(57)【要約】基材表面の構造を研磨するのに有益な、少なくとも１種の可溶性シラン化合物及び少なくとも１種の研磨材を含有する研磨組成物を提供する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶解状態の少なくとも１種の官能化されたアルキルシラン及び少なくとも１種の研磨材を含有する、研磨スラリー。
【請求項２】
溶解状態の少なくとも１種のシラン及び少なくとも１種の研磨材を含有する研磨スラリーであって、前記シランが、式Ｙ−Ｓｉ−（Ｘ１Ｘ２Ｒ）の化合物、そのダイマー、トリマー及びオリゴマーである（Ｘ１、Ｘ２及びＹは、各々独立にヒドロキシ基、加水分解性置換基及び非加水分解性置換基から選択され、Ｒは非加水分解性置換基）、研磨スラリー。
【請求項３】
Ｙがヒドロキシ基（−ＯＨ）又は加水分解性置換基であり、Ｘ１及びＸ２は各々ヒドロキシ基、加水分解性置換基及び非加水分解性置換基から独立に選択され、Ｒが非加水分解性置換基であり、ここで非加水分解性置換基の各々が独立に、アルキル、シクロアルキル、芳香族、官能化アルキル、官能化芳香族、官能化シクロアルキル、アルケン、ジシラン及びトリシランからなる群より選択され、その炭素原子の１又は複数のものが、酸素、窒素、硫黄、リン、ハロゲン及びその組合せから選択される１又は複数の原子で置換されていてよい、請求項２に記載の研磨スラリー。
【請求項４】
Ｘ１及びＸ２が、ヒドロキシ基又は加水分解性置換基からなる群より各々選択される、請求項２に記載の研磨スラリー。
【請求項５】
Ｒが、アルキル及び官能化アルキルを含む化合物の群より選択される、請求項４に記載の研磨スラリー。
【請求項６】
前記シラン化合物が、グリシドキシプロピルトリアルコキシシラン、イソシアナトプロピルトリアルコキシシラン、ウレイドプロピルトリアルコキシシラン、メルカプトプロピルトリアルコキシシラン、シアノエチルトリアルコキシシラン、４，５−ジヒドロ−ｌ−（３−トリアルコキシシリルプロピル）イミダゾール、［３−（トリアルコキシシリル）−メチルエステルプロパン酸、トリアルコキシ［３−（オキシラニルアルコキシ）プロピル］−シラン、２−メチル，３−（トリアルコキシシリル）プロピルエステル２−プロペン酸、［３−トリアルコキシシリル）プロピル］尿素、及びそれらの混合物からなる群より選択される、請求項４に記載の研磨スラリー。
【請求項７】
Ｘ１及びＸ２から選択される１つの置換基が、非加水分解性置換基である、請求項２に記載の研磨スラリー。
【請求項８】
Ｒから選択される少なくとも１種の置換基、並びにＸ１及びＸ２から選択される非加水分解性置換基が各々独立に、アルキル、官能化アルキル及びそれらの混合物を含む化合物の群より選択される、請求項７に記載の研磨スラリー。
【請求項９】
前記シランが、クロロプロピルメチルジアルコキシシラン、１，２−エタンジイルビス［アルコキシジメチル］シラン、ジアルコキシメチルフェニルシラン及びそれらの混合物からなる群より選択される、請求項８に記載の研磨スラリー。
【請求項１０】
Ｘ１及びＸ２が各々非加水分解性置換基である、請求項２に記載の研磨スラリー。
【請求項１１】
Ｒ、Ｘ１及びＸ２が各々独立に、アルキル及び官能化アルキルを含む化合物の群より選択される、請求項１０に記載の研磨スラリー。
【請求項１２】
前記アルキル及び官能化アルキルが２〜２５の炭素原子を有する、請求項１１に記載の研磨スラリー。
【請求項１３】
前記非加水分解性置換基のうちの少なくとも１つが、アルキルニトリル、アルキルアミド、アルキルカルボン酸、アルキルハロゲン化物、アルコール、アルキルウレイド及びそれらの混合物からなる群より選択される官能化アルキルである、請求項１２に記載の研磨スラリー。
【請求項１４】
前記非加水分解性置換基のうちの少なくとも１つが、官能化プロピルアルキルである、請求項１３に記載の研磨スラリー。
【請求項１５】
前記シランが、シアノプロピルジメチルアルコキシシラン、Ｎ，Ｎ´−（アルコキシメチルシリレン）ビス［Ｎ−メチル−ベンズアミド］、クロロメチルジメチルアルコキシシラン、及びそれらの混合物からなる群より選択される、請求項１０に記載の研磨スラリー。
【請求項１６】
前記シランが、グリシドキシプロピルトリアルコキシシラン、イソシアナトプロピルトリアルコキシシラン、ウレイドプロピルトリアルコキシシラン、メルカプトプロピルトリアルコキシシラン、シアノエチルトリアルコキシシラン、４，５−ジヒドロ−ｌ−（３−トリアルコキシシリルプロピル）イミダゾール、３−（トリアルコキシシリル）−メチルエステルプロパン酸、トリアルコキシ［［３−（オキシラニルアルコキシ）］プロピル］−シラン、２−メチル，３−（トリアルコキシシリル）プロピルエステル２−プロペン酸、［３−（トリアルコキシシリル）プロピル］尿素、［クロロプロピルメチルジアルコキシシラン、１，２−エタンジイルビス［アルコキシジメチル］シラン、ジアルコキシメチルフェニルシラン、シアノプロピルジメチルアルコキシシラン、Ｎ，Ｎ´−（アルコキシメチルシリレン）ビス［Ｎ−メチル−ベンズアミド］、クロロメチルジメチルアルコキシシラン、及びそれらの混合物からなる群より選択される、請求項２に記載の化学機械研磨スラリー。
【請求項１７】
前記溶液が、水、アルコール及びその混合物からなる群より選択される少なくとも１種の溶媒を含む、請求項２に記載の研磨スラリー。
【請求項１８】
前記溶液が水である、請求項２に記載の研磨スラリー。
【請求項１９】
ｐＨが２〜１１である、請求項１８に記載の研磨スラリー。
【請求項２０】
ｐＨが５〜９である、請求項１８に記載の研磨スラリー。
【請求項２１】
前記溶液が、約０．０２〜約５．０重量％のシランを含有する、請求項２に記載の研磨スラリー。
【請求項２２】
前記選択されたシランが、研磨される基材構造物に付着する、請求項２に記載の研磨スラリー。
【請求項２３】
前記研磨材が金属酸化物研磨材である、請求項２に記載の研磨スラリー。
【請求項２４】
前記研磨材が、シリカ、アルミナ、ゲルマニア、ジルコニア、セリア及びそれらの混合物からなる群より選択される、請求項２３に記載の研磨スラリー。
【請求項２５】
前記研磨材が、シリカ、アルミナ及びそれらの組合せからなる群より選択される、請求項２４に記載の研磨スラリー。
【請求項２６】
少なくとも１種の研磨材及び溶解状態の少なくとも１種の可溶性シラン化合物を含有する水性化学機械研磨スラリーであって、前記可溶性シラン化合物が約０．０２〜約５．０重量％の範囲内の量で溶液中に存在しており、前記シラン化合物が、式Ｙ−Ｓｉ−（Ｘ１Ｘ２Ｒ）の化合物、そのダイマー、トリマー及びオリゴマーであり、ここでＲ、Ｘ１、Ｘ２及びＹから選択される１つの置換基が、ヒドロキシ基又は加水分解性部分から選択され、Ｒ、Ｘ１、Ｘ２及びＹから選択される３つの置換基が、非加水分解性部分であり、また少なくとも１種の非加水分解性置換基が、各々２〜２５個の炭素原子をもつアルキル又は官能化アルキル部分から選択される、水性化学機械研磨スラリー。
【請求項２７】
（ａ）溶解状態の少なくとも１種の官能化アルキルシラン化合物及び少なくとも１種の研磨材を含有する溶液を含む研磨組成物を、研磨パッドに適用すること；
（ｂ）基材表面構造物が研磨パッドと接触するようにして、基材を移動させて研磨パッドと接触させること；及び
（ｃ）前記基材表面に対して研磨パッドを動かすこと、
を含む、基材構造物の研磨方法。
【請求項２８】
（ａ）式Ｙ−Ｓｉ−（Ｘ１Ｘ２Ｒ）の化合物、そのダイマー、トリマー及びオリゴマーの、溶解状態の少なくとも１種のシランを含有する溶液を含む研磨組成物を、研磨パッドに適用すること（Ｘ１、Ｘ２及びＹは各々独立に、ヒドロキシ基、加水分解性置換基及び非加水分解性置換基から選択され、Ｒは非加水分解性置換基）；
（ｂ）　基材表面構造物が研磨パッドと接触するようにして、基材を移動させて研磨パッドと接触させること；及び
（ｃ）　前記基材表面に対して研磨パッドを移動させること、
を含む、基材構造物の研磨方法。
【請求項２９】
前記研磨パッドが、研磨材含有研磨パッドである、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記研磨材含有研磨パッドが少なくとも１種の金属酸化物研磨材を含有する、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記金属酸化物研磨材が、シリカ、アルミナ、ゲルマニア、ジルコニア、セリア、チタニア及びそれらの混合物からなる群より選択される、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記金属酸化物研磨材が、アルミナ、セリア又はそれら組合せである、請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記研磨組成物が少なくとも１種の金属酸化物研磨材を含有する、請求項２８に記載の方法。
【請求項３４】
前記金属酸化物研磨材が、シリカ、アルミナ、ゲルマニア、ジルコニア、セリア、チタニア及びそれらの混合物からなる群より選択される、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記金属酸化物研磨材がシリカである、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
Ｙがヒドロキシ基（−ＯＨ）又は加水分解性置換基であり、Ｘ１及びＸ２は各々、ヒドロキシ基、加水分解性置換基及び非加水分解性置換基から独立に選択され、Ｒが非加水分解性置換基であり、ここで前記非加水分解性置換基の各々が独立に、アルキル、シクロアルキル、芳香族、官能化アルキル、官能化芳香族、官能化シクロアルキル、アルケン、ジシラン及びトリシランからなる群より選択され、その炭素原子の１又は複数が、酸素、窒素、硫黄、リン、ハロゲン及びそれらの組合せから選択される１又は複数の原子で置換されていてよい、請求項２８に記載の方法。
【請求項３７】
Ｘ１及びＸ２が、ヒドロキシ基又は加水分解性置換基からなる群より各々選択される、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
Ｒが、アルキル及び官能化アルキルを含む化合物の群より選択される、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記シラン化合物が、グリシドキシプロピルトリアルコキシシラン、イソシアナトプロピルトリアルコキシシラン、ウレイドプロピルトリアルコキシシラン、メルカプトプロピルトリアルコキシシラン、シアノエチルトリアルコキシシラン、４，５−ジヒドロ−ｌ−（３−トリアルコキシシリルプロピル）イミダゾール、３−（トリアルコキシシリル）−メチルエステルプロパン酸、トリアルコキシ［３−（オキシラニルアルコキシ）プロピル］−シラン、２−メチル，３−（トリアルコキシシリル）プロピルエステル２−プロペン酸、［３−トリアルコキシシリル）プロピル］尿素、及びそれらの混合物からなる群より選択される、請求項３７に記載の方法。
【請求項４０】
Ｘ１及びＸ２から選択される１つの置換基が非加水分解性置換基である、請求項２８に記載の方法。
【請求項４１】
Ｘ１及びＸ２から選択される非加水分解性置換基及びＲから選択される少なくとも１種の置換基が、アルキル、官能化アルキル及びそれらの混合物を含む化合物の群より選択される、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記シランが、クロロプロピルメチルジアルコキシシラン、１，２−エタンジイルビス［アルコキシジメチル］シラン、ジアルコキシメチルフェニルシラン及びそれらの混合物からなる群より選択される、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
Ｘ１及びＸ２が各々非加水分解性置換基である、請求項２８に記載の方法。
【請求項４４】
Ｒ，Ｘ１及びＸ２から選択される少なくとも１種の置換基が、アルキル及び官能化アルキルを含む化合物の群より選択される、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記アルキル及び官能化アルキル置換基が２〜２５の炭素原子を有する、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記少なくとも１種の非加水分解性置換基が、アルキルニトリル、アルキルアミド、アルキルカルボン酸、アルキルハロゲン化物、アルコール、アルキルウレイド及びそれらの混合物からなる群より選択される官能化アルキルである、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記非加水分解性部分の少なくとも１つが、官能化プロピルアルキルである、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記シランが、シアノプロピルジメチルアルコキシシラン、Ｎ，Ｎ′−（アルコキシメチルシリレン）ビス［Ｎ−メチル−ベンズアミド］、クロロメチルジメチルアルコキシシラン、及びそれらの混合物からなる群より選択される、請求項４３に記載の方法。
【請求項４９】
前記シランが、グリシドキシプロピルトリアルコキシシラン、イソシアナトプロピルトリアルコキシシラン、ウレイドプロピルトリアルコキシシラン、メルカプトプロピルトリアルコキシシラン、シアノエチルトリアルコキシシラン、４，５−ジヒドロ−ｌ−（３−トリアルコキシシリルプロピル）イミダゾール、３−（トリアルコキシシリル）−メチルエステルプロパン酸、トリアルコキシ［３−（オキシラニルアルコキシ）プロピル］−シラン、２−メチル，３−（トリアルコキシシリル）プロピルエステル２−プロペン酸、［３−（トリアルコキシシリル）　プロピル］尿素、［クロロプロピルメチルジアルコキシシラン、１，２−エタンジイルビス［アルコキシジメチル］シラン、ジアルコキシメチルフェニルシラン、シアノプロピルジメチルアルコキシシラン、Ｎ，Ｎ´−（アルコキシメチルシリレン）ビス［Ｎ−メチル−ベンズアミド］、クロロメチルジメチルアルコキシシラン、及びそれらの混合物からなる群より選択される、請求項２８に記載の方法。
【請求項５０】
前記溶液が、水、アルコ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少なくとも１種の溶媒を含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項５１】
前記溶液が水である、請求項２８に記載の方法。
【請求項５２】
前記研磨組成物が、約０．０２〜約５．０重量％のシランを含有する、請求項２８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、基材に付随する１又は複数の構造物を研磨するのに有用である化学機械研磨組成物及びスラリーに関する。本発明の研磨組成物は、溶解状態の少なくとも１種のシラン組成物及び少なくとも１種の研磨材を含有する。本発明は同様に、シランで改質された研磨パッドを形成するべく、研磨パッドにシラン組成物を適用する方法をも含む。本発明は同様に、基材の構造物を研磨するべく、本発明の研磨組成物を使用する方法をも含む。
【０００２】
技術分野の説明
集積回路は、シリコン基材内又はその上に形成された数百万個の能動デバイスで作り上げられている。当初互いに隔離されている能動デバイスは、相互接続されて、機能的回路及びコンポーネントを形成する。デバイスは、多層相互接続の使用によって相互接続される。相互接続構造は通常、第１の金属化層、相互接続層、第２の金属化層、そして場合によっては第３以降の金属化層を有する。シリコン基材又はウェル内の異なる金属化層を電気的に隔離するためには、ドープされた及びドープされない二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）といったような層間誘電体又は低ｋ誘電体窒化タンタルが用いられる。異なる相互接続層間の電気接続は、金属化されたバイアの使用を通して行なわれる。本明細書に参考して含む米国特許第５，７４１，６２６号明細書は、誘電性窒化タンタル層の調製方法について記述している。
【０００３】
同様にして、ウェル内に形成されたデバイスと相互接続層の間の電気的接続を形成するために、金属コンタクトが用いられる。金属バイア及びコンタクトには、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、タンタル（Ｔａ）、アルミニウム銅（Ａｌ−Ｃｕ）、アルミニウムシリコン（Ａｌ−Ｓｉ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、及びそれらの組合せを含む様々な金属及び合金を充填することができる。金属バイア及びコンタクトは、一般に、金属層をＳｉＯ２基材に接着させるべく、窒化チタン（ＴｉＮ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）又はそれらの組合せといったような化合物を含む接着層を利用する。コンタクト層では、接着層は、充填された金属とＳｉＯ２が反応するのを防ぐための拡散バリアとして作用する。
【０００４】
数多くの半導体製造プロセスにおいて、金属化バイア又はコンタクトは、ブランケット金属堆積とそれに続く化学機械研磨（ＣＭＰ）段階によって形成される。標準的プロセスでは、バイアホールが、層間誘電体（ＩＬＤ）を通して相互接続ライン又は半導体基材までエッチングされる。次に、窒化タンタル及び／又はタンタルといったような薄い接着層が一般にＩＬＤ上に形成され、またエッチングされたバイアホール内に導入される。次に、金属薄膜が接着層上及びバイアホール内にブランケット堆積される。堆積は、バイアホールがブランケット堆積金属で満たされるまで続けられる。最終的に、余分な金属が化学機械研磨（ＣＭＰ）により除去され、金属バイアとして知られる基材の表面構造物を形成する。バイアの製造及び／又はＣＭＰのプロセスについては、米国特許第４，６７１，８５１号、４，９１０，１５５号及び４，９４４，８３６号明細書で開示されている。
【０００５】
標準的な化学機械研磨プロセスにおいては、基材は、回転する研磨パッドと直接接触した状態に置かれる。キャリヤが、基材の裏側に対し圧力を加える。研磨プロセス中、研磨パッドとテーブルは回転させられ、その間下向きの力が基材裏面に対し維持される。研磨の間、化学反応性ある研磨組成物が研磨パッドに適用される。研磨組成物は、標準的に「スラリー」と呼ばれるものを形成するため研磨材を含有することができる。代替的には、研磨パッドが研磨材を含有することができる。いずれの状況下でも、研磨組成物は、研磨される基材の構造物の表面と化学的に反応することによって研磨プロセスを開始する。研磨プロセスは、ウェハ／研磨パッド界面に研磨組成物／スラリーを供給し続けながら、基材に対して研磨パッドを回転運動させることによって促進される。研磨はこの要領で、構造物上の所望の量の膜が除去されるまで続けられる。研磨組成物の配合は、ＣＭＰ工程における重要な要因である。研磨組成物は、表面の欠陥、不良及び腐食又は摩食を最小限におさえながら、所望の研磨速度で金属層を有効に研磨するように調整されるべきである。さらに、チタン、窒化チタン、タンタル、窒化タンタルなどといったような現行の集積回路技術で使用されるその他の薄膜材料に対して制御された研磨選択性を提供するために、研磨組成物を使用することができる。
【０００６】
ＣＭＰで基材表面の構造物を研磨できるさまざまなメカニズムが、先行技術において開示されている。組成物の表面は、表面膜が形成されないスラリーを用いて研磨され得、その場合、プロセスは、金属粒子の機械的除去及びスラリー内へのその溶解によって進行する。かかるメカニズムにおいては、化学的溶解速度は、乾式エッチングを回避するために小さいものでなくてはならない。しかしながら、より好ましいメカニズムは、錯体形成剤及び／又は膜形成層といったスラリー内の１又は複数の成分と、金属表面との間の反応によって、薄い研磨可能な層が連続的に形成されるメカニズムである。この薄い研磨可能な層は、機械的作用によって、制御された要領で除去される。機械的研磨プロセスがひとたび停止すると、薄い不動態膜が表面に残り、湿式エッチングプロセスを制御する。このメカニズムを用いてＣＭＰスラリーが研磨を行なう場合、化学機械研磨プロセスの制御ははるかに容易である。
【０００７】
化学機械研磨を用いて研磨される現行の銅を有する基材も、Ｔａ及びＴａＮ接着層を使用する。Ｔａ及びＴａＮは、化学的にきわめて不動態的であり、機械的にきわめて硬く、従って研磨による除去が困難である。かくして、先に研磨される銅構造物に対し有害な効果をほとんど与えずに、タンタルを含む基材を研磨するのに有用な研磨組成物がまだ必要とされている。
【０００８】
発明の概略
集積回路といったような基材の表面構造物を有効に研磨することのできる研磨組成物を提供するということが、本発明の目的である。
【０００９】
本発明のさらなる目的は、許容可能な欠陥率で表面構造物を研磨できる集積回路用の研磨組成物を提供することにある。
【００１０】
１つの実施形態において、本発明は、溶解状態の少なくとも１種のシラン化合物及び少なくとも１種の研磨材を含有する化学機械研磨溶液を含む。
【００１１】
もう１つの実施形態においては、本発明は、少なくとも１種の研磨材及び溶解状態の少なくとも１種の可溶性シラン化合物を含有する水性化学機械研磨組成物を含む。ここで可溶性シラン化合物は溶液中に約０．０２〜約５．０重量％の範囲内の量で存在し、溶解状態のシラン化合物は、式Ｙ−Ｓｉ−（Ｘ１Ｘ２Ｒ）の化合物、そのダイマー、トリマー及びオリゴマーであり、Ｒ、Ｘ１、Ｘ２及びＹから選択される１つの置換基は、ヒドロキシ基又は加水分解性の部分から選択され、またＲ、Ｘ１、Ｘ２及びＹから選択される３つの置換基は、非加水分解性の部分であり、非加水分解性の置換基の少なくとも１つは、各々２〜２５個の炭素原子をもつアルキル又は官能化アルキルからなる群より選択される。
【００１２】
さらにもう１つの実施形態においては、本発明は、基材表面に付随する構造物を研磨する方法を含む。この方法は、基材表面の構造物が研磨パッドと接触するようにして、基材を移動させて研磨パッドに接解させる段階を含む。次に、研磨パッドは、基材表面に対して動かさせられる。研磨中に研磨パッドに対し研磨組成物が適用される。研磨組成物は、溶解状態の少なくとも１種のシラン化合物を含む溶液である。
【００１３】
現行の実施形態の説明
本発明は、化学機械研磨組成物、及び基材表面構造物を研磨するためのこの組成物の使用方法に関する。
【００１４】
本発明のさまざまな好ましい実施形態の詳細について記述する前に、本明細書で使用される用語のいくつかを定義する。「研磨組成物」という語は、研磨材を含有しない組成物又は溶液を意味する。研磨組成物は、基材を研磨するため、研磨材を伴う又は伴わない研磨パッドと組合わせることができる。代替的には、研磨組成物は、粒状研磨材と組合せて研磨（ＣＭＰ）用「スラリー」を形成することができる。研磨組成物及びスラリーは、半導体薄膜、集積回路薄膜、及びＣＭＰプロセスが有用である他の何らかの薄膜及び表面を含み得る（ただしこれらに制限されるわけではない）多層金属化層に関する構造物を研磨するために有用である。
【００１５】
本明細書で使用されている「基材構造物」という語は、バイア及び銅相互接続ラインといったような電子基材の構造物、及び誘電体層、低ｋ材料層、接着層、金属層などといったような構造物上又は構造物内に堆積した材料の層を意味する。本発明の組成物は、材料層を除去するべく基材を研磨するため、及び露出された基材の構造物を研磨するための両方にとって有用である。
【００１６】
本発明の研磨組成物及びスラリーは、溶解状態の少なくとも１種のシラン化合物を含有している。本発明の研磨組成物において有用であるシラン化合物の一般的分類には、アミノシラン、ウレイドシラン、アルコキシシラン、アルキルシラン、メルカプトシラン、チオシアナトシラン、ビニルシラン、メタクリルシラン、シアノシラン、官能化アルキルシランといった官能化シラン、ジシラン、トリシラン及びそれらの組合せが含まれる。
【００１７】
好ましいシラン組成物はＹ−Ｓｉ−（Ｘ１Ｘ２Ｒ）という構造式を有し、そのダイマー、トリマー及びオリゴマーを含む。ここで「オリゴマー」という語は、４〜１５個のシロキサン単位を含有する化合物を意味している。上述の構造式において、Ｙ、Ｒ、Ｘ１及びＸ２は各々個別に、ヒドロキシ基（−ＯＨ）若しくはその他のいくつかの加水分解性置換基、又は非加水分解性置換基から選択され得る。より好ましくは、上述の構造式において、Ｙはヒドロキシ基（−ＯＨ）又は加水分解性置換基であり、Ｘ１及びＸ２は、各々ヒドロシキ基、加水分解性置換基又は非加水分解性置換基から独立に選択され、Ｒは非加水分解性置換基である。好ましい実施形態においては、シラン組成物は、上述の構造式を有し、ここでＹは、ヒドロキシ基（−ＯＨ）又は加水分解性置換基であり、Ｒは非加水分解性置換基であり、Ｘ１及びＸ２は各々個別に非加水分解性置換基である。
【００１８】
一般に「加水分解性」置換基は、水性系内でＳｉ（ＯＨ）を形成する化合物である。かかる置換基には、アルコキシド、Ｃｌといったハロゲン、カルボキシレート及びアミドが含まれるがこれらに制限されるわけではない。非加水分解性置換基は、水溶液中でＳｉ（ＯＨ）を形成する加水分解を受けないあらゆる化合物である。
【００１９】
非加水分解性置換基は各々独立に、アルキル、シクロアルキル、芳香族、官能化アルキル、官能化芳香族、官能化シクロアルキル、アルケン、アルキルシランを含む置換基の群より選択され、ここで各々の非加水分解性置換基には、１〜１００個の炭素原子、好ましくは２〜２５個の炭素原子、最も好ましくは２〜１０個の炭素原子が含まれる。ここで、炭素原子のうちの１又は複数のものを、酸素、窒素、硫黄、リン、ハロゲン、シリコン及びそれらの組合せから選択される１又は複数の原子で置換することができる。
【００２０】
好ましくは、各々の非加水分解性置換基は、２〜２５個の炭素原子をもつアルキル、官能化アルキル、及びそれらの混合物から選択される。より好ましくは、各々の非加水分解性置換基は、アルキルニトリル、アルキルアミド、アルキルカルボン酸、アルキルハロゲン化物、アルコール、アルキルウレイド及びそれらの混合物からなる群より選択される官能化アルキルである。最も好ましくは、非加水分解性置換基のうちの少なくとも１つは、官能化プロピルアルキルである。
【００２１】
Ｙがヒドロキシ基又は加水分解性置換基であり、Ｒが非加水分解性置換基であり、Ｘ１及びＸ２が共にヒドロキシ基又は加水分解性置換基である場合には、シラン化合物は好ましくは、グリシドキシプロピルトリアルコキシシラン、イソシアナトプロピルトリアルコキシシラン、ウレイドプロピルトリアルコキシシラン、メルカプトプロピルトリアルコキシシラン、シアノエチルトリアルコキシシラン、４，５−ジヒドロ−ｌ−（３−トリアルコキシシリルプロピル）イミダゾール、３−トリアルコキシシリル）−メチルエステルプロパン酸、トリアルコキシ［３−（オキシラニルアルコキシ）プロピル］−シラン、２−メチル，３−（トリアルコキシシリル）プロピルエステル２−プロペン酸、［３−（トリアルコキシシリル）プロピル］尿素、及びそれらの混合物からなる群より選択される。
【００２２】
Ｙがヒドロキシ基又は加水分解性置換基であり、Ｒが非加水分解性置換基であり、Ｘ１及びＸ２から選択される１つの置換基が非加水分解性置換基である場合には、シランは好ましくは、クロロプロピルメチルジアルコキシシラン、１，２−エタンジイルビス［アルコキシジメチル］シラン、ジアルコキシメチルフェニルシラン、及びそれらの混合物からなるシランの群より選択される。
【００２３】
Ｙがヒドロキシ基又は加水分解性置換基であり、Ｒ、Ｘ１及びＸ２が各々非加水分解性置換基である場合には、シランは好ましくは、シアノプロピルジメチルアルコキシシラン、Ｎ，Ｎ´−（アルコキシメチルシリレン）ビス［Ｎ−メチル−ベンズアミド］、クロロメチルジメチルアルコキシシラン、及びそれらの混合物からなるシランの群より選択される。
【００２４】
本発明に関して、シラン化合物名で用いられる場合の「アルコキシ」という語は、加水分解性基を意味し、−ＯＲ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、ＮＲＲ′（なおここでＲ及びＲ′は１〜２０を含みうる）を含むことができる。
【００２５】
本発明の組成物及びスラリーは標準的には、約０．０１〜５．０重量％の可溶性シランを含有する。より好ましくは、本発明の組成物は、約０．１〜約１．０重量％の可溶性シランを含有する。本明細書で使用する「可溶性シラン」という語は、解離した可溶性又は乳化形態で研磨組成物及びスラリー内に存在するシランを意味する。
【００２６】
本発明の研磨組成物及びスラリーは、シランを溶解又は乳化させることのできるあらゆる溶媒を含みうる。有用な溶媒の例としては、アルコール及び水といったような極性溶媒がある。本発明の研磨組成物及びスラリーのためには、水は好ましい溶媒である。
【００２７】
シラン組成物は、研磨スラリー及び研磨材含有研磨パッド内で研磨材粒子に付着するもの、並びに研磨される基材構造物の表面に付着するものから選択され得る。本発明が、可溶性シランを含有する研磨スラリーである場合には、研磨材粒子に付着したシランは、「可溶性」とみなされず、本発明の組成物中のシランの量を評価する上で使用されない。
【００２８】
本発明の研磨組成物は、研磨の開始時点で溶解状態のシランを少なくとも約０．０２重量％含有していることが好ましい。このことはすなわち、選択されたシランが研磨スラリー内又は研磨パッド内で研磨材粒子に付着する場合でも、組成物の水性部分はなお、溶解状態の少なくとも１種のシラン化合物を少なくとも０．０２重量％含有しているべきであるということを意味している。０．０２重量％のしきい値未満では、溶解状態のシランは、基材表面構造物の研磨を調節する上で効果的ではなくなる傾向をもつ。
【００２９】
本発明の研磨組成物及びスラリー中で有用なシランは、基材構造物の研磨の成果を改善する上で有用である。シランは、基材構造物の研磨に対し１又は複数の効果をもち得る。例えば、研磨組成物又はスラリー内のシランは、研磨の欠陥を削減できる。更にシランは、基材構造物の研磨速度を改善でき、また研磨選択性を改善できる。溶解状態のシランは、研磨組成物が基材構造物を研磨する速度を低下させることができる。また溶解状態のシランは、研磨材含有研磨パッドの耐用寿命を改善できる。
【００３０】
本発明において、研磨溶液又はスラリー内の可溶性シランの量は、研磨スラリーから研磨材を分離し、その後で研磨材を含まない溶液中のシランの量を決定することによって、又は研磨パッドに適用する前の研磨材を含まない研磨溶液中のシランの量を測定することによって決定される。
【００３１】
本発明の研磨組成物及びスラリーのｐＨは、約２．０〜約１２．０、好ましくは約５．０〜約９．０の範囲内に維持することが望ましい。本発明の組成物及びスラリーのｐＨは、任意の既知の酸、塩基又はアミンを用いて調整することができる。しかしながら、水酸化アンモニウム及びアミン又は硝酸、リン酸、硫酸又は有機酸といったような金属イオンを含まない酸又は塩基の使用が、本発明のＣＭＰスラリー内への望ましくない金属成分の導入を回避するために好ましい。
【００３２】
本発明の研磨組成物は、溶液中に分散された１又は複数の研磨材を含有して、化学機械研磨（ＣＭＰ）スラリーを形成する。本発明の研磨組成物は、研磨材を含まなくてもよく、又基材に付随する構造物を研磨するため、単独で又は研磨材保持研磨パッドと組合わせて使用することができる。
【００３３】
研磨スラリー及び研磨パッドと合わせて使用される研磨材は標準的には、限定するわけではないが、アルミナ、チタニア、ジルコニア、ゲルマニア、シリカ、セリア及びその混合物を含む１又は複数の金属酸化物研磨材から選択される。本発明の研磨スラリーは好ましくは、約０．１〜約１５．０重量パーセント又はそれよりも多くの研磨材を含有する。しかしながら、本発明の研磨スラリーは、金属構造物を研磨するのに使用される場合には、約１．０〜約６．０重量パーセント、また誘電体構造物を研磨するのに使用される場合には、約６〜約１５重量％の研磨材を含有していることがさらに好ましい。
【００３４】
金属酸化物研磨材は、ゾル−ゲル、熱水又はプラズマプロセス、又はヒュームド又は沈降法金属酸化物を製造するためのプロセスといったような、当業者にとって既知のあらゆる技術によって生成され得る。好ましくは金属酸化物は、ヒュームド又は沈降法研磨材であり、より好ましくはヒュームドシリカ又はヒュームドアルミナといったようなヒュームド研磨材であり、ヒュームドシリカが最も好ましい。
【００３５】
その他の周知の研磨スラリー添加剤を、本発明の組成物及び／又はスラリーに導入することが可能である。有用な添加剤の例としては、過酸化水素、過硫酸アンモニウムなどといった１又は複数の酸化剤； 錯化剤、表面活性剤； ベンゾトリアゾールといった抑制剤； 有機酸及び無機酸； 及び／又は硫酸、リン酸、ホスフォン酸、硝酸、ＨＦ酸、フッ化アンモニウム、アンモニウム塩、カリウム塩、ナトリウム塩のような塩、又はスルフェート、ホスフェート、ホスフォネート及びフルオリドのその他のカチオン塩、組成物ｐＨを調整するために用いられる酸及び塩基が含まれる。化学機械研磨スラリー及び組成物において有用であることがわかっているあらゆる成分を、本発明の研磨組成物及びスラリー内に含み入れることができる。
【００３６】
本発明の研磨組成物及びスラリーは、当業者にとって既知の従来の技術を用いて生成することができる。標準的には、非研磨材成分を、かかる成分が組成物中に完全に溶解又は取込まれるまで、低いせん断条件で予め定められた濃度において、水性媒質、例えば脱イオン水又は蒸留水中に混合させる。本発明の好ましい研磨組成物パッケージには、研磨材粒子分散体を含むシラン水溶液が含まれることになる。
【００３７】
本発明の研磨組成物は、いかなるタイプの基材構造物の研磨にも使用できる。本発明の研磨組成物は、望ましい誘電体層研磨速度を示しながら、銅層といったような金属層に対して望ましい低い欠陥率を示すことから、金属構造物を研磨するために使用されることが好ましい。本発明の組成物によって研磨されうる絶縁体材料、金属、及び酸化物の例としては、制限的な意味なく、銅、銅合金、タンタル、窒化タンタル、タンタル合金、タングステン、窒化タングステン、タングステン合金、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、チタン合金、シリカ、ドープガラス、無機重合体並びにそれらのあらゆる組合せが含まれる。
【００３８】
本発明の研磨組成物及びスラリーは、ウェハの所望の金属層で使用するのに適したあらゆる標準的研磨用機器と共に用いることができる。本発明の研磨組成物は、共に誘電層上のタンタル又は窒化タンタルの構造物と銅合金含有構造物とを有する基材を研磨するために最も有用である。
【００３９】
金属の構造物を含有する基材を研磨するために使用される場合、研磨組成物は、基材又は研磨パッドに適用され、基材は、従来の研磨機を用いて従来の手段によって研磨される。研磨段階が完了したら、研磨組成物は脱イオン水又は他の溶媒で基材から除去され、基材はさらなる処理のために準備が整った状態となる。
【００４０】
本発明の研磨スラリーは、直接基材に適用すること、研磨パッドに適用すること、又は基材研磨中に制御された要領でその両方に適用することができる。しかしながら、研磨スラリーを研磨パッドに適用し、その後で研磨パッドを基材表面に接触させ、そしてパッドを基材表面に対して動かして基材の構造物を研磨することが好ましい。本発明の研磨組成物及びスラリーは、パッド／基材表面に充分な量の研磨組成物又はスラリーを維持するべく、研磨パッドに対し連続的又は間欠的に適用できる。
【００４１】
本発明の研磨組成物を、少なくとも１種の研磨材と組合せて、基材を研磨するために有用な化学機械研磨スラリーを得ることができる。あるいは、本発明の研磨組成物は、基材に付随する金属層、付着酸化物層及び誘電層を研磨するために、研磨材保持研磨パッド又は研磨材を含まない研磨パッドと組合わせて用いることができる。本発明の研磨組成物と共に使用可能な研磨パッドの例は、米国特許第５，８４９，０５１号及び５，８４９，０５２号に開示されており、それらの明細書記載は、参考して本明細書の記載に含める。
【００４２】
本発明の１つの好ましい方法においては、一般に以上で記述されているような研磨材粒子を含む研磨パッドに対して、可溶性シランを含有する研磨材を含まない研磨組成物が適用され、そして基材表面の構造物を研磨するために使用される。
【００４３】
研磨組成物は、表面の欠陥及び不良を最小限におさえながら所望の研磨速度で有効な研磨を行うために、半導体集積回路製造のさまざまな段階の間に使用できる。
【００４４】
例１
この例は、銅ウェハを研磨するために溶解状態のさまざまな量のシランを含有する研磨スラリーの能力を調べている。使用される研磨組成物の各々は、３重量％のヒュームドアルミニウム、０．７重量％のシュウ酸アンモニウム、及び２．５重量％の過酸化水素を含有する水溶液であった。各スラリーのｐＨは、ＫＯＨを用いて７．７に調整した。各々の研磨スラリーは、様々なタイプ又は量のシランを含有していた。下の表１は、テスト対象の各研磨組成物内に含有されるシランの量及びタイプ、並びに研磨の前に溶液中で検出されたシランの量を示している。また下の表１は、銅研磨速度、ＴＥＯＳ研磨速度及びタンタル除去速度を、各々のテスト対象スラリーについて要約している。
【００４５】
ウェハ研磨は、４／４．５／４／６３／５７のＭＰ／ＩＰ／ＲＲＰ／ＰＳで単段プロセス及びＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｍｉｒｒａ 研磨機を用いて実施された。研磨は、ＳｕｂａＩＶ研磨パッド全体にわたりＲｏｄｅｌ ＩＣ１０００を用いて実施された。
【００４６】
【表１】
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【００４７】
研磨の結果は、銅除去速度が溶解状態のシランの存在で増大することを示している。これらの結果は同様に、少量のシラン溶液が、基材の平坦化の尺度であるウェハ不均一性の劣化なく、銅除去速度を改善することをも例示している。実験２〜６の結果は、選択されて研磨組成物に導入されたシランが誘電体層研磨速度を増大するということを示している。また、実験７〜９の結果は、シランを研磨組成物内に導入して、誘電体層（酸化物）研磨速度を低減させられることを示している。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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