(57)【要約】本発明は、研磨剤及び／又は研磨パッドと、希土類塩と、該希土類塩よりも強い酸化体である酸化剤と、液体キャリヤーとを含んで成る化学機械研磨系を用いて、金属層を含んで成る基材を研磨するための方法を提供する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ｉ）少なくとも１つの金属層を含んで成る基材を、
（ａ）研磨剤及び／又は研磨パッドと、
（ｂ）希土類塩と、
（ｃ）該希土類塩よりも強い酸化体である酸化剤と、
（ｄ）液体キャリヤーと
を含んで成る化学機械研磨系と接触させること、並びに
（ｉｉ）該基材の該金属層の少なくとも一部を削って該金属層を研磨すること
を含んで成る、基材を研磨する方法。
【請求項２】
前記化学機械研磨系が研磨剤を含んで成り、該研磨剤が金属酸化物である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記研磨剤が、アルミナ、シリカ、チタニア、セリア、ジルコニア、ゲルマニア、マグネシア、それらの共形成された製品、及びそれらの組み合せから成る群より選択された、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記研磨剤がアルミナである、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記化学機械研磨系が研磨剤を含んで成り、該研磨剤が前記研磨パッド上に固定された、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記化学機械研磨系が研磨剤を含んで成り、該研磨剤が、粒子形態でかつ前記キャリヤー中に懸濁された、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記希土類塩が、セリウム、プラセオジム、又はそれらの組み合せを含んで成る、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記希土類塩が、ＲＥ2+、ＲＥ3+又はＲＥ4+の酸化状態における希土類（ＲＥ）カチオン、並びに硫酸塩、硝酸塩、炭酸塩、水酸化物、フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物、酢酸塩、過塩素酸塩、シュウ酸塩、アセチルアセトネート、及びトリフルオロメタンスルホネートから成る群より選択された対アニオンを含んで成る、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記希土類塩が、セリウム（ＩＩ）、セリウム（ＩＩＩ）、又はセリウム（ＩＶ）のイオンを含んで成る、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記希土類塩が酢酸セリウムである、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記酸化剤が過酸化剤（per-type oxidizer）である、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記過酸化剤が過酸化水素である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記液体キャリヤーが水である、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記化学機械研磨系が、酢酸をさらに含んで成る、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記化学機械研磨系が、アミン含有ポリマー又はコポリマーをさらに含んで成る、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記化学機械研磨系が、１〜１０ｗｔ％のキャリヤーに懸濁した研磨粒子と、１×１０-7〜０．０５Ｍの希土類塩と、０．１〜５ｗｔ％の酸化剤と、水とを含んで成る、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記研磨粒子がアルミナ粒子、前記希土類塩が酢酸セリウム、前記酸化剤が過酸化水素である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記金属層が貴金属層である、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記貴金属が、レニウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、オスミウム、イリジウム、白金、及び金から成る群より選択された、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記貴金属がルテニウムである、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（“ＣＭＰ”）系を用いて基材の金属層を研磨する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基材表面を平坦化又は研磨するための組成物及び方法が、当技術分野で周知である。研磨用組成物（即ち、研磨用スラリー）は、典型的には水溶液中に研磨材料を含有し、スラリー組成物で飽和した研磨パッドと表面を接触させることによって表面に適用される。典型的な研磨材料は、二酸化ケイ素、酸化セリウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、及び酸化スズを含む。米国特許第５，５２７，４２３号明細書は、例えば、水性媒体中に高純度の微細金属酸化物粒子を含んで成る研磨用スラリーと金属層の表面を接触させることによって、金属層を化学機械研磨する方法を記載している。あるいはまた、研磨材料は研磨パッドに取り込むことができる。米国特許第５，４８９，２３３号明細書は、ある表面組織又はパターンを有する研磨パッドの使用を開示しており、米国特許第５，９５８，７９４号明細書は、固定された砥粒研磨パッドを開示している。
【０００３】
通常の研磨系及び研磨方法は、典型的には半導体ウェハの平坦化に関して完全に満足のいくものではない。とりわけ研磨用スラリー及び研磨パッドは、望ましいとは言えない研磨速度を有する場合があり、半導体表面の化学機械研磨にそれらを使用すると、劣った表面品質になる場合がある。半導体ウェハの性能はその表面の平坦性と直接的に関係するので、高い研磨効率、均一性及び除去速度を有し、かつ最小の表面欠陥で以って高品質の研磨をもたらす研磨方法を使用することが極めて重要である。
【０００４】
半導体ウェハの効果的な研磨系を作り出すことにおける困難は、半導体ウェハの複雑さから生じる。半導体ウェハは典型的に基材から構成され、その基材上に複数のトランジスタが形成されている。集積回路は、基材中の領域及び基材上の層をパターンニングすることによって基材に化学的及び物理的に接続されている。使用に適した半導体ウェハを製造し、かつウェハの収量、性能、及び信頼性を最大にするためには、下地の構造及びトポグラフィに負に作用することなく、ウェハの選択表面を研磨することが望ましい。実際、処理工程が、十分に平坦化されているウェハ表面で実施されない場合には、半導体製作においてさまざまな問題が生じることがある。
【０００５】
研磨表面の欠陥性及び下地の構造又はトポグラフィに対する損傷を最小限に抑えながら、従来の研磨剤における研磨効率及び均一性を改善しようとする試みが多くなされてきた。例えば、米国特許第５，２６４，０１０号明細書は、改善された除去速度及び研磨効率をもたらすとされる酸化セリウム、ヒュームドシリカ、及び沈殿シリカを含んで成る研磨用組成物を記載している。米国特許第５，１１４，４３７号明細書は、キャリヤーと、アルミナと、硝酸クロム（ＩＩＩ）、硝酸ランタン、硝酸アンモニウムセリウム、及び硝酸ネオジムから選択された研磨促進剤とを含んで成る研磨用組成物を記載している。米国特許第６，１１０，３９６号明細書は、研磨粒子と、酸性ｐＨでより高い価数形態の２価希土類イオンとを含んで成る研磨用組成物を記載している。米国特許第６，１４３，１９２号明細書は、水、硝酸アンモニウムセリウム、及び酢酸を含んで成る溶液を用いて、ルテニウム又は二酸化ルテニウムを除去する方法を記載している。特開２０００−１６７７６４号公報は、硝酸アンモニウムセリウムを含んで成るスラリーを用いて、ルテニウム除去速度を改善することを記載している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、研磨及び平坦化の間、表面の不完全性並びに下地の構造及びトポグラフィに対する損傷などの欠陥性を最小限に抑える一方で、基材を研磨及び平坦化する間、望ましい平坦化効率、均一性、及び除去速度を示す研磨系及び研磨方法が必要である。貴金属は化学的に安定でかつ機械的に硬い材料であることが知られているので、改善された研磨系が、特に貴金属含有基材の研磨で必要とされる。
【０００７】
本発明は、このような化学機械研磨系及びその研磨方法を提供しようとするものである。本発明のこれら及び他の利点は、本明細書で提供される本発明の説明から明らかである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、（ｉ）少なくとも１つの金属層を含んで成る基材を、研磨剤及び／又は研磨パッドと、希土類塩と、該希土類塩よりも強い酸化体である酸化剤と、液体キャリヤーとを含んで成る化学機械研磨系と接触させること、並びに（ｉｉ）該基材の該金属層の少なくとも一部を削って該金属層を研磨することを含んで成る、基材を研磨する方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、研磨剤及び／又は研磨パッドと、希土類塩と、希土類塩よりも強い酸化体である酸化剤と、キャリヤーとを含んで成る化学機械研磨系を用いて、基材の金属層を研磨する方法に向けられる。研磨剤（液体キャリヤー中に存在及び懸濁している場合）、希土類塩、酸化剤、及び液体キャリヤー、並びに液体キャリヤー中に懸濁している他のあらゆる成分がＣＭＰ系の研磨用組成物を形成する。
【００１０】
化学機械研磨系は、研磨剤、研磨パッド又はその両方を含んで成る。好ましくは、ＣＭＰ系は、研磨剤と研磨パッドの両方を含んで成る。研磨剤は、任意の好適な研磨剤であることができる。研磨剤は、研磨パッド上に固定できるか、及び／又は粒子形態であることができ、かつ液体キャリヤー中に懸濁できる。研磨パッドは、任意の好適な研磨パッドであることができる。
【００１１】
研磨剤は、当技術分野で公知である任意の好適な研磨剤である。例えば、研磨粒子は、天然又は合成であり、ダイヤモンド（例えば、多結晶ダイヤモンド）、ガーネット、ガラス、カーボランダム、金属酸化物（例えば、シリカ、溶融アルミナ、セラミックアルミナ、クロミア、及び酸化鉄）などを含む。研磨粒子は、被覆された粒子の研磨剤であることができる。研磨剤は、好ましくは金属酸化物の研磨剤であり、より好ましくはアルミナ、シリカ、チタニア、セリア、ジルコニア、ゲルマニア、マグネシア、それらの共形成された製品、及びそれらの組み合せから成る群より選択される。
【００１２】
研磨剤がＣＭＰ系に存在して、液体キャリヤー中に懸濁している場合（即ち、研磨剤が研磨用組成物の成分である場合）、任意の好適な量の研磨剤が研磨用組成物中に存在できる。典型的には、０．１ｗｔ％以上（例えば、０．５ｗｔ％以上）の研磨剤が、研磨用組成物中に存在する。より典型的には、１ｗｔ％以上の研磨剤が、研磨用組成物中に存在する。研磨用組成物中の研磨剤の量は、典型的には３０ｗｔ％以下、より典型的には２０ｗｔ％以下（例えば、１０ｗｔ％以下）である。
【００１３】
希土類塩は、希土類カチオン（即ち、ランタニド又はアクチニド金属イオン）及び好適な対アニオンを含んで成る任意の塩であることができる。好ましくは、希土類塩は、ＲＥ2+、ＲＥ3+又はＲＥ4+の酸化状態における希土類（ＲＥ）カチオン、及び対アニオンを含んで成る。希土類カチオンは、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、及びルテチウムイオン、並びにそれらの組み合せから成る群より選択されるのが望ましい。対アニオンは、硫酸塩、硝酸塩、炭酸塩、水酸化物、フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物、酢酸塩、過塩素酸塩、シュウ酸塩、アセチルアセトネート、及びトリフルオロメタンスルホネートから成る群より選択されるのが望ましい。
【００１４】
好ましくは、希土類塩はセリウム又はプラセオジム塩である。より好ましくは、希土類塩はセリウム（ＩＩ）、セリウム（ＩＩＩ）、又はセリウム（ＩＶ）の塩である。最も好ましくは、希土類塩は酢酸セリウム（ＩＩＩ）である。
【００１５】
希土類塩の任意の好適な量が、研磨用組成物中に存在できる。典型的には、１×１０-7Ｍ以上の希土類塩が研磨用組成物中に存在する。より典型的には、１×１０-6Ｍ以上（例えば、１×１０-5Ｍ以上）の希土類塩が研磨用組成物中に存在する。研磨用組成物中の希土類塩の量は、典型的には０．１Ｍ以下、より典型的には０．０５Ｍ以下（例えば、０．０２Ｍ以下）である。
【００１６】
酸化剤は、希土類塩を酸化することができる任意の好適な酸化剤である。無機又は有機の過化合物（per-compound）を含む過酸化剤（per-type oxidizer）が特に好適である。（HawleyのＣｏｎｄｅｎｓｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｄｉｃｔｉｏｎａｒｙで規定される）過化合物は、少なくとも１つのペルオキシ基（−Ｏ−Ｏ−）を含有する化合物であるか又はその最も高い酸化状態の元素を含有する化合物である。少なくとも１つのペルオキシ基を含有する化合物の例は、過酸化水素並びにその付加物（例えば、過酸化尿素）及びその過炭酸塩と、過酸化ベンゾイル、過酢酸、及びジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシドなどの有機過酸化物と、モノペルスルフェート（ＳＯ52-）と、ジペルスルフェート（Ｓ2Ｏ82-）と、過酸化ナトリウムとを含むがそれらに限定されない。その最も高い酸化状態の元素を含有する化合物の例は、過ヨウ素酸、過ヨウ素酸塩、過臭素酸、過臭素酸塩、過塩素酸、過塩素酸塩、過ホウ酸、過ホウ酸塩、及び過マンガン酸塩を含むがそれらに限定されない。過酸化剤は過酸化水素が好ましい。他の好適な酸化剤は、任意の適切な対カチオンを有する臭素酸塩、塩素酸塩、クロム酸塩、及びヨウ素酸塩、並びに鉄塩（例えば、硝酸塩、硫酸塩、ＥＤＴＡ及びクエン酸塩）、フェリシアン化カリウム、二クロム酸カリウム、ヨウ素酸などを含む。
【００１７】
任意の好適な量の酸化剤が、研磨用組成物中に存在できる。典型的には、０．０１ｗｔ％以上（例えば０．１ｗｔ％以上）の酸化剤が研磨用組成物中に存在する。より典型的には、０．２ｗｔ％以上（例えば０．５ｗｔ％以上）の酸化剤が研磨用組成物中に存在する。研磨用組成物中の酸化剤量は、典型的には１０ｗｔ％以下、より典型的には５ｗｔ％以下（例えば２ｗｔ％以下）である。
【００１８】
本発明の化学機械研磨系の希土類塩とともに酸化剤が存在すると、基材の研磨速度を改善する相乗効果を示すようである。この理論に束縛されることを望むものではないが、希土類イオンは、酸化剤と金属表面との反応において触媒として作用すると考えられる。例えば、基材表面はＣｅ（ＩＶ）化合物によって酸化でき、その結果、Ｃｅ（ＩＶ）はＣｅ（ＩＩＩ）に還元される。次いで、酸化剤、例えば過酸化水素がＣｅ（ＩＩＩ）イオンをＣｅ（ＩＶ）に再び酸化し、結果として、研磨プロセス全体に渡ってＣｅ（ＩＶ）の比率がより高くなる。提案されたメカニズムは、例えば、酢酸セリウム（ＩＩＩ）が、それ自体酸化剤ではないが、酸化剤と組み合せて用いられると基材から金属を除去するのにセリウム（ＩＶ）塩と同等に効果的であるという事実によって支持される。希土類塩及び酸化剤は、酸化剤が希土類塩よりも強い酸化体、即ち、化学機械研磨系の条件下で希土類塩を自然酸化できる酸化剤であるように選択されるべきである。このような酸化剤は、希土類塩の酸化電位よりも大きい酸化電位を有する。
【００１９】
液体キャリヤーは、研磨又は平坦化されるべき好適な基材表面への研磨剤（存在する場合）、希土類塩、及び酸化剤の適用を促進するのに用いられる。液体キャリヤーは、任意の好適な液体キャリヤーであることができる。好ましくは、液体キャリヤーは、水、より好ましくは脱イオン水を含んで成るか、本質的にそれらから成るか、又はそれらから成る。
【００２０】
随意には、化学機械研磨系は、１つ又は複数の溶質、例えば、酢酸若しくは他の液体又は固体溶質をさらに含んで成る。このような溶質は、液体キャリヤー中の希土類塩の溶解を緩衝化するか又は向上させるための物質として作用することが望ましい。このような溶質は、任意の好適な量（例えば、０．１〜５ｗｔ％）で研磨用組成物中に存在できる。
【００２１】
化学機械研磨系はまた、随意にはアミン含有ポリマー又はコポリマー、例えば、ポリエチレンイミン、ポリエーテルアミン、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド（ｐｏｌｙｄａｄｍａｃ）、及びそれらの混合物をさらに含んで成る。このようなポリマー及びコポリマーは、任意の好適な量（例えば、０．１〜５ｗｔ％）で研磨用組成物中に存在できる。
【００２２】
化学機械研磨系は、１〜１０ｗｔ％のキャリヤーに懸濁した研磨粒子と、１×１０-7Ｍ〜０．０５Ｍの希土類塩と、０．１〜５ｗｔ％の酸化剤と、水とを含んで成ることが好ましい。より好ましい実施態様においては、ＣＭＰ系は、アルミナ粒子と、酢酸セリウムと、過酸化水素と、水とを含んで成る。
【００２３】
化学機械研磨系は、望ましくは、少なくとも１つの金属層を含んで成る基材を、該化学機械研磨系と接触させ、該基材の該金属層の少なくとも一部を削って該金属層を研磨する、少なくとも１つの金属層を含んで成る基材を研磨する方法において用いられる。基材は、任意の好適な基材（例えば、集積回路、硬質メモリディスク、又は磁気ヘッド）であることができ、任意の好適な金属又は金属合金（例えば、金属導電層）を含有できる。ＣＭＰ系は、貴金属含有基材、とりわけエレクトロニクス産業で用いられる基材を研磨するのに特によく適している。基材は、レニウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、オスミウム、イリジウム、白金、及び金から成る群より選択された貴金属を含んで成ることが好ましい。より好ましい実施態様においては、貴金属はルテニウムである。
【００２４】
以下の例は本発明をさらに説明するが、当然ながら、決して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】
【００２５】
［例１］
この例は、金属含有基材を研磨するのに用いられる化学機械研磨系において、酸化剤と酸化性希土類塩を組み合せることで得られる研磨速度に関する相乗効果を説明する。
【００２６】
ルテニウム層を含んで成る同様の基材を、それぞれ異なる研磨用組成物（研磨用組成物１Ａ及び１Ｂ）と、同じ研磨パッドを含んで成る２つの異なる化学機械研磨系を用いて研磨した。研磨用組成物１Ａ（対照標準）は、酸化剤なしで、アルミナ８ｗｔ％と、硝酸アンモニウムセリウム（ＩＶ）０．０１８２Ｍと、酢酸１ｗｔ％と、水（ｐＨ＝５）とを含んでいた。研磨用組成物１Ｂ（本発明）は、過酸化水素１ｗｔ％をさらに含んで成ること以外は、研磨用組成物１Ａ（対照標準）と同じであった。これら２つの化学機械研磨系に関する研磨処理は、基材を研磨パッドに押しつけ、その上に２０．７ｋＰａ（３ｐｓｉ）の下方圧（downforce pressure）を加えて実施した。基材のルテニウム層に関する除去速度を、化学機械研磨系のそれぞれについて測定した。
【００２７】
研磨用組成物１Ａ（対照標準）を利用した化学機械研磨系に関して、ルテニウムの除去速度は、５．８％のウェハ内不均一性（ＷＩＷＮＵ）で以って９８．５４ｎｍ／分と測定された。ＷＩＷＮＵは、除去速度の標準偏差を基材の平均除去速度で除して、１００を掛けることにより算出される百分率である。研磨用組成物１Ｂ（本発明）を利用した化学機械研磨系に関して、ルテニウムの除去速度は、５．１％のＷＩＷＮＵで以って２１０．９８ｎｍ／分と測定された。したがって、除去速度は、希土類塩と酸化剤の両方が存在することで、希土類塩しか存在しないのに比べて２倍よりも大きかった。
【００２８】
この例は、研磨効果が、金属層、特に貴金属層を含有する基材の研磨において本発明の化学機械研磨系を使用することによって劇的に改善されることを実証している。顕著には、対照標準の化学機械研磨系に比べて、本発明の化学機械研磨系に関連して観測された相当により高い研磨速度は、基材表面の研磨の均一性における低下に伴ったものではなかった。
【００２９】
［例２］
この例は、金属含有基材を研磨するのに用いられる化学機械研磨系において、酸化剤と非酸化性希土類塩を組み合せることで得られる研磨速度に関する相乗効果を説明する。
【００３０】
ルテニウム層を含んで成る同様の基材を、それぞれ異なる研磨用組成物（研磨用組成物２Ａ〜２Ｆ）と、同じ研磨パッドを含んで成る６つの異なる化学機械研磨系を用いて研磨した。研磨用組成物２Ａ（対照標準）は、酸化剤なしで、アルミナ８ｗｔ％と、酢酸セリウム（ＩＩＩ）０．０３１５Ｍと、水（ｐＨ＝５）とを含んでいた。研磨用組成物２Ｂ（対照標準）は、希土類塩なしで、アルミナ８ｗｔ％と、過酸化水素１ｗｔ％と、水（ｐＨ＝５）とを含んでいた。研磨用組成物２Ｃ（本発明）は、酢酸セリウム（ＩＩＩ）０．０３１５Ｍと過酸化水素１ｗｔ％の両方を含んで成ること以外は、研磨用組成物２Ａ及び２Ｂ（対照標準）と同じであった。研磨用組成物２Ｄ、２Ｅ、及び２Ｆ（本発明）は、（過酸化水素１ｗｔ％に加えて）異なる量の希土類塩、具体的には、それぞれ３．１５×１０-4Ｍ、３．１５×１０-5Ｍ、及び３．１５×１０-6Ｍの酢酸セリウム（ＩＩＩ）を含んで成ること以外は、研磨用組成物２Ｃ（本発明）と同じであった。これら６つの化学機械研磨系に関する研磨処理は、基材を研磨パッドに押しつけ、その上に２０．７ｋＰａ（３ｐｓｉ）の下方圧を加えて実施した。基材のルテニウム層に関する除去速度を、化学機械研磨系のそれぞれについて測定した。
【００３１】
研磨用組成物２Ａ及び２Ｂ（対照標準）を利用した化学機械研磨系に関して、ルテニウムの除去速度は、それぞれ７．０ｎｍ／分と、５ｎｍ／分未満と測定された。研磨用組成物２Ｃ、２Ｄ、２Ｅ及び２Ｆ（本発明）を利用した化学機械研磨系に関して、ルテニウムの除去速度は、それぞれ２２４．６ｎｍ／分（ＷＩＷＮＵ４．４％）、３２５．１ｎｍ／分、２３０．４ｎｍ／分、及び１７７．３ｎｍ／分と測定された。したがって、除去速度は、希土類塩のみ又は酸化剤のみの存在下よりも、希土類塩と酸化剤両方の存在下で１０倍を超えて（いくつかの場合には３０倍を超えて）高かった。加えて、除去速度は、相当により低含量の希土類塩でさえも（研磨用組成物２Ｄ、２Ｅ及び２Ｆで観測された除去速度を、研磨用組成物２Ｃで観測された除去速度、並びに研磨用組成物２Ａ及び２Ｂで観測された除去速度と比べて）比較的高いままであった（対照標準よりも相当に高い）。
【００３２】
さらにこの例は、研磨効果が、金属層、特に貴金属層を含有する基材の研磨において本発明の化学機械研磨系を使用することによって劇的に改善されることを実証している。例１と合わせて考えると、この例は、非酸化性形態の希土類イオンを基材表面の化学機械研磨に効果的な酸化性形態に転化するという酸化剤の役割を支持している。さらには、この例は、非常に少量しかない希土類塩が酸化剤と組み合せて用いられる場合でさえ、基材層の良好な除去速度を得ることができるということを実証している。この発見は、比較的高いコストの希土類金属塩を考慮すれば有意である。
【００３３】
［例３］
この例は、金属含有基材を研磨するのに用いられる化学機械研磨系において、酸化剤と希土類塩を組み合せることで得られる研磨速度に関する相乗効果が、希土類塩の対アニオンの特性に実質的に依存していないことを説明する。
【００３４】
ルテニウム層を含んで成る同様の基材を、それぞれ異なる研磨用組成物（研磨用組成物３Ａ〜３Ｄ）と、同じ研磨パッドを含んで成る４つの異なる化学機械研磨系を用いて研磨した。研磨用組成物３Ａ（本発明）は、アルミナ８ｗｔ％と、酢酸セリウム（ＩＩＩ）３．１５×１０-6Ｍ（１ｐｐｍ）と、過酸化水素１ｗｔ％と、水（ｐＨ＝５）とを含んでいた。研磨用組成物３Ｂ、３Ｃ及び３Ｄ（本発明）は、（過酸化水素１ｗｔ％に加えて）希土類イオンが異なる対イオン、具体的には、それぞれ硫酸セリウム（ＩＩＩ）５．０３×１０-6Ｍ（１．６７ｐｐｍ）、硝酸セリウム（ＩＩＩ）２．９７×１０-6Ｍ（１．２９ｐｐｍ）、及び炭酸セリウム（ＩＩＩ）２．９３×１０-6Ｍ（１．３５ｐｐｍ）を有すること以外は、研磨用組成物３Ａ（本発明）と同じであった。セリウム（ＩＩＩ）イオンの量は、研磨用組成物３Ａ〜３Ｄにおいて０．４ｐｐｍであった。これら４つの化学機械研磨系に関する研磨処理は、基材を研磨パッドに押しつけ、その上に３４．５ｋＰａ（５ｐｓｉ）の下方圧を加えて実施した。基材のルテニウム層に関する除去速度を、化学機械研磨系のそれぞれについて測定した。
【００３５】
４つの化学機械研磨系のそれぞれを使用して、即ち、研磨用組成物３Ａ、３Ｂ、３Ｃ及び３Ｄ（本発明）を利用して得られたルテニウムの除去速度は、それぞれ４８．９ｎｍ／分、４６．０ｎｍ／分、３６．０ｎｍ／分、及び２８．２ｎｍ／分と測定された。したがって、ルテニウムの除去速度は、使用される対アニオンの特性に関係なく高い（＞２５ｎｍ／分）ままである。
【００３６】
この例は、本発明が、さまざまな対アニオンを有する希土類塩を用いて、酸化剤と組み合せて実施できることを実証している。
【００３７】
［例４］
この例は、金属含有基材を研磨するのに用いられる化学機械研磨系において、酸化剤と希土類塩を組み合せることで得られる研磨速度に関する相乗効果をさらに説明する。
【００３８】
ルテニウム層を含んで成る基材を、例３と同じ研磨パッド、しかし幾分異なる研磨用組成物（研磨用組成物４）を含んで成る化学機械研磨系で以って、例３と同様かつ同条件で研磨した。具体的には、研磨用組成物４は、研磨用組成物の希土類塩成分が３．１４×１０-6Ｍ（１ｐｐｍ）の酢酸プラセオジム（ＩＩＩ）（０．４ｐｐｍのプラセオジム（ＩＩＩ）イオン）であること以外は、例２の研磨用組成物３Ａ〜３Ｄと同じであった。基材のルテニウム層に関する除去速度が、研磨用組成物４を利用した化学機械研磨系について測定され、２６．７ｎｍ／分と測定された。
【００３９】
この例は、例３と合わせて考えると、金属層、特に貴金属層を含有する基材の研磨における化学機械研磨系での希土類塩と酸化剤の相乗効果が、希土類塩のさまざまな希土類カチオンに及ぶことを実証している。
【００４０】
［例５］
この例は、金属含有基材を研磨するのに用いられる化学機械研磨系において、酸化剤と希土類塩を組み合せることで得られる研磨速度に関する相乗効果をさらに説明する。
【００４１】
イリジウム層を含んで成る同様の基材を、それぞれ異なる研磨用組成物（研磨用組成物５Ａ〜５Ｅ）と、同じ研磨パッドを含んで成る５つの異なる化学機械研磨系を用いて研磨した。研磨用組成物５Ａ（対照標準）は、酸化剤なしで、アルミナ８ｗｔ％と、酢酸セリウム（ＩＩＩ）０．０３１５Ｍと、水（ｐＨ＝５）とを含んでいた。研磨用組成物５Ｂ及び５Ｃ（本発明）が互いに同一であり、研磨用組成物５Ｄ及び５Ｅ（本発明）が互いに同一であった。特に、研磨用組成物５Ｂ及び５Ｃ（本発明）は、それらがさらに過酸化水素１ｗｔ％を含んで成ること以外は、研磨用組成物５Ａ（対照標準）と同じであった。研磨用組成物５Ｄ及び５Ｅ（本発明）は、（過酸化水素１ｗｔ％に加えて）異なる量の希土類塩、具体的には酢酸セリウム（ＩＩＩ）３．１５×１０-6Ｍを含んで成ること以外は、研磨用組成物５Ｂ及び５Ｃ（本発明）と同じであった。これら５つの化学機械研磨系に関する研磨処理は、基材を研磨パッドに押しつけ、その上に研磨用組成物５Ａ、５Ｂ及び５Ｄについて２０．７ｋＰａ（３ｐｓｉ）、又は研磨用組成物５Ｃ及び５Ｅについて３４．５ｋＰａ（５ｐｓｉ）の異なる下方圧を加えて実施した。基材のイリジウム層に関する除去速度を、化学機械研磨系のそれぞれについて測定した。
【００４２】
研磨用組成物５Ａ（対照標準）を利用した化学機械研磨系に関して、イリジウムの除去速度は２．０ｎｍ／分未満と測定された。研磨用組成物５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ及び５Ｅ（本発明）を利用した化学機械研磨系に関して、イリジウムの除去速度は、それぞれ１６．７ｎｍ／分、２９．１ｎｍ／分、２３．２ｎｍ／分、及び３３．０ｎｍ／分と測定された。したがって、除去速度は、希土類塩しか存在しない場合よりも希土類塩と酸化剤両方が存在する場合で相当に高かった。加えて、除去速度は、相当により低含量の希土類塩でさえも（研磨用組成物５Ｂ及び５Ｄの間で観測された除去速度、並びに研磨用組成物５Ｃ及び５Ｄの間で観測された除去速度を比較して）比較的高いままであった（対照標準よりも相当に高い）。
【００４３】
この例は、化学機械研磨系における希土類塩と酸化剤の相乗効果が、イリジウム層などの比較的硬い貴金属層の研磨で観測されることを実証している。さらにこの例は、非常に少量しかない希土類塩が酸化剤と組み合せて用いられる場合でさえ、基材層の良好な除去速度を得ることができるということを実証している。この発見は、高いコストの希土類金属塩を考慮すれば有意である。
【００４４】
本明細書で引用した刊行物、特許出願及び特許を含むすべての参考文献は、本明細書により、それぞれの参考文献が個々にかつ具体的に示されてその参照により含まれ、全体として本明細書に記載されている場合と同程度にその参照により含まれる。
【００４５】
本発明を説明する中で（特に特許請求の範囲の中で）使用される“a”、“an”及び“the”という冠詞並びに同様の指示語は、本明細書で別段の指摘がないか、又は文脈によって明確に否定されない限り、単数及び複数の両方を包含すると解されるべきである。本明細書における値の範囲の説明は、本明細書で別段の指摘がない限り、単に範囲の中に入っているそれぞれ独立した値を個々に言及することの省略方法として機能することを意図しており、それぞれの独立した値は、まるでそれが本明細書で個々に列挙されたかのように本明細書に組み入れられる。本明細書で説明されたすべての方法は、本明細書で別段の指摘がないか、又は文脈によって別に明確に否定されない限り、任意の好適な順序で実施することができる。本明細書で提供される任意の及びすべての例又は例示的な語（例えば、“などの”）の使用は、単に本発明をより明らかにすることを意図しており、特許請求の範囲に別段の記載がない限り、本発明の範囲に関する限定をもたらすものではない。本明細書に記載のないものは、特許請求の範囲に記載のない任意の構成要素を本発明の実施に不可欠であるものとして示すと解すべきである。
【００４６】
本発明を実施するために発明者が知っている最良の方法を含めて、本発明の好ましい実施態様を本明細書で説明している。当然ながら、これらの好ましい実施態様の変形態様は、前述の説明を読めば当業者に明らかになるであろう。発明者は、当業者が適切であるような変形態様を用いることを期待しており、発明者は、本発明が本明細書で具体的に説明したのと別の方法で実施されることを意図している。したがって、本発明は、準拠法によって容認されているように、特許請求の範囲に列挙した主題のすべての改良及びそれと同等なものを包含する。さらには、そのすべての可能な変形態様における上記要素の任意の組合せは、本明細書で別段の指摘がないか、又は文脈によって別に明確に否定されない限り、本発明によって包含される。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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