(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノ粒子によって被覆された表面を持つコア粒子を含む複合粒子からなる群より選択される、０．０１〜２０ｗｔ％の研磨剤と、
シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、セリア、表面改質無機酸化物粒子、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される研磨粒子と、
０．０００１〜５ｗｔ％のｐＨ調整剤と、
０．０００５〜０．５ｗｔ％の腐食防止剤と、
残部が水とを含み、
前記コア粒子が、シリカ粒子であり、前記ナノ粒子が、セリアナノ粒子であり、
２〜１１のｐＨを有する、研磨組成物。
【請求項２】
（１）有機酸又はその塩、ポリマー酸又はその塩、水溶性コポリマー又はその塩、コポリマーの同一分子内にカルボン酸基、スルホン酸基、及びホスホン酸基からなる群より選択される少なくとも２種の酸基を含有するコポリマー又はその塩、ポリビニル酸又はその塩、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、並びにそれらの組み合わせからなる群より選択される、０．００１０〜１．０ｗｔ％の分散添加剤、
（２）過酸化水素、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、過マンガン酸塩、臭素酸塩、塩素酸塩、クロム酸塩、ヨウ素酸塩、ヨウ素酸、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される、０．００１〜５ｗｔ％の酸化剤、
（３）有機酸又はその塩、ポリマー酸又はその塩、水溶性コポリマー又はその塩、コポリマーの同一分子内にカルボン酸基、スルホン酸基、ホスホン酸、及びピリジン酸からなる群より選択される少なくとも２種の酸基を含有するコポリマー又はその塩、ポリビニル酸又はその塩、無機ケイ酸カリウム、ケイ酸アンモニウム、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ピリジン又はその誘導体、ビピリジン又はその誘導体、並びにそれらの組み合わせからなる群より選択される、０．００１〜５ｗｔ％のキレート剤、及び、
（４）ａ）非イオン性表面湿潤剤、ｂ）アニオン性表面湿潤剤、ｃ）カチオン性表面湿潤剤、ｄ）両性表面湿潤剤、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される、０．０００１〜１０ｗｔ％の界面活性剤
の少なくとも１つをさらに含む、請求項１に記載の研磨組成物。
【請求項３】
前記複合粒子が、単結晶セリアナノ粒子によって被覆された表面を有するアモルファスシリカ粒子であり、
前記研磨粒子がシリカ粒子であり、
前記ｐＨ調整剤が、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、第四級有機水酸化アンモニウム、硝酸、スルホン酸、ホスホン酸、塩化水素、及びそれらの組み合わせからなる群より選択され、
前記腐食防止剤が、ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）、イミダゾール、トリアゾール、ピラゾール、ベンゾイミダゾール、テトラゾール、それらの関連誘導体、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項１に記載の研磨組成物。
【請求項４】
セリア被覆シリカ複合粒子と、ベンゾトリアゾール、イミダゾール、トリアゾール及びそれらの組み合わせからなる群より選択される腐食防止剤と、水酸化アンモニウム又は水酸化カリウムとを含む、請求項１に記載の研磨組成物。
【請求項５】
（１）ポリアクリル酸、ポリ−メタクリル酸、ポリスチレンスルホン酸若しくはその塩、及びそれらの組み合わせからなる群より選択されるポリマー酸又はその塩、並びにそれらの組み合わせからなる群より選択される分散添加剤、（２）ケイ酸カリウム又はケイ酸アンモニウム、（３）アセチレンジオール界面活性剤、アルコールエトキシレート界面活性剤、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される界面活性剤、並びに（４）シリカ研磨粒子の少なくとも１つをさらに含む、請求項４に記載の研磨組成物。
【請求項６】
セリア被覆シリカ複合粒子と、ベンゾトリアゾール、イミダゾール、トリアゾール及びそれらの組み合わせからなる群より選択される腐食防止剤と、水酸化アンモニウム又は水酸化カリウムとを含み、シリカ研磨粒子と、ケイ酸カリウム又はケイ酸アンモニウムと、アセチレンジオール界面活性剤、アルコールエトキシレート界面活性剤、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される界面活性剤とをさらに含む、請求項１に記載の研磨組成物。
【請求項７】
セリア被覆シリカ複合粒子と、ベンゾトリアゾール、イミダゾール、トリアゾール及びそれらの組み合わせからなる群より選択される腐食防止剤と、水酸化アンモニウム又は水酸化カリウムとを含み、シリカ研磨粒子と、過酸化水素と、ケイ酸カリウム又はケイ酸アンモニウムと、アセチレンジオール界面活性剤、アルコールエトキシレート界面活性剤、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される界面活性剤とをさらに含む、請求項１に記載の研磨組成物。
【請求項８】
Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｌ、及び組み合わせの金属又は合金形態からなる群より選択される第１材料と、第２材料とを有する少なくとも１つの表面を含む半導体デバイスの化学機械平坦化のための研磨方法であって、
ａ）前記少なくとも１つの表面を研磨パッドと接触させる工程、
ｂ）前記少なくとも１つの表面に研磨組成物を供給する工程であって、前記研磨組成物が、
ナノ粒子によって被覆された表面を持つコア粒子を含む複合粒子からなる群より選択される、０．０１〜２０ｗｔ％の研磨剤と、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、セリア、表面改質無機酸化物粒子、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される研磨粒子と、０．０００１〜５ｗｔ％のｐＨ調整剤と、０．０００５〜０．５ｗｔ％の腐食防止剤と、残部が水とを含み、
前記コア粒子が、シリカ粒子であり、前記ナノ粒子が、セリアナノ粒子であり、
前記研磨組成物が２〜１１のｐＨを有する、工程、並びに
Ｃ）前記少なくとも１つの表面を前記研磨組成物で研磨する工程を含む、研磨方法。
【請求項９】
前記研磨組成物が、
（１）有機酸又はその塩、ポリマー酸又はその塩、水溶性コポリマー又はその塩、コポリマーの同一分子内にカルボン酸基、スルホン酸基、及びホスホン酸基からなる群より選択される少なくとも２種の酸基を含有するコポリマー又はその塩、ポリビニル酸又はその塩、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、並びにそれらの組み合わせからなる群より選択される、０．００１０〜１．０ｗｔ％の分散添加剤、
（２）過酸化水素、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、過マンガン酸塩、臭素酸塩、塩素酸塩、クロム酸塩、ヨウ素酸塩、ヨウ素酸、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される、０．００１〜５ｗｔ％の酸化剤、
（３）有機酸又はその塩、ポリマー酸又はその塩、水溶性コポリマー又はその塩、コポリマーの同一分子内にカルボン酸基、スルホン酸基、ホスホン酸、及びピリジン酸からなる群より選択される少なくとも２種の酸基を含有するコポリマー又はその塩、ポリビニル酸又はその塩、無機ケイ酸カリウム、ケイ酸アンモニウム、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ピリジン又はその誘導体、ビピリジン又はその誘導体、並びにそれらの組み合わせからなる群より選択される、０．００１〜５ｗｔ％のキレート剤、及び、
（４）ａ）非イオン性表面湿潤剤、ｂ）アニオン性表面湿潤剤、ｃ）カチオン性表面湿潤剤、ｄ）両性表面湿潤剤、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される、０．０００１〜１０ｗｔ％の界面活性剤
の少なくとも１つをさらに含む、請求項８に記載の研磨方法。
【請求項１０】
前記複合粒子が、単結晶セリアナノ粒子によって被覆された表面を有するアモルファスシリカ粒子であり、
前記研磨粒子がシリカ粒子であり、
前記ｐＨ調整剤が、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、第四級有機水酸化アンモニウム、硝酸、スルホン酸、ホスホン酸、塩化水素、及びそれらの組み合わせからなる群より選択され、
前記腐食防止剤が、ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）、イミダゾール、トリアゾール、ピラゾール、ベンゾイミダゾール、テトラゾール、それらの関連誘導体、及びそれらの組み合わせから成る群より選択される、請求項８に記載の研磨方法。
【請求項１１】
前記研磨組成物が、セリア被覆シリカ複合粒子と、ベンゾトリアゾール、イミダゾール、トリアゾール及びそれらの組み合わせからなる群より選択される腐食防止剤と、水酸化アンモニウム又は水酸化カリウムとを含む、請求項８に記載の研磨方法。
【請求項１２】
前記研磨組成物が、（１）ポリアクリル酸、ポリ−メタクリル酸、ポリスチレンスルホン酸若しくはその塩、及びそれらの組み合わせからなる群より選択されるポリマー酸又はその塩、並びにそれらの組み合わせからなる群より選択される分散添加剤、（２）ケイ酸カリウム又はケイ酸アンモニウム、並びに（３）アセチレンジオール界面活性剤、アルコールエトキシレート界面活性剤、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される界面活性剤の少なくとも１つをさらに含む、請求項１１に記載の研磨方法。
【請求項１３】
前記研磨組成物が、セリア被覆シリカ複合粒子と、ベンゾトリアゾール、イミダゾール、トリアゾール及びそれらの組み合わせからなる群より選択される腐食防止剤と、水酸化アンモニウム又は水酸化カリウムとを含み、シリカ研磨粒子と、ケイ酸カリウム又はケイ酸アンモニウムと、アセチレンジオール界面活性剤、アルコールエトキシレート界面活性剤、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される界面活性剤の少なくとも１つをさらに含む、請求項８に記載の研磨方法。
【請求項１４】
前記研磨組成物が、セリア被覆シリカ複合粒子と、ベンゾトリアゾール、イミダゾール、トリアゾール及びそれらの組み合わせからなる群より選択される腐食防止剤と、水酸化アンモニウム又は水酸化カリウムとを含み、シリカ研磨粒子と、過酸化水素と、ケイ酸カリウム又はケイ酸アンモニウムと、アセチレンジオール界面活性剤、アルコールエトキシレート界面活性剤、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される界面活性剤とをさらに含む、請求項８に記載の研磨方法。
【請求項１５】
前記複合粒子が、単結晶セリアナノ粒子によって被覆された表面を有するアモルファスシリカ粒子であり、
前記研磨粒子がシリカ粒子であり、
前記研磨パッドが軟質パッドであり、
前記第１材料がＣｏであり、
前記第２材料が、Ｃｏ、ＳｉＮ、ＳｉＯ2、Ｗ及びそれらの組み合わせからなる群より選択され、
前記研磨組成物が、８．０〜１１のｐＨを有し、ＳｉＯ2：Ｃｏに対して１．０：４．０〜４．０：１．０、Ｃｏ：ＳｉＮに対して１．０：１．０〜６．０：１．０の除去速度選択性を有し、
Ｗの研磨について停止性を有する、請求項８に記載の研磨方法。
【請求項１６】
前記複合粒子が、単結晶セリアナノ粒子によって被覆された表面を有するアモルファスシリカ粒子であり、
前記研磨粒子がシリカ粒子であり、
前記研磨パッドが軟質パッドであり、
前記少なくとも１つの他の材料が、Ｃｏ、ＳｉＮ、ＳｉＯ2、及びそれらの組み合わせからなる群より選択され、
前記研磨組成物が、５．０〜８．０のｐＨを有し、ＳｉＯ2：Ｃｏに対して１．０：４．０〜４．０：１．０、Ｃｏ：ＳｉＮに対して１０：１〜１５：１．０の除去速度選択性を有する、請求項８に記載の研磨方法。
【請求項１７】
前記複合粒子が、単結晶セリアナノ粒子によって被覆された表面を有するアモルファスシリカ粒子であり、
前記研磨粒子がシリカ粒子であり、
前記研磨パッドが軟質パッドであり、
前記第１材料がＣｏであり、
前記第２材料が、Ｃｏ、ＳｉＮ、ＳｉＯ2、ａ−Ｓｉ、有機ケイ酸塩ガラス（ＯＳＧ）、シリコンオキシカーバイド（ＳｉＯＣ）、Ｗ、及びそれらの組み合わせからなる群より選択され、
前記研磨組成物が、５．０〜９．０のｐＨを有し、ＳｉＯ2：Ｃｏに対して１．０：４．０〜４．０：１．０、Ｃｏ：ＳｉＮに対して１０：１〜１５：１．０の除去速度選択性を有し、
ａ−Ｓｉ、ＯＳＧ、ＳｉＯＣ、及びＷの研磨について停止性を有する、請求項８に記載の研磨方法。
【請求項１８】
Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｌ、及び組み合わせの金属又は合金形態からなる群より選択される第１材料と、第２材料とを有する少なくとも１つの表面を含む半導体デバイス、
研磨パッド、並びに
研磨組成物であって、
ナノ粒子によって被覆された表面を持つコア粒子を含む複合粒子からなる群より選択される、０．０１〜２０ｗｔ％の研磨剤と、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、セリア、表面改質無機酸化物粒子、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される研磨粒子と、
０．０００１〜５ｗｔ％のｐＨ調整剤と、
０．０００５〜０．５ｗｔ％の腐食防止剤と、
残部が水とを含み、
前記コア粒子が、シリカ粒子であり、前記ナノ粒子が、セリアナノ粒子であり、
２〜１１のｐＨを有する、研磨組成物
を含み、前記少なくとも１つの表面が、前記研磨パッド及び前記研磨組成物と接触している、化学機械平坦化のためのシステム。
【請求項１９】
前記研磨組成物が、
１）有機酸又はその塩、ポリマー酸又はその塩、水溶性コポリマー又はその塩、コポリマーの同一分子内にカルボン酸基、スルホン酸基、及びホスホン酸基からなる群より選択される少なくとも２種の酸基を含有するコポリマー又はその塩、ポリビニル酸又はその塩、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、並びにそれらの組み合わせからなる群より選択される、０．００１０〜１．０ｗｔ％の分散添加剤、
（２）過酸化水素、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、過マンガン酸塩、臭素酸塩、塩素酸塩、クロム酸塩、ヨウ素酸塩、ヨウ素酸、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される、０．００１〜５ｗｔ％の酸化剤、
（３）有機酸又はその塩、ポリマー酸又はその塩、水溶性コポリマー又はその塩、コポリマーの同一分子内にカルボン酸基、スルホン酸基、ホスホン酸、及びピリジン酸からなる群より選択される少なくとも２種の酸基を含有するコポリマー又はその塩、ポリビニル酸又はその塩、無機ケイ酸カリウム、ケイ酸アンモニウム、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ピリジン又はその誘導体、ビピリジン又はその誘導体、並びにそれらの組み合わせからなる群より選択される、０．００１〜５ｗｔ％のキレート剤、及び、
（４）ａ）非イオン性表面湿潤剤、ｂ）アニオン性表面湿潤剤、ｃ）カチオン性表面湿潤剤、ｄ）両性表面湿潤剤、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される、０．０００１〜１０ｗｔ％の界面活性剤
の少なくとも１つをさらに含む、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記複合粒子が、単結晶セリアナノ粒子によって被覆された表面を有するアモルファスシリカ粒子であり、
前記研磨粒子がシリカ粒子であり、
前記研磨パッドが軟質パッドであり、
前記ｐＨ調整剤が、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、第四級有機水酸化アンモニウム、硝酸、スルホン酸、ホスホン酸、塩化水素、及びそれらの組み合わせからなる群より選択され、
前記腐食防止剤が、ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）、イミダゾール、トリアゾール、ピラゾール、ベンゾイミダゾール、テトラゾール、それらの関連誘導体、及びそれらの組み合わせから成る群より選択される、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２１】
前記研磨組成物が、セリア被覆シリカ複合粒子と、ベンゾトリアゾール、イミダゾール、トリアゾール及びそれらの組み合わせからなる群より選択される腐食防止剤と、水酸化アンモニウム又は水酸化カリウムとを含む、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２２】
前記研磨組成物が、（１）ポリアクリル酸、ポリ−メタクリル酸、ポリスチレンスルホン酸又はその塩、及びそれらの組み合わせからなる群より選択されるポリマー酸又はその塩、並びにそれらの組み合わせからなる群より選択される分散添加剤、（２）ケイ酸カリウム又はケイ酸アンモニウム、並びに（３）アセチレンジオール界面活性剤、アルコールエトキシレート界面活性剤、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される界面活性剤の少なくとも１つをさらに含む、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記研磨組成物が、セリア被覆シリカ複合粒子と、ベンゾトリアゾール、イミダゾール、トリアゾール及びそれらの組み合わせからなる群より選択される腐食防止剤と、水酸化アンモニウム又は水酸化カリウムとを含み、シリカ研磨粒子と、ケイ酸カリウム又はケイ酸アンモニウムと、アセチレンジオール界面活性剤、アルコールエトキシレート界面活性剤、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される界面活性剤からなる群より選択される少なくとも１つをさらに含む、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２４】
前記研磨組成物が、セリア被覆シリカ複合粒子と、ベンゾトリアゾール、イミダゾール、トリアゾール及びそれらの組み合わせからなる群より選択される腐食防止剤と、水酸化アンモニウム又は水酸化カリウムとを含み、シリカ研磨粒子と、過酸化水素と、ケイ酸カリウム又はケイ酸アンモニウムと、アセチレンジオール界面活性剤、アルコールエトキシレート界面活性剤、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される界面活性剤とをさらに含む、請求項１８に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連特許出願の相互参照］
本特許出願は、２０１５年６月５日出願の米国仮特許出願第６２／１７１３６０号の利益を主張する。
【背景技術】
【０００２】
［発明の背景］
本発明は、半導体デバイスの製造における化学機械平坦化（「ＣＭＰ」）研磨組成物（ＣＭＰスラリー、ＣＭＰ組成物又はＣＭＰ配合物が、同じ意味で使用される）、及び化学機械平坦化を実行するための研磨方法に関連する。特に、それは、コバルト（Ｃｏ）、ＳｉＮ及び酸化物材料から構成される、パターン化半導体ウエハを研磨するのに好適に使用される、複合研磨粒子を含む研磨組成物に関連する。
【０００３】
集積回路（ＩＣ）製造プロセスにおいては、幾つかのＣＭＰ工程、例えば、バルク金属層、伝統的なＣｕバリア層の研磨、最新のＣｏバリア層の研磨、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）、層間誘電体（ＩＬＤ）ＣＭＰ、及びゲートポリＣＭＰなどが存在する。
【０００４】
そのような用途に対する典型的な研磨組成物は、研磨剤、腐食防止剤、及び任意選択でその他の化学物質を含有する。その他の化学物質としては、安定性を改善して、除去速度を向上して、除去速度を抑制するようなバリアＣＭＰ研磨組成か、又はＣＭＰプロセス中に及びＣＭＰプロセス前に、腐食から金属膜表面を提供するような防止剤を挙げることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＣＭＰスラリーに使用される通常の研磨剤、例えば、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニアなどの中で、セリアはシリカ酸化物に対するその高い反応性で知られており、その酸化ケイ素に対するセリアの高い反応性のため、最も高い酸化物除去速度（ＲＲ）を得るためのＳＴＩ  ＣＭＰ組成物に広く使用される。しかしながら、セリア粒子はまた、深刻なスクラッチを引き起こすことで知られており、それは金属膜を研磨することに対して、より大きな問題となっている。セリア粒子は、典型的に、バリアＣＭＰスラリー組成物用の研磨剤としては使用されず、かつ、軟質研磨パッドとともに使用されない。そのため、先進的用途のための、新規の研磨材種類に関する組成物を開発するニーズが存在する。
【０００６】
半導体技術が進歩するにつれ、新しい膜材料及び複雑な集積スキームを伴う多くの新しい挑戦が存在している。例えば、コバルトは、銅構造に対するバリア材料並びに相互接続ライン材料の両方として導入されている。コバルトと他種の膜との間の選択性を変化させることを要求するワークにおいて、多くの集積スキームが存在する。幾つかの用途では、Ｃｏと酸化物誘電体との間で、１：１の研磨選択性を要求し、幾つかの他の用途では、タングステン、アモルファスシリコン、ポリシリコン又は低-Ｋ膜のような他の膜上で追加の研磨を停止することを要求する場合がある。幾つかの用途ではまた、窒化チタン又はチタンのような幾つかの下地膜の高い除去速度を要求することがある。これらの難しい集積スキームは、ＣＭＰ性能の目標を満たすような新規のスラリー組成物を要求する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書で説明するのは、ニーズを満たすバリアＣＭＰ研磨組成物、方法及びシステムである。
【０００８】
１つの態様では、本明細書で説明するのは、
ナノ粒子によって被覆された表面を持つコア粒子を含む複合粒子からなる群より選択される、０．０１〜２０ｗｔ％の研磨剤と、
シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、セリア、表面改質無機酸化物粒子、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される研磨粒子と、
０．０００１〜５ｗｔ％のｐＨ調整剤と、
０．０００５〜０．５ｗｔ％の腐食防止剤と、
残部が水とを含み、
前記コア粒子が、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、ポリマー粒子、及びそれらの組み合わせからなる群より選択され、前記ナノ粒子が、ジルコニウム、チタン、鉄、マンガン、亜鉛、セリウム、イットリウム、カルシウム、マグネシウム、ランタン、ストロンチウムのナノ粒子、及びそれらの組み合わせからなる群より選択され、
約２〜１１のｐＨを有する、研磨組成物である。
【０００９】
別の態様では、本明細書で説明するのは、
Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｌ、及び組み合わせの金属又は合金形態からなる群より選択される第１材料と、第２材料とを有する少なくとも１つの表面を含む半導体デバイスの化学機械平坦化のための研磨方法であって、
ａ）前記少なくとも１つの表面を研磨パッドと接触させる工程、
ｂ）前記少なくとも１つの表面に研磨組成物を供給する工程であって、前記研磨組成物が、
ナノ粒子によって被覆された表面を持つコア粒子を含む複合粒子からなる群より選択される、０．０１〜２０ｗｔ％の研磨剤と、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、セリア、表面改質無機酸化物粒子、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される研磨粒子と、０．０００１〜５ｗｔ％のｐＨ調整剤と、０．０００５〜０．５ｗｔ％の腐食防止剤と、残部が水とを含み、
前記コア粒子が、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、ポリマー粒子、及びそれらの組み合わせからなる群より選択され、前記ナノ粒子が、ジルコニウム、チタン、鉄、マンガン、亜鉛、セリウム、イットリウム、カルシウム、マグネシウム、ランタン、ストロンチウムのナノ粒子、及びそれらの組み合わせからなる群より選択され、
前記研磨組成物が約２〜１１のｐＨを有する、工程、並びに
Ｃ）前記少なくとも１つの表面を前記研磨組成物で研磨する工程を含む、研磨方法である。
【００１０】
さらに別の態様では、本明細書で説明するのは、
Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｌ、及び組み合わせの金属又は合金形態からなる群より選択される第１材料と、第２材料とを有する少なくとも１つの表面を含む半導体デバイス、
研磨パッド、並びに
研磨組成物であって、
ナノ粒子によって被覆された表面を持つコア粒子を含む複合粒子からなる群より選択される、０．０１〜２０ｗｔ％の研磨剤と、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、セリア、表面改質無機酸化物粒子、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される研磨粒子と、
０．０００１〜５ｗｔ％のｐＨ調整剤と、
０．０００５〜０．５ｗｔ％の腐食防止剤と、
残部が水とを含み、
前記コア粒子が、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、ポリマー粒子、及びそれらの組み合わせからなる群より選択され、前記ナノ粒子が、ジルコニウム、チタン、鉄、マンガン、亜鉛、セリウム、イットリウム、カルシウム、マグネシウム、ランタン、ストロンチウムのナノ粒子、及びそれらの組み合わせからなる群より選択され、
約２〜１１のｐＨを有する、研磨組成物
を含み、前記少なくとも１つの表面が、前記研磨パッド及び前記研磨組成物と接触している、化学機械平坦化のためのシステムである。
【００１１】
研磨組成物は、
（１）有機酸又はその塩、ポリマー酸又はその塩、水溶性コポリマー又はその塩、コポリマーの同一分子内にカルボン酸基、スルホン酸基、及びホスホン酸基からなる群より選択される少なくとも２種の酸基を含有するコポリマー又はその塩、ポリビニル酸又はその塩、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、並びにそれらの組み合わせからなる群より選択される、０．００１０〜約１．０ｗｔ％の分散添加剤、
（２）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、過マンガン酸塩、臭素酸塩、塩素酸塩、クロム酸塩、ヨウ素酸塩、ヨウ素酸、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される、０．００１〜５ｗｔ％の酸化剤、
（３）有機酸又はその塩、ポリマー酸又はその塩、水溶性コポリマー又はその塩、コポリマーの同一分子内にカルボン酸基、スルホン酸基、ホスホン酸、及びピリジン酸からなる群より選択される少なくとも２種の酸基を含有するコポリマー又はその塩、ポリビニル酸又はその塩、無機ケイ酸カリウム、ケイ酸アンモニウム、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ピリジン又はその誘導体、ビピリジン又はその誘導体、並びにそれらの組み合わせからなる群より選択される、０．００１〜５ｗｔ％のキレート剤、及び、
（４）ａ）非イオン性表面湿潤剤、ｂ）アニオン性表面湿潤剤、ｃ）カチオン性表面湿潤剤、ｄ）両性表面湿潤剤、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される、０．０００１〜１０ｗｔ％の界面活性剤の少なくとも１つをさらに含むことができる。
【００１２】
１つの実施形態では、コア粒子がシリカ粒子であり、ナノ粒子がセリアナノ粒子であり、複合粒子が、単結晶セリアナノ粒子によって被覆された表面を有するアモルファスシリカ粒子であり、研磨粒子がシリカ粒子であり、ｐＨ調整剤が、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、第四級有機水酸化アンモニウム、及びそれらの組み合わせからなる群より選択され、腐食防止剤が、ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）、イミダゾール、トリアゾール、ピラゾール、ベンゾイミダゾール、テトラゾール、それらの関連誘導体、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される。
【００１３】
別の実施形態では、研磨組成物は、セリア被覆シリカ複合粒子と、ベンゾトリアゾール、イミダゾール、トリアゾール及びそれらの組み合わせからなる群より選択される腐食防止剤と、水酸化アンモニウム又は水酸化カリウムとを含む。
【００１４】
さらに別の実施形態では、研磨組成物は、セリア被覆シリカ複合粒子と、ベンゾトリアゾール、イミダゾール、トリアゾール及びそれらの組み合わせからなる群より選択される腐食防止剤と、水酸化アンモニウム又は水酸化カリウムとを含み、シリカ研磨粒子と、ケイ酸カリウム又はケイ酸アンモニウムと、アセチレンジオール界面活性剤、アルコールエトキシレート界面活性剤、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される界面活性剤とをさらに含む。
【００１５】
さらに別の実施形態では、研磨組成物は、セリア被覆シリカ複合粒子と、ベンゾトリアゾール、イミダゾール、トリアゾール及びそれらの組み合わせからなる群より選択される腐食防止剤と、水酸化アンモニウム又は水酸化カリウムとを含み、シリカ研磨粒子と、過酸化水素と、ケイ酸カリウム又はケイ酸アンモニウムと、アセチレンジオール界面活性剤、アルコールエトキシレート界面活性剤、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される界面活性剤とをさらに含む。
【００１６】
研磨組成物は、ＳｉＯ2：Ｃｏに対して１．０：４．０〜４．０：１．０、Ｃｏ：ＳｉＮに対して１．０：１．０〜６．０：１．０又は１０：１〜１５：１．０の除去速度選択性を与え、研磨組成物はａ−Ｓｉ、ＯＳＧ、ＳｉＯＣ、及びＷの研磨について停止性を有する。
【００１７】
組成物はまた、任意選択で、組成物中での生物成長を防ぐための添加剤を含むことができる。
【００１８】
ある実施形態では、本発明の研磨組成物は、軟質研磨パッド上で導電金属構造を研磨するのに使用される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】異なる研磨剤を持つＣＭＰ組成物を用いた場合の、異なる膜に対する除去速度を示す。
【図２】異なる過酸化水素濃度でＣＭＰ組成物を用いた場合の、異なる膜に対する除去速度を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下の詳細な説明は、好ましい例示的実施形態を提供しているにすぎず、本発明の範囲、利用可能性、又は構成を限定することを意図するものでない。むしろ、好ましい例示的実施形態における以下の詳細な説明は、当業者に本発明の好ましい例示的実施形態を実施するのを可能とする説明を提供する。添付の特許請求の範囲に規定された本発明の趣旨及び範囲に逸脱することなく、要素の機能及び配置に様々な変更を施してもよい。
【００２１】
特許請求の範囲においては、請求項に記載された方法の工程を明確にするために文字を使用することがある（例えば、ａ、ｂ、及びｃ）。これらの文字は、その方法の工程を言い表すために使用され、そのような順序が特許請求の範囲において明確に記載されない限りかつ明確に記載されている範囲でのみ、請求項に記載された工程を実施する順序を表すことを意図するものでない。
【００２２】
本発明の組成物は、動態金属構造でパターン化したウエハ表面の１種又は多種の膜を研磨するために使用することができる。幾つかの実施形態では、動態金属構造は、限定されないが、純粋金属又は合金形態のコバルト、銅、又はアルミニウムから構成することができる。
【００２３】
高度な技術が膜の複雑な積層に使用され、多層デバイス構造を形成する。集積スキームは内部接続構造を形成する膜間の除去速度選択性を調整することを要求する。膜積層としては、誘電体材料、例えば、限定されないが、有機ケイ酸塩の低−Ｋ膜又はポリマー低−Ｋ膜又はエアギャップ構造を挙げることができる。内部接続製作スキームの詳細次第では、拡散バリア、キャッピング層、エッチング停止、ハードマスク、及び／又は研磨停止のいずれかの役割を果たすために、追加の誘電体が必要とされる。使用される典型的な誘電体膜としては、限定されないが、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）前駆体（以下、ＴＥＯＳ膜と言い表す）から堆積したケイ素酸化膜、高密度プラズマ酸化膜（ＨＤＰ酸化物）、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）アモルファス水素化窒化ケイ素（ａ−ＳｉＮ：Ｈ、４．５〜５．８のｋ値を持つ炭素ドープ窒化ケイ素（ａ−ＳｉＮＣ：Ｈ）、４．０〜４．８のｋ値を持つ密集酸素ドープ炭化ケイ素（ａ−ＳｉＣＯ：Ｈ）、４．０〜７．０のｋ値を持つ純粋炭化ケイ素（ａ−ＳｉＣ：Ｈ））が挙げられる。アモルファス−Ｓｉ（ａ−Ｓｉ）及びポリ−Ｓｉのような膜はまた、幾つかの用途において研磨停止層として使用することがある。幾つかの用途では、コバルト及びタングステンのような２種の内部接続材料の同時研磨を伴うことができ、その２種間での高選択性の研磨速度を要求する。複数のＣＭＰ工程が、しばしば、これらの内部接続構造を形成するために使用され、異なる膜間での選択性の要求は、異なる工程間で異なる。本発明の組成物は、進歩したテクノロジーノードにおける様々なＣＭＰ用途が可能となる、幾つかの独自な性能特性の特徴を含む。それらの性能は、限定されないが、以下を含む。
（１）内部接続金属及び酸化ケイ素又は窒化ケイ素のような誘電体膜を、ブランケット内部接続膜とブランケット誘電体膜の間の除去速度選択性が０．１と５の間、又はより好ましくは０．２５と２の間、又は最も好ましくは０．５と１．５の間で研磨する。
（２）内部接続金属及び低−Ｋ又はＬＫ（有機ケイ素酸塩ガラス（ＯＳＧ）若しくはポリマー絶縁体）を、ブランケット内部接続膜とブランケット低−Ｋ誘電体膜の間の除去速度選択性が、１０以上、又はより好ましくは５０以上、又は最も好ましくは１００以上で研磨する。
（３）内部接続金属及び酸化ケイ素又は窒化ケイ素誘電体を、ブランケット内部接続膜とブランケット誘電体膜の間の除去速度選択性が、０．１と５の間、又は好ましくは０．２５と２の間、又は最も好ましくは０．５と１．５の間で研磨し、並びに、内部接続膜とタングステン含有膜の間の除去速度選択性が１０以上、又はより好ましくは５０以上、又は最も好ましくは１００以上を有する。
（４）内部接続金属及び酸化ケイ素又は窒化ケイ素誘電体を、ブランケット内部接続膜とブランケット誘電体膜の間の除去速度選択性が、０．１と５の間、又は好ましくは０．２５と２の間、又は最も好ましくは０．５と１．５の間で研磨し、並びに、内部接続膜とアモルファスＳｉ又はポリ−Ｓｉを含む膜の間の除去速度選択性が１０以上、又はより好ましくは５０以上、又は最も好ましくは１００以上を有する。
（５）内部接続金属及び酸化ケイ素又は窒化ケイ素誘電体を、ブランケット内部接続膜とブランケット誘電体膜の間の除去速度選択性が、０．１と５の間、又はより好ましくは０．２５と２の間、又は最も好ましくは０．５と１．５の間で研磨し、並びに、誘電体膜とバリア又はライナ層、例えば、Ｔａ、ＴａＮ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｔｉ、ＴｉＮ、自己形成バリア層材料の間の除去速度選択性が、０．１〜５、又は好ましくは０．２５と２の間、最も好ましくは０．５と１．５の間を有する。
（６）内部接続金属及びバリア又はライナ膜、例えば、Ｔａ、ＴａＮ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｔｉ、ＴｉＮ、自己形成バリア層材料酸化ケイ素誘電体を、ブランケット内部接続膜とブランケットバリア／ライナ膜の間の除去速度選択性が０．１と５の間、又は好ましくは０．２５と２の間、又は最も好ましくは０．５と１．５の間で研磨し、並びに、バリア／ライナ膜と研磨停止膜、例えば、窒化ケイ素又は炭化ケイ素又はそれらの誘導体の間の除去速度選択性が１０以上、又はより好ましくは５０以上、又は最も好ましくは１００以上を有する。
【００２４】
本発明内で開示する化学機械平坦化（「ＣＭＰ」）組成物、方法、及びシステムは、金属層研磨及び酸化物研磨、例えば、Ｃｏ及び酸化ケイ素（ＳｉＯ2）に関するより高い除去速度と、適切な膜除去選択性を持つＳｉＮ層研磨（特に軟質研磨パッド上で）に関する適切な除去速度と、低ディッシング及び低欠陥とを提供するべきである。
【００２５】
バリアＣＭＰ研磨組成物は、複合粒子（例えば、セリア被覆コロイダルシリカ粒子）又は複合粒子とコロイド粒子（例えば、コロイダルシリカ粒子）の組み合わせのような研磨剤と、コバルトイオン又はコバルト酸化物と反応してコバルト（Ｃｏ）バリア層／膜の除去速度を調整（向上又は抑制）する化学キレーター又はキレート剤と、ＣＭＰ組成物のｐＨを調整してｐＨ条件、例えば、アルカリ性のｐＨ条件を最適化するのに使用するｐＨ調整剤と、Ｃｏバリア層表面に腐食保護を提供する腐食防止剤と、様々な膜表面の湿潤を向上する界面活性剤と、残部は水とを含む。
【００２６】
研磨剤としては、限定されないが、複合粒子、及び複合粒子とシリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、セリア、表面改質無機酸化物粒子、又はそれらの組み合わせとの組み合わせが挙げられる。
【００２７】
複合粒子に対して、それぞれの複合粒子がコア粒子及びそのコア粒子の表面を被覆する多くのナノ粒子を有する。コア粒子は、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、及びポリマー粒子からなる群より選択される。ナノ粒子は、ジルコニウム、チタン、鉄、マンガン、亜鉛、セリウム、イットリウム、カルシウム、マグネシウム、ランタン及びストロンチウムのナノ粒子からなる群より選択される。
【００２８】
コア粒子の表面を被覆するナノ粒子の量は、固形分質量比に関して以下の範囲内にあることが好ましい。コア粒子の固形分質量（ａ）に対してナノ粒子の固形分質量（ｂ）は、（ｂ）／（ａ）＝０．０１〜１．５、好ましくは０．０１〜１．２である。
【００２９】
複合粒子の例の１つとしては、コア粒子としてシリカを有し、各シリカ粒子の表面がセリアナノ粒子で被覆されるものである。シリカ系粒子はアモルファスであり、セリアナノ粒子は単結晶である。
【００３０】
粒子中のケイ素に対する全セリウムの質量比は、好ましくは０．０５と１０の間、又はより好ましくは０．１と５の間、又は最も好ましくは０．５と２の間であることができる。
【００３１】
コアシリカ粒子のサイズは、２５ｎｍと５００ｎｍの間、又はより好ましくは５０ｎｍと１５０ｎｍの間であることができる。コアシリカ粒子を被覆するセリアナノ粒子のサイズは、１ｎｍと３０ｎｍの間、又はより好ましくは５ｎｍと２０ｎｍの間、及び、最も好ましくは８ｎｍと１５ｎｍの間であることができる。
【００３２】
セリア被覆シリカ粒子は多くの異なる方法で製造することができる。セリア被覆シリカ粒子の幾つかの好ましい例は、日本特許出願公開第２０１３１１９１１３１号明細書、同第２０１３１３３２５５号明細書、同第２０１５−１６９９６７号明細書、及び同第２０１５−１８３９４２号明細書に記載される。
【００３３】
本発明の別の態様では、研磨力の下で分解しないセリア被覆シリカ粒子の使用を伴う。粒子が研磨力（すなわち、分解力）の作用の下で分解せずに、初期の粒子サイズの特性を保っていると仮定すると、除去速度は高いままである。一方で、粒子が研磨力の下で分解した場合、事実上、より小さい研磨粒子サイズになるため除去速度は減少する。粒子が分解することはまた、スクラッチ欠陥への望ましくない影響を有し得る不規則な形状の粒子を作り出すことがある。分解力の下での粒子安定性はまた、組成物に３０分間超音波処理を行い、サイズ分布の変化を測定することによって決定することができる。超音波処理についての好ましい条件は、１００Ｗの出力で４２ＫＷＺの周波数を持つ溶液に３０分間浸すことである。粒度分布は、任意の適切な技術、例えば、ディスク遠心分離（ＤＣ）法又は動的光散乱（ＤＬＳ）を使用することで測定することができる。サイズ分布の変化は、平均粒子サイズ又はＤ５０（このサイズ以下に５０％の粒子がある）又はＤ９９（このサイズ以下に９９％の粒子がある）又は任意の類似のパラメータの点から特徴付けることができる。好ましくは、例えば、ＤＣ並びに平均粒子サイズ、Ｄ５０、Ｄ７５及び／又はＤ９９を使用して、超音波処理後のセリア被覆シリカ粒子の粒度分布の変化は、１０％未満、より好ましくは５％未満、又は最も好ましくは２％未満である。ＣＭＰ組成物にそのような安定した粒子を使用することで、膜材料の除去に対して研磨力を効果的に利用することが可能となり、スクラッチ欠陥に寄与する任意の不規則な形状を作り出すのを防ぐこともできる。複合粒子の機械的完全性はまた、高い除去速度を提供するために重要である、シリア粒子のコアからのセリアナノ粒子の損失を防ぐ。
【００３４】
本発明の別の態様では、アモルファスシリカ粒子Ａの表面上にアルミニウム、ジルコニウム、チタン、鉄、マンガン、亜鉛、セリウム、イットリウム、カルシウム、マグネシウム、ランタン及びストロンチウムのうち少なくとも１種の要素を含むアモルファス酸化層Ｃと、その上にジルコニウム、チタン、鉄、マンガン、亜鉛、セリウム、イットリウム、カルシウム、マグネシウム、ランタン、及びストロンチウムの中から選択される少なくとも１種の要素を含む結晶性の酸化物層Ｂとを有するシリカ系複合粒子である。
【００３５】
研磨剤は、組成物中に、０．０１〜２０ｗｔ％、好ましくは０．０５〜５ｗｔ％、より好ましくは０．１〜約１ｗｔ％の量で存在する。
【００３６】
組成物中にセリア被覆シリカ粒子を使用することで、コバルト、様々な種類の酸化ケイ素、窒化ケイ素及び炭化ケイ素の膜のような幾つかの膜の種類に対して、比較的低い研磨粒子濃度で極めて高い除去速度が得られ、タングステン、炭素を含有する低−Ｋ膜（有機ケイ素酸塩ガラス及びポリマー膜の両方）、ポリ−Ｓｉ及びアモルファス−Ｓｉ（ａ−Ｓｉ）のような幾つかの種類の膜に関して、極めて低い除去速度を有するような能力を提供する。
【００３７】
金属バリア膜、例えば、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｒｕの高い除去速度が望まれる幾つかの実施形態では、組成物はまた、追加的に、限定されないが、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、セリア、表面改質無機酸化物粒子、及び当技術分野で公知のその他の研磨粒子を含む、その他の公知の研磨粒子を含む。複合粒子及び研磨粒子の総質量％は０．０１〜２０ｗｔ％である。
【００３８】
研磨粒子は、イオン交換のような適切な方法を使用して精製することで金属不純物を除去することができ、コロイド安定性を改善するのを助けることができる。代替的に、金属ケイ素酸塩以外の前駆体から生成される高純度のシリカ研磨粒子を使用することができる。
【００３９】
一般的に、上述した研磨粒子は単体で又は互いに組み合わせてのいずれかで使用することができる。優秀な性能を得るために、異なるサイズを持つ２種以上の研磨粒子をまた組み合わせることができる。
【００４０】
好ましい研磨粒子はコロイダルシリカ研磨粒子である。セリア被覆シリカ粒子及びシリカ研磨粒子の組み合わせは、高い除去速度の酸化ケイ素膜／窒化ケイ素膜及び金属バリア膜の組み合わせを生み出すことができる。シリカは任意の沈降シリカ、ヒュームドシリカ、熱分解シリカ、１種又は複数種のアジュバント（ａｄｊｕｔａｎｔｓ）がドープされたシリカ、又は任意のその他のシリカ系組成物であることができる。代替的な実施形態では、シリカは、例えば、ゾル−ゲル法、水熱法、プラズマ法、発煙法、及びそれらの任意の組み合わせから選択されるプロセスによって製造することができる。
【００４１】
１つの実施形態におけるシリカは、約２ナノメートルと約３００ナノメートルの間、例えば、約３０ナノメートルと約２５０ナノメートルの間、又は最も好ましくは５０ナノメートルと１００ナノメートルの間の粒子サイズが有利である。
【００４２】
使用されるコロイダルシリカは、球状又は繭状であることができる。
【００４３】
適切なキレート剤としては、限定されないが、有機酸及びそれらの塩、ポリマー酸及びそれらの塩、水溶性コポリマー及びそれらの塩、コポリマーの同一分子内にカルボン酸基、スルホン酸基、ホスホン酸、及びピリジン酸から選択される少なくとも２種の異なる種類の酸基を含有するコポリマー及びそれらの塩、ポリビニル酸及びそれらの塩、無機ケイ素酸カリウム及びケイ素酸アンモニウム、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ピリジン、ピリジン誘導体、ビピリジン、ビピリジン誘導体、並びにそれらの組み合わせが挙げられる。
【００４４】
有機酸としては、限定されないが、アミノ酸、カルボン酸、ホスホン酸、スルホン酸、ポリビニル酸、及びピリジン酸、ビピリジン酸が挙げられる。
【００４５】
ポリマー酸及びそれらの塩としては、限定されないが、カルボン酸及びそれらの塩、スルホン酸及びそれらの塩、ホスホン酸及びそれらの塩、ピリジン酸及びそれらの塩からなる群より選択される官能基を有するポリマー化合物が挙げられる。例としては、ポリマーカルボン酸及びそれらの塩、ポリマースルホン酸及びそれらの塩、ポリマーホスホン酸及びそれらの塩、ポリマーピリジン酸及びそれらの塩である。より具体的な例としては、ポリアクリル酸及びそれらの塩、ポリスチレンスルホン酸及びそれらの塩、ビピリジン酸及びそれらの塩である。
【００４６】
キレート剤の量は、バリアＣＭＰ組成物の総質量に対して約０．００１〜約５ｗｔ％の範囲である。好ましい範囲は、約０．０１〜約２．０ｗｔ％であり、より好ましい範囲は約０．１〜約１．０ｗｔ％である。
【００４７】
ｐＨ調整剤としては、限定されないが、水酸化物、アミン、有機酸及び無機酸が挙げられる。
【００４８】
適切な水酸化物としては、限定されないが、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、第四級有機水酸化アンモニウム（例えば、水酸化テトラメチルアンモニウム）及びそれらの混合が挙げられる。
【００４９】
適切な無機酸としては、限定されないが、硝酸、スルホン酸、ホスホン酸、塩化水素、及びそれらの混合が挙げられる。
【００５０】
ｐＨ調整剤の量は、ＣＭＰ組成物の総質量に対して、約０．０００１〜約５ｗｔ％の範囲である。好ましい範囲は、約０．０００５〜約１ｗｔ％であり、より好ましい範囲は約０．０００５〜約０．５ｗｔ％であり、最も好ましい範囲は約０．００１〜約０．１ｗｔ％である。
【００５１】
ＣＭＰ組成物のｐＨは約２〜約１２の範囲である。スラリー組成物の最適なｐＨは、特定の用途に対する具体的な性能の要求次第である。コバルト膜を研磨することを要求する幾つかの実施形態では、より高いｐＨ（＞８）が、研磨中のコバルト腐食を低減するために望ましいことがある。ａ−Ｓｉ、ポリ−Ｓｉ膜、窒化ケイ素、炭化ケイ素のような膜の除去速度を抑制する能力を要求して、酸化ケイ素膜の高い除去速度をなおも要求する幾つかの他の実施形態では、ｐＨ＜８が望まれる。
【００５２】
例えば、５．０〜８．０のｐＨを有する研磨組成物は、ＳｉＯ2：Ｃｏに対して１．０：４．０〜４．０：１．０、Ｃｏ：ＳｉＮに対して１０：１〜１５：１．０の除去速度選択性を提供する。
【００５３】
８．０〜１１のｐＨを有する研磨組成物は、ＳｉＯ2：Ｃｏに対して１．０：４．０〜４．０：１．０、Ｃｏ：ＳｉＮに対して１．０：１．０〜６．０：１．０の除去速度選択性を提供し、Ｗの研磨について停止性を有する。
【００５４】
５．０〜９．０のｐＨを有する研磨組成物は、ＳｉＯ2：Ｃｏに対して１．０：４．０〜４．０：１．０、Ｃｏ：ＳｉＮに対して１０：１〜１５：１．０の除去速度選択性を有し、ａ−Ｓｉ、ＯＳＧ、ＳｉＯＣ、及びＷの研磨について停止性を有する。
【００５５】
適切な腐食防止剤としては、限定されないが、ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）、イミダゾール、トリアゾール、及びそれらの関連誘導体、ピラゾール及びその誘導体、ベンゾイミダゾール及びその誘導体、テトラゾール及びその誘導体、並びにそれらの組み合わせが挙げられる。
【００５６】
腐食防止剤の量は、バリアＣＭＰ組成物の総質量に対して、約０．０００５〜約０．５ｗｔ％の範囲である。好ましい範囲は約０．００２５〜約０．１５ｗｔ％であり、より好ましい範囲は約０．０１〜約０．１ｗｔ％である。
【００５７】
本発明のＣＭＰ組成物は、０．０００１〜１０ｗｔ％の１種又は複数種の様々な界面活性剤を含むことができる。
【００５８】
組成物に対して多くの適切な界面活性剤系添加剤が存在するが、好ましい界面活性剤系添加剤としては、ドデシル硫酸ナトリウム塩、ラウリル硫酸ナトリウム塩、ドデシル硫酸アンモニウム塩、アルコールエトキシレート、アセチレン系界面活性剤、及びそれらの任意の組み合わせが挙げられる。適切な商業的に利用可能な界面活性剤としては、ダウケミカルで製造されるＴＲＩＴＯＮ  ＤＦ１６（商標）並びにエアプロダクツアンドケミカルズで製造される、ＳＵＩＲＦＹＮＯＬ（商標）、ＤＹＮＯＬ（商標）、Ｚｅｔａｓｐｅｒｓｅ（商標）、Ｎｏｎｉｄｅｔ（商標）及びＴｏｍａｄｏｌ（商標）界面活性剤群の様々な界面活性剤が挙げられる。
【００５９】
１０００未満〜３００００超の範囲の分子量を有する様々なアニオン性、カチオン性、非イオン性及び双性イオン性の界面活性剤は分散剤と考えられる。ステアリン酸、ラウリル硫酸、アルキルポリリン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、ジイソプロピルナフタレンスルホン酸、ジオクチルスルホコハク酸、エトキシレート及びサルフェートラウリルアルコール、並びにエトキシレート及びサルフェートアルキルフェノールのナトリウム、カリウム、又は好ましくはアンモニウム塩を含む。
【００６０】
様々なカチオン性界面活性剤としては、ポリエチレンイミン、エトキシル化脂肪アミン、及びステアリルベンジルジメチルアンモニウムクロリド又は硝酸塩が挙げられる。本発明で考えられる代替的な分散剤としては、ポリエチレングリコール、レシチン、ポリビニルピロリドン、ポリオキシエチレン、イソオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、アルキルアリールスルホン酸のアミン塩、ポリアクリル酸及び関連する塩、ポリメタクリル酸が挙げられる。
【００６１】
界面活性剤が第１のＣＭＰ組成物に加えられた場合、それはアニオン性、カチオン性、非イオン性、若しくは両性であることができるか、又は、２以上の界面活性剤の組み合わせを用いることができる。さらに、界面活性剤を追加することは、ウエハのウエハ面内不均一性（ＷＩＷＮＵ）を減らすのに効果的であり、それによって、ウエハの表面を改善してウエハ欠陥を減らすことができることがわかった。
【００６２】
一般に、第１のＣＭＰ組成物に使用することができる添加剤、例えば、界面活性剤の量は、組成物の効果的な安定性を達成するのに十分であるべきであり、典型的に、選択された特定の界面活性剤及び金属酸化物研磨剤の表面の性質によって変化する。例えば、十分でない選択された界面活性剤を使用した場合、界面活性剤は、第１のＣＭＰ組成物の安定性に対しほとんど影響しないか又は影響しない。一方で、ＣＭＰ組成物に多すぎる界面活性剤があると、組成物中で望ましくない泡立ち及び／又は凝集を引き起こすことがある。その結果として、界面活性剤のような安定剤が、一般的に、本発明の組成物中に、約０．００１〜約０．２質量％、好ましくは約０．００１〜約０．１質量％の範囲の量で存在するべきである。さらに、添加剤は組成物に直接加えることができ、又は公知の技術を利用して金属酸化物研磨剤の表面上を処理することができる。どちらの場合でも、添加剤の量は第１の研磨組成物の所望の濃度を達成するために調製される。
【００６３】
好ましい界面活性剤は、アセチレンジオール界面活性剤、例えば、エアプロダクツアンドケミカルズ製のＤｙｎｏｌ（商標）６０７並びにアルコールエトキシレート界面活性剤、例えば、シグマアルドリッチ（登録商標）製のＢｒｉｊ（登録商標）Ｌ２３及びエアプロダクツアンドケミカルズ製のＤｙｎｏｌ（商標）６０７を含む群より選択される非イオン性界面活性剤である。
【００６４】
ＣＭＰ組成物は、粒子の分散を安定化させるために分散添加剤を含むことができる。
【００６５】
安定した分散添加剤としては、限定されないが、有機酸及びそれら塩、ポリマー酸及びそれらの塩、水溶性コポリマー及びそれらの塩、コポリマーの同一分子内にカルボン酸基、スルホン酸基、又はホスホン酸基のような、少なくとも２つの異なる種類の酸基を含有するコポリマー及びそれらの塩、ポリビニル酸及びそれらの塩、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、並びにそれらの組み合わせが挙げられる。
【００６６】
ポリマー酸の例としては、限定されないが、ポリアクリル酸、ポリ−メタクリル酸、ポリスチレンスルホン酸及びそれらの塩が挙げられる。ポリマーの数平均分子量は１０００〜１００００００の範囲であることができ、又は２０００と１０００００の間であることがより好ましく、又は１００００と５００００の間であることが最も好ましい。
【００６７】
分散添加剤の量は、バリアＣＭＰ組成物の総質量に対して約０．００１０〜約１．０ｗｔ％の範囲である。好ましい範囲は約０．００５〜０．５ｗｔ％であり、より好ましい範囲は約０．０１〜約０．２５ｗｔ％である。
【００６８】
本発明のＣＭＰ組成物はまた、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｃｏ、Ｃｕなどのような金属膜の研磨速度を促進するための１種又は複数種の様々な酸化剤を含むことができる。
【００６９】
様々な酸化剤、例えば、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、並びに、臭素酸塩、塩素酸塩、クロム酸塩、ヨウ素酸塩、ヨウ素酸、及びセリウム（ＩＶ）組成物が、文献で報告されている。過酸化水素、ヨウ素酸又はその塩、及び過ヨウ素酸又はその塩は、ＣＭＰで最も一般的に使用される酸化剤であると知られている。過酸化水素は好ましい酸化剤である。
【００７０】
酸化剤を加えることで、粒子表面のＣｅ（ＩＩＩ）をＣｅ（ＩＶ）状態に酸化することができる。多くの表面が酸化剤の追加によってＣｅ（ＩＩＩ）からＣｅ（ＩＶ）に変換されると、酸化ケイ素の除去速度が過剰な酸化剤濃度で減少する。
【００７１】
酸化剤濃度の増加はまた、一般的に、コバルト膜の除去速度の減少をもたらす。
【００７２】
酸化剤追加の追加量は、金属膜及び酸化ケイ素膜の所望の除去速度レベルに依る。金属膜及び酸化ケイ素膜の両方の高い除去速度を可能にするための酸化剤濃度の好ましい範囲は、０．００１〜０．５ｗｔ％、又はより好ましくは０．００５ｗｔ％と３ｗｔ％の間である。幾つかの用途では、粒子表面のＣｅイオン（ＩＩＩ）が必要な酸化反応を提供することができるので、追加の酸化剤を追加することは必要でないことがある。
【００７３】
幾つかの実施形態では、配合物はまた、粒子の表面上のセリウムイオンによる過酸化水素の分解を防止するために、安定化化合物を含むことができる。適切な安定剤は、広範囲の有機及び無機化合物、例えば、限定されないが、アスコルビン酸、クエン酸、エチレンジアミンテトラ酢酸、様々なリン酸化合物、コロイドスズ酸塩などから選択することができる。安定化化合物は、０．００００１〜０．５ｗｔ％の濃度範囲で、又は好ましくは０．０００１ｗｔ％と０．１ｗｔ％の間で、存在することができる。
【００７４】
ＣＭＰ組成物が４．５〜１０．０の範囲のｐＨを有する場合、ＣＭＰ組成物は、保存中に細菌増殖及び真菌増殖を防止するために、生物成長防止剤又は防腐剤を含むことができる。
【００７５】
生物成長防止剤としては、限定されないが、塩化テトラメチルアンモニウム、塩化テトラエチルアンモニウム、塩化テトラプロピルアンモニウム、アルキル鎖が１〜約２０の炭素原子である塩化アルキルベンジルジメチルアンモニウム、及び水酸化アルキルベンジルジメチルアンモニウム、亜塩素酸ナトリウム、並びに次亜塩素酸ナトリウムが挙げられる。
【００７６】
幾つかの実施形態では、組成物はより濃縮形態をとりウエハの使用場所で希釈されて、輸送及び操作の費用を低減することができる。過酸化水素のような酸化剤はまた、使用場所で加えることができる。
【００７７】
幾つかの商業的に利用可能な防腐剤としては、ダウケミカル製のＫＡＴＨＯＮ（商標）及びＮＥＯＬＥＮＥ（商標）商品群、並びにランクセス製のＰｒｅｖｅｎｔｏｌ（商標）群が挙げられる。さらには、米国特許第５２３０８３３（Ｒｏｍｂｅｒｇｅｒら）号明細書及び米国特許出願第２００２００２５７６２号明細書に開示される。それらの内容は、参照することによって、まるでその全体が記載されているかのように本明細書に組み込まれる。
【００７８】
本発明の配合物は、高い酸化ケイ素速度及び低い欠陥性をもたらす軟質パッドに対して特に効果的である。ＣＭＰパッドは、様々な技術、例えば、ショア硬度試験、動的機械分析、超音波特性解析、組成分析を使用して、弾性又は硬度を特徴づけて、軟質ポリマーセグメントの硬度比を決定することができる。ＡＳＴＭ  Ｄ２２４０−１０  ＡＳＴＭスタンダードに記載される方法により測定するショアＤ硬度試験は、ＣＭＰパッドの硬度に対するよく知られた試験方法である。文献には軟質パッドと硬質パッドの境界を定める明確な定義は存在しないが、一般的に硬質パッドと考えられているＩＣ１０００及びＩＣ１０１０（ダウケミカルにより供給される）のようなＣＭＰパッドは、５７のショアＤ硬度を有する。ＤＯＷ  Ｉｋｏｎｉｃ２０００シリーズのような軟質として特徴付けられるＣＭＰパッドは、４５以下のショアＤ硬度を有する。商業的に利用可能な軟質パッドのその他の例としては、ダウケミカル製のＰｏｌｉｔｅｘシリーズパッド、キャボットマイクロエレクトロニクス製のＥＰＩＣ  Ｄ２００シリーズパッド、フジボウ製のＦｕｊｉｂｏ  Ｈ７０００Ｎパッド、ネクスプラナー製のＮｅｘｐｌａｎａｒ  １１ＥＧ、ダウケミカル製のＶＰ３５００パッドが挙げられる。
【００７９】
軟質パッド上での研磨中、セリア被覆シリカ粒子を含む本発明の配合物は、同等の平均粒子サイズ及び研磨粒子負荷を持つ他種の粒子を含む類似の配合物と比較して、ＴＥＯＳ膜上に少なくとも２倍供給する。
【００８０】
材料２に対する材料１（材料１：材料２）の除去選択性は、材料２の除去速度に対する材料１の除去速度の比として定義される。
【００８１】
【数１】
0006480381.tif 000002
【００８２】
本発明の組成物は、４．０〜１．０、好ましくは２．５〜１．０、より好ましくは１．５〜１．０の範囲のＣｏ：ＳｉＮの除去選択性、３．０〜０．５、好ましくは２．０〜０．７、より好ましくは１．１〜０．９の範囲のＣｏ：ＳｉＯ2の除去選択性、及び４．０〜１．０、好ましくは２．５〜１．０、より好ましくは１．５〜１．０の範囲のＳｉＯ2：ＳｉＮの除去選択性を提供する。
【００８３】
［一般的な実験手順］
丸紅米国会社により供給される研磨パッド：Ｆｕｊｉｂｏ  Ｈ７０００ＨＮパッド又はＦｕｊｉｂｏ  Ｈ８００パッドをＣＭＰプロセスに使用した。Ｃｏ（ＰＶＤ）バリア層をＰＶＤプロセスにより堆積した。ＳｉＮ膜をＰＥＣＶＤ堆積プロセスにより堆積した。ＴＥＯＳ酸化膜を、前駆体としてテトラエチルオルソシリケートを使用した化学気相成長（ＣＶＤ）により堆積した。
【００８４】
［パラメータ］
Å：オングストローム−長さの単位
ＢＰ：背圧、ｐｓｉ単位
ＣＭＰ：化学機械平坦化＝化学機械研磨
ＣＳ：キャリアスピード
ＤＦ：荷重：ＣＭＰ中に与えられる圧力、単位ｐｓｉ
ｍｉｎ：分
ｍｌ：ミリリットル
ｍＶ：ミリボルト
ｐｓｉ：ポンド／平方インチ
ＰＳ：研磨ツールの定盤回転速度、ｒｍｐ（回転／分）
ＳＦ：研磨組成物流れ、ｍｌ／分
除去速度及び除去選択性
除去速度（ＲＲ）＝（研磨前膜厚−研磨後膜厚）／研磨時間
ＰＶＤ  Ｃｏ  ＲＲ：（軟質Ｆｕｊｉｂｏパッドを用いて）ＣＭＰツールの１．５ｐｓｉの荷重で測定されたＰＶＤ  Ｃｏの除去速度
ＳｉＮ  ＲＲ：（軟質Ｆｕｊｉｂｏパッドを用いて）ＣＭＰツールの１．５ｐｓｉの荷重で測定されたＳｉＮの除去速度
ＴＥＯＳ  ＲＲ：（軟質Ｆｕｊｉｂｏパッドを用いて）ＣＭＰツールの１．５ｐｓｉの荷重で測定されたＴＥＯＳの除去速度
ＴＥＯＳ／Ｃｏ／ＳｉＮの除去選択性＝同じ荷重（ｐｓｉ）でのＴＥＯＳ  ＲＲ／Ｃｏ  ＲＲ／ＳｉＮ  ＲＲ
別段の指摘が無い限り、全ての割合は質量比である。
【００８５】
以下に挙げる例では、ＣＭＰ実験を、以下に与えられる手順及び実験条件を使用して実施した。
【００８６】
例に使用したＣＭＰツールは、どちらもアプライドマテリアルズ（３０５０  Ｂｏｗｅｒｅｓ  Ａｖｅｎｕｅ，Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ  Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，９５０５４）で製造された、２００ｍｍ  Ｍｉｒｒａ（登録商標）又は３００ｍｍ  ＬＫ研磨機である。丸紅米国会社から供給される、Ｆｕｊｉｂｏ  Ｈ７０００ＨＮパッド又はＨ８００パッド（どちらも軟質パッドとして考えられる）を、ブランケットウエハ研磨研究のために定盤上で使用した。パッドを２５枚のダミー酸化物（ＴＥＯＳ前駆体からプラズマＣＶＤによって堆積された、ＰＥＴＥＯＳ）ウエハを研磨することで慣らし運転した。ツール設定及びパッド慣らし運転を適格にするために、２つのＰＥＴＥＯＳモニターを、エアプロダクツケミカルインコーポレーションより供給されるＳｙｔｏｎ（登録商標）ＯＸ−Ｋコロイダルシリカを用い、ベースライン条件で研磨した。研磨実験をめっき堆積銅、低−ｋ誘電体層材料（有機ケイ素酸塩ガラス、例えば、ブラックダイヤモンド（登録商標）／ＢＤ１及びＢＤ２ｘ）、ＴＥＯＳ並びに窒化タンタルウエハを使用して実施した。これらのブランケットウエハはシリコンバレーマイクロエレクトロニクス（１１５０  Ｃａｍｐｂｅｌｌ  Ａｖｅ，ＣＡ，９５１２６）及びアドバンティブコーポレーションから購入した。
【００８７】
以下のＣＭＰ組成物において、セリア被覆シリカ粒子は、コア粒子としてのシリカと、シリカ粒子表面上にセリアナノ粒子とを有する複合粒子であった。遠心分離法（ＣＰＳ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製のＤＣ２４００  ＵＨＲ）によって測定したセリア被覆シリカ粒子の平均粒子サイズは９６ｎｍであった。セリア被覆シリカ粒子は、日本特許出願第２０１３１１９１１３１号明細書、同第２０１３１３３２５５号明細書、同第２０１６−０８４２４３号明細書Ａ、同第２０１５−１６９９６７号明細書、及び同第２０１５−１８３９４２号明細書に記載される方法によって製造した。
【実施例】
【００８８】
［例１］
ＣｏバリアＣＭＰ研磨組成物を、研磨剤として０．１〜０．７５ｗｔ％のセリア被覆シリカ粒子と、コバルト及び酸化物の除去速度を調整するためのキレート剤として０．１〜約１．０ｗｔ％のケイ酸カリウム又はケイ酸アンモニウムと、Ｃｏ膜表面の腐食防止のための腐食防止剤として０．０１〜０．２５ｗｔ％のＢＴＡ、イミダゾール、トリアゾール又はそれらの関連誘導体と、粒子の分散を安定化させるための分散剤として、また、ＳｉＮ膜の除去速度を調整するための添加剤として、０．００１〜０．２５ｗｔ％のポリアクリル酸及びその塩、ポリアクリル酸アンモニウム、ポリアクリル酸カリウム、ポリスチレンスルホン酸又はその塩と、ｐＨ調整剤として０．００１〜０．１ｗｔ％のクエン酸又は水酸化カリウムとを用いて調製した。
【００８９】
実施例の具体的な組成物は以下の成分、それは研磨剤としてセリア被覆コロイダルシリカ、Ｂｒｉｊ（登録商標）Ｌ２３（シグマアルドリッチ（登録商標））（エトキシレート系の界面活性剤）、ケイ酸カリウム、ポリアクリル酸アンモニウム、及びイミダゾールを含んでいた。水酸化カリウム及びクエン酸をｐＨ調整剤として使用した。表１に示された組成物はｐＨ９．０のｐＨ値を有した。
【００９０】
組成物を表１に示した。例えば、組成物３は、研磨剤として０．２５％のセリア被覆コロイダルシリカと、表面湿潤剤として０．０１％のＢｒｉｊ  Ｌ２３と、キレート剤として０．２５％のケイ酸カリウムと、分散剤として０．１％のポリアクリル酸アンモニウムと、腐食防止剤として０．１％のイミダゾールとを含んでいた。
【００９１】
【表１】
0006480381.tif 000003
【００９２】
ＴＥＯＳ、Ｃｏ及びＳｉＮ膜の除去速度を表２に示した。
【００９３】
表２に示すように、セリア被覆コロイダルシリカを使用したＣｏバリア組成物は、類似したＴＥＯＳ及びＣｏ除去速度を与えたが、比較的低いＳｉＮ除去速度を与えた。
【００９４】
【表２】
0006480381.tif 000004
【００９５】
３種の組成物について、ＴＥＯＳ：Ｃｏ：ＳｉＮ膜の除去選択性を表１のデータから算出した。その結果を表３に示した。
【００９６】
表３に示すように、組成物はおよそ１：１のＴＥＯＳ：Ｃｏ除去選択性、並びに、２．５：１未満のＴＥＯＳ：ＳｉＮ除去選択性及びＣｏ：ＳｉＮ除去選択性を与えた。
【００９７】
【表３】
0006480381.tif 000005
【００９８】
これらの除去選択性の範囲は、ＣＭＰ  Ｃｏバリア組成物が膜の高さ補正を達成するのを可能とする能力、及びパターン化ウエハ表面全体にわたって全体的に均一な平坦化を実現する能力を示した。
【００９９】
ＳＥＲを、ＰＶＤ  Ｃｏチップ上でこれらのＣｏバリアＣＭＰ研磨組成物を使用して測定した。その結果は、Ｃｏ膜表面上で、組成物が極めて低い（＜２．０Å／分）静的エッチ速度（ＳＥＲ）を与えたことを示した。
【０１００】
［例２］
以下の例４、５及び６では、３種の異なる腐食防止剤、イミダゾール、１，２，４−トリアゾール、及び３−アミノ−１，２，４−トリアゾールを使用した。全てのその他の化学成分を同じままにした。全ての３種の試料は９．０のｐＨを有した。
【０１０１】
例４、５及び６の組成物を表４に示した。
【０１０２】
【表４】
0006480381.tif 000006
【０１０３】
ＴＥＯＳ、Ｃｏ、ＳｉＮ及びＷ膜の除去速度を表５に示した。
【０１０４】
【表５】
0006480381.tif 000007
【０１０５】
表５に示した結果として、３種の異なる組成物で使用した全ての３種の異なる腐食防止剤において、類似したＴＥＯＳ及びＳｉＮの除去速度を得た。組成物５及び６については、組成物４に使用した腐食防止剤が０．０５％であったことと比べ、腐食防止剤濃度が０．１％に増加したため、比較的低いＣｏ除去速度を得た。
【０１０６】
重要なこととして、全ての３種の研磨組成物は、Ｗ膜の研磨について完全な停止性を示した。
【０１０７】
ＴＥＯＳ：Ｃｏ：ＳｉＮの選択性を表６に示した。その結果は、全ての３種の膜、ＴＥＯＳ、Ｃｏ及びＳｉＮが研磨されるＷ膜に対して極めて高い選択性を有することを示した。
【０１０８】
【表６】
0006480381.tif 000008
【０１０９】
本発明の、研磨剤として複合粒子を含む研磨組成物は、Ｗ膜上で停止するが、高いＴＥＯＳ及びＣｏ除去速度をなおも提供する能力を示した。研磨組成物は、高いＴＥＯＳ及びＣｏ除去速度をなお維持しつつ、Ｗ膜上で停止する能力が要求される、幾つかの先進的なＣｏバリアＣＭＰ研磨用途に対する有用性を示した。
【０１１０】
［例３］
組成物７を表７にしたがって調製した。その組成物はｐＨ＝７．０を有した。
【０１１１】
【表７】
0006480381.tif 000009
【０１１２】
組成物７を使用した場合の、異なる膜に対する研磨除去速度を表８に示した。
【０１１３】
表８に示すように、高いＴＥＯＳ及びＣｏ除去速度を得た。重要なこととして、ａ−Ｓｉ、ＳｉＯＣ膜、及びＢＤ２Ｘの研磨に対する優秀な停止性をも観測した。
【０１１４】
【表８】
0006480381.tif 000010
【０１１５】
ＴＥＯＳ：Ｃｏ：Ｓｉ：ａ−Ｓｉ：ＬＫ膜の選択性を表９に示す。
【０１１６】
【表９】
0006480381.tif 000011
【０１１７】
ＴＥＯＳ：ａ−Ｓｉ、Ｃｏ：ａ−Ｓｉ、ＴＥＯＳ：ＬＫ、Ｃｏ：ＬＫ、ＴＥＯＳ：ＢＤ２Ｘ、及びＣｏ：ＢＤ２Ｘの高い選択性を、研磨組成物を使用して達成した。
【０１１８】
例２で得られたデータと比較して、例３における組成物のより低いｐＨを使用したことによって、ＳｉＮ除去速度を抑制した。その結果は、７．５以下のｐＨを持つ組成物が、膜間、例えば、酸化ケイ素又は相互接続金属又はバリア／ライナ膜と窒化ケイ素膜との間の高い除去速度選択性を得ることができることを示した。組成物は、Ｗ膜で停止することを要するだけでなく、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）及びシリコンオキシカーバイド（ＳｉＯＣ）膜（推定誘電率＞４を持つ）で停止することも必要である、幾つかのＣｏ研磨用途に対する有用性を示した。
【０１１９】
［例４］
研磨剤としてセリア被覆シリカ（組成物９）又はコロイダルシリカ研磨剤（組成物８）のいずれかを使用したコバルト研磨組成物の例を表１０に示した。コロイダルシリカ（ＰＬ−３）を、扶桑化学工業（日本）から得た。動的光散乱解析により測定したＰＬ−３コロイダルシリカの粒子サイズは７０ｎｍであった。
【０１２０】
組成物８及び組成物９を使用した研磨結果を、それぞれ表１１に示した。
【０１２１】
【表１０】
0006480381.tif 000012
【０１２２】
【表１１】
0006480381.tif 000013
【０１２３】
セリア被覆シリカ粒子を含む組成物（組成物９）とコロイダルシリカを含む比較の組成物（組成物８）の間の、研磨性能の比較を表１１から導出することができる。
【０１２４】
研磨剤としてセリア被覆コロイダルシリカ（組成物９）を使用したことにより、Ｗ膜で停止する望ましいＣｏバリアＣＭＰ研磨性能（Ｗ膜の除去速度は２Å／分であった）を達成した。しかし、コバルトバリア研磨組成物（組成物８）に基づいてコロイダルシリカ研磨剤を使用すると、タングステン除去速度が、酸化剤として過酸化水素を使用しなくても、２５倍超（＞５０Å／分）であった。そのような高い除去速度は、パターン化ウエハの研磨中に、タングステン層で停止する能力を妨げる。
【０１２５】
それに加えて、コロイダルシリカの組成物８はまた、極めて小さい研磨剤濃度を持つ組成物９と比較して、有意により低いコバルト除去速度を提供した。組成物９はまた、例８よりも極めて高い酸化物除去速度を提供した。
【０１２６】
例８及び９についてのＴＥＯＳ：Ｃｏ：ＳｉＮ：Ｗの選択性を表１２に示した。
【０１２７】
【表１２】
0006480381.tif 000014
【０１２８】
ＴＥＯＳ：Ｃｏ：ＳｉＮ：Ｗの除去選択性のデータを表１２に示すと、研磨組成物９で研磨剤としてセリア被覆シリカを使用した場合は、研磨組成物８で研磨剤としてコロイダルシリカの使用した場合に得られた選択性に比べ、極めてより高い選択性を達成した。
【０１２９】
高い除去速度及び除去選択性は、本発明の組成物でのみ達成することができた。
【０１３０】
［例５］
表１３に、セリア被覆シリカ粒子のみを含む組成物（組成物１０）、コロイダルシリカ粒子のみを含む組成物（組成物１１）、並びにセリア被覆シリカ粒子及びコロイダルシリカ粒子の両方を含む、つまり、セリア被覆シリカ粒子とコロイダルシリカ粒子の組み合わせの組成物（組成物１２）を示した。
【０１３１】
図１は、これらの組成物を用いた場合の、様々な膜に対する除去速度のデータを示している。図１は、多くの膜種、例えば、Ｃｕ、ＳｉＮ、ＴＥＯＳ、Ｃｏ、ＴｉＮ、Ｔａ及びＴａＮについて、２つの異なる種類の研磨剤を混合することによって、除去速度の有意な増加が得られたことを示した。同時に、低い除去速度が望まれる幾つかの膜種、例えば、ＢＤ１及びＷについては、セリア被覆シリカ粒子及びコロイダルシリカ粒子の組み合わせが、それ自体にコロイダルシリカを含有する組成物と比較して、除去速度が増加しなかった。
【０１３２】
【表１３】
0006480381.tif 000015
【０１３３】
セリア被覆シリカ粒子及びコロイダルシリカ粒子の組み合わせを使用した組成物は、様々な膜の除去速度において、予期しない相乗的な増加をもたらした。
【０１３４】
［例９］
４種の組成物１２、１３、１４、及び１５を調製した。組成物１３、１４及び１５を、表１３に示した組成物１２を基にして、過酸化水素の濃度を０．０１ｗｔ％（組成物１２）から、それぞれ０．１ｗｔ％（組成物１３）、０．２５ｗｔ％（組成物１４）、及び０．５ｗｔ％（組成物１５）にのみ変更することによって、調製した。全ての４種の試料は、過酸化水素の追加前に１０のｐＨを有していた。
【０１３５】
様々な膜の除去速度を図２に示した。
【０１３６】
図２に示すように、組成物１２の過酸化水素を調整することによって、ＴＥＯＳ及びＳｉ誘電体膜に対して高い除去速度を維持しつつ、幾つかの金属膜、例えば、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｔａ及びＴａＮの除去速度を増加することができた。過酸化水素の濃度が増加することにより、コバルト表面が不動態化して、低い研磨速度をもたらした。
【０１３７】
前述した実施例及び実施形態の説明は、特許請求の範囲の記載によって規定される本発明を限定するものではなく、例示するものとみなすべきである。すぐに理解できるように、前述した特徴の多くの変形態様及び組み合わせを、後述の特許請求の範囲に記載される本発明から逸脱することなく利用することができる。そのような変形態様は、以下の特許請求の範囲の記載の範囲内に含まれることを意図するものである。
【図１】
0006480381.tif 000016
【図２】
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