(57)【要約】  本発明は、シリカと、酸化剤と、第四級アンモニウム化合物と、水とから本質的になる化学機械研磨用組成物を提供する。本発明は、基材を上記の研磨用組成物で化学機械研磨する方法をさらに提供する。この研磨用組成物は、誘電体膜を研磨するのに使用した場合に高い研磨速度を可能にする。【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）１０ｎｍ〜４０ｎｍの平均一次粒子サイズを有するシリカと、
（ｂ）過酸化水素、尿素過酸化水素、過炭酸塩、過酸化ベンゾイル、過酢酸、過酸化ナトリウム、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシド、一過硫酸塩、二過硫酸塩、硝酸塩、鉄（ＩＩＩ）化合物、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される酸化剤と、
（ｃ）構造式Ｒ1Ｒ2Ｒ3Ｒ4Ｎ+（式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3及びＲ4は独立してＣ2〜Ｃ6アルキル及びＣ7〜Ｃ12アリールアルキルからなる群より選択される）のカチオンを含む第四級アンモニウム化合物と、
（ｄ）水と
から本質的になり、１〜５のｐＨを有する、化学機械研磨用組成物。
【請求項２】
前記シリカが縮重合シリカである、請求項１に記載の化学機械研磨用組成物。
【請求項３】
前記シリカが０．１ｗｔ％〜１０ｗｔ％の量で存在する、請求項２に記載の化学機械研磨用組成物。
【請求項４】
前記シリカが０．５ｗｔ％〜８ｗｔ％の量で存在する、請求項３に記載の化学機械研磨用組成物。
【請求項５】
前記酸化剤が過酸化水素と鉄（ＩＩＩ）化合物の組み合わせである、請求項１に記載の化学機械研磨用組成物。
【請求項６】
前記鉄（ＩＩＩ）化合物が硝酸第二鉄である、請求項５に記載の化学機械研磨用組成物。
【請求項７】
前記過酸化水素が１ｗｔ％〜１０ｗｔ％の量で存在し、前記硝酸第二鉄が０．１ｐｐｍ〜１００ｐｐｍの量で存在する、請求項６に記載の化学機械研磨用組成物。
【請求項８】
前記第四級アンモニウム化合物が１００ｐｐｍ〜５０００ｐｐｍの量で存在する、請求項１に記載の化学機械研磨用組成物。
【請求項９】
前記第四級アンモニウム化合物が、テトラエチルアンモニウム、テトラプロピルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、及びテトラペンチルアンモニウムからなる群より選択されるカチオンを含む、請求項８に記載の化学機械研磨用組成物。
【請求項１０】
（ｉ）基材を、研磨パッド及び化学機械研磨用組成物であって、
（ａ）１０ｎｍ〜４０ｎｍの平均一次粒子サイズを有するシリカと、
（ｂ）過酸化水素、尿素過酸化水素、過炭酸塩、過酸化ベンゾイル、過酢酸、過酸化ナトリウム、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシド、一過硫酸塩、二過硫酸塩、硝酸塩、鉄（ＩＩＩ）化合物、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される酸化剤と、
（ｃ）構造式Ｒ1Ｒ2Ｒ3Ｒ4Ｎ+（式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3及びＲ4は独立してＣ2〜Ｃ6アルキル及びＣ7〜Ｃ12アリールアルキルからなる群より選択される）のカチオンを含む第四級アンモニウム化合物と、
（ｄ）水と
から本質的になり、１〜５のｐＨを有する化学機械研磨用組成物と接触させる工程、
（ｉｉ）前記基材に対して前記研磨パッドを該化学機械研磨用組成物をそれらの間に置いて動かす工程、並びに
（ｉｉｉ）該基材の少なくとも一部を削って該基材を研磨する工程
を含む、基材を化学機械研磨する方法。
【請求項１１】
前記シリカが縮重合シリカである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記シリカが０．１ｗｔ％〜１０ｗｔ％の量で存在する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記シリカが０．５ｗｔ％〜８ｗｔ％の量で存在する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記酸化剤が過酸化水素と鉄（ＩＩＩ）化合物の組み合わせである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記鉄（ＩＩＩ）化合物が硝酸第二鉄である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記過酸化水素が０．１ｗｔ％〜１０ｗｔ％の量で存在し、前記硝酸第二鉄が１ｐｐｍ〜１００ｐｐｍの量で存在する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第四級アンモニウム化合物が１００ｐｐｍ〜５０００ｐｐｍの量で存在する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
前記第四級アンモニウム化合物が、テトラエチルアンモニウム、テトラプロピルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、及びテトラペンチルアンモニウムからなる群より選択されるカチオンを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記基材が酸化ケイ素を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項２０】
前記基材が、タングステン、銅、タンタル、窒化タンタル、アルミニウム、チタン、窒化チタン、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される金属をさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学機械研磨用組成物及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路は、シリコンウェハなどの基材の中又はその上に形成された何百万もの能動素子から構成される。能動素子は、基材に化学的及び物理的に接続され、多層配線の使用を介して相互接続され機能回路を形成する。典型的な多層配線は、第１の金属層、中間の誘電体層、及び第２、時にそれ以降の１つ又は複数の金属層を含む。中間の誘電体、例えば、ドープ及び非ドープ型の二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）及び／又は低ｋ誘電体は、異なる金属層を絶縁するのに用いられる。各層が形成されると、典型的には、新たに形成された層の上部に次の層を形成できるよう層が平坦化される。
【０００３】
タングステンは、集積回路デバイス中に相互接続を形成するための導電性材料として使用されることが増えている。二酸化ケイ素基材上に平坦なタングステンの回路トレースを製造する１つの方法はダマシンプロセスと呼ばれている。このプロセスの実施態様によれば、タングステンのダマシンプロセスは、層間及び／又はトレンチ間の電気接続を与えるために垂直なコンタクトホール、即ち、ビアのパターンを描いて回路線を画定する完全に平坦化された誘電体表面で始まる。この金属を誘電体表面と接着させ、かつこの金属と誘電体材料が反応するのを防ぐために、接着促進層、典型的にはチタン又は窒化チタンが基材表面に適用される。次いで、化学気相成長法を用いてタングステンを堆積させてホール及び／又はトレンチを埋める。化学機械研磨（ＣＭＰ）を用いて、二酸化ケイ素表面の隆起部分を露出する平坦な表面が得られるまで、タングステンの上張層の厚さと、任意の接着促進層及び／又は拡散バリア層の厚さを低減する。ビア及びトレンチは、回路の相互接続を形成する導電性タングスンテンで満たされたままである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
タングステン及び他の金属のＣＭＰに有用な研磨用組成物は酸性のｐＨを有する場合が多い。このような研磨用組成物は、典型的には金属よりもかなり遅い速度で誘電体層を平坦化する。金属の上塗り層が除去され、それによって下地の誘電体表面が露出するにつれ、ホール及び／又はトレンチ中に残っている金属は除去され続けるが、誘電体表面はよりゆっくりと平坦化され、結果としてホール及び／又はトレンチ内の金属が浸食され、基材表面が平坦でなくなる。したがって、金属と誘電体材料の両方を同様の速度で１回の単一の研磨工程において研磨するのに有効な研磨用組成物及び研磨方法に対するニーズが当技術分野にある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、（ａ）１０ｎｍ〜４０ｎｍの平均一次粒子サイズを有するシリカと、（ｂ）過酸化水素、尿素過酸化水素、過炭酸塩、過酸化ベンゾイル、過酢酸、過酸化ナトリウム、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシド、一過硫酸塩、二過硫酸塩、鉄（ＩＩＩ）化合物、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される酸化剤と、（ｃ）構造式Ｒ1Ｒ2Ｒ3Ｒ4Ｎ+（式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3及びＲ4は独立してＣ2〜Ｃ6アルキル及びＣ7〜Ｃ12アリールアルキルからなる群より選択される）のカチオンを含む第四級アンモニウム化合物と、（ｄ）水とから本質的になり、１〜５のｐＨを有する化学機械研磨用組成物を提供する。
【０００６】
本発明はまた、（ｉ）基材を、研磨パッド及び化学機械研磨用組成物であって、（ａ）１０ｎｍ〜４０ｎｍの平均一次粒子サイズを有するシリカと、（ｂ）過酸化水素、尿素過酸化水素、過炭酸塩、過酸化ベンゾイル、過酢酸、過酸化ナトリウム、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシド、一過硫酸塩、二過硫酸塩、鉄（ＩＩＩ）化合物、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される酸化剤と、（ｃ）構造式Ｒ1Ｒ2Ｒ3Ｒ4Ｎ+（式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3及びＲ4は独立してＣ2〜Ｃ6アルキル及びＣ7〜Ｃ12アリールアルキルからなる群より選択される）のカチオンを含む第四級アンモニウム化合物と、（ｄ）水とから本質的になり、１〜５のｐＨを有する化学機械研磨用組成物と接触させる工程、（ｉｉ）前記基材に対して前記研磨パッドを該化学機械研磨用組成物をそれらの間に置いて動かす工程、並びに（ｉｉｉ）該基材の少なくとも一部を削って該基材を研磨する工程を含む、基材を化学機械研磨する方法を提供する。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明は、（ａ）１０ｎｍ〜４０ｎｍの平均一次粒子サイズを有するシリカと、（ｂ）過酸化水素、尿素過酸化水素、過炭酸塩、過酸化ベンゾイル、過酢酸、過酸化ナトリウム、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシド、一過硫酸塩、二過硫酸塩、鉄（ＩＩＩ）化合物、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される酸化剤と、（ｃ）構造式Ｒ1Ｒ2Ｒ3Ｒ4Ｎ+（式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3及びＲ4は独立してＣ2〜Ｃ6アルキル及びＣ7〜Ｃ12アリールアルキルからなる群より選択される）のカチオンを含む第四級アンモニウム化合物と、（ｄ）水とから本質的になり、１〜５のｐＨを有する化学機械研磨用組成物を提供する。
【０００８】
研磨用組成物は、研磨剤としてシリカを含有する。シリカは任意の好適な形態のシリカであることができる。有用な形態のシリカとしては、限定されないが、ヒュームドシリカ、沈降シリカ、及び縮重合シリカが挙げられる。好ましくは、シリカは縮重合シリカである。縮重合シリカの粒子は、典型的にはＳｉ（ＯＨ）4を縮合させてコロイド粒子を形成することによって調製される。前駆体のＳｉ（ＯＨ）4は、例えば、高純度アルコキシシランの加水分解又は水性ケイ酸塩溶液の酸性化によって得ることができる。このような研磨剤粒子は、米国特許第５，２３０，８３３号明細書に従って調製することができるか、又は種々の商業的に入手可能な製品、例えば、Ｆｕｓｏ ＰＬ−１、ＰＬ−２及びＰＬ−３製品、Ｎａｌｃｏ １０５０、２３２７及び２３２９製品、並びにＤｕＰｏｎｔ、Ｂａｙｅｒ、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ、Ｎｉｓｓａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ及びＣｌａｒｉａｎｔから入手可能な他の類似の製品のいずれかとして得ることができる。
【０００９】
当技術分野でよく知られているように、研磨剤粒子は、最も低いレベルの構造で、一次粒子を含む。一次粒子は、粒子を含む原子間の共有結合によって形成され、最も厳しい条件を除けば安定である。次のレベルの構造では、一次粒子が結合して二次粒子になり、一般に集合体と称される。集合粒子は、一次粒子を含み、共有結合及び静電相互作用によって互いに結合し、典型的には、例えば、高せん断混合などの機械的なエネルギーの入力による分解に対して抵抗性がある。次のレベルの構造では、集合体はよりゆるく結合して凝集体になる。典型的には、凝集体は、機械的なエネルギーの入力によって構成要素の集合体に分離することができる。特定の組成物及び調製方法に応じて、一次粒子及び二次粒子（例えば、集合体）は、球から楕円の形状を有することができ、また、一部の集合体は、延長した鎖状構造を有することができる。例えば、焼成シリカ又はヒュームドシリカは、典型的には鎖状構造を有する集合体の形態で存在する。沈降シリカ、例えば、ケイ酸ナトリウムの中和によって調製されたシリカは、ほぼ球形の一次粒子が結合して「ブドウの房」に似た集合体になった構造を有する。一次研磨剤粒子と集合一次粒子（例えば、二次粒子）の両方は、ある平均粒子サイズを有するものとして特徴づけることができる。これに関連して、粒子サイズとは、粒子を囲む最も小さい球の径を言うものである。単分散のシリカ粒子は、その単分散の粒子が実質的に集合しない特定の条件下で調製することができることに注目されたい。
【００１０】
研磨剤は、典型的には１０ｎｍ以上（例えば、１５ｎｍ以上、又は２０ｎｍ以上）の平均一次粒子サイズを有する。好ましくは、研磨剤は、４０ｎｍ以下（例えば、３５ｎｍ以下、又は３０ｎｍ以下）の平均一次粒子サイズを有する。より好ましくは、研磨剤は、１０ｎｍ〜４０ｎｍ、又は１５ｎｍ〜３５ｎｍの平均一次粒子サイズを有する。
【００１１】
研磨剤が一次粒子の集合体を含む場合、研磨剤は、典型的には２０ｎｍ以上（例えば、３０ｎｍ以上、４０ｎｍ以上、又は５０ｎｍ以上）の平均集合体粒子サイズを有する。好ましくは、研磨剤は、１５０ｎｍ以下（例えば、１００ｎｍ以下、９０ｎｍ以下、又は８０ｎｍ以下）の平均集合体粒子サイズを有する。より好ましくは、研磨剤は、２０ｎｍ〜１５０ｎｍ、３０ｎｍ〜１００ｎｍ、４０ｎｍ〜９０ｎｍ、又は５０ｎｍ〜８０ｎｍの平均集合体粒子サイズを有する。
【００１２】
研磨剤は、望ましくは研磨用組成物中に懸濁され、より具体的には研磨用組成物の水溶液中に懸濁される。研磨剤が研磨用組成物中に懸濁される場合、研磨剤は、好ましくはコロイド状で安定である。コロイドという用語は、水中の研磨剤粒子の懸濁を言うものである。コロイド安定性とは、時間を通しての懸濁の維持を言うものである。本発明の範囲内で、研磨剤を１００ｍｌのメスシリンダーに入れて２時間撹拌しないまま放置したときに、メスシリンダーの下部５０ｍｌにおける粒子濃度（［Ｂ］（ｇ／ｍｌ））とメスシリンダーの上部５０ｍｌにおける粒子濃度（［Ｔ］（ｇ／ｍｌ））の差を研磨剤組成物の初期粒子濃度（［Ｃ］（ｇ／ｍｌ））で除したものが０．５以下（即ち、｛［Ｂ］−［Ｔ］｝／［Ｃ］≦０．５）であれば、研磨剤はコロイド状で安定しているとみなされる。｛［Ｂ］−［Ｔ］｝／［Ｃ］の値は、望ましくは０．３以下、好ましくは０．１以下である。
【００１３】
任意の好適な量のシリカが研磨用組成物中に存在することができる。典型的には、０．１ｗｔ％以上（例えば、０．５ｗｔ％以上、１ｗｔ％以上、又は２ｗｔ％以上）のシリカが研磨用組成物中に存在することができる。研磨用組成物中のシリカの量は、好ましくは１０ｗｔ％以下、より好ましくは８ｗｔ％以下である。さらにより好ましくは、シリカは、研磨用組成物の０．５ｗｔ％〜１０ｗｔ％（例えば、１ｗｔ％〜８ｗｔ％）である。
【００１４】
研磨用組成物は、銅に作用する酸化剤、即ち、銅を酸化する酸化剤を含有する。酸化剤は、過酸化水素、尿素過酸化水素、過炭酸塩、過酸化ベンゾイル、過酢酸、過酸化ナトリウム、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシド、一過硫酸塩、二過硫酸塩、硝酸塩、鉄（ＩＩＩ）化合物、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される。列挙したこれらの酸化剤は、鉄（ＩＩＩ）化合物を除いて本明細書中でペル型酸化剤と称される。研磨用組成物が硝酸塩を含有する場合、研磨用組成物はまた、この特定の群から選択される少なくとも１つの他の酸化剤を一般に含有する。好ましくは、酸化剤は、過酸化水素、鉄（ＩＩＩ）化合物、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される。酸化剤は、より好ましくは過酸化水素と鉄（ＩＩＩ）化合物の組み合わせであり、最も好ましくは過酸化水素と硝酸第二鉄の組み合わせである。
【００１５】
研磨用組成物は、任意の好適な量の酸化剤を含有することができる。研磨用組成物は、典型的には０．１ｗｔ％以上（例えば、０．５ｗｔ％以上、１ｗｔ％以上、又は１．５ｗｔ％以上）の酸化剤を含有する。好ましくは、研磨用組成物は、１０ｗｔ％以下（例えば、９ｗｔ％以下、８ｗｔ％以下、又は７ｗｔ％以下）の酸化剤を含有する。
【００１６】
研磨用組成物がペル型酸化剤と鉄（ＩＩＩ）化合物の組み合わせを含有する場合、典型的には、研磨用組成物は、１ｐｐｍ以上（例えば、５ｐｐｍ以上、１０ｐｐｍ以上、又は２０ｐｐｍ以上）の鉄（ＩＩＩ）化合物を含有する。好ましくは、１００ｐｐｍ以下（例えば、９０ｐｐｍ以下又は８０ｐｐｍ以下）の鉄（ＩＩＩ）化合物が研磨用組成物中に存在する。このような状況下では、研磨用組成物は、望ましくは酸化剤について一般的に列挙したようなペル型酸化剤の量を含有する。何ら特定の理論に束縛されることを意図するものではないが、研磨用組成物を用いて金属を含む基材を研磨する場合、鉄（ＩＩＩ）化合物は金属から電子を受け入れることによって金属を酸化するよう作用し、それによって鉄（ＩＩＩ）化合物が鉄（ＩＩ）化合物に還元されると考えられる。ペル型化合物は鉄（ＩＩ）化合物を鉄（ＩＩＩ）化合物に再酸化する役割を果たすが、ペル型酸化剤は、鉄（ＩＩＩ）化合物に対する再酸化剤としての役割に加え、金属を直接的に酸化することも可能である。
【００１７】
研磨用組成物は、構造式Ｒ1Ｒ2Ｒ3Ｒ4Ｎ+のカチオンを含む第四級アンモニウム化合物（式中、テトラアルキルアンモニウムカチオンのＲ1、Ｒ2、Ｒ3及びＲ4基は、独立して直鎖、分枝又は環状のＣ2〜Ｃ6アルキル又はＣ7〜Ｃ12アリールアルキルの残基からなる群より選択される）を含有する。第四級アンモニウム化合物は、任意の好適なアニオンを含む。好適なアニオンの例としては、水酸化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物、硝酸塩、硫酸塩、硫酸水素塩、リン酸塩、リン酸水素塩、リン酸二水素塩、及びスルホン酸塩（例えば、ｐ−トルエンスルホン酸塩）が挙げられる。幾つかの実施態様では、研磨用組成物は、本明細書中で列挙したような２つ以上の第四級アンモニウム化合物を含むことができる。
【００１８】
好適なテトラアルキルアンモニウムカチオンの例としては、テトラエチルアンモニウム、テトラプロピルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、テトラペンチルアンモニウム、テトラヘキシルアンモニウム、ベンジルトリメチルアンモニウムなどが挙げられる。好ましくは、テトラアルキルアンモニウムカチオンは、テトラエチルアンモニウム、テトラプロピルアンモニウム、又はテトラブチルアンモニウムである。好適なテトラアルキルアンモニウム化合物の具体例としては、限定されないが、水酸化テトラエチルアンモニウム、硝酸テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラプロピルアンモニウム、硝酸テトラプロピルアンモニウム、水酸化テトラブチルアンモニウム、及び硝酸テトラブチルアンモニウムが挙げられる。
【００１９】
研磨用組成物中のテトラアルキルアンモニウム化合物の特定の性質は、研磨用組成物を調製するのに使用されるテトラアルキルアンモニウム化合物に関連する特定のアニオンに依存し、また、研磨用組成物のｐＨに依存することが理解されるであろう。例えば、研磨用組成物を配合するのに水酸化テトラアルキルアンモニウムが使用され、かつ研磨用組成物の使用場所（例えば、研磨用組成物で研磨される基材の表面）におけるｐＨが酸性（即ち、研磨用組成物のｐＨが７未満）である場合、水酸化物の平衡濃度は、研磨用組成物のｐＨを調整するのに使用される特定の１つ又は複数の酸と水酸化物との急速な酸−塩基反応のために、水酸化テトラアルキルアンモニウムによって供給される水酸化物の初期濃度よりも低下することになる。したがって、酸性ｐＨでは、研磨用組成物中に存在する実際のテトラアルキルアンモニウム化合物は、研磨用組成物のｐＨを調整するのに使用される酸の共役塩基を含む。例えば、硝酸でｐＨ３に調整された水中に水酸化テトラアルキルアンモニウムを含む研磨用組成物は、特定のｐＨで硝酸テトラアルキルアンモニウムを含む。
【００２０】
研磨用組成物は、任意の好適な量の第四級化合物を含有することができる。典型的には、１０ｐｐｍ以上（例えば、１００ｐｐｍ以上）の第四級化合物が研磨用組成物中に存在する。より典型的には、２５０ｐｐｍ以上（例えば、５００ｐｐｍ以上）の第四級化合物が研磨用組成物中に存在する。第四級化合物の量は典型的には５０００ｐｐｍ以下（例えば、２５００ｐｐｍ以下）である。好ましくは、第四級化合物の量は２５０〜２５００ｐｐｍ（例えば、５００ｐｐｍ〜２２５０ｐｐｍ、又は７５０ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍ）である。
【００２１】
研磨用組成物は、望ましくは９以下（例えば、８以下、６以下、又は４以下）のｐＨを有する。好ましくは、研磨用組成物は１以上（例えば、２以上）のｐＨを有する。さらにより好ましくは、研磨用組成物は２〜５（例えば、２〜４）のｐＨを有する。研磨用組成物は任意選択でｐＨ調整剤、例えば、硝酸か又は水酸化カリウムを含有する。研磨用組成物は任意選択でｐＨ緩衝系、例えば、フタル酸水素カリウムを含有する。このような多くのｐＨ緩衝系は当技術分野で周知である。
【００２２】
研磨用組成物が鉄（ＩＩＩ）化合物とペル型酸化剤の組み合わせを含有する場合、研磨用組成物は任意選択で安定剤を含む。過酸化水素及び他のペル型酸化剤は、安定剤を使用しない場合、鉄（ＩＩＩ）化合物を含めた多くの金属イオンの存在下で安定でないことがよく知られている。安定剤がない場合、１つ又は複数の金属イオンとペル型酸化剤は、ペル型酸化剤を徐々に分解する形で反応する可能性がある。
【００２３】
適切な安定剤はペル型酸化剤の安定性を改善するが、所与の基材を化学機械研磨するのに使用される場合に、研磨用組成物によって示される除去速度に安定剤の存在があまり影響しないという点で化学機械研磨用組成物の化学的性質には実質的に影響しない。有用な安定剤としては、限定されないが、リン酸、有機酸（例えば、マロン酸、クエン酸、アジピン酸、シュウ酸、フタル酸、及びエチレンジアミン四酢酸）、ニトリル、及び金属イオンと結合することができ、かつそれらのペル化合物に対する反応性を低下させることができる他の配位子が挙げられる。上記の酸類は、塩（例えば、金属塩、アンモニウム塩など）の形態で存在することができるか、酸の形態で存在することができるか、又はそれらの部分塩として存在することができることが理解されるであろう。例えば、マロン酸塩としては、マロン酸、並びにその一塩及び二塩が挙げられる。好ましい安定剤は、マロン酸、クエン酸、アジピン酸、シュウ酸、及びそれらの混合物からなる群より選択される。特に好ましい安定剤はマロン酸である。
【００２４】
安定剤は、研磨用組成物中に任意の好適な量で存在することができる。望ましくは、安定剤の量は、組成物中に存在する鉄（ＩＩＩ）化合物の量に基づいている。好ましくは、安定剤の量は、鉄（ＩＩＩ）化合物の量に対して１モル当量以上（例えば、２モル当量以上）である。安定剤の量は、典型的には鉄（ＩＩＩ）化合物の量に対して５モル当量未満である。
【００２５】
研磨用組成物は、貯蔵の際に研磨用組成物中で細菌が増殖するのを抑制するための殺生物剤を任意選択で含有する。好適な殺生物剤の限定的でない例としては、ペンシルバニア州、フィラデルフィアのＲｏｈｍ ａｎｄ ＨａａｓからのＫａｔｈｏｎ（登録商標）殺生物剤が挙げられる。
【００２６】
望ましくは、研磨用組成物は腐食抑制剤を含有しない。本発明の範囲内で、腐食抑制剤は、研磨用組成物に加えられた場合に、本発明の研磨用組成物で研磨される金属の除去速度及び／又は静的エッチング速度を低下させるよう作用する成分である。腐食抑制剤の例としては、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、及びポリマー、並びにヘテロ環式有機化合物が挙げられる。アニオン性界面活性剤としては、スルホン酸、硫酸、カルボン酸、リン酸、及びそれらの誘導体からなる群より選択される官能基を有する界面活性剤が挙げられる。非イオン性界面活性剤としては、ケイ素系化合物、フッ素系化合物、エステル、エチレンオキシド誘導体、アルコール、エトキシレート、エーテル、グリコシド、及びそれらの誘導体が挙げられる。両性界面活性剤としては、ポリカルボン酸塩、ポリアクリルアミド、セルロース、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、及びそれらの誘導体が挙げられる。腐食抑制剤として作用するヘテロ環式有機化合物の例としては、イミダゾール及びその誘導体などのアゾール、並びにベンゾトリアゾール、トリルトリアゾールなどのトリアゾールが挙げられる。
【００２７】
化学機械研磨用組成物は、その多くが当業者に公知である任意の好適な技術によって製造することができる。例えば、シリカ、１つ又は複数の酸化剤、及び１つ又は複数の第四級アンモニウム化合物は、基材に研磨用組成物を適用する前に水中で組み合わせることができるか、又は基材を研磨する前又はその間に研磨パッド又は基材に別々に、例えば、水性分散体又は水溶液の形態で適用することができる。一般に、研磨用組成物の構成要素は、成分を任意の順序で組み合わせることによって調製することができる。本明細書で用いられる「構成要素」という用語は、個々の成分（例えば、シリカ、１つ又は複数の酸化剤、１つ又は複数の第四級アンモニウム化合物など）並びにこれらの成分の任意の組み合わせを含むものである。
【００２８】
例えば、１つ又は複数の酸化剤と１つ又は複数の第四級アンモニウム化合物を所定の濃度において水中で組み合わせ、これらの構成要素が完全に溶解するまで混合することができる。次いで、シリカの濃縮分散体を加え、その混合物を希釈して最終研磨用組成物中の所望濃度のシリカを得ることができる。任意選択で、安定剤、殺生物剤、及び／又はｐＨ調整剤を、研磨用組成物の調製の間の任意の時点、例えば、１つ又は複数の酸化剤及び１つ又は複数の第四級アンモニウム化合物の添加前又は添加後、また、シリカの添加前又は添加後に研磨用組成物に加え、それらの成分を研磨用組成物中に組み入れることができる任意の方法によって混合することができる。望ましい場合には、この混合物を使用前に濾過して、凝集シリカなどの大きな粒状混入物質又は他の混入物質を除去することもできる。
【００２９】
研磨用組成物は、使用の直前（例えば、使用前１分以内、使用前５分以内、使用前１時間以内、使用前２４時間以内、又は使用前７日以内）に研磨用組成物に添加される１つ又は複数の構成要素、例えば、１つ又は複数の酸化剤とともに、使用前に調製することができる。例えば、研磨用組成物がペル型酸化剤と鉄（ＩＩＩ）化合物を含有する場合、ペル型酸化剤は鉄（ＩＩＩ）化合物の存在下で分解する恐れがある。このような状況では、ペル型酸化剤又は鉄（ＩＩＩ）化合物を使用の直前（例えば、使用前１分以内、使用前５分以内、使用前１時間以内、使用前２４時間以内、又は使用前７日以内）に研磨用組成物に加えることができる。
【００３０】
化学機械研磨用組成物は、シリカ、１つ又は複数の酸化剤、１つ又は複数の第四級アンモニウム化合物、及び水を含有する１つのパッケージ系として供給することができる。任意選択で、１つ又は複数の酸化剤を第２又は第３の容器に入れることもできる。さらに、第１又は第２の容器中の構成要素は乾燥した形態であることができるが、対応する容器中の構成要素は水性分散体の形態であることができる。１つ又は複数の酸化剤が固体の場合には、乾燥した形態又は水性混合物として研磨用組成物の他の構成要素とは別に供給することができる。研磨用組成物の構成要素の他の２つの容器又は３つ以上の容器の組み合わせは当業者の知識の範囲内である。
【００３１】
研磨用組成物はまた、使用前に適切な量の水で希釈されることを意図した濃縮物として提供することもできる。このような実施態様では、研磨用組成物の濃縮物は、濃縮物を適切な量の水で希釈した時に、研磨用組成物の各構成要素が各構成要素について上に記載した適切な範囲内の量で研磨用組成物中に存在するような量において、シリカ、１つ又は複数の酸化剤、１つ又は複数の第四級アンモニウム化合物、及び水を含有することができる。例えば、シリカ、１つ又は複数の酸化剤、及び１つ又は複数の第四級アンモニウム化合物は、それぞれ、各構成要素について上に記載した濃度の２倍（例えば、３倍、４倍又は５倍）の量で濃縮物中に存在して、濃縮物を等量の水（例えば、それぞれ２倍等量の水、３倍等量の水又は４倍等量の水）で希釈した時に、各構成要素が研磨用組成物中に各構成要素について上に記載した範囲内の量で存在するようにすることができる。さらに、当業者であれば理解するように、１つ又は複数の酸化剤、１つ又は複数の第四級アンモニウム化合物、及び他の任意選択の構成要素（例えば、安定剤及び／又は殺生物剤）が濃縮物中に少なくとも部分的に又は完全に溶解することを確実にするために、濃縮物は、最終的な研磨用組成物中に存在する適切な割合の水を含有することができる。別の実施態様では、研磨用組成物の濃縮物は、濃縮物を１つ又は複数の酸化剤の適切な量の水溶液で希釈した時に、研磨用組成物の各構成要素が各構成要素について上に記載した適切な範囲内の量で研磨用組成物中に存在するような量において、シリカ、１つ又は複数の第四級アンモニウム化合物、及び水を含有することができる。
【００３２】
研磨系の構成要素は使用の十分前又は使用直前でさえ組み合わせることができるが、研磨用組成物の構成要素は、使用場所で又はその近くで組み合わせるもできる。本明細書中で使用される場合には、「使用場所」という用語は、研磨用組成物が基材表面と接触する場所を指す。研磨用組成物の構成要素が使用場所での混合を用いて組み合わせられる場合には、研磨用組成物の構成要素は２つ以上の貯蔵装置中に別々に保管される。
【００３３】
貯蔵装置に入れられた研磨用組成物の構成要素を使用場所で又はその近くで混合するために、貯蔵装置は、典型的には、各貯蔵装置から研磨用組成物の使用場所（例えば、プラテン又は基材表面）まで導く１つ又は複数の流路を備えている。「流路」という用語は、個々の貯蔵容器から中に保管されている構成要素の使用場所までの流れの経路を意味する。１つ又は複数の流路のそれぞれは、使用場所に直接通じていてもよいし、又は２つ以上の流路を使用する場合には、流路の２つ以上を任意の場所で結合して使用場所へ通じる１つの流路にすることもできる。さらに、使用場所に１つ又は複数の構成要素が達する前に１つ又は複数の流路のいずれか（例えば、個々の流路又は結合された流路）を、まず１つ又は複数の他の装置（例えば、ポンプ装置、測定装置、混合装置など）に導くこともできる。研磨用組成物の構成要素を基材表面に供給する流量（即ち、研磨用組成物の特定の構成要素の供給量）を研磨プロセスの前及び／又は研磨プロセスの間に変更して、研磨用組成物の研磨特性、例えば、研磨速度を変更するようにすることもできる。
【００３４】
研磨用組成物の構成要素は、使用場所に独立に供給することができるか（例えば、構成要素を基材表面に供給し、そこで構成要素が研磨プロセスの際に混合される）又は構成要素は、使用場所に供給する直前に組み合わせることができる。構成要素が使用場所に達する１０秒未満前、好ましくは使用場所に達する５秒未満前、より好ましくは使用場所に達する１秒未満前、又は使用場所への構成要素の供給と同時に組み合わせられる場合には、それらは「使用場所への供給の直前」に組み合わせられる（例えば、構成要素は計量分配装置で組み合わせられる）。構成要素はまた、使用場所の５ｍ以内、例えば、使用場所の１ｍ以内又は使用場所の１０ｃｍ以内（例えば、使用場所の１ｃｍ以内）で組み合わせられる場合には、それらは「使用場所への供給の直前」に組み合わせられる。
【００３５】
研磨用組成物の２つ以上の構成要素が使用場所に達する前に組み合わせられる場合、構成要素は流路中で組み合わせることもできるし、混合装置を使用せずに使用場所に供給することもできる。あるいはまた、２つ以上の構成要素の組み合わせを容易にするために、１つ又は複数の流路を混合装置中に導くこともできる。任意の好適な混合装置を使用することができる。例えば、混合装置は、２つ以上の構成要素が流れるノズル又は噴出口（例えば、高圧のノズル又は噴出口）であることができる。あるいはまた、混合装置は、研磨用組成物の２つ以上の構成要素をミキサーに導入する１つ又は複数の入口と、混合した構成要素がミキサーを出て直接又は装置の他の要素を介して（例えば、１つ又は複数の流路を介して）使用場所に供給される少なくとも１つの出口とを備えた容器型混合装置であることができる。さらに、混合装置は、２つ以上のチャンバーを備えることもでき、各チャンバーは少なくとも１つの入口と少なくとも１つの出口とを有し、２つ以上の構成要素が各チャンバーで混合される。容器型混合装置を使用する場合、混合装置は、好ましくは構成要素の混合をさらに容易にするための混合機構を備える。混合機構は当技術分野で一般に公知であり、撹拌器、ブレンダー、アジテーター、櫂形じゃま板、ガススパージャーシステム、振動器などが挙げられる。
【００３６】
本発明は、（ｉ）基材を、研磨パッド及び本明細書に記載の研磨用組成物と接触させる工程、（ｉｉ）該基材に対して該研磨パッドを該研磨用組成物をそれらの間に置いて動かす工程、並びに（ｉｉｉ）該基材の少なくとも一部を削って該基材を研磨する工程を含む、基材を化学機械研磨する方法をさらに提供する。
【００３７】
本発明の方法は、任意の適切な基材を研磨するのに使用することができ、絶縁層、例えば、金属酸化物、多孔質金属酸化物、及びガラス（例えば、ホウ素リンケイ酸ガラス）を含む基材を研磨するのに特に有用である。好適な金属酸化物としては酸化ケイ素が挙げられる。絶縁層が酸化ケイ素を含む場合、酸化ケイ素は任意の好適な前駆体から誘導することができる。酸化ケイ素は、好ましくはシラン前駆体、より好ましくは酸化シラン前駆体、例えば、テトラエチルオルソシリケート（ＴＥＯＳ）から誘導される。酸化ケイ素は任意の好適な方法、例えば、テトラエチルオルソシリケートのプラズマ堆積（ＰＥＴＥＯＳ）によって調製することができる。
【００３８】
本発明の方法は、誘電体層を含む任意の適切な基材を研磨するのに使用することができる。これに関連して、本発明の方法は、層間絶縁膜（ＩＬＤ）の研磨に関して有用である。本発明の方法は、絶縁層を含み、さらにタングステン、銅、タンタル、窒化タンタル、アルミニウム、チタン、窒化チタン、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される金属を含む基材を研磨するのに特に有用であり、また、酸化ケイ素とタングステンを含む基材を研磨するのに特に有用である。好適な基材としては、半導体産業で使用されるウェハが挙げられる。研磨用組成物は、いわゆるダマシンプロセスを受けたタングステンと酸化ケイ素を含む基材を平坦化又は研磨するのに特に適している。ダマシンプロセスは、酸化ケイ素の層、次いで接着層（例えば、チタン又は窒化チタン）が堆積されたシリコン基材を用意する工程を典型的に伴う。トレンチ及び／又はビアのパターンが基材の上層にフォトリソグラフィーによって画定され、次いで、パターニングされた領域がエッチングされて基材表面にトレンチ及び／又はビアを提供する。基材は、タングステンで上塗りされてトレンチ及び／又はビアを満たし、余分なタングステンが研磨用組成物を用いた化学機械研磨によって除去され、トレンチ及び／又はビア中のタングステンが基材表面上の酸化ケイ素とほぼ同じ高さになるようにする。好ましくはタングステンが実質的に除去され、かつ二酸化ケイ素が基材表面上のタングステンの過度な浸食なしに十分に平坦化されるように、望ましくはタングステンを除去し、酸化ケイ素を露出させるための基材の研磨が本発明の研磨用組成物によって実施される。有利には、研磨用組成物が低含量の酸化剤を含む場合又は酸化剤を実質的に含まない場合でさえ、研磨用組成物は余分なタングステンの除去後に基材を磨くのに使用することができるか、又は研磨用組成物は誘電体層（例えば、中間絶縁層を含む基材）を化学機械研磨するのに使用することができる。
【００３９】
本発明の研磨方法は、化学機械研磨（ＣＭＰ）装置とともに使用するのに特に適している。典型的には、装置は、使用の際に動き、軌道、直線又は円運動から生じる速度を有するプラテンと、このプラテンと接触し、プラテンが動くとそれとともに動く研磨パッドと、研磨パッドの表面に対して接触し動くことにより研磨すべき基材を保持するキャリヤーとを含む。基材の研磨は、基材を研磨パッド及び本発明の研磨用組成物と接触させることにより行われ、次いで研磨パッドを基材に対して動かして基材の少なくとも一部を削って基材を研磨するようにする。
【００４０】
基材は、任意の好適な研磨パッド（例えば、研磨表面）とともに本発明の研磨用組成物で研磨することができる。好適な研磨パッドとしては、例えば、織及び不織の研磨パッドが挙げられる。さらに、好適な研磨パッドは、種々の密度、硬度、厚さ、圧縮性、圧縮に対する反発力、及び圧縮弾性率の任意の好適なポリマーを含むことができる。好適なポリマーとしては、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニル、ナイロン、フッ化炭素、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリアクリレート、ポリエーテル、ポリエチレン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリプロピレン、それらの共形成製品、及びそれらの混合物が挙げられる。
【００４１】
望ましくは、ＣＭＰ装置は、その多くが当技術分野で公知である現場（in situ）研磨終点検出システムをさらに含む。ワークピースの表面から反射される光又は他の放射線を分析することによって研磨プロセスを点検及び監視する技術は当技術分野で公知である。このような方法は、例えば、米国特許第５，１９６，３５３号明細書、同第５，４３３，６５１号明細書、同第５，６０９，５１１号明細書、同第５，６４３，０４６号明細書、同第５，６５８，１８３号明細書、同第５，７３０，６４２号明細書、同第５，８３８，４４７号明細書、同第５，８７２，６３３号明細書、同第５，８９３，７９６号明細書、同第５，９４９，９２７号明細書、及び同第５，９６４，６４３号明細書に記載されている。望ましくは、研磨されるワークピースに関する研磨プロセスの進行の点検又は監視は、研磨終点の決定、即ち、特定のワークピースに関する研磨プロセスを終了するタイミングの決定を可能にする。
【００４２】
以下の例によって本発明をさらに説明するが、当然ながら、これらの例は、何ら本発明の範囲を限定するものとして解されるべきではない。
【実施例】
【００４３】
本例では、研磨実験は、商業的に入手可能な研磨工具の使用を一般に伴い、研磨パッドに対する基材の下向き圧力１７．５ｋＰａ（２．５ｐｓｉ）、サブキャリヤー圧力２２．５ｋＰａ（３．３ｐｓｉ）、背面圧力１７．５ｋＰａ（２．５ｐｓｉ）、リング圧力２２．５ｋＰａ（３．３ｐｓｉ）、プラテン速度１００ｒｐｍ、キャリヤー速度５５ｒｐｍ、研磨用組成物の流量１５０ｍＬ／分、及び同心溝付きＣＭＰパッドのプロセス外（ex-situ）状態調節であった。
【００４４】
本例は、本発明の研磨用組成物で観察される二酸化ケイ素の除去速度に関する縮重合シリカの平均一次粒子サイズの効果を示す。
【００４５】
３つの異なる研磨用組成物（組成物Ａ〜Ｃ）を用いて同様の二酸化ケイ素層を別々に研磨した。各研磨用組成物は、８ｗｔ％の縮重合シリカと、１０００ｐｐｍの水酸化テトラブチルアンモニウムと、６５ｐｐｍのマロン酸と、０．０５０６ｗｔ％の硝酸第二鉄と、２６ｐｐｍの殺生物剤Ｋａｔｈｏｎ（登録商標）と、２ｗｔ％の過酸化水素とを含み、ｐＨ３．３であった。使用した縮重合シリカは、日本の大阪にある扶桑化学工業株式会社のＰＬ−２、ＰＬ−５及びＰＬ−７製品であった。さらに言えば、組成物Ａ（本発明）は２５ｎｍの平均一次粒子径を有する８ｗｔ％のシリカ（Ｆｕｓｏ ＰＬ−２）を含んでいた。さらに言えば、組成物Ｂ（比較）は５０ｎｍの平均一次粒子径を有する８ｗｔ％のシリカ（Ｆｕｓｏ ＰＬ−５）を含んでいた。さらに言えば、組成物Ｃ（比較）は７０ｎｍの平均一次粒子径を有する８ｗｔ％のシリカ（Ｆｕｓｏ ＰＬ−７）を含んでいた。
【００４６】
研磨用組成物の使用に続いて、二酸化ケイ素（「酸化物」）の除去速度を決定した。結果を表１に示す。
【００４７】
【表１】
2009545159.tif 000002
【００４８】
表１に示した結果は、２５ｎｍの平均一次粒子サイズを有する縮重合シリカを使用することで、５０ｎｍ又は７０ｎｍの平均一次粒子サイズを有する縮重合シリカと比較して、二酸化ケイ素層の研磨において顕著に高い除去速度が得られることを実証している。
【国際調査報告】
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