JP2003514949A - 表面平坦化組成物及び方法 - Google Patents

表面平坦化組成物及び方法

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Abstract

(57)【要約】 表面の平坦化又は研磨のための組成物及び方法を提供する。この組成物は、液体キャリア、化学促進剤、及び約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し、ここで砥粒の約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。本発明の組成物は、表面を表面の平坦化又は研磨するのに有益であり、研磨効率、均一性及び除去速度が大きく、また欠陥、例えば下側構造及び形状のその場での損失のような欠陥を最少化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 [発明の技術分野] 本発明は、半導体表面又はメモリ若しくは硬質ディスクの金属層のような表面
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。同様に、米国特許第5,622,5
25号明細書は、平均粒度20〜50nmのコロイド状シリカ、化学活性化剤及
び脱ミネラル水を含有する研磨組成物を説明している。
【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、(b)化学促進剤、並びに(c)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(数に関して)の粒度は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、(b)化学促進剤並びに(c)約5〜90w
t%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(すなわち
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、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1
0〜95wt%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15〜6
0wt%(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DuPon
t、Bayer、Applied Research、日産化学及びClari
ant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)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100
nm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、及び実際に全ての粒度が(数に関して)、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(σ)として言及される数による幾何学標準
分布によって特徴付けられる。σ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σ=d 84 /d16となる)。単分散砥粒のσ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σは1よりも大
きくなる。砥粒は典型的に、σ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σ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σ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時間にわたって、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】 任意の適当な化学促進剤が本発明の組成物中に存在していてよい。化学促進剤
は、例えば基体除去速度の増加によって示されるように、基体の平坦化又は研磨
を改良するように作用する。
【0021】 適当な化学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)、酸化金属塩(例えばナトリウム塩、鉄塩、カリウム塩
、アルミニウム塩等)、酸化金属錯体、非金属酸化酸、アンモニウム塩、リン塩
、三酸化物(例えば三酸化バナジウム)、それらの混合等も挙げることができる
【0022】 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)、及びハロゲン化物(例えばフッソ化物、塩素化物、臭素
化物及びヨウ素化物)等も挙げることができる。また適当な化学促進剤としては
例えば、硫黄含有化合物、例えばチオール、チオエステル、チオエーテル及び硫
酸塩、並びに窒素含有化合物、例えばアミン(アミン含有化合物)、イミン(イ
ミン含有化合物)、アミド(アミド含有化合物)及びイミド(イミド含有化合物
)を挙げることができる。適当な窒素含有化合物としては例えば、第1アミン、
第2アミン、第3アミン、第4アミン、エーテルアミン、ヒドロキシル化アミン
、アミノアルコール、アミノエーテルアルコール、アミノ酸(例えばグリシン、
アラニン、イミノ二酢酸、バリン、ロイシン、イソロイシン、セリン、及び/又
はスレオニン)、オリゴマーアミン、オリゴマーイミン、オリゴマーアミド、オ
リゴマーイミド、ポリマーアミン、ポリマーイミン、ポリマーアミド、ポリマー
イミド並びにそれらの混合を挙げることができる。
【0023】 更に、適当な化学促進剤としては、例えばリン酸イオン(化学構造POで示
される、ここでこの構造は二重結合(P=O)を有する)、ホスホン酸イオン(
化学構造RO−PO又はR−POで示される、ここでこの構造は二重
結合(P=O)を有し、Rは有機部分、典型的にアルキル部分、アリール部分、
環状部分、芳香族部分及びヘテロ原子含有有機部分(例えばN含有有機部分)か
らなる群より選択される)、又はそれらの組み合わせである。リン酸イオンは、
任意の適当なリン酸イオン源からもたらすことができる。適当なリン酸イオン源
としては例えば、リン酸及び水溶性リン酸塩、例えばオルトリン酸塩、ポリリン
酸塩、及びそれらの混合を挙げることができる。リン酸イオン源は、ピロリン酸
塩、トリポリリン酸塩、及びそれらの混合からなる群より選択することができる
。好ましくはリン酸イオン源は、リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸リ
チウム、リン酸セシウム、リン酸マグネシウム、リン酸アンモニウム、リン酸等
、及びそれらの混合からなる群より選択する。ホスホン酸イオンは、任意の適当
なホスホン酸イオン源からもたらすことができる。適当なホスホン酸イオン源と
しては例えば、アミン含有ホスホン酸塩、イミン含有ホスホン酸塩、イミド含有
ホスホン酸塩、アミド含有ホスホン酸塩、窒素を含有しないホスホン酸化合物(
例えばアミン基を有さないホスホン酸塩)、及びそれらの混合を挙げることがで
きる。好ましくはホスホン酸イオン源は、ホスホ酢酸、2−アミノエチル2水素
リン酸塩、アミノトリ−(メチレンホスホン酸)、ニトリロトリス(メチレン)
トリホスホン酸、1−ヒドロキシエチリデン−1−ジホスホン酸、及びジエチレ
ントリアミンペンタ−(メチレンホスホン酸)、及びそれらの混合からなる群よ
り選択する。
【0024】 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)及び
その酸を挙げることができる。
【0025】 更に、ある種の化合物は、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(例えば過硫酸アンモニウム、硝酸ヒドロキシルアミン等)
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。更に、本発明
の組成物は2又はそれよりも多くの化学促進剤、例えば3又はそれよりも多くの
化学促進剤、又は4又はそれよりも多くの化学促進剤を含有することができる。
これに関して、化学促進剤は、促進された効果又は更に相乗効果をもたらすよう
に機能することがある。例えば本発明の組成物は、酸化剤と錯化剤とを含有する
ことができる。これについて、好ましくは、本発明の組成物は酸化剤とアミノ酸
、例えばグリシン、アラニン、イミノ二酢酸、バリン、ロイシン、イソロイシン
、セリン及び/又はスレオニンを含有する。同様に組成物は、酸化剤とリン酸含
有化合物、又は酸化剤とカルボン酸化合物を含有することができる。これについ
て、好ましくは、本発明の組成物は過酸化水素およびグリシンを含有する。
【0026】 任意の適当な量の化学促進剤が、本発明の組成物中に存在していてよい。望ま
しくは、化学促進剤は本発明の組成物中に、約0.01〜20wt%(例えば約
0.01〜15wt%)の量で存在する。好ましくは、化学促進剤は本発明の組
成物中に、約0.1〜10wt%の量で存在する。より好ましくは、化学促進剤
は本発明の組成物中に、約0.1〜5wt%(例えば約0.1〜2wt%)の量
で存在する。
【0027】 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。
【0028】 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。好ましくはキャリアは水である。
【0029】 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である。好ましくはpHは特定の化学促
進剤に依存する。例えば、化学促進剤が過硫酸アンモニウム及びNHである場
合、pHは好ましくは約9〜11である。化学促進剤が硝酸鉄(III)である
場合、pHは好ましくは約2.5又はそれ未満、より好ましくは約2である。化
学促進剤が硝酸ヒドロキシルアミンである場合、pHは好ましくは約2〜5であ
る。
【0030】 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
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。
【0031】 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、半導体、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。
【0032】 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。
【0033】 以下の例のうちの1つ(すなわち例5)を除く全ての例で言及するメモリ又は
硬質ディスクは、Seagate Technologyから商業的に入手可能
なメモリ又は硬質ディスクである。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。
【0034】 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。以下の例のそれぞれで使用した研磨パッドは、Rode
lが製造する直径30.48cm(12インチ)のPolytex Hi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。但し、例6のメモリ又は硬質ディスクでは、5分間にわ
たって研磨した。全ての例において使用した研磨力は、50Nであった。
【0035】 以下のそれぞれの例におけるニッケル−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/cmを使用してメモリ又は硬質ディ
スク厚さの減少に換算した。
【0036】 例1 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に対するフュームド金属酸化物の割合及び組み合わせ、
並びに化学促進剤の存在が重要であることを説明している。
【0037】 ニッケル−リンメッキメモリ又は硬質ディスクは、以下の10種類の異なる組
成物でそれぞれ研磨した。これらの組成物は、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%
)、縮重合シリカ(すなわち100wt%、75wt%、50wt%、25wt
%及び0wt%)(測定メジアン粒度約20nm、σ=2.26)、及び硝酸
ヒドロキシアミン(HAN)(すなわち0wt%のHAN又は0.25wt%の
HAN)を含有する。全ての組成物のpHが約3.5であった。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1に示している
【0038】
【表1】
【0039】 表1に示したデータから明らかなように、HANを伴う組成物によって示され
る除去速度は、HANを伴わな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。更に、HAN、及び約25〜75wt%のフュームドシリカと25〜7
5wt%の縮重合シリカからなる固体を伴う組成物(組成物1B、1C及び1D
)での除去速度は、HAN、及び100wt%のフュームドシリカのみ又は10
0wt%の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1E)
での除去速度よりも大きかった。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及びフュームド金属酸化物の混合と、化学促進剤
との組み合わせが重要であることを示している。
【0040】 例2 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に対するフュームド金属酸化物の割合及び組み合わせ、
並びに化学促進剤の存在が重要であることを説明している。
【0041】 ニッケル−リンメッキメモリ又は硬質ディスクは、以下の10種類の異なる組
成物でそれぞれ研磨した。これらの組成物は、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%
)、縮重合シリカ(すなわち100wt%、75wt%、50wt%、25wt
%及び0wt%)(測定メジアン粒度約20nm、σ=2.26)、過硫酸ア
ンモニウム(APS)及びNH(すなわち0.25wt%のAPS及び0.2
5wt%のNH、又は0wt%のAPS及び0wt%のNH)を含有する。
全ての組成物のpHは約10であった。フュームドシリカは、Cab−O−Sp
erse(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(Akz
o−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。
【0042】
【表2】
【0043】 表2に示したデータから明らかなように、APS及びNHを伴う組成物によ
って示される除去速度は、100wt%のフュームドシリカからなる組成物を除
いて、APS及びNHを伴わな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。更に、APS及びNH及び約25〜75wt%のフュームドシリカ
と25〜75wt%の縮重合シリカからなる固体を伴う組成物(組成物2B、2
C及び2D)での除去速度は、APS及びNH及び100wt%のフュームド
シリカのみ又は100wt%の縮重合シリカのみからなる固体を伴う組成物(組
成物2A及び2E)での除去速度よりも大きかった。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及びフュームド金属酸化物の
混合と、化学促進剤との組み合わせが重要であることを示している。
【0044】 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、
本発明の組成物中の砥粒に対するフュームド金属酸化物の割合及び組み合わせ、
並びに化学促進剤の存在が重要であることを説明している。
【0045】 ニッケル−リンメッキメモリ又は硬質ディスクは、以下の10種類の異なる組
成物でそれぞれ研磨した。これらの組成物は、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%
)、縮重合シリカ(すなわち100wt%、75wt%、50wt%、25wt
%及び0wt%)(測定メジアン粒度約20nm、σ=2.26)、及びFe
(NO(すなわち0wt%のFe(NO又は0.25wt%のFe
(NO)を含有していた。全ての組成物のpHが約2であった。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、Bindzi
l(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3に示し
ている。
【0046】
【表3】
【0047】 表3に示したデータから明らかなように、Fe(NOを伴う組成物によ
って示される除去速度は、Fe(NOを伴わな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。特に、Fe(NOと、約25〜75wt%
のフュームドシリカと25〜75wt%の縮重合シリカからなる固体を伴う組成
物(組成物3B、3C及び3D)での除去速度は、Fe(NOと、100
wt%のフュームドシリカ又は100wt%の縮重合シリカからなる固体を伴う
組成物(組成物3A及び3E)での除去速度よりも大きかった。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及びフュームド金
属酸化物の混合と、化学促進剤との組み合わせが重要であ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】 19種類の異なる組成物で、それぞれニッケル−リンウェハーを研磨した。こ
れらの組成物は全て、硝酸ヒドロキシルアミン(HAN)含有率が0.25wt
%であり、全固体含有率が4wt%であった。この固体は様々な濃度のフューム
ドシリカ(組成物の1.6wt%、2.4wt%及び3.2wt%、すなわちそ
れぞれ全固体の40wt%、60wt%及び80wt%)、及び様々な濃度の縮
重合シリカ(組成物の2.4wt%、1.6wt%及び0.8wt%、すなわち
それぞれ全固体の60wt%、40wt%及び20wt%)からなっている。こ
こでこの縮重合シリカは、公称20nm、40nm及び80nmの縮重合シリカ
粒子は様々な相対濃度(すなわち組成物の0wt%、0.4wt%、0.8wt
%、1.2wt%、1.6wt%及び2.4wt%)を有する。全ての組成物は
pHが約3.5であった。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。20nm、40nm及び80nmの縮重合シリカは、それぞれ1050、P
R−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、σ値が1.20であった。公称40
nmの縮重合シリカ粒子はメジアン粒度が約46nm、σ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、σ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9
0wt%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。結果は
表4に示している。
【0050】
【表4】
【0051】 表4に示したデータから明らかなように、硝酸ヒドロキシルアミンと、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する。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、本発明の組成物中の砥粒の粒度
分布が影響を与えることを示している。
【0052】 例5 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に対するフュームド金属酸化物の比率及びこれらの組み合
わせ、並びに化学促進剤の存在が重要であることを説明している。
【0053】 以下の異なる組成物でタングステン層をそれぞれ研磨した。これらの組成物は
全て、4wt%の過酸化水素、0.005wt%のFe(硝酸鉄(III)に起
因)、0.05wt%のグリシン、0.03wt%のマロン酸を含有しており、
全固体濃度が2wt%であった。この固体は様々な濃度のフュームドシリカ(す
なわち0wt%、60wt%、75wt%、90wt%及び100wt%)及び
様々な相対濃度の縮重合シリカ(すなわち100wt%、40wt%、25wt
%、10wt%及び0wt%)(測定メジアン粒度約40nm、σ=1.22
)からなっている。全ての組成物のpHが約2.3であった。フュームドシリカ
は、Cab−O−Sil(商標)LM−150フュームドシリカ(キャボット社
)の水性分散体の形で組成物に加えた。縮重合シリカはPR−4291(Nal
co)であった。ここで公称40nmの縮重合シリカ粒子はメジアン粒度が約4
6nm、σ値が1.22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5に示している。
【0054】
【表5】
【0055】 表5に示したデータから明らかなように、約90wt%のフュームドシリカ及
び10wt%の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5D)
によって示される除去速度は、100wt%のフュームドシリカ又は100wt
%の縮重合シリカからなる固体を伴う組成物(組成物5A及び5E)によって示
される除去速度よりも大きい。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
属酸化物の割合本発明の組成物における砥粒粒度の分布を有するフュームド金属
酸化物及び砥粒の組み合わせが重要であることを示している。
【0056】 例6 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に対するフュームド金属酸化物の割合及び組み合わせ、並
びに化学促進剤の存在が重要であることを説明している。
【0057】 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。これらの組成物は、全固体含有率が4wt%で、様々な
濃度のフュームドシリカ(すなわち0wt%、1wt%、2wt%、3wt%及
び4wt%)、及び縮重合シリカ(すなわち4wt%、3wt%、2wt%、1
wt%及び0wt%)(測定メジアン粒度約20nm、σ=2.26)、1.
5wt%の第1の化学促進剤(すなわちH)、並びに1wt%の第2の化
学促進剤(すなわちグリシン)を含有していた。全ての組成物のpHが約2.5
であった。フュームドシリカは、Cab−O−Sperse(商標)SC−1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、及びぞれ
ぞれの組成物の相対的除去量を決定した。結果は表6に示している。
【0058】
【表6】
【0059】 表6に示したデータから明らかなように、H、グリシン、並びにフュー
ムドシリカ及び縮重合シリカの混合物を含む固体を伴う組成物(組成物6B、6
C及び6D)によって示される除去速度は、H、グリシン、並びに4wt
%のフュームドシリカ又は4wt%の縮重合シリカからなる固体を伴う組成物(
組成物6A及び6E)によって示される除去速度よりも大きい。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、砥粒及びフュームド金
属酸化物の特定の割合及び組み合わせ、並びに2又はそれよりも多くの化学促進
剤の存在が重要であることを示している。
【0060】 例7 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に対するフュームド金属酸化物の割合及び組み合わせ、並
びに化学促進剤の組み合わせの存在が重要であることを説明している。
【0061】 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。これらの組成物は、全固体含有率が4wt%で、様々な
濃度のフュームドシリカ(すなわち0wt%、1wt%、2wt%、3wt%及
び4wt%)、及び縮重合シリカ(すなわち4wt%、3wt%、2wt%、1
wt%及び0wt%)(測定メジアン粒度約20nm、σ=2.26)、1.
5wt%の第1の化学促進剤(すなわちH)、並びに1wt%の第2の化
学促進剤(すなわちトリポリリン酸ナトリウム(STP))を含有していた。全
ての組成物のpHが約2.5であった。フュームドシリカは、Cab−O−Sp
erse(商標)SC−1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(Akz
o−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、及びぞれぞれの組成物の相対的除去量を決定した。結果は表
7に示している。
【0062】
【表7】
【0063】 表7に示したデータから明らかなように、H、STP、並びにフューム
ドシリカ及び縮重合シリカの混合物を含む固体を伴う組成物(組成物7B、7C
及び7D)によって示される除去速度は、H、グリシン、並びに4wt%
のフュームドシリカ又は4wt%の縮重合シリカからなる固体を伴う組成物(組
成物7A及び7E)によって示される除去速度よりも大きい。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、砥粒及びフュームド金属
酸化物の特定の割合及び組み合わせ、並びに2又はそれよりも多くの化学促進剤
の存在が重要であることを示している。
【0064】 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。
【0065】 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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE,TR),OA(BF ,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW, ML,MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,G M,KE,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ, MD,RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM, AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,B Z,CA,CH,CN,CR,CU,CZ,DE,DK ,DM,DZ,EE,ES,FI,GB,GD,GE, GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS,J P,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR ,LS,LT,LU,LV,MA,MD,MG,MK, MN,MW,MX,MZ,NO,NZ,PL,PT,R O,RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ ,TM,TR,TT,TZ,UA,UG,UZ,VN, YU,ZA,ZW (72)発明者 ダークセン,ジェイムズ エー. アメリカ合衆国,イリノイ 60543,オズ ウェゴー,アシュレー コート 225 Fターム(参考) 3C047 FF08 GG15 3C058 AA07 AC04 CB01 CB03 DA17

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (a)液体キャリア、(b)化学促進剤、並びに(c)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
    を含有し、前記砥粒の約90%又はそれよりも多く(数に関して)の粒度が10
    0nm以下である、表面を平坦化又は研磨する組成物。
  2. 【請求項2】 前記固体のパッキング密度が少なくとも約0.1である、請
    求項1に記載の組成物。
  3. 【請求項3】 前記固体のパッキング密度が少なくとも約0.3である、請
    求項2に記載の組成物。
  4. 【請求項4】 前記固体が約10〜85wt%のフュームド金属酸化物及び
    約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。
  5. 【請求項5】 前記固体が約15〜75wt%のフュームド金属酸化物及び
    約25〜85wt%の砥粒を含む、請求項4に記載の組成物。
  6. 【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。
  7. 【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。
  8. 【請求項8】 前記砥粒の約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1〜7のいずれかに記載の組成物。
  9. 【請求項9】 前記砥粒の約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8に記載の組成物。
  10. 【請求項10】 前記砥粒の実質的に全て(数に関して)の粒度が100n
    m以下である、請求項9に記載の組成物。
  11. 【請求項11】 前記砥粒の約90wt%又はそれよりも多く(数に関して
    )の粒度が5nm以上である、請求項1〜10のいずれかに記載の組成物。
  12. 【請求項12】 前記砥粒の約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11に記載の組成物。
  13. 【請求項13】 前記砥粒の約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12に記載の組成物。
  14. 【請求項14】 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13に記載の組成物。
  15. 【請求項15】 前記砥粒の粒度分布が、少なくとも約1.3の幾何標準偏
    差(σ)の値で特徴付けられる、請求項1〜14のいずれかに記載の組成物。
  16. 【請求項16】 前記固体が、組成物の約0.1〜40wt%の濃度で存在
    している、請求項1〜15のいずれかに記載の組成物。
  17. 【請求項17】 前記キャリアが水である、請求項1〜16のいずれかに記
    載の組成物。
  18. 【請求項18】 前記化学促進剤が、硫酸塩、過硫酸塩又は硝酸である、請
    求項1〜17のいずれかに記載の組成物。
  19. 【請求項19】 前記化学促進剤が、過硫酸アンモニウム、硝酸鉄(III
    )、及び硝酸ヒドロキシルアミンからなる群より選択される、請求項18に記載
    の組成物。
  20. 【請求項20】 2種類又はそれよりも多くの化学促進剤を含有する、請求
    項1〜19のいずれかに記載の組成物。
  21. 【請求項21】 酸化剤及び錯化剤を含有する、請求項20に記載の組成物
  22. 【請求項22】 前記錯化剤が、アミン含有化合物、リン酸イオン源、ホス
    ホン酸イオン源、カルボン酸塩、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21に記載の組成物。
  23. 【請求項23】 過酸化水素及びグリシンを含有する、請求項22に記載の
    組成物。
  24. 【請求項24】 請求項1〜19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。
  25. 【請求項25】 前記表面がメモリ又は硬質ディスクの表面である、請求項
    24に記載の方法。
  26. 【請求項26】 前記メモリ又は硬質ディスクの表面がニッケル−リン表面
    である、請求項25に記載の方法。
  27. 【請求項27】 請求項20〜23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。
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