(57)【要約】  基板を化学機械研磨する方法が開示されている。その方法は、（ａ）少なくとも１種のＩＩＩ−Ｖ族材料を含有する基板を、研磨パッドならびに、水、負の表面電荷を有する研磨剤粒子、及び約０．０１質量％〜約５質量％の量のＩＩＩ−Ｖ族材料を酸化するための酸化剤を含む化学機械研磨組成物と接触させることであって、研磨組成物が、約２〜約５のｐＨを有する、接触させることと、（ｂ）研磨パッド及び化学機械研磨組成物を基板に対して移動させることと、（ｃ）基板の少なくとも一部を摩耗させて基板を研磨することと、を含む、それらからなる、または本質的にそれらからなる。いくつかの実施形態では、ＩＩＩ−Ｖ族材料は、周期表のＩＩＩ族からの少なくとも１種の元素及び周期表のＶ族からの少なくとも１種の元素を含む半導体である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を化学機械研磨する方法であって、前記方法が、
（ａ）少なくとも１種のＩＩＩ−Ｖ族材料を含有する基板を、研磨パッドならびに、水、負の表面電荷を有する研磨剤粒子、及び約０．０１質量％〜約５質量％の量の前記ＩＩＩ−Ｖ族材料を酸化するための酸化剤を含む化学機械研磨組成物と接触させることであって、前記化学機械研磨組成物が、約２〜約５のｐＨを有する、接触させることと、
（ｂ）前記研磨パッド及び前記化学機械研磨組成物を前記基板に対して移動させることと、
（ｃ）前記基板の少なくとも一部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２】
前記ＩＩＩ−Ｖ族材料が、Ｓｉ、Ｉｎ、Ｐ、Ｇａ、Ａｓ、Ｇｅ、Ｎ、またはそれらの任意の組み合わせを含有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ＩＩＩ−Ｖ族材料が、ＧａＡｓ、ＡｌＡｓ、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＧａＩｎＰ、ＳｉＧｅ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ、またはそれらの任意の組み合わせを含有する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ＩＩＩ−Ｖ族材料が、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ、またはそれらの任意の組み合わせを含有する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記研磨剤粒子が、約−１０ｍＶ〜約−６０ｍＶのゼータ電位を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記研磨剤粒子が、約−２０ｍＶ〜約−３０ｍＶのゼータ電位を有する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記研磨剤粒子が、コロイド状シリカ粒子である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記研磨剤粒子が、約２０ｎｍ〜約２００ｎｍの平均粒子サイズを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記研磨剤粒子が、前記化学機械研磨組成物の約０．０１質量％〜約５質量％の量で存在する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記酸化剤が、過酸化水素、アミンオキシド、キノン、ペルオキシカルボン酸、超原子価オキシハライド、過硫酸塩、酸化還元活性金属イオンもしくはその配位錯体、またはそれらの任意の組み合わせである、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記酸化剤が、ピリジン−Ｎ−オキシド、トリメチルアミン−Ｎ−オキシド、２−ヒドロキシピリジンＮ−オキシド、８−ヒドロキシキノリンＮ−オキシド、ピコリン酸Ｎ−オキシド、ピラジンＮ−オキシド、またはそれらの任意の組み合わせを含むアミンオキシドである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記酸化剤が、２，６−ジメトキシ−１，４−ベンゾキノン、２，６−ジメチルベンゾキノン、ナフタキノン、アントラキノン、１，２−ナフタキノン−４−スルホン酸などのスルホン化ナフタキノン、アントラキノン−２−スルホン酸などのスルホン化アントラキノン、１，５−ジアミノアントラキノン、カテコール、またはそれらの任意の組み合わせを含むキノンである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記酸化剤が、過酸化水素である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記酸化剤が、前記化学機械研磨組成物の約０．０１質量％〜約１質量％の量で存在する、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記化学機械研磨組成物の前記ｐＨが約２．３〜約５である、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記研磨剤粒子が、コロイド状シリカであり、前記酸化剤が、過酸化水素である、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
半導体ウェハは、典型的には、複数のトランジスタが形成されたシリコンウェハなどの基板から構成される。トランジスタは、化学的及び物理的に基板に接続され、よく知られている多層共面相互接続の使用を介して相互接続されて機能回路を形成する。典型的な多層相互接続は、例えば、以下のもの：チタン（Ｔｉ）、硝酸チタン（ＴｉＮ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、またはそれらの任意の組み合わせのうちの１種以上からなる積層薄膜から構成される。
【背景技術】
【０００２】
機能的多層共面相互接続を形成するための従来の技術は、化学機械研磨（ＣＭＰ）を介して相互接続の表面を平坦化することを含んでいる。ＣＭＰは、第１の層が形成された非平面の第２の層の表面を露出させるために、上にある第１の層を同時に化学機械研磨することを含む。
【０００３】
基板の表面を平坦化または研磨するためのＣＭＰ組成物及び方法は、当該技術分野においてよく知られている。研磨組成物（研磨スラリーとしても知られている）は、典型的には、液体担体中に研磨材料を含有し、表面を研磨組成物が浸透した研磨パッドと接触させることによって表面に適用される。典型的な研磨材料には、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、及び酸化スズが含まれる。研磨組成物は、典型的には、研磨パッド（例えば、研磨布またはディスク）と共に使用される。研磨組成物に懸濁させる代わりに、またはそれに加えて、研磨材料が研磨パッドに組み込まれ得る。
【０００４】
マイクロ電子工学産業におけるより速い装置への要望のため、それらの高い電子移動度のために周期表のＩＩＩ−Ｖ族からの元素を使用することへの関心が存在する。ＩＩＩ−Ｖ族材料によって提供される急速な電子伝達は、はるかに低い電子移動度を問題とし、かつより大きなフィーチャに対する用途に制限されている銅と比較して、より小さなフィーチャにおけるより高い電気伝導性を可能とする（すなわち、高度なノード集積回路を可能とする）。
【０００５】
マイクロ電子工学産業においてＩＩＩ−Ｖ族材料を使用することでの重大な課題は、更なる加工を可能にするための滑らかで平坦な表面を達成することである。ＩＩＩ−Ｖ族材料の良好な除去率での効果的な平坦化は、フロントエンドの高度なノードに対するより小さなフィーチャサイズ及び材料の選択性の要件のため、達成することが困難である。半導体ウェハにおいてＩＩＩ−Ｖ族材料を使用することでの別の課題は、平坦化の間、ＩＩＩ−Ｖ族材料が、刺激性で可燃性で有毒でさえあり得る毒性のアウトガスの生成の影響を受けやすいことである。例えば、アルシン（ＡｓＨ３）またはホスフィン（ＰＨ３）などの毒性のガス状水素化物種が生成され得る。これらのガスは重大な危険物である。従来のアプローチは、事後のＣＭＰスラリー汚染廃棄物を換気システムを介して取扱う必要性を要求しており、これは煩雑で費用がかかる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
それ故、ＩＩＩ−Ｖ族材料の効果的な除去率を含む望ましい研磨性能を提供し得る研磨組成物及び方法の必要性が当該技術分野で依然として存在する。また、毒性のアウトガスの産出を制御しつつ、ＩＩＩ−Ｖ族材料の効果的な研磨性能を提供することも望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、基板を化学機械研磨する方法を提供する。その方法は、（ａ）少なくとも１種のＩＩＩ−Ｖ族材料を含有する基板を、研磨パッドならびに、水、負の表面電荷を有する研磨剤粒子、及び約０．０１質量％〜約５質量％の量のＩＩＩ−Ｖ族材料を酸化するための酸化剤を含む化学機械研磨組成物と接触させることであって、研磨組成物が、約２〜約５のｐＨを有する、接触させることと、（ｂ）研磨パッド及び化学機械研磨組成物を基板に対して移動させることと、（ｃ）基板の少なくとも一部を摩耗させて基板を研磨することと、を含む、それらからなる、または本質的にそれらからなる。いくつかの実施形態では、ＩＩＩ−Ｖ族材料は、周期表のＩＩＩ族からの少なくとも１種の元素及び周期表のＶ族からの少なくとも１種の元素を含む半導体である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の実施形態は、半導体ウェハなどの基板を化学機械研磨する方法を提供する。その方法は、（ａ）少なくとも１種のＩＩＩ−Ｖ族材料を含有する基板を、研磨パッドならびに、水、負の表面電荷を有する研磨剤粒子、及び約０．０１質量％〜約５質量％の量のＩＩＩ−Ｖ族材料を酸化するための酸化剤を含む化学機械研磨組成物と接触させることであって、研磨組成物が、約２〜約５のｐＨを有する、接触させることと、（ｂ）研磨パッド及び化学機械研磨組成物を基板に対して移動させることと、（ｃ）基板の少なくとも一部を摩耗させて基板を研磨することと、を含む、それらからなる、または本質的にそれらからなる。
【０００９】
本発明の方法は、ＩＩＩ−Ｖ族材料を含有する基板で特に有用性を有する。好ましい実施形態では、ＩＩＩ−Ｖ族材料は、例えば、半導体ウェハの形態で使用され得る半導体材料であるため、集積回路（ＩＣ）がウェハ上に形成され得、これはウェハの中または上に構築されたマイクロ電子工学装置用の基板である。ＩＣはコンパクトであり、ウェハ上に数十億のトランジスタ及び他の電気部品を含有する。ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料は、有利には急速な電子伝達を示し、それによって、銅またはタングステンなどの他の材料と比較してより小さなフィーチャにおいて電気を伝導することが可能になる。例えば、ＩＩＩ−Ｖ族材料は、周期表の主族元素からの元素、特にＩＩＩＡ族（Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ）、ＩＶＡ族（Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ）、及び／またはＶＡ族（Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ）、またはそれらの任意の組み合わせの元素の１種以上を含み得る。好ましい実施形態では、ＩＩＩ−Ｖ族材料は、Ｓｉ、Ｉｎ、Ｐ、Ｇａ、Ａｓ、Ｇｅ、またはそれらの任意の組み合わせを含む。
【００１０】
いくつかの実施形態では、ＩＩＩ−Ｖ族材料は、周期表のＩＩＩＡ族からの少なくとも１種の元素及び周期表のＶＡ族からの少なくとも１種の元素を含む。ＩＩＩ−Ｖ族材料は、ＧａＡｓ、ＡｌＡｓ、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＧａＩｎＰ、ＳｉＧｅ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ、またはそれらの任意の組み合わせなどの化合物を含む任意の好適な半導体材料の形態であり得る。いくつかの実施形態では、ＩＩＩ−Ｖ族材料は、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ、またはそれらの任意の組み合わせを含む。所望により、ＩＩＩ−Ｖ族材料は、酸化シリコン、窒化シリコン、ポリシリコン、または他の予め選択された材料を含み得る別の層の上の層中にあり得る。
【００１１】
本発明の方法は、驚くべきことに、また予想外に、約２〜約５のｐＨを示しかつ負の表面電荷を有する研磨剤粒子を使用した研磨組成物で研磨することによってＩＩＩ−Ｖ族材料の除去及び良好な選択性を達成する。特定の理論に縛られることを望まないが、粒子の負の表面電荷と組み合わされた本明細書に記載の酸性のｐＨ範囲は、これらの酸性ｐＨでのＩＩＩ−Ｖ族材料の表面上の固有の正の電荷の観点からの有益な静電気引力により、所望の除去を向上させるため、望ましいことを本発明者らは見出した。
【００１２】
いくつかの実施形態では、研磨組成物のｐＨは、例えば、約２〜約４．５、約２〜約４、約２〜約３．５、約２〜約３、約２〜約２．５、約２．３〜約５、約２．３〜約４．５、約２．３〜約４、約２．３〜約３．５、約２．３〜約３、約２．５〜約５、約２．５〜約４．５、約２．５〜約４、約２．５〜約３．５、約２．５〜約３、約２．７〜約５、約２．７〜約４．５、約２．７〜約４、約２．７〜約３．５、約２．７〜約３、約３〜約５、約３〜約４．５、約３〜約４、または約３〜約３．５である。
【００１３】
ＩＩＩ−Ｖ族材料によって提供される高い電子移動度の利点のために、ＩＩＩ−Ｖ族材料を使用して高度なノード半導体ウェハを生成し得る。それ故、いくつかの実施形態では、本発明の方法は、高度なノード用途（例えば、２８ｎｍ以下、２２ｎｍ以下、１８ｎｍ以下、１６ｎｍ以下、１４ｎｍ以下、１０ｎｍ以下、８ｎｍ以下、６ｎｍ以下などの技術ノード）で使用するのに特に適している。しかしながら、いくつかの実施形態では、ウェハは、従来のノード構成のもの、例えば、６５ｎｍ以下、４５ｎｍ以下、３２ｎｍ以下などの技術ノードであり得る。
【００１４】
研磨組成物は研磨剤を含む。研磨剤は望ましくは、２〜５の所望のｐＨ範囲（または本明細書に記載の所望のｐＨ副範囲）内で負の表面電荷を示す。負に荷電した粒子は、研磨中に本明細書に記載の所望のｐＨ範囲内で粒子表面と目的のＩＩＩ−Ｖ族材料との間に有利な電荷引力を有するので望ましい。例えば、いくつかの実施形態では、研磨剤粒子は、少なくとも約−５ｍＶのゼータ電位を有する。いくつかの実施形態では、研磨剤粒子は、約−１０ｍＶ〜約−６０ｍＶ、例えば、約−１０ｍＶ〜約−５０ｍＶ、約−２０ｍＶ〜約−４０ｍＶ、約−３０ｍＶ〜約−４０ｍＶ、または約−２０ｍＶ〜約−３０ｍＶのゼータ電位を有する。
【００１５】
いくつかの実施形態では、研磨剤粒子は、コロイド状シリカ粒子を含むか、それからなるか、または本質的にそれからなる。当業者に知られているように、コロイド状シリカは、液相中の微細な非晶質、非多孔質及び典型的には球形の粒子の懸濁液である。コロイド状シリカは、縮合重合または沈降シリカ粒子の形態を取り得る。いくつかの実施形態では、シリカは、湿式プロセスタイプのシリカ粒子の形態である。粒子、例えば、コロイド状シリカは、任意の好適な平均サイズ（すなわち、平均粒子直径）を有し得る。平均研磨剤粒子サイズが小さすぎると、研磨組成物が十分な除去率を示さない場合がある。対照的に、平均研磨剤粒子サイズが大きすぎると、研磨組成物は、例えば、劣った基板欠陥などの望ましくない研磨性能を示す場合がある。したがって、研磨剤粒子（例えば、コロイド状シリカ）は、約１０ｎｍ以上、例えば、約１５ｎｍ以上、約２０ｎｍ以上、約２５ｎｍ以上、約３０ｎｍ以上、約３５ｎｍ以上、約４０ｎｍ以上、約４５ｎｍ以上、または約５０ｎｍ以上の平均粒子サイズを有し得る。代替的に、または追加的に、研磨剤は、約２００ｎｍ以下、例えば、約１７５ｎｍ以下、約１５０ｎｍ以下、約１２５ｎｍ以下、約１００ｎｍ以下、約７５ｎｍ以下、約５０ｎｍ以下、または約４０ｎｍ以下の平均粒子サイズを有し得る。それ故、研磨剤は、上記の終点のうちの任意の２つによって境界が定められた平均粒子サイズを有し得る。
【００１６】
例えば、研磨剤は、約１０ｎｍ〜約２００ｎｍ、約２０ｎｍ〜約２００ｎｍ、約２０ｎｍ〜約１７５ｎｍ、約２０ｎｍ〜約１５０ｎｍ、約２５ｎｍ〜約１２５ｎｍ、約２５ｎｍ〜約１００ｎｍ、約３０ｎｍ〜約１００ｎｍ、約３０ｎｍ〜約７５ｎｍ、約３０ｎｍ〜約４０ｎｍ、または約５０ｎｍ〜約１００ｎｍの平均粒子サイズを有し得る。非球形研磨剤粒子の場合、粒子のサイズは、粒子を包含する最小の球の直径である。研磨剤の粒子サイズは、例えば、レーザー回折技術を使用して、任意の好適な技術を使用して測定され得る。好適な粒子サイズ測定機器は、例えば、Ｍａｌｖｅｒｎ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（Ｍａｌｖｅｒｎ、ＵＫ）から入手可能である。
【００１７】
研磨剤粒子（例えば、コロイド状シリカ）は好ましくは、研磨組成物中でコロイド的に安定である。コロイドという用語は、液体担体（例えば、水）中の粒子の懸濁を指す。コロイド安定性は、その懸濁液の経時的な維持を指す。本発明の文脈において、研磨剤を１００ｍＬのメスシリンダーに入れ、２時間かき混ぜずに放置したときに、メスシリンダーの底部の５０ｍＬ中の粒子の濃度（ｇ／ｍＬの単位として［Ｂ］）とメスシリンダーの頂部の５０ｍＬ中の粒子の濃度（ｇ／ｍＬの単位として［Ｔ］）との差を、研磨剤組成物中の粒子の初期濃度（ｇ／ｍＬの単位として［Ｃ］）で除したものが、０．５以下である（すなわち、｛［Ｂ］−［Ｔ］｝／［Ｃ］≦０．５）である場合、研磨剤はコロイド的に安定であるとみなされる。より好ましくは、［Ｂ］−［Ｔ］／［Ｃ］の値は０．３以下であり、最も好ましくは０．１以下である。
【００１８】
研磨剤は、任意の好適な量で存在する。本発明の研磨組成物が過度に少ない研磨剤を含む場合、組成物が十分な除去率を示さない場合がある。対照的に、研磨組成物が多すぎる研磨剤を含む場合、次いで研磨組成物は、望ましくない研磨性能を示し得る、及び／または費用効果が高くない場合がある、及び／または安定性に欠ける場合がある。研磨組成物は、約１０質量％以下、例えば、約９質量％以下、約８質量％以下、約７質量％以下、約６質量％以下、約５質量％以下、約４質量％以下、約３質量％以下、約２質量％以下、または約１質量％以下、約０．９質量％以下、約０．８質量％以下、約０．７質量％以下、約０．６質量％以下の研磨剤、または約０．５質量％以下の研磨剤を含み得る。代替的に、または追加的に、研磨組成物は、約０．０１質量％以上、約０．０５質量％以上、例えば、約０．１質量％以上、約０．２質量％以上、約０．３質量％以上、約０．４質量％以上、約０．５質量％以上、または約１質量％以上の研磨剤を含み得る。それ故、研磨組成物は、適切な場合には、上記の終点のうちの任意の２つによって境界が定められた量の研磨剤を含み得る。
【００１９】
例えば、いくつかの実施形態では、研磨剤は、研磨組成物の０．０１質量％〜約１０質量％、例えば、約０．０１質量％〜約８質量％、約０．０１質量％〜約６質量％、約０．０１質量％〜約５質量％、約０．０１質量％〜約４質量％、約０．０１質量％〜約２質量％、約０．０１質量％〜約１質量％、約０．０５質量％〜約８質量％、約０．０５質量％〜約６質量％、約０．０５質量％〜約５質量％、約０．０５質量％〜約４質量％、約０．０５質量％〜約２質量％、約０．０５質量％〜約１質量％、約０．１質量％〜約１０質量％、約０．１質量％〜約８質量％、約０．１質量％〜約６質量％、約０．１質量％〜約５質量％、約０．１質量％〜約４質量％、約０．１質量％〜約２質量％、約０．１質量％〜約１質量％、約０．５質量％〜約１０質量％、約０．５質量％〜約８質量％、約０．５質量％〜約５質量％、約０．５質量％〜約４質量％、約０．５質量％〜約２質量％、約０．５質量％〜約１質量％、約１質量％〜約１０質量％、約１質量％〜約８質量％、約１質量％〜約６質量％、約１質量％〜約５質量％、約１質量％〜約４質量％、約１質量％〜約２質量％などの量で存在し得る。
【００２０】
研磨組成物は、ＩＩＩ−Ｖ族材料を酸化する酸化剤を含む。酸化剤は、ＩＩＩ−Ｖ族材料を酸化するために研磨組成物のｐＨにおいて十分な大きさの酸化電位を有する任意の好適な酸化剤であり得る。ＩＩＩ−Ｖ族材料の酸化は、ＩＩＩ−Ｖ金属をＣＭＰ用途のための摩耗可能な酸化物膜に迅速に転化するので望ましい。好ましい実施形態では、酸化剤は過酸化水素である。好適な酸化剤の非限定的な例には、過酸化水素、アミンオキシド、キノン、ペルオキシカルボン酸、超原子価オキシハライド、過硫酸塩、酸化還元活性金属イオン（Ｃｅ４＋またはＦｅ３＋など）もしくはその配位錯体、またはそれらの任意の組み合わせから選択される酸化剤が含まれる。好ましくは、いくつかの実施形態では酸化剤は過酸化水素である。
【００２１】
酸化剤は、任意の好適な量で存在する。本発明の研磨組成物が少なすぎる酸化剤を含む場合、摩耗可能な金属酸化物層が均一な様式で形成されないので、組成物は良好な平坦性及び選択性を示さない場合がある。対照的に、研磨組成物が多すぎる酸化剤を含む場合、次いで金属酸化物層が不動態化されすぎて研磨を阻害するため、望ましくない平坦性及び選択性を示す場合がある。研磨組成物は、約１質量％以下の酸化剤、例えば、約０．９質量％以下、約０．８質量％以下、約０．７質量％以下、約０．６質量％以下、約０．５質量％以下、約０．４質量％以下、約０．３質量％以下、約０．２質量％以下、約０．１質量％以下の酸化剤を含み得る。代替的に、または追加的に、研磨組成物は、約０．０１質量％以上、約０．０５質量％以上、例えば、約０．１質量％以上、約０．１５質量％以上、約０．２質量％以上、約０．２５質量％以上、約０．３質量％以上、約０．４質量％以上、約０．５質量％以上、または約１質量％以上の酸化剤を含み得る。それ故、研磨組成物は、適切な場合には、上記の終点のうちの任意の２つによって境界が定められた量の酸化剤を含み得る。
【００２２】
例えば、いくつかの実施形態では、酸化剤は、研磨組成物の約０．０１質量％〜約１質量％、例えば、約０．０１質量％〜約０．８質量％、約０．０１質量％〜約０．６質量％、約０．０１質量％〜約０．５質量％、約０．０１質量％〜約０．４質量％、約０．０１質量％〜約０．２質量％、約０．０１質量％〜約０．１質量％、約０．０５質量％〜約１質量％、約０．０５質量％〜約０．８質量％、約０．０５質量％〜約０．５質量％、約０．０５質量％〜約０．４質量％、約０．０５質量％〜約０．２質量％、約０．０５質量％〜約０．１質量％、約０．１質量％〜約１質量％、約０．１質量％〜約０．８質量％、約０．１質量％〜約０．６質量％、約０．１質量％〜約０．５質量％、約０．１質量％〜約０．４質量％、約０．１質量％〜約０．２質量％、約０．１５質量％〜約１質量％、約０．１５質量％〜約０．８質量％、約０．１５質量％〜約０．６質量％、約０．１５質量％〜約０．５質量％、約０．１５質量％〜約０．４質量％、約０．１５質量％〜約０．２質量％、約０．２質量％〜約１質量％、約０．２質量％〜約０．８質量％、約０．２質量％〜約０．６質量％、約０．２質量％〜約０．５質量％、約０．２質量％〜約０．４質量％、約０．２５質量％〜約１質量％、約０．２５質量％〜約５質量％などの量で存在し得る。
【００２３】
研磨組成物は、本明細書に記載の所望のｐＨを得るための有効量のｐＨ調整剤を任意に含み得る。好適なｐＨ調整剤は、当該技術分野で知られており、例えば、酢酸などのカルボン酸、硝酸、鉱酸、ルイスもしくはアレニウス酸、もしくはそれらの組み合わせ、または、塩基、例えば、水酸化カリウム、アミン、ルイスもしくはアレニウス塩基、もしくはそれらの任意の組み合わせを含む。含まれる場合、ｐＨ調整剤は、例えば、約０．００５質量％〜約１質量％、例えば、約０．０１質量％〜約１質量％、または約０．１質量％〜約１質量％などの任意の好適な量で含まれ得る。
【００２４】
化学機械研磨組成物は、１種以上の添加剤を任意に更に含む。例示的な添加剤には、コンディショナー、酸（例えば、スルホン酸）、錯化剤（例えば、アニオン性ポリマー錯化剤）、キレート剤、殺生物剤、スケール抑制剤、分散剤などが含まれる。
【００２５】
殺生物剤は、存在する場合、任意の好適な殺生物剤であり得、任意の好適な量で研磨組成物中に存在し得る。好適な殺生物剤は、イソチアゾリノン殺生物剤である。研磨組成物に使用される殺生物剤の量は、典型的には約１〜約５０ｐｐｍ、好ましくは約１０〜約２０ｐｐｍである。
【００２６】
酸、塩基、または塩（例えば、有機カルボン酸、塩基、及び／またはアルカリ金属炭酸塩など）である研磨組成物の成分のいずれかは、研磨組成物の水に溶解された場合、カチオン及びアニオンとして解離した形態で存在し得ることが理解される。本明細書に記載の研磨組成物中に存在するそのような化合物の量は、研磨組成物の調製に使用される解離していない化合物の質量を指すと理解される。
【００２７】
研磨組成物は、任意の好適な技術によって生成され得、その多くが当業者に知られている。研磨組成物は、バッチまたは連続プロセスで調製され得る。一般に、研磨組成物は、研磨組成物の成分を組み合わせることによって調製される。本明細書で使用される「成分」という用語は、個々の原料（例えば、研磨剤、酸化剤、及び／または任意の添加剤）ならびに原料（例えば、研磨剤、酸化剤、任意の添加剤など）の任意の組み合わせを含む。
【００２８】
例えば、研磨組成物は、（ｉ）液体担体の全部または一部を提供し、（ｉｉ）研磨剤（例えば、コロイド状シリカ）、酸化剤、任意のｐＨ調整剤、及び／または任意の添加剤を分散させ（そのような分散液を調製するための任意の好適な手段を使用する）、（ｉｉｉ）適切な場合には、分散液のｐＨを調整し、（ｉｖ）好適な量の他の任意の成分及び／または添加剤を混合物に添加することによって調製され得る。
【００２９】
代替的に、研磨組成物は、（ｉ）（例えば、コロイド状シリカ）スラリー中の１種以上の成分（例えば、液体担体、酸化剤、任意のｐＨ調整剤、及び／または任意の添加剤）を提供し、（ｉｉ）添加剤溶液中の１種以上の成分（例えば、液体担体、酸化剤、任意のｐＨ調整剤、及び／または任意の添加剤）を提供し、（ｉｉｉ）（例えば、コロイド状シリカ）スラリーと添加剤溶液とを組み合わせて混合物を形成し、（ｉｖ）任意に、好適な量の他の任意の添加剤を混合物に添加し、（ｖ）適切な場合には、混合物のｐＨを調整することによって調製され得る。
【００３０】
研磨組成物は、研磨剤（例えば、コロイド状シリカ）、酸化剤、任意のｐＨ調整剤、及び／または任意の添加剤、及び水を含む１パッケージシステムとして供給され得る。あるいは、本発明の研磨組成物は、（例えば、コロイド状シリカ）スラリー及び添加剤溶液を含む２パッケージシステムとして供給され、（例えば、コロイド状シリカ）スラリーは、研磨剤（例えば、コロイド状シリカ）及び／または任意の添加剤、及び水から本質的になるか、またはそれらからなり、添加剤溶液は、酸化剤、任意のｐＨ調整剤、及び／または任意の添加剤から本質的になるか、またはそれらからなる。２パッケージシステムは、２つのパッケージ、すなわち、（例えば、コロイド状シリカ）スラリー及び添加剤溶液のブレンド比を変化させることによって、基板の広範囲の平坦化特質及び研磨速度の調整を可能にする。
【００３１】
そのような２パッケージ研磨システムを利用するために、様々な方法が採用され得る。例えば、（例えば、コロイド状シリカ）スラリー及び添加剤溶液は、供給配管の出口で接合及び接続された異なるパイプによって研磨テーブルに送達され得る。（例えば、コロイド状シリカ）スラリー及び添加剤溶液は、研磨のすぐ前または直前に混合され得るか、または研磨テーブル上に同時に供給され得る。更に、２つのパッケージを混合する場合、所望により、脱イオン水を添加して、研磨組成物及び得られる基板研磨特質を調整し得る。
【００３２】
同様に、３、４、またはそれ以上のパッケージシステムが本発明と関連して利用され得、複数の容器の各々は、本発明の化学機械研磨組成物の異なる成分、１種以上の任意の成分、及び／または異なる濃度の同じ成分のうちの１種以上を含有する。
【００３３】
２つ以上の貯蔵装置に含有される成分を混合して使用点またはその近くで研磨組成物を生成するために、貯蔵装置には典型的には、各貯蔵装置から研磨組成物の使用点（例えば、プラテン、研磨パッド、または基板表面）まで導く１つ以上のフローラインが備えられている。本明細書で利用される場合、「使用点」という用語は、研磨組成物が基板表面（例えば、研磨パッドまたは基板表面自体）に適用される点を指す。「フローライン」という用語は、個々の貯蔵容器からそこに貯蔵された成分の使用点までの流れの経路を指す。フローラインはそれぞれ、使用点に直接導くか、またはフローラインのうちの２つ以上を、使用点に導く単一のフローラインに任意の点で連結し得る。更に、フローラインのいずれか（例えば、個々のフローラインまたは連結フローライン）は、成分（複数可）の使用点に達する前に、最初に１つ以上の他の装置（例えば、ポンプ装置、測定装置、混合装置など）に導き得る。
【００３４】
研磨組成物の成分は、使用点に独立して送達され得る（例えば、成分が基板表面に送達されて、そこで成分が研磨プロセスの間に混合される）か、または成分のうちの１種以上が使用点への送達前、例えば、使用点への送達のすぐ前または直前に組み合わされ得る。成分が、プラテン上に混合形態で添加される約５分前以内、例えば、プラテン上に混合形態で添加される約４分前以内、約３分前以内、約２分前以内、約１分前以内、約４５秒前以内、約３０秒前以内、約１０秒前以内に、または使用点における成分の送達と同時に組み合わされる（例えば、成分はディスペンサーで組み合わされる）場合、成分は、「使用点への送達の直前に」組み合わせられる。成分が使用点の５ｍ以内、例えば、使用点の１ｍ以内、または更に使用点の１０ｃｍ以内（例えば、使用点の１ｃｍ以内）で組み合わされる場合、成分はまた「使用点への送達の直前に」組み合わされる。
【００３５】
研磨組成物の成分のうちの２種以上が使用点に達する前に組み合わされる場合、成分は、混合装置を使用せずに、フローライン内で組み合わされ、使用点に送達され得る。代替的に、フローラインのうちの１つ以上は、成分うちの２種以上の組み合わせを容易にするための混合装置に導かれ得る。任意の好適な混合装置が使用され得る。例えば、混合装置は、成分のうちの２種以上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）であり得る。代替的には、混合装置は、研磨スラリーの２種以上の成分が混合機に導入される１つ以上の入口と、混合成分が混合機を出て、直接的にまたは装置の他の要素を介して（例えば、１つ以上のフローラインを介して）使用点に送達される少なくとも１つの出口と、を含む、容器型混合装置であり得る。更に、混合装置は、１つを超えるチャンバを含み得、各チャンバは、少なくとも１つの入口及び少なくとも１つの出口を有し、２種以上の成分が各チャンバ内で組み合わされる。容器型混合装置が使用される場合、混合装置は、好ましくは、成分の組み合わせを更に容易にするための混合機構を含む。混合機構は、当該技術分野において一般的に知られており、撹拌機、ブレンダー、かき混ぜ機、パドル付きバッフル、ガススパージャシステム、バイブレータなどを含む。
【００３６】
研磨組成物はまた、使用前に適切な量の水で希釈されることが意図される濃縮物として提供され得る。そのような実施形態では、研磨組成物濃縮物は、適切な量の水で濃縮物を希釈すると、研磨組成物の各成分が、各成分について上記で記述した適切な範囲内の量で研磨組成物中に存在するような量で研磨組成物の成分を含む。例えば、研磨剤、酸化剤、任意のｐＨ調整剤、及び／または他の任意の添加剤はそれぞれ、各成分について上記で記述した濃度よりも約２倍（例えば、約３倍、約４倍、または約５倍）多い量で濃縮物中に存在し得るので、濃縮物を等量の水（例えば、それぞれ、２等量の水、３等量の水、または４等量の水）で希釈した場合、各成分は、各成分について上記で説明した範囲内の量で研磨組成物中に存在する。更に、当業者には理解されるように、研磨剤（例えば、コロイド状シリカ）、酸化剤、任意のｐＨ調整剤、及び／または他の任意の添加剤が、濃縮物中に少なくとも部分的にまたは完全に溶解されることを確保するために、濃縮物は、最終研磨組成物中に存在する適切な割合の水を含有し得る。
【００３７】
化学機械研磨組成物は、任意の好適な基板を研磨するために使用することができ、ＩＩＩ−Ｖ族材料から構成される少なくとも１つの層（典型的には表面層）を含む基板を研磨するのに特に有用である。いくつかの実施形態では、ウェハは、例えば、金属酸化物、金属窒化物、金属複合体、金属合金、低誘電材料、またはそれらの組み合わせと組み合わされたＩＩＩ−Ｖ族材料を含むか、またはそれらからなり得る。好適な基板には、半導体産業で使用されるウェハが含まれる。好ましくは、方法は、基板の表面から少なくとも約１０Å、例えば、少なくとも約５０Å、少なくとも約１００Å、少なくとも約２５０Å、少なくとも約５００Å、少なくとも約１０００Å、少なくとも約２０００Å、及び少なくとも約３０００ÅのＩＩＩ−Ｖ族材料を除去することによって基板の表面の少なくとも一部を摩耗する際に有効である。例えば、方法は、約１０Å〜約３０００Å、または約５０Å〜約１０００Åの範囲で基板の表面の少なくとも一部を摩耗する際に有効である。
【００３８】
いくつかの実施形態では、本発明の方法は、ＩＩＩ−Ｖ族材料だけでなく、酸化シリコン、窒化シリコン、及び／またはポリシリコン、例えば、前述の材料のうちのいずれか１つ、２つ、または３つ全てを含む基板を研磨するために使用され得る。いくつかの実施形態による研磨方法は、ＩＩＩ−Ｖ族材料と、例えば、パターンウェハにおける酸化シリコン、窒化シリコン、及び／またはポリシリコンなどの他の材料とを同時に除去するために使用され得る。それ故、基板が酸化シリコン、窒化シリコン、及び／またはポリシリコンを含有するそのような実施形態では、方法は、上記の量のＩＩＩ−Ｖ族材料の厚さ、及び少なくとも約０Å、例えば、少なくとも約１０Å、例えば約０Å〜約５００Å、または約１０Å〜約２５０Åの厚さの酸化シリコン、窒化シリコン、及び／またはポリシリコンを除去することによって基板の表面の少なくとも一部を摩耗する際に有効である。
【００３９】
他の実施形態では、ＩＩＩ−Ｖ材料のみが、例えば、ブランケットウェハにおいて研磨されるようにＩＩＩ−Ｖ族材料が酸化シリコン、窒化シリコン、及び／またはポリシリコンなどの別の材料を含有する膜上に積層されている場合、基板はウェハの形態であり得る。それ故、研磨方法は、所望によりＩＩＩ−Ｖ族材料の下の層における酸化シリコン、窒化シリコン、及び／またはポリシリコンなどの材料の除去を回避するために使用され得るので、研磨は、酸化シリコン、窒化シリコン、及び／またはポリシリコン「上での停止」として知られる。それ故、基板がこの手法で酸化シリコン、窒化シリコン、及び／またはポリシリコンを更に含有するそのような実施形態では、方法は、上記の量のＩＩＩ−Ｖ族材料の厚さ、及び約５０Å／分未満、例えば、約１０Å未満、例えば約０Å〜約５００Å、または約１０Å〜約１００Åの厚さの酸化シリコン、窒化シリコン、及び／またはポリシリコンを除去することによって基板の表面の少なくとも一部を摩耗する際に有効である。
【００４０】
研磨後、研磨された基板の表面粗さが測定され得る。いくつかの実施形態によれば、本方法は、約３Å以下、例えば、約２Å以下、例えば約１Å〜約３Åの表面粗さを示す研磨された基板（例えば、半導体ウェハ）を達成する。「Ｒａ」は、所与のセグメントまたはサンプルについての粗さの絶対値の算術平均であり、原子間力顕微鏡法によって決定され得る。表面粗さは、１つの材料または複数の材料から構成される所与の表面における平坦化能力の品質を示す。望ましい低い粗さを示す研磨された基板をもたらす本発明の方法の好ましい実施形態は、良質の半導体装置を構築するのに有利である。
【００４１】
研磨方法は、いくつかの実施形態によれば、毒性のアウトガスの産出を制御しつつ、ＩＩＩ−Ｖ族材料を含有する基板を研磨するために使用され得る。毒性のアウトガスには、アルシン及びホスフィンなどの水素化物が含まれる。ＩＩＩ−Ｖ族材料は、従来、ＣＭＰの動力学的性質及び溶液中でのこれらのガスの低溶解性のために、そのような毒性のアウトガスの生成の影響を受けやすいと考えられてきた。好ましくは、本発明の方法の実施形態は、インライン水素化物ガスモニタリングに従って決定して、１２インチウェハ当たり約１５００パーツパービリオン（ｐｐｂ）未満、例えば、約１０００ｐｐｂ未満、約７５０ｐｐｂ未満、約５００ｐｐｂ未満、約２５０ｐｐｂ未満、または約１００ｐｐｂ未満のアルシンまたはホスフィンなどの水素化物ガスを生成する。より小さいスケール、例えば、１．６インチ×１．６インチのクーポン研磨の場合、毒性のアウトガスの生成は、いくつかの実施形態では、検出可能な限界未満、例えば、約５ｐｐｂ未満であり得る。
【００４２】
本発明の化学機械研磨組成物及び方法は、化学機械研磨装置と組み合わせて使用するのに特に適している。典型的には、その装置は、使用時に、動作中であり、かつ軌道、直線、または円形の動作から生じる速度を有するプラテンと、プラテンと接触し、かつ動作時にプラテンと共に移動する研磨パッドと、研磨パッドの表面に対して基板を接触させて移動させることによって研磨される基板を保持するキャリアと、を含む。基板の研磨は、基板の少なくとも一部を摩耗させて基板を研磨するように、研磨パッド及び本発明の研磨組成物に接触させて配置されている基板と、次いで基板に対して動いている研磨パッドによって行われる。
【００４３】
基板は、任意の好適な研磨パッド（例えば、研磨面）を使用して、化学機械研磨組成物で研磨され得る。好適な研磨パッドには、例えば、織布及び不織布の研磨パッドが含まれる。その上、好適な研磨パッドは、様々な密度、硬度、厚さ、圧縮率、圧縮時に反発する能力、及び圧縮弾性率の任意の好適なポリマーを含み得る。好適なポリマーには、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニル、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、それらの適合生成物、及びそれらの混合物が含まれる。軟質ポリウレタン研磨パッドは、本発明の研磨方法と組み合わせて特に有用である。典型的なパッドには、ＳＵＲＦＩＮ（商標）０００、ＳＵＲＦＩＮ（商標）ＳＳＷ１、ＳＰＭ３１００（例えば、Ｅｍｉｎｅｓｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓから商業的に利用可能）、ＰＯＬＩＴＥＸ（商標）、及びＦｕｊｉｂｏ  ＰＯＬＹＰＡＳ（商標）２７が含まれるがこれらに限定されない。特に好ましい研磨パッドは、Ｃａｂｏｔ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから商業的に利用可能なＥＰＩＣ（商標）Ｄ１００パッドである。別の好ましい研磨パッドは、Ｄｏｗ，Ｉｎｃ．，から利用可能なＩＣ１０１０パッド、及びＮｅｘＰｌａｎａｒ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから商業的に利用可能なＥｌｅｍｅｎｔ（商標）６０００及びＥｌｅｍｅｎｔ（商標）９０００である。
【００４４】
望ましくは、化学機械研磨装置は、その場の研磨終点検出システムを更に含み、その多くは当該技術分野で知られている。研磨されている基板の表面から反射した光または他の放射線を分析することによって研磨プロセスを検査及び監視する技術は、当該技術分野で知られている。そのような方法は、例えば、米国特許第５，１９６，３５３号、米国特許第５，４３３，６５１号、米国特許第５，６０９，５１１号、米国特許第５，６４３，０４６号、米国特許第５，６５８，１８３号、米国特許第５，７３０，６４２号、米国特許第５，８３８，４４７号、米国特許第５，８７２，６３３号、米国特許第５，８９３，７９６号、米国特許第５，９４９，９２７号、及び米国特許第５，９６４，６４３号に記載されている。望ましくは、研磨されている基板に対する研磨プロセスの進行の検査または監視は、研磨終点の決定、すなわち、特定の基板に対する研磨プロセスをいつ終了するかの決定を可能にする。
【実施例】
【００４５】
以下の実施例は、本発明を更に説明するが、当然ながら、その範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【００４６】
実施例１
この実施例は、研磨組成物１Ａ〜１Ｄで研磨されたＧａＡｓブランケットウェハによる毒性アウトガスの制御された生成を実証する。ブランケットウェハは、ＳＥＭＡＴＥＣＨ，Ｉｎｃ．Ａｌｂａｎｙ，ＮＹから入手した。ブランケットウェハは、１５ｃｍの直径を有する円形ウェハとして純粋なＧａＡｓ材料からなっていた。
【００４７】
研磨組成物は、コロイド状シリカの形態の粒子を表１に示される固体量で含有していた。コロイド状シリカ粒子は、およそ７０〜８５ｎｍの平均粒子サイズを有していた。研磨組成物のいくつかは、表１に示されるように、ＧａＡｓを酸化するための酸化剤として過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）も含んでいた。研磨組成物１Ａ〜１Ｄの各々はまた、ｐＨ安定剤として２５０ｐｐｍの酢酸を含んでいた。各研磨組成物の残りは水であった。また、研磨組成物のｐＨが表１に列挙されている。
【００４８】
特に、ガス監視実験は、Ｌｏｇｉｔｅｃｈ，Ｌｔｄ．（Ｇｌａｓｇｏｗ，Ｓｃｏｔｌａｎｄ）から商業的に入手可能なＬｏｇｉｔｅｃｈ卓上研磨機で研磨組成物１Ａ〜１Ｄを用いて研磨したＩｎＧａＡｓのパターンウェハの研磨中に行った。卓上研磨機の研磨パラメータは：スラリー流量２００ｍＬ／分、ダウンフォース１．５ｌｂｓ／ｉｎ２、プラテン速度５０ｒｐｍ、キャリアヘッド速度４５ｒｐｍ、キャリアヘッド掃引周波数７０％、及びキャリアヘッド掃引振幅５０％。各パターンウェハの研磨は６００秒間行った。
【００４９】
研磨中にインライン空気サンプリングによるガス監視を行った。Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ａｎａｌｙｔｉｃｓ部門（Ｌｉｎｃｏｌｎｓｈｉｒｅ，ＩＬ）から商業的に入手可能なＣＭ４毒性ガスモニターガス検出器を使用して、研磨中の毒性アウトガスとしてのアルシン（ＡｓＨ３）の量をパーツパービリオン（ｐｐｂ）で決定した。検出器は、研磨中にデジタルデータロガーに接続され、生成したアルシンは水素化物テープ検出によって測定された。５ｐｐｂの読み取り値が最も低い検出限界であるため、５ｐｐｂ未満の任意の値は実験ノイズを示し、０ｐｐｂのアルシンガスと解釈される可能性がある。結果を表１に示す。
【表１】
2019512866.tif 000002
【００５０】
これらの結果は、研磨組成物１Ａ〜１Ｄが、５ｐｐｂよりかなり低いアルシンレベルで、低毒性アウトガスでＧａＡｓブランケットウェハを研磨したことを実証している。この結果は、ＩＩＩ−Ｖ材料のＣＭＰ中のアウトガス量がはるかに多いことを報告している先行技術（例えば、Ｐｅｄｄｅｔｉ  ｅｔ  ａｌ．，ＥＣＳ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１（４）ｐｐ１８４−１８９（２０１２））の観点から驚くべきことであった。過酸化水素は組成物１Ｂ及び１Ｄに存在したが、組成物１Ａ及び１Ｃには存在しなかったので、データは、毒性のアウトガスの軽減にとってｐＨが支配的要因である可能性が高いことを示している。ｐＨは２．３または４．５であり、コロイド状シリカ粒子はおよそ−４０ｍＶの負のゼータ電位を有していた。また、結果は、除去率及び検出可能なアウトガスが無相関であることを示している。
【００５１】
実施例２
この実施例は、良好な平坦化及び低い表面粗さを有するＩｎＰパターンウェハ表面を研磨し得る研磨組成物を実証する。パターンウェハは、ＳＥＭＡＴＥＣＨ，Ｉｎｃ．Ａｌｂａｎｙ，ＮＹから入手した。ウェハがＩｎＰ金属充填を有する１６０ｎｍのトレンチ酸化物深さ構造を含有するようにパターンを形成した。ウェハがＩｎＰ金属充填を有する１６０ｎｍの酸化シリコントレンチ深さ構造を含有するようにパターンを形成した。各ウェハは寸法を有し、３００ｍｍスケールであった。
【００５２】
ＩｎＰのパターンウェハをＲＥＦＬＥＸＩＯＮ（商標）ＣＭＰ装置（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．，Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）で研磨組成物２Ａ〜２Ｋを用いて研磨した。ＲＥＦＬＥＸＩＯＮ（商標）プロセスの研磨パラメータを以下の表２Ｂに示す。研磨は、４５〜６０秒の範囲の期間にわたって行った。
【００５３】
７０ｎｍの平均粒子サイズを有するコロイド状シリカ粒子と、ＩｎＰを酸化するための酸化剤としての過酸化水素とを含有する研磨組成物を調製した。クエン酸を２５０ｐｐｍの濃度で使用してｐＨを安定化させ、必要に応じて硝酸または水酸化カリウムで所望のｐＨに達するように最終ｐＨ調整を行った。各研磨組成物の残りは水であった。研磨組成物の原料の質量百分率及びｐＨ値が表２Ａに列挙されている。
【表２】
2019512866.tif 000003
【表３】
2019512866.tif 000004
【００５４】
研磨後の各ＩｎＰパターンウェハの表面粗さを原子間力顕微鏡法（ＡＦＭ）によって測定した。特に、Ｂｒｕｋｅｒ  ＡＦＭ  Ｐｒｏｂｅｓ，Ｂｒｕｋｅｒ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｃａｍａｒｉｌｌｏ，ＣＡ）から商業的に入手可能なＢｒｕｋｅｒ  Ｄ５０００を使用して粗さ測定を行い、これは表２Ａに報告されている。「Ｒｚ」は、サンプルサイズにおける１０個の最も低い谷部と１０個の最も高いピークとの平均の差を指し、「Ｒａ」は、サンプルサイズにおける絶対値の平均を指し、「Ｒｑ」は、二条平均平方粗さを指し、「Ｒｍａｘ」は、サンプルサイズにおける最も高いピークと最も低い谷部との差を指す。これらの値は、谷部及びピークの範囲に対する表面粗さの統計的評価の影響を理解するために比較され得る。
【００５５】
研磨後、プロフィロメトリーは、例えばＲａの観点から、研磨組成物２Ａ、２Ｂ、２Ｄ、２Ｅ、２Ｇ、２Ｊ、及び２Ｋによって高度に有効な平坦化が行われたことを示していた。更に、粗さ測定は優れた平坦性を示している。この実施例に見られるように、組成物２Ａ、２Ｂ、２Ｄ、２Ｅ、２Ｇ、２Ｊ、及び２Ｋは、良好な平坦化及び低い表面粗さでＩＩＩ−Ｖ族材料を研磨することができ、本発明のスラリー組成物がこれらの利益を生じさせたと考えられる。ＩＩＩ−Ｖ族材料を酸化するための酸化剤（過酸化水素）の存在は、高い速度及び高い材料選択性を促進するために有用であると考えられた。
【００５６】
実施例３
この実施例は、研磨組成物３Ａ〜３Ｍで研磨されたブランケットウェハからのＩｎＧａＡｓの除去率に対する効果を実証する。ブランケットウェハは、ＳＥＭＡＴＥＣＨ，Ｉｎｃ．Ａｌｂａｎｙ，ＮＹから入手した。ブランケットウェハは、酸化シリコン上にＩｎＧａＡｓを含有していた。各ウェハは１．６”×１．６”の寸法を有していた。
【００５７】
特に、ＩｎＧａＡｓのブランケットウェハを、卓上研磨装置を使用して研磨組成物３Ａ〜３Ｍで研磨した。研磨パラメータは次の通りである：スラリー流量１６０ｍＬ／分、ダウンフォースおよそ２．３ＰＳＩ、プラテン速度１２０ｒｐｍ、ヘッド速度８７ｒｐｍ、掃引周波数７０％、及び掃引振幅５０％。７０ｎｍの平均粒子サイズを有するコロイド状シリカ粒子と、ＩｎＧａＡｓを酸化するための酸化剤としての過酸化水素とを含有する研磨組成物を調製した。クエン酸を２５０ｐｐｍの濃度で使用してｐＨを安定化させ、必要に応じて硝酸または水酸化カリウムで最終ｐＨ調整を行った。各研磨組成物の残りは水であった。研磨組成物の原料の質量百分率及びｐＨ値が表３に列挙されている。
【表４】
2019512866.tif 000005
【００５８】
除去率性能を表３に示しており、これは、組成物３Ａ〜３Ｋの各々についてオングストローム（Å）で測定された除去率を示している。これらの結果は、組成物３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｆ、３Ｇ及び３Ｋなどの、５以下のｐＨ、適切なコロイド状シリカ装填、及び適切な酸化剤を含有する本発明の組成物について高い除去率を実証している。特定の理論に縛られることを望まないが、ＩＩＩ−Ｖ族材料を酸化するための酸化剤（過酸化水素）の存在は、金属表面の均一な酸化を促進するために有用であると考えられる。本発明の組成物において、コロイド状シリカ粒子は、およそ−４０ｍＶのゼータ電位を有し、ｐＨの上昇（５を超えるｐＨ）に伴って除去率の結果が低下した。ｐＨが５を超える場合、結果はあまり望ましくない傾向であった。特定の理論に縛られることを望まないが、これは、粒子と表面との間の電荷の不一致、または金属酸化物による表面の強固な不動態化に起因すると考えられる。また、結果は、コロイド状シリカタイプが除去率に有意に影響しないことを示している（例えば、３Ａ及び３Ｋを参照されたい）。両方のコロイド状シリカは、アニオン性電荷を有するように処理され、−３０〜−４０ｍＶのゼータ電位を有する。コロイド状シリカタイプ２は、タイプ１と比較して粒子表面のより高い粗さを有する。表面モルフォロジーと組み合わせたこれらの粒子の電荷は、ＣＭＰ速度性能が電荷に依存し、表面モルフォロジー特質にあまり依存しないことを示している。
【００５９】
実施例４
この実施例は、研磨組成物４Ａ〜４Ｇで研磨されたパターンウェハからのＩｎＰの除去率に対する効果を実証する。パターンウェハは、ＳＥＭＡＴＥＣＨ，Ｉｎｃ．Ａｌｂａｎｙ，ＮＹから入手した。ウェハがＩｎＰ金属充填を有する１６０ｎｍの酸化シリコントレンチ深さ構造を含有するようにパターンを形成した。各ウェハは１．６”×１．６”の寸法を有していた。
【００６０】
ＩｎＰのパターンウェハを、実施例３に記載されているように卓上研磨機を使用して、研磨組成物４Ａ〜４Ｇで研磨した。
【００６１】
実施例３のように、約７０ｎｍの平均粒子サイズを有する２つのタイプのコロイド状シリカ粒子のうちの１つを含有する研磨組成物を調製した。粒子は、「タイプ１」及び「タイプ２」として分類され、粒子のモルフォロジー及び表面化学に関する差異を有する。タイプ１はアニオン性表面処理を有するものとして特徴付けられた一方で、タイプ２はより高い表面粗さを有するものとして特徴付けられた。過酸化水素は、ＩｎＰを酸化するための酸化剤として含まれていた。研磨組成物４Ｂ及び４Ｄは界面活性剤を含んでいた一方で、研磨組成物４Ａ、４Ｃ、及び４Ｅ〜４Ｇは界面活性剤を含んでいなかった。界面活性剤は、Ｃｌａｒｉａｎｔ，Ｌｔｄ．，Ｍｕｔｔｅｎｚ，ＳｗｉｔｚｅｒｌａｎｄからＨｏｓｔａｐｕｒ（登録商標）ＳＡＳ３０として商業的に利用可能なＣ１４〜１７アルキルｓｅｃスルホン酸ナトリウムの形態であった。クエン酸を２５０ｐｐｍの濃度で使用してｐＨを安定化させ、必要に応じて硝酸または水酸化カリウムで最終ｐＨ調整を行った。各研磨組成物の残りは水であった。各組成物のｐＨは５であった。研磨組成物の原料の質量百分率が表４に列挙されている。
【表５】
2019512866.tif 000006
【００６２】
除去率性能を表４に示しており、これは、組成物４Ａ〜４Ｇの各々について視覚的に観察された平坦化の観点からの除去率を示している。これらの結果は、ｐＨ５のコロイド状シリカタイプ２を含有する研磨組成物、特に研磨組成物４Ｃ及び４Ｅについて良好な平坦化を実証している。一方、研磨組成物４Ａ〜４Ｂ、４Ｄ、及び４Ｆ〜４Ｇ（比較）は、Ｈ２Ｏ２の欠如または低すぎる固体装填のため有効ではなかった。
【００６３】
この実施例に見られるように、特定の理論に縛られることを望まないが、組成物４Ｃ及び４Ｅは非常に有効な平坦化を達成することができ、固体装填及びＨ２Ｏ２は改善された平坦化をもたらすのに役立つと考えられる。また、結果は、コロイド状シリカタイプ２の場合の低すぎる粒子装填が、平坦化性能を妨げることを示している（４Ｇ）。界面活性剤の存在は平坦化を妨げた（例えば、４Ａ対４Ｂ及び４Ｃ対４Ｄを参照されたい）。
【００６４】
実施例５
この実施例は、研磨組成物５Ａ〜５Ｃで研磨されたブランケットウェハからのＩｎＰの除去率に対する効果を実証する。ブランケットウェハは、ＳＥＭＡＴＥＣＨ，Ｉｎｃ．Ａｌｂａｎｙ，ＮＹから入手した。ブランケットウェハは、酸化シリコン上に堆積した６００ｎｍのＩｎＰを含有していた。ＩｎＰのブランケットウェハを、実施例１に記載の卓上研磨装置及び手順を使用して、研磨組成物５Ａ〜５Ｃで研磨した。研磨時間は、３つの研磨組成物全てについて４０秒であった。スラリー流量１６０ｍＬ／分、ダウンフォース２．３ＰＳＩ、プラテン速度１２０ｒｐｍ、ヘッド速度８７ｒｐｍ、掃引周波数７０％、及び掃引振幅５０％。
【００６５】
およそ７０〜８５ｎｍの平均粒子サイズを有する３つのタイプのコロイド状シリカ粒子のうちの１つを含有する研磨組成物を調製した。粒子は、「タイプ１」、「タイプ２」、及び「タイプ３」と分類され、粒子の電荷及びモルフォロジーに関する差異を有する。タイプ１はアニオン性表面処理を有するものとして特徴付けられた一方で、タイプ２は異なる表面モルフォロジーを有するものとして特徴付けられ、「タイプ３」は全体的なカチオン電荷を有するものとして特徴付けられた。粒子電荷の差は、表面処理によるものであった。この実施例における「強アニオン性」は、少なくとも約−３０ｍＶのゼータ電位値を指す一方で、「わずかにアニオン性」は、およそ−１０ｍＶのゼータ電位値を示す。酢酸を２５０ｐｐｍの濃度で使用してｐＨを安定化させ、必要に応じて硝酸または水酸化カリウムで最終ｐＨ調整を行った。各研磨組成物の残りは水であった。研磨組成物５ＡのｐＨは３．５であり、研磨組成物５Ｂ及び５ＣのｐＨは４であった。研磨組成物の原料の質量百分率及びｐＨ値が表５に列挙されている。
【表６】
2019512866.tif 000007
【００６６】
除去率性能を表５に示しており、これは、組成物５Ａ〜５Ｃの各々についてオングストローム（Å）で測定したＩｎＰ除去率を示している。表５はまた、研磨が生じたかどうかを示す走査型電子顕微鏡データに基づく「性能」を示しており、「良好」の場合は低い粗さを反映している。これらの結果は、アニオン電荷を有する研磨剤を含有する研磨組成物について良好な除去率を実証している。特定の理論に縛られることを望まないが、組成物５Ａ及び５Ｃは、良好なＩｎＰ除去率及び性能を達成することができ、粒子のアニオン電荷は、改善された除去率をもたらすのに役立つと考えられる。比較すると、カチオン表面電荷を有する研磨組成物５Ｂ（比較）は、低い除去及び劣った性能を有していた。
【００６７】
本明細書で引用された刊行物、特許出願、及び特許を含む全ての参考文献は、各参考文献が個々にかつ具体的に参照により組み込まれることが示され、その全体が本明細書に記載されているのと同じ程度に参照により本明細書により組み込まれる。
【００６８】
（特に以下の特許請求の範囲の文脈において）本発明を説明する文脈における「１つの（ａ）」及び「１つの（ａｎ）」及び「少なくとも１つの（ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ）」ならびに同様の指示対象の使用は、本明細書に他に示されていない限り、または文脈によって明らかに矛盾しない限り、単数及び複数の両方をカバーするものとして解釈されたい。「少なくとも１つ」という用語に続く１つ以上の項目のリスト（例えば、「Ａ及びＢのうちの少なくとも１つ」）の使用は、本明細書に他に示されていない限り、または文脈によって明らかに矛盾しない限り、リストされた項目（ＡまたはＢ）から選択される１つの項目またはリストされた項目（Ａ及びＢ）のうちの２つ以上の任意の組み合わせを意味するものと解釈されたい。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「有する」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、及び「含有する」という用語は、他に述べられていない限り、オープンエンドの用語（すなわち、「含むがこれに限定されない」を意味する）として解釈されたい。本明細書における値の範囲の記述は、本明細書で他に示されていない限り、範囲内に入る各別個の値を個々に参照する省略方法として役立つことを意図しているにすぎず、各別個の値は、それが本明細書に個々に記述されているかのように本明細書に組み込まれる。本明細書に記載の全ての方法は、本明細書で他に示されていない限り、またはあるい文脈によって明らかに矛盾しない限り、任意の好適な順序で実施され得る。本明細書で提供される任意の及び全ての例、または例示的な言葉（例えば、「など」）の使用は、他に主張されない限り、単に本発明をより良好に明らかにすることを意図しており、本発明の範囲に対する限定をもたらすものではない。明細書中の言葉は、本発明の実施に不可欠な特許請求されいない要素を示すものとして解釈されるべきではない。
【００６９】
本発明を実施するために本発明者に知られている最良の形態を含む、本発明の好ましい実施形態が本明細書に記載されている。それらの好ましい実施形態の類型は、前述の説明を読むことにより当業者には明らかになり得る。本発明者らは、当業者がそのような類型を適切な場合に採用することを予期しており、本発明者らは、本発明が本明細書に具体的に記載されたもの以外で実施されることを意図している。したがって、本発明は、適用法によって許容されるように、本明細書に添付した特許請求の範囲に記述された主題の全ての改変及び均等物を含む。その上、本明細書に他に示されていない限り、または文脈によって明らかに矛盾しない限り、それらの全ての可能な変形における上述の要素の任意の組合せが本発明に包含される。
【手続補正書】
【提出日】平成30年9月10日(2018.9.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
実施例２
この実施例は、良好な平坦化及び低い表面粗さを有するＩｎＰパターンウェハ表面を研磨し得る研磨組成物を実証する。パターンウェハは、ＳＥＭＡＴＥＣＨ，Ｉｎｃ．Ａｌｂａｎｙ，ＮＹから入手した。ウェハがＩｎＰ金属充填を有する１６０ｎｍのトレンチ酸化物深さ構造を含有するようにパターンを形成した。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を化学機械研磨する方法であって、前記方法が、
（ａ）少なくとも１種のＩＩＩ−Ｖ族材料を含有する基板を、研磨パッドならびに、水、負の表面電荷を有する研磨剤粒子、及び０．０１質量％〜５質量％の量の前記ＩＩＩ−Ｖ族材料を酸化するための酸化剤を含む化学機械研磨組成物と接触させることであって、前記化学機械研磨組成物が、２〜５のｐＨを有する、接触させることと、
（ｂ）前記研磨パッド及び前記化学機械研磨組成物を前記基板に対して移動させることと、
（ｃ）前記基板の少なくとも一部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２】
前記ＩＩＩ−Ｖ族材料が、Ｓｉ、Ｉｎ、Ｐ、Ｇａ、Ａｓ、Ｇｅ、Ｎ、またはそれらの任意の組み合わせを含有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ＩＩＩ−Ｖ族材料が、ＧａＡｓ、ＡｌＡｓ、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＧａＩｎＰ、ＳｉＧｅ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ、またはそれらの任意の組み合わせを含有する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ＩＩＩ−Ｖ族材料が、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ、またはそれらの任意の組み合わせを含有する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記研磨剤粒子が、−１０ｍＶ〜−６０ｍＶのゼータ電位を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記研磨剤粒子が、−２０ｍＶ〜−３０ｍＶのゼータ電位を有する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記研磨剤粒子が、コロイド状シリカ粒子である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記研磨剤粒子が、２０ｎｍ〜２００ｎｍの平均粒子サイズを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記研磨剤粒子が、前記化学機械研磨組成物の０．０１質量％〜５質量％の量で存在する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記酸化剤が、過酸化水素、アミンオキシド、キノン、ペルオキシカルボン酸、超原子価オキシハライド、過硫酸塩、酸化還元活性金属イオンもしくはその配位錯体、またはそれらの任意の組み合わせである、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記酸化剤が、ピリジン−Ｎ−オキシド、トリメチルアミン−Ｎ−オキシド、２−ヒドロキシピリジンＮ−オキシド、８−ヒドロキシキノリンＮ−オキシド、ピコリン酸Ｎ−オキシド、ピラジンＮ−オキシド、またはそれらの任意の組み合わせを含むアミンオキシドである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記酸化剤が、２，６−ジメトキシ−１，４−ベンゾキノン、２，６−ジメチルベンゾキノン、ナフタキノン、アントラキノン、スルホン化ナフタキノン、スルホン化アントラキノン、１，５−ジアミノアントラキノン、カテコール、またはそれらの任意の組み合わせを含むキノンである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記酸化剤が、過酸化水素である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記酸化剤が、前記化学機械研磨組成物の０．０１質量％〜１質量％の量で存在する、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記化学機械研磨組成物の前記ｐＨが２．３〜５である、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記研磨剤粒子が、コロイド状シリカであり、前記酸化剤が、過酸化水素である、請求項１に記載の方法。
【国際調査報告】
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