(57)【要約】  基板、特に誘電体材料を含有する基板の表面を化学機械処理するための方法において有用な組成物が記載されており、当該組成物は、シクロデキストリン及びアルキルアミンを含有する。【選択図】図１
2019507207.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体材料を処理するために有用な化学機械平坦化組成物であって、
液体担体と、
前記液体担体中に分散された陽イオン性に帯電した研磨粒子と、
α−、β−、γ−シクロデキストリン、またはこれらの組み合わせから選択されたシクロデキストリンと、
スラリー中の前記シクロデキストリンと複合体を形成することが可能なアルキル基に結合されたアミン基を含むアルキルアミン化合物と、を含み、前記組成物は、７未満のｐＨを有し、前記アミン基は、前記スラリー中で陽イオン性帯電を示す、組成物。
【請求項２】
前記アルキルアミン化合物は、１，０００グラム／モル未満の分子量を有する、請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
前記アルキル基は、５〜５０個の炭素原子を有する、請求項１に記載の組成物。
【請求項４】
前記アミン基は、少なくとも５のｐＫａを有する、請求項１に記載の組成物。
【請求項５】
前記アルキルアミン化合物は、モノカチオン性である、請求項１に記載の組成物。
【請求項６】
前記アルキルアミンは、次の構造を有し、
【化１】
2019507207.tif 000005
式中、
ｎは、整数であり、
Ｘは、Ｎ＋であり、
Ｒ１は、非荷電、直鎖状、もしくは分岐状、飽和もしくは不飽和のアルキル基であり、５〜約７５個の炭素原子を含有し、
Ｒ２、Ｒ３、及びＲ４は、独立して
水素、
置換されていてもよいか、もしくは置換されていなくてもよく、ヘテロ原子を任意選択的に含んでもよく、かつ１２個未満の炭素原子を含有する、アリール基もしくはシクロアルキル基、
置換されていてもよいか、もしくは置換されていなくてもよく、ヘテロ原子を任意選択的に含んでもよく、かつ１２個未満の炭素原子を含有する直鎖状もしくは分岐状、飽和もしくは不飽和アルキル基、から選択することができ、
Ｒ２、Ｒ３、及びＲ４のうちの２つまたは３つは、置換されていてもよいか、もしくは置換されていなくてもよく、ヘテロ原子を任意選択的に含んでもよい飽和もしくは不飽和環構造を形成することができ、前記環及び任意選択的置換基は、１２個未満の炭素原子を含有する、請求項１に記載の組成物。
【請求項７】
Ｒ１は、非荷電、直鎖状もしくは分岐状、飽和もしくは不飽和のアルキル基であり、５〜約４０個の炭素原子を含有し、
各Ｒ２、Ｒ３、及びＲ４は、独立して、水素、または１〜６個の炭素原子を有するアルキルである、請求項６に記載の組成物。
【請求項８】
Ｒ１は、５〜４０個の炭素原子を含有する非分岐状、飽和、非荷電アルキル基である、請求項６に記載の組成物。
【請求項９】
前記アルキルアミンは、ペンチルアミン、ヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、ウンデシルアミン、ドデシルアミン、Ｎ−ラウロイルサルコシン、及びこれらの組み合わせから選択される、請求項１に記載の組成物。
【請求項１０】
前記組成物の全重量を基準として、約０．００１〜約０．５重量パーセントの前記アルキルアミンを含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項１１】
前記組成物の全重量を基準として、約０．０１〜約２重量パーセントのシクロデキストリンを含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項１２】
前記アルキルアミン化合物と関連付けられた前記シクロデキストリンのアルキルアミン−シクロデキストリン複合体を含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項１３】
約０．００１〜約２．５重量パーセントの前記アルキルアミン−シクロデキストリン複合体を含む、請求項１２に記載の組成物。
【請求項１４】
約２〜約５の範囲のｐＨを有する、請求項１に記載の組成物。
【請求項１５】
前記研磨粒子は、陽イオン性に帯電したセリア研磨粒子である、請求項１に記載の組成物。
【請求項１６】
基板の誘電体含有表面を研磨する方法であって、
誘電体材料を含む表面を備える基板を提供することと、
研磨パッドを提供することと、
水性溶媒、前記水性溶媒中に分散された研磨粒子、アミン基及び少なくとも５個の炭素原子を有するアルキル基を有するアルキルアミン、ならびにシクロデキストリンを含む、化学機械研磨組成物を提供することであって、前記組成物は、７未満のｐＨを有し、前記スラリー中の前記アミン基は、陽イオン性の電荷を有する、提供することと、
前記基板を前記研磨パッド及び前記化学機械研磨組成物に接触させることと、
前記基板に対して前記研磨パッド及び前記化学機械研磨組成物を移動させ、前記基板の表面上の誘電体層の少なくとも一部分を摩耗させて前記基板を研磨することと、を含む、方法。
【請求項１７】
前記アルキルアミンは、次の構造を有し、
【化２】
2019507207.tif 000006
式中、
ｎは、整数であり、
Ｘは、Ｎ＋であり、
Ｒ１は、非荷電、直鎖状もしくは分岐状、飽和もしくは不飽和のアルキル基であり、５〜約７５個の炭素原子を含有し、
Ｒ２、Ｒ３、及びＲ４は、独立して
水素、
置換されていてもよいか、もしくは置換されていなくてもよく、ヘテロ原子を任意選択的に含んでもよく、かつ１２個未満の炭素原子を含有するアリール基もしくはシクロアルキル基、
置換されていてもよいか、もしくは置換されていなくてもよく、ヘテロ原子を任意選択的に含んでもよく、かつ１２個未満の炭素原子を含有する直鎖状もしくは分岐状、飽和もしくは不飽和アルキル基、から選択することができ、
Ｒ２、Ｒ３、及びＲ４のうちの２つまたは３つは、置換されていてもよいか、もしくは置換されていなくてもよく、ヘテロ原子を任意選択的に含んでもよい飽和もしくは不飽和環構造を形成することができ、前記環及び任意選択的置換基は、１２個未満の炭素原子を含有する、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板、特に誘電体材料を含有する基板の表面を化学機械処理するための方法において有用な組成物に関し、当該組成物は、シクロデキストリン及びアルキルアミンを含有する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ電子デバイスを製造するプロセスでは、導体材料、半導体材料、及び誘電体材料の多層が、基板の表面上に段階的に堆積される。これらの層の一部は、除去することができ、その後、材料を選択的に付加及び除去することによりさらに処理され、これらすべては、かなりの精密さを伴う。層が、基板上に堆積され、またはその基板から（例えば、エッチングにより）除去されると、基板の最上表面は、非平坦となり得る。さらなる材料を付加する前に、その非平坦な表面は、時折「平坦化」により処理され、それ以降の層及び処理のために平滑面を作り出す。
【０００３】
非平坦な表面を平坦化または研磨することは、非平坦な表面の材料が、除去され、非常に平坦な表面を残すプロセスである。平坦化は、粗い（非均一な）表面などの所望されない表面微細構成、または塊成化物、結晶格子損傷、擦り傷などの欠陥、または汚染された層もしくは材料を除去するのに有用である。ある特定の用途では、平坦化は、基板表面全体に堆積されてしまった過剰な材料を除去し、下部の層（１つもしくは複数）のチャネルもしくは孔などの形体を埋め込む。
【０００４】
化学機械平坦化、または化学機械研磨（ＣＭＰ）は、微小デバイス製造において基板を平坦化するための確立された工業用技術である。ＣＭＰは、「ＣＭＰ組成物」、代替的に「ＣＭＰスラリー」、または単に「スラリー」として周知の液状化学組成物を使用し、ＣＭＰパッドと組み合わせて、基板表面から材料を化学的かつ機械的に除去する。基板の表面を、スラリーが塗布されたＣＭＰ研磨パッドと接触させることによって、スラリーは、基板に適用することができる。材料は、通常、スラリー中に含有された研磨材料の機械的な作用と、スラリーの化学材料の化学的な作用との組み合わせにより、基板表面から除去される。
【０００５】
マイクロ電子デバイスのサイズを縮小し続けるため、デバイスを構成する構成要素は、より一層小さくする必要があり、益々高密度に配置される必要がある。回路同士間の電気的な分離は、最高の半導体性能を確保するために重要であるが、デバイスがより小型化するに伴って益々難しくなる。その目的を達成するため、種々の製造方法を使用して、浅いトレンチをエッチングすることを半導体基板に適用し、次いで絶縁（誘電体）材料を用いてトレンチを埋め込み、それによって集積回路の隣接活性領域を分離する。そのようなプロセスの一例が、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）と称される。これは、半導体層が基板上に形成され、浅いトレンチがエッチングまたはフォトリソグラフィを介してその半導体層中に形成され、そして誘電体材料が、エッチングされた表面全体に堆積され、それらのトレンチを埋め込む。
【０００６】
これらのトレンチの完全な埋め込みを確保するため、過剰な量の誘電体材料が、エッチングされた表面全体に堆積される。堆積された誘電体材料（例えば、シリコン酸化物）は、トレンチにて包含する下層の半導体基板の微細構成に一致した形状となる。このため、誘電体材料が配置された後、堆積された誘電体材料の表面は、誘電体材料中のトレンチにより分離された誘電体材料の隆起部と、下部表面の隆起部及びトレンチに対応したその隆起部及びトレンチとの非平坦な組み合わせによって特徴付けられる。隆起した誘電体材料及びトレンチを含む基板表面の領域は、基板の「パターン」フィールドまたは「活性」フィールド、例えば「パターン材料」、「パターン酸化物」、「パターン誘電体」、「活性酸化物」などと称される。この領域は、「ステップ高さ」により特徴付けられ、この高さとは、トレンチ高さに対する誘電体材料の隆起部の高さの差である。隆起部を構成する過剰な誘電体材料が、ＣＭＰプロセスにより除去され、平坦な表面を作り出す。
【０００７】
パターン誘電体材料を除去するための化学機械処理は、種々の除去速度、「トレンチ損失」、及び「平坦化効率」を含む性能パラメータにより特徴付けられることができる。
【０００８】
除去速度は、基板の表面からの材料の除去の速度であり、通常、単位時間当たりの長さ（厚さ）の単位（例えば、オングストローム（Å）毎分）で表される。基板の別の領域に対する、または除去ステップの別の段階に対する様々な除去速度は、プロセス性能を評価する際に重要となり得る。「パターン除去速度」（代替的に「活性」除去速度）とは、基板の所望の（「活性」または「標的」）部からの材料の除去速度であり、例えば基板が実質的なステップ高さを提示するプロセス中の段階でパターン誘電体の隆起部からの誘電体材料の除去などである。「ブランケット除去速度」とは、研磨ステップの最後における平坦化された（すなわち、「ブランケット」）誘電体材料からの誘電体材料の除去速度を指し、そのとき、ステップ高さは、十分に（例えば、本質的に全体的に）減少している。
【０００９】
高い活性除去速度に加えて、誘電体基板を処理する際に重要となる別の性能要因は、平坦化効率（ＰＥ）であり、これは「トレンチ損失」と関係している。隆起部誘電体材料の除去中、トレンチ材料の量もまた、除去される。このようなトレンチからの材料の除去は、「トレンチ損失」と称される。有用なＣＭＰプロセスでは、トレンチからの材料の除去速度は、隆起部からの除去速度をはるかに下回っている。このため、隆起部の材料が、（トレンチから除去される材料と比較してより速い速度で）除去されるため、パターン誘電体は、処理される基板表面の「ブランケット」領域、例えば「ブランケット誘電体」または「ブランケット酸化物」と称され得る平坦化された表面になる。トレンチ損失は、初期のステップ高さを取り除くことによりパターン材料の平坦化を達成する際の、トレンチから除去された材料の量（厚さ、例えば、オングストローム（Å）で）である。トレンチ損失は、初期のトレンチの厚さ−最終のトレンチの厚さとして算出される。平坦化効率は、平坦な表面に到達するまでの間に生じるトレンチ損失の量当たりの達成されるステップ高さ減少量、すなわちトレンチ損失で除したステップ高さ減少量に関係する。
【００１０】
種々の化学成分は、ＣＭＰ組成物の中で使用され、トレンチ損失、平坦化効率、及び除去速度を改善し、または制御することができる。ある特定の化学物が、スラリーにおいて使用され、例えば除去速度を制御することによってトレンチ損失を制御し、これらの化合物は、時々「阻害剤」と称される。しかし、これらの阻害剤はまた、活性除去速度を低下させる効果も有する。平坦化効率を改善しようとすると、化学成分を添加することが有用であるが、その化学成分が、スラリーまたはＣＭＰプロセス上で、スラリーの不安定性、被処理基板における欠陥の増加、または活性除去速度における実質的な減少などの別の決定的な悪影響をも引き起こさない場合に限る。
【００１１】
種々の誘電体研磨ステップ（例えば、ＳＴＩ処理中またはＮＡＮＤもしくは３Ｄ−ＮＡＮＤ基板を処理するとき）では、パターン誘電体の除去速度は、そのプロセス全体の律速因子である。したがって、パターン誘電体の高い除去速度が、必要とされる。また、高い平坦化効率が強く所望されるが、この高い平坦化効率は、活性除去速度における実質的な減少を伴わずに達成することができる場合に限る。
【発明の概要】
【００１２】
本明細書では、ＣＭＰ組成物（「スラリー」としても知られる）、及びＣＭＰ組成物を使った方法が説明されており、誘電体材料の領域を含む基板、すなわち誘電体材料、特に隆起部及びトレンチを含むパターン誘電体を有する基板表面の少なくとも一部を伴う基板を処理する（例えば、平坦化する、研磨する）。この基板は、誘電体材料の一部を含むいかなる基板とすることができ、例として、フラットパネルディスプレイ、集積回路、メモリもしくは固定ディスク、層間絶縁膜（ＩＬＤ）素子、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）、３Ｄ  ＮＡＮＤデバイス、特にシャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）プロセスにより処理される任意のデバイスへの製造に適用される基板を含む。
【００１３】
パターン誘電体は、ＣＭＰ処理を使って処理され、基板表面の「活性」または「パターン」領域から誘電体材料の隆起部を除去する。パターニングされた表面のステップ高さは、ＣＭＰ処理中に減少し、実質的に取り除かれるため、機械的相互作用は、ＣＭＰパッドの表面での凸凹（微小表面構造）と、表面上のトレンチでの誘電体材料との間で増大する。このことは、結果として、トレンチでの誘電体材料の除去、すなわち完全平坦化に向かう途上の「トレンチ損失」を増大させる。トレンチ損失を最小化し、同時に、実行可能な最小の最終ステップ高さを達成することが所望され、平坦化効率として測定される。
【００１４】
また、これらのプロセスにおける非常に重要なことは、誘電体材料の活性領域における除去速度である。平坦化効率を改善することは、その改善が、活性領域における誘電体材料の除去速度の顕著な減少を伴わない場合に限り、単に有利であるにすぎない。
【００１５】
誘電体表面のＣＭＰ研磨の平坦化効率は、ＣＭＰ組成物の中に化学添加物を含ませることにより改善し、小さいトレンチ損失で許容可能な最終ステップ高さを達成することができる。平坦化効率を増強するいくつかの過去の試みでは、ＣＭＰ組成物に種々のアルキル含有化合物が添加された。これらの過去の試みは、一般に、平坦化効率が改善する場合であっても、活性誘電体材料の除去速度の減少を引き起こした。ＣＭＰ組成物に添加された多くのアルキル含有化合物は、誘電体材料の除去速度を実質的にまたは完全にすら停止させ、平坦化効率におけるどんな利得の価値も帳消しにした。さらに、水溶性ＣＭＰ組成物中の化学添加物の長いアルキル鎖は、ＣＭＰ処理中に発泡を引き起こすことができ、また水中のアルキル含有化合物の溶解度も低下させ、水溶性ＣＭＰ組成物中の当該化合物の潜在的な有用性を限定する。挙げ句のはてに、アルキル基が、ＣＭＰスラリーの研磨粒子とあまりに強く相互作用する場合、アルキル含有添加物は、保管中または使用中に研磨粒子の沈殿または沈降を引き起こす凝集の原因となり得る。
【００１６】
他の取り組みでは、パターン誘電体処理における平坦化効率を改善しようとして、糖がＣＭＰ組成物に添加されてきた。糖分子が、水素結合相互作用によりＣＭＰ基板の表面で誘電体材料と関係している可能性があるといわれている。いくつかの例では、これらの水素結合相互作用は、ある特定のスラリー及び処理環境において平坦化効率を改善するために有効であり得る。しかし、２００ミリメートルウエハを処理するときに存在できた改善された平坦化効率を、３００ミリメートルウエハを処理することに置き換えることは、困難である。３００ｍｍウエハを使った改善効率の失敗は、糖分子と誘電体基板表面との間の水素結合相互作用が、クーロン力の相互作用ほど強くなく、また、３００ミリメートルウエハを処理することが、水素結合のみに基づく相互作用に打ち勝つのに十分である場合、圧盤が大きいほどその圧盤の視線速度が大きくなることに起因し得る。
【００１７】
三次元シクロデキストリン及び他の「管状」もしくは環状クラスレート化合物が、酸側基（またはその塩）を有するポリマー、ポリアクリル酸などの１，０００〜１，０００，０００の範囲の分子量を有するポリマーと組み合わせて存在する場合、ある特定のＣＭＰ組成物において有用となり得るものとして述べられている。米国特許出願第２０１２／０２７０４００号を参照されたい。
【００１８】
本発明の説明によれば、特定の種類の糖化合物（シクロデキストリン）を、ある特定の種類のアルキル含有化合物、例えばいくつかのアルキルアミン化合物と組み合わせると、誘電体基板のＣＭＰ処理（例えば、バルク酸化物ＣＭＰ）において、パターン誘電体材料の除去速度の許容不能な減少を伴わずに、平坦化効率を改善するために有効であることが示されている。
【００１９】
改良型誘電体用のＣＭＰスラリーの開発は、高い競争力を持つ。様々な供給元が、これらのプロセス用セリア系スラリーを開発することに何年も費やしてきた。本明細書に説明されているように、スラリー中にアルキルアミン及びシクロデキストリンを組み合わせ、またセリア系研磨粒子を含有させることにより、平坦化効率を改善しながら、高いパターン誘電体（例えば、ＴＥＯＳ）除去速度をもたらす。平坦化効率は、それが、最終的なステップ高さ（平坦化の度合い）、及び単位メートル当たりのトレンチ損失量の両方に関係することから、通常、バルク酸化物除去用組成物の単一の最も重要な特性である。最良の平坦化効率をもたらすＣＭＰ組成物を提供する供給元は、この組成物を順調に販売する上でかなり有利な位置にある。
【００２０】
バルク酸化物ＣＭＰ処理における平坦化効率の改善をもたらすことが可能な多くの化学添加物候補は、誘電体材料の除去速度を減速することによって機能し、スループット効率を犠牲にする。このことは、より遅い除去速度が許容され得るＣＭＰ用途に対して好適であり得るが、減速した活性除去速度は、現在商業的に重要性の高い多くの基板、例えば３Ｄ  ＮＡＮＤ基板を処理するには有用ではない。
【００２１】
平坦化効率を改善するための以前の多くの添加物と異なって、本明細書に説明されたアルキルアミン及びシクロデキストリンの組み合わせは、減速された除去速度に依存せず、平坦化効率を改善する。本開示における化学システムのこの重要な特性は、除去速度の減少を受容する余裕がなく、さらに依然として平坦化効率の改善を望むユーザにとって極めて望ましい。このことは、３Ｄ  ＮＡＮＤ用途に対しては、特に重要である。これらの用途の場合、パターニングされた酸化物形体の初期のステップ高さは、約４マイクロメートルとすることができ、これは、大量の誘電体除去が、形体を平坦化するのに必要であることを意味する。初期のステップ高さが大きいことは、ユーザが、スループットを最大化するために、高い除去速度を期待し、または必要とするにもかかわらず、増大する平坦化効率の方を好んで、低下するどんな除去速度のＣＭＰ組成物も渋々受け入れてしまうことを意味する。本明細書に説明されているように、アルキルアミンを含有する組成物は、アルキルアミンの存在により、改善された平坦化効率を提示することができるが、さらに、シクロデキストリンがアルキルアミンと組み合わせて含まれている場合、高い誘電体除去速度を維持する（アルキルアミンなしで存在する除去速度に対して実質的に低下していない）ことが見出された。
【００２２】
より詳細には、有用なアルキルアミンそれ自体は、平坦化効率の効果を有することができる。しかし、所望の改善レベルを達成するため、（シクロデキストリンなしで使用される場合）相対的に多くのアルキルアミンの量が必要となり得る。アルキルアミンが大量であることは、活性誘電体材料の除去速度を低下させるという所望されない効果を有し、平坦化効率の改善を帳消しにすることがある。本発明者は、平坦化効率の所与の改善のために、アルキルアミンと一緒にスラリー中にシクロデキストリンを含ませることによって、改善を達成するのに必要なアルキルアミンの量を実質的に減らすことができ、アルキルアミンは、シクロデキストリンとの合成物を形成することができることを発見した。スラリー中にシクロデキストリンが存在することにより、アルキルアミンの低下したレベルが、平坦化効率における所与の改善を効果的に達成することができ、アルキルアミンの低下したレベルは、所望の改善を生み出すのに十分であり、誘電体材料の除去速度の実質的な低下を回避するのに十分小さくすることができる。例えば、シクロデキストリンがアルキルアミンと一緒に存在する場合、平坦化効率における所望の改善をもたらすのに必要なアルキルアミンの量は、実質的に、例えば、シクロデキストリンもまた、スラリー中に存在しない場合の、平坦化効率における同じ所望の改善を達成するために有効であるアルキルアミンの量の５０パーセント未満、４０、３０、または２０パーセント未満とすることができる。
【００２３】
一態様では、本発明は、誘電体材料を処理するために有用な化学機械平坦化組成物に関する。本組成物は、液体担体と、液体担体中に陽イオン性に帯電した研磨粒子と、α−、β−、γ−シクロデキストリン、またはこれらの組み合わせから選択されたシクロデキストリンと、スラリー中のシクロデキストリンと複合体を形成することが可能なアルキル基に結合されたアミン基を含むアルキルアミン化合物と、を含み、当該組成物は、７未満のｐＨを有し、アミン基は、スラリー中で陽イオン性帯電を示す。
【００２４】
別の態様では、本発明は、基板の誘電体含有表面を研磨する方法に関する。本方法は、誘電体材料を含む表面を備える基板を提供することと、研磨パッドを提供することと、水性溶媒、水性溶媒中に分散された研磨粒子、アミン基及び少なくとも５個の炭素原子を有するアルキル基を有するアルキルアミン、ならびにシクロデキストリンを含む化学機械研磨組成物であって、当該組成物は、７未満のｐＨを有し、スラリー中のアミン基は、陽イオン性の電荷を有する組成物を提供することと、基板を研磨パッド及び化学機械研磨組成物に接触させることと、基板に対して研磨パッド及び化学機械研磨組成物を移動させ、基板の表面上の誘電体層の少なくとも一部分を摩耗させて基板を研磨することと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の組成物の性能情報を含む図である。
【図２】本発明の組成物の性能情報を含む図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
「ＣＭＰ組成物」は、以下に記載され、また「ＣＭＰスラリー」、「研磨組成物」などとも称され、基板の誘電体含有表面から誘電体材料を除去するために有用である。スラリーは、パターン誘電体材料の領域を包含する基板の表面をＣＭＰ処理するのに有用であり、研磨、バルク除去などと称される除去プロセスを含む。好ましいスラリーは、パターン誘電体材料の高い除去速度を伴うパターン誘電体材料のバルク除去に有用であり、低いトレンチ損失及び高い平坦化効率と組み合わされている。
【００２７】
記載されているスラリーは、液体キャリアと、液体キャリア中に分散された研磨粒子と、シクロデキストリン、シクロデキストリンと複合物を形成することが可能なアルキルアミン化合物と、を含む。このスラリーは、他の化学材料、添加物、または少数の内容物、特に界面活性剤、触媒、酸化剤、阻害剤、ｐＨ調整剤を任意選択的に含むことができる。
【００２８】
このＣＭＰ組成物は、シクロデキストリンを含む。シクロデキストリンは、多数の糖分子でできたよく知られた化合物群であり、三次元管状または環状リング構造に形成され、そのような化合物は、環状オリゴ糖と称される。シクロデキストリンは、各単位同士間を１〜４個の結合により接続されたα−Ｄ−グルコピラノシド分子単位（図の下方を参照）から成る。説明されているように、研磨スラリーにおいて有用なシクロデキストリンの形状は、六員環であるα（アルファ）−シクロデキストリン、七員環であるβ（ベータ）−シクロデキストリン、八員環であるγ（ガンマ）−シクロデキストリンを含む。
【化１】
2019507207.tif 000003
【００２９】
シクロデキストリンは、組成物中に所望のシクロデキストリン−アルキルアミン複合体の量の存在をもたらすために有効な量でＣＭＰ組成物中に存在することができ、特に、シクロデキストリンを含有していないそれ以外の同じスラリーに対して、平坦化効率、誘電体材料の除去速度、またはそれらの両方などのスラリーの性能特性に影響を及ぼす。
【００３０】
本発明によれば、本明細書中に説明されているように、シクロデキストリンがパターン誘電体を処理するための、アルキルアミン化合物をも含有するＣＭＰスラリー中に存在する場合、パターン誘電体除去速度は、シクロデキストリンの存在により改善することができる。別の言い方をすれば、アルキルアミンは、平坦化効率を改善するのに有用であるが、単一で（シクロデキストリンなしで）使用される場合、アルキルアミンはまた、パターン誘電体の除去速度を著しく低下させることができる。スラリー中に存在するシクロデキストリンは、アルキルアミンにより提供された平坦化効率の改善を可能にし、同時にパターン誘電体除去速度の実質的な低下を防ぐことが見出された。シクロデキストリンは、アルキルアミンが平坦化効率を改善するように機能することができるが、アルキルアミンはパターン誘電体除去速度の著しい減少を引き起こすことを防ぐことができる。このため、好ましい組成物実施形態によれば、（アルキルアミンをも含有する）スラリーが誘電体材料のＣＭＰ除去ステップに使用される場合、同一の、ただしシクロデキストリンを含有しないスラリーを使った同一のプロセスの除去速度に対して、そのプロセスの除去速度が増加するような量で、シクロデキストリンをその組成物中に含めることができる。
【００３１】
ＣＭＰ組成物中のシクロデキストリンの特定量は、処理される具体的な基板、ならびに、例えば研磨粒子、アルキルアミン、触媒、酸化剤、阻害剤などの種類及び量などの、スラリー中の他の内容物の種類及び量などの因子に依存し得る。ある特定の有用な実施形態では、シクロデキストリンは、組成物の全重量を基準として約０．０１〜約２重量パーセントのシクロデキストリン、例えば約０．０２〜約１．５重量パーセントの範囲内の量でスラリー中に存在することができる。これらの量は、ＣＭＰ組成物を使用する箇所の場合であり、ＣＭＰ濃縮組成物の場合は、より多くなる。
【００３２】
アルキルアミン化合物（または略してただ単に「アルキルアミン」）は、スラリー中に存在する場合、シクロデキストリン−アルキルアミン複合体（以下を参照）を形成し、同時に基板の誘電体含有表面を効果的に処理するＣＭＰ組成物を作り出す任意の種類のものとすることができる。好ましくは、アルキルアミンは、アルキルアミン、シクロデキストリン、及びシクロデキストリン−アルキルアミン複合体を含有するスラリー、かつ、平坦化効率、及びパターン誘電体の望ましくは高い除去速度の所望の組み合わせなどの処理特性の有用なまたは有利な組み合わせを示すスラリーを生成するように、選択することができる。
【００３３】
誘電体含有基板表面を処理するためのＣＭＰ組成物の内容物選択を考慮することの中には、ある特定のアルキル含有化合物（例えば、窒素含有アルキル含有界面活性剤）を包含する、ある特定の種類の化学材料が、ＣＭＰ処理中にシリコン酸化物（例えば、ＴＥＯＳ）などの誘電体材料の除去を阻害することができることが含まれる。したがって、説明されているように、ある特定の種類のアルキルアミンは、誘電体含有基板表面の処理における平坦化効率を改善するスラリー中に含まれることができる。しかし、平坦化効率を改善するスラリー中にアルキルアミンを含めることは、アルキルアミンがパターン誘電体の除去速度に実質的な低下をもたらす場合、望ましくない。説明されているように、アルキルアミンと一緒にスラリー中にシクロデキストリンを含めることは、アルキルアミンは、誘電体除去速度において実質的な低下を引き起こさずに、平坦化効率の所望の改善を提供することを可能にする。例えば、平坦化効率における所与の改善は、シクロデキストリンもまた存在する場合、より少ないアルキルアミンの量を用いて達成することができる。
【００３４】
説明されているように、好ましいアルキルアミン化合物は、スラリー中に含まれることができ、また平坦化効率における所望の改善を作り出し、同時にまた、パターン誘電体の除去速度における所望されない低下を引き起こさない。典型的な実施形態では、アルキルアミンは、シクロデキストリンをもまた含有するスラリー中に存在し、アルキルアミンとシクロデキストリンとの組み合わせを含有していない例外の同じスラリーに対して、２５、１５、１０、または好ましくは５パーセント超だけしかパターン誘電体の除去速度を低下させない量で、存在することができる。
【００３５】
アルキルアミンは、アルキル基（式ＩではＲ１として識別されている）を含み、このアルキル基は、飽和時の一般式ＣｎＨ２ｎ＋１を有する炭化水素を意味し、ただし、任意選択的にいくつかの不飽和量、例えば１、２、または３個の炭素−炭素二重結合、置換、またはヘテロ原子を含んでもよい。アルキル基は、直鎖状または分岐状であってもよい炭化水素鎖を含む。アルキル基は、置換されていてもよいか、または置換されていなくてもよく、例えば、アルキル基は、炭素結合水素原子の代わりに、ハロゲン原子、水酸基などの１つ以上の非水素置換基を任意選択的に含んでもよい。アルキル基は、またヘテロ原子（酸素、硫黄、窒素）を含むこともでき、この基は、帯電されていてもよいか、または帯電されていなくてもよい。好ましいアルキル基は、帯電されておらず、ヘテロ原子または置換を含有する必要がなく、飽和されていてもよく、またはせいぜい小さな不飽和レベル、例えば１、２、もしくは３個の炭素−炭素二重結合を含む。
【００３６】
アルキルアミン化合物は、化学技術において一般に理解されている「ポリマー」または「オリゴマー」ではない比較的低い分子量の分子である。また、このアルキルアミンは、１個の酸性基もまたは複数の酸性基も必要とせず、好ましくは含まない。したがって、このアルキルアミン化合物は、米国特許出願第２０１２／０２７０４００号に記載の「ポリマー化合物」とは異なり、それらのポリマーは、１モル当たり少なくとも１，０００グラムの分子量を有し、１個のペンダント酸性基または多数のペンダント酸性基を含有する。その特許出願に記載されているポリマー組成物とは対照的に、本出願で説明されているアルキルアミン化合物は、非ポリマーかつ非オリゴマー化合物と考えられる種類の比較的小さい分子である。アルキルアミン化合物の分子量は、１モル当たり１，０００グラム未満、例えば１モル当たり９００、８００、７００、または５００グラム未満とすることができる。この分子量範囲内に入れるため、アルキル基（例えば、式Ｉ中のＲ１）は、７５個未満の炭素原子、例えば５０、４０、３０、または２０個の炭素原子を含有することができる。本出願に記載のアルキルアミンもまた、米国特許出願第２０１２／０２７０４００号（ポリマー骨格からの側鎖として）に記載されているような酸性基（例えば、カルボン酸基）の存在を必要とせず、かつ除外することができる。
【００３７】
アルキル基は、その基が、シクロデキストリン分子の開放された、通常疎水性の内部空間内に配置されるようになることが可能な化学構造を有し、例えば、アルキルアミン分子が、スラリー中でシクロデキストリン分子と一緒に存在する間中、説明されたアルキルアミン−シクロデキストリン複合体を形成する。複合体を形成するため、アルキル基は、好ましくは相対的に直鎖状または非高度分岐状としてもよく、その結果、その基は、シクロデキストリン化合物の疎水性内部に固定してかつ熱力学的に配置されるようになることが可能になる。アルキル基が、シクロデキストリン分子の内部空間に配置されているとき、（実質的に疎水性でもある）アルキル基は、２つの分子間に共有またはイオン化学結合を伴わずにシクロデキストリン分子の内部空間と関連付けられていると考えられている。
【００３８】
アルキル基はまた、液状担体中で、結果としてあるレベルの溶解度を有するアルキルアミン化合物の１つとすることができ、その液状担体により、アルキルアミン化合物の所望の量（濃度）が、輸送、保管、及び使用中の有用な安定性を伴って（濃縮液としてか、または使用箇所において）ＣＭＰ組成物中で溶解するようになることを可能にする。アルキル基の長さが長いほど、より短い長さのアルキル基と比較して、水性溶媒（すなわち、水性担体）中で可溶しにくくすることができる。
【００３９】
アルキルアミン化合物のアミン基は、第一級アミン、第二級アミン、第三級アミン、または第四級アンモニウムとすることができる。アミン基は、７未満のｐＨを有するスラリー中に存在する場合などの中性から低いｐＨでプラスに帯電させることができる。アミン基のｐＫａは、使用中、スラリーのｐＨ超とすることができ、その結果、アミン基は、使用中、スラリーの中で、例えば４超、５超、または８もしくは９超、例えば第一級アルキルアミンの場合、約９〜約１１の範囲内で、陽イオン性となる。
【００４０】
スラリー中でシクロデキストリンを伴い、説明されたような良好な性能特性を有する複合体を形成することができるアルキルアミンのいくつかの非限定例は、式Ｉの構造を有する化合物を含む。
【化２】
2019507207.tif 000004
式中、
ｎは、１または２などの整数、好ましくは１であり、
Ｘは、Ｎ＋であり、
Ｒ１は、非荷電、直鎖状、もしくは分岐状、飽和もしくは不飽和（例えば、１、２、または３個の炭素−炭素二重結合を含有する）アルキル基であり、５〜約７５個の炭素原子を含有し、
Ｒ２、Ｒ３、及びＲ４は、独立して
水素、
置換されていてもよいか、もしくは置換されていなくてもよく、ヘテロ原子を任意選択的に含んでもよく、かつ１２個未満の炭素原子を含有する、アリール基もしくはシクロアルキル基、
置換されていてもよいか、もしくは置換されていなくてもよく、ヘテロ原子を任意選択的に含んでもよく、かつ１２個未満の炭素原子を含有する直鎖状もしくは分岐状、飽和もしくは不飽和アルキル基、から選択することができ、
Ｒ２、Ｒ３、及びＲ４のうちの２つまたは３つは、置換されていてもよいか、もしくは置換されていなくてもよく、ヘテロ原子を任意選択的に含んでもよい飽和もしくは不飽和環構造を形成することができ、環及び任意選択的置換基は、１２個未満の炭素原子を含有する。
【００４１】
式Ｉにおいて、各Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、及びＲ４は、置換され、帯電され、飽和され、または不飽和されているアルキル基でもよく、ヘテロ原子を含有するアルキル基でもよい。Ｘ原子は、スラリーｐＨにより、ＣＭＰプロセスでの使用中のスラリーの中で、陽イオン性に帯電し、例えば、そのＸ原子は、使用中のスラリーの中に存在する場合、Ｎ＋となる。「置換された」基（例えば、置換アルキル）とは、炭素結合された水素原子が、非水酸原子（例えば、ハライド）、またはアミン、水酸化物などの官能基によって内部で置き換えられる基を指す。ある特定の実施形態では、ｎは、１または２である。ｎが１である場合、化合物は、陽イオン性に帯電した窒素イオン（Ｎ＋）であるＸ原子の存在に基づいて、モノカチオン性となる。
【００４２】
ある特定の実施形態では、アルキルアミンは、式Ｉで表される通りであり、
式中、Ｘは、Ｎ＋であり、
Ｒ１は、非荷電、直鎖状、もしくは分岐状、飽和もしくは不飽和のアルキル基であり、好ましくは置換されておらず、好ましくはヘテロ原子を含まず、５〜約４０個の炭素原子を含有し、
各Ｒ２、Ｒ３、及びＲ４は、独立して、水素、または１〜６個の炭素原子を有するアルキル（例えば、飽和アルキル、例えば飽和直鎖状アルキル）である。
【００４３】
他の実施形態では、アルキルアミンは、式Ｉの通りであり、式中、Ｘは、Ｎ＋であり、Ｒ１は、５〜３０個の炭素原子を含有する直鎖状、飽和、非荷電のアルキル基であり、Ｒ２、Ｒ３、及びＲ４は、説明されている通りであり、例えば、独立して、水素、及び１〜６個または１〜３個の炭素原子などの１２個未満の炭素原子を含有するアルキル基、から選択することができる。特にそのような実施形態では、各Ｒ２、Ｒ３、及びＲ４は、水素とすることができる。
【００４４】
ある特定の実施形態では、Ｒ１は、単なるアルキル基であるか、またはＲ１〜Ｒ４群のいかなる非水素群のうちで最も大きいアルキル基である。Ｒ１は、シクロデキストリン分子と関連付け、シクロデキストリン−アルキルアミン複合体を形成するアルキルアミン化合物のアルキル基と考えられることが可能である。例えば、Ｒ１は、５〜７５個の炭素原子、例えば６〜４０、５０、または６０個の炭素原子、または７〜１５、２０個の炭素原子を含有することができ、Ｒ１は、その炭素骨格に沿って、または炭素骨格に取り付けられた水素原子を置き換える置換基として、１個以上のヘテロ原子を任意選択的に含有することができ、またＲ１は、飽和、もしくは不飽和（例えば、骨格に１、２、または３個の炭素−炭素二重結合を含有することができる）、直鎖状、もしくは分岐状とすることができる。シクロデキストリン分子の内部空間と関連付けしているＲ１を簡単にするため、Ｒ１は、好ましくは飽和され、またはほとんど飽和されている非帯電直鎖アルキル基、例えば５〜２０個、例えば６〜１８個、例えば７〜１８個の炭素原子を有する直鎖アルキルであってもよい。
【００４５】
ある特定の実施形態では、各Ｒ２、Ｒ３、及びＲ４は、独立して、水素、またはＲ１より少ない炭素原子、例えば多くても８、１０、１２、もしくは２０個の炭素原子、例えば１〜１０個の炭素原子、１〜８個、１〜６個、または１〜４個の炭素原子を含有する直鎖状もしくは分岐状アルキル基である。いくつかの実施形態では、Ｒ２、Ｒ３、及びＲ４は、すべて水素である。
【００４６】
ある特定の実施形態では、アルキルアミンは、ペンチルアミン、ヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、ウンデシルアミン、ドデシルアミン、Ｎ−ラウロイルサルコシン、ｔｅｒｔ−オクチルアミン、Ｎ−メチル−Ｎ−オクチルアミン、ジヘキシルアミン、Ｎ−（ｓｅｃ−ブチル）−Ｎ−プロピルアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルデシルアミン、これらの官能基をそれらの構造内に含有するより大きな分子、及びこれらの組み合わせから選択することができる。
【００４７】
有用なまたは好ましいとして説明されたアルキルアミン化合物とは対照的に、ある特定の他のアルキルアミン化合物は、例えばパターン誘電体の除去速度における実質的な低下を伴わずに改善された平坦化効率を提供することが可能であると説明されたような好ましいＣＭＰ組成物を提供するには有効ではない。これらの例としては、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’，−ペンタメチル−Ｎ−タロウ−１，３−プロパンジアンモニウムジクロライド、ならびに１，６−ジアミノヘキサン、１，８−ジアミノオクタン、及び１，１２−ジアミノドデカンなどのいくつかのジアミンが含まれる。
【００４８】
アルキルアミンは、誘電体含有基板表面を処理する場合、改善された平坦化効率などのスラリーの所望の処理性能特性を提供するのに有効な量でスラリー中に含められることができる。例えば、アルキルアミンは、そのアルキルアミンの同じ種類及び量を含有していないそれ以外の同じスラリーと比較して平坦化効率を改善する量でスラリー中に含められることができる。また、スラリー中にシクロデキストリンも存在していると、スラリーのパターン誘電体除去速度もまた、高くなり、例えばアルキルアミンが存在することにより、実質的にそれほど低下しない。
【００４９】
特別なスラリー中に使用されるアルキルアミンの量は、処理される（例えば、研磨される）具体的な基板、及びスラリー中の他の内容物などの因子に依存し得る。ある特定の有用な実施形態では、アルキルアミンは、使用箇所で（すなわち、ＣＭＰ処理中）、その組成物の全重量を基準として約０．００１〜約０．５重量パーセントのアルキルアミン、例えば約０．０１〜約０．５重量パーセントのアルキルアミンの範囲内の量で、スラリー中に存在することができる。これらの量は、使用箇所でのＣＭＰ組成物にとって有用であり、例えば「組成物を使用する」とは、ＣＭＰ処理中に使用する間のスラリーの中で、を意味し、より高いレベルのアルキルアミンが、ＣＭＰ濃縮組成物中に存在することになる。
【００５０】
シクロデキストリンに対して、アルキルアミンの量は、複合体の所望の量がスラリー中に形成することが可能な量とすることができる。シクロデキストリンに対するアルキルアミンの有用な量は、おおよそシクロデキストリン及びアルキルアミンの化学量論量である量、すなわちこれらの２つの化合物のおおよその等モル量としてよい。例えば、シクロデキストリンに対するアルキルアミンのモル比は、１モルのシクロデキストリン当たり０．５〜１．５モルのアルキルアミン、例えば１モルのシクロデキストリン当たり０．７５〜１．２５モルのアルキルアミン、または１モルのシクロデキストリン当たり約０．９〜１．１モルのアルキルアミンの範囲内にあってもよい。
【００５１】
代替的に、アルキルアミンが２つのアルキル置換基（例えば、式ＩのＲ１及びＲ２が両方ともアルキル基である）を含むある特定の実施形態によれば、シクロデキストリンに対するアルキルアミンのモル比は、例えば（２つのアルキル置換基を有する）１モルのアルキルアミン当たり約２モルのシクロデキストリンの範囲内で異なってもよく、より一般的には、１モルのアルキルアミン当たり１〜３モルのシクロデキストリン、例えば１モルのアルキルアミン当たり１．５〜２．５モルのシクロデキストリンの範囲内で異なってもよい。
【００５２】
本明細書で説明されているようなスラリー中では、アルキルアミンは、５個以上の炭素原子を含有する少なくとも１つの置換基（式ＩのＲ１）を有し、α−、β−、またはγ−シクロデキストリンと一緒に複合体を形成することが可能である。理論にとらわれずに、アルキルアミン化合物のアルキル基は、単一のシクロデキストリン分子と関連付けられるようになることができ、「複合体」を形成する。アルキル基は、アルキル基とシクロデキストリンとの間で形成される化学的結合（共有またはイオン）なしに、環状（管式、環式）シクロデキストリン分子の疎水性内部空間に配置されるようになることができる。シクロデキストリン分子と関連付けられて、そのように配置されたアルキルアミン分子は、本明細書中で「シクロデキストリン−アルキルアミン複合体」または単に「複合体」と称される。この複合体は、シクロデキストリン分子から離れるように拡がっているアミン基を含有するアルキルアミンの一部を含む。
【００５３】
スラリー中に存在する複合体の量は、スラリー中のアルキルアミンの量、スラリー中のシクロデキストリンの量、スラリー中の他の内容物の量及び種類、ならびにアルキルアミン（特にアルキル基）の化学的同一性、及びスラリーの各状態におけるシクロデキストリン化合物と関連し、かつ一緒に複合体を形成するその傾向、すなわちアルキルアミン及びシクロデキストリン分子と、複合体との間の平衡定数に依存する。好ましくは、アルキルアミンの量が高いと、シクロデキストリンと一緒に複合化されるようになり、例えばアルキルアミンの少なくとも５０、７０、８０、９０パーセント以上が、アルキルアミンとの複合体の一部となる。非複合化アルキルアミンの存在は、例えば、使用中または（沈降形式の）保管中に所望されない凝集、及び研磨粒子の粒子サイズの増大を引き起こすことによって、研磨粒子の不安定性を作り出す影響をもたらす可能性がある。説明されているように、組成物は、保管中及び使用中は、安定であることが好ましく、したがって、複合体の形で、高いパーセンテージのアルキルアミン化合物を含むことが好ましい。任意選択的に、かつ好ましくは、シクロデキストリンの量は、化学量論的に過剰な量、例えば、非複合化アルキルアミン化合物の存在を回避するため、（モル基準上での）アルキルアミン化合物当たり少なくとも１、３、または５パーセント過剰のシクロデキストリンの量とすることができる。
【００５４】
一般的に、複合体は、誘電体含有基板表面を研磨する場合、スラリーの所望の処理性能特性を提供するのに有効な量で存在することができ、そのような特性は、所望の平坦化効率及び所望のパターン誘電体除去速度を含んでいる。複合体の特別な量は、処理される具体的な基板、及び研磨粒子などのスラリー中の他の内容物などの因子に基づいて選択することができる。ある特定の有用な実施形態では、アルキルアミン−シクロデキストリン複合体は、組成物の全重量を基準として約０．００１〜約２．５重量パーセントの複合体、例えば、組成物の全重量を基準として約０．０１〜約０．５重量パーセントの複合体の範囲の量でスラリー中に存在することができる。これらの量は、使用箇所でのＣＭＰ組成物中の複合体の量を指し、したがって、濃度がより高い複合体が、ＣＭＰ濃縮物中に存在することになる。
【００５５】
説明されているように、スラリーは、任意の有用な種類または量の研磨粒子を含むことができる。好ましいスラリーは、パターン誘電体、例えば基板表面のパターン酸化物領域などの基板の誘電体領域を研磨または平坦化するために有効である粒子を含む。好ましい研磨粒子の例としては、セリア（例えば、ＣｅＯ２）、ジルコニア（例えば、ＺｒＯ２）、シリカ（任意の各種形状）、またはこれらの組み合わせが含まれ、好ましくは、そのような粒子は、酸性ｐＨを有するように説明されているスラリー中に存在する場合、陽イオン性の電荷を有する。
【００５６】
スラリーは、パターン誘電体を研磨する際、特に有用であり得ることから、その粒子は、基板表面から銅、銀、タングステン、または別の金属などの金属材料を除去する目的で含まれている研磨粒子の実質的ないかなる量も必要とせず、好ましくは除外することができる。したがって、好ましいスラリーの研磨粒子は、好ましくは陽イオン性に帯電したセリア粒子、ジルコニア粒子、シリカ粒子、またはこれらの組み合わせから構成され、または本質的に構成され得、好ましくは金属基板表面を研磨または平坦化するのに有用な粒子のごくわずかな量をも除外することができ、そのような粒子は、金属表面を研磨するために有用であることが知られているある特定の種類の金属酸化物、例えばアルミナ粒子を含む。そのようなスラリーは、全重量スラリーを基準とした、セリア系、シリカ系、またはジルコニア系粒子以外のせいぜい０．１重量パーセントの研磨粒子、例えば、全重量スラリーを基準とした、セリア、シリカ、またはジルコニア系粒子以外の０．０５または０．０１重量パーセント未満の研磨粒子を含むことができる。交代で、述べられているように、そのようなスラリーは、スラリー中の全重量研磨粒子当たり、セリア系、シリカ系、またはジルコニア系粒子以外のせいぜい０．５重量パーセントの研磨粒子、例えば、スラリー中の全重量研磨粒子当たり、セリア系、シリカ系、またはジルコニア系粒子以外の０．１、０．０５、または０．０１重量パーセント未満の研磨粒子を含むことができる。これらの量は、使用箇所でのＣＭＰ組成物の場合であり、より高い濃度の研磨粒子が、ＣＭＰ処理において使用するために希釈されたＣＭＰ濃縮組成物中に存在することになる。
【００５７】
好ましいコロイド状の研磨粒子は、酸性ｐＨでＣＭＰ組成物中に存在している場合、正電荷または「ゼータ電位」を有する。ＣＭＰスラリー中の粒子上の電荷は、一般にゼータ電位（または運動電位）と称される。粒子のゼータ電位は、その粒子を取り囲んでいるイオンの電荷と、ＣＭＰ組成物のバルク溶液の電荷との間の電位差を指す（例えば、液状担体及びその中に溶解されている任意の他の含有成分）。ゼータ電位は、一般に、水性溶媒のｐＨに依存する。所与のＣＭＰ組成物の場合、その粒子の等電点は、ゼータ電位がゼロとなるｐＨとして定義される。ｐＨが、等電点から離れるように増加または減少するにつれ、表面電荷（したがってゼータ電位）は、それに対応して（負または正のゼータ電位の値に向かって）減少または増加する。ＣＭＰ組成物などの分散のゼータ電位は、Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ（Ｂｅｄｆｏｒｄ  Ｈｉｌｌｓ，ＮＹ）から市販されているＭｏｄｅｌ  ＤＴ−１２０２  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−ａｃｏｕｓｔｉｃ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒを使って取得することができる。
【００５８】
本発明のある特定の実施形態によれば、ＣＭＰ組成物中の研磨粒子（例えば、セリア研磨粒子）のゼータ電位は、その粒子が組成物中に存在する場合、正となり、例えば、少なくとも２０ミリボルト（ｍＶ）のゼータ電位、好ましくは２０〜７０ｍＶの範囲内のゼータ電位となる。具体的なゼータ電位は、スラリーのｐＨにより影響を受け、ＣＭＰ組成物が使用されるＣＭＰプロセスの種類に基づいて有用な範囲内で選択することができる。例えば２０〜４０ｍＶの有用な範囲の下方端におけるゼータ電位は、誘電体、例えばシリコン酸化物の選択除去を使用するＣＭＰプロセスに好適となり得る。例えば、５０〜７０ｍＶの有用な範囲の下方端におけるゼータ電位は、シリコン酸化物、例えばＴＥＯＳなどのバルク誘電体材料の選択除去を使用するＣＭＰプロセスに好適となり得る。
【００５９】
誘電体材料を処理するために有用なセリア粒子は、ＣＭＰ技術においてよく知られており、かつ市販されている。例として、とりわけ、湿式処理セリア、焼成セリア、及び金属ドープセリアと称される種類が挙げられる。同様に、誘電体材料を研磨するために有用なジルコニア粒子は、ＣＭＰ技術においてよく知られており、かつ市販されている。例として、とりわけ、金属ドープジルコニア及び非金属ドープジルコニアが挙げられる。金属ドープジルコニアの中には、０．１〜２５重量パーセントの範囲内で、優先的にドーパント元素を有するセリウム−、カルシウム−、マグネシウム−、及びイットリウムドープジルコニアがある。
【００６０】
本出願記載のスラリー中に使用するためのある特定の好ましいセリア粒子は、本出願者の同時係属出願である２０１５年３月に出願された「Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ  Ｃｅｒｉａ  Ａｂｒａｓｉｖｅ」と題する米国仮特許出願第１４／６３９，５６４号に記載されている内容を含む。好ましいＣＭＰ組成物は、陽イオン性に帯電した湿式プロセスセリア粒子を含む当該仮出願に記載されている研磨粒子を含むことができる。その中に、サイズ、組成物、提供方法、粒子サイズ分布、または他の機械的もしくは物理的特性に基づいて、単一の種類の研磨粒子または複数の異なる種類の研磨粒子を含むことができるスラリーについて記載されている。その記載及び本出願記載は、「第１の」研磨粒子を含有する組成物について言及し、それは、組成物が少なくともこの「第１の」種類の研磨粒子を含有し、任意選択的に「第１の」研磨粒子と異なる追加の研磨粒子を含有してもよい（ただし、含有する必要はない）ことを意味している。
【００６１】
セリア研磨粒子は、様々な異なるプロセスにより作製することができる。例えば、セリア研磨粒子は、コロイドセリア粒子を含んだ沈殿セリア粒子または縮重合セリア粒子とすることができる。
【００６２】
もう１つの特別な例として、セリア研磨粒子（例えば、第１の研磨粒子として）は、以下のプロセスにより作製された湿式プロセスセリア粒子とすることができる。湿式プロセスセリア粒子を合成する際の第１のステップは、水中にセリア前駆体を溶解することが可能である。このセリア前駆体は、任意の好適なセリア前駆体とすることができ、任意の好適な電荷のセリウムイオン、例えばＣｅ３＋またはＣｅ４＋を有するセリウム塩を含むことができる。好適なセリア前駆体には、例えば、セリウムＩＩＩ硝酸塩、セリウムＩＶ硝酸アンモニウム、セリウムＩＩＩ炭酸塩、セリウムＩＶ硫酸塩、及びセリウムＩＩＩ塩化物が挙げられる。好ましくは、そのセリア前駆体は、セリウムＩＩＩ硝酸塩である。
【００６３】
セリア前駆体溶液のｐＨを増加させると、非晶質Ｃｅ（ＯＨ）３を形成することができる。その溶液のｐＨを、任意の好適なｐＨに、例えば約１０以上のｐＨ、例えば約１０．５以上のｐＨ、約１１以上のｐＨ、約１２以上のｐＨに増加させることができる。通常、その溶液は、約１４以下のｐＨ、例えば約１３．５以下のｐＨ、または約１３以下のｐＨを有する。溶液のｐＨを増加させるために、任意の好適な塩基を使用することができる。好適な塩基には、例えば、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＮＨ４ＯＨ、及び水酸化テトラメチルアンモニウムが挙げられる。エタノールアミン及びジエタノールアミンなどの有機塩基もまた、好適である。その溶液は、ｐＨが増加するにつれ、白くかつ曇ったようになり、そして非晶質Ｃｅ（ＯＨ）３を形成する。
【００６４】
セリア前駆体溶液は、通常、数時間の間、混合され、例えば約１時間以上、例えば、約２時間以上、約４時間以上、約６時間以上、約８時間以上、約１２時間以上、約１６時間以上、約２０時間以上、または約２４時間以上の間、混合される。通常、その溶液は、約１時間〜約２４時間、例えば約２時間、約８時間、または約１２時間の間、混合される。混合が完了すると、その溶液は、加圧容器に移され、そして加熱することができる。
【００６５】
次いで、セリア前駆体溶液は、任意の好適な温度に加熱することができる。例えば、その溶液は、約５０℃以上、例えば約７５℃以上、約１００℃以上、約１２５℃以上、約１５０℃以上、約１７５℃以上、または約２００℃以上の温度に加熱することができる。代替的に、または加えて、その溶液は、約５００℃以下、例えば約４５０℃以下、約４００℃以下、約３７５℃以下、約３５０℃以下、約３００℃以下、約２５０℃以下、約２２５℃以下、または約２００℃以下の温度に加熱することができる。このため、その溶液は、前述の終点のうち任意の２つにより制限された範囲内の温度に加熱することができる。例えば、その溶液は、約５０℃〜約３００℃、例えば約５０℃〜約２７５℃、約５０℃〜約２５０℃、約５０℃〜約２００℃、約７５℃〜約３００℃、約７５℃〜約２５０℃、約７５℃〜約２００℃、約１００℃〜約３００℃、約１００℃〜約２５０℃、または約１００℃〜約２２５℃の温度に加熱することができる。
【００６６】
セリア前駆体溶液は、通常、数時間の間加熱される。例えば、その溶液は、約１時間以上、例えば約５時間以上、約１０時間以上、約２５時間以上、約５０時間以上、約７５時間以上、約１００時間以上、または約１１０時間以上の間、加熱することができる。代替的に、または加えて、その溶液は、約２００時間以下、約１８０時間以下、約１６５時間以下、約１５０時間以下、約１２５時間以下、約１１５時間以下、または約１００時間以下の間、加熱することができる。このため、その溶液は、前述の終点のうち任意の２つにより制限された期間、加熱することができる。例えば、その溶液は、約１時間〜１５０時間、例えば約５時間〜１３０時間、約１０時間〜１２０時間、約１５時間〜１１５時間、または約２５時間〜１００時間の間、加熱することができる。
【００６７】
加熱後、セリア前駆体溶液は、濾過され、沈殿セリア粒子を分離することができる。沈殿粒子は、過剰水を使って濯ぎ、未反応のセリア前駆体を除去することができる。沈殿粒子及び過剰水の混合物は、濾過された後に続いて各濯ぎステップに進み、不純物を除去する。ひとたび適切に濯がれると、セリア粒子は、追加の処理、例えば焼結のために乾燥され、またはセリア粒子は、直接再分散させることができる。
【００６８】
セリア粒子は、任意選択的に乾燥され、再分散の前に焼結させることができる。「焼結」及び「焼成」という用語は、本明細書中では、交換可能に使用され、以下に説明される条件の下でセリア粒子の加熱に言及する。セリア粒子を焼結することは、それらの結果としての結晶化度に影響を及ぼす。どんな特別な理論にもとらわれないように期待するならば、高温でかつ延長された期間の間セリア粒子を焼結することにより、粒子の結晶格子構造中の欠陥を低下させると考えられている。任意の好適な方法が、使用され、セリア粒子を焼結することができる。一例として、セリア粒子は、乾燥させることができ、次いで高温で焼結させることができる。乾燥は、室温で、または高温で実行することができる。特に、乾燥は、約２０℃〜約４０℃、例えば約２５℃、約３０℃、または約３５℃の温度で実行することができる。代替的に、または加えて、乾燥は、約８０℃〜約１５０℃、例えば約８５℃、約１００℃、約１１５℃、約１２５℃、または約１４０℃の高温で実行することができる。セリア粒子が乾燥した後、それらは、粉砕され、粉末を作り出すことができる。粉砕は、ジルコニアなどの任意の好適な研削材を使って実行することができる。
【００６９】
セリア粒子は、任意の好適なオーブンの中で、かつ任意の好適な温度で焼結させることができる。例えば、セリア粒子は、約２００℃以上、例えば約２１５℃以上、約２２５℃以上、約２５０℃以上、約２７５℃以上、約３００℃以上、約３５０℃以上、または約３７５℃以上の温度で焼結させることができる。代替的に、または加えて、セリア粒子は、約１０００℃以下、例えば約９００℃以下、約７５０℃以下、約６５０℃以下、約５５０℃以下、約５００℃以下、約４５０℃以下、または約４００℃以下の温度で焼結させることができる。このため、セリア粒子は、前述の終点のうち任意の２つにより制限された温度で、加熱させることができる。例えば、セリア粒子は、約２００℃〜約１０００℃、例えば約２５０℃〜約８００℃、約３００℃〜約７００℃、約３２５℃〜約６５０℃、約３５０℃〜約６００℃、約３５０℃〜約５５０℃、約４００℃〜約５５０℃、約４５０℃〜約８００℃、約５００℃〜約１０００℃、または約５００℃〜約８００℃の温度で焼結させることができる。
【００７０】
セリア粒子は、任意の好適な延べ時間の間で焼結させることができる。例えば、セリア粒子は、約１時間以上、例えば約２時間以上、約５時間以上、または約８時間以上の間で、焼結させることができる。代替的に、または加えて、セリア粒子は、約２０時間以下、例えば約１８時間以下、約１５時間以下、約１２時間以下、または約１０時間以下の間で、焼結させることができる。このため、セリア粒子は、前述の終点のうち任意の２つにより制限された期間で、焼結させることができる。例えば、セリア粒子は、約１時間〜約２０時間、例えば約１時間〜約１５時間、約１時間〜約１０時間、約１時間〜約５時間、約５時間〜約２０時間、または約１０時間〜約２０時間の間で、焼結させることができる。
【００７１】
セリア粒子はまた、種々の温度で、かつ上述された範囲内の種々の延べ時間の間で、焼結させることもできる。例えば、セリア粒子は、ゾーン加熱炉中で焼結させることができ、その過熱路は、そのセリア粒子を、種々の延べ時間に対する１つ以上の温度にさらす。一例として、セリア粒子は、約１時間以上の間、約２００℃〜約１０００℃の温度で焼結されせることができ、次いで約１時間以上の間、約２００℃〜約１０００℃の範囲内にある異なる温度で、焼結させることもできる。
【００７２】
乾燥、粉砕、及び任意選択の焼結などの後、セリア粒子は、好適な液体担体、例えば水性担体、特に水の中に再分散させることができる。セリア粒子が、焼結される場合、次いでセリア粒子は、焼結終了後に再分散される。セリア粒子を再分散させるために、任意の好適なプロセスを使用することができる。通常、セリア粒子は、好適な酸を使って、セリア粒子及び水の混合物のｐＨを下げることによって再分散される。ｐＨが下がるにつれ、セリア粒子の表面は、陽イオン性のゼータ電位を発展させる。この陽イオン性のゼータ電位は、セリア粒子同士間の斥力を作り出し、この斥力によりセリア粒子の再分散を容易にする。混合物のｐＨを下げるために、任意の好適な酸を使用することができる。好適な酸の例には、塩酸及び硝酸が挙げられる。高い水溶性及び親水性官能基を有する有機酸もまた、好適である。好適な有機酸には、例えば、とりわけ酢酸が挙げられる。Ｈ３ＰＯ４及びＨ２ＳＯ４などの多価陰イオンを有する酸は、一般的に好ましくない。その混合物は、任意の好適なｐＨに下げることができる。例えば、その混合物のｐＨは、約２〜約５、例えば約２．５、約３、約３．５、約４、または約４．５に下げることができる。通常、その混合物のｐＨは、約２未満に下げられない。
【００７３】
再分散されたセリア粒子は、粉砕され、それらの粒子サイズを縮小することができる。好ましくは、セリア粒子は、再分散と同時に粉砕することができる。粉砕は、ジルコニアなどの任意の好適な粉砕材料を使って実行することができる。また、粉砕は、高周波音による分解または湿式ジェット法を使って実行することができる。粉砕後、セリア粒子は、濾過され、任意の残留大粒子を除去することができる。例えば、セリア粒子は、０．３μｍ以上、例えば０．４μｍ以上、または０．５μｍ以上の孔径を有するフィルタを使って濾過することができる。
【００７４】
ある特定の研磨粒子（例えば、第１の研磨粒子）は、約４０ｎｍ〜約１００ｎｍの平均粒径を有することができる。この１個の粒子の粒径とは、その粒子を包含する最小球形の直径である。粒径は、任意の種々の既知で好適な技術を使って測定することができる。例えば、粒径は、ディスク型遠心分離機を使って、すなわち分画遠心沈降（ＤＣＳ）により、測定することができる。好適なディスク型遠心分離粒径測定機器は、例えば、ＣＰＳ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社（Ｐｒａｉｒｉｅｖｉｌｌｅ，ＬＡ）から、例えばＣＰＳ  Ｄｉｓｃ  Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅ  Ｍｏｄｅｌ  ＤＣ２４０００ＵＨＲが市販されている。他に特に規定がなければ、本明細書中で報告され、また主張されている平均粒径値は、ディスク型遠心分離測定に基づいている。
【００７５】
好ましいセリア研磨粒子（例えば、第１の研磨粒子）は、約４０ｎｍ以上、例えば約４５ｎｍ以上、約５０ｎｍ以上、約５５ｎｍ以上、約６０ｎｍ以上、約６５ｎｍ以上、約７０ｎｍ以上、約７５ｎｍ以上、または約８０ｎｍ以上の平均粒径を有することができる。代替的に、または加えて、セリア研磨粒子は、約１００ｎｍ以下、例えば約９５ｎｍ以下、約９０ｎｍ以下、約８５ｎｍ以下、約８０ｎｍ以下、約７５ｎｍ以下、約７０ｎｍ以下、または約６５ｎｍ以下の平均粒径を有することができる。このため、セリア研磨粒子は、前述の終点のうち任意の２つにより制限された範囲内の平均粒径を有することができる。例えば、セリア研磨粒子（例えば、第１の研磨粒子）は、約４０ｎｍ〜約１００ｎｍ、例えば約４０ｎｍ〜約８０ｎｍ、約４０ｎｍ〜約７５ｎｍ、約４０ｎｍ〜約６０ｎｍ、約５０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約５０ｎｍ〜約８０ｎｍ、約５０ｎｍ〜約７５ｎｍ、約５０ｎｍ〜約７０ｎｍ、約６０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約６０ｎｍ〜約８０ｎｍ、約６０ｎｍ〜約８５ｎｍ、または約６５ｎｍ〜約７５ｎｍの平均粒径を有することができる。好ましい研磨粒子（例えば、第１の研磨粒子）は、約６０ｎｍ〜約８０ｎｍの平均粒径、例えば約６５ｎｍの平均粒径、約７０ｎｍの平均粒径、または約７５ｎｍの平均粒径を有することができる。
【００７６】
研磨粒子（例えば、第１の研磨粒子）は、任意の有用な濃度（例えば、全重量濃度当たり）で、ＣＭＰ組成物中に存在することができる。有用な濃度の典型的な範囲（例えば、使用箇所での）は、約０．００５〜約２重量パーセントのＣＭＰ組成物とすることができる。例えば、第１の研磨粒子は、約０．００５重量パーセント以上、例えば、約０．００７５重量パーセント以上、約０．０１重量パーセント以上、約０．０２５重量パーセント以上、約０．０５重量パーセント以上、約０．０７５重量パーセント以上、約０．１重量パーセント以上、または約０．２５重量パーセント以上の濃度で、ＣＭＰ組成物中に存在することができる。代替的に、または加えて、第１の研磨粒子は、約２重量パーセント以下、例えば約１．７５重量パーセント以下、約１．５重量パーセント以下、約１．２５重量パーセント以下、約１重量パーセント以下、約０．７５重量パーセント以下、約０．５重量パーセント以下、または約０．２５重量パーセント以下の濃度で、ＣＭＰ組成物中に存在することができる。このため、研磨粒子（例えば、第１の研磨粒子）は、前述の終点のうち任意の２つにより制限された範囲内の濃度で、ＣＭＰ組成物中に存在することができる。例えば、研磨粒子（例えば、第１の研磨粒子）は、全重量スラリーを基準として、約０．００５重量パーセント〜約２重量パーセント、例えば、約０．００５重量パーセント〜約１．７５重量パーセント、約０．００５重量パーセント〜約１．５重量パーセント、約０．００５重量パーセント〜約１．２５重量パーセント、約０．００５重量パーセント〜約１重量パーセント、約０．０１重量パーセント〜約２重量パーセント、約０．０１重量パーセント〜約１．５重量パーセント、約０．０５重量パーセント〜約２重量パーセント、約０．０５重量パーセント〜約１．５重量パーセント、約０．１重量パーセント〜約２重量パーセント、約０．１重量パーセント〜約１．５重量パーセント、約０．１重量パーセント〜約１重量パーセントの濃度で、ＣＭＰ組成物中に存在することができる。これらの濃度は、使用箇所でのＣＭＰ組成物スラリーの場合とすることができ、より高い濃度は、ＣＭＰ濃縮物中に含まれることができる。
【００７７】
ある特定の好ましいスラリーの種類は、この範囲の低い終点、例えば、全重量ＣＭＰ組成物を基準として約０．１重量パーセント〜約０．５重量パーセント、例えば約０．１５重量パーセント〜約０．４重量パーセント、約０．１５重量パーセント〜約０．３５重量パーセント、または約０．２重量パーセント〜約０．３重量パーセントで、第１の研磨粒子を含有することができる。より好ましくは、スラリーは、約０．１重量パーセント〜約０．３重量パーセント、例えば約０．１重量パーセント、約０．１５重量パーセント、約０．２重量パーセント、約０．２５重量パーセントの濃度で、第１の研磨粒子を含有することができる。
【００７８】
好ましい第１の研磨粒子は、少なくとも約３００ｎｍの粒径分布を有することができる。粒径分布は、最大粒子の粒径と最小粒子の粒径との間の差を指す。例えば、第１の研磨粒子は、少なくとも約３１５ｎｍ、例えば少なくとも約３２０ｎｍ、少なくとも約３２５ｎｍ、少なくとも約３３０ｎｍ、少なくとも約３４０ｎｍ、少なくとも約３５０ｎｍ、少なくとも約３５５ｎｍ、少なくとも約３６０ｎｍ、少なくとも約３６５ｎｍ、少なくとも約３７０ｎｍ、少なくとも約３７５ｎｍ、または少なくとも約３８０ｎｍの粒径分布を有することができる。好ましくは、第１の研磨粒子は、少なくとも約３２０ｎｍ、例えば少なくとも約３２５ｎｍ、少なくとも約３３５ｎｍ、または少なくとも約３５０ｎｍの粒径分布を有することができる。また好ましくは、第１の研磨粒子は、約５００ｎｍより大きくない、例えば約４７５ｎｍ以下、約４５０ｎｍ以下、約４２５ｎｍ以下、または約４１５ｎｍ以下の粒径分布を有することができる。このため、研磨粒子（例えば、第１の研磨粒子）は、前述の終点のうち任意の２つにより制限された範囲内の粒径分布を有することができる。例えば、研磨粒子は、約３１５ｎｍ〜約５００ｎｍ、例えば約３２０ｎｍ〜約４８０ｎｍ、約３２５ｎｍ〜約４７５ｎｍ、約３３５ｎｍ〜約４６０ｎｍ、または約３４０ｎｍ〜約４５０ｎｍの粒径分布を有することができる。
【００７９】
説明されている第１の研磨粒子は、少なくとも約３００ｎｍの粒径分布を有する好ましい粒子を伴った、任意の好適な最大粒径及び任意の好適な最小粒径を有することができる。例えば、研磨粒子は、約１ｎｍ〜約５０ｎｍ、例えば約１ｎｍ〜約４０ｎｍ、約１ｎｍ〜約３０ｎｍ、約１ｎｍ〜約２５ｎｍ、約１ｎｍ〜約２０ｎｍ、約５ｎｍ〜約２５ｎｍ、または約１０ｎｍ〜約２５ｎｍの最小粒径を有することができる。好ましくは、第１の研磨粒子は、約１０ｎｍ〜約３０ｎｍ、例えば約１５ｎｍ、約２０ｎｍ、または約２５ｎｍの最小粒径を有することができる。研磨粒子は、約２５０ｎｍ〜約５００ｎｍ、例えば約２５０ｎｍ〜約４５０ｎｍ、約２５０ｎｍ〜約４００ｎｍ、約３００ｎｍ〜約５００ｎｍ、または約３００ｎｍ〜約４００ｎｍの最大粒径を有することができる。好ましくは、第１の研磨粒子は、約３５０ｎｍ〜約４５０ｎｍ、例えば約３７５ｎｍ、約４００ｎｍ、または約４２５ｎｍの最大粒径を有することができる。
【００８０】
ＣＭＰ組成物は、任意選択的に追加の研磨粒子（例えば、第２の研磨粒子、第３の研磨粒子など）を含有することができる。追加の研磨粒子は、例えば、第１の研磨粒子と異なる金属の金属酸化物研磨粒子、例えばチタニア（例えば、二酸化チタン）、ゲルマニア（例えば、二酸化ゲルマニウム、酸化ゲルマニウム）、マグネシア（例えば、酸化マグネシウム）、ニッケル酸化物、これらの共同形成された生成物、またはこれらの組み合わせとすることができる。また、追加の研磨粒子は、ゼラチン、ラテックス、セルロース、ポリスチレン、またはポリアクリレートの有機粒子とすることもできる。代替的に、ＣＭＰ組成物は、約４０ｎｍ〜約１００ｎｍの平均粒径及び少なくとも約３００ｎｍの粒径分布を有する湿式プロセスセリア粒子である第１の研磨粒子を含有することができ、そこではＣＭＰ組成物は、いかなる追加の（第２または第３の）研磨粒子を含まない。
【００８１】
また、追加の研磨粒子は、ＣＭＰ組成物の第１の研磨粒子、すなわちヒュームドセリア粒子または焼成セリア粒子などの、湿式プロセスセリア粒子でないセリア粒子と比較して、異なる種類のセリアである金属酸化物研磨粒子セリア（例えば、セリウム酸化物）とすることができる。代替的に、ＣＭＰ組成物は、約４０ｎｍ〜約１００ｎｍの平均粒径及び少なくとも約３００ｎｍの粒径分布を有する湿式プロセスセリア粒子である第１の研磨粒子を含有することができ、そこではＣＭＰ組成物は、いかなる追加のセリア研磨粒子を含まない。
【００８２】
ＣＭＰ組成物が追加の研磨粒子（例えば、第２の研磨粒子、第３の研磨粒子など）を含む場合、追加の研磨粒子は、任意の好適な平均粒径を有することができる。例えば、ＣＭＰ組成物は、約１ｎｍ〜約６０ｎｍ、例えば約１ｎｍ〜約５５ｎｍ、約１ｎｍ〜約５０ｎｍ、約１ｎｍ〜約４０ｎｍ、約１ｎｍ〜約３５ｎｍ、約１ｎｍ〜約３０ｎｍ、約１ｎｍ〜約２５ｎｍ、約１ｎｍ〜約２０ｎｍ、約５ｎｍ〜約５０ｎｍ、約５ｎｍ〜約３５ｎｍ、または約１５ｎｍ〜約３０ｎｍの平均粒径を有する第２の研磨粒子を含むことができる。代替的に、第２の研磨粒子は、約１００ｎｍ〜約３５０ｎｍ、例えば約１００ｎｍ〜約３００ｎｍ、約１０５ｎｍ〜約３５０ｎｍ、約１１５ｎｍ〜約３５０ｎｍ、約１３５ｎｍ〜約３２５ｎｍ、約１５０ｎｍ〜約３１５ｎｍ、約１７５ｎｍ〜約３００ｎｍ、約２００ｎｍ〜約２７５ｎｍ、約２２５ｎｍ〜約２５０ｎｍの平均粒径を有することができる。好ましくは、追加の研磨粒子（例えば、第２の研磨粒子、第３の研磨粒子など）は、約１ｎｍ〜約３５ｎｍの平均粒径、または約１２５ｎｍ〜約３００ｎｍの平均粒径を有することができる。
【００８３】
追加の研磨粒子（例えば、全部で、第２の研磨粒子、第３の研磨粒子など）は、第１の研磨粒子に加えて、任意の好適な量でＣＭＰ組成物中に存在することができる。ある特定のスラリーの実施形態では、追加の研磨粒子は、スラリーの全重量を基準として、約０．００５重量パーセント〜約２重量パーセントの濃度で存在することができる。例えば、追加の研磨粒子は、約０．００５重量パーセント以上、例えば、約０．００７５重量パーセント以上、約０．０１重量パーセント以上、約０．０２５重量パーセント以上、約０．０５重量パーセント以上、約０．０７５重量パーセント以上、約０．１重量パーセント以上、または約０．２５重量パーセント以上の濃度で、ＣＭＰ組成物中に存在することができる。代替的に、または加えて、追加の研磨粒子は、スラリーの全重量を基準として、約２重量パーセント以下、例えば約１．７５重量パーセント以下、約１．５重量パーセント以下、約１．２５重量パーセント以下、約１重量パーセント以下、約０．７５重量パーセント以下、約０．５重量パーセント以下、または約０．２５重量パーセント以下の濃度で、ＣＭＰ組成物中に存在することができる。このため、追加の研磨粒子は、前述の終点のうち任意の２つにより制限された範囲内の濃度でＣＭＰ組成物中に存在することができる。例えば、好ましいＣＭＰ組成物は、約０．００５重量パーセント〜約２重量パーセント、例えば約０．００５重量パーセント〜約１．７５重量パーセント、約０．００５重量パーセント〜約１．５重量パーセント、約０．００５重量パーセント〜約１．２５重量パーセント、約０．００５重量パーセント〜約１重量パーセント、約０．０１重量パーセント〜約２重量パーセント、約０．０１重量パーセント〜約１．７５重量パーセント、約０．０１重量パーセント〜約１．５重量パーセント、約０．０５重量パーセント〜約２重量パーセント、約０．０５重量パーセント〜約１．５重量パーセント、約０．１重量パーセント〜約２重量パーセント、または約０．１重量パーセント〜約１．５重量パーセントの濃度で、（説明された第１の研磨粒子の量に加えて）第２の研磨粒子を含むことができる。より好ましくは、追加の研磨粒子は、スラリーの全重量を基準として、約０．０１重量パーセント〜約０．５重量パーセント、例えば約０．０２５重量パーセント、約０．０５重量パーセント、約０．０８重量パーセント、約０．１重量パーセント、約０．１５重量パーセント、約０．２重量パーセント、約０．２５重量パーセント、約０．３重量パーセント、約０．４重量パーセントの濃度で存在することができる。
【００８４】
第１の研磨粒子、及び望ましくはＣＭＰ組成物中に存在する任意の追加研磨粒子は、ＣＭＰ組成物中で、より具体的にはＣＭＰ組成物の水性担体中で、懸濁している。研磨粒子がＣＭＰ組成物中で懸濁している場合、研磨粒子は、好ましいことに、コロイド状に安定している。コロイド状という用語は、水性担体中での研磨粒子の懸濁を指す。コロイド状の安定性とは、時間が経過してもその懸濁が維持されることを指す。本発明の文脈では、研磨粒子が１００ｍｌのメスシリンダ中に置かれ、２時間の間放置されている場合、そのメスシリンダの下部５０ｍｌ中の粒子濃度（［Ｂ］ｇ／ｍｌを単位とする）と、そのメスシリンダの上部５０ｍｌ中の粒子濃度（［Ｔ］ｇ／ｍｌを単位とする）との間の差を、研磨組成物の初期粒子濃度（［Ｃ］ｇ／ｍｌを単位とする）で除した値が、０．５以下（すなわち、｛［Ｂ］−［Ｔ］｝／［Ｃ］≦０．５）であるならば、研磨粒子は、コロイド状態で安定していると考えられる。この［Ｂ］−［Ｔ］｝／［Ｃ］という値は、望ましくは、０．３以下であり、好ましくは０．１以下である。
【００８５】
ＣＭＰ組成物は、約７未満、例えば約１〜約６のｐＨを示すことができる。通常、ＣＭＰ組成物は、約２以上のｐＨを有する。また、ＣＭＰ組成物のｐＨは、通常、約６以下である。例えば、そのｐＨは、約１、２、３、または３．５〜約６の範囲内、例えば約３．５のｐＨ、約４のｐＨ、約４．５のｐＨ、約５のｐＨ、約５．５のｐＨ、約６のｐＨ、またはこれらのｐＨ値のうち任意の２つにより定義された範囲内のｐＨとすることができる。
【００８６】
ＣＭＰ組成物は、任意選択的にｐＨ調整剤を含むことができ、この調整剤は、任意の好適なｐＨ調整剤とすることができる。例えば、ｐＨ調整剤は、無機塩基、アルキルアミン、アルコールアミン、第四アミン水酸化物、アンモニア、またはこれらの組み合わせとすることができる。特に、このｐＨ調整剤は、水酸化カリウム、トリエタノールアミン、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨもしくはＴＭＡ−ＯＨ）、または水酸化テトラエチルアンモニウム（ＴＥＡＨもしくはＴＥＡ−ＯＨ）とすることができる。ある特定の好ましい実施形態では、このｐＨ調整剤は、トリエタノールアミンとすることができる。
【００８７】
研磨組成物のｐＨは、酸性化合物を含めることによって達成または維持することができる。好適な酸性ｐＨ調整剤には、酢酸、硝酸、過塩素酸、硫酸、リン酸、フタル酸、クエン酸、アジピン酸、シュウ酸、マロン酸、マレイン酸などが挙げられる。好適な緩衝材には、リン酸塩、硫酸塩、酢酸塩、マロン酸塩、シュウ酸塩、ホウ酸塩、アンモニウム塩などが挙げられる。
【００８８】
ＣＭＰ組成物は、水（例えば、脱イオン水）を含有する水性担体を含み、任意選択的に１つ以上の水混和性有機溶媒を含有することができる。使用可能な有機溶媒の例には、プロペニルアルコール、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−ヘキサノールなどのアルコール、及びアセチルアルデヒド他などのアルデヒド、アセトン、ジアセトンアルコール、メチルエチルケトン他などのケトン、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、乳酸エチル他などのエステル、ジメチル・スルホキシド（ＤＭＳＯ）、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジグリム他などのエーテル、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルイミダゾリジノン、Ｎ−メチルピロリドン他などのアミド、同じエチレングリコール、グリセロール、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル他などの多価アルコール及び誘導体、アセトニトリル、アミルアミン、イソプロピルアミン、イミダゾール、ジメチルアミン他などの窒素含有有機化合物が挙げられる。好ましくは、水性担体は、有機溶媒の量が全く存在しないか、または、例えば０．１、０．０５、０．０１、もしくは０．００５重量パーセント未満などの有機溶媒の微々たる量しか有しない水のみである。
【００８９】
ＣＭＰ組成物は、添加剤として追加の内容物を含むことができる。任意選択的な添加剤の例には、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール（例えば、ポリエチレングリコール）、もしくはポリビニルアルコール（例えば、２−ヒドロキシエチルメタクリル酸及びメタクリル酸のコポリマー）などの非イオン性ポリマー、陽イオン性化合物、ピコリン酸、官能性ピリジンのＮ−オキシド（例えば、ピコリン酸Ｎ−オキシド）、でんぷん、またはこれらのうち２つもしくは３つ以上の組み合わせが挙げられる。
【００９０】
ポリビニルピロリドンは、添加剤として有用であり、任意の好適な分子量を有することができる。例えば、添加剤としてのポリビニルピロリドンは、モル当たり約１０，０００グラム（ｇ／ｍｏｌ）〜約１，０００，０００ｇ／ｍｏｌ、例えば、最大もしくは約２０，０００ｇ／ｍｏｌ、約３０，０００ｇ／ｍｏｌ、約４０，０００ｇ／ｍｏｌ、約５０，０００ｇ／ｍｏｌ、または約６０，０００ｇ／ｍｏｌの分子量を有することができる。
【００９１】
スラリーが、添加剤として非イオン性ポリマーを含む場合、かつその非イオン性ポリマーがポリエチレングリコールである場合、そのポリエチレングリコールは、任意の好適な分子量を有することができる。例えば、そのポリエチレングリコールは、約２００ｇ／ｍｏｌ〜約２００，０００ｇ／ｍｏｌ、例えば、約８，０００ｇ／ｍｏｌ、約１００，０００ｇ／ｍｏｌの分子量を有することができる。
【００９２】
単一の添加剤または複数の添加剤は、任意の好適な濃度で、説明されたＣＭＰ組成物中に存在することができる。好ましくは、単一の添加剤または複数の添加剤は、約１ｐｐｍ〜約５００ｐｐｍ、例えば約５ｐｐｍ〜約４００ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ〜約４００ｐｐｍ、約１５ｐｐｍ〜約４００ｐｐｍ、約２０ｐｐｍ〜約４００ｐｐｍ、約２５ｐｐｍ〜約４００ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ〜約３００ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ〜約２５０ｐｐｍ、約３０ｐｐｍ〜約３５０ｐｐｍ、約３０ｐｐｍ〜約２７５ｐｐｍ、約５０ｐｐｍ〜約３５０ｐｐｍ、または約１００ｐｐｍ〜約３００ｐｐｍの濃度でＣＭＰ組成物中に存在することができる。さらに好ましくは、単一の添加剤または複数の添加剤は、約１ｐｐｍ〜約３００ｐｐｍ、例えば約１ｐｐｍ〜約２７５ｐｐｍ、約１ｐｐｍ〜約２５０ｐｐｍ、約１ｐｐｍ〜約１００ｐｐｍ、約１ｐｐｍ〜約５０ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ〜約２５０ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ〜約１００ｐｐｍ、または約３５ｐｐｍ〜約２５０ｐｐｍの濃度でＣＭＰ組成物中に存在する。
【００９３】
特別な実施形態では、ピコリン酸は、スラリー中に含まれることができる。ピコリン酸の量は、１ｐｐｍ〜１，０００ｐｐｍ、例えば１００ｐｐｍ〜約８００ｐｐｍ、例えば２５０ｐｐｍ〜７５０ｐｐｍの範囲内の量などの任意の所望の量とすることができる。
【００９４】
ＣＭＰ組成物は、上述した１つ以上の添加剤、すなわちカルボン酸モノマー、スルホン酸化したモノマー、もしくはホスホン酸化したモノマーの１つ以上の陰イオン性コポリマー、及びアクリル酸塩、ポリビニルピロリドンもしくはポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、非イオン性ポリマー、シラン、官能性ピリジンのＮ−オキシド、でんぷん、及びシクロデキストリンに加えて、第四アミン、陽イオン性ポリビニルアルコール、陽イオン性セルロース、及びこれらの組み合わせから選択した陽イオン性ポリマーを任意選択的に含むことができる。代替的に、ＣＭＰ組成物は、上述した１つ以上のこれらの添加剤を必要とせずに陽イオン性ポリマーを含むことができる。
【００９５】
陽イオン性ポリマーは、第四アミン基を含有するか、または第四アミンモノマーから成るポリマーとすることができる。例えば、陽イオン性ポリマーは、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）塩化物（ポリＭＡＤＱＵＡＴ）などのポリ（メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム）ハロゲン化物、ポリ（ジアリルジメチルアンモニウム）塩化物（ポリＤＡＤＭＡＣ）などのポリ（ジアリルジメチルアンモニウム）ハロゲン化物、及びポリクオタニウム−２から選択することができる。好ましくは、陽イオン性ポリマーが、第四アミンポリマーである場合、その陽イオン性ポリマーは、ポリ（ビニルイミダゾリウム）である。
【００９６】
代替的に、陽イオン性ポリマーは、任意の好適な陽イオン性ポリビニルアルコールまたは陽イオン性セルロースとすることができる。好ましくは、陽イオン性ポリマーは、陽イオン性ポリビニルアルコールである。例えば、この陽イオン性ポリビニルアルコールは、Ｎｉｐｐｏｎ  Ｇｏｓｅｉ  ＧＯＨＳＥＦＩＭＥＲ  Ｋ２１０（商標）ポリビニルアルコール製品とすることができる。
【００９７】
陽イオン性ポリマー（例えば、第四アミンポリマー、陽イオン性ポリビニルアルコール、陽イオン性セルロース、または全体でこれらの組み合わせ）は、任意の好適な濃度で、例えば、約１ｐｐｍ〜約２５０ｐｐｍ、例えば約１ｐｐｍ〜約１００ｐｐｍ、約１ｐｐｍ〜約５０ｐｐｍ、約１ｐｐｍ〜約４０ｐｐｍ、約１ｐｐｍ〜約２５ｐｐｍ、約５ｐｐｍ〜約２２５ｐｐｍ、約５ｐｐｍ〜約１００ｐｐｍ、約５ｐｐｍ〜約５０ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ〜約２１５ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ〜約１００ｐｐｍ、約１５ｐｐｍ〜約２００ｐｐｍ、約２５ｐｐｍ〜約１７５ｐｐｍ、約２５ｐｐｍ〜約１００ｐｐｍ、または約３０ｐｐｍ〜約１５０ｐｐｍの濃度でＣＭＰ組成物中に存在することができる。
【００９８】
陽イオン性ポリマーが、ポリ（ビニルイミダゾリウム）である場合、その陽イオン性ポリマーは、好ましくは、約１ｐｐｍ〜約１０ｐｐｍ、例えば約２ｐｐｍ、約５ｐｐｍ、約６ｐｐｍ、約７ｐｐｍ、約８ｐｐｍ、または約９ｐｐｍの濃度でＣＭＰ組成物中に存在することができる。さらに好ましくは、陽イオン性ポリマーが、ポリ（ビニルイミダゾリウム）である場合、その陽イオン性ポリマーは、好ましくは、約１ｐｐｍ〜約５ｐｐｍ、例えば約２ｐｐｍ、約３ｐｐｍ、または約４ｐｐｍの濃度でＣＭＰ組成物中に存在することができる。
【００９９】
ＣＭＰ組成物はまた、任意選択的に、カルボン酸を含むことができる。このカルボン酸は、例えば約１〜約６、例えば約２〜約６、例えば約３．５〜約５のｐＫａを有する任意の好適なカルボン酸とすることができる。有用なカルボン酸の例には、酢酸、プロピオン酸、及びブタン酸が挙げられる。
【０１００】
カルボン酸は、任意の好適な濃度でＣＭＰ組成物中に存在することができる。好ましくは、カルボン酸は、約１０ｐｐｍ〜約１０００ｐｐｍ、例えば約１０ｐｐｍ〜約５００ｐｐｍ、約１０ｐｐｍ〜約２５０ｐｐｍ、約２５ｐｐｍ〜約７５０ｐｐｍ、約２５ｐｐｍ〜約５００ｐｐｍ、約２５ｐｐｍ〜約２５０ｐｐｍ、約３０ｐｐｍ〜約２５０ｐｐｍ、約３５ｐｐｍ〜約３５０ｐｐｍ、約５０ｐｐｍ〜約４２５ｐｐｍ、約５５ｐｐｍ〜約４００ｐｐｍ、または約７５ｐｐｍ〜約３５０ｐｐｍの濃度でＣＭＰ組成物中に存在することができる。さらに好ましくは、カルボン酸は、約２５ｐｐｍ〜約１５０ｐｐｍ、例えば約４０ｐｐｍ、約５０ｐｐｍ、約６０ｐｐｍ、約７５ｐｐｍ、約１００ｐｐｍ、または約１２５ｐｐｍの濃度でＣＭＰ組成物中に存在することができる。
【０１０１】
望ましくは、ＣＭＰ組成物のｐＨは、カルボン酸のｐＫａの約２単位以内にあることができる。一例として、ＣＭＰ組成物のｐＨが、約３．５である場合、カルボン酸のｐＫａは、好ましくは、約１．５〜約５．５である。
【０１０２】
ＣＭＰ組成物が、陽イオン性ポリマーを含む場合、かつその陽イオン性ポリマーが、第四アミンポリマーである場合、ＣＭＰ組成物はまた、好ましくはカルボン酸も含む。ＣＭＰ組成物が、陽イオン性ポリマーを含み、かつその陽イオン性ポリマーが、陽イオン性ポリビニルアルコール及び陽イオン性セルロースから選択される場合、ＣＭＰ組成物は、任意選択的にカルボン酸をさらに含む。
【０１０３】
ＣＭＰ組成物は、界面活性剤またはレオロジー調整剤などの１つ以上の他の添加剤を任意選択的に含むことができ、それらの添加剤には、粘度増強剤及び凝固剤（例えば、ポリマーレオロジー調整剤、例えばウレタンポリマー）、分散剤、殺生物剤（例えば、ＫＡＴＨＯＮ（商標）ＬＸ）、または同種のものが含まれる。界面活性剤の例には、例えばアルキルアミン、陰イオン性界面活性剤、陰イオン性高分子電解質、非イオン性界面活性剤、両性界面活性剤、フッ素化された界面活性剤、これらの混合物が含まれる。これらの添加剤及び薬剤は、それらの存在が、パターン誘電体の除去速度などのスラリーの１つ以上の性能特性に所望されない負の影響を及ぼさない場合には、スラリー中に含められることができる。
【０１０４】
ＣＭＰ組成物は、任意の有用な方法で内容物を組み合わせることによって提供することができ、それらの多くの例は、当業者によく知られている。ＣＭＰ組成物は、バッチプロセスまたは連続プロセスの中で提供することができる。一般的に、ＣＭＰ組成物は、好適な混合を用いて、その成分を任意の順序で組み合わせることによって提供され、その成分の均一な混合物（スラリー）を生成することができる。本明細書中で使用されている「成分」という用語は、個別の内容物（例えば、第１の研磨粒子、アルキルアミン、シクロデキストリン、ｐＨ調整剤など）、ならびに内容物の任意の組み合わせを含む。
【０１０５】
例えば、シクロデキストリン及びアルキルアミンを含む内容物は、所望の濃度で水に加えられることができる。次いで、その結果生じた水性溶液のｐＨを（所望に応じて）調整することができ、研磨粒子は、所望の濃度でその溶液に加えられることができる。他の内容物もまた、同時にその溶液中に組み込まれ、その内容物の均一な組み合わせを可能にする。内容物を加える順序は、結果として複合体の有効量に関する情報をもたらす任意の順序とすることができる。内容物を加える順序は、限定されないが、一連のステップは、アルキルアミン及びシクロデキストリンが組み合わさって、組成物中に他の内容物のほとんどが存在する前に、早い段階で複合体を形成することができるように、任意に選択することができる。
【０１０６】
ＣＭＰ組成物は、使用前に間もなくまたは近いうち（例えば、使用前約１分以内、または使用前約１時間以内、または使用前約７日以内）に、ＣＭＰ組成物に加えられる１つ以上の成分を使ってＣＭＰプロセス中の使用前すぐにまたは即座に提供することができる。ＣＭＰ組成物はまた、ＣＭＰ研磨作業の間、または基板にスラリーを塗布する直前に、基板の表面で成分を混ぜることによって提供することができる。
【０１０７】
別の実施形態では、ＣＭＰ組成物は、商業上輸送され、または保管されるように設計され、次いで使用直前に一度に適切な量の水性担体、特に水を用いて、使用のため希釈される濃縮物（または「ＣＭＰ濃縮物」または「ＣＭＰ組成濃縮物」）として提供することができる。これらの実施形態では、ＣＭＰ組成濃縮物は、第１の研磨粒子、除去速度促進剤、ｐＨ調整剤、及び水の各量を含むことができ、水の適切な量を用いた濃縮物の希釈に基づくこれらの各量は、ＣＭＰ組成物の各成分が、使用箇所でＣＭＰ組成物の上述で具体化された範囲内の量で、希釈されたＣＭＰ組成物中に存在するように、含まれている。さらに、この濃縮物は、使用中ＣＭＰ組成物中に存在する水性担体（例えば、水）の留分を含有することができ、その結果、他の成分が、濃縮物中で少なくとも部分的にまたは完全に溶解されることを確実にすることができる。
【０１０８】
ＣＭＰ組成物は、使用前、または使用直前にでさえ十分に提供することができるが、ＣＭＰ組成物はまた、使用箇所でまたはその近くでＣＭＰ組成物の成分を混合することによって、生成することもできる。本明細書で使用される際、「使用箇所」という用語は、ＣＭＰ組成物が、基板表面（例えば、研磨パッドまたは基板表面自体）に塗布される箇所を指す。ＣＭＰ組成物が、使用箇所での混合によって提供される場合、ＣＭＰ組成物の成分は、２つ以上の保管装置に別々に保管される。
【０１０９】
保管装置に収容された成分を混合して使用箇所またはその近傍でＣＭＰ組成物を生成するため、保管装置は、通常、各保管装置からＣＭＰ組成物の使用箇所（例えば、圧盤、研磨パッド、または基板表面）まで導入されている１つ以上フローラインと一緒に設けられている。「フローライン」という用語は、別々の保管庫から、その中に保管されている成分の使用箇所までの流れの経路を指す。１本以上のフローラインは、それぞれ、使用箇所に直接通じており、または２本以上のフローラインが使用されている状況では、２本以上のフローラインが、使用箇所に通じる単一のフローラインに任意の箇所で組み合わされている。さらに、１本以上のフローライン（例えば、個別のフローライン、または組み合わされたフローライン）のいずれも、最初に１台以上の他の装置（例えば、ポンプ装置、測定装置、混合装置など）に通じ、その後成分の使用箇所に到達する。
【０１１０】
ＣＭＰ組成物の各成分は、独立して使用箇所に配送される（例えば、各成分は、各成分が研磨プロセス中に混合される基板表面に配送される）か、または各成分は、使用箇所に配送される前に速やかに組み合わせることができる。各成分は、それらが、使用箇所に到達する前の１０秒未満で、好ましくは使用箇所に到達する前の５秒未満で、さらに好ましくは使用箇所に到達する前の１秒未満で、または使用箇所に各成分が到達するのとほぼ同時に組み合わされる（例えば、各成分が、基板または研磨パッドなどの使用箇所におけるディスペンサにて組み合わされる）場合、「使用箇所に配送する前直ちに」組み合わされる。各成分はまた、それらが、使用箇所から５メートル以内、例えば使用箇所から１メートル以内、または使用箇所からたった１０ｃｍ以内（例えば、使用箇所から１ｃｍ以内）で組み合わされる場合、「使用箇所に配送する前直ちに」組み合わされる。
【０１１１】
ＣＭＰ組成物の２つ以上の成分が、使用箇所に到達する前に組み合わされる場合、各成分は、フローライン中で組み合わされ、混合装置を使用せずに使用箇所に配送することができる。代替的に、１本以上のフローラインは、混合装置に通じさせ、２つ以上の成分の組み合わせを容易にすることができる。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つ以上の成分が流れるノズルまたはジェット（例えば、高圧ノズルまたはジェット）とすることができる。代替的に、混合装置は、ＣＭＰ組成物の２つ以上の成分が、コンテナ型混合装置に通じている１個以上の注入口、及び混合された成分が、直接か、または当該装置の他の構成要素を介して（例えば、１本以上のフローラインを介して）、使用箇所に配送されるように排出する少なくとも１個の排出口を備えるコンテナ型混合装置とすることができる。混合装置は、単一チャンバまたは２個以上のチャンバを備えてもよく、各チャンバは、少なくとも１個の注入口、及び少なくとも１個の排出口を有し、そこでは２つ以上の成分が各チャンバ中で組み合わされる。コンテナ型混合装置を使用する場合、この混合装置は、好ましくは均一にかき混ぜ、かつ各成分を組み合わせ、好ましくは不要な泡または空気の閉じ込めを起こさない混合機構を備える。混合機構は、一般に、当該技術分野で知られており、撹拌機、混合機、ミキサ、かき混ぜ用バッフル、ガススパージャーシステム、振動器などを備える。
【０１１２】
説明されているように、ＣＭＰ組成物は、任意の好適な基板を研磨するのに有用であり、誘電体含有（例えば、シリコン酸化物含有）表面、とりわけ誘電体材料のトレンチ部により分離された誘電体隆起部を含むパターン誘電体の領域を有する表面を含む基板を研磨するのに特に有用である。典型的な基板は、フラットパネルディスプレイ、集積回路、メモリもしくは固定ディスク、層間絶縁膜（ＩＬＤ）素子、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）、３Ｄ  ＮＡＮＤデバイス、もしくは同種のもののコンポーネントとして使用するために処理される基板、またはシャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）ステップを受け入れている任意の基板を含む。基板は、２００ミリメートルウエハ、３００ミリメートルウエハ、または４５０ミリメートルウエハなどのより大きなウエハとして、一般に、ＣＭＰ及び半導体技術分野で言及されているウエハサイズであってもよい。
【０１１３】
任意の種類の基板の場合、基板表面は、表面構造または微細構成も含む下層上に配置された誘電体材料の連続かつ構造化された（非平坦な、非平滑な）層を備える。誘電体層表面のこの構造化された非平坦な領域は、「パターン誘電体」と称される。それは、結果として、下部層に存在するトレンチ及び孔を充填するように、起伏のある下層構造の上に配置された誘電体材料となる。すべてのトレンチまたは孔などを完全に充填することを確保し、トレンチまたは孔などを含む下層の表面を完全にカバレッジするには、誘電体材料は、過剰な量で堆積される。誘電体材料は、下層の起伏のある微細構造に一致した形状となり、トレンチにより分離された隆起部によって特徴付けられた、堆積された切れ目のない誘電体表面を作り出している。隆起部は、活性研磨及び材料除去の場所であり、ほとんどの誘電体材料が除去される場所を意味する。パターン誘電体材料はまた、「ステップ高さ」と称されるものにより特徴付けられ、これは、隣接するトレンチの誘電体材料の高さに対する、隆起部の誘電体材料の高さである。
【０１１４】
ＣＭＰ組成物は、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）または同様のプロセスを受け入れた基板を平坦化または研磨するのに、特に好適であり、これにより、誘電体が構造化された下層前面をコーティングし、パターン誘電体材料の領域を生成する。シャロートレンチアイソレーションを受け入れた基板の場合、典型的なステップ高さは、１，０００オングストローム〜７，０００オングストロームの範囲内とすることができる。
【０１１５】
説明されたＣＭＰ組成物はまた、インプロセス３Ｄ  ＮＡＮＤフラッシュメモリデバイスである基板を平坦化または研磨するのにも有用である。そのような基板では、下層は、トレンチ、孔、または、例えばアスペクト比が少なくとも１０：１、３０：１、６０：１、もしくは８０：１などの高アスペクト比を有する他の構造を含む半導体材料で作製されている。そのような高アスペクト比の構造を有する表面が、誘電体材料によりコーティングされる場合、結果として生じるパターン誘電体は、高いステップ高さ、例えば実質的に７，０００オングストロームより大きいステップ高さ、例えば１０，０００、２０，０００、３０，０００より大きい、または４０，０００以上のオングストロームを示す。
【０１１６】
基板の誘電体層は、任意の好適な誘電体材料を備え、本質的にそれらから成り、それらの材料の多くは、よく知られており、種々の形式のシリコン酸化物、及びシリコン酸化物系誘電体材料を含む。例えば、シリコン酸化物、またはシリコン酸化物系誘電体材料を含む誘電体層は、次の任意の１つ以上を備え、それらから成り、または本質的にそれらから成り、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）、ボロンリンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）、高アスペクト比（ＨＡＲＰ）酸化物、スピンオン誘電体（ＳＯＤ）酸化物、化学気相堆積（ＣＶＤ）酸化物、プラズマ助長テトラエチルオルトシリケート（ＰＥＴＥＯＳ）、熱酸化物、またはアンドープシリケートガラス（ＵＳＧ）である。
【０１１７】
過去に、パターン誘電体の平坦化を必要とする基板のいくつかの例が提供され、パターン誘電体材料の活性研磨領域下の場所にシリコン窒化物（例えば、「シリコン窒化物キャップ」または「ライナ」）、例えば構造化された半導体層のランド表面上の「キャップ」を含む。シリコン窒化物は、シリコン窒化物層に到達すると、活性領域で誘電体材料の研磨及び除去を停止させるように設計されている。シリコン窒化物層は、トレンチ損失及び最終微細構造のへこみを低減するような方法で研磨段差の材料除去を停止させる機能を果たす。しかしながら、このステップは、製造プロセスに多大なコストを加え、依然として完全にはへこみを防ぐことができない。
【０１１８】
本明細書のプロセスによれば、基板は、誘電体研磨及び除去ステップの意図された終了場所に配置されたシリコン窒化物ライナを含むことができる。他の実施形態では、基板は、活性領域から誘電体を除去するステップを終了する場所に配置されたシリコン窒化物「ライナ」または「キャップ」を必要とせず、任意選択的に、かつ好ましくは除外することができる。
【０１１９】
説明している通り、スラリーを使って、いくつかの方法により処理することができる基板のこれらの及び他の実施形態によれば、基板はまた、シリコン窒化物層、例えば誘電体層上に設けることもできる。隆起及び下部（例えば、トレンチ）構造を有する誘電体基板を処理する場合、シリコン窒化物層が、隆起及び下部の誘電体材料の上に配置され、ＣＭＰ処理中にトレンチ部を保護し、平坦化効率を改善する。
【０１２０】
基板が、任意の好適な技術、特に化学機械研磨（ＣＭＰ）装置を使ったＣＭＰ処理により、本明細書中で説明されたＣＭＰ組成物を用いて平坦化され、または研磨することができる。通常、ＣＭＰ装置は、圧盤を備え、これは、使用中、動いており、軌道、直線、または円運動による速度を有し、研磨パッドを備え、これは、圧盤と接触し、動いているときは圧盤と一緒に移動し、キャリアを備え、これは、研磨パッドの表面に対して接触かつ移動することによって研磨される基板を保持する。研磨は、説明の通り、ＣＭＰ組成物、通常は研磨パッドと接触しながら置かれた基板毎に生じ、次いで基板表面の少なくとも一部、例えばパターン誘電体材料を除去する。
【０１２１】
基板は、任意の好適な研磨パッド（例えば、研磨表面）と一緒に、化学機械ＣＭＰ組成物を用いて、平坦化または研磨することができる。好適な研磨パッドは、例えば織られた及び織られていない研磨パッドを含む。さらに、好適な研磨パッドは、密度、硬度、厚さ、圧縮性、圧縮に対する反発機能、及び圧縮係数を変化させる任意の好適なポリマーを含むことができる。好適なポリマーには、例えば、ポリビニルクロライド、ポリビニルフルオライド、ナイロン、フルオロカーボン、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、これらの共形成品、及びこれらの混合物が挙げられる。
【０１２２】
好ましい方法によれば、パターン誘電体は、平坦化かつ研磨され、隆起部（初期の高さｈ０を有する）とトレンチ（初期のトレンチ厚さｔ０を有する）との間のステップ高さを低減する。この平坦化を効果的かつ効率的に達成するには、このプロセスは、トレンチの誘電体材料の実質的により小さい除去速度と一緒に、パターン誘電体材料の隆起部の高い除去速度を備える必要がある。好ましくは、このプロセスはまた、高い平坦化効率となり、任意選択的に低いトレンチ損失及び良好な自己停止動作を伴う。
【０１２３】
ＣＭＰ研磨または平坦化中、誘電体材料は、隆起部から除去され、またより少ない量でトレンチから除去される。研磨中、隆起部の高さは、最終的に本質的にトレンチの高さと同じレベルになるように、減少する。このことは、例えば、ステップ高さが１，０００オングストローム未満、例えば９００、５００、３００、または２５０オングストローム未満まで低減することを意味する。隆起部の高さを低減することにより、トレンチ間の隆起部のパターンを除去し、パターンを効果的に除去し、平坦化された誘電体の領域、すなわち誘電体材料の実質的な平坦化領域を意味する「ブランケット」誘電体または「ブランケット酸化物」にパターンを変換する。
【０１２４】
処理される基板に依存して、初期のステップ高さは、少なくとも１，０００、２，０００、または５，０００オングストロームとすることができ、実質的にはより大きく、例えば７，０００オングストロームより大きく、または少なくとも１０，０００、２０，０００、３０，０００、または４０，０００オングストロームとすることができ、ＣＭＰ処理のステップを開始する前に測定される。
【０１２５】
本明細書中で説明された基板のＣＭＰ平坦化の好ましいプロセスによれば、パターン誘電体は、５分未満、例えば３、２、または１分未満の時間でパターン誘電体のＣＭＰ処理により平坦化された表面に処理することができる。このことは、少なくとも７，０００、または１０，０００、例えば２０，０００、３０，０００、または４０，０００オングストロームの初期ステップ高さを含むパターン誘電体を有する基板の場合に達成することができる。表面は、１，０００オングストローム未満、例えば９００オングストローム、５００オングストローム、３００オングストローム、または２５０オングストロームの（研磨による）低減されたステップ高さ（すなわち、「残りの」ステップ高さ）を達成する上で、効果的に平坦化されたと考えられる。
【０１２６】
説明している通り、ある特定のプロセス及びスラリーによれば、アルキルアミン（のみ、またはシクロデキストリンと一緒に）を含有するスラリーを使ったプロセスの平坦化効率は、アルキルアミンを含有しない他の同じスラリーに対して改善することができ、アルキルアミンのみか、またはシクロデキストリンと組み合わせたアルキルアミンが、平坦化効率を改善することができる。ある特定のプロセス及びスラリーによれば、平坦化効率は、（アルキルアミンの存在のため）アルキルアミンを含有していないスラリーに対して増加させることができるが、誘電体材料の除去速度は、アルキルアミンを含有していないスラリーに対して実質的に低下しない。スラリー中に十分高いレベルでアルキルアミンを存在させると、パターン誘電体除去速度における低下が生じるが、シクロデキストリン（及びシクロデキストリンのアルキルアミンとの錯体形成）により、アルキルアミンのより少ない量の使用が、平坦化効率における所望の改善の達成を可能にし、または他の点では、除去速度における低下を防いでいる。異なる方法で考慮すると、アルキルアミンが、シクロデキストリンと錯体形成し、除去速度に関して低下する有害な効果を示す場合、アルキルアミンの量をより多く含むと、平坦化効率を改善することができる。除去速度と平坦化効率との間のどこかでトレードオフが可能であり、アルキルアミンが錯体形成される場合、平坦化効率の利得が大きくなるにつれ、除去速度の低下は小さくなる。しかしながら、ある点において、アルキルアミンの量は、錯体形成に必要とされる多量のシクロデキストリンの量が除去速度に悪影響を及ぼしている可能性があることから、錯体形成がされていても、最大値に到達し得る。
【０１２７】
高い活性除去速度及び良好な平坦化効率の両方が、誘電体含有基板を処理するため、ＣＭＰスラリー及びＣＭＰプロセスにおいて所望されている。各々は、別個に望ましいが、平坦化効率の改善が、パターン誘電体材料の除去速度を実質的に低下させずに達成できるならば、その改善は、特に望ましいことである。
【０１２８】
説明されているように、スラリーを使ったある特定のプロセスによれば、トレンチ損失は低減することができ、平坦化効率は、アルキルアミンを含有していない他の点では同じスラリーに対して、改善されている。好ましいプロセス及びスラリーによれば、研磨中の平坦化に生じるトレンチ損失の量（例えば、「残り」ステップ高さが１，０００オングストローム未満、例えば９００、５００、３００、または２５０オングストローム未満によって定義される）は、所与の処理時間の間に、説明の通り、スラリー中のアルキルアミンの存在により減少し、すなわち、説明の通り、アルキルアミン化合物を含有するスラリーを使ったプロセスに対するトレンチ損失は、同じであるがアルキルアミンを含有していないスラリーを使って、同じ基板を処理するための同じプロセスを使って生じたトレンチ損失の量より実質的に小さい（例えば、少なくとも１０パーセント小さい）。
【０１２９】
トレンチ損失がより小さいことはまた、改善された平坦化効率にも反映され、その平坦化効率は、あるプロセスに対して、トレンチ損失（オングストローム）で除したステップ高さ低下（オングストローム）を指す。本明細書の好ましいプロセスによれば、平坦化効率は、説明の通り、アルキルアミン化合物の存在により改善することができ、すなわち、アルキルアミンを含有する上述のスラリーを使った、上述のプロセスに対する平坦化効率は、同様のプロセス、及び他の条件は同じだがアルキルアミンを含有していないスラリーを使って生じた平坦化効率より実質的に大きい（例えば、少なくとも１０パーセント大きい）、ただし、このとき、同じ基板を処理し、同じプロセス条件及び同じ装置を使っている。上述の通り、あるプロセスの望ましいレベルの平坦化効率（ステップ高さの減少をトレンチ損失で除した値）は、少なくとも２．０であり、好ましくは少なくとも３．０、例えば少なくとも約３．５とすることができる。代替的に、平坦化効率は、次の値として算出することができ、１−（除去されたトレンチ材料の量）／（除去された活性材料の量）。好ましいプロセスの単一の例として、開始ステップ高さ５０００Åを有するＳＴＩ誘電体パターンの５０秒研磨を基準として、ＣＭＰプロセスにおいて、少なくとも０．７、例えば少なくとも０．８０、０．８５、または０．８７の平坦化効率を達成することができる。
【０１３０】
これらの同じプロセスにおいて、パターン誘電体の除去速度は、他の条件は同じでアルキルアミンを含有していない（またはアルキルアミン及びシクロデキストリンともに含有していない）スラリーを使った同じプロセスに対して、実質的に低下しない。好ましいアルキルアミン化合物は、平坦化効率における所望の改善を作り出す量で、（シクロデキストリンの入った）スラリー中に含めることができるが、一方で、例えば、他の条件は同じでアルキルアミン及びシクロデキストリンを含有していない同じスラリーに対して、２５、１５、１０、または５パーセント未満までパターン誘電体の除去速度を低下させる量で、パターン誘電体の除去速度における実質的に所望されない低下を必ずしも引き起こすわけではない。
【実施例】
【０１３１】
説明されているような方法及び組成物は、シクロデキストリン−アルキルアミン複合体を含有するセリア系スラリーを必要とし、パターンニングされたバルクシリコン酸化物材料のＣＭＰ処理に有用である。シクロデキストリン−アルキルアミン複合体は、組成物添加剤として使用される場合、非常に高いパターン酸化物除去速度を維持し、同時に平坦化効率を向上させることから、例示的なスラリー及びプロセスの利点は、３Ｄ  ＮＡＮＤ産業のニーズと合致していることである。さらに、複合体及び研磨粒子（例えば、セリア系粒子）を含有しているスラリーは、この複合体からのＰＥの向上は、極めて顕著であり、別のＰＥ促進剤よりも優れていることから、多少遅い除去速度が許容され得る場合でさえも、バルク（例えば、シリコン酸化物）研磨が必要とされる場合は、他の処理用途のためのＰＥ向上用添加剤としても有用または有利であり得る。
【０１３２】
本開示は、シクロデキストリン−アルキルアミン複合体が、ＣＭＰ組成物中に含まれることができ、改善された平坦化効率を提供し、パターン誘電体材料のバルク除去において除去速度低下のレベルが許容できるほど小さいことを発見したことに基づいている。例示的なプロセスでは、シクロデキストリン−アルキルアミン複合体は、パターンニングされたＴＥＯＳ表面のトレンチ材料を保護する役割を果たし、セリア系スラリーを用いたＣＭＰ中にＰＥを向上させる。理論にとらわれずに、パッドの粗さが、トレンチに容易に到達しない場合、ＣＭＰ処理の初期段階中、陽イオン性のアルキルアミン化合物のクーロン引力は、シクロデキストリンの水素結合と一緒に、トレンチに効果的に集中し、かつ保護する。このことは、トレンチ内の下部のシリコン酸化物の浸食を遅らせる保護層の形成につながり、それによって平坦化効率を向上させる。実験結果は、複合体の入っていない同じスラリーを使ったプロセスと比較すると、向上したＰＥは、ＩＣ１０１０（Ｄｏｗ社から市販されている）及びＲ２００−０１（Ｃａｂｏｔ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社から市販されている）の両方の研磨パッド上にある２００−ｍｍ及び３００−ｍｍの両方の研磨プラットフォームにおいて維持されていることを示している。
【０１３３】
実施例１
実施例１では、「対照スラリー」の研磨は、本出願者の同時係属出願である特許出願第１４／６３９，５６４号に記載されているセリア系スラリーである。このスラリー（セリア粒子及びピコリン酸を含有している）は、以前に知られておらず、市販されておらず、またはいずれの特許出願にも公開されていないと思われる。「対照スラリー」（図１中の正方形で示された「対照スラリー履歴」曲線で示されているように含んでいる）は、セリア粒子（０．３％）、ピコリン酸（５００ｐｐｍ）を含み、約４．０のｐＨを有する。対照スラリーのセリア粒子は、１００ナノメートルの平均粒径であった。
【０１３４】
使用された研磨ツールは、Ｍｉｒｒａであり、下方圧力は、３ポンド毎平方インチであり、スラリー流速は、１５０ミリリットル毎分であった。パターンウエハは、２マイクロメートルの初期ステップ高さを含み、ＴＥＯＳ（「パターンウエハ」）から成る。パターンウエハ上の研磨時間は、図１の説明文中に秒で示されている。
ステップ高さは、時限研磨後の最終測定されたステップ高さである。最初のステップ高さは、２０，０００Åであった。
【０１３５】
図１に示すように、サブパッド（２００ｍｍ）のないハードパッドを使った対照スラリーのＰＥは、アルキルアミンもしくは複合体を用いた平坦化効率の改善を示すため、アルキルアミン（のみ）と付した同一のスラリーに沿って、またはシクロデキストリン−アルキルアミン複合体と付して、描かれている。約５，０００Åのトレンチ損失において、複合体付きスラリーは、約１，０００Åの下部ステップ高さ残りを有する。この実施例では、改善のレベルは、シクロデキストリンによる錯体形成の有無で同じであるが、複合体を使用するスラリー中に必要なアルキルアミンの量は、アルキルアミンのみを有するスラリーの量の２０％である。アルキルアミンはまた、高いレベルで除去速度を低下させることができるため、複合体は、除去速度を維持しながら必要なアルキルアミンの量を最小にするためのより良い選択である。
【０１３６】
シクロデキストリン−アルキルアミン複合体のスラリーへの添加と関係する顕著な速度低減はない。
【０１３７】
ステップ高さは、ＨＲＰを介して、トレンチの中央から、隆起構造端から３００マイクロメートルの距離の隆起構造の上部まで測定された。隆起構造の端付近のその点から隆起構造の中央までのステップ高さ（ＣＭＰ中回転する隆起構造のためゼロでない値、非常に大きい１０ｍｍ隆起構造）は、Ｆ５ｘを用いて光学的に測定され、これらの値（Ｆ５ｘ回転する隆起構造体及びＨＲＰステップ高さ）は、一緒に加算され、トレンチの中央からステップの中央までの最終的にプロットされる隆起構造のステップ高さが得られる。
【０１３８】
実施例２
実施例２では、「対照スラリー」の研磨は、実施例１で説明された通りである。対照２スラリーは、Ｃａｂｏｔ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社から市販されているＤ７２９５スラリーである。対照３スラリーは、Ｃａｂｏｔ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社から市販されているＤ６７２０スラリーである。対照２及び３スラリーは、対照スラリーと同様のセリア及びピコリン酸を収容したが、シクロデキストリン−アルキルアミン複合体を収容しなかった。本発明のスラリー（正方形データポイントで示す）は、対照スラリー＋本明細書中で述べた複合体である。
【０１３９】
使用された研磨ツールは、Ｍｉｒｒａであり、下方圧力は、３ポンド毎平方インチであり、スラリー流速は、１５０ミリリットル毎分であった。パターンウエハは、０．５マイクロメートルの初期ステップ高さを含み、ＴＥＯＳ（「パターンウエハ」）から成る。
【０１４０】
図２に示すように、本発明のスラリーのＰＥは、複合体を含有し、ＩＣ１０１０パッド及びＩＣ１０００  Ｘ、Ｙ穴あきパッドの両方を使って、セリア粒子を含有する３つのスラリー及び複合体なしを並べてプロットされている。その結果は、複合体を含有している本発明のスラリーを使った平坦化効率の改善を示している。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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