JP2005507165A

JP2005507165A - ホウ素含有研磨系及び方法

Info

Publication number: JP2005507165A
Application number: JP2003538287A
Authority: JP
Inventors: ゾー，レンジー; ケー．グランバイン，スティーブン; ケー．シェリアン，イサック
Original assignee: Cabot Microelectronics Corp
Current assignee: CMC Materials Inc
Priority date: 2001-10-24
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2005-03-10
Also published as: ATE431388T1; CN100425666C; US20030077985A1; TWI232234B; CN1575325A; US6705926B2; EP1448736A1; WO2003035782A1; EP1448736B1; US20040180612A1; US7001253B2; DE60232356D1

Abstract

本発明は、研磨材、キャリヤー、及びホウ酸かもしくはその共役塩基（ここで、該ホウ酸及び該共役塩基はｐＨ緩衝剤として作用するのに十分な量では該研磨系中に一緒に存在しない）、又はホウ酸でない水溶性ホウ素含有化合物もしくはその塩、を含む化学機械研磨系と、該化学機械研磨系を使用して基材を研磨する方法を提供する。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホウ素含有研磨系及び基材の化学機械研磨（「ＣＭＰ」）におけるそれらの使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基材の表面を平坦化又は研磨するための組成物及び方法は、当該技術においてよく知られている。研磨組成物（研磨スラリーとしても知られている）は、典型的には、水溶液中に研磨材を含有し、そしてかかるスラリー組成物で飽和された研磨パッドに表面を接触させることにより表面に適用される。典型的研磨材には、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が含まれる。例えば、米国特許第５５２７４２３号明細書には、水性媒体中に高純度微細金属酸化物粒子を含む研磨スラリーに表面を接触させることにより、金属層を化学機械研磨する方法が記載されている。あるいは、研磨材は研磨パッド中に組み込んでもよい。米国特許第５４８９２３３号明細書には、表面組織又はパターンを有する研磨パッドの使用が開示され、そして米国特許第５９５８７９４号明細書には研磨材が固定された研磨パッドが開示されている。
【０００３】
慣用の研磨系及び研磨方法は、一般的に、半導体ウエハを平坦化するのに完全に満足なものではない。特に、研磨組成物及び研磨パッドは研磨速度が望ましいものより小さいことがあり、それらを半導体表面を化学機械研磨するのに使用すると表面品質が不十分になりかねない。半導体ウエハの性能はその表面の平坦度と直接関連づけられるので、高い研磨効率、均一性及び除去速度をもたらし、且つ表面欠陥が最小の高品質の研磨面を生じさせる研磨組成物及び方法を用いることが極めて重要である。
【０００４】
半導体ウエハ用の効果的な研磨系を創作する際の困難は、半導体ウエハの複雑さからくる。半導体ウエハは、一般的に、複数のトランジスタが形成された基板で構成される。基板中の領域及び基板上の層をパターニングすることによって、集積回路が化学的に及び物理的に基板に接続される。動作可能な半導体ウエハを製造するため、そしてウエハの収率、性能及び信頼度を最大にするために、下にある構造又は微細形状に悪影響を及ぼすことなくウエハの選択表面を研磨することが望ましい。実際には、処理工程が適切に平坦化されているウエハ表面上で行われなければ、半導体製作において様々な問題が起こりかねない。
【０００５】
化学機械研磨組成物において酸を使用することは、当該技術において普通に知られている。例えば、米国特許第５８５８８１３号明細書には、水性媒体、研磨材、酸化剤及び有機酸を含む研磨組成物が記載され、そしてそれは金属対酸化物の研磨速度の選択性を高めると称されている。米国特許第５８００５７７号明細書には、カルボン酸、酸化剤及び水を含み、ｐＨがアルカリ金属で５と９の間に調整されている研磨組成物が記載されている。米国特許第５７３３８１９号明細書には、窒化ケイ素微粉末、水及び酸を含む研磨組成物が記載されている。米国特許第６０４８７８９号明細書には、シリカをエッチングするための硝酸及びフッ化水素酸を含む研磨組成物が記載されている。
【０００６】
研磨組成物のｐＨを制御し、かくして研磨組成物の研磨効率及び均一性を長期にわたり維持するために、酸緩衝剤が用いられる。例えば、米国特許第６１９０２３７号明細書には、酸性（ｐＨ＝１〜６）の研磨組成物での第１工程の研磨と次の研磨材及びｐＨ緩衝成分（すなわち酸又はその塩と塩基又はその塩）を含む中性研磨組成物での第２工程の研磨を含む二工程研磨系が記載され、そしてそれは、第１工程からの残留酸性研磨組成物の存在にもかかわらず第２の組成物の所望ｐＨを維持し、それにより研磨性能の喪失を防止すると称されている。米国特許第６２３８５９２号明細書には、半導体の研磨において用いるための、酸化剤、パッシペーティング剤、キレート化剤、随意の研磨材、及びｐＨを制御するためのイオン緩衝剤（例えば、共役塩基塩と組み合わせられた酸）を含む研磨組成物が記載されている。
【０００７】
酸はまた、ＣＭＰの完了後に半導体表面をクリーニングするためにも用いられる。例えば、米国特許第６１６９０３４号明細書には、ＣＭＰ後の半導体表面からバフ研磨又は洗浄を行わずに希薄酸性溶液を用いて研磨材粒子を除去する方法が記載されている。米国特許第６１４３７０５号明細書には、カルボキシル基を有する有機酸及びキレート化能力を有する錯化剤を含むクリーニング剤の使用が記載されている。
【０００８】
しかしながら、基材の研磨及び平坦化の際に望ましい平坦化効率、均一性及び除去速度を示す一方、研磨及び平坦化の際の表面欠陥と下地の構造及び微細形状に対する損傷のような欠陥度を最小にする研磨系及び研磨方法に対する必要性が存続している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、かかる化学機械研磨系及び方法を提供しようとするものである。本発明のこれら及びそのほかの利点は、ここに提示された発明の説明から明らかになる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、研磨材、ホウ酸又はその共役塩基、及び水性キャリヤーを含み、該ホウ酸及び該共役塩基が、ｐＨ緩衝剤として作用するのに十分な量では該研磨系中に一緒に存在しない化学機械研磨系を提供する。本発明はまた、研磨材、水性キャリヤー、及びここに記載された式Ｉ〜ＶＩＩの、ホウ酸でない水溶性ホウ素含有化合物を含む、化学機械研磨系を提供する。本発明は更に、基材をここに記載された化学機械研磨系の一つと接触させ、そして該基材の少なくとも一部分を摩滅させて該基材を研磨することを含む、基材研磨方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、研磨材及び／又は研磨パッド、水性キャリヤー、及びホウ酸又はその共役塩基を含み、該ホウ酸及び該共役塩基がｐＨ緩衝剤として作用するのに十分な量では該研磨系中に一緒に存在しない化学機械研磨系を対象にする。本発明は更に、研磨材及び／又は研磨パッド、水性キャリヤー、及び次の式Ｉ〜ＶＩＩ、
【００１２】
【化１】

【００１３】
の、ホウ酸でない水溶性ホウ素含有化合物、又はその塩を含む、化学機械研磨系を対象とし、上記の式において、
Ｒ¹、Ｒ²、Ｒ³、Ｒ⁵、Ｒ⁶、Ｒ⁹、Ｒ¹⁴、Ｒ¹⁸、Ｒ¹⁹、Ｒ²²、Ｒ²³及びＲ²⁴は、Ｈ、Ｃ_1-20アルキル、多環式アリールを含めてＣ_6-30アリール、シクロ（Ｃ_3-20）アルキル、多環式ヘテロアリールを含めてヘテロ（Ｃ_6-30）アリール、Ｃ_3-20ヘテロシクリル、Ｃ_2-20アルケニル、及びＣ_2-20アルキニルからなる群より独立に選択され、
Ｒ⁴、Ｒ⁷、Ｒ⁸、Ｒ¹⁰、Ｒ¹¹、Ｒ¹²、Ｒ¹³、Ｒ¹⁵、Ｒ¹⁶、Ｒ¹⁷、Ｒ²⁰、Ｒ²¹及びＲ²⁵は、Ｈ、ハロゲン、Ｃ_1-20アルキル、多環式アリールを含めてＣ_6-30アリール、シクロ（Ｃ_3-20）アルキル、多環式ヘテロアリールを含めてヘテロ（Ｃ_6-30）アリール、Ｃ_3-20ヘテロシクリル、Ｃ_2-20アルケニル、及びＣ_2-20アルキニルからなる群より独立に選択され、
式のいずれか二つのＲ置換基は、Ｃ、Ｎ、Ｏ及びＳからなる群より選択される１〜１６個の原子を介して連結されて環を形成することができ、そして、
Ｒ¹〜Ｒ²⁵は、ハロゲン、Ｃ_1-20アルキル、Ｃ_1-20アルコキシ、チオ（Ｃ_1-20）アルキル、多環式アリールを含めてＣ_6-30アリール、Ｃ_6-30アル（Ｃ_1-20）アルキル、Ｃ_6-30アル（Ｃ_1-20）アルコキシ、チオ（Ｃ_6-30）アリール、シクロ（Ｃ_1-20）アルキル、シクロ（Ｃ_3-20）アルキルオキシ、多環式ヘテロアリールを含めてヘテロ（Ｃ_6-30）アリール、Ｃ_3-20ヘテロシクリル、ヘテロシクロ（Ｃ_3-20）アルキルオキシ、Ｃ_2-20アルケニル、Ｃ_2-20アルキニル、Ｂ（ＯＨ）（Ｃ_1-20アルキル）、Ｂ（ＯＨ）（シクロ（Ｃ_1-20）アルキル）、Ｂ（ＯＨ）（Ｃ_6-30アリール）、Ｂ（ＯＨ）（Ｃ_6-30ヘテロアリール）、Ｂ（ＯＨ）₂、チオール、ヒドロキシ、ハロ（Ｃ_1-20）アルキル、ハロ（Ｃ_1-20）アルコキシ、ニトロ、アミノ、Ｃ_1-20アルキルアミノ、ジ（Ｃ_1-20）アルキルアミノ、アミノ（Ｃ_1-20）アルキル、Ｃ_1-20アルキルアミノ（Ｃ_1-20）アルキル、ニトリル、シアノ、カルボニル、Ｃ_1-20アルキルカルボニル、カルボキシ、カルボキシ（Ｃ_1-20）アルキル、シリル、及びシロキシからなる群より独立して選択される１〜５個の置換基で随意に置換される。
【００１４】
研磨材（存在し且つ水性キャリヤー中に懸濁されている場合）と、ホウ酸、又はその共役塩基、又は上記のとおりの式Ｉ〜ＶＩＩの水溶性ホウ素含有化合物、又はその塩のいずれか、そしてまた液体キャリヤー中に懸濁された任意のそのほかの成分が、ＣＭＰ系の研磨組成物を構成する。
【００１５】
化学機械研磨系は、研磨材、研磨パッド、又は両方を含む。好ましくは、ＣＭＰ系は、研磨材及び研磨パッドの両方を含む。研磨材は、任意の適当な研磨材でよい。研磨材は、研磨パッドに固定することができ、及び／又は粒子状形態にあって水性キャリヤー中に懸濁させることができる。研磨パッドは、任意の適当な研磨パッドであることができる。
【００１６】
研磨材は任意の適当な研磨材でよく、それらの多くは当該技術において知られている。例えば、研磨材粒子は天然又は合成のものでよく、そしてダイヤモンド（例えば、多結晶性ダイヤモンド）、ガーネット、ガラス、カーボランダム、金属酸化物（例えば、シリカ、溶融アルミナ、セラミックアルミナ、クロミア及び酸化鉄）、等を包含する。研磨材粒子は、被覆粒子研磨材であってもよい。研磨材は好ましくは金属酸化物研磨材であり、そして一層好ましくはアルミナ、シリカ、チタニア、セリア、ジルコニア、ゲルマニア、マグネシア、それらの同時製造生成物、及びそれらの組合わせからなる群より選択される。最も好ましくは、研磨材はアルミナ又はシリカである。
【００１７】
研磨材がＣＭＰ系中に存在し且つ液体キャリヤー中に懸濁される場合（すなわち研磨材が研磨組成物の成分である場合）には、研磨組成物中には任意の適当な量の研磨材が存在することができる。典型的には、０．１ｗｔ％以上（例えば０．５ｗｔ％以上）の研磨材が研磨組成物中に存在する。もっと典型的には、１ｗｔ％以上の研磨材が研磨組成物中に存在する。研磨組成物中の研磨材の量は、一般的には３０ｗｔ％を超えず、より一般的には２０ｗｔ％を超えない（例えば１０ｗｔ％を超えない）。
【００１８】
水性キャリヤーは、研磨材（存在する場合）と、ホウ酸、又はその共役塩基、又は水溶性ホウ素含有化合物、又はその塩のいずれかを、研磨又は平坦化しようとする適当な基材の表面へ適用するのを容易にするために用いられる。水性キャリヤーは水のみでもよく、水と適当な水相溶性溶媒を含んでもよく、あるいはエマルジョンであってもよい。適当な水相溶性溶媒には、メタノール、エタノール等のアルコールが含まれる。水性キャリヤーは、好ましくは水からなり、一層好ましくは脱イオン水からなる。
【００１９】
本発明の化学機械研磨系のｐＨは、その予定最終用途に適した範囲に維持される。ＣＭＰ系は、望ましくは、研磨すべき基材の種類に依存して２から約１２までの範囲のｐＨを有する。研磨系は、７より小さい（例えば、６未満、２〜５、又は３〜４．５の）ｐＨ、又は７より大きい（例えば、８〜１４、９〜１３、又は１０〜１２の）ｐＨを有することができる。銅を含む基材層を研磨するために研磨系を使用する場合、ｐＨは好ましくは４〜８である。タンタルを含む基材層を研磨するために研磨系を使用する場合、ｐＨは好ましくは８〜１１である。タンタル研磨用の研磨系が更に酸化剤を含む場合は、ｐＨは好ましくは４〜７である。タングステンを含む基材層を研磨するために研磨系を使用する場合、ｐＨは好ましくは１．５〜５である。
【００２０】
本発明の一つの態様では、ホウ酸又はその共役塩基は、それがｐＨ緩衝系の一部として機能しないような量及び条件下で、化学機械研磨系中に存在する。緩衝は、弱酸がその共役塩基と一緒にされると起こる。例えば、ホウ酸と、同様なモル量の四ホウ酸アンモニウムとの組み合わせは、緩衝された溶液を構成し、そのｐＨを、少量の強酸又は強塩基の導入に対してほぼｐＫ_aを中心とした範囲内に維持することができる。ホウ酸とその共役塩基は一緒になって化学機械研磨系のｐＨを緩衝するよう作用するものであるが、本発明の化学機械研磨系は、ホウ酸を同様なモル量のその共役塩基、すなわちホウ酸塩と組み合わせて含有しない。もっと正確に言うと、ホウ酸が存在する（すなわちｐＨ＜ｐＫ_a ¹）場合、共役塩基（［Ｈ₂ＢＯ₃］^-）のモル量はホウ酸のモル量２０％未満（例えば、１０％未満、５％未満）である。［Ｈ₂ＢＯ₃］^-が存在する（すなわちｐＫ_a ¹＜ｐＨ＜ｐＫ_a ²）場合、ホウ酸と［ＨＢＯ₃］^2-のモル量は［Ｈ₂ＢＯ₃］^-のモル量２０％未満（例えば、１０％未満、５％未満）である。最後に、共役塩基の塩［ＨＢＯ₃］^2-が存在する（すなわちｐＨ＞ｐＫ_a ²）場合、［Ｈ₂ＢＯ₃］^-のモル量は［ＨＢＯ₃］^2-のモル量２０％未満（例えば、１０％未満、５％未満）である。
【００２１】
本発明のもう一つの態様では、上記のとおりの式Ｉ〜ＶＩＩの水溶性ホウ素含有化合物又はその塩が化学機械研磨系中に存在するが、但し該水溶性ホウ素含有化合物はホウ酸又はその塩でないことを条件とする。水溶性ホウ素含有化合物が塩である場合、対イオンは任意の適当な対カチオンであることができる。例えば、対カチオンは、アンモニウム、アルキルアンモニウム、ジ、トリ及びテトラアルキルアンモニウム、カリウム、セシウム等でよい。対カチオンの選択は、研磨する基材のタイプと液体キャリヤーへの溶解度に依存する。式Ｉ〜ＶＩＩの化合物には、例えば、トリアルキルボレート、トリアリールボレート、ボロン酸、ジボロン酸、ボロン酸エステル、ボリン酸、ジボリン酸、ボリン酸エステル、テトラアルキルホウ酸塩、及びテトラアリールホウ酸塩が含まれる。好ましくは、水溶性ホウ素含有化合物は、トリアルキルボレート（例えばトリメチルボレート）、ボリン酸エステル（例えばジフェニルボロン酸ジエタノールアミンエステル）、ボロン酸（例えばフェニルボロン酸）、ボロン酸エステル（例えばアリールボロン酸−ピナコールエステル）、又はテトラアリールホウ酸塩（例えばテトラブチルアンモニウムテトラフェニルボレート）である。より好ましくは、水溶性ホウ素含有化合物はベンゾジオキサボロール化合物である。最も好ましくは、水溶性ホウ素含有化合物はＢ−ブロモカテコールボランである。本発明の水溶性ホウ素含有化合物は、例えばホウ酸と適切なアルコール、ジオール、カルボン酸又はジカルボン酸との組み合わせにより、あるいはジホウ素エステル（例えばジホウ素ピナコールエステル又はジホウ素カテコールエステル）と適切な有機化合物（例えばハロゲン化アリール）との組み合わせにより、その場で生じさせることができる。
【００２２】
化学機械研磨系は、随意に、酸化剤を更に含む。酸化剤は、いずれの適当な酸化剤でもよい。適当な酸化剤には、無機及び有機のペル化合物、臭素酸塩、塩素酸塩、硝酸塩、クロム酸塩、ヨウ素酸塩、鉄塩（例えば、硝酸塩、硫酸塩、ＥＤＴＡ及びクエン酸塩）、アルカリ土類及び遷移金属酸化物（例えば、四酸化オスミウム）、フェリシアン化カリウム、二クロム酸カリウム、ヨウ素酸、等が含まれる。ペル化合物（ＨａｗｌｅｙのＣｏｎｄｅｎｓｅｄＣｈｅｍｉｃａｌＤｉｃｔｉｏｎａｒｙにより定義されているような）は、少なくとも１個のペルオキシ基（−Ｏ−Ｏ−）を含有する化合物、又は最高酸化状態の元素を含有する化合物である。少なくとも１個のペルオキシ基を含有する化合物の例は、過酸化水素及びその付加物、例えば過酸化水素尿素及び過炭酸塩のようなものや、有機過酸化物、例えば過酸化ベンゾイル、過酢酸及びジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシドのようなものや、一過硫酸塩（ＳＯ₅ ^2-）、二過硫酸塩（Ｓ₂Ｏ₈ ^2-）、及び過酸化ナトリウムを包含するが、それらに限定はされない。最高酸化状態の元素を含有する化合物の例は、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を包含するが、それらに限定はされない。酸化剤は、好ましくは過酸化物又は過硫酸塩である。
【００２３】
化学機械研磨系は、随意に、皮膜形成剤を更に含む。皮膜形成剤は、いずれの適当な皮膜形成剤でもよい。一般的には、皮膜形成剤は、少なくとも１個のヘテロ原子（Ｎ、Ｏ又はＳ）を含有する官能基を有する有機化合物である。例えば、皮膜形成剤は、活性官能基として少なくとも１個の５又は６員複素環を有する複素環式有機化合物であって、該複素環が少なくとも１個の窒素原子を含有する複素環式有機化合物（例えば、アゾール）でよい。好ましくは、皮膜形成剤はトリアゾール、より好ましくは１，２，４−トリアゾール又はベンゾトリアゾールである。
【００２４】
化学機械研磨系は、随意に、キレート化又は錯化剤を更に含む。適当なキレート化又は錯化剤は、例えば、カルボニル化合物（例えば、アセチルアセトネート等）、単純なカルボキシレート（例えば、アセテート、アリールカルボキシレート等）、１個又はそれ以上のヒドロキシル基を含有するカルボキシレート（例えば、グリコレート、ラクテート、グルコネート、没食子酸及びその塩、等）、ジ、トリ及びポリカルボキシレート（例えば、オキサレート、フタレート、シトレート、スクシネート、タルトレート、マレート、エデテート（例えば、二カリウムＥＤＴＡ）、それらの混合物、等）、１個又はそれ以上のスルホン酸及び／又はホスホン酸基を含有するカルボキシレート、等を包含することができる。適当なキレート化又は錯化剤はまた、例えば、ジ、トリ又はポリアルコール（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、アンモニア、アミノ酸、アミノアルコール、ジ、トリ及びポリアミン、等）を含むこともできる。錯化剤は、好ましくはカルボン酸塩であり、より好ましくはシュウ酸塩である。
【００２５】
上記の化合物の多くは、塩（例えば、金属塩、アンモニウム塩等）の形で、あるいは部分塩として、存在できることが認識されよう。例えば、シトレートは、クエン酸と、そしてまたその一、二及び三塩を包含し、フタレートは、フタル酸と、そしてまたその一塩（例えば、フタル酸水素カリウム）及び二塩を包含し、過塩素酸塩は、対応する酸（すなわち過塩素酸）と、そしてまたその塩を包含する。更に、特定の化合物又は化学薬剤は、２以上の機能を果たすことができる。例えば、一部の化合物は、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（例えば、特定の鉄硝酸塩等）。
【００２６】
化学機械研磨系は、随意に、界面活性剤を更に含む。適当な界面活性剤は、例えば、カチオン界面活性剤、アニオン界面活性剤、非イオン界面活性剤、両性界面活性剤、それらの混合物、等を包含することができる。一つの好ましい界面活性剤は、トリトンＤＦ−１６である。
【００２７】
化学機械研磨系は、好ましくは、０．５ｗｔ％又はそれ以上のキャリヤー懸濁研磨材粒子、０．０１ｗｔ％又はそれ以上のホウ酸、その共役塩基、あるいは本明細書に記載された水溶性ホウ素含有化合物又はその塩、及び水を含む。
【００２８】
ここに記載された化学機械研磨系は、基材を研磨するために用いることができる。基材を研磨する方法は、（ｉ）基材を化学機械研磨系と接触させ、そして（ｉｉ）該基材の少なくとも一部を摩滅させて該基材を研磨することを含む。望ましくは、化学機械研磨系は、少なくとも１つの金属層を含み随意に絶縁層を含む基材を研磨する方法であって、該基材を該化学機械研磨系と接触させ、そして該基材の金属層又は絶縁層（存在する場合）の少なくとも一部を、該金属層又は絶縁層が研磨されるように摩滅させる研磨方法において用いられる。基材は、いずれの適当な基材（例えば、集積回路、メモリ又はリジッドディスク、金属、ＩＬＤ層、半導体、超小型電気機械システム、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）でもよく、また任意の適当な絶縁層、金属又は金属合金層（例えば、金属導電層）を含むことができる。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、又は任意のその他の適当な高もしくは低ｋ絶縁層でよい。絶縁層は、好ましくは、ケイ素ベースの金属酸化物である。金属層は、好ましくは、銅、タングステン、タンタル又はチタンを含む。
【００２９】
本発明のＣＭＰ系は、基材の研磨及び平坦化中に示される望ましい平坦化効率、均一性、除去速度及び低い欠陥度とともに、比較的高い速度にて基材を平坦化又は研磨することができる。
【００３０】
以下の例は本発明を更に説明するが、無論、その範囲を多少なりとも制限するものと解釈すべきでない。
【００３１】
〔例１〕
この例は、化学機械研磨組成物へのホウ酸の添加から生じるところの、金属酸化物及び金属層の研磨速度に対する効果を実証する。
【００３２】
銅、タンタル及びシリカ層を含む同様な基材を、各々が同じ研磨パッドを異なる研磨組成物（研磨組成物１Ａ及び１Ｂ）とともに含む２種の異なる化学機械研磨系で研磨した。研磨組成物１Ａ（対照）は、３ｗｔ％のアルミナ、０．７ｗｔ％のシュウ酸アンモニウム、２．５ｗｔ％の過酸化水素、水を含み、そしてホウ酸を含まずに、ｐＨがＫＯＨで７．７に調整されていた。研磨組成物１Ｂ（本発明）は、２ｗｔ％のホウ酸も含んでいたこと以外は、研磨組成物１Ａ（対照）と同じであった。基材の銅、タンタル及びシリカ層についての除去速度を、該化学機械研磨系の各々について測定した。
【００３３】
研磨組成物１Ａ（対照）を用いる化学機械研磨系に関しては、銅、タンタル及びシリカについて除去速度はそれぞれ９０８５、１６０及び１３５Å／ｍｉｎと測定された。研磨組成物１Ｂ（本発明）を用いる化学機械研磨系に関しては、銅、タンタル及びシリカについて除去速度はそれぞれ５１４０、４９７及び１３２Å／ｍｉｎと測定された。かくして、銅についての除去速度は実質的に低下したのに対して、タンタルについての除去速度は実質的に上昇した。シリカについての除去速度は、実質的に一定のままであった。
【００３４】
これらの結果は、銅に対するタンタルの研磨選択性を本発明の化学機械研磨系の使用によって実質的に増加（ほぼ０．０２からほぼ０．１のＴａ／Ｃｕに）させることができることを実証している。注目すべきことに、対照の化学機械研磨系に比べて本発明の化学機械研磨系について観察された実質的に高いタンタル研磨速度に、金属酸化物層についての研磨速度の上昇は伴わなかった。
【００３５】
〔例２〕
この例は、化学機械研磨組成物へのホウ酸の添加から生じるところの、金属酸化物及び金属層の研磨速度に対する効果を更に実証する。
【００３６】
銅、タンタル及びシリカ層を含む同様な基材を、各々が同じ研磨パッドを異なる研磨組成物（研磨組成物２Ａ及び２Ｂ）とともに含む２種の異なる化学機械研磨系で研磨した。研磨組成物２Ａ（対照）は、７．２ｗｔ％のシリカ、０．３ｗｔ％のベンゾトリアゾール、２０ｐｐｍのトリトンＤＦ−１６界面活性剤、０．３７ｗｔ％の過硫酸カリウム、水を含み、そしてホウ酸を含まずに、ｐＨがＫＯＨで６に調整されていた。研磨組成物２Ｂ（本発明）は、２ｗｔ％のホウ酸も含んでいたこと以外は、研磨組成物２Ａ（対照）と同じであった。基材の銅、タンタル及びシリカ層についての除去速度を、該化学機械研磨系の各々について測定した。
【００３７】
研磨組成物２Ａ（対照）を用いる化学機械研磨系に関しては、銅、タンタル及びシリカについて除去速度はそれぞれ１３６０、３５６及び４３Å／ｍｉｎと測定された。研磨組成物２Ｂ（本発明）を用いる化学機械研磨系に関しては、銅、タンタル及びシリカについて除去速度はそれぞれ６２、７５及び５１０Å／ｍｉｎと測定された。かくして、銅及びタンタルについての除去速度は実質的に低下したのに対して、シリカについての除去速度は実質的に上昇した。
【００３８】
これらの結果は、タンタル及び銅に対するシリカの研磨選択性がホウ酸を含む本発明の化学機械研磨系の使用によって実質的に増加させることができることを実証している。
【００３９】
〔例３〕
この例は、化学機械研磨組成物への水溶性ホウ素含有化合物の添加から生じるところの、金属酸化物及び金属層の研磨速度に対する効果を更に実証する。
【００４０】
銅層を含む同様な基材を、各々が同じ研磨パッドを異なる研磨組成物（研磨組成物３Ａ及び３Ｂ）とともに含む２種の異なる化学機械研磨系で研磨した。研磨組成物３Ａ（対照）は、３ｗｔ％のアルミナ、０．７ｗｔ％のシュウ酸アンモニウム、２．５ｗｔ％の過酸化水素、水を含み、そしてホウ素含有化合物を含まずに、ｐＨがＫＯＨで７．７に調整されていた。研磨組成物３Ｂ（本発明）は、１ｗｔ％のＢ−ブロモカテコールボランも含んでいたこと以外は、研磨組成物３Ａ（対照）と同じであった。基材の銅層についての除去速度を、該化学機械研磨系の各々について測定した。
【００４１】
研磨組成物３Ａ（対照）を用いる化学機械研磨系に関しては、銅層についての除去速度は９０８５Å／ｍｉｎと測定され、面内均一性（ＷＩＷＮＵ）は１９％であった。ＷＩＷＮＵは、除去速度の標準偏差を基材についての平均除去速度で割り１００を掛けて算出される百分率である。研磨組成物３Ｂ（本発明）を用いる化学機械研磨系に関しては、除去速度は１２１５０Å／ｍｉｎと測定され、ＷＩＷＮＵはわずか７％であった。かくして、銅についての除去速度は、研磨均一性のいかなる喪失もなしに実質的に上昇した。実のところ、研磨均一性は、水溶性ホウ素含有化合物が存在すると現実に改善した。
【００４２】
この例は、水溶性ホウ素含有化合物を含む本発明の化学機械研磨系の使用によって金属層の研磨速度を実質的に上昇させることができることを実証している。
【００４３】
この明細書において引用している、刊行物、特許出願明細書及び特許明細書を含めて全ての参考文献は、あたかも各参考文献が言及により組み入れられるものと個別に且つ特別に指示され且つその全体がここに示されているのと同じように、言及によりここに組みいられるものである。
【００４４】
本発明を説明するところでの（特に、特許請求の範囲のところでの）不定冠詞の“ａ”及び“ａｎ”と定冠詞の“ｔｈｅ”、及び同様な指示語の使用は、特段に指示されるか文脈により明らかに否定されるのでなければ、単数及び複数の両方を包含するように解釈されるべきである。本明細書における値の範囲の記載は、そうでないと指示されていなければ、単に該範囲内に入る個々の値の各々に個別に言及する略記方法の役目を果たすよう意図されているにすぎず、各個別の値が、それがここに個別に記載されているかのように、本明細書中に組み込まれる。本明細書に記載された全ての方法は、ここにそうでないと指示がなく、さもなければ文脈により明らかに否定されるのでなければ、いかなる適当な順序にても実施することができる。本明細書に提示されたあらゆる例、あるいは例示的言い方（例として、「例えば」）の使用は、単に本発明をよりよく説明することを意図しているにすぎず、特許請求の範囲に別段の記載がなければ、本発明の範囲を制限するものではない。本明細書に記載のないことは、特許請求の範囲に記載されていないいずれの構成要素をも本発明の実施にとって重要なものと指示しているものと解すべきである。
【００４５】
ここには、本発明の好ましい態様が、本発明を実施するのに本発明者らが知る最良の形態を含めて、記載されている。無論、当業者には、それらの好ましい態様を改変したものが上記の説明を読解することにより明らかになる。本発明者らは、当業者がかかる改変したものを適宜用いると期待し、また本発明者らは、本明細書に具体的的に記載されているのと違った具合に本発明が実施されることを意図している。従って、本発明は、適用可能な法により許されるように、本明細書に添付された特許請求の範囲に記載された事項のあらゆる改変及び均等物を包含する。更に、すべてのあり得る変形における上述の構成要素のいかなる組合わせも、本明細書に特段に指示されるか、そうでなければ文脈により否定されるのでなければ、本発明に包含される。

Claims

化学機械研磨系であって、
（ａ）研磨材及び／又は研磨パッド、
（ｂ）ホウ酸又はその共役塩基、及び
（ｃ）水性キャリヤー
を含み、該ホウ酸及び該共役塩基が、ｐＨ緩衝剤として作用するのに十分な量では該研磨系中に一緒に存在しない化学機械研磨系。
前記研磨材が金属酸化物である、請求項１に記載の化学機械研磨系。
前記研磨材が、アルミナ、シリカ、チタニア、セリア、ジルコニア、ゲルマニア、マグネシア、それらの同時製造生成物、及びそれらの組合わせ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系。
前記研磨材がアルミナ又はシリカである、請求項３に記載の化学機械研磨系。
前記研磨材が研磨パッドに固定される、請求項１に記載の化学機械研磨系。
前記研磨材が粒子状形態にあり且つキャリヤー中に懸濁されている、請求項１に記載の化学機械研磨系。
前記キャリヤーが水である、請求項１に記載の化学機械研磨系。
当該系が酸化剤を更に含む、請求項１に記載の化学機械研磨系。
前記酸化剤が過酸化物又は過硫酸塩である、請求項８に記載の化学機械研磨系。
当該系が皮膜形成剤を更に含む、請求項１に記載の化学機械研磨系。
前記皮膜形成剤がアゾールである、請求項１０に記載の化学機械研磨系。
当該系が、０．５ｗｔ％又はそれ以上のキャリヤー懸濁研磨材粒子、０．０１ｗｔ％又はそれ以上のホウ酸又はその共役塩基、及び水を含む、請求項１に記載の化学機械研磨系。
当該系が錯化剤を更に含む、請求項１に記載の化学機械研磨系。
下記の（ａ）〜（ｃ）を含む化学機械研磨系。
（ａ）研磨材及び／又は研磨パッド
（ｂ）水性キャリヤー
（ｃ）次の式Ｉ〜ＶＩＩ、

（この式中、
Ｒ¹、Ｒ²、Ｒ³、Ｒ⁵、Ｒ⁶、Ｒ⁹、Ｒ¹⁴、Ｒ¹⁸、Ｒ¹⁹、Ｒ²²、Ｒ²³及びＲ²⁴は、Ｈ、Ｃ_1-20アルキル、多環式アリールを含めてＣ_6-30アリール、シクロ（Ｃ_3-20）アルキル、多環式ヘテロアリールを含めてヘテロ（Ｃ_6-30）アリール、Ｃ_3-20ヘテロシクリル、Ｃ_2-20アルケニル、及びＣ_2-20アルキニルからなる群より独立に選択され、
Ｒ⁴、Ｒ⁷、Ｒ⁸、Ｒ¹⁰、Ｒ¹¹、Ｒ¹²、Ｒ¹³、Ｒ¹⁵、Ｒ¹⁶、Ｒ¹⁷、Ｒ²⁰、Ｒ²¹及びＲ²⁵は、Ｈ、ハロゲン、Ｃ_1-20アルキル、多環式アリールを含めてＣ_6-30アリール、シクロ（Ｃ_3-20）アルキル、多環式ヘテロアリールを含めてヘテロ（Ｃ_6-30）アリール、Ｃ_3-20ヘテロシクリル、Ｃ_2-20アルケニル、及びＣ_2-20アルキニルからなる群より独立に選択され、
式のいずれか二つのＲ置換基は、Ｃ、Ｎ、Ｏ及びＳからなる群より選択される１〜１６個の原子を介して連結されて環を形成することができ、そして、
Ｒ¹〜Ｒ²⁵は、ハロゲン、Ｃ_1-20アルキル、Ｃ_1-20アルコキシ、チオ（Ｃ_1-20）アルキル、多環式アリールを含めてＣ_6-30アリール、Ｃ_6-30アル（Ｃ_1-20）アルキル、Ｃ_6-30アル（Ｃ_1-20）アルコキシ、チオ（Ｃ_6-30）アリール、シクロ（Ｃ_1-20）アルキル、シクロ（Ｃ_3-20）アルキルオキシ、多環式ヘテロアリールを含めてヘテロ（Ｃ_6-30）アリール、Ｃ_3-20ヘテロシクリル、ヘテロシクロ（Ｃ_3-20）アルキルオキシ、Ｃ_2-20アルケニル、Ｃ_2-20アルキニル、Ｂ（ＯＨ）（Ｃ_1-20アルキル）、Ｂ（ＯＨ）（シクロ（Ｃ_1-20）アルキル）、Ｂ（ＯＨ）（Ｃ_6-30アリール）、Ｂ（ＯＨ）（Ｃ_6-30ヘテロアリール）、Ｂ（ＯＨ）₂、チオール、ヒドロキシ、ハロ（Ｃ_1-20）アルキル、ハロ（Ｃ_1-20）アルコキシ、ニトロ、アミノ、Ｃ_1-20アルキルアミノ、ジ（Ｃ_1-20）アルキルアミノ、アミノ（Ｃ_1-20）アルキル、Ｃ_1-20アルキルアミノ（Ｃ_1-20）アルキル、ニトリル、シアノ、カルボニル、Ｃ_1-20アルキルカルボニル、カルボキシ、カルボキシ（Ｃ_1-20）アルキル、シリル及びシロキシからなる群より独立に選択される１〜５個の置換基で随意に置換される）
の、ホウ酸でない水溶性ホウ素含有化合物、又はその塩
前記水溶性ホウ素含有化合物がトリアルキルボレートである、請求項１４に記載の化学機械研磨系。
前記水溶性ホウ素含有化合物が、ボリン酸、ボロン酸、ボリン酸エステル又はボロン酸エステルである、請求項１４に記載の化学機械研磨系。
前記水溶性ホウ素含有化合物がベンゾジオキサボロール化合物である、請求項１４に記載の化学機械研磨系。
前記水溶性ホウ素含有化合物がＢ−ブロモカテコールボランである、請求項１７に記載の化学機械研磨系。
前記水溶性ホウ素含有化合物がテトラアリールホウ酸塩である、請求項１４に記載の化学機械研磨系。
前記水溶性ホウ素含有化合物がその場で生成される、請求項１４に記載の化学機械研磨系。
前記研磨材が金属酸化物である、請求項１４に記載の化学機械研磨系。
前記研磨材が、アルミナ、シリカ、チタニア、セリア、ジルコニア、ゲルマニア、マグネシア、それらの同時製造生成物、及びそれらの組合わせからなる群より選択される、請求項２１に記載の化学機械研磨系。
前記研磨材がアルミナ又はシリカである、請求項２２に記載の化学機械研磨系。
前記研磨材が研磨パッドに固定されている、請求項１４に記載の化学機械研磨系。
前記研磨材が粒子状形態にあり且つキャリヤー中に懸濁されている、請求項１４に記載の化学機械研磨系。
前記キャリヤーが水である、請求項１４に記載の化学機械研磨系。
当該系が酸化剤を更に含む、請求項１４に記載の化学機械研磨系。
前記酸化剤が過酸化物又は過硫酸塩である、請求項２７に記載の化学機械研磨系。
当該系が皮膜形成剤を更に含む、請求項１４に記載の化学機械研磨系。
前記皮膜形成剤がアゾールである、請求項２９に記載の化学機械研磨系。
当該系が、０．５ｗｔ％又はそれ以上のキャリヤー懸濁研磨材粒子、０．０１ｗｔ％又はそれ以上の水溶性ホウ素含有化合物又はその塩、及び水を含む、請求項１４に記載の化学機械研磨系。
前記研磨材粒子がアルミナ又はシリカ粒子であり、前記水溶性ホウ素含有化合物がトリアルキルボレート、ボリン酸、ボロン酸、ボリン酸エステル又はボロン酸エステルである、請求項３１に記載の化学機械研磨系。
当該系が錯化剤を更に含む、請求項１４に記載の化学機械研磨系。
下記の（ｉ）及び（ｉｉ）を含む基材の研磨方法。
（ｉ）基材を、
（ａ）研磨材及び／又は研磨パッド、
（ｂ）ホウ酸又はその共役塩基、及び
（ｃ）水性キャリヤー、
を含む化学機械研磨系であって、該ホウ酸及び該共役塩基がｐＨ緩衝剤として作用するのに十分な量では該研磨系中に一緒に存在しない化学機械研磨系と接触させること
（ｉｉ）該基材の少なくとも一部を摩滅させて該基材を研磨すること
前記基材が金属酸化物層及び金属層を含む、請求項３４に記載の方法。
前記金属層が銅、タングステン、タンタル又はチタンを含む、請求項３５に記載の方法。
下記の（ｉ）及び（ｉｉ）を含む基材の研磨方法。
（ｉ）基材を、
（ａ）研磨材及び／又は研磨パッド、
（ｂ）水性キャリヤー、及び
（ｃ）次の式Ｉ〜ＶＩＩ、

（この式中、
Ｒ¹、Ｒ²、Ｒ³、Ｒ⁵、Ｒ⁶、Ｒ⁹、Ｒ¹⁴、Ｒ¹⁸、Ｒ¹⁹、Ｒ²²、Ｒ²³及びＲ²⁴は、Ｈ、Ｃ_1-20アルキル、多環式アリールを含めてＣ_6-30アリール、シクロ（Ｃ_3-20）アルキル、多環式ヘテロアリールを含めてヘテロ（Ｃ_6-30）アリール、Ｃ_3-20ヘテロシクリル、Ｃ_2-20アルケニル、及びＣ_2-20アルキニルからなる群より独立に選択され、
Ｒ⁴、Ｒ⁷、Ｒ⁸、Ｒ¹⁰、Ｒ¹¹、Ｒ¹²、Ｒ¹³、Ｒ¹⁵、Ｒ¹⁶、Ｒ¹⁷、Ｒ²⁰、Ｒ²¹及びＲ²⁵は、Ｈ、ハロゲン、Ｃ_1-20アルキル、多環式アリールを含めてＣ_6-30アリール、シクロ（Ｃ_3-20）アルキル、多環式ヘテロアリールを含めてヘテロ（Ｃ_6-30）アリール、Ｃ_3-20ヘテロシクリル、Ｃ_2-20アルケニル、及びＣ_2-20アルキニルからなる群より独立に選択され、
式のいずれか二つのＲ置換基は、Ｃ、Ｎ、Ｏ及びＳからなる群より選択される１〜１６個の原子を介して連結されて環を形成することができ、そして、
Ｒ¹〜Ｒ²⁵は、ハロゲン、Ｃ_1-20アルキル、Ｃ_1-20アルコキシ、チオ（Ｃ_1-20）アルキル、多環式アリールを含めてＣ_6-30アリール、Ｃ_6-30アル（Ｃ_1-20）アルキル、Ｃ_6-30アル（Ｃ_1-20）アルコキシ、チオ（Ｃ_6-30）アリール、シクロ（Ｃ_1-20）アルキル、シクロ（Ｃ_3-20）アルキルオキシ、多環式ヘテロアリールを含めてヘテロ（Ｃ_6-30）アリール、Ｃ_3-20ヘテロシクリル、ヘテロシクロ（Ｃ_3-20）アルキルオキシ、Ｃ_2-20アルケニル、Ｃ_2-20アルキニル、Ｂ（ＯＨ）（Ｃ_1-20アルキル）、Ｂ（ＯＨ）（シクロ（Ｃ_1-20）アルキル）、Ｂ（ＯＨ）（Ｃ_6-30アリール）、Ｂ（ＯＨ）（Ｃ_6-30ヘテロアリール）、Ｂ（ＯＨ）₂、チオール、ヒドロキシ、ハロ（Ｃ_1-20）アルキル、ハロ（Ｃ_1-20）アルコキシ、ニトロ、アミノ、Ｃ_1-20アルキルアミノ、ジ（Ｃ_1-20）アルキルアミノ、アミノ（Ｃ_1-20）アルキル、Ｃ_1-20アルキルアミノ（Ｃ_1-20）アルキル、ニトリル、シアノ、カルボニル、Ｃ_1-20アルキルカルボニル、カルボキシ、カルボキシ（Ｃ_1-20）アルキル、シリル及びシロキシからなる群より独立に選択される１〜５個の置換基で随意に置換される）
の、ホウ酸でない水溶性ホウ素含有化合物、又はその塩
を含む化学機械研磨系と接触させること
（ｉｉ）該基材の少なくとも一部を摩滅させて該基材を研磨すること
前記基材が金属酸化物層及び金属層を含む、請求項３７に記載の方法。
前記金属層が銅、タングステン、タンタル又はチタンを含む、請求項３８に記載の方法。
前記水溶性ホウ素含有化合物がトリアルキルボレートである、請求項３７に記載の方法。
前記水溶性ホウ素含有化合物がボリン酸、ボロン酸、ボリン酸エステル又はボロン酸エステルである、請求項３７に記載の方法。
前記水溶性ホウ素含有化合物がベンゾジオキソボロール化合物である、請求項３７に記載の方法。
前記水溶性ホウ素含有化合物がＢ−ブロモカテコールボランである、請求項４２に記載の方法。
前記水溶性ホウ素含有化合物がテトラアリールホウ酸塩である、請求項３７に記載の方法。