(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）液体キャリア、並びに（ｂ）５〜９０ｗｔ％のフュームド金属酸化物及び１０〜９５ｗｔ％の砥粒を含む固体を含有し、前記砥粒の９０％又はそれよりも多く（数に関して）の粒度が１００ｎｍ以下であり、且つ前記固体のパッキング密度が少なくとも０．１である、表面を平坦化又は研磨する組成物。
【請求項２】
前記固体のパッキング密度が少なくとも０．３である、請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
前記固体のパッキング密度が０．７又はそれ未満である、請求項１又は２のいずれかに記載の組成物。
【請求項４】
前記固体が１０〜８５ｗｔ％のフュームド金属酸化物及び１５〜９０ｗｔ％の砥粒を含む、請求項１〜３のいずれかに記載の組成物。
【請求項５】
前記固体が１５〜７５ｗｔ％のフュームド金属酸化物及び２５〜８５ｗｔ％の砥粒を含む、請求項４に記載の組成物。
【請求項６】
前記フュームド金属酸化物がフュームドシリカである、請求項１〜５のいずれかに記載の組成物。
【請求項７】
前記砥粒が縮重合金属酸化物粒子である、請求項１〜６のいずれかに記載の組成物。
【請求項８】
前記固体が２５〜７５ｗｔ％のフュームド金属酸化物及び２５〜７５ｗｔ％の砥粒を含み；前記フュームド金属酸化物がフュームドシリカであり；前記砥粒が縮重合金属酸化物粒子である、請求項１に記載の組成物。
【請求項９】
前記砥粒の９５ｗｔ％又はそれよりも多く（数に関して）の粒度が１００ｎｍ以下である、請求項１〜８のいずれかに記載の組成物。
【請求項１０】
前記砥粒の９８ｗｔ％又はそれよりも多く（数に関して）の粒度が１００ｎｍ以下である、請求項９に記載の組成物。
【請求項１１】
前記砥粒の実質的に全て（数に関して）の粒度が１００ｎｍ以下である、請求項１０に記載の組成物。
【請求項１２】
前記砥粒の９０ｗｔ％又はそれよりも多く（数に関して）の粒度が５ｎｍ以上である、請求項１〜１１のいずれかに記載の組成物。
【請求項１３】
前記砥粒の９５ｗｔ％又はそれよりも多く（数に関して）の粒度が５ｎｍ以上である、請求項１２に記載の組成物。
【請求項１４】
前記砥粒の９８ｗｔ％又はそれよりも多く（数に関して）の粒度が５ｎｍ以上である、請求項１３に記載の組成物。
【請求項１５】
前記砥粒の実質的に全て（数に関して）の粒度が５ｎｍ以上である、請求項１４に記載の組成物。
【請求項１６】
前記砥粒の粒度分布が、少なくとも１．３の幾何標準偏差（σ ｇ ）の値で特徴付けられる、請求項１〜１５のいずれかに記載の組成物。
【請求項１７】
前記固体が、組成物の０．１〜４０ｗｔ％の濃度で存在している、請求項１〜１６のいずれかに記載の組成物。
【請求項１８】
前記キャリアが水である、請求項１〜１７のいずれかに記載の組成物。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれかに記載の組成物を表面に接触させることを含む、表面の平坦化又は研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［発明の技術分野］
本発明は、半導体表面のような表面の平坦化又は研磨のための組成物及び方法に関する。
【０００２】
［発明の背景］
基体の表面を平坦化又は研磨する組成物は、当該技術分野で既知である。研磨スラリーは典型的に、水溶液中に研磨材を含有しており、スラリー組成物で飽和した研磨パッドで表面と接触させることによって表面に適用する。典型的な研磨材としては、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、及び酸化スズを挙げることができる。例えば米国特許第５，５２７，４２３号明細書は、水性媒体中に高純度の微細金属酸化物粒子を含有する研磨スラリーを表面に接触させることによって金属層を機械化学的に研磨する方法を説明している。
【０００３】
従来の研磨組成物は典型的に、半導体ウェハー平坦化に関して完全に満足できるものではなかった。特に研磨スラリーは、研磨速度が所望の研磨速度よりも小さく、また半導体表面の化学機械研磨におけるその使用は望ましくない表面の品質をもたらすことがあった。半導体ウェハーの性能は、その表面の平坦性に直接に関連するので、研磨効率、均一性及び除去速度が大きい研磨組成物を使用すること、及び表面欠陥を最少化して高品質の研磨を行うことは重要である。
【０００４】
半導体ウェハーのための効果的な研磨組成物を作る際の困難性は、半導体ウェハーの複雑さに起因する。半導体ウェハーは典型的に基体からなり、ここに複数のトランジスタが形成されている。集積回路は、基体のパターンを付けられた領域及び基体の層によって、化学的及び物理的に基体に接続されている。操作可能な半導体ウェハーを作り、且つウェハーの収率、性能及び信頼性を最大化するためには、下側構造又は形状に好ましくない影響を与えずに、ウェハーの選択された表面を研磨することが望ましい。実際に、適当に平坦化されたウェハー表面に処理工程を行わないと、半導体製造において様々な問題が起こり得る。
【０００５】
研磨された表面の欠陥性及び下側構造又は形状への損害を最少化しながら、従来の研磨材の研磨効率及び均一性を改良するための様々な試みが存在する。例えば米国特許第５，２６４，０１０号明細書は、酸化セリウム、フュームドシリカ及び沈降シリカを含有する研磨組成物を開示している。これは、改良された除去速度及び研磨効率をもたらすとされている。
【０００６】
しかしながら、基体の研磨及び平坦化の間に、欠陥性、例えば表面不完全性及び下側構造及び形状への損傷を最少化しながら、望ましい平坦化効率、均一性及び除去速度を示す組成物及び方法がまだ必要とされている。本発明は、そのような組成物及び方法の提供を意図している。本発明のこれらの及び他の利点は、以下の本発明の説明で秋からになる。
【０００７】
［発明の概略］
本発明は、表面を平坦化又は研磨する組成物に関する。本発明の研磨組成物は、（ａ）液体キャリア、並びに（ｂ）約５〜９０ｗｔ％のフュームド金属酸化物及び約１０〜９５ｗｔ％の砥粒を含む固体を含有する。ここでこの砥粒の約９０％又はそれよりも多く（すなわち数に関して）の粒度が１００ｎｍ以下である。また本発明は、本発明の組成物と表面を接触させることを含む、表面の平坦化又は研磨方法を提供する。
【０００８】
［好ましい態様の説明］
本発明は、（ａ）液体キャリア、並びに（ｂ）約５〜９０ｗｔ％のフュームド金属酸化物及び約１０〜９５ｗｔ％の砥粒を含む固体を含有する組成物を提供する。ここでこの砥粒の約９０％又はそれよりも多く（数に関して）の粒度が１００ｎｍ以下である。この組成物は、表面の平坦化又は研磨に有益である。本発明は、欠陥性、例えば下側構造及び形状の損失を最少化しながら、大きい表面の研磨効率、均一性及び除去速度を可能にする。
【０００９】
全固体は、本発明の組成物中に任意の濃度で存在していてよい。望ましくは固体は、約０．１ｗｔ％又はそれよりも高い濃度（例えば約０．１〜４０ｗｔ％の濃度）で存在している。好ましくは全固体濃度は、組成物の約０．１〜３０ｗｔ％（例えば約１〜３０ｗｔ％）である。
【００１０】
本発明の組成物の固体は、約５〜９０ｗｔ％のフュームド金属酸化物及び約１０〜９５ｗｔ％の砥粒を含む（すなわち砥粒は、全固体の少なくとも約１０ｗｔ％である）。組成物の固体は望ましくは、約１０〜８５ｗｔ％（例えば約１５〜７５ｗｔ％）のフュームド金属酸化物、及び約１５〜９０ｗｔ％（例えば約２５〜８５ｗｔ％）の砥粒を含む（すなわち砥粒は、全固体の少なくとも約１５ｗｔ％（例えば少なくとも約２５ｗｔ％）である）。好ましくは固体は、約１５〜６０ｗｔ％（例えば約２０〜５０ｗｔ％）のフュームド金属酸化物、及び約４０〜８５ｗｔ％（例えば約５０〜８０ｗｔ％）の砥粒を含む（すなわち砥粒は、全固体の少なくとも約４０ｗｔ％（例えば少なくとも約５０ｗｔ％）である）
【００１１】
本発明の組成物のフュームド金属酸化物は、任意の適当なフュームド（熱）金属酸化物でよい。適当なフュームド金属酸化物としては例えば、フュームドアルミナ、フュームドシリカ、フュームドチタニア、フュームドセリア、フュームドジルコニア、フュームドゲルマニア、フュームドマグネシア、それらの共生成物、それらのコフュームド（共フュームド）生成物、及びそれらの混合を挙げることができる。好ましくは、本発明の組成物のフュームド金属酸化物はフュームドシリカである。
【００１２】
本発明の組成物では、任意の適当な砥粒を使用することができる。所望の砥粒は金属酸化物である。適当な金属酸化物としては、アルミナ、シリカ、チタニア、セリア、ジルコニア、及びマグネシアを挙げることができる。米国特許第５，２３０，８３３号明細書の記載に従って調製される砥粒、様々な商業的に入手可能な生成物、例えばＡｋｚｏ−Ｎｏｂｅｌ  Ｂｉｎｄｚｉｌ  ５０／８０生成物並びにＮａｌｃｏ  １０５０、２３２７及び２３２９生成物、並びにＤｕＰｏｎｔ、Ｂａｙｅｒ、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ、日産化学及びＣｌａｒｉａｎｔから入手可能な他の同様な生成物も、本発明の組成物中で使用するのに適当である。好ましくは、本発明の組成物の砥粒は、縮重合金属酸化物、例えば縮重合シリカである。縮重合シリカは典型的に、Ｓｉ（ＯＨ）４をコロイド粒子に縮合させて調製する。
【００１３】
本発明の組成物の砥粒は、砥粒の約９０％又はそれよりも多く（数に関して）の粒度が１００ｎｍ以下であるようなものである。好ましくは砥粒は、砥粒の少なくとも約９５％、９８％又は実質的に全て（又は実際に全て）の粒度が１００ｎｍ以下であるようなものである。砥粒に関して好ましいこれらの粒度は、他の粒度、例えば９５ｎｍ、９０ｎｍ、８５ｎｍ、８０ｎｍ、７５ｎｍ、７０ｎｍ及び６５ｎｍであってもよい（すなわち砥粒の少なくとも約９０％、９５％、９８％又は実質的に全て、及び全て（数に関して）の粒度が、特定の値以下であってもよい）。
【００１４】
同様に、本発明の組成物の砥粒は、少なくとも約９０％、９５％、９８％又は実質的に全て（又は実際に全て）（数に関して）の粒度が５ｎｍ以上であるようなものでよい。砥粒に関して好ましいこれらの粒度は、他の粒度、例えば７ｎｍ、１０ｎｍ、１５ｎｍ、２５ｎｍ及び３０ｎｍであってもよい（すなわち砥粒の少なくとも約９０％、９５％、９８％、実質的に全て及び全て（数に関して）の粒度が、特定の値以上であってもよい）。
【００１５】
本発明の組成物の砥粒は、粒径に関して本質的にモードが２つある分布を有し、砥粒の約３０〜７０％（例えば約５０％）（数に関して）の大きさが約３０〜５０ｎｍであり、砥粒の約３０〜７０％（例えば約５０％）（数に関して）の大きさが約７０〜９０ｎｍであってよい。好ましくは、砥粒は粒径に関して本質的にモードが２つある分布を有し、砥粒の約３０〜７０％（例えば約５０％）（数に関して）の大きさが約３５〜４５ｎｍであり、砥粒の約３０〜７０％（例えば約５０％）（数に関して）の大きさが約７５〜８５ｎｍである。
【００１６】
粒度に関して砥粒の性質を説明するためにここで使用されている割合の値は、特に言及しない限り、重量分率ではなく、「数」に関する割合である。砥粒の粒度は粒子直径に言及している。粒度は任意の適当な技術で測定することができる。ここで挙げられている粒度の値は、満足に有意な砥粒試料、好ましくは少なくとも２００個の砥粒の、視覚的な検査、特に透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による検査に基づいている。
【００１７】
砥粒の粒度分布は、シグマ−ｇ（σｇ）として言及される数による幾何標準分布によって特徴付けられる。σｇの値は、（ａ）８４％（数に関して）の砥粒がそれよりも小さくなる砥粒の直径を、（ｂ）１６％（数に関して）の砥粒がそれよりも小さくなる砥粒の直径で割ることによって得られる（すなわちσｇ＝ｄ８４／ｄ１６となる）。単分散砥粒のσｇの値は約１となる。砥粒は多分散性であるので（すなわち異なるサイズの砥粒を含むので）、砥粒のσｇは１よりも大きくなる。砥粒は典型的に、σｇの値が約２．５又はそれ未満（例えば約２．３又はそれ未満）である。望ましくは砥粒のσｇの値は、少なくとも約１．１（例えば約１．１〜２．３（例えば１．１〜１．３））であり、好ましくはσｇの値は、少なくとも約１．３（例えば約１．５〜２．３又は約１．８〜２．３）である。
【００１８】
本発明の組成物は、パッキング密度によっても特徴付けられる。パッキング密度は、個々の組成物成分のそれぞれの沈降体積の和で割った共に混合した全ての組成物成分の沈降体積を、１から引いた値である。従ってパッキング密度（ＰＤ）は１−（Ｖｔｏｔ／（Ｖｆｍｏ＋Ｖａｐ））である。ここでＶｆｍｏは、フュームド金属酸化物（砥粒が存在しない状態）の体積、Ｖａｐは砥粒（フュームド金属酸化物が存在しない状態）の体積、Ｖｔｏｔは混合したフュームド金属酸化物及び砥粒の体積である。これらの単独のフュームド金属酸化物、単独の砥粒、及び混合された条件のこれら２つの組み合わせの体積は、体積を決定する材料の最少粒子のストークス沈降時間に１．２を掛けた値に等しい期間にわたって、任意の適当なＧ力で試料を遠心分離することによって決定する。
【００１９】
望ましくは組成物のパッキング密度の値は少なくとも約０．１、好ましくはパッキング密度の値は少なくとも約０．１５である。より好ましくは、組成物のパッキング密度の値は少なくとも約０．２である。最も好ましくは、本発明の組成物のパッキング密度の値は少なくとも約０．３（例えば約０．３〜０．６）、又は少なくとも約０．４（例えば約０．４〜０．６又は約０．５〜０．６）である。本発明の組成物は典型的にパッキング密度の値が約０．７又はそれ未満（例えば約０．６５又はそれ未満、又は約０．６又はそれ未満）である。
【００２０】
本発明の組成物は更に、１又は複数の他の成分を含有していてもよい。そのような他の成分としては、界面活性剤、ポリマー安定化剤又は他の表面活性分散剤、ｐＨ調節剤、調整剤、又は緩衝剤、研磨促進剤等を挙げることができる。適当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、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、それらの混合等を挙げることができる。適当なポリマー安定化剤又は他の表面活性分散剤としては例えば、リン酸、有機酸、酸化スズ、有機ホスホン酸塩、それらの混合等を挙げることができる。適当なｐＨ調節剤、調整剤、又は緩衝剤としては例えば、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、硫酸、塩化水素酸、硝酸、リン酸、クエン酸、リン酸カリウム、それらの混合等を挙げることができる。
【００２１】
適当な研磨促進剤としては例えば、酸化剤、キレート化又は錯化剤、触媒等を挙げることができる。適当な酸化剤としては例えば、酸化ハロゲン化物（例えば塩素酸塩、臭素酸塩、ヨウ素酸塩、過塩素酸塩、過臭素酸塩、過ヨウ素酸塩、それらの混合等）を挙げることができる。適当な酸化剤としては例えば、過ホウ素酸、過ホウ素酸塩、過炭酸塩、硝酸塩、過硫酸塩、過酸化物、ペルオキシ酸（例えば過酢酸、過安息香酸、ｍ−クロロ過安息香酸、それらの塩、それらの混合等）、過マンガン酸塩、クロム酸塩、セリウム化合物、フェリシアン化物（例えばフェリシアン化カリウム）、それらの混合等も挙げることができる。適当なキレート化又は錯化剤としては例えば、カルボニル化合物（例えばアセト酢酸等）、単純なカルボン酸塩（例えば酢酸塩、アリールカルボン酸塩等）、１又は複数のヒドロキシル基を有するカルボン酸塩（例えばグリコール酸塩、乳酸塩、グルコン酸塩、没食子酸及びその塩等）、ジ−、トリ−及びポリ−カルボン酸塩（例えばシュウ酸塩、フタル酸塩、クエン酸塩、コハク酸塩、酒石酸塩、リンゴ酸塩、エデト酸塩（例えばジナトリウムＥＤＴＡ）、それらの混合等）、１又は複数のスルホン基及び／又はホスホン基を有するカルボン酸塩等を挙げることができる。また適当なキレート化又は錯化剤としては例えば、ジ−、トリ−及びポリ−アルコール（例えばエチレングリコール、ピロカテコール、ピロガロール、タンニン酸等）、及びアミン含有化合物（例えばアミド酸、アミノアルコール、ジ−、トリ−及びポリ−アミン等）も挙げることができる。また適当な研磨促進剤としては例えば、硫酸塩、ハロゲン化物（すなわちフッ素化物、塩素化物、臭素化物及びヨウ素化物）等を挙げることができる。
【００２２】
上述の化合物の多くが、塩（例えば金属塩、アンモニウム塩等）、酸又は部分塩の形で存在していてよいことが明らかである。例えばクエン酸塩としては、クエン酸並びにそのモノ−、ジ−及びトリ−塩を挙げることができ、フタル酸塩としてはフタル酸並びにそのモノ−塩（例えばフタル酸水素カリウム）及びジ−塩を挙げることができ、過塩素酸塩としては対応する酸（すなわち過塩素酸）、並びにその塩を挙げることができる。更に、ある種の化合物又は試薬は、１よりも多くの機能を達成することができる。例えばいくらかの化合物（例えばある種の硝酸鉄（ＩＩＩ）等）は、キレート化剤及び酸化剤の両方として機能することができる。
【００２３】
任意の適当なキャリア（例えば溶媒）を、本発明の組成物で使用することができる。キャリアを使用して、適当な基体の表面へのフュームド金属酸化物及び砥粒の適用を促進する。好ましいキャリアは水である。
【００２４】
本発明の組成物のｐＨは、意図する最終用途のために適当な範囲に維持する。組成物のｐＨは望ましくは、約２〜１２、好ましくは約３〜１０である。
【００２５】
また本発明は、表面を平坦化又は研磨する方法を提供する。この方法は、表面に、上述の組成物を接触させることを含む。表面は、任意の適当な技術によって組成物を用いて処理することができる。例えば組成物は、研磨パッドを使用して表面に適用することができる。
【００２６】
本発明の組成物は、比較的大きい速度で基体を平滑化又は研磨すること、例えば比較的大きい速度で層状の基体から二酸化ケイ素層を除去することができる。更に本発明の組成物は、多くの硬質の加工品、例えばメモリ又は硬質ディスク、金属（例えば貴金属）、ＩＬＤ層、マイクロ電子機械系、強誘電体、磁気ヘッド、ポリマーフィルム、並びに低及び高誘電率フィルムを平坦化又は研磨するのに非常に適している。またこの組成物は、集積回路及び半導体の製造において使用することができる。本発明の組成物は、望ましい平滑化効率、均一性、除去速度、並びに基体の平坦化及び研磨の間の小さい欠陥率を示す。
【００２７】
例
以下の例は本発明を更に説明しているが、当然に本発明の範囲をいかようにも限定するものではない。
【００２８】
以下の例のうちの１つ（すなわち例２）を除く全ての例で言及するシリコンウェハーは、約９，０００Åの段高さを有するブランケットフィルムである。
【００２９】
それぞれのシリコンウェハーは、Ａｐｐｌｉｅｄ  ＭａｔｅｒｉａｌのＭｉｒｒａ（商標）１２７０μｍ（５０ミル）ＩＣ１０００研磨パッドを使用して平坦化した。ウェハーは、テーブル速度９３ｒｐｍ、ヘッド速度８７ｒｐｍ、及びスラリー流量５００ｍｌ／分で、１２０秒間にわたって研磨した。ウェハーは、６０秒間隔で研磨した。
【００３０】
シリコン除去速度は、Ｔｅｎｃｏｒ  Ｓｕｒｆｓｃａｎ（商標）ＵＶ１０５０装置を使用して、研磨の前後でシリコンウェハーの段高さを直接に測定することによって決定した。
【００３１】
例２で参照されている硬質ディスク又はメモリは、Ｓｅａｇａｔｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙから商業的に入手可能な硬質ディスク又はメモリであった。メモリ又は硬質ディスクは、アルミニウム基体のニッケル−リンコーティング（メッキ）ディスクであった。メモリ又は硬質ディスクには、以下の例で使用する前に、予備研磨プロセスを行い、それぞれのメモリ又は硬質ディスクの表面粗さは３０〜５０Åであった。
【００３２】
メモリ又は硬質ディスクは、Ｓｔｒｅｕｅｒｓ（オハイオ州ウエストレーク）が製造するテーブルトップ研磨装置を使用して研磨した。このテーブルトップ研磨装置は、Ｒｏｔｏｐｏｌ  ３１ベースとＲｏｔｏｆｏｒｃｅ  ３ダウンフォース装置を使用していた。例２で使用した研磨パッドは、Ｒｏｄｅｌが製造する直径３０．４８ｃｍ（１２インチ）のＰｏｌｙｔｅｘＨｉパッドであった。メモリ又は硬質ディスクは、プラテン速度１５０ｒｐｍ、研磨キャリア速度１５０ｒｐｍ、及びスラリー流量１００ｍｌ／分で、一面について１０分間にわたって研磨した。使用した研磨力は、５０Ｎであった。
【００３３】
例２のニッケル−リン除去速度は、研磨の前後で、清浄化し、乾燥したメモリ又は硬質ディスクを計量することによって計算した。重量損失は、ニッケル−リン密度８．０５ｇ／ｃｍ３を使用してメモリ又は硬質ディスク厚さに換算した。
【００３４】
例１
この例は、本発明のフュームド金属酸化物及び砥粒の混合物を使用して達成される表面平坦化の均一性の促進を説明している。
【００３５】
シリコンウェハーは、以下の１０種類の組成物でそれぞれ研磨した：（Ａ）全固体含有率が約１２ｗｔ％で、この固体が１００ｗｔ％のフュームドシリカからなる、２種類の組成物、（Ｂ）全固体含有率が約２５ｗｔ％で、この固体が１００ｗｔ％の縮重合シリカからなる、２種類の組成物、（Ｃ）全固体含有率が約２５ｗｔ％で、この固体が２５ｗｔ％のフュームドシリカ及び７５ｗｔ％の縮重合シリカからなる、２種類の組成物、（Ｄ）全固体含有率が約２５ｗｔ％で、この固体が４７ｗｔ％のフュームドシリカ及び５３ｗｔ％の縮重合シリカからなる、２種類の組成物、並びに（Ｅ）全固体含有率が約２５ｗｔ％で、この固体が３７ｗｔ％のフュームドシリカ及び６３ｗｔ％の縮重合シリカからなる、２種類の組成物。フュームドシリカは、Ｃａｂ−Ｏ−Ｓｐｅｒｓｅ（商標）ＳＳ−２５の形で組成物に加えた。これは、Ｃａｂ−Ｏ−Ｓｉｌ（商標）Ｌ−９０フュームドシリカ（キャボット社）の水性分散体である。縮重合シリカは、Ｂｉｎｄｚｉｌ（商標）５０／８０（Ａｋｚｏ−Ｎｏｂｅｌ）であった。ここでは約９０％又はそれよりも多くの粒子（数に関して）の粒度が１００ｎｍ以下であり、約９０％又はそれよりも多くの粒子（数に関して）の粒度が５ｎｍ以上であった。研磨組成物の使用の後で、ウェハーの縁の部分を除いて（縁の除外部分＝６ｍｍ）シリコンウェハーの直径に沿って、研磨した後のぞれぞれのシリコンウェハーの酸化物の厚さを測定することによって、平坦化の均一性の値をそれぞれの組成物について得た。それぞれのシリコンウェハーについて、記録された最も低い厚さの値を、記録された最も高い厚さの値から引いて、表１で示されるそれぞれの組成物について平坦化の均一性の値を得た。比較的小さい均一性の値は、比較的小さい厚さの変化、従ってシリコンウェハーにわたる比較的大きい平坦化の均一性を反映している。
【００３６】
【表１】
0004943614.tif 000002
【００３７】
表１に示したデータから明らかなように、フュームドシリカ及び縮重合シリカの混合物からなる固体を伴う組成物（組成物１Ｃ、１Ｄ及び１Ｅ）によって示される平坦化の均一性は、フュームドシリカのみ又は縮重合シリカのみからなる固体を伴う組成物（組成物１Ａ及び１Ｂ）によって示される平坦化の均一性よりもかなり優れている。これらの結果は、本発明の組成物によって達成可能な平坦化の均一性に関して、ここで示される粒度特性及び砥粒に対するフュームド金属酸化物の割合を有する砥粒とフュームド金属酸化物との組み合わせが重要であることを示している。
【００３８】
例２
この例は、表面の除去速度を最大化する場合に、本発明の組成物中の砥粒に対するフュームド金属酸化物の割合が重要であることを説明している。
【００３９】
ニッケル−リンメッキメモリ又は硬質ディスクは、以下の５種類の異なる組成物でそれぞれ研磨した：全固体含有率が４ｗｔ％で、この固体が様々な相対濃度のフュームドシリカ（すなわち０ｗｔ％、２５ｗｔ％、５０ｗｔ％、７５ｗｔ％及び１００ｗｔ％）及び縮重合シリカ（すなわち１００ｗｔ％、７５ｗｔ％、５０ｗｔ％、２５ｗｔ％及び０ｗｔ％）を含有している組成物（測定メジアン粒度約２０ｎｍ、σｇ＝２．２６）。フュームドシリカは、Ｃａｂ−Ｏ−Ｓｐｅｒｓｅ（商標）ＳＣ−Ｅフュームドシリカ水性分散体（キャボット社）の形で組成物に加えた。縮重合シリカは、Ｂｉｎｄｚｉｌ（商標）５０／８０（Ａｋｚｏ−Ｎｏｂｅｌ）であり、ここでは約９０％又はそれよりも多くの粒子（数に関して）の粒度が１００ｎｍ以下であり、約９０％又はそれよりも多くの粒子（数に関して）の粒度が５ｎｍ以上であった。研磨組成物の使用の後で、それぞれの組成物の除去速度を決定した。結果は表２に示している。
【００４０】
【表２】
0004943614.tif 000003
【００４１】
表２に示したデータから明らかなように、約２５〜５０ｗｔ％のフュームドシリカ及び５０〜７５ｗｔ％の縮重合シリカからなる固体を伴う組成物（組成物２Ｂ及び２Ｃ）によって示される除去速度は、１００ｗｔ％フュームドシリカ又は１００ｗｔ％縮重合シリカからなる固体を伴う組成物（組成物２Ａ及び２Ｅ）によって示される除去速度よりもかなり大きい。これらの結果は、本発明の組成物によって達成可能な除去速度に関して、ここで示される粒度特性及び砥粒に対するフュームド金属酸化物の割合を有する砥粒とフュームド金属酸化物との組み合わせが重要であることを示している。
【００４２】
例３
この例は、表面の平坦化又は研磨の間の表面の除去速度を最大化する場合に、本発明の組成物の砥粒粒度の分布及びパッキング密度が重要であることを説明している。
【００４３】
１０種類の異なる組成物を調製した。これらの組成物は全固体含有率が２８ｗｔ％であり、この固体は一定の濃度のフュームドシリカ（組成物の８ｗｔ％、すなわち全固体の２８．５７ｗｔ％）及び一定の濃度の縮重合シリカ（組成物の２０ｗｔ％、すなわち全固体の７１．４３ｗｔ％）からなっている。ここでこの縮重合シリカは、様々な相対濃度の公称２０ｎｍ、４０ｎｍ及び８０ｎｍの縮重合シリカ粒子（すなわち全固体の０ｗｔ％、２３．５７ｗｔ％、４７．５０ｗｔ％及び７１．４３ｗｔ％）を有する。フュームドシリカは、Ｃａｂ−Ｏ−Ｓｐｅｒｓｅ（商標）ＳＳ−２５の形で組成物に加えた。これは、Ｃａｂ−Ｏ−Ｓｉｌ（商標）Ｌ−９０フュームドシリカ（キャボット社）の水性分散体である。２０ｎｍ、４０ｎｍ及び８０ｎｍの縮重合シリカは、それぞれ１０５０、ＰＲ−４２９１及び２３２９製品（Ｎａｌｃｏ）であった。公称２０ｎｍの縮重合シリカ粒子はメジアン粒度が約２５ｎｍ、σｇ値が１．２０であった。公称４０ｎｍの縮重合シリカ粒子はメジアン粒度が約４６ｎｍ、σｇ値が１．２２であった。公称８０ｎｍの縮重合シリカ粒子はメジアン粒度が約７８ｎｍ、σｇ値が１．１６であった。縮重合シリカは商業的に入手可能であり、ここでは粒子の約９０ｗｔ％又はそれよりも多く（数に関して）の粒度が１００ｎｍ以下であり、粒子の約９０ｗｔ％又はそれよりも多く（数に関して）の粒度が５ｎｍ以上であった。
【００４４】
１０種類の組成物のそれぞれのパッキング密度は、上述のようにして決定した。特に、組成物のパッキング密度の計算のために使用した成分の体積は、Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｍａｒａｔｈｏｎ遠心分離装置及びＮａｔｉｏｎａｌ  Ｌａｂｎｅｔ  Ｍｏｄｅｌ  Ｎｏ．２２０．７２  Ｖｏ４揺動ローターを使用して５，０００ｒｐｍで約５時間にわたって、組成物の成分を遠心分離した後で測定した。
【００４５】
シリコンウェハーを１０種類の異なる組成物で研磨し、それぞれの組成物の除去速度を決定した。この結果は表３に示している。
【００４６】
【表３】
0004943614.tif 000004
【００４７】
表３に示したデータから明らかなように、パッキング密度が比較的大きい組成物によって示される除去速度は、パッキング密度が比較的小さい組成物によって示される除去速度よりもかなり大きい。パッキング密度に対する除去速度の分布を図１に示して、これら２つの特徴の間の関係を示している。これらの結果は、本発明の組成物の砥粒の粒度分布が、組成物によって達成可能な除去速度に影響を与えることを示している。
【００４８】
例４
この例は、表面の平坦化又は研磨の間の表面の除去速度を最大化する場合に、本発明の組成物中の砥粒粒度の分布が重要であることを説明している。
【００４９】
以下の様々な組成物でシリコンウェハーをそれぞれ研磨した。これらの組成物は全て全固体含有率が２８ｗｔ％であり、この固体は様々な濃度のフュームドシリカ（それぞれ組成物の０ｗｔ％、６ｗｔ％及び１２ｗｔ％、すなわち全固体の０ｗｔ％、２１．４３ｗｔ％及び４２．８６ｗｔ％）及び様々な濃度の縮重合シリカ（それぞれ組成物の１６ｗｔ％、２２ｗｔ％及び２８ｗｔ％、すなわち全固体の５７．１４ｗｔ％、７８．５７ｗｔ％及び１００ｗｔ％）からなっている。ここでこの縮重合シリカは、異なる相対濃度の公称２０ｎｍ、４０ｎｍ及び８０ｎｍの縮重合シリカ粒子（すなわち全固体の０ｗｔ％、１８．９３ｗｔ％、２８．５７ｗｔ％、３３．３３ｗｔ％、３９．２９ｗｔ％、５０．００ｗｔ％、５７．１４ｗｔ％、７８．５７ｗｔ％及び１００ｗｔ％）を有する。フュームドシリカは、Ｃａｂ−Ｏ−Ｓｐｅｒｓｅ（商標）ＳＳ−２５の形で組成物に加えた。これは、Ｃａｂ−Ｏ−Ｓｉｌ（商標）Ｌ−９０フュームドシリカ（キャボット社）の水性分散体である。２０ｎｍ、４０ｎｍ及び８０ｎｍの縮重合シリカは、それぞれ１０５０、ＰＲ−４２９１及び２３２９製品（Ｎａｌｃｏ）であった。公称２０ｎｍの縮重合シリカ粒子はメジアン粒度が約２５ｎｍ、σｇ値が１．２０であった。公称４０ｎｍの縮重合シリカ粒子はメジアン粒度が約４６ｎｍ、σｇ値が１．２２であった。公称８０ｎｍの縮重合シリカ粒子はメジアン粒度が約７８ｎｍ、σｇ値が１．１６であった。縮重合シリカは商業的に入手可能であり、ここでは粒子の約９０ｗｔ％又はそれよりも多く（数に関して）の粒度が１００ｎｍ以下であり、粒子の約９０ｗｔ％又はそれよりも多く（数に関して）の粒度が５ｎｍ以上であった。研磨組成物の使用の後で、それぞれの組成物の除去速度を決定した。この結果は表４に示している。
【００５０】
【表４】
0004943614.tif 000005
【００５１】
表４に示したデータから明らかなように、フュームドシリカ及び縮重合シリカの混合物からなる固体を伴う組成物（組成物４Ｅ〜４Ｎ）によって示される除去速度は、縮重合シリカのみからなる固体を伴う組成物（組成物４Ａ〜４Ｄ）によって示される除去速度に相当し、またいくらかの場合にはそれよりもかなり大きい。また表４に示したデータから明らかなように、フュームドシリカ及び縮重合シリカの混合物からなる固体を伴う組成物によって示される除去速度は、縮重合シリカの粒度によって有意に変化している。これらの結果は、本発明の組成物における砥粒粒度の分布が、組成物によって達成可能な除去速度に影響を与えることを示している。
【００５２】
特許明細書、特許出願明細書及び出版物を含む本明細書の記載において挙げられている全ての文献は、参照して本明細書の記載に含める。
【００５３】
好ましい態様を強調して本発明を説明してきたが、この好ましい態様の様々な変形を使用できることが当業者に明らかであり、特に本明細書において示された以外にも本発明を実施可能であることが意図している。従って、本発明は特許請求の範囲で示される本発明の範囲及び本質の全ての変形を包含する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、様々な研磨組成物の除去速度に対するパッキング密度のプロットを示す図である。
【図１】
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