり；そして、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６及びＲ７は、各々−（ＣＨ２）３ＣＨ３基である。本発明のケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物中に、場合により、式（II）によるジ第四級物質を含有させることは、実施例に記載された研磨条件下での、酸化ケイ素の除去速度の上昇、Ｓｉ３Ｎ４の除去速度の減少及びポリシリコンの除去速度の減少をもたらす。
【００２６】
本発明のケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物は、場合によりさらに、分散剤、界面活性剤、緩衝剤及び殺生物剤より選択される、追加の添加剤を含む。
【００２７】
本発明のケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物は、２〜＜７のｐＨで有効性を与える。好ましくは、使用されるケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物は、２〜５のｐＨで有効性を与える。最も好ましくは、使用されるケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物は、２〜４のｐＨで有効性を与える。ケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物のｐＨを調整するのに使用するための適切な酸は、例えば、リン酸、硝酸、硫酸及び塩酸を含む。ケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物のｐＨを調整するのに使用するための適切な塩基は、例えば、水酸化アンモニウム及び水酸化カリウムを含む。
【００２８】
好ましくは、本発明のケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物は、実施例に記載した研磨条件下で測定したときに、２００〜３，０００Å／分（好ましくは３００〜２，１００Å／分）の、調整可能な酸化ケイ素除去速度を示す。
【００２９】
好ましくは、本発明のケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物は、実施例に記載した研磨条件下で測定したときに、３００〜２，０００Å／分（好ましくは３００〜１，０００Å／分）の、調整可能なＳｉ３Ｎ４除去速度を示す。
【００３０】
好ましくは、本発明のケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物は、実施例に記載した研磨条件下で測定したときに、１：２〜１０：１（好ましくは１：２〜７：１）の、酸化ケイ素のＳｉ３Ｎ４に対する調整可能な除去速度の選択比を示す。
【００３１】
好ましくは、本発明のケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物は、初期成分として、水；０．１〜４０重量％（好ましくは０．１〜２０重量％、さらにより好ましくは１〜２０重量％、最も好ましくは１〜１０重量％）の、平均粒子サイズ５〜２００nm（好ましくは２０〜１００nm、より好ましくは２０〜６０nm、最も好ましくは２０〜５０nm）を有する砥粒；０．００１〜１重量％（より好ましくは０．００２〜０．５重量％、さらにより好ましくは０．００５〜０．２重量％、最も好ましくは０．０１〜０．２重量％）の、式（Ｉ）によるハロゲン化第四級アンモニウム化合物［ここで、Ｒ８は、Ｃ１−１０アルキル基及びＣ１−１０ヒドロキシアルキル基より選択され（好ましくは、Ｒ８は、Ｃ１−５アルキル基及びＣ１−５ヒドロキシアルキル基より選択され；より好ましくは、Ｒ８は、Ｃ１−４アルキル基及びＣ１−４ヒドロキシアルキル基より選択され、最も好ましくは、Ｒ８は、−（ＣＨ２）２−基、−ＣＨ２ＣＨＯＨ基、−（ＣＨ２）３−基及び−（ＣＨ２）２−ＣＨＯＨより選択される）；Ｘ１は、塩化物、臭化物、ヨウ化物及びフッ化物より選択されるハロゲン化物であり（好ましくは、Ｘ１は、塩化物、臭化物及びヨウ化物より選択され；最も好ましくは、Ｘ１は、塩化物及び臭化物より選択される）；Ｒ９、Ｒ１０及びＲ１１は、各々独立して、飽和又は不飽和のＣ１−１０アルキル基、Ｃ１−１０ハロアルキル基、Ｃ６−１５アリール基、Ｃ６−１５ハロアリール基、Ｃ６−１５アリールアルキル基及びＣ６−１５ハロアリールアルキルより選択され（好ましくは、Ｒ９、Ｒ１０及びＲ１１は、各々独立して、Ｃ１−５アルキル基及びＣ１−５ハロアルキル基より選択され；より好ましくは、Ｒ９、Ｒ１０及びＲ１１は、各々独立して、Ｃ１−４アルキル基より選択され；最も好ましくは、Ｒ９、Ｒ１０及びＲ１１は、各々独立して、−ＣＨ３基及び−ＣＨ２ＣＨ３基より選択される）；そして、式（Ｉ）中のアニオンは、式（Ｉ）中のカチオン上の＋の電荷とバランスをとる任意のアニオンであることができる（好ましくは、式（Ｉ）中のアニオンは、ハロゲン化物アニオン、水酸化物アニオン及び硝酸アニオン；より好ましくは、ハロゲン化物アニオン及び水酸化物アニオン；最も好ましくは、塩化物アニオン及び臭化物アニオンより選択されるハロゲン化物アニオンより選択される）］；０〜１重量％（好ましくは０〜０．５重量％；より好ましくは０．００１〜０．５重量％、さらにより好ましくは０．００２〜０．２重量％、その上さらにより好ましくは０．００５〜０．１重量％、最も好ましくは０．０１〜０．０５重量％）の、式（II）によるジ第四級物質［ここで、各々のＡは、Ｎ及びＰより独立して選択され、好ましくは、各々のＡはＮであり；Ｒ１は、飽和又は不飽和のＣ１−Ｃ１５アルキル基、Ｃ６−Ｃ１５アリール基及びＣ６−Ｃ１５アラルキル基より選択され（好ましくは、Ｃ２−Ｃ１０アルキル基；より好ましくはＣ２−Ｃ６アルキル基；さらにより好ましくは−（ＣＨ２）６−基及び−（ＣＨ２）４−基；最も好ましくは−（ＣＨ２）４−基である）；Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６及びＲ７は、各々独立して、水素、飽和又は不飽和のＣ１−Ｃ１５アルキル基、Ｃ��−Ｃ１５アリール基、Ｃ６−Ｃ１５アラルキル基及びＣ６−Ｃ１５アルカリール基より選択され（好ましくは、水素及びＣ１−Ｃ６アルキル基であり；より好ましくは、水素及びブチル基であり；最も好ましくは、ブチル基である）；そして、式（II）中のアニオンは、式（II）中のカチオンの２＋の電荷とバランスをとる任意のアニオンであることができる（好ましくは、式（II）中のアニオンは、ハロゲン化物アニオン、水酸化物アニオン、硝酸アニオン、硫酸アニオン及びリン酸アニオン；より好ましくは、ハロゲン化物アニオン及び水酸化物アニオン；最も好ましくは水酸化物アニオンより選択される）］；を含む。
【００３２】
本発明のケミカルメカニカルポリッシング法は、
酸化ケイ素及びＳｉ３Ｎ４の少なくとも一種を含む基板を提供すること；
本発明のケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物を提供すること、ここで、ケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物は、初期成分として、水、０．１〜４０重量％（好ましくは０．１〜２０重量％、最も好ましくは１〜１０重量％）の、５〜２００nm（好ましくは、２０〜６０nm、最も好ましくは２０〜５０nm）の平均粒子サイズを有する砥粒；０．００１〜１重量％（より好ましくは、０．００２〜０．５重量％、さらにより好ましくは０．００５〜０．２重量％、最も好ましくは０．０１〜０．２重量％）の、式（Ｉ）によるハロゲン化第四級アンモニウム化合物［ここでＲ８は、Ｃ１−１０アルキル基及びＣ１−１０ヒドロキシアルキル基より選択され（好ましくは、Ｒ８は、Ｃ１−５アルキル基及びＣ１−５ヒドロキシアルキル基より選択され；より好ましくは、Ｒ８は、Ｃ１−４アルキル基及びＣ１−４ヒドロキシアルキル基より選択され、最も好ましくは、Ｒ８は、−（ＣＨ２）２−基、−ＣＨ２ＣＨＯＨ基、−（ＣＨ２）３−基及び−（ＣＨ２）２−ＣＨＯＨより選択される）；Ｘ１は、塩化物、臭化物、ヨウ化物及びフッ化物より選択されるハロゲン化物であり（好ましくは、Ｘ１は、塩化物、臭化物及びヨウ化物より選択され；最も好ましくは、Ｘ１は、塩化物及び臭化物より選択される）；Ｒ９、Ｒ１０及びＲ１１は、各々独立して、飽和又は不飽和のＣ１−１０アルキル基、Ｃ１−１０ハロアルキル基、Ｃ６−１５アリール基、Ｃ６−１５ハロアリール基、Ｃ６−１５アリールアルキル基及びＣ６−１５ハロアリールアルキルより選択され（好ましくは、Ｒ９、Ｒ１０及びＲ１１は、各々独立して、Ｃ１−５アルキル基及びＣ１−５ハロアルキル基より選択され；より好ましくは、Ｒ９、Ｒ１０及びＲ１１は、各々独立して、Ｃ１−４アルキル基より選択され；最も好ましくは、Ｒ９、Ｒ１０及びＲ１１は、各々独立して、−ＣＨ３基及び−ＣＨ２ＣＨ３基より選択される）；そして、式（Ｉ）中のアニオンは、式（Ｉ）中のカチオン上の＋の電荷とバランスをとる任意のアニオンであることができる（好ましくは、式（Ｉ）中のアニオンは、ハロゲン化物アニオン、水酸化物アニオン及び硝酸アニオン；より好ましくは、ハロゲン化物アニオン及び水酸化物アニオン；最も好ましくは、塩化物アニオン及び臭化物アニオンより選択されるハロゲン化物アニオンより選択される）］；０〜１重量％（好ましくは０〜０．５重量％；より好ましくは０．００１〜０．５重量％、さらにより好ましくは０．００２〜０．２重量％、その上さらにより好ましくは０．００５〜０．１重量％、最も好ましくは０．０１〜０．０５重量％）の、式（II）によるジ第四級物質［ここで、各々のＡは、Ｎ及びＰより独立して選択され、好ましくは、各々のＡはＮであり；Ｒ１は、飽和又は不飽和のＣ１−Ｃ１５アルキル基、Ｃ６−Ｃ１５アリール基及びＣ６−Ｃ１５アラルキル基より選択され（好ましくはＣ２−Ｃ１０アルキル基；より好ましくはＣ２−Ｃ６アルキル基；さらにより好ましくは−（ＣＨ２）６−基及び−（ＣＨ２）４−基；最も好ましくは−（ＣＨ２）４−基である）；Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６及びＲ７は、各々独立して、水素、飽和又は不飽和のＣ１−Ｃ１５アルキル基、Ｃ６−Ｃ１���アリール基、Ｃ６−Ｃ１５アラルキル基及びＣ６−Ｃ１５アルカリール基より選択され（好ましくは、水素及びＣ１−Ｃ６アルキル基であり；より好ましくは、水素及びブチル基であり；最も好ましくは、ブチル基である）；そして、式（II）中のアニオンは、式（II）中のカチオンの２＋の電荷とバランスをとる任意のアニオンであることができる（好ましくは、式（II）中のアニオンは、ハロゲン化物アニオン、水酸化物アニオン、硝酸アニオン、硫酸アニオン及びリン酸アニオン；より好ましくは、ハロゲン化物アニオン及び水酸化物アニオン；最も好ましくは水酸化物アニオンより選択される）］を含み；ここで、式（Ｉ）によるハロゲン化第四級アンモニウム化合物の濃度及び場合による式（II）によるジ第四級物質の濃度は、ケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物によって示される酸化ケイ素及びＳｉ３Ｎ４の少なくとも一種についての除去速度を調整するように選択される；
研磨表面を有するケミカルメカニカルポリッシングパッドを提供すること；
ダウンフォース０．６９〜３４．５kPa（０．１〜５psi）、好ましくは０．６９〜２０．７kPa（０．１〜３psi）でケミカルメカニカルポリッシングパッドの研磨表面及び基板の間の界面に動的接触を作り出すこと；ならびに
ケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物を、ケミカルメカニカルポリッシングパッド及び基板の間の界面又はその近傍のケミカルメカニカルポリッシングパッド上に注入することを含み；ここで、提供されるケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物は、＜７のｐＨ（好ましくは２以上７未満；より好ましくは２〜５；最も好ましくは２〜４）を有し；ここで、基板は研磨され；ここで、酸化ケイ素及びＳｉ３Ｎ４の少なくとも一種の一部は、基板から除去される。
【００３３】
好ましくは、本発明のケミカルメカニカルポリッシング法は、
酸化ケイ素及びＳｉ３Ｎ４の少なくとも一種を含む基板を提供すること；
水を提供すること；
初期成分として、砥粒が２０〜５０nmの平均粒子サイズを有するコロイダルシリカの砥粒である、０．１〜１０重量％の砥粒；０．０１〜０．２重量％の、式（Ｉ）によるハロゲン化第四級アンモニウム化合物［ここで、Ｒ８は、−（ＣＨ２）２−基、−ＣＨ２ＣＨＯＨ基、−（ＣＨ２）３−基及び−（ＣＨ２）２−ＣＨＯＨより選択され；Ｘ１は、塩化物及び臭化物より選択されるハロゲン化物であり；Ｒ９、Ｒ１０及びＲ１１は、各々独立して、−ＣＨ３基及び−ＣＨ２ＣＨ３基より選択され；そして、式（Ｉ）中のアニオンは、塩化物アニオン及び臭化物アニオンより選択される］；及び、０〜０．０５重量％の、式（II）によるジ第四級物質［ここで、各々のＡはＮであり；Ｒ１は、−（ＣＨ２）４−基であり；そして、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６及びＲ７は各々−（ＣＨ２）３ＣＨ３基である］を含むケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物を提供すること；
研磨表面を有するケミカルメカニカルポリッシングパッドを提供すること；
ダウンフォース０．６９〜３４．５kPa（０．１〜５psi）、好ましくは０．６９〜２０．７kPa（０．１〜３psi）でケミカルメカニカルポリッシングパッドの研磨表面及び基板との間の界面に動的接触を作り出すこと；ならびに
ケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物を、ケミカルメカニカルポリッシングパッド及び基板の間の界面又はその近傍で注入することを含み；ここで、提供されるケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物は、＜７のｐＨ（好ましくは２以上７未満；より好ましくは２〜５；最も好ましくは２〜４）を有し；ここで、基板は研磨され；ここで、酸化ケイ素及びＳｉ３Ｎ４の少なくとも一種の一部は、基板から除去される。
【実施例】
【００３４】
本発明の幾つかの実施態様を、以下の実施例にて詳細に記載する。
【００３５】
［比較実施例Ｃ１及び実施例Ａ１〜Ａ６］
ケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物の調製
比較研磨実施例ＰＣ１及び研磨実施例ＰＡ１〜ＰＡ６において使用されるケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物（すなわち、それぞれケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物Ｃ１及びＡ１〜Ａ６）を、表１に一覧にした量の成分を、残部である脱イオン水と組み合わせ、そして組成物のｐＨを、表１に一覧にした最終ｐＨへと、硝酸を用いて調整することによって調製した。
【００３６】
【表１】
0006002983.tif 000006
【化５】
0006002983.tif 000007
【００３７】
［比較実施例ＰＣ１及び実施例ＰＡ１〜ＰＡ６］
ケミカルメカニカルポリッシング除去速度試験
酸化ケイ素、Ｓｉ３Ｎ４及びポリシリコン除去速度研磨試験は、比較実施例Ｃ１及び実施例Ａ１〜Ａ６に従って調製したケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物を用いて実施した。具体的には、各々のケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物Ｃ１及びＡ１〜Ａ６についての酸化ケイ素、Ｓｉ３Ｎ４及びポリシリコン除去速度が表１に特定された。研磨除去速度試験は、８インチのブランケットウェーハ上で実施した。Strasbaugh nSpire（登録商標）ＣＭＰシステムモデル６ＥＣ回転型研磨プラットフォームを比較例ＰＣ１に使用し、そしてApplied Materials Mirra（商標）研磨機を実施例ＰＡ１〜ＰＡ６に使用した。全ての研磨試験は、IC1010（登録商標）ポリウレタンポリッシングパッド（Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.より市販されている）を用いて、ダウンフォース２０．７kPa（３psi）、ケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物の流速２００ml/min、テーブル回転速度９３rpm及びキャリア回転速度８７rpmで実施した。除去速度は、研磨前後のフィルムの厚さを、KLA-Tencor FX200計測器を用いて測定することで決定した。除去速度試験の結果は、表２に示す。
【００３８】
【表２】
0006002983.tif 000008