(57)【要約】  本発明は、化学機械研磨組成物であって、ａ）粒子の表面に負に帯電した基を含む表面改質コロイダルシリカ粒子であって、負電荷、約９０ｎｍ〜約３５０ｎｍの粒子サイズ、および約３のｐＨで約−５ｍＶ〜約−３５ｍＶのゼータ電位を有する、表面改質コロイダルシリカ粒子、ｂ）鉄化合物、ｃ）安定化剤、ｄ）腐食抑制剤、およびｅ）水性キャリア、を含む、化学機械研磨組成物を提供する。本発明はまた、基板の好適な研磨方法も提供する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学機械研磨組成物であって、
（ａ）粒子の表面に負に帯電した基を含む表面改質コロイダルシリカ粒子であって、
負電荷、
約９０ｎｍ〜約３５０ｎｍの粒子サイズ、および
約３のｐＨで約−５ｍＶ〜約−３５ｍＶのゼータ電位を有する、表面改質コロイダルシリカ粒子、
（ｂ）鉄化合物、
（ｃ）安定化剤、
（ｄ）腐食抑制剤、および
（ｅ）水性キャリア、を含む、化学機械研磨組成物。
【請求項２】
前記表面改質コロイダルシリカ粒子の表面の前記負に帯電した基が、スルホネート基、カルボキシレート基、ホスホネート基、またはこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の研磨組成物。
【請求項３】
前記表面改質コロイダルシリカ粒子が、約９０ｎｍ〜約２００ｎｍの粒子サイズを有する、請求項１に記載の研磨組成物。
【請求項４】
前記表面改質コロイダルシリカ粒子が、約１２０ｎｍ〜約１８０ｎｍの粒子サイズを有する、請求項３に記載の研磨組成物。
【請求項５】
前記研磨組成物のｐＨが、約１．５〜約４である、請求項１に記載の研磨組成物。
【請求項６】
前記研磨組成物のｐＨが、約２〜約３．５である、請求項５に記載の研磨組成物。
【請求項７】
前記表面改質コロイダルシリカ粒子が、前記研磨組成物中に、約１．５重量％〜約３．５重量％の濃度で存在する、請求項１に記載の研磨組成物。
【請求項８】
前記表面改質コロイダルシリカ粒子が、前記研磨組成物中に、約２重量％〜約３重量％の濃度で存在する、請求項７に記載の研磨組成物。
【請求項９】
前記鉄化合物が、硝酸第二鉄またはその水和物を含む、請求項１に記載の研磨組成物。
【請求項１０】
前記安定化剤が、リン酸、ｏ−ホスホリルエタノールアミン、アレンドロン酸、酢酸、フタル酸、クエン酸、アジピン酸、シュウ酸、マロン酸、アスパラギン酸、コハク酸、グルタル酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、マレイン酸、グルタコン酸、ムコン酸、エチレンジアミン四酢酸、プロピレンジアミン四酢酸、またはこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の研磨組成物。
【請求項１１】
前記安定化剤が、マロン酸を含む、請求項１０に記載の研磨組成物。
【請求項１２】
前記安定化剤が、前記研磨組成物中に、約０．０００１重量％〜約０．０１重量％の濃度で存在する、請求項１０に記載の研磨組成物。
【請求項１３】
前記腐食抑制剤が、グリシン、アラニン、リシン、アルギニン、ヒスチジン、またはこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の研磨組成物。
【請求項１４】
前記腐食抑制剤が、アラニン、グリシン、リシン、またはアルギニンを含む、請求項１３に記載の研磨組成物。
【請求項１５】
前記腐食抑制剤が、グリシンを含む、請求項１４に記載の研磨組成物。
【請求項１６】
前記腐食抑制剤が、前記研磨組成物中に、約０．００５重量％〜約１重量％の濃度で存在する、請求項１３に記載の研磨組成物。
【請求項１７】
前記腐食抑制剤が、前記研磨組成物中に、約０．１重量％〜約０．５重量％の濃度で存在する、請求項１６に記載の研磨組成物。
【請求項１８】
基板を化学機械的に研磨する方法であって、
（ｉ）基板を用意することと、
（ｉｉ）研磨パッドを用意することと、
（ｉｉｉ）化学機械研磨組成物を用意することであって、
（ａ）粒子の表面に負に帯電した基を含む表面改質コロイダルシリカ粒子であって、
負電荷、
約９０ｎｍ〜約３５０ｎｍの粒子サイズ、および
約３のｐＨで約−５ｍＶ〜約−３５ｍＶのゼータ電位を有する、表面改質コロイダルシリカ粒子、
（ｂ）鉄化合物、
（ｃ）安定化剤、
（ｄ）腐食抑制剤、および
（ｅ）水性キャリア、を含む、化学機械研磨組成物を用意することと、
（ｉｖ）前記基板を、前記研磨パッドおよび前記化学機械研磨組成物と接触させることと、
（ｖ）前記研磨パッドおよび前記化学機械研磨組成物を、前記基板に対して動かして、前記基板の表面の少なくとも一部を研削して、前記基板を研磨することと、を含む、基板を化学機械的に研磨する方法。
【請求項１９】
前記表面改質コロイダルシリカ粒子の表面の前記負に帯電した基が、スルホネート基、カルボキシレート基、ホスホネート基、またはこれらの組み合わせを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記表面改質コロイダルシリカ粒子が、約９０ｎｍ〜約２００ｎｍの粒子サイズを有する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記表面改質コロイダルシリカ粒子が、約１２０ｎｍ〜約１８０ｎｍの粒子サイズを有する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記研磨組成物のｐＨが、約１．５〜約４である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
前記研磨組成物のｐＨが、約２〜約３．５である、請求項２２に記載の研磨組成物。
【請求項２４】
前記表面改質コロイダルシリカ粒子が、前記研磨組成物中に、約１．５重量％〜約３．５重量％の濃度で存在する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２５】
前記表面改質コロイダルシリカ粒子が、前記研磨組成物中に、約２重量％〜約３重量％の濃度で存在する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記鉄化合物が、硝酸第二鉄またはその水和物を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２７】
前記安定化剤が、リン酸、ｏ−ホスホリルエタノールアミン、アレンドロン酸、酢酸、フタル酸、クエン酸、アジピン酸、シュウ酸、マロン酸、アスパラギン酸、コハク酸、グルタル酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、マレイン酸、グルタコン酸、ムコン酸、エチレンジアミン四酢酸、プロピレンジアミン四酢酸、またはこれらの組み合わせを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２８】
前記安定化剤が、マロン酸を含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記安定化剤が、前記研磨組成物中に、約０．０００１重量％〜約０．０１重量％の濃度で存在する、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記腐食抑制剤が、グリシン、アラニン、リシン、アルギニン、ヒスチジン、またはこれらの組み合わせを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項３１】
前記腐食抑制剤が、アラニン、グリシン、リシン、またはアルギニンを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記腐食抑制剤が、グリシンを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記腐食抑制剤が、前記研磨組成物中に、約０．００５重量％〜約１重量％の濃度で存在する、請求項３０に記載の方法。
【請求項３４】
前記腐食抑制剤が、前記研磨組成物中に、約０．１重量％〜約０．５重量％の濃度で存在する、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記基板が、前記基板の表面上にタングステン層および前記基板の表面上の酸化ケイ素層を含み、前記タングステン層の少なくとも一部および前記酸化ケイ素層の少なくとも一部が、研削されて、前記基板を研磨する、請求項１８に記載の方法。
【請求項３６】
前記タングステン層の少なくとも一部の前記研削が、タングステン除去速度を提供し、前記酸化ケイ素層の少なくとも一部の前記研削が、酸化ケイ素除去速度を提供し、前記タングステン除去速度と前記酸化ケイ素除去速度との比が、約０．５：１〜約２．７５：１である、請求項３５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
集積回路および他の電子デバイスの製造において、導電性、半導体、および絶縁体材料の複数の層が基板表面上に堆積され、または基板表面から除去される。材料の層が基板上に順次堆積され、基板から除去されるにつれて、基板の最上面は非平面状になり得、平坦化を必要とし得る。表面を平坦化すること、または表面を「研磨すること」は、材料が基板の表面から除去されて、概して均一で平坦な表面を形成するプロセスである。平坦化は、粗い表面、凝集した材料、結晶格子損傷、スクラッチ、および汚染された層または材料などの望ましくない表面トポグラフィーおよび表面欠陥を除去するのに有用である。平坦化はまた、フィーチャを充填するために使用される過剰に堆積された材料を除去することによって基板上にフィーチャを形成し、メタライズおよび加工の後続の平面のための均一な表面を提供するのに有用である。
【０００２】
基板の表面を平坦化または研磨するための組成物および方法は、当該技術分野において周知である。化学機械平坦化、すなわち化学機械研磨（ＣＭＰ）は、基板を平坦化するために使用される一般的な技術である。ＣＭＰは、基板から材料を選択的に除去するために、ＣＭＰ組成物、またはより簡単に研磨組成物（研磨スラリーとも称される）として既知の化学組成物を利用する。研磨組成物は、通常、基板の表面を、研磨組成物を十分にしみ込ませた研磨パッド（例えば、研磨布または研磨ディスク）と接触させることにより基板に適用される。基板の研磨は、典型的には、研磨組成物の化学的活性、および／または研磨組成物中に懸濁した、もしくは研磨用パッド（例えば、固定研削材研磨用パッド）に組み込まれている研削材の機械的活性によってさらに補助される。
【０００３】
絶縁体のフィーチャ間に配置されたタングステンのフィーチャを有する基板は、絶縁体材料のフィーチャ間に提供されるタングステンの「プラグ」および「相互接続」構造を含む半導体基板を含む。絶縁体材料（例えば、酸化ケイ素）は、基板の下にあるトポグラフィーに適合し、したがって、絶縁体材料の表面は、典型的には、絶縁体材料のトレンチによって分離された絶縁体材料の隆起領域の不均一な組み合わせによって特徴付けられる。隆起絶縁体材料およ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、例えば、「パターン材料」、「パターン酸化物」、または「パターン絶縁体」と称される。
【０００４】
タングステンの「プラグ」および「相互接続」構造を作製するために、少なくとも部分的に絶縁体材料で作られたパターン化された構造を含有する表面にタングステンを適用する。トレンチの深さのばらつきによって、典型的に、すべてのトレンチを完全に埋めるために、基板の上に過剰のタングステンを堆積させる必要がある。次いで、余分なタングステンは、ＣＭＰ加工によって除去されて、下にある絶縁体層を露出させ、絶縁体材料のスペースの間に配置されたタングステンの平面を作製する。タングステンは、「研磨」工程または「バフ」工程で除去され得、そこで、好適なタングステン除去速度が望ましい場合があるが、他の性能要件（例えば、トポグラフィー性能）もまた重要である。
【０００５】
タングステンの除去、および酸化ケイ素のような絶縁体酸化物膜などの他の種類の膜の除去の必要性を組み合わせた、タングステンバフスラリーの特別な要件は、重大な課題を提示する。高度なタングステンノードのトポグラフィーおよびスループットの必要性は、膜の除去要件を損なうことなく、酸化物のより低い浸食などの改善されたトポグラフィー性能、広範囲にわたる過剰研磨を用いる改善された性能、ならびにパターンアレイ内のエッジオーバー浸食（ＥＯＥ）および孤立ラインの付近での浸食（ファンジングと称されることもある）などの局所的な浸食現象の低減を組み合わせたＣＭＰスラリーを必要とする。名前で示唆されているように、ＥＯＥまたはファンジングとは、パターン化された領域の縁部付近の局所的な浸食を指す。
【０００６】
しかしながら、既知のＣＭＰスラリーは、多くの欠点を持っている、例えば、膜除去速度能力を有するスラリーは、歩留まり損失を引き起こし得る過剰なＥＯＥを欠点として持ち得る。あるいは、所望のトポグラフィー性能を達成し得る多くのスラリーは、プロセス時間を増加させ、デバイスのスループットを低下させる低い膜除去速度を欠点として持つ。さらに、トポグラフィー性能および欠陥は、既存のシリカ系タングステンバフスラリーの間隙として特定されている。アニオン系は欠陥を改善し得ると同時に、改善された貯蔵寿命のための改善されたコロイド安定性を提供する。しかしながら、アニオン性シリカの使用は、現在、多くの要因によって制限されており、例えば、アルミニウムをドープしたシリカは、ｐＨの制限によって、Ａｌ浸出に起因する制限された作業配合スペースを有する。また、ＭＰＳ（メルカプトプロピルシランスルホン化コロイダルシリカ）のようなアニオン性粒子で配合された既知のスラリーは、低い膜除去速度および不十分なパターン性能（例えば、高い浸食またはＥＯＥ）によって制限される。
【０００７】
ＥＯＥ現象は、ケイ素、銅、およびタングステンＣＭＰを含むさまざまなＣＭＰ用途で既知であるが、その現象はよく理解されていない。米国特許第６，１１４，２４８号は、ポリシリコン研磨におけるＥＯＥを改善するために、コロイダルシリカおよびヒュームドシリカの低減した濃度、ならびに増加したアルカリ化学を使用することを開示している。さらに、銅ＣＭＰにおけるＥＯＥ現象は、銅の電気化学的特性を変更することによって対処され得ることが提案されている（例えば、Ｇ．ＢａｎｅｒｊｅｅおよびＲ．Ｌ．Ｒｈｏａｄｅｓ（ＥＣＳ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ，２００８，ｖｏｌ．１３，ｐｐ．１−１９）を参照されたい）。しかしながら、タングステンは、銅およびケイ素とは本質的に異なる電気化学的特性を有するため、タングステン研磨用途におけるファンジングに対する化学をベースとする解決は好適ではない可能性がある。他者は、タングステンＣＭＰにおけるＥＯＥは、機械的要因（例えば、小粒子コロイダルシリカの使用）、または加工条件（例えば、研磨中の２工程の高いダウンフォースに続く、低いダウンフォースの設定、または研磨アセンブリの再構成）を変更することによって、対処され得ると提案している（例えば、Ｒ．ＶａｃａｓｓｙおよびＺ．Ｃｈｅｎ，“Ｅｄｇｅ  Ｏｖｅｒ  Ｅｒｏｓｉｏｎ  ｉｎ  Ｔｕｎｇｓｔｅｎ  ＣＭＰ”，２００６，ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｒｅｓｅａｒｃｈｇａｔｅ．ｎｅｔ／ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ／２９０５７７６５６、Ｓ．Ｈ．Ｓｈｉｎら，_“Ｒｅｌａｔｉｖｅ  Ｍｏｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ａｓｙｍｍｅｔｒｙ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ａｎａｌｙｓｅｓ  ｉｎ  Ｔｕｎｇｓｔｅｎ  ＣＭＰ  Ｐｒｏｃｅｓｓ，”ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｃｍｐ．ｏｒｇ／ｃｏｎｔｅｎｔｓ／ＩＣＰＴ／ＰａｃＲｉｍ２００５／Ｓ５−２．ｐｄｆを参照されたい）。
【０００８】
しかしながら、複雑な関連作業、増加した研磨時間によるスループットの低下の可能性、および／またはデバイスの歩留まりに悪影響を及ぼし得る均一な研磨特性の欠如によって、典型的には、加工パラメータを変更することは望ましくない。加えて、出願人は、小さなコロイダルシリカを用いて配合されたタングステン研磨スラリーが、タングステン研磨用途においてＥＯＥ現象の高い傾向をもたらすことを見出した。
【０００９】
したがって、改善された平坦化効率も提供しながら有用な除去速度を提供する、基板の化学機械研磨のための組成物および方法が依然として必要とされている。本発明は、このような研磨組成物および方法を提供する。本発明のこれらの利点および他の利点、ならびに追加の発明的特徴は、本明細書で提供される本発明の説明から明らかになるであろう。
【発明の概要】
【００１０】
本発明は、化学機械研磨組成物であって、（ａ）粒子の表面に負に帯電した基を含む表面改質コロイダルシリカ粒子であって、負電荷、約９０ｎｍ〜約３５０ｎｍの粒子サイズ、および約３のｐＨで約−５ｍＶ〜約−３５ｍＶのゼータ電位を有する、表面改質コロイダルシリカ粒子、（ｂ）鉄化合物、（ｃ）安定化剤、（ｄ）腐食抑制剤、および（ｅ）水性キャリア、を含む、化学機械研磨組成物を提供する。
【００１１】
本発明はまた、基板を化学機械的に研磨する方法であって、（ｉ）基板を用意することと、（ｉｉ）研磨パッドを用意することと、（ｉｉｉ）化学機械研磨組成物を用意することであって、（ａ）粒子の表面に負に帯電した基を含む表面改質コロイダルシリカであって、負電荷、約９０ｎｍ〜約３５０ｎｍの粒子サイズ、および約３のｐＨで約−５ｍＶ〜約−３５ｍＶのゼータ電位を有する、表面改質コロイダルシリカ粒子、（ｂ）鉄化合物、（ｃ）安定化剤、（ｄ）腐食抑制剤、および（ｅ）水性キャリア、を含む、化学機械研磨組成物を用意することと、（ｉｖ）基板を、研磨パッドおよび化学機械研磨組成物と接触させることと、（ｖ）研磨パッドおよび化学機械研磨組成物を、基板に対して動かして、基板の表面の少なくとも一部を研削して、基板を研磨することと、を含む、基板を化学機械的に研磨する方法も提供する。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、化学機械研磨組成物であって、（ａ）粒子の表面に負に帯電した基を含む表面改質コロイダルシリカ粒子であって、負電荷、約９０ｎｍ〜約３５０ｎｍの粒子サイズ、および約３のｐＨで約−５ｍＶ〜約−３５ｍＶのゼータ電位を有する、表面改質コロイダルシリカ粒子、（ｂ）鉄化合物、（ｃ）安定化剤、（ｄ）腐食抑制剤、および（ｅ）水性キャリア、を含む、化学機械研磨組成物を提供する。
【００１３】
特定の理論に拘束されることを望まないが、出願人は、負電荷、約９０ｎｍ〜約３５０ｎｍの粒子サイズ、および約３のｐＨで約−５ｍＶ〜約−３５ｍＶのゼータ電位を有する、本明細書に記載される表面改質粒子を含む研磨組成物が、より低い浸食およびファンジングを含む改善されたトポグラフィー性能を示すことを見出した。
【００１４】
研磨組成物は、表面改質（例えば、表面官能基化）コロイダルシリカ粒子を含むか、本質的にそれからなるか、またはそれからなる研削材を含み、コロイダルシリカ粒子は、改質コロイダルシリカ粒子が、粒子の表面に負に帯電した基を有するように表面改質されている。したがって、表面改質コロイダルシリカ粒子は、負電荷を有する。負電荷は、シリカ表面に共有結合している負に帯電した基を用いるシリカ研削材の改質によって提供される。
【００１５】
本明細書で使用される場合、「負電荷」という用語は、例えば、フラッシング、希釈、または濾過を介して、容易に元に戻せない（すなわち、不可逆的または永久的）表面改質コロイダルシリカ粒子上の負電荷を指す。負電荷は、例えば、アニオン性種（例えば、負に帯電した基）をコロイダルシリカと共有結合させることの結果であり得る。対照的に、可逆的な負電荷（非永久的な負電荷）は、例えば、静電気的にシリカ粒子の表面に結合し得るアニオン性界面活性剤またはアニオン性ポリマーなどの、例えば、アニオン性種とコロイダルシリカとの間の静電相互作用の結果であり得る。
【００１６】
負に帯電した基は、コロイダルシリカ粒子の表面の負電荷に影響を及ぼし得る任意の好適な基であり得る。例えば、負に帯電した基は、有機酸（例えば、カルボン酸、スルホン酸、および／またはホスホン酸）であり得る。好ましい実施形態では、負に帯電した基は、スルホネート基、カルボキシレート基、ホスホネート基、またはこれらの組み合わせを含む。
【００１７】
好ましい実施形態では、スルホネート基は、１つ以上のスルホネート基またはスルフェート基を含有するシランである。スルホネート基はまた、スルホネート前駆体またはスルフェート前駆体であり得、これは、続いて、例えば、酸化によって、スルホネートまたはスルフェートに変換され得る。好適なスルホネート基としては、例えば、３−（トリヒドロキシシリル）−１−プロパンスルホン酸、トリエトキシシリルプロピル（ポリエチレンオキシ）プロピルスルホン酸、またはカリウム塩などのこれらの塩が挙げられる。好適なスルホネート前駆体としては、例えば、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、（メルカプトメチル）メチルジエトキシシラン、および３−メルカプトプロピルメチルジメトキシシランが挙げられる。
【００１８】
好適なカルボキシレート基またはカルボキシレート前駆体としては、例えば、（３−トリエトキシシリル）プロピルコハク酸無水物、カルボキシエチルシラントリオールまたはその塩、およびＮ−（トリメトキシシリルプロピル）エチレンジアミン三酢酸またはその塩が挙げられる。カルボキシレート前駆体は、カルボキシレート基に変換（例えば、酸化）されるか、またはインサイチュで（例えば、後処理中に）カルボキシレート基に変換する。
【００１９】
好適なホスホネート基としては、例えば、３−（トリヒドロキシシリル）プロピルメチルホスホン酸およびその塩が挙げられる。
【００２０】
負に帯電した基はまた、シランカップリング剤であり得る。シランカップリング剤を使用して、シリカ表面を改質して、本発明による表面改質コロイダルシリカ粒子を提供することができる。負に帯電した基または負に帯電した基の前駆体を組み込んだシランカップリング剤の例は、Ｇｅｌｅｓｔ，Ｉｎｃ．（Ｓｉｌａｎｅ  Ｃｏｕｐｌｉｎｇ  Ａｇｅｎｔｓ，Ｃｏｐｙｒｉｇｈｔ  ２０１４，Ｇｅｌｅｓｔ，Ｉｎｃ．，Ｍｏｒｒｉｓｖｉｌｌｅ，ＰＡ）によって説明されており、参照により本明細書に含まれる。
【００２１】
表面改質コロイダルシリカ粒子は、任意の好適な方法を使用して調製され得る。典型的には、負に帯電した基（複数可）で表面改質する前のコロイダルシリカ粒子（すなわち、未改質コロイダルシリカ粒子）は、負に帯電した基を含まないか、または実質的に含まない。未改質コロイダルシリカ粒子は、任意の好適なコロイダルシリカ粒子であり得、典型的には、「湿式プロセス」コロイダルシリカ粒子である。本明細書で使用される場合、「湿式プロセス」シリカとは、（例えば、ヒュームドシリカまたは熱分解法シリカとは対照的に）沈殿、縮重合、または類似のプロセスによって調製されたシリカを指す。好ましい実施形態では、コロイダルシリカ粒子は、Ｓｉ（ＯＨ）４の縮重合によって調製される。前駆体Ｓｉ（ＯＨ）４は、例えば、テトラメチルオルトシリケート（ＴＭＯＳ）などの高純度アルコキシシランの加水分解によって得ることができる。このようなコロイダルシリカ粒子は、ＰＬ−５およびＰＬ−７などの扶桑化学工業の「ＰＬ」コロイダルシリカ製品などのさまざまな市販品として得ることができる。別の好ましい実施形態では、シリカ粒子は、ケイ酸ナトリウムから調製される。本発明に有用なケイ酸ナトリウムは、例えば、Ｎａｌｃｏから入手され得る。ケイ酸ナトリウムから誘導される市販のコロイダルシリカの例としては、Ｎａｌｃｏ  １０５０、２３２７、および２３２９製品、ならびにＤｕＰｏｎｔ、Ｂａｙｅｒ、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ、日産化学、およびＣｌａｒｉａｎｔから入手可能な他の類似の製品が挙げられる。
【００２２】
コロイダルシリカ粒子は、任意の好適な方法を使用して表面改質され得る。一実施形態では、コロイダルシリカ粒子の表面に負に帯電した基を提供するための表面処理は、コロイダルシリカとのシラン表面反応によるものである。例えば、コロイダルシリカに有機酸であるスルホン酸（例えば、スルホネート基）を共有結合させる場合、結合は、Ｃａｎｏ−Ｓｅｒｒａｎｏらの“Ｓｕｌｆｏｎｉｃ  ａｃｉｄ−ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄ  ｓｉｌｉｃａ  ｔｈｒｏｕｇｈ  ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ  ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｉｏｌ  ｇｒｏｕｐｓ”，Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．，２００３（２）：２４６−２４７（２００３）の方法によって実行され得る。具体的には、スルホン酸が表面に共有結合したコロイダルシリカは、（３−メルカプトプロピル）トリメトキシシランなどのチオール基を有するシランカップリング剤とコロイダルシリカとをカップリングし、次いで、過酸化水素水を使用してチオール基を酸化することによって得られる。あるいは、例えば、コロイダルシリカにカルボン酸（すなわち、カルボキシレート基）を共有結合させる場合、結合は、Ｙａｍａｇｕｃｈｉらの“Ｎｏｖｅｌ  ｓｉｌａｎｅ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ  ａｇｅｎｔｓ  ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ  ａ  ｐｈｏｔｏｌａｂｉｌｅ  ２−ｎｉｔｒｏｂｅｎｚｙｌ  ｅｓｔｅｒ  ｆｏｒ  ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  ｃａｒｂｏｘｙ  ｇｒｏｕｐ”，Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，３：２２８−２２９（２０００）の方法によって実行され得る。具体的には、カルボン酸が表面に共有結合したコロイダルシリカは、感光性２−ニトロビニルエステルを含有するシランカップリング剤とコロイダルシリカとをカップリングし、次いで、それを光で照射することによって得られる。
【００２３】
表面改質コロイダルシリカ粒子は、約９０ｎｍ〜約３５０ｎｍの粒子サイズを有する。本明細書で使用される場合、粒子サイズは、粒子を包含する最小の球の直径を指す。コロイダルシリカ粒子の粒子サイズは、任意の好適な技法、例えば、光散乱技法を使用して測定され得る。適切な粒子サイズ測定機器は、例えば、Ｍａｌｖｅｒｎ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（Ｍａｌｖｅｒｎ，ＵＫ）から入手できる。粒子サイズは、当業者に既知の任意の好適な技法、例えば、レーザー回折技法、ＣＰＳ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（Ｐｒａｉｒｉｅｖｉｌｌｅ，ＬＡ）からのような（例えば、ＣＰＳ  Ｄｉｓｃ  Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅ  Ｍｏｄｅｌ  ＤＣ２４０００ＵＨＲ）ディスク遠心分離機を使用する示差遠心沈降（ＤＣＳ）を使用して測定され得る。
【００２４】
したがって、表面改質コロイダルシリカ粒子は、約９０ｎｍ以上、例えば、約９５ｎｍ以上、約１００ｎｍ以上、約１０５ｎｍ以上、約１１０ｎｍ以上、約１１５ｎｍ、約１２０ｎｍ以上、約１２５ｎｍ以上、約１３０ｎｍ以上、約１３５ｎｍ以上、約１４０ｎｍ以上、約１４５ｎｍ以上、約１５０ｎｍ以上、約１５５ｎｍ以上、約１６０ｎｍ以上、約１６５ｎｍ以上、約１７０ｎｍ以上、約１７５ｎｍ以上、約１８０ｎｍ以上、約１８５ｎｍ以上、約１９０ｎｍ以上、約１９５ｎｍ以上、または約２００ｎｍ以上の粒子サイズを有し得る。あるいは、または加えて、コロイダルシリカ粒子は、約３５０ｎｍ以下、例えば、約３４５ｎｍ以下、約３４０ｎｍ以下、約３３５ｎｍ以下、約３３０ｎｍ以下、約３２５ｎｍ以下、約３２０ｎｍ以下、約３１５ｎｍ以下、約３１０ｎｍ以下、約３０５ｎｍ以下、約３００ｎｍ以下、約２９５ｎｍ以下、約２９０ｎｍ以下、約２８５ｎｍ以下、約２８０ｎｍ以下、約２７５ｎｍ以下、約２７０ｎｍ以下、約２６５ｎｍ以下、約２６０ｎｍ以下、約２５５ｎｍ以下、約２５０ｎｍ以下、約２４５ｎｍ以下、約２４０ｎｍ以下、約２３５ｎｍ以下、約２３０ｎｍ以下、約２２５ｎｍ以下、約２２０ｎｍ以下、約２１５ｎｍ以下、約２１０ｎｍ以下、または約２０５ｎｍ以下の粒子サイズを有し得る。したがって、コロイダルシリカ粒子は、前述の終点の任意の２つで定められた範囲の粒子サイズを有し得る。例えば、コロイダルシリカ粒子は、約９０ｎｍ〜約３５０ｎｍ、約９５ｎｍ〜約３４５ｎｍ、約９０ｎｍ〜約３４０ｎｍ、または約８５ｎｍ〜約３３５ｎｍの粒子サイズを有し得る。
【００２５】
一実施形態では、コロイダルシリカ粒子は、約９０ｎｍ〜約２００ｎｍの粒子サイズを有する。
【００２６】
別の実施形態では、コロイダルシリカ粒子は、約１２０ｎｍ〜約１８０ｎｍの粒子サイズを有する。
【００２７】
表面改質コロイダルシリカ粒子は、負のゼータ電位、より具体的には、約３のｐＨで約−５ｍＶ〜約−３５ｍＶ（例えば、約−１０ｍＶ、約−１５ｍＶ、約−２０ｍＶ、約−２５ｍＶ、または約−３０ｍＶ）のゼータ電位を有する。粒子のゼータ電位とは、粒子を取り巻くイオンの電荷とバルク溶液（例えば、水性キャリアおよびその中に溶解した任意の他の構成要素）の電荷との間の差異を指す。ゼータ電位は、典型的には、水性媒体（例えば、水性キャリア）のｐＨに依存する。所与の研磨組成物について、粒子の等電点は、ゼータ電位がゼロになるｐＨとして定義される。等電点から離れてｐＨが増加または減少すると、それに応じて表面電荷（および、したがってゼータ電位）が減少または増加する（負または正のゼータ電位値に）。さらに、本発明の文脈において、約１〜約４のｐＨ範囲にわたる、より負のゼータ電位は、一般により高い表面改質の程度に対応するので、ゼータ電位は、コロイダルシリカ粒子の表面改質の程度の指標である。
【００２８】
したがって、前述のゼータ電位値の任意の２つを使用して、範囲を定義し得る。例えば、表面改質コロイダルシリカ粒子は、約３のｐＨで約−５ｍＶ〜約−３５ｍＶ、約−１０ｍＶ〜約−２５ｍＶ、または約−１５ｍＶ〜約−２０ｍＶのゼータ電位を有し得る。さらなる例として、表面改質コロイダルシリカ粒子は、約３のｐＨで約−５ｍＶ、約−６ｍＶ、約−７ｍＶ、約−８ｍＶ、約−９ｍＶ、約−１０ｍＶ、約−１１ｍＶ、約−１２ｍＶ、約−１３ｍＶ、約−１４ｍＶ、約−１５ｍＶ、約−１６ｍＶ、約−１７ｍＶ、約−１８ｍＶ、約−１９ｍＶ、約−２０ｍＶ、約−２１ｍＶ、約−２２ｍＶ、約−２３ｍＶ、約−２４ｍＶ、約−２５ｍＶ、約−２６ｍＶ、約−２７ｍＶ、約−２８ｍＶ、約−２９ｍＶ、約−３０ｍＶ、約−３１ｍＶ、約−３２ｍＶ、約−３３ｍＶ、約−３４ｍＶ、または約−３５ｍＶのゼータ電位を有し得る。したがって、表面改質コロイダルシリカ粒子は、好適なｐＨ範囲にわたって好適なゼータ電位を有する。典型的には、研磨組成物のｐＨは、約１．５〜約４（例えば、約１．６、約１．７、約１．８、約１．９、約２、約２．１、約２．２、約２．３、約２．４、約２．５、約２．６、約２．７、約２．８、約２．９、約３．０、約３．１、約３．２、約３．３、約３．４、約３．５、約３．６、約３．７、約３．８、または約３．９のｐＨ）である。例えば、研磨組成物のｐＨは、約１．６〜約３．９、約１．７〜約３．８、約１．８〜約３．７、約１．９〜約３．６、約２．０〜約３．５であり得る。
【００２９】
いくつかの実施形態では、表面改質コロイダルシリカ粒子は、約２〜約４のｐＨ範囲にわたって約−５ｍＶ〜約−２５ｍＶのゼータ電位を有する。
【００３０】
いくつかの実施形態では、表面改質コロイダルシリカ粒子は、約２〜約４のｐＨ範囲にわたって約−１０ｍＶ〜約−２０ｍＶのゼータ電位を有する。
【００３１】
研磨組成物のゼータ電位は、例えば、Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｉｎｃ．（Ｂｅｄｆｏｒｄ  Ｈｉｌｌｓ，ＮＹ）から入手可能である電気音響分光計であるＤＴ−１２０２などの市販の測定器を使用して、任意の好適な手段によって測定され得る。ＤＴ−１２０２でゼータ電位を測定するためには、化学機械研磨において使用される研削材の濃度に対応する固形分濃度、例えば２％固形分で溶液を測定することが好ましい。
【００３２】
化学機械研磨組成物は、任意の好適な量の表面改質コロイダルシリカ粒子を含み得る。組成物に含まれる表面改質コロイダルシリカ粒子が少なすぎる場合、組成物は、十分な除去速度を示さない可能性がある。対照的に、研磨組成物に含まれる表面改質コロイダルシリカ粒子が多すぎる場合、組成物は、望ましくない研磨性能を示す可能性があり、費用効果が低い可能性があり、かつ／または安定性に欠ける可能性がある。
【００３３】
表面改質コロイダルシリカ粒子が望ましくコロイド安定性であるように、表面改質コロイダルシリカ粒子は、研磨組成物の水性キャリア中に懸濁される。本明細書で使用される場合、「コロイド安定性」という用語は、液体キャリア（例えば、水）中の研削粒子の懸濁液を指し、その懸濁液の経時的な持続を指す。本発明の文脈において、研削粒子（すなわち、表面改質コロイダルシリカ粒子）を１００ｍＬのメスシリンダーに入れ、２時間にわたって無撹拌で静置した際、メスシリンダー底部の５０ｍＬ内の粒子濃度（［Ｂ］ｇ／ｍＬ換算で）と、メスシリンダー上部の５０ｍＬ中の粒子濃度（［Ｔ］ｇ／ｍＬ換算で）との間の差異を、研削材組成物中の粒子の初期濃度（［Ｃ］ｇ／ｍＬ換算で）で割った値が、０．５以下（すなわち、｛［Ｂ］−［Ｔ］｝／［Ｃ］≦０．５）の場合、研削粒子は、コロイド安定性とみなされる。［Ｂ］−［Ｔ］／［Ｃ］の値は、望ましくは０．３以下であり、好ましくは０．１以下である。
【００３４】
したがって、表面改質コロイダルシリカ粒子は、典型的には、研磨組成物中に、約５重量％以下、例えば、約４．５重量％以下、約４重量％以下、約３．５重量％以下、約３重量％以下、または約２．５重量％以下の濃度で存在する。あるいは、または加えて、表面改質コロイダルシリカ粒子は、研磨組成物中に、約０．５重量％以上、例えば、約１重量％以上、約１．５重量％以上、または約２重量％以上の濃度で存在し得る。したがって、表面改質コロイダルシリカ粒子は、研磨組成物中に、前述の終点の任意の２つで定められた範囲の濃度で存在し得る。例えば、表面改質コロイダルシリカ粒子は、研磨組成物中に、約０．５重量％〜約５重量％、例えば、約１重量％〜約４．５重量％、約１．５重量％〜約４重量％、約２重量％〜約３．５重量％、または約２．５重量％〜約３重量％の濃度で存在し得る。
【００３５】
好ましい実施形態では、表面改質コロイダルシリカ粒子は、研磨組成物中に、約１．５重量％〜約３．５重量％の濃度で存在する。
【００３６】
本発明の研磨組成物は、鉄化合物を含む。鉄含有塩の例は、米国特許第５，９５８，２８８号および同第５，９８０，７７５号に記載されており、これらはどちらも参照により本明細書に組み込まれる。好適な鉄化合物（例えば、鉄含有塩）としては、例えば、硝酸鉄、硫酸鉄、ハロゲン化鉄（フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物、ならびに過塩素酸塩、過臭素酸塩、および過ヨウ素酸塩を含む）などの第二鉄（鉄ＩＩＩ）もしくは第一鉄（鉄ＩＩ）化合物の塩、または酢酸鉄、鉄アセチルアセトネート、クエン酸鉄、グルコン酸鉄、マロン酸鉄、シュウ酸鉄、フタル酸鉄、またはコハク酸鉄などの有機鉄化合物が挙げられる。
【００３７】
好ましい実施形態では、鉄化合物は、硝酸第二鉄またはその水和物（例えば、硝酸第二鉄九水和物）である。
【００３８】
研磨組成物は、任意の好適な量の鉄化合物を含有し得る。研磨組成物に含まれる鉄化合物が少なすぎる場合、組成物は、十分な除去速度を示さない可能性がある。対照的に、研磨組成物に含まれる鉄化合物が多すぎる場合、組成物は、望ましくない研磨性能を示す可能性があり、費用効果が低い可能性があり、かつ／または安定性に欠ける可能性がある。したがって、鉄化合物は、典型的には、研磨組成物中に、約０．５重量％以下、例えば、約０．１重量％以下、または約０．０５重量％以下の濃度で存在する。あるいは、または加えて、鉄化合物は、研磨組成物中に、約０．００１重量％以上、例えば、約０．００５重量％以上、または約０．０１重量％以上の濃度で存在し得る。したがって、鉄化合物は、研磨組成物中に、前述の終点の任意の２つで定められた範囲の濃度、例えば、約０．００１重量％〜約０．５重量％、約０．００５重量％〜約０．１重量％、または約０．０１重量％〜約０．０５重量％の濃度で存在し得る。
【００３９】
本発明の研磨組成物は、安定化剤を含む。特定の理論に拘束されることを望まないが、その両方が、参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第５，９８０，７７５号および同第６，０６８，７８７号に記載されているように、安定化剤は、組成物中の遊離金属カチオンの量を制御するのに役立ち、それによって、触媒の速度を減衰させて、研磨性能を最適化する。
【００４０】
本発明の別の実施形態では、鉄化合物は、研削剤の表面に固定化され得る。例えば、鉄化合物は、研削剤の表面に結合した安定化剤とともに鉄塩から構成され得る。
【００４１】
一実施形態では、安定化剤は、リン酸、ｏ−ホスホリルエタノールアミン、ホスホン酸、アレンドロン酸、酢酸、フタル酸、クエン酸、アジピン酸、シュウ酸、マロン酸、アスパラギン酸、コハク酸、グルタル酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、シュウ酸、マレイン酸、グルタコン酸、ムコン酸、エチレンジアミン四酢酸、プロピレンジアミン四酢酸、またはこれらの組み合わせを含む。
【００４２】
好ましい実施形態では、安定化剤は、マロン酸を含む。
【００４３】
研磨組成物は、任意の好適な量の安定化剤を含み得る。組成物に含まれる安定化剤が少なすぎる場合、組成物は、十分な安定性を示さない可能性がある。対照的に、研磨組成物に含まれる安定化剤が多すぎる場合、組成物は、望ましくない研磨性能を示す可能性があり、費用効果が低い可能性があり、かつ／または不安定になる可能性がある。したがって、安定化剤は、典型的には、研磨組成物中に、約１重量％以下、例えば、約０．５重量％以下、約０．１重量％以下、約０．０５重量％以下、または約０．０１重量％以下の濃度で存在する。あるいは、または加えて、安定化剤は、研磨組成物中に、約０．０００１重量％以上、例えば、約０．０００５重量％以上、約０．００１重量％以上、または約０．００５重量％以上の濃度で存在し得る。したがって、安定化剤は、研磨組成物中に、前述の終点の任意の２つで定められた範囲の濃度で存在し得る。例えば、安定化剤は、研磨組成物中に、約０．０００１重量％〜約１重量％、例えば、約０．０００５重量％〜約０．５重量％、約０．００１重量％〜約０．１重量％、または約０．００５重量％〜約０．０５重量％の濃度で存在し得る。
【００４４】
好ましい実施形態では、研磨組成物は、約０．０００１重量％〜約０．０１重量％の濃度で安定化剤を含む。
【００４５】
本発明の研磨組成物は、腐食抑制剤（例えば、膜形成剤）を含む。本明細書で使用される場合、腐食抑制剤は、研磨される表面の少なくとも一部のパッシベーション層（すなわち、溶解抑制層）の形成を促進する化合物または化合物の混合物である。特定の理論に拘束されることを望まないが、腐食抑制剤は、固体金属の可溶性金属化合物への変換を抑制すると同時に、ＣＭＰ作業を介する固体金属の効果的な除去を可能にする。例として、タングステンエッチングの有用な腐食抑制剤である化合物の種類は、窒素含有複素環、アルキルアンモニウムイオン、アミノアルキル、およびアミノ酸などの窒素含有官能基を有する化合物を含む。有用なアミノアルキル腐食抑制剤としては、例えば、ヘキシルアミン、テトラメチル−ｐ−フェニレンジアミン、オクチルアミン、ジエチレントリアミン、ジブチルベンジルアミン、アミノプロピルシラノール、アミノプロピルシロキサン、ドデシルアミン、これらの混合物、ならびに、例えばアルギニン、リシン、チロシン、グルタミン、グルタミン酸、シスチン、およびグリシン（アミノ酢酸）を含む、合成および天然に存在するアミノ酸が挙げられる。腐食抑制剤は、基材の任意の構成要素（複数可）のための任意の好適な腐食抑制剤であり得る。好ましくは、腐食抑制剤は、タングステン腐食抑制剤または酸化ケイ素腐食抑制剤である。
【００４６】
一実施形態では、腐食抑制剤は、グリシン、アラニン、リシン、アルギニン、ヒスチジン、またはこれらの組み合わせを含む。
【００４７】
好ましい実施形態では、腐食抑制剤は、アラニン、グリシン、リシン、またはアルギニンを含む。腐食抑制剤は、単独でまたは組み合わせて使用され得る。
【００４８】
別の好ましい実施形態では、腐食抑制剤は、グリシンを含む。
【００４９】
研磨組成物は、存在する場合、任意の好適な量の腐食抑制剤を含み得る。研磨組成物に含まれる腐食抑制剤が少なすぎる場合、研磨組成物は、十分な研磨性能を示さない可能性がある。対照的に、研磨組成物に含まれる腐食抑制剤が多すぎる場合、組成物は、望ましくない研磨性能を示す可能性があり、費用効果が低い可能性があり、かつ／または安定性に欠ける可能性がある。典型的には、研磨組成物は、存在する場合、約０．００５重量％〜約１重量％（例えば、約０．０１重量％〜約０．５重量％、または約０．０２重量％〜約０．２重量％）の腐食抑制剤（複数可）を含む。好ましい実施形態では、研磨組成物は、存在する場合、約０．１重量％〜約０．５重量％の腐食抑制剤を含む。
【００５０】
研磨組成物は水性キャリアを含む。水性キャリアは水（例えば、脱イオン水）を含み、１種以上の水混和性有機溶媒を含有してもよい。使用できる有機溶媒の例には、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、アセチルアルデヒドなどのアルデヒド、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、ジグリムなどのスルホキシドを含むエーテル、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−メチルピロリドンなどのアミド、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などの多価アルコールおよびその誘導体、ならびにアセトニトリル、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、水性キャリアは水のみ、すなわち有機溶媒は存在しない。
【００５１】
本発明の研磨組成物は、望ましくは、調製、長期保存、輸送、および使用の間、安定である。安定したスラリーとは、加工された基板の表面に存在する欠陥（特にスクラッチ）のレベルが増加する、保管中に（例えば、懸濁した研削粒子の沈殿により）過度に分離したり沈殿したりすることなく、保管中に過度の粒子サイズの成長を示さず、使用中に過度の粒子サイズの成長を示さないものである。
【００５２】
研磨組成物は、任意に、１種以上の他の追加の構成要素（すなわち、添加剤）をさらに含む。例えば、所望の研磨用途に応じて、本発明の研磨組成物は、研磨性能を改善または強化するための１つ以上の添加剤を含むことができる。添加剤は、望ましくは、研磨組成物の他の成分と適合性がある。例示的な追加の構成要素としては、コンディショナー、スケール抑制剤、分散剤、酸化剤、ｐＨ調整化合物（例えば、酸または塩基）、およびｐＨ緩衝化合物が挙げられる。研磨組成物は、界面活性剤ならびに／または、粘度増強剤および凝固剤（例えば、ウレタンポリマーなどのポリマーレオロジー調整剤）を含むレオロジー調整剤、分散剤、殺生物剤（例えば、ＫＡＴＨＯＮ（商標）ＬＸ）などを含むことができる。好適な界面活性剤としては、例えば、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、アニ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、フッ素化界面活性剤、およびこれらの混合物が挙げられる。
【００５３】
研磨組成物は、その多くが当業者には既知である任意の好適な技術によって調製することができる。研磨組成物は、バッチプロセスまたは連続プロセスで調製することができる。通常、研磨組成物は、本明細書の成分を任意の順序で組み合わせることによって調製することができる。本明細書で使用される場合、「構成要素」という用語は、個々の成分（例えば、表面改質コロイダルシリカ粒子、鉄化合物、安定化剤、腐食抑制剤など）、ならびに成分の任意の組み合わせを含む。
【００５４】
例えば、鉄化合物、安定化剤、および腐食抑制剤は、所望の濃度（複数可）で水性キャリア（例えば、水）に添加され得る。次いで、ｐＨが（必要に応じて）調整されて、表面改質コロイダルシリカ粒子が所望の濃度で混合物に添加されて、研磨組成物を形成し得る。研磨組成物は、使用の直前に（例えば、使用前の約１分以内に、または使用前の約１時間以内に、または使用前の約７日以内に）１種以上の成分を研磨組成物に添加して、使用に先立って調製することができる。研磨組成物はまた、研磨作業中に基板の表面で成分を混合することによっても調製することができる。
【００５５】
研磨組成物はまた、使用前に適切な量の水性キャリアで、特に水で希釈されることを意図した濃縮物として提供することもできる。このような実施形態では、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、研磨組成物の各構成要素が、研磨組成物中に、上に列挙された各構成要素の適切な範囲内の濃度で存在するようになる量で、表面改質コロイダルシリカ粒子、鉄化合物、安定化剤、および腐食抑制剤、および水性キャリアを含み得る。その上、当業者には理解されるように、濃縮物は、他の成分が少なくとも部分的にまたは完全に濃縮物中に溶解することを確実にするために、最終研磨組成物中に存在する水の好適な部分を含有することができる。
【００５６】
研磨組成物は使用のかなり前に、または使用の少し前にさえ調製することができるが、研磨組成物はまた、使用地点またはその付近で研磨組成物の成分を混合することによって作製され得る。本明細書で使用される場合、「使用地点」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。使用地点の混合を利用して研磨組成物を作製する場合、研磨組成物の成分は２つ以上の保管デバイスに別々に保管される。
【００５７】
本発明はさらに、本明細書に記載される本発明のＣＭＰ組成物を使用して、基板を化学機械的に研磨する方法を提供する。
【００５８】
一実施形態では、本発明は、基板を化学機械的に研磨する方法であって、（ｉ）基板を用意することと、（ｉｉ）研磨パッドを用意することと、（ｉｉｉ）化学機械研磨組成物を用意することであって、（ａ）粒子の表面に負に帯電した基を含む表面改質コロイダルシリカ粒子であって、負電荷、約９０ｎｍ〜約３５０ｎｍの粒子サイズ、および約３のｐＨで約−５ｍＶ〜約−３５ｍＶのゼータ電位を有する、表面改質コロイダルシリカ粒子、（ｂ）鉄化合物、（ｃ）安定化剤、（ｄ）腐食抑制剤、および（ｅ）水性キャリア、を含む、化学機械研磨組成物を用意することと、（ｉｖ）基板を、研磨パッドおよび化学機械研磨組成物と接触させることと、（ｖ）研磨パッドおよび化学機械研磨組成物を、基板に対して動かして、基板の表面の少なくとも一部を研削して、基板を研磨することと、を含む、基板を化学機械的に研磨する方法を提供する。
【００５９】
本発明の研磨方法は、任意の好適な基板を研磨するために使用され得る。研磨組成物は、タングステン層および酸化ケイ素層を含む基板の研磨に特に有用である。好適な基板としては、フラットパネルディスプレイ、集積回路、メモリまたは剛性円板、金属、半導体、層間絶縁体（ＩＬＤ）デバイス、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）、３Ｄ  ＮＡＮＤデバイス、強誘電体、および磁気ヘッドが挙げられるが、これらに限定されない。研磨組成物は、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）加工を受けた基板を平坦化または研磨するのに特に適している。望ましくは、基板は、絶縁体含有（例えば、酸化ケイ素含有）表面、特に、絶縁体材料のトレンチ領域によって分離された隆起絶縁体領域を含むパターン絶縁体材料の領域を有する表面を含む。基板は、少なくとも１つの他の層、例えば絶縁層をさらに含むことができる。絶縁層は、金属酸化物、多孔質金属酸化物、ガラス、有機ポリマー、フッ素化有機ポリマー、または任意の他の好適な高または低κ絶縁層であり得る。絶縁層は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、またはこれらの組み合わせ、を含む、それから本質的になる、またはそれからなることができる。酸化ケイ素層は、その多くが当該技術分野で既知である任意の好適な酸化ケイ素、を含む、それから本質的になる、またはそれからなることができる。例えば、酸化ケイ素層は、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）、高密度プラズマ（ＨＤＰ）酸化物、ポロフォスフォシリケートガラス（ＢＰＳＧ）、高アスペクト比プロセス（ＨＡＲＰ）酸化物、スピンオン絶縁体（ＳＯＤ）酸化物、化学蒸着（ＣＶＤ）酸化物、プラズマ増強テトラエチルオルトシリケート（ＰＥＴＥＯＳ）、熱酸化物、またはドープされていないシリケートガラスを含むことができる。基板は、金属層をさらに含むことができる。金属は、例えば、銅、タンタル、タングステン、チタン、白金、ルテニウム、イリジウム、アルミニウム、ニッケル、またはこれらの組み合わせなどのその多くが当該技術分野で既知である任意の好適な金属を含む、それらから本質的になる、またはそれらからなることができる。
【００６０】
好ましい実施形態では、基板は、基板の表面上にタングステン層および酸化ケイ素層を含む。
【００６１】
別の好ましい実施形態では、基板は、タングステンプラグおよび相互接続構造を含む。
【００６２】
本発明の研磨組成物は、除去速度選択性を有利に示し、それによって、研磨組成物は、バフ研磨用途に好適である。加えて、本発明の研磨組成物は、加工された基板から高品質のデバイスを作製するのに十分に好適な、改善された研磨性能（例えば、欠陥の改善、浸食の低減、およびＥＯＥの低減）を有利に示す。
【００６３】
本発明の一実施形態では、タングステン層の除去速度と酸化ケイ素層の除去速度との比は、約０．５：１〜約２．７５：１、例えば、約１：１、約２．５：１、約１．２５：１〜約２．２５：１、約１．５：１〜約２：１、約１．７５：１〜約１．５、約２：１〜約１．２５：１、約２．２５：１〜約１：１、または約２．５：１〜約０．５：１である。
【００６４】
本発明の組成物の研磨性能は、任意の好適な基板または方法を使用して評価され得る。研磨性能を評価するのに好適な基板の１つの種類は、ライン＆スペース（Ｌ＆Ｓ）パターンを含む基板であり、表面はラインフィールドとスペースを含む。ラインフィールド、またはパターン化されたフィールドは、金属および酸化物のラインアレイを含み、別の酸化物の連続フィールドにある金属の孤立ラインを含み得る。ラインフィールドは、連続する絶縁体材料のフィールド（スペース）に分散される。ラインアレイは、タングステンおよび酸化ケイ素のラインなどの金属および酸化物ラインを含み、任意の密度またはサイズ、例えば、交互の１μｍ幅の金属のラインと１μｍ幅の酸化物のライン、すなわち５０％の１μｍのアレイ、または異なるサイズもしくは密度の交互のライン、例えば、１μｍ幅の金属のラインと３μｍ幅の酸化物のライン、すなわち２５％の１ｘ３μｍのアレイであり得る。孤立金属ラインは、典型的には、ラインアレイに関連付けられ、アレイからある程度の距離の酸化物フィールド内に位置し、典型的には、アレイ内の金属ラインと同じ寸法（幅）のものである。例えば、１ｘ１μｍのラインアレイの片側に、別の酸化物の連続フィールドに位置し、互いにかつアレイから＞１００μｍ離れた、２つの１μｍの金属の孤立ラインが存在し得る。比較のために、連続する絶縁体材料のフィールドは、典型的には、寸法が大きくてもよく、酸化ケイ素、例えばＴＥＯＳなどの連続する絶縁体材料の表面を有する。連続する絶縁材料の例示的なフィールド（または「スペース」）は、１００×１００μｍの領域であり得る。
【００６５】
このようなＬ＆Ｓ基板の研磨後のパターン性能を評価するために、連続する絶縁体材料のフィールドで発生する絶対的な酸化物損失（除去された材料）が、市販の装置（ＫＬＡ  Ｔｅｎｃｏｒ，Ｍｉｌｐｉｔａｓ，ＣＡによって供給されるＦ５Ｘツール）を使用した光学的方法などによって決定される。連続する絶縁体のフィールドは、アレイ内の相対的なパターンの測定の基準として使用される。例えば、交互のタングステン金属およびＴＥＯＳ酸化物のラインで構成されるラインアレイは、連続するフィールド酸化物に関して表面形状測定または原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によって測定され得る。浸食は、連続するフィールド酸化物と比較して、ラインアレイ内の１μｍのＴＥＯＳラインなどの酸化物の相対的な高さの差異として特徴付けられる。正の浸食値は、連続するフィールド酸化物と比較して、酸化物ラインの相対的な凹みとして解釈される。金属ディッシングとは、典型的には、ラインアレイ内の酸化物ラインと比較した金属ラインの相対的な高さを指す。例えば、５０％の１ｘ１μｍのラインアレイでは、２００Åディッシングの値は、酸化物ラインに対するタングステンラインの２００Åの凹みとして解釈される。浸食とディッシングを追加すると、この場合は凹み部（ディッシングされたタングステン）からフィールド酸化物までの合計工程高さが提供される。アレイ内の総酸化物または金属の損失は、ディッシング値と浸食値と、連続フィールドで決定された絶対酸化物損失値とを組み合わせることによって決定され得る。
【００６６】
パターンに関連する他の浸食現象は、ラインアレイの縁部に関連する増加した浸食、または孤立ラインの付近の領域の増加した浸食など、局所的な浸食の領域である。例えば、酸化物のフィールド内の１μｍの孤立ラインでは、ライン幅が＞１μｍ増加すると、局部的な浸食が観察され得る。浸食は、増加したライン幅の観点から、もしくは参照フィールドに関して特定の深さまでのライン幅の増加の観点から、またはこれら２つの特性の組み合わせから説明され得る。
【００６７】
本発明の化学機械研磨組成物および方法は、化学機械研磨装置とともに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、運動中に、軌道運動、直線運動、または円運動から生じる速度を有するプラテンと、プラテンと接触して運転時にプラテンとともに運動する研磨パッドと、研磨パッドの表面に対して接触して動かすことにより基板が研磨されるように保持するキャリアとを含む。基板の研磨は、基板が研磨パッドおよび本発明の研磨組成物と接触して配置され、次いで研磨パッドが基板に対して運動して、基板の少なくとも一部を研削して基板を研磨することにより行われる。
【００６８】
基板は、任意の適切な研磨パッド（例えば、研磨表面）を使用して化学機械研磨組成物で研磨することができる。好適な研磨パッドには、例えば、織布および不織布の研磨パッドが含まれる。さらに、好適な研磨パッドは、さまざまな密度、硬度、厚さ、圧縮率、圧縮時に反発する能力、および圧縮弾性率の任意の好適なポリマーを含むことができる。好適なポリマーには、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、それらの成形製品、およ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の併用において特に有用である。典型的なパッドとしては、ＳＵＲＦＩＮ（商標）０００、ＳＵＲＦＩＮ（商標）ＳＳＷ１、ＳＰＭ３１００（Ｅｍｉｎｅｓｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）、ＰＯＬＩＴＥＸ（商標）（Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ）、ならびにＰＯＬＹＰＡＳ（商標）２７（富士紡）、Ｃａｂｏｔ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓから市販されているＮＥＸＰＬＡＮＡＲ（商標）Ｅ６０８８およびＥＰＩＣ（商標）Ｄ１００パッドが挙げられるが、これらに限定されない。特に好ましい研磨パッドは、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌから市販されている硬質の微孔性ポリウレタンパッド（ＩＣ１０１０（商標））である。
【００６９】
望ましくは、化学機械研磨装置は、現場で研磨の終点を検出するシステムをさらに備え、その多くは当技術分野で知られている。研磨する基板の表面から反射する光または他の放射を分析することによる研磨プロセスを検査および監視する技術は、当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５，１９６，３５３号、米国特許５，４３３，６５１号、米国特許５，６０９，５１１号、米国特許５，６４３，０４６号、米国特許５，６５８，１８３号、米国特許５，７３０，６４２号、米国特許５，８３８，４４７号、米国特許５，８７２，６３３号、米国特許５，８９３，７９６号、米国特許５，９４９，９２７号、および米国特許５，９６４，６４３号に開示されている。望ましくは、研磨する基板に関する研磨プロセスの進行の検査または監視により、研磨の終点の測定、すなわち特定の基板に関する研磨プロセスをいつ終了するかの決定が可能になる。
【００７０】
実施形態
（１）実施形態（１）では、化学機械研磨組成物であって、（ａ）粒子の表面に負に帯電した基を含む表面改質コロイダルシリカ粒子であって、負電荷、約９０ｎｍ〜約３５０ｎｍの粒子サイズ、および約３のｐＨで約−５ｍＶ〜約−３５ｍＶのゼータ電位を有する、表面改質コロイダルシリカ粒子、（ｂ）鉄化合物、（ｃ）安定化剤、（ｄ）腐食抑制剤、および（ｅ）水性キャリア、を含む、化学機械研磨組成物が提示される。
【００７１】
（２）実施形態（２）では、表面改質コロイダルシリカ粒子の表面に負に帯電した基が、スルホネート基、カルボキシレート基、ホスホネート基、またはこれらの組み合わせを含む、実施形態（１）に記載の研磨組成物が提示される。
【００７２】
（３）実施形態（３）では、表面改質コロイダルシリカ粒子が、約９０ｎｍ〜約２００ｎｍの粒子サイズを有する、実施形態（１）または（２）のいずれか１つに記載の研磨組成物が提示される。
【００７３】
（４）実施形態（４）では、表面改質コロイダルシリカ粒子が、約１２０ｎｍ〜約１８０ｎｍの粒子サイズを有する、実施形態（３）に記載の研磨組成物が提示される。
【００７４】
（５）実施形態（５）では、研磨組成物のｐＨが、約１．５〜約４である、実施形態（１）〜（４）のいずれか１つに記載の研磨組成物が提示される。
【００７５】
（６）実施形態（６）では、研磨組成物のｐＨが、約２〜約３．５である、実施形態（５）に記載の研磨組成物が提示される。
【００７６】
（７）実施形態（７）では、表面改質コロイダルシリカ粒子が、研磨組成物中に、約１．５重量％〜約３．５重量％の濃度で存在する、実施形態（１）〜（６）のいずれか１つに記載の研磨組成物が提示される。
【００７７】
（８）実施形態（８）では、表面改質コロイダルシリカ粒子が、研磨組成物中に、約２重量％〜約３重量％の濃度で存在する、実施形態（７）に記載の研磨組成物が提示される。
【００７８】
（９）実施形態（９）では、鉄化合物が、硝酸第二鉄またはその水和物を含む、実施形態（１）〜（８）のいずれか１つに記載の研磨組成物が提示される。
【００７９】
（１０）実施形態（１０）では、安定化剤が、リン酸、ｏ−ホスホリルエタノールアミン、アレンドロン酸、酢酸、フタル酸、クエン酸、アジピン酸、シュウ酸、マロン酸、アスパラギン酸、コハク酸、グルタル酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、マレイン酸、グルタコン酸、ムコン酸、エチレンジアミン四酢酸、プロピレンジアミン四酢酸、またはこれらの組み合わせを含む、実施形態（１）〜（９）のいずれか１つに記載の研磨組成物が提示される。
【００８０】
（１１）実施形態（１１）では、安定化剤が、マロン酸を含む、実施形態（１０）に記載の研磨組成物が提示される。
【００８１】
（１２）実施形態（１２）では、安定化剤が、研磨組成物中に、約０．０００１重量％〜約０．０１重量％の濃度で存在する、実施形態（１０）または（１１）に記載の研磨組成物が提示される。
【００８２】
（１３）実施形態（１３）では、腐食抑制剤が、グリシン、アラニン、リシン、アルギニン、ヒスチジン、またはこれらの組み合わせを含む、実施形態（１）〜（１２）のいずれか１つに記載の研磨組成物が提示される。
【００８３】
（１４）実施形態（１４）では、腐食抑制剤が、アラニン、グリシン、リシン、およびアルギニンを含む、実施形態（１３）に記載の研磨組成物が提示される。
【００８４】
（１５）実施形態（１５）では、腐食抑制剤が、グリシンを含む、実施形態（１４）に記載の研磨組成物が提示される。
【００８５】
（１６）実施形態（１６）では、腐食抑制剤が、研磨組成物中に、約０．００５重量％〜約１重量％の濃度で存在する、実施形態（１）〜（１５）のいずれか１つに記載の研磨組成物が提示される。
【００８６】
（１７）実施形態（１７）では、腐食抑制剤が、研磨組成物中に、約０．１重量％〜約０．５重量％の濃度で存在する、実施形態（１６）に記載の研磨組成物が提示される。
【００８７】
（１８）実施形態（１８）では、基板を化学機械的に研磨する方法であって、（ｉ）基板を用意することと、（ｉｉ）研磨パッドを用意することと、（ｉｉｉ）化学機械研磨組成物を用意することであって、（ａ）粒子の表面に負に帯電した基を含む表面改質コロイダルシリカであって、負電荷、約９０ｎｍ〜約３５０ｎｍの粒子サイズ、および約３のｐＨで約−５ｍＶ〜約−３５ｍＶのゼータ電位を有する、表面改質コロイダルシリカ粒子、（ｂ）鉄化合物、（ｃ）安定化剤、（ｄ）腐食抑制剤、および（ｅ）水性キャリア、を含む、化学機械研磨組成物を用意することと、（ｉｖ）基板を、研磨パッドおよび化学機械研磨組成物と接触させることと、（ｖ）研磨パッドおよび化学機械研磨組成物を、基板に対して動かして、基板の表面の少なくとも一部を研削して、基板を研磨することと、を含む、基板を化学機械的に研磨する方法が提示される。
【００８８】
（１９）実施形態（１９）では、表面改質コロイダルシリカ粒子の表面に負に帯電した基が、スルホネート基、カルボキシレート基、ホスホネート基、またはこれらの組み合わせを含む、実施形態（１８）に記載の方法が提示される。
【００８９】
（２０）実施形態（２０）では、表面改質コロイダルシリカ粒子が、約９０ｎｍ〜約２００ｎｍの粒子サイズを有する、実施形態（１８）または（１９）に記載の方法が提示される。
【００９０】
（２１）実施形態（２１）では、表面改質コロイダルシリカ粒子が、約１２０ｎｍ〜約１８０ｎｍの粒子サイズを有する、実施形態（２０）に記載の方法が提示される。
【００９１】
（２２）実施形態（２２）では、研磨組成物のｐＨが、約１．５〜約４である、実施形態（１８）〜（２１）のいずれか１つに記載の方法が提示される。
【００９２】
（２３）実施形態（２３）では、研磨組成物のｐＨが、約２〜約３．５である、実施形態（２２）に記載の方法が提示される。
【００９３】
（２４）実施形態（２４）では、表面改質コロイダルシリカ粒子が、研磨組成物中に、約１．５重量％〜約３．５重量％の濃度で存在する、実施形態（１８）〜（２３）のいずれか１つに記載の方法が提示される。
【００９４】
（２５）実施形態（２５）では、表面改質コロイダルシリカ粒子が、研磨組成物中に、約２重量％〜約３重量％の濃度で存在する、実施形態（２４）に記載の方法が提示される。
【００９５】
（２６）実施形態（２６）では、鉄化合物が、硝酸第二鉄またはその水和物を含む、実施形態（１８）〜（２５）のいずれか１つに記載の方法が提示される。
【００９６】
（２７）実施形態（２７）では、安定化剤が、リン酸、ｏ−ホスホリルエタノールアミン、アレンドロン酸、酢酸、フタル酸、クエン酸、アジピン酸、シュウ酸、マロン酸、アスパラギン酸、コハク酸、グルタル酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、マレイン酸、グルタコン酸、ムコン酸、エチレンジアミン四酢酸、プロピレンジアミン四酢酸、またはこれらの組み合わせを含む、実施形態（１８）〜（２６）のいずれか１つに記載の方法が提示される。
【００９７】
（２８）実施形態（２８）では、安定化剤が、マロン酸を含む、実施形態（２７）に記載の方法が提示される。
【００９８】
（２９）実施形態（２９）では、安定化剤が、研磨組成物中に、約０．０００１重量％〜約０．０１重量％の濃度で存在する、実施形態（２７）または（２８）に記載の方法が提示される。
【００９９】
（３０）実施形態（３０）では、腐食抑制剤が、グリシン、アラニン、リシン、アルギニン、ヒスチジン、またはこれらの組み合わせを含む、実施形態（１８）〜（２９）のいずれか１つに記載の方法が提示される。
【０１００】
（３１）実施形態（３１）では、腐食抑制剤が、アラニン、グリシン、リシン、またはアルギニンを含む、実施形態（３０）に記載の方法が提示される。
【０１０１】
（３２）実施形態（３２）では、腐食抑制剤が、グリシンを含む、実施形態（３１）に記載の方法が提示される。
【０１０２】
（３３）実施形態（３３）では、腐食抑制剤が、研磨組成物中に、約０．００５重量％〜約１重量％の濃度で存在する、実施形態（１８）〜（３２）のいずれか１つに記載の方法が提示される。
【０１０３】
（３４）実施形態（３４）では、腐食抑制剤が、研磨組成物中に、約０．１重量％〜約０．５重量％の濃度で存在する、実施形態（３３）に記載の方法が提示される。
【０１０４】
（３５）実施形態（３５）では、基板が、基板の表面上にタングステン層および酸化ケイ素層を含み、タングステン層の少なくとも一部および酸化ケイ素層の少なくとも一部が、研削されて、基板を研磨する、実施形態（１８）〜（３４）のいずれか１つに記載の方法が提示される。
【０１０５】
（３６）実施形態（３６）では、タングステン層の少なくとも一部の研削が、タングステン除去速度を提供し、酸化ケイ素層の少なくとも一部の研削が、酸化ケイ素除去速度を提供し、タングステン除去速度と酸化ケイ素除去速度との比が、約０．５：１〜約２．７５：１である、実施形態（３５）に記載の方法が提示される。
【実施例】
【０１０６】
以下の実施例は、本発明をさらに説明するが、もちろん、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。
【０１０７】
本明細書では以下の略語が使用される。ＭＰＳは（３−メルカプトプロピル）トリメトキシシランを指し、Ｗはタングステンを指し、ＴＥＯＳはテトラエトキシシランを指し、ＲＲは除去速度を表す。
【０１０８】
実施例１
この実施例は、本発明の実施形態に従って、表面改質コロイダルシリカ粒子、鉄化合物、安定化剤、腐食抑制剤、および水性キャリアを含む化学機械研磨組成物の有効性を実証する。この実施例はまた、本発明の実施形態に従って、基板を化学機械的に研磨する方法を実証する。
【０１０９】
表１および表２に記載されているように、１２の異なる研磨組成物（研磨組成物１Ａ〜１Ｌ）を、７種の異なるコロイダルシリカ粒子のうちの１種を使用して調製した。さまざまなコロイド粒子を、表１に記載されているＭＰＳおよび過酸化水素の量を使用して調製した。コロイダルシリカ粒子Ｐ１およびＰ２は、扶桑化学工業から入手したコロイダルシリカ粒子であり、さらに改質することなく使用し、比較の研磨組成物１Ａ〜１Ｃを調製するために使用した。コロイダルシリカ粒子Ｐ１は、６８ｎｍの平均粒子サイズであった（ＦＵＳＯ、ＰＬ−３）。コロイダルシリカ粒子Ｐ２は、１２０ｎｍの平均粒子サイズであった（ＦＵＳＯ、ＰＬ−７）。
【０１１０】
コロイダルシリカ粒子Ｐ３〜Ｐ７を、本明細書に記載される手順を使用して表面改質し、表１および２に記載されているように、研磨組成物１Ｄ〜１Ｌを調製するために使用した。表１に記載されているように、６８ｎｍ（ＦＵＳＯ、ＰＬ−３）または１２０ｎｍ（ＦＵＳＯ、ＰＬ−７）のいずれかの平均粒子サイズを持つコロイダルシリカ粒子から、表面改質コロイダルシリカ粒子Ｐ３〜Ｐ７を調製した。コロイダルシリカ粒子を表面改質するプロセスは以下のとおりである。反応器（１０Ｌ）に脱イオン水およびコロイダルシリカ分散液を充填して、３．５ｋｇの１０％（ｗ／ｖ）ＳｉＯ２コロイド分散液を得た。これに０．５ｇのＫＯＨ（４５％）溶液を添加して、ｐＨを約８．５に調整し、続いて表１に示されている量のＭＰＳを撹拌しながら添加した。反応器を４５℃に加熱し、その温度で４８時間維持した後、過酸化水素（３０％）をＨ２Ｏ２：ＭＰＳのモル比３：１で添加し、溶液を４５℃で６時間撹拌した。ＭＰＳおよびＨ２Ｏ２反応の化学量論を表１に記載する。
【表１】
2021509768.tif 000002
【０１１１】
研磨組成物１Ａ〜１Ｌを、以下の手順を使用して調製した。脱イオン水の撹拌溶液に、表２に示されている量で、グリシン（腐食抑制剤）、マロン酸（安定化剤）、および硝酸鉄九水和物（鉄化合物）、続いて表１からのコロイダルシリカ粒子を添加した。組成物のｐＨを、必要に応じて硝酸（７０％）または水酸化カリウム（４５％）のいずれかで調整して、表２に示されているｐＨを得た。過酸化水素（酸化剤）を、研磨前にスラリーに添加した。加えて、各研磨組成物は、０．００１重量％の殺生物剤（ＫＡＴＨＯＮ（商標）ＬＸ）を含んでいた。
【０１１２】
研磨組成物１Ａ〜１Ｆを比較した。研磨組成物１Ａ〜１Ｃは、未改質コロイダルシリカ粒子を含んでいた。研磨組成物１Ｄ〜１Ｆは、６８ｎｍの平均粒子サイズを有する表面改質コロイダルシリカ粒子を含んでいた。
【０１１３】
研磨組成物１Ｇ〜１Ｌは発明性があり、研磨組成物１Ｇ〜１Ｌのそれぞれは、とりわけ、約９０ｎｍ〜約３５０ｎｍの粒子サイズを有する表面改質コロイダルシリカ粒子を含んでいた。
【表２】
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【０１１４】
タングステンおよびＴＥＯＳを含む基板を、研磨組成物１Ａ〜１Ｌを使用して研磨して、ブランケット研磨性能を評価した。以下の研磨条件を使用した。ツール＝ＭＩＲＲＡ（商標）、パッド＝ＩＣ１０１０またはＥ６０８８、スラリー流量＝１８０ｍＬ／分、プラテン速度／ヘッド速度＝１００／１０１ｒｐｍ、内管圧力／保持環圧力／膜圧力＝２０７／４１４／２０７ｈＰａ、エクスサイチューコンディショナー＝ＳＡＥＳＯＬ（商標）Ｃ１  ２０Ｎ。
【０１１５】
研磨結果を表３に記載する。
【表３】
2021509768.tif 000004
【０１１６】
表３に記載されている結果から明らかなように、１２０ｎｍの粒子サイズを有する表面改質コロイダルシリカ粒子を含有していた本発明の研磨組成物１Ｇは、４５．２ｎｍ／分のブランケットタングステン除去速度および４１．５ｎｍ／分のＴＥＯＳ除去速度を示した。研磨組成物１Ｇのタングステン除去速度は、６８ｎｍの粒子サイズを有する未改質コロイダルシリカ粒子を含有していた研磨組成物１Ａ（すなわち、３９．２ｎｍ／分）のタングステン除去速度よりも約１５％高かった。加えて、研磨組成物１ＧのＴＥＯＳ除去速度は、研磨組成物１ＡのＴＥＯＳ除去速度（すなわち、２１．６ｎｍ／分）の約２倍であった。
【０１１７】
研磨組成物１Ｇと１Ｃとの間の類似の比較は、研磨組成物１Ｇが、比較の研磨組成物１Ｃの除去速度（それぞれ１５．４ｎｍ／分および２３．１ｎｍ／分）よりも約３倍高いタングステン除去速度および約１．８倍高いＴＥＯＳ除去速度を示したことを実証する。
【０１１８】
表３に記載されている結果から明らかなのは、酸化物除去速度能力に対するｐＨの影響である。例えば、ｐＨ（それぞれｐＨ２．２およびｐＨ３．５）以外は同一である比較の研磨組成物１Ａおよび１Ｂは、ほぼ同じタングステン除去速度（すなわち、それぞれ３９．２ｎｍ／分および３８．０ｎｍ／分）を示しながら、異なる酸化物除去速度（すなわち、それぞれ２１．６ｎｍ／分および８．２ｎｍ／分）を示した。これは、より高いｐＨ値での非常に低い酸化物除去速度のため、比較の研磨組成物は、配合スペースが限られていることを示す。対照的に、本発明の研磨組成物は、酸化物除去速度に関して広範囲にわたるｐＨ能力を有する。例えば、約１２０ｎｍの平均粒子サイズを有する表面改質コロイダルシリカ粒子を含有し、ｐＨが３．５である研磨組成物１Ｊは、２６．２ｎｍ／分、すなわち、約６８ｎｍの平均粒子サイズを有する未改質コロイダルシリカ粒子を含有する、比較の研磨組成物１Ｂの酸化物除去速度（すなわち、８．２ｎｍ／分）の３倍以上のＴＥＯＳ除去速度を有する。
【０１１９】
実施例２
この実施例は、本発明の実施形態に従って、表面改質コロイダルシリカ粒子、鉄化合物、安定化剤、腐食抑制剤、および水性キャリアを含む化学機械研磨組成物の有効性を実証する。この実施例はまた、これらの構成要素を含む本発明の組成物のパターン研磨性能も実証する。
【０１２０】
実施例１に記載されているように、タングステン層および酸化ケイ素層を含むパターン化された基板を、研磨組成物１Ａ〜１Ｋで別個に研磨した。研磨パラメータは、以下のとおりである。ツール＝ＭＩＲＲＡ（商標）、スラリー流量＝１８０ｍＬ／分、プラテン速度／ヘッド速度＝１００／１０１ｒｐｍ、ＩＴ／ＲＲ／ＭＰ＝２０７／４１４／２０７ｈＰａ、エクスサイチューコンディショナー＝ＳＡＥＳＯＬ（商標）Ｃ１  ２０Ｎ。パターンは、市販のＷ８０５１研磨スラリーを用いた、組成物１Ａ〜１Ｋで研磨する前に準備され、終点＋１０％まで研磨された。Ｗ８０５１タングステン研磨スラリーを、Ｃａｂｏｔ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｃｏｒｐ（Ａｕｒｏｒａ，ＩＬ）から入手し、２％過酸化水素とともに受け取った状態で使用した。組成物１Ａ〜１Ｋを用いた研磨には、３０秒の固定研磨時間を使用した。浸食データは、３つのラインアレイ部位の平均である。局部的な浸食データは、３つの部位のそれぞれの２つの孤立ラインの平均である。
【０１２１】
研磨性能結果を表４に記載する。
【表４】
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【０１２２】
表４に記載されている結果から明らかなように、表面改質コロイダルシリカ粒子を含む本発明の研磨組成物は、改善されたパターン性能を示した。例えば、本発明の研磨組成物１Ｇおよび研磨組成物１Ｈを、比較の研磨組成物１Ａと比較する場合、本発明の組成物は、より高いフィールド酸化物損失（約１８％高い）、０．１８×０．１８μｍのラインアレイにおけるより低い浸食（すなわち、研磨組成物１Ｇの場合、１０％未満の浸食、研磨組成物１Ｈの場合、５０％未満の浸食）、および１×１μｍのラインアレイにおけるより低い浸食（すなわち、研磨組成物１Ｇの場合、約６５％の浸食、研磨組成物１Ｈの場合、７５％未満の浸食）を示した。
【０１２３】
本発明の組成物の有益性は、局部的な浸食の場合に特に注目に値する。例えば、本発明の研磨組成物１Ｇおよび研磨組成物１Ｈは、０．１８μｍの孤立ラインにおいて、比較の研磨組成物１Ａの局部的な浸食の１０％未満（すなわち、０．９ｎｍ対１５．４ｎｍ）、および１ｘ１μｍの孤立ラインにおいて、局部的な浸食の３３％未満（すなわち、７．４ｎｍおよび７．５ｎｍ対２４．６ｎｍ）を示した。
【０１２４】
加えて、本発明の組成物は、３．５のようなより高いｐＨ値を含む広い配合範囲にわたって有用であることが見出されている。例えば、本発明の配合物の改善されたパターン性能は、本発明の研磨組成物１Ｊを比較の研磨組成物１Ｆと比較することによって実証される。本発明の研磨組成物１Ｊは、比較の研磨組成物１Ｆと比較して、より高い酸化物損失（３５％超の、より高い酸化物損失、すなわち、１３．５ｎｍ対９．９ｎｍ）、ならびに０．１８×０．１８μｍのアレイ（４０％未満の、より低い浸食、すなわち、７．１ｎｍ対１８．７ｎｍ）および１×１μｍのアレイ（３５％未満の、より低い浸食、すなわち、９．５ｎｍ対２８．１ｎｍ）の両方におけるより低い浸食を示した。さらに、本発明の研磨組成物１Ｊの局部的な浸食は、０．１８μｍの孤立ラインにおいて比較の研磨組成物１Ｆのそれのわずか２０％であり（すなわち、２．０ｎｍ対１０．７ｎｍ）、１μｍの孤立ラインにおいて比較の研磨組成物１Ｆのそれのわずか３０％である（すなわち、６．１ｎｍ対２０．７ｎｍ）。
【０１２５】
本明細書に引用された刊行物、特許出願および特許を含むすべての参考文献は、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組み込まれる。
【０１２６】
（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「ａ」および「ａｎ」および「ｔｈｅ」および「少なくとも１つの（ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ）」という用語および同様の指示対象の使用は、本明細書において別段の指示がない限り、または文脈で明らかに矛盾しない限り、単数および複数形の両方を包含すると解釈されるべきである。１つ以上の項目の列挙に続く「少なくとも１つの」という用語（例えば、「ＡおよびＢのうちの少なくとも１つ」）の使用は、本明細書において別段の指示がない限り、または文脈で明らかに矛盾しない限り、列挙された項目（ＡまたはＢ）から選択される１つの項目、または列挙された項目（ＡおよびＢ）の２つ以上の任意の組み合わせを意味すると解釈されるべきである。「備える」、「有する」、「含む」および「含有する」という用語は、別段の記載がない限り、オープンエンド用語（すなわち、「含むがこれらに限定されない」を意味する）として解釈されるべきである。本明細書における値の範囲の列挙は、本明細書において別段の指示がない限り、範囲内にある各別個の値を個々に参照する簡略方法としての役割を果たすことを単に意図しており、各別個の値は本明細書に個別に列挙されているかのように、本明細書に組み込まれる。本明細書に記載されるすべての方法は、本明細書において別段の指示がない限り、または文脈で明らかに矛盾しない限り、任意の好適な順序で実行することができる。本明細書において提供される任意のおよびすべての例、または例示的な言葉（例えば、「〜など」）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、別段の主張がない限り、本発明の範囲を限定するものではない。本明細書中のいかなる言葉も、本発明の実施に必須であるとして特許請求されていないすべての要素を示すものとして解釈されるべきではない。
【０１２７】
本発明を行うために本発明者らに既知の最良の形態を含む、本発明の好ましい実施形態が本明細書に記載される。これらの好ましい実施形態の変形は、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、当業者がこのような変形を適切なものとして使用することを期待しており、本発明者らは本発明が本明細書に具体的に記載されたとおりではなく別の方法で実行されることを意図する。したがって、本発明は、適用法によって許容されるように、本明細書に添付の特許請求の範囲に列挙された主題のすべての変形および同等物を含む。さらに、本明細書において別段の指示がない限り、または文脈で明らかに矛盾しない限り、それらのすべての可能な変形における上記の要素の任意の組み合わせが本発明に包含される。
【国際調査報告】
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